JP6875201B2 - 背圧制御弁及びスクロール型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、旋回スクロールを固定スクロールに向けて押し付ける背圧室の背圧を調整する背圧制御弁、及び、これを備えたスクロール型圧縮機に関する。

スクロール型圧縮機は、互いに噛み合わされる固定スクロール及び旋回スクロールを有する、スクロールユニットを備えている。スクロールユニットは、旋回スクロールが固定スクロールの軸心周りに公転することで、固定スクロールと旋回スクロールとによって区画される圧縮室の容積を増減し、気体冷媒を圧縮して吐出する。スクロール型圧縮機では、旋回スクロールの背面に背圧を作用させて固定スクロールに押し付けることで、圧縮運転中に旋回スクロールが固定スクロールから離れることを抑制し、圧縮不良を発生し難くしている。このとき、旋回スクロールの背面に作用させる背圧は、特開２０１０−１５０９６７号公報（特許文献１）に記載されるように、気体冷媒の吸入圧力及び吐出圧力に応じて調整されている。

特開２０１０−１５０９６７号公報

ところで、近年では、成績係数ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を向上させるため、ガスインジェクションサイクルを適用したスクロール型圧縮機が実用化されている。ガスインジェクションサイクルは、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、気液分離器、第２膨張弁及び蒸発器をこの順番で配設した冷媒回路において、気液分離器で分離された気体冷媒を圧縮機の圧縮室にインジェクションして冷凍効果を改善する。

しかしながら、このようなガスインジェクションサイクルを適用したスクロール型圧縮機では、気体冷媒を圧縮室にインジェクションすることから、圧縮室にインジェクションする気体冷媒の圧力（インジェクション圧力）に応じて目標背圧が変化する。具体的には、インジェクション圧力が高い場合には、背圧が不足して旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける力が弱くなり、例えば、圧縮室から気体冷媒が漏れて圧縮効率が低下してしまうおそれがある。一方、インジェクション圧力が低い場合には、背圧が過剰となって、例えば、旋回スクロールを公転させる動力が大きくなり、圧縮効率の低下やスクロールのラップのかじりなどが発生してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、インジェクションサイクルを適用したスクロール型圧縮機において、背圧の適正化を図ることを目的とする。

このため、スクロール型圧縮機は、固定スクロール及び旋回スクロールにより区画される圧縮室の容積を増減すると共に、冷媒回路の途中から取り出された気体冷媒を圧縮室にインジェクションし、吸入室に導入された気体冷媒を圧縮室で圧縮して吐出室から吐出する。旋回スクロールを固定スクロールに向けて押し付ける背圧室の背圧を調整する背圧制御弁は、吐出室に連通する弁孔、背圧室に連通する第１の圧力室、吸入室に連通する第２の圧力室、背圧室に連通する第３の圧力室、圧縮室にインジェクションされる気体冷媒のインジェクション圧力が導入される第４の圧力室、及び、基準圧力が導入される第５の圧力室が直列に配置されたボディと、第１の圧力室から第４の圧力室に亘って延在し、第１の圧力室側から弁孔に離接して開度を調整する弁体と、第４の圧力室と第５の圧力室とを仕切りつつ弁体を支持し、インジェクション圧力と基準圧力との差圧を検知して弁体を開閉方向に移動させる感圧部材と、を備えている。そして、弁体は、弁孔を介して吐出圧力を開弁方向に受ける第１の受圧面と、第２の圧力室にて吸入圧力を開弁方向に受ける第２の受圧面と、第３の圧力室にて背圧を閉弁方向に受ける第３の受圧面と、第４の圧力室にて感圧部材を介してインジェクション圧力を開弁方向に受ける第４の受圧面と、を有している。

本発明によれば、インジェクションサイクルを適用したスクロール型圧縮機において、背圧の適正化を図ることができる。

ガスインジェクションサイクルを適用した冷凍サイクルの概要図である。 ガスインジェクションサイクルのモリエル線図である。 スクロール型圧縮機の一例を示す断面図である。 気体冷媒及び潤滑油の流れを説明するブロック図である。 背圧制御弁の一例を示す縦断面図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態の前提となる、ガスインジェクションサイクルを適用した冷凍サイクル１００の一例を示す。ここで、冷凍サイクル１００が、冷媒回路の一例として挙げられる。

冷凍サイクル１００は、冷媒が循環する冷媒配管１１０に対して、圧縮機１２０、凝縮器１３０、第１膨張弁１４０、気液分離器１５０、第２膨張弁１６０及び蒸発器１７０をこの順番で配設して構成されている。圧縮機１２０は、低温・低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。凝縮器１３０は、圧縮機１２０を通過した高温・高圧の気体冷媒を冷却して低温・高圧の液体冷媒にする。第１膨張弁１４０及び第２膨張弁１６０は、低温・高圧の液体冷媒を２段階で減圧して低温・低圧の液体冷媒にする。蒸発器１７０は、低温・低圧の液体冷媒を気化させて低温・低圧の気体冷媒にする。また、気液分離器１５０は、第１膨張弁１４０で減圧された中間圧の液体冷媒から気体冷媒を分離し、これをインジェクションガスとして圧縮機１２０へと供給する。

図２は、ガスインジェクションサイクルのモリエル線図を示す。
凝縮器１３０を通過した高圧Ｐｈの液体冷媒は、第１膨張弁１４０で中間圧のインジェクション圧力Ｐｉｎｊまで減圧されて気液二相となり、気液分離器１５０へと導入される。気液分離器１５０では、入口の状態がＡ点で、内部でＢ点の飽和気体冷媒とＣ点の飽和液体冷媒に分離される。その後、飽和液体冷媒は、第２膨張弁１６０でさらに減圧されて低圧Ｐｌとなり、蒸発器１７０へと導入される。蒸発器１７０では、外気と熱交換することで、低圧Ｐｌの液体冷媒が気化して気体冷媒となり、圧縮機１２０へと導入される。一方、インジェクション圧力Ｐｉｎｊの飽和気体冷媒は、圧縮機１２０の圧縮室にインジェクションされる。

次に、ガスインジェクションサイクルを構成する圧縮機１２０の一例として、固定スクロール及び旋回スクロールによって気体冷媒を圧縮する、スクロール型圧縮機２００について説明する。

図３は、スクロール型圧縮機２００の一例を示す。
スクロール型圧縮機２００は、スクロールユニット２２０と、気体冷媒の吸入室Ｈ１及び吐出室Ｈ２を内包するハウジング２４０と、スクロールユニット２２０を駆動させる電動モータ２６０と、電動モータ２６０を駆動制御するインバータ２８０と、を備えている。なお、インバータ２８０は、スクロール型圧縮機２００に組み込まれていなくてもよい。

スクロールユニット２２０は、互いに噛み合わされる固定スクロール２２２及び旋回スクロール２２４を有している。固定スクロール２２２は、円板形状の底板２２２Ａと、底板２２２Ａの一面から立設するインボリュート形状（渦巻形状）のラップ２２２Ｂと、を含んでいる。旋回スクロール２２４は、固定スクロール２２２と同様に、円板形状の底板２２４Ａと、底板２２４Ａの一面から立設するインボリュート形状のラップ２２４Ｂと、を含んでいる。

固定スクロール２２２及び旋回スクロール２２４は、そのラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂを噛み合わせるように配置されている。詳細には、固定スクロール２２２のラップ２２２Ｂの先端部が、旋回スクロール２２４の底板２２４Ａの一面に接触し、旋回スクロール２２４のラップ２２４Ｂの先端部が、固定スクロール２２２の底板２２２Ａの一面に接触するように配置されている。なお、ラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂの先端部には、チップシール（図示せず）が取り付けられている。

また、固定スクロール２２２及び旋回スクロール２２４は、そのラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂの周方向の角度が互いにずれた状態で、そのラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂの側壁が互いに部分的に接触するように配置されている。従って、固定スクロール２２２のラップ２２２Ｂと旋回スクロール２２４のラップ２２４Ｂとの間には、圧縮室Ｈ３として機能する、三日月形状の密閉空間が形成されている。

旋回スクロール２２４は、その自転が阻止された状態で、後述するクランク機構を介して、固定スクロール２２２の軸心周りに公転可能に配置されている。従って、スクロールユニット２２０は、固定スクロール２２２のラップ２２２Ｂと旋回スクロール２２４のラップ２２４Ｂとにより区画される圧縮室Ｈ３を中央部に移動させ、その容積を徐々に減少させる。その結果、スクロールユニット２２０は、ラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂの外端部から圧縮室Ｈ３に吸入される気体冷媒を圧縮する。

ハウジング２４０は、電動モータ２６０及びインバータ２８０を収容するフロントハウジング２４２と、スクロールユニット２２０を収容するセンターハウジング２４４と、リアハウジング２４６と、インバータカバー２４８と、を有している。そして、フロントハウジング２４２、センターハウジング２４４、リアハウジング２４６及びインバータカバー２４８が、例えば、ボルト及びワッシャを含む締結具（図示せず）によって一体的に締結されることで、スクロール型圧縮機２００のハウジング２４０が構成されている。

フロントハウジング２４２は、略円筒形状の周壁部２４２Ａと略薄板形状の仕切壁部２４２Ｂとを有している。フロントハウジング２４２の内部空間は、仕切壁部２４２Ｂにより、電動モータ２６０を収容するための空間とインバータ２８０を収容するための空間とに仕切られている。周壁部２４２Ａの一端側、即ち、インバータ２８０を収容するための空間の開口は、インバータカバー２４８によって閉塞されている。また、周壁部２４２Ａの他端側、即ち、電動モータ２６０を収容するための空間の開口は、センターハウジング２４４によって閉塞されている。仕切壁部２４２Ｂには、その径方向の中央部に後述する駆動軸２６６の一端部を回転自由に支持する、略円筒形状の支持部２４２Ｂ１が、周壁部２４２Ａの他端側に向かって突設されている。

また、フロントハウジング２４２の周壁部２４２Ａ及び仕切壁部２４２Ｂとセンターハウジング２４４とにより、気体冷媒の吸入室Ｈ１が区画されている。吸入室Ｈ１には、周壁部２４２Ａに形成された吸入ポートＰ１を介して、低温・低圧の気体冷媒が吸入される。なお、吸入室Ｈ１では、気体冷媒が電動モータ２６０の周囲を流通して電動モータ２６０を冷却可能になっており、電動モータ２６０の左右の空間が連通する、１つの吸入室Ｈ１が形成されている。吸入室Ｈ１には、回転駆動される駆動軸２６６などの摺動部位の潤滑のため、適量の潤滑油が貯留されている。このため、吸入室Ｈ１においては、気体冷媒は潤滑油との混合流体として流れている。

センターハウジング２４４は、フロントハウジング２４２との締結側とは反対側が開口した略有底円筒形状をなし、その内部にスクロールユニット２２０を収容することができる。センターハウジング２４４は、円筒部２４４Ａとその一端側の底壁部２４４Ｂとを有している。円筒部２４４Ａと底壁部２４４Ｂとによって区画される空間に、スクロールユニット２２０が収容されている。円筒部２４４Ａの他端側には、固定スクロール２２２が嵌合する嵌合部２４４Ａ１が形成されている。従って、センターハウジング２４４の開口は、固定スクロール２２２によって閉塞されている。また、底壁部２４４Ｂは、その径方向の中央部が電動モータ２６０に向かって膨出するように形成されている。底壁部２４４Ｂの膨出部２４４Ｂ１の径方向の中央部には、駆動軸２６６の他端部を貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、膨出部２４４Ｂ１のスクロールユニット２２０側には、駆動軸２６６の他端部を回転可能に支持するベアリング３００が嵌合する嵌合部が形成されている。

センターハウジング２４４の底壁部２４４Ｂと旋回スクロール２２４の底板２２４Ａとの間には、略薄板円環形状のスラストプレート３１０が配置されている。底壁部２４４Ｂの外周部は、スラストプレート３１０を介して、旋回スクロール２２４からのスラスト力を受ける。底壁部２４４Ｂ及び底板２２４Ａのスラストプレート３１０と当接する部位には、シール部材３２０が夫々埋設されている。

また、底板２２４Ａの電動モータ２６０側端面と底壁部２４４Ｂとの間、つまり、旋回スクロール２２４の固定スクロール２２２とは反対側の端面とセンターハウジング２４４との間には、背圧室Ｈ４が形成されている。センターハウジング２４４には、吸入室Ｈ１からスクロールユニット２２０のラップ２２２Ｂ及び２２４Ｂの外端部付近の空間Ｈ５へと気体冷媒を導入する、冷媒導入通路Ｌ１が形成されている。冷媒導入通路Ｌ１は、空間Ｈ５と吸入室Ｈ１とを連通しているため、空間Ｈ５の圧力は、吸入室Ｈ１の圧力（吸入圧力Ｐｓ）と等しくなっている。

リアハウジング２４６は、センターハウジング２４４の円筒部２４４Ａの嵌合部２４４Ａ１側端部に、締結具によって締結されている。従って、固定スクロール２２２は、その底板２２２Ａが嵌合部２４４Ａ１とリアハウジング２４６との間に挟持されて固定されている。また、リアハウジング２４６は、センターハウジング２４４との締結側が開口した略有底円筒形状をなし、円筒部２４６Ａとその他端部の底壁部２４６Ｂとを有している。

リアハウジング２４６の円筒部２４６Ａ及び底壁部２４６Ｂと固定スクロール２２２の底板２２２Ａとによって、気体冷媒の吐出室Ｈ２が区画されている。底板２２２Ａの中央部には、気体冷媒の吐出通路（吐出孔）Ｌ２が形成されている。吐出通路Ｌ２には、吐出室Ｈ２からスクロールユニット２２０への気体冷媒の流れを規制する、例えば、リードバルブからなる逆止弁３３０が付設されている。吐出室Ｈ２には、スクロールユニット２２０の圧縮室Ｈ３で圧縮された気体冷媒が吐出通路Ｌ２及び逆止弁３３０を介して吐出される。吐出室Ｈ２の気体冷媒は、底壁部２４６Ｂに形成された吐出ポートＰ２を介して、凝縮器１３０へと吐出される。

なお、図示を省略するが、リアハウジング２４６には、吐出室Ｈ２の気体冷媒から潤滑油を分離するためのオイルセパレータが配置されている。オイルセパレータにより潤滑油が分離された気体冷媒は、吐出ポートＰ２を介して凝縮器１３０へと吐出される。一方、オイルセパレータにより分離された潤滑油は、詳細を後述する背圧供給通路Ｌ３を介して、背圧室Ｈ４へと供給される。

電動モータ２６０は、例えば、三相交流モータからなり、ロータ２６２と、ロータ２６２の径方向外側に配置されるステータコアユニット２６４と、を有している。そして、例えば、車載のバッテリ（図示せず）からの直流電流が、インバータ２８０によって交流電流に変換され、電動モータ２６０のステータコアユニット２６４に供給される。

ロータ２６２は、その径方向中心に形成された軸孔に圧入される駆動軸２６６を介して、ステータコアユニット２６４の径方向内側で回転可能に支持されている。駆動軸２６６の一端部は、すべり軸受３４０を介して、フロントハウジング２４２の支持部２４２Ｂ１に回転可能に支持されている。駆動軸２６６の他端部は、センターハウジング２４４に形成された貫通孔を貫通して、ベアリング３００によって回転可能に支持されている。インバータ２８０からの給電によって、ステータコアユニット２６４に磁界が発生すると、ロータ２６２に回転力が作用し、駆動軸２６６が回転駆動される。駆動軸２６６の他端部は、クランク機構を介して、旋回スクロール２２４に連結されている。

クランク機構は、旋回スクロール２２４の底板２２４Ａの背圧室Ｈ４側端面に突出形成された略円筒形状のボス部３５０と、駆動軸２６６の他端部に設けられたクランク３６０に偏心状態で取り付けられた偏心ブッシュ３７０と、を有している。偏心ブッシュ３７０は、すべり軸受３８０を介して、ボス部３５０の内周面に回転可能に支持されている。従って、旋回スクロール２２４は、その自転が阻止された状態で、クランク機構を介して、固定スクロール２２２の軸心周りに公転可能になっている。なお、駆動軸２６６の他端部には、旋回スクロール２２４の遠心力に対抗するバランサウェイト３９０が取り付けられている。

図４は、スクロール型圧縮機２００における、気体冷媒及び潤滑油の流れを説明するためのブロック図である。
図３及び図４に示すように、蒸発器１７０からの低温・低圧の気体冷媒は、吸入ポートＰ１を介して吸入室Ｈ１へと導入された後、冷媒導入通路Ｌ１を介してスクロールユニット２２０の外端部付近の空間Ｈ５へと導かれる。そして、空間Ｈ５の気体冷媒は、スクロールユニット２２０の圧縮室Ｈ３に取り込まれて圧縮される。圧縮室Ｈ３で圧縮された気体冷媒は、吐出通路Ｌ２及び逆止弁３３０を経由して吐出室Ｈ２へと吐出された後、吐出ポートＰ２を介して凝縮器１３０へと吐出される。このようにして、吸入室Ｈ１を介して流入される気体冷媒を圧縮室Ｈ３で圧縮し、この気体冷媒を吐出室Ｈ２を介して吐出するスクロールユニット２２０が構成される。

ここで、図３に示すように、スクロール型圧縮機２００は、背圧室Ｈ４の背圧を調整する背圧制御弁４００を更に備えている。
背圧制御弁４００は、吸入室Ｈ１の吸入圧力Ｐｓ、吐出室Ｈ２の吐出圧力Ｐｄ及びインジェクション圧力Ｐｉｎｊに応じて作動し、吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄ及びインジェクション圧力Ｐｉｎｊに応じた目標背圧Ｐｃに背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが近づくように、その弁開度を自動的に調整する機械式（自律式）の圧力調整弁である。背圧制御弁４００は、リアハウジング２４６の底壁部２４６Ｂにおいて、底壁部２４６Ｂの外周面から電動モータ２６０の駆動軸２６６の中心軸と直交する方向に延びるように形成された収容室２４６Ｃに収容されている。なお、背圧制御弁４００の構造及び背圧調整動作については後述する。

スクロール型圧縮機２００は、図３及び図４に示すように、冷媒導入通路Ｌ１及び吐出通路Ｌ２に加えて、背圧供給通路Ｌ３、放圧通路Ｌ４、吸入圧力感知通路Ｌ５、インジェクションガス導入通路Ｌ６及びインジェクション圧力感知通路Ｌ７を備えている。

背圧供給通路Ｌ３は、吐出室Ｈ２と背圧室Ｈ４とを連通するように、リアハウジング２４６及びセンターハウジング２４４に形成されている。ここで、リアハウジング２４６における背圧供給通路Ｌ３は、背圧制御弁４００が収容される収容室２４６Ｃを経由している。そして、オイルセパレータにより吐出室Ｈ２の気体冷媒から分離された潤滑油は、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと導かれて、各摺動部位の潤滑に供されると共に、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍを上昇させる。

背圧制御弁４００は、背圧供給通路Ｌ３の一部を形成するように、背圧供給通路Ｌ３の途上に配置されている。従って、吐出室Ｈ２の気体冷媒から分離された潤滑油は、背圧制御弁４００によって適宜減圧されつつ、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される。つまり、背圧室Ｈ４の入口側（上流側）に接続される背圧供給通路Ｌ３の開度を背圧制御弁４００によって調整することで、背圧室Ｈ４へと流入する潤滑油の流量を増減して背圧Ｐｍを調整する。

放圧通路Ｌ４は、背圧室Ｈ４と吸入室Ｈ１とを連通するように、駆動軸２６６の軸方向に貫通して形成されている。放圧通路Ｌ４の途上、例えば、駆動軸２６６の吸入室Ｈ１側の端部には、オリフィスＯＬが配置されている。従って、背圧室Ｈ４の潤滑油は、オリフィスＯＬによって流量が制限されつつ、吸入室Ｈ１へと戻される。

吸入圧力感知通路Ｌ５は、背圧制御弁４００において吸入室Ｈ１の吸入圧力Ｐｓを感知できるようにすべく、スクロールユニット２２０の外端部付近の空間Ｈ５と収容室２４６Ｃとを連通する。具体的には、吸入圧力感知通路Ｌ５は、固定スクロール２２２の底板２２２Ａ及びリアハウジング２４６に形成されている。なお、吸入圧力感知通路Ｌ５は、空間Ｈ５を介して吸入室Ｈ１の吸入圧力Ｐｓを間接的に感知しているが、吸入室Ｈ１の吸入圧力Ｐｓを直接感知することもできる。

インジェクションガス導入通路Ｌ６は、気液分離器１５０によって分離されたインジェクションガスを圧縮室Ｈ３に導入してインジェクションできるようにすべく、リアハウジング２４６の外周面と圧縮室Ｈ３とを連通する。具体的には、インジェクションガス導入通路Ｌ６は、リアハウジング２４６及び固定スクロール２２２の底板２２２Ａに形成されている。

インジェクション圧力感知通路Ｌ７は、背圧制御弁４００においてインジェクション圧力Ｐｉｎｊを感知できるようにすべく、リアハウジング２４６の底壁部２４６Ｂに形成されている。なお、インジェクション圧力感知通路Ｌ７は、例えば、リアハウジング２４６において、インジェクションガス導入通路Ｌ６から分岐して収容室２４６Ｃへと延びる通路とすることもできる。

ここで、上述したように、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍによって、旋回スクロール２２４が固定スクロール２２２に向けて押し付けられる。スクロールユニット２２０の圧縮運転中において、旋回スクロール２２４の底板２２４Ａの背圧室Ｈ４側端面に作用する背圧Ｐｍの合力が底板２２４Ａの圧縮室Ｈ３側端面に作用する圧縮反力より低すぎる、即ち、背圧不足状態になると、旋回スクロール２２４のラップ２２４Ｂの先端部と固定スクロール２２２の底板２２２Ａとの間に隙間が生じると共に、旋回スクロール２２４の底板２２４Ａと固定スクロール２２２のラップ２２２Ｂの先端部との間に隙間が生じて、圧縮機の体積効率が低下する。背圧制御弁４００は、背圧Ｐｍが目標背圧Ｐｃを下回った場合、背圧不足状態にならないように、背圧Ｐｍを上昇させて目標背圧Ｐｃに近づける。

一方、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍによる合力が圧縮反力よりも高すぎる、即ち、背圧過剰状態になると、固定スクロール２２２と旋回スクロール２２４との間の摩擦力が大きくなるため、圧縮機の機械効率が低下する。背圧制御弁４００は、背圧Ｐｍが目標背圧Ｐｃを上回った場合、背圧過剰状態にならないように、背圧Ｐｍを低下させて目標背圧Ｐｃに近づける。

図５は、背圧制御弁４００の一例を示す。
背圧制御弁４００は、大別すると、弁体４２０と、弁体４２０を軸方向に摺動可能に収容するボディ（弁箱）４４０と、可撓性を有する略薄板円板形状の感圧部材４６０と、を備えている。

弁体４２０は、略中空円柱形状の軸部４２２と、略円柱形状の第１の円柱部４２４と、略円柱形状の第２の円柱部４２６と、を含んで構成されている。軸部４２２の一端部は、テーパ面（円錐面）に形成されている。また、第１の円柱部４２４は、軸部４２２より大径に形成され、軸部４２２の中間部、具体的には、テーパ面とは反対側の他端部寄りの位置に一体的に固定されている。第２の円柱部４２６は、軸部４２２より大径かつ第１の円柱部４２４より小径に形成され、軸部４２２の他端部近傍に一体的に固定されている。さらに、軸部４２２の周壁であって、テーパ面の近傍並びに第１の円柱部４２４と第２の円柱部４２６との間に位置する部位には、軸部４２２の内部空間と連通する少なくとも１つの連通孔４２２Ａ及び４２２Ｂが夫々形成されている。ここで、軸部４２２の内部空間並びに連通孔４２２Ａ及び４２２Ｂが、内部通路の一例として挙げられる。

ボディ４４０は、略段付円柱形状の外形を有する第１のケーシング４４２と、第１のケーシング４４２の大径端面に圧入又は螺合される略円筒形状の第２のケーシング４４４と、を含んで構成されている。

第１のケーシング４４２の小径端面には、ここから軸方向に向かって延びる、５段階に縮径する略段付円柱形状の内周面を有する第１の凹部４４２Ａが形成されている。また、第１のケーシング４４２の大径端面には、ここから軸方向に向かって延びる、２段階に縮径する略段付円柱形状の内周面を有する第２の凹部４４２Ｂが形成されている。さらに、第１のケーシング４４２の内部であって、第１の凹部４４２Ａと第２の凹部４４２Ｂとの間に位置する部位には、略円柱形状の内周面を有する密閉空間４４２Ｃが形成されている。ここで、第１の凹部４４２Ａ、第２の凹部４４２Ｂ及び密閉空間４４２Ｃは、第１のケーシング４４２の軸心周りに同軸に配置されている。

第１のケーシング４４２において、第１の凹部４４２Ａと密閉空間４４２Ｃとの間に位置する隔壁には、弁体４２０の軸部４２２が摺動可能に貫通する貫通孔が形成されている。また、第１のケーシング４４２において、密閉空間４４２Ｃと第２の凹部４４２Ｂとの間に位置する隔壁には、弁体４２０の第２の円柱部４２６が摺動可能に貫通する貫通孔が形成されている。

そして、弁体４２０は、第１の凹部４４２Ａの大径端面から４番目の部位にテーパ面が位置し、密閉空間４４２Ｃに第１の円柱部４２４が位置し、かつ、密閉空間４４２Ｃと第２の凹部４４２Ｂとの間に位置する隔壁の貫通孔に第２の円柱部４２６が位置するように、第１のケーシング４４２に対して摺動可能に内挿されている。

第１の凹部４４２Ａの最奥部に位置する底面には、弁体４２０の軸部４２２とのシールを確保するＯリング４８０が埋設されている。第１の凹部４４２Ａの最奥部の部位には、その大径端面を向く端面が開口すると共に弁体４２０の軸部４２２が貫通する貫通孔が形成された、略有底円筒形状のシール固定部材４８２が圧入されている。従って、シール固定部材４８２の先端面と第１の凹部４４２Ａの底面とによって、Ｏリング４８０が挟持されて固定されている。

第１の凹部４４２Ａの大径端面から３番目の部位には、その大径端面を向く端面が開口する、略有底円筒形状の弁孔形成部材４８４が圧入されている。弁孔形成部材４８４の底壁には、所定寸法を有する弁孔４８４Ａが形成されている。従って、弁体４２０は、その軸部４２２のテーパ面が弁孔４８４Ａに離接可能となっており、弁体４２０を軸方向に変位させることで、弁孔４８４Ａの開度を変化させることができる。

第１の凹部４４２Ａの大径端面の開口は、収容室２４６Ｃの上流側に位置する背圧供給通路Ｌ３を介して吐出室Ｈ２に連通されている。従って、第１の凹部４４２Ａ内に位置する弁孔４８４Ａは、吐出室Ｈ２に連通している。第１の凹部４４２Ａの大径端面から２番目の部位には、オイルセパレータによって吐出室Ｈ２の気体冷媒から分離された潤滑油の異物（コンタミネーション）を除去する、例えば、金属メッシュなどからなるフィルタ４８６が取り付けられている。ここで、弁体４２０の軸部４２２のテーパ面は、弁孔４８４Ａを介して吐出圧力Ｐｄを開弁方向に受ける第１の受圧面Ｓ１を形成する。

そして、第１のケーシング４４２には、第１の凹部４４２Ａの内周面、シール固定部材４８２及び弁孔形成部材４８４によって区画される、略段付円柱形状の内周面を有する第１の圧力室Ｈ６が形成されている。第１のケーシング４４２の周壁であって、第１の圧力室Ｈ６を臨む部位には、収容室２４６Ｃの下流側に位置する背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４に連通する、少なくとも１つの第１の連通孔４４２Ｄが形成されている。従って、第１の圧力室Ｈ６は、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４に連通している。

第１のケーシング４４２の密閉空間４４２Ｃには、弁体４２０の第１の円柱部４２４を介して、弁体４２０を開弁方向に付勢する第１のコイルばね４８８が配設されている。具体的には、弁体４２０の第１の円柱部４２４によって二分割される密閉空間４４２Ｃのうち、第１のケーシング４４２の大径側の密閉空間４４２Ｃに第１のコイルばね４８８が配設されている。第１のケーシング４４２の周壁であって、第１のコイルばね４８８が配設された密閉空間４４２Ｃを臨む部位には、吸入圧力感知通路Ｌ５を介して吸入室Ｈ１に連通する、少なくとも１つの第２の連通孔４４２Ｅが形成されている。ここで、第１のコイルばね４８８が配設された密閉空間４４２Ｃは、吸入室Ｈ１に連通する第２の圧力室Ｈ７を形成する。また、弁体４２０の第１の円柱部４２４の一面（上面）は、第２の圧力室Ｈ７にて吸入圧力Ｐｓを開弁方向に受ける第２の受圧面Ｓ２を形成する。

弁体４２０の第１の円柱部４２４によって二分割される密閉空間４４２Ｃのうち、第１のコイルばね４８８が配設されていない密閉空間４４２Ｃは、弁体４２０の軸部４２２に形成された連通孔４２２Ａ及び４２２Ｂ並びに軸部４２２の内部空間を介して、第１の圧力室Ｈ６に連通している。従って、第１のコイルばね４８８が配設されていない密閉空間４４２Ｃは、第１の圧力室Ｈ６を介して、背圧室Ｈ４に連通する第３の圧力室Ｈ８を形成する。また、弁体４２０の第１の円柱部４２４の他面（下面）は、第３の圧力室Ｈ８にて背圧Ｐｍを閉弁方向に受ける第３の受圧面Ｓ３を形成する。

第１のケーシング４４２の周壁であって、第２の凹部４４２Ｂの最奥部の部位を臨む部位には、インジェクション圧力感知通路Ｌ７を介して、気液分離器１５０によって分離されたインジェクションガスを導入する第３の連通孔４４２Ｆが形成されている。

第１のケーシング４４２において、第２の凹部４４２Ｂの大径部から小径部へと移行する部位には、感圧部材４６０が配設されている。ここで、感圧部材４６０としては、例えば、可撓性を有する材料から形成されたダイヤフラムなどを使用することができる。また、感圧部材４６０の中央部を貫通し、その一端部にて弁体４２０の軸部４２２の他端部を支持する、略段付円柱形状の支持部材４９０が取り付けられている。

感圧部材４６０は、ボディ４４０の第１のケーシング４４２と第２のケーシング４４４との間に挟持される挟持部材４９２によって固定されている。挟持部材４９２は、第１のケーシング４４２の第２の凹部４４２Ｂの最奥部側が大径に形成されると共に、第２の凹部４４２Ｂの大径端面を向く端面が開口する、略段付円筒形状をなしている。また、挟持部材４９２の大径端面の中央部には、略円形断面を有する凹部４９２Ａが形成されると共に、凹部４９２Ａの底壁に支持部材４９０が摺動可能に貫通する貫通孔が形成されている。

そして、第１のケーシング４４２の第２の凹部４４２Ｂには、その最奥部から開口側に向かって、感圧部材４６０及び挟持部材４９２が挿入され、第２の凹部４４２Ｂの開口に第２のケーシング４４４が圧入又は螺合されることで、感圧部材４６０が固定されている。感圧部材４６０と一体化された支持部材４９０は、挟持部材４９２の貫通孔を貫通して、その内部まで突出している。ここで、第２の凹部４４２Ｂの最奥部の部位は、感圧部材４６０によって閉塞され、インジェクション圧力Ｐｉｎｊが導入される第４の圧力室Ｈ９を形成する。また、支持部材４９０の周囲の感圧部材４６０の一面（上面）は、第４の圧力室Ｈ９にて感圧部材４６０を介してインジェクション圧力Ｐｉｎｊを開弁方向に受ける第４の受圧面Ｓ４を形成する。

挟持部材４９２の内部には、支持部材４９０を介して、弁体４２０を閉弁方向に付勢する第２のコイルばね４９４が配設されている。第２のコイルばね４９４は、支持部材４９０を向く端面が開口した略ハット形状の受け部材４９６を介して支持部材４９０の先端部に連結されると共に、挟持部材４９２の開口を閉塞する略円筒形状の閉塞部材４９８の一面に支持されている。従って、挟持部材４９２の内部空間は、閉塞部材４９８の開口を介して、基準圧力Ｐ０の一例として挙げられる大気圧が導入される第５の圧力室Ｈ１０を形成する。

従って、感圧部材４６０は、第４の圧力室Ｈ９と第５の圧力室Ｈ１０とを仕切りつつ弁体４２０を支持し、インジェクション圧力Ｐｉｎｊと基準圧力Ｐ０との差圧を検知して、弁体４２０を開閉方向に移動させる。

また、挟持部材４９２の凹部４９２Ａに位置する支持部材４９０には、支持部材４９０を介して弁体４２０の開弁方向への移動を規制する、支持部材４９０よりも大径を有する略円柱形状の規制部４９０Ａが形成されている。従って、弁体４２０が開弁方向に移動し、支持部材４９０の規制部４９０Ａが凹部４９２Ａの底面に当接すると、弁体４２０の移動が規制されることとなる。

なお、弁体４２０の第１の円柱部４２４と第１のケーシング４４２の密閉空間４４２Ｃの内周面との間、第１のケーシング４４２の第２の凹部４４２Ｂの最奥部と感圧部材４６０との間、リアハウジング２４６の収容室２４６Ｃに当接する第１のケーシング４４２の外周面には、シールを確保するＯリング５００、５１０及び５２０が夫々装着されている。

次に、背圧制御弁４００による背圧Ｐｍの調整動作について説明する。
背圧制御弁４００の弁体４２０には、第１の受圧面Ｓ１が吐出圧力Ｐｄから受ける開弁方向への力Ｆ１、第２の受圧面Ｓ２が吸入圧力Ｐｓから受ける開弁方向への力Ｆ２、第３の受圧面Ｓ３が背圧Ｐｍから受ける閉弁方向への力Ｆ３、及び、第４の受圧面Ｓ４がインジェクション圧力Ｐｉｎｊから受ける開弁方向への力Ｆ４が作用している。また、弁体４２０には、上記力Ｆ１〜Ｆ４に加え、第１のコイルばね４８８による開弁方向への力Ｆ５、第２のコイルばね４９４による閉弁方向への力Ｆ６、及び、受け部材４９６が基準圧力Ｐ０から受ける閉弁方向への力Ｆ７が更に作用している。

弁体４２０は、上記力Ｆ１〜Ｆ７が釣り合っている場合、即ち、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）と閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）とが等しいとき（平衡状態）、弁孔４８４Ａの開度を一定に保っている。そして、弁孔４８４Ａの開度が一定である状態から、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ及びインジェクション圧力Ｐｉｎｊの少なくとも１つが変化すると、力の釣り合いが崩れて、力Ｆ１〜Ｆ７の合力が作用する方向に弁体４２０が移動する。弁体４２０が移動すると、背圧室Ｈ４に供給される潤滑油の流量が増減して、背圧Ｐｍが変化する。すると、第３の受圧面Ｓ３が背圧Ｐｍから受ける閉弁方向への力Ｆ３が変化し、新たな平衡状態となるように弁体４２０が移動し、背圧Ｐｍが調整される。

具体的には、平衡状態から吐出圧力Ｐｄが上昇すると、弁孔４８４Ａを介して第１の受圧面Ｓ１が吐出圧力Ｐｄから受ける開弁方向への力Ｆ１が大きくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より大きくなる。すると、弁体４２０が開弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が大きくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が増加する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が増加し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが上昇する。

背圧Ｐｍが上昇すると、第３の受圧面Ｓ３が背圧Ｐｍから受ける閉弁方向への力Ｆ３が大きくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より小さくなる。すると、弁体４２０が閉弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が小さくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が減少する。その結果、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が減少し、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）と閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）とが等しくなる新たな平衡状態になる。

一方、平衡状態から吐出圧力Ｐｄが低下すると、弁孔４８４Ａを介して第１の受圧面Ｓ１が吐出圧力Ｐｄから受ける開弁方向への力Ｆ１が小さくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より小さくなる。すると、弁体４２０が閉弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が小さくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が減少する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が減少し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが低下する。

背圧Ｐｍが低下すると、第３の受圧面Ｓ３が背圧Ｐｍから受ける閉弁方向への力Ｆ３が小さくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より大きくなる。すると、弁体４２０が開弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が大きくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が増加する。その結果、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が増加し、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）と閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）とが等しくなる新たな平衡状態になる。

また、平衡状態から吸入圧力Ｐｓが上昇すると、第２の受圧面Ｓ２が吸入圧力Ｐｓから受ける開弁方向への力Ｆ２が大きくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より大きくなる。すると、弁体４２０が開弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が大きくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が増加する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が増加し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが上昇する。なお、背圧Ｐｍが上昇してから新たな平衡状態となるまでの調整動作は、平衡状態から吐出圧力Ｐｄが上昇した場合と同様であるので、その説明を省略する（以下同様）。

一方、平衡状態から吸入圧力Ｐｓが低下すると、第２の受圧面Ｓ２が吸入圧力Ｐｓから受ける開弁方向への力Ｆ２が小さくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より小さくなる。すると、弁体４２０が閉弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が小さくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が減少する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が減少し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが低下する。なお、背圧Ｐｍが低下してから新たな平衡状態となるまでの調整動作は、平衡状態から吐出圧力Ｐｄが低下した場合と同様であるので、その説明を省略する（以下同様）。

また、平衡状態からインジェクション圧力Ｐｉｎｊが上昇すると、第４の受圧面Ｓ４がインジェクション圧力Ｐｉｎｊから受ける開弁方向への力Ｆ４が大きくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より大きくなる。すると、弁体４２０が開弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が大きくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が増加する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が増加し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが上昇する。

一方、平衡状態からインジェクション圧力Ｐｉｎｊが低下すると、第４の受圧面Ｓ４がインジェクション圧力Ｐｉｎｊから受ける開弁方向への力Ｆ４が小さくなって、開弁方向への合力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ４＋Ｆ５）が閉弁方向への合力（Ｆ３＋Ｆ６＋Ｆ７）より小さくなる。すると、弁体４２０が閉弁方向へと移動して弁孔４８４Ａの開度が小さくなり、弁孔４８４Ａを介して第１の圧力室Ｈ６へと供給される潤滑油の流量が減少する。そして、背圧供給通路Ｌ３を介して背圧室Ｈ４へと供給される潤滑油の流量が減少し、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍが低下する。

従って、背圧制御弁４００は、吸入圧力Ｐｓ及び吐出圧力Ｐｄに加え、インジェクション圧力Ｐｉｎｊに応じて、背圧室Ｈ４の背圧Ｐｍを目標背圧Ｐｃに調整することができる。このとき、所望の作動特性を実現すべく、弁体４２０の第１の受圧面Ｓ１、第２の受圧面Ｓ２、第３の受圧面Ｓ３及び第４の受圧面Ｓ４の有効受圧面積、第１のコイルばね４８８及び第２のコイルばね４９４のばね定数などを適宜設定することができる。ここでは、第２の受圧面Ｓ２の有効受圧面積をＡｓ、第３の受圧面Ｓ３の有効受圧面積をＡｍ、第４の受圧面Ｓ４の有効受圧面をＡｉｎｊとした場合、Ａｉｎｊ＜Ａｍ＜Ａｓの関係が成立することが望ましい。このようにすれば、所望の作動特性を容易に実現することができる。

以上、本発明を実施するための実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

１００ 冷凍サイクル（冷媒回路）
２００ スクロール型圧縮機
２２２ 固定スクロール
２２４ 旋回スクロール
４００ 背圧制御弁
４２０ 弁体
４２２Ａ 連通孔
４２２Ｂ 連通孔
４４０ ボディ
４６０ 感圧部材
４８４Ａ 弁孔
Ｈ１ 吸入室
Ｈ２ 吐出室
Ｈ３ 圧縮室
Ｈ４ 背圧室
Ｈ６ 第１の圧力室
Ｈ７ 第２の圧力室
Ｈ８ 第３の圧力室
Ｈ９ 第４の圧力室
Ｈ１０ 第５の圧力室
Ｓ１ 第１の受圧面
Ｓ２ 第２の受圧面
Ｓ３ 第３の受圧面
Ｓ４ 第４の受圧面

Claims (5)

1. 固定スクロール及び旋回スクロールにより区画される圧縮室の容積を増減すると共に、冷媒回路の途中から取り出された気体冷媒を前記圧縮室にインジェクションし、吸入室に導入された気体冷媒を前記圧縮室で圧縮して吐出室から吐出するスクロール型圧縮機において、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに向けて押し付ける背圧室の背圧を調整する背圧制御弁であって、
   前記吐出室に連通する弁孔、前記背圧室に連通する第１の圧力室、前記吸入室に連通する第２の圧力室、前記背圧室に連通する第３の圧力室、前記圧縮室にインジェクションされる気体冷媒のインジェクション圧力が導入される第４の圧力室、及び、基準圧力が導入される第５の圧力室が直列に配置されたボディと、
   前記第１の圧力室から前記第４の圧力室に亘って延在し、前記第１の圧力室側から前記弁孔に離接して開度を調整する弁体と、
   前記第４の圧力室と前記第５の圧力室とを仕切りつつ前記弁体を支持し、前記インジェクション圧力と前記基準圧力との差圧を検知して前記弁体を開閉方向に移動させる感圧部材と、
   を備え、
   前記弁体は、前記弁孔を介して吐出圧力を開弁方向に受ける第１の受圧面と、前記第２の圧力室にて吸入圧力を開弁方向に受ける第２の受圧面と、前記第３の圧力室にて前記背圧を閉弁方向に受ける第３の受圧面と、前記第４の圧力室にて前記感圧部材を介して前記インジェクション圧力を開弁方向に受ける第４の受圧面と、を有する、
   背圧制御弁。
2. 前記第１の圧力室と前記第３の圧力室とを連通させる内部通路が形成された、
   請求項１に記載の背圧制御弁。
3. 前記内部通路は、前記弁体に形成された、
   請求項２に記載の背圧制御弁。
4. 前記第２の受圧面の有効受圧面積をＡｓ、前記第３の受圧面の有効受圧面積をＡｍ、前記第４の受圧面の有効受圧面をＡｉｎｊとした場合、Ａｉｎｊ＜Ａｍ＜Ａｓの関係が成立する、
   請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の背圧制御弁。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の背圧制御弁を備えたスクロール型圧縮機。

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