JPH11324909A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術でみてきたように、圧力調整弁だけ
ではクランク室の圧力が異常に高くなる場合があり、そ
のような場合、駆動軸とスラスト防止板との摩擦が生
じ、スラスト防止板等の破損の原因となる。また、圧力
調整弁や電気回路の故障による圧力調整弁の閉塞によっ
て、クランク室内の摺動部品から発生する熱が、室内こ
もり、圧縮機を破損させる危険性をもっている。 【解決手段】 差圧弁を備えた可変容量圧縮機におい
て、前記差圧弁は、開弁させるのに必要な圧力差を吐出
圧が高いとき大きくさせ、而吐出室の圧力が或値を越え
た場合には、それ以上の吐出室の圧力が差圧弁に影響し
ないようにするストッパを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒用圧縮機に関
し、特に、車両、自動車や一般用の空調装置等の冷媒用
圧縮機などに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の斜板を用いた可変容量の圧縮機
は、クランク室内の斜板の傾斜で吐出容量が決まってお
り、一方、斜板の傾斜角度は、クランク室内の圧力と吸
入圧によって変化すると言うことができる。

【０００３】即ち、クランク室圧力が高くなると斜板傾
斜角度が小さくなり、吐出容量が減少する。逆にクラン
ク室圧力が低くなると斜板傾斜角度が大きくなり、吐出
容量が増大する。

【０００４】ところで、可変容量圧縮機に於いて吐出容
量を減少させようとしたとき、クランク室内の圧力が異
常に高くなることがあり、この高圧がクランク室内にあ
るピストンの背面に作用し、ピストン、駆動軸、揺動板
等の部材全体がクランク室で移動して駆動軸の端部がス
ラスト防止板に突き当たってしまい、この状態で駆動軸
が回転するためにスラスト防止板が激しく磨耗してしま
い、圧縮機が破損してしまう虞があった。

【０００５】この様な危険性を回避するために、従来、
例えば、可変容量型揺動式圧縮機（実公平３−１０３８
９号公報）では、図８のような差圧弁を安全弁として設
けている。

【０００６】すなわち、この例では、クランク室と吸入
室をつなぐ通路２（クランク室側通路２０１、吸入室側
通路２０２）を設け、安全弁１で開閉の制御を行ってい
る。

【０００７】安全弁１は、ボール弁１０１とバネ１０２
から成り、クランク室の圧力Ｐｗがバネ力と吸入室の圧
力Ｐｓの合力を越えたとき、ボール弁１０１が弁室１０
３側に移動し、流体がクランク室から吸入室側に流れ、
クランク室の圧力が下がる。これによって、クランク室
内の異常高圧力を防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術でみてきたよ
うに、圧力調整弁だけではクランク室の圧力が異常に高
くなる場合があり、そのような場合、駆動軸とスラスト
防止板との摩擦が生じ、スラスト防止板等の破損の原因
となる。

【０００９】また、圧力調整弁や電気回路の故障による
圧力調整弁の閉塞によって、クランク室内の摺動部品か
ら発生する熱が、室内にこもり、圧縮機を破損させる危
険性をもっている。

【００１０】このような危険性を回避するために、前記
可変容量型の斜板式圧縮機では、差圧弁を設け、クラン
ク室と吸入室と通路でつなぎ、クランク室と吸入室の圧
力差（＝Ｐｗ−Ｐｓ）によって差圧弁が開閉するように
し、クランク室の圧力が異常に高くなることを防止して
いる。

【００１１】しかし、前記可変容量型揺動式圧縮機の差
圧弁は、ある一定の圧力差以上にならないと開かない。
ところが、圧縮機の破損原因となるクランク室と吸入室
の差圧力値は運転条件により異なり、冷媒循環量が多い
場合には、冷媒循環量が小さい場合に比べ、高い差圧値
でも、破損しないことが確認されている。

【００１２】この理由は、冷媒圧縮量が多い場合には、
クランクケース内へのオイル循環も大きくなり、潤滑性
に富んでいるためである。逆に、冷媒循環量が少ない場
合には、クランクケース内への潤滑油の供給が少なく、
潤滑性が悪い状態となっている。

【００１３】一方、強制リジュース等により吐出容量を
低減させる場合、吐出容量が大きいときの方が、レスポ
ンスを早める必要があり、換言すれば、より高いクラン
ク室圧力（差圧値）を必要としている。

【００１４】そこで本発明が解決しようとする課題は、
差圧弁の開閉に必要な圧力差が、吐出圧力に比例して高
くなるような、可変容量圧縮機の差圧弁の構造を提供す
ることである。また、本発明の課題として、クランク室
の異常高圧力になったときには、吐出圧力に影響をされ
ないで差圧弁を開く構造も提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の発明が解決しよう
とする課題を解決するために、クランク室圧力により斜
板角を変化させて容量を制御し且つ該クランク室内の圧
力を低圧側に逃がす差圧弁を備えた可変容量圧縮機にお
いて、前記差圧弁は開弁させるに必要な圧力差を吐出圧
が高いとき大きくさせるような構成とした可変容量圧縮
機を提供する。

【００１６】また、クランク室圧力により斜板角を変化
させて容量を制御し且つ該クランク室内の圧力を低圧側
に逃がす差圧弁を備えた可変容量圧縮機において、前記
差圧弁は、開弁させるに必要な圧力差を吐出圧が高いと
き大きくさせるものであって、而も吐出室の圧力がある
値を超えた場合には、それ以上の吐出室の圧力が差圧弁
の開閉に影響しないようにするストッパを設けたもので
ある。

【００１７】すなわち、本発明では、吐出室側の圧力で
ある吐出圧力を差圧弁に伝え、吐出室の吐出圧力が増大
すれば、差圧弁の開弁に必要な圧力差も増大する構造と
する。

【００１８】また、吐出圧力が増せば増すほど無条件に
差圧弁のバネが縮むような場合には、異常に高い吐出圧
力になったとき、差圧弁が開き難くなる可能性をもって
いるので、差圧弁においてストッパを設け、吐出圧力が
増した場合、弁の開閉にその吐出圧が影響しないように
するために、バネ支持部の端がストッパに接触し、バネ
がそれ以上縮まないようにする構成とし、この構成によ
って、吐出室の圧力がある許容範囲以上になると、差圧
弁の開弁に必要な圧力差は一定にすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して実施例に基づいて説明する。図８は、従来の可変容
量の斜板式圧縮機を示すが、まず、本発明の差圧弁の内
容が、理解しやすいように、まず図７に示す可変容量の
斜板式圧縮機の全体構造から説明する。

【００２０】駆動軸１２が回転すると、それに取り付け
られた斜板６が回転する。斜板６の回転は、揺動板７を
揺動させる。揺動板７の揺動運動は、それに接続するピ
ストンロッド８の往復運動となり、ピストンロッドの他
端に取り付けられたピストン１０が、シリンダ９内で往
復運動する。

【００２１】このピストン１０の往復運動によって吸入
されたガス（冷房装置の場合には冷媒ガス）は圧縮さ
れ、弁体１１を押し開けて吐出室５に吐き出される。こ
の圧縮機の構造では吐出室５は、２部屋構造になってい
て、絞り孔５０１でつながっている。

【００２２】斜板６の傾斜角度は、ピストンから吐き出
されるガスの吐出量に影響を与える。 たとえば、傾斜
角度が最小（斜板の平面と駆動軸とが直角に近い位置の
状態）の場合には吐出容量は最小になり、逆に傾斜角度
が最大の場合には、吐出容量は最大になる。斜板６と揺
動板７は接触しており、斜板の傾斜角度はすなわち揺動
板の傾斜角度となる。

【００２３】ただし、斜板は回転運動するが、揺動板は
ピストンロッド８を往復動（同じ位置で往復運動）をさ
せる。このため、斜板と揺動板は摺動するために、潤滑
油が不足すると摩擦熱を発生する。

【００２４】発明が解決しようとする課題のところでも
述べたが、潤滑油の流量が不足する危険性は、駆動軸１
２の回転速度が遅く、なおかつ斜板の傾斜角度が小さい
場合に高くなる。この状態で長時間圧縮機を稼動してい
ると、クランク室内の摺動部で摩擦熱が発生することに
よる焼き付けや、潤滑性の悪い状態で摺動することによ
る、部材の摩耗の原因ともなる。

【００２５】したがって、クランク室の圧力が低い場合
でも、差圧弁が開き、ガス流量の出入りを可能にして、
クランク室内の各部材の潤滑性を保ち、温度を下げる必
要がある。しかし一方、クランク室にある程度の高圧を
保たないと、リジュース・レスポンスが遅れることにな
る。そこで本発明が提唱する、吐出室５の圧力に比例し
て開弁する差圧弁が必要となる。

【００２６】なお、斜板の傾斜角度は、クランク室内の
圧力によって変化されるが、この圧力を調整しているの
が圧力調整弁１３である。

【００２７】図１には、一実施例である差圧弁１を備え
た圧縮機が示されており、図２には、本発明の差圧弁の
断面図が示されている。差圧弁１は、ボール弁１０１、
バネ１０２、ロッド１０４、バネ支持部１０５と弁室１
０３から構成される。弁室１０３内には、ボール弁１０
１を押圧するバネ１０２が他方ではバネ支持部１０５に
よって支持されている。ボール弁１０１の反対側は、ク
ランク室とつながっているクランク室側通路２０１を示
す。

【００２８】ロッド１０４の一端は、吐出室５に突き出
していて、吐出室の圧力が高まると弁室方向にロッド１
０４とバネ支持部１０５が移動し、バネ１０２が縮むよ
うになっている。シールのためにＯリング１０６が設け
られている。この差圧弁１は、バネ支持部１０５を受け
止めて抑止するストッパを備えていないから、ストッパ
機能なし差圧弁である。

【００２９】ボール弁１０１にかかる力は、クランク室
３と連結しているクランク室側通路２０１を通して受け
るクランク室圧力Ｐｗ、吸入室４と連絡している吸入室
側通路２０２を通して受ける吸入室圧力Ｐｓ、およびバ
ネの弾性力によって受ける力である。

【００３０】ボール弁１０１が閉じているときは、吸入
室４と弁室１０３（弁室）の圧力は同じであり、ともに
Ｐｓである（図３参照）。したがってボール弁が開く条
件は、 △Ｐ＞ｋ（ｘ_０−ｘ）／Ｓｗ （△Ｐ＝Ｐｗ−Ｐｓ） ……… 式１ ここで△Ｐは圧力差、Ｓｗは通路２０１の断面積、ｘ_０
は自然の状態（力がかかっていない状態）でのバネの長
さ、ｘは、ロッド１０４に吐出圧力がかかっていないと
きのバネの長さ、ｋはバネの弾性係数を表す。

【００３１】従来技術では、バネの縮み（＝ｘ_０−ｘ）
は一定であったために、圧力差△Ｐが一定の大きさ以上
にならないと開かない。ところが、本発明では、バネが
吐出室の圧力によって伸び縮みするために、開弁に必要
な圧力差は可変である。すなわち、図３に示すように、
吐出室の圧力Ｐｒが、ロッド１０４のヘッドに掛かる
と、バネが新たに△ｘ縮み、バネの長さがｘ´になる。
これを式で表すと、ロッド１０４ヘッドの断面積をＳr
とすれば、 Ｐｒ−Ｐｓ＝ｋ（ｘ_０−ｘ´）／Ｓｒ ｘ´＝ｘ−△ｘ △Ｐ＝Ｐｗ−Ｐｓ の関係が成り立つから、ボール弁が開弁する条件は △Ｐ＞ｋ（ｘ_０−ｘ´）／Ｓｗ すなわち、 △Ｐ＞（Ｐｒ−Ｐｓ）Ｓｒ／Ｓｗ ………式２ となる。

【００３２】吐出圧力が低いうちは、バネの縮みがな
く、開弁するための条件は式１で決まる。ところが、吐
出圧力でバネが縮むようになると、開弁の条件は式２に
なる。すなわち、吐出圧力Ｐｒの増加に比例して開弁す
るための圧力差△Ｐが増加する。式２の第１項からもわ
かるように、吐出圧力をどの程度まで開弁に必要な圧力
差に影響させるかはロッドヘッドの断面積Ｓｒによって
決まる。これは、差圧弁を設計させるときに、決定する
ことになる。

【００３３】吸入室の圧力Ｐｓは通常一定であるため
に、開弁はクランク室の圧力Ｐｗによって決定される。
クランク室の圧力は、吐出圧力が異常に高くなっている
とき、異常に高くなってしまう可能性が高い。断面積Ｓ
ｒを調整して異常吐出圧力時にも開弁できるようにする
ことは可能であるが、正常時に吐出圧力の影響が失われ
る恐れがある。そこで、ある一定の吐出圧力になった場
合、それ以上の吐出圧力は、開弁条件に影響を与えない
ようにストッパ１０７を設ける。

【００３４】図４の（１）は、本発明の他の実施例にお
けるストッパ機能付きの差圧弁の構造を示している。す
なわち、図４の（１）において、弁室１０３の途中に、
弁室１０３の径をバネ支持部１０５のそれより小さく
し、ストッパ１０７とする。斜め切込１０８は、バネ支
持部１０５がストッパ１０７に当接してもクランク室ガ
スを吸入側へ流すためのものである。従って、バネ支持
部１０５が斜め切り込み１０８に接触したときに（図４
の（２）参照）、クランク室ガスが流れるように溝等が
斜め切り込み１０８に対して形成されている（図４の白
色部が溝）。

【００３５】なお、図５に示すように、ストッパ１０７
は、この切り込みの外、単にバネ支持部１０５を停止さ
せる為の係止部として単なる凸部状とし、バネ１０２を
収容する穴径は、バネ支持部１０５の径より大として、
バネ１０２の移動方向の途中に設けることもできる。こ
の凸部は、図４のものと同様に、クランク室ガスを流す
ように幾つか流れを通すように間隔を経て設けられる。

【００３６】また、単に弁室１０３の径を必要な個所に
おいて、バネ支持部１０５の径より小さく縮小して、そ
れをストッパ１０７としてバネ支持部１０５の移動を止
めることもできる。

【００３７】図６に示すように、吐出圧力が高まり、ロ
ッド１０４が弁室方向に押し込められたとしても、ロッ
ドに取り付けられたバネ支持部１０５の端がこのストッ
パ１０７に接触するために、これ以上のバネ１０２の縮
みは生じない。したがって、バネ支持部１０５がストッ
パに接触するところを境に、開弁条件は吐出圧力に影響
を受けない。

【００３８】図６は、差圧弁の開弁圧力Ｐｗと吐出圧力
Ｐｒとの関係をグラフにしたものである。縦軸はクラン
ク室圧力Ｐｗから吸入圧力Ｐｓを引いた値、横軸は吐出
圧力Ｐｒから吸入圧力Ｐｓを引いた値を取っている。吐
出圧力Ｐｒによってロッドが押し込められるまでは開弁
圧力は一定（式１の範囲すなわちＰｒーＰｓ≦ｋ（ｘ_０
−ｘ）／Ｓｒの範囲）であり、ロッドが押し込められる
ようになると、式２が成り立ち、吐出圧力Ｐｒが開弁圧
力Ｐｗに影響を与えて上昇する。ストッパ機能が付いて
いなときは、グラフはそのまま上昇するが、ストッパ機
能が付いているときには、ストッパにバネ支持部が接触
したところからグラフは変化しない（図６で右端勾配が
平行になっている部分）。すなわち、ストッパは吐出圧
力が及ぼす範囲の上限を決める働きをもっている。

【００３９】

【発明の効果】従来技術の可変容量型の斜板式圧縮機が
提唱する差圧弁は、クランク室の異常圧力に対しては有
効に機能する。しかし、差圧弁の開弁圧力が一定である
ために、低圧領域で生じる問題点や、高圧領域における
強制リジュース時のリジュース・レスポンス（容量の制
御応答性）に対する有効な対応が取れなかったのを、本
発明では、開弁圧力を吐出圧力に連動させているため
に、吐出圧力に応じた開弁が可能になっていることであ
る。これによって以下のような効果が得られる。

【００４０】（１）外部制御タイプの圧縮機において、
強制リジュースを行う場合、吐出圧力の高い領域におい
て、開弁差圧を大きくできるために、リジュースへのレ
スポンスを速めることができる。

【００４１】（２）内部制御タイプの圧縮機において、
低外気温度下で運転した場合、通常では焼き付けが起き
ないが、潤滑性の問題から小さな圧力差でも焼き付けを
起こすことがあるが、本発明を用いれば、吐出圧力が低
い領域でも開弁が可能となり、クランク室のガス流量を
確保することができ、潤滑油の供給や温度の低下を可能
にするために、焼き付けの防止が可能となる。

【００４２】（３）吐出圧力の影響度を、ロッドヘッド
の断面積大きさやストッパの取り付け位置で決定できる
ために、差圧弁が設計しやすい構造になっている。

【００４３】以上の点を踏まえて本発明の効果をまとめ
ると、本発明から得られる効果として、開弁圧力差条件
を吐出圧力で適正に可変化することによって良好な制御
性と耐焼き付け性の向上、および機械的な構造であるた
めに設計、製造のしやすい差圧弁構造、という点が挙げ
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施例の斜板式可変容量圧縮機の構造を
説明するための図である。

【図２】発明の１実施例のストッパ機能なしの差圧弁を
説明するための図である。

【図３】発明の実施例における開弁に必要な圧力差を力
学的に説明するための図である。

【図４】発明の１実施例のストッパ機能付き差圧弁を説
明するための図であり、またストッパにロッドのバネ支
持部が接触してそれ以上バネが縮まないようになったと
きの状態を示す図である。

【図５】発明の他の実施例のストッパ機能付き差圧弁を
説明するための図である。

【図６】発明の実施例における差圧弁の開弁圧力と吐出
圧力の関係をグラフで示した図である。

【図７】従来技術における可変容量の斜板式圧縮機の構
造を説明する為の図である。

【図８】従来技術における可変容量の斜板式圧縮機の差
圧弁を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 差圧弁 １０１ ボール弁 １０２ バネ １０３ 弁室 １０４ ロッド １０５ バネ支持部 １０６ Ｏリング １０７ ストッパ １０８ 斜め切込み ２ 通路 ２０１ クランク室側通路 ２０２ 吸入室側通路 ３ クランク室 ４ 吸入室 ５ 吐出室 ５０１ 絞り孔 ６ 斜板 ７ 揺動板 ８ ピストンロッド ９ シリンダ １０ ピストン １１ 弁体 １２ 駆動軸（クランクシャフト） １３ 圧力調整弁 Ｐｗ クランク室の圧力（クランク圧） Ｐｓ 吸入室の圧力（吸入圧） ｋ バネの弾性係数 ｘ バネの長さ（吐出室圧によるバネの縮みを受け
ていないときの長さ） ｘ_０ バネの長さ（力を受けていないときのバネ長
さ、自然長） ｘ´ バネの長さ（吐室圧によるバネが縮んだ生じた
ときの長さ） △ｘ バネの縮み長（＝ｘ_０−ｘ´） Ｐｒ 吐出室の圧力（吐出圧） Ｓｗ 通路の断面積 Ｓｒ ロッドの断面積

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランク室圧力により斜板角を変化させて
   容量を制御し且つ該クランク室内の圧力を低圧側に逃が
   す差圧弁を備えた可変容量圧縮機において、前記差圧弁
   は開弁させるに必要な圧力差を吐出圧が高いとき大きく
   なるよう構成したことを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 【請求項２】クランク室圧力により斜板角を変化させて
   容量を制御し且つ該クランク室内の圧力を低圧側に逃が
   す差圧弁を備えた可変容量圧縮機において、前記差圧弁
   は、開弁させるに必要な圧力差を吐出圧が高いとき大き
   くなるよう構成したものであって、而も吐出室の圧力が
   ある値を超えた場合には、それ以上の吐出室の圧力が差
   圧弁の開閉に影響しないようにするストッパを設けたこ
   とを特徴とする可変容量圧縮機。