(57)【要約】【課題】可動スクロール、固定スクロールの各部の温度分布差に起因する熱膨張差に伴う初期設定軸方向クリアランス減少による、両スクロール間の焼き付き等の不具合の発生を防止し、耐久性を向上させることが可能なスクロール型圧縮機を提供する。【解決手段】固定スクロールと可動スクロールを備えた圧縮機構を有し、固定スクロール構成部材とそれに隣接するケーシング部材または／および内部部材との間にシムを介在させその締め付け圧を調整することにより固定スクロールと可動スクロール間の圧縮機軸方向クリアランスを調整可能に構成したスクロール型圧縮機であって、固定スクロール構成部材とケーシング部材または／および内部部材との間に、シムに当接し、通電制御により圧縮機軸方向の歪量を制御可能な部材を設けたことを特徴とするスクロール型圧縮機。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと可動スクロールを備えた圧縮機構を有し、固定スクロール構成部材とそれに隣接するケーシング部材または／および内部部材との間にシムを介在させその締め付け圧を調整することにより前記固定スクロールと可動スクロール間の圧縮機軸方向クリアランスを調整可能に構成したスクロール型圧縮機であって、前記固定スクロール構成部材と前記ケーシング部材または／および内部部材との間に、前記シムに当接し、通電制御により圧縮機軸方向の歪量を制御可能な部材を設けたことを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
前記歪量制御可能部材が、電磁コイルに内包された正磁歪部材からなる、請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
前記歪量制御可能部材が、ピエゾ素子からなる、請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
温度検出手段を有し、該温度検出手段による検出温度に基づいて、前記歪量制御可能部材の歪量が制御される、請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記温度検出手段が、吐出ガス温度およびケーシング部における温度を検出する手段からなる、請求項４に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項６】
前記温度検出手段の信号から前記歪量制御可能部材の制御すべき歪量を演算する歪量演算手段を有する、請求項４または５に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項７】
前記歪量演算手段で演算された制御すべき歪量の信号を、前記歪量制御可能部材の制御通電量として実質的に常時フィードバックする制御回路を有する、請求項６に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項８】
前記制御回路が、圧縮機に内包されている、請求項７に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項９】
前記制御回路が、圧縮機に対し外置きで設けられている、請求項７に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１０】
第１の駆動源のみにより第１の可動スクロールが駆動される第１圧縮機構と第２の駆動源のみにより第２の可動スクロールが駆動される第２圧縮機構とが一体的に組み込まれたハイブリッド圧縮機からなる、請求項１〜９のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１１】
第１の駆動源が外部駆動源からなり、第２の駆動源が内蔵された電動モータからなる、請求項１０に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１２】
第１圧縮機構の固定スクロールと第２圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに一体的に固定スクロール構成部材として構成されている、請求項１０または１１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１３】
車両用空調装置の冷凍回路に設けられるものからなる、請求項１〜１２のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型圧縮機に関し、特に、スクロール部において最適な軸方向クリアランスに調整可能な、車両用空調装置に用いて好適なスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定スクロールと可動スクロールを備えた圧縮機構を有するスクロール型圧縮機はよく知られており、異なる駆動源により駆動される第１圧縮機構と第２圧縮機構が一体的に組み込まれたスクロール型のハイブリッド圧縮機も知られている。このようなスクロール型圧縮機においては、以下のような固定スクロールと可動スクロールとの間の軸方向クリアランスに関する問題を抱えている。
【０００３】
例えばハイブリッド圧縮機についてみるに、従来のハイブリッド圧縮機は、例えば図１に示すように構成されている（特許文献１等）。図１に示したハイブリッド圧縮機１は、スクロール型の圧縮機からなり、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３とを備えている。第１圧縮機構２は、固定スクロール１０と、固定スクロール１０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）１２を形成する可動スクロール１１と、可動スクロール１１に係合して可動スクロール１１を旋回運動させる駆動軸１３と、外部駆動源としての車両走行用の原動機（図示略）からの駆動力がベルトを介して伝達されるプーリ１４と駆動軸１３との間の駆動力伝達をオン、オフする電磁クラッチ１５と、可動スクロール１１の自転を阻止するボールカップリング１６と、ケーシング１７に形成された吸入ポート１８とを備えている。吸入ポート１８から吸入通路１９を通して吸入室２０へと吸入された被圧縮ガス（たとえば、冷媒ガス）は、作動空間１２内に取り込まれ、作動空間１２が体積を減少させつつ固定スクロール１０の中心へ向けて移動されることにより、作動空間１２内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール１０の中央部には吐出穴２１が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴２１、吐出通路２２、吐出ポート２３を介し、かつ、図２に示すように第２圧縮機構３用と共通に構成されている吐出弁２４、該吐出弁２４の開度を規制している吐出弁リテーナ２５を介して、吐出室２６を通して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。
【０００４】
一方、第２圧縮機構３は、固定スクロール３０と、固定スクロール３０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）３２を形成する可動スクロール３１と、可動スクロール３１に係合して可動スクロール３１を旋回運動させる駆動軸３３と、可動スクロール３１の自転を阻止するボールカップリング３４とを備えている。この第２圧縮機構３の駆動軸３３を駆動するために、電動モータ３５が内蔵されている。電動モータ３５は、例えば三相交流電動モータからなる。電動モータ３５は、駆動軸３３に固定された回転子３６と、モータコイル部を備えた固定子（ステータ）３７とを有しており、固定子３７は、ステータハウジング３８に、または圧縮機ハウジングの一部として形成されたステータハウジング３８に固定されるとともに、電動モータ３５全体がステータハウジング３８内に収納されている。電動モータ３５へは、給電部５０を介して給電される。この第２圧縮機構３においては、吸入ポート１８から第１圧縮機構２の吸入室２０へと吸入された被圧縮ガス（たとえば、冷媒ガス）が、連通路３９を通して第２圧縮機構３の吸入室４０および電動モータ３５部分に吸入され、吸入室４０に吸入されたガスは作動空間３２内に取り込まれ、作動空間３２が体積を減少させつつ固定スクロール３０の中心へ向けて移動されることにより、作動空間３２内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール３０の中央部には吐出穴４１が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴４１、吐出通路４２を介し、かつ、図２に示すように第１圧縮機構２用と共通に構成されている吐出弁２４、該吐出弁２４の開度を規制している吐出弁リテーナ２５を介して、吐出室２６を通して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。
【０００５】
第１圧縮機構２の固定スクロール１０と第２圧縮機構３の固定スクロール３０とは背中合わせに配設されており、かつ、両固定スクロール１０、３０は一体化された固定スクロール構成部材４３として形成されている。この例では、この固定スクロール構成部材４３に連通路３９が形成されている。また、固定スクロール構成部材４３の両側には、フロント側のケーシング部材４４（第１圧縮機構２側）とセンタープレート４５（第２圧縮機構３側）が配置されており、それぞれ、固定スクロール構成部材４３に対してボルト締結されている。
【０００６】
ハイブリッド圧縮機１の第１圧縮機構２のみが稼働される場合には、第２圧縮機構３を駆動する電動モータ３５には電力は供給されず、電動モータ３５は回転しない。従って第２圧縮機構３は作動しない。ハイブリッド圧縮機１が電動モータ３５のみにより駆動される場合には、電動モータ３５がオンされて回転し、電動モータ３５の回転が第２圧縮機構３の駆動軸３３へ伝達され、駆動軸３３により可動スクロール３１が旋回駆動される。このとき、第１圧縮機構２の電磁クラッチ１５には通電されず、第１駆動源としての車両用原動機の回転は第１圧縮機構２へは伝達されない。従って第１圧縮機構２は作動しない。両圧縮機構２、３が同時駆動される場合には、車両用原動機からの駆動力が第１圧縮機構２の可動スクロール１１に伝達されるとともに、電動モータ３５がオンされてその駆動力が第２圧縮機構３の可動スクロール３１に伝達される。
【０００７】
このように構成されたハイブリッド圧縮機１においては、図２に模式的に示すように、第１圧縮機構２側においてはケーシング部材４４がシム４６を介在させて固定スクロール構成部材４３に締結されており、第２圧縮機構３側においてはセンタープレート４５がシム４７を介在させて固定スクロール構成部材４３に締結されている。第１圧縮機構２、第２圧縮機構３とも、各スクロールの渦巻き体先端部にチップシール（固定スクロールの渦巻き体先端部のチップシール４８、可動スクロールの渦巻き体先端部のチップシール４９）が設けられて固定スクロールと可動スクロールとの間の摺動部が設定され、金属材料からなる各スクロール同志の接触を避けつつ、チップシールにより、適切に流体ポケットがシールされるようになっている。そして、摺動抵抗を含めて予め設定したトルクになるよう、圧縮機軸方向クリアランス調整を兼ねたシム厚を選択し、ケーシング部材４４と固定スクロール構成部材４３間、および、センタープレート４５と固定スクロール構成部材４３間に選択したシム４６、４７の組付けにより、初期軸方向クリアランス（一方のスクロールの渦巻き体先端部と他方のスクロールの渦巻き体底面部との間の初期軸方向クリアランス）を確保している。
【特許文献１】特開２００３−１６１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような軸方向クリアランス確保構造においては、運転状況によっては、可動スクロールと固定スクロールの各部温度分布の差による熱膨張差により、初期軸方向クリアランスが減少することがあり、可動スクロールと固定スクロールの金属部分同士が接触するおそれがり、金属部分同士が接触すると、最悪、焼き付き等の発生のおそれがある。
【０００９】
すなわち、摺動抵抗を含めて予め設定されたトルクになるよう、軸方向クリアランス調整を兼ねたシム厚を選択したシム組付けにより、各スクロールのチップシール先端部と各スクロールの金属部分との差である初期軸方向クリアランスを確保しているものの、特に、低温雰囲気からいきなり第１圧縮機構２側を高速で起動させる運転では、圧縮機周りの雰囲気温度は低いため、固定スクロールと可動スクロールのガス吸入開始部は、温度が低く、固定スクロールと可動スクロール間の流体ポケットに吸入されたガスが徐々に圧縮される過程において、ガス圧縮による発熱、摺動熱等により、固定スクロールと可動スクロールのガス吸入部から固定スクロールの吐出孔間における温度勾配は大きくなる傾向を示す。特に、温度が高くなる固定スクロールの吐出孔側の軸方向クリアランスへの影響が大きく、前述の如くクリアランスは減少する方向へ変化し、最悪ゼロになって、固定スクロールと可動スクロールの金属部分同士が接触し始め、金属接触による摺動熱が発生し、オイル油膜の粘度低下と更なるオイル油膜減少に拍車がかかり、両スクロール間に焼き付き、或いはかじりによる面粗度劣化に伴う渦巻き圧縮部の取り込み不良、または、圧縮漏れが発生し、その結果、冷房能力が低下し、ひいては車両の冷房性能の低下や圧縮機作動不能の可能性が生じるおそれがある。
【００１０】
そこで本発明の課題は、とくに、低温雰囲気からいきなり外部駆動源により高速起動させる運転等において、可動スクロール、固定スクロールの各部の温度分布差に起因する熱膨張差に伴う初期設定軸方向クリアランス減少による、可動スクロールと固定スクロール間の焼き付き等の不具合の発生を防止し、耐久性を向上させ、車両の冷房性能の低下や圧縮機作動不能を防止することが可能なスクロール型圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール型圧縮機は、固定スクロールと可動スクロールを備えた圧縮機構を有し、固定スクロール構成部材とそれに隣接するケーシング部材または／および内部部材（例えば、前述のセンタープレート）との間にシムを介在させその締め付け圧を調整することにより前記固定スクロールと可動スクロール間の圧縮機軸方向クリアランスを調整可能に構成したスクロール型圧縮機であって、前記固定スクロール構成部材と前記ケーシング部材または／および内部部材との間に、前記シムに当接し、通電制御により圧縮機軸方向の歪量を制御可能な部材を設けたことを特徴とするものからなる。
【００１２】
このスクロール型圧縮機においては、上記歪量制御可能部材が、電磁コイルに内包された正磁歪部材からなる構成とすることができる。あるいは、上記歪量制御可能部材が、ピエゾ素子からなる構成とすることもできる。
【００１３】
また、上記スクロール型圧縮機においては、さらに温度検出手段を有し、該温度検出手段による検出温度に基づいて、上記歪量制御可能部材の歪量が制御されるように構成することができる。
【００１４】
上記温度検出手段は、吐出ガス温度およびケーシング部における温度を検出する手段からなる構成とすることができる。また、上記温度検出手段の信号から上記歪量制御可能部材の制御すべき歪量を演算する歪量演算手段を有する構成とすることもできる。この場合、歪量演算手段で演算された制御すべき歪量の信号を、上記歪量制御可能部材の制御通電量として実質的に常時フィードバックする制御回路を有する構成とすることもできる。この制御回路は、圧縮機に内包されていてもよく、圧縮機に対し外置きで設けられていてもよい。
【００１５】
このような本発明に係るスクロール型圧縮機は、あらゆるスクロール型圧縮機に適用可能であり、第１の駆動源のみにより第１の可動スクロールが駆動される第１圧縮機構と第２の駆動源のみにより第２の可動スクロールが駆動される第２圧縮機構とが一体的に組み込まれたハイブリッド圧縮機にも適用可能である。
【００１６】
ハイブリッド圧縮機としては、例えば、上記第１の駆動源が外部駆動源（例えば、車両走行用のエンジンや電動モータ）からなり、第２の駆動源が圧縮機に内蔵された電動モータからなるものを使用できる。
【００１７】
また、第１圧縮機構の固定スクロールと第２圧縮機構の固定スクロールは背中合わせに一体的に固定スクロール構成部材として構成されることもできる。
【００１８】
このような本発明に係るスクロール型圧縮機は、とくに、車両用空調装置の冷凍回路に設けられて好適なものである。
【００１９】
このような本発明に係るスクロール型圧縮機においては、通電制御により歪量制御可能部材の歪量が可変され、該歪量を適切に制御することにより、シム部における固定スクロール構成部材とそれに隣接するケーシング部材または／および内部部材との間の圧縮機軸方向クリアランスが適切に制御される。その結果、固定スクロールと可動スクロール間の圧縮機軸方向クリアランスも適切に調整されることになる。この制御、調整を、前述の固定スクロールと可動スクロール間における初期圧縮機軸方向クリアランスの変化要因に基づいて、例えば、吐出ガス温度とケーシング部材温度との差に基づいて、行うことにより、スクロール各部におけるチップシールによる適切なシール圧を確保しつつ、各スクロールの金属部分同士の接触を防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
このように本発明に係るスクロール型圧縮機によれば、歪量制御可能部材を設けて通電制御によりその歪量を適切に制御することにより、固定スクロールと可動スクロール間の圧縮機軸方向クリアランスを初期設定値から大きく変動しないように維持することが可能になり、固定スクロールと可動スクロール間の焼き付き、或いはかじりによる面粗度劣化に伴う渦巻き圧縮部の取り込み不良等の発生を防止し、耐久性を向上させて、車両の冷房性能の低下や圧縮機作動不能を防止することができる。また、冷房をあまり必要としない場合、シール圧を低下させるよう積極的に制御し、エンジン或いはモータから供給される駆動力を低減することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
前述したように、本発明に係るスクロール型圧縮機は、あらゆるスクロール型圧縮機に適用可能であるが、とくに、第１の駆動源のみにより第１の可動スクロールが駆動される第１圧縮機構と第２の駆動源のみにより第２の可動スクロールが駆動される第２圧縮機構とが一体的に組み込まれたハイブリッド圧縮機に適用して好適なものである。このような本発明が適用可能なハイブリッド圧縮機の構造は、例えば、前述の図１、図２を用いて説明した通りである。以下に、本発明をこのハイブリッド圧縮機１に適用した例について図３〜図５を参照しながら説明する。
【００２２】
図３は、本発明の一実施態様に係るスクロール型圧縮機（図１、図２に示したハイブリッド圧縮機１）の、第１圧縮機構２側に位置する、固定スクロール構成部材４３とケーシング部材４４との間のシム４６設置部に、通電制御により圧縮機軸方向の歪量を制御可能な部材６１を設けた例を示している。シム４６は、歪量制御可能部材６１が当接可能なように、金属シムからなる。この歪量制御可能部材６１は、本実施態様では、正磁歪部材６２（磁力により伸びる方向に変形する部材）と、正磁歪部材６２を内包する電磁コイル６３とからなり、電磁コイル６３への電圧、電流の通電制御により、正磁歪部材６２の歪量を制御可能となっている。より詳しくは、例えば図４に示すように構成されており、周囲を囲むように磁気回路構成材６４（ヨーク）を備えており、正磁歪部材６２部分およびその周囲に励磁される磁力により、正磁歪部材６２の歪量が制御される。歪量制御可能部材６１と金属シム４６との間には、図４に示すようにＯリング６５を介装してもよい。
【００２３】
上記歪量制御可能部材６１の歪量は、例えば次のように制御される。図３に示すように、吐出室２６に対しては吐出ガス温度センサ６６を設け、ケーシング部材４４に対してはケーシング温度センサ６７を設け、各温度センサにより検出された温度の差に基づく、前述の初期圧縮機軸方向クリアランスの変化量を推測演算し、それに対応する量を、歪量制御可能部材６１で制御すべき歪量として、歪量制御可能部材６１の通電制御にフィードバック制御する。このフィードバック制御は、実質的に常時行うことが好ましい。なお、歪量制御可能部材６１で制御すべき歪量の演算手段、歪量制御可能部材６１の制御通電量として常時フィードバックする制御回路は、図示を省略しているが、これらは圧縮機に内包されていてもよく、外置きで設けられていてもよい。
【００２４】
一方、図５に示すように、第２圧縮機構３側に位置する、固定スクロール構成部材４３と内部部材としてのセンタープレート４５との間のシム４７設置部にも、同様に、通電制御により圧縮機軸方向の歪量を制御可能な部材７１が設けられている。シム４７は、歪量制御可能部材７１が当接可能なように、金属シムからなる。この歪量制御可能部材７１は、前記同様に、正磁歪部材７２と、正磁歪部材７２を内包する電磁コイル７３とからなり、電磁コイル７３への電圧、電流の通電制御により、正磁歪部材７２の歪量を制御可能となっている。細部については、図４に示したのと同様に構成すればよい。また、歪量制御可能部材７１で制御すべき歪量の演算手段、歪量制御可能部材７１の制御通電量として常時フィードバックする制御回路についても、前述したのと同様に構成できる。
【００２５】
なお、歪量制御可能部材６１、７１における正磁歪部材６２、７２の印加電流値と歪量の関係は、例えば図６に示すように実質的に正比例の関係にある。また、正磁歪部材６２、７２の予荷量と歪量の関係は、例えば、概略図７に示すような関係になることが多く、これらの関係は予め実験等によって把握できる。
【００２６】
このような本実施態様に係る構成においては、吐出ガス温度とケーシング温度との差から電磁コイル部に印加する電圧値或いは電流値を常に演算フィードバック制御することにより、歪量制御可能部材６１、７１の歪量を適切に制御して、固定スクロールと可動スクロール各部の温度分布差に起因する熱膨張差による初期設定軸方向クリアランス減少を防止することができ、とくに正磁歪部材６２、７２に初期設定軸方向クリアランスを保持させるように制御することができる。その結果、固定スクロールと可動スクロール間における焼き付き、或いはかじりによる面粗度劣化に伴う渦巻き圧縮部の取り込み不良等の不具合の発生を回避して、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、あらゆるスクロール型圧縮機に適用でき、とくにハイブリッド圧縮機に好適なものである。また、とくに車両用空調装置に用いられるスクロール型圧縮機に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の適用対象となるハイブリッド圧縮機の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の圧縮機の概略構成図である。
【図３】図２の圧縮機に本発明を適用した場合の、本発明の一実施態様に係る固定スクロール構成部材とケーシング部材との締結部周りの概略縦断面図である。
【図４】図３の構造における歪量制御可能部材の概略縦断面図である。
【図５】図２の圧縮機に本発明を適用した場合の、本発明の一実施態様に係る固定スクロール構成部材とセンタープレートとの締結部周りの概略縦断面図である。
【図６】歪量制御可能部材における正磁歪部材の印加電流値と歪量の関係の一例を示す特性図である。
【図７】歪量制御可能部材における正磁歪部材の予荷量と歪量の関係の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ハイブリッド圧縮機
２  第１圧縮機構
３  第２圧縮機構
１０  固定スクロール
１１  可動スクロール
１３  駆動軸
１４  プーリ
１５  電磁クラッチ
１６  ボールカップリング
１８  吸入ポート
１９  吸入通路
２０  吸入室
２１  吐出穴
２２  吐出通路
２３  吐出ポート
２４  吐出弁
２５  吐出弁リテーナ
２６  吐出室
３０  固定スクロール
３１  可動スクロール
３３  駆動軸
３４  ボールカップリング
３５  電動モータ
３６  回転子
３７  モータコイル部（ステータ）
３８  ステータハウジング
３９  連通路兼ガス吸入通路
４０  吸入室
４１  吐出穴
４２  吐出通路
４３  固定スクロール構成部材
４４  ケーシング部材
４５  内部部材としてのセンタープレート
４６、４７  シム
４８、４９  チップシール
５０  給電部
６１、７１  歪量制御可能部材
６２、７２  正磁歪部材
６３、７３  電磁コイル
６４  磁気回路構成材
６５  Ｏリング
６６  吐出ガス温度センサ
６７  ケーシング温度センサ
【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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