JP2016125376A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＷＭ方式の通電制御がなされる可変容量圧縮機用制御弁において、プランジャの振動によるノイズを抑える。
【解決手段】 制御弁１は、吐出室に連通するポート１６と、制御室に連通するポート１４と、ポート１６とポート１４とをつなぐ通路に設けられた主弁孔２０と、を有するボディ５と、主弁孔２０に接離して弁部を開閉する主弁体３０と、ＰＷＭ方式による通電制御がなされ、主弁体３０を弁部の開閉方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイド３と、主弁体３０と一体変位するプランジャ５０に連結されるスプリング１０４と、そのスプリング１０４を介してプランジャ５０に相対変位可能に連結される錘１０２とを含み、ＰＷＭ制御による主弁体３０の振動を抑制する吸振構造と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御する制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整する。揺動板の角度は、密閉された制御室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることで連続的に変えられる。この制御室内の圧力（以下「制御圧力」という）Ｐｃは、例えば圧縮機の吐出室と制御室との間に設けられた制御弁により制御される。

このような制御弁は、電磁弁として構成されることが多く、ボディ内に吐出室と制御室とを連通させる弁孔を有し、そのボディ内に配置した弁体を弁孔に接離させて弁部の開度を調整することにより、制御室に導入する冷媒流量を制御する。弁開度は、弁体に作用する冷媒圧力による力と、ソレノイドによる駆動力と、制御設定値を設定するために配置されたスプリングの付勢力とのバランスによって調整される。この制御設定値は、ソレノイドへの供給電流値を変更することで事後的に調整することもできる。このような制御弁においては、その開弁特性におけるヒステリシスの低減や省電力等の観点から、ソレノイドへの通電制御にＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）方式が採用されるものが多い。例えば、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して容量制御を行うものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１７１９０８号公報

しかしながら、このような制御弁は、上述したＰＷＭによる通電制御がソレノイドのプランジャに微小振動を生じさせるため、その振動が弁体ひいてはボディに伝達されてノイズを発生させる懸念があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＷＭ方式の通電制御がなされる可変容量圧縮機用制御弁において、プランジャの振動によるノイズを抑えることにある。

本発明のある態様は、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、吐出室からに導入する冷媒の流量、又は制御室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整することにより変化させる制御弁である。この制御弁は、吐出室又は吸入室に連通する第１ポートと、制御室に連通する第２ポートと、第１ポートと第２ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、ＰＷＭ方式による通電制御がなされ、弁体を弁部の開閉方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、弁体と一体変位する可動部材に連結される弾性体と、その弾性体を介して可動部材に相対変位可能に連結される質量体とを含み、ＰＷＭ制御による弁体の振動を抑制する吸振構造と、を備える。

この態様によると、吸振構造を設けたことにより、ＰＷＭ制御時に質量体が弁体とは逆位相にて振動し、弁体の慣性力の少なくとも一部を打ち消すようになる。それにより、プランジャの振動によるノイズを抑えることができる。

本発明によれば、ＰＷＭ方式の通電制御がなされる可変容量圧縮機用制御弁において、プランジャの振動によるノイズを抑えることができる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 第２実施形態に係る吸振構造の構成を表す図である。 第３実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。 第４実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。 第５実施形態に係る吸振構造の構成を表す図である。 第６実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。 第７実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。 第８実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される対象装置としての図示しない可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の吐出容量を制御する電磁弁として構成されている。この圧縮機は、冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。その揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出量が調整される。制御弁１は、その圧縮機の吐出室から制御室へ導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。なお、本実施形態の制御室はクランク室からなるが、変形例においてはクランク室内又はクランク室外に別途設けられた圧力室であってもよい。

制御弁１は、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ（「被感知圧力」に該当する）を設定圧力に保つように、吐出室から制御室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。制御弁１は、弁本体２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。弁本体２は、圧縮機の運転時に吐出冷媒の一部を制御室へ導入するための冷媒通路を開閉する主弁と、圧縮機の起動時に制御室の冷媒を吸入室へ逃がすいわゆるブリード弁として機能する副弁とを含む。ソレノイド３は、主弁を開閉方向に駆動してその開度を調整し、制御室へ導入する冷媒流量を制御する。弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた主弁および副弁、主弁の開度を調整するためにソレノイド力に対抗する力を発生するパワーエレメント６等を備えている。パワーエレメント６は、「感圧部」として機能する。

ボディ５には、その上端側からポート１２，１４，１６が設けられている。ポート１２は「吸入室連通ポート」として機能し、圧縮機の吸入室に連通する。ポート１４は「制御室連通ポート」として機能し、圧縮機の制御室に連通する。ポート１６は「吐出室連通ポート」として機能し、圧縮機の吐出室に連通する。また、ポート１６は「第１ポート」として機能し、ポート１４は「第２ポート」として機能する。ボディ５の上端開口部を閉じるように端部材１３が固定されている。ボディ５の下端部はソレノイド３の上端部に連結されている。

ボディ５内には、ポート１６とポート１４とを連通させる内部通路である主通路と、ポート１４とポート１２とを連通させる内部通路である副通路とが形成されている。主通路には主弁が設けられ、副通路には副弁が設けられる。すなわち、制御弁１は、一端側からパワーエレメント６、副弁、主弁、ソレノイド３が順に配置される構成を有する。主通路には主弁孔２０と主弁座２２が設けられる。副通路には副弁孔３２と副弁座３４が設けられる。

ポート１２は、ボディ５の上部に区画された作動室２３と吸入室とを連通させる。パワーエレメント６は、作動室２３に配置されている。ポート１６は、吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１６と主弁孔２０との間には主弁室２４が設けられ、主弁が配置されている。ポート１４は、圧縮機の定常動作時に主弁を経由して制御圧力Ｐｃとなった冷媒を制御室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時には制御室から排出された制御圧力Ｐｃの冷媒を導入する。ポート１４と主弁孔２０との間には副弁室２６が設けられ、副弁が配置されている。ポート１２は、圧縮機の定常動作時に吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する一方、圧縮機の起動時には副弁を経由して吸入圧力Ｐｓとなった冷媒を吸入室へ向けて導出する。

すなわち、主弁の開弁時には、ポート１６が吐出室からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能するとともに、ポート１４が制御室へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。一方、副弁の開弁時には、ポート１４が制御室からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能するとともに、ポート１２が吸入室へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。ポート１４は、主弁および副弁の開閉状態に応じて冷媒を導入又は導出する「導入出ポート」として機能する。

主弁室２４と副弁室２６との間に主弁孔２０が設けられ、その下端開口端部に主弁座２２が形成されている。ポート１４と作動室２３との間にはガイド孔２５が設けられている。ボディ５の下部（主弁室２４の主弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２７が設けられている。ガイド孔２７には、円筒状の主弁体３０が摺動可能に挿通されている。

主弁体３０の上半部が縮径し、主弁孔２０を貫通しつつ内外を区画する区画部３３となっている。主弁体３０の中間部に形成された段部が、主弁座２２に着脱して主弁を開閉する弁形成部３５となっている。主弁体３０が主弁室２４側から主弁座２２に着脱することにより主弁を開閉し、吐出室から制御室へ流れる冷媒流量を調整する。区画部３３の上部が上方に向かってテーパ状に拡径し、その上端開口部に副弁座３４が構成されている。副弁座３４は、主弁体３０と共に変位する可動弁座として機能する。

一方、ガイド孔２５には、円筒状の副弁体３６が摺動可能に挿通されている。副弁体３６の内部通路が副弁孔３２となっている。この内部通路は、副弁の開弁により副弁室２６と作動室２３とを連通させる。副弁体３６と副弁座３４とは軸線方向に対向配置されている。副弁体３６が副弁室２６にて副弁座３４に着脱することにより副弁を開閉する。

また、ボディ５の軸線に沿って長尺状の作動ロッド３８が設けられている。作動ロッド３８の上端部は、副弁体３６を貫通してパワーエレメント６と作動連結可能に接続される。作動ロッド３８の下端部は、ソレノイド３の後述するプランジャ５０に連結されている。作動ロッド３８の上半部は主弁体３０を貫通し、その上部が縮径されている。その縮径部には副弁体３６が外挿され、圧入により固定されている。その縮径部の先端がパワーエレメント６に接続されている。

作動ロッド３８の軸線方向中間部にはリング状のばね受け４０が嵌着され、支持されている。主弁体３０とばね受け４０との間には、主弁体３０を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。主弁の制御時には、スプリング４２の弾性力によって主弁体３０とばね受け４０とが突っ張った状態となり、主弁体３０と作動ロッド３８とが一体に動作する。

パワーエレメント６は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位するベローズ４５を含み、そのベローズ４５の変位によりソレノイド力に対抗する力を発生させる。この対抗力は、作動ロッド３８および副弁体３６を介して主弁体３０にも伝達される。副弁体３６が副弁座３４に着座して副弁を閉じることにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが遮断される。また、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁を開くことにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが許容される。

一方、ソレノイド３は、段付円筒状のコア４６と、コア４６の下端開口部を封止するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ４８と、スリーブ４８に収容されてコア４６と軸線方向に対向配置された段付円筒状のプランジャ５０と、コア４６およびスリーブ４８に外挿された円筒状のボビン５２と、ボビン５２に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル５４と、電磁コイル５４を外方から覆うように設けられる円筒状のケース５６と、ケース５６の下端開口部を封止するように設けられた端部材５８と、ボビン５２の下方にて端部材５８に埋設された磁性材料からなるカラー６０を備える。なお、コア４６、ケース５６およびカラー６０がヨークを構成する。また、ボディ５、端部材１３、コア４６、ケース５６および端部材５８が制御弁１全体のボディを形成している。

弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の下端部がコア４６の上端開口部に圧入されることにより固定されている。コア４６と主弁体３０との間には圧力室２８が形成されている。一方、コア４６の中央を軸線方向に貫通するように、作動ロッド３８が挿通されている。圧力室２８に導入される吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド３８とコア４６との間隙により形成される連通路６２を通ってスリーブ４８の内部にも導かれる。

コア４６とプランジャ５０との間には、両者を互いに離間させる方向に付勢するスプリング４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング４４は、いわゆるオフばねとして機能する。作動ロッド３８は、副弁体３６およびプランジャ５０のそれぞれに対して同軸状に接続されている。作動ロッド３８は、その上部が副弁体３６に圧入され、下端部がプランジャ５０の上部に圧入されている。これら作動ロッド３８、副弁体３６およびプランジャ５０は、主弁の制御時において主弁体３０と一体変位する「可動部材」を構成する。

作動ロッド３８は、コア４６とプランジャ５０との吸引力であるソレノイド力を、主弁体３０および副弁体３６に適宜伝達する。一方、作動ロッド３８には、パワーエレメント６の伸縮作動による駆動力（「感圧駆動力」ともいう）がソレノイド力と対抗するように負荷される。すなわち、主弁の制御状態においては、ソレノイド力と感圧駆動力とにより調整された力が主弁体３０に作用し、主弁の開度を適切に制御する。圧縮機の起動時には、ソレノイド力の大きさに応じて作動ロッド３８がスプリング４４の付勢力に抗してボディ５に対して相対変位し、主弁を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁を開弁させる。また、主弁の制御中であっても、吸入圧力Ｐｓが相当高まると、作動ロッド３８がベローズ４５の付勢力に抗してボディ５に対して相対変位し、主弁を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁を開弁させる。それによりブリード機能を発揮させる。

スリーブ４８は非磁性材料からなる。プランジャ５０の側面には軸線に平行な連通溝６６が設けられ、プランジャ５０の下部には内外を連通する連通孔６８が設けられている。このような構成により、図示のようにプランジャ５０が下死点に位置しても、吸入圧力Ｐｓがプランジャ５０とスリーブ４８との間隙を通って背圧室７０に導かれる。

ボビン５２からは電磁コイル５４につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５８を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材５８は、ケース５６に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部材５８は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成され、その樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙にも満たされている。このように樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル５４で発生した熱をケース５６に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部材５８からは接続端子７２の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
主弁体３０のガイド孔２７との摺動面には、冷媒の流通を抑制するための複数の環状溝からなるラビリンスシール７４が設けられている。ばね受け４０は、いわゆるＥリングからなり、作動ロッド３８の中間部に形成された環状溝に嵌合するようにして支持され、圧力室２８内に配置されている。

主弁体３０の下半部は内径が拡径されており、スプリング４２がその拡径部に収容されるように配置されている。このような構成により、スプリング４２と主弁体３０との当接ポイントが、ガイド孔２７における摺動部の中央よりも主弁室２４側に位置するため、主弁体３０がいわゆるやじろべいのような態様でスプリング４２に安定に支持される。その結果、主弁体３０が開閉駆動されるときのぐらつきによるヒステリシスの発生を防止又は抑制することができる。

副弁体３６は、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔４３を有する。作動ロッド３８の上部は、その挿通孔４３を貫通してパワーエレメント６まで延在している。副弁体３６は、作動ロッド３８における縮径部の基端である段部７９に係止されることにより、作動ロッド３８に対する位置決めがなされている。副弁体３６における挿通孔４３の周囲には、主弁体３０の内部通路３７と作動室２３とを連通させるための複数の内部通路３９が形成されている。内部通路３９は、挿通孔４３と平行に延在し、副弁体３６を貫通している。なお、作動ロッド３８は、副弁体３６が副弁座３４に着座した図示の状態においては、ばね受け４０の上面が主弁体３０の下面から少なくとも所定間隔Ｌをあけて離間するように、段部７９の位置が設定されている。所定間隔Ｌは、いわゆる「遊び」として機能する。

ソレノイド力を大きくすると、作動ロッド３８を主弁体３０に対して相対変位させて副弁体３６を押し上げることもできる。それにより、副弁体３６と副弁座３４とを離間させて副弁を開くことができる。また、ばね受け４０と主弁体３０とを係合（当接）させた状態でソレノイド力を主弁体３０に直接的に伝達することができ、主弁体３０を主弁の閉弁方向に大きな力で押圧することができる。この構成は、主弁体３０とガイド孔２７との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体３０がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。

主弁室２４は、ボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、主弁とポート１６との間には比較的大きな空間が形成され、主弁を開弁させたときに主通路を流れる冷媒の流量を十分に確保することができる。同様に、副弁室２６もボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、副弁とポート１４との間にも比較的大きな空間が形成される。そして図示のように、主弁体３０の上端と副弁体３６の下端との着脱部が、副弁室２６の中央部に位置するように設定されている。つまり、副弁座３４が常に副弁室２６に位置するよう主弁体３０の可動範囲が設定され、副弁室２６にて副弁が開閉されるようになる。このため、副弁を開弁させたときに副通路を流れる冷媒の流量を十分に確保することができる。つまり、ブリード機能を効果的に発揮することができる。

パワーエレメント６は、ベローズ４５の上端開口部を第１ストッパ８２により閉止し、下端開口部を第２ストッパ８４により閉止して構成されている。ベローズ４５は「感圧部材」として機能し、第１ストッパ８２および第２ストッパ８４は、それぞれ「ベース部材」として機能する。第１ストッパ８２は、端部材１３と一体成形されている。第２ストッパ８４は、金属材をプレス成形して有底円筒状に構成されており、その下端開口部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。ベローズ４５は、蛇腹状の本体の上端部が端部材１３の下面に気密に溶接され、その本体の下端開口部がフランジ部８６の上面に気密に溶接されている。ベローズ４５の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、ベローズ４５の内方には、端部材１３とフランジ部８６との間に、ベローズ４５を伸長方向に付勢するスプリング８８が介装されている。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。

端部材１３は、パワーエレメント６の固定端となっている。端部材１３のボディ５への圧入量を調整することにより、パワーエレメント６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を調整できるようにされている。なお、第１ストッパ８２の中央部がベローズ４５の内方に向けて下方に延在し、第２ストッパ８４の中央部がベローズ４５の内方に向けて上方に延在し、それらがベローズ４５の軸芯を形成している。作動ロッド３８の上端部が第２ストッパ８４に嵌合している。ベローズ４５は、作動室２３の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（主弁および副弁の開閉方向）に伸長または収縮する。ベローズ４５の変位に応じて主弁体３０に開弁方向の駆動力が付与される。その差圧が大きくなっても、ベローズ４５が所定量収縮すると、第２ストッパ８４が第１ストッパ８２に当接して係止されるため、その収縮は規制される。

本実施形態においては、ベローズ４５の有効受圧径Ａと、主弁体３０の主弁における有効受圧径Ｂ（シール部径）と、主弁体３０の摺動部径Ｃ（シール部径）と、副弁体３６の摺動部径Ｄ（シール部径）とが等しく設定されている。このため、主弁体３０とパワーエレメント６とが作動連結した状態においては、主弁体３０と副弁体３６との結合体に作用する吐出圧力Ｐｄ，制御圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。その結果、主弁の制御状態において、主弁体３０は、パワーエレメント６が作動室２３にて受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能する。

本実施形態ではこのように、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくするとともに、弁体（主弁体３０および副弁体３６）の内部通路を上下に貫通させることで、弁体に作用する圧力（Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓ）の影響をキャンセルすることができる。つまり、副弁体３６，主弁体３０，作動ロッド３８およびプランジャ５０の結合体の前後（図では上下）の圧力を同じ圧力（吸入圧力Ｐｓ）とすることができ、それにより圧力キャンセルが実現される。これにより、ベローズ４５の径に依存することなく各弁体の径を設定することもでき、設計自由度が高い。このため、変形例においては、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくする一方、有効受圧径Ａをこれらと異ならせてもよい。すなわち、ベローズ４５の有効受圧径Ａを、径Ｂ，Ｃ，Ｄより小さくしてもよいし、径Ｂ，Ｃ，Ｄより大きくしてもよい。

ボディ５の外周面において、ポート１２とポート１４との間にはＯリング９２が嵌着され、ポート１４とポート１６との間にはＯリング９４が嵌着されている。さらに、コア４６の上端近傍の外周面にもＯリング９６が嵌着されている。これらのＯリング９２，９４，９６は、シール機能を有し、制御弁１が圧縮機の取付孔に取り付けられた際に冷媒の漏洩を規制する。

図１に戻り、プランジャ５０には、作動ロッド３８との連結部とは反対側に開口する挿通孔１００が設けられ、その挿通孔１００内に球状の錘１０２が支持されている。錘１０２は、スプリング１０４を介してプランジャ５０に連結されている。錘１０２は「質量体」として機能し、スプリング１０４は「弾性体」として機能する。そして、これら錘１０２およびスプリング１０４が「吸振構造」を構成する。なお、ここでいう「吸振構造」は、動吸振器（dynamic vibration absorber）やダイナミックダンパ(dynamic damper)の概念を含む。

スプリング１０４の一端がプランジャ５０に接合され、スプリング１０４の他端が錘１０２に接合されている。それにより、錘１０２が片持ち状に支持されている。なお、本実施形態ではこれらの接合をスポット溶接により行っているが、ロウ付け等その他の手段により接合してもよい。図示のように、錘１０２、スプリング１０４、プランジャ５０および作動ロッド３８は、同軸状に配設されている。

スプリング１０４は、コイルスプリングであり、その外径は挿通孔１００の内径よりも小さい。錘１０２の直径も挿通孔１００の内径より小さい。それにより、錘１０２は、プランジャ５０に干渉することなく挿通孔１００内を軸線方向に変位することができる。スプリング１０４は、プランジャ５０に干渉することなく軸線方向に伸縮することができる。また、後述するＰＷＭ制御により錘１０２が振動しても、スリーブ４８の底部に衝突しないよう、錘１０２の配置、スプリング１０４の剛性、スリーブ４８の大きさ等が設定されている。

このような構成において、錘１０２の質量とスプリング１０４のばね定数とに基づく吸振構造の固有振動数が、ＰＷＭ制御によって可動部材（プランジャ５０，作動ロッド３８，主弁体３０，副弁体３６）に付与される加振振動数と一致するように設定されている。なお、ここでいう「一致」は、完全一致はもちろん、ほぼ一致する構成を含む概念である。それにより、可動部材の振動に対して錘１０２が逆位相で振動するようになり、可動部材の慣性力を打ち消す作用が働くようになる。なお、変形例においては、吸振構造の固有振動数が、ＰＷＭ制御による可動部材の振動を抑制できる値であればよい。

次に、制御弁の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ方式が採用される。このＰＷＭ制御は、図示しない制御部により実行される。この制御部は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。

図３および図４は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図２は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図３は、制御弁の起動時等にブリード機能を動作させたときの状態を示している。図４は、比較的安定した制御状態を示している。以下では図１に基づき、適宜図２〜図４を参照しつつ説明する。

制御弁１においてソレノイド３が非通電のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング４４の付勢力が、プランジャ５０、作動ロッド３８および副弁体３６を介して主弁体３０に伝達される。その結果、図２に示すように、主弁体３０が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。このとき、副弁は閉弁状態を維持する。

一方、自動車用空調装置の起動時にソレノイド３の電磁コイル５４に起動電流が供給されると、図３に示すように、吸入圧力Ｐｓがその供給電流値により定まる開弁圧力（「副弁開弁圧力」ともいう）よりも高ければ、副弁が開弁する。すなわち、ソレノイド力がスプリング４２の付勢力に打ち勝ち、副弁体３６が一体的に押し上げられる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁が開かれ、ブリード機能が有効に発揮される。この動作過程で主弁体３０がスプリング４２の付勢力により押し上げられ、主弁座２２に着座する。その結果、主弁は閉弁状態となる。すなわち、主弁が閉じて制御室への吐出冷媒の導入を規制した後、副弁が開いて制御室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。なお、「副弁開弁圧力」については、車両がおかれる環境下に応じて後述する設定圧力Ｐsetが変化されると、それに応じて変化する。

ソレノイド３に供給される電流値が主弁の制御電流値範囲にあるときには、吸入圧力Ｐｓが供給電流値により設定された設定圧力Ｐsetとなるよう主弁の開度が自律的に調整される。この主弁の制御状態においては、図４に示すように、副弁体３６が副弁座３４に着座し、副弁は閉弁状態を維持する。一方、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ４５が伸長し、主弁体３０が動作して主弁の開度を調整する。このとき、主弁体３０は、スプリング４４による開弁方向の力と、閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓに応じたパワーエレメント６による開弁方向の力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、例えば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、ベローズ４５が縮小するため、主弁体３０が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、ベローズ４５が伸長する。その結果、パワーエレメント６が主弁体３０を開弁方向に付勢して主弁の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持される。なお、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも相当高くなると、その吸入圧力Ｐｓの高さによっては主弁が閉弁し、副弁が開くことも想定される。ただし、主弁が閉じた後に副弁が開くまでに圧力範囲（不感帯）があるため、主弁と副弁が不安定に開閉する等の事態は防止される。

このような定常制御が行われている間にエンジンの負荷が大きくなり、空調装置への負荷を低減させたい場合、制御弁１においてソレノイド３がオンからオフに切り替えられる。そうすると、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しなくなるため、スプリング４４の付勢力により主弁体３０が主弁座２２から離間し、主弁が全開状態となる。このとき、副弁体３６は副弁座３４に着座しているため、副弁は閉弁状態となる。それにより、圧縮機の吐出室からポート１６に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１４から制御室へと流れることになる。したがって、制御圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

このような主弁の制御時において、上述した吸振構造が機能するため、ＰＷＭ制御によって可動部材に発生する振動を抑制することができ、弁部やボディ５におけるノイズの発生を抑えることができる。

以上に説明したように、本実施形態では、錘１０２とスプリング１０４とにより構成される吸振構造をプランジャ５０に直列に設ける構成とした。それにより、ＰＷＭ制御によるプランジャ５０の振動を抑えることができ、例えば主弁の寸開時において主弁体３０が主弁座２２に衝突することによる打撃音を防止又は抑制することができる。また、プランジャ５０の振動がボディ５に伝達されることによる振動音を抑制することができる。つまり、ＰＷＭ制御に伴うノイズの発生を防止又は抑制することができる。また、プランジャ５０に形成した挿通孔１００に錘１０２を収容するように配置することで、制御弁１のサイズを特に大きくすることなく、その吸振構造の効果を得ることができる。さらに、錘１０２が挿通孔１００との間のクリアランスを維持した状態で動作するため、摩耗等が生じることがなく、吸振構造の寿命が長いといったメリットもある。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る吸振構造の構成を表す図である。（Ａ）は吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。（Ｂ）はスプリングの構成を示す概略断面図であり、（Ｃ）はスプリングの底面図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、吸振構造を構成するスプリング２０４と、プランジャ２５０とを嵌合させるようにして固定する。図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、スプリング２０４は、コイル状の本体２０６の上端部に大径の環状嵌合部２０８を有する。

一方、図５（Ａ）に示すように、プランジャ２５０の挿通孔１００における底部近傍の側面には、環状の嵌合溝２１０が凹設されている。そして、環状嵌合部２０８を嵌合溝２１０に嵌合させることにより、スプリング２０４がプランジャ２５０に固定されている。なお、錘１０２とスプリング２０４とは、第１実施形態と同様にスポット溶接にて固定されているが、これらも嵌合構造により固定してもよい。このような構成により、吸振構造の組み付け作業が容易となる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。本実施形態では、錘３０２が段付円柱状をなし、スプリング１０４の端部が接合される本体３１０と、スプリング１０４に挿通される挿通部３１２とを有する。挿通部３１２は、本体３１０よりも外径が小さいが、スプリング１０４の上端側に向けて深く挿通されるため、錘３０２全体としての質量を大きくすることができる。言い換えれば、挿通孔１００の内部スペースを有効活用して錘３０２の質量を確保することができる。すなわち、吸振構造を構成する部材の固有振動数の設定に際し、省スペース化を実現しつつ錘３０２の質量を調整することが可能となる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。本実施形態では、吸振構造を構成する弾性体としてゴム製のダイヤフラム４０４が採用される。そして、ダイヤフラム４０４に対して錘４０２が樹脂モールドされている。すなわち、ダイヤフラム４０４は、可撓性を有する円板状の本体４１０と、本体４１０の中央部にて錘４０２を覆うようにして支持する支持部４１２とを有する。本体４１０には、挿通孔１００の内外を連通させるための複数の連通孔４２０が設けられている。プランジャ４５０には、第１実施形態のような連通孔６８は設けられていない。なお、本実施形態では、ダイヤフラムに錘をモールドする例を示したが、例えばポリイミドダイヤフラムを加締めるなど、他の固定手段により錘と一体に構成してもよい。

本体４１０の外周縁部がプランジャ４５０の下端部に加締め接合されている。錘４０２は、円柱状をなし、挿通孔１００の内方に向けて延在する。錘４０２は、プランジャ４５０と同軸状に配置されている。このような構成によっても挿通孔１００の内部スペースを有効活用して錘４０２の質量を確保することができる。

［第５実施形態］
図８は、第５実施形態に係る吸振構造の構成を表す図である。（Ａ）は吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

本実施形態では、吸振構造を構成する弾性体として複数（本実施形態では３つ）の板ばね５０４が採用される。これらの板ばね５０４が、円柱状の錘５０２の周囲に等間隔で設けられている。板ばね５０４は、断面Ｌ字状をなし、その短片が錘５０２の半径方向に延び、その先端が錘５０２の軸線方向中央部に接合されている。板ばね５０４の長片は、その外周面が曲面となっており、挿通孔１００の内周面に接合されている。なお、本実施形態ではこれらの接合をスポット溶接により行っているが、ロウ付け等その他の手段により接合してもよい。

このように、弾性体として板ばねを採用することにより、その弾性体を質量体（錘５０２）に対して任意の位置に接合し易くなる。このため、図示のように、錘５０２を挿通孔１００の中央付近に配置することもでき、挿通孔１００の内部スペースを有効活用して錘４０２の質量を確保することができる。なお、本実施形態では、複数の板ばね５０４のそれぞれを錘５０２に接合する例を示したが、例えば環状の本体の外周縁から複数の脚部を延出させる態様の板ばねを採用し、その本体を錘５０２に接合してもよい。

［第６実施形態］
図９は、第６実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。本実施形態では、吸振構造を構成する錘の一部がプランジャ６５０の外部に突出する構成が採用される。そのため、スリーブ６４８が第１実施形態のスリーブ４８よりも軸線方向に大きくされている。

プランジャ６５０には、下方に拡径部６２０を有する挿通孔６００が設けられ、錘６０２の大部分が挿通されている。錘６０２は、段付円柱状をなし、挿通孔６００内に挿通される本体６１０と、挿通孔６００の外部に露出する大径部６１２とを有する。スプリング１０４は、拡径部６２０の基端部と大径部６１２との間に介装されている。大径部６１２の外径は、拡径部６２０の内径よりも大きい。

このように錘６０２の一部をプランジャ６５０の外部に延在させることで、錘６０２の質量を大きくすることができる。すなわち、吸振構造の固有振動数の設定に際し、錘６０２の質量の調整がより容易となる。

［第７実施形態］
図１０は、第７実施形態に係る吸振構造およびその周辺の構成を示す部分断面図である。本実施形態では、吸振構造を構成する錘の全体がプランジャ６５０の外部に配置される。

錘７０２は、段付円柱状をなし、一対のスプリング１０４，７０４に上下から挟まれるようにして支持されている。スプリング１０４は、プランジャ６５０の拡径部６２０と錘７０２との間に介装されている。スプリング７０４は、スリーブ７４８の底部と錘７０２との間に介装されている。スリーブ７４８の底部中央には、スプリング７０４の軸芯となるよう内方に突出したばね受け部７１０が設けられている。このような構成により、錘７０２をスプリング１０４，７０４に溶接等により固定する必要がなくなり、吸振構造の組み付けが容易となる。

［第８実施形態］
図１１は、第８実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁８０１は、第１実施形態とは異なり、ブリード機能を発揮するための副弁を有していない。また、吸振構造がソレノイド３側ではなく、弁本体８０２側に設けられている。この吸振構造は、作動ロッド８３８と連結するように設けられている。作動ロッド８３８は、段付円柱状をなし、その上部がガイド孔２５を摺動可能に貫通している。弁体８３０は、作動ロッド８３８に一体に設けられている。ボディ８０５の下半部とソレノイド３とにより囲まれる圧力室２８に吸振構造が配置されている。

すなわち、作動ロッド８３８の中間部に挿通されるように環状の錘８１０が設けられている。ただし、錘８１０に設けられた挿通孔８１２と作動ロッド８３８との間には十分なクリアランスが設定されており、錘８１０が作動ロッド８３８に対して摺動抵抗を受けない構成とされている。作動ロッド８３８における錘８１０の上方にはばね受け８２０が設けられ、錘８１０の下方にはばね受け８２２が設けられている。そして、錘８１０とばね受け８２０との間にスプリング８２４が介装され、錘８１０とばね受け８２２との間にスプリング８２６が介装されている。これらスプリング８２４，８２６が「弾性体」として機能し、錘８１０とともに吸振構造を構成する。

本実施形態においても、錘８１０の質量とスプリング８２４，８２６のばね定数とに基づく吸振構造の固有振動数が、ＰＷＭ制御によって可動部材（プランジャ５０，作動ロッド８３８，弁体８３０）に付与される加振振動数と一致するように設定されている。そして、可動部材の振動に対して錘８１０が逆位相で振動するようになり、可動部材の慣性力を打ち消す作用が働くようになる。それにより、ＰＷＭ制御によるプランジャ５０の振動を抑えることができ、ノイズの発生を防止又は抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、吸振構造の配置構成の一例を示したが、それ以外の配置構成を採用してもよい。例えば、プランジャとコアとの間の空間に吸振構造を設けてもよい。あるいは、パワーエレメントと作動ロッドとの間に吸振構造を設けてもよい。

上記実施形態では、可変容量圧縮機の吐出室から制御室に導入する冷媒の流量を調整するいわゆる入れ制御の制御弁を示したが、変形例においては、制御室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整するいわゆる抜き制御の制御弁として構成してもよい。その場合、吸入室連通ポートと制御室連通ポートとをつなぐ通路に主弁孔が設けられる。主弁体がその主弁孔に接離して主弁を開閉する。副弁を設ける必要はない。

上記実施形態では、制御弁として、吸入圧力Ｐｓが満たされる作動室２３にパワーエレメント６を配置し、吸入圧力Ｐｓを直接感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁を例示した。変形例においては、制御圧力Ｐｃが満たされる容量室にパワーエレメントを配置する一方、制御圧力Ｐｃをキャンセルする構造を採用することで、実質的に吸入圧力Ｐｓを感知して動作するＰｓ感知弁として構成してもよい。あるいは、吸入圧力Ｐｓではなく制御圧力Ｐｃを被感知圧力として感知して動作するいわゆるＰｃ感知弁としてもよい。あるいは、パワーエレメントを設けることなく、弁体を含む可動部材が差圧を感知して動作する差圧弁として構成してもよい。例えば、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｓ差圧弁としてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄと制御圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｃ差圧弁としてもよい。

上記実施形態では、パワーエレメント６を構成する感圧部材としてベローズ４５を採用する例を示したが、ダイヤフラムを採用してもよい。その場合、その感圧部材として必要な動作ストロークを確保するために、複数のダイヤフラムを軸線方向に連結する構成としてもよい。

上記実施形態では、スプリング４２，４４，８８，１０４，２０４，５０４，８２４，８２６等に関し、付勢部材（弾性体）としてスプリングを例示したが、ゴムや樹脂等の弾性材料を採用してもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では、ベローズ４５の内部の基準圧力室Ｓを真空状態としたが、大気を満たしたり、基準となる所定のガスを満たすなどしてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄ、制御圧力Ｐｃ、および吸入圧力Ｐｓのいずれかを満たすようにしてもよい。そして、パワーエレメントが適宜ベローズの内外の圧力差を感知して作動する構成としてもよい。また、上記実施形態では、主弁体が直接受ける圧力Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓをキャンセルする構成としたが、これらの少なくともいずれかの圧力をキャンセルしない構成としてもよい。

上記第１実施形態では、ボディの一端側（ソレノイドと反対側）から順に吸入室連通ポート、制御室連通ポート、吐出室連通ポートが設けられ、吐出室連通ポートがソレノイドに近接配置される構成を例示した。また、上記第２実施形態では、ボディの一端側から順に吸入室連通ポート、吐出室連通ポート、制御室連通ポートが設けられ、制御室連通ポートがソレノイドに近接配置される構成を例示した。変形例においては、それら以外のポート配列を採用してもよい。例えば、吸入室連通ポートがソレノイドに近接配置される構成としてもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、３ ソレノイド、５ ボディ、６ パワーエレメント、１２ ポート、１４ ポート、１６ ポート、２０ 主弁孔、３０ 主弁体、３２ 副弁孔、３６ 副弁体、３８ 作動ロッド、４６ コア、４８ スリーブ、５０ プランジャ、１００ 挿通孔、１０２ 錘、１０４ スプリング、２０４ スプリング、２０８ 環状嵌合部、２１０ 嵌合溝、２５０ プランジャ、３０２ 錘、４０２ 錘、５０２ 錘、５０４ 板ばね、６００ 挿通孔、６０２ 錘、６４８ スリーブ、６５０ プランジャ、７０２ 錘、７０４ スプリング、８０１ 制御弁、８０５ ボディ、８１０ 錘、８２４ スプリング、８２６ スプリング、８３０ 弁体、８３８ 作動ロッド。

Claims (8)

1. 吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、前記吐出室から制御室に導入する冷媒の流量、又は前記制御室から前記吸入室へ導出する冷媒の流量を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記吐出室又は前記吸入室に連通する第１ポートと、前記制御室に連通する第２ポートと、前記第１ポートと前記第２ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、
   前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
   ＰＷＭ方式による通電制御がなされ、前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
   前記弁体と一体変位する可動部材に連結される弾性体と、その弾性体を介して前記可動部材に相対変位可能に連結される質量体とを含み、ＰＷＭ制御による前記弁体の振動を抑制する吸振構造と、
   を備えることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記ソレノイド力を前記弁体に伝達するための作動ロッドを備え、
   前記ソレノイドは、
   前記ボディに対して固定されたコアと、
   前記コアと軸線方向に対向配置され、前記作動ロッドを介して前記弁体と接続され、前記弁体と軸線方向に一体変位可能なプランジャと、
   を含み、
   前記弾性体は、前記プランジャおよび前記作動ロッドの少なくとも一方を前記可動部材として連結されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記質量体の少なくとも一部が、前記プランジャに形成された挿通孔に挿通され、
   前記質量体は、前記プランジャと軸線方向に相対変位可能となるよう前記弾性体に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記弾性体がスプリングからなり、
   前記スプリングの一端側が前記プランジャに接合され、前記スプリングの他端側が前記質量体に接合されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記弾性体がダイヤフラムからなり、
   前記質量体が、前記ダイヤフラムと一体に構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
6. 前記プランジャと、前記作動ロッドと、前記質量体とが同軸状に設けられ、
   前記質量体が、前記プランジャに対して前記作動ロッドとは反対側に配置されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記質量体が、前記ボディと前記ソレノイドとに囲まれる空間に配置され、前記作動ロッドを前記可動部材として連結されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
8. 前記質量体の質量と前記弾性体の弾性定数とに基づく前記吸振構造の固有振動数が、ＰＷＭ制御によって前記可動部材に付与される加振振動数と一致するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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