JP2015075124A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】気液混合冷媒の流れを制御するパイロット作動式の電磁弁を、ソレノイドの大型化を伴うことなく円滑に作動させる。【解決手段】ある態様の電磁弁は、導入ポート１４に連通する高圧室６４と背圧室６６とを区画するピストン４６と、弁孔３４に接離して主弁６を開閉する弁体４４とを上下に連結して構成され、導出ポートに連通する低圧室６５と背圧室６６とを連通させるパイロット通路５０が貫通形成された弁駆動体４０を備える。ピストン４６には、高圧室６４と背圧室６６とを連通させる連通路７４が形成される。連通路７４は、背圧室６６に開口するオリフィス１４２と、そのオリフィス１４２よりも大きな断面の連通孔１４４とを上下に接続して構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、パイロット作動式の電磁弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒循環通路に配置して構成される。そして、このような冷凍サイクルの運転状態に応じた冷媒循環通路の切り替えや冷媒流量の調整等のために種々の制御弁が設けられている。このような制御弁として、比較的小さな電力にて大きな弁部を開閉制御可能なパイロット作動式の電磁弁が用いられることがある（例えば特許文献１参照）。

このような電磁弁は、ソレノイドにより小さなパイロット弁体を駆動してパイロット弁を開閉し、それにより調整された差圧により大きな主弁体を駆動して主弁を開閉する。主弁体にはピストンが一体に設けられ、そのピストンによりボディ内に背圧室が区画される。主弁体には背圧室に冷媒を導入するためのリーク通路と、背圧室から冷媒を導出するパイロット通路が形成され、パイロット弁の開閉によりパイロット通路が開放又は遮断される。それにより背圧室の圧力を変化させることによってピストンに作用する差圧を変化させ、主弁を開閉制御する。この背圧室の圧力は、その背圧室に導入される冷媒の流量と、背圧室から導出される冷媒の流量とのバランスにより調整される。

特開２００１−１２４４４０号公報

しかしながら、冷凍サイクルを流れる冷媒は、気体、液体、気液混合状態と状態変化を繰り返しながら循環するため、背圧室に導かれる液冷媒の混合比率によっては電磁弁の作動に支障を与えることがある。すなわち、気液混合冷媒が背圧室に導入されると、密度の大きい液冷媒がピストン上に溜まり、その液冷媒が背圧室の圧力低下とともに蒸発する。そのため、パイロット弁を開いても背圧室から圧力が抜け難くなり、主弁体の円滑な作動が困難となる。

このような状況を回避するために、例えばリーク通路の断面積を大きくし、液冷媒をその自重により排出する構成も考えられる。しかし、冷媒を導入するリーク通路を大きくすると、それに合わせて冷媒を導出するパイロット通路も大きくせざるを得ず、結果的にパイロット弁が大きくなる。このことは、パイロット弁体の駆動に要するソレノイド力が大きくなることを意味する。これに対処するには、ソレノイドのコイルを大きくするか、又は主弁の作動を差圧が小さな範囲に留める（つまりピストンに作用する差圧が小さくなるまで主弁体の作動を待つ）必要がある。前者によればソレノイドの大型化によるコスト面の問題が生じ、後者によれば主弁の作動応答性低下による性能面の問題が生じる。

本発明の目的は、気液混合冷媒の流れを制御するパイロット作動式の電磁弁を、ソレノイドの大型化を伴うことなく円滑に作動させることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、パイロット作動式の電磁弁において、冷媒を導入する導入ポートと、冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ主通路に設けられた主弁孔とを有するボディと、ボディの上端開口部を封止するように取り付けられたソレノイドと、導入ポートに連通する高圧室と背圧室とを区画するピストンと、主弁孔に接離して主弁を開閉する主弁体とを上下に連結して構成され、導出ポートに連通する低圧室と背圧室とを連通させるパイロット通路が貫通形成された弁駆動体と、ソレノイドのプランジャに一体に設けられ、パイロット通路の上端部に設けられたパイロット弁孔に上方から接離してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、を備える。ピストンには、高圧室と背圧室とを連通させる連通路が形成され、連通路は、背圧室に開口するオリフィスと、そのオリフィスよりも大きな断面の連通孔とを上下に接続して構成されている。

この態様によると、背圧室に冷媒を導入するためにピストンに形成される連通路が、小径のオリフィスと大径の連通孔とを上下に接続して構成される。このため、高圧室の冷媒がその連通路を介して背圧室に導入される際に、液冷媒の表面張力による引き込み作用が大径の連通孔によって抑制される。すなわち、背圧室へのガス冷媒の導入を促進しつつ、液冷媒の導入を抑制することができる。その結果、背圧室の圧力が低下し難くなることを防止でき、オリフィス径を小さく維持したまま主弁体の作動を円滑に保つことができる。すなわち、パイロット作動式の電磁弁を、ソレノイドの大型化を伴うことなく円滑に作動させることができる。

本発明の別の態様もまた、電磁弁である。この電磁弁は、パイロット作動式の電磁弁において、冷媒を導入する導入ポートと、冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ主通路に設けられた主弁孔とを有するボディと、ボディの上端開口部を封止するように取り付けられたソレノイドと、導入ポートに連通する高圧室と背圧室とを区画するピストンと、主弁孔に接離して主弁を開閉する主弁体とを上下に連結して構成され、導出ポートに連通する低圧室と背圧室とを連通させるパイロット通路が貫通形成された弁駆動体と、ソレノイドのプランジャに一体に設けられ、パイロット通路の上端部に設けられたパイロット弁孔に上方から接離してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、を備える。ボディ内に導入ポートと高圧室とを連通させる冷媒導入路が設けられ、冷媒導入路は、高圧室に開口する第１通路部と、その第１通路部よりも大きな断面の第２通路部とを上下に接続して構成されている。

この態様によると、導入ポートと高圧室とを連通させる冷媒導入路が、小径の第１通路部と大径の第２通路部とを上下に接続して構成される。このため、導入ポートに導入された冷媒がその冷媒導入路を介して高圧室に導入される際に、液冷媒の表面張力による引き込み作用が大径の第２通路部によって抑制される。それにより、高圧室ひいては背圧室へのガス冷媒の導入を促進しつつ、液冷媒の導入を抑制することができる。その結果、背圧室の圧力が低下し難くなることを防止でき、オリフィス径を小さく維持したまま主弁体の作動を円滑に保つことができる。すなわち、パイロット作動式の電磁弁を、ソレノイドの大型化を伴うことなく円滑に作動させることができる。

本発明によれば、気液混合冷媒の流れを制御するパイロット作動式の電磁弁を、ソレノイドの大型化を伴うことなく円滑に作動させることができる。

第１実施形態に係る電磁弁の具体的構成を表す断面図である。 制御弁の動作状態を表す説明図である。 弁駆動体およびその周辺構成を示す部分拡大図である。 弁駆動体のピストンにおけるシール構造を示す部分拡大図である。 第２実施形態に係る電磁弁の具体的構成を表す断面図である。 制御弁の動作状態を表す説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。
［第１実施形態］
本実施形態は、本発明の制御弁を電気自動車の冷暖房装置に適用する電磁弁として具体化したものである。この車両用冷暖房装置は、圧縮機、室内凝縮器、室外熱交換器、蒸発器およびアキュムレータを配管にて接続した冷凍サイクルを備える。車両用冷暖房装置は、作動流体としての冷媒が冷凍サイクルを状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。車両用冷暖房装置は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。本実施形態の制御弁は、これらの冷媒循環通路の分岐点に設けられ、冷媒の流れを切り替える三方弁として構成される。

次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る電磁弁の具体的構成を表す断面図である。
制御弁１は、いわゆるパイロット作動式の電磁弁であり、弁本体２とソレノイド４とを軸線方向に組み付けて構成される。弁本体２のボディ５には、上流側通路からの冷媒の流れを第１下流側通路または第２下流側通路へ切り替える主弁６と、主弁６の開閉状態を制御するパイロット弁８が組み込まれている。

ボディ５は、角柱状の第１ボディ１０の内方に段付円筒状の第２ボディ１２および第３ボディ１３を組み付けて構成されている。本実施形態において、第１ボディ１０および第２ボディ１２はアルミニウム合金からなり、第３ボディ１３はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。第１ボディ１０の一方の側面には、上流側通路につながる導入ポート１４が設けられている。第１ボディ１０の反対側の側面には、その上部に第１下流側通路につながる導出ポート１６（「第１導出ポート」に該当する）が設けられ、下部に第２下流側通路につながる導出ポート１８（「第２導出ポート」に該当する）が設けられている。

第２ボディ１２は、下方に向けて小径化する段付円筒状の本体を有し、第１ボディ１０に同軸状に保持されている。第２ボディ１２の上端部外周面にはＯリング２０が嵌着され、下端部外周面にはＯリング２２が嵌着されている。これにより、第１ボディ１０と第２ボディ１２との間隙を介した冷媒の漏洩が防止されている。第２ボディ１２の下端部には弁孔２６（「第１主弁孔」に該当する）が形成され、その下端開口部に弁座２８（「第１弁座」に該当する）が形成されている。第２ボディ１２の導出ポート１６との対向面には、内外を連通させる連通孔３０が形成されている。導入ポート１４、弁孔２６、および導出ポート１６をつなぐ内部通路により、上流側通路と第１下流側通路とをつなぐ第１通路（「第１の主通路」に該当する）が形成されている。

第１ボディ１０の上部に段付円筒状の第３ボディ１３が保持されている。第１ボディ１０の上端部と第３ボディ１３との間にはＯリング２７が介装されており、第１ボディ１０と第３ボディ１３との間隙を介した冷媒の漏洩が防止されている。第３ボディ１３は、その上端部がソレノイド４との接続部となっている。第３ボディ１３の上端部にはＯリング２９が嵌着されている。

第１ボディ１０における導入ポート１４と導出ポート１８との連通部には、円ボス状の弁座形成部３２が設けられている。弁座形成部３２は、第２ボディ１２側に突出し、その内方に弁孔３４（「第２主弁孔」に該当する）が形成されている。また、弁座形成部３２の上端開口縁により弁座３６（「第２弁座」に該当する）が形成されている。導入ポート１４、弁孔３４および導出ポート１８をつなぐ内部通路により、上流側通路と第２下流側通路とをつなぐ第２通路（「第２の主通路」に該当する）が形成されている。弁孔２６と弁孔３４とは同軸状に設けられており、両者の間には弁室３８が形成されている。

ボディ５の内方には弁駆動体４０が配設されている。弁駆動体４０は、ボディ５の中央部を軸線方向に延びる円筒状の本体４２と、本体４２の下端部に一体に設けられた弁体４４（「主弁体」として機能する）と、本体４２の上部に一体に設けられたピストン４６と、本体４２の軸線方向中間部に半径方向外向きに突設された区画部４８とを有する。本実施形態において、本体４２はアルミニウム合金からなる。本体４２は、第２ボディ１２を貫通するように設けられている。本体４２を軸線方向に貫通するようにパイロット通路５０が形成されている。本体４２の上端部の内径がやや縮径されてパイロット弁孔４９が形成され、その上端開口部にパイロット弁座５１が形成されている。

弁体４４は、本体４２の下端部に外挿固定される支持部材５２およびガイド部材５４と、支持部材５２の上面に支持されるパッキン５６（「第１シール部材」として機能する）と、支持部材５２の下面に支持されるパッキン５８（「第２シール部材」として機能する）とを含む。本実施形態において、支持部材５２およびガイド部材５４はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。パッキン５６，５８は、リング状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。弁体４４は、弁室３８内を変位し、パッキン５６が弁座２８に着脱することにより第１の弁部を開閉し、パッキン５８が弁座３６に着脱することにより第２の弁部を開閉する。

ガイド部材５４は、支持部材５２を下方から支持する円板状の本体と、その本体の周縁部から下方に延設された複数の脚部６０（同図には１つのみ表示）とを有し、弁孔３４の内周面によって摺動可能に支持されている。弁室３８には、弁体４４を外側から包囲するように円筒状のストレーナ６２が配設されている。ストレーナ６２は、弁室３８への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。

ピストン４６は、第２ボディ１２と第３ボディ１３とに囲まれる空間を高圧室６４と背圧室６６とに区画する「区画部」として機能する。高圧室６４は、第２ボディ１２に設けられた連通路６７（「冷媒導入路」として機能する）を介して導入ポート１４に連通する。背圧室６６は、ソレノイド４の内部に連通する。弁孔２６の下流側は低圧室６３となって導出ポート１６に連通し、弁孔３４の下流側は低圧室６５となって導出ポート１８に連通する。導入ポート１４と導出ポート１８とを連通路６７，高圧室６４，背圧室６６，パイロット通路５０および低圧室６５を介してつなぐ通路により「副通路」が形成されている。ピストン４６は、第３ボディ１３の内周面にて構成されたガイド孔７３に摺動可能に支持されている。弁駆動体４０は、ピストンリング７２と脚部６０とがボディ５の内周面に摺動可能に支持され、弁部の開閉方向に安定に動作する。

ピストン４６は、その本体がピストン本体６８と支持体７０とに軸線方向に分割され、両者の間にピストンリング７２を挟持するようにして構成される。本実施形態において、ピストン本体６８および支持体７０はアルミニウム合金からなり、ピストンリング７２はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる。ピストン本体６８は、下方に向けて段階的に小径化する段付円板状をなし、本体４２の上部に同軸状に圧入され固定されている。ピストン本体６８には、高圧室６４と背圧室６６とを連通させる小径の連通路７４が形成されている。ピストン本体６８の上端部には、半径方向外向きに延出してピストンリング７２の上面に当接するフランジ部が設けられている。

支持体７０は、段付円環状をなし、ピストン本体６８の小径の下半部に外挿されるように嵌合している。支持体７０の上端部には、半径方向外向きに延出してピストンリング７２の下面に当接するフランジ部が設けられている。支持体７０と第２ボディ１２との間には、ピストン４６を上方に付勢するスプリング７６が介装されている。スプリング７６は、支持体７０をピストン本体６８に対して近接させる方向に付勢する「付勢部材」として機能する。ピストン本体６８および支持体７０の各フランジ部は、ガイド孔７３の内径よりもやや小さい外径を有する。

ピストンリング７２は、ピストン本体６８と支持体７０とにより形成される凹部に嵌合する態様で両者の間に組み付けられる。ピストン本体６８の外周面とピストンリング７２の内周面との間には、テンションリング７８が介装されている。テンションリング７８は、ばね鋼からなり、ピストンリング７２を内方から半径方向外向きに付勢する。これにより、ピストンリング７２がガイド孔７３に押し付けられ、適度な摺動抵抗を得る。すなわち、ピストン４６は、ピストンリング７２の位置にてガイド孔７３に摺動可能に支持される。なお、本実施形態では、このピストン４６の特殊な組み付け構造によりシール性を向上させているが、その詳細については後述する。

第２ボディ１２の上端開口部には、第１の弁部が閉弁状態となるときに区画部４８に密着してその有効受圧面積を調整する受圧調整部材５３が配設されている。受圧調整部材５３は、リング状をなす薄膜状の弾性体（例えばゴム）からなる。第２ボディ１２の上端部には係止リング５５が圧入されている。受圧調整部材５３は、その外周端部の厚肉部が第２ボディ１２と係止リング５５との間に挟まれるようにして支持されている。

一方、ソレノイド４は、第３ボディ１３の上端部に組み付けられた段付円筒状のスリーブ８０と、スリーブ８０の上端開口部を閉止するように組み付けられた有底円筒状のコア８２（固定鉄心）を有する。スリーブ８０は非磁性であり、コア８２とともに内部の圧力室を閉止するキャンを構成する。スリーブ８０内には円柱状のプランジャ８４（可動鉄心）が収容されている。プランジャ８４は、コア８２と軸線方向に対向配置されている。

第１ボディ１０の上端開口部に環状の固定部材８６を締結することにより、スリーブ８０が第３ボディ１３に対して固定されている。すなわち、スリーブ８０の下端部には半径方向外向きに突出するフランジ部が設けられ、固定部材８６がそのフランジ部を上方から押さえるように組み付けられている。一方、固定部材８６の外周には雄ねじ部が形成され、第１ボディ１０の上端開口部には雌ねじ部が形成されている。このため、スリーブ８０の下端部を第３ボディ１３の上端部に組み付けた状態で固定部材８６を第１ボディ１０に螺合することで、スリーブ８０を安定に固定することができる。スリーブ８０と第３ボディ１３との間にはＯリング２９が介装されており、両者の間隙を介した冷媒の漏洩が防止されている。

スリーブ８０の外周部にはボビン８８が設けられ、そのボビン８８に電磁コイル９０が巻回されている。そして、電磁コイル９０を上下に挟むように一対の端部材９２が設けられている。端部材９２は、磁気回路を構成するヨークとしても機能する。電磁コイル９０からは図示しない通電用のハーネスが引き出されている。

コア８２の下端部には下方に向かって内径が大きくなるテーパ面が形成されている。一方、プランジャ８４の上端部には、上方に向かって外径が小さくなるテーパ面が形成されている。また、プランジャ８４の上端部中央には、コア８２に対して挿抜される小径部９５が設けられている。すなわち、プランジャ８４とコア８２との対向面を相補形状のテーパ面とし、さらにプランジャ８４の一部をコア８２に対して挿抜させる構成とすることで、プランジャ８４のストロークを大きく確保しつつ、十分な磁気吸引力が得られるようにされている。また、小径部９５の外周面には比較的大きな凹溝９６が設けられており、プランジャ８４とコア８２との半径方向の磁気漏洩が抑制されている。このような構成により、ソレノイド４による吸引力が効率よくかつ安定的に得られるようにされている。

プランジャ８４の下端中央部から下方に向けてパイロット弁体９８が延設されている。また、プランジャ８４を軸線方向に貫通する連通路１０２と、プランジャ８４を径方向に貫通する連通路１０４と、プランジャ８４の外周面に沿った軸線に平行な連通溝１０６とが形成されている。これらの連通路１０２，１０４および連通溝１０６は互いに連通している。このような構成により、コア８２とプランジャ８４との間の空間と背圧室６６との連通状態が維持される。コア８２とプランジャ８４との間には、両者を離間させる方向に付勢するスプリング１０８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

パイロット弁体９８は、プランジャ８４と同軸状に一体化され、下端部に凹状の嵌合部１１６が設けられ、円板状のシール部材１１２が嵌合している。本実施形態において、シール部材１１２はゴムからなる。嵌合部１１６の下端部が内方に加締められることによりシール部材１１２が固定支持されている。嵌合部１１６には、連通路１０２が連通する。パイロット弁体９８のシール部材１１２がパイロット弁座５１に着脱することにより、パイロット弁８を開閉する。なお、嵌合部１１６の加締め部は、弁駆動体４０の上端部に係止されるストッパ１１８を構成する。

コア８２の下端中央部には、リング状のストッパ１２０が嵌着されている。ストッパ１２０は、弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、「緩衝部材」として機能する。すなわち、ソレノイド４を非通電状態から通電状態（オフからオン）に切り替えると、プランジャ８４がコア８２に向けて軸線方向上方に変位するが、ストッパ１２０がそのときの衝撃を吸収することで、プランジャ８４がコア８２に直接係止される場合よりも衝突音の発生が抑制される。

以上のような構成において、導入ポート１４から導入された上流側の圧力Ｐ１（「上流側圧力Ｐ１」という）は、第１通路において主弁６を経ることで圧力Ｐ２（「下流側圧力Ｐ２」という）となる一方、第２通路において主弁６を経ることで圧力Ｐ３（「下流側圧力Ｐ３」という）となる。また、上流側圧力Ｐ１は、連通路６７を通って高圧室６４に導入され、連通路７４を通過することで背圧室６６にて中間圧力Ｐｐとなり、さらにパイロット弁８を経ることで下流側圧力Ｐ３となる。

ここで、本実施形態においては、弁孔２６の有効受圧径Ａ（シール部径）と区画部４８の有効受圧径Ｂ（シール部径）とが等しく設定されているため、第１の弁部が閉弁状態となるときに、弁駆動体４０に作用する下流側圧力Ｐ２の影響がキャンセルされる（図２参照）。特に、受圧調整部材５３を設けたことがその圧力キャンセルを厳密に実現する。すなわち、第１の弁部が閉弁状態となるときに、受圧調整部材５３の下面と区画部４８の上面とが密着し、正確な圧力キャンセルを実現する。

以上のように構成された制御弁１は、ソレノイド４への通電状態に応じて冷媒の流通路を切り替えるパイロット作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。図２は、制御弁の動作状態を表す説明図である。図２は、ソレノイド４がオンにされた通電状態を表している。なお、既に説明した図１は、ソレノイド４がオフにされた非通電状態を表している。

図１に示すように、ソレノイド４がオフにされた状態ではソレノイド力が作用しないため、スプリング１０８によってパイロット弁体９８が閉弁方向に付勢され、パイロット弁８が閉弁状態となる。このとき、上流側からの冷媒が連通路７４を介して背圧室６６に導入されるため、中間圧力Ｐｐは上流側圧力Ｐ１となる。その結果、弁駆動体４０が中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ３の差圧（Ｐｐ−Ｐ３）により下方に付勢される。それにより、主弁６については第１の弁部が開弁状態となり、第２の弁部が閉弁状態となる。すなわち、図示のように第１通路が開放されて第２通路が閉じられた状態が実現され、導入ポート１４から導入された冷媒は、導出ポート１６から導出されるようになる。

一方、ソレノイド４がオンにされると、図２に示すように、ソレノイド力によってプランジャ８４とコア８２との間に吸引力が作用するため、パイロット弁体９８が開弁方向に付勢され、パイロット弁８が開弁状態となる。このとき、背圧室６６の冷媒がパイロット通路５０を介して下流側に導出されて中間圧力Ｐｐが低下するため、弁駆動体４０が上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐ１−Ｐｐ）により上方に付勢される。それにより、主弁６については第１の弁部が閉弁状態となり、第２の弁部が開弁状態となる。その結果、図示のように第２通路が開放され、第１通路が閉じられた状態が実現される。すなわち、導入ポート１４から導入された冷媒は、導出ポート１８から導出されるようなる。

次に、制御弁１における特徴的構成および作用について詳細に説明する。
図３は、弁駆動体４０およびその周辺構成を示す部分拡大図である。本実施形態では、ピストン本体６８を上下に貫通する連通路７４が特殊な形状を有する。すなわち、連通路７４は、背圧室６６に開口する小径のオリフィス１４２（リーク通路）と、高圧室６４に開口する大径の連通孔１４４とを上下に接続して構成されている。オリフィス１４２の径は、パイロット弁孔４９の径よりも十分に小さくされている。一方、連通孔１４４の径は、パイロット弁孔４９の径よりも十分に大きくされている。

このように、連通路７４の上流側部分である連通孔１４４の断面を大きくし、連通路７４の下流側部分であるオリフィス１４２の断面を小さくすることにより、液冷媒が背圧室６６へ導入され難くしている。すなわち、連通路７４の上流側に大径の連通孔１４４を設けて高圧室６４に開口させることで、連通路７４に毛細管現象を生じ難くし、高圧室６４の冷媒中の液分（つまり液冷媒）が上方へ引き込まれ難くしている。

すなわち、仮に本実施形態と異なり、連通路７４がオリフィス１４２のみにより形成される場合、又は連通路７４の上流側にオリフィス１４２が形成される場合には、高圧室６４に対して小径の通路が開口することになる。このような構成では、そのオリフィス１４２による毛細管現象により、高圧室６４の冷媒中の液分（つまり液冷媒）が上方へ引き込まれ易くなる。このとき、液冷媒の表面張力によりその背圧室６６への導入が促進され、ピストン４６上に液冷媒が溜まり易くなり、従来の問題を生じさせる可能性がある。

これに対し、本実施形態によれば、液冷媒の表面張力による引き込み作用が大径の連通孔１４４によって抑制される。すなわち、上方のオリフィス１４２を介した背圧室６６へのガス冷媒の導入を促進しつつ、液冷媒の導入を抑制することができる。その結果、背圧室６６の圧力が過大となることもなく、連通路７４のオリフィス径を小さく維持したまま弁体４４の作動を円滑に保つことができる。すなわち、パイロット作動式の制御弁１（電磁弁）を、ソレノイド４の大型化を伴うことなく円滑に作動させることができる。

本実施形態では、第２ボディ１２の連通路６７についても同様の構成を適用している。すなわち、連通路６７が相対的に小径の小径通路部１３２（「第１通路部」として機能する）と、相対的に大径の大径通路部１３４（「第２通路部」として機能する）とを上下に接続して構成されている。小径通路部１３２は上方で高圧室６４に開口し、大径通路部１３４は下方で弁室３８に開口する。本実施形態では、小径通路部１３２の径と連通孔１４４の径とを等しくしているが、小径通路部１３２の径を連通孔１４４の径よりも大きくしてもよい。大径通路部１３４の径は、小径通路部１３２の径の２倍以上と十分に大きくされている。これにより、導入ポート１４から高圧室６４へ向かう冷媒についても液冷媒が導入され難くしている。すなわち、本実施形態では、連通路６７および連通路７４に同様の機能をもたせ、背圧室６６への液冷媒の侵入を２段階に抑制している。

ピストン４６は、本体４２の上部に突設された係止部１５０と止め輪１５２との間にピストン本体６８が挟まれるようにして支持されている。一方、弁体４４は、本体４２の下部に突設された係止部１５４と止め輪１５６との間に挟まれるようにして支持されている。本体４２は、その上端部が背圧室６６に突出し、下端部が低圧室６５に突出している。本実施形態では、ピストン４６に対する本体４２の上端の高さ（オリフィス１４２の上側開口端に対するパイロット弁座５１の高さｈ）を十分に低くし、仮に背圧室６６に液冷媒が導入されたとしても、パイロット弁８が開弁された際にパイロット通路５０を介して排出され易くしている。なお、本実施形態では図示のように、本体４２の上端部をピストン本体６８の上方に突出させているが、例えばピストン本体６８の上端中央部に凹部を設けるなどして、パイロット弁座５１をオリフィス１４２の上側開口端と同一平面上又はそれより低い位置に設けるようにしてもよい。このような構成により、仮に背圧室６６に液冷媒が導入されてピストン４６上に溜まったとしても、パイロット弁８が開弁された際にパイロット通路５０を介して容易に排出することができる。

また、本実施形態では、導入ポート１４に対するピストン４６の位置を十分に高くしている。すなわち、図示のようにピストン４６が下死点（第２の弁部が閉弁となる状態）に位置しても、高圧室６４の容積が背圧室６６の容積よりも大きく保てるように設定されている。これにより、導入ポート１４から導入された冷媒のうち、液冷媒が背圧室６６に到達し難くしている。以上のように、連通路７４および連通路６７の形状やピストン４６の配置による相乗効果によって液冷媒が背圧室６６に導入され難くする一方、パイロット弁座５１を低くすることで、仮に液冷媒が背圧室６６に導入されたとしても排出され易くしている。それにより、背圧室６６の圧力が過大となることなく、連通路７４のオリフィス径を小さく維持したまま弁体４４の作動を円滑に保つことができるようにしている。

図４は、弁駆動体のピストンにおけるシール構造を示す部分拡大図である。図４（Ａ）はピストン周辺の構造を示し、図４（Ｂ）はピストンの組み付け工程を示す。図４（Ａ）に示すように、ピストン４６は、ピストン本体６８と支持体７０との間にピストンリング７２を挟持するようにして構成される。ピストン本体６８は、ピストンリング７２が外挿される大径部１６８と、支持体７０が外挿される小径部１７０を有する。大径部１６８の上方にフランジ部１７２が連設されている。一方、支持体７０は、小径部１７０に外挿される環状の本体１７４と、本体１７４の上部から半径方向外向きに延設されたフランジ部１７６を有する。スプリング７６の上端はフランジ部１７６に支持されている。ピストン４６の組み付けに際しては、図４（Ｂ）に示すように、ピストン本体６８に対してテンションリング７８、ピストンリング７２、支持体７０が順次組み付けられる。

図４（Ａ）に示すように、大径部１６８の高さｈ１は、ピストンリング７２の高さｈ２よりもやや小さくされている。テンションリング７８の高さは、ピストンリング７２の高さｈ２よりもやや小さくされている。その結果、ピストン本体６８と支持体７０との間に軸線方向に所定のクリアランスＣＬが形成される。これにより、ピストンリング７２がその上端面にてフランジ部１７２に、下端面にてフランジ部１７６に確実に当接するようにされている。つまり、ピストン本体６８と支持体７０とによりピストンリング７２が確実に挟持されるようにされている。

図示を省略するが、ピストンリング７２は、周方向の１箇所が開放されており、その周方向の一端および他端が係合して環状となるように構成され、半径方向に所定量変形可能とされている。一方、テンションリング７８はＣ字状の横断面を有し、半径方向外向きに付勢力を発生させる板ばねから構成される。このような構成により、図４（Ａ）に示されるようにピストン４６が組み付けられると、テンションリング７８がピストンリング７２を内方から半径方向外向きに押圧する。それにより、ピストンリング７２とガイド孔７３との間に適度な摺動力が得られるようになる。

本実施形態によれば、上述のようにピストン４６を構成したことにより、ピストン４６に作用する差圧ΔＰが小さい領域から大きい領域に到るまで冷媒の洩れ量を少なくすることができる。すなわち、本実施形態では図４（Ａ）に示したように、ピストン４６をピストン本体６８と支持体７０とに分割してその間にピストンリング７２を挟むようにし、差圧（Ｐ１−Ｐｐ）のみならず、スプリング７６の付勢力によってもその挟持力が得られる構成とした。このため、特に差圧（Ｐ１−Ｐｐ）が小さいときにおいてもピストンリング７２の上下面をピストン本体６８および支持体７０のそれぞれに常に当接（密着）させることができ、ピストン４６におけるピストンリング７２の嵌合部の隙間を介した冷媒の漏洩が抑制される。

なお、図４（Ｂ）に示すように、ピストン本体６８の上端周縁部には、フランジ部１７２の上面に対して所定角度θをなすテーパ面１７３が形成されている。これは、ピストン４６が上死点に位置しても、そのピストン４６の上側の受圧面が十分に機能するようにしたものである。すなわち、ピストン４６の上死点は、ピストン本体６８の上端が第３ボディ１３の上底面に係止されることにより規定される（図２参照）。このようにピストン４６が上死点に位置してもその上方に背圧室６６を確保し、差圧（Ｐ１−Ｐｐ）を正確に受圧できるようにしたものである。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る電磁弁の具体的構成を表す断面図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

制御弁２０１は、第１実施形態と同様にパイロット作動式の電磁弁であるが、二方弁として構成されている点で第１実施形態とは異なる。制御弁２０１は、冷媒の一方向への流れを許容又は遮断するものである。制御弁２０１は、弁本体２０２とソレノイド４とを軸線方向に組み付けて構成される。弁本体２０２のボディ２０５には、上流側通路と下流側通路とを連通または遮断する主弁２０６と、主弁２０６の開閉状態を制御するパイロット弁８が組み込まれている。

ボディ２０５は、第１ボディ２１０の上部に第２ボディ２１３を組み付けて構成されている。本実施形態において、第１ボディ２１０はアルミニウム合金からなり、第２ボディ２１３はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。第２ボディ２１３は、第１実施形態の第３ボディ１３と同様の構成を有する。第１ボディ２１０の一方の側面には上流側通路につながる導入ポート１４が設けられ、第１ボディ２１０の反対側の側面にはその下部に下流側通路につながる導出ポート２１８が設けられている。上流側通路と下流側通路とをつなぐ通路が「主通路」を構成する。弁孔３４の上流側の弁室３８は、高圧室６４としても機能する。

ボディ２０５の内方には弁駆動体２４０が配設されている。弁駆動体２４０は、下方に向けて段階的に縮径される段付円筒状の本体を有し、その本体の上部がピストン２４６を構成し、下部が弁体２４４（「主弁体」として機能する）を構成する。弁駆動体２４０を軸線方向に貫通するようにパイロット通路５０が形成されている。パイロット通路５０の上部の内径がやや縮径されてパイロット弁孔４９が形成され、その上端開口部にパイロット弁座５１が形成されている。弁体２４４は、パッキン５８とガイド部材５４を有し、パッキン５８が弁座３６に着脱することにより主弁２０６を開閉する。

ピストン２４６は、第１ボディ２１０と第２ボディ２１３とに囲まれる空間を高圧室６４と背圧室６６とに区画する「区画部」として機能する。高圧室６４は導入ポート１４に連通する。弁駆動体２４０は、ピストンリング７２と脚部６０とがボディ２０５の内周面に摺動可能に支持され、主弁２０６の開閉方向に安定に動作する。

ピストン２４６は、ピストン本体２６８と支持体２７０とに軸線方向に分割され、両者の間にピストンリング７２を挟持するようにして構成される。支持体２７０は、円環状をなし、ピストン本体２６８の小径の下半部に外挿されるように嵌合している。ピストン本体２６８には、高圧室６４と背圧室６６とを連通させる連通路２７４が形成されている。連通路２７４の上端部に小円筒からなる通路形成部材２８０が圧入され、その通路形成部材２８０の内部通路によりオリフィス１４２が形成されている。

すなわち、ピストン本体２６８を上下に貫通するように連通路２７４が設けられている。連通路２７４は、背圧室６６に開口する小径のオリフィス１４２（リーク通路）と、高圧室６４に開口する大径の連通孔１４４とを上下に接続して構成されている。オリフィス１４２の径は、パイロット弁孔４９の径よりも十分に小さくされている。連通孔１４４の下端部は、弁駆動体２４０の側方に開口し、高圧室６４と連通している。弁駆動体２４０には、連通孔１４４の下端開口部を外側から包囲するように円筒状のストレーナ２６２が配設されている。ストレーナ２６２は、背圧室６６への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。

このように、本実施形態においても連通路２７４の上流側部分である連通孔１４４の断面を大きくし、連通路２７４の下流側部分であるオリフィス１４２の断面を小さくすることにより、液冷媒が背圧室６６へ導入され難くしている。その結果、背圧室６６の圧力が過大となることもなく、連通路２７４のオリフィス径を小さく維持したまま弁体２４４の作動を円滑に保つことができる。すなわち、パイロット作動式の制御弁２０１（電磁弁）を、ソレノイド４の大型化を伴うことなく円滑に作動させることができる。

また、図示のように、オリフィス１４２の上側開口端に対するパイロット弁座５１の高さを十分に低くしたため、仮に背圧室６６に液冷媒が導入されてピストン２４６上に溜まったとしても、パイロット弁８が開弁された際にパイロット通路５０を介して容易に排出することができる。

以上のように構成された制御弁２０１は、ソレノイド４への通電状態に応じて冷媒の流通路を切り替えるパイロット作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について説明する。図６は、制御弁の動作状態を表す説明図である。図６は、ソレノイド４がオンにされた通電状態を表している。なお、既に説明した図５は、ソレノイド４がオフにされた非通電状態を表している。

図５に示すように、ソレノイド４がオフにされた状態ではソレノイド力が作用しないため、パイロット弁８が閉弁状態となる。このとき、上流側からの冷媒が連通路２７４を介して背圧室６６に導入されるため、中間圧力Ｐｐは上流側圧力Ｐ１となる。その結果、弁駆動体２４０が中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ３の差圧（Ｐｐ−Ｐ３）により下方に付勢される。それにより、主弁２０６閉弁状態となる。

一方、ソレノイド４がオンにされると、図６に示すように、ソレノイド力によってプランジャ８４とコア８２との間に吸引力が作用するため、パイロット弁８が開弁状態となる。このとき、背圧室６６の冷媒がパイロット通路５０を介して下流側に導出されて中間圧力Ｐｐが低下するため、弁駆動体２４０が上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐ１−Ｐｐ）により上方に付勢される。それにより、主弁２０６が開弁状態となり、導入ポート１４から導入された冷媒は、導出ポート２１８から導出されるようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、制御弁として、ソレノイドの非通電時にパイロット弁を閉じる常閉弁として構成した例を示した。変形例においては、ソレノイドの非通電時にパイロット弁を開く常開弁としてもよい。例えば、図１，図５等に示した構成において、プランジャとコアとの位置を上下入れ替え、パイロット弁体をコアを貫通するように設けることで実現することができる。

上記実施形態では、制御弁を、１つの導入ポートに対して２つの導出ポートを有する三方弁、又は１つの導入ポートに対して１つの導出ポートを有する二方弁として構成する例を示した。変形例においては、２つの導入ポートに対して２つの導出ポートを有する四方弁として構成することもできる。

上記実施形態では、制御弁を電気自動車の冷暖房装置に適用する例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車の冷暖房装置にも適用可能であることは言うまでもない。さらに、車両に限らず電気駆動弁を搭載する装置に適用可能であり、また、水やオイルなど冷媒以外の流体が流れる装置に適用可能であることはもちろんである。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、 ４ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ 主弁、 ８ パイロット弁、 １４ 導入ポート、 １６，１８ 導出ポート、 ２６，３４ 弁孔、 ３８ 弁室、 ４０ 弁駆動体、 ４４ 弁体、 ４６ ピストン、 ４９ パイロット弁孔、 ５０ パイロット通路、 ６３ 低圧室、 ６４ 高圧室、 ６５ 低圧室、 ６６ 背圧室、 ６７，７４ 連通路、 ９８ パイロット弁体、 １３２ 小径通路部、 １３４ 大径通路部、 １４２ オリフィス、 １４４ 連通孔、 ２０１ 制御弁、 ２０５ ボディ、 ２０６ 主弁、 ２１８ 導出ポート、 ２４０ 弁駆動体、 ２４４ 弁体、 ２４６ ピストン。

Claims (2)

1. パイロット作動式の電磁弁において、
   冷媒を導入する導入ポートと、冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ主通路に設けられた主弁孔とを有するボディと、
   前記ボディの上端開口部を封止するように取り付けられたソレノイドと、
   前記導入ポートに連通する高圧室と背圧室とを区画するピストンと、前記主弁孔に接離して主弁を開閉する主弁体とを上下に連結して構成され、前記導出ポートに連通する低圧室と前記背圧室とを連通させるパイロット通路が貫通形成された弁駆動体と、
   前記ソレノイドのプランジャに一体に設けられ、前記パイロット通路の上端部に設けられたパイロット弁孔に上方から接離してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、
   を備え、
   前記ピストンには、前記高圧室と前記背圧室とを連通させる連通路が形成され、
   前記連通路は、前記背圧室に開口するオリフィスと、そのオリフィスよりも大きな断面の連通孔とを上下に接続して構成されていることを特徴とする電磁弁。
2. パイロット作動式の電磁弁において、
   冷媒を導入する導入ポートと、冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ主通路に設けられた主弁孔とを有するボディと、
   前記ボディの上端開口部を封止するように取り付けられたソレノイドと、
   前記導入ポートに連通する高圧室と背圧室とを区画するピストンと、前記主弁孔に接離して主弁を開閉する主弁体とを上下に連結して構成され、前記導出ポートに連通する低圧室と前記背圧室とを連通させるパイロット通路が貫通形成された弁駆動体と、
   前記ソレノイドのプランジャに一体に設けられ、前記パイロット通路の上端部に設けられたパイロット弁孔に上方から接離してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、
   を備え、
   前記ボディ内に前記導入ポートと前記高圧室とを連通させる冷媒導入路が設けられ、
   前記冷媒導入路は、前記高圧室に開口する第１通路部と、その第１通路部よりも大きな断面の第２通路部とを上下に接続して構成されていることを特徴とする電磁弁。

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