JP5424397B2 - 制御弁及び制御弁を備えた斜板式可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、流体通路を開閉制御する制御弁に関するものである。

流体通路を開閉制御する制御弁であって、外部からの流体の圧力を受けて伸縮するベローズを有する感圧ユニットと、ベローズの伸縮に応じて流体通路を開閉する弁体と、弁体に電磁力を作用させるソレノイドユニットとを備え、ソレノイドユニット内部に感圧ユニットが配設された制御弁が特許文献１、２に開示されている。特許文献１の制御弁では、可動コア内部に感圧ユニットが配設され、特許文献２の制御弁では、固定コア内部に感圧ユニットが配設されている。ソレノイドユニット内に感圧ユニットを配設することにより制御弁が小型化される。

特開２００１−１５３２５６ 特開２００６−１１８５０８

特許文献１、２の制御弁には、ソレノイドユニットとは別個独立の感圧ユニットをソレノイドユニットに内蔵したので、ソレノイドユニットの構造が複雑化し、制御弁の組立性が悪化するという問題があった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、感圧ユニットがソレノイドユニット内に配設された簡素な構造の制御弁及び制御弁を備えた斜板式可変容量圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、流体通路を開閉制御する制御弁であって、外部から流体の圧力を受けて伸縮するベローズを有する感圧ユニットと、ベローズの伸縮に応じて流体通路を開閉する弁体と、弁体に電磁力を作用させるソレノイドユニットとを備え、感圧ユニットがソレノイドユニット内に配設され、感圧ユニットは、ベローズの一端に強磁性材料で形成された可動端部を、ベローズの他端に強磁性材料で形成された固定端部を有し、ベローズの内部において、可動端部と固定端部が所定の隙間を隔てて対峙し、可動端部と固定端部がソレノイドユニットの磁気回路を形成することを特徴とする制御弁を提供する。
感圧ユニットの内部にソレノイドユニットの磁気回路が形成されるため、感圧ユニットの構成部品がソレノイドユニットの構成部品を兼ねることができ、構造が簡素化されてコスト低減に寄与するとともに、制御弁の組立が容易となる。

本発明の好ましい態様においては、ソレノイドユニットは可動コアと固定コアとを有し、感圧ユニットの可動端部が可動コアを形成し、固定端部が固定コアを形成する。
感圧ユニットの可動端部、固定端部は、それぞれソレノイドユニットの可動コア、固定コアを形成することができる。

本発明の好ましい態様においては、制御弁は、可動端部を固定端部から引き離す付勢手段を備え、付勢手段は固定端部の内部に配設されている。
付勢手段を固定端部内部に配設したため、ベローズの内部空間に突出している可動端部及び固定端部の外径をベローズ内径ぎりぎりまで大きくすることができ、両端部間の磁極面積を有効に確保できる。

本発明の好ましい態様においては、制御弁は、固定端部の内部を貫通して可動端部に当接する非磁性材料で形成された伝達ロッドを備え、付勢手段は伝達ロッドを介して可動端部を固定端部から引き離し、伝達ロッドには可動端部と固定端部の最小隙間を規制する規制部が形成されている。
付勢手段の付勢力を伝達する非磁性材料から形成された伝達ロッドに、可動端部と固定端部との間の最小隙間を規制する規制部を設けたので、あらたな規制手段を設ける必要がなく、構造が簡素化される。

本発明の好ましい態様においては、ソレノイドユニットは中心部に感圧ユニットを収容する有底筒状のスリーブを備え、固定端部の外周面がスリーブ内周面に圧入固定され、可動端部の外周面がスリーブ内周面に摺動可能に支持される。
感圧ユニットを容易に固定支持できるとともに、可動端部の径方向の振れを抑制できる。

本発明の好ましい態様においては、可動端部の外周面には流体通路とベローズ周囲の空間とを連通させる連通路が形成されている。
ベローズの周囲に確実に流体圧力が作用するため、流体圧力の変化に応答してベローズが確実に伸縮動作する。

本発明の好ましい態様においては、感圧ユニットの内部は負圧に保持されている。
感圧ユニット内部を負圧に保持しているため、可動端部と固定端部との間の隙間に流体に混入している異物が入り込むことがなく、ベローズの伸縮動作が異物により阻害されることがない。

本発明の好ましい態様においては、ベローズがステンレス系材料で形成されている。
軟鉄、電磁ステンレス等で形成される可動端部及び固定端部との接合性を考慮すると、ベローズをステンレス系材料で形成するのが望ましい。

本発明の好ましい態様においては、流体が斜板式可変容量圧縮機を流れる冷媒であり、流体通路が、吐出室とクランク室とを連通させる連通路とクランク室と吸入室とを連通させる連通路の何れか一方又は両方であり、流体の圧力が、クランク室の圧力又は吸入室の圧力である。
制御弁が開閉制御する流体通路は、吐出室とクランク室とを連通させる連通路でも良く、或いはクランク室と吸入室とを連通させる連通路でも良く、或いは前記両者でも良い。また感圧ユニットに加わる流体圧力はクランク室の圧力でも良く、或いは吸入室の圧力でも良い。

本発明においては、上記制御弁を備える斜板式可変容量圧縮機を提供する。
斜板式可変容量圧縮機は、冷媒圧力を感知する感圧ユニットと、感圧ユニットの動作点を変更するソレノイドユニットを備えた制御弁を使用してクランク室の圧力を調整している。本発明に係る制御弁を使用することにより、斜板式可変容量圧縮機の構造が簡素化されて製造コストが低減する。

本発明の好ましい態様においては、斜板式可変容量圧縮機は、ハウジング内に区画形成された吐出室と吸入室とクランク室と複数のシリンダボアと、シリンダボアに配設されたピストンと、クランク室を横断して配設された駆動軸と、傾角可変の斜板を有し駆動軸の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構と、吐出室をクランク室に連通させる第１連通路と、第１連通路を開閉する制御弁と、クランク室を吸入室に連通させる第２連通路と、第２連通路に配設された絞りとを備え、制御弁の開度を調整してクランク室の圧力を変化させ、ピストンのストロークを調整して吸入室からシリンダボアに吸入される冷媒量を制御する可変容量圧縮機であって、制御弁は、感圧ユニットと弁体とが連結することによって吸入室の圧力がソレノイドの電磁力で決定される所定値より高くなると、第１連通路を閉じる方向に弁体が移動し、吸入室の圧力が所定値より低下すると第１連通路を開く方向に弁体が移動して、吸入室の圧力を所定値に自律制御する弁機構を形成し、感圧ユニットと弁体との連結部は弁機構を構成し、感圧ユニットと弁体との連結部が離間することにより弁体内部を経由してクランク室を吸入室に連通させる第３連通路が形成され、感圧ユニットの可動端部には弁体と連結する連結部材が固定され、連結部材は非磁性材料で形成されている。
弁体と感圧ユニットとの連結部が弁機構を構成しているが、連結部を非磁性材料で形成したので、連結部の当接部に磁性材料の異物が付着することがなく、連結部の当接、離間が磁性材料の異物によって損なわれることがない。

実施例１の制御弁を備える斜板式可変容量圧縮機の側断面図である。 実施例１の制御弁の断面図である。（ａ）は全体を示す図であり、（ｂ）は第１連通路を示す図であり、（ｃ）は第３連通路を示す図であり、（ｄ）は感圧ユニットを示す図であり、（ｅ）はスリーブを示す図である。 実施例１の制御弁の吸入圧力制御特性を示す図である。 実施例２の制御弁の断面図である。（ａ）は全体を示す図であり、（ｂ）は連通路を示す図である。 他の実施例に係る制御弁の断面図である。 他の実施例に係る制御弁の断面図である。 他の実施例に係る制御弁の断面図である。

本発明の実施例に係る制御弁及び斜板式可変容量圧縮機を説明する。

図１に示すように、斜板式可変容量圧縮機１００は、複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端に設けられたフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端にバルブプレート１０３を介して設けられたシリンダヘッド１０４とを備えている。
シリンダブロック１０１と、フロントハウジング１０２とによって画成されるクランク室１０５内を横断して、駆動軸１０６が設けられ、その長手方向中央部の周囲には、斜板１０７が配設されている。斜板１０７は、駆動軸１０６に固着されたロータ１０８と連結部１０９を介して結合し、駆動軸に対する傾角が変化可能となっている。ロータ１０８と斜板１０７との間には斜板１０７を最小傾角へ向けて付勢するコイルバネ１１０が配設され、また斜板１０７を挟んで反対側には斜板１０７を傾角が増大する方向へ向けて付勢するコイルバネ１１１が配設されている。
駆動軸１０６の一端は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａを貫通してボス部の外まで延在し、図示しない動力伝達装置に連結されている。駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間には、軸封装置１１２が挿入され、クランク室１０５の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はベアリング１１３、１１４、１１５、１１６によってラジアル方向及びスラスト方向に支持され、外部駆動源から動力が伝達された動力伝達装置に同期して回転する。
シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１１７が配設され、ピストン１１７の一端のくぼみ１１７ａ内には、斜板１０７の外周縁部が収容され、シュー１１８を介して、ピストン１１７と斜板１０７とが互いに連動する。従って、駆動軸１０６の回転によりピストン１１７がシリンダボア１０１ａ内を往復動する。

シリンダヘッド１０４には、吸入室１１９と吐出室１２０とが区画形成されている。吸入室１１９は、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ａと図示しない吸入弁とを介してシリンダボア１０１ａと連通し、吐出室１２０は、図示しない吐出弁とバルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ｂとを介してシリンダボア１０１ａと連通している。
フロントハウジング１０２、センターガスケット（図示せず）、シリンダブロック１０１、シリンダガスケット（図示せず）、 吸入弁形成体（図示せず）、バルブプレート１０３、吐出弁形成体（図示せず）、ヘッドガスケット（図示せず）、シリンダヘッド１０４が、複数の通しボルト１４０によって締結されて圧縮機ハウジングが形成される。

シリンダブロック１０１にマフラ１２１が設けられている。マフラ１２１は蓋部材１２２と、シリンダブロック１０１外周面に形成された環状壁１０１ｂとが、図示しないシール部材を介して接合することにより形成される。マフラ空間１２３には逆止弁２００が配設されている。逆止弁２００は吐出通路１２４とマフラ空間１２３との接続部に配設され、吐出通路１２４（上流側）とマフラ空間１２３（下流側）との圧力差に応答して動作し、圧力差が所定値より小さい場合吐出通路１２４を遮断し、圧力差が所定値より大きい場合吐出通路１２４を開放する。したがって吐出室１２０は吐出通路１２４、逆止弁２００、マフラ空間１２３及び吐出ポート１２２ａを介してエアコンシステムの高圧側冷媒回路と接続している。
シリンダヘッド１０４には、エアコンシステムの低圧側冷媒回路に接続する吸入ポート１０４ａが形成され、吸入ポート１０４ａは吸入通路１０４ｂを介して吸入室１１９と接続している。

シリンダヘッド１０４に制御弁３００が設けられている。制御弁３００は吐出室１２０とクランク室１０５との間の第１連通路１２５の開度を調整し、クランク室１０５への吐出ガス導入量を制御する。クランク室１０５内の冷媒は、ベアリング１１５、１１６と駆動軸１０６との隙間を通り、室１２７及びバルブプレート１０３に設けられた固定オリフィス１０３ｃを経由する第２連通路１２８を通って吸入室１１９へ流れる。したがって制御弁３００によりクランク室１０５への吐出ガス導入量を調整してクランク室１０５の圧力を変化させ、斜板１０７の傾角、つまりピストン１１7のストロークを変化させることにより吐出容量を制御することができる。制御弁３００は外部信号により動作する外部制御方式の制御弁であり、連通路１２６を介して吸入室１１９の圧力を感知し、制御弁３００のソレノイドユニットへの通電量を調整することにより、所定の吸入室１１９の圧力となるように吐出容量を制御する。

図２に示すように、制御弁３００は、弁ユニット３００Ａと、ソレノイドユニット３００Ｂとから構成される。
弁ユニット３００Ａは、弁ハウジング３１０、弁体３２０、弁体３２０を閉弁方向へ付勢するバネ３３０、バネの付勢力を調整する調整部材３４０から構成される。
弁ハウジング３１０内部には、弁体３２０の弁部３２０ａが配設される室３１０ａが形成され、室３１０ａは連通孔３１０ｂ及び第１連通路１２５の上流部分を経由して吐出室１２０と連通している。また室３１０ａに隣接して室３１０ｃが形成され、室３１０ｃは弁孔３１０ｄを経由して室３１０ａと連通し、さらに連通孔３１０ｅ及び第１連通路１２５の下流部分を経由してクランク室１０５と連通している。したがって、連通孔３１０ｂ、室３１０ａ、弁孔３１０ｄ、室３１０ｃ及び連通孔３１０ｅは第１連通路１２５の一部を形成している。弁孔３１０ｄの周囲には漏斗状の傾斜面から成る弁座３１０ｆが形成されている。
弁体３２０は弁部３２０ａ、軸部３２０ｂ及び連結部３２０ｃから構成され、非磁性材料から形成されている。弁部３２０ａ、軸部３２０ｂは同一外径で円筒状に形成され、軸部３２０ｂの外周が弁ハウジング３１０内部に形成された挿通孔３１０ｇに摺動可能に支持され、弁部３２０ａの端部の外周角部が弁座３１０ｆに当接、離間して弁孔３１０ｄを開閉する。連結部３２０ｃは基部が弁部３２０ａに嵌入固定されて室３１０ｃ側に延設されており、先端部３２０ｃ１は後述する感圧ユニット３８０と接離可能に連結する。
弁体３２０の他端側（軸部３２０ｂ）は室３１０ｈに収容され、室３１０ｈは調整部材３４０に形成された連通孔３４０ａ、連通路１２６を経由して吸入室１１９と連通している。弁体３２０の内部には連通孔３２０ｄが形成され、連通孔３２０ｄは、後述するように室３１０ｈと室３１０ｃとを連通させることが可能である。室３１０ｈと室３１０ｃとが連通孔３２０ｄを介して連通すると、第１連通路１２５の下流部分、連通孔３１０ｅ、室３１０ｃ、連通孔３２０ｄ、室３１０ｈ及び連通孔３４０ａ及び連通路１２６は、第２連通路１２８をバイパスしてクランク室１０５と吸入室１１９とを連通する第３連通路１２９を形成する。

ソレノイドユニット３００Ｂは、ソレノイドハウジング３５０、ソレノイドハウジングに収容されたモールドコイル３６０、ソレノイドハウジング３５０に固定され、モールドコイル３６０中心に配設された有底筒状のスリーブ３７０及びスリーブ３７０内部に収容された感圧ユニット３８０から構成される。

感圧ユニット３８０は、ベローズ３８１、ベローズの一端を閉塞する端部部材３８２、ベローズの他端を閉塞する端部部材３８３、端部部材３８２を端部部材３８３から引き離す方向へ付勢するバネ３８４、バネガイド３８５、バネ３８４の付勢力を端部部材３８２に伝達するロッド３８６及び端部部材３８２に固定された連結部３８７から構成される。端部部材３８２が感圧ユニット３８０の可動端部を形成し、端部部材３８３が固定端部を形成している。
端部部材３８２と端部部材３８３は強磁性材料で形成され、ベローズ３８１の内部に突出する突出部３８２ａ、３８３ａが所定の隙間を介して対峙しているため、端部部材３８２はソレノイドユニット３００Ｂの可動コア、端部部材３８３は固定コアとしての機能を有している。強磁性材料としては、例えば軟鉄、電磁ステンレス等が使用される。
ベローズ３８１の材料としては、例えば、りん青銅、ステンレス鋼等が使用される。ベローズ３８１と端部部材３８２、３８３は異種金属となるが、これらの接合に最適な接合方法を適用すればよい（例えば溶接、ロー付け、はんだ付け、接着等）。
軟鉄、電磁ステンレス等で形成された端部部材３８２及び端部部材３８３との接合性を考慮すると、ベローズ３８１をステンレス系材料で形成するのが望ましい。
ベローズ３８１の内部は負圧に保持されている。

ロッド３８６は、大径部３８６ａと小径部３８６ｂとから構成され、大径部３８６ａは端部部材３８２に形成された収容孔３８２ｂに収容され、小径部３８６ｂの一端はバネガイド３８５を介してバネ３８４によって付勢されている。大径部３８６ａの端面３８６ｃは端部部材３８２の端面３８２ｃより僅かに突出しているため、ベローズ３８１が収縮すると大径部３８６ａの端面３８６ｃが端部部材３８３の端面３８３ｂに当接し、端部部材３８２と端部部材３８３との間に最小隙間ｘ_minが形成される。大径部３８６ａは端部部材３８２と端部部材３８３との間の最小隙間をｘ_minに規制する最小隙間規制部材となっている。ロッド３８６は非磁性材料から形成されており、端部部材３８３と端部部材３８２とが磁化されても、ロッド３８６は端部部材３８３と端部部材３８２とに吸着されず、ベローズの伸縮動作を損なわない。
バネ３８４、バネガイド３８５は端部部材３８３の内部の室３８３ｃに収容され、室３８３ｃは蓋部材３８３ｄにより密閉されている。室３８３ｃはロッド３８６を挿通する挿通孔３８３ｅを経由してベローズ３８１内部空間３８８と連通し、感圧ユニット３８０の内部は密閉されて真空に保持されている。
突出部３８２ａ、３８３ａの外径は、端面３８２ｃと端面３８３ｂの磁極面積を最大とすべく、ベローズ３８１の内部に納まる最大値に設定されている。

スリーブ３７０は大径部３７０ａと小径部３７０ｂとから構成され、開放端部は室３１０ｃに接続している。感圧ユニット３８０は、端部部材３８３の外周面３８３ｆが小径部３７０ｂの内周面に圧入固定されることにより、スリーブ３７０に保持されている。端部部材３８３の小径部３７０ｂへの圧入量は、感圧ユニット３８０の連結部３８７と弁体３２０の連結部３２０ｃとが当接した時に、端面３８２ｃと端面３８３ｂとの間に所定の隙間が形成されるように、より具体的には、ソレノイドユニット３００Ｂの可動コアと固定コアとの間のギャップとベローズの伸縮量とが確保されるように、調整される。
端部部材３８２の外周面３８２ｄはスリーブ３７０の大径部３７０ａの内周面に摺動可能に支持されている。大径部３７０ａは強磁性体である端部部材３８２の外周面３８２ｄが摺動するため非磁性材料で形成し、小径部３７０ｂは端部部材３８３が圧入固定されるので強磁性材料で形成することが望ましい。端部部材３８２の外周面３８２ｄには、室３１０ｃとスリーブ３７０内部でベローズ周囲の空間３９０とを連通させる溝３８２ｅが形成されており、ベローズ３８１の周囲に室３１０ｃ側の冷媒圧力（クランク室の圧力）が確実に作用する。溝３８２ｅは複数あっても良い。

ソレノイドハウジング３５０及びソレノイドハウジング３５０に接触し、モールドコイル３６０に埋設されたプレート３６１は強磁性材料で形成されており、したがってコイル３６２に電流が流れると、ソレノイドハウジング３５０、プレート３６１、スリーブ３７０の小径部３７０ｂ、端部部材３８３、端部部材３８２で磁気回路が形成され、端部部材３８２を端部部材３８３に引き寄せる力が発生する。したがってソレノイドユニット３００Ｂで発生する電磁力と冷媒圧力による力はベローズ３８１を収縮させる方向に作用し、バネ３８４の付勢力はベローズ３８１を伸長させる方向に作用している。従って、感圧ユニット３８０の可動端部（端部部材３８２）は、ソレノイドユニット３００Ｂの電磁力、冷媒圧力による力及びバネの付勢力（ベローズ自身も含む）のバランスによってベローズ３８１の伸縮方向に変位する。
ソレノイドユニット３００Ｂのソレノイドハウジング３５０端部に、弁ユニット３００Ａの弁ハウジング３１０端部が圧入固定されて制御弁３００が組み立てられる。

制御弁３００の作動を以下に説明する。
弁体３２０と感圧ユニット３８０とが連結することによりベローズ３８１の伸縮動作に応じて弁体３２０が移動し、第１連通路１２５の開度が調整されて吐出室１２０からクランク室１０５に流れる冷媒ガス量が調整される。
感圧ユニット３８０の連結部３８７は、ベローズ３８１の伸縮に応じて弁体３２０の連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１に当接、離間する。連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１との当接部は弁構造となっており、連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１が当接すると第３連通路１２９が遮断され、連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１が離間すると第３連通路１２９が開放される。
弁体３２０と感圧ユニット３８０とが連結している状態、つまり第１連通路１２５が開放されている状態では、第３連通路１２９は遮断され、クランク室１０５と吸入室１１９とは第２連通路１２８のみにより連通する。第２連通路１２８には固定オリフィス１０３ｃが配設されているため、弁体３２０の開度調整によってクランク室１０５の圧力が調整され、これにより斜板１０７の傾角が変更されて吐出容量が制御される。

ベローズ３８１が収縮して連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１とが離間している状態では、弁体３２０がバネ３３０に付勢されて弁座３１０ｆに当接し、第１連通路１２５が遮断されて吐出室１２０からクランク室１０５への冷媒ガスの流れが遮断される。一方クランク室１０５と吸入室１１９とは第２連通路１２８と第３連通路１２９の２つの通路により連通し、その結果クランク室１０５の圧力は吸入室１１９の圧力と同等になり、これにより斜板１０７の傾角が最大となって最大吐出容量が得られる。

弁体３２０には、室３１０ｈ側より閉弁方向に吸入室１１９の圧力（Ｐｓ）が作用し、また弁孔３１０ｄ側より開弁方向にクランク室１０５の圧力（Ｐｃ）が作用しているが、吸入室１１９の圧力を受ける圧力受圧面積をＳｒ、クランク室１０５の圧力を受ける圧力受圧面積をＳｖ、吐出室１２０の圧力をＰｄ、バネ３３０の付勢力をｆｓとすれば、弁体３２０に作用する圧力及びバネ力の合力Ｆ１は
Ｆ１＝ｆｓ＋Ｐｓ・Ｓｒ＋（Ｓｒ−Ｓｖ）・Ｐｄ−Ｐｃ・Ｓｖ （１）
となる。ここでＳｖ＝Ｓｒとなるように面積が設定されているため、
Ｆ１＝ｆｓ＋Ｐｓ・Ｓｒ−Ｐｃ・Ｓｖ （１´）
となる。従って、弁体３２０の開閉方向には吐出室１２０の圧力Ｐｄは作用しない。
ソレノイドユニット３００Ｂで発生する付勢力Ｆ２は、ソレノイドユニット３００Ｂで発生する電磁力をｆ（Ｉ）、ベローズ３８１の有効面積をＳｂ、ベローズの付勢力（バネ３８４とベローズ自身のバネ特性を合成したもの）をＦｂとすれば
Ｆ２＝ｆ（Ｉ）＋Ｐｃ・Ｓｂ―Ｆｂ （２）
したがって制御弁の動作特性式は Ｆ１＋Ｆ２＝０として
ｆｓ＋Ｐｓ・Ｓｒ−Ｐｃ・Ｓｖ＋ｆ（Ｉ）＋Ｐｃ・Ｓｂ―Ｆｂ＝０ （３）
となる。ここでＳｂ＝Ｓｖとなるように面積が設定されているため、
ｆｓ＋Ｐｓ・Ｓｒ＋ｆ（Ｉ）―Ｆｂ＝０
したがって
Ｐｓ＝−（ｆ（Ｉ）／Ｓｒ）＋（Ｆｂ−ｆｓ）／Ｓｒ （４）
となる。
式（４）から、制御弁３００は、吸入室１１９の圧力を感知して、電磁力によって決定される所定の吸入室１１９の圧力になるように弁体３２０を開閉制御して吐出容量を制御するものであることがわかる。尚図３に示すように、コイル３６２への通電量を増大すると吸入室の圧力が低下するような制御特性となっている。

制御弁３００は、感圧ユニット３８０と弁体３２０とが連結することによって、吸入室１１９の圧力がソレノイドユニット３００Ｂの電磁力で決定される所定値より高くなると、ベローズ３８１が収縮して吐出室１２０とクランク室１０５とを連通する第１連通路１２５を閉じる方向に弁体３２０が移動し、吸入室１１９の圧力が所定値より低下するとベローズ３８１が伸長して吐出室１２０とクランク室１０５とを連通する第１連通路１２５を開く方向に弁体３２０が移動して、吸入室１１９の圧力を所定値に自律制御する弁機構を形成している。所定の吸入室１１９の圧力は、調整部材３４０によりバネ３３０の付勢力ｆｓを調整し、微調整できるようになっている。

吸入室１１９の圧力がソレノイドユニット３００Ｂの電磁力で決定される所定値より高い場合、ベローズ３８１が収縮して弁体３２０の弁部３２０ａが弁座３１０ｆに当接して第１連通路１２５が遮断され、かつ連結部３８７と連結部３２０ｃとが離間して第３連通路１２９が開放される。これによりクランク室１０５と吸入室１１９とは第２連通路１２８と第３連通路１２９の２つの通路により連通する。
例えばエアコン起動時に、可変容量圧縮機１００のクランク室１０５に多量の液冷媒が停留していると、従来技術では、クランク室１０５の液冷媒が吸入室１１９に抜けるまでは吐出容量がほぼ最小に維持され、しばらくの間冷房が得られないという問題を生じたが、制御弁３００を使用すると、第２連通路１２８と第３連通路１２９の２つの通路によりクランク室１０５と吸入室１１９とが連通するので、クランク室１０５内の冷媒が速やかに吸入室１１９に流れ、速やかに吐出容量が増大して所定の吸入室１１９の圧力へ移行するという効果が得られる。ソレノイドユニット３００Ｂの電磁力は感圧ユニット３８０の可動端部（端部部材３８２）に直接作用しているので、ソレノイドユニット３００Ｂの電磁力で決定される所定の吸入室の圧力になるまで第３連通路１２９は開放される。この結果、最大吐出容量で動作している間は、第２連通路１２８と第３連通路１２９の２つの通路によりクランク室１０５と吸入室１１９とが連通し、クランク室１０５内の冷媒が速やかに吸入室１１９に流れるという効果が得られる。
連結部３８７と連結部３２０ｃは非磁性材料で形成されているため、端部部材３８２が磁化されている状態でも連結部３８７と連結部３２０ｃとの当接部に鉄系の異物を吸着する恐れはなく、弁構造を構成している連結部３８７と連結部３２０ｃとの当接部の開閉動作が損なわれることはない。

制御弁３００においては、感圧ユニット３８０の内部にソレノイドユニット３００Ｂの磁気回路が形成されるため、感圧ユニット３８０の構成部品３８２、３８３がソレノイドユニット３００Ｂの構成部品、より具体的には可動コア、固定コアを兼ねることができ、構造が簡素化されてコスト低減に寄与するとともに、制御弁の組立が容易となる。
制御弁３００においては、バネ３８４を端部部材３８３内部に配設したため、ベローズ３８１の内部空間に突出している端部部材３８２ａ、３８３ａの外径をベローズ内径ぎりぎりまで大きくすることができ、両端部部材間の磁極面積を有効に確保できる。
制御弁３００においては、バネ３８４の付勢力を伝達する非磁性材料から形成された伝達ロッド３８６に、端部部材３８２と端部部材３８３との間の最小隙間を規制する規制部を設けたので、あらたな規制手段を設ける必要がなく、構造が簡素化される。
制御弁３００においては、ソレノイドユニット３００Ｂは中心部に感圧ユニット３８０を収容する有底筒状のスリーブ３７０を備え、感圧ユニットの端部部材３８３の外周面がスリーブ内周面に圧入固定され、感圧ユニットの端部部材３８２の外周面がスリーブ内周面に摺動可能に支持されるので、感圧ユニット３８０を容易に固定支持できるとともに、端部部材３８２の径方向の振れを抑制できる。
制御弁３００においては、端部部材３８２の外周面に室３１０ｃとベローズ周囲の空間３９０とを連通させる溝３８２ｅが形成されているので、ベローズの周囲に確実にクランク室圧力Ｐｃが作用し、クランク室圧力Ｐｃの変化に応答してベローズ３８１が確実に伸縮動作する。
制御弁３００においては、感圧ユニット３８０の内部を負圧に保持しているため、端部部材３８２と端部部材３８３との間の隙間に流体に混入している異物が入り込むことがなく、ベローズ３８１の伸縮動作が異物により阻害されることがない。
制御弁３００は、吐出室とクランク室とを連通させる連通路１２５のみならずクランク室と吸入室とを連通させる連通路１２９も開閉制御するので、クランク室と吸入室とを連通させる連通路が２系統となり、クランク室内の冷媒を迅速に吸入室へ流入させることができる。
斜板式可変容量圧縮機は、冷媒圧力を感知する感圧ユニットと、感圧ユニットの動作点を変更するソレノイドユニットを備えた制御弁を使用してクランク室の圧力を調整している。制御弁３００を使用することにより、制御弁の構造が簡素化されてコスト低減を実現できる。
制御弁３００においては、弁体３２０と感圧ユニット３８０との連結部３８７が弁機構を構成しているが、連結部３８７を非磁性材料で形成したので、連結部３８７の当接部に磁性材料の異物が付着することがなく、連結部３８７の当接、離間が磁性材料の異物によって損なわれることがない。

図４に示すように、制御弁４００は、図２の制御弁３００をベースに、ソレノイドユニットの可動コアを、感圧ユニット４１０の可動端部を構成する第１可動コア４１１と、第１可動コア４１１に隣接配設され、開弁方向にバネ４２０で付勢された第２可動コア４３０の２つに分割したものである。
コイル３６２に通電されている状態では、第２可動コア４３０は電磁力によって第１可動コア４１１に吸引されて感圧ユニットの可動端部を構成し、図２の制御弁３００と同じ動作を行う。制御弁４００では、ソレノイドハウジング３５０、プレート３６１、スリーブ３７０の小径部３７０ｂ、端部部材３８３、第１可動コア（端部部材）４１１、第２可動コア４３０で磁気回路が形成される。尚制御弁４００の動作特性式は以下となる。
Ｐｓ＝−（ｆ（Ｉ）／Ｓｒ）＋（Ｆｂ＋ｆｓ２−ｆｓ１）／Ｓｒ （５）
ｆｓ１：バネ３３０の付勢力、ｆｓ２：バネ４２０の付勢力、

コイル３６２を消磁した状態では、電磁力はゼロとなるため、ベローズ３８１が収縮して連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１とが離間している状態でも、バネ４２０の付勢力によって第２可動コア４３０は第１可動コア４１１から離間し、連結部３８７と連結部３２０ｃの先端部３２０ｃ１とが当接して弁体３２０を移動させ、弁孔３１０ｄを強制開放する。これによって第１連通路１２５が最大開度となり、吐出室１２０からクランク室１０５に冷媒ガスが流れてクランク室１０５の圧力が上昇し、これにより吐出容量が最小に維持される。つまり制御弁４００は、制御弁３００の機能に加え、コイル３６２を消磁した状態で第１連通路１２５を最大開度とする機能を付加したものであり、いわゆるクラッチレス圧縮機に好適な制御弁となっている。

第２可動コア４３０には非磁性材料で形成されたロッド４４０が圧入固定され、ロッド４４０の端部は第１可動コア４１１に形成されたガイド孔４１１ａに挿入されている。第２可動コア４３０が第１可動コア４１１に吸引されたとき、ロッドの端部がガイド孔４１１ａの端部に当接し、第１可動コア４１１と第２可動コア４３０との間に微小隙間が形成されるようになっている。これによって第２可動コア４３０が第１可動コア４１１に吸着せず、コイル３６２を消磁したときに、バネ４２０の付勢力によって第２可動コア４３０が第１可動コア４１１から迅速に離間することができる。
調整部材４５０には図２に示すような吸入室１１９と連通する連通孔は形成されておらず、弁ハウジング３１０に吸入室１１９と連通する連通孔３１０ｉが形成されている。弁体３２０が調整部材４５０に当接して移動が規制されたとき、連通孔３２０ｄが室３１０ｃ、室３１０ｈから遮断されるので、連通孔３２０ｄを室３１０ｃと連通させる連通孔３２０ｃ２が連結部３２０ｃに形成されている。これによって弁体３２０の内部空間（連通孔３２０ｄ）と外部空間（室３１０ｃ）とが同圧となり、無用な圧力差が弁体３２０に作用せず、ソレノイドユニット３００Ｂが電磁力を作用させたときに弁体３２０がスムーズに閉弁動作する。

上記実施例では、一方の端部部材を他方の端部部材から引き離すような付勢力を作用させるバネを他方の端部部材の内部に配設したが、バネはベローズの内部又はベローズの周囲に配設しても良い。
感圧ユニットの内部は負圧としたが、大気圧としても良い。
ベローズ内部において、端部部材と端部部材との間に非磁性材料から形成されるシムを配設し、シムの厚さを選択して最小隙間を規制しても良い。
上記実施例の制御弁は、制御弁内部にクランク室と吸入室とを連通する第３連通路を構成するものであるが、図５に示すように、第１連通路１２５を開閉する弁体５００を備えるが、第３連通路を構成しない制御弁であっても良い。また図５に示すように感圧ユニット５０１に吸入室１１９の圧力が作用するようにしても良い。
図１〜５の実施例では、制御弁の弁体は吐出室とクランク室とを連通する連通路を開閉制御したが、図６に示すように、弁体がクランク室と吸入室とを連通する連通路を開閉制御するように制御弁を構成しても良い。この場合、図２（ｄ）に示す感圧ユニット３８０の連結部３８７が弁体３８７’となり、当該弁体は非磁性材料で形成される。弁体３８７’が当接する弁座３２０ｃ１’が端部に形成され流体通路３２０ｄ’が内部に形成された筒状の弁座形成部材３２０ｃ’が弁ハウジング３１０に固定される。図６の制御弁は構成が簡素であり、コスト低減に寄与する。
図７に示すように、吐出室とクランク室とを連通する連通路及びクランク室と吸入室とを連通する連通路にそれぞれ弁体７０１、７０２を配設し、これらの弁体を感圧ユニット７０３により連動制御しても良い。図７の制御弁では、弁体７０１が閉じる方向に動作する時に、弁体７０２は開く方向に動作する。図７の制御弁を使用する場合、絞り１０３ｃの開口面積を小にしても良く、或いは絞り１０３ｃを削除しても良い。
吸入室１１９の圧力を受ける圧力受圧面積Ｓｒ、クランク室１０５の圧力を受ける圧力受圧面積Ｓｖ、ベローズの有効面積Ｓｂが異なる面積であっても良い。
流体を冷媒としたが、流体は、水、空気、オイル等その他の流体であっても良い。

本発明は、流体通路を開閉制御する制御弁に広く利用可能である。

１００ 可変容量斜板式圧縮機
１０１ シリンダブロック
１０２ フロントハウジング
１０３ バルブプレート
１０４ シリンダヘッド
１２５ 第１連通路
１２８ 第２連通路
１２９ 第３連通路
３００ 制御弁
３００Ａ 弁ユニット
３００Ｂ ソレノイドユニット
３８０ 感圧ユニット
３８２、３８３ 端部部材

Claims (11)

1. 流体通路を開閉制御する制御弁であって、外部から流体の圧力を受けて伸縮するベローズを有する感圧ユニットと、ベローズの伸縮に応じて流体通路を開閉する弁体と、弁体に電磁力を作用させるソレノイドユニットとを備え、感圧ユニットがソレノイドユニット内に配設され、感圧ユニットは、ベローズの一端に強磁性材料で形成された可動端部を、ベローズの他端に強磁性材料で形成された固定端部を有し、ベローズの内部において、可動端部と固定端部が所定の隙間を隔てて対峙し、可動端部と固定端部がソレノイドユニットの磁気回路を形成することを特徴とする制御弁。
2. ソレノイドユニットは可動コアと固定コアとを有し、感圧ユニットの可動端部が可動コアを形成し、固定端部が固定コアを形成することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 可動端部を固定端部から引き離す付勢手段を備え、付勢手段は固定端部の内部に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御弁。
4. 固定端部の内部を貫通して可動端部に当接する非磁性材料で形成された伝達ロッドを備え、付勢手段は伝達ロッドを介して可動端部を固定端部から引き離し、伝達ロッドには可動端部と固定端部の最小隙間を規制する規制部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
5. ソレノイドユニットは中心部に感圧ユニットを収容する有底筒状のスリーブを備え、固定端部の外周面がスリーブ内周面に圧入固定され、可動端部の外周面がスリーブ内周面に摺動可能に支持されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の制御弁。
6. 可動端部の外周面には流体通路とベローズ周囲の空間とを連通させる連通路が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
7. 感圧ユニットの内部は負圧に保持されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の制御弁。
8. ベローズがステンレス系材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の制御弁。
9. 流体が斜板式可変容量圧縮機を流れる冷媒であり、流体通路が、吐出室とクランク室とを連通させる連通路とクランク室と吸入室とを連通させる連通路の何れか一方又は両方であり、流体の圧力が、クランク室の圧力又は吸入室の圧力であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の制御弁。
10. 請求項９に記載の制御弁を備えることを特徴とする斜板式可変容量圧縮機。
11. ハウジング内に区画形成された吐出室と吸入室とクランク室と複数のシリンダボアと、シリンダボアに配設されたピストンと、クランク室を横断して配設された駆動軸と、傾角可変の斜板を有し駆動軸の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構と、吐出室をクランク室に連通させる第１連通路と、第１連通路を開閉する制御弁と、クランク室を吸入室に連通させる第２連通路と、第２連通路に配設された絞りとを備え、制御弁の開度を調整してクランク室の圧力を変化させ、ピストンのストロークを調整して吸入室からシリンダボアに吸入される冷媒量を制御する斜板式可変容量圧縮機であって、制御弁は、感圧ユニットと弁体とが連結することによって、吸入室の圧力がソレノイドの電磁力で決定される所定値より高くなると、第１連通路を閉じる方向に弁体が移動し、吸入室の圧力が所定値より低下すると第１連通路を開く方向に弁体が移動して、吸入室の圧力を所定値に自律制御する弁機構を形成し、感圧ユニットと弁体との連結部は弁機構を構成し、感圧ユニットと弁体との連結部が離間することにより弁体内部を経由してクランク室を吸入室に連通させる第３連通路が形成され、感圧ユニットの可動端部には弁体と連結する連結部材が固定され、連結部材は非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の斜板式可変容量圧縮機。

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