JP2006170047A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヤフラムを挟んで第１プランジャおよび第２プランジャが配置された可変容量圧縮機用制御弁において、ソレノイドの通電時における第１プランジャおよび第２プランジャの接触時の弁部の動きをスムーズにし、ヒステリシスを低減する。
【解決手段】 第２プランジャ２１の第１プランジャに対向する端面が中央に平坦部３７、その外周側にテーパ部３９を有するように形成されている。これにより、ソレノイドの通電時に、第２プランジャ２１が傾いた状態でダイヤフラムを介して第１プランジャに接触する際に、最初の接触点からテーパ部３９を介して平坦部３７へとスムーズに接触していくようになるので、接触時の衝撃が吸収され、第２プランジャ２１を介して動作する弁部の動きをスムーズにさせることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は可変容量圧縮機用制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機にて冷媒の吐出容量を制御するのに好適な可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、走行状態によって回転数が変化するエンジンを駆動源としているので回転数制御を行うことができない。そこで、一般的には、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。

可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向に往復運動するピストンが吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入して圧縮した後、吐出室に吐出する。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、揺動板の傾斜角度を変化させることができ、これによってピストンのストロークが変化され、冷媒の吐出量が変化させられる。このクランク室内の圧力を変化させるよう制御するのが可変容量圧縮機用制御弁である。

このような可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御するための可変容量圧縮機用制御弁は、一般に、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部を気密に形成されたクランク室に導入するようにし、その導入量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。そのクランク室への冷媒導入量の制御は、たとえば吸入室の吸入圧力Ｐｓに応じて行うものが知られている。つまり、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感じて、その吸入圧力Ｐｓが一定に保たれるように吐出室からクランク室に導入される吐出圧力Ｐｄの冷媒の流量を制御している。

このため、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知する感圧部と、その感圧部が感知した吸入圧力Ｐｓに応じ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を備えている。さらに、可変容量動作に入るときの吸入圧力Ｐｓの値を外部から自由に設定することができるようにした可変容量圧縮機用制御弁では、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を備えている。

ところで、外部制御が可能な従来の可変容量圧縮機用制御弁の中には、エンジンと揺動板が設けられた回転軸との間にエンジンに駆動力を伝達したり遮断したりする電磁クラッチを用いないで、エンジンと回転軸とを直結した、いわゆるクラッチレス可変容量圧縮機を制御するための制御弁がある（たとえば、特許文献１参照。）。

この制御弁は、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、その弁部を閉じ方向に作用させるような電磁力を発生させるソレノイドと、大気圧と比較して吸入圧力Ｐｓが低くなるにつれて弁部を開き方向に作用させる感圧部とをこの順序で配置された構成を有している。このため、ソレノイドが通電されていないときには、弁部は全開状態になっていて、クランク室内の圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持することができ、これによって揺動板が回転軸に対してほぼ直角方向に傾動し、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。このことは、エンジンと回転軸とが直結されていても、実質的に吐出容量をゼロに近くすることができるので、電磁クラッチを排除することができるのである。

しかしながら、電磁クラッチを不要とした可変容量圧縮機を制御するための従来の制御弁では、感圧部および弁部がソレノイドを挟んで配置されており、吸入圧力Ｐｓと大気圧とを比較する感圧部には、ソレノイドを介して吸入圧力Ｐｓを導くように構成されているため、ソレノイドの全体を圧力室内に収容しなければならず、ソレノイドの部分についても耐圧を考慮した設計をしなければならない。

そこで、本出願人は、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャの２つに分割してそれらの間に吸入圧力Ｐｓを感知するダイヤフラムまたはベローズのような感圧部材を配置して、吸入圧力Ｐｓをソレノイドが配置される大気圧から隔離する構成を持った可変容量圧縮機用制御弁を出願している（特願２００３−２８９５８１）。

図５はプランジャを分割した可変容量圧縮機用制御弁の要部を示す部分拡大図であって、（ａ）は感圧部近傍を示す部分拡大断面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。

この可変容量圧縮機用制御弁によれば、図５の（ａ）に示したように、感圧部を構成するダイヤフラム１０１を有し、このダイヤフラム１０１を挟んで大気側に第１プランジャ１０２が配置され、冷凍サイクル側に第２プランジャ１０３が配置されている。第２プランジャ１０３は、磁性材料によって形成されたホルダ１０４内に軸線方向に進退自在に配置されている。第２プランジャ１０３は、また、その外周に摺動抵抗の低いガイド１０５が周設されており、ソレノイドが通電したときに、第２プランジャ１０３がガイド１０５によってホルダ１０４の内壁に吸着することなく軸線方向へのスムーズな進退移動を容易にしている。ガイド１０５は、その周方向の一部が切断されていて、吸入圧力Ｐｓがダイヤフラム１０１まで導入されるようにしている。

第２プランジャ１０３は、第１プランジャ１０２との対向端面１０６が、図５の（ｂ）に示したように、平坦に形成されていて、その外周縁部１０７が曲面に形成されている。これにより、ソレノイドが通電したときには、第１プランジャ１０２および第２プランジャ１０３が互いに磁気的に吸引され、最終的には、対向する平坦部がダイヤフラム１０１を介して吸着される。
特開２０００−１１０７３１号公報（段落番号〔００１０〕，〔００４４〕，図１）

しかしながら、第１プランジャ１０２および第２プランジャ１０３が互いに吸引されていく過程でガイド１０５によって保持されている第２プランジャ１０３がホルダ１０４との間でも横方向の吸引力が働いているため、第２プランジャ１０３は、その対向端面１０６が第１プランジャ１０２の対向端面と平行を保った状態で第１プランジャ１０２の方向へ移動していくとは限らないので、スムーズに吸着しないという問題点があった。

図６は第１プランジャおよび第２プランジャの吸引時の動作を説明する図であって、（ａ）は通電直後の非接触状態を示し、（ｂ）は部分接触時の状態を示し、（ｃ）は最終的な接触状態を示している。

ソレノイドが通電された直後は、図６の（ａ）に示したように、第２プランジャ１０３は、ホルダ１０４との吸引力によって第１プランジャ１０２の軸線に対して傾きが発生し、その傾いた状態で、第１プランジャ１０２との吸引力によって第１プランジャ１０２へ吸引されていく。次の段階では、図６の（ｂ）に示したように、第２プランジャ１０３は、傾いた側の外周縁部１０７がダイヤフラム１０１を介して第１プランジャ１０２に衝突し、次に、その衝突点を支点として傾きがなくなる方向に傾動する。そして、最終的には、図６の（ｃ）に示したように、第１プランジャ１０２および第２プランジャ１０３は、対向する端面の平坦部がダイヤフラム１０１を介して吸着する。

このように、ダイヤフラム１０１を挟んで配置された第１プランジャ１０２および第２プランジャ１０３は、ソレノイドの通電時に、まず、第２プランジャ１０３が傾いた状態でダイヤフラム１０１を介して第１プランジャ１０２の平坦部に接触し、その後、第１プランジャ１０２および第２プランジャ１０３の平坦部同士がダイヤフラム１０１を介して接触するという２段階の衝突動作をする。

第２プランジャは、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を制御する弁部の弁体をストローク制御するものなので、上記のような２段階の衝突動作をすることにより、弁部の弁特性がリニアでなくなり、また、第２プランジャが傾いた状態でダイヤフラムを介して第１プランジャに片当たりするため、ヒステリシスが大きくなるという不具合が発生していた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムを挟んで第１プランジャおよび第２プランジャが配置された可変容量圧縮機用制御弁において、ソレノイドの通電時における第１プランジャおよび第２プランジャの接触時の弁部の動きをスムーズにし、ヒステリシスを低減することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、分割した第１プランジャおよび第２プランジャの間にダイヤフラムを介挿して構成されるソレノイドと、前記ダイヤフラムの変位を前記第２プランジャを介して伝達される弁部とを備えた可変容量圧縮機用制御弁において、前記第２プランジャは、前記ダイヤフラムを介して前記第１プランジャに対向する端面が、中央の平坦部と、前記平坦部から外周方向に向かって前記第１プランジャから離れる方向に傾斜する傾斜部とによって形成されていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁が提供される。

このような可変容量圧縮機用制御弁によれば、第２プランジャの第１プランジャに対向する端面に平坦部と傾斜部とを設けたことにより、ソレノイドの通電時に、互いに吸引されることによって第２プランジャがダイヤフラムを介して第１プランジャに傾いた状態で接触する際に、最初の接触点から傾斜部を介して平坦部へとスムーズに接触していくことにより接触時の衝撃が緩和され、第２プランジャを介して動作する弁部の動きをスムーズにする。

本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、第２プランジャの第１プランジャに対向する端面が中央に平坦部、その外周側に傾斜部を有するように形成されているので、ソレノイドの通電時に、第２プランジャが傾いた状態で接触する際に、最初の接触点から傾斜部を介して平坦部へとスムーズに接触していくようになる。これにより、接触時の衝撃が吸収され、第２プランジャを介して動作する弁部の動きをスムーズにするので、弁特性がリニアになり、ヒステリシスを低減することができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明を適用した可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
この可変容量圧縮機用制御弁は、図の上方に弁部を備えている。弁部は、ボディ１０の側部開口部が可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１を構成し、そのポート１１が設けられた位置には、ストレーナ１２が周設されている。また、ボディ１０は、その上部に可変容量圧縮機のクランク室に連通して制御された圧力Ｐｃを導出するポート１３を有し、そのポート１３には、ストレーナ１４が冠着されている。

吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１は、圧力Ｐｃを導出するようポート１３と内部で連通していて、その途中の冷媒通路には、弁座１５がボディ１０と一体に形成されている。この弁座１５の圧力Ｐｃを導出する側から対向して弁体１６が軸線方向に進退自在に配置されている。この弁体１６は、スプリング１７によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング１７は、ポート１３に螺着されたアジャストねじ１８によって荷重が調整されている。ボディ１０の図の下方には、可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート１９が形成されている。

ボディ１０の下端面には、ホルダ２０が配置され、そのホルダ２０の中には、第２プランジャ２１が軸線方向に進退自在に配置されている。この第２プランジャ２１は、図の下方位置に、たとえばポリテトラフルオロエチレンで作られた摺動抵抗の低いガイド２２が周設されていて、その外周面はホルダ２０の内壁に摺接されており、第２プランジャ２１が軸線方向に進退移動するときにホルダ２０の内壁面と所定間隔を保ちながらガイドする機能を有している。なお、このガイド２２は、全周に設けられているのではなく、一部が切断されていて、吸入圧力Ｐｓが第２プランジャ２１の下端面側に形成される空間に導入できるようになっている。

第２プランジャ２１は、また、その図の上端位置にフランジ部２３が掛止されており、そのフランジ部２３とホルダ２０の上端面との間にスプリング２４が介挿されている。第２プランジャ２１の上部軸線位置には、シャフト２５の下端部が当接されている。このシャフト２５は、その上端部が弁部の弁孔を介して伸びる細径部により弁体１６と結合され、弁孔の内径と同じ外径を有していて、ボディ１０とはほとんどクリアランスがない状態で軸線方向に進退可能にボディ１０に保持されている。

第２プランジャ２１を図の上方へ付勢しているスプリング２４は、弁体１６を閉弁方向に付勢しているスプリング１７よりも大きな荷重を有している。したがって、ソレノイドへの通電がないときには、図示のように、第２プランジャ２１は、ポート１９に連通する部屋の天井に当接され、シャフト２５に結合されている弁体１６はその全開状態に位置している。

第２プランジャ２１の図の下方には、感圧部を構成するダイヤフラム２６が配置されている。このダイヤフラム２６は、その外周縁部がホルダ２０とソレノイドのケース２７とによって挾持され、パッキン２８によってシールされている。ホルダ２０とソレノイドのケース２７とによるダイヤフラム２６の挾持は、ケース２７の図の上縁部を、ホルダ２０を挟んでボディ１０の図の下端部にかしめ加工により固定することによって行われる。これにより、この可変容量圧縮機用制御弁の圧力室を構成する部分は、このダイヤフラム２６によって仕切られた部分までであり、これよりも図の下方部分は、大気圧がかかる部分である。

ケース２７内には、コイル２９が配置され、その内側にはスリーブ３０が配置されている。このスリーブ３０の図の下方部分には、コア３１が挿入されて固定されている。コア３１とダイヤフラム２６との間には、スリーブ３０内を軸線方向に進退自在に第１プランジャ３２が配置されている。この第１プランジャ３２には、軸線位置に配置されたシャフト３３の図の上端部が挿入されており、そのシャフト３３の下端部は、ケース２７の開口端部を閉止しているコネクタ３４内に螺着されたアジャストねじ３５の軸受部によって支持されている。コア３１とアジャストねじ３５との間には、スプリング３６が配置されていて、第１プランジャ３２をダイヤフラム２６の方へ付勢している。このスプリング３６の荷重は、アジャストねじ３５によって調整される。

以上の構成において、ホルダ２０、ケース２７およびコネクタ３４は磁性体によって形成されて、ソレノイドの磁気回路におけるヨークの機能を果たし、コイル２９によって発生された磁力線は、ケース２７、ホルダ２０、第２プランジャ２１、第１プランジャ３２、コア３１およびコネクタ３４からなる磁気回路を通ることになる。

この可変容量圧縮機用制御弁の図示の状態は、ソレノイドが通電されていなくて、吸入圧力Ｐｓが高い場合の状態、すなわち、空調装置が動作していないときの状態を示している。吸入圧力Ｐｓが高いので、ダイヤフラム２６は、スプリング３６の荷重に抗して図の下方へ変位し、第１プランジャ３２をコア３１へ当接させている。一方、第２プランジャ２１は、スプリング２４によって図の上方へ付勢されているため、ダイヤフラム２６から離れていて、吸入圧力Ｐｓの変化によって変位するダイヤフラム２６の影響は受けない状態になっている。また、第２プランジャ２１は、シャフト２５を介して弁体１６をその全開位置に付勢している。したがって、この状態で、可変容量圧縮機の回転軸がエンジンによって回転駆動されていても、可変容量圧縮機は吐出容量が最小の状態で運転されることになる。

図２は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の要部を拡大して示した図であって、（ａ）は第２プランジャを示す側面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。

この第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁によれば、第２プランジャ２１は、ダイヤフラム２６に面する端面において、その中央に平坦部３７を有し、そこから曲面に形成されている外周縁部３８にかけて第１プランジャ３２から離れる方向に傾斜したテーパ部３９が形成されている。すなわち、第２プランジャ２１のダイヤフラム２６に面する端面は、頂角の大きな円錐形状に加工され、その中央部がカットされて平坦部３７を形成しているような形状になっている。具体的には、この第２プランジャ２１は、その直径φ１を８．５ｍｍとしたとき、中央の平坦部３７の直径φ２を１．５ｍｍ程度としている。また、テーパ部３９の角度θは、１度程度、そのときの外周縁部３８の平坦部３７からのずれＢは、０．０６ｍｍ程度としている。このような形状寸法にすれば、第２プランジャ２１のダイヤフラム２６に面する端面を傾斜させることにより第１プランジャ３２との間の磁気ギャップが広がって吸引力が低下したり、テーパ部３９と中央の平坦部３７との境界部分にてダイヤフラムへ損傷を与えたりするといった不具合が起きることなく、第１プランジャ３２および第２プランジャ２１を互いにスムーズに吸着させることが可能になる。

図３は第１プランジャおよび第２プランジャの吸引時の動作を説明する図であって、（ａ）は通電直後の非接触状態を示し、（ｂ）は部分接触時の状態を示し、（ｃ）は最終的な接触状態を示している。

ソレノイドが通電された直後は、図３の（ａ）に示したように、第２プランジャ２１は、ホルダ２０との吸引力によって第１プランジャ３２の軸線に対して傾きが発生し、その傾いた状態で、第１プランジャ３２との吸引力によって第１プランジャ３２へ吸引されていく。次の段階では、図３の（ｂ）に示したように、第２プランジャ２１は、傾いた側の外周縁部３８がダイヤフラム２６を介して第１プランジャ３２に衝突し、次に、その衝突点を支点として傾きがなくなる方向に傾動し、支点からテーパ部３９に沿って線接触していく。そして、最終的には、図３の（ｃ）に示したように、第２プランジャ２１は、その平坦部３７が第１プランジャ３２の平坦部にダイヤフラム２６を介して吸着する。この吸着動作のとき、第２プランジャ２１の端面に部分的にテーパ加工を施してテーパ部３９を設けたことにより、互いに大きな面積の平坦部が衝突する場合に比較して、第２プランジャ２１が相手側の第１プランジャと接触するときの衝撃を吸収することができ、この第２プランジャ２１に連動して動く弁部の弁体１６の動きをスムーズにし、ヒステリシスを低減することができる。

図４は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の要部を拡大して示した図であって、（ａ）は第２プランジャを示す側面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。

この第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁では、第２プランジャ２１は、ダイヤフラム２６に面する端面において、その中央に平坦部３７を有し、その平坦部３７と外周縁部３８との間を球面形状の球面部４０が形成されている。すなわち、第２プランジャ２１のダイヤフラム２６に対向する端面は、曲率半径の大きな球の一部をなす形に球面加工され、その中央部がカットされて平坦部３７を形成しているような形状になっている。

このような形状にしたことで、第２プランジャ２１が傾いた状態でダイヤフラム２６に接触した後、その接触点から球面部４０に沿って連続的に接触していくことにより、第２プランジャ２１が相手側の第１プランジャと接触するときの衝撃を吸収することができ、この第２プランジャ２１に連動して動く弁部の弁体１６の動きをスムーズにし、ヒステリシスを低減することができる。

本発明を適用した可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の要部を拡大して示した図であって、（ａ）は第２プランジャを示す側面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。 第１プランジャおよび第２プランジャの吸引時の動作を説明する図であって、（ａ）は通電直後の非接触状態を示し、（ｂ）は部分接触時の状態を示し、（ｃ）は最終的な接触状態を示している。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の要部を拡大して示した図であって、（ａ）は第２プランジャを示す側面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。 プランジャを分割した可変容量圧縮機用制御弁の要部を示す部分拡大図であって、（ａ）は感圧部近傍を示す部分拡大断面図、（ｂ）はそのＡ部詳細を示す部分側面図である。 第１プランジャおよび第２プランジャの吸引時の動作を説明する図であって、（ａ）は通電直後の非接触状態を示し、（ｂ）は部分接触時の状態を示し、（ｃ）は最終的な接触状態を示している。

符号の説明

１０ ボディ
１１ ポート
１２ ストレーナ
１３ ポート
１４ ストレーナ
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ スプリング
１８ アジャストねじ
１９ ポート
２０ ホルダ
２１ 第２プランジャ
２２ ガイド
２３ フランジ部
２４ スプリング
２５ シャフト
２６ ダイヤフラム
２７ ケース
２８ パッキン
２９ コイル
３０ スリーブ
３１ コア
３２ 第１プランジャ
３３ シャフト
３４ コネクタ
３５ アジャストねじ
３６ スプリング
３７ 平坦部
３８ 外周縁部
３９ テーパ部
４０ 球面部

Claims (3)

1. 分割した第１プランジャおよび第２プランジャの間にダイヤフラムを介挿して構成されるソレノイドと、前記ダイヤフラムの変位を前記第２プランジャを介して伝達される弁部とを備えた可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記第２プランジャは、前記ダイヤフラムを介して前記第１プランジャに対向する端面が、中央の平坦部と、前記平坦部から外周方向に向かって前記第１プランジャから離れる方向に傾斜する傾斜部とによって形成されていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記傾斜部は、円錐形状に形成されたテーパ部としたことを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記傾斜部は、球面形状に形成された球面部としたことを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
   

Images