JP6446641B2 - 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、例えば吸入圧力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。

このような制御弁は、クランク圧力Ｐｃの正確な制御を実現するために、弁部以外の箇所で高圧側から低圧側へ冷媒が漏洩しないようシール構造が設けられることが多い。例えば特許文献１に記載の構成においては、弁体がロッドに一体に設けられて作動するところ、吐出室に連通する吐出室連通ポートと吸入室に連通する吸入室連通ポートとをつなぐガイド孔がロッドの摺動部となっており、そのロッドの外周面にＯリングが設けられる。このような構成により、吐出室連通ポートから導入される高圧冷媒が、吸入室連通ポートに連通する低圧の圧力室に漏れ出ることを防止できる。

特開２０１１−４３１０２号公報

このような構成において、Ｏリングはロッド又はガイド孔に形成された凹溝に嵌着される。しかしながら、その凹溝の前後におけるロッドとガイド孔とのクリアランスが大きいと、Ｏリングが前後差圧により低圧側に変形しやすくなり、ロッドの摺動抵抗を増大させてしまう。一方、ロッドとガイド孔とのクリアランスが小さいと、冷媒に含まれる金属粉等の異物が両者の間隙に噛み込みやすくなり、弁体の作動不良を引き起こす虞がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、可変容量圧縮機用制御弁において摺動部のシール性を確保しつつ、弁体の円滑な作動を維持することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、可変容量圧縮機の内圧を制御することで、その吐出容量を調整する可変容量圧縮機用制御弁である。この制御弁は、可変容量圧縮機における第１の圧力室に連通する高圧側ポートと、可変容量圧縮機において第１の圧力室よりも相対的に低圧となる第２の圧力室に連通する低圧側ポートと、高圧側ポートと低圧側ポートとをつなぐ弁孔と、弁孔と同軸状に形成されるガイド孔と、が設けられるボディと、ガイド孔に摺動可能に支持され、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁部の開閉方向のソレノイド力を弁体に作用可能とするソレノイドと、弁体とガイド孔との間に形成され、高圧側から低圧側への冷媒の漏洩を規制するシール部材を収容するためのシール収容部と、を備える。シール収容部は、弁体が挿通されるガイド孔の内周面、およびガイド孔に挿通される弁体の外周面の一方に形成された環状の凹溝からなる。シール部材は、環状の部材であり、凹溝に嵌着されることによりボディおよび弁体の一方に支持され、ボディおよび弁体の他方に相対的に摺動可能に当接する。凹溝の幅がシール部材の断面よりも大きくされることにより、シール部材が差圧により凹溝の低圧側の側面に密着する一方、凹溝の高圧側の側面とシール部材との間に間隙が形成される。弁体とガイド孔との間において、凹溝に隣接する高圧側のクリアランスのほうが凹溝に隣接する低圧側のクリアランスよりも大きい。

本発明の別の態様も可変容量圧縮機用制御弁である。この制御弁は、可変容量圧縮機における第１の圧力室に連通する高圧側ポートと、可変容量圧縮機において第１の圧力室よりも相対的に低圧となる第２の圧力室に連通する低圧側ポートと、高圧側ポートと低圧側ポートとをつなぐ弁孔と、弁孔と同軸状に形成されるガイド孔と、が設けられるボディと、ガイド孔に摺動可能に支持される一方、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体が設けられる作動ロッドと、弁部の開閉方向のソレノイド力を作動ロッドを介して弁体に作用可能とするソレノイドと、作動ロッドとガイド孔との間に形成され、高圧側から低圧側への冷媒の漏洩を規制するシール部材を収容するためのシール収容部と、を備える。シール収容部は、作動ロッドが挿通されるガイド孔の内周面、およびガイド孔に挿通される作動ロッドの外周面の一方に形成された環状の凹溝からなる。シール部材は、環状の部材であり、凹溝に嵌着されることによりボディおよび作動ロッドの一方に支持され、ボディおよび作動ロッドの他方に相対的に摺動可能に当接する。凹溝の幅がシール部材の断面よりも大きくされることにより、シール部材が差圧により凹溝の低圧側の側面に密着する一方、凹溝の高圧側の側面とシール部材との間に間隙が形成される。作動ロッドとガイド孔との間において、凹溝に隣接する高圧側のクリアランスのほうが凹溝に隣接する低圧側のクリアランスよりも大きい。

本発明によれば、可変容量圧縮機用制御弁において摺動部のシール性を確保しつつ、弁体の円滑な作動を維持することが可能になる。

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。 図３は弁部の詳細を示す図である。 摺動部のシール構造を示す図である。 ダイヤフラムの支持構造を示す図である。 制御弁の動作過程を表す図である。 制御弁の動作過程を表す図である。 第２実施形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。 摺動部のシール構造を示す図である。 制御弁の動作過程を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、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、圧縮用のピストンが連結された揺動板を備え、その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を変化させる。冷媒には例えば代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）などが使用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いてもよい。その場合には、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器を配置してよい。

制御弁１は、圧縮機の吐出室とクランク室とを連通させる冷媒通路に弁部を有し、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御する電磁弁として構成されている。クランク室と吸入室との間にはクランク室内の冷媒を吸入室へ漏洩させるためのオリフィス等も設けられるが、それらの図示および詳細な説明については省略する。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、弁本体２とソレノイド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１０、ボディ１０の内部に設けられた弁部等を備えている。

ボディ１０には、その上端側からポート１２（「クランク室連通ポート」として機能する）、ポート１４（「吐出室連通ポート」として機能する）、ポート１６（「吸入室連通ポート」として機能する）が設けられている。ポート１４が設けられた内部空間は、吐出圧力Ｐｄが導入される吐出圧力室１８を形成している。ポート１２が設けられた内部空間は、クランク圧力Ｐｃが導出されるクランク圧力室２０を形成している。ポート１６が設けられた内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される吸入圧力室２２（「圧力感知室」に該当する）を形成している。

ポート１４の周囲にはストレーナ２４が設けられている。ストレーナ２４は、吐出冷媒に含まれる金属粉等の異物が吐出圧力室１８へ流入することを抑制するフィルタを備える。また、ポート１２の周囲にはストレーナ２６が設けられている。ストレーナ２６は、クランク室の冷媒に含まれる異物がクランク圧力室２０へ流入することを抑制するフィルタを備える。

ボディ１０には、吐出圧力室１８とクランク圧力室２０とをつなぐ第１ガイド孔２８、吐出圧力室１８と吸入圧力室２２とをつなぐ第２ガイド孔３０、および第１ガイド孔２８と第２ガイド孔３０との間に形成される弁孔３２が、軸線方向に同軸状に設けられている。弁孔３２の吐出圧力室１８側の開口端部には、弁座３４がボディ１０に一体に形成されている。そして、ボディ１０を軸線方向に貫通するように長尺状の作動ロッド３６が配設されている。

作動ロッド３６は、段付円柱状をなし、その一端側が第１ガイド孔２８に摺動可能に支持される一方、他端側が第２ガイド孔３０に摺動可能に支持されている。すなわち、作動ロッド３６は、その一端部と他端部においてボディ１０により２点支持されている。作動ロッド３６の軸線方向中央部には弁体３８が一体に設けられている。弁体３８は、吐出圧力室１８側から弁座３４に着脱して弁部を開閉する。作動ロッド３６は、その上半部に内部通路４０が形成されており、その内部通路４０の下端部に内外を連通する連通孔４２が設けられている。ポート１４から導入されて弁部を通過した冷媒は、連通孔４２を介して内部通路４０に導かれ、クランク圧力室２０に導出される。なお、作動ロッド３６およびその周辺構造の詳細については後述する。

ボディ１０の上端開口部にはばね受け部材４４が螺着されており、そのばね受け部材４４と作動ロッド３６との間には、弁体３８を閉弁方向に付勢するスプリング４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング４６の荷重は、ばね受け部材４４のボディ１０への螺入量により調整可能となっている。

弁本体２とソレノイド３とは、磁性材料からなる筒状の接続部材４８を介して接続されている。すなわち、ボディ１０の下端部が接続部材４８の上端部に圧入され、ソレノイド３のケース５０の上端部が接続部材４８の下端部に圧入されている。そして、ボディ１０の下端側部にポート１６が設けられ、弁本体２とソレノイド３とに囲まれる空間に吸入圧力室２２が形成されている。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース５０と、ケース５０内に配設されたモールドコイル５２と、モールドコイル５２内に挿通された有底円筒状のスリーブ５４（「ハウジング」として機能する）と、スリーブ５４内に固定されたコア５６と、コア５６と軸線方向に対向配置されたプランジャ５８とを含んで構成されている。モールドコイル５２は、円筒状のボビン６０と、ボビン６０に巻回された電磁コイル６２とを含んで構成されている。モールドコイル５２の下端部には、磁性材料からなるリング状のプレート６４がモールドされている。このプレート６４は、ケース５０とともに磁気回路を形成する。ケース５０は、その下端部が加締められてモールドコイル５２を固定し、その上端部が加締められて接続部材４８に固定されている。なお、本実施形態においては、ボディ１０およびケース５０が制御弁１全体のボディを形成している。

プランジャ５８は、薄膜状のダイヤフラム６５を挟んで分割された２つのプランジャからなり、その一方である第１プランジャ６６がモールドコイル５２の内部に配置され、他方の第２プランジャ６８がボディ１０と接続部材４８とにより囲まれる空間に配置されている。ダイヤフラム６５は、スリーブ５４の上端開口部を封止し、スリーブ５４内に基準圧力室を形成する。本実施形態において、この基準圧力室は真空状態とされているが、例えば大気を満たすようにしてもよい。ダイヤフラム６５は、可撓性を有する感圧部材であり、ポリイミドフィルムを複数枚重ねて構成されている。なお、変形例においては、ダイヤフラム６５として金属ダイヤフラムを採用してもよい。

第２プランジャ６８の上面中央には凹部７０が形成され、その中央のフラットな面に作動ロッド３６の下端面が接離可能に支持されている。また、第２プランジャ６８の上端部には、半径方向外向きに延びるフランジ部７２が設けられており、そのフランジ部７２の下面を接続部材４８の上面と対応させるようにしている。これにより、ソレノイド３の通電時にフランジ部７２と接続部材４８との間に軸線方向の吸引力を発生させ、弁体３８が閉弁方向に迅速に移動できるようにしている。第２プランジャ６８は、接続部材４８内に形成された段差部との間に介装されたスプリング７４（「付勢部材」に該当する）によって上方へ付勢されている。このスプリング７４は、弁体３８を閉弁方向に付勢するスプリング４６よりも大きなばね力を有する。

第２プランジャ６８の下方には、スリーブ５４の中に第１プランジャ６６、コア５６およびスプリング７５を収容して、その開口部をダイヤフラム６５で封止したアセンブリが配置されている。すなわち、スリーブ５４の上端開口部には半径方向外向きに延出するフランジ部７６が設けられ、そのフランジ部７６との間にダイヤフラム６５の外周縁部を挟むように円環状のプレート７８が接合（外周溶接）されている。上記アセンブリは、このようにダイヤフラム６５が組み付けられた状態でその上端部を接続部材４８の下端開口部に挿入し、下方から環状部材８０を圧入することにより接続部材４８ひいてはボディ１０に対して固定される。接続部材４８の下端面とプレート７８との間にはシール用のＯリング８２が介装されている。

スリーブ５４の外側には、モールドコイル５２、磁性材料からなるケース５０が配置されている。スリーブ５４は、有底円筒形状をなし、非磁性体からなる上半部８４と磁性体からなる下半部８６とを溶接して構成されている。このスリーブ５４の中には、その下半部８６側にコア５６が圧入され、その上半部８４側に第１プランジャ６６が軸線方向に進退自在に配置されている。

第１プランジャ６６は、コア５６の中心を軸線方向に延びるシャフト８８の一端に圧入されている。シャフト８８は、その一端部の軸線方向位置が第１プランジャ６６におけるスリーブ５４との摺動部６７の軸線方向位置と重なるように位置決めされている。シャフト８８の他端は、コア５６の中に配置された軸受部材９０によって支持されている。シャフト８８の途中には止輪９２が嵌合され、その止輪９２によって上方への移動が規制されるようにばね受け９４が設けられている。ばね受け９４と軸受部材９０との間には、第１プランジャ６６をシャフト８８を介してコア５６から離れる方向へ付勢するスプリング７５が介装されている。このスプリング７５の荷重は、ソレノイド３の組み付け段階においてスリーブ５４の底部を外部から押して変形させ、軸受部材９０の軸線方向の位置を変えることによって調整することができる。

ケース５０の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように取っ手９６が設けられている。取っ手９６は、電磁コイル６２につながる端子９８の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。端子９８は、図示しない外部電源に接続される。また、外部からの異物の侵入を防止するために、取っ手９６とケース５０との間にもシール用のＯリング９９が配設されている。

次に、制御弁１の主要部の詳細について説明する。図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。図３は弁部の詳細を示す図であり、図２のＡ部拡大図を示す。（Ａ）は弁部の閉弁状態を示し、（Ｂ）は弁部の開弁状態を示す。図４は、摺動部のシール構造を示す図である。（Ａ）は図２のＢ部拡大図を示し、（Ｂ）は図２のＣ部拡大図を示す。図５はダイヤフラムの支持構造を示す図であり、図２のＤ部拡大図を示す。

図２に示すように、作動ロッド３６は、その上部から下部に向けて大径部１００，中径部１０２，小径部１０４を有する段付円柱状をなす。そして、大径部１００が第１ガイド孔２８に摺動可能に支持され、小径部１０４が第２ガイド孔３０に摺動可能に支持されている。中径部１０２は弁孔３２を貫通する。また、中径部１０２に連通孔４２が形成され、その中径部１０２と大径部１００の内部をつなぐように内部通路４０が形成されている。弁体３８は、大径部１００の下部に一体成形されている。

すなわち、作動ロッド３６は、その上下の２点支持により安定に支持される。さらに、弁体３８をその２点の支持部の中間部に設ける構成としたため、弁体３８が弁孔３２の軸線に対して傾くことが防止または抑制され、弁部の開弁特性にヒステリシスを生じさせる可能性は極めて低い。また、弁体の傾きに起因する弁部での冷媒漏れを防止または抑制することができる。その結果、弁部の開弁特性を良好に維持することが可能となる。

第１ガイド孔２８，弁孔３２および第２ガイド孔３０をつなぐ通路は、作動ロッド３６の形状に対応して下方に向けて内径が段階的に小さくなるよう段付円孔状に形成されている。弁孔３２の上端開口部には上方に向かって拡径するテーパ面が形成され、そのテーパ面に弁座３４が形成されている。弁孔３２と第２ガイド孔３０との間にも上方に向かって拡径するテーパ面が形成されている。

図３に示すように、弁孔３２の開口端部には、弁座３４として機能する第１テーパ面１０６が設けられ、さらにその第１テーパ面１０６の上方かつ半径方向外側に第２テーパ面１０８が連設されている。第１テーパ面１０６は、軸線方向に対して第１傾斜角θ１を有する。第２テーパ面１０８は、軸線方向に対して第１傾斜角θ１よりも大きな第２傾斜角θ２を有する（θ２＞θ１）。

本実施形態においては、第１傾斜角θ１を４５度、第２傾斜角θ２を６０度に設定しているが、第１傾斜角θ１および第２傾斜角θ２を鋭角（θ１，θ２＜９０°）とし、第２傾斜角θ２を第１傾斜角θ１よりも大きく形成すれば（θ２＞θ１）、それ以外の角度を採用することもできる。例えば、第１傾斜角θ１を３０度から６０度の範囲（３０°＜θ１＜６０°）で設定し、第２傾斜角θ２を４５度から７５度の範囲（４５°＜θ１＜７５°）で設定してもよい。なお、本実施形態においては、弁体３８における弁座３４との対向面を軸線方向に対して６０度のテーパ面としているが、弁座３４に着座するのはその外端縁（エッジ部）であり、必ずしもテーパ面にする必要はない。例えば、弁体３８における弁座３４との対向面を軸線方向に対して直角（９０°）としてもよい。

このように、弁座３４をテーパ面（第１テーパ面１０６）とすることで、図３（Ａ）に示すように弁体３８の着座性能を良好に保つことができ、閉弁時における弁部のシール性を確保できる。一方、第１テーパ面１０６の外側にテーパ角度を大きくした第２テーパ面１０８を設けることで、図３（Ｂ）に示すように開弁時の弁開度を十分に大きくして冷媒の流量を確保することができる。すなわち、開弁時においては弁体３８のエッジ部が第２テーパ面１０８の高さ位置に変位する。本実施形態では感圧部材としてベローズ等と比較してストロークが小さいダイヤフラム６５を採用しているため、このように２段テーパ形状として流量を確保することに大きな技術的意義がある。

ここで、第２テーパ面１０８を設けることなく、第１テーパ面１０６のみの短いテーパ面とすることも考えられるが、そのような構成とした場合、弁部の開度に対して流量が急激に変化してしまい、所望の流量を得ることが難しくなる。すなわち、本実施形態のように、弁座３４の近傍を２段テーパ形状とすることで、流量を適正に保ちつつ、弁体３８の着座性能を向上させることができる。言い換えれば、その複数段の各テーパ面を所望の流量特性に合わせて最適な角度に設定することで、弁部の漏れ対策と良好な制御性の維持を両立させることができる。

図２に戻り、第１ガイド孔２８の下部には、円環状の凹溝からなる第１シール収容部１１０が設けられ、Ｏリング１１２（「第１シール部材」として機能する）が嵌着されている。Ｏリング１１２は、作動ロッド３６と第１ガイド孔２８との間隙をシールし、吐出圧力室１８からクランク圧力室２０への冷媒の漏洩を規制する。一方、作動ロッド３６の小径部１０４には、円環状の凹溝からなる第２シール収容部１１４が設けられ、Ｏリング１１６（「第２シール部材」として機能する）が嵌着されている。Ｏリング１１６は、作動ロッド３６と第２ガイド孔３０との間隙をシールし、吐出圧力室１８から吸入圧力室２２への冷媒の漏洩を規制する。

図４（Ａ）に示すように、第１シール収容部１１０は、Ｏリング１１２を収容するが、その組み付け性を考慮して軸線方向の幅がＯリング１１２よりもやや大きく構成されている。一方、作動ロッド３６と第１ガイド孔２８との間には第１シール収容部１１０の前後に間隙が形成されるところ、第１シール収容部１１０の吐出圧力室１８側の高圧側クリアランスＣＬ１のほうがクランク圧力室２０側の低圧側クリアランスＣＬ２よりも大きくなるように構成されている。本実施形態において、高圧側クリアランスＣＬ１は、ストレーナ２４のフィルタのメッシュの幅よりも大きく設定されている。一方、低圧側クリアランスＣＬ２は、そのフィルタのメッシュの幅よりも小さく設定されている。

同様に、図４（Ｂ）に示すように、第２シール収容部１１４は、Ｏリング１１６を収容するが、その組み付け性を考慮して軸線方向の幅がＯリング１１６よりもやや大きく構成されている。一方、作動ロッド３６と第２ガイド孔３０との間には第２シール収容部１１４の前後に間隙が形成されるところ、第２シール収容部１１４の吐出圧力室１８側の高圧側クリアランスＣＬ３のほうが吸入圧力室２２側の低圧側クリアランスＣＬ４よりも大きくなるように構成されている。本実施形態において、高圧側クリアランスＣＬ３は、ストレーナ２４のフィルタのメッシュの幅よりも大きく設定されている。一方、低圧側クリアランスＣＬ４は、そのフィルタのメッシュの幅よりも小さく設定されている。

このような構成により、各Ｏリングが各シール収容部に配置されることにより、そのＯリングが前後差圧により低圧側クリアランスを閉じるように押しつけられる。その結果、作動ロッド３６の摺動部のシール性を良好に維持することができる。また、低圧側クリアランスが相対的に小さいため、Ｏリング１１２が変形してもその低圧側クリアランスに挟まって摺動抵抗を増大させるといった問題を生じさせることもない。一方、高圧側クリアランスが相対的に大きいため、仮に高圧側から異物が侵入してきたとしても、その異物の噛み込みが生じることを防止又は抑制することができる。その結果、作動ロッド３６ひいては弁体３８の円滑な作動を維持することができる。なお、フィルタを設けることで、そもそもボディ１０の内部に侵入してくる異物が高圧側クリアランスに対して十分に小さいものに規制される。また、作動ロッド３６と第１ガイド孔２８との間に導かれる異物の量、および作動ロッド３６と第２ガイド孔３０との間に導かれる異物の量そのものが抑えられる。その結果、異物の噛み込みが発生し難くなっている。

図２に戻り、ダイヤフラム６５は、スリーブ５４のフランジ部７６とプレート７８との間に外周縁部を挟持される態様で支持されており、そのフランジ部７６とプレート７８とがさらに接続部材４８の下面と環状部材８０との間に挟持される態様で固定されている。ダイヤフラム６５は、基準圧力室とは反対側面にて吸入圧力Ｐｓを感知し、その外周縁部を支点として変位することにより、プランジャ５８に対して開弁方向または閉弁方向の駆動力を付与する。

ここで、ダイヤフラム６５は、ソレノイド３に近接配置されているため、その磁気吸引力により冷媒に含まれる金属粉等の異物が引き寄せられやすい。その結果、ダイヤフラム６５の支点付近に異物が挟まると、ソレノイド３の作動ごとの繰り返し応力により局所的な破損が生じる可能性が懸念される。そこで本実施形態では、ダイヤフラム６５の支点付近の支持構造を工夫している。

すなわち、図５に示すように、ダイヤフラム６５における溶接部Ｗ（つまりダイヤフラム６５を介したフランジ部７６とプレート７８との接合部）のやや内側に支点Ｐがあるところ、その支点Ｐの位置およびその内側においてプレート７８側の空隙Ｓ１がスリーブ５４側の空隙Ｓ２よりも大きくなるようプレート７８が形成されている。すなわち、プレート７８は、支点Ｐよりもやや外側で接続部材４８側に屈曲し、支点Ｐとの対向部およびその内側部分がダイヤフラム６５から離間する段差部１２０を有する。段差部１２０とダイヤフラム６５との間隔Ｌは、プレート７８の板厚以上とされ、侵入が想定される異物よりも十分に大きくされている。ダイヤフラム６５が変位する位置において空隙Ｓ１が十分に大きいため、図中矢印にて示すようにダイヤフラム６５の片面側に異物（図中黒丸参照）が侵入してきたとしても、その異物がプレート７８とダイヤフラム６５との隙間に挟まれて局所的な応力を発生させるような事態を回避することができる。ダイヤフラム６５の支点Ｐよりも内側部分がその変位過程で段差部１２０に接触することもない。なお、段差部１２０は、接続部材４８との間にＯリング８２を挟む挟持部としても機能する。
また、スリーブ５４は、フランジ部７６において周縁部（溶接部Ｗの内側端近傍）から内方に向かってダイヤフラム６５から離れる方向のテーパ面７９を有し、そのテーパ面７９の内側端部はＲ形状の丸みがもたされている。ダイヤフラム６５は、その支点Ｐよりも内側部分がその変位過程でフランジ部７６に接触することがあるものの、このようにフランジ部７６をテーパ形状とＲ形状により形成したため、局所的な応力を発生させることが防止される。また、スリーブ５４のテーパ面７９とダイヤフラム６５との間隙Ｓ２は、プレート７８とダイヤフラム６５との空隙Ｓ１よりも小さいものの、スリーブ５４の開口端部がダイヤフラム６５により封止されているため、空隙Ｓ２に異物が侵入することもない。このため、ダイヤフラム６５の耐久性を高く維持することができる。
なお、本実施形態では、プレート７８の段差部１２０の起点（Ｒ形状の起点）を支点Ｐの外側に設定したが、支点Ｐの位置に設定してもよい。ダイヤフラム６５における支点Ｐそのものは変位しないため、その支点Ｐと段差部１２０の起点を一致させても異物の噛み込みを防止または抑制できる。

次に、制御弁１の動作について説明する。図６および図７は、制御弁の動作過程を表す図である。図６は、制御弁の最大容量運転状態を示している。図７は、比較的安定した制御状態を示している。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。以下においては、図１に基づき、適宜図２，図６，図７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５６とプランジャ５８との間に吸引力が作用しない。また、吸入圧力Ｐｓが高いため、ダイヤフラム６５に当接した第１プランジャ６６は、スプリング７５の荷重に抗して下方へ変位する。一方、図２に示すように、第２プランジャ６８は、スプリング７４によって第１プランジャ６６から離れるよう上方へ付勢されているため、作動ロッド３６を介して弁体３８をその全開位置に付勢する。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、全開状態の弁部を通過し、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が上昇し、圧縮機は最小容量運転を行う。

一方、自動車用空調装置が起動されたときのように、ソレノイド３の電磁コイル６２に最大の制御電流が供給されると、第１プランジャ６６がダイヤフラム６５を介してスプリング７４の付勢力に抗して第２プランジャ６８を吸引する。このため、図６に示すように、第２プランジャ６８は、吸引されてダイヤフラム６５に当接されることにより下方へ移動し、これに伴って、弁体３８がスプリング４６により押し下げられて弁座３４に着座し、弁部は全閉状態になる。このとき、作動ロッド３６は、第２プランジャ６８から離間した状態となる。

こうして吸入室の吸入圧力Ｐｓが十分に低くなると、図７に示すように、ダイヤフラム６５がその吸入圧力Ｐｓを感知して上方へ変位し、第２プランジャ６８が作動ロッド３６に当接する。このとき、ソレノイド３の電磁コイル６２に供給される制御電流を空調の設定温度に応じて小さくすると、第２プランジャ６８および第１プランジャ６６は吸着状態のまま一体となって、吸入圧力Ｐｓとスプリング４６，７４，７５の荷重とソレノイド３の吸引力とがバランスした位置まで上方へ移動する。これにより、弁体３８が第２プランジャ６８により押し上げられ、弁座３４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、圧縮機は、制御電流に対応した容量の運転に移行するようになる。

ソレノイド３の電磁コイル６２に供給される制御電流が一定の場合、ダイヤフラム６５が吸入圧力Ｐｓを感知して弁開度を制御する。例えば冷凍負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなった場合には、弁体３８が作動ロッド３６，第２プランジャ６８，ダイヤフラム６５及び第１プランジャ６６と一体となって下方へ変位するので、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が低下して設定圧力に近づくようになる。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、弁体３８が上方へ変位して弁開度を大きくするので、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が上昇して設定圧力に近づくようになる。このようにして、制御弁１は、吸入圧力Ｐｓがソレノイド３によって設定された設定圧力になるよう圧縮機の吐出容量を制御する。

［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、ボディと弁駆動体の構成を除き、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実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第２実施形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。図９は、摺動部のシール構造を示す図である。（Ａ）は図８のＢ部拡大図を示し、（Ｂ）は図８のＣ部拡大図を示す。図１０は、制御弁の動作過程を表す図であり、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。なお、図８は、制御弁の最小容量運転状態を示している。

図８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。作動ロッド２３６は、その小径部２０４にブリード用の内部通路２４０が形成されている。内部通路４０，２４０により、作動ロッド２３６を軸線方向に貫通する連通路が形成される。図示の状態では、第２プランジャ６８が作動ロッド２３６に当接してその下端開口部を封止しているため、クランク圧力室２０と吸入圧力室２２との連通が遮断されているが、第２プランジャ６８が作動ロッド２３６から離間すると、クランク圧力室２０から連通路を介して吸入圧力室２２への冷媒の導出が許容されるようになる。

図９（Ａ）に示すように、本実施形態の第１シール収容部２１２は、第１実施形態の第１シール収容部１１０と比較して凹溝の深さが大きくなっており、その底面とＯリング１１２との間に空隙Ｓ３が形成される。このような構成により、Ｏリング１１２がその前後差圧により軸線方向に圧縮され、その結果、半径方向外向きに大きくなったとしても、Ｏリング１１２が第１シール収容部２１２の底面から反力を受け難い構成となっている。それにより、Ｏリング１１２と作動ロッド２３６との間の摺動抵抗が過大となることを防止し、作動ロッド２３６ひいては弁体３８の円滑な動作を維持している。

同様に、本実施形態の第２シール収容部２１４は、第１実施形態の第２シール収容部１１４と比較して凹溝の深さが大きくなっており、その底面とＯリング１１６との間に空隙Ｓ４が形成される。このような構成により、Ｏリング１１６がその前後差圧により軸線方向に圧縮され、その結果、半径方向外向きに大きくなったとしても、Ｏリング１１６が第２シール収容部２１４の底面から反力を受け難い構成となっている。それにより、Ｏリング１１６とボディ２１０との間の摺動抵抗が過大となることを防止し、作動ロッド２３６ひいては弁体３８の円滑な動作を維持している。

以上のような構成により、自動車用空調装置が起動されたときのように、ソレノイド３に最大の制御電流が供給されると、図１０に示すように、ソレノイド３の吸引力によって第２プランジャ６８が作動ロッド２３６から一時的に離間する。このため、クランク圧力室２０と吸入圧力室２２とが連通する。その結果、クランク室の冷媒がクランク圧力室２０、内部通路４０，２４０、吸入圧力室２２を通ってポート１６から吸入室側へ導出される。すなわち、吐出室からクランク室への通路が遮断されるとともに、クランク室の冷媒がオリフィスのみならず制御弁２０１を経て逃がされるため、圧縮機が速やかに最大容量運転に移行できるようになる。本実施の形態において、このように第２プランジャ６８と作動ロッド２３６とを当接または離間させる機構が「開閉機構」を構成する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の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。

上記実施形態においては、図８に示したブリード構造を有するタイプにおいてＯリング（シール部材）の半径方向に間隙を設ける構成を適用した。変形例においては、図２に示したようにブリード構造を有しないタイプにおいても同様に、Ｏリング（シール部材）の半径方向に間隙を設ける構成を適用してもよい。

上記実施形態においては、図２等に示したように、第１シール収容部をボディに設け、第２シール収容部を作動ロッドに設ける例を示した。変形例においては、第１シール収容部および第２シール収容部の双方をボディに設けてもよい。あるいは、第１シール収容部および第２シール収容部の双方を作動ロッドに設けてもよい。あるいは、第１シール収容部を作動ロッドに設け、第２シール収容部をボディに設けてもよい。

上記実施形態においては、感圧部材としてのダイヤフラム６５をポリイミドフィルムを複数枚重ねて構成したが、例えば他の樹脂材、あるいはベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板から構成してもよい。

上記実施形態においては、制御弁を可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように容量制御を行ういわゆるＰｓ感知弁として構成した例を示したが、本発明の制御弁の制御方式や制御対象はこれらに限られない。例えば、ポート１６からクランク圧力Ｐｃを導入し、クランク圧力Ｐｃを設定圧力に保つように容量制御を行ういわゆるＰｃ感知弁として構成することもできる。

上記実施形態では、制御弁を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する制御弁として構成した例を示したが、クランク室から吸入室に導出する冷媒流量を制御する制御弁として構成してもよい。

上記実施形態においては、ソレノイド３としてプランジャ分割型のものを例示したが、単一のプランジャからなるソレノイドを採用してもよい。その場合、感圧部を作動ロッドとプランジャとの間、または作動ロッドに対してプランジャと反対側に設けてもよい。

上記実施形態においては、作動流体として冷媒の流れを制御する制御弁を例示したが、冷媒以外の作動流体の流れを制御する電磁弁として構成してもよい。

１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 １０ ボディ、 １８ 吐出圧力室、 ２０ クランク圧力室、 ２２ 吸入圧力室、 ２８ 第１ガイド孔、 ３０ 第２ガイド孔、 ３２ 弁孔、 ３４ 弁座、 ３６ 作動ロッド、 ３８ 弁体、 ５４ スリーブ、 ５６ コア、 ５８ プランジャ、 ６２ 電磁コイル、 ６４ プレート、 ６５ ダイヤフラム、 ６６ 第１プランジャ、 ６８ 第２プランジャ、 ７６ フランジ部、 ７８ プレート、 ８２ Ｏリング、 １０６ 第１テーパ面、 １０８ 第２テーパ面、 １１０ 第１シール収容部、 １１２ Ｏリング、 １１４ 第２シール収容部、 １１６ Ｏリング、 １２０ 段差部、 ２０１ 制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２１０ ボディ、 ２１２ 第１シール収容部、 ２１４ 第２シール収容部、 ２３６ 作動ロッド、 ＣＬ１ 高圧側クリアランス、 ＣＬ２ 低圧側クリアランス、 ＣＬ３ 高圧側クリアランス、 ＣＬ４ 低圧側クリアランス、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 空隙。

Claims (4)

1. 可変容量圧縮機の内圧を制御することで、その吐出容量を調整する制御弁において、
   前記可変容量圧縮機における第１の圧力室に連通する高圧側ポートと、前記可変容量圧縮機において前記第１の圧力室よりも相対的に低圧となる第２の圧力室に連通する低圧側ポートと、前記高圧側ポートと前記低圧側ポートとをつなぐ弁孔と、前記弁孔と同軸状に形成されるガイド孔と、が設けられるボディと、
   前記ガイド孔に摺動可能に支持され、前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
   前記弁部の開閉方向のソレノイド力を前記弁体に作用可能とするソレノイドと、
   前記弁体と前記ガイド孔との間に形成され、高圧側から低圧側への冷媒の漏洩を規制するシール部材を収容するためのシール収容部と、
   を備え、
   前記シール収容部は、前記弁体が挿通される前記ガイド孔の内周面、および前記ガイド孔に挿通される前記弁体の外周面の一方に形成された環状の凹溝からなり、
   前記シール部材は、環状の部材であり、前記凹溝に嵌着されることにより前記ボディおよび前記弁体の一方に支持され、前記ボディおよび前記弁体の他方に相対的に摺動可能に当接し、
   前記凹溝の幅が前記シール部材の断面よりも大きくされることにより、前記シール部材が差圧により前記凹溝の低圧側の側面に密着する一方、前記凹溝の高圧側の側面と前記シール部材との間に間隙が形成され、
   前記弁体と前記ガイド孔との間において、前記凹溝に隣接する高圧側のクリアランスのほうが前記凹溝に隣接する低圧側のクリアランスよりも大きく、
   前記ガイド孔において前記低圧側のクリアランスに対応する部分が、前記弁体を摺動可能に支持する軸受を構成していることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記シール収容部は、前記弁体の外周面に形成された環状の凹溝からなり、
   前記凹溝の底面と前記シール部材との間に空隙が形成され、
   前記シール部材が差圧により前記凹溝の低圧側の側面に密着しつつ、前記低圧側のクリアランスを閉じ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. 可変容量圧縮機の内圧を制御することで、その吐出容量を調整する制御弁において、
   前記可変容量圧縮機における第１の圧力室に連通する高圧側ポートと、前記可変容量圧縮機において前記第１の圧力室よりも相対的に低圧となる第２の圧力室に連通する低圧側ポートと、前記高圧側ポートと前記低圧側ポートとをつなぐ弁孔と、前記弁孔と同軸状に形成されるガイド孔と、が設けられるボディと、
   前記ガイド孔に摺動可能に支持される一方、前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体が設けられる作動ロッドと、
   前記弁部の開閉方向のソレノイド力を前記作動ロッドを介して前記弁体に作用可能とするソレノイドと、
   前記作動ロッドと前記ガイド孔との間に形成され、高圧側から低圧側への冷媒の漏洩を規制するシール部材を収容するためのシール収容部と、
   を備え、
   前記シール収容部は、前記作動ロッドが挿通される前記ガイド孔の内周面、および前記ガイド孔に挿通される前記作動ロッドの外周面の一方に形成された環状の凹溝からなり、
   前記シール部材は、環状の部材であり、前記凹溝に嵌着されることにより前記ボディおよび前記作動ロッドの一方に支持され、前記ボディおよび前記作動ロッドの他方に相対的に摺動可能に当接し、
   前記凹溝の幅が前記シール部材の断面よりも大きくされることにより、前記シール部材が差圧により前記凹溝の低圧側の側面に密着する一方、前記凹溝の高圧側の側面と前記シール部材との間に間隙が形成され、
   前記作動ロッドと前記ガイド孔との間において、前記凹溝に隣接する高圧側のクリアランスのほうが前記凹溝に隣接する低圧側のクリアランスよりも大きく、
   前記ガイド孔において前記低圧側のクリアランスに対応する部分が、前記作動ロッドを摺動可能に支持する軸受を構成していることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記シール収容部は、前記作動ロッドの外周面に形成された環状の凹溝からなり、
   前記凹溝の底面と前記シール部材との間に空隙が形成され、
   前記シール部材が差圧により前記凹溝の低圧側の側面に密着しつつ、前記低圧側のクリアランスを閉じ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。

Images