JP2005337098A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

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Jiro Iizuka
二郎 飯塚
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Abstract

【課題】弁体の衝突音を発生させることなくクランク室内の圧力を調整することができ、耐久性にも優れた可変容量型圧縮機を提供する。
【解決手段】クランク室12aの圧力を調整するための圧力制御弁40を、円筒状に形成された制御弁本体41の内側にその内周面の周方向に回転可能に弁体42を収容し、弁体42の外周面に凹部42aを設け、凹部42aと制御弁本体41に設けた流入口41a及び流出口41bとが弁体42の回転により順次連通するようにし、さらに、弁体42を回転させるモータ43の回転を制御装置50によって制御し、モータ43の回転速度により傾斜板32の傾斜角度θを調整するようにしたので、圧縮機によって吐出する冷媒流量の調整の際に、圧力制御弁40の弁体42と制御弁本体41との間で衝突音が発生せずに、圧縮機から発生する音を低減できるため、車室内の静粛性向上に寄与することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば車両用空気調和装置に用いられ、駆動シャフトに傾動自在に設けられた傾斜部材の傾斜角度を制御することにより冷媒の吐出量を変化させるようにした可変容量型圧縮機に関するものである。
一般に、車両用空気調和装置に用いられる圧縮機としては、圧縮機本体の軸方向に延びるように設けられた複数のシリンダと、各シリンダ内にそれぞれ往復動自在に収容された複数のピストンと、外部からの動力によって回転する駆動シャフトと、駆動シャフトと一体に回転する傾斜部材と、各シリンダの一端側に連通する冷媒吸入室及び冷媒吐出室と、各シリンダの他端側に連通して傾斜部材を収容するクランク室とを備え、各ピストンの往復動により冷媒を吸入及び吐出するものが知られている。
また、冷媒の吸入量及び吐出量を調整するために、傾斜部材を駆動シャフトに圧縮機の軸方向に傾動自在に支持するとともに、冷媒吐出室から電磁弁を介してクランク室に連通する冷媒流路を設け、冷媒吐出室の冷媒をクランク室に流入させることによりクランク室内の圧力を調整し、クランク室内とシリンダ内の圧力差によって傾斜部材の傾斜角度を変化させるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−145653号公報
ところで、前記電磁弁は、その内部に球状の弁体と、その弁体の外径より小さい内径を有する弁孔と、弁体を弁孔に付勢するコイルスプリングと、弁体を吸着する電磁石により構成され、弁体を電磁石側に吸着させて弁孔を開き、電磁石の吸着を開放することによりコイルスプリングにより弁孔を閉じて冷媒の流量を調整している。このため、クランク室内の圧力を調整する際に弁体が電磁石側または弁孔に衝突して衝突音が発生する。一方、近年の車両は高い静粛性が求められているが、圧縮機における電磁弁の衝突音が車室内に伝達されることにより、車室内の静粛性が損なわれるという問題点があった。また、弁体が繰り返し電磁弁内で衝突することにより電磁弁が破損する場合があり、耐久性に劣るという問題点もあった。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、弁体の衝突音を発生させることなくクランク室内の圧力を調整することができ、耐久性にも優れた可変容量型圧縮機を提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、シリンダの一端側に連通するクランク室と、シリンダの他端側に連通する冷媒吸入室及び冷媒吐出室と、シリンダ内を往復動するピストンと、外部からの動力によって回転する駆動シャフトと、駆動シャフトの回転によってピストンを往復動させる傾動自在な傾斜部材と、冷媒吐出室とクランク室とを連通する冷媒流路に設けられた圧力制御弁とを備え、圧力制御弁によってクランク室内の圧力を制御することにより、ピストンのストローク量を変化させるようにした可変容量型圧縮機において、前記圧力制御弁を、中空状に形成された制御弁本体と、制御弁本体の内周面に沿って回転可能に設けられた弁体と、弁体を回転させる駆動機構とから構成し、制御弁本体の周面に冷媒流入用の開口部及び冷媒流出用の開口部をそれぞれ設けるとともに、弁体に所定の回転位置で制御弁本体の冷媒流入用及び冷媒流出用開口部に連通することにより冷媒流入用開口部から冷媒流出用開口部に冷媒を流通させる冷媒流通部を設けている。
これにより、クランク室に流入させる冷媒の量は弁体の回転運動によって調整されるため、冷媒の流量を調整する際に圧力制御弁の作動部である弁体が他の構成部材である制御弁本体と衝突することがない。
本発明の圧縮機によれば、クランク室内の圧力を調整する際に圧力制御弁から衝突音が発生することがないので、例えば車両用空気調和装置に用いる場合は、車室内の静粛性向上に寄与することができる。また、衝突による圧力制御弁の各構成部品の破損を防止することができるので、圧力制御弁の耐久性を向上させることができる。
図1乃至図7は本発明の第1の実施形態を示すもので、図1は圧縮機の側面断面図、図2は図1においてクランク室内の冷媒の圧力を高くした場合の圧縮機の側面断面図、図3は圧力制御弁の側面断面図、図4は図3のA−A線断面図、図5は図3のB−B線断面図、図6は圧力制御弁のブロック図、図7は制御装置を構成する制御部の動作を示すフローチャートである。
この圧縮機は、冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体10と、圧縮機本体10内に設けられたピストン20と、ピストン20を駆動する駆動部30とからなり、駆動部30には外部からの動力が入力されるようになっている。
圧縮機本体10は円筒状に形成され、ピストン20側に形成された第1のハウジング11と、駆動部30側に形成された第2のハウジング12と、第1のハウジング11の一端側に配置されたシリンダヘッド13と、第1のハウジング11とシリンダヘッド13との間に配置されたバルブプレート14とからなる。
第1のハウジング11は互いに圧縮機本体10の周方向に等間隔をおいて圧縮機本体の軸方向に延びるように設けられた複数のシリンダ11aを有し、各シリンダ11aの一端はバルブプレート14により閉鎖され、各シリンダ11aの他端は第2のハウジング12の内側に開口している。
第2のハウジング12は第1のハウジング11側を開口し、その内部がハウジング11の各シリンダ11aと連通するように第1のハウジング11の他端側に取付けられている。尚、ハウジング12の内側がクランク室12aとなる。
シリンダヘッド13はバルブプレート14を介して第1のハウジング11の一端に取付けられ、その中央部にはバルブプレート14側に開口する冷媒吸入室13aが設けられている。冷媒吸入室13aの周囲にはバルブプレート14側に開口する環状の冷媒吐出室13bが設けられ、冷媒吸入室13a及び冷媒吐出室13bはシリンダヘッド13の側面に設けられた冷媒吸入流路13c及び冷媒吐出流路13dにそれぞれ連通している。また、冷媒吸入室13a及び冷媒吐出室13bのバルブプレート14側の面はバルブプレート14によりそれぞれ閉鎖されている。
バルブプレート14には各シリンダ11aに連通する冷媒吸入口14a及び冷媒吐出口14bがそれぞれ設けられ、各冷媒吸入口14aはシリンダヘッド13の冷媒吸入室13aにそれぞれ連通し、各冷媒吐出口14bは冷媒吐出室13bにそれぞれ連通している。バルブプレート14には各冷媒吸入口14a及び各冷媒吐出口14bをそれぞれ開閉する板状の吸入弁14c及び吐出弁14dが設けられ、各吸入弁14c及び各吐出弁14dの弾性変形によって各冷媒吸入口14a及び各冷媒吐出口14bを開閉するようになっている。また、各吐出弁14dにはストッパプレート14eがそれぞれ設けられ、各吐出弁14dは各ストッパプレート14eに係止する位置まで開放可能になっている。
ピストン20は、各シリンダ11a内に往復動自在にそれぞれ収容され、その一端側には駆動部30と係合する半球状のシュー21が回動自在に設けられている。また、各ピストン20は、その他端面側の各シリンダ11a内に冷媒を吸入及び吐出するようになっている。
駆動部30は、外部からの動力によって回転する駆動シャフト31と、駆動シャフト31と一体に回転する傾斜部材としての傾斜板32と、傾斜板32の傾斜角度θを所定範囲内に規制する傾斜規制部材33とから構成されている。
駆動シャフト31は一端側及び他端側をそれぞれベアリング34を介して第1のハウジング11及び第2のハウジング12に回動自在に支持されており、その他端面には、例えば図示しないプーリを介して車両のエンジンの動力が伝達されるようになっている。また、駆動シャフト31の一端面はスラストベアリング31aにより支持され、スラストベアリング31aはスプリング31bにより駆動シャフト31側に付勢され、スプリング31bは第1のハウジング11に固定されたストッパリング31cにより圧縮状態で固定されている。
傾斜板32は円板状に形成され、その中央部には駆動シャフト31が挿通されている。傾斜板32の外周側の一部には傾斜規制部材33に設けた支持部33aが係合する長孔32aが設けられ、傾斜部材32が支持部33aを中心に傾動するようになっている。また、傾斜板32と傾斜規制部材33との間にはスプリング35を圧縮状態で設けられ、スプリング35の内側を駆動シャフト31が挿通している。これにより、傾斜板32は圧縮機10の軸方向に傾動可能に取付けられ、スプリング35により各ピストン20側に付勢されている。ここで、駆動シャフト31にはストッパリング36が設けられ、傾斜規制部材33及びストッパリング36により傾斜板32の傾動が所定範囲内に規制されるようになっている。また、傾斜規制部材33は駆動シャフト31に固定されており、これにより、傾斜規制部材33に取付けられた傾斜板32は駆動シャフト31と一体に回転するようになっている。さらに、傾斜板32の外径側はピストン20の一端に設けられたシュー21と摺動自在に係合されている。
圧縮機本体10には、シリンダヘッド13の冷媒吐出室13bとクランク室12aとを連通する冷媒流路が設けられ、冷媒流路の途中には圧力制御弁40が設けられている。冷媒流路は、シリンダヘッド13に設けられて冷媒吐出室13bから圧力制御弁40まで連通する流路13eと、シリンダヘッド13に設けられて圧力制御弁40からバルブプレート14まで連通する流路13fと、バルブプレート14に流路13fに対応して設けられた流路14fと、第1のハウジング11に設けられて流路14fからクランク室14aまで連通する流路11bとから構成されている。また、流路13eの圧力制御弁40側は圧力制御弁40の一端部を周方向に囲むように形成され、流路13fの圧力制御弁40側は圧力制御弁40の他端側を周方向に囲むように形成されている。また、第1のハウジング11にはクランク室12aの冷媒を冷媒吸入室13aに戻すための流路11cが設けられている。
圧力制御弁40は、一端を閉鎖された円筒状の制御弁本体41と、制御弁本体41の内側に収容された弁体42と、制御弁本体41の他端を閉鎖するように制御弁本体41に固定された駆動機構としてのモータ43とから構成されている。
制御弁本体41は金属材料によって形成され、その軸方向一端側の側面には流路13eに連通する冷媒流入用の開口部としての流入口41aが設けられている。制御弁本体41の軸方向他端側の側面には流路13fに連通する冷媒流出用の開口部としての流出口41bが設けられ、流入口41aと流出口41bとは互いに制御弁本体41の周方向に180°だけ異なった位置に設けられている。また、制御弁本体41の軸方向における流入口41aと流出口41bの間の外周面には環状のシール部材41cが取付けられている。
弁体42は金属材料からなり、制御弁本体41の内周面の内径とほぼ等しい外径(望ましくは制御弁本体41の内周面と弁体42の外径との隙間が40マイクロメートル以下となる外径)を有する円柱状に形成され、制御弁本体41の内側に制御弁本体41の内周面に沿って回転可能に収容されている。また、その外周面には冷媒流通部としての凹部42aが形成され、凹部42aは弁体41が制御弁本体41内で回転することにより流入口41a及び流出口41bに順次連通するようになっている。尚、凹部42aは流入口41a及び流出口41bに対応する部分が浅く、その中央部が除々に深くなるように断面半円形に形成されている。
モータ43は、弁体42の一端に連結されたシャフト44と、シャフト44の外周面に固定された回転子45と、回転子45と同軸に配置されたコイル46と、回転子45及びコイル46を収容するモータ本体47とから構成され、シャフト44はモータ本体47にベアリング47aにより回動自在に支持されている。
また、圧力制御弁40のモータ43は制御装置50により回転速度を制御されるようになっている。詳しくは、シリンダヘッド13の冷媒吐出流路13dから吐出される冷媒量を流量センサ51により検知し、検知された流量と車室内の温度調節部52の設定温度とを制御部53において比較し、比較した結果に基づいて圧力制御弁40のモータ43の回転速度を制御するようになっている。
以上のように構成された圧縮機においては、外部からの駆動力によって駆動部30の駆動シャフト31が回転すると、傾斜板32が回転し、傾斜板32の傾斜角度θに応じてピストン20がシリンダ11a内を往復動する。これにより、冷媒吸入室13aの冷媒がシリンダ11a内に吸入されて圧縮され、冷媒吐出室13bに吐出される。その際、圧力制御弁40によって冷媒吐出室13b内の圧縮された冷媒が流路13e、13f、14f、11b及び圧力制御弁40を介してクランク室12aに流入されると、クランク室12a内の圧力が上昇する。このため、クランク室12a内と各シリンダ11内の圧力差により傾斜板32の傾斜角度θが大きくなり、ピストン20のストローク量が小さくなる。また、圧力制御弁40により圧縮された冷媒のクランク室12aへの流入を停止すると、流路11cによりクランク室12aから冷媒吸入室13aに冷媒が流出し、クランク室12a内の冷媒の圧力が低下する。このため、傾斜板32の傾斜角度θが小さくなり、ピストン20のストローク量が大きくなる。
ここで、圧力制御弁40の動作について説明する。圧力制御弁40の弁体42がモータ43によって回転させられると、弁体42の凹部42aが制御弁本体41に設けられた流入口41a及び流出口41bに順次連通する。ここで、冷媒吐出室13b内の冷媒の圧力はクランク室12a内の冷媒の圧力と比較して高く、凹部42aが流出口41bに連通した後に流入口41aに連通すると、凹部42a内の冷媒の圧力はクランク室12b内と冷媒吐出室13b内の圧力差分だけ上昇し、冷媒吐出室13b内の圧力と同等となる。即ち、その圧力差分だけ冷媒吐出室13b側から凹部42a内に冷媒が流入する。その後、凹部42aが流出口41bに連通すると、凹部42a内の冷媒の圧力はクランク室12b内と冷媒吐出室13b内の圧力差分だけ低下し、クランク室12b内の圧力と同等となる。即ち、その圧力差分だけ凹部42a内からクランク室12a側に冷媒が流出する。
弁体42の回転により前記動作が繰り返し行われ、冷媒吐出室13b側からクランク室12a側に冷媒が流入される。また、流入する冷媒の流量は弁体42の回転速度、凹部42aの容積、流入口41aの孔径及び流出口41bの孔径により調整可能であり、本実施形態では弁体42の回転速度によって調整するようになっている。
この弁体42を回転させるモータ43の回転速度を制御する方法を図7に示す制御部53の動作を示すフローチャートを用いて説明すると、流量センサ51で検知した冷媒の流量と温度調節部52における設定温度から導き出される所定流量とを比較し(S1)、設定温度に応じた冷媒の流量が検出されない時は(S2)、モータ43の回転速度を変化させる(S3)。モータ43の回転速度を変化させた後で再度流量センサ51で冷媒の流量を検知して設定温度から導き出される所定流量と比較し(S4)、設定温度に応じた冷媒の流量が検出された時はステップS4に戻ってステップS4〜ステップS5を繰り返し、設定温度に応じた冷媒の流量が検出されない時はステップS3に戻ってステップS3〜ステップS5を繰り返す。ここで、設定温度と比較して流量センサ51で検出される冷媒の流量が少ない時は、モータ43の回転速度を低下することによりクランク室12a内の圧力を低くして傾斜板32の傾斜角度θが小さくなるようにし、設定温度と比較して流量センサ51で検出される冷媒の流量が多い時は、モータ43の回転速度を上昇させることによりクランク室12a内の圧力を高くして傾斜板32の傾斜角度θが大きくなるようにする。
このように、本実施形態の圧縮機によれば、クランク室12aの圧力を調整するための圧力制御弁40を、円筒状に形成された制御弁本体41の内側にその内周面の周方向に回転可能に弁体42を収容し、弁体42の外周面に凹部42aを設け、凹部42aと制御弁本体41に設けた流入口41a及び流出口41bとが弁体42の回転により順次連通するようにし、さらに、弁体42を回転させるモータ43の回転速度を制御装置50によって制御し、クランク室12a内に流入させる冷媒量を制御して傾斜板32の傾斜角度θを調整するようにしたので、圧縮機によって吐出する冷媒流量の調整の際に、圧力制御弁40において弁体42と制御弁本体41との間で衝突音が発生することがなく、圧縮機から発生する音を低減できるため、車室内の静粛性向上に寄与することができる。
また、圧力制御弁40の各構成部品が互いに衝突することがないため、衝突に起因する圧力制御弁40の各構成部品の破損を防止することができ、圧力制御弁40の耐久性を向上することができる。さらに、本実施形態の圧力制御弁40は電磁弁と比較して構造が簡素であるため、圧縮機の製造コスト及びメンテナンス費用の低減を図ることが可能である。
また、本実施形態では制御弁本体41の流入口41aと流出口41bとを制御弁本体41の軸方向に間隔をおいて設けたので、流入口41aから流入した冷媒吐出室13b側の冷媒が凹部42a内に滞留することなく流出口41bから流出し、冷媒吐出室13b側の冷媒を効率良くクランク室12aに流入させることができる。さらに、凹部42aは流入口41a及び流出口41bに対応する部分が浅く、その中央部が除々に深くなるように断面半円形に形成されているため、流入口41aから流入した冷媒が凹部42a内で流出口41bに向かって対流し、より効率良く冷媒をクランク室12aに流入させることができる。
尚、前記実施形態では制御弁本体41に流入口41a及び流出口41bを一箇所づつ設けたが、図8に示すように、流入口41a及び流出口41bを互いに制御弁本体41の周方向に間隔をおいてそれぞれ複数箇所に設けることも可能である。この場合は、各流入口41aと各流出口41bに弁体42の凹部42aが交互に連通するように配置すると、効率良く冷媒をクランク室12aに流入させることができる。
さらに、前記実施形態では弁体42の凹部42aを弁体42の外周面に一箇所だけ設けたが、図9に示すように互いに弁体42の外周面の周方向に間隔をおいて複数箇所に設けても良い。
また、前記実施形態では冷媒流通部を弁体42の外周部に凹部42aとして設けたが、図10及び図11に示すように冷媒流通部を弁体42の径方向に挿通する孔42bとすることも可能である。さらに、図12に示すように、弁体42の外周面の周方向に間隔をおいて複数箇所に孔42cを設け、これらが弁体42の中央部で連通するようにしても良い。
また、図13に示すように、流入口41a及び流出口41を互いに制御弁本体41の周方向に等間隔をおいてそれぞれ複数箇所に設け、各流入口41aと各流出口41bとを制御弁本体41の周方向に交互に配置し、さらに、弁体42の凹部42aを周方向に等間隔をおいて流入口41aと同数箇所に設けることにより、各凹部42aを各流入口41b及び各流出口41bに交互に連通させことができ、効率良く冷媒をクランク室12aに流入させることができる。
尚、前記実施形態では制御弁本体41及び弁体42を金属材料から形成したが、このうちの一方または両方を四フッ化エチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドなどの耐熱性の良いプラスチック材料から形成することにより、金属により形成する場合に求められる制御弁本体41の内周面と弁体42の外周面の厳密な寸法精度を緩和することができる。このため、制御弁本体41及び弁体42を形成することが容易となる。
本発明の第1の実施形態を示す圧縮機の側面断面図 図1においてクランク室内の冷媒の圧力を高くした場合の圧縮機の側面断面図 圧力制御弁の側面断面図 図3のA−A線断面図 図3のB−B線断面図 圧力制御弁のブロック図 制御装置を構成する制御部の動作を示すフローチャート 本発明の第2の実施形態を示す図3におけるA−A線断面図 本発明の第3の実施形態を示す図3におけるA−A線断面図 本発明の第4の実施形態を示す図3におけるA−A線断面図 本発明の第4の実施形態を示す図10におけるC−C線断面図 本発明の第5の実施形態を示す図3におけるA−A線断面図 本発明の第6の実施形態を示す図3におけるA−A線断面図
符号の説明
10…圧縮機本体、11…第1のハウジング、11a…シリンダ、11b…流路、11c…流路、12…第2のハウジング、12a…クランク室、13…シリンダヘッド、13a…冷媒吸入室、13b…冷媒吐出室、13e…流路、13f…流路、14…バルブプレート、14a…冷媒吸入口、14b…冷媒吐出口、14f…流路、20…ピストン、21…シュー、30…駆動部、31…駆動シャフト、32…傾斜板、33…傾斜規制部材、40…圧力制御弁、41…制御弁本体、41a…流入口、41b…流出口、42…弁体、42a…凹部、43…モータ、50…制御装置、51…流量センサ、52…温度調節部、53…制御部、θ…傾斜角度。

Claims (9)

  1. シリンダの一端側に連通するクランク室と、シリンダの他端側に連通する冷媒吸入室及び冷媒吐出室と、シリンダ内を往復動するピストンと、外部からの動力によって回転する駆動シャフトと、駆動シャフトの回転によってピストンを往復動させる傾動自在な傾斜部材と、冷媒吐出室とクランク室とを連通する冷媒流路に設けられた圧力制御弁とを備え、圧力制御弁によってクランク室内の圧力を制御することにより、ピストンのストローク量を変化させるようにした可変容量型圧縮機において、
    前記圧力制御弁を、中空状に形成された制御弁本体と、制御弁本体の内周面に沿って回転可能に設けられた弁体と、弁体を回転させる駆動機構とから構成し、
    制御弁本体の周面に冷媒流入用の開口部と冷媒流出用の開口部をそれぞれ設けるとともに、
    弁体に冷媒流入用開口部から冷媒流出用開口部に冷媒を流通させる冷媒流通部を設け、冷媒流通部を所定の回転位置で制御弁本体の冷媒流入用及び冷媒流出用開口部に連通するように形成した
    ことを特徴とする可変容量型圧縮機。
  2. 前記制御弁本体の冷媒吸入用及び冷媒流出用開口部を互いに制御弁本体の軸方向及び周方向に間隔をおいて設けるとともに、
    弁体の冷媒流通部を弁体の軸方向一端側が冷媒流入用及び冷媒流出用開口部の一方に連通し、軸方向他端側が冷媒流入用及び冷媒流出用開口部の他方に連通するように形成した
    ことを特徴とする請求項1記載の可変容量型圧縮機。
  3. 前記冷媒流入用及び冷媒流出用開口部を制御弁本体の周方向に間隔をおいてそれぞれ複数ずつ設けた
    ことを特徴とする請求項1または2記載の可変容量型圧縮機。
  4. 前記冷媒流入用及び冷媒流出用開口部を制御弁本体の周方向に交互に設けた
    ことを特徴とする請求項3記載の可変容量型圧縮機
  5. 前記冷媒流通部を弁体の外周面に互いに周方向に間隔をおいて設けられた複数の凹部により形成した
    ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の可変容量型圧縮機。
  6. 前記冷媒流通部を弁体の外周面に互いに周方向に間隔をおいて冷媒流入用または冷媒流出用開口部と同数だけ設けられた凹部により形成した
    ことを特徴とする請求項4記載の可変容量型圧縮機。
  7. 前記各冷媒流通部を互いに弁体の内部で連通するように形成した
    ことを特徴とする請求項5または6記載の可変容量型圧縮機。
  8. 前記制御弁本体及び弁体のうちの少なくとも一方を金属材料から形成した
    ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6または7記載の可変容量型圧縮機。
  9. 前記制御弁本体及び弁体のうちの少なくとも一方をプラスチック材料から形成した
    ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6または7記載の可変容量型圧縮機。


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100993774B1 (ko) * 2008-10-09 2010-11-12 주식회사 두원전자 용량가변형 압축기의 용량제어밸브

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