WO2012042745A1

WO2012042745A1 - 制御弁

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Publication number: WO2012042745A1
Application number: PCT/JP2011/004874
Authority: WO
Inventors: 広田　久寿
Original assignee: 株式会社テージーケー
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-04-05
Also published as: CN103124873B; EP2623827A1; JP5572809B2; EP2623827A4; KR20130137640A; JP2012077787A; CN103124873A

Abstract

　ある態様の制御弁１は、上流側から冷媒を導入する導入ポート２０と、下流側へ冷媒を導出する導出ポート２２と、導入ポート２０と導出ポート２２とを連通する弁孔２８とを有するボディ５と、弁孔２８の開口部に設けられた弁座３０に着脱して弁部を開閉する可撓性を有する弁体６６と、弁体６６を弁部の開閉方向に駆動するソレノイド４と、弁体６６に対向配置されて弁体６６と一体に動作するとともに、弁体６６との対向面にて閉弁方向の圧力を受圧する受圧体５７と、弁部が閉弁状態となるときに受圧体５７に密着してその有効受圧面積を拡大する可撓性を有するシール部材５６と、を備える。

Description

制御弁

　本発明は、上流側から下流側への流体の流れを制御する制御弁に関する。

　自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒循環通路に配置して構成される。そして、このような冷凍サイクルの運転状態に応じた冷媒循環通路の切り替えや冷媒流量の調整等のために種々の制御弁が設けられている（例えば特許文献１参照）。このような制御弁は、外部から電気的に開度を調整できるようソレノイド等のアクチュエータを備えるものが多い。

特開平１１－２８７３５４号公報

　このような制御弁は、ボディの内部に弁体を有し、その弁体がアクチュエータにより駆動されることで弁部を開閉する。そのアクチュエータによる駆動力を弁体に効率よく作用させるために、弁体に作用する冷媒の圧力をキャンセルするキャンセル構造を備えたものもある。しかしながら、弁体の作動時における冷媒の漏洩を防止するために設けられるシール部材の存在により、このようなキャンセル構造が厳密に実現されなかったり、弁体の作動応答性に限界をもたらすことがあり、その点で改善の余地があった。

　本発明の一つの目的は、アクチュエータの駆動力に対する作動応答性に優れ、精度良く機能可能な制御弁を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、弁孔の開口部に設けられた弁座に着脱して弁部を開閉する可撓性を有する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するアクチュエータと、弁体に対向配置されて弁体と一体に動作するとともに、弁体との対向面にて弁体と反対向きの圧力を受圧する受圧部と、弁部が閉弁状態となるときに受圧部に密着してその有効受圧面積を拡大する可撓性を有する受圧調整部材と、を備える。

　ここで、「弁体」は、弁座に着脱する部分において可撓性を有するが、弾性体にて構成されるものであってもよい。「受圧調整部材」もまた、受圧部に密着する部分において可撓性を有するが、弾性体にて構成されるものであってもよい。

　この態様によると、弁体が弁座に着座することによりその有効受圧面積が弁孔よりも大きくなるのに伴い、受圧部に受圧調整部材が密着することで受圧部と受圧調整部材との結合体の有効受圧面積が拡大される。すなわち、閉弁時に弁体に作用する圧力の影響が大きくなるに伴って、これに対抗するように受圧部に作用する圧力の影響が大きくなる。その結果、弁体に作用する圧力の影響を精度良くキャンセルすることが可能となる。それにより、アクチュエータの駆動力に対する弁体の作動応答性を向上させることができる。

　本発明によれば、アクチュエータの駆動力に対する作動応答性に優れ、精度良く機能可能な制御弁を提供することができる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。弁駆動体の圧力キャンセル構造を示す部分拡大断面図である。制御弁の動作状態を表す説明図である。第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。図４の部分拡大図である。制御弁の動作状態を表す説明図である。制御弁の動作状態を表す説明図である。

　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に位置関係を表現することがある。　
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。図２は、弁駆動体の圧力キャンセル構造を示す部分拡大断面図である。　
　本実施形態の制御弁１は、自動車用空調装置の冷媒循環通路の分岐点に設けられ、上流側通路から下流側の各分岐通路への冷媒の流れを切り替える切替弁として構成されている。すなわち、制御弁１は、上流側通路から導入された冷媒を、第１下流側通路または第２下流側通路のいずれか一方に導くものである。

　図１に示すように、制御弁１は、内部に弁機構を収容した弁本体２と、その弁機構を駆動するソレノイド４とを組み付けて構成される。弁本体２のボディ５には、上流側通路からの冷媒の流れを第１下流側通路または第２下流側通路へ切り替える主弁６と、主弁６の開閉状態を制御するパイロット弁８が組み込まれている。

　ボディ５は、金属製の第１ボディ１２の上半部に樹脂製の第２ボディ１４を同軸状に嵌合して構成されている。第１ボディ１２の一方の側面には、その中央部に上流側通路につながる導入ポート２０が設けられている。第１ボディ１２の反対側の側面には、その上部に第１下流側通路につながる導出ポート２２（「第１導出ポート」に該当する）が設けられ、下部に第２下流側通路につながる導出ポート２４（「第２導出ポート」に該当する）が設けられている。

　第２ボディ１４は、下方に向けて小径化する段付円筒状の本体を有し、第１ボディ１２に同心状に圧入されている。第２ボディ１４の上端部にはダイヤフラム２５が配設され、下端部外周面にはＯリング２７が嵌着されている。これにより、第１ボディ１２と第２ボディ１４との間隙を介した冷媒の漏洩が防止されている。第２ボディ１４の下半部の内周面がガイド孔２６を形成し、その下端部が弁孔２８（「第１弁孔」に該当する）を形成している。また、第２ボディ１４の下端開口縁により弁座３０（「第１弁座」に該当する）が形成されている。第２ボディ１４の下端開口部は、導入ポート２０に連通している。また、第２ボディ１４の導出ポート２２との対向面には、内外を連通させる連通孔が形成されている。導入ポート２０、弁孔２８、および導出ポート２２をつなぐ内部通路により、上流側通路と第１下流側通路とをつなぐ第１通路が形成されている。

　第１ボディ１２における導入ポート２０と導出ポート２４との連通部には、円ボス状の弁座形成部３４が設けられている。弁座形成部３４は、第２ボディ１４側に突出し、その内方に弁孔３６（「第２弁孔」に該当する）が形成されている。また、弁座形成部３４の上端開口縁により弁座３８（「第２弁座」に該当する）が形成されている。導入ポート２０、弁孔３６および導出ポート２４をつなぐ内部通路により、上流側通路と第２下流側通路とをつなぐ第２通路が形成されている。

　ボディ５の内方には弁駆動体４１が配設されている。弁駆動体４１は、ボディ５の中央部を弁孔２８，３６を貫通するように延びる段付円筒状の弁形成部材４２と、弁形成部材４２を貫通するように設けられた円筒状の弁座形成部材４３とを有する。弁駆動体４１の上端部は、ダイヤフラム２５およびストッパ４４に接続されている。ダイヤフラム２５は、可撓性を有する円板薄膜状の本体を有し、その外周縁部がボディ５とソレノイド４との間に挟持されるように支持され、中央部がストッパ４４と弁形成部材４２とに挟まれるように支持されている。ダイヤフラム２５は、その外周縁部および中央部が厚肉状になっており、シール部材としても機能する。

　ダイヤフラム２５は、ボディ５の内部を高圧室４６と背圧室４８とに区画する「区画部」として機能する。弁座形成部材４３の上端部は、ダイヤフラム２５とストッパ４４の中心部を貫通して背圧室４８に延出している。ストッパ４４は、有底円筒状をなし、その底面と弁形成部材４２の上面との間にダイヤフラム２５を挟むように支持している。ストッパ４４は、スナップリング（止め輪）によりダイヤフラム２５および弁座形成部材４３に固定されている。図示のように、ストッパ４４の上端開口部がソレノイド４の下面に係止されることで、弁駆動体４１の上方への移動が規制される。また、ストッパ４４には、ダイヤフラム２５を貫通して高圧室４６と背圧室４８とを連通させる微小断面のリーク通路５０が設けられている。

　弁駆動体４１の長手方向中央部には半径方向外向きに延出するフランジ部５２（「受圧部」として機能する）が設けられ、第２ボディ１４のガイド孔２６に摺動可能に支持されている。フランジ部５２の上面には、凹状の環状係合部５４が形成されている。一方、第２ボディ１４の上端中央開口部には、リング状のシール部材５６（「受圧調整部材」として機能する）が配設されている。シール部材５６は、本実施形態では薄膜状のダイヤフラムからなり、その外周縁部が第２ボディ１４とリング状の固定部材５８との間に挟まれるように支持されている。また、シール部材５６の中央開口部には円ボス状（ビード状）の係合部６０が下方に突設され、弁形成部材４２の環状係合部５４に係合可能に構成されている。

　固定部材５８は樹脂材からなり、その下面内周縁にはＲ面取りがなされ、シール部材５６に接触してもこれを損傷させることがないようになっている。固定部材５８は、スナップリング（止め輪）により第２ボディ１４からの脱落が防止されている。フランジ部５２とシール部材５６は、第２ボディ１４の下半部を区画する「区画部」として機能する。一方、第２ボディ１４の外周近傍には、導入ポート２０と高圧室４６とを連通させる連通路８０が形成されている。

　弁形成部材４２の下端部には半径方向外向きに突出するフランジ部６２が設けられ、そのフランジ部６２の外周面にリング状の弾性体（本実施例ではゴム）からなる弁体形成部材６４が嵌着されている。弁体形成部材６４の上端部が弁体６６（「第１弁体」に該当する）を構成し、弁座３０に着脱して第１通路を開閉する。また、弁体形成部材６４の下端部が弁体６８（「第２弁体」に該当する）を構成し、弁座３８に着脱して第２通路を開閉する。フランジ部６２からは下方に向けて複数の脚部７０が延設されており（同図には１つのみ表示）、弁孔３６の内周面によって摺動可能に支持されている。弁駆動体４１は、フランジ部５２と脚部７０とがボディ５の内周面に摺動可能に支持されるようにして弁部の開閉方向に安定に動作する。

　弁座形成部材４３は、弁形成部材４２の軸線に沿って挿入され、その上端部が縮径されてパイロット弁孔７２を形成している。そして、弁座形成部材４３の上端面によりパイロット弁座７４が形成されている。また、背圧室４８には、ソレノイド４により駆動されるパイロット弁体７６が配設されている。パイロット弁体７６は、その下端中央に弾性体７７（本実施例ではゴム）を装着して構成され、パイロット弁座７４に着脱してパイロット弁８を開閉する。パイロット弁孔７２は、弁座形成部材４３の内方に形成されるパイロット通路７８の一部を形成する。弁座形成部材４３は、図示のように弁駆動体４１が上死点に位置してもその下端開口部が弁座３８よりも下方に位置するように延設されている。

　以上のような構成において、導入ポート２０から導入された上流側の圧力Ｐ１（「上流側圧力Ｐ１」という）は、第１通路において主弁６を経ることで圧力Ｐ２（「下流側圧力Ｐ２」という）となる一方、第２通路において主弁６を経ることで圧力Ｐ３（「下流側圧力Ｐ３」という）となる。また、上流側圧力Ｐ１は、連通路８０を通って高圧室４６に導入され、リーク通路５０を通過することで背圧室４８にて中間圧力Ｐｐとなり、さらにパイロット弁８を経ることで下流側圧力Ｐ３となる。

　ここで図２に示すように、本実施形態においては、弁孔２８および弁孔３６の有効径Ａとガイド孔２６の有効径Ｂとが等しく設定されているため（フランジ部６２の有効受圧面積とフランジ部５２の有効受圧面積とが実質的に等しくされているため）、弁駆動体４１に作用する下流側圧力Ｐ２の影響はキャンセルされる。特に、シール部材５６を設けたことがその圧力キャンセルを厳密に実現している。すなわち、図示のように弁体６６により第１の弁部が閉弁状態となるときに、シール部材５６の下面とフランジ部５２の上面とが密着し、それらの結合体である受圧体５７の有効受圧面積を拡大する受圧調整構造が実現される。

　すなわち、弁体６６の有効受圧面積は、弁孔２８の有効径Ａに対応するように設定されている。しかし、図示のように弁体６６が弁座３０に着座した完全シール状態においては、弁体６６（および弁体６８）を構成する弾性体の性質（変形）により実際の有効受圧径Ａ’が弁孔２８の有効径Ａよりもやや大きくなる（図中二点差線参照）。これに対応するため、その完全シール時においては、フランジ部５２の上面がシール部材５６の下面に密着するようにすることで、弁体６６に対向する受圧体５７の有効受圧径Ｂ’がガイド孔２６の有効径Ｂよりもやや大きくなるようにする（図中二点差線に一致する）。

　有効受圧径Ｂ’は、具体的には図示のように、シール部材５６の外周部において固定部材５８と第２ボディ１４とに挟持された内周端の径Ｃと、フランジ部５２の外径Ｂとの中間の径（Ｂ’＝Ｂ＋Ｃ／２）となる。第１の弁部の閉弁時においては、弁体６６の有効受圧径Ａ’と受圧体５７の有効受圧径Ｂ’とが等しくなるように構成され、下流側圧力Ｐ２の完全な圧力キャンセルが実現される。これにより、ソレノイド４がオフにされたときには、弁体６６が弁座３０に速やかに着座して第１の弁部を確実に閉弁できるようになっている。

　また、ソレノイド４がオンにされて弁体６６が開弁方向に動作したときには（弁体６８が閉弁方向に動作したとき）、シール部材５６の下面とフランジ部５２の上面との密着状態が解除される。このため、弁体６６の有効受圧径Ａと受圧体５７の有効受圧径Ｂとが等しくなり、圧力キャンセルが実現される。弁体６６は、ソレノイド４による付勢力により開弁方向に速やかに動作する。

　この第１の弁部の開弁時には、シール部材５６の下面とフランジ部５２の上面とがその周縁部において剥離されるため、シール部材５６によって弁駆動体４１の変位が規制されることもない。すなわち、シール部材５６が薄膜状の受圧部材（ダイヤフラム）でありながら、例えばベローズと比較しても遜色のないほど弁駆動体４１のストロークを大きくとることが可能となる。さらに、弁駆動体４１と第２ボディ１４との摺動面にＯリング等のシール部材が設けられないため、弁駆動体４１の摺動抵抗を非常に小さくすることができる。このため、たとえ弁駆動体４１に作用する駆動力（ソレノイド力）が小さくても、弁駆動体４１を弁部の開閉方向に円滑に動作させることができる。すなわち、弁駆動体４１に作用する差圧がキャンセルされ、また摺動抵抗が小さいことから、制御弁１を開閉させるための駆動力が小さくても、制御弁１の開閉制御の応答性を良好に維持することが可能になる。

　図１に戻り、ソレノイド４は、ボディ５の上端開口部を封止するように取り付けられた段付円筒状のコア８４（固定鉄心）と、コア８４の上半部を収容するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ８６を有する。スリーブ８６内にはプランジャ８８（可動鉄心）がコア８４と軸線方向に対向配置されるように収容されている。スリーブ８６の外周部にはボビン９０が設けられ、そのボビン９０に電磁コイル９２が巻回されている。そして、電磁コイル９２を外部から覆うようにケース９４が設けられている。スリーブ８６は、ケース９４を軸線方向に貫通している。電磁コイル９２からは通電用のハーネス９６が引き出されている。

　プランジャ８８は円筒状をなし、その下半部に作動ロッド９８の上端部が圧入されている。作動ロッド９８は円筒状をなし、コア８４を貫通してパイロット弁体７６に連結されている。すなわち、パイロット弁体７６は、作動ロッド９８を介してプランジャ８８と一体に設けられている。すなわち、パイロット弁体７６は、プランジャ８８と一体的に動作する。コア８４とプランジャ８８との間には、プランジャ８８を介してパイロット弁体７６を開弁方向に付勢するスプリング９９が介装されている。

　以上のように構成された制御弁１は、ソレノイド４への通電状態に応じて冷媒の流通路を切り替えるパイロット作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。図３は、制御弁の動作状態を表す説明図である。図３は、ソレノイド４がオンにされた通電状態を表している。なお、既に説明した図１は、ソレノイド４がオフにされた非通電状態を表している。

　図１に示すように、ソレノイド４がオフにされた状態ではソレノイド力が作用しないため、スプリング９９によってパイロット弁体７６が開弁方向に付勢され、パイロット弁８が開弁状態となる。このとき、背圧室４８の冷媒がパイロット通路７８を介して下流側に導出されて中間圧力Ｐｐが低下するため、弁駆動体４１が上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐ１－Ｐｐ）により上方に付勢される。それにより、主弁６については弁体６６が閉弁状態となり、弁体６８が開弁状態となる。その結果、図示のように第２通路が開放され、第１通路が閉じられた状態が実現される。すなわち、上流側通路から導入された冷媒は、導出ポート２４からバイパス通路へ向けて導出されるようになる。

　一方、ソレノイド４がオンにされると、ソレノイド力によってプランジャ８８とコア８４との間に吸引力が作用するため、パイロット弁体７６が閉弁方向に付勢され、パイロット弁８が閉弁状態となる。このとき、上流側からリーク通路５０を介して冷媒が導入されるため、中間圧力Ｐｐは上流側圧力Ｐ１となる。このとき、弁駆動体４１に作用する冷媒の圧力がキャンセルされており、弁駆動体４１とボディ５との間の摺動抵抗も小さいため、弁駆動体４１はソレノイド力によって円滑に駆動される。その結果、主弁６については速やかに弁体６６が開弁状態となり、弁体６８が閉弁状態となる。すなわち、図示のように第１通路が開放されて第２通路が閉じられた状態が実現され、上流側通路から導入された冷媒は、導出ポート２２から凝縮器へ向けて導出されるようになる。

［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、その開度が設定開度に調整される比例弁であり、アクチュエータがステッピングモータからなり、さらに三方弁ではなく二方弁として構成されている点で第１実施形態と異なる。図４は、第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。図５は、図４の部分拡大図である。（Ａ）は図４のＣ部拡大図を示し、（Ｂ）は図４のＤ部拡大図を示す。

　本実施形態の制御弁２０１は、その開度がアクチュエータへの供給電流値に応じた設定開度に自律的に調整される。制御弁２０１は、基本的には全開状態、大口径制御状態、小口径制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。なお、大口径制御状態は全開状態には到らないが開度が大きい状態であり、小口径制御状態は閉弁状態には到らないが開度が小さい状態である。制御弁２０１は、小口径制御により膨張装置としても機能する。

　図４に示すように、制御弁２０１は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体１０１とモータユニット１０２とを接続部材１０３を介して組み付けて構成されている。弁本体１０１は、有底筒状のボディ１０４に小口径の第１弁１０５（「第１の弁部」を開閉する）と、大口径の第２弁１０６（「第２の弁部」を開閉する）とを同軸状に収容して構成される。

　ボディ１０４は、金属製の第１ボディ１０７に樹脂製の第２ボディ１０８を同軸状に嵌合して構成されている。第１ボディ１０７の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には導出ポート１１２が設けられている。

　第２ボディ１０８は、下方に向けて小径化する段付円筒状の本体を有し、第１ボディ１０７に同心状に圧入されている。第２ボディ１０８における導入ポート１１０との対向面および導出ポート１１２との対向面には、それぞれ内外を連通する連通孔が設けられている。それらの連通孔の近傍をシールするようにＯリング１１４が配設されている。

　第２ボディ１０８と接続部材１０３との間には、円板状の区画部材１１６が配設されている。区画部材１１６は、その外周縁部が接続部材１０３と第２ボディ１０８とに挟まれるようにして支持され、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１１６の中央部には、円ボス状の軸受部１１８が設けられている。軸受部１１８の内周面には雌ねじ部１２０が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。接続部材１０３と区画部材１１６との間には、リング状のシール部材１２２が介装されている。第２ボディ１０８は、その下半部が小径化されている。そして、その下半部の内周面がガイド孔１２４を形成し、その上端部が弁孔１２６（「第２の弁孔」に該当する）を形成している。また、弁孔１２６の上端開口端縁により弁座１２８（「第２の弁座」に該当する）が形成されている。

　ボディ１０４の内方には、大径の弁体１３０（「第２の弁体」に該当する）、小径の弁体１３２（「第１の弁体」に該当する）、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体１３０は、上流側から弁孔１２６に接離して大口径の第２の弁部を開閉する。弁体１３０の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材１３６が嵌着されており、その弁部材１３６が弁座１２８に着座することにより、第２の弁部を完全に閉じることが可能になる。弁体１３０の中央を軸線方向に貫通する段付孔が設けられ、その上端開口部にリング状の弁座形成部材１３８が圧入されている。

　弁座形成部材１３８の内周部により弁孔１４０（「第１の弁孔」に該当する）が形成され、その上端開口端縁により弁座１４２（「第１の弁座」に該当する）が形成されている。弁座形成部材１３８は、金属体（例えばステンレス）からなり、弁体１３２が弁座１４２に着座することにより、第１の弁部を閉じることが可能になる。図示のように、弁孔１２６および弁孔１４０の上流側に導入ポート１１０に連通する高圧室１１５が形成され、弁孔１２６および弁孔１４０の下流側に導出ポート１１２に連通する低圧室１１７が形成されている。

　弁体１３０は、縮径部を介して区画部１４４（「受圧部」として機能する）が連設されている。区画部１４４は、低圧室１１７に配置されている。そして、区画部１４４の下端部がガイド孔１２４に摺動可能に支持されることにより、弁体１３０の開閉方向への安定した動作が確保されている。区画部１４４とボディ１０４の底部との間には背圧室１４６が形成される。また、弁体１３０と区画部１４４とを貫通する連通路１４８が形成され、高圧室１１５と背圧室１４６とを連通させている。これにより、背圧室１４６には常に、導入ポート１１０から導入される上流側圧力Ｐ１が満たされる。

　本実施形態においては、弁孔１２６の有効径Ａとガイド孔１２４の有効径Ｂとが等しく設定されているため（弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４４の有効受圧面積とが実質的に等しくされているため）、弁体１３０に作用する上流側圧力Ｐ１の影響はキャンセルされる。特に、その圧力キャンセルを厳密に実現するために、背圧室１４６における区画部１４４の下方には、第２の弁部が閉弁状態となるときに区画部１４４に密着してその有効受圧面積を拡大する受圧調整部材１４９が配設されている。受圧調整部材１４９は、リング状をなす薄膜状の弾性体（例えばゴム）からなり、その外周端部の厚肉部が第１ボディ１０７と第２ボディ１０８との間に挟まれるようにして支持されている。

　すなわち、図５（Ａ）に示すように、弁体１３０の有効受圧面積は、弁孔１２６の有効径Ａに対応するように設定されている。しかし、図示のように弁部材１３６が弁座１２８に着座した完全シール状態においては、弾性体の性質により実際の有効受圧径Ａ’が弁孔１２６の有効径Ａよりもやや大きくなる（図中二点差線参照）。これに対応するため、図５（Ｂ）に示すように、その完全シール時においては、受圧調整部材１４９が区画部１４４の下面に密着するようにすることで、背圧室１４６側の有効受圧径Ｂ’がガイド孔１２４の有効径Ｂよりもやや大きくなるようにする（図中二点差線に一致する）。このようにして弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４４の有効受圧面積とを等しくすることにより、完全な圧力キャンセルを実現している。

　図４に戻り、弁体１３０の上端部には、円板状のばね受け部材１５０が設けられている。ばね受け部材１５０には、冷媒を通過させるための連通孔１５１が設けられている。そして、ばね受け部材１５０と区画部材１１６との間に、弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング１５２（「付勢部材」に該当する）が介装されている。一方、区画部１４４とボディ１０４との間には、区画部１４４を介して弁体１３０を開弁方向に付勢するスプリング１５４（「付勢部材」に該当する）が介装されている。なお、本実施形態では、スプリング１５２の荷重をスプリング１５４の荷重よりも大きく設定している。

　弁体１３２は、段付円柱状をなし、その下半部がばね受け部材１５０を貫通して弁孔１４０に対向配置され、上半部が弁作動体１３４に支持されている。弁体１３２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔１４０に挿抜される。そして、弁体１３２が弁座１４２に着脱することにより第１の弁部が開閉される。弁体１３２の上端部は弁作動体１３４を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部１５６となっている。

　弁作動体１３４は、段付円筒状をなし、その外周部に雄ねじ部１５８が形成されている。雄ねじ部１５８は、軸受部１１８の雌ねじ部１２０に螺合する。弁作動体１３４の上端部には半径方向外向きに延出する複数（本実施形態では４つ）の脚部１６０が設けられており、モータユニット１０２のロータに嵌合している。弁作動体１３４と弁体１３２との間には、弁体１３２を閉弁方向に付勢するスプリング１６２が介装されている。通常の状態では図示のように、スプリング１６２によって弁体１３２が下方へ付勢される一方、弁体１３２の係止部１５６が弁作動体１３４の上端部に係止される。このため、弁体１３２は、弁作動体１３４に対して最も下方に位置する状態となる。

　弁作動体１３４は、モータユニット１０２の回転駆動力を受けて回転し、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３４が回転すると、ねじ機構によって弁作動体１３４が軸線方向に変位し、弁体１３２を開閉方向に駆動する。第１の弁部の開弁時には弁体１３２と弁作動体１３４とが一体に動作する。本実施形態では図示のように、弁作動体１３４が移動しうる閉弁方向の限界位置（下死点）において第１の弁部がちょうど閉弁状態となるよう設計されている。ただし、仮に組み付け誤差等により弁作動体１３４が下死点に位置する前に弁体１３２が弁座１４２に着座して第１の弁部が閉弁状態となったとしても、弁体１３２がスプリング１６２の付勢力に抗して弁作動体１３４と相対変位することが可能であるため、全く問題はない。

　一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部が接続部材１０３を介してボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに制御弁２０１のボディを構成する。

　ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。

　回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。

　回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１６０が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ弁体１３２の開閉方向に駆動される。

　ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。

　ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。

　すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が下死点に位置した状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。

　ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１１８に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられ、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１１８が一端側の軸受部となり、シャフト１８２における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。

　以上のように構成された制御弁２０１は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。　
　図６および図７は、制御弁の動作状態を表す説明図である。図６は第１の弁部の全開状態を表し、図７は第２の弁部の全開状態を表している。なお、既に説明した図４は、第１の弁部および第２の弁部の閉弁状態を表している。

　制御弁２０１の流量制御において、図示しない制御部は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、励磁コイル１７１に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１７２が回転し、一方で弁作動体１３４が回転駆動されて小口径の第１の弁部および大口径の第２の弁部の開度が設定開度に調整され、他方で回転ストッパ１８８がガイド部１８４にそって駆動されることにより、各弁体の動作範囲が規制される。

　具体的には、除湿制御を行う特定暖房運転時などの小口径制御を実行する場合、ロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体１３２が開弁方向に変位し、第１の弁部が開弁状態となる。つまり、弁体１３２が、図４に示す全閉状態と図６に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第１の弁部の閉弁状態からロータ１７２が５回転すると第１の弁部が全開状態となり、弁体１３２が弁座１４２から２．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。その間、小口径の第１の弁部の弁開度（弁ストローク）は比例的に変化する。

　また、除霜運転時などの大口径制御を実行する場合、図６に示す第１の弁部の全開状態からロータ１７２がさらに同方向に回転（正転）される。その結果、弁体１３０が弁体１３２に引き上げられるようにして開弁方向に駆動される。このとき、ばね受け部材１５０がストッパとなって弁体１３２を係止するため、第１の弁部の開度（全開状態）は一定に維持される。逆に、ばね受け部材１５０が弁体１３２とともに引き上げられるため、スプリング１５４の付勢力により弁体１３０が開弁方向に駆動される。

　このとき、弁体１３０は、図６に示す全閉状態と図７に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第２の弁部の閉弁状態（第１の弁部の全開状態）からロータ１７２が７回転すると第２の弁部が全開状態となり、弁体１３０が弁座１２８から３．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。すなわち、回転ストッパ１８８が上死点位置で係止部１８６に係止される結果、ロータ１７２の回転そのものが停止される。その間、大口径の第２の弁部の弁開度（弁ストローク）は比例的に変化する。なお、ロータ１７２が逆方向に回転されると、上述と逆の手順で弁体１３０および弁体１３２が閉弁方向に動作する。ロータ１７２の回転数は制御指令値としての駆動ステップ数に対応する。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

　上記実施形態にかかる制御弁は、内燃機関を搭載した自動車、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車、電気自動車などの車両用冷暖房装置に好適であるが、車両用以外の冷暖房装置への適用も可能であることは言うまでもない。また、上記実施形態にかかる制御弁は、冷暖房装置以外の用途にも適用できる。例えば、冷媒ではなく、水やオイルその他の作動流体の流れを制御する制御弁としても用いることができる。

　１　制御弁、　２　弁本体、　４　ソレノイド、　５　ボディ、　６　主弁、　８　パイロット弁、　２０　導入ポート、　２２，２４　導出ポート、　２５　ダイヤフラム、　２６　ガイド孔、　２８　弁孔、　３０　弁座、　３６　弁孔、　３８　弁座、　４１　弁駆動体、　４２　弁形成部材、　４３　弁座形成部材、　４４　ストッパ、　４６　高圧室、　４８　背圧室、　５０　リーク通路、　５２　フランジ部、　５４　環状係合部、　５６　シール部材、　５７　受圧体、　６０　係合部、　６２　フランジ部、　６４　弁体形成部材、　６６，６８　弁体、　７２　パイロット弁孔、　７４　パイロット弁座、　７６　パイロット弁体、　７８　パイロット通路、　８０　連通路、　８４　コア、　８８　プランジャ、　９８　作動ロッド、　１０１　弁本体、　１０２　モータユニット、　１０４　ボディ、　１０５　第１弁、　１０６　第２弁、　１１０　導入ポート、　１１２　導出ポート、　１１５　高圧室、　１１６　区画部材、　１１７　低圧室、　１２４　ガイド孔、　１２６　弁孔、　１２８　弁座、　１３０，１３２　弁体、　１３４　弁作動体、　１３６　弁部材、　１３８　弁座形成部材、　１４０　弁孔、　１４２　弁座、　１４４　区画部、　１４６　背圧室、　１４８　連通路、　１４９　受圧調整部材、　１５６　係止部、　１７２　ロータ、　１７３　ステータ、　１７４　回転軸、　１７６　マグネット、　１７８，１８０　ガイド部、　１８２　シャフト、　１８４　ガイド部、　１８６　係止部、　１８８　回転ストッパ、　１９０　係合部、　１９２　動力伝達部、　２０１　制御弁。

Claims

　上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、
　前記弁孔の開口部に設けられた弁座に着脱して弁部を開閉する可撓性を有する弁体と、
　前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するアクチュエータと、
　前記弁体に対向配置されて前記弁体と一体に動作するとともに、前記弁体との対向面にて前記弁体と反対向きの圧力を受圧する受圧部と、
　前記弁部が閉弁状態となるときに前記受圧部に密着してその有効受圧面積を拡大する可撓性を有する受圧調整部材と、
　を備えることを特徴とする制御弁。
　前記受圧調整部材は、前記弁体が閉弁状態から開弁状態へ動作したときに前記受圧部から少なくとも部分的に剥離して前記受圧部との接触面積が小さくなるよう前記ボディに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
　前記ボディに前記弁孔と有効径が等しく同軸状に設けられたガイド孔を備え、
　前記受圧部が、前記ガイド孔に沿って前記弁部の開閉方向に摺動可能に支持され、
　前記受圧調整部材は、前記ボディにおける前記受圧部の摺動面と異なる位置に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
　前記弁部の閉弁状態における前記受圧部と前記受圧調整部材との結合体の有効受圧面積と、前記弁体の有効受圧面積とが等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の制御弁。
　前記受圧調整部材がダイヤフラムからなることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の制御弁。