JP4700048B2 - 容量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、作動流体の容量又は圧力を可変制御する容量制御弁に関し、特に、自動車等の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機等の吐出量を圧力負荷に応じて制御する容量制御弁に関する。

自動車等の空調システムに用いられる斜板式容量可変型圧縮機は、エンジンの回転力により回転駆動される回転軸、回転軸に対して傾斜角度を可変に連結された斜板、斜板に連結された圧縮用のピストン等を備え、斜板の傾斜角度を変化させることにより、ピストンのストロークを変化させて冷媒ガスの吐出量を制御するものである。
この斜板の傾斜角度は、冷媒ガスを吸入する吸入室の吸入圧力、ピストンにより加圧した冷媒ガスを吐出する吐出室の吐出圧力、斜板を収容した制御室（クランク室）の制御室圧力を利用しつつ、電磁力により開閉駆動される容量制御弁を用いて、制御室内の圧力を適宜制御し、ピストンの両面に作用する圧力のバランス状態を調整することで連続的に変化させ得るようになっている。

このような容量制御弁としては、吐出室と制御室とを連通させる吐出側通路、吐出側通路の途中に形成された第１弁室、吸入室と制御室とを連通させる吸入側通路、吸入側通路の途中に形成された第２弁室（作動室）、第１弁室内に配置されて吐出側通路を開閉する第１弁部と第２弁室内に配置されて吸入側通路を開閉する第２弁部とが一体的に往復動すると同時にお互いに逆向きに開閉動作を行うように形成された弁体、吸入側通路の途中において制御室寄りに形成された第３弁室（容量室）、第３弁室内に配置されて伸長（膨張）する方向に付勢力を及ぼすと共に周囲の圧力増加に伴って収縮する感圧体（ベローズ）、感圧体の伸縮方向の自由端に設けられ環状の座面を有する弁座体（係合部）、第３弁室にて弁体と一体的に移動すると共に弁座体との係合及び離脱により吸入側通路を開閉し得る第３弁部（開弁連結部）、弁体に電磁駆動力を及ぼすソレノイド等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、この容量制御弁では、容量制御時において容量可変型圧縮機にクラッチ機構を設けなくても、制御室圧力を変更する必要が生じた場合には、吐出室と制御室とを連通させて制御室内の圧力（制御室圧力）を調整できるようにしたものである。また、容量可変型圧縮機が停止状態において制御室圧力が上昇した場合には、第３弁部（開弁連結部）を弁座体（係合部）から離脱させて吸入側通路を開放し、吸入室と制御室とを連通させるような構成となっている。

ところで、斜板式容量可変型圧縮機を停止して、長時間放置した後に起動させようとした場合、制御室（クランク室）には液冷媒（放置中に冷却されて冷媒ガスが液化したもの）が溜まるため、この液冷媒を排出しない限り冷媒ガスを圧縮して所望の吐出量を確保することができない。
そこで、起動直後から所望の容量制御を行うには、この液冷媒をできるだけ素早く排出させる必要があるが、上記従来の容量制御弁においては、制御室と吸入室とを連通させる吸入側通路を開放する際に、第３弁部（開弁連結部）と弁座体（係合部）との間に形成される通路面積と流量との関係を考慮していないため、第３弁部が開弁した状態で流れる液冷媒の流量が少なく、液冷媒が制御室（クランク室）から排出されて確実な容量制御が行えるまでに長時間を要していた。

特開２００３−３２２０８６号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、特に容量可変型圧縮機の起動直後において、制御室からの液冷媒の排出性能を高めて所望の容量制御を迅速に行えるようにし、又、安定した容量制御が可能で、全体の小型化、低コスト化等も図れる容量制御弁を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の容量制御弁は、流体を吐出する吐出室と流体の吐出量を制御する制御室とを連通させる吐出側通路、吐出側通路の途中に形成された第１弁室、流体を吸入する吸入室と制御室とを連通させる吸入側通路、吸入側通路の途中に形成された第２弁室、第１弁室にて吐出側通路を開閉する第１弁部及び第２弁室にて吸入側通路を開閉する第２弁部を一体的に有しその往復動によりお互いに逆向きの開閉動作を行う弁体、吸入側通路の途中において第２弁室よりも制御室寄りに形成された第３弁室、第３弁室内に配置されてその伸長により第１弁部を開弁させる方向に付勢力を及ぼすと共に周囲の圧力増加に伴って収縮する感圧体、感圧体の伸縮方向の自由端に設けられて環状の座面を有する弁座体、第３弁室にて弁体と一体的に移動すると共に弁座体の座面との係合及び離脱により吸入側通路を開閉する環状の係合面を有する第３弁部、弁体に対して第１弁部を閉弁させる方向に電磁駆動力を及ぼすソレノイドを備え、上記第３弁部の係合面及び弁座体の座面の一方は、球面状に形成され、上記第３弁部の係合面及び弁座体の座面の他方は、中心角αが１２０°＜α＜１６０°をなすテーパ面状に形成されている。

この構成によれば、通常の容量制御の状態では、ソレノイドが所定の電磁力を発生するように駆動されると、第３弁部が弁座体に係合して閉弁した状態で、第１弁部及び第２弁部が適宜開閉して制御室圧力を調整し、所定の吐出量となるように容量制御を行う。
ここで、特に、ソレノイドがオフとされ第２弁部が吸入側通路を閉塞した状態で容量可変型圧縮機が長時間停止状態に放置されると、制御室には液冷媒が溜まって制御室圧力が上昇し、その制御室圧力が感圧体を収縮させ第３弁部を弁座体から離脱させて開弁させた状態となる。そして、ソレノイドがオンとされて弁体が起動し始めると、第１弁部が閉弁方向に移動すると同時に第２弁部が開弁方向に移動する。
そして、吸入側通路が開放された状態にあるとき、制御室内の液冷媒が吸入側通路から吸入室に排出される。この際に、第３弁部の係合面及び弁座体の座面の他方が上記の条件を満たす中心角αとなるテーパ面状に形成されているため、液冷媒の排出が効率よく行われて、迅速に所望の容量制御に移行することができる。一方、第３弁部が弁座体に係合して閉弁するときは、調芯作用が得られて確実な閉塞（シール）状態が得られる。

上記構成において、第３弁部の係合面及び弁座体の座面の一方は、曲率半径Ｒが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍをなす球面状に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３弁部の係合面及び弁座体の座面の他方が上記の条件を満たす中心角αとなるテーパ面状に形成された状態で、かつ、第３弁部の係合面及び弁座体の座面の一方が上記の条件を満たす曲率半径Ｒとなる球面状に形成されているため、液冷媒の排出がさらに効率よく行われて、より迅速に所望の容量制御に移行することができる。

上記構成において、感圧体の受圧面積と第３弁部の受圧面積とは、同一に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３弁室内において、感圧体に作用する制御室圧力がキャンセルされるため、通常の容量制御状態において、弁体は制御室圧力の影響を受けることなく安定した容量制御を行うことができる。

上記構成において、第３弁室は、吐出側通路の途中において第１弁室よりも制御室寄りに形成され、第３弁部は、第１弁室から第３弁室まで挿通するように第１弁部を挟んで第２弁部と反対側に設けられ、弁体は、その軸線方向において第２弁部から第３弁部まで貫通するように吸入側通路の一部を形成し、第３弁室から制御室までの吸入側通路と第３弁室から制御室までの吐出側通路とは、同一の通路として形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１弁部を配置する第１弁室、第２弁部を配置する第２弁室、及び第３弁部を配置する第３弁室を、第３弁部、第１弁部、及び第２弁部をもつ弁体の長手方向（往復動方向）に沿って容易に配列でき、全体の集約化、構造の簡略化、小型化を達成できる。

上記構成において、第３弁部は、第１弁室から第３弁室に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されてその外周縁に環状の係合面を有し、弁座体は、凹状に形成されてその外周縁に環状の座面を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３弁室と第１弁室とを連通する通路を十分確保しつつ第１弁部が着座する座面を形成することができ、又、第１弁部の外径よりも大きい外径をもつ第３弁部を容易に形成することができる。また、第３弁部を弁体に対して後付けとすることで、組み付けを容易に行うことができる。

上記構成において、第３弁部の受圧面積は、第１弁部の受圧面積よりも大きく設定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１弁部が開弁して、吐出室から第３弁室及び制御室に向かって吐出流体（吐出圧力）が流れ込む際に、第３弁部が第１弁部を閉弁させる方向にその圧力を受けるため、制御室圧力が急激に上昇するのを抑制でき、緩やかな圧力変化特性を得ることができる。したがって、既存の容量制御弁がこのような緩やかな圧力変化特性をもつ場合、特に他の変更を要することなく本発明の容量制御弁を既存の容量制御弁と交換することができる。

上記構成において、感圧体の有効径φｂ及び第３弁部のシール径φｒ１は、０．８＜φｒ１／φｂ＜１．０、を満足するように形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、起動時において、制御室と吸入室の差圧が、第３弁部を開弁させる方向に有効に作用し、第３弁部の開弁量を最も大きくすることができる。したがって、制御室に溜まった液冷媒の排出が一層効率よく行われる。

以上の構成をなす容量制御弁によれば、特に容量可変型圧縮機の起動直後において、制御室に溜まった液冷媒を迅速に排出することができるため、所望の容量制御を迅速にかつ確実に行わせることができ、又、安定した容量制御が可能で、全体の小型化、低コスト化等も達成できる容量制御弁を得ることができる。

本発明に係る容量制御弁を備えた斜板式容量可変型圧縮機を示す概略構成図である。 本発明に係る容量制御弁の一実施形態を示す断面図である。 容量制御弁の一部を拡大した部分拡大断面図である。 容量制御弁の一部を拡大した部分拡大断面図である。 容量制御弁の一部を拡大した部分拡大断面図である。 容量制御弁における第３弁部と弁座体とを拡大した部分拡大断面図である。 容量制御弁における第３弁部の係合面と弁座体の座面との関係において、球面状に形成される面の曲率半径Ｒと流路面積の関係を示す図である。 容量制御弁における第３弁部の受圧面積を第１弁部の受圧面積より大きくした場合の圧力特性を示す図である。 容量制御弁における第３弁部の開口面積に関する特性を示すグラフである。

符号の説明

Ｍ 斜板式容量可変型圧縮機
Ｖ 容量制御弁
１０ ケーシング
１１ 吐出室
１２ 制御室
１３ 吸入室
１４ シリンダ
１５ 連通路（吐出側通路）
１６ 連通路（吐出側通路、吸入側通路）
１７ 連通路（吸入側通路）
２０ 回転軸
２１ 斜板
２２ ピストン
２３ 連結部材
２４ 被動プーリ
２５ コンデンサ
２６ 膨張弁
２７ エバポレータ
３０ ボデー
３１，３２ 連通路（吐出側通路）
３３ 連通路（吐出側通路、吸入側通路）
３４ 連通路（吸入側通路）
３５ 第１弁室
３５ａ 座面
３６ 第２弁室
３６ａ 座面
３７ ガイド通路
３８ 第３弁室
３９ 閉塞部材
４０ 弁体
４１ 第１弁部
４２ 第２弁部
４３ 第３弁部
４３ａ 環状の係合面
４４ 連通路（吸入側通路）
５０ 感圧体
５１ ベローズ
５２ コイルスプリング
５３ 弁座体
５３ａ 環状の座面
６０ ソレノイド
６１ ソレノイドボデー
６２ ケーシング
６３ スリーブ
６４ 固定鉄芯
６５ 駆動ロッド
６６ 可動鉄芯
６７ コイルスプリング
６８ 励磁用のコイル
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｃ 制御室圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｒ 曲率半径
α 中心角
Ａｂ 感圧体の受圧面積
Ａｒ１ 第３弁部の受圧面積
Ａｓ 第１弁部の受圧面積
Ａｒ２ 第２弁部の受圧面積
φｂ 感圧体の有効径
φｒ１ 第３弁部のシール径

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
この斜板式容量可変型圧縮機Ｍは、図１に示すように、吐出室１１、制御室（クランク室とも称す）１２、吸入室１３、複数のシリンダ１４、シリンダ１４と吐出室１１とを連通させ吐出弁１１ａにより開閉されるポート１１ｂ、シリンダ１４と吸入室１３とを連通させ吸入弁１３ａにより開閉されるポート１３ｂ、外部の冷却回路に接続される吐出ポート１１ｃ及び吸入ポート１３ｃ、吐出室１１と制御室１２とを連通させる吐出側通路としての連通路１５、前述の吐出側通路としての役割及び制御室１２と吸入室１３とを連通させる吸入側通路としての役割を兼ねる連通路１６、吸入側通路としての連通路１７等を画定するケーシング１０、制御室（クランク室）１２内から外部に突出して回動自在に設けられた回転軸２０、回転軸２０と一体的に回転すると共に回転軸２０に対して傾斜角度を可変に連結された斜板２１、各々のシリンダ１４内に往復動自在に嵌合された複数のピストン２２、斜板２１と各々のピストン２２を連結する複数の連結部材２３、回転軸２０に取り付けられた被動プーリ２４、ケーシング１０に組み込まれた本発明の容量制御弁Ｖ等を備えている。
また、この斜板式容量可変型圧縮機Ｍには、吐出ポート１１ｃ及び吸入ポート１３ｃに対して冷却回路が接続され、この冷却回路には、コンデンサ（凝縮器）２５、膨張弁２６、エバポレータ（蒸発機）２７が順次に配列して設けられている。

容量制御弁Ｖは、図２に示すように、金属材料又は樹脂材料により形成されたボデー３０、ボデー３０内に往復動自在に配置された弁体４０、弁体４０を一方向に付勢する感圧体５０、ボデー３０に接続されて弁体４０に電磁駆動力を及ぼすソレノイド６０等を備えている。

ボデー３０は、図２ないし図５に示すように、吐出側通路として機能する連通路３１，３２，３３、後述する弁体４０の連通路４４と共に吸入側通路として機能する連通路３３，３４、吐出側通路の途中に形成された第１弁室３５、吸入側通路の途中に形成された第２弁室３６、弁体４０をガイドするガイド通路３７、吐出側通路及び吸入側通路の制御室１２寄りに形成された第３弁室３８等を備えている。また、ボデー３０には、第３弁室３８を画定すると共にボデー３０の一部を構成する閉塞部材３９が螺合により取り付けられている。

すなわち、連通路３３及び第３弁室３８は、吐出側通路及び吸入側通路の一部を兼ねるように形成され、連通路３２は、第１弁室３５と第３弁室３８とを連通させると共に弁体４０を挿通させる（流体が流れる隙間を確保しつつ弁体４０を通す）弁孔を形成している。尚、連通路３１，３３，３４は、それぞれ周方向に放射状に配列して複数（例えば、９０度の間隔をおいて４個）形成されている。
そして、第１弁室３５において、連通路（弁孔）３２の縁部には、後述する弁体４０の第１弁部４１が着座する座面３５ａが形成され、又、第２弁室３６において、後述する固定鉄芯６４の端部には、後述する弁体４０の第２弁部４２が着座する座面３６ａが形成されている。
ここでは、制御室１２から第３弁室３８までの吸入側通路と第３弁室３８から制御室１２までの吐出側通路とを、同一の連通路３３として形成しているため、第１弁室３５、第２弁室３６、及び第３弁室３８を、弁体４０の長手方向（往復動方向）に沿って容易に配列でき、全体の集約化、構造の簡略化、小型化を達成できる。

弁体４０は、図２ないし図５に示すように、略円筒状に形成されて一端側に第１弁部４１、他端側に第２弁部４２、第１弁部４１を挟んで第２弁部４２と反対側に後付けにより連結された第３弁部４３、その軸線方向において第２弁部４２から第３弁部４３まで貫通し吸入側通路として機能する連通路４４等を備えている。
第３弁部４３は、第１弁室３５から第３弁室３８に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されて連通路（弁孔）３２を挿通すると共に、その外周縁において後述する弁座体５３と対向する環状の係合面４３ａを備えている。
ここで、第３弁部４３の係合面４３ａは、図６に示すように、外向きに凸状をなすと共に曲率半径Ｒをなす球面状に形成され、かつ、曲率半径Ｒの値が９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍを満足するように形成されている。

感圧体５０は、図２ないし図５に示すように、ベローズ５１、ベローズ５１内に圧縮して配置されたコイルスプリング５２、弁座体５３等を備えている。ベローズ５１は、その一端が閉塞部材３９に固定され、その他端（自由端）に弁座体５３を保持している。
弁座体５３は、その外周縁に第３弁部４３の係合面４３ａと対向して係合及び離脱する環状の座面５３ａを備えている。
ここで、弁座体５３の座面５３ａは、図６に示すように、外向き（第３弁部４３と対向する向き）に凹状をなすと共に中心角αをなすテーパ面状に形成され、かつ、中心角αの値が１２０°＜α＜１６０°を満足するように形成されている。
すなわち、感圧体５０は、第３弁室３８内に配置されて、その伸長（膨張）により第１弁部４１を開弁させる方向に付勢力を及ぼすと共に周囲（第３弁室３８及び弁体４０の連通路４４内）の圧力増加に伴って収縮して第１弁部４１に及ぼす付勢力を弱めるように作動する。

上記のように、吸入側通路（連通路４４）を開閉する第３弁部４３と弁座体５３との関係において、球面状をなす係合面４３ａの曲率半径Ｒを９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍとし、テーパ面状をなす座面５３ａの中心角αを１２０°＜α＜１６０°、すなわち、Ｒ＝９ｍｍに対してα＝１２０°、Ｒ＝１１に対してα＝１６０°が対応する関係とすることにより、全体の小型化を図りつつ、起動直後の液冷媒（制御室圧力Ｐｃ）の排出を効率よく行うための必要流路面積を確保することができる。尚、このときのベローズ５１の（有効受圧面積を規定する）有効径φｂはφ８ｍｍ程度である。
すなわち、図７に示すように、係合面４３ａの曲率半径Ｒが９ｍｍ（このとき、座面５３ａの中心角α＝１２０°）を超える領域では、液冷媒を制御室１２から迅速に排出するための必要流路面積を確保することができ、一方、係合面４３ａの曲率半径Ｒが１１ｍｍ（このとき、座面５３ａの中心角α＝１６０°）を超える領域では、流路面積が増加しないため曲率半径Ｒを１１ｍｍより小さく設定することにより、必要以上に第３弁部４３及び弁座体５３が大きくなるのを防止して全体の小型化を達成することができる。
また、第３弁部４３と弁座体５３とは、閉弁するとき凹凸状に係合し合うため、調芯作用が得られて、連通路（吸入側通路）４４，３３を確実に閉塞（シール）することができる。

ソレノイド６０は、図２に示すように、ボデー３０に連結されるソレノイドボデー６１、全体を囲繞するケーシング６２、一端部が閉じたスリーブ６３、ソレノイドボデー６１及びスリーブ６３の内側に配置された円筒状の固定鉄芯６４、固定鉄芯６４の内側において往復動自在にかつその先端が弁体４０に連結されて連通路４４を形成する駆動ロッド６５、駆動ロッド６５の他端側に固着された可動鉄芯６６、第１弁部４１を開弁させる方向に可動鉄芯６６を付勢するコイルスプリング６７、スリーブ６３の外側にボビンを介して巻回された励磁用のコイル６８等を備えている。

上記構成において、コイル６８が非通電の状態では、感圧体５０及びコイルスプリング６７の付勢力により、弁体４０は図３中の右側に移動して、第１弁部４１が座面３５ａから離れて連通路（吐出側通路）３１，３２を開放すると同時に第２弁部４２が座面３６ａに着座して連通路（吸入側通路）３４，４４を閉塞する。このとき、制御室圧力Ｐｃが所定レベル以上に上昇すると、図３に示すように、感圧体５０を収縮させて弁座体５３を第３弁部４３から後退させて離脱させた（第３弁室３８において吸入側通路を開放した）状態となる。
一方、コイル６８が所定電流値（Ｉ）以上に通電されると、感圧体５０及びコイルスプリング６７の付勢力と逆向きに作用するソレノイド６０の電磁駆動力（付勢力）により、弁体４０は図５中の左側に移動して、第１弁部４１が座面３５ａに着座して連通路（吐出側通路）３１，３２を閉塞すると同時に第２弁部４２が座面３６ａから離れて連通路（吸入側通路）３４，４４を開放する。この起動直後において、制御室圧力Ｐｃが所定レベル以上のとき、図４に示すように、弁座体５３が第３弁部４３から離脱して吸入側通路を開放した状態から第３弁部４３が弁座体５３に着座するまでの間に、制御室１２内に溜まった液冷媒等が連通路（吸入側通路）４４，３４を経由して吸入室１３に排出される。

上記構成において、図３に示すように、感圧体５０（のベローズ５１）の有効径φｂでの受圧面積をＡｂ、第３弁部４３のシール径φｒ１での受圧面積をＡｒ１、第１弁部４１のシール径での受圧面積をＡｓ、第２弁部４２のシール径での受圧面積をＡｒ２、感圧体５０の付勢力をＦｂ、コイルスプリング６７の付勢力をＦｓ、ソレノイド６０の電磁駆動力による付勢力をＦｓｏｌ、吐出室１１の吐出圧力をＰｄ、吸入室１３の吸入圧力をＰｓ、制御室（クランク室）１２の制御室圧力をＰｃとするとき、弁体４０に作用する力の釣り合い関係式は、
Ｐｃ・（Ａｂ−Ａｒ１）＋Ｐｃ・（Ａｒ１−Ａｓ）＋Ｐｓ・Ａｒ１＋Ｐｓ・（Ａｒ２−Ａｒ１）＋Ｐｄ・（Ａｓ−Ａｒ２）＝Ｆｂ＋Ｆｓ−Ｆｓｏｌ
となる。

ところで、上記構成においては、感圧体５０の受圧面積Ａｂと第３弁部４３の受圧面積Ａｒ１とが同一に形成され、第１弁部４１の受圧面積Ａｓと第２弁部４２の受圧面積Ａｒ２とが同一に形成され、さらに第３弁部４３の受圧面積Ａｒ１が第１弁部４１の受圧面積Ａｓよりも大きく形成されている。
すなわち、受圧面積Ａｂ＝受圧面積Ａｒ１とすることにより、第３弁室３８内において感圧体５０に作用する制御室圧力Ｐｃが相殺されてその影響を防止でき、制御室圧力Ｐｃの影響を受けない弁体４０の動作が可能になり、安定した容量制御を行うことができる。
また、受圧面積Ａｓ＝受圧面積Ａｒ２とすることにより、弁体４０に作用する吐出圧力Ｐｄが相殺されてその影響を防止でき、吐出圧力Ｐｄの影響を受けない弁体４０の動作が可能になり、安定した容量制御を行うことができる。

さらに、受圧面積Ａｒ１＞受圧面積Ａｓとすることにより、第１弁部４１が開弁して吐出室１１から第３弁室３８及び制御室１２に向かって吐出流体（吐出圧力Ｐｄ）が流れ込む際に、受圧面積の差（Ａｒ１−Ａｓ）に対応する分だけ、第３弁部４３が第１弁部４１を閉弁させる方向にその吐出圧力Ｐｄを受けるため、図８中の二点差線で示す特性から実線で示す特性となるように、制御室圧力Ｐｃが急激に上昇するのを抑制でき、緩やかな圧力変化特性を得ることができる。したがって、既存の容量制御弁がこのような緩やかな圧力変化特性をもつ場合、制御ソフト等その他の構成を変更することなく、本発明の容量制御弁Ｖを既存の容量制御弁と交換することができる。

次に、この容量制御弁Ｖを備えた斜板式容量可変型圧縮機Ｍが、自動車の空調システムに適用された場合の動作について説明する。
先ず、エンジンの回転駆動力により、伝達ベルト（不図示）及び被動プーリ２４を介して回転軸２０が回転すると、回転軸２０と一体となって斜板２１が回転する。斜板２１が回転すると、斜板２１の傾斜角度に応じたストロークでピストン２２がシリンダ１４内を往復動し、吸入室１３からシリンダ１４内に吸入された冷媒ガスが、ピストン２２により圧縮されて吐出室１１に吐出される。そして、吐出された冷媒ガスは、コンデンサ２５から膨張弁２６を介してエバポレータ２７に供給され、冷凍サイクルを行いながら吸入室１３に戻るようになっている。
ここで、冷媒ガスの吐出量は、ピストン２２のストロークにより決定され、ピストン２２のストロークは、制御室１２内の圧力（制御室圧力Ｐｃ）により制御される斜板２１の傾斜角度によって決定される。

先ず、ソレノイド６０がオフとされ、第２弁部４２が連通路（吸入側通路）３４，４４を閉塞した状態で容量可変型圧縮機が長時間停止状態に放置されると、制御室１２には液冷媒が溜まって制御室圧力Ｐｃが上昇する。そして、図３に示すように、制御室圧力Ｐｃが感圧体５０を収縮させて、第３弁部４３を弁座体５３から離脱させて開弁させた状態となっている。

この状態で、ソレノイド６０がオンとされて弁体４０が起動し始めると、第１弁部４１が閉弁方向に移動すると同時に第２弁部４２が開弁方向に移動する。そして、図４に示すように、第２弁部４２が開弁して連通路（吸入側通路）４４，３４を開放した状態にあるとき、制御室１２内の液冷媒が連通路（吸入側通路）３３，４４，３４から吸入室１３に排出される。そして、制御室圧力Ｐｃが所定レベル以下になると、感圧体５０は弾性復帰して伸長し、図５に示すように、弁座体５３は第３弁部４３と係合して閉弁し、連通路（吸入側通路）３３，４４，３４を閉塞する。
この排出過程において、第３弁部４３の係合面４３ａが曲率半径Ｒ（９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍ）をなす球面状に形成され、かつ、弁座体５３の座面５３ａが中心角α（１２０°＜α＜１６０°）をなすテーパ面状に形成されているため、液冷媒が効率よく排出されて、迅速に所望の容量制御に移行することができる。

そして、最小吐出量の運転状態では、ソレノイド６０（コイル６８）は非通電とされて、可動鉄芯６６及び駆動ロッド６５は、コイルスプリング５２，６７の付勢力により後退して休止位置に停止すると共に、第１弁部４１が座面３５ａから離れて連通路（吐出側通路）３１，３２を開放し、第２弁部４２が座面３６ａに着座して連通路（吸入側通路）３４，４４を閉塞した状態となる位置に弁体４０が移動する。これにより、吐出流体（吐出圧力Ｐｄ）が連通路（吐出側通路）３１，３２，３３を経て制御室１２内に供給される。そして、斜板２１の傾斜角度は最も小さくなるように制御され、ピストン２２のストロークを最小にする。その結果、冷媒ガスの吐出量は最小になる。

一方、最大吐出量の運転状態では、ソレノイド６０（コイル６８）が所定電流値（Ｉ）で通電されて、可動鉄芯６６及び駆動ロッド６５は、感圧体５０及びコイルスプリング６７の付勢力に抗して、第１弁部４１が座面３５ａに着座して連通路（吐出側通路）３１，３２を閉塞し、第２弁部４２が座面３６ａから離れて連通路（吸入側通路）３４，４４を開放した状態となる位置に弁体４０が移動する。
また、制御室１２内に流体が溜まって制御室圧力Ｐｃが所定レベル以上に上昇すると、感圧体５０がその圧力を受けて収縮し、弁座体５３が第３弁部４３から離脱して連通路（吸入側通路）３３，４４を開放するため、制御室１２内に溜まった流体（冷媒ガス、ブローバイガス等）は、連通路（吸入側通路）３３，４４，３４を経て吸入室１３に排出される。これにより、斜板２１の傾斜角度は最も大きくなるように制御され、ピストン２２のストロークを最大にする。その結果、冷媒ガスの吐出量は最大になる。

尚、最小〜最大の間の中間領域での吐出量の運転状態では、ソレノイド６０（コイル６７）への通電の大きさを適宜制御して電磁駆動力（付勢力）を変化させる。すなわち、電磁駆動力で弁体４０の位置を適宜調整して、所望の吐出量となるように第１弁部４１の開弁量と第２弁部４２の開弁量が制御される。

上記実施形態においては、感圧体５０（弁座体５３）及び第３弁部４３を配置する第３弁室３８を吐出側通路及び吸入側通路を兼ねる連通路の途中に設けたが、これに限定されるものではなく、別経路として形成された吸入側通路の途中に設けてもよい。

上記実施形態においては、感圧体５０の受圧面積Ａｂを第３弁部４３の受圧面積Ａｒ１と同一に形成した場合を示したが、これに限らず、第３弁部４３の係合面４３ａ及び弁座体５４の座面５３ａの一方が球面状に形成され、かつ、第３弁部４３の係合面４３ａ及び弁座体５４の座面５３ａの他方が、１２０°＜α＜１６０°を満たす中心角αなすテーパ面状に形成され、さらに、感圧体５０の有効径φｂと第３弁部４３のシール径φｒ１の関係が、
０．８＜φｒ１／φｂ＜１．０、
の関係を満足するように形成されてもよい。
これによれば、第３弁部４３のシール径φｒ１を感圧体５０の有効径φｂよりも若干小さくすることにより、起動時において、制御室１２と吸入室１３の差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が第３弁部４３を開弁させる方向に有効に作用し、図９に示すように、第３弁部４３の開弁量（開口面積）を最も大きくすることができる。したがって、制御室１２に溜まった液冷媒の排出が一層効率よく行われる。

上記実施形態においては、第３弁部４３の係合面４３ａが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍを満たす曲率半径Ｒの球面状に形成され、かつ、弁座体５３の座面５３ａが１２０°＜α＜１６０°を満たす中心角αをなすテーパ面状に形成された場合を示したが、これに限定されるものではなく、逆に第３弁部４３の係合面４３ａが１２０°＜α＜１６０°を満たす中心角αをなすテーパ面状に形成され、かつ、弁座体５３の座面５３ａが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍを満たす曲率半径Ｒの球面状に形成された構成を採用してもよく、又、第３弁部４３の係合面４３ａ及び弁座体５３の座面５３ａの一方が球面状に形成され、かつ、第３弁部４３の係合面４３ａ及び弁座体５３の座面５３ａの他方が、１２０°＜α＜１６０°を満たす中心角αをなすテーパ面状に形成されてもよい。
また、中心角αと曲率半径Ｒとの関係は、上記のように限定されるものではなく、９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍおよび１２０°＜α＜１６０°の範囲での各組み合わせにおいても、同様の効果を奏する。

以上述べたように、本発明の容量制御弁は、特に容量可変型圧縮機の起動直後において、制御室に溜まった液冷媒を迅速に排出させて所望の容量制御を迅速にかつ確実に行わせることができ、又、全体の小型化、低コスト化等も達成できるため、自動車等の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機に適用できるのは勿論のこと、その他の流体の容量を可変的に制御する機械において、その容量制御を行う容量制御弁としても有用である。

Claims (17)

1. 流体を吐出する吐出室と流体の吐出量を制御する制御室とを連通させる吐出側通路と、
   前記吐出側通路の途中に形成された第１弁室と、
   流体を吸入する吸入室と前記制御室とを連通させる吸入側通路と、
   前記吸入側通路の途中に形成された第２弁室と、
   前記第１弁室にて前記吐出側通路を開閉する第１弁部及び前記第２弁室にて前記吸入側通路を開閉する第２弁部を一体的に有しその往復動によりお互いに逆向きの開閉動作を行う弁体と、
   前記吸入側通路の途中において前記第２弁室よりも前記制御室寄りに形成された第３弁室と、
   前記第３弁室内に配置されてその伸長により前記第１弁部を開弁させる方向に付勢力を及ぼすと共に周囲の圧力増加に伴って収縮する感圧体と、
   前記感圧体の伸縮方向の自由端に設けられて環状の座面を有する弁座体と、
   前記第３弁室にて前記弁体と一体的に移動すると共に前記弁座体の座面との係合及び離脱により前記吸入側通路を開閉する環状の係合面を有する第３弁部と、
   前記弁体に対して前記第１弁部を閉弁させる方向に電磁駆動力を及ぼすソレノイドを備え、
   前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の一方は、球面状に形成され、
   前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の他方は、中心角αが１２０°＜α＜１６０°をなすテーパ面状に形成されている、
   ことを特徴とする容量制御弁。
2. 前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の一方は、曲率半径Ｒが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍをなす球面状に形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
3. 前記感圧体の受圧面積と前記第３弁部の受圧面積とは、同一に形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
4. 前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の一方は、曲率半径Ｒが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍをなす球面状に形成され、
   前記感圧体の受圧面積と前記第３弁部の受圧面積とは、同一に形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
5. 前記第３弁室は、前記吐出側通路の途中において前記第１弁室よりも前記制御室寄りに形成され、
   前記第３弁部は、前記第１弁室から第３弁室まで挿通するように、前記第１弁部を挟んで前記第２弁部と反対側に設けられ、
   前記弁体は、その軸線方向において前記第２弁部から第３弁部まで貫通するように前記吸入側通路の一部を形成し、
   前記第３弁室から前記制御室までの前記吸入側通路と前記第３弁室から前記制御室までの前記吐出側通路とは、同一の通路として形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
6. 前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の一方は、曲率半径Ｒが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍをなす球面状に形成され、
   前記第３弁室は、前記吐出側通路の途中において前記第１弁室よりも前記制御室寄りに形成され、
   前記第３弁部は、前記第１弁室から第３弁室まで挿通するように、前記第１弁部を挟んで前記第２弁部と反対側に設けられ、
   前記弁体は、その軸線方向において前記第２弁部から第３弁部まで貫通するように前記吸入側通路の一部を形成し、
   前記第３弁室から前記制御室までの前記吸入側通路と前記第３弁室から前記制御室までの前記吐出側通路とは、同一の通路として形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
7. 前記感圧体の受圧面積と前記第３弁部の受圧面積とは、同一に形成され、
   前記第３弁室は、前記吐出側通路の途中において前記第１弁室よりも前記制御室寄りに形成され、
   前記第３弁部は、前記第１弁室から第３弁室まで挿通するように、前記第１弁部を挟んで前記第２弁部と反対側に設けられ、
   前記弁体は、その軸線方向において前記第２弁部から第３弁部まで貫通するように前記吸入側通路の一部を形成し、
   前記第３弁室から前記制御室までの前記吸入側通路と前記第３弁室から前記制御室までの前記吐出側通路とは、同一の通路として形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
8. 前記第３弁部の係合面及び前記弁座体の座面の一方は、曲率半径Ｒが９ｍｍ＜Ｒ＜１１ｍｍをなす球面状に形成され、
   前記感圧体の受圧面積と前記第３弁部の受圧面積とは、同一に形成され、
   前記第３弁室は、前記吐出側通路の途中において前記第１弁室よりも前記制御室寄りに形成され、
   前記第３弁部は、前記第１弁室から第３弁室まで挿通するように、前記第１弁部を挟んで前記第２弁部と反対側に設けられ、
   前記弁体は、その軸線方向において前記第２弁部から第３弁部まで貫通するように前記吸入側通路の一部を形成し、
   前記第３弁室から前記制御室までの前記吸入側通路と前記第３弁室から前記制御室までの前記吐出側通路とは、同一の通路として形成されている、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の容量制御弁。
9. 前記第３弁部は、前記第１弁室から前記第３弁室に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されてその外周縁に前記環状の係合面を有し、
   前記弁座体は、凹状に形成されてその外周縁に前記環状の座面を有する、
   ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の容量制御弁。
10. 前記第３弁部は、前記第１弁室から前記第３弁室に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されてその外周縁に前記環状の係合面を有し、
    前記弁座体は、凹状に形成されてその外周縁に前記環状の座面を有する、
    ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の容量制御弁。
11. 前記第３弁部は、前記第１弁室から前記第３弁室に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されてその外周縁に前記環状の係合面を有し、
    前記弁座体は、凹状に形成されてその外周縁に前記環状の座面を有する、
    ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の容量制御弁。
12. 前記第３弁部は、前記第１弁室から前記第３弁室に向かって縮径した状態から末広がり状に形成されてその外周縁に前記環状の係合面を有し、
    前記弁座体は、凹状に形成されてその外周縁に前記環状の座面を有する、
    ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の容量制御弁。
13. 前記第３弁部の受圧面積は、前記第１弁部の受圧面積よりも大きく設定されている、
    ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の容量制御弁。
14. 前記第３弁部の受圧面積は、前記第１弁部の受圧面積よりも大きく設定されている、
    ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の容量制御弁。
15. 前記第３弁部の受圧面積は、前記第１弁部の受圧面積よりも大きく設定されている、
    ことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の容量制御弁。
16. 前記第３弁部の受圧面積は、前記第１弁部の受圧面積よりも大きく設定されている、
    ことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の容量制御弁。
17. 前記感圧体の有効径φｂ及び前記第３弁部のシール径φｒ１は、０．８＜φｒ１／φｂ＜１．０、を満足するように形成されている、
    ことを特徴とする請求の範囲第１に記載の容量制御弁。

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