(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出容量を変化させる圧縮機用制御弁において、
内部に冷媒通路が形成されたボディと、
前記圧縮機の吐出冷媒の一部を制御室へ流入させる際の冷媒流量を調整するために前記ボディ内に形成された弁座に接離する弁体と、
前記圧縮機の吸入室に吸入される冷媒の吸入圧力に応じて変化する駆動力を伝達部材を介して前記弁体に伝達するパワーエレメントと、
を備え、
前記パワーエレメントは、前記吸入圧力を感知して軸線方向に変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの前記弁体が配置される側とは反対側にて前記ダイヤフラムに当接しつつこれを支持するように配置された皿ばねとを有していることを特徴とする圧縮機用制御弁。
【請求項２】
前記伝達部材は、前記ボディに設けられたガイド孔に摺動可能に挿通されて軸支される一方、その一端側に前記弁体を支持し、他端には前記ダイヤフラムに直接又は間接的に接続される伝達部材であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用制御弁。
【請求項３】
前記皿ばねは、その中央部が前記弁体の側に突出した形状を有し、その周縁部を支点にして前記中央部の突出する向きが反転して変形可能なものであることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用制御弁。
【請求項４】
前記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の間に薄膜状の前記ダイヤフラムを挟むようにして構成され、
前記皿ばねは、前記アッパーハウジングと前記ダイヤフラムとにより囲まれる領域に配置され、その周端縁のエッジ部分が前記支点となって前記アッパーハウジングの側壁に当接し、支持されていることを特徴とする請求項３記載の圧縮機用制御弁。
【請求項５】
前記アッパーハウジングにおける前記皿ばねの前記エッジ部分との当接面がテーパ状に形成され、前記皿ばねの軸線方向の変位動作で前記支点がほとんど変化しないように構成されていることを特徴とする請求項４記載の圧縮機用制御弁。
【請求項６】
前記アッパーハウジングは、前記皿ばねが反転して変形したときの形状にほぼ沿うような形状に内壁が形成されていることを特徴とする請求項５記載の圧縮機用制御弁。
【請求項７】
前記アッパーハウジング内に、前記皿ばねを前記ダイヤフラムと反対側から開弁方向に付勢する補助ばねが配設されていることを特徴とする請求項４記載の圧縮機用制御弁。
【請求項８】
前記補助ばねの荷重を調整するための荷重調整構造を備えていることを特徴とする請求項７記載の圧縮機用制御弁。
【請求項９】
前記皿ばねは、前記ダイヤフラムが受圧する前記吸入圧力の大きさに応じて所定枚数重ねられて、前記パワーエレメント内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用制御弁。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムと前記皿ばねとの間又は所定枚数重ねられた前記皿ばねの間に薄膜状のフィルムが配置されていることを特徴とする請求項９記載の圧縮機用制御弁。
【請求項１１】
前記弁体を前記パワーエレメントが配置されている側とは反対側から閉弁方向に付勢する別のばねと、
前記別のばねを前記弁体が配置されている側とは反対側で支持するとともに、前記ボディに対して位置調整されて固定されることにより前記別のばねの荷重を調整するためのばね受け部材と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用制御弁。
【請求項１２】
圧縮機の吐出容量を変化させる圧縮機用制御弁において、
内部に冷媒通路が形成されたボディと、
前記圧縮機の吐出冷媒の一部を制御室へ流入させる際の冷媒流量を調整するために前記ボディ内に形成された弁座に接離する弁体と、
前記圧縮機の吸入室に吸入される冷媒の吸入圧力に応じて変化する駆動力を伝達部材を介して前記弁体に伝達するパワーエレメントと、
を備え、
前記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の間に少なくとも一枚の薄膜状の皿ばねを挟むように配置してこれらの周縁部を全周溶接することにより形成され、前記皿ばねが、その中央部にて前記吸入圧力を感知することによる軸線方向の変位を前記伝達部材を介して前記弁体に伝達する駆動力とするように構成されていることを特徴とする圧縮機用制御弁。
【請求項１３】
前記伝達部材は、前記ボディに設けられたガイド孔に摺動可能に挿通されて軸支される一方、その一端側に前記弁体を支持し、他端には前記皿ばねに直接又は間接的に接続される伝達部材であることを特徴とする請求項１２記載の圧縮機用制御弁。
【請求項１４】
前記皿ばねは、その中央部が前記弁体の側に突出した形状を有し、前記アッパーハウジングは、前記皿ばねの周縁部近傍を支点にして前記皿ばねの中央部が突出する向きと反対側に変形したときの形状にほぼ沿うような形状の内壁を有していることを特徴とする請求項１２記載の圧縮機用制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機用制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する圧縮機に設けられて冷媒の吐出容量を制御するのに好適な内部可変制御式の圧縮機用制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、一般に負荷に応じて冷凍能力を制御するのに可変容量圧縮機が用いられている。可変容量圧縮機がその容量を可変にする方法として、制御を可変容量圧縮機内の機械的構造のみにより行う内部可変制御方式と、電磁コイルなどを用い、各種センサ出力の演算結果に基づいて電気的に制御する外部可変制御方式とがある。ここでは、内部可変制御方式の圧縮機用制御弁について説明する。
【０００３】
内部可変制御方式の圧縮機用制御弁は、可変容量圧縮機の吸入圧力を感知する感圧部材を備えたパワーエレメントと、その感圧部材によって検知された圧力に応じて可変容量圧縮機の吐出圧力からクランク室へ導出するクランク室圧力を生成する弁部を備えている。感圧部材としてはベローズやダイヤフラムが用いられるが、圧縮機用制御弁全体としてコンパクトに構成するためには、金属薄板等からなるダイヤフラムが用いられる（例えば特許文献１）。
【０００４】
図１５は、従来の内部可変制御方式の圧縮機用制御弁の構成例を表す断面図である。
この圧縮機用制御弁は、弁本体１０１と、弁本体１０１を駆動制御するパワーエレメント１０２を備えている。
【０００５】
弁本体１０１のボディ１０３には、可変容量圧縮機の吐出室に連通されて吐出圧力Ｐｄを導入するポート１０４と、可変容量圧縮機のクランク室に連通されて制御された圧力、すなわちクランク圧力Ｐｃを出力するポート１０５と、可変容量圧縮機の吸入室に連通されて吸入圧力Ｐｓを受けるポート１０６とが設けられている。ポート１０４とポート１０５とを連通する冷媒流路には、ボディ１０３と一体に形成された弁座にポート１０４の側から着座するようボール弁体１０７が配置されている。このボール弁体１０７は、ばね１０８によって閉弁方向に付勢されている。また、ボディ１０３の軸線位置には、ボール弁体１０７に当接して制御駆動される伝達部材１０９が軸線方向に進退自在に保持されている。
【０００６】
パワーエレメント１０２は、アッパーハウジング１１１とロアハウジング１１２との間を仕切るように薄膜状のダイヤフラム１１３を挟んで構成されている。すなわち、アッパーハウジング１１１とロアハウジング１１２とは、ダイヤフラム１１３の外周縁部を挾持した状態で加締め加工により固着され、アッパーハウジング１１１側に真空室を形成している。このアッパーハウジング１１１側の真空室には、ダイヤフラム１１３に当接配置されたばね受け用のディスク１１４と、このディスク１１４をダイヤフラム１１３に対して付勢する（つまり開弁方向に付勢する）ばね１１５が配設されている。一方、ロアハウジング１１２は、アッパーハウジング１１１を接合した状態でボディ１０３の端部にねじ込まれている。ロアハウジング１１２内では、ボディ１０３から延出した伝達部材１０９の端部がディスク１１６を介してダイヤフラム１１３に接続されている。
【０００７】
そして、この圧縮機用制御弁は、ダイヤフラム１１３が吸入圧力Ｐｓを受けて、図の上下方向に変位し、その変位量によってボール弁体１０７のリフト量が決まり、吐出室からクランク室へ供給される冷媒の流量が制御される。これにより、圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓが一定になるようにクランク室の圧力Ｐｃを制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出容量を可変する。
【特許文献１】特開２００４−２１８４４３号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような内部可変制御方式の圧縮機用制御弁は、感圧部材として薄膜状のダイヤフラムを用いるためにその耐圧性に限界があるため、現状では冷媒にフロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）を使用した冷凍サイクルに用いられている。
【０００９】
すなわち、冷媒がフロンの場合は、冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、吐出圧力Ｐｄは約０．５〜３ＭＰａの範囲で変化し、吸入圧力Ｐｓは約０．３〜０．４５ＭＰａの範囲で変化する。
【００１０】
ところで、自動車用空調装置の冷凍サイクル中で使われる冷媒は、地球温暖化に係る環境問題から、フロンから二酸化炭素を使用することが提案されている。冷媒に二酸化炭素を使用した冷凍サイクルにおいても、基本的な動作は冷媒にフロンを使用した冷凍サイクルと原理的に同じである。すなわち、このような冷凍サイクルは、圧縮機からガスクーラ、膨脹弁、蒸発器及び受液器を経由して圧縮機に戻るように配管することで構成され、圧縮機で気相状態の二酸化炭素の冷媒を圧縮し、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒をガスクーラにて冷却し、次に、膨脹弁により減圧した後、気液２相状態となった冷媒を蒸発器で蒸発させ、ここで蒸発潜熱を車室内の空気から奪って車室内の空気を冷却し、受液器で冷媒を気液分離し、分離された気相状態の二酸化炭素を圧縮機に戻すようにしている。
【００１１】
しかしながら、この二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルでは、圧縮機の吸入圧力Ｐｓは３．５〜６．５ＭＰａ程度となり、冷媒にフロンを使用した場合よりも１桁以上も高くなる。このため、薄膜状のダイヤフラムではその吸入圧力Ｐｓに耐えられず、場合によっては破損又は変形して本来の特性が得られなくなるおそれがある。また、このような感圧部を有効に機能させるためには、ダイヤフラムを支持するばねに荷重が例えば３５ｋｇ／ｃｍ2程度のかなり大きなものを用いなければならず、現状の圧縮機用制御弁の大きさでは設計が困難であるといった問題があった。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内部可変制御方式の圧縮機用制御弁において、その感圧部の耐圧強度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では上記問題を解決するために、圧縮機の吐出容量を変化させる圧縮機用制御弁において、内部に冷媒通路が形成されたボディと、前記圧縮機の吐出冷媒の一部を制御室へ流入させる際の冷媒流量を調整するために前記ボディ内に形成された弁座に接離する弁体と、前記圧縮機の吸入室に吸入される冷媒の吸入圧力に応じて変化する駆動力を伝達部材を介して前記弁体に伝達するパワーエレメントと、を備え、前記パワーエレメントは、前記吸入圧力を感知して軸線方向に変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの前記弁体が配置される側とは反対側にて前記ダイヤフラムに当接しつつこれを支持するように配置された皿ばねとを有していることを特徴とする圧縮機用制御弁が提供される。
【００１４】
このような圧縮機用制御弁では、感圧部を構成するダイヤフラムの伝達部材と反対側に皿ばねが当接するように配置されている。このため、閉弁時にダイヤフラムが大きな吸入圧力を受けても、その反対側で皿ばねがこれを受け止めるため、ダイヤフラムが破損したり変形したりするのが防止される。一方、皿ばねは、ダイヤフラムから受ける閉弁方向の荷重が閉弁時の所定値より高くなったときに反転動作するが、そのときは、既に伝達部材は、弁体及び皿ばねからフリーになっており、弁体の制御動作を阻害することもない。
【００１５】
また、本発明では、圧縮機の吐出容量を変化させる圧縮機用制御弁において、内部に冷媒通路が形成されたボディと、前記圧縮機の吐出冷媒の一部を制御室へ流入させる際の冷媒流量を調整するために前記ボディ内に形成された弁座に接離する弁体と、前記ボディに設けられたガイド孔に摺動可能に挿通されて軸支される一方、その一端側に前記弁体を支持する伝達部材と、前記伝達部材の他端側に配置され、前記圧縮機の吸入室に吸入される冷媒の吸入圧力に応じて前記伝達部材に軸線方向の駆動力を伝達するパワーエレメントと、を備え、前記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の間に少なくとも一枚の薄膜状の皿ばねを挟むように配置してこれらの周縁部を全周溶接することにより形成され、前記皿ばねが、その中央部で前記伝達部材の他端側に直接又は間接的に接続され、前記吸入圧力を感知することによる軸線方向の変位を前記伝達部材に伝達する駆動力とするように構成されていることを特徴とする圧縮機用制御弁が提供される。
【００１６】
このような圧縮機用制御弁では、ダイヤフラムではなく皿ばねが感圧部を構成する。この皿ばねは、アッパーハウジングとロアハウジングとを組み付ける際に、その周縁部が溶接により同時に固定されるため、加工が非常に単純化する。そして、この皿ばねは、その周端縁近傍が支点となって吸入圧力により変位動作するために、ダイヤフラムの場合よりも感圧部の強度を高く保持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧縮機用制御弁によれば、感圧部に皿ばねを設けて吸入圧力を受けるようにしたことにより、その感圧部の耐圧強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、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の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る圧縮機用制御弁が可変容量圧縮機のハウジング内に収容された状態を表す断面図である。図２は、この圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、圧縮機用制御弁１は、可変容量圧縮機のハウジング２に形成された段付穴状の冷媒通路に挿入配置され、板状のカバー３を介してボルト４によりハウジング２内に固定されている。圧縮機用制御弁１は、内部に冷媒通路が形成されたボディ５を有し、そのボディ５には、可変容量圧縮機の吐出室に連通するポート６、可変容量圧縮機の制御室であるクランク室に連通するポート７、及び吸入室に連通するポート８が設けられている。
【００２０】
図２に示すように、圧縮機用制御弁１は、内部に弁部を有する弁本体１１と、その弁部を開閉制御するパワーエレメント１２を備えている。
弁本体１１のボディ５は真鍮からなり、上述のように、吐出室に連通されて吐出圧力Ｐｄを導入するポート６と、クランク室に連通されて制御された圧力、すなわちクランク圧力Ｐｃを出力するポート７と、吸入室に連通されて吸入圧力Ｐｓを受けるポート８とが設けられている。ポート６とポート７とを連通する冷媒流路には、ボディ５と一体に形成された弁座１３にポート６の側から着脱するボール弁体１４が配置されている。このボール弁体１４は、円錐ばね１５によって閉弁方向に付勢されている。ポート６が位置するボディ５の下端開口部は、内方に加締められてばね受け部１６を構成している。円錐ばね１５は、その一端でボール弁体１４を支持し、他端がばね受け部１６に支持されている。また、ボディ５の下端開口部には、異物の侵入を抑制するためのストレーナ１７が冠着されている。
【００２１】
また、ボディ５の軸線に沿って形成されたガイド孔１８には、一端がボール弁体１４に当接して制御駆動されるステンレス製の伝達部材１９が摺動可能に挿通され、軸線方向に進退自在に保持されている。
【００２２】
一方、パワーエレメント１２は、浅いばね収容部２０を有する蓋状のアッパーハウジング２１と、一端開口部にフランジ部を有する円筒状のロアハウジング２２とを、その間に薄膜状の金属性のダイヤフラム２３を挟むように組み付けて構成されている。アッパーハウジング２１のばね収容部２０には、同形状の４枚の皿ばね２４が積層されて配置されている。これらアッパーハウジング２１、ロアハウジング２２、ダイヤフラム２３、及び皿ばね２４は、いずれもステンレスからなる。
【００２３】
すなわち、パワーエレメント１２は、アッパーハウジング２１のばね収容部２０に皿ばね２４を配置し、アッパーハウジング２１の周端縁の下面とロアハウジング２２のフランジ部との間に、ダイヤフラム２３をその外周縁部が挾持されるように配置し、その積層部の境界に沿って全周溶接Ｗを施すことにより作製される。この溶接は真空雰囲気下でレーザ溶接によりなされるため、アッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とにより囲まれる空間は真空状態となる。
【００２４】
そして、ロアハウジング２２をボディ５の上端部に外挿させるように圧入することにより、パワーエレメント１２を弁本体１１に組み付ける。ボディ５の上端中央には、ポート８とロアハウジング２２の内部とを連通させる冷媒通路２５が形成されており、吸入圧力Ｐｓをダイヤフラム２３の下面に導入できるようになっている。また、この冷媒通路２５には、伝達部材１９の上端部が挿通され、有底筒状のディスク２６を介してダイヤフラム２３の下面に接続されている。したがって、ダイヤフラム２３の変位がディスク２６及び伝達部材１９を介してボール弁体１４に伝達され、弁部を開閉動作させることになる。
【００２５】
図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、皿ばねのばね特性を表す説明図である。同図の横軸は吸入圧力Ｐｓを表し、縦軸は皿ばねの変位（より正確には、皿ばねの周縁部を基準とした中央部の位置）を表している。
【００２６】
図３に示すように、皿ばね２４は、ステンレス板を円形に打ち抜いた後にプレス加工して断面台形状に形成されたものであり、例えば板厚０．２５ｍｍ、外径１６ｍｍ、中央のフラットな部分の径１０ｍｍに形成され、その周縁部がテーパ状に構成されている。図示の例では、この皿ばね２４がその厚み方向に４枚重ねられており、その最下部の皿ばね２４でダイヤフラム２３に当接してこれを下方（開弁方向）に付勢している。また、最上部の皿ばね２４の周端縁のエッジ部分２８が、アッパーハウジング２１の側壁に係止され、この皿ばね２４の積層体は、ダイヤフラム２３とアッパーハウジング２１との間に挟持される態様で保持されている。アッパーハウジング２１のエッジ部分２８との当接面２９は例えば１５°の傾斜を有するテーパ状に形成され、皿ばね２４の反転動作の前後でその反転動作の支点（本実施の形態では、エッジ部分２８と当接面２９との接触点又は接触線が支点を構成する）がほとんど変化しないようになっている。さらに、アッパーハウジング２１の内壁の形状は、皿ばね２４が反転動作した後の形状にほぼ沿うように形成されており、そのばね収容部２０が小さく形成されている。このため、アッパーハウジング２１が小さく構成され、圧縮機用制御弁１のコンパクト化に大きく寄与している。
【００２７】
この皿ばね２４を４枚重ねた積層体は、図４に示すように、吸入圧力Ｐｓによって開弁方向又は閉弁方向に変位する特性を有している。すなわち、皿ばね２４は、その中央部が伝達部材１９側に突出した形状をなしているため、ダイヤフラム２３が受圧する吸入圧力Ｐｓが低い範囲では、その変位量（詳しくは、周縁部の支点を基準とした中央部の位置）が、０．３ｍｍ程度になっている。そして、吸入圧力Ｐｓが高くなっていくと少しずつ閉弁方向に動作し、吸入圧力Ｐｓが所定値以上になったときに（本実施の形態では３．７ＭＰａ程度）、積層体が平らになり、このときボール弁体１４が弁座１３に着座して閉弁状態となる。吸入圧力Ｐｓがその所定値以上に高くなると、積層体は反転し、その変位量が、−０．３ｍｍ程度にまで変化する。このとき、圧縮機用制御弁１は全閉状態を維持する。この状態から逆に吸入圧力Ｐｓが低くなっていくと、皿ばね２４は、少しずつ開弁方向に動作し、吸入圧力Ｐｓが所定値未満になったときに（本実施の形態では３．５ＭＰａ程度）、積層体が平らな形状に復帰する。吸入圧力Ｐｓがその所定値以下になると、その変位量が、０．３ｍｍ程度にまで変化する。このとき、ボール弁体１４が弁座１３からリフトして開弁状態となる。なお、皿ばね２４は、図示のように、吸入圧力Ｐｓが上昇するときと降下するときでは、変位の変化が異なる経路を辿る、いわゆるヒステリシス特性を有しているので、圧縮機用制御弁１が開弁して制御動作をしているときには、反転しない範囲で使用している。
【００２８】
次に、圧縮機用制御弁の動作について説明する。図５は、圧縮機用制御弁が全閉状態になった瞬間の様子を表す断面図である。図６は、皿ばねが完全に反転したときの様子を表す断面図である。なお、既に説明した図１は、開弁状態を表している。
【００２９】
圧縮機用制御弁１は、ダイヤフラム２３が吸入圧力Ｐｓを受けて、図の上下方向に変位し、その変位量によってボール弁体１４のリフト量が決まり、吐出室からクランク室へ供給される冷媒の流量が制御される。これにより、圧縮機用制御弁１は、吸入圧力Ｐｓが一定になるようにクランク圧力Ｐｃを制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出容量を可変する。
【００３０】
すなわち、吸入圧力Ｐｓが低いとき（ここでは３．７ＭＰａ程度未満のとき）には、図１に示したように、皿ばね２４の積層体によるばね荷重がダイヤフラム２３、ディスク２６及び伝達部材１９を介してボール弁体１４に伝達され、弁部は開弁状態となる。このとき、ポート６を介して導入された吐出圧力Ｐｄが弁部を介して制御されたクランク圧力Ｐｃとなり、クランク室へ導入される。これにより、可変容量圧縮機の吐出容量が制御される。
【００３１】
そして、吸入圧力Ｐｓが高まり、所定圧力（ここでは３．７ＭＰａ程度）になると、図５に示すように、皿ばね２４の積層体が反転動作を開始する。ここでは、ダイヤフラム２３及び皿ばね２４が水平状態となったときにちょうどボール弁体１４が弁座１３に着座し、閉弁状態が実現されるように構成されている。
【００３２】
そして、吸入圧力Ｐｓがその所定圧力以上になると、図６に示すように、皿ばね２４の積層体が反転を完了し、アッパーハウジング２１の内壁にほぼ密着するようにして支持される。このとき、クランク圧力Ｐｃの大きさによっては、図示のように、弁座１３に着座したボール弁体１４から伝達部材１９が離間する。
【００３３】
一方、図６の状態から吸入圧力Ｐｓが低下して所定圧力（ここでは３．５ＭＰａ程度）未満になると、圧縮機用制御弁１は、上記と逆の動作をして開弁状態へと移行し、最小運転を行うことが可能となる。このように開弁すると、吸入圧力Ｐｓが高まり、所定圧力になると皿ばね２４の積層体が再度反転動作する。このような皿ばね２４の動作によって、吸入圧力Ｐｓがその所定圧力で一定となるように制御される。
【００３４】
以上に説明したように、本実施の形態の圧縮機用制御弁１は、感圧部を構成するダイヤフラム２３の伝達部材１９と反対側に皿ばね２４の積層体が配置されている。このため、閉弁時にダイヤフラム２３が大きな吸入圧力Ｐｓを受けても、その反対側で皿ばね２４がこれを受け止めるため、ダイヤフラム２３が破損したり変形したりするのが防止される。したがって、感圧部の耐圧強度を向上させることができる。その結果、二酸化炭素等を冷媒としたもののように吸入圧力Ｐｓが高圧になる冷凍サイクルに適用しても、十分な耐圧強度を確保することができる。
【００３５】
一方、皿ばね２４の積層体は、ダイヤフラム２３から受ける閉弁方向の荷重が所定値以上になったときに反転動作するため、ボール弁体１４の閉弁動作を阻害することもない。また、皿ばね２４は、ダイヤフラム２３から受ける閉弁方向の荷重が所定値未満になると元の形状に復帰するため、ダイヤフラム２３を支え続けることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では述べなかったが、積層された皿ばね２４間の摩擦、あるいは皿ばね２４とダイヤフラム２３との間の摩擦によって積層体やダイヤフラム２３の変形が阻害されることを防止するために、これら皿ばね２４間や皿ばね２４とダイヤフラム２３との間に摩擦低減構造を設けてもよい。図７は、変形例にかかる圧縮機用制御弁の主要部の構成を表す部分断面図である。
【００３７】
すなわち、隣接する皿ばね２４の間に、干渉防止用のフィルム３１を介装するようにしてもよい。また、皿ばね２４とダイヤフラム２３との間に、干渉防止用のフィルム３２を介装するようにしてもよい。これらのフィルムには、例えば薄膜状のポリイミドフィルムやテフロン（登録商標）フィルムなどを採用することができる。あるいは、このようなフィルムではなく、皿ばね２４間や皿ばねとダイヤフラム２３との間にグリスを塗布するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、ダイヤフラム２３と伝達部材１９とをディスク２６を介して間接的に接続した例を示したが、ディスク２６を省略してダイヤフラム２３と伝達部材１９とを直接当接させるように接続してもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、皿ばね２４を４枚積層して積層体を形成した例を示したが、積層体を構成する皿ばね２４の枚数はこれに限られず、得るべきばね荷重によって適宜選択することが可能である。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、アッパーハウジング２１とロアハウジング２２との接合をレーザ溶接により行ったため、アッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とにより真空室が形成される例を示したが、アッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とにより囲まれる空間は真空である必要はなく、大気圧等であってもかまわない。例えば、大気圧下で溶接を施したり、アッパーハウジング２１に内外を連通させる孔部があってもよい。
【００４１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る圧縮機用制御弁は、皿ばねを一枚のみ配置した点が異なる以外は、第１の実施の形態で示した構成とほぼ同様である。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第２の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【００４２】
圧縮機用制御弁２０１においては、パワーエレメント２０２のアッパーハウジング２０３内に、皿ばね２４が一枚のみ配置されている。これに伴い、アッパーハウジング２０３のばね収容部２０４も小さく構成されている。ただし、この一枚の皿ばね２４にて所望のばね荷重が得られるようになっている。
【００４３】
本実施の形態の圧縮機用制御弁２０１においても、ダイヤフラム２３の伝達部材１９と反対側に皿ばね２４を配置したため、閉弁時にダイヤフラム２３が比較的大きな吸入圧力Ｐｓを受けても、その反対側で皿ばね２４がこれを受け止める。その結果、ダイヤフラム２３が破損したり変形したりするのが防止され、感圧部の耐圧強度を向上させることができる。したがって、皿ばね２４一枚が有するばね荷重が大きければ、二酸化炭素等を冷媒としたもののように吸入圧力Ｐｓが高圧になる冷凍サイクルに適用することができる。また、仮に皿ばね２４一枚が有するばね荷重が二酸化炭素等を冷媒とした冷凍サイクルに耐えられなくても、フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）やこれより高圧になる冷媒を用いる冷凍サイクルには適用することが可能である。
【００４４】
なお、このような皿ばね２４を一枚配設した圧縮機用制御弁についても、種々の変形例が考えられる。
図９は、第１の変形例に係る圧縮機用制御弁を表す断面図である。
【００４５】
図示のように、パワーエレメント２２２の皿ばね２４とダイヤフラム２３との間に、干渉防止用のフィルム２２５を介装するようにしてもよい。このフィルムには、例えば薄膜状のポリイミドフィルムやテフロン（登録商標）フィルムなどを採用することができる。あるいは、このようなフィルムではなく、皿ばね２４とダイヤフラム２３との間にグリスを塗布するようにしてもよい。このフィルム２２５は、アッパーハウジング２２３とロアハウジング２２との間に、ダイヤフラム２３とともにその周縁部が挟持されるようにして固定される。
【００４６】
図１０は、第２の変形例に係る圧縮機用制御弁を表す断面図である。
図示のように、弁本体２１１のボディ２０５の下端開口部を加締めるのではなく、その下端開口部にリング状のばね受け部材２１６を圧入して円錐ばね１５を支持するようにしてもよい。このようにすれば、ばね受け部材２１６の圧入量によって円錐ばね１５の荷重を調整することができる。
【００４７】
なお、ばね受け部材の構成は図示のものに限られず、様々な形状を取り得る。また、ボディ２０５の下端開口部及び別のばね受け部材にねじ部を形成し、そのばね受け部材のボディ２０５への螺入量によって円錐ばね１５の荷重を調整するようにしてもよい。
【００４８】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る圧縮機用制御弁は、パワーエレメントの構成が異なる以外は、第２の実施の形態で示した構成と同様である。このため、上記第２の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図１１は、第３の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【００４９】
圧縮機用制御弁３０１においては、パワーエレメント３０２のアッパーハウジング３０３のばね収容部３０４が大きく形成されており、その中に皿ばね２４のばね力を補助するコイル状の補助ばね３０５が配置されている。皿ばね２４と補助ばね３０５との間にはディスク状のばね受け３０６が介装され、アッパーハウジング３０３の上壁面と皿ばね２４との間にはディスク状のばね受け３０７が介装されている。したがって、補助ばね３０５のばね荷重がばね受け３０６を介して皿ばね２４に伝達され、ばね受け３０６が皿ばね２４をダイヤフラム２３と反対側で支持する。この補助ばね３０５のばね荷重は、図示のように、アッパーハウジング３０３の上壁部中央を押圧して変形させることにより調整が可能となっている（「荷重調整構造」に該当する）。
【００５０】
本実施の形態の圧縮機用制御弁３０１においても、ダイヤフラム２３の伝達部材１９と反対側に皿ばね２４を配置したため、閉弁時にダイヤフラム２３が大きな吸入圧力Ｐｓを受けても、その反対側で皿ばね２４がこれを受け止める。そして、皿ばね２４のダイヤフラム２３と反対側にさらに補助ばね３０５を設けたことで、皿ばね２４によるばね荷重の不足分を補うようになっている。その結果、第２の実施の形態よりも感圧部の耐圧強度を向上させることができ、ダイヤフラム２３が破損したり変形したりするのが防止される。したがって、二酸化炭素等を冷媒としたもののように吸入圧力Ｐｓが高圧になる冷凍サイクルに適用することができる。
【００５１】
また、補助ばね３０５は、皿ばね２４のばね荷重の不足分を補うばねであるため、それほど大きなばね荷重を要するものではない。このため、補助ばね３０５によって圧縮機用制御弁３０１の設計が困難になることも少ない。
【００５２】
なお、本実施の形態では、皿ばね２４を一枚設けた構成を示したが、第１の実施の形態のように、皿ばね２４が複数枚設けられた積層体を配置して、補助ばねとしてばね荷重の小さなものを用いるようにしてもよい。
【００５３】
また、荷重調整構造としては、上述のものに限られず、ばね受け３０７に対応したばね受け部材をアッパーハウジングに対して圧入したり螺入して位置調整でき、ばね荷重を調整できるようなものでもよい。
【００５４】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る圧縮機用制御弁は、ダイヤフラムを皿ばねで代用する点を除き、第１の実施の形態で示した構成と同様である。このため、上記第１の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１２は、第４の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【００５５】
圧縮機用制御弁４０１のパワーエレメント４０２には、ダイヤフラムが設けられていない。そして、４枚の皿ばね４２４が重ねられた積層体が、アッパーハウジング４２１とロアハウジング２２との間に挟まれるようにして固定されている。
【００５６】
すなわち、皿ばね４２４は、第１の実施の形態の皿ばね２４よりも半径方向に大きく構成されており、アッパーハウジング４２１とほぼ同じ外径を有する。そして、アッパーハウジング４２１とロアハウジング２２との間に皿ばね４２４の積層体を挟むようにして配置し、その積層された周縁部をレーザ溶接による全周溶接Ｗ２が施されることによりパワーエレメント４０２が形成される。そして、最下部の皿ばね４２４が、その中央部でディスク２６を介して伝達部材１９に接続されている。皿ばね４２４の積層体は、その周縁部近傍を支点として反転動作可能となっており、可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓに応じて動作して伝達部材１９に軸線方向の駆動力を伝達する。
【００５７】
以上に説明したように、本実施の形態の圧縮機用制御弁４０１においては、ダイヤフラムではなく皿ばね４２４が感圧部を構成する。この皿ばね４２４は、アッパーハウジング４２１とロアハウジング２２とを組み付ける際に、その周縁部が溶接により同時に固定されるため、加工が非常に単純化する。そして、この皿ばね４２４は、その周端縁近傍が支点となって反転動作する。皿ばね４２４であるために、ダイヤフラムの場合よりも感圧部の強度を高く保持することができる。したがって、二酸化炭素等を冷媒としたもののように吸入圧力Ｐｓが高圧になる冷凍サイクルに適用することができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、皿ばね４２４と伝達部材１９とをディスク２６を介して間接的に接続した例を示したが、ディスク２６を省略して皿ばね４２４と伝達部材１９とを直接当接させるように接続してもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、アッパーハウジング４２１、皿ばね４２４の積層体、及びロアハウジング２２の接合をレーザ溶接により行ったため、アッパーハウジング４２１と皿ばね４２４とにより真空室が形成される例を示したが、アッパーハウジング４２１と皿ばね４２４とにより囲まれる空間は真空である必要はなく、大気圧等であってもかまわない。例えば、大気圧下で溶接を施したり、アッパーハウジング４２１に内外を連通させる孔部があってもよい。
【００６０】
以上の実施の形態では、本発明による圧縮機用制御弁を、可変容量圧縮機へ適用してその制御室であるクランク室の圧力を制御する場合について説明したが、容量可変機構を持たない圧縮機においても適用することができるので、以下、その具体的な適用例について説明する。
【００６１】
図１３は、第１の実施の形態に係る圧縮機用制御弁が圧縮機のハウジング内に収容された状態を表す断面図である。図１４は、制御動作時における圧縮機の動作状態を示す部分断面図である。
【００６２】
圧縮機４１は、エンジンにより一定の回転数で駆動されているときに吐出容量が変化しないもので、ロータリ、スクロールなどの回転式またはレシプロ式の圧縮機とすることができる。このような圧縮機４１は、吸入室に吸入される冷媒の流量を制御することによって、吐出容量を可変することができる。そのため、この圧縮機４１では、その吸入側の通路内に絞り制御弁４２を備えており、その絞り制御弁４２の制御には第１の実施の形態に係る圧縮機用制御弁１が使用されている。
【００６３】
絞り制御弁４２は、吸入側の通路内に弁座４３が配置され、その弁座４３に対して接離自在に筒状の弁体４４が配置されている。その弁体４４は、ピストン室４５に絞り制御弁４２の開閉方向に進退自在に配置されたピストン４６と一体に形成され、かつばね４７によって開弁方向に付勢されている。なお、ピストン室４５は、絞り制御弁４２の制御室を構成している。また、弁体４４には、吸入側の通路とピストン室４５とを連通させるオリフィス４８が設けられている。
【００６４】
ここで、圧縮機用制御弁１は、吐出圧力Ｐｄが導入されるポート６が吐出室に連通し、制御された圧力Ｐｐを導出するポート７が絞り制御弁４２のピストン室４５に連通し、吸入圧力Ｐｓを受けるポート８が吸入側の通路に連通するように圧縮機４１の中に配置されている。
【００６５】
このような構成の圧縮機４１において、その吸入圧力Ｐｓが所定圧力（例えば、３．６ＭＰａ）より十分に低いときには、図１３に示したように、圧縮機用制御弁１は、その感圧部が低い吸入圧力Ｐｓを受けることでボール弁体１４の側へ変位しており、この変位によって開弁している。このとき、吐出圧力Ｐｄは開弁している圧縮機用制御弁１を介して絞り制御弁４２の制御室であるピストン室４５に導入されているので、ピストン室４５の圧力Ｐｐは高くなっている。これにより、ピストン４６は閉弁方向に押されているので、筒状の弁体４４が弁座４３に着座し、絞り制御弁４２は、全閉状態になっている。圧縮機用制御弁１は、冷媒を吸入することができない状態になっているので、圧縮機４１は、吐出容量が小さい状態になっている。
【００６６】
一方、吸入圧力Ｐｓが所定圧力（例えば、３．６ＭＰａ）程度まで高くなると、図１４に示したように、圧縮機用制御弁１は、その感圧部が高い吸入圧力Ｐｓを受けることでボール弁体１４の側とは反対の側へ変位しており、この変位によって閉弁している。このとき、吐出圧力Ｐｄはピストン室４５には導入されないので、ピストン室４５の圧力Ｐｐは、オリフィス４８を介して吸入圧力Ｐｓと同じほぼ圧力になっている。これにより、ピストン４６がばね４７によって開弁方向に押されているので、筒状の弁体４４が弁座４３から離れ、絞り制御弁４２は、全開状態になっている。圧縮機用制御弁１は、冷媒を最も吸入することができる状態になっているので、圧縮機４１は、吐出容量が大きい状態になっている。
【００６７】
また、吸入圧力Ｐｓが所定圧力より低下していき、絞り制御弁４２が図１４に示す全開状態から図１３に示す全閉状態へ遷移する間は、ピストン室４５の圧力Ｐｐは次第に低くなっていき、それに応動して絞り制御弁４２は吸入側の通路を絞っていくので、圧縮機４１の吐出容量は小さくなる方向に連続的に変化することができる。
【００６８】
このように、容量可変機構を持たない圧縮機４１においても、圧縮機用制御弁１によって絞り制御弁４２の制御室であるピストン室４５の圧力Ｐｐを制御することにより吐出容量を可変にすることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態に係る圧縮機用制御弁が可変容量圧縮機のハウジング内に収容された状態を表す断面図である。
【図２】圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】皿ばねのばね特性を表す説明図である。
【図５】圧縮機用制御弁が全閉状態になった瞬間の様子を表す断面図である。
【図６】皿ばねが完全に反転したときの様子を表す断面図である。
【図７】変形例にかかる圧縮機用制御弁の主要部の構成を表す部分断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【図９】第１の変形例に係る圧縮機用制御弁を表す断面図である。
【図１０】第２の変形例に係る圧縮機用制御弁を表す断面図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態に係る圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る圧縮機用制御弁が圧縮機のハウジング内に収容された状態を表す断面図である。
【図１４】制御動作時における圧縮機の動作状態を示す部分断面図である。
【図１５】従来の内部可変制御方式の圧縮機用制御弁の構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，２０１，３０１，４０１  圧縮機用制御弁
５，２０５  ボディ
６，７，８  ポート
１１，２１１  弁本体
１２，２０２，２２２，３０２，４０２  パワーエレメント
１３  弁座
１４  ボール弁体
１８  ガイド孔
１９  伝達部材
２０，２０４，３０４  ばね収容部
２１，２０３，２２３，４２１  アッパーハウジング
２２  ロアハウジング
２３  ダイヤフラム
２６  ディスク
２８  エッジ部分
２９  当接面
３１，３２，２２５  フィルム
４１  圧縮機
４２  制御弁
４３  弁座
４４  弁体
４５  ピストン室
４６  ピストン
４７  ばね
４８  オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004787937.tif 000012
【図１２】
0004787937.tif 000013
【図１３】
0004787937.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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