JP4663545B2 - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両用空調装置等に用いられるピストン式の可変容量型圧縮機に関し、とくに揺動板式可変容量型圧縮機に関する。

従来より、車両空調用圧縮機等において、主軸の回転動力をピストンの往復動に変換するための斜板カム機構を備え、かつ斜板カム機構の傾斜角度を可変にすることによりピストンの往復動のストローク量を変化させる可変容量型圧縮機が知られている。この種の圧縮機においては、斜板カムのセンターを駆動軸に対してスライド可能にセンター支持しつつ、ヒンジ機構の案内によって斜板を駆動軸上をスライド移動させながら斜板の傾斜角度を変更することにより、ピストンのストローク量を変更し、その結果圧縮機の吐出容量が変更されるようになっている。主軸とともに回転される斜板の回転運動をピストンの往復動に変換するための代表的な方式として、斜板に直接摺接するシュー部材を介して斜板の回転運動をピストンの往復動に変換する片斜板式可変容量型圧縮機と、斜板に揺動板を相対回転自在に連接し、揺動板自身の回転は回転阻止手段により阻止することで揺動板は斜板より揺動成分のみを受け取り、その揺動板にピストンを連結してピストンを往復動させるようにした揺動板式可変容量型圧縮機が知られている。

上記斜板のセンター支持機構の代表的なものとして、鞍型のセンター支持機構が、ヒンジ機構の代表的なものとして、ヒンジ部材の一方にピンを設け他方に長孔を形成してピンと長孔をリンクさせた長孔ヒンジ機構がよく用いられている。

ところが、上記鞍型センター支持機構では、斜板のセンター（センターに形成された貫通穴の周縁部）と駆動軸である主軸とのすべり摩擦抵抗が、又、長孔ヒンジ機構においては、長孔内をピンがスライドするためのすべり摩擦抵抗が、それぞれ大きい。この斜板センター支持機構及びヒンジ機構の摩擦抵抗力が大きいと、斜板の傾斜角度を変えようとするときの抵抗が大きく、スムーズな角度変化を阻害して圧縮機の容量制御性を悪化させる要因となっていた。また、他の方式のヒンジ機構やセンター支持機構においても摩擦抵抗の問題があった。

これは現在一般的に用いられているＲ１３４ａのような高圧側が通常使用条件の中で凝縮可能な特性の冷媒の圧縮を行なう場合にはそれほどシビアな問題ではなかったのであるが、近年地球温暖化の対策として浮上してきた二酸化炭素冷媒などのようなサイクルの動作が超臨界域にまで渡るような冷媒を圧縮する場合、高圧側の変動が大きくなってしまうため、よりスムーズな容量制御性が求められるようになってきている。

このような要求を満たすための構造として、特許文献１には、片斜板式の圧縮機において、斜板のセンター支持を省略するとともに斜板両面を２連関節のリンクで結合することにより、スムーズな斜板傾斜角度制御を可能とする構造が提案されている。
ドイツ公開特許 DE 10 2004 028 747 A1 号公報

（１）ところが、上記特許文献１に開示されている斜板式圧縮機では、制御性は向上するものの、二酸化炭素冷媒などの圧縮に対しては、斜板とシューの間の摺動速度と摺動荷重が大きく、十分な耐久寿命を得るためには潤滑条件や運転条件などに制約が課されることとなっていた。この制約を超えるためには、さらに高価な摺動材料の選定など、コスト上の問題がつきまとっていた。

（２）一方、従来の、回転斜板に連接されて、回転阻止手段により揺動板自身の回転が阻止されて揺動運動のみを行う揺動板式の圧縮機（以降、本明細書では単に「揺動板式の圧縮機」と呼ぶ。）においては、二酸化炭素冷媒などの作動条件の厳しい冷媒に対しても高速高負荷で摺動する構造部分が無いため、耐久信頼性上は優れているが、揺動板の受けるピストンからの圧縮荷重及びその分力のため、従来のヒンジ機構や斜板センター保持機構では摩擦抵抗が大きく、スムーズな容量制御性が得られないという問題があった。

そこで本発明の課題は、上記（１）、（２）のような問題を解決するために、耐久信頼性が高く、しかも摩擦抵抗力が小さくスムーズな容量制御動作を実現可能な斜板傾斜角変更機構を備えた揺動板式の可変容量型圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量型圧縮機は、駆動源により回転される主軸に対し並行に複数のピストンが配され、前記主軸からの回転力を受けて回転する斜板がリンク機構を介して前記主軸と連結され、前記斜板には揺動板が斜板に対して相対回転自在に連接され、該揺動板自身の回転は回転阻止手段により阻止されることで前記揺動板は前記斜板より揺動成分のみを受け取り、該揺動板に連結された前記ピストンが往復動する可変容量型圧縮機において、前記リンク機構が第１のリンク機構と第２のリンク機構によって構成され、該第１のリンク機構と第２のリンク機構の間には前記斜板と前記揺動板とが配置され、前記第１のリンク機構における第１のリンクと前記第２のリンク機構における第２のリンクの一端が前記斜板の各面側にそれぞれ連接されるとともに、両リンクの他端がそれぞれ前記主軸の軸線から離れた位置にて前記主軸あるいは前記主軸に一体的に結合された部材に連接されることにより、前記斜板が前記リンク機構に案内されつつ傾斜角を変えて前記ピストンのストローク量が変更されることを特徴とする揺動板式の可変容量型圧縮機からなる。

このような本発明に係る可変容量型圧縮機においては、上記リンク機構は、例えば、リンクの両端が回転自在に連結されたリンク機構に構成することができる。

また、上記第１のリンクおよび第２のリンクの少なくとも一方のリンクが、上記主軸を横断するように延びている構成とすることができる。後述の実施の形態では、第１のリンクおよび第２のリンクの両方が、主軸を横断するように延びている。なお、上記リンク機構は、例えば、長孔と該長孔内を移動自在に配されたピンを介して主軸側連結部と斜板側連結部が連接されている構造、つまり、該長孔とピンに、第１または第２のリンクと同等の機能を持たせた構造に構成することもできる。このような構造も、本発明におけるリンク機構の概念の範疇に含むものとする。その他従来知られたリンクまたはヒンジ機構も採用できる。

また、本発明に係る可変容量型圧縮機においては、基本的には、上記斜板の中心部に、上記主軸が非接触状態で貫通して延びる穴が形成されている構造とされるが、斜板のガタ等を防止するために、場合によっては、該穴内の位置に、上記主軸に対し上記斜板を補助的に支持する補助的支持部材が設けられている構造としてもよい。

このような本発明に係る可変容量型圧縮機は、例えば、車両用空調装置に用いられる圧縮機として好適なものである。また、超臨界域で作動する被圧縮流体（例えば、二酸化炭素冷媒）の圧縮に用いられる圧縮機として好適なものである。

本発明に係る可変容量型圧縮機によれば、前述の如く規定した揺動板方式の構造を採用しつつ、斜板および揺動板の両側に配置され、斜板の両面側に連結される２つのリンク機構を設けたので、斜板のセンター支持機構や従来のヒンジ機構を用いることなく、斜板を実質的に主軸とは非接触の状態にて上記２つのリンク機構で支持させることができ、摺動摩擦抵抗の発生させずに斜板傾斜角をスムーズに可変でき、極めて制御性の良い容量制御機構を達成できる。しかも、揺動板方式であるから、揺動板が受けるピストンからの圧縮荷重およびその分力を、最終的に、摺動抵抗の発生しない上記２つのリンク機構で受け持つことができ、特別な素材を用いることなく、かつ、潤滑条件や運転条件に制約が課されることなく、耐久信頼性の高い所望の容量可変機構が得られることになる。

また、動作がスムーズな２つのリンク機構で斜板が支持されるので、とくに二酸化炭素のような超臨界域で動作する冷媒を用いたシステムにおいても、高圧側の頻繁な圧力変動に遅れることなく容量制御が可能となる圧縮機を実現できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る可変容量型圧縮機１００を示している。図１において、外部駆動源（図示略）により駆動される駆動軸としての主軸１には、ロータ２が一体的に結合されており、ロータ２は主軸１とともに回転する。ロータ２には、第１のリンクとしてのリンク板３の一端が連結ピン４を介して回転自在に連結されている。リンク板３の他端は、斜板５に一面に接合された第１の斜板側連結部としての腕６と、連結ピン７を介して回転自在に連結されている。これらロータ２、連結ピン４、リンク板３、連結ピン７、腕６により、第１のリンク機構８が構成されている。

斜板５の上記第１のリンク機構８が設けられているのと反対側の面側には、バランサ９が接合されている。バランサ９には、第２の斜板側連結部としての腕１０が接合されており、第２のリンクとしてのリンク板１１の一端が連結ピン１２を介して回転自在に連結されている。リンク板１１の他端は、主軸１に一体的に結合された腕１３と、連結ピン１４を介して回転自在に連結されている。これら腕１３、連結ピン１４、リンク板１１、連結ピン１２、腕１０により、第２のリンク機構１５が構成されている。

本実施態様では、第１のリンク機構８における第１のリンクとしてのリンク板３、第２のリンク機構１５における第２のリンクとしてのリンク板１１の両方が、主軸１を横断するように延びているが、いずれか一方のリンクのみが、主軸１を横断するように延設した構成とすることも可能である。

なお、第１と第２のリンク機構は、その配置位置、寸法を設計的に最適化することにより、斜板の任意の傾斜角範囲でピストン上死点位置の変化を小さくすることが可能であり、また、斜板のセンターずれ（偏心）も極小化可能である。これらの特性は動作上都合の良いパターンがあるが、ここでは説明を省略する（例えば、ピストンストロークの大きい場合には、ピストントップクリアランスを最小化するなどの方法を選択可能である）。

斜板５の中央には、主軸１に対して逃げ孔１６が形成されており、斜板５と主軸１とが互いに接触しないよう構成されている。この非接触構成により、センター支持部での摩擦抵抗は存在しないことになる。このように、斜板センターにおける斜板５と主軸１との間には基本的に支持部材は設けられないが、この間のガタを防止するために、補助的な支持部材を設けることも可能である。以上により、斜板５がその傾斜角度変化自在に、実質的にリンク機構８、１５を介して主軸１に支持されることになる。

斜板５には、軸受１７、１８を介して揺動板１９が搭載され、揺動板１９は、斜板５に対して相対回転自在に支持されている。揺動板１９自身の回転は、回転阻止機構２０により阻止され、斜板５の回転運動から揺動成分のみを受け取る。揺動板１９には、ロッド２１を介してピストン２２が球連接されており、ロッド２１を介してピストン２２が往復動される。なお、図１において、２３はクランク室、２４は被圧縮流体が吸入される吸入室、２５は圧縮された流体が吐出される吐出室を、それぞれ示している。

なお、図１は本発明の一実施態様に係る揺動板式の可変容量型圧縮機の一例を示したものであり、図１におけるロッド２１を省略したいわゆるアキシャルプランジャ方式も、本発明の適用対象としての揺動板式の可変容量型圧縮機に含まれる。

このように構成された可変容量型圧縮機１００においては、斜板５の回転に伴い、揺動板１９は揺動運動のみを行い、揺動板１９に球連接されたロッド２１を介して同様に球連接されたピストン２２が往復動され、ガスの吸排圧縮動作が行なわれる。斜板５は第１、第２のリンク機構８、１５を介して主軸１に支持され、斜板５の中央には主軸１に対して逃げ孔１６が形成されており、互いに接触しないよう構成されることにより、センター支持部の摩擦抵抗は存在しないためスムーズに斜板位置は移動でき、かつ、斜板傾斜角もスムーズに変更され、制御性が向上する。また、斜板センター支持が不要であることにより、斜板センター周りのスペースを十分に取ることができ、かつ、コスト低減も可能になる。

主軸１からの回転力とピストン２２からの圧縮反力は、第１のリンク機構８におけるリンク板３と第２のリンク機構１５におけるリンク板１１によって受け止められる。これにより、クランク室２３の圧力を調整することでガス圧縮反力とのバランスで、狙いの斜板傾斜角度を設定することができる。そして、２つのリンク機構８、１５をスムーズの動作させることができるので、二酸化炭素のように超臨界域で動作する冷媒を用いるシステムにあっても、高圧側の頻繁な圧力変動に遅れることのない応答性に優れた制御が可能になる。

なお、第１のリンク機構や第２のリンク機構において、各連結部や各リンクを一対設けることが可能である。例えば、上記図１に示した実施態様では、第１のリンクとしてのリンク板３と第２のリンクとしてのリンク板１１は、それぞれ、主軸１を間に、図１の紙面と垂直の方向において配置された、一対のリンクの形態を採っている。このように並列に複数のリンクを重ねるように配置すれば、斜板５に発生する倒れモーメントの支持能力を向上させることができる。ただし、これらを、各々、１つのリンクと１個づつの連結部によって構成してもよい。

本発明は、斜板と揺動板を備えたあらゆる可変容量型圧縮機に適用可能であり、とくに車両用空調装置に用いられる圧縮機として、あるいは、二酸化炭素等の超臨界域で作動する冷媒を使用するシステムに用いられる圧縮機として、好適なものである。

本発明の一実施態様に係る可変容量型圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１ 主軸
２ ロータ
３ 第１のリンクとしてのリンク板
４、７、１２、１４ 連結ピン
５ 斜板
６ 第１の斜板側連結部としての腕
８ 第１のリンク機構
９ バランサ
１０ 第２の斜板側連結部としての腕
１１ 第２のリンクとしてのリンク板
１３ 主軸に一体的に結合された腕
１５ 第２のリンク機構
１６ 逃げ孔
１７、１８ 軸受
１９ 揺動板
２０ 回転阻止機構
２１ ロッド
２２ ピストン
２３ クランク
２４ 吸入室
２５ 吐出室
１００ 可変容量型圧縮機

Claims (6)

1. 駆動源により回転される主軸に対し並行に複数のピストンが配され、前記主軸からの回転力を受けて回転する斜板がリンク機構を介して前記主軸と連結され、前記斜板には揺動板が斜板に対して相対回転自在に連接され、該揺動板自身の回転は回転阻止手段により阻止されることで前記揺動板は前記斜板より揺動成分のみを受け取り、該揺動板に連結された前記ピストンが往復動する可変容量型圧縮機において、前記リンク機構が第１のリンク機構と第２のリンク機構によって構成され、該第１のリンク機構と第２のリンク機構の間には前記斜板と前記揺動板とが配置され、前記第１のリンク機構における第１のリンクと前記第２のリンク機構における第２のリンクの一端が前記斜板の各面側にそれぞれ連接されるとともに、両リンクの他端がそれぞれ前記主軸の軸線から離れた位置にて前記主軸あるいは前記主軸に一体的に結合された部材に連接されることにより、前記斜板が前記リンク機構に案内されつつ傾斜角を変えて前記ピストンのストローク量が変更されることを特徴とする可変容量型圧縮機。
2. 前記リンク機構はリンクの両端が回転自在に連結されたリンク機構であることを特徴とする、請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
3. 前記第１のリンクおよび第２のリンクの少なくとも一方のリンクが、前記主軸を横断するように延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載の可変容量型圧縮機。
4. 前記斜板の中心部に、前記主軸が非接触状態で貫通して延びる穴が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。
5. 車両用空調装置に用いられる圧縮機からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。
6. 超臨界域で作動する被圧縮流体の圧縮に用いられる圧縮機からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。

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