WO1999039104A1

WO1999039104A1 - Compresseur a cylindree variable

Info

Publication number: WO1999039104A1
Application number: PCT/JP1998/003792
Authority: WO
Inventors: Mikio Matsuda; Mitsuo Inagaki; Takashi Inoue; Shigeki Iwanami
Original assignee: Denso Corporation; Nippon Soken, Inc.
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-08-05
Also published as: EP0979946A4; US6244834B1; EP0979946A1

Description

明細書可変容量型圧縮機技術分野

本発明は、可変容量型の圧縮機に関するもので、駆動回転数（駆動シャフトの回転速度）にしたがって吐出容量を変化させる必要がある圧縮機に適用して有効である。背景技術

可変容量型の圧縮機として、例えば特開平 3 — 3 3 4 8 6号公報や、特開昭 5 8 — 1 0 1 2 8 7号公報に記載されたスクロール型圧縮機では、固定スクロールの端板部に圧縮作動室と吸入側を連通するバイパス孔を設け、このバイパス孔を開閉することによって圧縮機の吐出容量を可変としており、その開閉には電磁弁、或いは吸入圧と吐出圧との差圧を利用する弁手段等が用いられている。

しかし、上記手段によれば、可変容量型の圧縮機を構成する部品点数の増加および構造の複雑化を招くので、それらが可変容量型の圧縮機の製造原価上昇および信頼性（耐久性）低下の原因になり得るという問題がある。発明の開示

上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、簡単な手段によって吐出容量の変化を可能にする可変容量型の圧縮機を提供することにある o

本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項 1 〜 1 0 に記載の発明では、いずれもバイパス孔（ 2 2 ) を開閉する弁体（ 2 3 ) が、弾性部材（ 2 5 ) を介して前記シャフ卜（ 4 ) の回転に伴って発生する加振力を受けて強制振動をするように構成されていることを特徴とする。

これにより、弁体（ 2 3 ) は、弁体（ 2 3 ) の質量および弾性部材（ 2 5 ) の弾性定数によって決定される固有振動数 ω。に基づいて振動（変位）する。したがって、可動スクロール（ 9 ) 等の可動部の振動数、すなわちシャフト 4の単位時間当たりの回転数（すなわち回転速度） ωが固有振動数 ω。に比べて十分に小さい場合には、後述するように、弁体（ 2 3 ) は可動スクロール（ 9 ) と略等しい位相および振幅で振動する。つまり、シャフト（ 4 ) が停止した状態で、バイパス孔（ 2 2 ) が閉じていたならば、その閉じた状態が維持され、一方、バイパス孔（ 2 2 ) が開いていたならば、その開いた状態が維持される。

そして、シャフト（ 4 ) の回転数と可動スクロール（ 9 ) の公転振動数 ωが固有振動数 ω。に比べて十分に大きくなつた場合には、弁体（ 2 3 ) は可動スクロール（ 9 ) およびバイパス孔（ 2 2 ) 対して振動（変位）することになるので、バイパス孔（ 2 2 ) は弁体 ( 2 3 ) によって開閉される。したがって、適切な固有振動数 ω。を選定することにより、弁体（ 2 3 ) はバイパス孔（ 2 2 ) の開閉を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、弁体（ 2 3 ) および弾性部材（ 2 5 ) による振動系の固有振動数 ω。を所定の値に設定し、シャフト（ 4 ) により弾性部材（ 2 5 ) を介して弁体（ 2 3 ) を強制振動させるという簡単な手段によって、バイパス孔（ 2 2 ) の開閉を行うことができ、それによつて圧縮機の吐出容量を変化させ得るので、圧縮機の製造原価の低減および信頼性（耐久性）の向上を図ることができる。

請求項 2 に記載の発明では、弾性部材の弾性定数が流体吸入側の流体温度に応じて変化することを特徴とする。

これにより、バイパス孔（ 2 2 ) の開閉時期を流体吸入側の流体温度に基づいて制御することができるので、後述のように、本発明に係る可変容量型圧縮機を冷凍サイクルに適用した場合には、蒸発器の熱負荷に応じてバイパス孔（ 2 2 ) の開閉時期を制御することができる。

なお、弾性部材は、請求項 3および 4 に記載した場合のように、流体吸入側の流体を導くことにより流体バネとして構成してもよいまた、弾性部材は、請求項 5および 6 に記載のように、雰囲気温度に応じて形状が変化する形状記憶合金により形成してもよい。なお、この場合には、形状記憶合金製の弾性部材は、流体吸入側の流体に直接に晒されるようにすることが望ましい。

また、請求項 7 に記載の発明のように、弁体（ 2 3 a， 2 3 b ) および弾性部材（ 2 5 a， 2 5 b ) を複数とするとともに、弁体（ 2 3 a , 2 3 b ) および弾性部材（ 2 5 a， 2 5 b ) の弾性定数によって決定される固有振動数が、それぞれ異なるように設定してもよい。これにより、バイパス孔の開閉を多段階的に制御することができる。

また、請求項 8 に記載の発明のように、弁体（ 2 3 ) は可動スクロール（ 9 ) の端板部（ 9 b ) から加振力を受けるように構成してもよい。

また、請求項 9 に記載の発明のように、シャフト（ 4 ) の停止時に弁体（ 2 3 ) がバイパス孔（ 2 2 ) を閉じているように構成してもよい。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を例示するものである。図面の簡単な説明

図 1 は第 1 実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の縦断面図（図 2の B — B断面図）である。

図 2 は図 1 の A— A断面図である。

図 3 Aは振幅比と振動数比との関係を示すグラフであり、図 3 B は位相差と振動数比との関係を示すグラフである

図 4 は第 1 実施形態に係る可変容量型スク口ール圧縮機のス < < 1 の作動状態を示す図 1 の A— A断面図である

図 5 は可動スクロールが図 4 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 6 は可動スクロールが図 5 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 7 は可動スクロールが図 6 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 8 は第 1 実施形態に係る可変容量型スクロ—ル圧縮機の λ 〉 > 1 の作動状態を示す図 1 の A— A断面図である

図 9 は可動スクロールが図 8 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 1 0 は可動スクロールが図 9 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 1 1 は可動スクロールが図 1 0の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 の A— A断面図である。

図 1 2 はスプールの作動を示す説明図である

図 1 3 は第 1 実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の体積効率と回転数との関係を示すグラフである。

図 1 4 は第 1 実施形態の変形例に係る可変容量型スクロール圧縮機の図 2 に相当する断面図である。

図 1 5 は第 1 実施形態の変形例に係る可変容量型スクロール圧縮機の図 2 に相当する断面図である。

図 1 6 は第 2実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の ωく ω 0 ！ < ω。 ₂ の作動状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。図 1 7 は第 2実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の縦断面図（図 2 0の D— D断面図）である。

図 1 8 は可動スクロールが図 1 6 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 1 9 は可動スクロールが図 1 8の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 2 0 は可動スクロールが図 1 9の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 2 1 は第 2実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の ω。！ < ω < ω。 ₂ の作動状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。図 2 2 は可動スクロールが図 2 1 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 2 3 は可動スク口一ルが図 2 2の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 2 4 は可動スク口一ルが図 2 3の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7の C 一 C断面図である。

図 2 5 は第 2実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の ω。！ < ω。 ₂ く ωの作動状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。図 2 6 は可動スクロールが図 2 5の状態から 9 0 。公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。図 2 7 は可動スクロールが図 2 6 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C 一 C断面図である。

図 2 8 は可動スクロールが図 2 7 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 1 7 の C — C断面図である。

図 2 9 は第 2実施形態の変形例に係る可変容量型スクロ一ル圧縮機の作動状態を示す図 1 7の C 一 C断面図である

図 3 0 は第 3実施形態に係る可変容量型スク口 —ル圧縮機の縦断面図（図 3 6 の F — F断面図）である。

図 3 1 は図 3 0の E — E断面図である。

図 3 2 は吸入圧をパラメータとする移動距離 Xと弾性定数 k との関係を示すグラフである。

図 3 3 は第 3実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の λ < く 1 の作動状態を示す図 3 0の E — E断面図であ

図 3 4 は可動スクロールが図 3 3 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 3 0 の E — E断面図である。

図 3 5 は可動スクロールが図 3 4の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す 0 3 0 の E — E断面図である。

図 3 6 は可動スクロールが図 3 5 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 3 0の E — E断面図である。

図 3 7 は第 3実施形態に係る可変容量型スクロール圧縮機の； 1 > 〉 1 の作動状態を示す図 3 0 の E — E断面図である。

図 3 8 は可動スクロールが図 3 7の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 3 0の E — E断面図である。

図 3 9 は可動スクロールが図 3 7 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 3 0の E — E断面図である。

図 4 0 は可動スクロールが図 3 8 の状態から 9 0 ° 公転した状態を示す図 3 0の E — E断面図である。図 4 1 は第 3実施形態において吸入圧 P s と回転数 ωとの関係を示すグラフである。

図 4 2 は冷凍サイクルの模式図である。発明を実施するための最良の形態

(第 1 実施形態）

本実施形態は、本発明に係る可変容量型圧縮機を車両用冷凍サイクルのスクロール型圧縮機（以下、圧縮機と略す。）に適用したもので、図 4 2 は本実施形態に係る圧縮機 1 0 0 を用いた車両用冷凍サイクルの模式図である。

図 4 2 中、 1 1 0 は圧縮機 1 0 0から吐出した冷媒を冷却して凝縮させる放熱器（凝縮器）であり、 1 2 0 は放熱器 1 1 0から流出する冷媒を減圧する減圧器である。 1 3 0 は減圧器 1 2 0から流出した気液 2相状態の冷媒を蒸発させる蒸発器であり、蒸発器 1 3 0 から流出した冷媒は圧縮機 1 0 0 に再び吸入されて圧縮される。次に、圧縮機 1 0 0 について説明する。

図 1 は圧縮機 1 0 0 の断面図である。図において、 1 はフロントハウジング、 2 はリアハウジングを示しており、両者 1 ， 2 はボルト 3 によって締結されて一体化されている。 4 はフロン卜ハウジング 1 内で回転するシャフトであって、このシャフト 4 は、通常、電磁クラッチ等の駆動力断続手段（図示しない）を介してエンジンや電動モータ等の外部駆動源（図示しない）から駆動力を受けて回転するものである。シャフト 4 は、軸受（ラジアルベアリング） 5， 6 により回転可能にフロントハウジング 1 に保持されている。

7 は、シャフト 4 の回転中心から所定量偏心した位置においてシャフト 4 に一体的に結合したクランク部であり、このクランク部 7 は、シヱル型（内輪を持たない型）のニードルベアリング 8 を介して可動スクロール（可動部） 9 と回転可能に結合している。

周知のように、可動スクロール 9 は、渦巻き状の歯部 9 a と、この歯部 9 a とともに一体成形された端扳部 9 b とから構成されており、端板部 9 bに対向するフロントハウジング 1 の端面 1 aおよび端板部 9 bには、円形状の窪み 1 0 ， 1 1 がそれぞれ対になるように形成されている。

そして、対になつた窪み 1 0 ， 1 1 の間に鋼球 1 2が配設されており、これらの鋼球 1 2 と対になった窪み 1 0 ， 1 1 とにより、可動スクロール 9がシャフト 4 の回転中心の周りに回転（自転）することを防止する、いわゆる自転防止機構を構成している。したがつて、可動スクロール 9 は、シャフト 4の回転によって自転を伴わないで、クランク部 7の偏心量を公転半径としてシャフ卜 4の周りを公転する。

なお、 9 c は可動スクロール 9 の公転によってシャフト 4 に作用する遠心力を相殺するためのバランサであって、このバランサ 9 c はシャフト 4の回転中心を挟んで常に可動スクロール 9の重心位置とは反対側に位置するようにシャフト 4 に取り付けられて、シャフト 4 とともに回転する。

また、リアハウジング 2 には吸入口 1 3 および吐出口 1 4が形成されており、吸入口 1 3 は、フロントノヽウジング 1 、リアハウジング 2および後述する固定スクロール 1 6の端板部 1 6 bによつて形成された空間（以下、この空間を吸入室と呼ぶ。） 1 5 に連通している。

1 6 はリアハウジング 2 にボルト 3 aを介して固定された固定スクロール（固定部）を示しており、この固定スクロール 1 6 は、可動スクロール 9 の歯部 9 a と嚙み合って作動室 Vを形成する渦巻き状の歯部 1 6 a と、この歯部 1 6 a と一体成形された前述の端板部 1 6 b とから構成されている。

周知のように、作動室 Vは、可動スクロール 9 の公転とともに、嚙み合った両スクロール 9， 1 6 の外周側から中心に向かって移動しながら、その容積を拡大させて、吸入口 1 3 より吸入室 1 5 内に流入した冷媒（一般的には圧縮性流体）を吸入するとともに、その後さらに中心に向かって移動しながらその容積を縮小することによつて冷媒を圧縮する。

1 7 は作動室 Vにおいて圧縮された冷媒が吐出される吐出室であつて、この吐出室 1 7 内で吐出冷媒の圧力脈動が平滑化される。そして、固定スクロール 1 6 の端扳部 1 6 bの中心部には、内圧が吐出圧力まで上昇した（体積が最も縮小した）作動室 Vと吐出室 1 7 とを連通させる吐出孔 1 8が形成されており、この吐出孔 1 8の吐出室 1 7側には、吐出室 1 7 から作動室 Vへ冷媒が逆流することを防止するリード弁状の吐出弁 1 9が配設されている。

なお、 2 0 は吐出弁 1 9 の最大開度を規制する弁止板（ストツバ ) を示しており、この弁止扳 2 0 は吐出弁 1 9 とともにボルト 2 1 によって端板部 1 6 bに固定されている。

ところで、可動スクロール 9 の端板部 9 bには、吸入室 1 5 と作動室 Vとを連通させるバイパス孔 2 2が 2個形成されており、このバイパス孔 2 2 は、端板 9 bに径方向に取り付けられた弁体であるスプール 2 3 によって開閉される。

このスプール 2 3 は、図 2 に示すように、 2個のバイパス孔 2 2 を開閉する 2個の弁部 2 3 a と、これらの弁部 2 3 aを連結する連結部 2 3 b とから構成されている。また、スプール 2 3 は、端板部 9 bの径方向に延びるように形成されたガイド孔 2 4 内に摺動可能に挿入されるとともに、端板部 9 bの径方向の外方側から中心に向かって 2個のコイルパネ（弾性部材） 2 5 によって押圧されているこれにより、スプール 2 3 は、可動スクロール 9の公転に伴って、コイルバネ 2 5を介して可動スクロール 9 から加振力を受けて強制振動することとなる。

なお、コイルバネ 2 5 の自然長は、可動スクロール 9が停止しているときにスプール 2 3 の両弁体 2 3 aがバイパス孔 2 2を閉じた位置で停止するように設定されている。

また、 2 6 はガイド孔 2 4 を閉塞する蓋（キャップ）であって、 2 7 はシャフト 4 とフロントハウジング 1 との隙間から吸入室 1 5 内の冷媒が外部に洩れ出すことを防止するリップシールである。次に、本実施形態に係る圧縮機 1 0 0 の作動および特徴について説明する。

スプール 2 3 は、前述のように、可動スクロール 9の公転に伴つてコイルバネ 2 5 を介して可動スクロール 9 から加振力を受けて強制振動をするので、その振動は 1 自由度系の変位による強制振動となる。

したがって、スプール 2 3がガイド孔 2 4 内で振動して変位する際の潤滑油等による粘性抵抗を考慮すると、振幅比 αおよび位相差 5は、振動数比 ωΖω。を； I とすると、それぞれ周知のように次の数式（ 1 ) および（ 2 ) によって示される。因みに、図 3 Αは数式 ( 1 ) を示すグラフであり、図 3 Βは数式（ 2 ) を示すグラフである。

α = { ( 1 — λ ² ) ² + ( 2 · 7 · ス） ^{2 1} ··· ( 1 ) δ = t a η ~^ι { ( 2 · τ · λ ) / ( 1 - λ ² ) } - ( 2 ) ただし、各記号は次のものを表している。

ω ：可動スクロール 9 の公転振動数（すなわちシャフト 4 の回転数） ω。：スプール 2 3 およびコイルバネ 2 5 による振動系の固有振動数

ここで、 ω。 = ( k / m ) ^{1 / 2}

k ：コイルバネ 2 5 のパネ定数（弾性定数）

m ：スプール 2 3 の質量

7 ：粘性減衰係数比（本実施形態では約 0 . 5 )

なお、シャフト 4 の回転速度を単位時間内のシャフト 4 の回転数によって表すのと同様に、可動スクロール 9の公転速度は単位時間内の公転の回数、すなわち公転振動数によって表すことができる。スクロール型圧縮機の場合、可動スクロール 9 の公転振動数はシャフト 4の回転数に等しいので、これらを共に ωとして示すことにする。可動スクロール 9 の振幅は、シャフト 4 の回転中心（可動スクロール 9の公転中心） C , に対する可動スクロール 9の中心（クランク部 7の中心） C ₂ の変位のうちガイド孔 2 4 の長手方向成分を示しており、同様に、スプール 2 3 の振幅は、中心 C , に対するスプール 2 3 の長手方向中心（重心） C ₃ の変位のうちガイド孔 2 4 の長手方向の成分を示している（図 4参照）。

上記数式（ 1 ) ，（ 2 ) および図 3 A，図 3 Bから明らかなように、シャフト 4 の回転数（加振力を発生する可動スクロール 9 の公転振動数） ωが、スプール 2 3およびコィルバネ 2 5 からなる振動系の固有振動数 ω。よりも十分に小さい場合には（ス < < 1 ) 、スプール 2 3 は可動スクロール 9 と略等しい位相および振幅で振動する。このような場合には、スプール 2 3 は可動スクロール 9 に対して略停止した状態となるので、バイパス孔 2 2 は閉じた状態となる一方、シャフト 4 の回転数（可動スクロール 9 の公転振動数） ω が固有振動数 ω。よりも十分に大きくなつた場合には（ス > 〉 1 ) 、スプール 2 3 は可動スクロール 9 に対して比較的大きく異なる位相および振幅で振動（変位）する。それによつて、スプール 2 3力くバイパス孔 2 2 を開く状態が発生し得る。

したがって、適切な固有振動数 ω。を選定することにより、シャフト 4 の回転数 ωが所定値以上となったときにはバイパス孔 2 2が開き、所定値未満ではバイパス孔 2 2が閉じたままになる。

なお、図 4 〜 7 は、シャフト 4 の回転数、すなわち可動スクロール 9の公転振動数 ωが固有振動数 ω。よりも十分に小さい場合の、可動スクロール 9 およびスプール 2 3の作動状態を示している。図 4 〜 7 力、ら明らかなように、可動スクロール 9 はバイパス孔 2 2力く閉じたままの状態で図 4→図 5—図 6→図 7—図 4の順に公転し、圧縮機 1 0 0 の吐出容量が最大になる（これを最大容量運転と呼ぶまた、図 8 〜 1 1 は振動数 ωが固有振動数 ω。よりも十分に大きい場合の可動スクロール 9およびスプール 2 3の作動状態を示す図であり、図 8 〜 1 1 から明らかなように、可動スクロール 9 の公転が図 8から図 1 1 へと進むにつれて、バイパス孔 2 2が開いた状態と閉じた状態とが交互に発生する。これにより、作動室 Vに吸入される冷媒の量は、バイパス孔 2 2が閉じた時から作動室 Vの体積が縮小に転じる時までに吸入された量となるから、圧縮機 1 0 0の吐出容量は減少する（これを可変容量運転と呼ぶ。）。

図 1 2 は、スプール 2 3 およびバイパス孔 2 2の部分の拡大図であって、スプール 2 3 は、バイパス孔 2 2 (可動スクロール 9 ) に対して（ a ) → ( b ) → ( c ) → ( d ) → ( e ) → ( a ) の順に振動（変位）する。

また、図 1 3 の実線は、シャフ卜 4 の回転数 ωが 2 0 0 0 r p m となったときに固有振動数 ω。と一致するように、コイルパネ 2 5 のパネ定数 kおよびスプール 2 3 の質量 mを選定したとき、実施形態の圧縮機 1 0 0の体積効率を示す試験結果を示すグラフである。このグラフ力、ら明らかなように、シャフト 4 の回転数 ωが 4 0 0 0 r p mまで達すると、バイパス孔 2 2 を閉じて最大容量運転を続けた場合（一点鎖線）に比べて、圧縮機 1 0 0 の体積効率（吐出容量 /吸入容量）が約 1 5 %低下していることが判る。

以上のように、第 1 実施形態に係る圧縮機 1 0 0 によれば、スプ —ル 2 3 およびコイルパネ 2 5 による振動系の固有振動数 ω。を所定の値に設定し、コイルパネ 2 5 を介して可動スクロール 9から加振力を受けてスプール 2 3 を強制振動させるという簡単な手段によつて、バイパス孔 2 2の開閉を行って吐出容量を制御することができるので、圧縮機 1 0 0 の製造原価が低減し、信頼性（耐久性）が向上する。

ところで、第 1 実施形態では、 1 個のスプール 2 3 によって 2個のバイパス孔 2 2 を開閉するように構成したが、図 1 4 に示すように、各バイパス孔 2 2毎に別のガイド孔 2 4 とスプール 2 3を設けてもよい。

さらに、図 1 5 に示すように、 1 本のガイド孔 2 4 にバイパス孔 2 2 を 2個以上（図 1 5では 4個）設けてもよい。

また、第 1 実施形態では、シャフト 4 (および可動スクロール 9 ) の停止時には、バイパス孔 2 2 を閉じるようにスプール 2 3が設定されるものとしたが、これとは逆に、圧縮機 1 0 0 の停止時にはバイパス孔 2 2 が開くように、バイパス孔 2 2 の位置とスプール 2 3等を設定してもよい。

この場合には、シャフト 4 の回転数 ωが固有振動数 ω。に比べて十分に大きくなつたときにバイパス孔 2 2が閉じることとなる。したがって、車両用空調装置等に本発明を適用した場合には、圧縮機 1 0 0 の起動時（電磁クラッチを接続した時）のショックを緩和することができる。

(第 2実施形態）

第 1 実施形態では、可動スクロール 9の公転振動数、すなわちシャフト 4 の回転数 ωが固有振動数 ω。に達する前と後とに分けて、圧縮機 1 0 0の吐出容量を 2段階に変化させているが、第 2実施形態は 3段階に変化させることができるように構成したものである。すなわち、図 1 6 に示すように、スプール 2 3 およびコイルバネ 2 5 をそれぞれ複数組として、スプール 2 3 a , 2 3 b、コイルバネ 2 5 a， 2 5 bを上下および左右方向に設けるとともに、各スプール 2 3 a , 2 3 b と、それらに弾性力を及ぼす複数個のコィルバネ 2 5 a , 2 5 bのバネ定数とによって決定される上下方向および左右方向の固有振動数 ω。，， ω。 ₂ が、相互に異なるように構成したものである。

因みに、図 1 6 は、図 1 7 に縦断面を示す第 2実施形態に係る圧縮機 2 0 0の C — C断面における 1 つの様相を示すもので、他の様相は図 1 8〜図 2 0 に示されている。第 2実施形態では、可動スクロール 9の端板部 9 bの図 1 6 において上下および左右に各一対の第 1， 2バイパス孔 2 2 aおよび 2 2 bが設けられており、それらのバイパス孔 2 2 a， 2 2 bのフロントハウジング 1 側の開口部には、固定スクロール 1 6側へ陥没する凹部 9 dが形成されている。また、上下方向および左右方向の各一対のガイド孔にそれぞれ挿入されているスプール 2 3 aおよび 2 3 bには、それらの両側に形成される 2つの空間 2 4 a， 2 4 bの間を連通させる連通孔 2 3 c力く形成されている。

そして、第 2実施形態では、スプール 2 3 aおよびコイルパネ 2 5 aにより決定される第 1 固有振動数 ω。，は、スプール 2 3 bおよびコィルバネ 2 5 bにより決定される第 2 固有振動数 ω。 2 よりも小さくなるように、スプール 2 3 a , 2 3 bの質量およびコイルパネ 2 5 a， 2 5 bのパネ定数が設定されている。

このため、シャフト 4 の回転数（すなわち可動スクロール 9 の公転振動数） ωが第 1 固有振動数 ω。，および第 2 固有振動数 ω。 ₂ に比べて十分に小さい場合には（ωく < ω。；く ω。 ₂ ) 、第 1 , 2 バイパス孔 2 2 a， 2 2 bは共に閉じた状態となる。

そして、シャフト 4 の回転数 ωが第 1 固有振動数 ω。，よりも大きく、かつ、第 2固有振動数 ω。 ₂ よりも小さい場合には（ω。， < ωく ω。 ₂ ) 、第 1 バイパス孔 2 2 aが開き、第 2 バイパス孔 2 2 bは閉じた状態となる。

また、シャフト 4 の回転数 ωが第 1 固有振動数 ω。および第 2 固有振動数 ω。 ₂ に比べて大きくなつた場合には（ω。， < ω。 ₂ く ω ) 、第 1 ， 2 バイパス孔 2 2 a， 2 2 bは共に開いた状態とななお、図 1 6〜 2 0 は振動数 ωが両固有振動数 ω。，， ω。 ₂ よりも十分に小さい場合の可動スクロール 9 およびスプール 2 3 a， 2 3 bの作動状態（最大容量運転状態）を示す図であり、図 1 6〜 2 0から明らかなように、可動スクロール 9 は、両バイパス孔 2 2 a , 2 2 bが共に閉じたままの状態で図 1 6 →図 1 8 →図 1 9 →図 2 0→図 1 6 の順に公転する。

また、図 2 1 〜 2 4 は振動数£0が第 1 固有振動数0>。，よりも大きく、かつ、第 2 固有振動数 ω。 ₂ よりも小さい場合の可動スクロール 9およびスプール 2 3 a , 2 3 bの作動状態（可変容量運転状態）を示す図であり、図 2 1 〜 2 4から明らかなように、可動スクロール 9の公転が図 2 1 から図 2 4へ進むにつれて、第 1 バイパス孔 2 2 aが開いた状態と閉じた状態とが交互に発生する。これにより、作動室 Vに吸入される冷媒の量は、第 1 バイパス孔 2 2 aが閉じた時から作動室 Vの体積が縮小に転じる時までに吸入された量となり、圧縮機 2 0 0の吐出容量が減少（変化）する。

また、図 2 5〜 2 8 は振動数 ωが両固有振動数 ω。，， ω。 ₂ よりも十分に大きい場合の可動スクロール 9 およびスプール 2 3 a , 2 3 bの作動状態（可変容量運転状態）を示す図である。図 2 5〜 2 8力、ら明らかなように、可動スクロール 9 の公転が図 2 5から図 2 8へ進むにつれて、両バイパス孔 2 2 a， 2 2 bが開いた状態と閉じた状態とが交互に発生する。これにより、作動室 Vに吸入される冷媒の量は、両バイパス孔 2 2 a， 2 2 bが閉じた時から作動室 Vの体積が縮小に転じる時までに吸入された量となり、圧縮機 2 0 0の吐出容量が減少（変化）する。

なお、第 2実施形態は、図 1 6や図 1 7 に示された構造に限定されるものではなく、図 2 9 に示す変形例のように、スプール 2 3およびコイルパネ 2 5の個数をさらに増加させて、異なる 3種以上の固有振動数 ω。を有するように構成してもよい。これにより、圧縮機 2 0 0 の吐出容量を 4段階以上に分けて制御することができる。

(第 3実施形態）

上述の各実施形態では、コイルパネ 2 5 のみによって弾性部材を構成したが、第 3実施形態の圧縮機 3 0 0 においては、図 3 0， 3 1 に示すように、バイパス孔 2 2が閉じた状態において、スプール 2 3 とガイド孔 2 4 とによつてそれぞれ形成される空間 2 4 a (第 3実施形態ではコイルパネ 2 5 aが配設された空間）内へ導入された吸入室 1 5 の冷媒圧をスプール 2 3 に作用させることにより、弾性部材（以下、流体パネと呼ぶ。）を構成したものである。

このため、第 3実施形態に係る弾性部材の平均弾性定数 kは、次の数式（ 3 ) に示されるように吸入室 1 5 内（一般的には吸入口 1 3側）の圧力に略比例して大きくなるので、吸入室 1 5 の圧力が高くなるほど、スプール 2 3 と流体パネとによつて決定される固有振動数 ω 0 が大きくなる。

k = ( P ₂ - P _S ) - A/X … （ 3 )

Ρ 2 ：空間 2 4 a内の平均圧力

P 2 = P s · ( V , /V a )^κ

P s =吸入室 1 5 内の圧力

κ ：ポリトロープ指数（ 1 . 1 〜 1 . 4 )

V！：スプール 2 3が静止している時（バイパス孔 2 2が閉じている時）の空間 2 4 aの体積

V 2 ：スプール 2 3が距離 Xだけ移動した時の空間 2 4 aの体積

X ：スプール 2 3 の平均移動（変位）距離

A ：ガイド孔 2 4 (スプール 2 3 ) の断面積

なお、固有振動数 ω。の算出にあたって、流体パネの弾性定数 k に比べてこの場合のコイルバネ 2 5 のバネ定数は十分に小さいので、第 3実施形態の理解を容易にするためにコィルバネ 2 5 のバネ定数は無視している。

また、図 3 2 は、吸入室 1 5 内の圧力 P _s (以下、吸入圧 P _s と記す。）をパラメータとして、移動（変位）距離 Xと流体パネの弾性定数 k との関係を示すグラフであり、このグラフからも明らかなように、吸入圧 P _s が大きいほど、流体パネの弾性定数 kが大きくなることが判る。

次に、第 3実施形態の特徴とする作動について説明する。

第 1 実施形態と同様に、シャフト 4 の回転数 ωが、流体パネとスプール 2 3 の質量とによつて決定される固有振動数 ω。よりも十分に小さい場合には、バィパス孔 2 2 は閉じた状態となる（図 3 3〜 3 6参照）。

一方、回転数 ωが固有振動数 ω。よりも大きい場合には、バイパス孔 2 2が開いた状態と閉じた状態とが交互に発生し（図 3 7 - 4 0参照）、作動室 V内へ吸入される冷媒の容量は、バイパス孔 2 2 が閉じた時から作動室 Vの体積が縮小に転じる時までに吸入された量となり、圧縮機 3 0 0 の吐出容量が減少（変化）する。

ところで、シャフト 4 の回転数 ωが固有振動数 ω。よりも大きい場合には、スプール 2 3が移動（変位）することによりバイパス孔 2 2が開くので、バィパス孔 2 2が開いたときには、空間 2 4 aは作動室 Vを介して吸入室 1 5 と連通し、略吸入圧 P _s の冷媒が空間 2 4 a内に導入される。

一方、吸入圧 P s は、周知のように、蒸発器 1 3 0 (図 4 2 ) における熱負荷が増大すると、それに連動して上昇するので、固有振動数 ω。の値も蒸発器 1 3 0 における熱負荷の増大に連動して大きくなる。

したがって、熱負荷が増大して冷凍能力が不足しているときには、固有振動数 ω。が大きくなり、シャフト 4 の回転数 ωが上昇してもパイパス孔 2 2が閉じた状態（最大容量運転）を維持することができる。つまり、冷凍能力が不足しているときには、圧縮機 3 0 0 のシャフト 4 の回転数（可動スクロール 9 の公転振動数） ωが大きい状態において最大容量運転をすることができるので、冷凍能力不足を速やかに解消することができる（図 4 1 参照）。

一方、冷凍能力が過剰であるときには、吸入圧 P _s の低下とともに固有振動数 ω。も小さくなるので、低い回転数 ωにおいて可変容量運転をすることができる。したがって、冷凍能力が過剰なときには、最大容量運転から可変容量運転に速やかに切り替わるので、圧縮機 3 0 0 の省動力化を図ることができる（図 4 1 参照）。ところで、第 3実施形態では、吸入圧 P _s が冷凍サイクルの熱負荷に応じて変化することを利用して、最大容量運転から可変容量運転に切り替える時期を制御しているが、周知のように、吸入圧 P _s は吸入室 1 5 内の冷媒温度に略比例するので、第 3実施形態は、スプール 2 3 に弾性力を作用させる弾性部材としての流体パネの弾性定数 kを、吸入室 1 5 内（吸入側）の冷媒温度に応じて変化させるように構成したものと言うことができる。

このため、スプール 2 3 に弾性力を作用させる弾性部材の弾性定数 kを、吸入室 1 5 内（吸入側）の冷媒温度に応じて変化させるように構成する場合に、流体バネに代えて、雰囲気温度に応じて形状が変化する形状記憶合金によりコィルバネ 2 5 を形成してもよい。なお、この場合、形状記憶合金製のコイルバネ 2 5 の温度変化に対する形状変化の応答性を向上させるために、コイルパネ 2 5 は、吸入室 1 5 内（吸入側）の冷媒に直接に晒される場合があるように配設することが望ましい。

また、上述の各実施形態において、弾性部材としてコイルパネ 2 5 を用いている場合には、その代わりに空気バネ等の流体バネゃ蛇腹状のベロ一ズやその他のバネ手段を用いてもよレ、。

また、上述の各実施形態では、バイパス孔 2 2 を開閉するスプール 2 3 は可動スクロール 9から加振力を受けるように構成されているが、シャフト 4 とともに回転してスプール 2 3 に加振力を作用させる加振クランク部を、可動スクロール 9 とは独立に設けてもよい

産業上の利用の可能性

上述の説明から明らかなように、本発明に係る可変容量型圧縮機は、シャフト（ 4 ) の回転に伴って発生する遠心力を加振力としてスプール（ 2 3 ) を強制振動させることにより、作動室（V ) と吸入側とを連通するバイパス孔（ 2 2 ) の開閉を行うものであるから、本発明は、単にスクロール型圧縮機だけでなく、ベ一ン型ゃローリングビストン型等の圧縮機にも適用可能であって、それらの圧縮機は、空調装置の冷媒圧縮機に限らず、空気ポンプや過給機（ターボチャージャゃスーパ一チャージャ等）用の空気圧縮機等、多くの用途に使用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 可動スクロール（ 9 ) および固定スクロール（ 1 6 ) によつて形成された作動室（V) の体積を拡大縮小させることにより、流体を吸入圧縮する可変容量型スクロール圧縮機であって、

前記作動室（V) と流体吸入側とを連通させ得るバイパス孔（ 2 2 ) と、

前記バイパス孔（ 2 2 ) を開閉するために、前記バイパス孔（ 2 2 ) に対して変位可能に支持された弁体（ 2 3 ) と、

前記可動スクロール（ 9 ) を公転させるために回転するシャフト ( 4 ) とを有し、

前記弁体（ 2 3 ) は、弾性部材（ 2 5 ) を介して前記シャフト（ 4 ) の回転に伴って発生する加振力を受けて強制振動をするように構成されていることを特徴とする可変容量型圧縮機。

2. 前記弾性部材の弹性定数は、前記流体吸入側の流体温度に応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

3. 前記弾性部材は前記流体吸入側の流体を導入することにより流体パネとして構成されていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

4. 前記弾性部材は前記流体吸入側の流体を導入することにより流体パネとして構成されていることを特徴とする請求項 2 に記載の可変容量型圧縮機。

5. 前記弾性部材は、雰囲気温度に応じて形状が変化する形状記憶合金により形成されているとともに、前記流体吸入側の流体に直接に晒される位置に設けられていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

6. 前記弾性部材は、雰囲気温度に応じて形状が変化する形状記憶合金により形成されているとともに、前記流体吸入側の流体に直接に晒される位置に設けられていることを特徴とする請求項 2 に記載の可変容量型圧縮機。

7. 前記弁体（ 2 3 ) および前記弾性部材（ 2 5 ) がそれぞれ複数個のもの（ 2 3 a , 2 3 b , 2 5 a , 2 5 b ) カヽらなり、

前記弁体（ 2 3 a， 2 3 b ) および前記弾性部材（ 2 5 a， 2 5 b ) の弾性定数によって決まる固有振動数（ω。）が、それぞれ異なるように設定されていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

8. 前記バイパス孔（ 2 2 ) は、前記可動スクロール（ 9 ) の端板部（ 9 b ) に形成され、

さらに、前記弁体（ 2 3 ) は、前記端扳部（ 9 b ) の径方向に振動可能に配設されるとともに、前記端板部（ 9 b ) から加振カを受けるように構成されていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

9. 前記シャフト（ 4 ) の停止時には、前記弁体（ 2 3 ) が前記バイパス孔（ 2 2 ) を閉じるように設定されていることを特徴とする請求項 1 に記載の可変容量型圧縮機。

1 0. ハウジング内に形成される作動室の体積を拡大縮小させることにより流体を吸入圧縮する圧縮機であって、

前記ハウジング内に固定されて前記作動室の一部を構成する固定部と、

前記固定部とともに前記作動室を構成し、前記固定部に対して変位して前記作動室の体積を拡大縮小させる可動部と、

前記作動室と流体吸入側とを連通させるバイパス孔と、

前記バイパス孔を開閉するために、前記バイパス孔に対して変位可能な弁体と、

前記可動部を駆動するシャフ卜とを有し、

前記弁体は、弾性部材を介して前記シャフ卜の回転に伴って発生する加振力を受けて強制振動することにより前記バイパス孔を開閉するように構成されていることを特徴とする可変容量型圧縮機。