JP4640656B2 - アキシャルピストンコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングと、冷却液を吸引および圧縮するために前記ハウジング内に配置されドライブシャフトを用いて駆動される圧縮ユニットとを有し、前記圧縮ユニットは、シリンダブロック内を軸方向へ前後に動くピストンと、前記ピストンを駆動しドライブシャフトと共に回転するスワッシュプレートとを備える、アキシャルピストンコンプレッサ、特に自動車の空調システムのためのコンプレッサに関する。

このような種類のアキシャルピストンコンプレッサとしては、例えば DE 197 49 727 A 1 が知られている。当該コンプレッサは、環状構成において、複数の軸方向ピストンが回転ドライブシャフトの周囲に配置されたハウジングを備えている。駆動力はドライブシャフトから嵌合部材を経由して環状のスワッシュプレートへ順に伝達され、ここからドライブシャフトに対し平行に移動可能なピストンに伝達される。環状のスワッシュプレートは、軸方向に移動可能となるようにドライブシャフト上に装着されたスリーブ上に旋回可能に装着されている。スリーブ内には長穴が形成され、これを通し上記嵌合部材が嵌合している。そこで、ドライブシャフトにおける軸方向移動のためのスリーブの機能は、長穴の大きさにより制限される。組み立ては嵌合部材を長穴に通すことによって行われる。ドライブシャフト、嵌合部材、スライディングスリーブおよびスワッシュプレートは、気体の作動媒体がコンプレッサ内に特定の圧力下で存在する、いわゆる駆動機構空間に配置されている。コンプレッサの吐出容積つまりは吐出性能は、ピストンの吸い込み側と吐き出し側の間の圧力比、換言すれば一方のシリンダ内と他方の駆動機構空間内の圧力に依存する。

やや異なる種類の構造を持つアキシャルピストンコンプレッサ、例えば DE 198 39 914 A1 に記載のコンプレッサについて説明する。スワッシュプレートは揺動板状で、揺動板とピストンの間に配置されているので、回転していない巻き取り板は揺動板の反対側に装着される。

さらに、以下の従来技術について述べる。
DE 2 524 148
US 4 815 358
US 4 836 090
US 4 077 269
US 5 105 728
これらの公告に記載されたコンプレッサの場合、目的は、とりわけ使用中における駆動機構の不均衡を防止または軽減するための対策をとることである。そうしなければ、既知の構成においては、一般に回転部品が比較的大きく、またその結果として、平行移動する部分すなわちピストン、ピストンロッド等と比較して重い構造になってしまう。さらに、既知の構成では、実際のスワッシュプレート装置が、適切な連接機構を用い、追加のプレートによって作用する。それぞれの回転部品は最小ストロークの方向におけるスワッシュプレート装置の復原力をもたらすことを目的としており、制御挙動への影響力を有している。

上記構成はすべて比較的複雑で高価な上にコンパクト性が低く、このために現在自動車業界より空調システムのために求められているコンプレッサには不適切である。

また現在自動車業界で使用されているような連続生産されるコンプレッサの場合、求められる制御挙動を実現するために、移動する部品または移動する質量が適切な大きさとなるようにすることが目的である。より具体的には、スワッシュプレートの回転時に発生する遠心力が、所定の調整を可能にし、それによってピストンストロークおよびそれに伴う吐出量に影響を与える、特に減少または制限するように、旋回運動を十分妨げるようでなければならない。例えばDENSOによって連続生産されているコンプレッサ 6SEU12C は、制御挙動に対して以下の質量を有する駆動機構を備えている。

上記の図表から、回転移動部品に対して非常にきな部品質量が規定されていることがわかる。このように、平行移動質量に対して十分な反対力もしくは逆モーメントを生み出す試みが行われている。同様の基本概念がDE 198 39 914 A1の根底にもあり、ここでは実際に、ドライブプレートの回転時に発生する遠心力が所定の調整を可能にし、それによってピストンストロークおよびそれに伴う吐出量に影響を与える、すなわち減少または制限する、あるいは特に一定に保つように、スワッシュプレートの旋回運動を十分に妨げるように、スワッシュプレートもしくはその回転軸となる部分の回転質量の大きさが調整されている。

Bjorn Fagerli による公告「自動車用 AC コンプレッサ R744 および R134aの制御挙動に関する理論比較」は2002年パデュー国際圧縮機工学会議との関連で公告されたものであり、スワッシュプレート装置の斜面中央付近でモーメントとしての役割を果たす影響変数を説明している。詳しく述べると、ブラケット内においてモーメントの特定の方向が与えられており、ダウンレギュレーション（最小ストロークの方向）を意味する（−）とアップレギュレーション（最大ストロークの方向）を意味する（＋）を有する以下のモーメントが存在する。
シリンダスペース内の気体力によるモーメント（＋）
駆動機構空間からの気体力によるモーメント（−）
復元スプリングによるモーメント（−）
アドバンススプリングによるモーメント（＋）
回転質量によるモーメント（−）。重心位置によるモーメントを含む（例えばスワッシュプレート：斜面位置≠重心質量）。（＋）の場合有。
平行移動質量によるモーメント（＋）

上記DENSOコンプレッサ6SEU12Cに関して、これはスワッシュプレートコンプレッサの典型的な構造様式を代表するものであり、このようなスワッシュプレートの質量は結果的に制御挙動を修正する目的で任意に増加することができないことにも注意すべきである。これは、記述したような種類のコンプレッサの場合、スワッシュプレートの重心質量がスワッシュプレートの斜面を形成する連接部から概して十分に離れた距離にあるという事実による。このような配置とする基本的な根拠は、スワッシュプレートが、ドライブシャフト上にそれ自体が保有する軌道に加え、位置決め機構によりドライブシャフトまたはドライブシャフトに結合している部品に連結している必要があるということである。

上記したスワッシュプレートの重心とその斜面を形成する連接部の間の距離は、結果として駆動機構の不均衡が特にスワッシュプレートの斜面角度に基づいて発生し、最悪の場合にはアップレギュレーションの特性が生じる（上記「重心位置」参照）。

結果として、従来技術によるコンプレッサの場合、また公告され実際に施行された従来技術による場合、スワッシュプレートの規定質量が平行移動質量に対して逆モーメントを生み出すために利用可能となるためには、譲歩の必要がある。しかしながら、一方でスワッシュプレートの質量は、駆動機構の不均衡が過剰になるため、容量を超過してはならない。

この問題に取り組むため、ピストンすなわち平行移動質量は控えめに、すなわちできる限り軽く、例えばアルミニウムやその他の比較的低比重の材料を扱うように組み立てられる必要があるということも既に提案されている。その点から、中空のピストンを使用することも提案されている。

しかしながら、そのような対策をとった場合でも、特に異なる回転速度における吐出量の恒常的調整は不可能である。これに関連して、「恒常的調整」という言い回しは的確な説明として理解されないことも指摘する必要がある。吐出量は、例えば回転速度を二倍にした場合や、スワッシュプレート装置の角度を半減した場合のみ、完全に一定となる。しかしながら、それ以外の要素、例えば体積効率、開始時やスワッシュプレートの傾斜角度が変わった場合のオイルなども、吐出量に影響することを念頭に置く必要がある。

回転速度の変化という事象における吐出量の恒常的調整のため、既に説明したように、スワッシュプレートは共回転板部分における動態作用により、その傾斜位置に拮抗するためスワッシュプレート装置の復元トルクが利用されている。

この過程は、回転速度が上昇している場合に、吐出量の増加が傾斜位置の復元によって少なくとも部分的に補われるよう、スプリング力または油圧、空気圧などの手段により支援されることが可能である。

アップレギュレーションおよびダウンレギュレーションのモーメントの補償も同様に大変関心を引くものであり得る。回転速度の変化が調整に影響を与えることはない。そのため、比較的容易な調整アルゴリズムで進めることが可能である。

以上で既に述べたとおり、このような挙動は基本的に、例えば駆動機構へ追加の質量追加や、説明したように質量が連接機構を経由してスワッシュプレート装置に作用する慣性によって得られる。

しかしながら、他の不利点を受容せずにスワッシュプレートの質量を任意に増加することができないことも既に説明した。これは特にDE 198 39 914 A1およびEP 99 953 619（出願番号）に記載されている教示にも当てはまる。その中で提案されている、回転部品の質量を利用する調整は、吐出容量が十分に回転速度から独立している結果として制御挙動へとつながることができるが、必ずしもそうなるとは限らない。結果として過剰補償が生じることもある。寸法決定基準は不鮮明である。その理由は、回転部品の質量だけがスワッシュプレートの復原力に均等に影響を与えるという事実にある。

本発明の根底にある問題は、冒頭で述べた種類の、求められるような補償、過剰補償、恒常的調整などの制御挙動を「吐出量」のために有し、そういう状況であれば特に、コンプレッサがコンパクトな構造形態を有することを可能にするために、軸回転部品の最小質量を使用することである。

この問題は、請求項１を特徴付ける機能による発明に従って解決され、以下従属項にて好ましい構造上の詳細および今後の発展について説明する。

従って、求められるコンプレッサの制御挙動は、本発明に従い、部品質量を使用するよりもスワッシュプレート構成の質量慣性モーメントを考慮することによって主に実現され、前者は後者の形状に依存している。

本発明の主要概念は、結果として移動質量によるモーメントを回転質量によるモーメントによって直接的に補うものであり、過剰に補う場合もある。

スワッシュプレート装置にて生じる復原力は、スワッシュプレートの回転速度または角運動速度ωと質量慣性モーメントJの関数である。
M=f(ω²,J)

質量慣性モーメント自体は、実質的に部品質量および部品形状の関数であるが、例えばディスクの場合には、直径「2ｒ」およびディスクの厚さまたは高さ「ｈ」によって定義される。
J=f(m,r²,h²)

より正確な用語で表現するならば、質量慣性モーメントは部品密度分布と部品形状の関数であり、ここで部品密度分布は例えば異種の材料、すなわち2、3種以上の材料からなるスワッシュプレートまたは変化する密度分布を有する材料（金属型、異成分からなる材料）からなるスワッシュプレートを考慮している。
J=f(ρ,r²,h²)
ここでρ = 密度
r = スワッシュプレートの半径
h= スワッシュプレートの高さである。
また、部品重心の位置も考慮に入れる必要がある。ドライブシャフトの軸における部品重心、特にスワッシュプレート装置の傾斜点（すなわち、各傾斜角度）のほうが好ましい。

このような状況から、求められる制御挙動が実現できるようにスワッシュプレート装置の形状を選択するのが効果的（妥当）であることがわかる。
「低い部品質量」および（十分に）「高い質量慣性モーメント」間の譲歩を示すスワッシュプレート形状が形成されている場合には特に好都合である。

スワッシュプレートがスワッシュリング型の場合、内側の直径および外側の直径を最も効果的に寸法決定することにより、これが実現し、一方周囲条件を考慮し、周囲条件は駆動機構空間の大きさによって、また例えばスワッシュプレートまたはスワッシュリングとピストンとの間の連接構成のスライドブロックのために必要なスライド面およびベアリング面によって左右される。スワッシュプレートの厚さを適切に選択することにより、求められる質量慣性モーメントに影響を与えることも可能である。

本発明によるスワッシュプレート駆動機構の例示する実施の形態を、下記にて付随の図面に基づき詳しく説明する。

図１〜８は、自動車空調システムに使用するアキシャルピストンコンプレッサのためのスワッシュプレート機構100の好ましい配置を図式で示したものである。このスワッシュプレート機構100はスワッシュプレート107を備え、これはドライブシャフト104に関連するその傾斜に関して修正可能であり、ドライブシャフトによって回転駆動し、またこの場合は環状であり、スワッシュプレート107は軸方向に移動可能となるようドライブシャフト104に装着されたスライディングスリーブ108と支持要素109の両方と連結しており、これはドライブシャフト104から間隔をあけて配置され、後者とともに回転する。この連結は軸方向支持の形で、特に図２〜４および図５〜８からよくわかる。軸方向ピストンが配置されたスワッシュリング107はドライブシャフト104の周りに伸びる周線上に均等に分配され、前後左右に移動できるようシリンダブロック内に装着されている軸方向ピストンと、スワッシュリング107との連動は、従来技術、例えば DE 197 49 727 A1に従うものに対応する。

スワッシュリング107の軸取り付け金具はドライブシャフト104に対し横軸の方向へ伸びた回転軸101を定める。回転軸101は、具体的に言えば、スライディングスリーブ108の両側において同軸上に装着された2本の取り付けピンによって定められる。この取り付けピンは、スワッシュリング107内のラジアルボアに装着されている。その目的のため、スライディングスリーブは、スライディングスリーブ108とスワッシュリング107の間の環状スペースにかかる取り付けスリーブをさらに両側に有することができる。この配置もまた DE 197 49 727 A1 に従った従来技術と十分に同等である。

重要なのは、ドライブシャフト104とともに回転するために配置された支持要素109におけるスワッシュリング107の軸方向の支持である。この支持はスワッシュリング107に配置された支持円弧110を用いることにより実現する。支持円弧110は、ピストンとスワッシュリングの間の連接構成に部分的にうまく重なるよう構成されており、この方法についてさらに詳しく述べると、一方では、スワッシュリング107の傾斜に関係なくスワッシュリング107と支持円弧110の間に衝突の余地を与えず、他方ではブリッジ状のピストン足部が前述の連接構成を包囲している。支持要素109はドライブシャフト104とともに回転するディスク112の不可欠な部分であり、さらに詳しく述べると、ディスクに関連する隆起した構造の扇形部分である。

弧110の支持面はピストンとスワッシュプレートまたはスワッシュリング107の間の連接構成の中心とほぼ同心円上にあり、この連接構成は球体の扇形部分上にスライディングブロックを備えている。軸方向支持は結果として前述の連接構成の外側に有効であり、その結果、ピストンとスワッシュプレートまたはスワッシュリングの間で有効な連接構成は、軸方向支持の方法により損なわれることがない。これは特に前述の連接構成の寸法決定のために重要である。

さらに、説明した実施の形態の場合は、スワッシュプレートまたはスワッシュリング107の軸方向取り付け金具は伝達トルクだけのために役立ち、支持部材109はピストンの軸方向への支持および/または気体力の支持だけのために役立つということがわかる。トルクの伝達は結果としてスワッシュリング107の軸方向支持から分断される。

図1〜4において、スワッシュリングは最大ピストンストロークのための傾斜位置にある。図5は、最小ピストンストロークのための位置にあるスワッシュリングを示している。
図4および図8に追加表示された円は、支持要素110の支持面の延長上にて、支持要素110の支持面が円弧を描いていることを示している。もし必要があれば、スワッシュリング107の傾斜における変化の事象においてピストン縦軸から生じる支持円弧109の支持の規定「オフセット」をそこから故意に離すことが可能である。

支持円弧110はスワッシュリング107の不可欠な部分にも、また図3および図7に従って、スワッシュリング107に密に結合する別の部分にもなり得る。後者の配置はスワッシュリングが両方の平面に正確に固定されるという利点があり、同様に前述のピストンとスワッシュリングの間の効果的な連接構成のスライディングブロックに対し互いに逆に位置する2つの接触面が激しく類似したものになるという結果をもたらす。

支持円弧110もトルク伝達に役立つことを意図する場合には、支持円弧110に面した支持要素109の面にある同様のくぼみに伸ばすのが好ましい。このくぼみは放射状の溝の形であることが好ましい。

この接合点において、説明したスワッシュプレート機構の配置は例の方法を用いることでのみ実現されることを再度指摘する必要がある。本発明による概念は、例えば DE 197 49 727 A1 によるスワッシュプレートまたはスワッシュリングに適合する。

スワッシュリング107は釣り合いがとれていることが好ましく、さらに詳しく述べると重心がいわゆる傾斜点に位置する手法で行うのがよい。この目的のために、釣り合いおもり114は、図3に―単なる例として―示されているように、ドライブシャフト104に関連する支持円弧110と正反対に備えることもできる。

冒頭ですでに述べたように、形状および/または密度分布によって左右される平均半径および/またはスワッシュプレートまたはその旋回部分の平均高さは、スワッシュリングの回転時に生じる遠心力が、所定の調整を可能にし、それによってピストンストロークおよび結果的に吐出量に影響を与える、すなわち減少または制限するように、十分にスワッシュリングの軸運動を妨げるように選択されている。

説明した配置の場合、スワッシュプレートはスワッシュリングの形をとっている。また、駆動機構のほかの部品との連結のため、あるいは質量の均衡を保つため、変形、穴、突起等が生じることも好都合になり得る。任意の事象において、質量重心はスワッシュリングの傾斜点（傾斜連接）と一致していることが好ましい。

スワッシュリング107の外側の直径および内側の直径はスライディングブロックの直径によって左右され、これはピストンとスワッシュリングの間の連接構成の一部である。前述の直径はスライディングブロックが十分にスワッシュリングの平面に接触するように選択されており、さらに詳しく述べると、このような方法では、スワッシュリングが極端に傾斜している場合でも、それらの長さはスワッシュリングの外側または内側の直径をわずかに超えるだけである。任意の事象において、一般的な状況下では、スワッシュリングの内側および外側の半径は最大となる必要があり、当然外側の直径もハウジングの内側の直径によって制限され、駆動機構空間の境界となる。

前述の支持円弧110の質量は、スワッシュリングの他部分と比べるとごくわずかである。例えば補償実施を行う釣り合いおもりを配置することによって起こりうる不均衡の点についてのみ考慮に入れる必要がある。

本発明に記載の駆動機構で使用されているピストンは、およそ30グラムから90グラム、好ましくは35グラムから50グラムの質量を有している。その目的のために、それらのピストンはアルミニウム、アルミニウム合金（プラスチック被覆加工有無を問わず）またはプラスチック合成物などから作られる。ピストンに鋼、鋳鋼、またはねずみ鋳鉄を使用することも可能である。そうすれば、当然ピストン質量は大きくなる。折衷案として、鋼とアルミニウムの組み合わせは考慮する価値がある。金属とプラスチックの組み合わせも可能である。

通常、スワッシュリング107の内側の半径「r_i」は12mmから22mmの範囲内である。スワッシュリング107の外側の半径「r_a」はおよそ34mmから42mmである。
ピストンは、24mmから34mmの範囲にあるピッチ縁の直径「r_m」に位置している。
「r_i = 20mm」「r_m= 29mm」「r_a = 38mm」の範囲にある形状が優先され、r_mは方程式 r_m = (r_a+ r_i )/2より計算される。
スワッシュリング107の高さ「h」は8mmから20mm、好ましくは14mmから16mmの範囲内である。
スワッシュリング107を作るのに使用される材料は、好ましくは7g/cm³より大きい、特に8g/cm³より大きい密度を有するのが望ましい。

スワッシュリングは、最適な質量慣性を得るために、少なくとも2つの材料からなるのが好ましい。図3および図7は、そのような種類の合成スワッシュリングを示す概略図であり、107iは内側リング、107aは外側リングを表わす。外側リング107aは比較的高密度の材料から成るのが好ましい。その点で、図10は代替の配置を示しており、これは重い材料すなわち比較的高密度の材料、例えば鉛などからなる外側部分のリング107aが、内側部分のリング107iの外側の円周溝113内に位置しているという事実によって特徴づけられ、これは例えば耐摩耗性鋼から作られている。これにより、スワッシュプレートの2つの平面が、ピストン連結スライドのスライディングブロックに面しており、耐摩耗性であることが確実となる。さもなければ、鋼は鉛よりも密度が低くいので、内側部分のリング107iは外側部分のリング107aよりも軽い材料で構成されている。

スワッシュリング107は、質量慣性モーメントJ₂ =Jη or J = m/4(r_a ²+ r_i ² + h²/3)を有しており、これが100,000gmm^２より大きいことが好ましい。質量慣性モーメントは、J = 200,000 - 250,000gmm^２より大きいことが好ましい。
さらに、スワッシュリングはJ₃ = J_ζ= m/2 (r_a ² + r_i ²)の質量慣性モーメントを有しており、これが200,000 gmm²より大きいこと、好ましくは400,000〜500,000gmm^２の範囲であるのが望ましい。
（注：通常（プレートまたはリングの）J_δは、常に約J₃= 2 × J_２である。しかしながら、説明したようにJ₂ およびJ₃が互いに従属しているとしても、重要なのはまずJ₃である。）

以上に述べたように、スワッシュプレートまたはスワッシュリングの制御挙動に影響を及ぼすさまざまな影響変数（モーメント）があり、その目的は回転質量によるモーメントで平行移動質量によるモーメントを補償、適切な場所では過剰補償することである。

以上、いわゆる偏差のモーメント（スワッシュリング / スワッシュプレートの復原力によるモーメント）の派生を説明したが、これはスワッシュプレートまたはスワッシュリングの傾斜を左右し、さらに詳しく述べると、説明したような場合には、スワッシュプレートまたはスワッシュリングの質量重心が傾斜点とスワッシュプレートまたはスワッシュリングの幾何学的中心点の両方に位置するように定められたスワッシュプレートまたはスワッシュリングの傾斜にのみ関与している。これは、望まれる配置の理想的な状況を表している。偏差のモーメントの派生を表すには、図9に示すように下記のものが一般的に適用される。

偏差のモーメント（スワッシュリング / スワッシュプレートの復原力によるモーメント）

そうでない場合は、図9とは関係なく下記が当てはまる。
ピストンの質量力に起因するモーメント

偏差のモーメントMswに起因するモーメント

上記で使用した変数記号の意味は下記の通りである。
θ シャフトの回転角（上下の条件は
便宜上、θ= 0を基準にして行われる）
η ピストンの数
R ピストン軸からシャフト軸までの距離
ω シャフト回転速度
α スワッシュリング / スワッシュプレートの傾斜角
mk 複数または一組のスライディングブロックを含む一個あたりのピストン質量
mk,ges 複数のスライディングブロックを含むピストン総質量
ra スワッシュリングの外側半径
ri スワッシュリングの内側半径
h スワッシュリングの高さ
ρ スワッシュリングの密度
V スワッシュリングの体積
βi ピストンiの角位置
zi ピストンiの加速度
Fmi ピストンiの質量力（一組のスライディングブロックを含む）
M(Fmi) ピストンiの質量力によるモーメント
Mk,ges ピストン総質量によるモーメント
Msw スワッシュリング / スワッシュプレートの復原力によるモーメント（偏差のモーメント）

本発明においては、スワッシュプレートまたはスワッシュリングの復原力によるモーメント、すなわち偏差のモーメントがピストン総質量によるモーメント以上となる必要があり、すなわち下記の関係式が当てはまる必要がある。

または

上記の方程式は回転速度が両方の項に等しく影響を与え、その結果回転速度の変化はモーメント比に影響を及ぼさない。このことは表1および2の下記例からもわかり、ここで以下を前提とする。
ピストンの数：n = 7
ドライブシャフト縦軸に対するピストン軸の距離：R = 25mm
スワッシュリングの内側半径 r_i/外側半径 r_a：r_i/r_a = 15/35
密度：ρ= 7.9
スワッシュリングの高さ：h = 10mm
質量/ピストン：m_k = 39

表２は特定のスワッシュプレート/スワッシュリングの傾斜角がモーメント比をわずかだけ変えることを示している。さらに、上記方程式より tanα= sin2α であり結果としてモーメント比は角度α、特に小角度αへの依存度が低くなることがわかる。そのため中角度αの理にかなった寸法決定は M_k,ges = M_sw また中角度α_maxの場合は M_k,ges = M_swである。そこでスワッシュプレートは補償挙動を行う。

下記の表３は下記の場合の結果を示している。
スワッシュプレートが補償実施を行っている場合。
スワッシュプレートがダウンレギュレーションまたは過剰補償を行っている場合。

ここで「（〜）」は「およそ」または「約」と同意義である。

従って、当然ピストンおよびスワッシュプレートの質量も影響力を持っているが、モーメント平衡に関連があるのは幾何学的変数のみである。具体的には、下記の変数がモーメント平衡に関連している。

スワッシュプレートがスワッシュリングの形をとっている場合、ピストン軸とドライブシャフト軸の間の距離を計算するには次の関係式を使用するのが好都合である。
R=(r_a+r_i)/2
スワッシュプレートの最適な寸法決定のため、スワッシュリング107の場合には、指数「慣性 / 質量」すなわち「J/m」を優先することが好ましい。この指標は規定のスワッシュプレート/スワッシュリング質量に対する質量慣性モーメントの絶対値を表している。この指標は250gmm²/g を超えている必要がある。400〜500 gmm²/g を超える指標が特に好都合である。「J」は各重心軸（すなわち：Ｊ＝Ｊ_１＝Ｊ_２＝Ｊ_３、通常Ｊ_３≒２Ｊ_２も正しい）を示しており、回転質量の重心は斜面を形成する連接部の中心に位置するのが好ましい。

特に一個あたり40gを十分に超えるピストン質量が選択されている場合、比較的大きな質量慣性が選択される必要がある。

本発明に記載の配置を用いれば、回転速度が増している場合、中でもアキシャルピストンコンプレッサによる吐出量の機構に関するダウンレギュレーションが実現されるはずである。当然ながら理想的な状況は恒常的調整であり、恒常的調整とは、本発明に従って望ましい形状およびモーメント分布から生じる機構に関するダウンレギュレーションのサブケースである。

下記の例はスワッシュリング107の各半径、体積、質量に都合のよい寸法決定である。

上記の値は下記のスワッシュリングのための一般的に有効な方程式から得られる。

説明したように、寸法決定において、好ましくは「J/m」および特に比率「J_y/m_k,ges」について、すなわち図9のy軸とピストン総質量に関するスワッシュプレートまたはスワッシュリングの質量慣性指数について一般的に述べる。この指数は、上記した方法の代替として、または配置の寸法決定と同時に、および結果的に求められる制御挙動のために使用できる。

その過程で、ピストンを含む平行移動する部材（ピストンやスライディングブロック等）の総質量（平行移動質量）に対するスワッシュリングの質量（回転質量）の比率
m_sw/ m_k,gesが「１」よりも大幅に少ない場合はここで求められる制御挙動に対し大変不利な影響をもたらすことが想定される。前述の比率は従って避けられなければならない。
質量比がm_sw/ m_k,ges = 1の場合、およそ250〜300 gmm²/g の補償に対する比率J_y/m_k,gesとして最小値が得られることが望ましい。

求められる制御挙動に応じて、より高い値を設定することが可能であり、しかしながら特に重要なのは、質量比がm_k,ges= m_swである場合にスワッシュプレートの傾斜角における変化を的確に補償するということである。
過剰補償もまた、特に回転速度変化の結果としての吐出量の変化を補償する場合において重要になることがある。

同様に、慣性J_zのモーメントは、ｚまたはドライブシャフト軸に関して、J_yとともに支配的な偏差のモーメントを形成するので、指数J_z/m_k,gesおよびJ_z/m_swもまた求められる制御挙動のための寸法決定に使用することができる。説明したスワッシュリング形状には下記の関係式が当てはまる。

は大きくなければならないため、J_zは事実上、より重要な変数である。J_yは前述の関係式

が当てはまるという理由だけのために、参照変数として使用することができる。

出願書類に開示されたすべての特徴は、それ自体がまたは組み合わせが、従来技術に比べ新しいものである限り、本発明において重要であるとして請求される。

図１は、本発明に従い、スワッシュプレートが最も効果的なピストン位置にある自動車空調システムに使用するアキシャルピストンコンプレッサのためのスワッシュプレート機構の配置を示す、概略全体図である。 図２は、図1の機構を示す概略側面図である。 図３は、図1および図2のスワッシュプレート駆動機構を示す側面図と断面図の一部である。 図４は、図3のスワッシュプレート駆動機構を示す側面図である。 図５は、図1〜4の機構を示す概略全体図であり、ここでスワッシュプレートは最小ピストンストローク位置に配置されている。 図６は、図5の機構を示す側面図である。 図７は、図5および図6のスワッシュプレート機構を示す側面図と断面図の一部である。 図８は、図7のスワッシュプレート機構を示す側面図である。 図９は、質量慣性モーメントを計算するためのスワッシュプレート機構の座標を図示したものである。 図１０は、嵌合したスワッシュリングの一部を示す断面拡大図である。

１００ スワッシュプレート機構
１０１ 軸取り付け金具（旋回軸）
１０４ ドライブシャフト
１０７ スワッシュリング
１０７i 内側スワッシュリング
１０７a 外側スワッシュリング
１０８ スライディングスリーブ
１０９ 支持要素（軸方向支持）
１１０ 支持円弧
１１２ ディスク
１１３ 円周溝
１１４ 釣り合いおもり

Claims (11)

1. ハウジングと、前記ハウジング内に配置されてドライブシャフトにより駆動される圧縮ユニットとを有し、
   前記圧縮ユニットは、シリンダブロック内を軸方向へ前後に摺動するピストンと、前記ドライブシャフトと共に回転し、その回転運動を前記ピストンの往復運動に変換するスワッシュプレートとを備え、
   前記スワッシュプレートを密度の異なる複数の部材を半径方向に組み合わせて構成し、
   半径方向外側の部材を半径方向内側の部材よりも高密度にしたことを特徴とするアキシャルピストンコンプレッサ。
2. 前記スワッシュプレートをリング状のスワッシュリングで構成すると共にこのスワッシュリングを複数のリング部材を半径方向に組み合わせて構成し、
   半径方向外側のリング部材を半径方向内側のリング部材よりも高密度にしたことを特徴とする請求項１記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
3. 前記スワッシュリングは、密度の異なる内側リングと外側リングとを半径方向に組み合わせて構成されており、前記外側リングは前記内側リングより高密度であることを特徴とする請求項２記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
4. 前記外側リングは、鉛で構成され、前記内側リングは、耐摩耗性材料から構成されていることを特徴とする請求項３記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
5. 前記ピストンの質量は、３０〜９０ｇ、より好ましくは、３５〜５０ｇであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
6. 前記スワッシュリングは、その質量をｍ、前記スワッシュリングの外側半径をｒa、前記スワッシュリングの内側半径をri、前記スワッシュリングの厚みをｈとすると、
   Ｊ＝ｍ（ｒ _ａ ^２ ＋ｒ _ｉ ^２ ＋ｈ ^２ ／３）／４
   で表される質量慣性モーメントＪが１００,０００gmm ^２ より大きく、好ましくは２００,０００〜２５０，０００gmm ^２ より大きいことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
7. 前記スワッシュリングは、その質量をｍ、前記スワッシュリングの外側半径をｒa、前記スワッシュリングの内側半径をriとすると、
   Ｊ _３ ＝ｍ（ｒ _ａ ^２ ＋ｒ _ｉ ^２ ）／２
   で表される質量慣性モーメントＪ _３ が２００,０００gmm ^２ より大きく、好ましくは４００,０００〜５０，０００gmm ^２ であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
8. 前記スワッシュリングは、前記質量慣性モーメントＪと前記スワッシュリングの質量ｍと比で表される指数（Ｊ／ｍ）が2 5 0 gｍｍ ² / gより大きく、好ましくは、4 0 0〜 5 0 0 gｍｍ ² / gより大きいことを特徴とする請求項６記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
9. 前記スワッシュリングの復元力によるモーメントM _sw と前記ピストンの総質量によるモーメントM _k,ges との比で表される指標（M _sw / M _{k ,ges} ）が１以上であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
10. 前記ドライブシャフトの軸に対し垂直な軸（ｙ軸）に関する前記スワッシュリングの前記質量慣性モーメントＪｙとピストンを含む平行移動する部材の総質量m _{k ,ges} との比で表される指数（J y / m _{k ,ges} ）が、スワッシュリングの質量（＝回転質量）m _sw と前記総質量（＝平行移動質量）m _k,ges との比（m _sw / m _k,ges ）が 1である場合に、2 5 0〜 3 0 0 gmm2/gであることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
11. 前記ピストン軸とドライブシャフト軸の間の距離「R」は、前記スワッシュリング（ 1 0 7） の外側半径をｒa、前記スワッシュリング（ 1 0 7） の内側半径をriとすると、
    R = ( r a + r i ) / 2
    に設定されていることを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかに記載のアキシャルピストンコンプレッサ。

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