JP2016180446A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒状体にスプリングが挿通される構造を有する電磁弁の性能を良好に保つ。【解決手段】 制御弁１は、冷媒の流通路が内部に形成されたボディ５と、ボディ５内に設けられた座面１０２を有するベース部材９８と、一端が座面１０２に着脱可能な弁体３８と、軸線方向の駆動力を発生可能なソレノイド３と、弁体３８に同軸状に接続され、ソレノイド３の駆動力を弁体３８に伝達可能な作動ロッド５８と、ベース部材９８における座面１０２の内側に設けられた支持面１０３と、弁体３８に内挿されつつ弁体３８と支持面との間に介装され、支持面１０３に向けて軸線方向に外径を小さくする形状部分を有するスプリング３９と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は電磁弁に関し、特に電磁弁の内部に組み込まれるスプリングおよびその周辺構造に関する。

従来、種々の用途に電磁弁が用いられている。このような電磁弁は、例えば流体通路の途中に弁孔が形成されたボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体に閉弁方向の駆動力を付与するソレノイドと、ソレノイドに対向する開弁方向の付勢力を作用させるスプリングを備える（例えば特許文献１参照）。このスプリングは、ソレノイドの非通電時に流路を開放させるいわゆるオフばねとして機能する。

特開２０１４−１１４７９９号公報

ところで、このような電磁弁において、例えば弁体を中空構造にしてその内方にスプリングを配置するものがある。このような構成においては、スプリングの荷重を確保するために、その外径を弁体の内径に近づけることがある。ところが、スプリングは径方向に撓みやすい性質を有するため、弁体が座面への着脱を繰り返す際にそのスプリングの一端が弁体と座面との隙間に挟み込まれる虞があった。その結果、流体の漏れを生じさせるなど、電磁弁の性能を低下させてしまう可能性があった。

なお、このような問題は、弁体の内方にスプリングを配置する構造に限らず、筒状体の内方にスプリングを有し、その筒状体が座面に着脱する構造であれば、同様に生じ得ると考えられる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、筒状体にスプリングが挿通される構造を有する電磁弁の性能を良好に保つことにある。

本発明のある態様は電磁弁である。この電磁弁は、流体の流通路が内部に形成されたボディと、ボディ内に設けられた座面を有する座面形成部と、一端が座面に着脱可能な筒状体と、軸線方向の駆動力を発生可能なソレノイドと、筒状体に同軸状に接続され、ソレノイドの駆動力を筒状体に伝達可能な作動ロッドと、座面形成部における座面の内側に設けられた支持面と、筒状体に内挿されつつ筒状体と支持面との間に介装され、支持面に向けて軸線方向に外径を小さくする形状部分を有するスプリングと、を備える。

この態様では、筒状体の内方にスプリングが支持される構成において、その筒状体が着脱する座面と、そのスプリングの一端が支持される支持面とが、一つの座面形成部に設けられる。このような構成において、スプリングが支持面に向けて軸線方向に外径を小さくする形状部分を有するため、スプリングを筒状体と同程度に大きく形成したとしても、筒状体と座面との隙間にスプリングの一端が挟み込まれることはない。すなわち、この態様によれば、筒状体にスプリングが挿通される構造を有する電磁弁の性能を良好に保つことができる。

本発明によれば、筒状体にスプリングが挿通される構造を有する電磁弁の性能を良好に保つことができる。

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。 実施形態による作用効果を示す図である。 変形例に係る制御弁の部分断面図である。 第２実施形態に係る制御弁の部分断面図である。 第３実施形態に係る制御弁の部分断面図である。 第４実施形態に係る制御弁の部分断面図である。 変形例に係る制御弁の部分断面図である。

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制御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。冷媒には例えば代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が使用されるが、他の冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等）を使用してもよい。なお、本実施形態の制御室はクランク室からなるが、変形例においてはクランク室内又はクランク室外に別途設けられた圧力室であってもよい。

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、吐出室から制御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制御室へ導入するための冷媒通路を開閉する主弁と、圧縮機の起動時に制御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、制御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内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」および「可動部材」として機能する。

ボディ５の上端開口部にはポート１２が設けられ、側部にはポート１４が設けられている。ボディ５の下端開口部は、ソレノイド３のコア４２（後述する）に設けられたポート１６に連通する。ポート１２は制御室に連通する「制御室連通ポート」として機能し、ポート１４は吐出室に連通する「吐出室連通ポート」として機能し、ポート１６は吸入室に連通する「吸入室連通ポート」として機能する。また、ボディ５内には、ポート１２とポート１４とを連通させる主通路と、ポート１２とポート１６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ている。主通路を構成するボディ５の一部には弁孔１８（主弁孔）が設けられ、その下端開口部のテーパ面に弁座２０（主弁座）が形成されている。

ポート１４は、吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する「導入ポート」として機能する。ポート１２は、圧縮機の定常動作時に主弁を経由した制御圧力Ｐｃの冷媒を制御室へ向けて導出する「導出ポート」として機能する一方、圧縮機の起動時には制御室から排出された制御圧力Ｐｃの冷媒を導入する「導入ポート」として機能する。このとき導入された冷媒は、副弁に導かれる。すなわち、ポート１２は、制御圧力Ｐｃの冷媒を導入または導出する「導入出ポート」として機能する。ポート１６は、圧縮機の定常動作時に吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する「導入ポート」として機能する一方、圧縮機の起動時には副弁を経由した吸入圧力Ｐｓの冷媒を吸入室へ向けて導出する「導出ポート」として機能する。すなわち、ポート１６は、吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入または導出する「導入出ポート」として機能する。

ボディ５の上端部の隔壁の中央には取付孔２２が軸線方向に設けられ、その取付孔２２の周囲には、複数の連通孔２３が設けられている。取付孔２２には、段付円柱状の支持部材２７がその上端を支持されるように圧入されている。支持部材２７は、ボディ５の内方で軸線方向下方に延在し、パワーエレメント６の上端部を上方から支持している。連通孔２３は、ポート１２と弁孔１８とを連通させる。

弁孔１８のポート１２とは反対側には弁室２４が設けられている。弁室２４は、環状の空間からなり、ポート１４と半径方向に連通している。弁室２４の弁孔１８とは反対側には、弁孔１８と同軸状にガイド孔２６が形成されている。ガイド孔２６の弁室２４とは反対側には作動室２８が形成され、ポート１６と連通している。

ポート１４には環状のフィルタ部材１５が取り付けられている。フィルタ部材１５は、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を抑制するためのメッシュを含む。一方、ポート１２には有底円筒状のフィルタ部材１３が取り付けられている。フィルタ部材１３は、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を抑制するためのメッシュを含む。

ボディ５には、段付円筒状の弁駆動体３０が設けられている。弁駆動体３０は、軸線方向に延びる内部通路３５を有する。この内部通路３５は、弁孔１８および連通孔２３を介してポート１２と連通する。弁駆動体３０は、段付円筒状の第１部材３１と、有底段付円筒状の第２部材３２とを軸線方向に接合して構成される。第１部材３１は、その上部が縮径され、下部が第２部材３２の上部に圧入されている。第１部材３１の先端部には弁体３３（主弁体）が一体に設けられている。弁体３３は、弁座２０に着脱して主弁を開閉し、吐出室から制御室へ流れる冷媒流量を調整する。なお、本実施形態では、弁体３３が弁座２０に着座または離脱して主弁を開閉する構成を採用しているが、主弁体が主弁孔に挿抜されるスプール弁の態様を採用してもよい。

第２部材３２は、下半部が縮径され、その底部に複数の円孔からなる弁孔３４（副弁孔）が設けられている。第２部材３２における弁孔３４の周囲に弁座３６（副弁座）が形成されている。弁駆動体３０の内方には、パワーエレメント６と弁体３８（副弁体）とが上下に同軸状に配設されている。弁体３８は有底円筒状をなし、「筒状体」として機能する。弁体３８は、弁座３６に着脱して副弁を開閉し、制御室から吸入室への冷媒のリリーフを許容又は遮断する。パワーエレメント６は、ベローズ８を含み、そのベローズ８の変位によりソレノイド力に対抗する力を弁体３８を介して弁駆動体３０ひいては弁体３３に付与する。

弁体３８とパワーエレメント６との間には、両者を離間させる方向に付勢するスプリング３９が介装されている。また、弁駆動体３０とソレノイド３（コア４２）との間には、弁駆動体３０を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング４０が介装されている。スプリング３９，４０は、円筒状のコイルスプリングからなる。スプリング３９は弁体３８に内挿され、スプリング４０は第２部材３２に外挿されている。

一方、ソレノイド３は、段付円筒状のコア４２と、コア４２の下端開口部を封止するように同軸状に組み付けられた有底円筒状のスリーブ４４と、スリーブ４４に収容されてコア４２と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ４６と、コア４２およびスリーブ４４に外挿された円筒状のボビン４８と、ボビン４８に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル５０と、電磁コイル５０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５２と、ケース５２の下端開口部を封止するように設けられた端部材５４とを備える。なお、本実施形態においては、ボディ５、コア４２、ケース５２および端部材５４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４２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４２は、その上半部が拡径されており、ボディ５との間に吸入圧力Ｐｓを満たすための作動室２８を形成する。ポート１６は、コア４２とボディ５との接合部近傍に設けられている。コア４２には軸線方向に沿った挿通孔４３が設けられ、その挿通孔４３を軸線方向に貫通するように、長尺状の作動ロッド５８が挿通されている。スリーブ４４は、その上端開口部がコア４２の下端開口部に外挿され、全周溶接によりコア４２に固定されている。スリーブ４４の内方には、大気から遮断された内部空間４５が形成されている。

プランジャ４６は、スリーブ４４に摺動可能に支持され、スリーブ４４の内部空間４５をコア４２側の間隙空間７６と底部側の背圧室７０とに区画している。作動ロッド５８の下端部がプランジャ４６に設けられた貫通孔４７の上半部に遊嵌され、作動ロッド５８とプランジャ４６とが同軸状に接続されている。プランジャ４６とスリーブ４４との間には、スプリング６４が介装されている。スプリング６４がプランジャ４６を上方に向けて付勢することにより、プランジャ４６と作動ロッド５８とが軸線方向に一体変位可能に保持されている。なお、スプリング３９は、弁体３８および作動ロッド５８を介してプランジャ４６をコア４２から離間させる方向に付勢するオフばねとして機能する。

作動ロッド５８には、リング状の係合部材５９が嵌着されている。作動ロッド５８は、係合部材５９を介して弁駆動体３０と作動連結可能であり、弁体３８を介してパワーエレメント６と作動連結可能とされている。作動ロッド５８は、コア４２とプランジャ４６との吸引力であるソレノイド力を、係合部材５９を介して弁駆動体３０ひいては弁体３３に適宜伝達する。

一方、作動ロッド５８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）が弁体３８を介して伝達され、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弁体３３に作用し、主弁の開度を適切に制御する。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５８が弁駆動体３０に対して相対変位し、弁体３８を押し上げて副弁を開弁させる。それによりブリード機能を発揮させる。

コア４２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５８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。このため、主弁の制御時には、作動室２８の吸入圧力Ｐｓが、その連通溝、コア４２の挿通孔４３と作動ロッド５８との間隙により形成される連通路６２を通ってスリーブ４４の内部にも導かれる。

スリーブ４４は非磁性材料からなる。プランジャ４６の側面には軸線に平行な複数の連通溝が設けられ、プランジャ４６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が設けられている（いずれも同図には表れていない）。このような構成により、吸入圧力Ｐｓ又は制御圧力Ｐｃがプランジャ４６とスリーブ４４との間隙を通って背圧室７０にも導かれるようになっている。

ボビン４８からは電磁コイル５０につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５４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５４は、ケース５２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５４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５２と電磁コイル５０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５２と電磁コイル５０との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル５０で発生した熱をケース５２に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部材５４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。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
ボディ５の軸線方向中間部には、弁孔１８とガイド孔２６とが同軸状に設けられている。支持部材２７は、ボディ５の上端部に片持ち状に支持される態様で軸線方向下方に延在する。ボディ５の内径は、作動室２８の位置で拡径されている。ボディ５の下部はやや縮径してガイド孔７４を形成する。

弁駆動体３０の第１部材３１は、ガイド孔２６に摺動可能に支持され、その上端部が弁体３３を構成する。第１部材３１の摺動面には、冷媒の流通を抑制するための複数の環状溝からなるラビリンスシール８４が設けられている。第１部材３１の下部の外周面には、摺動部８６が環状に突設されている。第１部材３１は、その摺動部８６を介してガイド孔７４に摺動可能に支持されている。すなわち、弁駆動体３０は、その一端側がガイド孔２６に摺動可能に支持され、他端側がガイド孔７４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。なお、弁駆動体３０、弁体３８およびパワーエレメント６を合わせたユニットとしての重心が、その２点の支持部の間に位置するように構成されている。

コア４２の上面中央部には円ボス状の弁座８８が突設されており、第２部材３２の下端部がその弁座８８着脱することにより、弁駆動体３０の下端部を介した内外の連通状態が遮断又は開放される。すなわち、弁駆動体３０の下端部とコア４２の上面とにより「遮断弁部」が構成される。第２部材３２の底部は、作動ロッド５８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５８は、第２部材３２の底部中央に設けられた挿通孔および弁体３８を貫通し、その上端部がパワーエレメント６を軸線方向にガイドしている。

弁体３８は、作動ロッド５８に同軸状に接続され、パワーエレメント６と作動ロッド５８との間に配設されている。弁体３８は有底円筒状をなし、その底部中央に挿通孔９１が形成され、挿通孔９１の周囲には冷媒を通過させるための複数の連通孔９３が形成されている。弁体３８の上端部は、パワーエレメント６の下面に着脱し、弁駆動体３０の内部通路３５と弁体３８の内部通路３７との連通状態を遮断又は許容する。すなわち、弁体３８の上端部とパワーエレメント６の下面とにより「開閉弁部」が構成される。

挿通孔９１には、作動ロッド５８の上端部が相対変位可能に挿通される。ソレノイド３がオンにされた主弁の制御状態においては、作動ロッド５８の上部に設けられた係合部９４（「第１係合部」として機能する）が弁体３８の下面に係合する。また、スプリング３９，４０の付勢力により、弁駆動体３０と弁体３８とが互いに当接する方向に付勢される。それにより、作動ロッド５８、弁体３８および弁駆動体３０が一体に変位することができる。

パワーエレメント６は、一対のベース部材９７，９８およびベローズ８を含んで構成される。ベース部材９７，９８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、その開口端部に半径方向外向きに延出するフランジ部１００を有する。ベース部材９８は「座面形成部」として機能し、そのフランジ部１００の下面がボディ５の軸線に垂直な座面１０２および支持面１０３を構成する。弁体３８の上端開口部がその座面１０２に着脱することにより開閉弁部を開閉させる。スプリング３９の一端は、支持面１０３に支持される。

ベローズ８は、蛇腹状の本体の上端開口部がベース部材９７のフランジ部１００に気密に溶接され、下端開口部がベース部材９８のフランジ部１００に気密に溶接されている。それにより、ベース部材９８の上下端が閉止されている。ベース部材９７，９８は、それぞれの本体がベローズ８の内方に延在し、互いの底部が近接配置されている。

ベース部材９７の本体には、支持部材２７の下端部が圧入されている。一方、ベース部材９８の本体には、作動ロッド５８の上端部が遊嵌されている。すなわち、作動ロッド５８の係合部９４よりも上部が縮径されており、その縮径部９９が挿通孔９１を貫通してベース部材９８に部分的に挿通される。ただし、作動ロッド５８の挿入量は、その縮径部９９の基端である係合部９４が弁体３８の下面に係止されることにより規制される。なお、縮径部９９の横断面はＤ形断面とされており、ベース部材９８の内方の圧力を逃がせるように構成されている。作動ロッド５８は、係合部９４が弁体３８に係止された状態でパワーエレメント６と一体に変位可能となっている。また、図示のように弁駆動体３０と弁体３８とが互いに押しつけられた状態においては、作動ロッド５８が弁体３８を介して弁駆動体３０と一体に変位可能となる。

ベローズ８の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっている。ベース部材９７とベース部材９８との間には、ベローズ８を伸長方向に付勢するスプリング１０４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８は、弁駆動体３０の内部の制御圧力Ｐｃと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（弁部の開閉方向）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８が所定量収縮すると、ベース部材９７とベース部材９８とが当接して係止されるため、その収縮は規制される。

なお、弁体３８は、作動ロッド５８の上端部を軸芯としてパワーエレメント６と作動ロッド５８との間に支持されるが、パワーエレメント６および作動ロッド５８のいずれにも固定されてはいない。

スプリング３９は、弁体３８に内挿されており、下端から上端に向けて徐々に径が小さくなるテーパスプリング（円錐ばね）からなる。スプリング３９の下端は弁体３８の底部周縁部に嵌合し、上端はパワーエレメント６の下面に当接している。すなわち、ベース部材９８の下面は、座面１０２と同一面上にスプリング３９の一端を支持する支持面１０３を有する。このスプリング３９のテーパ構造が、パワーエレメント６と弁体３８との間への当該スプリング３９の挟み込みを防止し、主弁の制御中における開閉弁部の安定した閉弁状態を保持する。それにより、制御弁１の性能を良好に保つことができる。この点については後に詳述する。

作動ロッド５８における係合部９４のやや下方には凹溝が周設され、リング状の係合部材５９（「第２係合部」として機能する）が嵌着されている。このため、副弁の開弁後に作動ロッド５８を弁駆動体３０に対してさらに相対変位させると、係合部材５９が弁駆動体３０（第２部材３２）の底部と係合する。それにより、ソレノイド力を弁駆動体３０に直接伝達することができ、弁駆動体３０を主弁の閉弁方向に押圧することができる。この構成は、万が一、弁駆動体３０とガイド孔２６との摺動部や、弁駆動体３０とガイド孔７４との摺動部への異物の噛み込みにより弁駆動体３０がロックした場合に、それを解除するロック解除機構（連動機構、押圧機構）として機能する。

以上の構成において、弁体３３と弁座２０とにより主弁が構成され、その主弁の開度によって吐出室から制御室へ導入される冷媒流量が調整される。また、弁体３８と弁座３６とにより副弁が構成され、その副弁の開閉により制御室から吸入室への冷媒の導出が許容または遮断される。すなわち、制御弁１は、主弁と副弁のいずれか一方を開弁させることにより冷媒の流れを切り替える三方弁としても機能する。

本実施形態においては、弁駆動体３０の主弁における有効受圧径Ａ（シール部径）、弁駆動体３０の摺動部における有効受圧径Ｂ（シール部径）、ベローズ８の有効受圧径Ｃ、弁体３８の副弁における有効受圧径Ｄ（シール部径）、弁駆動体３０の遮断弁部における有効受圧径Ｅ（シール部径）、および弁体３８の開閉弁部における有効受圧径Ｆ（シール部径）が等しく設定されている。このため、弁駆動体３０とパワーエレメント６とが作動連結した状態においては、弁体３３に作用する吐出圧力Ｐｄおよび制御圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。パワーエレメント６は、その有効受圧面積に吸入圧力Ｐｓのみを受けることになる。その結果、主弁の制御状態において、弁体３３は、作動室２８にて受ける吸入圧力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。

本実施形態では、スプリング３９，６４の付勢力により、作動ロッド５８の係合部９４と弁体３８とが常に当接する状態が維持される。一方、ソレノイド３がオフにされた副弁の閉弁状態において、作動ロッド５８の係合部材５９と弁駆動体３０の底面との間隔が所定値Ｌとなるように機構の形状および大きさが設定されている。制御弁１の起動時においては、ソレノイド３への通電により主弁の閉弁方向かつ副弁の開弁方向のソレノイド力を弁体３８に伝達することができる。これにより、弁体３３を弁座２０に着座させて主弁を閉じ、さらに弁体３８を弁座３６からリフト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。

以上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２８内の吸入圧力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３９，４０，６４，１０４のばね荷重およびベローズ８の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ている。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。本実施形態では、制御弁１の組み付けが概ね完了した状態で支持部材２７の圧入量を再調整することで、スプリング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。

次に、制御弁１の制御動作について説明する。
図３および図４は、制御弁の動作を表す図である。図３は、制御弁の最小容量運転状態を示している。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。既に説明した図２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４を参照しつつ説明する。

本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ方式が採用される。このＰＷＭ制御は、図示しない制御部により実行される。この制御部は、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。

制御弁１においてソレノイド３が非通電のとき、つまり空調装置が動作していないときには、コア４２とプランジャ４６との間に吸引力が作用しない。このため、図３に示すように、スプリング３９の付勢力により弁体３８が下方に変位し、弁駆動体３０を下方に押圧する。その結果、弁体３３が弁座２０から離間して主弁が全開状態となる。このとき、弁体３８が弁座３６に着座して副弁が閉弁状態となり、弁駆動体３０の下端部が弁座８８に着座して遮断弁部が閉弁状態となる。このため、圧縮機の吐出室からポート１４に導入された冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１２から制御室へと流れることになる。一方、制御圧力Ｐｃのリリーフは遮断される。したがって、制御圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。このとき、パワーエレメント６は実質的に機能しない。

一方、スプリング３９の付勢力により弁体３８がパワーエレメント６から離間し、弁体３８の内部通路３７が開放される。すなわち、遮断弁部が閉じられた状態で開閉弁部が開かれる。その結果、弁駆動体３０の内部通路３５および弁体３８の内部通路３７に制御圧力Ｐｃが満たされ、弁駆動体３０および弁体３８に作用する冷媒圧力の影響がキャンセルされる。各弁体に差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が作用しないため、次にソレノイド３へ通電したときには弁駆動体３０ひいては弁体３３を小さなソレノイド力で閉弁方向に駆動することができる。

一方、空調装置の起動時など、ソレノイド３に制御電流が供給されると、図４に示すように、ソレノイド力により作動ロッド５８が駆動される。このソレノイド力は、作動ロッド５８および弁体３８を介して弁駆動体３０ひいては弁体３３にも伝達される。その結果、弁体３３が弁座２０に着座して主弁を閉じ、その主弁の閉弁とともに弁体３８が弁座３６から離間して副弁を開弁させる。ただし、係合部材５９が弁駆動体３０に係止されることにより作動ロッド５８の変位が規制されるため、弁体３８のリフト量（つまり副弁の開度）は、上記所定値Ｌに一致する。なお、起動時は通常、吸入圧力Ｐｓおよび制御圧力Ｐｃが比較的高いため、ベローズ８が縮小状態を維持し、副弁の開弁状態が維持される。

すなわち、ソレノイド３に起動電流が供給されると、主弁が閉じて制御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制御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、ベローズ８が伸長した状態においても、ソレノイド３に大きな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。

そして、ソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定された制御状態にあるときには、図２に示すように、吸入圧力Ｐｓおよび制御圧力Ｐｃが比較的低いためにベローズ８が伸長し、弁体３８が弁座３６に着座して副弁を閉弁させる。一方、そのように副弁が閉じられた状態で弁体３３が動作して主弁の開度を調整する。このとき、弁体３３は、スプリング３９，６４，１０４による開弁方向の力と、スプリング４０による閉弁方向の力と、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓに応じて動作するパワーエレメント６によるソレノイド力に対抗する力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、たと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８が縮小するため、弁体３３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８が伸長する。その結果、パワーエレメント６による付勢力がソレノイド力に対抗する方向に作用する。この結果、弁体３３への閉弁方向の力が低減され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４２とプランジャ４６との間に吸引力が作用しなくなるため、ベローズ８が伸長し、スプリング３９の付勢力により弁体３３が弁座２０から離間し、主弁が全開状態となる。このとき、弁体３８は弁座３６に着座しているため、副弁は閉弁状態となる。このとき、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から制御室へと流れることになる。したがって、制御圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

図５は、実施形態による作用効果を示す図である。（Ａ）はスプリング３９がテーパ形状を有する本実施形態の構成を示し、（Ｂ）はスプリング１３９がテーパ形状を有しない比較例の構成を示す。各図は、図３のＧ部拡大図に対応する。比較例は、スプリングがテーパ部を有しない通常のコイルスプリングである場合を示す。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態ではスプリング３９をテーパ形状としたため、仮にソレノイド３のオン・オフの繰り返しによってスプリング３９が径方向に撓んだとしても（図中点線参照）、弁体３８による開閉弁部の開閉動作を阻害することはない。これに対し、図５（Ｂ）に示す比較例では、スプリング１３９が単一径であり、その上端部が弁体３８と座面１０２との当接部に近接する。このため、場合によっては図中点線にて示すように、スプリング３９が径方向に撓んだ際に弁体３８とフランジ部１００との間に噛み込み、弁体３８による開閉弁部の閉動作を阻害する虞がある。このようにして開閉弁部に隙間が形成されると、遮断弁部が開く主弁の制御状態において制御圧力Ｐｃが吸入室側に漏れ、制御性能を低下させる可能性がある。

言い換えれば、本実施形態によれば、主弁の制御状態において開閉弁部の閉弁状態を安定に保持できるため、その制御性能を良好に維持することができる。また、スプリング３９をテーパ形状とすることにより、スプリング３９とフランジ部１００との接触面積が小さくなる。このため、仮にスプリング３９と作動ロッド５８との軸線が互いにずれたとしても、パワーエレメント６と作動ロッド５８との間に偶力が発生することを防止又は抑制できる。このため、作動ロッド５８ひいては主弁の作動を安定に維持することができる。

（変形例）
図６は、変形例に係る制御弁の部分断面図である。
上記実施形態では、スプリング３９の形状として、一端から他端に向けて線形的に小径化するテーパ形状を例示したが、座面１０２に向けて外径を小さくする形状部分を有する他の形状を採用してもよい。例えば、図６（Ａ）に示すように、樽型形状のスプリング１５０を採用してもよい。スプリング１５０は、その軸線方向中央において外径が最大となる曲面状の外形を有し、その中央から上端に向けて徐々に外径が小さくなっている。

あるいは、図６（Ｂ）に示すように、上半部にのみテーパ形状を有するスプリング１５２を採用してもよい。スプリング１５２は、下半部のコイル径が一定であり、中央部近傍から上端に向けて線形的に小径化する外形を有する。このような構成によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係る制御弁の部分断面図である。（Ａ）は第２実施形態の構成を示し、（Ｂ）は変形例の構成を示す。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。

本実施形態では、座面形成部における弁体の着脱部とスプリングの当接部との間に隔壁を設けることにより、スプリングの挟み込みを確実に防止する。すなわち、図７（Ａ）に示すように、パワーエレメント２０６のベース部材２９８が、弁体３８の一端開口部に内挿されるように突出するガイド部２１０を有する。ベース部材２９８は、「座面形成部」として機能する。ガイド部２１０は、座面１０２から下方に円ボス状に突出し、弁体３８の上端部に摺動可能に挿通される。そして、スプリング３９の上端部が、ガイド部２１０の内方に配置されている。すなわち、ガイド部２１０は、座面１０２と支持面１０３との間から弁体３８に向けて突設され、弁体３８の上端部に内挿される。このような構成により、弁体３８と座面１０２との当接部がガイド部２１０の外側に位置する一方、スプリング３９の上端部はガイド部２１０の内側に位置するため、スプリング３９がスプリング３９とパワーエレメント２０６との間に挟まれることはない。すなわち、ガイド部２１０が「隔壁」を構成する。

図７（Ｂ）に示す変形例では、パワーエレメント６のベース部材９８の下面に円板状のガイド部材２２０が溶接等により固定されている。ガイド部材２２０は、その中央部に挿通孔２２２を有し、作動ロッド５８の上端部がこれを貫通している。ガイド部材２２０の外周縁部に沿って下方に突出する環状のガイド部２２４が設けられている。ガイド部２２４は、弁体３８の上端部に摺動可能に挿通される。ガイド部２２４の内方に位置するガイド部材２２０の下面が、支持面１０３となっている。そして、スプリング１３９の上端部が、ガイド部２２４の内方に配置されている。このような構成によっても、スプリング１３９とパワーエレメント２０６との間にスプリング１３９が挟まれることはない。その場合、図示のように、スプリング１３９は、テーパ形状を有しなくてもよい。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係る制御弁の部分断面図である。（Ａ）は第３実施形態の構成を示し、（Ｂ）は変形例の構成を示す。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。

本実施形態では、座面形成部に設けた凹部又は段差にスプリングの端部を嵌合させることにより、そのスプリングの径方向の変位を拘束する。それにより、スプリングの挟み込みを防止する。すなわち、図８（Ａ）に示すように、パワーエレメント３０６のベース部材３９８の下面に環状溝３１０（嵌合凹部）が形成され、スプリング３９の上端部をその環状溝３１０に嵌合させている。ベース部材３９８は、「座面形成部」として機能する。このような構成により、スプリング３９の上端部が径方向に変位することが規制されるため、スプリング３９とパワーエレメント３０６との間にスプリング３９が挟まれることはない。

図８（Ｂ）に示す変形例では、弁体３３８の内壁に環状溝３１２が周設されている。一方、パワーエレメント３２６のベース部材３９９の下面中央部から下方に向けて円ボス状のガイド部３４０が突設され、そのガイド部３４０の外周面に環状溝３１４が周設されている。ベース部材３９９は、「座面形成部」として機能する。そして、それらの環状溝３１２，環状溝３１４に支持されるようにスプリング３３９が設けられている。スプリング３３９は、板ばねからなり、円板状の本体の中央部にガイド部３４０を挿通させる挿通孔３４２を有する。スプリング３３９は、その外周縁部が環状溝３１２に嵌合し、内周縁部が環状溝３１４に嵌合しており、弁体３３８を下方に付勢している。このような構成によっても、スプリング３３９とパワーエレメント３２６との間にスプリング３３９が挟まれることはない。

［第４実施形態］
図９は、第４実施形態に係る制御弁の部分断面図である。（Ａ）は第４実施形態の構成を示し、（Ｂ）は変形例の構成を示す。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。

本実施形態では、弁体の軸線方向の支持をより安定化させることにより、スプリングの径方向へのずれを防止又は抑制する。すなわち、図９（Ａ）に示すように、弁体４３８の外周面に環状のガイド部４１０が突設されており、第２部材３２の内周面により摺動可能に支持されている。このような構成により、弁体４３８が弁駆動体３０の軸線に沿って安定に動作できる。それにより、スプリング３９の挟み込みを防止するとともに、その径方向へのずれを防止又は抑制でき、弁体４３８の安定した動作を維持できる。

図９（Ｂ）に示す変形例では、弁体４３９が外筒４４０と内筒４４２とを含む二重管構造を有し、作動ロッド５８が内筒４４２に挿通されるようにして組み付けられている。作動ロッド５８による弁体４３９の安定した支持を実現するために、内筒４４２の内径は、作動ロッド５８における挿通部分（内筒４４２に挿通される部分）の外径の０．５〜５倍程度が好ましく、図示の例では２．５倍程度とされている。このような構成によってもスプリング１３９の径方向へのずれを防止又は抑制でき、弁体４３９の安定した動作を維持できる。

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。

図１０は、変形例に係る制御弁の部分断面図である。
本変形例では、スプリング１３９が弁体５３８に外挿されている。すなわち、弁体５３８が、スプリング１３９の軸芯として機能し、その径方向への撓みを規制している。弁体５３８は、作動ロッド５８の上部に摺動可能に外挿され、支持されている。パワーエレメント５０６のベース部材５９８は、その下面に段差５１０を有し、スプリング１３９の半径方向外向きへの変位を規制している。ベース部材５９８は、「座面形成部」として機能する。このような構成により、スプリング１３９が長手方向全体にわたって安定に保持される。それにより、弁体５３８の安定した動作を維持できる。

上記実施形態では、制御弁１として主弁と副弁を有し、ブリード機能を発揮可能な構成を例示した。変形例においては副弁を有さず、ブリード機能を発揮しない制御弁に対して上記構成を適用してもよい。すなわち、主弁体として筒状の本体を有し、その本体の一端が座面に着脱可能な弁体を採用してもよい。座面はボディに固定されてもよい。その主弁体に同心状に挿通されるようにスプリングを設け、そのスプリングを主弁体と座面形成部との間に介装させてもよい。そして、そのスプリングの挟み込みを防止する構造として、いずれかの実施形態の構造を適用してもよい。

上記実施形態では、可変容量圧縮機の吐出室から制御室に導入する冷媒の流量を調整するいわゆる入れ制御の制御弁を示したが、変形例においては、制御室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整するいわゆる抜き制御の制御弁として構成してもよい。その場合、吸入室連通ポートと制御室連通ポートとをつなぐ通路に主弁孔が設けられる。主弁体がその主弁孔に接離して主弁を開閉する。副弁を設ける必要はない。

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２８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、制御圧力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、制御圧力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。あるいは、吸入圧力Ｐｓではなく制御圧力Ｐｃを被感知圧力として感知して動作するいわゆるＰｃ感知弁としてもよい。あるいは、パワーエレメントを設けることなく、弁体を含む可動部材が差圧を感知して動作する差圧弁として構成してもよい。例えば、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｓ差圧弁としてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄと制御圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｃ差圧弁としてもよい。

上記実施形態では、パワーエレメントを構成する感圧部材としてベローズ４５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、ベローズ８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、制御圧力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。

上記実施形態では、可動部材をパワーエレメントとしたが、伸縮機能を有しない可動体としてもよい。

上記実施形態では、制御弁１を自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、それ以外の用途に適用してもよい。自動車以外の空調装置に適用してもよいし、冷媒以外を作動流体とする他の装置に適用してもよい。

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、３ ソレノイド、５ ボディ、６ パワーエレメント、１２ ポート、１４ ポート、１６ ポート、１８ 弁孔、２４ 弁室、２８ 作動室、３０ 弁駆動体、３３ 弁体、３４ 弁孔、３５ 内部通路、３７ 内部通路、３８ 弁体、３９ スプリング、５８ 作動ロッド、９８ ベース部材、１０２ 座面、１０３ 支持面、１３９ スプリング、１５０ スプリング、１５２ スプリング、２０６ パワーエレメント、２１０ ガイド部、２２４ ガイド部、２９８ ベース部材、３０６ パワーエレメント、３１０ 環状溝、３１２ 環状溝、３１４ 環状溝、３２６ パワーエレメント、３３８ 弁体、３３９ スプリング、３９８ ベース部材、３９９ ベース部材、４１０ ガイド部、４３８ 弁体、４３９ 弁体、５１０ 段差、５３８ 弁体、５９８ ベース部材。

Claims (6)

1. 流体の流通路が内部に形成されたボディと、
   前記ボディ内に設けられた座面を有する座面形成部と、
   一端が前記座面に着脱可能な筒状体と、
   軸線方向の駆動力を発生可能なソレノイドと、
   前記筒状体に同軸状に接続され、前記ソレノイドの駆動力を前記筒状体に伝達可能な作動ロッドと、
   前記座面形成部における前記座面の内側に設けられた支持面と、
   前記筒状体に内挿されつつ前記筒状体と前記支持面との間に介装され、前記支持面に向けて軸線方向に外径を小さくする形状部分を有するスプリングと、
   を備えることを特徴とする電磁弁。
2. 前記座面形成部は、前記座面と前記支持面との間から前記筒状体に向けて突設され、前記筒状体の一端部に内挿されるガイド部を有し、
   前記スプリングの一端部が、前記ガイド部の内方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記座面形成部は、前記支持面に設けられた段差又は凹部により前記スプリングの一端を嵌合させる嵌合部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記座面形成部が、前記ボディの軸線に沿って変位可能な可動部材を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 一端側が前記ボディに支持され、前記ボディ内の圧力に応じて軸線方向に伸縮するパワーエレメントをさらに備え、
   前記座面形成部が、前記パワーエレメントの他端側を構成することを特徴とする請求項４に記載の電磁弁。
6. 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、前記吐出室から制御室に導入する冷媒、及び前記制御室から前記吸入室へ導出する冷媒の少なくとも一方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、
   前記吐出室と前記制御室とを連通させる主通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる副通路とが形成された前記ボディと、
   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、
   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、
   所定の被感知圧力を感知し、その被感知圧力の大きさに応じた前記主弁の開弁方向の駆動力を発生する感圧部と、
   供給される電流量に応じた前記主弁の閉弁方向の駆動力を発生する前記ソレノイドと、
   前記感圧部と前記ソレノイドとの間に配置され、前記ソレノイドの駆動力を前記主弁体および前記副弁体に伝達する前記作動ロッドと、
   を備え、
   前記筒状体が前記副弁体を構成し、
   前記座面形成部が前記感圧部を構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁弁。

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