【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを構成する容量可変型圧縮機の吐出容量を制御するための制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルに用いられる容量可変型斜板式圧縮機（以下圧縮機とする）は、斜板収容室であるクランク室の内圧を調節することで、斜板の傾斜角度つまり吐出容量を変更可能な構成を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
すなわち、前記圧縮機には、クランク室の内圧調節のために制御弁が備えられている。制御弁は、例えば、冷凍サイクルの高圧領域とクランク室とを接続する給気通路の開度を変更する。冷凍サイクルの低圧領域とクランク室とは抽気通路を介して連通されている。
【０００４】
そして、前記制御弁の開度を調節することで、給気通路を介した高圧領域からクランク室への高圧冷媒ガスの導入量と、抽気通路を介したクランク室から低圧領域へのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室の内圧が決定される。クランク室の内圧変更に応じて斜板の傾斜角度が変更される結果、ピストンのストロークすなわち圧縮機の吐出容量が調節される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７３５５６号公報（第１５−１６頁、第１２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、冷凍サイクルの冷媒として、従来のフロンに代えて二酸化炭素を用いることが一般的となりつつある。冷媒として二酸化炭素を使用すると、冷凍サイクルの高圧と低圧との差が、フロン冷媒を用いた場合よりも遙かに大きくなる（例えば１０ＭＰａ）。従って、冷凍サイクル内の圧力差を利用して圧縮機の吐出容量を調節する前記構成においては、冷凍サイクル内に生じる大きな高低圧差に基づいて、制御弁の内部を冷媒ガスが高速で流動されることがある。
【０００７】
前記制御弁の内部を冷媒ガスが高速で流動すると、該冷媒ガス中に含まれる、フィルタで除去しきれない微小異物（例えば１０〜２０μｍの固体粒子）によって、制御弁の内部にエロージョンが発生する。制御弁の構造上、冷媒ガスの流線を大きくかつ複雑に屈曲させることとなる弁開度調節位置付近においてエロージョンが発生し易い。特に、弁開度調節位置を構成する弁座の座面及び弁体の開閉面に傷が発生すると、制御弁の全閉状態、言い換えれば弁座の座面と弁体の開閉面との当接状態においても、傷を介して冷媒ガスが漏れてしまい、制御弁の全閉状態に応じた圧縮機の吐出容量を維持できなくなる問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、全閉状態における冷媒ガスの漏れを低減可能な容量可変型圧縮機の制御弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明の制御弁は、通路の開度調節を行なう弁座の座面及び弁体の開閉面の少なくとも一方が、高硬度な材質で構成されている。従って、冷媒ガスに含まれる異物（固体粒子）の衝突によっても、弁座の座面及び弁体の開閉面の少なくとも一方には傷が付き難くなる。よって、該傷の発生に起因した、制御弁の全閉状態における冷媒ガスの漏れを低減することができ、制御弁の全閉状態に応じた容量可変型圧縮機の吐出容量を維持することが可能となる。
【００１０】
なお、前記「高硬度な材質」とは、冷凍サイクル内の高低圧差の大きさや異物の材質・サイズ等を勘案してエロージョンが発生し難い硬度の材質のことである。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１において、前記弁座の座面及び弁体の開閉面の両方が高硬度な材質で構成されている。従って、冷媒ガスに含まれる異物（固体粒子）の衝突によっても、高硬度な材質で構成された弁座の座面及び弁体の開閉面には傷が付き難くなる。よって、制御弁の全閉状態における冷媒ガスの漏れを、より効果的に低減することができる。
【００１２】
また、前記座面と開閉面は異なる材質よりなっている。従って、該両面間において、所謂「ともがね現象」が発生することを防止できる。
請求項３の発明は請求項１又は２において、冷媒圧縮用の容量可変型圧縮機の制御弁に適用するのに特に好適な「高硬度な材質」について言及するものである。すなわち、前記高硬度な材質は、高硬度な材質は、ニッケルめっき、ニッケル−リンめっき、ニッケル−ボロンめっき、ニッケル−リン−ボロンめっき、ニッケル−ボロン−タングステンめっき、クロムめっき、銅めっき、塩浴窒化、イオン窒化、ガス軟窒化、浸炭のいずれか一種による素材（弁座の素材及び／又は弁体の素材）の表面硬化よりなっている。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれかにおいて、前記冷凍サイクルの高圧領域には、該領域を流動する冷媒ガスから潤滑油を分離するためのオイルセパレータが配設されている。前記通路は、オイルセパレータとクランク室とを接続することで、オイルセパレータで分離された潤滑油をクランク室へ供給するための供給通路も兼ねている。
【００１４】
前記オイルセパレータにおいては、冷媒ガスからの潤滑油の分離と同時に異物も分離されることとなる。従って、例えば、前記通路が供給通路を兼用しない構成と比較して、制御弁の内部を多くの異物が通過されることとなる。しかし、弁座の座面及び弁体の開閉面の少なくとも一方が高硬度な材質で構成されており、このような厳しい条件下においても、制御弁の全閉状態における冷媒ガスの漏れを確実に低減することが可能となる。つまり、請求項１〜３の発明は、通路が、オイルセパレータからクランク室への潤滑油の供給通路を兼用する場合において適用するのに特に好適なのである。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜４のいずれかにおいて、前記冷凍サイクルの冷媒としては二酸化炭素が用いられている。従って、従来技術において述べたように、制御弁の内部を冷媒ガスが高速で流動されることがある。しかし、弁座の座面及び弁体の開閉面の少なくとも一方が高硬度な材質で構成されており、このような厳しい条件下においても、制御弁の全閉状態における冷媒ガスの漏れを低減することが可能となる。つまり、請求項１〜４の発明は、二酸化炭素冷媒を取り扱う制御弁に対して適用するのに特に好適なのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
図１（ａ）中においては、車両用空調装置の冷凍サイクルを構成する容量可変型斜板式圧縮機（以下、単に圧縮機とする）１が模式的に示されている。該圧縮機１は、図示しない斜板の回転によって圧縮室１ａの容積が変化することで、吸入室２から圧縮室１ａへの冷媒ガスの吸入、及び吸入冷媒ガスの圧縮、並びに圧縮済み冷媒ガスの圧縮室１ａから吐出室３への吐出が行われる。吐出室３の出口付近には、冷媒ガス中にミスト状として含まれる潤滑油を冷媒ガスから分離するためのオイルセパレータ４が配設されている。なお、冷凍サイクルの冷媒としては二酸化炭素が用いられている。
【００１７】
前記圧縮機１において、斜板収容室たるクランク室５と、冷凍サイクルの低圧領域としての吸入室２とは、抽気通路６を介して接続されている。冷凍サイクルの高圧領域としてのオイルセパレータ４と、クランク室５とは、給気通路７を介して接続されている。オイルセパレータ４において冷媒ガスから分離された潤滑油は、冷媒ガスの一部とともに給気通路７を介してクランク室５に供給され、該クランク室５内における各摺動部分の潤滑に供される。つまり、給気通路７は、オイルセパレータ４で分離された潤滑油をクランク室５へ供給するための供給通路も兼ねている。
【００１８】
なお、前記給気通路７の上流側（オイルセパレータ４側）には、冷媒ガス中から異物を除去するためのフィルタ８が配設されている。該フィルタ８は、冷媒ガスの流れを阻害しないこととの兼ね合いで、２０〜３０μｍ以上の異物のみを除去可能なメッシュサイズに設定されている。
【００１９】
前記給気通路７の途中には、該通路７の開度を調節可能な制御弁ＣＶが配設されている。そして、制御弁ＣＶの開度を調節することで、給気通路７を介した吐出室３からクランク室５への高圧冷媒ガスの導入量と、抽気通路６を介したクランク室５から吸入室２へのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室５の内圧が決定される。クランク室５の内圧変更に応じて斜板の傾斜角度が変更される結果、圧縮機１の吐出容量が調節されることとなる。
【００２０】
例えば、前記制御弁ＣＶの開度が小さくされてクランク室５の圧力が低下すると、斜板の傾斜角度が増大し、圧縮機１の吐出容量が増大される。逆に、制御弁ＣＶの開度が大きくされてクランク室５の圧力が上昇すると、斜板の傾斜角度が減少し、圧縮機１の吐出容量が減少される。
【００２１】
次に、前記制御弁ＣＶについて詳述する。
図１（ａ）に示すように、前記制御弁ＣＶのバルブハウジング１０は、上半部のバルブボディ１１と下半部のアクチュエータハウジング１２とからなっている。バルブボディ１１内には、図面下方側から順に、弁室２２、連通路２３及び感圧室２４が区画されている。弁室２２及び連通路２３内には、バルブロッド２５がバルブハウジング１０の軸方向（図面上下方向）に移動可能に配設されている。連通路２３と感圧室２４とは、該連通路２３に挿入されたバルブロッド２５の上端部によって遮断されている。
【００２２】
前記連通路２３は、給気通路７の上流部を介して圧縮機１のオイルセパレータ４と連通されている。弁室２２は、給気通路７の下流部を介して圧縮機１のクランク室５と連通されている。弁室２２及び連通路２３は給気通路７の一部を構成する。
【００２３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、前記弁室２２内には、バルブロッド２５の中間部に形成された、弁体としての弁体部３１が配置されている。バルブボディ１１において、弁室２２と連通路２３との境界に位置する段差は弁座３２をなしており、従って、連通路２３は弁孔をなしている。そして、バルブロッド２５が、図１（ａ）の位置つまり連通路２３（給気通路７）の開放状態から、弁体部３１が弁座３２に着座する位置へ上動すると、該弁体部３１が有する平面状の開閉面３１ａと、弁座３２が有する平面状の座面３２ａとが当接されて連通路２３（給気通路７）が遮断される。弁室２２内にはロッド付勢バネ６０が配置されている。該ロッド付勢バネ６０は、弁体部３１が弁座３２から離間する方向に向けてバルブロッド２５を付勢する。
【００２４】
前記感圧室２４内にはベローズ３３が収容配置されている。ベローズ３３の上端部はバルブハウジング１０に固定されている。ベローズ３３の下端部にはバルブロッド２５の上端部が嵌合されている。感圧室２４内は、有底円筒状をなすベローズ３３によって、該ベローズ３３の内空間である第１圧力室４９と、外空間である第２圧力室５０とに区画されている。
【００２５】
前記吐出室３から図示しない外部冷媒回路への吐出通路４０上には、固定絞り４１が配設されている。第１圧力室４９は第１検圧通路４２を介して、固定絞り４１よりも上流側（吐出室３側）で吐出通路４０に接続されている。第２圧力室５０は第２検圧通路４３を介して、固定絞り４１よりも下流側で吐出通路４０に接続されている。従って、ベローズ３３は、固定絞り４１の前後の圧力差に応じて下端部が変位されることで、この圧力差の変動をバルブロッド２５（弁体部３１）の位置決めに反映させる。なお、ベローズ３３は、固定絞り４１の前後の圧力差の変動を打ち消す側に圧縮機１の吐出容量が変更されるように、弁体部３１を動作させる。
【００２６】
前記バルブハウジング１０の下方側には電磁アクチュエータ部５１が設けられている。電磁アクチュエータ部５１は、アクチュエータハウジング１２内の中心部に有底円筒状の収容筒５２を備えている。収容筒５２において上方側の開口には、円柱状のセンタポスト５３が嵌入固定されている。このセンタポスト５３の嵌入により、収容筒５２内の最下部にはプランジャ室５４が区画されている。
【００２７】
前記プランジャ室５４内には、プランジャ５６が軸方向に移動可能に収容されている。センタポスト５３の中心には軸方向に延びるガイド孔５７が貫通形成され、該ガイド孔５７内には、バルブロッド２５の下端側が軸方向に移動可能に配置されている。バルブロッド２５の下端部は、プランジャ室５４内においてプランジャ５６に嵌合固定されている。従って、プランジャ５６とバルブロッド２５とは常時一体となって上下動する。
【００２８】
前記収容筒５２の外周側には、センタポスト５３及びプランジャ５６を跨ぐ範囲にコイル６１が巻回配置されている。このコイル６１には、図示しないエアコンＥＣＵの指令に基づき電力が供給される。従って、コイル６１への電力供給量に応じた大きさの電磁力（電磁吸引力）が、プランジャ５６とセンタポスト５３との間に発生し、この電磁力はプランジャ５６を介してバルブロッド２５（弁体部３１）に伝達される。
【００２９】
上記構成の制御弁ＣＶにおいては、前記電磁アクチュエータ部５１が弁体部３１に付与する電磁力を外部からの電力供給量に応じて変更することで、ベローズ３３による弁体部３１の位置決め動作の基準となる、固定絞り４１前後の圧力差の制御目標（設定差圧）を変更可能である。つまり、制御弁ＣＶは、コイル６１への電力供給量によって決定された設定差圧を維持するように、この圧力差の変動に応じて内部自律的にバルブロッド２５（弁体部３１）を位置決めする構成となっている。また、この設定差圧は、コイル６１への電力供給量を調節することで外部から変更可能となっている。
【００３０】
さて、従来技術においても述べたように、冷凍サイクル内の圧力差を利用して圧縮機１の吐出容量を調節する本実施の形態においては、冷凍サイクル内に生じる大きな高低圧差に基づいて、給気通路７内を冷媒ガスが高速で流動されることがある。そこで、給気通路７を開閉する制御弁ＣＶの内部においては、弁開度調節位置たる弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａの両方が、エロージョン対策のために高硬度な材質で構成されている。
【００３１】
なお、本実施形態においての「高硬度な材質」とは、冷凍サイクルの高低差が１０ＭＰａ程度にまで大きくなることがあり、又エロージョンの原因となる異物が、酸化珪素等よりなる、高硬度でかつ微小（１０〜２０μｍ）な固体粒子であるので、ビッカース硬さが５００以上の材質のことを指す。
【００３２】
前記弁座３２は素材が真鍮であり、該素材のビッカース硬さは２００程度である。従って、弁座３２の座面３２ａを高硬度な材質とするために、該弁座３２の素材の表面には、ニッケル−リンめっきによる高硬度被膜３２ｂが形成されている。よって、弁座３２の座面３２ａは、ビッカース硬さが５００〜８００の高硬度な材質で構成されることとなる。
【００３３】
また、前記バルブロッド２５（弁体部３１）は素材がＳＵＳであり、該素材のビッカース硬さは３００程度である。従って、弁体部３１の開閉面３１ａを高硬度な材質とするために、該弁体部３１の素材の表面には、塩浴窒化（タフトライド）によって高硬度被膜３１ｂが形成されている。よって、弁体部３１の開閉面３１ａは、ビッカース硬さが９００〜１１００の高硬度な材質で構成されることとなる。
【００３４】
なお、前記各高硬度被膜３１ｂ，３２ｂの膜厚は数μｍ〜１ｍｍ程度であって、図１（ｂ）において各高硬度被膜３１ｂ，３２ｂの膜厚は、理解を容易とするために誇張して描いてある。また、図１（ｂ）ではロッド付勢バネ６０の図示を省略している。
【００３５】
本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） 制御弁ＣＶにおいては、弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａが高硬度な材質で構成されている。従って、冷媒ガスに含まれる異物の衝突によっても、弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａには傷が付き難くなる。よって、該傷の発生に起因した、制御弁ＣＶの全閉状態における冷媒ガスの漏れを低減することができ、制御弁ＣＶの全閉状態に応じた圧縮機１の吐出容量（本実施形態においては最大吐出容量）を維持することが可能となる。
【００３６】
（２） 弁座３２の高硬度被膜３２ｂと、弁体部３１の高硬度被膜３１ｂとが異なる材料で形成されている。従って、弁座３２の座面３２ａと弁体部３１の開閉面３１ａとの間においてともがね現象が発生することを防止できる。
【００３７】
（３） 給気通路７は、オイルセパレータ４で分離された潤滑油をクランク室５へ供給するための供給通路も兼ねている。オイルセパレータ４においては、冷媒ガスからの潤滑油の分離と同時に異物も分離されることとなる。従って、例えば、給気通路７が供給通路を兼用しない構成と比較して、制御弁ＣＶの内部を多くの異物が通過されることとなる。しかし、前記制御弁ＣＶは、弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａが高硬度な材質で構成されており、このような厳しい条件下においても、制御弁ＣＶの全閉状態における冷媒ガスの漏れを確実に低減することが可能となる。つまり、給気通路７が、オイルセパレータ４からクランク室５への潤滑油の供給通路を兼用する構成において本発明を具体化することは、その効果（制御弁ＣＶの全閉状態における冷媒ガスの漏れの低減）を奏するのに特に有効となる。
【００３８】
（４） 圧縮機１は冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮機であって、この冷凍サイクルの冷媒としては二酸化炭素が用いられている。従って、例えばフロン冷媒を用いた場合と比較して、制御弁ＣＶにおける冷媒の高低圧差が遙かに大きくなり、冷媒の流速が遙かに高速になって弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａには異物による傷が付きやすくなる。つまり、二酸化炭素冷媒圧縮機の制御弁において本発明を具体化することは、その効果（制御弁ＣＶの全閉状態における冷媒ガスの漏れの低減）を奏するのに特に有効となる。
【００３９】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の態様でも実施できる。
・上記実施形態を変更し、弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａの一方のみを高硬度な材質で構成すること。このようにしても上記実施形態の（１）と同様な効果（制御弁ＣＶの全閉状態における冷媒ガスの漏れの低減）を奏する。しかし、当然ではあるが、該効果をより確実に奏するのは、弁座３２の座面３２ａ及び弁体部３１の開閉面３１ａの両方が高硬度な材質で構成された上記実施形態の方である。
【００４０】
・上記実施形態において弁座３２の座面３２ａは、ニッケル−リンめっきによる弁座３２の素材の表面硬化によって高硬度な材質で構成されていた。これを変更し、ニッケルめっき、ニッケル−リン−ボロンめっき、ニッケル−ボロンめっき、ニッケル−ボロン−タングステンめっき、クロムめっき、銅めっきのいずれか一つによる弁座３２の素材の表面硬化によって、座面３２ａを高硬度な材質で構成すること。
【００４１】
又は、弁座３２の座面３２ａの高硬度化は、めっきによる素材の表面硬化に限定されるものではなく、イオン窒化、ガス軟窒化、塩浴窒化のいずれか一つによる弁座３２の素材の表面硬化によるものであってもよい。
【００４２】
或いは、弁座３２の素材を浸炭用鋼とし、該素材の浸炭による表面硬化によって、座面３２ａを高硬度な材質で構成すること。
・上記実施形態において弁体部３１の開閉面３１ａは、塩浴窒化による弁体部３１の素材の表面硬化によって高硬度な材質で構成されていた。これを変更し、イオン窒化やガス軟窒化等の他の窒化処理による弁体部３１の素材の表面硬化によって、開閉面３１ａを高硬度な材質で構成すること。
【００４３】
又は、弁体部３１の開閉面３１ａの高硬度化は、窒化処理による素材の表面硬化に限定されるものではない。弁体部３１の開閉面３１ａの高硬度化は、ニッケルめっき、ニッケル−リンめっき、ニッケル−リン−ボロンめっき、ニッケル−ボロンめっき、ニッケル−ボロン−タングステンめっき、クロムめっき、銅めっきのいずれか一つによる弁体部３１の素材の表面硬化によるものであってもよい。
【００４４】
或いは、弁体部３１（バルブロッド２５）の素材を浸炭用鋼とし、該素材の浸炭による表面硬化によって、開閉面３１ａを高硬度な材質で構成すること。
・弁座３２の素材は真鍮に限らず、他の銅系の材料や、アルミニウム系の材料やＳＵＳであってもよい。
【００４５】
・上記実施形態において制御弁ＣＶは、冷凍サイクルの高圧領域（オイルセパレータ４）とクランク室５とを接続する給気通路７の開度を変更することでクランク室５の圧力を調節する、所謂入れ側制御弁に具体化されていた。これを変更し、クランク室５と冷凍サイクルの低圧領域（例えば吸入室２）とを接続する抽気通路６の開度を変更することでクランク室５の圧力を調節する、所謂抜き側制御弁に具体化すること。
【００４６】
・上記実施形態において制御弁ＣＶは、外部からの電力供給量によって決定された設定差圧を維持するように、この圧力差の変動に応じて内部自律的に弁体部３１を位置決めする、所謂外部制御弁に具体化されていた。しかし、本発明は、外部制御弁において具体化することに限定されるものではなく、内部制御弁や、単なる電磁弁において具体化してもよい。
【００４７】
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記弁座の座面及び弁体の開閉面の両方が高硬度な材質で構成されている請求項１に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
【００４８】
（２）前記高硬度な材質とは、ビッカース硬さが５００以上の材質のことである請求項１〜５のいずれか又は前記技術的思想（１）に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
【００４９】
【発明の効果】
上記本発明によれば、全閉状態における冷媒ガスの漏れを低減可能な容量可変型圧縮機の制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は容量可変型斜板式圧縮機の模式図及び制御弁の断面図であって、（ｂ）は（ａ）において弁開度調節位置付近の拡大図。
【符号の説明】
１…容量可変型圧縮機としての容量可変型斜板式圧縮機、２…冷凍サイクルの低圧領域としての吸入室、４…高圧領域としてのオイルセパレータ、５…クランク室、６…クランク室と吸入室とを接続する抽気通路、７…クランク室とオイルセパレータとを接続する給気通路、３１…弁体としての弁体部、３１ａ…弁体部の開閉面、３２…弁座、３２ａ…弁座の座面、ＣＶ…制御弁。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control valve for controlling a displacement of a variable displacement compressor that constitutes a refrigeration cycle.
[0002]
[Prior art]
A variable displacement swash plate compressor (hereinafter referred to as a compressor) used in a refrigeration cycle is configured such that the inclination angle of the swash plate, that is, the discharge capacity, can be changed by adjusting the internal pressure of a crank chamber that is a swash plate storage chamber. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
That is, the compressor is provided with a control valve for adjusting the internal pressure of the crank chamber. The control valve changes, for example, an opening degree of an air supply passage connecting the high pressure region of the refrigeration cycle and the crankcase. The low pressure region of the refrigeration cycle and the crank chamber are communicated via a bleed passage.
[0004]
By adjusting the opening of the control valve, the amount of high-pressure refrigerant gas introduced into the crank chamber from the high-pressure region through the air supply passage and the amount of gas discharged from the crank chamber to the low-pressure region through the bleed passage are increased. Is controlled, and the internal pressure of the crankcase is determined. As a result of changing the inclination angle of the swash plate according to the change in the internal pressure of the crank chamber, the stroke of the piston, that is, the displacement of the compressor is adjusted.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-173556 A (pages 15 to 16, FIG. 12)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, it has become common to use carbon dioxide as a refrigerant for a refrigeration cycle instead of conventional chlorofluorocarbon. When carbon dioxide is used as the refrigerant, the difference between the high pressure and the low pressure of the refrigeration cycle is much larger than when refrigerant gas is used (for example, 10 MPa). Therefore, in the above-described configuration in which the discharge capacity of the compressor is adjusted using the pressure difference in the refrigeration cycle, the refrigerant gas flows at high speed inside the control valve based on the large high-low pressure difference generated in the refrigeration cycle. Sometimes.
[0007]
When the refrigerant gas flows at high speed inside the control valve, erosion occurs inside the control valve due to minute foreign substances (for example, solid particles of 10 to 20 μm) contained in the refrigerant gas and which cannot be removed by the filter. . Due to the structure of the control valve, erosion is likely to occur in the vicinity of the valve opening adjustment position where the streamline of the refrigerant gas is bent in a large and complicated manner. In particular, if the seat surface of the valve seat and the opening / closing surface of the valve body constituting the valve opening adjustment position are damaged, the control valve is fully closed, in other words, the contact between the seat surface of the valve seat and the opening / closing surface of the valve body. Even in the contact state, there is a problem that the refrigerant gas leaks through the flaw and the discharge capacity of the compressor cannot be maintained according to the fully closed state of the control valve.
[0008]
An object of the present invention is to provide a control valve of a variable displacement compressor that can reduce leakage of refrigerant gas in a fully closed state.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the control valve according to the first aspect of the present invention, at least one of the seat surface of the valve seat for adjusting the opening of the passage and the opening / closing surface of the valve element is made of a material having high hardness. Therefore, even if foreign matter (solid particles) contained in the refrigerant gas collides, at least one of the seat surface of the valve seat and the opening / closing surface of the valve element is hardly damaged. Therefore, it is possible to reduce the leakage of the refrigerant gas in the fully closed state of the control valve due to the occurrence of the scratch, and to maintain the discharge capacity of the variable displacement compressor according to the fully closed state of the control valve. It becomes possible.
[0010]
The “high-hardness material” is a material having a hardness that does not easily cause erosion in consideration of the magnitude of the high-low pressure difference in the refrigeration cycle, the material and size of foreign matter, and the like.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, both the seat surface of the valve seat and the open / close surface of the valve element are made of a material having high hardness. Therefore, even when the foreign matter (solid particles) contained in the refrigerant gas collides, the seat surface of the valve seat made of a high-hardness material and the opening / closing surface of the valve element are hardly damaged. Therefore, leakage of the refrigerant gas in the fully closed state of the control valve can be more effectively reduced.
[0012]
The seat surface and the opening / closing surface are made of different materials. Therefore, it is possible to prevent a so-called “watching phenomenon” from occurring between the two surfaces.
The invention of claim 3 refers to “high-hardness material” particularly suitable for being applied to a control valve of a variable displacement compressor for compressing refrigerant in claim 1 or 2. That is, the high-hardness material is a high-hardness material such as nickel plating, nickel-phosphorus plating, nickel-boron plating, nickel-phosphorus-boron plating, nickel-boron-tungsten plating, chromium plating, copper plating, and salt bath. It consists of surface hardening of a material (valve seat material and / or valve body material) by any one of nitriding, ion nitriding, gas nitrocarburizing, and carburizing.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, an oil separator for separating lubricating oil from refrigerant gas flowing in the high-pressure region of the refrigeration cycle is provided. The passage also serves as a supply passage for supplying the lubricating oil separated by the oil separator to the crank chamber by connecting the oil separator and the crank chamber.
[0014]
In the oil separator, foreign matter is also separated simultaneously with the separation of the lubricating oil from the refrigerant gas. Therefore, for example, a larger amount of foreign matter passes through the inside of the control valve as compared with a configuration in which the passage does not double as a supply passage. However, at least one of the seat surface of the valve seat and the opening / closing surface of the valve element is made of a high-hardness material, and even under such severe conditions, leakage of the refrigerant gas in the fully closed state of the control valve is ensured. It becomes possible to reduce. That is, the inventions of claims 1 to 3 are particularly suitable for application when the passage also serves as a supply passage of lubricating oil from the oil separator to the crank chamber.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, carbon dioxide is used as a refrigerant of the refrigeration cycle. Therefore, as described in the related art, the refrigerant gas may flow at a high speed inside the control valve. However, at least one of the seat surface of the valve seat and the opening / closing surface of the valve body is made of a material having high hardness, and even under such severe conditions, leakage of the refrigerant gas in the fully closed state of the control valve is reduced. It becomes possible. That is, the inventions of claims 1 to 4 are particularly suitable for application to a control valve that handles carbon dioxide refrigerant.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A schematically shows a variable displacement type swash plate type compressor (hereinafter simply referred to as a compressor) 1 which constitutes a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner. The compressor 1 sucks refrigerant gas from the suction chamber 2 into the compression chamber 1a, compresses the suction refrigerant gas, and compresses the compressed refrigerant gas by changing the volume of the compression chamber 1a by rotation of a swash plate (not shown). Is discharged from the compression chamber 1a to the discharge chamber 3. An oil separator 4 for separating lubricating oil contained in the refrigerant gas as a mist from the refrigerant gas is disposed near the outlet of the discharge chamber 3. Note that carbon dioxide is used as a refrigerant of the refrigeration cycle.
[0017]
In the compressor 1, a crank chamber 5 serving as a swash plate housing chamber and a suction chamber 2 serving as a low pressure region of a refrigeration cycle are connected via a bleed passage 6. The oil separator 4 as a high-pressure region of the refrigeration cycle and the crankcase 5 are connected via an air supply passage 7. The lubricating oil separated from the refrigerant gas in the oil separator 4 is supplied to the crank chamber 5 through the air supply passage 7 together with a part of the refrigerant gas, and is used for lubrication of each sliding portion in the crank chamber 5. . That is, the supply passage 7 also serves as a supply passage for supplying the lubricating oil separated by the oil separator 4 to the crank chamber 5.
[0018]
A filter 8 for removing foreign matter from the refrigerant gas is provided upstream of the air supply passage 7 (on the side of the oil separator 4). The filter 8 is set to a mesh size capable of removing only foreign matters of 20 to 30 μm or more in consideration of not obstructing the flow of the refrigerant gas.
[0019]
A control valve CV capable of adjusting the opening degree of the passage 7 is provided in the middle of the air supply passage 7. By adjusting the opening of the control valve CV, the amount of high-pressure refrigerant gas introduced from the discharge chamber 3 into the crank chamber 5 through the air supply passage 7 and the suction chamber from the crank chamber 5 through the bleed passage 6 The balance with the amount of gas led out to 2 is controlled, and the internal pressure of the crank chamber 5 is determined. As a result of the inclination angle of the swash plate being changed in accordance with the change in the internal pressure of the crank chamber 5, the displacement of the compressor 1 is adjusted.
[0020]
For example, when the opening of the control valve CV is reduced and the pressure in the crank chamber 5 decreases, the inclination angle of the swash plate increases, and the discharge capacity of the compressor 1 increases. Conversely, when the opening of the control valve CV is increased and the pressure in the crank chamber 5 increases, the inclination angle of the swash plate decreases, and the displacement of the compressor 1 decreases.
[0021]
Next, the control valve CV will be described in detail.
As shown in FIG. 1A, a valve housing 10 of the control valve CV includes an upper half valve body 11 and a lower half actuator housing 12. In the valve body 11, a valve chamber 22, a communication passage 23, and a pressure-sensitive chamber 24 are partitioned in this order from the lower side in the drawing. A valve rod 25 is provided in the valve chamber 22 and the communication passage 23 so as to be movable in the axial direction of the valve housing 10 (vertical direction in the drawing). The communication passage 23 and the pressure-sensitive chamber 24 are shut off by the upper end of the valve rod 25 inserted into the communication passage 23.
[0022]
The communication passage 23 communicates with the oil separator 4 of the compressor 1 via an upstream portion of the air supply passage 7. The valve chamber 22 communicates with the crank chamber 5 of the compressor 1 via a downstream portion of the air supply passage 7. The valve chamber 22 and the communication passage 23 constitute a part of the air supply passage 7.
[0023]
As shown in FIGS. 1A and 1B, a valve body 31 as a valve body, which is formed in an intermediate portion of the valve rod 25, is disposed in the valve chamber 22. In the valve body 11, a step located at the boundary between the valve chamber 22 and the communication passage 23 forms a valve seat 32, and therefore, the communication passage 23 forms a valve hole. When the valve rod 25 moves upward from the position shown in FIG. 1A, that is, the open state of the communication passage 23 (the air supply passage 7), to a position where the valve body 31 is seated on the valve seat 32, the valve body 25 The flat opening / closing surface 31a of the valve seat 31 and the flat seat surface 32a of the valve seat 32 come into contact with each other, and the communication passage 23 (the air supply passage 7) is shut off. A rod urging spring 60 is disposed in the valve chamber 22. The rod urging spring 60 urges the valve rod 25 in a direction in which the valve body 31 is separated from the valve seat 32.
[0024]
A bellows 33 is accommodated in the pressure-sensitive chamber 24. The upper end of the bellows 33 is fixed to the valve housing 10. The lower end of the bellows 33 is fitted with the upper end of the valve rod 25. The inside of the pressure-sensitive chamber 24 is divided by a bellows 33 having a bottomed cylindrical shape into a first pressure chamber 49 as an inner space of the bellows 33 and a second pressure chamber 50 as an outer space.
[0025]
A fixed throttle 41 is provided on a discharge passage 40 from the discharge chamber 3 to an external refrigerant circuit (not shown). The first pressure chamber 49 is connected to the discharge passage 40 on the upstream side (the discharge chamber 3 side) of the fixed throttle 41 via the first pressure detection passage 42. The second pressure chamber 50 is connected to the discharge passage 40 downstream of the fixed throttle 41 via the second pressure detection passage 43. Therefore, the lower end of the bellows 33 is displaced in accordance with the pressure difference before and after the fixed throttle 41, and the fluctuation of this pressure difference is reflected on the positioning of the valve rod 25 (valve body 31). In addition, the bellows 33 operates the valve body 31 so that the displacement of the compressor 1 is changed to the side that cancels the fluctuation of the pressure difference before and after the fixed throttle 41.
[0026]
An electromagnetic actuator 51 is provided below the valve housing 10. The electromagnetic actuator section 51 includes a cylindrical housing cylinder 52 with a bottom at the center in the actuator housing 12. A cylindrical center post 53 is fitted and fixed to the upper opening of the housing cylinder 52. Due to the fitting of the center post 53, a plunger chamber 54 is defined at the lowermost part in the housing cylinder 52.
[0027]
A plunger 56 is accommodated in the plunger chamber 54 so as to be movable in the axial direction. A guide hole 57 extending in the axial direction is formed through the center of the center post 53, and the lower end of the valve rod 25 is disposed in the guide hole 57 so as to be movable in the axial direction. The lower end of the valve rod 25 is fitted and fixed to the plunger 56 in the plunger chamber 54. Accordingly, the plunger 56 and the valve rod 25 always move up and down integrally.
[0028]
A coil 61 is wound around the outer periphery of the housing cylinder 52 so as to straddle the center post 53 and the plunger 56. Electric power is supplied to the coil 61 based on a command from an air conditioner ECU (not shown). Accordingly, an electromagnetic force (electromagnetic attraction) having a magnitude corresponding to the amount of power supplied to the coil 61 is generated between the plunger 56 and the center post 53, and the electromagnetic force is transmitted via the plunger 56 to the valve rod 25 ( It is transmitted to the valve body 31).
[0029]
In the control valve CV having the above configuration, the electromagnetic force applied to the valve body 31 by the electromagnetic actuator unit 51 is changed according to the amount of electric power supplied from the outside, so that the bellows 33 controls the positioning operation of the valve body 31. The control target (set differential pressure) of the pressure difference before and after the fixed throttle 41 serving as a reference can be changed. In other words, the control valve CV positions the valve rod 25 (valve element portion 31) autonomously internally in accordance with the change in the pressure difference so as to maintain the set differential pressure determined by the amount of power supplied to the coil 61. Configuration. The set differential pressure can be changed externally by adjusting the amount of power supplied to the coil 61.
[0030]
Now, as described in the related art, in the present embodiment in which the discharge capacity of the compressor 1 is adjusted using the pressure difference in the refrigeration cycle, the supply is controlled based on the large high-low pressure difference generated in the refrigeration cycle. The refrigerant gas may flow at a high speed in the air passage 7. Therefore, inside the control valve CV that opens and closes the air supply passage 7, both the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening and closing surface 31a of the valve body 31, which are the valve opening adjustment positions, have high hardness to prevent erosion. It is composed of various materials.
[0031]
The “high hardness material” in the present embodiment means that the height difference of the refrigeration cycle may be as large as about 10 MPa, and the foreign matter that causes erosion is made of silicon oxide or the like. In addition, since the particles are fine (10 to 20 μm) solid particles, the material has a Vickers hardness of 500 or more.
[0032]
The valve seat 32 is made of brass, and has a Vickers hardness of about 200. Therefore, in order to make the seat surface 32a of the valve seat 32 a high-hardness material, a high-hardness coating 32b formed by nickel-phosphorus plating is formed on the surface of the material of the valve seat 32. Therefore, the seat surface 32a of the valve seat 32 is made of a high hardness material having a Vickers hardness of 500 to 800.
[0033]
The material of the valve rod 25 (valve element portion 31) is SUS, and the Vickers hardness of the material is about 300. Therefore, in order to make the opening / closing surface 31a of the valve body 31 a high-hardness material, a high-hardness coating 31b is formed on the surface of the material of the valve body 31 by salt bath nitriding (taftride). Therefore, the opening / closing surface 31a of the valve element portion 31 is made of a high-hardness material having a Vickers hardness of 900 to 1100.
[0034]
The thickness of each of the high-hardness coatings 31b and 32b is about several μm to 1 mm. In FIG. 1B, the thickness of each of the high-hardness coatings 31b and 32b is exaggerated for easy understanding. It is drawn. In FIG. 1B, the illustration of the rod urging spring 60 is omitted.
[0035]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the control valve CV, the seat surface 32a of the valve seat 32 and the open / close surface 31a of the valve body 31 are made of a material having high hardness. Therefore, even when the foreign matter included in the refrigerant gas collides, the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening / closing surface 31a of the valve body 31 are hardly damaged. Therefore, it is possible to reduce the leakage of the refrigerant gas in the fully closed state of the control valve CV due to the occurrence of the flaw, and the discharge capacity of the compressor 1 according to the fully closed state of the control valve CV (in the present embodiment, Is the maximum discharge capacity).
[0036]
(2) The high hardness coating 32b of the valve seat 32 and the high hardness coating 31b of the valve body 31 are formed of different materials. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of a bouncing phenomenon between the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening / closing surface 31a of the valve body 31.
[0037]
(3) The supply passage 7 also serves as a supply passage for supplying the lubricating oil separated by the oil separator 4 to the crank chamber 5. In the oil separator 4, foreign matter is also separated at the same time as the separation of the lubricating oil from the refrigerant gas. Therefore, for example, compared with the configuration in which the air supply passage 7 does not double as the supply passage, more foreign matter passes through the inside of the control valve CV. However, in the control valve CV, the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening / closing surface 31a of the valve body portion 31 are made of a material having high hardness. Even under such severe conditions, the control valve CV is fully closed. Leakage of the refrigerant gas in the state can be reliably reduced. That is, embodying the present invention in a configuration in which the air supply passage 7 also serves as a supply passage of the lubricating oil from the oil separator 4 to the crank chamber 5 has the effect (the refrigerant gas flow when the control valve CV is fully closed). This is particularly effective for achieving a reduction in leakage.
[0038]
(4) The compressor 1 is a refrigerant compressor used in a refrigeration cycle, and carbon dioxide is used as a refrigerant in the refrigeration cycle. Therefore, as compared with the case of using Freon refrigerant, for example, the difference between the high and low pressures of the refrigerant in the control valve CV becomes much larger, the flow velocity of the refrigerant becomes much higher, and the seat surface 32a of the valve seat 32 and the valve element The opening / closing surface 31a of the portion 31 is easily damaged by foreign matter. That is, embodying the present invention in the control valve of the carbon dioxide refrigerant compressor is particularly effective in achieving the effect (reduction of refrigerant gas leakage when the control valve CV is fully closed).
[0039]
The present invention can be implemented in the following modes without departing from the spirit of the present invention.
Modification of the above embodiment, in which only one of the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening / closing surface 31a of the valve body 31 is made of a material having high hardness. Even in this case, the same effect (reduction of refrigerant gas leakage in the fully closed state of the control valve CV) as in (1) of the above embodiment can be obtained. However, as a matter of course, the effect is more reliably exerted in the above-described embodiment in which both the seat surface 32a of the valve seat 32 and the opening / closing surface 31a of the valve body portion 31 are made of a hard material. is there.
[0040]
In the above embodiment, the seat surface 32a of the valve seat 32 is made of a material having high hardness by surface hardening of the material of the valve seat 32 by nickel-phosphorus plating. By changing this, the surface of the valve seat 32 is hardened by one of nickel plating, nickel-phosphorus-boron plating, nickel-boron plating, nickel-boron-tungsten plating, chromium plating, and copper plating. 32a is made of a material having high hardness.
[0041]
Alternatively, the increase in hardness of the seat surface 32a of the valve seat 32 is not limited to the surface hardening of the material by plating, and the material of the valve seat 32 is formed by any one of ion nitriding, gas soft nitriding, and salt bath nitriding. Surface curing.
[0042]
Alternatively, the material of the valve seat 32 is made of carburizing steel, and the seat surface 32a is made of a material of high hardness by surface hardening due to carburizing of the material.
In the above-described embodiment, the opening / closing surface 31a of the valve body 31 is made of a material having high hardness by surface hardening of the material of the valve body 31 by salt bath nitriding. By changing this, the opening / closing surface 31a is made of a material having high hardness by surface hardening of the material of the valve body portion 31 by another nitriding treatment such as ion nitriding or gas soft nitriding.
[0043]
Alternatively, the increase in hardness of the opening / closing surface 31a of the valve body 31 is not limited to the surface hardening of the material by the nitriding treatment. The hardness of the opening / closing surface 31a of the valve element portion 31 is increased by one of nickel plating, nickel-phosphorus plating, nickel-phosphorus-boron plating, nickel-boron plating, nickel-boron-tungsten plating, chromium plating, and copper plating. This may be due to the surface hardening of the material of the valve body part 31.
[0044]
Alternatively, the material of the valve body 31 (valve rod 25) is made of carburizing steel, and the opening and closing surface 31a is made of a material having high hardness by surface hardening due to carburizing of the material.
The material of the valve seat 32 is not limited to brass, but may be another copper-based material, an aluminum-based material, or SUS.
[0045]
In the above-described embodiment, the control valve CV adjusts the pressure in the crank chamber 5 by changing the opening of the air supply passage 7 that connects the high-pressure region (oil separator 4) of the refrigeration cycle and the crank chamber 5. It was embodied in the inlet control valve. By changing the opening degree of the bleed passage 6 connecting the crank chamber 5 and the low pressure region of the refrigeration cycle (for example, the suction chamber 2), the pressure in the crank chamber 5 is adjusted. Be embodied.
[0046]
In the above embodiment, the control valve CV internally and autonomously positions the valve body 31 in accordance with the change in the pressure difference so as to maintain the set differential pressure determined by the amount of electric power supplied from the outside. It was embodied in an external control valve. However, the present invention is not limited to being embodied in an external control valve, but may be embodied in an internal control valve or a simple solenoid valve.
[0047]
The technical idea that can be grasped from the above embodiment will be described.
(1) The control valve of the variable displacement compressor according to claim 1, wherein both the seat surface of the valve seat and the open / close surface of the valve body are made of a material having high hardness.
[0048]
(2) The high-hardness material is a material having a Vickers hardness of 500 or more, and the control valve of the variable displacement compressor according to any one of claims 1 to 5 or the technical idea (1). .
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a control valve of a variable displacement compressor which can reduce leakage of refrigerant gas in a fully closed state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic view of a variable displacement swash plate type compressor and a cross-sectional view of a control valve, and FIG. 1B is an enlarged view of the vicinity of a valve opening adjustment position in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Variable capacity swash plate type compressor as a variable capacity compressor, 2 ... Suction chamber as a low pressure area of a refrigeration cycle, 4 ... Oil separator as a high pressure area, 5 ... Crank chamber, 6 ... Crank chamber and suction chamber , An air extraction passage connecting the crank chamber and the oil separator, 31 a valve element as a valve element, 31a an opening / closing surface of the valve element, 32 a valve seat, 32a a valve seat. , CV ... control valve.
