JP5269391B2 - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、カーエアコン等に使用される可変容量型圧縮機用制御弁に係り、特に、弁棒に作用する冷媒圧力による制御への悪影響を受け難くした可変容量型圧縮機用制御弁に関する。

一般に、カーエアコン等に使用される可変容量型圧縮機用制御弁は、圧縮機のクランク室内の圧力Ｐｃを調整すべく、圧縮機（の吐出室）から吐出圧力Ｐｄの冷媒が導入されるとともに、その吐出圧力Ｐｄの冷媒を絞ってクランク室へ導出するようにされ、このクランク室への導出量（絞り量）を、圧縮機の吸入圧力Ｐｓに応じて制御するようになっており、下記特許文献１、２等にも見られるように、電磁式アクチュエータ（ソレノイド）を用いたものが種々提案ないし実用に供されている。

かかる可変容量型圧縮機用制御弁の従来例を図３に示す。図示の制御弁１’は、作動棒１４と一体の弁棒１５と、弁体部１５ａにより開閉される弁シート部（弁口）２２が設けられた弁室２１を有し、この弁室２１の外周部（弁シート部２２より上流側）に圧縮機から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入するための複数のフィルタ２５Ａ付き吐出圧ポート２５が設けられるとともに、弁シート部２２の下方（下流側）に圧縮機のクランク室に連通する制御圧ポート２６が設けられた弁本体２０と、電磁式アクチュエータ３０と、を備える。

電磁式アクチュエータ３０は、通電励磁用のコネクタ部３１を有するコイル３２、該コイル３２の内周側に配在された円筒状のステータ３３、該ステータ３３の下端部内周に圧入固定された断面凹字状の吸引子３４、ステータ３３の下端部外周（段差部）にその上端部がＴＩＧ溶接により接合された鍔状部３５ａ付きパイプ３５、吸引子３４の下方でパイプ３５の内周側に上下方向に摺動自在に配在されたプランジャ３７、及び、前記コイル３２の外周を覆うように配在された有底穴付き円筒状のハウジング６０を備えている。

また、前記ステータ３３の上部には、六角穴付きの調節ねじ６５が螺合せしめられ、ステータ３３の内周側における前記調節ねじ６５と吸引子３４との間には、圧縮機の吸入圧力Ｐｓが導入される感圧室４５が形成され、この感圧室４５には感圧応動部材としての、ベローズ４１、逆凸字状の上ストッパ４２、逆凹字状の下ストッパ４３、及び圧縮コイルばね４４からなるベローズ本体４０が配在され、さらに、ベローズ本体４０と吸引子３４との間には、ベローズ本体４０を収縮させる方向（調節ねじ６５側に圧縮する方向）に付勢する圧縮コイルばね４６が配在されている。また、ベローズ本体４０の下ストッパ４３（の逆凹部）とプランジャ３７（の凹部３７ｃ）との間には、前記吸引子３４を貫通する段付きの作動棒１４が配在され、さらに、吸引子３４とプランジャ３７（の凹部３７ｂ）との間には、プランジャ３７を下方（開弁方向）に付勢する圧縮コイルばねからなる開弁ばね４７が配在されている。

また、作動棒１４と一体とされた弁棒１５の軸部１５ｃと作動棒１４の大径部１４ｂ（軸部１５ｃと同径）との境目部分に環状溝部（小径部）１５ｄが設けられるとともに、プランジャ３７の凹穴３７ｇの底部に設けられた係止部３８が前記環状溝部１５ｄに嵌合せしめられていて、弁棒１５とプランジャ３７とが一体的に昇降せしめられるようになっている。

一方、前記弁本体２０の上部中央には、プランジャ３７の最下降位置を規制するための凸状ストッパ部２８が突設され、この凸状ストッパ部２８を含む弁室上方の中央部分には、前記弁棒１５が摺動自在に嵌挿された案内孔１９が形成されている。また、前記プランジャ３７と弁本体２０の上部外周（凸状ストッパ部２８外周）との間には、圧縮機の吸入圧力の冷媒が導入される吸入圧冷媒導入室２３が形成されるとともに、その外周側に複数個の吸入圧ポート２７が形成され、この吸入圧ポート２７から吸入圧冷媒導入室２３に導入された吸入圧力Ｐｓの冷媒は、プランジャ３７の外周に形成された縦溝３７ａ、３７ａ、…及び中央部に部分的に形成された連通孔３９や吸引子３４と作動棒１４との間に形成される隙間等を介して前記感圧室４５に導入される。

前記弁本体２０の下部（制御圧ポート２６）には、前記弁棒１５を上方に付勢する円錐状の圧縮コイルばねからなる閉弁ばね４８が配在されている。

また、弁本体２０の上端部には、Ｏリング５７を介して前記パイプ３５の下端鍔状部３５ａが乗せられ、この鍔状部３５ａと前記コイル３２との間には鍔状部５６ａ付き短円筒状のパイプホルダ５６が介装され、それらの鍔状部３５ａ、５６ａが弁本体２０の上端外周かしめ部２９により共締め固定されている。また、パイプホルダ５６の上端部には、前記ハウジング６０の穴付き底部６１が圧入固定され、ハウジング６０の上端部６２は、前記コネクタ部３１の鍔状部３１ｃ上にかしめ固定され、ハウジング６０とコネクタ部３１とコイル３２との間にはＯリング６６が介装されている。なお、コネクタ部３１の中央下部には、前記調節ねじ６５の六角穴に嵌合せしめられる凸部３１ｂが突設された凹部３１ａが形成されており、この凹部３１ａ内に前記ステータ３３及び調節ねじ６５の上部が挿入されている。

このような構成とされた制御弁５においては、コイル３２、ステータ３３及び吸引子３４からなるソレノイド部が通電励磁されると、吸引子３４にプランジャ３７が引き寄せられ、これに伴い、弁棒１５が閉弁ばね４８の付勢力により上方（閉弁方向）に移動せしめられる。一方、圧縮機から吸入圧導入口２７に導入された吸入圧力Ｐｓの冷媒は、導入室２３からプランジャ３７の外周に形成された縦溝３７ａ、３７ａ、…や連通孔３９等を介して前記感圧室４５に導入され、ベローズ本体４０（内部は真空圧）は感圧室４５の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に応じて伸縮変位（吸入圧力Ｐｓが高いと収縮、低いと伸張）し、該変位が作動棒１４及びプランジャ３７を介して弁棒１５に伝達され、それによって、弁開度（弁シート部２２からの弁体部１５ａのリフト量）が調整される。すなわち、弁開度は、コイル３２、ステータ３３及び吸引子３４からなるソレノイド部によるプランジャ３７の吸引力と、ベローズ本体４０の付勢力と、開弁ばね４７及び閉弁ばね４８による付勢力と、弁棒１５に作用する開弁方向荷重と閉弁方向荷重とによって決定され、その弁開度に応じて、吐出圧ポート２５から弁室２１に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒の絞り量、つまり、クランク室への導出量（絞り量）が調整される。言い換えれば、弁開度に応じて、制御圧ポート２６側の圧力Ｐｃ、すなわち、クランク室内の圧力が制御され（以下、制御圧力Ｐｃと称す）、これに伴い、圧縮機の斜板の傾斜角度及びピストンのストロークが調整されて、吐出量が増減される。

特開２００２−３０３２６２号公報 特開２００７−２０５２４８号公報

前記した如くの従来の可変容量型圧縮機用制御弁１’においては、弁棒１５に作用する冷媒の圧力によって、開弁方向（下向き）及び閉弁方向（上向き）にそれぞれ次のような力が掛かる。すなわち、図４に示される如くに、弁棒１５の大径軸部１５ｃ（案内孔１９を摺動する部分）の断面積をＳａ、弁シート部２２の実効開口面積をＳｂ、吐出圧力をＰｄ、吸入圧力をＰｓ、制御圧力をＰｃとすれば、
開弁方向に掛かる力＝Ｐｄ×Ｓｂ＋Ｐｓ×Ｓａ
閉弁方向に掛かる力＝Ｐｄ×Ｓａ＋Ｐｃ×Ｓｂ
となる。

ここで、軸部１５ｃの断面積Ｓａと弁シート部２２の実効開口面積Ｓｂとは設計上ほぼ同じにされ、また、制御圧力Ｐｃ＞吸入圧力Ｐｓであるので、弁棒に掛かる吐出圧力Ｐｄによる開弁方向の力と閉弁方向の力は相殺され、弁棒１５には閉弁方向に、（ＰｃーＰｓ）×Ｓａ（又はＳｂ）の力が掛かる。

このように、弁棒に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力とが相違すると、制御に悪影響（制御精度の低下等）を及ぼしてしまう。

このような問題を解消すべく、従来においては、例えば、前記特許文献１等にも見られるように、弁棒に掛かる開弁方向の力と閉弁方向の力を同じにすべく、弁棒にもう一箇所軸部を設けるとともに、弁本体にこの軸部が摺動自在に嵌挿される有底縦孔を設け、さらに、前記軸部（弁棒）の下端面側（閉弁方向）に、開弁方向と同じ吸入圧力Ｐｓを作用させるべく、弁本体に縦孔と横孔からなるキャンセル通路等を設けることが提案されている。

しかしながら、かかる提案の可変容量型圧縮機用制御弁では、弁本体に、加工・成形しにくいキャンセル通路や有底縦穴等を設けることが必要となり、部品精度の低下や製造コストを増大等を招いてしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、部品精度の低下や製造コストを増大等を招くことなく、弁棒に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力を同じにして、弁棒に作用する冷媒圧力による制御への悪影響を受け難くできる可変容量型圧縮機用制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、基本的には、上側軸部、該上側軸部より大径の弁体部、及び前記上側軸部と同径の下側軸部を有する弁棒と、前記弁体部が接離する弁口が設けられた弁室を有し、前記弁口より上側に前記弁棒の上側軸部が摺動自在に嵌挿される上側案内孔が設けられるとともに、前記弁口より下側に前記弁棒の下側軸部が摺動自在に嵌挿される下側案内孔が設けられ、かつ、前記弁口を挟んで両側に圧縮機からの吐出圧力（Ｐｄ）の冷媒を導入するための吐出圧ポート及び前記圧縮機のクランク室に制御圧力（Ｐｃ）を供給するための制御圧ポートが設けられた弁本体と、前記弁棒を弁口開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、前記圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応動して前記弁棒を弁口開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備え、前記下側案内孔の下端部に前記吸入圧力（Ｐｓ）を導入するための吸入圧ポートが設けられるとともに、前記弁棒に、前記吸入圧力（Ｐｓ）を前記感圧応動部材に導くべく、吸入圧通路が設けられ、前記弁棒に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力とが同じになるように前記上側案内孔の断面積と前記下側案内孔の断面積とを同じにするとともに、前記弁口の断面積を前記上側案内孔の断面積及び前記下側案内孔の断面積と同じにすることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁本体における前記上側案内孔より上側に、前記電磁式アクチュエータの構成要素であるプランジャが配在されるプランジャ室が設けられ、該プランジャ室と前記吸入圧ポートとが前記吸入圧通路を介して連通せしめられる。

他の好ましい態様では、前記弁本体における前記弁口と前記下側案内孔との間に前記吐出圧ポートを有する前記弁室又は前記制御圧ポートを有する制御圧室が設けられる。

他の好ましい態様では、前記弁本体は、前記弁室、吐出圧ポート、制御圧ポート、及び上側案内孔等が設けられた基体部分と、前記下側案内孔及び吸入圧ポートが設けられた後付部分とから分割構成されてなる。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、弁棒に上側軸部及び下側軸部が設けられるとともに、弁本体に前記両軸部が摺動自在に嵌挿される上側案内孔と下側案内孔が設けられ、かつ、前記弁棒に、吸入圧力（Ｐｓ）を感圧応動部材に導くべく、吸入圧通路が設けられているので、上側軸部、下側軸部及び弁口の断面積を同じにすれば、弁棒に作用する吐出圧力及び制御圧力による開弁方向に掛かる力と閉弁方向に掛かる力とは同じに（相殺）され、また、前述した従来例において必要であったキャンセル通路を必要とすることなく、弁棒に作用する吸入圧力による開弁方向に掛かる力と閉弁方向に掛かる力も同じに（相殺）され、その結果、弁棒に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力とが同じとなるため、弁棒に作用する冷媒圧力による制御への悪影響を受け難くできる。

また、従来は必要であった加工・成形しにくいキャンセル通路や有底縦穴等を設けずに済むので、部品精度の低下や製造コストを増大等を招くことがないようにできる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の一実施形態（第１実施例）を示す縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。図１及び図２に示される可変容量型圧縮機用制御弁１において、前述した図３、図４に示される従来例の可変容量型圧縮機用制御弁５の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては、相違点を重点的に説明する。

図示実施形態の制御弁１は、作動棒１４に一体に連結される弁棒１５を備える。この弁棒１５は、上側軸部１５ｃ、該上側軸部１５ｃより小径の小径部１５ｂ、上側軸部１５ｃより大径の弁体部１５ａ、及び前記上側軸部１５ｃと同径の下側軸部１５ｄを有している。また、弁棒１５の上部（貫通孔）に作動棒１４の下端部１４ｂが圧入等で連結固定され、弁棒１５の上端面と作動棒１４の大径部１４ｃとで断面Ｈ状のプランジャ３７の隔壁状部３８を挟持するようにされて、弁棒１５とプランジャ３７とが一体的に昇降せしめられるようになっている。

一方、弁本体２０は、基体部分２０Ａと該基体部分２０Ａの下部に圧入等により挿入されて固定された後付部分２０Ｂとからなり、基体部分２０Ａは、前記弁体部１５ａが接離する弁口２２が設けられた弁室２１を有し、前記弁口２２より上側に前記弁棒１５の上側軸部１５ｃが摺動自在に嵌挿される上側案内孔１９Ａが設けられ、前記弁口２２より下側の後付部分２０Ｂには、前記弁棒１５の下側軸部１５ｄが摺動自在に嵌挿される下側案内孔１９Ｂが設けられるとともに、該下側案内孔１９Ｂの下端部に吸入圧力Ｐｓを導入するための吸入圧ポート２７が設けられている。

また、弁本体２０（基体部分２０Ａ）における弁口２２を挟んで下側の弁室２１に圧縮機からの吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入するための吐出圧ポート２５が設けられ、弁口２２を挟んで上側に、前記圧縮機のクランク室に制御圧力Ｐｃを供給するための制御圧ポート２６を有する制御圧室２６Ａが設けられている。

さらに、弁本体２０における上側案内孔１９Ａより上側に、プランジャ３７が配在されるプランジャ室２３Ａが設けられ、弁棒１５には、前記プランジャ室２３Ａと吸入圧ポート２７と連通させるように吸入圧通路７０が形成されている。吸入圧通路７０は、長さ方向に貫通する縦孔７１と上端近くに形成された複数の横穴７２からなっている。

このような構成とされた制御弁１においては、弁棒１５に作用する冷媒の圧力によって、開弁方向（下向き）及び閉弁方向（上向き）にそれぞれ次のような力が掛かる。すなわち、図２に示される如くに、弁棒１５の上側軸部１５ｃ（上側案内孔１９Ａを摺動する部分）の断面積をＳａ、弁口２２の実効開口面積をＳｂ、弁棒１５の下側軸部１５ｄ（下側案内孔１９Ｂを摺動する部分）の断面積をＳｃ、吐出圧力をＰｄ、吸入圧力をＰｓ、制御圧力をＰｃとすれば、
開弁方向に掛かる力＝Ｐｄ×Ｓｃ＋Ｐｃ×Ｓｂ＋Ｐｓ×Ｓａ
閉弁方向に掛かる力＝Ｐｄ×Ｓｂ＋Ｐｃ×Ｓａ＋Ｐｓ×Ｓｃ
となる。

ここで、上側軸部１５ｃの断面積Ｓａと、弁口２２の実効開口面積Ｓｂと、下側軸部１５ｃの断面積Ｓｃは設計上ほぼ同じにされているので、Ｐｄ×Ｓｃ＝Ｐｄ×Ｓｂ、Ｐｃ×Ｓｂ＝Ｐｃ×Ｓａ、Ｐｓ×Ｓａ＝Ｐｓ×Ｓｃとなり、開弁方向に掛かる力＝閉弁方向に掛かる力となる。

このように、本実施形態の可変容量型圧縮機用制御弁１では、弁棒１５に上側軸部１５ｃ及び下側軸部１５ｄが設けられるとともに、弁本体２０に前記両軸部１５ｃ、１５ｄが摺動自在に嵌挿される上側案内孔１９Ａと下側案内孔１９Ｂが設けられ、かつ、前記弁棒１５に、吸入圧力Ｐｓをプランジャ室２３Ａに導くべく、吸入圧通路７０が設けられて、上側軸部１５ｃ、下側軸部１５ｄ及び弁口２２の断面積Ｓａ、Ｓｃ、Ｓｂが同じにされているので、弁棒１５に作用する吐出圧力Ｐｄ及び制御圧力Ｐｃによる開弁方向に掛かる力と閉弁方向に掛かる力とは同じに（相殺）され、また、前述した従来例において必要であったキャンセル通路を必要とすることなく、弁棒１５に作用する吸入圧力Ｐｓによる開弁方向に掛かる力と閉弁方向に掛かる力も同じに（相殺）され、その結果、弁棒１５に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力とが同じとなるため、弁棒１５に作用する冷媒圧力による制御への悪影響を受け難くできる。

また、従来は必要であった加工・成形しにくいキャンセル通路や有底縦穴等を設けずに済むので、部品精度の低下や製造コストを増大等を招くことがないようにできる。

なお、前記実施形態において、吐出圧ポート２５と制御圧ポート２６の位置を逆にしてもよく、この場合も前記と同様な作用効果が得られる。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。 従来の可変容量型圧縮機用制御弁の一例を示す縦断面図。 図３に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。

符号の説明

１ 可変容量型圧縮機用制御弁
１５ 弁棒
１５ａ 弁体部
１５ｂ 小径部
１５ｃ 上側軸部
１５ｄ 下側軸部
１９Ａ 上側案内孔
１９Ｂ 下側案内孔
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁口
２３Ａ プランジャ室
２５ 吐出圧ポート
２６ 制御圧ポート
２６Ａ 制御圧室
２７ 吸入圧ポート
３０ 電磁式アクチュエータ
３２ コイル
３３ ステータ
３４ 吸引子
３５ パイプ
３７ プランジャ
４０ ベローズ本体
４５ 感圧室
４７ 開弁ばね
４８ 閉弁ばね
７０ 吸入圧通路

Claims (4)

1. 上側軸部、該上側軸部より大径の弁体部、及び前記上側軸部と同径の下側軸部を有する弁棒と、前記弁体部が接離する弁口が設けられた弁室を有し、前記弁口より上側に前記弁棒の上側軸部が摺動自在に嵌挿される上側案内孔が設けられるとともに、前記弁口より下側に前記弁棒の下側軸部が摺動自在に嵌挿される下側案内孔が設けられ、かつ、前記弁口を挟んで両側に圧縮機からの吐出圧力（Ｐｄ）の冷媒を導入するための吐出圧ポート及び前記圧縮機のクランク室に制御圧力（Ｐｃ）を供給するための制御圧ポートが設けられた弁本体と、前記弁棒を弁口開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、前記圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応動して前記弁棒を弁口開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備え、
   前記下側案内孔の下端部に前記吸入圧力（Ｐｓ）を導入するための吸入圧ポートが設けられるとともに、前記弁棒に、前記吸入圧力（Ｐｓ）を前記感圧応動部材に導くべく、吸入圧通路が設けられ、前記弁棒に掛かる冷媒圧力による開弁方向の力と閉弁方向の力とが同じになるように前記上側案内孔の断面積と前記下側案内孔の断面積とを同じにするとともに、前記弁口の断面積を前記上側案内孔の断面積及び前記下側案内孔の断面積と同じにすることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
2. 前記弁本体における前記上側案内孔より上側に、前記電磁式アクチュエータの構成要素であるプランジャが配在されるプランジャ室が設けられ、該プランジャ室と前記吸入圧ポートとが前記吸入圧通路を介して連通せしめられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
3. 前記弁本体における前記弁口と前記下側案内孔との間に前記吐出圧ポートを有する前記弁室又は前記制御圧ポートを有する制御圧室が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
4. 前記弁本体は、前記弁室、吐出圧ポート、制御圧ポート、及び上側案内孔等が設けられた基体部分と、前記下側案内孔及び吸入圧ポートが設けられた後付部分とで分割構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。

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