JP2008045526A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチレス可変容量圧縮機に適用されるいわゆるＰｓ感知式の可変容量圧縮機用制御弁を、従来とは異なる構成、好ましくはより簡易な構成で実現する。
【解決手段】可変容量圧縮機用制御弁１によれば、弁体１８に作用する吐出圧力Ｐｄの影響がキャンセルされ、吸入圧力Ｐｓに基づく弁部の開閉制御が行われる。そして、その吸入圧力Ｐｓが設定圧力よりも低くなると、感圧部材６がソレノイド力を低減させる方向の力を発生させて弁部を開きやすくする。それにより、可変容量圧縮機の吐出容量が低減され、過剰冷房が防止される。この容量制御は、感圧部材６が吸入圧力室２５の吸入圧力Ｐｓを感知することにより自律的に行われる。また、感圧部材６がボディ５内に設けられているため、可変容量圧縮機用制御弁が簡易な構成で実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は可変容量圧縮機用制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに好適な可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。

この圧縮機は、車両の走行状態によって回転数が変化するエンジンを駆動源としているため、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数によらず適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機が用いられている。

このような可変容量圧縮機では、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。そして、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整するようにしている。この揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。このクランク室内の圧力は、可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間、またはクランク室と吸入室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁により制御される。

この可変容量圧縮機用制御弁は、一般に、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部を気密に形成されたクランク室に導入する。そして、たとえば吸入室の吸入圧力Ｐｓに応じてその導入量を制御することによってクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃを制御する。つまり、このような可変容量圧縮機用制御弁は、いわゆるＰｓ感知式制御弁とも呼ばれ、その吸入圧力Ｐｓが一定に保たれるように吐出室からクランク室に導入される冷媒の流量を制御する。

すなわち、この可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知する感圧部と、その感圧部が感知した吸入圧力Ｐｓに応じて吐出室からクランク室へ通じる通路を開閉制御する弁部とを備えている。さらに、この可変容量圧縮機用制御弁は、可変容量動作に入るときの吸入圧力Ｐｓの値を外部から自由に設定することができるように、感圧部の設定値を外部電流によって可変できるソレノイドを備えている。吸入圧力Ｐｓは蒸発器の出口温度に比例するため、この吸入圧力Ｐｓを一定以上に保持することにより、蒸発器内での冷媒の凍結を防止することができる。

ところで、外部制御が可能な従来の可変容量圧縮機用制御弁の中には、揺動板の回転軸とエンジンとの間にエンジンの駆動力を伝達または遮断する電磁クラッチを用いずに、これらエンジンと回転軸とを直結したいわゆるクラッチレス可変容量圧縮機を制御するものがある（たとえば特許文献１参照）。

この可変容量圧縮機用制御弁は、上述した弁部を閉弁方向に動作させる電磁力を発生させるソレノイドと、吸入圧力Ｐｓが低くなるにつれて弁部を開弁方向に動作させる感圧部とを備えている。このため、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態になり、クランク圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持することができる。これにより、揺動板が回転軸に対してほぼ直角になり、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。このようにエンジンと回転軸とが直結されていても、吐出容量を実質的にゼロにすることができるため、電磁クラッチを排除することができるのである。

また、このような可変容量圧縮機用制御弁として、ソレノイドを圧力室外に配置することにより、ソレノイドの部分についての耐圧を考慮しなくてもよいものも提案されている（たとえば特許文献２参照）。

この可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイドのプランジャを２つに分割してそれらの間に吸入圧力Ｐｓを感知するダイヤフラム等の感圧部材を配置し、分割された一方のプランジャの動作により弁部の開度を制御するようにしたものである。すなわち、この可変容量圧縮機用制御弁のプランジャは、ダイヤフラムを境界にして吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室に配置されたプランジャと、その圧力室外に配置されたプランジャとに分割されて設けられている。そして、ソレノイドの非通電時には、両プランジャがスプリングの付勢力により互いに離間された状態となり、弁部の全開状態を保持する。一方、ソレノイドの通電時には、両プランジャが互いに吸引されて一体となり、感圧部が感知した吸入圧力Ｐｓに応じて駆動される。そして、その駆動力がシャフトを介して弁体に伝達されて弁部を開閉制御する。
特開２０００−１１０７３１号公報 特開２００５−２１４０５９号公報

しかしながら、引用文献１に具体的に開示された可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓの導入ポートと感圧部との間にソレノイドが配置される構造を有する。つまり、ソレノイドが直接吸入圧力Ｐｓに晒されることになるため、その耐圧強度を十分に考慮しなければならない。また、吸入圧力Ｐｓを、その導入ポートからソレノイドの狭い冷媒通路を経由して比較的大きな感圧部へ伝える必要があるため、その吸入圧力Ｐｓを感圧部に伝えるための構成も複雑になる。

一方、引用文献２に具体的に開示された可変容量圧縮機用制御弁も、ソレノイドのプランジャを分割した構造を有するため、ソレノイドのオン・オフに応じて分割されたプランジャを連結・分離する機構を高精度に実現する必要があり、その構成が複雑になる。また、部品点数が増加するとともに組み付けのための作業コストが嵩む。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、クラッチレス可変容量圧縮機に適用されるいわゆるＰｓ感知式の可変容量圧縮機用制御弁を、従来とは異なる構成、好ましくはより簡易な構成で実現することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のある態様の可変容量圧縮機用制御弁は、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる。この可変容量圧縮機用制御弁は、内部に冷媒通路が形成されたボディと、吐出室とクランク室とを連通させる冷媒通路を形成する弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、弁体に軸線方向の力を伝達するためのシャフトと、シャフトに弁部の閉弁方向のソレノイド力を付与可能であり、弁体を弁部の開閉方向に動作させるソレノイドと、可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力を導入する吸入圧力室と、吸入圧力室の圧力を感知し、その吸入圧力室の圧力が設定圧力よりも低くなったときにソレノイド力を低減させる方向の力を発生させる感圧部と、弁体に作用する吐出圧力をキャンセルする圧力キャンセル構造と、を備える。

この態様では、圧力キャンセル構造により弁体に作用する吐出圧力がキャンセルされるため、弁体が純粋に吸入圧力を感知して弁部の開閉動作を行うことになる。この可変容量圧縮機用制御弁はいわゆるＰｓ感知式制御弁として機能する。言い換えれば、仮に圧力キャンセル構造がなければ、可変容量圧縮機用制御弁は吐出圧力と吸入圧力との差圧を感じて弁部の開閉動作を行ういわゆるＰｄ−Ｐｓ制御弁としても機能する。つまり、Ｐｄ−Ｐｓ制御弁とＰｓ感知式制御弁の双方の機能を併せ持つ可変容量圧縮機用制御弁となるところ、この圧力キャンセル構造を設けるというシンプルな発想により、純粋にＰｓ感知式制御弁として機能するようにしたものである。

この態様によれば、吸入圧力室の吸入圧力が監視され、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなると、感圧部がソレノイド力を低減させる方向の力を発生させて弁部を開きやすくする。その結果、可変容量圧縮機の吐出容量が低減され、過剰冷房が防止される。

また、ソレノイドが非通電になると、弁部の閉弁方向のソレノイド力がなくなって弁部が開弁状態となるため、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。すなわち、可変容量圧縮機の回転軸とエンジンとが直結されていても、吐出容量を実質的にゼロにすることができるため、クラッチレス式の可変容量圧縮機に適用することができる。

本発明によれば、クラッチレス可変容量圧縮機に適用されるいわゆるＰｓ感知式の可変容量圧縮機用制御弁を、従来とは異なる構成で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。図２は、図１の可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

図１に示すように、可変容量圧縮機用制御弁１は、図示しない可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知式制御弁として構成されている。

この可変容量圧縮機用制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する弁本体２と、弁本体２の弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。

弁本体２は、プレス成形により得られたボディ５、ボディ５内に設けられた弁機構、および弁機構の動作を左右する感圧部材６等を備えている。

ボディ５は、下半部が拡径した段付円筒状の本体を有し、その拡径部の下半部に有底円筒状の接続部８がその底部を下にして圧入されている。ボディ５の小径部には、円筒状のガイド部材９が圧入されている。さらに、その小径部の上端開口部には、プレス成形により得られた有底円筒状の弁座形成部材１１が圧入されている。

弁座形成部材１１の底部中央には、可変容量圧縮機の吐出室とクランク室とを連通させる弁孔１２が設けられており、その吐出室側の端面の内周縁により弁座１３が形成されている。また、ボディ５内のガイド部材９と弁座形成部材１１との間隙によって冷媒通路が形成され、その冷媒通路に対応するボディ５の側部に、吐出室に連通するポート１５が設けられている。この冷媒通路により吐出圧力室２４が構成される。ポート１５から導入された吐出圧力Ｐｄは弁部を通過することで減圧され、制御されたクランク圧力Ｐｃを生成する。このクランク圧力Ｐｃは、ボディ５の上端開口部に設けられたポート１６を介してクランク室側に導出される。

また、弁座１３に吐出室側から対向して、長尺状の作動ロッド１７の一端部からなる弁体１８が接離自在に配置されている。作動ロッド１７は、ガイド部材９の中央に設けられたガイド孔１９に摺動可能に軸支されている。

また、ボディ５の拡径部の基端部には、可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２０が形成されている。このポート２０は、ボディ５のガイド部材９の下方の領域からなる内部空間に連通している。接続部８の下端中央には開口部２１が設けられており、その内部空間とソレノイド３の内部とを連通させている。ボディ５とソレノイド３とにより囲まれたこの内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される吸入圧力室２５を形成する。吸入圧力Ｐｓは、ソレノイド３の内部にも導入される。吸入圧力室２５には、吸入圧力Ｐｓを感圧して動作する感圧部としての感圧部材６が配置されているが、その詳細については後述する。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。弁本体２とソレノイド３とは、接続部８とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。

コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体１８へ伝達するためのシャフト３７を挿通している。コア３２の上端開口部には、シャフト３７の上端部を摺動可能に支持する軸受部材３８が圧入されているが、この
軸受部材３８とシャフト３７との間には、所定のクリアランスが設けられているため、このクリアランスを介して吸入圧力室２５内の吸入圧力Ｐｓがソレノイド３の内部にも導入されるようになっている。

コア３２には、下端が閉じた有底スリーブ３６が外挿されている。有底スリーブ３６内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３６は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３７の下端部を摺動可能に軸支している。一方、プランジャ３３は、段付円筒状をなし、その上部がシャフト３７の下半部に圧入されている。

ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように取っ手３９が設けられている。取っ手３９は、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。

図２に示すように、弁体１８が作動ロッド１７に連続して同径に形成される一方、弁座形成部材１１に設けられた弁座１３がテーパ状の面により形成されている。このため、弁体１８が接離する弁孔１２の断面積Ａとガイド孔１９の断面積Ｂとが等しくなり、弁体１８に作用する吐出圧力Ｐｄがほぼ完全にキャンセルされる。

また、感圧部材６は、作動ロッド１７とシャフト３７との間に介装されて弁部の開閉方向に変位可能に支持された中空のハウジング４０と、ハウジング４０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された可撓性部材としてのダイヤフラム４１と、密閉空間Ｓ１に配設された弾性部材としての皿ばね４２と、開放空間Ｓ２に収容されるとともに、ハウジング４０を貫通して上方に延びる３本の脚部４３を有する反力伝達部材４４とを備えている。開放空間Ｓ２は、吸入圧力室２５に連通している。

ハウジング４０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた第１ハウジング４５、第２ハウジング４６および第３ハウジング４７を接合して容器状に形成されている。すなわち、円筒状の第１ハウジング４５と皿状の第２ハウジング４６とが、その開口部を突き合わせてその外縁部にポリイミドフィルムからなるダイヤフラム４１の外縁部を挟むようにして組み付けられている。これら第１ハウジング４５と第２ハウジング４６との接合部には、ダイヤフラム４１を挟んだ状態で外周溶接が施されている。第２ハウジング４６の下端中央には真空引き用の孔部が形成されており、真空雰囲気内でその溶接が行われた後にボール部材４８を溶接して封止されることで密閉空間Ｓ１が形成される。この密閉空間Ｓ１には、ダイヤフラム４１に沿って中央部が上側にやや膨らんだ凸形状の皿ばね４２が配置されている。このため、通常時においてはダイヤフラム４１も皿ばね４２に沿った凸形状になっている。なお、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。

第１ハウジング４５は、第２ハウジング４６と反対側、つまり上方に延出する円筒部の上端部に第３ハウジング４７が接合されている。第３ハウジング４７は、その中央部に設けられた接合孔４９に作動ロッド１７の下端部が加締め接合されている。また、第３ハウジング４７の中央よりやや外側には、上面視円形状の凹部５１が形成され、この凹部５１とガイド部材９との間に、感圧部材６を開弁方向に付勢するスプリング５２が介装されている。

また、ダイヤフラム４１の第１ハウジング４５側の面には、ステンレスからなる円板状の反力伝達部材４４が配設されている。この反力伝達部材４４の外周部の３カ所には、上方（つまりダイヤフラム４１と反対側）に延出する脚部４３が設けられている。この脚部４３は、第３ハウジング４７の凹部５１に設けられた貫通孔５４から突出し、感圧部材６の動作によってボディ５の基端面１０に着脱可能になっている。また、第３ハウジング４７の中央部と反力伝達部材４４との間には、反力伝達部材４４を皿ばね４２の荷重に対抗する方向に付勢するスプリング５５が介装されている。このスプリング５５は、皿ばね４２による荷重を微調整するためのものである。第１ハウジング４５と第３ハウジング４７との間に形成された開放空間Ｓ２は、貫通孔５４を介して吸入圧力室２５と連通しており、吸入圧力Ｐｓが導入される。したがって、ダイヤフラム４１は、この吸入圧力Ｐｓを感知して皿ばね４２とともに弁部の開閉方向に変形する。皿ばね４２は、吸入圧力Ｐｓが大きくなると、図示の状態からその周縁部を支点にして反転するように変形し（図３参照）、第２ハウジング４６の内壁にほぼ沿うようになる。言い換えれば、第２ハウジング４６は、その内壁が皿ばね４２が反転して変形したときの形状にほぼ沿う形状に形成されているため、コンパクトになっている。

皿ばね４２は、その中央部が反力伝達部材４４の側に突出した形状を有するため、全体の大きさに対して受圧部がその中央部に偏り、実質的な受圧面積を小さくすることができる。このため、これに対抗するソレノイド力を小さくすることもでき、ソレノイド３のコンパクト化にも寄与し得る。一方、ダイヤフラム４１の大きさはそのまま確保されているため、そのストロークを大きくとることができ、ダイヤフラム４１のしなやかな動きを確保することができる。

一方、ソレノイド３を構成するコア３２の上端開口部には、上述した軸受部材３８が圧入されている。軸受部材３８の上半部の内径は拡径されており、第２ハウジング４６のボール部材４８を収容可能になっている。シャフト３７は、その上端部がボール部材４８を介して感圧部材６に連結し、下方からソレノイド力を伝達できるようになっている。

ここでは、吸入圧力室２５内の吸入圧力Ｐｓが所定の設定圧力Ｐsetよりも低くなると、ダイヤフラム４１および皿ばね４２が図示のように弁体１８側に変形し、反力伝達部材４４の脚部４３がボディ５の基端面１０を押圧する。その結果、反力伝達部材４４に作用する反力が、ダイヤフラム４１、皿ばね４２および第２ハウジング４６を介してシャフト３７に伝達され、ソレノイド力Ｆｓを低減する方向の力が作用するようになっている。この設定圧力Ｐsetは、基本的には皿ばね４２およびスプリング５５のばね荷重によって予め調整され、蒸発器内の温度と吸入圧力Ｐｓとの関係から、蒸発器の凍結を防止できる圧力値として設定されている。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の動作について説明する。図３〜図５は、可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図であり、図２に対応する。図３は、ソレノイド３がオフつまり非通電の状態を示している。図４は、吸入圧力Ｐｓが設定圧力よりも大きいときの状態を示している。図５は、容量制御中において吸入圧力Ｐｓが設定圧力よりも小さくなりつつある過渡期の状態を示している。なお、既に説明した図２は、吸入圧力Ｐｓが設定圧力よりも小さいときの状態を示している。以下においては、図１に基づき、適宜図２〜図５を参照しつつ説明する。

可変容量圧縮機用制御弁１において、ソレノイド３が非通電のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア３２とプランジャ３３との間に吸引力が作用しない。また、スプリング５２が感圧部材６を介してシャフト３７を下方に付勢しているため、図３に示すように、弁体１８が弁座１３から離間して弁部が全開状態となる。このとき、可変容量圧縮機の吐出室からポート１５に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１６からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力になるため、可変容量圧縮機は最小容量運転を行うことになる。また、この場合には吸入圧力Ｐｓが高いので、皿ばね４２が反転した状態となる。このとき、脚部４３が基端面１０から離間しているため、感圧部材６は作動ロッド１７とシャフト３７との間に介装されてはいるが、実質的に機能しない。

また、この構成では、プランジャ３３と有底スリーブ３６との間にプランジャ３３を支持するスプリング等の弾性部材が設けられていないため、シャフト３７が有底スリーブ３６の軸受部分の端部に押しやられ、剛的に支持され得る。このことが、かえってソレノイド３の非通電のプランジャ３３と共振現象を防止している。

一方、自動車用空調装置が起動されたときのように、ソレノイド３の電磁コイル３４に最大の制御電流が供給されると、プランジャ３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体１８を含む作動ロッド１７、感圧部材６、シャフト３７およびプランジャ３３が、一体になってスプリング５２の付勢力に抗して閉弁方向に動作し、図４に示すように、弁体１８が弁座１３に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、可変容量圧縮機は最大容量運転を行うことになる。このとき、吸入圧力Ｐｓが高いうちは皿ばね４２が反転した状態となるため、感圧部材６は実質的に機能しない。

ここで、ソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定された制御状態にあるときには、弁体１８を含む作動ロッド１７、感圧部材６、シャフト３７およびプランジャ３３が一体動作する。このとき、弁体１８は、感圧部材６を開弁方向に付勢するスプリング５２の荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢しているソレノイド３の荷重と、吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。そして、たとえば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、弁体１８が上方へ変位するので弁開度が小さくなり、可変容量圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、図５および図２に示すように、ダイヤフラム４１が上方へ変位し、皿ばね４２が元の形状に戻ろうとする。これにより、感圧部材６を構成する反力伝達部材４４の脚部４３がボディ５に着座し、その反力がシャフト３７に対してソレノイド力を低減させる方向に作用する。この結果、弁体１８への閉弁方向の力が低減されて弁開度が大きくなり、可変容量圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持され、過剰冷房が防止される。

以上に説明したように、本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁１によれば、弁体１８に作用する吐出圧力Ｐｄの影響がキャンセルされ、吸入圧力Ｐｓに基づく弁部の開閉制御が行われる。そして、その吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、感圧部材６がソレノイド力を低減させる方向の力を発生させる。このように、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなったときにソレノイド力を低減させて弁部を開きやすくすることにより、可変容量圧縮機の吐出容量が低減され、過剰冷房を防止することができる。

また、感圧部材６がボディ５内の吸入圧力室２５に配置され、ポート２０から導入された吸入圧力Ｐｓを感圧部材６が直接感知することができる。つまり、感圧部がソレノイド３を跨いで設けられるような複雑な態様はとらない。また、ソレノイド３のプランジャ３３も分割される複雑な態様をとらないため、可変容量圧縮機用制御弁が簡易な構成で実現される。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、感圧部材を含む弁本体の構成が異なる以外は第１の実施の形態とほぼ同様である。このため、第１の実施の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６は、第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

図６に示すように、可変容量圧縮機用制御弁２０１は、吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する弁本体２０２と、弁本体２０２の弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを一体に組み付けて構成されている。

弁本体２０２は、切削加工により得た円筒状の第１ボディ２０５、プレス成形により得た有底円筒状の第２ボディ２０６、第１ボディ２０５内に設けられた弁機構、および第２ボディ２０６内に設けられて弁機構の動作を左右する感圧部材２０７等を備えている。第１ボディ２０５の下端部には、半径方向外向きに延出するフランジ部２０８が設けられており、このフランジ部２０８に第２ボディ２０６の上端部が加締め接合されている。第２ボディ２０６の下端部は、ソレノイド３のコア３２を介してケース３１と加締め接合されている。

第１ボディ２０５の側部にはポート１５が設けられ、上端開口部にはポート１６が設けられている。第１ボディ２０５の上半部には、段付円筒状の弁座形成部材２１０が圧入されており、この弁座形成部材２１０の下端開口端縁により弁座２１１が形成されている。弁座形成部材２１０の内部は弁孔２１２を形成し、その側部には内外を連通させる連通孔２１３が設けられている。一方、第１ボディ２０５の内部には、長尺状の作動ロッド２１５が配置されている。作動ロッド２１５の上端部は弁座形成部材２１０に摺動可能に支持され、下端部は感圧部材２０７に連結されている。作動ロッド２１５の中央部には弁体２１６が一体に形成されている。一方、第２ボディ２０６の側部にはポート２０が設けられている。

弁座形成部材２１０は、その下半部が第１ボディ２０５内に圧入されており、上半部の外径が縮径されている。作動ロッド２１５は、その上端部が弁座形成部材２１０に摺動可能に支持されており、その上端部と弁体２１６との間には縮径部２２０が形成されている。弁体２１６は、この縮径部２２０により形成される段部の基端部に位置し、吐出室側から弁座２１１に接離自在に対向配置されている。このため、ポート１５から導入された冷媒は、縮径部２２０と弁座形成部材２１０との間に形成された冷媒通路および連通孔２１３を通ってポート１６側に導出される。このとき、ポート１５側から導入された吐出圧力Ｐｄは、その冷媒が弁体２１６および弁座２１１からなる弁部を通過することで減圧され、制御されたクランク圧力Ｐｃとなってポート１６を介してクランク室側に導入される。一方、作動ロッド２１５の下端部は、ダイヤフラム２２３を介して感圧部材２０７に連結されている。第１ボディ２０５の下端開口部にはリング状の固定部材２２４が加締め接合されており、ダイヤフラム２２３は、その外周縁がこれら第１ボディ２０５と固定部材２２４との間に挟まれるようにして固定されている。このダイヤフラム２２３により、ポート１５に連通する吐出圧力室２４とポート２０に連通する吸入圧力室２５とが仕切られている。

本実施の形態においては、吐出圧力Ｐｄに対する弁体２１６の有効径Ａ２（弁孔２１２の内径に相当する）とダイヤフラム２２３の有効径Ｂ２とが実質的に等しくなるように構成され、弁体２１６に作用する吐出圧力Ｐｄがキャンセルされている。すなわち、本実施の形態の弁座２１１は、第１の実施の形態の弁座１３のようにテーパ状に形成されておらず、有効径Ａ２と有効径Ｂ２とは厳密には一致しないが、その差が微差であるため圧力キャンセル構造は機能する。

また、第１ボディ２０５の上端開口部には、プレス成形されたばね受け部材２２１が圧入されており、そのばね受け部材２２１と作動ロッド２１５の上端面との間には、作動ロッド２１５ひいては弁体２１６を開弁方向に付勢するスプリング２２２が介装されている。

感圧部材２０７のハウジング２４０は、カップ状の第１ハウジング２４５と第２ハウジング４６とを接合して構成されている。第１ハウジング２４５は、その中央部が縮径してボス状に突出し、作動ロッド２１５の下端部を圧入している。すなわち、作動ロッド２１５の下端部は小径化しており、その小径部がダイヤフラム２２３の中央を貫通して第１ハウジング２４５のボス部に圧入されている。ダイヤフラム２２３が作動ロッド２１５と第１ハウジング２４５との間に挟まれるようにして両者に密着しているため、ダイヤフラム２２３の上下で冷媒の漏洩が防止され、気密性が保持されている。このため、吐出圧力室２４の吐出圧力Ｐｄが吸入圧力室２５に及ぶことはない。

ハウジング２４０の内部には、３つの脚部２４３を有する反力伝達部材２４４が設けられているが、皿ばね４２の荷重を微調整するためのスプリングは設けられていない。このため、ハウジング２４０ひいては感圧部材２０７が全体としてコンパクトに構成されている。その結果、感圧部材２０７を収容する第２ボディ２０６が全体としてコンパクトになっている。

反力伝達部材２４４の各脚部２４３は、第１ハウジング２４５の貫通孔５４から外部に延出し、第１ボディ２０５の底面２３９に着脱する。この脚部２４３が第１ボディ２０５を押す反力がダイヤフラム４１、皿ばね４２、および第２ハウジング４６を介してシャフト３７に伝達され、ソレノイド力Ｆｓを低減する方向の力が作用する。

本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁２０１においても、弁体３１６に作用する吐出圧力Ｐｄの影響がキャンセルされ、吸入圧力Ｐｓに基づく弁部の開閉制御が行われるため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、第２の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁を簡素化したような構成を有する。このため、上記第２の実施の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７は、第３の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁３０１の弁本体３０２においては、弁座形成部材３１０は、ステンレスをプレス成形して有底筒状に構成され、その底部中央に設けられた円孔により弁孔３１２が形成されている。また、その弁孔３１２の下部周端縁によって弁座３１１が形成されている。このため、弁孔３１２における冷媒通路が短くなり、これに対応する作動ロッド３１５の小径部３２０の長さも短くなっている。その結果、作動ロッド３１５の全長が短くなり、第１ボディ３０５が全体としてコンパクトになっている。

本実施の形態では、作動ロッド３１５が、第１ボディ３０５の下半部に設けられたガイド孔３１９に摺動可能に挿通されている。作動ロッド２１５は、断面略六角形状をなし、その頂点部分が円弧状に形成されてガイド孔３１９との摺動部となっている。隣接する摺動部の間には、ポート１５とダイヤフラム２２３とを連通させる複数の冷媒通路３２１が形成される。このため、ポート１５から冷媒とともにゴミが侵入しても冷媒通路３２１を介してダイヤフラム２２３の面上に溜まるため、そのゴミが摺動部に詰まって作動ロッド３１５の動作を阻害するのが防止される。

本実施の形態においても、吐出圧力Ｐｄに対する弁体３１６の有効径Ａ３（弁孔３１２の内径に相当する）とダイヤフラム２２３の有効径Ｂ２とが実質的に等しくなるように構成され、弁体２１６に作用する吐出圧力Ｐｄがキャンセルされている。

本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁３０１によれば、第２の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁２０１と同様の作用効果を得ることができるとともに、コンパクト化の要請にも応えることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、第３の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁をさらに簡素化したような構成を有する。このため、上記第３の実施の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４の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁４０１の弁本体４０２においては、ポート１５とポート２０との間に図７で示したダイヤフラム２２３は設けられていない。すなわち、第１ボディ４０５を軸線方向に貫通するガイド孔４１９に作動ロッド４１５が摺動可能に挿通されている。これら作動ロッド４１５とガイド孔４１９とのクリアランスが小さいため、冷媒が吐出圧力室２４から吸入圧力室２５へ漏れることが抑制されている。

本実施の形態においても、弁体４１６の有効受圧面積を規定する弁孔３１２の断面積Ａ４とガイド孔４１９の断面積Ｂ４とが実質的に等しくなり、弁体４１６に作用する吐出圧力Ｐｄがキャンセルされている。

本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁４０１によれば、第３の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁３０１と同様の作用効果を得ることができるとともに、部品点数を削減することができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、第４の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁の弁部の構造をやや変形したような構成を有する。このため、上記第４の実施の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９は、第５の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁５０１の弁本体５０２においては、弁体５１６および作動ロッド５１５の外径が小さく構成されている。また、これに伴い、弁座形成部材５１０に設けられた弁孔５１２も半径方向に小さくなり、これを貫通する作動ロッド５１５の小径部５２０も細くなっている。

また、弁座形成部材５１０に設けられた弁座５１１が、第１の実施の形態と同様にテーパ状の面により形成されている。このため、弁体５１６が接離する弁孔５１２の断面積Ａ５と、第１ボディ５０５に形成されたガイド孔５１９の断面積Ｂ５とが等しくなり、弁体５１６に作用する吐出圧力Ｐｄがキャンセルされている。

本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁５０１によれば、第４の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁４０１と同様の作用効果を得ることができるとともに、弁体５１６に作用する吐出圧力Ｐｄをほぼ確実にキャンセルすることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の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。

たとえば、上記各実施の形態におけるダイヤフラムは、たとえばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板から構成されていてもよいし、ポリイミド等の樹脂材からなるものでもよい。後者の場合には、たとえばポリイミドフィルムを複数枚重ねて使用すると、耐破損性を高めることができる。

なお、上記実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁は、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、本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、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、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの熱交換器が配置される。

また、上記実施の形態では、弾性部材として皿ばねを用いた例を示したが、他の形態のスプリング、ゴム等その他の弾性力を有する部材により構成することもできる。また、可撓性部材としてダイヤフラム４１を用いた例を示したが、ベローズその他の可撓性を有する部材により構成することもできる。

第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。 図１の可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第３の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第４の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第５の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ 感圧部材、 ９ ガイド部材、 １１ 弁座形成部材、 １２ 弁孔、 １３ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １８ 弁体、 １９ ガイド孔、 ２４ 吐出圧力室、 ２５ 吸入圧力室、 ３２ コア、 ３３ プランジャ、 ３７ シャフト、 ４０ ハウジング、 ４１ ダイヤフラム、 ４３ 脚部、 ４４ 反力伝達部材、 ２０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０５ 第１ボディ、 ２０６ 第２ボディ、 ２０７ 感圧部材、 ２１０ 弁座形成部材、 ２１１ 弁座、 ２１２ 弁孔、 ２１５ 作動ロッド、 ２１６ 弁体、 ２２３ ダイヤフラム、 ２４０ ハウジング、 ２４３ 脚部、 ２４４ 反力伝達部材、 ３０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３０５ 第１ボディ、 ３１０ 弁座形成部材、 ３１１ 弁座、 ３１２ 弁孔、 ３１５ 作動ロッド、 ３１６ 弁体、 ４０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ４０２ 弁本体、 ４０５ 第１ボディ、 ４１５ 作動ロッド、 ４１６ 弁体、 ４１９ ガイド孔、 ５０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ５０２ 弁本体、 ５１０ 弁座形成部材、 ５１１ 弁座、 ５１２ 弁孔、 ５１５ 作動ロッド、 ５１６ 弁体、 ５１９ ガイド孔、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (9)

1. 可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
   内部に冷媒通路が形成されたボディと、
   前記吐出室と前記クランク室とを連通させる冷媒通路を形成する弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記弁体に軸線方向の力を伝達するためのシャフトと、
   前記シャフトに前記弁部の閉弁方向のソレノイド力を付与可能であり、前記弁体を前記弁部の開閉方向に動作させるソレノイドと、
   前記可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力を導入する吸入圧力室と、
   前記吸入圧力室の圧力を感知し、その吸入圧力室の圧力が設定圧力よりも低くなったときに前記ソレノイド力を低減させる方向の力を発生させる感圧部と、
   前記弁体に作用する吐出圧力をキャンセルする圧力キャンセル構造と、
   を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記感圧部は、
   前記吸入圧力室内で変位可能に前記シャフトに支持されたハウジングと、
   前記ハウジング内を密閉空間と前記吸入圧力室に連通する空間とに仕切るように設けられ、前記吸入圧力室の圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記シャフトから離れる方向に変形する可撓性部材と、
   前記可撓性部材と前記ハウジングとの間に配設された弾性部材と、
   前記可撓性部材の前記シャフトと反対側に接続されるとともに前記ハウジングの外部に延出する脚部を有し、前記吸入圧力室の圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記可撓性部材の変形により前記脚部が前記ボディを直接又は間接的に押圧し、その反力によって前記弾性部材及び前記ハウジングを介して前記シャフトに前記ソレノイド力を低減させる方向の力を付与する反力伝達部材と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記弁体は、前記ボディに設けられたガイド孔に摺動可能に挿通された作動ロッドに一体に形成され、
   前記感圧部のハウジングが、前記作動ロッドと前記シャフトとの間に介装されるように配置されたこと、
   を特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記ガイド孔の一端側に、吐出室に連通して吐出圧力を導入する吐出圧力室が形成されるとともに、その吐出圧力室に露出して前記弁孔に対向する前記弁体が形成され、
   前記ガイド孔の他端側に前記吸入圧力室が形成されるとともに、その吸入圧力室において前記感圧部が前記作動ロッドと前記シャフトとの間に挟まれるようにして前記弁部の開閉方向に進退自在に支持され、
   前記圧力キャンセル構造は、前記弁体が接離する前記弁孔の断面積と前記ガイド孔の断面積とが実質的に等しく構成されることで実現されていること、
   を特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記作動ロッドと前記感圧部との間にダイヤフラムが介装されることにより、吐出室に連通して吐出圧力を導入する吐出圧力室と前記吸入圧力室とが仕切られ、
   前記圧力キャンセル構造は、吐出圧力に対する前記弁体の有効径と前記ダイヤフラムの有効径とが実質的に等しくなるように構成されることで実現されていること、
   を特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
6. 前記吐出圧力室に吐出圧力を導入するポートと前記ダイヤフラムとの間に、前記作動ロッドが摺動する前記ガイド孔が形成され、
   前記作動ロッドと前記ガイド孔との摺動部に、前記ポートと前記ダイヤフラムとを連通させる一または複数の冷媒通路が形成されたこと、
   を特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記可撓性部材は、ダイヤフラムからなり、
   前記弾性部材は、前記ダイヤフラムに沿って配置された皿ばねからなること、
   を特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
8. 前記皿ばねは、その中央部が前記反力伝達部材の側に突出した形状を有し、その周縁部を支点にして前記中央部の突出する向きが反転して変形可能なものであることを特徴とする請求項７に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
9. 前記ハウジングの内壁が、前記皿ばねが反転して変形したときの形状にほぼ沿う形状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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