JP2009103018A

JP2009103018A - 可変容量圧縮機用制御弁

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Publication number: JP2009103018A
Application number: JP2007274373A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Hirota; 久寿広田
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】外部制御方式の可変容量圧縮機用制御弁において、電磁コイル等の大型化を伴うことなく感圧部の耐圧強度を向上させる。
【解決手段】制御弁によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１弁部が開閉動作する一方、第２弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。本実施の形態では、第１弁部の基準圧力を比較的高く設定することで、高圧で作動する冷媒の適用を可能としている。一方、ソレノイド３が関与する第２弁部の設定差圧を小さく。抑えることで、その大型化を回避している。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用空調装置に用いられる可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに好適な制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。

この圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって回転駆動される回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整する。揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることで連続的に変えられる。このクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃは、圧縮機の吐出室とクランク室との間、またはクランク室と吸入室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」ともいう）により制御される。

このような制御弁として、例えば吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある（例えば特許文献１参照）。この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部材を有する感圧部と、感圧部の駆動力を受け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、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とを備える。このような制御弁は、吸入圧力Ｐｓが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Ｐｓは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。また、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃが高くなって揺動板が回転軸に対してほぼ直角になり、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。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。

ところで、このような制御弁は、感圧部材としてダイヤフラム等の可撓性部材を用いるため、その耐圧性には限界がある。このため、現状では例えば代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）など、比較的低圧域で作動する冷媒を使用した冷凍サイクルに用いられている。この代替フロンを用いた場合、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、吸入圧力Ｐｓは０．３〜０．４５ＭＰａの範囲で変化する。

しかし、地球温暖化の問題もあり、近年では冷凍サイクルに用いる冷媒としてその代替フロンから二酸化炭素への移行が提案されている。このような冷凍サイクルは、例えば圧縮機、ガスクーラ、膨脹装置、蒸発器及び受液器を含んで構成される。この冷凍サイクルでは、圧縮機で気相状態にある二酸化炭素の冷媒を圧縮し、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒をガスクーラにて冷却する。次に、膨脹装置により減圧した後、気液２相状態となった冷媒を蒸発器で蒸発させ、ここで蒸発潜熱を車室内の空気から奪って車室内の空気を冷却し、受液器で冷媒を気液分離し、分離された気相状態の二酸化炭素を再び圧縮機に戻すようにして冷媒を循環させる。

しかしながら、この二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルでは、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、圧縮機の吸入圧力Ｐｓは３．５〜５ＭＰａ程度にもなり、冷媒にフロンを使用した場合よりも格段に高くなる。このため、ダイヤフラム等の感圧部材では耐圧強度が不足するといった問題がある。

こうした中、出願人は、このような電気的な制御による外部制御方式ではなく、制御を可変容量圧縮機内の機械的構造のみにより行う内部制御方式の制御弁について、この問題を解消可能な技術を提案している（例えば特許文献２参照）。この技術は、感圧部においてダイヤフラムに重畳させて皿ばねの積層体を配置している。これにより、二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルにおいても十分な耐圧強度を確保している。
特開２００５−２１４０５９号公報特開２００７−２３１８２５号公報

しかしながら、このような内部制御方式の制御弁では、吸入圧力Ｐｓの設定圧力は当初の機械的構成により固定され、制御状態に応じて変更することができない。一方、このような構成をそのまま外部制御方式の制御弁に適用すると、その感圧部材の駆動力とバランスさせるソレノイド力も大きくなり、ソレノイドひいては制御弁全体の大型化やコストアップを伴う等の問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、外部制御方式の可変容量圧縮機用制御弁において、電磁コイル等の大型化を伴うことなく感圧部の耐圧強度を向上させることを目的とする。

本発明のある態様の制御弁は、吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御し、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる。この制御弁は、内部に冷媒通路が形成されたボディと、吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１弁部と、設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように第１弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、吸入室またはクランク室と中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２弁部と、第２弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により設定圧力を変化させるソレノイドと、を備える。

この制御弁は、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆる「入れ制御」に用いられてもよいし、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」に用いられてもよい。あるいは、双方の冷媒流量を制御するいわゆる三方弁として機能してもよい。

この態様では、感圧部の動作により中間圧力が基準圧力となるように第１弁部が開閉動作する一方、第２弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイドへの供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。この態様によれば、第１弁部の基準圧力を高く設定しておくことで高圧の冷媒を扱うことができる。一方、ソレノイドが関与する第２弁部は前後差圧のみを扱うため、設定差圧を小さく抑えることでそのソレノイド、ひいては制御弁全体をコンパクトに構成することができる。すなわち、高圧冷媒を扱う場合に感圧部の耐圧強度を高くしても制御弁全体としてのコンパクト化を実現することができる。

本発明によれば、外部制御方式の可変容量圧縮機用制御弁において、電磁コイル等の大型化を伴うことなく感圧部の耐圧強度を向上させることができる。

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。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」という）１は、可変容量圧縮機（単「圧縮機」という）の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。この圧縮機は二酸化炭素を冷媒とするいわゆる超臨界冷凍サイクルに適用されるが、このような冷凍サイクル自体は背景技術でも述べたように公知であるため、その説明については省略する。

制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する弁部を含む弁本体２と、その弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。

弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の上端に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント６（「感圧部」に該当する）等を備えている。

ボディ５の側部には、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（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのゴミ等の侵入を抑制するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。

ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には弁孔１５（「第１弁孔」に該当する）が形成され、その弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。ボディ５の中央をその軸線方向に延びるように、長尺状の作動ロッド１７が挿通されている。作動ロッド１７は、例えばステンレス鋼を押出成形したパイプ材を加工して有底円筒状に構成され、その底部を上にして配設されている。作動ロッド１７は、弁孔１５を貫通してボディ５の中央を軸線方向に延びるように配設されている。作動ロッド１７の上端部は、ボディ５の上端開口部に設けられた摺動孔１４に摺動可能に支持されている。作動ロッド１７の長手方向中央部には、部分的にくびれるように小径化された段差部１８が設けられ、その段差部１８の基端部が弁体２０（「第１弁体」に該当する）を構成している。作動ロッド１７の段差部１８と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路（「制御通路」に該当する）が形成される。作動ロッド１７の上底部は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。弁体２０は、弁座１６に吐出室側から対向し、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。弁体２０および弁座１６により吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整する第１弁部が構成されている。

ボディ５の下端開口部は、その内径が下方に向かって段階的に拡径されており、リング状の弁座形成部材２１が圧入されている。弁座形成部材２１の下端開口端縁により弁座２２が形成されている。

ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、弁座形成部材２１の内部を経て作動ロッド１７の下端開口部に連通している。作動ロッド１７の下端部は、ポート１１とポート２６とを連通するガイド孔２３に摺動可能に支持されている。ボディ５とソレノイド３とに囲まれた内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入出される圧力室２８を形成する。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。弁座２２に圧力室２８側から対向するように、有底筒状の弁体２５が配置されている。弁体２５および弁座２２により第２弁部が構成されている。

作動ロッド１７とパワーエレメント６との間にはスプリング４５（「付勢部材」に該当する）が介装され、作動ロッド１７と弁体２５との間には、ばね受け部材２７およびスプリング４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。

コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体２０へ伝達するためのシャフト３６が挿通されている。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。シャフト３６は、軸受け部材３８を貫通して圧力室２８まで延設され、その先端に弁体２５が圧入されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入される。

コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３９は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下部に圧入されている。コア３２とプランジャ３３との間には、両者を離間させて弁体２５を開弁方向に付勢するスプリング４７（「付勢部材」に該当する）が介装されている。

ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。

以上のように構成された制御弁１は、図示しない取り付け用のワッシャ等を介して圧縮機の所定の冷媒通路内に固定される。

次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、制御弁１が大気に放置された状態を表している。

パワーエレメント６は、ボディ５の上端開口部を封止するように加締め接合された中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１の積層体とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。本実施の形態では、３つの皿ばね５１がその厚み方向に重畳されて積層体を構成しているが、皿ばね５１の数については必要とされる耐圧強度およびばね荷重に応じて適宜変更することができる。皿ばね５１の積層体とダイヤフラム１９との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２は、ボディ５の上端開口部とパワーエレメント６とに囲まれた圧力室２９に連通している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１の積層体とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。

ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。第２ハウジング５４の中央部には開口部が設けられ、作動ロッド１７の上端部がその開口部を介してダイヤフラム１９に当接できるように構成されている。また、その開口部の周辺にも、第２ハウジング５４の内外を連通させる小さな連通孔が設けられている。ボディ５の上端開口部、第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、および作動ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。

作動ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。作動ロッド１７には内部通路６１が形成されており、作動ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。内部通路６１はその下端部で拡径されており、その拡径部にスプリング４６が収容されている。ばね受け部材２７は、弁体２５の上端面中央に下方から支持された円柱状の本体を有し、その上半部が作動ロッド１７の下端開口部に挿通されている。ばね受け部材２７の上端部には、半径方向外向きにやや延出したフランジ部５９が設けられている。フランジ部５９は、作動ロッド１７の拡径部の内周面に沿って摺動可能となっており、その拡径部の基端部との間にスプリング４６を介装している。作動ロッド１７の下端開口部６３はやや内方に加締められて係止部５６を形成している。スプリング４６がほぼ自由長に伸長するまでばね受け部材２７が下方へ変位しても、係止部５６に引っかかることにより作動ロッド１７からの脱落が防止されるようになっている。一方、フランジ部５９の一部には切欠き５７が設けられ、ばね受け部材２７と下端開口部６３との間の冷媒通路を確保している。

作動ロッド１７、ガイド孔２３、弁座形成部材２１および弁体２５により囲まれる空間により中圧室６５が形成されている。弁体２５は、中圧室６５とポート２６とを連通させる調圧通路に配置されている。この中圧室６５には、ポート１１から導入された吐出冷媒が作動ロッド１７とガイド孔２３との摺動面の隙間（「冷媒漏洩通路」に該当する）を介して漏洩してくるため、通常は圧力室２８の圧力（吸入圧力Ｐｓ）よりも高い圧力（「中間圧力Ｐｓｈ」という）が満たされる。本実施の形態では、ポート１１を介して吐出圧力Ｐｄが満たされる空間が「高圧室」を構成する。

この中間圧力Ｐｓｈは、作動ロッド１７の下端開口部６３から内部通路６１に導入され、連通孔６２を介して圧力室２９に導かれる。ダイヤフラム１９は、この中間圧力Ｐｓｈを感知して第１弁部の開閉方向に伸縮する。なお、作動ロッド１７の下端側摺動面には所定深さの凹部５８が周設されており、吐出冷媒にゴミが含まれている場合にこれを滞留させ、摺動面に詰まることを防止している。

本実施の形態においては、摺動孔１４の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成され、ガイド孔２３の断面積Ｃはこれらよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド１７に作用する吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。弁体２０は、制御状態においてはパワーエレメント６の感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈに基づいて開閉動作することになる。

本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。感圧部材は、皿ばね５１を複数重畳した積層体を含むことで、二酸化炭素のような作動圧力の高い冷媒が使用されても十分な耐圧強度を有する。パワーエレメント６は、感圧部材が中間圧力Ｐｓｈを感知して変位することで第１弁部の開度を調整し、その中間圧力Ｐｓｈが皿ばね５１等の荷重により設定された基準圧力（例えば５Ｍｐａ）となるように動作する。つまり、中間圧力Ｐｓｈがその基準圧力になるように、弁体２０が自律的に動作するようになる。

一方、第２弁部は、吸入圧力Ｐｓの設定圧力を調整するために前後差圧を発生させる差圧弁として機能する。すなわち、第２弁部の開度（弁体２５の弁座２２からのリフト量）を調整することにより、第２弁部の前後差圧（中圧室６５と圧力室２８との差圧）を設定差圧に保持する。この設定差圧は、外部からソレノイド３に供給される電流量により設定される。上述のように、中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈは圧力室２８の吸入圧力Ｐｓよりも基本的に高く保持されているため、中間圧力Ｐｓｈよりも設定差圧だけ低い圧力が吸入圧力Ｐｓの設定圧力として設定されることになる。例えば、中間圧力Ｐｓｈが５Ｍｐａであり設定差圧が１Ｍｐａである場合には、Ｐｓ感知弁の設定圧力として４Ｍｐａが設定されることになる。つまり、中間圧力Ｐｓｈの設定値である基準圧力は機械的に固定されるが、吸入圧力Ｐｓの設定圧力についてはソレノイド３への供給電流量を変化させて設定差圧を調整することにより自由に変更することができる。パワーエレメント６は、結果的に、吸入圧力Ｐｓが第２弁部により調整された設定圧力よりも低くなったときに感圧部材が変位し、その吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持するように動作することになる。

なお、作動ロッド１７は、第２ハウジング５４との間に介装されたスプリング４５と、ばね受け部材２７との間に介装されたスプリング４６とにより弾性的に支持されているが、スプリング４６の荷重のほうがスプリング４５の荷重より大きい。このため、通常の制御状態においては作動ロッド１７の上端がダイヤフラム１９に当接した状態となり、弁体２０は、感圧部材およびスプリング４５による開弁方向の力と、スプリング４６による閉弁方向の力を受けて動作することになる。一方、ソレノイド３の非通電時においては、ばね受け部材２７が弁体２５の全開動作とともに下方へ変位してスプリング４６がほぼ自由長となるため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開状態となる。

図３〜図５は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図２に対応する部分拡大断面図である。図３は、ソレノイド３がオフにされて吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図４は、ソレノイド３がオンにされて弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。図５は、圧縮機の最大運転時の制御状態を示している。

図３に示すように、ソレノイド３の非通電状態においては弁体２５が全開状態に変位し、ばね受け部材２７も下死点に位置するため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開位置に変位する。その結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が増加し、圧縮機は最小容量運転へと移行する。ソレノイド３が非通電で安定した状態においては吸入圧力Ｐｓが高くなるが、第２弁部が全開状態であるため中間圧力Ｐｓｈもほぼ同程度に高くなり、開放空間Ｓ２に導入される中間圧力Ｐｓｈと密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなる。このため、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用し、皿ばね５１の積層体がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。

本実施の形態では、最上段の皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、積層された皿ばね５１は反転する手前の状態に保持される。その結果、吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては制御弁１のコンパクト化にも寄与している。

一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図４に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２５に伝達される。それにより、弁体２５は、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）による開弁方向の力とソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、第２弁部が所定開度に制御される。その結果、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）がソレノイド３に設定された設定差圧に保持される。なお、弁体２５は、このときスプリング４６による荷重も受けることになるが、ソレノイド力がこれよりも十分に大きいため、実質的にその荷重の影響を受けることはない。一方、弁体２０は、中間圧力Ｐｓｈを感知して動作するパワーエレメント６（感圧部材）による開弁方向の力、スプリング４５による開弁方向の付勢力、スプリング４６による閉弁方向の付勢力がつり合った位置に変位し、第１弁部が所定開度に制御される。その結果、その中間圧力Ｐｓｈが予め設定された基準圧力に保持される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。

なお、弁体２０は、弁体２５の変位に伴うスプリング４５，４６による荷重の変化を受けることになるが、その荷重は皿ばね５１の積層体の荷重よりも十分に小さいため、実質的にその荷重の変化の影響を受けることはない。このようにして中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、さらに第２弁部に設定された前後差圧が発生するため、吸入圧力Ｐｓをその中間圧力Ｐｓｈから設定差圧を差し引いた圧力、つまり設定圧力に保持することができる。設定差圧はソレノイド３への供給電流量を変化させることで調整できるため、吸入圧力Ｐｓの設定圧力については自由に変更することができる。

冷凍サイクルの熱負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなると、図５に示すように、中間圧力Ｐｓｈが基準圧力よりも高くなり、感圧部材が反転方向に動作する。このとき、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持すべく設定差圧を大きくする必要があるため、弁体２５が閉弁方向に動作する。一方、作動ロッド１７には感圧部材の付勢力が作用せず、スプリング４６の荷重がスプリング４５の荷重よりも大きいため、弁体２０が弁座１６に着座して第１弁部を閉弁させる。この結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が減少し、圧縮機は最大容量運転へと移行する。その結果、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、その吐出冷媒の漏洩により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力へ近づいていく。そして、制御状態が安定すると、再び図４に示した状態へ移行する。

以上に説明したように、本実施の形態の制御弁１によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１弁部が開閉動作する一方、第２弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。本実施の形態では、第１弁部の基準圧力を比較的高く（例えば５Ｍｐａ程度）設定することで、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とすることを可能としている。一方、ソレノイド３が関与する第２弁部の設定差圧を小さく（例えば１Ｍｐａ程度）抑えることで、その大型化を回避している。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）等の比較的低圧で作動する冷媒を扱うものとして構成され、感圧部等の構成が若干異なる点を除けば第１の実施の形態の制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図６は、第２の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。

本実施の形態においては、弁本体２０２に第１の実施の形態と比較して耐圧強度の小さいパワーエレメント２０６が設けられている。パワーエレメント２０６の感圧部材は、皿ばね５１を一つ含み、第１の実施の形態のような積層体としては構成されていない。このため、感圧部材による荷重も小さくなっている。これに伴い、ハウジング２５０の第１ハウジング２５３もその皿ばね５１を収容できる程度に浅い形状となっている。ボディ２０５の下端開口部には第１の実施の形態のような弁座形成部材２１が組み付けられておらず、その段部の開口端縁により弁座２２が形成されている。

第２弁部を構成する弁体２２５は、有底段付円筒状をなし、シャフト３６に圧入ではなく遊嵌されている。その遊嵌部を構成する孔２１０が比較大きく形成されており、弁体２２５がシャフト３６の軸線に対して微少量ずれたり傾いたりすることを許容している。このような遊嵌構造としたことにより、必要によっては弁体２２５が微少量傾き、弁座２２に隙間なく着座できるようになっている。ただし、シャフト３６の上端が弁体２２５の底部に達しており、弁体２２５がその底部を支点にいわゆるやじろべいのような形で支持されているため、弁体２２５を挟持するシャフト３６とばね受け部材２２７との支点間距離が短く、その支持力によるモーメントを受けにくくなっている。これにより、弁体２２５が不要に傾いてその動作を不安定することが抑制されている。

弁体２２５の下端開口部には、半径方向外向きに延出するフランジ部２１２が設けられており、ボディ２０５の下端開口部に沿って摺動可能に構成されている。フランジ部２１２の外周面の１箇所または複数箇所には溝部２１４が形成され、それにより中圧室６５と圧力室２８とを連通させる調圧通路の一部が構成される。また、このように弁体２２５をボディ２０５の下端部に収容する形態としたため、ばね受け部材２２７の軸線方向の長さが短くされている。

本実施の形態では、差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）を受ける弁体２２５の受圧面積が比較的大きくなっている。これは、第２弁部の前後差圧による力とソレノイド力とをバランスさせるために弁体２２５をあえて大きく構成していること、言い換えれば、ソレノイド３を小さくできる余裕があることを意味する。本実施の形態によれば、特に低圧の冷媒を扱う場合に制御弁をコンパクトに構成することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、第２の実施の形態と同様に比較的低圧で作動する冷媒を扱うものとして構成され、弁本体の構成が大きく異なるが、第１の実施の形態と共通する構成部分も多い。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７は、第３の実施の形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。

制御弁３０１は、弁本体３０２とソレノイド３０３とを接続部材３０４を介して一体に組み付けて構成される。パワーエレメント３０６は、弁本体３０２のボディ３０５内部に配設されている。

ボディ３０５の上端開口部には、吐出圧力Ｐｄを導入するポート１１が設けられている。また、その上端開口部を覆うようにストレーナ３１２が嵌着され、外部からのゴミ等の流入を防止している。ボディ３０５の側部にはクランク圧力Ｐｃを導出するポート１３が設けられている。ポート１１は弁孔１５を介してポート１３と連通している。弁孔１５の上端開口縁により弁座１６が形成されており、その吐出室側から対向するようにボール状の弁体３２０が配置されている。弁孔１５とポート１３とを連通する冷媒通路には、弁孔１５を介して減圧された圧力Ｐｃｈをさらに減圧してクランク圧力Ｐｃを生成する減圧弁３７０が配設されている。

ボディ３０５の軸線に沿って弁孔１５に対向するようにガイド孔２３が形成され、そのガイド孔２３に長尺状の作動ロッド３１７が摺動可能に挿通されている。作動ロッド３１７の上端に設けられた凹部により弁体３２０が支持されている。弁体３２０は、作動ロッド３１７に連動してその軸線方向に沿って弁座１６に接離自在に動作し得る。

ボディ３０５の上端開口部にはばね受け部材３２１が螺着されており、そのばね受け部材３２１と弁体３２０との間には、弁体３２０を閉弁方向に付勢するスプリング３４５が介装されている。スプリング３４５の荷重は、ばね受け部材３２１のボディ３０５への螺入量により調整可能となっている。

作動ロッド３１７は、その下端側がガイド孔２３を貫通し、有底筒状の受圧部材３１８を介してパワーエレメント３０６に接続されている。ボディ３０５の下部には所定深さの開口部が設けられており、有底円筒状の接続部材３０４にその開口部が圧入されることによりパワーエレメント３０６の収容空間が形成されている。ボディ３０５の下端部と接続部材３０４の底部との間には、吸入圧力Ｐｓを導出入するポート２６が形成されている。

接続部材３０４の上端開口部には、円板状の弁座形成部材３３１が圧入されている。弁座形成部材３３１は収容空間を中圧室６５と圧力室２８とに区画しており、中間圧力Ｐｓｈが満たされるその中圧室６５にパワーエレメント３０６が配置されている。弁座形成部材３３１の中央には、中圧室６５と圧力室２８とを連通する弁孔３３２（「第２弁孔」に該当する）が形成されている。弁孔３３２の圧力室２８側の開口端縁により弁座２２が形成され、弁体２５が対向配置されている。弁体２５は、ソレノイド力を伝達するシャフト３３６の上端部により構成されている。

ソレノイド３０３は、第１の実施の形態のソレノイド３と比較して小型に構成されているが、基本的な構成は同様であるため、その説明については省略する。

図８は、図７の上半部に対応する部分拡大断面図である。
パワーエレメント３０６は、ボディ３０５の下端開口部に圧入された中空のハウジング３５０と、ハウジング３５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設されたダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１とを含んで構成されている。ハウジング３５０は、皿状の第１ハウジング３５３およびリング状の第２ハウジング３５４からなり、これらを突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が上側にやや膨らんだ凸形状をなしている。ボディ３０５の下端開口部、第２ハウジング３５４、ダイヤフラム１９、および作動ロッド３１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。圧力室２９は、中圧室６５の一部を構成する。ボディ３０５におけるパワーエレメント３０６の圧入面には連通溝３３５が設けられ、中圧室６５におけるパワーエレメント３０６の上下の空間を連通させている。

減圧弁３７０は、ボディ３０５の側部に複数段に拡径する開口部３７１に配設されている。減圧弁３７０は、その開口部３７１の段部により形成された弁座３７３、その弁座３７３にポート１３側から対向配置された弁体３７４を含んで構成されている。弁体３７４は有底円筒状をなし、開口部３７１の内周面に摺動可能に配置されている。弁体３７４の側部には内外を連通させる複数の連通部が形成され、冷媒通路の一部を構成している。開口部３７１の開口端部にはリング状のばね受け部材３７５が圧入されている。弁体３７４とばね受け部材３７５との間には、弁体３７４を閉弁方向に付勢するスプリング３７６が介装されている。

弁体３７４は、その前後差圧が所定値以上になると開弁する差圧弁として構成されている。このため、弁孔１５と弁体３７４とにより囲まれる空間は、クランク圧力Ｐｃよりもその差圧分だけ高い圧力Ｐｃｈが満たされる高圧室３８１を構成する。高圧室３８１の冷媒は、作動ロッド３１７とガイド孔２３との摺動面の隙間（「冷媒漏洩通路」に該当する）を介して中圧室６５に漏洩する。このため、中圧室６５には通常、圧力室２８の圧力（吸入圧力Ｐｓ）よりも高い中間圧力Ｐｓｈが満たされる。ダイヤフラム１９は、中間圧力Ｐｓｈを感知して伸縮し、弁体３２０を弁部の開閉方向に動作させる。

以上の構成において、高圧室３８１からの圧力供給により中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈが確保される。パワーエレメント３０６は、感圧部材が中間圧力Ｐｓｈを感知して変位することで第１弁部の開度を調整し、その中間圧力Ｐｓｈが皿ばね５１等の荷重により設定された基準圧力となるように動作する。つまり、中間圧力Ｐｓｈがその基準圧力になるように、弁体３２０が自律的に動作するようになる。

一方、弁体２５は、第２弁部の開度を調整することにより、その前後差圧を設定差圧に保持する。この設定差圧は、外部からソレノイド３に供給される電流量により設定される。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持される。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、高圧で作動する冷媒を扱う点、中間圧力を確保するための構成が異なる点を除けば第３の実施の形態の制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第３の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図９は、第４の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。

本実施の形態の弁本体４０２には、第３の実施の形態のような減圧弁３７０は設けられていない。ボディ４０５には、ポート１１と中圧室６５とを連通する円孔からなる連通路４１０が設けられており、その連通路４１０に円柱状の樹脂材４１２が圧入されている。樹脂材４１２の周面には小さな溝４１４が軸線方向に延設されており、その溝４１４と連通路４１０との間隙によりオリフィス４１６（「冷媒漏洩通路」に該当する）が構成されている。ポート１１から導入された吐出圧力Ｐｄは、オリフィス４１６により減圧されて中圧室６５に供給され、中間圧力Ｐｓｈとなる。

パワーエレメント４０６の感圧部材は、第１の実施の形態のように皿ばね５１を複数重畳した積層体を含む。このため、ハウジング４５０を構成する第１ハウジング４５３もその積層体を収容できる程度の深さを有する形状となっている。

本実施の形態によれば、第３の実施の形態のような減圧弁３７０の代わりにオリフィス４１６を設けたため、構成が非常に簡素化される。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、吸入圧力Ｐｓではなくクランク圧力Ｐｃを感知するいわゆるＰｃ感知弁である点で第１の実施の形態と異なる。しかし、第１の実施の形態と共通する構成部分も多いため、ほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１０は、第５の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。

本実施の形態の弁本体５０２には、吸入圧力Ｐｓを導出入するポート２６は設けられていない。本実施の形態の制御弁は、図２に示した第１の実施の形態の構成においてポート１３をなくしてボディ５を縮め、ポート１１を吐出圧力Ｐｄを導入する吐出室連通ポートとし、ポート２６をクランク圧力Ｐｃを導出するクランク室連通ポートとしたような構成を有する。すなわち、本実施の形態では、ボディ５０５の上端部に吐出圧力Ｐｄを導入するポート１１が設けられ、下端部にクランク圧力Ｐｃを導出入するポート１３が設けられている。

ボディ５０５において、パワーエレメント６とポート１１との間に弁孔１５が設けられ、ポート１１とポート１３との間にガイド孔２３が設けられている。作動ロッド５１７は、その一端側が弁孔１５を貫通してダイヤフラム１９に当接可能に配置され、他端側がガイド孔２３に摺動可能に支持されている。

弁孔１５の断面積Ｂおよびガイド孔２３の断面積Ｃは実質的に等しく形成され、作動ロッド５１７に作用する吐出圧力Ｐｄの影響がキャンセルされている。ポート１１から導入された吐出圧力Ｐｄは、弁体２０を含む第１弁部を経由して減圧され、クランク圧力Ｐｃよりも高い中間圧力Ｐｃｈとなって圧力室２９に供給される。この中間圧力Ｐｃｈは、作動ロッド５１７の内部通路６１を介して中圧室６５に満たされる。パワーエレメント６がこの中間圧力Ｐｃｈを感知して変位することにより、弁体２０は、その中間圧力Ｐｃｈが予め定める基準圧力に保持されるように自律的に動作する。さらに、弁体２５を含む第２弁部が動作することによりその設定差圧分だけ中間圧力Ｐｃｈが減圧され、クランク圧力Ｐｃとなってポート１３から導出される。

本実施の形態の制御弁によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｃｈが基準圧力となるように第１弁部が開閉動作する一方、第２弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されてクランク圧力Ｐｃが設定圧力となる。このようにクランク圧力Ｐｃが設定圧力に保持されることで、吸入圧力Ｐｓもこれに近い圧力に保持される。この制御弁はポート数が少ないため、非常にコンパクトに構成することができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、クランク圧力Ｐｃを感知する制御弁であるが、第４の実施の形態に近い構成を有する。このため、第４の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１１は、第６の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。

本実施の形態の弁本体６０２には、吸入圧力Ｐｓを導出入するポート２６は設けられていない。本実施の形態の制御弁は、図９に示した第４の実施の形態の構成においてポート１３をなくし、ポート２６をクランク圧力Ｐｃを導出入するクランク室連通ポートとしたような構成を有する。すなわち、本実施の形態では、ボディ６０５の下端部にクランク圧力Ｐｃを導出入するポート１３が設けられている。

パワーエレメント６０６の感圧部材は、皿ばね５１を一つ含み、第４の実施の形態のような積層体としては構成されていない。ハウジング６５０を構成する第２ハウジング６５４がボディ６０５の下端部に外挿されるように圧入され、そのパワーエレメント６０６およびボディ６０５に接続部材６０４が外挿されるように圧入されている。作動ロッド３１７は、ボディ６０５に摺動しないが、これを支持する受圧部材３１８がボディ６０５に摺動可能に挿通されている。

ポート１１から導入された吐出圧力Ｐｄは、弁体３２０を含む第１弁部を経由して減圧され、クランク圧力Ｐｃよりも高い中間圧力Ｐｃｈとなって中圧室６５に満たされる。パワーエレメント６０６がこの中間圧力Ｐｃｈを感知して変位することにより、弁体３２０は、その中間圧力Ｐｃｈが予め定める基準圧力に保持されるように自律的に動作する。さらに、弁体２５を含む第２弁部が動作することによりその設定差圧分だけ中間圧力Ｐｃｈが減圧され、クランク圧力Ｐｃとなってポート１３から導出される。

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」に用いられる点で第１の実施の形態と異なる。しかし、第１の実施の形態と共通する構成部分も多いため、ほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１２は、第７の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。

本実施の形態の弁本体７０２には、吸入圧力Ｐｓを導出するもう一つのポート７２６が設けられている。本実施の形態の制御弁は、図２に示した第１の実施の形態の構成においてボディ７０５を伸長し、パワーエレメント６とポート１３との間にポート７２６を設けて吸入室連通ポートとしたような構成を有する。ポート１１を介して導入された吐出圧力Ｐｄは、高圧室として機能し、作動ロッド７１７とガイド孔２３との摺動部を介して中圧室６５に漏洩し、中間圧力Ｐｓｈとなる。

すなわち、ボディ７０５の一端側から順にポート７２６（「第１吸入室連通ポート」に該当する）、ポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）、ポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）、ポート２６（「第２吸入室連通ポート」に該当する）が設けられている。そして、パワーエレメント６とポート７２６との間に摺動孔１４、ポート７２６とポート１３との間に弁孔１５（「第１弁孔」に該当する）、ポート１３とポート１１との間にガイド孔７２３（「第１ガイド孔」に該当する）、ポート１１とポート２６との間にガイド孔２３（「第２ガイド孔」に該当する）がそれぞれ設けられている。

作動ロッド７１７は、弁孔１５を貫通し、その一端側が摺動孔１４に摺動可能に支持される一方、他端側がガイド孔７２３およびガイド孔２３に摺動可能に挿通されている。中圧室６５は、作動ロッド７１７，ガイド孔２３，弁座形成部材２１および弁体２５に囲まれる空間に形成され、内部通路６１を介して開放空間Ｓ２へ連通している。

作動ロッド７１７は、その上半部が小径化されて弁孔１５との間に制御通路を形成しており、その先端部に段付円筒状の弁体形成部材７１５が圧入されている。弁体形成部材７１５は、摺動孔１４に摺動可能に挿通されており、やや小径化された下端部が弁体７２０を構成している。弁孔１５の上端開口端縁により弁座１６が形成されており、ポート７２６側から対向する弁体７２０が着脱して弁部（「第１弁部」）を開閉する。

本実施の形態においては、弁孔１５の断面積Ｂ、ガイド孔７２３の断面積Ｄ、ガイド孔２３の断面積Ｃが実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド１７に作用する吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。中間圧力Ｐｓｈが基準圧力より低くなると、パワーエレメント６の感圧部材が変位して、作動ロッド７１７を介して弁体７２０に閉弁方向の駆動力を付与する。弁体７２０は、感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、結果的に吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持されるように動作する。

例えば、ソレノイド３の非通電状態においては弁体２５が全開状態に変位する。弁体７２０は、スプリング４５に付勢されて第１弁部を閉弁させる。その結果、クランク室から吸入室への冷媒の導出量が減少し、圧縮機は最小容量運転へと移行する。ソレノイド３が非通電で安定した状態においては吸入圧力Ｐｓが高くなるが、第２弁部が全開状態であるため中間圧力Ｐｓｈもほぼ同程度に高くなる。その結果、皿ばね５１の積層体が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。

一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、弁体２５が自律的に動作して第２弁部が所定開度に制御される。その結果、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）がソレノイド３に設定された設定差圧に保持される。一方、弁体７２０が自律的に動作して第１弁部が所定開度に制御される。その結果、その中間圧力Ｐｓｈが予め設定された基準圧力に保持され、吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持される。設定差圧はソレノイド３への供給電流量を変化させることで調整できるため、吸入圧力Ｐｓの設定圧力については自由に変更することができる。

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、中間圧力を確保するための構成が異なる点を除けば第７の実施の形態の制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第７の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１３は、第８の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。

本実施の形態の弁本体８０２には、吐出圧力Ｐｄをそのまま導入するポート１１は設けられておらず、吐出圧力Ｐｄを減圧させて導入するオリフィス８１１が設けられている。

すなわち、ボディ８０５の一端側から順に吐出室と圧力室２９とを連通させるオリフィス８１１、ポート７２６、ポート１３、ポート２６が設けられている。そして、パワーエレメント６とポート７２６との間に摺動孔１４、ポート７２６とポート１３との間に弁孔１５、ポート１３とポート２６との間にガイド孔２３がそれぞれ設けられている。作動ロッド８１７は、弁孔１５を貫通し、その一端側が摺動孔１４に摺動可能に支持される一方、他端側がガイド孔２３に摺動可能に支持されている。作動ロッド８１７は、その中央部が小径化されて弁孔１５との間に制御通路を形成しており、その上部がやや大径化されて摺動孔１４に摺動可能に挿通されており、その下端部が弁体７２０を構成している。

中圧室６５は、作動ロッド８１７，ガイド孔２３，弁座形成部材２１および弁体２５に囲まれる空間に形成され、内部通路６１を介して開放空間Ｓ２へ連通している。吐出圧力Ｐｄがオリフィス８１１で減圧されて中間圧力Ｐｓｈとなり、圧力室２９および内部通路６１を介して中圧室６５に満たされる。

本実施の形態においては、弁孔１５の断面積Ｂとガイド孔２３の断面積Ｃとが実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド８１７に作用するクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。中間圧力Ｐｓｈが基準圧力より低くなると、パワーエレメント６の感圧部材が変位して、作動ロッド８１７を介して弁体７２０に閉弁方向の駆動力を付与する。弁体７２０は、感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、結果的に吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持されるように動作する。

［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る制御弁は、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の双方を制御するいわゆる「三方弁」として構成されている点で第７の実施の形態と異なる。しかし、第７の実施の形態と共通する構成部分も多いため、ほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１４は、第９の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。

弁本体９０２には、ポート１１とポート１３との間に吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御する導入用弁部が設けられ、ポート１３とポート７２６との間にクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御する導出用弁部が設けられている。

すなわち、ボディ９０５の一端側から順にポート７２６、ポート１３、ポート１１、ポート２６が設けられている。パワーエレメント６とポート７２６との間に摺動孔１４、ポート７２６とポート１３との間に弁孔９１５（「第１弁孔の一つ」に該当する）、ポート１３とポート１１との間に弁孔１５（「第１弁孔のもう一つ」に該当する）、ポート１１とポート２６との間にガイド孔２３がそれぞれ設けられている。作動ロッド９１７は、弁孔９１５および弁孔１５を貫通し、その一端側が摺動孔１４に摺動可能に支持される一方、他端側がガイド孔２３に摺動可能に支持されている。中圧室６５は、作動ロッド９１７，ガイド孔２３，弁座形成部材２１および弁体２５に囲まれる空間に形成され、内部通路６１を介して開放空間Ｓ２へ連通している。

作動ロッド９１７は、その小径部が下端部近傍まで形成されており、弁孔９１５との間にクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御する制御通路が形成され、弁孔１５との間に吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御する制御通路が形成されている。弁孔１５のポート１１側の開口端縁により弁座９１６が形成されている。作動ロッド９１７の一端部には弁体形成部材７１５が圧入され、他端部には弁座９１６にポート１１側から着脱する弁体９２０が一体成形されている。弁体７２０が全開状態のときに弁体９２０が閉弁状態となり、弁体９２０が全開状態のときに弁体７２０が閉弁状態となる。

本実施の形態においては、弁孔９１５の断面積Ｂ、弁孔１５の断面積Ｄ、ガイド孔２３の断面積Ｃが実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド１７に作用する吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。中間圧力Ｐｓｈが基準圧力より低くなるとパワーエレメント６の感圧部材が変位し、作動ロッド９１７を介して弁体７２０に閉弁方向の駆動力を付与し、弁体９２０に開弁方向の駆動力を付与する。弁体７２０および９２０は、感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、結果的に吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持されるように動作する。

例えば、ソレノイド３の非通電状態においては弁体２５が全開状態に変位する。また、スプリング４５の付勢力により弁体７２０は閉弁動作し、弁体９２０は開弁動作する。その結果、吐出室からクランク室への冷媒導入量が増加するとともに、クランク室から吸入室への冷媒導出量が減少し、圧縮機は最小容量運転へと移行する。ソレノイド３が非通電で安定した状態においては吸入圧力Ｐｓが高くなるが、第２弁部が全開状態であるため中間圧力Ｐｓｈもほぼ同程度に高くなる。その結果、皿ばね５１の積層体が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。

一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、弁体２５が自律的に動作して各第１弁部が所定開度に制御される。その結果、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）がソレノイド３に設定された設定差圧に保持される。一方、弁体７２０が自律的に動作して第２弁部が所定開度に制御される。その結果、その中間圧力Ｐｓｈが予め設定された基準圧力に保持され、吸入圧力Ｐｓが設定圧力に保持される。設定差圧はソレノイド３への供給電流量を変化させることで調整できるため、吸入圧力Ｐｓの設定圧力については自由に変更することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。変形例においては、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい（皿ばねは積層体でもよい）。具体的には、皿ばねの周縁部を第１ハウジングと第２ハウジングとの間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジングに固定してもよい。

上記実施の形態においては、パワーエレメント６の動作により中間圧力を基準圧力に保持する第１弁部と、ソレノイドにより前後差圧が設定差圧に制御される第２弁部とを、一つの制御弁の中に構成した例を示した。変形例においては、これらの各弁部を個々に有する圧力感知弁と差圧弁とを別体で構成し、直列に配置して用いるようにしてもよい。例えば、図１０に示した第５の実施の形態の制御弁を弁座形成部材２１の位置で上下に分離し、第１弁部を有する内部制御方式の圧力感知弁と、第２弁部を有する外部制御方式の差圧弁とを構成し、これらを冷媒通路を介して直列に配置してもよい。

第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。第２の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第３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７の上半部に対応する部分拡大断面図である。第４の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第５の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第６の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第７の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第８の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。第９の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。

符号の説明

１制御弁、２弁本体、３ソレノイド、５ボディ、６パワーエレメント、１１ポート、１３ポート、１４摺動孔、１５弁孔、１６弁座、１７作動ロッド、１９ダイヤフラム、２０弁体、２１弁座形成部材、２２弁座、２３ガイド孔、２５弁体、２６ポート、２７ばね受け部材、２８圧力室、２９圧力室、３２コア、３３プランジャ、３４電磁コイル、３６シャフト、４５スプリング、４６スプリング、４７スプリング、５０ハウジング、５２耐摩耗シート、６１内部通路、６５中圧室、２０２弁本体、２０５ボディ、２０６パワーエレメント、２２５弁体、２２７ばね受け部材、３０１制御弁、３０２弁本体、３０３ソレノイド、３０５ボディ、３０６パワーエレメント、３１７作動ロッド、３２０弁体、３２１部材、３３１弁座形成部材、３３２弁孔、３３６シャフト、３４５スプリング、３５０ハウジング、３７０減圧弁、３７３弁座、３７６スプリング、３８１高圧室、４０２弁本体、４０５ボディ、４０６パワーエレメント、４１０連通路、４１６オリフィス、４５０ハウジング、５０２弁本体、５０５ボディ、５１７作動ロッド、６０２弁本体、６０５ボディ、６０６パワーエレメント、７０２弁本体、７０５ボディ、７１５弁体形成部材、７１７作動ロッド、７２０弁体、７２３ガイド孔、７２６ポート、８０２弁本体、８０５ボディ、８１１オリフィス、８１７作動ロッド、９０２弁本体、９０５ボディ、９１５弁孔、９１６弁座、９１７作動ロッド、９２０弁体、Ｓ１密閉空間、Ｓ２開放空間。

Claims

吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御し、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
内部に冷媒通路が形成されたボディと、
前記吐出室および前記吸入室の少なくとも一方と前記クランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１弁部と、
前記設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、
前記中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように前記第１弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、
前記吸入室または前記クランク室と前記中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２弁部と、
前記第２弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により前記設定圧力を変化させるソレノイドと、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
前記中間圧力より高い圧力が満たされる高圧室と前記中圧室とを連通させ、前記高圧室から前記中圧室へ冷媒を漏洩させる冷媒漏洩通路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記制御通路を形成する第１弁孔に接離するように配置されて前記第１弁部を開閉する第１弁体と、
前記感圧部による力を受けて前記第１弁体と一体に動作可能な作動ロッドと、
前記調圧通路を形成する第２弁孔に接離するように配置され、前記ソレノイド力を受けて前記第２弁部を開閉する第２弁体と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部は、前記ボディに設けられたハウジングと、前記ハウジング内を前記中間圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設された感圧部材とを含んで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記吸入圧力またはクランク圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が変位して、前記作動ロッドを介して前記第１弁体に開弁方向の駆動力を付与し、
前記ソレノイドは、前記第２弁体に閉弁方向のソレノイド力を付与することを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記クランク室連通ポートとの間に摺動孔、前記クランク室連通ポートと前記吐出室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記摺動孔の断面積、前記第１弁孔の断面積、および前記ガイド孔の断面積が実質的に等しく形成されることにより、前記作動ロッドに作用する吐出圧力および前記クランク圧力の影響をキャンセルし、前記中間圧力が前記基準圧力に保持されるように前記第１弁体が自律的に動作するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記作動ロッドを前記第１弁部の開弁方向に付勢し、前記ソレノイドへの非通電時に前記第１弁部を全開状態にさせる付勢部材を備えたことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記クランク室に連通するクランク室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記吐出室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記吐出室連通ポートと前記クランク室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは、その一端側が前記第１弁孔を貫通して前記感圧部材に当接可能に配置される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記第１弁孔の断面積および前記ガイド孔の断面積が実質的に等しく形成されることにより、前記作動ロッドに作用する吐出圧力の影響をキャンセルし、前記中間圧力が前記基準圧力に保持されるように前記第１弁体が自律的に動作するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記作動ロッドを前記第１弁部の開弁方向に付勢し、前記ソレノイドへの非通電時に前記第１弁部を全開状態にさせる第１付勢部材と、
前記第２弁体を前記第２弁部の開弁方向に付勢し、前記ソレノイドへの非通電時に前記第２弁部を全開状態にさせる第２付勢部材と、
を備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記吸入圧力またはクランク圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が変位して、前記作動ロッドを介して前記第１弁体に閉弁方向の駆動力を付与し、
前記ソレノイドは、前記第２弁体に閉弁方向のソレノイド力を付与することを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記吸入室に連通する第１吸入室連通ポート、前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する第２吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記第１吸入室連通ポートとの間に摺動孔、前記第１吸入室連通ポートと前記クランク室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記クランク室連通ポートと前記吐出室連通ポートとの間に第１ガイド孔、前記吐出室連通ポートと前記第２吸入室連通ポートとの間に第２ガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記第１ガイド孔および第２ガイド孔に挿通されてその少なくとも一方に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記第２ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記吐出室と前記開放空間とを連通させるオリフィス、前記吸入室に連通する第１吸入室連通ポート、前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吸入室に連通する第２吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記第１吸入室連通ポートとの間に摺動孔、前記第１吸入室連通ポートと前記クランク室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記クランク室連通ポートと前記第２吸入室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記第１弁部として、前記吐出室と前記クランク室とを連通させる制御通路に設けられた導入用弁部と、前記クランク室と前記吸入室とを連通させる制御通路に設けられた導出用弁部とを備え、
前記吸入圧力またはクランク圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が変位し、前記作動ロッドを介して前記導入用弁部に開弁方向、前記導出用弁部に閉弁方向の駆動力を付与し、
前記ソレノイドは、前記第２弁体に閉弁方向のソレノイド力を付与し、
前記ボディの一端側から順に前記吸入室に連通する第１吸入室連通ポート、前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する第２吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記第１吸入室連通ポートとの間に摺動孔、前記第１吸入室連通ポートと前記クランク室連通ポートとの間に前記第１弁孔の一つ、前記クランク室連通ポートと前記吐出室連通ポートとの間に前記第１弁孔のもう一つ、前記吐出室連通ポートと前記第２吸入室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記感圧部材は、ダイヤフラムと、前記密閉空間内に前記ダイヤフラムに沿うように配設され、前記第１弁体に対して開弁方向の付勢力を付与可能な皿ばねと、を含んで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
前記ハウジングの内壁が、前記皿ばねが反転する側に変形したときの形状に沿う形状に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の可変容量圧縮機用制御弁。