可変容量圧縮機用制御弁
【課題】可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、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によれば、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。パワーエレメント６は、ダイヤフラム１９等の感圧部材によりハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２に仕切り、その開放空間Ｓ２に形成される圧力室２９に吸入圧力Ｐｓを導入する。弁体２２は、この吸入圧力Ｐｓに基づいて変位する感圧部材に駆動されて動作する。このように、ボディ５とソレノイド３との間にダイヤフラム等の感圧部材を介装させておらず、簡易な構成で実現される。
【解決手段】可変容量圧縮機用制御弁によれば、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。パワーエレメント６は、ダイヤフラム１９等の感圧部材によりハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２に仕切り、その開放空間Ｓ２に形成される圧力室２９に吸入圧力Ｐｓを導入する。弁体２２は、この吸入圧力Ｐｓに基づいて変位する感圧部材に駆動されて動作する。このように、ボディ５とソレノイド３との間にダイヤフラム等の感圧部材を介装させておらず、簡易な構成で実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。クランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃ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。
【０００５】
このような可変容量圧縮機用制御弁として、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。この可変容量圧縮機用制御弁は、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。このような可変容量圧縮機用制御弁は、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、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持でき、これによって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。エンジンと回転軸とが直結されていても、実質的に吐出容量をゼロに近くすることができる。
【０００６】
近年、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よいものも提案されている。例えば、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャの２つに分割して両者間に吸入圧力Ｐｓを感知する薄膜状の感圧部材を配置し、分割された第２プランジャ側でクランク圧力Ｐｃを制御する弁部の開度制御を行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなプランジャ分割型の可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイド力を弁部へ伝達するプランジャを２つに分割し、その間に感圧部材を配置することから構造が複雑になる。また、このような可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイドのオン／オフごとに第１プランジャと第２プランジャとが感圧部材を挟んで連結／解除され、従来１つのプランジャで実現していた機能を２つのプランジャの協働により実現する。このため、感圧部材を介して隔てられる両プランジャ間で構造面および機能面で整合をとる必要があり、その点において煩雑であった。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する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ものである。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、ボディの一端側に設けられ、その内部が可変容量圧縮機の吸入室に連通するハウジングと、ハウジング内を吸入圧力が導入される圧力室を形成する開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、吸入圧力に応じてその中央部が弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、感圧部材の変位による駆動力を弁体へ付与可能な感圧部と、ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じた閉弁方向のソレノイド力を弁体に付与可能なソレノイドと、を備える。
【００１０】
この態様によると、ボディのソレノイドとは反対側の端部に感圧部が設けられる。このため、感圧部材を弁体とソレノイドとの間に配置する必要がなく、可変容量圧縮機用制御弁を簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［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。
【００１４】
可変容量圧縮機用制御弁１は、可変容量圧縮機に設けられた所定の冷媒通路に配設され、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感知弁として構成されている。
【００１５】
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、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。
【００１６】
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の上端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６（「感圧部」に該当する）等を備えている。
【００１７】
ボディ５の側部には、可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を防止するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００１８】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、段付円筒状の弁座形成部材１４が配設されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４において弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。さらに、弁孔１５を貫通するように、長尺有底円筒状の伝達ロッド１７が挿通されており、その上端部が弁座形成部材１４によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド１７と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路が形成される。伝達ロッド１７の上端は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。
【００１９】
また、弁座１６に吐出室側から対向して、長尺状の作動ロッド２１の一端部からなる弁体２２が接離自在に配置されている。作動ロッド２１は、ボディ５の中央に設けられたガイド孔２３に摺動可能に軸支されている。弁体２２は、弁孔１５の上流側で吐出室に連通する圧力室２４に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド２１の上端部には、伝達ロッド１７の下端部が挿通され、一体的に連結されている。なお、本実施の形態では、作動ロッド２１の一端部により弁体２２が形成されるとしたが、作動ロッド２１の全体を弁体と捉えることもできる。
【００２０】
ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。なお、このボディ５の接続部材４への圧入量によりソレノイド３の磁気ギャップを設定することが可能となっている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、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２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、ボディ５の下端中央に設けられた所定深さの開口孔２７に連通している。ボディ５とソレノイド３とにより囲まれたこの開口孔２７が位置する内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２８を形成する。この圧力室２８は、作動ロッド２１および伝達ロッド１７にそれぞれ設けられた連通孔を介してパワーエレメント６の圧力室２９に連通しており、吸入圧力Ｐｓがその圧力室２９に導入されるように構成されている。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。さらに、作動ロッド２１とボディ５との間には、作動ロッド２１を開弁方向に付勢するスプリング３０が介装されている。
【００２１】
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。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース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。
【００２２】
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２２へ伝達するためのシャフト３６を挿通している。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６の上端部がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入可能となっている。
【００２３】
コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９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３９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３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下半部に圧入されている。
【００２４】
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樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、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。
【００２５】
以上のように構成された可変容量圧縮機用制御弁１は、取り付け用のワッシャ４５を介して可変容量圧縮機１００の所定の冷媒通路内に固定される。
【００２６】
次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００２７】
パワーエレメント６は、弁座形成部材１４の上端部に固定された中空のハウジング５０と、ハウジング５０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金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。さらに、ダイヤフラム１９と皿ばね５１との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２が上述の圧力室２９を構成している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。
【００２８】
ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、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。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。
【００２９】
第２ハウジング５４は、その中央部が下方に延出しており、弁座形成部材１４の上端部に圧入されている。第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、弁座形成部材１４および伝達ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。
【００３０】
一方、伝達ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。伝達ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。一方、作動ロッド２１は、その上半部が段付円筒状をなし、その上端開口部６３に伝達ロッド１７の下端部が内挿されている。本実施の形態において、伝達ロッド１７と作動ロッド２１とは固定されておらず、両者間にはその接続部において微少なクリアランスが設けられている。これにより、弁座形成部材１４の軸心とガイド孔２３の軸心とが微妙にずれていたとしても、そのクリアランスがこれを吸収し、伝達ロッド１７および作動ロッド２１の軸線方向の動きが妨げられないようになっている。作動ロッド２１の側部には、内部通路６４と圧力室２８とを連通させる連通孔６５が形成されている。
【００３１】
このような構成により、ポート２６を介して導入された吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド２１の内部通路６４および伝達ロッド１７の内部通路６１を介して圧力室２９に導入される。ダイヤフラム１９は、この吸入圧力Ｐｓを感知して弁部の開閉方向に伸縮動作する。
【００３２】
弁座形成部材１４は、その下端面とボディ５との間にポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム６７（「シール部材」に該当する）を挟んだ状態でボディ５の上半部に挿通されている。弁座形成部材１４は、ボディ５の上端開口部が部分的に内方に加締められることによってボディ５に固定されている。作動ロッド２１がこのダイヤフラム６７の中央部を貫通しているが、ダイヤフラム６７の内縁が作動ロッド２１の外周面に密着しているため、ダイヤフラム６７の上下で冷媒の漏洩が防止され、吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。弁座形成部材１４の側部の上下には内外を連通する連通孔７１，７２がそれぞれ設けられており、ポート１１とポート１３とを連通させている。
【００３３】
本実施の形態においては、弁座形成部材１４における伝達ロッド１７の摺動部（摺動孔）の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成され、ガイド孔２３の断面積Ｃはこれらよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド２１との結合体に作用するクランク圧力Ｐｃ等による力がキャンセルされる。弁体２２は、制御状態においてはパワーエレメント６の感圧部材が感知する吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。
【００３４】
本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。
【００３５】
本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。この皿ばね５１の荷重を調整することにより、ダイヤフラム１９および皿ばね５１からなる感圧部材を変位させるのに要する吸入圧力Ｐｓも変化する。この皿ばね５１の設定荷重は、ソレノイド３に供給する電流量を変化させることによって変更することができる。さらに、パワーエレメント６の弁座形成部材１４に対する圧入量を変化させることにより、皿ばね５１の設定荷重を微調整することもできる。これにより、吸入圧力Ｐｓがソレノイド３に供給する電流量により設定された設定圧力になるように、弁体２２が動作するようになる。
【００３６】
図３および図４は、可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図２に対応する部分拡大断面図である。図３は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図４は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。
【００３７】
ソレノイド３の非通電状態において吸入圧力Ｐｓが高くなると、図３に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。本実施の形態では、このように皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、完全に反転する手前の状態に保持される。その結果、吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては可変容量圧縮機用制御弁１のコンパクト化にも寄与している。
【００３８】
一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図４に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２２に伝達される。それにより、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力、スプリング３０による開弁方向の付勢力、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、弁部が所定開度に制御される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００３９】
次に、可変容量圧縮機用制御弁の全体の動作について説明する。
図１に示した可変容量圧縮機用制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング３０の付勢力により弁体２２が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、可変容量圧縮機の吐出室からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３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。
【００４０】
一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３に供給される電流値は最大になり、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、プランジャ３３、シャフト３６、作動ロッド２１、伝達ロッド１７、およびダイヤフラム１９等が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２２が弁座１６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。
【００４１】
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おいては、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力と、スプリング３０による開弁方向の付勢力と、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。
【００４２】
このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに可変容量圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、吐出圧力Ｐｄが上がって吸入圧力Ｐｓが下がる。その結果、パワーエレメント６による開弁方向の力が大きくなって弁体２２に作用し、弁体２２は、さらにリフトして吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。すなわち、可変容量圧縮機用制御弁１においてはソレノイド３に供給される電流量により設定圧力が設定される。弁体２２は、吸入圧力Ｐｓがその設定圧力に近づくように自律的に動作する。
【００４３】
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、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。このため、ボディ５とソレノイド３との間にダイヤフラム１９を介装させる態様のように、感圧部の構成が複雑になることがない。また、ソレノイド３のプランジャを分割する構成とする必要もなくなる。その結果、簡易な構成で実現することができる。また、パワーエレメント６内にダイヤフラム１９に加えて皿ばね５１を設けた構成としたため、感圧部材の耐圧強度を高く保持することができる。さらに、パワーエレメント６のハウジング５０の形状を皿ばね５１の形状に合わせるようにしたため、パワーエレメント６そのもの、ひいては可変容量圧縮機用制御弁１をコンパクトに構成することができる。
【００４４】
［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、弁部と感圧部の構成が異なる点を除けば第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第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５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。
【００４５】
可変容量圧縮機用制御弁２０１において、弁本体２０２のボディ２０５には、弁部を構成する伝達ロッド２２１が挿通されている。ボディ２０５の上部開口部には円筒状の弁座形成部材２１４が圧入され、その上端部にパワーエレメント２０６が固定されている。
【００４６】
伝達ロッド２２１は、中空のパイプ材から形成され、第１の実施の形態の伝達ロッド１７と作動ロッド２１とが一体成形されたような構成を有する。伝達ロッド２２１の内部通路２６１は、その上端部および下端部が拡径されており、その拡径部に断面Ｔ字状の栓部材２１１，２１２がそれぞれ嵌合されている。伝達ロッド２２１は、例えばステンレス鋼を押出成形したパイプ材を加工したものでもよい。栓部材２１１，２１２は、例えば真鍮などの比較的軟らかい金属からなるものでもよい。栓部材２１１の伝達ロッド２２１との接合面には部分的に溝部が形成されており、その溝部によって内部通路２６１と圧力室２９とを連通させる連通路２１３が形成されている。同様に、栓部材２１２にも溝部が形成されており、その溝部によって内部通路２６１と圧力室２８とを連通させる連通路２１５が形成されている。これにより、吸入圧力Ｐｓが内部通路２６１を介して圧力室２９に導入されるようになっている。栓部材２１１，２１２の端面は曲面状をなし、それぞれダイヤフラム１９の中央部、シャフト３６の上端面に当接する。
【００４７】
伝達ロッド２２１の軸線方向中央部には、弁体２２が一体に形成されている。伝達ロッド２２１は、その上端部が弁座形成部材２１４に摺動可能に支持される一方、その下部がガイド孔２３に摺動可能に支持されている。本実施の形態においては、伝達ロッド２２１とボディ２０５との間にダイヤフラム等のシール部材は設けられていないが、伝達ロッド２２１の下部摺動部近傍には、周方向に沿った所定深さの凹部２２０が形成されている。この凹部２２０は、ポート１１から導入された冷媒がポート２６側に漏れた場合に、その冷媒に含まれるごみを滞留させ、その摺動部の間隙に詰まるのを防止する。
【００４８】
一方、パワーエレメント２０６は、第１の実施の形態のパワーエレメント６とは異なる構成を有する。ハウジング２５０は、第１ハウジング２５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９を介装するが、皿ばね５１とダイヤフラム１９との間に、図２に示された耐摩耗シート５２のような薄膜状部材は設けられていない。一方、第１ハウジング２５３と皿ばね５１との間には、皿ばね５１の荷重を調整するためのスプリング２１０が介装されている。第１ハウジング２５３は、ボール部材５５が接合された中央部とダイヤフラム１９を挟む周縁部との間の中間部の肉厚が小さくなるように形成されており、パワーエレメント２０６を弁座形成部材２１４に圧入した後に、その第１ハウジング２５３を変形させてスプリング２１０による荷重の微調整ができるようになっている。
【００４９】
本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁２０１も、ボディ２０５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント２０６が設けられているため、簡易な構成で実現される。また、中空のパイプ材を用いて伝達ロッド２２１と弁体２２とを一体成形し、第１の実施の形態に示したような作動ロッド２１が省略されるため、比較的低コストに実現することができる。さらに、弁座形成部材２１４のボディ２０５への圧入量により皿ばね５１による設定荷重を調整し、第１ハウジング２５３の変形によりこれを微調整することもでき、開弁特性の設定を比較的容易に行えるというメリットもある。
【００５０】
［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１の実施の形態の弁部と第２の実施の形態の感圧部とを組み合わせたような構成を有する。このため、上記第１，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６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。
【００５１】
可変容量圧縮機用制御弁３０１において、弁本体３０２のボディ３０５の上部開口部には円筒状の弁座形成部材３１４が加締め接合され、その上端部にパワーエレメント２０６が圧入されている。
【００５２】
作動ロッド３２１は、図２に示した作動ロッド２１とほぼ同様の構成を有するが、そのガイド孔２３との摺動部近傍には、シール用のＯリング３２２が取り付けられている。このＯリング３２２によって吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。
【００５３】
［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、特に感圧部がボディに対して変位可能に設けられた点で第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁と異なるが、共通する部分も多い。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７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。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００５４】
可変容量圧縮機用制御弁４０１において、弁本体４０２のボディ４０５の上端部には、その上部開口部を覆うように有底円筒状のガイド部材４１０が圧入されている。ガイド部材４１０の上端近傍の側部には、その内外を連通させるポート１３が設けられている。ガイド部材４１０の上底部中央には円形の挿通孔４１１が形成され、パワーエレメント４０６の第２ハウジング４５４の下半部が挿通されている。
【００５５】
すなわち、第２ハウジング４５４において下方に延出する円筒状のボス部４５５が、ガイド部材４１０の内部に延出している。ガイド部材４１０の内部には、円筒状の支持部材４１２が配設されており、その支持部材４１２にボス部４５５が圧入されている。支持部材４１２の下端部には、半径方向外向きに延出するフランジ部４１３が設けられ、その先端面がガイド部材４１０の内壁面に沿って摺動可能となっている。これにより、パワーエレメント４０６の軸線方向の安定した動きが実現されている。フランジ部４１３の一部には、ボディ４０５の上端開口部とポート１３とを連通させる連通部４１５が形成されている。
【００５６】
伝達ロッド１７と第２ハウジング４５４との間には、ポート１３と圧力室２９との間の冷媒の漏洩を防止するためのポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム４１６（「シール部材」に該当する）が配置されている。このダイヤフラム４１６は、リング状をなしており、その外周部が支持部材４１２と第２ハウジング４５４との間に挟まれるように固定されている。一方、ダイヤフラム４１６の内周部は、伝達ロッド１７とその外周面に圧入された固定リング４１７との間に挟まれるように固定されている。ダイヤフラム４１６が可撓性を有するため、伝達ロッド１７とパワーエレメント４０６とは所定量相対変位が可能となっている。また、ガイド部材４１０と支持部材４１２との間には、パワーエレメント４０６を弁体２２側（開弁方向）に付勢するスプリング４１８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００５７】
ボディ４０５の上端開口部には、弁座１６が形成された弁座形成部材４１４が加締め接合されているが、第１の実施の形態のように、パワーエレメント４０６は固定されていない。また、作動ロッド４２１とボディ４０５との間に、第１の実施の形態のようなスプリング３０は設けられていない。作動ロッド４２１の摺動部近傍の側部には、周方向に沿った所定深さの凹部４２０が形成されている。この凹部４２０は、ダイヤフラム６７の配置にもかかわらず、ポート１１から導入された冷媒がポート２６側に僅かに漏れた場合に、その冷媒に含まれるごみを滞留させ、その摺動部の間隙に詰まるのを防止する。
【００５８】
以上の構成により、パワーエレメント４０６がスプリング４１８により弁体２２側に付勢されつつその軸線方向に変位可能に構成されている一方、作動ロッド４２１を開弁方向に直接付勢する付勢部材は設けられていない。このため、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７とが当接状態を保持しつつ動作することになる。
【００５９】
本実施の形態においては、ダイヤフラム４１６の有効受圧径Ｄ１、弁孔１５の内径Ｄ２、およびガイド孔２３の内径Ｄ３が実質的に等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド４２１との結合体に作用するクランク圧力Ｐｃ等による力はキャンセルされ、弁体２２は、制御状態においてはパワーエレメント４０６が感知する吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。
【００６０】
図８〜図１０は、可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。図８は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図９は、ソレノイド３がオンにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図１０は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。
【００６１】
ソレノイド３の非通電状態において吸入圧力Ｐｓが高くなると、図８に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。一方、パワーエレメント４０６は、スプリング４１８により弁体２２側に付勢されているため、第２ハウジング４５４がガイド部材４１０に当接する下死点の位置に変位する。その結果、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７とが当接状態を保持したまま弁部が全開状態となり、可変容量圧縮機用制御弁４０１の運転状態は最小容量運転に移行する。
【００６２】
この状態からソレノイド３に通電がされると、図９に示すように、ソレノイド力がシャフト３６を介して作動ロッド４２１、伝達ロッド１７、パワーエレメント４０６に伝達される。これにより、弁体２２が弁座１６に着座して閉弁状態になるとともに、パワーエレメント４０６が押し上げられて第２ハウジング４５４がガイド部材４１０から離間する。このとき、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７との当接状態は保持される。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側へ移行することになる。
【００６３】
そして、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図１０に示すように、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント４０６による開弁方向の力、スプリング４１８による開弁方向の付勢力、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、弁部が所定開度に制御される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００６４】
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４０１も、ボディ４０５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント４０６が設けられているため、簡易な構成で実現される。また、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７との接合状態を維持できるため、吸入圧力Ｐｓが高い状態においてソレノイド３がオフからオンに切り替えたときの制御の応答性を高く保持することができる。
【００６５】
［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、感圧部と伝達ロッドとの間にシール部材が設けられていない点を除けば第４の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同じ構成を有する。このため、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１１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。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００６６】
可変容量圧縮機用制御弁５０１において、弁本体５０２のボディ５０５の上端部には、その上部開口部を覆うようにガイド部材５１０が圧入されている。ガイド部材５１０には、パワーエレメント５０６の第２ハウジング５５４のボス部４５５が挿通され、そのボス部４５５には、支持部材５１２が圧入されている。
【００６７】
伝達ロッド１７と第２ハウジング５５４との間には、第４の実施の形態のダイヤフラム４１６のようなシール部材が設けられておらず、伝達ロッド１７の上端部がボス部４５５に摺動可能に支持されている。
【００６８】
一方、パワーエレメント５０６は、第１ハウジング５３と第２ハウジング５５４との間にダイヤフラム１９を介装するが、第４の実施の形態のパワーエレメント４０６とは異なり、皿ばね５１とダイヤフラム１９との間に図７に示された耐摩耗シート５２のような薄膜状部材は設けられていない。伝達ロッド１７には図７に示された固定リング４１７が設けられていないため、弁座形成部材５１４の弁孔１５が比較的長くなっている。作動ロッド５２１の側部には、図７に示された凹部４２０は設けられていない。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、上記各実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。図１２は、変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。同図においては、図１に示したパワーエレメント６と同様の構成部分については同一の符号を付している。
【００７１】
この変形例では、パワーエレメント６０６を構成する感圧部材として、比較的厚みのある金属製のダイヤフラム６１９を用いる。このダイヤフラム６１９は、薄膜状の本体の中央部にて片面側に突出する凸部６２０を有する。ダイヤフラム６１９の周縁部は、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるように、ハウジング５０に固定されている。ダイヤフラム６１９は、その凸部６２０の部分において皿ばねのような反転動作が可能なものであるが、この例においても反転側に変形したときには第１ハウジング５３により係止されるため、反転動作の手前の段階までしか変形しないようになっている。つまり、ダイヤフラム６１９そのものが皿ばねのような機能を有しているため、別部材として皿ばねを設ける必要がない。
【００７２】
あるいは逆に、ダイヤフラムをなくし、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい。例えば図１２のダイヤフラム６１９を皿ばねに置き換え、その周縁部が第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジング５０に固定してもよい。ただし、変形例のように可撓性を有するダイヤフラムを用いるほうが、皿ばねよりもしなやかな動作を実現することができ、所望の特性を得やすいというメリットがあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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】図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図３】可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図４】可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図５】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】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。
【図７】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。
【図８】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図９】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図１０】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図１１】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。
【図１２】変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
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 パワーエレメント、 １４ 弁座形成部材、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 伝達ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２１ 作動ロッド、 ２２ 弁体、 ２３ ガイド孔、 ２９ 圧力室、 ３６ シャフト、 ５０ ハウジング、 ５１ 皿ばね、 ５２ 耐摩耗シート、 ６１ 内部通路、 ６４ 内部通路、 ６７ ダイヤフラム、 １００ 可変容量圧縮機、 ２０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０５ ボディ、 ２０６ パワーエレメント、 ２１４ 弁座形成部材、 ２２１ 伝達ロッド、 ２５０ ハウジング、 ２６１ 内部通路、 ３０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３０５ ボディ、 ３１４ 弁座形成部材、 ３２１ 作動ロッド、 ３２２ Ｏリング、 ４０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ４０２ 弁本体、 ４０５ ボディ、 ４０６ パワーエレメント、 ４１０ ガイド部材、 ４１１ 挿通孔、 ４１２ 支持部材、 ４１４ 弁座形成部材、 ４１６ ダイヤフラム、 ４１８ スプリング、 ４２１ 作動ロッド、 ５０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ５０２ 弁本体、 ５０５ ボディ、 ５０６ パワーエレメント、 ５１０ ガイド部材、 ５１２ 支持部材、 ５１４ 弁座形成部材、 ５２１ 作動ロッド、 ６０６ パワーエレメント、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。クランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃ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。
【０００５】
このような可変容量圧縮機用制御弁として、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。この可変容量圧縮機用制御弁は、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。このような可変容量圧縮機用制御弁は、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、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持でき、これによって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。エンジンと回転軸とが直結されていても、実質的に吐出容量をゼロに近くすることができる。
【０００６】
近年、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よいものも提案されている。例えば、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャの２つに分割して両者間に吸入圧力Ｐｓを感知する薄膜状の感圧部材を配置し、分割された第２プランジャ側でクランク圧力Ｐｃを制御する弁部の開度制御を行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなプランジャ分割型の可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイド力を弁部へ伝達するプランジャを２つに分割し、その間に感圧部材を配置することから構造が複雑になる。また、このような可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイドのオン／オフごとに第１プランジャと第２プランジャとが感圧部材を挟んで連結／解除され、従来１つのプランジャで実現していた機能を２つのプランジャの協働により実現する。このため、感圧部材を介して隔てられる両プランジャ間で構造面および機能面で整合をとる必要があり、その点において煩雑であった。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する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ものである。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、ボディの一端側に設けられ、その内部が可変容量圧縮機の吸入室に連通するハウジングと、ハウジング内を吸入圧力が導入される圧力室を形成する開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、吸入圧力に応じてその中央部が弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、感圧部材の変位による駆動力を弁体へ付与可能な感圧部と、ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じた閉弁方向のソレノイド力を弁体に付与可能なソレノイドと、を備える。
【００１０】
この態様によると、ボディのソレノイドとは反対側の端部に感圧部が設けられる。このため、感圧部材を弁体とソレノイドとの間に配置する必要がなく、可変容量圧縮機用制御弁を簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［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。
【００１４】
可変容量圧縮機用制御弁１は、可変容量圧縮機に設けられた所定の冷媒通路に配設され、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感知弁として構成されている。
【００１５】
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、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。
【００１６】
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の上端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６（「感圧部」に該当する）等を備えている。
【００１７】
ボディ５の側部には、可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を防止するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００１８】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、段付円筒状の弁座形成部材１４が配設されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４において弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。さらに、弁孔１５を貫通するように、長尺有底円筒状の伝達ロッド１７が挿通されており、その上端部が弁座形成部材１４によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド１７と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路が形成される。伝達ロッド１７の上端は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。
【００１９】
また、弁座１６に吐出室側から対向して、長尺状の作動ロッド２１の一端部からなる弁体２２が接離自在に配置されている。作動ロッド２１は、ボディ５の中央に設けられたガイド孔２３に摺動可能に軸支されている。弁体２２は、弁孔１５の上流側で吐出室に連通する圧力室２４に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド２１の上端部には、伝達ロッド１７の下端部が挿通され、一体的に連結されている。なお、本実施の形態では、作動ロッド２１の一端部により弁体２２が形成されるとしたが、作動ロッド２１の全体を弁体と捉えることもできる。
【００２０】
ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。なお、このボディ５の接続部材４への圧入量によりソレノイド３の磁気ギャップを設定することが可能となっている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、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２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、ボディ５の下端中央に設けられた所定深さの開口孔２７に連通している。ボディ５とソレノイド３とにより囲まれたこの開口孔２７が位置する内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２８を形成する。この圧力室２８は、作動ロッド２１および伝達ロッド１７にそれぞれ設けられた連通孔を介してパワーエレメント６の圧力室２９に連通しており、吸入圧力Ｐｓがその圧力室２９に導入されるように構成されている。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。さらに、作動ロッド２１とボディ５との間には、作動ロッド２１を開弁方向に付勢するスプリング３０が介装されている。
【００２１】
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。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース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。
【００２２】
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２２へ伝達するためのシャフト３６を挿通している。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６の上端部がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入可能となっている。
【００２３】
コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９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３９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３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下半部に圧入されている。
【００２４】
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樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、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。
【００２５】
以上のように構成された可変容量圧縮機用制御弁１は、取り付け用のワッシャ４５を介して可変容量圧縮機１００の所定の冷媒通路内に固定される。
【００２６】
次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００２７】
パワーエレメント６は、弁座形成部材１４の上端部に固定された中空のハウジング５０と、ハウジング５０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金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。さらに、ダイヤフラム１９と皿ばね５１との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２が上述の圧力室２９を構成している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。
【００２８】
ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、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。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。
【００２９】
第２ハウジング５４は、その中央部が下方に延出しており、弁座形成部材１４の上端部に圧入されている。第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、弁座形成部材１４および伝達ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。
【００３０】
一方、伝達ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。伝達ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。一方、作動ロッド２１は、その上半部が段付円筒状をなし、その上端開口部６３に伝達ロッド１７の下端部が内挿されている。本実施の形態において、伝達ロッド１７と作動ロッド２１とは固定されておらず、両者間にはその接続部において微少なクリアランスが設けられている。これにより、弁座形成部材１４の軸心とガイド孔２３の軸心とが微妙にずれていたとしても、そのクリアランスがこれを吸収し、伝達ロッド１７および作動ロッド２１の軸線方向の動きが妨げられないようになっている。作動ロッド２１の側部には、内部通路６４と圧力室２８とを連通させる連通孔６５が形成されている。
【００３１】
このような構成により、ポート２６を介して導入された吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド２１の内部通路６４および伝達ロッド１７の内部通路６１を介して圧力室２９に導入される。ダイヤフラム１９は、この吸入圧力Ｐｓを感知して弁部の開閉方向に伸縮動作する。
【００３２】
弁座形成部材１４は、その下端面とボディ５との間にポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム６７（「シール部材」に該当する）を挟んだ状態でボディ５の上半部に挿通されている。弁座形成部材１４は、ボディ５の上端開口部が部分的に内方に加締められることによってボディ５に固定されている。作動ロッド２１がこのダイヤフラム６７の中央部を貫通しているが、ダイヤフラム６７の内縁が作動ロッド２１の外周面に密着しているため、ダイヤフラム６７の上下で冷媒の漏洩が防止され、吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。弁座形成部材１４の側部の上下には内外を連通する連通孔７１，７２がそれぞれ設けられており、ポート１１とポート１３とを連通させている。
【００３３】
本実施の形態においては、弁座形成部材１４における伝達ロッド１７の摺動部（摺動孔）の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成され、ガイド孔２３の断面積Ｃはこれらよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド２１との結合体に作用するクランク圧力Ｐｃ等による力がキャンセルされる。弁体２２は、制御状態においてはパワーエレメント６の感圧部材が感知する吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。
【００３４】
本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。
【００３５】
本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。この皿ばね５１の荷重を調整することにより、ダイヤフラム１９および皿ばね５１からなる感圧部材を変位させるのに要する吸入圧力Ｐｓも変化する。この皿ばね５１の設定荷重は、ソレノイド３に供給する電流量を変化させることによって変更することができる。さらに、パワーエレメント６の弁座形成部材１４に対する圧入量を変化させることにより、皿ばね５１の設定荷重を微調整することもできる。これにより、吸入圧力Ｐｓがソレノイド３に供給する電流量により設定された設定圧力になるように、弁体２２が動作するようになる。
【００３６】
図３および図４は、可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図２に対応する部分拡大断面図である。図３は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図４は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。
【００３７】
ソレノイド３の非通電状態において吸入圧力Ｐｓが高くなると、図３に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。本実施の形態では、このように皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、完全に反転する手前の状態に保持される。その結果、吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては可変容量圧縮機用制御弁１のコンパクト化にも寄与している。
【００３８】
一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図４に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２２に伝達される。それにより、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力、スプリング３０による開弁方向の付勢力、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、弁部が所定開度に制御される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００３９】
次に、可変容量圧縮機用制御弁の全体の動作について説明する。
図１に示した可変容量圧縮機用制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング３０の付勢力により弁体２２が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、可変容量圧縮機の吐出室からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３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。
【００４０】
一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３に供給される電流値は最大になり、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、プランジャ３３、シャフト３６、作動ロッド２１、伝達ロッド１７、およびダイヤフラム１９等が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２２が弁座１６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。
【００４１】
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おいては、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力と、スプリング３０による開弁方向の付勢力と、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。
【００４２】
このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに可変容量圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、吐出圧力Ｐｄが上がって吸入圧力Ｐｓが下がる。その結果、パワーエレメント６による開弁方向の力が大きくなって弁体２２に作用し、弁体２２は、さらにリフトして吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。すなわち、可変容量圧縮機用制御弁１においてはソレノイド３に供給される電流量により設定圧力が設定される。弁体２２は、吸入圧力Ｐｓがその設定圧力に近づくように自律的に動作する。
【００４３】
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、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。このため、ボディ５とソレノイド３との間にダイヤフラム１９を介装させる態様のように、感圧部の構成が複雑になることがない。また、ソレノイド３のプランジャを分割する構成とする必要もなくなる。その結果、簡易な構成で実現することができる。また、パワーエレメント６内にダイヤフラム１９に加えて皿ばね５１を設けた構成としたため、感圧部材の耐圧強度を高く保持することができる。さらに、パワーエレメント６のハウジング５０の形状を皿ばね５１の形状に合わせるようにしたため、パワーエレメント６そのもの、ひいては可変容量圧縮機用制御弁１をコンパクトに構成することができる。
【００４４】
［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、弁部と感圧部の構成が異なる点を除けば第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第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５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。
【００４５】
可変容量圧縮機用制御弁２０１において、弁本体２０２のボディ２０５には、弁部を構成する伝達ロッド２２１が挿通されている。ボディ２０５の上部開口部には円筒状の弁座形成部材２１４が圧入され、その上端部にパワーエレメント２０６が固定されている。
【００４６】
伝達ロッド２２１は、中空のパイプ材から形成され、第１の実施の形態の伝達ロッド１７と作動ロッド２１とが一体成形されたような構成を有する。伝達ロッド２２１の内部通路２６１は、その上端部および下端部が拡径されており、その拡径部に断面Ｔ字状の栓部材２１１，２１２がそれぞれ嵌合されている。伝達ロッド２２１は、例えばステンレス鋼を押出成形したパイプ材を加工したものでもよい。栓部材２１１，２１２は、例えば真鍮などの比較的軟らかい金属からなるものでもよい。栓部材２１１の伝達ロッド２２１との接合面には部分的に溝部が形成されており、その溝部によって内部通路２６１と圧力室２９とを連通させる連通路２１３が形成されている。同様に、栓部材２１２にも溝部が形成されており、その溝部によって内部通路２６１と圧力室２８とを連通させる連通路２１５が形成されている。これにより、吸入圧力Ｐｓが内部通路２６１を介して圧力室２９に導入されるようになっている。栓部材２１１，２１２の端面は曲面状をなし、それぞれダイヤフラム１９の中央部、シャフト３６の上端面に当接する。
【００４７】
伝達ロッド２２１の軸線方向中央部には、弁体２２が一体に形成されている。伝達ロッド２２１は、その上端部が弁座形成部材２１４に摺動可能に支持される一方、その下部がガイド孔２３に摺動可能に支持されている。本実施の形態においては、伝達ロッド２２１とボディ２０５との間にダイヤフラム等のシール部材は設けられていないが、伝達ロッド２２１の下部摺動部近傍には、周方向に沿った所定深さの凹部２２０が形成されている。この凹部２２０は、ポート１１から導入された冷媒がポート２６側に漏れた場合に、その冷媒に含まれるごみを滞留させ、その摺動部の間隙に詰まるのを防止する。
【００４８】
一方、パワーエレメント２０６は、第１の実施の形態のパワーエレメント６とは異なる構成を有する。ハウジング２５０は、第１ハウジング２５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９を介装するが、皿ばね５１とダイヤフラム１９との間に、図２に示された耐摩耗シート５２のような薄膜状部材は設けられていない。一方、第１ハウジング２５３と皿ばね５１との間には、皿ばね５１の荷重を調整するためのスプリング２１０が介装されている。第１ハウジング２５３は、ボール部材５５が接合された中央部とダイヤフラム１９を挟む周縁部との間の中間部の肉厚が小さくなるように形成されており、パワーエレメント２０６を弁座形成部材２１４に圧入した後に、その第１ハウジング２５３を変形させてスプリング２１０による荷重の微調整ができるようになっている。
【００４９】
本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁２０１も、ボディ２０５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント２０６が設けられているため、簡易な構成で実現される。また、中空のパイプ材を用いて伝達ロッド２２１と弁体２２とを一体成形し、第１の実施の形態に示したような作動ロッド２１が省略されるため、比較的低コストに実現することができる。さらに、弁座形成部材２１４のボディ２０５への圧入量により皿ばね５１による設定荷重を調整し、第１ハウジング２５３の変形によりこれを微調整することもでき、開弁特性の設定を比較的容易に行えるというメリットもある。
【００５０】
［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１の実施の形態の弁部と第２の実施の形態の感圧部とを組み合わせたような構成を有する。このため、上記第１，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６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。
【００５１】
可変容量圧縮機用制御弁３０１において、弁本体３０２のボディ３０５の上部開口部には円筒状の弁座形成部材３１４が加締め接合され、その上端部にパワーエレメント２０６が圧入されている。
【００５２】
作動ロッド３２１は、図２に示した作動ロッド２１とほぼ同様の構成を有するが、そのガイド孔２３との摺動部近傍には、シール用のＯリング３２２が取り付けられている。このＯリング３２２によって吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。
【００５３】
［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、特に感圧部がボディに対して変位可能に設けられた点で第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁と異なるが、共通する部分も多い。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７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。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００５４】
可変容量圧縮機用制御弁４０１において、弁本体４０２のボディ４０５の上端部には、その上部開口部を覆うように有底円筒状のガイド部材４１０が圧入されている。ガイド部材４１０の上端近傍の側部には、その内外を連通させるポート１３が設けられている。ガイド部材４１０の上底部中央には円形の挿通孔４１１が形成され、パワーエレメント４０６の第２ハウジング４５４の下半部が挿通されている。
【００５５】
すなわち、第２ハウジング４５４において下方に延出する円筒状のボス部４５５が、ガイド部材４１０の内部に延出している。ガイド部材４１０の内部には、円筒状の支持部材４１２が配設されており、その支持部材４１２にボス部４５５が圧入されている。支持部材４１２の下端部には、半径方向外向きに延出するフランジ部４１３が設けられ、その先端面がガイド部材４１０の内壁面に沿って摺動可能となっている。これにより、パワーエレメント４０６の軸線方向の安定した動きが実現されている。フランジ部４１３の一部には、ボディ４０５の上端開口部とポート１３とを連通させる連通部４１５が形成されている。
【００５６】
伝達ロッド１７と第２ハウジング４５４との間には、ポート１３と圧力室２９との間の冷媒の漏洩を防止するためのポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム４１６（「シール部材」に該当する）が配置されている。このダイヤフラム４１６は、リング状をなしており、その外周部が支持部材４１２と第２ハウジング４５４との間に挟まれるように固定されている。一方、ダイヤフラム４１６の内周部は、伝達ロッド１７とその外周面に圧入された固定リング４１７との間に挟まれるように固定されている。ダイヤフラム４１６が可撓性を有するため、伝達ロッド１７とパワーエレメント４０６とは所定量相対変位が可能となっている。また、ガイド部材４１０と支持部材４１２との間には、パワーエレメント４０６を弁体２２側（開弁方向）に付勢するスプリング４１８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００５７】
ボディ４０５の上端開口部には、弁座１６が形成された弁座形成部材４１４が加締め接合されているが、第１の実施の形態のように、パワーエレメント４０６は固定されていない。また、作動ロッド４２１とボディ４０５との間に、第１の実施の形態のようなスプリング３０は設けられていない。作動ロッド４２１の摺動部近傍の側部には、周方向に沿った所定深さの凹部４２０が形成されている。この凹部４２０は、ダイヤフラム６７の配置にもかかわらず、ポート１１から導入された冷媒がポート２６側に僅かに漏れた場合に、その冷媒に含まれるごみを滞留させ、その摺動部の間隙に詰まるのを防止する。
【００５８】
以上の構成により、パワーエレメント４０６がスプリング４１８により弁体２２側に付勢されつつその軸線方向に変位可能に構成されている一方、作動ロッド４２１を開弁方向に直接付勢する付勢部材は設けられていない。このため、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７とが当接状態を保持しつつ動作することになる。
【００５９】
本実施の形態においては、ダイヤフラム４１６の有効受圧径Ｄ１、弁孔１５の内径Ｄ２、およびガイド孔２３の内径Ｄ３が実質的に等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド４２１との結合体に作用するクランク圧力Ｐｃ等による力はキャンセルされ、弁体２２は、制御状態においてはパワーエレメント４０６が感知する吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。
【００６０】
図８〜図１０は、可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。図８は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図９は、ソレノイド３がオンにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図１０は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。
【００６１】
ソレノイド３の非通電状態において吸入圧力Ｐｓが高くなると、図８に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。一方、パワーエレメント４０６は、スプリング４１８により弁体２２側に付勢されているため、第２ハウジング４５４がガイド部材４１０に当接する下死点の位置に変位する。その結果、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７とが当接状態を保持したまま弁部が全開状態となり、可変容量圧縮機用制御弁４０１の運転状態は最小容量運転に移行する。
【００６２】
この状態からソレノイド３に通電がされると、図９に示すように、ソレノイド力がシャフト３６を介して作動ロッド４２１、伝達ロッド１７、パワーエレメント４０６に伝達される。これにより、弁体２２が弁座１６に着座して閉弁状態になるとともに、パワーエレメント４０６が押し上げられて第２ハウジング４５４がガイド部材４１０から離間する。このとき、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７との当接状態は保持される。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側へ移行することになる。
【００６３】
そして、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図１０に示すように、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するパワーエレメント４０６による開弁方向の力、スプリング４１８による開弁方向の付勢力、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、弁部が所定開度に制御される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００６４】
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４０１も、ボディ４０５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント４０６が設けられているため、簡易な構成で実現される。また、ダイヤフラム１９と伝達ロッド１７との接合状態を維持できるため、吸入圧力Ｐｓが高い状態においてソレノイド３がオフからオンに切り替えたときの制御の応答性を高く保持することができる。
【００６５】
［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、感圧部と伝達ロッドとの間にシール部材が設けられていない点を除けば第４の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同じ構成を有する。このため、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１１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。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。
【００６６】
可変容量圧縮機用制御弁５０１において、弁本体５０２のボディ５０５の上端部には、その上部開口部を覆うようにガイド部材５１０が圧入されている。ガイド部材５１０には、パワーエレメント５０６の第２ハウジング５５４のボス部４５５が挿通され、そのボス部４５５には、支持部材５１２が圧入されている。
【００６７】
伝達ロッド１７と第２ハウジング５５４との間には、第４の実施の形態のダイヤフラム４１６のようなシール部材が設けられておらず、伝達ロッド１７の上端部がボス部４５５に摺動可能に支持されている。
【００６８】
一方、パワーエレメント５０６は、第１ハウジング５３と第２ハウジング５５４との間にダイヤフラム１９を介装するが、第４の実施の形態のパワーエレメント４０６とは異なり、皿ばね５１とダイヤフラム１９との間に図７に示された耐摩耗シート５２のような薄膜状部材は設けられていない。伝達ロッド１７には図７に示された固定リング４１７が設けられていないため、弁座形成部材５１４の弁孔１５が比較的長くなっている。作動ロッド５２１の側部には、図７に示された凹部４２０は設けられていない。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、上記各実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。図１２は、変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。同図においては、図１に示したパワーエレメント６と同様の構成部分については同一の符号を付している。
【００７１】
この変形例では、パワーエレメント６０６を構成する感圧部材として、比較的厚みのある金属製のダイヤフラム６１９を用いる。このダイヤフラム６１９は、薄膜状の本体の中央部にて片面側に突出する凸部６２０を有する。ダイヤフラム６１９の周縁部は、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるように、ハウジング５０に固定されている。ダイヤフラム６１９は、その凸部６２０の部分において皿ばねのような反転動作が可能なものであるが、この例においても反転側に変形したときには第１ハウジング５３により係止されるため、反転動作の手前の段階までしか変形しないようになっている。つまり、ダイヤフラム６１９そのものが皿ばねのような機能を有しているため、別部材として皿ばねを設ける必要がない。
【００７２】
あるいは逆に、ダイヤフラムをなくし、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい。例えば図１２のダイヤフラム６１９を皿ばねに置き換え、その周縁部が第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジング５０に固定してもよい。ただし、変形例のように可撓性を有するダイヤフラムを用いるほうが、皿ばねよりもしなやかな動作を実現することができ、所望の特性を得やすいというメリットがあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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】図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図３】可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図４】可変容量圧縮機用制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図５】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】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。
【図７】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。
【図８】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図９】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図１０】可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。
【図１１】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。
【図１２】変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
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 パワーエレメント、 １４ 弁座形成部材、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 伝達ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２１ 作動ロッド、 ２２ 弁体、 ２３ ガイド孔、 ２９ 圧力室、 ３６ シャフト、 ５０ ハウジング、 ５１ 皿ばね、 ５２ 耐摩耗シート、 ６１ 内部通路、 ６４ 内部通路、 ６７ ダイヤフラム、 １００ 可変容量圧縮機、 ２０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０５ ボディ、 ２０６ パワーエレメント、 ２１４ 弁座形成部材、 ２２１ 伝達ロッド、 ２５０ ハウジング、 ２６１ 内部通路、 ３０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３０５ ボディ、 ３１４ 弁座形成部材、 ３２１ 作動ロッド、 ３２２ Ｏリング、 ４０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ４０２ 弁本体、 ４０５ ボディ、 ４０６ パワーエレメント、 ４１０ ガイド部材、 ４１１ 挿通孔、 ４１２ 支持部材、 ４１４ 弁座形成部材、 ４１６ ダイヤフラム、 ４１８ スプリング、 ４２１ 作動ロッド、 ５０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ５０２ 弁本体、 ５０５ ボディ、 ５０６ パワーエレメント、 ５１０ ガイド部材、 ５１２ 支持部材、 ５１４ 弁座形成部材、 ５２１ 作動ロッド、 ６０６ パワーエレメント、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記ボディの一端側に設けられ、その内部が前記可変容量圧縮機の吸入室に連通するハウジングと、前記ハウジング内を吸入圧力が導入される圧力室を形成する開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、前記吸入圧力に応じてその中央部が前記弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、前記感圧部材の変位による駆動力を前記弁体へ付与可能な感圧部と、
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た閉弁方向のソレノイド力を前記弁体に付与可能なソレノイドと、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項２】
前記感圧部材は、ダイヤフラムと、前記密閉空間内に前記ダイヤフラムに沿うように配設され、前記弁体に対して開弁方向の付勢力を付与可能な薄板状の皿ばねと、を含んで構成さ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。
【請求項３】
前記ダイヤフラムが金属製ダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムと前記皿ばねとの間に両者間の摩耗を抑制するための薄膜状部材が介装されてい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。
【請求項４】
前記感圧部材が金属製のダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムは、その中央部に片方の面側に突出する凸部を有し、周縁部が前記ハウジングに固定さ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。
【請求項５】
前記感圧部材が皿ばねからなり、
前記皿ばねの周縁部が前記ハウジングに固定さ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。
【請求項６】
前記感圧部材の変位による駆動力を前記弁体へ伝達する伝達部材を備え、
前記伝達部材は、その一端側が前記弁体を支持し、他端側が前記感圧部材に対して接続される伝達ロッドからなること特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項７】
前記皿ばねは、その中央部が前記弁体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変化可能なもの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。
【請求項８】
前記ハウジングの内壁が、前記皿ばねが反転する側に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７に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項９】
前記ボディの一端側から順に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、
前記ボディ内において、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つなぐ冷媒通路に前記弁孔が設けられる一方、前記弁体が前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間に形成されたガイド孔に沿って軸線方向に摺動可能に支持され、
前記吸入室連通ポートが、前記弁体および前記伝達ロッドのそれぞれを貫通するように設けられた内部通路を介して前記圧力室へ連通するように構成されてい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。
【請求項１０】
前記ガイド孔の開口部に、前記吐出室連通ポート側から前記吸入室連通ポート側への冷媒の漏洩を抑制するためのシール部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１１】
前記伝達ロッドと前記弁体とが、中空のパイプ材から一体成形されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１２】
前記伝達ロッドと前記ハウジングとの間に、前記クランク室連通ポートと前記圧力室との間の冷媒の漏洩を防止するための可撓性を有する薄膜状のシール部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１３】
前記伝達ロッドは、一端側が前記ボディ内に設けられた摺動孔に沿って摺動可能に支持される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
前記摺動孔の断面積と前記弁孔の断面積とが実質的に等しく形成されることにより、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１４】
前記伝達ロッドは、一端側が前記ハウジングの圧力室に挿通される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
前記伝達ロッドと前記ハウジングとの間に、前記クランク室連通ポートと前記圧力室との間の冷媒の漏洩を防止するための可撓性を有する薄膜状のシール部材が配設され、
前記シール部材の有効受圧径と前記弁孔の内径とが実質的に等しく形成されることにより、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１５】
前記感圧部が前記ボディに支持されつつその軸線方向に変位可能に構成され、
前記感圧部と前記ボディとの間に前記感圧部を閉弁方向に付勢する付勢部材が介装さ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。
【請求項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、
前記ボディの一端側に設けられ、その内部が前記可変容量圧縮機の吸入室に連通するハウジングと、前記ハウジング内を吸入圧力が導入される圧力室を形成する開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、前記吸入圧力に応じてその中央部が前記弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、前記感圧部材の変位による駆動力を前記弁体へ付与可能な感圧部と、
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た閉弁方向のソレノイド力を前記弁体に付与可能なソレノイドと、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項２】
前記感圧部材は、ダイヤフラムと、前記密閉空間内に前記ダイヤフラムに沿うように配設され、前記弁体に対して開弁方向の付勢力を付与可能な薄板状の皿ばねと、を含んで構成さ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。
【請求項３】
前記ダイヤフラムが金属製ダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムと前記皿ばねとの間に両者間の摩耗を抑制するための薄膜状部材が介装されてい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。
【請求項４】
前記感圧部材が金属製のダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムは、その中央部に片方の面側に突出する凸部を有し、周縁部が前記ハウジングに固定さ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。
【請求項５】
前記感圧部材が皿ばねからなり、
前記皿ばねの周縁部が前記ハウジングに固定さ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。
【請求項６】
前記感圧部材の変位による駆動力を前記弁体へ伝達する伝達部材を備え、
前記伝達部材は、その一端側が前記弁体を支持し、他端側が前記感圧部材に対して接続される伝達ロッドからなること特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項７】
前記皿ばねは、その中央部が前記弁体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変化可能なもの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。
【請求項８】
前記ハウジングの内壁が、前記皿ばねが反転する側に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７に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項９】
前記ボディの一端側から順に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、
前記ボディ内において、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つなぐ冷媒通路に前記弁孔が設けられる一方、前記弁体が前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間に形成されたガイド孔に沿って軸線方向に摺動可能に支持され、
前記吸入室連通ポートが、前記弁体および前記伝達ロッドのそれぞれを貫通するように設けられた内部通路を介して前記圧力室へ連通するように構成されてい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。
【請求項１０】
前記ガイド孔の開口部に、前記吐出室連通ポート側から前記吸入室連通ポート側への冷媒の漏洩を抑制するためのシール部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１１】
前記伝達ロッドと前記弁体とが、中空のパイプ材から一体成形されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１２】
前記伝達ロッドと前記ハウジングとの間に、前記クランク室連通ポートと前記圧力室との間の冷媒の漏洩を防止するための可撓性を有する薄膜状のシール部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１３】
前記伝達ロッドは、一端側が前記ボディ内に設けられた摺動孔に沿って摺動可能に支持される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
前記摺動孔の断面積と前記弁孔の断面積とが実質的に等しく形成されることにより、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１４】
前記伝達ロッドは、一端側が前記ハウジングの圧力室に挿通される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
前記伝達ロッドと前記ハウジングとの間に、前記クランク室連通ポートと前記圧力室との間の冷媒の漏洩を防止するための可撓性を有する薄膜状のシール部材が配設され、
前記シール部材の有効受圧径と前記弁孔の内径とが実質的に等しく形成されることにより、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
【請求項１５】
前記感圧部が前記ボディに支持されつつその軸線方向に変位可能に構成され、
前記感圧部と前記ボディとの間に前記感圧部を閉弁方向に付勢する付勢部材が介装さ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２２３４８２（Ｐ２００８−２２３４８２Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５８２２６（Ｐ２００７−５８２２６）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【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２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【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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