JP6218024B2 - 電磁弁 - Google Patents

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

このような電磁弁として、パイロット弁のシール性を確保するためにパイロット弁体の先端部にゴム等の可撓性シール部材を装着し、主弁体に設けられたパイロット弁座に着脱させるものがある。このような構成によれば、シール部材がパイロット弁座に着座したときに適度に変形して密着するため、良好なシール性を得ることができる。しかしながら、パイロット弁体がソレノイドの可動鉄心に一体化されているため、このような変形が可動鉄心のストロークに影響を与える。すなわち、シール部材の変形量により可動鉄心のストロークが変化するため、可動鉄心と固定鉄心との間の磁気ギャップが変化し、ソレノイドの制御性能に影響を与える虞がある。場合によっては、可動鉄心と固定鉄心とが衝突してノイズを発生させる虞がある。また、パイロット弁座の形状によっては、パイロット弁体のストロークが変化することでシール部材の受圧径が変化し、パイロット弁体に作用する前後差圧とソレノイドの吸引力とのバランスが崩れ、ソレノイドの制御性能を低下させる虞がある。

本発明の目的は、パイロット作動式の電磁弁において、パイロット弁のシール性能を維持しつつその開閉制御特性を安定化させることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電磁弁は、パイロット作動式の電磁弁において、流体を導入する導入ポートと、流体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とを有するボディと、主通路に設けられた主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、主通路と背圧室とを区画する区画部とを一体に備えた金属製の弁駆動体と、導入ポートと導出ポートとを背圧室を介してつなぐ副通路に設けられたパイロット弁座に着脱してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、パイロット弁体と一体に軸線方向に変位する第１鉄心と、第１鉄心と軸線方向に対向配置される第２鉄心とを含むソレノイドと、を備える。弁駆動体を貫通するようにパイロット通路が形成され、パイロット通路の一端側に背圧室に突出するようにパイロット弁座が設けられ、パイロット通路の他端が導出ポートに連通し、パイロット弁体は、第１鉄心に一体に設けられた金属製の本体と、本体の先端部に嵌着されてパイロット弁座に着脱する可撓性を有するシール部材と、シール部材がパイロット弁座に着座した後に軸線方向に係止されることにより弁駆動体に対するパイロット弁体の変位を規制するストッパとを含む。シール部材がパイロット弁座に当接してからストッパの係止により着座が完了するまで、パイロット弁の前後差圧をうけるシール部材の受圧径が変化しないようストッパが構成されている。

この態様によると、パイロット弁体がパイロット弁座に着座した際にシール部材が変形することにより良好なシール性が維持される。一方、シール部材がパイロット弁座に着座した後にストッパが係止されることでパイロット弁体の変位が規制されるため、ソレノイドの磁気ギャップを一定に保つことができる。また、パイロット弁体の着座時の受圧径が常に一定に保たれる。その結果、第１鉄心と第２鉄心との衝突によるノイズの発生を防止することができる。また、ソレノイドによる制御性能が安定する。

本発明によれば、パイロット作動式の電磁弁において、パイロット弁のシール性能を維持しつつその開閉制御特性を安定化させることができる。

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。 弁体におけるシール部材の脱落防止構造を示す部分拡大図である。 シール部材の組み付け工程を概略的に示す図である。 支持部材の組み付け前の構成を示す図である。 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。 ピストンの構成部材の構造を示す斜視図である。 ピストンのシール構造による作用効果を示す図である。 パイロット弁のストッパ構造を示す部分拡大図である。 変形例に係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。

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。
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、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、その上半部が縮径されており、その縮径部がソレノイド４との接続部となっている。第３ボディ１３の上端部外周面には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。なお、弁体４４には、パッキン５６，５８の脱落防止構造が設けられるが、その詳細については後述する。

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。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およびパイロット通路５０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リーク通路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コア８０（固定鉄心）と、コア８０の上部を収容するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ８２を有する。スリーブ８２は非磁性であり、コア８０に組み付けられることにより内部の圧力室を閉止するキャンを構成する。スリーブ８２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８０と軸線方向に対向配置されている。スリーブ８２の底部とプランジャ８４との間には背圧室８５が形成される。

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、コア８０が第３ボディ１３に対して固定されている。すなわち、コア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の下端部にはそのフランジ部と相補形状の嵌合凹部が形成されている。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、コア８０の下端部を第３ボディ１３の上端部に外挿した状態で固定部材８６を第１ボディ１０に螺合することで、コア８０を安定に固定することができる。コア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８２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。キャンは、一対の端部材９２を軸線方向に貫通している。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８０の軸線方向中央には、半径方向内向きに突出したガイド部９４が設けられている。コア８０の上端部には上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の下端部には、下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の下端部中央には、コア８０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８０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８０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８０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の下半部には、パイロット弁体９８を連結するための嵌合孔１００が軸線に沿って設けられている。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、連通溝１０６および嵌合孔１００は互いに連通している。このような構成により、コア８０とプランジャ８４との間の空間と背圧室８５との連通状態が維持される。コア８０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は段付円筒状の本体１１０を有し、その本体１１０の下端にシール部材１１２が固定されている。本体１１０の上端部がプランジャ８４の下端部に圧入されることにより、パイロット弁体９８とプランジャ８４とが同軸状に一体化されている。本体１１０は、コア８０のガイド部９４を貫通する。本体１１０の下端部がやや大径の弁形成部１１４となっており、背圧室６６に配置されている。弁形成部１１４の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、本体１１０はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなり、シール部材１１２はゴムからなる。弁形成部１１４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。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、弁形成部１１４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を構成するが、その詳細については後述する。

本体１１０には、その上端部から嵌合部１１６にわたって軸線方向に貫通する連通路１２０と、弁形成部１１４を径方向に貫通する連通路１２２とが形成されている。連通路１２０と連通路１２２とは、弁形成部１１４の内方において連通している。このような構成により、ソレノイド４の内部（つまりコア８０とプランジャ８４との間の空間や背圧室８５）と背圧室６６とが連通されている。すなわち、背圧室６６の圧力がソレノイド４の内部に安定に供給される。

弁形成部１１４の上部には、Ｏリング１２４が嵌着されている。このＯリング１２４は、「緩衝部材」として機能する。すなわち、ソレノイド４を通電状態から非通電状態（オンからオフ）に切り替えると、図示のようにプランジャ８４が軸線方向上方に変位するが、コア８０がＯリング１２４を係止することによりその変位を規制する。このＯリング１２４が緩衝部材として機能し、コア８０に係止される際に変形して衝撃を吸収することで、プランジャ８４がスリーブ８２の底面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。

また、このような緩衝部材をコア８０，スリーブ８２，プランジャ８４といったソレノイド４の構成部材に設けずにパイロット弁体９８に設けることで、その緩衝部材の熱変形や物性変化を防止することができる。すなわち、コア８０とスリーブ８２との組み付けがその内方にプランジャ８４を収容した状態で両者を溶接することにより行われるため、緩衝部材がそれらのいずれかに設けられると、溶接熱の影響により変形してしまう虞がある。この点、本実施形態では、緩衝部材をパイロット弁体９８に設けるようにしたため、そのような事態を回避することができる。パイロット弁体９８については、コア８０とスリーブ８２との溶接が終了した後にスリーブ８２に対して圧入することが可能である。

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、リーク通路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、弁駆動体４０に作用する下流側圧力Ｐ２の影響はキャンセルされる。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している。すなわち、図示のように第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している。

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。

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８０との間に吸引力が作用するため、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リーク通路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。このとき、弁駆動体４０に作用する冷媒の圧力がキャンセルされているため、弁駆動体４０はソレノイド力によって円滑に駆動される。その結果、主弁６については速やかに第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。

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、弁体におけるシール部材の脱落防止構造を示す部分拡大図である。図４は、シール部材の組み付け工程を概略的に示す図である。図５は、支持部材の組み付け前の構成を示す図である。図５（Ａ）は図４のＣ方向矢視図であり、図５（Ｂ）は図４のＤ方向矢視図である。

図３に示すように、支持部材５２は、上半部の外径が下半部の外径よりも小さな段付円板状をなす。図５（Ａ）にも示すように、支持部材５２の上面には、パッキン５６を嵌合させるための円環状の凹部１３０が形成されている。パッキン５６は、凹部１３０とほぼ相補形状の円環状をなし、凹部１３０に嵌合する形で組み付けられる。凹部１３０の底面が、パッキン５６を下方から支持する支持面１３４となっている。また、支持部材５２の上端開口部が内方に加締められ、パッキン５６の外周縁部を上方から支持する係合部１３６となっている。

パッキン５６の内周縁部は、本体４２の下部に半径方向外向きに突出したフランジ部１３８により上方から支持されている。係合部１３６とフランジ部１３８との間にパッキン５６のシール面１４０が露出している。弁体４４は、このシール面１４０にて弁座２８に着脱する。なお、パッキン５６が、冷媒に晒されることにより膨潤する材質からなるため、パッキン５６と凹部１３０との間には径方向に適度なクリアランス（遊び）が設けられている。これにより、パッキン５６が膨張してもこれを吸収できるようにされている。

また、支持部材５２には、支持面１３４に環状に開口する環状流通路１４２が形成されるとともに、その環状流通路１４２と弁室３８とを連通させるための連通路１４４が設けられている。連通路１４４は、環状流通路１４２から半径方向に延びて支持部材５２の側面に開口している。環状流通路１４２および連通路１４４は、パッキン５６のシール面１４０とは反対側面（支持面１３４との当接面）と弁室３８との間の冷媒の流通を確保するための「流体流通路」として機能する。ただし、環状流通路１４２は、パッキン５６と弁座２８との着脱位置（一点鎖線参照）よりも半径方向外側に開口し、かつ係合部１３６の先端位置（二点鎖線参照）よりも半径方向内側に開口するように形成されている。

同様に、図５（Ｂ）にも示すように、支持部材５２の下面には、パッキン５８を嵌合させるための円環状の凹部１５０が形成されている。凹部１５０の内径および外径は、それぞれ凹部１３０の内径および外径よりも大きい。パッキン５８は、凹部１５０とほぼ相補形状の円環状をなし、凹部１５０に嵌合する形で組み付けられる。凹部１５０の底面が、パッキン５８を上方から支持する支持面１５４となっている。また、支持部材５２の下端開口部が内方に加締められ、パッキン５８の周縁部を下方から支持する係合部１５６となっている。

パッキン５８の内周縁部は、ガイド部材５４により下方から支持されている。係合部１５６とガイド部材５４との間にパッキン５８のシール面１６０が露出している。弁体４４は、このシール面１６０にて弁座３６に着脱する。なお、パッキン５８が、冷媒に晒されることにより膨潤する材質からなるため、パッキン５８と凹部１５０との間にも径方向に適度なクリアランスが設けられている。

また、支持部材５２には、支持面１５４に環状に開口する環状流通路１６２が形成されるとともに、その環状流通路１６２と弁室３８とを連通させるための連通路１６４が設けられている。連通路１６４は、環状流通路１６２から軸線方向に延びて支持部材５２の側面に開口している。環状流通路１６２および連通路１６４は、パッキン５８のシール面１６０とは反対側面（支持面１５４との当接面）と弁室３８との間の冷媒の流通を確保するための「流体流通路」として機能する。ただし、環状流通路１６２は、パッキン５８と弁座３６との着脱位置（一点鎖線参照）よりも半径方向外側に開口し、かつ係合部１５６の先端位置（二点鎖線参照）よりも半径方向内側に開口するように形成されている。

このように構成される弁体４４は、図４に示すように組み付けられる。すなわち、まず支持部材５２の凹部１３０にパッキン５６を嵌め込み、支持部材５２の上端開口部を内方に加締めることによりパッキン５６を固定する。また、凹部１５０にパッキン５８を嵌め込み、支持部材５２の下端開口部を内方に加締めることによりパッキン５８を固定する（一点鎖線矢印参照）。このようにして得られた組立体とガイド部材５４とを本体４２に下方から外挿するように順次組み付け、本体４２の下端開口部を外方に加締めることによりこれらを固定する（実線矢印参照）。

このようなパッキン５６，５８の支持構造が、各パッキンの脱落防止構造として機能する。すなわち、上記支持構造によれば、支持部材５２に環状流通路１４２と連通路１４４とによる流体流通路が形成され、パッキン５６におけるシール面１４０とは反対側と上流側通路とが常に連通した状態が保たれるため、パッキン５６の上下面に差圧が作用し難く、パッキン５６を凹部１３０から離脱させるだけの力が発生しない。このため、パッキン５６の支持部材５２からの脱落を防止することができる。

より詳細には、図３に示すような第１の弁部の閉弁時においては、パッキン５６のシール面１４０にも上流側圧力Ｐ１（高圧）が作用するため、パッキン５６の上下面の圧力は概ね均衡に保たれる。しかも、パッキン５６が弁座２８から押圧力を受けるため、凹部１３０から脱落することはない。一方、第１の弁部が閉弁状態から開弁すると、弁座２８がパッキン５６から離間するとともに、シール面１４０に作用する圧力が急激に低下する。しかし、それと同時にシール面１４０とは反対側面（背面）に作用する圧力も流体流通路を介して速やかに低減されるため、パッキン５６を凹部１３０から離脱させるだけの力は発生しない。すなわち、流体流通路を設けたことにより、パッキン５６と支持部材５２との間隙に侵入していた高圧を速やかに逃がすことができ（つまり、高圧冷媒による残圧を速やかになくすことができ）、パッキン５６の支持部材５２からの脱落を防止することができるのである。なお、このような作用効果は、第２の弁部の開閉時におけるパッキン５８に関しても同様に得られるが、その説明については省略する。

図６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６（Ａ）はピストン周辺の構造を示し、図６（Ｂ）はピストンの組み付け工程を示す。図７は、ピストンの構成部材の構造を示す斜視図である。図７（Ａ）はピストンリングを示し、図７（Ｂ）はテンションリングを示している。

図６（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６（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６（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７（Ａ）に示すように、ピストンリング７２は、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、図７（Ｂ）に示すように、テンションリング７８はＣ字状の断面を有し、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６（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。

図８は、ピストンのシール構造による作用効果を示す図である。同図の横軸はピストン４６に作用する差圧ΔＰ（高圧室６４と背圧室６６との差圧（Ｐ１−Ｐｐ））を示し、縦軸はピストン４６とガイド孔７３との間隙を介した高圧室６４から背圧室６６への冷媒の洩れ量を示している。図中の実線が本実施形態による結果を示し、一点鎖線は比較例による結果を示している。比較例は、ピストンをピストン本体と支持体とに分割しない従来の構成を有する。

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、図示のように、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。これに対し、比較例では、差圧ΔＰが小さい領域において冷媒の洩れ量が大きくなっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、本実施形態では図６（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。

これに対し、比較例においては、ピストンリングに対して本実施形態のような挟持力が得られないため、特に差圧（Ｐ１−Ｐｐ）が小さいときにおいてピストンリングが遊嵌状態となり、嵌合部の隙間を介して冷媒の漏洩が発生し易くなっている。言い換えれば、本実施形態では、このような比較例の問題を解決する構成とされている。

図９は、パイロット弁のストッパ構造を示す部分拡大図である。図９（Ａ）はパイロット弁の開弁状態を示し（図１の一点鎖線部参照）、図９（Ｂ）はパイロット弁の閉弁状態を示す（図２の一点鎖線部参照）。

図９（Ａ）に示すように、パイロット弁体９８においては、弁形成部１１４の下端開口部が内方に加締められてストッパ１１８を構成している。ストッパ１１８は、嵌合部１１６に収容されたシール部材１１２の外周縁を下方から支持する。シール部材１１２は、その下面に露出されたシール面１８０がパイロット弁座５１に着脱してパイロット弁８を開閉する。シール部材１１２がパイロット弁座５１に着座を開始した後、ストッパ１１８が本体４２の上端面に係止されることにより、シール部材１１２の変形によるパイロット弁体９８の変位が規制される。

一方、パイロット弁座５１は、本体４２の上端面中央部に円ボス状に突設されている。パイロット弁座５１は、本体４２の上端面から所定高さｈ３までは上方に向かって断面が徐々に小さくなるテーパ部１８２となり、その上方が断面一定（外径一定）の着脱部１８４となっている。このような構成において、ストッパ１１８の高さｈ４がテーパ部１８２の高さｈ３よりも大きくされている。その結果、図９（Ｂ）に示すように、パイロット弁８の閉弁時にシール部材１１２のシール面１８０がテーパ部１８２にまで到達しないようにされている。すなわち、シール部材１１２が可撓性を有するため、パイロット弁８の閉弁時にはパイロット弁座５１がシール部材１１２にめり込んでしまうところ、そのめり込む範囲を着脱部１８４の延在範囲に収めることができる。このため、パイロット弁体９８の受圧径Ｅを常に着脱部１８４の外径と等しく一定にすることができる。

さらに、ストッパ１１８の下面には、複数の連通溝１８６が周方向に所定間隔ごとに設けられている。連通溝１８６は、半径方向に延びるように設けられ、図９（Ｂ）に示すようにストッパ１１８が本体４２に係止された状態において、ストッパ１１８とパイロット弁座５１とにより囲まれる空間と背圧室６６とを連通させる。このような構成により、パイロット弁体９８の受圧径Ｅをその着座開始から常に一定に保つことができる。

このように、ストッパ１１８とパイロット弁座５１の構成を工夫することで、パイロット弁８の閉弁時におけるパイロット弁体９８の変位量を正確に設定することができ、その結果、閉弁時におけるコア８０とプランジャ８４との磁気ギャップを一定に保つことができる。また、パイロット弁体９８の着座時の受圧径Ｅを常に一定に保つことができる。その結果、コア８０とプランジャ８４との衝突によるノイズの発生を防止することができる。また、パイロット弁８ひいては第２の弁部の閉弁に要するソレノイド４への供給電流値を一定にすることができ、ソレノイド４による制御性能が安定する。

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。

図１０は、変形例に係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。図１０（Ａ）はピストン周辺の構造を示し、図１０（Ｂ）はピストンの組み付け工程を示す。
本変形例では、支持体２７０の形状を工夫することにより、図６に示したテンションリング７８を省略している。すなわち、支持体２７０のフランジ部２７６にテーパ面２８０を設け、ピストン本体６８に対して支持体２７０を近接させることにより、そのテーパ面２８０がピストンリング７２に対して半径方向外向きの付勢力を与える構造となっている。この場合も、ピストン本体６８と支持体２７０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。ピストン２４６の組み付けに際しては、図１０（Ｂ）に示すように、ピストン本体６８に対してピストンリング７２、支持体２７０が順次組み付けられる。このような構成によっても、ピストン２４６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。

上記実施形態では、パッキン５６，５８（シール部材）の材質をゴムとした。また、シール部材１１２の材質もゴムとした。変形例においては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の可撓性を有する他の材質を採用してもよい。また、上記実施形態では、弁駆動体４０の本体４２の材質をアルミニウム合金とし、パイロット弁体９８の本体１１０の材質をステンレス鋼（ＳＵＳ）とした。変形例においては、両者を同じ材質からなるものとしてもよい。その場合、両者の材質をアルミニウム合金またはステンレス鋼としてもよいし、他の金属材料を採用してもよい。さらに、上記実施形態では、ピストンリング７２の材質をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）としたが、その他の樹脂材、カーボン、金属等その他の材質を採用してもよい。

上記実施形態では、環状流通路１４２，１６２を支持部材５２に形成する例を示した。変形例においては、環状流通路１４２をパッキン５６に設け、支持部材５２に設けた連通路１４４と連通させてもよい。同様に、環状流通路１６２をパッキン５８に設け、支持部材５２に設けた連通路１６４と連通させてもよい。

上記実施形態では、環状流通路１４２，１６２を一つの円環状に形成したが、断続的な流通路を仮想円に沿った環状に配置してもよい。その場合、各流通路に対して連通路を設け、弁室３８と連通させるようにする。

上記実施形態では、パッキン５６，５８（シール部材）を支持部材５２に対して加締め接合し、シール部材１１２を弁形成部１１４に対して加締め接合する例を示した。変形例においては、少なくともいずれかのシール部材について、例えばねじ等を用いてクランプするなど、加締め以外の手段を用いて接合してもよい。

上記実施形態では、ストッパ１１８をパイロット弁体９８の先端に設け、弁駆動体４０に係止させる構成を示した。変形例においては、第３ボディ１３など他の部材に係止させてもよい。また、ストッパをパイロット弁体９８の長手方向中間部に設け、コア８０や第３ボディ１３により係止させる構成としてもよい。その場合にも、シール部材１１２がパイロット弁座５１に対して着脱部１８４の延在範囲で着脱できるよう位置調整を行うものとする。

上記実施形態では、制御弁１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として構成した例を示したが、例えば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こともできる。あるいは、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。シール部材が嵌着される弁体は、上記実施形態と同様に弁部の上流側に設けられるものでよい。

上記実施形態では、制御弁１を、外部から電気的に開度を調整するためのアクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁として構成した例を示したが、例えばモータをアクチュエータとする電動弁など、その他の電気駆動弁として構成することもできる。また、本発明の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、 ２ 弁本体、 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 弁孔、 ２８ 弁座、 ３４ 弁孔、 ３６ 弁座、 ３８ 弁室、 ４０ 弁駆動体、 ４２ 本体、 ４４ 弁体、 ４６ ピストン、 ４９ パイロット弁孔、 ５０ パイロット通路、 ５１ パイロット弁座、 ５２ 支持部材、 ５４ ガイド部材、 ５６，５８ パッキン、 ６４ 高圧室、 ６６ 背圧室、 ６８ ピストン本体、 ７０ 支持体、 ７２ ピストンリング、 ７４ リーク通路、 ７６ スプリング、 ７８ テンションリング、 ８０ コア、 ８４ プランジャ、 ９８ パイロット弁体、 １１０ 本体、 １１２ シール部材、 １１６ 嵌合部、 １１８ ストッパ、 １３０ 凹部、 １３４ 支持面、 １３６ 係合部、 １４０ シール面、 １４２ 環状流通路、 １４４ 連通路、 １５０ 凹部、 １５４ 支持面、 １５６ 係合部、 １６０ シール面、 １６２ 環状流通路、 １６４ 連通路、 １８０ シール面、 １８２ テーパ部、 １８４ 着脱部、 １８６ 連通溝、 ２４６ ピストン、 ２７０ 支持体、 ２７６ フランジ部、 ２８０ テーパ面。

Claims (2)

1. パイロット作動式の電磁弁において、
   流体を導入する導入ポートと、流体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とを有するボディと、
   前記主通路に設けられた主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、前記主通路と背圧室とを区画する区画部とを一体に備えた金属製の弁駆動体と、
   前記導入ポートと前記導出ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路に設けられたパイロット弁座に着脱してパイロット弁を開閉するパイロット弁体と、
   前記パイロット弁体と一体に軸線方向に変位する第１鉄心と、前記第１鉄心と軸線方向に対向配置される第２鉄心とを含むソレノイドと、
   を備え、
   前記弁駆動体を貫通するようにパイロット通路が形成され、前記パイロット通路の一端側に前記背圧室に突出するように前記パイロット弁座が設けられ、前記パイロット通路の他端が前記導出ポートに連通し、
   前記パイロット弁体は、前記第１鉄心に一体に設けられた金属製の本体と、前記本体の先端部に嵌着されて前記パイロット弁座に着脱する可撓性を有するシール部材と、前記シール部材が前記パイロット弁座に着座した後に軸線方向に係止されることにより前記弁駆動体に対する前記パイロット弁体の変位を規制するストッパとを含み、
   前記シール部材が前記パイロット弁座に当接してから前記ストッパの係止により着座が完了するまで、前記パイロット弁の前後差圧をうける前記シール部材の受圧径が変化しないよう前記ストッパが構成され、
   前記受圧径は、前記シール部材が着脱する前記パイロット弁座の着脱部の外径に等しく、
   前記ストッパが前記弁駆動体に係止された状態において、前記ストッパと前記パイロット弁座とにより囲まれる空間と前記背圧室とを連通させる連通路が形成されることを特徴とする電磁弁。
2. 前記ストッパは、前記本体の先端に設けられ、前記弁駆動体に係止されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。

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