JP2014234826A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、その感圧部が感知する圧力に依存することなくブリード機能を有効に発揮させる。
【解決手段】制御弁１は、パワーエレメント６の作動ロッド３８とは反対側端部に一体に設けられ、副弁座３４に着脱して副弁を開閉する副弁体３６と、副弁体３６を閉弁方向に付勢するスプリング４０と、を備える。そして、ソレノイド３に主弁の制御電流が供給された状態においては副弁体３６が副弁座３４に着座してパワーエレメント６の固定端として機能し、ソレノイド３に制御電流よりも大きい設定値以上の電流が供給されたときには副弁体３６が副弁座３４から離間してパワーエレメント６と一体変位できるよう、スプリング４０の荷重が設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、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。この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部と、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、感圧部による駆動力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、車両のエンジン負荷が大きいときにはソレノイドをオフにすることで弁部を全開状態とし、クランク圧力Ｐｃを高くして揺動板を回転軸に対してほぼ直角にすることで、圧縮機を最小容量で運転させることができる。

そして近年では、このような制御弁として、吐出室とクランク室とを連通させる主通路に主弁を設ける一方、クランク室と吸入室とを連通させる副通路に副弁を設け、それらの弁を単一のソレノイドにより駆動するものも提案されている（例えば特許文献１参照）。この制御弁によれば、空調装置の定常運転時には副弁を閉じた状態で主弁の開度が調整される。それにより、上述のようにクランク圧力Ｐｃを制御し、圧縮機の吐出容量を制御することができる。一方、空調装置の起動時には主弁を閉じた状態で副弁が開かれ、それによりクランク圧力Ｐｃを速やかに低下させることで、圧縮機を比較的速やかに最大容量運転状態へ移行させるいわゆるブリード機能を発揮することができる。

特開２００８−２４０５８０号公報

しかしながら、このような制御弁では、吸入圧力Ｐｓが低いときには感圧部の付勢力が副弁の閉弁方向に大きく作用するため、ソレノイドをオンにしても副弁を速やかに開弁できない、あるいは副弁の開度が十分に得られないといった問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、その感圧部が感知する圧力に依存することなくブリード機能を有効に発揮させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を調整することにより変化させる制御弁である。この制御弁は、吐出室とクランク室とを連通させる主通路と、クランク室と吸入室とを連通させる副通路とが形成されたボディと、主通路に設けられた主弁座と、主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、所定の被感知圧力を感知して主弁の開閉方向に変位する感圧部材を含み、その感圧部材の変位に応じて主弁体に開弁方向の駆動力を付与可能なパワーエレメントと、通電によりパワーエレメントの駆動力に対抗する力を発生可能なソレノイドと、パワーエレメントとソレノイドとの間に配置され、ソレノイドの力をパワーエレメントに伝達するための作動ロッドと、副通路に設けられた副弁座と、パワーエレメントの作動ロッドとは反対側端部に一体に設けられ、副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、副弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備える。そして、ソレノイドに主弁の制御電流が供給された状態においては副弁体が副弁座に着座してパワーエレメントの固定端として機能し、ソレノイドに制御電流よりも大きい設定値以上の電流が供給されたときには副弁体が副弁座から離間してパワーエレメントと一体変位できるよう、付勢部材の付勢力が設定されている。

この態様によると、感圧部が可動パワーエレメントとして構成されるため、副弁体は、ソレノイドによる開弁方向の力と、付勢部材による閉弁方向の力とのバランスにより開閉動作するようになる。すなわち、副弁の開閉に際して被感知圧力の影響が実質的に及ばなくなる。その結果、この態様の制御弁によれば、設定値以上の電流を供給しさえすれば、その感圧部が感知する圧力に依存することなくブリード機能を有効に発揮させることが可能となる。

本発明によれば、感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、その感圧部が感知する圧力に依存することなくブリード機能を有効に発揮させることが可能になる。

第１実施形態に係る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。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 第２実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第３実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を、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実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される図示しない可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の吐出容量を制御する電磁弁として構成されている。この圧縮機は、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。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その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ている。その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、冷媒の吐出量が調整される。制御弁１は、その圧縮機の吐出室からクランク室へ導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。

制御弁１は、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ（「被感知圧力」に該当する）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。制御弁１は、弁本体２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。弁本体２は、圧縮機の運転時に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主弁と、圧縮機の起動時にクランク室の冷媒を吸入室へ逃がすいわゆるブリード弁として機能する副弁とを含む。ソレノイド３は、主弁を開閉方向に駆動してその開度を調整し、クランク室へ導入する冷媒流量を制御する。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主弁および副弁、主弁の開度を調整するためにソレノイド力に対抗する力を発生するパワーエレメント６等を備えている。パワーエレメント６は、「感圧部」として機能する。

ボディ５には、その上端側からポート１２，１４，１６，１８が設けられている。ポート１２および１８は「クランク室連通ポート」として機能し、圧縮機のクランク室に連通する。ポート１４は「吸入室連通ポート」として機能し、圧縮機の吸入室に連通する。ポート１６は「吐出室連通ポート」として機能し、圧縮機の吐出室に連通する。ボディ５の上端開口部を閉じるように端部材１３が固定されている。端部材１３にはボディ５の内外を連通する複数の連通孔が設けられ、それらの連通孔がポート１２を構成している。ボディ５の下端部はソレノイド３の上端部に連結されている。

ボディ５内には、ポート１６とポート１８とを連通させる主通路と、ポート１２とポート１４とを連通させる副通路とが形成されている。主通路には主弁が設けられ、副通路には副弁が設けられる。制御弁１は、一端側から副弁、パワーエレメント６、主弁、ソレノイド３が順に配置される構成を有する。主通路には主弁孔２０と主弁座２２が設けられる。副通路には副弁孔３２と副弁座３４が設けられる。

ポート１６は、吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１８は、圧縮機の定常動作時に主弁を経由した冷媒をクランク室へ向けて導出する。一方、ポート１２は、圧縮機の起動時にクランク室から排出されたクランク圧力Ｐｃの冷媒を導入する。このとき導入された冷媒は、副弁に導かれる。ポート１４は、圧縮機の定常動作時に吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する一方、圧縮機の起動時には副弁を経由した冷媒を吸入室へ向けて導出する。ポート１６には、環状のストレーナ１５が取り付けられている。ストレーナ１５は、ボディ５の内部への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。

ポート１６とポート１８との間に主弁孔２０が設けられ、その下端開口部に主弁座２２が形成されている。ポート１６とポート１４との間にはガイド孔２５が設けられている。ボディ５の下部（ポート１８の主弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２６が設けられている。ボディ５の下半部には、円筒状の主弁体３０が挿通されている。主弁体３０は、その一端側がガイド孔２５に摺動可能に支持され、他端側がガイド孔２６に摺動可能に支持される態様で、ボディ５により２点支持されている。主弁体３０がポート１８側から主弁座２２に着脱することにより主弁を開閉し、吐出室からクランク室へ流れる冷媒流量を調整する。

一方、ボディ５におけるポート１２とポート１４との間には、リング状の弁座形成部材３１が圧入されている。その弁座形成部材３１の内方に副弁孔３２が設けられ、その上端開口部に副弁座３４が形成されている。弁座形成部材３１のポート１２側には、円板状の副弁体３６が配設されている。副弁体３６が副弁座３４に着脱することにより副弁を開閉する。副弁体３６は、副通路をポート１２に連通する容量室３７とポート１４に連通する作動室３９とに区画する。副弁体３６と端部材１３との間には、副弁体３６を閉弁方向に付勢するスプリング４０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

また、ボディ５の軸線に沿って長尺状の作動ロッド３８が設けられている。作動ロッド３８の上端部は、伝達部材３３を介してパワーエレメント６と作動連結可能に接続される。作動ロッド３８の下端部は、ソレノイド３の後述するプランジャ５０に作動連結可能に接続されている。作動ロッド３８の上半部は主弁体３０を貫通し、その上端部にて伝達部材３３を下方から支持する。伝達部材３３には、内外を連通させる連通孔３５が設けられている。連通孔３５は、主弁体３０の内部通路４３と作動室３９とを連通させる。主弁体３０とソレノイド３との間には、主弁体３０を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング４２（「他の付勢部材」として機能する）が介装されている。

パワーエレメント６は、作動室３９に配置され、副弁体３６と伝達部材３３との間に挟持されている。パワーエレメント６は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位するベローズ４５（「感圧部材」として機能する）を含み、そのベローズ４５の変位に応じて主弁体３０に開弁方向の駆動力を付与する。この駆動力は、伝達部材３３を介して主弁体３０に伝達される。パワーエレメント６と伝達部材３３との間には、伝達部材３３を主弁体３０側に付勢するスプリング４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。本実施形態では、スプリング４４の荷重がスプリング４２の荷重よりも大きく設定され、スプリング４０の荷重がスプリング４４の荷重よりもさらに大きく設定されている。ボディ５の下端部とソレノイド３との間には、圧力室２４が形成されている。作動室３９の吸入圧力Ｐｓは、連通孔３５および内部通路４３を介して圧力室２４に導入される。

一方、ソレノイド３は、段付円筒状のコア４６と、コア４６の下端開口部を封止するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ４８と、スリーブ４８に収容されてコア４６と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ５０と、コア４６およびスリーブ４８に外挿された円筒状のボビン５２と、ボビン５２に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル５４と、電磁コイル５４を外方から覆うように設けられ、ヨークとしても機能する円筒状のケース５６と、ケース５６の下端開口部を封止するように設けられた端部材５８とを備える。なお、本実施形態においては、ボディ５、コア４６、ケース５６および端部材５８が制御弁１全体のボディを形成している。

弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の下端部がコア４６の上端開口部に圧入されることにより固定されている。コア４６と主弁体３０との間に圧力室２４が形成されている。コア４６の上端部にはリング状の軸支部材６０が圧入されており、作動ロッド３８は、その軸支部材６０によって軸線方向に摺動可能に支持されている。軸支部材６０の外周面の所定箇所には、軸線に平行な連通溝が形成されている。圧力室２４の吸入圧力Ｐｓは、その連通溝、作動ロッド３８とコア４６との間隙により形成される連通路６２を通ってスリーブ４８の内部にも導かれる。

連通路６２は、スリーブ４８内をオイルダンパ室とするためのオリフィスとして機能する。すなわち、本実施形態では、制御弁１の製造工程において、圧縮機の潤滑用として冷媒に含まれるオイルと同種のオイルを予めスリーブ４８内に入れておく。本実施形態では、軸支部材６０に設けられた連通溝が、スリーブ４８へのオイルの出入りに対して抵抗となる絞り通路として機能する。このような構成により、スリーブ４８をオイルダンパ室として機能させることができ、そのスリーブ４８に配置されたプランジャ５０の微小振動などが抑制される。その結果、そのような微小振動による騒音の発生が防止または抑制される。なお、変形例においては、連通路６２が、スリーブ４８へのオイルの出入りに対して抵抗となる絞り通路として機能するようにしてもよい。すなわち、軸支部材６０に設けられた連通溝および連通路６２の少なくとも一方が、絞り通路として機能するようにすればよい。

スリーブ４８は非磁性材料からなる。プランジャ５０の側面には軸線に平行な複数の連通溝６６が設けられ、プランジャ５０の下端面には半径方向に延びて内外を連通する複数の連通溝６８が設けられている。このような構成により、図示のようにプランジャ５０が下死点に位置しても、吸入圧力Ｐｓがプランジャ５０とスリーブ４８との間隙を通って背圧室７０に導かれるようになっている。

ボビン５２からは電磁コイル５４につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５８を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材５８は、ケース５６に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部材５８は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成され、その樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙にも満たされている。このように樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル５４で発生した熱をケース５６に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部材５８からは接続端子７２の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。

スプリング４４は、コア４６とプランジャ５０とを両者を互いに離間させる方向に付勢するオフばねとしても機能する。なお、作動ロッド３８の下端部についてはプランジャ５０に圧入固定してもよいが、当接させるだけでもよい。伝達部材３３とパワーエレメント６との間にスプリング４４（オフばね）を設けているため、作動ロッド３８とプランジャ５０との圧入固定を省略しても問題ないからである。むしろ、このような圧入固定をなくすことにより、作動ロッド３８およびプランジャ５０の各部品加工性およびそれらの組立性を向上させることができる。

作動ロッド３８は、プランジャ５０により下方から支持され、伝達部材３３を介して主弁体３０と作動連結可能に構成される一方、伝達部材３３およびパワーエレメント６を介して副弁体３６と作動連結可能に構成されている。作動ロッド３８は、コア４６とプランジャ５０との吸引力であるソレノイド力を、主弁体３０および副弁体３６に適宜伝達する。一方、作動ロッド３８には、パワーエレメント６の伸縮作動による駆動力（「感圧駆動力」ともいう）がソレノイド力と対抗するように負荷される。すなわち、主弁の制御状態においては、ソレノイド力と感圧駆動力とにより調整された力が伝達部材３３を介して主弁体３０に作用し、主弁の開度を適切に制御する。

なお、スプリング４０の荷重が十分に大きく設定されているため、主弁の制御状態においては基本的に副弁は開かない。すなわち、ソレノイド３に主弁の制御電流が供給された状態においては、副弁体３６が副弁座３４に着座してパワーエレメント６の固定端として機能するようになる。このため、ベローズ４５が吸入圧力Ｐｓの大きさに応じて主弁の開弁方向に安定に伸長または収縮することができる。その結果、主弁体３０の動作も安定し、主弁の開度が安定に調整されるようになる。

一方、主弁の閉時には、ソレノイド力の大きさに応じて作動ロッド３８が主弁体３０に対して相対変位し、副弁を開弁させることができる。すなわち、ソレノイド３に主弁の制御電流よりも大きい設定値以上の電流（起動電流）が供給されると、ソレノイド力がスプリング４０の荷重に打ち勝ち、パワーエレメント６および副弁体３６を一体的に押し上げる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁が開弁する。それにより、ブリード機能が発揮される。言い換えれば、ソレノイド３に設定値以上の電流が供給されたときに副弁体３６が副弁座３４から離間してパワーエレメント６と一体変位できるよう、スプリング４０の荷重が設定されている。本実施形態では、主弁の制御電流を０．６８Ａまでの範囲に設定し、上記設定値を０．８Ａに設定しているが、それ以外の電流値範囲を設定してもよい。なお、本実施形態では制御弁１の起動時にソレノイド３に対してその設定値以上の起動電流を供給することにより副弁を開き、ブリード機能を発揮させるが、制御弁１の起動時以外（例えば主弁の制御時）にも必要に応じて副弁を開弁させてもよい。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
主弁体３０は、その中間部に設けられたテーパ状の段部にて主弁座２２に着脱し、主弁を開閉する。主弁体３０の上端部の内径がやや拡径され、伝達部材３３を下方から係止可能な係止部７４が形成されている。伝達部材３３は、有底円筒状をなし、その下端開口部に半径方向外向きに延出するフランジ部７６が設けられている。伝達部材３３は、そのフランジ部７６において係止部７４に着脱する。連通孔３５は、伝達部材３３の側部に設けられている。作動ロッド３８は、その上部が縮径し、主弁体３０を貫通する。作動ロッド３８の上端部が伝達部材３３に収容され、その先端面が伝達部材３３の底部に当接するようにして接続される。

パワーエレメント６は、ベース部材８４とベローズ４５を含んで構成される。ベース部材８４は、金属材をプレス成形して有底円筒状に構成されており、その上端開口部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。ベローズ４５は、蛇腹状の本体の下端部が閉止され、上端開口部がフランジ部８６の下面に気密に溶接されている。ベローズ４５の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、ベローズ４５とフランジ部８６との間に、ベローズ４５を伸長方向に付勢するスプリング８８が介装されている。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。ベローズ４５は、ベース部材８４の本体を軸芯として伸縮する。ベローズ４５は、フランジ部８６とは反対側端部が伝達部材３３に支持されている。一方、ベース部材８４の上端面（ベローズ４５とは反対側面）に副弁体３６が当接するように設けられている。

すなわち、パワーエレメント６および副弁体３６が、端部材１３と伝達部材３３との間に弾性的に支持されている。ベース部材８４の本体は、ベローズ４５の内方をその底部近傍まで延在し、その底部がベローズ４５の底部に近接配置される。伝達部材３３は、その上端面がベローズ４５の下端面と当接可能となっている。ベローズ４５は、作動室３９の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（主弁の開閉方向）に伸長または収縮する。ただし、その差圧が大きくなってもベローズ４５が所定量収縮すると、ベース部材８４の本体が当接して係止されるため、その収縮は規制される。

副弁体３６の中央部には、挿通孔９０が設けられている。端部材１３の下面中央からは下方に向けて円柱状の軸部９２が延設されている。軸部９２の軸線と作動ロッド３８の軸線とが一致するように構成されている。軸部９２は挿通孔９０を貫通してベース部材８４の上部に部分的に挿通されている。このような構成により、ベース部材８４が軸部９２に摺動するようにして、パワーエレメント６が安定に支持されつつ軸線方向に変位可能とされている。そして、端部材１３のボディ５への圧入量を調整することにより、スプリング４０の荷重（副弁を開弁させるための設定荷重）を調整できるようにされている。

本実施形態においては、主弁体３０のガイド孔２５との摺動部の有効受圧径Ａ（シール部径）と、主弁体３０の主弁における有効受圧径Ｂ（シール部径）とが等しく設定されている。このため、主弁体３０に作用する吐出圧力Ｐｄの影響がキャンセルされる。また、主弁体３０のガイド孔２６との摺動部の有効受圧径Ｃ（シール部径）は、有効受圧径Ａ，Ｂよりもやや大きいものの、ほぼ等しく設定されている。このため、主弁の制御状態において主弁体３０に直接作用するクランク圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響も実質的にキャンセルされる。その結果、主弁の制御状態において、主弁体３０は、作動室３９にてパワーエレメント６が受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能する。

このように、有効受圧径Ａ，Ｂ，Ｃをほぼ等しくするとともに、主弁体３０の内部通路４３を上下に貫通させることで、主弁体３０に作用する圧力（Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓ）の影響をキャンセルすることができる。すなわち、伝達部材３３，主弁体３０，作動ロッド３８およびプランジャ５０の結合体の前後（図では上下）の圧力を同じ圧力（吸入圧力Ｐｓ）とすることができ、それにより圧力キャンセルが実現される。これにより、ベローズ４５の径に依存することなく主弁体３０の径を設定することができる。すなわち、ベローズ４５の有効受圧径を有効受圧径Ａ，Ｂ，Ｃと等しくしてもよいし、大きくあるいは小さくしてもよい。このため、ベローズ４５や主弁体３０の設計自由度が高い。

このような構成において、制御弁１の安定した制御状態においては、作動室３９の吸入圧力Ｐｓが所定の設定圧力Ｐsetとなるよう主弁が自律的に動作する。この設定圧力Ｐsetは、基本的にはスプリング４２，４４，８８のばね荷重によって予め調整され、蒸発器内の温度と吸入圧力Ｐｓとの関係から、蒸発器の凍結を防止できる圧力値として設定される。設定圧力Ｐsetは、ソレノイド３への供給電流（設定電流）を変えることにより変化させることができる。

一方、制御弁１の起動時等においてソレノイド３に設定値以上の電流が供給されると、スプリング４０の荷重に打ち勝つソレノイド力がパワーエレメント６を介して副弁体３６に付与される。その結果、副弁体３６と副弁座３４とを離間させて副弁を開くことができる。すなわち、制御弁１は、ソレノイド３の駆動力を用いて副弁を強制的に開弁させるための「強制開弁機構」を有する。

次に、制御弁の動作について説明する。
図３〜図５は、制御弁の動作を表す図であり、図２に対応する。既に説明した図２は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図３および図４は、制御弁の起動時等にブリード機能を動作させたときの状態を示している。図３は吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示し、図４は吸入圧力Ｐｓが低いときの状態を示している。図５は、比較的安定した制御状態を示している。以下では図１に基づき、適宜図２〜図５を参照しつつ説明する。

制御弁１においてソレノイド３が非通電のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しない。一方、通常の環境下では吸入圧力Ｐｓは比較的高い状態にある。このため、図２に示すように、ベローズ４５が縮小した状態でスプリング４４の付勢力が伝達部材３３を介して主弁体３０に伝達される。その結果、主弁体３０が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。このとき、パワーエレメント６は実質的に機能せず、副弁体３６には開弁方向の力が作用しない。このため、副弁は閉弁状態を維持する。

一方、自動車用空調装置の起動時にソレノイド３の電磁コイル５４に上記設定値以上の起動電流が供給されると、例えば図３に示すように、ソレノイド力がスプリング４０の付勢力に打ち勝ち、パワーエレメント６および副弁体３６が一体的に押し上げられる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁が開かれ、ブリード機能が有効に発揮される。この動作過程で作動ロッド３８により伝達部材３３が押し上げられるため、主弁体３０がスプリング４２の付勢力により押し上げられて主弁座２２に着座する。その結果、主弁は閉弁状態となる。すなわち、ソレノイド３に起動電流が供給されると、主弁が閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制すると同時に副弁が直ちに開いてクランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。

また、例えば車両が低温環境下におかれた場合のように、吸入圧力Ｐｓが低く、図４に示すようにベローズ４５が伸長した状態においても、ソレノイド３に上記設定値以上の起動電流を供給することで副弁を開弁させることができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。すなわち、図３および図４に示す状態においては、副弁体３６がパワーエレメント６の固定端として機能しなくなり、パワーエレメント６が宙づりの状態となるため、パワーエレメント６の駆動力がソレノイド力に対抗することは実質的にない。このため、副弁を開くためにはスプリング４０の荷重に打ち勝つだけのソレノイド力を発生させればよい。つまり、ソレノイド３に上記設定値以上の電流を供給すれば足りる。

ソレノイド３に供給される電流値が主弁の制御電流値範囲にあるときには、スプリング４０の荷重がソレノイド力に比べて十分に大きいため、図５に示すように、副弁体３６が副弁座３４に着座し、副弁は閉弁状態を維持する。一方、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ４５が伸長し、主弁体３０が動作して主弁の開度を調整する。このとき、主弁体３０は、スプリング４４による開弁方向の力と、スプリング４２による閉弁方向の力と、閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓに応じたパワーエレメント６による開弁方向の力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、例えば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、ベローズ４５が縮小するため、主弁体３０が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、ベローズ４５が伸長する。その結果、パワーエレメント６が主弁体３０を開弁方向に付勢して主弁の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持される。

このような定常制御が行われている間にエンジンの負荷が大きくなり、空調装置への負荷を低減させたい場合、制御弁１においてソレノイド３がオンからオフに切り替えられる。そうすると、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しなくなるため、スプリング４４の付勢力により主弁体３０が主弁座２２から離間し、主弁が全開状態となる。このとき、副弁体３６は副弁座３４に着座しているため、副弁は閉弁状態となる。それにより、圧縮機の吐出室からポート１４に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１２からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

以上に説明したように、本実施形態では、ソレノイド３に供給する電流値に応じてパワーエレメント６の基端部を固定または可動とする構成とした。すなわち、主弁の制御状態においては副弁体３６がパワーエレメント６の固定端として機能し、ソレノイド３に設定値以上の電流が供給されたときには副弁体３６がパワーエレメント６と一体変位できるようにスプリング４０の荷重を設定した。これにより、ソレノイド３に設定値以上の電流を供給しさえすれば、パワーエレメント６が感知する吸入圧力Ｐｓに依存することなく副弁を開き、ブリード機能を有効に発揮させることが可能となる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

制御弁２０１は、その組立後にパワーエレメント２０６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を容易に調整できるように構成されている点、および主弁体２３０の摺動部に異物の噛み込みによるロックが発生した場合に、それを解除するロック解除機構が設けられている点で第１実施形態とは異なる。制御弁２０１は、弁本体２０２とソレノイド２０３とを一体に組み付けて構成される。なお、本実施形態においても、ボディ２０５、コア２４６、ケース５６および端部材５８が制御弁２０１全体のボディを形成している。

本実施形態では、ポート１６，１８の位置が、第１実施形態とは上下逆となっている。すなわち、主弁体２３０に対向配置されるポートとして、ソレノイド２０３に対して相対的に近い側に吐出圧力Ｐｄを導入するポートが配置され、相対的に離れた側にクランク圧力Ｐｃを導出するポートが配置されている。コア２４６の上端部には、第１実施形態のような軸支部材６０は設けられていない。

パワーエレメント２０６は、第１実施形態のパワーエレメント６を上下に反転したような態様でボディ２０５に配設される。ベローズ２４５の上面中央には凸部が設けられている。一方、副弁体２３６は、段付円板状をなし、その下面中央にはベローズ２４５の上面と相補形状の係合部２３７が設けられている。副弁体２３６とベローズ２４５とが係合することにより、両者の位置決めがなされるように構成されている。パワーエレメント２０６は、そのベース部材８４が伝達部材３３により下方から支持されている。スプリング４４は、ベース部材８４と伝達部材３３との間に介装されている。

副弁孔３２および副弁座３４は、ボディ２０５に一体成形されている。副弁体２３６は、その下端開口部の端面にて副弁座３４に着脱する。ボディ２０５の上端部には端部材２１３が固定されている。端部材２１３は、リング状をなし、ボディ２０５の上端開口部が加締められることにより固定されている。端部材２１３と副弁体２３６との間には、副弁体２３６を閉弁方向に付勢するスプリング２４０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング２４０は円錐形状をなし、小径の端部が副弁体２３６に接続され、大径の端部が端部材２１３に接続されている。これにより、パワーエレメント２０６の設定荷重を調整するための工具をボディ２０５の上端開口部から挿入し易くなっている。すなわち、本実施形態では、制御弁２０１を組み立てた後、副弁体２３６の上面中央部を変形させることにより、パワーエレメント２０６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を容易に調整できるようにされている。

主弁体２３０の上部には隔壁２７０が設けられている。隔壁２７０は、その下面にて作動ロッド２３８と適宜係合連結可能な「被係合部」として機能する。作動ロッド２３８は、その上部が縮径し、隔壁２７０の中央に設けられた挿通孔を貫通する。作動ロッド２３８には、その縮径部の段差により係合部２７２が構成される。隔壁２７０の挿通孔の周囲には、冷媒を通過させるための複数の貫通孔２７６が形成されている。なお、作動ロッド２３８は、伝達部材３３が係止部７４に着座した状態においては、係合部２７２が隔壁２７０から少なくとも所定間隔Ｌをあけて離間するように段差の位置が設定されている。この所定間隔Ｌは、いわゆる「遊び」として機能する。

ソレノイド力を大きくすると、作動ロッド２３８を主弁体２３０に対して相対変位させて伝達部材３３を押し上げることができる。それにより、副弁体３６と副弁座３４とを離間させて副弁を開くことができる。また、係合部２７２と隔壁２７０とを係合（当接）させた状態でソレノイド力を主弁体２３０に直接伝達することができ、主弁体２３０を主弁の閉弁方向に大きな力で押圧することができる。この構成は、主弁体２３０とガイド孔２５，２６との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体２３０がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。

本実施形態においても、主弁の制御状態においては副弁体２３６がパワーエレメント２０６の固定端として機能し、ソレノイド２０３に設定値以上の電流が供給されたときには副弁体２３６がパワーエレメント２０６と一体変位できるようにスプリング２４０の荷重が設定されている。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。そしてさらに、制御弁２０１の組み付けが概ね完了した状態で副弁体２３６の中央部を軸線方向に変形させることで、スプリング８８の設定荷重を微調整することができ、設定圧力Ｐsetを正確に調整することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。以下では第１，第２実施形態との相異点を中心に説明する。同図において第１，第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

制御弁３０１は、ポート１２，１４の位置が異なる以外は第２実施形態の制御弁２０１とほぼ同様の構成を有する。制御弁３０１は、弁本体３０２とソレノイド２０３とを一体に組み付けて構成される。なお、本実施形態においても、ボディ３０５、コア２４６、ケース５６および端部材５８が制御弁３０１全体のボディを形成している。

ボディ３０５の上端開口部にポート１４が設けられ、側部にポート１２が設けられている。ポート１２にも環状のストレーナ３１５が取り付けられている。ストレーナ３１５は、ボディ３０５の内部への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。作動室３９の下部に副弁孔３２および副弁座３４が設けられている。副弁体３３６は、有底円筒状をなし、その上底部に係合部２３７を有する。副弁体３３６は、第２実施形態の副弁体２３６よりも軸線方向に大きく構成され、その内方に作動室３９を区画する。副弁体３３６は、ボディ３０５の上部に設けられたガイド孔３２５に摺動可能に支持され、軸線方向に動作可能となっている。副弁体３３６の下端開口部が副弁座３４に着脱して副弁を開閉する。副弁体３３６の上底部の周縁部には、ポート１４と作動室３９とを連通させるための複数の連通孔３４０が設けられている。副弁が開弁されると、クランク室からポート１２を介して導入された冷媒が、副弁、作動室３９、連通孔３４０、ポート１４を経て吸入室へリリーフされ、それによりブリード機能が発揮される。

本実施形態においては、副弁体３３６のガイド孔３２５との摺動部の有効受圧径Ｄ（シール部径）と、副弁体３３６の副弁における有効受圧径Ｅ（シール部径）とが等しく設定されている（「キャンセル構造」に該当する）。このため、副弁体３３６に作用するクランク圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。

本実施形態においても、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、副弁体３３６にはクランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が作用しないため、副弁体３３６に作用する閉弁方向の力が実質的にスプリング２４０の荷重のみとなる。すなわち、副弁体３３６の開閉作動が冷媒圧力に依存しないため、副弁を開弁させるためのソレノイド力の設定値（つまり電流設定値）をスプリング２４０の荷重に基づいて正確に設定することができる。さらに、クランク圧力Ｐｃが導入されるポート１２と、クランク圧力Ｐｃが導出されるポート１８とが近接配置されることから、これらのポートを圧縮機側の共用の通路に接続することもできる。すなわち、圧縮機側の通路構造を簡素にすることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施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。

上記第１実施形態では述べなかったが、図２等に示したポート１６とポート１８とを入れ替えてもよい。すなわち、主弁体３０に対向配置されるポートとして、ソレノイド３に対して相対的に近い側に吐出圧力Ｐｄを導入するポートを配置し、相対的に離れた側にクランク圧力Ｐｃを導出するポートを設けてもよい。

上記第１実施形態では述べなかったが、第２，第３実施形態と同様のロック解除機構を設けてもよい。逆に、第２，第３実施形態におけるロック解除機構を省略してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、作動ロッド３８，２３８と伝達部材３３とを固定してもよい。あるいは、作動ロッド３８，２３８の先端部に伝達部材３３と同様に機能する伝達部を一体成形してもよい。

上記実施形態では、制御弁として、吸入圧力Ｐｓが満たされる作動室にパワーエレメントを配置し、吸入圧力Ｐｓを直接感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁を例示した。変形例においては、クランク圧力Ｐｃが満たされる容量室にパワーエレメントを配置する一方、クランク圧力Ｐｃをキャンセルする構造を採用することで、実質的に吸入圧力Ｐｓを感知して動作するＰｓ感知弁として構成してもよい。

上記各実施形態では、制御弁として、被感知圧力として吸入圧力Ｐｓを感知するいわゆるＰｓ感知弁を示したが、クランク圧力Ｐｃを感知するいわゆるＰｃ感知弁として構成してもよい。その場合、ポート１４をクランク室に連通させる。

上記実施形態では、パワーエレメント６，２０６を構成する感圧部材としてベローズ４５，２４５を採用する例を示したが、ダイヤフラムを採用してもよい。その場合、その感圧部材として必要な動作ストロークを確保するために、複数のダイヤフラムを軸線方向に連結する構成としてもよい。

上記実施形態では、スプリング４０，４２，４４，８８，２４０等に関し、付勢部材としてスプリング（コイルスプリング）を例示したが、ゴムや樹脂等の弾性材料、あるいは板ばね等の弾性機構を採用してもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では、ベローズ４５，２４５の内部の基準圧力室Ｓを真空状態としたが、大気を満たしたり、基準となる所定のガスを満たすなどしてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄ、クランク圧力Ｐｃ、および吸入圧力Ｐｓのいずれかを満たすようにしてもよい。そして、パワーエレメントが適宜ベローズの内外の圧力差を感知して作動する構成としてもよい。また、上記実施形態では、主弁体が直接受ける圧力Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓをキャンセルする構成としたが、これらの少なくともいずれかの圧力をキャンセルしない構成としてもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

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、 １２，１４，１６，１８ ポート、 ２０ 主弁孔、 ２２ 主弁座、 ３０ 主弁体、 ３１ 弁座形成部材、 ３２ 副弁孔、 ３３ 伝達部材、 ３４ 副弁座、 ３６ 副弁体、 ３８ 作動ロッド、 ３９ 作動室、 ４０，４２ スプリング、 ４３ 内部通路、 ４４ スプリング、 ４５ ベローズ、 ２０１ 制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０３ ソレノイド、 ２０５ ボディ、 ２０６ パワーエレメント、 ２３０ 主弁体、 ２３６ 副弁体、 ２３８ 作動ロッド、 ２４０ スプリング、 ２４５ ベローズ、 ３０１ 制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３０５ ボディ、 ３３６ 副弁体。

Claims (7)

1. 吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、前記吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁であって、
   前記吐出室と前記クランク室とを連通させる主通路と、前記クランク室と前記吸入室とを連通させる副通路とが形成されたボディと、
   前記主通路に設けられた主弁座と、
   前記主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、
   所定の被感知圧力を感知して前記主弁の開閉方向に変位する感圧部材を含み、その感圧部材の変位に応じて前記主弁体に開弁方向の駆動力を付与可能なパワーエレメントと、
   通電により前記パワーエレメントの駆動力に対抗する力を発生可能なソレノイドと、
   前記パワーエレメントと前記ソレノイドとの間に配置され、前記ソレノイドの力を前記パワーエレメントに伝達するための作動ロッドと、
   前記副通路に設けられた副弁座と、
   前記副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、
   前記副弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記ソレノイドに前記主弁の制御電流が供給された状態においては前記副弁体が前記副弁座に着座して前記パワーエレメントの固定端として機能し、前記ソレノイドに前記制御電流よりも大きい設定値以上の電流が供給されたときには前記副弁体が前記副弁座から離間して前記パワーエレメントと一体変位できるよう、前記付勢部材の付勢力が設定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. 前記副弁体が、前記パワーエレメントの前記作動ロッドとは反対側端部に一体に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。
3. 前記主弁体を閉弁方向に付勢する他の付勢部材を備え、
   前記主弁体には軸線方向に延びる内部通路が設けられ、
   前記作動ロッドが前記内部通路に挿通されるように設けられ、前記パワーエレメントの作動状態に応じて前記主弁体と一体変位又は相対変位可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記副弁体により区画されて前記吸入室の吸入圧力が満たされる作動室に前記パワーエレメントが配置され、
   前記感圧部材は、前記吸入圧力を前記被感知圧力として感知し、
   前記主弁体の内部通路と前記作動室とが連通され、前記主弁体に直接作用する前記吸入圧力の影響が実質的にキャンセルされ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。
5. 前記感圧部材と前記主弁体との間に設けられ、前記パワーエレメントの駆動力を前記主弁体に伝達可能な伝達部材を備え、
   前記伝達部材に前記内部通路と前記作動室とを連通させるための連通孔が設けら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。
6. 前記副弁体に作用する圧力の影響をキャンセルするためのキャンセル構造をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記ボディには、前記吐出室の冷媒を前記主通路に導入するための吐出室連通ポートと、前記主弁を経た冷媒を前記クランク室へ導出するための第１クランク室連通ポートと、前記クランク室の冷媒を前記副通路に導入するための第２クランク室連通ポートと、前記副弁を経た冷媒を前記吸入室に導出するための吸入室連通ポートとが設けられ、
   前記第１クランク室連通ポートと前記第２クランク室連通ポートとが、前記ボディにおいて隣接するように各ポートが配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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