JP4100924B2 - 容量制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動流体の容量又は圧力を可変可能に制御する容量制御弁に関する。特に、空気機械等の制御室内の容量を吸入圧力で可変可能に制御する容量制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関する関連技術として空気機械に属する斜板式容量可変型圧縮機用の容量制御弁が従来より知られている。この容量制御弁の従来例として、図８に示すものが存在する。
【０００３】
図８に示す容量制御弁２００の下端に設けられた吸入室２０６には、感圧素子２１０が配置されている。この感圧素子２１０は、ばねを内在する弾発可能なベローズに形成されて外部から吸入される吸入圧力Ｐｓにより収縮して上端が変位するように構成されている。又、この感圧素子２１０の上端には、中間ロッド２０７がハウジング２２０に設けられた案内孔に移動自在に配置されている。更に、中間ロッド２０７に連結された弁体２０１がハウジング２２０の図示上部の弁孔２０８に配置されている。この弁体２０１の開閉移動により弁孔２０８の弁座に接離して弁孔２０８を開閉する。
【０００４】
ハウジング２２０には、Ｐｓ用吸入孔と、Ｐｄ用吐出孔と、Ｐｃ用クランク室流入孔とが形成されており、Ｐｄ用吐出孔と弁孔２０８とは連結路２０９により連通している。そして、弁孔２０８が開閉すると、弁孔２０８とＰｃ用クランク室流入孔と連通して流体は図示省略のクランク室へと流入する。この弁体２０１の開閉は、容量制御弁２００の図示上端に設けられた電磁コイル装置２０２の発生荷重に応じて感圧素子２１０の設定流入圧（Ｐｓ設定値）を変更して設定し、弁体２０１の開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室に導入する吐出圧力Ｐｄの導入量を制御し、クランク室のクランク圧力Ｐｃを調整して容量可変型圧縮機の容量制御を行う。
【０００５】
吸入室２０６に配置された感圧素子２１０は、吸入圧力Ｐｓに感応して吸入圧力Ｐｓの使用圧力域で伸縮する荷重特性に設定されている。
そして、電磁コイル装置２０２の無通電時には、弁体２０１は弁開ばね２０３のばね力によって全開状態に保持されている。この全開状態は、フルアンロード運転状態である。電磁コイル装置２０２に電流が通電されると、プランジャ２０４と固定鉄心２０５との間に電磁吸引力が発生する。この弁開ばね２０３のばね荷重と対抗する電磁吸引力が弁開ばね荷重以上になるまでは、弁体２０１が全開状態を保持して不感帯状態にある。
【０００６】
一方、電磁吸引力が弁開ばね荷重以上になると、弁体２０１は、電磁吸引力により、閉弁方向へ移動してＰｓ制御域に入る。この場合には、コイル電流が大きいほど弁閉力が大きくなり、Ｐｓ設定値が低くなる。
又、連結された各ロッドの直径が異なるので、そのロッドの受圧面積に流体圧力を受けると、弁体を含むロッドの作動機構に働く力の釣り合いにより（各ロッドの受圧面積の比率により）弁体２０１の開度に大きな悪影響を与える。
更に、圧縮機の運転状況により様々に変化するクランク圧力Ｐｃが不可遍的に吸入圧力Ｐｓの外乱要因となる。このために、電磁コイルへの通電制御に正確さを求めても設定吸入圧力による容量の可変精度を向上させることが難しい。
【０００７】
又、感圧素子２１０と固定鉄心２０５との間の連結ロッドは、中間ロッド２０７、弁体ロッド２０１Ａ、プランジャロッド２０４Ａとにより連結されて作動するように構成されている。この連結された各ロッドは、ロッドの連結部が作動中に磨耗すると弁体２０１の弁開度に影響する。又、感圧素子２１０と弁体２０１との連結ロッドの作動特性は、各ロッドが接触するのみで接続されているので、この接触した摩耗等の接続により悪影響を受ける。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この容量可変型圧縮機用の容量制御弁では、上述のように構成されているために、以下のような問題点が存する。先ず、容量制御弁では、一般に多く使用されている低Ｐｓ設定値時にコイル電流が最大値になるため、実際の使用域でのコイル消費電力が大きくなるという問題が生じる。
又、電磁吸引力の制御電流が大きいと電磁コイル部で発生するプランジャ２０４における摺動部の摩擦抵抗等によるヒステリシスが大きくなるために、利用範囲の多い低Ｐｓ吸入圧力の設定値時のヒステリシスが増大することになり、容量制御弁の制御特性に悪影響を及ぼすことになる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、弁体の作動に於ける消費電力を完全に削減すると共に、高精度の制御を可能にすることにある。
更に、弁体を含むロッドの作動機構に働く力の釣り合いを選択し、設定された任意の吸入圧力Ｐｓｅｔで制御室の容量又は圧力を制御圧力の影響を受けることなく正確に制御できる容量制御弁を得ることにある。
更に又、容量制御弁を容量可変型圧縮機に用いてクランク室のクランク室圧力Ｐｃ又は制御圧力Ｐｄをこの圧力の影響を受けることなく、設定された吸入圧力Ｐｓにより制御できるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。請求項１に係わる本発明の容量制御弁は、バルブハウジングに設けられた弁孔の弁開度を制御し前記弁孔を流れる制御圧力の流体を制御室に供給して前記制御室内の流量又は圧力を制御する容量制御弁であって、前記バルブハウジングの一端側に設けられて前記制御室と連通可能な第２連通路に連通する容量室と、前記容量室と弁孔を介して連通すると共に制御圧力流体用の第１連通路と連通可能な弁座を有する弁室と、前記弁室に連通すると共に吸入圧力流体用の検出連通路と連通する作動室と、前記作動室の摺動面に密封移動自在に配置されて他端に前記検出連通路からの吸入圧力が作用する受圧面積を有する作動ロッドと、前記作動ロッドと一体で前記弁室に移動自在に配置されて端面に前記弁座と開閉可能な弁部面を有する弁体と、前記弁体と一体で前記弁孔と間隙通路を有して嵌合する連結ロッドと、前記連結ロッドと連結し前記容量室内に配置されて前記容量室内の作動流体圧力に感圧する有効受圧面積を有して前記有効受圧面積に受けた圧力により前記弁体を閉弁する方向へ付勢すると共に固有のばね力により前記弁体を開弁する方向へ付勢する感圧装置とを備え、前記感圧装置の有効受圧面積と、前記弁体の弁部面と弁座との接触シール面積と、前記作動ロッドの受圧面積とを同一又はほぼ等しい面積に構成されているものである。
【００１１】
この請求項１に係わる本発明の容量制御弁では、感圧装置と弁体と作動ロッドとを含む流体の各受圧面積の作動機構に働く力の釣り合い式は、Ｐｃ（Ａｂ−Ａｒ１）−Ｐｃ（Ａｓ−Ａｒ１）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１となる。この式を書き換えるとＰｃ（Ａｂ−Ａｓ）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１になる。但し、この式に於て、Ｓ１を０にできるので、弾発手段を設けなくとも良い。そして、感圧装置の有効受圧面積Ａｂと、弁部面の弁座６Ａとの接触するシール受圧面積Ａｓと、作動ロッドの受圧面積Ａｒ２を同一又はほぼ等しい受圧面積に構成すると（Ａｂ＝Ａｓ＝Ａｒ２）、上式は、Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂとなって、制御流体圧力Ｐｄと制御室圧力Ｐｃは弁孔を介して各受圧面に作用しても、この作用力が相殺してキャンセルされるから、弁体に作用させる力は０となる。このような弁体を含む各受圧面の作動機構に働く力の釣り合い関係で、容量制御弁は、吸入圧力Ｐｓが弁体の背面の有効受圧面積に作用し、閉弁時には制御圧力Ｐｄが弁体を作動させない外周面にのみ作用する構成である。このため閉弁時には、設定された吸入圧力Ｐｓによる作動ロッドの作用力と、感圧装置自体が持つばね定数の付勢力Ｆｂとの関数となる。開弁時のみに吐出圧力Ｐｄが弁体に関与する構成となる。
【００１２】
このために、容量制御弁は制御室圧力の影響を弁体に対する弁開度決定の要素から完全に除外することが可能になる。
その上、追加としてコンピュータ等により開弁を指令すれば、吸入圧力Ｐｓの変化に応じて弁開度調整作動を正確に行うことも可能になる。しかも、通常多用される設定低吸入圧力Ｐｓ時のヒステリシスを減少し、容量制御弁の制御特性に対して悪影響を防止することが可能になる。特に、電磁吸引力を用いる場合には、このヒステリシスが増大するが、電磁コイル部のない本発明の容量制御弁に於いてはヒステリシスを防止すると共に、吸入圧力Ｐｓによる設定値の制御域を拡大することが可能になる。
このために、吸入圧力Ｐｓにより容量制御弁を正確に制御することが可能になる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明の容量制御弁は、容量制御弁が容量可変型圧縮機のクランク室内の容量を制御するものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明の制御弁では、上式と同様に、制御弁の弁体を含む各受圧面積の作動機構に働く力の釣り合い式は、
Ｐｃ（Ａｂ−Ａｒ１）−Ｐｃ（Ａｓ−Ａｒ１）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１となる。この式を書き換えるとＰｃ（Ａｂ−Ａｓ）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１になる。但し、この式に於て、Ｓ１を０としても機能するので、弾発手段を設けなくとも良い。
そして、感圧装置の有効受圧面積Ａｂと、弁部における弁部面の弁座との接触するシール受圧面積Ａｒ２と、吸入圧力Ｐｓの作動ロッド又は弁体の受圧面積Ａｒ２を同一又はほぼ等しく構成すると、上式は、Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂとなる。その結果、吐出圧力（制御圧力）Ｐｂとクランク室圧力（制御室圧力）Ｐｃは、弁孔を介して流体の受圧面で互いに相殺してキャンセルされるので、各受圧面積の作動機構に働く力の釣り合いから除外される。このため、クランク室圧力Ｐｃと吐出圧力Ｐｄとを除外した制御の容量制御弁を得ることが可能になる。しかも、容量制御弁に於いて、吐出圧力Ｐｄは、弁体の周囲に作用するように構成されているから、閉弁時には確実に吐出圧力Ｐｄの作用を無視する制御が可能になる。
【００１５】
請求項３に係わる本発明の容量制御弁は、弁体の外周面に第１連通路からの制御流体圧力が作用するように構成されているものである。
【００１６】
この請求項３の本発明の容量制御弁では、弁体の外周面に第１連通路からの制御圧力Ｐｄが作用するように構成されているものであるから、制御圧力が高くとも弁体を作動させたり、変動させて誤動作を発生させることもない。
特に、この容量制御弁を容量可変型圧縮機等に採用すれば、吸入圧力Ｐｓにより、吐出圧力Ｐｄ又はクランク室圧力Ｐｃの影響を受けることなく、クランク室内の圧力又は容量を設定通りに制御することが可能になる。
【００１７】
請求項４に係わる本発明の容量制御弁は、作動ロッドと弁体と連結ロッドとを一体に形成すると共に連結ロッドの一端を感圧装置と一体に連結可能にしたものである。
【００１８】
この請求項４に係わる本発明の容量制御弁では、感圧ロッド全体を１本のロッドに形成し、この１本のロッドに連結ロッドと弁体と作動ロッドとを一体に設けることにより多くのロッドを個別に接続する必要もないから、接続した端面が摩耗して容量制御弁の作動や性能が悪化するのを効果的に防止することが可能になる。
【００１９】
又、１本のロッドを各機能から成る感圧ロッドに機械加工すればよいので、工作機械の芯出しが良くなり、加工精度を向上させることが可能になる。更に、１個から成る第１バルブハウジングの貫通孔が一体加工であるから、この貫通孔に接合する感圧ロッドを１本にすれば、組立が容易になると共に、製作コストを低減することが可能になる。
この感圧装置と感圧ロッドとの組立も、感圧ロッドを感圧装置のフランジ部の孔に嵌着又は螺合等により結合すればよいから、簡単に組立可能となる。このために容量制御弁の製作を容易にして大量生産を可能にすると共に、コストを低減することが可能になる。
【００２０】
請求項５に係わる本発明の容量制御弁は、作動室の摺動面と作動ロッドとの嵌合面間に摩擦係数の小さなシール部を有するものである。
【００２１】
この請求項５に係わる本発明の容量制御弁では、感圧ロッドがバルブハウジングと摺動する全面が作動ロッドと作動室との摺動面のみである。しかも、この摺動面は作動ロッドと弁体が同一径に構成される外径面である。このために、この摺動面間を摩擦係数の小さなシール部で支持すると摺動抵抗が最小になり、弁体の応答性を良好にすることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態の容量制御弁を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、寸法が正確な設計図である。
【００２３】
図１は、本発明に係わる容量制御弁の断面図である。図１、図２又は図３に於いて、１は容量制御弁である。容量制御弁１には、外形を形成するバルブハウジング２が設けられている。このバルブハウジング２は、内部に機能が付与された貫通孔を形成する第１バルブハウジング２Ａと、この第１バルブハウジング２Ａの一端部に一体に嵌合された第２バルブハウジング２Ｂとから構成されている。このバルブハウジング２は鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属、合成樹脂材等で製作されている。
【００２４】
第１バルブハウジング２Ａには、貫通孔の一端に仕切調整部３が結合していると共に、貫通孔の他端を密封に仕切る第２バルブハウジング２Ｂが嵌着している。この第２バルブハウジング２Ｂは、感圧ロッド２０を組み立てるために第１バルブハウジング２Ａから分離しているものであって、図１に示す形状でなくとも良い。例えば、作動室７をめくら栓で密閉すれば、更に容量制御弁１全体を小形に形成できる。更に、この小型化は、弁体２１と作動ロッド２３とを同径（Ａｒ２）にできるが故に、感圧ロッド２０全体を単純な構成できる。そして、バルブハウジング２を更に小型化にする結果となる。又、仕切調整部３は第１バルブハウジング２Ａの容量室４に対して密封に嵌着固定されているが、密封にねじ込んでばね定数に合わせて軸方向へ移動調整できるようにしても良い。
【００２５】
第１バルブハウジング２Ａを軸方向へ貫通した貫通孔の区画は、一端側が容量室４に形成されている。更に、貫通孔には容量室４に連通して容量室４の径より小径の弁孔５が連設されている。更に又、貫通孔の区画には弁孔５に連通する弁孔５より大径の弁室６が設けられている。更に、貫通孔の区画には弁室６に連通する作動室７が連設されている。そして、弁室６の弁孔５側には弁座６Ａが形成されている。
【００２６】
バルブハウジング２の弁室６には第１連通路８が形成されている。この第１連通路８は、外部の制御流体、例えば、容量可変型圧縮機では制御圧力Ｐｄの流体に連通可能に成されている。
更に、バルブハウジング２の作動室７には外部の吸入圧力Ｐｓの流体を導入する検出連通路１０が形成されている。この作動室７の一端側は弁室６よりやや大径面に形成され、この大径面内の作動ロッド２３の受圧面積に吸入圧力Ｐｓが作用できるように成されている。又、大径面より弁室６側は摺動面７Ａに形成されて作動ロッド２３と密封して摺動するように成されている。
この摺動面７Ａには、図示省略のシール部を設けることができる。このシール部は低摩擦係数の材料により形成されている。例えば、このシール部は、摺動面７Ａにフッ素樹脂膜を付着させたシール膜、又は、低摩擦係数のゴム材製、フッ素樹脂材製のＯリングにしたものが設けられている。尚、弁体２１と作動ロッド２３とはＡｒ２の同一断面積にして同一外径に構成できるから、この弁体２１又は作動ロッド２３の外周面をフッ素樹脂等のＯリングのみで密封して摺動自在に支持し、感圧ロッド２０全体の応答性を良好にすることが可能である。
【００２７】
更に、容量室４には流入した制御圧力Ｐｄの流体を図示省略の制御室へ流出させる第２連通路９が形成されている。尚、第１連通路８、第２連通路９、検出連通路１０は、バルブハウジング２の周面に２等配又は４等配に貫通している。又、逆に、必要に応じて第２連通路９から第１連通路８へ制御流体を導入することもできる。この通路を配置換えできる技術は、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと、弁体２１のシール受圧面積Ａｓと、弁体２１の背面又は作動ロッド２３の背面の受圧面積Ａｒ２をほぼ同一に構成されているので、この感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと、弁体２１のシール受圧面積Ａｓとに作用する制御圧力Ｐｄ及び制御室圧力Ｐｃが相殺されてキャンセルできる為である。しかも、このように通路の配置を変更しても本発明としての同様な種々の効果を奏するものである。このために、容量可変型圧縮機等の空気機械の取り付け箇所に問題があるときに、問題なく取り付けられる利点がある。更に又、バルブハウジング２の外周面は４段面に形成されており、この４段面の外周面にはＯリング用の取付溝４０が３カ所に設けられている。そして、各取付溝４０には、バルブハウジング２とバルブハウジング２を嵌合する仮想線で示すケーシングの装着孔との間をシールするＯリング４１が取り付けられる。
【００２８】
容量室４内には感圧装置２２が設けられている。この感圧装置２２は、金属製のベローズ２２Ａの１端部を仕切調整部３に密封に結合すると共に、他端をフランジ部２２Ｂに密封結合している。このベローズ２２Ａはリン青銅等により製作されているが、そのばね定数は所定の値に設計されている。又、ベローズ２２Ａのばね力が弱い場合には、図示省略のコイルばねを内在してベローズ２２Ａのばね力を付勢しても良い。この感圧装置２２は、容量室４内で感圧装置２２の固有のばね定数と制御圧力Ｐｄ又は制御室圧力Ｐｃとの相関関係で伸縮するように設計されている。感圧装置２２の内部空間は真空又は空気が内在している。そして、このベローズ２２Ａの有効受圧面積Ａｂに対し、制御圧力Ｐｄ又は制御室圧力Ｐｃが作用して感圧装置２２を収縮作動させるように構成されている。
【００２９】
図２に示すように、感圧ロッド２０の一端の連結ロッド２０Ｂの雄ねじ部はフランジ部２２Ｂの雌ねじ部と螺合して結合されている。この連結ロッド２０Ｂとフランジ部２２Ｂとの結合部はＯリングが介在されてシールされている。
感圧ロッド２０に設けた連結ロッド２０Ｂの断面積は、受圧面積Ａｒ１とされている。この連結ロッド２０Ｂの外径は、弁孔５の径より小径に形成されて弁孔５と連結ロッド２０Ｂとの間を流体が通過できるように間隙通路に形成されている。
【００３０】
図１又は図３に示すように、感圧ロッド２０の１部には連結ロッド２０Ｂに連続した弁体２１が形成されている。弁体２１には弁座６Ａと接合する弁部面２１Ａが設けられている。弁座６Ａと弁部面２１Ａとの密接面は、平面接合でも良いが、図３に示すように弁座６Ａの１部をテーパ面に形成するか、弁座６Ａの全面をテーパ面に形成すると閉弁したときのシール能力が良いことが認められる。そして、この弁部面２１Ａの接合するシール受圧面積Ａｓは感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと同一面積又はほぼ同一面積に構成されている。
又、弁体２１又は作動ロッド２３は受圧面積がＡｒ２に形成されている。そして、弁体２１の外径は弁室６の内径とほぼ同一径で摺動自在に嵌合している。 この弁体２１と作動ロッド２３との同径の境界域の作動ロッド２３の外径が弁室６又は作動室７の摺動面７Ａと嵌合して吸入圧力Ｐｓの流体が漏洩しない精密な嵌合状態であれば、この嵌合間にＯリング等のシール部を設けなくともシール効果を発揮する。尚、弁室６と第１連通路８との接続部は弁室６よりも大径の環状溝に形成されて吐出圧力Ｐｄが流入しやすく構成されている。そして、作動ロッド２３又は弁体２１の受圧面積Ａｒ２と、弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓと感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂとは同一又はほぼ同一面積に構成されている。
【００３１】
感圧ロッド２０は感圧装置２２と反対の端部が作動ロッド２３に形成されている。作動ロッド２３の外径は、弁体２１の外径とほぼ同径に形成されている。そして、作動室７の摺動面７Ａより他端側は作動ロッド２３の外形よりやや大径面に形成されて検出連通路１０からの吸入圧力Ｐｓの流体がこの大径面内に流入しやすく構成されている。
【００３２】
又、作動ロッド２３の背面には、ばね手段２４が設けられている。ばね手段２４は、第２バルブハウジング２Ｂに着座して作動ロッド２３を感圧装置２２の方向へ押圧している。このばね手段２４は、感圧装置２２のばね力と対応して設計されている。このばね手段２４のばね力は感圧装置２２のばね力より小さな値に設計されている。
【００３３】
この容量制御弁１に於いて、配置されている押圧力発生の各ばね定数と流入する作動流体圧力により発生する釣り合い力の関係式は、図１に示す構成を基にして考えると、Ｐｃ（Ａｂ−Ａｒ１）−Ｐｃ（Ａｓ−Ａｒ１）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１となる。この関係式を整理すると、Ｐｃ（Ａｂ−Ａｓ）＋Ｐｄ（Ａｓ−Ａｒ２）＋Ｐｓ×Ａｒ２＝Ｆｂ−Ｓ１となる。但し、この式に於て、Ｓ１を０としても機能するので、弾発手段２４を設けなくとも良い。そして、感圧装置２２と感圧ロッド２０の各受圧面積との関係をＡｂ＝Ａｓ＝Ａｒ２とすると、上式はＰｓ×Ａｒ２＝Ｆｂとなる。つまり、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと、弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓと、弁体２１又は作動ロッド２３の受圧面積Ａｒ２とを同一にすると、容量制御弁１は、検出連通路１０から流入する吸入圧力Ｐｓのみにより作動を制御することが可能になる。尚、上述の式に於ける符号は下記の通りである。
Ａｂ・・・感圧装置２２の有効受圧面積
Ａｓ・・・弁体２１のシール受圧面積
Ａｒ１・・・連結ロッド２０Ｂの受圧面積（断面積）
Ａｒ２・・・弁体２１又は作動ロッド２３の受圧面積
Ｆｂ・・・感圧装置の固有ばね定数
Ｓ１・・・ばね手段２４のばね定数
Ｐｓ・・・吸入圧力
Ｐｄ・・・吐出圧力（制御圧力）
Ｐｓ・・・クランク室圧力（制御室圧力）
【００３４】
図４は、容量制御弁１に検出連通路１０から吸入圧力Ｐｓが作用しない場合の弁体２１の全開を示す開弁状態である。この場合は、図１と図３も含めて参照する。各図に於いて、制御圧力Ｐｄが第１連通孔８から弁孔５を通過して容量室４に流入し、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂに作用しながら第２連通路９から図示省略の制御室へ流出して制御圧力Ｐｄにより制御室内の制御室圧力Ｐｃを制御する。このときの容量制御弁１の作用は、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂに作用する流体圧力による力と弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓに作用する流体圧力による力が相殺してキャンセルされる。そして、作動室７の設定された吸入圧力Ｐｓにより弁孔５を流れる制御流量を正確に制御される。つまり、この容量制御弁１は吸入圧力Ｐｓによる制御であり、感圧装置２２と弁体２１に作用する力が相殺される構成であるために、吸入圧力Ｐｓにより作動ロッド２３が押圧されて弁体２１の弁部面２１Ａと弁座６Ａとの弁開閉度が制御される。そして、容量制御弁１は、吸入圧力Ｐｓにより制御圧力Ｐｄ流体の容量が制御されるから、この制御された制御流体により高圧から低圧まで制御室の微小な流量制御が可能となる。
【００３５】
図５は、容量制御弁１の作動ロッド２３に吸入圧力Ｐｓが作用して弁体２１の開度を中間状態にした位置を示すものである。尚、図１及び図３も含めて参照する。この図５の状態でも前述の全開状態と同様に感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓとに作用する力は同一であるから、互いに相殺されて吸入圧力Ｐｓにより弁体２１の弁開度を微小に制御することが可能になる。
【００３６】
図６は、容量制御弁１の作動ロッド２３に吸入圧力Ｐｓが最大に作用して弁体２１の開度が閉弁状態の位置を示すものである。この場合には、図１と図３も含めて参照する。図６に於いて、吸入圧力Ｐｓが作用する力（Ｐｓ×Ａｒ２）とばね手段２４の力Ｓ１が対抗する感圧装置２２の力Ｆｂより大きくなる場合であり、この合計の力が作動ロッド２３に作用して弁体２１を弁座６Ａに接合させて閉弁するものである。この状態では、弁体２１は弁座６Ａに密接合すると共に、第１連通路８から導入される制御圧力Ｐｄの流体は弁体２１の外周面に作用しているから、制御圧力Ｐｄの流体が高圧であっても弁体２１は変動することがない。その結果、制御圧力Ｐｄの流体を確実に閉弁することが可能になる。
【００３７】
この容量制御弁１の主要な構成は、バルブハウジング２と感圧ロッド２０と感圧装置２２とから形成されている。このバルブハウジング２は、第１バルブハウジング２Ａの一端部に、図１に示すように、第２バルブハウジング２Ｂを嵌着するのみで結合することが可能になる。この結合は、この他に、第２バルブハウジング２Ｂの外周から止めねじを介して止める方法又は互いのねじ部を螺合して結合することができる。この結合する嵌合面間は、図示省略のＯリングを介して結合すれば両者間の結合面を確実にシールすることが可能になる。従って、バルブハウジング２の組立は極めて簡単に一体化することが可能になる。
【００３８】
又、連結ロッド２０Ｂ、弁体２１及び作動ロッド２３を含む感圧ロッド２０を感圧装置２２と図２に示すように螺合して結合するか、又は感圧ロッド２０の他端に溝を設け、この溝に図示省略のスナップリングを嵌め込んでフランジ部２２Ｂを感圧ロッド２０から離脱しないように結合するか、更には、感圧ロッド２０をフランジ部２２Ｂに圧入嵌着するかして、簡単に感圧ロッド２０と感圧装置２２とを結合することが可能になる。このために、感圧ロッド２０の一体化も極めて容易である。
【００３９】
このようにして形成した感圧ロッド２０をバルブハウジング２に組み立てると容易に容量制御弁１が組み立てられる。その結果、組立コストを低減し、安価に容量制御弁１を提供することが可能になる。
【００４０】
又、感圧ロッド２０は全体が一体であるから、機械加工でも全体の芯出しが容易で、弁体２１及び作動ロッド２３等の嵌合する面の精度を向上させることが可能になり、感圧ロッド２０の摺動時の摺動抵抗を低減し、作動時の応答性を良好にすることが可能になる。又、前述のようにバルブハウジング２の貫通孔の各機能部は機械加工で全体を同時加工できるから、加工精度を向上させることが可能になると共に、感圧ロッド２０との摺動抵抗を低減することが可能になる。
【００４１】
次に、本発明の容量制御弁１は、空気ポンプ、圧縮器等の空気機械に利用いることが可能である。以下、１実施例として容量可変型圧縮機に用いた場合を説明する。
【００４２】
図７は、この容量可変型圧縮機５０と容量制御弁１との関係を示す断面図である。この内、容量制御弁１は、図１と同一構成であるから、容量制御弁１の構成の説明は上述したとおりである。
【００４３】
図７に於いて、容量可変型圧縮機５０は、複数のシリンダボア５１Ａを設けたシリンダブロック５１と、シリンダブロック５１の一端に設けられたフロントハウジング５２と、シリンダブロック５１に弁板装置５４介して結合されたリアハウジング５３とにより外形を成すケーシングが形成されている。
このケーシングには、シリンダブロック５１と、フロントハウジング５２とによって区画されたクランク室５５が設けられていると共に、このクランク室５５内を横断したシャフト５６が設けられている。このシャフト５６の中心部の周囲には円板状の斜板５７が配置されている。この斜板５７は、シャフト５６に固着されたロータ５８と連結部５９を介して連結し、傾斜した角度を可変になるように構成されている。
【００４４】
シャフト５６の一端は、フロントハウジング５２の外側に突出したボス部５２Ａ内を貫通して外部まで延在している。ボス部５２Ａの周囲にはベアリング７６を介して電磁クラッチ７０が設けられている。この電磁クラッチ７０は、ボス部５２Ａの周囲にベアリング７６を介して設けられている。
【００４５】
シャフト５６とボス部５２Ａとの間にはシール部７５が配置されており、シール部７５を介して内部と外部とを遮断している。又、シャフト５６の他端は、シリンダブロック５１内に存在し、支持部により他端を支持している。尚、シャフト５６を回転可能に支持するスラストベアリング７７Ａ、７７Ｂは、シャフト５６の両端に設けられており、シャフト５６を回転可能に支持している。
【００４６】
シリンダボア５１Ａ内には、ピストン６２が設けられている。ピストン６２と斜板５７とは、両端にボール６３を設けたコンネクチングロッドにより連結されている。又、斜板５７と連結部５９とはスラストベアリングを介して互いに回転可能に連結している。そして、ピストン６２と斜板５７とは互いに連動するように構成されている。
【００４７】
リアハウジング５３は、吸入室６５及び吐出室６４が区画して形成されている。
吸入室６５とシリンダボア５１Ａとは、弁板装置５４に設けられた吸入弁を介して連通している。吐出室６４は、シリンダボア５１Ａと弁板装置５４に設けられた吐出弁を介して連通している。吸入室６５は、オリフィスを設けた通路を介してクランク室５５と連通している。
【００４８】
リアハウジング５３の図示右側の凸部には図示省略された空室が設けられており、この空室に容量制御弁１が配置されている。尚、図７では容量可変型圧縮機５０からこの容量制御弁１を外部に取り出して分かりやすく図示しているものである。
【００４９】
容量制御弁１と容量可変型圧縮機５０との構成に於いて、ロータ５８の回転により斜板５７が共に回転するから、斜板５７の傾斜角度変化につれてピストン６３が往復運動をする。このピストン６３の往復運動に伴い吐出室６４から吐出される冷媒は、凝縮室Ｐから膨張弁を介して蒸発室Ｇに供給され、設定通りの冷房を行いながら吸入室６５へ戻るように構成されている。
【００５０】
以下、容量制御弁１の作動の一例を説明する。今、吐出圧力（制御圧力）Ｐｄが一定の場合、吸入圧力Ｐｓが制御点（設定吸入圧Ｐｓ１）より低下すると、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓと作動ロッド２３の受圧面積Ａｒ２とが同一に構成されているから、１番大きく設定されている感圧装置２２に設けられたベローズ２２Ａ等の自己ばね定数に応じて弁体２１を弁座６Ａから開弁する。この容量制御弁１の開弁状態は、図４に示す状態になる。そして、弁体２１が開弁すると、容量室４と弁室６とは弁孔５を介して連通する。この開弁作動により吐出室６４の吐出圧力Ｐｄの流体は第１連通路８に流入する。この第１連通路８から弁室６に流入した吐出圧力Ｐｄの流体は、弁孔５から容量室４に流入して第２連通路９に流れて制御室であるクランク室５５に流入する。
【００５１】
クランク室５５に流入した吐出圧力Ｐｄは、クランク室５５の圧力を上昇させるから、吸入室６５の吸入圧力Ｐｓとクランク室５５のクランク室圧力Ｐｃとの差圧が大きくなり、容量可変型圧縮機５０の斜板５７の傾斜角度を減少させる。このためにピストン室の流体の容量を減少させるので、吸入圧力Ｐｓを設定された制御点に近づけるように制御する。
【００５２】
前述とは逆に、吸入圧力Ｐｓが制御点以上の圧力に成ると、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓとが同一に構成されているから、この各受圧面積Ａｂ、Ａｓに作用する力は相殺されてキャンセルされ、吸入圧力Ｐｓが作動ロッド２３受圧面積Ａｒ２に作用して弁体２１を弁座６Ａへ移動させて弁孔５の流量を絞ると共に、ついには閉弁するようになる。
この弁体２１が閉弁すると吐出圧力Ｐｄの流体は、弁体２１の外周面にのみ作用する構成であから、弁体２１を開弁方向へ移動させる作用力が生じない。
【００５３】
このためにクランク室５５のクランク室圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧が小さくなるので、前述とは逆に、容量可変型圧縮機５０の斜板５７の傾斜角度が大きくなり、容量可変型圧縮機５０の吐出圧力Ｐｄの流体の流量を増大するように制御する。
【００５４】
このように本発明の容量可変型圧縮機５０によれば、感圧装置２２の有効受圧面積Ａｂと弁部面２１Ａのシール受圧面積Ａｓと作動ロッド２３の受圧面積Ａｒ２とが同一に構成されているから、吸入圧力Ｐｓのみにより容量制御弁１を作動させることができ、容量制御弁１を作動させるソレノイド部を必要としない。このために、ソレノイド部等の部品の取付が必要でないから、容量制御弁１のコストを大きく低減することが可能になる。
又、ソレノイド部による容量制御弁１の作動は、時として誤動作が伴うが、本発明の容量制御弁１は作動ロッド２３の受圧面積Ａｒ２のみに作用する吸入圧力Ｐｓにより作動させることができるから、誤動作も少なく、更に、吸入圧力Ｐｓの制御点を任意に設定すれば、容量可変型圧縮機５０の正確な冷媒の制御が可能になる効果を奏する。
【００５５】
又、容量制御弁１は全体の部品が少なく、更に構造が簡単であるから、故障を少なくすることが可能である。更に、バルブハウジング２及び感圧ロッド２０の構造が簡単で組立が容易であると共に、機械加工でも加工が容易で、簡単に高精度が出せるから、量産を可能し、低コストの容量制御弁１を提供することが期待できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係わる容量制御弁によれば、以下のような効果を奏する。
請求項１に係わる本発明の容量制御弁によれば、感圧装置の有効受圧面積と弁体のシール受圧面積とを同一又はほぼ同一に構成されているから、制御流体圧力と制御室圧力は弁孔を介して各受圧面に制御流体が作用しても、この作用力が相殺してキャンセルされる。このため、弁体に悪影響を与える作用力を消滅させることが可能にする効果を奏する。しかも、作動ロッドに作用する吸入圧力の受圧面積もシール受圧面積と同一であるから、弁体の制御圧力に対する作動応答精度を向上させると共に、弁体の構造を簡単にする効果を奏する。
このような弁体を含む各受圧面の作動機構に働く力の釣り合い関係で、容量制御弁は、吸入圧力が弁体の背面（作動ロッドの背面）の受圧面積に作用し、閉弁時には制御圧力の流体が弁体を作動させない外周面にのみ作用させて誤動作のない制御を可能とする効果を奏する。
【００５７】
又、閉弁時には、吸入圧力による作動ロッドの作用力と、感圧装置自体が持つばね定数の付勢力と、弁体を閉弁する弾発手段との関数となるために、開弁時のみに制御圧力が弁体に関与して制御する優れた効果を奏する。又、通常多用される設定低吸入圧力時の作動に於けるヒステリシスを減少し、容量制御弁の制御特性に対して悪影響を防止することが可能になる。特に、電磁吸引力を用いる場合には、このヒステリシスが増大するが、電磁コイル部のない本発明の容量制御弁に於いてはヒステリシスを防止すると共に、吸入圧力による設定値の制御域を拡大することが可能になる。そして、吸入圧力により容量制御弁を正確に制御することが可能になる。
【００５８】
請求項２に係わる本発明の容量制御弁によれば、容量可変型圧縮機において、吐出圧力とクランク室圧力は、弁孔を介して吐出圧力が受ける両受圧面で互いに相殺されてキャンセルされるので、この各受圧面の作動機構に働く力の釣り合いから除外される。このため、クランク室圧力と吐出圧力とを除外した吸入圧力による高精度の制御を可能にした容量制御弁を得ることが可能になる。しかも、容量制御弁に於いて、吐出圧力は、弁体の周囲に作用するように構成されているから、閉弁時には吐出圧力の弁体に対する作用をキャンセルする制御が可能になる。しかも、容量制御弁は感圧ロッドを小型に構成できるから、容量可変型圧縮機の最適な場所に取付可能として容量可変型圧縮機の小型化も可能とする効果を奏する。
【００５９】
請求項３に係わる本発明の容量制御弁によれば、弁体の外周面に第１連通路からの制御流体圧力が作用するように構成されているものであるから、制御流体圧力が高くとも弁体を作動させたり、変動させて誤動作を発生させることもない。特に、この容量制御弁を容量可変型圧縮機等に採用すれば、吸入圧力により、吐出圧力だけでなく制御室圧力の影響を受けることなく、制御室内の圧力又は容量を設定通りに制御する効果を奏する。
【００６０】
請求項４に係わる本発明の容量制御弁によれば、感圧ロッド全体を１本のロッドに形成し、この１本のロッドに連結ロッドと弁体と作動ロッドとを一体に設けることにより多くのロッドを個別に接続する必要もないから、接続した端面が摩耗して容量制御弁の作動や性能が悪化するのを効果的に防止する効果を奏する。
【００６１】
請求項５に係わる本発明の容量制御弁によれば、感圧ロッドがバルブハウジングと摺動する面が作動ロッドと作動室との摺動面のみである。しかも、弁体の外径と作動ロッドの外径が同一にできるから、摺動面のシールが極めて容易になる効果を奏する。このために、この摺動面間の摩擦抵抗を最小に構成できるから、弁体の制御に於ける応答性を良好にする効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる容量制御弁の断面図である。
【図２】図１に示す感圧装置の拡大断面図である。
【図３】図１に示す弁室内の拡大断面図である。
【図４】 図１に示す容量制御弁の開弁状態の断面図である。
【図５】図１に示す容量制御弁の中間開弁状態の断面図である。
【図６】図１に示す容量制御弁の閉弁状態の断面図である。
【図７】 本発明に係わる容量可変型圧縮機と容量制御弁との断面図である。
【図８】 従来の容量可変型圧縮機用制御弁の断面図である。
【符号の説明】
１ 容量制御弁
２ バルブハウジング
２Ａ 第１バルブハウジング
２Ｂ 第２バルブハウジング
３ 仕切調整部
４ 容量室
５ 弁孔
６ 弁室
６Ａ 弁座
７ 作動室
７Ａ 内径面
８ 第１連通路
９ 第２連通路
１０ 検出連通路
２０ 感圧ロッド
２０Ｂ 連結ロッド
２１ 弁体
２１Ａ 弁部面
２２ 感圧装置
２２Ａ ベローズ
２２Ｂ フランジ部
２３ 作動ロッド
２４ ばね手段
Ｐｓ 吸入圧力
Ｐｄ 吐出圧力（制御圧力）
ＰＣ クランク室圧力（制御室圧力）
Ａｂ 感圧装置の有効受圧面積
Ａｓ 弁部面のシール受圧面積
Ａｒ２ 作動ロッドの受圧面積
Ｓ１ ばね手段の力
Ｆｂ 感圧装置のばね力

Claims (6)

1. バルブハウジングに設けられた弁孔の弁開度を制御し、前記弁孔を流れる制御流体を制御室に導入して前記制御室内の流量又は圧力を制御する容量制御弁であって、前記バルブハウジングの一端側に設けられて第２連通路と連通する容量室と、前記容量室と弁孔を介して連通すると共に第１連通路と連通可能で弁座を有する弁室と、前記弁室に連通すると共に検出連通路と連通する作動室と、前記作動室に移動自在に配置されて背面に前記検出連通路からの吸入圧力が作用可能な受圧面積を有する作動ロッドと、前記作動ロッドと一体であると共に前記弁室に移動自在に配置されて端面に前記弁座と開閉自在な弁部面を有する弁体と、前記弁体と一体で前記弁孔と間隙通路を介して嵌合する連結ロッドと、前記連結ロッドと連結すると共に前記容量室内に配置されて前記容量室内の作動流体圧力に感圧する有効受圧面積を有して前記有効受圧面積に受けた圧力により前記弁体を閉弁する方向へ付勢し且つ固有のばね力により前記弁体を開弁する方向へ付勢する感圧装置とを備え、前記感圧装置の有効受圧面積と、前記弁体の弁部面の弁座と接触するシール受圧面積と、前記作動ロッド又は前記弁体の受圧面積とを同一又はほぼ等しい面積に構成されていることを特徴とする容量制御弁。
2. 前記容量制御弁は容量可変型圧縮機のクランク室内の容量又は圧力を制御することが特徴である請求項１に記載の容量制御弁。
3. 前記弁体の外周面に前記第１連通路からの制御流体圧力が作用するように構成されている請求項１又は請求項２に記載に容量制御弁。
4. 前記作動ロッドと前記弁体と前記連結ロッドとを一体に形成すると共に前記連結ロッドの一端を感圧装置と連結可能にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の容量制御弁。
5. 前記作動室の摺動面と嵌合する前記作動ロッドとの嵌合間をシールする摩擦係数の小さなシール部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の容量制御弁。
6. 前記弁体には前記弁部面を前記弁座に押圧する弾発手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項４に記載の容量制御弁。

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