JP2024046023A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量圧縮機用制御弁における異物対策を効果的に実現する。【解決手段】ある態様の制御弁は、ソレノイドの駆動力が主弁の閉弁方向かつ副弁の開弁方向に作用する。主弁の開弁時には弁駆動体２９と弁作動体３５とが作動連結されて副弁が閉弁状態を保つ一方、副弁の開弁時には弁駆動体２９と弁作動体３５との作動連結が解除されて主弁が閉弁状態を保つ。弁作動体３５の外周面に段差９０が設けられることで、ガイド孔２５の内周面と弁作動体３５の外周面との間に副弁室２６に向けて開口する溝部９２が形成される。溝部９２の開口幅は、フィルタ１５，１７のいずれのメッシュの開口幅よりも大きい。弁作動体３５の全ストロークにわたって溝部９２の形成が維持されるよう段差９０の位置が設定されている。【選択図】図４

Description

本発明は制御弁に関し、特に異物対策構造に関する。

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ある可変容量圧縮機（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。この制御室内の圧力（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た制御弁により制御される。

このような制御弁として、吐出室と制御室とを連通させる主通路に主弁を設ける一方、制御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がある（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。それにより制御圧力を調整して圧縮機の吐出容量を制御できる。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、それにより制御圧力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できる。

特開２０１５－２１４９１４号公報

ところで、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、制御弁の円滑な作動が妨げられる可能性がある。そのような状況においても空調装置において最低限の空調機能を確保できるのが望ましい。

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、可変容量圧縮機用制御弁における異物対策を効果的に実現することにある。

本発明のある態様は、吸入室、吐出室および制御室を有し、制御室の制御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る制御弁である。この制御弁は、一端側から吸入室に連通する作動室、制御室に連通する副弁室、および吐出室に連通する主弁室を有し、作動室と副弁室とをつなぐガイド孔と、副弁室と主弁室とをつなぐ主弁孔と、主弁孔の開口端に設けられた主弁座と、をさらに有するボディと、主弁室側から主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、主弁孔を貫通して副弁室に配置される弁座形成部とを有し、弁座形成部の端部に副弁座が形成される弁駆動体と、ボディの他端側に設けられ、供給電流値に応じた主弁の閉弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、作動室に配置されて吸入室の吸入圧力を感知し、その吸入圧力の大きさに応じてソレノイドの駆動力への対抗力を発生するパワーエレメントと、弁駆動体を貫通し、ソレノイドの駆動力をパワーエレメントに伝達するための作動ロッドと、副弁室にて副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、副弁の内側に設けられ作動室に連通する連通路とを有し、作動ロッドと一体変位可能に設けられ、ガイド孔に摺動可能に支持される弁作動体と、弁駆動体を主弁の閉弁方向に付勢する付勢部材と、吐出室から主弁室への異物の侵入を抑制する第１フィルタと、制御室から副弁室への異物の侵入を抑制する第２フィルタと、を備える。

ソレノイドの駆動力が主弁の閉弁方向かつ副弁の開弁方向に作用する。主弁の開弁時には弁駆動体と弁作動体とが作動連結されて副弁が閉弁状態を保つ一方、副弁の開弁時には弁駆動体と弁作動体との作動連結が解除されて主弁が閉弁状態を保つ。弁作動体の外周面に段差が設けられることで、ガイド孔の内周面と弁作動体の外周面との間に副弁室に向けて開口する溝部が形成される。溝部の開口幅は、第１フィルタおよび第２フィルタのいずれのメッシュの開口幅よりも大きい。弁作動体の全ストロークにわたって溝部の形成が維持されるよう段差の位置が設定されている。

この態様によれば、ボディの一端側からパワーエレメント、弁作動体の摺動部、副弁、主弁、ソレノイドが順に配置される。このような構成において、弁作動体の外周面に段差を設けることでガイド孔と弁作動体との間に溝部を形成し、弁作動体の摺動部をその溝部の奥方に位置させている。溝部の開口幅を各フィルタのメッシュの開口幅よりも大きくすることで、仮に異物が副弁室に侵入して弁作動体とガイド孔との境界に導かれたとしても、その異物が溝部に噛み込むことはない。その異物が弁作動体とガイド孔との間隙に噛み込むとすると、それは弁作動体が大きく変位しようとするとき、つまり副弁が開閉作動するときである可能性が高い。しかし、この態様では弁作動体の摺動部をその溝部の奥方に位置させたため、副弁の開作動方向には異物の巻き込みは生じ難い。異物の噛み込みが発生するとすれば、副弁の閉作動時であると考えられる。

すなわち、万が一異物の噛み込みにより制御弁が作動困難になったとしても、それは主弁が閉じて副弁が開いた状態、つまりブリード機能を発揮して圧縮機を最大容量運転状態へ移行させ得る状態である可能性が高い。このため、空調装置を運転させる限り最低限の空調機能を確保できる。

本発明によれば、可変容量圧縮機用制御弁における異物対策を効果的に実現できる。

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。 異物対策構造およびその作用効果を表す部分拡大断面図である。 比較例の作用効果を表す図である。 異物が噛み込む場合の例を表す図である。

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。

図１は、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。

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、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「吸入室連通ポート」である。ポート１４は、圧縮機の制御室に連通する「制御室連通ポート」である。ポート１６は、圧縮機の吐出室に連通する「吐出室連通ポート」である。

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。

ポート１４，１６には、円筒状のフィルタ１５，１７がそれぞれ取り付けられている。フィルタ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３１となっている。弁駆動体２９に形成された段部が主弁体３０を構成する。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３１は、その上部に上方に向かってテーパ状に拡径する弁座形成部３２を有する。弁座形成部３２の上端開口部に副弁座３４が形成されている。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。

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。連通路３７は、副弁８の内側（つまり副弁体３６の副弁座３４への着脱部の内側）に位置する。副弁８の開閉により、連通路３７を副弁室２６ひいてはポート１４に対して開放又は遮断する。

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、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に遊嵌している。

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、弁駆動体２９と弁作動体３５とが作動連結される。そして、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の弾性反力とスプリング（後述）の付勢力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、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。電磁コイル５４は、ボビン５２にマグネットワイヤが巻回されて形成される。

弁本体２とソレノイド３は、ボディ５の下端部がコア４６の上端開口部に圧入され、コア４６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。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（ソレノイド３の駆動力）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、制御弁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。

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。

ソレノイド力を大きくすることで、主弁体３０を主弁座２２に着座させて弁駆動体２９を停止させた後、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はリン青銅からなり、ボディ５の上端開口部を閉じるように圧入固定されている。すなわち、端部材１３は、制御弁１の外側に向けて露出している。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（被感知圧力）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。

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４２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。副弁８の開弁時には弁駆動体２９と弁作動体３５との作動連結が解除されて主弁７が閉弁状態を保つ。このとき、吐出室から制御室への冷媒の導入が遮断される一方、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る。その結果、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、弁駆動体２９と弁作動体３５とが作動連結される。副弁８は閉弁状態を保つ。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異物対策構造の詳細について説明する。
図４は、異物対策構造およびその作用効果を表す部分拡大断面図である。図４（Ａ）は図２のＡ部拡大を示し、図４（Ｂ）は図３のＡ部拡大を示す。図５は、比較例として特許文献１の構造を採用した場合の作用効果を表す図である。図５（Ａ）は図４（Ａ）に対応し、図５（Ｂ）は図４（Ｂ）に対応する。図６は、異物が噛み込む場合の例を表す図である。図６の左段は本実施形態の場合を示し、右段は比較例の場合を示す。

図４（Ａ）に示すように、弁作動体３５の外周面には環状溝によるラビリンス構造３３が設けられ、弁作動体３５におけるガイド孔２５との摺動部には、ラビリンスシールが形成される。なお、変形例においては、弁作動体３５とガイド孔２５との摺動部におけるクリアランスを小さくすることでクリアランスシールを形成してもよい。

本実施形態では、弁作動体３５の外周面に段差９０が設けられることで、ガイド孔２５の内周面と弁作動体３５の外周面との間に溝部９２が形成される。溝部９２は、副弁室２６に向けて開口する。より具体的には、弁作動体３５の外周面に環状に設けられた凹部が段差９０を構成する。段差９０の軸線方向の基端面、つまり溝部９２の底面は、弁作動体３５の外周面に対してほぼ９０度をなす。

溝部９２の開口幅は、フィルタ１５，１７のいずれのメッシュの開口幅よりも大きい。このため、フィルタ１５，１７を通過して侵入する異物Ｗの大きさは溝部９２の開口幅よりも小さい。そのため、図４（Ａ）に示すように、仮に主弁７の開弁時に異物Ｗがポート１６から侵入し、弁作動体３５とガイド孔２５との間隙に導かれたとしても、溝部９２に噛み込むことはなく収容される。

図４（Ｂ）に示すように、仮に副弁８の開弁時に異物Ｗがポート１４から侵入し、弁作動体３５とガイド孔２５との間隙に導かれたとしても同様に、溝部９２に噛み込むことはなく収容される。副弁室２６に侵入した異物Ｗの一部は、副弁８を通過し、連通路３７および作動室２３を経てポート１２から排出される。

弁作動体３５は、副弁８の開弁方向へのストロークに応じてガイド孔２５との摺動部の長さが短くなる（ｌ２＜ｌ１）。主弁７および副弁８の開閉状態に応じて溝部９２の深さｄ（弁作動体３５の軸線方向の深さ）は変化するが、溝部９２の形成状態は維持される。すなわち、弁作動体３５の全ストロークにわたって溝部９２の形成が維持されるよう、弁作動体３５における段差９０の位置が設定されている。

一方、図５（Ａ）に示すように、比較例では、弁作動体１３５の外周面に段差がないため、ガイド孔２５の内周面と弁作動体１３５の外周面との間に本実施形態のような溝部は形成されない。このため、仮に主弁７の開弁時に異物Ｗがポート１６から侵入し、弁作動体１３５とガイド孔２５との間隙に導かれると、ガイド孔２５の開口端付近に滞留する可能性がある。図５（Ｂ）に示すように、仮に副弁８の開弁時に異物Ｗがポート１４から侵入し、弁作動体１３５とガイド孔２５との間隙に導かれても同様に、ガイド孔２５の開口端付近に滞留する可能性がある。

弁作動体１３５は、副弁８の開弁方向へのストロークにかかわらず、ガイド孔２５との摺動部の長さは変化せず（ｌ３＝ｌ４）、本実施形態の摺動部の長さよりも大きい（ｌ３，ｌ４＞ｌ１，ｌ２）。本実施形態と比較例とのこのような構造上の相異により、両者における異物Ｗの噛み込みやすさに差異が生じる。

すなわち、図６に示すように、本実施形態と比較例とでは、制御弁において異物Ｗが噛み込みやすい動作タイミングが異なる。異物Ｗが弁作動体３５，１３５とガイド孔２５との間隙に噛み込むとすると、それは弁作動体３５，１３５が大きく変位しようとするとき、つまり副弁８が開閉作動するときであると考えられる。

この点、図６左段に示すように、本実施形態では、弁作動体３５の摺動部を溝部９２の奥方に位置させたため、副弁８の開作動時に弁作動体３５と溝部９２との間に異物Ｗが噛み込むことはない。異物Ｗが溝部９２の開口幅よりも小さいため、弁作動体３５の開弁方向への作動は、異物Ｗを巻き込む現象を生じさせないからである。仮に異物Ｗの噛み込みが発生するとすれば、副弁８の閉作動時であると考えられる（白抜矢印参照）。

すなわち、万が一異物Ｗの噛み込みにより制御弁１が作動困難になったとしても、それは主弁７が閉じて副弁８が開いた状態、つまりブリード機能を発揮して圧縮機を最大容量運転状態へ移行させ得る状態となる。このため、本実施形態では空調装置を運転させる限り最低限の空調機能を確保できる。

これに対し、図６右段に示すように、比較例では、本実施形態のような溝部がなく、弁作動体１３５とガイド孔２５との間隙が小さい。副弁室２６に向けて開口するその間隙の開口幅は、フィルタ１５，１７のいずれのメッシュの開口幅よりも小さいため、異物Ｗがその開口幅よりも大きくなる可能性がある。このため、図示のように間隙の開口端に異物Ｗが滞留している場合、弁作動体１３５の開弁方向への作動が異物Ｗを巻き込む現象を生じさせる。つまり、仮に異物Ｗの噛み込みが発生するとすれば、副弁８の開作動時であると考えられる（白抜矢印参照）。

すなわち、比較例において異物Ｗの噛み込みにより制御弁が作動困難となる場合、それは主弁７が開いて副弁８が閉じた状態、つまり圧縮機が最小容量運転状態又はそれに近い状態となる。このため、空調機能を確保することが困難となる。言い換えれば、本実施形態によれば、異物Ｗの噛み込みが生じたとしても比較例よりも空調機能を確保しやすい。

また、図６に示すように、本実施形態と比較例とでは、異物Ｗの噛み込みが生じやすいときの弁作動体３５のストロークに差Δｓがある。本実施形態の弁作動体３５のほうが比較例の弁作動体１３５よりも副弁８の開弁方向に位置する。このことは、本実施形態のほうが作動ロッド３８が上方に位置すること、つまり異物Ｗの噛み込みが生じやすい状態においてプランジャ５０とコア４６との間隙が小さく、ソレノイド３による大きな駆動力を得やすいことを意味する（図１参照）。したがって、異物Ｗそのものを押し出す力も大きくなり、そもそも異物Ｗの噛み込みによる弁作動体３５のロックを生じさせ難くなる。

本実施形態では、ソレノイド力の作用する方向が異物の噛み込み方向（白抜矢印方向）とは逆方向となる。つまり、噛み込みを解除する方向にソレノイド力が作用する。これに対し、比較例では、ソレノイド力の作用する方向が異物の噛み込み方向と同方向となる。つまり、より噛み込みを増す方向にソレノイド力が作用することとなる。このため、本実施形態のほうがソレノイド力により異物の噛み込みを解除しやすい。

なお、図４に関連して説明したように、本実施形態では比較例と異なり、異物Ｗの噛み込みが生じやすい状態において弁作動体３５の摺動部の長さが小さくなる（ｌ２＜ｌ３）。このため、弁作動体３５の摺動抵抗も相対的に小さいため、ソレノイド３の大きな駆動力とも相まって弁作動体３５のロックを防止しやすくなると考えられる。

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。

上記実施形態では、図４に示したように、溝部９２の底面が弁作動体３５の外周面に対してほぼ９０度をなすようにした。それにより、異物Ｗが溝部９２に侵入したとしても、弁作動体３５とガイド孔２５との境界部（摺動部）に導かれることを抑制できる。それにより、副弁８が閉作動するときの異物Ｗの噛み込みも抑制できる。変形例においては、溝部９２の底面が弁作動体３５の外周面に対して鋭角をなすようにしてもよい。それにより、溝部９２が異物Ｗを保持する形となり、その噛み込みをさらに抑制できる。すなわち、溝部９２の底面と弁作動体３５の外周面とのなす角を９０度以下とするのが好ましい。

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。

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、７ 主弁、８ 副弁、１２ ポート、１４ ポート、１５ フィルタ、１６ ポート、１７ フィルタ、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 弁座形成部、３３ ラビリンス構造、３４ 副弁座、３５ 弁作動体、３６ 副弁体、３７ 連通路、３８ 作動ロッド、４２ スプリング、４４ スプリング、４５ ベローズ、４６ コア、５０ プランジャ、５４ 電磁コイル、９０ 段差、９２ 溝部、１３５ 弁作動体、Ｗ 異物。

Claims (3)

1. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の制御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る制御弁であって、
   一端側から前記吸入室に連通する作動室、前記制御室に連通する副弁室、および前記吐出室に連通する主弁室を有し、前記作動室と前記副弁室とをつなぐガイド孔と、前記副弁室と前記主弁室とをつなぐ主弁孔と、前記主弁孔の開口端に設けられた主弁座と、をさらに有するボディと、
   前記主弁室側から前記主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、前記主弁孔を貫通して前記副弁室に配置される弁座形成部とを有し、前記弁座形成部の端部に副弁座が形成される弁駆動体と、
   前記ボディの他端側に設けられ、供給電流値に応じた前記主弁の閉弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記作動室に配置されて前記吸入室の吸入圧力を感知し、その吸入圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生するパワーエレメントと、
   前記弁駆動体を貫通し、前記ソレノイドの駆動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、
   前記副弁室にて前記副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、前記副弁の内側に設けられ前記作動室に連通する連通路とを有し、前記作動ロッドと一体変位可能に設けられ、前記ガイド孔に摺動可能に支持される弁作動体と、
   前記弁駆動体を前記主弁の閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   前記吐出室から前記主弁室への異物の侵入を抑制する第１フィルタと、
   前記制御室から前記副弁室への異物の侵入を抑制する第２フィルタと、
   を備え、
   前記ソレノイドの駆動力が前記主弁の閉弁方向かつ前記副弁の開弁方向に作用し、
   前記主弁の開弁時には前記弁駆動体と前記弁作動体とが作動連結されて前記副弁が閉弁状態を保つ一方、前記副弁の開弁時には前記弁駆動体と前記弁作動体との作動連結が解除されて前記主弁が閉弁状態を保ち、
   前記弁作動体の外周面に段差が設けられることで、前記ガイド孔の内周面と前記弁作動体の外周面との間に前記副弁室に向けて開口する溝部が形成され、
   前記溝部の開口幅が、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタのいずれのメッシュの開口幅よりも大きく、
   前記弁作動体の全ストロークにわたって前記溝部の形成が維持されるよう前記段差の位置が設定されていることを特徴とする制御弁。
2. 前記弁作動体は、前記副弁の開弁方向へのストロークに応じて前記ガイド孔との摺動部の長さが小さくなることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記弁作動体における前記ガイド孔との摺動部にラビリンスシール又はクリアランスシールが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御弁。

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