| 【発明の名称】 |
感圧制御弁および容量可変型圧縮機用制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】金子 守男
【氏名】大河原 一郎
【氏名】高橋 幸太郎
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| 【要約】 |
【課題】弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由度、成立性が高く、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置で使用する容量制御弁として好適な感圧制御弁を提供すること。
【解決手段】ダイヤフラム装置４１の感圧動作により開弁方向あるは閉弁方向に駆動され、且つダイヤフラム装置４１と対抗する調整ばね５２のばね力により開弁方向に付勢されると共に、調整ばね５２と対向する弁ばね４０のばね力により閉弁方向に付勢されるボール弁体３６を有し、ダイヤフラム装置４１の感知圧力に応じて弁開度を設定される容量制御弁３０において、ダイヤフラム装置４１とボール弁体３６の間に変換用圧縮コイルばね５７を設け、ダイヤフラム装置４１の感圧動作を変換用圧縮コイルばね５７の弾性変形動作に変換しボール弁体３６に伝達する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 感圧素子の感圧動作により開弁方向あるいは閉弁方向に駆動され、且つ前記感圧素子と対抗する調整ばねのばね力により開弁方向に付勢されると共に、前記調整ばねと対向する弁ばねのばね力により閉弁方向に付勢される弁体を有し、前記感圧素子の感知圧力に応じて弁開度を設定される感圧制御弁において、前記感圧素子と前記弁体との間に弾性部材が設けられ、前記感圧素子の感圧動作を前記弾性部材の弾性変形動作に変換して前記弁体に伝達することを特徴とする感圧制御弁。
【請求項２】 前記弾性部材は前記感圧素子と前記弁体との間に挟まれた変換用圧縮コイルばねにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の感圧制御弁。
【請求項３】 請求項１または２記載の感圧制御弁により構成され、前記感圧素子は容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御することを特徴とする容量可変型圧縮機用制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、感圧制御弁および容量可変型圧縮機用制御弁に関し、特に、車載空調装置などにて使用される斜板式容量可変型圧縮機のための容量制御弁として好適な感圧制御弁および容量可変型圧縮機用制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】感圧制御弁として、特開平５−３９８７６号公報や特開平７−２７９８４３号公報、特開平８−１７７７３５号公報に示されているように、ダイヤフラム装置やベローズ装置のような感圧素子の感圧動作により開弁方向あるいは閉弁方向に駆動され、且つ前記感圧素子と対抗する調整ばねのばね力により開弁方向に付勢されると共に、前記調整ばねと対向する弁ばねのばね力により閉弁方向に付勢される弁体を有し、前記感圧素子が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、当該感圧素子の感知圧力（吸入圧力）に応じて弁開度を設定され、その弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御する斜板式容量可変型圧縮機のための容量制御弁が従来より知られている。
【０００３】上述のような容量制御弁では、弁体の弁開度が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動する感圧素子の感知圧力（吸入圧力）に応じて設定されることから、制御弁の特性が主に感圧素子の特性により決定されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そのため、感圧素子は容量可変型圧縮機の吸入圧力に敏感に応動するものであることが重要となるが、そのようにすればするほど感圧素子の構造に高精度が要求されるので、種々の制御弁要求特性に呼応した感圧素子の特性変更は、なかなか容易でない。
【０００５】しかも近年、環境保護のために、従来フロンを冷媒として使用していた冷凍サイクル装置の代替装置として、ＣＯ2 等の冷媒を使用する超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置の開発が進んでいる。超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置では、圧縮機の吸入圧力の使用圧力域が高いため（３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）、容量制御弁の感圧素子は吸入圧力が高いことに応じて高い使用圧力域で伸縮する荷重特性を設定されることになり、そのため、もともと容量可変型圧縮機の吸入圧力に敏感に応動するために高精度が要求される感圧素子の特性変更は、さらに困難を極めることになる。よって、制御弁特性の設定の自由度、成立性が、従来の制御弁では低いという不具合がある。
【０００６】この発明は、上述の如き問題点に着目してなされたものであり、弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由度、成立性が高く、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置で使用する容量制御弁として好適な感圧制御弁および容量可変型圧縮機用制御弁を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明による感圧制御弁は、感圧素子の感圧動作により開弁方向あるいは閉弁方向に駆動され、且つ前記感圧素子と対抗する調整ばねのばね力により開弁方向に付勢されると共に、前記調整ばねと対向する弁ばねのばね力により閉弁方向に付勢される弁体を有し、前記感圧素子の感知圧力に応じて弁開度を設定される感圧制御弁において、前記感圧素子と前記弁体との間に弾性部材が設けられ、前記感圧素子の感圧動作を前記弾性部材の弾性変形動作に変換して前記弁体に伝達するものである。
【０００８】請求項２記載の発明による感圧制御弁は、前記弾性部材は前記感圧素子と前記弁体との間に挟まれた変換用圧縮コイルばねにより構成されているものである。
【０００９】また、上述の目的を達成するため、請求項３記載の発明による容量可変型圧縮機用制御弁は、請求項１または２記載の感圧制御弁により構成され、前記感圧素子は容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御するものである。
【００１０】請求項１の発明による感圧制御弁では、感圧素子の感圧動作が弾性部材の弾性変形動作に変換され、弾性部材の弾性変形による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により弁体の開度調整が行われる。
【００１１】請求項２の発明による感圧制御弁では、感圧素子の感圧動作が変換用圧縮コイルばねのばね変形動作に変換され、変換用圧縮コイルばねの弾性変形による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により弁体の開度調整が行われる。
【００１２】請求項３記載の発明による容量可変型圧縮機用制御弁では、容量制御弁の基本的動作として、感圧素子が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力が制御される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明による制御弁を組み込まれた容量可変型圧縮機を、図２はこの発明による感圧制御弁（容量制御弁）の一つの実施の形態を各々示している。
【００１５】斜板式容量可変型圧縮機１は、圧縮機ハウジング２により画定されたクランク室３と、各々一方のストロークエンド部にてクランク室３に連通している複数個のシリンダ室４とを有している。シリンダ室４の各々にはピストン５が軸線方向に摺動自在に嵌合しており、各ピストン５のクランク室３側にはピストンロッド６の一端が連結されている。
【００１６】圧縮機ハウジング２は駆動軸７を回転可能に支持しており、駆動軸７は、プーリ８に掛け渡された図示されていない駆動ベルトにより図示されていないエンジンと駆動連結され、エンジンによって回転駆動される。
【００１７】駆動軸７はクランク室３内においてウオブル板（斜板）９を公知の連繋機構（図示省略）により取付角度変更可能にトルク伝達関係にて連結されており、ウオブル板９のシリンダ室４側の板面にはピスントロッド６が軸力伝達可能に係合している。
【００１８】ウオブル板９が傾斜状態にて駆動軸７により回転駆動されることにより、各シリンダ室４のピストン５がウオブル板９の傾斜角に応じたストロークをもって往復動し、その傾斜角がクランク室圧力Ｐｃと各シリンダ室４の吸入圧力（圧縮機吸入圧力）Ｐｓとの差圧に応じて自動調整される。
【００１９】この場合、圧縮機１は、クランク室圧力Ｐｃの上昇に応じてウオブル板９の傾斜角が減少してピストン５のストロークが低減することにより吐出容量を低減し、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓより高い場合にはアンロード運転状態になり、クランク室圧力Ｐｃの低下に応じてウオブル板９の傾斜角が増大してピストン５のストロークが増大することにより吐出容量を増大し、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓに実質的に等しい圧力になることによってフルロード運転状態になる。
【００２０】各シリンダ室４には各々一方向弁による吸入弁１２、吐出弁１３を有する吸入ポート１４と吐出ポート１５とが形成されており、各シリンダ室４の吸入ポート１４は吸入通路１６によって吸入接続ポート１７に連通し、吐出ポート１５は吐出通路１８によって吐出接続ポート１９に連通しており、吸入接続ポート１７と吐出接続ポート１９とに、蒸発器２０、膨張弁２１、ガス・クーラー（凝縮器）２２を含む、ＣＯ2 冷媒使用の超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置の冷凍サイクル用循環管路が接続されている。
【００２１】圧縮機ハウジング２には有底孔による制御弁受入孔２３が形成されており、この制御弁受入孔２３内にこの発明による容量制御弁（感圧制御弁）３０が挿入固定されている。
【００２２】容量制御弁３０は、制御弁受入孔２３に挿入される弁ハウジング３１を有している。
【００２３】図２に示されているように、弁ハウジング３１には、弁ハウジング３１の中間部を径方向に横切って延在するクランク室側通路３２および吸入ポート側通路３３と、弁室３４と、弁室３４とクランク室側通路３２とを連通接続する弁ポート３５とが形成されている。
【００２４】弁室３４にはボール弁体３６が配置されており、ボール弁体３６は、弁座部３７に選択的に着座することにより、弁ポート３５を開閉、換言すれば、弁室３４とクランク室側通路３２との連通、遮断を行う。
【００２５】弁ハウジング３１にはアジャスタブルばねリテーナ３８がねじ止めされており、アジャスタブルばねリテーナ３８とボール弁体３６に係合しているばねリテーナ３９との間に圧縮コイルばねによる弁ばね４０が取り付けられている。弁ばね４０はアジャスタブルばねリテーナ３８とばねリテーナ３９との間に作用し、ボール弁体３６を閉弁方向へ付勢している。
【００２６】弁ハウジング３１の一端部（下端部）には感圧素子としてダイヤフラム装置４１が取り付けられている。ダイヤフラム装置４１は、弁ハウジング３１の下端部にかしめ結合された皿状の上蓋４２と、ダイヤフラム４３を挟んで上蓋４２と結合された皿状の下蓋４４と、下蓋４４にかしめ結合された円筒状のばね箱４５と、ばね箱４５にねじ係合した調整ねじキャップ４６とを有している。
【００２７】ダイヤフラム４３は、弁ハウジング３１側に吸入ポート側通路３３と直接連通しているダイヤフラム室４７を、ばね箱４５側に密閉室４８を各々画定している。
【００２８】ダイヤフラム４３の密閉室４８側には当金４９、ボール５０、ばねリテーナ５１が順に設けられており、ばねリテーナ５１と調整ねじキャップ４６との間には、ダイヤフラム４３を上向きに付勢してダイヤフラム室４７の圧力に対抗する圧縮コイルばねによる調整ばね５２が設けられている。
【００２９】弁ハウジング３１は案内孔５３に連結棒５４を軸線方向に移動可能に支持している。連結棒５４は一端にてボール弁体３６に溶接されている。連結棒５４の他端はダイヤフラム室４７内にあり、この端部にはばねリテーナ５５が係合している。ダイヤフラム４３のダイヤフラム室４７側には当金５６が設けられており、当金５６とばねリテーナ５５との間には、弾性部材として、変換用圧縮コイルばね５７が挟まれている。
【００３０】上述の構成による容量制御弁３０は、図１に示されているように、圧縮機ハウジング２の制御弁受入孔２３に挿入固定され、クランク室側通路３２はクランク室圧力通路２４によってクランク室３に連通し、吸入圧力通路３３は吸入圧力通路２５によって吸入ポート１４に連通し、制御弁受入孔２３は吐出圧力通路２６によって吐出ポート１５に連通している。なお、アジャスタブルばねリテーナ３８には、制御弁受入孔２３に導入される吐出圧力Ｐｄを弁室３４に導くための連通孔３８ａが形成されている。
【００３１】次に上述の構成よりなる容量制御弁３０の動作を説明する。
【００３２】圧縮機１の吸入圧力Ｐｓが、吸入ポート１４より吸入圧力通路３３を経てダイヤフラム室４７に入り、ダイヤフラム４３に作用する。これにより、ダイヤフラム４３は圧縮機１の吸入圧力Ｐｓにダイヤフラム４３の有効受圧面積を乗じた力と、調整ばね５２のばね力との差に応じて変位する。
【００３３】このダイヤフラム４３の変位量Ｌｂに相関して変換用圧縮コイルばね５７が弾性変形し、換言すれば、ダイヤフラム４３の感圧動作が変換用圧縮コイルばね５７の弾性変形動作に変換され、変換用圧縮コイルばね５７の弾性変形による発生荷重Ｗｈと弁ばね４０によるばね荷重Ｗｓとの平衡関係によりボール弁体３６の開度調整が行われ、その開度に応じて吐出圧力Ｐｄがクランク室３に導入される。
【００３４】圧縮機１の吸入圧力Ｐｓに相関するダイヤフラム装置４１の発生荷重Ｗｂと変位量Ｌｂとの関係は図３に示されているようになり、ダイヤフラム有効面積Ａｂを２ｃｍ2 とすると、ダイヤフラム装置４１の発生荷重Ｗｂは、使用域（設定域）にて、ＷｂＡ＝６０ｋｇｆ〜ＷｂＢ＝１００ｋｇｆ程度になる。これに対し、変換用圧縮コイルばね５７を弱いロードスケールの圧縮コイルばねで構成することで、ダイヤフラム装置４１の変位量Ｌｂ（ＬｂＡ〜ＬｂＢ）に相関する変換用圧縮コイルばね５７の発生荷重Ｗｈは、図４に示されているように、使用域（設定域）にて、ＷｈＡ＝０．２ｋｇｆ〜ＷｂＢ＝０．８ｋｇｆ程度になり、弁ばね４０のばね荷重Ｗｓは、弱いロードスケールの変換用圧縮コイルばね５７の発生荷重Ｗｈにバランスする程度の小さいものでよい。
【００３５】これにより、変換用圧縮コイルばね５７のばね特性を弁ばね４０のばね荷重特性に合致させるだけで、感圧素子特性に左右されずに、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置におけるような超高圧にも対応した制御弁が設計可能になり、また制御弁の比例帯を変換用圧縮コイルばね５７の荷重特性により設定でき、自由度が大きくなる。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項１の発明による感圧制御弁によれば、感圧素子の感圧動作が弾性部材の弾性変形動作に変換され、弾性部材の弾性変形による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により弁体の開度調整が行われるから、弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由度、成立性が高くなる。換言すれば、弾性部材と弁ばねの組み合わせにより、任意の制御弁特性（ゲイン＝比例帯）を得ることができる。
【００３７】請求項２の発明による感圧制御弁によれば、感圧素子の感圧動作が変換用圧縮コイルばねのばね変形動作に変換され、変換用圧縮コイルばねの弾性変形による発生荷重と弁ばねの発生荷重との平衡関係により弁体の開度調整が行われるから、弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由度、成立性が高くなる。
【００３８】請求項３記載の発明による容量可変型圧縮機用制御弁によれば、容量制御弁の基本的動作として、感圧素子が容量可変型圧縮機の吸入圧力に応動し、弁開度に応じて容量可変型圧縮機のクランク室圧力を制御するから、弁開度特性が感圧素子特性に直接左右されず、超高圧に対応することができ、制御特性の設定の自由度、成立性が高くなり、超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置で使用する容量制御弁として好適な容量制御弁が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１４３９４９
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１０日（１９９９．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６０６９０
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 秀雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６１８（Ｐ２００１−８２６１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５６９８１ |
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