JP6737380B1 - バルブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】歯車機構における歯車のバックラシに起因した流通孔の開度バラツキを抑え、冷却水の高精度な流量制御を行うことができるバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置10において、被回転部16は、バルブ周方向の一方側へコイルバネ18によって付勢されながらモータ12の回転作動に従って回転する。従って、例えばコイルバネ18によるバルブ周方向への付勢が無い場合と比較して、歯車機構14における歯車のバックラシに起因した各流通孔の開度バラツキを抑えることが可能である。そのため、コイルバネ18によるバルブ周方向への付勢が無い場合と比較して、バルブ装置10において冷却水の高精度な流量制御を行うことができる。【選択図】図3

Description

本発明は、流体が流通するバルブ装置に関するものである。
この種のバルブ装置として、例えば特許文献1に記載された流路切換弁が従来から知られている。この特許文献1に記載された流路切換弁は、弁体と、その弁体に連結された駆動ギアを含みモータの回転力を弁体へ伝達する歯車機構とを有している。この流路切換弁では、弁体がモータによって回転させられることにより、複数の出入口の連通状態が切り替えられる。
特開2018−115691号公報
特許文献1の流路切換弁のようなバルブ装置では、弁体としての回転子がモータによって回転させられ、それより、入口ポートから出口ポートへ向かう流体が通過する流通孔の開度が増減される。そして、入口ポートから出口ポートへ向かう流体の流量は、その流通孔の開度に応じて増減する。
しかしながら、特許文献1の流路切換弁では、歯車機構における歯車のバックラシを無くす対策は何ら為されていないので、流通孔の開度に、そのバックラシに起因したバラツキが生じる。そして、流通孔の開度にバラツキが生じれば、それに応じて、流路切換弁を通過する流体の流量にもバラツキが生じる。すなわち、特許文献1の流路切換弁は、高精度な流量制御が困難なバルブ装置であった。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
本発明は上記点に鑑みて、歯車機構における歯車のバックラシに起因した流通孔の開度バラツキを抑え、流体の高精度な流量制御を行うことができるバルブ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載のバルブ装置は、
車室外の空気と流体とを熱交換させてその流体から車室外の空気へ放熱させる第1熱交換器(230)と、車室内へ流れる空気と流体とを熱交換させて車室内へ流れる空気を加熱する第2熱交換器(220)とを有する車両用温調装置(1)の一部を構成し、流体が流通するバルブ装置であって、
回転作動する駆動源(12)と、
所定軸心(Cv)まわりに回転可能に設けられた被回転部(16)と、
流体が通過する第1流通孔(114a)と第2流通孔(114b)とが形成された流体通過部(114)と、
複数の歯車(141〜144、147、148)を有し、その複数の歯車の互いの噛み合いにより駆動源の回転作動を被回転部へ伝達し被回転部を回転させる歯車機構(14)と、
所定軸心を中心とした周方向(Dc)の一方側へ被回転部を付勢する付勢部(18、24、26、243)と
第1熱交換器の流体流れ上流側に連結され、第1熱交換器へ流体を流出させる第1出口ポート部(112)と、
第2熱交換器の流体流れ上流側に連結され、第2熱交換器へ流体を流出させる第2出口ポート部(113)と、
第1熱交換器の流体流れ下流側と第2熱交換器の流体流れ下流側とに連結され、第1熱交換器と第2熱交換器とから流体が流入する入口ポート部(111)とを備え、
被回転部は、その被回転部の回転に伴って第1流通孔の開度と第2流通孔の開度とを増減する回転子(161)を有し、
付勢部は、被回転部を周方向の一方側へ付勢する付勢力(Fc)を回転子に作用させることで、周方向の一方側へ被回転部を付勢し、
入口ポート部から流体が第1出口ポート部へ流れる場合には、その流体は第1流通孔を通過してから第1出口ポート部へ流れ、
入口ポート部から流体が第2出口ポート部へ流れる場合には、その流体は第2流通孔を通過してから第2出口ポート部へ流れ、
回転子は、周方向の一方側へ付勢部によって付勢されながら駆動源の回転作動に従って回転することに伴って第1流通孔の開度を増減する
上述のように被回転部が周方向の一方側へ付勢されるので、その被回転部に対する付勢部の付勢力は、被回転部から歯車機構の歯車へ伝わる。従って、例えばその付勢部による周方向への付勢が無い場合と比較して、歯車機構における歯車のバックラシに起因した流通孔の開度バラツキを抑えることが可能である。そのため、バルブ装置において流体の高精度な流量制御を行うことができる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態においてバルブ装置を模式的に示した正面図である。 第1実施形態においてバルブ装置を模式的に示した平面図であって、図1のII方向の矢視図である。 第1実施形態において、図2のIII−III断面を模式的に示した断面図である。 第1実施形態において、図3のIV−IV断面を模式的に示した断面図である。 第1実施形態において、歯車機構の内部構成を模式的に示した図である。 第1実施形態において、図5のVI部分の噛合箇所で歯車同士が相互に噛み合っている状態を示した部分拡大図である。 第2実施形態において、図3に相当する図から一部を抜粋して示した断面図であって、バルブ装置の内部構造を模式的に示した図である。 図7のVIII方向の矢視図である。 第3実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した図であって、図7に相当する図である。 図9のX方向の矢視図であって、図8に相当する図である。 第4実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した断面図であって、図3に相当する図である。 第4実施形態において、図11のXII−XII断面を模式的に示した断面図である。 第5実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した断面図であって、図11に相当する図である。 第5実施形態において、図13のXIV−XIV断面を模式的に示した断面図であって、図12に相当する図である。 第6実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した断面図であって、図3に相当する図である。 第6実施形態において、図15のXVI−XVI断面を模式的に示した断面図であって、図4に相当する図である。 第7実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した断面図であって、図11に相当する図である。 第8実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した図であって、図7に相当する図である。 第8実施形態において歯車機構の内部構成を模式的に示した図であって、図5に相当する図である。 第9実施形態においてバルブ装置の内部構造を模式的に示した図であって、図7に相当する図である。 図20のXXI方向の矢視図であって、図8に相当する図である。 第10実施形態において、バルブ軸方向の一方側から他方側へ向かう方向視でバルブ装置の一部の構成を模式的に示した図であって、付勢部としてのシリンダ装置と回転子との連結関係を示した図である。 第11実施形態において、バルブ軸方向の一方側から他方側へ向かう方向視でバルブ装置の一部の構成を模式的に示した図であって、図22に相当する図である。 第12実施形態において、バルブ軸方向の一方側から他方側へ向かう方向視でバルブ装置の一部の構成を模式的に示した図であって、図22に相当する図である。 第13実施形態における車両用温調装置の全体構成図である。 第13実施形態における車両用温調装置の電気制御部を示すブロック図である。 第13実施形態における車両用温調装置の高温側四方弁を示す斜視図である。 図27のXXVIII矢視図である。 図28のXXIX−XXIX断面を示す模式図であり、第13実施形態の冷房・電池冷却モードにおける高温側四方弁の作動状態を示している。 第13実施形態の暖房モードにおける高温側四方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態の除湿暖房モードにおける高温側四方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態の電池加熱モードにおける高温側四方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態の注水モードにおける高温側四方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態における車両用温調装置の三方弁を示す正面図である。 図28のXXXV−XXXV断面を示す模式図であり、第13実施形態の冷房・電池冷却モードにおける三方弁の作動状態を示している。 第13実施形態の暖房モードおよび電池加熱モードにおける三方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態の電池外気冷却モードにおける三方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態の注水モードにおける三方弁の作動状態を示す模式図である。 第13実施形態における車両用温調装置の冷房・電池冷却モードでの作動状態を示す全体構成図である。 第13実施形態における車両用温調装置の暖房モードでの作動状態を示す全体構成図である。 第13実施形態における車両用温調装置の除湿暖房モードでの作動状態を示す全体構成図である。 第13実施形態における車両用温調装置の電池外気冷却モードでの作動状態を示す全体構成図である。 第13実施形態における車両用温調装置の電池加熱モードでの作動状態を示す全体構成図である。 第13実施形態において、除湿暖房モード時のラジエータ流量とヒータコアの吹出空気温度との関係を示した図である。
以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本実施形態のバルブ装置10は、例えばエンジン車両、ハイブリッド車両、または電動車両に搭載される車両用の冷却水制御バルブである。図1に示すバルブ装置10は、冷却水を走行用動力源およびラジエータ等に循環させる冷却水回路の一部を構成する。従って、バルブ装置10には、その冷却水回路に循環する冷却水が流通する。
そして、バルブ装置10は、その冷却水回路のうちバルブ装置10を介した流通経路における冷却水の流量を増減することができ、その流通経路の冷却水流れを遮断することもできる。なお、冷却水は液体の流体であり、冷却水としては、例えばエチレングリコールを含むLLCなどが用いられる。
具体的には、図1〜図3に示すように、バルブ装置10は、所定軸心としてのバルブ軸心Cvまわりに円盤状の回転子161が回転することでバルブ開閉作動を行うディスクバルブである。バルブ装置10は、入口ポート部111と第1出口ポート部112と第2出口ポート部113とを有する三方弁である。バルブ装置10は、入口ポート部111から第1出口ポート部112へ流れる冷却水の流量と、入口ポート部111から第2出口ポート部113へ流れる冷却水の流量との流量割合を調整する。なお、本実施形態の説明では、バルブ軸心Cvの軸方向をバルブ軸方向Daとも称し、バルブ軸心Cvの径方向をバルブ径方向Drとも称し、バルブ軸心Cvを中心とした周方向をバルブ周方向Dcとも称する。
バルブ装置10は、筐体11とモータ12と歯車機構14と被回転部16とコイルバネ18とを備えている。
筐体11は、回転しない非回転部材であり、例えば樹脂製である。筐体11は、その筐体11の内部に、モータ12と歯車機構14と被回転部16とコイルバネ18とを収容している。また、筐体11は、冷却水入口111aが形成された入口ポート部111と、第1出口112aが形成された第1出口ポート部112と、第2出口113aが形成された第2出口ポート部113とを有している。
図3および図4に示すように、筐体11は、出入口仕切部114と出口側仕切部115とを有している。その出入口仕切部114と出口側仕切部115は、筐体11の内部に設けられており、筐体11の内部空間を仕切っている。
筐体11の内部には、それらの仕切部114、115の仕切り分けにより、冷却水入口111aに連通した入口空間111bと、第1出口112aに連通した第1出口空間112bと、第2出口113aに連通した第2出口空間113bとが形成されている。
出口側仕切部115は板状に形成され、第1出口空間112bと第2出口空間113bとの間を仕切っている。また、出入口仕切部114は、バルブ軸方向Daを厚み方向とした板状に形成され、入口空間111bと、第1出口空間112bおよび第2出口空間113bのそれぞれとの間を仕切っている。入口空間111bは出入口仕切部114に対しバルブ軸方向Daの一方側に配置され、第1出口空間112bおよび第2出口空間113bは出入口仕切部114に対しバルブ軸方向Daの他方側に配置されている。
また、出入口仕切部114は、筐体11内で冷却水が通過する第1、第2流通孔114a、114bが形成された流体通過部として設けられている。第1流通孔114aは入口空間111bと第1出口空間112bとを連通させ、第2流通孔114bは入口空間111bと第2出口空間113bとを連通させる。
モータ12は、電力供給を受けることにより回転作動する駆動源である。本実施形態のモータ12は、例えばサーボモータまたはブラシレスモータである。モータ12は、このモータ12と電気的に連結した制御装置20からの制御信号に従って回転する。
その制御装置20は、半導体メモリなどの非遷移的実体的記憶媒体、およびプロセッサなどを有するコンピュータであり、その非遷移的実体的記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムを実行する。このコンピュータプログラムが実行されることで、コンピュータプログラムに対応する方法が実行される。すなわち、制御装置20は、そのコンピュータプログラムに従って種々の制御処理を実行する。
被回転部16は、バルブ装置10のうち、モータ12の回転作動によって回転させられる構成部分である。この被回転部16は、バルブ軸心Cvまわりに回転可能に設けられている。具体的に、被回転部16は、回転子161と、中間子としてのバルブ回転軸162とを有している。
回転子161は、被回転部16の回転に伴って第1流通孔114aの開度と第2流通孔114bの開度とを増減する弁体である。要するに、回転子161は、バルブ軸心Cvまわりに回転する弁体である。回転子161は、入口空間111b内に配置されており、バルブ軸方向Daを厚み方向とした円盤状に形成されている。本実施形態の回転子161は、例えば樹脂製である。
なお、第1流通孔114aの開度は、第1流通孔114aが開かれている度合いであり、第1流通孔114aの全開を100%、全閉を0%として表される。第1流通孔114aの全開とは、第1流通孔114aが回転子161に全く塞がれていない状態であり、第1流通孔114aの全閉とは、第1流通孔114aの全体が回転子161に塞がれている状態である。第2流通孔114bの開度についてもこれと同様である。
回転子161には、バルブ軸方向Daに貫通した回転子孔161aが形成されており、その回転子孔161aは、バルブ軸心Cvに対して偏心した位置に配置されている。
例えば、回転子161のバルブ軸心Cvまわりの回転に伴って、回転子孔161aが第1流通孔114aに対しバルブ軸方向Daの一方側に重複することで、その第1流通孔114aは開かれる。これと同様に、回転子孔161aが第2流通孔114bに対しバルブ軸方向Daの一方側に重複することで、その第2流通孔114bは開かれる。また、回転子161は、第1流通孔114aの開度を大きくするほど第2流通孔114bの開度を小さくするように回転する。なお、図4は、第1流通孔114aが全開にされ且つ第2流通孔114bが全閉にされた状態を示している。
また、回転子161は、バルブ軸方向Daの他方側を向いた回転子シール面161bを有している。そして、出入口仕切部114は、その回転子シール面161bに対しバルブ軸方向Daに対向する固定側シール面114cを有している。その固定側シール面114cは回転子シール面161bに摺動接触するので、固定側シール面114cは、回転子161が摺動接触する相手側摺動部である。回転子シール面161bは、例えばコイルバネ18以外の他のバネ部材等によって固定側シール面114cに押し付けられており、回転子シール面161bと固定側シール面114cは、それらのシール面161b、114cの間を通る冷却水の漏れを防止している。
バルブ回転軸162は、バルブ軸方向Daに延伸しバルブ軸心Cvまわりに回転する回転軸である。このバルブ回転軸162は、バルブ軸方向Daの一方側に一端部162a(図5参照)を有し、バルブ軸方向Daの他方側に他端部162bを有している。
バルブ回転軸162の一端部162aは歯車機構14に連結され、他端部162bは回転子161に相対回転不能に連結されている。すなわち、バルブ回転軸162と回転子161は一体回転する。これにより、バルブ回転軸162は、歯車機構14と回転子161との間で回転伝達を行う。
図3〜図5に示すように、歯車機構14は、複数の歯車141、142、143、144と、その複数の歯車141、142、143、144を収容する歯車ケース146とを有している。その歯車ケース146はバルブ装置10の筐体11に固定されているので、歯車ケース146も非回転部材である。なお、歯車141、142、143、144を歯車141〜144と略して表示する場合がある。
歯車機構14は、複数の歯車141〜144の互いの噛み合いにより、モータ12の回転作動を被回転部16へ伝達し被回転部16を回転させる。すなわち、その複数の歯車141〜144は、モータ12から被回転部16までの動力伝達経路に設けられている。具体的には、歯車機構14は、モータ12の回転作動をその被回転部16のうちのバルブ回転軸162へ伝達し、バルブ回転軸162と回転子161とを回転させる。本実施形態の複数の歯車141〜144は、例えばヘリカルギアまたは平歯車である。
歯車機構14の内部構造について説明すると、歯車機構14の第1歯車141はモータ12の回転軸に相対回転不能に連結され、第2歯車142と第3歯車143は一体回転するように互いに連結されている。第4歯車144はバルブ回転軸162の一端部162aに相対回転不能に連結されている。そして、第1歯車141は第2歯車142と噛み合い、第3歯車143は第4歯車144と噛み合っている。これにより、例えばモータ12が回転力を発生すると、そのモータ12の回転力は、第1歯車141、第2歯車142、第3歯車143、第4歯車144の順に伝達され、第4歯車144からバルブ回転軸162を介して回転子161へと伝達される。
また、歯車同士の噛み合いについて詳細に述べると、歯車機構14が有する複数の歯車141〜144はそれぞれ、1または2以上の噛合箇所において互いに噛み合っている。本実施形態では、その噛合箇所は、図5のVI部分とVIa部分との2箇所であり、そのVI部分では、図6に示すように第1歯車141が第2歯車142と噛み合っている。そして、第1歯車141は、VI部分の噛合箇所で相手側の第2歯車142に接触する歯面141aを有し、第2歯車142は、上記噛合箇所で相手側の第1歯車141に接触する歯面142aを有している。従って、その噛合箇所において第1歯車141の歯面141aと第2歯車142の歯面142aは互いに摺動接触する。
VIa部分の噛合箇所についても、上記したVI部分の噛合箇所と同様である。すなわち、図示は省略するが、VIa部分では、第3歯車143が第4歯車144と噛み合っている。そして、第3歯車143は、VIa部分の噛合箇所で相手側の第4歯車144に接触する歯面を有し、第4歯車144は、上記噛合箇所で相手側の第3歯車143に接触する歯面を有している。
図3に示すように、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する付勢部であり、バルブ軸心Cvまわりに巻かれて形成されている。
また、コイルバネ18は、バルブ軸方向Daにおいて歯車機構14と回転子161との間に配置されている。そして、バルブ回転軸162は、コイルバネ18の内側に挿通されている。
このような配置により、コイルバネ18は、筐体11内の冷却水が流通する流通路としての入口空間111bにおいて回転子161よりも冷却水流れ上流側に配置されている。そして、コイルバネ18と回転子161と出入口仕切部114は、バルブ軸方向Daにおいてバルブ軸方向Daの一方側から、コイルバネ18、回転子161、出入口仕切部114の順に並んで配置されている。なお、上記の冷却水流れ上流側とは、言い換えれば流体流れ上流側であり、冷却水流れ下流側とは、言い換えれば流体流れ下流側である。
また、コイルバネ18は、バルブ軸方向Daの一方側に一端部181を有し、バルブ軸方向Daの他方側に他端部182を有している。その一端部181は例えば歯車ケース146に相対回転不能に連結され、他端部182は、回転子161に相対回転不能に連結されている。すなわち、その他端部182は、被回転部16のうち回転子161に相対回転不能に連結された回転子連結部となっている。コイルバネ18の他端部182を回転子161に連結する方法は種々考えられるが、例えば、その他端部182は、回転子161に固定されたピン161cに係止されることにより回転子161に連結されている。
また、図3および図4に示すように、コイルバネ18は、そのコイルバネ18がバルブ周方向Dcへ捩られた弾性変形(すなわち、捩り弾性変形)を生じた状態で使用される。コイルバネ18は、そのコイルバネ18の捩り弾性変形によって、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fcを発生する。要するに、コイルバネ18は、その付勢力Fcをコイルバネ18の捩り弾性変形によって発生する弾性部材である。このように、コイルバネ18はトーションスプリングとして機能する。
なお、コイルバネ18の捩り弾性変形は、コイルバネ18の無負荷状態に対しコイルバネ18の巻き数を増やす側にコイルバネ18が捩られることで生じている。すなわち、本実施形態のコイルバネ18の捩り弾性変形は、コイルバネ18の無負荷状態に対しコイルバネ18の外径を小さくする側の弾性変形となっている。
上記したようにコイルバネ18の他端部182は回転子161に相対回転不能に連結されているので、被回転部16のうちコイルバネ18が直接に付勢する付勢作用箇所は回転子161である。従って、コイルバネ18がバルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢することとは、厳密に表現すれば、コイルバネ18の他端部182がバルブ周方向Dcの一方側へ回転子161を付勢することである。
また、コイルバネ18の付勢力Fcは、被回転部16が回転している場合にも止まっている場合にも回転子161に作用している。従って、被回転部16は、バルブ周方向Dcの一方側へコイルバネ18によって付勢されながらモータ12の回転作動に従って回転する。
そして、図3〜図5に示すように、コイルバネ18の付勢力Fcは、被回転部16から、第4歯車144、第3歯車143、第2歯車142、第1歯車141、モータ12の順に回転力として伝達される。従って、バルブ装置10の作動中には、モータ12は回転していないときであっても、コイルバネ18の付勢力Fcに対抗する反力を発生している。
そして、例えば第1歯車141と第2歯車142との間では、コイルバネ18の付勢力Fcとモータ12の反力とによって、図6の矢印F1t、F2tで示すように、第1歯車141の歯面141aと第2歯車142の歯面142aとが互いに押し合う。この歯面同士の押し合いは、第3歯車143と第4歯車144との間でも同様に生じる。
従って、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢することにより、歯車機構14内の歯車相互の噛合箇所の全てにおいて、その噛合箇所で互いに接触する一対の歯面のうちの一方の歯面を他方の歯面に押し付ける。例えば、図6のVI部分の噛合箇所を例とすれば、コイルバネ18は、一方の歯面である第2歯車142の歯面142aを、他方の歯面である第1歯車141の歯面141aに押し付ける。
図3および図4に示すように、回転子161は、その回転子161の回転に伴って、第1流通孔114aの開度と第2流通孔114bの開度とを連続的に増減できる。そのため、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲には、第1流通孔114aの開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる第1開度制限範囲W1が含まれる。この第1開度制限範囲W1は、第1流通孔114aが回転子161によって部分的に閉じられる被回転部16の回転位置範囲(別言すれば回転角度範囲)であるとも言える。そして、被回転部16の上記可動範囲には、第2流通孔114bの開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる第2開度制限範囲W2も含まれる。この第2開度制限範囲W2は、第2流通孔114bが回転子161によって部分的に閉じられる被回転部16の回転位置範囲であるとも言える。
上記の被回転部16の可動範囲とは、別言すれば、被回転部16がバルブ軸心Cvまわりに回転することができる回転位置範囲である。また、回転子161は、その回転子161の回転位置によっては第1流通孔114aと第2流通孔114bとをそれぞれ部分的に塞いだ状態にもなるので、第1開度制限範囲W1と第2開度制限範囲W2は部分的に重複している。
なお、被回転部16の可動範囲は例えば1回転以上の回転位置範囲を有していてもよいが、回転子161にコイルバネ18が連結されているので、被回転部16の可動範囲は有限の回転位置範囲とされている。また、回転子161とバルブ回転軸162は一体回転するので、上記の回転子161の回転位置は、回転子161とバルブ回転軸162とを有する被回転部16の回転位置と言い換えられても差し支えない。
本実施形態では、被回転部16が第1開度制限範囲W1内の回転位置にある場合にはその第1開度制限範囲W1のうち何れの回転位置にあっても、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する。そして、被回転部16が第2開度制限範囲W2内の回転位置にある場合についても、これと同様である。すなわち、被回転部16が第2開度制限範囲W2内の回転位置にある場合にはその第2開度制限範囲W2のうち何れの回転位置にあっても、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する。
なお、確認的に述べるが、被回転部16がコイルバネ18によってバルブ周方向Dcの一方側へ付勢される回転位置範囲は、第1および第2開度制限範囲W1、W2に限定されているわけではない。被回転部16が第1および第2開度制限範囲W1、W2の両方から外れた回転位置にあっても、コイルバネ18は、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する。
但し、本実施形態では、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲に、コイルバネ18が被回転部16をバルブ周方向Dcへ付勢しない回転位置(すなわち、非付勢回転位置)も含まれている。その被回転部16の非付勢回転位置は、第1開度制限範囲W1からも第2開度制限範囲W2からも外れた回転位置である。
以上のように構成されたバルブ装置10では、図3および図4に示すように、冷却水は、矢印Fiのように冷却水入口111aから入口空間111bへ流入する。そして、第1流通孔114aが開いている場合には、その入口空間111b内の冷却水は、入口空間111bから第1流通孔114aを介して第1出口空間112bへ流入する。その第1出口空間112b内の冷却水は第1出口空間112bから第1出口112aを介してバルブ装置10の外部へ矢印F1oのように流出する。
この場合、第1流通孔114aを通過する冷却水の流量は、その第1流通孔114aの開度に応じて定まる。すなわち、冷却水入口111aから第1流通孔114aを介して第1出口112aへ流れる冷却水の流量は、第1流通孔114aの開度が大きいほど大きくなる。そして、第1流通孔114aの開度にバラツキが生じれば、その分、その第1出口112aへ流れる冷却水の流量にもバラツキが生じる。
一方、第2流通孔114bが開いている場合には、入口空間111b内の冷却水は、入口空間111bから第2流通孔114bを介して第2出口空間113bへ流入する。その第2出口空間113b内の冷却水は第2出口空間113bから第2出口113aを介してバルブ装置10の外部へ矢印F2oのように流出する。
この場合、第2流通孔114bを通過する冷却水の流量は、その第2流通孔114bの開度に応じて定まる。すなわち、冷却水入口111aから第2流通孔114bを介して第2出口113aへ流れる冷却水の流量は、第2流通孔114bの開度が大きいほど大きくなる。そして、第2流通孔114bの開度にバラツキが生じれば、その分、その第2出口113aへ流れる冷却水の流量にもバラツキが生じる。
上述したように、本実施形態によれば、図3および図4に示すように、被回転部16は、バルブ周方向Dcの一方側へコイルバネ18によって付勢されながらモータ12の回転作動に従って回転する。これにより、歯車機構14の歯車141〜144は、被回転部16からコイルバネ18の付勢力Fcを受けながら回転する。
従って、例えばコイルバネ18によるバルブ周方向Dcへの付勢が無い場合と比較して、歯車機構14における歯車141〜144のバックラシに起因した各流通孔114a、114bの開度バラツキを抑えることが可能である。そのため、コイルバネ18によるバルブ周方向Dcへの付勢が無い場合と比較して、バルブ装置10において冷却水の高精度な流量制御を行うことができる。なお、本実施形態では、コイルバネ18の付勢力Fcはモータ12の回転軸にまで及ぶので、歯車機構14における歯車相互の噛合箇所の全てでバックラシを無くすことが可能である。
また、歯車機構14に着目すると、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢することにより、歯車機構14内の歯車相互の噛合箇所の全てにおいて、その噛合箇所で互いに接触する一対の歯面のうちの一方の歯面を他方の歯面に押し付ける。従って、例えば歯車機構14内の複数の噛合箇所の一部で一方の歯面と他方の歯面との押し合いが無い場合と比較して、歯車141〜144のバックラシに起因した各流通孔114a、114bの開度バラツキを抑えることが可能である。延いては、冷却水の高精度な流量制御を行うことができる。
また、本実施形態によれば、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲には、第1流通孔114aの開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる第1開度制限範囲W1が含まれる。そして、被回転部16が少なくとも第1開度制限範囲W1内の回転位置にある場合にはその第1開度制限範囲W1のうち何れの回転位置にあっても、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する。
従って、第1流通孔114aを通過する冷却水の流量が被回転部16の回転に応じて増減される全域にわたって、上記した冷却水の高精度な流量制御を行うことができる。このことは、第2流通孔114bを通過する冷却水の流量制御においても同様である。
また、本実施形態によれば、コイルバネ18は、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fcをコイルバネ18の捩り弾性変形によって発生する弾性部材である。従って、バルブ装置10の外部から動力を与えなくても、その付勢力Fcを被回転部16に作用させることが可能である。そして、コイルバネ18の捩り弾性変形量に応じたの付勢力Fcを得ることができる。
また、本実施形態によれば、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲に、コイルバネ18が被回転部16をバルブ周方向Dcへ付勢しない非付勢回転位置も含まれている。このようにすれば、バルブ装置10の製造時においてコイルバネ18が回転子161に組み付けられる当初の被回転部16の初期回転位置を非付勢回転位置とすることで、コイルバネ18を予め捩って回転子161に組み付けなくてもよい。この場合、コイルバネ18の組付け後にモータ12で回転子161を或る程度回転させることで、コイルバネ18の捩り弾性変形が得られる。
また、本実施形態によれば、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する付勢部は、具体的にはコイルバネ18である。そして、コイルバネ18は、そのコイルバネ18の捩り弾性変形によって、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fc(図4参照)を発生する。従って、付勢部の設置スペースを大きくせずに、被回転部16の回転に伴う付勢力Fcの変化を抑えることが可能である。
また、本実施形態によれば、バルブ回転軸162は、コイルバネ18の内側に挿通されている。従って、コイルバネ18の一端部181が非回転部材に相対回転不能に連結されるコイルバネ18の配置を実現すると共に、歯車機構14と回転子161との間で回転伝達を行うことが可能である。
また、本実施形態によれば、コイルバネ18と回転子161と出入口仕切部114は、バルブ軸方向Daにおいてバルブ軸方向Daの一方側から、コイルバネ18、回転子161、出入口仕切部114の順に並んで配置されている。そして、コイルバネ18は、筐体11内の冷却水が流通する流通路としての入口空間111bにおいて回転子161よりも冷却水流れ上流側に配置されている。従って、コイルバネ18の設置スペースをその流通路と重複させることができるので、コイルバネ18を設けたことに起因したバルブ装置10の体格拡大を抑制することが可能である。
また、本実施形態によれば、コイルバネ18がバルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢することとは、コイルバネ18の他端部182がバルブ周方向Dcの一方側へ回転子161を付勢することである。従って、図4の付勢力Fcにより、歯車機構14内のバックラシを無くすことに加え、バルブ周方向Dcにおける回転子161とバルブ回転軸162との隙間と、バルブ周方向Dcにおける第4歯車144とバルブ回転軸162との隙間とを無くすこともできる。これにより、冷却水の高精度な流量制御を行うことができる。
また、本実施形態によれば、モータ12は、例えばサーボモータまたはブラシレスモータである。このようにすれば、サーボモータまたはブラシレスモータの機能によりモータ12の回転角度が把握されるので、角度検出機能をモータ12とは別に設ける必要がない。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。
図7および図8に示すように、本実施形態の歯車機構14は、図5の第1〜第4歯車141〜144に替えて、螺旋状の歯を有するウォーム147と、そのウォーム147に噛み合うウォームホイール148とを有している。すなわち、本実施形態の歯車機構14は、ウォームギア機構である。
なお、図8では、見やすい図示にするために、歯車機構14の外形が二点鎖線で表示されている。また、図7および図8では、バルブ装置10の筐体11の図示が省略されている。そして、後述する複数の図のうちの一部の図でも、これと同様に筐体11の図示が省略されている。
ウォーム147はモータ12の回転軸に相対回転不能に連結され、ウォームホイール148はバルブ回転軸162の一端部162aに相対回転不能に連結されている。これにより、例えばモータ12が回転力を発生すると、そのモータ12の回転力は、ウォーム147、ウォームホイール148の順に伝達され、ウォームホイール148からバルブ回転軸162を介して回転子161へと伝達される。
従って、本実施形態の歯車機構14において、ウォーム147は、モータ12から被回転部16までの動力伝達経路に設けられた駆動側歯車に該当する。そして、ウォームホイール148は、その動力伝達経路において駆動側歯車よりも被回転部16側に設けられた従動側歯車に該当する。
また、ウォーム147は、ウォームホイール148側から回転させようとしても回転しない。すなわち、ウォーム147は、ウォームホイール148からモータ12への回転力の伝達を阻止するように構成されている。別言すれば、ウォーム147は、モータ12から被回転部16への回転力伝達とは逆向きの回転力伝達を阻止する逆伝達阻止歯車として構成されている。そのため、モータ12は回転していない場合、コイルバネ18の付勢力Fc(図4参照)に対抗する反力を発生しない。
また、本実施形態でも第1実施形態と同様に、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢している。従って、ウォーム147とウォームホイール148との噛合箇所では、図6に示された状態と同様に、コイルバネ18の付勢力Fc(図4参照)によって、ウォームホイール148の歯面はウォーム147の歯面に押し付けられている。
また、本実施形態のモータ12はステッピングモータである。従って、そのステッピングモータの機能によりモータ12の回転角度を制御することができるので、回転子161の回転位置を一意に決めることができ、角度検出機能をモータ12とは別に設ける必要がない。
なお、本実施形態における被回転部16の可動範囲に、第1実施形態で上述した被回転部16の非付勢回転位置は含まれていない。すなわち、被回転部16が上記可動範囲内の何れの回転位置にあっても、コイルバネ18はバルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する。そして、バルブ装置10の製造時にコイルバネ18が回転子161に連結される際には、例えば、コイルバネ18は、無負荷状態に対し予め捩られた状態で回転子161に連結される。
本実施形態によれば、駆動側歯車としてのウォーム147は、従動側歯車としてのウォームホイール148からモータ12への回転力の伝達を阻止するように構成されている。従って、コイルバネ18の付勢により回転子161から発生する回転力に起因してモータ12が回転させられることがないので、モータ12に通電することなく回転子161の回転位置を保持する無通電保持が可能である。そして、上述した冷却水の高精度な流量制御が行われることでモータ12の作動回数が低減されることと、上記の無通電保持とにより、電動車両で特に必要とされる消費電力低減を実現することが可能である。
また、本実施形態の歯車機構14はウォームギア機構であるので、被回転部16からモータ12への回転力の伝達を阻止する構造としてウォームギア機構以外の構造を採用する場合と比較して、部品点数を少なくすることができる。その結果、歯車機構14の構造簡素化および製造の簡易化を図りやすい。
そして、歯車機構14において高減速比が得られ、被回転部16からモータ12への回転力の伝達を阻止するロック力を上げやすい。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第2実施形態と異なる点を主として説明する。
図9および図10に示すように、本実施形態のモータ12は直流モータである。また、バルブ装置10は角度検出機構21を備えている。
角度検出機構21は、バルブ回転軸162の回転角度を検出する角度センサであり、バルブ回転軸162に連結されている。バルブ回転軸162の回転角度(言い換えれば、回転子161の回転位置)を表す検出信号は、角度検出機構21から制御装置20へ送られる。
制御装置20は、角度検出機構21によって回転子161の回転位置を検出し、その検出結果をフィードバックすることによって、モータ12の回転角度を制御する。このような制御を実行することにより、オーバーシュートを抑制した回転子161の回転位置制御を行うことができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第2実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第2実施形態と共通の構成から奏される効果を第2実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第2実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第1実施形態と組み合わせることも可能である。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第2実施形態と異なる点を主として説明する。
図11および図12に示すように、本実施形態では、回転子161の形状が第2実施形態と異なっている。また、本実施形態のバルブ装置10は二方弁として構成されているので、第2出口ポート部113を備えていない。そのため、本実施形態では、第1出口ポート部112を単に出口ポート部112と称し、第1出口112aを単に冷却水出口112aと称する。また、本実施形態のバルブ装置10の構造上、第1出口空間112bと第2出口空間113b(図4参照)は形成されていない。
具体的に、回転子161は筐体11内に収容され、筐体11に対し相対回転可能に支持されている。また、入口ポート部111は回転子161に対しバルブ軸方向Daの他方側に配置され、出口ポート部112は回転子161に対しバルブ径方向Drの外側に配置されている。
回転子161は、天板部161dと円筒状部161eとを備えている。天板部161dは、バルブ軸方向Daを厚み方向とし且つバルブ軸心Cvを中心とした円盤状になっている。この天板部161dのうちバルブ軸方向Daの一方側には、バルブ回転軸162の他端部162bとコイルバネ18の他端部182とが連結されている。
回転子161の円筒状部161eは、バルブ軸方向Daに延びバルブ軸心Cvを中心とした略円筒形状を成している。円筒状部161eは、天板部161dの周縁部分からバルブ軸方向Daの他方側へ延設されている。そのため、バルブ軸方向Daにおいて円筒状部161eの内側空間の一方側は天板部161dによって塞がれているが、その内側空間の他方側は開放されている。
そして、円筒状部161eの内側空間には冷却水入口111aが連通している。従って、その円筒状部161eの内側空間は入口空間111bとなっている。
また、円筒状部161eには、バルブ径方向Drに貫通した回転子孔161aが形成されてている。そして、冷却水出口112aは、回転子孔161aを介して、円筒状部161eの内側に設けられた入口空間111bと連通する。従って、本実施形態では、冷却水出口112aの上流端部112dの開度が、回転子161によって増減される。すなわち、冷却水出口112aの上流端部112dが、被回転部16の回転に伴って開度を増減される流通孔に対応する。そして、筐体11のうち、その流通孔としての上流端部112dが形成された出口上流端形成部112cが、流体通過部に対応する。
なお、本実施形態のバルブ回転軸162およびコイルバネ18は、入口空間111bに配置されていない。
以上説明したことを除き、本実施形態は第2実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第2実施形態と共通の構成から奏される効果を第2実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第2実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第1実施形態または第3実施形態と組み合わせることも可能である。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第4実施形態と異なる点を主として説明する。
図13および図14に示すように、本実施形態では、入口ポート部111の配置が第4実施形態と異なっている。
具体的に、本実施形態の入口ポート部111は、回転子161に対しバルブ径方向Drの外側に配置されている。例えば、入口ポート部111は、出口ポート部112に対し回転子161を挟んだ反対側に配置されている。そのため、円筒状部161eの内側空間である入口空間111bのバルブ軸方向Daの他方側は、筐体11によって塞がれている。
また、回転子161の円筒状部161eには、回転子孔161aのほかに、バルブ径方向Drに貫通した入口連通孔161fが形成されている。冷却水入口111aは、この入口連通孔161fを介して、円筒状部161eの内側に設けられた入口空間111bと連通する。また、回転子161が冷却水出口112aの上流端部112dの開度を調整するために回転しても、入口連通孔161fが冷却水入口111aから入口空間111bへの冷却水流れを絞らないように、入口連通孔161fはバルブ周方向Dcに拡がった形状になっている。
以上説明したことを除き、本実施形態は第4実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第4実施形態と共通の構成から奏される効果を第4実施形態と同様に得ることができる。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図15および図16に示すように、本実施形態では、回転子161の形状が第1実施形態と異なっている。
具体的に、本実施形態の回転子161には回転子孔161a(図3参照)が形成されておらず、回転子161は、バルブ軸方向Daを厚み方向とした板状を成している。そして、回転子161は円盤状ではなく、バルブ軸心Cvに対し偏心した形状になっている。
回転子161は、その回転子161が第1流通孔114aに対しバルブ軸方向Daの一方側に重複することで、第1流通孔114aを閉じる。これと同様に、回転子161は、その回転子161が第2流通孔114bに対しバルブ軸方向Daの一方側に重複することで、第2流通孔114bを閉じる。従って、本実施形態の回転子161も、第1実施形態の回転子161と同様に、バルブ軸心Cvまわりの回転に伴って、第1流通孔114aの開度と第2流通孔114bの開度とを増減する。なお、図16は、第1流通孔114aが全閉にされ且つ第2流通孔114bが全開にされた状態を示している。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2実施形態または第3実施形態と組み合わせることも可能である。
(第7実施形態)
次に、第7実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第4実施形態と異なる点を主として説明する。
図17に示すように、本実施形態のバルブ装置10はボールバルブである。従って、本実施形態では、回転子161の形状が第4実施形態と異なっている。
具体的に、回転子161は、その回転子161の外側表面として形成された球面状のボール面161gを有している。この回転子161のうちバルブ軸方向Daの一方側には、バルブ回転軸162の他端部162bとコイルバネ18の他端部182とが連結されている。
また、回転子161の内側には第4実施形態と同様に入口空間111bが形成されており、その入口空間111bのバルブ軸方向Daの一方側は塞がれ、入口空間111bのバルブ軸方向Daの他方側は開放されている。そして、この入口空間111bには冷却水入口111aが連通している。
なお、本実施形態において、図17におけるXIIa−XIIa断面は図12と同様になるので、そのXIIa−XIIa断面の図示は省略されている。
以上説明したことを除き、本実施形態は第4実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第4実施形態と共通の構成から奏される効果を第4実施形態と同様に得ることができる。
(第8実施形態)
次に、第8実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図18および図19に示すように、本実施形態の歯車機構14は、第1〜第3歯車141〜143を有しているが、第4歯車144(図5参照)を有していない。従って、第3歯車143が、バルブ回転軸162の一端部162aに相対回転不能に連結されている。
また、第2歯車142はウォームであり、第1歯車141と第3歯車143はそれぞれそのウォームに噛み合うウォームホイールである。第1歯車141は、第1実施形態と同様に、モータ12の回転軸に相対回転不能に連結されている。
例えばモータ12が回転力を発生すると、そのモータ12の回転力は、第1歯車141、第2歯車142、第3歯車143の順に伝達され、第3歯車143からバルブ回転軸162を介して回転子161へと伝達される。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第9実施形態)
次に、第9実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第2実施形態と異なる点を主として説明する。
図20および図21に示すように、本実施形態では、歯車機構14は、ウォーム147とウォームホイール148とに加え、歯車対149a、149bを有している。そして、ウォーム147は、モータ12の回転軸に直接には連結されておらず、モータ12の回転軸の軸上とは異なる別軸上に配置されている。
具体的に、歯車機構14の歯車対149a、149bは、モータ側歯車149aとウォーム側歯車149bとから構成されている。そのモータ側歯車149aとウォーム側歯車149bは例えばヘリカルギアであり、互いに噛み合っている。モータ側歯車149aはモータ12の回転軸に相対回転不能に連結され、ウォーム側歯車149bはウォーム147に相対回転不能に連結されている。
例えばモータ12が回転力を発生すると、そのモータ12の回転力は、モータ側歯車149a、ウォーム側歯車149b、ウォーム147、ウォームホイール148の順に伝達される。そして、そのウォームホイール148に伝達された回転力は、ウォームホイール148からバルブ回転軸162を介して回転子161へと伝達される。
従って、本実施形態でも第2実施形態と同様に、歯車機構14において、ウォーム147は、上述した駆動側歯車に該当する。そして、ウォームホイール148は、上述した従動側歯車に該当する。また、ウォーム147は、上述した逆伝達阻止歯車として構成されている。
以上説明したことを除き、本実施形態は第2実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第2実施形態と共通の構成から奏される効果を第2実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第2実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第3〜第7実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
(第10実施形態)
次に、第10実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図22に示すように、本実施形態のバルブ装置10は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する付勢部としてシリンダ装置24を備えている。そのため、コイルバネ18(図3参照)は設けられていない。
シリンダ装置24は、中空のシリンダ241と、シリンダ241内でシリンダ241の軸方向へ往復移動可能なピストン242とを有している。このシリンダ241内には、例えば冷却水入口111a(図3参照)から分岐した冷却水が圧力流体として導入されるようになっており、その圧力流体は、ピストン242をシリンダ241の軸方向の一方側へ押す押圧力Faを発生する。
そして、ピストン242は、リンク25を介して回転子161に連結されている。そのリンク25を介した連結により、ピストン242がシリンダ241の軸方向の一方側へ移動するほど、回転子161は、バルブ周方向Dcの一方側へ回転する。そのため、シリンダ装置24は、圧力流体の押圧力Faによって、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fcを発生する。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第9実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
(第11実施形態)
次に、第11実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第10実施形態と異なる点を主として説明する。
図23に示すように、本実施形態のシリンダ装置24においてシリンダ241内には、圧力流体は導入されない。その替わりに、シリンダ装置24は、シリンダ241内に収容されたバネ243を有している。本実施形態では、そのバネ243が付勢部として機能する。
具体的に、シリンダ装置24のバネ243は、圧縮された状態で保持された圧縮コイルバネである。バネ243は、そのバネ243の圧縮弾性変形により、ピストン242をシリンダ241の軸方向の一方側へ押す押圧力Faを発生する。
そして、そのバネ243の押圧力Faは、リンク25を介することで、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fcになる。すなわち、シリンダ装置24のバネ243は、その被回転部16に対する付勢力Fcをバネ243の圧縮弾性変形によって発生する弾性部材である。そして、バネ243は、上記したように、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する付勢部として機能する。
以上説明したことを除き、本実施形態は第10実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第10実施形態と共通の構成から奏される効果を第10実施形態と同様に得ることができる。
(第12実施形態)
次に、第12実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図24に示すように、本実施形態のバルブ装置10は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する付勢部として板バネ26を備えている。そのため、コイルバネ18(図3参照)は設けられていない。
板バネ26の一端部は、筐体11の一部を構成するバネ端固定部11aに固定されている。また、板バネ26の他端部は、回転子161に固定されたピン161cに係止されている。板バネ26は、無負荷状態に対し曲がった弾性変形を与えられている。
そして、板バネ26の弾性変形した状態が無負荷状態に近づくほど、回転子161は、バルブ周方向Dcの一方側へ回転する。すなわち、板バネ26は、その板バネ26の曲げ弾性変形によって、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fcを発生する。従って、板バネ26は、その被回転部16に対する付勢力Fcを板バネ26の曲げ弾性変形によって発生する弾性部材である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第9実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
(第13実施形態)
次に、第13実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図25に示すように、本実施形態のバルブ装置10は、車両用温調装置1の一部を構成する高温側四方弁10である。そこで、本実施形態の説明では、バルブ装置10を高温側四方弁10と称することとする。
車両用温調装置1は、車室内空間(換言すれば、空調対象空間)を適切な温度に調整する車両用空調装置である。車両用温調装置1は、電池2を適切な温度に調整する車両用電池温調装置でもある。車両用温調装置1は、電池2を冷却する車両用電池冷却装置でもある。車両用温調装置1は、電池2を加熱する車両用電池加熱装置でもある。
本実施形態では、車両用温調装置1を電気自動車(換言すれば電動車両)に適用している。電気自動車は、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る車両である。本実施形態の電気自動車は、車両停車時に外部電源(換言すれば商用電源)から供給された電力を、車両に搭載された電池2(換言すれば車載バッテリ)に充電可能になっている。電池2としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。
電池2に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、車両用温調装置1の各種電動機器や各種車載機器に供給される。
車両用温調装置1は、冷凍サイクル装置100を備えている。冷凍サイクル装置100は、圧縮機110、凝縮器120、第1膨張弁130、空気側蒸発器140、定圧弁150、第2膨張弁160および冷却水側蒸発器170を備える蒸気圧縮式冷凍機である。冷凍サイクル装置100の冷媒はフロン系冷媒である。冷凍サイクル装置100は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルである。
第2膨張弁160および冷却水側蒸発器170は、冷媒流れにおいて、第1膨張弁130、空気側蒸発器140および定圧弁150に対して並列に配置されている。
冷凍サイクル装置100には、第1冷媒循環回路と第2冷媒循環回路とが形成されている。第1冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機110、凝縮器120、第1膨張弁130、空気側蒸発器140、定圧弁150、圧縮機110の順に循環する。第2冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機110、凝縮器120、第2膨張弁160、冷却水側蒸発器170の順に循環する。
圧縮機110は、電池2から供給される電力によって駆動される電動圧縮機であり、冷凍サイクル装置100の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。図25および図26に示すように、圧縮機110の電動モータは、制御装置20によって制御される。圧縮機110は、ベルトによって駆動される可変容量圧縮機であってもよい。
凝縮器120は、圧縮機110から吐出された高圧側冷媒と高温冷却水回路200の冷却水とを熱交換させる高圧側熱交換器である。
凝縮器120は、凝縮部120a、レシーバ120bおよび過冷却部120cを有している。凝縮部120aは、圧縮機110から吐出された高圧側冷媒と高温冷却水回路200の冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる。凝縮器120は、圧縮機110から吐出された冷媒を冷却水に放熱させる放熱器である。
高温冷却水回路200の冷却水は、熱媒体としての流体である。高温冷却水回路200の冷却水は高温熱媒体である。本実施形態では、高温冷却水回路200の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。高温冷却水回路200は、高温熱媒体が循環する高温熱媒体回路である。
レシーバ120bは、凝縮器120から流出した高圧冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒を下流側へ流出させるとともに、サイクルの余剰冷媒を貯える気液分離部である。
過冷却部120cは、レシーバ120bから流出した液相冷媒と高温冷却水回路200の冷却水とを熱交換させて液相冷媒を過冷却する。
第1膨張弁130は、レシーバ120bから流出した液相冷媒を減圧膨張させる第1減圧部である。第1膨張弁130は、機械式の温度式膨張弁である。機械式膨張弁は、感温部を有し、ダイヤフラム等の機械的機構によって弁体を駆動する温度式膨張弁である。第1膨張弁130は、電気式膨張弁であってもよい。
空気側蒸発器140は、第1膨張弁130から流出した冷媒と車室内へ送風される空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器である。空気側蒸発器140では、冷媒が車室内へ送風される空気から吸熱する。空気側蒸発器140は、車室内へ送風される空気を冷却する空気冷却器である。
定圧弁150は、空気側蒸発器140の出口側における冷媒の圧力を所定値に維持する圧力調整部である。定圧弁150は、機械式または電気式の可変絞り機構で構成されている。具体的には、定圧弁150は、空気側蒸発器140の出口側における冷媒の圧力が所定値を下回ると冷媒通路の通路面積を減少させ、空気側蒸発器140の出口側における冷媒の圧力が所定値を超えると冷媒通路の通路面積を増加させる。定圧弁150で圧力調整された気相冷媒は圧縮機110に吸入されて圧縮される。なお、上記の冷媒通路の通路面積を減少させることとは、換言すれば、その冷媒通路の絞り開度を減少させることであり、上記の冷媒通路の通路面積を増加させることとは、換言すれば、その冷媒通路の絞り開度を増加させることである。
サイクルを循環する循環冷媒流量の変動が少ない場合等には、定圧弁150に代えて、オリフィス、キャピラリチューブ等からなる固定絞りを採用してもよい。
第2膨張弁160は、凝縮器120から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第2減圧部である。第2膨張弁160は、電気式膨張弁である。電気式膨張弁は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。第2膨張弁160は冷媒流路を全閉可能になっている。
第2膨張弁160は、空気側蒸発器140および冷却水側蒸発器170のうち空気側蒸発器140に冷媒が流れる状態と、空気側蒸発器140および冷却水側蒸発器170の両方に冷媒が流れる状態とを切り替える冷媒流れ切替部である。
第2膨張弁160は、制御装置20から出力される制御信号によって、その作動が制御される。第2膨張弁160は機械式の温度膨張弁であってもよい。第2膨張弁160が機械式の温度膨張弁である場合、第2膨張弁160側の冷媒流路を開閉する開閉弁が、第2膨張弁160とは別個に設けられている必要がある。
冷却水側蒸発器170は、第2膨張弁160から流出した冷媒と低温冷却水回路300の冷却水とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器である。冷却水側蒸発器170では、冷媒が低温冷却水回路300の冷却水から吸熱する。冷却水側蒸発器170は、低温冷却水回路300の冷却水を冷却する熱媒体冷却器である。冷却水側蒸発器170で蒸発した気相冷媒は圧縮機110に吸入されて圧縮される。
低温冷却水回路300の冷却水は、熱媒体としての流体である。低温冷却水回路300の冷却水は低温熱媒体である。本実施形態では、低温冷却水回路300の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。低温冷却水回路300は、低温の熱媒体が循環する低温熱媒体回路である。
高温冷却水回路200には、凝縮器120、高温側ポンプ210、ヒータコア220、高温側ラジエータ230、高温側リザーブタンク240、電気ヒータ250および高温側四方弁10が配置されている。
高温側ポンプ210は、冷却水を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。高温側ポンプ210は、吐出流量が一定となる電動式のポンプである。高温側ポンプ210は、吐出流量が可変な電動式のポンプであってもよい。
ヒータコア220は、高温冷却水回路200の冷却水と車室内へ流れる空気とを熱交換させて、車室内へ流れる空気を加熱する。すなわち、ヒータコア220では、冷却水が、車室内へ流れる空気に放熱する。要するに、ヒータコア220は、車室内へ流れる空気を加熱する空気加熱器である。
高温側ラジエータ230は、高温冷却水回路200の冷却水と車室外の空気(すなわち外気)とを熱交換させて冷却水から外気に放熱させる熱交換器である。
高温側リザーブタンク240は、余剰冷却水を貯留する冷却水貯留部である。高温側リザーブタンク240に余剰冷却水を貯留しておくことによって、各流路を循環する冷却水の液量の低下を抑制することができる。
高温側リザーブタンク240は、冷却水の気液を分離する機能を有している。高温側リザーブタンク240は、冷却水に含まれる空気(すなわち気泡)を分離する機能を有している。
高温側リザーブタンク240は、密閉式リザーブタンクである。高温側リザーブタンク240で分離された空気は高温側リザーブタンク240内に貯留される。高温側リザーブタンク240内に貯留された空気の圧縮性を利用して、高温側リザーブタンク240内に貯留された冷却水の液面における圧力が調整される。
電気ヒータ250は、電力が供給されることによって発熱して、高温冷却水回路200の冷却水を加熱する加熱部である。電気ヒータ250は、車両の走行状態とは独立して熱を生成可能な熱生成部である。
凝縮器120、高温側ポンプ210、高温側リザーブタンク240および電気ヒータ250は、凝縮器流路200aに配置されている。凝縮器流路200aは、高温冷却水回路200の冷却水が流れる流路である。
凝縮器120、高温側ポンプ210、高温側リザーブタンク240および電気ヒータ250は、凝縮器流路200aにおいて冷却水の流れ方向に、高温側リザーブタンク240、高温側ポンプ210、凝縮器120、電気ヒータ250の順に配置されている。
ヒータコア220は、ヒータコア流路200bに配置されている。ヒータコア流路200bは、高温冷却水回路200の冷却水が流れる流路である。
高温側ラジエータ230は、高温側ラジエータ流路200cに配置されている。高温側ラジエータ流路200cは、高温冷却水回路200の冷却水がヒータコア流路200bに対して並列に流れる流路である。
ヒータコア流路200bおよび高温側ラジエータ流路200cは、互いに並列に凝縮器流路200aに接続されている。
ヒータコア220および高温側ラジエータ230は、高温冷却水回路200の冷却水の流れにおいて互いに並列に配置されている。
ヒータコア流路200bおよび高温側ラジエータ流路200cは、高温側第1分岐部200dにて凝縮器流路200aから分岐している。高温側第1分岐部200dでは、凝縮器120で放熱された冷却水が高温側ラジエータ流路200c側とヒータコア220側とに分岐する。
ヒータコア流路200bおよび高温側ラジエータ流路200cは、高温側第1合流部200eにて凝縮器流路200aに合流している。高温側第1合流部200eでは、高温側ラジエータ流路200cを流れた冷却水とヒータコア220を流れた冷却水とが凝縮器120側へ向かって合流する。
高温側四方弁10は、高温側第1分岐部200dに配置されている。高温側四方弁10は、ヒータコア流路200bおよび高温側ラジエータ流路200cを開閉する電動弁である。
高温側四方弁10には、電池入口側流路200fも接続されている。高温側第1分岐部200dは、凝縮器120で放熱された冷却水が電池用熱交換器330側に分岐する高温側第2分岐部でもある。
高温側四方弁10は、凝縮器120で放熱された冷却水が電池用熱交換器330に流れる状態と流れない状態とを切り替える高温側切替部である。
図25および図27に示すように、高温側四方弁10は、1つの冷却水入口111aと、3つの冷却水出口112a、113a、117aとを有している。高温側四方弁10は、ヒータコア流路200bおよび高温側ラジエータ流路200cの開口面積を調整する。高温側四方弁10は、ヒータコア流路200bに流入する高温冷却水回路200の冷却水の流量を調整するヒータコア流量低減部である。高温側四方弁10は、高温側ラジエータ流路200cに流入する高温冷却水回路200の冷却水の流量を調整する高温側ラジエータ流量低減部である。高温側四方弁10の作動は、制御装置20によって制御される。
高温側四方弁10は、ヒータコア流路200b、高温側ラジエータ流路200cおよび電池入口側流路200fを開閉する。すなわち、高温側四方弁10は、ヒータコア流路200b、高温側ラジエータ流路200cおよび電池入口側流路200fの開口面積を調整する。
高温側四方弁10は、ヒータコア220を流れる冷却水と高温側ラジエータ230を流れる冷却水との流量比を調整する。
凝縮器流路200aの高温側第2合流部200hには、電池出口側流路200gが接続されている。高温側第2合流部200hは、凝縮器流路200aのうち高温側リザーブタンク240の冷却水入口側の部位に配置されている。高温側第2合流部200hでは、電池用熱交換器330を流れた冷却水が凝縮器120側へ向かって合流する。
高温側四方弁10は、電池用熱交換器330側の冷却水流路を開閉するとともに高温側ラジエータ230側の冷却水流路の開度およびヒータコア220側の冷却水流路の開度を調整する1つの弁装置である。
図27および図28に示すように、高温側四方弁10は、筐体11、アクチュエータとしてのモータ12、歯車機構14、回転子161、バルブ回転軸162(図3参照)、およびコイルバネ18(図3参照)を有している。なお、図27〜図33は高温側四方弁10を示した図であるが、図27〜図33において、バルブ回転軸162とコイルバネ18との図示は省略されている。
本実施形態のバルブ装置である高温側四方弁10は、第1実施形態のバルブ装置10と比較してポート数では異なるが、第1実施形態のバルブ装置10と同様の構造を有している。従って、高温側四方弁10においてコイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ回転子161を付勢している。そして、回転子161とバルブ回転軸162は、バルブ周方向Dcの一方側へコイルバネ18によって付勢されながらモータ12の回転作動に従って回転する。
高温側四方弁10の筐体11は、入口ポート部111、第1出口ポート部112、および第2出口ポート部113に加え、第3出口117aが形成された第3出口ポート部117を有している。すなわち、筐体11には、冷却水入口111a、ラジエータ側出口としての第1出口112a、ヒータコア側出口としての第2出口113a、および、電池側出口としての第3出口117aが形成されている。
第1出口112aは、高温側ラジエータ流路200cに接続されている。すなわち、第1出口112aが形成された第1出口ポート部112は、第1熱交換器としての高温側ラジエータ230の冷却水流れ上流側(換言すれば、流体流れ上流側)に連結され、高温側ラジエータ230へ冷却水を流出させる。
また、第2出口113aは、ヒータコア流路200bに接続されている。すなわち、第2出口113aが形成された第2出口ポート部113は、第2熱交換器としてのヒータコア220の冷却水流れ上流側に連結され、ヒータコア220へ冷却水を流出させる。
また、第3出口117aは、電池入口側流路200fに接続されている。
また、冷却水入口111aは、凝縮器流路200aに接続されている。すなわち、冷却水入口111aが形成された入口ポート部111は、高温側ラジエータ230の冷却水流れ下流側とヒータコア220の冷却水流れ下流側とに連結され、入口ポート部111には高温側ラジエータ230とヒータコア220とから冷却水が流入する。
筐体11の内部には、入口空間111b、ラジエータ側空間としての第1出口空間112b、ヒータコア側空間としての第2出口空間113b、および、電池側空間としての第3出口空間117bが形成されている。
入口空間111bは熱媒体入口空間である。入口空間111bは、冷却水入口111aと連通している。第1出口空間112bは、第1出口112aと連通している。第2出口空間113bは、第2出口113aと連通している。第3出口空間117bは、第3出口117aと連通している。
高温側四方弁10の筐体11は、出入口仕切部114と、第1実施形態の出口側仕切部115に相当する出口側第1仕切部115とに加え、出口側第2仕切部116を有している。この出口側第2仕切部116は板状に形成され、第2出口空間113bと第3出口空間117bとの間を仕切っている。
また、出入口仕切部114は、入口空間111bと、第1出口空間112b、第2出口空間113b、および第3出口空間117bのそれぞれとの間を仕切っている。入口空間111bは出入口仕切部114に対しバルブ軸方向Daの一方側に配置され、第1出口空間112b、第2出口空間113b、および第3出口空間117bは出入口仕切部114に対しバルブ軸方向Daの他方側に配置されている。
また、第2出口空間113bは、第1出口空間112bと第3出口空間117bとの間に位置している。
図27〜図29に示すように、出入口仕切部114には、筐体11内で冷却水が通過する第1〜第3流通孔114a、114b、114dが形成されている。入口空間111bは、第1流通孔114aを介して第1出口空間112bに連通し、第2流通孔114bを介して第2出口空間113bに連通し、第3流通孔114dを介して第3出口空間117bに連通する。
従って、入口ポート部111から冷却水が第1出口ポート部112へ流れる場合には、その冷却水は第1流通孔114aを通過してから第1出口ポート部112へ流れる。また、入口ポート部111から冷却水が第2出口ポート部113へ流れる場合には、その冷却水は第2流通孔114bを通過してから第2出口ポート部113へ流れる。また、入口ポート部111から冷却水が第3出口ポート部117へ流れる場合には、その冷却水は第3流通孔114dを通過してから第3出口ポート部117へ流れる。
回転子161は高温側四方弁10の弁体である。なお、第1実施形態の回転子161の回転子孔161a(図3参照)に相当する部位は、本実施形態では孔形状ではなく切欠形状を成しているので、その回転子孔161aに相当する部位は、本実施形態では回転子開口161aと称される。また、回転子161において、回転子開口161aは2箇所に分かれて形成されている。
回転子161は、第1流通孔114a、第2流通孔114b、および第3流通孔114dを開閉することによって、第1出口空間112b、第2出口空間113bおよび第3出口空間117bのそれぞれと入口空間111bとの連通状態を変化させる。
なお、第1流通孔114aを閉じることとは、入口空間111bに対し第1出口空間112bを閉じることであり、第2流通孔114bを閉じることとは、入口空間111bに対し第2出口空間113bを閉じることである。そして、第3流通孔114dを閉じることとは、入口空間111bに対し第3出口空間117bを閉じることである。
バルブ周方向Dcにおける被回転部16(図3参照)の可動範囲には、上述した第1および第2開度制限範囲W1、W2だけでなく、第3流通孔114dの開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる第3開度制限範囲も含まれる。そして、第1および第2流通孔114a、114bの開度調整時だけでなく第3流通孔114dの開度調整時にも、コイルバネ18の付勢力Fc(図4参照)は回転子161に作用し続ける。すなわち、その回転子161を有する被回転部16が上記第3開度制限範囲内の回転位置にある場合にはその第3開度制限範囲のうち何れの回転位置にあっても、コイルバネ18は、バルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢する。
回転子161は、モータ12の回転駆動力(換言すれば回転力)によって回転操作される。モータ12の作動は、制御装置20によって制御される。
図29は、冷房・電池冷却モードにおける高温側四方弁10の作動状態を示している。図29の作動状態では、回転子161は、入口空間111bに対し第1出口空間112bを開け、第2出口空間113bを閉じ、第3出口空間117bを閉じている。
図30は、暖房モードにおける高温側四方弁10の作動状態を示している。図30の作動状態では、回転子161は、入口空間111bに対し第1出口空間112bを閉じ、第2出口空間113bを開け、第3出口空間117bを閉じている。
図31は、除湿暖房モードにおける高温側四方弁10の作動状態を示している。図31の作動状態では、回転子161は、入口空間111bに対し第1出口空間112bを開け、第2出口空間113bを開け、且つ第3出口空間117bを閉じるように回転操作される。
図32は、電池加熱モードにおける高温側四方弁10の作動状態を示している。図32の作動状態では、回転子161は、入口空間111bに対し第1出口空間112bを閉じ、第2出口空間113bを閉じ、第3出口空間117bを開けている。
図33は、注水モードにおける高温側四方弁10の作動状態を示している。図33の作動状態では、回転子161は、入口空間111bに対し第1出口空間112bを開け、第2出口空間113bを開け、第3出口空間117bを開けている。
図25に示すように、低温冷却水回路300には、低温側ポンプ310、冷却水側蒸発器170、低温側ラジエータ320、電池用熱交換器330および低温側リザーブタンク340が配置されている。
低温側ポンプ310は、冷却水を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。低温側ポンプ310は電動式のポンプである。
低温側ラジエータ320は、低温冷却水回路300の冷却水と外気とを熱交換させて低温冷却水回路300の冷却水に外気から吸熱させる吸熱器である。
高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320は、外気の流れ方向において、この順番に直列に配置されている。高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320には、室外送風機400によって外気が送風される。
室外送風機400は、高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320へ向けて外気を送風する外気送風部である。室外送風機400は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。室外送風機400の作動は、制御装置20によって制御される。
高温側ラジエータ230、低温側ラジエータ320および室外送風機400は、車両の最前部に配置されている。従って、車両の走行時には高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320に走行風を当てることができるようになっている。
高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320の前面には、ラジエータシャッタ3が配置されている。ラジエータシャッタ3を閉じることによって、車両の走行時に高温側ラジエータ230および低温側ラジエータ320に走行風を当てないようにすることができる。ラジエータシャッタ3の作動は、制御装置20によって制御される。
電池用熱交換器330には、電池2が熱伝導可能に配置されている。電池用熱交換器330は、冷却水によって電池2の温度を調整する電池温度調整部である。電池用熱交換器330は、電池2から発生する廃熱を低温冷却水回路300の冷却水に放熱させる。また、電池用熱交換器330は、低温冷却水回路300の冷却水から電池2に吸熱させる。この電池用熱交換器330における冷却水と電池2との間の放熱および吸熱は、冷却水の温度と電池2の温度との高低に応じて切り替わる。
低温側リザーブタンク340は、余剰冷却水を貯留する冷却水貯留部である。低温側リザーブタンク340に余剰冷却水を貯留しておくことによって、各流路を循環する冷却水の液量の低下を抑制することができる。
低温側リザーブタンク340は、冷却水の気液を分離する機能を有している。低温側リザーブタンク340は、冷却水に含まれる空気(すなわち気泡)を分離する機能を有している。
低温側リザーブタンク340は、密閉式リザーブタンクである。低温側リザーブタンク340で分離された空気は低温側リザーブタンク340内に貯留される。低温側リザーブタンク340内に貯留された空気の圧縮性を利用して、低温側リザーブタンク340内に貯留された冷却水の液面における圧力が調整される。
低温側ポンプ310、冷却水側蒸発器170および低温側リザーブタンク340は、蒸発器流路300aに配置されている。蒸発器流路300aは、低温冷却水回路300の冷却水が流れる流路である。
低温側ポンプ310、冷却水側蒸発器170および低温側リザーブタンク340は、蒸発器流路300aにおいて冷却水の流れ方向に、低温側リザーブタンク340、低温側ポンプ310、冷却水側蒸発器170の順に配置されている。
低温側ラジエータ320は、低温側ラジエータ流路300bに配置されている。低温側ラジエータ流路300bは、低温冷却水回路300の冷却水が流れる流路である。
電池用熱交換器330は、電池流路300cに配置されている。電池流路300cは、低温冷却水回路300の冷却水が流れる流路である。
低温側ラジエータ流路300bおよび電池流路300cは、低温側第1分岐部300dにて蒸発器流路300aから分岐している。低温側第1分岐部300dでは、冷却水側蒸発器170で吸熱された冷却水が電池用熱交換器330側と低温側ラジエータ320側とに分岐する。
低温側ラジエータ流路300bおよび電池流路300cは、低温側第1合流部300eにて蒸発器流路300aに合流している。低温側第1合流部300eでは、電池用熱交換器330を流れた冷却水と低温側ラジエータ320を流れた冷却水とが冷却水側蒸発器170側へ向かって合流する。
電池流路300cのうち電池用熱交換器330の冷却水出口側と、低温側ラジエータ流路300bのうち低温側ラジエータ320の冷却水入口側との間に、電池ラジエータ流路300fが接続されている。電池ラジエータ流路300fは、低温冷却水回路300の冷却水が流れる流路である。
低温冷却水回路300には三方弁350が配置されている。三方弁350は、電池流路300cと電池ラジエータ流路300fとの接続部に配置されている。三方弁350は、第1の状態と第2の状態とを切り替える。その第1の状態とは、電池用熱交換器330から流出した冷却水がそのまま電池流路300cを流れて蒸発器流路300aに流入する状態である。第2の状態とは、電池用熱交換器330から流出した冷却水が電池ラジエータ流路300fを流れて低温側ラジエータ流路300bに流入する状態である。
図34および図35に示すように、三方弁350は、筐体3510、弁体3520およびアクチュエータ3530を有している。筐体3510は、冷却水入口3510a、電池流路側出口3510bおよび電池ラジエータ流路側出口3510cを有している。
冷却水入口3510aは熱媒体入口である。冷却水入口3510aおよび電池流路側出口3510bは、電池流路300cに接続されている。電池ラジエータ流路側出口3510cは、電池ラジエータ流路300fに接続されている。
筐体3510の内部には、冷却水入口空間3510d、電池流路側空間3510eおよび電池ラジエータ流路側空間3510fが形成されている。冷却水入口空間3510dは熱媒体入口空間である。冷却水入口空間3510dは、冷却水入口3510aと連通している。電池流路側空間3510eは、電池流路側出口3510bと連通している。電池ラジエータ流路側空間3510fは、電池ラジエータ流路側出口3510cと連通している。
電池流路側空間3510eおよび電池ラジエータ流路側空間3510fはそれぞれ、冷却水入口空間3510dと連通している。電池流路側空間3510eおよび電池ラジエータ流路側空間3510fは、互いに隣り合わせになっている。
弁体3520は、電池流路側空間3510eおよび電池ラジエータ流路側空間3510fを冷却水入口空間3510dに対し開閉する。これによって、弁体3520は、電池流路側空間3510eおよび電池ラジエータ流路側空間3510fのそれぞれと冷却水入口空間3510dとの連通状態を変化させる。
弁体3520は、アクチュエータ3530の回転駆動力によって回転操作される。アクチュエータ3530の作動は、制御装置20によって制御される。
図35は、冷房・電池冷却モードにおける三方弁350の作動状態を示している。冷房・電池冷却モードでは、弁体3520は、冷却水入口空間3510dに対し電池流路側空間3510eを開け、電池ラジエータ流路側空間3510fを閉じている。
図36は、暖房モードおよび電池加熱モードにおける三方弁350の作動状態を示している。暖房モードおよび電池加熱モードでは、弁体3520は、冷却水入口空間3510dに対し電池流路側空間3510eを閉じ、電池ラジエータ流路側空間3510fを閉じている。
図37は、電池外気冷却モードにおける三方弁350の作動状態を示している。電池外気冷却モードでは、弁体3520は、冷却水入口空間3510dに対し電池流路側空間3510eを閉じ、電池ラジエータ流路側空間3510fを開けている。
図38は、注水モードにおける三方弁350の作動状態を示している。注水モードでは、弁体3520は、冷却水入口空間3510dに対し電池流路側空間3510eを開け、電池ラジエータ流路側空間3510fを開けている。
図25に示すように、低温側ラジエータ流路300bのうち電池ラジエータ流路300fとの接続部よりも冷却水流れ上流側の部位には、流量調整弁360が配置されている。流量調整弁360は、低温側ラジエータ流路300bを開閉する。流量調整弁360は、低温側ラジエータ流路300bの開口面積を調整する。流量調整弁360は、低温側ラジエータ320を流れる冷却水の流量を低減させる低温側ラジエータ流量低減部である。
電池入口側流路200fは、低温側第2合流部300gにて電池流路300cに接続されている。電池入口側流路200fは高温側四方弁10に接続されている。
低温側第2合流部300gは、電池流路300cのうち電池用熱交換器330の冷却水入口側の部位に配置されている。低温側第2合流部300gでは、凝縮器120で放熱された冷却水が電池用熱交換器330側へ向かって合流する。
電池出口側流路200gは、低温側第2分岐部300hにて電池流路300cに接続されている。電池出口側流路200gは、凝縮器流路200aのうち高温側リザーブタンク240の冷却水入口側の部位に接続されている。
低温側第2分岐部300hは、電池流路300cのうち電池用熱交換器330の冷却水出口側の部位に配置されている。低温側第2分岐部300hでは、電池用熱交換器330を流れた冷却水が凝縮器120側に分岐する。
空気側蒸発器140およびヒータコア220は、室内空調ユニット500の空調ケーシング510に収容されている。室内空調ユニット500は、車室内前部の図示しないインストルメントパネルの内側に配置されている。空調ケーシング510は、空気通路を形成する空気通路形成部材である。
ヒータコア220は、空調ケーシング510内の空気通路において、空気側蒸発器140の空気流れ下流側に配置されている。空調ケーシング510には、内外気切替箱520と室内送風機530とが配置されている。
内外気切替箱520は、空調ケーシング510内の空気通路に内気と外気とを切替導入する内外気切替部である。室内送風機530は、内外気切替箱520を通して空調ケーシング510内の空気通路に導入された内気および外気を吸入して送風する。室内送風機530の作動は、制御装置20によって制御される。
空調ケーシング510内の空気通路において空気側蒸発器140とヒータコア220との間には、エアミックスドア540が配置されている。エアミックスドア540は、空気側蒸発器140を通過した冷風のうちヒータコア220に流入する冷風と冷風バイパス通路550を流れる冷風との風量割合を調整する。
冷風バイパス通路550は、空気側蒸発器140を通過した冷風がヒータコア220をバイパスして流れる空気通路である。
エアミックスドア540は、空調ケーシング510に対して回転可能に支持された回転軸と、その回転軸に結合されたドア基板部とを有する回転式ドアである。エアミックスドア540の開度位置を調整することによって、空調ケーシング510から車室内に吹き出される空調風の温度を所望温度に調整できる。
エアミックスドア540の回転軸は、サーボモータ560によって駆動される。サーボモータ560の作動は、制御装置20によって制御される。
エアミックスドア540は、空気流れと略直交する方向にスライド移動するスライドドアであってもよい。スライドドアは、剛体で形成された板状のドアであってもよいし、可撓性を有するフィルム材で形成されたフィルムドアであってもよい。
エアミックスドア540によって温度調整された空調風は、空調ケーシング510に形成された吹出口570から車室内へ吹き出される。
室内空調ユニット500および第1膨張弁130は、車室4に配置されている。車室4は、隔壁5によって駆動装置室6と仕切られている。隔壁5は、車室4内の防音防火等のために配置された隔壁部材(いわゆるファイアウォール)である。
駆動装置室6は、走行用電動モータが配置される空間である。駆動装置室6は、車室4の前方側に配置されている。駆動装置室6の車両最前部には、駆動装置室6内に外気を導入するグリルが形成されている。このため、駆動装置室6内の空間は、外気が導入される車室外空間となる。
図26に示す制御装置20の出力側には各種制御対象機器が接続されている。制御装置20は、各種制御対象機器の作動を制御する制御部である。
制御装置20によって制御される制御対象機器は、ラジエータシャッタ3、圧縮機110、第2膨張弁160、高温側四方弁10、三方弁350、流量調整弁360、室外送風機400、室内送風機530、およびエアミックスドア540用のサーボモータ560等である。
制御装置20のうち圧縮機110の電動モータを制御するソフトウェアおよびハードウェアは、冷媒吐出能力制御部である。制御装置20のうち第2膨張弁160を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、絞り制御部である。
制御装置20のうち高温側四方弁10を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、高温熱媒体流れ制御部である。
制御装置20のうち三方弁350および流量調整弁360を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、低温熱媒体流れ制御部である。
制御装置20のうち室外送風機400を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、外気送風能力制御部である。
制御装置20のうち室内送風機530を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、空気送風能力制御部である。
制御装置20のうちエアミックスドア540用のサーボモータ560を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、風量割合制御部である。
制御装置20の入力側には、内気温度センサ20a、外気温度センサ20b、日射量センサ20c、蒸発器吸込空気温度センサ20d、蒸発器温度センサ20e、ヒータコア入口冷却水温度センサ20f、電池入口冷却水温度センサ20g、電池温度センサ20h等の種々の制御用センサ群が接続されている。
内気温度センサ20aは車室内温度Trを検出する。外気温度センサ20bは外気温Tamを検出する。日射量センサ20cは車室内の日射量Tsを検出する。
蒸発器吸込空気温度センサ20dは、空気側蒸発器140に吸い込まれる空気の温度TEinを検出する空気温度検出部である。
蒸発器温度センサ20eは、空気側蒸発器140の温度TEを検出する温度検出部である。蒸発器温度センサ20eは、例えば、空気側蒸発器140の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、空気側蒸発器140を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ等である。
ヒータコア入口冷却水温度センサ20fは、ヒータコア220に流入する冷却水の温度THinを検出する熱媒体温度検出部である。
電池入口冷却水温度センサ20gは、電池2に流入する冷却水の温度を検出する熱媒体温度検出部である。
電池温度センサ20hは、電池2の温度を検出する電池温度検出部である。例えば、電池温度センサ20hは、電池2の各セルの温度を検出する。
制御装置20の入力側には、図示しない各種操作スイッチが接続されている。各種操作スイッチは操作パネル700に設けられており、乗員によって操作される。操作パネル700は車室内前部のインストルメントパネル付近に配置されている。制御装置20には、各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
各種操作スイッチは、エアコンスイッチ、温度設定スイッチ等である。エアコンスイッチは、室内空調ユニット500にて空気の冷却を行うか否かを設定する。温度設定スイッチは、車室内の設定温度を設定する。
次に、上記構成における作動を説明する。制御装置20は、上述の制御用センサ群20a〜20hの検出結果や操作パネル700の各種操作スイッチの操作状態等に基づいて運転モードを切り替える。運転モードとしては、少なくとも冷房・電池冷却モード、暖房モード、除湿暖房モード、電池外気冷却モードおよび電池加熱モードがある。
冷房・電池冷却モードでは、車室内へ送風される空気を空気側蒸発器140で冷却することによって車室内を冷房するとともに、冷却水側蒸発器170で冷却された冷却水によって電池2を冷却する。
暖房モードでは、車室内へ送風される空気をヒータコア220で加熱することによって車室内を暖房する。
除湿暖房モードでは、車室内へ送風される空気を空気側蒸発器140で冷却除湿し、空気側蒸発器140で冷却除湿された空気をヒータコア220で加熱することによって車室内を除湿暖房する。
除湿暖房モードにおいて、高温冷却水回路200の冷却水の熱量が、ヒータコア220に必要とされる熱量に対して余剰となる場合、高温冷却水回路200の冷却水の余剰熱を高温側ラジエータ230で外気に放熱させる。
電池外気冷却モードでは、低温側ラジエータ320で冷却された冷却水によって電池2を冷却する。電池加熱モードでは、凝縮器120で加熱された冷却水によって電池2を加熱する。
次に、冷房・電池冷却モード、暖房モード、除湿暖房モード、電池外気冷却モードおよび電池加熱モードにおける具体的作動について説明する。
(1)冷房・電池冷却モード
冷房・電池冷却モードでは、制御装置20は、圧縮機110、高温側ポンプ210および低温側ポンプ310を作動させる。
冷房・電池冷却モードでは、制御装置20は、第1膨張弁130および第2膨張弁160を絞り開度で開弁させる。
冷房・電池冷却モードでは、制御装置20は、図29に示すように高温側四方弁10を制御する。これにより、ヒータコア流路200bが閉じられ、高温側ラジエータ流路200cが開けられ、電池入口側流路200fが閉じられる。
冷房・電池冷却モードでは、制御装置20は、図35に示すように三方弁350を制御する。これにより、電池流路300cが開けられ、電池ラジエータ流路300fが閉じられる。
冷房・電池冷却モードでは、制御装置20は、低温側ラジエータ流路300bが閉じられるように流量調整弁360を制御する。
これにより、冷房・電池冷却モード時の冷凍サイクル装置100では、図39の太実線に示すように冷媒が流れ、サイクルを循環する冷媒の状態については、以下のように変化する。
すなわち、圧縮機110から吐出された高圧冷媒が凝縮器120に流入する。凝縮器120に流入した冷媒は、高温冷却水回路200の冷却水に放熱する。これにより、凝縮器120で冷媒が冷却されて凝縮する。
凝縮器120から流出した冷媒は、第1膨張弁130へ流入して、第1膨張弁130にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第1膨張弁130にて減圧された低圧冷媒は、空気側蒸発器140に流入し、車室内へ送風される空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内へ送風される空気が冷却される。
そして、空気側蒸発器140から流出した冷媒は、圧縮機110の吸入側へと流れて再び圧縮機110にて圧縮される。
このように、冷房・電池冷却モードでは、空気側蒸発器140にて低圧冷媒に空気から吸熱させて、冷却された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。
これと同時に、冷房・電池冷却モード時の冷凍サイクル装置100では、図39の太実線に示すように、凝縮器120から流出した冷媒は、第2膨張弁160へ流入して、第2膨張弁160にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第2膨張弁160にて減圧された低圧冷媒は、冷却水側蒸発器170に流入し、低温冷却水回路300の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路300の冷却水が冷却される。そして、低温冷却水回路300では、図39の太実線に示すように、電池用熱交換器330に冷却水が循環して電池2が冷却される。
冷房・電池冷却モード時の高温冷却水回路200では、図39の太実線に示すように、高温側ラジエータ230に高温冷却水回路200の冷却水が循環して高温側ラジエータ230で冷却水から外気に放熱される。
(2)暖房モード
暖房モードでは、制御装置20は、圧縮機110、高温側ポンプ210および低温側ポンプ310を作動させる。
暖房モードでは、制御装置20は、第1膨張弁130を絞り開度で開弁させ、第2膨張弁160を閉弁させる。
暖房モードでは、制御装置20は、図30に示すように高温側四方弁10を制御する。これにより、ヒータコア流路200bが開けられ、高温側ラジエータ流路200cが閉じられ、電池入口側流路200fが閉じられる。
暖房モードでは、制御装置20は、図36に示すように三方弁350を制御する。これにより、電池流路300cが閉じられ、電池ラジエータ流路300fが閉じられる。
暖房モードでは、制御装置20は、低温側ラジエータ流路300bが開けられるように流量調整弁360を制御する。
これにより、暖房モード時の冷凍サイクル装置100では、図40の太実線に示すように冷媒が流れ、サイクルを循環する冷媒の状態については、以下のように変化する。
すなわち、圧縮機110から吐出された高圧冷媒が凝縮器120に流入する。凝縮器120に流入した冷媒は、高温冷却水回路200の冷却水に放熱する。これにより、凝縮器120で冷媒が冷却されて凝縮する。
凝縮器120から流出した冷媒は、第2膨張弁160へ流入して、第2膨張弁160にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第2膨張弁160にて減圧された低圧冷媒は、冷却水側蒸発器170に流入し、低温冷却水回路300の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路300の冷却水が冷却される。そして、低温冷却水回路300では、図40の太実線に示すように、低温側ラジエータ320に冷却水が循環して冷却水が外気から吸熱する。
暖房モード時の高温冷却水回路200では、図40の太実線に示すように、ヒータコア220に高温冷却水回路200の冷却水が循環してヒータコア220で冷却水が車室内へ送風される空気に放熱する。これにより、車室内の暖房を実現することができる。
車室内の暖房に必要な熱量に対して、低温側ラジエータ320で冷却水が外気から吸熱する熱量が不足する場合、電気ヒータ250を作動させることによって、熱量を補うことができる。
(3)除湿暖房モード
除湿暖房モードでは、制御装置20は、圧縮機110および高温側ポンプ210を作動させ、低温側ポンプ310を停止させる。
除湿暖房モードでは、制御装置20は、第1膨張弁130を絞り開度で開弁させ、第2膨張弁160を閉弁させる。
除湿暖房モードでは、制御装置20は、図31に示すように高温側四方弁10を制御する。これにより、ヒータコア流路200bが開けられ、高温側ラジエータ流路200cが開けられ、電池入口側流路200fが閉じられる。
除湿暖房モード時の冷凍サイクル装置100では、図41の太実線に示すように冷媒が流れ、サイクルを循環する冷媒の状態については、次のように変化する。
すなわち、圧縮機110から吐出された高圧冷媒は、凝縮器120へ流入して、高温冷却水回路200の冷却水と熱交換して放熱する。これにより、高温冷却水回路200の冷却水が加熱される。
凝縮器120から流出した冷媒は、第1膨張弁130へ流入して、第1膨張弁130にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第1膨張弁130にて減圧された低圧冷媒は、空気側蒸発器140に流入し、車室内へ送風される空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内へ送風される空気が冷却除湿される。
そして、冷却水側蒸発器170から流出した冷媒は、圧縮機110の吸入側へと流れて再び圧縮機110にて圧縮される。
除湿暖房モード時の高温冷却水回路200では、図41の太実線に示すように、ヒータコア220に高温冷却水回路200の冷却水が循環する。
エアミックスドア540のサーボモータ560へ出力される制御信号については、エアミックスドア540がヒータコア220の空気通路を全開し、空気側蒸発器140を通過した空気の全流量がヒータコア220を通過するように決定される。このとき、ヒータコア220の空気通路を全開にするエアミックスドア540の位置は、図25の二点鎖線位置である。
これにより、ヒータコア220で高温冷却水回路200の冷却水から、車室内へ送風される空気に放熱される。従って、空気側蒸発器140で冷却除湿された空気がヒータコア220で加熱されて車室内に吹き出される。
これと同時に、高温冷却水回路200では、図41の太実線に示すように、高温側ラジエータ230に冷却水が循環して高温側ラジエータ230で冷却水から外気に放熱される。
このように、除湿暖房モードでは、圧縮機110から吐出された高圧冷媒の有する熱を凝縮器120にて高温冷却水回路200の冷却水に放熱させることができる。それと共に、高温冷却水回路200の冷却水が有する熱をヒータコア220にて空気に放熱させ、ヒータコア220で加熱された空気を車室内へ吹き出すことができる。
ヒータコア220では、空気側蒸発器140にて冷却除湿された空気を加熱する。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
除湿暖房モードでは、高温側ラジエータ230にて、高温冷却水回路200の冷却水の余剰熱が外気に放熱される。すなわち、ヒータコア220で必要とされる熱量に対して高温冷却水回路200の冷却水の熱量が余剰となる場合、その余剰熱が高温側ラジエータ230にて外気に放熱される。
除湿暖房モードでは、高温側ラジエータ230を流れる高温冷却水回路200の冷却水の流量は、高温冷却水回路200の冷却水の余剰熱を外気に放熱できるだけの流量でよい。
そのため、除湿暖房モードでは、高温側四方弁10における高温側ラジエータ流路200cの開度すなわち第1流通孔114aの開度(図31参照)は、高温冷却水回路200の冷却水の余剰熱を高温側ラジエータ230にて外気に放熱できるだけの開度とされる。
除湿暖房モードにおいて電池2を冷却する必要がある場合、制御装置20は次のような制御を行う。すなわち、その場合、制御装置20は、第2膨張弁160を絞り開度で開弁させると共に、低温冷却水回路300の冷却水が冷却水側蒸発器170と電池用熱交換器330との間で循環するように低温側ポンプ310および三方弁350を制御する。
これにより、冷凍サイクル装置100では、凝縮器120から流出した冷媒は、第2膨張弁160へ流入して、第2膨張弁160にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第2膨張弁160にて減圧された低圧冷媒は、冷却水側蒸発器170に流入し、低温冷却水回路300の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路300の冷却水が冷却される。そして、低温冷却水回路300では、電池用熱交換器330に冷却水が循環して電池2が冷却される。
(4)電池外気冷却モード
電池外気冷却モードでは、制御装置20は、圧縮機110および高温側ポンプ210を停止させ、低温側ポンプ310を作動させる。
電池外気冷却モードでは、制御装置20は、図37に示すように三方弁350を制御する。これにより、電池流路300cのうち三方弁350の冷却水流れ下流側が閉じられ、電池ラジエータ流路300fが開けられる。
電池外気冷却モードでは、制御装置20は、低温側ラジエータ流路300bが閉じられるように流量調整弁360を制御する。
これにより、電池外気冷却モード時の低温冷却水回路300では、図42の太実線に示すように、低温側ラジエータ320および電池用熱交換器330に冷却水が循環する。低温側ラジエータ320にて外気によって冷却水が冷却され、低温側ラジエータ320で冷却された冷却水によって電池2が冷却される。
(5)電池加熱モード
電池加熱モードでは、制御装置20は、高温側ポンプ210および電気ヒータ250を作動させ、圧縮機110および低温側ポンプ310を停止させる。
電池加熱モードでは、制御装置20は、図32に示すように高温側四方弁10を制御する。これにより、ヒータコア流路200bが閉じられ、高温側ラジエータ流路200cが閉じられ、電池入口側流路200fが開けられる。
電池加熱モードでは、制御装置20は、図36に示すように三方弁350を制御する。これにより、電池流路300cのうち三方弁350の冷却水流れ下流側が閉じられ、電池ラジエータ流路300fが閉じられる。
電池加熱モードでは、制御装置20は、低温側ラジエータ流路300bが閉じられるように流量調整弁360を制御する。
これにより、電池外気冷却モード時の高温冷却水回路200および低温冷却水回路300では、図43の太実線に示すように、電気ヒータ250および電池用熱交換器330に冷却水が循環する。電気ヒータ250にて冷却水が加熱され、電気ヒータ250で加熱された冷却水によって電池2が加熱される。
更に、制御装置20は、車両用温調装置1のメンテナンス時に注水モードと空気抜きモードとに切り替えることができる。
注水モードは、高温冷却水回路200および低温冷却水回路300に冷却水を注入する際に実行される作動モードである。
空気抜きモードは、高温冷却水回路200および低温冷却水回路300の冷却水から空気を分離させる際に実行される作動モードである。
(6)注水モード
注水モードでは、制御装置20は、図33に示すように高温側四方弁10を制御する。これにより、ヒータコア流路200bが開けられ、高温側ラジエータ流路200cが開けられ、電池入口側流路200fが開けられる。
注水モードでは、制御装置20は、図38に示すように三方弁350を制御する。これにより、電池流路300cが開けられ、電池ラジエータ流路300fが開けられる。
注水モードでは、制御装置20は、低温側ラジエータ流路300bが開けられるように流量調整弁360を制御する。
これにより、高温冷却水回路200および低温冷却水回路300に注入された冷却水を、高温冷却水回路200および低温冷却水回路300の全体に極力速やかに行き渡らせることができる。
(7)空気抜きモード
空気抜きモードでは、制御装置20は、高温冷却水回路200が、電池外気冷却モード時の回路、暖房モード時の回路、電池加熱モードの順に所定の時間間隔で切り替わるように高温側四方弁10を制御する。
空気抜きモードでは、制御装置20は、低温冷却水回路300が、暖房モード時の回路、電池外気冷却モード時の回路、冷房・電池冷却モード時の回路の順に所定の時間間隔で切り替わるように三方弁350および流量調整弁360を制御する。これにより、確実に空気抜きを行うことができる。
本実施形態によれば、凝縮器120で放熱された冷却水の流れにおいて高温側ラジエータ230とヒータコア220とが互いに並列に配置されている。そして、高温側四方弁10は、高温側第1分岐部200dに配置されていて、高温側ラジエータ230を流れる冷却水の流量を低減させる。
これによると、高温側ラジエータ230、ヒータコア220および電池用熱交換器330への冷却水の流し方の自由度を高くできる。そして、電池用熱交換器330に冷却水を流して電池2を加熱するとき、高温側ラジエータ230での熱損失を低減できるので、電池2を効率よく加熱できる。
また、本実施形態によれば、高温側四方弁10は、高温側第1分岐部200dに配置されていて、ヒータコア220を流れる冷却水の流量を低減させる。これによると、電池用熱交換器330に冷却水を流して電池2を加熱するとき、ヒータコア220での熱損失を低減できるので、電池2を効率よく加熱できる。
また、本実施形態によれば、高温側四方弁10は、電池用熱交換器330側の冷却水流路を開閉するとともに高温側ラジエータ230側の冷却水流路の開度を調整する1つの弁装置である。これにより、高温冷却水回路200の構成を簡素化できる。
また、本実施形態によれば、高温側四方弁10は、電池用熱交換器330側の冷却水流路を開閉するとともにヒータコア220側の冷却水流路の開度を調整する1つの弁装置である。これにより、高温冷却水回路200の構成を簡素化できる。
また、本実施形態によれば、高温側ポンプ210は、高温側第2合流部200hから、凝縮器120を経て、高温側第1分岐部200dに至る熱媒体流路に配置されている。
これにより、高温側ポンプ210によって、高温側ラジエータ230、ヒータコア220および電池用熱交換器330の全てに熱媒体を循環させることができる。
また、本実施形態によれば、図25、図27〜図29に示すように、高温側四方弁10の第1出口ポート部112は高温側ラジエータ230へ冷却水を流出させ、第2出口ポート部113はヒータコア220へ冷却水を流出させる。そして、入口ポート部111には高温側ラジエータ230とヒータコア220とから冷却水が流入する。また、入口ポート部111から冷却水が第1出口ポート部112へ流れる場合には、その冷却水は第1流通孔114aを通過してから第1出口ポート部112へ流れる。更に、回転子161は、バルブ周方向Dcの一方側へコイルバネ18(図3参照)によって付勢されながらモータ12の回転作動に従って回転し、その回転子161の回転に伴って第1流通孔114aの開度を増減する。
従って、第1実施形態のバルブ装置10と同様に歯車機構14におけるバックラシを無くすことが可能である。これにより、例えばコイルバネ18(図3参照)によるバルブ周方向Dcへの付勢が無い場合と比較して、歯車機構14におけるバックラシに起因した第1流通孔114aの開度バラツキを抑えることが可能である。
そのため、例えば第1流通孔114aを通過する冷却水の流量制御、すなわち高温側ラジエータ230に流通する冷却水の流量制御を、コイルバネ18によるバルブ周方向Dcへの付勢が無い場合と比較して高精度に行うことができる。このことは、第2、第3流通孔114b、114dを通過する冷却水の流量制御に関しても同様である。
ここで、上述した除湿暖房モードに着目すると、その除湿暖房モードでは、図31および図41に示すように第1流通孔114aと第2流通孔114bとの両方が開かれ、高温側四方弁10から高温側ラジエータ230とヒータコア220との両方へ冷却水が流れる。そのため、高温側ラジエータ230側で冷却された冷却水とヒータコア220を通過した冷却水とが合流して混じり合い、その混じり合った結果得られる温度になった冷却水が再びヒータコア220へ流れることになる。
従って、この除湿暖房モードのように高温側ラジエータ230とヒータコア220との両方へ冷却水が流れるモードでは、高温側ラジエータ230へ流れる冷却水の流量は、ヒータコア220で加熱され車室内へ流れる吹出空気の温度に影響する。その結果、このモードでは、例えば高温側ラジエータ230へ流れる冷却水の流量を精度よく制御できないと、ヒータコア220で加熱後の吹出空気の温度(すなわち、ヒータコア220の吹出空気温度)にバラツキを生じやすくなる。
特に、図44に示すように、高温側ラジエータ230へ流れる冷却水の流量であるラジエータ流量が少ない低流量領域Axでは、そのラジエータ流量の僅かな変化でもヒータコア220の吹出空気温度が大きく変化するという特性がある。この特性は、発明者らによって初めて見い出されたものである。
このようなことから、本実施形態の高温側四方弁10を使用することにより、ラジエータ流量の流量制御を高精度に行うことができ、例えば除湿暖房モードにおいてラジエータ流量のバラツキに起因したヒータコア220の吹出空気温度のバラツキを抑制できる。すなわち、ラジエータ流量の流量制御を精度よく行えないことに起因してヒータコア220の吹出空気温度が変動してしまうという事態を回避することができ、ヒータコア220の暖房性能を高めることができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第12実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態において、バルブ装置10内を通過する流体は冷却水であるが、その流体は冷却水以外の流体であってもよい。また、バルブ装置10内を通過する流体は、液体ではなく気体であってもよい。
(2)上述の各実施形態において、バルブ装置10は、例えばエンジン車両、ハイブリッド車両、または電動車両に搭載されるが、バルブ装置10の用途は車両用に限定されるものではない。
(3)上述の各実施形態では、例えば図3に示すように、回転子161を回転させるための駆動源は電動のモータ12であるが、その駆動源は電動である必要はなく、モータ以外の回転装置であってもよい。
(4)上述の第1実施形態では、図3に示す回転子161と固定側シール面114cは何れも樹脂で構成されているが、例えば、その回転子161と固定側シール面114cとの一方または両方がセラミックで構成されていてもよい。
そのように回転子161と固定側シール面114cとの一方または両方がセラミックで構成されれば、セラミックは低摩擦の材料であるので、固定側シール面114cに対する回転子161の摩擦抵抗を安定させることができる。その結果、例えばコイルバネ18が被回転部16に作用させるバルブ周方向Dcの付勢力Fc(図4参照)を設定するための設計を行いやすくなるというメリットがある。
(5)上述の第1実施形態では図1に示すように、バルブ装置10は三方弁であるが、二方弁や四方弁であってもよい。
(6)上述の第1実施形態では図5に示すように、歯車機構14は、モータ12側を入力側とし被回転部16側を出力側とした場合に、入力側から出力側へ回転を減速して伝達するが、これは一例である。例えば、歯車機構14は、入力側から出力側へ回転を増速して伝達してもよいし、減速比を1として入力側から出力側へ回転を伝達してもよい。
(7)上述の第1実施形態において、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲には、コイルバネ18が被回転部16をバルブ周方向Dcへ付勢しない非付勢回転位置も含まれているが、これは一例である。その被回転部16の可動範囲に、被回転部16の非付勢回転位置が含まれていなくても差し支えない。例えば、被回転部16が上記可動範囲内の何れの回転位置にあっても、コイルバネ18がバルブ周方向Dcの一方側へ被回転部16を付勢するということも考え得る。
(8)上述の第1実施形態では図3に示すように、コイルバネ18の一端部181は歯車ケース146に連結されているが、これは一例である。コイルバネ18が被回転部16にバルブ周方向Dcの付勢力Fc(図4参照)を作用させることができれば、コイルバネ18の一端部181は、バルブ装置10の筐体11など、どこに連結されていても差し支えない。
(9)上述の第1実施形態では、コイルバネ18の他端部182は回転子161に連結されているが、これに限らず、例えばバルブ回転軸162または第4歯車144(図5参照)に連結されていることも考え得る。
(10)上述の第1実施形態では図3および図4に示すように、被回転部16は、第1および第2開度制限範囲W1、W2のうち何れの回転位置にあっても、バルブ周方向Dcの一方側へ付勢されるが、これは一例である。例えば、被回転部16は、第1開度制限範囲W1内の回転位置にある場合には上記のように付勢されるが、第1開度制限範囲W1から外れた場合には第2開度制限範囲W2内の回転位置にあっても上記のようには付勢されないとしてもよい。また逆に、被回転部16は、第2開度制限範囲W2内の回転位置にある場合には上記のように付勢されるが、第2開度制限範囲W2から外れた場合には第1開度制限範囲W1内の回転位置にあっても上記のようには付勢されないとしてもよい。
(11)上述の第1実施形態において、被回転部16がコイルバネ18によってバルブ周方向Dcの一方側へ付勢される回転位置範囲は、第1および第2開度制限範囲W1、W2に限定されているわけではないが、これは一例である。その被回転部16がコイルバネ18によってバルブ周方向Dcの一方側へ付勢される回転位置範囲は、第1および第2開度制限範囲W1、W2に限定されていても差し支えない。
(12)上述の第1実施形態では、図3に示すコイルバネ18は、無負荷状態に対しコイルバネ18の巻き数を増やす側へ捩られているが、これは一例である。例えば、コイルバネ18は、無負荷状態に対しコイルバネ18の巻き数を減らす側へ捩られ、それによって、被回転部16をバルブ周方向Dcの一方側へ付勢する付勢力Fc(図4参照)を発生しても差し支えない。そのようにする場合には、コイルバネ18の巻き方向を第1実施形態とは逆向きにすればよい。
(13)上述の第2実施形態では図7および図8に示すように、被回転部16からモータ12への回転力の伝達を阻止する構造としてウォームギア機構が採用されているので、歯車機構14はウォームギア機構であるが、これは一例である。例えば、被回転部16からモータ12への回転力の伝達を阻止する構造として、ハイポサイクロイド歯車機構またはラチェットギアが採用されても差し支えない。そのラチェットギアが採用される場合には、モータ12から被回転部16までの動力伝達経路に設けられラチェットギアと一体回転する歯車が、上述した逆伝達阻止歯車になる。
(14)上述の第13実施形態では図25に示すように、車両用温調装置1は電池2を冷却する機能を備えているが、電池2を冷却する機能を備えず高温側四方弁10が三方弁に置き換えられた車両用温調装置1も考え得る。そのようにした場合、その三方弁は第3出口ポート部117(図27参照)を有さない。
(15)上述の第1実施形態では例えば図4に示すように、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲には、第1流通孔114aが全開になる被回転部16の回転位置も第1流通孔114aが全閉になる回転位置も含まれているが、これは一例である。その被回転部16の可動範囲に、第1流通孔114aが全開または全閉になる被回転部16の回転位置が含まれていなくても差し支えない。
例えば、第1流通孔114aが全開になる被回転部16の回転位置が被回転部16の可動範囲に含まれていない場合、その可動範囲における第1流通孔114aの最大開度は全開よりも小さくなる。逆に、第1流通孔114aが全閉になる被回転部16の回転位置が被回転部16の可動範囲に含まれていない場合、その可動範囲における第1流通孔114aの最小開度は全閉よりも大きくなる。なお、第2流通孔114bの開度についてもこれと同様であり、バルブ周方向Dcにおける被回転部16の可動範囲に、第2流通孔114bが全開または全閉になる被回転部16の回転位置が含まれていても、いなくてもよい。
(16)上述の各実施形態において、制御装置20は独立した装置である必要はなく、車載の電子制御装置の機能的な一部分としてその電子制御装置に含まれる制御部であっても差し支えない。
(17)なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
10 バルブ装置
12 モータ(駆動源)
14 歯車機構
16 被回転部
18 コイルバネ(付勢部)
114 出入口仕切部(流体通過部)
114a 第1流通孔(流通孔)
161 回転子
Cv バルブ軸心(所定軸心)
Dc バルブ周方向(周方向)

Claims (12)

  1. 車室外の空気と流体とを熱交換させて該流体から該車室外の空気へ放熱させる第1熱交換器(230)と、車室内へ流れる空気と前記流体とを熱交換させて該車室内へ流れる空気を加熱する第2熱交換器(220)とを有する車両用温調装置(1)の一部を構成し、前記流体が流通するバルブ装置であって、
    回転作動する駆動源(12)と、
    所定軸心(Cv)まわりに回転可能に設けられた被回転部(16)と、
    前記流体が通過する第1流通孔(114a)と第2流通孔(114b)とが形成された流体通過部(114)と、
    複数の歯車(141〜144、147、148)を有し、該複数の歯車の互いの噛み合いにより前記駆動源の回転作動を前記被回転部へ伝達し前記被回転部を回転させる歯車機構(14)と、
    前記所定軸心を中心とした周方向(Dc)の一方側へ前記被回転部を付勢する付勢部(18、24、26、243)と
    前記第1熱交換器の流体流れ上流側に連結され、前記第1熱交換器へ前記流体を流出させる第1出口ポート部(112)と、
    前記第2熱交換器の流体流れ上流側に連結され、前記第2熱交換器へ前記流体を流出させる第2出口ポート部(113)と、
    前記第1熱交換器の流体流れ下流側と前記第2熱交換器の流体流れ下流側とに連結され、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器とから前記流体が流入する入口ポート部(111)とを備え、
    前記被回転部は、該被回転部の回転に伴って前記第1流通孔の開度と前記第2流通孔の開度とを増減する回転子(161)を有し、
    前記付勢部は、前記被回転部を前記周方向の前記一方側へ付勢する付勢力(Fc)を前記回転子に作用させることで、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢し、
    前記入口ポート部から前記流体が前記第1出口ポート部へ流れる場合には、該流体は前記第1流通孔を通過してから前記第1出口ポート部へ流れ、
    前記入口ポート部から前記流体が前記第2出口ポート部へ流れる場合には、該流体は前記第2流通孔を通過してから前記第2出口ポート部へ流れ、
    前記回転子は、前記周方向の前記一方側へ前記付勢部によって付勢されながら前記駆動源の回転作動に従って回転することに伴って前記第1流通孔の開度を増減する、バルブ装置。
  2. 前記付勢部は、前記付勢力を前記付勢部の弾性変形によって発生する弾性部材(18、26、243)で構成されている、請求項1に記載のバルブ装置。
  3. 前記周方向における前記被回転部の可動範囲には、前記第1流通孔の開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる開度制限範囲(W1)が含まれ、
    前記被回転部が前記開度制限範囲内の回転位置にある場合には該開度制限範囲のうち何れの回転位置にあっても、前記付勢部は、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢する、請求項1または2に記載のバルブ装置。
  4. 前記付勢部(18)は、
    前記所定軸心まわりに巻かれたコイルバネであり、
    前記周方向へ捩られた前記付勢部の弾性変形によって、前記付勢力を発生する、請求項1に記載のバルブ装置。
  5. 前記コイルバネは、前記所定軸心の軸方向(Da)において前記歯車機構と前記回転子との間に配置され、
    前記被回転部は、前記軸方向に延伸し前記歯車機構と前記回転子との間で回転伝達を行う中間子(162)を有し、
    該中間子は、前記コイルバネの内側に挿通されている、請求項に記載のバルブ装置。
  6. 流体が流通するバルブ装置であって、
    回転作動する駆動源(12)と、
    所定軸心(Cv)まわりに回転可能に設けられた被回転部(16)と、
    前記流体が通過する流通孔(112d、114a、114b、114d)が形成された流体通過部(112c、114)と、
    複数の歯車(141〜144、147、148)を有し、該複数の歯車の互いの噛み合いにより前記駆動源の回転作動を前記被回転部へ伝達し前記被回転部を回転させる歯車機構(14)と、
    前記所定軸心まわりに巻かれたコイルバネであり、前記所定軸心を中心とした周方向(Dc)の一方側へ前記被回転部を付勢する付勢部(18)とを備え、
    前記被回転部は、該被回転部の回転に伴って前記流通孔の開度を増減する回転子(161)を有し、
    前記付勢部は、前記周方向へ捩られた前記付勢部の弾性変形によって、前記被回転部を前記周方向の前記一方側へ付勢する付勢力(Fc)を発生し、該付勢力を前記回転子に作用させることで、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢し、
    前記被回転部は、前記周方向の前記一方側へ前記付勢部によって付勢されながら前記駆動源の回転作動に従って回転し、
    前記コイルバネは、前記所定軸心の軸方向(Da)において前記歯車機構と前記回転子との間に配置され、
    前記コイルバネは、前記回転子のうち前記軸方向での前記歯車機構側を向いた面にて前記回転子に連結されている、バルブ装置。
  7. 前記周方向における前記被回転部の可動範囲には、前記流通孔の開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる開度制限範囲(W1、W2)が含まれ、
    前記被回転部が前記開度制限範囲内の回転位置にある場合には該開度制限範囲のうち何れの回転位置にあっても、前記付勢部は、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢する、請求項に記載のバルブ装置。
  8. 前記コイルバネと前記回転子と前記流体通過部は、前記所定軸心の軸方向(Da)において、前記コイルバネ、前記回転子、前記流体通過部の順に並んで配置され、
    前記コイルバネは、前記流体が流通する流通路(111b)において前記回転子よりも流体流れ上流側に配置されている、請求項4ないし7のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  9. 前記複数の歯車はそれぞれ、1または2以上の噛合箇所において互いに噛み合い、且つ、該噛合箇所で相手側の歯車に接触する歯面を有し、
    前記付勢部は、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢することにより、前記噛合箇所の全てにおいて、該噛合箇所で互いに接触する一対の前記歯面(141a、142a)のうちの一方の前記歯面(142a)を他方の前記歯面(141a)に押し付ける、請求項1ないし8のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  10. 前記複数の歯車(147、148)には、前記駆動源から前記被回転部までの動力伝達経路に設けられた駆動側歯車(147)と、前記動力伝達経路において前記駆動側歯車よりも前記被回転部側に設けられた従動側歯車(148)とが含まれ、
    前記駆動側歯車は、前記従動側歯車から前記駆動源への回転力の伝達を阻止するように構成されている、請求項1ないし9のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  11. 流体が流通するバルブ装置であって、
    回転作動する駆動源(12)と、
    所定軸心(Cv)まわりに回転可能に設けられた被回転部(16)と、
    前記流体が通過する流通孔(112d、114a、114b、114d)が形成された流体通過部(112c、114)と、
    複数の歯車(141〜144、147、148)を有し、該複数の歯車の互いの噛み合いにより前記駆動源の回転作動を前記被回転部へ伝達し前記被回転部を回転させる歯車機構(14)と、
    前記所定軸心を中心とした周方向(Dc)の一方側へ前記被回転部を付勢する付勢部(18、24、26、243)とを備え、
    前記被回転部は、該被回転部の回転に伴って前記流通孔の開度を増減する回転子(161)を有し、
    前記付勢部は、前記被回転部を前記周方向の前記一方側へ付勢する付勢力(Fc)を前記回転子に作用させることで、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢し、
    前記被回転部は、前記周方向の前記一方側へ前記付勢部によって付勢されながら前記駆動源の回転作動に従って回転し、
    前記付勢部は、前記付勢力を前記付勢部の弾性変形によって発生する弾性部材(18、26、243)で構成されており、
    前記周方向における前記被回転部の可動範囲には、前記流通孔の開度が全開よりも小さく且つ全閉よりも大きくされる開度制限範囲(W1、W2)と、前記付勢部が前記被回転部を前記周方向へ付勢しない回転位置とが含まれ、
    前記被回転部が前記開度制限範囲内の回転位置にある場合には該開度制限範囲のうち何れの回転位置にあっても、前記付勢部は、前記周方向の前記一方側へ前記被回転部を付勢する、バルブ装置。
  12. 車室外の空気と前記流体とを熱交換させる第1熱交換器(230)と、車室内へ流れる空気と前記流体とを熱交換させる第2熱交換器(220)とを有する車両用温調装置(1)の一部を構成するバルブ装置であって、
    前記第1熱交換器の流体流れ上流側に連結され、前記第1熱交換器へ前記流体を流出させる第1出口ポート部(112)と、
    前記第2熱交換器の流体流れ上流側に連結され、前記第2熱交換器へ前記流体を流出させる第2出口ポート部(113)と、
    前記第1熱交換器の流体流れ下流側と前記第2熱交換器の流体流れ下流側とに連結され、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器とから前記流体が流入する入口ポート部(111)とを備え、
    前記入口ポート部から前記流体が前記第1出口ポート部へ流れる場合には、該流体は前記流通孔(114a)を通過してから前記第1出口ポート部へ流れる、請求項11に記載のバルブ装置。
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