JP2016075245A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルに用いる冷媒が高圧となる場合であっても、可変容量圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止する。
【解決手段】ある態様の制御弁は、可変容量圧縮機のハウジングに形成された取付孔１６２に先端側から収容されて組み付けられる。ボディと取付孔１６２との間隙を介した冷媒の外部漏れを規制するための樹脂製のＯリング８６と、ソレノイド３に外挿されるようにして組み付けられ、ソレノイド３と取付孔１６２との間隙を介した外部からの水分の侵入を規制するための樹脂製のＯリング８８と、取付孔１６２におけるＯリング８６とＯリング８８との間の空間Ｓの圧力Ｐｐが設定圧力以上となった場合に、Ｏリング８８のシール性能を低下させてその圧力を大気に開放させるための低強度部７１と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御可能な制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルには、一般に、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）が用いられる。この圧縮機の容量制御には、ソレノイド駆動の制御弁が用いられることが多い（例えば特許文献１参照）。

この圧縮機は、エンジンによって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。圧縮機のハウジングにはその冷媒通路に通じる取付孔が設けられ、制御弁がその取付孔に先端側（ソレノイドとは反対側）から挿入されるように取り付けられる。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に導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御し、圧縮機の吐出容量を変化させる。

このような制御弁は、取付孔の形状に合わせて先端に向けて段階的に小径化する外形状を有し、その外周面には複数のシールリングが嵌着されている。これらのシールリングには、取付孔の奥方に配置されて冷媒通路からの冷媒の外部漏れを規制するための第１シールリングと、取付孔の開口部近傍に配置されて外部からの水分の侵入を規制するための第２シールリングが含まれる。この制御弁は、取付孔の開口部にワッシャ等の固定部材を組み付けることにより後方から支持され、その取付孔内に安定に保持される。

特開２００９−２９９６７４号公報

ところで近年、地球温暖化の問題もあり、冷凍サイクルに用いる冷媒を従来の代替フロンから二酸化炭素等へ移行させる提案がなされている。しかしながら、例えば二酸化炭素を使用する冷凍サイクルでは、冷媒をその臨界温度を超える超臨界域まで昇圧させることになるため、冷媒の圧力が非常に高くなる。また、二酸化炭素は、代替フロンと比べてシールリングを透過し易い性質を有する。このため、第１シールリングを透過した冷媒が、第１シールリングと第２シールリングとの間の空間を高圧にし、第２シールリングを介して制御弁を外部へ押し出す方向の力を作用させる可能性がある。固定部材の強度によっては、制御弁を取付孔内に安定に保持することが困難となる可能性がある。

本発明の目的は、冷凍サイクルに用いる冷媒が高圧となる場合であっても、可変容量圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することにある。

本発明のある態様は、可変容量圧縮機における冷媒の流れを制御するためにその可変容量圧縮機のハウジングに形成された取付孔に先端側から収容されて組み付けられる制御弁である。この制御弁は、冷媒が導入又は導出される複数のポートと、冷媒を通過させる冷媒通路と、その冷媒通路の途中に設けられた弁孔とを有するボディと、弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、ボディの後端側に設けられ、供給される電流量に応じて弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、ボディに外挿されるようにして組み付けられ、ボディと取付孔との間隙を介した冷媒の外部漏れを規制するための樹脂製の第１シールリングと、ソレノイドに外挿されるようにして組み付けられ、ソレノイドと取付孔との間隙を介した外部からの水分の侵入を規制するための樹脂製の第２シールリングと、取付孔における第１シールリングと第２シールリングとの間の空間の圧力が設定圧力以上となった場合に、第２シールリングのシール性能を低下させてその圧力を大気に開放させるための圧力応動部と、を備える。

この態様によると、取付孔における第１シールリングと第２シールリングとの間の空間の圧力が設定圧力以上となった場合に、圧力応動部が第２シールリングのシール性能を低下させてその圧力を大気に開放させる。このため、冷媒が高圧となる場合であっても、その空間の圧力が過大になることはなく、圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することができる。

本発明によれば、冷凍サイクルに用いる冷媒が高圧となる場合であっても、可変容量圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することができる。

第１実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを表すシステム図である。 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２の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁が圧縮機に取り付けられた状態を表す部分断面図である。 図４の下半部の拡大図である。 第２実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。 第３実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。 第４実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。

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実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを表すシステム図である。 本実施形態の空調装置は、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とするいわゆる超臨界冷凍サイクルを備える。この空調装置は、冷凍サイクルを循環する気相状態の冷媒を圧縮する可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）１０１、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒を冷却する外部熱交換器としてのガスクーラ１０２、冷却された冷媒を断熱膨張させて減圧する膨張装置１０３、膨張された冷媒を蒸発させて蒸発潜熱を奪って車室内の空気を冷却する蒸発器１０４、蒸発された冷媒を気液分離し、分離された気相状態の二酸化炭素を圧縮機１０１に戻す受液器１０５を備える。

圧縮機１０１は、クランク室１１６内に回転自在に支持された図示しない回転軸を有する。この回転軸には揺動板が傾斜角可変に設けられており、その回転軸の一端はクランク室１１６の外部に延出してプーリを介してエンジンの出力軸と接続されている。この回転軸の周りには複数のシリンダ１１２が配設され、各シリンダ１１２には揺動板の回転運動により往復運動を行うピストンが配置されている。各シリンダ１１２は、吸入弁を介して吸入室１１０に接続され、吐出弁を介して吐出室１１４に接続されている。圧縮機１０１は、吸入室１１０を介してシリンダ１１２に導入された冷媒を圧縮し、吐出室１１４を介して吐出する。

圧縮機１０１の揺動板の角度は、クランク室１１６内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板につながるピストンの両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この揺動板の角度は、クランク室１１６に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃを変化させ、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によって連続的に変えられる。この揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量が調整される。クランク圧力Ｐｃは、圧縮機１０１の吐出室１１４とクランク室１１６との間に設けられた制御弁１により制御される。

すなわち、圧縮機１０１の吐出冷媒の一部は、制御弁１を介してクランク室１１６内に導入され、圧縮機１０１の容量制御に供される。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部１２０により通電制御される。本実施形態では、制御部１２０が駆動回路１２２に所定のデューティ比に設定されたパルス信号を出力し、駆動回路１２２からそのデューティ比に対応した電流パルスを出力させてソレノイドを駆動する。制御弁１は、圧縮機１０１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室１１４からクランク室１１６に導入する冷媒流量を調整する。これにより、圧縮機１０１の吐出容量が変化する。すなわち、制御弁１は、いわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として機能する。

クランク室１１６と吸入室１１０とを連通する冷媒通路１１８にはオリフィス１１９が設けられ、クランク室１１６内の冷媒を吸入室１１０側へ漏洩させ、クランク圧力Ｐｃが過度に高まらないようにされている。また、圧縮機１０１における吐出室１１４と冷媒出口との間の冷媒通路には、逆止弁１３０が設けられている。

制御部１２０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１２０は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１２０は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器１０４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧を維持するためのソレノイド力が得られるよう制御弁１への通電制御を行う。車両の加速時や登坂走行時などのエンジンの高負荷状態において圧縮機１０１の負荷トルク低減を目的とする加速カット要求があると、制御部１２０は、その通電を遮断又は所定の下限値に抑制して、可変容量圧縮機を最小容量運転に移行させたりする。

膨張装置１０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器１０４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器１０４へ供給する。蒸発器１０４を通過した冷媒は受液器１０５を経由して圧縮機１０１に戻され、再び圧縮される。

逆止弁１３０は、圧縮機１０１の吐出容量がある程度大きく、吐出室１１４の吐出圧力Ｐｄと冷媒出口の出口圧力Ｐｄｌとの差圧（Ｐｄ−Ｐｄｌ）がその開弁差圧を上回る限り、開弁状態を維持する。この開弁差圧は、逆止弁１３０が内蔵するスプリングの荷重により設定されている。これに対し、例えば最小容量運転時など、圧縮機１０１の吐出容量が小さくなって吐出圧力Ｐｄが充分に高まらない場合には、スプリングの付勢力により逆止弁１３０が閉弁状態となり、ガスクーラ１０２側から吐出室１１４への冷媒の逆流を阻止する。なお、圧縮機１０１の最小容量運転時には逆止弁１３０が閉じてしまうが、吐出室１１４からの吐出冷媒が制御弁１およびクランク室１１６を介して吸入室１１０に戻されるため、圧縮機１０１内での冷媒ガスの内部循環が確保される。

図２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、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、段付円筒状のボディ５を有する。ボディ５は、本実施形態では真鍮からなるが、アルミニウム合金からなるものとしてもよい。ボディ５には、その上端側からポート１０，１２，１４が設けられている。このうち、ポート１０はボディ５の上端部に設けられ、ポート１２，１４はボディ５の側部に設けられている。ポート１０は吐出室１１４に連通する「吐出室連通ポート」として機能し、ポート１２はクランク室に１１６連通する「クランク室連通ポート」として機能し、ポート１４は吸入室１１０に連通する「吸入室連通ポート」として機能する。

ボディ５においてポート１０とポート１２とを連通させる通路には、段付円筒状の弁座形成部材１６が配設されている。弁座形成部材１６は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０）を焼き入れして形成され、ボディ５よりも硬度が高い。弁座形成部材１６は、ボディ５の上部に同軸状に挿通され、ボディ５の上部を内方に加締めることにより固定されている。弁座形成部材１６には軸線に沿った貫通孔が設けられており、その下半部により弁孔１８が形成されている。ボディ５における弁座形成部材１６の下方には、ポート１２に連通する弁室２０が形成されている。弁座形成部材１６の下半部は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、弁室２０内に延在している。弁座形成部材１６の下端面に弁座２２が形成されている。弁室２０には、弁座２２に下方から対向するように弁体２４が配設されている。弁体２４が弁座２２に接離することにより弁部の開度が調整される。

ボディ５の内部空間を上下に区画するように隔壁２６が設けられている。隔壁２６の上方には弁室２０が形成され、下方には作動室２８が形成されている。弁室２０は、ポート１２を介してクランク室１１６に連通する。作動室２８は、ポート１４を介して吸入室１１０に連通する。隔壁２６の中央には軸線方向に延在するガイド部３０が設けられている。そのガイド部３０を軸線に沿って貫通するようにガイド孔３２が形成され、そのガイド孔３２には長尺状の作動ロッド３４が軸線方向に摺動可能に挿通されている。弁体２４は、作動ロッド３４の上端に同軸状に設けられている。弁体２４と作動ロッド３４とは、ステンレス鋼を切削加工することにより一体成形されている。

ガイド部３０は、隔壁２６の上面側に小さく突出し、下面側に大きく突出している。ガイド部３０は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、作動室２８内に延在している。それによりガイド孔３２の長さが十分に確保され、作動ロッド３４が安定に支持されている。弁体２４は、作動ロッド３４と一体に動作し、その上端面にて弁座２２に着脱して弁部を開閉する。弁座形成部材１６の硬度が十分に高いため、弁体２４が繰り返し着座しても弁座２２は変形し難く、弁部の耐久性が確保されている。

作動ロッド３４の下部には止輪３６（Ｅリング）が嵌合され、その止輪３６によって下方への移動が規制されるように円板状のばね受け３８が設けられている。ばね受け３８と隔壁２６との間には、作動ロッド３４を下方（閉弁方向）に付勢するスプリング４０（「第１スプリング」として機能する）が介装されている。スプリング４０は、隔壁２６の下面から下方のばね受け３８に向けて小径化するテーパスプリングとされている。上述のようにガイド部３０をテーパ状としたことで、このようなテーパ状のスプリング４０が配置可能となっている。ボディ５の下部は小径部４２とされ、ソレノイド３との連結部を構成する。

ボディ５の上端開口部には、ポート１０への異物の侵入を抑制するフィルタ部材４４が嵌着されている。圧縮機１０１の吐出冷媒には金属粉等の異物が含まれることがあるため、フィルタ部材４４は、その異物が制御弁１の内部に侵入することを防止又は抑制する。フィルタ部材４４は、有底筒状のフィルタ４６を有し、そのフィルタ４６の開口端部をリング状の金属プレート４８にて補強して構成される。フィルタ４６は金属メッシュからなる。フィルタ部材４４は、その底部を上にした状態で金属プレート４８をボディ５に圧入することにより固定される。フィルタ部材４４は、図示のようにボディ５の内側に装着されることにより、外部構造物との接触による変形が防止されている。

一方、ソレノイド３は、円筒状のコア５０と、コア５０に外挿された有底円筒状のスリーブ５２と、スリーブ５２に収容され、コア５０と軸線方向に対向配置されたプランジャ５４と、スリーブ５２に外挿された円筒状のボビン５６と、ボビン５６に巻回された電磁コイル５８と、電磁コイル５８を外方から覆うように設けられた円筒状のケース６０と、ボビン５６の上方にてコア５０とケース６０との間に組み付けられた段付円筒状の接続部材６２と、ケース６０の下端開口部を封止するように設けられた端部材６４とを備える。なお、接続部材６２は、ボディ５と共に弁本体２の「ボディ」を構成するとともに、ソレノイド３の「ケース」としても機能する。

スリーブ５２は非磁性材料からなり、その下半部にプランジャ５４を収容している。端部材６４には、環状のカラー６６が埋設されている。カラー６６は、ボビン５６の下方にてスリーブ５２とケース６０との間に介装されている。ケース６０、接続部材６２およびカラー６６は磁性材料からなり、ソレノイド３のヨークを形成する。ソレノイド３への通電時には、これらによるヨークとコア５０およびプランジャ５４により磁気回路が形成されるようになる。弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の小径部４２（下端部）が接続部材６２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５０の中央を軸線方向に貫通するように挿通孔６７が形成され、その挿通孔６７を貫通するようにシャフト６８が挿通されている。シャフト６８は、作動ロッド３４と同軸状に設けられ、作動ロッド３４を下方から支持する。シャフト６８の径は作動ロッド３４のそれよりも大きい。そのシャフト６８の下半部にプランジャ５４が組み付けられている。本実施形態において、シャフト６８と作動ロッド３４とが、ソレノイド力を弁体２４に伝達する「伝達ロッド」を構成する。

プランジャ５４は、その上部にてシャフト６８に同軸状に支持されている。シャフト６８の軸線方向中間部の所定位置には止輪７０（Ｅリング）が嵌合され、その止輪７０によってプランジャ５４の上方への移動が規制されている。プランジャ５４の側面には軸線に平行な連通溝が設けられており、プランジャ５４とスリーブ５２との間に冷媒を通過させる連通路が形成される。

コア５０の上端部にはリング状の軸支部材７２が圧入されており、シャフト６８の上端部がその軸支部材７２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７２の外周の一部が切り欠かれることにより、コア５０と軸支部材７２との間に連通路が形成されている。この連通路を介して作動室２８の吸入圧力Ｐｓがソレノイド３の内部にも導びかれる。

また、スリーブ５２の下端部がやや縮径されており、その縮径部７４にリング状の軸支部材７６（「支持部材」として機能する）が圧入されている。この軸支部材７６は、シャフト６８の下端部を摺動可能に軸支している。すなわち、シャフト６８が上方の軸支部材７２と下方の軸支部材７６とにより２点支持されることにより、プランジャ５４を軸線方向に安定に動作することができる。軸支部材７６の外周の一部が切り欠かれることにより、スリーブ５２と軸支部材７６との間に連通路が形成されている。ソレノイド３に導入された吸入圧力Ｐｓは、コア５０とシャフト６８との間の連通路、プランジャ５４とスリーブ５２との間の連通路、軸支部材７６とスリーブ５２との間の連通路を介してスリーブ５２内に満たされる。

軸支部材７６とプランジャ５４との間には、プランジャ５４を上方、つまり閉弁方向に付勢するスプリング７８（「第２スプリング」として機能する）が介装されている。すなわち、弁体２４は、ばね荷重として、スプリング４０による開弁方向の力とスプリング７８による閉弁方向の力との合力を受ける。ただし、スプリング４０の荷重がスプリング７８のそれよりも大きいため、スプリング４０，７８によるばね荷重は、開弁方向に作用するようになる。このばね荷重は、スリーブ５２における軸支部材７６の圧入位置を調整することにより設定できる。この圧入位置は、スリーブ５２への軸支部材７６への仮圧入を行った後、所定の工具を用いてスリーブ５２の底部中央を軸線方向に変形させることにより微調整することができる。

ボビン５６からは電磁コイル５８につながる一対の接続端子８０が延出し、それぞれ端部材６４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６４は、ケース６０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６４からは接続端子８０の先端部が引き出されており、図示しない外部電源のコネクタが接続される。端部材６４は、接続端子８０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、圧縮機１０１に設けられた後述する取付孔にワッシャを介して固定される。制御弁１の外周面には、その取付孔との間に介装されてシール機能を発揮する複数のＯリングが嵌着されている。すなわち、ボディ５におけるポート１２の上方および下方にそれぞれ環状溝が周設され、Ｏリング８２，８４が嵌着されている。また、接続部材６２におけるポート１４の下方にも環状溝が周設され、Ｏリング８６が嵌着されている。さらに、ケース６０と端部材６４との接続部にもＯリング８８が嵌着されている。すなわち、ケース６０の下端部と端部材６４の上端部との間に段部が形成されており、その段部にＯリング８８が固定されている。その段部を形成する端部材６４の外周縁部が、Ｏリング８８を支持する支持部６５を構成する。これらのＯリング８２，８４，８６，８８は、いずれも樹脂製のシールリングである。

ケース６０の側面には、内外を連通させる複数の連通孔６９が設けられている。この連通孔６９は、制御弁１を圧縮機１０１の取付孔に取り付ける際の空気の抜き孔として機能するとともに、制御弁１の周囲の圧力が過大とならないよう、圧力を漏洩させる圧力漏洩孔としても機能する。また、端部材６４とスリーブ５２との間には空間が形成されている。そして、端部材６４の底部には、その空間と外部とを連通させる連通孔７９が設けられている。この連通孔７９は、スリーブ５２と端部材６４とを組み付ける際に、その空間の空気を外部に逃がすための空気孔であり、その組み付け時にその空間に発生する圧力を逃がす圧力逃がし通路として機能する。そして、ソレノイド３の内部には、連通孔６９と連通孔７９とをつなぐ圧力漏洩通路８１が形成されている。圧力漏洩通路８１は、ケース６０および端部材６４の内方において、一方で連通孔６９に連通し、他方で連通孔７９を介して大気に通じる。圧力漏洩通路８１は、圧縮機１０１の取付孔内の圧力を大気へ漏洩させることを許容する。その詳細については後述する。

図３は、図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁座形成部材１６の中央に設けられた貫通孔９０は、その下半部が縮径されて弁孔１８を形成している。すなわち、貫通孔９０の上半部が大径部９２、下半部が小径部９４となっており、小径部９４が弁孔１８を形成する。大径部９２と小径部９４との接続部は、下方に向けて内径が縮径するテーパ面とされている。貫通孔９０は、上流側から下流側に向けて段階的に縮径されている。

また、弁座形成部材１６における貫通孔９０の半径方向外側には、貫通孔９０と平行なブリード孔９６が設けられている。ブリード孔９６は、閉弁時にもクランク室１１６へ最低限の冷媒を流入させることにより、圧縮機１０１におけるオイル循環を確保するためのものである。圧縮機１０１の安定した作動を確保するために、冷媒には潤滑用のオイルが含まれており、ブリード孔９６は、クランク室１１６の内外でのオイル循環を確保するものである。

ブリード孔９６は、その上部のリーク通路９８とそれより下方の連通路９９とを接続して構成されている。リーク通路９８の内径は、冷媒を漏洩させる程度の大きさとされ、弁孔１８の内径よりも相当小さい。連通路９９の内径は、貫通孔９０の大径部９２よりも小さく、小径部９４よりも大きくされている。変形例においては、連通路９９の内径を、貫通孔９０の大径部９２の内径以上としてもよいし、小径部９４の内径以下としてもよい。

リーク通路９８と連通路９９との接続部は、下方に向けて内径が拡径するテーパ面とされている。ブリード孔９６は、上流側から下流側に向けて段階的に拡径されている。弁座形成部材１６の上面は、貫通孔９０を囲むように環状の突部１５０が設けられており、その突部１５０の半径方向内側と外側とが一段低くなる段差形状とされている。突部１５０の幅は十分に小さく、本実施形態では弁孔１８の幅以下とされている。リーク通路９８は、その突部１５０の位置にて上方に開口している。

このように、ブリード孔９６については冷媒の入口を小径とし、その入口を段差形状の上面に開口させることで、ブリード孔９６を介した異物の侵入を防止又は抑制している。すなわち、仮にフィルタ部材４４の網目（開孔幅）よりも小さな異物がポート１０に侵入したとしても、突部１５０の幅が十分に小さく、ブリード孔９６の入口はさらに小さいため、その異物がブリード孔９６を介して侵入する可能性は極めて低い。異物は突部１５０に突き当たったとしても、その内外の低位置に落ちる可能性が高い。特に閉弁時にはブリード孔９６を介した冷媒の流れができるものの、冷媒に含まれる異物がブリード孔９６に導かれる可能性は低い。なお、開弁時においては、仮に異物がポート１０に侵入したとしても、そのほとんどは弁孔１８を通過してポート１２から排出される。

また、弁室２０においては、隔壁２６の上面中央部にガイド部３０が突出することにより、その周囲に環状溝１５２が形成されている。また、弁体２４の外径が直下の作動ロッド３４よりもやや大きくされている。このため、仮に異物が弁孔１８を介して弁室２０に侵入したとしても、その異物が作動ロッド３４とガイド孔３２との摺動部に侵入する可能性は極めて低い。弁孔１８を通過した異物は、そのほとんどがポート１２から排出されるか、弁室２０に残留するとしても環状溝１５２に溜まるようになり、作動ロッド３４とガイド孔３２との間隙に侵入する可能性は低い。すなわち、環状溝１５２は、異物トラップとして機能することができる。このため、作動ロッド３４とガイド孔３２との摺動部に異物が噛み込むことによる弁体２４の作動ロックが防止される。なお、本実施形態では、弁体２４の弁部におけるシール部径ａ（弁孔１８の内径）と、作動ロッド３４の摺動部径ｂとを等しくしている（ａ＝ｂ）。

また、本実施形態では上述のように、ガイド部３０が弁室２０よりも作動室２８側に大きく突出する構成とし、それにより、作動ロッド３４の下端部がボディ５の下端位置（つまり小径部４２の下端開口部）から突出できる構成とした。これは、作動ロッド３４への止輪３６の装着を容易にするものである。本実施形態ではガイド部３０を下方に寄せることにより、ガイド部３０による安定したガイド機能を確保しつつ、止輪３６を装着する際の良好な作業性も維持している。また、作動ロッド３４を無用に長くしないことで、ボディ５ひいては制御弁１のコンパクト化を実現している。

さらに、本実施形態では上述のように、ガイド部３０およびスプリング４０を下方に向けて外径が小さくなるテーパ形状としている。これにより、スプリング４０の下半部がコア５０の上端開口部に収まるようにし、小径部４２の外径を極力小さくしている。これにより、接続部材６２の外径を小さくし、Ｏリング８６として外径の小さいものを選定することを可能にしている。これにより、制御弁１が圧縮機１０１の取付孔に取り付けられた際に、その取付方向とは逆向きに作用する冷媒圧力の影響を小さくしている。

図２に戻り、以上の構成において、作動ロッド３４の径が弁孔１８の内径とほぼ同じ大きさを有するため、弁室２０において弁体２４に作用するクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセル（相殺）される。このため、弁体２４には、弁孔１８の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が作用する。弁体２４は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）がソレノイド３に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング４０，７８の合力による開弁方向の荷重により弁体２４が弁座２２から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、圧縮機１０１の吐出室１１４からポート１０に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１２からクランク室１１６へと流れることになる。その結果、クランク圧力Ｐｃが高められ、圧縮機１０１は吐出容量が最小となる最小容量運転を行うことになる。

一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３への供給電流値が最大になり、プランジャ５４は、コア５０に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体２４を含む作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２４が弁座２２に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、圧縮機１０１は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。

ここで、容量制御時においてソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体２４を含む作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が一体動作する。このとき、弁体２４は、作動ロッド３４を開弁方向に付勢するスプリング４０のばね荷重と、プランジャ５４を開弁方向に付勢するスプリング７８のばね荷重と、プランジャ５４を閉弁方向に付勢しているソレノイド３の荷重と、弁体２４が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体２４が閉弁方向に受圧する吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに圧縮機１０１の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって弁体２４に開弁方向の力が作用し、弁体２４は、さらにリフトして吐出室１１４からクランク室１１６へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、圧縮機１０１は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。

次に、制御弁における圧力開放構造について説明する。
図４は、制御弁が圧縮機１０１に取り付けられた状態を表す部分断面図である。図５は、図４の下半部の拡大図である。

図４に示すように、圧縮機１０１のハウジング１６０には、制御弁１を取り付けるための取付孔１６２が設けられている。ハウジング１６０には、吐出室に連通する連通路１６４、クランク室に連通する連通路１６６、吸入室に連通する連通路１６８が形成され、それぞれ取付孔１６２に開口している。取付孔１６２は、その奥方から開口端に向けて複数段に拡径されており、奥方の段から連通路１６４，１６６，１６８が順に開口している。

制御弁１は、取付孔１６２にその先端側から挿通され、その後端部がワッシャ１７０（「固定部材」として機能する）を介して取付孔１６２に固定されている。ポート１０は連通路１６４に対向し、ポート１２は連通路１６６に対向し、ポート１４は連通路１６８に対向するように配置される。ハウジング１６０の側壁には、制御弁１のコネクタ部を露出させるとともに、外部コネクタを挿入するための切欠き１８０が形成されている。

制御弁１の外周面には上述したＯリング８２，８４，８６，８８が外挿されるようにして嵌着されており、これらのＯリングにより各連通路間、各ポート間、および取付孔１６２の内外のシール性能が高く維持されている。すなわち、Ｏリング８２により連通路１６４と連通路１６６との間のシール性が確保され、またポート１０とポート１２との間のシール性が確保される。Ｏリング８４により連通路１６６と連通路１６８との間のシール性が確保され、またポート１２とポート１４との間のシール性が確保される。Ｏリング８６により連通路１６８と大気との間のシール性が確保される。さらに、Ｏリング８８により取付孔１６２の内外のシール性が確保される。

Ｏリング８６は、ボディ５と取付孔１６２との間隙を介した冷媒の外部漏れを規制するための「第１シールリング」として機能する。また、Ｏリング８８は、ソレノイド３と取付孔１６２との間隙を介した外部からの水分の侵入を規制するための「第２シールリング」として機能する。ただし、既に述べたように、本実施形態では冷媒として高圧で作動する二酸化炭素が用いられるため、代替フロンが用いられる場合よりもＯリングを透過し易いといった問題がある。このため、特に冷媒通路と大気との境界に位置するＯリング８６における冷媒の透過漏れに対処する必要がある。

すなわち、取付孔１６２におけるＯリング８６とＯリング８８との間の空間Ｓの圧力が、その冷媒の透過漏れにより大気圧よりも高圧となる場合が想定される。その場合、図示のようにＯリング８８の外径がＯリング８６の外径よりも相当に大きい構成では、Ｏリング８８に対し、取付孔１６２の内方から外方へ向けた圧力が作用するようになる。それが制御弁１を外部へ押し出す方向の力となり、ワッシャ１７０の固定強度によっては制御弁１を取付孔１６２内に安定に保持することが困難となる可能性がある。

そこで本実施形態では、端部材６４における支持部６５の一部に薄肉の低強度部７１を設け、空間Ｓの圧力Ｐｐが設定圧力以上となった場合に、その低強度部７１が変形又は破断してＯリング８８のシール性能を低下させることを可能にしている。より具体的には、図５に矢印にて示すように、ポート１４から導入された冷媒の一部がＯリング８６を透過した場合を想定する。その場合、その冷媒の流入により空間Ｓの圧力Ｐｐが上昇する。実線矢印にて示すように、空間Ｓに導入された冷媒の一部が圧力漏洩通路８１を介して大気に導出されるため、その分、空間Ｓの圧力上昇は抑えられる。しかし、端部材６４のコネクタ部の内方は外部コネクタの接続によりほぼ封止されているため、冷媒の大気への導出量は少ない。このため、その圧力上昇の抑制には限界があり、圧力Ｐｐが過大になると、ワッシャ１７０が破断し、制御弁１が取付孔１６２から押し出されることが懸念される。

そこで本実施形態では、低強度部７１の耐圧強度を、ワッシャ１７０の耐圧強度および固定強度（ワッシャ１７０の取付孔１６２への固定強度）よりも小さく設定（設計）している。そして、圧力Ｐｐが設定圧力Ｐset以上となった場合には、例えば図示のように低強度部７１が破断してＯリング８８の一部が変形し、圧力Ｐｐを大気に逃がせるようにしている（二点鎖線矢印参照）。すなわち、低強度部７１は、Ｏリング８８のシール性能を低下させてその圧力を大気に開放させるための「圧力応動部」として機能する。本実施形態によれば、冷媒が高圧となる場合であっても、空間Ｓの圧力Ｐｐが過大になることはなく、圧縮機１０１からの制御弁１の脱落を確実に防止することができる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。（Ａ）は制御弁の下半部の部分拡大断面図である。（Ｂ）は圧力応動構造が機能したときの状態を示す。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。

上記第１実施形態では、「圧力応動部」として、第２シールリング（防水リング）のシール性を損なわせ、圧力Ｐｐを大気に逃がす構成を示した。本実施形態では、第２シールリングの破損を伴うことなく圧力漏洩通路８１の気密性を失わせ、圧力Ｐｐを低下させることが可能な圧力応動構造を採用する。

すなわち、本実施形態では図６（Ａ）に示すように、端部材２６４の側方に大きく開口する通気孔２６６が設けられ、これを封止する栓体２７０が圧入されている。通気孔２６６は、ハウジング１６０の切欠き１８０（図４参照）から露出される。そして、図６（Ｂ）に示すように、圧力Ｐｐが基準圧力Ｐｂ以上となった場合には、栓体２７０が通気孔２６６から離脱し、圧力漏洩通路８１の圧力を大気に逃がせるようにしている（二点鎖線矢印参照）。すなわち、通気孔２６６および栓体２７０は、圧力漏洩通路８１の気密性を失わせて圧力Ｐｐを低下させるための「圧力応動構造」として機能する。なお、本実施形態では基準圧力Ｐｂとして、第１実施形態の設定圧力Ｐsetと同じ値を設定しているが、これと異ならせてもよい。本実施形態によれば、冷媒が高圧となる場合であっても、空間Ｓの圧力Ｐｐが過大になることはなく、圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。以下では第２実施形態との相異点を中心に説明する。（Ａ）は制御弁の下半部の部分拡大断面図である。（Ｂ）は圧力応動構造が機能したときの状態を示す。なお、同図において第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。

本実施形態では図７（Ａ）に示すように、端部材３６４の側方に大きく開口する通気孔３６６が設けられている。通気孔３６６は段付孔となっており、その奥方の小径部が副弁孔３６８とされ、手前側の大径部が副弁室３７０とされている。副弁孔３６８の副弁室３７０側の開口端には副弁座３７２が形成されている。副弁室３７０には、副弁室３７０に着脱して通気孔３６６を開閉する副弁体３７４と、副弁体３７４を閉弁方向に付勢するスプリング３７６が配設されている。そして、図７（Ｂ）に示すように、圧力Ｐｐが基準圧力Ｐｂ以上となった場合には、副弁体３７４が副弁座３７２から離間して通気孔３６６を開放し、圧力漏洩通路８１の圧力を大気に逃がせるようにしている（二点鎖線矢印参照）。すなわち、副弁体３７４による通気孔３６６の開閉構造が、圧力漏洩通路８１の気密性を失わせて圧力Ｐｐを低下させるための「圧力応動構造」として機能する。本実施形態によれば、冷媒が高圧となる場合であっても、空間Ｓの圧力Ｐｐが過大になることはなく、圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することができる。また、圧力Ｐｐが低下することにより、副弁体３７４が副弁座３７２に着座して通気孔３６６を再び閉じることができるため、圧力応動構造を繰り返し機能させることが可能である。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る制御弁の主要部の構成を表す図である。以下では第２実施形態との相異点を中心に説明する。（Ａ）は制御弁の下半部の部分拡大断面図である。（Ｂ）は圧力応動構造が機能したときの状態を示す。なお、同図において第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。

本実施形態では図８（Ａ）に示すように、端部材４６４において外部コネクタが接続されるコネクタ部４６８に、薄肉の低強度部４７０が設けられる。そして、図８（Ｂ）に示すように、空間Ｓの圧力Ｐｐが基準圧力Ｐｂ以上となった場合に、その低強度部４７０が破断して通気部４７２が形成され、圧力漏洩通路８１の圧力を大気に逃がせるようにしている（二点鎖線矢印参照）。すなわち、低強度部４７０が、圧力漏洩通路８１の気密性を失わせて圧力Ｐｐを低下させるための「圧力応動構造」として機能する。本実施形態によれば、冷媒が高圧となる場合であっても、空間Ｓの圧力Ｐｐが過大になることはなく、圧縮機からの制御弁の脱落を確実に防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は特定の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。

上記実施形態では、取付孔１６２に制御弁１を収容した後、これをワッシャ１７０にて固定保持する構成を例示した。変形例においては、ワッシャ１７０にて制御弁１を係止する構成ではなく、ねじその他の固定部材により制御弁１を支持する構成としてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、Ｏリング８８（第２シールリング）そのものを「圧力応動部」として機能させてもよい。例えば、Ｏリング８８の一部を薄肉部とし、圧力Ｐｐが設定圧力Ｐset以上となった場合には、その薄肉部が破断してＯリング８８のシール性能を低下させるようにしてもよい。

上記実施形態では、コア５０の端部を封止する封止部材として有底のスリーブ５２を例示したが、その他の構造を採用することもできる。例えば、筒状のスリーブの開口端に別途の栓材を組み付けて封止構造を実現してもよい。また、上記実施形態では、プランジャをコア５０に対してボディ５とは反対側に配置する例を示したが、プランジャとコアの位置関係を入れ換えてもよい。その場合、コアのプランジャとは反対側を封止部材により封止してもよい。

上記実施形態では、制御弁１をいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として構成する例を示した。変形例においては、例えばクランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）を制御目標値である設定差圧に近づけるいわゆるＰｃ−Ｐｓ差圧弁として構成してもよい。すなわち、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、クランク室から吸入室へ導出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に対し、上記実施形態の各構造を適用してもよい。あるいは、吸入圧力Ｐｓを制御目標値である設定圧力に近づけるいわゆるＰｓ制御弁に適用してもよい。特に二酸化炭素等を冷媒とする超臨界冷凍サイクルにそれらの制御弁が適用される場合、上記各構造の機能が有効に発揮される。

上記実施形態では、上記各構造を有する制御弁を、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、同様の制御弁を二酸化炭素以外を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用してもよい。あるいは、超臨界域での動作はしないものの、冷媒の圧力が高圧となる冷凍サイクルに適用してもよい。例えば、ＨＦＣ−１３４ａやＨＦＯ−１２３４ｙｆ等を冷媒とする冷凍サイクルに適用してもよい。その場合、第２シールリングが、吸入圧力Ｐｓよりも高圧となる吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの冷媒をシールするように構成されてもよい。

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、 １０，１２，１４ ポート、 １８ 弁孔、 ２２ 弁座、 ２４ 弁体、 ２６ 隔壁、 ５０ コア、 ５４ プランジャ、 ６０ ケース、 ６２ 接続部材、 ６４ 端部材、 ６５ 支持部、 ６９ 連通孔、 ７１ 低強度部、 ７９ 連通孔、 ８１ 圧力漏洩通路、 ８２，８４，８６，８８ Ｏリング、 １０１ 圧縮機、 １１０ 吸入室、 １１４ 吐出室、 １１６ クランク室、 １６０ ハウジング、 １６２ 取付孔、 １７０ ワッシャ、 ２６４ 端部材、 ２６６ 通気孔、 ２７０ 栓体、 ３６４ 端部材、 ３６６ 通気孔、 ３６８ 副弁孔、 ３７０ 副弁室、 ３７２ 副弁座、 ３７４ 副弁体、 ４６４ 端部材、 ４７０ 低強度部、 ４７２ 通気部。

Claims (8)

1. 可変容量圧縮機における冷媒の流れを制御するためにその可変容量圧縮機のハウジングに形成された取付孔に先端側から収容されて組み付けられる制御弁であって、
   冷媒が導入又は導出される複数のポートと、冷媒を通過させる冷媒通路と、その冷媒通路の途中に設けられた弁孔とを有するボディと、
   前記弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディの後端側に設けられ、供給される電流量に応じて前記弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
   前記ボディに外挿されるようにして組み付けられ、前記ボディと前記取付孔との間隙を介した冷媒の外部漏れを規制するための樹脂製の第１シールリングと、
   前記ソレノイドに外挿されるようにして組み付けられ、前記ソレノイドと前記取付孔との間隙を介した外部からの水分の侵入を規制するための樹脂製の第２シールリングと、
   前記取付孔における前記第１シールリングと前記第２シールリングとの間の空間の圧力が設定圧力以上となった場合に、前記第２シールリングのシール性能を低下させてその圧力を大気に開放させるための圧力応動部と、
   を備えることを特徴とする制御弁。
2. 前記ソレノイドは、
   前記ボディに対して固定されるコアと、
   前記コアと軸線方向に対向配置され、前記弁体と一体変位可能なプランジャと、
   前記ボディに接続され、前記コアおよび前記プランジャを内部に収容するケースと、
   前記ケースの後端開口部を閉止するように設けられる端部材と、
   を含み、
   前記圧力応動部は、前記ケース又は前記端部材に設けられて前記第２シールリングを支持する支持部の低強度部分からなり、その低強度部分が変形又は破断することにより前記第２シールリングのシール性能を低下させることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記ケースの前記空間に配置された部分に内外を連通させる連通孔が設けられ、
   前記ケースおよび前記端部材の内方に、一方で前記連通孔に連通し、他方で大気に通じることにより、前記空間内の圧力の大気への漏洩を許容する圧力漏洩通路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
4. 可変容量圧縮機における冷媒の流れを制御するためにその可変容量圧縮機のハウジングに形成された取付孔に先端側から収容されて組み付けられる制御弁であって、
   冷媒が導入又は導出される複数のポートと、冷媒を通過させる冷媒通路と、その冷媒通路の途中に設けられた弁孔とを有するボディと、
   前記弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディの後端側に設けられ、供給される電流量に応じて前記弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
   前記ボディに外挿されるようにして組み付けられ、前記ボディと前記取付孔との間隙を介した冷媒の外部漏れを規制するための樹脂製の第１シールリングと、
   前記ソレノイドに外挿されるようにして組み付けられ、前記ソレノイドと前記取付孔との間隙を介した外部からの水分の侵入を規制するための樹脂製の第２シールリングと、
   を備え、
   前記ソレノイドは、
   前記ボディに対して固定されるコアと、
   前記コアと軸線方向に対向配置され、前記弁体と一体変位可能なプランジャと、
   前記ボディに接続され、前記コアおよび前記プランジャを内部に収容するケースと、
   前記ケースの後端開口部を閉止するように設けられる端部材と、
   を含み、
   前記取付孔における前記第１シールリングと前記第２シールリングとの間の空間に配置された前記ケースの部分に内外を連通させる連通孔が設けられ、
   前記ケースおよび前記端部材の内方に、一方で前記連通孔に連通し、他方で大気に通じることにより、前記空間内の圧力の大気への漏洩を許容する圧力漏洩通路が形成され、
   前記圧力漏洩通路の圧力が基準圧力以上となった場合に、その圧力漏洩通路の気密性を低下させる圧力応動構造をさらに備えることを特徴とする制御弁。
5. 前記圧力応動構造は、
   前記端部材に形成されて内外を連通させる通気孔と、
   前記通気孔に圧入され、前記圧力漏洩通路の圧力が基準圧力以上となった場合に前記通気孔から離脱可能に構成された栓体と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
6. 前記圧力応動構造は、
   前記端部材に形成されて内外を連通させる通気孔と、
   前記通気孔の中途に設けられた副弁座と、
   前記副弁座に着脱して前記通気孔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、
   を含み、
   前記圧力漏洩通路の圧力が基準圧力以上となった場合に前記副弁体が前記副弁座から離間して前記通気孔を開放することを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
7. 冷媒の臨界温度を超える超臨界域で冷凍作用を行わせる冷凍サイクルに適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の制御弁。
8. 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制御弁として構成され、
   前記ボディの先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、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
   前記吐出室の吐出圧力と前記吸入室の吸入圧力との差圧が、前記ソレノイドへの供給電流値に応じた設定差圧に保持されるように制御され、
   前記吸入室連通ポートに対して前記クランク室連通ポートとは反対側に前記第１シールリングが配設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の制御弁。

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