JP6709916B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御する制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた斜板に圧縮用のピストンが連結され、斜板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出容量を調整する。斜板の角度は、密閉された制御室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることで連続的に変えられる。

この制御室内の圧力（以下「制御圧力」という）は、例えば圧縮機の吐出室と制御室との間に制御弁を設ける一方、制御室と吸入室との間に固定オリフィスを設けることにより調整される（例えば特許文献１参照）。制御圧力が過度に高まらないよう、制御室の冷媒を固定オリフィスを介して適度に逃がす一方、制御弁により吐出室から制御室に導入する冷媒の流量を調整することにより圧縮機の吐出容量を変化させるものである。冷媒にはオイルが含まれており、このように圧縮機内を循環する過程で内部機構の潤滑や冷却機能をも発揮する。このように、圧縮機には冷媒の循環路として、冷凍サイクルを循環させるための外部循環路のほか、圧縮機内を循環させるための内部循環路が設けられている。

特開２０１０−１０１２０２号公報

ところで、圧縮機における内部循環は、冷凍サイクルに対して仕事をしない。このため、内部循環を不要に大きくすると、可変容量運転域（圧縮機の制御中）における外部循環を確保し難くなり、空調装置の仕事率低下につながる可能性がある。一方、そのような空調装置の仕事率を考慮しつつも、車両負荷の増大に起因して圧縮機を速やかに最小容量運転へ移行させるべき場合、および最小容量運転から速やかに圧縮機を起動させる場合など、車両状態に応じて圧縮機の制御を柔軟に切り替えられるのが好ましい。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機の運転効率を高く維持するとともに、運転の切り替えを効率良く行うことを実現するのに好適な制御弁を提供することにある。

本発明のある態様は、吸入室、吐出室および制御室を有し、制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁である。この制御弁は、吐出室と制御室との間に配置され、吐出室から制御室へ流れる冷媒の流量を制御する第１弁と、制御室と吸入室との間に互いに並列に配置され、制御室から吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する第２弁および第３弁と、供給電流値に応じた第１弁の閉弁方向かつ第２弁の開弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、吸入室の圧力又は制御室の圧力を被感知圧力として感知し、その被感知圧力の大きさに応じてソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、を備える。

本発明の別の態様も制御弁である。この制御弁は、吐出室と制御室とを連通させる第１通路と、制御室と吸入室とを連通させる第２通路と、を有するボディと、第１通路に設けられた第１弁孔に接離して第１通路の開度を調整する第１弁体と、第２通路に設けられた第２弁孔に接離して第２通路の開度を調整する第２弁体と、供給電流値に応じた各弁体の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、ソレノイドの駆動力を各弁体に伝達するための作動ロッドと、吸入室の圧力又は制御室の圧力を感知し、その感知した圧力の大きさに応じてソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、第２通路とは別に制御室と吸入室とを連通可能な連通路を、感圧部が感知した圧力の大きさに応じて開閉する開閉機構と、を備える。

本発明の別の態様も制御弁である。この制御弁は、吐出室と制御室とを連通させる主通路と、制御室と吸入室とを連通させる副通路と、を有するボディと、主通路に設けられ、吐出室から制御室への冷媒の流量を制御する主弁と、副通路に設けられ、制御室から吸入室への冷媒の流量を制御する副弁と、供給電流値に応じた主弁の閉弁方向かつ副弁の開弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、吸入室の圧力又は制御室の圧力を被感知圧力として感知し、その被感知圧力の大きさに応じてソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、を備える。この制御弁は、主弁が開弁状態から閉弁方向に動作する過程で副弁の開度が増大する第１制御領域と、主弁の閉弁後に被感知圧力の大きさに応じて副弁の開度がさらに増大する第２制御領域とを含み、第２制御領域の弁開度増大率が第１制御領域の弁開度増大率よりも大きい制御特性を有する。

本発明の制御弁によれば、圧縮機の運転効率を高く維持するとともに、運転の切り替えを効率良く行うことを実現できる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 主弁体および副弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。 主弁および副弁の開弁特性を示す図である。 変形例に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 変形例に係る各弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。 変形例に係る主弁および副弁の開弁特性を示す図である。 変形例に係る各弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。 変形例に係る主弁および副弁の開弁特性を示す図である。 第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 主弁体および副弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。 主弁および副弁の開弁特性を示す図である。 第３実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１６のＧ部拡大図である。 図１７に示す副弁体およびその周辺を表す矢視断面図である。 主弁および副弁の動作を表す部分拡大断面図である。 主弁および副弁の開弁特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の吐出容量を制御する。この圧縮機は、冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。その揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出量が調整される。制御弁１は、その圧縮機の吐出室から制御室へ導入する冷媒流量、および制御室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。

圧縮機には冷媒の循環路として、冷凍サイクルを循環させるための外部循環路のほか、圧縮機内を循環させるための内部循環路が設けられている。圧縮機のシリンダに導入された冷媒の一部は、いわゆるブローバイガスとして、シリンダとピストンとのクリアランスを通って制御室へ漏れる。このブローバイガスも内部循環に寄与している。なお、本実施形態の制御室はクランク室からなるが、変形例においてはクランク室内又はクランク室外に別途設けられた圧力室であってもよい。

制御弁１は、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ（「被感知圧力」に該当する）を設定圧力に保つように、吐出室から制御室に導入する冷媒流量、および制御室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。制御弁１は、弁本体２とソレノイド３とを軸線方向に組み付けて構成される。弁本体２は、吐出室から制御室へ流れる冷媒の流量を制御する主弁７と、制御室から吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する副弁８とを含む。主弁７は「第１弁」として機能し、副弁８は「第２弁」として機能する。主弁７は、圧縮機の運転時に開度が調整され、吐出冷媒の一部を制御室へ導入する。副弁８は、圧縮機の起動時に全開状態となり、制御室の冷媒を吸入室へ逃がすいわゆるブリード弁として機能する。ソレノイド３は、供給電流値に応じた主弁７の閉弁方向かつ副弁８の開弁方向の駆動力を発生する。弁本体２は、段付円筒状のボディ５を有し、そのボディ５内に主弁７，副弁８およびパワーエレメント６を収容する。パワーエレメント６は「感圧部」として機能し、吸入圧力Ｐｓの大きさに応じたソレノイド３への対抗力を発生する。

ボディ５には、その上端側からポート１２，１４，１６が設けられている。ポート１２は「吸入室連通ポート」として機能し、圧縮機の吸入室に連通する。ポート１４は「制御室連通ポート」として機能し、圧縮機の制御室に連通する。ポート１６は「吐出室連通ポート」として機能し、圧縮機の吐出室に連通する。ボディ５の上端開口部を閉じるように端部材１３が固定されている。ボディ５の下端部がソレノイド３の上端部に圧入されることにより、弁本体２とソレノイド３とが固定されている。

ボディ５内には、ポート１６とポート１４とを連通させる主通路と、ポート１４とポート１２とを連通させる副通路とが形成されている。主通路は「第１通路」として機能し、副通路は「第２通路」として機能する。主通路には主弁７が設けられ、副通路には副弁８が設けられる。すなわち、制御弁１は、一端側からパワーエレメント６、副弁８、主弁７、ソレノイド３が順に配置される構成を有する。主通路には主弁孔２０と主弁座２２が設けられる。副通路には副弁孔３２と副弁座３４が設けられる。主弁孔２０は「第１弁孔」として機能し、副弁孔３２は「第２弁孔」として機能する。

ポート１２は、ボディ５の上部に区画された作動室２３と吸入室とを連通させる。パワーエレメント６は、作動室２３に配置されている。ポート１６は、吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１６と主弁孔２０との間には弁室２４が設けられている。主弁孔２０の下端開口部に主弁座２２が形成されている。ポート１４は、圧縮機の定常動作時に主弁７を経由して制御圧力Ｐｃとなった冷媒を制御室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時には制御室から排出された制御圧力Ｐｃの冷媒を導入する。ポート１２は、圧縮機の起動時に副弁８を経由して吸入圧力Ｐｓとなった冷媒を吸入室へ向けて導出する。

ポート１４，１６には、円筒状のフィルタ部材１５，１７がそれぞれ取り付けられている。フィルタ部材１５，１７は、ボディ５の内部への異物の侵入を抑制するためのメッシュを含む。主弁７の開弁時にはフィルタ部材１７がポート１６への異物の侵入を規制し、副弁８の開弁時にはフィルタ部材１５がポート１４への異物の侵入を規制する。

ポート１４と作動室２３との間に副弁孔３２が設けられている。副弁孔３２の上端開口部に副弁座３４が形成されている。副弁孔３２は、主弁孔２０と同軸状に連通している。ボディ５の下部（弁室２４の主弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２６が設けられている。ガイド孔２６には、段付円筒状の弁駆動体２９が摺動可能に挿通されている。

弁駆動体２９の上半部が縮径し、主弁孔２０および副弁孔３２を貫通しつつ内外を区画する区画部３３となっている。弁駆動体２９の中間部に形成された段部が、主弁体３０となっている。主弁体３０が弁室２４側から主弁座２２に着脱することにより主弁７を開閉し、吐出室から制御室へ流れる冷媒流量を調整する。弁駆動体２９の上端部に副弁体３６が一体に設けられている。

副弁体３６はリング状をなし、区画部３３の上端部に同軸状に圧入されている。副弁体３６は、作動室２３に配置され、副弁座３４と軸線方向に対向配置されている。副弁体３６が副弁座３４に着脱することにより副弁８を開閉する。主弁体３０は「第１弁体」として機能し、副弁体３６は「第２弁体」として機能する。なお、主弁体３０および副弁体３６は、制御弁１による所定の制御特性を実現するためにそれぞれ主弁孔２０，主弁座２２に挿抜されるスプール部を有するが、その構造および動作の詳細については後述する。

弁駆動体２９の上端部は、副弁体３６を介してパワーエレメント６と作動連結される。弁駆動体２９の下端部は、ソレノイド３から延びるシャフト３８（「作動ロッド」として機能する）に連結されている。弁駆動体２９の下端中央には凹状の嵌合穴３７が設けられており、シャフト３８の上端部が圧入されている。

ボディ５とソレノイド３との間には作動室２８が形成されている。弁駆動体２９の下部側面には、その内部通路３５と作動室２８とを連通する連通孔３９が設けられている。作動室２８は、弁駆動体２９の内部通路を介して作動室２３に連通する。このため、作動室２８には作動室２３の吸入圧力Ｐｓが導入される。この吸入圧力Ｐｓは、ソレノイド３の内部にも導かれる。弁駆動体２９の下端部には、半径方向外向きに突出するばね受け４０が設けられている。ボディ５とばね受け４０との間には、弁駆動体２９を主弁７の開弁方向かつ副弁８の閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング４２は、ソレノイド３のオフ時に主弁７を全開させるいわゆるオフばねとして機能する。

パワーエレメント６は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位するベローズ４５を含み、そのベローズ４５の変位によりソレノイド力に対抗する力を発生させる。この対抗力は、主弁体３０および副弁体３６に伝達される。副弁体３６が副弁座３４に着座して副弁８を閉じることにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが遮断又は制限される。また、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁８を開くことにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが促進される。

一方、ソレノイド３は、段付円筒状のコア４６と、コア４６の下端開口部を封止するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ４８と、スリーブ４８に収容されてコア４６と軸線方向に対向配置された段付円筒状のプランジャ５０と、コア４６およびスリーブ４８に外挿された円筒状のボビン５２と、ボビン５２に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル５４と、電磁コイル５４を外方から覆うように設けられる円筒状のケース５６と、ケース５６の下端開口部を封止するように設けられた端部材５８と、ボビン５２の下方にて端部材５８に埋設された磁性材料からなるカラー６０を備える。

弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の下端部がコア４６の上端開口部に圧入されることにより固定されている。コア４６とボディ５との間に作動室２８が形成されている。一方、コア４６の中央を軸線方向に貫通するように、シャフト３８が挿通されている。シャフト３８の下端部が、プランジャ５０の上半部に圧入されている。作動室２８の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３８とコア４６との間隙により形成される連通路６２を通ってスリーブ４８の内部にも導かれる。

スリーブ４８の底部とプランジャ５０との間には、プランジャ５０ひいては弁駆動体２９を主弁７の閉弁方向かつ副弁８の開弁方向に付勢するスプリング４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。シャフト３８は、弁駆動体２９およびプランジャ５０のそれぞれに対して同軸状に接続されている。

シャフト３８は、コア４６とプランジャ５０との吸引力であるソレノイド力を、弁駆動体２９に伝達する。一方、弁駆動体２９には、パワーエレメント６の伸縮作動による駆動力（「感圧駆動力」ともいう）がソレノイド力と対抗するように負荷される。すなわち、主弁７の制御状態においては、ソレノイド力と感圧駆動力とにより調整された力が主弁体３０に作用し、主弁７の開度を適切に制御する。圧縮機の起動時には、ソレノイド力の大きさに応じてシャフト３８が上方へ変位して副弁体３６を押し上げ、副弁８を全開させる。それによりブリード機能が発揮させる。

スリーブ４８は非磁性材料からなる。プランジャ５０の側面には軸線に平行な連通溝６６が設けられ、プランジャ５０の下部には内外を連通する連通孔６８が設けられている。このような構成により、吸入圧力Ｐｓがプランジャ５０とスリーブ４８との間隙を通って背圧室７０に導かれる。

ボビン５２からは電磁コイル５４につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５８を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材５８は、ケース５６に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から覆うように取り付けられている。端部材５８は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成され、その樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙にも介在している。それにより、電磁コイル５４で発生した熱をケース５６に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部材５８からは接続端子７２の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁駆動体２９のガイド孔２６との摺動面には、冷媒の流通を抑制するための複数の環状溝からなるラビリンスシール７４が設けられている。シャフト３８が弁駆動体２９と一体に設けられているため、ソレノイド力を主弁体３０および副弁体３６に直接的に伝達できる。この構成は、弁駆動体２９とガイド孔２６との摺動部への異物の噛み込みにより各弁体の作動がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。

パワーエレメント６は、ベローズ４５の上端開口部を第１ストッパ８２により閉止し、下端開口部を第２ストッパ８４により閉止して構成されている。ベローズ４５は「感圧部材」として機能し、第１ストッパ８２および第２ストッパ８４は、それぞれ「ベース部材」として機能する。第１ストッパ８２は、端部材１３と一体成形されている。第２ストッパ８４は、金属材をプレス成形して有底円筒状に構成されており、その下端開口部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。ベローズ４５は、蛇腹状の本体の上端部が端部材１３の下面に気密に溶接され、その本体の下端開口部がフランジ部８６の上面に気密に溶接されている。ベローズ４５の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、ベローズ４５の内方には、端部材１３とフランジ部８６との間に、ベローズ４５を伸長方向に付勢するスプリング８８が介装されている。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。

端部材１３は、パワーエレメント６の固定端となっている。端部材１３のボディ５への圧入量を調整することにより、パワーエレメント６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を調整できるようにされている。なお、第１ストッパ８２の中央部がベローズ４５の内方に向けて下方に延在し、第２ストッパ８４の中央部がベローズ４５の内方に向けて上方に延在し、それらがベローズ４５の軸芯を形成している。ベローズ４５は、作動室２３の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（主弁および副弁の開閉方向）に伸長または収縮する。その差圧が小さくなってベローズ４５が伸長するに応じて、弁駆動体２９に主弁７の開弁方向かつ副弁８の閉弁方向の駆動力が付与される。その差圧が大きくなっても、ベローズ４５が所定量収縮すると、第２ストッパ８４が第１ストッパ８２に当接して係止されるため、その収縮は規制される。

副弁体３６は、リング状の本体を有し、その周方向の所定箇所の上面が切り欠かれて連通路９０が形成されている。また、その周方向の他の箇所には、軸線に平行に本体を貫通する連通路９２が形成されている。弁駆動体２９の先端部がやや縮径されており、その縮径部９４に外挿されるように副弁体３６が圧入されている。副弁体３６の高さは、縮径部９４の高さよりもやや大きい。このような構成により、図１に示したようにパワーエレメント６が伸長しているときには、副弁体３６の上面がフランジ部８６の下面に当接し、連通路９２の上端は閉じられる。一方、連通路９０は径方向に常に開放される。このため、作動室２３の吸入圧力Ｐｓは、常に、その連通路９０および弁駆動体２９の内部通路３５を通って作動室２８ひいてはソレノイド３の内部に導かれる。

本実施形態においては、主弁体３０の主弁７における有効受圧径Ａ（シール部径）と、副弁体３６の副弁８における有効受圧径Ｂ（シール部径）と、弁駆動体２９の摺動部径Ｃ（シール部径）とが等しくされている。なお、ここでいう「等しい」とは、完全に等しい概念はもちろん、ほぼ等しい（実質的に等しい）概念を含めてよい。このため、主弁体３０と副弁体３６との結合体（つまり弁駆動体２９と副弁体３６との結合体）に作用する吐出圧力Ｐｄ，制御圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。その結果、主弁７の制御状態において、主弁体３０は、パワーエレメント６が作動室２３にて受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能する。

本実施形態ではこのように、径Ａ，Ｂ，Ｃを等しくするとともに、弁体（主弁体３０および副弁体３６）の内部通路を上下に貫通させることで、弁体に作用する圧力（Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓ）の影響をキャンセルすることができる。つまり、副弁体３６，弁駆動体２９，シャフト３８およびプランジャ５０の結合体の前後（図では上下）の圧力を同じ圧力（吸入圧力Ｐｓ）とすることができ、それにより圧力キャンセルが実現される。これにより、ベローズ４５の有効受圧径Ｄに依存することなく各弁体の径を設定することもでき、設計自由度が高い。本実施形態では、ベローズ４５の径Ｄを径Ａ，Ｂ，Ｃより大きくしているが、径Ａ，Ｂ，Ｃと等しくしてもよいし、小さくしてもよい。

次に、制御弁の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation ）が採用される。このＰＷＭ制御は、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して制御を行うものであり、図示しない制御部により実行される。この制御部は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。

図３は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図２は、最小容量運転時における制御弁の状態を示している。図３は、最大容量運転時（空調装置の起動時等）にブリード機能が発揮されたときの状態を示している。以下では図１に基づき、適宜図２，図３を参照しつつ説明する。

制御弁１においてソレノイド３が非通電（オフ）のとき、つまり空調装置が動作していないときには、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング４２により弁駆動体２９が下方に押し下げられる。その結果、主弁体３０が主弁座２２から離間して主弁７が全開状態となる。このとき、図１に示すように、副弁体３６が副弁座３４に着座して副弁８が全閉状態となるが、その後に吸入圧力Ｐｓが高まると、図２に示すようにベローズ４５が縮小し、連通路９２が開放される。このため、オフ時は冷凍サイクルの流れそのものが小さく、しかも制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が小さくなるにもかかわらず、その連通路９２を介した適度な抽気がなされ、必要最小限の内部循環量を確保することができる。また、制御圧力Ｐｃが過度に高まることが防止される。パワーエレメント６と副弁体３６とにより、吸入圧力Ｐｓの大きさに応じて連通路９２を開閉する「開閉機構」が構成される。パワーエレメント６の感圧体（ベローズ４５および第２ストッパ８４を含む）と副弁体３６とを作動連結又は連結解除することにより連通路９２を開閉することができる。なお、連通路９２の大きさを適切に設定することで、圧縮機のハウジングに通常設けられる固定オリフィスを省略することができる。

一方、空調装置の起動時など、ソレノイド３に制御電流（起動電流）が供給されると、コア４６がプランジャ５０を吸引する。このため、シャフト３８ひいては弁駆動体２９が押し上げられる。その結果、図３に示すように、主弁体３０が主弁座２２に着座して主弁７が閉じ、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁８が全開状態となる。それにより、制御室から吸入室へ所定流量の冷媒のリリーフが促進されて制御圧力Ｐｃが低下し、圧縮機は最大容量運転を行う。つまり、ブリード機能が発揮され、圧縮機が速やかに起動する。また、空調装置の起動時に吸入圧力Ｐｓが比較的高い場合、図示のようにベローズ４５が縮小し、連通路９２が開かれる。このため、副弁８の全開と相俟って冷媒のリリーフがさらに促進される。その結果、その起動性のより一層の改善を実現できる。特に、制御室（クランク室）に液冷媒が溜まっている状態からの起動の場合、その液冷媒の蒸発により制御圧力が上昇してしまうため、ブリード効率が低下する傾向にある。この点、本実施形態のように制御室からのリリーフを相乗的に増加させる構成とすることで、その起動性を改善できるメリットがある。吸入圧力Ｐｓが低下すると、ベローズ４５が伸長して連通路９２が閉じられ、パワーエレメント６と各弁体が作動連結される。

このように、パワーエレメント６と副弁体３６とによる開閉機構は、空調装置の最小容量運転時および最大容量運転時の双方において連通路９２を開放する。それにより、最小容量運転時における冷媒の内部循環を確保するとともに、最大容量運転時のブリード機能を促進できる。言い換えれば、副弁体３６に設けられた特定の通路（孔）により、異なる運転状態での抽気性能の確保を両立させることができる。一方、開閉機構は、可変容量運転時においては連通路９２を閉じる。それにより、内部循環量を必要最小限に抑え、空調装置の仕事率向上を図ることができる。なお、本実施形態では、副弁体３６に連通路９２を一つ設ける例を示したが、複数設けてもよい。また、本実施形態では、連通路９２を副弁体３６に設ける例を示したが、変形例においてはボディ５内の他の可動体、つまり弁駆動体やシャフト（作動ロッド）等に設けてもよい。

ソレノイド３に供給される電流値が主弁７の制御電流値範囲にあるときには、吸入圧力Ｐｓが供給電流値により設定された設定圧力Ｐsetとなるよう主弁７の開度が自律的に調整される。この主弁７の制御状態においては、副弁８は小開度状態を維持する。このとき、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ４５は伸長しており、主弁体３０とパワーエレメント６とが作動連結して主弁７の開度を調整する。このとき、主弁体３０は、スプリング４２，４４の合力による開弁方向の力と、閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓに応じたパワーエレメント６による開弁方向の力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、例えば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、ベローズ４５が縮小するため、主弁体３０が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁７の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、ベローズ４５が伸長する。その結果、パワーエレメント６が主弁体３０を開弁方向に付勢して主弁７の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持される。

このような定常制御が行われている間にエンジンの負荷が大きくなり、空調装置への負荷を低減させたい場合、制御弁１においてソレノイド３がオンからオフに切り替えられる。そうすると、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しなくなるため、スプリング４２の付勢力により主弁体３０が主弁座２２から離間し、主弁７が全開状態となる。このとき、副弁体３６が副弁座３４に着座しているため、副弁８は閉弁状態となる。それにより、圧縮機の吐出室からポート１６に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁７を通過し、ポート１４から制御室へと流れることになる。したがって、制御圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。ただし、上述のように、吸入圧力Ｐｓが高まると、ベローズ４５が縮小して連通路９２が開放され、適度な抽気がなされるようになる。

次に、各弁体の構造および動作の詳細について説明する。
図４は、主弁体および副弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。図４（Ａ）〜（Ｅ）は、主弁が全開状態から全閉状態となるまでの動作過程を示す。各図の下段は主弁の状態を示し、上段は対応する副弁の状態を示す。図４（Ａ）の上段は図２におけるａ部拡大図であり、下段はｂ部拡大図である。図４（Ｅ）の上段は図３におけるａ部拡大図であり、下段はｂ部拡大図である。

図４（Ａ）の下段に示すように、主弁体３０は段差形状を有し、その段差の基端が着脱部１００を構成し、その着脱部１００の上方にスプール部１０２（「第１スプール部」として機能する）が連設されている。着脱部１００が主弁座２２に着脱して主弁７を開閉する。スプール部１０２は、主弁孔２０に挿抜される。

一方、図４（Ａ）の上段に示すように、副弁体３６はその下端部に段差形状を有し、その段差の基端が着脱部１１０を構成し、その着脱部１１０の下方にスプール部１１２（「第２スプール部」として機能する）が連設されている。着脱部１１０が副弁座３４に着脱して副弁８を開閉する。スプール部１１２は、先端（下方）に向けて外径が小さくなるテーパ形状を有し、副弁孔３２に挿抜される。

このような構成において、ソレノイド３がオフのときには、図４（Ａ）に示すように、主弁７が全開状態、副弁８が全閉状態となる。ソレノイド３への通電がなされると、主弁７が閉弁方向、副弁８が開弁方向にそれぞれ動作する。ソレノイド３への供給電流の増大に伴い、まず副弁８が開弁を開始する。このとき、スプール部１１２が副弁孔３２から抜けるまでは、副弁体３６と副弁孔３２との間にオリフィスが形成され、副弁８を介した冷媒の流れが許容されつつも小流量に制限される（図４（Ａ），（Ｂ））。ただし、スプール部１１２がテーパ形状を有するため、副弁体３６の変位につれてそのオリフィスが少しずつ大きくなり、その流量は漸増する。主弁７の開度は徐々に小さくなる。

スプール部１１２が副弁孔３２から抜けると、副弁８の弁開度増大率が大きくなり、冷媒流量が増大する。それにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが促進される。一方、主弁７は、スプール部１０２が主弁孔２０に挿入されることから、主弁体３０と主弁孔２０との間にオリフィスが形成され、主弁７を介した冷媒の流れが許容されつつも小流量に制限される（図４（Ｃ），（Ｄ））。その後、スプール部１０２が主弁座２２に着座することで主弁７が全閉状態となり、副弁８は全開状態となる（図４（Ｅ））。

図５は、主弁および副弁の開弁特性を示す図である。図５（Ａ）は、各弁体のストロークと弁開度（弁部の開口面積）との関係を示す。同図の横軸は主弁の全開位置を基点とした閉弁方向へのストロークを示し、縦軸は弁開度を示す。図中の実線が主弁を示し、一点鎖線が副弁を示す。図５（Ｂ）は、ソレノイドへの供給電流値と弁開度との関係を示す。同図の横軸はソレノイドへの供給電流値を示し、縦軸は弁開度を示す。図中の実線が主弁を示し、一点鎖線が副弁を示す。なお、説明の便宜上、図４（Ａ）〜（Ｅ）の動作過程との対応を示すために、図５（Ａ），（Ｂ）においてＡ〜Ｅを表記している。

図４に示した各弁の動作は、図５に示す制御特性として表れる。すなわち、ソレノイド３への供給電流値がゼロからＩ1（「下限電流値」に対応する）までは、ストロークがゼロであり、主弁７が全開状態、副弁８が全閉状態となる。ただし、吸入圧力Ｐｓが比較的高くなるため、副弁体３６の連通路９２が開放される。このため、この９２をオリフィスとして冷媒の流れが許容される（図５（Ｂ）点線部）。

供給電流値が下限電流値Ｉ1を超えると、主弁７が閉弁作動を開始し、副弁８が開弁作動を開始する。このとき、供給電流値の増大に伴いストロークが大きくなるにつれて、主弁７の開度は比例的に小さくなる。一方、副弁８の開度はストロークがＳ1となるまでに速やかに微増するが、供給電流値がＩ2となり、ストロークがＳ2となるまでは緩やかに増大する。これは、副弁８が平弁であるために開弁当初に開度が立ち上がるが、その後はテーパ形状のオリフィスにより開度が抑えられつつも緩やかに増加することを意味する。本実施形態では、このようにストロークがＳ2となるまでに、副弁８の開度が主弁７の開度を上回る。

ストロークがＳ2を超えると、上述のようにスプール部１１２が副弁孔３２から抜けることで副弁８のオリフィス効果がなくなる。その結果、弁開度増大率が大きくなり、副弁８は全開状態へ向かう。それによりブリード効果が発揮される。一方、主弁７の開度は、供給電流値がＩ3となり、ストロークがＳ3となるまでは比例的に減少する。ストロークがＳ3を超えると、上述のようにスプール部１０２が主弁孔２０に挿入されることで主弁７のオリフィス効果が発揮される。供給電流値がＩ4を超え、ストロークがＳ4を超えると、主弁７は全閉状態へ向かう。すなわち、供給電流値が上限電流値Ｉ5以上となり上限電流値に到るまで主弁７は全閉状態となる。

この制御特性では、ソレノイド３への供給電流値の増加とともに副弁８の開度が増大する第１制御領域Ｒ１と、第１制御領域Ｒ１よりも供給電流値が大きく、その供給電流値の増加とともに副弁８の開度がさらに増大する第２制御領域Ｒ２とが含まれる。そして、第１制御領域Ｒ１の弁開度増大率が第２制御領域Ｒ２の弁開度増大率よりも小さくなる。

以上に説明したように、本実施形態では、主弁７と副弁８とが同時に開弁する状態が存在する制御特性を有するため、両弁の開度の調整により、圧縮機における冷媒の内部循環量を小さく抑えることができ、空調装置の仕事率向上を図ることができる。主弁体３０および副弁体３６の双方にスプール部を設けることにより、図５（Ｂ）に示したように、ソレノイド３への供給電流を変化させたときの主弁７と副弁８との開弁状態の切り替えが滞りなく行える。具体的には、主弁体３０の閉弁タイミングにおいて副弁体３６の開弁動作に停滞（不感帯）を伴うことがなく、副弁８を効率よく開弁させることができる。また、副弁体３６のスプール部を副弁８の閉弁方向に向けて副弁孔３２とのクリアランスを大きくする傾斜形状とすることで、図５に示したように、ソレノイド３への供給電流に対する副弁８の開弁効率を段階的に切り替えることができる。このため、供給電流が比較的小さい主弁７の制御領域において副弁８の開度を漸増させ、主弁７の制御領域外で副弁８を全開状態へ移行させる際に制御を滑らかに接続することができる。また、このような傾きをもたせることにより、例えばブローバイガス等による制御圧力Ｐｃの高まりを抑制し易くなり、容量制御を安定化できる可能性がある。

一方、最小容量運転への移行時には、ソレノイド３への供給電流を下限電流値Ｉ1（変曲点）以下とすることで主弁７を直ちに全開状態とでき、その運転の切り替えを速やかに行うことができる。すなわち、本実施形態によれば、圧縮機の運転効率を高く維持するとともに、運転の切り替えを効率良く行えるようになる。

また、最大容量運転時および最小容量運転時の双方において抽気を増大可能な開閉機構を設けたことで、両運転状態における必要十分な抽気量を確保することができる。その結果、最小容量運転時（外部循環を特に小さくすべきとき）における内部循環を確保しつつ、最大容量運転時（外部循環を特に大きくすべきとき）のブリード機能を高めることができる。このような構成により、圧縮機内に通常設けられる固定オリフィスを省略するか、少なくとも小さくできる。その結果、可変容量運転時における外部循環を確保し易くなり、空調装置の仕事率向上を図ることができる。このことは、圧縮機の駆動源であるエンジンの負荷低減にもつながり、車両の燃費向上を図ることもできる。また、単一の開閉機構を最大容量運転時および最小容量運転時の双方で利用できることから、簡素な構成で上記効果が得られるメリットもある。

（変形例１）
図６は、変形例に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
本変形例では、吸入圧力Ｐｓをソレノイドの内部へ供給するための通路が、第１実施形態のような弁駆動体（各弁体）ではなく、ボディに形成されている。

すなわち、ボディ１０５には、第１実施形態の弁駆動体２９およびシャフト３８に代えて長尺状の作動ロッド１３８が挿通されている。作動ロッド１３８は、その上半部が段階的に縮径しており、その先端がパワーエレメント６の第２ストッパ８４に挿通されている。主弁体１３０は作動ロッド１３８の中間部に一体に設けられ、副弁体１３６は作動ロッド１３８の上端部に固定（圧入）されている。主弁体１３０は、主弁体３０と同様に着脱部とスプール部を有する。

副弁体１３６は、リング状の本体を有し、その本体の下端部に段差形状を有する。副弁体１３６は、その段差部に副弁体３６と同様に着脱部とスプール部を有するが、その説明については省略する。

ボディ１０５には、作動室２３と作動室２８とを連通する連通路１３５が軸線と平行に設けられている。このため、作動室２３の吸入圧力Ｐｓは、常に、その連通路１３５を通って作動室２８ひいてはソレノイド３の内部に導かれる。

本変形例によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本変形例の制御特性は、図５に示した制御特性とほぼ同様であるが、図５（Ｂ）に点線で示される特性（つまり、主弁７が全開状態であっても制御室からの抽気がなされる特性）は有していない。副弁体１３６には、パワーエレメント６の縮小により開放される連通路（図２の連通路９２参照）が設けられていないためである。なお、本変形例の構成においてその連通路を設けてもよいことは言うまでもない。逆に、第１実施形態の構成において連通路９２を省略してもよい。

（変形例２）
図７は、変形例に係る各弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。本図は第１実施形態の図４に対応する。図７（Ａ）〜（Ｅ）の各図の下段は主弁の状態を示し、上段は対応する副弁の状態を示す。図８は、変形例に係る主弁および副弁の開弁特性を示す図である。本図は第１実施形態の図５に対応する。図８（Ａ）は各弁体のストロークと弁開度との関係を示し、図８（Ｂ）はソレノイドへの供給電流値と弁開度との関係を示す。

図７に示すように、本変形例の副弁体１３７は、第１実施形態の副弁体３６とは異なり、着脱部を有していない。スプール部１１３は、副弁体１３７の軸線と平行な円筒部１２０と、下方に向けて外径が小さくなるテーパ部１２２とを有する。すなわち、副弁体１３７は、副弁孔３２に対して開閉動作をするものの、副弁８を全閉状態にはしない。

このような構成により、図７に示した各弁の動作は、図８に示す制御特性として表れる。すなわち、主弁７の特性については第１実施形態と同様である。一方、副弁８の特性については、ソレノイド３への供給電流値がゼロからＩ1（下限電流値）までストロークがゼロであるが、円筒部１２０と副弁孔３２との間のクリアランスを介して冷媒が流れるため、そのクリアランスを第１のオリフィスとして冷媒の流れが許容される（図８（Ｂ）一点鎖線部）。また、吸入圧力Ｐｓが比較的高くなるため、副弁体１３７の連通路９２が開放される。このため、この連通路９２を第２のオリフィスとして冷媒の流れがさらに許容される（図８（Ｂ）点線部）。すなわち、第１実施形態よりも抽気流量を多く得ることができる。

供給電流値が下限電流値Ｉ1を超えると、主弁７が閉弁作動を開始し、供給電流値の増大に伴いストロークが大きくなるにつれてその開度が比例的に小さくなる。一方、副弁８も開弁作動を開始するが、ストロークがＳ1となるまでは、円筒部１２０と副弁孔３２との間のクリアランスが一定であるため、副弁８の開度は変化しない。供給電流値がＩ2を超えると、ストロークがＳ1からＳ2となるまで副弁８の開度が緩やかに増大する。供給電流値がＩ3を超え、ストロークがＳ2を超えると、スプール部１１３が副弁孔３２から抜けることで副弁８の弁開度増大率が大きくなる。それによりブリード効果が発揮される。

供給電流値がＩ4を超え、ストロークがＳ3を超えると、スプール部１０２が主弁孔２０に挿入されることで主弁７のオリフィス効果が発揮される。供給電流値がＩ5を超え、ストロークがＳ4を超えると、主弁７は全閉状態へ向かう。すなわち、供給電流値がＩ6以上となり上限電流値に到るまで主弁７は全閉状態となる。この制御特性においても第１制御領域Ｒ１と第２制御領域Ｒ２とが含まれ、第１制御領域Ｒ１の弁開度増大率が第２制御領域Ｒ２の弁開度増大率よりも小さくなる。本変形例によれば、ソレノイド３のオフ時の副弁８の開度を大きくするという仕様に対応することができる。

（変形例３）
図９は、他の変形例に係る各弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。図９（Ａ）〜（Ｅ）の各図の下段は主弁の状態を示し、上段は対応する副弁の状態を示す。図１０は、変形例に係る主弁および副弁の開弁特性を示す図である。図１０（Ａ）は各弁体のストロークと弁開度との関係を示し、図１０（Ｂ）はソレノイドへの供給電流値と弁開度との関係を示す。図１０（Ｃ）は吸入圧力Ｐｓと弁開度との関係を示す。

図９に示すように、本変形例の副弁体１３９は、着脱部を有していない。スプール部１１４は、副弁体１３９の軸線と平行な円筒部１２４を有するが、第１実施形態のようなテーパ部を有していない。主弁体１３１は、スプール部を有しておらず、その上端部が着脱部１００となっている。

このような構成により、図９に示した各弁の動作は、図１０に示す制御特性として表れる。すなわち、ソレノイド３への供給電流値がゼロから下限電流値Ｉ1までは、ストロークがゼロであり、主弁７が全開状態となる。一方、副弁８の特性については、ソレノイド３への供給電流値がゼロからＩ1までストロークがゼロであるが、スプール部１１４と副弁孔３２との間のクリアランスを介して冷媒が流れるため、そのクリアランスを第１のオリフィスとして冷媒の流れが許容される。また、吸入圧力Ｐｓが比較的高い間は、副弁体１３９の連通路９２が開放される。このため、この連通路９２を第２のオリフィスとして冷媒の流れがさらに許容される（図１０（Ｂ）点線部）。

供給電流値が下限電流値Ｉ1を超えると、主弁７が閉弁作動を開始し、供給電流値の増大に伴いストロークが大きくなるにつれてその開度が比例的に小さくなる。一方、副弁８は開弁作動を開始するが、ストロークがＳ11となるまでは、スプール部１１４と副弁孔３２との間のクリアランスが一定であるため、副弁８の開度は変化しない。供給電流値がＩ2を超え、ストロークがＳ11を超えると、スプール部１１４が副弁孔３２から抜けることで副弁８の弁開度増大率が大きくなる。それによりブリード効果が発揮される。

供給電流値がＩ3以上となり、ストロークがＳ12に達すると、上限電流値に到るまで主弁７は全閉状態となる。一方、主弁７の閉弁作動により吸入圧力Ｐｓが上昇する。この吸入圧力Ｐｓが比較的高くなる間は、副弁体１３９の連通路９２が開放される。それにより、ブリード効果が促進される。この制御特性においては、第１制御領域Ｒ１１における副弁８の弁開度増大率はほぼゼロであり、第２制御領域Ｒ１２において所定の弁開度増大率を有する。本変形例によれば、ブリード時に主弁７が全閉状態となることで制御室からの抽気がより促進され、速やかに最大容量運転へ移行させることができる。

なお、開閉機構の作動有無は、パワーエレメント６が感知する吸入圧力Ｐｓの大きさに基づく。図１０（Ｃ）の横軸は吸入圧力Ｐｓを示し、縦軸は弁開度を示す。同図において、ソレノイド３への供給電流値をＩsol1としたときの主弁７の作動特性を実線、副弁８の作動特性を一点鎖線にて示す。供給電流値をＩsol2としたときの主弁７の作動特性を破線、副弁８の作動特性を二点鎖線にて示す。図中点線が開閉機構の作動特性を示す。Ｉsol2はＩsol1よりも小さい。

図示のように、開閉機構の作動有無は、吸入圧力Ｐｓに依存し、弁ストロークや供給電流値Ｉsolの影響を受けない。一方、主弁７が閉じてから連通路９２が開放されるまでの吸入圧力Ｐｓの圧力差ΔＰ、つまり主弁７が閉じてから連通路９２が閉じ続ける圧力範囲（便宜上「不感帯」ともいう）が確保されているため、主弁７や副弁８の制御中に連通路９２が無用に開放されることはない。

［第２実施形態］
図１１は、第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。

制御弁２０１は、弁本体２０２とソレノイド２０３とを一体に組み付けて構成される。弁本体２０２は、ボディ２０５およびパワーエレメント６等を備えている。制御弁２０１は、一端側からパワーエレメント６、第１副弁８、第２副弁２０８、主弁７、ソレノイド２０３が順に配置される構成を有する。

ボディ２０５には、その上端側からポート１２，ポート１４，ポート１６が設けられている。弁室２４のガイド孔２６とは反対側には、副弁室２２４が設けられている。副弁室２２４は、ポート１４と半径方向に連通している。ガイド孔２６および主弁孔２０を貫通するように弁駆動体２２９が設けられている。弁駆動体２２９は段付円筒状をなし、ガイド孔２６に沿って軸線方向に摺動可能である。

弁駆動体２２９の上半部が縮径し、主弁孔２０を貫通しつつ内外を区画する区画部２３３となっている。弁駆動体２２９の中間部に形成された段部が主弁体２３０を構成し、主弁座２２に着脱して主弁７を開閉する。区画部２３３の上部が上方に向かってテーパ状に拡径し、その上端開口部に副弁座２３４が構成されている。副弁座２３４は、弁駆動体２２９と共に変位する可動弁座として機能する。

ボディ２０５の軸線に沿って長尺状の作動ロッド２３８が設けられている。作動ロッド２３８の上半部は弁駆動体２２９を貫通し、その上部が段階的に縮径されている。その段部に副弁体２３６が圧入されている。作動ロッド２３８の上端部は副弁体２３６を貫通し、パワーエレメント６と作動連結可能となっている。作動ロッド２３８の下端部は、プランジャ５０に連結されている。

作動ロッド２３８の軸線方向中間部にはばね受け２４０が嵌着されている。弁駆動体２２９とばね受け２４０との間には、弁駆動体２２９を主弁７の閉弁方向に付勢するスプリング２４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。主弁７の制御時には、スプリング２４４の弾性力によって弁駆動体２２９とばね受け２４０とが突っ張った状態となり、弁駆動体２２９と作動ロッド２３８とが一体に動作する。

副弁体２３６は、副弁孔３２を貫通するように配置され、弁駆動体２２９と同軸状に対向する。副弁体２３６を軸線方向に貫通するように複数の連通路２３２（「第３通路」として機能する）が設けられている。副弁体２３６の上端部がスプール部２１２となっており、そのスプール部２１２が副弁孔３２に挿抜されることにより第１副弁８が開閉される。また、副弁体２３６が副弁座２３４に着脱することにより第２副弁２０８を開閉する。副弁体２３６と弁駆動体２２９とにより、ソレノイド３への供給電流値の大きさに応じて、主弁７が閉じた状態で連通路２３２を開放する「開閉機構」が構成される。

ソレノイド２０３におけるコア２４６の上端部にはリング状の軸支部材２６０が圧入されており、作動ロッド２３８は、その軸支部材２６０によって軸線方向に摺動可能に支持されている。軸支部材２６０の外周面の所定箇所には、軸線に平行な連通溝が形成されている。このため、作動室２８の吸入圧力Ｐｓが、その連通溝を通ってソレノイド２０３の内部に導かれる。

コア２４６とプランジャ５０との間には、プランジャ５０を主弁７の開弁方向かつ副弁８，２０８の閉弁方向に付勢するスプリング２４２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング２４２は、ソレノイド２０３のオフ時に主弁７を全開させるいわゆるオフばねとして機能する。

図１２は、図１１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
作動ロッド２３８は、副弁体２３６が副弁座２３４に着座した図示の状態においては、ばね受け２４０の上面が弁駆動体２２９の下面から少なくとも所定間隔Ｌをあけて離間するように設定されている。所定間隔Ｌは、いわゆる「遊び」として機能する。

ソレノイド力を大きくすると、作動ロッド２３８を弁駆動体２２９に対して相対変位させて副弁体２３６を押し上げることもできる。それにより、副弁体２３６と副弁座２３４とを離間させて第２副弁２０８を開くことができる。また、ばね受け２４０と弁駆動体２２９とを係合（当接）させた状態でソレノイド力を主弁体２３０に直接的に伝達することができ、主弁体２３０を主弁の閉弁方向に大きな力で押圧することができる。この構成は、弁駆動体２２９とガイド孔２６との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体２３０の作動がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。

本実施形態においては、主弁体２３０の主弁７における有効受圧径Ａ（シール部径）と、副弁体２３６の第１副弁８における有効受圧径Ｂ（シール部径）と、弁駆動体２２９の摺動部径Ｃ（シール部径）とが実質的に等しく設定されている。このため、主弁体２３０と副弁体２３６との結合体（つまり弁駆動体２２９と副弁体２３６との結合体）に作用する吐出圧力Ｐｄ，制御圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。その結果、主弁７の制御状態において、主弁体２３０は、パワーエレメント６が作動室２３にて受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁２０１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能する。

本実施形態では、ベローズ４５の径Ｄを径Ａ，Ｂ，Ｃと等しくしているが、径Ａ，Ｂ，Ｃより大きくしてもよいし、小さくしてもよい。一方、本実施形態では、副弁体２３６の第２副弁２０８におけるシール部径Ｅが、主弁体２３０の主弁７におけるシール部径Ａよりも小さくされ、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁駆動体２２９に対して副弁の開弁方向に作用する。このような受圧構造とスプリング２４４による付勢構造とが、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となったときに副弁を開弁させる「差圧開弁機構」を実現している。

次に、制御弁２０１の動作について説明する。
図１３は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図１２は、最小容量運転時における制御弁の状態を示している。図１３は、最大容量運転時（空調装置の起動時等）にブリード機能を動作させたときの状態を示している。以下では図１１に基づき、適宜図１２，図１３を参照しつつ説明する。

ソレノイド２０３が非通電のときには、コア２４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しない。このため、主弁７が全開状態となり、図１２に示すように、ポート１６に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒が、全開状態の主弁７を通過し、ポート１４から制御室へと流れることになる。このため、制御圧力Ｐｃが上昇し、圧縮機は最小容量運転を行う。このとき、副弁８，２０８は閉弁状態にあるものの、第１副弁８がスプール弁であるため、制御室から吸入室へ所定流量の冷媒のリリーフがなされる。その結果、圧縮機に必要な範囲で冷媒の内部循環を確保することができる。

一方、空調装置の起動時など、ソレノイド２０３に制御電流（起動電流）が供給されると、コア２４６がプランジャ５０を吸引する。このため、作動ロッド２３８が押し上げられる。このとき、スプリング２４４の付勢力により弁駆動体２２９が押し上げられ、図１３に示すように、主弁体２３０が主弁座２２に着座して主弁７を閉じる。一方、作動ロッド２３８が弁駆動体２２９に対して相対変位しつつさらに押し上げられ、作動ロッド２３８が副弁体２３６を押し上げる。その結果、副弁体２３６が副弁座２３４から離間して第２副弁２０８を開く。また、第１副弁８も開弁する。それにより、制御室から吸入室へ所定流量の冷媒のリリーフがなされて制御圧力Ｐｃが低下し、圧縮機は最大容量運転を行う。つまり、ブリード機能が発揮され、圧縮機が速やかに起動する。

こうして吸入圧力Ｐｓが十分に低くなると、パワーエレメント６が伸長して第２副弁２０８を閉じる。このとき、ソレノイド２０３に供給される制御電流を空調の設定温度に応じて小さくすると、弁駆動体２２９とパワーエレメント６とが一体となって作動し、主弁７が所定の開度に設定される。その結果、吐出圧力Ｐｄの冷媒が開度に応じた流量に制御されて制御室に導入され、圧縮機は、制御電流に対応した容量の運転に移行するようになる。

ソレノイド２０３の電磁コイル５４に供給される制御電流が一定の場合、パワーエレメント６が吸入圧力Ｐｓを感知して主弁７の開度を制御する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに近づくようになる。

図１４は、主弁体および副弁体の構造および動作を表す部分拡大断面図である。図１４（Ａ）〜（Ｅ）は、主弁が全開状態から全閉状態となるまでの動作過程を示す。各図の下段は主弁の状態を示し、上段は対応する副弁の状態を示す。図１４（Ａ）の上段は図１２におけるａ部拡大図であり、下段はｂ部拡大図である。図１４（Ｅ）の上段は図１３におけるａ部拡大図であり、下段はｂ部拡大図である。図１５は、主弁および副弁の開弁特性を示す図である。図１５（Ａ）は各弁体のストロークと弁開度との関係を示し、図１５（Ｂ）はソレノイドへの供給電流値と弁開度との関係を示す。図中の実線が主弁７を示し、一点鎖線が副弁（第１副弁８と第２副弁２０８とを合わせたもの）を示す。

図１４に示すように、副弁体２３６は、着脱部を有していない。スプール部２１２は、副弁体２３６の軸線と平行な円筒部２２０と、下方に向けて外径が小さくなるテーパ部２２２とを有する。すなわち、副弁体２３６は、副弁孔３２に対して開閉動作をするものの、第１副弁８を全閉状態にはしない。一方、主弁孔２０は、スプール部を有しておらず、その上端部が着脱部２５０となっている。

このような構成により、図１４に示した各弁の動作は、図１５に示す制御特性として表れる。すなわち、ソレノイド２０３への供給電流値がゼロから下限電流値Ｉ1までは、ストロークがゼロであり、主弁７が全開状態となる。供給電流値がＩ1を超えると、主弁７が閉弁作動を開始し、供給電流値の増大に伴いストロークが大きくなるにつれて、主弁７の開度は比例的に小さくなる。

一方、副弁の特性については、ソレノイド２０３への供給電流値がゼロからＩ1（下限電流値）までストロークがゼロであるが、円筒部２２０と副弁孔３２との間のクリアランスを介して冷媒が流れるため、そのクリアランスを第１のオリフィスとして冷媒の流れが許容される。供給電流値がＩ1を超えると、第１副弁８が開弁作動を開始するが、ストロークがＳ1となるまでは、円筒部２２０と副弁孔３２との間のクリアランスが一定であるため、第１副弁８の開度は変化しない。第２副弁２０８は閉じたままである。供給電流値がＩ2を超えると、ストロークがＳ1からＳ2となるまで第１副弁８の開度が緩やかに増大する。供給電流値がＩ3からＩ4の間は、主弁７が閉じることによりスプリング２４４の付勢力が増大してソレノイド力とバランスするため、副弁の開度は一定のまま保たれる。この区間は容量制御範囲ではないため、実質的に不感帯であっても制御への影響はない。供給電流値がＩ4を超え、ストロークがＳ2を超えると、スプール部２１２が副弁孔３２から完全に抜けるとともに第２副弁２０８が開弁を開始する。その結果、副弁の弁開度増大率が大きくなる。供給電流値が上限電流値に到るまで副弁の開度は拡大される。それによりブリード効果が発揮される。この制御特性においても第１制御領域Ｒ１と第２制御領域Ｒ２とが含まれ、第１制御領域Ｒ１の弁開度増大率が第２制御領域Ｒ２の弁開度増大率よりも小さくなる。

以上に説明したように、本実施形態では、副弁体２３６にスプール部を設けることにより、第１副弁８と第２副弁２０８とを段階的に開弁させることができる。その結果、図１５（Ｂ）に示したように、ソレノイド２０３への供給電流に対する副弁の開弁効率を段階的に切り替えることができる。このため、供給電流が比較的小さい主弁７の制御領域において第１副弁８の開度を漸増させ、主弁７の制御領域外で第１副弁８および第２副弁２０８の開度を大きくすることができる。

［第３実施形態］
図１６は、第３実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。以下では第２実施形態との相異点を中心に説明する。

制御弁３０１は、弁本体３０２とソレノイド３０３とを一体に組み付けて構成される。弁本体３０２は、ボディ３０５およびパワーエレメント６等を備えている。本実施形態では、副弁体３３６がボディ３０５に摺動可能に支持されている。すなわち、副弁孔３２の下部がガイド孔３２６として機能する。

一方、ソレノイド３０３のコア３４６には、第２実施形態のような軸支部材２６０が設けられていない。このため、作動ロッド２３８は、副弁体３３６の位置とプランジャ５０の位置（図１１参照）とで二点支持、つまり上部と下部で二点支持されるようなり、第２実施形態よりも軸線方向に安定に駆動される。

また、弁駆動体３２９の上端部と副弁体３３６の下端部とが互いのテーパ面で着脱するように構成されている。それにより、弁駆動体３２９は、上端部が調心される一方、下半部がガイド孔２６に摺動可能に支持されることで、軸線方向に安定に駆動される。

図１７は、図１６のＧ部拡大図である。図１８は、図１７に示す副弁体３３６およびその周辺を表す矢視断面図である。図１８（Ａ）はＡ−Ａ断面を示し、図１８（Ｂ）はＢ−Ｂ断面を示し、図１８（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面を示す。なお、図１６および図１７には説明の便宜上、図１８（Ａ）のＤ−Ｄ断面が示されている。

図１７に示すように、主弁孔２０の開口端部が二段テーパ形状を有し、上部テーパ３２２により主弁座２２が形成されている。主弁孔２０の軸線に対する角度（テーパ角）について、下部テーパ３２０のテーパ角が上部テーパ３２２のそれよりも小さくされている。それにより、主弁体３３０の主弁座２２からのリフト量に対して、主弁７が緩やかに開弁できるようにしている。

弁駆動体３２９において弁室２４に位置する部分の外周面に、ポート１６から侵入した異物を受け止めるための段差部３３３（所定深さの凹部）が周設されている。これにより、ポート１６を介して導入された冷媒に異物が含まれていたとしても、その異物を弁駆動体３２９の段差部３３３によって一旦受け止めた後に主弁孔２０に導くことが可能になる。それにより、弁駆動体３２９の壁面に沿って流れる異物が主弁座２２に直接衝突し難くなり、主弁座２２におけるエロージョンの発生を防止又は抑制できる。

副弁体３３６は、ガイド孔３２６に摺動可能に支持される本体３１０を有する。本体３１０の外径は、スプール部２１２の外径よりも大きい。本体３１０とスプール部２１２との間に小径の縮径部３１２が形成されている。

図１８（Ａ）に示すように、連通路２３２は、作動ロッド２３８の周囲に９０度おきに設けられている。図１８（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、本体３１０の周囲４か所には、いわゆるＤカットによる軸線に平行な切欠き３１４が施されている。切欠き３１４は、縮径部３１２に差し掛かるように設けられており、それにより、副弁孔３２と副弁室２２４とを常に連通させる連通路３１６が形成されている。

図１７に戻り、副弁体３３６の下端部は、下方に向けて外径を小さくするテーパ形状とされている。本実施形態では、このテーパ面が、所定の曲率を有する球状面（曲面）となっており、弁駆動体３２９のテーパ状の副弁座３３４に対して線接触状態にて着座する。それにより、第２副弁２０８（第３弁）の閉弁時においては、弁駆動体３２９と副弁体３３６とが一体となって安定に駆動される。副弁体３３６と弁駆動体３２９とにより、ソレノイド３０３への供給電流値の大きさに応じて、主弁７が閉じた状態で連通路２３２を開放する「開閉機構」が構成される。

図１９は、主弁および副弁（第１副弁および第２副弁）の動作を表す部分拡大断面図である。図１９（Ａ）〜（Ｅ）は、主弁が全開状態から全閉状態となり、副弁が開弁されるまでの動作過程を示す。各図の下段は主弁の状態を示し、上段は対応する第１副弁の状態を示し、中段は対応する第２副弁の状態を示す。図１９（Ａ）の上段は図１７におけるａ部拡大図であり、中段はｃ部拡大図であり、下段はｂ部拡大図である。図２０は、主弁および副弁の開弁特性を示す図である。図２０（Ａ）は各弁体のストロークと弁開度との関係を示し、図２０（Ｂ）はソレノイドへの供給電流値と弁開度との関係を示す。図中の実線が主弁７を示し、一点鎖線が副弁（第１副弁８と第２副弁２０８とを合わせたもの）を示す。

上述した構成により、図１９に示した各弁の動作は、図２０に示す制御特性として表れる。この制御特性は、第２実施形態のそれと概ね同様の傾向を有するが、下部テーパ３２０を設けたことにより、主弁７の開度が相対的に小さくなっている。本実施形態においても、ソレノイド３０３への供給電流に対する副弁の開弁効率を段階的に切り替えることができる。このため、供給電流が比較的小さい主弁７の制御領域において第１副弁８の開度を漸増させ、主弁７の制御領域外で第１副弁８および第２副弁２０８の開度を大きくすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では述べなかったが、主弁のスプール部によるオリフィス機能発揮時の開度（開口面積）を、副弁のスプール部によるオリフィス機能発揮時の開度の７０％以下、より好ましくは５０％以下とするのがよい。

上記実施形態では、吐出室から制御室へ流れる冷媒の流量を制御するいわゆる入れ制御をメインとした構成を示したが、制御室から吸入室へ流れる冷媒の流量を制御するいわゆる抜き制御をメインとした構成としてもよい。あるいは、入れ制御および抜き制御の双方を適切に制御する構成としてもよい。

上記実施形態では、制御弁として、吸入圧力Ｐｓを直接感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁を例示した。変形例においては、被感知圧力として制御圧力Ｐｃを感知して動作するいわゆるＰｃ感知弁としてもよい。

上記実施形態では、スプリング４２，４４，２４２，２４４等に関し、付勢部材（弾性体）としてスプリングを例示したが、ゴムや樹脂等の弾性材料を採用してもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では述べなかったが、圧縮機の起動性を改善するという課題を解決するために、以下のような制御弁を構成してもよい。すなわち、
吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁であって、
前記吐出室と前記制御室とを連通させる第１通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる第２通路と、前記第１通路に設けられた第１弁孔と、前記第２通路に設けられた第２弁孔とを有するボディと、
前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する第１弁体と、
前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する第２弁体と、
供給電流値に応じた各弁体の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
前記ソレノイドの駆動力を各弁体に伝達するための作動ロッドと、
前記吸入室の圧力又は前記制御室の圧力を感知し、その感知した圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、
前記第２通路とは別に前記制御室と前記吸入室とを連通可能な連通路を、前記感圧部が感知した圧力の大きさに応じて開閉する開閉機構と、
を備えることを特徴とする制御弁。

前記開閉機構は、前記連通路が形成された可動体と前記感圧部の感圧体とを作動連結又は連結解除することにより前記連通路を開閉するものでもよい。前記可動体は、前記第２弁体であってもよいし、前記作動ロッドであってもよい。
前記第２弁体と

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、３ ソレノイド、５ ボディ、６ パワーエレメント、７ 主弁、８ 副弁、１２ ポート、１４ ポート、１６ ポート、２０ 主弁孔、２９ 弁駆動体、３０ 主弁体、３２ 副弁孔、３６ 副弁体、３８ シャフト、４２ スプリング、９０ 連通路、９２ 連通路、１００ 着脱部、１０２ スプール部、１０５ ボディ、１１０ 着脱部、１１２ スプール部、１１３ スプール部、１２０ 円筒部、１２２ テーパ部、１３０ 主弁体、１３５ 連通路、１３６ 副弁体、１３７ 副弁体、１３８ 作動ロッド、２０１ 制御弁、２０３ ソレノイド、２０５ ボディ、２０８ 第２副弁、２１２ スプール部、２２０ 円筒部、２２２ テーパ部、２２９ 弁駆動体、２３０ 主弁体、２３２ 連通路、２３６ 副弁体、２３８ 作動ロッド、２４２ スプリング、２５０ 着脱部、２５２ スプール部、 ３０１ 制御弁、３０３ ソレノイド、３０５ ボディ、３１０ 本体、３１４ 切欠き、３１６ 連通路、３２０ 下部テーパ、３２２ 上部テーパ、３２９ 弁駆動体、３３０ 主弁体、３３４ 副弁座、３３６ 副弁体。

Claims (8)

1. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁であって、
   前記吐出室と前記制御室との間に配置され、前記吐出室から前記制御室へ流れる冷媒の流量を制御する第１弁と、
   前記制御室と前記吸入室との間に互いに並列に配置され、前記制御室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する第２弁および第３弁と、
   供給電流値に応じた前記第１弁の閉弁方向かつ前記第２弁の開弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記吸入室の圧力又は前記制御室の圧力を被感知圧力として感知し、その被感知圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、
   を備え、
   前記第１弁の開度が変化する制御領域において、前記第２弁が開弁状態となる一方、前記第３弁が閉弁状態に保たれ、
   前記第１弁が閉じた状態領域において、前記第２弁が開弁状態に保たれ、前記被感知圧力の大きさに応じて前記第３弁が開弁可能となることを特徴とする制御弁。
2. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁であって、
   前記吐出室と前記制御室との間に配置され、前記吐出室から前記制御室へ流れる冷媒の流量を制御する第１弁と、
   前記制御室と前記吸入室との間に互いに並列に配置され、前記制御室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する第２弁および第３弁と、
   供給電流値に応じた前記第１弁の閉弁方向かつ前記第２弁の開弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記吸入室の圧力又は前記制御室の圧力を被感知圧力として感知し、その被感知圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、
   を備え、
   前記吐出室と前記制御室とを連通させる第１通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる第２通路と、前記第２通路と並列に前記制御室と前記吸入室とを連通させる第３通路と、を有するボディと、
   前記第１通路に設けられた第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する第１弁体と、
   前記第２通路に設けられた第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する第２弁体と、
   前記第３通路に設けられた第３弁孔に接離して前記第３弁の開度を調整する第３弁体と、
   前記ソレノイドの駆動力を少なくとも前記第１弁体および前記第２弁体に伝達するための作動ロッドと、
   を備えることを特徴とする制御弁。
3. 前記作動ロッドが、前記第２弁体および前記第３弁体の双方と一体に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
4. 前記作動ロッドが、前記第２弁体と一体に設けられ、
   前記感圧部が、前記第３弁体と一体に設けられ、前記作動ロッドと作動連結および連結解除可能であることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
5. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁であって、
   前記吐出室と前記制御室とを連通させる第１通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる第２通路と、を有するボディと、
   前記第１通路に設けられた第１弁孔に接離して前記第１通路の開度を調整する第１弁体と、
   前記第２通路に設けられた第２弁孔に接離して前記第２通路の開度を調整する第２弁体と、
   供給電流値に応じた各弁体の開閉方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記ソレノイドの駆動力を各弁体に伝達するための作動ロッドと、
   前記吸入室の圧力又は前記制御室の圧力を感知し、その感知した圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、
   前記第２通路とは別に前記制御室と前記吸入室とを連通可能な連通路を、前記感圧部が感知した圧力の大きさに応じて開閉する開閉機構と、
   を備えることを特徴とする制御弁。
6. 前記開閉機構は、前記連通路が形成された可動体と前記感圧部の感圧体とを作動連結又は連結解除することにより前記連通路を開閉することを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
7. 吸入室、吐出室および制御室を有し、前記制御室の圧力を調整することにより吐出容量が可変となる可変容量圧縮機に適用される制御弁であって、
   前記吐出室と前記制御室とを連通させる主通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる副通路と、を有するボディと、
   前記主通路に設けられ、前記吐出室から前記制御室への冷媒の流量を制御する主弁と、
   前記副通路に設けられ、前記制御室から前記吸入室への冷媒の流量を制御する副弁と、
   供給電流値に応じた前記主弁の閉弁方向かつ前記副弁の開弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記吸入室の圧力又は前記制御室の圧力を被感知圧力として感知し、その被感知圧力の大きさに応じて前記ソレノイドの駆動力への対抗力を発生する感圧部と、
   を備え、
   前記主弁が開弁状態から閉弁方向に動作する過程で前記副弁の開度が増大する第１制御領域と、前記主弁の閉弁後に前記被感知圧力の大きさに応じて前記副弁の開度がさらに増大する第２制御領域とを含み、前記第２制御領域の弁開度増大率が前記第１制御領域の弁開度増大率よりも大きい制御特性を有することを特徴とする制御弁。
8. 前記副弁が、前記副通路に互いに並列に配置され、前記制御室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する第１副弁および第２副弁を含み、
   前記第１制御領域において、前記第１副弁が開弁状態となる一方、前記第２副弁が閉弁状態に保たれ、
   前記第２制御領域において、前記第１副弁および前記第２副弁の双方が開弁状態となることを特徴とする請求項７に記載の制御弁。

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