JP2001082618A - 感圧制御弁および容量可変型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁開度特性が感圧素子特性に直接左右され
ず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自
由度、成立性が高く、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル
装置で使用する容量制御弁として好適な感圧制御弁を提
供すること。 【解決手段】 ダイヤフラム装置４１の感圧動作により
開弁方向あるは閉弁方向に駆動され、且つダイヤフラム
装置４１と対抗する調整ばね５２のばね力により開弁方
向に付勢されると共に、調整ばね５２と対向する弁ばね
４０のばね力により閉弁方向に付勢されるボール弁体３
６を有し、ダイヤフラム装置４１の感知圧力に応じて弁
開度を設定される容量制御弁３０において、ダイヤフラ
ム装置４１とボール弁体３６の間に変換用圧縮コイルば
ね５７を設け、ダイヤフラム装置４１の感圧動作を変換
用圧縮コイルばね５７の弾性変形動作に変換しボール弁
体３６に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、感圧制御弁およ
び容量可変型圧縮機用制御弁に関し、特に、車載空調装
置などにて使用される斜板式容量可変型圧縮機のための
容量制御弁として好適な感圧制御弁および容量可変型圧
縮機用制御弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】感圧制御弁として、特開平５−３９８７
６号公報や特開平７−２７９８４３号公報、特開平８−
１７７７３５号公報に示されているように、ダイヤフラ
ム装置やベローズ装置のような感圧素子の感圧動作によ
り開弁方向あるいは閉弁方向に駆動され、且つ前記感圧
素子と対抗する調整ばねのばね力により開弁方向に付勢
されると共に、前記調整ばねと対向する弁ばねのばね力
により閉弁方向に付勢される弁体を有し、前記感圧素子
が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、当該感圧素子
の感知圧力（吸入圧力）に応じて弁開度を設定され、そ
の弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を
制御する斜板式容量可変型圧縮機のための容量制御弁が
従来より知られている。

【０００３】上述のような容量制御弁では、弁体の弁開
度が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動する感圧素子の
感知圧力（吸入圧力）に応じて設定されることから、制
御弁の特性が主に感圧素子の特性により決定されること
になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため、感圧素子は
容量可変型圧縮機の吸入圧力に敏感に応動するものであ
ることが重要となるが、そのようにすればするほど感圧
素子の構造に高精度が要求されるので、種々の制御弁要
求特性に呼応した感圧素子の特性変更は、なかなか容易
でない。

【０００５】しかも近年、環境保護のために、従来フロ
ンを冷媒として使用していた冷凍サイクル装置の代替装
置として、ＣＯ₂ 等の冷媒を使用する超臨界蒸気圧縮式
の冷凍サイクル装置の開発が進んでいる。超臨界蒸気圧
縮式の冷凍サイクル装置では、圧縮機の吸入圧力の使用
圧力域が高いため（３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ² 程度）、
容量制御弁の感圧素子は吸入圧力が高いことに応じて高
い使用圧力域で伸縮する荷重特性を設定されることにな
り、そのため、もともと容量可変型圧縮機の吸入圧力に
敏感に応動するために高精度が要求される感圧素子の特
性変更は、さらに困難を極めることになる。よって、制
御弁特性の設定の自由度、成立性が、従来の制御弁では
低いという不具合がある。

【０００６】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、弁開度特性が感圧素子特性に直接
左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の
設定の自由度、成立性が高く、超臨界蒸気圧縮式の冷凍
サイクル装置で使用する容量制御弁として好適な感圧制
御弁および容量可変型圧縮機用制御弁を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明による感圧制御弁は、感圧素子
の感圧動作により開弁方向あるいは閉弁方向に駆動さ
れ、且つ前記感圧素子と対抗する調整ばねのばね力によ
り開弁方向に付勢されると共に、前記調整ばねと対向す
る弁ばねのばね力により閉弁方向に付勢される弁体を有
し、前記感圧素子の感知圧力に応じて弁開度を設定され
る感圧制御弁において、前記感圧素子と前記弁体との間
に弾性部材が設けられ、前記感圧素子の感圧動作を前記
弾性部材の弾性変形動作に変換して前記弁体に伝達する
ものである。

【０００８】請求項２記載の発明による感圧制御弁は、
前記弾性部材は前記感圧素子と前記弁体との間に挟まれ
た変換用圧縮コイルばねにより構成されているものであ
る。

【０００９】また、上述の目的を達成するため、請求項
３記載の発明による容量可変型圧縮機用制御弁は、請求
項１または２記載の感圧制御弁により構成され、前記感
圧素子は容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度
に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御する
ものである。

【００１０】請求項１の発明による感圧制御弁では、感
圧素子の感圧動作が弾性部材の弾性変形動作に変換さ
れ、弾性部材の弾性変形による発生荷重と弁ばねの発生
荷重との平衡関係により弁体の開度調整が行われる。

【００１１】請求項２の発明による感圧制御弁では、感
圧素子の感圧動作が変換用圧縮コイルばねのばね変形動
作に変換され、変換用圧縮コイルばねの弾性変形による
発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により弁体の
開度調整が行われる。

【００１２】請求項３記載の発明による容量可変型圧縮
機用制御弁では、容量制御弁の基本的動作として、感圧
素子が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度に
応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力が制御され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明による制御弁を組み込まれた
容量可変型圧縮機を、図２はこの発明による感圧制御弁
（容量制御弁）の一つの実施の形態を各々示している。

【００１５】斜板式容量可変型圧縮機１は、圧縮機ハウ
ジング２により画定されたクランク室３と、各々一方の
ストロークエンド部にてクランク室３に連通している複
数個のシリンダ室４とを有している。シリンダ室４の各
々にはピストン５が軸線方向に摺動自在に嵌合してお
り、各ピストン５のクランク室３側にはピストンロッド
６の一端が連結されている。

【００１６】圧縮機ハウジング２は駆動軸７を回転可能
に支持しており、駆動軸７は、プーリ８に掛け渡された
図示されていない駆動ベルトにより図示されていないエ
ンジンと駆動連結され、エンジンによって回転駆動され
る。

【００１７】駆動軸７はクランク室３内においてウオブ
ル板（斜板）９を公知の連繋機構（図示省略）により取
付角度変更可能にトルク伝達関係にて連結されており、
ウオブル板９のシリンダ室４側の板面にはピスントロッ
ド６が軸力伝達可能に係合している。

【００１８】ウオブル板９が傾斜状態にて駆動軸７によ
り回転駆動されることにより、各シリンダ室４のピスト
ン５がウオブル板９の傾斜角に応じたストロークをもっ
て往復動し、その傾斜角がクランク室圧力Ｐｃと各シリ
ンダ室４の吸入圧力（圧縮機吸入圧力）Ｐｓとの差圧に
応じて自動調整される。

【００１９】この場合、圧縮機１は、クランク室圧力Ｐ
ｃの上昇に応じてウオブル板９の傾斜角が減少してピス
トン５のストロークが低減することにより吐出容量を低
減し、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓより高い場合
にはアンロード運転状態になり、クランク室圧力Ｐｃの
低下に応じてウオブル板９の傾斜角が増大してピストン
５のストロークが増大することにより吐出容量を増大
し、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓに実質的に等し
い圧力になることによってフルロード運転状態になる。

【００２０】各シリンダ室４には各々一方向弁による吸
入弁１２、吐出弁１３を有する吸入ポート１４と吐出ポ
ート１５とが形成されており、各シリンダ室４の吸入ポ
ート１４は吸入通路１６によって吸入接続ポート１７に
連通し、吐出ポート１５は吐出通路１８によって吐出接
続ポート１９に連通しており、吸入接続ポート１７と吐
出接続ポート１９とに、蒸発器２０、膨張弁２１、ガス
・クーラー（凝縮器）２２を含む、ＣＯ₂ 冷媒使用の超
臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置の冷凍サイクル用循
環管路が接続されている。

【００２１】圧縮機ハウジング２には有底孔による制御
弁受入孔２３が形成されており、この制御弁受入孔２３
内にこの発明による容量制御弁（感圧制御弁）３０が挿
入固定されている。

【００２２】容量制御弁３０は、制御弁受入孔２３に挿
入される弁ハウジング３１を有している。

【００２３】図２に示されているように、弁ハウジング
３１には、弁ハウジング３１の中間部を径方向に横切っ
て延在するクランク室側通路３２および吸入ポート側通
路３３と、弁室３４と、弁室３４とクランク室側通路３
２とを連通接続する弁ポート３５とが形成されている。

【００２４】弁室３４にはボール弁体３６が配置されて
おり、ボール弁体３６は、弁座部３７に選択的に着座す
ることにより、弁ポート３５を開閉、換言すれば、弁室
３４とクランク室側通路３２との連通、遮断を行う。

【００２５】弁ハウジング３１にはアジャスタブルばね
リテーナ３８がねじ止めされており、アジャスタブルば
ねリテーナ３８とボール弁体３６に係合しているばねリ
テーナ３９との間に圧縮コイルばねによる弁ばね４０が
取り付けられている。弁ばね４０はアジャスタブルばね
リテーナ３８とばねリテーナ３９との間に作用し、ボー
ル弁体３６を閉弁方向へ付勢している。

【００２６】弁ハウジング３１の一端部（下端部）には
感圧素子としてダイヤフラム装置４１が取り付けられて
いる。ダイヤフラム装置４１は、弁ハウジング３１の下
端部にかしめ結合された皿状の上蓋４２と、ダイヤフラ
ム４３を挟んで上蓋４２と結合された皿状の下蓋４４
と、下蓋４４にかしめ結合された円筒状のばね箱４５
と、ばね箱４５にねじ係合した調整ねじキャップ４６と
を有している。

【００２７】ダイヤフラム４３は、弁ハウジング３１側
に吸入ポート側通路３３と直接連通しているダイヤフラ
ム室４７を、ばね箱４５側に密閉室４８を各々画定して
いる。

【００２８】ダイヤフラム４３の密閉室４８側には当金
４９、ボール５０、ばねリテーナ５１が順に設けられて
おり、ばねリテーナ５１と調整ねじキャップ４６との間
には、ダイヤフラム４３を上向きに付勢してダイヤフラ
ム室４７の圧力に対抗する圧縮コイルばねによる調整ば
ね５２が設けられている。

【００２９】弁ハウジング３１は案内孔５３に連結棒５
４を軸線方向に移動可能に支持している。連結棒５４は
一端にてボール弁体３６に溶接されている。連結棒５４
の他端はダイヤフラム室４７内にあり、この端部にはば
ねリテーナ５５が係合している。ダイヤフラム４３のダ
イヤフラム室４７側には当金５６が設けられており、当
金５６とばねリテーナ５５との間には、弾性部材とし
て、変換用圧縮コイルばね５７が挟まれている。

【００３０】上述の構成による容量制御弁３０は、図１
に示されているように、圧縮機ハウジング２の制御弁受
入孔２３に挿入固定され、クランク室側通路３２はクラ
ンク室圧力通路２４によってクランク室３に連通し、吸
入圧力通路３３は吸入圧力通路２５によって吸入ポート
１４に連通し、制御弁受入孔２３は吐出圧力通路２６に
よって吐出ポート１５に連通している。なお、アジャス
タブルばねリテーナ３８には、制御弁受入孔２３に導入
される吐出圧力Ｐｄを弁室３４に導くための連通孔３８
ａが形成されている。

【００３１】次に上述の構成よりなる容量制御弁３０の
動作を説明する。

【００３２】圧縮機１の吸入圧力Ｐｓが、吸入ポート１
４より吸入圧力通路３３を経てダイヤフラム室４７に入
り、ダイヤフラム４３に作用する。これにより、ダイヤ
フラム４３は圧縮機１の吸入圧力Ｐｓにダイヤフラム４
３の有効受圧面積を乗じた力と、調整ばね５２のばね力
との差に応じて変位する。

【００３３】このダイヤフラム４３の変位量Ｌｂに相関
して変換用圧縮コイルばね５７が弾性変形し、換言すれ
ば、ダイヤフラム４３の感圧動作が変換用圧縮コイルば
ね５７の弾性変形動作に変換され、変換用圧縮コイルば
ね５７の弾性変形による発生荷重Ｗｈと弁ばね４０によ
るばね荷重Ｗｓとの平衡関係によりボール弁体３６の開
度調整が行われ、その開度に応じて吐出圧力Ｐｄがクラ
ンク室３に導入される。

【００３４】圧縮機１の吸入圧力Ｐｓに相関するダイヤ
フラム装置４１の発生荷重Ｗｂと変位量Ｌｂとの関係は
図３に示されているようになり、ダイヤフラム有効面積
Ａｂを２ｃｍ² とすると、ダイヤフラム装置４１の発生
荷重Ｗｂは、使用域（設定域）にて、ＷｂＡ＝６０ｋｇ
ｆ〜ＷｂＢ＝１００ｋｇｆ程度になる。これに対し、変
換用圧縮コイルばね５７を弱いロードスケールの圧縮コ
イルばねで構成することで、ダイヤフラム装置４１の変
位量Ｌｂ（ＬｂＡ〜ＬｂＢ）に相関する変換用圧縮コイ
ルばね５７の発生荷重Ｗｈは、図４に示されているよう
に、使用域（設定域）にて、ＷｈＡ＝０．２ｋｇｆ〜Ｗ
ｂＢ＝０．８ｋｇｆ程度になり、弁ばね４０のばね荷重
Ｗｓは、弱いロードスケールの変換用圧縮コイルばね５
７の発生荷重Ｗｈにバランスする程度の小さいものでよ
い。

【００３５】これにより、変換用圧縮コイルばね５７の
ばね特性を弁ばね４０のばね荷重特性に合致させるだけ
で、感圧素子特性に左右されずに、超臨界蒸気圧縮式の
冷凍サイクル装置におけるような超高圧にも対応した制
御弁が設計可能になり、また制御弁の比例帯を変換用圧
縮コイルばね５７の荷重特性により設定でき、自由度が
大きくなる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１の発明による感圧制御弁によれば、感圧素子の感圧動
作が弾性部材の弾性変形動作に変換され、弾性部材の弾
性変形による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係
により弁体の開度調整が行われるから、弁開度特性が感
圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することが
でき、制御特性の設定の自由度、成立性が高くなる。換
言すれば、弾性部材と弁ばねの組み合わせにより、任意
の制御弁特性（ゲイン＝比例帯）を得ることができる。

【００３７】請求項２の発明による感圧制御弁によれ
ば、感圧素子の感圧動作が変換用圧縮コイルばねのばね
変形動作に変換され、変換用圧縮コイルばねの弾性変形
による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により
弁体の開度調整が行われるから、弁開度特性が感圧素子
特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、
制御特性の設定の自由度、成立性が高くなる。

【００３８】請求項３記載の発明による容量可変型圧縮
機用制御弁によれば、容量制御弁の基本的動作として、
感圧素子が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開
度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御す
るから、弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、
超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由
度、成立性が高くなり、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイク
ル装置で使用する容量制御弁として好適な容量制御弁が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による制御弁を組み込まれた容量可変
型圧縮機の一つの実施の形態を示す断面図である。

【図２】この発明による容量制御弁（感圧制御弁）の一
つの実施の形態を示す断面図である。

【図３】この発明による容量制御弁における感圧素子特
性を示すグラフである。

【図４】この発明による容量可変型圧縮機用制御弁にお
ける変換用ばね特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 斜板式容量可変型圧縮機 ２ 圧縮機ハウジング ３ クランク室 ４ シリンダ室 ５ ピストン ７ 駆動軸 ９ ウオブル板 １４ 吸入ポート １５ 吐出ポート ２３ 制御弁受入孔 ２４ クランク室圧力通路 ２５ 吸入圧力通路 ２６ 吐出圧力通路 ３０ 容量制御弁 ３１ 弁ハウジング ３２ クランク室側通路 ３３ 吸入ポート側通路 ３４ 弁室 ３６ ボール弁体 ３７ 弁座部 ４０ 弁ばね ４１ ダイヤフラム装置 ４３ ダイヤフラム ４７ ダイヤフラム室 ５２ 調整ばね ５７ 変換用圧縮コイルばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 幸太郎 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB32 CC20 CC41 CC83 CC98

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧素子の感圧動作により開弁方向ある
   いは閉弁方向に駆動され、且つ前記感圧素子と対抗する
   調整ばねのばね力により開弁方向に付勢されると共に、
   前記調整ばねと対向する弁ばねのばね力により閉弁方向
   に付勢される弁体を有し、前記感圧素子の感知圧力に応
   じて弁開度を設定される感圧制御弁において、 前記感圧素子と前記弁体との間に弾性部材が設けられ、
   前記感圧素子の感圧動作を前記弾性部材の弾性変形動作
   に変換して前記弁体に伝達することを特徴とする感圧制
   御弁。
2. 【請求項２】 前記弾性部材は前記感圧素子と前記弁体
   との間に挟まれた変換用圧縮コイルばねにより構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の感圧制御弁。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の感圧制御弁によ
   り構成され、前記感圧素子は容量可変型圧縮機の吸入圧
   力に応動し、弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクラン
   ク室圧力を制御することを特徴とする容量可変型圧縮機
   用制御弁。