| 【発明の名称】 |
ソレノイドバルブ |
| 【発明者】 |
【氏名】平田 一朗
【氏名】上村 訓右
【氏名】永吉 一明
【氏名】渡辺 孝樹
【氏名】福永 秀二
【氏名】西ノ薗 博幸
【氏名】川口 真広
【氏名】木村 一哉
|
| 【要約】 |
【課題】バルブ制御における弁体を駆動する際の摺動ヒステリシスや摺動部の流体固着を低減し、安定した信頼性の高い作動を可能とするソレノイドバルブを提供する。
【解決手段】ソレノイド側ロッド５ｃとベローズ側ロッド５ｅと弁体３ｂバルブロッド５として一体構成物とし、該バルブロッド５はプランジャ２ｂと接続させる。バルブロッド５の摺動支持をベローズ側ロッド５ｅとプランジャ２ｂに対する摺動支持部の２点により行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バルブボディと、前記バルブボディ内を軸方向に移動可能で付勢手段により開弁方向または閉弁方向に付勢される弁体と、前記弁体のバルブボディの軸方向における一方の側に配置され、該弁体に閉弁方向の付勢力を与えるプランジャを有するソレノイドと、前記弁体のバルブボディの軸方向における他方の側に配置され、圧力に応答して前記弁体に開弁方向の付勢力を与える圧力応答手段と、を備え、前記弁体と前記プランジャは一体的に構成された一体構成物であり、前記一体構成物は、該一体構成物の圧力応答手段側の部位に対する前記バルブボディに備えられた摺動支持部と、前記プランジャに対する前記ソレノイドに備えられた摺動支持部により支持されることを特徴とするソレノイドバルブ。
【請求項２】 弁体とプランジャとを接続するソレノイド側の接続部材を備え、前記ソレノイドは、ソレノイド側の接続部材の周囲にセンタポストを備え、前記センタポストの内周とソレノイド側の接続部材の外周との間に環状隙間を設けることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ。
【請求項３】 前記圧力応答手段側の部位に、弁体と圧力応答手段との間を接続する接続部材を備え、前記接続部材の外周に環状溝を設けることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイドバルブ。
【請求項４】 前記弁体を前記付勢手段により開弁方向に付勢し、前記付勢手段のバネ定数をＫｓｐ、前記ソレノイドの吸引力特性の傾きをＫｓｏｌ、前記圧力応答手段のバネ定数をＫｂとした場合に、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞ＫｓｏｌＫｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のソレノイドバルブ。
【請求項５】 前記圧力応答手段は、弁体の閉弁位置から開閉ストロークの途中位置まで前記弁体に係合して付勢力を与え、かつ弁体の開閉ストロークの途中位置から全開弁位置までは前記弁体に係合せず付勢力を与えないことを特徴とする請求項４に記載のソレノイドバルブ。
【請求項６】 圧力により伸縮する前記圧力応答手段と、前記圧力応答手段の伸縮経路を前記弁体に対して定位置に定める保持手段と、前記弁体と圧力応答手段との間に介在される分離接続手段と、を備え、前記圧力応答手段による閉弁方向の付勢力を弁体へ与えないことを特徴とする請求項５に記載のソレノイドバルブ。
【請求項７】 前記一体構成物の圧力応答手段側の部位に、弁体と圧力応答手段との間を接続する接続部材を一体的に設け、前記接続部材は、圧力により伸縮する前記圧力応答手段に接続固定されていることを特徴とする請求項４に記載のソレノイドバルブ。
【請求項８】 前記弁体を前記付勢手段により閉弁方向に付勢し、前記付勢手段のバネ定数をＫｓｐ、前記ソレノイドの吸引力特性の傾きをＫｓｏｌ、前記圧力応答手段のバネ定数をＫｂとした場合に、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌの関係に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のソレノイドバルブ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はソレノイドバルブに関し、詳しくはソレノイドバルブの作動安定性と制御特性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来のソレノイドバルブの基本的な構成を説明するための模式図である。このソレノイドバルブ１００は、円筒状のバルブボディ１０１の内部にソレノイド部１０２とバルブ部１０３とを同軸的に配置した構成のものである。
【０００３】ソレノイド部１０２には、電流が印加されて磁束を発生するコイル１０２ａ、コイル１０２ａにより発生した磁束を収束するセンタポスト１０２ｂ、センタポスト１０２ｂに磁気吸引されて軸方向に移動するプランジャ１０２ｃ及びプランジャ１０２ｃの駆動を伝達するロッド１０２ｄが備えられている。
【０００４】また、バルブ部１０３には、バルブシート１０３ａに接離するバルブ１０３ｂが備えられている。バルブ１０３ｂは、開弁方向にスプリング１０３ｃにより付勢され、コイル１０２ａに電流が印加されることによりロッド１０２ｄにより付勢力を受け、閉弁方向に移動して流体の制御を行なう。
【０００５】このようなソレノイドバルブとしては、バルブを開弁または閉弁状態のいずれかの状態として制御対象流体のオン・オフ制御を行なうものと、印加電流に応じてバルブ（プランジャ）のストローク位置を変化させ、バルブ部の開口面積等を変えて圧力や流量を制御する比例制御（電流−圧力（流量））を行なうものに大別される。
【０００６】尚、図５では、上述のうち比例制御に好適な形態のものが示されており、プランジャが移動しても各電流ごとの推力を一定とするような特性を得るために、センタポスト１０２ｂとプランジャ１０２ｃとの対向面を円錐形状としている。
【０００７】そして、オン・オフ制御と比例制御の各ソレノイドバルブにおいては、以下のような条件の下で作動される。
【０００８】（オン・オフ制御ソレノイドバルブ）オン・オフ制御のソレノイドでは、開放電流（図５の場合は開弁電流）以下でオフし、作動電流（同閉弁電流）以上でオンする必要がある。従って、スプリング１０３ｃとソレノイド吸引力の関係は、ソレノイド吸引力の傾き（Ｋｓｏｌ）＞スプリング定数（Ｋｓｐ）の関係とする必要がある。
【０００９】図６は、オン・オフ制御のソレノイドにおける、バルブに加わる荷重とバルブ位置との関係を示すグラフ図であり、横軸にバルブのストローク（移動量）を示し、縦軸はバルブの各ストローク位置におけるスプリング力とソレノイド吸引力のそれぞれの荷重（荷重方向は逆方向である）を示し、ソレノイド吸引力がスプリング力を上回っている位置では、オン（閉弁）側にバルブが移動し、逆の場合はオフ（開弁）側に移動する。
【００１０】ソレノイド吸引力Ｓ０〜Ｓ３は、コイルに印加される電流に応じて変化するものであるが、各吸引力における作動状態は以下のようになる。
【００１１】■ ソレノイド吸引力Ｓ０のとき、全ストローク範囲でソレノイド吸引力が大きく、オン側に作動し保持される。
【００１２】■ ■の状態から電流を下げていくと、ソレノイド吸引力がＳ３より下がったとき、オン位置でスプリング力が上回り、オフ側に作動開始する。この状態では、全ストローク範囲でスプリング力が大きくオフ端まで一挙に作動する。
【００１３】■ 次に再び電流を上げると、ソレノイド吸引力がＳ１より上がったとき、オン側に作動を開始し、■の状態とは逆にオン端まで一挙に作動する。
【００１４】■ ソレノイド吸引力のＳ１とＳ３の間では、ソレノイド吸引力Ｓ２に示されるように、スプリング力との交点を境にオン／オフが分かれるが、バルブはオフ電流になれば開弁位置までストロークし、オン電流になれば閉弁位置までストロークして保持されるので、中立位置でバランスすることはない。
【００１５】（比例制御ソレノイドバルブ）一方、比例制御においては、電流に応じてストローク（図５の場合は開弁量）を任意の位置に制御する必要があるので、ソレノイド吸引力の傾き（Ｋｓｏｌ）＜スプリング定数（Ｋｓｐ）の関係とする必要がある。
【００１６】図７は、比例制御のソレノイドにおける、図６と同様のバルブに加わる荷重とバルブ位置との関係を示すグラフ図である。図７において、ソレノイド吸引力とスプリング力の交点がバランス位置となり、この時のバルブのストローク量が開弁量となる。
【００１７】ソレノイド吸引力Ｓ０〜Ｓ３は、コイルに印加される電流に応じて変化するものであるが、各吸引力における作動状態は以下のようになる。
【００１８】■ ソレノイド吸引力Ｓ０のとき、全ストローク範囲でソレノイド吸引力が大きく、オン側に作動し保持される。
【００１９】■ ■の状態から電流を下げていくと、ソレノイド吸引力とスプリング力の交点にてバルブにかかる荷重がバランスし、この時のバルブのストローク量が開弁量となる。
【００２０】■ さらに電流を下げていくと、そのときのソレノイド吸引力とスプリング力の交点にてストローク位置が決まり、開弁量が増加する。また反対に電流を上げると開弁量が減少する。
【００２１】■ 同様に電流を上げ下げすることにより開弁量が調整され、任意の位置での制御が行なわれる。
【００２２】このように、オン・オフ制御と比例制御のソレノイドは、それぞれソレノイド吸引力の傾きとスプリング定数を上記のような関係に設定され、異なる制御目的に対し使用されている。
【００２３】さらに、近年では、制御流体の圧力や気圧等の圧力に応答する圧力応答手段により発生する荷重をバルブに加え、圧力に応じてストローク位置が変わる自動調圧機能を備えたソレノイドバルブ２００も提案されている。
【００２４】図８は、このようなソレノイドバルブ２００の構成を説明するための模式図であり、図５のソレノイドバルブ１００の構成に加え、内部を真空または所定圧として密封したベローズ組立体１１０（圧力応答手段）が備えられている。
【００２５】ベローズ組立体１１０は、ベローズ１１０ａ外部にかかる圧力による圧縮力の変化に対して長さが変化し（矢印Ａ１０１方向）、ロッド１１０ｂがバルブ１０３ｂに接続している状態で圧力に応じて変動する軸方向の荷重を与えている。
【００２６】そして、ソレノイドバルブ２００は、例えば車両の空調装置に用いられる可変容量型の圧縮機の容量制御弁として用いられる。
【００２７】可変容量型の圧縮機としては、例えば図１０に模式的に示されるように、車両のエンジン等から回転駆動力が入力される回転軸３０１に対し揺動して所定の傾き角に設定される斜板３０２の軸方向変位をピストン３０３の往復動に変換して冷媒を圧縮する斜板式の圧縮機がある。
【００２８】この圧縮機３００では、斜板３０２の傾き角θに応じてピストン３０３のストロークが定まり、回転軸３０１の１回転あたりの圧縮機３００の冷媒の吐出量が決まるので、斜板３０２の傾き角θが一定に固定された場合、入力される回転数の変化に応じて冷房能力が変化してしまう。
【００２９】従って、斜板３０２の回転数や必要とされる冷房能力に応じて斜板３０２の傾き角θを変え、ピストン３０３の往復動ストロークを変更して冷房能力の調整を行なうことが行なわれている。
【００３０】この冷房能力の調整においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエバポレータを通過する冷風の吹き出し温度（冷風の吹き出し量及び冷却前の温度にも関係する）と圧縮機の冷媒の吸入圧力Ｐｓは、相関関係を有することから（吸入圧力Ｐｓが上昇すると冷風温度が上がり、吸入圧力Ｐｓが下降すると冷風温度が下がる。）、吸入圧力Ｐｓを所定値に保つよう斜版の角度を変える制御が行なわれている。
【００３１】ソレノイドバルブ２００においては、吸入圧力Ｐｓに応じてベローズ１１０ａの長さを変化させてベローズ組立体１１０による付勢力がバルブ１０３ｂへと伝達される。
【００３２】このベローズ組立体１１０による付勢力の変化により、バルブ１０３ｂが開閉され、狙いの吸入圧力Ｐｓとなるようにクランクケース圧力Ｐｃを制御して斜板３０２の傾き角θを変化させる。
【００３３】このような作動により、一定電流のソレノイド吸引力でバルブ１０３ｂを閉めると、吸入圧力Ｐｓがある圧力一定（冷風の吹き出し温度一定）でバランスするようベローズ組立体１１０がバルブ１０３ｂを微小に開閉し、斜板３０２の傾き角θを変化させて圧縮機３００の冷媒の吐出量を制御することになる。
【００３４】尚、圧縮機３００の斜板３０２の傾き角θは、図１１に示されるように圧縮機３００の吐出圧力Ｐｄ、クランクケース圧力Ｐｃ、吸入圧力Ｐｓのバランスにより決まるため、Ｐｃ：小（バルブ閉状態）のとき傾き角θが大となり、吐出圧力Ｐｄ：大、吸入圧力Ｐｓ：少（冷風の吹き出し温度低い）
Ｐｃ：大（バルブ開状態）のとき傾き角θが小となり、吐出圧力Ｐｄ：小、吸入圧力Ｐｓ：大（冷風の吹き出し温度高い）
となる。
【００３５】また、圧縮機３００の前述のＰｄ，Ｐｃ，Ｐｓの圧力となる各ポート及びソレノイドバルブ２００は、図１２に示される回路のように接続されている。クランクケース圧力Ｐｃは、圧縮機３００内部にてオリフィス３０５を介して吸入圧力Ｐｓと接続され、圧縮機３００の運転停止状態が続けば（エンジン停止時等）圧縮機内の圧力は均一化するような構成となっている。
【００３６】上記説明において、吸入圧力Ｐｓがある圧力一定（冷風の吹き出し温度一定）となるようにバランス制御を行うとは、吸入圧力Ｐｓが小さいとベローズ組立体１１０は伸び側に力が働いてバルブ１０３ｂを開き、吸入圧力Ｐｓが大きいとベローズ組立体１１０は縮み側に力が働いてバルブ１０３ｂを閉じるというように一定の吸入圧力Ｐｓとなるように斜板３０２の傾き角θを制御し、吸入圧力Ｐｓを調整するということである。
【００３７】一方、図８で示したソレノイドバルブ２００の従来技術における具体化例として、図１３に示される構成のソレノイドバルブ４００が存在する。
【００３８】このソレノイドバルブ４００は、概略ソレノイド部４０２とバルブ部４０３及びベローズ組立体４１０により構成されている。
【００３９】ソレノイド部４０２は、概略円筒状のバルブボディ４０４の一方の端部に配置され、公知技術による一般的に使用されているものと同様のものであり、電流をコイル４０２ａに供給して磁力を発生させ、プランジャ４０２ｂをセンタポスト４０２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（ソレノイド吸引力）を発生可能としている。
【００４０】バルブ部４０３は、バルブボディ４０４の内部に形成された弁室４０３ａに弁体４０３ｂを備え、この弁体４０３ｂは弁室４０３ａに開口する弁座４０３ｃに接離するように、弁室４０３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。また、弁体４０３ｂは付勢手段としてのスプリング４０３ｄによって開弁方向に付勢され、ソレノイド側ロッド４０２ｄと一体化されている。
【００４１】尚、バルブ部４０３の弁室４０３ａにはポート４０３ｅが接続し、弁座４０３ｃにはポート４０３ｆが接続している。ポート４０３ｆは、連通路４０４ａにより、クランク室圧Ｐｃをプランジャ室４０２ｅに導いている。
【００４２】バルブボディ４０４のソレノイド部４０２とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体４１０が配置されている。
【００４３】ベローズ組立体４１０は、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア４１０ａと、ベローズコア４１０ａの両端部を保持するストッパ４１０ｂ，ホルダ４１０ｃとベローズコア４１０ａの内部で伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するスプリング４１０ｄを備えている。
【００４４】そして、ベローズコア４１０ａの周囲の圧力（吸入圧Ｐｓ）に応答して伸縮し、保持部４１０ｅに摺動自在に保持されたロッド４１０ｆを介して、所定の長さ以上に伸長した場合に（吸入圧Ｐｓが低下した場合）弁体４０３ｂに開弁方向の付勢力を与えている。
【００４５】従って、ベローズ組立体４１０は、弁体４０３ｂの開閉ストロークにおける全位置で弁体４０３ｂに係合して付勢力を与えるものではなく、吸入圧Ｐｓに応答して少なくとも弁体４０３ｂの閉弁位置から開閉ストロークの途中位置まではロッド４１０ｆと弁体４０３ｂが係合当接するように構成されている。尚、弁体４０３ｂの開弁量が確保されていれば、全ストロークにおいて係合させることも可能である。
【００４６】また、吸入圧Ｐｓが所定圧以上に上昇した場合、ベローズコア４１０ａは縮み、ロッド４１０ｆと弁体４０３ｂの係合が解除される。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような自動調圧機能を備えたソレノイドバルブ２００又はソレノイドバルブ４００により制御される圧縮機としては、電磁クラッチを備え、斜板を回転させるための回転軸への伝達される動力を電磁クラッチにより伝達したり、しなかったりすることにより圧縮機を動かしたり、動かさなかったりしてオン・オフを行う電磁クラッチ付き圧縮機が一般的であった。
【００４８】しかしながら、近年では、車両のエンジン運転状態では絶えず斜板を回転させているクラッチレス圧縮機が開発されている。このクラッチレス圧縮機では、圧縮機のオン・オフ制御をクラッチの接続／非接続ではなく斜板の傾き角により行っている。
【００４９】つまり、傾き角がほぼ０の状態（完全に０では斜板の傾きを変える力が発生しなくなる。）ではピストンがほとんどストロークせず冷媒の吐出は行われず、オフ（エンジンに負荷がかからない）の状態となる。
【００５０】オンの状態では、ソレノイドバルブに通電してバルブを閉じ、クランクケース圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄより小さくすることによって斜板の傾き角を大きくして、冷媒の吐出量を増加させて空調装置を機能させる。
【００５１】従って、クラッチレス圧縮機では、ソレノイドバルブのバルブ開閉制御により圧縮機のオン・オフが行われることになり、ソレノイドバルブとしては、圧縮機のオン・オフを行うためのバルブの開閉（オン・オフ制御）と吸入圧力Ｐｓを調節するための比例制御の２つの機能を併せ持つ必要がある。
【００５２】図９は自動調圧機能を備えたソレノイドバルブ２００のバルブに加わる荷重とバルブ位置との関係を示すグラフ図である。図９において、ソレノイド吸引力（実線のＨＩとＬＯの間）とベローズ力及びスプリング力（破線）との交点がバランス位置となり、この時のバルブのストローク量が開弁量となる。
【００５３】つまり、ベローズ組立体１１０は、外部の圧力（吸入圧力Ｐｓ）の変化に応じてバルブへ与える荷重が変更するので、外部圧（Ｐ０（低圧）〜Ｐ３（高圧））によりＫｂ＋Ｋｓｐは平行移動し、所定の電流値により発生するソレノイド吸引力との交点位置がバルブの開弁量となる。
【００５４】この場合において、スプリング１０３ｃのバネ定数をＫｓｐとし、ベローズ組立体１１０のバネ定数をＫｂとし、ソレノイド吸引力の傾きをＫｓｏｌとし、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＜Ｋｓｏｌ（図６のＫｓｐをＫｂ＋Ｋｓｐと設定したものと同様）と設定した場合は、電流によるソレノイド吸引力の変化に対してバルブは閉弁又は開弁状態にて落ち着くため、中間位置でのバランス制御が行えず、バランス制御（リニア制御）を行うために図９に示されたようにＫｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌと設定している。
【００５５】このように、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌと設定すると、例えばソレノイド吸引力のＨＩ及びＬＯに対し、バルブのストローク領域の閉弁側の領域Ｒ１０１、開弁側の領域Ｒ１０２の範囲において自動調圧範囲とすることが可能となる。
【００５６】しかしながら、Ｋｂ＋Ｋｓｐの定数設定を図９とした場合、オン・オフ制御によりバルブを閉弁させるためにはソレノイド吸引力をＨＩまたはそれ以上とする必要があり、ソレノイドにおいてはセンタポストとプランジャが離間した状態で大きな吸引力が必要となる。また、それ以下の吸引力では中間位置にてバランスする可能性があり、オン・オフ制御を行うソレノイドとしては問題があることになる。
【００５７】従って、オン・オフ制御を行う場合の設定は、図６と同様の設定としたほうが必要吸引力を低く設定でき、効率的となる。
【００５８】また、従来技術における具体化例である図１３に示された構成のソレノイドバルブ４００においては、ベローズ組立体４１０に係合するロッド４１０ｆ、弁体４０３ｂと一体化されているソレノイド側ロッド４０２ｄ、プランジャ４０２ｂが別体構成となっている。
【００５９】そして、ロッド４１０ｆ及びソレノイド側ロッド４０２ｄは、それぞれの部材が軸方向の摺動を可能とすること、及び制御流体の漏れを防止可能とするために、クリアランスシールＣＳ４０１，ＣＳ４０２（精密な摺動嵌合）による保持を行っていた。
【００６０】また、プランジャ４０２ｂとプランジャ室４０２ｅの嵌合も精密に行う必要があり、ロッド４１０ｆ及びソレノイド側ロッド４０２ｄと共に精度の高い加工を必要としていた。
【００６１】加えて、クリアランスシールＣＳ４０１，ＣＳ４０２，プランジャ４０２ｂの摺動抵抗により、ソレノイドバルブ４００の作動時の摺動ヒステリシスの一要因となっていた。特に、クリアランスシールＣＳ４０１，ＣＳ４０２は、流体固着を引き起こして大きな摺動抵抗を発生させる虞がある。
【００６２】また、プランジャ室４０２ｅ内におけるプランジャ４０２ｂのスムーズな移動を可能とするために、クランク室圧Ｐｃをプランジャ室４０２ｅへと導くための連通路４０４ａを設ける必要があった。
【００６３】本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バルブ制御における弁体を駆動する際の摺動ヒステリシスや摺動部の流体固着を低減し、安定した信頼性の高い作動を可能とするソレノイドバルブを提供することにある。
【００６４】また、ソレノイドバルブにおける各バネ定数及びソレノイドの吸引力特性の傾きの関係を示し、オン・オフ制御と比例制御の機能を効率的に実現可能とするソレノイドバルブを提供することにある。
【００６５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明にあっては、バルブボディと、前記バルブボディ内を軸方向に移動可能で付勢手段により開弁方向または閉弁方向に付勢される弁体と、前記弁体のバルブボディの軸方向における一方の側に配置され、該弁体に閉弁方向の付勢力を与えるプランジャを有するソレノイドと、前記弁体のバルブボディの軸方向における他方の側に配置され、圧力に応答して前記弁体に開弁方向の付勢力を与える圧力応答手段と、を備え、前記弁体と前記プランジャは一体的に構成された一体構成物であり、前記一体構成物は、該一体構成物の圧力応答手段側の部位に対する前記バルブボディに備えられた摺動支持部と、前記プランジャに対する前記ソレノイドに備えられた摺動支持部により支持されることを特徴とする。
【００６６】このように構成することにより、弁体とプランジャは一体構成物となり、またこの一体構成物の両端部である圧力応答手段側の部位とプランジャがそれぞれ摺動支持部により支持されるものとなり、摺動抵抗が低減しかつ安定した作動が可能となる。
【００６７】加えて、部品点数の削減及びそれによる組立性の改善を図り、コスト低減に寄与することができる。
【００６８】弁体とプランジャとを接続するソレノイド側の接続部材を備え、前記ソレノイドは、ソレノイド側の接続部材の周囲にセンタポストを備え、前記センタポストの内周とソレノイド側の接続部材の外周との間に環状隙間を設けることも好適である。
【００６９】このように構成することにより、ソレノイド側の接続部材とセンタポストとの摺動がなくなり摺動抵抗が低減すると共に、環状隙間を流体の連通路とすることができ、プランジャ室内におけるプランジャのスムーズな移動を補助する。
【００７０】前記圧力応答手段側の部位に、弁体と圧力応答手段との間を接続する接続部材を備え、前記接続部材の外周に環状溝を設けることも好適である。
【００７１】このように構成することにより、圧力応答手段側の接続部材と摺動支持部との流体固着を防止することが可能となる。
【００７２】また、前記弁体を前記付勢手段により開弁方向に付勢し、前記付勢手段のバネ定数をＫｓｐ、前記ソレノイドの吸引力特性の傾きをＫｓｏｌ、前記圧力応答手段のバネ定数をＫｂとした場合に、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞ＫｓｏｌＫｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係に設定したことも好適である。
【００７３】このような構成とすることにより、圧力応答手段が弁体に係合せず付勢力を与えない状態では、Ｋｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係より、オン・オフ制御による弁体の開閉制御を行なうことが可能となる。
【００７４】また、圧力応答手段が弁体に係合して付勢力を与える状態では、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌの関係より、圧力に応じた比例制御による弁体の開閉制御を行なうことが可能である。
【００７５】前記圧力応答手段は、弁体の閉弁位置から開閉ストロークの途中位置まで前記弁体に係合して付勢力を与え、かつ弁体の開閉ストロークの途中位置から全開弁位置までは前記弁体に係合せず付勢力を与えないことも好適である。
【００７６】このような構成とすることにより、ソレノイドに電流が印加されない状態では、弁体は開弁側に位置しており、この状態からソレノイドに電流を印加すると、弁体の開閉ストロークの途中位置までは、Ｋｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係より、ソレノイドの吸引力が付勢手段の全開弁位置における付勢力を上回った時に、全開弁位置から弁体と圧力応答手段とが係合する途中位置まで一挙に作動するオン・オフ制御による弁体の開閉制御を行なうことが可能となる。
【００７７】また、圧力により伸縮する前記圧力応答手段と、前記圧力応答手段の伸縮経路を前記弁体に対して定位置に定める保持手段と、前記弁体と圧力応答手段との間に介在される分離接続手段と、を備え、前記圧力応答手段による閉弁方向の付勢力を弁体へ与えないことも好適である。
【００７８】このように構成することにより、圧力応答手段の収縮力が弁体にかかることにより、ソレノイドをオフとした状態で弁体を開弁させること（オン・オフ制御）に支障をきたすことがなくなる。
【００７９】また、前記一体構成物の圧力応答手段側の部位に、弁体と圧力応答手段との間を接続する接続部材を一体的に設け、前記接続部材は、圧力により伸縮する前記圧力応答手段に接続固定されていることも好適である。
【００８０】この構成によると、接続部材により圧力応答手段を保持することができる。
【００８１】前記弁体を前記付勢手段により閉弁方向に付勢し、前記付勢手段のバネ定数をＫｓｐ、前記ソレノイドの吸引力特性の傾きをＫｓｏｌ、前記圧力応答手段のバネ定数をＫｂとした場合に、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌの関係に設定したことも好適である。
【００８２】このように構成することにより、弁体のバランス制御をソレノイドへの電流印加が行われないときにおいても行なうことが可能となり、ソレノイドの吸引力を０から最大印加電流の範囲で開弁状態の設定を行なうことができ、ソレノイドの吸引力が効率良く使用される。
【００８３】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明を適用した第１の実施の形態のソレノイドバルブ１の断面構成を説明する図である。このソレノイドバルブ１は、例えば車両の空調装置に用いられる可変容量ポンプ（従来技術の項にて説明した圧縮機３００と同様のもの）の吸入圧Ｐｓの制御を行なうものとして用いられ、ソレノイドバルブ１によりオン・オフ制御を行なうクラッチレスタイプの圧縮機に好適である。
【００８４】吸入圧Ｐｓの制御は、可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄとクランク室圧Ｐｃとを、吸入圧Ｐｓに応答する圧力応答手段としてのベローズ組立体１０を利用したバルブ部３の開閉制御により制御することにより結果的に行なわれる。
【００８５】ソレノイドバルブ１は、概略ソレノイド部２とバルブ部３及びベローズ組立体１０により構成されている。
【００８６】ソレノイド部２は、円筒状のバルブボディ４の一方の端部に配置され、電流をコイル２ａに供給して磁力を発生させ、プランジャ２ｂをセンタポスト２ｃへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力（ソレノイド吸引力）を発生可能としている。
【００８７】尚、プランジャ２ｂとセンタポスト２ｃの対向面の形状は、比例制御に好適な形態とするために、プランジャが移動しても各電流ごとの推力の変化を抑えるような特性を得るために円錐形状としている。
【００８８】プランジャ２ｂは、スリーブ２ｄの内周面が摺動支持部となり、スリーブ２ｄの内周面に沿って軸方向にガタのないスムーズな摺動が行われる。
【００８９】バルブ部３は、バルブボディ４の内部に形成された弁室３ａに弁体３ｂを備え、この弁体３ｂは弁室３ａに開口する弁座３ｃに接離するように、弁室３ａ内を軸方向に移動可能な構成となっている。弁体３ｂは後述するバルブロッド５を介して付勢手段としてのスプリング３ｄによって開弁方向に付勢されている。
【００９０】尚、バルブ部３の弁室３ａにはバルブボディ４の周壁を貫通するポート３ｅが接続し、弁座３ｃには同じくポート３ｆが接続している。ポート３ｆには可変容量ポンプの吐出圧Ｐｄが導入され、ポート３ｅには吐出圧Ｐｄをバルブ部３により制御して得られるクランク室圧Ｐｃとなっている。
【００９１】弁体３ｂは、バルブボディ４の内筒部に摺動自在に配置される一体構成物としてのバルブロッド５の中央部の一部を縮径させた小径部５ａに面する端面５ｂと弁座３ｃとの距離によって圧力／流量を制御する。
【００９２】バルブロッド５は、弁体３ｂよりもソレノイド部２側にソレノイド側の接続部材としてのソレノイド側ロッド５ｃを有している。ソレノイド側ロッド５ｃはセンタポスト２ｃの内筒部を環状隙間６（クリアランス）を形成するように貫通し、端部５ｄがプランジャ２ｂに嵌合固定されている。
【００９３】また、バルブロッド５は、弁体３ｂよりもベローズ組立体１０側に圧力応答手段側の接続部材としてのベローズ側ロッド５ｅを有している。ベローズ側ロッド５ｅに対しては、バルブボディ４の内筒部４ａが摺動支持部（精密な摺動嵌合によるクリアランスシール）となり、ベローズ側ロッド５ｅは内筒部４ａの内周面に沿って軸方向にガタのないスムーズな摺動が行われる。
【００９４】さらに、ベローズ側ロッド５ｅの外周面には、環状溝５ｆ（この実施の形態の場合２本）が設けられ、クリアランスシールにおける流体固着の発生を抑制している。
【００９５】環状溝５ｆの形状や本数は、ベローズ側ロッド５ｅをスプールのランド部として扱う場合に、ランド部にかかる横力（径方向／偏心方向の圧力）が軸方向の作動に影響を与えない程度となるように適宜設定することが好ましい。
【００９６】バルブボディ４のソレノイド部２とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体１０が配置されている。
【００９７】ベローズ組立体１０は、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア１０ａと、ベローズコア１０ａの両端部を保持するストッパ１０ｂ，ホルダ１０ｃとベローズコア１０ａの内部で伸長して付勢力を与え、つぶれを防止するスプリング１０ｄを備えている。
【００９８】１０ｆはベローズ組立体１０のホルダ１０ｃをストッパ１０ｂ方向に付勢し、カバー部材１０ｇの凹部に押し付けてベローズ組立体１０の保持を行なう保持スプリングであり、保持スプリング１０ｆとカバー部材１０ｇの凹部とにより、ベローズ組立体１０の伸縮経路を弁体３ｂに対して定位置に定める保持手段として機能させている。
【００９９】そして、ベローズコア１０ａの周囲の圧力（吸入圧Ｐｓ）に応答して伸縮し、保持部１０ｅに摺動自在に保持されたベローズ側ロッド５ｅを介して、所定の長さ以上に伸長した場合に（吸入圧Ｐｓが低下した場合）弁体３ｂに開弁方向の付勢力を与えている。
【０１００】従って、ベローズ組立体１０は、弁体３ｂの開閉ストロークにおける全位置で弁体３ｂに係合して付勢力を与えるものではなく、吸入圧Ｐｓに応答して少なくとも弁体３ｂの閉弁位置から開閉ストロークの途中位置まではベローズ側ロッド５ｅが保持部１０ｅに係合当接するように構成されている。
【０１０１】また、この実施の形態では該開閉ストロークの途中位置から弁体３ｂの全開弁位置までは、弁体３ｂに係合しない構成となっている。尚、弁体３ｂの開弁量が確保されていれば、全ストロークにおいて係合させることも可能である。
【０１０２】また、吸入圧Ｐｓが所定圧以上に上昇した場合、ベローズコア１０ａは縮み、ベローズ側ロッド５ｅとの係合が解除される。
【０１０３】このように構成されたソレノイドバルブ１は、バルブロッド５が弁体３ｂと、その両側にソレノイド側ロッド５ｃとベローズ側ロッド５ｅを備え、ソレノイド側ロッド５ｃはプランジャ２ｂと接続した一体構成物であることから、バルブロッド５は両端部がスリーブ２ｄの内周面とバルブボディ４の内筒部４ａによる２点支持となり、摺動抵抗が低減しかつ安定した作動が可能となる。
【０１０４】また、部品点数の削減及びそれによる組立性の改善を図り、コスト低減に寄与することができる。
【０１０５】バルブロッド５のソレノイド側ロッド５ｃとセンタポスト２ｃの内周との間に環状隙間６を設けることで、ソレノイド側ロッド５ｃとセンタポスト２ｃとの摺動がなくなり摺動抵抗が低減すると共に、環状隙間６を流体の連通路とすることができ、プランジャ室内におけるプランジャ２ｂのスムーズな移動を補助する。
【０１０６】さらに、このソレノイドバルブ１は、スプリング３ｄのバネ定数をＫｓｐ、ソレノイド部２の吸引力特性の傾きをＫｓｏｌ、ベローズ組立体１０のバネ定数をＫｂ（保持スプリング１０ｆによる付勢力も含む）とした場合に、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞ＫｓｏｌＫｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係に設定されている。
【０１０７】次に図２を参照して、ソレノイドバルブ１の作動を説明する。
【０１０８】図２は、弁体３ｂに加わる荷重と弁体３ｂの位置との関係を示すグラフ図であり、横軸に弁体３ｂの開閉ストローク（移動量）を示し、縦軸は各ストローク位置における弁体３ｂに付与される荷重を示している。
【０１０９】弁体３ｂに対して付与される荷重としては、ソレノイド部２の吸引力特性がＫｓｏｌ１となる場合において、弁体３ｂの開閉ストロークにおける途中から閉弁側（領域Ｒ１：圧力調整領域）で、ベローズ組立体１０とスプリング３ｄの付勢力及びソレノイド部２の吸引力の、３つの荷重が付与されている。
【０１１０】また、弁体３ｂの開閉ストロークにおける途中から開弁側（領域Ｒ２）では、スプリング３ｄの付勢力及びソレノイド部２の吸引力の２つの荷重が付与されている。
【０１１１】尚、開閉ストロークにおける途中位置とは、弁体３ｂとベローズ組立体１０の係合関係が実質的になくなる位置のことである。
【０１１２】弁体３ｂに３つの荷重が付与されている領域Ｒ１では、ベローズ組立体１０にかかる圧力に応じた比例制御による弁体３ｂの開閉制御が行なわれる。
【０１１３】ベローズ組立体１０は、外部圧（Ｐ０（低圧）〜Ｐ４（高圧））によりＫｂ＋Ｋｓｐ（実線）は平行移動し、所定の電流値により発生したソレノイド吸引力（破線）との交点位置（図２の黒点位置）が弁体３ｂの開弁位置となる。
【０１１４】また、弁体３ｂに２つの荷重のみが付与されている領域Ｒ２では、Ｋｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係より、全開弁位置におけるソレノイド吸引力がスプリング３ｄの付勢力を上回ったとき、全開弁位置から開閉ストロークの途中位置までのストローク範囲でソレノイド吸引力はスプリング３ｄの付勢力よりも大きく、弁体３ｂが開閉ストロークの途中位置まで一挙に作動するオン・オフ制御による開閉制御が行なわれる。
【０１１５】従って、全開弁位置におけるソレノイド吸引力をスプリング３ｄの同位置での荷重に対して大きく設定する必要はなくなり、ソレノイドの小型化、あるいは電流消費の抑制を可能とする。
【０１１６】尚、ソレノイド吸引力は印加される電流値により変更することが可能であるので、Ｋｂ＋Ｋｓｐの値に合わせて目的とする出力特性となるように所定値に調整されている。
【０１１７】以上の作動条件により、ソレノイドバルブ１が組み込まれる圧縮機に対してなされる実際の制御は以下のようになる。
【０１１８】圧縮機の通常動作時には、ソレノイドバルブ１のベローズ組立体１０は吸入圧Ｐｓの圧力を受け、吸入圧Ｐｓが上昇するとベローズコア１０ａは図において左側に縮み、吸入圧Ｐｓが下降するとベローズコア１０ａは図において右側に伸長する。
【０１１９】そしてこのような圧力調整の行なわれる状態（図２の領域Ｒ１）において、ベローズ組立体１０はベローズ側ロッド５ｅを介して弁体３ｂと当接係合しているため、上記のベローズコア１０ａの作用による付勢力とスプリング３ｄの付勢力及びソレノイド吸引力とのバランスにより、弁体３ｂを移動させてポート３ｆからポート３ｅへと流れる吐出圧Ｐｄの流体の流量を制御する。
【０１２０】そして、ポート３ｅから供給されるクランク室圧Ｐｃの圧力を調整して可変容量ポンプの出力を調整し、結果的に可変容量ポンプの吸入圧Ｐｓを自動調圧する。
【０１２１】例えば、圧縮機からの吐出圧Ｐｄを上昇させるためには、斜板３０２の傾き角θを大きくする必要があるが、そのためにはソレノイドバルブ１の弁体３ｂを閉じてクランク室圧Ｐｃを小さくする必要がある。
【０１２２】ソレノイドバルブ１の吸引力を変えて制御する場合には、弁体３ｂの開閉ストロークの開弁側から途中位置までの領域Ｒ２において、ソレノイドバルブ１はＫｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係より、ソレノイドの吸引力がスプリング３ｄの全開弁位置における付勢力を上回った時に、全開弁位置から弁体３ｂとベローズ組立体１０とが係合する途中位置まで一挙に作動するオン・オフ制御による弁体３ｂの開閉制御が行なわれる。
【０１２３】従って、弁体３ｂの開弁側から途中位置まで移動させる閉弁動作を、素早く行うことができ、圧縮機の始動時の応答性を向上させることになる。
【０１２４】図２の領域Ｒ１において、ソレノイドバルブ１の弁体３ｂは、スプリング３ｄとソレノイド吸引力及びベローズ組み立て体１０の付勢力がバランスされた状態（バランス制御）で留まり、流体の流量制御が行なわれる。
【０１２５】流体のバランス制御状態において、吸入圧Ｐｓが上昇してベローズコア１０ａが図において左側に縮んだ場合、あるいはソレノイドバルブ１の吸引力を大きくした場合には、ソレノイドバルブ１の弁体３ｂは閉弁する場合がある。
【０１２６】このような弁体３ｂの閉弁時には、圧縮機３００内のオリフィス３０５（図１２参照）によるＰｃ−Ｐｓ間の流量より吐出圧Ｐｄからクランクケース圧Ｐｃへの流体の流量が小さく（閉弁しても流体の流れは０ではなく、弁体３ｂの洩れが発生する。）なり、クランクケース圧Ｐｃ＝吸入圧Ｐｓとなる。
【０１２７】以上のバランス制御及び閉弁時のＰｃ＝Ｐｓ制御により、ソレノイド吸引力を調整することで吸入圧Ｐｓ（即ち、吹き出し温度）を結果的に設定することも可能となる。
【０１２８】尚、圧縮機の駆動開始時には（図１０，図１１，図１２参照）、クランク室圧Ｐｃはオリフィス３０５を介して吸入圧Ｐｓと同圧となっていること及び不図示の傾角減少バネのバネ力によって、斜板３０２の傾き角θは小さくほぼ０の状態となっている。
【０１２９】ソレノイドバルブ１は、圧縮機に組み込まれた場合に以上のように作動するので、制御対象流体の圧力に応じて比例制御とオン・オフ制御の二つの制御を効率良く行なうことができる。
【０１３０】尚、この実施の形態の構成において、保持部１０ｅとベローズ側ロッド５ｅが摺動嵌合であり、互いの対向面同士が当接している場合のみベローズ組み立て体１０による付勢力がベローズ側ロッド５ｅへと与えられるような分離接続手段を採用することにより、弁体３ｂが閉弁している状態以上にベローズ組み立て体１０が収縮することにより、弁体３ｂの閉弁方向の付勢力が発生することが阻止されている。
【０１３１】これは、圧縮機がクラッチレスタイプの場合において、圧縮機の駆動が停止状態となっている場合に、ベローズ組み立て体１０の収縮力が弁体３ｂの閉弁方向の付勢力として作用していると、弁体３ｂの開弁動作に影響を与えることが懸念され、これを抑制することを可能とするためである。
【０１３２】また、分離接続手段を採用せずに、べローズ側ロッド５ｅとベローズ組み立て体１０の保持部１０ｅを、例えば圧入嵌合等により接続固定することも可能である。
【０１３３】この場合に、ベローズ組み立て体１０が大きく収縮した場合には、ストッパ１０ｂがカバー部材１０ｇから離れてしまうことも想定されるが（実際のベローズ組み立て体１０の寸法設定上はこのような状態を避けることが好ましい）、ベローズ組み立て体１０は、少なくともべローズ側ロッド５ｅにより片側が保持されているので、特別な保持手段（保持スプリング１０ｆや後述する図３における保持スプリング１０ｈ等）を不要とすることも可能となる。
【０１３４】また、図３に示されるように、付勢部材としての保持スプリング１０ｈによりベローズ組み立て体１０をカバー部材１０ｇとの間で開弁方向に付勢保持し、ベローズ組み立て体１０の伸びを吸収する構成を採用することも可能である。この場合には、図１に示されている保持スプリング１０ｆは不要である。
【０１３５】但し、クラッチ付きの圧縮機にソレノイドバルブ２１を適用する場合には、弁体３ｂを閉弁する必要がないため、上記のように説明された、保持部１０ｅとベローズ側ロッド５ｅの分離構成や、保持スプリング１０ｈによる付勢を不要としても良い。
【０１３６】（実施の形態２）図４は、第２の実施の形態のソレノイドバルブ２１の断面構成を示す図である。この図４において第１の実施の形態と同様の構成に関しては同一の符号を付し、第１の実施の形態の説明を参照するものとする。
【０１３７】ソレノイドバルブ２１は、第１の実施の形態とは異なり、ソレノイドバルブにオン・オフ制御機能を必要としないクラッチ付きの圧縮機に好適である。
【０１３８】このソレノイドバルブ２１の特徴的な構成としては、弁体３ｂの付勢手段であるスプリング２３ｄが弁体３ｂを閉弁させる方向にバルブロッド５を付勢するような構成としている。
【０１３９】これは、オン・オフ制御機能を必要としないので、ソレノイドバルブの吸引力を発生させない、低電流（０Ａ）よりの制御を可能とするための構成である。
【０１４０】即ち、プランジャ２２ｂのセンタポスト２ｃ側の端部２２ｂ１がソレノイド側ロッド５ｃの端部５ｄに嵌合固定されており、スリーブ２ｄの底部２ｄ１に対向する端面２２ｂ２から端部５ｄの外径よりも大きい内径部２２ｂ３が設けられ、環状溝部２２ｂ４を形成している。
【０１４１】そして、この環状溝部２２ｂ４とスリーブ２ｄの底部２ｄ１の間に、圧縮された状態でスプリング２３ｄが保持され、バルブロッド５を付勢している。
【０１４２】このような設定とすることにより、ソレノイド部２への印加電流が０の状態でも、吸入圧力Ｐｓの変化を利用して吸入圧Ｐｓに対する応答を行なうことが可能であり、弁体３ｂのバランス制御をソレノイド部２への電流印加が行われないときにおいても行なうことが可能となり、換言するならば、ソレノイド吸引力Ｆが０から最大印加電流に対応する範囲まで利用して開弁状態の設定を行なうことができ、ソレノイド吸引力Ｆを効率良く使用可能となる。
【０１４３】
【発明の効果】上記のように説明された本発明によると、ソレノイドバルブにおける弁体の摺動抵抗が低減しかつ安定した作動が可能となり、信頼性の高い作動を可能とするソレノイドバルブが得られる。
【０１４４】また、部品点数の削減及びそれによる組立性の改善を図り、コスト低減に寄与することができる。
【０１４５】センタポストの内周とソレノイド側の接続部材の外周との間に環状隙間を設けることにより、ソレノイド側の接続部材とセンタポストとの摺動がなくなり摺動抵抗が低減すると共に、環状隙間を流体の連通路とすることができ、プランジャ室内におけるプランジャのスムーズな移動を補助する。
【０１４６】圧力応答手段側の接続部材の外周に環状溝を設けることにより、圧力応答手段側の接続部材と摺動支持部との流体固着を防止することが可能となる。
【０１４７】また、オン・オフ制御と比例制御の機能を効率的に実現するための、ソレノイドバルブにおける各バネ定数及びソレノイドの吸引力特性の傾きの関係が得られ、圧力応答手段が弁体に係合せず付勢力を与えない状態では、Ｋｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係よりオン・オフ制御による弁体の開閉制御が行なわれ、圧力応答手段が弁体に係合して付勢力を与える状態では、Ｋｂ＋Ｋｓｐ＞Ｋｓｏｌの関係より、圧力に応じた比例制御による弁体の開閉制御が行なわれる。
【０１４８】圧力応答手段と弁体との係合状態を規定することにより、ソレノイドに電流が印加されない状態では、弁体は開弁側に位置しており、この状態からソレノイドに電流を印加すると、弁体の開閉ストロークの途中位置までは、Ｋｓｏｌ＞Ｋｓｐの関係より、ソレノイドの吸引力が付勢手段の全開弁位置における付勢力を上回った時に、全開弁位置から弁体と圧力応答手段とが係合する途中位置まで一挙に作動するオン・オフ制御による弁体の開閉制御を行なうことが可能となる。途中位置から閉弁側では圧力に応じた比例制御による弁体の開閉制御が行なわれる。
【０１４９】従って、全開弁位置におけるソレノイド吸引力を付勢手段の同位置での荷重に対して大きく設定する必要はなくなり、ソレノイドの小型化、あるいは電流消費の抑制を可能とする。
【０１５０】また、弁体を付勢手段により閉弁方向に付勢したことにより、弁体のバランス制御をソレノイドへの電流印加が行われないときにおいても行なうことが可能となり、ソレノイドの吸引力を０から最大印加電流の範囲で開弁状態の設定を行なうことができ、ソレノイドの吸引力を効率良く使用可能となり、ソレノイドの小型化を図ることが可能となる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４３８５
【氏名又は名称】エヌオーケー株式会社
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
|
| 【出願日】 |
平成１１年９月３０日（１９９９．９．３０） |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６２４（Ｐ２００１−８２６２４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８０７６３ |
|