特開 2024-114419 複合弁および複合弁制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024114419

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】複合弁および複合弁制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305L

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020173

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000133652

【氏名又は名称】株式会社テージーケー

(74)【代理人】

【識別番号】110002273

【氏名又は名称】弁理士法人インターブレイン

(72)【発明者】

【氏名】福島 弘之

(72)【発明者】

【氏名】城之内 隆史

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 真司

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA05

3H106DA23

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106DC02

3H106DC17

3H106DD09

3H106EE34

3H106GB09

3H106GB12

3H106GB16

3H106HH04

(57)【要約】

【課題】複合弁のコンパクト化を実現する。
【解決手段】複合弁１は、大口径の第１弁１０と、第１弁１０よりも小口径の第２弁１２と、第１弁１０および第２弁１２を開閉駆動する単一のソレノイド３と、を備える。ソレノイド３への通電制御により第２弁１２の開度が制御され、第２弁１２が膨張弁として機能する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

大口径の第１弁と、
前記第１弁よりも小口径の第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁を開閉駆動する単一のソレノイドと、
を備え、
前記ソレノイドへの通電制御により前記第２弁の開度が制御され、前記第２弁が膨張弁として機能することを特徴とする複合弁。

【請求項2】

第１弁座が形成されたボディと、
前記第１弁座に着脱して前記第１弁を開閉する第１弁体と、
前記第１弁体の内部通路に設けられた第２弁座と、
前記第２弁座に着脱して前記第２弁を開閉する第２弁体と、
前記ソレノイドへの通電状態に応じて前記第１弁体と前記第２弁体との作動を連結又は解除し、前記第２弁の全開状態において前記第２弁体と前記第１弁体との作動を連結する作動連結機構と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の複合弁。

【請求項3】

前記第１弁体の内部通路が、前記第１弁座の上流側と連通する入口ポートと、前記第１弁座の下流側と連通する出口ポートとを有し、
前記第２弁座は、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通させる通路の中途に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の複合弁。

【請求項4】

前記第１弁は、前記ソレノイドへの通電制御により開度が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合弁。

【請求項5】

大口径の第１弁と小口径の第２弁を単一のソレノイドで開閉駆動する複合弁と、
前記ソレノイドへの供給電流を制御する制御部と、
を備え、
前記複合弁は、
第１弁座が形成されたボディと、
前記第１弁座に着脱して前記第１弁を開閉する第１弁体と、
前記第１弁体の内部通路に設けられた第２弁座と、
前記第２弁座に着脱して前記第２弁を開閉する第２弁体と、
前記ソレノイドへの通電状態に応じて前記第１弁体と前記第２弁体との作動を連結又は解除し、前記第２弁の全開状態において前記第２弁体と前記第１弁体との作動を連結する作動連結機構と、
を含み、
前記ソレノイドは、前記第１弁および前記第２弁のそれぞれの開度を変化させる過程でＰＷＭ方式による通電制御がなされ、
前記制御部は、前記第１弁が寸開状態となる前記第１弁体の所定ストローク領域において、前記ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくすることを特徴とする複合弁制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記第２弁が寸開状態となる前記第２弁体の所定ストローク領域において、前記ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくすることを特徴とする請求項５に記載の複合弁制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大口径弁と小口径弁とを備える複合弁に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の電気自動車の普及に伴い、その空調システムの開発も進められている。電気自動車は内燃機関による熱源そのものがないため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いてサイクル運転を行うヒートポンプ式の冷暖房装置が採用される。

【0003】

このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張装置、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒循環通路が切り替えられる。すなわち、複数の冷媒循環通路が形成されることになるため、冷媒の流れを制御するための制御弁の数も多くなる。このため、これらの制御弁を車両の限られたスペースの中でできるだけコンパクトに収容できることなどが重要となる。

【0004】

そこで、共用のボディに複数の制御弁を組み付けてユニット化した複合弁が提案されている。共用のボディに各制御弁の弁部を収容し、単一のアクチュエータにて各弁部を開閉駆動するものである。このような複合弁によれば、各制御弁を単体として設ける場合よりも全体としてコンパクトになる。

【0005】

具体的には、大口径の弁（「大口径弁」ともいう）と小口径の弁（「小口径弁」ともいう）とを単一のモータにより駆動する複合弁（電動弁）が提案されている（特許文献１参照）。このような複合弁を冷媒循環通路に配置すれば、小口径弁を膨張弁として機能させる一方、大口径弁を開閉弁として機能させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－４１５９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような複合弁は、ロータの回転運動を弁体の並進運動に変換するねじ送り機構などの複雑な機構を有するため、アクチュエータが大きくなり、その重量も大きくなる傾向がある。その点で改善の余地があった。

【0008】

本発明の目的の一つは、複合弁のコンパクト化を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のある態様は複合弁である。この複合弁は、大口径の第１弁と、第１弁よりも小口径の第２弁と、第１弁および第２弁を開閉駆動する単一のソレノイドと、を備える。ソレノイドへの通電制御により第２弁の開度が制御され、第２弁が膨張弁として機能する。

【0010】

この態様によると、第１弁と第２弁の共用のアクチュエータとしてソレノイドを採用するため、モータを採用する場合と比較して複合弁をコンパクトに実現できる。

【0011】

本発明の別の態様は複合弁制御装置である。この複合弁制御装置は、大口径の第１弁と小口径の第２弁を単一のソレノイドで開閉駆動する複合弁と、ソレノイドへの供給電流を制御する制御部と、を備える。複合弁は、第１弁座が形成されたボディと、第１弁座に着脱して第１弁を開閉する第１弁体と、第１弁体の内部通路に設けられた第２弁座と、第２弁座に着脱して第２弁を開閉する第２弁体と、ソレノイドへの通電状態に応じて第１弁体と第２弁体との作動を連結又は解除し、第２弁の全開状態において第２弁体と第１弁体との作動を連結する作動連結機構と、を含む。ソレノイドは、第１弁および第２弁のそれぞれの開度を変化させる過程でＰＷＭ方式による通電制御がなされる。制御部は、第１弁が寸開状態となる第１弁体の所定ストローク領域において、ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくする。

【0012】

この態様によると、第１弁と第２弁の共用のアクチュエータとしてソレノイドを採用するため、モータを採用する場合と比較して複合弁をコンパクトに実現できる。また、ソレノイドの通電制御にＰＷＭ方式を採用するため、特に大口径の第１弁については、寸開時の微小振動で第１弁体が第１弁座を叩くこと（いわゆる弁叩き）による異音の問題が生じやすい。この点、この態様によれば、ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくすることで、弁叩きが生じやすいストローク領域を速やかに脱することができ、異音の発生を防止又は抑制できる。すなわち、アクチュエータとしてソレノイドを採用することにより生じ得る問題を回避しやすくなる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、複合弁のコンパクト化を実現することにある。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。

【図2】複合弁の動作を表す部分拡大図である。

【図3】複合弁の開弁特性を示す図である。

【図4】変形例に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。

【図5】第２実施形態に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。

【図6】複合弁の動作を表す部分拡大図である。

【図7】複合弁の開弁特性を示す図である。

【図8】変形例に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。

【図9】複合弁が常開弁である場合の通電制御を表す図である。

【図10】複合弁が常閉弁である場合の通電制御を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0016】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。
複合弁１は、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に適用される。この冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張装置、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が暖められる。冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒は、膨張装置により減圧膨張されて気液二相冷媒となり、蒸発器にて蒸発される。その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。

【0017】

複合弁１は、例えば室内熱交換器と室外熱交換器との間に配置され、冷房運転時には冷媒循環通路を開閉する開閉弁として機能し、暖房運転時には冷媒循環通路を流れる冷媒を絞り膨張する膨張弁として機能する。

【0018】

複合弁１は、大口径の第１弁１０（大口径弁）と小口径の第２弁１２（小口径弁）とを備え、これらの弁を単一のソレノイド３により開閉駆動する。複合弁１は、第１弁１０を開閉させることで開閉弁として機能する一方、第２弁１２の開度を調整することにより膨張弁として機能する。複合弁１はいわゆる常開弁であり、ソレノイド３がオフ（非通電）のときに第１弁１０および第２弁１２の双方が全開状態となる。

【0019】

複合弁１は、ボディ２とソレノイド３とを軸線方向に組み付けて構成される。ボディ２の軸線上に弁孔１４（第１弁孔）が設けられ、その下流側開口部に弁座１６（第１弁座）が形成されている。

【0020】

ソレノイド３は、ボディ２に同軸状に組み付けられる段付円筒状のコア２０と、コア２０に同軸状に組み付けられる有底円筒状のスリーブ２２（非磁性体）と、スリーブ２２の内方に収容され、コア２０と軸線方向に対向するプランジャ２４と、スリーブ２２の周囲に巻回される電磁コイル２６を備える。なお、本図は模式図であるため、ボディ２とコア２０との接続部の構造については図示を省略している。

【0021】

コア２０は、ボディ２との接続部が拡径され、その拡径部の内方に弁体３０（第１弁体）が配設されている。拡径部の内周面によりガイド孔２８が形成されている。弁体３０は有底円筒状をなし、ガイド孔２８に摺動可能に支持される。弁体３０が弁座１６に下流側から着脱することにより第１弁１０を開閉する。一方、弁体３０の内部通路の中間に弁孔３２（第２弁孔）が形成されている。弁孔３２の上流側開口部に弁座３４（第２弁座）が形成されている。

【0022】

弁体３０は、底部が十分な厚みを有する有底円筒状をなしている。弁体３０の背部（弁孔１４とは反対側）には背圧室３６が形成されている。背圧室３６は、コア２０と弁体３０とに囲まれる空間である。弁体３０の内方に弁室３８が形成されている。弁体３０の端部には、円板状の係合部材４０が固定されている。係合部材４０は、その中央に挿通孔４２を有する。

【0023】

弁体３０の底部を軸線と平行に貫通する複数の連通孔３１（小孔）が設けられている。これらの連通孔３１の上流側開口部が入口ポート３３となっている。連通孔３１は、弁孔１４と弁室３８とを連通させる。連通孔３１、弁室３８および挿通孔４２が、弁孔１４と背圧室３６とを連通させる「連通路」を構成する。また、弁体３０の底部には、軸線と直角方向に延びる下流側通路３５が設けられている。下流側通路３５は、弁孔１４の下流側に向けて開口する出口ポート３７を有する。弁体３０の外周面にはシールリング３９（Ｏリング）が嵌着され、弁体３０とガイド孔２８との間隙を介した冷媒の流通が規制されている。なお、変形例においては、挿通孔４２とは別に、弁室３８と背圧室３６とを連通させる連通孔を弁体３０に設けてもよい。

【0024】

プランジャ２４から作動ロッド４４が延出し、コア２０を同軸状に貫通している。作動ロッド４４の先端部に弁体４６（第２弁体）が設けられている。作動ロッド４４は弁体３０の挿通孔４２を摺動可能に貫通し、弁体４６は弁室３８内に配置される。弁体４６が弁座３４に上流側から着脱することにより第２弁１２を開閉する。プランジャ２４とコア２０との間には、作動ロッド４４を弁体４６の開弁方向に付勢するスプリング４８（付勢部材）が介装されている。スプリング４８は、ソレノイド３が非通電のときに第１弁１０（大口径弁）を全開状態にするためのいわゆる「オフばね」として機能する。

【0025】

なお、本実施形態では、弁体４６が、弁座３４に着脱するテーパ状の着脱部４７と、弁孔３２に挿抜されるスプール部４９を有する。スプール部４９が弁孔３２に挿通され、かつ着脱部４７が弁座３４から離脱するストローク領域においては、第２弁１２の開度が一定の微小開度に保たれる（以下、この状態を「スプール状態」ともいう）。

【0026】

作動ロッド４４における弁体４６の近傍に半径方向に突出したばね受け５０が設けられ、さらにばね受け５０と係合するように係合部材５２が設けられている。ばね受け５０は、例えばＥリングからなる。係合部材５２は円筒状をなし、作動ロッド４４に同軸状に外挿され固定されている。係合部材５２の一端面（ばね受け５０とは反対側端面）が、係合部材４０の一端面に対して係合可能（着脱可能）とされている。弁体３０の底部とばね受け５０との間には、弁体３０を閉弁方向（係合部材４０と係合部材５２とを係合させる方向）に付勢するスプリング５４（付勢部材）が介装されている。

【0027】

図示のように係合部材４０と係合部材５２とを係合させることにより、弁体４６と弁体３０とを作動ロッド４４を介して一体変位可能に連結する、つまり作動連結させることができる。すなわち、弁体３０に設けた係合部材４０と、作動ロッド４４に設けた係合部材５２と、弁体３０と係合部材５２との間に設けたスプリング５４とが、弁体３０と弁体４６との作動を連結又は解除する「作動連結機構」を構成する。

【0028】

次に、制御弁の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）方式が採用される。ＰＷＭ制御は、所定周波数（例えば４００Ｈｚ程度）のパルス電流を供給して通電制御を行うものであり、そのパルス電流のデューティ比を変化させることで供給電流値を変化させる。制御部１００がその通電制御を実行する。

【0029】

制御部１００は、駆動回路１０２に所定のデューティ比に設定されたパルス信号を出力し、駆動回路１０２からそのデューティ比に対応した電流パルスを出力させてソレノイド３を駆動する。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。複合弁１、制御部１００および駆動回路１０２が「複合弁制御装置」を構成する。

【0030】

図２は、複合弁１の動作を表す部分拡大図である。図２（Ａ）は第１弁１０および第２弁１２の双方が開弁している状態、図２（Ｂ）は第１弁１０が閉弁かつ第２弁１２が開弁している状態、図２（Ｃ）は第１弁１０および第２弁１２の双方が閉弁している状態をそれぞれ示す。以下、図１に基づき、図２を適宜参照しつつ説明する。

【0031】

複合弁１においてソレノイド３が非通電（オフ）のときには、コア２０とプランジャ２４との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング４８の付勢力が、プランジャ２４をコア２０から離間させる方向に作用する。この付勢力は作動ロッド４４を介して弁体４６に伝達される。このため、第２弁１２が全開状態となる（図２（Ａ））。また、このとき係合部材５２が係合部材４０に係合し、作動ロッド４４が弁体３０を吊り上げるため、第１弁１０も全開状態となる。それにより、冷媒循環通路が開放される。

【0032】

ソレノイド３に制御電流が供給されると、コア２０がプランジャ２４を吸引する。このため、作動ロッド４４が第１弁１０および第２弁１２の閉弁方向に付勢される。このとき、ＰＷＭ制御のデューティ比を上げることでソレノイド３への供給電流値を大きくし、第１弁１０（大口径弁）を閉弁方向に作動させることができる（図２（Ｂ））。スプリング５４の荷重により弁体４６が開弁方向に付勢されるため、第１弁１０が閉じるまでは第２弁１２は全開状態を保つ。

【0033】

デューティ比をさらに上げてソレノイド３への供給電流値をより大きくすることで、第１弁１０の閉弁状態を保ちつつ、第２弁１２（小口径弁）を閉弁方向に作動させることができる（図２（Ｃ））。このとき、デューティ比の調整により第２弁１２の開度を制御することで、複合弁１を膨張弁としての機能させることができる。

【0034】

図３は、複合弁１の開弁特性を示す図である。同図の横軸はソレノイドへの供給電流値を示し、縦軸は弁開度を示す。なお、説明の便宜上、図２（Ａ）～（Ｃ）の動作過程との対応を示すために、図３においてＡ～Ｃを表記している。

【0035】

図２に示した各弁の動作は、図３に示す制御特性として表れる。すなわち、ソレノイド３への供給電流値がゼロから第１電流値Ｉ１までは第１弁１０および第２弁１２の双方が全開状態を保つ（図２（Ａ））。供給電流値が第１電流値Ｉ１を超えると、第２弁１２が全開状態を保ったまま弁体３０が閉弁方向に作動し、第１弁１０の開度が変化する。供給電流値が第２電流値Ｉ２に達すると、弁体３０が弁座１６に着座し、第１弁１０は閉弁状態（全閉状態）となる（図２（Ｂ））。このため、供給電流値を第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２との間で調整することにより、第１弁１０の開度を制御できる。この第１弁１０の開度が可変である通電制御領域を「大口径弁制御領域」ともいう。

【0036】

供給電流値が第２電流値Ｉ２を超えると、第１弁１０が閉弁状態を保ったまま弁体４６が閉弁方向に作動し、第２弁１２の開度が変化する。供給電流値が第３電流値Ｉ３を超えると、弁体４６のスプール部４９が弁孔３２に挿通されるスプール状態となる。このスプール状態となる通電制御領域を「スプール領域」ともいう。

【0037】

供給電流値がさらに第４電流値Ｉ４に達すると、弁体４６の着脱部４７が弁座３４に着座して第２弁１２を完全に閉じる全閉状態となる（図２（Ｃ））。このため、供給電流値を第２電流値Ｉ２と第３電流値Ｉ３との間で調整することにより、第２弁１２の開度を制御できる。この第２弁１２の開度が可変である通電制御領域を「小口径弁制御領域」ともいう。第２弁１２を膨張弁として機能させるとき、供給電流値を第３電流値Ｉ３の近傍に設定する。

【0038】

なお、図示の例では、大口径弁制御領域において供給電流値と弁開度との関係は傾き一定の比例関係にあるが、この開弁特性の傾きについてはスプリング４８の荷重設定（ばね定数の選定）によって変わり得る。スプリング４８の荷重を小さくすることで、所定の設定電流値となったときに弁開度がステップ状に変化する開弁特性を得ることができ、第１弁１０を開閉弁として機能させやすくなる。具体的には、電流値Ｉ１≒電流値Ｉ２となり、所定の設定電流値となったときに大口径弁の開度が全開から全閉また全閉から全開に瞬時に変化する開弁特性が得られる。

【0039】

小口径弁制御領域についても同様に、スプリング５４の荷重設定（ばね定数の選定）によって供給電流値と弁開度との関係（傾き）を調整することができる。本実施形態では、第２弁１２を膨張弁として機能させるために微小開度で制御できるようにする必要がある。このため、スプリング５４の荷重をスプリング４８の荷重よりも大きくし、図示のように小口径弁制御領域における開弁特性の傾きを緩やかにしている。

【0040】

以上説明したように、本実施形態では、大口径の第１弁１０と小口径の第２弁１２とを単一のソレノイド３で開閉駆動し、第１弁１０が開閉弁として機能し、第２弁１２が膨張弁として機能できるようにした。このため、アクチュエータとしてモータを採用する場合のように回転を並進に変換するような作動変換機構を設ける必要がなく、複合弁１をコンパクトに実現できる。

【0041】

［変形例］
図４は、変形例に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。
本変形例の複合弁１０１は、オフばねの配置構造が第１実施形態と異なる。すなわち、コア２０とプランジャ２４との間にスプリングは設けられておらず、弁体１３０（第１弁体）とボディ２との間に弁体１３０を開弁方向に付勢するスプリング１４８が配設されている。詳細には、弁体１３０の外周面から半径方向外向きにフランジ部１３２が突設され、そのフランジ部１３２とボディ２との間にスプリング１４８が介装されている。スプリング１４８がオフばねとして機能する。第１実施形態と同様に、スプリング５４の荷重は、スプリング１４８の荷重よりも大きく設定されている。

【0042】

本変形例においても第１弁１０と第２弁１２の共用のアクチュエータとしてソレノイド３が採用されるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0043】

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。
本実施形態の複合弁２０１はいわゆる常閉弁であり、ソレノイド２０３がオフ（非通電）のときに第１弁１０および第２弁１２の双方が閉弁状態となる点で第１実施形態と異なる。複合弁２０１は、第１弁１０（大口径弁）と第２弁１２（小口径弁）とを備え、これらの弁を単一のソレノイド２０３により開閉駆動する。

【0044】

複合弁２０１は、ボディ２とソレノイド２０３とを軸線方向に組み付けて構成される。ソレノイド２０３は、ボディ２に同軸状に組み付けられる有底円筒状のヨーク２３０と、円筒状のスリーブ２２２（非磁性体）を介してヨーク２３０に同軸状に組み付けられるコア２２０と、スリーブ２２２の内方に収容され、コア２２０と軸線方向に対向するプランジャ２２４と、スリーブ２２２およびコア２２０の周囲に巻回される電磁コイル２６を備える。弁体３０に対するコア２２０とプランジャ２２４との位置関係が第１実施形態とは異なる。なお、本図は模式図であるため、ボディ２とヨーク２３０との接続部の構造については図示を省略している。

【0045】

ヨーク２３０の内周面によりガイド孔２８が形成され、弁体３０が摺動可能に支持されている。ヨーク２３０の底部中央に挿通孔２３５が設けられている。プランジャ２２４から作動ロッド２４４が延出し、挿通孔２３５を貫通している。作動ロッド２４４の先端部に弁体４６が設けられている。ヨーク２３０と弁体３０とに囲まれる空間が背圧室３６を形成している。背圧室３６におけるヨーク２３０の底部と弁体３０との間には、弁体３０を閉弁方向に付勢するスプリング２４８（付勢部材）が介装されている。

【0046】

係合部材５２の一端部（係合部材４０とは反対側端部）に半径方向外向きに突出するフランジ部５３が設けられている。フランジ部５３と係合部材４０との間には、弁体４６を閉弁方向（係合部材４０と係合部材５２とを離間させる方向）に付勢するスプリング２５４（付勢部材）が介装されている。係合部材４０、係合部材５２およびスプリング２５４が、弁体３０と弁体４６との作動を連結又は解除する「作動連結機構」を構成する。本実施形態では、スプリング２４８の荷重がスプリング２５４の荷重よりも大きくなるように設定されている。

【0047】

次に、制御弁の動作について説明する。
図６は、複合弁２０１の動作を表す部分拡大図である。図６（Ａ）は第１弁１０および第２弁１２の双方が閉弁している状態、図６（Ｂ）は第１弁１０が閉弁かつ第２弁１２が開弁している状態、図６（Ｃ）は第１弁１０および第２弁１２の双方が開弁している状態をそれぞれ示す。以下、図５に基づき、図６を適宜参照しつつ説明する。

【0048】

複合弁２０１においてソレノイド２０３が非通電（オフ）のときには、コア２２０とプランジャ２２４との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング２４８が弁体３０を閉弁方向に付勢する。さらにスプリング２５４が弁体４６を閉弁方向に付勢する。この付勢力は、プランジャ２４をコア２０から離間させる方向にも作用する。このため、第１弁１０および第２弁１２の双方が閉弁状態（全開状態）となる（図６（Ａ））。それにより、冷媒循環通路が遮断される。

【0049】

ソレノイド３に制御電流が供給されると、コア２２０がプランジャ２２４を吸引する。このため、作動ロッド２４４とともに弁体４６が開弁方向に作動する。このとき、ＰＷＭ制御のデューティ比の調整により第２弁１２の開度を制御することで、複合弁２０１を膨張弁としての機能させることができる。スプリング２４８の荷重がスプリング２５４の荷重よりも大きく設定されているため、第２弁１２が全開状態となるまでは第１弁１０は閉弁状態を保つ（図６（Ｂ））。

【0050】

デューティ比を上げてソレノイド２０３への供給電流値をより大きくすることで、スプリング２４８の付勢力に抗して弁体３０を開弁作動させることができる（図６（Ｃ））。このとき係合部材５２が係合部材４０に係合し、作動ロッド２４４が弁体３０を吊り上げる。第１弁１０の閉弁状態と全開状態との間でデューティ比を切り替えることにより、複合弁２０１を開閉弁として機能させることができる。

【0051】

図７は、複合弁２０１の開弁特性を示す図である。同図の横軸はソレノイドへの供給電流値を示し、縦軸は弁開度を示す。なお、説明の便宜上、図６（Ａ）～（Ｃ）の動作過程との対応を示すために、図７においてＡ～Ｃを表記している。

【0052】

図６に示した各弁の動作は、図７に示す制御特性として表れる。すなわち、ソレノイド２０３がオフのときは第１弁１０および第２弁１２の双方が閉弁状態（全閉状態）となる（図６（Ａ））。ソレノイド２０３に通電がなされると、供給電流値が第１電流値Ｉ１１までは第１弁１０は閉弁状態、第２弁１２はスプール状態となる。供給電流値が第１電流値Ｉ１１を超えると、電流値に比例して第２弁１２の開度が大きくなる。第１弁１０は閉弁状態を保つ。供給電流値が第２電流値Ｉ１２に達すると、第２弁１２が全開状態となる（図６（Ｂ））。

【0053】

このため、供給電流値を第１電流値Ｉ１１と第２電流値Ｉ１２との間で調整することにより、第２弁１２の開度を制御できる。この第２弁１２の開度が可変である通電制御領域を「小口径弁制御領域」ともいう。第２弁１２を膨張弁として機能させるときには、供給電流値を第１電流値Ｉ１１の近傍に設定する。

【0054】

なお、この開弁特性の傾きについてはスプリング２５４の荷重設定（ばね定数の選定）によって変わり得る。スプリング２５４の荷重を大きくし、図示のように小口径弁制御領域における開弁特性の傾きを緩やかにすることで、第２弁１２を微小開度で制御しやすくなり、膨張弁として機能させやすくなる。

【0055】

供給電流値が第２電流値Ｉ１２を超えると、第２弁１２が全開状態を保ったまま弁体３０が開弁方向に作動し、第１弁１０の開度が変化する。供給電流値が第３電流値Ｉ１３に達すると、第１弁１０は全開状態となる。このため、供給電流値を第２電流値Ｉ１２と第３電流値Ｉ１３との間で調整することにより、第１弁１０の開度を制御できる。この第１弁１０の開度が可変である通電制御領域を「大口径弁制御領域」ともいう。

【0056】

なお、図示の例では、大口径弁制御領域において供給電流値と弁開度との関係は傾き一定の比例関係にあるが、この開弁特性の傾きについてはスプリング２４８の荷重設定（ばね定数の選定）によって変わり得る。

【0057】

以上説明したように、本実施形態においても、大口径の第１弁１０と小口径の第２弁１２とを単一のソレノイド２０３で開閉駆動し、第１弁１０が開閉弁として機能し、第２弁１２が膨張弁として機能できるようにした。このため、第１実施形態と同様、アクチュエータとしてモータを採用する場合のように回転を並進に変換するような作動変換機構を設ける必要がなく、複合弁２０１をコンパクトに実現できる。

【0058】

［変形例］
図８は、変形例に係る複合弁の構造を模式的に表す断面図である。
本変形例の複合弁３０１は、弁体３３０（第１弁体）を閉弁方向に付勢する付勢構造が第２実施形態と異なる。複合弁３０１には、第２実施形態のようなスプリング２４８が設けられておらず、弁体３３０に作用する冷媒の圧力（差圧）により弁体３３０を閉弁方向に付勢する。

【0059】

すなわち、弁体３３０の外周面に段差３３２を設けることで、弁体３３０が受ける背圧の受圧径φＡを、弁体３３０のシール部の受圧径φＢよりもやや大きくしている（φＡ＞φＢ）。このため、弁体３３０にはこれらの受圧径差（φＡ－φＢ）に相当する受圧面積に対し、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１－Ｐ２）が閉弁方向に作用することとなる。それにより、弁体３３０は閉弁方向に付勢される。

【0060】

ただし、その受圧径差は微小であるため、弁体３３０に作用する流体圧力はほとんどキャンセルされる。このため、弁体３３０を開弁方向に引き上げるときの抵抗を小さくでき、第１弁１０の開弁に要するソレノイド力の増大を抑えることはできる。

【0061】

本変形例においても第１弁１０と第２弁１２の共用のアクチュエータとしてソレノイド２０３が採用されるため、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0062】

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。

【0063】

［他の変形例］
上記各実施形態では述べなかったが、ソレノイドの通電制御にＰＷＭ方式を採用する場合、大口径弁および小口径弁のそれぞれの寸開時に弁体が弁座を叩くこと（いわゆる弁叩き）による異音の問題が生じやすい。特に大口径弁については異音が大きくなりやすい。そこで変形例においては、ソレノイドの通電制御を工夫することで異音対策を行う。

【0064】

図９は、複合弁が常開弁である場合の通電制御を表す図である。図９（Ａ）は複合弁の開弁特性を示し、図３に対応する。横軸はソレノイドへの供給電流値を示し、縦軸は弁開度を示す。図９（Ｂ）は通電制御方法を示す。横軸は全開状態から閉弁方向への弁体のストロークを示し、縦軸はＰＷＭ制御で設定されるデューティ比を示す。

【0065】

本変形例では、図９（Ａ）に示すように、第１弁１０が寸開状態となったとき（大口径弁寸開領域）、図９（Ｂ）に示すように、デューティ比の変化量を一時的に大きくする。すなわち、制御部１００は、第１弁１０が寸開状態となる弁体３０の所定ストローク領域（大口径弁寸開領域）において、ソレノイドへの供給電流の増大率を一時的に大きくし、第１弁１０を寸開状態から閉弁状態へ瞬時に移行させる。図示の例では、第２電流値Ｉ２の近傍の第５電流値Ｉ５からその増大率を一時的に大きくしている。それにより、第１弁１０において弁叩きが生じやすいストローク領域を速やかに脱することができ、異音の発生を防止又は抑制できる。

【0066】

また、第２弁１２が寸開状態となったときにも（小口径弁寸開領域）、デューティ比の変化量を一時的に大きくする。すなわち、制御部１００は、第２弁１２が寸開状態となる弁体４６の所定ストローク領域（小口径弁寸開領域）においても、ソレノイドへの供給電流の増大率を一時的に大きくし、第２弁１２を寸開状態から閉弁状態へ瞬時に移行させる。図示の例では、第４電流値Ｉ４の近傍の第６電流値Ｉ６からデューティ比の増大率を一時的に大きくしている。それにより、第２弁１２において弁叩きが生じやすいストローク領域を速やかに脱することができ、異音の発生を防止又は抑制できる。

【0067】

なお、供給電流の増大率を大きくする起点については、ＰＷＭ制御による各弁体の振動振幅に基づいて設定される。例えば、各弁体の各弁座からのリフト量がその振動振幅よりも大きい所定ストローク位置に達する電流値となったときを基点としてもよい。

【0068】

複合弁（常開弁）を閉弁状態から開弁作動させるときも同様である。同様の小口径弁寸開領域および大口径弁寸開領域に達したときに、デューティ比の減少率を一時的に大きくする。具体的には、図９（Ｂ）に示す通電制御を閉弁作動時とは逆方向にたどればよい。すなわち、複合弁（常開弁）における開弁作動および閉弁作動にいずれにおいても、小口径弁および大口径弁のそれぞれが寸開状態となる各弁体の所定ストローク領域において、ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくすればよい。

【0069】

図１０は、複合弁が常閉弁である場合の通電制御を表す図である。図１０（Ａ）は複合弁の開弁特性を示し、図７に対応する。横軸はソレノイドへの供給電流値を示し、縦軸は弁開度を示す。図１０（Ｂ）は通電制御方法を示す。横軸は全閉状態から開弁方向への弁体のストロークを示し、縦軸はＰＷＭ制御で設定されるデューティ比を示す。

【0070】

本変形例では、図１０（Ａ）に示すように、第２弁１２の寸開領域（小口径弁寸開領域）において、図１０（Ｂ）に示すように、デューティ比の変化量を一時的に大きくする。すなわち、制御部１００は、第２弁１２が寸開状態となる弁体４６のストローク領域（小口径弁寸開領域）において、ソレノイドへの供給電流の増大率を一時的に大きくし、第２弁１２を閉弁状態から開弁状態へ瞬時に移行させる。図示の例では、通電開始から第４電流値Ｉ１４となるまでデューティ比の増大率を一時的に大きくしている。それにより、第２弁１２において弁叩きが生じやすいストローク領域を速やかに脱することができ、異音の発生を防止又は抑制できる。

【0071】

また、第１弁１０が寸開状態となったときにも（大口径弁寸開領域）、デューティ比の変化量を一時的に大きくする。すなわち、制御部１００は、第１弁１０が寸開状態となる弁体３０のストローク領域（大口径弁寸開領域）においても、ソレノイドへの供給電流の増大率を一時的に大きくし、第１弁１０を閉弁状態から開弁状態へ瞬時に移行させる。図示の例では、第２電流値Ｉ１２の近傍の第５電流値Ｉ１５となるまでデューティ比の増大率を一時的に大きくしている。それにより、第１弁１０において弁叩きが生じやすいストローク領域を速やかに脱することができ、異音の発生を防止又は抑制できる。

【0072】

なお、供給電流の増大率を大きくする終点については、ＰＷＭ制御による各弁体の振動振幅に基づいて設定される。例えば、各弁体の各弁座からのリフト量がその振動振幅よりも大きい所定ストローク位置に達する電流値となったときを終点としてもよい。

【0073】

複合弁（常閉弁）を開弁状態から閉弁作動させるときも同様である。同様の小口径弁寸開領域および大口径弁寸開領域に達したときに、デューティ比の減少率を一時的に大きくする。すなわち、図１０（Ｂ）に示す通電制御を開弁作動時とは逆方向にたどればよい。すなわち、複合弁（常閉弁）における開弁作動および閉弁作動にいずれにおいても、小口径弁および大口径弁のそれぞれが寸開状態となる各弁体の所定ストローク領域において、ソレノイドへの供給電流の変化率を一時的に大きくすればよい。

【0074】

なお、各弁の寸開領域において弁叩きを抑制する方法としては、このようにデューティ比の変化量を一時的に大きくするほか、ＰＭＷ制御の周波数（ＰＷＭ周波数）を一時的に変更することも考えられる。例えば、供給電流値の上昇時において一時的にＰＷＭ周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に上昇させるなどしてもよい（ｆ１＜ｆ２）。それにより、寸開領域において電流振幅を小さくすることができ、弁叩きを抑制できる。

【0075】

あるいは、各弁の寸開領域に到ったときに一時的にＰＷＭ制御から直流制御に切り替えることも考えられる。その場合、駆動回路としてＰＷＭ制御用回路と直流制御用回路を設けておき、制御部がこれらを切り替えてもよい。それにより、寸開領域において電流振幅をなくし、弁叩きを抑制できる。

【0076】

上記実施形態では、複合弁をヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に適用する例を示したが、エンジン車などが採用するヒートポンプ式ではない冷凍サイクルにも上記複合弁を適用できることは言うまでもない。

【0077】

上記実施形態の電動弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ－１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにコンデンサに代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。

【0078】

上記実施形態では、上記電動弁を自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示したが、車両用に限らず電動膨張弁を搭載する空調装置に適用可能である。また、給湯装置の湯水や油圧制御装置の作動液（作動油）など冷媒以外の流体の流れを制御する電動弁として構成してもよい。

【0079】

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0080】

１ 複合弁、２ ボディ、３ ソレノイド、１０ 第１弁、１２ 第２弁、１４ 弁孔、１６ 弁座、２０ コア、２４ プランジャ、２６ 電磁コイル、２８ ガイド孔、３０ 弁体、３１ 連通孔、３２ 弁孔、３３ 入口ポート、３４ 弁座、３５ 下流側通路、３６ 背圧室、３７ 出口ポート、３８ 弁室、３９ シールリング、４０ 係合部材、４２ 挿通孔、４４ 作動ロッド、４６ 弁体、４７ 着脱部、４８ スプリング、４９ スプール部、５２ 係合部材、５４ スプリング、１０１ 複合弁、１３０ 弁体、１４８ スプリング、２０１ 複合弁、２０３ ソレノイド、２２０ コア、２２４ プランジャ、２３０ ヨーク、２４４ 作動ロッド、２４８ スプリング、２５４ スプリング、３０１ 複合弁、３３０ 弁体、３３２ 段差。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】