(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を感知するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを挟持するように配置されてそれぞれの外周のフランジの外周端面が前記ダイヤフラムの外周縁部とともに溶接により固定される第１の支持部材および第２の支持部材とを備えた圧力制御弁において、
前記第１の支持部材は、前記ダイヤフラムが変位により接触する範囲内に、前記ダイヤフラムに密着している第１平面部と、前記第１平面部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に傾斜しているテーパ部と、前記テーパ部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に屈曲している第１屈曲部とを有し、
前記第２の支持部材は、前記ダイヤフラムが変位により接触する範囲内に、前記ダイヤフラムに密着していて半径方向の長さが前記第１平面部と相違する第２平面部と、前記第２平面部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に屈曲している第２屈曲部とを有し、
前記第１の支持部材の前記第１平面部における半径方向内側の終端部および前記第２の支持部材の前記第２平面部における半径方向内側の終端部は、前記溶接による熱影響部よりも半径方向内側に位置していることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記第１の支持部材の前記第１平面部における半径方向の長さは、前記第２の支持部材の前記第２平面部における半径方向の長さよりも短くしたことを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機内に装着されてパワーエレメントの感知した圧力があらかじめ設定した圧力を維持するように流体流量をフィードバック制御する圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置では、その圧縮機の動力源であるエンジンの回転数が一定でないことから、エンジンの回転数に関係なく冷凍能力が一定になるような制御を行う必要がある。この要求に対して、一般には、冷媒の吐出容量を可変にする可変容量圧縮機が用いられている。吐出容量を変化させるには、斜板式の可変容量圧縮機にてクランク室内の圧力を制御することが行われており、そのクランク室内の圧力を制御するのに圧力制御弁が用いられている。
【０００３】
圧力制御弁は、圧縮機によって圧縮された高圧の冷媒の一部をクランク室内へ導入する冷媒の流量を制御する弁部と、吸入室の圧力を感知して弁部を駆動制御するパワーエレメントとを備えた内部可変制御式のものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この圧力制御弁は、圧縮機に装着されたときに、弁部が圧縮機の吐出室とクランク室とを連通させる通路内に配置され、パワーエレメントが圧縮機の吸入室への通路に連通するようになっている。
【０００４】
パワーエレメントは、真空室を形成するケースと、このケースのフランジと同形状のリング部材と、外周部がこれらケースのフランジとリング部材とによって挟持されるダイヤフラムとを備えている。ケースのフランジ、ダイヤフラムおよびリング部材は、その外周縁部が溶接によって固定され、一体にされている。ケース内には、ダイヤフラムを弁部側へ付勢するスプリングが配置されている。パワーエレメントは、弁部のボディにかしめ加工によって結合され、Ｏリングにてシールされている。ダイヤフラムの弁部側の面は、シャフトの端面に当接されており、ダイヤフラムの変位をシャフトを介して弁部へ伝達するようにしている。
【０００５】
このように感圧部材にダイヤフラムを使用したパワーエレメントとしては、自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用される温度式膨張弁のパワーエレメントも知られている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２のパワーエレメントは、アッパーハウジングとロアハウジングとによってダイヤフラムの外周縁部を挟持し、アッパーハウジングおよびロアハウジングの外周のフランジの端面をダイヤフラムの外周縁部とともに溶接により接合している。このパワーエレメントによれば、アッパーハウジングおよびロアハウジングを溶接にて接合しているが、その熱影響によりダイヤフラム外周部の硬度が低下していることによる不具合を改善している。すなわち、アッパーハウジングおよびロアハウジングのダイヤフラムを挟持する部分より内側の対向面にダイヤフラムを挟持する突起を設け、ダイヤフラムの駆動支点を、溶接時の熱影響で弱くなった部分から突起による挟持位置に変更している。これにより、ダイヤフラムは、硬度の低下していない部分に駆動支点を移すことによってダイヤフラムの耐久性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−５２７３７号公報
【特許文献２】実開平６−３２９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ダイヤフラムを使用したパワーエレメントは、溶接熱による熱影響が及ばない内方位置で突起による挟持によって１点で支持されているので、その位置に変位動作時の応力が集中して、耐久性が低下してしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムの耐久性を向上させたパワーエレメントを有する圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記の課題を解決するために、圧力を感知するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを挟持するように配置されてそれぞれの外周のフランジの外周端面が前記ダイヤフラムの外周縁部とともに溶接により固定される第１の支持部材および第２の支持部材とを備えた圧力制御弁において、前記第１の支持部材は、前記ダイヤフラムが変位により接触する範囲内に、前記ダイヤフラムに密着している第１平面部と、前記第１平面部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に傾斜しているテーパ部と、前記テーパ部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に屈曲している第１屈曲部とを有し、前記第２の支持部材は、前記ダイヤフラムが変位により接触する範囲内に、前記ダイヤフラムに密着していて半径方向の長さが前記第１平面部と相違する第２平面部と、前記第２平面部の半径方向内側に隣接配置されて前記ダイヤフラムから離れる方向に屈曲している第２屈曲部とを有し、前記第１の支持部材の前記第１平面部における半径方向内側の終端部および前記第２の支持部材の前記第２平面部における半径方向内側の終端部は、前記溶接による熱影響部よりも内側に位置していることを特徴とする圧力制御弁が提供される。
【００１０】
このような圧力制御弁によれば、第１の支持部材の第１平面部とテーパ部との間、テーパ部と第１屈曲部との間の２カ所に、ダイヤフラムの支点となる変曲点が形成される。これにより、動作時のダイヤフラムには、２つの変曲点に分散して応力が掛ることになるので、ダイヤフラムの耐久性が大幅に向上する。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の圧力制御弁では、テーパ部の両端に２つの変曲点を形成し、ダイヤフラムが変位したときにダイヤフラムに掛る応力を２つの変曲点に分散させるようにしたことで、ダイヤフラムの耐久性を大幅に向上できるという利点がある。
【００１２】
また、ダイヤフラムを第１の支持部材と挟持するように配置される第２の支持部材がダイヤフラムに密着していて半径方向の長さが第１平面部と相違する第２平面部を有している。これにより、ダイヤフラムが反対側に変位するときでも第１の支持部材の変曲点とこれとは異なる位置の第２平面部の変曲点とに応力が分散して掛ることになり、ダイヤフラムの耐久性をさらに向上できるという利点がある。
【００１３】
第１および第２の支持部材における第１平面部および第２平面部の変曲点が溶接による熱の影響を受けている熱影響部よりも半径方向内側に設定されていることで、ダイヤフラムを硬度の低下していない変曲点で支持することになるため、ダイヤフラムの耐久性が向上される。
【００１４】
さらに、第１平面部の長さを第２平面部の長さより短くしたことで、ダイヤフラムの真空室側での変位動作時に受圧径が大きくなって感度を上げることができる。このとき、第１平面部の終端部をできるだけ熱影響部へ近づけるように設定することで、パワーエレメントの外径を小さくすることができ、より小型の圧力制御弁を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る圧力制御弁の中央縦断面図である。
【図２】実施の形態に係る圧力制御弁の要部を部分的に拡大して示した図１のＡ部拡大説明図である。
【図３】ダイヤフラムの耐久性を説明する図であって、（Ａ）は低圧感知時の状態を示し、（Ｂ）は高圧感知時の状態を示し、（Ｃ）はダイヤフラムに掛る応力の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、自動車用空調装置の可変容量圧縮機に装着されてその吐出容量を制御するのに使用される圧力制御弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は実施の形態に係る圧力制御弁の中央縦断面図、図２は実施の形態に係る圧力制御弁の要部を部分的に拡大して示した図１のＡ部拡大説明図、図３はダイヤフラムの耐久性を説明する図であって、（Ａ）は低圧感知時の状態を示し、（Ｂ）は高圧感知時の状態を示し、（Ｃ）はダイヤフラムに掛る応力の変化を示す図である。
【００１８】
この圧力制御弁は、弁部１とこの弁部１を駆動制御する感圧アクチュエータとしてのパワーエレメント２とを備えている。弁部１は、ボディ３を有し、そのボディ３には、図の下方の先端部に可変容量圧縮機への装着時にその吐出室に連通されるポート４と、クランク室に連通されるポート５と、吸入室に連通されるポート６とを備えている。ポート４には、可変容量圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄが導入され、ポート５からは、クランク室に制御された圧力のクランク室内圧力Ｐｃが出力され、ポート６には、吸入室の吸入圧力Ｐｓが導入される。
【００１９】
吐出圧力Ｐｄのポート４とクランク室内圧力Ｐｃのポート５との間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７と、この弁座７に吐出圧力Ｐｄのポート４の側から着座するよう配置されたボール弁体８とを有している。このボール弁体８は、スプリング９によって閉弁方向に付勢されており、このスプリング９のばね荷重は、ポート４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、シャフト１１が軸線方向に進退自在に保持されている。このシャフト１１は、一端がパワーエレメント２に当接され、他端がボール弁体８に当接されていて、パワーエレメント２によって感知された吸入圧力Ｐｓをボール弁体８に伝達する。これにより、この圧力制御弁は、吸入圧力Ｐｓの値に応じて弁部１の開度が制御されることになる。
【００２０】
パワーエレメント２は、弁部１のボディ３に螺着されるロアハウジング１２（第２の支持部材）と、真空室を構成するアッパーハウジング１３（第１の支持部材）と、これらロアハウジング１２およ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よう配置されたダイヤフラム１４とを有している。このダイヤフラム１４の中央部分には、その両面から挟持するよう２つのディスク１５，１６が配置されている。弁部１側のディスク１５には、シャフト１１の端面が当接されており、アッパーハウジング１３内のディスク１６は、真空室内に設置されたスプリング１７によって弁部１側へ付勢されている。
【００２１】
ダイヤフラム１４、ロアハウジング１２および弁部１のボディ３によって囲まれた部屋は、シャフト１１が挿通されているボディ３の連通孔１８を介して吸入圧力Ｐｓのポート６に連通されており、ダイヤフラム１４が吸入圧力Ｐｓを感知できるようにしている。
【００２２】
以上の構成の圧力制御弁は、可変容量圧縮機に装着されて自動車用空調装置が起動しているとき、パワーエレメント２が吸入圧力Ｐｓを感知し、その吸入圧力Ｐｓに基づいて弁部１の弁開度を制御する。パワーエレメント２が吸入圧力Ｐｓの低下を感知すると、ダイヤフラム１４は、弁部１側に変位し、ボール弁体８を開弁方向に押すことで、弁開度が大きくなり、クランク室内圧力Ｐｃを上昇させる。これにより、可変容量圧縮機は、その吐出容量が低下する方向に制御され、吸入圧力Ｐｓが上昇する。逆に、パワーエレメント２が吸入圧力Ｐｓの上昇を感知すると、ダイヤフラム１４は、真空室側に変位することにより、ボール弁体８がスプリング９によって閉弁方向に付勢されて弁開度が小さくなり、クランク室内圧力Ｐｃを低下させる。これにより、可変容量圧縮機は、その吐出容量が増加する方向に制御され、吸入圧力Ｐｓが低下する。このようにして、この圧力制御弁は、パワーエレメント２が感知した吸入圧力Ｐｓがあらかじめ設定した圧力を維持するように吐出室からクランク室へ供給する冷媒の流量を制御することになる。
【００２３】
次に、パワーエレメント２の詳細な構成について説明する。図１のＡ部を拡大して示した図２には、ロアハウジング１２およびアッパーハウジング１３の外周におけるフランジの部分が示されている。パワーエレメント２は、ディスク１５を収容したロアハウジング１２と、ディスク１６およびスプリング１７を収容したアッパーハウジング１３とでダイヤフラム１４を挟持し、これらの外周縁部を溶接で互いに溶着することによって構成されている。
【００２４】
このとき、アッパーハウジング１３のフランジは、ダイヤフラム１４に面する側に、外周端から、ダイヤフラム１４と密着する平面部２１と、ダイヤフラム１４から離れる方向に傾斜されたテーパ部２２と、屈曲部２３とを有している。これにより、アッパーハウジング１３のフランジは、平面部２１とテーパ部２２との間に変曲点Ｐ１が形成され、テーパ部２２と屈曲部２３との間に変曲点Ｐ２が形成されることになる。これら変曲点Ｐ１，Ｐ２は、アッパーハウジング１３のフランジの面に同心円上に形成され、いずれも、ダイヤフラム１４が真空室側に変位可能な範囲においてダイヤフラム１４に接触される部分である。
【００２５】
一方、ロアハウジング１２のフランジは、ダイヤフラム１４に面する側に、外周端から、ダイヤフラム１４と密着する平面部２４と、屈曲部２５とを有している。これにより、ロアハウジング１２のフランジは、平面部２４と屈曲部２５との間に変曲点Ｐ３が形成されることになる。この変曲点Ｐ３も、ロアハウジング１２のフランジの面に円上に形成され、ダイヤフラム１４が弁部１側に変位可能な範囲においてダイヤフラム１４に接触される部分である。
【００２６】
また、アッパーハウジング１３の側とロアハウジング１２の側とで変曲点Ｐ１，Ｐ３の位置をずらしてアッパーハウジング１３の平面部２１における半径方向の長さは、ロアハウジング１２の平面部２４における半径方向の長さに一致しないようにしている。本実施の形態では、アッパーハウジング１３の平面部２１の長さを、ロアハウジング１２の平面部２４の長さよりも短くして、アッパーハウジング１３の変曲点Ｐ１とロアハウジング１２の変曲点Ｐ３とが重ならない位置にしている。さらに、ダイヤフラム１４は、その感圧部である外周の挟持部とディスク１５，１６による挟持部との間の部分にコルゲート部が形成されていないフラットなものを使用し、そのフラットな感圧部が変曲点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に接触するようにしている。
【００２７】
パワーエレメント２は、以上の形状を有するロアハウジング１２およびアッパーハウジング１３のフランジでダイヤフラム１４を挟持し、これらの外周端面を溶接により気密に接合することによって構成される。この溶接工程により、パワーエレメント２の外周部には、ロアハウジング１２、アッパーハウジング１３およびダイヤフラム１４が溶融してできた母材溶融部２６と、その溶接熱の影響を受けた熱影響部２７とができている。
【００２８】
ここで、アッパーハウジング１３の第１の変曲点Ｐ１およびロアハウジング１２の第３の変曲点Ｐ３は、必ず、熱影響部２７よりも半径方向内側に位置するようにしている。この場合、熱影響部２７が母材溶融部２６から半径方向内側に向かってどこまで及んでいるかは、半径方向に沿ってフランジおよびダイヤフラム１４の硬度を順次測定し、硬度が大きく変化した位置を求めることによって知ることができる。したがって、ダイヤフラム１４がその外周で支持される位置は、熱影響部２７の半径方向内側の終端位置Ｐ０であり、ここがロアハウジング１２、アッパーハウジング１３およびダイヤフラム１４の本来の硬度を有している最外周位置となる。
【００２９】
次に、パワーエレメント２が低い吸入圧力Ｐｓを感知しているときおよび高い吸入圧力Ｐｓを感知しているときに、ダイヤフラム１４にはどのような応力が掛っているかについて説明する。
【００３０】
まず、パワーエレメント２が低い吸入圧力Ｐｓを感知しているとき、ダイヤフラム１４は、図３の（Ａ）に示したように、弁部１側に変位されている。このとき、ダイヤフラム１４は、図３の（Ｃ）に示したように、変曲点Ｐ１，Ｐ３が駆動支点となって、これらで支持されているためこれらに分散して応力σ１が掛っている。また、パワーエレメント２が高い吸入圧力Ｐｓを感知しているときには、ダイヤフラム１４は、図３の（Ｂ）に示したように、真空室側に変位されている。このとき、ダイヤフラム１４は、図３の（Ｃ）に示したように、変曲点Ｐ１，Ｐ２の駆動支点で支持されているので、これらに分散して応力σ１が掛っている。
【００３１】
参考のため、ダイヤフラムと密着する平面部、テーパ部および屈曲部を考慮しない構成のロアハウジングおよびアッパーハウジングを用いた通常のパワーエレメントでは、硬度の低下している熱影響部またはその近傍の同じ重なり位置に駆動支点がある。このため、ダイヤフラムは、たとえば図３の（Ｃ）に一点鎖線で示したように、駆動支点の一点に集中してピークの高い応力σ２が掛っていることになる。
【００３２】
以上のように、この圧力制御弁では、ダイヤフラム１４を挟持するロアハウジング１２およびアッパーハウジング１３のフランジの重ならない位置に複数の変曲点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を設け、これらに分散して応力が掛かるようにした。これにより、ダイヤフラム１４は、その変形時に応力が一点に集中することがなくなるため、耐久性（寿命）を大幅に向上させることができる。
【００３３】
なお、上記の実施の形態では、アッパーハウジング１３の変曲点Ｐ１とロアハウジング１２の変曲点Ｐ３とが重ならないようにするために、平面部２１の長さを平面部２４の長さよりも短く設定している。これにより、ダイヤフラム１４は、その中立位置から真空室側に変位するときのダイヤフラム１４の受圧径が最大になる。このとき、制御動作時に必要とされる受圧径が決まっているので、熱影響部２７がアッパーハウジング１３の変曲点Ｐ１にできるだけ近づくようアッパーハウジング１３およびロアハウジング１２の外径を小さく設定することができる。これにより、パワーエレメント２を小径化することができるので、圧力制御弁をより小型にすることができる。この構成は、吸入圧力Ｐｓに対するボール弁体８のリフト特性において、ダイヤフラム１４がその中立位置から真空室側に変位するときのダイヤフラム１４の受圧径をできるだけ大きくして感度を上げたいという場合に効果的である。もちろん、アッパーハウジング１３の平面部２１の長さは、必要に応じて、平面部２４の長さよりも長くすることもできる。この場合においても、耐久性に関しては、平面部２１の長さを平面部２４の長さよりも短くした場合と変わりはない。
【００３４】
また、上記の実施の形態では、アッパーハウジング１３のテーパ部２２は、１つであるが、異なる傾斜角を有する２以上のテーパ部を設けてダイヤフラム１４が屈曲される変曲点の数を増やすことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、アッパーハウジングおよびロアハウジングのフランジが特定の形状を有するパワーエレメントを備えた可変容量圧縮機用の圧力制御弁について説明したが、同様の構成を有するパワーエレメントを備えた温度式膨張弁および外部制御弁の用途にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  弁部
２  パワーエレメント
３  ボディ
４，５，６  ポート
７  弁座
８  ボール弁体
９  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
１３  アッパーハウジング
１４  ダイヤフラム
１５，１６  ディスク
１７  スプリング
１８  連通孔
２１  平面部
２２  テーパ部
２３  屈曲部
２４  平面部
２５  屈曲部
２６  母材溶融部
２７  熱影響部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  変曲点
Ｐｃ  クランク室内圧力
Ｐｄ  吐出圧力
Ｐｓ  吸入圧力
【図１】
0005760201.tif 000002
【図２】
0005760201.tif 000003
【図３】
0005760201.tif 000004