JP3182951B2 - クラッチレス揺動斜板式可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば自動車の空調装
置に使用されるクラッチレス揺動斜板式可変容量圧縮機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用可変容量圧縮機には、
エンジンの動力を断接する電磁クラッチが装着され、車
室内の温度が高くて空調装置（以下エアコンという）の
スイッチのオンにより前記電磁クラッチが作動される
と、エンジンの回転運動がベルト伝達機構及び電磁クラ
ッチを介して圧縮機に伝達される。このためエアコンス
イッチのオン・オフの度に圧縮機が大容量で起動・停止
され、電磁クラッチの断接の頻繁な繰り返しによりその
耐久性が低下するとともに、圧縮機の起動ショックも発
生し、圧縮機が大型、大重量化し、エンジンルーム内で
の装設スペースの関係で装着が困難である。

【０００３】上記問題を解消するため、クラッチレス揺
動斜板式可変容量圧縮機が提案されている。この圧縮機
として、従来特開平３−１４３７２５号公報に示された
ものがある。この圧縮機は斜板が収容されたクランク室
圧力と吸入行程のシリンダボア内作動室の圧力との差圧
を制御することにより、斜板の傾角を連続的に変化させ
てピストンの最大ストロークを可変としている。又、こ
の圧縮機はエアコンスイッチのオン信号に応答して、前
記斜板を零度位置から押動して零度よりも大きい傾斜位
置に移動する油圧式のアクチュエータを備えている。そ
して、零容量運転から圧縮運転に変更したい場合には、
給油ポンプによりクランク室下部に形成した油貯留室か
ら潤滑油を汲み上げて、ポンプ吐出側に接続したアクチ
ュエータを駆動して斜板を零度位置から傾斜位置に復帰
するように構成されている。さらに、この圧縮機は圧縮
運転から零容量運転に切り換える場合には、吐出室の高
圧の冷媒ガスを給気通路を通してクランク室に導き、ピ
ストンの前後に作用する差圧を急激に増大して斜板を零
度位置に変位するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の可変容量圧縮機
は、斜板の重心の位置が特定されていないので、斜板の
回転による遠心力の影響を受けないようにその重心位置
が回転軸の中心軸線上にあると考えられる。しかし、も
し重心位置が回転軸の中心よりも斜板の揺動中心側に位
置していると、斜板が回転する際、重心に作用する遠心
力により斜板を最小傾角位置から傾角を増大する方向へ
の分力を受けて斜板の傾角が変化するという問題が生じ
る。

【０００５】この発明の目的は上記従来の技術に存する
問題点を解消して、斜板の傾角が零度の零容量で圧縮機
が運転される場合に、斜板の重心に作用する遠心力によ
り該斜板が傾角を増大する方向の分力を受けないように
して、斜板を零度位置に確実に保持することができるク
ラッチレス揺動斜板式可変容量圧縮機を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、揺動斜板式可変容量圧縮機において、圧縮
機のオフ信号により前記斜板の傾角を傾斜状態から零度
に変位し、零度に変位後は斜板を拘束しないようにした
斜板傾角零度強制変更手段と、圧縮機のオン信号により
前記斜板の傾角を零度から傾斜位置に復帰するための斜
板傾角復帰駆動手段とを備え、前記斜板の重心位置を回
転軸の中心軸線に関して該斜板の前後方向への揺動中心
と反対側に設定するという手段をとっている。

【０００７】

【作用】この発明では、圧縮機が起動されると、回転軸
により斜板が回転される。前記斜板が零度位置にある場
合には、回転される斜板の重心に作用する遠心力が斜板
の揺動中心と重心を結ぶ直線と直交する方向への分力と
して斜板に作用する。このため斜板は零度位置に安定し
て保持され、クラッチレス状態の零容量運転が行われ
る。又、斜板が回転位相等により傾斜位置にあって、圧
縮機が停止された状態で圧縮機が起動されても同様に斜
板には前述した零度位置へ付勢する方向への分力が作用
して、斜板は傾斜位置から零度位置に変位される。

【０００８】又、圧縮機の圧縮運転が必要になると、圧
縮機のオン信号により斜板傾角復帰駆動手段が動作され
て斜板が零度位置から傾斜位置に復帰され、圧縮機は圧
縮動作に移行される。

【０００９】圧縮機の圧縮運転が不要になると、圧縮機
のオフ信号により斜板傾角復帰駆動手段が停止されると
ともに、斜板傾角零度強制変更手段が動作されて、斜板
が傾斜位置から零度位置に変位され、圧縮機は再びクラ
ッチレス状態の零容量運転に移行される。そして、斜板
傾角零度強制変更手段による斜板の拘束状態が解除され
た後も前記斜板の零度位置は前述したように該斜板の重
心に作用する遠心力の分力により保持される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて説明する。図２に示すように、複数のシリン
ダボア１ａを形成したシリンダブロック１のフロント側
端面にはクランク室２ａを形成するフロントハウジング
２が接合固定されている。前記シリンダブロック１の後
端には吸入室３ａ及び吐出室３ｂを区画形成するリヤハ
ウジング３が接合固定されている。前記シリンダブロッ
ク１及びフロントハウジング２にはクランク室２ａ内に
位置するように回転軸４がラジアルベアリング５，６を
介して回転可能に支持されている。前記回転軸４の外端
部にはプーリ７が固定され、エンジンの回転運動がベル
ト８により直接伝達される。

【００１１】前記回転軸４には回転支持体９が嵌合固定
され、該支持体９とフロントハウジング２の内壁間には
圧縮動作時のスラスト荷重を支持するスラストベアリン
グ１０が介在されている。この回転支持体９には挿通孔
１１ａを有する支持アーム１１が一体に形成されてい
る。一方、回転軸４には球面１２ａを有するスリーブ１
２が該回転軸４の外周面に沿って前後方向への往復動可
能に支持され、このスリーブ１２には斜板１３が球面１
２ａに沿って前後方向へ傾動可能に支持されている。前
記支持アーム１１の挿通孔１１ａには支持ピン１４が回
動可能に、かつ図３に示すように回転軸４と直交する方
向へ貫通支持され、該支持ピン１４の左右両端部に形成
した案内孔１４ａ，１４ａには左右一対の案内ピン１
５，１６の上端部が案内摺動可能に、かつ互いに平行に
貫通支持されている。さらに、両案内ピン１５，１６の
下端部は前記斜板１３の背面に一体形成した軸受部１３
ａ，１３ａの取付孔１３ｂ，１３ｂに圧入固定されてい
る。この実施例では前記支持アーム１１、スリーブ１
２、案内ピン１５，１６及び軸受部１３ａ等により斜板
１３の前後方向への往復傾動を許容するヒンジ機構Ｋ１
を構成している。

【００１２】図３に示すように案内ピン１５，１６には
中空部１５ａ，１６ａが形成され、斜板１３の重心Ｇの
位置が回転軸４の中心軸線Ｘ−Ｘよりも下方、つまり斜
板１３の前後方向の揺動中心Ｏに関して反対側に位置す
るように設定されている。又、両案内ピン１５，１６の
斜板側端部には大径部１５ｂ，１６ｂが形成され、斜板
１３を形成する材料の比重と、案内ピン１５，１６を形
成する材料の比重の相違により、前記重心Ｇの位置を回
転軸４の中心軸線Ｘ−Ｘから遠ざけるようにしている。
そして、圧縮機がエンジンにより起動された場合に回転
される斜板１３の重心Ｇに作用する遠心力Ｆ_G によって
後述するように斜板１３が零度位置に付勢されるよにし
ている。

【００１３】前記斜板１３は図２に示すようにシリンダ
ボア１ａ内に収容した複数個の片側ピストン１７の基端
部に形成した凹所内に進入した状態で前後一対のシュー
１８，１８を介して係留されている。前記回転軸４の外
周には前記斜板１３の傾角を零度、つまりスリーブ１２
を位置規制してピストン１７のストロークを零にするた
めのストッパ１９が取り付けられている。なお、斜板１
３の最大傾角はその軸受部１３ａが回転支持体９に当接
することにより規制される。

【００１４】前記シリンダブロック１のリヤ側端面とリ
ヤハウジング３のフロント側端面との間には、図４に示
すように吸入孔２０ａ、吐出孔２０ｂを形成したバルブ
プレート２０が介在されている。又、前記バルブプレー
ト２０の前面には吸入弁２１ａを形成した吸入弁板２１
が、後面には吐出弁２２ａを形成した吐出弁板２２が接
合されている。前記吐出弁板２２の後面には吐出弁２２
ａの開放位置を規制するリテーナ２３ａを有するリテー
ナプレート２３が接合されている。

【００１５】次に、前記斜板１３を傾角零度位置から傾
斜位置に復帰するための油圧式の斜板傾角復帰駆動手段
Ｋ２について説明する。図１，２に示すように、シリン
ダブロック１の中心孔１ｂ内には回転軸４の外周面に摺
動案内されて前後方向へ往復動される円筒状のスプール
２４が収容されている。前記リヤ側ラジアルベアリング
６とスプール２４との間にはリップシール２５が設けら
れ、該シール２５はストップリング２５Ａにより位置規
制されている。前記スプール２４の先端に形成した大径
筒部２４ａの外周面は、前記中心孔１ｂの内周面に摺接
され、小径筒部２４ｂの外周面と中心孔１ｂとの間には
圧力室２６が形成されている。そして、スプール２４の
大径筒部２４ａの先端部を前記スリーブ１２のリヤ側端
面に当接した状態で、圧力室２６に制御油圧を供給する
と、スプール２４が回転軸４に案内されてスリーブ１２
が前方へ押動されて、斜板１３が零度から傾斜位置に復
帰される。

【００１６】前記リヤハウジング３の中心部には図２，
４に示すように回転軸４により駆動される例えばトロコ
イド型の給油ポンプ２７が収容されている。この給油ポ
ンプ２７の吸入口は、図１，２に示すように油吸入通路
２８により前記クランク室２ａの底部と連通されてい
る。又、給油ポンプ２７の吐出口は油吐出通路２９によ
り回転軸４の中心に形成した油通路３０のリヤ側開口に
接続されている。そして、油通路３０には複数箇所に分
岐油路３０ａが形成され、ベアリング５，６、クランク
室２ａ、スリーブ１２等に潤滑油Ｏを供給可能である。

【００１７】さらに、前記油吐出通路２９の途中には図
１，２に示すように第１電磁開閉弁３１が設けられ、該
開閉弁３１と前記給油ポンプ２７との間の油吐出通路２
９は、シリンダブロック１及びリヤハウジング３に形成
した斜板傾角復帰用分岐供給通路３２を介して前記圧力
室２６に接続されている。又、該第１電磁開閉弁３１に
より前記油吐出通路２９が閉鎖されると、油通路３０へ
の油の供給が遮断され、かつ前記給油ポンプ２７から分
岐供給通路３２を通して圧力室２６に斜板傾角復帰用の
制御油圧が供給されるようにしている。前記第１電磁開
閉弁３１の電磁ソレノイド３３には制御装置３４が接続
され、該装置には圧縮機のオン・オフを行うエアコンス
イッチ３５が接続されている。

【００１８】前記回転軸４には前記圧力室２６と油通路
３０を連通する油排出路３０ｂが形成され、スプール２
４がストッパ１９に当接する前進端に移動された場合
に、該油排出路３０ｂが開放されて給油ポンプ２７から
分岐供給通路３２により圧力室２６に供給された制御油
圧を、前記油排出路３０ｂから油通路３０へ導くように
している。

【００１９】次に、斜板１３が傾斜位置にあって圧縮機
の圧縮動作が行われている途中で、前記制御装置３４か
らの動作信号により斜板１３の傾角を零度に変位し、零
度に変位後は斜板１３の拘束状態を解除する斜板傾角零
度強制変更手段Ｋ３を図１，２に基づいて説明する。

【００２０】前記リヤハウジング３及びシリンダブロッ
ク１には吐出室３ｂとクランク室２ａを連通する給気通
路４０が形成され、クランク室２ａと吸入室３ａを連通
する第１抽気通路４１が形成されている。そして、前記
給気通路４０の途中には第２電磁開閉弁４２が設けられ
ている。この第２電磁開閉弁４２の電磁ソレノイドは前
記第１電磁開閉弁３１の電磁ソノイド３３を共用してい
る。そして、圧縮運転中に第２電磁開閉弁４２が給気通
路４０を開放すると、吐出室３ｂから給気通路４０を通
して高圧の冷媒ガスがクランク室２ａに供給され、ピス
トン１７に作用するクランク室圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓ
との差圧が増大して、斜板１３の傾角が零度に変位され
る。

【００２１】圧縮機の圧縮運転中は冷房負荷に応じて容
量可変制御が自動的に行われる。すなわち、前記クラン
ク室２ａと吸入室３ａとを連通する前記第１抽気通路４
１の途中に圧力制御弁４３が設けられ、冷房負荷に比例
する吸入圧力Ｐｓに応じて圧力制御弁４３が第１抽気通
路４１の開度を調整することによりピストン１７に作用
する前記差圧Δｐを調整するようになっている。

【００２２】図２に示すように前記シリンダブロック１
及びバルブプレート２０には、クランク室２ａと吸入室
３ａを連通する固定絞りを有する第２抽気通路５０が形
成されている。そして、ピストン１７の圧縮行程時にシ
リンダボア１ａ内周面とピストン外周面の隙間を通して
クランク室２ａにブローバイされる冷媒ガスをこの第２
抽気通路５０により吸入室３ａに還流するようになって
いる。

【００２３】次に、前記のように構成した可変容量圧縮
機の作用を説明する。圧縮機が停止した状態では図２に
示すようにクランク室内の圧力Ｐｃ、吸入室３ａ内の圧
力Ｐｓ及び吐出室３ｂ内の圧力Ｐｄが共に同圧力のた
め、スプール２４が後退してスリーブ１２が後方に移動
され、斜板１３が零度位置に停止保持されている。又、
斜板傾角復帰駆動手段Ｋ２が停止され、第２電磁開閉弁
４２が給気通路４０を開放する位置に保持されている。

【００２４】この状態でエンジン（図示略）が起動され
ると、ベルト８及びプーリ７を介してエンジンの回転が
回転軸４に直接伝達され、回転支持体９の支持アーム１
１が回転軸４の回りで公転される。このためヒンジ機構
Ｋ１により斜板１３が図１，２に示す零度位置で回転さ
れ、クラッチレス状態の零容量運転が開始される。この
とき、回転される斜板１３の重心Ｇに作用する遠心力Ｆ
_G は、斜板１３の揺動中心Ｏと重心Ｇを結ぶ直線Ｌと直
交する方向への分力Ｆ₁ と、直線Ｌと同方向への分力Ｆ
₂ となる。そして、前記直交方向への分力Ｆ₁ は、図１
に示すように斜板１３を揺動中心Ｏを中心として零度位
置へ付勢することになる。従って、斜板１３は零度位置
に安定して保持され、クラッチレス状態の零容量運転が
継続される。

【００２５】次に、車室内の温度が上昇して冷房負荷が
増大し、エアコンスイッチ３５がオンされると、制御装
置３４から出力された動作信号により電磁ソレノイド３
３が励磁される。このため第１電磁開閉弁３１が油吐出
通路２９を閉鎖するので、給油ポンプ２７による油通路
３０への潤滑油の供給が停止されるとともに、分岐供給
通路３２から圧力室２６に圧油が供給される。従って、
図５に示すようにスプール２４が前進して斜板１３が零
度位置から傾斜位置に変位され、圧縮動作が開始され
る。そして、ピストン１７がシリンダボア１ａ内で往復
動され、吸入室３ａからシリンダボア１ａ内に吸入した
冷媒ガスは圧縮された後、吐出室３ｂへ吐出される。

【００２６】又、前記電磁ソレノイド３３の励磁により
第２電磁開閉弁４２が給気通路４０を閉鎖するので、吐
出室３ｂからクランク室２ａへの冷媒ガスの供給が停止
される。

【００２７】前記圧力室２６への制御油圧の供給により
スプール２４は前記ストッパ１９により停止されるが、
その後は制御油圧は回転軸４に設けた油排出路３０ｂが
スプール２４の前進により開放されるので、該油排出路
３０ｂからクランク室２ａに還流される。

【００２８】ところで、圧縮動作中において車室内の温
度が低く冷房負荷が小さい場合には、吸入圧力Ｐｓが低
いので、図２に示す圧力制御弁４３により第１抽気通路
４１の開度が減少され、このためピストン１７に作用す
る差圧Δｐが大きく保たれ、斜板１３は小容量運転を行
う小傾角に保持される。反対に、冷房負荷が大きい場合
には吸入圧力Ｐｓが大きいので、圧力制御弁４３により
第１抽気通路４１の開度が増大され、このため前記差圧
Δｐが小さくなり、斜板１３はスプール２４から離隔し
て最大傾角へ移行する。このように圧縮運転中は圧力制
御弁４３により第１抽気通路４１の開度が冷房負荷に比
例する吸入圧力Ｐｓの変動に応じて調整され、ピストン
１７に作用する差圧Δｐが調整され、冷房負荷に応じて
斜板１３の傾角が変更されて吐出容量が調整される。

【００２９】図５に示す圧縮動作中においても、斜板１
３の重心Ｇに作用する遠心力Ｆ_G の分力Ｆ₁ が斜板１３
を零度位置へ付勢する力として作用する。この分力Ｆ₁
が大き過ぎると、ピストン１７の前後に作用する前記差
圧Δｐによる斜板１３の傾角制御へ悪影響を与えるの
で、この点を考慮して重心Ｇの位置設定が行われる。

【００３０】圧縮機の圧縮動作中においては、前記シリ
ンダボア１ａ内圧縮室からピストン１７の外周面をブロ
ーバイしてクランク室２ａに冷媒ガスが供給される。こ
のガスは第２抽気通路５０から吸入室３ａに還流され
る。

【００３１】そして、冷房負荷の低減によりエアコンス
イッチ３５がオフされると、図５において電磁ソレノイ
ド３３が消磁され、第１電磁開閉弁３１が吐出通路２９
を開放するので、圧力室２６への圧油の供給が停止さ
れ、スプール２４はフリー状態となる。又、第２電磁開
閉弁４２により給気通路４０が開放されるので、吐出室
３ｂからクランク室２ａ内に高圧の冷媒ガスが供給さ
れ、斜板１３はピストン１７に作用する差圧Δｐの増大
により零度位置に強制変位され、圧縮機は図１，２に示
す零容量運転に切り換えられる。

【００３２】さらに、エンジンが停止されると、圧縮機
も停止される。この停止状態では圧縮機内の各室が同圧
力となるので、図１に示すように斜板１３は零度位置に
保持される。

【００３３】又、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、次のように具体化することもできる。 （１）斜板傾角零度強制変更手段Ｋ３を図示しないが電
磁ソレノドにより構成するとともに、斜板１３が零度位
置に変位された後は、斜板１３の拘束を解除するように
構成すること。

【００３４】（２）前記実施例では回転軸４により給油
ポンプ２７を駆動するようにしたが、給油ポンプ２７を
回転軸４から分離し、エアコンスイッチ３５がオンされ
た場合のみ、給油ポンプ２７を例えば電動モータ（図示
略）あるいは電磁ソレノイドで駆動して潤滑油又は冷媒
ガスを圧力室２６へ供給するようにすること。この場合
には、クランク室２ａ内の各摺動部の潤滑は別機構で行
う。

【００３５】（３）前記油排出路油３０ｂを省略し、ス
プール２４が前進端まで移動して圧力室２６の圧力が設
定値を超えた場合に、第１電磁開閉弁３１が油吐出通路
２９を開放して、油通路３０へ潤滑油を供給するように
構成すること。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明は斜板の
重心位置を回転軸の中心軸線に関して該斜板の前後方向
への揺動中心と反対側に設定したので、斜板の傾角が零
度の零容量で圧縮機が運転される場合に、斜板の重心に
作用する遠心力により該斜板が傾角を増大する方向の分
力を受けないようにして、零容量運転時に斜板を零度位
置に確実に保持することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を斜板式可変容量圧縮機に具体化した
一実施例を示す要部の縦断面図である。

【図２】斜板式可変容量圧縮機全体を示す零容量状態の
縦断面図である。

【図３】ヒンジ機構付近の横断面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】斜板傾斜状態の圧縮機の部分断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダブロック、１ａ…シリンダボア、２…フロ
ントハウジング、３…リヤハウジング、２ａ…クランク
室、３…リヤハウジング、３ａ…吸入室、３ｂ…吐出
室、４…回転軸、９…回転支持体、１１…支持アーム、
１３…斜板、１７…ピストン、２４…スプール、２６…
圧力室、２７…給油ポンプ、３１…第１電磁開閉弁、３
２…傾角復帰用分岐供給通路、３３…電磁ソレノイド、
４０…給気通路、４２…第２電磁開閉弁、Ｏ…斜板１３
の揺動中心、Ｇ…重心、Ｘ−Ｘ…回転軸の中心軸線、Ｆ
_G …遠心力、Ｆ₁ …分力、Ｋ１…ヒンジ機構、Ｋ２…斜
板傾角復帰駆動手段、Ｋ３…斜板傾角零度強制変更手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水藤 健 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社 豊田自動織機製作所 内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 27/08 F04B 27/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に片側ピストンを収容する
   ための複数のシリンダボアを互いに平行に形成したシリ
   ンダブロックを設け、前記ハウジングの一方にクランク
   室を設けて回転軸を支持し、該回転軸には回転支持体を
   固定し、該回転支持体にはヒンジ機構を介して斜板を前
   後方向への往復傾動可能に装着し、前記回転軸の回転に
   より前記斜板を前後に揺動させて前記片側ピストンをシ
   リンダボア内で往復動させ、吸入室から吸入した冷媒ガ
   スをシリンダボア内で圧縮して吐出室へ吐出するように
   なし、さらに前記ピストンの背面に作用するクランク室
   圧力と前面に作用する吸入圧力との差圧により斜板の傾
   角を変更してピストンの往復動ストロークを変更するこ
   とにより、吐出容量を調整するように構成した揺動斜板
   式可変容量圧縮機において、 圧縮機のオフ信号により前記斜板の傾角を傾斜状態から
   零度に変位し、零度に変位後は斜板を拘束しない斜板傾
   角零度強制変更手段と、 圧縮機のオン信号により前記斜板の傾角を零度から傾斜
   位置に復帰するための斜板傾角復帰駆動手段とを備え、 前記斜板の重心位置を回転軸の中心軸線に関して該斜板
   の前後方向への揺動中心と反対側に設定したクラッチレ
   ス揺動斜板式可変容量圧縮機。