JP2005299811A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体の弁座からのリフト量に応じた流量制御の精度の低下を防止又は抑制できる流体制御弁を提供する。
【解決手段】 膨張弁１においては、弁体２０に一体に設けられた弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３１のそれぞれにほぼ同時に接離するように構成されている。また、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように構成されている。その結果、開弁時に各弁体に作用する有効受圧面積が変化することによる圧力バランスへの影響をほぼ安全にキャンセルすることができ、弁体のリフト量に応じた流量制御の精度の低下を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する流体制御弁に関する。

従来より、流体の流路に配置されて上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する電磁弁が知られている（例えば特許文献１参照）。
このような電磁弁は、一般に、弁体を開閉駆動するソレノイドと、弁体によって流路の開閉を行う弁機構とから構成されている。ソレノイドは、外部より制御電流が供給される電磁コイルと、この電磁コイルの軸線位置に固定された固定鉄芯としてのコアと、電磁コイルの軸線位置にて軸線方向に進退自在に配置され、弁体と一体的に動作する可動鉄芯としてのプランジャと、電磁コイルの非通電時にプランジャを開弁又は閉弁方向へ付勢するスプリングとを備えている。また、弁機構は、ボディに穿設された２つのポートと、両ポート間をつなぐ流路に配置されてボディと一体に形成された弁座と、この弁座に対向するよう配置され、プランジャとともに開閉駆動される弁体とを備えている。

そして、ソレノイドへの通電制御により弁体の弁座からのリフト量を制御することにより、下流側に導出する流体の流量を調整している。
特開２００２−３７２１６４号公報

ところで、このような電磁弁における弁体は、流体から受ける圧力（流体圧力）と、スプリングによる付勢力と、ソレノイドによる電磁力とがバランスした位置に動作制御されることになる。しかし、弁体の弁座からのリフト量が大きくなるにつれて、弁体が実際に圧力を受ける面積（有効受圧面積）が減少するといった現象が生じ、その結果、弁体のリフトとともに圧力のバランスが変化し、流体の流量制御の精度が低下するといった問題があった。

尚、このような問題は弁体を電磁駆動する電磁弁に限らず、スプリング等の機械的機構と流体圧力とのバランスのみにより弁体のリフト量が調整される流体制御弁についても、同様に生じ得るものと考えられる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁体の弁座からのリフト量に応じた流量制御の精度の低下を防止又は抑制できる流体制御弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する流体制御弁において、内部に前記流体の流路が形成されたボディと、前記ボディ内に前記流路に沿って設けられた第１弁座及び第２弁座と、前記第１弁座及び前記第２弁座のそれぞれにほぼ同時に接離可能な第１弁部及び第２弁部が一体的に設けられ、前記ボディ内で支持されつつ進退し、各弁部の各弁座からのリフト量によって下流側へ流す前記流体の流量を調整する弁体と、前記弁体の開弁方向に作用する流体圧力を受ける開弁用受圧面と、前記弁体の閉弁方向に作用する流体圧力を受ける閉弁用受圧面とからなり、前記弁体に作用する流体圧力の少なくとも一部をキャンセルする圧力キャンセル構造と、
を備えたことを特徴とする流体制御弁が提供される。

尚、ここでいう「流体制御弁」には、電磁駆動により弁体を駆動する電磁弁のみならず、内部の機械的構成により弁体が駆動される制御弁なども含まれ得る。また、第１弁部及び第２弁部が第１弁座及び第２弁座のそれぞれに係止されるように着座する構成であってもよいし、第１弁部及び第２弁部が第１弁座及び第２弁座により形成される弁孔に摺動可能に挿入されて弁孔を閉じる構成であってもよい。

このような流体制御弁においては、圧力キャンセル構造により弁体の開弁方向に作用する流体圧力の少なくとも一部がキャンセルされるため、簡易な構造であっても大きな前後差圧を取り扱うことができる。

そして特に、弁体に一体に設けられた第１弁部及び第２弁部が、第１弁座及び前記第２弁座のそれぞれにほぼ同時に接離するように構成したため、後述する発明の実施の形態でも説明するように、各弁部のリフト時における有効受圧面積が変化による圧力バランスへの影響について、その少なくとも一部をキャンセルすることができる。

特に、開弁時における第１弁部と第１弁座との間隙により形成される流路断面と、第２弁部と第２弁座との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように構成すると、その圧力バランスへの影響をほぼ完全にキャンセルすることができる。

本発明の流体制御弁によれば、第１弁部及び第２弁部が第１弁座及び前記第２弁座のそれぞれにほぼ同時に接離して、各弁部のリフト時における圧力バランスへの影響を防止又は抑制するようにしたため、弁体のリフト量に応じた流量制御の精度の低下を防止又は抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明の流体制御弁を車両用エアコンの冷凍サイクルに設置される膨張弁として構成したものである。図１は、この膨張弁が冷凍サイクルの配管本体に設置された様子を表す断面図であり、図２は、この膨張弁の単体の構成を表す断面図であり、図３は図２に示した膨張弁の弁体近傍を示す拡大図である。尚、以下の説明においては、冷媒（流体）の流れ方向を基準に上流側、下流側と表現することがあり、また、説明の便宜上、図示の状態を基準に上側、下側と表現することがある。

図１に示すように、膨張弁１は、配管本体７０の内部に組み付けられてその冷媒流路７１に配置される弁本体２と、弁本体２に連設されて配管本体７０の外部に露出するソレノイド３とから構成されている。これら弁本体２とソレノイド３との間には、外方に延びるフランジ状のプレート４が介装されており、膨張弁１は、このプレート４を介して配管本体７０に固定される。

図２に示すように、弁本体２は、内部に冷媒流路を形成する円筒状のボディ１０と、ボディ１０内で進退する円筒状の弁体２０と、弁体２０とともに弁機構を構成する長尺状の軸状部材３０とから構成されている。

ボディ１０は、その上流部に半径方向内向きに突出した段部により形成される弁孔１１が設けられ、その弁孔１１の開口端部の周端縁により弁座１２（第１弁座）が構成されている。また、このボディ１０の弁座１２よりも下流側の外周部には、冷媒通路を構成する通路溝１３が周設されており、その通路溝１３の周方向の複数箇所に、ボディ１０の内部と冷媒流路７１の下流側とを連通させる連通孔１４が半径方向に貫通して設けられている。ボディ１０の外周面の連通孔１４を挟んだ両側には、気密保持用のＯリング６１，６２（図１参照）をそれぞれ嵌合させる嵌合溝１５，１６が周設されている。このボディ１０は、その下端部がプレート４の中央に形成された孔４ａに圧入されている。

図３に示すように、弁体２０は、ソレノイド３の後述するプランジャ４１の先端部に固定される円筒状の本体２１を有し、その弁座１２側の端部が縮管して弁孔１１の内径よりもやや小さな冷媒の導入路２０ａを形成している。この縮管部の先端には、その先端側に向かって内側に傾斜するテーパ状の弁部２２（第１弁部）が形成されており、弁座１２に対して着脱可能に構成されている。弁部２２が弁座１２に着座した際には、その弁部２２の先端部が弁孔１１に所定量内挿されるようになっている。本体２１の弁部２２とは反対側の端部は、弁体２０の一部を形成するとともに冷媒通路が形成されたプランジャ４１の先端部を内挿して冷媒の導出路２０ｂを形成している。このプランジャ４１の先端部の内周縁部によって弁部２３（第２弁部）が形成されている。

また、導入路２０ａと導出路２０ｂとの間に形成された空間Ｓ（拡管部）には、軸状部材３０の端部が収容されている。この軸状部材３０の端部は、その先端側に向かって拡径されたテーパ形状をなし、そのテーパ部が、弁部２３が着脱可能な弁座３１（第２弁座）を構成する。この弁座３１の位置は、弁体２０との関係で２つの弁部２２，２３がそれぞれ各弁座１２，３１に同時に着脱できるような位置に設定されている。

また、この弁体２０には圧力キャンセル構造が設けられている。すなわち、上流側から弁体２０の空間Ｓに導入された高圧冷媒に対して、弁部２２の上流側端面の弁孔１１に内挿される部分５１と、弁部２３近傍の空間Ｓに面する部分５２とによって開弁用受圧面が形成される一方、導入路２０ａと空間Ｓとの境界をなす下流側対向面５３によって閉弁用受圧面が形成されている。これにより、弁体２０に付与される高圧冷媒の圧力の一部がキャンセルされるため、膨張弁１は、大きな前後差圧を扱うことができるようになっている。

図２に戻り、ソレノイド３は、弁本体２の弁体２０が開閉する軸線方向に沿って配置されたプランジャ４１及びコア４２と、外部からの供給電流によりプランジャ４１及びコア４２を含む磁気回路を生成する電磁コイル４３と、この電磁コイル４３を覆うように配置され、ソレノイド３のケースを構成するヨーク４４とを備えている。

ヨーク４４は、円筒状の本体を有し、その一端側に半径方向外向きに延出するフランジ部４４ａが設けられ、このフランジ部４４ａにおいてプレート４に溶接等されている。一方、本体の他端部には、金属からなる円板状のプレート４５が配置され、その本体の他端を加締めることにより固定されている。電磁コイル４３は、円筒状のボビン４６に巻回されており、そのボビン４６の下半部にコア４２が配設されている。コア４２は、その下端部がプレート４５の中央に設けられた嵌合孔４５ａに圧入されている。

また、ボビン４６の内側には、ボディ１０の下端部からコア４２の上端部にかけて延びる非磁性体からなるスリーブ４７が取り付けられている。すなわち、このスリーブ４７は、その一端部がボディ１０の下端部でやや拡管した拡管部に内挿され、他端部がコア４２の上端部でやや縮径した縮径部に外挿されており、プランジャ４１の動作範囲を覆うように設けられている。

コア４２は、円柱状の本体を有し、その上端部中央に所定深さの円形の収容溝４８が凹設されており、この収容溝４８には、プランジャ４１とコア４２との間に介装されてプランジャ４１をコア４２と離間する方向に付勢する圧縮コイルスプリング４９が収容されている。コア４２の上端部は、収容溝４８の開口周端縁からさらに上方に向かって外方に傾斜するテーパ状に形成されている。

一方、プランジャ４１は、スリーブ４７の内径よりやや小さな外径を有する円柱状の本体を備え、その本体の中央を軸線方向に貫通する挿通孔５５が設けられている。この挿通孔５５には、上述した軸状部材３０が所定のクリアランスをもって挿通されている。軸状部材３０は、その下端部がコア４２の軸線に沿って形成された嵌合溝４２ａに嵌入されて固定されている。

プランジャ４１の上端部中央には、図３に示したように、挿通孔５５に連通する円筒状の弁体形成部５６が上方に向かって延設されており、その先端側開口部の周端縁によって上述した弁部２３が構成されている。この弁体形成部５６は、挿通孔５５よりも大きな内径を有し、その側壁には冷媒流路７１の下流側に連通する連通孔５７が設けられている。従って、弁部２３と弁座３１との間隙を通過した冷媒は、この弁体形成部５６の内部に形成された冷媒流路を通って下流側に導出される。

図２に戻り、プランジャ４１の弁体形成部５６とは反対側の端部は、その外径が先端に向かって小径化するテーパ状に形成され、コア４２のテーパ部と相補形状となっている。
以上の構成において、弁本体２のボディ１０及びソレノイド３のヨーク４４によって膨張弁１全体のボディが形成されている。そして、プランジャ４１，コア４２，プレート４５，ヨーク４４，プレート４等によって電磁コイル４３を取り囲むソレノイド３の磁気回路が構成される。

この場合、プランジャ４１とコア４２との対向面を相補形状のテーパ状にして傾斜させたことにより、磁気回路に本来の吸引方向である軸線方向とは直角な半径方向の成分が発生するいわゆる磁気漏れの現象が発生するため、プランジャ４１とコア４２とが接近したときの吸引力は小さくなる。しかし、逆にプランジャ４１とコア４２とが離れた状態においては、これらの離間距離が同じでもその軸線方向の最短距離は短くなるため、磁気ギャップを実質的に小さくすることができる。この結果、プランジャ４１とコア４２との距離が離れているときに両者の間に働く吸引力を向上させることができる。

尚、上述のように弁体２０に一体的に設けられた弁部２２，２３が各弁座１２，３１に同時に着脱する構成は、例えば以下のようにして実現することができる。すなわち、まず軸状部材３０をプランジャ４１の挿通孔５５に弁体形成部５６側から挿入した後、弁体２０をプランジャ４１の弁体形成部５６に圧入して固定する。続いて、この状態でプランジャ４１をスリーブ４７内に挿入する。このとき、軸状部材３０の先端がコア４２の嵌合溝４２ａの位置にくるようにしておく。続いて、この状態からボディ１０をプレート４と接合されたソレノイド３に対して組み付ける。このとき、弁部２２が弁座１２に着座し、軸状部材３０の弁座３１が弁部２３から離間した状態となっている。そして、この状態で膨張弁１を試験用の配管本体７０に接続し、膨張弁１の前後差圧がある一定となるように流体を流しつつ、所定の工具を用いて軸状部材３０を嵌合溝４２ａに嵌入していく。このとき、下流側の流体の流量を測定し、その流量がほぼゼロ（所定値以下）となったときに弁部２３が弁座３１に着座したとみなして軸状部材３０の嵌入を止める。このようにして、軸状部材３０は、弁部２２，２３が各弁座１２，３１に同時に着脱できる位置に固定される。

また、本実施の形態においては、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

以上のように構成された膨張弁１は、図１に示すように配管本体７０に固定される。すなわち、膨張弁１をその弁本体２側から冷媒流路７１に挿入した状態で、ヨーク４４及びプレート４を貫通して設けられた複数の挿通孔にねじ６３を挿通し、配管本体７０側に形成されたねじ孔７２に締結することにより固定する。このとき、膨張弁１と配管本体７０との間の気密は、ボディ１０の外周部に配設された上記Ｏリング６１，６２によって保持されている。膨張弁１は、ボディ１０を収容するケーシング等を備えておらず、ボディ１０が配管本体７０の内部に直接固定されるようになっている。

次に、図１及び図２を参照しつつ、膨張弁１の動作ついて説明する。
まず、電磁コイル４３に電流が供給されていないときには、プランジャ４１は圧縮コイルスプリング４９によって上流側に付勢されており、コア４２との間には吸引力が生じないため、弁部２２，２３は弁座１２，３１にそれぞれ着座しており、膨張弁１は全閉状態にある。

そして、電磁コイル４３に電流ｉが供給されると、その電流値に応じた大きさの電磁力が発生してプランジャ４１がコア４２に吸引される。これにより、弁部２２，２３がそれぞれ弁座１２，３１から同時に離間してその電磁力と圧縮コイルスプリング４９の荷重とがバランスした位置で静止し、各弁部と各弁座との間に所定の流路断面を形成する。この状態で上流側から高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、各弁部と各弁座との間隙を通過することにより断熱膨張して下流側へと流れる。このとき、上述したキャンセル構造により、弁体２０ひいてはプランジャ４１に付与される冷媒圧力の一部がキャンセルされている。

ここで、冷媒流路７１の上流側から膨張弁１に導入された冷媒の入口圧力をＰ１、各弁部と各弁座との間隙を通過することによって減圧された出口圧力をＰ２とし、弁部２２が着座したときの有効受圧面積（つまり弁孔１１の流路断面積）をＡ、弁部２３が着座したときの有効受圧面積（つまり弁体形成部５６の流路断面積）をＢ、電流ｉによって発生する電磁力をｆ（ｉ）、圧縮コイルスプリング４９による上流側方向の合力をｆｓ、電流ｉのときの各弁部と各弁座との間隙により形成される流路断面積をｓ（ｉ）とすると、上向きと下向きの力関係は、
（（Ａ−ｓ（ｉ））−（Ｂ−ｓ（ｉ）））（Ｐ１−Ｐ２）＝ｆｓ−ｆ（ｉ） ・・・（１）
となり、膨張弁１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、
Ｐ１−Ｐ２＝（ｆｓ−ｆ（ｉ））／（Ａ−Ｂ） ・・・（２）
となる。

すなわち、電流ｉによって変化する流路断面積ｓ（ｉ）の影響がなくなる。そして、この（２）式の右辺において、電磁力ｆ（ｉ）以外のパラメータは、実質的に固定値であるため、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、電磁コイル４３に供給される電流ｉに比例した一定の差圧となる。すなわち、膨張弁１が差圧弁として構成される。

このとき、冷凍サイクルにおける上流側の冷媒流量が増えて入口圧力Ｐ１が大きくなると、弁部２２，２３が開弁方向に移動して冷媒流量を増加し、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を一定に保持するように作用する。逆に、冷凍サイクルにおける上流側の冷媒流量が減少して入口圧力Ｐ１が小さくなっても、弁部２２，２３が閉弁方向に移動して冷媒流量を絞り、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を一定に保持するように作用する。この結果、膨張弁１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、常に電流ｉによって決まる一定値に保持される。

また、この膨張弁１において、上記有効受圧面積Ａと有効受圧面積Ｂとが等しくなるように構成すれば、（１）式の左辺がゼロになる。つまり、
ｆｓ＝ｆ（ｉ） ・・・（３）
となる。ここで、圧縮コイルスプリング４９による付勢力のセット値（初期値）をｆｓ０、ばね定数をＫｓ、各弁部の各弁座からのリフト量をΔｘとしたときに、
ｆｓ＝ｆｓ０＋Ｋｓ・Δｘ ・・・（４）
の関係があることを考慮し、（３）式に（４）式を代入してΔｘについて整理すると、
Δｘ＝（ｆ（ｉ）−ｆｓ０）／Ｋｓ ・・・（５）
この（５）式の右辺において、電磁力ｆ（ｉ）以外のパラメータは固定値であるため、弁開度が電磁コイル４３に供給される電流ｉに比例した一定の値となる。すなわち、膨張弁１が比例弁として構成される。

以上に説明したように、本実施の形態の膨張弁１においては、弁体２０に一体に設けられた弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３１のそれぞれにほぼ同時に接離するように構成されている。また、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように構成されている。その結果、開弁時に各弁体に作用する有効受圧面積が変化することによる圧力バランスへの影響をキャンセルすることができ、弁体のリフト量に応じた流量制御の精度の低下を防止することができる。

また、本実施の形態の膨張弁１は、冷媒を図１及び図２に示した流れと逆向きに流しても同様の効果を得ることができる。つまり、双方向膨張弁として機能することができる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図４に示すように、膨張弁２０１においては、コア２４２の収容溝２４８に図２で示したような軸線方向に沿った嵌合溝４２ａは設けられていない。また、軸状部材２３０は、その弁座３１とは反対側の端部が収容溝２４８に当接して係止されており、その軸線方向に規制されている。

また、弁本体２０２には、軸状部材２３０の弁座３１側の端面に当接する長尺状の押圧部材２２０と、ボディ１０の端部開口部を閉じるように圧入された円板状のストッパ２１１とが設けられている。

ストッパ２１１の中央には、これを軸線方向に貫通する挿通孔２１１ａが設けられ、さらにその挿通孔２１１ａの周囲に、挿通孔２１１ａに平行にストッパ２１１を貫通する複数の連通孔２１１ｂが設けられている。冷媒は、この連通孔２１１ｂを通って流通できるようになっている。

また、押圧部材２２０には、その軸線方向の中央部に半径方向外向きに延出するフランジ部２２１が設けられ、その軸状部材２３０とは反対側の端部が、ストッパ２１１の挿通孔２１１ａに挿通されている。ストッパ２１１と押圧部材２２０との間には、押圧部材２２０を軸状部材２３０側に付勢する圧縮コイルスプリング２１２が介装されている。このため、軸状部材２３０は、その両端が押圧部材２２０及びコア２４２のそれぞれに当接して、その軸線方向に規制されているが、プランジャ４１の挿通孔５５との間にクリアランスがあるため、軸線方向と直角な方向には所定量変位することができる。

尚、本実施の形態においても、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

以上に説明した膨張弁２０１においても、弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３１のそれぞれにほぼ同時に着脱するように構成されている。このため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、この膨張弁２０１も双方向膨張弁として機能することができる。

また、軸状部材３０がその軸線方向と直角な方向には所定量変位することができるため、例えば仮に弁体２０及びプランジャ４１のいずれかに微妙な加工誤差や組付誤差等があり、二つの弁部２２，２３の軸線がずれていたとしても、軸状部材２３０は、弁部２３が弁座３１に着座するように動作する。その結果、２つの弁部２２，２３を対応する各弁座１２，３１に対して同時に着脱させることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は本実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図であり、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図５に示すように、膨張弁３０１においては、プランジャ３４１は、図２で示したような軸線方向に沿った挿通孔５５を備えておらず、中実状に形成されている。
また、軸状部材３３０は、その下端が半径方向外向きに延出したフランジ状になっており、その先端に向かって外径が小さくなるテーパ状に形成されている。そして、このテーパ部が、弁部２３が着座する弁座３３１を構成している。この軸状部材３３０は、弁部２２と、この弁部２２が着座する弁座１２を規定する弁孔３１２を挿通しており、その弁座３３１とは反対側の他端は、弁本体３０２のボディ３１０を軸方向に貫通する嵌合孔３１１に圧入されて固定されている。

また、図６に示すように、ボディ３１０には、これを軸状部材３３０の周囲で軸線に平行に貫通する３つの連通孔３１３が形成されており、弁孔３１２に連通している。冷媒は、この連通孔３１３及び弁孔３１２を通って流通できるようになっている。

尚、本実施の形態においても、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３３１との間隙により形成される流路断面とがほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

以上に説明した膨張弁３０１においても、弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３３１のそれぞれにほぼ同時に着脱するように構成されている。このため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、この膨張弁３０１も双方向膨張弁として機能することができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図７は本実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図であり、図８はその弁本体の構成を表す拡大図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図７に示すように、膨張弁４０１においては、弁本体４０２のボディ４１０内に狭小化した固定の流路断面を有する絞り流路４５０が設けられている。すなわち、ボディ４１０の軸線方向の中央よりの位置において、半径方向内向きに延出するフランジ部４１１が設けられ、このフランジ部４１１により形成される円孔と、この円孔を貫通して延びるプランジャ４４１の弁体形成部４５６との間隙によって絞り流路４５０が形成されている。

また、プランジャ４４１を軸線方向に貫通して設けられた挿通孔４５５には、長尺状の軸状部材４３０が所定のクリアランスをもって挿通されており、その先端部に形成された弁座４３１を覆うように、弁体４２０が弁体形成部４５６に対して圧入により固定されている。また、ボディ４１０の端部開口部を閉じるように円板状のストッパ４１２が圧入され、このストッパ４１２の中央を軸線方向に貫通して設けられた弁孔４１３に弁体４２０の先端部が挿通されている。

尚、図７と図２とを比較すると、図７の右側においては、ヨーク４４４のフランジ部４４４ａとプレート４０４とを貫通してねじ６３を挿通する挿通孔が見られないが、これは冷媒流路７１との位置関係により、当該挿通孔の位置が図２とは異なっているに過ぎない。つまり、当該挿通孔は軸線を中心とする周方向の異なる位置に形成されている。

図８に示すように、弁体４２０は、弁体形成部４５６に圧入される筒状の第１部材４２１の先端に、筒状の第２部材４２２を嵌入して構成されている。第１部材４２１は、弁体形成部４５６の外径とほぼ等しい内径を有する円筒状の本体を備え、その弁体形成部４５６とは反対側の端部が先端に向かって縮径するテーパ形状となっている。このテーパ部の内周の基端側には、半径方向内向きに突出した弁部４２３が形成されている。また、第２部材４２２は、その第１部材４２１とは反対側の端部がストッパ４１２の弁孔４１３を貫通しており、ストッパ４１２との間隙により冷媒流路が形成されるようになっている。この第２部材４２２の先端部には、その先端側に向かって拡径するテーパ部が設けられており、このテーパ部により弁部４２４が構成されている。膨張弁４０１においては、第１部材４２１の側壁に内外を連通させて冷媒を下流側に流すための連通孔４５７が設けられている。上述した軸状部材４３０は、弁座４３１の位置が、弁体４２０との関係で２つの弁部４２４，４２３がそれぞれ各弁座４１４，４３１に同時に着脱できるような位置に設定されている。また、弁部４２４が着座したときの有効受圧面積（つまり弁孔４１３の流路断面積）と、弁部４２３が着座したときの有効受圧面積（つまり弁部４２３の開口端縁により囲まれる流路断面積）とが等しく構成されている。

また、弁体４２０にも圧力キャンセル構造が設けられている。すなわち、上流側から弁体４２０に導入された高圧冷媒に対して、第２部材４２２の端面４２５によって閉弁用受圧面が形成される一方、第１部材４２１と第２部材４２２との接続部の内側に形成されるテーパ面４２６によって開弁用受圧面が形成されている。また、弁部４２３を通過して減圧された冷媒に対して、第１部材４２１における弁部４２３近傍の下流側対向面４２７によって開弁用受圧面が形成される一方、弁体形成部４５６の端面４２８によって閉弁用受圧面が形成されている。これにより、弁体４２０に付与される冷媒圧力の一部がキャンセルされるようになっている。

また、ストッパ４１２は、弁孔４１３を規定する開口端縁により、弁部４２３を着脱させることが可能な弁座４１４が形成されている。また、ストッパ４１２の下端側納周縁は拡径されており、第１部材４２１のテーパ部との間に冷媒流路を形成できるように構成されている。

尚、本実施の形態においても、開弁時における弁部４２４と弁座４１４との間隙により形成される流路断面と、弁部４２３と弁座４３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

次に、図８を参照しつつ、膨張弁４０１の動作について説明する。
まず、電磁コイル４３に電流が供給されていないときには、プランジャ４４１は圧縮コイルスプリング４９によって上流側に付勢されているため、弁部４２４，４２３は弁座４１４，４３１から離間しており、膨張弁４０１は開弁状態にある。

そして、電磁コイル４３に電流ｉが供給されると、その電流値に応じた大きさの電磁力が発生してプランジャ４４１がコア２４２に吸引される。これにより、圧縮コイルスプリング４９の付勢力に抗して弁体４２０を着座させる方向の力が発生する。その結果、弁体４２０は、その電磁力と圧縮コイルスプリング４９の荷重とがバランスした位置で静止し、各弁部と各弁座との間に所定の流路断面を形成する。

この状態で上流側から高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、弁部４２４と弁座４１４との間隙、弁部４２３と弁座４３１との間隙を通って減圧されて下流側に流れ、さらに絞り流路４５０を通過することにより断熱膨張し、連通孔１４を介して冷媒流路７１の下流側へと流れる。このとき、上述したキャンセル構造により、弁体４２０ひいてはプランジャ４４１に付与される冷媒圧力の一部がキャンセルされている。

ここで、上流側から導入されて各弁体と各弁座との間隙を通過する前の冷媒の入口圧力をＰ１、各弁体と各弁座との間隙を通過することによって減圧された中間領域４６０の圧力をＰ２、絞り流路４５０を通過することによってさらに減圧された冷媒の出口圧力をＰ３とし、弁部４２４が着座したときの有効受圧面積（つまり弁孔４１３の流路断面積）をＡ、弁部４２３が着座したときの有効受圧面積（つまり弁部４２３の開口端縁により囲まれる流路断面積）をＢ、絞り流路４５０の流路断面積をＣとすると、膨張弁４０１を流れる冷媒の流量Ｇｆは、
Ｇｆ＝ＫＣ（Ｐ２−Ｐ３） ・・・（６）
で表される。尚、この式で、Ｋは流量係数である。

一方、弁体４２０ひいてはプランジャ４４１に作用する力は、電流ｉによって発生する電磁力をｆ（ｉ）、圧縮コイルスプリング４９による上流側方向の荷重をｆｓ、電流ｉのときの各弁部と各弁座との間隙により形成される流路断面積をｓ（ｉ）とすると、上向きと下向きの力関係は、
（（Ａ−ｓ（ｉ））−（Ｂ−ｓ（ｉ）））（Ｐ１−Ｐ２）
+ Ｄ（Ｐ２−Ｐ３） ＝ｆｓ−ｆ（ｉ） ・・・（７）
となり、本実施の形態においてＡ＝Ｂであることを考慮すると、（６）式及び（７）式から、冷媒の流量Ｇｆは、
Ｇｆ＝（ＫＣ／Ｄ）（ｆｓ−ｆ（ｉ）） ・・・（８）
となる。

すなわち、電流ｉによって変化する流路断面積ｓ（ｉ）の影響がなくなる。そして、この（８）式の右辺において、電磁力ｆ（ｉ）以外のパラメータは、実質的に固定値であり、絞り流路４５０の前後差圧（Ｐ２−Ｐ３）が一定に保持される原理については上記第１の実施の形態で述べたのと同様であるため、流量Ｇｆは、電磁コイル４３に供給される電流ｉに比例した一定の流量で流れることになる。すなわち、膨張弁４０１が定流量弁として構成される。

以上に説明した膨張弁４０１においても、弁部４２４及び弁部４２３が、弁座４１４及び弁座４３１のそれぞれにほぼ同時に着脱するように構成されている。このため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図９は本実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。

図９に示すように、膨張弁５０１においては、上述した第４の実施の形態とは冷媒の流れ方向が逆となっており、絞り流路５５０が弁体２０の上流側に配置されている。また、弁本体５０２のボディ５１０の端部開口部を閉じるように円板状のストッパ５４０が圧入され、このストッパ５４０の中央を軸線方向に貫通して弁孔５１１が形成されている。そして、この弁孔５１１の弁体２０側の開口部の周端縁によって、弁体２０の先端に設けられた弁部２２が着脱可能な弁座１２が形成されている。

また、コア５４２の収容溝４８の底部には、プランジャ５４１から離れる方向に段階的に縮径する段付溝５４３が形成されており、この段付溝５４３の上端部には、リング状のストッパ部材５４４が嵌合されている。一方、軸状部材５３０の下端部には、Ｃリング５４５が嵌合しており、このＣリング５４５の位置でストッパ部材５４４に上方への動きを規制されている。軸状部材５３０は、弁座３１の位置が、弁体２０との関係で２つの弁部２２，２３がそれぞれ各弁座１２，３１に同時に着脱できるような位置に設定されている。

冷媒流路７１の上流側から流入した冷媒は、弁体２０の開弁時には、絞り流路５５０を通って断熱膨張した後に、弁部２３と弁座３１との間隙及び弁部２２と弁座１２との間隙を通ってさらに減圧されて下流側に導出される。

尚、本実施の形態においても、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

以上に説明した膨張弁５０１においても、弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３１のそれぞれにほぼ同時に着脱するように構成されている。このため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１０は本実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。尚、本実施の形態の膨張弁は、冷凍サイクルの配管の途中に接続されるパイプ一体型の膨張弁として構成されたものであり、その内部の弁体等の構成については上述した第２の実施の形態とほぼ同様のものを採用している。このため、第２の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。

膨張弁６０１は、そのボディ６０２を両端が開口した円筒状のパイプで構成しており、そのボディ６０２の内部に、弁体２０を固定したプランジャ４１，コア６４２，軸状部材２３０，押圧部材２２０，ストッパ６１０を収容している。そして、このボディ６０２を外側から取り囲むように、ソレノイド６０３を構成する電磁コイル４３や筒状のヨーク６４４が周設されている。また、軸状部材２３０は、弁座３１の位置が、弁体２０との関係で２つの弁部２２，２３がそれぞれ各弁座１２，３１に同時に着脱できるような位置に設定されている。

尚、本実施の形態においても、開弁時における弁部２２と弁座１２との間隙により形成される流路断面と、弁部２３と弁座３１との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように、各弁部及び各弁座の大きさ及び形状が設定されて構成されている。

以上に説明した膨張弁６０１においても、弁部２２及び弁部２３が、弁座１２及び弁座３１のそれぞれにほぼ同時に着脱するように構成されている。このため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、膨張弁のボディが配管本体７０に直接固定されるように構成した例を示したが、これらの膨張弁がボディを収容するケーシング等を備えており、配管等に接続されるものであってもよい。

また、上記各実施の形態では、弁部及び弁体をそれぞれ２段で構成した例を示したが、弁部及び弁座は必ずしも２段に限られず、各弁部のリフト時における有効受圧面積が変化することによる流体圧力の影響の少なくとも一部をキャンセルできれば、それより多くの段数があってもよい。

また、上記第２の実施の形態においては、軸状部材２３０と押圧部材２２０とを別体で構成して空間Ｓにて当接する構成としたが、これら軸状部材２３０と押圧部材２２０とが一体的に構成されていてもよい。このような場合でも、ストッパ２１１の挿通孔２１１ａと押圧部材２２０との間に所定のクリアランスを設けておけば、軸状部材３０は、弁部２３が弁座３１に着座するように動作する。その結果、２つの弁部２２，２３を対応する各弁座１２，３１に対して同時に着脱させることができる。

また、上記各実施の形態では、本発明の流体制御弁を車両用エアコンの冷凍サイクルに設置される膨張弁として構成した例を示したが、膨張弁に限らず、例えば可変容量圧縮機用制御弁やその他の冷媒の流量を制御する制御弁であれば同様に適用することができる。さらに、車両用エアコンの冷凍サイクルに限らず、例えば給湯システム等の制御弁など、上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する流体制御弁であれば適用することが可能である。

さらに、上記各実施の形態では、ソレノイドにより弁体が電磁駆動される構成について説明したが、ばね等を含む内部の機械的構成と流体圧力により弁体が駆動されるいわゆる機械式の流体制御弁にも適用することが可能である。

第１の実施の形態の膨張弁が冷凍サイクルの配管本体に設置された様子を表す断面図である。 膨張弁の単体の構成を表す断面図である。 図２に示した膨張弁の弁体近傍の拡大図である。 第２の実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。 第３の実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。 図５のＡ−Ａ矢視断面図である。 第４の実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。 弁本体の構成を表す拡大図である。 第５の実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。 第６の実施の形態の膨張弁の構成を表す断面図である。

符号の説明

１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ 膨張弁
２，２０２，３０２，４０２，５０２ 弁本体
３，６０３ ソレノイド
１０，３１０，４１０，５１０ ボディ
１１，３１２，４１３，５１１ 弁孔
１２，３１，３３１，４１４，４３１ 弁座
１４ 連通孔
２０，４２０ 弁体
２２，２３，４２３，４２４ 弁部
３０，２３０，３３０，４３０，５３０ 軸状部材
４１，３４１，４４１，５４１ プランジャ
４２，２４２，５４２ コア
４３ 電磁コイル
４９ 圧縮コイルスプリング
５６，４５６ 弁体形成部
７０ 配管本体
７１ 冷媒流路
２１２ 圧縮コイルスプリング
２２０ 押圧部材
４５０，５５０ 絞り流路

Claims (10)

1. 上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する流体制御弁において、
   内部に前記流体の流路が形成されたボディと、
   前記ボディ内に前記流路に沿って設けられた第１弁座及び第２弁座と、
   前記第１弁座及び前記第２弁座のそれぞれにほぼ同時に接離可能な第１弁部及び第２弁部が一体的に設けられ、前記ボディ内で支持されつつ進退し、各弁部の各弁座からのリフト量によって下流側へ流す前記流体の流量を調整する弁体と、
   前記弁体の開弁方向に作用する流体圧力を受ける開弁用受圧面と、前記弁体の閉弁方向に作用する流体圧力を受ける閉弁用受圧面とからなり、前記弁体に作用する流体圧力の少なくとも一部をキャンセルする圧力キャンセル構造と、
   を備えたことを特徴とする流体制御弁。
2. 前記ボディに対して固定されたコアと、前記弁体を固定して前記ボディ内で前記弁体と一体となって進退可能なプランジャと、外部からの供給電流により前記プランジャ及び前記コアを含む磁気回路を生成する電磁コイルとからなるソレノイドを備え、
   前記電磁コイルに供給される電流値に応じて前記弁体のリフト量を制御し、上流側から導入された流体の流量を調整して下流側に導出する電磁弁として構成されたことを特徴とする請求項１記載の流体制御弁。
3. 開弁時において、前記第１弁部と前記第１弁座との間隙により形成される流路断面と、前記第２弁部と前記第２弁座との間隙により形成される流路断面とが、ほぼ同じ大きさになるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の流体制御弁。
4. 前記弁体は、前記流体を導入する導入路と、前記流体を導出する導出路と、前記導入路と前記導出路との間に設けられた拡管部とを有する本体を備え、
   前記第１弁部及び前記第２弁部の一方が、前記本体の前記導入路側又は前記導出路側の端部により形成される一方、前記第１弁部及び前記第２弁部の他方が、前記拡管部の前記導入路側又は前記導出路側の段部によって形成され、
   前記第１弁座及び前記第２弁座の一方が、前記ボディの内部に設けられた段部により構成される一方、前記第１弁座及び前記第２弁座の他方が、前記拡管部に部分的に内挿された軸状部材の部分により形成されたことを特徴とする請求項３記載の流体制御弁。
5. 前記軸状部材は、前記プランジャの軸線に沿って形成された貫通孔に所定のクリアランスをもって挿通され、その前記第２弁座とは反対側の端部が、前記コアによって軸線方向に支持されていることを特徴とする請求項４記載の流体制御弁。
6. 前記ボディ内に支持されるとともに、前記軸状部材に前記コアとは反対側から当接可能な押圧部材と、
   前記押圧部材を前記コア側に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記軸状部材は、軸線方向の両端が前記押圧部材及び前記コアのそれぞれに当接して、その軸線方向に規制される一方、その軸線方向と直角な方向には所定量動作可能に構成されていることを特徴とする請求項５記載の流体制御弁。
7. 閉弁時における前記第１弁部の有効受圧面積と前記第２弁部の有効受圧面積とが等しくなるように構成することにより、弁開度が前記電磁コイルに供給される電流値に比例した値となる比例弁として機能することを特徴とする請求項３記載の流体制御弁。
8. 閉弁時における前記第１弁部の有効受圧面積と前記第２弁部の有効受圧面積とが異なるように構成することにより、前後差圧が前記電磁コイルに供給される電流値に応じた一定値となる差圧弁として機能することを特徴とする請求項３記載の流体制御弁。
9. 前記弁体の上流側又は下流側に流路断面が一定の絞り流路を設けることにより、導出する流体の流量が前記電磁コイルに供給される電流値に応じた一定値となる定流量弁として機能することを特徴とする請求項３記載の流体制御弁。
10. 前記弁体に対して前記流体を双方向に流すことが可能な双方向制御弁として機能することを特徴とする請求項３記載の流体制御弁。
    

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