JP2008038856A - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続的な流量制御を可能とし、制御安定性を向上できる可変容量型圧縮機の容量制御弁の提供にある。
【解決手段】 吐出圧領域とクランク室１６を連通する冷媒通路と、該冷媒通路に設けられた弁孔５４と、弁孔５４を開閉する円柱状の弁体７２と、弁体７２に連設され弁孔５４内を往復動する第２軸部７５とを備え、弁体７２の端部には弁孔５４内に突出する突起部７６を有する可変容量型圧縮機用制御弁５０において、突起部７６の外周形状は、突起部７６の中心軸側に凸となる曲線、即ち弁体７２の端部と弁体７２に連設された円柱状の軸部としての第２軸部７５とを接続する円弧曲線で形成された円弧状の曲面７６ａとする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、例えば、車両空調装置等に用いられる可変容量型圧縮機の容量制御弁に関する。

一般的に、車両用空調装置等に用いられる圧縮機として、吐出容量を可変制御することができる可変容量型圧縮機（以下、単に「圧縮機」と呼ぶ）が知られている。
この種の圧縮機においては、駆動軸に対して傾斜可能な斜板がクランク室に収容されている。
斜板は、クランク室の圧力が高くなるにつれて駆動軸の軸線に対して直角に近づき（斜板の傾斜角度が小さくなる）、一方、クランク室の圧力が低くなる場合には、駆動軸の軸線に近づくように（斜板の傾斜角度が大きくなる）斜板が傾斜する。
圧縮機が備えるピストンのストロークは、斜板の傾斜状態に応じて変化する。例えば、クランク室の圧力が高く斜板の傾斜角度が小さい場合には、ピストンのストロークは小さく、逆に、クランク室の圧力が低く斜板の傾斜角度が大きい場合には、ピストンのストロークは大きい。
従って、ピストンのストロークが小さくなると吐出容量は小さくなり、またストロークが大きくなると吐出容量も大きくなる。

特許文献１で開示された従来技術では、圧縮機用の容量制御弁４９が開示されている。
容量制御弁４９は、バルブハウジング６１とソレノイド部６２とが中央付近において接合されており、バルブハウジング６１とソレノイド部６２との間には弁室６３が区画形成され、その弁室６３内に弁体６４が収容されている。この弁室６３に連通して弁孔６６が設けられ、また弁室６３は、弁室ポート６７及び、給気通路４８を介して吐出室３８に連通されている。

バルブハウジング６１の上部には、感圧室６８が形成され、感圧室６８には感圧部を構成するベローズ７０が収容されており、感圧室６８は吸入圧力導入ポート６９を介して吸入通路３２に連通されている。
また、バルブハウジング６１の下部には、ソレノイド部６２が設けられ、ソレノイド部６２は、固定鉄心７６と、固定鉄心７６に対して移動する可動鉄心７８と、固定鉄心７６と可動鉄心７８の周りを囲むコイル８６を備えている。固定鉄心７６には挿通孔８０が形成されており、挿通孔８０には弁体６４と一体形成されたソレノイドロッド８１が摺動可能に挿通されている。

また、感圧室６８と弁室６３の間には、弁孔６６と連続しかつ弁孔６６より小径の挿通孔７１が形成され、この挿通孔７１にはベローズ７０と弁体６４を作動連結する感圧ロッド７２が摺動可能に挿通されている。
感圧ロッド７２の弁体６４側部分は、弁孔６６内の冷媒ガスの通路を確保するために小径部７２ｂが設けられ、この小径部７２ｂと弁体６４の端面６４ａとの間には、感圧室６８側に小径となるようなテーパ状の突起部７３が形成されている。

また弁孔６６は、ポート７４及び、給気通路４８を介してクランク室１５に連通されている。
弁体６４は弁孔６６を開閉する弁体であり、弁孔６６を開くとき、吐出室３８の冷媒ガスが弁室ポート６７、ポート７４を経由してクランク室１５へ流入し、弁体６４により弁孔６６が閉じられる時、吐出室３８からクランク室１５への冷媒ガスの流入は遮断される。

この容量制御弁４９によれば、ソレノイド部６２の励磁により弁孔６６を閉じる方向に弁体６４を移動させると、吐出室３８よりクランク室１５へ流入する冷媒量が減少し、クランク室１５の圧力低下とともに斜板２２の傾斜角度が大きくなる。
また、ソレノイド部６２の励磁が解除されると、弁孔６６から弁体６４が遠ざかり、吐出室３８からクランク室１５へ流入する冷媒量が増大し、クランク室１５の圧力増大とともに斜板の傾斜角度が小さくなる。
尚、弁体６４の端面６４ａには、その端面６４ａ側に大径をなすテーパ状の突起部７３が形成されているので、弁孔６６を弁体６４で開閉する場合において、突起部７３が徐々に弁孔６６の開弁流路の通過断面積を変化させることになる。これにより、容量制御弁４９の開閉により高圧の冷媒ガスのクランク室１５への供給が、急激に開始されたり、停止されたりすることを防止でき、圧縮機の容量制御特性を安定化できるとしている。
特開平９−２６８９７３号公報（第７〜１１頁、図１〜図２）

しかし特許文献１で開示された技術においては、弁体６４の端面６４ａと端面６４ａに形成されたテーパ状の突起部７３との接続部分で開弁流路の通過断面積が非連続的に変化するので、連続的な流量制御が不可能となり、制御安定性が損なわれる問題がある。例えば、図８で示すグラフにおいて、横軸に弁体６４の移動距離をとり、縦軸に開弁流路の通過断面積をとると、線ＡＢＣＤで結ばれた特性曲線Ｇ０が特許文献１で開示された従来技術の特性を模式的に示す。この特性曲線Ｇ０は、Ｂ点及びＣ点で不連続となっており、特に容量制御の立ち上がりに相当するＢ点の近傍で弁体６４の移動距離に対する開弁流路の通過断面積が非連続的な変化をしている。なお、Ｂ点は弁体６４の端面６４ａと突起部７３の大径側との非連続的変化部分、Ｃ点は突起７３の小径側と感圧ロッド７２の小径部７２ｂとの非連続的変化部分に対応している。このことによりＢ点近傍では、連続的な流量制御が不可能となり、狙った容量に制御し難い問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、連続的な流量制御を可能とし、制御安定性を向上できる可変容量型圧縮機の容量制御弁の提供にある。

上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、クランク室内の圧力を制御するための制御通路と、前記制御通路に設けられた弁孔と、前記弁孔を開閉する円柱状の弁体とを備え、前記弁体の前記弁孔側端部には前記弁孔内に突出する突起を有する可変容量型圧縮機用制御弁において、前記突起の外周形状は、前記突起の中心軸側に凸となる曲線で形成されていることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、弁体の端部には弁孔内に突出する突起を有し、該突起の外周形状が突起の中心軸側に凸となる曲線で形成されているので、弁体を弁孔に対して開弁する方向に移動させた時、弁体の移動距離に対する開弁流路の通過断面積を連続的に変化可能となる。従って、従来技術のような弁体の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の非連続性を解消でき、連続的な流量制御を可能とし、制御安定性を向上できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の可変容量型圧縮機用制御弁において、前記曲線は、前記弁体の前記弁孔側端部と前記弁体に連設された円柱状の軸部とを接続する円弧曲線であることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、曲線が弁体の端部と弁体に連設された円柱状の軸部とを接続する円弧曲線で形成されているので、製造が容易であり、加工工数を削減可能である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の可変容量型圧縮機用制御弁において、前記弁体の端部を平坦面とし、前記平坦面が前記弁孔の弁座と当接することにより、前記弁孔を閉鎖することを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、弁体の端部の平坦面が弁孔の弁座と当接することにより、弁孔を閉鎖可能となっているので、閉鎖状態においては弁体と弁孔とのシール性を確保することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載の可変容量型圧縮機用制御弁において、前記曲線と前記軸部と間に段差部を有することを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、段差部を形成することにより開弁流路の通過断面積の最大値を大きくでき、流量を増やすことができる。

この発明によれば、弁体の端部に中心軸側に凸となる曲面を有する突起を形成し、弁体の移動距離に対する開弁流路の通過断面積を連続的に変化可能とすることにより、連続的な流量制御を可能とし、制御安定性を向上できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る可変容量型圧縮機用の容量制御弁（以下、単に「容量制御弁」と呼ぶ）を図１〜図５に基づいて説明する。
まず、実施形態に係る可変容量型圧縮機（以下、単に「圧縮機」と呼ぶ）の概要について説明する。
図１に示す圧縮機１０には、圧縮機１０の外殻であるハウジング１１が形成されているが、このハウジング１１は、複数のシリンダボア１２ａが形成されたシリンダブロック１２と、そのシリンダブロック１２の前部側に接合されるフロントハウジング１３と、シリンダブロック１２の後部側に接合されるリヤハウジング１４とから構成されている。
そして、フロントハウジング１３からリヤハウジング１４まで通される通しボルト１５の前後方向の締め付けにより、フロントハウジング１３、シリンダブロック１２及びリヤハウジング１４が一体的に固定され、ハウジング１１が形成される。

フロントハウジング１３には、クランク室１６が後部側をシリンダブロック１２により閉鎖した状態にて形成されている。
そして、回転自在の駆動軸１７がそのクランク室１６の中央付近を貫通するように備えられており、この駆動軸１７はフロントハウジング１３に設けられるラジアル軸受１８と、シリンダブロック１２に設けられる別のラジアル軸受１９により支持されている。
この駆動軸１７の前部を支持するラジアル軸受１８の前方に、駆動軸１７の周面に亘って摺接する軸封機構２０が備えられている。
この軸封機構２０はリップシール部材等を有し、クランク室１６内の冷媒がフロントハウジング１３と駆動軸１７の間から漏れ出すことを防止するものとなっている。
この実施形態における駆動軸１７の前端には、図示しない動力伝達機構を介して外部駆動源に連結されており、駆動軸１７は外部駆動源により回転可能となっている。

クランク室１６における駆動軸１７には、ラグプレート２１が一体回転可能に固着されている。
ラグプレート２１の後方における駆動軸１７には、容量変更機構２２を構成する斜板２３が、駆動軸１７の軸線方向へスライド可能及び傾動可能に支持されている。
斜板２３とラグプレート２１との間にはヒンジ機構２４が介在され、このヒンジ機構２４を介して斜板２３がラグプレート２１および駆動軸１７に対して、同期回転可能及び傾動可能に連結されている。

駆動軸１７におけるラグプレート２１と斜板２３との間にはコイルスプリング２５が巻装されているほか、コイルスプリング２５の押圧により後方へ付勢される摺動自在の筒状体２６が駆動軸１７に嵌挿されている。
斜板２３は、コイルスプリング２５の付勢力を受けた筒状体２６により常に後方、すなわち、斜板２３の傾斜角度が減少する方向へ向けて押圧される。
なお、斜板２３の傾斜角度とは、ここでは駆動軸１７と直交する面と斜板２３の面により成す角度を意味している。
斜板２３の前部にはストッパ部２３ａが突設され、図１に示すように、このストッパ部２３ａがラグプレート２１に当接することにより、斜板２３の最大傾斜位置が規制されるようになっている。斜板２３の後方における駆動軸１７には止め輪２７が取り付けられ、この止め輪２７の前方においてコイルスプリング２８が駆動軸１７に巻装されている。
このコイルスプリング２８の前部に当接することにより斜板２３の最小傾斜位置が規制されるようになっている。尚、図１で実線で示す位置は斜板２３の最大傾斜位置を示し、図１で仮想線で示す位置は斜板２３の最小傾斜位置を示している。

前記シリンダブロック１２の各シリンダボア１２ａには、片頭型のピストン２９が夫々往復移動可能に収容され、これらのピストン２９の首部がシュー３０を介して斜板２３の外周に係留されている。
そして、駆動軸１７の回転に伴って斜板２３が回転運動されるとき、シュー３０を介して各ピストン２９が往復移動される。
一方、図１に示されるように、リヤハウジング１４の前部側とシリンダブロック１２の後部側は接合されているが、両者１４、１２との間には弁板３２と、弁体形成板３３、３４と、リテーナ３５が介装されている。
リヤハウジング１４は、シリンダブロック１２に接合される後部側のハウジングであるが、このリヤハウジング１４内の中心側には、吸入室３８が形成されており、吸入室３８は弁板３２に設けられる吸入ポート３６によりシリンダボア１２ａ内の圧縮室３１と連通されている。
また、リヤハウジング１４の外周側には、吐出室３９が形成されており、この吐出室３９と吸入室３８は隔壁１４ａにより隔絶されている。

弁板３２はシリンダボア１２ａにおいてピストン２９とともに圧縮室３１を形成するためのものであるが、リヤハウジング１４側の吸入室３８と連通する吸入ポート３６と、吐出室３９と連通する吐出ポート３７を有している。
弁体形成板３３には、圧縮室３１及び吸入室３８との間に介在される吸入弁（図示せず）が形成され、一方、弁体形成板３４には、吐出ポート３７及び吐出室３９との間に介在されるリード式の吐出弁３４ａが形成されている。
また、リテーナ３５は吐出弁３４ａの最大開度を規制するためのものである。

ところで、吸入室３８の冷媒はピストン２９の上死点位置から下死点位置への移動により、吸入ポート３６及び吸入弁（図示略）を介して圧縮室３１内に吸入される。
圧縮室３１内に吸入された冷媒はピストン２９の下死点位置から上死点位置への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート３７及び吐出弁３４ａを介して吐出室３９へ吐出される。
斜板２３の傾斜角度は、冷媒の圧力によるモーメント等に基づき決定される。冷媒の圧力によるモーメントとは圧縮室３１内の圧力と、ピストン２９の背面に作用するクランク室１６内の圧力との相関に基づいて発生するモーメントであり、クランク室１６の圧力変動に応じて傾斜角度の増大方向又は減少方向に作用する。
この実施形態の圧縮機１０では、後で説明する容量制御弁５０を用いてクランク室１６内の圧力を調節し、冷媒の圧力によるモーメントを適宜変更することで、斜板２３の傾斜角度を最小傾斜角度から最大傾斜角度との間の任意の角度に設定することを可能としている。

次に、外部冷媒回路について説明する。
吸入室３８はリヤハウジング１４に形成された吸入通路４０を介して外部冷媒回路４２と接続されており、外部冷媒回路４２からの冷媒は吸入通路４０を通過して吸入室３８へ供給することができる。
この実施形態では、吸入室３８及び吸入通路４０は吸入圧領域に含まれる。
また、吐出室３９はリヤハウジング１４に形成された吐出通路４１を介して外部冷媒回路４２と接続されており、吐出室３９の冷媒を吐出通路４１を介して外部冷媒回路４２へ供給することができる。
外部冷媒回路４２は、冷媒から熱を奪う熱交換器４３と、膨張弁４４と、熱を冷媒に移す熱交換器４５を含む。

膨張弁４４は、熱交換器４５の出口側の冷媒温度の変動に対応して冷媒流量を制御する温度感知式自動膨張弁である。
外部冷媒回路４２において、吐出通路４１より下流側であって熱交換器４３よりも上流には、絞り４６が設けられている。
この実施形態では、説明の便宜上、吐出通路４１と絞り４６の間を吐出側上流回路４２ａ、絞り４６と熱交換器４３の間を吐出側下流回路４２ｂとする。
この実施形態では、吐出室３９と、吐出側上流回路４２ａと、吐出側下流回路４２ｂはいずれも吐出圧領域に含まれる。

図１に示されるように、リヤハウジング１４内には、吐出圧領域の冷媒をクランク室１６へ供給する給気用の容量制御弁５０が備えられている。
容量制御弁５０は、図２に示されるように、主に、略筒状であって複数の室を持つバルブハウジング５１と、バルブハウジング５１に接続されるソレノイド６６と、弁体７２を有する往復体としてのロッド７０と、ソレノイド６６の励磁により移動されるロッド７０を反対方向へ移動させる感圧機構６２を有する。

〔バルブハウジングについて〕
バルブハウジング５１内には、バルブハウジング５１の一方の端部に位置する感圧室５２と、感圧室５２の隣に位置する弁室５３が形成されている。
感圧室５２と弁室５３との間には弁孔５４が形成された隔壁５１ａが設けられ、隔壁５１ａにより両室５２、５３は隔絶されている。
バルブハウジング５１には、感圧室５２と吐出側下流回路４２ｂを連通する第１感圧室ポート５５と、弁室５３とクランク室１６を連通する弁室ポート５７が形成されている。
さらに、感圧室５２の端部は第２感圧室ポート５６を有する端壁部材５８が取り付けられ、第２感圧室ポート５６は吐出側上流回路４２ａと感圧室５２を連通する。

バルブハウジング５１内には、第１感圧室ポート５５から弁孔５４を通じて弁室ポート５７に至る制御通路としての給気用通路が設定される。
つまり、第１感圧室ポート５５と弁室ポート５７との間に設定される給気用通路は、感圧室５２の一部である低圧室５２ａと、弁室５３と、弁孔５４とを含む。
第１感圧室ポート５５は通路５９を介して吐出側下流回路４２ｂと連通され、第２感圧室ポート５６は通路６０を介して吐出側上流回路４２ａと連通されている。
弁室ポート５７は通路６１を介してクランク室１６と連通されている。
因みに、吐出室３９と吐出側上流回路４２ａにおける冷媒の圧力が高く、吐出側下流回路４２ｂ、クランク室１６、吸入室３８の順に冷媒の圧力が低くなる。
ただし、最大容量運転時では吸入室３８とクランク室１６との圧力は等しくなっている。

〔感圧機構について〕
感圧室５２は感圧機構６２を収容する。
感圧機構６２は、感圧室５２を低圧室５２ａと高圧室５２ｂに区画形成するベローズ６３を備えている。
ベローズ６３の固定端は端壁部材５８に固定されており、ベローズ６３内は第２感圧室ポート５６と連通する高圧室５２ｂが形成されている。
ベローズ６３外は第１感圧室ポート５５と連通する低圧室５２ａが形成される。
ベローズ６３の可動端には可動部材６４が取り付けられている。
高圧室５２ｂと低圧室５２ａとの差圧はベローズ６３を伸長する方向への力を可動部材６４に付与する。
従って、可動部材６４は高圧室５２ｂと低圧室５２ａとの差圧が存在するときにベローズ６３を伸長させようとする力が生じる。

〔ソレノイドについて〕
弁室５３側となるバルブハウジング５１の端部、すなわち、他方の端部にはソレノイド６６が接続されている。
ソレノイド６６は弁室５３を臨む固定鉄芯６７を有し、固定鉄芯６７はバルブハウジング５１の他方の端部を封止している。
ソレノイド６６は、固定鉄芯６７に対向する可動鉄芯６８と、固定鉄芯６７と可動鉄芯６８の回りを覆うように設けた電磁コイル６９を有している。
固定鉄芯６７の中心には弁孔５４の径よりも大きな径を有する挿通孔６７ａが形成され、挿通孔６７ａの軸芯は弁孔５４の同軸線上に位置する。
固定鉄芯６７は電磁コイル６９への電流供給による励磁により可動鉄芯６８を引き付ける。
ソレノイド６６は、図示しない制御部によるデューティ比に基づく電流供給制御（デューティ制御）を受ける。

〔ロッドについて〕
次に、ロッド７０について説明する。
この実施形態では、主に第１軸部７１及び弁体７２に連接された円柱状の軸部としての第２軸部７５により構成されるロッド７０がバルブハウジング５１内に配置されている。
第１軸部７１は丸棒であって、ロッド７０においてソレノイド６６側から弁室５３内に位置する部位に相当し、弁孔５４よりも大きな径を有する。
この実施形態では、固定鉄芯６７の挿通孔６７ａに第１軸部７１の大半が位置し、固定鉄芯６７に対して摺動する。
第１軸部７１におけるソレノイド６６側の端部は、可動鉄芯６８と接続されている。
第１軸部７１における弁孔５４側の端部は、第１軸部７１が弁孔５４の径よりも大きな径に設定されていることから、弁孔５４に対する弁としての弁体７２を含むことになる。
つまり、弁体７２を含む第１軸部７１が弁室５３を臨む隔壁５１ａに当接することにより、弁孔５４を閉じることができ、第１軸部７１と隔壁５１ａとの当接が解除されることにより弁孔５４を開くことができる。

なお、第１軸部７１には弁室５３内に位置するように鍔状のバネ受体７３が取り付けられており、第１軸部７１におけるバネ受体７３と隔壁５１ａとの間にはコイルスプリング７４が備えられている。
このコイルスプリング７４は、可動鉄芯６８が電磁コイル６９の励磁による力を受けない場合に、ロッド７０をソレノイド６６側へ移動させることができる。
つまり、コイルスプリング７４はバネ受体７３を介して可動鉄芯６８を固定鉄芯６７から遠ざかる方向への付勢力を第１軸部７１に付与する。
また、弁孔５４を臨む第１軸部７１の端部は、突起部７６を介して第２軸部７５と接続されている。
第２軸部７５は丸棒であって、第１軸部７１に対して同軸であり、弁孔５４の径より十分に小さな径を有し、弁孔５４に挿通されて感圧機構６２に接続されている。
従って、弁孔５４と第２軸部７５とより形成される断面環状の間隙は、弁体７２が弁孔５４を開いた際の開弁流路を構成し、この開弁流路は制御通路の一部を構成する。

次に、突起部７６について説明すると、図３に示すように、突起部７６は、ロッド７０における第１軸部７１と第２軸部７５の間に備えられる。
突起部７６は、第１軸部７１及び第２軸部７５とともに一体形成され、ロッド７０の一部を構成する。
突起部７６は弁体７２の端部に弁孔５４内に突出して設けられ、突起部７６の中心軸側に凸となる曲線で形成されている。即ち、突起部７６は弁体７２の端部の平坦面７２ａから弁孔５４内に突出して設けられ、ロッド７０と同軸に形成されている。そして、突起部７６の外形形状は、弁体７２の端部の平坦面７２ａと、突起部７６を介して弁体７２に連設された円柱状のロッドである第２軸部７５とを接続する円弧曲線で形成され、円弧状の曲面７６ａを有するラッパ状となっている。

突起部７６における第１軸部７１側の径、即ち突起部７６が形成されている弁体７２の端部の平坦面７２ａ側の径Ｒ１は、弁体７２の外径よりも小さく、かつ、弁孔５４の内径とほぼ同等に設定されている。
また、突起部７６における第２軸部７５側の径Ｒ２は、第２軸部７５の軸径と同等となっている。
つまり、突起部７６は、弁体７２の端部から第２軸部７５へ向かって縮径しており、突起部７６の周面は、弁体７２の端部の平坦面７２ａと第２軸部７５の外径面とを接続する円弧状の曲面７６ａで形成されている。従って、弁体７２の端部と第２軸部７５とは、連続する曲面により接続されていることになる。
また、弁孔５４の形成された隔壁５１ａの弁室５３側には弁座５４ａが形成され、弁体７２の端部の平坦面７２ａは弁孔５４の弁座５４ａと当接することにより、弁孔５４を閉鎖する。

図４は、この実施形態の突起部７６の形状を特定するためのグラフであり、水平軸を弁体７２の移動距離とし、垂直軸を開弁流路における通過断面積とすると、突起部７６の形状は、図４におけるグラフＧ１で模式的に示される特性曲線により特定される。
すなわち、原点（点Ａ）からの移動距離を小さい方から順にＪ１領域、Ｊ２領域、Ｊ３領域と３分割した場合に、開弁直後におけるＪ１領域においては、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積が急激に増加し、続いてＪ２領域においては、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積が若干緩やかな増加となり、最後にＪ３領域においては、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積が一定の飽和した状態となる。ここで、グラフＧ１で示される特性曲線において、Ｊ１からＪ２及びＪ２からＪ３への移り変わりの境界点は連続的な曲線となっており、境界点の近傍においても流量の連続的な制御を可能としている。

従って、別途定められている弁体７２の移動範囲内で、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の関係を表すグラフＧ１は、滑らかな曲線となっていることにより、流量の連続的な制御が可能となっている。即ち、弁体７２の移動距離が定まれば、これに対応し開弁流路の通過断面積が一義的に定まり、更にそこを通過する冷媒ガスの流量も定まることになる。
因みに、図４において、点ＡＢＣＤを結ぶ破線で示すグラフＧ０は、従来技術における特性を示しており、このグラフＧ０では、Ｂ点及びＣ点で非連続な曲線となっている。

次に上記のように構成された容量制御弁の作用について図５（ａ）及び図５（ｂ）に基づいて説明する。
車室内温度等の外部熱負荷が大きくなると、ソレノイド６６に電流が通電され、励磁される。ソレノイド６６の励磁により可動鉄芯６８は固定鉄芯６７に近づき、ロッド７０は感圧機構６２側へ向けて移動する。
一方、吐出側上流回路４２ａと吐出側下流回路４２ｂとの差圧に基づき、感圧機構６２のベローズ６３には付勢力がはたらく。
ロッド７０は、ベローズ６３の付勢力及びコイルスプリング７４の付勢力と、ソレノイド６６の励磁力との差に基づき、移動方向が定まる。ソレノイド６６の励磁力に対してベローズ６３及びコイルスプリング７４の付勢力が優勢となるに従い、ロッド７０は開弁方向（図５で下方）へ移動する。

図５（ａ）は圧縮機の容量制御弁５０が閉じられた状態から開かれた状態へ移行し、容量制御の行われる状態を示した図である。
ロッド７０が開弁方向に移動されると、弁体７２が弁孔５４から離れることから弁孔５４は徐々に開かれる。即ち、弁体７２の端部の平坦面７２ａと弁孔５４の弁座５４ａとの当接が解除され、容量制御弁５０は閉じられた状態から開弁状態に移行する。
開弁直後においては、弁体７２の端部の平坦面７２ａと弁孔５４の弁座５４ａとの間の隙間距離により開弁流路の通過断面積は決定され、この隙間距離が増大することにより開弁流路の通過断面積はほぼリニアに増加する。（図４におけるＪ１領域）
次にロッド７０が開弁方向に更に移動すると、突起部７６の円弧状の曲面７６ａと弁孔５４の位置関係によって開弁流路の通過断面積が決定され、弁体７２の移動距離に対して開弁流路の通過断面積が若干緩やかな増加となる。（図４におけるＪ２領域）

尚、弁体７２の端部の平坦面７２ａと突起部７６の円弧状の曲面７６ａとは、連続面で接続されていることにより、Ｊ１領域からＪ２領域への移り変わりの境界点の近傍においても開弁流路の通過断面積の変化は滑らかな曲線を描いている。
更にロッド７０が移動して突起部７６が弁孔５４から脱すると、開弁流路の通過断面積は、弁孔５４と第２軸部７５により定まる最大面積となり、冷媒は十分に弁孔５４を流れることができる。（図４におけるＪ３領域）
尚、突起部７６の円弧状の曲面７６ａと第２軸部７５の外径面とは、連続面で接続されていることにより、Ｊ２領域からＪ３領域への移り変わりの境界点の近傍においても開弁流路の通過断面積の変化は滑らかな曲線を描いている。

弁孔５４が開放されるに従い、吐出側下流回路４２ｂにおける高圧の冷媒の一部が通路５９、第１感圧室ポート５５を通って、感圧室５２における低圧室５２ａに導入され、弁体７２と弁孔５４により形成される開弁流路を通過する。
開弁流路を通過した冷媒は、弁室５３から弁室ポート５７を通過し、さらに通路６１を通ってクランク室１６に導入される。
高圧の冷媒がクランク室１６へ供給されることにより、クランク室１６内の圧力は高くなり、クランク室１６内の冷媒の圧力により斜板２３の傾斜角度は決定され、クランク室１６内の冷媒の圧力が高くなると、斜板２３の傾斜角度は小さくなる。

なお、弁体７２による弁孔５４の開閉は、主にソレノイド６６の励磁力と、コイルスプリング７４及び感圧機構６２の付勢力とのバランスにより決定されるが、弁体７２の移動距離が定まることにより、これに対応し開弁流路の通過断面積が一義的に定まり、更にそこを通過する冷媒の流量も定まる。また、供給される冷媒の流量によりクランク室１６内の圧力は定まり、斜板２３の傾斜角度が決定されることになる。
別途定められている弁体７２の移動範囲内で、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の変化が、滑らかな曲線を描く連続曲線（図４のグラフＧ１）となっているので、流量制御を連続的にかつ、滑らかに行うことができる。

車室内温度等の外部熱負荷が小さくなると、ソレノイド６６への通電量も小さくなる。
図５（ｂ）は、可動鉄芯６８が固定鉄芯６７に対して最も遠ざかった状態にある。
このとき、ソレノイド６６は励磁されていない状態にあり、コイルスプリング７４及び感圧機構６２の付勢力により、ロッド７０がソレノイド６６側へ移動し、弁体７２の移動距離は最も大きい状態にある。
ロッド７０の弁体７２の突起部７６は弁孔５４から脱した状態にあり、開弁流路の通過断面積は、弁孔５４と第２軸部７５により定まる最大面積となっている。
この最大面積の開弁流路を通って高圧の冷媒がクランク室１６へ供給されることにより、クランク室１６内の圧力は最大圧力となり、これに伴い斜板２３の傾斜角度は最小となり、圧縮機１０は最小容量運転を行なう。

圧縮機１０の容量制御弁５０が開かれた状態から閉じられた状態へ移行する場合には、弁孔５４を閉じる方向（図５で上方）にロッド７０が移動され、突起部７６の一部が弁孔５４に挿入されると、開弁流路における通過断面積の一部が突起部７６の円弧状の曲面７６ａの位置に応じて狭くなる。
この場合には、弁体７２の移動距離は、大きい状態より小さい状態へ移行することになり、それに伴い開弁流路の通過断面積は減少するが、このときの作用については、容量制御弁５０の閉じられた状態から開かれた状態における上記説明と逆方向に考えれば良いので説明を割愛する。

ロッド７０の弁体７２が閉弁方向へ移動し、開弁流路の通過断面積が減少してくると、開弁流路を流れる冷媒は減少し、クランク室１６へ導入される冷媒は少なくなる。このことにより、クランク室１６の圧力が低下し、斜板２３の傾斜角度が大きくなり圧縮機１０の吐出容量が増大する。
開弁流路の通過断面積がゼロ、つまり弁体７２の平坦面７２ａが弁孔５４の弁座５４ａと当接した弁体７２の移動距離ゼロの状態においては、弁孔５４は完全に閉鎖された状態にあり、クランク室１６への冷媒ガスの供給は行われない。このためクランク室１６は圧力が最低状態となり、斜板２３の傾斜角度は最大となり、圧縮機１０は最大容量運転を行なう。
またこの時、平坦面７２ａと弁座５４ａが当接していることにより、シール性が向上し、弁孔５４を通って高圧の冷媒ガスがクランク室１６へ漏れるのを防止できる。

この実施形態に係る容量制御弁５０によれば以下の効果を奏する。
（１）弁体７２の端部には弁孔５４内に突出する突起部７６を有し、該突起部７６の外周形状が突起部７６の中心軸側に凸となる曲線、即ち弁体７２の端部と弁体７２に連設された円柱状の第２軸部７５とを接続する円弧曲線で形成されているので、弁体７２を弁孔５４に対して移動させた時、弁体７２の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の変化が滑らかな曲線を描いて連続的に変化する。従って、従来技術のような弁体の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の変化の非連続性を解消でき、連続的な流量制御を可能とし、制御安定性を向上できる。
（２）突起部７６が弁体７２の端部の平坦面７２ａと弁体７２に連設された円柱状の第２軸部７５とを接続する円弧状の曲面７６ａで形成されているので、製造が容易であり、加工工数を削減可能である。また、突起部７６の軸線方向の長さを長くとる必要が無く、弁体７２の移動距離も短く設定できるので、容量制御弁５０の小型化を可能とする。
（３）弁体７２の端部の平坦面７２ａが弁孔５４の弁座５４ａと当接することにより、弁孔５４を閉鎖可能となっているので、閉鎖状態においては弁体７２と弁孔５４とのシール性を確保することができ、弁孔５４を通って高圧の冷媒ガスがクランク室１６へ漏れるのを防止できる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る容量制御弁について図６及び図４に基づき説明する。
この実施形態の容量制御弁は、第１の実施形態の容量制御弁５０の突起部７６の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。

この実施形態の容量制御弁８０は、図６に示すように、弁体８３の端部に設けられる突起部８６の形態が第１の実施形態の突起部７６と異なっている。
突起部８６における第１軸部８２側の径、即ち突起部８６が形成されている弁体８３の端部側の径Ｒ３は、弁体８３の外径と等しく設定されている。
また、突起部８６における第２軸部８５側の径Ｒ２は、第２軸部７５の軸径と同等となっている。
つまり、突起部８６は、弁体８３の端部のエッジ部より立ち上がり、第２軸部８５へ向かって縮径しており、突起部８６の周面は、弁体８３の端部のエッジ部と第２軸部８５の外径面とを接続する円弧状の曲面８６ａで形成されている。
従って、閉弁状態においては、突起部８６の円弧状の曲面８６ａと弁孔５４の弁座５４ａのエッジ部が当接することにより、弁孔５４は閉鎖される。

図４において、グラフＧ２で模式的に示される特性曲線（一点鎖線）が、この実施形態の突起部８６の形状を特定するためのグラフである。
すなわち、グラフＧ２で示される特性曲線では、弁体８３の移動距離に対する開弁流路の通過断面積が原点（点Ａ）から緩やかに直線的に変化しており、第１の実施形態におけるグラフＧ１と比較して、立ち上がり時（開弁時）における曲線の傾きが緩やかとなっている。また、飽和状態への移り変わりの境界点は連続的な曲線となっており、境界点の近傍においても流量の連続的な制御を可能としている。

この実施形態に係る容量制御弁によれば以下の効果を奏する。
尚、第１の実施形態における（１）、（２）の効果は同じであり、それ以外の効果を記載する。
（１）突起部８６は、弁体８３の端部のエッジ部より立ち上がり、第２軸部８５へ向かって縮径しており、突起部８６の周面は、弁体８３の端部のエッジ部と第２軸部８５の外径面とを接続する円弧状の曲面８６ａで形成されているので、立ち上がり時（開弁時）における弁体８３の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の変化を緩やかにでき、流量制御の安定性を向上可能である。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態に係る容量制御弁について図７及び図４に基づき説明する。
この実施形態の容量制御弁は、第１の実施形態の容量制御弁５０の突起部７６の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。

この実施形態の容量制御弁９０は、図７に示すように、弁体９３の端部に設けられる突起部９５の形態が第１の実施形態の突起部７６と異なっている。
突起部９５における第１軸部９２側の径、即ち突起部９５が形成されている弁体９３の端部の平坦面９３ａ側の径Ｒ１は、弁体９３の外径よりも小さく、かつ、弁孔５４の内径とほぼ同等に設定されている。
また、突起部９５の第２軸部９４側の径Ｒ２は、第２軸部９４の軸径Ｒ４より大きく設定されている。即ち、突起部９５と第２軸部９４との間には段差部９６が形成されている。
つまり、突起部９５は、弁体９３の端部から第２軸部９４へ向かって縮径しており、突起部９５の周面は、弁体９３の端部の平坦面９３ａと第２軸部９４の端部の段差部９６とを接続する円弧状の曲面９５ａで形成されている。
また、弁孔５４の形成された隔壁５１ａの弁室５３側には弁座５４ａが形成され、弁体９３の端部の平坦面９３ａは弁孔５４の弁座５４ａと当接することにより、弁孔５４を閉鎖する。

図４において、グラフＧ３で模式的に示される特性曲線（二点鎖線）が、この実施形態の突起部９５の形状を特定するためのグラフである。
すなわち、グラフＧ３で示される特性曲線では、Ｊ１領域及びＪ２領域においては、弁体９３の移動距離に対する開弁流路の通過断面積の変化は、第１の実施形態におけるグラフＧ１と同じ特性を示しており、緩やかな曲線を描いて変化している。そして、最後のＪ３領域においては、線ＥＦで示されるレベルまで最大面積が増加した状態となっている。

この実施形態に係る容量制御弁によれば以下の効果を奏する。
尚、第１の実施形態における（１）〜（３）の効果は同じであり、それ以外の効果を記載する。
（１）突起部９５は、弁体９３の端部の平坦面９３ａと第２軸部９４とを繋ぐ円弧状の曲面９５ａで形成され、円弧状の曲面９５ａと第２軸部９４との間には段差部９６が形成されているので、第２軸部９４の外形寸法Ｒ４は曲面９５ａの第２軸部９４側の径Ｒ２より小さく設定されている。従って、弁孔５４の内径と第２軸部９４の外径とで定まる開弁流路の通過断面積の最大面積を増大可能であり、弁の全開状態における冷媒の流量を増加することができ、最小容量運転へ速やかに移行可能となる。

なお、本発明は、上記した第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
○ 第１〜第３の実施形態では、吐出圧領域の吐出側上流回路と吐出側下流回路の差圧に基づく感圧機構を有した容量制御弁（流量差圧感圧タイプ）としたが、例えば、吐出圧領域と吸入領域との差圧に基づく感圧機構を有する容量制御弁（ＤＳ差圧タイプ）、あるいは、吐出圧領域と制御圧領域との差圧に基づく感圧機構を有する容量制御弁（ＤＣ差圧タイプ）、吸入圧領域の圧力に基づく感圧機構を有する容量制御弁等に本発明を適用することも可能である。この場合、感圧室及び弁室の配置に応じて、冷媒の通路又は必要な室を容量制御弁に付加することが好ましい。さらに、クランク室と吸入圧領域とを連通する制御通路の途中に設けられ、この制御通路の開度を制御する容量制御弁に本発明を適用してもよい。
○ 第１〜３の実施形態では、吐出側上流回路と吐出側下流回路とを区分する絞りを外部冷媒回路上に設けたが、吐出通路内に設け、吐出室もしくは吐出通路内の絞りより上流側の圧力を制御弁内の高圧室に導き、吐出通路内の絞りより下流側もしくは外部冷媒回路の吐出圧領域の圧力を制御弁内の低圧室に導いてもよい。
○ 第１〜第３の実施形態では、吐出圧領域の冷媒をクランク室へ通したり、遮断したりする容量制御弁としたが、本発明は、少なくとも、吐出領域からクランク室へ通すことができる通路を有する容量制御弁であれば適用でき、例えば、吐出領域からクランク室へ通す通路を備えた三方弁であってよい。
○ 第１〜第３の実施形態では、冷媒の種類を特に指定しなかったが、冷媒の種類は特に問われず、例えば、フロン系ガスや二酸化炭素を用いることが好ましい。また、冷媒は気体又は液体でもよい。
○ 第２の実施形態における突起部８６と第２軸部８５とを繋ぐ接続部に、第３の実施形態における段差部を設けても構わない。この場合には、開弁流路の通過断面積の最大面積を増大可能である。
○ 第１及び第３の実施形態では、突起部７６、９５が形成されている弁体７２、９３の端部の平坦面７２ａ、９３ａ側の径Ｒ１は、弁体７２、９３の外径よりも小さく、かつ、弁孔５４の内径とほぼ同等に設定されているとして説明したが、径Ｒ１は、弁孔５４の内径よりも小さくても構わない。この場合には、突起部の軸線方向の長さを短くでき、ロッドの移動距離を更に短く設定可能である。

第１の実施形態に係る圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る容量制御弁の縦断面図である。 第１の実施形態に係る容量制御弁の要部拡大断面図である。 第１〜第３の実施形態に係る突起部の形状を特定するためのグラフ図である。 第１の実施形態に係る容量制御弁の作動を説明するための要部拡大断面図である。（ａ）閉弁状態から開弁状態への立ち上がり時。（ｂ）全開状態。 第２の実施形態に係る容量制御弁の要部拡大断面図である。 第３の実施形態に係る容量制御弁の要部拡大断面図である。 従来の容量制御弁に係る突起部の形状を特定するためのグラフ図である。

符号の説明

１０ 圧縮機
１６ クランク室
５０ 容量制御弁
５４ 弁孔
７０ ロッド
７２ 弁体
７５ 軸部としての第２軸部
７６ 突起部
７６ａ 円弧状の曲面

Claims (4)

1. クランク室内の圧力を制御するための制御通路と、前記制御通路に設けられた弁孔と、前記弁孔を開閉する円柱状の弁体とを備え、
   前記弁体の前記弁孔側端部には前記弁孔内に突出する突起を有する可変容量型圧縮機用制御弁において、
   前記突起の外周形状は、前記突起の中心軸側に凸となる曲線で形成されていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
2. 前記曲線は、前記弁体の前記弁孔側端部と前記弁体に連設された円柱状の軸部とを接続する円弧曲線であることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
3. 前記弁体の端部を平坦面とし、前記平坦面が前記弁孔の弁座と当接することにより、前記弁孔を閉鎖することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
4. 前記曲線と前記軸部との間に段差部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
   

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