JP4257248B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

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可変容量圧縮機にて冷媒の吐出容量を制御する可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、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ので回転数制御を行うことができない。そこで、一般的には、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。

可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向に往復運動するピストンが吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入して圧縮した後、吐出室に吐出する。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、揺動板の傾斜角度を変化させることができ、これによってピストンのストロークが変化され、冷媒の吐出量が変化させられる。このクランク室内の圧力を変化させるよう制御するのが、可変容量圧縮機用制御弁である。

このような圧縮機の吐出容量を可変制御するため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ようにし、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Ｐｃを制御し、その導入量の制御は、吸入室の吸入圧力Ｐｓに応じて行うようにしている。つまり、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感じて、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吐出圧力Ｐｄの冷媒の流量を制御している。

このため、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、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した可変容量圧縮機用制御弁では、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。そして、感圧部としては、ベローズを用いたものが一般的であるが、ダイヤフラムを用いたものも知られている。

感圧部をダイヤフラムで構成した制御弁では、吸入圧力Ｐｓと大気圧との相対圧力を感知しているため、自動車が標高の高い道路を走行しているときと標高の低い道路を走行しているときとでは大気圧が変化することによって制御誤差が生じる。そこで、吸入圧力を絶対圧で感知するようにして、標高差による制御誤差をなくした制御弁が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。

この制御弁によれば、ダイヤフラムによって封止された真空室と、吐出室からクランク室へ導入する冷媒の流量を制御する弁部と、ダイヤフラムが受ける吸入圧力Ｐｓの設定値を可変するソレノイドとがこの順序で配置して構成されている。
特開２００４−３６５９６号公報

しかしながら、従来の制御弁では、弁部およびソレノイドの中を冷媒が流れる構成になっているので、冷凍サイクルを循環する冷媒に含まれている金属製のごみが特にソレノイドの可動部に影響を与えやすいという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、感圧部にダイヤフラムを使用した可変容量圧縮機用制御弁において、ソレノイドの可動部が冷媒中の金属製のごみの影響を受けないようにすることを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、可変容量圧縮機に装着され、吸入圧力をダイヤフラムにより感知して気密に形成されたクランク室内の圧力を制御する可変容量圧縮機用制御弁において、ソレノイドのコアおよび前記コアから離れる方向に付勢されたプランジャを有底スリーブに収容し、前記有底スリーブの中を気密状態に保つように開口端を前記ダイヤフラムで封止するように構成されていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁が提供される。

このような可変容量圧縮機用制御弁によれば、真空容器となる有底スリーブをダイヤフラムで気密に封止し、その真空容器の中にソレノイドの可動部を配置する構成にした。これにより、ダイヤフラムは、真空と比較して吸入圧力を感知することができるので、吸入圧力を大気圧に左右されない絶対圧で感知することができ、ソレノイドの可動部が冷媒中の金属製のごみの影響を受けることはない。

本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、有底スリーブにソレノイドの可動部を収容してダイヤフラムで封止した内部が真空のアセンブリが別途作られ、これを弁部のボディに固定し、さらにアセンブリの周りにソレノイドのコイルを配置して弁部のボディに固定するように構成したので、組み立て性が良いという利点がある。

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中央縦断面図、図２はダイヤフラムの溶接部位を示す部分拡大断面図、図３は有底スリーブの圧入部位を示す部分拡大断面図である。

この可変容量圧縮機用制御弁は、図の上方に弁部を備えている。弁部は、ボディ１１を有し、そのボディ１１の側部には、可変容量圧縮機に装着されたときにその吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２が設けられており、そのポート１２の周りには、ストレーナ１３が周着されている。吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２は、ボディ１１の上部中央に開口されたポート１４と内部で連通している。そのポート１４は、可変容量圧縮機のクランク室に連通していて、クランク室に制御された圧力Ｐｃを導出する。

ポート１２とポート１４とがボディ１１の内部で連通する冷媒通路には、弁座１５がボディ１１と一体に形成されている。この弁座１５の圧力Ｐｃを導出する側から対向して弁体１６が軸線方向に進退自在に配置されている。この弁体１６は、弁孔を介して図の下方へ延びていてボディ１１に軸線方向に進退自在に保持されたシャフト１７と一体に形成されている。弁体１６とシャフト１７とを結合している細径部には、吐出室からの吐出圧力Ｐｄが導入される。シャフト１７の外径は、弁座１５を構成する弁孔の内径と同じ寸法にして、弁体１６の受圧面積とシャフト１７の受圧面積とを同じにしてある。これにより、吐出圧力Ｐｄが弁体１６を図の上方へ作用する力を、シャフト１７を図の下方へ作用する力によってキャンセルして、弁部の制御が高圧の吐出圧力Ｐｄの影響を受けないようにしている。

弁体１６は、スプリング１８によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング１８は、ポート１４内に螺着されたアジャストねじ１９によって荷重が調整されている。
さらに、ボディ１１の図の下方には、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。

ボディ１１の図の下方には、感圧部およびソレノイドが配置されている。すなわち、ボディ１１の下端部には、真空容器をなす有底スリーブ２１の中にソレノイドの構成要素であるプランジャ２２、コア２３およびスプリング２４を収容し、有底スリーブ２１の開口部を金属製のダイヤフラム２５で封止したアセンブリが配置され、有底スリーブ２１の外側には、コイル２６と、磁気回路を形成するためのヨークを成す磁性材料のリング２７、ケース２８および把手２９とが配置されている。

有底スリーブ２１の中には、コア２３が圧入により固定されていて、これより弁部の側にプランジャ２２が軸線方向に進退自在に配置されている。プランジャ２２は、コア２３の中心を軸線方向に延びるシャフト３０の一端に圧入により固定されており、シャフト３０の他端は、コア２３の中に摺動可能に配置された軸受部３１によって支持されている。シャフト３０の途中には、止輪３２が嵌合され、その止輪３２によって図の上方への移動が規制されるようにばね受け部材３３が設けられていて、そのばね受け部材３３と軸受部３１との間にスプリング２４が配置されている。このスプリング２４により、プランジャ２２は、コア２３から離れる方向へシャフト３０を介して付勢されている。なお、このスプリング２４は、軸受部３１の軸線方向の位置を外部から調節することによって、荷重を変えることができる。具体的には、この可変容量圧縮機用制御弁が組み立てられて最終的な調整を行うときに、有底スリーブ２１の底部を押して内側に変形させていき、これによって底部に当接している軸受部３１の軸線方向の位置を変えてスプリング２４の荷重を調節するようにしており、これによって、この可変容量圧縮機用制御弁のセット値を調整している。

このように、プランジャ２２およびコア２３が収容された有底スリーブ２１は、その開口端に形成されたフランジ部にダイヤフラム２５を溶接することによって封止される。たとえば、図２にその詳細を示したように、有底スリーブ２１のフランジ部にダイヤフラム２５を置き、リング状の当金３４を介して真空雰囲気下でレーザ溶接、抵抗溶接などによりこれらを円周方向に全周溶着することによって、内部が真空状態に保持された気密のアセンブリを構成している。

このアセンブリは、ボディ１１の下端面に設けられた凹部に有底スリーブ２１のフランジ部を配置し、ボディ１１の凹部周りをかしめ加工することにより、補強リング３５を介してボディ１１に固定される。その後、コイル２６を収容しているケース２８が、その上縁部３６をかしめ加工することによってボディ１１に固定される。

また、このアセンブリをボディ１１に取り付ける際に、当金３４とボディ１１との間にＯリング３７を配置して吸入圧力Ｐｓの部屋と大気との間をシールするが、そのＯリング３７は、その中実部分の中心が溶接ライン３８よりも内側に配置されるようにして、ダイヤフラム２５の変位による応力が溶接による材質変化よってもろくなっている溶接ライン３８に達しないようにしている。

ここで、有底スリーブ２１は、たとえばＳＵＳ３０４のようなステンレス材をプレス深絞り加工して作られる。この有底スリーブ２１は、ソレノイドの通電時にプランジャ２２が吸着して摺動抵抗が増えてしまわないよう非磁性体であることが要求される。しかし、ＳＵＳ３０４は、その性質として、強度の冷間加工が行われた場合に、金属の結晶構造が一部変化して磁性を持つことが知られている。このような場合には、有底スリーブ２１は、焼なまし処理して非磁性体に戻される。

一方では、この有底スリーブ２１には、磁気回路的に磁性体であることが望ましい部分がある。それは、コア２３とケース２８とを磁気的に接続している把手２９が配置されている部分である。このため、プレス深絞り加工によってストレート形状に形成された有底スリーブ２１の底部側の一部を、図３にその詳細を示したように、さらに絞り加工している。つまり、有底スリーブ２１の底部側の一部をその径が小さくなるよう強度の冷間加工を施すことにより、有底スリーブ２１の底部側の一部に磁性を持たせ、透磁率を上げるようにすることが可能になる。この有底スリーブ２１の底部側に絞り加工した部分は、径が小さくなっており、コア２３が有底スリーブ２１に圧入によって固定される圧入部３９を構成している。この圧入部３９では、コア２３の圧入量を調節することによってプランジャ２２との磁気ギャップの大きさが調整される。

なお、ステンレス製の有底スリーブ２１の場合には、ダイヤフラム２５も溶接の関係上、ＳＵＳ３０４ＣＳＰと呼ばれるばね用ステンレス材が用いられる。もちろん、有底スリーブ２１およびダイヤフラム２５の材質は、ステンレスに限定されるものではなく、たとえば、有底スリーブ２１を銅、ダイヤフラム２５をベリリウム銅などの材料を用いて形成することもできる。

以上の構成において、リング２７、ケース２８および把手２９は、磁性体によって形成されていて、ソレノイドの磁気回路におけるヨークの機能を果たし、コイル２６によって発生された磁力線は、ケース２８、リング２７、プランジャ２２、コア２３および把手２９からなる磁気回路を通ることになる。

この可変容量圧縮機用制御弁の図１に示す状態は、ソレノイドが通電されていなくて、吸入圧力Ｐｓが高い場合の状態、すなわち、空調装置が動作していないときの状態を示している。吸入圧力Ｐｓが高いので、ダイヤフラム２５は、スプリング２４の荷重に抗して図の下方へ変位し、プランジャ２２をコア２３へ当接させている。このため、シャフト１７を介してダイヤフラム２５に当接している弁体１６は、スプリング１８によって閉弁方向に付勢されているため、弁座１５に着座され、弁部は全閉状態にある。

ここで、自動車用空調装置が起動され、可変容量圧縮機がエンジンによって回転駆動されると、この可変容量圧縮機用制御弁は全閉状態にあるので、可変容量圧縮機は、その最大容量で運転を行うことになる。

可変容量圧縮機が最大容量の運転を続けて、吸入室の吸入圧力Ｐｓが十分に低くなると、ダイヤフラム２５がその吸入圧力Ｐｓを感知して図の上方へ変位していき、これに伴って、プランジャ２２もダイヤフラム２５に吸着された状態のままコア２３から離れていく。このとき、ソレノイドのコイル２６に供給される制御電流を空調の設定温度に対応した冷凍能力の値に設定すると、プランジャ２２は、吸入圧力Ｐｓとスプリング１８，２４の荷重とソレノイドの吸引力とがバランスした位置にて停止する。これにより、シャフト１７を介してダイヤフラム２５に当接している弁体１６もダイヤフラム２５により押し上げられ、弁座１５から離れて所定の開度に設定される。したがって、吐出圧力Ｐｄの冷媒が開度に応じた流量に制御されてクランク室に導入され、可変容量圧縮機は、制御電流に対応した容量の運転に制御されることになる。

ソレノイドのコイル２６に供給される制御電流が一定の場合、ダイヤフラム２５は吸入圧力Ｐｓを絶対圧で感知して弁部の開度を制御する。たとえば冷凍負荷が大きくなって、吸入圧力Ｐｓが高くなった場合は、ダイヤフラム２５は図の下方へ変位するので、弁体１６も下方へ移動して弁部の開度が小さくなり、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が低くなった場合は、ダイヤフラム２５は図の上方へ変位して弁部の開度を大きくするので、可変容量圧縮機は、吐出容量を減らすよう動作する。このようにして、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓがソレノイドによって設定された値になるよう可変容量圧縮機の吐出容量を制御する。

図４は第２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中央縦断面図、図５はダイヤフラムおよび有底スリーブを示す分解拡大断面図である。なお、図４において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁と比較してダイヤフラム２５の形状を変更している。このダイヤフラム２５は、図５にその構成を詳細に示したように、３つの部品から構成されている。まず、最も径の大きな基部４０は、中央に孔が開けられていて有底スリーブ２１のフランジ部に溶接される部分である。この基部４０の上には、漏斗形状を有する中間接続部４１が配置され、その上には、中間接続部４１の上部開口部を塞ぐようにディスク４２が配置されている。これら基部４０、中間接続部４１およびディスク４２は、たとえばベリリウム銅によって形成され、基部４０および中間接続部４１の内周部は、たとえば基部４０の内周縁に突起を設けて全周をプロジェクション溶接により溶接され、中間接続部４１およびディスク４２の外周部は、全周をたとえばレーザ溶接により溶接されて、ダイヤフラム２５を構成している。この場合、有底スリーブ２１は、ダイヤフラム２５と同材質の銅によって形成され、そのフランジ部にダイヤフラム２５の基部４０がたとえばレーザ溶接により真空雰囲気下で全周溶接される。

このようなダイヤフラム２５によれば、感圧部を１枚の金属薄板で構成した第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁に比べて変位方向のストロークを大きく取ることができるので、弁部の制御範囲を広げることができる。

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中央縦断面図である。 ダイヤフラムの溶接部位を示す部分拡大断面図である。 有底スリーブの圧入部位を示す部分拡大断面図である。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 ダイヤフラムおよび有底スリーブを示す分解拡大断面図である。

符号の説明

１１ ボディ
１２ ポート
１３ ストレーナ
１４ ポート
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ シャフト
１８ スプリング
１９ アジャストねじ
２０ ポート
２１ 有底スリーブ
２２ プランジャ
２３ コア
２４ スプリング
２５ ダイヤフラム
２６ コイル
２７ リング
２８ ケース
２９ 把手
３０ シャフト
３１ 軸受部
３２ 止輪
３３ ばね受け部材
３４ 当金
３５ 補強リング
３６ 上縁部
３７ Ｏリング
３８ 溶接ライン
３９ 圧入部
４０ 基部
４１ 中間接続部
４２ ディスク

Claims (6)

1. 可変容量圧縮機に装着され、吸入圧力をダイヤフラムにより感知して気密に形成されたクランク室内の圧力を制御する可変容量圧縮機用制御弁において、
   ソレノイドのコアおよび前記コアから離れる方向に付勢されたプランジャを有底スリーブに収容し、前記有底スリーブの中を気密状態に保つように開口端を前記ダイヤフラムで封止するように構成されていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記コアは、前記有底スリーブへ圧入されており、前記プランジャとの磁気ギャップを前記有底スリーブへの圧入量で調整していることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記有底スリーブは、その底部側の径を小さく形成して前記コアの圧入部としたことを特徴とする請求項２記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記コアを貫通して軸線方向に延びていて一端が前記プランジャに固定されたシャフトと、前記有底スリーブの底部と接触するよう配置されて前記シャフトの他端を支持している軸受部と、一端が前記シャフトに係止され他端が前記軸受部に当接されて前記シャフトを介して前記プランジャを前記コアから離れる方向に付勢するスプリングとを備え、前記有底スリーブの底部を外部から凹むよう変形させて前記スプリングを受けている前記軸受部の位置を変えることで前記スプリングの荷重を調整していることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記有底スリーブは、その開口端にフランジ部を有し、前記フランジ部に前記ダイヤフラムを円周方向に全周溶着することによって封止するとともに、前記ダイヤフラムが前記吸入圧力を受圧する空間と大気との間でシールを行うシール部材を、溶着位置よりも内側に配置してあることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
6. 前記ダイヤフラムは、中央に孔が開けられていて前記有底スリーブの開口端に設けられたフランジ部に溶着される基部と、内周部が前記基部の内周部と溶着された漏斗形状を有する中間接続部と、外周部が前記中間接続部の外周部と溶着されたディスクとによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
   

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