JP7438644B2 - 容量制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、作動流体の容量を可変制御する容量制御弁に関し、例えば、自動車の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機の吐出量を圧力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容量可変型圧縮機は、エンジン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量を変化させて流体の吐出量を制御するものである。この斜板の傾斜角度は、電磁力により開閉駆動される容量制御弁を用いて、流体を吸入する吸入室の吸入圧力Ｐｓ、ピストンにより加圧された流体を吐出する吐出室の吐出圧力Ｐｄ、斜板を収容した制御室の制御圧力Ｐｃを利用しつつ、制御室内の圧力を適宜制御することで連続的に変化させ得るようになっている。
容量可変型圧縮機の連続駆動時において、容量制御弁は、制御コンピュータにより通電制御され、ソレノイドで発生する電磁力により弁体を軸方向に移動させ、吐出圧力Ｐｄの吐出流体が通過する吐出ポートと制御圧力Ｐｃの制御流体が通過する制御ポートとの間に設けられるＤＣ弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室の制御圧力Ｐｃを調整する通常制御を行う形式のものと、吸入圧力Ｐｓの吸入流体が通過する吸入ポートと制御圧力Ｐｃの制御流体が通過する制御ポートとの間に設けられるＣＳ弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室の制御圧力Ｐｃを調整する通常制御を行う形式のものがある。
容量制御弁の通常制御時においては、容量可変型圧縮機における制御室の圧力が適宜制御されており、回転軸に対する斜板の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させて吐出室に対する流体の吐出量を制御し、空調システムが所望の冷却能力となるように調整している。また、容量制御弁は、ソレノイドへの印加電流による電磁力に応じて弁体の弁開度が変化し、これに対応して圧力差の目標値が変更され、制御圧力Ｐｃを変化させるようになっている。
特許文献１における従来技術の説明にもあるように、従来は可動鉄心と固定鉄心の２つの鉄心同士の対向面をこれら鉄心の軸方向に対して直交する平面にしたものがある。このような構造では、鉄心同士が近接すると、すなわち弁体が初期位置から最大ストローク位置まで移動するに伴い、鉄心同士の対向面に軸方向に作用する磁力が急増するため、弁体の細かい開閉調整が難しいという問題があった。
また、一方の鉄心の対向面を円錐状とし、他方をこの円錐状の対向面と凹凸遊嵌する形状にしたものがある。このような構造では、弁体が初期位置から最大ストローク位置まで移動するに伴い、傾斜して平行に対向する対向面の間に、径方向の成分を持って作用する磁力が徐々に働くため、鉄心同士の対向面に作用する磁力の急増が防止され、弁体の細かい開閉調整が可能となっている。しかしながら、対向面の間に作用する磁力が小さく可動鉄心を軸方向に電磁力によって移動させる軸方向推力が小さいという欠点があり、軸方向推力を十分に確保するためには、大型の強力なソレノイドを必要とするという問題がある。
さらに、特許文献１の実施例として、一方の鉄心に先端に鉄心の軸方向に対して直交する平面を広く有する載頭円錐状、換言すると断面視台形状の凸部を形成し、この凸部に対応する形状の凹部を他方の鉄心に形成しているものも提示されている。
特許第２８９２４７３号公報（第２頁、第２図）
特許文献１の実施例として開示された容量制御弁にあっては、上記したような構造としたことで、鉄心の軸方向に対して直交する平面によって対向面の間に作用する磁力を増大させ、弁体の最大ストローク位置にて弁体を確実に保持する軸方向推力を確保しながら、弁体が初期位置から最大ストローク位置まで移動するに伴い、鉄心同士の対向面に作用する磁力が急増することを防ぐことで、弁体の細かい開閉調整が可能となっている。しかしながら、一方の鉄心の対向面は載頭円錐状であり、他方の鉄心の対向面は載頭円錐状と相補的な凹形状とされ、両鉄心は互いに凹凸遊嵌する形状であるため、弁体の最大ストローク位置における軸方向推力を高めたい場合には全体の構造が大型化してしまう、一方、両鉄心の弁体の最大ストローク位置における離間距離が小さくなる配置構成とすると傾斜する対向面同士の間に作用する磁力が軸方向の近接に起因して上昇してしまい、弁体の細かい開閉調整を円滑に制御できないという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、弁体を円滑に制御できるとともに、弁体を最大ストローク位置において安定して保持できる容量制御弁を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の容量制御弁は、
電磁コイルへの通電により固定鉄心に可動鉄心を磁力で吸引移動させることで、弁体の位置を変化させる容量制御弁であって、
一方の前記鉄心は外径側に凸部を備え、他方の前記鉄心は内径側に凸部を備え、これらが吸着移動した状態で遊嵌可能となっており、
一方の前記凸部は、その先端の有効磁力面が対向する鉄心の対向面よりも小さく形成され、かつ先細り形状に形成されている。
これによれば、一方の凸部が先細り形状であるため、その先端側では他方の凸部との間で径方向の成分を持って作用する磁力が小さく、根元側では他方の凸部との間で径方向の成分を持って作用する磁力が大きくなるため、弁体の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲において鉄心同士の間で作用する磁力は、その軸方向の近接の影響を受けにくく、軸方向推力がフラットとなる特性を有するとともに、弁体の最大ストローク近傍以降では、凸部の先端の有効磁力面が対向する鉄心との対向面と近接し、軸方向に作用する磁力が急激に増加し軸方向推力が急増する特性、すなわち軸方向推力がフラットとなる領域を広く確保しつつ最大ストローク近傍で急激に増加する特性とすることができる。これにより、初期位置から最大ストローク近傍までの範囲においては小さい軸方向推力であるため弁体を円滑に制御できるとともに、最大ストローク位置においては弁体を大きな軸方向推力で安定して保持することができる。
一方の前記凸部の先細り形状を構成する傾斜面と、他方の前記凸部の周面とは非平行であってよい。
これによれば、一方の凸部の傾斜面と他方の凸部の周面とが非平行であるため、弁体の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲と、弁体の最大ストローク位置側とで、軸方向推力の特性を顕著に区別することができる。
他方の前記凸部の周面は、前記鉄心の軸方向に対して平行であってよい。
これによれば、鉄心の軸方向に対して平行であることから、一方の凸部との間で径方向の成分を持って作用する磁力を極めて小さくでき、弁体の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲における軸方向推力の上昇を効果的にフラットにすることができる。
前記凸部の先端の有効磁力面と、前記鉄心の対向面とは、前記鉄心の軸方向に対して直交して形成されていてもよい。
これによれば、有効磁力面と対向面とが軸方向に対して直交して形成されていることで、これらが近接した際における軸方向に作用する磁力を大きく確保でき、弁体の最大ストローク位置において軸方向推力を急増させることができる。
一方の前記凸部の先細り形状を構成する傾斜面は、他方の前記凸部の周面と対向していてもよい。
これによれば、一方の凸部の先細り形状を構成する傾斜面と他方の凸部の周面とが対向することで、弁体の最大ストローク近傍以降では、一方の凸部の傾斜面の根元側と他方の凸部の周面とが近接し、これらの間において径方向の成分を持って作用する磁力が大きくなるため、弁体を最大ストローク位置において安定して保持することができる。
一方の前記凸部の先細り形状を構成する傾斜面は、他方の前記凸部の周面と対向しない側に位置していてもよい。
これによれば、一方の凸部の先細り形状を構成する傾斜面と他方の凸部の周面とが対向しないことで、弁体の移動時にこれらの径方向の離間距離が近づくことはなく、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力の影響を極めて小さくでき、弁体の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲における軸方向推力の上昇を効果的にフラットにすることができる。
前記電磁コイルへの非通電時に開放状態となるノーマルオープン形式であってよい。
これによれば、通電時の閉塞状態にあって、流体から弁体に圧力が作用しても閉塞状態である弁体の最大ストローク位置では軸方向推力が強いので、閉塞状態を確実に維持できる。
本発明の容量制御弁は、
電磁コイルへの通電により固定鉄心に可動鉄心を磁力で吸引移動させることで、弁体の位置を変化させる容量制御弁であって、
一方の前記鉄心は外径側に凸部、内径側に凹部を備え、他方の前記鉄心は内径側に凸部、外径側に凹部を備え、これらが吸着移動した状態で遊嵌可能となっており、
吸引時において、一方の前記凸部の先端と前記凹部奥端との間隔は、他方の前記凸部の先端と前記凹部奥端との間隔と異なっており、
非吸引時において、一方の前記凸部の先端と前記凹部奥端とが有効磁力範囲内に位置するとともに、他方の前記凸部の先端と前記凹部奥端とは有効磁力範囲外に位置するように形成されている。
これによれば、非吸引時において有効磁力範囲内に位置する一方の凸部の先端と凹部奥端とが作動力として弁体を移動させる。この際、有効磁力範囲外に位置する他方の凸部の先端と凹部奥端とは作動力が初期段階では顕在化せず、一方の作動を伴い他方が有効磁力範囲内に進入後顕在化する。このため、弁体の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲において鉄心同士の間で作用する磁力は、軸方向推力がフラットとなる特性を有するとともに、軸方向に作用する磁力が急激に増加し軸方向推力が急増する特性、すなわち軸方向推力がフラットとなる領域を広く確保しつつ最大ストローク近傍で急激に増加する特性とすることができる。これにより、初期位置から最大ストローク近傍までの範囲においては小さい軸方向推力であるため弁体を円滑に制御できるとともに、最大ストローク位置においては弁体を大きな軸方向推力で安定して保持することができる。
本発明に係る実施例の容量制御弁が組み込まれる斜板式容量可変型圧縮機を示す概略構成図である。 本発明の実施例１の容量制御弁の非通電状態においてＣＳ弁が開放された様子を示す断面図である。 実施例１の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。 実施例１の可動鉄心とセンタポストとの対向形状を示す要部を拡大した断面図であり、通電直後のＣＳ弁体が初期位置に位置する状態を示す。 同様に、通電時においてＣＳ弁体が閉弁位置に位置する状態を示す要部を拡大した断面図である。 ＣＳ弁体のストロークと可動鉄心の軸方向推力との関係を示すグラフである。 実施例１の可動鉄心とセンタポストとの対向形状を示す要部を拡大した断面図であり、（ａ）は、通電直後のＣＳ弁体が初期位置に位置する状態を示し、（ｂ）は、通電時においてＣＳ弁体が閉弁位置に位置する状態を示す。 実施例２の可動鉄心とセンタポストとの対向形状を示す要部を拡大した断面図であり、通電直後のＣＳ弁体が初期位置に位置する状態を示す。 同様に、通電時においてＣＳ弁体が閉弁位置に位置する状態を示す要部を拡大した断面図である。 実施例３の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。
本発明に係る容量制御弁を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
実施例１に係る容量制御弁につき、図１から図７を参照して説明する。以下、図２の正面側から見て左右側を容量制御弁の左右側として説明する。
本発明の容量制御弁Ｖは、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Ｍに組み込まれ、冷媒である作動流体（以下、単に「流体」と表記する）の圧力を可変制御することにより、容量可変型圧縮機Ｍの吐出量を制御し空調システムを所望の冷却能力となるように調整している。
先ず、容量可変型圧縮機Ｍについて説明する。図１に示されるように、容量可変型圧縮機Ｍは、吐出室２と、吸入室３と、制御室４と、複数のシリンダ４ａと、を備えるケーシング１を有している。尚、容量可変型圧縮機Ｍには、制御室４と吸入室３とを直接連通する図示しない連通路が設けられており、この連通路には吸入室３と制御室４との圧力を平衡調整させるための固定オリフィスが設けられている。
また、容量可変型圧縮機Ｍは、ケーシング１の外部に設置される図示しないエンジンにより回転駆動される回転軸５と、制御室４内において回転軸５に対してヒンジ機構８により偏心状態で連結される斜板６と、斜板６に連結され各々のシリンダ４ａ内において往復動自在に嵌合された複数のピストン７と、を備え、電磁力により開閉駆動される容量制御弁Ｖを用いて、流体を吸入する吸入室３の吸入圧力Ｐｓ、ピストン７により加圧された流体を吐出する吐出室２の吐出圧力Ｐｄ、斜板６を収容した制御室４の制御圧力Ｐｃを利用しつつ、制御室４内の圧力を適宜制御することで斜板６の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストン７のストローク量を変化させて流体の吐出量を制御している。尚、説明の便宜上、図１においては、容量可変型圧縮機Ｍに組み込まれる容量制御弁Ｖの図示を省略している。
具体的には、制御室４内の制御圧力Ｐｃが高圧であるほど、回転軸５に対する斜板６の傾斜角度は小さくなりピストン７のストローク量が減少するが、一定以上の圧力となると、回転軸５に対して斜板６が略垂直状態、すなわち垂直よりわずかに傾斜した状態となる。このとき、ピストン７のストローク量は最小となり、ピストン７によるシリンダ４ａ内の流体に対する加圧が最小となることで、吐出室２への流体の吐出量が減少し、空調システムの冷却能力は最小となる。一方で、制御室４内の制御圧力Ｐｃが低圧であるほど、回転軸５に対する斜板６の傾斜角度は大きくなりピストン７のストローク量が増加するが、一定以下の圧力となると、回転軸５に対して斜板６が最大傾斜角度となる。このとき、ピストン７のストローク量は最大となり、ピストン７によるシリンダ４ａ内の流体に対する加圧が最大となることで、吐出室２への流体の吐出量が増加し、空調システムの冷却能力は最大となる。
図２および図３に示されるように、容量可変型圧縮機Ｍに組み込まれる容量制御弁Ｖは、ソレノイド８０を構成する電磁コイル８６に通電する電流を調整し、容量制御弁ＶにおけるＣＳ弁５０の開閉制御を行うことにより、制御室４から吸入室３に流出する流体を制御することで制御室４内の制御圧力Ｐｃを可変制御している。尚、容量可変型圧縮機Ｍには、吐出室２と制御室４とを直接連通する連通路が設けられており、この連通路には吐出室２と制御室４との圧力を平衡調整させるための固定オリフィス９が設けられている。すなわち、吐出室２の吐出圧力Ｐｄの吐出流体が固定オリフィス９を介して制御室４に常時供給されており、容量制御弁ＶにおけるＣＳ弁５０を閉塞させることにより制御室４内の制御圧力Ｐｃを上昇させられるようになっている。
本実施例において、ＣＳ弁５０は、弁体としてのＣＳ弁体５１とバルブハウジング１０の内周面に形成されたＣＳ弁座１０ａとにより構成されており、ＣＳ弁体５１の軸方向左端５１ａがＣＳ弁座１０ａに接離することで、ＣＳ弁５０が開閉するようになっている。
次いで、容量制御弁Ｖの構造について説明する。図２および図３に示されるように、容量制御弁Ｖは、金属材料または樹脂材料により形成されたバルブハウジング１０と、バルブハウジング１０内に軸方向左端部が配置されるＣＳ弁体５１と、バルブハウジング１０に接続されＣＳ弁体５１に駆動力を及ぼすソレノイド８０と、から主に構成されている。
図２および図３に示されるように、ＣＳ弁体５１は、断面一定の柱状体であり、ソレノイド８０の電磁コイル８６に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。
図２および図３に示されるように、バルブハウジング１０には、容量可変型圧縮機Ｍの吸入室３と連通する吸入ポートとしてのＰｓポート１１と、容量可変型圧縮機Ｍの制御室４と連通する制御ポートとしてのＰｃポート１２が形成されている。
バルブハウジング１０の内部には、弁室２０が形成され、弁室２０内にはＣＳ弁体５１の軸方向左端部が軸方向に往復動自在に配置される。また、Ｐｓポート１１は、バルブハウジング１０の外周面から内径方向に延びて弁室２０と連通し、Ｐｃポート１２は、バルブハウジング１０の軸方向左端の内径側から軸方向右方に延びて弁室２０と連通している。
バルブハウジング１０の内周面には、Ｐｃポート１２の弁室２０側の開口端縁にＣＳ弁座１０ａが形成されている。また、バルブハウジング１０の内周面には、ＣＳ弁座１０ａおよび弁室２０よりもソレノイド８０側にＣＳ弁体５１の外周面が略密封状態で摺動可能なガイド孔１０ｂが形成されている。
また、バルブハウジング１０は、軸方向右端の内径側が軸方向左方に凹む凹部１０ｃを備え、ソレノイド８０を構成する固定鉄心であるセンタポスト８２のフランジ部８２ｄが軸方向右方から挿嵌されることにより一体に略密封状態で接続固定されている。尚、バルブハウジング１０の凹部１０ｃの底面の内径側には、ガイド孔１０ｂのソレノイド８０側の開口端が形成されている。
図２および図３に示されるように、ソレノイド８０は、軸方向左方に開放する開口部８１ａを有するケーシング８１と、ケーシング８１の開口部８１ａに対して軸方向左方から挿入されケーシング８１の内径側に固定される略円筒形状のセンタポスト８２と、センタポスト８２に挿通され軸方向に往復動自在、かつその軸方向左端部がバルブハウジング１０内に配置されるＣＳ弁体５１と、ＣＳ弁体５１の軸方向右端部が挿嵌・固定される可動鉄心８４と、センタポスト８２と可動鉄心８４との間に設けられ可動鉄心８４をＣＳ弁５０の開弁方向である軸方向右方に付勢するスプリングとしてのコイルスプリング８５と、センタポスト８２の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用の電磁コイル８６と、から主に構成されている。
次いで、図４を用いてセンタポスト８２と可動鉄心８４の構造について説明する。センタポスト８２は、可動鉄心８４と対向する側に突出して形成された対向面から見て環状に連続する凸部９０を備えている。凸部９０は外径側に形成されており、軸方向に対して直交する方向に延びる先端面９０ａと、該先端面９０ａに連続するセンタポスト８２の軸方向に対して傾斜する内周面９０ｂを備えた先細り形状となっている。凸部９０の根元部分の内径側にはセンタポスト８２の軸方向に対して直交する凹部奥端としての対向面９１が形成されている。
可動鉄心８４は、センタポスト８２と対向する側に突出して形成された対向面から見て環状に連続する凸部９２を備えている。凸部９２は内径側に形成されており、軸方向に対して直交する方向に延びる先端面９２ａと、該先端面９２ａに連続し可動鉄心８４の軸方向に対して平行な面を成す外周面９２ｂを備えた均等幅の形状となっている。凸部９２の根元部分の外径側には可動鉄心８４の軸方向に対して直交する凹部奥端としての対向面９３が形成されている。センタポスト８２の先端面９０ａ、対向面９１と、可動鉄心８４の対向面９３、先端面９２ａとは、それぞれ平行である。
尚、センタポスト８２の外径は、好ましくはφ７．４～φ９．４の範囲、さらに好ましくはφ７．９～φ８．９に形成されてよい。また、センタポスト８２の内径は、好ましくはφ２．０～φ４．０の範囲、さらに好ましくはφ２．５～φ３．５の範囲に形成されてよい。また、センタポスト８２の軸方向に対する内周面９０ｂの傾斜角度αは、好ましくは５度～１５度の範囲、さらに好ましくは８度～１２度の範囲に形成されてよく、これによれば、軸方向推力が小さくなることを防止しながら、後述する推力フラット部の範囲を広く確保することができる。
さらに尚、可動鉄心８４の外径は、好ましくはφ７．５～φ９．５の範囲、さらに好ましくはφ８．０～φ９．０の範囲に形成されてよい。また、可動鉄心８４の内径は、好ましくはφ３．３～φ５．３の範囲、さらに好ましくはφ３．８～φ４．８の範囲に形成されてよい。また、可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａの径方向の寸法Ｌ２は、好ましくは１．０ｍｍ以上に形成されてよく、これによれば、軸方向推力が小さくなることを防止できる。さらに、可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂとセンタポスト８２の凸部９０の内周面９０ｂとの間における最小隙間の径方向の寸法Ｌ１は、好ましくは０．１ｍｍ～０．３ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．１５ｍｍ～０．２５ｍｍの範囲に形成されてよく、これによれば、軸方向推力が小さくなることを防止しながら、通電直後のＣＳ弁体５１が初期位置に位置する状態における推力低下を抑えることができる。
次いで、容量制御弁Ｖの動作、主にＣＳ弁５０の開閉動作について説明する。
先ず、容量制御弁Ｖの非通電状態について説明する。図２に示されるように、容量制御弁Ｖは、非通電状態において、可動鉄心８４がソレノイド８０を構成するコイルスプリング８５の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、ＣＳ弁体５１が軸方向右方へ移動し、ＣＳ弁体５１の軸方向左端５１ａがバルブハウジング１０の内周面に形成されたＣＳ弁座１０ａから離間し、ＣＳ弁５０が開放されている。図２では、ＣＳ弁体５１が初期位置に位置する状態を示す。
図３に示されるように、容量制御弁Ｖは、通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたＣＳ弁体５１が軸方向左方へ共に移動することにより、ＣＳ弁体５１の軸方向左端５１ａがバルブハウジング１０のＣＳ弁座１０ａに着座し、ＣＳ弁５０が閉塞される。図３では、ＣＳ弁体５１が最大ストローク位置まで移動し、ＣＳ弁５０が閉弁された状態を示す。
図４は通電直後であり、ＣＳ弁体５１が初期位置に位置する状態を示し、図５は最大の電流値で通電されＣＳ弁体５１が閉弁位置まで移動した状態を示す。図４に示されるように、センタポスト８２の凸部９０が先細り形状であるため、凸部９０の先端側では可動鉄心８４の凸部９２と径方向に離間しており、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力の影響が非常に小さくなっている。このように、通電によって可動鉄心８４がセンタポスト８２に向けて吸着移動した状態で、センタポスト８２の凸部９０と可動鉄心８４の凸部９２とは、遊嵌可能となっている。図４と図５ではＣＳ弁体５１の初期位置と閉弁位置における磁力線の様子を概念的に表示している。
また、センタポスト８２の凸部９０の先細り形状を構成する内周面９０ｂと、軸方向と平行である可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂとが異なる角度であることから、ＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの範囲においては、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力の増加が少ない。
加えて、センタポスト８２の凸部９０が先細り形状であることによる効果としては、上記した凸部９０と凸部９２との離間距離の関係に加えて、センタポスト８２は先端側に比べて根元側の断面積が大きいため、可動鉄心８４の凸部９２との間で径方向の成分を持って作用する磁力が先端側で小さくなっている。
また、可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂが可動鉄心８４の軸方向に対して平行な面を成しているため、センタポスト８２の凸部９０との間で径方向の成分を持って作用する磁力を極めて小さくでき、ＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの広い範囲において軸方向推力の上昇を効果的にフラットにすることができる（図６参照）。参考までに、外周面９２ｂが傾斜する内周面９０ｂと平行となるように傾斜して形成されていると、閉弁方向への可動鉄心８４の移動に伴ってこれら外周面９２ｂと内周面９０ｂを通過する磁束が多く、本実施例１の形態よりも軸方向推力のフラットとなる領域が狭くなり、なだらかに軸方向推進力が増加する特性となる。
また、ＣＳ弁体５１が閉弁位置まで移動している際には、センタポスト８２の凸部９０の先端の有効磁力面である先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３、センタポスト８２の対向面９１と可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとがそれぞれ接近するため、これらセンタポスト８２と可動鉄心８４との軸方向に作用する磁力が急激に増加する。換言すると、ＣＳ弁体５１が閉弁位置まで移動する前、すなわちＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの範囲においては、センタポスト８２と可動鉄心８４との軸方向に作用する磁力が急激に増加することがない。
また、センタポスト８２の凸部９０の先端の有効磁力面である先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３、センタポスト８２の対向面９１と可動鉄心８４の凸部９２の先端の有効磁力面である先端面９２ａは、それぞれセンタポスト８２および可動鉄心８４の軸方向に対して直交して形成されているため、これらが近接した際における軸方向に作用する磁力を大きく確保でき、ＣＳ弁５０の閉弁位置において可動鉄心８４の軸方向推力を効果的に急増させることができる。
また、センタポスト８２の凸部９０の先端の有効磁力面である先端面９０ａよりも可動鉄心８４の対向面９３の対向面積が大きく、センタポスト８２の対向面９１は可動鉄心８４の凸部９２先端の有効磁力面である先端面９２ａよりも対向面積が大きいため、磁束が通りやすく、これら対向する面同士の間において大きな磁力による吸引力を確保することができる。尚、可動鉄心８４の凸部９２先端がセンタポスト８２内径よりも内側まで延び、センタポスト８２の対向面９１は可動鉄心８４の凸部９２先端の有効磁力面である先端面９２ａよりも対向面積が小さい形態も妨げない。
上記したような構成を採用することで、図６に示すＣＳ弁体５１のストロークと可動鉄心８４の軸方向推力との関係を示すグラフからも分かるように、当該特性は漸近線がそれぞれｘ軸、ｙ軸である双曲線に近い形状をなしている。そして、ＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの範囲においては小さい軸方向推力の状態がフラットに推移する推力フラット部を示し、ＣＳ弁体５１を円滑に制御できるとともに、ＣＳ弁体５１の閉弁位置においてはＣＳ弁体５１を大きな軸方向推力で安定して保持することができる。つまり、制御圧力ＰｃがかかるＣＳ弁５０の閉弁状態を確実に維持することができる。
また、センタポスト８２の凸部９０の先細り形状を構成する内周面９０ｂは、可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂと対向する側に位置しており、図３のようにＣＳ弁体５１が閉弁位置まで移動していく過程において、センタポスト８２の凸部９０の根元側にて可動鉄心８４の凸部９２が径方向に接近するため、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力が軸方向の近接に起因して緩やかに上昇する。つまり、閉弁位置の近傍以降では径方向の成分を持って作用する磁力が軸方向推力を補助するようになっている。
また、前記実施例における容量制御弁Ｖは、電磁コイル８６への非通電時に開放状態となるノーマルオープン形式である。上記したように通電時の閉塞状態において、流体からＣＳ弁体５１に圧力が作用しても閉塞状態であるＣＳ弁体５１の閉弁位置では軸方向推力が強いので、閉塞状態を確実に維持できるため、本発明の構成はこのようなノーマルオープンタイプに有用である。加えて、実施例１の容量制御弁Ｖは閉塞状態である場合に、吐出圧力Ｐｄの影響によりＰｃポート１２に作用する圧力が時間と共に高まる形式であることからも有用である。
また、図７（ｂ）に示されるように、吸引時、すなわちＣＳ弁体５１が閉弁位置に位置する状態において、可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとセンタポスト８２の対向面９１との間隔Ｌ８は、センタポスト８２の凸部９０の先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３との間隔Ｌ７と異なっている。
また、図７（ａ）に示されるように、非吸引時、すなわちＣＳ弁体５１が初期位置に位置する状態において、可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとセンタポスト８２の対向面９１とが有効磁力範囲Ｅ内に位置する。すなわち、可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとセンタポスト８２の対向面９１との間隔Ｌ６が有効磁力範囲Ｅよりも短くなる。
さらに、非吸引時において、センタポスト８２の凸部９０の先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３とは有効磁力範囲Ｅ外に位置する。すなわち、センタポスト８２の凸部９０の先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３との間隔Ｌ５が有効磁力範囲Ｅよりも長くなるように形成されている。
これによれば、非吸引時において有効磁力範囲Ｅ内に位置する可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとセンタポスト８２の対向面９１とが作動力としてＣＳ弁体５１を移動させる。この際、有効磁力範囲Ｅ外に位置するセンタポスト８２の凸部９０の先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３とは作動力が初期段階では顕在化せず、可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとセンタポスト８２の対向面９１との作動を伴いセンタポスト８２の凸部９０の先端面９０ａと可動鉄心８４の対向面９３とが有効磁力範囲Ｅ内に進入後顕在化する。このため、ＣＳ弁体５１の初期位置から最大ストローク近傍までの範囲においてセンタポスト８２と可動鉄心８４との間で作用する磁力は、軸方向推力がフラットとなる特性を有するとともに、軸方向に作用する磁力が急激に増加し軸方向推力が急増する特性、すなわち軸方向推力がフラットとなる領域を広く確保しつつ最大ストローク近傍で急激に増加する特性とすることができる。これにより、初期位置から最大ストローク近傍までの範囲においては小さい軸方向推力であるためＣＳ弁体５１を円滑に制御できるとともに、最大ストローク位置においてはＣＳ弁体５１を大きな軸方向推力で安定して保持することができる。尚、本実施例において、有効磁力範囲Ｅとは、所定値以上の磁気吸引力が生じる軸方向の距離のことを示している。
実施例２に係る容量制御弁につき、図８と図９を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
図８に示されるように、センタポスト９４は、可動鉄心８４と対向する側に突出して形成された凸部９５を備えている。凸部９５は外径側に形成されており、先端面９５ａに亘りセンタポスト８２の軸方向に対して傾斜する外周面９５ｂを備えた先細り形状となっている。凸部９５の内周面９５ｃはセンタポスト９４の軸方向に対して平行な面を成している。また、凸部９５の根元部分の内径側にはセンタポスト８２の軸方向に対して直交する凹部奥端としての対向面９６が形成されている。
尚、センタポスト９４の軸方向に対する外周面９５ｂの傾斜角度βは、好ましくは１５度～２５度の範囲、さらに好ましくは１８度～２２度の範囲に形成されてよく、これによれば、軸方向推力が小さくなることを防止しながら、推力フラット部の範囲を広く確保することができる。
図８と図９に示されるように、センタポスト９４の凸部９５が先細り形状であるため、先端側に比べて根元側の断面積が大きく、可動鉄心８４の凸部９２との間で径方向の成分を持って作用する磁力が先端側で小さく、根元側で大きくなる。そのため、ＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの範囲においてセンタポスト９４と可動鉄心８４との間で作用する磁力は小さいまま推移し、軸方向推力が急増せずフラットとなる。
また、ＣＳ弁体５１が閉弁位置側まで移動している際には、センタポスト９４の凸部９５の先端の有効磁力面である先端面９５ａと可動鉄心８４の対向面９３、センタポスト９４の対向面９６と可動鉄心８４の凸部９２の先端面９２ａとがそれぞれ接近するため、これらセンタポスト９４と可動鉄心８４との軸方向に作用する磁力が急激に増加する。
また、センタポスト９４の凸部９５の先細り形状を構成する外周面９５ｂは、可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂと対向しない側に位置しており、センタポスト９４の凸部９５の内周面９５ｃはセンタポスト９４の軸方向に対して平行な面を成している。これによれば、ＣＳ弁体５１の移動時に、互いに平行なセンタポスト９４の凸部９５の内周面９５ｃと可動鉄心８４の凸部９２の外周面９２ｂとが径方向に近づくことはなく、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力の影響を極めて小さくでき、ＣＳ弁体５１の初期位置から閉弁位置の手前までの範囲における軸方向推力の上昇を効果的にフラットにすることができる。
また、図９のようにＣＳ弁体５１が閉弁位置まで移動している際には、センタポスト９４の凸部９５の根元側では断面積が徐々に大きくなるため、磁気飽和による磁束の抑制が徐々に少なくなるため、これらの間で径方向の成分を持って作用する磁力が軸方向の近接に起因して緩やかに上昇する。つまり、閉弁位置の近傍以降では径方向の成分を持って作用する磁力が軸方向推力を補助するようになっている。
実施例３に係る容量制御弁につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
容量制御弁Ｖ２は、非通電状態において、可動鉄心８４がコイルスプリング８５の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、ＣＳ弁体１５１が軸方向右方へ移動し、ＣＳ弁体１５１の大径部１５１ａの軸方向右側面がＣＳ弁座１１０ａに着座し、ＣＳ弁１５０が閉塞されている。そして、通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたＣＳ弁体１５１が軸方向左方へ共に移動することにより、ＣＳ弁体１５１の大径部１５１ａの軸方向右側面がバルブハウジング１１０のＣＳ弁座１１０ａから離間し、ＣＳ弁１５０が開放される。図１０では、ＣＳ弁体１５１が最大ストローク位置まで移動し、ＣＳ弁１５０が開弁された状態を示す。
これによれば、容量制御弁Ｖ２は、ＣＳ弁体１５１がコイルスプリング８５によりＣＳ弁１５０の閉弁方向に付勢されるノーマルクローズタイプとして構成されていることから、上記したように通電時の開放状態において、ＣＳ弁体１５１はコイルスプリング８５に抗する電磁力によってのみ位置が保持される構成である。本発明の容量制御弁Ｖ２は上述したような可動鉄心８４とセンタポスト８２との対向形状を備えることから、ＣＳ弁体１５１の開弁位置では軸方向推力が強いので、ＣＳ弁体１５１の開弁位置を確実に維持できるため、本発明の構成はこのようなノーマルクローズタイプにも有用である。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、２つの鉄心である可動鉄心８４とセンタポスト８２のうち、センタポスト８２の凸部９０を先細り形状としたが、これに限らず可動鉄心を先細り形状としてセンタポストの内周面と外周面とをそれぞれ軸方向に平行な面としてもよいし、可動鉄心とセンタポストのいずれも先細り形状としてもよい。尚可動鉄心とセンタポストのいずれも先細り形状である場合には、これらが互いに軸方向に対して異なる角度で傾斜していればよい。
また、センタポスト８２の凸部９０の先端の有効磁力面である先端面９０ａ、可動鉄心８４の対向面９３、センタポスト８２の対向面９１、可動鉄心８４の凸部９２先端の有効磁力面である先端面９２ａは、それぞれ軸方向に対して直交する角度に形成される構成に限らず、直交方向に対してわずかに傾斜していてもよい。
また、センタポスト８２の凸部９０を構成する先細り形状を構成する傾斜面である内周面９０ｂと、センタポスト９４の凸部９５を構成する先細り形状を構成する傾斜面である外周面９５ｂとは、平面に限らず曲面形状であってもよい。
また、容量可変型圧縮機Ｍの制御室４と吸入室３とを直接連通する連通路および固定オリフィスは設けなくてもよい。
また、容量制御弁Ｖ，Ｖ２は、ＣＳ弁の開閉動作を行うことで制御室４内の制御圧力Ｐｃを調整する構成であるが、これに限らず、例えば吐出圧力Ｐｄの吐出流体が通過する吐出ポートと制御圧力Ｐｃの制御流体が通過する制御ポートとの間に設けられるＤＣ弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室の制御圧力Ｐｃを調整する通常制御を行う容量制御弁であってもよい。
１ ケーシング
２ 吐出室
３ 吸入室
４ａ シリンダ
４ 制御室
５ 回転軸
６ 斜板
７ ピストン
９ 固定オリフィス
１０ バルブハウジング
１０ａ 弁座
５０ ＣＳ弁
５１ａ 軸方向左端
５１ ＣＳ弁体
８０ ソレノイド
８２ センタポスト（固定鉄心）
８４ 可動鉄心
８５ コイルスプリング
８６ 電磁コイル
９０ 凸部
９０ａ 先端面（有効磁力面）
９０ｂ 内周面
９１ 対向面（凹部奥端）
９２ｂ 外周面
９２ａ 先端面（有効磁力面）
９２ 凸部
９３ 対向面（凹部奥端）
９４ センタポスト（固定鉄心）
９５ 凸部
９５ａ 先端面（有効磁力面）
９５ｂ 外周面
９５ｃ 内周面
９６ 対向面（凹部奥端）
１１０ バルブハウジング
１１０ａ 弁座
１５０ ＣＳ弁
１５１ ＣＳ弁体
Ｅ 有効磁力範囲
Ｍ 容量可変型圧縮機
Ｖ 容量制御弁
Ｖ２ 容量制御弁

Claims (6)

  1. 電磁コイルへの通電により固定鉄心に可動鉄心を磁力で吸引移動させることで、弁体の位置を変化させる容量制御弁であって、
    一方の前記鉄心は外径側に凸部を備え、他方の前記鉄心は内径側に凸部を備え、これらが吸着移動した状態で遊嵌可能となっており、
    一方の前記凸部は、その先端の有効磁力面が対向する鉄心の対向面よりも小さく形成され、かつその内周面または外周面に先端に向けて径方向に傾斜する傾斜面を有する先細り形状に形成されており、
    他方の前記凸部は、その外周面及び内周面の双方が前記鉄心の軸方向に対して平行な平行面のみで形成されていることを特徴とする容量制御弁。
  2. 前記凸部の先端の有効磁力面と、前記鉄心の対向面とは、前記鉄心の軸方向に対して直交して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量制御弁。
  3. 一方の前記凸部の前記傾斜面は、他方の前記凸部の周面と対向していることを特徴とする請求項１または２に記載の容量制御弁。
  4. 一方の前記凸部の前記傾斜面は、他方の前記凸部の周面と対向しない側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の容量制御弁。
  5. 前記電磁コイルへの非通電時に開放状態となるノーマルオープン形式であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の容量制御弁。
  6. 電磁コイルへの通電により固定鉄心に可動鉄心を磁力で吸引移動させることで、弁体の位置を変化させる容量制御弁であって、
    一方の前記鉄心は外径側に凸部、内径側に凹部を備え、他方の前記鉄心は内径側に凸部、外径側に凹部を備え、これらが吸着移動した状態で遊嵌可能となっており、
    吸引時において、一方の前記凸部の先端と前記凹部奥端との間隔は、他方の前記凸部の先端と前記凹部奥端との間隔と異なっており、
    非吸引時において、一方の前記凸部の先端と前記凹部奥端とが有効磁力範囲内に位置するとともに、他方の前記凸部の先端と前記凹部奥端とは有効磁力範囲外に位置するように形成されている容量制御弁。
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