JP2005188443A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出弁の形状を工夫することで、各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔の直近位置に吐出弁を配置できるようにし、圧縮動作に対し吐出通路が実質的にデッドボリュームにならないようにした圧縮機の構造を提供する。
【解決手段】第１、第２圧縮機構の固定スクロールを一体的な固定スクロール部材に構成し、各圧縮機構の中央部の吐出孔から固定スクロール部材内に形成された吐出通路を通して圧縮媒体を吐出室へ導く圧縮機であって、圧縮媒体の吐出を制御する吐出弁を、吐出孔の開閉を制御する弁部と、該弁部に接続され吐出通路に沿って該吐出通路の出口まで延びる弾性変形可能な腕部と、該腕部に接続され固定スクロール部材に固定される固定部とを備えた弁に構成した圧縮機。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮媒体の吐出を制御する吐出弁を備えた圧縮機に関し、とくに、２つのスクロール型圧縮機構を備え、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに一体的に構成された圧縮機の吐出弁の改良に関する。

最近、本出願人により、２つのスクロール型圧縮機構を備え、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに一体的に構成された圧縮機が開発され、提案されている（たとえば、特許文献１）。この圧縮機は、とくに、第１圧縮機構を第１駆動源（たとえば、自動車のエンジン）で、第２圧縮機構を第２駆動源（たとえば、圧縮機内蔵の電動モータ）で駆動するハイブリッド圧縮機として構成できる。このようなハイブリッド圧縮機では、たとえばエンジンによる駆動時にエンジンが停止された場合には、内蔵電動モータによる駆動への切替が可能で、あるいは、必要に応じていずれか一方、又は両駆動源による駆動が可能であり、効率の良い圧縮動作を行わせることが可能になる。

上記のような圧縮機においては、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに一体的に構成された固定スクロール部材に、各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔から吐出されてくる圧縮媒体を、径方向外側に位置する吐出室へと導く吐出通路が形成されており、この吐出通路の出口部（吐出室への入口部）に、板状の吐出弁（吐出を制御する弁）が設けられていた。吐出弁は、平板状のリード弁に構成されており、固定されていない部分が弾性的に変形されて吐出を制御する（吐出通路の開閉を制御する）ようになっていた。
特開２００３−１６１２５７号公報

ところが、上記のような圧縮機においては、固定スクロール部材内に形成された吐出通路の出口部で、吐出弁により圧縮媒体の吐出を制御する構造となっているため、圧縮媒体の吐出の制御が、各圧縮機構による圧縮動作が完了した直後の位置から離れた位置、つまり、各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔の位置から離れた位置で行われることになり、吐出通路の容積分が、実際に吐出される圧縮媒体の圧縮動作にとっては実質的にデッドボリュームとなっている。この吐出通路によるデッドボリュームは、両圧縮機構の固定スクロールを背中合わせにして一体的な固定スクロール部材を構成したため、圧縮された媒体を吐出室に導くためには固定スクロール部材内に吐出通路を形成せざるを得ず、かつ、固定スクロール部材の大型化や重量増加を抑えるためにはこの吐出通路形成部を極力薄肉にする必要があり、したがって吐出通路を大口径（たとえば、吐出室と同等の機能を有するような形状）には形成できず、小口径の吐出通路内に従来のような板状の吐出弁を設置することが困難であるという構造的な要因により生じている。

このようなデッドボリュームが存在すると、その分、余分に圧縮を行う必要が生じるため、吐出媒体の温度が上昇したり、消費動力の増大を招いたりするおそれがある。

そこで本発明の課題は、上記のような従来の問題点に着目し、吐出弁の形状を工夫することで、各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔の直近位置に吐出弁を配置できるようにし、圧縮動作に対し吐出通路が実質的にデッドボリュームにならないようにして性能の向上をはかった、改良された圧縮機の構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機は、スクロール型圧縮機構からなる第１圧縮機構と第２圧縮機構を一体的に組み付け、両圧縮機構の固定スクロールを該固定スクロールが背中合わせに配置された一体的な固定スクロール部材として構成し、圧縮媒体を各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔から前記固定スクロール部材内に形成された吐出通路を通して吐出室へ導くようにした圧縮機であって、各圧縮機構による圧縮媒体の吐出を制御する吐出弁を、前記吐出孔の前記吐出通路への開閉を制御する弁部と、該弁部に接続され該弁部から前記吐出通路に沿って該吐出通路の出口まで延びる弾性変形可能な腕部と、該腕部に接続され前記固定スクロール部材に固定される固定部とを備えた弁に構成したことを特徴とするものからなる。

上記吐出弁の弁部または／および腕部には、弁部が開作動されたときに、上記吐出孔とは反対側に位置する吐出通路の内周面に当接可能なストッパー部が設けられていることが好ましい。このストッパー部により、弁部の最大リフト量を所定量に規制でき、望ましい開度に制御される。

また、上記吐出弁は、腕部に対し弁部や固定部が接合された部材に構成することも可能であるが、成形によりその全体を一体形成した弁に構成する方が好ましい。一体成形により、製作が容易になるとともに、腕部に容易に望ましい弾性を持たせることができる。また、弁部には、閉時に吐出孔を精度良く閉じて吐出孔の吐出通路への出口部を良好にシールすることが要求されるが、そのためには、弁部を吐出通路の内周面に沿った形状に精度良く形成する必要がある。この高精度の弁部形状も、一体成形により容易に達成できるようになる。

本発明に係る圧縮機としては、上述の要件を満たす限りとくに限定されないが、とくに本発明は、第１圧縮機構が第１駆動源、第２圧縮機構が第２駆動源によりそれぞれ駆動されるハイブリッド圧縮機に好適なものである。中でも、車両等の条件に応じて駆動条件を切替え可能なハイブリッド圧縮機、たとえば、第１および第２駆動源の一方が圧縮機内蔵の電動モータからなるハイブリッド圧縮機に好適なものである。

上記のような本発明に係る圧縮機においては、吐出弁が、吐出通路内を吐出孔部まで延び、腕部の弾性変形を介して、先端に設けられた弁部により吐出孔の開閉を制御することができるようになる。したがって、一体的な固定スクロール部材を備えた構成としつつ、吐出孔直近の位置で吐出を制御でき、吐出通路の容積を圧縮動作とは実質的に無関係として、吐出通路等によるデッドボリュームを大幅に低減することができる。その結果、過剰な圧縮動作は不要となって吐出媒体の温度上昇が抑えられ、消費動力も低減され、圧縮機全体としての性能が向上する。

本発明に係る圧縮機によれば、圧縮動作の効率に影響を及ぼす、吐出経路におけるデッドボリュームを大幅に低減することができ、吐出媒体の温度上昇を抑えることができ、消費動力を低減でき、圧縮効率を向上することができる。したがって、性能上、望ましいハイブリッド圧縮機を提供することが可能になる。

以下に、本発明に係る圧縮機の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の適用対象となる圧縮機、とくにハイブリッド圧縮機の構造例を示している。図において、１は、ハイブリッド圧縮機全体を示している。ハイブリッド圧縮機１は、フロントハウジング２とリアハウジング３とを有している。フロントハウジング２とリアハウジング３との間には、スクロール型の第１圧縮機構４と第２圧縮機構５の両圧縮機構の固定スクロールを構成する固定スクロール部材６が設けられている。

第１圧縮機構４は、固定スクロール部材６と該固定スクロール部材６に一体に形成されたうず巻体７とからなる固定スクロール８と、端板９と該端板９に一体に形成されたうず巻体１０とからなる可動スクロール１１とを有している。固定スクロール８のうず巻体７と可動スクロール１１のうず巻体１０は互いに角度をずらせて噛み合わされている。

主軸（駆動軸）１２の一端には、クランク機構１３が形成されている。クランク機構１３のクランクピン１４は、主軸１２の軸心から偏心した位置に設けられており、偏心ブッシュ１５に一定の遊び量をもって挿入嵌合されている。偏心ブッシュ１５は可動スクロール１１の突起内に挿入されたドライブベアリング１６に回転自在に挿入されている。主軸１２の他端には第１駆動源としての車両走行用の原動機１７からの動力を主軸に伝達する電磁クラッチ１８が設けられている。原動機１７と電磁クラッチ１８はプーリ１９を介して連結されている。なお、車両走行用原動機１７は、内燃機関からなるエンジンと、電気自動車等における車両走行用の電動モータとを含む概念である。

電磁クラッチ１８は、主軸１２に固定されたクラッチアーマチュア２０と、プーリ１９とクラッチアーマチュア２０を着脱させ、クラッチ１８をオン、オフする電磁石２１とを有している。

本実施態様においては、第１圧縮機構４のみを駆動する車両走行用の原動機１７からの動力が電磁クラッチ１８を介して主軸１２に伝達されると、クランクピン１４が挿入嵌合される偏心ブッシュ１５が回転する。これに伴い自転阻止機構としてのボールカップリング２２により自転が阻止された可動スクロール１１に旋回運動が付与されるようになっている。

可動スクロール１１の旋回運動に伴って第１圧縮機構４側のフロントハウジング２に一体形成された吸入ポート２３からハイブリッド圧縮機１内に吸入された媒体（たとえば、冷媒）は、うず巻体７、１０の外端からうず巻体内部に取り込まれる。そして、両うず巻体７、１０により形成される流体ポケットがその容積を減少しながら中央に向かって移動されるに伴って流体が圧縮され、圧縮された媒体が、中央部に形成された吐出孔２４ａから固定スクロール部材６に穿設された第１吐出通路２４を通して両圧縮機構４、５の上方の位置に配置された吐出室２５へ吐出され、該吐出室２５に設けられた吐出ポート２６を介して外部回路の高圧側に流出されるようになっている。

一方、第２圧縮機構５は、固定スクロール部材６と該固定スクロール部材６に一体に形成されたうず巻体２７とからなる固定スクロール２８と、端板２９と該端板２９に一体に形成されたうず巻体３０とからなる可動スクロール３１とを有している。両圧縮機構４、５の固定スクロール８、２８はスクロール部材６に一体形成されており、かつ、固定スクロール８、２８は背中合わせに配置されている。したがって、ハイブリッド圧縮機１の主軸１２の軸方向の大型化が抑制され横型圧縮機としてのコンパクト化が図られている。

駆動軸３２の一端には、クランク機構３３が形成されている。クランク機構３３のクランクピン３４は、駆動軸３２の軸心から偏心した位置に設けられており、偏心ブッシュ３５に一定の遊び量をもって挿入嵌合されている。偏心ブッシュ３５は可動スクロール３１の突起内に設けられたドライブベアリング３６に回転自在に挿入されている。本実施態様においては、第２圧縮機構５を駆動する第２駆動源は電動モータ３７からなっている。そして、電動モータ３７からの動力が駆動軸３２に固定された回転子３８に伝達されるとクランクピン３４が挿入嵌合される偏心ブッシュ３５が回転する。これに伴い自転阻止機構としてのボールカップリング３９により自転が阻止された可動スクロール３１に旋回運動が付与されるようになっている。電動モータ３７にはコネクタ４０が連結されている。なお、４１は電動モータ３７の固定子を示している。

可動スクロール３１の旋回運動に伴って吸入ポート２３から圧縮機１内に流入した媒体は、連通孔４２を介して第２圧縮機構５側に送られる。そして角度をずらせて噛み合わされた両うず巻体２７、３０の外端からうず巻体内部に取り込まれる。そして、両うず巻体２７、３０により形成される流体ポケットがその容積を減少しながら中央に向かって移動されるに伴って圧縮され、圧縮された媒体が、中央部に形成された吐出孔４３ａから固定スクロール部材６に穿設された第２吐出通路４３（図１において、第１吐出通路２４の後側に形成されている）を通して吐出室２５へと吐出されるようになっている。

本実施態様においては、吐出室２５は、第２圧縮機構５側のリアハウジング３に設けられた吐出室形成部４４と固定スクロール部材６の径方向の端部４５、４６により形成されており、吐出室２５は実質的にリアハウジング３に一体に形成されている。

吐出室形成部４４の端面と端部４５との間には、シール部材４７が介装されている。一方、吐出室形成部４４と端部４６との間にはシール部材４８が介装されている。シール部材４７、４８により吐出室２５の気密性が確保されるようになっている。

なお、上記シール部材４７、４８としてはＯリングを挙げることができるが、フロントハウジング２、固定スクロール部材６、リアハウジング３を締結するボルト４９により十分な軸力を確保できるので、シール部材４７にはガスケットを用いることも可能である。この場合、Ｏリングを使用する場合よりも低コストで、かつ、より複雑な輪郭に対応できる。

上記のような構成を備えたハイブリッド圧縮機１において、本発明に係る吐出弁が、たとえば図２〜図４に示すように構成される。図２および図３は、本発明の一実施態様に係る吐出弁構造を示しており、図４は、別の実施態様に係る吐出弁構造を示している。なお、以下の説明は、吐出孔２４ａ、吐出通路２４と、吐出孔４３ａ、吐出通路４４との両方に、それぞれ適用可能な構成について説明するが、説明の便宜上、吐出孔２４ａ、吐出通路２４側についてのみ説明する。

図２および図３に示す実施態様においては、吐出弁５１は、吐出孔２４ａの吐出通路２４への開閉を制御する弁部５２と、該弁部５２に接続され該弁部５２から吐出通路２４に沿って該吐出通路２４の出口まで延びる弾性変形可能な腕部５３と、該腕部５３に接続され固定スクロール部材６に固定される固定部５４とを備えた弁に構成されている。固定部５４は、固定用ボルト５５を、固定スクロール部材６の上面に設けられたボルト孔５６に挿入して締結することにより固定スクロール部材６に固定される。弁部５２は、その横断面形状が吐出通路２４の内周面に沿った円弧状に形成されており、閉作動時には、吐出通路２４の内周面に密着して、吐出孔２４ａの吐出通路２４への出口をシールした状態にて閉じることができるようになっている。

このように構成することにより、吐出弁５１は、その腕部５３の弾性変形を利用して吐出孔２４ａを開閉制御できる。この開閉制御は、従来のように吐出通路２４の出口側で行われるのではなく、吐出孔２４ａの出口直後の位置にて行われるので、圧縮機構による圧縮動作に対するデッドボリュームとしては、高々、吐出孔２４ａの容積分のみとなり、従来の吐出通路２４の容積までデッドボリュームとなっていた場合に比べ、デッドボリュームが大幅に低減され、実質的にデッドボリュームが殆ど無い状態とされる。その結果、圧縮効率が向上され、消費動力が低減され、圧縮媒体の温度上昇が抑えられ、圧縮機としてのあらゆる性能が向上することになる。

図４に示す実施態様においては、弁部６２、腕部６３、固定部６４を備えた吐出弁６１に、さらに、弁部６２が開作動されたときに、吐出孔２４ａとは反対側に位置する吐出通路２４の内周面に当接可能なストッパー部６５が設けられている。このストッパー部６５は、図４に示すように、弁部６２に接続された形態で設けられてもよく、腕部６３に対して設けられてもよく、両部に対して設けられてもよい。ストッパー部６５を設けておくことにより、弁部６２の最大リフト量を所定量に規制でき、望ましい開度に制御される。

さらに上記両実施態様においては、吐出弁５１、６１を、成形により全体が一体形成された部材に構成することもでき、各部を適宜、溶接や溶着等により接合した部材に構成することもできる。一体成形された部材に構成することにより、製作が容易化され、吐出弁が安価に製造される。

本発明は、スクロール型圧縮機構からなる第１圧縮機構と第２圧縮機構を一体的に組み付け、両圧縮機構の固定スクロールを該固定スクロールが背中合わせに配置された一体的な固定スクロール部材として構成した、あらゆる圧縮機に適用でき、とくに、図１に示したようなハイブリッド圧縮機に好適に適用できる。

本発明が適用可能なハイブリッド圧縮機の構造例を示す縦断面図である。 本発明の一実施態様に係る圧縮機の吐出弁の斜視図である。 図２の吐出弁を装着した場合の圧縮機の部分縦断面図である。 本発明の別の実施態様に係る圧縮機の吐出弁の側面図である。

符号の説明

１ 圧縮機（ハイブリッド圧縮機）
２ フロントハウジング
３ リアハウジング
４ 第１圧縮機構
５ 第２圧縮機構
６ 固定スクロール部材
７、１０、２７、３０ うず巻体
８、２８ 固定スクロール
９、２９ 端板
１１、３１ 可動スクロール
１２ 主軸（駆動軸）
１３、３３ クランク機構
１４、３４ クランクピン
１５、３５ 偏心ブッシュ
１６、３６ ドライブベアリング
１７ 車両走行用の原動機
１８ 電磁クラッチ
１９ プーリ
２０ クラッチアーマチュア
２１ 電磁石
２２、３９ ボールカップリング
２３ 吸入ポート
２４ 第１吐出通路
２４ａ、４３ａ 吐出孔
２５ 吐出室
２６ 吐出ポート
３２ 駆動軸
３７ 電動モータ
３８ 回転子
４０ コネクタ
４１ 固定子
４２ 連通孔
４３ 第２吐出通路
４４ 吐出室形成部
４５、４６ 端部
４７、４８ シール部材
４９ ボルト
５１、６１ 吐出弁
５２、６２ 弁部
５３、６３ 腕部
５４、６４ 固定部
５５ 固定用ボルト
５６ ボルト孔
６５ ストッパー部

Claims (5)

1. スクロール型圧縮機構からなる第１圧縮機構と第２圧縮機構を一体的に組み付け、両圧縮機構の固定スクロールを該固定スクロールが背中合わせに配置された一体的な固定スクロール部材として構成し、圧縮媒体を各圧縮機構の中央部に設けられた吐出孔から前記固定スクロール部材内に形成された吐出通路を通して吐出室へ導くようにした圧縮機であって、各圧縮機構による圧縮媒体の吐出を制御する吐出弁を、前記吐出孔の前記吐出通路への開閉を制御する弁部と、該弁部に接続され該弁部から前記吐出通路に沿って該吐出通路の出口まで延びる弾性変形可能な腕部と、該腕部に接続され前記固定スクロール部材に固定される固定部とを備えた弁に構成したことを特徴とする圧縮機。
2. 前記吐出弁の前記弁部または／および前記腕部に、前記弁部が開作動されたときに、前記吐出孔とは反対側に位置する前記吐出通路の内周面に当接可能なストッパー部が設けられている、請求項１の圧縮機。
3. 前記吐出弁が、成形によりその全体が一体形成された弁からなる、請求項１または２の圧縮機。
4. 前記第１圧縮機構が第１駆動源、第２圧縮機構が第２駆動源によりそれぞれ駆動されるハイブリッド圧縮機からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。
5. 前記第１または第２駆動源が圧縮機内蔵の電動モータからなる、請求項４の圧縮機。

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