KR20140008390A

KR20140008390A - 제어 밸브

Info

Publication number: KR20140008390A
Application number: KR1020137024385A
Authority: KR
Inventors: 히사토시 히로타
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-01-21
Also published as: JP2012172702A; EP2677218A4; WO2012111264A1; EP2677218A1; JP5699266B2

Abstract

제어 밸브(100)는, 보디(104)에 밸브 구멍(120)과 동축상에 마련된 가이드 구멍(118)과, 밸브 구멍(120)에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체(130)와, 가이드 구멍(118)에 슬라이딩 가능하게 지지된 가이드부(148)를 일체로 구비하는 밸브 구동체와, 밸브체(130)에 작용하는 유체 압력의 영향을 캔슬하기 위한 캔슬 구조와, 가이드부(148)의 슬라이딩면에 마련된 O링(149)과 모터 유닛(102)에 의해 축선 방향으로 구동되고, 밸브체(130)를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하기 위한 밸브 작동체(134)와, 밸브 구동체에 삽통되고, 밸브 작동체(134)에 일체 변위 가능하게 작동 연결되는 전달 로드(152)와, 밸브 구동체와 전달 로드(152)와의 사이에 개재하도록 지지되고, 밸브 구동체를 밸브 폐쇄 방향으로 힘을 가하는 스프링(160)을 구비한다.

Description

제어 밸브{CONTROL VALVE}

본 발명은 작동유체의 흐름을 제어하는 제어 밸브에 관한 것으로, 특히 전기적으로 밸브 개도를 조정하기 위한 액추에이터를 구비하는 제어 밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조 장치는 일반적으로 압축기, 응축기, 증발기 등을 냉매 순환 통로에 배치하여 구성된다. 그리고 이와 같은 냉동 사이클의 운전 상태에 따라서 냉매 순환 통로의 전환이나 냉매 유량의 조정 등을 위해, 다양한 제어 밸브가 마련되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 제어 밸브로서, 냉매로부터 받는 압력에 의한 힘과 그것에 대항하는 스프링의 부세력과의 밸런스에 의해 밸브부가 개폐되는 기계 밸브나 외부에서 전기적으로 개도를 조정하기 위한 액추에이터를 구비하는 전기 구동 밸브가 적절히 이용된다.

특개평11-287354호 공보

그런데 이와 같은 공조 장치에 전기 구동 밸브를 마련하는 경우, 액추에이터로서 모터나 솔레노이드 등이 이용되지만, 스페이스 절약이나 전력 절약 등을 위해 그 액추에이터를 콤팩트하게 구성할 수 있는 것이 요구된다. 이와 같은 관점에서 특히 큰 개폐 구동력을 요하는 구경이 큰 밸브부를 구비하는 전기 구동 밸브에 있어서는, 그 밸브체에 작용하는 유체 압력을 캔슬하기 위한 배압 캔슬 구조가 마련되기도 한다. 이와 같은 전기 구동 밸브에 있어서는, 그 배압을 유지하기 위해 배압실을 구획하는 밸브 체의 슬라이딩 면에 밀봉 부재를 마련하는 구성이 병용되어 있다.

그러나 이렇게 슬라이딩 부의 밀봉성을 높이려고 할수록 밸브 체를 구동할 때의 슬라이딩력이 커지고, 그것을 이기는 만큼의 큰 구동력을 요하게 된다. 또, 전기 구동 밸부의 비통전시의 밸브부의 안정성을 유지하기 위해, 밸브체에는 통상 그 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄 상태를 유지하기 위한 부세력을 발생시키는 스프링이 마련된다. 이 때문에, 밸브체를 구동하기 위해서는 그 스프링의 부세력을 이기는 구동력도 필요하다. 따라서, 액추에이터를 작게 구성하기 위해서는, 밸브체에 작용하는 슬라이딩력이나 부세력의 영향을 작게 할 필요가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적 중 하나는 전기 구동 밸브의 개폐 구동력을 작게 억제하는 것에 의해, 그 액추에이터를 콤팩트하게 구성 가능하게 하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태의 제어 밸브는, 작동 유체를 유통하는 내부 통로를 갖고, 그 내부 통로에 밸브 구멍이 마련된 보디와, 보디에 밸브 구멍과 동축선 상에 마련된 가이드 구멍과, 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체와, 가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지된 가이드부를 일체로 구비하는 밸브 구동체와, 밸브체에 작용하는 유체 압력의 영향을 캔슬하기 위한 캔슬 구조와, 가이드부의 슬라이딩면에 마련된 밀봉부재와, 보디의 일단에 마련된 액추에이터와, 액추에이터에 의해 축선 방향으로 구동되고 밸브체를 밸브부의 개폐 방향으로 구동하기 위한 작동체와, 밸브 구동체에 삽통되고 작동체에 일체 변위 가능하게 작동 연결되는 전달부재와, 밸브 구동체와 전달부재와의 사이에 개재되도록 지지하고 밸브 구동체를 밸브 폐쇄 방향으로 힘을 가하는 부세부재를 구비한다.

이 양태에 의하면, 캔슬 구조에 의해 비교적 큰 밸브부를 작은 구동력으로 개폐할 수 있고, 또한 밸브 구동체의 가이드부에 밀봉부재를 마련함으로써 그 슬라이딩부의 밀봉성을 확보할 수 있다. 그리고 이와 같은 구성에 있어서, 부세부재를 밸브 구동체와 전달부재와의 사이에 개재함으로써 가이드부의 슬라이딩력과 부세부재의 부세력이 액추에이터의 구동력에 동시에 대항하는 것을 방지 또는 적어도 억제할 수 있다. 그 결과, 액추에이터에 요구되는 구동력을 작게 억제할 수 있고, 액추에이터를 콤팩트하게 구성할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 전기 구동 밸브의 개폐 구동력을 작게 억제할 수 있고, 그 액추에이터를 콤팩트로 구성할 수 있게 된다.

도 1은 제 1 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제 1 실시형태]

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1~도 3은 제 1 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다. 또한, 본 실시형태의 제어 밸브는 예컨대, 전기 자동차에 탑재되는 히트 펌프식의 냉난방 장치에 대한 적용을 상정한 것이다.

즉, 차량용 냉난방 장치에는 압축기, 실내 응축기, 실외 열교환기, 증발기 및 어큐물레이터 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 실행된다. 이 냉동 사이클에는, 냉난방을 적절하게 제어하기 위한 각종 제어 밸브가 배설(配設)되고, 제어 밸브(100)는 그 중 하나를 구성한다.

제어 밸브(100)는 상류 측 통로에서 제 1 하류 측 통로 및 제 2 하류 측 통로에 분기하는 분기점에 마련되고, 그 상류 측 통로에서 각 하류 측 통로에 흐르는 냉매의 유량을 조정한다. 제어 밸브(100)는 그 개도가 설정 개도로 조정되는 비례 밸브로서 구성되어 있다. 제어 밸브(100)는 기본적으로는 전체 개방 상태, 구경이 큰 제어 상태, 구경이 작은 제어 상태, 밸브 폐쇄 상태 중 어느 하나의 상태로 제어된다. 또한, 구경이 큰 제어 상태는 전체 개방 상태로 되지 않지만 개도가 큰 상태이고, 구경이 작은 제어 상태는 밸브 폐쇄 상태로 되지 않지만 개도가 작은 상태이다. 제어 밸브(100)는, 구경이 작은 제어에 의해 팽창 장치로서도 기능한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 제어 밸브(100)는 스테핑 모터 구동식의 전동 밸브로서 구성되고, 밸브 본체(101)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 밸브 본체(101)는 저부를 구비하는 원통 형상의 보디(104)에 구경이 큰 제 1 밸브(105)와 구경이 작은 제 2 밸브(106)를 축선 상으로 수용하여 구성된다.

보디(104)의 일방의 측부에는 도입 포트(110)가 마련되고, 타방의 측부에는 상하에 제 1 도출 포트(112), 제 2 도출 포트(114)가 마련되어 있다. 도입 포트(110)는 상류 측 통로에 연통하고, 제 1 도출 포트(112)는 제 1 하류 측 통로에 연통하고, 제 2 도출 포트(114)는 제 2 하류 측 통로에 연통한다. 즉, 보디(104)에는 도입 포트(110)와 제 1 도출 포트(112)를 연결하는 제 1 내부 통로와, 도입 포트(110)와 제 2 도출 포트(114)를 연결하는 제 2 내부 통로가 형성된다. 제 1 밸브(105)는 제 1 내부 통로의 개도를 제어하고, 제 2 밸브(106)는 제 2 내부 통로의 개도를 제어한다.

보디(104)의 상반부에는, 저부를 구비하는 단차를 갖는 원통 형상의 구획부재(116)가 배설되어 있다. 구획부재(116)는, 밸브 본체(101)의 내부와 모터 유닛(102)의 내부를 구획한다. 구획부재(116)의 저부 중앙에는, 엠보싱(Emboss)의 축수부(126)가 마련되어 있다. 축수부(126)의 내주면에는 암나사부가 마련되고, 외주면은 미끄럼 베어링으로서 기능한다. 구획부재(116)는, 그 상단부 및 하단부의 외주면에 각각 마련된 밀봉부재를 통해 보디(104)에 동심 형상으로 조립되어 있다. 구획부재(116)는 그 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. 구획부재(116)에 있어서 제 1 도출 포트(112)와의 대향면에는, 내외를 연통하는 연통 구멍이 마련되어 있다.

보디(104)의 내방에는 큰 지름의 밸브체(130), 작은 지름의 밸브체(132) 및 밸브 작동체(134)가 동축상(동일한 축선상)에 배설되어 있다. 밸브체(130)가 상류 측에서 밸브 구멍(120)으로 접리하여 제 1 밸브(105)의 개도를 조정하는 것에 의해, 제 1 내부 통로에 흐르는 냉매의 유량이 조정된다. 밸브체(130)의 외주면에는 링 형상의 탄성체(예컨대, 고무)로 이루어지는 밸브부재(136)가 끼워져 있고, 그 밸브부재(136)가 밸브 시트(122)에 착좌하는 것에 의해, 제 1 밸브(105)를 완전히 폐쇄하는 것이 가능하다.

한편, 보디(104)의 하반부에는, 작은 원통 형상의 가이드부재(140)가 배설되어 있다. 가이드부재(140)는 제 2 내부 통로의 중앙부에 밸브체(130)와 동축상에 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 개구단 가장자리에 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 상류 측에 도입 포트(110)에 연통하는 공통의 고압실(115)이 형성되고, 밸브 구멍(120)의 하류 측에는 제 1 도출 포트(112)에 연통하는 저압실(117)이 형성되고, 밸브 구멍(144)의 하류 측에는 제 2 도출 포트(114)에 연통하는 저압실(119)이 형성되어 있다.

밸브체(130)는, 지름 축소부를 통해 가이드부(148)를 연장하여 설치되어 있다. 즉, 밸브체(130)와 가이드부(148)가 지름 축소부를 통해 일체화된 단차를 갖는 원통 형상의 "밸브 구동체"를 구성하고 있다. 가이드부(148)는 저압실(117)에 배치되어 있다. 그리고 가이드부(148)의 상단부가 O링(149)("밀봉부재"로서 기능한다)을 통해 가이드 구멍(118)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 것에 의해, 밸브체(130)의 개폐 방향에 대해 안정적인 동작이 확보되어 있다. 가이드부(148)와 구획부재(116)의 사이에는 배압실(150)이 형성된다. 또, 밸브체(130)와 가이드부(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 상류 측 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 가이드부(148)의 유효 수압 면적이 실질적으로 동일하게 되어 있기 때문), 밸브체(130)에 작용하는 냉매 압력의 영향은 캔슬된다. 특히 O링(149)을 마련한 것에 의해, 가이드부(148)의 슬라이딩부의 밀봉성이 확보되면서 그 슬라이딩부에 먼지 등이 들어가는 것이 방지된다.

밸브체(130)의 내방에는 긴 막대 모양의 전달 로드(152)("전달부재"로서 기능한다)가 동축상에 삽통되고, 그 전달 로드(152)의 하단부에 밸브체(132)가 작동 연결 가능하게 배설되어 있다. 전달 로드(152)의 상단부는 밸브 작동체(134)의 저부를 관통하고, 그 선단부가 외측으로 코킹되어 계지부(154)로 되어 있다. 즉, 전달 로드(152)는 그 상단부가 밸브 작동체(134)의 저부에 지지되어 있다. 전달 로드(152)의 하단부는 반지름 방향 외측으로 돌출된 계지부(156)로 되어 있다. 전달 로드(152)의 중앙부에는, 반지름 방향 외측으로 돌출하는 스프링 수용부(158)가 마련되어 있다. 그리고 가이드부(148)의 내벽과 스프링 수용부(158)와의 사이에 스프링(160)("부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 즉, 밸브체(130)와 전달 로드(152)는 축선 방향으로 상대 변이 가능하게 되어 있지만, 통상은 스프링(160)에 의해 계지부(154)가 축선 방향으로 힘이 가해져, 도시와 같이 팽팽한 상태를 유지한다.

밸브체(132)는 단차를 갖는 원주 형상을 이루고, 밸브체(130)의 하방으로 동축상에 배치되어 있다. 밸브체(132)는 가이드부재(140)에 슬라이딩 가능하게 삽통되고, 그 선단부가 밸브 구멍(144)에 대향 배치되어 있다. 밸브체(132)는 이른바 니들 밸브체로서 구성되고, 뾰족한 선단부가 밸브 구멍(144)에 삽발된다. 그리고 밸브체(132)가 밸브 시트(146)에 착탈하는 것에 의해 제 2 밸브(106)가 개폐된다.

밸브체(132)의 상반부는 원통 형상의 수용부로 이루어져 있고, 전달 로드(152)의 계지부(156)를 축선 방향으로 상대 변위 가능하게 수용하고 있다. 한편, 밸브체(132)의 상단 개구부가 내방으로 약간 코킹된 계지부(162)로 되어 있고, 계지부(156)의 이탈을 방지하고 있다. 밸브체(130)와 밸브체(132)와의 사이에는, 밸브체(132)를 밸브 폐쇄 방향으로 힘을 가하는 스프링(164)("제 2의 부세부재"로서 기능한다)이 개재되어 있다. 즉, 밸브체(132)와 전달 로드(152)는 그 수용부의 길이만큼 축선 방향으로 상대 변위 가능하게 되어 있지만, 통상은 스프링(164)에 의해 계지부(162)와 계지부(156)가 결합하는 방향으로 힘이 가해지고, 도시와 같이 팽팽한 상태를 유지한다. 본 실시형태에 있어서는, 스프링(164)의 하중이 스프링(160)의 하중보다도 상당히 작아지도록 설정되어 있다. 예컨대, 도시의 상태에서 스프링(160)의 하중이 600g중(重), 스프링(164)의 하중이 100g중(重) 정도가 되도록 설정된다. 한편, 스프링(160)의 하중과 스프링(164)의 하중과의 합력이 가이드부(148)의 O링(149)에서의 슬라이딩 저항(밸브 구동체의 슬라이딩력: 예컨대 600g중(重))보다도 커지도록 설정되어 있다. 또한, 변형예에 있어서는, 스프링(160)의 하중을 700g중(重)으로 하는 등, 밸브 구동체의 슬라이딩력보다도 크게 설정해도 좋다.

밸브 작동체(134)는 단차를 갖는 원통 형상을 이루고, 그 외주부에 암나사부가 형성되어 있다. 암나사부는 축수부(126)의 암나사부에 나합한다. 밸브 작동체(134)의 상단부에는 반지름 방향 외향으로 연장되어 돌출한 복수(본 실시형태에는 4개)의 각부(153)가 마련되어 있고, 모터 유닛(102)의 로터에 결합하고 있다. 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(130) 또는 밸브체(132)를 개폐 방향으로 구동한다. 제 1 밸브(105)의 밸브 개방시에는 밸브체(130)와 밸브 작동체(134)가 일체로 동작하고, 제 2 밸브(106)의 밸브 개방시에는 밸브체(132)와 밸브 작동체(134)가 일체로 동작한다.

한편, 모터 유닛(102)은 모터(172)와 스테이터(173)를 포함하는 스테핑 모터로서 구성되어 있다. 모터 유닛(102)은, 저부를 구비하는 원통 형상의 슬리브(170)의 내방에 로터(172)를 회전 자유롭게 지지하도록 구성되어 있다. 슬리브(170)의 외주에는, 자화코일(171)을 수용한 스테이터(173)가 마련되어 있다. 슬리브(170)는 그 하단 개구부가 보디(104)에 조립되어 있고, 보디(104)와 함께 제어 밸브(100)의 보디를 구성한다.

로터(172)는, 원통 형상으로 형성된 회전축(174)과 그 회전축(174)의 외주에 배설된 마그넷(176)을 구비한다. 본 실시형태에는, 마그넷(176)은 24극으로 자화되어 있다. 회전축(174)의 내방에는 모터 유닛(102)의 거의 전장에 걸치는 내부 공간이 형성되어 있다. 회전축(174)의 내주면의 특정 개소에는, 축선에 평행으로 연장되는 가이드부(178)가 마련되어 있다. 가이드부(178)는, 후술하는 회전 스토퍼와 결합하기 위한 돌기부를 형성한 것이고, 축선에 평행하게 연장하는 하나의 돌조에 의해 구성되어 있다.

회전축(174)의 하단부는 약간 지름이 축소되고, 그 내주면의 축선에 평행하게 연장하는 4개의 가이드부(180)가 마련되어 있다. 가이드부(180)는 축선에 평행하게 연장하는 한 쌍의 돌조에 의해 구성되고, 회전축(174)의 내주면에 90도 간격으로 마련되어 있다. 이 4개의 가이드부(180)에는 상술한 밸브 작동체(134)의 4개의 각부(153)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 규제되지만, 그 가이드부(180)에 따른 축선 방향의 변위는 허용된다. 즉, 밸브 작동체(134)는 로터(172)와 함께 회전하고 밸브체(132)의 개폐 방향으로 구동된다.

로터(172)의 내방에는, 그 축선을 따라 긴 막대 모양의 샤프트(182)가 배설되어 있다. 샤프트(182)는 그 상단부가 슬리브(170)의 저부 중앙에 압입되는 것에 의해 캔틸레버 형상으로 고정되고, 가이드부(178)에 평행하게 내부 공간에 연장하여 존재하고 있다. 샤프트(182)는 밸브 작동체(134)와 동일 축선 상에 배치되어 있다. 샤프트(182)에는, 그 거의 전장에 걸쳐서 연장하여 존재하는 나선 모양의 가이드부(184)가 마련되어 있다. 가이드부(184)는, 코일 형상의 부재로 이루어지고, 샤프트(182)의 외면에 끼워져 있다. 가이드부(184)의 상단부는 젖혀져 계지부(186)로 되어 있다.

가이드부(184)에는, 나선 모양의 회전 스토퍼(188)가 회전 가능하게 결합되어 있다. 회전 스토퍼(188)는, 가이드부(184)에 결합하는 나선 모양의 결합부(190)와, 회전축(174)에 지지되는 동력 전달부(192)를 갖는다. 결합부(190)는 코일을 한번 두른 형상을 이루고, 그 하단부에 반지름 방향 외향으로 연장하여 돌출하는 동력 전달부(192)가 연설(連設)되어 있다. 동력 전달부(192)의 선단부가 가이드부(178)에 결합되어 있다. 즉, 동력 전달부(192)는 가이드부(178)의 하나의 돌조에 맞닿아 계지된다. 이 때문에, 회전 스토퍼(188)는 회전축(174)에 의해 회전 방향의 상대 변위가 규제되지만, 가이드부(178)로 슬라이딩하고 그 축선 방향의 변위가 허용된다.

즉, 회전 스토퍼(188)는 로터(172)와 일체로 회전하고, 그 결합부(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 의해 규제된다. 같은 도면에는, 회전 스토퍼(188)가 중간 위치에 어느 상태가 나타나 있다. 회전 스토퍼(188)가 상방으로 변위하여 계지부(186)에 계지되면, 그 위치가 상사점이 된다. 회전 스토퍼(188)가 하방으로 변위하면, 그 하사점에 의해 계지된다.

로터(172)는 그 상단부가 샤프트(182)에 회전 자유롭게 지지되고, 하단부가 축수부(126)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 구체적으로는, 회전축(174)의 상단 개구부를 밀봉하도록 저부를 구비하는 원통 형상의 단부부재(194)가 마련되고, 그 단부부재(194)의 중앙에 마련된 원통축(196)의 부분이 샤프트(182)에 지지되어 있다. 즉, 축수부(126)가 일단측의 축수부가 되고, 샤프트(182)에서 원통축(196)과의 슬라이딩부가 타단측의 축수부로 되어 있다.

이와 같이 구성된 제어 밸브(100)는, 모터 유닛(102)의 구동 제어에 의해 그 밸브 개도를 조정 가능한 스테핑 모터 구동식의 제어 밸브로서 기능한다. 이하, 그 동작에 대해서 상세하게 설명한다.

제어 밸브(100)의 유량 제어에 있어서, 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 모터(172)가 회전하고, 일방에서 밸브 작동체(134)가 회전 구동되어 구경이 큰 제 1 밸브(105) 및 구경이 작은 제 2 밸브(106)의 개도가 설정 개도로 조정되고, 타방에서 회전 스토퍼(188)가 가이드부(184)에 따라 구동되는 것에 의해 각 밸브체의 동작 범위가 규제된다.

구체적으로, 구경이 큰 제어를 실행하는 경우, 도 1의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 구조에 의해 하강한다. 이때, 밸브 작동체(134)가 가이드부(148)에 맞닿은 상태에서 이것을 누르게 하여 밸브체(130)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(130)는, 도 1에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 2에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 1 밸브(105)의 개도가 조정된다. 이때, 모터 유닛(102)의 구동력으로서 O링(149)의 슬라이딩력(슬라이딩 저항)과 스프링(164)의 부세력(반력)과의 합력에 이기는 만큼의 크기가 있다면 충분하다.

즉, 전달 로드(152)와 밸브체(132)와의 작동 연결이 해제되고, 전달 로드(152)가 밸브체(130)와 함께 변위 가능하기 때문에 스프링(160)의 부세력은 반력으로 작용하지 않는다. 이 때문에, 모터 유닛(102)은 하중의 작은 스프링(164)의 부세력(예컨대, 최대 200g중(重))과 O링(149)의 슬라이딩력(예컨대, 600g)과의 합력에 이기는 만큼의 구동력을 발생시키면 된다. 또한, 밸브체(132)의 계지부(162)와 전달 로드(152)의 계지부(156)의 결합 상태가 해제되기 때문에, 밸브체(132)와 밸브 시트(146)의 사이에 과도하게 누르는 힘이 작용하는 일도 없다.

반대로, 제 1 밸브(105)를 도 2에 도시한 밸브 개방 상태에서 도 1에 도시한 밸브 폐쇄 상태로 되돌리는 경우에는, 도 2의 상태에서 로터(172)를 타방향으로 회전 구동(역전)시킨다. 이 경우, 스프링(160)의 부세력과 스프링(164)의 부세력과의 합력이 O링(149)의 슬라이딩력보다도 크기 때문에, 밸브체(130)는 밸브 작동체(134)와의 작동 연결이 유지된 채 일체가 되어 밸브 폐쇄 방향으로 밀어 올린다. 이때, 스프링(164)의 부세력이 모터 유닛(102)의 구동력과 같은 방향으로 작용한다. 즉, 모터 유닛(102)의 구동력으로서, O링(149)의 슬라이딩력(예컨대, 600g중(重))과 스프링(164)의 부세력(100~200중(重))과의 차분(400~500g중(重))에 이기는 만큼의 크기가 있다면 충분하다.

또, 구경이 작은 제어를 실행하는 경우, 도 1의 상태에서 로터(172)가 타방향으로 회전 구동(역전)되는 것에 의해 밸브체(132)가 밸브 개방 방향으로 변위하고, 도 3에 도시하는 바와 같이 제 2 밸브(106)가 밸브 개방 상태가 된다. 즉, 로터(172)와 함께 회전하는 밸브 작동체(134)가 나사 기구에 의해 상승하고, 계지부(154)를 인상되도록 하여 전달 로드(152) 및 밸브체(132)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 밸브체(132)는, 도 1에 도시하는 전체 폐쇄 상태와 도 3에 도시하는 전체 개방 위치와의 사이의 범위에서 구동되고, 제 2 밸브(106)의 개도가 조정된다. 이때, 모터 유닛(102)의 구동력으로서 스프링(160)의 부세력(반력)과 스프링(164)의 부세력(반력)의 합력에 이길 만큼의 크기가 있다면 충분하다.

즉, 전달 로드(152)와 밸브체(130)와의 작동 연결이 해제되고, 전달 로드(152)가 밸브체(132)와 일체로 변위하기 때문에, O링(149)의 슬라이딩력은 반력으로 작용하지 않는다. 이 때문에, 모터 유닛(102)은 스프링(160)의 부세력(예컨대, 최대 700g중(重))과 스프링(164)의 부세력(예컨대, 최대 150g중(重))과의 합력에 이기는 만큼의 구동력을 발생시키면 된다. 또한, 전달 로드(152)와 밸브체(130)와의 결합 상태가 해제되기 때문에, 밸브체(130)와 밸브 시트(122) 사이에 과도하게 누르는 힘이 작용하는 일도 없다.

반대로, 제 2 밸브(106)를 도 3에 도시한 밸브 개방 상태에서 도 1에 도시한 밸브 폐쇄 상태로 되돌리는 경우에는, 도 3의 상태에서 로터(172)를 일방향으로 회전 구동(정전)시킨다. 이 경우, 스프링(160)의 부세력과 스프링(164)의 부세력과의 합력이 밸브 폐쇄 방향으로 작용하기 때문에, 모터 유닛(102)의 구동력에 대한 반력은 작용하지 않는다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 제어 밸브는 제 1 실시형태의 제어 밸브에 있어서, 구경이 작은 제 2 밸브(106)를 제거하고, 구경이 큰 제 1 밸브(105)만 마련한 것이다. 이 때문에, 제 1 실시형태와 대부분 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 등, 적절히 그 설명을 생략한다.

도 4 및 도 5는, 제 2 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

제어 밸브(200)는, 스테핑 모터 구동식의 전동 밸브로서 구성되고, 밸브 본체(201)와 모터 유닛(102)을 조립하여 구성되어 있다. 보디(204)에는 도입 포트(110)와 도출 포트(112)가 마련되고, 그들을 연결하는 내부 통로에 밸브 구멍(120)이 마련되어 있다. 전달 로드(252)의 하단부에 스프링 수용부(158)가 마련되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 도시의 상태에서 스프링(160)의 하중(예컨대 700g중(重))이 O링(149)에서 슬라이딩 저항(밸브 구동체의 슬라이딩력: 예컨대 600g중(重))보다도 커지도록 설정되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 구경이 큰 제어를 실행하는 경우, 기본적으로 제 1 실시형태와 동일한 제어가 이루어진다. 즉, 도 4의 상태에서 로터(172)가 일방향으로 회전 구동(정전)되는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 밸브 작동체(134)가 가이드부(148)에 맞닿은 상태에서 밸브체(130)를 밸브 개방 방향으로 변위시킨다. 이때, 모터 유닛(102)의 구동력으로서 O링(149)의 슬라이딩력(슬라이딩 저항)에 이기는 만큼의 크기가 있다면 충분하다. 즉, 전달 로드(252)가 밸브체(130)와 함께 변위 가능하기 때문에, 스프링(160)의 부세력은 반력으로 작용하지 않는다. 이 때문에, 모터 유닛(102)은 O링(149)의 슬라이딩력(예컨대, 600g)으로 이기는 만큼의 구동력을 발생시키면 된다.

반대로, 도 5에 도시한 밸브 개방 상태에서 도 4에 도시한 밸브 폐쇄 상태로 되돌리는 경우에는, 도 5의 상태에서 로터(172)를 타방향으로 회전 구동(역전)시킨다. 그 경우, 스프링(160)의 부세력이 O링(149)의 슬라이딩력 보다도 크기 때문에, 밸브체(130)는 밸브 작동체(134)와의 작동 연결이 유지된 채 일체가 되어 밸브 폐쇄 방향으로 슬라이딩된다. 이때, 모터 유닛(102)의 구동력으로서, O링(149)의 슬라이딩력에 이기는 만큼의 크기가 있다면 충분하다.

이상, 본 발명의 적절한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 그 특정한 실시형태에 한정되는 것이 아닌, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 각종 변형이 가능한 것은 당연하다.

상기 실시형태에 있어서, 밸브 작동체(134)와 전달 로드(152)를 작동 연결 및 연결 해제 가능하게 별체로 구성하는 예를 나타냈다. 변형예에 있어서, 밸브 작동체(134)와 전달 로드(152)를 상대 변위하지 않도록 일체로 구성해도 좋다. 즉, 작동체와 전달부재를 일체로 한 작동 전달부재로서 구성해도 좋다.

상기 실시형태에는, 모터 유닛(102)에서 샤프트(182)의 가이드부(184)나 회전 스토퍼(188)의 결합부(190)를 모두 코일 형상의 부재에 의해 나선 모양으로 형성하는 예를 나타냈다. 변형예에 있어서, 예컨대 샤프트(182)의 가이드부(184)를 숫나사부로 이루고, 회전 스토퍼(188)의 결합부(190)를 암나사부로 하는 나사 기구로 해도 좋다. 즉, 양자에 의해 회전을 병진으로 변환하는 기구가 구성되면 된다.

상기 실시형태에는, 상기 제어 밸브를 전기 자동차의 냉난방 장치로 적용하는 예를 나타냈지만, 내연기관을 탑재한 자동차나 내연기관과 전동기를 탑재한 하이브리드식의 자동차의 냉난방 장치에 적용하는 것이 가능한 것은 당연하다. 또, 상기 제어밸브를 작동유체로서의 냉매의 흐름을 제어하는 전기 구동 밸브로서 구성하는 예를 나타냈지만, 냉매 이외의 작동유체의 흐름을 제어하는 전기 구동 밸브로서 구성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시형태에는, 제어 밸브의 액추에이터로서 스테핑 모터를 이용하는 예를 나타냈지만, 다른 형식의 모터 또는 솔레노이드를 액추에이터로 하는 것도 가능하다.

100: 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
118: 가이드 구멍
120: 밸브 구멍
122: 밸브 시트
130, 132: 밸브체
134: 밸브 작동체
144: 밸브 구멍
146: 밸브 시트
148: 가이드부
149: O링
150: 배압실
152: 전달 로드
160, 164: 스프링
172: 로터
173: 스테이터
182: 샤프트
184: 가이드부
186: 계지부
188: 회전 스토퍼
190: 결합부
192: 동력 전달부
200: 제어 밸브
201: 밸브 본체
204: 보디
252: 전달 로드

Claims

작동유체를 유통시키는 내부 통로를 갖고, 그 내부 통로에 밸브 구멍이 마련된 보디와,
상기 보디에 상기 밸브 구멍과 동축상에 마련된 가이드 구멍과,
상기 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체와, 상기 가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지된 가이드부를 일체로 구비하는 밸브 구동체와,
상기 밸브체에 작용하는 유체 압력의 영향을 캔슬하는 캔슬 구조와,
상기 가이드부의 슬라이딩면에 마련된 밀봉부재와,
상기 보디에 장착된 액추에이터와,
상기 액추에이터에 의해 축선 방향으로 구동되고, 상기 밸브체를 상기 밸브부의 개폐 방향으로 구동하기 위한 작동체와,
상기 밸브 구동체에 삽통되고, 상기 작동체에 일체 변위 가능하게 작동 연결되는 전달부재와,
상기 밸브 구동체와 상기 전달부재와의 사이에 개재되도록 지지되고, 상기 밸브 구동체를 밸브 폐쇄 방향으로 힘을 가하는 부세부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제 1항에 있어서,
상기 내부 통로로서 제 1 내부 통로 및 제 2 내부 통로를 갖고, 상기 제 1 내부 통로의 냉매의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제 1 밸브와, 상기 제 2 내부 통로의 냉매의 흐름을 조정하기 위해 개도가 제어되는 제 2 밸브를 수용하는 상기 보디와,
상기 밸브 구멍으로서 상기 제 1 내부 통로에 마련된 제 1 밸브 구멍과,
상기 밸브체로서 상기 제 1 밸브 구멍에 접리하여 상기 제 1 밸브를 개폐하는 제 1 밸브체와,
상기 제 2 내부 통로에 상기 제 1 밸브 구멍과 동축상에 마련된 제 2 밸브 구멍과,
상기 밸브 구동체와는 별체로 마련되고 상기 제 2 밸브 구멍에 접리하여 상기 제 2 밸브를 개폐하고, 상기 전달부재에 일체 변위 가능하게 작동 연결 또는 상대 변위 가능하게 연결 해제되는 제 2 밸브체와,
상기 밸브 구동체와 상기 제 2 밸브체와의 사이에 개재되도록 지지되고, 상기 제 2 밸브체를 밸브 폐쇄 방향으로 힘을 가하는 제 2 부세부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 밸브의 개도를 제어할 때에는, 상기 작동체와 상기 제 1 밸브체가 일체 변위 가능하게 작동 연결되면서, 상기 전달부재와 상기 제 2 밸브체와의 작동 연결이 해제되고,
상기 제 2 밸브의 개도를 제어할 때에는, 상기 전달부재와 상기 제 2 밸브체가 일체 변위 가능하게 작동 연결되면서, 상기 작동체와 상기 제 1 밸브체와의 작동 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터로서, 회전 구동되는 모터를 포함하는 스테핑 모터와,
상기 로터와 동시에 회전하고, 그 축선 주변의 회전 운동을 상기 작동체의 축선 방향의 병진 운동으로 변환하는 작동 변환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
제 4항에 있어서,
상기 보디에 고정되고, 상기 로터의 축선 방향으로 연장되는 샤프트와,
상기 샤프트의 외주면에 축선 방향에 따라 연장하여 설치된 나선 모양의 가이드부와,
상기 가이드부에 따라 결합하는 결합부와 상기 로터에 지지되는 동력 전달부를 갖고, 상기 로터의 회전과 함께 상기 샤프트의 축선 방향으로 변위하고, 상기 동력 전달부가 상기 샤프트의 일단 측 및 타단 측의 각각에 계지되는 것에 의해 상기 로터의 회전을 규제하는 회전 스토퍼를 구비하고,
상기 작동체는 상기 로터에 결합하여 축선 방향으로 병진 가능하게 지지하고,
상기 로터가 그 일단 측과 타단 측에 축수부를 갖는 중공 형상을 이루고,
상기 샤프트가 상기 로터의 내부 공간에 연장하여 설치되는 것에 의해, 상기 회전 스토퍼가 그 내부 공간에서 변위하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.