JP4586221B2 - 制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御弁に関し、詳しくは制御弁に備えられたベローズ組立体の作動安定性と制御弁の制御特性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、例えば車両の空調装置（いわゆるカーエアコン）の冷媒圧縮に用いられる可変容量型の圧縮機の出力制御を可能とする制御弁として用いられるソレノイドバルブがある。
【０００３】
このようなソレノイドバルブの基本的な構成と、圧縮機との接続及び流体の制御動作は、本出願人らによる特開平９−２６８９７３号公報に詳細が記載されているが、室内温度と相関のある圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応じ、吐出圧力（Ｐｄ）とクランク室圧（Ｐｃ）を連通させ、圧縮機の能力を可変させている。
【０００４】
図４は、従来技術の一例としての可変容量型の圧縮機を制御するソレノイドバルブの断面構成説明図である。
【０００５】
このソレノイドバルブ１００は、概略ソレノイド部１０２とバルブ部１０３及びベローズ組立体１１０により構成されている。
【０００６】
ソレノイド部１０２は、概略円筒状のバルブボディ１０４の一方の端部に配置され、公知技術による一般的に使用されているものと同様のものであり、電流をコイル１０２ａに供給して磁力を発生させ、スプリング１１２により反センタポスト１０２ｃ側へと付勢されているプランジャ１０２ｂをセンタポスト１０２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（比例制御されたソレノイド吸引力）を発生可能としている。
【０００７】
バルブ部１０３は、バルブボディ１０４の内部に形成された弁室１０３ａの中に弁体１０３ｂが配置され、この弁体１０３ｂは弁室１０３ａに開口する弁座１０３ｃに接離するように、弁室１０３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。また、弁体１０３ｂはセンタポスト１０２ｃの内筒部を通るソレノイド側ロッド１０２ｄと一体化され、プランジャ１０２ｂの付勢力が伝達される。
【０００８】
尚、バルブ部１０３の弁室１０３ａにはポート１０３ｅが接続し、弁座１０３ｃにはポート１０３ｆが接続している。
【０００９】
バルブボディ１０４のソレノイド部１０２とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体１１０が配置されている。
【００１０】
ベローズ組立体１１０は、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア１１０ａと、ベローズコア１１０ａの両端部を保持するストッパ１１０ｂ，ホルダ１１０ｃとベローズコア１１０ａの内部で伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するスプリング１１０ｄを備えている。
【００１１】
そして、ベローズ組立体１１０はベローズケース１１１の内部に収容されている。
【００１２】
ホルダ１１０ｃのソレノイド部１０２側に設けられた保持部１１０ｅには接続ロッド１１０ｇが接続し、周囲の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に応答して伸縮するベローズコア１１０ａが所定の長さ以上に伸長した場合に（吸入圧力Ｐｓが低下した場合）接続ロッド１１０ｇが弁体１０３ｂに当接して開弁方向の付勢力を与える。
【００１３】
従って、ソレノイド部１０２による閉弁方向の付勢力に対してベローズ組立体１１０による付勢力がバルブ１０３ｂを開弁する方向に加わり、バルブ１０３ｂの開閉制御（バランス制御）がなされ、吐出圧力Ｐｄからクランクケース圧力Ｐｃへの冷媒の流量制御が行われる。
【００１４】
尚、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄ、クランクケース圧力Ｐｃに関しては、上記特開平９−２６８９７３号公報に詳細が記載されているのでここでは簡略的に説明する。
【００１５】
圧縮機の冷房能力の調整（吐出圧力Ｐｄ）においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエバポレータを通過する冷風の吹き出し温度（冷風の吹き出し量及び冷却前の温度にも関係する）と圧縮機の冷媒の吸入圧力Ｐｓは相関関係を有することから（冷風温度が上がると吸入圧力Ｐｓは上昇し、冷風温度が下がると吸入圧力Ｐｓは下降する）、吸入圧力Ｐｓの変化を利用して圧縮機の出力（吐出圧力Ｐｄ）を調整するために角度が変化する斜板を所定の角度（斜板はクランクケース圧力Ｐｃにより傾き角θが変化する）に設定する制御により行なわれている。
【００１６】
上記の構成のソレノイドバルブ１００のバルブ部１０３の開弁時のバランス制御は、図５のバランス状態模式図を表わした以下の数式１を満足するように行われている。
【００１７】
但し、
ｆ０：ベローズ初期セット荷重（０又は吸入圧力Ｐｓの変化に応じて一定）
ｆ１：スプリング１１２による付勢力
Ｆ ：ソレノイド推力
Ａ ：ベローズ有効受圧面積
Ｂ ：接続ロッド１１０ｇ部の受圧面積及び弁座１０３ｃ部の受圧面積
Ｐｃ：クランクケース圧力
Ｐｄ：吐出圧力
Ｐｓ：吸入圧力
ｆ０−ＰｓＡ＋ＰｓＢ−ＰｄＢ−ＰｃＢ＋ｆ１−Ｆ＝０ （数式１）
である。
【００１８】
数式１において、閉弁時から開弁ポイントまでは、Ｐｃ＝Ｐｓとなるため、開弁ポイントでは、
Ｐｓ＝（ｆ０＋ｆ１−Ｆ）／Ａ （数式２）
となる。
【００１９】
数式２において、各スプリングの付勢力及びソレノイド推力のバランスをとると、例えば図６に示す目標制御圧特性を得ることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、図７に示されるように、ベローズコア１１０ａの偏心やベローズコア１１０ａの肉厚の偏り等によりベローズ組立体１１０に傾きが発生する虞がある。
【００２１】
例えば、ベローズ組立体１１０に角度αの傾きが発生すると、図８に示すように、ベローズ推力Ｆｂは、軸方向にベローズ軸方向荷重Ｆｆ（＝Ｆｂ・ｃｏｓα）、直交方向（軸方向に直交する方向）にベローズ直交方向荷重Ｆｓ（＝Ｆｂ・ｓｉｎα）に分散される。
【００２２】
この傾きをバルブロッド（ソレノイド側ロッド１０２ｄと接続ロッド１１０ｇ）により矯正しようとすると、ベローズ直交方向荷重Ｆｓがバルブロッドの直交方向荷重（軸方向に直交する方向の荷重）となり、バルブロッドの摺動抵抗が増加してしまう。
【００２３】
この摺動抵抗は、図６におけるヒステリシスとなり、その結果、Ｐｓ制御圧力にヒステリシスが発生してしまう。
【００２４】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時の傾きを抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立体からの推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動作を可能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑えることの可能とする制御弁を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の制御弁にあっては、ソレノイド部とバルブ部とベローズ組立体とから構成され、ソレノイド部のソレノイド推力と圧力応答手段としてのベローズ組立体の付勢力とをバランスさせてバルブ部を制御する制御弁であって、前記ソレノイド部は、円筒状のバルブボディの一方の端部に配置され、前記バルブ部は、前記バルブボディの内部に形成された弁室内を軸方向に移動可能な弁体を備えた制御弁において、前記ベローズ組立体は、前記バルブボディの前記ソレノイド部とは反対側の他方の端部に取り付けられたベローズケースの内部に収容配置されるとともに、蛇腹状の筒状部材であり、密閉された圧力室を形成するベローズコアと、前記ベローズコアの両端部に密封性を保つようにそれぞれ固定される保持部材としてのストッパ及びホルダと、前記ベローズコアよりも大径のコイル状のスプリングであり、前記ベローズコアの外側に前記ベローズコアと略同心的に配置されて前記ベローズコアの外側を全周的に伸長方向に付勢するコイル状バネ部材と、を備え、前記ベローズケースは、前記ストッパにおいて縮径部となる嵌め込み部が嵌め込まれることで前記ストッパが固定される開口部と、該開口部の周囲に設けられる段部と、を有し、前記ホルダは、前記ベローズコアよりも大径となるフランジ部を有し、前記コイル状バネ部材は、一端が、前記ベローズケースの前記段部に当接するとともに、前記段部において前記コイル状バネ部材の一端の内径側に位置する部位により径方向に位置決めされ、他端が、前記ホルダの前記フランジ部に当接するとともに前記ホルダにおいて前記コイル状バネ部材の他端の内径側に位置する前記ホルダの段部により径方向に位置決めされていることを特徴とする。
【００２６】
このように構成することにより、バネ部材が前記ベローズコアの外側に配置されるので、ベローズコアの倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベローズ組立体による推力の方向を定めることができる。
【００２７】
前記バネ部材は、コイルスプリングであることも好適であり、ベローズコアの外側を全周的に付勢しているので、ベローズコアのどの方向の倒れに対しても反力が働き、軸方向が一定となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態の制御弁としてのソレノイドバルブ１の断面構成を説明する図である。このソレノイドバルブ１は、例えば、車両の空調装置に用いられる可変容量ポンプ（従来技術の項にて説明した圧縮機と同様のもの）の吸入圧Ｐｓの制御を行なうものとして用いられる。
【００３０】
吸入圧Ｐｓの制御は、可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄとクランク室圧Ｐｃとを、吸入圧Ｐｓに応答する圧力応答手段としてのベローズ組立体１０の付勢力とソレノイド部２のソレノイド推力とをバランスさせてバルブ部３を制御することにより結果的に行なわれる。
【００３１】
ソレノイドバルブ１は、概略ソレノイド部２とバルブ部３及びベローズ組立体１０により構成されている。
【００３２】
ソレノイド部２は、円筒状のバルブスリーブであるバルブボディ４の一方の端部に配置され、電流をコイル２ａに供給して磁力を発生させ、プランジャ２ｂをセンタポスト２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（ソレノイド推力）を発生可能としている。
【００３３】
尚、プランジャ２ｂとセンタポスト２ｃの対向面の形状は、比例制御に好適な形態とするために、プランジャが移動しても各電流ごとの推力の変化を抑えるような特性を得るために円錐形状としている。
【００３４】
プランジャ２ｂは、スリーブ２ｄの内周面が摺動支持部となり、スリーブ２ｄの内周面に沿って軸方向にガタのないスムーズな摺動が行われる。
【００３５】
バルブ部３は、バルブボディ４の内部に形成された弁室３ａにバルブロッド５と一体化されている弁体３ｂを備え、この弁体３ｂは弁室３ａに開口する弁座３ｃに接離するように、弁室３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。
【００３６】
尚、バルブ部３の弁室３ａにはバルブボディ４の周壁を貫通するポート３ｅが接続し、弁座３ｃには同じくポート３ｆが接続している。ポート３ｆには可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄが導入され、ポート３ｅは吐出圧Ｐｄをバルブ部３により制御して得られるクランク室圧Ｐｃとなっている。
【００３７】
弁体３ｂは、バルブボディ４の内筒部に摺動自在に配置される一体構成物としてのバルブロッド５の中央部の一部を縮径させた小径部５ａに面する端面５ｂと弁座３ｃとの距離によって圧力／流量を制御する。
【００３８】
バルブロッド５の弁体３ｂよりもソレノイド部２側は、センタポスト２ｃの内筒部を貫通しプランジャ２ｂと接続している。
【００３９】
また、バルブロッド５は、弁体３ｂよりもベローズ組立体１０側にバルブボディ４の内筒部４ａが摺動支持部となる接続ロッド５ｅを有している。
【００４０】
バルブボディ４のソレノイド部２とは反対側の他方の端部には、ベローズケース１１が取り付けられ、ベローズ組立体１０がその中に収容配置されている。
【００４１】
図２はベローズ組立体１０の拡大断面構成図であり、ベローズ組立体１０は内部を真空状態または一定圧に密封した圧力室を備えるベローズコア１０ａと、ベローズコア１０ａの両端部を保持する保持部材としてのストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃとベローズコア１０ａの外側に配置され、伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するコイル状のスプリング１０ｄを備えている。
【００４２】
ベローズコア１０ａは蛇腹状の筒状部材であり、両端部がストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃの嵌合部１０ｂ１，１０ｃ１にロー付け等により密封性を保つように接合固定されている。
【００４３】
ストッパ１０ｂは、ベローズケース１１の開口部１１ａに縮径部となる嵌め込み部１０ｂ２により固定される。尚、ストッパ１０ｂの固定の際にベローズ組立体１０の軸方向は、基本的にバルブロッド５の軸方向と同軸となるようにベローズ組立体１０の姿勢が定められている。
【００４４】
ホルダ１０ｃには、ベローズコア１０ａよりも大径となるフランジ部１０ｃ２が設けられ、スプリング１０ｄの一端が当接し、その付勢力を受ける受圧部となっている。また、ベローズコア１０ａとは反対側の端部には、接続ロッド５ｅの先端部が緩く嵌まり込む嵌合凹部１０ｃ３が設けられている。
【００４５】
スプリング１０ｄの他端は、ベローズケース１１に当接し、開口部１１ａの周囲の段部１１ｂにより位置決めされている。
【００４６】
ベローズ組立体１０は、ベローズコア１０ａの周囲に導入される圧力（吸入圧Ｐｓ）に応答して伸縮して推力を発生するもので、嵌合凹部１０ｃ３に当接する接続ロッド５ｅ（バルブロッド５）を介して弁体３ｂに付勢力を与えている。
【００４７】
ベローズコア１０ａの外側に配置されるスプリング１０ｄを備えることで、ベローズコア１０ａの倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベローズ組立体１０による推力の方向を定めることができる。
【００４８】
従って、ベローズ組立体１０からの推力を受けるバルブロッド５のスムーズな摺動動作を可能とし、よってソレノイドバルブ１の制御動作のヒステリシスを抑えることが可能となる。
【００４９】
スプリング１０ｄがコイル状であることにより、ベローズコア１０ａの外側（フランジ部１０ｃ２）を全周的に付勢しているので、ベローズコア１０ａのどの方向の倒れに対しても反力が働き、よりベローズ組立体１０の推力の発生方向を一定とすることが可能となる。
【００５０】
図２において、ベローズコア１０ａの平均半径Ｄ１（軸心からの距離）にベローズコア１０ａの傾きによる荷重Ｆｃが発生すると、軸心にモーメントＭ１が、Ｍ１＝Ｆｃ・Ｄ１のように発生する。
【００５１】
この時、スプリング１０ｄには、傾きへの反力によるモーメントＭ２が、Ｍ２＝Ｆｓｐ・Ｄ２のように発生する（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ２：スプリングの平均半径）。
【００５２】
上記のモーメントＭ１，Ｍ２が釣り合う（Ｆｃ・Ｄ１＝Ｆｓｐ・Ｄ２）ことで、ベローズコア１０ａの傾きを矯正することが可能となる。Ｍ２は、Ｄ２が大きい程大きくなるので、スプリング１０ｄをベローズコア１０ａの内側に配置するよりも、外側に配置したほうがより効果的である。
【００５３】
図３は、従来技術の構成であり、スプリング１１０ｄをベローズコア１１０ａの内側に配置している。この場合にはＦｃ・Ｄ１＞Ｆｓｐ・Ｄ３となり易く（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ３：スプリングの平均半径）、ベローズコア１０ａの傾き矯正を十分に行なうことが困難となる。
【００５４】
尚、Ｆｓｐはスプリングのセット荷重ｆ０及びバネ定数により決定されるが、圧力設定上から過大なものとすることが不可能であり、スプリングの平均半径を本実施の形態のようにＤ２（Ｄ２＞Ｄ３）とすることで、ベローズコア１０ａの傾き矯正力を高めることが可能となる。
【００５５】
図１及び図２に示されるように、スプリング１０ｄをベローズコア１０ａの外側に配置することで、容易にスプリングの平均半径を大きくすることができ、ベローズコア１０ａの傾きを効果的に防止することが可能である。
【００５６】
尚、この実施の形態では、制御弁がソレノイドを備えたものとして説明を行なったが、ソレノイドを備えていない構成の制御弁に対しベローズ組立体１０を適用しても良い。
【００５７】
【発明の効果】
上記のように説明された本発明によると、制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時の傾きを抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立体からの推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動作を可能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑えることが可能となり、制御弁の作動特性が向上する。
【００５８】
バネ部材がコイルスプリングであることで、ベローズコアの外側を全周的に付勢しているので、ベローズコアのどの方向の倒れに対しても反力が働き、安定した傾き矯正が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施の形態に係るソレノイドバルブの断面構成説明図。
【図２】図２は実施の形態に係るベローズ組立体の詳細断面図。
【図３】図３は従来技術に係るベローズ組立体の詳細断面図。
【図４】図４は従来技術に係るソレノイドバルブの断面構成説明図。
【図５】図５は従来技術に係るソレノイドバルブのバランス状態模式図
【図６】図６はソレノイドバルブの目標制御圧特性を例示した図。
【図７】図７はベローズ組立体に発生する傾きを説明する図。
【図８】図８はベローズ組立体の推力の模式図。
従来技術に係るソレノイドバルブの断面構成説明図である。
【符号の説明】
１ ソレノイドバルブ
２ ソレノイド部
２ａ コイル
２ｂ プランジャ
２ｃ センタポスト
２ｄ スリーブ
３ バルブ部
３ａ 弁室
３ｂ 弁体
３ｃ 弁座
３ｅ，３ｆ ポート
４ バルブボディ
４ａ 内筒部
５ バルブロッド
５ａ 小径部
５ｂ 端面
５ｅ 接続ロッド
１０ ベーローズ組立体
１０ａ ベローズコア
１０ｂ ストッパ
１０ｃ ホルダ
１０ｄ スプリング
１０ｂ１，１０ｃ１ 嵌合部
１０ｂ２ 嵌め込み部
１０ｃ２ フランジ部
１０ｃ３ 嵌合凹部
１１ ベローズケース
１１ａ 開口部
１１ｂ 段部
Ｐｓ 吸入圧
Ｐｄ 吐出圧
Ｐｃ クランク室圧
【発明の属する技術分野】
本発明は制御弁に関し、詳しくは制御弁に備えられたベローズ組立体の作動安定性と制御弁の制御特性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、例えば車両の空調装置（いわゆるカーエアコン）の冷媒圧縮に用いられる可変容量型の圧縮機の出力制御を可能とする制御弁として用いられるソレノイドバルブがある。
【０００３】
このようなソレノイドバルブの基本的な構成と、圧縮機との接続及び流体の制御動作は、本出願人らによる特開平９−２６８９７３号公報に詳細が記載されているが、室内温度と相関のある圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応じ、吐出圧力（Ｐｄ）とクランク室圧（Ｐｃ）を連通させ、圧縮機の能力を可変させている。
【０００４】
図４は、従来技術の一例としての可変容量型の圧縮機を制御するソレノイドバルブの断面構成説明図である。
【０００５】
このソレノイドバルブ１００は、概略ソレノイド部１０２とバルブ部１０３及びベローズ組立体１１０により構成されている。
【０００６】
ソレノイド部１０２は、概略円筒状のバルブボディ１０４の一方の端部に配置され、公知技術による一般的に使用されているものと同様のものであり、電流をコイル１０２ａに供給して磁力を発生させ、スプリング１１２により反センタポスト１０２ｃ側へと付勢されているプランジャ１０２ｂをセンタポスト１０２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（比例制御されたソレノイド吸引力）を発生可能としている。
【０００７】
バルブ部１０３は、バルブボディ１０４の内部に形成された弁室１０３ａの中に弁体１０３ｂが配置され、この弁体１０３ｂは弁室１０３ａに開口する弁座１０３ｃに接離するように、弁室１０３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。また、弁体１０３ｂはセンタポスト１０２ｃの内筒部を通るソレノイド側ロッド１０２ｄと一体化され、プランジャ１０２ｂの付勢力が伝達される。
【０００８】
尚、バルブ部１０３の弁室１０３ａにはポート１０３ｅが接続し、弁座１０３ｃにはポート１０３ｆが接続している。
【０００９】
バルブボディ１０４のソレノイド部１０２とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体１１０が配置されている。
【００１０】
ベローズ組立体１１０は、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア１１０ａと、ベローズコア１１０ａの両端部を保持するストッパ１１０ｂ，ホルダ１１０ｃとベローズコア１１０ａの内部で伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するスプリング１１０ｄを備えている。
【００１１】
そして、ベローズ組立体１１０はベローズケース１１１の内部に収容されている。
【００１２】
ホルダ１１０ｃのソレノイド部１０２側に設けられた保持部１１０ｅには接続ロッド１１０ｇが接続し、周囲の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に応答して伸縮するベローズコア１１０ａが所定の長さ以上に伸長した場合に（吸入圧力Ｐｓが低下した場合）接続ロッド１１０ｇが弁体１０３ｂに当接して開弁方向の付勢力を与える。
【００１３】
従って、ソレノイド部１０２による閉弁方向の付勢力に対してベローズ組立体１１０による付勢力がバルブ１０３ｂを開弁する方向に加わり、バルブ１０３ｂの開閉制御（バランス制御）がなされ、吐出圧力Ｐｄからクランクケース圧力Ｐｃへの冷媒の流量制御が行われる。
【００１４】
尚、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄ、クランクケース圧力Ｐｃに関しては、上記特開平９−２６８９７３号公報に詳細が記載されているのでここでは簡略的に説明する。
【００１５】
圧縮機の冷房能力の調整（吐出圧力Ｐｄ）においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエバポレータを通過する冷風の吹き出し温度（冷風の吹き出し量及び冷却前の温度にも関係する）と圧縮機の冷媒の吸入圧力Ｐｓは相関関係を有することから（冷風温度が上がると吸入圧力Ｐｓは上昇し、冷風温度が下がると吸入圧力Ｐｓは下降する）、吸入圧力Ｐｓの変化を利用して圧縮機の出力（吐出圧力Ｐｄ）を調整するために角度が変化する斜板を所定の角度（斜板はクランクケース圧力Ｐｃにより傾き角θが変化する）に設定する制御により行なわれている。
【００１６】
上記の構成のソレノイドバルブ１００のバルブ部１０３の開弁時のバランス制御は、図５のバランス状態模式図を表わした以下の数式１を満足するように行われている。
【００１７】
但し、
ｆ０：ベローズ初期セット荷重（０又は吸入圧力Ｐｓの変化に応じて一定）
ｆ１：スプリング１１２による付勢力
Ｆ ：ソレノイド推力
Ａ ：ベローズ有効受圧面積
Ｂ ：接続ロッド１１０ｇ部の受圧面積及び弁座１０３ｃ部の受圧面積
Ｐｃ：クランクケース圧力
Ｐｄ：吐出圧力
Ｐｓ：吸入圧力
ｆ０−ＰｓＡ＋ＰｓＢ−ＰｄＢ−ＰｃＢ＋ｆ１−Ｆ＝０ （数式１）
である。
【００１８】
数式１において、閉弁時から開弁ポイントまでは、Ｐｃ＝Ｐｓとなるため、開弁ポイントでは、
Ｐｓ＝（ｆ０＋ｆ１−Ｆ）／Ａ （数式２）
となる。
【００１９】
数式２において、各スプリングの付勢力及びソレノイド推力のバランスをとると、例えば図６に示す目標制御圧特性を得ることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、図７に示されるように、ベローズコア１１０ａの偏心やベローズコア１１０ａの肉厚の偏り等によりベローズ組立体１１０に傾きが発生する虞がある。
【００２１】
例えば、ベローズ組立体１１０に角度αの傾きが発生すると、図８に示すように、ベローズ推力Ｆｂは、軸方向にベローズ軸方向荷重Ｆｆ（＝Ｆｂ・ｃｏｓα）、直交方向（軸方向に直交する方向）にベローズ直交方向荷重Ｆｓ（＝Ｆｂ・ｓｉｎα）に分散される。
【００２２】
この傾きをバルブロッド（ソレノイド側ロッド１０２ｄと接続ロッド１１０ｇ）により矯正しようとすると、ベローズ直交方向荷重Ｆｓがバルブロッドの直交方向荷重（軸方向に直交する方向の荷重）となり、バルブロッドの摺動抵抗が増加してしまう。
【００２３】
この摺動抵抗は、図６におけるヒステリシスとなり、その結果、Ｐｓ制御圧力にヒステリシスが発生してしまう。
【００２４】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時の傾きを抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立体からの推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動作を可能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑えることの可能とする制御弁を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の制御弁にあっては、ソレノイド部とバルブ部とベローズ組立体とから構成され、ソレノイド部のソレノイド推力と圧力応答手段としてのベローズ組立体の付勢力とをバランスさせてバルブ部を制御する制御弁であって、前記ソレノイド部は、円筒状のバルブボディの一方の端部に配置され、前記バルブ部は、前記バルブボディの内部に形成された弁室内を軸方向に移動可能な弁体を備えた制御弁において、前記ベローズ組立体は、前記バルブボディの前記ソレノイド部とは反対側の他方の端部に取り付けられたベローズケースの内部に収容配置されるとともに、蛇腹状の筒状部材であり、密閉された圧力室を形成するベローズコアと、前記ベローズコアの両端部に密封性を保つようにそれぞれ固定される保持部材としてのストッパ及びホルダと、前記ベローズコアよりも大径のコイル状のスプリングであり、前記ベローズコアの外側に前記ベローズコアと略同心的に配置されて前記ベローズコアの外側を全周的に伸長方向に付勢するコイル状バネ部材と、を備え、前記ベローズケースは、前記ストッパにおいて縮径部となる嵌め込み部が嵌め込まれることで前記ストッパが固定される開口部と、該開口部の周囲に設けられる段部と、を有し、前記ホルダは、前記ベローズコアよりも大径となるフランジ部を有し、前記コイル状バネ部材は、一端が、前記ベローズケースの前記段部に当接するとともに、前記段部において前記コイル状バネ部材の一端の内径側に位置する部位により径方向に位置決めされ、他端が、前記ホルダの前記フランジ部に当接するとともに前記ホルダにおいて前記コイル状バネ部材の他端の内径側に位置する前記ホルダの段部により径方向に位置決めされていることを特徴とする。
【００２６】
このように構成することにより、バネ部材が前記ベローズコアの外側に配置されるので、ベローズコアの倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベローズ組立体による推力の方向を定めることができる。
【００２７】
前記バネ部材は、コイルスプリングであることも好適であり、ベローズコアの外側を全周的に付勢しているので、ベローズコアのどの方向の倒れに対しても反力が働き、軸方向が一定となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態の制御弁としてのソレノイドバルブ１の断面構成を説明する図である。このソレノイドバルブ１は、例えば、車両の空調装置に用いられる可変容量ポンプ（従来技術の項にて説明した圧縮機と同様のもの）の吸入圧Ｐｓの制御を行なうものとして用いられる。
【００３０】
吸入圧Ｐｓの制御は、可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄとクランク室圧Ｐｃとを、吸入圧Ｐｓに応答する圧力応答手段としてのベローズ組立体１０の付勢力とソレノイド部２のソレノイド推力とをバランスさせてバルブ部３を制御することにより結果的に行なわれる。
【００３１】
ソレノイドバルブ１は、概略ソレノイド部２とバルブ部３及びベローズ組立体１０により構成されている。
【００３２】
ソレノイド部２は、円筒状のバルブスリーブであるバルブボディ４の一方の端部に配置され、電流をコイル２ａに供給して磁力を発生させ、プランジャ２ｂをセンタポスト２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（ソレノイド推力）を発生可能としている。
【００３３】
尚、プランジャ２ｂとセンタポスト２ｃの対向面の形状は、比例制御に好適な形態とするために、プランジャが移動しても各電流ごとの推力の変化を抑えるような特性を得るために円錐形状としている。
【００３４】
プランジャ２ｂは、スリーブ２ｄの内周面が摺動支持部となり、スリーブ２ｄの内周面に沿って軸方向にガタのないスムーズな摺動が行われる。
【００３５】
バルブ部３は、バルブボディ４の内部に形成された弁室３ａにバルブロッド５と一体化されている弁体３ｂを備え、この弁体３ｂは弁室３ａに開口する弁座３ｃに接離するように、弁室３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。
【００３６】
尚、バルブ部３の弁室３ａにはバルブボディ４の周壁を貫通するポート３ｅが接続し、弁座３ｃには同じくポート３ｆが接続している。ポート３ｆには可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄが導入され、ポート３ｅは吐出圧Ｐｄをバルブ部３により制御して得られるクランク室圧Ｐｃとなっている。
【００３７】
弁体３ｂは、バルブボディ４の内筒部に摺動自在に配置される一体構成物としてのバルブロッド５の中央部の一部を縮径させた小径部５ａに面する端面５ｂと弁座３ｃとの距離によって圧力／流量を制御する。
【００３８】
バルブロッド５の弁体３ｂよりもソレノイド部２側は、センタポスト２ｃの内筒部を貫通しプランジャ２ｂと接続している。
【００３９】
また、バルブロッド５は、弁体３ｂよりもベローズ組立体１０側にバルブボディ４の内筒部４ａが摺動支持部となる接続ロッド５ｅを有している。
【００４０】
バルブボディ４のソレノイド部２とは反対側の他方の端部には、ベローズケース１１が取り付けられ、ベローズ組立体１０がその中に収容配置されている。
【００４１】
図２はベローズ組立体１０の拡大断面構成図であり、ベローズ組立体１０は内部を真空状態または一定圧に密封した圧力室を備えるベローズコア１０ａと、ベローズコア１０ａの両端部を保持する保持部材としてのストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃとベローズコア１０ａの外側に配置され、伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するコイル状のスプリング１０ｄを備えている。
【００４２】
ベローズコア１０ａは蛇腹状の筒状部材であり、両端部がストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃの嵌合部１０ｂ１，１０ｃ１にロー付け等により密封性を保つように接合固定されている。
【００４３】
ストッパ１０ｂは、ベローズケース１１の開口部１１ａに縮径部となる嵌め込み部１０ｂ２により固定される。尚、ストッパ１０ｂの固定の際にベローズ組立体１０の軸方向は、基本的にバルブロッド５の軸方向と同軸となるようにベローズ組立体１０の姿勢が定められている。
【００４４】
ホルダ１０ｃには、ベローズコア１０ａよりも大径となるフランジ部１０ｃ２が設けられ、スプリング１０ｄの一端が当接し、その付勢力を受ける受圧部となっている。また、ベローズコア１０ａとは反対側の端部には、接続ロッド５ｅの先端部が緩く嵌まり込む嵌合凹部１０ｃ３が設けられている。
【００４５】
スプリング１０ｄの他端は、ベローズケース１１に当接し、開口部１１ａの周囲の段部１１ｂにより位置決めされている。
【００４６】
ベローズ組立体１０は、ベローズコア１０ａの周囲に導入される圧力（吸入圧Ｐｓ）に応答して伸縮して推力を発生するもので、嵌合凹部１０ｃ３に当接する接続ロッド５ｅ（バルブロッド５）を介して弁体３ｂに付勢力を与えている。
【００４７】
ベローズコア１０ａの外側に配置されるスプリング１０ｄを備えることで、ベローズコア１０ａの倒れに抵抗するモーメントが大きく設定され、ベローズ組立体１０による推力の方向を定めることができる。
【００４８】
従って、ベローズ組立体１０からの推力を受けるバルブロッド５のスムーズな摺動動作を可能とし、よってソレノイドバルブ１の制御動作のヒステリシスを抑えることが可能となる。
【００４９】
スプリング１０ｄがコイル状であることにより、ベローズコア１０ａの外側（フランジ部１０ｃ２）を全周的に付勢しているので、ベローズコア１０ａのどの方向の倒れに対しても反力が働き、よりベローズ組立体１０の推力の発生方向を一定とすることが可能となる。
【００５０】
図２において、ベローズコア１０ａの平均半径Ｄ１（軸心からの距離）にベローズコア１０ａの傾きによる荷重Ｆｃが発生すると、軸心にモーメントＭ１が、Ｍ１＝Ｆｃ・Ｄ１のように発生する。
【００５１】
この時、スプリング１０ｄには、傾きへの反力によるモーメントＭ２が、Ｍ２＝Ｆｓｐ・Ｄ２のように発生する（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ２：スプリングの平均半径）。
【００５２】
上記のモーメントＭ１，Ｍ２が釣り合う（Ｆｃ・Ｄ１＝Ｆｓｐ・Ｄ２）ことで、ベローズコア１０ａの傾きを矯正することが可能となる。Ｍ２は、Ｄ２が大きい程大きくなるので、スプリング１０ｄをベローズコア１０ａの内側に配置するよりも、外側に配置したほうがより効果的である。
【００５３】
図３は、従来技術の構成であり、スプリング１１０ｄをベローズコア１１０ａの内側に配置している。この場合にはＦｃ・Ｄ１＞Ｆｓｐ・Ｄ３となり易く（Ｆｓｐ：スプリングの反力，Ｄ３：スプリングの平均半径）、ベローズコア１０ａの傾き矯正を十分に行なうことが困難となる。
【００５４】
尚、Ｆｓｐはスプリングのセット荷重ｆ０及びバネ定数により決定されるが、圧力設定上から過大なものとすることが不可能であり、スプリングの平均半径を本実施の形態のようにＤ２（Ｄ２＞Ｄ３）とすることで、ベローズコア１０ａの傾き矯正力を高めることが可能となる。
【００５５】
図１及び図２に示されるように、スプリング１０ｄをベローズコア１０ａの外側に配置することで、容易にスプリングの平均半径を大きくすることができ、ベローズコア１０ａの傾きを効果的に防止することが可能である。
【００５６】
尚、この実施の形態では、制御弁がソレノイドを備えたものとして説明を行なったが、ソレノイドを備えていない構成の制御弁に対しベローズ組立体１０を適用しても良い。
【００５７】
【発明の効果】
上記のように説明された本発明によると、制御弁に備えられたベローズ組立体の伸縮時の傾きを抑えて推力発生方向を安定させ、ベローズ組立体からの推力を受けるバルブロッドのスムーズな摺動動作を可能とし、よって制御動作のヒステリシスを抑えることが可能となり、制御弁の作動特性が向上する。
【００５８】
バネ部材がコイルスプリングであることで、ベローズコアの外側を全周的に付勢しているので、ベローズコアのどの方向の倒れに対しても反力が働き、安定した傾き矯正が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施の形態に係るソレノイドバルブの断面構成説明図。
【図２】図２は実施の形態に係るベローズ組立体の詳細断面図。
【図３】図３は従来技術に係るベローズ組立体の詳細断面図。
【図４】図４は従来技術に係るソレノイドバルブの断面構成説明図。
【図５】図５は従来技術に係るソレノイドバルブのバランス状態模式図
【図６】図６はソレノイドバルブの目標制御圧特性を例示した図。
【図７】図７はベローズ組立体に発生する傾きを説明する図。
【図８】図８はベローズ組立体の推力の模式図。
従来技術に係るソレノイドバルブの断面構成説明図である。
【符号の説明】
１ ソレノイドバルブ
２ ソレノイド部
２ａ コイル
２ｂ プランジャ
２ｃ センタポスト
２ｄ スリーブ
３ バルブ部
３ａ 弁室
３ｂ 弁体
３ｃ 弁座
３ｅ，３ｆ ポート
４ バルブボディ
４ａ 内筒部
５ バルブロッド
５ａ 小径部
５ｂ 端面
５ｅ 接続ロッド
１０ ベーローズ組立体
１０ａ ベローズコア
１０ｂ ストッパ
１０ｃ ホルダ
１０ｄ スプリング
１０ｂ１，１０ｃ１ 嵌合部
１０ｂ２ 嵌め込み部
１０ｃ２ フランジ部
１０ｃ３ 嵌合凹部
１１ ベローズケース
１１ａ 開口部
１１ｂ 段部
Ｐｓ 吸入圧
Ｐｄ 吐出圧
Ｐｃ クランク室圧
Claims (1)
- ソレノイド部とバルブ部とベローズ組立体とから構成され、ソレノイド部のソレノイド推力と圧力応答手段としてのベローズ組立体の付勢力とをバランスさせてバルブ部を制御する制御弁であって、
前記ソレノイド部は、円筒状のバルブボディの一方の端部に配置され、
前記バルブ部は、前記バルブボディの内部に形成された弁室内を軸方向に移動可能な弁体を備えた制御弁において、
前記ベローズ組立体は、
前記バルブボディの前記ソレノイド部とは反対側の他方の端部に取り付けられたベローズケースの内部に収容配置されるとともに、
蛇腹状の筒状部材であり、密閉された圧力室を形成するベローズコアと、
前記ベローズコアの両端部に密封性を保つようにそれぞれ固定される保持部材としてのストッパ及びホルダと、
前記ベローズコアよりも大径のコイル状のスプリングであり、前記ベローズコアの外側に前記ベローズコアと略同心的に配置されて前記ベローズコアの外側を全周的に伸長方向に付勢するコイル状バネ部材と、
を備え、
前記ベローズケースは、前記ストッパにおいて縮径部となる嵌め込み部が嵌め込まれることで前記ストッパが固定される開口部と、該開口部の周囲に設けられる段部と、を有し、
前記ホルダは、前記ベローズコアよりも大径となるフランジ部を有し、
前記コイル状バネ部材は、一端が、前記ベローズケースの前記段部に当接するとともに、前記段部において前記コイル状バネ部材の一端の内径側に位置する部位により径方向に位置決めされ、他端が、前記ホルダの前記フランジ部に当接するとともに前記ホルダにおいて前記コイル状バネ部材の他端の内径側に位置する前記ホルダの段部により径方向に位置決めされていることを特徴とする制御弁。
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