JP4734623B2

JP4734623B2 - 可変容量型クラッチレス圧縮機

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Publication number: JP4734623B2
Application number: JP2003330884A
Authority: JP
Inventors: 幸生風早
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP2005098155A; WO2005028865A1

Description

この発明は、可変容量型クラッチレス圧縮機に関し、特にエンジンからの駆動力が常時伝達されるクラッチレス圧縮機に関する。

車両用のエアコンディショナ（以下、エアコンという）で用いられるこの種の圧縮機は、エンジンからの動力が常時伝達されているので、エアコンの停止時においても微少流量の冷媒ガスが圧縮され続ける。このため、エアコンの停止時に冷媒ガスが外部サイクルへ供給されるとエバポレータが凍結する恐れがあるので、クラッチレス圧縮機においては、圧縮機の吐出通路に所定の開弁圧を有するチェック弁を設けると共にエアコン停止時において圧縮機内部に循環経路を形成し（例えば、入口制御の場合であれば、給気通路上に配された圧力制御弁を開放し）、冷媒ガスを内部循環させるようにしている。

ところで、吐出通路に配される一般的なチェック弁は、弁体と、この弁体を軸方向に摺動可能に保持すると共に前記弁体によって開閉される弁孔が底部のシート面に形成されたケースと、前記弁体を前記シート面に対して所定の荷重によって押圧付勢するバネとを備えているが、弁体の開弁圧が小さいと、高速回転時においては冷媒ガスの内部循環が十分に行われる前にチェック弁が開放し、外部サイクルに冷媒が流出する不都合が生じる。逆に、開弁圧が大きいと、エアコン稼動時における低速回転時（低流量時）においては、チェック弁前後の圧力差が小さくなるので、バネ力によってチェック弁が閉じてしまう。このようなエアコン稼動時においては給気通路は開放されておらず、吐出室に圧力がこもり、このこもった圧力が開弁圧を越えた時点でチェック弁が開弁し、内部圧力が一気に開放されて再び閉弁するといった開閉動作を繰り返し、所謂チャタリングが発生する。このため、非常に大きな吐出脈動が発生し、不快な脈動音の発生や吐出配管の信頼性の低下を招くという不都合があった。

そこで、従来においては、エアコン稼動時の低流量時に生じる上述したチャタリングを抑えるために、圧縮機の吐出通路に、閉弁圧を開弁圧よりも小さく設定したチェック弁を配設し、一旦開いたチェック弁を閉じにくくすることで上記チャタリングの発生を防止することが本出願人によって提案されている（特許文献１）。具体的には、チェック弁を、有底筒状のケースと、このケースの深さ方向に沿って内部を摺動する弁体と、この弁体をケースの底部に向かって付勢するバネとを備えて構成し、ケースに、底部に形成されたシート面と、このシート面の中央に形成された弁孔と、底部に連設されると共に弁体の先端部と深さ方向で所定長嵌合するオーバーラップ部と、このオーバーラップ部に連設されると共に弁体を深さ方向に沿って案内する円筒部とを設けるようにしたものである。
ＷＯ０２／０６１２８０Ａ１

このような構成によれば、エアコン停止時に圧縮機が高速回転した場合においても、チェック弁が開かないように開弁圧を高く設定しておけば、冷媒ガスの内部循環が確保され、圧縮機の摺動部分の潤滑及び冷却を十分に行うことが可能となる。また、閉弁圧は開弁圧よりも低く設定されているので、エアコン稼動時の低流量時においても、一旦開いたチェック弁を閉じにくくすることが可能となり、弁体が開閉を繰り返すチャタリングの発生を抑えることが期待できる。

ところが、上述の構成においては、閉弁圧と開弁圧とを異ならせるためにオーバーラップ部を設けるようにしたが、オーバーラップ部を通過する流量と圧力との関係については十分に考慮されていない。このため、オーバラップ部におけるケースと弁体とのクリアランスが適切に設定されていない場合には、オーバーラップ部を通過する流量が少ない低流量時において、弁体の前後で十分な圧力差が生じなくなり、弁体が閉じてしまう現象が確認されている。よって、オーバラップ部を設けた場合においては、その部分でのクリアランスが不適切であると、弁体が開閉を繰り返す所謂チャタリングの発生が依然として懸念されていた。

そこで、この発明においては、上述したエアコン稼動時の低流量時においてもチェック弁の弁体が開閉を繰り返すチャタリングを効果的に防止することが可能な可変容量型クラッチレス圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、この発明に係る可変容量型クラッチレス圧縮機は、圧縮室から吐出室に吐出された作動流体を圧縮機外に送り出す吐出通路と、この吐出通路にチェック弁を有する可変容量型クラッチレス圧縮機において、前記チェック弁は、底部にシート面を有すると共に前記シート面に弁孔が形成された有底筒状のケースと、このケースに摺動可能に保持され、前記シート面に当接することで前記弁孔を閉鎖する弁体と、前記弁体を前記シート面に対して所定のセット荷重Ｆ0 で押圧付勢するバネとを備え、前記ケースは、前記底部に連設すると共に前記弁体の先端部と前記軸方向で所定長嵌合するオーバーラップ部を有し、前記弁体は、その先端部に前記シート面と当接可能な軸方向に突出する凸部と、この凸部の周囲において前記シート面との間に空間を形成し、この空間を前記オーバーラップ部における前記弁体と前記ケースとの間のクリアランスを介して前記弁体の下流側と連通する段差部とを備え、前記オーバーラップ部と前記弁体の前記凸部および前記段差部とを設けることで閉弁圧が開弁圧よりも小さく設定され、且つ、前記クリアランスＣを前記オーバーラップ部における前記弁体と前記ケースとの直径差として表した場合に、
Ｃ≦（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2
の関係を満たすように設定したことを特徴としている（請求項１）。

本発明者の研究によれば、オーバーラップ部における弁体とケースとの間のクリアランス（直径差）と弁体が開弁状態を維持できなくなる流量とは、図１０に示されるように、ほぼ比例関係にあり、しかも、この関係は弁体をシート面に当接させるバネのセット荷重によって変化することから、冷媒ガス流量の実使用領域における許容クリアランスを見出すために鋭意研究を重ねた結果、最大許容クリアランスは、弁体をシート面に押圧するバネのセット荷重Ｆ0 との関係において（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2の関係となることを見出すに至り、弁体とケースとのクリアランスがこの最大許容クリアランス以下であれば、弁体前後に圧力差が形成されて弁体の開放状態を維持できることが確認された。

よって、弁体と前記ケースとのクリアランスＣを、Ｃ≦（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2の範囲に設定することで、エアコン稼動時の低流量時において弁体が開閉を繰り返す所謂チャタリングの発生を効果的に防止することが可能となる。

尚、前記クリアランスＣは、これが小さくなり過ぎると、閉弁時においてシート面との間から洩れる冷媒ガスが弁体の下部に溜り、チェック弁が開弁したり、開弁圧が低下することが懸念されるので、０．０３０ｍｍ以上とすることが好ましいとの知見を得ている（請求項２）。

また、上述のチェック弁を備えた可変容量型クラッチレス圧縮機としては、クランク室を貫通してハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、前記シャフトの回転に同期して回転すると共に、シャフトに対して傾斜可能に設けられた斜板と、前記斜板の周縁に係留され、前記斜板の回転に伴い前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復摺動するピストンと、前記ピストンの往復摺動により前記シリンダボアに選択的に連通する吸入室および吐出室とを有し、前記斜板の傾斜角を変更することで吐出容量を制御するようにしている斜板式であっても（請求項３）、これ以外の形式の圧縮機であってもよい。

以上述べたように、この発明によれば、圧縮室から吐出室に吐出された作動流体を圧縮機外に送り出す吐出通路に閉弁圧が開弁圧よりも小さく設定されたチェック弁を設けた可変容量型クラッチレス圧縮機において、チェック弁のケースに、底部に連設すると共に弁体の先端部と軸方向で所定長嵌合するオーバーラップ部を設け、このオーバーラップ部における弁体とケースとのクリアランスＣを、Ｃ≦（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2の関係を満たすように設定したので、エアオン稼動時の低流量時においても弁体の開放状態を維持することが可能となり、弁体が開閉を繰り返す所謂チャタリングの発生を効果的に防止することが可能となる。

また、最低クリアランスを０．０３０ｍｍ以上とすることにより、閉弁時の弁体の動きを改善し、開弁圧の低下を避けることが可能となる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１及び図２において、可変容量型クラッチレス圧縮機の一例として斜板式圧縮機が示されている。この圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられてクランク室４を画成するフロントヘッド５とを有して構成されているもので、これらフロントヘッド５、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト６により軸方向に締結され、圧縮機のハウジングを構成している。

フロントヘッド５とシリンダブロック１とによって画設されるクランク室４には、一端がフロントヘッド５から突出する駆動軸７が収容されている。この駆動軸７のフロントヘッド５から突出した部分には、ボルト８によって軸方向に取り付けられた中継部材９を介してフロントヘッド５のボス部５ａに回転自在に外嵌される駆動プーリ１０が連結され、車両のエンジンから図示しない駆動ベルトを介して回転動力が伝達されるようになっている。また、この駆動軸７の一端側は、フロントヘッド５との間に設けられたシール部材１１を介してフロントヘッド５との間が気密よく封じられると共にラジアル軸受１２にて回転自在に支持されており、駆動軸７の他端側は、シリンダブロック１の凹部１３に収容されたラジアル軸受１４にて回転自在に支持されている。

シリンダブロック１には、前記ラジアル軸受１４が収容される凹部１３と、この凹部１３を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５とが形成されており、それぞれのシリンダボア１５には、中空の片頭ピストン１６が往復摺動可能に挿入されている。

前記駆動軸７には、クランク室４において、該駆動軸７と一体に回転するスラストフランジ１７が固装されている。このスラストフランジ１７は、フロントヘッド５の内面に対してスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されており、このスラストフランジ１７には、リンク部材１９を介して斜板２０が連結されている。

斜板２０は、駆動軸７上に摺動自在に設けられたヒンジボール２１を中心に傾動可能に設けられているもので、リンク部材１９を介してスラストフランジ１７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２０には、その周縁部分に一対のシュー２２を介して片頭ピストン１６の係合部１６ａが係留されている。

したがって、駆動軸７が回転すると、これに伴って斜板２０が回転し、この斜板２０の回転運動がシュー２２を介して片頭ピストン１６の往復直線運動に変換され、シリンダボア１５内において片頭ピストン１６とバルブプレート２との間に形成された圧縮室２３の容積が変更されるようになっている。

前記バルブプレート２には、それぞれのシリンダボア１５に対応して吸入孔３１と吐出孔３２とが形成され、また、リアヘッド３には、圧縮室２３に供給する作動流体を収容する吸入室３３と、圧縮室２３から吐出した作動流体を収容する吐出室３４とが画設されている。吸入室３３は、リアヘッド３の中央部分に形成されており、蒸発器の出口側に通じる図示しない吸入口に連通すると共に吸入弁３５によって開閉されるバルブプレート２の吸入孔３１を介して圧縮室２３に連通可能となっている。また、吐出室３４は、吸入室３３の周囲に形成されており、吐出弁３６によって開閉されるバルブプレート２の吐出孔３２を介して圧縮室２３に連通可能になっていると共に、バルブプレート２及びシリンダブロック１に形成された通路２ａ，１ａを介してシリンダブロック１の周縁部に形成された吐出空間３７に連通している。この吐出空間３７は、シリンダブロック１に取り付けられたカバー３８によって閉塞され、このカバー３８には、吐出口３８ａ及び弁収容孔３８ｂが形成されている。また、吐出空間３７には、吐出脈動を減衰させるバッフルプレート３９が収容されている。上述した通路１ａ，２ａ、吐出空間３７、弁収容孔３８ｂ、及び吐出口３８ａにより圧縮室２３から吐出室３４に吐出された冷媒ガスを圧縮機外へ送り出す吐出通路４５が構成されている。

この圧縮機の吐出容量は、ピストン１６のストロークによって決定され、このストロークは、駆動軸７と垂直な面に対する斜板２０の傾斜角度によって決定される。即ち、ピストン１６の前面にかかる圧力、即ち圧縮室２３の圧力（シリンダボア内の圧力）と、ピストン１６の背面にかかる圧力、即ちクランク室４の圧力（クランク室圧Ｐｃ）との差圧、及び、ピストンストロークを小さくする方向にヒンジボール２１を付勢するデストロークスプリング２８の付勢力とがバランスするところで斜板２０の傾きが設定され、これによりピストンストロークが決定されて吐出容量が決定されるようになっている。

より具体的には、クランク室４の圧力が低くなれば、圧縮室２３とクランク室４との差圧が大きくなるので、斜板２０の傾斜角度を大きくする方向にモーメントが働く。このため、図１に示されるように、斜板２０の傾斜角度が大きくなると、デストロークスプリング２８からの付勢力に抗してヒンジボール２１がスラストフランジ側へ移動し、ピストン１６のストローク量が大きくなって吐出容量が大きくなる。逆に、クランク室４の圧力が高くなれば、圧縮室２３とクランク室４との差圧が小さくなるので、斜板２０の傾斜角度を小さくする方向にモーメントが働く。このため、図２に示されるように、斜板２０の傾斜角度が小さくなると、ヒンジボール２１がスラストフランジ１７から遠ざかる方向に移動し、ピストン１６のストローク量が小さくなって吐出容量が小さくなる。

そして、本構成例においては、シリンダブロック１、バルブプレート２、及びリアヘッド３に亘って形成された通路１ｂ，２ｂ，３ｂによって吐出室３４とクランク室４とを連通する給気通路４０が形成され、また、シリンダブロック１及びバルブプレート２に形成された通路１ｃ，２ｃ及びシャフト７に形成された通路７ｃやラジアル軸受１４の隙間などを介してクランク室４と吸入室３３とを連通する抽気通路４１が形成されている。そして、給気通路４０上に圧力制御弁４２が設けられ、この圧力制御弁４２により吐出室３４からクランク室４へ流入する冷媒流量を調節することで、クランク室４の圧力を制御するようにしている。

ここで、圧力制御弁４２は、リアヘッド３に形成された装着孔４３に挿着され、弁部４２ａ、ソレノイド４２ｂ、及びベローズ４２ｃを有している。ベローズ４２ｃは、吸入圧力が低下した時に伸長し、給気通路４０を開く方向へ弁部４２ａを移動させる。ソレノイド４２ｂは、図示しないコントロールユニットから供給される電流が増加したときに給気通路４０を閉じる方向へ弁部４２ａを付勢する。そして、給気通路４０の開度又は開時間を外部から供給される通電量を調節することで、吸入圧力が目標値となるようクランク室圧を制御すると共に、通電を停止（ｏｆｆ）して給気通路４０を全開にし、クランク室圧を高めて吐出容量を最小にするなどの制御を行う。

したがって、通電を停止した状態においては、圧縮室２３、吐出孔３２、吐出室３４、給気通路４０、クランク室４、抽気通路４１、吸入室３３により、圧縮機内に内部循環経路が構成され、この内部循環経路により、斜板２０の傾斜角度が最小又は最小付近にあるときに冷媒ガスを圧縮機内に循環させ、圧縮機内部の摺動部分を潤滑及び冷却するようにしている。

また、前記吐出通路４５には、その一部を構成する弁収容孔３８ｂにチェック弁５０が収容されている。このチェック弁５０は、図３及び図４に示されるように、有底筒状のケース５１と、このケース内に収容される弁体５２と、この弁体５２を付勢するバネ５３と、弁体の動きを規制するストッパ５４とを有して構成されている。

ケース５１は、底部５１ａと、この底部５１ａに続いて形成されたオーバラップ部５１ｂと、このオーバーラップ部５１ｂに続いて形成されたガイド部５１ｃと、このガイド部５１ｃに続いて延設された円筒部５１ｄとを有して構成されている。底部５１ａには、弁体の先端部が当接するシート面５５と、このシート面５５の中央部に形成された弁孔５６とを有している。オーバーラップ部５１ｂは、底部５１ａに対して略垂直に立設して構成され、弁体５２の先端部とケース５１の深さ方向で所定長の嵌合状態を可能にしている。

また、ガイド部５１ｃは、シート面５５から離れるにつれて広がっており、弁体５２の先端部との間で冷媒ガスの流れを絞るテーパ面５７を有している。円筒部５１ｄは、ガイド部５１ｃの最も径が広がった部分からケースの軸方向に延設されており、弁体５２をケース５１の深さ方向（軸方向）に沿って案内するようになっている。

これに対して、弁体５２は、ケース内に収容され、ケース５１の軸方向に摺動自在となっている。この弁体５２は、その先端部に底部５２ａを有する筒状に形成された銅部と、この胴部の周囲に突設されたブロック状部５２ｃとを有している。底部５２ａには、軸方向に突出する凸部５２a1とこの凸部５２a1の周囲に形成された段差部５２a2とが形成されている。この凸部５２a1は、ケース５１のシート面５５と当接可能なシート面５８を有し、ケース５１のシート面５５に接触したり離隔したりすることで、弁孔５６を開閉するようにしている。ブロック状部５２ｃは、胴部の周囲に等間隔に設けられ、ケース５１の円筒部５１ｄの内周面を軸方向に摺接することで弁体５２をケース内に摺動させる。また、隣り合うブロック状部間は、弁孔５６からケース５１内に流入した冷媒ガスを弁体５２の下流側へ流通させるガス通路となっている。

ストッパ５４はケース５１の開放端を閉塞するように固設され、弁体５２の軸方向の動きを制限する。このストッパ５４は、筒状の胴部５４ａと、この胴部５４ａの軸方向に突設されたバネ保持部５４ｂと、胴部５４ａの周囲に設けられた脚部５４ｃとを有して構成されている。バネ保持部５４ｂは、リング状に形成され、バネ５３の一端に挿入されてバネ５３を保持するようにしている。脚部５４ｃは、胴部５４ａの外周面に等間隔に複数形成されているもので、ケース５１の内周面に固着されている。そして、バネ５３は、弁体５２の胴部内に挿入されてこの弁体５２の底部５２ａとストッパ５４のバネ保持部５４ｂの周囲との間に弾装され、弁体５２がシート面５５を押圧するセット荷重Ｆ0 を所定値に設定している。

次に、図４に基づき、チェック弁５０の動作を説明する。尚、弁孔５６の直径をａ１、面積をＡ１とし、弁体５２の底部５２ａに形成された凸部５２a1のシート面５８の直径をａ２、面積をＡ２とし、弁体５２の底部５２ａの直径をａ３、面積をＡ３とする。

図４（ａ）は閉弁状態を示すもので、閉弁時においては、弁体５２の凸部５２a1のシート面５８がケース５１のシート面５５に当接し、凸部５２a1の弁孔５６を塞いでいる部分には吐出室側の圧力である吐出室側吐出圧力（Ｐｄｃ）が作用している。また、ケース５１のシート面５５と弁体５２の段差部５２a2との間には、空間６０が形成され、この空間６０に弁体５２とケース５１のオーバーラップ部５１ｂとのクリアランスを介して弁体下流側のシステム側の圧力であるシステム側吐出圧力（Ｐｄｓ）が入り、段差部（面積Ａ３−Ａ２）にシステム側吐出圧力（Ｐｄｓ）が作用する。また、シート面５５のうち、弁孔５６よりも外側の部分（面積Ａ２−Ａ１）には、吐出室側吐出圧力（Ｐｄｃ）からシステム側吐出圧力（Ｐｄｓ）にかけて圧力勾配があるので、ほぼ（Ｐｄｓ＋Ｐｄｃ）／２の圧力が作用する。これに対して、弁体５２の上面（面積Ａ３）には，システム側吐出圧力（Ｐｄｓ）が作用しており、このシステム側吐出圧力（Ｐｄｓ）はバネ５３のバネ荷重Ｆ0 とともに弁体５２を閉方向へ押圧している。よって、チェック弁５０は、
Ａ１×Ｐdc＋（Ａ２−Ａ１)(Ｐdc＋Ｐds)/２＋（Ａ３−Ａ２）Ｐds＞Ａ３×Ｐds＋Ｆ0
となる条件にて開弁される。

図４（ｂ）は開弁直後の状態を示すもので、弁体５２がシート面５５から離反し、弁孔５６が開いた状態にあるが、弁体５２の先端部がオーバーラップ部５１ｂから外れていないため、弁孔５６から流入された冷媒はオーバーラップ部５１ｂにおける弁体５２とケース５１とのクリアランスを介してシステム側へ流れるだけであり、チェック弁５０は実質的に開いていない状態にある。この状態においては、吐出室側吐出圧力（Ｐｄｃ）が凸部５２a1及び段差部５２a2に作用し、吐出室側吐出圧力（Ｐｄｃ）の作用する面積が広がるので、開弁力は強くなり、バネ５３のバネ荷重に打ち勝って弁体５２は全開方向へ移動する。

図４（ｃ）は全開状態を示すもので、弁体５２の先端部がオーバーラップ部５１ｂから外れ、吐出室側の冷媒ガスがシステム側へ吐出される。バネ定数Ｋは圧力荷重に比べて小さく設定してあるので、通常運転時においては、チェック弁５０はこの全開状態まで開口するようになっている。

図４（ｄ）は低流量時の状態を示すもので、低流量時においては弁体５２の前後の圧力差（Ｐｄｃ−Ｐｄｓ）が小さく、バネ５３のバネ荷重に抗して弁体５２を全開状態に維持できなくなることがある。このとき、ガイド部５１ｃは、末広がりのテーパ面を有しているので、弁体５２のリフト量が小さくなってくると、弁体５２の先端部とガイド部５１ｃとの間の通路が絞られ、弁体５２の前後の圧力差が大きくなる。このため、この圧力差によって弁体５２はガイド部５１ｃよりも下方へ移動することができなくなり、所定量以上のリフト量に維持されようとする。

ところが、オーバーラップ部５１ｂにおけるケース５１と弁体５２とのクリアランスＣが適切に設定されていない場合には、弁体５２のリフト量が小さくなっても、弁体前後の圧力差が十分に大きくならず、弁体５２のリフト量を維持することができなくなる。このため、弁体５２の先端部がガイド部５１ｃよりも下方に移動し、弁体５２がシート面５５に着座して前述したチャタリングを起こす不都合が生じる。

そこで、オーバーラップ部５１ｂにおけるケース５１と弁体５２との直径差として表されるクリアランスＣを、Ｃ≦（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2ｍｍの範囲に設定し、エアコンが稼動している低流量時においても、弁体５１の前後の圧力差を確保して所定量以上のリフト量を維持するようにしている。

ここで、オーバーラップ部５１ｂにおけるケース５１と弁体５２とのクリアランスＣを（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2ｍｍ以下の範囲に設定するようにしたのは、次のような根拠に基づいている。

上述したチェック弁５０においては、オーバーラップ部５１ｂを有していることから、弁体５２のリフト量とチェック弁５０の流路面積との関係は、図５に示されるようになる。即ち、弁体５２の先端部がオーバーラップ部５１ｂから外れるリフト量α以上であれば、ガイド部５１ｃのテーパ面５７によりリフト量が大きくなるほど通路面積は大きくなるが、弁体５２の胴部５２ｂの先端部がケース５１のオーバーラップ部５１ｂに差し掛かると、弁体５２とケース５１とのクリアランスが一定となり、チェック弁５０の流路面積は一定となる。

このため、このようなオーバーラップ部５１ｂを有するチェック弁５０においては、ここを通過する流量が少なくなってバネ５３の付勢力に打ち勝つだけの差圧が弁体の前後に発生しなくなると、開弁状態を維持することができなくなる。実際にチェック弁５０を通過する流量と弁体５２のリフト量との関係を調べると、図６に示されるように、流量が小さくなるにつれて弁体５２のリフト量が徐々に小さくなり、弁体５２の先端部がオーバーラップ部５１ｂに差し掛かる流量Ｑ１以下になると、弁体のリフト量が急激に小さくなって開弁状態を維持できなくなる。よって、このような開弁状態を維持できなくなるＱ１以下の領域において、弁体５２が開閉を繰り返すチャタリングが発生するようになる。

また、本発明者の解析によれば、ケース５１のオーバーラップ部５１ｂでの内径と弁体５２の先端部の外径との差で表されるクリアランスＣを小さくしていくと、図７乃至図９に示されるように、開弁状態を維持できなくなる流量（Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）も小さくなってくる（Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３＞Ｑ４）ので、弁体５２のチャタリングは、クリアランスＣを小さくするほど抑えることが可能であった。

尚、上述の解析においては、弁体５２がシート面５５に当接した状態でのバネ５３のセット荷重を２．４６Ｎとした場合であり、バルブクリアランスは、図６において０．３０ｍｍ、図７において０．１５ｍｍ、図８において０．１０ｍｍ、図９において０．０５ｍｍに設定されている。

以上の解析からクリアランスＣと開弁状態を維持できなくなる流量との関係を見ると、図１０の実線に示されるように、クリアランスＣと開弁状態を維持できなくなる流量とはほぼ比例関係にあり、エアコン稼動時の最低流量βを下限とする実使用領域（β以上の領域：例えば、２５ｇ／ｓ以上の領域）において、チャタリングが発生しないようにするためには、クリアランスＣを０．１ｍｍ以下に設定すればよいとの知見が得られた。

実際の設計においては、弁体３１の開弁圧など種々の要求仕様を満足するために、弁体３１がシート面５５に当接する際のバネ５３のセット荷重Ｆ0 を変更させる必要がある。このため、バネ５３のセット荷重を変更してオーバーラップ部５１ｂでのクリアランスＣと開弁状態を維持できなくなる流量との関係を調べてみると、図１０の破線で示されるように、セット荷重に依存した直線となり、セット荷重を大きくするほど、実使用領域において開弁状態を維持できるクリアランスＣは小さく設定する必要があることが判った。

よって、以上の解析に基づき、ケース５１のシート面５５に弁体５２が当接する際のバネ５２のセット荷重Ｆ0 とこのセット荷重において実使用領域で開弁状態を維持できるクリアランス（流量βのときのクリアランスであり、以下、最大許容クリアランスという）との関係をみると、図１１に示されるようになり、最大許容クリアランスは、（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2の近似曲線にほぼ一致することが見出された。したがって、実使用領域においては、オーバーラップ部５１ｂにおけるケース５１と弁体５２とのクリアランスＣをこの最大許容クリアランスよりも小さく設定することで、エアコン稼動における低流量時においても弁体５２の開状態を維持することが可能となり、チャタリングの発生を防止することが可能となる。

ところで、以上の結果を踏まえ、クリアランスＣを０．１０ｍｍに設定した状態で弁体３２の径を２割ほど増加させて弁体３２の挙動を調べてみると、図１２に示されるような特性が得られ、同様のクリアランスを有する図８の特性とほぼ同様の特性が得られた。このことは、チャタリングを防止するために有効なオーバーラップ部５１ｂでのクリアランスＣは、弁体５２の径に依存するものではなく、セット荷重のみに依存する上述した関係式を満たせばよいことを裏付けている。

また、本発明者の解析によれば、弁体３２のオーバーラップ部５１ｂでのクリアランスＣが小さくなり過ぎると、弁体５２の閉弁時にシート部分での洩れ冷媒が弁体５２とシート面５５との間に溜まり込み、開弁させてしまったり、開弁圧を低下させてしまう不都合があることから、オーバーラップ部５１ｂでの最低クリアランスは０．０３ｍｍ以上とすることが開弁圧の低下を防ぐと共に安定した閉弁特性を得る上で好ましいとの知見を得ている。

よって、以上の知見から、オーバーラップ部５１ｂでの弁体５２とケース５１とのクリアランスＣは、実使用領域において（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2ｍｍ以下に設定する必要があり、また、実用的には、０．０３ｍｍ以上に設定することが好ましい。

図１は、本発明の実施形態にかかる可変容量型クラッチレス圧縮機のピストンストロークが大きい場合の運転状態を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態にかかる可変容量型クラッチレス圧縮機のピストンストロークが小さい場合の運転状態を示す断面図である。図３は、図１に示す可変容量型クラッチレス圧縮機のチェック弁の分解斜視図である。図４は、図３に示すチェック弁の動作を説明するための断面図である。図５は、チェック弁の弁体のリフト量とチェック弁内部の流路面積との関係を示すグラフである。図６は、オーバラップ部のケースと弁体とのクリアランス（バルブクリアランス）Ｃを０．３０ｍｍに設定した場合の弁体のリフト量とチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示すグラフである。図７は、オーバラップ部のケースと弁体とのクリアランス（バルブクリアランス）Ｃを０．１５ｍｍに設定した場合の弁体のリフト量とチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示すグラフである。図８は、オーバラップ部のケースと弁体とのクリアランス（バルブクリアランス）Ｃを０．１０ｍｍに設定した場合の弁体のリフト量とチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示すグラフである。図９は、オーバラップ部のケースと弁体とのクリアランス（バルブクリアランス）Ｃを０．０５ｍｍに設定した場合の弁体のリフト量とチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示すグラフである。図１０は、オーバラップ部でのバルブクリアランスＣとチェック弁の開弁状態を維持できなくなるチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示す線図であり、バネのセット荷重を異ならせて調べた結果を示す。図１１は、バネのセット荷重とチェック弁の開弁状態を維持できるバルブクリアランスＣの限界値（最大許容クリアランス）との関係を示すグラフである。図１２は、オーバラップ部のケースと弁体とのクリアランス（バルブクリアランス）Ｃを０．１０ｍｍに設定した場合において、弁体の径を２割ほど大きくしたチェック弁における弁体のリフト量とチェック弁内部を通過する冷媒ガスの流量との関係を示すグラフである。

符号の説明

４クランク室
７シャフト
１６ピストン
２０斜板
２３圧縮室
３２弁体
４５吐出通路
５０チェック弁
５１ケース
５１ａ底部
５１ｂオーバーラップ部
５３バネ
５５シート面
５６弁孔

Claims

圧縮室から吐出室に吐出された作動流体を圧縮機外に送り出す吐出通路と、この吐出通路にチェック弁を有する可変容量型クラッチレス圧縮機において、
前記チェック弁は、
底部にシート面を有すると共に前記シート面に弁孔が形成された有底筒状のケースと、このケースに摺動可能に保持され、前記シート面に当接することで前記弁孔を閉鎖する弁体と、前記弁体を前記シート面に対して所定のセット荷重Ｆ0 で押圧付勢するバネとを備え、
前記ケースは、前記底部に連設すると共に前記弁体の先端部と前記軸方向で所定長嵌合するオーバーラップ部を有し、
前記弁体は、その先端部に前記シート面と当接可能な軸方向に突出する凸部と、この凸部の周囲において前記シート面との間に空間を形成し、この空間を前記オーバーラップ部における前記弁体と前記ケースとの間のクリアランスを介して前記弁体の下流側と連通する段差部とを備え、
前記オーバーラップ部と前記弁体の前記凸部および前記段差部とを設けることで閉弁圧が開弁圧よりも小さく設定され、且つ、
前記クリアランスＣを前記オーバーラップ部における前記弁体と前記ケースとの直径差として表した場合に、
Ｃ≦（０．０２６／Ｆ0 ）^1/2
の関係を満たすように設定したことを特徴とする可変容量型クラッチレス圧縮機。
前記クリアランスＣは、０．０３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の可変容量型クラッチレス圧縮機。
前記可変容量型クラッチレス圧縮機は、クランク室を貫通してハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、前記シャフトの回転に同期して回転すると共に、シャフトに対して傾斜可能に設けられた斜板と、前記斜板の周縁に係留され、前記斜板の回転に伴い前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復摺動するピストンと、前記ピストンの往復摺動により前記シリンダボアに選択的に連通する吸入室および吐出室とを有し、前記斜板の傾斜角を変更することで吐出容量を制御するようにしている斜板式であることを特徴とする請求項1又は２記載の可変容量型クラッチレス圧縮機。