JP7212353B2 - 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。圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸を有する。その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、圧縮機の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。この制御室の圧力（以下「制御圧力」という）は、圧縮機の吐出室と制御室との間、又は制御室と吸入室との間に設けられた制御弁（電磁弁）により制御される。

このような制御弁として、吸入室の圧力（以下「吸入圧力」という）に応じて弁部の開度を調整することにより、制御圧力を制御するものがある。この制御弁は、弁部を開閉する弁体と、ソレノイドの駆動力を弁体に伝達する作動ロッドと、吸入圧力の大きさに応じてソレノイドへの対抗力を発生する感圧部を備え、吸入圧力が設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。感圧部は、吸入圧力に応じて軸線方向に伸縮するベローズを含む。一般に、吸入圧力は蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を一定に保持することにより、空調装置の吹き出し温度を一定にすることができる。

このような制御弁では、作動ロッドが弁体を貫通して感圧部に同軸状に接続されることで、ソレノイドの駆動力と感圧部の対抗力とを軸線方向にバランスさせ、弁体を設定圧力に対応したリフト量に保持できる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７－８９８３２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、感圧部の自由端を作動ロッドの先端のみで支持することになる。このため、圧縮機の駆動時の振動等によってその当接状態が不安定となり、両者の軸線がずれて軸線方向の力のバランスがとり難くなるなど、作動安定性の面から改善の余地があった。

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、吸入圧力感知式の可変容量圧縮機用制御弁において、その作動安定性を向上させることにある。

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、制御室に連通する第１圧力室と、吸入室に連通する第２圧力室と、第１圧力室と第２圧力室との間に設けられたガイド孔とを有するボディと、ガイド孔に摺動可能に支持され、第１圧力室と第２圧力室とを連通させる連通路を開閉する弁体と、供給電流値に応じた軸線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弁体に伝達する作動ロッドと、第２圧力室に設けられ、第２圧力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。

感圧部は、ボディに支持されるベース部材と、ベース部材を基端として軸線方向に伸縮可能なベローズと、ベローズの先端に設けられ、弁体と軸線方向に当接することにより作動連結可能な連結部材と、を含む。連結部材は、作動ロッドの先端部を軸線方向に受け入れる凹状嵌合部を有する。作動ロッドは、弁体を軸線方向に貫通する。弁体は、作動ロッドを貫通させる挿通孔と、挿通孔の周囲に設けられ、弁体を軸線方向に貫通する連通孔と、連結部材との対向面に凹設されて径方向外向きに開放され、連通孔が開口する溝部と、を有する。弁体が連結部材と当接した状態において、溝部と連結部材との間の空間が、連通孔とともに連通路を形成する。

この態様によると、弁体が連結部材と作動連結される。弁体は、連結部材との対向面の溝部を除く領域にて連結部材と当接する。それにより、弁体が作動ロッドの周囲で連結部材を支持する構造となるため、弁体と感圧部との連結状態が安定化する。また、両者の作動連結状態において、弁体の溝部と連結部材との間に常に連通路が形成されるため、弁部の開度に応じた冷媒の流れを確保できる。その結果、制御弁の作動安定性が向上する。

本発明の別の態様は、吸入室、吐出室および制御室を有し、制御弁により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である。制御弁は、制御室に連通する第１圧力室と、吸入室に連通する第２圧力室と、第１圧力室と第２圧力室との間に設けられたガイド孔とを有するボディと、ガイド孔に摺動可能に支持され、第１圧力室と第２圧力室とを連通させる連通路を開閉する弁体と、供給電流値に応じた軸線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弁体に伝達する作動ロッドと、第２圧力室に設けられ、第２圧力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。

感圧部は、ボディに支持されるベース部材と、ベース部材を基端として軸線方向に伸縮可能なベローズと、ベローズの先端に設けられ、弁体と軸線方向に当接することにより作動連結可能な連結部材と、を含む。連結部材は、作動ロッドの先端部を軸線方向に受け入れる凹状嵌合部を有する。作動ロッドは、弁体を軸線方向に貫通する。弁体は、作動ロッドを貫通させる挿通孔と、挿通孔の周囲に設けられ、弁体を軸線方向に貫通する連通孔と、連結部材との対向面に凹設されて径方向外向きに開放され、連通孔が開口する溝部と、を有する。弁体が連結部材と当接した状態において、溝部と連結部材との間の空間が、連通孔とともに連通路を形成する。

この態様によると、可変容量圧縮機の制御弁において、弁体が連結部材と作動連結される。弁体は、連結部材との対向面の溝部を除く領域にて連結部材と当接する。それにより、弁体が作動ロッドの周囲で連結部材を支持する構造となるため、弁体と感圧部との連結状態が安定化する。また、両者の作動連結状態において、弁体の溝部と連結部材との間に常に連通路が形成されるため、弁部の開度に応じた冷媒の流れを確保できる。その結果、制御弁ひいては圧縮機の作動安定性が向上する。

本発明によれば、吸入圧力感知式の可変容量圧縮機用制御弁において、その作動安定性を向上させることができる。

実施形態に係る圧縮機を含む冷凍サイクルを概略的に表す図である。 制御弁の構成を示す断面図である。 図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。 副弁体の構造を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。

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。

図１は、実施形態に係る圧縮機を含む冷凍サイクルを概略的に表す図である。
圧縮機１００は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される。圧縮機１００は、その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１１１にて凝縮され、さらに膨張装置１１３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１１５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１１５で蒸発された冷媒は、再び圧縮機１００へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機１００は、そのハウジング内に冷媒を圧縮するための機構のほか、冷媒の吐出容量を制御する制御弁１を備える。

圧縮機１００のハウジングは、シリンダブロック１０２と、シリンダブロック１０２の前端側に接合されたフロントハウジング１０４と、シリンダブロック１０２の後端側に接合されたリアハウジング１０６とを組み付けて構成される。シリンダブロック１０２とリアハウジング１０６との間にはバルブプレート１０８が介装されている。シリンダブロック１０２は、その軸線周りに複数のシリンダ１１０を有する。シリンダブロック１０２とフロントハウジング１０４とに囲まれた空間に制御室１１２が形成されている。

リアハウジング１０６の内部に吸入室１１４、吐出室１１６および取付孔１１８が区画形成されている。リアハウジング１０６には、また、蒸発器１１５側から吸入室１１４に冷媒を導入する冷媒入口１２０、吐出室１１６から凝縮器１１１側へ吐出冷媒を導出する冷媒出口１２２、吸入室１１４と取付孔１１８とを連通させる連通路１２４、制御室１１２と取付孔１１８とを連通させる連通路１２６、吐出室１１６と取付孔１１８とを連通させる連通路１２８が設けられている。

制御室１１２には、その中心を貫通するように回転軸１３０が配置されている。回転軸１３０は、シリンダブロック１０２に設けられた軸受１３２と、フロントハウジング１０４に設けられた軸受１３４とによって回転自在に支持されている。回転軸１３０にはラグプレート１３６が固定されており、ラグプレート１３６に突設された支持アーム１３８等を介して斜板１４０が支持されている。

斜板１４０は、回転軸１３０の軸線に対して傾動可能となっており、複数のシリンダ１１０に摺動自在に配置されたピストン１４２にシュー１４４を介して連結されている。回転軸１３０は、その前端部分がフロントハウジング１０４を貫通して外部に延出しており、その先端部分にはブラケット１４６が螺着されている。また、回転軸１３０とフロントハウジング１０４との前端部分の隙間を外側からシールするようにリップシール１４８が設けられている。リップシール１４８は、回転軸１３０の周面に摺接しつつ、その周面に沿った冷媒ガスの漏洩を防止している。

フロントハウジング１０４の前端部分には軸受１５０が設けられ、プーリ１５２が回転自在に支持されている。プーリ１５２は、エンジンの駆動力をブラケット１４６を介して回転軸１３０に伝達する。

吸入室１１４は、バルブプレート１０８に設けられた吸入用リリーフ弁１５４を介してシリンダ１１０に連通する一方、冷媒入口１２０を介して蒸発器１１５の出口にも連通している。吐出室１１６は、バルブプレート１０８に設けられた吐出用リリーフ弁１５６を介してシリンダ１１０に連通する一方、冷媒出口１２２を介して凝縮器１１１の入口にも連通している。なお、制御室１１２と吸入室１１４とを連通する図示しない冷媒通路には、断面積が固定されたオリフィスが配設されており、制御室１１２から吸入室１１４へ予め設定した最低流量の冷媒の流れを許容している。

斜板１４０の角度は、制御室１１２内でその斜板１４０を付勢するスプリング１５７、１５８の荷重や、斜板１４０につながるピストン１４２の両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この斜板１４０の角度は、制御室１１２内に吐出冷媒の一部を導入して制御圧力Ｐｃを変化させ、ピストン１４２の両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変化させることができる。この斜板１４０の角度の変化によってピストン１４２のストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量が調整される。制御室１１２内の圧力は、制御弁１により制御される。

以上のように構成された圧縮機１００は、蒸発器１１５側から吸入室１１４に導入された冷媒ガスをシリンダ１１０に導入して圧縮し、吐出室１１６から凝縮器１１１側へ高温・高圧の冷媒を吐出する。その吐出冷媒の一部は、制御弁１を介して制御室１１２内に導入され、圧縮機１００の容量制御に供される。

圧縮機１００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１００内を循環させるための内部循環路が形成される。圧縮機１００のシリンダ１１０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１１０とピストン１４２とのクリアランスを通って制御室１１２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１１２はクランク室からなる。

図２は、制御弁１の構成を示す断面図である。
制御弁１は、圧縮機１００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１１６から制御室１１２に導入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、圧縮機１００の運転時に吐出冷媒の一部を制御室１１２へ導入するための冷媒通路（主通路９）を開閉する主弁７と、圧縮機１００の起動時に制御室１１２の冷媒を吸入室１１４へ逃がすための冷媒通路（副通路１０）を開閉する副弁８を含む。副弁８は、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の駆動力（「ソレノイド力」ともいう）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１００の吸入室１１４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１００の制御室１１２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１００の吐出室１１６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９と、ポート１４とポート１２とを連通させる副通路１０とが形成されている。主通路９に主弁７が設けられ、副通路１０に副弁８が設けられている。主通路９は「給気通路」として機能し、主弁７は「給気弁」として機能する。副通路１０は「抽気通路」として機能し、副弁８は「抽気弁」として機能する。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９には主弁孔２０と主弁座２２が設けられる。副通路１０には副弁座３４が設けられる。

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１１４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１１６から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１６と主弁孔２０との間には主弁室２４が設けられ、主弁７が配置されている。ポート１４は、圧縮機１００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１１２へ向けて導出する一方、圧縮機１００の起動時には制御室１１２から排出された制御圧力Ｐｃの冷媒を導入する。ポート１４と主弁孔２０との間には副弁室２６が設けられ、副弁８が配置されている。ポート１２は、圧縮機１００の定常動作時に吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する一方、圧縮機１００の起動時には副弁８を経由して吸入圧力Ｐｓとなった冷媒を吸入室１１４へ向けて導出する。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。

主弁７の開弁時には、ポート１６が吐出室１１６からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能し、ポート１４が制御室１１２へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。一方、副弁８の開弁時には、ポート１４が制御室１１２からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能し、ポート１２が吸入室１１４へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。ポート１４は、主弁７および副弁８の開閉状態に応じて冷媒を導入又は導出する「導入出ポート」として機能する。

副弁室２６が「第１圧力室」として機能し、作動室２３が「第２圧力室」として機能する。主弁室２４は「第３圧力室」として機能する。副通路１０は、副弁室２６と作動室２３とを連通させる「第１の連通路」として機能する。主通路９は、主弁室２４と副弁室２６とを連通させる「第２の連通路」として機能する。

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。

主弁室２４と副弁室２６との間に主弁孔２０が設けられ、その下端開口端部に主弁座２２が形成されている。副弁室２６と作動室２３との間にはガイド孔２５（第１ガイド孔）が設けられている。主弁室２４と作動室２８との間にはガイド孔２７（第２ガイド孔）が設けられている。ガイド孔２７には、弁駆動体２９が摺動可能に挿通されている。

弁駆動体２９は、段付円筒状をなし、その上半部が縮径して主弁孔２０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を構成する。主弁体３０が主弁室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１１６から制御室１１２へ流れる冷媒流量を調整する。区画部３３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３４が構成されている。副弁座３４は、弁駆動体２９と共に変位する可動弁座として機能する。なお、本実施形態では、弁駆動体２９と主弁体３０とを区別しているが、弁駆動体２９の全体を「主弁体」として捉えてもよい。

一方、ガイド孔２５には、副弁体３６が摺動可能に挿通されている。副弁体３６は円筒状をなし、軸線の周囲に複数の連通孔３２を有する。これらの連通孔３２は、副通路１０の一部を構成し、副弁８の開弁により副弁室２６と作動室２３とを連通させる。副弁体３６と副弁座３４とは軸線方向に対向配置されている。副弁体３６が副弁室２６にて副弁座３４に着脱することにより副弁８を開閉する。

また、ボディ５の軸線に沿って長尺状の作動ロッド３８が設けられている。作動ロッド３８は、副弁体３６を貫通してパワーエレメント６側に延びている。作動ロッド３８の下端部は、ソレノイド３の後述するプランジャ５０に連結されている。作動ロッド３８の上半部は弁駆動体２９を貫通し、その上部が縮径されている。その縮径部には副弁体３６が外挿され、圧入により固定されている。その縮径部の先端がパワーエレメント６側に延びている。

作動ロッド３８の軸線方向中間部にはリング状のばね受け４０が嵌着され、支持されている。弁駆動体２９とばね受け４０との間には、弁駆動体２９を主弁７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。主弁７の制御時には、スプリング４２の弾性力によって弁駆動体２９とばね受け４０とが突っ張った状態となり、主弁体３０と作動ロッド３８とが一体に動作する。

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への対抗力を発生させる。この対抗力は、副弁体３６を介して主弁体３０にも伝達される。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１１２から吸入室１１４への冷媒のリリーフが遮断される。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１１２から吸入室１１４への冷媒のリリーフが許容される。

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。なお、コア４６、ケース５６およびカラー６０がヨークを構成する。また、ボディ５、端部材１３、コア４６、ケース５６および端部材５８が制御弁１全体のボディを形成している。

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と弁駆動体２９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、作動ロッド３８が挿通されている。作動室２８は、弁駆動体２９および副弁体３６のそれぞれ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、作動ロッド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。

コア４６とプランジャ５０との間には、両者を互いに離間させる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。スプリング４４は、ソレノイド３のオフ時に主弁７を開弁させるいわゆるオフばねとして機能する。作動ロッド３８は、副弁体３６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。作動ロッド３８は、その上部が副弁体３６に圧入され、下端部がプランジャ５０の上部に圧入されている。これら作動ロッド３８、副弁体３６およびプランジャ５０は、主弁７の制御時において弁駆動体２９と一体変位する「可動部材」を構成する。

作動ロッド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、主弁体３０および副弁体３６に適宜伝達する。一方、作動ロッド３８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１００の起動時には、ソレノイド力の大きさに応じて作動ロッド３８がスプリング４４の付勢力に抗して変位し、主弁７を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁８を開弁させる。また、主弁７の制御中であっても、吸入圧力Ｐｓが相当高まると、作動ロッド３８がベローズ４５の付勢力に抗して変位し、主弁７を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁８を開弁させる。それによりブリード機能を発揮させる。

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、図示のようにプランジャ５０が下死点に位置しても、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３は、図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。図４は、副弁体３６の構造を表す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ矢視断面図である。
図３に示すように、弁駆動体２９のガイド孔２７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。ばね受け４０は、いわゆるＥリングからなり、作動ロッド３８の中間部に形成された環状溝に嵌合するようにして支持され、作動室２８内に配置されている。

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。第１ストッパ８２は「ベース部材」として機能し、第２ストッパ８４は「連結部材」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、ベローズ４５の基端（固定端）として機能する。第２ストッパ８４は、ベローズ４５の伸縮とともに軸線方向に変位し、ベローズ４５の自由端として機能する。第２ストッパ８４は、副弁体３６と軸線方向に当接することにより、作動ロッド３８と作動連結される。

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、その開口端部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。第２ストッパ８４の円筒部は凹状嵌合部８７となっている。ベローズ４５の上端開口部が第１ストッパ８２のフランジ部８６に気密に溶接され、下端開口部が第２ストッパ８４のフランジ部８６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となっている。ベローズ４５の内方には、第１ストッパ８２と第２ストッパ８４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。

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。作動ロッド３８の上端部が第２ストッパ８４の凹状嵌合部８７に同軸状に挿通（遊嵌）されている。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７および副弁８の開閉方向）に伸長または収縮する。ベローズ４５の伸長に応じて副弁体３６の閉弁方向かつ主弁体３０の開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。

図４（Ａ）に示すように、副弁体３６は、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔４３を有する。挿通孔４３の周囲に４つの連通孔３２が設けられている。これらの連通孔３２は、副弁体３６の軸線を中心に９０度おきに配置され、副弁体３６を軸線方向に貫通している。副弁体３６の上面（第２ストッパ８４との対向面）には、十字状の溝部９２が凹設されている。溝部９２は、径方向外向きに四方に開放されている。溝部９２の底面の中心に挿通孔４３が開口している。四方に延びる各底面に連通孔３２が開口している。

副弁体３６の上面において溝部９２を除く残余の部分が、第２ストッパ８４との当接面９０となる。これらの当接面９０は、挿通孔４３から径方向に離隔した４つの領域に分布しており、本実施形態では副弁体３６の周縁部に沿って配置されている。これらの当接面９０は、第２ストッパ８４をその中心から等距離にある４点にて安定に支持する。図４（Ｂ）に示すように、副弁体３６の外周面（ガイド孔２５との摺動面）にはラビリンスシール７５が設けられている。

図３に戻り、副弁体３６は、作動ロッド３８の縮径部の基端である段部７９に係止されることにより、作動ロッド３８に対する位置決めがなされている。ソレノイド３がオフからオンにされたときに、副弁体３６が第２ストッパ８４に当接することにより、副弁体３６とパワーエレメント６とが作動連結される。主弁７の開弁時においては、スプリング４２の付勢力により弁駆動体２９が副弁体３６に押し付けられるため、パワーエレメント６の駆動力が主弁体３０にも伝達される。

第２ストッパ８４の凹状嵌合部８７は、作動ロッド３８の先端部を同軸状に受け入れる。ただし、副弁体３６の当接面９０が第２ストッパ８４のフランジ部８６に係止されることで、作動ロッド３８の先端が第２ストッパ８４の底部には突き当らない構成とされている。言い換えれば、作動ロッド３８の上端部を第２ストッパ８４に対して突き当てない長さに設定（あるいは、凹状嵌合部８７の深さを設定）することで、パワーエレメント６と副弁体３６との当接を確保している。

副弁体３６は、その当接面９０とフランジ部８６とが当接するため、第２ストッパ８４を軸線方向に安定に支持できる。すなわち、副弁体３６が第２ストッパ８４の軸線から離れた複数箇所で第２ストッパ８４と面接触態様で当接するため、第２ストッパ８４のバタつきを防止できる。それにより、ベローズ４５の横振れを防止できる。一方、ソレノイド３がオンからオフにされることで副弁体３６が第２ストッパ８４から離間したとしても、作動ロッド３８が第２ストッパ８４の軸芯となり、ベローズ４５の横振れを防止又は抑制することができる。吸入圧力Ｐｓが高くなることでベローズ４５が縮小し、第２ストッパ８４が副弁体３６から離間したときも同様である。このような構成により、ベローズ４５の耐久性を向上できる。

また、副弁体３６と第２ストッパ８４とが当接した状態においても、溝部９２と第２ストッパ８４との間の空間が、複数の連通孔３２とともに副通路１０を形成する。すなわち、両者の作動連結状態において常に副通路１０が形成されるため、副弁８の開度に応じた冷媒の流れを確保できる。その結果、制御弁１の作動安定性を維持できる。

なお、作動ロッド３８は、副弁体３６が副弁座３４に着座した図示の状態においては、ばね受け４０の上面が弁駆動体２９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、段部７９の位置が設定されている。間隔Ｌは、いわゆる「遊び」として機能する。

主弁室２４は、ボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、主弁７とポート１６との間には比較的大きな空間が形成され、主弁７を開弁させたときに主通路９を流れる冷媒の流量を十分に確保できる。同様に、副弁室２６もボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、副弁８とポート１４との間にも比較的大きな空間が形成される。図示のように、弁駆動体２９の上端と副弁体３６の下端との着脱部が、副弁室２６の中間部に位置する。つまり、副弁座３４が常に副弁室２６に位置するよう主弁体３０の可動範囲が設定され、副弁室２６にて副弁８が開閉される。このため、副弁８を開弁させたときに副通路１０を流れる冷媒の流量を十分に確保できる。つまり、ブリード機能を効果的に発揮できる。

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（Pulse Width Modulation ）方式が採用される。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５は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図３は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図５は、制御弁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２に基づき、適宜図３および図５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、つまり自動車用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４４の付勢力が、プランジャ５０、作動ロッド３８および副弁体３６を介して弁駆動体２９に伝達される。その結果、図３に示すように、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、副弁８は閉弁状態を維持する。副弁体３６は、第２ストッパ８４から離間する。

一方、自動車用空調装置の起動時にソレノイド３の電磁コイル５４に起動電流が供給されると、図５に示すように、吸入圧力Ｐｓがその供給電流値により定まる開弁圧力（「副弁開弁圧力」ともいう）よりも高ければ、副弁８が開弁する。すなわち、ソレノイド力がスプリング４２の付勢力に打ち勝ち、副弁体３６が一体的に押し上げられる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁８が開かれ、ブリード機能が有効に発揮される。この動作過程で主弁体３０がスプリング４２の付勢力により押し上げられ、主弁座２２に着座する。その結果、主弁７は閉弁状態となる。すなわち、主弁７が閉じて制御室１１２への吐出冷媒の導入を規制した後、副弁８が開いて制御室１１２内の冷媒を吸入室１１４に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機１００を速やかに起動させることができる。なお、「副弁開弁圧力」については、車両がおかれる環境下に応じて後述する設定圧力Ｐsetが変化されると、それに応じて変化する。

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、副弁体３６が副弁座３４に着座し、副弁８は閉弁状態を維持する。一方、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ４５が伸長し、主弁体３０が動作して主弁７の開度を調整する。このとき、主弁体３０は、スプリング４４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。このとき、上述したように、パワーエレメント６が副弁体３６により安定に支持される。

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１００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１００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４４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、基本的に副弁体３６は副弁座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１００の吐出室１１６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１１２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１００は最小容量運転を行うようになる。

以上に説明したように、本実施形態では、副弁体３６が第２ストッパ８４と作動連結される。副弁体３６は、上面の溝部９２を除く領域にて面接触態様で第２ストッパ８４と当接する。副弁体３６が作動ロッド３８周囲の比較的広い領域において第２ストッパ８４を複数点て支持するため、副弁体３６とパワーエレメント６との連結状態が安定する。また、両者の作動連結状態において、副弁体３６の溝部９２と第２ストッパ８４との間に常に副通路１０が形成されるため、副弁８の開度に応じた冷媒の流れを確保できる。その結果、制御弁１の作動安定性が向上する。

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、図４（Ａ）に示したように、溝部９２が挿通孔４３の開口端に連通する、つまり挿通孔４３が溝部９２に開口する構成を例示した。変形例においては、溝部９２が挿通孔４３まで延びていない、つまり挿通孔４３は溝部９２に開口しない構成としてもよい。また、上記実施形態では、連通孔３２が溝部９２の底面に開口する例を示したが、溝部９２の側面に開口してもよい。あるいは、連通孔３２が溝部９２の底面および側面に跨るように開口してもよい。

上記実施形態では、溝部９２を十字状に形成した例を示したが、その他の形状に成形してもよいことは言うまでもない。連通孔３２や当接面９０の数についても、図示のものに限られないことはもちろんである。

上記実施形態では、当接面９０を副弁体３６の周縁部に沿って設ける例を示したが、例えば周縁については面取りを施すなど、当接面を形成しない構成としてもよい。ただし、複数の当接面を連結部材の中心（軸線）からより離れた位置にバランス良く（均等に）設けるほうが、連結部材を安定に支持できる。

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、２ 弁本体、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、９ 主通路、１０ 副通路、１２ ポート、１３ 端部材、１４ ポート、１６ ポート、２０ 主弁孔、２２ 主弁座、２３ 作動室、２４ 主弁室、２５ ガイド孔、２６ 副弁室、２７ ガイド孔、２８ 作動室、２９ 弁駆動体、３０ 主弁体、３２ 連通孔、３４ 副弁座、３６ 副弁体、３８ 作動ロッド、４３ 挿通孔、４５ ベローズ、４６ コア、５０ プランジャ、８２ 第１ストッパ、８４ 第２ストッパ、８６ フランジ部、８７ 凹状嵌合部、８９ 支持部、９０ 当接面、９２ 溝部、Ｓ 基準圧力室、１００ 圧縮機。

Claims (4)

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、
   前記制御室に連通する第１圧力室と、前記吸入室に連通する第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間に設けられたガイド孔とを有するボディと、
   前記ガイド孔に摺動可能に支持され、前記第１圧力室と前記第２圧力室とを連通させる連通路を開閉する弁体と、
   供給電流値に応じた軸線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前記弁体に伝達する作動ロッドと、
   前記第２圧力室に設けられ、前記第２圧力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、
   前記感圧部は、
   前記ボディに支持されるベース部材と、
   前記ベース部材を基端として軸線方向に伸縮可能なベローズと、
   前記ベローズの先端に設けられ、前記弁体と軸線方向に当接することにより作動連結可能な連結部材と、
   を含み、
   前記連結部材は、前記作動ロッドの先端部を軸線方向に受け入れる凹状嵌合部を有し、
   前記作動ロッドは、前記弁体を軸線方向に貫通し、
   前記弁体は、
   前記作動ロッドを貫通させる挿通孔と、
   前記挿通孔の周囲に設けられ、前記弁体を軸線方向に貫通する連通孔と、
   前記連結部材との対向面に凹設されて径方向外向きに開放され、前記連通孔が開口する溝部と、
   を有し、
   前記弁体が前記連結部材と当接した状態において、前記溝部と前記連結部材との間の空間が、前記連通孔とともに前記連通路を形成し、
   前記弁体における前記連結部材との当接面が、前記連結部材との対向面において前記挿通孔から径方向に離隔した複数の領域に分布していることを特徴とする制御弁。
2. 前記連通孔は、前記挿通孔の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記当接面が、前記弁体の前記連結部材との対向面における周縁部に沿って配置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. 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、
   前記制御室に連通する第１圧力室と、前記吸入室に連通する第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間に設けられたガイド孔とを有するボディと、
   前記ガイド孔に摺動可能に支持され、前記第１圧力室と前記第２圧力室とを連通させる連通路を開閉する弁体と、
   供給電流値に応じた軸線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前記弁体に伝達する作動ロッドと、
   前記第２圧力室に設けられ、前記第２圧力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、
   前記感圧部は、
   前記ボディに支持されるベース部材と、
   前記ベース部材を基端として軸線方向に伸縮可能なベローズと、
   前記ベローズの先端に設けられ、前記弁体と軸線方向に当接することにより作動連結可能な連結部材と、
   を含み、
   前記連結部材は、前記作動ロッドの先端部を軸線方向に受け入れる凹状嵌合部を有し、
   前記作動ロッドは、前記弁体を軸線方向に貫通し、
   前記弁体は、
   前記作動ロッドを貫通させる挿通孔と、
   前記挿通孔の周囲に設けられ、前記弁体を軸線方向に貫通する連通孔と、
   前記連結部材との対向面に凹設されて径方向外向きに開放され、前記連通孔が開口する溝部と、
   を有し、
   前記弁体が前記連結部材と当接した状態において、前記溝部と前記連結部材との間の空間が、前記連通孔とともに前記連通路を形成し、
   前記溝部が、前記挿通孔の開口端に連通することを特徴とする制御弁。

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