JP4779078B2 - 圧力制御弁 - Google Patents

Description

この発明は、可変容量圧縮機の容量制御を行う圧力制御弁に関し、特に、車輌用エアコンの可変容量圧縮機に設けられて吐出される冷媒ガスの容量を制御する内部可変制御式の圧力制御弁に関する。

車輌用エアコンでは、動力源であるエンジンの回転数が一定でないことから、一般的に負荷に応じた冷凍能力の制御は、圧縮機の容量を可変にする可変容量圧縮機が用いられている。可変容量圧縮機で容量を変化させる方法として、制御を圧縮機の中だけで行う内部可変制御方式（例えば、特許文献１参照。）と、各種センサ出力の演算結果に基づいて電気的に制御する外部可変制御方式とがある。ここで、内部可変制御方式の制御を行う可変容量圧縮機用制御弁について説明する。

図５は、内部可変制御方式の可変容量圧縮機用の圧力制御弁の従来例を示す断面図である。
この可変容量圧縮機用制御弁は、弁部１とこの弁部１を駆動制御するパワーエレメント２とからなっている。弁部１は、ボディ３の先端部に設けられたストレーナ４を介して可変容量圧縮機の吐出室に連通されることにより吐出圧力Ｐｄを導入するポート５と、可変容量圧縮機のクランク室に連通されて制御された圧力、すなわちクランク室内圧力Ｐｃを出力するポート６と、可変容量圧縮機の吸入室に連通されて吸入圧力Ｐｓを受けるポート７とを備え、吐出圧力Ｐｄのポート５とクランク室内圧力Ｐｃのポート６とを連通する冷媒流路には、ボディ３と一体に形成された弁座に吐出圧力Ｐｄのポート５の側から着座するようボール弁体８が配置されている。このボール弁体８は、コイルスプリング９によって閉弁方向に付勢されており、このコイルスプリング９のばね荷重は、ポート５に螺着されたアジャストねじ１０によって調整される。また、ボディ３の軸線位置には、ボール弁体８に当接して制御駆動するシャフト１１が軸線方向に進退自在に保持されている。

パワーエレメント２は、ロアハウジング１２と、アッパーハウジング１３と、これらロアハウジング１２及びアッパーハウジング１３によって囲まれる空間を仕切るダイヤフラム１４と、このダイヤフラム１４を両面から挾持するよう配置された２つの円盤状のディスク１５，１６と、ディスク１６を弁部１側へ付勢するコイルスプリング１７とからなっている。弁部１側に配置されたディスク１５には、吸入圧力Ｐｓのポート７とダイヤフラム１４の弁部１側の空間とを連通する連通孔１８を介して延びるシャフト１１の端面に当接している。

ここで、弁部１及びパワーエレメント２は、別体に組み立てられ、ロアハウジング１２の下端部及びボディ３の上端部に螺刻されたねじ部１９によって、図５に示す状態に螺着される。

図６は、従来の可変容量圧縮機用に使用される圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。
ロアハウジング１２の外周部分には、アッパーハウジング１３のかしめ部１３ａによってダイヤフラム１４の外周部分が気密に保持され、アッパーハウジング１３とダイヤフラム１４との間に密閉された空間が画成される。ダイヤフラム１４は、ロアハウジング１２側のディスク１５を介して、図５に示すシャフト１１の端面に当接することにより、弁部１のボール弁体８を駆動制御している。ディスク１６はディスク１５と同じ形状のものであって、底面部１６ａと外周起立部１６ｂとからなる。ディスク１６の底面部１６ａは、所定面積で薄膜状のダイヤフラム１４の中央部分に当接している。また、ディスク１６の外周起立部１６ｂは、アッパーハウジング１３の拡径された円筒形状の内周面１３ｂ内に配置され、ディスク１６が変位する際に、その変位方向にディスク１６をガイドするようにしている。

また、ロアハウジング１２側のディスク１５も、底面部１５ａと外周起立部１５ｂから構成されているが、ロアハウジング１２の円筒形状の内周面１２ａは外周起立部１５ｂに接触しない構成となっていた。
特開２００１−３４９２７９号公報（段落番号〔００１１〕〜〔００１４〕、図１）

このような圧力制御弁では、ロアハウジング１２側のディスク１５については、ダイヤフラム１４に最大圧力が加わってフルストロークした場合、着座したボール弁体８やシャフト１１はストップするがダイヤフラム１４だけは変位を続けるため、ダイヤフラム１４に最大圧力が加わったときにロアハウジング１２側のディスク１５は自由状態になる。このため、圧力制御弁を横向きに設置した場合や、あるいは斜め方向に傾けた状態で設置した場合には、ディスク１５の中心がずれて、ディスク１５はロアハウジング１２の内周面１２ａに接触することになって、セット値および弁部１に対する駆動制御性能が安定しなくなるという問題があった。

この発明の目的は、ダイヤフラムとこのダイヤフラムの変位を弁部に伝達するシャフトとの間に配置されたディスクを常に心決めできる圧力制御弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、可変容量圧縮機の容量制御を行う圧力制御弁において、圧力を受けて変位することにより弁部を制御するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムとの間で密閉された空間を画成するアッパーハウジングと、前記アッパーハウジングとともに前記ダイヤフラムの外周部を保持するロアハウジングと、前記アッパーハウジング内に配置されて前記ダイヤフラムを前記弁部側へ付勢するコイルスプリングと、前記コイルスプリングのばね力によって前記ダイヤフラムに対して圧接された状態で前記ダイヤフラムの中心位置に配置される第１のディスクと、前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムの変位を前記弁部に伝達するシャフトとの間に配置された第２のディスクと、を有するパワーエレメントを備え、前記第２のディスクは、その中心位置に前記シャフトの一端が挿入されることにより前記シャフトに保持されるシャフト受部が形成され、前記シャフト受部は、前記ダイヤフラムに最大の圧力が加わることにより、前記弁部の閉止位置に前記シャフトが停止した後に、前記ダイヤフラムが前記弁部側とは反対側に最大の変位をした場合でも、前記シャフトを保持できるだけの軸方向の長さの開口端を有し、前記開口端が前記シャフトの端面の直径より広く、かつ前記開口端から前記シャフトの端面が当接する面にかけて縮径されたテーパ形状に形成されていることを特徴とする圧力制御弁が提供される。

この圧力制御弁では、第２のディスクは、シャフトによって常に心決めされた状態で保持されるため、圧力制御弁の設置姿勢とは無関係に、ロアハウジングに接触することなくダイヤフラムとともに変位することができ、これによってセット値が安定し、弁開度特性にヒステリシスが発生することもない。

上記構成の圧力制御弁は、ロアハウジング内に配置されたディスクに、ダイヤフラムの変位を弁部に伝達するシャフトの一端が保持されるシャフト受部を形成したことにより、ダイヤフラムに導入される圧力に応じてフルストロークしたときでも、ロアハウジング内に配置されたディスクを心決めすることができ、これにより、ディスク外周面がボディ内周に摺接しなくなるため、弁体の制御性能が安定し、圧力制御弁を設置する姿勢に関係なく、安定したセット値で動作させることができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用の圧力制御弁を示す断面図、図２は、図１の圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。図において、従来の図５、図６に示した構成要素と対応する構成要素は同じ符号を付して、その詳細は省略する。

従来のものと異なるのは、第一に、アッパーハウジング１３の内面に、従来の円筒形状の内周面１３ｂに代えて、ディスク１６（第１のディスク）に対するテーパ状のガイド面１３ｃが形成されていることである。

このテーパ状のガイド面１３ｃは、ポート７から導入される吸入圧力Ｐｓが最大圧力となって、ダイヤフラム１４に押されてディスク１６が最大に変位するとき、ディスク１６の外周起立部１６ｂがテーパ状のガイド面１３ｃにガイドされてその最小径部にある段差部に当接される。このとき、ディスク１６はパワーエレメント２の中心に強制的に位置決めされる。可変容量圧縮機が動作したときのように吸入圧力Ｐｓが低下してダイヤフラム１４が弁部１側に変位すると、ディスク１６が最大ストローク位置から離れるが、このときは、すでにディスク１６は中心に位置決めされた状態でコイルスプリング１７によりダイヤフラム１４に押圧されているため、ダイヤフラム１４の変位に応じて弁部１を駆動制御するときに、ディスク１６の外周起立部１６ｂはアッパーハウジング１３の内周面とは全く接触することがなく、したがって、弁開度特性にヒステリシスを発生するおそれもない。

従来のものと異なる第二は、ディスク１５（第２のディスク）の中央位置に、シャフト１１の一端を挿入することができるように、シャフト受部１５ｃが形成されていることである。このシャフト受部１５ｃは、ダイヤフラム１４に最大圧力が加わってディスク１６の外周起立部１６ｂがガイド面１３ｃの段差部に当接するまでダイヤフラム１４が最大に変位した場合でも、閉弁位置のシャフト１１が抜け出てしまわないような軸方向長さの開口端を有している。

このディスク１５に形成されたシャフト受部１５ｃの開口端は、シャフト１１の端面の直径より広く形成され、シャフト受部１５ｃの内面はテーパ面にしている。これにより、シャフト受部１５ｃとシャフト１１との間に隙間ができるので、ダイヤフラム１４が変位するときにディスク１５，１６との接触面がシャフト１１の軸線に対して傾いた状態になったとしても、ディスク１５が傾くことによりそのシャフト受部１５ｃがシャフト１１の先端を曲げようとする横方向の荷重をシャフト１１に与えることはない。

したがって、吸入圧力Ｐｓによりダイヤフラム１４が変位する過程において、心決めされたディスク１５とロアハウジング１２の内周面１２ａとが接触するおそれはなくなる。しかも、吸入圧力Ｐｓが上昇して、ダイヤフラム１４に対してディスク１５が自由状態になった場合でも、シャフト１１がディスク１５を常にダイヤフラム１４の中央位置に位置決めしているから、圧力制御弁設置姿勢が横になっていても、ディスク１５の外周起立部１５ｂがロアハウジング１２の内周面と接触することがなく、したがって、弁開度特性にヒステリシスを発生することがなくなる。

さらに、ディスク１５にシャフト１１を遊嵌するシャフト受部１５ｃを設けることによって、シャフト１１に横方向の荷重を与えることがないのでシャフト１１をその軸方向にスムーズに動かすことができることから、ボール弁体８の駆動制御におけるヒステリシスの解消を促進できる。また、ディスク１６（第１のディスク）は、ダイヤフラム１４のロアハウジング１２側に当接するディスク１５（第２のディスク）の形状と同一形状をなしているので、製造コストを低減することができる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用の圧力制御弁を示す断面図、図４は、図３の圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。図において、図１、図２に示した構成要素と対応する構成要素は同じ符号を付して、その詳細は省略する。

この実施の形態の圧力制御弁は、アッパーハウジング１３の内面に、ディスク１６（第１のディスク）を調心するためのテーパ状のガイド面１３ｃが形成されているだけでなく、中央部分に心決め孔１６ｄが形成されている。また、ダイヤフラム１４には、その中央部分にアッパーハウジング１３の側に突出した突起部１４ａが一体に形成されている。したがって、パワーエレメント２を組み立てる際に、ダイヤフラム１４の突起部１４ａがディスク１６に形成された心決め孔１６ｄに嵌め込まれことになり、ディスク１６をダイヤフラム１４の中心位置に調心することができるとともに、その位置を維持することができるようになる。

なお、ダイヤフラム１４のロアハウジング１２側に当接するディスク１５（第２のディスク）の形状は、第１の実施の形態の場合と同様に、シャフト挿入用のシャフト受部１５ｃが設けられている。そのため、圧力制御弁の設置姿勢に関係なく、ディスク１５とロアハウジング１２の内周面１２ａとが接触することはなく、弁開度特性にヒステリシスを発生することはない。

この発明の第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用の圧力制御弁を示す断面図である。 図１の圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用の圧力制御弁を示す断面図である。 図３の圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。 内部可変制御方式の可変容量圧縮機用の圧力制御弁の従来例を示す断面図である。 従来の可変容量圧縮機用に使用される圧力制御弁のパワーエレメントを拡大して示す図である。

符号の説明

１ 弁部
２ パワーエレメント
３ ボディ
４ ストレーナ
５，６，７ ポート
８ ボール弁体
９ コイルスプリング
１０ アジャストねじ
１１ シャフト
１２ ロアハウジング
１２ａ ロアハウジングの内周面
１３ アッパーハウジング
１３ａ かしめ部
１３ｂ アッパーハウジングの内周面
１３ｃ アッパーハウジングのテーパ状のガイド面
１４ ダイヤフラム
１４ａ 突起部
１５ ディスク（第１のディスク）
１５ａ 底面部
１５ｂ 外周起立部
１５ｃ シャフト受部
１６ ディスク（第２のディスク）
１６ａ 底面部
１６ｂ 外周起立部
１６ｄ 心決め孔
１７ コイルスプリング
１８ 連通孔
１９ ねじ部
Ｐｃ クランク室内圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力

Claims (1)

1. 可変容量圧縮機の容量制御を行う圧力制御弁において、
   圧力を受けて変位することにより弁部を制御するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムとの間で密閉された空間を画成するアッパーハウジングと、
   前記アッパーハウジングとともに前記ダイヤフラムの外周部を保持するロアハウジングと、
   前記アッパーハウジング内に配置されて前記ダイヤフラムを前記弁部側へ付勢するコイルスプリングと、
   前記コイルスプリングのばね力によって前記ダイヤフラムに対して圧接された状態で前記ダイヤフラムの中心位置に配置される第１のディスクと、
   前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムの変位を前記弁部に伝達するシャフトとの間に配置された第２のディスクと、
   を有するパワーエレメントを備え、
   前記第２のディスクは、その中心位置に前記シャフトの一端が挿入されることにより前記シャフトに保持されるシャフト受部が形成され、
   前記シャフト受部は、前記ダイヤフラムに最大の圧力が加わることにより、前記弁部の閉止位置に前記シャフトが停止した後に、前記ダイヤフラムが前記弁部側とは反対側に最大の変位をした場合でも、前記シャフトを保持できるだけの軸方向の長さの開口端を有し、前記開口端が前記シャフトの端面の直径より広く、かつ前記開口端から前記シャフトの端面が当接する面にかけて縮径されたテーパ形状に形成されていることを特徴とする圧力制御弁。

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