KR20130114674A - 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브 - Google Patents

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Abstract

제어 밸브(1)는 상류측에서 냉매를 도입하는 도입 포트(110)와, 하류측으로 냉매를 도출하는 도출 포트(112, 114)와, 도입 포트(110)와 도출 포트(112, 114)를 연통하는 밸브 구멍(120, 144)을 갖는 보디(104)와, 밸브 구멍(120, 144)에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체(130, 132)와, 밸브체(130, 132)를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하기 위한 로터(172)를 포함하는 스테핑 모터와, 로터(172)와 함께 회전하고 그 축선 주변의 회전 운동을 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 것에 의해 밸브체(130, 132)를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하는 밸브 작동체(134)를 구비한다. 밸브 작동체(134)는 로터(172)에 대한 회전이 규제되는 한편, 로터(172)에 대해 축선 방향으로 병진할 수 있도록 로터(172)에 지지되어 있다.

Description

스테핑 모터 구동식의 제어 밸브{STEPPING MOTOR-DRIVEN CONTROL VALVE}
본 발명은 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브에 관한 것으로, 특히 차량용 냉난방 장치에 적합한 제어 밸브에 관한 것이다.
최근, 내연기관을 탑재한 차량에 있어서는, 엔진의 연소 효율이 향상한 경우도 있고, 열원으로 이용해온 냉각수가 난방에 필요한 온도까지 상승하기 어렵게 되어 있다. 한편, 내연기관과 전동기를 병용한 하이브리드 차량에 있어서는 내연기관의 가동률이 낮기 때문에, 그와 같은 냉각수의 이용이 더 어렵다. 전기 자동차에 이르러서는 내연기관에 의한 열원 자체가 없다. 이 때문에, 냉방뿐만 아니라 난방에도 냉매를 사용한 사이클 운전을 진행하고, 자동차 실내를 제습 난방할 수 있는 히트 펌프식의 차량용 냉난방 장치가 제안되고 있다.
이와 같은 차량용 냉난방 장치는, 압축기, 실외 열교환기, 증발기, 실내 열교환기 등을 포함하는 냉동 사이클을 갖고, 난방 운전시와 냉방 운전시에 실외 열교환기의 기능이 전환된다. 난방 운전시에는 실외 열교환기가 증발기로서 기능한다. 그때, 냉동 사이클을 냉매가 순환하는 과정에서 실내 열교환기가 방열하고, 그 열에 따라 자동차 실내의 공기가 가열된다. 한편, 냉방 운전시에는 실외 열교환기가 응축기로 기능한다. 그때, 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매가 증발기에 의해 증발하고, 그 증발 잠열에 따라 자동차 실내의 공기가 냉각된다. 그때, 제습도 진행된다.
그런데, 이와 같이 냉동 사이클의 운전 상태에 의해 복수의 증발기가 기능하는 경우, 각 증발기를 흐르는 냉매 유량의 비율을 조정할 필요가 있다. 복수의 응축기가 기능하는 경우도 동일하다. 이 때문에, 냉매 순환 통로의 특정 위치에 밸브 개방도를 전기적으로 조정할 수 있는 제어 밸브를 마련하는 경우가 있지만, 일반적으로는 비교적 저 비용에서 큰 구동력을 얻을 수 있는 솔레노이드 구동의 전자 밸브가 사용되는 경우가 많다. 하지만, 특히 밸브 개방도의 정밀한 제어가 필요하게 되는 경우에는, 주택용 냉난방 장치에서 많이 볼 수 있는 바와 같이 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브를 사용하는 것이 바람직하다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조). 스텝 수(구동 펄스 수)의 설정에 의해 밸브체의 변위량, 나아가 밸브 개방도를 정확하게 조정할 수 있기 때문이다.
특개평 8-21554호 공보 실개평 5-965호 공보
하지만, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 제어 밸브는, 밸브의 개폐 구동에 로터의 병진 이동을 따르기 때문에 스테핑 모터가 커지고, 차량에 설치 스페이스 상의 문제가 생긴다. 이 점에서 특허문헌 2에 기재된 제어 밸브는 로터와 밸브체를 구동 축에 의해 접속하고, 로터의 회전력을 구동 축의 병진력으로 변환하여 밸브체를 개폐 구동시키는 구성을 갖는다. 구체적으로, 로터의 내주면에 암나사부를 마련하는 한편, 구동 축의 외주면에 암나사부를 마련하고, 그들의 암나사 홈에 의해 회전 운동을 병진 운동으로 변환한다. 이 때문에, 모터 전체를 콤팩트에 구성할 수 있게 된다. 하지만, 이와 같은 구성에서는 밸브체를 구동할 때 그 밸브체에서 기능하는 축선 방향의 반력이 로터에 기능하기 때문에, 로터를 그 축선 방향에 안정적으로 지지하기 위해 고가인 베어링이 필요하게 되고 비용이 증가하는 문제가 남는다.
본 발명의 목적 중 하나는, 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브를 콤팩트하게 구성할 수 있도록 하고, 또한 그것을 저 비용으로 실현 가능한 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태의 제어 밸브는 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브에서 상류측에서 냉매를 도입하는 도입 포트와, 하류측으로 냉매를 도출하는 도출 포트와, 도입 포트와 도출 포트를 연통하는 밸브 구멍을 갖는 보디와, 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체와, 밸브체를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하기 위한 로터를 포함하는 스테핑 모터와, 로터와 함께 회전하고 그 축선 주변의 회전 운동을 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 것에 의해 밸브체를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하는 밸브 작동체를 구비한다. 밸브 작동체는 로터에 대한 회전이 규제되는 한편, 로터에 대해 축선 방향으로 병진 가능하게 되도록 로터에 지지되어 있다.
이 양태에 의하면, 로터의 회전 운동을 병진 운동으로 변환하여 밸브체를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하는 밸브 작동체가 마련되어 있기 때문에, 로터의 축선 방향으로의 변위를 없애고, 스테핑 모터를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또, 밸브 작동체는 로터에 대한 회전이 규제되지만, 로터에 대한 축선 방향의 병진 동작은 허용된다. 이 때문에, 밸브체측에서 밸브 작동체에 기능하는 축선 방향의 반력이 로터에 전해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 로터를 축선 방향으로 지지하기 위한 고가의 베어링을 별도로 마련할 필요가 없어지고, 제어 밸브를 저 비용으로 제조할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브를 콤팩트하게 구성할 수 있고, 또한 저 비용으로 실현할 수 있게 된다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 7은 제 3 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 8은 제 3 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 9는 제 3 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 10은 제 4 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 11은 제 4 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 12는 제 4 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 13은 제 5 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 14는 제 5 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 15는 제 5 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1 내지 도 3은, 제 1 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다. 또한, 본 실시형태의 제어 밸브는 예컨대, 전기 자동차에 탑재되는 히트 펌프식의 냉난방 장치의 적용을 상정한 것이다.
즉, 차량용 냉난방 장치에는, 압축기, 실내 응축기, 실외 열교환기, 증발기 및 어큐물레이터(Accumulator) 등을 배관에 의해 접속한 냉동 사이클(냉매 순환 회로)이 마련되고, 냉매가 냉동 사이클 내를 상태 변화하면서 순환하는 과정에서 이루어지는 열교환에 의해 자동차 실내의 공조가 진행된다. 냉매 순환 회로에는 냉난방을 적절하게 제어하기 위한 각종 제어 밸브가 배설되어 있고, 제어 밸브(1)는 그 중 하나를 구성한다.
제어 밸브(1)는, 상류측 통로에서 제 1 하류측 통로 및 제 2 하류측 통로에 분기하는 분기점에 마련되고, 그 상류측 통로에서 각 하류측 통로에 흐르는 냉매의 유량을 조정한다. 제어 밸브(1)는 그 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되어 있다. 제어 밸브(1)는, 기본적으로는 전부 개방 상태, 대구경 제어 상태, 소구경 제어 상태, 밸브 폐쇄 상태 중 하나의 상태로 제어된다. 또한, 대구경 제어 상태는 전부 개방 상태에는 이르지 않지만 개도가 큰 상태이고, 소구경 제어 상태는 밸브 폐쇄 상태에는 이르지 않지만 개도가 작은 상태이다. 제어 밸브(1)는 소구경 제어에 의해 팽창 장치로서도 기능한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제어 밸브(1)는 스테핑 모터 구동식의 전동 밸브로서 구성되고, 밸브 본체(101)와 모터 유닛(102)을 맞붙여서 구성되어 있다. 밸브 본체(101)는 바닥을 갖는 원통 형상의 보디(104)에 소구경의 제 1 밸브(105)("밸브부"를 구성한다)와 대구경의 제 2 밸브(106)("밸브부"를 구성한다)를 동축 형상으로 수용하여 구성한다.
보디(104)의 한쪽의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 다른 방향의 측부에는 상하로 제 1 도출 포트(112), 제 2 도출 포트(114)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 상류측 통로에 연통하고, 제 1 도출 포트(112)는 제 1 하류측 통로에 연통하고, 제 2 도출 포트(114)는 제 2 하류측 통로에 연통한다. 즉, 보디(104)에는 도입 포트(110)와 제 1 도출 포트(112)를 연결하는 제 1 냉매 통로와, 도입 포트(110)와 제 2 도출 포트(114)를 연결하는 제 2 냉매 통로가 형성된다.
보디(104)의 상반부에는 원통 형상의 가이드부재(116)가 배설되어 있다. 가이드부재(116)는 실부재를 통해 보디(104)에 동심 형상으로 맞붙어 있다. 가이드부재(116)는 그 상반부의 내주면이 가이드 구멍(118)을 형성하고, 그 하단부가 밸브 구멍(120)을 형성하고 있다. 또, 밸브 구멍(120)의 하단 개구단 가장자리에 의해 밸브 시트(122)가 형성되어 있다. 가이드부재(116)에서 제 1 도출 포트(112)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다.
보디(104)의 상단부에는 원판 형상의 구획부재(124)가 배설되어 있다. 구획 부재(124)는 밸브 본체(101)의 내부와 모터 유닛(102)의 내부를 구획한다. 구획부재(124)의 중앙부에는 원 보스 형상의 베어링부(126)가 마련되어 있다. 베어링부(126)의 내주면에는 암나사부가 마련되고, 외주면은 미끄럼 베어링으로서 기능한다.
보디(104)의 안쪽에는 긴 지름의 밸브체(130), 짧은 지름의 밸브체(132) 및 밸브 작동체(134)가 동축 형상으로 배설되어 있다. 밸브체(130)가 상류측에서 밸브 구멍(120)에 접리하여 대구경의 제 2 밸브(106)의 개도를 조정하는 것에 의해, 제 1 냉매 통로에 흐르는 냉매의 유량이 조정된다. 밸브체(130)의 내주면에는 링 형상의 탄성체(예컨대, 고무)로 이루어지는 밸브부재(136)가 감착되어 있고, 그 밸브부재(136)가 밸브 시트(122)에 착좌하는 것에 의해, 제 2 밸브(106)를 완전하게 폐쇄할 수 있게 된다.
한편, 보디(104)의 하반부에는, 작은 원통 형상의 가이드부재(140)가 배설되어 있다. 가이드부재(140)는 제 2 냉매 통로의 중앙부에 밸브체(130)와 동축 형상으로 마련되고, 그 하반부가 보디(104)에 압입되어 있다. 가이드부재(140)는 그 상반부의 내주면이 가이드 구멍(142)을 형성하고, 그 하단부가 밸브 구멍(144)을 형성하고 있다. 또, 밸브 구멍(144)의 상단 개구 단연에 의해 밸브 시트(146)가 형성되어 있다. 가이드부재(140)에서 도입 포트(110)와의 대향면에는 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다. 도시와 같이, 밸브 구멍(120) 및 밸브 구멍(144)의 상류측에 도입 포트(110)로 연통하는 공통의 고압실(115)이 형성되고, 밸브 구멍(120)의 하류측에는 제 1 도출 포트(112)에 연통하는 저압실(117)이 형성되고, 밸브 구멍(144)의 하류측에는 제 2 도출 포트(114)에 연통하는 저압실(119)이 형성되어 있다.
밸브체(130)는 축경부를 통해 구획부(148)가 연설되어 있다. 구획부(148)는 저압실(117)에 배치되어 있다. 그리고 구획부(148)의 상단부가 가이드 구멍(118)에 슬라이딩할 수 있게 지지되는 것에 의해, 밸브체(130)의 개폐 방향으로의 안정된 동작이 확보되어 있다. 구획부(148)와 구획부재(124)와의 사이에는 배압실(150)이 형성된다. 또, 밸브체(130)와 구획부(148)를 관통하는 연통로(151)가 형성되고, 고압실(115)과 배압실(150)을 연통시키고 있다. 이것에 의해, 배압실(150)에는 항상 도입 포트(110)에서 도입되는 상류측 압력(Pin)이 만족된다.
본 실시형태에 있어서는, 밸브 구멍(120)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(118)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있기 때문에(밸브체(130)의 유효 수압 면적과 구획부(148)의 유효 수압 면적이 실질적으로 동일하게 되어 있기 때문), 밸브체(130)에 기능하는 냉매 압력의 영향은 취소된다. 특히, 그 압력 취소를 엄밀히 실현하기 때문에, 배압실(150)에서 구획부(148)의 상측에는 제 2 밸브(106)가 밸브 폐쇄 상태로 될 때 구획부(148)에 밀착하여 그 유효 수압 면적을 확대하는 수압조정부재(149)가 배설되어 있다. 수압조정부재(149)는 링 형상을 이루는 탄성체(예컨대, 고무)로 이루어지고, 그 외주 단부가 가이드부재(116)와 구획부재(124)와의 사이에 끼이도록 하여 지지되어 있다.
즉, 밸브체(130)의 유효 수압 면적은 밸브 구멍(120)의 유효 지름(A)에 대응하도록 설정되어 있다. 하지만, 밸브부재(136)가 밸브 시트(122)에 착좌한 완전 실 상태에 있어서는, 탄성체의 성질에 따라 실제 유효 수압 지름이 밸브 구멍(120)의 유효 지름(A)보다도 다소 커진다. 이것에 대응하기 위해, 그 완전 실 시에는 수압조정부재(149)가 구획부(148)의 하면에 밀착하도록 함으로써, 배압실(150)측의 유효 수압 지름이 가이드 구멍(118)의 유효 지름(B)보다도 다소 커지도록 한다. 이와 같이 밸브체(130)의 유효 수압 면적과 구획부(148)의 유효 수압 면적을 동일하게 함으로써 완전한 압력 취소를 실현한다.
밸브체(132)는 단부 원주 형상을 이루고, 밸브체(130)의 안쪽에 동축 형상으로 배설되어 있다. 밸브체(132)의 하반부는 가이드부재(140)에 슬라이딩할 수 있게 삽통되고, 그 선단부가 밸브 구멍(144)에 대향 배치되어 있다. 한편, 밸브체(132)의 상반부는 밸브체(130)의 연통로(151)를 관통하고, 그 상단부가 밸브 작동체(134)에 지지되어 있다. 밸브체(132)는 이른바 니들 밸브체로서 구성되고, 그 날카로운 선단부가 밸브 구멍(144)으로 삽발(揷拔)된다. 그리고 밸브체(132)가 밸브 시트(146)에 착탈하는 것에 의해 제 1 밸브(105)가 개폐된다. 밸브체(132)의 상단부는 밸브 작동체(134)의 저부를 관통하고, 그 선단부가 바깥쪽으로 코킹되어 계지부(156)로 되어 있다.
밸브 작동체(134)는 단부 원통 형상을 이루고, 그 외주부에 암나사부가 형성되어 있다. 암나사부는 베어링부(126)의 암나사부에 나합한다. 밸브 작동체(134)의 상단부에는 반지름 방향 바깥쪽으로 연출(延出)하는 복수(본 실시형태에는 4개)의 각부(脚部)(152)가 마련되어 있고, 모터 유닛(102)의 로터에 감합되어 있다. 밸브체(132)와 구획부(148)와의 사이에는, 밸브체(132)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(154)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 통상의 상태에는 도시와 같이 스프링(154)에 의해 밸브체(132)가 하측으로 부세되는 한편, 밸브체(132)의 계지부(156)가 밸브 작동체(134)의 상단부에 계지된다. 이 때문에, 밸브체(132)는 밸브 작동체(134)에 대해 가장 하측에 위치하는 상태가 된다.
밸브 작동체(134)는 모터 유닛(102)의 회전 구동력을 받아 회전하고, 그 회전력을 병진력으로 변환한다. 즉, 밸브 작동체(134)가 회전하면 나사 기구("작동 변환 기구"로서 기능한다)에 의해 밸브 작동체(134)가 축선 방향으로 변위하고, 밸브체(132)를 개폐 방향으로 구동한다. 제 1 밸브(105)의 밸브 개방시에는 밸브체(132)와 밸브 작동체(134)가 일체로 동작한다.
한편, 모터 유닛(102)은 로터(172)와 스테이터(173)를 포함하는 스테핑 모터로서 구성되어 있다. 모터 유닛(102)은 바닥을 갖는 원통 형상의 슬리브(170)의 안쪽으로 로터(172)를 회전 자재로 지지하도록 하여 구성되어 있다. 슬리브(170)의 외주에는 여자 코일(171)을 수용한 스테이터(173)가 마련되어 있다. 슬리브(170)는 그 하단 개구부가 보디(104)에 맞붙여져 있고, 보디(104)와 함께 제어 밸브(1)의 보디를 구성한다.
로터(172)는 원통 형상으로 형성된 회전축(174)과 그 회전축(174)의 외주에 배설된 자석(176)을 구비한다. 본 실시형태에는, 자석(176)은 24극으로 자화(磁化)되어 있다. 회전축(174)의 안쪽에는 모터 유닛(102)의 대략 전체 길이에 걸쳐 내부 공간이 형성되어 있다. 회전축(174)의 내주면의 특정 개소에는 축선에 평행으로 연장되는 가이드부(178)가 마련되어 있다. 가이드부(178)는 후술하는 회전 스토퍼와 계합하기 위한 돌부(突部)를 형성하는 것으로, 축선에 평행으로 연장하는 하나의 돌조에 의해 구성되어 있다.
회전축(174)의 하단부는 대략 축경되고, 그 내주면으로 축선에 평행으로 연장되는 4개의 가이드부(180)가 마련되어 있다. 가이드부(180)는 축선에 평행으로 연장되는 한 쌍의 돌조에 의해 구성되고, 회전축(174)의 내주면에 90도 간격으로 마련되어 있다. 이 4가지의 가이드부(180)에는 상술한 밸브 작동체(134)의 4개의 각부(152)가 감합하고, 로터(172)와 밸브 작동체(134)가 일체로 회전할 수 있도록 되어 있다. 단, 밸브 작동체(134)는 로터(172)에 대한 회전 방향의 상대 변위는 규제되었지만, 그 가이드부(180)에 따른 축선 방향의 변위는 허용된다. 즉, 밸브 작동체(134)는 로터(172)와 함께 회전하면서 밸브체(132)의 개폐 방향으로 구동된다.
로터(172)의 안쪽에는 그 축선에 따라 장척(長尺) 형상의 샤프트(182)가 배설되어 있다. 샤프트 (182)는 그 상단부가 슬리브(170)의 저부 중앙으로 압입되어 있는 것에 의해 캔틸레버식 형상으로 고정되고, 가이드부(178)에 평행으로 내부 공간에 연재(延在)하고 있다. 샤프트(182)는 밸브 작동체(134)와 동일 축선상에 배치되어 있다. 샤프트(182)에는 그 대략 전체 길이에 걸쳐 연재하는 나선 형상의 가이드부(184)가 마련되어 있다. 가이드부(184)는 코일 형상의 부재로 이루어지고, 샤프트(182)의 외면에 감착되어 있다. 가이드부(184)의 상단부는 반복되어 계지부(186)로 되어 있다.
가이드부(184)에는, 나선 형상의 회전 스토퍼(188)가 회전 가능하게 계합하고 있다. 회전 스토퍼(188)는 가이드부(184)에 계합하는 나선 형상의 계합부(190)와 회전축(174)에 지지되는 동력 전달부(192)를 갖는다. 계합부(190)는 코일을 한번 감은 형상을 이루고, 그 하단부에 반경 방향 외측으로 연출하는 동력 전달부(192)가 연설되어 있다. 동력 전달부(192)의 선단부가 가이드부(178)에 계합하고 있다. 즉, 동력 전달부(192)는 가이드부(178) 중 하나의 돌조에 맞닿아 계지된다. 이 때문에, 회전 스토퍼(188)는 회전축(174)에 따른 회전 방향의 상대 변위는 규제되지만, 가이드부(178)에 슬라이딩하면서 그 축선 방향의 변위가 허용된다.
즉, 회전 스토퍼(188)는 로터(172)와 일체로 회전하고, 그 계합부(190)가 가이드부(184)에 따라 가이드됨으로써 축선 방향으로 구동된다. 단, 회전 스토퍼(188)의 축선 방향의 구동 범위는 가이드부(178)의 양단에 형성된 계지부에 따라 규제된다. 같은 도면에는 회전 스토퍼(188)가 중간 위치에 있는 양태가 도시되어 있다. 회전 스토퍼(188)가 상측으로 변위하여 계지부(186)에 계지되면, 그 위치가 상사점(上死点)이 된다. 회전 스토퍼(188)가 하측으로 변위하면 그 하사점(下死点)에 의해 계지된다.
로터(172)는 그 상단부가 샤프트(182)에 회전 자재로 지지되고, 하단부가 미끄럼 베어링부(126)에 회전 자재로 지지되어 있다. 구체적으로는 회전축(174)의 상단 개구부를 밀봉하도록 바닥을 갖는 원통 형상의 단부부재(194)가 마련되고, 그 단부부재(194)의 중앙에 마련된 원통 축(196)의 부분이 샤프트(182)에 지지되어 있다. 즉, 미끄럼 베어링부(126)가 일단측의 미끄럼 베어링부가 되고, 샤프트(182)에서 원통 축(196)과의 슬라이딩부가 타단측의 미끄럼 베어링부로 되어 있다.
이와 같이 구성된 제어 밸브(1)는 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정 가능한 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 이하, 그 작동에 대해 상세하게 설명한다.
제어 밸브(1)의 유량 제어에서 차량용 냉난방 장치의 도시하지 않은 제어부는, 설정 개도에 따른 스테핑 모터의 구동 스텝 수를 연산하고, 여자 코일(171)에 구동 전류(구동 펄스)를 공급한다. 그것에 의해 로터(172)가 회전하고, 한편으로 밸브 작동체(134)가 회전 구동되어 소구경의 제 1 밸브(105) 및 대구경의 제 2 밸브(106)의 개도가 설정 개도로 조정되고, 다른 쪽에서 회전 스토퍼(188)가 가이드부(184)에 따라 구동되는 것에 의해 각 밸브체의 동작 범위가 규제된다.
구체적으로는, 소구경 제어를 실행할 경우, 도 1의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전(正轉))되는 것에 의해 밸브체(132)가 밸브 개방 방향으로 변위하고, 도 2에 도시하는 바와 같이 제 1 밸브(105)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 기구에 의해 상승하고, 계지부(156)를 낚아 올리도록 하여 밸브체(132)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(132)는 도 1에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 2에 도시하는 전체 개방 위치 사이의 범위에서 구동되고, 제 1 밸브(105)의 개도가 조정된다.
또, 대구경 제어를 실행하는 경우, 도 1의 상태에서 로터(172)가 다른 방향으로 회전 구동(역전)시키는 것에 의해 밸브체(132)가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하고, 도 3에 도시하는 바와 같이 제 2 밸브(106)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 구동부(148)에 맞닿아 이것을 억제하도록 하고, 밸브체(130)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(130)는 도 1에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 3에 도시하는 전체 개방 위치 사이의 범위에서 구동되고, 제 2 밸브(106)의 개도가 조정된다. 이때, 도시와 같이 밸브체(132)의 계지부(156)와 밸브 작동체(134)의 저부와의 계합 상태가 해소되기 때문에, 밸브체(132)와 밸브 시트(146)와의 사이에 과도한 압압력이 기능하는 일도 없다.
로터(172)의 회전수는 제어 지령값으로서의 구동 스텝 수에 대응하기 때문에, 도시하지 않는 제어부는 제어 밸브(1)를 임의의 개도로 제어할 수 있다. 본 실시형태에는 로터(172)의 1회전당 각 밸브체가 0.5㎜ 스트로크한다. 또한, 밸브체(132)가 스프링(154)에 의해 항상 밸브 폐쇄 방향으로 부세되어 있기 때문에, 밸브체(130)가 밸브 시트(122)에서 이간한 제 2 밸브(106)의 밸브 개방 상태에서는 밸브체(132)가 밸브 시트(146)에 착좌한 제 1 밸브(105)의 밸브 폐쇄 상태가 유지된다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 관한 제어 밸브는, 밸브 기구의 구성 등이 제 1 실시형태와 다르지만, 그 밖의 부분에 공통의 구성을 갖는다. 이 때문에, 제 1 실시형태와 대략 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 등 적당히 그 설명을 생략한다. 도 4~도 6은, 제 2 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
제어 밸브(2)는, 냉매 순환 통로를 구성하는 제 1 통로와 제 2 통로와 제 3 통로와의 접속점에 마련되고, 각 통로 간의 냉매의 흐름을 전환함과 동시에 그 유량을 조정한다. 본 실시형태에서 제 1 통로는 상류측 통로, 제 3 통로는 하류측 통로로 되지만, 제 2 통로는 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라 상류측 통로로 되거나 하류측 통로로도 되는 공용 통로이다. 제어 밸브(2)는 제 1 밸브(205)("밸브부"를 구성한다)와 제 2 밸브(206)("밸브부"를 구성한다)를 갖고, 일방의 밸브 폐쇄 상태에서 타방의 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되어 있다. 단, 제 1 밸브(205)와 제 2 밸브(206)는, 제 1 실시형태와 같은 큰 차이는 없고, 기본적으로는 제 1 밸브(205)의 제어 상태, 제 2 밸브(206)의 제어 상태, 밸브 폐쇄 상태 중 어느 하나의 상태로 제어된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제어 밸브(2)는 밸브 본체(201)와 모터 유닛(102)을 맞붙여 구성되어 있다. 밸브 본체(201)는 보디(104)에 제 1 밸브(205)와 제 2 밸브(206)를 동축 형상으로 수용하여 구성된다. 보디(104)의 한편의 측부에는 도입 포트(210) 및 도출 포트(212)가 마련되고, 다른 쪽의 측부에는 도입출 포트(214)가 마련되어 있다. 도입 포트(210)는 제 1 통로에 연통하고, 도입출 포트(214)는 제 2 통로에 연통하고, 도출 포트(212)는 제 3 통로에 연통한다. 보디(104)에는 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서, 도입 포트(210)와 도입출 포트(214)를 연결하는 제 1 냉매 통로 및 도입출 포트(214)와 도출 포트(212)를 연결하는 제 2 냉매 통로 중 어느 한편이 형성된다.
보디(104)의 안쪽에는 밸브체(130), 밸브체(232) 및 밸브 작동체(234)가 동축 형상으로 배설되어 있다. 본 실시형태에서 구획부재(124)의 베어링부(226)의 외주면은 미끄럼 베어링으로서 기능하지만, 내주면에는 제 1 실시형태와 같은 암나사부는 마련되어 있지 않다. 한편, 구획부(248)의 내주면에 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(234)는 그 상반부의 외주면에 암나사부가 형성되고, 구획부(248)의 암나사부에 나합하고 있다. 밸브 작동체(234)는 그 하반부가 밸브체(130)의 하측으로 연출하고, 그 선단에서 밸브체(232)에 맞닿도록 접속되어 있다. 구획부(248)와 구획부재(124)와의 사이에는 밸브체(130)를 밸브 개방 방향으로 부세하는 스프링(251)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다.
보디(104)의 하반부에는, 단부 원통 형상의 구획부재(230)가 배설되어 있다. 구획부재(230)는 실부재를 통해 보디(104)에 동심 형상으로 맞붙여 있다. 구획부재(230)의 내주면에는 축선에 평행인 돌조(231)가 마련되고, 밸브체(130)의 하단 외주부에 마련된 각부를 회전 방향으로 계지하고 있다. 즉, 돌조(231)는 밸브체(130)의 너트 풀림 방지로 되어 있다. 구획부재(230)의 하부에는 반지름 방향 안쪽으로 연출하는 플랜지부가 형성되고, 그 플랜지부의 내주부를 따라 밸브 구멍(144)이 형성되어 있다. 또, 밸브 구멍(144)의 하단 개구 단연에 의해 밸브 시트(146)가 형성되어 있다. 구획부재(230)에 있어서 도입출 포트(214)와의 대향면에는 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다.
밸브체(232)는 밸브 구멍(144)과 도입 포트(210)와의 사이의 압력실(215)에 배설되고, 상류측에서 밸브 구멍(144)에 접리하여 제 1 밸브(205)의 개도를 조정한다. 밸브체(232)는 바닥을 갖는 원통 형상을 이루고, 그 상단부의 외주면에는 링 형상의 탄성체(예컨대, 고무)로 이루어진 밸브부재(250)가 감착되어 있고, 그 밸브부재(250)가 밸브 시트(146)에 착좌함으로써, 제 1 밸브(205)를 완전히 폐쇄할 수 있게 된다. 압력실(215)에는 원 보스 형상의 가이드부(252)가 밸브 구멍(144)과 동축 형상으로 형성되어 있다. 그리고 밸브체(232)의 하단부가 실부재를 통해 가이드부(252)에 슬라이딩할 수 있게 내삽되어 있다. 밸브체(232)와 가이드부(252)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(254)이 형성된다. 밸브체(232)와 보디(104)와의 사이에는 밸브체(232)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(256)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다.
밸브 작동체(234)는 밸브체(232)의 상저부에 맞닿는다. 그 상저부에 도입출 포트(214)와 배압실(254)을 연통시키는 연통 구멍(258)이 마련되어 있기 때문에, 배압실(254)에는 도입출 포트(214)에서 도입 또는 도출되는 중간 압력(Pp)이 만족된다. 여기서, 본 실시형태에 있어서는 밸브 구멍(144)의 유효 지름(C)과 가이드부(252)의 유효 지름(D)이 동일하게 설정되어 있기 때문에, 밸브체(232)에 기능하는 냉매 압력의 영향은 취소된다. 또, 제 1 실시형태와 동일하게 밸브체(130)에 기능하는 냉매 압력의 영향도 취소된다.
이와 같이 구성된 제어 밸브(2)는 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 밸브 개도를 조정할 수 있는 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 즉, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라 제 1 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 4의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해 밸브 작동체(234)가 밸브체(130)에 대해 상대적으로 하측으로 변위한다. 이때, 밸브체(130)가 밸브 시트(122)에 착좌하여 제 2 밸브(206)를 폐쇄하고, 상측으로 변위할 수 없는 상태로 되어 있기 때문에, 밸브 작동체(234)가 하측으로 변위하여 밸브체(232)를 밸브 개방 방향으로 억제한다. 밸브체(232)는, 도 4에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 5에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 1 밸브(205)의 개도가 조정된다. 그 결과, 도입 포트(210)에서 도입된 냉매가 제 1 밸브(205)를 지나 도입출 포트(214)에서 도출된다.
또, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라 제 2 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 4의 상태에서 로터(172)가 다른 방향으로 회전 구동(역전)되는 것에 따라 밸브 작동체(234)가 밸브체(130)에 대해 상대적으로 상측으로 변위한다. 이때, 스프링(256)의 부세력에 의해 밸브체(232)가 밸브 시트(146)에 착좌한 상태, 즉, 제 1 밸브(205)의 밸브 폐쇄 상태가 유지된다. 한편, 밸브 작동체(234)가 밸브체(130)에서 이간하는 방향으로 변위하기 때문에, 스프링(256)의 하중과 균형 잡는 스프링(251)의 하중이 완화되고, 스프링(251)이 늘어난다. 그 결과, 밸브체(130)가 하측으로 변위한다. 밸브체(130)는, 도 4에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 6에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 2 밸브(206)의 개도가 조정된다.
[제 3 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관한 제어 밸브는, 밸브 기구의 구성 등이 제 1, 제 2 실시형태와 다르지만, 그 외 다른 부분에 공통의 구성을 갖는다. 이 때문에, 제 1, 제 2 실시형태와 대부분 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 등 적당하게 그 설명을 생략한다. 도 7~도 9는, 제 3 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
제어 밸브(3)는, 냉매 순환 통로를 구성하는 제 1 상류측 통로와 제 2 상류측 통로와 하류측 통로와의 접속점에 마련되고, 각 통로 간의 냉매의 흐름을 전환함과 동시에 그 유량을 조정한다. 제어 밸브(3)는, 제 1 밸브(305)와 제 2 밸브(306)를 갖고, 한편의 밸브 폐쇄 상태에서 다른 방향의 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되어 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제어 밸브(3)는 밸브 본체(301)와 모터 유닛(102)을 맞붙여서 구성되어 있다. 밸브 본체(301)는, 보디(104)에 제 1 밸브(305)와 제 2 밸브(306)을 동축 형상으로 수용하여 구성된다. 보디(104)의 일방의 측부에는 제 1 도입 포트(310) 및 제 2 도입 포트(312)가 마련되고, 다른 방향의 측부에는 도출 포트(314)가 마련되어 있다. 제 1 도입 포트(310)는 제 1 상류측 통로에 연통하고, 제 2 도입 포트(312)는 제 2 상류측 통로에 연통하며, 도출 포트(314)는 하류측 통로에 연통한다. 보디(104)에는, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서, 제 1 도입 포트(310)와 도출 포트(314)를 연결하는 제 1 냉매 통로 및 제 2 도입 포트(312)와 도출 포트(314)를 연결하는 제 2 냉매 통로 중 어느 일방이 형성된다.
보디(104)에는 단부 원통 형상의 구획 부재(330)가 내삽되어 있다. 구획부재(33)는 실 부재를 통해 보디(104)에 동심 형상으로 맞붙여져 있다. 그리고 구획부재(330)의 상반부에 밸브 구멍(120)이 형성되고, 하반부에 밸브 구멍(144)이 형성되어 있다. 보디(104)의 안쪽에는 밸브체(130), 밸브체(332), 밸브 작동체(134) 및 전달 로드(334)가 동축 형상으로 배설되어 있다. 구획부재(124)의 베어링부(226)의 내주면에는, 제 1 실시형태와 동일하게 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(134)의 하단부에는 전달 로드(334)가 연결되어 있다. 전달 로드(334)는, 단부 원주 형상을 이루고, 밸브체(130)의 중앙부를 축선 방향으로 관통하고 있다. 전달 로드(334)의 상단부는 밸브 작동체(134)의 저부에 고정되어 있다. 전달 로드(334)의 하반부는 대경화되고, 그 단부가 밸브체(130)와의 상대 변위를 규제하는 계지부로 되어 있다,
구획부재(124)의 안쪽에는 가이드 구멍(118)이 형성되어 있다. 밸브체(130)에 연설된 구획부(348)는, 그 상단부가 가이드 구멍(118)에 슬라이딩할 수 있도록 지지되어 있다. 구획부재(124)와 구획부(348)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(150)이 형성되어 있다. 전달 로드(334)와 밸브체(130)의 사이에 소정의 클리어런스가 존재하기 때문에, 밸브 구멍(120)의 하류측의 하류측 압력(Pout)이 그 클리어런스를 통해 배압실(150)에 도입된다.
구획부재(124)와 밸브체(130)의 사이에는, 밸브체(130)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(351)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 구획부재(124)와 구획부재(330)의 사이에는 수압조정부재(349)가 배설되어 있다. 수압조정부재(349)는, 제 1 실시형태의 수압조정부재(149)와는 다르고, 박막 형상으로 형성되고, 구획부(348)에 대해 하측에서 맞닿는다.
밸브체(332)는, 밸브 구멍(144)과 제 1 도입 포트(310)와의 사이의 압력실(315)에 배설되고, 상류측에서 밸브 구멍(144)에 접리하여 제 1 밸브(305)의 개도를 조정한다. 밸브체(332)는, 제 2 실시형태의 밸브체(232)에 유사한 구조를 갖는다. 밸브체(332)와 가이드부(252)와의 사이에는 배압실(254)이 형성되고, 하류측 압력(Pout)이 도입된다. 구획부재(330)의 하단부와 보디(104)의 사이에도 수압조정부재(349)가 배설되어 있다. 수압조정부재(349)는, 밸브체(332)의 하단부에 대해 상측에서 맞닿는다.
여기서, 본 실시형태에 있어서도, 밸브 구멍(144)의 유효 지름(C)와 가이드부(252)의 유효 지름(D)이 동일하게 설정되고, 또한, 밸브 구멍(120)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(118)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 밸브체(130) 및 밸브체(232)에 기능하는 냉매 압력의 영향은 취소된다.
이와 같이, 구성된 제어 밸브(3)는 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정할 수 있는 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 즉, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 1 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 7의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해 밸브체(332)가 밸브 개방 방향으로 변위하고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브(305)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 기구에 의해 하강하고, 밸브체(332)를 억제하도록 하여 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(332)는 도 7에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 8에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 1 밸브(305)의 개도가 조정된다. 그 결과, 제 1 도입 포트(310)에서 도입된 냉매가 제 1 밸브(305)를 지나 도출 포트(314)에서 도출된다.
또, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 2 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 7의 상태에서 로터(172)가 다른 방향으로 회전 구동(역전)되는 것에 의해 밸브체(332)가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하고, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 2 밸브(306)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 기구에 의해 상승하고, 전달 로드(334)를 낚아 올리도록 하여 밸브체(130)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(130)는, 도 7에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 9에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 2 밸브(306)의 개도가 조정된다. 이때, 전달 로드(334)가 밸브체(332)에서 이간하여 밸브체(332)를 억제하는 방향의 힘이 없어지고, 스프링(256)의 부세력에 의해 밸브체(332)가 밸브 시트(146)에 착좌하고, 제 1 밸브(305)가 밸브 폐쇄 상태를 유지한다. 그 결과, 제 2 도입 포트(312)에서 도입된 냉매가 제 2 밸브(306)를 지나 도출 포트(314)에서 도출된다.
[제 4 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관한 제어 밸브는, 밸브 기구의 구성 및 포트 수가 제 1 실시형태와 다르지만, 다른 부분에 공통의 구성을 갖는다. 이 때문에, 제 1 실시형태와 대부분 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 등, 적당히 그 설명을 생략한다. 도 10~도 12는, 제 4 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
제어 밸브(4)는 냉매 순환 통로의 소정 위치에 마련되고, 상류측 통로에서 하류측 통로에 흐르는 냉매의 유량을 조정한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 제어 밸브(4)는 밸브 본체(401)와 모터 유닛(102)을 맞붙여 구성되어 있다. 제어 밸브(4)는 바닥을 갖는 원통 형상의 보디(104)에 소구경의 제 1 밸브(405)와 대구경의 제 2 밸브(406)를 동축 형상으로 수용하여 구성되고, 일방의 밸브 폐쇄 상태에서 타방의 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되어 있다.
보디(104)의 일방의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 다른 방향의 측부에는 도출 포트(412)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 상류측 통로에 연통하고, 도출 포트(412)는 하류측 통로에 연통한다. 제어 밸브(4)는 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 1 밸브(405)만을, 또는 제 1 밸브(405) 및 제 2 밸브(406)의 쌍방을 밸브 개방한다.
보디(104)에는 유저 원통 형상의 구획부재(420)와 단부 원통 형상의 구획부재(433)가 동축 형상으로 내삽되어 있다. 구획부재(420)는 보디(104)의 하반부에 감합되고, 보디(104)와의 사이에 연통로(422)를 형성한다. 구획부재(420)의 저부 중앙을 축선 방향으로 관통하는 단부 구멍이 마련되고, 그 상단 개구부에 링 형상의 밸브 시트 형성 부재(424)가 압입되어 있다. 밸브 시트 형성 부재(424)의 내주부에 의해 밸브 구멍(144)이 형성되고, 그 상단 개구 단연에 의해 밸브 시트(146)가 형성되어 있다. 밸브체(132)가 밸브 시트(146)에 착좌하는 것에 의해, 제 1 밸브(405)가 개폐된다. 연통로(422)는 밸브 구멍(144)과 도출 포트(412)를 연통시킨다.
구획 부재(433)는, 실 부재를 통해 보디(104)에 동심 형상으로 맞붙여져 있다. 그리고 구획부재(433)의 중앙부에 밸브 구멍(120)이 형성되어 있다. 구획부재(433)의 하반부에는 가이드 구멍(118)이 형성되어 있다. 보디(104)의 안쪽에는 밸브체(130), 밸브체(132), 밸브 작동체(134) 및 전달 로드(430)가 동축 형상으로 배설되어 있다. 구획부재(124)의 베어링부(226) 내주면에는 제 1 실시형태와 동일하에 암나사부가 마련되어 있다. 전달 로드(430)는 밸브체(132)에 일체로 마련되고, 밸브체(130) 및 구획부(148)의 안쪽의 연통로(151)를 슬라이딩할 수 있게 관통한다. 전달 로드(430)는 그 상단부 및 중앙부에 반지름 방향 외향으로 돌출하는 계지부를 갖는다. 전달 로드(430)는 밸브 작동체(134) 및 각각의 밸브체(130)와 상대 변위할 수 있지만, 그 상측의 계지부가 밸브 작동체(134)의 상면에 계지되는 것에 의해, 밸브 작동체(134)와의 상대 변위가 규제된다. 또, 중앙의 계지부가 밸브체(130)의 상단부에 계지되는 것에 의해 밸브체(130)와의 상대 변위가 규제된다.
밸브체(130)는 도입 포트(110)와 밸브 구멍(120)의 사이의 압력실(415)에 배설되고, 상류측에서 밸브 구멍(120)에 접리하여 제 2 밸브(406)의 개도를 조정한다. 밸브체(130)와 구획 부재(124)의 사이에는 밸브체(130)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(431)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 밸브체(132)는 전달 로드(430)의 하단부에 일체로 마련되고, 배압실(150)에서 밸브 시트(146)에 착탈한다. 전달 로드(430)와 밸브 작동체(134)의 사이에는, 밸브체(132)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(432)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 구획부(148)와 구획부재(420)에 둘러싸인 공간에 의해 배압실(150)이 형성되어 있다. 도입 포트(110)를 통해 도입된 상류측 압력(Pin)은, 연통로(151)를 통해 배압실(150)에 도입된다. 구획부재(420)와 구획부재(433)의 사이에는 수압조정부재(149)가 배설되어 있다. 여기서, 본 실시형태에 있어서도 밸브 구멍(120)의 유효 지름(A)과 가이드 구멍(118)의 유효 지름(B)이 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 밸브체(130)에 기능하는 냉매 압력의 영향은 취소된다.
이와 같이 구성된 제어 밸브(4)는, 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정할 수 있는 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 즉, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 소구경 제어를 실행하는 경우, 도 10의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해 밸브체(132)가 밸브 개방 방향으로 변위하고, 제 1 밸브(405)가 밸브 개방 상태로 된다. 즉, 밸브체(132)는 도 10에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 11에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동된다. 본 실시형태에는 제 1 밸브(405)의 밸브 폐쇄 상태에서 로터(172)가 5회전하면 제 1 밸브 (405)가 전체 개방 상태로 되고, 밸브체(132)가 밸브 시트(146)에서 2.5㎜ 리프트 한다(1회전당 0.5㎜). 그 사이, 소구경의 제 1 밸브(405)의 밸브 개도(밸브 스트로크)는 비례적으로 변화한다.
또, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 대구경 제어를 실행하는 경우, 도 11에 도시하는 제 1 밸브(405)의 전체 개방 상태에서 로터(172)가 더 같은 방향으로 회전(정전)된다. 그 결과, 밸브체(130)가 전달 로드(430)로 끌어올리도록 하여 밸브 개방 방향으로 구동된다. 이때, 밸브체(130)는 도 11에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 12에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동된다. 본 실시형태에는, 제 2 밸브(406)의 밸브 폐쇄 상태(제 1 밸브(405)의 전체 개방 상태)에서 로터(172)가 7회전하면, 제 2 밸브(406)가 전체 개방 상태로 되고, 밸브체(130)가 밸브 시트(122)에서 3.5㎜ 리프트한다(1회전당 0.5㎜). 즉, 회전 스토퍼(188)가 상자점 위치에서 계지부(186)에 계지되는 결과, 로터(172)의 회전 자체가 정지된다. 그 사이. 대구경의 제 2 밸브(406)의 밸브 개도(밸브 스트로크)는 도시와 같이 비례적으로 변화한다. 또한, 로터(172)가 역방향으로 회전되면, 상술과 반대의 순서로 밸브체(130) 및 밸브체(132)가 밸브 폐쇄 방향으로 동작한다. 로터(172)의 회전 수는 제어 지령 값으로서의 구동 스텝 수에 대응하기 때문에, 제어부는 제어 밸브(4)를 임의의 개도로 제어할 수 있다. 그 결과, 도입 포트(110)에서 도입된 냉매가 제 1 밸브(405) 및 제 2 밸브(406)를 지나 도출 포트(412)에서 도출된다.
[제 5 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 5 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관한 제어 밸브는, 밸브 기구의 구성 및 포트의 배치가 제 2 실시형태와 다르지만, 그 외의 부분에 공통의 구성을 갖는다. 이 때문에, 제 2 실시형태와 대부분 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 등 적당히 그 설명을 생략한다. 도 13~도 15는, 제 5 실시형태에 관한 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
제어 밸브(5)는, 냉매 순환 통로를 구성하는 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로의 접속점에 마련되고, 각 통로 간의 냉매의 흐름을 전환함과 동시에 그 유량을 조정한다. 본 실시형태에서, 제 1 통로는 상류측 통로, 제 2 통로는 제1 하류측 통로, 제 3 통로는 공용 통로, 제 4 통로는 제 2 하류측 통로이다. 제어 밸브(5)는 제 1 밸브(505), 제 2 밸브(506) 및 제 3 밸브(507)를 갖고, 각 밸브의 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 제어 밸브(5)는 밸브 본체(501)와 모터 유닛(102)을 맞붙여 구성되어 있다. 밸브 본체(501)는 보디(104)에 제 1 밸브(505), 제 2 밸브(506) 및 제 3 밸브(507)를 동축 형상으로 수용하여 구성된다. 보디(104)의 일방의 측부에는 도입 포트(510) 및 제 2 도출 포트(516)가 마련되고, 타방의 측부에는 제 1 도출 포트(512) 및 도입출 포트(514)가 마련되어 있다. 도입 포트(510)는 제 1 통로에 연통하고, 제 1 도출 포트(512)는 제 2 통로에 연통하고, 도입출 포트(514)는 제 3 통로에 연통하고, 제 2 도출 포트(516)는 제 4 통로에 연통한다.
보디(104)의 안쪽에는 밸브체(530), 공용 밸브체(532), 밸브 작동체(534), 전달 로드(536)가 동축 형상으로 배설되어 있다. 본 실시형태에서, 구획부재(124)의 베어링부(226)의 외주면은 미끄럼 베어링으로서 기능하지만, 내주면에는 제 1 실시형태와 같은 암나사부는 마련되어 있지 않다. 한편, 밸브체(530)의 상반부의 내주면에 암나사부가 마련되어 있다. 밸브 작동체(534)는, 그 외주면에 암나사부가마련되고, 밸브체(530)의 암나사부에 나합하고 있다. 전달 로드(536)는 그 상반부가 밸브체(530)에 슬라이딩할 수 있게 내삽되며, 그 상단부에 의해 밸브 작동체(534)에 연결되어 있다.
보디(104)의 상반부에는 구획부재(517)가 배설되고, 구획부재(517)의 하부에 밸브 구멍(120)이 형성되어 있다. 보디(104)의 하반부에는 구획부재(230)가 배설되고, 구획부재(230)의 하부에 밸브 구멍(144)이 형성되어 있다. 또한, 보디(104)의 하부에는 밸브 구멍(540)이 마련되고, 그 상단 개구 단연에 의해 밸브 시트(545)가 형성되어 있다. 밸브체(530)와 구획부재(230)와의 사이에는, 밸브체(530)를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(550)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 밸브체(530)는, 상류측에서 밸브 시트(122)에 착탈하고 제 2 밸브(506)를 개폐한다.
공용 밸브체(532)는 전달 로드(536)의 하단부에 동축 형상으로 고정되어 있다. 공용 밸브체(532)는 단부 원주 형상의 본체를 갖고, 그 상단부가 밸브 구멍(144)에 접리할 수 있게 구성되고, 하단부가 밸브 구멍(540)으로 접리할 수 있게 구성되어 있다. 공용 밸브체(532)의 상단부에는 밸브 구멍(144)으로 슬라이딩하면서 지지하는 복수의 각부(같은 도면에는 그 한 가지만 표시)가 연설되어 있다. 또, 공용 밸브체(532)의 하단부에는 밸브 구멍(540)으로 슬라이딩하면서 지지하는 복수의 각부(같은 도면에는 그 한 가지만 표시)가 연설되어 있다.
공용 밸브체(532)의 상단부에는 제 1 밸브부재(541)가 감착되고, 하단부에는 제 2 밸브부재(542)가 감착되어 있다. 제 1 밸브부재(541)는, 환상의 탄성체(본 실시형태에는 고무)로 이루어지고, 밸브 시트(146)에 착탈하여 제 1 밸브(505)를 개폐한다. 제 2 밸브부재(542)는 환상의 탄성체(본 실시형태에는 고무)로 이루어지고, 밸브 시트(545)에 착탈하여 제 3 밸브(507)를 개폐한다.
이와 같이 구성된 제어 밸브(5)는, 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정할 수 있는 스테핑 모터 작동식의 제어 밸브로서 기능한다. 즉, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 1 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 13에 도시하는 상태가 된다. 이때, 제 3 밸브(507)가 밸브 개방 상태가 되는 한편, 제 1 밸브(505) 및 제 2 밸브(506)는 밸브 폐쇄 상태가 된다. 그 결과, 도입 포트(510)에서 도입된 냉매가 제 3 밸브(507)를 지나서 제 1 도출 포트(512)에서 도출된다.
또, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 2 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 13의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해 밸브 작동체(534)가 밸브체(530)에 대해 상대적으로 하측으로 변위한다. 이때, 밸브체(530)가 밸브 시트(122)에 착좌하여 제 2 밸브(206)를 폐쇄하고, 상측으로 변위할 수 없는 상태로 되어 있기 때문에, 밸브 작동체(534)가 하측으로 변위하여 공용 밸브체(532)를 억제한다. 공용 밸브체(532)는, 도 13에 도시하는 상태에서 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브(505)의 밸브 개방 방향(제 3 밸브(507)의 밸브 폐쇄 방향)으로 구동되고, 제 1 밸브(505) 및 제 3 밸브(507)의 개도가 조정된다. 이때, 제 3 밸브(507)가 밸브 폐쇄 상태로 되어 있으면, 도입 포트(510)에서 도입된 냉매가 제 1 밸브(505)를 지나서 도입출 포트(514)에서 도출된다.
또, 차량용 냉난방 장치의 운전 상태에 따라서 제 3 냉매 통로를 밸브 개방하는 경우, 도 13의 상태에서 로터(172)가 다른 방향으로 회전 구동(역전)되는 것에 의해 밸브 작동체(534)가 밸브체(530)에 대해 상대적으로 상측으로 변위한다. 이때, 스프링(550)의 부세력에 의해 공용 밸브체(532)가 끌어 올려지고 제 1 밸브(505)의 밸브 폐쇄 상태가 유지된다. 한편, 밸브 작동체(534)가 밸브체(530)에서 이간하는 방향으로 변위한다. 밸브체(530)는 도 13에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 15에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 2 밸브(506)의 개도가 조정된다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 그 특정의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 여러 가지로 변형할 수 있는 것은 당연하다.
상기 실시형태에는, 모터 유닛(102)에서 샤프트(182)의 가이드부(184)나 회전 스토퍼(188)의 계합부(190)를 모두 코일 형상의 부재에 의해 나선 형상으로 형성되는 예를 나타냈다. 변형예에 있어서는, 예컨대 샤프트(182)의 가이드부(184)를 암나사부로 하고, 회전 스토퍼(188)의 계합부(190)를 암나사부로 하는 나사 기구로 해도 좋다. 즉, 양자에 의해 회전을 병진으로 변환하는 기구가 구성되면 좋다.
상기 실시형태에는 본 발명의 차량용 냉난방 장치를 전기 자동차에 적용한 예를 나타냈지만, 내연기관을 탑재한 자동차나 내연기관과 전동기를 탑재한 하이브리드식의 자동차에 제공하는 것이 가능한 것은 당연하다. 상기 실시형태에는 압축기로서 전동 압축기를 채용한 예를 나타냈지만, 엔진의 회전을 이용하여 용량 가변을 진행하는 가변 용량 압축기를 채용할 수도 있다.
1, 2, 3, 4, 5: 제어 밸브
101: 밸브 본체
102: 모터 유닛
104: 보디
105: 제 1 밸브
106: 제 2 밸브
110: 도입 포트
112: 제 1 도출 포트
114: 제 2 도출 포트
120: 밸브 구멍
122: 밸브 시트
126: 베어링부
130, 132: 밸브체
134: 밸브 작동체
144: 밸브 구멍
146: 밸브 시트
148: 구획부
150: 배압실
172: 로터
173: 스테이터
174: 회전축
182: 샤프트
184: 가이드부
188: 회전 스토퍼
190: 계합부
192: 동력 전달부
201: 밸브 본체
205: 제 1 밸브
206: 제 2 밸브
210: 도입 포트
212: 도출 포트
214: 도입출 포트
226: 베어링부
232: 밸브체
234: 밸브 작동체
248: 구획부
254: 배압실
301: 밸브 본체
305: 제 1 밸브
306: 제 2 밸브
310: 제 1 도입 포트
312: 제 2 도입 포트
314: 도출 포트
332: 밸브체
334: 전달 로드
348: 구획부
401: 밸브 본체
405: 제 1 밸브
406: 제 2 밸브
412: 도출 포트
430: 전달 로드
501: 밸브 본체
505: 제 1 밸브
506: 제 2 밸브
507: 제 3 밸브
510: 도입 포트
512: 제 1 도출 포트
514: 도입출 포트
516: 제 2 도출 포트
530: 밸브체
532: 공용 밸브체
534: 밸브 작동체
536: 전달 로드
540: 밸브 구멍
545: 밸브 시트

Claims (9)

  1. 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브에 있어서,
    상류측에서 냉매를 도입하는 도입 포트와, 하류측으로 냉매를 도출하는 도출 포트와, 상기 도입 포트와 상기 도출 포트를 연통하는 밸브 구멍을 갖는 보디와,
    상기 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체와,
    상기 밸브체를 상기 밸브부의 개폐방향으로 구동하기 위한 로터를 포함하는 스테핑 모터와,
    상기 로터와 함께 회전하고, 그 축선 주변의 회전 운동을 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 것에 의해, 상기 밸브체를 상기 밸브부의 개폐 방향으로 구동하는 밸브 작동체를 구비하고,
    상기 밸브 작동체는 상기 로터에 대한 회전이 규제되는 한편, 상기 로터에 대해 축선 방향으로 병진할 수 있도록 상기 로터에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체 또는 상기 보디의 내주면에 마련된 암나사부와, 상기 밸브 작동체의 외주면에 마련된 암나사부와의 나합 구조에 의해, 상기 로터의 회전 운동을 병진 운동으로 변환하는 작동 변환 기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보디에 고정되고, 상기 로터의 축선 방향으로 연장되는 샤프트와,
    상기 샤프트의 외주면에 축선 방향에 따라 연설된 나선 형상의 가이드부와,
    상기 가이드부에 따라 계합하는 계합부와 상기 로터에 지지되는 동력 전달부를 갖고, 상기 로터의 회전과 함께 상기 샤프트의 축선 방향으로 변위하고, 상기 동력 전달부가 상기 샤프트의 일단측 및 타단측의 각각으로 계지되는 것에 의해 상기 로터의 회전을 규제하는 회전 스토퍼를 구비하고,
    상기 로터가 그 일단측과 타단측으로 베어링부를 갖는 중공 형상을 이루고,
    상기 샤프트가 상기 로터의 내부 공간으로 연설되는 것에 의해, 상기 회전 스토퍼가 그 내부 공간에서 변위하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보디에 마련된 제 1 밸브 구멍과,
    상기 보디에 상기 제 1 밸브 구멍과 동축 형상으로 마련된 제 2 밸브 구멍과,
    상기 제 1 밸브 구멍에 접리하는 것에 의해 제 1 밸브부를 개폐하는 제 1 밸브체와,
    상기 제 2 밸브 구멍에 접리하는 것에 의해 제 2 밸브부를 개폐하는 제 2 밸브체를 구비하고,
    상기 제 1 밸브체와 상기 제 2 밸브체가 상기 스테핑 모터를 공용의 액추에이터로서 각각 구동되고,
    상기 제 1 밸브체 및 상기 제 2 밸브체의 한편의 내주면 또는 상기 보디의 내주면에 마련된 암나사부와, 상기 밸브 작동체의 외주면에 마련된 암나사부와의 나합 구조에 의해, 상기 로터의 회전 운동을 병진 운동으로 변환하는 작동 변환 기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 1 밸브체와 상기 제 2 밸브체와의 사이에 마련되고, 양쪽 밸브체를 각각 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 부세 부재를 구비하고,
    상기 암나사부가 상기 보디에 마련되고,
    상기 로터의 회전에 따라 상기 밸브 작동체가 축선 방향으로 변위하는 것에 의해, 상기 부세 부재의 부세력이 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제 2 밸브체를 밸브 개방 방향으로 부세하는 제 1 부세 부재와,
    상기 제 1 밸브체를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 제 2 부세 부재를 구비하고,
    상기 암나사부가 상기 제 2 밸브체에 마련되고,
    상기 밸브 작동체가 상기 제 2 밸브체를 관통하여 상기 제 1 밸브체로 접속할 수 있게 구성되고,
    상기 로터가 일방향으로 회전하면 상기 제 2 밸브체가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하고, 그 제 2 밸브체의 밸브 폐쇄 상태에서 더욱 상기 로터가 일방향으로 회전하면, 상기 밸브 작동체에 의해 상기 제 1 밸브체가 밸브 개방 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제 2 밸브체를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 제 1 부세 부재와,
    상기 제 1 밸브체를 밸브 폐쇄 방향으로 부세하는 제 2 부세 부재를 구비하고,
    상기 암나사부가 상기 보디에 마련되고,
    상기 밸브 작동체가 상기 제 2 밸브체를 관통하여 상기 제 1 밸브체에 접속할 수 있도록 구성되고,
    상기 로터가 일방향으로 회전하면, 상기 밸브 작동체에 의해 상기 제 1 밸브체가 밸브 개방 방향으로 구동되고, 상기 로터가 다른 방향으로 회전하면, 상기 제 1 밸브체가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하고, 그 제 1 밸브체의 밸브 폐쇄 상태에서 더욱 상기 로터가 다른 방향으로 회전하면, 상기 제 2 밸브체가 상기 밸브 작동체로 끌어 올려지도록 하고, 상기 제 2 밸브부를 밸브 개방시키는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 로터가 일방향으로 회전하는 것에 의해 상기 제 1 밸브체가 변위하여 상기 제 1 밸브부가 전부 개방 상태로 되었을 때, 상기 제 2 밸브체가 상기 제 1 밸브체에 계합하고, 상기 로터가 같은 방향으로 더 회전하는 것에 의해, 상기 제 2 밸브체가 상기 제 1 밸브체에 끌어 올려지도록하고, 상기 제 2 밸브부를 밸브 개방시키는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 구멍의 상기 제 2 밸브 구멍과는 반대측으로 같은 축 형상으로 마련된 제 3 밸브 구멍과,
    상기 제 3 밸브 구멍에 접리하여 제 3 밸브부를 개폐할 수 있는 제 3 밸브체와,
    상기 제 1 밸브 구멍과 상기 제 3 밸브 구멍과의 사이에 배치되고, 상기 제 1 밸브체와 상기 제 3 밸브체가 일체로 마련된 공용 밸브체와,
    상기 제 2 밸브체를 밸브 폐쇄 방향으로 부세한 부세 부재를 구비하고,
    상기 암나사부가 상기 제 2 밸브체에 마련되고,
    상기 밸브 작동체가 상기 제 2 밸브체를 관통하여 상기 공용 밸브체에 접속되고,
    상기 로터가 일방향으로 회전하면 상기 제 2 밸브체가 밸브 폐쇄 방향으로 변위하고, 그 제 2 밸브체의 밸브 폐쇄 상태에서 더욱 상기 로터가 일방향으로 회전하면, 상기 밸브 작동체에 의해 상기 공용 밸브체가 상기 제 1 밸브체의 밸브 개방 방향과 상기 제 3 밸브체의 밸브 폐쇄 방향으로 구동되고,
    상기 로터가 다른 방향으로 회전하면 상기 공용 밸브체가 상기 제 1 밸브체의 폐쇄 밸브 방향과 상기 제 3 밸브체의 밸브 개방 방향으로 구동되고, 그 제 1 밸브체의 밸브 폐쇄 상태에 있어서 더욱 상기 로터가 다른 방향으로 회전하면, 상기 밸브 작동체에 의해 상기 제 2 밸브체가 밸브 개방 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
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