JP2013245631A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構造で斜板の挙動を安定化させ、スムーズな斜板の傾動を可能とすることが可能な可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】ハウジングと、ピストンと、ハウジングに回転可能に支持される駆動軸と、駆動軸と一体に回転するロータと、連結手段を介して連結されたロータの回転に同期して回転する斜板と、該斜板の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構と、クランク室の内部圧力を制御可能な圧力制御弁とを備え、連結手段は、ロータから突設された第1アームと、斜板から突設された第2アームとを直接的または間接的に連結しており、駆動軸が、斜板に穿孔される貫通孔に対し偏心して挿通されていることを特徴とする可変容量圧縮機。
【選択図】図5

Description

本発明は可変容量圧縮機に関し、特に、車両用エアコンシステムに使用される可変容量圧縮機に関する。
可変容量圧縮機において、低負荷領域で斜板の傾角が小さくなり斜板に作用する圧縮荷重が小さくなると、駆動軸を挿通する斜板の貫通孔と駆動軸の外周面との摺動面での摩擦力が小さくなるため斜板の挙動が不安定となって斜板がばたつく場合がある。
特許文献1には、駆動軸に対する斜板の挙動を安定化させるために相対移動規制手段を付加する技術が開示されている。
特開2002−364530号公報
特許文献1に開示される斜板の挙動安定化技術を実用化しようとすると、相対移動規制手段の付加が必要となるためコストアップが生じる恐れがある。そこで、かかるコストアップを抑制可能な改良技術が求められている。
そこで本発明の課題は、簡素な構造で斜板の挙動を安定化させ、スムーズな斜板の傾動が可能な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、本発明に係る可変容量圧縮機は、内部に吐出室、吸入室、クランク室およびシリンダボアが形成されたハウジングと、前記シリンダボア内に配設されたピストンと、前記ハウジングに回転可能に支持される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、連結手段を介して連結された前記ロータの回転に同期して回転する斜板と、該斜板の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構と、開度に応じて前記クランク室の内部圧力を制御可能な圧力制御弁とを備え、
前記開度が変更されて前記クランク室の内部圧力が変更されるとき、前記斜板を前記駆動軸と摺動させつつ前記斜板の前記駆動軸に対する傾角を変更して前記ピストンのストロークを変更することにより、前記吸入室から前記シリンダボアに吸入される冷媒を圧縮して前記吐出室に吐出する際の吐出容量を変更可能に構成される可変容量圧縮機であって、
前記連結手段は、前記ロータから突設された第1アームと、前記斜板から突設された第2アームとを直接的または間接的に連結しており、
前記駆動軸が、前記斜板に穿孔される貫通孔に対し偏心して挿通されていることを特徴とするものからなる。
このような本発明に係る可変容量圧縮機によれば、貫通孔内において駆動軸が偏心して貫通孔の側面と駆動軸の外周面とが片当りするので、斜板が傾角変更方向に傾動しようとすると貫通孔と駆動軸との間で摩擦力が作用し、この摩擦力により斜板の挙動が不安定となることが回避される。この構造によればほとんどコストアップすることなく所望の目的を達成できる。
また、前記駆動軸が、前記上死点位置に対応する部位からみて前記斜板の回転の正方向寄りに偏心して挿通されていることが好ましい。このような構成によれば、斜板上のピストン上死点に対応する部位からみて、斜板の回転の正方向側(圧縮工程側)に向けて駆動軸が偏心して貫通孔に挿通されることにより、斜板の回転の正方向側(圧縮工程側)の貫通孔側面と駆動軸の外周面が接触するので、圧縮荷重の作用点と接触点との距離がその対角側(吸入工程側)で接触させる場合より小さくなり、摩擦力によって斜板の傾角変更方向の傾動が阻害されることが回避される。
さらに、第1アームと第2アームとが連結要素で連結されており、前記連結要素と第1アームとの間および前記連結要素と第2アームとの間で形成される隙間により許容される可動範囲内で前記斜板の傾きが変動したときに、前記前記斜板上の前記ピストンの上死点位置に対応する部位よりも前記斜板の回転の正方向寄りの圧縮工程側領域において前記斜板と前記駆動軸とが接触し、前記上死点位置に対応する部位よりも前記斜板の回転の負方向寄りの吸入工程側領域において前記斜板と前記駆動軸との間に隙間が確保されることが好ましい。このような構成によれば、貫通孔内で駆動軸が2点で対角当りして斜板の傾角変更方向の傾動が阻害されることが確実に回避できる。
本発明によれば、スムーズな斜板の傾動を簡素な構造で実現した可変容量圧縮機が提供可能となる。
本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機を示す縦断面図である。 図1のリンクアームを示す図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のA方向から見た矢視図である。 図1の駆動軸とロータの連結体を示す斜視図である。 図1の斜板を示す斜視図である。 図1のロータ、駆動軸、リンクアーム、斜板の位置関係を示し、(a)はロータと駆動軸との連結体の平面図、(b)はリンクアームの正面図、(c)は斜板の平面図である。 図5の斜板と駆動軸との接触部位を拡大した部分拡大模式断面図であり、(a)は斜板の貫通孔形成面が駆動軸に対し平行である状態を示し、(b)は斜板の貫通孔形成面が駆動軸に対し傾斜した状態を示す。
本発明に係る可変容量圧縮機は、視覚的にわかりやすいように仮想平面(平面U、平面V、平面T)を介して説明すると、以下のようにも説明可能である。すなわち、本発明に係る可変容量圧縮機は、内部に吐出室、吸入室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、該駆動軸に固定されて該駆動軸と一体に回転するロータと、該ロータと連結手段を介して連結し、該ロータと同期回転して前記駆動軸の軸線に対して傾角が可変となるように前記駆動軸を挿通する貫通孔を介して前記駆動軸に摺動自在に取り付けられた斜板と、該斜板の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構と、前記クランク室の圧力を調整する制御弁とを備え、前記制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させ、前記斜板の傾角を変更して前記ピストンのストロークを調整し、前記吸入室から前記シリンダボアに吸入された冷媒を圧縮して前記吐出室に吐出する可変容量圧縮機において、
前記連結手段は、前記ロータに設けられガイド面を備えた第1アームと、前記斜板に設けられた第2アームと、前記第1アームと前記第2アームとを連結する連結要素とを備え、
前記駆動軸と前記ロータの連結体において、前記駆動軸の軸線を含み第1アームのガイド面と平行な平面Tが、前記斜板において、円環状の平面と直交し、前記駆動軸の外周を摺動支持する前記貫通孔の両側面の中心と前記斜板の上死点位置とを含む平面Uに対してオフセットするように前記連結手段が構成されていることを特徴とするものからなる。
このような本発明に係る可変容量圧縮機によれば、貫通孔内において駆動軸が偏心して貫通孔の側面と駆動軸の外周面とが片当りするので、斜板が変角方向に傾動しようとすると貫通孔と駆動軸との間で摩擦力が作用し、この摩擦力により斜板の挙動が不安定となることが回避される。この構造によればほとんどコストアップすることなく所望の目的を達成できる。
また、斜板の円環状の平面と直交し、駆動軸の外周を摺動支持する貫通孔の両側面の中心と斜板の上死点位置とを含む平面Uで斜板を圧縮工程側と吸入工程側に分けたとき、平面Tが平面Uに対してオフセットする方向は圧縮工程側の領域であることが好ましい。このような構成によれば、圧縮工程側の領域にオフセットすることにより圧縮工程側の貫通孔の側面と駆動軸の外周面が接触するので、圧縮荷重の作用点と接触点との距離がその対角側(吸入工程側)で接触させる場合より小さくなり、摩擦力によって斜板の変角方向の傾動が阻害されることが回避される。
駆動軸の外周面が貫通孔の圧縮工程側の面に片側のみで接触するように、斜板の貫通孔の孔径(左右方向の幅)が設定されていることが好ましい。このような構成によれば、貫通孔内で駆動軸が2点で対角当りして斜板の変角方向の傾動が阻害されることが確実に回避できる。
以下に、発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(1)可変容量圧縮機
図1に示す可変容量圧縮機100はクラッチレス圧縮機であって、複数のシリンダボア101aを備えたシリンダブロック101と、シリンダブロック101の一端に設けられたフロントハウジング102と、シリンダブロック101の他端にバルブプレート103を介して設けられたシリンダヘッド104とを備えている。
シリンダブロック101と、フロントハウジング102とによって規定されるクランク室140内を横断して、駆動軸110が設けられ、その中間部の周囲には、斜板111が配置されている。斜板111には駆動軸110が挿通される貫通孔111aが形成され、貫通孔111aは斜板の傾角が斜板111の円環状の平面と直交し、斜板の上死点位置と下死点位置とを含む平面に直交する枢軸Kを中心に最大傾角と最小傾角の範囲で傾動可能となるように形状が形成されている。尚、斜板の上死点位置とはピストン136の圧縮工程が終了する位置を指し、下死点位置とはピストン136の吸入工程が終了する位置を指す。斜板111は駆動軸110に固定されたロータ112とリンク機構120を介して連結し、貫通孔111aの側面が駆動軸110の外周面に摺動支持されながらその傾角が変化可能となっている。
尚、貫通孔111aには駆動軸110と当接する最小傾角規制部が形成されており、実施例においては、斜板111の円環状の平面が駆動軸110に対して直交するときの斜板の傾角θを0°とした場合、貫通孔111aの最小傾角規制部は斜板の傾角が、好ましくは0°以上、0.5°未満となるように形成されている。
ロータ112と斜板111の間には、斜板111を最小傾角に至るまで付勢する圧縮コイルバネからなる傾角減少バネ114が装着され、また斜板111とバネ支持部材116との間には、斜板111の傾角を最大傾角より小さい所定の傾角まで増大する方向に付勢する圧縮コイルバネからなる傾角増大バネ115が装着されている。最小傾角において傾角増大バネ115の付勢力は傾角減少バネ114の付勢力より大きく設定されているので、駆動軸110が回転していないときは、傾角減少バネ114の付勢力と傾角増大バネ115の付勢力との合力がゼロとなる所定の傾角をなすように斜板111が位置決めされる。
駆動軸110の一端は、フロントハウジング102の外側に突出したボス部102a内を貫通して外側まで延在し、図示されない動力伝達装置に連結されている。尚、駆動軸110とボス部102aとの間には軸封装置130が挿入され、内部と外部とを遮断している。駆動軸110及びロータ112はラジアル方向に軸受131、132で支持され、スラスト方向に軸受133、スラストプレート134で支持されており、外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸110は動力伝達装置の回転と同期して回転可能となっている。尚、駆動軸110のスラストプレート134への当接部とスラストプレート134との隙間は、調整ネジ135により所定の距離に調整されている。
シリンダボア101a内にはピストン136が配置され、ピストン136のクランク室140側に突出している端部の内側空間には、斜板111の外周部が収容され、斜板111は一対のシュー137を介してピストン136と連動する構成となっている。したがって、斜板111の回転によりピストン136がシリンダボア101a内を往復動することが可能である。
シリンダヘッド104には、中心部側に吸入室141と、吸入室141の径方向外側部分を環状に取り囲む吐出室142とが区画形成されている。吸入室141は、シリンダボア101aとは、バルブプレート103に設けられた連通孔103a、吸入弁(図示せず)を介して連通している。吐出室142は、シリンダボア101aとは、吐出弁(図示せず)、バルブプレート103に設けられた連通孔103bを介して連通している。
フロントハウジング102、シリンダブロック101、バルブプレート103、シリンダヘッド104が、図示しないガスケットを介して複数の通しボルト105によって締結されて圧縮機ハウジングが形成される。
また図1中、シリンダブロック101の上部にはマフラが設けられ、マフラは蓋部材106と、シリンダブロック101上部に区画形成された形成壁101bが図示しないシール部材を介してボルトで締結されることにより形成される。マフラ空間143には逆止弁200が配置されている。逆止弁200は、連通路144とマフラ空間143との接続部に配置され、連通路144(上流側)とマフラ空間143(下流側)との圧力差に応答して動作し、例えば圧力差が所定値より小さい場合に連通路144を遮断し、圧力差が所定値より大きい場合に連通路144を開放する。このように吐出室142は、連通路144、逆止弁200、マフラ空間143及び吐出ポート106aで形成される吐出通路を介してエアコンシステムの吐出側冷媒回路と接続されている。
シリンダヘッド104には、吸入ポート104a、連通路104bが形成され、吸入室141は、連通路104b及び吸入ポート104aで形成される吸入通路を介してエアコンシステムの吸入側冷媒回路と接続されている。吸入通路は、シリンダヘッド104の径方向外側から吐出室142の一部を横切るように直線状に伸びている。
シリンダヘッド104には、さらに制御弁300が設けられている。制御弁300は、吐出室142とクランク室140とを連通する連通路145の開度を調整し、クランク室140への吐出ガス導入量を制御する。また、クランク室140内の冷媒は、連通路101c、空間146、バルブプレート103に形成されたオリフィス103cを経由して吸入室141へ流れる。
したがって制御弁300によりクランク室140の圧力を変化させ、斜板111の傾角を変化させる(つまり、ピストン136のストロークを変化させる)ことにより可変容量圧縮機100の吐出容量を可変に制御することができる。
エアコン作動時(つまり、可変容量圧縮機100が作動状態にある時)には、外部信号に基づいて制御弁300に内蔵されるソレノイドへの通電量が調整され、吸入室141の圧力が所定値になるように吐出容量が可変に制御される。制御弁300は、外部環境に応じて吸入圧力を最適に制御することができる。
またエアコン非作動時(つまり、可変容量圧縮機100が非作動状態にある時)には、制御弁300に内蔵されるソレノイドへの通電をOFFすることにより、連通路145を強制開放し、可変容量圧縮機100の吐出容量を最小に制御することができる。
(2)リンク機構
駆動軸110にはロータ112が固定され、ロータ112には一対の第1アーム112aが突設されている。一対の第1アーム112aの内側に、ほぼ筒状に形成されたリンクアーム121の一端側121aがガイドされる。さらに、第1アーム112aに形成された貫通孔112bと、リンクアーム121の一端側121aに形成された貫通孔121bとの中に、連結手段としての第1連結ピン122を挿通することにより、リンクアーム121は、一対の第1アーム112aにガイドされながら第1連結ピン122の軸心を中心として回動可能となっている。尚、第1連結ピン122はリンクアーム121に形成された貫通孔121bに圧入保持され、第1連結ピン122の外周と第1アーム112aに形成された貫通孔112bとの間には微小な隙間が形成されている。
リンクアーム121の他端側121cは、筒状に形成された一端側121aから突設された一対のアームとなっており、その内側に斜板111から突設された第2アーム111bがガイドされる。リンクアーム121の他端側121cに形成された貫通孔121dと、第2アーム111bに形成された貫通孔111cとの中に連結手段としての第2連結ピン123を挿通することにより、リンクアーム121と斜板111とが連結され、第2連結ピン123の軸心を中心としてリンクアーム121と斜板111とが相対的に回動可能となっている。尚、第2連結ピン123は第2アーム111bの貫通孔111cに圧入保持され、第2連結ピン123の外周とリンクアーム121に形成された貫通孔121dとの間には微小な隙間が形成されている。
第1アーム112a、第2アーム111b、リンクアーム121、第1連結ピン122及び第2連結ピン123からリンク機構120が構成されている。したがって斜板111は、駆動軸110に固定されたロータ112とリンク機構120を介して連結し、ロータ112の回転トルクを受けることで回転し、かつ駆動軸110に沿ってその傾角が変化可能となっている。
(3)ロータ、リンクアーム及び斜板の連結状態
図5(a)は駆動軸110とロータ112の連結体を斜板111側から見た状態を示したものである。図中Tは、駆動軸110の軸線を含み第1アーム112aの内側の面(リンクアームの一端側121aが当接するガイド面)と平行な平面Tである。ロータ112の一対の第1アーム112aは平面Tに平行に配置され、図中左側の第1アーム112a1におけるリンクアームの一端側121aのガイド面と平面Tとの距離L1は、図中右側の第1アーム112a2におけるリンクアームの一端側121aのガイド面と平面Tとの距離L2より僅かに大きくなっている。つまり、一対の第1アーム112aのガイド面は平面Tに対して対称ではなく、一対の第1アーム112aのガイド面の中心は平面Tに対して図中左側にΔL=(L1−L2)/2だけオフセットしている。尚、ΔLは駆動軸110の外径と貫通孔111aの平面V方向の幅との隙間を考慮して設定されるが、ここで言うオフセット量とは少なくともΔL>0.1mmの場合を指す。
また図5(b)に示すように、一対の第1アーム112aの中心とリンクアーム121の中心は一致しており、一対のアーム121cにおける第2アーム111aとのガイド面は左右対称に配置されている。
図5(c)は斜板111をロータ112側から見た状態を示したものである。図中Uは、斜板111の円環状の平面Pと直交し、斜板の上死点位置と貫通孔111aの両側面の中心を含む平面Uであり、Vは斜板111の円環状の平面Pと直交し、かつ平面Uと直交する枢軸Kを含む平面Vである。平面Uは図中上側が斜板の上死点位置、下側が斜板の下死点位置に一致している。第2アーム111bの中心は平面Uに一致している。平面Uで斜板を2つに分けたとき、図中左側が吸入工程側、右側が圧縮工程側となる。
平面Uはリンクアーム121の中心及び一対の第1アーム112aの中心と一致しているので、平面Tは斜板の貫通孔111aの両側面の中心に対して図中右方向(圧縮工程側)にΔLだけオフセットしている。
その結果、図6(a)に示すように、貫通孔111a内において駆動軸110は圧縮工程側に偏心する。
リンクアーム121は、第1連結ピン122及び第2連結ピン123を中心に回動するように、第1アーム112aとの間及び第2アーム111bとの間で、それぞれ所定の隙間が形成されている。そして、変位が許容される隙間の範囲内でリンクアーム121及び第2アーム111bが左右方向に傾いたときに、図6(b)に示すように貫通孔111aの圧縮工程側の側面と駆動軸110の外周面が接触部位Dで接触し、接触部位の対角側部位Eでは接触しないように、貫通孔111aの孔径(図5(c)の左右方向の幅)が設定されている。
したがって、可変容量圧縮機100が作動してピストン136がガスを圧縮すると、その圧縮反力がピストン136を介して斜板111に作用し、斜板111は圧縮荷重により僅かに傾く。これにより貫通孔111aの圧縮工程側の側面と駆動軸110の外周面とが片側当たりするため、斜板111が変角方向に傾動しようとすると貫通孔111aと駆動軸110との間で摩擦力が作用する。この摩擦力の作用により、斜板111の挙動を安定化させることができる。また、貫通孔111aと駆動軸110との接触形態は片側当たりであるため、貫通孔111a内で駆動軸110が2点で対角当りすることにより、斜板111の傾動が著しく阻害されることが防止される。
貫通孔111aの圧縮工程側の側面と駆動軸110の外周面を接触部位Dで接触させているので、圧縮荷重の作用点と接触点との距離がその接触部位の対角側部位Eで接触させる場合よりも小さくなり、過大な摩擦力が作用するのを回避できる。
上述の実施態様ではロータの第1アームをオフセットさせているが、リンクアームあるいは斜板の第2アームをオフセットさせても良い。
また、上述の実施態様では連結手段としてリンク機構を例示したが、その他のヒンジ機構(例えば特許文献1に示されるようなもの)であっても良い。
さらに、上述の実施態様ではクラッチレス圧縮機を例示したが、電磁クラッチを装着した可変容量圧縮機や、揺動板タイプの可変容量圧縮機、さらにモータで駆動される可変容量圧縮機にも本発明を適用できる。
本発明は、車両用エアコンシステム等の可変容量圧縮機として利用可能である
100 圧縮機
101 シリンダブロック
101a シリンダボア
101b 形成壁
101c 連通路
102 フロントハウジング
102a ボス部
103 バルブプレート
103a、103b 連通孔
104 シリンダヘッド
104a 吸入ポート
104b 連通路
105 通しボルト
106 蓋部材
106a 吐出ポート
110 駆動軸
111 斜板
111a 貫通孔
111b 第2アーム
111c 貫通孔
112 ロータ
112a、112a1、112a2 第1アーム
112b 貫通孔
114 傾角減少バネ
115 傾角増大バネ
116 バネ支持部材
120 リンク機構
121 リンクアーム
121a リンクアームの一端側
121b 貫通孔
121c リンクアームの他端側
121d 貫通孔
122 第1連結ピン
123 第2連結ピン
130 軸封装置
131、132、133 軸受
134 スラストプレート
135 調整ネジ
136 ピストン
137 シュー
140 クランク室
141 吸入室
142 吐出室
143 マフラ空間
144、145 連通路
146 空間
200 逆止弁
300 制御弁
D 接触部位
E 接触部位の対角側部位
P、T、U、V 平面

Claims (3)

  1. 内部に吐出室、吸入室、クランク室およびシリンダボアが形成されたハウジングと、前記シリンダボア内に配設されたピストンと、前記ハウジングに回転可能に支持される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、連結手段を介して連結された前記ロータの回転に同期して回転する斜板と、該斜板の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構と、開度に応じて前記クランク室の内部圧力を制御可能な圧力制御弁とを備え、
    前記開度が変更されて前記クランク室の内部圧力が変更されるとき、前記斜板を前記駆動軸と摺動させつつ前記斜板の前記駆動軸に対する傾角を変更して前記ピストンのストロークを変更することにより、前記吸入室から前記シリンダボアに吸入される冷媒を圧縮して前記吐出室に吐出する際の吐出容量を変更可能に構成される可変容量圧縮機であって、
    前記連結手段は、前記ロータから突設された第1アームと、前記斜板から突設された第2アームとを直接的または間接的に連結しており、
    前記駆動軸が、前記斜板に穿孔される貫通孔に対し偏心して挿通されていることを特徴とする可変容量圧縮機。
  2. 前記駆動軸が、前記上死点位置に対応する部位からみて前記斜板の回転の正方向寄りに偏心して挿通されている、請求項1に記載の可変容量圧縮機。
  3. 第1アームと第2アームとが連結要素で連結されており、前記連結要素と第1アームとの間および前記連結要素と第2アームとの間で形成される隙間により許容される可動範囲内で前記斜板の傾きが変動したときに、前記斜板上の前記ピストンの上死点位置に対応する部位よりも前記斜板の回転の正方向寄りの圧縮工程側領域において前記斜板と前記駆動軸とが接触し、前記上死点位置に対応する部位よりも前記斜板の回転の負方向寄りの吸入工程側領域において前記斜板と前記駆動軸との間に隙間が確保される、請求項2に記載の可変容量圧縮機。
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