JP7220963B2

JP7220963B2 - 容量制御弁

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Publication number: JP7220963B2
Application number: JP2020530185A
Authority: JP
Inventors: 真弘葉山; 康平福留; 貴裕江島; 大千栗原; 渉 ▲高▼橋; 啓吾白藤; 義博小川
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2023-02-13
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: US11994120B2; EP3822483A1; CN112334654A; EP3822483B1; WO2020013156A1; CN112334654B; EP3822483A4; US20210363980A1; JPWO2020013156A1

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（以下、単に「連続駆動時」と表記することもある）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、主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っている。

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、容量可変型圧縮機を最大容量で駆動する場合には、容量制御弁の主弁を閉塞して制御室の圧力を低くすることで、斜板の傾斜角度を最大とするようになっている。

また、容量制御弁の制御ポートと吸入ポートとの間を連通させる補助連通路を形成し、起動時に容量可変型圧縮機の制御室の冷媒を制御ポート、補助連通路、吸入ポートを通して容量可変型圧縮機の吸入室へ排出するようにして、起動時に制御室の圧力を迅速に低下させることで、容量可変型圧縮機の応答性が向上されるものも知られている（特許文献１参照）。

特許第５１６７１２１号公報（第７頁、第２図）

しかしながら、特許文献１にあっては、起動時に流体排出機能に優れるものの、容量可変型圧縮機の連続駆動時における容量制御弁の通電制御時には、補助連通路が連通しており制御ポートから吸入ポートに冷媒が流れ込むことから、制御室の圧力の制御性が悪く、容量可変型圧縮機の運転効率が下がってしまう虞があった。また、容量制御弁の非通電状態には、補助連通路が連通しており制御ポートから吸入ポートに冷媒が流れ込むことから、短い時間経過後の再起動時の制御性が悪く、容量可変型圧縮機の運転効率が下がってしまう虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、起動時の流体排出機能を有しつつ運転効率が良い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、
吐出圧力の吐出流体が通過する吐出ポート、吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
主弁座とソレノイドにより駆動される主弁体とにより構成され前記主弁体の移動により前記吐出ポートと前記制御ポートとの連通を開閉する主弁と、を備える容量制御弁であって、
ＣＳ弁体と、前記ＣＳ弁体を閉方向に付勢する第１バネと、前記ＣＳ弁体を開方向に付勢する第２バネとを具備し、前記主弁体の閉弁位置で前記制御ポートと前記吸入ポートとは開放されており、前記主弁体の開弁位置で前記制御ポートと前記吸入ポートとは閉塞されているＣＳ弁を有している。
これによれば、容量可変型圧縮機の起動時には、主弁体が閉弁位置となってＣＳ弁を開放し制御ポートと吸入ポートとを連通させることにより、制御室内からＣＳ弁を通して液化した流体を吸入室内に短時間で排出して起動時の応答性を高めることができる。また、容量制御弁のソレノイドに通電されない非通電時には、主弁体は開弁位置となってＣＳ弁は閉塞されるため、制御ポートを通過する制御流体が吸入ポートに流入せず、容量制御弁の運転効率が高い。

前記第１バネのバネ定数は前記第２バネのバネ定数よりも小さくてもよい。
これによれば、第１バネの付勢力と第２バネの付勢力が釣り合った後、両バネによる付勢力差が直ぐに大きくなるため、確実にＣＳ弁が開放される。

前記第２バネの一端は前記ＣＳ弁体に当接するとともに、他端は前記主弁体または前記主弁体に接続された部材に当接していてもよい。
これによれば、ＣＳ弁を有する容量制御弁は簡素な構造となる。

前記ＣＳ弁体は円筒形状であって、前記バルブハウジングの内周には環状段部が形成されており、前記環状段部の一部は前記ＣＳ弁体が接離するＣＳ弁座をなしていてもよい。
これによれば、ＣＳ弁を有する容量制御弁は簡素な構造となる。

前記ＣＳ弁体は、前記バルブハウジングの内周に摺動可能に配置されていてもよい。
これによれば、ＣＳ弁を有する容量制御弁をコンパクトに構成できる。

前記第２バネのバネ定数は、前記第２バネの全長が短くなるにつれ大きくなる非線形特性となっていてもよい。
これによれば、主弁体の閉位置の極近傍でＣＳ弁を開放するように構成できるため、容量制御弁は制御精度が高いものとなる。

前記第１バネおよび前記第２バネはコイルスプリングであってもよい。
これによれば、ＣＳ弁を有する容量制御弁は簡素な構造となる。

前記吸入圧力により開閉する圧力駆動弁を備え、
前記主弁体は中空ロッドの一部をなしており、前記中空ロッドには、前記圧力駆動弁の開閉により前記制御ポートと前記吸入ポートとを連通させることが可能な中空連通路が形成されてもよい。
これによれば、起動時において、圧力駆動弁によっても冷媒を排出できるから冷媒排出を迅速に行うことができる。

前記吸入ポートは第１吸入ポートと第２吸入ポートからなり、前記ソレノイド側から、前記第１吸入ポート、前記吐出ポート、前記制御ポート、前記第２吸入ポートの順に配置されていてもよい
これによれば、制御ポートと第２吸入ポートが隣り合うため、ＣＳ弁を有する容量制御弁は簡素な構造となる。

前記ＣＳ弁は、開閉方向両側に密封部を有しており、両密封部の受圧面積が異なっていてもよい。
これによれば、制御圧力と吸入圧力との差圧をＣＳ弁の開閉方向に作用させることができる。

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。実施例１の容量制御弁の通電状態（起動時）において主弁が閉塞され、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（起動時）において主弁が閉塞され、ＣＳ弁が開放された様子を示す図２の拡大断面図である。実施例１の容量制御弁の非通電状態において主弁が開放され、ＣＳ弁が閉塞された様子を示す拡大断面図である。実施例１の主副弁体のストローク位置に対する第１コイルスプリングと第２コイルスプリングに作用するスプリング荷重と、主弁の開閉状態と、ＣＳ弁の開閉状態を説明する図である。尚、横軸のストローク位置は、ソレノイドに電流を印加した際に主副弁体が移動する方向（図２における左から右への方向）で示している。本実施例１の変形例の容量制御弁における主副弁体のストローク位置に対する第１コイルスプリングと第２コイルスプリングに作用するスプリング荷重と、主弁の開閉状態と、ＣＳ弁の開閉状態を説明する図である。尚、横軸のストローク位置は、ソレノイドに電流を印加した際に主副弁体が移動する方向（図２における左から右への方向）で示している。本発明に係る実施例２の容量制御弁の非通電状態において主弁が開放され、ＣＳ弁が閉塞された様子を示す拡大断面図である。

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５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における主弁５０、副弁５５、ＣＳ弁５７の開閉制御を行うとともに、中空連通路としての中間連通路５９における吸入圧力Ｐｓにより感圧体６１を動作させて圧力駆動弁としての感圧弁５３の開閉制御を行い、制御室４内に流入する、または制御室４から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。

本実施例において、主弁５０は、主弁体および中空ロッドとしての主副弁体５１とバルブハウジング１０の内周面に形成された主弁座１０ａとにより構成されており、主副弁体５１の軸方向左端５１ａが主弁座１０ａに接離することで、主弁５０が開閉するようになっている。感圧弁５３は、感圧体６１を構成するキャップ７０と中空ロッドとしての感圧弁部材５２の軸方向左端に形成される感圧弁座５２ａとにより構成されており、キャップ７０の軸方向右端の外径側に形成されるシール面７０ａが感圧弁座５２ａに接離することで、感圧弁５３が開閉するようになっている。副弁５５は、主副弁体５１と固定鉄心８２の開口端面、すなわち軸方向左端面に形成される副弁座８２ａとにより構成されており、主副弁体５１の軸方向右端５１ｂが副弁座８２ａに接離することで、副弁５５が開閉するようになっている。ＣＳ弁５７は、ＣＳ弁体５６とバルブハウジング１０の内周面に形成されるＣＳ弁座１０ｄとにより構成されており、ＣＳ弁体５６の外周面の軸方向略中央に形成される突端部５６ａがＣＳ弁座１０ｄに接離することで、ＣＳ弁５７が開閉するようになっている。尚、ＣＳ弁５７については後段にて詳述する。

次いで、容量制御弁Ｖの構造について説明する。図２に示されるように、容量制御弁Ｖは、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内に軸方向に往復動自在に配置された主副弁体５１、感圧弁部材５２、ＣＳ弁体５６と、中間連通路５９における吸入圧力Ｐｓに応じて主副弁体５１、感圧弁部材５２に軸方向右方への付勢力を付与する感圧体６１と、バルブハウジング１０に接続され主副弁体５１、感圧弁部材５２、ＣＳ弁体５６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固定鉄心８２と、固定鉄心８２の内径側において軸方向に往復動自在、かつその軸方向左端部が主副弁体５１の軸方向右端部と接続固定される駆動ロッド８３と、駆動ロッド８３の軸方向右端部に固着される可動鉄心８４と、固定鉄心８２と可動鉄心８４との間に設けられ可動鉄心８４を軸方向右方に付勢するコイルスプリング８５と、固定鉄心８２の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用のコイル８６と、から主に構成されている。

ケーシング８１には、軸方向左端の内径側が軸方向右方に凹む凹部８１ｂが形成されており、この凹部８１ｂに対してバルブハウジング１０の軸方向右端部が略密封状に挿嵌・固定されている。

固定鉄心８２は、鉄やケイ素鋼等の磁性材料である剛体から形成され、軸方向に延び駆動ロッド８３が挿通される挿通孔８２ｃが形成される円筒部８２ｂと、円筒部８２ｂの軸方向左端部の外周面から外径方向に延びる環状のフランジ部８２ｄとを備え、円筒部８２ｂの軸方向左端面に副弁座８２ａが形成されている。

図２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の吐出室２と連通する吐出ポートとしてのＰｄポート１２と、容量可変型圧縮機Ｍの吸入室３と連通する吸入ポートおよび第１吸入ポートとしての第１Ｐｓポート１３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１４と、容量可変型圧縮機Ｍの吸入室３と連通する吸入ポートおよび第２吸入ポートとしての第２Ｐｓポート１５と、がソレノイド８０側から第１Ｐｓポート１３、Ｐｄポート１２、Ｐｃポート１４、第２Ｐｓポート１５の順に形成されている。

また、バルブハウジング１０は、その軸方向左端部に仕切調整部材１１が略密封状に圧入されることにより有底略円筒形状を成している。尚、仕切調整部材１１は、バルブハウジング１０の軸方向における設置位置を調整することで、感圧体６１やＣＳ弁５７を構成する後述する第１バネとしての第１コイルスプリング９１および第２バネとしての第２コイルスプリング９２の付勢力を調整できるようになっている。

バルブハウジング１０の内部には、主副弁体５１、感圧弁部材５２、ＣＳ弁体５６が軸方向に往復動自在に配置され、バルブハウジング１０の内周面の一部には、主副弁体５１の外周面が略密封状態で摺接可能な小径のガイド面１０ｂが形成されている。また、バルブハウジング１０の内周面の軸方向左端部には、バルブハウジング１０の軸方向左端面から軸方向右方に延びる第２Ｐｓポート１５が形成される内周面１０ｃと、内周面１０ｃの軸方向右端から傾斜しながら内径方向に延びＣＳ弁体５６の突端部５６ａが接離するＣＳ弁座１０ｄと、ＣＳ弁座１０ｄの内径側から軸方向右方に延びる内周面１０ｅとにより環状段部１０ｆが形成されている（図３～５参照）。

また、バルブハウジング１０の内部には、Ｐｄポート１２と連通され主副弁体５１の軸方向左端５１ａ側が配置される第１弁室２０と、第１Ｐｓポート１３と連通され主副弁体５１の背圧側、すなわち軸方向右端５１ｂ側が配置される第２弁室３０と、Ｐｃポート１４および第２Ｐｓポート１５と連通され感圧体６１と共にＣＳ弁体５６が配置される感圧室４０と、が形成されている。尚、第２弁室３０は、主副弁体５１の外周面と、固定鉄心８２の軸方向左端面と、バルブハウジング１０のガイド面１０ｂよりも軸方向右側の内周面とにより画成されている。

図２に示されるように、感圧体６１は、コイルスプリング６３が内蔵されるベローズコア６２と、ベローズコア６２の軸方向右端に設けられる円板状のキャップ７０と、から主に構成され、ベローズコア６２の軸方向左端は、仕切調整部材１１に固定されている。

また、感圧体６１は、感圧室４０内に配置されており、コイルスプリング６３とベローズコア６２によりキャップ７０を軸方向右方に移動させる付勢力によりキャップ７０のシール面７０ａを感圧弁部材５２の感圧弁座５２ａに着座させるようになっている。

図２および図３に示されるように、主副弁体５１は、略円筒形状に構成されており、軸方向左端部には、感圧弁部材５２が接続固定され、軸方向右端部には、駆動ロッド８３が接続固定されており、これらは一体に軸方向に移動するようになっている。尚、主副弁体５１の外周面とバルブハウジング１０のガイド面１０ｂとの間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、主副弁体５１は、バルブハウジング１０に対して摺動して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。

また、主副弁体５１および感圧弁部材５２の内部には、中空孔が接続されることにより軸方向に亘って貫通する中間連通路５９が形成されている。尚、中間連通路５９は、駆動ロッド８３の軸方向左端部に形成される連通孔８３ａを介して第２弁室３０と連通可能となっている（図２参照）。尚、説明の便宜上、図示を省略するが、容量可変型圧縮機Ｍが停止状態で長時間放置されることにより制御室４で高圧となった流体が液化することがあるが、容量可変型圧縮機Ｍを起動するとともに容量制御弁Ｖを通電状態とすることにより、主弁５０が閉塞されるとともに副弁５５が開放され、さらに中間連通路５９における高い吸入圧力Ｐｓにより、感圧体６１が収縮して感圧弁５３が開弁されることにより、制御室４の液冷媒を中間連通路５９を介して吸入室３に短時間で排出できるようになっている。

図３～図５に示されるように、感圧弁部材５２は、主副弁体５１の軸方向左端部が接続固定される円筒部５２ｂと、円筒部５２ｂの軸方向左端部の外周面から外径方向に延びる環状のフランジ部５２ｃと、フランジ部５２ｃの軸方向左側においてフランジ部５２ｃよりも小径に形成され感圧体６１を構成するキャップ７０のシール面７０ａと接離する感圧弁座５２ａが形成される当接部５２ｄと、を有するフランジ付き略円筒形状に構成されている。また、感圧弁部材５２の当接部５２ｄには、ＣＳ弁５７を構成する第２コイルスプリング９２が外嵌されている。

図３～図５に示されるように、ＣＳ弁体５６は、感圧室４０内において感圧体６１および感圧弁部材５２の外径側に同心状に配置され、軸方向右端部における基部５６ｂと、基部５６ｂの軸方向左側において基部５６ｂよりも大径に形成されバルブハウジング１０の内周面に形成されるＣＳ弁座１０ｄと接離する突端部５６ａが形成される当接部５６ｃと、から段付き円筒形状に構成されている。尚、基部５６ｂの外周面とバルブハウジング１０の内周面１０ｅとの間、当接部５６ｃの外周面とバルブハウジング１０の内周面１０ｃとの間は、径方向に離間することにより隙間がそれぞれ形成されており、ＣＳ弁体５６は、バルブハウジング１０に対して摺動により、軸方向に円滑にスライド移動可能となっている。

また、ＣＳ弁体５６には、基部５６ｂの外周面の軸方向左端部に内径方向に凹む環状凹部５６ｄが設けられることにより、環状凹部５６ｄとバルブハウジング１０の内周面１０ｅとの間に環状の空間が形成されている。また、環状凹部５６ｄには、径方向に貫通し、上述した環状の空間と感圧室４０とを連通する貫通孔５６ｅが設けられている。

また、ＣＳ弁体５６の内側には、基部５６ｂの軸方向右端の内径側が軸方向左方に段状に凹む凹部５６ｆが形成され、凹部５６ｆには、第２コイルスプリング９２の軸方向左端部が内嵌されている。また、ＣＳ弁体５６の内側には、当接部５６ｃの軸方向左端の内径側が軸方向右方に段状に凹む凹部５６ｇが形成され、凹部５６ｇには、第１コイルスプリング９１の軸方向右端部が内嵌されている。

尚、第１コイルスプリング９１の軸方向右端は、凹部５６ｇの底面に当接し、第１コイルスプリング９１の軸方向左端は、仕切調整部材１１の内径側に形成される凹部１１ｂの底面に当接することにより、ＣＳ弁体５６を閉弁方向である軸方向右方に付勢している。また、第２コイルスプリング９２の一端としての軸方向左端は、凹部５６ｆの底面に当接し、第２コイルスプリング９２の他端としての軸方向右端は、感圧弁部材５２のフランジ部５２ｃの軸方向左端面５２ｅに当接することにより、ＣＳ弁体５６を開弁方向である軸方向左方に付勢している。

また、第１コイルスプリング９１および第２コイルスプリング９２は同一径、かつ軸心を共にする圧縮バネであり、ＣＳ弁体５６を閉弁方向である軸方向右方に付勢する第１コイルスプリング９１のバネ定数ｋ１は、ＣＳ弁体５６を開弁方向である軸方向左方に付勢する第２コイルスプリング９２のバネ定数ｋ２よりも小さく構成されている（ｋ１＜ｋ２）。

また、ＣＳ弁体５６の軸方向左端、すなわち当接部５６ｃの軸方向左端５６ｈは、ＣＳ弁５７の開弁時において仕切調整部材１１の軸方向右端面１１ａに当接可能となっている（図３参照）。

次いで、ＣＳ弁５７の開閉機構について説明する。ソレノイド８０への非通電時において主弁５０が開放され、主副弁体５１が開弁位置（図４参照）にある状態では、図５を参照し、第１コイルスプリング９１のスプリング荷重が第２コイルスプリング９２のスプリング荷重よりも大きくなっているため、ＣＳ弁体５６には、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差により閉弁方向である軸方向右方に付勢力（図４において白矢印で図示）が作用し、ＣＳ弁体５６の突端部５６ａは、バルブハウジング１０の内周面に形成されるＣＳ弁座１０ｄに当接しＣＳ弁５７が閉塞される（図４参照）。尚、ＣＳ弁体５６の突端部５６ａがＣＳ弁座１０ｄに当接する密封部Ｓａの受圧面積と、ＣＳ弁体５６の当接部５６ｃの外周面とバルブハウジング１０の内周面１０ｃとが摺接する密封部Ｓｂの受圧面積は同じとなっている。そのため、ＣＳ弁５７の閉塞時において、ＣＳ弁体５６の突端部５６ａがＣＳ弁座１０ｄに当接した状態では軸方向両側から作用する制御圧力Ｐｃの圧力の影響がキャンセルされている。同様に、ＣＳ弁体５６に対して軸方向両側から作用する吸入圧力Ｐｓ影響がキャンセルされている。さらに尚、ＣＳ弁５７は、ＣＳ弁体５６の突端部５６ａとバルブハウジング１０のＣＳ弁座１０ｄとの間を完全に閉塞するものに限らず、Ｐｃポート１４から第２Ｐｓポート１５に向かう流体の流れを絞るように構成されるものであってもよい。

また、主弁５０が開放された状態からソレノイド８０に通電されると、主副弁体５１は軸方向左方に移動する。図５を参照し、主副弁体５１の左方への移動により、第２コイルスプリング９２のみが縮み、第２コイルスプリング９２の荷重が増加していき、第２コイルスプリング９２のスプリング荷重が第１コイルスプリング９１のスプリング荷重と等しくなると（交点Ｐ）、ＣＳ弁体５６の突端部５６ａがバルブハウジング１０のＣＳ弁座１０ｄから離間し、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２とが共に縮み、ＣＳ弁５７が開放され始める。このとき、主弁５０はまだ閉塞されていない。

ソレノイド８０への通電時の最大通電状態においては、主副弁体５１がさらに軸方向左方に移動し、主弁５０が閉塞され、主副弁体５１が閉弁位置（図２および図３参照）にある状態では、図５を参照し、第２コイルスプリング９２のスプリング荷重が第１コイルスプリング９１のスプリング荷重よりも大きくなっているため、ＣＳ弁体５６には、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差により開弁方向である軸方向左方に付勢力（図３において白矢印で図示）が作用し、ＣＳ弁体５６の軸方向左端５６ｈが仕切調整部材１１の軸方向右端面１１ａに当接し、ＣＳ弁５７が開放される（図４参照）。

次いで、容量制御弁Ｖの動作について、通電時（起動時）、非通電時、通常制御時の順に説明する。

先ず、通電時（起動時）について説明する。容量可変型圧縮機Ｍを使用せずに長時間放置した後、容量可変型圧縮機Ｍを起動するとともに容量制御弁Ｖのソレノイド８０に通電することにより、主弁５０が閉塞され副弁５５が開放される。このとき、主副弁体５１が閉弁位置から開弁位置までストロークする際に、交点Ｐ（図５参照）に対応するストローク位置において、第１コイルスプリング９１の付勢力と第２コイルスプリング９２の付勢力が釣り合った後、交点Ｐよりも閉弁位置付近にストロークすることにより、ＣＳ弁体５６には、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差により開弁方向である軸方向左方に付勢力が作用し、図３に示されるように、ＣＳ弁５７を開放しＰｃポート１４と第２Ｐｓポート１５とを連通させることにより、制御室４内からＣＳ弁５７を通して液化した流体を吸入室３内に短時間で排出して起動時の応答性を高めることができる。さらに、前述したように、容量制御弁Ｖは、中間連通路５９における吸入圧力Ｐｓが高いことから感圧弁５３は開放し、制御圧力Ｐｃを中間連通路５９および駆動ロッド８３の連通孔８３ａを通して第２弁室３０に迅速にリリースすることができるため、ＣＳ弁５７と感圧弁５３とにより開放される２つの流路を利用して、制御室４内から液化した流体を吸入室３内に短時間で排出して起動時の応答性を高めることができる。

さらに、本実施例の容量制御弁Ｖは、制御室４が最大容量の状態においても、主弁５０を閉塞し、ＣＳ弁５７を開放しＰｃポート１４から第２Ｐｓポート１５を連通させることにより、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓを均圧（同圧）に維持することができる。そのため、制御室４のシリンダ４ａ内におけるピストン７のストロークを安定させ、最大容量の状態を維持して運転効率を高めることができる。

次に、非通電時について説明する。非通電時においては、図４に示されるように、主副弁体５１、感圧弁部材５２が感圧体６１を構成するコイルスプリング６３の付勢力により軸方向右方へと押圧され主弁５０を開放させるとともに、主副弁体５１が交点Ｐ（図５参照）よりも開弁位置付近にストロークすることにより、ＣＳ弁体５６には、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差により閉弁方向である軸方向右方に付勢力が作用し、図４に示されるように、ＣＳ弁５７が閉塞される。これによれば、Ｐｃポート１４を通過する制御流体が第２Ｐｓポート１５に流入することがないため、容量可変型圧縮機Ｍを停止して短い時間経過後の再起動時の制御性が高く、容量制御弁Ｖの運転効率が高い。

次に、通常制御時について説明する。通常制御時においては、容量制御弁Ｖのデューティ制御により、主弁５０の開度や開放時間を調整してＰｄポート１２からＰｃポート１４への流体の流量を制御している。容量制御弁Ｖのデューティ制御において主弁５０を僅かに開いた際にも、主副弁体５１が交点Ｐ（図５参照）よりも開弁位置側にストロークすることにより、ＣＳ弁体５６には、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差により閉弁方向である軸方向右方に付勢力が作用し、図４に示されるように、ＣＳ弁５７が閉塞される。これにより、Ｐｃポート１４から第２Ｐｓポート１５への流体の漏れを防止することができるため、容量制御弁Ｖによる制御圧力Ｐｃの制御精度を高めることができる。

また、第１コイルスプリング９１のバネ定数ｋ１は、第２コイルスプリング９２のバネ定数ｋ２よりも小さく構成される（ｋ１＜ｋ２）ことにより、交点Ｐ（図５参照）において、第１コイルスプリング９１の付勢力と第２コイルスプリング９２の付勢力が釣り合った後、交点Ｐよりも主副弁体５１が開弁位置側または閉弁位置側にストロークすることにより、第１コイルスプリング９１と第２コイルスプリング９２による付勢力差が直ぐに大きくなるため、確実にＣＳ弁５７が開放または閉塞される。

また、図６に示されるように、第２コイルスプリング９２のバネ定数ｋ２は、主副弁体５１が閉弁位置側にストロークするにつれ、言い換えれば、第２コイルスプリング９２が縮み全長が短くなるにつれ大きくなる非線形特性とすることにより、図５に示される線形特性の場合と比べ、主副弁体５１が閉弁位置の極近傍でＣＳ弁５７を開放するように構成して容量制御弁Ｖの制御精度がより高めるようにしてもよい。

また、第２コイルスプリング９２の一端としての軸方向左端は、ＣＳ弁体５６の凹部５６ｆの底面に当接するとともに、他端としての軸方向左端は主副弁体５１に接続された感圧弁部材５２のフランジ部５２ｃの軸方向左端面５２ｅに当接することにより、ＣＳ弁５７を有する容量制御弁Ｖを簡素な構造とすることができる。

また、ＣＳ弁体５６は、略円筒形状であって、バルブハウジング１０の内周には環状段部１０ｆが形成されており環状段部１０ｆの一部がＣＳ弁体５６の突端部５６ａが接離するＣＳ弁座１０ｄを構成しているため、ＣＳ弁５７を有する容量制御弁Ｖを簡素な構造とすることができる。

また、ＣＳ弁体５６は、基部５６ｂの外周面とバルブハウジング１０の内周面１０ｅ、当接部５６ｃの外周面とバルブハウジング１０の内周面１０ｃとがそれぞれ摺動可能に配置されているため、ＣＳ弁５７を有する容量制御弁Ｖをコンパクトに構成できる。

また、容量制御弁Ｖは、バルブハウジング１０の軸方向左端から感圧室４０にＣＳ弁体５６、第１コイルスプリング９１および第２コイルスプリング９２を挿入した後、仕切調整部材１１を圧入して固定する構造であるため、組み立てが簡単である。

また、Ｐｃポート１４は、第２Ｐｓポート１５よりもＰｄポート１２に近い位置に配置されているから、制御時に吐出圧力Ｐｄを制御室４に伝えやすい。

実施例２に係る容量制御弁につき、図７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。

本実施例２の容量制御弁Ｖにおいて、図７に示されるように、ＣＳ弁１５７は、ＣＳ弁体５６とバルブハウジング１１０の内周面に形成されるＣＳ弁座１１０ｄとにより構成されており、ＣＳ弁体５６の外周面の軸方向略中央に形成されるテーパ面５６ｋがＣＳ弁座１１０ｄに接離することで、ＣＳ弁１５７が開閉するようになっている。

詳しくは、バルブハウジング１１０の内部には、バルブハウジング１１０の軸方向左端面から軸方向右方に延びる第２Ｐｓポート１５が形成される内周面１１０ｃと、内周面１１０ｃの軸方向右端から軸方向に略直交しながら内径方向に延びる側面１１０ｇと、側面１１０ｇの内径側から軸方向右方に延びる内周面１１０ｅとにより環状段部１１０ｆが形成されている。また、環状段部１１０ｆの軸方向左端の内径側、すなわち側面１１０ｇと内周面１１０ｅとにより形成される端部には、ＣＳ弁体５６のテーパ面５６ｋと接離するＣＳ弁座１１０ｄが形成されている。尚、ＣＳ弁体５６のテーパ面５６ｋがＣＳ弁座１１０ｄに当接する密封部Ｓａ、ＣＳ弁体５６の当接部５６ｃの外周面とバルブハウジング１１０の内周面１１０ｃとが摺接する密封部Ｓｂが形成されている。

実施例２においては、密封部Ｓａにおける受圧面積、すなわち受圧シール径Ａが、密封部Ｓｂにおける受圧面積、すなわち受圧シール径Ｂよりも小さくなっている（Ｂ＞Ａ）。これによれば、ＣＳ弁１５７の閉塞時において、ＣＳ弁体５６には、軸方向右方に向けて制御圧力Ｐｃにより（Ｂ－Ａ）Ｐｃの力が作用し、軸方向左方に向けて吸入圧力Ｐｓにより（Ｂ－Ａ）Ｐｓの力が作用している。すなわち、右向きを正として、ＣＳ弁体５６には、（Ｂ－Ａ）Ｐｃ－（Ｂ－Ａ）Ｐｓの力ΔＦが作用している。そして、Ｐｃ≧Ｐｓの場合、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧によりＣＳ弁１５７を閉弁方向である軸方向右方に作用させる力ΔＦが生じることにより、ＣＳ弁１５７が閉塞状態に維持されやすくなっている。

尚、本実施例においては、バルブハウジング１１０にＣＳ弁座１１０ｄとしての端部を形成することにより、密封部Ｓａにおける受圧シール径Ａを密封部Ｓｂにおける受圧シール径Ｂよりも小さく構成する態様（Ｂ＞Ａ）について説明したが、これに限らず、ＣＳ弁座１１０ｄとの接離部分におけるＣＳ弁体の形状やバルブハウジング１１０の形状を変更することにより密封部Ｓａにおける受圧シール径を密封部Ｓｂにおける受圧シール径よりも小さく構成してもよい。このように、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧をＣＳ弁１５７の開弁方向である軸方向左方に作用させるように密封部Ｓａ，Ｓｂの受圧面積が設定されるものであってもよい。

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、主副弁体５１と感圧弁部材５２とを別体で構成する例について説明したが、両者は一体に形成されていてもよい。

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、前記実施例では、副弁は設けなくともよく、主副弁体の軸方向右端は、軸方向の荷重を受ける支持部材として機能すればよく、必ずしも密閉機能は必要ではない。

また、第１バネとしての第１コイルスプリング９１および第２バネとしての第２コイルスプリング９２は、圧縮バネに限らず、引張バネでもよく、コイル形状以外であってもよい。

また、感圧体６１は、内部にコイルスプリングを使用しないものであってもよい。

１ケーシング
２吐出室
３吸入室
４制御室
１０バルブハウジング
１０ａ主弁座
１０ｂガイド面
１０ｃ内周面
１０ｄＣＳ弁座
１０ｅ内周面
１０ｆ環状段部
１１仕切調整部材
１１ａ軸方向右端面
１１ｂ凹部
１２Ｐｄポート（吐出ポート）
１３第１Ｐｓポート（吸入ポート，第１吸入ポート）
１４Ｐｃポート（制御ポート）
１５第２Ｐｓポート（吸入ポート，第２吸入ポート）
２０第１弁室
３０第２弁室
４０感圧室
５０主弁
５１主副弁体（主弁体，中空ロッド）
５１ａ軸方向左端
５１ｂ軸方向右端
５２感圧弁部材（中空ロッド）
５２ａ感圧弁座
５２ｂ円筒部
５２ｃフランジ部
５２ｄ当接部
５２ｅ軸方向左端面
５３感圧弁（圧力駆動弁）
５５副弁
５６ＣＳ弁体
５６ａ突端部
５６ｂ基部
５６ｃ当接部
５６ｄ環状凹部
５６ｅ貫通孔
５６ｆ，５６ｇ凹部
５６ｈ軸方向左端
５６ｋテーパ面
５７ＣＳ弁
５９中間連通路（中空連通路）
６１感圧体
６２ベローズコア
６３コイルスプリング
７０キャップ
７０ａシール面
８０ソレノイド
８２固定鉄心
８２ａ副弁座
９１第１コイルスプリング（第１バネ）
９２第２コイルスプリング（第２バネ）
１１０バルブハウジング
１１０ｄＣＳ弁座
１５７ＣＳ弁
Ｐ交点
Ｐｃ制御圧力
Ｐｄ吐出圧力
Ｐｓ吸入圧力
Ｓａ，Ｓｂ密封部
Ｖ容量制御弁

Claims

吐出圧力の吐出流体が通過する吐出ポート、吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
主弁座とソレノイドにより駆動される主弁体とにより構成され前記主弁体の移動により前記吐出ポートと前記制御ポートとの連通を開閉する主弁と、を備える容量制御弁であって、
ＣＳ弁体と、前記ＣＳ弁体を閉方向に付勢する第１バネと、前記ＣＳ弁体を開方向に付勢する第２バネとを具備し、前記主弁体の閉弁位置で前記制御ポートと前記吸入ポートとは開放されており、前記主弁体の開弁位置で前記制御ポートと前記吸入ポートとは閉塞されているＣＳ弁を有することを特徴とする容量制御弁。
前記第１バネのバネ定数は前記第２バネのバネ定数よりも小さい請求項１に記載の容量制御弁。
前記第２バネの一端は前記ＣＳ弁体に当接するとともに、他端は前記主弁体または前記主弁体に接続された部材に当接している請求項１または２に記載の容量制御弁。
前記ＣＳ弁体は円筒形状であって、前記バルブハウジングの内周には環状段部が形成されており、前記環状段部の一部は前記ＣＳ弁体が接離するＣＳ弁座をなしている請求項１ないし３のいずれかに記載の容量制御弁。
前記ＣＳ弁体は、前記バルブハウジングの内周に摺動可能に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の容量制御弁。
前記第２バネのバネ定数は、前記第２バネの全長が短くなるにつれ大きくなる非線形特性となっている請求項１ないし５のいずれかに記載の容量制御弁。
前記第１バネおよび前記第２バネはコイルスプリングである請求項１ないし６のいずれかに記載の容量制御弁。
前記吸入圧力により開閉する圧力駆動弁を備え、
前記主弁体には中空ロッドの一部をなしており、前記中空ロッドには、前記圧力駆動弁の開閉により前記制御ポートと前記吸入ポートとを連通させることが可能な中空連通路が形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の容量制御弁。
前記吸入ポートは第１吸入ポートと第２吸入ポートからなり、前記ソレノイド側から、前記第１吸入ポート、前記吐出ポート、前記制御ポート、前記第２吸入ポートの順に配置されている請求項１ないし８のいずれかに記載の容量制御弁。
前記ＣＳ弁は、開閉方向両側に密封部を有しており、両密封部の受圧面積が異なっている請求項１ないし９のいずれかに記載の容量制御弁。