KR20160018390A - 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

<과제>
유체에 포함되는 이물의 슬라이딩부로의 침입을 효과적으로 억제 가능한 제어 밸브를 제공한다.
<해결 수단>
일 태양에 따른 제어 밸브는, 밸브 구멍(18)과 가이드 구멍(26)이 중간 압력실(24)을 통해 축선 방향으로 연통하도록 형성되고, 중간 압력실(24)에 유체를 도입하기 위한 포트(14)가 측방으로 개구하도록 형성되고, 밸브 구멍(18)을 통과한 유체를 도출하기 위한 포트(12)가 형성된 보디; 포트(12)측에서부터 밸브 구멍(18)에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체(33); 및 가이드 구멍(26)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 밸브 구멍(18)을 관통하여 밸브체(33)와 일체로 마련된 작동 로드(50)를 구비한다. 중간 압력실(24)에 있어서의 포트(14)와 가이드 구멍(26) 사이에 가이드 구멍(26)과 동축 형태로 형성되고, 포트(14)로부터 침입한 이물을 캐치하기 위한 저면을 구비하는 단차부(27)가 마련되고, 단차부(27)를 획정하는 내벽(31)의 지름이, 밸브 구멍(18)의 지름보다 커지게 구성되어 있다.

Description

제어 밸브{CONTROL VALVE}

본 발명은 제어 밸브에 관한 것으로서, 특히 슬라이딩부로의 이물의 침입에 의한 밸브 작동의 정지(lock)를 방지하기 위한 구조에 관한 것이다.

자동차용 공조 장치는, 일반적으로, 압축기, 응축기, 증발기 등을 냉매 순환 통로에 배치하여 구성된다. 이 냉매 순환 통로의 전환이나 냉매 유량의 조정 등을 위해, 다양한 제어 밸브가 마련되어 있다. 이와 같은 제어 밸브로서, 보디에 슬라이딩 가능하게 지지되는 샤프트를 구비하고, 그 샤프트의 일단에 밸브체가 마련되는 것이 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 샤프트는, 보디에 일체로 마련된 액추에이터에 의해 축선 방향으로 구동되어, 밸브체를 밸브부의 개폐 방향으로 작동시킨다. 밸브 개방시에는 샤프트를 향해 냉매가 도입되고, 그 냉매의 대부분은 샤프트의 외주를 따라 일 방향으로 인도되어 밸브 구멍을 통과한다.

하지만, 그 냉매의 일부는 타 방향에 있는 샤프트와 보디의 슬라이딩부에도 유입하기 때문에, 그에 의해 샤프트가 원활한 슬라이딩이 방해될 가능성이 있다. 즉, 이와 같은 공조 장치에 있어서는, 압축기의 토출 냉매에 금속 가루 등의 이물이 포함되는 경우가 있다(예를 들면, 압축기 피스톤 주변의 마모 등에 의해 발생하는 경우가 있다). 이 이물이 제어 밸브의 슬라이딩부에 유입하면, 그 이물의 끼어듬에 의해 샤프트 나아가서는 밸브체의 작동을 정지시켜버릴 가능성이 있다. 여기서, 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 샤프트와 보디의 슬라이딩부에 래버린스 구조를 마련하고, 그 슬라이딩부로의 냉매의 유입을 억제하는 수법이 채용되어 있다.

일본국 특허공개공보 2001-349278호 공보

하지만, 이와 같은 래버린스 구조는, 샤프트와 보디의 슬라이딩부에 있어서의 냉매의 흐름을 억제할 수 있지만, 슬라이딩부 입구로의 이물의 퇴적이나, 그에 의한 슬라이딩부로의 이물의 침입을 회피시키기 위해서는 충분하지 않았다. 한편, 이와 같은 문제는 자동차용 공조 장치에 한정되지 않고, 제어 밸브를 탑재하는 장치에 있어서는 동일하게 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 유체에 포함되는 이물의 슬라이딩부로의 침입을 효과적으로 억제 가능한 제어 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 태양은, 대상 장치를 흐르는 유체의 흐름을 조정하기 위한 제어 밸브이다. 이 제어 밸브는, 밸브 구멍과 가이드 구멍이 중간 압력실을 통해 축선 방향으로 연통하도록 형성되고, 중간 압력실에 유체를 도입하기 위한 도입 포트가 측방으로 개구하도록 형성되고, 밸브 구멍을 통과한 유체를 도출하기 위한 도출 포트가 형성된 보디; 도출 포트측에서부터 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체; 가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 밸브 구멍을 관통하여 밸브체와 일체로 마련된 작동 로드; 및 작동 로드에 대해 밸브부의 개폐 방향의 구동력을 부여 가능한 액추에이터를 구비한다. 중간 압력실에 있어서의 도입 포트와 가이드 구멍 사이에 가이드 구멍과 동축 형태로 형성되고, 도입 포트로부터 침입한 이물을 캐치하기 위한 저면을 구비하는 단차부가 마련되고, 단차부를 획정하는 내벽의 지름이, 밸브 구멍의 지름보다 커지게 구성되어 있다.

이 태양에 의하면, 도입 포트를 통해 도입된 유체에 이물이 포함되어 있었다고 해도, 그 이물의 대부분은 밸브 구멍에 직접 인도되거나, 또는 중간 압력실에 마련된 단차부에 의해 일단 캐치된 후에 밸브 구멍에 인도된다. 즉, 단차부를 마련한 것에 의해, 이물이 작동 로드와 가이드 구멍의 슬라이딩부에 직접 인도되는 것이 억제된다. 그 결과, 유체에 포함되는 이물의 슬라이딩부로의 침입을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 유체에 포함되는 이물의 슬라이딩부로의 침입을 효과적으로 억제 가능한 제어 밸브를 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 이물 배출 촉진 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 C부 확대도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시된 상태를 기준으로 각 구조의 위치 관계를 상하로 표현하는 경우가 있다.

도 1은, 실시형태에 따른 제어 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

제어 밸브(1)는, 자동차용 공조 장치의 냉동 사이클에 설치되는 도시하지 않는 가변 용량 압축기(단순히 "압축기"로 약칭한다)를 제어하는 제어 밸브로서 구성되어 있다. 이 압축기는, 냉동 사이클을 흐르는 냉매를 압축하여 고온·고압의 가스 냉매로 하여 토출한다. 그 가스 냉매는 응축기(외부 열교환기)에 의해 응축되고, 나아가 팽창 장치에 의해 단열 팽창되어 저온·저압의 안개 상태의 냉매가 된다. 이 저온·저압의 냉매가 증발기에 의해 증발되고, 그 증발 잠열에 의해 차량 실내 공기를 냉각한다. 증발기에 의해 증발된 냉매는, 다시 압축기로 되돌려져서 냉동 사이클을 순환한다.

압축기는, 압축용의 피스톤이 연결된 요동판을 구비하고, 그 요동판의 각도를 변화시켜서 피스톤의 스트로크를 바꾸는 것에 의해 냉매의 토출량을 조정한다. 제어 밸브(1)는, 그 압축기의 토출실로부터 크랭크실("제어실"로서 기능한다)에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 것에 의해 요동판의 각도를 변화시킨다. 냉매에는 예를 들면 대체 프레온(HFC-134a)이 사용되지만, 다른 냉매(HFO-1234yf 등)을 사용해도 좋다. 혹은, 이산화탄소와 같이 작동 압력이 높은 냉매를 사용해도 좋다. 그 경우에는, 냉동 사이클에 응축기 대신에 가스 쿨러 등의 외부 열교환기를 배치해도 좋다.

제어 밸브(1)는, 압축기의 토출실과 크랭크실을 연통시키는 냉매 통로에 밸브부를 구비하고, 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 전자 밸브로서 구성되어 있다. 제어 밸브(1)는, 압축기의 흡입 압력(Ps)을 설정 압력으로 유지하도록, 토출실로부터 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어하는 이른바 Ps 감지 밸브로서 구성되어 있다.

제어 밸브(1)는, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)를 일체로 조립하여 구성된다. 밸브 본체(2)는, 압축기의 운전시에 토출 냉매의 일부를 크랭크실에 도입하기 위한 냉매 통로를 개폐하는 메인 밸브와, 압축기의 기동시에 크랭크실의 냉매를 흡입실에 보내주는 이른바 블리드(bleed) 밸브로서 기능하는 서브 밸브를 포함한다. 솔레노이드(3)는, 메인 밸브를 개폐 방향으로 구동하여 그 개도를 조정하고, 크랭크실에 도입하는 냉매 유량을 제어한다. 밸브 본체(2)는, 단차를 갖는 원통 형상의 보디(5), 보디(5) 내에 마련된 메인 밸브 및 서브 밸브를 구비하고 있다.

보디(5)는, 본 실시형태에서는 황동으로 이루어지지만, 알루미늄 합금으로 이루어지는 것으로 해도 좋다. 보디(5)의 상단 개구부에는 포트(12)가 마련되고, 측부에는 포트(14)가 마련되어 있다. 보디(5)의 하단 개구부는, 후술하는 접속 부재(47)과의 사이에 마련된 포트(16)에 연통한다. 포트(12)는 크랭크실에 연통하는 "크랭크실 연통 포트"("제어실 연통 포트"에 대응)로서 기능하고, 포트(14)는 토출실에 연통하는 "토출실 연통 포트"로서 기능하고, 포트(16)는 흡입실에 연통하는 "흡입실 연통 포트"로서 기능한다. 한편, 본 실시형태의 "제어실"은 크랭크실로 이루어지지만, 변형예에 있어서는 크랭크실내 또는 크랭크실외에 별도로 마련된 압력실이어도 좋다. 보디(5) 내에는, 포트(12)와 포트(14)를 연통시키는 메인 통로와, 포트(12)와 포트(16)를 연통시키는 서브 통로가 형성되어 있다. 메인 통로에는 메인 밸브가 마련되고, 서브 통로에는 서브 밸브가 마련되어 있다. 메인 통로를 구성하는 보디(5)의 일부에는 밸브 구멍(18)(메인 밸브 구멍)이 마련되고, 그 상단 개구부에 밸브 시트(20)(메인 밸브 시트)가 형성되어 있다.

포트(14)는, 토출실로부터 토출 압력(Pd)의 냉매를 도입하는 "도입 포트"로서 기능한다. 포트(12)는, 압축기의 정상 동작시에 메인 밸브를 경유한 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 크랭크실을 향해 도출하는 "도출 포트"로서 기능하고, 압축기의 기동시에는 크랭크실로부터 배출된 크랭크 압력(Pc)의 냉매를 도입하는 "도입 포트"로서 기능한다. 이 때 도입된 냉매는, 서브 밸브에 인도된다. 포트(16)는, 압축기의 정상 동작시에 흡입 압력(Ps)의 냉매를 도입하는 "도입 포트"로서 기능하고, 압축기의 기동시에는 서브 밸브를 경유한 흡입 압력(Ps)의 냉매를 흡입실을 향해 도출하는 "도출 포트"로서 기능한다.

밸브 구멍(18)의 포트(12)와는 반대측에는 중간 압력실(24)이 형성된다. 중간 압력실(24)은, 포트(14)와 반경 방향으로 연통되어 있다. 중간 압력실(24)의 밸브 구멍(18)과는 반대측에는, 밸브 구멍(18)과 동축 형태로 가이드 구멍(26)이 형성되어 있다. 가이드 구멍(26)의 중간 압력실(24)과는 반대측에는 작동실(28)이 형성되고, 포트(16)와 연통되어 있다.

포트(14)에는 고리 모양의 스트레이너(15)가 장착되어 있다. 스트레이너(15)는, 보디(5)의 내부로의 이물의 침입을 억제하기 위한 필터를 포함한다. 한편, 포트(12)에는 저부를 갖는 원통 형상의 스트레이너(13)가 장착되어 있다. 스트레이너(13)는, 보디(5)의 내부로의 이물의 침입을 억제하기 위한 필터를 포함한다.

보디(5)의 축선에 따라, 밸브 구멍(18)과 가이드 구멍(26)이 동축 형태로 마련되어 있다. 그리고, 그 밸브 구멍(18) 및 가이드 구멍(26)을 축선 방향으로 관통하도록 길게 형성되는 작동 로드(50)가 배치되어 있다. 작동 로드(50)는 스테인리스강으로 이루어진다.

작동 로드(50)는, 단차를 갖는 원주 형상을 이루고, 가이드 구멍(26)에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 그 상단부가 지름이 축소되어 밸브 구멍(18)을 관통하고, 그 선단부에 밸브체(33)(메인 밸브체)가 일체로 마련되어 있다. 즉, 작동 로드(50)는, 축경부(縮徑部)(51)를 통해 밸브체(33)와 연결되어 있다. 밸브체(33)는, 포트(12)측으로부터 밸브 시트(20)에 탈착하여 메인 밸브(밸브부)를 개폐한다. 작동 로드(50)에는, 축선 방향으로 관통하는 내부 통로(35)가 마련되어 있다. 작동 로드(50)의 하단부가 밸브체(38)(서브 밸브체)를 형성하고 있다. 작동 로드(50)의 슬라이딩면에는, 냉매의 유통을 억제하기 위한 복수의 고리 모양의 홈으로 이루어지는 래버린스씰(Labyrinth seal)(84)이 마련되어 있다.

보디(5)의 상단 개구부에는 스프링 베어링(34)이 나사 체결에 의해 장착되어 있고, 그 스프링 베어링(34)과 작동 로드(50) 사이에는, 밸브체(33)를 메인 밸브의 폐쇄 방향으로 부세하는 스프링(37)("부세 부재"로서 기능한다)이 배치되어 있다. 스프링(37)의 하중은, 스프링 베어링(34)의 보디(5)에 대한 나사 체결 양을 변화시키는 것에 의해 조정할 수 있다.

밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)는, 자성 재료로 이루어지는 통형상의 접속 부재(47)를 통해 접속되어 있다. 즉, 보디(5)의 하단부가 접속 부재(47)의 상단부에 압입되고, 솔레노이드(3)의 케이스(52)의 상단부에 접속 부재(47)의 하단부가 압입되어 있다. 그리고, 보디(5)의 하단 측부에 포트(16)가 마련되고, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)에 둘러싸이는 공간에 작동실(28)이 형성되어 있다.

한편, 솔레노이드(3)는, 요크로서도 기능하는 원통 형상의 케이스(52)와, 케이스(52) 내에 삽통된 원통 형상의 슬리브(44)와, 슬리브(44)의 하단부에 고정된 단차를 갖는 원통 형상의 코어(42)와, 코어(42)와 축선 방향으로 대향 배치된 플런저(46)와, 코어(42) 및 슬리브(44)에 외측으로 삽입된 원통 형상의 보빈(48)과, 보빈(48)에 권취되어, 통전에 의해 자기 회로를 생성하는 전자 코일(53)과, 케이스(52)의 하단 개구부를 봉지하도록 마련된 단부 부재(54)를 구비한다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, 보디(5), 접속 부재(47), 케이스(52) 및 단부 부재(54)가 제어 밸브(1) 전체의 보디를 형성하고 있다.

플런저(46)는, 박막 형태의 다이어프램(65)을 사이에 끼고 분할된 2개의 플런저로 이루어지고, 그 중의 한쪽인 제1플런저(66)가 슬리브(44)의 내부에 배치되고, 다른 한쪽인 제2플런저(68)가 보디(5)와 접속 부재(47)에 의해 둘러싸이는 공간에 배치되어 있다. 다이어프램(65)은, 슬리브(44)의 상단 개구부를 봉지하여, 슬리브(44)의 내방에 기준 압력실을 형성한다. 본 실시형태에 있어서, 이 기준 압력실에는 대기가 채워지지만, 진공 상태로 해도 좋다. 다이어프램(65)은, 가요성을 구비하는 감압 부재이고, 폴리이미드 필름을 복수장 겹쳐 구성되어 있다. 다이어프램(65)은, 기준 압력실과는 반대측면에서 흡입 압력(Ps)을 감지하고, 그 외주 에지부를 지점으로 하여 변위하는 것에 의해, 플런저(46)에 대해 밸브 개방 방향 또는 밸브 폐쇄 방향의 구동력을 부여한다. 한편, 변형예에 있어서는, 다이어프램(65)으로서 금속 다이어프램을 채용해도 좋다.

제2플런저(68)의 상면 중앙에는 요부(70)가 형성되고, 그 중앙의 평평한 면에 작동 로드(50)의 하단면이 접리 가능하게 지지되어 있다. 즉, 제2플런저(68)의 상면 중앙이 밸브 시트(36)(서브 밸브 시트)를 형성하고 있고, 밸브체(38)가 밸브 시트(36)에 탈착하여 서브 밸브를 개폐한다. 제2플런저(68)의 측부에는, 요부(70)의 내외를 연통시키는 연통 구멍(21)이 마련되어 있다.

또한, 제2플런저(68)의 상단부에는, 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(22)가 마련되어 있고, 그 플랜지부(22)의 하면을 접속 부재(47)의 상면과 대응시키도록 하고 있다. 이에 의해, 솔레노이드(3)의 통전시에 플랜지부(22)와 접속 부재(47) 사이에 축선 방향의 흡인력을 발생시켜, 밸브체(38)가 밸브 폐쇄 방향으로 신속히 이동할 수 있도록 하고 있다. 제2플런저(68)는, 접속 부재(47) 내에 형성된 단차부 사이에 배치된 스프링(74)("부세 부재"에 해당한다)에 의해 상방으로 부세되어 있다. 이 스프링(74)은, 밸브체(38)를 부세하는 스프링(37)보다 큰 하중을 갖는다.

접속 부재(47)의 하단면에는, 실링용의 O링(80)이 배치되어 있다. 슬리브(44)의 상단 개구부에는, 반경 방향 외측으로 연장되어 돌출하는 플랜지부(25)가 마련되어 있다. 그리고, 플랜지부(25)와 접속 부재(47) 사이에 다이어프램(65)의 외주 에지부 및 O링(80)을 끼우도록 하여 다이어프램(65)을 고정하고 있다. 접속 부재(47)의 하단부에는 고리 모양의 플레이트(78)가 압입되어, 플랜지부(25)를 하방으로부터 지지하고 있다. 즉, 슬리브(44)는, 플레이트(78)의 압입에 의해 접속 부재(47) 나아가서는 보디(5)에 대해 고정되어 있다.

슬리브(44)와 코어(42)는, 압입 및 코킹에 의해 축선 방향으로 접합되어 있다. 슬리브(44)의 내방에는, 제1플런저(66)가 축선 방향으로 진퇴 자유롭게 배치되어 있다. 제1플런저(66)에는, 코어(42)의 중심을 축선 방향으로 연장되는 샤프트(58)의 일단이 압입되어 있다. 샤프트(58)는, 그 일단부의 축선 방향의 위치가 제1플런저(66)에 있어서의 슬리브(44)와의 슬라이딩부(67)의 축선 방향의 위치와 겹치도록 위치 결정되어 있다.

샤프트(58)의 타단은, 코어(42)의 하단부에 나사 체결된 베어링 부재(90)에 의해 지지되어 있다. 샤프트(58)의 도중에는 멈춤링(92)이 감합되고, 그 멈춤링(92)에 의해 상방으로의 이동이 규제되도록 스프링 베어링(94)이 마련되어 있다. 스프링 베어링(94)과 베어링 부재(90) 사이에는, 제1플런저(66)를 샤프트(58)를 통해 코어(42)로부터 이격되는 방향으로 부세하는 스프링(75)이 배치되어 있다. 이 스프링(75)의 하중은, 베어링 부재(90)의 코어(42)에 내한 나사 체결 양을 바꾸는 것에 의해 조정할 수 있다.

이상의 구성에 있어서, 밸브체(33)와 밸브 시트(20)에 의해 메인 밸브가 구성되고, 그 메인 밸브의 개도에 의해 토출실로부터 크랭크실에 도입되는 냉매 유량이 조정된다. 또한, 밸브체(38)와 밸브 시트(36)에 의해 서브 밸브가 구성되고, 그 서브 밸브의 개폐에 의해 크랭크실로부터 흡입실로의 냉매의 도출이 허용 또는 차단된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 메인 밸브와 서브 밸브 중의 어느 하나를 개방시키는 것에 의해 냉매의 흐름을 전환하는 3방 밸브로서도 기능한다.

본 실시형태에 있어서는, 밸브체(33)의 메인 밸브에 있어서의 유효 수압 지름 a(실링부 지름)과, 작동 로드(50)의 슬라이딩부에 있어서의 유효 수압 지름 b(실링부 지름)가 동일하게 설정되어 있다. 한편, 여기서 말하는 "동일하다"란, 완전이 동일한 개념은 물론, 거의 동일한(실질적으로 동일하다) 개념을 포함하는 것으로 간주해도 좋다. 이 때문에, 밸브체(33)에 작용하는 토출 압력(Pd)의 영향이 캔슬된다. 이와 같이 고압의 토출 압력(Pd)의 영향을 받지 않기 때문에, 메인 밸브의 제어 상태에 있어서, 밸브체(33)는, 작동실(28)에서 받는 흡입 압력(Ps)에 기초하여 개폐 동작하게 된다. 즉, 제어 밸브(1)는, 이른바 Ps 감지 밸브로서 기능한다.

다음으로, 제어 밸브(1)의 동작에 대해 설명한다.

제어 밸브(1)에 있어서, 솔레노이드(3)가 비통전일 때에는, 코어(42)와 플런저(46) 사이에 흡인력이 작용하지 않는다. 또한, 흡입 압력(Ps)이 높기 때문에, 다이어프램(65)에 당접한 제1플런저(66)는, 스프링(75)의 하중에 저항하여 하방으로 변위한다. 한편, 제2플런저(68)는, 스프링(74)에 의해 제1플런저(66)로부터 멀어지도록 상방으로 부세되어 있기 때문에, 작동 로드(50)를 통해 밸브체(33)를 그의 전개 위치로 부세한다. 이 때, 작동 로드(50)와 제2플런저(68)의 당접 상태, 즉 서브 밸브의 폐쇄 상태는 유지된다. 압축기의 토출실로부터 포트(14)에 도입된 토출 압력(Pd)의 냉매는, 전개 상태의 밸브부를 통과하고, 포트(12)로부터 크랭크실로 흐르게 된다. 따라서, 크랭크 압력(Pc)이 상승하고, 압축기는 최소 용량 운전을 한다.

한편, 자동차용 공조 장치가 기동되었을 때와 같이, 솔레노이드(3)에 제어 전류가 공급되면, 제1플런저(66)가 다이어프램(65)을 통해 스프링(74)의 부세력에 저항하여 제2플런저(68)를 흡인한다. 이 때문에, 제2플런저(68)가 다이어프램(65)에 당접하여 하방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브체(33)가 스프링(37)에 의해 밀려내려져 밸브 시트(20)에 착석하여, 메인 밸브가 폐쇄 상태가 된다. 이 때, 작동 로드(50)가, 제2플런저(68)로부터 이격한 상태가 된다. 즉, 밸브체(38)가 밸브 시트(36)로부터 이격하여 서브 밸브가 개방되고, 블리드 기능이 발휘된다.

이와 같이 하여 흡입실의 흡입 압력(Ps)이 충분히 낮아지면, 다이어프램(65)이 그 흡입 압력(Ps)을 감지하여 상방으로 변위하고, 제2플런저(68)가 작동 로드(50)에 당접한다. 이 때, 솔레노이드(3)에 공급되는 제어 전류를 공기 조절의 설정 온도에 상응하여 작게 하면, 제2플런저(68) 및 제1플런저(66)는 흡착 상태인 채로 일체가 되어, 흡입 압력(Ps)에 의한 힘과, 스프링(37, 74, 75)의 합력과, 솔레노이드(3)의 흡인력이 균형되는 위치까지 상방으로 이동한다. 이에 의해, 밸브체(33)가 제2플런저(68)에 의해 밀어올려져, 밸브 시트(20)로부터 이격하여 소정의 개도로 설정된다. 따라서, 토출 압력(Pd)의 냉매가 개도에 상응한 유량으로 제어되어 크랭크실에 도입되고, 압축기는, 제어 전류에 대응한 용량의 운전으로 이행하게 된다.

솔레노이드(3)의 전자 코일(53)에 공급되는 제어 전류가 일정한 경우, 다이어프램(65)이 흡입 압력(Ps)을 감지하여 밸브 개도를 제어한다. 예를 들면 냉동 부하가 커져서 흡입 압력(Ps)이 높아진 경우에는, 밸브체(38)가 작동 로드(50), 제2플런저(68), 다이어프램(65) 및 제1플런저(66)와 일체가 되어 하방으로 변위하므로, 밸브 개도가 작아지고, 압축기는, 토출 용량을 늘리도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 저하되어 설정 압력에 접근하게 된다. 반대로, 냉동 부하가 작아져 흡입 압력(Ps)이 낮아진 경우에는, 밸브체(33)가 상방으로 변위하여 밸브 개도를 크게 하므로, 압축기는, 토출 용량을 줄이도록 동작한다. 그 결과, 흡입 압력(Ps)이 상승하여 설정 압력에 접근하게 된다. 이와 같이 하여, 제어 밸브(1)는, 흡입 압력(Ps)이 솔레노이드(3)에 의해 설정된 설정 압력(Pset)이 되도록 압축기의 토출 용량을 제어한다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 이물 배출 촉진 구조에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 포트(14)로부터 도입된 냉매에 이물이 포함될 경우에, 그 이물이 작동 로드(50)와 가이드 구멍(26)의 간격에 침입하는 것을 효과적으로 억제하는 한편, 그 이물을 메인 통로를 따라 배출 가능한 이물 배출 촉진 구조가 마련된다. 이하, 그 상세에 대해 설명한다.

도 2는, 이물 배출 촉진 구조를 나타내는 도면이다. (A)는 도 1의 A부 확대도이다. (B)는 (A)의 B-B선 단면도이다. 한편, 도 2(A)에 있어서는 편의상, 포트(14)와 중간 압력실(24)의 경계를 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 도 3은, 도 2의 C부 확대도이다. (A)는 본 실시형태의 구성을 나타내고, (B)는 변형예의 구성을 나타낸다.

도 2의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 포트(14)와 가이드 구멍(26) 사이에 단면 형상이 원형인 중간 압력실(24)이 마련되어 있다. 그리고, 중간 압력실(24)의 저부 근방에 의한 단차부(27)가 형성되어 있다. 이 단차부(27)는, 포트(14)로부터 침입한 이물을 캐치하기 위한 저면(29)을 구비한다. 저면(29)은, 포트(14)보다 가이드 구멍(26)측에 위치한다. 도 2(B)에도 나타내는 바와 같이, 단차부(27)를 획정하는 중간 압력실(24)의 내벽(31)의 지름 d가, 밸브 구멍(18)의 지름 a보다 커지게 구성되어 있다(d>a).

도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 단차부(27)의 저면(29)과 내벽(31)이 이루는 각도(θ)가 90도가 되도록 구성되어 있다. 한편, 내벽(31)은, 가이드 구멍(26)의 축선과 평행하게 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 포트(14)로부터 침입한 이물의 대부분은, 메인 통로를 따라 밸브 구멍(18)에 직접 인도되거나, 축경부(51)에 닿은 후, 그 외주면을 따라 밸브 구멍(18)에 인도되거나, 혹은 단차부(27)에 캐치된 후에 밸브 구멍(18)에 인도되게 된다. 즉, 이물이 작동 로드(50)와 가이드 구멍(26)의 슬라이딩부에 직접 인도되는 것이 억제된다. 단차부(27)에 캐치된 이물은, 메인 밸브(밸브부)의 전후 차압에 의한 흡인력에 의해 밸브 구멍(18)측으로 배출되게 된다.

한편, 가이드 구멍(26)의 개구 단부에 대해서는, 기계 가공상의 문제에서 슬라이딩부의 지름 b보다 크게 하는 것이 바람직하다고도 할 수 있다. 가이드 구멍(26)의 개구단이 포트(14)와의 접속부가 되기 때문에, 예를 들면 포트(14)의 개공 가공을 했을 때에 가이드 구멍(26)측을 향한 버(burr)가 발생하고, 그것이 작동 로드(50)에 걸려서, 밸브체(33)의 원활한 작동을 방해하는 경우가 상정되기 때문이다. 또한, 작동 로드(50)와 가이드 구멍(26) 사이에는 소정의 클리어런스가 있기 때문에, 작동 로드(50)가 축선에서 미세하게 기우는 것도 상정되고, 이와 같은 버가 발생하지 않더라도 포트(14)의 개구부의 에지가 작동 로드(50)에 걸리는 것도 상정된다. 이와 같은 관점에서, 가이드 구멍(26)의 개구단을 약간 지름을 확대하여 이들의 문제를 회피하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 밸브체(33)가 토출 압력(Pd)의 영향을 받지 않는 정도로 밸브 구멍(18)의 지름 a를 가이드 구멍(26)의 본체의 지름 b보다 다소 크게 하고(a>b), 가이드 구멍(26)의 확경부의 지름을 밸브 구멍(18)의 지름 a와 동일하게 하는 등을 생각할 수 있다.

하지만, 발명자들의 검증에 의하면, 가이드 구멍(26)에 그와 같은 확경부를 형성한 경우, 도리어 작동 로드(50)와의 간격에 이물이 끼이는 형태로 퇴적되기 쉬워지고, 슬라이딩부에 끌려들기 쉬워지는 것이 밝혀졌다. 여기서, 본 실시형태에서는 그 확경부에 대응하는 부분을 의도적으로 크게 하여 단차부(27)로 하고(d>a), 가이드 구멍(26)의 개구부 부근에 인도된 이물을 단차부(27)의 저면(29) 상에 분산시키는 것으로, 이물이 간격에 끼이는 상황의 발생을 억제하고 있다.

한편, 도 3(B)에 나타내는 변형예와 같이, 단차부(127)의 저면(129)과 내벽(31)이 이루는 각도(θ)를 90도보다 작은 예각이 되도록 해도 좋다. 이와 같은 구성에 의해, 단차부(127)에 일단 캐치된 이물이, 작동 로드(50)와 가이드 구멍(26)의 슬라이딩부에 인도되기 어려워진다. 즉, 단차부(127)에 캐치된 이물을 안정하게 유지하고, 메인 밸브의 밸브 개방시에 더욱 확실하게 배출할 수 있게 되기 때문에, 이물의 배출 촉진 효과를 높일 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 특정의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

상기 실시형태에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 중간 압력실(24)의 지름을 단차부(27)에서 밸브 구멍(18)의 근방에 이르기까지 일정하게 했다. 변형예에 있어서는 중간 압력실(24)을 단차를 갖는 원형 구멍 형상으로 형성해도 좋다. 그에 의해, 단차부(27)에 있어서 내벽(31)의 지름이 최대가 되도록 해도 좋다. 도 3(B)에 나타내는 변형예에 대해서도 동일하다.

상기 실시형태에서는 설명하지 않았지만, 작동 로드에 있어서의 가이드 구멍과의 슬라이딩면에, 대상 장치의 유체 통로를 형성하는 금속(슬라이딩부로의 침입 가능성이 있는 이물)보다 부드러운 재질로 이루어지는 코팅을 실시해도 좋다. 그 경우, 가이드 구멍의 반경과 작동 로드의 반경의 차를 s, 코팅막의 두께를 t로 했을 경우에, s/2≤t<s의 관계를 만족하도록 한다. 더 바람직하게는, 2s/3≤t<s의 관계를 만족하도록 한다. 코팅막의 재질로서 불소계 수지를 사용해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 작동 로드로서 중공(中空) 구조인 것을 예시했다. 변형예에 있어서는, 작동 로드를 중실(中實) 구조로 해도 좋다. 예를 들면, 블리드 기능과는 무관한 중실 샤프트를 작동 로드로 해도 좋다. 블리드 기능을 구비하지 않는 제어 밸브에 대해 상기 이물 배출 촉진 구조를 적용해도 좋다.

상기 실시형태에서는, 솔레노이드를 액추에이터로 하는 전자 밸브에 이물 배출 촉진 구조를 적용하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 스테핑 모터 등의 전동기를 액추에이터로 하는 제어 밸브에 대해 동일한 이물 배출 촉진 구조를 적용해도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 가변 용량 압축기용 제어 밸브에 이물 배출 촉진 구조를 적용하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 냉동 사이클에 마련되는 다른 제어 밸브에 적용해도 좋다. 혹은, 냉동 사이클에 한정되지 않고, 유체의 흐름을 제어하는 다른 제어 밸브에 적용해도 좋다.

한편, 본 발명은 상기 실시형태나 변형예에 한정되지 않고, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 상기 실시형태나 변형예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합하는 것에 의해 다양한 발명을 형성해도 좋다. 또한, 상기 실시형태나 변형예에 개시되는 전체 구성 요소에서 몇개의 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 제어 밸브
3: 솔레노이드
5: 보디
12, 14, 16: 포트
18: 밸브 구멍
20: 밸브 시트
24: 중간 압력실
26: 가이드 구멍
27: 단차부
29: 저면
31: 내벽
33: 밸브체
36: 밸브 시트
38: 밸브체
50: 작동 로드
51: 축경부
127: 단차부
129: 저면

Claims (4)

1. 대상 장치를 흐르는 유체의 흐름을 조정하기 위한 제어 밸브에 있어서,
   밸브 구멍과 가이드 구멍이 중간 압력실을 통해 축선 방향으로 연통하도록 형성되고, 상기 중간 압력실에 유체를 도입하기 위한 도입 포트가 측방으로 개구하도록 형성되고, 상기 밸브 구멍을 통과한 유체를 도출하기 위한 도출 포트가 형성된 보디;
   상기 도출 포트측에서부터 상기 밸브 구멍에 접리하여 밸브부를 개폐하는 밸브체;
   상기 가이드 구멍에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 상기 밸브 구멍을 관통하여 상기 밸브체와 일체로 마련된 작동 로드; 및
   상기 작동 로드에 대해 상기 밸브부의 개폐 방향의 구동력을 부여 가능한 액추에이터를 구비하고,
   상기 중간 압력실에 있어서의 상기 도입 포트와 상기 가이드 구멍 사이에 상기 가이드 구멍과 동축 형태로 형성되고, 상기 도입 포트로부터 침입한 이물을 캐치하기 위한 저면을 구비하는 단차부가 마련되고,
   상기 단차부를 획정하는 내벽의 지름이, 상기 밸브 구멍의 지름보다 커지게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단차부의 저면과 상기 내벽이 이루는 각도가 90도 이하가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 밸브 구멍의 지름과 상기 가이드 구멍의 지름이 동일하게 되어 있고,
   상기 작동 로드가, 상기 밸브 구멍을 관통하여 상기 밸브체와 일체로 연결되는 축경부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   흡입실에 도입되는 냉매를 압축하여 토출실로부터 토출하는 가변 용량 압축기를 상기 대상 장치로 하여 도입되고, 그 가변 용량 압축기의 토출 용량을, 상기 토출실로부터 제어실에 도입하는 냉매의 유량을 조정하는 것에 의해 변화시키는 제어 밸브로서 구성되고,
   상기 보디는, 일단측에서부터 상기 도출 포트로서 상기 제어실에 연통하는 제어실 연통 포트와, 상기 도입 포트로서 상기 토출실에 연통하는 토출실 연통 포트와, 상기 흡입실에 연통하는 흡입실 연통 포트를 구비하고,
   상기 보디의 타단측에 상기 액추에이터로서의 솔레노이드가 마련되고,
   상기 솔레노이드의 구동력이 상기 작동 로드를 통해 상기 밸브체에 전달되고,
   상기 보디와 상기 솔레노이드 사이에, 상기 흡입실 연통 포트와 연통하는 작동실이 형성되고,
   상기 작동 로드의 상기 밸브체와는 반대측 단부가 상기 작동실에 위치하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.

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