(57)【要約】【課題】逆止弁の前後差圧が小さい状態でもハンチング現象を効果的に抑制する。【解決手段】ある態様の逆止弁１は、上流側に冷媒の導入口２３を有し、側部に冷媒の導出孔２４が設けられた円筒状のボディ１０と、ボディ１０内の導入口２３と導出孔２４との間に設けられた弁座２２と、ボディ１０内に摺動可能に収容されるとともに、弁座２２に着脱して第１の弁部を開閉する着脱部３２と、ボディ１０の内周面との摺接位置によって第１の弁部よりも有効受圧径の大きい第２の弁部を開閉して導出孔２４を開閉させる摺動部とを有する弁体１２を有する。そして、第１の弁部の閉弁状態において導出孔２４よりも第１の弁部側にある摺動部の長さをＬ、第１の弁部の有効受圧径をａ、ボディの内径をｂ、摺動部の外径をｃとしたときに、Ｌ≧４ｂ（ｂ−ｃ）／ａの関係を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒通路に配設されて冷媒の流れを一方向に規制するための逆止弁において、
上流側に冷媒の導入口を有し、側部に冷媒の導出孔が設けられた筒状のボディと、
前記ボディ内の前記導入口と前記導出孔との間に設けられた弁座と、
前記ボディ内に摺動可能に収容されるとともに、前記弁座に着脱して第１の弁部を開閉する着脱部と、前記ボディの内周面との摺接位置によって前記第１の弁部よりも有効受圧径の大きい第２の弁部を開閉して前記導出孔を開閉させる摺動部とを有し、前記第１の弁部が所定量開弁された後に前記第２の弁部が開弁されるように構成された弁体と、
前記ボディにおける前記弁体の背部に区画形成された背圧室と、
前記背圧室に配設されて前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記第１の弁部の閉弁状態において前記導出孔よりも前記第１の弁部側にある前記摺動部の長さをＬ、前記第１の弁部の有効受圧径をａ、前記ボディの内径をｂ、前記摺動部の外径をｃとしたときに下記式（１）の関係を有することを特徴とする逆止弁。
Ｌ≧４ｂ（ｂ−ｃ）／ａ  ・・・（１）
【請求項２】
前記背圧室の内外を連通させる連通孔が設けられ、前記背圧室の内外の差圧が実質的にゼロとなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
【請求項３】
可変容量圧縮機の出口と吐出室との間の冷媒通路に配設され、その出口側から吐出室への冷媒の逆流を規制することを特徴とする請求項１または２に記載の逆止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒通路に配設されて冷媒の流れを一方向に規制する逆止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、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）を備えている。この圧縮機は、エンジンによって回転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、密閉されたクランク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。
【０００３】
このような圧縮機はエンジンの大きな負荷になり得るため、車両の急加速時や登坂走行時などエンジンの動力を車両の推進力に振り向けたい高負荷時には、その圧縮機の負荷トルクを低減する必要がある。従来はこの負荷トルクを一時的にカットできるようにエンジンの駆動力を伝達または遮断する電磁クラッチを備えた圧縮機が広く採用されていたが、低コスト化等の観点から近年ではエンジンと回転軸とを直結したいわゆるクラッチレス式の圧縮機が主流になりつつある。エンジンの高負荷時にはクランク室内の圧力を高くして揺動板の角度を極小にし、圧縮機を最小容量運転状態へ移行させる。それにより圧縮機の負荷トルクを最小状態とするものである。
【０００４】
しかし、このようにして圧縮機が最小容量運転に移行しても、揺動板に若干の傾きがあるため、通常はその吐出容量を完全にゼロにすることはできない。このため、特に冬場などの低温環境下においてはその僅かな冷媒の流れによって圧縮機の下流側に位置する蒸発器が凍結する可能性もある。また、圧縮機の吐出容量が急激に低下すると、一時的にその圧縮機出口の圧力が吐出室の圧力よりも高くなり、吐出冷媒が吐出室へ逆流する可能性がある。そこで、一般には圧縮機の出口と吐出室との間の通路に逆止弁を設け、最小容量運転時における圧縮機からの吐出冷媒の流出や、吐出室への冷媒の逆流を防止している。
【０００５】
ところで、このように最小容量運転状態において逆止弁が吐出室の出口を閉塞しても、圧縮機はその最小容量の圧縮を行っているため、吐出室の圧力（吐出圧力）は徐々に高まっていく。そして、逆止弁の弁体に作用する吐出圧力による開弁方向の力がスプリングによる閉弁方向の力を上回ると、逆止弁は開き始める。一方、そのようにして逆止弁が開くと、冷媒が下流側に流れて吐出室の圧力が低下するため、逆止弁は閉じ始める。つまり、圧縮機が最小容量運転状態にあるとき、逆止弁には、微少開度の開閉を繰り返すというハンチング現象が発生し、それが異音を発生させる原因となる。
【０００６】
そこで、漸増する吐出圧力によって逆止弁が開弁するときの開口面積を可変にしてその寸開時に下流側へ流出する冷媒流量を制限する流量調整機能を持たせることによりハンチング現象を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、逆止弁の上流側から第１の弁部とそれより有効受圧径が大きい第２の弁部とが段階的に設けられ、第２の弁部の弁体には第１の弁部に向かってテーパ部が形成されている。これにより、第１の弁部が開いて第２の弁部が寸開するときにその第２の弁部の開度が漸増するようになり、冷媒の流量が絞られてハンチング減少が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４９１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような構成においても、第２の弁部の開度が開弁すると上流側の圧力が低下するため、第１の弁部が再び閉弁方向に動作する。つまり、段階的な弁部の開放によって開弁性能は良好になるものの、第１の弁部の開弁後間もなく第２の弁部が開弁する構成とすると、依然として冷媒流量の脈動が残存する可能性がある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、逆止弁のハンチング現象をより効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の逆止弁は、冷媒通路に配設されて冷媒の流れを一方向に規制するものであり、上流側に冷媒の導入口を有し、側部に冷媒の導出孔が設けられた筒状のボディと、ボディ内の導入口と導出孔との間に設けられた弁座と、ボディ内に摺動可能に収容されるとともに、弁座に着脱して第１の弁部を開閉する着脱部と、ボディの内周面との摺接位置によって第１の弁部よりも有効受圧径の大きい第２の弁部を開閉して導出孔を開閉させる摺動部とを有し、第１の弁部が所定量開弁された後に第２の弁部が開弁されるように構成された弁体と、ボディにおける弁体の背部に区画形成された背圧室と、背圧室に配設されて弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備える。
【００１１】
そして、第１の弁部の閉弁状態において導出孔よりも第１の弁部側にある摺動部の長さをＬ、第１の弁部の有効受圧径をａ、ボディの内径をｂ、摺動部の外径をｃとしたときに下記式（１）の関係を有する。  
Ｌ≧４ｂ（ｂ−ｃ）／ａ  ・・・（１）
なお、ここでいう「有効受圧径」は、各弁部においてその上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を実質的に受ける部分の径であってよい。
【００１２】
この態様によると、第１の弁部が開弁された後、弁体が長さＬ分だけ開弁方向に変位しなければ第２の弁部が開弁を開始しない。つまり、弁体が長さＬだけ変位するまでは冷媒流量が大きくならず、第２の弁部の上流側の圧力を高めることができる。すなわち、第１の弁部が開弁されてから第２の弁部が開弁される前に弁体の上流側の圧力が十分に高められる。その結果、第２の弁部の開弁後に第１の弁部が閉弁方向に動作する際に、その圧力上昇による抵抗が付与され、その閉弁動作が鋭敏となるのが抑制される。それにより弁体の振動を抑制し、冷媒流量の脈動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、逆止弁のハンチング現象をより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る逆止弁の正面図である。
【図２】逆止弁の底面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大図である。
【図５】逆止弁の構造の詳細を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。  
本実施形態に係る逆止弁は、車両用空調装置の冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）に設置され、その圧縮機の出口と吐出室との間の冷媒通路に配設されて冷媒の逆流を規制するものである。この車両用空調装置は、その圧縮機のほか、凝縮器またはガスクーラ等の外部熱交換器、膨張装置および蒸発器等を備える。
【００１６】
圧縮機は、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒ガスをシリンダに導入して圧縮し、吐出室から凝縮器側へ高温・高圧の冷媒を吐出する。この吐出冷媒の一部は可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」という）を介してクランク室内に導入され、圧縮機の容量制御に供される。制御弁は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、図示しない制御部により所定の駆動回路を介して通電制御される。逆止弁は、圧縮機のハウジングに設けられた冷媒通路に固定される。なお、逆止弁を除く圧縮機の構成、また冷凍サイクルを構成するその他の装置の構成については一般的であるため、その説明については省略する。
【００１７】
図１は、実施形態に係る逆止弁の正面図である。図２は、逆止弁の底面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図４は、図３のＢ部拡大図である。図５は、逆止弁の構造の詳細を説明するための図である。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成の位置関係を表すことがある。
【００１８】
図３に示すように、逆止弁１は、有底円筒状のボディ１０に弁体１２を摺動可能に収容するように構成されている。逆止弁１は、冷媒の導入口に設けられた第１の弁部と、冷媒の導出口に設けられた第２の弁部を有する。第１の弁部よりも第２の弁部のほうが有効受圧径が大きく、弁体１２がボディ１０内でストロークすることにより、これらの弁部が段階的に開弁するように構成されている。
【００１９】
ボディ１０は、段付円筒状の第１ボディ１４と有底円筒状の第２ボディ１６とを、互いの開口部を突き合わせるように軸線方向に連設して構成されている。第１ボディ１４は、第２ボディ１６側に外径が縮径された縮径部１８を有する。第２ボディ１６は、その上端開口部が縮径部１８に外挿されて外方から加締められることにより第１ボディ１４に接合されている。縮径部１８の下端開口縁にはボス部２０が突設されており、そのボス部２０の先端面により弁座２２が構成されている。弁体１２と弁座２２とにより「第１の弁部」が構成される。第１ボディ１４のボス部２０とは反対側の上端開口部が導入口２３となっており、圧縮機の吐出室から吐出された吐出室圧力Ｐｄｈの冷媒を導入する。
【００２０】
図１にも示すように、第２ボディ１６の側部には、内外を連通する４つの導出孔２４が周方向に等間隔で形成されている。各導出孔２４は、概ね長方形状をなし、第２ボディ１６における長手方向の長さ（「導出孔２４の長さ」ともいう）よりも周方向の長さ（「導出孔２４の幅」ともいう）が大きく形成されている。４つの導出孔２４は、第２ボディ１６の周方向に９０度おきに形成され、弁体１２のストローク位置により開閉される。この４つの導出孔２４の上部に形成される弁孔２５と弁体１２とにより「第２の弁部」が構成される。導出孔２４からは出口圧力Ｐｄｌの冷媒が導出される。また、図２に示すように、第２ボディ１６の底部周縁部にも内外を連通する連通孔２６が等間隔で形成されている。図３に示すように、第２ボディ１６の底部中央には、内方に突出するボス部２８が設けられている。
【００２１】
弁体１２は、有底円筒状の本体３０を有し、第２ボディ１６の内壁に沿って軸線方向に摺動可能に支持されている。本体３０の底部は、その外径が段階的に小径化されており、その底面の周縁部が弁座２２に着脱する着脱部３２を形成している。弁体１２は、この着脱部３２にて弁座２２に着脱して第１の弁部を開閉する。なお、第１の弁部の閉弁状態においては図示のように、着脱部３２と弁座２２とが面接触状態となり、両者は半径方向に所定幅を有する環状の当接部を形成する。
【００２２】
図４に示すように、弁体１２は、第２ボディ１６の内周面３３に沿って摺動する摺動部３４と、摺動部３４から底部に向けて小径化するテーパ部３５を有する。テーパ部３５は、第１テーパ部３６と第２テーパ部３８を有する。摺動部３４に対するテーパ部３５の傾斜角度は、第１テーパ部３６において微小であり、第２テーパ部３８においてやや大きくなっている。このような構成により、第１の弁部が開いて第２の弁部が寸開するときにその第２の弁部の開度が漸増するようになり、冷媒の流量が絞られてハンチング減少が抑制される。
【００２３】
図３に戻り、弁体１２の第１の弁部における有効受圧径ａよりも、第２の弁部における有効受圧径ｃのほうが大きくなっている。弁体１２は、図示のような第１の弁部の閉弁状態においては、その摺動部３４が導出孔２４より上流側にも位置して第２の弁部を閉弁状態に保持する。第１の弁部が開弁して弁体１２がその開度を大きくする方向にストロークすると、第１テーパ部３６および第２テーパ部３８が順次導出孔２４に位置するようにして第２の弁部を徐々に開放し、導入口２３と導出孔２４とを連通させる。
【００２４】
すなわち、弁体１２は、第２ボディ１６の内周面との摺接位置によって第２の弁部を開閉するが、その第２の弁部は、第１の弁部が所定量開弁された後に開弁される。圧縮機の吐出室から吐出された冷媒の吐出室圧力Ｐｄｈは、各弁部の開弁当初においては第１の弁部および第２の弁部を経て段階的に減圧され、出口圧力Ｐｄｌとなって圧縮機の出口から導出される。各弁部が全開状態にあるとき、吐出室圧力Ｐｄｈは出口圧力Ｐｄｌと実質的に等しくなる。
【００２５】
ボディ１０における弁体１２の背部には、その弁体１２と第２ボディ１６とに囲まれるように背圧室４０が区画形成されている。背圧室４０における弁体１２の底部と第２ボディ１６の底部との間には、弁体１２を閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」に該当する）が介装されている。上述のように、第１の弁部の有効受圧径ａが第２の弁部の有効受圧径ｃより小さく構成されているため、閉弁状態を保持するためのスプリング４２の荷重を小さく設定することができる。つまり、スプリング４２として荷重の小さなものを使用できる。また、上述のように第２ボディ１６の底部に連通孔２６を設けたことで、背圧室４０の内外の差圧は実質的にゼロとなっている。
【００２６】
ところで、上述のように第１の弁部と第２の弁部とを段階的に開弁させることで、ハンチング現象を抑制することはできるものの、第２の弁部の開度が開弁すると上流側の圧力が低下するため、第１の弁部が再び閉弁方向に動作する。つまり、段階的な弁部の開放によって開弁性能は良好になるものの、第１の弁部の開弁後間もなく第２の弁部が開弁する構成とすると、依然として冷媒流量の脈動が残存する可能性がある。
【００２７】
そこで本実施形態では、第１の弁部の開弁されてから第２の弁部が開弁される前に弁体１２の上流側の圧力を十分に高めるようにする。そして、第２の弁部の開弁後に第１の弁部が閉弁方向に動作する際に、その圧力上昇による抵抗が付与されるようにしてその閉弁動作が鋭敏となるのを抑制する。それにより弁体１２の振動を抑制し、冷媒流量の脈動を抑制する。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、逆止弁１においては、第１の弁部の閉弁状態においてテーパ部３５と導出孔２４との距離が十分に大きくなるように構成されている。言い換えれば、導出孔２４よりも第１の弁部側における摺動部３４と第２ボディ１６との摺動部分の長さ（「ラップ代の長さ」ともいう）Ｌが大きく、第１の弁部が開弁しても、弁体１２がそのラップ代の長さＬだけストロークしなければ第２の弁部が開弁しない構成となっている。本実施形態では、ラップ代の長さＬがテーパ部３５の長さＴよりも大きくなるように構成されている。図示の状態から第１の弁部が開弁し、弁体１２がラップ代の長さＬ分ストロークしたときに、第２の弁部が開弁し始めるようになる。
【００２９】
本実施形態では、このラップ代の長さＬを好適に設定することで、第１の弁部が開弁されてから第２の弁部が開弁されるまでに上流側の圧力を十分に高められるようにしている。すなわち、図４に示したように第１の弁部が閉弁状態のときのラップ代の長さをＬとし、図５に示すように第１の弁部の有効受圧径をａ、第２ボディ１６の内径をｂ、弁体１２の摺動部３４の外径をｃとすると、逆止弁１は下記式（１）が成立するように構成されている。  
Ｌ≧４・ｂ（ｂ−ｃ）／ａ  ・・・（１）
【００３０】
このように寸法設定をしたのは以下の理由による。まず、第１の弁部の寸開時において、弁体１２とボディ１０との間隙通路を流れる冷媒に流動抵抗を作用させる境界値を考える。ここで、第１の弁部の寸開時に第２の弁部が開弁されてしまうと、流動抵抗は発生しないため、その寸開時の間隙通路は、第２の弁部が閉弁状態にあるときに形成されるものとする。その場合、第１の弁部の開口面積が間隙通路の断面積と等しくなるときの弁体１２の弁座２２からのリフト量を図示のｘとすると、下記式（２）が成立する。  
π・ａ・ｘ＝π・ｂ・（ｂ−ｃ）  ・・・（２）
【００３１】
つまり、ｘ＝ｂ（ｂ−ｃ）／ａとなるときに、第１の弁部の開口面積と間隙通路の断面積とが等しくなる。このため、弁体１２がそれ以上リフトしてもラップ代が存在していれば、冷媒に流動抵抗を与えられる。本実施形態では、上記式（１）のように、第１の弁部が閉弁状態のときのラップ代の長さＬをそのｘの４倍以上とし、冷媒に確実に流動抵抗を付与できるようにしたものである。なお、この係数「４」は、実験等を通じて適正値として設定されたものである。すなわち一般に、流体が狭い通路から広い通路に導出される場合、流路の断面積比が４倍以上あれば流動抵抗は発生しないとされている。ここでは、それを逆に利用し、冷媒が広い通路から狭い通路へ導かれる状況において流路の断面積比を４倍以上とすることで流動抵抗を確保し、その上流側の圧力を十分に蓄圧したうえで第２の弁部を開弁させるようにしたものである。
【００３２】
以上のような構成により、逆止弁１は、着脱部３２が弁座２２に着座して第１の弁部が閉弁状態にあるとき、弁体１２により導出孔２４が閉じられるため、第２の弁部も閉弁状態にある。このとき、弁体１２は、そのラップ代の長さＬだけ第２の弁部の閉弁方向に位置するようになる。したがって、弁体１２が弁座２２からリフトして第１の弁部が開弁しても、第２の弁部は、弁体１２がそのラップ代の長さＬだけリフトするまでは閉弁状態を維持し、それ以上リフトして開弁し始めるようになる。すなわち、圧縮機が最小容量運転をしているときなど、吐出室圧力Ｐｄｈが小さい間は弁体１２が小さな有効受圧径Ｃにてその圧力による荷重を受けるため、スプリング４２の付勢力によって第１の弁部を閉弁状態に保持でき、逆止弁１としての機能を有効に発揮することができる。一方、吐出室圧力Ｐｄｈがある程度大きくなって第１の弁部が開き始めると、弁体１２が大きな有効受圧径Ｄにてその圧力による荷重を受けるため、第２の弁部が比較的速やかに開弁されるようになる。その結果、逆止弁１を速やかに全開状態へ移行させ、大きな圧力損失を発生させることなく冷媒を流せるようになる。
【００３３】
また、その第２の弁部の開弁の際、ボディ１０と弁体１２との間隙通路を徐々に大きくしつつ第２の弁部を開放することで冷媒の流動抵抗の変化を緩和し、それにより、各弁部を流れる冷媒の流量に脈動が発生することを抑制することができる。すなわち、第２の弁部の寸開時にはその弁開度が漸増するような流量調整機能を発揮させることができ、弁体１２の自励振動によるハンチングを防止または抑制することができる。その結果、弁体１２の開弁動作を安定に維持することができる。
【００３４】
さらに、このようにして第１の弁部が開弁された後、弁体１２が開弁方向に変位して第２の弁部が開弁を開始するまでに、その第２の弁部の上流側の圧力が高められる。その結果、第２の弁部の開弁後に第１の弁部が閉弁方向に動作する際に、その圧力上昇による抵抗が付与され、その閉弁動作が鋭敏となるのが抑制される。このような作用の繰り返しにより弁体１２の振動を抑制し、冷媒流量の脈動を抑制することができる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の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。
【００３６】
上記実施形態では、逆止弁１をクラッチレス式の可変容量圧縮機のハウジング内に設置するものとして説明したが、クラッチ式の可変容量圧縮機に設置してもよいし、可変容量圧縮機以外の圧縮機に設置してもよい。あるいは、可変容量圧縮機と凝縮器とをつなぐ配管内など冷凍サイクルの他の部位に設置してもよい。また、内燃機関のエンジンを搭載した車両に限らず、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両、あるいは電気自動車の冷凍サイクルに設置してもよい。さらに、自動車用空調装置の冷凍サイクルに限らず、屋内用その他の空調装置に設置してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  逆止弁、  １０  ボディ、  １２  弁体、  ２２  弁座、  ２３  導入口、  ２４  導出孔、  ２６  連通孔、  ３０  本体、  ３２  着脱部、  ３３  内周面、  ３４  摺動部、  ３５  テーパ部、  ４０  背圧室、  ４２  スプリング。
【図１】
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【図２】
2011202709.tif 000004
【図３】
2011202709.tif 000005
【図４】
2011202709.tif 000006
【図５】
2011202709.tif 000007