(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ハウジングの内部に、固定鏡板及びこの固定鏡板に直立した渦巻状のラップを有する固定スクロールと、旋回鏡板及びこの旋回鏡板に直立した渦巻状のラップを有し、ラップを互いに内側にして前記固定スクロールと噛み合って配置せられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールの渦巻状のラップと反対側の旋回鏡板背面に形成した旋回機構部と、前記圧縮機ハウジングに主軸受けを介して回転可能に支持され軸封装置と副軸受けを貫通して該圧縮機ハウジングの外側へ主軸部分を延出した駆動軸と、前記駆動軸からの駆動力を前記旋回機構部に伝達する駆動伝達機構と、前記旋回スクロールの自転を拘束して旋回させる自転拘束部品と、前記自転拘束部品に近接して該自転拘束部品を前記駆動軸に直角な一方向に運動を拘束する回転拘束部品と、前記旋回スクロールの旋回運動によって両ラップ間で形成された流体ポケットに連通し該流体ポケットに関して対称な位置に貫設された少なくとも一対の流体バイパス孔と、圧縮過程が進んでこれらの一対の流体ポケットが合わさって一つの流体ポケットとなる領域に連通するように吐出孔の側壁に貫設された吐出バイパス孔と、前記固定鏡板内に前記流体バイパス孔を介して前記流体ポケットと連通するように形成された一本のシリンダと、外周面に凹部を有して前記シリンダ内で往復運動可能な一本の弁体と、前記吐出バイパス孔と前記シリンダとを前記固定鏡板の外周端より一直線に貫設して前記吐出バイパス孔を前記凹部を介して前記シリンダと前記圧縮機ハウジングの吸入室に連通させる通路とを備え、前記固定鏡板内に形成され前記弁体を往復運動させるための制御圧を制御する制御弁を収納した制御圧室と、一端を前記制御圧室に開口し、他端を吐出孔に開口して前記制御弁に高圧を導く高圧通路とを備え、圧縮機の運転停止時には弁体が流体バイパス孔と吐出バイパス孔とを開口する状態となることを特徴とする容量制御スクロール圧縮機。
【請求項２】
前記シリンダと前記吐出バイパス孔と前記高圧通路とを固定鏡板の外周端より一直線に貫設された通路で連通させたことを特徴とする請求項１記載の容量制御スクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用空調装置に使用されるスクロール圧縮機の容量制御機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイパス孔を開閉するバルブ機構を備えた容量制御型スクロール圧縮機として、例えば特開平４−１７９８８６号公報に開示されているように、固定スクロールの端板にバイパス孔を貫設し、このバイパス孔をハウジング内に形成された吸入室に連通するバイパス通路とこの通路を開閉するバルブ機構とを内蔵する容量制御ブロックを固定スクロールとは別体に構成し、このバイパス孔を開閉するバルブ機構の制御圧を制御する制御弁に供給する高圧を吐出キャビティより導入したものがある。
【０００３】
また他の例として、特開平５−２８０４７６号公報に開示されているように、固定スクロール部材にシリンダを設け、このシリンダと圧縮室を連通させるバイパス孔群を順次閉塞することができるプランジャをシリンダ内に挿入し、このプランジャを往復運動させるための制御圧を制御する制御弁へ供給する高圧を、固定スクロール部材に形成された羽根最内周先端付近より導入したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では制御弁に供給する高圧を吐出キャビティより導入しているため、吐出圧力が高い状態で圧縮機を再起動した場合、制御弁及びバルブ機構には吐出の高圧が作用しバイパス孔は閉じられた状態となる。従って圧縮機は最大能力で起動されることになりショックが大きいという問題がある。一方、後者の例では制御弁に供給する高圧を固定スクロール部材に形成された羽根最内周先端付近より導入しているが、この導入通路の構成および加工が非常に困難となる。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、起動ショックの軽減と共に固定鏡板の加工性向上を図ることができる容量制御スクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、圧縮機ハウジングの内部に固定鏡板及びこの固定鏡板に直立した渦巻状のラップを有する固定スクロールと、前記固定スクロールに取り付けられ前記固定鏡板背面側に吐出室を形成するリアプレートと、旋回鏡板及びこの旋回鏡板に直立した渦巻状のラップを有し、ラップを互いに内側にして前記固定スクロールと噛み合って配置せられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールの渦巻状のラップと反対側の旋回鏡板背面に形成した旋回機構部と、前記圧縮機ハウジングに主軸受けを介して回転可能に支持され軸封装置と副軸受けを貫通して該圧縮機ハウジングの外側へ主軸部分を延出した駆動軸と、前記駆動軸からの駆動力を前記旋回機構部に伝達する駆動伝達機構と、前記旋回スクロールの自転を拘束して旋回させる自転拘束部品と、前記自転拘束部品に近接して該自転拘束部品を前記駆動軸に直角な一方向に運動を拘束する回転拘束部品とを具備し、前記旋回スクロールの旋回運動によって両ラップ間で形成された流体ポケットに連通し該流体ポケットに関して対称な位置に貫設された少なくとも一対の流体バイパス孔と、圧縮過程が進んでこれらの一対の流体ポケットが合わさって一つの流体ポケットとなる領域に連通するように吐出孔の側壁に貫設された吐出バイパス孔と、前記固定鏡板内に前記流体バイパス孔を介して前記流体ポケットと連通するように形成された一本のシリンダと、外周面に凹部を有して前記シリンダ内で往復運動可能な一本の弁体と、前記吐出バイパス孔と前記シリンダとを前記固定鏡板の外周端より一直線に貫設して前記吐出バイパス孔を前記凹部を介して前記シリンダと前記圧縮機ハウジングの吸入室に連通させる通路とを備え、前記固定鏡板内に形成され前記弁体を往復運動させるための制御圧を制御する制御弁を収納した制御圧室と、一端を前記制御圧室に開口し、他端を吐出孔に開口して前記制御弁に高圧を導く高圧通路とを備えたもので、圧縮機の停止時にこの高圧が低圧となって弁体は流体バイパス孔と吐出バイパス孔とを開口する状態となり、圧縮機の再起動時には常に最小能力で起動されることにより起動ショックの軽減を簡単な通路構成で実現できる。
【０００７】
さらに、吐出バイパス孔を吐出孔の側壁に形成し、吐出バイパス孔とシリンダを固定鏡板の外周端より一直線に貫設された通路で連通させたり、シリンダと吐出バイパス孔と高圧通路とを固定鏡板の外周端より一直線に貫設された通路で連通させることにより、起動ショックの軽減と共に固定鏡板の加工性向上を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、吐出バイパス孔を吐出孔の側壁に形成し、この吐出バイパス孔とシリンダを固定鏡板の外周端より一直線に貫設された通路で連通させるとともに、弁体により流体バイパス孔と吐出バイパス口とを開閉させるための制御圧を制御する制御弁に、吐出孔に開口した通路から高圧を導入するものである。この構成によれば、圧縮機の運転停止直後この高圧は瞬時に低圧となるため、弁体に作用する制御圧も低圧となり弁体は流体バイパス孔と吐出バイパス口とを開口する状態となる。従って、圧縮機の再起動時には常に最小能力で起動されるためショックの軽減を図ることができる。また、制御圧室と吐出孔は近接しているため高圧通路の構成が容易である。さらに、固定鏡板の個々の連通した通路の加工を一度に行うことができて加工性の向上も図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、シリンダと吐出孔側壁に形成した吐出バイパス孔と吐出孔に開口し制御圧室に高圧を導く高圧通路とを固定鏡板の外周端より一直線に貫設された通路で連通させたものである。この構成によれば、起動ショックの軽減と共に、固定鏡板の個々の連通孔及び通路の加工を一度に行うことができて加工性の向上も図ることができる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の実施例の基本構造について図１を参照して説明する。
【００１１】
図１において、圧縮機ハウジング３はフロントハウジング３１とリアプレート３５に分割されて構成されていて、その内部に、固定鏡板１ａと固定鏡板１ａに直立した渦巻状のラップ１ｂを有する固定スクロール１と、旋回鏡板２ａと旋回鏡板２ａに直立した渦巻状ラップ２ｂを有し、両ラップ１ｂ，２ｂを互いに内側にして固定スクロール１と噛み合った旋回スクロール２が配置せられている。旋回機構部として、旋回スクロール２の渦巻状のラップ２ｂと反対側の旋回鏡板２ａの背面に、円筒状のボス部２ｃを形成し、そのボス部２ｃに旋回軸受け７を設けている。駆動軸９はフロントハウジング３１に取り付けられた主軸受け１５を介して回転可能に支持され、軸封装置１７と副軸受け１６を貫通してフロントハウジング３１の外側へ主軸部分９ａを延出している。この駆動軸９の旋回スクロール２側の端部の駆動ピン９ｂは、旋回軸受け７に挿入された駆動伝達機構としての旋回ブッシュ８と連結していて、駆動軸９からの駆動力を伝達させることにより旋回スクロール２に旋回運動を与えている。旋回鏡板２ａとフロントハウジング３１との間には、旋回鏡板２ａと平行して旋回スクロール２に掛かるスラスト力を軸方向に支える平板状のスラスト軸受け４と、旋回スクロール２の自転を拘束して旋回のみをさせる自転拘束部品としての機能を有するオルダムリング５を駆動軸９に直角な一方向のみに運動を拘束する回転拘束部品６が配置されている。
【００１２】
固定スクロール１の固定鏡板１ａの外周部分１ｅのシール溝１ｆに圧縮機ハウジング３内部を高圧室１１と低圧室１２とに仕切るシール部材としてＯリング１８が挿入されている。この固定スクロール１は固定鏡板１ａ背面に備えられた締結穴１ｄと吐出口１４を有するリアプレート３５とをボルト１９で締結されることにより高圧室１１を形成している。そして吸入口１３を有するフロントハウジング３１内の前面端部３２に回転拘束部品６を固定させ、スラスト力によって旋回スクロール２をスラスト軸受け４を介して回転拘束部品６に押し当てている。そしてこのフロントハウジング３１は固定スクロール１の固定鏡板１ａの外周近傍で、スラスト隙間の調整用シム２０を介在させてリアプレート３５によって閉塞されている。
【００１３】
旋回スクロール２の旋回運動によって、冷媒は圧縮機ハウジング３の外部よりフロントハウジング３１の吸入口１３を通り内部の低圧室１２に取り込まれ、固定スクロール１と旋回スクロール２の両ラップ１ｂ，２ｂの外周付近に導かれる。そして旋回スクロール２の旋回運動によって両ラップ１ｂ，２ｂの間で閉塞された流体ポケット１０に吸入され、両ラップ１ｂ，２ｂの外周から中心に向かって容積を縮小させながら圧縮され、固定鏡板１ａの吐出ガス穴１ｃを通して高圧室１１に吐き出される。吐出ガス穴１ｃには高圧室１１側からリード弁２１が取り付けられ、吐出ガスの逆流を防止している。
【００１４】
次に、容量制御機構の構造について図２，図３を参照して説明する。
固定鏡板１ａには、同一圧縮過程にある一対の流体ポケット５０及び５１に連通する二対の流体バイパス孔５０ａ，５０ｂ及び５１ａ，５１ｂが貫設され、さらに圧縮過程が進んでこれらの一対の流体ポケット５０，５１が合わさって一つの流体ポケット５２となる領域に連通する吐出バイパス孔５２ａが吐出孔の側壁に貫設されている。これらの流体バイパス孔５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，及び吐出バイパス孔５２ａを開閉する弁体６０が固定鏡板１ａ内に設けられたシリンダ６１に往復運動が可能なように挿入されている。シリンダ６１の一端は固定鏡板１ａの外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｇに開口しており、低圧室１２と連通している。弁体６０はスプリング６２によって先端方向に押し付けられており、スプリング６２の一端はホルダー６３と止め輪６４によって固定鏡板１ａ内に保持されている。弁体６０は２カ所の凹部６０ａ，６０ｂが設けられている。凹部６０ａは弁体６０が先端方向に押し付けられた状態の時に、バイパス孔５１ａ，５１ｂと連通している位置に設けられ、同様に凹部６０ｂはバイパス孔５２ａと連通している位置に設けられている。さらに凹部６０ａは弁体６０の内部を通して低圧室１２に連通させる連通孔６６が穿孔されている。もう一方の凹部６０ｂは、固定鏡板１ａに貫設された吐出バイパス通路６７と外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｈを介して低圧室１２と連通している。シリンダ６１の先端には、スプリング６２の押し付け力に打ち勝って弁体６０を作動可能にするための制御圧力Ｐｍを導入するための導入孔６８が穿孔されている。
【００１５】
一方、固定鏡板１ａ内には制御圧力Ｐｍをコントロールする圧力制御弁７０が制御圧室７１に組み込まれ、ホルダー７８と止め輪７９によって保持されている。制御圧室７１には、制御圧力Ｐｍを発生させるための高圧Ｐｈを取り込む高圧通路７２と流出孔７３が穿孔されており、流出孔７３は固定鏡板１ａの外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｉを介して低圧室１２と連通している。この流出孔７３は低圧信号としての吸入圧力Ｐｓを取り込む通路も兼ねている。また、ベース信号としての大気圧Ｐａを取り込む連通孔７４が固定鏡板１ａの背面に穿孔されており、Ｏリング７５とリアプレート３５に設けられた孔３６を介して大気に開口している。また、高圧通路７２は吐出孔１ｃと連通している。固定鏡板１ａに貫設された吐出バイパス通路６７と吐出バイパス孔５２ａと高圧通路７２とは、外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｈから一直線に貫設することで連通させている。これにより、固定鏡板の外周端より同時加工できる構成となり、固定鏡板の加工性向上を図ることができる。
【００１６】
圧力制御弁７０は高圧Ｐｈと吸入圧力Ｐｓの変化に応じて適正な制御圧力Ｐｍを発生する。この制御圧力Ｐｍは固定鏡板１ａの背面に形成された通路７６と前記導入孔６８を通してシリンダ６１に流入される。通路７６はリアプレート３５とＯリング７７でシールされている。
【００１７】
次に、容量制御機構の作動について図４，図５を参照して説明する。
弁体６０が最も上方（シリンダ先端方向）に位置している時は、全ての流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂ、及び吐出バイパス孔５２ａは全開状態にあり最小容量運転となる。反対に、弁体６０が最も下方（ホルダー側）に位置している時は、全ての流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂ、及び吐出バイパス孔５２ａは全閉状態にあり最大容量運転となる。図４に示すように、流体バイパス孔５１ａ，５１ｂは最大圧縮容積Ｖmax の１００％〜約６０％の領域までの流体ポケットに連通しており、同様に流体バイパス孔５０ａ，５０ｂは１００％〜約５０％、吐出バイパス孔５２ａは約５０％〜約０％の領域に連通している。これらの流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂ、及び吐出バイパス孔５２ａを弁体によって開度を調整することにより、図５に示す制御容量Ｖｃ〜弁体ストロークＬｓの関係が得られる。図５において、縦軸の制御容量Ｖｃは、圧縮機の最大閉込容積に対する制御時の閉込容積の比率を％で表したものであり、横軸Ｌｓ＝０〔ｍｍ〕は、弁体が最下方に位置している状態である。Ｌｓ＝０〔ｍｍ〕からＬｓ＝７〔ｍｍ〕までは、流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂが順次開口して、約５０％まで容量制御範囲をカバーする。Ｌｓ＝７〔ｍｍ〕以降は、吐出バイパス孔５２ａが開口し、弁体６０が最下方（Ｌｓ＝１３〔ｍｍ〕）に達した時に約０％容量運転となる。吐出バイパス孔５２ａは、前述したように、バイパス経路が独立しており、バイパスガスが下流側の流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂに逆流することがなく、制御効率を低下させずに容量制御することが可能である。
【００１８】
次に、弁体６０の作動について下記の記号を用いて説明する。
スプリング６２のバネ定数：ｋ
スプリング６２の初期たわみ：Ｘ0
弁体６０の最大ストローク量：Ｘ1 （＝１３〔ｍｍ〕）
シリンダ６１の断面積：Ｓｖとすると、弁体６０に作用する力として下記の関係が得られる。
【００１９】
制御圧力Ｐｍによって弁体６０を下方に移動させる力Ｆｐは、
Ｆｐ＝（Ｐｍ−Ｐｓ）×Ｓｖ
スプリング６２によって弁体６０を上方に移動させる力Ｆｓは、
Ｆｓ＝ｋ×（Ｘ0 ＋Ｘ1 −Ｌｓ）
上式より、弁体６０が最下方にあるとき（Ｌｓ＝０）、弁体６０に作用しているバネ力Ｆｓ０は、
Ｆｓ0 ＝ｋ×（Ｘ0 ＋Ｘ1 ）
弁体６０が最上方にあるとき（Ｌｓ＝Ｘ1 ）、弁体６０に作用しているバネ力Ｆｓ1 は、
Ｆｓ1 ＝ｋ×Ｘ0 となる。
【００２０】
したがって、最大容量運転時においては、Ｆｐ≧Ｆｓ0 で弁体６０は最下方に位置しており、最小容量運転時においては、Ｆｐ≦Ｆｓ1 で弁体６０は最上方に位置している。また、容量制御運転時においては、Ｆｐ＝Ｆｓで弁体６０は中間位置でバランスしている。
【００２１】
本発明の実施例である圧縮機における圧力制御弁７０の圧力特性（Ｐｍ〜Ｐｓ特性）は、例えば高圧Ｐｈが１５〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕の時、図６に示されるように設定されている。また、スプリング６２の荷重特性は、
ＦＳ0 ／Ｓｖ＝３．０〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕
ＦＳ1 ／Ｓｖ＝０．５〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕となるように設定されている。
【００２２】
冷房負荷が高い時には吸入圧力Ｐｓが上昇し、それに伴って制御圧力Ｐｍも上昇する。図６において、Ｐｓ≧１．８〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕になると、
Ｐｍ−Ｐｓ≧３〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕（＝ＦＳ0 ／Ｓｖ）すなわち、Ｆｐ≧Ｆｓ0 となり、弁体６０は最下方まで押し下げられ最大容量運転となって冷房能力が増大する。
【００２３】
逆に冷房負荷が低い時には吸入圧力Ｐｓが下降し、それに伴って制御圧力Ｐｍも下降する。Ｐｓ≦１．３〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕になると、Ｆｐ≦Ｆｓ1 となり、弁体６０は最上方まで押し上げられ最小容量運転となって、冷房能力が低下する。１．８〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕＜Ｐｓ＜１．３〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕では、制御運転域となって、吸入圧力Ｐｓを冷房負荷に応じた最適値に安定させるように制御機構が働く。
【００２４】
また、圧縮機の停止時は高圧Ｐｈが減少し、それに伴って制御圧力Ｐｍも減少してＰｍ≒Ｐｓとなり、Ｆｐ≒０〔ｋｇｆ／ｃｍ2 〕となって弁体６０は最上方へ押し上げられ、全ての流体バイパス孔５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂ、及び吐出バイパス孔５２ａは開口状態となる。したがって、次の起動時は最小容量から運転が開始されるため、起動ショックが緩和されてスムーズな立ち上がり効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、流体バイパス孔及び吐出バイパス孔を開閉する弁体の制御圧力となる高圧を吐出孔に開口した高圧通路より導入するため、圧縮機の停止時にこの制御圧力が高圧から低圧となって弁体はこれらのバイパス孔を開口する状態となり、圧縮機の再起動時には常に最小能力で起動されることにより、起動ショックの軽減を図ることができる。
【００２６】
さらに、吐出バイパス孔を吐出孔の側壁に形成し、この吐出バイパス孔とシリンダとを連通させた通路を固定鏡板の外周端より同時加工できる構成とすることにより、固定鏡板の加工性の向上が図れる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明によれば、高圧通路と吐出バイパス孔とシリンダとを連通させた通路を固定鏡板の外周端より同時加工できる構成とすることにより、起動ショックの軽減とともに固定鏡板の加工性に優れた圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す容量制御スクロール圧縮機の断面図（一部透視図）
【図２】  同一実施例の固定鏡板部分の断面図（一部透視図）
【図３】  同一実施例の圧縮室の横断面図（一部透視図）
【図４】  同一実施例の旋回角度と閉込容積の関係を示す特性線図
【図５】  同一実施例の弁体ストロークと制御容量の関係を示す特性線図
【図６】  同一実施例の圧力制御弁の圧力特性線図
【符号の説明】
１  固定スクロール
１ａ  固定鏡板
１ｂ  固定スクロールの渦巻状のラップ
１ｃ  吐出孔
１ｄ  締結穴
１ｅ  固定鏡板外周部分
１ｆ  シール溝
１ｇ，１ｈ，１ｉ  固定鏡板外周切り欠き溝
２  旋回スクロール
２ａ  旋回鏡板
２ｂ  旋回スクロールの渦巻状のラップ
２ｃ  ボス部
３  圧縮機ハウジング
４  スラスト軸受け
５  オルダムリング
６  回転拘束部品
７  旋回軸受け
８  旋回ブッシュ
９  駆動軸
９ａ  主軸部分
９ｂ  駆動ピン
１０，５０，５１，５２  流体ポケット
１１  高圧室
１２  低圧室
１３  吸入口
１４  吐出口
１５  主軸受け
１６  副軸受け
１７  軸封装置
１８，７５，７７  Ｏリング
１９  ボルト
２０  シム
２１  吐出弁
３１  フロントハウジング
３２  前面端部
３５  リアプレート
３６  穴
５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ  流体バイパス孔
５２ａ  吐出バイパス孔
６０  弁体
６０ａ，６０ｂ  凹部
６１  シリンダ
６２  スプリング
６３，７８  ホルダー
６４，７９  止め輪
６６，７４  連通孔
６７  吐出バイパス通路
７６  通路
６８  導入孔
７０  圧力制御弁
７１  制御圧室
７２  高圧通路
【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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