圧力制御弁
【課題】検出圧力に応じて開度を制御する圧力制御弁において、圧力を検出するダイヤフラムの受圧径を小さくする。
【解決手段】ダイヤフラム２２は、円形の中央部４１を有し、その外周に、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５が順次同心配置され、第１連結部４２および第２連結部４４によって同心円の段が形成された構成を有している。中央部４１および環状部４３が圧力を受けて軸線方向にストロークするとき、その軸線方向に延出された円筒形状の第１連結部４２および第２連結部４４は変形しない。そのため、中央部４１が第１連結部４２との接続部を支点として変形し、環状部４３が第２連結部４４との接続部を支点として変形し、ダイヤフラム２２は、全体として大きくストロークすることができる。したがって、必要なストロークを得るだけなら、ダイヤフラム２２の受圧径は、小さくできる。
【解決手段】ダイヤフラム２２は、円形の中央部４１を有し、その外周に、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５が順次同心配置され、第１連結部４２および第２連結部４４によって同心円の段が形成された構成を有している。中央部４１および環状部４３が圧力を受けて軸線方向にストロークするとき、その軸線方向に延出された円筒形状の第１連結部４２および第２連結部４４は変形しない。そのため、中央部４１が第１連結部４２との接続部を支点として変形し、環状部４３が第２連結部４４との接続部を支点として変形し、ダイヤフラム２２は、全体として大きくストロークすることができる。したがって、必要なストロークを得るだけなら、ダイヤフラム２２の受圧径は、小さくできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機に装着されて冷媒の吐出容量を制御する圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、圧縮機には、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。
【０００３】
可変容量圧縮機は、一般的に、エンジンによって回転駆動される回転軸の周囲に複数のシリンダが配置され、その回転軸には、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に揺動板が設けられている。揺動板が回転軸の回転運動により駆動されて揺動運動をすると、これに連動して、回転軸と平行な方向にシリンダ内のピストンが往復運動をし、吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入し、圧縮して吐出室に吐出する。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、ピストンの両端にかかる圧力の差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、圧力制御弁である。
【０００４】
このような圧力制御弁は、一般に、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部をクランク室に導入し、その導入量またはクランク室から導出する冷媒の量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。その導入量または導出量の制御は、吸入室の吸入圧力Ｐｓに基づいて行われている。つまり、圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出し、その吸入圧力Ｐｓが所定の設定値を維持するように、吐出室からクランク室に導入またはクランク室から吸入室に導出される冷媒の流量を制御している。
【０００５】
このため、可変容量圧縮機用の圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出する感圧部と、その感圧部が検出した吸入圧力Ｐｓに応じて吐出室からクランク室へ通じる通路またはクランク室から吸入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電子式圧力制御弁では、吸入圧力Ｐｓの設定値を外部電流によって可変することができるソレノイドを備えている。
【０００６】
感圧部は、ダイヤフラムを用いて吸入圧力Ｐｓを検出するタイプのものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。ダイヤフラムは、円板状の金属薄膜からなり、その外周縁部が固定された状態で、一方の面に吸入圧力Ｐｓを受圧させたときのダイヤフラムに当接したディスクの変位量（ストローク量）で圧力の大きさを検出している。圧力制御弁は、そのダイヤフラムの変位量に応じて弁部の開度を制御し、これによって可変容量圧縮機のクランク室内の圧力を制御している。
【０００７】
吸入圧力Ｐｓを受圧している面と反対側のダイヤフラムの面には、ソレノイドが配置されていて、吸入圧力Ｐｓに対向するソレノイド力を付与している。このソレノイドのソレノイド力が吸入圧力Ｐｓの設定値に相当し、ソレノイドコイルに供給する電流の大きさによって設定される。
【０００８】
ところで、ダイヤフラムを使用した圧力検出装置においては、ダイヤフラムの変位量であるストロークを大きくすることが難しく、しかも、全ストロークに亘って所定の直線性および感度を得ることが難しいという性質を有している。これに対し、ダイヤフラムの直線性および感度を改善する目的で構成された圧力検出装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。この圧力検出装置では、ダイヤフラムに同心円状の複数の環状段部を設けてストロークに対する直線性および傾きの特性を改善することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２９１１９０号公報
【特許文献２】特許第３２７２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
圧力制御弁は、大きさの制約を受けない上述の圧力検出装置と違って、可変容量圧縮機内に装着される関係から小型軽量化が望まれており、これに応じてダイヤフラムも小径化することが望まれている。しかしながら、ダイヤフラムは、小径化するほど撓みにくくなるので、弁部を駆動するのに必要なストロークを得ることが難しく、弁部を制御するのに必要な直線性および傾きの特性を得ることが難しい。このため、ダイヤフラムをさらに小型化することが難しく、それによって圧力制御弁を小型軽量化することも難しいという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムの受圧径を小さくしつつ、必要な特性を得ることができる小型軽量化した圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では上記の課題を解決するために、感圧部にダイヤフラムを使用した圧力制御弁において、前記ダイヤフラムは、円形の中央部と、前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、を有していることを特徴とする圧力制御弁が提供される。
【００１３】
このような圧力制御弁によれば、ダイヤフラムは、圧力を受けて軸線方向に変位する中央部および環状部が軸線方向に変形しない第１連結部および第２連結部によって接続した構成を有している。これにより、中央部が第１連結部との接続部を支点として変形し、環状部が第２連結部との接続部を支点として変形するので、ストロークの大きなダイヤフラムになり、これが受圧径を小さくすることに寄与する。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成の圧力制御弁は、ストロークを大きくできる構造のダイヤフラムを採用してその受圧径を小さくしたので、受圧する圧力に対向するソレノイド力を小さくでき、ソレノイドおよびこれを収納する圧力制御弁を小型軽量化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係る圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】圧力制御弁の要部を拡大して示した部分拡大断面図である。
【図３】ダイヤフラムの構成を示す中央断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る圧力制御弁のパワーエレメントの要部を拡大して示した部分拡大断面図である。
【図５】ダイヤフラムの変位状態を示す説明図であって、（Ａ）は変位なしの状態を示し、（Ｂ）は０．１ｍｍ変位した状態を示し、（Ｃ）は０．２ｍｍ変位した状態を示し、（Ｄ）は０．３ｍｍ変位した状態を示し、（Ｅ）は０．４ｍｍ変位した状態を示し、（Ｆ）は最大変位した状態を示している。
【図６】ダイヤフラムの圧力−ストローク特性を示す図である。
【図７】ダイヤフラムのストローク量に対する受圧径の変化を示す図である。
【図８】ダイヤフラムのストローク量に対する傾きの変化を示す図である。
【図９】ダイヤフラムのストローク量に対する直線性の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、斜板式の可変容量圧縮機の吸入圧力を検出して吐出容量を制御するものであって、吸入圧力の設定値を電子的に設定することができる圧力制御弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は第１の実施の形態に係る圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図、図２は圧力制御弁の要部を拡大して示した部分拡大断面図、図３はダイヤフラムの構成を示す中央断面図である。
【００１８】
この圧力制御弁は、ボディ１１の図の上方側部に可変容量圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２が設けられ、図の上端部には、可変容量圧縮機のクランク室に制御されたクランク室圧力Ｐｃを供給するポート１３が設けられている。このクランク室圧力Ｐｃのポート１３は、ボディ１１の軸周りに複数の通路を設けることによって形成され、内部で吐出圧力Ｐｄのポート１２と連通している。吐出圧力Ｐｄのポート１２の周りには、ストレーナ１４が周着されている。ポート１２とポート１３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、筒状の弁体１６がボディ１１によって弁座１５に対し軸線方向に進退自在に支持されている。この弁座１５および筒状の弁体１６が、この圧力制御弁の弁部の主弁を構成している。
【００１９】
ボディ１１が圧入により結合されたボディ１７の図の中間側部には、可変容量圧縮機の吸入室に連通するポート１８が設けられ、そのポート１８が連通するボディ１７の内部空間には、パワーエレメント１９が収容されている。
【００２０】
このパワーエレメント１９は、上部ハウジング２０と、下部ハウジング２１と、これらの間に配置されたダイヤフラム２２とを有し、これらの外周縁部が気密に接合されている。下部ハウジング２１とダイヤフラム２２とによって囲まれた空間は真空室を構成し、その真空室には、ディスク２３を介して真空により内側に撓むダイヤフラム２２を外側に付勢するスプリング２４が収容されている。上部ハウジング２０は、中央部に開口部を有し、その開口部の周囲に筒状のハブ部が一体に形成されている。そのハブ部は、筒状の弁体１６に圧入により結合され、弁体１６とパワーエレメント１９の上部ハウジング２０および下部ハウジング２１とが一体に動作するようにしている。上部ハウジング２０は、また、パワーエレメント１９が収容されている空間と連通する通気口２５が設けられ、ダイヤフラム２２がその通気口２５を介して可変容量圧縮機の吸入室の吸入圧力Ｐｓを検出できるようになっている。
【００２１】
上部ハウジング２０のハブ部には、ダイヤフラム２２を主弁側から保持する有底スリーブ形状のホルダ２６が配置されている。このホルダ２６の底部は、ダイヤフラム２２に当接され、ホルダ２６の筒状部は、筒状の弁体１６の内壁によって軸線方向に進退自在に支持されている。このホルダ２６の筒状部の側面には、通気口２７が設けられており、クランク室圧力Ｐｃのポート１３からブリード弁を介して吸入圧力Ｐｓのポート１８へ冷媒を逃す冷媒通路を構成している。
【００２２】
ブリード弁は、弁体１６の内壁に形成されて弁座を構成する段部２８と、この段部２８とホルダ２６との間で軸線方向に進退自在に配置されてフランジ部２９ａが弁体を構成するホルダ２９とを備えている。ブリード弁は、また、ホルダ２９のフランジ部２９ａとホルダ２６の底部との間に配置されたスプリング３０を備えている。このスプリング３０は、ホルダ２９のフランジ部２９ａを段部２８に当接する方向、すなわち、ブリード弁の閉弁方向に付勢するとともに、ホルダ２６をダイヤフラム２２に当接する方向に付勢している。
【００２３】
ホルダ２９は、ボディ１１の先端中央部に圧入により固定されてホルダ２６の中まで軸線方向に延出されたシャフト３１の先端部によって軸線方向に進退自在にガイドされている。このホルダ２９およびシャフト３１は、主弁が全開位置にあるとき、ブリード弁が全閉する位置関係にあり、主弁が全開位置から絞り方向に動作すると、ホルダ２９がシャフト３１により主弁側への移動が規制されて、ブリード弁が開弁する。また、ホルダ２６がスプリング３０の付勢力に抗して主弁側へ移動され、ホルダ２６の筒状部の先端とホルダ２９のフランジ部２９ａとが当接すると、ポート１３からポート１８への冷媒通路が閉鎖されるので、この部分もブリード弁の一部を成していることになる。
【００２４】
ボディ１７の下端部には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、一端がボディ１７に圧入により結合されたコア３２と、このコア３２の他端に接離自在に配置されたプランジャ３３と、これらコア３２およびプランジャ３３に周設されたコイル３４とを備えている。プランジャ３３は、コア３２によって軸線方向に進退自在に支持されたシャフト３５の一端に結合され、シャフト３５の他端は、パワーエレメント１９の下部ハウジング２１に形成された凹部に圧入により結合されている。
【００２５】
ここで、ダイヤフラム２２の詳細について図３に示した断面図を参照して説明する。ダイヤフラム２２は、円形の中央部４１を有し、その外周に、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５が順次同心配置されている。中央部４１、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５は、ディスク２３およびホルダ２６をダイヤフラム２２の中心に位置決めするよう中央部４１に設けられる突起部４６とともに金属薄膜をプレス加工することにより一体に形成されている。金属薄膜としては、ステンレス鋼、ベリリウム銅合金などの材料が用いられる。
【００２６】
中央部４１、環状の環状部４３および固定部４５は、互いに平行平面上にあるよう形成されている。第１連結部４２は、中央部４１の外周縁部から中央部４１の平面に対して垂直方向に延出した円筒形状を有しており、中央部４１が接続されている側とは反対側に環状部４３の内周縁部が接続されている。第２連結部４４は、環状部４３の外周縁部から環状部４３の平面に対して垂直方向に延出した円筒形状を有しており、環状部４３が接続されている側とは反対側に固定部４５が接続されている。第１連結部４２および第２連結部４４は、いずれも、ダイヤフラム２２の変位方向に変形しない円筒形状とすることが重要であり、これによってダイヤフラム２２の圧力−ストローク特性に不連続変化のないものにすることができる。たとえば、第１連結部４２および第２連結部４４の少なくとも一方を中央部４１に設けられた突起部４６のように截頭円錐形状とした場合、圧力−ストローク特性の途中に変化の極めて急峻な特性が発生してしまうことがある。
【００２７】
ダイヤフラム２２は、さらに、中央部４１と第１連結部４２との接続部、第１連結部４２と環状部４３との接続部、環状部４３と第２連結部４４との接続部および第２連結部４４と固定部４５との接続部を円弧状断面にしている。これらの接続部は、できるだけ曲率半径の小さな円弧で形成するのがよく、耐久性が確保できる範囲で直角に近い曲率で曲げられている。
【００２８】
なお、パワーエレメント１９において、ダイヤフラム２２の固定部４５は、上部ハウジング２０および下部ハウジング２１の外周部に挟持されて溶接により互いに溶着されている。ディスク２３は、その外周縁部が下部ハウジング２１に形成された段部３６と軸線方向にオーバラップしており、ダイヤフラム２２が真空室側へストロークしたときに下部ハウジング２１の段部３６に当接するようにしている。この下部ハウジング２１の段部３６は、ダイヤフラム２２がディスク２３とともに真空室側へストロークするときの最大許容変位位置を規定するストッパ部として機能する。ここで、ダイヤフラム２２とディスク２３と下部ハウジング２１の段部３６との位置関係は、ディスク２３が段部３６に当接したとき、その当接面と反対側のディスク２３の外周縁部の面に環状部４３の内周縁部が当接するようにしている。この環状部４３の内周縁部がディスク２３の外周縁部に当接する部分は、下部ハウジング２１に対して相対移動することのないストッパ部となっている。一方、ダイヤフラム２２が主弁側へストロークするときのストッパ部は、上部ハウジング２０の内壁となっている。
【００２９】
以上の構成の圧力制御弁において、自動車用空調装置が停止していてソレノイドへの通電がないとき、スプリング３０がホルダ２９を閉弁位置に付勢していると共に、パワーエレメント１９をソレノイドの方向に付勢している。これにより、パワーエレメント１９に連結されたシャフト３５を介してプランジャ３３がコア３２から離間する方向に付勢されるとともに、パワーエレメント１９に連結された主弁の弁体１６が弁座１５からリフトしている。この結果、主弁が全開となり、かつ、ブリード弁が全閉となっているので、可変容量圧縮機のクランク室には、吐出圧力Ｐｄがそのままクランク室圧力Ｐｃとして供給されることになり、可変容量圧縮機は、最小容量運転していることになる。
【００３０】
自動車用空調装置が起動してソレノイドへの通電が開始されると、ソレノイドは、そのプランジャ３３がコア３２に吸引されることで、シャフト３５を介してパワーエレメント１９を主弁の方向に付勢する。これにより、パワーエレメント１９に連結された弁体１６が弁座１５に着座し、主弁を全閉にする。一方、ブリード弁は、その弁座となっている主弁の弁体１６の段部２８が弁体となっているホルダ２９のフランジ部２９ａから離れるので、開弁することになる。なぜなら、ホルダ２９は、ボディ１１に固定されたシャフト３１により主弁側への移動が規制されていて、それ以上、弁体１６の移動に連れて主弁の方向に移動することができないからである。
【００３１】
この自動車用空調装置の起動時に、吸入室の吸入圧力Ｐｓが低く維持されていた場合には、ダイヤフラム２２の中央部４１が主弁側に撓むように変位しているので、ホルダ２６は、主弁側に押されて主弁側先端部がホルダ２９のフランジ部２９ａへ当接されている。これにより、ブリード弁は、開弁しているが、その下流側の冷媒通路は、閉鎖されているので、クランク室から吸入室へ冷媒が流れることはない。この場合、可変容量圧縮機は、すぐに起動状態になる。
【００３２】
長時間停止していた自動車用空調装置を起動したときのように、吸入圧力Ｐｓが高い場合、ダイヤフラム２２の中央部４１が真空室側に撓むように変位しているので、ホルダ２６も、その変位に追従してホルダ２９のフランジ部２９ａから離間する方向に移動する。これにより、クランク室と吸入室とは連通し、クランク室から吸入室へ冷媒が流れることになる。このとき、クランク室に冷媒が液の状態で多量に溜まっていた場合には、その液の冷媒がクランク室から吸入室へ速やかに移動し、可変容量圧縮機の起動時間を短縮させることが可能になる。クランク室から液がなくなり、可変容量圧縮機が起動して、吸入圧力Ｐｓが低下してくると、ダイヤフラム２２の中央部４１が主弁側に変位し、ホルダ２６がホルダ２９のフランジ部２９ａへ当接されて、クランク室と吸入室との間の冷媒通路が閉鎖される。
【００３３】
以上のようにして、可変容量圧縮機が起動すると、次に、ソレノイドへの通電電流が調整され、通常の可変容量圧縮機の容量制御が開始されることになる。すなわち、通電電流が自動車用空調装置の設定温度に応じた値に変更されると、主弁は、その通電電流に応じた開度に設定される。
【００３４】
ここで、冷凍サイクルの冷房負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなると、ダイヤフラム２２の中央部４１が真空室側に撓むように変位する。このとき、ホルダ２９は、ボディ１１との相対移動はないのでボディ１１と一体とみなすことができ、そのホルダ２９のフランジ部２９ａにはホルダ２６が当接され、さらにそのホルダ２６には、ダイヤフラム２２の中央部４１が当接されている。つまり、ダイヤフラム２２の中央部４１は、ボディ１１に固定されていることになるので、中央部４１が真空室側に撓むように変位するということは、相対的に、パワーエレメント１９の上部ハウジング２０および下部ハウジング２１が主弁側に移動することになる。その結果、主弁の弁体１６が閉弁方向に移動し、クランク室圧力Ｐｃを下げて可変容量圧縮機を吐出容量が大きくなる方向へ制御する。
【００３５】
逆に、冷房負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが低くなると、ダイヤフラム２２は真空室から膨出する方向へ変位する。これにより、パワーエレメント１９としては、主弁から離れる方向に変位するので、主弁の弁体１６は開弁方向に移動し、クランク室圧力Ｐｃを上げて可変容量圧縮機を吐出容量が小さくなる方向へ制御する。このようにして、この圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出してその吸入圧力Ｐｓが所定の値になるよう吐出室からクランク室へ供給する冷媒流量を制御する。その制御しようとする吸入圧力Ｐｓの所定の値は、ソレノイドのコイル３４に外部から供給される電流値によって設定される。電流値を増やすことにより、プランジャ３３がコア３２に吸引される力が増して、スプリング２４の力を増す方向へ作用し、電流値を減らすと、スプリング２４の力を減らす方向へ作用するので、電流値の値によってこの圧力制御弁のセット値を可変することになる。
【００３６】
図４は第２の実施の形態に係る圧力制御弁のパワーエレメントの要部を拡大して示した部分拡大断面図、図５はダイヤフラムの変位状態を示す説明図であって、（Ａ）は変位なしの状態を示し、（Ｂ）は０．１ｍｍ変位した状態を示し、（Ｃ）は０．２ｍｍ変位した状態を示し、（Ｄ）は０．３ｍｍ変位した状態を示し、（Ｅ）は０．４ｍｍ変位した状態を示し、（Ｆ）は最大変位した状態を示している。なお、図４において、図２に示したパワーエレメント１９の構成要素と同じまたは均等の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。また、この第２の実施の形態に係る圧力制御弁は、図４に示すパワーエレメント１９以外は、第１の実施の形態に係る圧力制御弁と同じ構成を有しているので、その図示および説明は省略する。
【００３７】
この圧力制御弁は、ダイヤフラム２２が真空室側に変位してディスク２３の外周縁部が下部ハウジング２１の内壁に形成された段部３６に当接したときに、下部ハウジング２１によってダイヤフラム２２がそれ以上変位しないようにしている。すなわち、下部ハウジング２１は、ダイヤフラム２２の第１連結部４２の延長線上にストッパ部４７を有しており、そのストッパ部４７の表面のレベルは、ディスク２３が段部３６に当接したときに同時に環状部４３の内周縁部が当接する位置関係に設定されている。なお、ダイヤフラム２２が真空室と反対側に変位したときのストッパ部は、第１の実施の形態の圧力制御弁と同様、上部ハウジング２０の内壁になるようにしている。
【００３８】
以上の構成の圧力制御弁が動作するときのダイヤフラム２２の変位状態を、図５を参照して説明する。ここで、図５において、変位しているときのダイヤフラム２２を実線で示し、比較のために、変位していないときのダイヤフラム２２を破線で示してある。また、図５の（Ｂ）〜（Ｆ）については、（Ａ）の右半分だけを示している。
【００３９】
まず、図５の（Ａ）に示したように、真空室の吸引力、スプリング２４のばね力および吸入圧力Ｐｓのバランスにより、ダイヤフラム２２が変位していないとき、ダイヤフラム２２の中央部４１、環状部４３および固定部４５は、互いに平行平面上にある。
【００４０】
その後、ダイヤフラム２２が真空室側に変位していくと、図５の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）に示される順に、ダイヤフラム２２の中央部４１、第１連結部４２、環状部４３および第２連結部４４が真空室側に変位していく。このとき、変位方向に円筒形状の形で延出された第１連結部４２および第２連結部４４は、変位方向に変形しないので、中央部４１および環状部４３が第１連結部４２および第２連結部４４を支点に撓むように変形する。
【００４１】
そして、図５の（Ｆ）に示したように、ディスク２３が下部ハウジング２１の内壁に形成された段部３６に当接したとき、ダイヤフラム２２は、その環状部４３の内周縁部がストッパ部４７に当接し、吸入圧力Ｐｓが高くなってもそれ以上変位することがない。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係る圧力制御弁に使用されるダイヤフラム２２の特性について説明する。
図６はダイヤフラムの圧力−ストローク特性を示す図、図７はダイヤフラムのストローク量に対する受圧径の変化を示す図、図８はダイヤフラムのストローク量に対する傾きの変化を示す図、図９はダイヤフラムのストローク量に対する直線性の変化を示す図である。
【００４３】
図６に示すダイヤフラム２２の圧力−ストローク特性においては、横軸が圧力、縦軸がストロークを示している。この圧力−ストローク特性によれば、圧力が高くなってディスク２３が段部３６に当接するまでの間、ダイヤフラム２２は、圧力に対するストロークがほぼ直線的に変化している。参考のため、従来の平板によるダイヤフラムのストローク特性を破線で示している。この従来のストローク特性において、圧力が低い領域で平坦な特性になっているが、これは、ダイヤフラムがストローク可能範囲を超えてストロークすることで破損してしまう前に強制的にストロークできないよう物理的に制限していることによる。この図６の特性から、同心円の段を設けたダイヤフラム２２は、平板のダイヤフラムと比較して、ストローク量を大きく取ることができ、そのストローク可能範囲では、直線性があり、傾きが立っていることが分かる。このように、ストローク量を大きく取ることができるということは、径を大きくすることでしかストローク量を大きくできなかった平板のダイヤフラムと比較して、径を小さくしても同じストローク量を得ることができることを意味している。事実、０．５ｍｍのストローク量を必要とするのに、平板のダイヤフラムでは、外径が１７．９ｍｍ必要であったのに対し、同心円の段を設けたダイヤフラム２２では、図５の（Ａ）に示したように、外径を１６．４ｍｍまで小さくすることが可能である。
【００４４】
図７に示す受圧径特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が受圧径を示している。この図７においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの受圧径特性を破線で示している。
【００４５】
感圧部材としては、ストローク量によって受圧径が変化しないことが理想であるが、ダイヤフラムは、ストローク量によって受圧径が不可避的に変化するという性質を有している。すなわち、従来の平板によるダイヤフラムでは、フルストロークからのストローク量が大きくなるに連れて受圧径が小さく推移する傾向を有している。これに対し、同心円の段を有するダイヤフラム２２は、受圧径の変化幅が小さく、制御に使用する領域では、受圧径がほとんど変化しておらず、しかも、受圧径が従来の平板によるダイヤフラムよりも小さくなっている。
【００４６】
ここで、従来の平板によるダイヤフラムと同じストローク量で比較した場合、同心円の段を設けたダイヤフラム２２では、受圧径は、６．５ｍｍ〜６．８ｍｍになっている。この受圧径は、ダイヤフラム２２が圧力を受けてストロークするときに実際に作用する面積から有効受圧径として求められる。
【００４７】
ダイヤフラム２２の受圧径は、受圧径特性から分かるとおり、従来の平板によるダイヤフラムと比較して、小さくなっている。このことは、吸入圧力Ｐｓに対向するように付勢するソレノイドのソレノイド力を小さくできることを意味する。ソレノイドは、圧力制御弁の中でも、特に重量のある部材で構成されているので、小さくすることによって大幅に小型軽量化されることになる。このソレノイドの小型軽量化は、圧力制御弁の小型軽量化に大きく寄与することを可能にする。
【００４８】
図８に示す傾き特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が傾きを示している。この図８においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの傾き特性を破線で示している。
【００４９】
図８の傾き特性によれば、従来の平板によるダイヤフラムでは、小さい傾きで推移しているのに対し、同心円の段を有するダイヤフラム２２では、従来のものに比較して傾きが大きいところで変化している。ここで、重要なのは、同心円の段を有するダイヤフラム２２の傾きの絶対値が、従来のものよりも上がっていることである。
【００５０】
図９に示す直線性特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が直線性を示している。この図９においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの直線性特性を破線で示している。
【００５１】
この直線性特性は、フルストロークからのストローク量に対して直線性の変化を示しており、「１」に近いほど傾きの変化が小さく直線性がよいことを示している。この直線性特性によれば、ダイヤフラム２２は、従来の平板によるダイヤフラムに比較して、特にフルストローク側での直線性が良く、全体として「１」に近いところで変化していることから、直線性が改善されている。
【００５２】
なお、上記の実施の形態では、２段構成のダイヤフラム２２について説明したが、ダイヤフラムを１段構成にしたり３段以上の構成にしたりすることも可能である。３段以上の構成にする場合、ダイヤフラムがフルストロークしたときに、さらなる変位を防ぐための複数のストッパ部が必要になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、特殊形状を有するダイヤフラムを備えた圧力制御弁について詳述したが．感圧部にダイヤフラムを使用した他の装置、たとえば圧力検出装置や自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる膨張弁にも適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１１ ボディ
１２，１３ ポート
１４ ストレーナ
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ ボディ
１８ ポート
１９ パワーエレメント
２０ 上部ハウジング
２１ 下部ハウジング
２２ ダイヤフラム
２３ ディスク
２４ スプリング
２５ 通気口
２６ ホルダ
２７ 通気口
２８ 段部
２９ ホルダ
２９ａ フランジ部
３０ スプリング
３１ シャフト
３２ コア
３３ プランジャ
３４ コイル
３５ シャフト
３６ 段部
４１ 中央部
４２ 第１連結部
４３ 環状部
４４ 第２連結部
４５ 固定部
４６ 突起部
４７ ストッパ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機に装着されて冷媒の吐出容量を制御する圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、圧縮機には、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。
【０００３】
可変容量圧縮機は、一般的に、エンジンによって回転駆動される回転軸の周囲に複数のシリンダが配置され、その回転軸には、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に揺動板が設けられている。揺動板が回転軸の回転運動により駆動されて揺動運動をすると、これに連動して、回転軸と平行な方向にシリンダ内のピストンが往復運動をし、吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入し、圧縮して吐出室に吐出する。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、ピストンの両端にかかる圧力の差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、圧力制御弁である。
【０００４】
このような圧力制御弁は、一般に、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部をクランク室に導入し、その導入量またはクランク室から導出する冷媒の量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。その導入量または導出量の制御は、吸入室の吸入圧力Ｐｓに基づいて行われている。つまり、圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出し、その吸入圧力Ｐｓが所定の設定値を維持するように、吐出室からクランク室に導入またはクランク室から吸入室に導出される冷媒の流量を制御している。
【０００５】
このため、可変容量圧縮機用の圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出する感圧部と、その感圧部が検出した吸入圧力Ｐｓに応じて吐出室からクランク室へ通じる通路またはクランク室から吸入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電子式圧力制御弁では、吸入圧力Ｐｓの設定値を外部電流によって可変することができるソレノイドを備えている。
【０００６】
感圧部は、ダイヤフラムを用いて吸入圧力Ｐｓを検出するタイプのものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。ダイヤフラムは、円板状の金属薄膜からなり、その外周縁部が固定された状態で、一方の面に吸入圧力Ｐｓを受圧させたときのダイヤフラムに当接したディスクの変位量（ストローク量）で圧力の大きさを検出している。圧力制御弁は、そのダイヤフラムの変位量に応じて弁部の開度を制御し、これによって可変容量圧縮機のクランク室内の圧力を制御している。
【０００７】
吸入圧力Ｐｓを受圧している面と反対側のダイヤフラムの面には、ソレノイドが配置されていて、吸入圧力Ｐｓに対向するソレノイド力を付与している。このソレノイドのソレノイド力が吸入圧力Ｐｓの設定値に相当し、ソレノイドコイルに供給する電流の大きさによって設定される。
【０００８】
ところで、ダイヤフラムを使用した圧力検出装置においては、ダイヤフラムの変位量であるストロークを大きくすることが難しく、しかも、全ストロークに亘って所定の直線性および感度を得ることが難しいという性質を有している。これに対し、ダイヤフラムの直線性および感度を改善する目的で構成された圧力検出装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。この圧力検出装置では、ダイヤフラムに同心円状の複数の環状段部を設けてストロークに対する直線性および傾きの特性を改善することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２９１１９０号公報
【特許文献２】特許第３２７２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
圧力制御弁は、大きさの制約を受けない上述の圧力検出装置と違って、可変容量圧縮機内に装着される関係から小型軽量化が望まれており、これに応じてダイヤフラムも小径化することが望まれている。しかしながら、ダイヤフラムは、小径化するほど撓みにくくなるので、弁部を駆動するのに必要なストロークを得ることが難しく、弁部を制御するのに必要な直線性および傾きの特性を得ることが難しい。このため、ダイヤフラムをさらに小型化することが難しく、それによって圧力制御弁を小型軽量化することも難しいという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムの受圧径を小さくしつつ、必要な特性を得ることができる小型軽量化した圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では上記の課題を解決するために、感圧部にダイヤフラムを使用した圧力制御弁において、前記ダイヤフラムは、円形の中央部と、前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、を有していることを特徴とする圧力制御弁が提供される。
【００１３】
このような圧力制御弁によれば、ダイヤフラムは、圧力を受けて軸線方向に変位する中央部および環状部が軸線方向に変形しない第１連結部および第２連結部によって接続した構成を有している。これにより、中央部が第１連結部との接続部を支点として変形し、環状部が第２連結部との接続部を支点として変形するので、ストロークの大きなダイヤフラムになり、これが受圧径を小さくすることに寄与する。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成の圧力制御弁は、ストロークを大きくできる構造のダイヤフラムを採用してその受圧径を小さくしたので、受圧する圧力に対向するソレノイド力を小さくでき、ソレノイドおよびこれを収納する圧力制御弁を小型軽量化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係る圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】圧力制御弁の要部を拡大して示した部分拡大断面図である。
【図３】ダイヤフラムの構成を示す中央断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る圧力制御弁のパワーエレメントの要部を拡大して示した部分拡大断面図である。
【図５】ダイヤフラムの変位状態を示す説明図であって、（Ａ）は変位なしの状態を示し、（Ｂ）は０．１ｍｍ変位した状態を示し、（Ｃ）は０．２ｍｍ変位した状態を示し、（Ｄ）は０．３ｍｍ変位した状態を示し、（Ｅ）は０．４ｍｍ変位した状態を示し、（Ｆ）は最大変位した状態を示している。
【図６】ダイヤフラムの圧力−ストローク特性を示す図である。
【図７】ダイヤフラムのストローク量に対する受圧径の変化を示す図である。
【図８】ダイヤフラムのストローク量に対する傾きの変化を示す図である。
【図９】ダイヤフラムのストローク量に対する直線性の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、斜板式の可変容量圧縮機の吸入圧力を検出して吐出容量を制御するものであって、吸入圧力の設定値を電子的に設定することができる圧力制御弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は第１の実施の形態に係る圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図、図２は圧力制御弁の要部を拡大して示した部分拡大断面図、図３はダイヤフラムの構成を示す中央断面図である。
【００１８】
この圧力制御弁は、ボディ１１の図の上方側部に可変容量圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２が設けられ、図の上端部には、可変容量圧縮機のクランク室に制御されたクランク室圧力Ｐｃを供給するポート１３が設けられている。このクランク室圧力Ｐｃのポート１３は、ボディ１１の軸周りに複数の通路を設けることによって形成され、内部で吐出圧力Ｐｄのポート１２と連通している。吐出圧力Ｐｄのポート１２の周りには、ストレーナ１４が周着されている。ポート１２とポート１３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、筒状の弁体１６がボディ１１によって弁座１５に対し軸線方向に進退自在に支持されている。この弁座１５および筒状の弁体１６が、この圧力制御弁の弁部の主弁を構成している。
【００１９】
ボディ１１が圧入により結合されたボディ１７の図の中間側部には、可変容量圧縮機の吸入室に連通するポート１８が設けられ、そのポート１８が連通するボディ１７の内部空間には、パワーエレメント１９が収容されている。
【００２０】
このパワーエレメント１９は、上部ハウジング２０と、下部ハウジング２１と、これらの間に配置されたダイヤフラム２２とを有し、これらの外周縁部が気密に接合されている。下部ハウジング２１とダイヤフラム２２とによって囲まれた空間は真空室を構成し、その真空室には、ディスク２３を介して真空により内側に撓むダイヤフラム２２を外側に付勢するスプリング２４が収容されている。上部ハウジング２０は、中央部に開口部を有し、その開口部の周囲に筒状のハブ部が一体に形成されている。そのハブ部は、筒状の弁体１６に圧入により結合され、弁体１６とパワーエレメント１９の上部ハウジング２０および下部ハウジング２１とが一体に動作するようにしている。上部ハウジング２０は、また、パワーエレメント１９が収容されている空間と連通する通気口２５が設けられ、ダイヤフラム２２がその通気口２５を介して可変容量圧縮機の吸入室の吸入圧力Ｐｓを検出できるようになっている。
【００２１】
上部ハウジング２０のハブ部には、ダイヤフラム２２を主弁側から保持する有底スリーブ形状のホルダ２６が配置されている。このホルダ２６の底部は、ダイヤフラム２２に当接され、ホルダ２６の筒状部は、筒状の弁体１６の内壁によって軸線方向に進退自在に支持されている。このホルダ２６の筒状部の側面には、通気口２７が設けられており、クランク室圧力Ｐｃのポート１３からブリード弁を介して吸入圧力Ｐｓのポート１８へ冷媒を逃す冷媒通路を構成している。
【００２２】
ブリード弁は、弁体１６の内壁に形成されて弁座を構成する段部２８と、この段部２８とホルダ２６との間で軸線方向に進退自在に配置されてフランジ部２９ａが弁体を構成するホルダ２９とを備えている。ブリード弁は、また、ホルダ２９のフランジ部２９ａとホルダ２６の底部との間に配置されたスプリング３０を備えている。このスプリング３０は、ホルダ２９のフランジ部２９ａを段部２８に当接する方向、すなわち、ブリード弁の閉弁方向に付勢するとともに、ホルダ２６をダイヤフラム２２に当接する方向に付勢している。
【００２３】
ホルダ２９は、ボディ１１の先端中央部に圧入により固定されてホルダ２６の中まで軸線方向に延出されたシャフト３１の先端部によって軸線方向に進退自在にガイドされている。このホルダ２９およびシャフト３１は、主弁が全開位置にあるとき、ブリード弁が全閉する位置関係にあり、主弁が全開位置から絞り方向に動作すると、ホルダ２９がシャフト３１により主弁側への移動が規制されて、ブリード弁が開弁する。また、ホルダ２６がスプリング３０の付勢力に抗して主弁側へ移動され、ホルダ２６の筒状部の先端とホルダ２９のフランジ部２９ａとが当接すると、ポート１３からポート１８への冷媒通路が閉鎖されるので、この部分もブリード弁の一部を成していることになる。
【００２４】
ボディ１７の下端部には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、一端がボディ１７に圧入により結合されたコア３２と、このコア３２の他端に接離自在に配置されたプランジャ３３と、これらコア３２およびプランジャ３３に周設されたコイル３４とを備えている。プランジャ３３は、コア３２によって軸線方向に進退自在に支持されたシャフト３５の一端に結合され、シャフト３５の他端は、パワーエレメント１９の下部ハウジング２１に形成された凹部に圧入により結合されている。
【００２５】
ここで、ダイヤフラム２２の詳細について図３に示した断面図を参照して説明する。ダイヤフラム２２は、円形の中央部４１を有し、その外周に、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５が順次同心配置されている。中央部４１、第１連結部４２、環状部４３、第２連結部４４および固定部４５は、ディスク２３およびホルダ２６をダイヤフラム２２の中心に位置決めするよう中央部４１に設けられる突起部４６とともに金属薄膜をプレス加工することにより一体に形成されている。金属薄膜としては、ステンレス鋼、ベリリウム銅合金などの材料が用いられる。
【００２６】
中央部４１、環状の環状部４３および固定部４５は、互いに平行平面上にあるよう形成されている。第１連結部４２は、中央部４１の外周縁部から中央部４１の平面に対して垂直方向に延出した円筒形状を有しており、中央部４１が接続されている側とは反対側に環状部４３の内周縁部が接続されている。第２連結部４４は、環状部４３の外周縁部から環状部４３の平面に対して垂直方向に延出した円筒形状を有しており、環状部４３が接続されている側とは反対側に固定部４５が接続されている。第１連結部４２および第２連結部４４は、いずれも、ダイヤフラム２２の変位方向に変形しない円筒形状とすることが重要であり、これによってダイヤフラム２２の圧力−ストローク特性に不連続変化のないものにすることができる。たとえば、第１連結部４２および第２連結部４４の少なくとも一方を中央部４１に設けられた突起部４６のように截頭円錐形状とした場合、圧力−ストローク特性の途中に変化の極めて急峻な特性が発生してしまうことがある。
【００２７】
ダイヤフラム２２は、さらに、中央部４１と第１連結部４２との接続部、第１連結部４２と環状部４３との接続部、環状部４３と第２連結部４４との接続部および第２連結部４４と固定部４５との接続部を円弧状断面にしている。これらの接続部は、できるだけ曲率半径の小さな円弧で形成するのがよく、耐久性が確保できる範囲で直角に近い曲率で曲げられている。
【００２８】
なお、パワーエレメント１９において、ダイヤフラム２２の固定部４５は、上部ハウジング２０および下部ハウジング２１の外周部に挟持されて溶接により互いに溶着されている。ディスク２３は、その外周縁部が下部ハウジング２１に形成された段部３６と軸線方向にオーバラップしており、ダイヤフラム２２が真空室側へストロークしたときに下部ハウジング２１の段部３６に当接するようにしている。この下部ハウジング２１の段部３６は、ダイヤフラム２２がディスク２３とともに真空室側へストロークするときの最大許容変位位置を規定するストッパ部として機能する。ここで、ダイヤフラム２２とディスク２３と下部ハウジング２１の段部３６との位置関係は、ディスク２３が段部３６に当接したとき、その当接面と反対側のディスク２３の外周縁部の面に環状部４３の内周縁部が当接するようにしている。この環状部４３の内周縁部がディスク２３の外周縁部に当接する部分は、下部ハウジング２１に対して相対移動することのないストッパ部となっている。一方、ダイヤフラム２２が主弁側へストロークするときのストッパ部は、上部ハウジング２０の内壁となっている。
【００２９】
以上の構成の圧力制御弁において、自動車用空調装置が停止していてソレノイドへの通電がないとき、スプリング３０がホルダ２９を閉弁位置に付勢していると共に、パワーエレメント１９をソレノイドの方向に付勢している。これにより、パワーエレメント１９に連結されたシャフト３５を介してプランジャ３３がコア３２から離間する方向に付勢されるとともに、パワーエレメント１９に連結された主弁の弁体１６が弁座１５からリフトしている。この結果、主弁が全開となり、かつ、ブリード弁が全閉となっているので、可変容量圧縮機のクランク室には、吐出圧力Ｐｄがそのままクランク室圧力Ｐｃとして供給されることになり、可変容量圧縮機は、最小容量運転していることになる。
【００３０】
自動車用空調装置が起動してソレノイドへの通電が開始されると、ソレノイドは、そのプランジャ３３がコア３２に吸引されることで、シャフト３５を介してパワーエレメント１９を主弁の方向に付勢する。これにより、パワーエレメント１９に連結された弁体１６が弁座１５に着座し、主弁を全閉にする。一方、ブリード弁は、その弁座となっている主弁の弁体１６の段部２８が弁体となっているホルダ２９のフランジ部２９ａから離れるので、開弁することになる。なぜなら、ホルダ２９は、ボディ１１に固定されたシャフト３１により主弁側への移動が規制されていて、それ以上、弁体１６の移動に連れて主弁の方向に移動することができないからである。
【００３１】
この自動車用空調装置の起動時に、吸入室の吸入圧力Ｐｓが低く維持されていた場合には、ダイヤフラム２２の中央部４１が主弁側に撓むように変位しているので、ホルダ２６は、主弁側に押されて主弁側先端部がホルダ２９のフランジ部２９ａへ当接されている。これにより、ブリード弁は、開弁しているが、その下流側の冷媒通路は、閉鎖されているので、クランク室から吸入室へ冷媒が流れることはない。この場合、可変容量圧縮機は、すぐに起動状態になる。
【００３２】
長時間停止していた自動車用空調装置を起動したときのように、吸入圧力Ｐｓが高い場合、ダイヤフラム２２の中央部４１が真空室側に撓むように変位しているので、ホルダ２６も、その変位に追従してホルダ２９のフランジ部２９ａから離間する方向に移動する。これにより、クランク室と吸入室とは連通し、クランク室から吸入室へ冷媒が流れることになる。このとき、クランク室に冷媒が液の状態で多量に溜まっていた場合には、その液の冷媒がクランク室から吸入室へ速やかに移動し、可変容量圧縮機の起動時間を短縮させることが可能になる。クランク室から液がなくなり、可変容量圧縮機が起動して、吸入圧力Ｐｓが低下してくると、ダイヤフラム２２の中央部４１が主弁側に変位し、ホルダ２６がホルダ２９のフランジ部２９ａへ当接されて、クランク室と吸入室との間の冷媒通路が閉鎖される。
【００３３】
以上のようにして、可変容量圧縮機が起動すると、次に、ソレノイドへの通電電流が調整され、通常の可変容量圧縮機の容量制御が開始されることになる。すなわち、通電電流が自動車用空調装置の設定温度に応じた値に変更されると、主弁は、その通電電流に応じた開度に設定される。
【００３４】
ここで、冷凍サイクルの冷房負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなると、ダイヤフラム２２の中央部４１が真空室側に撓むように変位する。このとき、ホルダ２９は、ボディ１１との相対移動はないのでボディ１１と一体とみなすことができ、そのホルダ２９のフランジ部２９ａにはホルダ２６が当接され、さらにそのホルダ２６には、ダイヤフラム２２の中央部４１が当接されている。つまり、ダイヤフラム２２の中央部４１は、ボディ１１に固定されていることになるので、中央部４１が真空室側に撓むように変位するということは、相対的に、パワーエレメント１９の上部ハウジング２０および下部ハウジング２１が主弁側に移動することになる。その結果、主弁の弁体１６が閉弁方向に移動し、クランク室圧力Ｐｃを下げて可変容量圧縮機を吐出容量が大きくなる方向へ制御する。
【００３５】
逆に、冷房負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが低くなると、ダイヤフラム２２は真空室から膨出する方向へ変位する。これにより、パワーエレメント１９としては、主弁から離れる方向に変位するので、主弁の弁体１６は開弁方向に移動し、クランク室圧力Ｐｃを上げて可変容量圧縮機を吐出容量が小さくなる方向へ制御する。このようにして、この圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓを検出してその吸入圧力Ｐｓが所定の値になるよう吐出室からクランク室へ供給する冷媒流量を制御する。その制御しようとする吸入圧力Ｐｓの所定の値は、ソレノイドのコイル３４に外部から供給される電流値によって設定される。電流値を増やすことにより、プランジャ３３がコア３２に吸引される力が増して、スプリング２４の力を増す方向へ作用し、電流値を減らすと、スプリング２４の力を減らす方向へ作用するので、電流値の値によってこの圧力制御弁のセット値を可変することになる。
【００３６】
図４は第２の実施の形態に係る圧力制御弁のパワーエレメントの要部を拡大して示した部分拡大断面図、図５はダイヤフラムの変位状態を示す説明図であって、（Ａ）は変位なしの状態を示し、（Ｂ）は０．１ｍｍ変位した状態を示し、（Ｃ）は０．２ｍｍ変位した状態を示し、（Ｄ）は０．３ｍｍ変位した状態を示し、（Ｅ）は０．４ｍｍ変位した状態を示し、（Ｆ）は最大変位した状態を示している。なお、図４において、図２に示したパワーエレメント１９の構成要素と同じまたは均等の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。また、この第２の実施の形態に係る圧力制御弁は、図４に示すパワーエレメント１９以外は、第１の実施の形態に係る圧力制御弁と同じ構成を有しているので、その図示および説明は省略する。
【００３７】
この圧力制御弁は、ダイヤフラム２２が真空室側に変位してディスク２３の外周縁部が下部ハウジング２１の内壁に形成された段部３６に当接したときに、下部ハウジング２１によってダイヤフラム２２がそれ以上変位しないようにしている。すなわち、下部ハウジング２１は、ダイヤフラム２２の第１連結部４２の延長線上にストッパ部４７を有しており、そのストッパ部４７の表面のレベルは、ディスク２３が段部３６に当接したときに同時に環状部４３の内周縁部が当接する位置関係に設定されている。なお、ダイヤフラム２２が真空室と反対側に変位したときのストッパ部は、第１の実施の形態の圧力制御弁と同様、上部ハウジング２０の内壁になるようにしている。
【００３８】
以上の構成の圧力制御弁が動作するときのダイヤフラム２２の変位状態を、図５を参照して説明する。ここで、図５において、変位しているときのダイヤフラム２２を実線で示し、比較のために、変位していないときのダイヤフラム２２を破線で示してある。また、図５の（Ｂ）〜（Ｆ）については、（Ａ）の右半分だけを示している。
【００３９】
まず、図５の（Ａ）に示したように、真空室の吸引力、スプリング２４のばね力および吸入圧力Ｐｓのバランスにより、ダイヤフラム２２が変位していないとき、ダイヤフラム２２の中央部４１、環状部４３および固定部４５は、互いに平行平面上にある。
【００４０】
その後、ダイヤフラム２２が真空室側に変位していくと、図５の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）に示される順に、ダイヤフラム２２の中央部４１、第１連結部４２、環状部４３および第２連結部４４が真空室側に変位していく。このとき、変位方向に円筒形状の形で延出された第１連結部４２および第２連結部４４は、変位方向に変形しないので、中央部４１および環状部４３が第１連結部４２および第２連結部４４を支点に撓むように変形する。
【００４１】
そして、図５の（Ｆ）に示したように、ディスク２３が下部ハウジング２１の内壁に形成された段部３６に当接したとき、ダイヤフラム２２は、その環状部４３の内周縁部がストッパ部４７に当接し、吸入圧力Ｐｓが高くなってもそれ以上変位することがない。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係る圧力制御弁に使用されるダイヤフラム２２の特性について説明する。
図６はダイヤフラムの圧力−ストローク特性を示す図、図７はダイヤフラムのストローク量に対する受圧径の変化を示す図、図８はダイヤフラムのストローク量に対する傾きの変化を示す図、図９はダイヤフラムのストローク量に対する直線性の変化を示す図である。
【００４３】
図６に示すダイヤフラム２２の圧力−ストローク特性においては、横軸が圧力、縦軸がストロークを示している。この圧力−ストローク特性によれば、圧力が高くなってディスク２３が段部３６に当接するまでの間、ダイヤフラム２２は、圧力に対するストロークがほぼ直線的に変化している。参考のため、従来の平板によるダイヤフラムのストローク特性を破線で示している。この従来のストローク特性において、圧力が低い領域で平坦な特性になっているが、これは、ダイヤフラムがストローク可能範囲を超えてストロークすることで破損してしまう前に強制的にストロークできないよう物理的に制限していることによる。この図６の特性から、同心円の段を設けたダイヤフラム２２は、平板のダイヤフラムと比較して、ストローク量を大きく取ることができ、そのストローク可能範囲では、直線性があり、傾きが立っていることが分かる。このように、ストローク量を大きく取ることができるということは、径を大きくすることでしかストローク量を大きくできなかった平板のダイヤフラムと比較して、径を小さくしても同じストローク量を得ることができることを意味している。事実、０．５ｍｍのストローク量を必要とするのに、平板のダイヤフラムでは、外径が１７．９ｍｍ必要であったのに対し、同心円の段を設けたダイヤフラム２２では、図５の（Ａ）に示したように、外径を１６．４ｍｍまで小さくすることが可能である。
【００４４】
図７に示す受圧径特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が受圧径を示している。この図７においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの受圧径特性を破線で示している。
【００４５】
感圧部材としては、ストローク量によって受圧径が変化しないことが理想であるが、ダイヤフラムは、ストローク量によって受圧径が不可避的に変化するという性質を有している。すなわち、従来の平板によるダイヤフラムでは、フルストロークからのストローク量が大きくなるに連れて受圧径が小さく推移する傾向を有している。これに対し、同心円の段を有するダイヤフラム２２は、受圧径の変化幅が小さく、制御に使用する領域では、受圧径がほとんど変化しておらず、しかも、受圧径が従来の平板によるダイヤフラムよりも小さくなっている。
【００４６】
ここで、従来の平板によるダイヤフラムと同じストローク量で比較した場合、同心円の段を設けたダイヤフラム２２では、受圧径は、６．５ｍｍ〜６．８ｍｍになっている。この受圧径は、ダイヤフラム２２が圧力を受けてストロークするときに実際に作用する面積から有効受圧径として求められる。
【００４７】
ダイヤフラム２２の受圧径は、受圧径特性から分かるとおり、従来の平板によるダイヤフラムと比較して、小さくなっている。このことは、吸入圧力Ｐｓに対向するように付勢するソレノイドのソレノイド力を小さくできることを意味する。ソレノイドは、圧力制御弁の中でも、特に重量のある部材で構成されているので、小さくすることによって大幅に小型軽量化されることになる。このソレノイドの小型軽量化は、圧力制御弁の小型軽量化に大きく寄与することを可能にする。
【００４８】
図８に示す傾き特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が傾きを示している。この図８においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの傾き特性を破線で示している。
【００４９】
図８の傾き特性によれば、従来の平板によるダイヤフラムでは、小さい傾きで推移しているのに対し、同心円の段を有するダイヤフラム２２では、従来のものに比較して傾きが大きいところで変化している。ここで、重要なのは、同心円の段を有するダイヤフラム２２の傾きの絶対値が、従来のものよりも上がっていることである。
【００５０】
図９に示す直線性特性においては、横軸がフルストロークからのストローク量、縦軸が直線性を示している。この図９においても、参考のために、従来の平板によるダイヤフラムの直線性特性を破線で示している。
【００５１】
この直線性特性は、フルストロークからのストローク量に対して直線性の変化を示しており、「１」に近いほど傾きの変化が小さく直線性がよいことを示している。この直線性特性によれば、ダイヤフラム２２は、従来の平板によるダイヤフラムに比較して、特にフルストローク側での直線性が良く、全体として「１」に近いところで変化していることから、直線性が改善されている。
【００５２】
なお、上記の実施の形態では、２段構成のダイヤフラム２２について説明したが、ダイヤフラムを１段構成にしたり３段以上の構成にしたりすることも可能である。３段以上の構成にする場合、ダイヤフラムがフルストロークしたときに、さらなる変位を防ぐための複数のストッパ部が必要になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、特殊形状を有するダイヤフラムを備えた圧力制御弁について詳述したが．感圧部にダイヤフラムを使用した他の装置、たとえば圧力検出装置や自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる膨張弁にも適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１１ ボディ
１２，１３ ポート
１４ ストレーナ
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ ボディ
１８ ポート
１９ パワーエレメント
２０ 上部ハウジング
２１ 下部ハウジング
２２ ダイヤフラム
２３ ディスク
２４ スプリング
２５ 通気口
２６ ホルダ
２７ 通気口
２８ 段部
２９ ホルダ
２９ａ フランジ部
３０ スプリング
３１ シャフト
３２ コア
３３ プランジャ
３４ コイル
３５ シャフト
３６ 段部
４１ 中央部
４２ 第１連結部
４３ 環状部
４４ 第２連結部
４５ 固定部
４６ 突起部
４７ ストッパ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧部にダイヤフラムを使用した圧力制御弁において、
前記ダイヤフラムは、
円形の中央部と、
前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、
前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、
前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、
前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、
を有していることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記ダイヤフラムの前記環状部は、前記第２連結部が接続されている方向に前記中央部が最大許容変位位置までストロークしたとき、内周縁部が前記ハウジングに対して相対移動することのないストッパ部に当接するようにしたことを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項３】
前記ダイヤフラムの前記中央部、前記固定部、前記環状部、前記第１連結部および前記第２連結部は、薄膜により一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項４】
前記ダイヤフラムの前記第１連結部が接続されている側の前記中央部の面に当接されたディスクを有し、前記ディスクの外周縁部が前記ハウジングに形成された段部に当接することによって、前記中央部がストロークしたときの前記最大許容変位位置を規定していることを特徴とする請求項２記載の圧力制御弁。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの前記環状部の内周縁部が当接するストッパ部は、前記ディスクの前記段部に当接する側と反対側の面であることを特徴とする請求項４記載の圧力制御弁。
【請求項６】
前記ダイヤフラムの前記環状部の内周縁部が当接するストッパ部は、前記固定部を固定している前記ハウジングの内壁であることを特徴とする請求項２記載の圧力制御弁。
【請求項７】
前記ディスクは、前記中央部の中心に形成された突起部の裏側凹部と嵌合することによって前記ダイヤフラムの中心に位置決めされていることを特徴とする請求項４記載の圧力制御弁。
【請求項８】
円形の中央部と、
前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、
前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、
前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、
前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、
を有することを特徴とするダイヤフラム。
【請求項１】
感圧部にダイヤフラムを使用した圧力制御弁において、
前記ダイヤフラムは、
円形の中央部と、
前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、
前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、
前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、
前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、
を有していることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記ダイヤフラムの前記環状部は、前記第２連結部が接続されている方向に前記中央部が最大許容変位位置までストロークしたとき、内周縁部が前記ハウジングに対して相対移動することのないストッパ部に当接するようにしたことを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項３】
前記ダイヤフラムの前記中央部、前記固定部、前記環状部、前記第１連結部および前記第２連結部は、薄膜により一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項４】
前記ダイヤフラムの前記第１連結部が接続されている側の前記中央部の面に当接されたディスクを有し、前記ディスクの外周縁部が前記ハウジングに形成された段部に当接することによって、前記中央部がストロークしたときの前記最大許容変位位置を規定していることを特徴とする請求項２記載の圧力制御弁。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの前記環状部の内周縁部が当接するストッパ部は、前記ディスクの前記段部に当接する側と反対側の面であることを特徴とする請求項４記載の圧力制御弁。
【請求項６】
前記ダイヤフラムの前記環状部の内周縁部が当接するストッパ部は、前記固定部を固定している前記ハウジングの内壁であることを特徴とする請求項２記載の圧力制御弁。
【請求項７】
前記ディスクは、前記中央部の中心に形成された突起部の裏側凹部と嵌合することによって前記ダイヤフラムの中心に位置決めされていることを特徴とする請求項４記載の圧力制御弁。
【請求項８】
円形の中央部と、
前記中央部と平行平面上に配置されていて外周縁部がハウジングに固定されている環状の固定部と、
前記中央部の平面と前記固定部の平面との間にて前記中央部および前記固定部と同心配置された環状部と、
前記中央部の平面に対して垂直方向に延出して前記中央部の外周縁部と前記環状部の内周縁部とを接続する円筒状の第１連結部と、
前記環状部の前記第１連結部が接続されている側とは反対の方向に延出して前記環状部の外周縁部と前記固定部の内周縁部とを接続する円筒状の第２連結部と、
を有することを特徴とするダイヤフラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２４１７２６（Ｐ２０１２−２４１７２６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９２２７（Ｐ２０１１−１０９２２７）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【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２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【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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