JP2006226192A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな軸方向荷重が加わる構造であっても摩耗が少ない可変容量圧縮機の提供を図る。
【解決手段】可変容量圧縮機のヒンジ機構４０は、回転部材２１から傾動部材２４に向けて突設されたアーム４１と、傾動部材２４から回転部材２１に向けて突設され前記回転部材のアーム４１からの回転トルクを受けるアーム４３と、回転部材のアーム４１および傾動部材のアーム４３の一方に回転自在に取り付けられたローラ５１と、回転部材のアーム４１および傾動部材のアーム４３の他方に形成され前記ローラ５１と当接することで回転部材２１と傾動部材２４との間に生じる軸方向荷重を受ける軸方向荷重受圧面５３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転トルクを伝達しながら相対回転運動可能なヒンジ機構を備える可変容量圧縮機に関する。

可変容量圧縮機は、駆動軸と、駆動軸に固定されて駆動軸と一体的に回転するロータと、駆動軸に摺動自在に取り付けられた斜板（カムプレート）と、を備え、斜板の傾斜角を変化させることでピストンストロークを変化させて吐出容量を変化させることができるようになっている。ロータから斜板へトルクを伝達しながら斜板の傾斜角を変化させるため、ロータと斜板との間にはヒンジ機構がある（例えば特許文献１）。

特許文献１のヒンジ機構（なお以下の特許文献１の説明においてはカッコ内の符号番号は特許文献１中の符号番号と一致する）は、ロータ（１７）から斜板（１８）に向けて突設されたロータ側突起（４３）と、斜板（１８）からロータ（１７）に向けて突設された斜板側突起（４４）と、を備えている。ロータ側突起（４３）と斜板側突起（４４）とが回転方向に互いに重なり合うことで、ロータ（１７）からの回転トルクが斜板（１８）に伝達されるようになっている。ロータ側突起（４３）の基端には、斜板側突起（４４）が摺動可能に当接することで斜板（１８）に作用する軸方向荷重を受圧する軸方向荷重受圧面（４５）が設けられている。この受圧面（４５）は、斜板側突起（４４）のスライドに伴って斜板（１８）の傾角を変更ガイドする機能も果たす。
特開２００４−０６８７５６号公報

このような前記従来構造では、ロータ側突起（４３）の軸方向荷重受承部（４５）と斜板側突起（４４）との当接面間にピストン（２３）からの大きな圧縮反力（軸方向荷重）が加わった状態で斜板（４４）の傾角が変更されるので、斜板側突起（４４）と軸方向荷重受承部（４５）との当接面はそれぞれ摩耗が生じやすい。このように面が摩耗によりすり減ると、圧縮機の使用初期よりもピストンの上死点が下がってしまい圧縮機の圧縮性能が低下する可能性があった。

本発明はこのような従来技術をもとに為されたもので、その目的は、大きな軸方向荷重が加わる構造であっても摩耗が少ない可変容量圧縮機の提供である。

請求項１の発明は、駆動軸と、前記駆動軸に固定されて一体に回転する回転部材と、前記駆動軸に摺動自在に取り付けられるとともに前記駆動軸に対して傾斜自在に取り付けられた傾動部材と、前記回転部材と前記傾動部材とを連結して前記傾動部材の傾動を許容しつつ前記回転部材の回転トルクを前記傾動部材に伝達するヒンジ機構と、前記傾動部材の回転運動に伴ってシリンダボア内を往復動するピストンと、を備えた可変容量圧縮機であって、
前記ヒンジ機構は、前記回転部材から前記傾動部材に向けて突設されたアームと、前記傾動部材から前記回転部材に向けて突設され前記回転部材のアームからの回転トルクを受けるアームと、前記回転部材のアームおよび前記傾動部材のアームの一方に回転自在に取り付けられたローラと、前記回転部材のアームおよび前記傾動部材アームの他方に形成され前記ローラと当接することで前記回転部材と前記傾動部材との間に生じる軸方向荷重を受ける軸方向荷重受圧面と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、前記回転部材のアームが、前記傾動部材のアームを摺動自在に狭持するスリットを備えた二股状であるか、前記傾動部材のアームが前記回転部材のアームを摺動自在に狭持するスリットを備えた二股状であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、前記ローラは、該アームに固定されたシャフトに回転自在に軸支されている円筒状部材であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、前記ローラは、該アームに設けられた圧入孔に圧入されたベアリングに回転自在に支持されている円柱状部材であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、前記ローラは、該アームに設けられた軸受孔に回転自在に支持されている円柱状部材であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、前記ローラは、該アームに設けられた略Ｕ字状の切欠溝内に回転自在に支持された円柱状部材であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、傾動部材の傾角が変更される際には、ローラと軸方向荷重受圧面との間に大きな軸方向荷重（ピストンからの圧縮反力）が加わった状態で傾動部材の傾角が変更されることになるが、このとき軸方向荷重受圧面をローラが転動するため、両者の当接面の摩耗が抑制される。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、スリットを備えて二股状に形成された一方のアームで他方のアームを摺動自在に狭持した構造であるため、両アーム間にガタが生じにくく好ましい。
請求項３の発明によれば、簡素な構造で請求項１または２の発明の効果を得る。
請求項４の発明によれば、簡素な構造で請求項１または２の発明の効果を得る。
請求項５の発明によれば、簡素な構造で請求項１または２の発明の効果を得る。
請求項６の発明によれば、簡素な構造で請求項１または２の発明の効果を得る。

以下、本発明の実施形態にかかる可変容量圧縮機およびこれに用いるヒンジ機構を図面を参照しつつ説明する。

まず、図１、２を参照しつつ可変容量圧縮機の概略を説明する。なお、図１はフルストロークの状態を示し、図２はデストロークの状態を示している。

図１、２に示すように、可変容量圧縮機１は、円周方向に複数の等間隔に配置されたシリンダボア３を有するシリンダブロック２と、該シリンダブロック２の前端面に接合され該シリンダブロック２との間にクランク室５を形成するフロントハウジング４と、シリンダブロック２の後端面にバルブプレート９を介して接合され吸入室７および吐出室８を形成するリアハウジング６と、を備えている。これらシリンダブロック２とフロントハウジング４とリアハウジング６とは、複数のスルーボルトＢによって締結固定される。

バルブプレート９は、シリンダボア３と吸入室７とを連通する吸入孔１１と、シリンダボア３と吐出室８とを連通する吐出孔１２と、を備えている。

バルブプレート９のシリンダブロック２側には、吸入孔１１を開閉する図示せぬ弁機構が設けられ、一方、バルブプレート９のリアハウジング６側には、吐出孔１２を開閉する図示せぬ弁機構が設けられている。バルブプレート９とリアハウジング６との間にはガスケットが介在し、吸入室７と吐出室８の密閉性が保持されている。

シリンダブロック２およびフロントハウジング４の中心の支持孔１９、２０には軸受１７、１８を介して駆動軸１０が軸支され、この駆動軸１０がクランク室５内で回転自在となっている。

クランク室５内には、前記駆動軸１０に固設された「回転部材」としてのロータ２１と、駆動軸１０に摺動自在に装着された「傾動部材」としての斜板２４と、が設けられている。斜板２４は、駆動軸と一体的に回転しつつ駆動軸の軸心に対して傾動自在に装着されたハブ２５と、このハブ２５のボス部２５ａに固定された斜板本体２６と、を備えてなる。

各シリンダボア３にはピストン２９が摺動自在に収容されており、このピストン２９は半球状の一対のピストンシュー３０、３０を介して斜板２４の斜板本体２６に連結されている。

回転部材としてのロータ２１と、傾動部材としての斜板２４のハブ２５と、の間にはヒンジ機構４０が介在しており、このヒンジ機構４０により斜板２４の傾角の変動を許容しつつロータ２１の回転トルクを斜板２４に伝達できるようになっている。駆動軸１０が回転するとこの駆動軸１０と一体にロータ２１が回転し、このロータ２１の回転がヒンジ機構４０を介して斜板２４に伝達される。斜板２４の回転は、一対のピストンシュー３０、３０によってピストン２９の往復動に変換され、ピストン２９がシリンダボア３内を往復動する。このピストン２９の往復動により、吸入室７内の冷媒がバルブプレート９の吸入孔１１を通じてシリンダボア３内に吸入されたのち圧縮され、バルブプレート９の吐出孔１２を通じて吐出室８へと吐出される。

可変容量の制御
この可変容量圧縮機には、ピストン２９の後面側のクランク室圧Ｐｃとピストン２９の前面側の吸入室圧Ｐｓの差圧（圧力バランス）を調整して斜板２４の傾角を変化させるために、圧力制御機構が設けられている。圧力制御機構は、クランク室５と吸入室７とを連通する抽気通路（図示せぬ）と、クランク室５と吐出室８とを連通する給気通路（図示せぬ）と、この給気通路の途中に設けられ給気通路を開閉制御する制御弁３３と、を備える。

制御弁３３で給気通路を開くと給気通路を通じて吐出室８の冷媒がクランク室５に流れこんでクランク室圧Ｐｃが上昇し、これによりクランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとの圧力バランスにより斜板２４の傾斜角が小さくなる。結果、ピストンストロークが小さくなり、吐出量が減少する。逆に、制御弁３３で給気通路を閉じると抽気通路を通じてクランク室５の冷媒が吸入室７に除々に抜けていくことでクランク室圧Ｐｃが低下し、これによりクランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとの圧力バランスにより斜板２４の傾斜角が大きくなる。結果、ピストンストロークが大きくなり、吐出量が増加する。なお、斜板２４の傾斜角は、スリーブ２２がシリンダブロック２側に近接移動すると斜板２４の傾斜角が減少し、一方、スリーブ２２がシリンダブロック２から離れる方向に移動すると斜板２４の傾斜角が増大する。

ヒンジ機構
次に図３〜７を参照しつつヒンジ機構４０について説明する。

図３〜６に示すように、ヒンジ機構４０は、ロータ２１からハブ２５に向けて突設されたアーム４１と、ハブ２５からロータ２１に向けて突設されアーム４３と、を備えている。ロータのアーム４１とハブのアーム４３は回転トルク伝達方向Ｆｔに重なり合っており、これによりロータ２１の回転トルクが斜板２４に伝達される。この例では、図３、４に示すようにアーム４３が軸方向ＸＹ延びる（回転トルク伝達方向Ｆｔと直交する）スリットＳを有して二股状に形成されており、このスリットＳ内に摺動自在にアーム４１が狭持された構造となっている。

斜板２４が回転するとピストン２９が往復動して斜板２４にはピストン２９からの圧縮反力（軸方向荷重Ｆｐ）が加わるが、この圧縮反力Ｆｐは、ハブのアーム４３に回転自在に取り付けられたローラ５１と、ロータ２１のアーム４１の先端に設けられた軸方向荷重受圧面５３と、の当接により受けている。

この実施形態のローラ５１は、図７に示すようにハブのアーム４３、４３の貫通孔４３ｓに圧入固定されたシャフト５５に外挿された円筒状部材であり、ローラ５１およびシャフト５５の軸心は回転部材２１および斜板２４の回転軌道の接線方向に延在しており、この軸心回りにローラ５１が回転自在に支持されている。

「効果」
以上のような構成によりこの実施形態によれば以下のような効果がある。

まず第１に、この実施形態によれば、ヒンジ機構４０は、回転部材としてのロータ２１から傾動部材としての斜板２４に向けて突設されたアーム４１と、斜板２４からロータ２１に向けて突設され前記ロータのアーム４１からの回転トルクを受けるアーム４３と、ロータのアーム４１および斜板のアーム４３の一方（この例では斜板のアーム４３）に回転自在に取り付けられたローラ５１と、ロータのアーム４１および斜板のアーム４３の他方（この例ではロータのアーム４１）に形成され前記ローラ５１と当接することでピストン２９からの圧縮反力Ｆｐ（軸方向荷重）を受ける軸方向荷重受圧面５３と、を備えた構造である。

そのため、斜板２４の傾角が変更される際には、ローラ５１と軸方向荷重受圧面５３との間に大きな軸方向荷重Ｆｐ（ピストンからの圧縮反力）が加わった状態で斜板２４の傾角が変更されることになるが、軸方向荷重受圧面５３をローラ５１が転動するため、両者５１、５３の当接面の摩耗が抑制される。

第２に、両アーム４１、４３のいずれか一方（この例では斜板のアーム４３）がスリットＳを備えた二股状で、このスリットＳ内に他方のアーム（この例ではロータのアーム４１）が摺動自在に狭持された構造である。そのため、両アーム４１、４３間にガタが生じにくく好ましい。

第３に、この実施形態では、ローラ５１はアーム４３に固定されたシャフト５５に回転自在に軸支されている円筒状部材である。そのため、簡素な構造で上述の第１の効果および第２の効果が得られる。

なお、ローラのこの実施形態の形状に限定されず例えば次のような変形例がある。

図８に示す第１の変形例のローラ５１Ｂは、アーム４３に圧入されたベアリング５７に回転自在に支持されている円柱状部材である。この第１の変形例のローラ５１Ｂを用いれば、簡素な構造で上述の第１の効果および第２の効果が得られる。

図９に示す第２の変形例のローラ５１Ｃは、アーム４３に設けられた軸受孔６３に回転自在に支持されている円柱状部材である。この第２の変形例のローラ５１Ｃを用いれば、簡素な構造で上述の第１の効果および第２の効果が得られる。

図１０に示す第３の変形例のローラ５１Ｄは、アーム４３に設けられた略Ｕ字状の切欠溝６５内に回転自在に支持された円柱状部材である。この第３の変形例のローラ５１Ｄを用いれば、簡素な構造で上述の第１の効果および第２の効果が得られる。

以上要するに本発明によれば、ヒンジ機構は、回転部材から傾動部材に向けて突設されたアームと、傾動部材から回転部材に向けて突設され前記回転部材のアームからの回転トルクを受けるアームと、回転部材のアームおよび傾動部材のアームの一方に回転自在に取り付けられたローラと、回転部材のアームおよび傾動部材アームの他方に形成され前記ローラと当接することで回転部材と傾動部材との間に生じる軸方向荷重を受ける軸方向荷重受圧面と、を備えることを特徴とする。そのため、傾動部材の傾角が変更される際には、ローラと軸方向荷重受圧面との間に大きな軸方向荷重（ピストンからの圧縮反力）が加わった状態で傾動部材の傾角が変更されることになるが、このとき軸方向荷重受圧面をローラが転動するため、両者の当接面の摩耗が抑制される。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはない。

例えば上述の実施形態では、斜板のアーム４３にローラ５１を設け且つロータのアーム４１に軸方向荷重受圧面５３を設けているが、本発明では斜板のアームに軸方向荷重受圧面を設け且つロータのアームにローラを設けてもよい。

また上述の実施形態では、斜板のアーム４３にスリットＳを設けてこのスリットＳ内にロータのアーム４１を摺動自在に狭持しているが、本発明ではロータのアームにスリットを設けてこのスリット内に斜板のアームを摺動自在に狭持してもよい。

また上述の実施形態では別部材の斜板本体２６とハブ２５とを組み合わせて斜板２４を構成しているが、本発明では斜板本体とハブとを一体成形した斜板であってもよい。また、上述実施形態ではスリーブ無しで斜板２４が直接駆動軸１０に装着されたスリーブレス構造であるが、本発明では斜板を略球状のスリーブを介して駆動軸に装着してもよい。

また、上述実施形態ではスワッシュ式の斜板を用いているが本発明ではウォボル式の斜板を用いてもよいし、本発明の技術的範囲に属する限りその他の種々の態様で本発明は実施し得る。

図１は本発明の一実施形態にかかる可変容量圧縮機のフルストローク状態の断面図。 図２は同可変容量圧縮機のデストローク状態の断面図。 図３は同可変容量圧縮機の駆動軸とロータと斜板とのアッセンブリを示す図であって、フルストローク状態に対応する斜視図。 図４は同可変容量圧縮機の駆動軸とロータと斜板とのアッセンブリを示す図であって、デストローク状態に対応する斜視図。 図５は図３中矢視Ｖ−Ｖ方向から見た側面図。 図６は図３中矢視ＶＩ−ＶＩ方向から見た側面図。 図７は同可変容量圧縮機のヒンジ機構のローラの断面図。 図８はローラの一変形例を示す図７に対応する断面図。 図９はローラの一変形例を示す図７に対応する断面図。 図１０はローラの一変形例を示す図７に対応する断面図。 図１１はローラの一変形例を示す図７に対応する断面図。

符号の説明

１…可変容量圧縮機
１０…駆動軸
２１…ロータ（回転部材）
２４…斜板（傾動部材）
２９…ピストン
４０…ヒンジ機構
４１…ロータのアーム（回転部材のアーム）
４３…ハブのアーム（傾動部材のアーム）
５１…ローラ
５３…軸方向荷重受圧面
５５…シャフト
５７…ベアリング
６３…軸受孔
６５…切欠溝

Claims (6)

1. 駆動軸（１０）と、前記駆動軸（１０）に固定されて一体に回転する回転部材（２１）と、前記駆動軸（１０）に摺動自在に取り付けられるとともに前記駆動軸（１０）に対して傾斜自在に取り付けられた傾動部材（２４）と、前記回転部材（２１）と前記傾動部材（２４）とを連結して前記傾動部材（２４）の傾動を許容しつつ前記回転部材（２１）の回転トルクを前記傾動部材（２４）に伝達するヒンジ機構（４０）と、前記傾動部材（２４）の回転運動に伴ってシリンダボア（３）内を往復動するピストン（２９）と、を備えた可変容量圧縮機（１）であって、
   前記ヒンジ機構（４０）は、
   前記回転部材（２１）から前記傾動部材（２４）に向けて突設されたアーム（４１）と、前記傾動部材（２４）から前記回転部材（２１）に向けて突設され前記回転部材のアーム（２１）からの回転トルクを受けるアーム（４３）と、前記回転部材のアーム（４１）および前記傾動部材のアーム（４３）の一方に回転自在に取り付けられたローラ（５１）と、前記回転部材のアーム（４１）および前記傾動部材のアーム（４３）の他方に形成され前記ローラ（５１、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ）と当接することで前記回転部材（２１）と前記傾動部材（２４）との間に生じる軸方向荷重を受ける軸方向荷重受圧面（５３）と、を備えることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
2. 請求項１に記載の可変容量圧縮機であって、
   前記回転部材のアーム（４１）が、前記傾動部材のアーム（４３）を摺動自在に狭持するスリット（Ｓ）を備えた二股状であるか、前記傾動部材のアーム（４３）が前記回転部材のアーム（４１）を摺動自在に狭持するスリット（Ｓ）を備えた二股状であることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
3. 請求項１に記載の可変容量圧縮機（１）であって、
   前記ローラ（５１）は、該アーム（４１または４３）に固定されたシャフト（５５）に回転自在に軸支された円筒状部材（５１）であることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
4. 請求項１に記載の可変容量圧縮機（１）であって、
   前記ローラ（５１Ｂ）は、該アーム（４１または４３）に圧入されたベアリング（５７）に回転自在に支持された円柱状部材（５１Ｂ）であることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
5. 請求項１に記載の可変容量圧縮機（１）であって、
   前記ローラ（５１Ｃ）は、該アーム（４１または４３）に設けられた軸受孔（６３）に回転自在に支持された円柱状部材（５１Ｃ）であることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
6. 請求項１に記載の可変容量圧縮機（１）であって、
   前記ローラ（５１Ｄ）は、該アーム（４１または４３）に設けられた略Ｕ字状の切欠溝（６５）内に回転自在に支持された円柱状部材（５１Ｄ）であることを特徴とする可変容量圧縮機（１）。

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