JP2009221965A - 可変容量圧縮機の容量制御弁及び往復動型可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】弁孔を通じて弁体が圧力を受ける受圧面積が開閉作動に伴ない変化することが抑制され、容量制御の精度が向上する可変容量圧縮機の容量制御弁及び当該容量制御弁を備えた往復動型可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】可変容量圧縮機の容量制御弁は、往復動型可変容量圧縮機の吐出圧力領域とクランク室との間を繋ぐ給気通路に介挿される。容量制御弁は弁体(306)を備え、弁室(303)に配置される弁体(306)の一端部は、円筒形状の外周面及び前記外周面の端縁を含み、且つ、弁座(338)に対し線接触に近い状態で当接可能なシール領域(346)を有する。また、弁体(306)の摺動部は、挿通孔(304)によって摺動自在に支持され、感圧室の圧力及び電磁力を弁体(306)の一端部に伝達する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空調システムに適用される可変容量圧縮機の容量制御弁及び往復動型可変容量圧縮機に関する。

例えば車両用空調システムに用いられる往復動型の可変容量圧縮機として、斜板式可変容量圧縮機はハウジングを備え、ハウジングの内部には吐出圧力領域（吐出室）、吸入圧力領域（吸入室）、クランク室及びシリンダボアが区画形成される。クランク室内を延びる駆動軸には斜板が傾動可能に連結され、斜板を含む変換機構は、駆動軸の回転をシリンダボア内に配置されたピストンの往復運動に変換する。ピストンの往復運動は、吸入室からシリンダボア内への作動流体の吸入、吸入した作動流体の圧縮及び圧縮された作動流体の吐出室への吐出工程を実行する。

ピストンのストローク長、即ち圧縮機の吐出容量は、制御圧力としてのクランク室の圧力（クランク圧力Ｐｃ）を変化させることにより可変である。そこで吐出容量を制御するために、ハウジング内に容量制御弁が収容される。容量制御弁は、吐出室とクランク室とを連通する給気通路に配置され、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路には絞りが配置される。

例えば、特許文献１が開示する容量制御弁は作動ロッドを有し、作動ロッドは弁体部及びガイドロッド部を有する。弁体部の端面の内側部分には、吐出室の圧力（吐出圧力Ｐｄ）が作用し、その外側部分には、クランク圧力Ｐｃが作用するものと考えられている。ガイドロッド部の端面には、吸入室の圧力（吸入圧力Ｐｓ）が作用するものと考えられ、作動ロッドに対して、吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓは相互に対抗する方向に作用する。

特許文献１の容量制御弁を用いた場合、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの間の差（Ｐｄ−Ｐｓ差圧）が目標値に近付くように、吐出容量がフィードバック制御される。すなわち、特許文献１が開示する空調装置では、Ｐｄ−Ｐｓ差圧を制御対象として容量制御弁への通電量を変化させ、これに伴い吐出容量を変化させる。例えば、この空調装置では、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が縮小しようとすれば、吐出容量を増大させてＰｄ−Ｐｓ差圧を所定値に近付けるように動作する。
特開2001-153042号公報

特許文献１の図１２によれば、弁孔が開いている状態にあっても、作動ロッドの弁体部に対して吐出圧力Ｐｄが作用する内側部分（吐出圧力受圧面）の面積はＳＧであり、クランク圧力Ｐｃが作用する外側部分（クランク圧力受圧面）の面積はＳＦ―ＳＧであるとされている。
しかしながら、実際の開弁時、弁座からの弁体部の移動量（弁リフト）は微小であり、また、弁体部及び弁座の相互の当接部分は、通常、所定の幅（シール幅）を有する。従って、開弁時、流体は弁体部と弁座との隙間をシール幅に渡って流れ、弁体部と弁座との隙間は絞りに相当する。絞りは減圧部であって、シール幅の内側（吐出圧力側）から外側（クランク圧力側）に向かって圧力勾配があると考えるのが妥当であり、また流体が流れていることから、弁体に対し開弁方向に動圧が作用する可能性もある。このような事を考慮すると、吐出圧力Ｐｄが作用する面積がＳＧであり、クランク圧力Ｐｃが作用する面積がＳＦ−ＳＧであるとは考え難い。

一方、可変容量圧縮機の容量制御弁の弁孔径は、Ｒ１３４ａが冷媒である場合には例えば２ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲にあり、又、二酸化炭素が冷媒である場合には例えば０．４ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲にあり、弁孔面積は非常に小さい。このため、特許文献１の図１２の容量制御弁にあっては、その数６式〜数８式からわかるように、僅かな受圧面積の違いがＰｄ−Ｐｓ差圧の制御特性に大きく影響する。特に、この影響は、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が大きい領域で顕著になる。

また、特許文献１の図１２の容量制御弁にあっては、弁体部の平坦な端面が弁座に当接しており、弁体部と弁座との当接部の形状は円環形状であると考えられる。このため、弁体部が弁孔を閉塞している状態では、弁体部に対してクランク圧力Ｐｃは作用していないと考えるのが妥当である。つまり、この容量制御弁では、弁孔が閉じているときと開いているときとで弁体部に作用する力が異なり、閉弁状態から開弁するときの弁体部の動作特性に対し、開弁後の弁体部の動作特性がずれる。このような弁体部の動作特性のずれは、容量制御のばらつきの原因となるため好ましくない。

本発明は上述した事情に基づいてなされたもので、その目的は、弁孔を通じて弁体が圧力を受ける受圧面積が開閉作動に伴ない変化することが抑制され、容量制御の精度が向上する可変容量圧縮機の容量制御弁及び当該容量制御弁を備えた往復動型可変容量圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明によれば、往復動型可変容量圧縮機の吐出圧力領域とクランク室との間を繋ぐ給気通路に介挿される可変容量圧縮機の容量制御弁において、前記往復動型可変容量圧縮機の吸入圧力領域と連通する感圧室、前記給気通路の一部を介して前記クランク室と連通する弁室、前記給気通路の残部を介して前記吐出圧領域と連通し且つ前記弁室に開口した弁孔、前記弁室と前記感圧室との間を延びる挿通孔が区画された弁ハウジングと、前記弁ハウジングに設けられ、前記弁孔の開口を囲む弁座と、前記弁孔を開閉する弁体と、前記弁体に対して電磁力を可変にて作用させるためのソレノイドユニットとを備え、前記弁体は、前記弁室に配置され、円筒形状の外周面、及び、前記外周面の端縁を含み且つ前記弁座に対し線接触に近い状態で当接可能なシール領域を有する一端部と、前記挿通孔によって摺動自在に支持され、前記感圧室の圧力及び前記電磁力を前記一端部に伝達する摺動部とを含むことを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁が提供される（請求項１）。

ここで、線接触に近い状態で当接可能であるとは、弁体の外径に応じて、例えばシール領域の内縁と外縁との距離（シール幅）が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度であり、弁体が弁孔を閉じているとき、シール領域と弁座との接触面積が小さいことをいう。
好ましくは、前記弁体及び弁座は、前記弁体と前記弁座との間の距離が前記弁体のシール領域から径方向内側に向かうに連れて増大するように成形されている（請求項２）。

好ましくは、前記弁座は平面からなり、前記弁体は前記シール領域の径方向内側に凹みを有する（請求項３）。
好ましくは、前記弁体の一端部の外径は、前記摺動部の外径よりも大である（請求項４）。
また、本発明によれば、請求項１乃至４の何れか１項に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁を備えることを特徴とする往復動型可変容量圧縮機が提供される（請求項５）。

好ましくは、前記往復動型可変容量圧縮機は、冷媒としての二酸化炭素の圧縮に用いられる（請求項６）。

本発明の請求項１の可変容量圧縮機の容量制御弁では、弁体が弁座に線接触に近い状態で当接するので、弁孔を通じて吐出圧力を受ける弁体の面積（受圧面積）が明確に規定される。また、弁体において、シール領域は円筒形状の外周面の端縁側に位置しているため、開弁時、弁体は開弁方向に動圧の影響を受けにくい。
従って、この容量制御弁では、閉弁状態から開弁状態になるときの弁体の動作特性と、開弁状態にあるときの弁体の動作特性とを同一の特性式によって高精度に表すことができる。

更に、この構成では、弁体において弁孔を通じて吐出圧力を受ける受圧面積が、円筒形状の外周面の端縁側つまり弁体の一端部の外径若しくは断面積でほぼ規定され、弁体において吸入圧力を受ける面積が摺動部の外径若しくは断面積で規定される。弁体の一端部及び摺動部は、一体になって同一の部品（弁体）を構成しているため、吐出圧力を受ける面積と吸入圧力を受ける面積との間での面積調整が、弁体製造の際に高精度で実施される。

これらの結果として、この容量制御弁を適用した可変容量圧縮機において、吐出容量が高精度に制御される。
請求項２の可変容量圧縮機の容量制御弁では、シール領域から径方向内側に向かうに連れて弁体と弁座との距離が増大することで、受圧面積が明確に規定される。これにより、弁孔を通じて弁体が圧力を受ける面積が、閉弁状態と開弁状態とで変化することが確実に抑制され、容量制御弁を適用した可変容量圧縮機において、吐出容量が確実に高精度にて制御される。

請求項３の可変容量圧縮機の容量制御弁では、弁座が平面からなるため、弁座に対して弁体が軸ずれしたとしても、弁体によって弁孔が確実に閉塞される。この結果として、この容量制御弁では不所望の弁漏れが防止される。
請求項４の可変容量圧縮機の容量制御弁では、吐出圧力を受ける面積と、吸入圧力を受ける面積は弁体における一端部及び摺動部の寸法で決まるので、吐出圧力を受ける面積と吸入圧力を受ける面積との面積差が高精度で調整される。そして、一端部を摺動部よりも大径にすることにより、弁体が閉弁方向にてクランク圧力を受ける面積が高精度にて増大するように調整される。この結果、クランク圧力の上昇速度が高精度にて減少するように制御され、吐出容量が安定に制御される。

請求項５の可変容量圧縮機は往復動型の可変容量圧縮機であり、この可変容量圧縮機にあっては、斜板要素の最小傾角で規定されるストローク長を非常に小さく設定可能であり、吐出容量の可変範囲が広い。かかる可変容量圧縮機に上述した容量制御弁を適用すれば、広範な可変範囲の全域にわたり、吐出容量が高精度にて制御される。
一般に、冷媒としての二酸化炭素を圧縮するのに用いられる往復動型可変容量圧縮機では、容量制御弁の弁孔の内径が小さく設計される。請求項６の往復動型可変容量圧縮機によれば、弁孔の内径が小さくても、弁体が弁座に対して線接触に近い状態で当接するため、吐出容量が高精度にて制御される。

図１は、車両用空調システムの冷凍サイクル１０を示し、冷凍サイクル１０は、作動流体としての冷媒が循環する循環路１２を備える。循環路１２には、冷媒の流動方向でみて、圧縮機１００、放熱器（凝縮器又はガスクーラ）１４、膨張器１６及び蒸発器１８が順次介挿され、圧縮機１００が作動すると、圧縮機１００の吐出容量に応じて循環路１２を冷媒が循環する。

すなわち、圧縮機１００は、冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮工程及び圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを行う。
放熱器１４は、圧縮機１００から吐出された冷媒を冷却する機能を有し、冷却された冷媒は、膨張器１６を通過することによって膨張させられる。膨張した冷媒は蒸発器１８内で気化し、気化した冷媒は圧縮機１００に吸入される。

蒸発器１８は、車両用空調システムの空気回路の一部も構成しており、蒸発器１８を通過する空気流は、蒸発器１８内の冷媒によって気化熱を奪われることによって冷却される。
圧縮機１００は可変容量圧縮機であり、例えば斜板式のクラッチレス圧縮機である。圧縮機１００はシリンダーブロック１０１を備え、シリンダーブロック１０１には、複数のシリンダボア１０１ａが形成されている。シリンダーブロック１０１の一端にはフロントハウジング１０２が連結され、シリンダーブロック１０１の他端には、バルブプレート１０３を介してリアハウジング（シリンダヘッド）１０４が連結されている。

シリンダーブロック１０１及びフロントハウジング１０２はクランク室１０５を規定し、クランク室１０５内を縦断して駆動軸１０６が延びている。駆動軸１０６は、クランク室１０５内に配置された環状の斜板１０７を貫通し、斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介してヒンジ結合されている。従って、斜板１０７は、駆動軸１０６に沿って移動しながら傾動可能である。

ロータ１０８と斜板１０７との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最小傾角に向けて付勢するコイルばね１１０が装着され、斜板１０７を挟んで反対側の部分、即ち斜板１０７とシリンダーブロック１０１との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最大傾角に向けて付勢するコイルばね１１１が装着されている。
駆動軸１０６は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通し、駆動軸１０６の外端には、動力伝達装置としてのプーリ１１２に連結されている。プーリ１１２は、ボール軸受１１３を介してボス部１０２ａによって回転自在に支持され、外部駆動源としてのエンジン１１４のプーリとの間にベルト１１５が架け回される。

ボス部１０２ａの内側には軸封装置１１６が配置され、フロントハウジング１０２の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はラジアル方向及びスラスト方向にベアリング１１７，１１８，１１９，１２０によって回転自在に支持され、エンジン１１４からの動力がプーリ１１２に伝達され、プーリ１１２の回転と同期して回転可能である。
シリンダボア１０１ａ内にはピストン１３０が配置され、ピストン１３０には、クランク室１０５内に突出したテール部が一体に形成されている。テール部に形成された凹所１３０ａ内には一対のシュー１３２が配置され、シュー１３２は斜板１０７の外周部に対し挟み込むように摺接している。従って、シュー１３２を介して、ピストン１３０と斜板１０７とは互いに連動し、駆動軸１０６の回転によりピストン１３０がシリンダボア１０１ａ内を往復動する。

リアハウジング１０４の内部には、吸入室１４０及び吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４０は、バルブプレート１０３に設けられた吸入孔１０３ａを介してシリンダボア１０１ａと連通可能である。吐出室１４２は、バルブプレート１０３に設けられた吐出孔１０３ｂを介してシリンダボア１０１ａと連通している。なお、吸入孔１０３ａ及び吐出孔１０３ｂは、図示しない吸入弁及び吐出弁によってそれぞれ開閉される。

シリンダーブロック１０１の外側にはマフラ１５０が設けられ、マフラケーシング１５２は、シリンダーブロック１０１に一体に形成されたマフラベース１０１ｂに図示しないシール部材を介して接合されている。マフラケーシング１５２及びマフラベース１０１ｂはマフラ空間１５４を規定し、マフラ空間１５４は、リアハウジング１０４、バルブプレート１０３及びマフラベース１０１ｂを貫通する吐出通路１５６を介して吐出室１４２と連通している。

マフラケーシング１５２には吐出ポート１５２ａが形成され、マフラ空間１５４には、吐出通路１５６と吐出ポート１５２ａとの間を遮るように逆止弁２００が配置されている。具体的には、逆止弁２００は、吐出通路１５６側の圧力とマフラ空間１５４側の圧力との圧力差に応じて開閉し、圧力差が所定値ΔＰｓｅｔより小さい場合閉作動し、圧力差が所定値ΔＰｓｅｔより大きい場合開作動する。

したがって吐出室１４２は、吐出通路１５６、マフラ空間１５４及び吐出ポート１５２ａを介して循環路１２の往路部分と連通可能であり、マフラ空間１５４は逆止弁２００によって断続される。一方、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された吸入ポート１０４ａを介して循環路１２の復路部分と連通している。
リアハウジング１０４には、本発明の第１実施形態の可変容量圧縮機の容量制御弁（電磁制御弁）３００が収容され、容量制御弁３００は給気通路１６０に介挿されている。給気通路１６０は、吐出室１４２とクランク室１０５との間を連通するようにリアハウジング１０４からバルブプレート１０３を経てシリンダーブロック１０１にまで亘っている。

一方、吸入室１４０は、クランク室１０５と抽気通路１６２を介して連通している。抽気通路１６２は、駆動軸１０６とベアリング１１９，１２０との隙間、空間１６４及びバルブプレート１０３に形成された固定オリフィス１０３ｃからなる。
また、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された感圧通路１６６を通じて、給気通路１６０とは独立して容量制御弁３００に接続されている。

より詳しくは、容量制御弁３００は、弁ユニットと弁ユニットを開閉作動させるソレノイドユニットとからなる。弁ユニットは、円筒状の弁ハウジング３０１を有し、弁ハウジング３０１の一端には入口ポート（弁孔３０１ａ）が形成されている。弁孔３０１ａは、給気通路１６０の上流側部分を介して吐出室１４２と連通し、且つ、弁ハウジング３０１の内部に区画された弁室３０３に開口している。

弁室３０３には、弁ハウジング３０１を径方向に貫通する出口ポート３０１ｂが開口し、弁室３０３は、出口ポート３０１ｂ及び給気通路１６０の下流側部分を介してクランク室１０５と連通している。
また、弁室３０３には、弁孔３０１ａとは反対側にて挿通孔３０４の一端が開口し、挿通孔３０４は、弁孔３０１ａと同様に、弁ハウジング３０１の軸線上を延びている。挿通孔３０４の他端は、感圧室３０５に開口し、感圧室３０５には、弁ハウジング３０１を径方向に貫通する感圧ポート３０１ｃが開口している。従って、感圧室３０５は、感圧ポート３０１ｃ及び感圧路１６６を通じて吸入室１４０と連通している。

弁ハウジング３０１内には、弁体３０６が配置されている。図３に拡大して示したように、弁体３０６は円筒形状の本体部３０６ａを有し、本体部３０６ａは、弁室３０３から挿通孔３０４を経由して感圧室３０５まで渡っている。本体部３０６ａは、挿通孔３０４によって摺動自在に支持されている。
弁体３０６は、本体部３０６ａに一体且つ同軸に連なる軸部３０６ｂを有し、軸部３０６ｂは、感圧室３０５内に位置している。本体部３０６ａとは反対側の軸部３０６ｂの端部には、軸部３０６ｂよりも大径の頭部３０６ｃが一体に形成されている。挿通孔３０４が開口した感圧室３０５の端壁と頭部３０６ｃとの間には、円錐コイルばねからなる開放ばね３０７が配置され、開放ばね３０７は、弁孔３０１ａから離間する方向（開弁方向）に弁体３０６を付勢している。

再び図２を参照すると、ソレノイドユニットは円筒状のソレノイドハウジング３１０を有し、ソレノイドハウジング３１０は弁ハウジング３０１の他端と圧入により同軸的に連結されている。ソレノイドハウジング３１０の開口端は、エンドキャップ３１２によって閉塞され、ソレノイドハウジング３１０内には、樹脂部材３１４によって覆われた円筒形状のコイル（ソレノイドコイル）３１６が収容されている。

またソレノイドハウジング３１０内には、同心上に円筒状の固定コア３１８が収容され、固定コア３１８は、弁ハウジング３０１からエンドキャップ３１２に向けてコイル３１６の中央まで延びている。固定コア３１８のエンドキャップ３１２側は筒状部材３２０によって囲まれ、筒状部材３２０は、エンドキャップ３１２側に閉塞端を有する。
筒状部材３２０の内側には、支持部材３２２が、筒状部材３２０の閉塞端に密着して配置され、固定コア３１８と支持部材３２２との間には、円筒状の可動コア３２４を収容する可動コア収容空間３２５が規定されている。

ここで、固定コア３１８は中央孔３１８ａを有し、中央孔３１８ａの一端は、可動コア収容空間３２５に開口している。中央孔３１８ａにはソレノイドロッド３２６が挿通され、ソレノイドロッド３２６は固定コア３１８の両端から突出している。
可動コア収容空間３２５を縦断するソレノイドロッド３２６の部分には、円筒状の可動コア３２４が一体に固定されている。ソレノイドロッド３２６は支持部材３２２にまで到達しており、支持部材３２２側のソレノイドロッド３２６の端部は、支持部材３２２の円筒形状の有底孔によって摺動自在に支持されている。

可動コア３２４、固定コア３１８、ソレノイドハウジング３１０及びエンドキャップ３１２は磁性材料で形成され、磁気回路を構成する。筒状部材３２０は非磁性材料のステンレス系材料で形成されている。
可動コア３２４と支持部材３２２との間には圧縮コイルばね３２８が配置され、圧縮コイルばね３２８は、支持部材３２２から離間する方向（閉弁方向）に可動コア３２４を付勢する。

ただし、可動コア３２４と固定コア３１８との間には所定の隙間が確保されている。また、可動コア３２４の外径は、筒状部材３２０の内径よりも小さく、可動コア３２４と筒状部材３２０との間には隙間が確保されている。
一方、中央孔３１８ａの他端は感圧室３０５に開口し、再び図３を参照すると、感圧室側３０５内に突出した固定コア３１８の突出端部において、中央孔３１８ａの内径は縮小されている。感圧室３０５側のソレノイドロッド３２６の端部は、固定コア３１８の突出端部、すなわち中央孔３１８ａの縮径部によって摺動自在に支持されている。そして、感圧室３０５内に突出したソレノイドロッド３２６の端部は、弁体３０６の頭部３０６ｃに当接している。

固定コア３１８の突出端部の根元には連通孔３３０が形成され、感圧室３０５は、連通孔３３０及び中央孔３１８ａを通じて可動コア収容空間３２５と連通している。従って、ソレノイドロッド３２６を介して、弁体３０６の背面側、即ち感圧室３０５側には、閉弁方向に吸入室１４０の圧力、則ち吸入圧力Ｐｓが作用する。
そして、コイル３１６には、圧縮機１００の外部に設けられた制御装置４００が接続され（図２参照）、制御装置４００からコイル３１６に制御電流Ｉが供給されると、ソレノイドユニットは電磁力Ｆ（Ｉ）を発生する。ソレノイドユニットの電磁力Ｆ（Ｉ）は、可動コア３２４を固定コア３１８に向けて吸引し、ソレノイドロッド３２６を介して、弁体３０６に対し閉弁方向に作用する。

図４は、図３中の領域ＩＶを拡大して示しており、本体部３０６ａの端面は、弁孔３０１ａが開口した弁室３０３の壁面に当接することによって、弁孔３０１ａを閉塞可能である。つまり、弁孔３０１ａが開口した弁室３０３の壁面は、平面からなる弁座３３８として機能する。
ここで、本体部３０６ａの横断面積Ｓｒは、弁孔３０１ａの開口面積Ｓｄよりも大であり（Ｓｒ＞Ｓｄ）、本体部３０６ａの端面には、浅皿形状の凹み３４０が中央に開口している。凹み３４０は、凹み３４０の開口縁に連なる曲面部３４２と、曲面部３４２の内側に連なる平坦部３４４とによって形成されている。平坦部３４４は凹み３４０の底をなし、弁座３３８と平行である。本体部３０６ａの径方向でみて軸心に近づくほど、弁孔３０１ａの軸線方向でみて曲面部３４２と弁座３３８若しくは弁孔３０１ａとの距離は長くなる。

本体部３０６ａの端面における凹み３４０の開口面積Ｓｃは、本体部３０６ａの横断面積Ｓｒに比べて略等しいか若しくは僅かに小さい。このため、本体部３０６ａの端面には、凹み３４０を囲む平坦な環状のシール領域３４６が区画されている。本体部３０６ａは円筒形状の外周面を有するけれども、シール領域３４６は、この円筒形状の外周面の端縁を含む。

なお、凹み３４０の開口面積Ｓｃは、弁孔３０１ａの開口面積（横断面積）Ｓｄよりも大きい。このため、シール領域３４６の内周縁の直径は、弁孔３０１ａの開口縁の直径よりも大きく、シール領域３４６は、弁孔３０１ａの開口縁から所定距離だけ径方向外側にて弁座３３８に当接する。
上述した容量制御弁３００にあっては、弁体３０６の本体部３０６ａの端面が弁孔３０１ａに面し、本体部３０６ａの端面には開弁方向に吐出室１４２の圧力、則ち吐出圧力Ｐｄが作用する。また、弁体３０６の他端、則ち頭部３０６ｃは感圧室３０５内に位置し、弁体３０６の他端には閉弁方向に吸入室１４０の圧力、則ち吸入圧力Ｐｓが作用する。従って、弁体３０６は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧力差に応答して動作する感圧部材としても機能する。

換言すれば、弁体３０６は、シール領域３４６を有する一端部と、当該一端部に感圧室３０５の圧力則ち吸入室１４０の圧力及びソレノイドユニットの電磁力Ｆ（Ｉ）を伝達する摺動部とを含む。
弁体３０６が弁孔３０１ａを閉じている状態にあるとき、弁孔３０１ａを通じて吐出圧力Ｐｄが開弁方向に作用する弁体３０６の受圧面積（Ｓｖ１）は、シール領域３４６の内周縁よりも径方向内側の面積、つまり、凹み３４０の開口面積Ｓｃと等しい。また、吸入圧力Ｐｓが作用する弁体３０６の受圧面積は、挿通孔３０４に支持された本体部３０６ａの横断面積Ｓｒに等しくなる。

本実施形態では、受圧面積Ｓｖ１と横断面積Ｓｒとが略等しくなるように本体部３０６ａは形成され、これにより弁体３０６には、開閉方向に弁室３０３内の圧力、つまりクランク室１０５の圧力（クランク圧力Ｐｃ）が実質的に殆ど作用しない。
具体的には、シール領域３４６の外縁とシール領域３４６の内縁との距離が０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度の範囲に設定され、シール領域３４６は、弁体３０６が弁孔３０１ａを閉じているとき、弁座３３８に対して線接触に近い状態で当接する。

従って、弁体３０６に作用する力は、吐出圧力Ｐｄと、吸入圧力Ｐｓと、コイル３１６の電磁力Ｆ（Ｉ）と、開放ばね３０７の付勢力ｆ１、及び、圧縮コイルばね３２８の付勢力ｆ２である。これらのうち、吐出圧力Ｐｄ及び開放ばね３０７の付勢力ｆ１は開弁方向、それ以外の吸入圧力Ｐｓ、ソレノイドユニットの電磁力Ｆ（Ｉ）及び圧縮コイルばね３２８の付勢力ｆ２は、開弁方向とは対抗する閉弁方向に作用する。

上記した関係は、以下の特性式（１）で示され、Ｓｖ１＝Ｓｒとして特性式（１）を変形すると特性式（２）が得られる。そして、電磁力Ｆ（Ｉ）が制御電流Ｉに比例するようにソレノイドユニットを設計しておき、Ｆ（Ｉ）＝Ａ・Ｉ（Ａは係数）として特性式（２）を変形すると特性式（３）が得られる。

特性式（３）は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧力差（Ｐｄ−Ｐｓ差圧）をソレノイドユニットの電磁力Ｆ（Ｉ）、つまりコイル３１６へ供給される制御電流Ｉで調整可能であることを示している。電磁力Ｆ（Ｉ）は弁体３０６に対して閉弁方向に作用し、制御電流Ｉを増加させることによって、図５に示すように、Ｐｄ−Ｐｓ差圧を増大させることができる。

制御装置４００は、車両用空調システムの外部情報検知手段（図示せず）から提供される種々の外部情報に基づいて目標差圧ΔＰ、若しくは目標差圧ΔＰに対応する制御電流Ｉを設定し、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が目標差圧ΔＰに近付くように容量制御弁３００に制御電流Ｉを供給する。制御電流Ｉに対応して容量制御弁３００の弁開度は調整され、これにより圧縮機１００の吐出容量がフィードバック制御される。

なお、開放ばね３０７の付勢力ｆ１は、圧縮コイルばね３２８の付勢力ｆ２よりも大きく設定されているため（ｆ１＞ｆ２）、制御電流Ｉをゼロにすると、開放ばね３０７の付勢力ｆ１によって弁孔３０１ａは開かれる。これにより、吐出室１４２からクランク室１０５に冷媒が供給され、斜板１０７の傾角が最小になり吐出容量は最小になる。
上述した容量制御弁３００にあっては、弁体３０６の本体部３０６ａが弁座３３８に当接する領域は、凹み３４０を形成したことにより、シール領域３４６である。

凹み３４０はシール領域３４６から径方向内側に向かうに連れて弁体３０６と弁座３３８との距離が増大するように形成され、これにより受圧面積Ｓｖ１が明確に規定される。
そして、シール領域３４６のシール幅若しくは面積が微小に設定されているため、シール領域３４６が弁座３３８から離間しているときに本体部３０６ａに吐出圧力Ｐｄが作用する面積は、シール領域３４６が弁座３３８に当接している状態での受圧面積Ｓｖ１と殆ど同じであり、実質的に受圧面積Ｓｖ１と等しいとみなせる。

従って、弁体３０６が弁座３３８に当接している閉弁状態での弁体３０６の動作特性、及び、弁体３０６が弁座３３８から離間した開弁状態での弁体３０６の動作特性は、上記特性式（１）〜（３）に正確に従う。
更に、シール領域３４６が本体部３０６ａの円筒形状の外周面の端縁側にあり、且つ微小に設定されているため、開弁時、弁体３０６は開弁方向に動圧の影響を受けにくい。また、吐出圧力Ｐｄを受ける面積（受圧面積Ｓｖ１）が円筒形状の外周面の端縁側、つまり弁体３０６の本体部３０６ａの寸法でほぼ規定され、吸入圧力Ｐｓを受ける面積が弁体３０６の軸部３０６ｂの寸法で規定されるため、これらの面積を同等に調整することが容易である。

この結果として、容量制御弁３００によれば、特性式（３）に基づいて決定された制御電流Ｉをコイル３１６に供給すれば、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が目標差圧ΔＰに確実に近づき、吐出容量制御の精度が向上する。特に、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差が大きい領域で、容量制御弁３００は吐出容量制御の精度向上に寄与する。
また更に、容量制御弁３００では、弁座３３８が平面からなるため、弁座３３８に対して弁体３０６が軸ずれしたとしても、弁体３０６によって弁孔３０１ａが確実に閉塞される。この結果として、この容量制御弁３００では不所望の弁漏れが防止される。

図６は、第２実施形態に係る容量制御弁の一部を拡大して示している。第２実施形態に係る容量制御弁は、弁体３５０の形状を除き、容量制御弁３００と同一の構成を有する。
弁体３５０は、容量制御弁３００における弁体３０６の本体部３０６ａに相当する部分が、挿通孔３０４によって摺動自在に支持される摺動部３０６ｄと、摺動部３０６ｄよりも大径で円筒形状の大径端部（一端部）３０６ｅとによって構成されている。摺動部３０６ｄの直径は、本体部３０６ａの直径と同じであり、大径端部３０６ｅの端面は弁座３３８に当接可能である。

大径端部３０６ｅの端面には、凹み３６０が形成され、凹み３６０も曲面部３６２及び平坦部３６４によって構成されている。従って、大径端部３０６ｅの端面にも、環状のシール領域３６６が形成され、シール領域３６６は、大径端部３０６ｅの円筒形状の外周面の端縁を含んでいる。
凹み３６０の開口面積は、弁孔３０１ａの開口面積よりも大きく、シール領域３６６の内周縁は、弁孔３０１ａの開口縁から所定距離だけ径方向外側に離間している。また、凹み３６０の開口面積は、摺動部３０６ｄの横断面積Ｓｒよりも大に設定されている。

第２実施形態の容量制御弁にあっては、弁体３５０の大径端部３０６ｅの端面が弁孔３０１ａに面し、大径端部３０６ｅの端面には開弁方向に吐出圧力Ｐｄが作用する。また、弁体３５０の大径端部３０６ｅとは反対側には吸入圧力Ｐｓが作用する。従って、弁体３５０は、Ｐｄ−Ｐｓ差圧に応答して動作する感圧部材としても機能する。
弁体３５０が弁孔３０１ａを閉じた時に、吐出圧力Ｐｄが開弁方向に作用する弁体３５０の受圧面積（Ｓｖ２）は、シール領域３６６の内周縁よりも内側の面積、つまり、凹み３６０の開口面積と等しい。また、閉弁方向に吸入圧力Ｐｓが作用する弁体３５０の受圧面積は、挿通孔３０４に支持された摺動部３０６ｄの横断面積Ｓｒに等しくなる。

ここで、凹み３６０の開口面積、則ち受圧面積Ｓｖ２は、摺動部３０６ｄの横断面積Ｓｒよりも大に設定されているため（Ｓｖ２＞Ｓｒ）、受圧面積Ｓｖ２と横断面積Ｓｒとの差（Ｓｖ２−Ｓｒ）に相当する大径端部３０６ｅの面積に対して、クランク圧力Ｐｃが閉弁方向に作用する。
従って、弁体３５０に作用する力は、次の特性式（４）〜（７）にて示される。

なお、Ｐｃ＝Ｐｓ＋αとして特性式（４）を変形すると特性式（５）が得られるが、Ｐｃ＝Ｐｓ＋α、すなわち、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差αが略一定の範囲に入ることは、経験的に知られている。
特性式（７）は、第２実施形態の容量制御弁にあっても、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧力差（Ｐｄ−Ｐｓ差圧）をソレノイドユニットの電磁力Ｆ（Ｉ）、つまりコイル３１６へ供給される制御電流Ｉで調整可能であることを示している。

第２実施形態の容量制御弁において、容量制御弁３００と異なる点は、弁体３５０に対して閉弁方向にクランク圧力Ｐｃが作用することであり、特性式（７）についてみれば、特性式（３）と異なるのは、右辺にαが含まれていることである。
この相違点はＳｖ２＞Ｓｒで示される関係が満たされていることによって生じている。かかる関係に起因して、弁体３５０が弁座３３８に当接している閉弁状態であっても、弁体３５０が弁座３３８から離間している開弁状態であっても、開弁方向にクランク圧力Ｐｃが作用することはなく、閉弁方向にクランク圧力Ｐｃが確実に作用する。

従って、開弁時に弁体３５０が弁座３３８から離間して冷媒がクランク室１０５に流入してクランク圧力Ｐｃが急上昇したときに、弁体３５０には閉弁方向に作用する力が増大する。このため、弁体３５０が弁座３３８から過度に離間することが抑制される。また、受圧面積Ｓｖ２と摺動部３０６ｄの横断面積Ｓｒとの差を調整することにより、クランク圧力Ｐｃの上昇速度を調整することができる。これらの結果として、第２実施形態の容量制御弁を適用した可変容量圧縮機１００においては、吐出容量制御が安定になる。

なお、第２実施形態の容量制御弁にあっては、その組み立てを考慮して、弁体３５０に頭部３０６ｃを設けずに、軸部３０６ｂに対してスナップリングをばね座として取り付けてもよい。
本発明は、上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、弁体３０６，３５０の端面に凹み３４０，３６０を形成することによって、弁体３０６，３５０の一端部に、円筒形状の外周面の端縁を含み且つ弁座３３８に線接触に近い状態で当接可能なシール領域３４６，３６６を形成したが、弁体及び弁座の形状は特に限定されない。
具体的には、図７は、第３実施形態に係る容量制御弁の一部を拡大して示しており、この容量制御弁は弁体３５０に代えて弁体３７０を有する。弁体３７０は、大径端部３０６ｅに凹みが形成されておらず、これに伴い、弁座３７２は平面座ではなく雌テーパ形になっている。即ち、弁座３７２は、弁孔３０１ａの開口端に連なる雌テーパ面によって構成され、弁座３７２の開口面積は、弁室３０３に近付くに連れて徐々に拡大している。このため、閉弁時には、大径端部３０６ｅの端面の外周縁がシール領域３７６として弁座３７２に線接触に近い状態で当接する。

第１及び第２実施形態では、弁体３０６，３５０は微小な面積を有するシール領域３４６，３６６を有しているが、シール領域３４６，３６６をより小さく設定して更に線接触に近い状態で弁座３３８に当接するようにすれば、開弁状態と閉弁状態とで弁体３０６，３５０の動作特性が更に変化せず、吐出容量制御の精度が一層向上する。
具体的には、シール領域３４６，３６６の外周縁の半径とシール領域３４６，３６６の内周縁の半径との差（シール幅）は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲にあるのが好ましい。

第１及び第２実施形態では、弁体３０６，３５０の凹み３４０，３６０は曲面部３４２，３６２を有し、径方向中央に近付くに連れて、弁体３０６，３５０と弁座３３８若しくは弁孔３０１ａとの距離が大きくなったけれども、凹みは、曲面部に代えて直角な角部を有していてもよい。ただし、凹みの成形のし易さを考慮すれば、第１及び第２実施形態のように、凹みは曲面部を有するのが好ましい。

第１及び第２実施形態では、弁体３０６，３５０とソレノイドロッド３２６とは別体であったけれども、一体であってもよい。
第１及び第２実施形態では、圧縮コイルばね３２８を省略してもよい。また、第１及び第２実施形態では、開放ばね３０７のみによって、弁体３０６，３５０を開弁方向に常時付勢していたけれども、２つ又は３つ以上のばねを組み合わせて弁体３０６，３５０を開弁方向に常時付勢してもよい。

第１実施形態の容量制御弁３００及び第２実施形態の容量制御弁では、弁体３０６，３５０に対して吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ又は電磁力Ｆ（Ｉ）を作用させるために、ベローズやダイアフラムを用いてもよい。
例えば、一端が開口し、他端が閉塞した小型のベローズを用いた場合、弁体３０６の頭部３０６ｃをベローズの閉塞端の外面に当接させる。ソレノイドロッド３２６の先端側の部分は、ベローズの開口端を通じてベローズの内側に挿入され、ソレノイドロッド３２６の先端をベローズの閉塞端の内面に当接させる。これにより、ソレノイドロッド３２６が弁体３０６を電磁力Ｆ（Ｉ）にて付勢可能にする。そして、ベローズの内側の圧力は吸入圧力Ｐｓに等しくなるようにし、ベローズを介して弁体３０６に吸入圧力Ｐｓを作用させる。

第１及び第２実施形態では、可動コア３２４は筒状部材３２０に接触していなかったけれども、可動コア３２４の外周面を筒状部材３２０の内周面に摺動させることにより、筒状部材３２０によって可動コア３２４を支持してもよい。
第１及び第２実施形態では、制御装置４００が、目標差圧ΔＰに対応する制御電流Ｉを設定し、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が目標差圧ΔＰに近付くように容量制御弁３００に制御電流Ｉを供給したけれども、制御装置４００が実行する制御方法はこれに限定されない。

例えば、特性式（３）を変形すると以下の特性式（８）が得られ、特性式（８）の関係に基づけば、図８に示したように、吸入圧力Ｐｓの目標値として目標吸入圧力Ｐｓｓを予め決定し、変動する吐出圧力Ｐｄの情報がわかれば、発生させるべき電磁力Ｆ（Ｉ）つまり制御電流Ｉを演算できる。そこで、コイル３１６に供給される制御電流Ｉをこの演算された制御電流Iに等しくなるよう調整すれば、吸入圧力Ｐｓが目標吸入圧力Ｐｓｓに近付くように弁体３０６，３５０が動作し、クランク圧力Ｐｃが調整される。すなわち、吸入圧力Ｐｓが目標吸入圧力Ｐｓｓに近付くように吐出容量が制御される。

つまり、第１実施形態の容量制御弁３００及び第２実施形態の容量制御弁によれば、Ｐｄ−Ｐｓ差圧が目標差圧ΔＰに近付くように制御電流Ｉを調整する吐出容量の制御方法のほかにも、吐出圧力Ｐｄと目標吸入圧力Ｐｓｓに基づいて制御電流Ｉを調整して吸入圧力Ｐｓが目標吸入圧力Ｐｓｓに近付くように吐出容量の制御方法を採用可能である。
なお、後者の場合、車両用空調システムに吐出圧力Ｐｄを検知するための検知手段を設ける必要がある。

第１及び第２実施形態では、圧縮機１００は往復動型の斜板式可変容量圧縮機であったけれども、往復動型の揺動板式可変容量圧縮機であってもよい。揺動板式可変容量圧縮機は、揺動板を揺動させるための要素を有し、斜板１０７及びこの要素をまとめて斜板要素という。圧縮機１００は、電動モータで駆動されるものであってもよい。
斜板要素を有する往復動型の可変容量圧縮機にあっては、斜板要素の最小傾角で規定されるストローク長を非常に小さく設定可能であり、吐出容量の可変範囲が広い。かかる可変容量圧縮機に上述した容量制御弁を適用すれば、広範な可変範囲の全域にわたり、吐出容量が高精度にて制御される。

第１及び第２実施形態の圧縮機１００では、抽気通路１６２の流量を規制してクランク圧力Ｐｃを昇圧するために、抽気通路１６２に絞り要素として固定オリフィス１０３ｃを配置したが、絞り要素として、流量可変の絞りを用いてもよく、また、弁を配置して弁開度を調整してもよい。
第１及び第２実施形態の冷凍サイクル１０では、冷媒はＲ１３４ａや二酸化炭素に限定されず、その他の新冷媒を使用してもよい。つまり、第１実施形態の容量制御弁３００及び第２実施形態の容量制御弁は、従来の空調システムにも適用可能である。

最後に、本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁は、車両用空調システム以外の室内用空調システム等、空調システム全般に適用可能である。

車両用空調システムの冷凍サイクルの概略構成を可変容量縮機の縦断面とともに示す図である。 図１の可変容量圧縮機に適用された第１実施形態の容量制御弁の概略構成を、圧縮機における容量制御弁の接続状態とともに説明するための図である。 図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。 図３中の領域ＩＶの拡大図及び受圧面積と横断面積等との関係を示す図である。 図１の冷凍サイクルにおける弁体の動作特性として、容量制御弁に供給される制御電流とＰｄ−Ｐｓ差圧との関係を示すグラフである。 第２実施形態の容量制御弁における、図３中の領域ＩＶに相当する拡大図である。 第３実施形態の容量制御弁における、図３中の領域ＩＶに相当する拡大図である。 第１実施形態及び第２実施形態の容量制御弁を用いて実行可能な他の吐出容量制御方法における、弁体の動作特性を説明するためのグラフである。

符号の説明

３０１ａ 弁孔
３０６ 弁体
３３８ 弁座
３４６ シール領域

Claims (6)

1. 往復動型可変容量圧縮機の吐出圧力領域とクランク室との間を繋ぐ給気通路に介挿される可変容量圧縮機の容量制御弁において、
   前記往復動型可変容量圧縮機の吸入圧力領域と連通する感圧室、前記給気通路の一部を介して前記クランク室と連通する弁室、前記給気通路の残部を介して前記吐出圧領域と連通し且つ前記弁室に開口した弁孔、前記弁室と前記感圧室との間を延びる挿通孔が区画された弁ハウジングと、
   前記弁ハウジングに設けられ、前記弁孔の開口を囲む弁座と、
   前記弁孔を開閉する弁体と、
   前記弁体に対して電磁力を可変にて作用させるためのソレノイドユニットと
   を備え、
   前記弁体は、
   前記弁室に配置され、円筒形状の外周面、及び、前記外周面の端縁を含み且つ前記弁座に対し線接触に近い状態で当接可能なシール領域を有する一端部と、
   前記挿通孔によって摺動自在に支持され、前記感圧室の圧力及び前記電磁力を前記一端部に伝達する摺動部とを含む
   ことを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁。
2. 前記弁体及び弁座は、前記弁体と前記弁座との間の距離が前記弁体のシール領域から径方向内側に向かうに連れて増大するように成形さ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の容量制御弁。
3. 前記弁座は平面からなり、
   前記弁体は前記シール領域の径方向内側に凹みを有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
4. 前記弁体の一端部の外径は、前記摺動部の外径よりも大であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁を備えることを特徴とする往復動型可変容量圧縮機。
6. 冷媒としての二酸化炭素の圧縮に用いられることを特徴とする請求項５に記載の往復動型可変容量圧縮機。

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