クラッチレス圧縮機
【課題】外部冷媒回路を経由して循環させる場合と経由させずに循環させる場合とに冷媒の循環経路を切替えることにより、起動性と信頼性の両立を図る。
【解決手段】吐出通路３５に、当該吐出通路３５を開閉する逆止弁４５を設ける。また、第３連通路５５には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて第３連通路５５を開閉する切替弁４９を設ける。吐出圧力と吸入圧力との差圧が設定圧を越える場合には、逆止弁４５により外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を開放する一方で、切替弁４９により第３連通路５５を閉鎖し、冷媒ガスを吐出室２９から外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８へ循環させる。吐出圧力と吸入圧力との差圧が設定圧以下の場合には、逆止弁４５により外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖する一方で、切替弁４９により第３連通路５５を開放し、冷媒ガスを吐出室２９から外部冷媒回路３６を経由することなく吸入室２８へ循環させる。
【解決手段】吐出通路３５に、当該吐出通路３５を開閉する逆止弁４５を設ける。また、第３連通路５５には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて第３連通路５５を開閉する切替弁４９を設ける。吐出圧力と吸入圧力との差圧が設定圧を越える場合には、逆止弁４５により外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を開放する一方で、切替弁４９により第３連通路５５を閉鎖し、冷媒ガスを吐出室２９から外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８へ循環させる。吐出圧力と吸入圧力との差圧が設定圧以下の場合には、逆止弁４５により外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖する一方で、切替弁４９により第３連通路５５を開放し、冷媒ガスを吐出室２９から外部冷媒回路３６を経由することなく吸入室２８へ循環させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク室内の圧力と吸入圧とのピストンを介した差圧に応じて斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力をクランク室に供給するとともに、放圧通路を介してクランク室の圧力を吸入圧領域に放出してクランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両用空調装置の圧縮機として、自動車のエンジンとの間の動力伝達経路上に電磁クラッチ機構を設けないクラッチレス圧縮機が用いられている。この種のクラッチレス圧縮機は、ハウジング内に斜板を収容するクランク室が設けられており、当該斜板の傾斜角を制御することにより吐出容量が変更される可変容量タイプとされている。このような可変容量タイプのクラッチレス圧縮機では、冷房不要時において良好な起動性を得るために吐出容量が最小となるように斜板の傾斜角が制御されている。すなわち、クラッチレス圧縮機では、冷房不要時においても吐出圧領域から冷媒が吐出されている。このため、吐出された冷媒が外部冷媒回路に流出してしまうと、当該外部冷媒回路を構成する蒸発器におけるフロスト発生が問題となる。そこで、本出願人は、フロスト防止のために吐出通路に逆止弁を設け、冷房不要時における外部冷媒回路への冷媒の流出を防止する技術を提案した（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２０５４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、逆止弁を設けただけでは、逆止弁の作用によって冷房不要時において冷媒の流出を防止し得るが、吐出された冷媒により吐出圧領域内の圧力が上昇し、当該圧力が所定圧に達することで望ましくないタイミングで逆止弁が押し開かれて冷媒が流出する可能性もある。そこで、特許文献１においては、吐出圧領域内の圧力上昇を抑制するために冷房不要時において、逆止弁の作用により冷媒の流出を防止しつつ、当該冷媒を圧縮機の内部で循環（吐出圧領域から吸入圧領域へ循環）させることが考えられている。しかしながら、このように構成した場合には、冷房不要時と冷房必要時における循環経路の切替えが必要となる。すなわち、冷房不要時においては前述のように内部で循環されているが、冷房必要時においても内部で循環されたままであったり、冷房不要時に圧縮機が高回転になった時においても内部で循環されたままであったりした場合には、圧縮機の吐出能力が低下するばかりか、圧縮された冷媒によって圧縮機内が高温となり、信頼性の低下に繋がる虞がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、外部冷媒回路を経由して循環させる場合と経由させずに循環させる場合とに冷媒の循環経路を切替えることにより、起動性と信頼性の両立を図ることができるクラッチレス圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングに形成したシリンダボア内にピストンを収容するとともに前記ハウジングに形成したクランク室内に斜板を収容し、前記クランク室内の圧力と吸入圧との前記ピストンを介した差圧に応じて前記斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力を前記クランク室に供給するとともに放圧通路を介して前記クランク室の圧力を吸入圧領域に放出して前記クランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機において、前記吐出圧領域から吐出された冷媒を圧縮機に接続される外部冷媒回路に排出する吐出通路と、前記外部冷媒回路を経由した前記冷媒を前記吸入圧領域に導入する吸入通路と、前記外部冷媒回路を経由させることなく前記吐出圧領域から前記吸入圧領域に前記冷媒を循環させるバイパス通路とを有し、前記吐出通路には前記吐出通路を開閉する第１の弁体を設ける一方で、前記バイパス通路には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて前記バイパス通路を開閉する第２の弁体を設け、前記第１の弁体が前記吐出通路を開放している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を閉鎖し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由して前記吸入圧領域へ至る外部循環経路で循環させる一方で、前記第１の弁体が前記吐出通路を閉鎖している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を開放し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由させずに前記吸入圧領域へ至る内部循環経路で循環させることを要旨とする。
【０００６】
これによれば、第１の弁体が吐出通路を閉鎖し、第２の弁体がバイパス通路を開放した場合には、吐出圧領域から吐出された冷媒が外部冷媒回路を経由することなく吸入圧領域に循環される。このため、車両用空調装置における冷房不要時においては、冷媒が外部冷媒回路に流出することがない。そして、圧縮機内では、吐出容量を最小とした状態で冷媒が循環されることになるので、起動性を良好なものとすることができる。また、第１の弁体が吐出通路を開放し、第２の弁体がバイパス通路を閉鎖した場合には、吐出圧領域から吐出された冷媒が外部冷媒回路を経由して吸入圧領域に循環される。このため、車両用空調装置における冷房必要時においては、圧縮機が冷却されることにより、信頼性を良好なものとすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の回転数をもとに定めた設定圧を境界として前記冷媒の循環経路を切替えることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、回転数の上昇とともに圧力と温度が上昇する圧縮機の動作状態に応じて冷媒の循環経路を切替えることができ、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の最小容量状態においても、前記設定圧を超えた場合に前記内部循環経路から前記外部循環経路へ切替えることを要旨とする。
【０００９】
これによれば、圧縮機が最小容量時であっても圧縮機の回転数が高回転になったときに内部循環経路から外部循環経路に切替え、高温になった冷媒を外部循環経路に排出することにより圧縮機内が高温になるのを防止することができる。通常のクラッチレス圧縮機においては、最小容量時、冷媒は内部循環経路を循環し続けているが、圧縮機の回転数が高回転になった場合、圧縮が頻繁に行われることにより冷媒が高温となり、圧縮機内の温度が上昇し、信頼性が低下する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、別体構成とされており、各弁体が独立して動作することを要旨とする。
【００１１】
これによれば、第１の弁体と第２の弁体を独立させて動作させることにより、圧縮機の設計を容易にすることができる。すなわち、第１の弁体と第２の弁体を連動させる場合には、冷媒の循環経路を確実に切替えるために双方の動作状態（動作量など）を加味して通路の位置などを設計する必要があり、設計が複雑化する虞がある。例えば、第１の弁体が吐出通路を閉鎖した時に第２の弁体がバイパス通路を開放するように、バイパス通路の配置や弁体の動作量を設定する必要がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部冷媒回路を経由して循環させる場合と経由させずに循環させる場合とに冷媒の循環経路を切替えることにより、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を冷凍サイクルに用いられるクラッチレス圧縮機（以下、単に「圧縮機」という）に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」は、図１に示す矢印Ｙ１の方向を上下方向とし、矢印Ｙ２の方向を前後方向とする。
【００１４】
図１は、圧縮機１０の縦断面図を示す。図１に示すように、圧縮機１０のハウジング１１は、シリンダブロック１２と、該シリンダブロック１２の前端に接合されたフロントハウジング１３と、シリンダブロック１２の後端に弁・ポート形成体１４を介して接合されたリヤハウジング１５とからなる。
【００１５】
ハウジング１１の内部において、シリンダブロック１２とフロントハウジング１３との間には、クランク室１６が区画形成されている。シリンダブロック１２とフロントハウジング１３との間には、クランク室１６を挿通するようにして、駆動軸１７が回転可能に支持されている。駆動軸１７の前端は、クランク室１６から外部へ突出しており、この突出端部にはプーリ１８が止着されている。プーリ１８は、ベルト１９を介して車両のエンジン（図示略）に連結されている。プーリ１８は、アンギュラベアリング２０を介してフロントハウジング１３に支持されている。フロントハウジング１３は、アンギュラベアリング２０を介して、プーリ１８に作用するスラスト方向の荷重及びラジアル方向の荷重の両方を受け止める。
【００１６】
クランク室１６内において駆動軸１７には、ロータ２１が一体回転可能に固定されている。クランク室１６内には、円盤状をなすカムプレートとしての斜板２２が収容されている。斜板２２は、その中央部に駆動軸１７が挿通されており、駆動軸１７に対して一体回転可能でかつ傾動可能に支持されている。ロータ２１と斜板２２との間には、ヒンジ機構２３が介在されている。そして、斜板２２は、ヒンジ機構２３を介したロータ２１との間でのヒンジ連結、及び駆動軸１７の支持により、ロータ２１及び駆動軸１７と同期回転可能であるとともに、駆動軸１７の軸方向（中心軸Ｌ方向）へのスライド移動を伴いながら駆動軸１７に対し傾動可能となっている。
【００１７】
シリンダブロック１２において駆動軸１７の中心軸Ｌ周りには、複数のシリンダボア２４が等角度間隔で前後方向に貫通形成されている。片頭型のピストン２５は、各シリンダボア２４内に前後方向へ移動可能に収容されている。シリンダボア２４の前後開口は、弁・ポート形成体１４の前端面及びピストン２５によって閉塞されており、このシリンダボア２４内にはピストン２５の前後方向への移動に応じて容積が変化する圧縮室２６が区画形成されている。
【００１８】
ピストン２５のストローク（ピストンストローク）は、ピストン２５の正面（図１では圧縮室２６に臨む面）にかかる圧力、すなわち圧縮室２６の圧力（シリンダボア２４内の圧力）と、ピストン２５の背面（図１ではクランク室１６に臨む面）にかかる圧力、すなわちクランク室１６内の圧力（クランク室圧Ｐｃ）との差圧によって決定される。このため、ピストンストロークは、クランク室１６内の圧力を高くし、圧縮室２６とクランク室１６との差圧を小さくすることにより、斜板２２の傾斜角が小さくなることに伴って小さくなる。一方で、ピストンストロークは、クランク室１６内の圧力を低くし、圧縮室２６とクランク室１６との差圧を大きくすることにより、斜板２２の傾斜角が大きくなることに伴って大きくなる。
【００１９】
各ピストン２５は、一対のシュー２７を介して斜板２２の外周部に係留されている。したがって、駆動軸１７の回転によって斜板２２が回転すると、該斜板２２は駆動軸１７の中心軸Ｌ方向前後に揺動される。斜板２２の揺動によって、ピストン２５が前後方向に往復直線運動される。圧縮機１０では、クランク室１６、駆動軸１７、斜板２２、及びピストン２５などによって圧縮機構が構成されている。
【００２０】
ハウジング１１の内部において、弁・ポート形成体１４とリヤハウジング１５との間には、吸入圧領域としての吸入室２８及び吐出圧領域としての吐出室２９がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体１４には、圧縮室２６と吸入室２８との間に位置するように、吸入ポート３０と吸入弁３１がそれぞれ形成されている。弁・ポート形成体１４には、圧縮室２６と吐出室２９との間に位置するように、吐出ポート３２と吐出弁３３がそれぞれ形成されている。
【００２１】
吸入室２８には、当該吸入室２８へ冷媒ガス（例えば、二酸化炭素冷媒）を導入する吸入通路３４が接続されているとともに、吐出室２９には、当該吐出室２９から冷媒ガスを排出する吐出通路３５が接続されている。そして、吸入通路３４と吐出通路３５は、圧縮機１０の外部に設けられた外部冷媒回路３６で接続されている。外部冷媒回路３６上には、凝縮器３７、膨張弁３８及び蒸発器３９が介在されている。外部冷媒回路３６（詳しくは、蒸発器３９の出口側）から吸入通路３４を介して吸入室２８に導入された冷媒ガスは、各ピストン２５の上死点位置から下死点位置側への移動により、吸入ポート３０及び吸入弁３１を介して圧縮室２６に吸入される。そして、圧縮室２６に吸入された冷媒ガスは、ピストン２５の下死点位置から上死点位置側への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート３２及び吐出弁３３を介して吐出室２９に吐出されるとともに、吐出通路３５を介して外部冷媒回路３６に排出される。
【００２２】
ハウジング１１には、シリンダブロック１２と弁・ポート形成体１４を貫通するように放圧通路としての抽気通路４０が設けられている。抽気通路４０は、クランク室１６と吸入室２８とを接続する。また、抽気通路４０の途中には、固定絞り４１が設けられている。また、ハウジング１１には、シリンダブロック１２、弁・ポート形成体１４及びリヤハウジング１５を貫通するように圧力供給通路としての給気通路４２が接続されている。給気通路４２は、リヤハウジング１５に収容された周知の電磁弁よりなる制御弁４３と吐出通路３５を介してクランク室１６と吐出室２９とを接続する。
【００２３】
圧縮機１０においては、制御弁４３の開度を調整することにより、給気通路４２を介したクランク室１６への高圧な吐出ガスの供給量と、抽気通路４０を介したクランク室１６からのガスの排出量（放出量）とのバランスが制御され、クランク室１６が調圧される。そして、クランク室１６の調圧により、斜板２２の傾斜角が変更される結果、ピストン２５のストロークが可変制御され、圧縮機１０の吐出容量が調節される。例えば、制御弁４３の弁開度が減少すると、クランク室１６の内圧が低下されることにより、斜板２２の傾斜角が大きくなることに伴ってピストンストロークが大きくなり、圧縮機１０の吐出容量が増大される。逆に、制御弁４３の弁開度が増大すると、クランク室１６の内圧が上昇されることにより、斜板２２の傾斜角が小さくなることに伴ってピストンストロークが小さくなり、圧縮機１０の吐出容量が減少される。すなわち、本実施形態の圧縮機１０は、斜板式の可変容量タイプとされている。なお、車両用空調装置（図示略）における冷房不要などの要求に応じて制御弁４３への電流供給を停止すれば、制御弁４３が全開となって圧縮機１０の吐出容量は最小化される。したがって、制御弁４３は、冷媒ガスの流量が最小量のときは全開状態となり、吐出室２９からクランク室１６へは給気通路４２を介して冷媒ガスが流れている。
【００２４】
また、リヤハウジング１５には、吐出室２９と外部冷媒回路３６との間の吐出通路３５上に第１弁室４４が設けられており、当該第１弁室４４には第１の弁体としての逆止弁４５が収容されている。逆止弁４５は、吐出圧力が十分に高い場合（本実施形態では逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を超える場合）に開放されて、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を許容する。一方、逆止弁４５は、吐出圧力が低い場合（本実施形態では逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を下回る場合）に閉鎖されて、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を停止する。吐出圧力が低くなる状況は、例えば、車両用空調装置（図示略）における冷房不要などの要求に応じて圧縮機１０の吐出容量が最小化された場合にもたらされる。逆止弁４５は、吐出通路３５を開閉する弁体として設けられている。
【００２５】
また、リヤハウジング１５には、弁孔４６を介して連通される第２弁室４７と第３弁室４８とが設けられている。第２弁室４７と第３弁室４８には、第２の弁体としての切替弁４９が収容されている。切替弁４９は、弾性復元力を有するベローズ５０と、当該ベローズ５０の一端に連結された弁体５１と、当該弁体５１に連結される球状の頭部５２とからなる。ベローズ５０は、第２弁室４７内に収容されており、当該第２弁室４７をベローズ外室４７ａとベローズ内室４７ｂとに区画している。弁体５１は、ベローズ５０の伸縮動作に合わせて弁孔４６内を動作可能（図１では上下動可能）に遊嵌されている。頭部５２は、第３弁室４８内に収容されており、弁体５１の動作（図１では上下動）に伴って弁孔４６の開口端部に対して当接又は離間する。これにより、第２弁室４７と第３弁室４８は、頭部５２が弁孔４６の開口端部から離間した場合には当該弁孔４６が開放されて連通状態とされる一方で、頭部５２が弁孔４６の開口端部に当接した場合には当該弁孔４６が閉鎖されて連通状態が遮断される。
【００２６】
そして、切替弁４９は、吸入通路３４と吐出通路３５に接続されている。具体的に言えば、リヤハウジング１５において第２弁室４７内のベローズ外室４７ａ（ベローズ５０の外方）は、第１連通路５３を介して吐出通路３５に接続されている。第１連通路５３は、吐出室２９と第１弁室４４（逆止弁４５）との間の吐出通路３５に接続されている。また、リヤハウジング１５において第２弁室４７内のベローズ内室４７ｂ（ベローズ５０の内方）は、第２連通路５４を介して吸入通路３４に接続されている。第２連通路５４は、吸入室２８と外部冷媒回路３６との間の吸入通路３４に接続されている。
【００２７】
この構成により、切替弁４９を構成するベローズ５０は、ベローズ外室４７ａ（吐出圧力Ｐｄ）とベローズ内室４７ｂ（吸入圧力Ｐｓ）との差圧により伸縮動作する。具体的に言えば、ベローズ５０は、吐出圧力が十分に高い場合（本実施形態では吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧を超える場合）には自身の弾性力に抗して収縮し、弁孔４６を閉鎖させるように動作する。一方で、ベローズ５０は、吐出圧力が低い場合（本実施形態では吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧以下の場合）には吸入圧力Ｐｓと自身の弾性力にて伸長し、弁孔４６を開放させるように動作する。
【００２８】
また、リヤハウジング１５において第３弁室４８は、バイパス通路としての第３連通路５５を介して吸入通路３４に接続されている。第３連通路５５は、吸入室２８と外部冷媒回路３６との間の吸入通路３４上であって、第２連通路５４よりも吸入室２８寄りに接続されている。そして、吐出圧力が低く、弁孔４６が開放されている場合（第２弁室４７と第３弁室４８とが連通している場合）には、吐出通路３５に排出された冷媒が第１連通路５３、第２弁室４７、弁孔４６及び第３弁室４８を介して第３連通路５５に至り、当該第３連通路５５から吸入通路３４（吸入室２８）に排出される。すなわち、切替弁４９は、第３連通路５５を開閉する弁体として設けられている。また、第３連通路５５には、固定絞り５６が設けられている。この固定絞り５６により、圧力差が調整されている。また、本実施形態では、第３連通路５５（固定絞り５６）の通路面積（通路径）と外部冷媒回路３６における膨張弁３８の通路面積（通路径）を比較した場合、第３連通路５５の通路面積の方を大きく設定し、圧力差が調整されるようになっている。
【００２９】
本実施形態の圧縮機１０では、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に応じて逆止弁４５による吐出通路３５の開閉及び吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧に応じて切替弁４９による第３連通路５５の開閉が制御される。すなわち、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧が設定圧を超える場合（冷房必要時）には、切替弁４９によって第３連通路５５が閉鎖された後、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を超えた冷媒ガスが、逆止弁４５を押し退け、吐出通路３５を開放する。このとき、圧縮機１０には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスの循環経路として、吐出通路３５、第１弁室４４、外部冷媒回路３６、吸入通路３４及び吸入室２８を順に循環する経路（以下、「外部循環経路」という）が形成される。
【００３０】
一方、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧が設定圧以下の場合（冷房不要時）には、吐出圧力Ｐｄの減少により、逆止弁４５によって吐出通路３５が閉鎖された後、切替弁４９によって第３連通路５５が開放される。このとき、圧縮機１０には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスの循環経路として、吐出通路３５、第１連通路５３、第２弁室４７、弁孔４６、第３弁室４８、第３連通路５５、吸入通路３４及び吸入室２８を順に循環する経路（以下、「内部循環経路」という）が形成される。
【００３１】
本実施形態では、外部循環経路と内部循環経路とを切替えるための設定圧を圧縮機１０の回転数をもとに設定している。そして、本実施形態では、最小容量時における圧縮機１０の回転数をもとに設定圧を決定し、当該設定圧を境界として循環経路が切替えられるように、第３連通路５５上の固定絞り５６の径やベローズ５０の弾性力を決定している。なお、圧縮機１０は、回転数の上昇により、圧力が上昇するとともに温度も上昇する。このため、回転数は、圧縮機１０の信頼性を確保するために冷却が必要と考えられる値に設定され、例えばシミュレーションなどにより決定される。そして、固定絞り５６の径を変更することにより、冷媒ガスを循環させる循環経路の切替えタイミングを設定することが可能となる。また、本実施形態では、逆止弁４５と切替弁４９とが別体構成とされており、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧及び吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じてそれぞれが独立して動作し得るように構成されている。
【００３２】
以下、本実施形態の圧縮機１０の作用を図２及び図３にしたがって説明する。
図２は、冷房不要時における冷媒ガスの流れを模式的に示した図である。図３は、冷房必要時における冷媒ガスの流れを模式的に示した図である。
【００３３】
最初に、図２にしたがって冷房不要時における冷媒ガスの流れを説明する。冷房不要時の圧縮機１０は、制御弁４３が全開となることにより斜板２２の傾斜角が最小角度となり、吐出容量が最小とされている。このとき、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓは、その差圧が設定圧以下となる。このため、逆止弁４５は、外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖し、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を停止する。また、切替弁４９は、ベローズ外室４７ａにかかる吐出圧力Ｐｄとベローズ内室４７ｂにかかる吸入圧力Ｐｓとの圧力差が小さいことにより、ベローズ５０が第２弁室４７と第３弁室４８とを連通するように伸長する。その結果、冷房不要時においては、内部循環経路が形成される。そして、吐出室２９から吐出された冷媒ガスは、外部冷媒回路３６を経由することなく、切替弁４９を介して第３連通路５５を経由することで吐出通路３５と吸入通路３４との間でバイパスされ、吸入室２８に流出する。
【００３４】
したがって、冷房不要時においては、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが吐出圧領域に滞留することが防がれ、圧力上昇が抑制される。また、冷房不要時においては、内部循環経路で冷媒ガスを循環させることにより、最小吐出容量分を固定容量として圧縮機１０内で循環させることが可能となる。
【００３５】
次に、図３にしたがって冷房必要時における冷媒ガスの流れを説明する。冷房必要時の圧縮機１０は、制御弁４３の弁開度が減少することにより斜板２２の傾斜角が増大し、かつ吐出容量も増大される。これにより、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓは、その差圧が大きくなる。そして、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧を超えると、逆止弁４５は、吐出通路３５を開放し、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を許容する。また、切替弁４９は、ベローズ外室４７ａにかかる吐出圧力Ｐｄとベローズ内室４７ｂにかかる吸入圧力Ｐｓとの圧力差が大きくなることにより、ベローズ５０が第２弁室４７と第３弁室４８との連通を遮断するように収縮する。その結果、冷房必要時においては、外部循環経路が形成される。そして、吐出室２９から吐出された冷媒ガスは、外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８に流出する。したがって、冷房必要時においては、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６にて冷却される。
【００３６】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）逆止弁４５が外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖し、切替弁４９が第３連通路５５を開放した場合には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６を経由することなく吸入室２８に循環される。このため、車両用空調装置における冷房不要時においては、冷媒ガスが外部冷媒回路３６に流出することがなく、蒸発器３９のフロスト発生を抑制できる。そして、圧縮機１０内では、最小容量の冷媒ガスが循環されているので、起動性を良好なものとすることができる。また、切替弁４９が第３連通路５５を閉鎖し、逆止弁４５が外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を開放した場合には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８に循環される。このため、車両用空調装置における冷房必要時においては、圧縮機１０が冷却されることにより、信頼性を良好なものとすることができる。
【００３７】
（２）圧縮機１０の回転数をもとに定めた設定圧を境界として冷媒ガスの循環経路を切替えることにより、回転数の上昇とともに圧力と温度が上昇する圧縮機１０の動作状態に応じて冷媒を循環させる循環経路を切替えることができる。特に、圧縮機１０が最小容量状態である場合には、圧縮機１０の回転数が高回転になった時に内部循環経路から外部循環経路に切替え、高温になった冷媒を外部循環経路に排出し、外部冷媒回路から低温な冷媒を導入することにより圧縮機１０内が高温になるのを防止することができる。したがって、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
【００３８】
（３）逆止弁４５と切替弁４９を独立させて動作させることにより、逆止弁４５と切替弁４９を連動させて冷媒ガスの循環経路を切替えるようにした場合に比して圧縮機１０の設計を容易にすることができる。逆止弁４５と切替弁４９を連動させる場合には、冷媒ガスを循環させる循環経路を確実に切替えるために双方の動作状態（動作量など）を加味して通路の位置などを設計する必要があり、設計が複雑化する虞があるが、本実施形態においては設計が複雑化する虞はない。
【００３９】
（４）冷媒ガスを循環させる循環経路を切替えるための構成として逆止弁４５と切替弁４９を設け、これらの弁を逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧、及び吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧に応じて動作させるようにした。これらの弁による循環経路の切替えは機械的に行われることになるので、切替えタイミング時において循環経路の切替えの確実性を得ることができる。
【００４０】
（５）また、逆止弁４５と切替弁４９を圧縮機１０内に収容することにより、圧縮機１０を含む車両用空調装置の車両への組み付け性を向上させることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４１】
○ 切替弁４９を、ダイヤフラムや電磁弁に変更しても良い。
○ 第３連通路５５に固定絞り５６を設けたが、固定絞り５６に代えて可変絞りを設けても良い。可変絞りにした場合には、絞り量を調整することにより、冷媒ガスを循環させる循環経路の切替えタイミングを変更することができる。
【００４２】
○ 制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の配置やこれらに接続される各通路（吸入通路３４、吐出通路３５、第１〜第３連通路５３，５４，５５など）の配置を変更しても良い。なお、図１では、制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９を簡略化して図示している。そして、図１は、吸入室２８及び吐出室２９に対する制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の接続形態を模式的に図示しており、圧縮機１０の設計においては制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の配置や各通路の配置などは変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】クラッチレス圧縮機を示す縦断面図。
【図２】冷房不要時における冷媒ガスの流れを示す模式図。
【図３】冷媒必要時における冷媒ガスの流れを示す模式図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…クラッチレス圧縮機、１１…ハウジング、１２…シリンダボア、１６…クランク室、２２…斜板、２５…ピストン、２８…吸入室、２９…吐出室、３４…吸入通路、３５…吐出通路、３６…外部冷媒回路、４０…抽気通路、４２…給気通路、４５…逆止弁、４９…切替弁、５５…第３連通路、５６…固定絞り、Ｐｄ…吐出圧力、Ｐｓ…吸入圧力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク室内の圧力と吸入圧とのピストンを介した差圧に応じて斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力をクランク室に供給するとともに、放圧通路を介してクランク室の圧力を吸入圧領域に放出してクランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両用空調装置の圧縮機として、自動車のエンジンとの間の動力伝達経路上に電磁クラッチ機構を設けないクラッチレス圧縮機が用いられている。この種のクラッチレス圧縮機は、ハウジング内に斜板を収容するクランク室が設けられており、当該斜板の傾斜角を制御することにより吐出容量が変更される可変容量タイプとされている。このような可変容量タイプのクラッチレス圧縮機では、冷房不要時において良好な起動性を得るために吐出容量が最小となるように斜板の傾斜角が制御されている。すなわち、クラッチレス圧縮機では、冷房不要時においても吐出圧領域から冷媒が吐出されている。このため、吐出された冷媒が外部冷媒回路に流出してしまうと、当該外部冷媒回路を構成する蒸発器におけるフロスト発生が問題となる。そこで、本出願人は、フロスト防止のために吐出通路に逆止弁を設け、冷房不要時における外部冷媒回路への冷媒の流出を防止する技術を提案した（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２０５４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、逆止弁を設けただけでは、逆止弁の作用によって冷房不要時において冷媒の流出を防止し得るが、吐出された冷媒により吐出圧領域内の圧力が上昇し、当該圧力が所定圧に達することで望ましくないタイミングで逆止弁が押し開かれて冷媒が流出する可能性もある。そこで、特許文献１においては、吐出圧領域内の圧力上昇を抑制するために冷房不要時において、逆止弁の作用により冷媒の流出を防止しつつ、当該冷媒を圧縮機の内部で循環（吐出圧領域から吸入圧領域へ循環）させることが考えられている。しかしながら、このように構成した場合には、冷房不要時と冷房必要時における循環経路の切替えが必要となる。すなわち、冷房不要時においては前述のように内部で循環されているが、冷房必要時においても内部で循環されたままであったり、冷房不要時に圧縮機が高回転になった時においても内部で循環されたままであったりした場合には、圧縮機の吐出能力が低下するばかりか、圧縮された冷媒によって圧縮機内が高温となり、信頼性の低下に繋がる虞がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、外部冷媒回路を経由して循環させる場合と経由させずに循環させる場合とに冷媒の循環経路を切替えることにより、起動性と信頼性の両立を図ることができるクラッチレス圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングに形成したシリンダボア内にピストンを収容するとともに前記ハウジングに形成したクランク室内に斜板を収容し、前記クランク室内の圧力と吸入圧との前記ピストンを介した差圧に応じて前記斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力を前記クランク室に供給するとともに放圧通路を介して前記クランク室の圧力を吸入圧領域に放出して前記クランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機において、前記吐出圧領域から吐出された冷媒を圧縮機に接続される外部冷媒回路に排出する吐出通路と、前記外部冷媒回路を経由した前記冷媒を前記吸入圧領域に導入する吸入通路と、前記外部冷媒回路を経由させることなく前記吐出圧領域から前記吸入圧領域に前記冷媒を循環させるバイパス通路とを有し、前記吐出通路には前記吐出通路を開閉する第１の弁体を設ける一方で、前記バイパス通路には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて前記バイパス通路を開閉する第２の弁体を設け、前記第１の弁体が前記吐出通路を開放している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を閉鎖し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由して前記吸入圧領域へ至る外部循環経路で循環させる一方で、前記第１の弁体が前記吐出通路を閉鎖している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を開放し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由させずに前記吸入圧領域へ至る内部循環経路で循環させることを要旨とする。
【０００６】
これによれば、第１の弁体が吐出通路を閉鎖し、第２の弁体がバイパス通路を開放した場合には、吐出圧領域から吐出された冷媒が外部冷媒回路を経由することなく吸入圧領域に循環される。このため、車両用空調装置における冷房不要時においては、冷媒が外部冷媒回路に流出することがない。そして、圧縮機内では、吐出容量を最小とした状態で冷媒が循環されることになるので、起動性を良好なものとすることができる。また、第１の弁体が吐出通路を開放し、第２の弁体がバイパス通路を閉鎖した場合には、吐出圧領域から吐出された冷媒が外部冷媒回路を経由して吸入圧領域に循環される。このため、車両用空調装置における冷房必要時においては、圧縮機が冷却されることにより、信頼性を良好なものとすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の回転数をもとに定めた設定圧を境界として前記冷媒の循環経路を切替えることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、回転数の上昇とともに圧力と温度が上昇する圧縮機の動作状態に応じて冷媒の循環経路を切替えることができ、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の最小容量状態においても、前記設定圧を超えた場合に前記内部循環経路から前記外部循環経路へ切替えることを要旨とする。
【０００９】
これによれば、圧縮機が最小容量時であっても圧縮機の回転数が高回転になったときに内部循環経路から外部循環経路に切替え、高温になった冷媒を外部循環経路に排出することにより圧縮機内が高温になるのを防止することができる。通常のクラッチレス圧縮機においては、最小容量時、冷媒は内部循環経路を循環し続けているが、圧縮機の回転数が高回転になった場合、圧縮が頻繁に行われることにより冷媒が高温となり、圧縮機内の温度が上昇し、信頼性が低下する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のクラッチレス圧縮機において、前記第１の弁体と前記第２の弁体は、別体構成とされており、各弁体が独立して動作することを要旨とする。
【００１１】
これによれば、第１の弁体と第２の弁体を独立させて動作させることにより、圧縮機の設計を容易にすることができる。すなわち、第１の弁体と第２の弁体を連動させる場合には、冷媒の循環経路を確実に切替えるために双方の動作状態（動作量など）を加味して通路の位置などを設計する必要があり、設計が複雑化する虞がある。例えば、第１の弁体が吐出通路を閉鎖した時に第２の弁体がバイパス通路を開放するように、バイパス通路の配置や弁体の動作量を設定する必要がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部冷媒回路を経由して循環させる場合と経由させずに循環させる場合とに冷媒の循環経路を切替えることにより、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を冷凍サイクルに用いられるクラッチレス圧縮機（以下、単に「圧縮機」という）に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」は、図１に示す矢印Ｙ１の方向を上下方向とし、矢印Ｙ２の方向を前後方向とする。
【００１４】
図１は、圧縮機１０の縦断面図を示す。図１に示すように、圧縮機１０のハウジング１１は、シリンダブロック１２と、該シリンダブロック１２の前端に接合されたフロントハウジング１３と、シリンダブロック１２の後端に弁・ポート形成体１４を介して接合されたリヤハウジング１５とからなる。
【００１５】
ハウジング１１の内部において、シリンダブロック１２とフロントハウジング１３との間には、クランク室１６が区画形成されている。シリンダブロック１２とフロントハウジング１３との間には、クランク室１６を挿通するようにして、駆動軸１７が回転可能に支持されている。駆動軸１７の前端は、クランク室１６から外部へ突出しており、この突出端部にはプーリ１８が止着されている。プーリ１８は、ベルト１９を介して車両のエンジン（図示略）に連結されている。プーリ１８は、アンギュラベアリング２０を介してフロントハウジング１３に支持されている。フロントハウジング１３は、アンギュラベアリング２０を介して、プーリ１８に作用するスラスト方向の荷重及びラジアル方向の荷重の両方を受け止める。
【００１６】
クランク室１６内において駆動軸１７には、ロータ２１が一体回転可能に固定されている。クランク室１６内には、円盤状をなすカムプレートとしての斜板２２が収容されている。斜板２２は、その中央部に駆動軸１７が挿通されており、駆動軸１７に対して一体回転可能でかつ傾動可能に支持されている。ロータ２１と斜板２２との間には、ヒンジ機構２３が介在されている。そして、斜板２２は、ヒンジ機構２３を介したロータ２１との間でのヒンジ連結、及び駆動軸１７の支持により、ロータ２１及び駆動軸１７と同期回転可能であるとともに、駆動軸１７の軸方向（中心軸Ｌ方向）へのスライド移動を伴いながら駆動軸１７に対し傾動可能となっている。
【００１７】
シリンダブロック１２において駆動軸１７の中心軸Ｌ周りには、複数のシリンダボア２４が等角度間隔で前後方向に貫通形成されている。片頭型のピストン２５は、各シリンダボア２４内に前後方向へ移動可能に収容されている。シリンダボア２４の前後開口は、弁・ポート形成体１４の前端面及びピストン２５によって閉塞されており、このシリンダボア２４内にはピストン２５の前後方向への移動に応じて容積が変化する圧縮室２６が区画形成されている。
【００１８】
ピストン２５のストローク（ピストンストローク）は、ピストン２５の正面（図１では圧縮室２６に臨む面）にかかる圧力、すなわち圧縮室２６の圧力（シリンダボア２４内の圧力）と、ピストン２５の背面（図１ではクランク室１６に臨む面）にかかる圧力、すなわちクランク室１６内の圧力（クランク室圧Ｐｃ）との差圧によって決定される。このため、ピストンストロークは、クランク室１６内の圧力を高くし、圧縮室２６とクランク室１６との差圧を小さくすることにより、斜板２２の傾斜角が小さくなることに伴って小さくなる。一方で、ピストンストロークは、クランク室１６内の圧力を低くし、圧縮室２６とクランク室１６との差圧を大きくすることにより、斜板２２の傾斜角が大きくなることに伴って大きくなる。
【００１９】
各ピストン２５は、一対のシュー２７を介して斜板２２の外周部に係留されている。したがって、駆動軸１７の回転によって斜板２２が回転すると、該斜板２２は駆動軸１７の中心軸Ｌ方向前後に揺動される。斜板２２の揺動によって、ピストン２５が前後方向に往復直線運動される。圧縮機１０では、クランク室１６、駆動軸１７、斜板２２、及びピストン２５などによって圧縮機構が構成されている。
【００２０】
ハウジング１１の内部において、弁・ポート形成体１４とリヤハウジング１５との間には、吸入圧領域としての吸入室２８及び吐出圧領域としての吐出室２９がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体１４には、圧縮室２６と吸入室２８との間に位置するように、吸入ポート３０と吸入弁３１がそれぞれ形成されている。弁・ポート形成体１４には、圧縮室２６と吐出室２９との間に位置するように、吐出ポート３２と吐出弁３３がそれぞれ形成されている。
【００２１】
吸入室２８には、当該吸入室２８へ冷媒ガス（例えば、二酸化炭素冷媒）を導入する吸入通路３４が接続されているとともに、吐出室２９には、当該吐出室２９から冷媒ガスを排出する吐出通路３５が接続されている。そして、吸入通路３４と吐出通路３５は、圧縮機１０の外部に設けられた外部冷媒回路３６で接続されている。外部冷媒回路３６上には、凝縮器３７、膨張弁３８及び蒸発器３９が介在されている。外部冷媒回路３６（詳しくは、蒸発器３９の出口側）から吸入通路３４を介して吸入室２８に導入された冷媒ガスは、各ピストン２５の上死点位置から下死点位置側への移動により、吸入ポート３０及び吸入弁３１を介して圧縮室２６に吸入される。そして、圧縮室２６に吸入された冷媒ガスは、ピストン２５の下死点位置から上死点位置側への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート３２及び吐出弁３３を介して吐出室２９に吐出されるとともに、吐出通路３５を介して外部冷媒回路３６に排出される。
【００２２】
ハウジング１１には、シリンダブロック１２と弁・ポート形成体１４を貫通するように放圧通路としての抽気通路４０が設けられている。抽気通路４０は、クランク室１６と吸入室２８とを接続する。また、抽気通路４０の途中には、固定絞り４１が設けられている。また、ハウジング１１には、シリンダブロック１２、弁・ポート形成体１４及びリヤハウジング１５を貫通するように圧力供給通路としての給気通路４２が接続されている。給気通路４２は、リヤハウジング１５に収容された周知の電磁弁よりなる制御弁４３と吐出通路３５を介してクランク室１６と吐出室２９とを接続する。
【００２３】
圧縮機１０においては、制御弁４３の開度を調整することにより、給気通路４２を介したクランク室１６への高圧な吐出ガスの供給量と、抽気通路４０を介したクランク室１６からのガスの排出量（放出量）とのバランスが制御され、クランク室１６が調圧される。そして、クランク室１６の調圧により、斜板２２の傾斜角が変更される結果、ピストン２５のストロークが可変制御され、圧縮機１０の吐出容量が調節される。例えば、制御弁４３の弁開度が減少すると、クランク室１６の内圧が低下されることにより、斜板２２の傾斜角が大きくなることに伴ってピストンストロークが大きくなり、圧縮機１０の吐出容量が増大される。逆に、制御弁４３の弁開度が増大すると、クランク室１６の内圧が上昇されることにより、斜板２２の傾斜角が小さくなることに伴ってピストンストロークが小さくなり、圧縮機１０の吐出容量が減少される。すなわち、本実施形態の圧縮機１０は、斜板式の可変容量タイプとされている。なお、車両用空調装置（図示略）における冷房不要などの要求に応じて制御弁４３への電流供給を停止すれば、制御弁４３が全開となって圧縮機１０の吐出容量は最小化される。したがって、制御弁４３は、冷媒ガスの流量が最小量のときは全開状態となり、吐出室２９からクランク室１６へは給気通路４２を介して冷媒ガスが流れている。
【００２４】
また、リヤハウジング１５には、吐出室２９と外部冷媒回路３６との間の吐出通路３５上に第１弁室４４が設けられており、当該第１弁室４４には第１の弁体としての逆止弁４５が収容されている。逆止弁４５は、吐出圧力が十分に高い場合（本実施形態では逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を超える場合）に開放されて、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を許容する。一方、逆止弁４５は、吐出圧力が低い場合（本実施形態では逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を下回る場合）に閉鎖されて、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を停止する。吐出圧力が低くなる状況は、例えば、車両用空調装置（図示略）における冷房不要などの要求に応じて圧縮機１０の吐出容量が最小化された場合にもたらされる。逆止弁４５は、吐出通路３５を開閉する弁体として設けられている。
【００２５】
また、リヤハウジング１５には、弁孔４６を介して連通される第２弁室４７と第３弁室４８とが設けられている。第２弁室４７と第３弁室４８には、第２の弁体としての切替弁４９が収容されている。切替弁４９は、弾性復元力を有するベローズ５０と、当該ベローズ５０の一端に連結された弁体５１と、当該弁体５１に連結される球状の頭部５２とからなる。ベローズ５０は、第２弁室４７内に収容されており、当該第２弁室４７をベローズ外室４７ａとベローズ内室４７ｂとに区画している。弁体５１は、ベローズ５０の伸縮動作に合わせて弁孔４６内を動作可能（図１では上下動可能）に遊嵌されている。頭部５２は、第３弁室４８内に収容されており、弁体５１の動作（図１では上下動）に伴って弁孔４６の開口端部に対して当接又は離間する。これにより、第２弁室４７と第３弁室４８は、頭部５２が弁孔４６の開口端部から離間した場合には当該弁孔４６が開放されて連通状態とされる一方で、頭部５２が弁孔４６の開口端部に当接した場合には当該弁孔４６が閉鎖されて連通状態が遮断される。
【００２６】
そして、切替弁４９は、吸入通路３４と吐出通路３５に接続されている。具体的に言えば、リヤハウジング１５において第２弁室４７内のベローズ外室４７ａ（ベローズ５０の外方）は、第１連通路５３を介して吐出通路３５に接続されている。第１連通路５３は、吐出室２９と第１弁室４４（逆止弁４５）との間の吐出通路３５に接続されている。また、リヤハウジング１５において第２弁室４７内のベローズ内室４７ｂ（ベローズ５０の内方）は、第２連通路５４を介して吸入通路３４に接続されている。第２連通路５４は、吸入室２８と外部冷媒回路３６との間の吸入通路３４に接続されている。
【００２７】
この構成により、切替弁４９を構成するベローズ５０は、ベローズ外室４７ａ（吐出圧力Ｐｄ）とベローズ内室４７ｂ（吸入圧力Ｐｓ）との差圧により伸縮動作する。具体的に言えば、ベローズ５０は、吐出圧力が十分に高い場合（本実施形態では吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧を超える場合）には自身の弾性力に抗して収縮し、弁孔４６を閉鎖させるように動作する。一方で、ベローズ５０は、吐出圧力が低い場合（本実施形態では吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧以下の場合）には吸入圧力Ｐｓと自身の弾性力にて伸長し、弁孔４６を開放させるように動作する。
【００２８】
また、リヤハウジング１５において第３弁室４８は、バイパス通路としての第３連通路５５を介して吸入通路３４に接続されている。第３連通路５５は、吸入室２８と外部冷媒回路３６との間の吸入通路３４上であって、第２連通路５４よりも吸入室２８寄りに接続されている。そして、吐出圧力が低く、弁孔４６が開放されている場合（第２弁室４７と第３弁室４８とが連通している場合）には、吐出通路３５に排出された冷媒が第１連通路５３、第２弁室４７、弁孔４６及び第３弁室４８を介して第３連通路５５に至り、当該第３連通路５５から吸入通路３４（吸入室２８）に排出される。すなわち、切替弁４９は、第３連通路５５を開閉する弁体として設けられている。また、第３連通路５５には、固定絞り５６が設けられている。この固定絞り５６により、圧力差が調整されている。また、本実施形態では、第３連通路５５（固定絞り５６）の通路面積（通路径）と外部冷媒回路３６における膨張弁３８の通路面積（通路径）を比較した場合、第３連通路５５の通路面積の方を大きく設定し、圧力差が調整されるようになっている。
【００２９】
本実施形態の圧縮機１０では、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に応じて逆止弁４５による吐出通路３５の開閉及び吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧に応じて切替弁４９による第３連通路５５の開閉が制御される。すなわち、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧が設定圧を超える場合（冷房必要時）には、切替弁４９によって第３連通路５５が閉鎖された後、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が所定圧を超えた冷媒ガスが、逆止弁４５を押し退け、吐出通路３５を開放する。このとき、圧縮機１０には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスの循環経路として、吐出通路３５、第１弁室４４、外部冷媒回路３６、吸入通路３４及び吸入室２８を順に循環する経路（以下、「外部循環経路」という）が形成される。
【００３０】
一方、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧が設定圧以下の場合（冷房不要時）には、吐出圧力Ｐｄの減少により、逆止弁４５によって吐出通路３５が閉鎖された後、切替弁４９によって第３連通路５５が開放される。このとき、圧縮機１０には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスの循環経路として、吐出通路３５、第１連通路５３、第２弁室４７、弁孔４６、第３弁室４８、第３連通路５５、吸入通路３４及び吸入室２８を順に循環する経路（以下、「内部循環経路」という）が形成される。
【００３１】
本実施形態では、外部循環経路と内部循環経路とを切替えるための設定圧を圧縮機１０の回転数をもとに設定している。そして、本実施形態では、最小容量時における圧縮機１０の回転数をもとに設定圧を決定し、当該設定圧を境界として循環経路が切替えられるように、第３連通路５５上の固定絞り５６の径やベローズ５０の弾性力を決定している。なお、圧縮機１０は、回転数の上昇により、圧力が上昇するとともに温度も上昇する。このため、回転数は、圧縮機１０の信頼性を確保するために冷却が必要と考えられる値に設定され、例えばシミュレーションなどにより決定される。そして、固定絞り５６の径を変更することにより、冷媒ガスを循環させる循環経路の切替えタイミングを設定することが可能となる。また、本実施形態では、逆止弁４５と切替弁４９とが別体構成とされており、逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧及び吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じてそれぞれが独立して動作し得るように構成されている。
【００３２】
以下、本実施形態の圧縮機１０の作用を図２及び図３にしたがって説明する。
図２は、冷房不要時における冷媒ガスの流れを模式的に示した図である。図３は、冷房必要時における冷媒ガスの流れを模式的に示した図である。
【００３３】
最初に、図２にしたがって冷房不要時における冷媒ガスの流れを説明する。冷房不要時の圧縮機１０は、制御弁４３が全開となることにより斜板２２の傾斜角が最小角度となり、吐出容量が最小とされている。このとき、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓは、その差圧が設定圧以下となる。このため、逆止弁４５は、外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖し、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を停止する。また、切替弁４９は、ベローズ外室４７ａにかかる吐出圧力Ｐｄとベローズ内室４７ｂにかかる吸入圧力Ｐｓとの圧力差が小さいことにより、ベローズ５０が第２弁室４７と第３弁室４８とを連通するように伸長する。その結果、冷房不要時においては、内部循環経路が形成される。そして、吐出室２９から吐出された冷媒ガスは、外部冷媒回路３６を経由することなく、切替弁４９を介して第３連通路５５を経由することで吐出通路３５と吸入通路３４との間でバイパスされ、吸入室２８に流出する。
【００３４】
したがって、冷房不要時においては、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが吐出圧領域に滞留することが防がれ、圧力上昇が抑制される。また、冷房不要時においては、内部循環経路で冷媒ガスを循環させることにより、最小吐出容量分を固定容量として圧縮機１０内で循環させることが可能となる。
【００３５】
次に、図３にしたがって冷房必要時における冷媒ガスの流れを説明する。冷房必要時の圧縮機１０は、制御弁４３の弁開度が減少することにより斜板２２の傾斜角が増大し、かつ吐出容量も増大される。これにより、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓは、その差圧が大きくなる。そして、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定圧を超えると、逆止弁４５は、吐出通路３５を開放し、吐出室２９からの冷媒ガスの外部冷媒回路３６を経由する冷媒循環を許容する。また、切替弁４９は、ベローズ外室４７ａにかかる吐出圧力Ｐｄとベローズ内室４７ｂにかかる吸入圧力Ｐｓとの圧力差が大きくなることにより、ベローズ５０が第２弁室４７と第３弁室４８との連通を遮断するように収縮する。その結果、冷房必要時においては、外部循環経路が形成される。そして、吐出室２９から吐出された冷媒ガスは、外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８に流出する。したがって、冷房必要時においては、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６にて冷却される。
【００３６】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）逆止弁４５が外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を閉鎖し、切替弁４９が第３連通路５５を開放した場合には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６を経由することなく吸入室２８に循環される。このため、車両用空調装置における冷房不要時においては、冷媒ガスが外部冷媒回路３６に流出することがなく、蒸発器３９のフロスト発生を抑制できる。そして、圧縮機１０内では、最小容量の冷媒ガスが循環されているので、起動性を良好なものとすることができる。また、切替弁４９が第３連通路５５を閉鎖し、逆止弁４５が外部冷媒回路３６に接続される吐出通路３５を開放した場合には、吐出室２９から吐出された冷媒ガスが外部冷媒回路３６を経由して吸入室２８に循環される。このため、車両用空調装置における冷房必要時においては、圧縮機１０が冷却されることにより、信頼性を良好なものとすることができる。
【００３７】
（２）圧縮機１０の回転数をもとに定めた設定圧を境界として冷媒ガスの循環経路を切替えることにより、回転数の上昇とともに圧力と温度が上昇する圧縮機１０の動作状態に応じて冷媒を循環させる循環経路を切替えることができる。特に、圧縮機１０が最小容量状態である場合には、圧縮機１０の回転数が高回転になった時に内部循環経路から外部循環経路に切替え、高温になった冷媒を外部循環経路に排出し、外部冷媒回路から低温な冷媒を導入することにより圧縮機１０内が高温になるのを防止することができる。したがって、起動性と信頼性の両立を図ることができる。
【００３８】
（３）逆止弁４５と切替弁４９を独立させて動作させることにより、逆止弁４５と切替弁４９を連動させて冷媒ガスの循環経路を切替えるようにした場合に比して圧縮機１０の設計を容易にすることができる。逆止弁４５と切替弁４９を連動させる場合には、冷媒ガスを循環させる循環経路を確実に切替えるために双方の動作状態（動作量など）を加味して通路の位置などを設計する必要があり、設計が複雑化する虞があるが、本実施形態においては設計が複雑化する虞はない。
【００３９】
（４）冷媒ガスを循環させる循環経路を切替えるための構成として逆止弁４５と切替弁４９を設け、これらの弁を逆止弁４５の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧、及び吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧に応じて動作させるようにした。これらの弁による循環経路の切替えは機械的に行われることになるので、切替えタイミング時において循環経路の切替えの確実性を得ることができる。
【００４０】
（５）また、逆止弁４５と切替弁４９を圧縮機１０内に収容することにより、圧縮機１０を含む車両用空調装置の車両への組み付け性を向上させることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４１】
○ 切替弁４９を、ダイヤフラムや電磁弁に変更しても良い。
○ 第３連通路５５に固定絞り５６を設けたが、固定絞り５６に代えて可変絞りを設けても良い。可変絞りにした場合には、絞り量を調整することにより、冷媒ガスを循環させる循環経路の切替えタイミングを変更することができる。
【００４２】
○ 制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の配置やこれらに接続される各通路（吸入通路３４、吐出通路３５、第１〜第３連通路５３，５４，５５など）の配置を変更しても良い。なお、図１では、制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９を簡略化して図示している。そして、図１は、吸入室２８及び吐出室２９に対する制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の接続形態を模式的に図示しており、圧縮機１０の設計においては制御弁４３、逆止弁４５及び切替弁４９の配置や各通路の配置などは変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】クラッチレス圧縮機を示す縦断面図。
【図２】冷房不要時における冷媒ガスの流れを示す模式図。
【図３】冷媒必要時における冷媒ガスの流れを示す模式図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…クラッチレス圧縮機、１１…ハウジング、１２…シリンダボア、１６…クランク室、２２…斜板、２５…ピストン、２８…吸入室、２９…吐出室、３４…吸入通路、３５…吐出通路、３６…外部冷媒回路、４０…抽気通路、４２…給気通路、４５…逆止弁、４９…切替弁、５５…第３連通路、５６…固定絞り、Ｐｄ…吐出圧力、Ｐｓ…吸入圧力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに形成したシリンダボア内にピストンを収容するとともに前記ハウジングに形成したクランク室内に斜板を収容し、前記クランク室内の圧力と吸入圧との前記ピストンを介した差圧に応じて前記斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力を前記クランク室に供給するとともに放圧通路を介して前記クランク室の圧力を吸入圧領域に放出して前記クランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機において、
前記吐出圧領域から吐出された冷媒を圧縮機に接続される外部冷媒回路に排出する吐出通路と、
前記外部冷媒回路を経由した前記冷媒を前記吸入圧領域に導入する吸入通路と、
前記外部冷媒回路を経由させることなく前記吐出圧領域から前記吸入圧領域に前記冷媒を循環させるバイパス通路とを有し、
前記吐出通路には前記吐出通路を開閉する第１の弁体を設ける一方で、前記バイパス通路には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて前記バイパス通路を開閉する第２の弁体を設け、
前記第１の弁体が前記吐出通路を開放している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を閉鎖し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由して前記吸入圧領域へ至る外部循環経路で循環させる一方で、前記第１の弁体が前記吐出通路を閉鎖している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を開放し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由させずに前記吸入圧領域へ至る内部循環経路で循環させることを特徴とするクラッチレス圧縮機。
【請求項２】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の回転数をもとに定めた設定圧を境界として前記冷媒の循環経路を切替えることを特徴とする請求項１に記載のクラッチレス圧縮機。
【請求項３】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の最小容量状態においても、前記設定圧を超えた場合に前記内部循環経路から前記外部循環経路へ切替えることを特徴とする請求項２に記載のクラッチレス圧縮機。
【請求項４】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、別体構成とされており、各弁体が独立して動作することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のクラッチレス圧縮機。
【請求項１】
ハウジングに形成したシリンダボア内にピストンを収容するとともに前記ハウジングに形成したクランク室内に斜板を収容し、前記クランク室内の圧力と吸入圧との前記ピストンを介した差圧に応じて前記斜板の傾斜角を制御し、圧力供給通路を介して吐出圧領域の圧力を前記クランク室に供給するとともに放圧通路を介して前記クランク室の圧力を吸入圧領域に放出して前記クランク室内の調圧を行うクラッチレス圧縮機において、
前記吐出圧領域から吐出された冷媒を圧縮機に接続される外部冷媒回路に排出する吐出通路と、
前記外部冷媒回路を経由した前記冷媒を前記吸入圧領域に導入する吸入通路と、
前記外部冷媒回路を経由させることなく前記吐出圧領域から前記吸入圧領域に前記冷媒を循環させるバイパス通路とを有し、
前記吐出通路には前記吐出通路を開閉する第１の弁体を設ける一方で、前記バイパス通路には吐出圧力と吸入圧力の差圧に応じて前記バイパス通路を開閉する第２の弁体を設け、
前記第１の弁体が前記吐出通路を開放している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を閉鎖し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由して前記吸入圧領域へ至る外部循環経路で循環させる一方で、前記第１の弁体が前記吐出通路を閉鎖している場合には前記第２の弁体が前記バイパス通路を開放し、前記冷媒を前記吐出圧領域から前記外部冷媒回路を経由させずに前記吸入圧領域へ至る内部循環経路で循環させることを特徴とするクラッチレス圧縮機。
【請求項２】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の回転数をもとに定めた設定圧を境界として前記冷媒の循環経路を切替えることを特徴とする請求項１に記載のクラッチレス圧縮機。
【請求項３】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、圧縮機の最小容量状態においても、前記設定圧を超えた場合に前記内部循環経路から前記外部循環経路へ切替えることを特徴とする請求項２に記載のクラッチレス圧縮機。
【請求項４】
前記第１の弁体と前記第２の弁体は、別体構成とされており、各弁体が独立して動作することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のクラッチレス圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１７０２６７（Ｐ２００７−１７０２６７Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６８６２８（Ｐ２００５−３６８６２８）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]