JP2004044414A

JP2004044414A - 可変容量型流体機械

Info

Publication number: JP2004044414A
Application number: JP2002200092A
Authority: JP
Inventors: Seishu Kimura; 木村　成秀; Mikio Matsuda; 松田　三起夫; Motohiko Ueda; 上田　元彦; Shigeru Hisanaga; 久永　滋
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】容量を円滑に１００％と０％との間で変化させ得ると共に、高いシール性が得られる可変容量型ベーン型圧縮機のような流体機械を提供すること。
【解決手段】ロータ７に対して半径方向に且つ相互に反対方向に移動することができる一対の可動シリンダ半部８と、それらの両側においてそれらを支持する一対の直線状のガイド３１と、ロータ７よりも僅かに大きい半径を有していて、可動シリンダ半部８の端部の間においてベーン９の先端を案内すると共に、吐出ポート４５と吸入ポート２３の間において、隣接する作動室９１の間をシールする一対の円弧状シール部３３とを設けている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量型の流体機械（圧縮機又は原動機）に係り、特にベーン型であって、しかも吐出容量を無段階に変化させることができる圧縮機として実施するのに適している容積型の流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ベーン型で且つ可変容量型である圧縮機の従来例が特開平１１−１３６６２号公報に記載されている。この圧縮機は、シャフトに取り付けられて回転する円筒形のロータに形成された複数個のスロットにそれぞれ出入り自由にベーンを挿入し、各ベーンの先端を略楕円形の断面を有するシリンダの内面に摺接させることによって複数個の作動室を形成する通常のベーン型圧縮機において、ベーン及びスロットの数を７個に限定すると共に、そのものに新規性がある訳ではないが、サイドブロックの内面側においてシャフトの回りに回動することができる略円板状の制御プレートを設けて、制御プレートの周縁部の対向位置に形成された一対の凹部によって、凹部に対応する位置にある作動室と吸入室とを連通させるバイパス通路を形成したもので、作動室内の圧縮された冷媒を吸入室へバイパスすることによって、圧縮機の有効な容量を変化させるようになっている。
【０００３】
近年、車両用の空調装置においては、低コスト化や小型軽量化のために、冷媒圧縮機を可変容量型のものとして、通常は駆動用のエンジンと冷媒圧縮機との間に設けられることが多い電磁クラッチを廃止し、それらを直結することによって圧縮機のシャフトを常時回転させると共に、圧縮機の容量を１００％から０％まで変化させることにより、空調装置の能力を広い範囲にわたって調節するようになってきている。しかしながら、前述の従来例のような圧縮機では、容量を減少させるに従って圧縮行程が短くなるためトルク変動が大きくなってエンジンに悪影響を及ぼすことが問題になっている。また、このような構成によると、高速運転の状態においてバイパス通路における冷媒の抜けが悪くなるので、容量制御が難しくなるという問題もある。
【０００４】
他の従来例として、特開平６−２００８８２号公報に記載された可変容量型のベーンポンプは、気体を圧縮するための圧縮機ではなく、非圧縮性流体（液体）を圧送する油圧ポンプに属するものではあるが、対向する２つの大きな円弧と、それらを繋ぎ合わせる２本の直線からなる小判型の内面プロフィールを有するシリンダ（カムリング）を２つの半部に分割し、それらの対向間隔を変化させることによって容量を変化させるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、分割された２つのシリンダ半部の繋ぎ目部分が平面状（プロフィールが直線状）であるため、容量が増大した運転状態においては平面状の繋ぎ目部分が更に拡大し、円筒形のロータと接する部分がシャフトに平行な実質的に幅のない直線状になって、隣接する作動室の間のシール性が悪くなるので、粘性の高い液体ならばともかく、粘性の低い気体を圧縮する場合には、作動室内において圧縮された気体が繋ぎ目部分から低圧側へ漏洩しやすいという問題がある。また、この従来例では、前述のようにシリンダ内面のプロフィールがシリンダ半部の繋ぎ目部分において直線状となるので、直線部分と曲線部分との間の移行部分をベーンが摺動しながら通過する時にチャタリングを起こし易く、ベーンの先端がシリンダの内面から離れる時に作動室内で加圧された液体が低圧側へ漏洩するだけでなく、ベーンの先端とシリンダの摺接部分が損傷する恐れがある。
【０００６】
【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鑑み、容量が円滑に且つ連続的に１００％と０％との間で変化することができると共に、ベーンがチャタリングを起こし難くて耐久性が高く、また、容量が減少する運転状態においても作動行程が短縮されることはなく、トルク変動を大きくする恐れがないような、しかも、シリンダ内面のどの部分においてもベーンの先端との間のシール性が高く、作動室が確実に密閉されることにより作動効率が高いベーン型流体機械、とりわけ圧縮機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された可変容量型流体機械を提供する。
【０００８】
本発明の可変容量型流体機械においては、ロータに対して半径方向に且つ相互に反対方向に移動することができる一対の可動シリンダ半部と、可動シリンダ半部のそれぞれ両側においてそれらを支持する二対の直線状のガイドと、ロータよりも僅かに大きい半径を有していて、直線状のガイドの端部に接続し、可動シリンダ半部の端部の間においてベーンの先端を案内すると共に、隣接する作動室の間をシールすることができる一対の円弧状シール部とを設けている点に基本的な特徴がある。
【０００９】
本発明の可変容量型流体機械においては、ガイドに沿って一対の可動シリンダ半部をロータに対して反対方向に移動させることにより、作動室の容量、従って可変容量型流体機械の容量を円滑に且つ連続的に、１００％と０％との間で変化させることができるだけでなく、円弧状シール部を備えていることによって、吐出ポートと吸入ポートが近接する部位においても、複数の作動室の間のシール性を確保することができるので、高い作動効率が得られる。
【００１０】
円弧状シール部は、ロータの回転方向に見て相互に隣接して形成される吐出ポートと吸入ポートとの間において、相互に対向するようにハウジングによって支持することができる。直線状のガイド上で移動することができるように相互に対向している可動シリンダ半部の端部、或いは円弧状シール部の端部におけるプロフィールに、それらの端部が直線状のガイドに対して滑らかに接続するように接円弧を設けることができる。それによって、ベーンの先端が接円弧を通過する時に、ベーンにスロットの方向の過大な押し付け力が作用することが抑制される。
【００１１】
吸入ポートの形状は、最大容量時に形成される複数個の作動室のうちで、吸入ポートを含む位置に形成されるものの範囲を超えないように設定することが望ましい。仮にそれよりも大きくすると、吸入ポートが隣接する２つの作動室に跨って連通することにより、各作動室のシール性が低下して効率も低下する。また、吐出ポートに逆止弁からなる吐出弁を設けることができ、それによって吐出ポート及び作動室への流体の逆流による作動効率の低下を防止することができる。更に、最小容量時にベーンに作用する背圧の供給通路を遮断する開閉弁を設けた場合には、ベーンの先端やシリンダ面における無用の摩耗を低減することができるので、最小容量時における動力損失が少なくなる。
【００１２】
可動シリンダ半部をロータに対して移動させるために、ハウジング内の可動シリンダ半部の背後に、それを押し出すための制御圧室を設けることができる。この場合は、吐出圧と吸入圧の中間の制御圧を制御弁によって作って制御圧室へ供給するというように構成すれば、流体圧によって可動シリンダ半部の位置を任意に制御することができる。制御圧室はそれを流体圧シリンダとすると共に、ベーン自体をピストンとしてそれぞれ流体圧アクチュエータを構成することもできるが、それとは異なる形式の流体圧アクチュエータとしては、ハウジング内に設けられた専用の流体圧シリンダと、それに嵌合して摺動すると共に可動シリンダ半部に取り付けられた専用のピストンとによって構成することもできる。これらの他に、可動シリンダ半部を移動させるアクチュエータとしては、流体圧によるものに限らず、電磁的、電気的、或いは機械的なアクチュエータ等のいずれかを使用することもできる。
【００１３】
可動シリンダ半部が所定の位置へ移動した後に、その位置を確実に保持するために、可動シリンダ半部に何らかの制動手段を設けることが望ましい。その１つとして、可動シリンダ半部を案内する直線状の溝等からなるガイドによって摩擦抵抗を発生させて、可動シリンダ半部の移動を制限することができる。
【００１４】
また、可動シリンダ半部をロータに向かって常時付勢する圧縮バネを設けるか、或いはそれと反対の方向に付勢する引張りバネを設けることが望ましい。圧縮バネを設けた場合には何らかのトラブルが発生した時に、可変容量型流体機械の容量が零又は最小となるので、一般的にフェールセーフの機能が得られる。また、起動時は必ず最小容量から運転が開始されるので、関連する機器へ波及するトルクショックが発生しない。引張りバネを設けた場合には、制御圧室に作用する制御圧との釣り合いによって制御性が高くなる。
【００１５】
なお、可動シリンダ半部の移動を案内するために設けられるガイドその他によって、制御圧室と作動室との間で流体が漏洩する恐れがある場合には、それらの間にシール部を設けることができる。これは、例えば直線状のガイドの溝に取り付けられたシール部とすることができる。
【００１６】
一対の可動シリンダ半部が相互に反対方向へ移動するように、それらの間に連動機構を設けることができる。それによって、個々の可動シリンダ半部に制御圧室のような手段を設ける必要がなくなり、それらの一方に設けるだけで、双方を同時に移動させることができる。また、この機構を設けることによって、２つの可動シリンダ半部が必ず相互に対応する位置へ移動することが保障される。
【００１７】
相互に対向している可動シリンダ半部のそれぞれ一対の端部の長さは、必ずしも同じである必要はない。それらの長さを異ならせる場合に、例えば、長い方の端部に係合する直線状のガイドの表面をロータに対する接線にすると共に、その接点とガイドの端部を一致させ、更に円弧状シール部の端部とも一致するように設定することができる。この場合は、円弧状シール部のいずれか一方の端部が、同じ側のガイドと滑らかに接続するように、接円弧によってプロフィールを滑らかに結合することが望ましい。この接円弧の半径は、その位置をベーンの先端が通過する時にベーンにチャタリングを発生させるスロットの方向の加速度が生じないような値に設定すべきである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に添付の図面を参照しながら、本発明の幾つかの好適な実施例を詳細に説明する。各実施例に共通の部分には同じ参照符号を付すことにする。図１から図４は本発明の可変容量型流体機械の第１実施例としての可変容量型のベーン型圧縮機を示すもので、１はフロントハウジング、１１はそれに支持されたシャフトシール、１２は吸入室、１３はフロントガスケットを示しており、ガスケット１３を挟んでフロントサイドプレート２がフロントハウジング１に取り付けられることにより、吸入室１２がフロントハウジング１の内部に空間として形成される。２１はフロントサイドプレート２によって支持されるメインベアリング、２２はそれを軸方向に位置決めするサークリップである。
【００１９】
３はシリンダハウジング、４はリアサイドプレート、５はリアハウジングであって、シリンダハウジング３はフロントサイドプレート２とリアサイドプレート４との間に挟まれるように組み付けられると共に、リアサイドプレート４はリアハウジング５との間にリアガスケット４１を挟み込んで組み付けられる。これらの部材を一体的に締結するために数本のスルーボルト１０が使用されている。なお、リアサイドプレート４の内側の中心寄りにはベーン背圧円環溝４２が形成されると共に、それに開口するように小径の絞りを兼ねるベーン背圧導入孔４３がリアサイドプレート４を貫通して設けられ、このベーン背圧導入孔４３に接続してそれをリアハウジング５内に形成される吐出室５６へ連通させる図示しない通路がリアガスケット４１に形成されている。
【００２０】
ベーン背圧導入孔４３とは別に、始動時の早期にベーン背圧円環溝４２へ迅速にベーン背圧となる流体の圧力を導入するために、ベーン背圧円環溝４２と吐出室５６とを接続する通路にチャタリング防止バルブ４４が設けられている。チャタリング防止バルブ４４は、ベーン背圧円環溝４２側の通路に形成される弁座を吐出室５６側から球形の弁体によって閉塞すると共に、ベーン背圧円環溝４２側から圧縮スプリングによって弁体に開弁方向の力を与える構成となっていて、吐出室５６内の流体の吐出圧が所定値に達する時までは開弁しているが、所定値以上になると自動的に閉弁するようになっている。なお、チャタリング防止バルブ４４を含む通路の平均的な通路径は、ベーン背圧導入孔４３を含む通路の平均的な通路径よりも大きい。
【００２１】
４６はリアサイドプレート４の周辺部の上下対称的な位置に設けられた制御圧導入孔であって、リアハウジング５内に空間として形成される制御圧導入室５３と、可動シリンダ半部８を任意の位置へ移動させて圧縮機の容量を無段階に変化させるために、図２及び図３に示すように、シリンダハウジング３内の上下の部分に空間として形成される制御圧室３２とを連通させる。
【００２２】
リアサイドプレート４の中心部の開口にはプレーンベアリング４７が設けられて、フロントサイドプレート２に設けられたメインベアリング２１と共に、圧縮機の中心部を通るシャフト６を軸承している。メインベアリング２１の外側において、フロントハウジング１に設けられた前述のシャフトシール１１がシャフト６の周囲から流体が漏れ出るのを防止する。７はシャフト６と同心の円柱形のロータであって、圧入等の方法でシャフト６と一体化されており、その両側面はフロントサイドプレート２とリアサイドプレート４に摺動可能に接触している。
【００２３】
ロータ７の上下に、一対の可動シリンダ半部８が上下方向に摺動可能に設けられる。それぞれの可動シリンダ半部８を上下方向に摺動させるために、それらの両側縁として形成された摺動部８ｅが、シリンダハウジング３の内面に上下方向の溝として形成された直線状のガイド３１に摺動可能に係合している。８１は、制御圧室３２が溝状のガイド３１を介して、フロントサイドプレート２に形成された吸入ポート２３や、リアサイドプレート４に形成された吐出ポート４５に連通したり、高圧側となる後述の作動室９１内からガイド３１を伝わって流体が低圧側へ漏れ出るのを防止するために、摺動部８ｅに設けられたシール部である。８３は制御圧室３２内に装着されたバネであって、圧縮バネ又は引張りバネとすることができる。圧縮バネであれば、上下の可動シリンダ半部８をそれぞれロータ７に向かって常時付勢している。言うまでもなく、バネ８３を引張りバネとする時には、その両端をシリンダハウジング３と可動シリンダ半部８にそれぞれ取り付ける。
【００２４】
ロータ７には放射状に複数個、例えば５個のベーンスロット７１が均等配置で形成されていて、それらの底部は前述のリアサイドプレート４に設けられたベーン背圧円環溝４２に連通している。ベーンスロット７１にはそれぞれ板状のベーン９が半径方向に摺動可能に気密を維持して挿入されていて、それらの先端が可動シリンダ半部８の内面に摺動可能に接触すると共に、それらの両側縁がフロントサイドプレート２とリアサイドプレート４に摺動可能に接触する。
【００２５】
可動シリンダ半部８の詳細な形状を図４に例示する。２個の可動シリンダ半部８の形状は同じであってよく、その内面は概ね円筒面となっているが、その内面のプロフィールの大部分は大径の円弧８ｂとなっている。大径の円弧８ｂの半径はロータ７の半径よりも若干大きくする。なお、大径の円弧８ｂが真円の円弧である必要はないので、真円の円弧とは若干異なる形状にするとか、左右非対称の形状とする場合もあり得る。大径の円弧８ｂの両端から端部８ｃまでの短い部分はいずれも小径の円弧８ａとなっているが、この部分のプロフィールは必ずしも左右同じ形である必要はない。これらは直線状のガイド３１の表面と大径の円弧８ｂとを滑らかに接続するために、両者に共に接する曲線として形成された所謂「接円弧」である。可動シリンダ半部８の上或いは下の端面８ｄは前述の制御圧室３２内に面していて、後述のように制御圧室３２に作用する制御圧を受けるようになっており、バネ８３の付勢力もこの端面８ｄに作用する。
【００２６】
シリンダハウジング３の両側の内面には、ロータ７の半径よりも僅かに大きい半径を有する円弧状シール部３３が突出するように形成されていて、ロータ７の表面との間に殆ど流体の通過を許さない微小な隙間を形成し、ロータ７の回転を可能としている。円弧状シール部３３の軸線方向の長さはロータ７のそれと同等である。場合によっては、円弧状シール部３３はロータ７の表面に摺動接触していてもよい。円弧状シール部３３の表面と、直線状のガイド３１の表面との接続部分となるガイド端部３１ａのプロフィールは、双方に接する小径の接円弧となっている。これはベーン９のチャタリングを抑制するために設けられている。
【００２７】
図２及び図３に示すように、フロントサイドプレート２の中心に関して相互に対称的な位置に一対の吸入ポート２３が開口していて、いずれもフロントハウジング１内に空間として形成された吸入室１２に通じている。図示実施例の圧縮機が車両用の空調装置における冷媒圧縮機として使用される場合には、吸入室１２は図示しない配管によって空調装置の冷凍サイクルにおけるエバポレータに接続される。
【００２８】
吸入ポート２３はフロントサイドプレート２の開口として、図２及び図３において左右の高さが異なる位置に２個形成されるが、それらの吸入ポート２３から半周足らず回った位置に設けられる円弧状シール部３３の前において、リアサイドプレート４を貫通する開口として吐出ポート４５がそれぞれ開口している。２個の吐出ポート４５は図１に示す吐出室５６に共に連通している。図２に破線で例示したように、吐出ポート４５がリアサイドプレート４を貫通した後の吐出室５６側の部分に、リード状の逆止弁からなる吐出弁５７を設けることができる。５１はリアハウジング５に設けられた吐出孔であって、吐出室５６内の加圧された冷媒（一般的には流体）をオイルセパレータ５５を介して圧縮機の外部へ取り出し、図示しない配管によって空調装置における冷凍サイクルのコンデンサへ供給する。
【００２９】
リアハウジング５には制御弁５２が取り付けられていて、吐出室５６内にある吐出圧（高圧）の冷媒を受け入れて減圧することにより、任意の高さの制御圧を帯びた冷媒を作り出して制御圧導入室５３へ供給する。この制御圧が制御圧導入孔４６を経て制御圧室３２へ導入され、２つの可動シリンダ半部８をロータ７に向かって付勢し、対向するベーン９の先端に押し付ける作用をする。制御圧の高さは制御弁５２を電子式制御装置等によってデューティ制御等をすることにより、自由に制御することができる。
【００３０】
次に、図示実施例の圧縮機の運転状態について説明する。シャフト６が図示しない内燃機関等によって回転駆動されることにより、ロータ７は図２において左回りに回転する。全てのベーン９はロータ７と共に回転するので、隣接する任意の２個のベーン９と、それらの間における可動シリンダ半部８の内面と、ロータ７の表面とによって形成される１つの作動室９１においては、その容積が拡大するのに従って、冷媒（一般的には流体）が吸入ポート２３からその作動室９１内へ吸入され、その作動室９１の回転方向における後ろ側のベーン９が吸入ポート２３を通過して作動室９１が閉空間となった後に、ベーン９が可動シリンダ半部８の内面によって押し込まれて作動室９１の容積が縮小すると共に冷媒が圧縮されるので、高圧となった冷媒が吐出ポート４５から吐出室５６へ吐出される。
【００３１】
ベーン９が可動シリンダ半部８の連続で滑らかな内面に接触して摺動回転する間は何ら問題がないが、この圧縮機が可変容量型であって、２個の可動シリンダ半部８の間隔が変化するものであることから、吐出ポート４５と次の吸入ポート２３との間において、前述の油圧ポンプの従来例のように、可動シリンダ半部８の内面の端部が、２つの可動シリンダ半部８の接続部分に設けられた直線状のガイドに直接に接続する構成であれば、本来は閉空間であるべき作動室９１のシール性が接続部分の両側において悪くなって、高圧側の作動室９１が吐出ポート４５以外に、接続部分の先に形成される次の作動室９１や、それが連通している吸入ポート２３等の低圧側にも連通するため、高圧側の作動室９１において圧縮された冷媒の圧力が低下してしまう可能性がある。
【００３２】
これに対して、図示実施例の圧縮機においては、１つの吐出ポート４５と次の吸入ポート２３との間に、仕切りとしてシリンダハウジング３の内面から突出する円弧状シール部３３を設けており、容量の変化とは無関係に、円弧状シール部３３の円筒面がロータ７の表面に常時接触しているか、或いはそれに対して微小な隙間を残して近接しているので、高圧側から低圧側への移行部である円弧状シール部３３の前後においても、各作動室９１のシール性が低下することはなく、高圧側の作動室９１内で圧縮された冷媒が円弧状シール部３３を越えて低圧側の作動室９１及びそれに連通している吸入ポート２３へ漏れ出るのが阻止されて、圧縮された冷媒の全量が吐出ポート４５へ吐出されるようになる。
【００３３】
また、ベーン９の先端が可動シリンダ半部８の大径の円弧８ｂからガイド３１のガイド端部３１ａへ乗り移る部分には小径の円弧８ａからなる接円弧が形成されているし、直線状のガイド３１から円弧状シール部３３に乗り移る部分にも小径の接円弧が形成されているから、ベーン９は滑らかにシリンダ面８２に沿って摺動して、ベーン９に作用する加速度には急激な変化が生じない。
【００３４】
このような運転状態においてベーン９に作用する力は、作動室９１にある冷媒の圧力によって側面から受ける力と、ベーンスロット７１内に作用するベーン背圧によって発生する力と、ロータ７が回転することによって発生する遠心力と、ベーン９が２つの可動シリンダ半部８の内面やガイド３１、円弧状シール部３３の円筒面等からなる連続する曲面であるシリンダ面８２に沿って移動する時にベーンスロット７１の方向に発生する慣性力と、それぞれの摺動個所において発生する摩擦力等の合力となる。ベーン９にチャタリングが発生しない条件は、この合力が常にシリンダ面８２の外側に向かって作用していることである。
【００３５】
回転数が増大すると慣性力が支配的になるが、この慣性力が増大する個所の１つは、直線状のガイド３１と円弧状シール部３３との繋ぎ目であるから、この繋ぎ目をベーン９が通過する時に大きい慣性力が発生することがないように、接円弧として小径の円弧８ａを可動シリンダ半部８の両側の端部に設けてベーン加速度を可及的に小さくしている。それによって慣性力によって発生するベーン９の過大な押し付け力を抑えることができる。
【００３６】
２個の可動シリンダ半部８において、内面のプロフィールの大部分を占めている大径の円弧８ｂは、その両端に滑らかに接続する短い接円弧である小径の円弧８ａを含めて、可動シリンダ半部８の内面のプロフィールの設計条件は、図３に示すように、２個の可動シリンダ半部８がロータ７に向かって最も接近した位置まで移動して圧縮機の容量が最小（実質的に零）となり、可動シリンダ半部８の端部８ｃがガイド端部３１ａに接した時に、可動シリンダ半部８の内面がどこでもロータ７に接触することがなく、内面の全域においてロータ７の表面との間に概ね均等に微小な隙間を残していることである。
【００３７】
前述のように、ベーンスロット７１の底部にはベーン背圧円環溝４２から流体の圧力が加えられてベーン９を押し出すように作用する。圧縮機の定常的な運転状態においては、吐出室５６にある加圧された冷媒の吐出圧が、絞り通路であるベーン背圧導入孔４３を通ることによって適度に減圧されて、ベーン背圧円環溝４２へ常に供給されているけれども、圧縮機の始動時には吐出室５６の吐出圧が十分に上昇していないので、未だ低い吐出圧がベーン背圧導入孔４３において更に減圧されてベーン背圧円環溝４２へ供給されると、ベーンスロット７１においてベーン９を押し出す力が不足するので、ベーン９にチャタリングが発生することがある。
【００３８】
この問題に対して、図示実施例ではチャタリング防止バルブ４４を設けて、始動直後において吐出圧が未だに低くても、チャタリング防止バルブ４４を含む比較的に大径の通路を介して、吐出室５６の吐出圧を殆ど減圧しないでベーン背圧円環溝４２へ供給し、ベーンスロット７１における背圧を高めるので始動時においてもベーン９にチャタリングが発生しない。しかし、このまま定常運転の状態になると吐出圧が高くなることからベーンスロット７１内の背圧が過度に高くなるが、この状態ではチャタリング防止バルブ４４の弁体が吐出圧に押されて戻しバネの付勢力に打ち勝って弁座に着座するので、チャタリング防止バルブ４４が閉弁状態となって、ベーン９のための背圧は絞り通路であるベーン背圧導入孔４３のみから供給されるようになるから問題を生じない。
【００３９】
圧縮機の容量は、図示しない電子式制御装置等によって制御弁５２をデューティ制御して制御圧導入室５３にある冷媒の制御圧を吐出圧と吸入圧の中間の任意の高さとして、その制御圧を制御圧室３２へ供給することにより可動シリンダ半部８の背圧を制御して、ロータ７に対する可動シリンダ半部８の押し出し位置を調整することにより、図１に示すような１００％容量の状態から、図２に示すような実質的に０％容量の状態まで、無段階に自由に制御することができる。図２に示す１００％容量の状態では制御圧室３２の圧力は吸入圧に近くなり、図３に示す０％容量の状態では制御圧室３２の圧力は吐出圧に近くなる。それらの中間の容量に対応する可動シリンダ半部８の押し出し位置は、制御圧室３２の制御圧によって発生する力だけでなく、バネ８３の付勢力やベーン９の先端がロータ７の内面に及ぼす力、作動室９１内の冷媒の圧力によって可動シリンダ半部８の内面が受ける力をも加えて、それらの合力によって決まることは言うまでもない。
【００４０】
図示実施例においては可動シリンダ半部８の端面８ｄに直接に制御圧室３２を形成すると共に、制御圧室３２と作動室９１との間をシールするためにシール部８１を設けているが、この変形例としては、図示していないけれども、シリンダハウジング３の内部に円筒形のシリンダを形成し、それに対してピストンを摺動係合させて制御圧室を構成し、このピストンを可動シリンダ半部８と一体化するという構成をとることも可能である。この場合の制御圧室のシール部はピストンの円筒面に設けるとよい。
【００４１】
また、可動シリンダ半部８には作動室９１内において冷媒を圧縮することによって発生する圧縮反力が作用するし、シャフト６が１回転する間にも圧縮反力の大きさが変動するので、それによって可動シリンダ半部８が微動を繰り返すのを避けるために、可動シリンダ半部８の両側の摺動部８ｅと、それを案内する溝状のガイド３１との間の摺動面に、適度の大きさの摩擦抵抗が発生するように設計することが望ましいが、摩擦抵抗を発生させる代わりに、摺動面に垂直に何らかの制動力を作用させるように構成してもよい。
【００４２】
このように、本発明の第１実施例においては、シリンダを二分割して一対の可動シリンダ半部８を形成し、それらの間隔を調整することによって容量を無段階に変化させることができるだけでなく、それらの可動シリンダ半部８の内面の接続部分に対応して円弧状シール部３３を設けるので、高圧側の作動室９１と低圧側の作動室９１との間のシール性を確保することが可能になる。また、容量を変化させても冷媒はロータ７の約２分の１回転の間に徐々に圧縮されるので、シャフト６のトルク変動が大きくなるとか、それを回転駆動するエンジンに悪影響を及ぼすという恐れがない。更に、シリンダ面８２を構成する可動シリンダ半部８の大径の円弧８ｂと直線状のガイド３１との繋ぎ目には接円弧として小径の円弧８ａを設けると共に、ガイド３１と円弧状シール部３３との繋ぎ目となるガイド端部３１ａにも接円弧を設けるので、ベーン９に作用する加速度が小さくなり、それによってベーン９にチャタリングが発生するのを防止することができる。
【００４３】
なお、前述のように可動シリンダ半部８を付勢するバネ８３は圧縮バネであっても、或いは引張りバネであってもよい。圧縮バネとした場合には、制御圧室に高圧が作用していない時でも可動シリンダ半部８とベーン９の接触状態を維持することができるし、引張りバネとした場合には、その付勢力が制御圧によって発生する制御力に対抗するので、制御性が向上して、可動シリンダ半部８が制御圧の僅かな変化にも忠実に反応するようになる。
【００４４】
次に、図５から図７を参照して、本発明の可変容量型流体機械の第２実施例としての可変容量型のベーン型圧縮機について説明する。縦断面の構成は図１に示した第１実施例のそれと同様なものであるから図示を省略する。第２実施例の圧縮機が第１実施例のそれと異なる点は、図５及び図６を図２及び図３と対比すれば明らかである。即ち、第１実施例に対する第２実施例の構造上の特徴は左右の円弧状シール部３３’が対称的な位置になくて上下にずれていることである。
【００４５】
図５に示すように、吐出ポート４５側のガイド３１’がロータ７に対する接線となるように配置されていて、その接点と、ガイド３１’のガイド端部３１ａ’が一致しているだけでなく、円弧状シール部３３’の吐出ポート４５側の端部とも一致している。円弧状シール部３３’の吸入ポート２３側の端部は同じ側のガイド３１’と滑らかに接続するように、小径の接円弧によって結合されている。従って、第２実施例においては、ガイド３１’の高さが、吐出ポート４５側と吸入ポート２３側との間で僅かに異なることになる。
【００４６】
ベーンスロット７１の方向におけるベーン９の加速度が大きくなってチャタリングが起こりやすくなるのは、ベーン９の先端が直線状のガイド３１’から円弧状シール部３３’へ乗り移る箇所にある時であるから、第２実施例のように構成すると、ベーンスロット７１の方向におけるベーン９の加速度が、第１実施例の場合よりも小さくなる。また、そのような個所が第１実施例では４個できるが、第２実施例の場合は円弧状シール部３３’からガイド３１’へ移行する位置にできる２個だけになる。
【００４７】
このように、第２実施例の圧縮機においては左右の円弧状シール部３３‘の位置が上下にずれているので、それに応じて円弧状シール部３３’の形状が第１実施例の円弧状シール部３３とは異なった形状になるし、可動シリンダ半部８’の形状も、図７に示すように、第１実施例の可動シリンダ半部８（図４参照）とは違った形状となる。即ち、第２実施例における可動シリンダ半部８’の内面の、吐出ポート４５に近い側のプロフィールとなる円弧８’ａ’は、ガイド３１’に対する接円弧であり、この場合における最長のものとなる。その半径はロータ７の半径よりも若干大きくする。円弧８’ａ’に接続する大径の円弧８’ｂは比較的に短いが、これは円弧８’ａ’と吸入ポート２３側の小径の円弧８’ａとを滑らかに接続する接円弧とする。大径の円弧８’ｂの半径は、図６に示したように上下の可動シリンダ半部８’がロータ７に最も接近して、圧縮機の容量が最小となった時に、吸入ポート２３から冷媒の吸入を完了した作動室９１の容積が最小となるような値に設定する。
【００４８】
第２実施例のベーン型圧縮機においては、このような構成によって、ベーン９のチャタリングの原因になるベーンスロット７１の方向における加速度を可及的に小さく抑制するので、第１実施例のベーン型圧縮機以上に高いチャタリング防止効果を奏することができる。
【００４９】
図８に本発明の第３実施例としてのベーン型圧縮機を示す。横断面の形状は第１実施例を示す図２や第２実施例を示す図５と同様なものになるので省略する。第３実施例においては、前述の各実施例におけるシャフト６とロータ７が一体化されて、単一のシャフト６’となっていることと、このシャフト６’がメインベアリング２１とフロントサイドプレート２及びフロントハウジング１によって片持ち支持されている点にある。それによって、ロータ部分の中心部をシャフトが貫通する必要がないので、ベーンスロットをロータ部分の中心に近い部分まで形成することができる。従って、シャフト６’のロータに相当する部分における直径を小さくすることが可能になり、圧縮機全体を小型化することができる。
【００５０】
なお、ベーン背圧円環溝４２と吐出室５６とを結ぶベーン背圧導入孔４３の途中に電磁弁のような開閉弁４８（図１参照）を設けて、それを電子式制御装置のような手段によって開閉制御するように構成することができる。この開閉弁４８を圧縮機が最小容量となる時に閉弁させることにより、ベーンスロット７１内に作用するベーン背圧を低くして、ベーン９がシリンダの表面に押し付けられないようにする。それによって、圧縮機の最小容量時にベーン９の先端のような摺動部分に無用の摩耗が生じたり、動力損失が増大するのを防止することができる。
【００５１】
また、図示実施例においては一対の可動シリンダ半部８を移動させるために、その背後に設けられた制御圧室３２へ制御弁５２から吐出圧と吸入圧の中間の制御圧を供給するように構成しているが、一対の可動シリンダ半部８を移動させる手段としては、このような流体圧を利用する方法の他に、電磁的、電気的、或いはその他の機械的なアクチュエータ等を使用することができることは言うまでもない。更に、その内部にウォームギヤ機構や螺子式伝動機構等を組み込むこともできる。これらの機構は、調整された可動シリンダ半部８の位置を保持する制動手段としても作用する。勿論、この目的において、機械的に可動シリンダ半部８の移動を阻止する制動機構を設けることも可能である。
【００５２】
更に、一対の可動シリンダ半部８を相互に反対方向に移動させるために、両者の間をリンク機構等によって連結することができる。それによって、両者を確実に所定の位置まで移動させることができるだけでなく、制御圧室３２等の、可動シリンダ半部８を移動させるための手段を単一のものに併合して、全体の構成を簡素化することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例としてのベーン型圧縮機の縦断面図である。
【図２】第１実施例の圧縮機の最大容量の状態を示す図１のＡ−Ａ断面における横断面図である。
【図３】第１実施例の圧縮機の最小容量の状態を示す横断面図である。
【図４】第１実施例における可動シリンダ半部を示す側面図である。
【図５】第２実施例の圧縮機の最大容量の状態を示す横断面図である。
【図６】第２実施例の圧縮機の最小容量の状態を示す横断面図である。
【図７】第２実施例における可動シリンダ半部を示す側面図である。
【図８】第３実施例としてのベーン型圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
２…フロントサイドプレート
４…リアサイドプレート
６…シャフト
７…ロータ
８，８’…可動シリンダ半部
９…ベーン
２３…吸入ポート
３１，３１’…直線状のガイド
３２…制御圧室
３３，３３’…円弧状シール部
４２…ベーン背圧円環溝
４３…ベーン背圧導入孔
４４…チャタリング防止バルブ
４５…吐出ポート
４６…制御圧導入孔
４８…開閉弁
５２…制御弁
５６…吐出室
５７…吐出弁
７１…ベーンスロット
８２…シリンダ面
９１…作動室

Claims

ハウジング内において回転自在に支持されると共に放射状に形成された複数個のスロットの中にそれぞれ摺動自在にベーンを支持している円柱形のロータと、
該ロータを取り囲むシリンダを二分割して前記ロータに対して半径方向に且つ相互に対向する状態を維持しながら反対方向に移動することができるように前記ハウジングによってそれぞれ支持される一対の可動シリンダ半部と、
該可動シリンダ半部のそれぞれ両側においてそれらを支持すると共にそれらの移動を案内するために相互に対向して前記ハウジングによって支持される二対の直線状のガイドと、
該直線状のガイド上で相互に対向している前記可動シリンダ半部の端部の間において前記ベーンの先端を案内すると共に複数個の前記ベーンの間に形成されて相互に隣接する作動室の間をシールすることができるように前記ロータの半径よりも僅かに大きい半径の円弧面を備えていて相互に対向するように前記直線状のガイドの端部に接続して前記ハウジングによって固定的に支持されている一対の円弧状シール部とからなり、
前記可動シリンダ半部の内面と、前記円弧状シール部の円弧面と、前記直線状のガイドの少なくとも一部のガイド面とによって連続的に形成されて拡縮することができるシリンダ面に、複数個の前記ベーンの先端が摺動係合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流体機械。
請求項１において、前記円弧状シール部が前記ハウジングによって支持されて、前記ロータの両側面と前記ベーンの両側縁がそれぞれ摺動可能に接触する前後のサイドプレートの開口として前記ロータの回転方向に見て相互に隣接して形成される吐出ポートと吸入ポートとの間に設けられていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１又は２において、前記直線状のガイド上で相互に対向している前記可動シリンダ半部の端部のプロフィールが、前記直線状のガイドに対して滑らかに接続するように接円弧を備えていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記円弧状シール部の両側に接続する前記直線状のガイドの端部に、それらの表面を滑らかに接続するための接円弧が形成されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項３又は４において、前記接円弧の半径が、その位置を前記ベーンの先端が通過する時に前記ベーンに過大な押し付け力を発生させる前記スロットの方向の加速度が生じないような値に設定されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項２ないし５のいずれかにおいて、前記吐出ポートが、前記直線状のガイドと前記円弧状シール部との接続部の付近に形成されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項２ないし６のいずれかにおいて、前記吸入ポートの形状が、最大容量時に形成される複数個の作動室のうちで、前記吸入ポートを含む位置に形成されるものの範囲を超えないように設定されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項２ないし６のいずれかにおいて、前記サイドプレートの一方に形成された前記吐出ポートに逆止弁からなる吐出弁が設けられていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし８のいずれかにおいて、最小容量時に前記ベーンに作用する背圧の供給通路を遮断する開閉弁を設けたことを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部を前記ロータに対して移動させるために、前記ハウジング内の前記可動シリンダ半部の背後に、それを押し出すための制御圧室が設けられていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１０において、前記制御圧室が、前記ハウジング内に設けられたシリンダと、それに嵌合して摺動するピストンとによって構成されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１１のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部を移動させる手段として、電磁的、電気的、或いは機械的なアクチュエータのいずれかを使用することを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部が制御された位置へ移動した後はその位置を保持するように、前記可動シリンダ半部に何らかの制動手段が設けられていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１３において、前記可動シリンダ半部の前記直線状のガイドに摩擦抵抗を付与したことを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１４のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部を前記ロータに向かって常時付勢する圧縮バネを設けたことを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１４のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部を前記ロータとは反対の方向に常時付勢する引張りバネを設けたことを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１０ないし１６のいずれかにおいて、前記制御圧室と前記作動室との間にシール部を設けたことを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１７のいずれかにおいて、前記一対の可動シリンダ半部が相互に反対方向へ移動するように、それらの間に連動機構が設けられていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１ないし１８のいずれかにおいて、前記可動シリンダ半部のそれぞれ一対の端部の長さが異なっていて、長い方の端部が係合する前記直線状のガイドが前記ロータに対する接線になっていると共に、その接点と前記直線状のガイドの端部が一致しており、且つ前記円弧状シール部の端部とも一致していることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項１９において、前記円弧状シール部のいずれか一方の端部が、同じ側の前記直線状のガイドと滑らかに接続するように、接円弧によって結合されていることを特徴とする可変容量型流体機械。
請求項２０において、前記接円弧の半径が、その位置を前記ベーンの先端が通過する時に前記ベーンにチャタリングを発生させる前記スロットの方向の加速度が生じないような値に設定されていることを特徴とする可変容量型流体機械。