JP3890635B2

JP3890635B2 - 可変容量型の斜板型圧縮機

Info

Publication number: JP3890635B2
Application number: JP25682796A
Authority: JP
Inventors: 猛酒井; 三起夫松田; 和秀内田; 雅文中島; 重樹岩波
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JPH10103230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型の斜板型圧縮機に関するもので、冷凍サイクルに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍サイクルに用いられる可変容量型の斜板型圧縮機は、例えば図９に示すようなものがある。具体的には、斜板４の端部に形成された球面摺動部４ａにピストン８が摺動可能に連結するとともに、シャフト１の一体的に回転するラグプレート５のラグ部（突出部）５ａに斜板４が、回転かつ摺動可能に結合している。
【０００３】
そして、斜板室２ａ内の圧力を変化させることにより、斜板２ａのシャフト１に対する傾斜角度を変化させて容量、すなわちピストン８の行程（ストローク）を変化させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、斜板４は、球面摺動部４ａの中心Ａを中心として、傾斜角度を変化させるので、ラグ部５ａに形成された穴の内周面に接触する斜板４のガイドピン４ｂとラグ部５ａとの摺動面は、理想的には、図９に示されるように、球面摺動部４ａの中心Ａを中心とする球面面状（曲率半径Ｒ）とすることが望ましい。
【０００５】
しかし、摺動面は高い加工精度（寸法公差および面粗度）が要求され、かつ、穴の内周面であるので、現状では球面状に加工することが困難である。このため、この加工の困難性に起因して可変容量型の斜板型圧縮機の製造原価低減を図ることが困難であった。
本発明は、上記点に鑑み、ラグ部と斜板との連結部位を簡単な構造として、可変容量型の斜板型圧縮機の製造原価低減を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、第１に、ピストン（８）の一端側に形成された球面摺動部（８ａ）に摺動可能に連結するシュー（１０）は、揺動板（１２）に対して摺動可能に保持されている。そして、第２に、突出部（５ａ）と斜板（４）との連結中心（Ａ）は、傾斜角度が最も大きくなった状態で、球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、ピストン（８）の軸方向と平行な第１基準線（Ｉ）と、球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、斜板（４）に対して垂直な第２基準線（ＩＩ）との間に位置していることを特徴とする。
【０００７】
第１の特徴より、斜板４の傾斜角が変化した場合でも、シュー（１０）が揺動板（１２）に対して摺動可能に保持されているため、揺動板（１２）の揺動運動に影響されずにピストン（８）を滑らかに往復運動させることができる。
そして、突出部（５ａ）と斜板（４）との連結中心（Ａ）を中心として斜板（４）の傾斜角度を変化させているので、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ラグ部と斜板のガイドピンとの摺動面を球面状に仕上げる必要がない。したがって、可変容量型の斜板型圧縮機の製造原価低減を図ることができる。
【０００８】
ところで、後述するように、ピストン（８）の上死点の位置が変化すると、可変容量型の斜板型圧縮機の損傷、および所望の吐出圧力および吐出容量を得ることができないといった不具合が発生する。
これに対して本発明によれば、連結中心（Ａ）が第１基準線Ｉと第２基準線ＩＩとの間に位置しているので、後述するように、ピストン（８）の軸方向と平行な連結中心（Ａ）と球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）との距離（Ｘ）の変化が小さくなり、ピストン（８）の上死点の位置の変化を防止することができる。したがって、上記不具合を防止することができる。
【０００９】
さらに、請求項１に記載の発明では、球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、突出部（５ａ）と斜板（４）との連結中心（Ａ）を通る第３基準線（ＩＩＩ）は、傾斜角度が最も大きくなった状態で、第１基準線（Ｉ）と第２基準線（ＩＩ）とのなす角を略２等分することを特徴とする。これにより、後述するように、ピストン（８）の上死点の位置の変化をより良く防止することができる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態は、ＣＯ₂を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機に適用した場合を示しており、図１は、本発明に係る可変容量型の斜板型圧縮機（以下、単に圧縮機と呼ぶ。）の軸方向断面を示している。
【００１２】
１は図示されていない電磁クラッチを介して外部駆動源（車両走行用エンジン等）からの駆動力を得て回転するシャフトで、このシャフト１はフロントハウジング２およびシリンダブロック３内に配設されたラジアル軸受１００、１０１によって回転可能に保持されている。ここで、ラジアル軸受１００、１０１はシャフト１の垂直方向の荷重に対抗している。
【００１３】
また、シャフト１のうちフロントハウジング２とシリンダブロック３とによって形成される空間（以下、斜板室と呼ぶ。）２ａには、シャフト１と一体的に回転するとともに、シャフト１の回転中心から径外方側にずれた位置で、シャフト１に対して傾斜して配設された斜板４と連結する突出部（ラグ部）５ａを有する突出板（ラグプレート）５がシャフト１に圧入されており、これにより、斜板４はシャフト１と一体的に回転する。
【００１４】
なお、ラグ部５ａと斜板４に形成されたラグ部４ａとはピン６を介して回転可能に連結しており、このピン６を回転中心として斜板４がシャフト１に対する傾斜角度（以下、斜板の傾斜角と呼ぶ。）を変化させている。
また、シリンダブロック３内には、シャフト１と平行、かつ、シャフト１を中心として周方向に８等分する位置に（図２参照）、シリンダブロック３をシャフト１の軸方向に貫通するシリンダ７が８個形成されており、各シリンダ７内には、各シリンダ７の内壁と接触しながらシャフト１の軸方向に往復運動するピストン８が挿入れている。
【００１５】
そして、ピストン８と斜板４との間には、シャフト１を中心としてシャフト１の軸方向に揺動運動する揺動部材９が配設されており、この揺動部材９は、ピストン８の端部に形成された球面摺動部８ａに摺動可能に連結するシュー１０を介してピストン８と揺動可能に連結している。また、このシュー１０は、シュー１０の保持部材をなすリテーナ１１と、斜板４に配設されたスラスト軸受１０２の転動体１０２ａに接触して斜板４と回転可能に連結する揺動板１２とによって挟み込まれ、揺動板１２に対して摺動可能に保持されている。
【００１６】
因みに、揺動板１２は、スラスト軸受１０２の軸受レースを兼ねており、このスラスト軸受１０２は、ピストン８を介して揺動部材９に作用する圧縮反力に対抗するものである。また、リテーナ１１とシャフト１との間には、リテーナ１１と回転可能に接触するスペーサ１３が配設されており、このスペーサ１３とリテーナ１１との接触面は、斜板の傾斜角の変化に対応し得るように斜板４側が凸として略球面状に形成されている。
１４はスペーサ１３を斜板４側に押圧する弾性力を発生するスプリングであり、１４ａは斜板４をピストン８側に押圧する弾性力を発生する別のスプリングである。なお、スペーサ１３とシャフト１との間には、空隙１３ａが形成されており、この空隙１３ａによりスペーサ１３とシャフト１との間の摩擦抵抗を防止している。
【００１７】
ところで、シリンダブロック３の端部には、ピストン８と対向してシリンダ７の一端側を閉塞するバルブプレート１５が配設されており、このバルブプレート１５には、シリンダ７に連通する複数個の吸入ポート１６および吐出ポート１７が形成されている。
そして、バルブプレート１５とリアハウジング１８との間には、図示されていない圧縮機の吸入口から吸入された冷媒を各吸入ポート１６に分配する吸入室１９と、各吐出ポート１７から吐出した冷媒を集合させて図示されていない圧縮機の吐出口に導く吐出室２０とが形成されている。
【００１８】
また、各吸入ポート１６のピストン８側には、リード弁状の吸入弁２１が配設されており、各吐出ポート１７の吐出室２０側にも同様にリード弁状の吐出弁２２が配設されている。なお、吐出弁２２は、ストッパ２３によって最大開度が規制されており、両弁２１、２２およびストッパ２３は、バルブプレート１５とともにシリンダブロック３とリアハウジング１８とによって挟まれて固定されている。
【００１９】
因みに、２４は斜板室２ａ内の冷媒が、圧縮機外に漏れだすことを防止するリップシールであり、２５はニトリルゴムからなるＯリングである。
なお、斜板室２ａと吸入室１９とは、配管２６により常時連通しており、一方斜板室２ａと吐出室２０とは、両者２ａ、２０の連通状態の制御する制御弁２７を介して連通可能となっている。
【００２０】
次に、本実施形態に係る圧縮機の作動および特徴を述べる。
シャフト１の回転とともに斜板４が回転し、揺動部材９が揺動すると、周知のように、ピストン８が往復運動し、冷媒を吸入圧縮する。このとき、シュー１０が揺動板１２に対して摺動可能に保持されているため、揺動部材９の揺動運動に影響されずにピストン８を滑らかに往復運動させることができる。
【００２１】
また、制御弁２７を完全に閉じることにより、斜板室２ａ内の圧力が吸入室１９内の圧力と等しくなると、斜板４および揺動部材９は、スプリング１４の弾性力およびピストン８に作用する圧縮反力によって斜板４側に押圧されて最も傾いた状態（最大容量運転）となる。
そして、制御弁２７の開度を制御して吐出室２０内の圧力を斜板室２ａ内に導くことにより、斜板４および揺動部材９は、斜板室２ａ内の圧力とスプリング１４の弾性力およびピストン８に作用する圧縮反力とが釣り合う位置まで、ピン６を中心として回転して斜板の傾斜角を変化する（図３参照）。
【００２２】
そして、斜板の傾斜角が変化した場合も前述の同様に、シュー１０が揺動板１２に対して摺動可能に保持されているため、揺動部材９の揺動運動に影響されずにピストン８を滑らかに往復運動させることができる。
また、ピン６を中心として斜板４および揺動部材９の傾斜角度を変化させているので、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ラグ部と斜板のガイドピンとの摺動面を球面状に仕上げる必要がない。したがって、可変容量型の斜板型圧縮機の製造原価低減を図ることができる。
【００２３】
ところで、発明者等は、上記構成を有す圧縮機について詳細な検討を行っていたところ、斜板の傾斜角によってピストン８の上死点（ピストン８が最もバルブプレート１５に接近した状態）の位置が変化することを発見した。そして、この上死点の位置の変化は、以下に述べるような不具合を誘発してしまう。
第１に、上死点の位置が上昇した場合（上死点の位置がバルブプレート１５側に変位した場合）には、ピストン８がバルブプレート１５および吸入弁２１に接触してしまうので、圧縮機の損傷を招いてしまう。第２に、上死点の位置が降下した場合（上死点の位置が斜板室２ａ側に変位した場合）には、冷媒を十分に圧縮することができず、所望の吐出圧力および吐出容量を得ることができない。
【００２４】
そこで、発明者等は、上死点の位置の変化を小さくすべく検討を重ねたところ、ラグプレート５のラグ部５ａと斜板４のラグ部４ａとの連結中心（ピン６の回転中心）Ａと球面摺動部８ａの球面摺動部中心Ｂを通る第３基準線ＩＩＩが、斜板の傾斜角が最も大きくなった状態で、球面摺動部中心Ｂを通り、かつ、ピストン８の軸方向と平行な第１基準線Ｉと、球面摺動部中心Ｂを通り、かつ、斜板４に対して垂直な第２基準線ＩＩとのなす角θを２等分するようにラグプレート５および斜板４等を構成することが望ましいとの結論を得た。以下に、その理由を述べる。
【００２５】
すなわち、上死点の位置は、図４（両ラグ部４ａ、５ａの連結部の拡大図）に示されるように、ピストン８の軸方向と平行な連結中心Ａと球面摺動部中心Ｂとの距離Ｘによって決定する。
そこで、第２基準線ＩＩと平行に連結中心Ａから揺動板１２とシュー１０との接触面Ｓまでの距離をａとし、第２基準線ＩＩと平行に接触面Ｓから球面摺動部中心Ｂまでの距離をｂとし、さらに、連結中心Ａと球面摺動部中心Ｂとを直線的に結ぶ距離をＹとした場合、距離Ｘは数式１となる。
【００２６】
【数１】
Ｘ＝Ｙ・ｃｏｓα
ここでαは、第１基準線Ｉと第３基準線ＩＩＩとのなす角である。
また、距離Ｙは数式２となる。
【００２７】
【数２】
Ｙ＝（ａ＋ｂ）／｛ｃｏｓ（θ−α）｝
そして、数式２を数式１に代入すれば、数式３となる。
【００２８】
【数３】
Ｘ＝（ａ＋ｂ）・ｃｏｓα／｛ｃｏｓ（θ−α）｝
ここで、上死点の位置が変位しないとは、Ｘの値が一定であることを意味するので、右辺を（ａ＋ｂ）で除して数式３の左辺を１としてαを求めれば、数式４となる。
【００２９】
【数４】
α＝ｔａｎ^-1｛（１−ｃｏｓθ）／ｓｉｎθ｝
ここで、数式４をグラフに表せば、図５のように、第１基準線Ｉと第２基準線ＩＩとのなす角θと第１基準線Ｉと第３基準線ＩＩＩとのなす角αとは略比例関係であることが判る。したがって、角θと角αとは数式５のように示すことができる。
【００３０】
【数５】
α≒１／２・θ
したがって、第３基準線ＩＩＩが、第１基準線Ｉと第２基準線ＩＩとのなす角θを２等分するようにすることにより上死点の位置が変位しないことが判る。
因みに、図６は、角αをパラメータとして、数式３をグラフ化したものであり、図６からも同様な結論を得ることができる。
【００３１】
ところで、上死点の位置の変位を抑制するには、上述のごとく、第３基準線ＩＩＩが、第１基準線Ｉと第２基準線ＩＩとのなす角θを２等分するようにすることが望ましいが、圧縮機の製造公差等を考慮すると、第３基準線ＩＩＩを角θの２等分線と完全に一致させることが困難である。そして、第３基準線ＩＩＩと角θの２等分線との完全一致を図ると、製造公差が厳しくなり、却って、圧縮機の製造原価上昇を招いてしまう。
【００３２】
そこで、発明者等の種々の検討したところ、連結中心Ａが第１基準線Ｉと第２基準線ＩＩとの間に位置するように設定すれば、実用上大きな問題が発生しないことを確認した。
ところで、本実施形態に係る圧縮機は、上述のごとく、揺動部材９の揺動運動に影響されずにピストン８を滑らかに往復運動させることができ、かつ、ピストン８の上死点の変化が小さいので、従来の技術に係る圧縮機に比べて、圧縮機の耐久性および圧縮機の機械効率の点で優れている。このため、二酸化炭素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルのように、吐出圧力の高い冷凍サイクルに対して特に有効的である。
【００３３】
（第２実施形態）
上述の実施形態では、斜板室２ａ内の圧力を制御弁２７により制御することにより、斜板の傾斜角を制御していたが、本実施形態では、シリンダブロック３内に斜板の傾斜角を変化させる制御圧力室２８を設けたものである。
具体的には、図７に示すように、シリンダブロック３内にシリンダ７とは独立に新たにシリンダ２９を設け、スプリング１４を廃して、このシリンダ２９内を摺動するスプールピストン３０を配設する。
【００３４】
そして、斜板の傾斜角を増大させるときは、吐出室２０の圧力を制御圧力室２８に導き、吐出圧力によりスプールピストン３０を斜板４側に移動させて斜板４および揺動部材９の傾斜角を増加させる。
また、斜板の傾斜角を減少させるときは、吸入室１９の圧力を制御圧力室２８に導き、スプリング１４ａの弾性力により斜板の傾斜角を減少させる（図８参照）。
【００３５】
なお、スプールピストン３０の径寸法および行程（ストローク）は、斜板４、揺動部材９、スプリング１４ａ、最大傾斜角および圧縮機の吐出圧力等によって適宜決定されるものである。
本実施形態では、制御圧力室２８に吐出室２０の圧力が導かれるので、リップシール２４に吐出室２０の圧力が作用しない。したがって、リップシール２４に大きな密閉能力を必要としないので、リップシール２４とシャフト１との摩擦抵抗の増加を抑制することができ、圧縮機の機械効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
また、制御圧力室２８は、シリンダブロック３内に形成されているので、制御圧力室２８の体積は斜板室２ａの体積よりも小さくなる。したがって、斜板室２ａの冷媒を流出させる場合（第１実施形態）に比べて、斜板の傾斜角を変化させるのに必要な冷媒量が少なくなる。このため、制御弁２７の制御に対する斜板４および揺動部材９の傾斜角の変化の応答性を高めることができる。
【００３７】
ところで、本発明に係る可変容量型の斜板型圧縮機は、二酸化炭素を冷媒に用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用が限定されるものではなく、フロンを冷媒として通常の蒸気圧縮式冷凍サイクルにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る斜板型圧縮機の軸方向断面図である（最大容量運転時）。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る斜板型圧縮機の軸方向断面図である（最小容量運転時）。
【図４】連結中心部位の拡大図である。
【図５】数式４のグラフである。
【図６】数式３のグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る斜板型圧縮機の軸方向断面図である（最大容量運転時）。
【図８】本発明の第２実施形態に係る斜板型圧縮機の軸方向断面図である（最小容量運転時）。
【図９】従来の技術に係る可変容量型の斜板型圧縮機の軸方向断面図である。
【符号の説明】
１…シャフト、２…フロントハウジング、３…シリンダブロック、
４…斜板、５…ラグプレート（突出板）、６…ピン、７…シリンダ、
８…ピストン、１０…シュー、１１…リテーナ、１２…揺動板
１３…スペーサ。

Claims

駆動力を得て回転するシャフト（１）と、
前記シャフト（１）を回転可能に支持する軸受（１００、１０１）と、
前記軸受（１００、１０１）および前記シャフト（１）を収納するハウジング（２、３、１８）と、
前記ハウジング（２、３、１８）に前記シャフト（１）の軸方向と平行に形成されたシリンダ（７）と、
前記シリンダ（７）内で往復するピストン（８）と、
前記シャフト（１）に対して傾斜して配置された斜板（４）とを有し、
前記シャフト（１）に対する前記斜板（４）の傾斜角度を変化させることにより容量を変化させる可変容量型の片斜板型圧縮機であって、
前記シャフト（１）と一体的に回転するとともに、前記シャフト（１）の回転中心から径外方側にずれた位置で前記斜板（４）と連結する突出部（５ａ）を有する突出板（５）と、
前記斜板（４）と回転可能に連結し、前記シャフト（１）に対して揺動する揺動板（１２）と、
前記揺動板（１２）に対して摺動可能に保持されるとともに、前記ピストン（８）の一端側に形成された球面摺動部（８ａ）に摺動可能に連結するシュー（１０）とを備え、
前記突出部（５ａ）と前記斜板（４）とは、前記傾斜角度を変化させることができるように回転可能に連結し、
前記突出部（５ａ）と前記斜板（４）との連結中心（Ａ）は、前記傾斜角度が最も大きくなった状態で、前記球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、前記ピストン（８）の軸方向と平行な第１基準線（Ｉ）と、前記球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、前記斜板（４）に対して垂直な第２基準線（ＩＩ）との間に位置しており、
さらに、前記球面摺動部（８ａ）の中心（Ｂ）を通り、かつ、前記突出部（５ａ）と前記斜板（４）との連結中心（Ａ）を通る第３基準線（ＩＩＩ）は、前記傾斜角度が最も大きくなった状態で、前記第１基準線（Ｉ）と前記第２基準線（ＩＩ）とのなす角（θ）を略２等分することを特徴とする可変容量型の斜板型圧縮機。