JP2001141086A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時
の傾きを抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立
体からの推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動
作を可能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑える
ことの可能とする制御弁を提供する。 【解決手段】 制御弁であるソレノイドバルブ１に備え
られたベローズ組立体１０は、密閉された圧力室を形成
するベローズコア１０ａと、ベローズコア１０ａの外側
に配置されてベローズコア１０ａを伸長方向に付勢する
スプリング１０ｄとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は制御弁に関し、詳し
くは制御弁に備えられたベローズ組立体の作動安定性と
制御弁の制御特性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術において、例えば車両の空調装
置（いわゆるカーエアコン）の冷媒圧縮に用いられる可
変容量型の圧縮機の出力制御を可能とする制御弁として
用いられるソレノイドバルブがある。

【０００３】このようなソレノイドバルブの基本的な構
成と、圧縮機との接続及び流体の制御動作は、本出願人
らによる特開平９−２６８９７３号公報に詳細が記載さ
れているが、室内温度と相関のある圧縮機の吸入圧力
（Ｐｓ）に応じ、吐出圧力（Ｐｄ）とクランク室圧（Ｐ
ｃ）を連通させ、圧縮機の能力を可変させている。

【０００４】図４は、従来技術の一例としての可変容量
型の圧縮機を制御するソレノイドバルブの断面構成説明
図である。

【０００５】このソレノイドバルブ１００は、概略ソレ
ノイド部１０２とバルブ部１０３及びベローズ組立体１
１０により構成されている。

【０００６】ソレノイド部１０２は、概略円筒状のバル
ブボディ１０４の一方の端部に配置され、公知技術によ
る一般的に使用されているものと同様のものであり、電
流をコイル１０２ａに供給して磁力を発生させ、スプリ
ング１１２により反センタポスト１０２ｃ側へと付勢さ
れているプランジャ１０２ｂをセンタポスト１０２ｃへ
と引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力
（比例制御されたソレノイド吸引力）を発生可能として
いる。

【０００７】バルブ部１０３は、バルブボディ１０４の
内部に形成された弁室１０３ａの中に弁体１０３ｂが配
置され、この弁体１０３ｂは弁室１０３ａに開口する弁
座１０３ｃに接離するように、弁室１０３ａ内を軸方向
に移動可能な構成となっている。また、弁体１０３ｂは
センタポスト１０２ｃの内筒部を通るソレノイド側ロッ
ド１０２ｄと一体化され、プランジャ１０２ｂの付勢力
が伝達される。

【０００８】尚、バルブ部１０３の弁室１０３ａにはポ
ート１０３ｅが接続し、弁座１０３ｃにはポート１０３
ｆが接続している。

【０００９】バルブボディ１０４のソレノイド部１０２
とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体１１０が
配置されている。

【００１０】ベローズ組立体１１０は、内部を真空状態
または一定圧として密封したベローズコア１１０ａと、
ベローズコア１１０ａの両端部を保持するストッパ１１
０ｂ，ホルダ１１０ｃとベローズコア１１０ａの内部で
伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するスプリング１
１０ｄを備えている。

【００１１】そして、ベローズ組立体１１０はベローズ
ケース１１１の内部に収容されている。

【００１２】ホルダ１１０ｃのソレノイド部１０２側に
設けられた保持部１１０ｅには接続ロッド１１０ｇが接
続し、周囲の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に応答して伸縮する
ベローズコア１１０ａが所定の長さ以上に伸長した場合
に（吸入圧力Ｐｓが低下した場合）接続ロッド１１０ｇ
が弁体１０３ｂに当接して開弁方向の付勢力を与える。

【００１３】従って、ソレノイド部１０２による閉弁方
向の付勢力に対してベローズ組立体１１０による付勢力
がバルブ１０３ｂを開弁する方向に加わり、バルブ１０
３ｂの開閉制御（バランス制御）がなされ、吐出圧力Ｐ
ｄからクランクケース圧力Ｐｃへの冷媒の流量制御が行
われる。

【００１４】尚、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐ
ｄ、クランクケース圧力Ｐｃに関しては、上記特開平９
−２６８９７３号公報に詳細が記載されているのでここ
では簡略的に説明する。

【００１５】圧縮機の冷房能力の調整（吐出圧力Ｐｄ）
においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエ
バポレータを通過する冷風の吹き出し温度（冷風の吹き
出し量及び冷却前の温度にも関係する）と圧縮機の冷媒
の吸入圧力Ｐｓは相関関係を有することから（冷風温度
が上がると吸入圧力Ｐｓは上昇し、冷風温度が下がると
吸入圧力Ｐｓは下降する）、吸入圧力Ｐｓの変化を利用
して圧縮機の出力（吐出圧力Ｐｄ）を調整するために角
度が変化する斜板を所定の角度（斜板はクランクケース
圧力Ｐｃにより傾き角θが変化する）に設定する制御に
より行なわれている。

【００１６】上記の構成のソレノイドバルブ１００のバ
ルブ部１０３の開弁時のバランス制御は、図５のバラン
ス状態模式図を表わした以下の数式１を満足するように
行われている。

【００１７】但し、 ｆ０：ベローズ初期セット荷重（０又は吸入圧力Ｐｓの
変化に応じて一定） ｆ１：スプリング１１２による付勢力 Ｆ ：ソレノイド推力 Ａ ：ベローズ有効受圧面積 Ｂ ：接続ロッド１１０ｇ部の受圧面積及び弁座１０３
ｃ部の受圧面積 Ｐｃ：クランクケース圧力 Ｐｄ：吐出圧力 Ｐｓ：吸入圧力 ｆ０−ＰｓＡ＋ＰｓＢ−ＰｄＢ−ＰｃＢ＋ｆ１−Ｆ＝０ （数式１） である。

【００１８】数式１において、閉弁時から開弁ポイント
までは、Ｐｃ＝Ｐｓとなるため、開弁ポイントでは、 Ｐｓ＝（ｆ０＋ｆ１−Ｆ）／Ａ （数式２） となる。

【００１９】数式２において、各スプリングの付勢力及
びソレノイド推力のバランスをとると、例えば図６に示
す目標制御圧特性を得ることができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では、図７に示されるように、ベローズコア１１０
ａの偏心やベローズコア１１０ａの肉厚の偏り等により
ベローズ組立体１１０に傾きが発生する虞がある。

【００２１】例えば、ベローズ組立体１１０に角度αの
傾きが発生すると、図８に示すように、ベローズ推力Ｆ
ｂは、軸方向にベローズ軸方向荷重Ｆｆ（＝Ｆｂ・ｃｏ
ｓα）、直交方向（軸方向に直交する方向）にベローズ
直交方向荷重Ｆｓ（＝Ｆｂ・ｓｉｎα）に分散される。

【００２２】この傾きをバルブロッド（ソレノイド側ロ
ッド１０２ｄと接続ロッド１１０ｇ）により矯正しよう
とすると、ベローズ直交方向荷重Ｆｓがバルブロッドの
直交方向荷重（軸方向に直交する方向の荷重）となり、
バルブロッドの摺動抵抗が増加してしまう。

【００２３】この摺動抵抗は、図６におけるヒステリシ
スとなり、その結果、Ｐｓ制御圧力にヒステリシスが発
生してしまう。

【００２４】本発明は、上記した従来技術の問題を解決
するものであり、その目的とするところは、制御弁に備
えられたベローズ組立体の伸縮時の傾きを抑えて推力発
生方向を安定させ、ベローズ組立体からの推力を受ける
バルブロッドのスムーズな摺動動作を可能とし、よって
制御動作のヒステリシスを抑えることの可能とする制御
弁を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の制御弁にあっては、弁体の開閉動作を行なう
移動部材と、周囲の圧力に応じた推力を発生して前記移
動部材に付勢力を与えるベローズ組立体と、を備えた制
御弁において、前記ベローズ組立体は、密閉された圧力
室を形成するベローズコアと、ベローズコアの端部に固
定される保持部材と、前記ベローズコアの外側に配置さ
れると共に前記保持部材に設けられたフランジ部に当接
してベローズコアを伸長方向に付勢するバネ部材と、を
備えることを特徴とする。

【００２６】このように構成することにより、バネ部材
が前記ベローズコアの外側に配置されるので、ベローズ
コアの倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベ
ローズ組立体による推力の方向を定めることができる。

【００２７】前記バネ部材は、コイルスプリングである
ことも好適であり、ベローズコアの外側を全周的に付勢
しているので、ベローズコアのどの方向の倒れに対して
も反力が働き、軸方向が一定となる。

【００２８】前記移動部材に付勢力を与え、前記ベロー
ズ組立体による付勢力と協働して弁体の開閉位置をバラ
ンス制御可能としたソレノイドを備えることも好適であ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、実施の形態の制御弁とし
てのソレノイドバルブ１の断面構成を説明する図であ
る。このソレノイドバルブ１は、例えば、車両の空調装
置に用いられる可変容量ポンプ（従来技術の項にて説明
した圧縮機と同様のもの）の吸入圧Ｐｓの制御を行なう
ものとして用いられる。

【００３０】吸入圧Ｐｓの制御は、可変容量ポンプの吐
出圧Ｐｄとクランク室圧Ｐｃとを、吸入圧Ｐｓに応答す
る圧力応答手段としてのベローズ組立体１０の付勢力と
ソレノイド部２のソレノイド推力とをバランスさせてバ
ルブ部３を制御することにより結果的に行なわれる。

【００３１】ソレノイドバルブ１は、概略ソレノイド部
２とバルブ部３及びベローズ組立体１０により構成され
ている。

【００３２】ソレノイド部２は、円筒状のバルブスリー
ブであるバルブボディ４の一方の端部に配置され、電流
をコイル２ａに供給して磁力を発生させ、プランジャ２
ｂをセンタポスト２ｃへと引き付けることで、電流値に
応じた大きさの付勢力（ソレノイド推力）を発生可能と
している。

【００３３】尚、プランジャ２ｂとセンタポスト２ｃの
対向面の形状は、比例制御に好適な形態とするために、
プランジャが移動しても各電流ごとの推力の変化を抑え
るような特性を得るために円錐形状としている。

【００３４】プランジャ２ｂは、スリーブ２ｄの内周面
が摺動支持部となり、スリーブ２ｄの内周面に沿って軸
方向にガタのないスムーズな摺動が行われる。

【００３５】バルブ部３は、バルブボディ４の内部に形
成された弁室３ａにバルブロッド５と一体化されている
弁体３ｂを備え、この弁体３ｂは弁室３ａに開口する弁
座３ｃに接離するように、弁室３ａ内を軸方向に移動可
能な構成となっている。

【００３６】尚、バルブ部３の弁室３ａにはバルブボデ
ィ４の周壁を貫通するポート３ｅが接続し、弁座３ｃに
は同じくポート３ｆが接続している。ポート３ｆには可
変容量ポンプの吐出圧Ｐｄが導入され、ポート３ｅは吐
出圧Ｐｄをバルブ部３により制御して得られるクランク
室圧Ｐｃとなっている。

【００３７】弁体３ｂは、バルブボディ４の内筒部に摺
動自在に配置される一体構成物としてのバルブロッド５
の中央部の一部を縮径させた小径部５ａに面する端面５
ｂと弁座３ｃとの距離によって圧力／流量を制御する。

【００３８】バルブロッド５の弁体３ｂよりもソレノイ
ド部２側は、センタポスト２ｃの内筒部を貫通しプラン
ジャ２ｂと接続している。

【００３９】また、バルブロッド５は、弁体３ｂよりも
ベローズ組立体１０側にバルブボディ４の内筒部４ａが
摺動支持部となる接続ロッド５ｅを有している。

【００４０】バルブボディ４のソレノイド部２とは反対
側の他方の端部には、ベローズケース１１が取り付けら
れ、ベローズ組立体１０がその中に収容配置されてい
る。

【００４１】図２はベローズ組立体１０の拡大断面構成
図であり、ベローズ組立体１０は内部を真空状態または
一定圧に密封した圧力室を備えるベローズコア１０ａ
と、ベローズコア１０ａの両端部を保持する保持部材と
してのストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃとベローズコア１
０ａの外側に配置され、伸長して付勢力を与え、つぶれ
を防止するコイル状のスプリング１０ｄを備えている。

【００４２】ベローズコア１０ａは蛇腹状の筒状部材で
あり、両端部がストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃの嵌合部
１０ｂ１，１０ｃ１にロー付け等により密封性を保つよ
うに接合固定されている。

【００４３】ストッパ１０ｂは、ベローズケース１１の
開口部１１ａに縮径部となる嵌め込み部１０ｂ２により
固定される。尚、ストッパ１０ｂの固定の際にベローズ
組立体１０の軸方向は、基本的にバルブロッド５の軸方
向と同軸となるようにベローズ組立体１０の姿勢が定め
られている。

【００４４】ホルダ１０ｃには、ベローズコア１０ａよ
りも大径となるフランジ部１０ｃ２が設けられ、スプリ
ング１０ｄの一端が当接し、その付勢力を受ける受圧部
となっている。また、ベローズコア１０ａとは反対側の
端部には、接続ロッド５ｅの先端部が緩く嵌まり込む嵌
合凹部１０ｃ３が設けられている。

【００４５】スプリング１０ｄの他端は、ベローズケー
ス１１に当接し、開口部１１ａの周囲の段部１１ｂによ
り位置決めされている。

【００４６】ベローズ組立体１０は、ベローズコア１０
ａの周囲に導入される圧力（吸入圧Ｐｓ）に応答して伸
縮して推力を発生するもので、嵌合凹部１０ｃ３に当接
する接続ロッド５ｅ（バルブロッド５）を介して弁体３
ｂに付勢力を与えている。

【００４７】ベローズコア１０ａの外側に配置されるス
プリング１０ｄを備えることで、ベローズコア１０ａの
倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベローズ
組立体１０による推力の方向を定めることができる。

【００４８】従って、ベローズ組立体１０からの推力を
受けるバルブロッド５のスムーズな摺動動作を可能と
し、よってソレノイドバルブ１の制御動作のヒステリシ
スを抑えることが可能となる。

【００４９】スプリング１０ｄがコイル状であることに
より、ベローズコア１０ａの外側（フランジ部１０ｃ
２）を全周的に付勢しているので、ベローズコア１０ａ
のどの方向の倒れに対しても反力が働き、よりベローズ
組立体１０の推力の発生方向を一定とすることが可能と
なる。

【００５０】図２において、ベローズコア１０ａの平均
半径Ｄ１（軸心からの距離）にベローズコア１０ａの傾
きによる荷重Ｆｃが発生すると、軸心にモーメントＭ１
が、Ｍ１＝Ｆｃ・Ｄ１のように発生する。

【００５１】この時、スプリング１０ｄには、傾きへの
反力によるモーメントＭ２が、Ｍ２＝Ｆｓｐ・Ｄ２のよ
うに発生する（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ２：スプ
リングの平均半径）。

【００５２】上記のモーメントＭ１，Ｍ２が釣り合う
（Ｆｃ・Ｄ１＝Ｆｓｐ・Ｄ２）ことで、ベローズコア１
０ａの傾きを矯正することが可能となる。Ｍ２は、Ｄ２
が大きい程大きくなるので、スプリング１０ｄをベロー
ズコア１０ａの内側に配置するよりも、外側に配置した
ほうがより効果的である。

【００５３】図３は、従来技術の構成であり、スプリン
グ１１０ｄをベローズコア１１０ａの内側に配置してい
る。この場合にはＦｃ・Ｄ１＞Ｆｓｐ・Ｄ３となり易く
（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ３：スプリングの平均
半径）、ベローズコア１０ａの傾き矯正を十分に行なう
ことが困難となる。

【００５４】尚、Ｆｓｐはスプリングのセット荷重ｆ０
及びバネ定数により決定されるが、圧力設定上から過大
なものとすることが不可能であり、スプリングの平均半
径を本実施の形態のようにＤ２（Ｄ２＞Ｄ３）とするこ
とで、ベローズコア１０ａの傾き矯正力を高めることが
可能となる。

【００５５】図１及び図２に示されるように、スプリン
グ１０ｄをベローズコア１０ａの外側に配置すること
で、容易にスプリングの平均半径を大きくすることがで
き、ベローズコア１０ａの傾きを効果的に防止すること
が可能である。

【００５６】尚、この実施の形態では、制御弁がソレノ
イドを備えたものとして説明を行なったが、ソレノイド
を備えていない構成の制御弁に対しベローズ組立体１０
を適用しても良い。

【００５７】

【発明の効果】上記のように説明された本発明による
と、制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時の傾き
を抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立体から
の推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動作を可
能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑えることが
可能となり、制御弁の作動特性が向上する。

【００５８】バネ部材がコイルスプリングであること
で、ベローズコアの外側を全周的に付勢しているので、
ベローズコアのどの方向の倒れに対しても反力が働き、
安定した傾き矯正が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施の形態に係るソレノイドバルブの断
面構成説明図。

【図２】図２は実施の形態に係るベローズ組立体の詳細
断面図。

【図３】図３は従来技術に係るベローズ組立体の詳細断
面図。

【図４】図４は従来技術に係るソレノイドバルブの断面
構成説明図。

【図５】図５は従来技術に係るソレノイドバルブのバラ
ンス状態模式図

【図６】図６はソレノイドバルブの目標制御圧特性を例
示した図。

【図７】図７はベローズ組立体に発生する傾きを説明す
る図。

【図８】図８はベローズ組立体の推力の模式図。従来技
術に係るソレノイドバルブの断面構成説明図である。

【符号の説明】 １ ソレノイドバルブ ２ ソレノイド部 ２ａ コイル ２ｂ プランジャ ２ｃ センタポスト ２ｄ スリーブ ３ バルブ部 ３ａ 弁室 ３ｂ 弁体 ３ｃ 弁座 ３ｅ，３ｆ ポート ４ バルブボディ ４ａ 内筒部 ５ バルブロッド ５ａ 小径部 ５ｂ 端面 ５ｅ 接続ロッド １０ ベーローズ組立体 １０ａ ベローズコア １０ｂ ストッパ １０ｃ ホルダ １０ｄ スプリング １０ｂ１，１０ｃ１ 嵌合部 １０ｂ２ 嵌め込み部 １０ｃ２ フランジ部 １０ｃ３ 嵌合凹部 １１ ベローズケース １１ａ 開口部 １１ｂ 段部 Ｐｓ 吸入圧 Ｐｄ 吐出圧 Ｐｃ クランク室圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA04 AA10 AA13 AA27 BA19 CA01 DA25 EA33 3H056 AA09 BB01 BB47 CA07 CB05 CC12 CD01 CD03 CE01 GG03 GG04 GG13 3H059 AA12 BB06 CA17 CB04 CC02 CD03 CD11 CD12 CE04 CE05 EE01 EE13 FF05 FF12 FF15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体の開閉動作を行なう移動部材と、 周囲の圧力に応じた推力を発生して前記移動部材に付勢
   力を与えるベローズ組立体と、 を備えた制御弁において、 前記ベローズ組立体は、密閉された圧力室を形成するベ
   ローズコアと、ベローズコアの端部に固定される保持部
   材と、前記ベローズコアの外側に配置されると共に前記
   保持部材に設けられたフランジ部に当接してベローズコ
   アを伸長方向に付勢するバネ部材と、 を備えることを特徴とする制御弁。
2. 【請求項２】 前記バネ部材は、コイルスプリングであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 【請求項３】 前記移動部材に付勢力を与え、前記ベロ
   ーズ組立体による付勢力と協働して弁体の開閉位置をバ
   ランス制御可能としたソレノイドを備えることを特徴と
   する請求項１または２に記載の制御弁。