JP3837594B2 - 斜板の加工方法及びこれを用いた斜板式可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮機とこの加工方法に係り、より詳細には、斜板の加工方法と、この方法により加工された斜板を有する斜板式可変容量圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、自動車用空気調節装置に用いられる圧縮機は、蒸発器内で気化した熱交換媒体を吸入する作用と、吸入された熱交換媒体を圧縮する作用、及び圧縮された熱交換媒体を吐き出す作用で熱交換媒体をポンピングする。
【０００３】
このような圧縮機は、圧縮方式及び駆動方式により斜板タイプ、スクロールタイプ、ロータリータイプ及びウォッブルプレートタイプなど、各種のものがある。これらの圧縮機は、製造時にその容量が設定されているため、エンジンにより駆動される自動車用空気調節装置に用いる場合、冷房負荷により圧縮機のポンピング容量が変えられず、圧縮機の駆動による負荷が大きい。
【０００４】
このような問題点を解決するために、自動車用空気調節装置の冷房負荷に応じて圧縮機の吐出容量が変えられる可変容量式圧縮機が開発されている。この圧縮機の一例を図１に示す。
【０００５】
図１に示されたように、可変容量斜板式圧縮機は、複数個のボア１１が形成されたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２が設けられてクランク室２４ａを形成するハウジング１３と、ハウジング１３及びシリンダブロック１２に回転自在に支持される駆動軸１６と、駆動軸１６に取り付けられて駆動軸１６と共に回転する回転体１７またはラグプレート及び斜板１８を含む。斜板１８は駆動軸１６に固定された回転体１７及びヒンジ手段１９によりヒンジ連結され、その中央部に貫通孔１８ａが形成されて駆動軸１６が貫通される。そして、シリンダブロック１２のボア１１にはピストン２０が設けられ、このピストン２０は半球状のシュー３１により斜板１８と噛み合うことになる。
【０００６】
前記のように構成された斜板式可変容量圧縮機は、駆動軸１６と共に回転する回転体１７及び斜板１８の回転に伴い、ピストン２０を往復移送させて圧縮媒体をポンピングするが、ポンピングされる負荷により回転体１７とヒンジ連結された斜板１８が回転体に対して所定の傾斜をもって回動しつつピストンの往復行程距離を調整し、ポンピング量を変えることになる。
【０００７】
この過程で、斜板１８は、圧縮機の駆動過程で回転体１７と共に回動されつつ駆動軸１６により案内されるため、斜板１８の中央部に形成された貫通孔１８ａは斜板１８の回動時に駆動軸と干渉されてはならない。
【０００８】
米国特許５，６９９，７１６号には、斜板の一側面に第１円錐状の内周面を有し、他側面に第２円錐状の内周面を有する貫通孔が形成された構成が開示されている。また、米国特許５，１２５，８０３号には、円筒状の部材に形成された貫通孔がその内周面を環状及び円錐状とし、これにより、回動による駆動軸１６と斜板１８との干渉が起こらないような構成が開示されている。
【０００９】
また、米国特許４，８４６，０４９号には、円筒状の部材に形成されたホールの上下部に各々円筒状の部材の中心軸に対して相異なる角を有する平面が形成された構成が開示されている。
【００１０】
前述したように、斜板または円筒状の部材の最小及び最大傾斜角による変位をいずれも収容するための貫通孔を加工するためには、少なくとも２回のドリリング作業及びリーミング作業を行う必要があって、貫通孔の加工による製造工程が複雑となり、その結果、生産性の向上が期待できない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動軸に対して斜板の最大及び最小傾斜変位を許容できる貫通孔の大きさを算出することにより、１回の単一孔あけ加工のみで形成できる斜板の貫通孔形成方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、前記方法により製造された斜板を有する斜板式可変容量圧縮機を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の斜板の貫通孔形成方法は、貫通孔が形成される斜板またはハブを用意し、斜板を水平軸に対して最大傾斜角にて支持させる第１段階と、前記貫通孔を通過する駆動軸の直径をＤＳｍｍとし、前記斜板の最大傾斜角をαとし、斜板に加工される前記貫通孔の直径をＤＨｍｍとしたとき、不等式ＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋１．０ｍｍを用いて加工される貫通孔の直径を求める第２段階と、前記第２段階で限定された貫通孔の直径で斜板あるいはハブを最大傾斜角位置で一側から水平軸に沿って１回の単一孔あけ加工を行ない、貫通孔及び前記貫通孔を形成することによって生成される前記斜板厚さの中心線を基底面とするボスを形成する第３段階を経て別の後加工なしに完成されることを特徴とする。
【００１４】
望ましくは、前記第３段階において、斜板またはハブに形成された貫通孔の加工中心は斜板またはハブの中心から所定距離だけ偏心される。また、望ましくは、前記第２段階において、前記貫通孔の入出口部に形成された楕円の長軸半径をａｍｍとし、駆動軸の半径をｒｍｍとしたとき、不等式ｔ≦２（ａ−ｒ）／ｔａｎαを満足する斜板またはハブのボスの厚さｔを求める段階を含む。
【００１５】
前記目的を達成するために、斜板式可変容量圧縮機は、多数のボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックが介在された状態で結合されて、クランク室及び吸入室と吐出室を形成する前後方ハウジングと、前記前後方ハウジングにより回転自在に設けられる駆動軸と、前記シリンダブロックの各ボアに往復動が自在なピストンと、前記クランク室に位置され、前記駆動軸に設けられて駆動軸と共に回転する回転体と、前記回転体とヒンジ手段により結合され、前記ピストンを往復移送させ、駆動軸が貫通する貫通孔が、前記駆動軸の直径をＤＳｍｍとし、１回の単一孔あけ加工で形成される前記貫通孔の直径をＤＨｍｍとし、この貫通孔を通過する前記斜板の最大傾斜角をαとしたとき、不等式ＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋１．０ｍｍを満足するように形成された斜板とを含み、前記斜板の最小傾斜角を保つときに、斜板またはハブのボス形成された貫通孔の入口及び出口側に交差する上下側エッジ部が駆動軸に接触されたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明による斜板式可変容量圧縮機の斜板加工方法は、圧縮機の駆動軸に固定して設けられた回転体にヒンジ連結されて回動する斜板または斜板に結合されるハブに前記駆動軸が貫通する貫通孔を形成するためのものであって、その一実施例を図２ないし図５に示す。
【００１８】
図示されたように、斜板２８の加工方法では、貫通孔４０を形成しようとする斜板２８またはハブ２９を用意し、斜板を水平軸に対して最大傾斜角αで支持させる第１段階を行う。前記のように、斜板２８またはハブ２９の設置が完了すれば、斜板２８またはハブ２９の中央部に形成すべき貫通孔４０の直径ＤＨを算定する第２段階を行う。なお、貫通孔４０の直径ＤＨは、図３、図４に示すように、駆動軸２６に直交する矢印で示される孔の径とする。
【００１９】
この加工すべき貫通孔４０の直径ＤＨを算定する第２段階は、駆動軸２６の直径と、斜板２８の最大傾斜角及び最小傾斜角の変化による干渉及び斜板の回動時にその中心の変化などを考慮して設定しなければならない。特に、駆動軸２６が水平を保った状態で斜板２８が回転体（図示せず）にヒンジ結合された状態で回動するため、駆動軸２６が斜板２８が最大及び最小変位を許容するように形成される貫通孔４０に内接しなければならない。
【００２０】
より詳細に説明すれば、斜板２８またはハブ２９に形成された貫通孔４０が最大傾斜角の変位を許容するためには、斜板２８またはハブ２９が最大角度で傾斜した状態で駆動軸２６と並ぶような方向に加工されなければならないが、この場合、加工される貫通孔４０の入口及び出口は、図６に示されたように、楕円を呈する。このため、望ましくは、斜板２８が最大傾斜角で傾斜した状態で前記水平状態を保つ駆動軸２６が前記入口及び出口部に形成された楕円に内接する。
【００２１】
本出願人は、斜板２８またはハブ２９に形成された入口及び出口側の楕円に駆動軸２６が少なくとも内接しなければならないという条件を考慮し、斜板２８またはハブ２９に形成される貫通孔の直径ＤＨを決定するための不等式を算出できた。すなわち、駆動軸２６の直径をＤＳとし、前記斜板の最大傾斜角をαとし、斜板に加工される貫通孔の直径をＤＨとしたとき、不等式ＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋１．０ｍｍを用いて加工される貫通孔４０の直径を求める。前記不等式において、駆動軸２６の外周面との干渉を考慮して加算値を１．０ｍｍとしたが、これに限定されることなく、０．４ｍｍ〜１．２ｍｍに算定すれば良い。望ましくは、０．５ｍｍに設定する。
【００２２】
より詳細に説明すれば、本発明者は、圧縮機の斜板２８の最大傾斜角を１５°ないし３０°の変位内で変えつつ駆動軸２６の直径と加工する貫通孔４０の直径との関係を実験し、図７のグラフを得ることができた。図７に示されたグラフＡは、斜板２８の最大傾斜角及び駆動軸２６の直径を変えつつ前記不等式から、作動可能な貫通孔４０の最小直径を求めるものであり、グラフＢは、斜板２８の最大傾斜角及び駆動軸２６の直径を変えつつ前記不等式から、作動可能な貫通孔４０の最大直径を求めるものである。
【００２３】
これらのグラフから明らかなように、貫通孔４０の直径の最大値と最小値との違いが駆動軸２６の直径が長くなるにつれて増大するが、１．２ｍｍ以上である場合には貫通孔４０と駆動軸２６の外周面との間の遊隙が激しく、その結果、作動中に騷音が生じ、しかも、耐久性に劣るという問題がある。また、最小値と最大値との違いが０．４ｍｍ以下である場合には駆動軸２６と貫通孔４０との遊隙が小さ過ぎ、作動中に干渉による破損の畏れがある。したがって、本発明者は、貫通孔４０の直径の最大値と最小値との違いを駆動軸２６の外周面と貫通孔４０との遊隙騒音及び衝撃などを考慮し、０．５ないし１．０ｍｍの範囲内に設定した。
【００２４】
図３、図４及び図８において、参照符号２９ａは斜板２８あるいはハブ２９に貫通孔４０を形成することにより生成されるボスであって、駆動軸２６と隣接して回転する時に、これと接触可能である。図３、図４及び図８に示されたように、ボス２９ａは斜板２８の厚さの中心線Ｃを基底面として圧縮機のクラッチ側、すなわち、回転板側に形成される。切削加工される貫通孔４０の直径ＤＨを求める第２段階でボス２９ａの厚さが算出される場合もある。
【００２５】
このボス２９ａの厚さｔは、斜板２８の回動による重心の移動と駆動軸２６及び貫通孔４０の内周面の相関関係とを考慮し、下記の不等式により求められる。すなわち、ボス２９ａの厚さｔは、貫通孔４０の入口または出口側の形状である楕円の長半径をａｍｍとし、駆動軸２６の半径をｒｍｍ（ｒ＝ＤＳ／２ｍｍ）としたとき、式ｔ≦２（ａ−ｒ）／ｔａｎαにより求められる。特に、ボス２９ａは、図３及び図４に示されたように、構造的な強度、製造などの設計条件を考慮して、斜板２８あるいはハブ２９よりも薄いか、あるいはそれらと実質的に同一に形成できる。
【００２６】
前記第２段階において、不等式により加工される貫通孔４０の直径ＤＨが設定されれば、ドリルまたはリーマを用い、最大傾斜角位置で斜板２８の一側から水平軸ＨＣの方向に沿って１回の加工で貫通孔４０を加工する第３段階を行う。
【００２７】
前記のように、第３段階を行うに当たって、斜板２８あるいはハブ２９上の貫通孔４０の加工位置については、駆動軸２６に固定された回転体に斜板２８がヒンジ連結された状態で回動するため、斜板２８の回動によりその中心が上部に移動するが、これを考慮して斜板２８の中心から所定の高さに偏心させるように設定する。この偏心距離Ｌは、望ましくは、形成される貫通孔４０の半径（ＤＨ／２）と駆動軸２６の半径（ＤＳ／２）との違いと同一にする。
【００２８】
本発明では、駆動軸２６の直径及び斜板２８の傾斜角を変えつつ、前述したような不等式を用いて貫通孔４０の直径を算出した。その結果を下記表１及び表２に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
前記の表から明らかなように、前記のような式を用いて貫通孔の直径を算出した場合、駆動軸２６と貫通孔４０との間の遊隙が大きく外れないということが分かる。
【００３２】
図５は、前述したような加工方法により加工された斜板を採用した斜板式可変容量圧縮機の一実施例を示したものである。
【００３３】
図示されたように、本発明による斜板式可変容量圧縮機は、ピストン２１が往復動自在に結合される複数のボア２２を設けたシリンダブロック２３と、シリンダブロック２３が内部に設けられ、クランク室２４ａと吸入室及び吐出室を形成する前後方ハウジング２４、２５とを含む。そして、前方ハウジング２４及びシリンダブロック２３に回転自在に支持される駆動軸２６と、シリンダブロック２３及び後方ハウジング２５の境界部には、ピストン２１の往復運動により吸入及び吐出を制御するバルブを具備したバルブ組立体５０が設けられる。
【００３４】
駆動軸２６には、クランク室２４ａに位置される回転体２７及び駆動軸２６に対して、傾斜が変わることでピストンを往復移送させる斜板２８が設けられるが、回転体２７は駆動軸２６に固定されて駆動軸２６と共に回転する。そして、回転体２７が斜板２８に結合されるハブ２９及びヒンジ手段３０により結合され、ハブ２９に、駆動軸２６が貫通する貫通孔４０を形成するに伴い、ボス２９ａが形成される。ここで、ハブ２９及び斜板２８は一体に形成できるが、この場合、貫通孔４０は斜板２８の中央部に形成される。
【００３５】
一方、貫通孔４０は、斜板２８の回動時に駆動軸と干渉しないように水平軸に最大に傾斜した斜板２８の中心軸方向に、前述した方法により求められた直径でドリルまたはリーマを用い、１回の単一加工で形成される。したがって、ハブ２９に形成された貫通孔４０の入口及び出口側の形状は楕円を呈する。この時、貫通孔４０の内周面は円筒状に形成されて斜板２８が最大角度で傾斜する時に貫通孔４０により形成されたボス２９ａが駆動軸２６と平行をなし、望ましくは、図６に示されたように、少なくとも１ヶ所以上で接触される。一方、駆動軸２６に対して斜板２８が最小に傾斜した時、ボス２９ａの上下エッジ部４１、４２と駆動軸２６の外周面とは点接触されるか、あるいは、これらの間隔を０．４ｍｍ〜１．２ｍｍに保つ。また、前述したように加工されたハブ２９上のボス２９ａの下部エッジ部４２はハブ２９の厚さ中心線上に位置する。
【００３６】
前述のように構成された本発明による斜板式可変容量圧縮機は、駆動軸２６が回転するに伴い、回転体２７及びヒンジ手段３０によりヒンジ結合された斜板２８も回転する。したがって、斜板２８に半球状のシュー３１が介在された状態で、その端部を支持したピストン２１がシリンダブロック２３のボア２２内で往復運動することになる。これにより、冷媒ガスは後方ハウジング２５の吸入室からバルブ組立体５０の吸入口を通じてボアの内部に吸入された後、バルブ組立体５０の吐出口を通じて吐出室側に圧縮される。
【００３７】
前述のような過程において、空気調節システムの冷房負荷が増えれば、圧縮機の吸入室の圧力が高くなり（蒸発器への冷媒の流入量が増え、かつ冷媒の気相変化が完全になされることにより圧力が高くなる）、その結果、吸入力は相対的に増大する。前記のように吸入力が増大すれば、圧力調節手段により吐出室からクランク室２４ａに流入される圧縮ガスを遮断してクランク室２４ａの圧力を下げる。
【００３８】
而して、クランク室２４ａの圧力の低下によりピストン２１が上死点から下死点に移動する時、ピストン２１に作用する吸入力に対して、斜板２８の働きにより作用する圧縮反力が弱くなるが、ピストン２１が下死点から上死点に移動する時、斜板の働きによりピストン２１に作用する圧縮力に対する吸入反力が、相対的に大きくなるので、斜板２８の傾斜角は大きくなる。
【００３９】
ハブ２９及び斜板２８が駆動軸２６に沿って回動する時、前述したように、斜板２８の回動を考慮して貫通孔４０の直径を最小に加工した状態であるので、ボス２９ａの上下エッジ部４１、４２は駆動軸２６に近づくか、あるいは接触した状態で移動する。特に、斜板２８が最大傾斜角で傾斜した場合には、図６に示されたように、駆動軸２６の外周面及び貫通孔４０の下部は少なくとも１ヶ所以上で線接触した状態となるか、あるいは０．４ないし１．２ｍｍの範囲内で間隔を保つことになる。すなわち、最小傾斜角の状態で貫通孔４０と駆動軸２６との遊隙が縮まり、その結果、貫通孔４０の内周面と駆動軸２６の外周面との接触部は、図９及び図１０に示されたように、駆動軸２６の下部から両側に移動して少なくとも１ヶ所が接触することになる。
【００４０】
したがって、圧縮機の駆動時に駆動軸２６と貫通孔４０の内周面との遊隙が広すぎて振動が激しく生じたり、あるいは遊隙が狭すぎて斜板２８の回転が円滑にされないという問題点を根本的に解決できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の斜板加工方法及びこの加工方法により加工された、可変容量斜板式圧縮機に採用される斜板は、斜板またはこれを支持するハブに形成された貫通孔を、斜板またはハブの最大角の変位でも許容できる最小の直径で１回の加工で形成できることから、加工工程が単純化し、その結果、斜板の加工による生産性の向上が図れる。
【００４２】
本発明は図面に示された一実施例を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野において通常の知識を有した者なら、これより各種の変形及び均等な他の実施例が可能であるという点は言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の可変容量斜板式圧縮機の断面図である。
【図２】本発明による斜板加工方法を示したフローチャートである。
【図３】斜板加工方法を概略的に示した図である。
【図４】斜板加工方法を概略的に示した図である。
【図５】本発明による斜板式可変容量圧縮機を示した断面図である。
【図６】最大傾斜角の状態で斜板あるいはハブに形成された貫通孔に駆動軸が結合された状態を示した正面図である。
【図７】駆動軸の直径と貫通孔の直径との関係を示したグラフである。
【図８】ボスを示した拡大断面図である。
【図９】最小傾斜角の状態で斜板あるいはハブに形成された貫通孔に駆動軸が結合された状態を示した正面図である。
【図１０】最小傾斜角の状態で斜板あるいはハブに形成された貫通孔に駆動軸が結合された状態を示した正面図である。
【符号の説明】
２１ ピストン
２２ ボア
２３ シリンダブロック
２４、２５ 前後方ハウジング
２４ａ クランク室
２６ 駆動軸
２７ 回転体
２８ 斜板
２９ ハブ
３０ ヒンジ手段
３１ シュー
４０ 貫通孔
４１、４２ 上下エッジ部
５０ バルブ組立体

Claims (12)

1. 貫通孔が形成される斜板またはハブを準備し、斜板を水平軸に対して最大傾斜角にて支持させる第１段階と、
   前記貫通孔を通過する駆動軸の直径をＤＳｍｍとし、前記斜板の最大傾斜角をαとし、斜板に加工される前記貫通孔の直径をＤＨｍｍとしたとき、不等式ＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋１．０ｍｍを用いて加工される貫通孔の直径を求める第２段階と、
   前記第２段階で限定された貫通孔の直径で斜板あるいはハブを最大傾斜角位置で一側から水平軸に沿って１回の単一孔あけ加工を行ない、貫通孔及び前記貫通孔を形成することによって生成される前記斜板厚さの中心線を基底面とするボスを形成する第３段階を経て別の後加工なしに完成されることを特徴とする斜板の加工方法。
2. 前記不等式がＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の斜板の加工方法。
3. 前記第３段階において、斜板またはハブに形成された貫通孔の加工中心は、斜板またはハブの中心から所定距離偏心されたことを特徴とする請求項１に記載の斜板の加工方法。
4. 前記偏心距離は貫通孔の半径（ＤＨ／２）と駆動軸の半径（ＤＳ／２）との違いであることを特徴とする請求項３に記載の斜板の加工方法。
5. 前記第２段階において、前記貫通孔の入出口部に形成された楕円の長軸半径をａｍｍとし、駆動軸の半径をｒｍｍとしたとき、不等式ｔ≦２（ａ−ｒ）／ｔａｎαを満足する斜板またはハブのボスの厚さｔを求める段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載の斜板の加工方法。
6. 多数のボアが形成されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックが介在された状態で結合されてクランク室及び吸入室と吐出室を形成する前後方ハウジングと、
   前記前後方ハウジングにより回転自在に設けられる駆動軸と、
   前記シリンダブロックの各ボアに往復動自在に設けられるピストンと、
   前記クランク室に位置され、前記駆動軸に設けられて駆動軸と共に回転する回転体と、
   前記回転体とヒンジ手段により結合され、前記ピストンを往復移送させ、駆動軸が貫通する貫通孔が、前記駆動軸の直径をＤＳｍｍとし、１回の単一孔あけ加工で形成される前記貫通孔の直径をＤＨｍｍとし、この貫通孔を通過する前記斜板の最大傾斜角をαとしたとき、不等式ＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋１．０ｍｍを満足するように形成された斜板とを含み、
   前記斜板の最小傾斜角を保つときに、斜板またはハブのボス形成された貫通孔の入口及び出口側に交差する上下側エッジ部が駆動軸に接触されたことを特徴とする斜板式可変容量圧縮機。
7. 前記不等式がＤＳ＜ＤＨ≦（ＤＳ／ｃｏｓα）＋０．５ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の斜板式可変容量圧縮機。
8. 斜板またはハブに形成された貫通孔の中心が斜板またはハブの中心から所定距離偏心されたことを特徴とする請求項６に記載の斜板式可変容量圧縮機。
9. 前記偏心距離は、貫通孔の半径（ＤＨ／２）と駆動軸の半径（ＤＳ／２）との違いであることを特徴とする請求項８に記載の斜板式可変容量圧縮機。
10. 斜板またはハブのボス厚さは、前記貫通孔の入出口部に形成された楕円の長軸半径をａｍｍとし、駆動軸の半径をｒｍｍとしたとき、不等式ｔ≦２（ａ−ｒ）／ｔａｎαを満足することを特徴とする請求項６に記載の斜板式可変容量圧縮機。
11. 前記斜板が最小傾斜角を保つときに貫通孔の内面及び駆動軸の外周面が少なくとも１ヶ所で接触されたことを特徴とする請求項６に記載の斜板式可変容量圧縮機。
12. 前記ボスの下側エッジ部が斜板厚さの中心線上に位置されたことを特徴とする請求項６に記載の斜板式可変容量圧縮機。

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