JP5699259B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用空調装置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。

この圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって回転駆動される回転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、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。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で連続的に変えられる。このクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃは、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（単に「制御弁」ともいう）により制御される。

このような制御弁として、例えば吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある（例えば特許文献１参照）。この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部と、感圧部の駆動力を受け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、感圧部による駆動力の設定値を外部電流によって可変できるソレノイドとを備える。このような制御弁は、吸入圧力Ｐｓが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Ｐｓは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。また、車両のエンジン負荷が大きいときにはソレノイドをオフにすることで弁部を全開状態とし、クランク圧力Ｐｃを高くして揺動板を回転軸に対してほぼ直角にすることで、圧縮機を最小容量で運転させることができる。

特開２００８−４５５２６号公報

ところで、このような制御弁の感圧部は、一般にダイヤフラムやベローズといった感圧部材に囲まれた基準圧力室を形成し、その基準圧力室に感圧部材を伸長させる方向の荷重を付与するスプリングが配設されて構成される。そして、その基準圧力室の内外の圧力差による感圧部材の変位によりソレノイド力に対抗する駆動力を発生させる。そのソレノイド力に対抗する駆動力は、感圧部におけるスプリングの荷重設定により調整される。その設定荷重は、通常、制御弁の製造段階において感圧部と軸線方向に組み付けられる部材感の位置調整を行うことにより実現される。

しかしながら、吸入圧力Ｐｓの設定圧力を高精度に設定しようとする場合には、制御弁を組み付けた後に微調整できることが望ましい。この点、感圧部が制御弁のボディの一端に設けられるタイプであれば、その組み付け後に感圧部の一部を軸線方向に物理的に変形させるなどしてその微調整を行うことが可能である。しかしながら、引用文献１の制御弁のように感圧部がボディの内部に設けられるタイプについてはそれが困難であった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、感圧部がボディの内部に設けられるタイプのいわゆるＰｓ感知式の可変容量圧縮機用制御弁において、その感圧部の駆動力の設定値を外部から容易に調整可能とすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の可変容量圧縮機用制御弁は、吸入室の吸入圧力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、一端側からクランク室に連通するクランク室連通ポート、吐出室に連通する吐出室連通ポート、吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられたボディと、吐出室連通ポートとクランク室連通ポートとを連通させる冷媒通路に設けられた主弁を開閉する主弁体と、ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じて主弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を調整可能なソレノイドと、ボディとソレノイドとに囲まれる内部空間に設けられるとともに、吸入圧力を感知して変位する感圧部材を含み、その感圧部材の変位によりソレノイド力に対抗する駆動力を主弁体へ付与可能な感圧部と、ボディの一端側から他端側に向けて軸線方向に沿って延び、一端部がボディの一端側に固定されるとともに他端側が感圧部に連結され、その一端部の固定位置を調整することにより感圧部による駆動力が調整可能となるシャフトと、を備える。

この態様によると、ボディの一端側から他端側に向けて軸線方向に延びるシャフトを設けたことにより、制御弁の組み付け後にそのシャフトの固定位置を再調整することによって感圧部による駆動力の微調整を容易に行うことが可能となる。なお、シャフトのボディへの固定は、例えば圧入により行ってもよい。その場合、その圧入量の調整により感圧部の設定荷重を微調整することができる。あるいは、シャフトそのものにねじ構造を付与してもよい。その場合、そのシャフトの螺入量により感圧部の設定荷重を微調整することができる。

本発明によれば、感圧部がボディの内部に設けられるＰｓ感知式の制御弁において、その感圧部の駆動力の設定値を外部から容易に調整することが可能となる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図５の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 第３実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図９の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 変形例にかかる制御弁の上半部拡大図である。

以下、本発明実施形態を、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実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
本実施形態の制御弁１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される図示しない可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）を制御する制御弁（電磁弁）として構成されている。この圧縮機は、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。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転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、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。制御弁１は、その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することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。

制御弁１は、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感知弁として構成されている。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部を含む弁本体２と、そ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、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の内部に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント４（「感圧部」に該当する）等を備えている。ボディ５とソレノイド３とは接続部材６を介して接続固定されている。

ボディ５には、その上端側からポート１２（「クランク室連通ポート」に該当する）、ポート１４（「吐出室連通ポート」に該当する）、ポート１６（「吸入室連通ポート」に該当する）が設けられている。ボディ５内には、ポート１２とポート１４とを連通させる第１冷媒通路と、ポート１２とポート１６とを連通させる第２冷媒通路とが形成されている。第１冷媒通路にはそれを開閉する主弁が設けられ、第２冷媒通路にはそれを開閉する副弁が設けられている。

ポート１４は、圧縮機の吐出室に連通し、吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１２は、圧縮機のクランク室に連通し、主弁を経由したクランク圧力Ｐｃの冷媒をクランク室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時にはクランク室から排出されたクランク圧力Ｐｃの冷媒を導入する。このとき導入された冷媒は、副弁に導かれる。ポート１６は、圧縮機の吸入室に連通し、吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する一方、圧縮機の起動時に副弁を経由した吸入圧力Ｐｓの冷媒を吸入室へ向けて導出する。

ボディ５には、主弁体１８と副弁体２０とが同軸状に配設されている。主弁体１８は、上部が縮径された段付円筒状をなし、その上部にてボディ５に摺動可能に支持されている。副弁体２０は、円筒状をなし、その下半部が主弁体１８の縮径部に摺動可能に内挿されている。副弁体２０の上部には、半径方向外向きに延出するフランジ部が設けられ、そのフランジ部の下面に主弁座２２が形成されている。副弁体２０の主弁座２２よりも内方の側部には、内外を連通する連通孔２３が設けられている。主弁体１８の上端部が主弁座２２に着脱して主弁を開閉し、吐出室からクランク室へ流れる冷媒流量を調整する。副弁体２０は、その上端開口部にてポート１２に連通し、その内部通路は主弁の開弁により第１冷媒通路を形成し、副弁の開弁により第２冷媒通路を形成する。

ボディ５の下半部とソレノイド３とに囲まれる圧力室２５（内部空間）にパワーエレメント４が設けられている。パワーエレメント４は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位するベローズ２４を含み、そのベローズ２４の変位によりソレノイド力に対抗する駆動力を主弁体１８に付与する。主弁体１８は、パワーエレメント４と一体動作可能に連結されている。このパワーエレメント４の構成の詳細については後述する。

ボディ５の上半部には、その軸線に沿ってシャフト２６が延設されている。シャフト２６は、その一端部がボディ５の上端部に圧入されるようにして固定され、他端部が弁座形成部材２８を介してパワーエレメント４に連結されている。弁座形成部材２８はディスク状をなし、副弁体２０の下端開口部との対向面に副弁座２７が形成されている。副弁体２０が副弁座２７に着脱して副弁を開閉し、クランク室から吸入室へリリーフする冷媒流量を調整する。弁座形成部材２８とパワーエレメント４との間には、主弁体１８を開弁方向に付勢するスプリング２９（「付勢部材」として機能する）が介装されている。副弁体２０とボディ５との間には、副弁体２０を副弁の閉弁方向に付勢するスプリング２１が介装されている。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能する円筒状のケース３０と、ケース３０に対して固定された有底円筒状のスリーブ３１と、スリーブ３１の上半部に内挿された円筒状のコア３２と、スリーブ３１の下半部に収容されてコア３２と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ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、ケース３０の下端開口部を封止するように設けられた端部部材３５とを備えている。接続部材６の中央部を貫通するように挿通孔３８が形成されている。そして、コア３２の上端部がその挿通孔３８に挿通されて外方に加締められるようにして接続部材６に固定されている。

コア３２の中央を軸線方向に貫通するように、円筒状の伝達ロッド３６が挿通されている。伝達ロッド３６は、その下端部がプランジャ３３の上端部に同軸状に圧入されている。その結果、伝達ロッド３６とプランジャ３３とが固定され、両者を軸線方向に貫通する内部通路３７が形成されている。伝達ロッド３６は、その上端部がパワーエレメント４に連結されており、ソレノイド力をパワーエレメント４を介して主弁体１８に伝達する。

圧力室２５内の吸入圧力Ｐｓは、一方で伝達ロッド３６とパワーエレメント４とのクリアランスを通って内部通路３７に導入され、その内部通路３７を通ってプランジャ３３の背圧室３９に導かれる。また、圧力室２５内の吸入圧力Ｐｓは、他方でコア３２と伝達ロッド３６とのクリアランスを通ってスリーブ３１内に導入される。

スリーブ３１は、非磁性材料からなり、その底部中央部がやや凸となり、図示のようにプランジャ３３が下死点に位置しても背圧室３９が形成されるようになっている。また、スリーブ３１には円筒状のボビン４１が外挿されており、そのボビン４１に電磁コイル３４が巻回されている。コア３２の上端部外周面、スリーブ３１の上端面、および接続部材６の底部内面により囲まれた空間にはシールリング４２が介装され、ソレノイド３の内外のシールを確保している。ボビン４１からは電磁コイル３４につながる一対の接続端子４４が延出し、それぞれ端部部材３５を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。

端部部材３５は、ケース３０に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部部材３５は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成され、その樹脂材がケース３０と電磁コイル３４との間隙にも満たされている。このように樹脂材がケース３０と電磁コイル３４との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル３４で発生した熱をケース３０に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部部材３５からは接続端子４４の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
ボディ５は、段付円筒状の第１ボディ５１の上端開口部に有底円筒状の第２ボディ５２を組み付けて構成される。第２ボディ５２の下半部が第１ボディ５１の上端部に圧入され、全体として有底段付円筒状のボディ５を構成している。ポート１２は、第２ボディ５２の底部に設けられている。第２ボディ５２の底部中央には挿通孔５４が設けられ、シャフト２６が圧入されている。シャフト２６は、その第２ボディ５２の底部中央に固定されるようにして片持ち状に支持され、軸線に沿って下方に延出している。

弁座形成部材２８は、その中央部に下方に凸となる形状の嵌合部５５を有し、その嵌合部５５にシャフト２６の下端部を嵌合させるようにして心決めがなされている。スプリング２９の付勢力によってその嵌合状態が保持されるため、弁座形成部材２８は、シャフト２６によって支持される。

主弁体１８は、大径の本体が圧力室２５に配置されている。その大径部の内方に弁座形成部材２８、パワーエレメント４およびスプリング２９が配置されている。主弁体１８の上部は小径化されて第１ボディ５１の上部に摺動可能に支持されており、その先端部が主弁座２２に着脱して主弁を開閉する。主弁体１８のポート１６に対応する位置には、内外を連通させる連通孔５６が設けられている。

副弁体２０の上端部外周面には、シール用のＯリング７０が嵌着されており、ポート１４から導入された高圧の冷媒が、副弁体２０と第２ボディ５２との間隙通路を介してポート１２に漏洩することが防止されている。

パワーエレメント４は、ベローズ２４の上端開口部を第１ストッパ６０（「ベース部材」に該当する）により閉止し、下端開口部を第２ストッパ６２（「ベース部材」に該当する）により閉止して構成されている。ベローズ２４の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、第１ストッパ６０と第２ストッパ６２との間に、ベローズ２４を伸長方向に付勢するスプリング６４が介装されている。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。第１ストッパ６０の上面中央には、軸線方向に沿った所定深さの円溝が設けられており、弁座形成部材２８の嵌合部５５が嵌合連結されている。また、第２ストッパ６２の下面中央には、軸線方向に沿った所定深さの円溝が設けられており、伝達ロッド３６の上端部が嵌合連結されている。主弁体１８は、その下端部が第２ストッパ６２に圧入されるように固定されている。

スプリング６４が第１ストッパ６０と第２ストッパ６２とを互いに離間させる方向に付勢するため、ベローズ２４は、圧力室２５の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（弁部の開閉方向）に伸長または収縮する。ただし、その差圧が大きくなってもベローズ２４が所定量収縮すると、第１ストッパ６０と第２ストッパ６２の互いの先端面が当接して係止されるため、その収縮が規制される。

このような構成において、圧力室２５内の吸入圧力Ｐｓが所定の設定圧力Ｐsetよりも低くなるとベローズ２４が伸長方向に変形し、第１ストッパ６０が弁座形成部材２８に係止される。その結果、第２ストッパ６２を下方に押圧する力、つまりソレノイド３によるソレノイド力を低減する方向の力が作用するようになる。この設定圧力Ｐsetは、基本的にはスプリング６４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。設定圧力Ｐsetは、ソレノイド３への供給電流（設定電流）を変えることにより変化させることができる。本実施形態では、制御弁１の組み付けが概ね完了した状態でシャフト２６の圧入量を再調整することで、スプリング６４の設定荷重を微調整することができ、設定圧力Ｐsetを正確に調整することが可能となっている。

本実施形態においては、副弁体２０の上部摺動部の外径Ｂ（＝Ｏリング７０の内径）が、主弁体１８の有効受圧径Ａよりも所定量小さく形成されている。したがって、副弁体２０には、吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が下方向に作用する。このため、主弁体１８が主弁座２２に着座した主弁の閉弁状態において、ポート１４から導入された吐出圧力Ｐｄが高くなり差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が大きくなったとしても、副弁体２０がスプリング２１を押し縮めて主弁を開弁させるといった状況は回避される。一方、主弁の開弁時には、副弁体２０の移動が弁座形成部材２８により係止されるため、副弁体２０が主弁体１８に追従動作して主弁の開弁を阻止するといった状況も回避される。圧縮機の制御状態においてはスプリング２１の付勢力によって副弁体２０が副弁座２７に着座した状態（副弁の閉弁状態）が保持される。

次に、制御弁の動作について説明する。
図３および図４は、制御弁の動作を表す図であり、図２に対応する。既に説明した図２は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図３は、制御弁のブリード機能を動作させたときの状態を示している。図４は、比較的安定した制御状態を示している。以下においては、図１に基づき、適宜図２〜図４を参照しつつ説明する。

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２９が第２ストッパ６２を下方に付勢しているため、図２に示すように、主弁体１８が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。一方、スプリング２１の付勢力により副弁体２０が副弁座２７に着座した状態が保持されるため、副弁は閉弁状態となっている。なお、スプリング２９の付勢力により弁座形成部材２８とシャフト２６との連結状態が維持されていることも副弁の閉弁状態維持に寄与している。

このとき、圧縮機の吐出室からポート１４に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１２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が高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。このとき、第１ストッパ６０が弁座形成部材２８から離間した状態（作動連結が解除された状態）となるため、パワーエレメント４は実質的に機能しない。

一方、自動車用空調装置の起動時など、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、図３に示すように、ソレノイド力がパワーエレメント４（正確には第２ストッパ６２）を介して主弁体１８にそのまま伝達される。その結果、主弁体１８が主弁座２２に着座するが、ソレノイド力が大きいために主弁が閉じるだけでは留まらず、主弁体１８が副弁体２０を押圧しながらさらに上昇する。その結果、副弁体２０が副弁座２７から離間して副弁が開放される。このとき、ベローズ２４は第１ストッパ６０と第２ストッパ６２とが当接する最小状態まで収縮する。

すなわち、ソレノイド３に起動電流を供給することで主弁を閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制すると同時に主弁体１８を変位させ、副弁を直ちに開いてクランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。本実施形態では、圧縮機に形成された減圧通路（クランク室と吸入室とをつなぐオリフィス等）を介してもクランク室の減圧が行われるが、このように副弁を速やかに開弁させてその減圧応答性を最大限に高めることができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。

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、図４に示すように、副弁体２０が副弁座２７に着座して副弁を閉じた状態で、主弁体１８が副弁体２０とは別体にて動作して主弁の開度を調整する。このとき、主弁体１８は、スプリング２９による開弁方向の力と、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓにより動作するパワーエレメント４によるソレノイド力を低減する方向の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、ベローズ２４が縮小するため、第２ストッパ６２ひいては主弁体１８が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。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、ベローズ２４が伸長する。その結果、パワーエレメント４による付勢力がソレノイド力を低減させる方向に作用する。この結果、主弁体１８への閉弁方向の力が低減されて主弁の弁開度が大きくなり、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、制御弁１においては、ボディ５の一端側から他端側に向けて軸線方向に延びるシャフト２６を設けたことにより、制御弁１の組み付け後にそのシャフト２６の固定位置を再調整することによってパワーエレメント４による駆動力の微調整を容易に行うことが可能となる。すなわち、簡易な構造により吸入圧力Ｐｓの設定圧力Ｐsetを正確に調整することが可能となる。

また、制御弁１においては、伝達ロッド３６と主弁体１８とが弾性部材などを介することなく第２ストッパ６２を介して剛に連結され、ソレノイド力がそのまま主弁体１８に伝達される。このため、ソレノイド３がオフからオンに切り替えられて起動電流が供給されたときに、主弁を速やかに閉じることができる。また、主弁座２２が副弁体２０に一体に形成され、副弁体２０が可動弁座としても機能する。このため、主弁が閉じると同時に副弁が開くように動作するため、クランク室への冷媒の導入を規制すると同時にクランク室から冷媒を排出することができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。

［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。本実施形態に係る制御弁は、主弁と副弁の構成および配置を除き、第１実施形態と共通する部分を多く有する。このため、第１実施形態と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５は、第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。図６は、図５の上半部に対応する部分拡大断面図である。

図５に示すように、制御弁２０１は、弁本体２０２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。制御弁２０１は、第１実施形態とは異なり、主弁座２２がボディ２０５に形成されている。また、弁座形成部材２２８に第１副弁座２３０と第２副弁座２３２が形成され、パワーエレメント２０４の一部が副弁体２２０を構成している。副弁体２２０が第１副弁座２３０に着脱することにより第１副弁が開閉される。弁座形成部材２２８とパワーエレメント４との間には、副弁体２２０を開弁方向に付勢するスプリング２２９が介装されている。主弁体２１８は、主弁座２２に着脱して主弁を開閉する一方、第２副弁座２３２に着脱して第２副弁を開閉する。

図６に示すように、主弁体２１８は、上方に向けて複数段に縮径する段付円筒状をなし、その１つの段部が第２副弁座２３２に着脱して第２副弁を開閉する開閉弁体２４０として機能する。弁座形成部材２２８は、その上端外周縁部の下面側に第１副弁座２３０が形成され、上面側に第２副弁座２３２が形成されている。副弁体２２０は、パワーエレメント２０４を構成する第１ストッパ２６０の上端部に連設されている。副弁体２２０は、円筒状をなし、その上端面にて第１副弁座２３０に着脱する。副弁体２２０の側部には、内外を連通させる連通孔２３４が形成されている。スプリング２２９は、弁座形成部材２２８と第１ストッパ２６０との間に介装されている。

次に、制御弁の動作について説明する。
図７および図８は、制御弁の動作を表す図であり、図６に対応する。既に説明した図６は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図７は、制御弁のブリード機能を動作させたときの状態を示している。図８は、比較的安定した制御状態を示している。以下においては、図５に基づき、適宜図６〜図８を参照しつつ説明する。

制御弁２０１において、ソレノイド３が非通電のときにはソレノイド力が作用しない。このため、図６に示すように、スプリング２２９の付勢力によりパワーエレメント２０４が下方に変位し、主弁体２１８が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。このとき、開閉弁体２４０が第２副弁座２３２に着座するため、第２副弁は閉弁状態となる。このとき、圧縮機の吐出室からポート１４に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１２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が高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

一方、自動車用空調装置の起動時など、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、図７に示すように、ソレノイド力が伝達ロッド３６および第２ストッパ６２を介して主弁体２１８にそのまま伝達される。その結果、主弁体２１８が主弁座２２に着座して主弁を閉じるとともに開閉弁体２４０が第２副弁座２３２から離間して第２副弁を開弁させる。一方、起動時は吸入圧力Ｐｓが比較的高いため、副弁体２２０も第１副弁座２３０から離間し、第１副弁の開弁状態が維持される。すなわち、ソレノイド３に起動電流を供給されると、主弁が閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制すると同時に副弁が直ちに開いてクランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。

そして、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、図８に示すように、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ２４が伸長し、副弁体２２０が第１副弁座２３０に着座して第１副弁を閉弁させる。一方、そのように第１副弁が閉じられた状態で主弁が独立に開閉し、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持されるように動作する。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。主弁と副弁の構成および配置を除き、第１実施形態と共通する部分を多く有する。このため、第１実施形態と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３実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。図１０は、図９の上半部に対応する部分拡大断面図である。

図９に示すように、制御弁３０１は、弁本体３０２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。制御弁３０１は、第１実施形態とは異なり、主弁座２２がボディ３０５に形成されている。また、シャフト２６がパワーエレメント３０４に固定されており、主弁体３１８が、パワーエレメント３０４とは別体のベース部材３３０固定されている。副弁座３２７は、そのベース部材３３０に形成されている。主弁体３１８とボディ３０５との間には、主弁体３１８を開弁方向に付勢するスプリング３２１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

図１０に示すように、パワーエレメント３０４は、その第１ストッパ３６０がシャフト２６に固定され、第２ストッパ３６２がベース部材３３０に支持されている。ベース部材３３０は、伝達ロッド３６を連結する凹部３３１と第２ストッパ３６２に連結する凸部３３２とを有する。第２ストッパ３６２は、凸部３３２に摺動可能に支持されている。ベース部材３３０には、主弁体３１８の内部と圧力室２５とを連通させる連通孔３５６が設けられ、その連通孔３５６の上方に第１副弁座３２７が形成されている。副弁体３２０は、第２ストッパ３６２に一体に設けられ、第１副弁座３２７に着脱して第１副弁を開閉する。また、コア３２の上端部に第２副弁座３４２が形成されており、ベース部材３３０に開閉弁体３４０が一体に設けられている。開閉弁体３４０が第２副弁座３４２に着脱することにより第２副弁が開閉される。

次に、制御弁の動作について説明する。
図１１および図１２は、制御弁の動作を表す図であり、図１０に対応する。既に説明した図１０は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図１１は、制御弁のブリード機能を動作させたときの状態を示している。図１２は、比較的安定した制御状態を示している。以下においては、図９に基づき、適宜図１０〜図１２を参照しつつ説明する。

制御弁３０１において、ソレノイド３が非通電のときにはソレノイド力が作用しない。このため、図１０に示すように、スプリング３２１の付勢力により主弁体３１８が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。このとき、副弁体３２０が第１副弁座３２７から離間して第１副弁を開放するが、開閉弁体３４０が第２副弁座３４２に着座するため、第２副弁は閉弁状態となる。このため、第１冷媒通路は開放されるが、第２冷媒通路が遮断される。このとき、圧縮機の吐出室からポート１４に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１２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が高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

一方、自動車用空調装置の起動時など、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、図１１に示すように、ソレノイド力が伝達ロッド３６およびベース部材３３０を介して主弁体３１８にそのまま伝達される。その結果、主弁体３１８が主弁座２２に着座して主弁を閉じるとともに開閉弁体３４０が第２副弁座３４２から離間して第２副弁を開弁させる。一方、起動時は吸入圧力Ｐｓが比較的高いため、副弁体３２０は第１副弁座３２７から離間し、第１副弁を開弁させる。すなわち、ソレノイド３に起動電流を供給されると、主弁が閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制すると同時に副弁が直ちに開いてクランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。

そして、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、図１２に示すように、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ２４が伸長し、副弁体３２０が第１副弁座３２７に着座して第１副弁を閉弁させる。その結果、第２冷媒通路が遮断される。一方、そのように第１副弁が閉じられた状態で主弁が独立に開閉し、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持されるように動作する。

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。

例えば、上記実施形態においてはパワーエレメントの感圧部材としてベローズを用いる例を示したが、これに代えてダイヤフラムを用いてもよい。図１３は、変形例にかかる制御弁の上半部拡大図を示し、図６に示した第２実施形態に対応する。

すなわち、本変形例の制御弁４０１は、弁本体４０２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。制御弁４０１のパワーエレメント４０４は、中空のハウジング４６０と、ハウジング４６０内を密閉空間Ｓ１（「基準圧力室」として機能する）と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された感圧部材としてのダイヤフラム４５０と、密閉空間Ｓ１に配設されたスプリング６４を備えている。

ハウジング４６０は、第１ハウジング４６１と第２ハウジング４６２とを接合して形成されている。ハウジング４６０は、第１ハウジング４６１と第２ハウジング４６２との間にダイヤフラム４５０を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接が施されることにより、容器状に形成されている。この溶接は真空雰囲気内で行われるため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、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４６１の上面には副弁体４２０が接合されている。副弁体４２０の側部には、内外を連通させる連通孔２３４が設けられている。第１ハウジング４６１は上方に向けて縮径された段付円筒状をなし、その上端部にて副弁体４２０の側部を摺動可能に支持している。第１ハウジング４６１に外挿嵌合されるように主弁体２１８が固定されている。第１ハウジング４６１には、内外を連通させる連通孔５６が設けられている。一方、第２ハウジング４６２は有底円筒状をなし、その上端部にて第１ハウジング４６１に接合されている。ダイヤフラム４５０の第２ハウジング４６２側の面と、第２ハウジング４６２の底部にはそれぞれディスクが配置され、それらのディスクの間に設定荷重調整用のスプリング６４が介装されている。

ここでは、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４５０が密閉空間Ｓ１を大きくするように伸長し、副弁体４２０を閉弁方向に駆動する。この設定圧力Ｐsetは、スプリング６４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。スプリング６４のばね荷重は、シャフト２６の圧入量により調整できる。なお、制御弁４０１の動作については第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

なお、本変形例では、第２実施形態のベローズをダイヤフラムに置き換えた例を示したが、第１実施形態および第３実施形態についても、ベローズをダイヤフラムに置き換えて構成することができる。

１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ４ パワーエレメント、 ５ ボディ、 １２，１４，１６ ポート、 １８ 主弁体、 ２０ 副弁体、 ２２ 主弁座、 ２４ ベローズ、 ２６ シャフト、 ２７ 副弁座、 ２８ 弁座形成部材、 ３６ 伝達ロッド、 ２０１ 制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０４ パワーエレメント、 ２０５ ボディ、 ２１８ 主弁体、 ２２０ 副弁体、 ２２８ 弁座形成部材、 ２３０ 第１副弁座、 ２３２ 第２副弁座、 ２４０ 開閉弁体、 ２６０ 第１ストッパ、 ３０１ 制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３０４ パワーエレメント、 ３０５ ボディ、 ３１８ 主弁体、 ３２０ 副弁体、 ３２１ スプリング、 ３２７ 第１副弁座、 ３３０ ベース部材、 ３４０ 開閉弁体、 ３４２ 第２副弁座、 ３５６ 連通孔、 ３６０ 第１ストッパ、 ３６２ 第２ストッパ、 ４０１ 制御弁、 ４０２ 弁本体、 ４０４ パワーエレメント、 ４２０ 副弁体、 ４５０ ダイヤフラム、 Ｓ 基準圧力室、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (7)

1. 吸入室の吸入圧力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、
   一端側から前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられたボディと、
   前記吐出室連通ポートと前記クランク室連通ポートとを連通させる冷媒通路に設けられた主弁を開閉する主弁体と、
   前記ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じて前記主弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を調整可能なソレノイドと、
   前記ボディと前記ソレノイドとに囲まれる内部空間に設けられるとともに、前記吸入圧力を感知して変位する感圧部材を含み、その感圧部材の変位により前記ソレノイド力に対抗する駆動力を前記主弁体へ付与可能な感圧部と、
   前記ボディの一端側から他端側に向けて軸線方向に沿って延び、一端部が前記ボディの一端側に固定されるとともに他端側が前記感圧部に連結され、その一端部の固定位置を調整することにより前記感圧部による駆動力が調整可能となるシャフトと、
   を備える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、
   前記ソレノイドから延びてソレノイド力を伝達する伝達ロッドと前記シャフトとの間に介装されて軸線方向に変位可能に支持されるベース部材と、
   前記ベース部材とともに内部に密閉された基準圧力室を形成し、前記吸入圧力に応じて軸線方向に変形する前記感圧部材と、
   を含み、
   前記主弁体が前記伝達ロッドと一体に変位可能に設けられ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. 前記クランク室連通ポートと前記吸入室連通ポートとを連通させる冷媒通路に設けられた副弁を開閉する副弁体をさらに備え、
   前記感圧部は、前記感圧部材の変位による駆動力を前記副弁体へ付与可能であ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。
4. 前記シャフトの他端部に支持される弁座形成部材と、
   前記感圧部のベース部材と前記弁座形成部材との間に介装され、前記感圧部を前記主弁の開弁方向に付勢する第１の付勢部材と、
   前記シャフトを内挿するように前記ボディ内に配置される筒状の本体を有し、前記本体の一端側開口部が前記クランク室連通ポートに連通し、前記本体の側部に前記吐出室連通ポートと内部通路とを連通させる連通孔が設けられ、前記本体の他端側開口部が前記弁座形成部材に接離して前記副弁を開閉する前記副弁体と、
   前記副弁体を前記副弁の閉弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
   をさらに備え、
   前記主弁体は、前記副弁体に前記連通孔の外側にて接離することにより前記主弁を開閉し、前記主弁を閉弁する際に前記副弁体に前記副弁の開弁方向の力を伝達す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. 前記シャフトの他端部に支持される弁座形成部材と、
   前記感圧部のベース部材と前記弁座形成部材との間に介装され、前記感圧部を前記主弁の開弁方向に付勢する付勢部材と、
   をさらに備え、
   前記主弁体は、前記シャフトを内挿するように前記ボディ内に配置される筒状の本体を有し、前記本体の一端側開口部が前記クランク室連通ポートに連通し、前記本体の他端側開口部が前記吸入室連通ポートに連通し、前記ボディに設けられた主弁座に接離することにより前記主弁を開閉し、
   前記副弁体は、前記感圧部材の一端部に連結されるとともに前記主弁体に内挿され、前記弁座形成部材に接離することにより前記副弁を開閉す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. 前記感圧部は、
   前記シャフトに支持される第１ベース部材と、
   前記伝達ロッドに支持される第２ベース部材と、
   一端が前記第１ベース部材に固定され、他端が前記第２ベース部材に固定された前記感圧部材としてのベローズと、
   前記ベローズの内方に設けられ、前記第１ベース部材と前記第２ベース部材とを離間方向に付勢するスプリングと、
   を含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記第２ベース部材に前記副弁体が一体に設けられ、
   前記副弁体が前記主弁体の他端側開口部に接離することにより前記副弁を開閉することを特徴とする請求項６に記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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