JP4545031B2 - 制御弁および容量可変型圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、制御弁および容量可変型圧縮機および冷凍サイクル装置に関し、特に、容量可変型圧縮機の容量制御弁として使用される制御弁および容量可変型圧縮機および容量可変型圧縮機を含む車載用空気調和装置等に使用される冷凍サイクル装置に関するものである。

車載用空調装置などで使用される冷凍サイクル装置では、エンジン駆動の圧縮機として、斜板式の容量可変型圧縮機が多く使用されている。斜板式の容量可変型圧縮機は、斜板を収容したクランク室の内圧（クランク室圧力）に応じて吐出容量を定量的に変化する。すなわち、クランク室圧力の上昇に応じて斜板傾斜角が小さくなって吐出容量を低減し、これとは逆に、クランク室圧力の低減に応じて斜板傾斜角が大きくなって吐出容量を増大する。この吐出容量の制御は、吐出容量（吐出流量）を検出し、検出された吐出容量に応じてクランク室圧力を制御することにより、フィードバック補償式に行うことができる。

容量可変型圧縮機の吐出流路の上流側と下流側とに所定量離れた２位置の圧力差は、吐出流量に応じた圧力損失と正の相関性を示すから、この圧力差を感知して吐出容量に応じたクランク室圧力制御を行う差圧応動式の容量制御弁がある（例えば、特許文献１）。

また、容量可変型圧縮機の吐出冷媒流の動圧は、吐出流量と正の相関性を示すから、専らこの動圧を感知して吐出容量に応じたクランク室圧力制御を行う動圧感知式の容量制御弁がある（例えば、特許文献２）。

これらの容量制御弁は、圧縮機の吐出圧領域に接続される弁室と圧縮機のクランク室に接続される給気通路との間に設けられた弁ポートを、弁室内に設けた弁体により開閉させるようにしており、更に、電磁コイル装置を有し、弁体による弁ポート開閉の平衡値を電磁コイル装置が発生する電磁力によって可変設定できるようになっている。

電磁コイル装置は、弁室に隣接して固定配置された吸引子と、この吸引子を貫通しその一端にて弁体あるいは弁軸と接続されるプランジャロッドと、吸引子を介して弁室から区画されたプランジャ室においてプランジャロッドの他端に取り付けられるプランジャと、と、通電によりプランジャと吸引子間に電磁力を発生させる電磁コイル部とを有しており、電磁コイル部への通電により発生する電磁力によってプランジャを吸引子側に磁気的に吸引し、弁体による弁ポート開閉の平衡値を変更する構成としている。

従来の容量制御弁では、弁体が弁ポートを閉じている状態では、弁体に作用する弁ポートのクランク室圧を上回る弁室の吐出圧が、吸引子とロッドとの隙間からプランジャ室に導入され、外乱要素として、プランジャに不必要に作用することから、弁体による弁ポート開閉の平衡関係に偏差が生じ、容量制御弁の動作特性が設計値より外れることになる。

このことに対して、先に挙げた動圧感知式の容量制御弁では、弁体や弁軸に形成された連通孔やプランジャロッドとこれを受け入れる孔との間の間隙によって均圧通路を構成し、均圧通路によって弁ポートの圧力（クランク室圧）をプランジャ室に導き、吐出圧がプランジャに不必要に作用しないように考慮している（例えば、特許文献２）。

しかし、従来のものは、弁体、弁軸、プランジャロッドの各部の接続構造が複雑で、多くの部品点数を必要とし、それに伴い均圧通路の通路構成も複雑になり、均圧動作の安定性や応答性に問題を生じる原因となる。
特開２００１−１０７８５４号公報 特開２００４−３２４８８２号公報

この発明が解決しようとする課題は、弁体、弁軸、プランジャロッドの各部の接続構造が簡単で、多くの部品点数を必要とせず、それに伴い均圧通路の通路構成を簡素化し、均圧動作の安定性、応答性に関して優れた性能を得ることである。

この発明による制御弁は、弁ハウジングに弁室が形成され、前記弁室内を感知流体が流れるよう前記弁室に感知流体の入口ポートと出口ポートとが開口し、更に前記弁室に被制御流体の出口ポートを兼ねた弁ポートが開口し、前記弁室内に、弁リフト方向の移動によって前記弁ポートの開度を変化する弁体と、前記弁室を流れる感知流体流に応動して変位し前記弁体を弁リフト方向に移動させる受圧板とが配置されており、前記受圧板は、前記弁室を流れる感知流体の前記受圧板の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧の影響を受けて前記弁体を弁開方向に移動させる方向に変位する構造になっており、前記弁体を電磁力によって弁閉方向に付勢する電磁手段を有し、前記電磁手段は、プランジャと、前記プランジャを収容する密閉構造のプランジャ室と、前記プランジャ室よりも前記弁体側に固定配置された吸引子とを有し、前記吸引子には中心孔が貫通形成され、当該中心孔に、一端を前記プランジャに接続され他端を前記弁体に直接接続されたプランジャロッドが挿通されており、前記プランジャには、該プランジャの中央に第１の均圧孔が貫通形成されるとともに第２の均圧孔が貫通形成され、前記プランジャロッドと前記弁体には、前記弁ポートに向けて開口し当該弁ポートの圧力を前記プランジャ室に導く連通孔が形成され、前記プランジャロッドの前記連通孔が前記プランジャの中央の第１の均圧孔と直接連通することにより、均圧通路が一直線状に構成されている。

この発明による制御弁は、好ましくは、前記弁体と前記プランジャロッドとが一体に形成されている。

この発明による制御弁は、好ましくは、前記弁体と前記受圧板とが一体の一部品により構成されている。

この発明による制御弁は、好ましくは、前記受圧板はフランジ状をなしていて弁体側ばねリテーナを兼ねており、前記弁体側ばねリテーナと前記弁ハウジングとの間に、前記弁体を弁開方向に付勢する設定ばねが設けられている。

この発明による制御弁は、クランク室圧力に応じて吐出容量を定量的に変化する容量可変型圧縮機の容量制御弁として使用され、前記感知流体の入口ポートと出口ポートが前記容量可変型圧縮機の吐出流路に接続され、前記弁ポートが前記クランク室に接続される。

この発明による容量可変型圧縮機は、クランク室圧力に応じて吐出容量を定量的に変化する容量可変型圧縮機であって、圧縮機ボディに形成された弁装着用ボアーに上述の発明による制御弁が挿入装着され、前記感知流体の入口ポートにコンプレッサ室より吐出流体を導く吐出流体入口通路と、前記感知流体の出口ポートより吐出流体を取り出す吐出流体出口通路と、前記弁ポートと前記クランク室とを連通するクランク室通路とが、前記圧縮機ボディに形成されている。

この発明による冷凍サイクル装置は、容量可変型圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらをループ接続する冷媒通路とを有し、上述の発明による制御弁を前記容量可変型圧縮機の容量制御弁として含む。

この発明による制御弁は、プランジャと弁体との接続を一本のプランジャロッドにより行うから、弁体、弁軸、プランジャロッドの各部の接続構造が簡単になり、多くの部品点数を必要とせず、それに伴いプランジャロッド等に設ける均圧通路の通路構成が簡素化し、均圧動作の安定性、応答性に関して優れた性能を示す。

そして、この制御弁が容量可変型圧縮機の容量制御弁として使用されることにより、圧縮機の吐出容量制御を正確に行うことができる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。

（制御弁の実施形態１）
図１はこの発明による制御弁の参考例としての実施形態１を示している。

本実施形態の制御弁は、全体を符号１０により示されている。制御弁１０は弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１は、簡単な円筒形状で、下端を弁ハウジング１１にかしめ結合された下蓋部材（弁座部材）１２により閉じられ、下蓋部材１２とにより弁室１３を画定している。

弁ハウジング１１には、弁室１３の下部領域に開口する感知流体入口ポート１４と、弁室１３の上部領域に開口する感知流体出口ポート１５とが各々形成されている。弁室１３には感知流体入口ポート１４より感知流体が流入する。感知流体は、弁室１３内を下側から上側に流れ、感知流体出口ポート１５より弁室１３外に流出する。

下蓋部材１２は、弁室１３内に軸線方向（上下方向）に突出した円筒状の突起部１６を有している。突起部１６には弁室１３に開口して被制御流体の出口ポートを兼ねた弁ポート１７が上下に貫通形成されており、突起部１６の上端面が弁座面１８となっている。

弁室１３には弁体２０が弁室１３の軸線方向に移動可能に設けられている。弁体２０は、フランジ状の受圧板２１を一体に有している。すなわち、弁体２０と受圧板２１とが一部品によって構成されている。弁体２０は、弁座面１８に対向し、弁リフト方向（上下方向）の移動によって弁ポート１７の開度を増減する。弁体２０には、後述する電磁コイル装置３０のプランジャロッド３５の下端３５Ａが圧入固定されている。

プランジャロッド３５は、弁体２０の弁軸（弁棒）を兼ねており、弁ハウジング１１の上部に貫通形成された支持孔１１Ａに摺動可能に嵌合し、弁ハウジング１１によって軸線方向に移動可能に支持されている。

受圧板２１は、弁室１３内にあって弁室１３の内周壁との間に充分な間隙２３を作る外径とされ、弁室１３を流れる感知流体の流れを阻害せず、専ら、弁室１３を流れる感知流体流の流れ方向における、受圧板２１の上流側の感知流体と下流側の感知流体との差圧に応動して変位する。

すなわち、受圧板２１は、弁室１３内を流れる感知流体流の上流側の感知流体と下流側の感知流体との差圧を受けて弁室１３を流れる感知流体の流量に相関性をもって上昇変位する。なお、間隙２３の大きさ（流路断面積）は、システムとして必要とされる最大流量を最低限確保できる大きさに設定されればよい。

この受圧板２１の変位によって弁体２０が弁リフト方向に移動する。受圧板２１と弁体２０とは一体部品であるから、受圧板２１と弁体２０とは一体的に弁リフト方向に移動する。これにより、弁体２０は、受圧板２１に作用する差圧の増加、すなわち、弁室１３を流れる感知流体の流量の増加に応じて弁開方向に移動する。

受圧板２１はフランジ状をなしていて弁体側ばねリテーナを兼ねており、この弁体側ばねリテーナ（受圧板２１）と下蓋部材１２の突起部１６の外周に嵌装された下側ばねリテーナ２７との間に、設定ばね１９が設けられている。設定ばね１９は、圧縮コイルばねにより構成されており、弁体２０を弁開方向（上向き）に付勢する。突起部１６の軸線方向における下側ばねリテーナ２７の位置は、下蓋部材１２に螺着した調整ねじ２８の弁室１３内への突出量によって調整することができる。

本実施形態の制御弁１０による被制御流体の流量制御の必要な範囲は、弁体２０の弁リフト範囲のうち全閉〜中間開度であり、この全閉〜中間開度までの弁リフト範囲に弁体２０があるときに、受圧板２１が設定ばね１９に接触し、中間開度〜全開までの弁リフト範囲に弁体２０があるときには、受圧板２１が設定ばね１９から離間するように、設定ばね１９の自由長が規定されている。

つまり、全開時に、設定ばね１９が自由長の状態にある時に、設定ばね１９と受圧板２１との間に隙間ｔが設定され、中間開度〜全開までの弁リフト範囲に弁体２０があるときに、受圧板２１が設定ばね１９から離間する。

また、弁室１３には弁体２０を弁開方向（上向き）に付勢する補助ばね２２が設けられている。補助ばね２２は、圧縮コイルばねにより構成され、突起部１６の先端部と受圧板２１の付根部との間に挟まれている。補助ばね２２のばね定数は設定ばね１９のばね定数よりも充分小さく、補助ばね２２の自由長は、弁体の弁リフト範囲の全体（全閉〜全開）に亘るどの位置に弁体２０があっても、突起部１６の先端と受圧板２１の付根部との双方に両端が常時接触するような寸法に規定されている。つまり、補助ばね２２は、予荷重を与えられた状態で取り付けられている。

電磁手段である電磁コイル装置３０は、弁ハウジング１１の上端にかしめ結合された吸引子３１と、吸引子３１の上部に固定されて内側にプランジャ室３２を画定するプランジャケース３３と、プランジャ室３２内に設けられたプランジャ３４と、プランジャロッド３５と、吸引子３１の下部に取り付けられた外凾３７と、外凾３７に固定された蓋部材３８と、蓋部材３８およびプランジャケース３３に取り付けられたコネクタ部３９と、ボビン４０および電磁コイル部４１とを有する。

プランジャロッド３５は、吸引子３１に貫通形成された中心孔４２を遊嵌合状態で軸線方向に移動可能に貫通し、上端３５Ｂをボール４３によってボール継手式にプランジャ３４に接続されている。換言すると、プランジャロッド３５は、吸引子３１に貫通形成された中心孔４２に挿通され、一端（上端３５Ｂ）をプランジャ室３２内においてボール４３を介してプランジャ３４に接続され、他端（下端３５Ａ）を弁室１３内において弁体２０に直接接続されている。

電磁コイル装置３０は、電磁コイル部４１に通電されることにより、コイル電流に応じた電磁力を発生し、吸引子３１の円錐凹状の磁気吸着面（上面）３１Ａにプランジャ３４の円錐凸状の下面３４Ａを磁気的に吸引し、プランジャロッド３５を介して弁体２０を弁閉方向（下向き）に付勢する。

弁体２０とプランジャロッド３５には、中心孔としてこれらを軸線方向に貫通した連通孔２４、２５が貫通形成されている。プランジャロッド３５は全体を筒体で構成することができる。弁体２０の連通孔２４は下端にて弁ポート１７に向けて開口している。プランジャ室３２内に位置するプランジャロッド３５の上端近傍にはプランジャロッド３５を径方向に貫通した複数個の連通孔２６が形成されている。これにより、プランジャロッド３５の連通孔２５は連通孔２６によってプランジャ室３２に連通する。

このように、連通孔２４、２５、２６によって弁ポート１７の圧力をプランジャ室３２に導く均圧通路が構成される。

なお、弁ポート１７の内径とプランジャロッド３５の外径とが同一寸法に設定されている。

また、プランジャ３４には均圧孔４４、４５が貫通形成されており、プランジャ３４の中央の均圧孔４４が、プランジャロッド３５の上端を接続するボール４３の受けに連なっている。

上述の構成による制御弁１０は、弁室１３を流れる感知流体の流れ方向における、受圧板２１の上流側の感知流体と下流側の感知流体との差圧に応動して受圧板２１が変位することによる弁開方向の力と、設定ばね１９および補助ばね２２による弁開方向のばね力と、電磁コイル装置３０による弁閉方向の力との平衡関係によって弁体２０の軸線方向位置が決まり、弁ポート１７の開度が決まる。この弁ポート１７の開度によって計量された流量をもって弁室１３内の流体（感知流体）の一部が被制御流体として弁ポート（出口ポート）１７より外部へ流れる。

電磁コイル装置３０による弁閉方向の力が一定であると、受圧板２１に作用する上流側の感知流体と下流側の感知流体との差圧により、弁室１３内を感知流体入口ポート１４より感知流体出口ポート１５へ流れる感知流体の流量（容量）の増加（差圧増加）に応じて弁体２０が上昇変位して弁ポート１７の開度が増大し、これとは反対に、感知流体の流量（容量）の低減（差圧低減）に応じて弁体２０が降下移動して弁ポート１７の開度が減少する。そして、図２に示されているように、コイル電流値に応じて電磁コイル装置３０が発生する電磁力（吸引力荷重）に応じて弁体２０による弁ポート開閉の平衡値が可変設定される。なお、電磁コイル装置３０に対する通電が停止されることにより、あるいはコイル電流値が所定値以下になることにより、制御弁１０は全開になる。即ち、本実施形態の制御弁１０では、専ら受圧板２１の上流側と下流側との感知流体の差圧に応動して弁体２０による弁ポート１７の開度が変動する。

ここで、設定ばね１９と補助ばね２２の役割について説明する。設定ばね１９のばね定数をＫ１、補助ばね２２のばね定数をＫ２とし、Ｋ１＞Ｋ２の設定であると、弁体２０が受けるばね荷重特性は、図３に示されているようになる。

全閉〜中間開度までの弁リフト範囲に弁体２０があるときに、受圧板２１が設定ばね１９に接触し、中間開度〜全開までの弁リフト範囲に弁体２０があるときには、受圧板２１が設定ばね１９から離間する設定であるから、傾きＡは補助ばね２２のばね定数Ｋ２により決まり、傾きＢは設定ばね１９のばね定数Ｋ１と補助ばね２２のばね定数Ｋ２との合成ばね定数Ｋ１＋Ｋ２により決まる。

設定ばね１９は、電磁コイル装置３０に対する通電時の制御流量の設定値を決めるものであり、図２に示されている電磁吸引力特性線の傾きＣ（単位弁リフト当たりの吸引力変化量Ｎ／ｍｍ）よりも、全閉〜中間開度までの弁リフト範囲で立った傾きＢが得れるばね定数Ｋ１とすることで、荷重バランス点における弁リフト量がそのバランス点に安定し易くなり、弁動作の安定性をよくすることができる。

これに対して、傾きＢを電磁吸引力特性線の傾きＣより緩やかなものに設定すると、荷重バランス点が全開または全閉となってしまい、流量制御ができなくなってしまう。

電磁吸引力特性線の傾きＣと傾きＢとが同じであると、荷重バランス点での弁体２０の位置が安定せず、弁体２０が弁開〜中間開度間をふらつくハンチング現象を生じる。

補助ばね２２は、ばね定数Ｋ２によって決まる傾きＡを電磁吸引力特性線の傾きＣより緩やかに設定することにより、また、Ｋ１＞Ｋ２であることにより、中間開度から全開にするときに、電磁コイル装置３０のコイル電流値をある電流値まで下げると、一気に全開させるように作用する。

また、補助ばね２２は、全開時に、弁体２０、プランジャロッド３５、ボール４３、プランジャ３４の４部品を保持し、こられ部品のがたつきを防止する。これにより、弁体２０が弁座面１８に衝突することによるこれらの破損や、プランジャケース３３の頂部におけるプランジャ３４のがたつきによる破損が回避される。この場合、補助ばね２２は、弁体２０、プランジャロッド３５、ボール４３、プランジャ３４の４部品の総重量×振動加速度分のばね荷重で、これらを保持する設定になる。

なお、設定ばね１９だけであると、全開時のばね荷重として振動防止の最低限のばね荷重（弁体２０、プランジャロッド３５、ボール４３、プランジャ３４の４部品の総重量×振動加速度分のばね荷重）が必要であり、これを確保しつつ傾きＣより大きい傾きＢを得るばね定数とすると、図３に仮想線によって示されているように、全閉時のばね荷重が大きくなる。このため、これに対抗する電磁コイル装置３０の電磁吸引力も強くする必要が生じ、電磁コイル装置３０を大型化する必要が生じる。このようなことから、必要な弁リフト分（全閉〜中間開度）だけ、設定ばね１９のばね荷重を弁体２０に与えるようにしている。

また、弱い補助ばね２２だけであると、電磁吸引力特性線の傾きＣより緩やかな傾きＡの設定によって弁体２０が全開または全閉となってしまい、流量制御ができなくなってしまう。

上述の如く、中間開度から全開位置まで弁体２０をリフトさせるのに必要な電磁コイル部４１への通電変化量を、ばね定数の小さい補助ばね２２に見合った小さい変化量で済むようにし、その反面、制御弁１０による被制御流体の流量制御に使用する中間開度〜全閉の範囲で弁体２０を開度調整する際には、電磁コイル部４１への通電量を大きく変化させるようにして、制御弁１０による被制御流体の流量制御の分解能を高く維持することができる。

なお、下蓋部材１２に螺着した調整ねじ２８の弁室１３内への突出量の調整、つまり、突起部１６の軸線方向における下側ばねリテーナ２７の位置の調整によって、電磁コイル部４１に所定電流で通電した時に設定ばね１９によって設定されるばね荷重を微調整することができる。

上述の如く弁動作において、弁体２０とプランジャロッド３５に形成されている連通孔２４、２５、２６による均圧通路によって弁ポート１７の圧力がプランジャ室３２に導入される。これにより、弁ポート１７の弁閉時に、プランジャ室３２の圧力がクランク室圧力と同じ圧力になる。

これにより、たとえば、弁体２０に作用する弁ポート１７のクランク室圧を上回る弁室１３の吐出圧が、外乱要素として、プランジャ３４に不必要に作用することが回避され、この外乱によって弁体２０による弁ポート開閉の平衡関係に偏差が生じることがなく、制御弁の動作特性が設計値通りに保たれ、感知流体流量に応動した高精度な流量制御が行われるようになる。

プランジャ３４と弁体２０との接続が一本のプランジャロッド３５によって行われる構造であるから、弁軸が不要になり、弁体、弁軸、プランジャロッドの各部の接続構造が簡単になり、多くの部品点数を必要としなくなる。

これに伴い、弁体２０、プランジャロッド３５に設ける連通孔２４、２５、２６による均圧通路の通路構成が簡素化され、均圧動作の安定性、応答性に関して優れた性能が得られる。

また、本実施形態による制御弁１０は、弁体２０を収容する弁室１３が、受圧板２１を収容する差圧感知室を兼ねた構造になっているから、差圧検知等のための別の感圧室が設けられるものに比して小型化が可能になる。また、制御弁１０は、感知流体入口ポート１４、感知流体出口ポート１５、弁ポート（被制御流体出口ポート）１７の３ポートだけでよく、このことによっても小型化が可能になり、併せて制御弁１０に接続する配管数が削減される。また、弁体２０と受圧板２１とが一部品で構成され、部品点数の削減が図られる。

（制御弁の実施形態２）
この発明による制御弁の実施形態２を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２に係る制御弁１０では、実施形態１の制御弁１０における、プランジャロッド３５の上端をプランジャ３４に接続するボール４３と、プランジャロッド３５の連通孔２６とが省略され、プランジャロッド３５の上端３５Ｂがプランジャ３４の嵌合孔３４Ｂに嵌合し、プランジャ３４とプランジャロッド３５とが直接固定連結されている。

均圧通路は、プランジャロッド３５の中心孔である連通孔２５がプランジャロッド３５の上端３５Ｂにおいてプランジャ３４に形成されている均圧孔４４と直接連通することにより、一直線状に構成されている。

この実施形態２に係る制御弁１０でも、実施形態１に係る制御弁１０と同様の効果を得ることができ、その上で、この実施形態２に係る制御弁１０では、プランジャロッド３５の上端３５Ｂをプランジャ３４に直接嵌合してボール４３を省略したことにより、さらなる部品点数の削減が図られる。また、これに伴い均圧通路の通路構成が更に簡素化され、均圧動作の安定性、応答性が、更に改善される。

なお、調整ねじ２８に代えて、図５に示されているように、調整ピン２９の下蓋部材１２への圧入量の調整によってその弁室１３内への突出量を調整し、突起部１６の軸線方向における下側ばねリテーナ２７の位置を調整し、設定ばね１９のばね荷重を微調整するように構成してもよい。この構成は、何れの実施形態にも適用できる。

また、調整ピン２９は、図５に示されているように、単一箇所のみに圧入する構成とする以外に、図６に示されているように、突起部１６の周囲の周方向に間隔をおいた複数箇所に各々圧入する構成とすることもできる。

また、図７に示されているように、プランジャロッド３５の下端部によって弁体２０を直接構成することもできる。この場合、受圧板２１は、弁体２０（プランジャロッド３５）とは別体のプレス成形品により構成し、プランジャロッド３５の下端側に嵌着したＥリング等の止め輪４６により軸線方向位置を規定された態様でプランジャロッド３５に取り付けられればよい。この構成も、何れの実施形態にも適用できる。

さらに、止め輪４６に代えて、図８に示されているように、プランジャロッド３５の下端３５Ａ側に形成した段差部３５Ｃにて受圧板２１の軸線方向位置を規定する構成とすることもできる。

（制御弁の実施形態３）
この発明による制御弁の実施形態３を、図９を参照して説明する。なお、図９において、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３に係る制御弁１０では、設定ばね１９の下部巻端１９Ａが下側ばねリテーナ２７にスポット溶接等によって固着されている。また、補助ばね２２が受圧板２１の付根部と下側ばねリテーナ２７の筒部端面との間に設けられ、補助ばね２２のばね力によって下側ばねリテーナ２７が調整ねじ２８に押し付けられる構造になっている。

これにより、設定ばね１９と受圧板２１との間に間隙ｔが存在する全開時に、振動が加わっても、設定ばね１９や下側ばねリテーナ２７が揺れ動くことがなく（がたつくことがなく）、受圧板２１や下側ばねリテーナ２７が衝撃を受けることが回避され、これらの耐久性が向上する。

なお、これらのこと以外は、実施形態２の制御弁１０と同様に構成されているから、その他については、実施形態３に係る制御弁１０によっても、実施形態２に係る制御弁１０と同様の効果を得ることができる。

（制御弁の実施形態４）
この発明による制御弁の実施形態４を、図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１、図４に対応する部分は、図１、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態４では、受圧板２１が、弁体２０とは別体のプレス成形品によって構成され、弁体２０の外周に軸線方向に移動可能に嵌装している。設定ばね１９は受圧板２１と下側ばねリテーナ２７との間に設けられ、受圧板２１の上限位置を弁ハウジング１１に固定装着されたストッパ部材４７によって制限される構造になっている。

これにより、全開時には、弁体２０の上部フランジ部２０Ａが受圧板２１より間隙ｔをもって離れ、設定ばね１９の付勢力が弁体２０に及ぶ範囲が、実施形態１等と同様に、制御弁１０による被制御流体の流量制御の必要な範囲である弁体２０のうち全閉〜中間開度の弁リフト範囲に制限される。

実施形態４では、下蓋部材１２に螺着した調整ねじ２８の弁室１３内への突出量の調整、つまり、突起部１６の軸線方向における下側ばねリテーナ２７の位置の調整では、設定ばね１９によるばね荷重の微調整が行われることになる。

実施形態４では、全開時でも、設定ばね１９のばね荷重が受圧板２１や下側ばねリテーナ２７に作用する。これにより、全開時に、振動が加わっても、設定ばね１９や下側ばねリテーナ２７が揺れ動くことがなく、受圧板２１や下側ばねリテーナ２７が衝撃を受けることが回避され、これらの耐久性が向上する。

なお、これらのこと以外は、実施形態２の制御弁１０と同様に構成されているから、その他については、実施形態４に係る制御弁１０によっても、実施形態２に係る制御弁１０と同様の効果を得ることができる。

（制御弁の実施形態５）
この発明による制御弁の実施形態５を、図１１を参照して説明する。なお、図１１においても、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態５に係る制御弁１０では、受圧板２１が、プレス成形品により弁体２０とは別体に構成されていて、筒部２１Ｂにて弁体２０の外周に軸線方向に摺動可能に嵌合している。

受圧板２１の筒部２１Ｂに連なるフランジ部（受圧面部）２１Ａと下側ばねリテーナ２７との間に設定ばね１９が設けられ、受圧板２１のフランジ部（受圧面部）２１Ａと弁体２０の上部フランジ部２０Ａとの間に補助ばね２２が設けられている。つまり、弁体２０の上部フランジ部２０Ａと下側ばねリテーナ２７との間との間に、受圧板２１を挟んで補助ばね２２と設定ばね１９とが直列に設けられている。

このばね配置において、全開時には、受圧板２１の筒部２１Ｂの上端と弁体２０の上部フランジ部２０Ａとの間に間隙ｔができ、設定ばね１９の付勢力のみが弁体２０に及ぶ範囲が、制御弁１０による被制御流体の流量制御の必要な範囲である弁体２０のうち全閉〜中間開度の弁リフト範囲に設定される。間隙ｔは調整ねじ２８によって適正値に調整設定することができる。

これにより、弁体２０が全開〜中間開度までの弁リフト範囲にあるときには、ばね定数の小さい補助ばね２２とばね定数の大きい設定ばね１９との合成付勢力（補助ばね２２のばね定数に近い小さいばね定数による付勢力）が弁体２０に対して弁開方向に作用し、弁体２０が中間開度〜全閉までの弁リフト範囲にあるときには、間隙ｔが消滅してばね定数の大きい設定ばね１９の付勢力のみが弁体２０に対して弁開方向に作用する。

実施形態５では、全開時には設定ばね１９のばね荷重が、これと直列配置の補助ばね２２と共働して受圧板２１や下側ばねリテーナ２７に作用する。これにより、全開時に、振動が加わっても、設定ばね１９や下側ばねリテーナ２７が揺れ動くことがなく、受圧板２１や下側ばねリテーナ２７が衝撃を受けることが回避され、これらの耐久性が向上する。

なお、これらのこと以外は、実施形態２の制御弁１０と実質的に同様に構成されているから、その他については、実施形態５に係る制御弁１０によっても、実施形態２に係る制御弁１０と実質的に同様の効果を得ることができる。

（制御弁の実施形態６）
この発明による制御弁の実施形態６を、図１２、図１３を参照して説明する。なお、図１２において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態６では、下蓋部材１２の内側空間５１内に、上側ばねリテーナ５２と下側ばねリテーナ５３とが配置されている。下側ばねリテーナ５３は、下蓋部材１２にねじ係合した調整ねじ部材５４、調心ボール５５によって下蓋部材１２より支持されている。なお、調整ねじ部材５４には出口ポート用の貫通孔５４Ａが穿けられている。

上側ばねリテーナ５２と下側ばねリテーナ５３との間には設定ばね１９が所定の予荷重を与えられた状態で設けられている。全開時には上側ばねリテーナ５２は内側空間５１の天井壁部５６に当接し、この状態で、弁体２０の先端延長部２０Ｂとの間に間隙ｔを作る構成になっている。

これにより、設定ばね１９の付勢力が弁体２０に及ぶ範囲が、実施形態１等と同様に、制御弁１０による被制御流体の流量制御の必要な範囲である弁体２０のうち全閉〜中間開度の弁リフト範囲に設定され、弁体２０が全開〜中間開度までの弁リフト範囲にあるときには、ばね定数の小さい補助ばね２２の付勢力が弁体２０に対して弁開方向に作用し、弁体２０が中間開度〜全閉までの弁リフト範囲にあるときには、間隙ｔが消滅してばね定数の大きい設定ばね１９の付勢力のみが弁体２０に対して弁開方向に作用する。

実施形態６では、全開時でも、設定ばね１９のばね荷重が上側ばねリテーナ５２や下側ばねリテーナ５３に作用するから、全開時に、振動が加わっても、設定ばね１９等が揺れ動くことがなく、弁体２０や上側ばねリテーナ５２等が衝撃を受けることが回避され、これらの耐久性が向上する。

実施形態６における均圧通路は、上側ばねリテーナ５２に、弁体２０の連通孔２４に連通する中心貫通孔５７や径方向溝５８が形成されていることにより確保される。

なお、これらのこと以外は、実施形態１の制御弁１０と同様に構成されているから、その他については、実施形態６に係る制御弁１０によっても、実施形態１に係る制御弁１０と実質的に同様の効果を得ることができる。

（制御弁の実施形態７）
この発明による制御弁の実施形態７を、図１４を参照して説明する。なお、図１４において、図１、図１２に対応する部分は、図１、図１２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態７では、下蓋部材１２の内側空間５１内に、ボール５９、上側ばねリテーナ６３が配置されており、上側ばねリテーナ６３と下蓋部材１２にねじ係合している調整ねじ部材５４との間に設定ばね１９が設けられている。

内側空間５１にはボールガイドを兼ねたストッパ部材６４が固定配置されている。上側ばねリテーナ６３とストッパ部材６４との間にはボール５９が設けられており、ボール５９は設定ばね１９のばね力によってストッパ部材６４に向けて付勢され、全開時には上昇移動を制限される形態でストッパ部材６４に当接している。なお、ストッパ部材６４には連通孔６４Ａが貫通形成されている。

これにより、全開時にはボール５９と弁体２０の先端延長部２０Ｂとの間に間隙ｔができ、設定ばね１９の付勢力が弁体２０に及ぶ範囲が、実施形態１等と同様に、制御弁１０による被制御流体の流量制御の必要な範囲である弁体２０のうち全閉〜中間開度の弁リフト範囲に設定され、弁体２０が全開〜中間開度までの弁リフト範囲にあるときには、ばね定数の小さい補助ばね２２の付勢力が弁体２０に対して弁開方向に作用し、弁体２０が中間開度〜全閉までの弁リフト範囲にあるときには、間隙ｔが消滅してばね定数の大きい設定ばね１９の付勢力のみが弁体２０に対して弁開方向に作用する。

実施形態６では、全閉から中間位置までの間において設定ばね１９が傾くと、その影響で上側ばねリテーナ５２が軸中心からずれて天井壁部５６に偏心して当接し、弁動作のヒステリシスが大きくなってしまうが、実施形態７では、ボール５９及び上側ばねリテーナ６３によって設定ばね１９の傾きを矯正し、ボール５９及び上側ばねリテーナ６３の偏心を防いで、弁動作のヒステリシスを低減できる。

全開時、ボール５９がストッパ部材６４に当接することにより、設定ばね１９の傾きをなくす調心作用が得られ、設定ばね１９の傾きの影響を解除できるので、弁動作のヒステリシーケンスを低減できる。

弁体２０が中間開度〜全閉までの弁リフト範囲にある時には間隙ｔが消滅して弁体２０の先端延長部２０Ｂがボール５９に当接する。これにより、ボール５９と弁体２０の先端延長部２０Ｂとが球面継手式に係合することになり、弁体２０を弁ポート１７の中心位置に持ってくる求心作用が得られ、弁漏れが低減する。

実施形態７における均圧通路は、弁体２０の先端延長部２０Ｂに連通孔２４に連通する径方向の連通孔６０が穿けられていることにより確保される。

なお、これらのこと以外は、実施形態１の制御弁１０と同様に構成されているから、その他については、実施形態７に係る制御弁１０によっても、実施形態１に係る制御弁１０と実質的に同様の効果を得ることができる。

（制御弁の実施形態８）
この発明による制御弁の参考例としての実施形態８を、図１５を参照して説明する。なお、図１５において、図１、図１４に対応する部分は、図１、図１４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態８は、実施形態７の簡易型であり、調整ねじ部材５４に代えて下側ばねリテーナ６１が弁ハウジング１１に圧入装着されている。また、下蓋部材１２にボール５９のストッパ部６２が形成されている。なお、下蓋部材１２、下側ばねリテーナ６１には連通孔１２Ａ、６１Ａが形成されている。

プランジャロッド３５の下端３５Ａが弁体２０を貫通して弁ポート１７内に進入しており、全開時には、この下端３５Ａとボール５９との間に間隙ｔができるようになっている。

したがって、実施形態８の制御弁１０でも、実施形態７の制御弁１０と同等の効果を得ることができる。

図１６は上述した各実施形態の制御弁１０を斜板式の容量可変型圧縮機の容量制御弁として組み込んで使用することの可能な冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示している。

この冷凍サイクルは、自動車等の車両に搭載される車載用空気調和装置等として用いられるものであり、容量可変型圧縮機１５０と、凝縮器１９１と、膨張手段１９２と、蒸発器１９３と、これらをループ接続する冷媒通路１９４〜１９７とを有する。膨張手段１９２は、膨張弁や絞り手段等により構成され、冷媒の断熱膨張を行う。

容量可変型圧縮機１５０は、斜板１５１の傾斜角によって移動ストロークが決まるピストン１５２を有し、吸入通路１５３、吸入弁１５４よりコンプレッサ室１５５に冷媒等の流体を吸入し、コンプレッサ室１５５より吐出弁１５６、吐出流体入口通路（吐出通路）１５７に流体を吐出する。容量可変型圧縮機１５０の吐出容量は、斜板１５１の傾斜角の増大に応じて増加し、斜板１５１の傾斜角の低減に応じて減少する。

斜板１５１はクランク室１５８内にあって回転軸１５９に連結され、回転軸１５９はプーリ１６０によって回転駆動される。斜板１５１は、クランク室１５８の圧力、すなわち、クランク室圧力Ｐｃの上昇に応じて傾斜角を減少し、クランク室圧力Ｐｃの低減に応じて傾斜角を増大する。

吸入通路１５３、吐出流体入口通路（吐出通路）１５７は、内部通路として、圧縮機ボディ１６１に形成されている。また、圧縮機ボディ１６１にはクランク室１５８に一定量の吸入圧Ｐｓを導入する吸入圧通路１６２が形成されている。

圧縮機ボディ１６１には弁装着用ボアー１６３が形成されている。弁装着用ボアー１６３には制御弁１０が挿入装着され、止めリング１６４によって抜け止めされている。圧縮機ボディ１６１には、制御弁１０の感知流体入口ポート１４にコンプレッサ室１５５より吐出流体を導く前述の吐出流体入口通路１５７と、制御弁１０の感知流体出口ポート１５より吐出流体を取り出す吐出流体出口通路１６５と、被制御流体の出口ポートである制御弁１０の弁ポート１７とクランク室１５８とを連通するクランク室通路１６６とが内部通路として形成されている。

この容量可変型圧縮機１５０では、コンプレッサ室１５５より吐出される流体（冷媒）が吐出流体入口通路１５７より制御弁１０の感知流体入口ポート１４へ流れ、感知流体入口ポート１４より弁室１３内に流入する。弁室１３内に流入した冷媒は、弁室１３内を流れ、感知流体出口ポート１５より吐出流体出口通路１６５へ流出する。これにより、制御弁１０の受圧板２１は、弁室１３を流れる冷媒の差圧を受ける。

圧縮機回転数の増加によって吐出量が増加すると、それに応じて受圧板２１に作用する差圧が増大し、弁体２０が弁開方向に移動し、制御弁１０の開度が増加する。制御弁１０の開度増加に応じてクランク室圧力Ｐｃが高くなり、斜板１５１の傾斜角が減少する。これにより、容量可変型圧縮機１５０の吐出量が低減する。

容量可変型圧縮機１５０の吐出量が低減すると、それに応じて受圧板２１に作用する差圧が減少し、弁体２０が弁閉方向に移動し、制御弁１０の開度が低減する。制御弁１０の開度低減に応じてクランク室圧力Ｐｃが低くなり、斜板１５１の傾斜角が増大する。これにより、容量可変型圧縮機１５０の吐出量が増加し、受圧板２１に作用する差圧が大きくなって制御弁１０の開度が増し、設定開度になる。この設定開度は、制御弁１０の電磁コイル装置３０の電流値により可変設定される。このようにして、容量可変型圧縮機１５０の吐出量が制御される。

この容量可変型圧縮機１５０では、制御弁１０との接続流路としては、圧縮機ボディ１６１に、吐出流体入口通路１５７と、吐出流体出口通路１６５と、クランク室通路１６６の３通路を設けるだけでよいから、圧縮機ボディ１６１の内部通路構成が簡単になり、製造性に優れ、内部通路の設計の自由度が高い。

この発明による制御弁の実施形態１を示す縦断面図である。 実施形態１による制御弁における電磁吸引力に対する弁リフト特性を示すグラフである。 実施形態１による制御弁におけるばね荷重に対する弁リフト特性を示すグラフである。 この発明による制御弁の実施形態２を示す縦断面図である。 この発明による制御弁の他の実施形態を示す要部の縦断面図である。 この発明による制御弁の他の実施形態を示す要部の縦断面図である。 この発明による制御弁の他の実施形態を示す要部の縦断面図である。 この発明による制御弁の他の実施形態を示す要部の縦断面図である。 この発明による制御弁の実施形態３を示す縦断面図である。 この発明による制御弁の実施形態４を示す縦断面図である。 この発明による制御弁の実施形態５を示す縦断面図である。 この発明による制御弁の実施形態６を示す縦断面図である。 実施形態６の制御弁に用いられる上側ばねリテーナの斜視図である。 この発明による制御弁の実施形態７を示す縦断面図である。 この発明による制御弁の実施形態８を示す縦断面図である。 この発明による制御弁を斜板式の容量可変型圧縮機の容量制御弁として含む冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ 制御弁
１１ 弁ハウジング
１２ 下蓋部材
１３ 弁室
１４ 感知流体入口ポート
１５ 感知流体出口ポート
１７ 弁ポート
１８ 弁座面
１９ 設定ばね
２０ 弁体
２１ 受圧板
２２ 補助ばね
２３ 間隙
２４ ２５、２６ 連通孔
２７、５３、６１ 下側ばねリテーナ
２８ 調整ねじ
２９ 調整ピン
３０ 電磁コイル装置
３１ 吸引子
３２ プランジャ室
３３ プランジャケース
３４ プランジャ
３５ プランジャロッド
４３ ボール
４４、４５ 均圧孔
４７ ストッパ部材
５２、６３ 上側ばねリテーナ
５８ 径方向溝
５９ ボール
６４ ストッパ部材
１５０ 容量可変型圧縮機
１５１ 斜板
１５２ ピストン
１５３ 吸入通路
１５５ コンプレッサ室
１５７ 吐出流体入口通路
１５８ クランク室
１６５ 吐出流体出口通路
１６６ クランク室通路
１９１ 凝縮器
１９２ 膨張手段
１９３ 蒸発器
１９４〜１９７ 冷媒通路

Claims (8)

1. 弁ハウジングに弁室が形成され、前記弁室内を感知流体が流れるよう前記弁室に感知流体の入口ポートと出口ポートとが開口し、更に前記弁室に被制御流体の出口ポートを兼ねた弁ポートが開口し、
   前記弁室内に、弁リフト方向の移動によって前記弁ポートの開度を変化する弁体と、前記弁室を流れる感知流体流に応動して変位し前記弁体を弁リフト方向に移動させる受圧板とが配置されており、
   前記受圧板は、前記弁室を流れる感知流体の前記受圧板の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧の影響を受けて前記弁体を弁開方向に移動させる方向に変位する構造になっており、
   前記弁体を電磁力によって弁閉方向に付勢する電磁手段を有し、
   前記電磁手段は、プランジャと、前記プランジャを収容する密閉構造のプランジャ室と、前記プランジャ室よりも前記弁体側に固定配置された吸引子とを有し、
   前記吸引子には中心孔が貫通形成され、当該中心孔に、一端を前記プランジャに接続され他端を前記弁体に直接接続されたプランジャロッドが挿通されており、
   前記プランジャには、該プランジャの中央に第１の均圧孔が貫通形成されるとともに第２の均圧孔が貫通形成され、
   前記プランジャロッドと前記弁体には、前記弁ポートに向けて開口し当該弁ポートの圧力を前記プランジャ室に導く連通孔が形成され、
   前記プランジャロッドの前記連通孔が前記プランジャの中央の第１の均圧孔と直接連通することにより、均圧通路が一直線状に構成されていることを特徴とする制御弁。
2. 前記弁体と前記プランジャロッドとが一体に形成されている請求項１記載の制御弁。
3. 前記弁体と前記受圧板とが一体の一部品により構成されている請求項１又は２記載の制御弁。
4. 前記受圧板はフランジ状をなしていて弁体側ばねリテーナを兼ねており、前記弁体側ばねリテーナと前記弁ハウジングとの間に、前記弁体を弁開方向に付勢する設定ばねが設けられている請求項１、２又は３記載の制御弁。
5. クランク室圧力に応じて吐出容量を定量的に変化する容量可変型圧縮機の容量制御弁として使用され、
   前記感知流体の入口ポートと出口ポートが前記容量可変型圧縮機の吐出流路に接続され、前記弁ポートが前記クランク室に接続されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の制御弁。
6. クランク室圧力に応じて吐出容量を定量的に変化する容量可変型圧縮機であって、
   圧縮機ボディに形成された弁装着用ボアーに請求項５記載の制御弁が挿入装着され、前記感知流体の入口ポートにコンプレッサ室より吐出流体を導く吐出流体入口通路と、前記感知流体の出口ポートより吐出流体を取り出す吐出流体出口通路と、前記弁ポートと前記クランク室とを連通するクランク室通路とが、前記圧縮機ボディに形成されている容量可変型圧縮機。
7. 容量可変型圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらをループ接続する冷媒通路とを有し、
   請求項５記載の制御弁を含む冷凍サイクル装置。
8. 請求項６記載の容量可変型圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらをループ接続する冷媒通路とを有する冷凍サイクル装置。

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