JP2004138107A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁の開閉動作において安定した制御特性が得られる制御弁を提供する。
【解決手段】ボール弁体１６が当接する作動棒１７の端面に、断面がＶ字形状をなす逆円錐形状の窪み１７ａを形成し、ボール弁体１６が円形の線接触状態で作動棒１７に当接するようにした。これにより、ソレノイド部２０のプランジャ２３により、ボール弁体１６が弁座１１ｃから離れる方向に付勢されるとき、ボール弁体１６はスプリング１５から横荷重を受けていたとしても、窪み１７ａから脱落することなくまっすぐ押し上げられるため、安定した開度制御が可能になる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弁座に対向して接離するボール弁体のリフト量に応じて流体流量を制御する制御弁に関し、特に自動車用エアコンの冷凍サイクルに用いられる可変容量型コンプレッサの制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エアコンの冷凍サイクルでは、コンプレッサの吸入ポートから吸引された冷媒が圧縮されて吐出ポートより吐出される。このコンプレッサから吐出された冷媒は、コンデンサを通過する間に空気との間で熱交換を行うことにより放熱して凝縮する。コンデンサから吐出された冷媒は、レシーバを通過して膨張弁で減圧されてからエバポレータ内に送り込まれる。エバポレータ内では、これを通過する空気と熱交換することにより内部で冷媒が蒸発する。エバポレータ内で蒸発した冷媒は、再び吸入ポートからコンプレッサ内に吸入される。
【０００３】
コンプレッサは、回転数が走行状態によって大きく変動するエンジンにより駆動されるため、エンジン回転数の変動に拘らず一定の冷凍能力を得るためには、容量を可変にするような制御を行っている。すなわち、回転数が上昇するとコンプレッサの吐出容量を小さくし、回転数が低下するとコンプレッサの容量を増加させるようにして、結果的に必要な冷凍能力を安定して出すことができるようにしている。このような可変容量型コンプレッサの容量制御を行うのが制御弁である。この容量制御は、制御弁が可変容量型コンプレッサの密閉されたクランク室の圧力を制御することによって行うもので、制御弁としては、例えば特許文献１に記載された制御弁が知られている。
【０００４】
図４は、従来の可変容量型コンプレッサに使用される制御弁の弁閉状態を示す断面図、図５は、従来の可変容量型コンプレッサに使用される制御弁の弁開状態を示す断面図である。
【０００５】
この制御弁は、弁部１０とソレノイド部２０とからなっている。弁部１０は、ボディ１１の上部に可変容量型コンプレッサの吐出圧力Ｐｄを受ける第１ポート１１ａが形成され、フィルタ１３を保持するキャップ１２が取り付けられている。第１ポート１１ａに連通する圧力導入室１１ｂには、アジャストねじ１４、スプリング１５、及びボール弁体１６が設けられている。
【０００６】
ボール弁体１６が着座する弁座１１ｃはボディ１１と一体に形成され、その下流側は、可変容量型コンプレッサのクランク室へ制御された圧力Ｐｃを導入する第２ポート１１ｄが形成されている。
【０００７】
ボール弁体１６は、作動棒１７の一端が当接し、その他端はディスク１８に嵌め込まれている。このディスク１８は、ダイヤフラム１９を挟んでソレノイド部２０のプランジャ２３の付勢力を受けるよう構成されている。ダイヤフラム１９の上部空間は、ダイヤフラム１９が可変容量型コンプレッサの吸入圧力Ｐｓを受ける第３ポート１１ｅが設けられている。
【０００８】
ソレノイド部２０は、ヨーク２１、スリーブ２２、プランジャ２３、図示しない電磁コイル、コアなどを有している。
この制御弁は、ソレノイド部２０への制御電流値によってボール弁体１６のリフト量が決められ、可変容量型コンプレッサから吐出され、第１ポート１１ａに導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、ボール弁体１６と弁座１１ｃとの間の隙間を通って第２ポート１１ｄからクランク室へ供給される。これにより、可変容量型コンプレッサはクランク室内の圧力Ｐｃに応じた容量に制御される。もし、エンジンの回転数が上昇して容量が増加すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、ダイヤフラム１９が作動棒１７を介してボール弁体１６を押し上げるので、クランク室内の圧力Ｐｃが上昇し、可変容量型コンプレッサは容量を下げる。逆に、エンジンの回転数が低下して容量が低下すると、吸入圧力Ｐｓが上昇するので、ダイヤフラム１９が下方に変位し、スプリング１５がボール弁体１６を押し下げて、クランク室内の圧力Ｐｃを低下させ、容量を増加させる。
【０００９】
ところで、ソレノイド部２０への通電時に、ボール弁体１６は、その弁座１１ｃに着座した図４の位置から、理想的には、ボール弁体１６が真っすぐに持ち上げられることが望ましい。なぜならば、そうでない状態でボール弁体１６が持ち上げられると、ボール弁体１６のリフト量の変化が作動棒１７のストロークに比例しなくなるからである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２９５７５９号公報（図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御弁では、ボール弁体１６に当接している作動棒１７の端面が平面となっているので、作動棒１７とボール弁体１６とは点接触の状態にあり、弁開時には、図５に示すように、作動棒１７がボール弁体１６を持ち上げると、ボール弁体１６が必ずしも軸線方向にまっすぐ付勢しているとは限らないスプリング１５から横荷重を受けて、弁孔の軸線方向から外れ、弁座１１ｃとの間に形成される開口面積がボール弁体１６のリフト量に比例しなくなり、弁開度の立ち上がり特性にだれが生じたり、あるいは制御弁の制御特性がばらつく等の問題があった。また、繰り返し作動棒１７を移動させるときに、弁座１１ｃに対してボール弁体１６が片当たりすることになり、弁部１０の耐久性にも問題が生じていた。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁の開閉動作において安定した制御特性が得られる制御弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、ボール弁体と、前記ボール弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、前記ボール弁体に開弁方向のソレノイド力を弁孔を介して伝達する作動棒とを備えた制御弁において、前記作動棒は、前記ボール弁体と当接する端面に、所定の深さの窪みが形成されていることを特徴とする制御弁が提供される。
【００１４】
このような制御弁によれば、ボール弁体は、作動棒と線接触で当接させることができるようになる。これにより、弁開動作時に、ボール弁体を付勢しているスプリングがボール弁体に横荷重を与えても、作動棒の窪みから容易に脱落しないので、ボール弁体は作動棒の軸線上から外れることなく開閉動作するようになり、ボール弁体の位置を安定して制御させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態に係る制御弁の構成を示す全閉状態の断面図、図２はこの発明の第１の実施の形態に係る制御弁の構成を示す全開状態の断面図である。なお、図１及び図２において、図４に示した従来の制御弁の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してある。
【００１６】
この制御弁は、弁部１０とソレノイド部２０とからなり、可変容量型コンプレッサの容量を外部信号（ソレノイド電流）によって制御することができる制御弁を構成している。
【００１７】
弁部１０は、ボディ１１の長手方向一端部に可変容量型コンプレッサの吐出室に連通されて吐出圧力Ｐｄを受ける第１ポート１１ａが設けられている。この第１ポート１１ａの外側にはキャップ１２によりフィルタ１３が取り付けられている。また、第１ポート１１ａの内側には圧力導入室１１ｂが形成され、この中に複数の連通孔が設けられたアジャストねじ１４、スプリング１５、及びボール弁体１６が設けられている。
【００１８】
ボール弁体１６は、弁座１１ｃに着座する方向にスプリング１５で押圧されている。スプリング１５の図の上端は、ボディ１１に螺着されているアジャストねじ１４により受けられていて、そのアジャストねじ１４の螺入量を調節することによってボール弁体１６に作用するばね力を調節している。弁座１１ｃの下流側の空間は、可変容量型コンプレッサのクランク室へ連通される第２ポート１１ｄが形成され、この弁部１０によって制御された圧力Ｐｃをクランク室へ導入するようにしている。
【００１９】
ボール弁体１６には、下流側から弁孔の軸線方向に移動可能に配置された作動棒１７の一端が当接している。この作動棒１７の端部には、断面がＶ字形状をなす逆円錐形状の窪み１７ａが形成されている。これにより、作動棒１７とボール弁体１６とが、作動棒１７の径に等しい大きさの円の円周に沿ったかたちで線接触することになため、ボール弁体１６は、作動棒１７の窪み１７ａに嵌まった状態で当接している。
【００２０】
作動棒１７の他端はディスク１８に嵌め込まれている。ディスク１８は、ボディ１１とソレノイド部２０との間に配置されたダイヤフラム１９と当接するよう設けられている。このディスク１８が配置されている空間は、ボディ１１に形成された第３ポート１１ｅを介して可変容量型コンプレッサの吸入室に連通され、ダイヤフラム１９が吸入圧力Ｐｓを受けるように構成されている。
【００２１】
ソレノイド部２０は、磁気回路の一部を構成するヨーク２１、スリーブ２２、可動鉄芯をなすプランジャ２３のほか、図示しない電磁コイル、固定鉄芯をなすコアなどを有している。プランジャ２３は、ディスク１８の当接面と反対側にてダイヤフラム１９に当接されている。
【００２２】
以上の構成の制御弁は、ソレノイド部２０へ制御電流を供給することによってプランジャ２３がダイヤフラム１９を介してディスク１８を押し上げることにより、弁開する。すなわち、ボール弁体１６がソレノイド部２０への制御電流値によって決まるプランジャ２３による図の上向きの付勢力とスプリング１５による図の下向きの付勢力とがバランスした位置まで移動され、これによって制御弁の弁開度が決められる。
【００２３】
ここで、可変容量型コンプレッサから吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒が第１ポート１１ａに導入されると、その冷媒は、ボール弁体１６と弁座１１ｃとの間の隙間を通って、第２ポート１１ｄから可変容量型コンプレッサのクランク室へ送られる。これにより、クランク室内は、所定の圧力Ｐｃに保たれ、可変容量型コンプレッサが所定の容量に制御される。
【００２４】
たとえば、エンジンの回転数が上昇するなどして可変容量型コンプレッサの容量が増加すると、可変容量型コンプレッサの吸入圧力Ｐｓが低下する。この吸入圧力Ｐｓは第３ポート１１ｅに導入されているので、この圧力低下をダイヤフラム１９が感知する。すると、ダイヤフラム１９が図の上方へ変位し、作動棒１７を介してボール弁体１６を押し上げ、この制御弁の弁開度を大きくする。これにより、クランク室内の圧力Ｐｃが上昇し、可変容量型コンプレッサは容量を下げる側に動作し、所定の容量に戻される。
【００２５】
逆に、エンジンの回転数が低下するなどして可変容量型コンプレッサの容量が低下すると、吸入圧力Ｐｓが上昇するので、この圧力上昇をダイヤフラム１９が感知し、作動棒１７を押し下げて、ボール弁体１６をスプリング１５により押し下げ、この制御弁の弁開度を小さくする。これにより、クランク室内の圧力Ｐｃが低下し、可変容量型コンプレッサは容量を上げる側に動作し、所定の容量に戻される。このようにして、この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して、その吸入圧力Ｐｓが一定になるようにクランク室の圧力Ｐｃを制御するよう作用する。
【００２６】
この制御弁の開弁動作において、ボール弁体１６は作動棒１７の上端部に形成された窪み１７ａに乗っており、作動棒１７によって弁座１１ｃから押し上げられるときに、たとえ、スプリング１５から横荷重を受けていたとしても、その窪み１７ａから脱落することはなく、弁孔の軸線方向から外れることなくまっすぐ押し上げられる。これにより、弁座１１ｃとボール弁体１６とによって形成される開口面積を、作動棒１７の位置変化に応じて変化させることができ、作動棒１７に作用する押圧力に応じた流量制御が可能になり、安定した制御特性を得ることができる。
【００２７】
なお、作動棒１７の上端部に形成される逆円錐形状の窪み１７ａは、この形状に限定されるものではない。たとえば、その断面がＵ字形状であってもよい。この場合も、ボール弁体１６は、円形の線接触の状態で作動棒１７と当接することができる。
【００２８】
図３はこの発明の第２の実施の形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。なお、図３において、図１に示した制御弁の構成要素と同じ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。
【００２９】
図３に示す制御弁において、図１のものと異なるのはディスク１８側の作動棒１７の形状である。すなわち、ディスク１８に嵌め込まれる作動棒１７の端部には、球面加工が施されている。このとき、作動棒１７が嵌め込まれるディスク１８の凹部は作動棒１７の直径より大きな内径を有するように形成されている。ボール弁体１６には、圧力導入室１１ｂ内のスプリング１５が作用しており、このボディ１１内に配置された作動棒１７には、図示しないソレノイド部方向からの押圧力が作用する。このとき、作動棒１７はディスク１８に点接触状態で当接することになる。したがって、ダイヤフラム１９がプランジャ２３の端面と正しく面接触していない場合、ディスク１８は傾いたダイヤフラム１９に倣って傾動することになるが、そのとき、傾いたディスク１８が点接触の作動棒１７に対して横荷重を与えることはないので、作動棒１７の軸線方向のスライド動作を円滑に行うことができる。
【００３０】
以上の実施の形態では、いずれも作動棒１７がボール弁体１６を開弁方向に押圧する構成の制御弁について説明したが、この発明は、作動棒がボール弁体を閉弁方向に押圧する構成であっても同様に適用できる。
【００３１】
この発明の制御弁は、可変容量型コンプレッサの圧力制御弁に適用した場合、コンプレッサの吐出室からクランク室への冷媒の流量を安定して制御できる利点がある。しかし、この発明の制御弁はコンプレッサの圧力制御弁に限定して適用されるものではなく、シャフトでボール弁体を駆動する他の制御弁にも同様に適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ボール弁体と当接する作動棒の端面に窪みを形成するする構成にした。これにより、ボール弁体の制御位置を安定させて、弁の開閉時に安定した開口面積を確保することができる。
【００３３】
また、ディスク部材に嵌め込まれる作動棒の当接端面を球面加工した。これにより、ディスクが傾動しても作動棒に横荷重が作用することはないため、作動棒に対するスライド抵抗が軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る制御弁の構成を示す全閉状態の断面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態に係る制御弁の構成を示す全開状態の断面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
【図４】従来の可変容量型コンプレッサに使用される制御弁の弁閉状態を示す断面図である。
【図５】従来の可変容量型コンプレッサに使用される制御弁の弁開状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　弁部
１１　ボディ
１１ａ　第１ポート
１１ｂ　圧力導入室
１１ｃ　弁座
１１ｄ　第２ポート
１１ｅ　第３ポート
１２　キャップ
１３　フィルタ
１４　アジャストねじ
１５　スプリング
１６　ボール弁体
１７　作動棒
１７ａ　窪み
１８　ディスク
１９　ダイヤフラム
２０　ソレノイド部
２１　ヨーク
２２　スリーブ
２３　プランジャ

Claims (2)

1. ボール弁体と、前記ボール弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、前記ボール弁体に開弁方向のソレノイド力を弁孔を介して伝達する作動棒とを備えた制御弁において、
   前記作動棒は、前記ボール弁体と当接する端面に、所定の深さの窪みが形成されていることを特徴とする制御弁。
2. ボール弁体と、前記ボール弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、前記ボール弁体のリフト量を設定するソレノイド部と、外部から圧力を受けて前記ボール弁体のリフト量を制御するダイヤフラムと、前記ソレノイド部及び前記ダイヤフラムの動きをディスクを介して前記ボール弁体に伝達する作動棒とを備えた制御弁において、
   前記作動棒は、前記ボール弁体と当接する一端面に所定の深さの窪みが形成され、前記ディスクに遊嵌される他端面には球面加工が施されていることを特徴とする制御弁。

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