JP2020101242A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】制御弁の耐異物性能を高める。【解決手段】制御弁１は、第１ポート１４と連通する第１室２６と、第２ポート１２と連通する第２室２３と、第１室２６と第２室２３との間に両者を軸線方向に離隔するように設けられたガイド孔２５とを有するボディ５と、ガイド孔２５を摺動可能に貫通する弁作動体３５と、弁作動体３５に軸線方向の駆動力を付与するためのソレノイド３と、弁作動体３５に駆動力と対抗する付勢力を付与するための付勢部材と、を備える。弁作動体３５の外周面およびガイド孔２５の内周面の少なくとも一方に凹部９０が周設されることにより、弁作動体３５とガイド孔２５との接触面が軸線方向に間欠的に形成される。各接触面の軸線方向の長さが、弁作動体３５の軸線方向の最大ストロークよりも小さくなるように凹部９０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は制御弁に関し、特に耐異物構造に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。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、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた斜板に圧縮用のピストンが連結され、斜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容量を調整する。斜板の角度は、密閉された制御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。制御室内の圧力（以下「制御圧力」という）は、例えば圧縮機の吐出室と制御室との間に設けられる入れ制御の制御弁、又は制御室と吸入室との間に設けられる抜き制御の制御弁により調整される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７−８９８３２号公報

ところで、このような制御弁には耐異物性能が要求される。すなわち、圧縮機の吐出冷媒に金属粉などの異物が含まれることがある。圧縮機のピストン周辺の摩耗等で発生するものである。この異物が制御弁の摺動部に侵入して噛み込むと、円滑な作動が妨げられる可能性がある。なお、このような問題は、圧縮機の制御弁に限らず、摺動部を有する制御弁については同様に生じ得る。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御弁の耐異物性能を高めることにある。

本発明のある態様は制御弁である。この制御弁は、第１ポートと連通する第１室と、第２ポートと連通する第２室と、第１室と第２室との間に両者を軸線方向に離隔するように設けられたガイド孔とを有するボディと、ガイド孔を摺動可能に貫通する弁作動体と、弁作動体に軸線方向の駆動力を付与するためのソレノイドと、弁作動体に駆動力と対抗する付勢力を付与するための付勢部材と、を備える。弁作動体の外周面およびガイド孔の内周面の少なくとも一方に凹部が周設されることにより、弁作動体とガイド孔との接触面が軸線方向に間欠的に形成される。各接触面の軸線方向の長さが、弁作動体の軸線方向の最大ストロークよりも小さくなるように凹部が設けられている。

この態様によれば、弁作動体とガイド孔との接触面に異物が侵入したとしても、弁作動体が最大ストロークをすることにより、異物を掻き出し易くなる。そのため、異物が接触面において固着するなどの事態を防止又は抑制できる。

本発明によれば、制御弁の耐異物性能を高めることができる。

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。 耐異物構造を表す部分拡大断面図である。 第２実施形態に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。 耐異物構造を表す部分拡大断面図である。 変形例に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。 他の変形例に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。 他の変形例に係る弁作動体およびその周辺の構造を表す図である。

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表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

［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。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斜板に圧縮用のピストンが連結されている。その斜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、および制御室から吸入室へ導出する冷媒流量に応じて斜板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。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とを軸線方向に組み付けて構成される。弁本体２は、主弁７および副弁８を含む。主弁７は、圧縮機の運転時に開度が調整され、吐出冷媒の一部を制御室へ導く。副弁８は、圧縮機の起動時に全開状態となり、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。本実施形態では、副弁８が「第１弁」に対応し、「抽気弁」として機能する。また、主弁７が「第２弁」に対応し、「給気弁」として機能する。

ソレノイド３は、主弁７の閉弁方向かつ副弁８の開弁方向の駆動力を発生する。その駆動力は、供給電流値に応じた大きさで得られる。弁本体２は、段付円筒状のボディ５を有し、そのボディ５内に主弁７，副弁８およびパワーエレメント６を収容する。パワーエレメント６は「感圧部」として機能し、吸入圧力Ｐｓの大きさに応じたソレノイド３への対抗力を発生する。

ボディ５には、その上端側からポート１２，１４，１６が設けられている。ポート１２は、圧縮機の吸入室に連通する。ポート１４は、圧縮機の制御室に連通する。ポート１６は、圧縮機の吐出室に連通する。本実施形態では、ポート１４が「第１ポート」、ポート１２が「第２ポート」、ポート１６が「第３ポート」としてそれぞれ機能する。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。

ボディ５内には、ポート１６とポート１４とを連通させる主通路と、ポート１４とポート１２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７が設けられ、副通路には副弁８が設けられる。すなわち、制御弁１は、一端側からパワーエレメント６、副弁８、主弁７、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。副通路には副弁座３４が設けられる。

ポート１２は、ボディ５の上部に区画された作動室２３と吸入室とを連通させる。パワーエレメント６は、作動室２３に配置されている。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１６と主弁孔２０との間には主弁室２４が設けられ、主弁７が配置されている。主弁孔２０の下端開口部に主弁座２２が形成されている。ポート１４は、圧縮機の定常動作時に主弁７を経由して制御圧力Ｐｃとなった冷媒を制御室へ向けて導出する一方、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。ポート１４と主弁孔２０との間には副弁室２６が設けられ、副弁８が配置されている。ポート１２は、圧縮機の起動時に副弁８を経由して吸入圧力Ｐｓとなった冷媒を吸入室へ向けて導出する。本実施形態では、副弁室２６が「第１弁室（第１室）」、作動室２３が「第２室」、主弁室２４が「第２弁室」としてそれぞれ機能する。

ポート１４，１６には、円筒状のフィルタ部材１５，１７がそれぞれ取り付けられている。フィルタ部材１５，１７は、ボディ５の内部への異物の侵入を抑制するためのメッシュを含む。主弁７の開弁時にはフィルタ部材１７がポート１６への異物の侵入を抑制し、副弁８の開弁時にはフィルタ部材１５がポート１４への異物の侵入を抑制する。

副弁室２６と作動室２３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（主弁室２４の主弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２７が設けられている。ガイド孔２７には、弁駆動体２９が摺動可能に挿通されている。

弁駆動体２９は段付円筒状をなし、その上部が縮径して主弁孔２０を貫通しつつ内外を区画する区画部３３となっている。区画部３３は「延在部」として機能する。弁駆動体２９に形成された段部が、主弁座２２に着脱して主弁７を開閉する主弁体３０となっている。主弁体３０が主弁室２４側から主弁座２２に着脱することにより主弁７を開閉する。区画部３３の上部が上方に向かってテーパ状に拡径し、その上端開口部に副弁座３４が構成されている。副弁座３４は、弁駆動体２９と共に変位する可動弁座として機能する。なお、本実施形態では、弁駆動体２９と主弁体３０とを区別しているが、弁駆動体２９を「主弁体」として捉えてもよい。弁駆動体２９を「弁座部材」として捉えてもよい。

一方、ガイド孔２５には、円筒状の弁作動体３５が摺動可能に挿通されている。弁作動体３５の下端部に副弁体３６が一体に設けられている。弁作動体３５を軸線方向に貫通するように複数の連通路３７が設けられている。副弁体３６と副弁座３４とは軸線方向に対向配置されている。副弁体３６が副弁室２６にて副弁座３４に着脱することにより副弁８を開閉する。なお、本実施形態では、弁作動体３５と副弁体３６とを区別しているが、弁作動体３５を「副弁体」として捉えてもよい。

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、弁作動体３５を貫通してパワーエレメント６に遊嵌されている。弁作動体３５は、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のプランジャ５０に連結されている。作動ロッド３８の上半部は弁駆動体２９を貫通し、その上部が縮径されている。その縮径部には弁作動体３５が外挿され、固定されている。その縮径部の先端がパワーエレメント６に嵌合している。

作動ロッド３８の軸線方向中間部にはリング状のばね受け４０が嵌着され、支持されている。弁駆動体２９とばね受け４０との間には、弁駆動体２９を主弁７および副弁８の閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。主弁７の制御時には、スプリング４２の弾性力によって弁駆動体２９とばね受け４０とが突っ張った状態となり、主弁体３０と作動ロッド３８とが一体に動作する。

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を含み、そのベローズ４５の変位によりソレノイド力に対抗する力を発生させる。この対抗力は、作動ロッド３８および弁作動体３５を介して主弁体３０にも伝達される。副弁体３６が副弁座３４に着座して副弁８を閉じることにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが遮断される。また、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁８を開くことにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが許容される。

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段付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、ボビン５２の下方にて端部材５８に埋設された磁性材料からなるカラー６０を備える。

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。ボディ５とコア４６との間に作動室２８が形成されている。一方、コア４６の中央を軸線方向に貫通するように、作動ロッド３８が挿通されている。作動室２８は、弁駆動体２９および弁作動体３５のそれぞれの内部通路を介して作動室２３に連通する。このため、作動室２８には作動室２３の吸入圧力Ｐｓが導入される。この吸入圧力Ｐｓは、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。

コア４６とプランジャ５０との間には、両者を互いに離間させる方向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。スプリング４４は、ソレノイド３のオフ時に主弁７を全開させるいわゆるオフばねとして機能する。作動ロッド３８は、弁作動体３５およびプランジャ５０のそれぞれに対して同軸状に接続されている。作動ロッド３８は、その上部が弁作動体３５に圧入され、下端部がプランジャ５０の上部に圧入されている。これら作動ロッド３８、弁作動体３５およびプランジャ５０は、主弁７の制御時において弁駆動体２９と一体変位する「可動体」を構成する。

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７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主弁体３０に作用し、主弁７の開度を適切に制御する。圧縮機の起動時には、ソレノイド力の大きさに応じて作動ロッド３８がスプリング４４の付勢力およびパワーエレメント６の付勢力に抗してボディ５に対して相対変位し、主弁７を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁８を開弁させる。また、主弁７の制御中であっても、吸入圧力Ｐｓが相当高まると、ベローズ４５が収縮して作動ロッド３８がボディ５に対して相対変位し、主弁７を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁８を開弁させる。それによりブリード機能を発揮させる。

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連通溝６６が設けられ、プランジャ５０の下部には内外を連通する連通孔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。

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との間隙にも介在している。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介在させることで、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。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁駆動体２９のガイド孔２７との摺動面には環状溝７３が周設され、Ｏリング７４（シールリング）が嵌着されている。それにより、両者の間隙を介した冷媒の流通が防止されている。作動ロッド３８が副弁体３６と一体に設けられているため、ソレノイド力を副弁体３６に直接的に伝達できる。

弁駆動体２９の上端部（副弁座３４）と弁作動体３５の下端部（副弁体３６）とが互いのテーパ面で着脱するように構成されている。それにより、弁駆動体２９は、上端部が調心される一方、下半部がガイド孔２７に摺動可能に支持されることで、軸線方向に安定に駆動される。

副弁体３６の下端部は、下方に向けて外径を小さくするテーパ形状とされている。本実施形態では、このテーパ面が、所定の曲率を有する球状面（曲面）となっており、テーパ状の副弁座３４に対して線接触状態にて着座する。それにより、副弁８の閉弁時には、弁駆動体２９と弁作動体３５とが一体となって安定に駆動される。

弁作動体３５は、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔４３を有する。挿通孔４３の周囲に複数の連通路３７が設けられている。各連通路３７は、弁駆動体２９の内部通路３９と作動室２３とを連通させる。連通路３７は、副弁８の開弁時に副弁室２６と作動室２３とを連通させる。

ガイド孔２５の内周面には、環状溝９０が周設されている。環状溝９０は、例えば中ぐり加工等により得ることができる。環状溝９０は「凹部」として機能し、制御弁１の耐異物性能を向上させるが、その詳細については後述する。

作動ロッド３８の上部は、挿通孔４３を貫通してパワーエレメント６まで延在している。弁作動体３５は、作動ロッド３８における縮径部の基端である段部７９に係止されることにより、作動ロッド３８に対する位置決めがなされている。なお、作動ロッド３８は、副弁体３６が副弁座３４に着座した図示の状態においては、ばね受け４０の上面が弁駆動体２９の下面から少なくとも所定間隔Ｌをあけて離間するように、段部７９の位置が設定されている。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３８を主弁体３０（弁駆動体２９）に対して相対変位させて弁作動体３５を押し上げることもできる。それにより、副弁体３６と副弁座３４とを離間させて副弁８を開くことができる。また、ばね受け４０と弁駆動体２９とを係合（当接）させた状態でソレノイド力を主弁体３０に直接的に伝達でき、主弁体３０を主弁７の閉弁方向に大きな力で押圧できる。この構成は、弁駆動体２９とガイド孔２７との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体３０の作動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。

主弁室２４は、ボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、主弁７とポート１６との間には比較的大きな空間が形成され、主弁７を開弁させたときに主通路を流れる冷媒の流量を十分に確保できる。同様に、副弁室２６もボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、副弁８とポート１４との間にも比較的大きな空間が形成される。そして図示のように、弁駆動体２９の上端と副弁体３６の下端との着脱部が、副弁室２６の中央部に位置するように設定されている。つまり、副弁座３４が常に副弁室２６に位置するよう主弁体３０の可動範囲が設定され、副弁室２６にて副弁８が開閉される。このため、副弁８を開弁させたときに副通路を流れる冷媒の流量を十分に確保できる。つまり、ブリード機能を効果的に発揮できる。

パワーエレメント６は、ベローズ４５の上端開口部を第１ストッパ８２により閉止し、下端開口部を第２ストッパ８４により閉止して構成されている。ベローズ４５は「感圧部材」として機能する。第１ストッパ８２は、端部材１３と一体成形されている。第２ストッパ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、その下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、蛇腹状の本体の上端部が端部材１３の下面に気密に溶接され、その本体の下端開口部がフランジ部８６の上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となっている。ベローズ４５の内方にはスプリング８８が配設されている。スプリング８８は、端部材１３とフランジ部８６との間に介装され、ベローズ４５を伸長方向に付勢する。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。

端部材１３は、パワーエレメント６の固定端となっている。端部材１３のボディ５への圧入量を調整することにより、パワーエレメント６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を調整できる。なお、第１ストッパ８２の中央部がベローズ４５の内方に向けて下方に延在し、第２ストッパ８４の中央部がベローズ４５の内方に向けて上方に延在し、それらがベローズ４５の軸芯を形成している。ベローズ４５は、作動室２３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（主弁および副弁の開閉方向）に伸長または収縮する。その差圧が小さくなってベローズ４５が伸長するに応じて、弁駆動体２９に主弁７の開弁方向かつ副弁８の閉弁方向の駆動力が付与される。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、第２ストッパ８４が第１ストッパ８２に当接して係止されるため、その収縮は規制される。

本実施形態においては、ベローズ４５の有効受圧径Ａと、主弁体３０の主弁７における有効受圧径Ｂ（シール部径）と、弁駆動体２９の摺動部径Ｃと、弁作動体３５の摺動部径Ｄとが等しく設定されている。なお、ここでいう「等しい」とは、完全に等しい概念はもちろん、ほぼ等しい（実質的に等しい）概念を含むとみなしてよい。このため、弁駆動体２９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、主弁体３０と副弁体３６との結合体に作用する吐出圧力Ｐｄ，制御圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。その結果、主弁７の制御状態において、主弁体３０は、パワーエレメント６が作動室２３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。

本実施形態ではこのように、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくするとともに、弁体（主弁体３０および副弁体３６）の内部通路を上下に貫通させることで、弁体に作用する圧力（Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓ）の影響をキャンセルできる。つまり、弁作動体３５，弁駆動体２９，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各弁体の径を設定することもでき、設計自由度が高い。変形例においては、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくする一方、有効受圧径Ａをこれらと異ならせてもよい。すなわち、ベローズ４５の有効受圧径Ａを、径Ｂ，Ｃ，Ｄより小さくしてもよいし、径Ｂ，Ｃ，Ｄより大きくしてもよい。

一方、本実施形態では、副弁体３６の副弁８におけるシール部径Ｅが、主弁体３０の主弁７における有効受圧径Ｂよりも小さくされ、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁駆動体２９に対して副弁８の開弁方向に作用する。このような受圧構造とスプリング４２による付勢構造とが、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となったときに副弁８を開弁させる「差圧開弁機構」を実現している。

次に、制御弁の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）方式が採用される。このＰＷＭ制御は、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して制御を行うものであり、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。

図３は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図２は、最小容量運転時における制御弁の状態を示している。図３は、最大容量運転時（空調装置の起動時等）にブリード機能が発揮されたときの状態を示している。以下では図１に基づき、適宜図２，図３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（オフ）のとき、つまり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、スプリング４４の付勢力が、プランジャ５０、作動ロッド３８および弁作動体３５を介して弁駆動体２９に伝達される。その結果、図２に示すように、主弁体３０が主弁座２２から離間して主弁７が全開状態となる。このとき、副弁８は閉弁状態を維持する。

一方、空調装置の起動時など、ソレノイド３に制御電流（起動電流）が供給されると、コア４６がプランジャ５０を吸引する。このため、作動ロッド３８が押し上げられる。このとき、スプリング４４の付勢力により弁駆動体２９が押し上げられ、図３に示すように、主弁体３０が主弁座２２に着座して主弁７を閉じる。一方、作動ロッド３８が弁駆動体２９に対して相対変位しつつさらに押し上げられ、作動ロッド３８が弁作動体３５を押し上げる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁８を開く。それにより、制御室から吸入室へ所定流量の冷媒のリリーフがなされて制御圧力Ｐｃが低下し、圧縮機は最大容量運転を行う。つまり、ブリード機能が発揮され、圧縮機が速やかに起動する。

こうして吸入圧力Ｐｓが十分に低くなると、パワーエレメント６が伸長して副弁８を閉じる。このとき、ソレノイド３に供給される制御電流を空調の設定温度に応じて小さくすると、弁駆動体２９とパワーエレメント６とが一体となって作動し、主弁７が所定の開度に設定される。

ソレノイド３に供給される電流値が主弁７の制御電流値範囲にあるときには、吸入圧力Ｐｓが供給電流値により設定された設定圧力Ｐsetとなるよう主弁７の開度が自律的に調整される。この主弁７の制御状態においては、副弁体３６が副弁座３４に着座し、副弁８は閉弁状態を維持する。主弁体３０は、スプリング４４による開弁方向の力と、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。

このとき、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７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７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７が全開状態となる。このとき、基本的に副弁体３６は副弁座３４に着座しているため、副弁８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１６に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁７を通過し、ポート１４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。

次に、本実施形態における耐異物構造の詳細について説明する。
図４は、耐異物構造を表す部分拡大断面図である。左段は図２のａ部拡大図に対応し、ソレノイド３がオフにされて弁作動体３５が下死点にある状態を示す。右段は図３のａ部拡大図に対応し、ソレノイド３がオンにされて弁作動体３５が上死点にある状態を示す。このため、図中のｓ１は、弁作動体３５の最大ストロークを示す。

本実施形態では、図２に示したように、弁駆動体２９とガイド孔２７との間にはシールリング（Ｏリング７４）を設けているが、弁作動体３５とガイド孔２５との間には設けていない。これは、ソレノイド３の駆動力に対する弁作動体３５の摺動抵抗を極力抑えるためである。また、主弁室２４と作動室２８との間に生じる差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に比べ、副弁室２６と作動室２３との間に生じる差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が小さい。このため、弁駆動体２９とガイド孔２７との間のシールに比べ、弁作動体３５とガイド孔２５との間のシールの必要性が低いためでもある。

しかし、特にソレノイド３がオンからオフに切り替えられて主弁７が全開となるときには、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）といえども大きくなる。このため、冷媒中の異物が弁作動体３５とガイド孔２５との摺動部に侵入し、弁作動体３５の円滑な動作を妨げる可能性がある。異物がその摺動部において固着すると、弁作動体３５の作動をロックさせる懸念もある。

そこで本実施形態では、図４に示すように、ガイド孔２５の内周面に比較的大きな環状溝９０を設けている。ガイド孔２５は、その環状溝９０にそれぞれ隣接する上側面９２と下側面９４にて弁作動体３５を摺動可能に支持する。すなわち、上側面９２および下側面９４が、弁作動体３５と接触する「接触面」を構成する。上側面９２が「第１接触面」、下側面９４が「第２接触面」にそれぞれ対応する。

そして図示のように、各接触面の軸線方向長さｌ１，ｌ２が、いずれも弁作動体３５の最大ストロークｓ１よりも小さくなるように環状溝９０が設けられている。このため、仮に弁作動体３５とガイド孔２５との摺動面に異物が侵入したとしても、弁作動体３５が最大ストロークで動作することで、異物を接触面外に押し出すことが可能となる。すなわち、異物が接触面において固着しようとしてもこれを剥離し、環状溝９０により形成される空間あるいは摺動部外に掻き出すことができる。その結果、制御弁１の耐異物性能を高めることができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。図５（Ａ）は弁作動体が下死点にある状態を示し、図５（Ｂ）は弁作動体が上死点にある状態を示す。図６は耐異物構造を表す部分拡大断面図である。左段は図５（Ａ）のａ部拡大図に対応し、右段は図５（Ｂ）のａ部拡大図に対応する。以下、第１実施形態との相異点を中心に説明する。

図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ボディ２０５におけるガイド孔２２５の内周面に凹部は設けられていない。一方、弁作動体２３５の外周面に複数の環状溝２９０が設けられている。本実施形態では、弁作動体２３５の軸線方向に６つの環状溝２９０が等間隔で配設され、いわゆるラビリンス構造を構成している。各環状溝２９０が「凹部」として機能する。

図６にも示すように、弁作動体２３５の外周面に小幅の環状溝２９０が小間隔で配設されている。それにより、隣接する環状溝２９０間に小幅の摺動面２９２が形成され、弁作動体２３５とガイド孔２２５との接触面が軸線方向に間欠的に形成される。隣接する環状溝２９０間の接触面の長さｌ２１、および環状溝領域外の接触面の長さｌ２２のいずれも、弁作動体２３５の最大ストロークｓ２１より小さくなるように環状溝２９０が設けられている。このため、仮に弁作動体２３５とガイド孔２２５との摺動面に異物が侵入したとしても、これを接触面に留めることなく掻き出すことが可能となる。すなわち、本実施形態によっても制御弁の耐異物性能を高めることができる。

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７は、変形例に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。図７（Ａ）は弁作動体が下死点にある状態を示し、図７（Ｂ）は弁作動体が上死点にある状態を示す。
本変形例では、弁作動体３３５の上端部に半径方向外向きに突出するフランジ状の遮蔽部３４０を有する。遮蔽部３４０は、ガイド孔２５の内径よりも大きな外径を有する。遮蔽部３４０は、ソレノイド３がオフにされたときに作動室２３の底部に着座し、弁作動体３３５とガイド孔２５との隙間の開口端を閉じる。

本変形例によれば、ソレノイド３がオフにされるとき、つまり主弁７の全開時に差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が最大となるところ、弁作動体３３５とガイド孔２５との隙間が遮断される。すなわち、摺動部への異物の侵入が最も懸念される状態において、それを防止又は抑制できる。なお、本変形例では、第１実施形態の構成に遮蔽部を適用した例を示したが、第２実施形態その他の構成に同様の遮蔽部を適用してもよい。

なお、本変形例においてガイド孔の凹部を省略しても耐異物性能向上効果は得られる。本変形例の制御弁を以下のように大きく捉えてもよい。この制御弁は、第１ポートと連通する第１室と、第２ポートと連通する第２室と、前記第１室と前記第２室との間に両者を軸線方向に離隔するように設けられたガイド孔とを有するボディと、前記ガイド孔を摺動可能に貫通する弁作動体と、前記弁作動体に軸線方向の駆動力を付与するためのソレノイドと、前記弁作動体に前記駆動力と対抗する付勢力を付与するための付勢部材と、を備える。前記弁作動体は、半径方向外向きに突出する遮蔽部を有する。前記遮蔽部は、前記ソレノイドがオフにされたときに前記弁作動体と前記ガイド孔との隙間の開口端を閉じる。

図８は、他の変形例に係る制御弁の弁作動体周辺の部分拡大断面図である。
本変形例では、副弁室２６におけるガイド孔２５の周囲に段差部３５０が設けられている。段差部３５０は、ボディ３０５における副弁室２６の上面に形成された環状凹部からなる。

本変形例によれば、弁作動体３３５とガイド孔２５との隙間の開口端近傍に段差部３５０を設けることで、異物を受け止めることができる。すなわち、ポート１４から侵入した異物が摺動部に導かれることそのものを抑制できる。なお、本変形例では、第１実施形態の構成に対して段差部を適用した例を示したが、第２実施形態その他の構成に同様の段差部を適用してもよい。

なお、本変形例においてガイド孔の凹部を省略しても耐異物性能向上効果は得られる。本変形例の制御弁を以下のように大きく捉えてもよい。この制御弁は、流体を導入する第１ポートと、前記第１ポートと連通する第１室と、流体を導出する第２ポートと、前記第１ポートと連通する第２室と、前記第１室と前記第２室との間に両者を軸線方向に離隔するように設けられたガイド孔とを有するボディと、前記ガイド孔を摺動可能に貫通する弁作動体と、前記弁作動体に軸線方向の駆動力を付与するためのソレノイドと、前記弁作動体に前記駆動力と対抗する付勢力を付与するための付勢部材と、を備える。前記第１室におけるガイド孔の周囲に、前記第１ポートから侵入した異物を受けるための段差部が設けられている。

図９は、他の変形例に係る弁作動体およびその周辺の構造を表す図である。図９（Ａ）は弁作動体周辺の部分拡大断面図である。図９（Ｂ）は弁作動体の平面図であり、図９（Ｃ）は弁作動体の側面図である。

本変形例では、第２実施形態の構成に対してさらに異物排出構造を設けている。すなわち、弁作動体４３５の外周面に環状溝２９０を縦断するように排出溝４５０が設けられている。２つの排出溝４５０が、弁作動体４３５において周方向に１８０度ずれた位置に設けられている。排出溝４５０の下端が最下段の環状溝２９０に連通し、排出溝４５０の上端は作動室２３に開放されている。

本変形例によれば、摺動面２９２，２９４（図６参照）により環状溝２９０に掻き出された異物を、排出溝４５０を介して作動室２３へ排出し易くなる。なお、本変形例では、第２実施形態の構成に対して排出溝を適用した例を示したが、第１実施形態その他の構成に同様の排出溝を適用してもよい。また、排出溝の数は２つに限られず、適宜設定できる。排出溝を環状溝に対して９０度以外の角度で交わらせてもよい。

上記第２実施形態では、弁作動体２３５に６つの環状溝２９０を設ける例を示したが、環状溝の数はこれに限らず適宜設定できる。また、複数の環状溝の幅を異ならせたり、隣接する環状溝の間隔を適宜異ならせてもよい。ただし、各接触面の軸線方向長さが、いずれも弁作動体の最大ストロークよりも小さくなるようにする。

なお、上記実施形態では、「最大ストローク」としてソレノイドがオフからオンにされたときの弁作動体のストロークを例示した。しかし、例えば外気温が低い場合など外部環境によっては、ソレノイドがオフからオンにされても弁作動体がフルストロークしない場合がある。このため、「最大ストローク」については、その定義が曖昧にならないよう仕様上のフルストロークとしてよい。

上記実施形態では、副弁室２６と作動室２３との間の摺動部、つまり弁作動体とガイド孔との間に耐異物構造（凹部）を設ける構成を例示した。変形例においては、主弁室２４と作動室２８との間の摺動部においてシールリングを省略し、耐異物構造（凹部）を設けてもよい。すなわち、弁駆動体２９とガイド孔２７との間に耐異物構造（凹部）を設けてもよい。その場合、弁駆動体を「弁作動体」と捉えることもできる。弁駆動体の外周面およびガイド孔の内周面の少なくとも一方に凹部が周設されることにより、弁駆動体とガイド孔との接触面が軸線方向に間欠的に形成される。各接触面の軸線方向の長さが、弁駆動体の最大ストロークよりも小さくなるように凹部が設けられる。凹部は、軸線方向に長い一つの環状溝にて構成してもよい。あるいは、複数の環状溝にて構成してもよい。

上記実施形態では、制御弁が主弁７と副弁８を備える構成を例示した。すなわち、ボディが、流体を導入する導入ポート（ポート１６）と、流体を導入および導出する導入出ポート（ポート１４）と、流体を導出する導出ポート（ポート１２）を備える構成を示した。変形例においては、導入出ポートを有しない制御弁、つまり単一の弁部を有する制御弁に上記耐異物構造（凹部）を適用してもよい。

上記実施形態では、吐出室から制御室へ流れる冷媒の流量を制御するいわゆる入れ制御をメインとした構成を示したが、制御室から吸入室へ流れる冷媒の流量を制御するいわゆる抜き制御をメインとした構成としてもよい。抜き制御の制御弁は、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、制御室から吸入室へ抜き出す冷媒流量を調整するＰｓ感知弁として構成される。あるいは、入れ制御および抜き制御の双方を適切に制御する構成としてもよい。

上記実施形態では、制御弁として、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。すなわち、感圧部が感知する圧力（「被感知圧力」ともいう）を吸入圧力Ｐｓとした。変形例においては、被感知圧力として制御圧力Ｐｃを感知して動作するいわゆるＰｃ感知弁としてもよい。

上記実施形態では、付勢部材をスプリングとしたが、ゴム等その他の付勢部材を採用してもよい。

上記実施形態では、弁作動体が弁体として機能する構成を例示した。変形例においては、弁作動体そのものには弁機能を有しない構成としてもよい。例えば、弁作動体を作動ロッド（シャフト）として構成し、ガイド孔により摺動可能に支持する構成としてもよい。このような弁作動体と作動ロッドとの間に上記耐異物構造（凹部）を設けてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、弁作動体をボディよりも低硬度の材質からなるものとしてもよい。それにより、弁作動体に外周面に付着した異物を凹部へ削ぎ落としたり、摺動部外に掻き出し易くなる。

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、７ 主弁、８ 副弁、１２ ポート、１４ ポート、１６ ポート、２０ 主弁孔、２２ 主弁座、２３ 作動室、２４ 主弁室、２５ ガイド孔、２６ 副弁室、２７ ガイド孔、２８ 作動室、２９ 弁駆動体、３０ 主弁体、３２ 副弁孔、３４ 副弁座、３５ 弁作動体、３６ 副弁体、３７ 連通路、３８ 作動ロッド、３９ 内部通路、４２ スプリング、４４ スプリング、９０ 環状溝、９０ 凹部、９２ 上側面、９４ 下側面、２０５ ボディ、２２５ ガイド孔、２３５ 弁作動体、２９０ 環状溝、２９２ 摺動面、３０５ ボディ、３３５ 弁作動体、３４０ 遮蔽部、３５０ 段差部、４３５ 弁作動体、４５０ 排出溝。

Claims (8)

1. 第１ポートと連通する第１室と、第２ポートと連通する第２室と、前記第１室と前記第２室との間に両者を軸線方向に離隔するように設けられたガイド孔とを有するボディと、
   前記ガイド孔を摺動可能に貫通する弁作動体と、
   前記弁作動体に軸線方向の駆動力を付与するためのソレノイドと、
   前記弁作動体に前記駆動力と対抗する付勢力を付与するための付勢部材と、
   を備え、
   前記弁作動体の外周面および前記ガイド孔の内周面の少なくとも一方に凹部が周設されることにより、前記弁作動体と前記ガイド孔との接触面が軸線方向に間欠的に形成され、
   各接触面の軸線方向の長さが、前記弁作動体の軸線方向の最大ストロークよりも小さくなるように前記凹部が設けられていることを特徴とする制御弁。
2. 前記凹部が、前記ガイド孔の内周面に設けられた一つの環状溝からなり、
   前記接触面として、前記環状溝に隣接する第１接触面および第２接触面が形成されることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記凹部が、前記弁作動体の外周面に設けられた複数の環状溝であることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
4. 前記弁作動体は、半径方向外向きに突出する遮蔽部を有し、
   前記遮蔽部は、前記ソレノイドがオフにされたときに前記弁作動体と前記ガイド孔との隙間の開口端を閉じることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
5. 前記第１ポートが流体を導入する一方、前記第２ポートが流体を導出し、
   前記弁作動体は、前記環状溝から前記第２室へ開口する排出溝をさらに有することを特徴とする請求項２又は３に記載の制御弁。
6. 前記第１ポートが流体を導入する一方、前記第２ポートが流体を導出し、
   前記第１室におけるガイド孔の周囲に、前記第１ポートから侵入した異物を受けるための段差部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御弁。
7. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用され、
   前記第１室に配置された弁座と、
   前記弁作動体と一体変位可能であり、前記弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、
   を備え、
   前記第１ポートが前記制御室に連通する一方、前記第２ポートが前記吸入室に連通し、
   前記弁部が、前記制御室の冷媒の一部を前記吸入室へ逃がすために開弁される抽気弁であ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. 前記吐出室に連通する第３ポートと、前記第１室としての第１弁室と、前記第３ポートと連通する第２弁室と、前記第１弁室と前記第２弁室とを軸線方向に連通する弁孔と、をさらに有する前記ボディと、
   前記弁体として前記弁作動体と一体に設けられた第１弁体と、
   前記第２弁室の側から前記弁孔に接離して給気弁を開閉する第２弁体と、
   前記第２弁体から前記弁孔を貫通して前記第１弁室へ延出する延在部と、
   前記ソレノイドの駆動力を前記第１弁体に伝達する作動ロッドと、
   前記付勢部材としての第１付勢部材と、
   前記第２弁体を閉弁方向に付勢するための第２付勢部材と、
   を備え、
   前記弁座が前記第１弁室にて前記延在部と一体に設けられ、
   前記作動ロッドが前記第２弁体および前記延在部を貫通して前記第１弁体と一体に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の制御弁。

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