JP2002267039A - 電磁制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が
小さくても、弁体が振動しながら動作することによりヒ
ステリシスの発生を回避すること。 【解決手段】 ベローズ装置２１が吸入圧力Ｐｓとベロ
ーズ内圧との差圧に応じて伸縮し、このベローズ装置２
１の伸縮によって、弁体１７に作用する荷重と、パルス
幅変調により通電制御される電磁コイル装置５１が発生
する磁気的な吸引力と、弁ばね２０のばね力との平衡関
係によって弁体１７の位置が決まり、その弁位置に応じ
て弁開度を増減する電磁制御弁において、弁体１７と弁
ばね２０とを含むばね・質量系が、電磁コイル装置５１
のパルス幅変調による通電制御下において、共振現象を
生じるように、ばね・質量系の固有振動数をパルス幅変
調周波数に応じて設定する。

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、電磁制御弁に関
し、特に、パルス幅変調制御方式の電磁制御弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】容量可変型圧縮機の容量制御を行う電磁
式の容量制御弁や、各種の流量制御を行う電磁比例制御
弁は、電磁コイルが発生する磁気的な吸引力とばね手段
のばね力との平衡関係によって弁体の位置が決まり、そ
の弁位置に応じて弁開度を定量的に制御する。

【０００３】この種の電磁制御弁において、電磁コイル
に対する通電を、パルス幅変調（ＰＷＭ；Ｐｕｌｓｅ
Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により制御し、パ
ルス幅変調制御によって弁開度を制御することが行われ
ている。

【０００４】パルス幅変調制御においては、パルス幅変
調周波数（以下、ＰＷＭ周波数と称する）が高い方が、
電力変換効率がよく、省エネルギに繋がるから、一般
に、ＰＷＭ周波数は４００Ｈｚ程度に設定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パルス幅変調制御で
は、電磁コイルに流れる電流は、ＰＷＭ周波数に応答し
た周波数による三角波形をもって変化し、三角波形の振
幅、すなわち、コイル電流の触れ幅は、ＰＷＭ周波数が
高いほど、小さくなる。

【０００６】図１０（ａ）、（ｂ）は、ＰＷＭ周波数が
１００Ｈｚである場合の電圧波形と電流波形を示してお
り、図１１（ａ）、（ｂ）は、ＰＷＭ周波数が４００Ｈ
ｚである場合の電圧波形と電流波形を示している。これ
らの図からも、ＰＷＭ周波数が高い方が、コイル電流の
振れ幅Δｉが小さくなることが分かる。

【０００７】電磁コイルが発生する磁気的な吸引力は、
コイル巻数×コイル電流により決まるから、コイル電流
の振れ幅Δｉが小さいと、ＰＷＭ周波数に応答した磁気
的吸引力の振れ量も少なくなり、弁体が振動し難くな
る。この結果、開度変更のための弁体移動時に生じる摩
擦抵抗に起因して制御弁動作にヒステリシスが生じ、電
磁制御弁の制御性が不安定になり、高精度な制御を行う
ことが難しくなる。

【０００８】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電
流の振れ幅が小さくても、弁体が振動しながら動作する
ことによりヒステリシスを生じることがなく、安定した
制御が可能になる電磁制御弁を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明による電磁制御弁は、パルス幅変調によ
り通電制御される電磁コイルが発生する磁気的な吸引力
とばね手段のばね力との平衡関係によって弁体の位置が
決まり、その弁位置に応じて弁開度を増減する電磁制御
弁において、前記弁体と前記ばね手段とを含むばね・質
量系が、前記電磁コイルのパルス幅変調による通電制御
下において、共振現象を生じるように、前記ばね・質量
系の固有振動数を設定されているものである。

【００１０】この発明による電磁制御弁によれば、弁体
とばね手段とを含むばね・質量系の固有振動数が、電磁
コイルのパルス幅変調による通電制御下において、共振
現象を生じるように設定されているから、電磁コイルの
パルス幅変調による通電制御下では、弁体が共振状態に
て加振され、コイル電流の振れ幅が小さくても、弁体が
振動しながら動作することになる。

【００１１】弁体が共振状態にて加振されるよう、前記
ばね・質量系の固有振動数をＦｏ、パルス幅変調周波数
をＦｄとして、前記ばね・質量系の固有振動数Ｆｏが、
０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０×Ｆｄの範囲内に設定さ
れていることが好ましい。

【００１２】あるいは、弁体が共振状態にて加振される
よう、前記ばね・質量系の固有振動数をＦｏ、パルス幅
変調周波数をＦｄとして、前記パルス幅変調周波数Ｆｄ
が、前記ばね・質量系の固有振動数Ｆｏの選択し得る最
大値及び最小値との関係で、Ｆｏ（最大値）／２≦Ｆｄ
≦Ｆｏ（最小値）／０．７５の範囲内に設定されている
ことが好ましい。

【００１３】この発明による電磁制御弁は、汎用の電磁
比例制御弁以外に、感知圧力に応じて伸縮して前記弁体
に与える付勢力を変更するベローズ装置を含む容量可変
型圧縮機の容量制御を行う容量制御弁に適用することが
できる。

【００１４】

【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。図１は、この発明に
よる電磁制御弁を電磁式容量制御弁として構成した一つ
の実施の形態を示している。

【００１５】電磁式容量制御弁１０は弁ハウジング１１
を有している。弁ハウジング１１には、弁室１２と、弁
室１２に直接連通するクランク室圧力ポート１３と、弁
ポート１４を介して弁室１２に連通する吐出圧力ポート
１５と、ベローズ収容室１６とが形成されている。

【００１６】弁室１２にはスプール弁形状の棒状の弁体
１７が配置されている。弁体１７は、円錐円環端面部１
７Ａを有しており、円錐円環端面部１７Ａが弁ポート１
４の弁室１２に画定されている弁座部１８に選択的に着
座することにより、弁ポート１４を開閉して吐出圧力ポ
ート１５とクランク室圧力ポート１３との連通、遮断を
行い、弁軸方向（上下方向）の移動量に応じて弁ポート
１４の開度を増減し、吐出圧力ポート１５とクランク室
圧力ポート１３との連通度を定量的に増減する。

【００１７】弁体１７にはスナップリング１９が取り付
けられており、スナップリング１９と弁室１２の底部と
の間に弁ばね２０が取り付けられている。弁ばね２０は
弁体１７を開弁方向（上方向）へ付勢している。

【００１８】弁ハウジング１１の端部（上端部）には電
磁コイル装置５１が取り付けられている。電磁コイル装
置５１は、かしめ結合によって弁ハウジング１１に固定
された吸引子５２と、吸引子５２に固定連結された底板
５３、外凾５４、磁路ガイド部材５５、プランジャケー
ス５６と、プランジャケース５６内に可動配置されたプ
ランジャ５７と、外凾５４内に設けられたコイル部５８
とを有している。

【００１９】吸引子５２にはセンタ孔５２Ａが軸線方向
に貫通形成されている。センタ孔５２Ａには弁体１７の
延長軸部１７Ｂが軸線方向に移動可能に貫通しており、
延長軸部１７Ｂがプランジャロッドとしてプランジャ５
７に固定連結されている。

【００２０】弁ハウジング１１の端部（下端部）にはベ
ローズ収容室１６が形成されており、ベローズ収容室１
６には密閉構造のベローズ装置２１が配置されている。
ベローズ装置２１は、金属製のベローズ本体２２、エン
ド部材２３、ベローズガイド部材２４、調整ねじ部材２
５とを有し、ベローズ内部にベローズ本体２２を伸長方
向に付勢する調整ばね２６が設けられている。

【００２１】弁ハウジング１１のベローズ収容室部分に
は、吸入圧力導入ポート２７が形成されており、ベロー
ズ装置２１は、内部が真空であることから、吸入圧力導
入ポート２７よりベローズ収容室１６に導入される圧力
（吸入圧力Ｐｓ）を絶対圧として感知して伸縮する。

【００２２】弁体１７は、延長軸部１７Ｂとは反対の側
にもう一つの延長軸部１７Ｃを有しており、延長軸部１
７Ｃによってベローズ装置２１と連結されている。

【００２３】電磁式容量制御弁１０は、吸入圧力導入ポ
ート２７よりベローズ収納室１６内に、図示されていな
い可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓが入ることにより、ベ
ローズ装置２１が可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓとベロ
ーズ内圧（真空圧）との差圧に応じて伸縮し、このベロ
ーズ装置２１の伸縮によって、弁体１７に作用する荷重
と、電磁コイル装置５１のコイル部５８の励磁によって
吸引子５２がプランジャ５７を磁気的に吸引する吸引力
と、弁ばね２０のばね力との平衡関係によって弁体１７
の位置を決め、その弁位置に応じて弁開度を増減する。

【００２４】これにより、弁ポート１４の開度調整が行
われ、その開度に応じて図示されていない可変容量圧縮
機の吐出圧力Ｐｄが可変容量圧縮機のクランク室に導入
され、可変容量圧縮機の容量制御が行われる。

【００２５】電磁コイル装置５１のコイル部５８に対す
る通電は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式で行われる。こ
のパルス幅変調の周波数（ＰＷＭ周波数）は４００Ｈｚ
程度の比較的高い値に設定されている。

【００２６】弁体１７と弁ばね２０を含むばね・質量系
は、１自由度の振動モデルをなしており、コイル部５８
のパルス幅変調による通電制御下において、共振現象を
生じるように、固有振動数を設定されている。弁体１７
と弁ばね２０を含むばね・質量系の固有振動数をＦｏ、
パルス幅変調周波数をＦｄとすると、固有振動数Ｆｏ
は、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０×Ｆｄの範囲内に設
定される。

【００２７】固有振動数Ｆｏの算出は、一般に、下式に
より行われる。 Ｆｏ＝（１／２π）√（Ｋ／Ｍ） ただし、 Ｋ：弁ばね２０を含むばね系のトータルばね定数 Ｍ：弁体１７を含む可動部品のトータル質量

【００２８】上述の実施の形態によるものでは、トータ
ルばね定数Ｋは、（コイル吸引力定数ｋｆ）＋（弁ばね
２０のばね定数ｋ１）＋（調整ばね２６のばね定数ｋ
２）＋（ベローズ本体２２のばね定数ｋ３）となり、ト
ータル質量Ｍは、（プランジャ５７の質量ｍ１）＋（弁
体１７の質量ｍ２）＋（スナップリング１９の質量ｍ
３）となる。

【００２９】プランジャ５７−吸引子５２間距離＝０．
２〜０．３ｍｍ（弁ポート開度＝０〜０．１ｍｍ）、コ
イル電流＝Ｉ３（Ａ）時におけるコイル吸引力定数ｋｆ
は、図２に示されている電磁コイル吸引力特性におい
て、（Ｆ１−Ｆ２）／Ｌ１により決まり、電磁コイル吸
引力特性線が、直線で、コイル電流値が変化しても直線
の傾きが一定であれば、コイル吸引力定数ｋｆはプラン
ジャ位置やコイル電流値の変化に拘わらず一定である
が、電磁コイル吸引力特性線は、図２に示されているよ
うに、直線にならず、コイル電流値又はプランジャ５７
−吸引子５２間の距離（使用位置）によって傾き度合い
が変化するため、コイル吸引力定数ｋｆはプランジャ位
置やコイル電流値の変化によって変動し、これに伴い固
有振動数Ｆｏも変動する。

【００３０】このことをふまえて、固有振動数Ｆｏの最
小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０×Ｆｄ
の範囲内になるように、トータルばね定数Ｋ、トータル
質量Ｍを調整する。

【００３１】上述のばね・質量系における力の伝達率η
は下式により表され、Ｆｄ／ｆｏが√２より小さいと、
加振されることになる。 η＝１／｛（Ｆｄ／ｆｏ）² −１｝ なお、Ｆｄ／ｆｏが１より小さい場合には、分母を、１
−（Ｆｄ／ｆｏ）² とする。

【００３２】固有振動数Ｆｏが、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ
≦２．０×Ｆｄの範囲内であると、共振によって弁体１
７が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上になる。こ
れにより、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が
小さくても、弁体１７が良好に振動しながら動作し、ヒ
ステリシスがない安定した制御が可能になる。

【００３３】図３は、この発明による電磁制御弁を高圧
対応の電磁式容量制御弁に適用した実施の形態を示して
いる。なお、図３において、図１に対応する部分（実質
的に同一の部分）は、図１に付した符号と同一の符号を
付けて、その説明を省略する。

【００３４】高圧対応の電磁式容量制御弁６０は、ベロ
ーズ装置２１の伸縮が、ベローズ装置２１とばね受け部
材６１との間に設けられた設定ばね６２を介して伝えら
れる構造になっている。ベローズ装置２１には主ばね６
３と補正ばね６４とが組み込まれている。

【００３５】また、プランジャ５７の動きは吸引子５２
のセンタ孔５２Ａに嵌合している連結棒６５によって弁
体１７に伝えられるようになっている。外凾５４に固定
されたコイルガイド６７とプランジャ５７との間にはプ
ランジャばね６６が設けられている。

【００３６】電磁式容量制御弁６０において、ばね・質
量系の固有振動数Ｆｏに関与するばね系は、ベローズ本
体２２、設定ばね６２、主ばね６３、補正ばね６４、プ
ランジャばね６６を含み、トータルばね定数Ｋは下式に
より表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ１１＋ｋｂｂ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ１１：プランジャばね６６のばね定数 ｋｂｂ：ベローズ部ばね定数

【００３７】ベローズ部ばね定数ｋｂｂは下式により算
出される。 ｋｂｂ＝ｋ１２×ｋｂ／（ｋ１２＋ｋｂ） ｋｂ＝ｋ１３＋ｋ１４＋ｋ１５ ただし、 ｋ１２：設定ばね６２のばね定数 ｋ１３：主ばね６３のばね定数 ｋ１４：補正ばね６４のばね定数 ｋ１５：ベローズ本体２２のばね定数

【００３８】トータル質量Ｍは下式により算出される。 Ｍ＝ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３＋ｍ１４ ただし、 ｍ１１：プランジャ５７の質量 ｍ１２：連結棒６５の質量 ｍ１３：弁体１７の質量 ｍ１４：ばね受け部材６１の質量

【００３９】この電磁式容量制御弁６０でも、固有振動
数Ｆｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦
２．０×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数
Ｋ、トータル質量Ｍが調整されることにより、共振によ
って弁体１７が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上
になり、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が小
さくても、弁体１７が良好に振動しながら動作し、ヒス
テリシスがない安定した制御が可能になる。

【００４０】図４は、この発明による電磁制御弁をクラ
ンク室圧力抜き方式の電磁式容量制御弁に適用した実施
の形態を示している。

【００４１】電磁式容量制御弁７０は弁ハウジング７１
を有している。弁ハウジング７１には、弁室７２と、弁
室７２に直接連通している吸入圧力ポート７３と、弁ポ
ート７４を介して弁室７２に連通するクランク室圧力ポ
ート７５とが形成されている。

【００４２】弁室７２には弁体７６が配置されている。
弁体７６は、円錐円環端面部７６Ａを有しており、円錐
円環端面部７６Ａが弁ポート７４の弁室７２側に画定さ
れている弁座部７７に選択的に着座することにより、弁
ポート７４を開閉して吸入圧力ポート７３とクランク室
圧力ポート７５との連通、遮断を行い、弁軸方向（上下
方向）の移動量に応じて弁ポート７４の開度を増減し、
吸入圧力ポート７３とクランク室圧力ポート７５との連
通度を定量的に増減する。

【００４３】弁室７２はベローズ収容室を兼ねており、
弁室７２には密閉構造のベローズ装置８１が配置されて
いる。ベローズ装置８１は、金属製のベローズ本体８
２、エンド部材８３、ベローズガイド部材８４、調整ね
じ部材８５とを有し、ベローズ内部にベローズ本体８２
を伸長方向に付勢する調整ばね８６が設けられている。

【００４４】ベローズ装置８１は、弁体７６と直接連結
され、内部が真空であることから、吸入圧力ポート７３
より弁室７２に導入される圧力（吸入圧力Ｐｓ）を絶対
圧として感知して伸縮する。

【００４５】弁ハウジング７１の端部（上端部）には電
磁コイル装置９１が取り付けられている。電磁コイル装
置９１は、弁ハウジング７１より延設されたプランジャ
ケース７１Ａの先端に固定された吸引子９４と、この吸
引子９４に固定された外凾９３と、この外凾９３に固定
された底板９２と、プランジャケース７１Ａ内に可動配
置されたプランジャ９５と、外凾９３内に設けられたコ
イル部９６と、吸引子９４及びプランジャ９５の間に設
けられたプランジャばね９７（弁ばねに相当）を有して
いる。

【００４６】弁体７６は延長軸部７６Ｂを有しており、
延長軸部７６Ｂがプランジャロッドとしてプランジャ９
７に固定連結されている。

【００４７】電磁式容量制御弁７０は、ベローズ装置８
１が可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓとベローズ内圧（真
空圧）との差圧に応じて伸縮し、このベローズ装置８１
の伸縮によって、弁体７６に作用する荷重と、電磁コイ
ル装置９１のコイル部９６の励磁によって吸引子９４が
プランジャ９５を磁気的に吸引する吸引力と、プランジ
ャばね９７のばね力との平衡関係によって弁体７６の位
置を決め、その弁位置に応じて弁開度を増減する。

【００４８】これにより、弁ポート７４の開度調整が行
われ、その開度に応じて図示されていない可変容量圧縮
機のクランク室圧力Ｐｃが可変容量圧縮機の吸入側に抜
け、可変容量圧縮機の容量制御が行われる。

【００４９】この実施の形態でも、電磁コイル装置９１
のコイル部９６に対する通電は、パルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）方式で行われる。このパルス幅変調の周波数（ＰＷ
Ｍ周波数）は４００Ｈｚ程度の比較的高い値に設定され
ている。

【００５０】弁体７６とプランジャばね９７を含むばね
・質量系は、コイル部９６のパルス幅変調による通電制
御下において、共振現象を生じるように、固有振動数を
設定されている。弁体７６とプランジャばね９７を含む
ばね・質量系の固有振動数をＦｏ、パルス幅変調周波数
をＦｄとすると、固有振動数Ｆｏは、０．７５×Ｆｄ≦
Ｆｏ≦２．０×Ｆｄの範囲内に設定される。

【００５１】電磁式容量制御弁７０において、ばね・質
量系の固有振動数Ｆｏに関与するばね系は、プランジャ
ばね９７、ベローズ本体８２、調整ばね８６を含み、ト
ータルばね定数Ｋは下式により表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ２１＋ｋ２２＋ｋ２３ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ２１：プランジャばね９７のばね定数 ｋ２２：調整ばね８６のばね定数 ｋ２３：ベローズ本体８２のばね定数

【００５２】トータル質量Ｍは下式により算出される。 Ｍ＝ｍ２１＋ｍ２２ ただし、 ｍ２１：プランジャ９７の質量 ｍ２２：弁体７６の質量

【００５３】この電磁式容量制御弁７０でも、固有振動
数Ｆｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦
２．０×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数
Ｋ、トータル質量Ｍが調整されることにより、共振によ
って弁体７６が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上
になる。これにより、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流
の振れ幅が小さくても、弁体７６が良好に振動しながら
動作し、ヒステリシスがない安定した制御が可能にな
る。

【００５４】図５は、この発明による電磁制御弁を電磁
比例制御弁に適用した実施の形態を示している。

【００５５】電磁比例制御弁１００は、弁ハウジング１
０１を有している。弁ハウジング１０１には、入口ポー
ト１０２、出口ポート１０３、弁室１０４、弁ポート１
０５、上部均圧室１０６、ばね収容室（下部均圧室）１
０７が形成されている。弁ポート１０５は弁室１０４と
上部均圧室１０６との間にあり、弁ポート１０５の弁室
１０４側にはワッシャ１０８と共にリング状の弁座部材
１０９が弁ハウジング１０１に固定されている。

【００５６】入口ポート１０２は通路１１０によって弁
室１０４と直接連通し、出口ポート１０３は、通路１１
１、上部均圧室１０６、弁ポート１０５を介して弁室１
０４と連通している。

【００５７】弁室１０４には弁体１１２が配置されてい
る。弁体１１２は、弁座部材１０９との位置関係により
弁ポート１０５の開度を設定し、図５で見て下方への移
動により、弁ポート１０５の開度を増大し、図５で見て
上方への移動により、弁ポート１５の開度を減少する。

【００５８】ばね収容室１０７は弁ハウジング１０１の
端部（下端部）に形成され、弁ハウジング１０１にねじ
止めされた固定ばねリテーナ１１３によって閉じられた
構造になっており、弁ハウジング１０１に形成された均
圧通路１１４によって出口ポート１０３に連通してい
る。

【００５９】弁室１０４とばね収容室１０７との間に
は、弁体１１２の全開位置の規制を行うリング部材１１
５、固定ねじ部材１１６によって外縁側を弁ハウジング
１０１に気密接続された可撓性のダイヤフラムシール部
材１１７が設けられている。ダイヤフラムシール部材１
１７の中心部には弁体１１２の先端部１１２Ａがダイヤ
フラムシール部材１１７を貫通する形態で気密接続され
ている。この構造により、弁室１０４とばね収容室１０
７とが完全に気密分離される。

【００６０】ダイヤフラムシール部材１１７を貫通して
ばね収容室１０７内に位置する弁体１１２の先端部１１
２Ａにはボール受け部材１１８が固定されている。ばね
収容室１０７には可動ばねリテーナ１１９が配置されて
おり、可動ばねリテーナ１１９と固定ばねリテーナ１１
３との間に弁ばね１２０が設けられている。

【００６１】可動ばねリテーナ１１９と弁体１１２の側
のボール受け部材１１８との間にボール部材（鋼球）１
２１が配置されている。ボール部材１２１は、固定ねじ
部材１１６の内径部に嵌合して固定ねじ部材１１６より
可動支持され、一方において可動ばねリテーナ１１９に
球面関節式に当接し、他方においてボール受け部材１１
８に球面関節式に当接し、弁体１１２と可動ばねリテー
ナ１１９との間で、球面関節構造をなしている。

【００６２】弁ハウジング１０１の端部（上端部）には
電磁コイル装置１３１が取り付けられている。電磁コイ
ル装置１３１は、弁ハウジング１０１にねじ止めされた
吸引子１３２と、吸引子１３２に固定された底板１３３
と、底板１３３に取り付けられた外凾１３４と、吸引子
１３２に固定されたプランジャケース１３５と、プラン
ジャケース１３５内に可動配置されたプランジャ１３７
と、外凾５５内に設けられたコイル部１３８とを有して
おり、プランジャ１３７が弁体１１２の延長軸部１１２
Ａと固定連結されている。

【００６３】電磁比例制御弁１００は、電磁コイル装置
１３１のコイル部１３８の励磁によって吸引子１３２が
プランジャ１３７を磁気的に吸引する吸引力と、弁ばね
１２０のばね力との平衡関係によって弁体１１２の位置
を決め、その弁位置に応じて弁開度を増減する。これに
より、弁ポート１０５の開度調整が行われる。

【００６４】この実施の形態でも、電磁コイル装置１３
１のコイル部１３８に対する通電は、パルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）方式で行われる。このパルス幅変調の周波数（Ｐ
ＷＭ周波数）は４００Ｈｚ程度の比較的高い値に設定さ
れている。

【００６５】弁体１１２と弁ばね１２０を含むばね・質
量系は、コイル部１３８のパルス幅変調による通電制御
下において、共振現象を生じるように、固有振動数を設
定されている。この制御弁においても、弁体１１２と弁
ばね１２０とを含むばね・質量系の固有振動数をＦｏ、
パルス幅変調周波数をＦｄとすると、固有振動数Ｆｏ
は、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０×Ｆｄの範囲内に設
定される。

【００６６】電磁比例制御弁１００において、ばね・質
量系の固有振動数Ｆｏに関与するばね系は、弁ばね１２
０、ダイヤフラムシールシール部材１１７を含み、トー
タルばね定数Ｋは下式により表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ３１＋ｋ３２ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ３１：弁ばね１２０のばね定数 ｋ３２：ダイヤフラムシールシール部材１１７のばね定
数

【００６７】トータル質量Ｍは下式により算出される。 Ｍ＝ｍ３１＋ｍ３２＋ｍ３３＋ｍ３４＋ｍ３５ ただし、 ｍ３１：プランジャ１３７の質量 ｍ３２：弁体１１２の質量 ｍ３３：ボール受け部材１１８の質量 ｍ３４：ボール部材１２１の質量 ｍ３５：可動ばねリテーナ１１９の質量

【００６８】電磁比例制御弁１００でも、固有振動数Ｆ
ｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０
×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数Ｋ、ト
ータル質量Ｍが調整されることにより、共振によって弁
体１１２が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上にな
る。これにより、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振
れ幅が小さくても、弁体１１２が良好に振動しながら動
作し、ヒステリシスがない安定した制御が可能になる。

【００６９】図６は、電磁比例制御弁１００の他の実施
の形態を示している。なお、図６において、図５に対応
する部分は、図５に付した符号と同一の符号を付けて、
その説明を省略する。

【００７０】この実施の形態では、ダイヤフラムシール
シール部材１１７に代えて、パッキン１２２によって弁
室１０４とばね収容室１０７との気密分離が保たれてい
る。

【００７１】この実施の形態において、ばね・質量系の
固有振動数Ｆｏに関与するばね系は、弁ばね１２０だけ
であり、トータルばね定数Ｋは下式により表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ３１ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ３１：弁ばね１２０のばね定数

【００７２】また、トータル質量Ｍは下式により算出さ
れる。 Ｍ＝ｍ３１＋ｍ３２＋ｍ３４＋ｍ３５ ただし、 ｍ３１：プランジャ１３７の質量 ｍ３２：弁体１１２の質量 ｍ３４：ボール部材１２１の質量 ｍ３５：可動ばねリテーナ１１９の質量

【００７３】この実施の形態においても、固有振動数Ｆ
ｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０
×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数Ｋ、ト
ータル質量Ｍが調整されることにより、共振によって弁
体１１２が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上にな
り、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が小さく
ても、弁体１１２が良好に振動しながら動作し、ヒステ
リシスがない安定した制御が可能になる。

【００７４】図７は、この発明による電磁制御弁を電磁
比例制御弁に適用した他の実施の形態を示している。

【００７５】電磁比例制御弁１４０は弁ハウジング１４
１を有している。弁ハウジング１４１には、弁室１４２
と、弁室１４２に直接連通している入口ポート１４３
と、弁ポート１４４を介して弁室１４２に連通する出口
ポート１４５とが形成されている。

【００７６】弁室１４２には弁体１４６が配置されてい
る。弁体１４６は、弁ポート１４４の弁室１４２側の周
りに画定されている弁座部１４７に選択的に着座するこ
とにより、弁ポート１４４を開閉して入口ポート１４３
と出口ポート１４５との連通、遮断を行い、弁軸方向
（上下方向）の移動量に応じて弁ポート１４４の開度を
増減し、入口ポート１４３と出口ポート１４５との連通
度を定量的に増減する。

【００７７】弁ハウジング１４１には電磁コイル装置１
５１が取り付けられている。電磁コイル装置１５１は、
弁ハウジング１４１より延設されたプランジャケース１
４１Ａの先端に固定された吸引子１５４と、この吸引子
１５４に固定された外凾１５３と、この外凾１５３に固
定された底板１５２と、プランジャケース１４１Ａ内に
可動配置されたプランジャ１５５と、外凾１５３内に設
けられたコイル部１５６と、吸引子１５４及びプランジ
ャ１５５の間に設けられたプランジャばね１５７（弁ば
ねに相当）を有している。

【００７８】弁体１４６は延長軸部１４６Ａを有してお
り、延長軸部１４６Ａがプランジャロッドとしてプラン
ジャ１５５に固定連結されている。

【００７９】電磁比例制御弁１４０は、電磁コイル装置
１５１のコイル部１５６の励磁によって吸引子１５４が
プランジャ１５５を磁気的に吸引する吸引力と、プラン
ジャばね１５７のばね力との平衡関係によって弁体１４
６の位置を決め、その弁位置に応じて弁開度を増減す
る。これにより、弁ポート１４４の開度調整が行われ
る。

【００８０】この実施の形態でも、電磁コイル装置１５
１のコイル部１５６に対する通電は、パルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）方式で行われる。このパルス幅変調の周波数（Ｐ
ＷＭ周波数）は４００Ｈｚ程度の比較的高い値に設定さ
れている。

【００８１】弁体１４６とプランジャばね１５７を含む
ばね・質量系は、コイル部１５６のパルス幅変調による
通電制御下において、共振現象を生じるように、固有振
動数を設定されている。この電磁比例制御弁１４０で
も、弁体１４６とプランジャばね１５７を含むばね・質
量系の固有振動数をＦｏ、パルス幅変調周波数をＦｄと
すると、固有振動数Ｆｏは、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦
２．０×Ｆｄの範囲内に設定される。

【００８２】この電磁比例制御弁１４０において、ばね
・質量系の固有振動数Ｆｏに関与するばね系はプランジ
ャばね１５７であり、トータルばね定数Ｋは下式により
表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ４１ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ４１：プランジャばね１５７のばね定数

【００８３】また、電磁比例制御弁１４０のトータル質
量Ｍは、（プランジャ１５５の質量ｍ４１）＋（弁体１
４６の質量ｍ４２）となる。

【００８４】この電磁比例制御弁１４０でも、固有振動
数Ｆｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦
２．０×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数
Ｋ、トータル質量Ｍが調整されることにより、共振によ
って弁体１４６が加振され、力の伝達率ηが約１．３以
上になる。これにより、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電
流の振れ幅が小さくても、弁体１４６が良好に振動しな
がら動作し、ヒステリシスがない安定した制御が可能に
なる。

【００８５】図８は、電磁比例制御弁１４０の他の実施
の形態を示している。なお、図８において、図７に対応
する部分は、図７に付した符号と同一の符号を付けて、
その説明を省略する。

【００８６】この実施の形態では、プランジャばね１５
７として板ばねが使用されている。板ばねを直列で使用
した場合、プランジャばね１５７のばね定数ｋ４１は、
板ばね１枚当たりのばね定数を板ばねの枚数で割り算し
た値になる。板ばね１枚当たりのばね定数をＫｂｓと
し、板ばねの枚数が３枚であると、ｋ４１＝Ｋｂｓ／３
となる。

【００８７】この実施の形態においても、固有振動数Ｆ
ｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０
×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数Ｋ、ト
ータル質量Ｍが調整されることにより、共振によって弁
体１４６が加振され、力の伝達率ηが約１．３以上にな
り、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が小さく
ても、弁体１４６が良好に振動しながら動作し、ヒステ
リシスがない安定した制御が可能になる。

【００８８】図９は、電磁比例制御弁１４０のもう一つ
の他の実施の形態を示している。なお、図９において、
図７に対応する部分は、図７に付した符号と同一の符号
を付けて、その説明を省略する。

【００８９】この実施の形態では、弁ハウジング１４１
にねじ係合した調整ねじ部材１４８と弁体１４６との間
に調整ばね１４９が設けられ、調整ねじ部材１４８によ
る調整ばね１４９のプリロード設定により、設定圧を調
整できるようになっている。

【００９０】この電磁比例制御弁１４０において、ばね
・質量系の固有振動数Ｆｏに関与するばね系はプランジ
ャばね１５７と調整ばね１４９であり、トータルばね定
数Ｋは下式により表される。 Ｋ＝ｋｆ＋ｋ４１＋ｋ４２ ただし、 ｋｆ：コイル吸引力定数 ｋ４１：プランジャばね１５７のばね定数 ｋ４２：調整ばね１４９のばね定数

【００９１】この電磁比例制御弁１４０でも、固有振動
数Ｆｏの最小値、最大値が、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦
２．０×Ｆｄの範囲内になるように、トータルばね定数
Ｋ、トータル質量Ｍが調整されることにより、共振によ
って弁体１４６が加振され、力の伝達率ηが約１．３以
上になり、ＰＷＭ周波数が高く、コイル電流の振れ幅が
小さくても、弁体１４６が良好に振動しながら動作し、
ヒステリシスがない安定した制御が可能になる。

【００９２】なお、本発明は、感知圧力に応じて伸縮し
て弁体１７，７６に与える付勢力を変更するベローズ装
置２１，８１が、図１、図３、図４に示す実施の形態の
ように、弁体１７，７６を挟んで電磁コイル装置５１，
９１とは反対側に配置されている場合に限らず、弁体１
７，７６に対して電磁コイル装置５１，９１と同じ側に
配置されている場合にも、同様に適用可能である。

【００９３】そして、上述した各実施の形態のように、
パルス幅変調周波数Ｆｄを基準にして固有振動数Ｆｏの
最小値、最大値を決定するようにするか、逆に、固有振
動数Ｆｏの最小値、最大値を基準にしてパルス幅変調周
波数Ｆｄの範囲を、Ｆｏ（最大値）／２≦Ｆｄ≦Ｆｏ
（最小値）／０．７５と決定するようにするかは、勿論
任意である。

【００９４】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明による電磁制御弁によれば、弁体とばね手段とを含む
ばね・質量系の固有振動数が、電磁コイルのパルス幅変
調による通電制御下において、共振現象を生じるように
設定されているから、電磁コイルのパルス幅変調による
通電制御下では、弁体が共振状態にて加振され、コイル
電流の振れ幅が小さくても、弁体が振動しながら動作す
ることになり、ヒステリシスがない安定した制御が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による電磁制御弁を電磁式容量制御弁
として構成した一つの実施の形態を示す断面図である。

【図２】電磁制御弁におけるプランジャ−吸引子間距離
とコイル電流値と吸引力との関係を示すグラフである。

【図３】この発明による電磁制御弁を電磁式容量制御弁
として構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図４】この発明による電磁制御弁を電磁式容量制御弁
として構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図５】この発明による電磁制御弁を電磁比例制御弁と
して構成した一つの実施の形態を示す断面図である。

【図６】この発明による電磁制御弁を電磁比例制御弁と
して構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図７】この発明による電磁制御弁を電磁比例制御弁と
して構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図８】この発明による電磁制御弁を電磁比例制御弁と
して構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図９】この発明による電磁制御弁を電磁比例制御弁と
して構成した他の実施の形態を示す断面図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）はＰＷＭ周波数が１００Ｈｚ
である場合の電圧波形と電流波形を示す波形図である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）はＰＷＭ周波数が４００Ｈｚ
である場合の電圧波形と電流波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１０ 電磁式容量制御弁 １７ 弁体 ２０ 弁ばね ２１ ベローズ装置 ５１ 電磁コイル装置 ５７ プランジャ ６０ 電磁式容量制御弁 ６２ 設定ばね ６３ 主ばね ６４ 補正ばね ７０ 電磁式容量制御弁 ７６ 弁体 ８１ ベローズ装置 ９１ 電磁コイル装置 ９７ プランジャばね １００ 電磁比例制御弁 １１２ 弁体 １１７ ダイヤフラムシール部材 １２０ 弁ばね １４０ 電磁比例制御弁 １４６ 弁体 １５１ 電磁コイル装置 １５７ プランジャばね １４９ 調整ばね

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA04 AA13 AA27 BA28 CA02 CA03 DA25 EA33 3H076 AA06 BB33 CC20 CC41 CC84 CC85 CC92 CC93 CC94 CC95 3H106 DA02 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DC09 DC17 DD04 EE04 EE07 EE14 EE22 FA04 GB06 GB15 GC29 KK04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス幅変調により通電制御される電磁
   コイルが発生する磁気的な吸引力とばね手段のばね力と
   の平衡関係によって弁体の位置が決まり、その弁位置に
   応じて弁開度を増減する電磁制御弁において、 前記弁体と前記ばね手段とを含むばね・質量系が、前記
   電磁コイルのパルス幅変調による通電制御下において、
   共振現象を生じるように、前記ばね・質量系の固有振動
   数を設定されていることを特徴とする電磁制御弁。
2. 【請求項２】 前記ばね・質量系の固有振動数をＦｏ、
   パルス幅変調周波数をＦｄとして、前記ばね・質量系の
   固有振動数Ｆｏが、０．７５×Ｆｄ≦Ｆｏ≦２．０×Ｆ
   ｄの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１
   記載の電磁制御弁。
3. 【請求項３】 前記ばね・質量系の固有振動数をＦｏ、
   パルス幅変調周波数をＦｄとして、前記パルス幅変調周
   波数Ｆｄが、前記ばね・質量系の固有振動数Ｆｏの選択
   し得る最大値及び最小値との関係で、Ｆｏ（最大値）／
   ２≦Ｆｄ≦Ｆｏ（最小値）／０．７５の範囲内に設定さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の電磁制御弁。
4. 【請求項４】 感知圧力に応じて伸縮して前記弁体に与
   える付勢力を変更するベローズ装置を含む、容量可変型
   圧縮機の容量制御を行う容量制御弁であることを特徴と
   する請求項１、２または３記載の電磁制御弁。