ステッピングモータ駆動式の制御弁
【課題】外部からの振動の影響を受け難く、好ましくは比較的大きな弁ストロークを得ることが可能なステッピングモータ駆動式の制御弁を提供する。
【解決手段】流量制御弁３２は、ボディに固定されるシャフト１８２と、シャフト１８２の外周面に軸線方向にそった螺旋状のガイド部１８４と、ガイド部１８４に係合する係合部とロータ１７２に支持される動力伝達部とを有する回転ストッパ１８８と、ロータ１７２に係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともにボディに螺合し、ロータ１７２の回転により弁体と一体に弁部の開閉方向に動作する弁作動体１３４と、を備える。そして、ロータ１７２がその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、シャフト１８２がロータ１７２の内部空間に延設されることにより、回転ストッパ１８８がその内部空間において変位するように構成されている。
【解決手段】流量制御弁３２は、ボディに固定されるシャフト１８２と、シャフト１８２の外周面に軸線方向にそった螺旋状のガイド部１８４と、ガイド部１８４に係合する係合部とロータ１７２に支持される動力伝達部とを有する回転ストッパ１８８と、ロータ１７２に係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともにボディに螺合し、ロータ１７２の回転により弁体と一体に弁部の開閉方向に動作する弁作動体１３４と、を備える。そして、ロータ１７２がその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、シャフト１８２がロータ１７２の内部空間に延設されることにより、回転ストッパ１８８がその内部空間において変位するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータ駆動式の制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置に好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、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加熱される。一方、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が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。
【０００４】
ところで、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、各蒸発器を流れる冷媒流量の割合を調整する必要がある。複数の凝縮器が機能する場合も同様である。このため、冷媒循環通路の特定位置に弁開度を電気的に調整可能な制御弁を設けることがあるが、一般には比較的低コストで大きな駆動力が得られるソレノイド駆動の電磁弁が用いられることが多い。しかし、特に弁開度の精密な制御が必要となる場合には、住宅用冷暖房装置に多くみられるようにステッピングモータ駆動式の制御弁を用いるのが好ましい（例えば特許文献２参照）。ステップ数（駆動パルス数）の設定により弁体の変位量、ひいては弁開度を正確に調整できるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【特許文献１】特開昭６０−８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両用冷暖房装置は車両走行時の振動の影響を大きく受けるため、住宅用冷暖房装置とは異なり設置環境が安定しない。このため、ステッピングモータの回転安定性やその駆動機構の精密な動作を確保するためには、車両から受ける振動の影響を極力小さくする必要がある。一方、車両の設置スペース等の制約から、弁部の駆動量が比較的大きくなっても全体としてコンパクトに構成されるのが好ましい。
【０００７】
本発明の目的は、外部からの振動の影響を受け難く、好ましくは比較的大きな弁ストロークを得ることが可能なステッピングモータ駆動式の制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のステッピングモータ駆動式の制御弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒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、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するロータを有するステッピングモータと、ボディに固定され、ロータの軸線方向に延びるシャフトと、シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、ガイド部にそって係合する係合部とロータに支持される動力伝達部とを有し、ロータの回転とともにシャフトの軸線方向に変位し、動力伝達部がシャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることによりロータの回転を規制する回転ストッパと、ロータに係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともにボディに螺合し、ロータの回転により弁体と一体に弁部の開閉方向に動作する弁作動体と、を備える。そして、ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、シャフトがロータの内部空間に延設されることにより、回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されている。
【０００９】
この態様によると、ステッピングモータのロータの軸受部がその両端部にそれぞれ設けられることで、その軸受部の間隔を大きくとることができる。その結果、外部からの振動を受けてもロータを安定に支持することができる。また、ロータの軸受部をその両端部に設けることで形成される比較的大きな内部空間にシャフトを配置することで、回転ストッパを支持するガイド部を軸線方向に長くとることができる。すなわち、回転ストッパの軸線方向の並進範囲を大きくとることができ、その結果、弁作動体を軸線方向に大きな範囲でストロークさせることも可能になる。つまり、弁体の開閉方向のストロークを大きくとることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部からの振動の影響を受け難いステッピングモータ駆動式の制御弁を提供することができる。また、ステッピングモータの大きさに比して大きな弁ストロークを得ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】流量制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】流量制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図６】流量制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図７】流量制御弁の制御状態と弁開度の状態を示す説明図である。
【図８】第２実施形態に係る複合弁の具体的構成を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。冷媒循環回路には、冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、暖房運転時（除湿時）に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時および除霜運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１５】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→第２制御弁ユニット６→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→室外熱交換器５→第１制御弁ユニット４→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第１制御弁ユニット４→室外熱交換器５→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→第２制御弁ユニット６→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで逆転する。つまり、室外熱交換器５における冷媒の入口と出口は、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで切り替わる。
【００１６】
具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。そして、第２通路２２が室内凝縮器３寄りの分岐点と室外熱交換器５寄りの分岐点の２箇所においてそれぞれバイパス通路２５、バイパス通路２６に分岐されている。室外熱交換器５寄りの分岐点は第１制御弁ユニット４の内部通路に設けられ、その分岐点には後述する切替弁３０が配設されている。
【００１７】
また、バイパス通路２５は、その下流側が第１分岐通路２７と第２分岐通路２８とに分岐している。これら第１分岐通路２７および第２分岐通路２８は、第２制御弁ユニット６の内部通路として形成されている。第１分岐通路２７は第３通路２３を介して蒸発器７につながり、第２分岐通路２８は第３通路２３を介して室外熱交換器５につながっている。第２分岐通路２８には後述する流量制御弁３２が設けられている。第３通路２３における第１分岐通路２７との接続点には後述する切替弁３４が配設され、その切替弁３４と蒸発器７との間には後述する過冷却度制御弁４２が配設されている。
【００１８】
第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，バイパス通路２５，第１分岐通路２７，第４通路２４を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，バイパス通路２５，第２分岐通路２８，第３通路２３，バイパス通路２６を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，第３通路２３，第４通路２４を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、室内凝縮器３と室外熱交換器５との接続部に第１制御弁ユニット４が設けられ、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７との接続部に第２制御弁ユニット６が設けられている。
【００１９】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００２０】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００２１】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００２２】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００２３】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置として機能する制御弁の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２４】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に上流側から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２５】
第１制御弁ユニット４は、切替弁３０および過熱度制御弁４６を含む。切替弁３０は、第２通路２２を開閉する第１弁部と、バイパス通路２６を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するソレノイドとを備える三方向電磁弁からなる。第１弁部は、その開弁により室内凝縮器３から第２通路２２を介した室外熱交換器５への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５からバイパス通路２６を介したアキュムレータ８への冷媒の流れを許容する。本実施形態では、切替弁３０として、ソレノイドへの通電有無によって第１弁部および第２弁部の一方を開弁させて他方を閉弁させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、切替弁３０を弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。
【００２６】
過熱度制御弁４６は、室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときにその蒸発圧力を調整する「蒸発圧力調整弁」として機能する。過熱度制御弁４６は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁４６として、その出口側（過熱度制御弁４６の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。
【００２７】
過熱度制御弁４６は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、室外熱交換器５の蒸発圧力を上昇させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁４６は、弁開度を大きくし、室外熱交換器５の蒸発圧力を低下させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁４６は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。なお、本実施形態では、過熱度制御弁４６の設定過熱度と過熱度制御弁４８の設定過熱度とを等しく設定しているが、両者を異なるように設定してもよい。
【００２８】
なお、図示を省略するが、過熱度制御弁４６は、例えば上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体を含む弁駆動体と、出口ポート側（弁部の下流側）の内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知し、過熱度制御弁４６の出口側（弁部の下流側）の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでよい。
【００２９】
一方、第２制御弁ユニット６は、流量制御弁３２、過冷却度制御弁４２、過熱度制御弁４８および切替弁３４を含む。切替弁３４は、第１分岐通路２７と第３通路２３との合流点に設けられている。切替弁３４は、第１分岐通路２７を開閉する第１弁部と第３通路２３を開閉する第２弁部とのいずれか一方を開弁させて流路を切り替え可能な機械式の三方弁からなる。第１弁部は、その開弁により室内凝縮器３からバイパス通路２５および第１分岐通路２７を介した蒸発器７への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５から第３通路２３を介した蒸発器７への冷媒の流れを許容する。
【００３０】
流量制御弁３２は、第２分岐通路２８に設けられている。流量制御弁３２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比例弁として構成されている。本実施形態では、流量制御弁３２の弁部を駆動するアクチュエータとしてステッピングモータが採用されるが、ソレノイドであってもよい。流量制御弁３２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。
【００３１】
流量制御弁３２は、小口径制御により膨張装置としても機能する。暖房運転時においては、流量制御弁３２の開度（つまり第２分岐通路２８の開度）が調整される。このため、流量制御弁３２の開度に応じて室外熱交換器５へ供給される冷媒の流量が調整される。すなわち、流量制御弁３２は、室内凝縮器３から室外熱交換器５へ向かう冷媒流量と、室内凝縮器３から蒸発器７へ向かう冷媒流量との割合を調整する流量調整弁として機能する。
【００３２】
過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５から導出された冷媒や、バイパス通路２５を介して供給された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する「膨張装置」として機能する。過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。また、暖房運転時において室内凝縮器３の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過冷却度制御弁４２として、その上流側（冷房運転時においては室外熱交換器５の出口側であり、暖房運転時（除湿制御を行う特定暖房運転時）において室内凝縮器３の出口側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。
【００３３】
過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。
【００３４】
過冷却度制御弁４２は、また、特定暖房運転時においてバイパス通路２５が開放されると、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。
【００３５】
なお、図示を省略するが、過冷却度制御弁４２は、上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体と、入口ポートから導入された冷媒の温度と圧力を感知し、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでもよい。
【００３６】
過熱度制御弁４８は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁４８として、その出口側（過熱度制御弁４８の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁４８は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、蒸発器７の蒸発圧力を上昇させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁４８は、弁開度を大きくし、蒸発器７の蒸発圧力を低下させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁４８は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。
【００３７】
なお、図示を省略するが、過熱度制御弁４８は、例えば上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体を含む弁駆動体と、出口ポート側（弁部の下流側）の内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知し、過熱度制御弁４８の出口側（弁部の下流側）の冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでよい。
【００３８】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。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には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、切替弁３０および流量制御弁３２などの開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００３９】
制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて流量制御弁３２の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。
【００４０】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は除霜運転時の状態を示している。ここでいう「除湿運転」は、車室内の除湿をメインとして運転状態であり、「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。
【００４１】
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｉはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００４２】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第１弁部が開弁され、第２弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６においては流量制御弁３２が閉弁状態とされる。このとき、切替弁３４は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより小さくなるため、第１弁部が閉弁状態（第２弁部は開弁状態）となり、室内凝縮器３から導出された冷媒は室外熱交換器５に導かれるようになる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、切替弁３０、室外熱交換器５、切替弁３４、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が切替弁３４の第２弁部３１２を通過して過冷却度制御弁４２にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
【００４４】
図２（Ｂ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第２弁部が開弁されてバイパス通路２６が開放される一方、第２制御弁ユニット６において流量制御弁３２の開度が制御される。このとき、切替弁３４は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより大きくなるために第１弁部が開弁状態（第２弁部は閉弁状態）となり、室内凝縮器３から導出された冷媒の一部が蒸発器７に導かれるようになる。すなわち、流量制御弁３２の小口径制御がなされ、その開度が調整されることで、蒸発器７および室外熱交換器５に向かう冷媒の流量の割合が調整される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、切替弁３４の第１弁部、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、流量制御弁３２、室外熱交換器５、切替弁３０、過熱度制御弁４６、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、室内凝縮器３から導出された冷媒の一方は、流量制御弁３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５に供給されて蒸発する。また、室内凝縮器３から導出された冷媒の他方は、過冷却度制御弁４２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７に供給されて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、流量制御弁３２の開度により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。一方、蒸発器７へ供給される冷媒流量は、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整される。
【００４６】
この特定暖房運転においては除湿運転が良好に行われるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口における所定の過冷却度ＳＣが維持されることで（ｃ点）、室内凝縮器３における凝縮能力が適正に維持され、室外熱交換器５（室外蒸発器）および蒸発器７（室内蒸発器）のそれぞれにおいて効率の良い熱交換が行われる。このとき、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持されるため（ａ点）、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｇ点）は、過熱度制御弁４６の出口の冷媒の状態（ｈ点）とバランスするように変化する。
【００４７】
すなわち、図示のように過熱度制御弁４６の出口側にて過熱度が発生している場合、蒸発器７の出口における冷媒の湿り度（ｇ点）は、過熱度制御弁４６の出口における冷媒の過熱度（ｈ点）とバランスする。また、逆に、過熱度制御弁４８の出口側にて過熱度が発生する場合には、室外熱交換器５の出口における湿り度（（ｄ）点）が、過熱度制御弁４８の出口側の過熱度（（ｉ）点）とバランスするようになる。
【００４８】
また、除霜運転時においては、図２（Ｃ）に示すように、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第２弁部が開弁されてバイパス通路２６が開放される一方、第２制御弁ユニット６において流量制御弁３２が開弁される。このとき、流量制御弁３２は大口径制御を実行する。その結果、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒（ホットガス）が、流量制御弁３２を通過して室外熱交換器５に供給される。除霜運転が安定した状態においては図中実線にて示すように、室外熱交換器５から導出された冷媒は、アキュムレータ８に導入されることにより飽和蒸気線上に制御される（ａ点）。一方、アキュムレータ８内の液冷媒が不足等により過熱度制御弁４６の出口側に過熱度が発生する場合には、図中点線にて示すように、過熱度制御弁４６がその過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう冷媒の流れを制御する（ｈ点）。
【００４９】
次に、流量制御弁の具体的構成について説明する。図３は、流量制御弁の具体的構成を表す断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。（Ａ）は図３のＣ部拡大図を示し、（Ｂ）は図３のＤ部拡大図を示す。
図３に示すように、流量制御弁３２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。
【００５０】
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。導入ポート１１０は第２分岐通路２８の上流側（バイパス通路２５側）に連通し、導出ポート１１２は第２分岐通路２８の下流側（第３通路２３側）に連通する（図１参照）。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
弁体１３０は、縮径部を介して区画部１４４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。
【００５６】
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。
【００５７】
すなわち、図４（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４（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。
【００５８】
図３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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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とともに流量制御弁３２のボディを構成する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
以上のように構成された流量制御弁３２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５および図６は、流量制御弁の動作状態を表す説明図である。図５は第１の弁部の全開状態を表し、図６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３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。図７は、流量制御弁の制御状態と弁開度の状態を示す説明図である。同図の横軸にはステッピングモータの開弁方向への回転数（回数）を示し、縦軸には弁開度（弁ストローク：ｍｍ）を示している。
【００７１】
流量制御弁３２の流量制御において、制御部１００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。
【００７２】
具体的には、特定暖房運転時などの小口径制御を実行する場合（図２（Ｂ）参照）、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３に示す全閉状態と図５に示す全開位置との間の範囲で駆動される。それにより、図７に示すように開度が変化する。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）は図示のように比例的に変化する。なお、このとき回転ストッパ１８８も同じストロークだけ上方に変位する。
【００７３】
また、除霜運転時などの大口径制御を実行する場合（図２（Ｃ）参照）、図５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。
【００７４】
このとき、弁体１３０は、図５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。それにより、図７に示すように開度が変化する。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）は図示のように比例的に変化する。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ため、制御部１００は、流量制御弁３２を任意の開度に制御することができる。
【００７５】
［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。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、流量制御弁３２、切替弁３４および過冷却度制御弁４２を一体に構成している点で第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第２実施形態に係る複合弁の具体的構成を表す断面図である。
【００７６】
本実施形態の車両用冷暖房装置は、第２制御弁ユニット６の構成要素として図示の複合弁を備える。この複合弁は、共用のボディ２０４に流量制御弁３２、切替弁３４および過冷却度制御弁４２を組み付けて構成される。ボディ２０４には、バイパス通路２５に連通する導入ポート１１０、および第３通路２３の上流側に連通する導入出ポート２１０のほか、第３通路２３の下流側に連通する導出ポート２１２が設けられている（図１参照）。なお、流量制御弁３２の構造については第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７７】
切替弁３４は、第１分岐通路２７と導出ポート２１２とを連通する通路に設けられた第１弁部３１１と、導入出ポート２１０と導出ポート２１２とを連通する通路に設けられた第２弁部３１２とを含む三方弁であり、両弁部を開閉する共用弁体３１５を含む。すなわち、共用弁体３１５には第１分岐通路２７と導出ポート２１２とを連通する弁孔３２０と、導入出ポート２１０と導出ポート２１２とを連通する弁孔３２４とが設けられ、共用弁体３１５が弁孔３２０に接離して第１弁部３１１を開閉し、共用弁体３１５が弁孔３２４に接離して第２弁部３１２を開閉する。弁孔３２０と弁孔３２４とはその中心軸に同軸状に設けられている。
【００７８】
共用弁体３１５は、その一端部が弁孔３２０に挿抜可能に構成され、他端部が弁孔３２４に挿抜可能に構成されている。共用弁体３１５の一端部は、その外径が弁孔３２０の内径とほぼ等しくなっており、その先端には弁孔３２０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。また、共用弁体３１５の他端部は、その外径が弁孔３２４の内径とほぼ等しくなっており、その先端には弁孔３２４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。
【００７９】
ここで、弁孔３２０と弁孔３２４の有効径が等しく構成されているため、共用弁体３１５に作用する下流側圧力Ｐｐの影響はキャンセルされる。共用弁体３１５は、その前後差圧、つまり上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰset以上であれば、第１弁部３１１を開弁させ第２弁部３１２を閉弁させる状態を維持する。前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより小さくなると、共用弁体３１５がスプリング３２９の付勢力によって図の右方へ動作し、第１弁部３１１を閉弁させ第２弁部３１２を開弁させる。設定差圧ΔＰsetは、スプリング３２９の荷重調整により設定される。
【００８０】
過冷却度制御弁４２は、切替弁３４の下流側の通路２１４に設けられ、上流側から導入された冷媒を絞り膨張する弁部と、その弁部を開閉駆動するパワーエレメント３３２を備えている。過冷却度制御弁４２は、プレス成形されたボディ３４０に弁体３４２を収容して構成される。ボディ３４０の上端部には、パワーエレメント３３２が一体に設けられている。ボディ３４０の下半部は縮径されており、その縮径部に弁孔３４４が形成されている。ボディ３４０の上半部には内外を連通させる導入ポート３４８が設けられ、下半部には内外を連通させる導出ポート３５０が設けられている。ボディ３４０の下端部はばね受けにより封止されて背圧室３６０が形成されている。そのばね受けと弁体３４２との間には、弁体３４２を開弁方向に付勢するスプリングが介装されている。弁体３４２は、弁孔３４４の上流側から接離して弁部を開閉する。
【００８１】
パワーエレメント３３２は、中空のハウジングと、ハウジング内を密閉空間と開放空間とに仕切るように配設されたダイアフラム３５２とを含んで構成されている。密閉空間には、基準ガスとして冷凍サイクルを循環する冷媒ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）と窒素ガスとの混合ガスが充填されている。ダイアフラム３５２の下面には弁体３４２の上端面が当接する。弁体３４２を軸線方向に貫通するように連通路が形成されており、導入ポート３４８から導入された冷媒は、その連通路を介して背圧室３６０にも導かれるようになっている。本実施形態では、弁体３４２の背圧室３６０における有効径と弁孔３４４の有効径とが等しくされているため、弁体３４２に作用する上流側の圧力Ｐｐはキャンセルされる。
【００８２】
過冷却度制御弁４２によれば、過冷却度の制御状態において過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると、パワーエレメント３３２が低温を感知して開弁方向に動作する。その結果、弁開度が大きくなるため上流側の圧力Ｐｐが低くなり、過冷却度が小さくなる方向に変化する。逆に、過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、パワーエレメント３３２が高温を感知して閉弁方向に動作する。その結果、弁開度が小さくなるため上流側の圧力Ｐｐが高くなり、過冷却度が大きくなる方向に変化する。このようにして過冷却度が設定値ＳＣに保たれるようになる。
【００８３】
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。
【００８４】
上記実施形態では、図３に示したように、シャフト１８２のガイド部１８４や回転ストッパ１８８の係合部１９０をいずれもコイル状の部材により螺旋状に形成する例を示した。変形例においては、例えばシャフト１８２のガイド部１８４を雄ねじ部とし、回転ストッパ１８８の係合部１９０を雌ねじ部とするねじ機構としてもよい。すなわち、両者により回転を並進に変換する機構が構成されればよい。
【００８５】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【００８６】
上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における圧縮機２と流量制御弁３２との間に熱交換器を設ける一方、ダクト１０内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から流量制御弁３２へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて流量制御弁３２に供給することが可能となる。
【符号の説明】
【００８７】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁ユニット、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３０ 切替弁、 ３２ 流量制御弁、 ３４ 切替弁、 ４２ 過冷却度制御弁、 ４６，４８ 過熱度制御弁、 ５０ 開閉弁、 １００ 制御部、 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、 １１８ 軸受部、 １２０ 雌ねじ部、 １２４ ガイド孔、 １２６ 弁孔、 １２８ 弁座、 １３０，１３２ 弁体、 １３４ 弁作動体、 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、 １５８ 雄ねじ部、 １７０ スリーブ、 １７１ 励磁コイル、 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、 １８８ 回転ストッパ、 １９０ 係合部、 １９２ 動力伝達部、 ２０４ ボディ、 ２１０ 導入出ポート、 ２１２ 導出ポート、 ３１１ 第１弁部、 ３１２ 第２弁部、 ３１５ 共用弁体、 ３２０，３２４ 弁孔、 ３３２ パワーエレメント、 ３４０ ボディ、 ３４２ 弁体、 ３４４ 弁孔、 ３４８ 導入ポート、 ３５０ 導出ポート、 ３５２ ダイアフラム、 ３６０ 背圧室。
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータ駆動式の制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置に好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、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加熱される。一方、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が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。
【０００４】
ところで、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、各蒸発器を流れる冷媒流量の割合を調整する必要がある。複数の凝縮器が機能する場合も同様である。このため、冷媒循環通路の特定位置に弁開度を電気的に調整可能な制御弁を設けることがあるが、一般には比較的低コストで大きな駆動力が得られるソレノイド駆動の電磁弁が用いられることが多い。しかし、特に弁開度の精密な制御が必要となる場合には、住宅用冷暖房装置に多くみられるようにステッピングモータ駆動式の制御弁を用いるのが好ましい（例えば特許文献２参照）。ステップ数（駆動パルス数）の設定により弁体の変位量、ひいては弁開度を正確に調整できるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【特許文献１】特開昭６０−８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両用冷暖房装置は車両走行時の振動の影響を大きく受けるため、住宅用冷暖房装置とは異なり設置環境が安定しない。このため、ステッピングモータの回転安定性やその駆動機構の精密な動作を確保するためには、車両から受ける振動の影響を極力小さくする必要がある。一方、車両の設置スペース等の制約から、弁部の駆動量が比較的大きくなっても全体としてコンパクトに構成されるのが好ましい。
【０００７】
本発明の目的は、外部からの振動の影響を受け難く、好ましくは比較的大きな弁ストロークを得ることが可能なステッピングモータ駆動式の制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のステッピングモータ駆動式の制御弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒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、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するロータを有するステッピングモータと、ボディに固定され、ロータの軸線方向に延びるシャフトと、シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、ガイド部にそって係合する係合部とロータに支持される動力伝達部とを有し、ロータの回転とともにシャフトの軸線方向に変位し、動力伝達部がシャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることによりロータの回転を規制する回転ストッパと、ロータに係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともにボディに螺合し、ロータの回転により弁体と一体に弁部の開閉方向に動作する弁作動体と、を備える。そして、ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、シャフトがロータの内部空間に延設されることにより、回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されている。
【０００９】
この態様によると、ステッピングモータのロータの軸受部がその両端部にそれぞれ設けられることで、その軸受部の間隔を大きくとることができる。その結果、外部からの振動を受けてもロータを安定に支持することができる。また、ロータの軸受部をその両端部に設けることで形成される比較的大きな内部空間にシャフトを配置することで、回転ストッパを支持するガイド部を軸線方向に長くとることができる。すなわち、回転ストッパの軸線方向の並進範囲を大きくとることができ、その結果、弁作動体を軸線方向に大きな範囲でストロークさせることも可能になる。つまり、弁体の開閉方向のストロークを大きくとることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部からの振動の影響を受け難いステッピングモータ駆動式の制御弁を提供することができる。また、ステッピングモータの大きさに比して大きな弁ストロークを得ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】流量制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】流量制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図６】流量制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図７】流量制御弁の制御状態と弁開度の状態を示す説明図である。
【図８】第２実施形態に係る複合弁の具体的構成を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。冷媒循環回路には、冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、暖房運転時（除湿時）に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時および除霜運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１５】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→第２制御弁ユニット６→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→室外熱交換器５→第１制御弁ユニット４→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第１制御弁ユニット４→室外熱交換器５→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→第２制御弁ユニット６→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで逆転する。つまり、室外熱交換器５における冷媒の入口と出口は、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで切り替わる。
【００１６】
具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。そして、第２通路２２が室内凝縮器３寄りの分岐点と室外熱交換器５寄りの分岐点の２箇所においてそれぞれバイパス通路２５、バイパス通路２６に分岐されている。室外熱交換器５寄りの分岐点は第１制御弁ユニット４の内部通路に設けられ、その分岐点には後述する切替弁３０が配設されている。
【００１７】
また、バイパス通路２５は、その下流側が第１分岐通路２７と第２分岐通路２８とに分岐している。これら第１分岐通路２７および第２分岐通路２８は、第２制御弁ユニット６の内部通路として形成されている。第１分岐通路２７は第３通路２３を介して蒸発器７につながり、第２分岐通路２８は第３通路２３を介して室外熱交換器５につながっている。第２分岐通路２８には後述する流量制御弁３２が設けられている。第３通路２３における第１分岐通路２７との接続点には後述する切替弁３４が配設され、その切替弁３４と蒸発器７との間には後述する過冷却度制御弁４２が配設されている。
【００１８】
第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，バイパス通路２５，第１分岐通路２７，第４通路２４を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，バイパス通路２５，第２分岐通路２８，第３通路２３，バイパス通路２６を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第１通路２１，第２通路２２，第３通路２３，第４通路２４を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、室内凝縮器３と室外熱交換器５との接続部に第１制御弁ユニット４が設けられ、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７との接続部に第２制御弁ユニット６が設けられている。
【００１９】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００２０】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００２１】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００２２】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００２３】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置として機能する制御弁の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２４】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に上流側から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２５】
第１制御弁ユニット４は、切替弁３０および過熱度制御弁４６を含む。切替弁３０は、第２通路２２を開閉する第１弁部と、バイパス通路２６を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するソレノイドとを備える三方向電磁弁からなる。第１弁部は、その開弁により室内凝縮器３から第２通路２２を介した室外熱交換器５への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５からバイパス通路２６を介したアキュムレータ８への冷媒の流れを許容する。本実施形態では、切替弁３０として、ソレノイドへの通電有無によって第１弁部および第２弁部の一方を開弁させて他方を閉弁させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、切替弁３０を弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。
【００２６】
過熱度制御弁４６は、室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときにその蒸発圧力を調整する「蒸発圧力調整弁」として機能する。過熱度制御弁４６は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁４６として、その出口側（過熱度制御弁４６の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。
【００２７】
過熱度制御弁４６は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、室外熱交換器５の蒸発圧力を上昇させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁４６は、弁開度を大きくし、室外熱交換器５の蒸発圧力を低下させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁４６は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。なお、本実施形態では、過熱度制御弁４６の設定過熱度と過熱度制御弁４８の設定過熱度とを等しく設定しているが、両者を異なるように設定してもよい。
【００２８】
なお、図示を省略するが、過熱度制御弁４６は、例えば上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体を含む弁駆動体と、出口ポート側（弁部の下流側）の内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知し、過熱度制御弁４６の出口側（弁部の下流側）の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでよい。
【００２９】
一方、第２制御弁ユニット６は、流量制御弁３２、過冷却度制御弁４２、過熱度制御弁４８および切替弁３４を含む。切替弁３４は、第１分岐通路２７と第３通路２３との合流点に設けられている。切替弁３４は、第１分岐通路２７を開閉する第１弁部と第３通路２３を開閉する第２弁部とのいずれか一方を開弁させて流路を切り替え可能な機械式の三方弁からなる。第１弁部は、その開弁により室内凝縮器３からバイパス通路２５および第１分岐通路２７を介した蒸発器７への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５から第３通路２３を介した蒸発器７への冷媒の流れを許容する。
【００３０】
流量制御弁３２は、第２分岐通路２８に設けられている。流量制御弁３２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比例弁として構成されている。本実施形態では、流量制御弁３２の弁部を駆動するアクチュエータとしてステッピングモータが採用されるが、ソレノイドであってもよい。流量制御弁３２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。
【００３１】
流量制御弁３２は、小口径制御により膨張装置としても機能する。暖房運転時においては、流量制御弁３２の開度（つまり第２分岐通路２８の開度）が調整される。このため、流量制御弁３２の開度に応じて室外熱交換器５へ供給される冷媒の流量が調整される。すなわち、流量制御弁３２は、室内凝縮器３から室外熱交換器５へ向かう冷媒流量と、室内凝縮器３から蒸発器７へ向かう冷媒流量との割合を調整する流量調整弁として機能する。
【００３２】
過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５から導出された冷媒や、バイパス通路２５を介して供給された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する「膨張装置」として機能する。過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。また、暖房運転時において室内凝縮器３の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過冷却度制御弁４２として、その上流側（冷房運転時においては室外熱交換器５の出口側であり、暖房運転時（除湿制御を行う特定暖房運転時）において室内凝縮器３の出口側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。
【００３３】
過冷却度制御弁４２は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。
【００３４】
過冷却度制御弁４２は、また、特定暖房運転時においてバイパス通路２５が開放されると、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、過冷却度制御弁４２は閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。過冷却度制御弁４２は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣとなるよう自律的に動作する。
【００３５】
なお、図示を省略するが、過冷却度制御弁４２は、上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体と、入口ポートから導入された冷媒の温度と圧力を感知し、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでもよい。
【００３６】
過熱度制御弁４８は、その出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、その過熱度が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する。本実施形態では、過熱度制御弁４８として、その出口側（過熱度制御弁４８の下流側）の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁４８は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、蒸発器７の蒸発圧力を上昇させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁４８は、弁開度を大きくし、蒸発器７の蒸発圧力を低下させることにより、蒸発器７を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁４８は、その出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。
【００３７】
なお、図示を省略するが、過熱度制御弁４８は、例えば上流側から冷媒を導入する入口ポートと、下流側へ冷媒を導出する出口ポートと、その入口ポートと出口ポートとを連通する弁孔とが設けられたボディと、弁孔に接離して弁開度を調整する弁体を含む弁駆動体と、出口ポート側（弁部の下流側）の内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知し、過熱度制御弁４８の出口側（弁部の下流側）の冷媒の過熱度が設定過熱度となるよう弁体を開閉駆動する感温部とを備えるものでよい。
【００３８】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。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には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、切替弁３０および流量制御弁３２などの開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００３９】
制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて流量制御弁３２の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。
【００４０】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は除霜運転時の状態を示している。ここでいう「除湿運転」は、車室内の除湿をメインとして運転状態であり、「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。
【００４１】
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｉはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００４２】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第１弁部が開弁され、第２弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６においては流量制御弁３２が閉弁状態とされる。このとき、切替弁３４は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより小さくなるため、第１弁部が閉弁状態（第２弁部は開弁状態）となり、室内凝縮器３から導出された冷媒は室外熱交換器５に導かれるようになる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、切替弁３０、室外熱交換器５、切替弁３４、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が切替弁３４の第２弁部３１２を通過して過冷却度制御弁４２にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４２は、室外熱交換器５の出口側（ｅ点）の過冷却度が設定値ＳＣとなるように弁部の開度を自律的に調整する。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
【００４４】
図２（Ｂ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第２弁部が開弁されてバイパス通路２６が開放される一方、第２制御弁ユニット６において流量制御弁３２の開度が制御される。このとき、切替弁３４は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより大きくなるために第１弁部が開弁状態（第２弁部は閉弁状態）となり、室内凝縮器３から導出された冷媒の一部が蒸発器７に導かれるようになる。すなわち、流量制御弁３２の小口径制御がなされ、その開度が調整されることで、蒸発器７および室外熱交換器５に向かう冷媒の流量の割合が調整される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、切替弁３４の第１弁部、過冷却度制御弁４２、蒸発器７、過熱度制御弁４８、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、流量制御弁３２、室外熱交換器５、切替弁３０、過熱度制御弁４６、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、室内凝縮器３から導出された冷媒の一方は、流量制御弁３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５に供給されて蒸発する。また、室内凝縮器３から導出された冷媒の他方は、過冷却度制御弁４２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７に供給されて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、流量制御弁３２の開度により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。一方、蒸発器７へ供給される冷媒流量は、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整される。
【００４６】
この特定暖房運転においては除湿運転が良好に行われるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、過冷却度制御弁４２により室内凝縮器３の出口における所定の過冷却度ＳＣが維持されることで（ｃ点）、室内凝縮器３における凝縮能力が適正に維持され、室外熱交換器５（室外蒸発器）および蒸発器７（室内蒸発器）のそれぞれにおいて効率の良い熱交換が行われる。このとき、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持されるため（ａ点）、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｇ点）は、過熱度制御弁４６の出口の冷媒の状態（ｈ点）とバランスするように変化する。
【００４７】
すなわち、図示のように過熱度制御弁４６の出口側にて過熱度が発生している場合、蒸発器７の出口における冷媒の湿り度（ｇ点）は、過熱度制御弁４６の出口における冷媒の過熱度（ｈ点）とバランスする。また、逆に、過熱度制御弁４８の出口側にて過熱度が発生する場合には、室外熱交換器５の出口における湿り度（（ｄ）点）が、過熱度制御弁４８の出口側の過熱度（（ｉ）点）とバランスするようになる。
【００４８】
また、除霜運転時においては、図２（Ｃ）に示すように、第１制御弁ユニット４において切替弁３０の第２弁部が開弁されてバイパス通路２６が開放される一方、第２制御弁ユニット６において流量制御弁３２が開弁される。このとき、流量制御弁３２は大口径制御を実行する。その結果、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒（ホットガス）が、流量制御弁３２を通過して室外熱交換器５に供給される。除霜運転が安定した状態においては図中実線にて示すように、室外熱交換器５から導出された冷媒は、アキュムレータ８に導入されることにより飽和蒸気線上に制御される（ａ点）。一方、アキュムレータ８内の液冷媒が不足等により過熱度制御弁４６の出口側に過熱度が発生する場合には、図中点線にて示すように、過熱度制御弁４６がその過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう冷媒の流れを制御する（ｈ点）。
【００４９】
次に、流量制御弁の具体的構成について説明する。図３は、流量制御弁の具体的構成を表す断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。（Ａ）は図３のＣ部拡大図を示し、（Ｂ）は図３のＤ部拡大図を示す。
図３に示すように、流量制御弁３２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。
【００５０】
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。導入ポート１１０は第２分岐通路２８の上流側（バイパス通路２５側）に連通し、導出ポート１１２は第２分岐通路２８の下流側（第３通路２３側）に連通する（図１参照）。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
弁体１３０は、縮径部を介して区画部１４４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。
【００５６】
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。
【００５７】
すなわち、図４（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４（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。
【００５８】
図３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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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とともに流量制御弁３２のボディを構成する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
以上のように構成された流量制御弁３２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５および図６は、流量制御弁の動作状態を表す説明図である。図５は第１の弁部の全開状態を表し、図６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３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。図７は、流量制御弁の制御状態と弁開度の状態を示す説明図である。同図の横軸にはステッピングモータの開弁方向への回転数（回数）を示し、縦軸には弁開度（弁ストローク：ｍｍ）を示している。
【００７１】
流量制御弁３２の流量制御において、制御部１００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。
【００７２】
具体的には、特定暖房運転時などの小口径制御を実行する場合（図２（Ｂ）参照）、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３に示す全閉状態と図５に示す全開位置との間の範囲で駆動される。それにより、図７に示すように開度が変化する。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）は図示のように比例的に変化する。なお、このとき回転ストッパ１８８も同じストロークだけ上方に変位する。
【００７３】
また、除霜運転時などの大口径制御を実行する場合（図２（Ｃ）参照）、図５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。
【００７４】
このとき、弁体１３０は、図５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。それにより、図７に示すように開度が変化する。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）は図示のように比例的に変化する。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ため、制御部１００は、流量制御弁３２を任意の開度に制御することができる。
【００７５】
［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。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、流量制御弁３２、切替弁３４および過冷却度制御弁４２を一体に構成している点で第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第２実施形態に係る複合弁の具体的構成を表す断面図である。
【００７６】
本実施形態の車両用冷暖房装置は、第２制御弁ユニット６の構成要素として図示の複合弁を備える。この複合弁は、共用のボディ２０４に流量制御弁３２、切替弁３４および過冷却度制御弁４２を組み付けて構成される。ボディ２０４には、バイパス通路２５に連通する導入ポート１１０、および第３通路２３の上流側に連通する導入出ポート２１０のほか、第３通路２３の下流側に連通する導出ポート２１２が設けられている（図１参照）。なお、流量制御弁３２の構造については第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７７】
切替弁３４は、第１分岐通路２７と導出ポート２１２とを連通する通路に設けられた第１弁部３１１と、導入出ポート２１０と導出ポート２１２とを連通する通路に設けられた第２弁部３１２とを含む三方弁であり、両弁部を開閉する共用弁体３１５を含む。すなわち、共用弁体３１５には第１分岐通路２７と導出ポート２１２とを連通する弁孔３２０と、導入出ポート２１０と導出ポート２１２とを連通する弁孔３２４とが設けられ、共用弁体３１５が弁孔３２０に接離して第１弁部３１１を開閉し、共用弁体３１５が弁孔３２４に接離して第２弁部３１２を開閉する。弁孔３２０と弁孔３２４とはその中心軸に同軸状に設けられている。
【００７８】
共用弁体３１５は、その一端部が弁孔３２０に挿抜可能に構成され、他端部が弁孔３２４に挿抜可能に構成されている。共用弁体３１５の一端部は、その外径が弁孔３２０の内径とほぼ等しくなっており、その先端には弁孔３２０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。また、共用弁体３１５の他端部は、その外径が弁孔３２４の内径とほぼ等しくなっており、その先端には弁孔３２４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。
【００７９】
ここで、弁孔３２０と弁孔３２４の有効径が等しく構成されているため、共用弁体３１５に作用する下流側圧力Ｐｐの影響はキャンセルされる。共用弁体３１５は、その前後差圧、つまり上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰset以上であれば、第１弁部３１１を開弁させ第２弁部３１２を閉弁させる状態を維持する。前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧ΔＰsetより小さくなると、共用弁体３１５がスプリング３２９の付勢力によって図の右方へ動作し、第１弁部３１１を閉弁させ第２弁部３１２を開弁させる。設定差圧ΔＰsetは、スプリング３２９の荷重調整により設定される。
【００８０】
過冷却度制御弁４２は、切替弁３４の下流側の通路２１４に設けられ、上流側から導入された冷媒を絞り膨張する弁部と、その弁部を開閉駆動するパワーエレメント３３２を備えている。過冷却度制御弁４２は、プレス成形されたボディ３４０に弁体３４２を収容して構成される。ボディ３４０の上端部には、パワーエレメント３３２が一体に設けられている。ボディ３４０の下半部は縮径されており、その縮径部に弁孔３４４が形成されている。ボディ３４０の上半部には内外を連通させる導入ポート３４８が設けられ、下半部には内外を連通させる導出ポート３５０が設けられている。ボディ３４０の下端部はばね受けにより封止されて背圧室３６０が形成されている。そのばね受けと弁体３４２との間には、弁体３４２を開弁方向に付勢するスプリングが介装されている。弁体３４２は、弁孔３４４の上流側から接離して弁部を開閉する。
【００８１】
パワーエレメント３３２は、中空のハウジングと、ハウジング内を密閉空間と開放空間とに仕切るように配設されたダイアフラム３５２とを含んで構成されている。密閉空間には、基準ガスとして冷凍サイクルを循環する冷媒ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）と窒素ガスとの混合ガスが充填されている。ダイアフラム３５２の下面には弁体３４２の上端面が当接する。弁体３４２を軸線方向に貫通するように連通路が形成されており、導入ポート３４８から導入された冷媒は、その連通路を介して背圧室３６０にも導かれるようになっている。本実施形態では、弁体３４２の背圧室３６０における有効径と弁孔３４４の有効径とが等しくされているため、弁体３４２に作用する上流側の圧力Ｐｐはキャンセルされる。
【００８２】
過冷却度制御弁４２によれば、過冷却度の制御状態において過冷却度が設定値ＳＣよりも大きくなると、パワーエレメント３３２が低温を感知して開弁方向に動作する。その結果、弁開度が大きくなるため上流側の圧力Ｐｐが低くなり、過冷却度が小さくなる方向に変化する。逆に、過冷却度が設定値ＳＣよりも小さくなると、パワーエレメント３３２が高温を感知して閉弁方向に動作する。その結果、弁開度が小さくなるため上流側の圧力Ｐｐが高くなり、過冷却度が大きくなる方向に変化する。このようにして過冷却度が設定値ＳＣに保たれるようになる。
【００８３】
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。
【００８４】
上記実施形態では、図３に示したように、シャフト１８２のガイド部１８４や回転ストッパ１８８の係合部１９０をいずれもコイル状の部材により螺旋状に形成する例を示した。変形例においては、例えばシャフト１８２のガイド部１８４を雄ねじ部とし、回転ストッパ１８８の係合部１９０を雌ねじ部とするねじ機構としてもよい。すなわち、両者により回転を並進に変換する機構が構成されればよい。
【００８５】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【００８６】
上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における圧縮機２と流量制御弁３２との間に熱交換器を設ける一方、ダクト１０内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から流量制御弁３２へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて流量制御弁３２に供給することが可能となる。
【符号の説明】
【００８７】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁ユニット、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３０ 切替弁、 ３２ 流量制御弁、 ３４ 切替弁、 ４２ 過冷却度制御弁、 ４６，４８ 過熱度制御弁、 ５０ 開閉弁、 １００ 制御部、 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、 １１８ 軸受部、 １２０ 雌ねじ部、 １２４ ガイド孔、 １２６ 弁孔、 １２８ 弁座、 １３０，１３２ 弁体、 １３４ 弁作動体、 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、 １５８ 雄ねじ部、 １７０ スリーブ、 １７１ 励磁コイル、 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、 １８８ 回転ストッパ、 １９０ 係合部、 １９２ 動力伝達部、 ２０４ ボディ、 ２１０ 導入出ポート、 ２１２ 導出ポート、 ３１１ 第１弁部、 ３１２ 第２弁部、 ３１５ 共用弁体、 ３２０，３２４ 弁孔、 ３３２ パワーエレメント、 ３４０ ボディ、 ３４２ 弁体、 ３４４ 弁孔、 ３４８ 導入ポート、 ３５０ 導出ポート、 ３５２ ダイアフラム、 ３６０ 背圧室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータ駆動式の制御弁において、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒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、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するロータを有するステッピングモータと、
前記ボディに固定され、前記ロータの軸線方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、
前記ガイド部にそって係合する係合部と前記ロータに支持される動力伝達部とを有し、前記ロータの回転とともに前記シャフトの軸線方向に変位し、前記動力伝達部が前記シャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることにより前記ロータの回転を規制する回転ストッパと、
前記ロータに係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともに前記ボディに螺合し、前記ロータの回転により前記弁体と一体に前記弁部の開閉方向に動作する弁作動体と、
を備え、
前記ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、
前記シャフトが前記ロータの内部空間に延設されることにより、前記回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁作動体が前記シャフトと同一軸線上に配置され、
前記ロータの一端側の軸受部が、前記ロータと前記弁作動体との螺合部の外側に位置するよう前記ボディに設けられ、
前記ロータの他端側の軸受部が、前記シャフトにおける前記弁作動体とは反対側の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁作動体と一体に動作可能な第１の弁体と、
前記第１の弁体と一体に動作可能な第２の弁体と、
前記第２の弁体に形成された第１の弁孔と、
前記ボディに前記第１の弁孔よりも大径に形成された第２の弁孔と、
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記第１の弁体が前記第１の弁孔に接離することにより第１の弁部を開閉する一方、前記第２の弁体が前記第２の弁孔に接離することにより第２の弁部を開閉し、
前記ロータが一方向に回転することにより前記第１の弁体が変位して前記第１の弁部が全開状態となったときに前記第２の弁体が前記第１の弁体に係合し、前記ロータが同方向にさらに回転することにより前記第２の弁体が前記第１の弁体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記第２の弁体への上流側圧力の影響をキャンセルするキャンセル構造をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記第２の弁体に連設されて前記第２の弁孔の下流側にて前記ボディとの間に背圧室を形成する区画部と、前記背圧室に上流側圧力を導入するための連通路とを含み、
前記キャンセル構造が、前記第２の弁体の有効受圧面積と前記区画部の有効受圧面積とを等しくすることにより実現されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記第２の弁体に設けられた弾性体からなり、前記第２の弁孔の上流側開口端部に着脱して前記第２の弁部を開閉する弁部材と、
前記背圧室に設けられた弾性体からなり、前記第２の弁部が閉弁状態となるときに前記区画部に密着してその有効受圧面積を拡大する受圧調整部材と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記第１の弁体は、前記第１の弁部の開弁時に前記弁作動体と一体に動作可能となり、前記第１の弁部の閉弁時に前記弁作動体と相対変位作可能となるよう前記弁作動体に支持されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の制御弁。
【請求項１】
ステッピングモータ駆動式の制御弁において、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒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、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するロータを有するステッピングモータと、
前記ボディに固定され、前記ロータの軸線方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、
前記ガイド部にそって係合する係合部と前記ロータに支持される動力伝達部とを有し、前記ロータの回転とともに前記シャフトの軸線方向に変位し、前記動力伝達部が前記シャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることにより前記ロータの回転を規制する回転ストッパと、
前記ロータに係合して軸線方向に並進可能に支持されるとともに前記ボディに螺合し、前記ロータの回転により前記弁体と一体に前記弁部の開閉方向に動作する弁作動体と、
を備え、
前記ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、
前記シャフトが前記ロータの内部空間に延設されることにより、前記回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁作動体が前記シャフトと同一軸線上に配置され、
前記ロータの一端側の軸受部が、前記ロータと前記弁作動体との螺合部の外側に位置するよう前記ボディに設けられ、
前記ロータの他端側の軸受部が、前記シャフトにおける前記弁作動体とは反対側の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁作動体と一体に動作可能な第１の弁体と、
前記第１の弁体と一体に動作可能な第２の弁体と、
前記第２の弁体に形成された第１の弁孔と、
前記ボディに前記第１の弁孔よりも大径に形成された第２の弁孔と、
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記第１の弁体が前記第１の弁孔に接離することにより第１の弁部を開閉する一方、前記第２の弁体が前記第２の弁孔に接離することにより第２の弁部を開閉し、
前記ロータが一方向に回転することにより前記第１の弁体が変位して前記第１の弁部が全開状態となったときに前記第２の弁体が前記第１の弁体に係合し、前記ロータが同方向にさらに回転することにより前記第２の弁体が前記第１の弁体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記第２の弁体への上流側圧力の影響をキャンセルするキャンセル構造をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記第２の弁体に連設されて前記第２の弁孔の下流側にて前記ボディとの間に背圧室を形成する区画部と、前記背圧室に上流側圧力を導入するための連通路とを含み、
前記キャンセル構造が、前記第２の弁体の有効受圧面積と前記区画部の有効受圧面積とを等しくすることにより実現されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記第２の弁体に設けられた弾性体からなり、前記第２の弁孔の上流側開口端部に着脱して前記第２の弁部を開閉する弁部材と、
前記背圧室に設けられた弾性体からなり、前記第２の弁部が閉弁状態となるときに前記区画部に密着してその有効受圧面積を拡大する受圧調整部材と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記第１の弁体は、前記第１の弁部の開弁時に前記弁作動体と一体に動作可能となり、前記第１の弁部の閉弁時に前記弁作動体と相対変位作可能となるよう前記弁作動体に支持されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５７６７３（Ｐ２０１２−５７６７３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９８００（Ｐ２０１０−１９９８００）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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