JP5802539B2 - 複合弁 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷暖房システム等に使用するのに好適な複合弁に係り、特に、パイロット式の大流量用制御弁と小流量用制御弁とを備えた複合弁に関する。

ヒートポンプ式冷暖房システムとしては、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁及び冷媒流路切換（反転）用の四方弁を備えたものが知られている。

一方、車両用（例えば電気自動車用）のヒートポンプ式冷暖房システムとして、例えば特許文献１の図１に見られるように、冷媒の流れを反転させず、また冷房用膨張弁及び暖房用膨張弁を個別に備えたシステムが提案されている。

このようなシステムでは冷媒の流れを反転させないので、例えば同文献の図１に示される暖房用膨張弁（符号２４）に着目すると、この暖房用膨張弁に対して並列に冷房用電磁弁（符号２６）が設けられ、暖房時には冷房用電磁弁を閉じて暖房用膨張弁により冷媒を絞り、冷房時には冷房用電磁弁を開として暖房用膨張弁の入出口をバイパスさせ、該膨張弁に冷媒の絞りを行わせない構成となっている。

ところで、これらの膨張弁及びバイパス用の電磁弁を冷房用及び暖房用にそれぞれ設けると、システムが大型化するとともに、配管組付コスト等が高くなり、さらに消費電力も大きくなる等のおそれがある。

そこで、これらの機能を一つの電動弁で達成することが考えられる。すなわち、例えば暖房時には電動弁により冷媒を絞り、冷房時には電動弁を全開とすればよいことになる。

ここで、図８を用いて従来の電動弁の一例を説明する。
図示例の電動弁１’は、下側軸部２５ａと上側小径軸部２５ｂを有する弁軸２５と、弁室４１を有する弁本体４０と、この弁本体４０にその下端部が密封接合されたキャン６０と、このキャン６０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０（回転軸線Ｏ）と、このロータ３０を回転駆動すべく前記キャン６０に外嵌されたステータ５０Ａと、を備えている。

前記弁軸２５は、その下側軸部２５ａの下端部に特定形状（それぞれ所定の中心角を持つ二段の逆円錐台状）の弁体部４４が一体に設けられており、本電動弁１’では、この弁体部４４のリフト量を変化させることにより冷媒の通過流量を制御するようになっている。

前記弁本体４０の弁室４１には、その下部に前記弁体部４４が接離する弁口（オリフィス）４３付き弁座４２が設けられるとともに、その側部に第１入出口５’が開口せしめられ、また、弁本体４０の下部には、前記弁口４３に連なって第２入出口６’が設けられている。

前記ステータ５０Ａは、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及び樹脂モールドカバー５６等で構成され、前記ロータ３０やステータ５０Ａ等でステッピングモータ５０が構成され、該ステッピングモータ５０や後述する送りねじ（雌ねじ部３８、雄ねじ部４８）等で前記弁口４３に対する弁体部４４のリフト量（＝開度）を調整するための昇降駆動機構が構成される。

前記ロータ３０には、支持リング３６が一体的に結合されるとともに、この支持リング３６に、ガイドブッシュ４６の外周に配在された下方開口で筒状の弁軸ホルダ３２の上部突部が例えばかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。

また、弁本体４０の上部に設けられた嵌合穴４９には、筒状のガイドブッシュ４６の下端部が圧入固定され、このガイドブッシュ４６には弁軸２５（の下側軸部２５ａ）が摺動自在に内挿されている。また、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁軸２５（弁体部４４）を昇降させるべく、前記ガイドブッシュ４６の外周に雄ねじ部４８が形成され、前記弁軸ホルダ３２の内周には雌ねじ部３８が形成されており、それら雄ねじ部４８と雌ねじ部３８とで送りねじが構成されている。

また、前記ガイドブッシュ４６の上部小径部４６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部中央（に形成された通し穴）に弁軸２５の上側小径軸部２５ｂが挿通せしめられている。弁軸２５の上側小径軸部２５ｂの上端部にはプッシュナット３３が圧入固定されている。

また、前記弁軸２５は、該弁軸２５の上側小径軸部２５ｂに外挿され、かつ、弁軸ホルダ３２の天井部と弁軸２５における下側軸部２５ａの上端段丘面との間に縮装された圧縮コイルばねからなる閉弁ばね３４によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。弁軸ホルダ３２の天井部上でプッシュナット３３の外周には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。

前記ガイドブッシュ４６には、前記ロータ３０が所定の閉弁位置まで回転下降せしめられた際、それ以上の回転下降を阻止するための回転下降ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）４７が固着され、弁軸ホルダ３２には前記ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。

なお、前記閉弁ばね３４は、弁体部４４が弁口４３に着座する閉弁状態において所要のシール圧を得るため（漏れ防止）、及び、弁体部４４が弁口４３に衝接した際の衝撃を緩和するために配備されている。

このような構成とされた電動弁１’にあっては、モータ５０（ステータ５０Ａ）に第１態様で通電励磁パルスを供給することにより、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体部４４が弁座４２に押し付けられて弁口４３が閉じられる。

弁口４３が閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体４７に衝接しておらず、弁体部４４が弁口４３を閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。この場合、弁軸２５（弁体部４４）は下降しないが、弁軸ホルダ３２は下降するため、閉弁ばね３４が所定量圧縮せしめられ、その結果、弁体部４４が弁座４３に強く押し付けられるとともに、弁軸ホルダ３２の回転下降により、上ストッパ体３７が下ストッパ体４７に衝接し、その後ステータ５０Ａに対するパルス供給が続行されても弁軸ホルダ３２の回転下降は強制的に停止される（全閉状態）。

一方、この全閉状態からステータ５０Ａに第２態様で通電励磁パルスを供給すると、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動する。この場合、弁軸ホルダ３２の回転上昇開始時点（パルス供給開始時点）では、閉弁ばね３４が前記のように所定量圧縮せしめられているので、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長するまでは、前記弁体部４４が弁座４２からは離れず閉弁状態（リフト量＝０）のままである。そして、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長した後、弁軸ホルダ３２がさらに回転上昇せしめられると、前記弁体部２４が弁座４２から離れて弁口４３が開かれ、冷媒が弁口４３を通過する。

この場合、ロータ３０の回転量により弁体部４４のリフト量、言い換えれば、弁口４３の実効開口面積（＝開度）を任意にきめ細かく調整することができ、ロータ３０の回転量は供給パルス数により制御されるため、冷媒流量を高精度に制御することができる。

したがって、かかる構成の電動弁１’を、前述した特許文献１に示される膨張弁及びバイパス用電磁弁の両機能を有する電動弁として採用する場合には、例えば、冷房運転時には、バイパス用電磁弁として機能させるべく圧力損失を可及的に低減するように最大開度（最大リフト量）とし、暖房運転時には、膨張弁として機能させるべくその開度（リフト量）を調整し、弁開度すなわち冷媒流量をきめ細かく制御するようにされる。

ところが、当該電動弁１’では、小流量領域における流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化とは二律背反するものとなる。すなわち、当該電動弁１’を膨張弁として機能させるには、小流量領域において高い流量制御精度を確保する必要があり、それには、流量制御の分解能を高くすることが要求されるので、弁口径（実効開口面積）をなるべく小さくすることが必要となる。それに対し、バイパス用電磁弁として機能させるには、圧力損失を可及的に抑えることが要求されるので、弁口径をさほど小さくする（配管系の実効通路断面積より小さくする）ことはできない。言い換えれば、弁口径を小さくすると、小流量領域における流量制御精度は高くできるが、システム中に流す冷媒の流量（制御可能流量）を増大させようとすると、弁開度を最大にしても弁口部分が抵抗となって圧力損失が大きくなり、逆に、弁口径を大きくすると、制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）は図れるものの、小流量領域での流量制御精度が低下し、加えて、弁口径に合わせて弁体等を大きくしなければならず、弁体の駆動に大きなトルクが必要となり、大型化、消費電力の増大等を招くおそれがある。

さらに、小流量領域における流量制御精度の向上を図るべく分解能を高く（例えばロータ１回転あたりの弁体リフト量を小さく）すると、小流量制御状態から全開（流路バイパス状態）に至るまでに長時間を要し、また、小流量制御時の開口隙間（弁体部と弁口壁面との間の隙間）が非常に狭くなって、その隙間に異物等が噛み込まれて詰まるおそれがある。

そこで、小流量領域における流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立、小流量制御状態から全開状態に至るまでにの所要時間の短縮化、及び消費電力の低減化等を図るべく、下記特許文献２には、パイロット式の大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）を設けること、より詳細には、ピストン型の第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、該第１弁体とは別体の、前記弁軸（２５）の下部に設けられたニードル型の第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、前記小流量用第２制御弁を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにした複合弁が開示されている。

この複合弁では、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が所定量以下のとき（第２制御弁開度が所定値以下のとき）は、第１弁体が第１弁口を閉じ、第２弁体により小流量用第２制御弁開度が制御される小流量制御状態となる。このときは、第２弁体のリフト量（第２制御弁開度）に応じた量の冷媒が、流入口→第１弁室→第１弁体外周面と嵌挿室壁面との間に形成される摺動面間隙→背圧室→パイロット通路→第２弁室→第２弁口→流出通路→流出口へと流れる。そして、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が前記所定量を超えると、背圧室から第２弁口を介して流出する冷媒量が小流量制御時より増加し、背圧室の圧力が下がり、やがて第１弁体に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体が第１弁口を開き、冷媒が流入口→第１弁室→第１弁口→流出口へと流れる大流量制御状態となる。

このように、第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、第２弁体を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにすることにより、一応は小流量領域の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立や消費電力の低減化等を図ることができる。

しかしながら、前記特許文献２に所載の複合弁では、単一の小流量用第２制御弁に小流量領域用の制御弁と大流量用第１制御弁に対するパイロット弁の役目を担わせているため、次のような問題を生じるおそれがある。すなわち、小流量制御から大流量制御に切り換えるには、小流量用第２制御弁を通過する冷媒流量を小流量制御時より大幅に増大させる必要があるため、第２弁口の口径（実効開口面積）等を、小流量制御に必要とされる口径等よりも相当大きく設定する必要がある。そのため、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招きやすくなり、また、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定できず、小流量制御時の流量制御精度をさほど高くすることができない等の問題があった。

さらに、大流量用第１制御弁の開閉が、微妙に変化する第２弁体のリフト量に依存しているため、大流量用第１制御弁の開閉が所望のタイミングで行われないことが少なからずあり、また、小流量制御時においては、冷媒が第１弁体の摺動面間隙→背圧室→パイロット通路を介して流されるので、冷媒中に混入した微小異物による作動不良（例えば前記摺動面間隙に微小異物を噛み込んで第１弁体がロックしてしまうこと等）を引き起こやすいといった問題もある。

そこで、本願の発明者等は、上記問題を解消すべく、先に、特許文献３に記載されたような複合弁を提案している。この複合弁は、ピストン型の第１弁体と、ニードル型の第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動されるパイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記第２弁室とを連通するパイロット通路と、が設けられ、前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成されている。この複合弁においては、第２弁体が設けられた弁軸の昇降手段として、図８に関して説明したような弁軸２５を昇降させるためのアクチュエータを用いることができる。

かかる提案の複合弁では、小流量制御用の第２弁体は、大流量制御用の第１弁体を駆動する為のパイロット弁体とは別個に設けられており、第２弁体が所定量リフトするまでは該第２弁体が小流量制御を行い、第２弁体が所定量リフトした段階でパイロット弁体が引き上げられて第１弁体を駆動するようにしている。このため、小流量用第２制御弁（第２弁体）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁（第１弁体）の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、作動不良を引き起こし難くできる等の優れた効果を奏する。

特許第３７９９７３２号公報 特許第４４１６５２８号公報 特願２０１１−６８４５１号

しかしながら、前記特許文献３に所載の複合弁においても、次のような改善すべき課題があった。すなわち、閉弁状態の第２弁体には、第２弁口を通じてそれを開弁させる方向（押し上げる方向）に第１弁室からの高圧が作用するようにされているので、第２弁体が不所望に開弁しないようにする（小流量用第２制御弁を閉弁状態で維持する）ためには、第２弁体（弁軸）を閉弁方向に付勢する閉弁ばね（図８の符号３４）としてばね荷重が相当大きなものを使用しなければならず、また、第２弁口の口径等が制約される。

ばね荷重が大きな閉弁ばねを使用すると、その閉弁ばねの付勢力に抗して第２弁体をリフトさせるには、それ相応の駆動トルクを発生する電動モータを使用しなければならなくなり、コストアップ、弁全体の大型化、消費電力の増大等を招いてしまう。また、上記のように第２弁口の口径等が制約されると、前記小流量領域の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることが難しくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小流量領域における流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、パイロット式の大流量用第１制御弁と小流量用第２制御弁とを備え、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、第２弁体が不所望に開かれることを確実に防止でき、かつ、コスト低減、小型化、消費電力の低減等を図ることのできる複合弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る複合弁は、基本的には、第１弁体と、第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動されるパイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する連通路と、前記第２弁室と前記流出口とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記流出口とを連通するパイロット通路と、が設けられ、前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成される。

好ましい態様では、前記第１弁体と第２弁体とは、それらの中心線が相互に直交するように配在される。

他の好ましい態様では、前記弁本体に、前記流入口、流出口、及び嵌挿室が横向きに設けられるとともに、前記第２弁室が縦向きに設けられる。

他の好ましい態様では、前記連通路及び第２弁口は、それらの上端が前記第２弁室の底面に開口せしめられた直線状の縦穴で構成される。

他の好ましい態様では、前記パイロット弁体は、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢されるとともに、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされる。

他の好ましい態様では、前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられる。

本発明に係る複合弁では、大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）とに加えて、第２弁体とは別体のパイロット弁体を備え、このパイロット弁体を第２弁体を備えた弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量領域の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。

それに加えて、本発明の複合弁では、第２弁体により開閉される第２弁口は流出口に連通せしめられるとともに、流入口または第１弁室と前記第２弁室とを連通する連通路が設けられて、第１弁室の高圧が第２弁室に導入されるようになっているので、閉弁状態の第２弁体に作用する閉弁力（押し下げる力）の方がそれを押し上げようとする力より相当大きくなるため、第２弁体（弁軸）を閉弁方向に付勢する閉弁ばねのばね荷重を大きくせずとも、第２弁体が不所望に開弁してしまうことを確実に防止でき、第２弁口の口径等に対する制約を緩くでき、その結果、コスト低減、小型化、消費電力の低減等を図ることができる。

さらに、第１弁体１５と第２弁体２４の中心線が相互に直交するように配在する、流入口、流出口、及び嵌挿室を横向きに設けるとともに、第２弁室２１を縦向きに設け、縦穴連通路及び第２弁口を、それらの上端が第２弁室の底面に開口せしめられた直線状の縦穴で構成することなどにより、それら全てを縦向きに配在する場合に比して、冷媒流路が短縮されるため、小型化、圧力損失の一層の低減、加工コストの低減等を図ることができる。

さらにまた、本発明の複合弁では、第１弁室の高圧が導入される第２弁室にパイロット弁体が配在されているので、該パイロット弁体のパイロット弁座閉塞部以外の部分は高圧が印加される。このため、パイロット弁体をパイロット通路を閉じる方向に付勢するばねのばね荷重を大きくせずとも、該パイロット弁体が不所望に開弁してしまうことを確実に防止できる。この結果、パイロット通路１９の内径やパイロット弁座の口径等に対する制約を緩くでき、その結果、コスト低減、小型化、消費電力の低減等を図ることができる。

本発明に係る複合弁の一実施例を示す主要部拡大断面図。 図１のＺ−Ｚ矢視断面図であり、第１の動作状態（全閉状態）を示す。 図１のＺ−Ｚ矢視断面図であり、第２の動作状態（小流量制御状態）を示す。 図１のＺ−Ｚ矢視断面図であり、第３の動作状態（大流量制御状態）を示す。 図１のＸ−Ｘ矢視断面図。 図２における弁本体の下部を適当に切り欠いた概略破断図。 本発明に係る複合弁の一実施例における弁本体に設けられた穴や流路の位置の説明に供される概略部分破断斜視図。 従来の電動弁の一例を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る複合弁の一実施例を示す主要部拡大断面図、図２、図３、図４は、図１のＺ−Ｚ矢視断面図であり、各図は異なる動作状態を示している。また、図５は、図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。図６は、図２における弁本体の下部を適当に切り欠いた概略破断図であり、言い換えれば、図１の紙面上に示された切断面よりも奥側に形成されているパイロット通路１９（上流横孔１９ａ、下流縦短孔１９ｂ）が紙面上に表れるように、図１のＸ−Ｘ線より上側を該Ｘ−Ｘ線から奥側に傾斜して切断した図である。また、図７は、弁本体１０に設けられた穴や流路の位置の説明に供される該弁本体１０の部分破断斜視図である。

なお、実施例の複合弁１のステッピングモータ（アクチュエータ）５０部分は、図８に示される従来の電動弁１’のものとほぼ同じであるので、該部分は省略している。

図示第１実施例の複合弁１は、小流量領域の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、従来例の電動弁１’の弁本体４０（図８）より大きな直方体状の弁本体１０とパイロット式の大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）と、大流量用第１制御弁４Ａの駆動を制御するパイロット弁４Ｃ（パイロット弁体２０、パイロット弁体保持部材２７、パイロット通路１９、パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄ）を備えている。

まず、弁本体１０の構成について説明する。この弁本体１０の概略構成は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に良く示されている。同図に示されるように、弁本体１０の４つの側面（正面１０ａ、後面１０ｂ、左面１０ｃ、右面１０ｄ）のうち、左面１０ｃ側の下部には段付き横穴８が設けられ、正面１０ａ側下部で左右方向中央部付近には、流入口５が横向きで設けられるとともに、後面１０ｂ側下部で左右方向右寄りに流出口６が横向きで設けられ、それら横穴８、流入口５、及び流出口６（の中心線）はほぼ同一平面上に位置している。また、弁本体１０の上部やや右寄りには上面開口の段付き凹穴７が設けられている。

段付き凹穴７は、後述の第２弁室２１を形成し、該第２弁室２１の下面と前記段付き横穴８の奥に形成される第１弁口１３との間を、第２弁口２３が連通している。

パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄは、当該弁本体１０の正面１０ａ側から見て第２弁口２３よりも奥側で、かつ前記第２弁室２１の下面に形成されている。また下流縦端孔１９ｂは、前記パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄと流出口６とを連通している。すなわち、符号１９Ｄ及び符号１９ｂで示される孔により、第２弁室２１と流出口６とは連通している。

上流横穴１９ａは、前記パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄの下部（下流縦端孔１９ｂ側の端部）と、段付き横穴８の奥に形成される段丘部８ａとを連通するように、該段付き横穴８の中心軸と平行に形成されている。

ここで、図１及び図６に示されるように、蓋状閉塞部材９は、その内周部に第１弁体１５が挿入された状態で段付き横穴８に螺着され、該横穴８は閉塞される。この結果、第１弁体１５の第１弁座１２側が第１弁室１１となり、該第１弁体１５の閉塞部材９側が背圧室１６となる。ここで閉塞部材９には、その内側から外側先端に向けて斜めの貫通孔９ａが１つ又は複数形成されているので、この貫通孔９ａ及び閉塞部材９と横穴８との間に形成される空間を介して、背圧室１６と上流横穴１９ａとが連通する。この結果、背圧室１６は流出口６と連通する。

次に、当該複合弁１の全体構成について説明する。
前記段付き凹穴７の上半部には、前記従来の電動弁１’における弁本体４０（図８）の上部に相当するブッシュ保持体２８が螺合固定され、凹穴７におけるブッシュ保持体２８の下半部に設けられた天井面付き円筒部２８ｂより下側には第２弁室２１が画成され、また、凹穴７の底部中央には、前記モータ５０により昇降駆動される弁軸２５の下側軸部２５ａの下部に設けられた第２弁体２４が接離する、小口径の第２弁口２３付き第２弁座２２が設けられている。第２弁口２３は縦方向に延設され、その下端が流出口６の上面部に開口している。

凹穴７の底部における上記第２弁口２３の左面１０ｃ側（弁本体１０の略中央）には、後述する第１弁室１１と第２弁室２１とを連通する縦穴連通路２９の上端が開口せしめられ、凹穴７の底部における上記第２弁口２３の後面１０ｂ側には、後述するパイロット弁体２０の下部が摺動自在に嵌挿されるパイロット弁体嵌挿穴１９Ｄが設けられている。

前記段付き横穴８には、大口径の第１弁口１３付きの第１弁座１２が設けられるとともに、横穴８の左面開口は蓋状閉塞部材９により閉塞されている。

前記横穴８における蓋状閉塞部材９より右側は、ピストン型の第１弁体１５（の大径部１５ａ）が摺動自在に嵌挿される天井面（端面）１４ａ付き嵌挿室１４とされ、この嵌挿室１４における第１弁体１５（の大径部１５ａ）より左側に背圧室１６が画成されるとともに、第１弁体１５（の大径部１５ａ）より右側に第１弁室１１が画成されている。

第１弁体１５は、大径部１５ａと小径部１５ｂとを有する断面ボビン状外形を有し、その一端部には第１弁座１２に離接して第１弁口１３を開閉する、ゴムあるいはテフロン（登録商標）等からなる円環状のシール材１５ｃがかしめ等の適宜の手法で固定され、その他端面部には、嵌挿室１４の天井面１４ａに接当して第１弁体１５の上方移動限界を定める短円筒状の横孔１５ｉ付きストッパ１５ｄが突設され、また、大径部１５ａの外周にはシール材（ピストンリング）１５ｆが装着されている。

また、第１弁体１５を図１の右方（閉弁方向）に付勢すべく、第１弁体１５の後端中央に設けられたばね受け穴１５ｈの底面と嵌挿室１４の天井面１４ａとの間に圧縮コイルばねからなる第１閉弁ばね１８が縮装されている。

さらに、第１弁体１５には第１弁室１１と背圧室１６とを均圧させるべく、第１弁室１１と背圧室１６とを連通する均圧孔１７が設けられている。

ここで、本実施例の複合弁１において、第１弁室１１の圧力をＰ１、背圧室１６の圧力をＰ２、第１弁口１３の圧力をＰ３、背圧室１６の断面積（第１弁体１５の受圧面積）をＡｐ、第１弁口１３の断面積をＡｖ、主開弁ばね１８の付勢力をＰｆとし、第１弁体１５を押し上げる力を開弁力、第１弁体１５を押し下げる力を閉弁力とすれば、大流量用第１制御弁の開弁条件は、
閉弁力 ＝ Ｐ２×Ａｐ＋Ｐｆ ＜ 開弁力＝Ｐ１×（Ａｐ−Ａｖ）＋Ｐ３×Ａｖ
となる。

一方、前記第２弁室２１には、図２に良く示されるように、前記弁軸２５（第２弁体２４）の昇降動作を利用して開閉駆動される、半球状弁体部２０ａと鍔状部２０ｂを有する鍔付き丸棒状のパイロット弁体２０と、該パイロット弁体２０を保持するパイロット弁体保持部材２７が配在されている。パイロット弁体保持部材２７は、弁軸２５の下部軸部２５ａに摺動自在に外挿された上辺部２７ａ、該上辺部２７ａの下側に連なる小径円筒部２７ｂ、該小径円筒部２７ｂの下側に連なる大径円筒部２７ｃ、及び、大径円筒部２７ｃから半径方向外方に張り出す弁体支持部２７ｄからなり、弁体支持部２７ｄに形成された挿通穴２７ｅに前記パイロット弁体２０が嵌挿されてその上部に設けられた鍔状部２０ｂが抜け止め係止されている。

前記弁軸２５における前記第２弁体２４の直上には第２弁体２４より小径で下側軸部２５ａより大径の掛止用肩面（段丘面）２５ｇ付き中間大径部２５ｆが設けられ、この中間大径部２５ｃの外周で第２弁体２４の肩面（段丘面）２５ｈ上には、支承用コイルばね２６Ｂを介して前記パイロット弁体保持部材２７の上辺部２７ａが前記下側軸部２５ａに摺動自在に外挿された状態で乗せられている。なお、前記中間大径部２５ｆの掛止用肩面２５ｇがパイロット弁体保持部材２７を介してパイロット弁体２０を引き上げるための引っ掛け部となっている。

図２及び図６に示されるように、前記パイロット弁体２０の下部は、前記パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄに摺動自在に嵌挿されている。パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄの下端部は、背圧室１６の圧力を流出口６へ逃がすためのパイロット通路１９（貫通孔９ａ、上流横孔１９ａ及び下流縦短孔１９ｂを有する）の一部を構成しており、パイロット弁体２０の半球状弁体部２０ａにより前記パイロット通路１９（パイロット弁体嵌挿穴１９Ｄの底面に開口する下流縦短孔１９ｂの上端開口）を開閉するようになっている。

また、図２に示されるように、前記パイロット弁体２０の鍔状部２０ｂと第２弁室２１の天井面２１ａとの間には、パイロット弁体保持部材２７に抜け止め保持されたパイロット弁体２０をパイロット弁体保持部材２７Ａ諸共に下方（閉弁方向）に付勢する、前記支承用コイルばね２６Ｂより大きいばね荷重を持つパイロット閉弁ばね２６Ａが縮装されている。

したがって、前記弁軸２５（第２弁体２４）が図１、図２に示される如くに第２弁口２３を閉じた最下降位置（リフト量が０）にあるときは、パイロット閉弁ばね２６Ａの付勢力によりパイロット弁体２０の半球状弁体部２０ａがパイロット弁体嵌挿穴１９Ｄの底面に開口する下流縦短孔１９ｂの上端開口に押し付けられてパイロット通路１９を閉じている。

次に図３に示されるように、前記弁軸２５（第２弁体部２４）のリフト量が所定量Ｔｃを超えると、中間大径部２５ｆの掛止用肩面２５ｇがパイロット弁体保持部材２７の上辺部２７ａ下面に接当してパイロット弁体保持部材２７及びパイロット弁体２０がパイロット閉弁ばね２６Ａの付勢力に抗して引き上げられて前記パイロット通路１９を開くようにされている。言い換えれば、パイロット弁体２０は弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動されるようになっている。

このような構成とされた複合弁１においては、図１、図２に示される如くに、第１弁体１５、第２弁体２４及びパイロット弁体２０が共に閉状態にあるときには、流入口５から第１弁室１１に導入された高圧の冷媒は、均圧孔１７を介して背圧室１６に導入され、背圧室１６の圧力が高圧となるので、第１弁体１５が第１弁座１２に強く押し付けられる。

この状態から、モータ５０にパルス供給を行って弁軸２５（第２弁体２４）を上昇させると、図３に示される如くに、第２弁口２３が開かれる。この場合、第２弁体２４のリフト量が所定量Ｔｃ以下のときは、パイロット閉弁ばね２６Ａのばね荷重が支承用コイルばね２６Ｂのばね荷重より大きいので、第２弁体２４の上昇により支承用コイルばね２６Ｂが圧縮されるものの、パイロット弁体保持部材２７及びパイロット弁体２０は動かない。そのため、パイロット弁体２０によりパイロット通路１９は閉じられたまま、かつ、第１弁体１５により第１弁口１３が閉じられたままであり、第２弁体２４のリフト量に応じて冷媒流量（第２制御弁開度）が制御される小流量制御状態となる。この小流量制御状態では、第２弁体２４のリフト量に応じた量の冷媒が、流入口５→第１弁室１１→縦穴連通路２９→第２弁室２１→第２弁口２３→流出口６へと流れる。

そして、前記第２弁体２４のリフト量が前記所定量Ｔｃを超えると、図４に示される如くに、中間大径部２５ｆの掛止用肩面２５ｇがパイロット弁体保持部材２７の上辺部２７ａ下面に接当してパイロット弁体保持部材２７及びパイロット弁体２０がパイロット閉弁ばね２６Ａの付勢力に抗して引き上げられ、これによって、パイロット通路１９が開かれ、背圧室１６の圧力がパイロット通路１９を介して流出口６に逃がされる。これにより、背圧室１６の圧力が下がり、やがて第１弁体１５に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体１５が後方（背圧室１６側）に移動して第１弁口１３を開き、冷媒が流入口５→第１弁室１１→第１弁口１３→流出口６へと流れる大流量制御状態となる。なお、図４は、パイロット弁体保持部材２７の上辺部２７ａが第２弁室２１の天井面２１ａに接当した、第２弁体２４の最大リフト状態が示されている。

以上の説明から理解されるように、本実施例の複合弁１では、大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）とに加えて、第２弁体２４とは別体のパイロット弁体２０を備え、このパイロット弁体２０を第２弁体２４が設けられた弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁４Ａの開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量領域における流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。

それに加えて、本実施例の複合弁１では、第２弁体２４により開閉される第２弁口２３は流出口６に連通せしめられるとともに、第１弁室１１と前記第２弁室２１とを連通する縦穴連通路２９が設けられて、第１弁室１１の高圧が第２弁室２１に導入されるようになっているので、閉弁状態の第２弁体２４に作用する閉弁力（押し下げる力）の方がそれを押し上げようとする力より相当大きくなる。そのため、第２弁体２４（弁軸２５）を閉弁方向に付勢する閉弁ばね（図８の符号３４）のばね荷重を大きくせずとも、第２弁体２４が不所望に開弁してしまうことを確実に防止でき、第２弁口２３の口径等に対する制約を緩くでき、その結果、コスト低減、小型化、消費電力の低減等を図ることができる。

さらに、本実施例の複合弁１では、第１弁体１５が横向き、第２弁体２４が縦向きに、言い換えればそれらの中心線が相互に直交するように配在されており、また、流入口５、流出口６、及び嵌挿室１４が横向きに設けられるとともに、第２弁室２１が縦向きに設けられ、縦穴連通路２９及び第２弁口２３は、それらの上端が第２弁室２１の底面に開口せしめられた直線状の縦穴で構成されるので、それら全てを縦向きに配在する場合に比して、冷媒流路が短縮されるため、小型化、弁本体内に形成された各流路の短縮による圧力損失の一層の低減及びパイロット室減圧スピードの向上、並びに加工コストの低減等を図ることができる。

さらにまた、本実施例の複合弁１では、第１弁室１１の高圧が導入される第２弁室２１の下面に前記パイロット弁嵌挿穴２０が開口するように形成されると共に、背圧室１６と流出口６とを連通するパイロット通路１９が前記第２弁室２１から前記パイロット弁嵌挿穴２０に摺動自在に嵌挿されるパイロット弁体２０により開閉されるように構成されている。このため、パイロット弁体２０の、その下面部（前記下流縦孔１９ｂを閉塞する半球状弁体部２０ａ）以外の部分には、第１弁室１１及び第２弁室２１の高圧が印加される。
したがって、前記第２弁体２４（弁軸２５）の場合と同様に、パイロット弁体２０を閉弁方向に付勢するパイロット閉弁ばね２６Ａのばね荷重をあまり大きくせずとも、パイロット弁体２０が不所望に開弁してしまうことを確実に防止でき、パイロット通路１９の内径やパイロット弁座（半球状弁体部２０ａで閉塞される下流縦孔１９ｂの開口部）の口径等に対する制約を緩くでき、その結果、コスト低減、小型化、消費電力の低減等を図ることができる。

なお、本発明に係る複合弁は、上記した第１実施例の複合弁１の構成に限られないことは勿論であり、様々な変更を加えることができる。

例えば、上記実施例においては、第１弁室１１と背圧室１６とを均圧させるための手段として第１弁体１５に均圧孔１７を設けているが、均圧手段はこれに限定されることはなく、例えば第１弁体１５の大径部１５ａ外周に設けられたピストンリング１５ｆと嵌挿室１４（の内壁面）との間に微小な隙間を設け、この隙間を均圧手段としてもよい。

また、縦穴連通路２９により第１弁室１１と第２弁室２１とが連通されるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、流入口５と第２弁室２１とを連通するようにしても良い。

また、本発明の複合弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムに適用されるだけではなく、他のシステムにも適用できることは言うまでもない。

１ 複合弁
４Ａ 大流量用第１制御弁
４Ｂ 小流量用第２制御弁
４Ｃ パイロット弁
５ 流入口
６ 流出口
７ 凹穴
８ 横穴
１０ 弁本体
１１ 第１弁室
１３ 第１弁口
１４ 嵌挿室
１５ 第１弁体
１６ 背圧室
１７ 均圧孔
１８ 第１閉弁ばね
１９ パイロット通路
１９Ｄ パイロット弁体嵌挿穴
２０ パイロット弁体
２１ 第２弁室
２３ 第２弁口
２４ 第２弁体
２５ 弁軸
２５ｃ 中間大径部
２５ｇ 掛止用肩面
２６Ａ パイロット閉弁ばね
２７ パイロット弁体保持部材
２９ 縦穴連通路
３０ ロータ
５０ ステッピングモータ
５０Ａ ステータ

Claims (6)

1. 第１弁体と、第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動されるパイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、
   前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する連通路と、前記第２弁室と前記流出口とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記流出口とを連通するパイロット通路と、が設けられ、
   前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成された複合弁。
2. 前記第１弁体と第２弁体とは、それらの中心線が相互に直交するように配在されていることを特徴とする請求項１に記載の複合弁。
3. 前記弁本体に、前記流入口、流出口、及び嵌挿室が横向きに設けられるとともに、前記第２弁室が縦向きに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合弁。
4. 前記連通路及び第２弁口は、それらの上端が前記第２弁室の底面に開口せしめられた直線状の縦穴で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
5. 前記パイロット弁体は、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢されるとともに、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の複合弁。
6. 前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の複合弁。

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