JP2000073944A - 斜板型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜板型圧縮機のピストンの回転を阻止して、
騒音や異常な摩耗の発生を防止すると共に、ピストンの
長さを短縮して圧縮機全体を小型化する。 【解決手段】 ピストン６ａの基端部側に円弧状面３３
や円弧状面４１を備える支持部４０を形成して、円弧状
面３３をシャフト４と一体化されたロータ１８の円筒面
２７と摺動接触させると共に、円弧状面４１をハウジン
グ１の内壁面４２に摺動接触させる。円弧状面３３によ
ってピストン６ａの回転が阻止されて、斜板５が直接に
ピストン６ａに接触することがなくなるので、それらの
摩耗や騒音が防止される。また、円弧状面３３が円筒面
２７によって支持されるのと、円弧状面４１が内壁面４
２によって支持されるので、サイドフォースによってピ
ストン６ａが傾斜することが防止されて、ピストン６ａ
の摺動状態が良くなり、ピストン６ａの長さを短縮でき
ることから、圧縮機の小型化が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用空
調装置における冷媒圧縮機として使用するのに適した斜
板型圧縮機（ポンプ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】斜板型圧縮機において、斜板の周縁部を
一対のシューを介して挟むように係合することによって
駆動シャフトの軸方向に往復運動をする１個ないし複数
個のピストンが、もし、それ自体の軸線の回りに回転す
ると、斜板とピストンが直接に接触して騒音を発生した
り、斜板側又はピストン側に異常な摩耗を生じる恐れが
あるので、ピストンの回転を阻止する従来技術の１つが
特開平８−３２６６５５号公報に記載されている。これ
は、ピストンに固定されたピストンロッドの中心をピス
トンの中心に対して偏心させると共に、このピストンロ
ッドをシリンダの端部に固定された支持板の通孔に挿通
することによってピストンの回転を防止するものであ
る。しかし、この構成では新たに通孔を有する支持板を
設けなければならないし、ピストンロッドを支持板の通
孔に挿通する必要上、ピストンとピストンロッド等を別
体として製作する必要があるために、部品点数が増加し
てコストが上昇するという問題がある。

【０００３】また、例えば特開平７−９１３６６号公報
に記載されているような、従来一般の片側ピストン式の
斜板型圧縮機においては、ピストンに作用するサイドフ
ォースによるピストンとシリンダの間の焼きつきを防止
するために、ピストンのガイド長さを長くする必要があ
るので、圧縮機の体格を小さく設計しようとする場合
に、ピストンのガイド長さを短縮することができないた
めに小型化が困難になる場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような問題に対処して、部品点数の増加を
伴うことがないきわめて簡単な手段によってピストンの
回転を確実に防止すると共に、ピストンとシリンダの間
に作用するサイドフォースによる両者の摺動面の焼きつ
きを防止しながらも、ピストンのガイド長さを従来より
も大幅に短縮して全体の体格を小型化することができる
ような、改良された構成を有する斜板型圧縮機を提供す
ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された斜板型圧縮機を提供する。

【０００６】請求項１に記載された発明によれば、ピス
トンの基端部側に円弧状面が形成されるので、円弧状面
がロータの円筒面に摺動可能に接触することによってピ
ストンの回転が阻止されて、斜板がピストンに直接に接
触して騒音を発生したり、異常な摩耗が生じることが防
止される。また、この円弧状面とロータの円弧状面との
係合によって、ピストンに作用するサイドフォースの一
部が支持されるので、ピストンの長さを短くしてもシリ
ンダに対する摺動性が良好に維持される。

【０００７】請求項２に記載された発明によれば、ロー
タの表面に摺動性に優れた環状部材が嵌着されるので、
ピストンの基端部側に形成された円弧状面との摺動接触
によって異常な摩耗を生じるような不具合が回避され
て、斜板型圧縮機の信頼性が向上する。

【０００８】請求項３に記載された発明によれば、ハウ
ジング側の内壁に沿って円筒面が形成されると共に、そ
れに対してピストンの基端部側に形成された円弧状面が
摺動可能に接触するので、その係合によってピストンの
回転が阻止されると共に、ピストンに作用するサイドフ
ォースの一部が支持される。従って、ピストンの長さを
短くしてもシリンダに対する摺動性が良好に維持され
る。また、ピストンの長さを短くすることが可能になる
結果、斜板型圧縮機全体の体格も小型化することができ
る。

【０００９】請求項４に記載された発明によれば、シャ
フトに対する斜板の角度を可変として斜板型圧縮機を吐
出容量型とすることができるし、請求項５に記載された
発明によれば、更に進んで、斜板を収容している室の圧
力、即ちピストンの背圧を外部から変化させることによ
って、圧縮される流体の圧力との釣り合い状態を変更す
ると共に、ピストンの平均的な位置を軸方向に移動させ
て、斜板の角度を自由に変化させることができる。

【００１０】請求項６に記載された発明によれば、斜板
をシャフトと共に回転すると共に揺動運動をするように
支持することもできるし、請求項７に記載された発明に
よれば、斜板が回転することなく揺動運動だけをするよ
うに支持して、所謂ワッブル型の斜板型圧縮機を構成す
ることもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施例としての可変
容量斜板型圧縮機１００を図１ないし図４に示す。図１
及び図２において、１はフロントハウジング、２は相互
に平行な複数個のシリンダ１０を形成されたミドルハウ
ジング、３はリアハウジング、４はニードル軸受１１及
び１２に支持される駆動シャフト、５はシャフト４と共
に回転する斜板、６は各シリンダ１０内に挿入されて往
復運動をするピストン、７は各一対の球面形状のシュ
ー、８はバルブプレート、９はフロントハウジング１と
ミドルハウジング２をバルブプレート８と共にリアハウ
ジング３に固定して一体化する通しボルト、１３及び１
４はシャフト４の軸方向荷重を支持するスラスト軸受、
１５は吸入弁、１６は吐出弁、１７は弁止板、１８はシ
ャフト４に嵌合して一体化されたロータ、１９はシャフ
トシール、２０は図示しない空調装置の冷凍サイクルに
おける蒸発器に接続される吸入ポート、２１は冷凍サイ
クルの凝縮器に接続される吐出ポート、２２は吸入室、
２３は吐出室、２４は吸入孔、２５は吐出孔、２６は斜
板室をそれぞれ示している。

【００１２】次に、第１実施例の斜板型圧縮機１００は
可変容量型のものであるから、斜板５は、その傾斜角度
（シャフト４と直角に交わる仮想の平面に対してなす角
度）が変化し得るように、シャフト４に対して取り付け
られているので、シャフト４と斜板５を連結するヒンジ
機構の構成について説明する。

【００１３】図１に示すように、２８は斜板５の背面に
突設され、シャフト４の軸線と平行な二面を形成された
突起部、２９は突起部２８を挟持するようにロータ１８
に形成された溝部であって、ロータ１８にはシャフト４
に対して直角の方向に円形孔３０が穿孔されていると共
に、それに対応して斜板５の突起部２８には二面に対し
て垂直な円形孔３１が穿孔されており、円形孔３０に嵌
入して固定されたピン部材３２が突起部２８の円形孔３
１に回転可能に挿通されることによって、斜板５の傾斜
角度が変化し得ると共に、それに応じてシリンダ１０内
におけるピストン６のストロークが一斉に変化して、そ
れによって斜板型圧縮機１００の吐出容量が変化するよ
うになっている。なお、本発明は可変容量型の斜板型圧
縮機に限られず、固定容量型のものであってもよいし、
可変容量型のものである場合は、ヒンジ機構は図示実施
例のようなもの以外の構成を使用することもできる。

【００１４】シャフト４が自動車用エンジン等から駆動
力を受けて回転すると、ヒンジ機構を介してそれに連結
されている斜板５は、シャフト４と直角に交わる仮想の
平面に対して傾斜しているために、揺動を伴った回転運
動を行う。その揺動運動の成分によって、各ピストン６
は斜板５に対して摺動接触しているシュー７を介して駆
動され、シリンダ１０内で往復運動をする。それによっ
て作動室３５が拡大するときに吸入弁１５を開弁させて
吸入室２２から冷媒（一般的には流体）を作動室３５内
へ吸入し、作動室３５が縮小するときに冷媒を圧縮し
て、吐出弁１６を開弁させて吐出室２３へ圧縮された冷
媒を吐出する。圧縮されて高温、高圧となった冷媒は吐
出ポート２１から図示しない空調装置の冷凍サイクルへ
供給され、それから戻って来る低温、低圧の戻り冷媒は
吸入ポート２０から吸入室２２へ流入する。

【００１５】図示実施例の斜板型圧縮機１００は可変容
量型のものであるから、斜板室２６には図示しない圧力
制御弁によって、吐出室２３にある高圧の冷媒と、吸入
室２２にある低圧の冷媒を切り換えて導入することがで
きるようになっており、それによって、斜板室２６の圧
力を吐出圧と吸入圧との間の任意の高さに調整すること
ができる。従って、斜板５から駆動力を与えられたピス
トン６が作動室３５において冷媒を圧縮するときに発生
する圧縮反力によって、ピストン６が図１において左方
へ押し返されると、斜板室２６の圧力がピストン６の後
退を阻止するように作用するので、これらの力の釣り合
いによって複数個のピストン６の平均的な軸方向位置、
即ちストロークの長さと、斜板５の傾斜角度が決まる。
それによって可変容量斜板型圧縮機１００の吐出容量を
自由に調整することができる。

【００１６】なお、図４は、前述のようにして斜板５が
軸方向において最も左方へ後退し、斜板５がピン部材３
２の回りに回転することにより、その傾斜角度が減少し
てシャフト４に対して直角に近くなり、ピストン６の有
効なストロークと、可変容量斜板型圧縮機１００の吐出
容量が最小となった状態を示している。それに対して図
１は、可変容量斜板型圧縮機１００の吐出容量が最大と
なった運転状態を示している。

【００１７】以上の構成及び作動は、従来の可変容量斜
板型圧縮機及びそれを使用する空調装置においても行わ
れているものであるから、特に本発明において新規とす
るものではない。本発明の特徴とする部分の１つは以下
に述べる点にあるので、それを第１実施例において具体
化して説明する。

【００１８】図１及び図２に加えて図３に明示したよう
に、シャフト４と一体化されたロータ１８の外周面に
は、シャフト４の軸心と中心が一致する円筒面２７が形
成されていると共に、それに対向して各ピストン６の基
端部には円筒面２７と実質的に同じ半径を有する円弧状
面３３が形成されていて、円弧状面３３が円筒面２７に
対して摺動可能に接触している。

【００１９】このように、第１実施例においては、各ピ
ストン６に形成された円弧状面３３がロータ１８の円筒
面２７に対して常時摺動接触しているために、ピストン
６はシリンダ１０内で往復運動をすることはできても、
それ自体の中心軸線の回りに回転することはできない。
従って、第１実施例においては、ピストン６に円弧状面
３３を形成するというきわめて簡単な構成によって、ピ
ストン６の回転を確実に阻止することができるので、斜
板５とピストン６が直接に接触して騒音や摩耗が生じる
のを防止することができる。また、円筒面２７と円弧状
面３３との係合によって、後述のようにサイドフォース
の一部が支持される。この構成は、第１実施例の斜板型
圧縮機１００のような可変容量型のものに限らず、固定
容量の斜板型圧縮機や、斜板がシャフト４と共に回転し
ないで揺動だけをするように特別の機構によって連結さ
れているワッブル型の圧縮機（ポンプ）にも適用するこ
とができる。

【００２０】先にも触れた特開平７−９１３３６号公報
に記載されているような、従来一般の片側ピストン式の
圧縮機においては、冷媒を圧縮するときにピストンに作
用するサイドフォースによってピストンが傾いて、シリ
ンダとの間でこじりや焼きつきというような不具合が生
じるのを防止するために、ピストン６のガイド長さ（図
７（ｂ）にＬ1 として示す）を十分に大きくとる必要が
あるので、それによってピストン６が長くなって圧縮機
の軸方向長さも増大し、圧縮機全体が大型化するという
問題がある。

【００２１】この問題を解消するために、図５及び図６
に示す本発明の第２実施例の可変容量斜板型圧縮機２０
０においては、全体的な構造は図１及び図２に示した第
１実施例の可変容量斜板型圧縮機１００のそれと類似し
ているが、第２実施例の特徴として、ピストン６ａの基
端部に軸方向の端面が図６に示すような形状を有する支
持部４０が形成されている。ロータ１８の円筒面２７に
対向している支持部４０の部分には、第１実施例の場合
と同様に円筒面２７に対して摺動可能に接触する円弧状
面３３が設けられている。第２実施例の特徴として、ピ
ストン６ａの支持部４０には、フロントハウジング１の
円筒形の滑らかな内壁面４２に対向する位置に、内壁面
４２に沿った（半径が実質的に同じ）円弧状面４１が形
成されていて、円弧状面４１が内壁面４２に摺動可能に
常時接触している。

【００２２】第２実施例の可変容量斜板型圧縮機２００
はこのように構成されているので、ピストン６ａの基端
部の支持部４０に形成された円弧状面４１が、フロント
ハウジング１の円筒形の滑らかな内壁面４２に摺動可能
に接触することによって支持されるために、ピストン６
ａに作用するサイドフォースはフロントハウジング１の
内壁面４２によって受け止められる。それによって、ピ
ストン６のガイド長さが短くても、ピストン６ａの頭部
と支持部４０との距離、即ちピストン６の全長が実質的
なガイド長さとなるので、ピストン６の全長を短くする
ことができると共に斜板型圧縮機２００の小型化が可能
になる。なお、円弧状面４１と内壁面４２との係合によ
って、ピストン６ａの回転も阻止される。

【００２３】第２実施例は第１実施例の特徴である円弧
状面３３をも備えているので、図７（ａ）に本発明を代
表するものとして第２実施例のピストン６ａに作用する
力を図示すると共に、それと対比するために、図７
（ｂ）に従来型のピストン６ｂに作用する力を図示す
る。従来型のピストン６ｂにおいて図７（ｂ）に示す位
置に作用する荷重（反力）をＦ1 及びＦ2 とすると共
に、第２実施例のピストン６ａにおいて図７（ａ）に示
す位置に作用する荷重（反力）をＦ3 及びＦ4 とし、斜
板５がそれぞれのピストン５ａ，５ｂに対して加える力
の半径方向の成分をＦ0とする。なお、図７（ａ）にお
いては、荷重Ｆ4 が第１実施例の特徴部分である円弧状
面３３に作用している状態を示しているが、運転中には
斜板５とピストン６ａの相対的な位置関係が変化して、
荷重Ｆ4 が第２実施例の特徴部分である円弧状面４１に
作用する状態もあり、その状態では荷重Ｆ4 の方向が反
対になる。同様に、各荷重の方向は運転中に斜板５とピ
ストン６ａの相対的な位置関係が変化するのに伴って変
化することがあるし、荷重の大きさも変化する。

【００２４】従来型のピストン６ｂに作用する力Ｆ1 及
びＦ2 は、距離Ｌ1 （ガイド長さ）と距離Ｌ2 を図７
（ｂ）に示すように定めると、 Ｆ1 ＝（Ｌ2 ／Ｌ1 ）×Ｆ0 Ｆ2 ＝〔１＋（Ｌ2 ／Ｌ1 ）〕×Ｆ0 として示される。この場合、Ｆ1 の値はさほど大きくは
ならないが、常に １＋（Ｌ2 ／Ｌ1 ）＞１ であるから、Ｆ2 ＞Ｆ0 となって、Ｆ2 の値は必ず大き
くなる。

【００２５】これに対して、第２実施例のピストン６ａ
に作用する力Ｆ3 及びＦ4 は、距離Ｌ3 と距離Ｌ4 を図
７（ａ）に示すように定めると、 Ｆ3 ＝〔Ｌ4 ／（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）〕×Ｆ0 Ｆ4 ＝〔Ｌ3 ／（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）〕×Ｆ0 として示される。この場合、 Ｌ4 ＜（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）， Ｌ3 ＜（Ｌ3 ＋Ｌ4 ） であるから、第２実施例のピストン６ａにおいては、常
に、 Ｆ3 ＜Ｆ0 ， Ｆ4 ＜Ｆ0 であり、Ｆ3 及びＦ4 の値は、いずれも大きくなること
がない。

【００２６】より具体的に、コンパクトクラスの車両の
空調装置における冷媒圧縮機として搭載される１回転当
たりの吐出容積が１２０ｃｃで、６気筒の斜板型圧縮機
を使用し、盛夏の渋滞状態を想定した圧力条件の吐出圧
力３ＭＰａ，吸入圧力０．４ＭＰａとした場合の従来型
のピストン６ｂにおける各荷重の最大値は、 Ｆ1 ＝約３０ｋｇｆ， Ｆ2 ＝約１１０ｋｇｆ となるが、本発明の第２実施例においては、ピストン６
ａのガイド長さを例えば２０ｍｍ短くした場合であって
も、 Ｆ3 ＝約２０ｋｇｆ， Ｆ4 ＝約５０ｋｇｆ 程度の大きさとなる。従って、本発明によればピストン
及び圧縮機全体が小型化されているにもかかわらず、各
荷重が大幅に低減される。

【００２７】以上の説明から明らかなように、ピストン
６ａに設けた支持部４０に、シャフト４に形成された円
筒面２７との係合部（円弧状面３３）と、フロントハウ
ジング１の内壁面４２との係合部（円弧状面４１）とを
形成したことによって、部品点数の増加なしに圧縮機の
小型化が可能になる。本発明は、斜板が駆動シャフトに
一体的に取り付けられた固定容量斜板型圧縮機にも、ま
た、ワッブル型の可変容量斜板型圧縮機にも適用が可能
であり、その特徴とする点に関しては、前述の各実施例
の場合と同じような作用、効果が得られる。

【００２８】図８に、本発明の第３実施例としての可変
容量斜板型圧縮機３００の縦断面を示す。シャフト４に
取り付けられたロータ１８の外周に軸受メタルのような
摺動性に優れた材料からなる円筒形の環状部材５０を嵌
着し、それにピストン６に形成された第１実施例と同様
な円弧状面３３を摺動可能に接触させる構造をとってい
る。このように環状部材５０を設けることによって、高
負荷運転においても、ロータ１８とピストン６との間に
焼きつき等の不具合が発生することがなく、良好な作動
状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す縦断正面図で
ある。

【図２】図１におけるII−II断面図である。

【図３】第１実施例の要部を示す斜視図である。

【図４】第１実施例の、図１とは異なる作動状態を示す
縦断正面図である。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示す縦断正面図で
ある。

【図６】図５におけるVI−VI断面図である。

【図７】本発明の作動状態を従来例と比較的して示す要
部の断面図であって、（ａ）は本発明を、（ｂ）は従来
例を示している。

【図８】本発明の第３実施例の構成を示す縦断正面図で
ある。

【符号の説明】

１，２，３…ハウジング ４…駆動シャフト ５…斜板 ６，６ａ，６ｂ…ピストン １０…シリンダ １８…ロータ ２７…円筒面 ３３…円弧状面 ３５…作動室 ４０…支持部 ４１…円弧状面 ４２…ハウジングの内壁面（円筒面） ５０…環状部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 三起夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 稲垣 光夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 宮川 和仁 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB26 BB32 BB38 BB41 CC20 CC31 CC36 CC83

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、前記ハウジングの内部に
   おいて外部から駆動力を受けて回転するシャフトと、前
   記シャフトに連結された斜板と、前記斜板の片側におい
   て流体を圧縮するために前記シャフトと平行に前記ハウ
   ジング内に形成されたシリンダと、前記シリンダ内に摺
   動可能に挿入されると共に前記斜板に係合することによ
   って往復運動をするピストンと、外周に円筒面を形成さ
   れると共に前記シャフトと一体化されたロータと、前記
   ピストンの基端部側に形成されると共に前記ロータの前
   記円筒面に摺動可能に接触する円弧状面とを備えている
   ことを特徴とする斜板型圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ロータの表面に
   摺動性に優れた環状部材が嵌着されている斜板型圧縮
   機。
3. 【請求項３】 ハウジングと、前記ハウジングの内部に
   おいて外部から駆動力を受けて回転するシャフトと、前
   記シャフトに連結された斜板と、前記斜板の片側におい
   て流体を圧縮するために前記シャフトと平行に前記ハウ
   ジング内に形成されたシリンダと、前記シリンダ内に摺
   動可能に挿入されると共に前記斜板に係合することによ
   って往復運動をするピストンと、前記ハウジング側の内
   壁に沿って形成された円筒面と、前記ピストンの基端部
   側に形成されると共に前記ハウジング側の前記円筒面に
   摺動可能に接触する円弧状面とを備えていることを特徴
   とする斜板型圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記シャフトに対する前記斜板の角度が可変となってい
   ることによって吐出容量が変化する斜板型圧縮機。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記斜板の角度を、
   前記斜板を収容している室の圧力を外部から変化させる
   ことによって自由に変化させることができる斜板型圧縮
   機。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記斜板が前記シャフトと共に回転すると共に揺動運動
   をする斜板型圧縮機。
7. 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記斜板が回転することなく揺動運動だけをする斜板型
   圧縮機。