JPH0141838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷暖房装置用圧縮機に係り、特に一対
のうず巻体を角度をずらせてかみ合わせ、一方の
うず巻体に相対的な円運動（公転運動のみ）を与
えて、両うず巻体間に形成した密閉空間を中心方
向へ容積の減少を伴なわせながら移動させ、中心
部から圧縮ガスを吐出させるようにしたスクロー
ル型と呼ばれる冷媒圧縮機に関する。

一般の室内冷房あるいは暖房の場合、室内温度
が一旦設定温度にまで達すると、その後に室内温
度が上昇あるいは下降したときに補う冷凍あるい
は暖房能力は小さくてすむ。ところが冷房あるい
は暖房装置は普通、室内温度や室内外の温度差等
にしたがつてオンオフされるようになつているた
め、室内が設定温度にまで冷却あるいは加温され
た後は、オンオフの繰り返しが高感度のものほど
多くなり、駆動源に大きな負荷が断続的に加わつ
てしまう。また特に自動車用冷房装置にあつて
は、上述の温度上の問題に加え、回転数が刻々と
変化する自動車エンジンによつて冷媒圧縮機を駆
動するようになつているので、その冷媒圧縮機の
無駄な駆動を避けるには、エンジンと圧縮機との
動力伝達を掛け外しする電磁クラツチを頻繁にオ
ンオフしなければならず、その都度エンジンにか
かる負荷が変化するため小型車への適用には制限
がある。

さらに、エンジン駆動ヒートポンプにおいて
は、エンジンの回転数を変化させて、冷暖房能力
を制御するよりも、圧縮機の容量を変化させて冷
暖房能力を制御したほうが、冷暖房装置全体の効
率が高くなる場合もある。

さらにまた、従来の容量可変機構、即ち中間圧
力室を直接吸入室と連通させ、あるいはカツプ状
部分に中間圧力室へ通じる吸入ポートを取り付け
て該中間圧力室を直接吸入室とし、平常は弾性体
あるいは弁自体のばね性によつて側板に圧接され
ている強磁性材料より成る弁を、吸入室に配置し
た電磁石への通電制御によつて動作させ、流体バ
イパス孔の開閉を制御することにより、容量を制
御する機構にあつては、吸入室の圧力は両うず巻
体間に形成される密閉空間内の圧力よりも常に低
いため、流体バイパス孔を弁で閉塞した状態、圧
縮機を大容量で駆動させる場合には、両うず巻体
間に形成される密閉空間内の圧縮流体が、流体バ
イパス孔より吸入室へ漏洩することがあつた。ま
た、弁の動作を制御する電磁石は、通常２個必要
となり、１個の電磁石で弁を制御する場合には、
うず巻の伸開角がπだけずれた位置にある１対の
流体バイパス孔を同時に開閉する必要があるた
め、大きな電磁石が必要となつていた。

それ故に本発明の目的は、消費エネルギーに大
きな無駄を生じることなく、必要に応じて圧縮比
を小さくして駆動源の負担を軽減することの可能
なスクロール型圧縮機の提供にある。

さらに本発明は、両うず巻体間に形成される密
閉空間の最初の容積を減少させることで上記目的
を達成することを目的とする。

本発明のその上の目的は、外周端に形成される
通常の流体取り込み口よりも中心部に近い部分
に、開閉制御される流体通孔を設けて上記各目的
を達成することにある。

本発明のさらに他の目的は、流体通孔の密閉不
良により、密閉圧縮空間の流体が、吸入口に通じ
た吸入室に漏洩することのないスクロール型圧縮
機を提供することにある。

以下、本発明を図面に示す実施例を参照して詳
細に説明する。

第１図を参照して、図示の圧縮機１は、アルミ
ニウムあるいはアルミニウム合金で作られたフロ
ントエンドプレート１１と、これに設置されたカ
ツプ状部分１２とからなる圧縮機ハウジング１０
を有している。

フロントエンドプレート１１は、主軸１４を挿
通させるための貫通孔１１１を中心に形成されて
おり、背面には貫通孔１１１と同心状の環状突起
１１２が形成されている。一方、カツプ状部分１
２は、スチール板の絞り加工、あるいはアルミダ
イカストによつて形成させる。カツプ状部分１２
は、その開口部をフロントエンドプレートの環状
突起１１２上に嵌合し固着される。なお、Ｏ―リ
ング１８が接合部に挾持されてシールを行なつて
いる。

主軸１４の内端にはデイスクロータ１４１が固
定されており、このデイスクロータ１４１は貫通
孔１１１内にボールベアリング１３によつて回転
可能に支持されている。

フロントエンドプレート１１は、また主軸１４
を取巻くように前方に伸びたスリーブ１５を有し
ている。スリーブ１５は、フロントエンドプレー
ト１１と一体に成形されても良いが、ここでは、
フロントエンドプレートとは別個にスチールにて
形成され、ねじ（図示せず）によつて、フロント
エンドプレート１１の前面に取付けられている。
スリーブ１５内の前端部には、ボールベアリング
１９が設置されており、主軸１４を回転可能に支
持している。シヤフトシール組立体１６は、スリ
ーブ１５中で主軸１４上に組立てられている。

スリーブ１５の外面上には、ベアリング３１に
よつて、プーリー１７１が回転可能に支持される
とともに、電磁石１７２が固定されている。一方
主軸１４のスリーブ１５から突出した端部上に
は、アーマチヤプレート３０が弾性支持されてい
る。即ち、プーリー１７１、電磁石１７２および
アーマチヤプレート３０により、電磁クラツチが
構成されており、これによつて外部駆動源（例え
ば自動車エンジン）の回転をベルトを介してプー
リー１７１へ伝え、電磁石１７２への通電によつ
て、アーマチヤプレート３０をプーリー１７１へ
吸着することによつて主軸１４へ回転力を伝達す
るようにしている。

フロントエンドプレート１１によつて開口部を
閉じられたカツプ状部分１２内には、固定スクロ
ール部材２０、可動スクロール部材２１、可動ス
クロール駆動機構および可動スクロール回転阻止
機構２２が設けられている。

固定スクロール部材２０は、一般に側板２０１
とその一面に固定されたうず巻体２０２とからな
つており、側板２０１は数箇所をボルト２３によ
つてカツプ状部分１２に固定されている。また側
板２０１の外周面には、溝が形成され、この溝中
にはシールリング３４が配置され、側板２０１の
外周面とカツプ状部分１２の内面との間をシール
している。従つて、固定スクロール部材２０の側
板２０１によつて、カツプ状部分の内部は、後方
の室２６とうず巻体２０２の配置される前方の室
２５とに分離される。

なお、カツプ状部分１２の内部には、円筒状の
隔壁１２１が軸方向へ突出するよう形成されてい
る。側板２０１の側面と接触する隔壁１２１の先
端面には溝１２２が形成されており、該溝１２２
中にシールリング３２を配設することにより、側
板２０１の背面と隔壁１２１の先端面との間をシ
ールしている。従つて、後方の室２６は、隔壁１
２１によつて内側に形成される吐出室２６１と外
側に形成される中間圧力室２６２とに分離され
る。

室２５中には、可動スクロール部材２１が配置
されている。可動スクロール部材２１は側板２１
１とその一面に固定されたうず巻体２１２からな
り、うず巻体２１２は、うず巻体２０２と180゜の
角度ずれをもつてかみ合わされて、両うず巻体の
間に密閉空間を形成している。可動スクロール部
材２１は、デイスクロータ１４１の内端面に偏心
して結合した駆動輪２７上に、ラジアルベアリン
グ２８を介して、回転可能に設置されている。一
方フロントエンドプレート１１へ固定結合された
固定リング２２１と、これと対向するように可動
スクロール２１の側板２１１へ固定された可動リ
ング２２２と、両リングに形成したボール受穴２
４１，２４２中に配置したボール２２４とによつ
て回転阻止機構２２が構成されている。

圧縮ハウジング１０は、カツプ状部分１２に外
部の流体回路と接続するための吸入ポート３５と
吐出ポート３６を設けている。吸入ポート３５か
ら吸入室２５に導入され、両スクロール部材２
０，２１間の密閉空間へ取り込まれ、可動スクロ
ール２１の円軌道運動により圧縮されながら中心
部へ移動し、固定スクロール部材２０の側板２０
１の中心部に設けた吐出孔２０４から吐出弁３７
を介して吐出室２６１へ吹出し、そこから吐出ポ
ート３６を通つて流体回路へ流出する。

ところで両スクロール部材２０，２１間の密閉
空間への流体の取り込みは普通、一方のうず巻体
２０２又は２１２の外端と他方のうず巻体の外側
面との間にそれぞれ形成される合計二つの流体取
り込み口を通して行われる。即ち可動スクロール
部材２１の円軌道運動にしたがつて流体取り込み
口が開閉され、その際に両スクロール部材２０，
２１間の密閉空間へ流体を取り込む。ここでうず
巻体２０２，２１２の外端の位置は最終伸開角
φendで表わされるので、流体取り込み口の位置
も最終伸開角φendで実質的に定まる。

さらに第２図をも参照して、固定スクロール部
材２０はうず巻体２０２の最終伸開角φendが4π
を越えるものであり、しかも中間圧力室２６２に
通じた２つの流体バイパス孔２０５および２０６
を有している。一方の流体バイパス孔２０５は、
うず巻体２０２の或る伸開角φ₁の位置に対応し、
かつうず巻体２０２の内側に開口するように設け
られている。他方の流体バイパス孔２０６は、う
ず巻体２０２の或る伸開角（φ₁―π）の位置に
対応し、かつうず巻体２０２の外側に開口するよ
うに設けられている。したがつて流体バイパス孔
２０５，２０６はいずれも、流体取り込み口（二
箇所）よりもうず巻方向に沿つて中心に近づいた
位置に対応することとなる。ここで流体バイパス
孔２２５，２５６が設けられる角度位置は、 φend＞φ₁＞φend−2π …………(1) で定まる範囲内に選ぶ。

さて流体バイパス孔２０５，２０６の形成は、
固定スクロール部材２０の側板２０１にうず巻体
２０２とは反対面からドリルを適用することによ
り行う。その際、一方の流体バイパス孔２０５は
うず巻体２０２の内側面に少し喰い込んだ位置に
形成し、また他方の流体バイパス孔２０６はうず
巻体２０２の外側面に少し喰い込んだ位置に形成
する。これらの流体バイパス孔２０５，２０６は
またいずれも、第３図からもわかるように、可動
スクロール部材２１のうず巻体２１２が固定スク
ロール部材２０のうず巻体２０２の流体バイパス
孔２０５（又は２０６）を設けた部分に接触した
ときにも、チツプシール３８の部分を越えてその
うず巻体２１２の反対側空間３９へ連通してしま
うことのないように設計される。流体バイパス孔
２０５，２０６はうず巻体２０２に喰い込んで形
成されているため、そのような設計条件を満しつ
つ断面積を十分に大きくとることができる。なお
流体バイパス孔２０５，２０６は、うず巻方向に
沿つて複数個を隣接形成するか、それらの複数個
の孔を一体化せしめて長孔となし、それにより断
面積の拡大を計つてもよい。

また固定スクロール部材２０の側板２０１のう
ず巻体２０２とは反対の面には、流体バイパス孔
２０５，２０６に一対一で対応した位置に板状の
弁４１をビス等の固着手段４２でそれぞれ固着す
る。なお、弁４１には流体バイパス孔２０５，２
０６を閉じた時に、それらの流体バイパス孔２０
５，２０６に嵌入する部分を設けた方が良い。

さらに、固定スクロール部材２０の側板２０１
には、うず巻体２０２，２１２の最終伸開角
φendで実質的に定まる流体取り込み口の位置よ
りもうず巻の外側の位置に、吸入室２５と中間圧
力室２６２を連通する流体通孔４０が設けられて
いる。

中間圧力室２６２内には、カツプ状部分１２に
穿設された孔４９に嵌合取付された電磁弁４３が
配されている。電磁弁４３の弁体４４は平常で
は、弾性体４７のバネ力によつて固定スクロール
部材２０の側板２０１に圧接され、流体通孔４０
を閉じているが、電磁弁４３の電磁石４５に通電
すると、弁体４４は、軸方向で側板２０１とは反
対方向に吸引され流体通孔４０を開放する。電磁
弁４３の孔４９への取付はスナツプリング５０を
用いて行なつているが、種々の変形が可能なこと
はいうまでもない。

電磁弁４３が嵌合取付られる孔４９のカツプ状
部分１２の内周面には溝が形成され、この溝中に
はシールリング４８が配置され、カツプ状部分１
２の孔４９の内周面と電磁弁４３のきよう体４６
の外周面との間をシールし、中間圧力室３４と外
気とを分離している。

電磁弁４３の弁体４４の先端形状、および固定
スクロール部材２０の側板２０１の流体通孔４０
の弁座５１の形状は、弁座５１と弁体４４の圧接
部の密着状態を良好とするように種々の形状に設
計される。

次に作用につき説明する。

今、流体通孔４０を閉じた状態、即ち電磁弁４
３の電磁石４５の非励磁状態において、可動部材
２１を所定の如く駆動すると上述した流体取り込
み口から流体を両うず巻体２０１，２０２間に形
成される空間に取り込みかつその空間の容積の減
少に伴つて流体を圧縮しつつ中心に移動せしめて
吐出孔２０４から吐出室２６１へ吐出される。こ
のとき、初期の圧縮過程では両うず巻体２０２，
２１２間に形成される密閉空間の圧縮流体圧力
は、中間圧力室２６２の圧力より高いため、圧縮
流体は弁４１を押しあげて、流体バイパス孔２０
５，２０６を通して、中間圧力室３４中に流入
し、中間圧力室３４内の流体圧力が、流体バイパ
ス孔２０５，２０６を介して連通する両うず巻体
２０２，２１２間に形成される密閉空間の容積が
最小となる時点の圧縮流体圧力に達すると両うず
巻体２０２，２１２間に形成される密閉空間から
中間圧力室２６２への圧縮流体の流入は止まる。
また圧縮過程において、中間圧力室２６２中の流
体圧力が、両うず巻体２０１，２０２間に形成さ
れる密閉空間中の流体圧力よりも高い間は、弁４
１が固定スクロール部材２０の側板２０１に圧接
され、流体バイパス孔２０５，２０６を閉塞する
ため、中間圧力室２６２内の流体は、両うず巻体
２０２，２１２に形成される密閉空間内に流入
し、再膨張することはない。

したがつて、このとき両うず巻体２０２，２１
２間に形成される密閉空間の最初の容積は大きい
ため、圧縮比が大きく大能力の圧縮機として働
く。

また、電磁弁４３の電磁石４４に通電して流体
通孔４０を開いた状態では、中間圧力室２６２と
吸入室２５は流体通孔４０を介して連通し、中間
圧力室２６２内の圧力は、吸入室２５の圧力と同
等となり、中間圧力室２６２内の圧力は、流体バ
イパス孔２０５，２０６によつて連通する、両う
ず巻体２０２，２１２間に形成される密閉空間内
の圧力よりも常に低くなる。

したがつて、この状態で可動スクロール部材２
１を同様に駆動すると、第４図に示すように両う
ず巻体２０２，２１２間に形成される最も外側の
二つの空間a₁，b₁に取り込まれた流体は、第５図
に示すようにその空間の容積減少に伴つて、流体
バイパス孔２０５，２０６から中間圧力室２６２
へ排出され、中間圧力室２６２からは流体通孔４
０を通して吸入室２５へ戻る。

この結果、両うず巻体２０２，２１２間の空間
は、流体バイパス孔２０５，２０６および流体通
孔４０を通して吸入室２５へ連通している状態で
は、取り込んだ流体の圧縮を行うことはない。そ
してそれからの空間a₁，b₁が中心へ向つて移動
し、第６図に示すように流体バイパス孔２０５，
２０６から遮断されると、それ以降において残り
の流体の圧縮を行うことになる。このとき両うず
巻体２０２，２１２間に形成される密閉空間の最
初の容積が小さくなつているため、圧縮比が小さ
く小能力の圧縮機として働く。

こうしてこのスクロール型圧縮機は、必要に応
じて能力の大小を切換えることができ、かついず
れの能力で使用するときにも無駄な圧縮作業を行
うことはない。なお流体バイパス孔２０５，２０
６が開いた状態を示す第４図〜第６図において
は、流体に圧縮作用を及ぼす空間には斜視を施し
てある。

なお流体バイパス孔２０５，２０６が設けられ
る角度位置は上記(1)式で定まる範囲内に選ばれる
が、その際φ₁を（φend−2π）に近づければ、流
体バイパス孔２０５，２０６を開いたときの圧縮
比の減少幅が大きくなり、したがつて切換えられ
る能力の差を大きくとることができる。ただし
φ₁が（φend−2π）よりも小さくなると、無駄な
圧縮作業を行なうようになつてしまうため好まし
くないことが理解されよう。

以上説明したように、本発明は電磁弁の弁体に
より開口の開閉を制御される流体通孔を介して吸
入室と連通し、かつ弁により開口の開閉を制御さ
れる流体バイパス孔を介して、うず巻体間に形成
される密閉空間と連通する中間圧力室を圧縮機ハ
ウジング内に形成することにより、圧縮機を大容
量で使用する場合、即ち電磁弁に通電せず弾性体
により弁体が側板側に圧接され、流体通孔の開口
を閉塞している状態で使用する場合、中間圧力室
内の圧力より高くなるので、弁体を側板側へ更に
圧接する力が働くため、中間圧力室内の流体は吸
入室側へは漏れず、また中間圧力室内の圧力はう
ず巻体間に最初に形成される密閉空間内の圧力よ
り常に高いか、あるいは同等となつているので、
該密閉空間内の流体バイパス孔を介して中間圧力
室へ漏れることが無く、このため高効率で信頼性
の高い圧縮機を得ることが可能となる。

また、流体バイパス孔の開口を開閉制御する１
対の弁の動作を、１個の電磁弁で流体通孔を開閉
制御することにより間接的に制御することができ
るので、電磁弁の占める容積が小さくてすみ、小
型で軽量、廉価な圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスクロール型圧縮機の一
実施例を示す断面図、第２図は固定スクロール部
材の正面図、第３図は流体バイパス孔を設けた部
分のみの断面図、第４図は両うず巻体で流体を取
り込んだ瞬間を示す説明図、第５図および第６図
はさらに可動のうず巻体の駆動が進行した状態を
示す説明図である。 １…圧縮機、２０…固定スクロール部材、２０
１…側板、２０２…うず巻体、２０４…吐出孔、
２０５，２０６…流体バイパス孔、２１…可動ス
クロール部材、２１１…側板、２１２…うず巻
体、４０…流体通孔、４１…弁、４３…電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体吸入口と流体排出口とを有する圧縮機ハ
   ウジングと、第１の板体の一側面上に固定された
   第１のうず巻体を有し上記ハウジング内に固定配
   置された固定スクロール部材と、第２の板体の一
   側面上に固定された第２のうず巻体を有し、該第
   ２のうず巻体が上記第１のうず巻体と角度をずら
   せて噛み合い、それらの間に閉塞された流体ポケ
   ツトを形成するように上記固定スクロール部材と
   重ね合わされた可動スクロール部材と、該可動ス
   クロール部材と、該可動スクロール部材に円軌道
   運動を与えるために該可動スクロール部材と結合
   された駆動機構と、該可動スクロール部材の上記
   円軌道運動の間該可動スクロール部材の回転を阻
   止する回転阻止機構とを有し、上記可動スクロー
   ル部材の上記円軌道運動によつて、上記流体ポケ
   ツトが容積を減少しながら上記両うず巻体の中心
   方向へ移動し、これによつて流体の圧縮がおこな
   われるスクロール型圧縮機において、上記固定ス
   クロール部材は、上記第１の板体が上該ハウジン
   グ内に形成された密閉空間を、上記流体吸入口に
   連通する前方の室と後方の室とに仕切るととも
   に、上記第１のうず巻体が該前方の室に位置する
   ように配置されており、後方の室は、上記第１の
   板体の側面と上記ハウジング内壁間に配設された
   円筒部によつて流体排出口に連通し、円筒部の中
   央に位置するとともに、両うず巻体の中央部に形
   成される高圧流体ポケツトと連通する吐出室と円
   筒部の外周に形成される室とに仕切られ、上記第
   １の板体にはうず巻体の最終伸開角φendで実質
   的に定まる通常の流体取り込み口よりもうず巻方
   向に沿つて中心部に近づいた位置に、流体ポケツ
   トと上記円筒部の外周に形成される室とを連通す
   る少なくとも一対の流体バイパス孔と、上記流体
   取り込み口よりもうず巻の外側の位置に、上記流
   体吸入口に連通した前方の室と上記円筒部の外周
   に形成される室とを連通する流体通孔とを設け、
   上記円筒部の外周に形成される室内に上記流体通
   孔の開閉を制御する電磁弁を配設するとともに上
   記第１の板体の上記円筒部の外周に形成される室
   と面する側に上記流体バイパス孔を開閉する逆止
   弁を配設したことを特徴とするスクロール型圧縮
   機。