JP4314405B2 - 可変容量型斜板式圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は可変容量型斜板式圧縮機に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来の可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機は、斜板とピストンとを備えている。
【０００３】
斜板はシャフトに傾斜可能に装着され、シャフトと一体に回転する。ピストンは斜板を挟むように配置される一対のシューを介して斜板に連結される。この可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機では、斜板の傾斜角に応じてピストンのストローク量が決まる。
【０００４】
可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機では最小吐出容量のとき、斜板の傾斜角がほぼ０°の状態になる。斜板の傾斜角がほぼ０°のときの可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機各部の消費動力を測定したところ、シューが斜板上を相対的に摺動するときの潤滑油の粘性抵抗による消費動力が、全体の消費動力の半分近くを占めることが判明した。
【０００５】
この消費動力を低減するには次の３つの手段が考えられる。
（１）シューのサイズを小さくしてシューの斜板に対する接触面積を減らす。
（２）シューと斜板との間のクリアランスを大きくする。
（３）斜板にシューの直径よりも幅の狭い環状帯を形成し、その環状帯の外側及び内側にそれぞれ環状凹部を形成して、環状帯の部分だけがシューと接触するようにし、斜板のシューに対する接触面積を減らす。
【０００６】
しかし、これらの手段では次のような問題が生じる。（１）の手段では最大吐出容量時のシューの摺動面にかかる面圧が通常の大きさのシューの摺動面にかかる面圧よりも高くなるので、シューの摺動面が傷み易く、シューの信頼性が低下する。
【０００７】
（２）の手段では斜板の摺動面とピストンのシュー受け面との間でシューがばたついて異音が発生するとともに、またシューが損傷する等の問題が生じる。
【０００８】
（３）の手段では環状帯の面積の設定が困難である。例えば、最小吐出容量時の消費動力をより小さくするために環状帯の面積を小さくすると、最大吐出容量時に環状帯にかかる面圧が高くなり、シューや斜板に悪影響をおよぼす。反対に最大吐出容量時に環状帯にかかる面圧を下げるために環状帯の面積を大きくすると、最小吐出容量時の消費動力を十分に低減することができない。
【０００９】
（３）の手段に近似する発明が特開平８−１５９０２４号公報に開示されている。この公報に開示される発明は固定容量型斜板式圧縮機用に関するのものであり、最小吐出容量時の消費動力の低減については一切考慮されていない。この公報には、単に斜板とシューとの間の潤滑性を良くし、その発明の副次的な効果として、消費動力の低減効果が開示されている。この効果は、環状帯の外側部分を彫った分だけ斜板の厚みが薄くなり、斜板の外周面と両頭ピストンとの接触面積が小さくなることによって生じるものである。
【００１０】
したがって、この公報に開示された発明を単に可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機に適用しても最小吐出容量時の動力低減効果をそれ程得られない。最小吐出容量時の潤滑油の粘性抵抗による消費動力を低減するには、やはり環状帯の面積を狭くしなければならないが、そのようにすると上述のように最大吐出容量時に環状帯にかかる面圧が高くなる。
【００１１】
この発明は、最大吐出容量時のシュー及び斜板にかかる面圧を高くせずに、最小吐出容量時の消費動力を低減できる可変容量型斜板式圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【発明の開示】
前述の目的を解決するためにこの発明は、シャフトに傾斜可能に装着され、前記シャフトと一体に回転する斜板と、この斜板を挟むように配置される一対のシューを介して前記斜板に連結されるピストンとを備え、前記斜板の傾斜角に応じて前記ピストンのストローク量が決まる可変容量型斜板式圧縮機において、少なくとも前記一対のシューのうちの一方のシューの平面部が接触する前記斜板のフロント側摺動面に、前記斜板の中心点を中心とする環状の溝を形成し、この溝が前記斜板のフロント側摺動面の中心部側領域にだけ位置していることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
上述のように溝を斜板の中心点を中心とする環状の溝とし、この溝を斜板のフロント側摺動面の中心部側領域にだけ位置させれば、斜板の傾斜角が最大のとき一方のシューの平面部と斜板との接触面積を最大にすることができ、斜板の傾斜角が最小のとき一方のシューの平面部と斜板との接触面積を最小にすることができる。
【００１４】
このため、溝を斜板の中心点を中心とする環状の溝とし、この溝を斜板のフロント側摺動面の中心部側領域にだけ位置させれば、斜板の傾斜角が最大のとき一方のシューの平面部と斜板との接触面積を最大にすることができ、斜板の傾斜角が最小のとき一方のシューの平面部と斜板との接触面積を最小にすることができるので、簡単な構成で所期の効果を奏することができる。
好ましくは、圧縮機がクラッチレス圧縮機である（請求項３）。
【００１５】
また、前記発明においては、斜板のフロント側摺動面に前記斜板の中心点を中心とする環状の溝を形成していたが、更にもう一つの発明においては、斜板のリヤ側摺動面側にも環状の溝を形成し、この両溝が斜板のフロント側摺動面及びリヤ側摺動面の中心部側領域にだけ位置していると共に、前記フロント側摺動面に形成された前記溝の外径が前記リヤ側摺動面に形成された前記溝の外径より大きいことを特徴とする（請求項２）。これにより、更に最小吐出容量時の消費動力を一層低減することができる。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
第１図はこの発明の第１実施形態に係る可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機を示す縦断面図、第２図は斜板及びシューの断面図、第３図は斜板の摺動面とシューとを示し、同図（ａ）はフロント側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、同図（ｂ）はリヤ側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、第４図は斜板の傾斜角が最小のときの第２図のＡ部の拡大断面図、第５図は斜板の傾斜角が最大のときの第２図のＡ部の拡大断面図である。
【００１８】
この可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機のシリンダブロック１の一端面にはバルブプレート２を介してリヤヘッド３が、他端面にはフロントヘッド４が配置されている。フロントヘッド４、シリンダブロック１、バルブプレート２及びリヤヘッド３は通しボルト３１で軸方向に一体的に結合されている。
【００１９】
シリンダブロック１には、シャフト５を中心とする円周に沿って一定間隔おきにシリンダボア６が形成されている。また、第１図に示すように、シリンダブロック１の中央部には中央孔１ａが形成されている。この中央孔１ａはシリンダブロック１の厚さ方向へ貫通している。また後述するスラスト軸受２４及びラジアル軸受２５は中央孔１ａに収容されている。
【００２０】
各シリンダボア６内にはピストン７が摺動可能に挿入されている。ピストン７の一端部には、後述する２つ一組のシュー６０，６１を転動可能に支持する凹面部５０ａ，５０ｂが形成されている。
【００２１】
フロントヘッド４には、後述する斜板１０やスラストフランジ４０等を収容するクランク室８が形成されている。また、フロントヘッド４の先端部にはシャフトシール１９が設けられている。また、リヤヘッド３には吸入室１３と吐出室１２とが形成されている。
【００２２】
吸入室１３には圧縮室２２に供給する低圧の冷媒ガスが溜まる。吐出室１２は吸入室１３の周囲に位置している。吐出室１２には圧縮室２２から高圧の冷媒ガスが吐出される。
【００２３】
シャフト５の一端部はラジアル軸受２６を介してフロントヘッド４に回転可能に支持され、シャフト５の他端部はラジアル軸受２５及びスラスト軸受２４を介してシリンダブロック１に回転可能に支持されている。
【００２４】
スラストフランジ４０は、シャフト５に固定され、シャフト５と一体に回転する。斜板１０は、リンク機構４１を介してスラストフランジ４０に連結され、スラストフランジ４０の回転につれて一体に回転する。またこの斜板１０は、ヒンジボール９を介してシャフト５に傾斜かつ摺動可能に取り付けられている。
【００２５】
斜板１０はフロント側摺動面１０ａ及びリヤ側摺動面１０ｂを有する。第３図に示すように、フロント側摺動面１０ａには環状の溝１０ｃが形成されており、リヤ側摺動面１０ｂには溝が形成されていない。溝１０ｃは斜板１０のシュー６０に対する接触面積を小さくするために形成され、フロント側摺動面１０ａ上のシュー６０の環状の摺動領域Ｆ（第３図（ａ）の２つの２点鎖線の間に形成される領域）よりも小さい。この実施形態では、最小吐出容量時、後述するシュー６０の平面部６０ａのおよそ１／３の部分が溝１０ｃ上に位置している。フロント側摺動面１０ａ上のシュー６０の環状の摺動領域Ｆよりも外側の部分には溝は形成されていない。なお、リヤ側摺動面１０ｂ上のシュー６１の環状の摺動領域を第３図（ｂ）においてＦ´で示す。
【００２６】
斜板１０の周縁部とピストン７の一端部とはシュー６０，６１を介して連結されている。各ピストン７に対してそれぞれ一組のシュー６０，６１が斜板１０を挟むように配置され、シュー６０，６１はシャフト５の回転につれて斜板１０の摺動面１０ａ，１０ｂ上を相対回転する。
【００２７】
第４図及び第５図に示すように、シュー６０，６１はそれぞれ平面部６０ａ，６１ａ及び球面部６０ｂ，６１ｂを有する。平面部６０ａ，６１ａはそれぞれ斜板１０の摺動面１０ａ，１０ｂに接触する。球面部６０ｂ，６１ｂは前述のようにそれぞれピストン７の凹面部５０ａ，５０ｂに転動可能に支持される。
【００２８】
バルブプレート２には、圧縮室２２と吐出室１２とを連通させる吐出ポート１５と、圧縮室２２と吸入室１３とを連通させる吸入ポート１６とが、それぞれ周方向に沿って一定間隔おきに設けられている。吐出ポート１５は吐出弁１７により開閉され、吸入ポート１６は吸入弁２１により開閉される。
【００２９】
シャフト５のフロント側端部に固定されたスラストフランジ４０はスラスト軸受３３を介してフロントヘッド４の内壁面に回転可能に支持されている。スラストフランジ４０にリンク機構４１を介して連結されている斜板１０はシャフト５と直角な面に対して傾斜可能である。
【００３０】
次に、この可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機の作動を説明する。図示しない車載エンジンの回転力がシャフト５に伝達されると、シャフト５の回転力はスラストフランジ４０からリンク機構４１を介して斜板１０に伝達され、斜板１０がシャフト５を中心として回転する。この斜板１０の回転によりシュー６０，６１が斜板１０の摺動面１０ａ，１０ｂ上を相対回転し、斜板１０からの回転力はピストン７の直線往復運動に変換される。
【００３１】
ピストン７はシリンダボア６内を往復運動し、その結果シリンダボア６内の圧縮室２２の容積が変化し、この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が順次行なわれ、斜板１０の傾斜角に応じた容量の高圧冷媒ガスが吐出される。
【００３２】
吸入時、吸入弁２１が開き、吸入室１３からシリンダボア６内の圧縮室２２へ低圧の冷媒ガスが吸入され、吐出時、吐出弁１７が開き、圧縮室２２から吐出室１２へ高圧の冷媒ガスが吐出される。
【００３３】
クランク室８内の圧力が増加したとき、斜板１０はデストローク方向（斜板１０の傾斜角が小さくなる方向）へ動き、その結果ピストン７のストローク量が少なくなって吐出容量が減少する。
【００３４】
反対にクランク室８内の圧力が減少したとき、斜板１０はストローク方向（傾斜角が大きくなる方向）へ動き、その結果ピストン７のストローク量が増えて吐出容量が多くなる。
【００３５】
シュー６０，６１はピストン７の凹面部５０ａ，５０ｂによって転動可能に保持されているので、シュー６０，６１はピストン７とともにシャフト５の軸線ａと平行な方向へ直線的に動く。一方、斜板１０はヒンジボール９に転動可能に取り付けられているので、斜板１０が傾くとき斜板１０の外周部はヒンジボール９を中心にして円弧を描く。このようなシュー６０，６１の動きと斜板１０の外周部の動きとの違いにより、斜板１０の傾斜角が大きくなるほどシュー６０，６１は斜板１０の外周部の方へ相対的に移動する。
【００３６】
第４図に示すように、斜板１０の傾斜角度が最小のとき、溝１０ｃの外周縁はシュー６０の中心部近くに位置しており、シュー６０の斜板１０に対する接触面積Ａ２はシュー６０の平面部６０ａの面積Ａ１のおよそ２／３程度になっている。
【００３７】
第４図に示す状態から第５図に示す状態（斜板１０の傾斜角が最大の状態）になるとき、シュー６０，６１は斜板１０の外周部の方へ相対的に移動する。この結果、溝１０ｃの外周縁はシュー６０の外周縁近くに移動し、これに伴いシュー６０の斜板１０に対する接触面積Ａ３はシュー６０の平面部６０ａの面積Ａ１よりも僅かに小さい程度になる。
【００３８】
以上のように、最小吐出容量時にはシュー６０の接触面積Ａ２が小さくなるので、消費動力を低減することができる。また、最大吐出容量時にはシュー６０、の接触面積Ａ３が最小吐出容量時よりも大きくなるので、シュー６０にかかる面圧を下げることができる。
【００３９】
第６図はこの発明の第２実施形態に係る可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機の斜板及びシューの断面図、第７図は斜板の摺動面とシューとを示し、同図（ａ）はフロント側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、同図（ｂ）はリヤ側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、第８図は斜板の傾斜角が最小のときの第６図のＢ部の拡大断面図、第９図は斜板の傾斜角が最大のときの第６図のＢ部の拡大断面図である。
【００４０】
第２実施形態の可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機は一部を除いて第１実施形態の可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機と同じ構成であるので、同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。以下、第１実施形態と構成の異なる部分についてだけ説明する。
【００４１】
第１実施形態では斜板１０のフロント側摺動面１０ａだけに溝１０ｃを形成してあるが、第２実施形態では、斜板２１０のリヤ側摺動面１０ｂにも環状の溝２１０ｄが形成してある。この溝２１０ｄの内径は溝１０ｃの内径と等しいが、溝２１０ｄの外径は溝１０ｃの外径よりも小さくした。このため、最小吐出容量時には、第８図に示すように、溝２１０ｄの外周縁はシュー６１の外周縁の内側に位置しているが、最大吐出容量時には、第９図に示すように、溝２１０ｄの外周縁はシュー６１の外周縁にほぼ一致する。このように構成するのは、リヤ側摺動面１０ｂにはフロント側摺動面１０ａよりも強く圧縮反力が作用するので、最大吐出容量時にシュー６１にかかる面圧を高くしないようにするためである。
【００４２】
第２実施形態によれば、最小吐出容量時の消費動力をより一層低減することができる。なお、第１及び第２実施形態では、溝１０ｃ，２１０ｄは１つの環状溝であるが、溝はこれに限らず、例えば、同一円周上に複数の円弧状の溝を設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、第１実施形態では、斜板１０のフロント側摺動面１０ａにだけ溝１０ｃを形成し、第２実施形態では、斜板２１０のフロント側摺動面１０ａ及びリヤ側摺動面１０ｂにそれぞれ溝１０ｃ，２１０ｄを設けてあるが、斜板１０のリヤ側摺動面１０ｂにだけ溝を設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、第１及び第２実施形態は、可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機であるが、この発明は可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機に限られず、クラッチを備えるタイプの可変容量型斜板式圧縮機にも適用できる。
【００４５】
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明に係る可変容量型斜板式圧縮機は乗用車、バス又はトラック等の車両に搭載されるエアコンの冷媒圧縮機として有用であり、特に冷房能力の必要量に応じて冷媒ガスの吐出量をコントロールする圧縮機として適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１実施形態に係る可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機を示す縦断面図である。
第２図は斜板及びシューの断面図である。
第３図は斜板の摺動面とシューとを示し、同図（ａ）はフロント側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、同図（ｂ）はリヤ側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図である。
第４図は斜板の傾斜角が最小のときの第２図のＡ部の拡大断面図である。
第５図は斜板の傾斜角が最大のときの第２図のＡ部の拡大断面図である。
第６図はこの発明の第２実施形態に係る可変容量型斜板式クラッチレス圧縮機の斜板及びシューの断面図である。
第７図は斜板の摺動面とシューとを示し、同図（ａ）はフロント側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図、同図（ｂ）はリヤ側摺動面とシューとの位置関係を示す概念図である。
第８図は斜板の傾斜角が最小のときの第６図のＢ部の拡大断面図である。
第９図は斜板の傾斜角が最大のときの第６図のＢ部の拡大断面図である。

Claims (3)

1. シャフトに傾斜可能に装着され、前記シャフトと一体に回転する斜板と、この斜板を挟むように配置される一対のシューを介して前記斜板に連結されるピストンとを備え、前記斜板の傾斜角に応じて前記ピストンのストローク量が決まる可変容量型斜板式圧縮機において、前記一対のシューの平面部が接触する前記斜板のフロント側摺動面に、前記斜板の中心点を中心とする環状の溝を形成し、この溝が前記斜板のフロント側摺動面の中心部側領域にだけ位置していることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
2. シャフトに傾斜可能に装着され、前記シャフトと一体に回転する斜板と、この斜板を挟むように配置される一対のシューを介して前記斜板に連結されるピストンとを備え、前記斜板の傾斜角に応じて前記ピストンのストローク量が決まる可変容量型斜板式圧縮機において、前記一対のシューの平面部が接触する前記斜板のフロント側摺動面及びリヤ側摺動面に、前記斜板の中心点を中心とする環状の溝をそれぞれ形成し、この両溝が斜板のフロント側摺動面及びリヤ側摺動面の中心部側領域にだけ位置していると共に、前記フロント側摺動面に形成された前記溝の外径が前記リヤ側摺動面に形成された前記溝の外径より大きいことを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
3. 前記圧縮機がクラッチレス圧縮機であることを特徴とする請求項１又は２記載の可変容量型斜板式圧縮機。

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