JP2010065599A

JP2010065599A - 揺動板式可変容量圧縮機

Info

Publication number: JP2010065599A
Application number: JP2008232528A
Authority: JP
Inventors: Shinu Ri; 辰宇李
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】斜板の傾斜角度のリアルタイム検知が可能であり、かつ部品点数の少ない揺動板式可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】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、電気抵抗体と導電体を備えており前記斜板が前記主軸に対してなす角度に応じて回路の電気抵抗値が変化するように形成された電気回路を備え、該電気回路は該角度に応じた電気信号を出力可能に形成されていることを特徴とする揺動板式可変容量圧縮機。
【選択図】図４

Description

本発明は、揺動板式可変容量圧縮機に関し、とくに、揺動板の回転阻止機構が組み込まれた揺動板式可変容量圧縮機に関する。

特許文献１には、車両用空調設備などに用いられる揺動板式圧縮機として、吐出容量を変化させることが可能な揺動板式可変圧縮機が記載されている。この圧縮機には、回転主軸に対して傾斜した状態で該主軸とともに回転する斜板が設けられており、この斜板が回転主軸に対してなす角度によってピストンのストロークが決定される。

また、特許文献２には、磁石と磁気センサの組み合わせにより斜板の傾斜角度を検出する方法が記載されている。この方法は、斜板上に設置された磁石がその周囲に発生させた磁場の磁束密度をホール素子などの磁気センサで検出することにより、斜板の傾斜角度を検出する方法である。
特開２００８−１３８６３７号公報特開２００７−１７７６５０号公報

特許文献１および２に記載される揺動板式可変容量圧縮機において、斜板の傾斜角度と吐出容量の間には一定の相関がある。すなわち、該傾斜角度が小さいときはピストンのストロークは小さくなるので吐出容量は小さくなり、逆に、該傾斜角度が大きいときはピストンのストロークは大きくなるので吐出容量は大きくなる。従って、このような圧縮機の吐出容量を制御するためには、斜板の傾斜角度をリアルタイムで把握することが重要である。しかしながら、該傾斜角度はクランク室内の圧力変動に応じて常に変動しているため、リアルタイムに把握することは困難であった。また、特許文献２に記載されるような磁気センサを用いる方法では、１つの圧縮機に多数の磁気センサを設ける必要があり、部品点数が多くなるのでコストアップなどの問題が生じていた。とくに小型化の要求が高い車両用空調設備などでは、該センサの設置スペースを確保することも困難であった。

このような現状に鑑み、本発明の課題は、斜板の傾斜角度のリアルタイム検知が可能であり、かつ部品点数の少ない揺動板式可変容量圧縮機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、
電気抵抗体と導電体を備えており前記斜板が前記主軸に対してなす角度に応じて回路の電気抵抗値が変化するように形成された電気回路を備え、該電気回路は該角度に応じた電気信号を出力可能に形成されていることを特徴とするものからなる。このような本発明の揺動板式可変容量圧縮機によれば、磁気センサのような高価な部品を多数使用することなく、簡素な電気回路のみを用いて斜板の傾斜角度をリアルタイム検知することが可能となる。

また、本発明の揺動板式可変容量圧縮機においては、上記電気回路を、上記角度の変角が一次元の変位に変換され、該変位に応じた電気抵抗を有するように形成することが可能である。たとえば、斜板の傾斜角度の変動はクランク機構などを用いて直線的な変位に変換することが可能である。このような変換機構を用いた上で、さらに、端子の一端が所定の均質な電気抵抗体に固定および電気的に接続され、他端が該電気抵抗体と接触しながら斜板の傾斜角度の変動に応じて直線上を移動するように電気抵抗を形成すれば、上記電気回路を非常に簡素なものとすることが可能であり好ましい。

上記電気回路は、少なくとも、前記角度に応じて相互の接触面積が変化する電気抵抗体と導電体から構成可能である。たとえば、該導電体として、圧縮機を構成している金属部品を利用すれば、圧縮機の構成部品点数の増大を回避することが可能となる。

本発明の揺動板式可変容量圧縮機は、前記回転阻止機構が、（ａ）筐体内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、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、外周に前記揺動板が連結されて前記揺動板とともに揺動可能に支持された外輪と、（ｃ）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、を備えた機構からなるように構成することが可能である。

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、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ため、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、回転阻止機構全体の小型化も可能となる。

このような揺動板の回転阻止機構を有する本発明の揺動板式可変容量圧縮機において、上記電気抵抗体を、電気絶縁体を介して上記内輪に固定することが可能であるが、この場合、上記導電体を、上記筐体を形成するシリンダブロックからなるものとすることが好ましい。アルミ合金などの導電性材料からなるシリンダブロック、および内輪と連動する電気抵抗体から電気回路を形成することにより、圧縮機の構成部品の点数の増大を回避しつつ、斜板の傾斜角度のリアルタイム検知を可能にすることができる。

また、このような揺動板の回転阻止機構を有する本発明の揺動板式可変容量圧縮機において、上記導電体を上記内輪から形成することが可能であるが、この場合、上記電気抵抗体を、電気絶縁体を介して上記筐体を形成するシリンダブロックに固定することが好ましい。金属などの導電性材料からなる内輪、およびシリンダブロックに固定された電気絶縁体から電気回路を形成させることで、圧縮機の構成部品の点数の増大を回避しつつ、斜板の傾斜角度のリアルタイム検知を可能にすることができる。

このように、本発明の揺動板式可変容量圧縮機によれば、磁気センサのような高価な部品を多数使用することなく、簡素な電気回路のみを用いて斜板の傾斜角度をリアルタイム検知することが可能となるので、圧縮機の構成部品の点数を大幅に増大させることがない。従って、従来の斜板傾斜角度検知機能付き圧縮機と比較して、コストの節約、小型化および製品信頼性の向上が図られる。また、斜板の傾斜角度をリアルタイムに検知することにより圧縮機の瞬間吐出容量を把握することが可能となるので、本発明の圧縮機においてはエンジンとの協調制御が比較的容易である。

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基本構成例について図１〜図３を参照して説明し、次に、この基本構成例に対し、本発明により追加された電気回路について、図４および図５を参照して説明する。

図１は、本発明における揺動板回転阻止機構を備えた揺動板式可変容量圧縮機の基本構成の一例を示している。図１では、圧縮機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おり、すなわち斜板８の傾斜角度についても最大の状態を示している。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、すなわち斜板８の傾斜角度についても最小の状態を示している。図３は、図１の基本構成例に係る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部分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、筐体として、中央部に配置されたシリンダブロック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、シリンダブロック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）筐体４２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、（ｄ）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、（ｂ）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、（ｃ）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は今日体４２内に軸方向移動可能に支持されるが、回転阻止されている。回転阻止の手段としては、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、軸受を介して筐体４２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、図１の基本構成を有しつつ新たに所定の電気回路が追加された、本発明の一実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の要部を示している。本実施態様において電気回路は、電気抵抗体４１、信号線４３および、筐体４２を形成しているシリンダブロック２の内輪２７支持部分から形成され、その回路全体としての電気抵抗値は、電気抵抗体４１とシリンダブロック２の接触面積に応じて変化する。シリンダブロック２はアルミ合金などの導電性材料で形成されているため、上記電気回路においては信号線４３とともに導電体として機能する。回転阻止機構２１を構成している内輪２７もまた導電性材料からなる部材であるが、電気抵抗体４１との間に電気絶縁体４４が設けられているので、本実施態様において内輪２７は上記電気回路に寄与しない。なお、本実施態様では、電気抵抗体４１および電気絶縁体４４は、内輪２７とシリンダブロック２の間に挿入されているが、圧縮機を小型化するためには電気抵抗体４１および電気絶縁体４４が内輪２７に埋め込まれた形態を採用することが好ましい。

図４に示された状態は、斜板８の傾斜角度が最大で、かつ電気抵抗体４１と導電体としての筐体４２との間の接触面積が最小の状態である。この状態において電気抵抗体４１は、回路全体の電気抵抗値に対して最大限に寄与しているので、該電気抵抗値は最大となる。一方、該傾斜角度がより小さくなると該接触面積はより大きくなり、該傾斜角度が最小の状態（図２を参照）において該接触面積は最大となる。この状態において電気抵抗体４１は、回路全体の電気抵抗値に対して最小限に寄与しているので、該電気抵抗値は最小となる。このように本発明においては、斜板の傾斜角度と電気回路の電気抵抗値との相関関係に基づいて、該電気抵抗値から該傾斜角度を推定し、該傾斜角度のリアルタイム検知を実現している。なお、該電気抵抗値は信号線４３を介して電気信号として出力され、信号処理回路（図示略）に入力される。この電気信号は、たとえば圧縮機が車両用空調設備に用いられる場合において、エンジンとの協調制御のための情報として利用可能である。

図５は、本発明の他の実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の要部を示している。本実施態様において電気回路は、電気抵抗体４１、内輪２７および信号線４３から形成され、その回路全体としての電気抵抗値は、電気抵抗体４１と内輪２７の接触面積に応じて変化する。内輪２７は導電性材料で形成されているため、上記電気回路においては信号線４３とともに導電体として機能する。シリンダブロック２もまた、アルミ合金などの導電性材料からなる部材であるが、電気抵抗体４１との間に電気絶縁体４４が設けられているので、本実施態様においてシリンダブロック２は上記電気回路に寄与しない。なお、本実施態様では、電気抵抗体４１および電気絶縁体４４は、内輪２７とシリンダブロック２の間に挿入されているが、圧縮機を小型化するためには電気抵抗体４１および電気絶縁体４４がシリンダブロック２に埋め込まれた形態を採用することが好ましい。その他の点については、図４の実施態様と同様である。

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、車両用空調設備に用いて好適なものである。

本発明における揺動板回転阻止機構を備えた揺動板式可変容量圧縮機の基本構成の一例を示す圧縮機の縦断面図である。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。本発明の一実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の要部を示す部分縦断面図である。本発明の他の実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の要部を示す部分縦断面図である。

符号の説明

１揺動板式可変容量圧縮機
２シリンダブロック
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電気抵抗体
４２筐体
４３信号線
４４電気絶縁体

Claims

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、
電気抵抗体と導電体を備えており前記斜板が前記主軸に対してなす角度に応じて回路の電気抵抗値が変化するように形成された電気回路を備え、該電気回路は該角度に応じた電気信号を出力可能に形成されていることを特徴とする揺動板式可変容量圧縮機。
前記電気回路は、前記角度の変角が一次元の変位に変換され、該変位に応じた電気抵抗を有するように形成されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記電気回路は、少なくとも、前記角度に応じて相互の接触面積が変化する電気抵抗体と導電体から構成されている、請求項１または２に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記回転阻止機構が、（ａ）筐体内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、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、外周に前記揺動板が連結されて前記揺動板とともに揺動可能に支持された外輪と、（ｃ）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、を備えた機構からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記電気抵抗体が、電気絶縁体を介して前記内輪に固定されている、請求項４に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記導電体が、前記筐体を形成するシリンダブロックからなる、請求項５に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記導電体が前記内輪からなる、請求項４に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記電気抵抗体が、電気絶縁体を介して前記筐体を形成するシリンダブロックに固定されている、請求項７に記載の揺動板式可変容量圧縮機。