JP3289848B2 - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両空調用に供して好
適な可変容量型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】可変容量型圧縮機において、圧縮機の回
転を断つことなく実質的に吐出容量を零にする。いわゆ
るクラッチレス機構を装備することは既に提案されてい
る。例えば特開平３−１４３７２５号公報に開示されて
いる可変容量型圧縮機ではクランク室内の圧力を急速に
高めて回転斜板の傾角を零状態へ移行させ、零状態から
の容量復帰には油圧アクチュエータの駆動力を利用して
いる。つまり該クラッチレス機構においては、クランク
室圧力を高めるためにクランク室と吐出室とをガス通路
で結び、このガス通路上に第１の電磁開閉弁を配設し、
一方、クランク室の貯油部と油圧アクチュエータとを油
通路及びギヤポンプを介して連通し、この油通路上に第
２の電磁開閉弁を配設している。したがって、吐出容量
を零にする場合は第１の電磁開閉弁が開かれ、吐出容量
を復帰する場合には第２の電磁開閉弁が開かれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように圧縮機内に二つの電磁開閉弁を組み込むことは、
単に機体の肥大化や構造の複雑化を招くばかりでなく、
経済性の面での極端な不利を免れない。また、圧縮機が
零容量状態であっても、動力源からの入力が行われてい
る限り駆動軸関連の構成要素は依然として回転を継続し
ており、しかも機内のガス流動が途絶えたこのような運
転状態がある程度長引くことになると、冷媒ガス中の混
在油粒に潤滑を依存するこの種の圧縮機では、潤滑不足
による発熱高温化、ひいては焼付きにまで進展する虞れ
がある。

【０００４】本発明は、圧縮機の簡潔性を維持しつつ、
零容量可変と適正潤滑との両立を図ることを解決すべき
技術課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題解決の
ため、クランク室と、該クランク室内に延在し回転自在
に支承された駆動軸と、該駆動軸に固着されたロータ
と、該駆動軸に嵌装されたスリーブに傾動可能に枢支さ
れ、かつヒンジ機構を介して該ロータに支持された回転
斜板と、該回転斜板に連係され、その回転揺動に基づい
て各ボア内を直動する複数のピストンと、上記ボア内へ
流体を供給する吸入室と、上記ボア内で圧縮された流体
が吐出される吐出室と、上記クランク室内の圧力を調整
する制御弁とを含み、上記制御弁により吸入室圧力とク
ランク室圧力との差圧を調節し、上記回転斜板の傾角を
変えることにより上記流体のボアへの取込み容積を可変
すべく構成した可変容量型圧縮機において、上記クラン
ク室と吐出室とを連通する強制圧力通路と該強制圧力通
路に介装された開閉弁と、該開閉弁を開閉する電磁制御
手段と、該開閉弁と連動し開弁による上記スリーブを介
した回転斜板の零容量姿勢の保持と、閉弁による可変容
量姿勢への復帰とを行わしめる姿勢変換手段と、機体に
装着された感温センサとを有し、上記電磁制御手段を操
作する操作回路に、圧縮機の運転状態を該零容量姿勢と
該可変容量姿勢とに切替える起動スイッチと、圧縮機の
運転状態を該零容量姿勢から該可変容量姿勢へ復帰させ
得る上記感温センサのリードスイッチとを並列接続せし
めた新規な構成を採用している。

【０００６】

【作用】動力源からの入力により駆動軸が回転し、か
つ、起動スイッチのオン操作により、例えば、電磁制御
手段が励磁され開閉弁が強制圧力通路を閉鎖している状
態では、姿勢変換手段はスリーブ及び回転斜板の拘束を
解いて自在な可変容量姿勢を許容している。したがっ
て、冷房負荷に応じた制御弁の作動によりクランク室圧
力が調節されて、回転斜板の傾角つまり吐出容量が可変
制御される。

【０００７】このような圧縮機の運転状態から起動スイ
ッチがオフ操作されて電磁制御手段が、例えば、消磁さ
れ開閉弁が強制圧力通路を開通させた状態となると、吐
出室内の冷媒ガスは該強制圧力通路を経由クランク室に
流入してクランク室圧力を急速に上昇させる。この昇圧
により回転斜板はスリーブを伴って傾角縮小側へ変位し
零容量姿勢へと移行する。このとき該開閉弁と連動する
姿勢変換手段が同期的に発動して、零容量姿勢へ移行し
たスリーブの遊動を拘束するので、圧縮機は安定した無
負荷運転を持続する。

【０００８】そして、かかる無負荷運転の状態が長引
き、機内のガス流動の枯渇に基づいた潤滑不足から発熱
を生起し、機体温度が予め設定された警戒値にまで達す
ると、これを検出した感温センサが起動スイッチと並列
接続されている同センサのリードスイッチをオンさせ、
電磁制御手段が、例えば、励磁して開閉弁が直ちに強制
圧力通路を閉鎖するようにする。同時に姿勢変換手段は
スリーブを釈放して可変容量姿勢への復帰を促す。した
がって、冷房負荷にかかわらず機内にはガス流動が復活
し、冷媒ガス中の混在油粒が回転系要素の潤滑不足を補
填する。なお、かかるガス流動の復活により機体温度が
所定の安全値にまで低下すれば、これを検出した感温セ
ンサがリードスイッチを今度はオフさせて、圧縮機を再
び無負荷運転に移行させる。また、空調の必要から起動
スイッチがオン操作された場合も、これと同一の経緯で
圧縮仕事が再開されることはいうまでもない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図１〜６
に基づいて説明する。図１において、圧縮機の主体をな
すシリンダブロック１の前端にはフロントハウジング２
が結合され、後端にはリヤハウジング３が弁板４を介し
て結合されている。シリンダブロック１とフロントハウ
ジング２とで形成されるクランク室５内には、図示しな
いエンジンにプーリ６を介して連動連結された駆動軸７
が収納され、さらに駆動軸７の内端部には筒体８が一体
的に嵌着されて、該駆動軸７及び筒体８は軸受９、１０
により回転自在に支承されている。シリンダブロック１
には軸心の周りに平行状に配置された複数個のボア１１
が穿設されており、各ボア１１にはそれぞれピストン１
２が挿嵌されている。

【００１０】クランク室５内の駆動軸７には、該駆動軸
７と共動するロータ１３が固着され、一方、筒体８上に
は球帯状の軸受面をもつスリーブ１４が回転及びスライ
ド可能に嵌装されている。そして該スリーブ１４上に
は、上記球帯状の軸受面と嵌合する球帯内面を備えた回
転斜板１５が傾動可能に枢支されている。そして該回転
斜板１５の外周部に形成されたディスク面には半球状の
シュー１６、１６を介して上記ピストン１２が係留され
ている。

【００１１】一方、上記ロータ１３の外周縁部にはヒン
ジ機構を構成するアーム１３ａが後方に向け突出されて
おり、このアーム１３ａの先端部には軸直角方向に支軸
１７が回転可能に挿入されている。そして該支軸１７に
はアーム１３ａを挟んで径方向に延びるガイドピン１
８、１８がスライド可能に挿通され、両ガイドピン１８
の基端部分は上記回転斜板１５の前面側に形成された連
節部１５ａに嵌着されている。また、上記筒体８には軸
受１０を流体密に封止するシール１９が被嵌され、係止
環２０によって抜け止めが施されている。

【００１２】上記リヤハウジング３内は隔壁によって吸
入室２１と吐出室２２に区画され、弁板４には各ボア１
１に対応して吸入口２３及び吐出口２４が開口されてお
り、各吸入口２３及び吐出口２４は吸入弁２５及び吐出
弁２６によりそれぞれピストン１２の往復動に応じて開
閉され、また、該リヤハウジング３内には、クランク室
５の圧力を調整する制御弁３０が装備されている。

【００１３】図２に示すように、制御弁３０を構成する
主体部３１には吐出圧導入ポート３２ａ、吸入圧導入ポ
ート３２ｂ及び制御ポート３２ｃが設けられ、吐出圧導
入ポート３２ａは吐出室２２に開口されており、吸入圧
導入ポート３２ｂは吸入圧導入通路３３ｂを介して吸入
室２１に、制御ポート３２ｃは制御通路３３ｃを介して
クランク室５にそれぞれ連通されている。そして主体部
３１の内端壁と弁体３４との間には復帰ばね３５が介装
されて、弁体３４は制御ポート３２ｃに通じる弁孔３２
ｄを閉塞する方向に付勢されている。

【００１４】一方、主体部３１の外端壁側は、ダイヤフ
ラム３６により吸入圧導入ポート３２ｂに連なる導圧室
３７ａと大気圧室３７ｂとに区画され、ダイヤフラム３
６に止着された槓杆３８は主体部３１の隔壁を貫通し
て、弁孔３２ｄ内に露出する弁体３４に当接されてい
る。そして大気圧室３７ｂに内装された押圧ばね３９は
ダイヤフラム３６を介して吸入室圧力と対抗し、槓杆３
８はダイヤフラム３６の変位に応動して弁体３４の弁開
度を調節する。すなわち、制御弁３０は冷房負荷を反映
する吸入室圧力の変動に応じてクランク室圧力を調整
し、この圧力調整により回転斜板１５の傾角が自動制御
される。

【００１５】上記筒体８を収容するシリンダブロック１
の軸孔１ａは、弁板４を貫通してリヤハウジング３内へ
拡延されており、該軸孔１ａ内には開閉弁４０を構成す
る基体部４１が嵌着されている。該基体部４１は軸孔１
ａ内に開放された有底状の弁室４２を有し、該弁室４２
の底壁に開口する弁孔４３は直交する通孔４４を介し
て、基体部４１を取巻く吐出室２２の支脈領域２２ａに
通じ、一方、軸孔１ａは通路４５を介してクランク室５
と結ばれており、吐出室２２からクランク室５に至るこ
れら一連の通路が強制圧力通路を構成している。そして
上記弁室４２内には弁座４６に抱持された球状弁体４７
が収納され、弁室４２の開放端に被冠されたばね受４８
と弁座４６の間に介装された閉塞ばね４９により、球状
弁体４７は常に弁孔４３を閉じる向きに付勢されてい
る。

【００１６】リヤハウジング３の外端側には、上記開閉
弁４０を開閉する電磁制御手段５０が同心的に配設され
ている。すなわち、リヤハウジング３に嵌入された筐体
５１内には電磁コイル５２を被装した固定鉄芯５３と可
動鉄芯５４とが直列して配置され、可動鉄芯５４は内装
した反発ばね５５により常に反吸引方向に付勢されてい
る。そして該可動鉄芯５４から一体的に延伸する槓杆５
６は、上記開閉弁４０の基体部４１内にスライド可能に
挿通され、可動鉄芯５４が固定鉄芯５３に吸着された状
態において、該槓杆５６の先端が閉弁姿勢にある上記球
状弁体４７と当接するように調整されている。

【００１７】図４に示すように、上記筒体８には、開閉
弁４０と連動してスリーブ１４を介した回転斜板１５の
零容量姿勢の保持と、可変容量姿勢への復帰とを行わし
める姿勢変換手段が内装されている。すなわち、筒体８
内には姿勢変換手段の主要部をなす柱状の伝動子６１、
６２がスライド可能に嵌装されており、該伝動子６１、
６２はボール軸受６３を介して衝合されている。筒体８
を嵌着した小径部７ａを含む駆動軸７の内端部には、そ
の内端面から軸心方向へ延び、さらに屈曲して駆動軸７
の外周面へと抜ける通路６４ａが設けられており、該通
路６４ａ内へ潜入した伝動子６１の小径部には、その端
末部６１ａが通路６４ａの一部と相対回転不能に連結さ
れるとともに、該小径部の基端壁６１ｂと通路６４ａ中
の段差部との間に介装された復帰ばね６５により、伝動
子６１、６２は共に後方に向け付勢されて、伝動子６２
の小径端部６２ａは上記弁座４６の背面に衝接されてい
る。

【００１８】零容量姿勢にあるスリーブ１４の前端部と
符合する筒体８の周壁には、放射方向に先細り状をなす
３個のテーパ孔６６が貫設され、内部にはその突出によ
ってスリーブ１４の遊動を拘束するボール６７が収納さ
れている。該テーパ孔６６は筒体８の壁厚よりも幾分大
きな球径に形成されたボール６７が、その分筒体８の外
周面からの突出しうる程度の直径に設定されている。そ
してスリーブ１４が可変容量姿勢に存在する間、該ボー
ル６７は伝動子６１の主径部端に形成された縮径部６１
ｃによって筒体８内への没入が許されている。なお、６
８はボール６７の没入によって拘束を解かれたスリーブ
１４を付勢し、回転斜板１５に傾角を強制付与する復帰
ばねであり、スリーブ１４と上記係止環２０との間に介
装されている。また、上記通路６４ａは伝動子６１の周
面を軸方向に延びるスリット６４ｂ、伝動子６１、６２
間の遊隙６４ｃ、伝動子６２の同様のスリット６４ｄ並
びにこれに続く環状溝６４ｅ、軸受１０内へ通じる筒体
８の貫孔６４ｆ、さらにはシリンダブロックに形成され
た通路６４ｇを経由して吸入室２１に連通されており、
これら一連の通路はクランク室５と吸入室２１とを結ぶ
抽気通路を構成すると同時に、各回転摺動部分の潤滑に
寄与している。

【００１９】７０は上記電磁制御手段５０の操作回路、
７１は機体に装着された感温センサであり、電源７２と
電磁コイル５２とを結ぶ該操作回路７０には、圧縮機の
起動スイッチ７３と該感温センサ７１のリードスイッチ
７１ａとが並列状に接続されている。本実施例は上述の
ように構成されており、エンジン等の駆動源からプーリ
６を介した入力により駆動軸７が回転し、かつ起動スイ
ッチ７３のオン操作により電磁制御手段５０が励磁され
ている状態では、固定鉄芯５３に吸着された可動鉄芯５
４と共に槓杆５６が退動し、開閉弁４０の球状弁体４７
は閉塞ばね４８の付勢力によって弁孔４３を閉鎖してお
り、吐出室２２からその支脈領域２２ａ、弁室４２及び
通路４５を経てクランク室５に至る強制圧力通路は遮断
されている。一方、姿勢変換手段を構成する伝動子６
１、６２は復帰ばね６５の付勢力により開閉弁４０に追
従して退動し、同時に伝動子６１の縮径部６１ｃがテー
パ孔６６と整合してボール６７の没入を促しているた
め、スリーブ１４及び回転斜板１５は自在な可変容量姿
勢を許容されている。したがって、冷房負荷に応じた制
御弁３０の作動によりクランク室圧力が調節されて、回
転斜板１５の傾角つまり吐出容量が可変制御される。

【００２０】すなわち、ダイヤフラム３６は吸入圧導入
ポート３２ｂから導圧室３７ａに導入される吸入室圧力
の変動に応じて変位し、この変位が槓杆３８を介して弁
体３４に伝えられ、吸入室圧力が高い場合は、押圧ばね
３９の付勢力に抗したダイヤフラム３６の変位より、弁
体３４が弁孔３２ｄを閉じる向きに制御される。一方、
クランク室５内のブローバイを含む冷媒ガスは抽気通路
６４ａ〜６４ｇを経由して逐次吸入室２１に還流される
ので、クランク室圧力は低下し、回転斜板１５の傾角が
増大される。逆に吸入室圧力が低くなった場合には、押
圧ばね３９の付勢力に屈したダイヤフラム３６の変位に
より、弁体３４が弁体３２ｄを開く向きに制御される。
これにより吐出室２２から弁孔３２ｄ、制御ポート３２
ｃ、制御通路３３ｃを経由してクランク室５には高圧の
吐出冷媒ガスが供給されるので、クランク室圧力は上昇
し、回転斜板１５の傾角が縮小される。

【００２１】その後、冷房負荷に基づいて更なる吸入室
圧力の低下が進めば、復帰ばね６８の付勢力に抗して回
転斜板１５は零容量姿勢まで変位し、圧縮仕事は一時的
に停止される。そして機内の圧力バランスによりクラン
ク室圧力が徐々に低下すると、復帰ばね６８の付勢力に
よりスリーブ１４が押動されて回転斜板１５に傾角が復
活し、自動的に圧縮仕事が再開されることになるが、こ
のような低冷房負荷が続く限り制御弁３０は吐出冷媒ガ
スをクランク室５に供給するので、回転斜板１５の傾角
は再び零容量方向へ変位される。つまり起動スイッチ７
３がオンされている状態では、伝動子６１の縮径部６１
ｃがボール６７の没入を促してスリーブ１４の自在な変
動を許容している。

【００２２】さて、環境の変化やその他の理由によって
起動スイッチ７３がオフ操作されると、電磁制御手段５
０の消磁と同時に可動鉄芯５４は反発ばね５５によって
反吸引方向に付勢され、共動する槓杆５６は開閉弁４０
の球状弁体４７を押動して弁孔４３を開口させるととも
に、直列的に衝合されている弁座４６及び伝動子６１、
６２を同期的に進動させる。したがって、吐出室２２か
ら開口された弁孔４３を介して通路４５に連なる強制圧
力通路を経由して、クランク室５には高圧の吐出冷媒ガ
スが供給され、クランク室圧力を急速に上昇させる。こ
の昇圧により回転斜板１５はスリーブ１４を伴って傾角
縮小側へと変位するが、スリーブ１４が零容量位置に到
達するまでの間、該スリーブ１４の存在によってボール
６７は没入状態を強制されており、この没入ボール６７
が縮径部６１ｃの基端と干渉して伝動子６１の進動を阻
んではいるものの、該伝動子６１には復帰ばね６５及び
閉塞ばね４９に抗した反発ばね５５の付勢力が依然とし
て進動方向に作用している（図５）。

【００２３】このため、スリーブ１４が零容量位置に到
達してその前端部がボール６７の露出を許した途端、ボ
ール６７は伝動子６１の主径部に乗り上げてテーパ孔６
６から突出し、同時に姿勢変換手段を含む一連の要素
は、伝動子６１の小径部基端壁６１ｂが駆動軸７の内端
に衝接するまで進動する（図３、図６）。かくて筒体８
の外周面に突出したボール６７がスリーブ１４の遊動を
機械的に拘束し、圧縮機は安定した零容量（無負荷）運
転へと移行する。

【００２４】しかしながら、上述した圧縮機の無負荷運
転であっても、駆動軸７関連の回転系要素は動力源から
の入力が行われている限り回転を継続しており、しかも
機内のガス流動が途絶えたこのような運転状態が長時間
に及ぶことになると、冷媒ガス中の混在油粒に潤滑を依
存するこの種の圧縮機では潤滑不足を生じやすい。した
がって、もしも回転系要素の潤滑不足から発熱を生起
し、機体温度が予め設定された警戒値にまで達すると、
機体に装着された感温センサ７１がこれを検出し、操作
回路７０に組込まれたリードスイッチ７１ａをオンさせ
て電磁制御手段５０を励磁する。これにより可動鉄芯５
４は固定鉄芯５３に吸着されて槓杆５６を引戻し、同時
に閉塞ばね４９により付勢されている球状弁体４７を帯
同して弁孔４３を閉鎖するとともに、復帰ばね６５によ
り付勢されている姿勢変換手段も連帯して退動させる。

【００２５】すなわち、弁孔４３の閉鎖によって吐出室
２２とクランク室５とを結ぶ強制圧力通路は遮断され、
一方、伝動子６１の退動に伴うボール６７の没入がスリ
ーブ１４を釈放して、復帰ばね６８の付勢による回転斜
板１５の傾角付与を許すので、実質的な圧縮仕事の再開
に伴って機内にはガス流動が復活し、冷媒ガス中の混在
油粒が回転系要素の潤滑不足を補填する。なお、姿勢変
換手段の退動と同時にクランク室５と吸入室２１と結ぶ
抽気通路は解放されており、かかる圧縮仕事に伴う回転
斜板１５の傾角は上述した制御弁３０の作動に基づいて
可変制御される。その後ガス流動がもたらす潤滑作用に
よって機体温度が所定の安全値まで低下すれば、これを
検出した感温センサ７１がリードスイッチ７１ａをオフ
させて、圧縮機を再び無負荷運転状態へと移行させる。

【００２６】以上は圧縮機の機体温度の検出に基づく自
動的な圧縮仕事の再開経緯であるが、空調の必要から起
動スイッチ７３がオン操作された場合も、これと同一の
経緯で圧縮仕事が再開されることは改めて述べるまでも
ない。

【００２７】

【発明の効果】このように本発明は、単独の電磁制御手
段によって回転斜板の零容量姿勢の保持と、可変容量姿
勢への復帰とを可能とし、しかも零容量姿勢の継続に付
随して生起しやすい潤滑不足を、温度検出に基づく機内
のガス流動の復活によって自動的に補償するようにした
ものであるから、機体の大型化をもたらすことなく優れ
たクラッチレス機能を発揮しうるとともに、圧縮機の耐
用度を格段と向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る圧縮機の全容を示す断面
図

【図２】開閉弁及び制御弁を示す拡大断面図

【図３】零容量状態の圧縮機の全容を示す断面図

【図４】開閉弁及び姿勢変換手段の動作形態を示す拡大
断面図

【図５】開閉弁及び姿勢変換手段の次の動作形態を示す
拡大断面図

【図６】開閉弁及び姿勢変換手段のさらに次の動作形態
を示す拡大断面図

【符号の説明】

５はクランク室、７は駆動軸、１２はピストン、１４は
スリーブ、１５は回転斜板、２１は吸入室、２２は吐出
室、３０は制御弁、４０は開閉弁、５０は電磁制御手
段、７０は操作回路、７１は感温センサ、７１ａはリー
ドスイッチ、７３は起動スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 繁樹 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 F04B 49/00 361

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランク室と、該クランク室内に延在し回
   転自在に支承された駆動軸と、該駆動軸に固着されたロ
   ータと、該駆動軸に嵌装されたスリーブに傾動可能に枢
   支され、かつヒンジ機構を介して該ロータに支持された
   回転斜板と、該回転斜板に連係され、その回転揺動に基
   づいて各ボア内を直動する複数のピストンと、上記ボア
   内へ流体を供給する吸入室と、上記ボア内で圧縮された
   流体が吐出される吐出室と、上記クランク室内の圧力を
   調整する制御弁とを含み、上記制御弁により吸入室圧力
   とクランク室圧力との差圧を調節し、上記回転斜板の傾
   角を変えることにより上記流体のボアへの取込み容積を
   可変すべく構成した可変容量型圧縮機において、上記ク
   ランク室と吐出室とを連通する強制圧力通路と、該強制
   圧力通路に介装された開閉弁と、該開閉弁を開閉する電
   磁制御手段と、該開閉弁と連動し、開弁による上記スリ
   ーブを介した回転斜板の零容量姿勢の保持と、閉弁によ
   る可変容量姿勢への復帰とを行わしめる姿勢変換手段
   と、機体に装着された感温センサとを有し、上記電磁制
   御手段を操作する操作回路に、圧縮機の運転状態を該零
   容量姿勢と該可変容量姿勢とに切替える起動スイッチ
   と、圧縮機の運転状態を該零容量姿勢から該可変容量姿
   勢へ復帰させ得る上記感温センサのリードスイッチとを
   並列接続せしめたことを特徴とする可変容量型圧縮機。