JP2009281310A - 揺動板式可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】特有の等速ジョイント機構を用いた揺動板式可変容量圧縮機において、斜板最小傾角規制の精度を向上し、内輪回転阻止機構の耐磨耗性を向上する。
【解決手段】内輪および外輪と、内輪と外輪のガイド溝間に保持され動力伝達を行うボールと、揺動板の揺動中心部材として機能し、主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能で、内輪に軸方向に移動可能に係合されたスリーブとを備えた等速ジョイント機構を用いた揺動板式可変容量圧縮機であって、内輪回転阻止機構を、内輪の外周とハウジングの内周との間の凹凸嵌合構造により構成するとともに、該凹凸嵌合構造に、該凹凸嵌合構造の内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより斜板の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構を構成した揺動板式可変容量圧縮機。
【選択図】図８

Description

本発明は、揺動板式可変容量圧縮機に関し、とくに、新規な揺動板の回転阻止機構を組み込んだ揺動板式可変容量圧縮機に関する。

回転主軸とともに回転され主軸に対し変角可能に支持された斜板の回転運動を揺動板の揺動運動に変換し、該揺動運動を、揺動板に連結されたピストンに伝達してピストンを往復動させるようにした揺動板式可変容量圧縮機が知られている。この揺動板式可変容量圧縮機においては、ピストンに連結された揺動板の回転は阻止される必要があるので、そのための揺動板の回転阻止機構が組み込まれる。揺動板の回転阻止機構に関しては、小型化や耐久性の向上、静粛性の向上、加工の容易化、コストダウン等を目指して様々な改善が試みられている。

例えば、特許文献１、３、４には、揺動板回転阻止機構としてバーフィールドタイプの等速ジョイントを設けた構造が記載されているが、この構造では、揺動部品および斜板は、揺動板回転阻止機構として設置されたバーフィールドタイプ等速ジョイントの外輪に支持され、等速ジョイント内部部品のケージ（動力伝達を行う複数のボールの位置を規制するケージ）、さらに等速ジョイントの内輪を介して最終的に主軸に支持されているため、介在する部品の数が多く累積ガタが大きくなって、振動、騒音、耐久性の面で不十分であるという問題がある。

また、特許文献１、３、４に記載されるバーフィールドタイプ等速ジョイント機構は、理論的には複数のボールで内外輪間の回転動力伝達を行う構造であるが、現実的には過重拘束であり、複数のボールの均等で連続的な接触を得ることは難しく、特定のボールの接触圧力が上がってしまう。また、内外輪間の回転動力伝達は、ケージを挟んでそれぞれ内外輪に形成されたボールガイド溝により、ボールのせん断方向に行われるため、動力伝達方向に対してボールとガイド溝との接触面が大きな傾きを持つことになる。このため、所定の動力の伝達を行う際に、垂直抗力として発生する接触荷重が高くなる。したがって、十分な伝達能力を確保するにはボールサイズ（ボール径）を十分に大きくとる必要があり、これらの理由より、更なる小型化は難しく、小容量圧縮機には適用が難しい。

また、特許文献２、３、４に記載される内部機構における圧縮機の回転主軸の支持は、主機構部に対して片側に設けられているため（片持ち支持されているため）、主軸の振れ回りが大きくなり、耐久性、振動、騒音面で不利である。

また、特許文献３、４に記載される圧縮機構では、等速ジョイントの内輪を回転阻止した状態で摺動により軸方向に移動可能に支持するため、ハウジングに設置された主軸の剛性を十分に確保するためには主軸を太くする必要があり、主軸の重量が大きくなって製品重量の増加につながるという問題がある。

また、特許文献３、４に記載される等速ジョイント機構は、動力伝達として作用する複数のボールの位置を規制するための溝の加工が複雑であり、コスト的に不利であるという問題もある。

さらに、特許文献２に記載される圧縮機構では、主機構部の主軸による径方向の支持が無く、揺動部の径方向の遊びが大きくなりやすく、この遊びによって耐久性、振動、騒音面で問題となるおそれがある。
米国特許第５１１２１９７号公報 米国特許第５５０９３４６号公報 米国特許第５１２９７５２号公報 特開２００６−２００４０５号公報

上記のような従来技術における問題点に着目し、先に本出願人により、揺動板回転阻止機構として設置される等速ジョイントの内部の径方向および回転方向のガタを小さく抑えながら、動力伝達用として作用する複数のボールの均等で連続的な接触を実現することを可能とした、小型で、良好な耐久性、静粛性を有し、かつ加工が容易で安価な等速ジョイントを用いた揺動板式可変容量圧縮機が提案されている（特願２００６−３２７９８８号）。

この提案では、揺動板の回転阻止機構として、（ａ）ハウジング内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受を介して回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、回転主軸上に回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周側に揺動板を連結し、かつ、斜板を回転可能に支持する外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構が提供されている。

この提案により、揺動板式可変容量圧縮機の小型化、耐久性、静粛性の向上、加工性の向上、コストダウン等が可能になったが、この提案機構にも、さらに改善されるべき余地、とくに、揺動板式可変容量圧縮機の最小容量の規制構造（つまり、斜板の最小傾角の規制構造）や、内輪の回転規制構造に、改善されるべき余地が残されている。すなわち、斜板の最小傾角の規制については、公知の通常の斜板式可変容量圧縮機では、最小傾角時に斜板を変角可能に連結しているヒンジ機構のピンが回転主軸と一体に回転されるロータ側の長孔端面に突き当たることにより、最小傾角を規制している。しかしこのような機構は、斜板の最小傾角の規制に対し、部品精度の影響が大きく、また、仲介部品が多いため、やや精度が悪くなるおそれがある。したがって、このような公知の斜板最小傾角規制構造をそのまま上記の提案に係る新規な揺動板式可変容量圧縮機に適用するのでは、斜板最小傾角規制精度の向上が期待できない。

また、上記の提案に係る新規な揺動板式可変容量圧縮機においては、上記内輪は、ハウジング内で回転が阻止されつつ軸方向に移動可能に支持される必要がある。このような内輪の回転を規制する構造として、スプライン機構を介する機構が知られており、ハウジング内周面にスプラインを切り、それに対応するスプラインまたはキーを内輪外周面に設けて内輪の回転を規制することが考えられる。しかし、ハウジング内周面に直にスプラインを切る場合、スプライン部の磨耗が懸念される。

そこで本発明の課題は、先に本出願人により提案した、特有の等速ジョイント機構を用いた新しい揺動板式可変容量圧縮機における残された問題点に着目し、斜板最小傾角規制の精度を向上することにあり、これを内輪支持機構部で実現することにある。

また、本発明の課題は、望ましくは、上記新規な揺動板式可変容量圧縮機の内輪支持機構部における残された別の問題点に着目し、内輪回転阻止機構の耐磨耗性向上をはかることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機は、シリンダボア内に往復動可能に挿入されたピストンと、回転主軸とともに回転され該主軸に対し変角可能に支持された斜板と、前記ピストンに連結され前記斜板の回転運動が自身の揺動運動へと変換され該揺動運動を前記ピストンに伝達してピストンを往復動させる揺動板と、該揺動板の回転阻止機構とを備えた揺動板式可変容量圧縮機において、
前記揺動板回転阻止機構を、（ａ）ハウジング内に内輪回転阻止機構を介して回転が阻止されつつ軸方向に移動可能に支持され、内径部において軸受を介して前記回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）前記揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、前記回転主軸上に該回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周側に前記揺動板が連結された外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構から構成し、
前記ハウジング内に構成される内輪回転阻止機構を、内輪の外周とハウジングの内周との間の凹凸嵌合構造により構成するとともに、
該凹凸嵌合構造に、該凹凸嵌合構造の内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより前記斜板の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構を構成したことを特徴とするものからなる。ここで、外輪は、斜板を軸受を介して回転可能に支持する構造とすることができる。あるいは、斜板を軸受を介して、遥動板に回転可能に支持させる構造とすることもできる。

このように構成された揺動板の回転阻止機構においては、まず、揺動板回転阻止機構の外輪がスリーブに揺動可能に支持され、スリーブが回転主軸に対し回転可能でかつ軸方向に移動可能に支持されていることにより、回転主軸と揺動機構部全体との間の径方向ガタを小さくすることが可能になり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能になる。また、内輪がハウジング内に軸方向移動可能に支持され、かつ回転阻止されており、この内輪の内径部に設置された軸受により回転主軸、例えば回転主軸の後端が支持されるようになっている。したがって、回転主軸は、圧縮主機構部を挟んで両側で回転可能に支持（つまり、両持ち支持）されることになり、容易に十分に高い剛性が確保でき、主軸の振れ回りも小さく抑えることが可能になって、主軸の小径化、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能になる。また、回転主軸の振れ回りが小さく抑えられるため、該主軸とともに回転される斜板の振れを小さく抑えることも可能になり、回転部全体の回転バランスを向上できる。また、内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝の形態を最適化することにより、ガイド溝間に保持されるボールの均等で連続的な接触が可能となり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能にななる。さらに、ボールのガイド溝は、離間した一対のガイド溝間でボールが両ガイド溝の交点の動きに伴って転動できるようにすればよく、溝自体には複雑な形状が要求されず、加工も容易になって、コスト的にも有利になる。この本発明に係る構成においては、基本的に、動力伝達用として作用する複数のボールは、ボールを挟み込んで向き合ったガイド溝間で圧縮方向に支持され動力伝達を行う。これにより、実態の接触面積を十分に大きく確保でき、接触面圧を低減することが可能になって、信頼性の面で有利となる。また、接触面圧が低減されるためボールの球径を小さくすることも可能になり、揺動板回転阻止機構全体の小型化も可能となる。

そして、上記内輪回転阻止機構が、内輪の外周とハウジングの内周との間の凹凸嵌合構造により構成されるとともに、この凹凸嵌合構造に、該凹凸嵌合構造の内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより斜板の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構が構成されることで、公知の通常の斜板式可変容量圧縮機におけるように、斜板を変角可能に連結しているヒンジ機構部分で斜板の最小傾角を規制する必要がなくなる。上記凹凸嵌合構造の軸方向終端部同士の突き当てによる斜板最小傾角規制機構は、介在部品点数が少なくて済むので、容易に斜板最小傾角規制精度の向上を達成できる。

この本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機における、上記のような簡単な構造で高精度の斜板最小傾角規制機構を構成可能な内輪回転阻止機構としての凹凸嵌合構造においては、所望の斜板最小傾角規制機構を構成しつつ、内輪回転阻止機構の耐磨耗性向上をはかることが可能である。

例えば、上記本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機においては、上記凹凸嵌合構造が、上記内輪の外周に、少なくとも１条の軸方向に延びる溝を刻設するとともに、上記ハウジングの内周に、前記溝に対応させて軸方向に延びるピン状体を設けることにより構成され、上記斜板最小傾角規制機構が、前記ピン状体の先端と前記溝の終端が突き当たる構造により構成されている形態を採ることができる。

あるいは、上記凹凸嵌合構造が、上記内輪に、少なくとも１本の軸方向に延びる穴を刻設するとともに、上記ハウジングに、前記穴に対応させて軸方向に延びるピン状体を設けることにより構成され、上記斜板最小傾角規制機構が、前記ピン状体の先端と前記穴の終端が突き当たる構造により構成されている形態を採ることもできる。この形態および上記形態においては、内輪を軸方向に移動可能に保持しつつ内輪の回転を阻止する機構が、ピン状体と溝または穴との接触機構として構成されるので、接触面積が大きく確保され、耐磨耗性が向上される。上記ピン状体は、上記ハウジング内に固定される該ハウジングとは別の部材に設けられている構造とすることも可能である。

あるいは、上記凹凸嵌合構造が、上記内輪の外周に、少なくとも１つの軸方向に延びる凹部または凸部を形成するとともに、上記ハウジングの内周に、上記内輪側の凹部または凸部に対応させて軸方向に延びる凸部または凹部を形成することにより構成され、上記斜板最小傾角規制機構が、両凹凸部の終端同士が突き当たる構造により構成されている形態を採ることもできる。この形態では、耐磨耗性の向上よりはむしろ内輪回転阻止機構の構造の簡素化をはかることが可能になる。

あるいは、上記凹凸嵌合構造が、上記内輪の外周に、少なくとも１つの軸方向に延びる平面部を形成するとともに、上記ハウジングの内周に、上記内輪側の平面部に対応させて軸方向に延びる平面部を形成することにより構成され、上記斜板最小傾角規制機構が、両平面部の終端同士が突き当たる構造により構成されている形態を採ることもできる。この形態では、平面部同士の接触により内輪回転阻止機構が構成されるので、接触面積が大きく確保され、耐磨耗性が向上されるとともに、内輪回転阻止機構の構造の簡素化も期待できることになる。

上記のような本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機においては、上記ハウジング内に、上記回転主軸の内輪側軸端を軸方向に支持する軸端支持部材が設けられている構造を採ることも可能である。軸端支持部材としては、例えば、回転主軸の軸端位置を調節するためのアジャスティングスクリューや、プレーンベアリング、スラストベアリング等を適用可能である。

また、上記内輪側およびハウジング側の軸方向対向面間に、上記内輪を斜板傾角増大方向に付勢するスプリングが介装されている形態を採用することが可能である。このようなスプリングが介装されていると、内輪が斜板最小傾角に対応する位置にあるときから斜板傾角増大方向の位置に復帰される場合、その移動開始が容易化される。

このような本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機においては、上記揺動板の回転阻止機構における外輪が揺動板と一体に形成されている構成とすることが可能である。この一体化により、部品点数のさらなる削減が可能になり、かつ、製造、組立コスト的にも有利になる。

また、上記揺動板回転阻止機構の内輪および外輪の互いに対向するガイド溝が、回転主軸の中心軸に対して３０〜６０度の相対角度をもって形成され、かつ一つのボールガイドを構成する、互いに対向するガイド溝が、内輪の軸と外輪の軸との相対角度がゼロの状態にて主軸に垂直でかつ揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態になるように配置されている構成とすることが可能である。互いに対向するガイド溝が、所定の範囲内の交差角をもって配置され、かつ、互いに交差する方向に形成された両ガイド溝が、揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態に配置されることで、ガイド溝間に保持されているボールが、両ガイド溝に対して均等にかつ連続的に接触することが可能になり、この部位での振動、騒音の大幅な低減が可能になるとともに、信頼性の大幅な向上が可能になる。

また、この構成においては、上記揺動板回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成とすることができる。このような構成とすることにより、揺動板回転阻止機構部の回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まるため、ガイド溝底とボールとの実態のクリアランスの設定、管理が容易になり、適正なクリアランスの設定によりガタを小さく抑えることが可能となる。

そしてこの構成においては、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、回転主軸の中心軸を含む平面に対して対称に配置されている構成とすることもできるし、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドのうち一方のボールガイドを形成するガイド溝が、その軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている構成とすることもできる。前者の構成では、回転方向を選ばない揺動板回転阻止機構として構成できるとともに、ボールの接触荷重の低減をはかることが可能になり、後者の構成では、特定の動力伝達方向に特定してさらに接触荷重を低減することが可能になる。

また、上記揺動板回転阻止機構においては、複数のボールガイドのうち、回転主軸を間に回転主軸に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成とすることもできる。この構成により、揺動板回転阻止機構部における回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まることから、対称に配置された２つのボールガイドを互いに平行に配置しておくことにより、両ボールガイドにおける実態のクリアランスを所望のクリアランスに同時に設定、管理することが可能になる。その結果、このクリアランスの設定、管理が容易になって、ガタを小さく抑えることが可能となる。

この構成においては、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されていることが好ましい。一対のボールガイドが回転主軸の中心軸を含む平面上に設置されていると、動力伝達方向を選ばずにボール接触荷重の最小化が可能になる。

このように、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機によれば、従来の等速ジョイントを用いた揺動板回転阻止機構に比べ、ガタを小さく抑えながら、動力伝達用として作用する複数のボールの均等で連続的な接触を実現することができ、小型で、優れた耐久性、静粛性を有し、回転バランスが良く、かつ加工が容易で安価な回転阻止機構を実現でき、従来技術では達成できなかった優れた性能の揺動板式可変容量圧縮機を提供できる。そして、この圧縮機の内輪回転阻止機構を、内輪の外周とハウジングの内周との間の凹凸嵌合構造により構成するとともに、この凹凸嵌合構造に、内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより斜板の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構を構成することで、介在部品点数を少なくして斜板最小傾角規制精度の向上を達成することができる。また、この凹凸嵌合構造により構成される内輪回転阻止機構を、とくにピン状体と溝や穴との嵌合構造によって構成することで、内輪回転阻止機構部の耐磨耗性を向上することも可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機の全体構成例について図１〜図５を参照して説明し、次にその前提構成に対し、図６〜図１１を参照して、斜板最小傾角規制機構と内輪回転阻止機構の改良構造に例について説明する。

図１は、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機の全体基本構成の一例を示しており、その最大吐出容量時の運転状態における全体構造を示している。図２は、図１の揺動板式可変容量圧縮機の最小吐出容量時の運転状態を示しており、図３は、図１の揺動板式可変容量圧縮機における、揺動板回転阻止機構を含む要部を分解斜視図にて示している。

図１、図２において、揺動板式可変容量圧縮機１は、ハウジングとして、中央部に配置されたハウジング２と、その両側に配置されたフロントハウジング３およびリアハウジング４を有し、ハウジング２部分からフロントハウジング３を貫通して延びる位置までにわたって、外部から回転駆動動力が入力される回転主軸５が設けられている。回転主軸５には、ロータ６が主軸５と一体回転可能に固定されており、ロータ６には、ヒンジ機構７を介して、斜板８が変角可能にかつ回転主軸５とともに回転可能に連結されている。各シリンダボア９内にはそれぞれピストン１０が往復動可能に挿入されており、ピストン１０は、コネクティングロッド１１を介して揺動板１２に連結されている。斜板８の回転運動が揺動板１２の揺動運動へと変換され、該揺動運動がコネクティングロッド１１を介してピストン１０に伝達されることにより、ピストン１０が往復動される。リアハウジング４内に形成された吸入室１３から被圧縮流体（例えば、冷媒ガス）が、ピストン１０の往復動に伴って、バルブプレート１４に形成された吸入孔１５（吸入弁は図示略）を通してシリンダボア９に吸入され、吸入された被圧縮流体が圧縮された後、圧縮流体が吐出孔１６（吐出弁は図示略）を通して吐出室１７内に吐出され、そこから外部回路へと送られる。

上記揺動板１２は、回転が阻止された状態で揺動運動する必要がある。以下に、この揺動板１２の回転阻止機構を主体に、上記圧縮機１の残りの部位について、図１〜図３を参照しながら説明する。

揺動板１２の回転阻止機構２１は、（ａ）ハウジング２内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受２２（ラジアル軸受）を介して回転主軸５を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボール２５をガイドするための複数のガイド溝２６を有する内輪２７と、（ｂ）揺動板１２の揺動運動の揺動中心部材として機能し、回転主軸５上に軸受２３（ラジアル軸受）を介して回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、内輪２７に該内輪２７とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブ２４と、（ｃ）内輪２７の各ガイド溝２６に対向する位置にボール２５をガイドするための複数のガイド溝２８を有し、スリーブ２４に揺動可能に支持され、外周に揺動板１２を固定連結され、かつ、斜板８を軸受２９（ラジアル軸受）を介して回転可能に支持する外輪３０と、（ｄ）内輪２７および外輪３０に形成された互いに対向するガイド溝２６、２８によって保持され、該ガイド溝２６、２８間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボール２５と、を有する機構から構成されている。揺動板１２と斜板８との間、および、ロータ６とフロントハウジング３との間には、それぞれ、スラスト軸受３１、３２が介装されている。また、内輪２７はハウジング９内に軸方向移動可能に支持されるが、内輪回転阻止機構を介して回転阻止されている。内輪回転阻止機構としては、キーやスプライン等一般的な回転規制手段を用いればよい（図示略）。さらに、内輪２７の内径部に設置された軸受２２により回転主軸５の後端が支持されているが、回転主軸５は圧縮主機構部を挟んでフロントハウジング３側でも軸受３３（ラジアル軸受）を介して回転可能に支持されているので、両側で径方向に支持（両持ち支持）されている。

上記のように構成された揺動板１２の回転阻止機構２１においては、外輪３０は球面接触を介してスリーブ２４に揺動可能に支持され、スリーブ２４は回転主軸５に回転可能にかつ軸方向に移動可能に支持されていることにより、回転主軸５と揺動機構部全体との間の径方向ガタを小さくすることが可能であり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能となる。

また、上記実施態様では、回転主軸５は、内輪２７の内径部に設置された軸受２２と、圧縮主機構部を挟んでフロントハウジング３側に設けられた軸受３３とで両持ち支持されているので、比較的小径の主軸５であっても十分に高い剛性を確保でき、主軸５の振れ回りも小さく抑えることが可能であり、容易に小型化をはかることが可能になるとともに、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能となる。また、回転主軸５の振れ回りが小さく抑えられる結果、回転主軸５とともに回転される回転部位全体の振れ回りも小さく抑えられ、回転部全体の回転バランスは極めて良くなる。なお、上記の構成においては、回転主軸５を後方に延長し、軸受を介してハウジング２に直接支持される構造に置き換えることも可能である。

また、上記実施態様では、内輪２７の内径側に形成された球面（凹球面）と、スリーブ２４の外径側に形成された球面（凸球面）との係合により、両者の間で相互支持が行われており、この支持部のクリアランスを調整することにより、動力伝達用として作用する複数のボールのガイド溝位置のバラツキによる内、外輪の相対的な振れ回りを吸収することが可能であり、それによって一層ボール２５の均等で連続的な接触が可能となり、信頼性、振動、騒音面で一層有利となっている。

なお、上記実施態様では、外輪３０と揺動板１２とを別部材に構成し、それらを互いに固定することとしたが、これらは一体に形成することもできる。この一体化により、更なる部品点数の削減と、組立の容易化をはかることができる。

図４は、揺動板１２の回転阻止機構２１において、内、外輪の相対角度がゼロの状態を示している。図４（Ａ）に示すように、揺動板回転阻止機構２１の内輪２７および外輪２４に形成されるガイド溝２６、２８が回転主軸５の中心軸に対して相対角度（３０〜６０度の範囲内の相対角度）をもって配置されている。そして、一つのボールガイド４１を構成し、互いに対向する、内輪２７に形成されたガイド溝２６（ガイド溝２６の軸は４２で表示）と外輪３０に形成されたガイド溝２８（ガイド溝２８の軸は４３で表示）とが、内輪２７の軸と外輪３０の軸との相対角度がゼロの状態にて回転主軸５に垂直でかつ揺動板１２の揺動中心を通る平面４４に対し対称形態になるように配置されている。このガイド溝２６の軸４２とガイド溝２８の軸４３との交点上にボール２５が規制、支持される。また、図４（Ｂ）に示すように、揺動板回転阻止機構２１の複数のボールガイド４１のうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイド４５におけるそれぞれのボールガイド４１が、換言すれば、この部分における内、外輪に形成されたガイド溝の軸４６が、互いに平行に配置されている構成とすることができる。この構成により、前述の如く、揺動板回転阻止機構部の回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まるため、実態のクリアランスの設定、管理が容易となり、適正なクリアランスの設定によりガタを小さく抑えることが可能となる。そして、動力伝達用として作用する複数のボール２５は、各ボール２５を挟み込んで向き合ったガイド溝２６、２８間で圧縮方向に支持され動力伝達を行う。ボール２５は、向き合ったガイド溝２６、２８に抱き抱えられるように保持されて両ガイド溝２６、２８に接触するので、ボール２５とそれぞれのガイド溝２６、２８間の接触面積を十分に大きく確保できるようになり、接触面圧を低減することが可能になって、信頼性、振動、静粛性の面で極めて有利な構造となる。また、ボール２５の球径を小さくすることも可能で、揺動板回転阻止機構全体の小型化が可能となる。

また、回転主軸５を中心としたモーメントとして与えられるボール２５にかかる負荷は、実接触面の垂直抗力として発生する。モーメントの方向に対する接触面法線の傾きが小さいほど、接触荷重が小さくなり、上記の如く平行に配置された一対のボールガイド４５が、図５に示すように、回転主軸５の中心軸５ａを含む平面４７に対し対称に配置されていることにより、換言すれば、内、外輪に形成された２組のガイド溝の軸４６が回転主軸５の中心軸５ａを含む平面４７に対し対称に配置されていることにより、回転方向を選ばない揺動板回転阻止機構として、ボール接触荷重を最小とすることが可能である。

上記のような揺動板式可変容量圧縮機１において、図１のＡ部で示す部位に、ハウジング２内に構成される内輪２７の回転阻止機構が、内輪２７の外周とハウジング２の内周との間の凹凸嵌合構造により構成されるとともに、該凹凸嵌合構造に、該凹凸嵌合構造の内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより斜板８の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構が構成される。これらの構造について、図６〜図１１を参照しながら説明する。

図６および図７に示す構造においては、内輪２７の回転阻止機構を構成する凹凸嵌合構造５０は、内輪２７の外周に、少なくとも１条（本実施態様では、３条）の軸方向に延びる溝５１が刻設され、ハウジング２の内周に、各溝５１に対応させて軸方向に延びるピン状体５２が設けられることにより構成されている。各ピン状体５２が各溝５１に嵌合されることにより、ピン状体５２およびハウジング２に対して内輪２７が軸方向に摺動自在に保持されるとともに、内輪２７の回転が阻止されている。斜板最小傾角規制機構は次のように構成される。図８に斜板最小傾角時と斜板最大傾角時の状態を示すが、斜板最小傾角時において、ピン状体５２の先端と溝５１の終端が突き当たることにより、斜板最小傾角規制機構５３が構成される。このようなピン状体５２と溝５１の軸方向終端部同士の突き当てによる斜板最小傾角規制機構５３は、介在部品点数が少なくて済むので、容易に斜板最小傾角規制精度の向上を達成できる。また、この内輪２７の回転阻止機構を構成する凹凸嵌合構造５０では、ピン状体５２と溝５１との接触機構として構成されるので、接触面積を大きく確保でき、内輪回転阻止機構における耐磨耗性を向上することが可能になる。なお、前述したように、ピン状体５２と溝５１との凹凸嵌合構造５０の代わりに、内輪２７に少なくとも１本の軸方向に延びる穴（図示略）を刻設するとともに、ハウジング２に、その穴に対応させてその穴に挿入される、軸方向に延びるピン状体（図示略）を設けることにより凹凸嵌合構造を構成することも可能である。また、上記ピン状体５２は、ハウジング２内に固定される該ハウジング２とは別の部材、例えば図８に示す部材５４に設けられている構造とすることも可能である。

本実施態様ではさらに、図８に示すように、ハウジング２内に、回転主軸５の内輪側軸端部５５を軸方向に支持する軸端支持部材５６が設けられている。軸端支持部材５６は、内輪２７あるいは上記部材５４の内側に予めねじを切る等しておくことにより、容易に設置できる。軸端支持部材５６としては、前述の如く、例えば、回転主軸５の軸端位置を調節するためのアジャスティングスクリューや、プレーンベアリング、スラストベアリング等を適用可能である。このような軸端支持部材５６を設けることにより、回転主軸の軸端位置が精度良く所定位置に決められることになる。

また、図８に示すように、内輪側およびハウジング側の軸方向対向面間に、内輪２７を斜板傾角増大方向に付勢するスプリング５７が介装されている。スプリング５７を追加することにより、内輪２７を斜板傾角増大方向に復帰させる際の立ち上がり性がより良好に確保される。

また、本発明においては、上記のような簡単な構造で高精度の斜板最小傾角規制機構を構成可能な内輪回転阻止機構としての凹凸嵌合構造は、別の形態を採ることも可能である。例えば、図９に示すように、内輪６１の外周に、少なくとも１つの（図示例では、３つの）軸方向に延びる凹部または凸部（図示例では、凹部６２）を形成するとともに、ハウジング６３の内周に、内輪側の凹部または凸部（図示例では、凹部６２）に対応させて軸方向に延びる凸部または凹部（図示例では、凸部６４）を形成することにより凹凸嵌合構造を構成することができる。この場合には、斜板最小傾角規制機構は、両凹凸部の終端同士が突き当たる構造により構成される。

また、例えば、図１０に示すように、内輪７１の外周に、少なくとも１つの軸方向に延びる平面部７２を形成するとともに、ハウジング７３の内周に、内輪７１側の平面部７２に対応させて軸方向に延びる平面部７４を形成することにより凹凸嵌合構造を構成することができる。この場合には、斜板最小傾角規制機構は、両平面部７２、７４の終端同士が突き当たる構造により構成される。この形態では、平面部７２、７４同士の接触により内輪回転阻止機構が構成されるので、接触面積を大きく確保でき、耐磨耗性を向上できるとともに、内輪回転阻止機構の構造の簡素化も期待できる。

上記平面部同士による内輪回転阻止機構においては、例えば図１１に示すように、内輪８１の外周において、周方向に複数の（図示例では、３つの）、軸方向に延びる平面部８２を形成するとともに、ハウジング８３の内周に、内輪８１側の各平面部８２に対応させて軸方向に延びる平面部８４を形成することにより凹凸嵌合構造を構成することもできる。平面部同士による内輪回転阻止機構が周方向に複数構成されるので、より確実に内輪８１の回転が阻止され、かつ、さらなる耐磨耗性の向上が期待できる。

また、本発明では、図１〜図５に示した実施態様とは別の実施形態として、例えば図１２に示すように、一対のボールガイド９１のうち主に外輪動力伝達方向９２に作用する側の一方のボールガイド９３、換言すれば、該ボールガイド９３におけるガイド溝の軸９４を、回転主軸５の中心軸５ａを含む平面９５上にオフセットすることにより、特定の動力伝達方向に限定してさらに接触荷重を低減することが可能である。

また、図１３（Ａ）または（Ｂ）に示すように、複数のボールガイドのうち、回転主軸５を間に回転主軸５に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイド１０１が互いに平行に配置されている構成、換言すれば、該一対のボールガイド１０１を構成する内輪２７、外輪３０に形成されたガイド溝の軸１０２が互いに平行に配置されている構成、とすることもできる。この構成により、回転阻止機構部における回転方向ガタは、内輪２７、外輪３０に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まることから、対称に配置された２つのボールガイドを互いに平行に配置しておくことにより、両ボールガイドにおけるクリアランスを所望のクリアランスに同時に設定、管理することが可能になる。その結果、このクリアランスの設定、管理が容易になって、ガタを小さく抑えることが可能となる。

また、この一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成においては、例えば図１４（Ａ）または（Ｂ）に示すように、互いに平行に配置された一対のボールガイド１１１が、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸１１２が回転主軸５の中心軸５ａを含む平面１１３上に位置するように配置されている構成とすることができる。このような構成とすれば、動力伝達方向を選ばずにボール接触荷重が最小となる。なお、図１４（Ｂ）では、外輪が一体形成された揺動板１１４の場合の構成が例示されている。

本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機は、あらゆる分野で使用される揺動板式可変容量圧縮機に適用でき、とくに小型化、信頼性の向上、耐久性、静粛性の改善、コストダウンの要求が高い車両用の分野、中でも、車両用空調装置に用いて好適なものである。

本発明の一実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の基本構成を示す縦断面図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機の別の運転状態における縦断面図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機の揺動板回転阻止機構を含む要部の分解斜視図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機の一形態例を示す部分縦断面図（図４（Ａ））および部分正面図（図４（Ｂ））である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機の別の形態例を示す部分正面図である。 本発明における内輪回転阻止機構および斜板最小傾角規制機構の一例を示す揺動板式可変容量圧縮機の部分斜視図である。 図６の装置の横断面図である。 図６の装置に軸端支持部材とスプリングを追加した場合の斜板最小傾角時と斜板最大傾角時の状態を示す縦断面図である。 図７とは別の内輪回転阻止機構を示す横断面図である。 図７とはさらに別の内輪回転阻止機構を示す横断面図である。 図１０の変形例に係る内輪回転阻止機構を示す横断面図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図である。 図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図である。

符号の説明

１ 揺動板式可変容量圧縮機
２ ハウジング
３ フロントハウジング
４ リアハウジング
５ 回転主軸
５ａ 中心軸
６ ロータ
７ ヒンジ機構
８ 斜板
９ シリンダボア
１０ ピストン
１１ コネクティングロッド
１２ 揺動板
１３ 吸入室
１４ バルブプレート
１５ 吸入孔
１６ 吐出孔
１７ 吐出室
２１ 揺動板の回転阻止機構
２２、２３、２９、３３ 軸受（ラジアル軸受）
２４ スリーブ
２５ ボール
２６ 内輪のガイド溝
２７ 内輪
２８ 外輪のガイド溝
３０ 外輪
３１、３２ スラスト軸受
４１ ボールガイド
４２、４３ ガイド溝の軸
４４ 揺動中心を通る平面
４５ 一対のボールガイド
４６ 内、外輪に形成されたガイド溝の軸
４７ 回転主軸の中心軸を含む平面
５０ 凹凸嵌合構造
５１ 溝
５２ ピン状体
５３ 斜板最小傾角規制機構
５４ 部材
５５ 回転主軸の内輪側軸端部
５６ 軸端支持部材
５７ スプリング
６１ 内輪
６２ 凹部
６３ ハウジング
６４ 凸部
７１ 内輪
７２ 平面部
７３ ハウジング
７４ 平面部
８１ 内輪
８２ 平面部
８３ ハウジング
８４ 平面部
９１ 一対のボールガイド
９２ 外輪動力伝達方向
９３ 一方のボールガイド
９４ ガイド溝の軸
９５ 回転主軸の中心軸を含む平面
１０１ 一対のボールガイド
１０２ ガイド溝の軸
１１１ 一対のボールガイド
１１２ ガイド溝の軸
１１３ 回転主軸の中心軸を含む平面
１１４ 外輪が一体形成された揺動板

Claims (15)

1. シリンダボア内に往復動可能に挿入されたピストンと、回転主軸とともに回転され該主軸に対し変角可能に支持された斜板と、前記ピストンに連結され前記斜板の回転運動が自身の揺動運動へと変換され該揺動運動を前記ピストンに伝達してピストンを往復動させる揺動板と、該揺動板の回転阻止機構とを備えた揺動板式可変容量圧縮機において、
   前記揺動板回転阻止機構を、（ａ）ハウジング内に内輪回転阻止機構を介して回転が阻止されつつ軸方向に移動可能に支持され、内径部において軸受を介して前記回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）前記揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、前記回転主軸上に該回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周側に前記揺動板が連結された外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構から構成し、
   前記ハウジング内に構成される内輪回転阻止機構を、内輪の外周とハウジングの内周との間の凹凸嵌合構造により構成するとともに、
   該凹凸嵌合構造に、該凹凸嵌合構造の内輪側およびハウジング側の軸方向終端部同士が突き当たることにより前記斜板の最小傾角を規制する斜板最小傾角規制機構を構成したことを特徴とする揺動板式可変容量圧縮機。
2. 前記凹凸嵌合構造が、前記内輪の外周に、少なくとも１条の軸方向に延びる溝を刻設するとともに、前記ハウジングの内周に、前記溝に対応させて軸方向に延びるピン状体を設けることにより構成され、前記斜板最小傾角規制機構が、前記ピン状体の先端と前記溝の終端が突き当たる構造により構成されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
3. 前記凹凸嵌合構造が、前記内輪に、少なくとも１本の軸方向に延びる穴を刻設するとともに、前記ハウジングに、前記穴に対応させて軸方向に延びるピン状体を設けることにより構成され、前記斜板最小傾角規制機構が、前記ピン状体の先端と前記穴の終端が突き当たる構造により構成されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
4. 前記凹凸嵌合構造が、前記内輪の外周に、少なくとも１つの軸方向に延びる凹部または凸部を形成するとともに、前記ハウジングの内周に、前記内輪側の凹部または凸部に対応させて軸方向に延びる凸部または凹部を形成することにより構成され、前記斜板最小傾角規制機構が、両凹凸部の終端同士が突き当たる構造により構成されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
5. 前記凹凸嵌合構造が、前記内輪の外周に、少なくとも１つの軸方向に延びる平面部を形成するとともに、前記ハウジングの内周に、前記内輪側の平面部に対応させて軸方向に延びる平面部を形成することにより構成され、前記斜板最小傾角規制機構が、両平面部の終端同士が突き当たる構造により構成されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
6. 前記ピン状体が、前記ハウジング内に固定される該ハウジングとは別の部材に設けられている、請求項２または３に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
7. 前記ハウジング内に、前記回転主軸の内輪側軸端を軸方向に支持する軸端支持部材が設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
8. 前記内輪側およびハウジング側の軸方向対向面間に、前記内輪を斜板傾角増大方向に付勢するスプリングが介装されている、請求項１〜７のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
9. 前記外輪が前記揺動板と一体に形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
10. 前記揺動板回転阻止機構の内輪および外輪の互いに対向するガイド溝が、回転主軸の中心軸に対して３０〜６０度の相対角度をもって形成され、かつ一つのボールガイドを構成する、互いに対向するガイド溝が、内輪の軸と外輪の軸との相対角度がゼロの状態にて主軸に垂直でかつ揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態になるように配置されている、請求項１〜９のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
11. 前記揺動板回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている、請求項１０に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
12. 前記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、回転主軸の中心軸を含む平面に対して対称に配置されている、請求項１１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
13. 前記互いに平行に配置された一対のボールガイドのうち一方のボールガイドを形成するガイド溝が、その軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている、請求項１１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
14. 前記揺動板回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、回転主軸を間に回転主軸に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている、請求項１０に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
15. 前記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている、請求項１４に記載の揺動板式可変容量圧縮機。

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