JP4663546B2 - 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、とくに斜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。

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

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、そのリンク構造は、主軸の途中部分を鉤型形状として、鉤型部分の中心軸線に平行な軸線上に配置された回転自在な２つのリンクを夫々斜板の両側の面に接続し、リンクの他端を斜板に回転自在に接続する形状を採っている。このため、主軸の構造が複雑になり製造が困難であることや、斜板中心部に占める関節機構の存在範囲が大きく、中心部スペースに関する設計上の制限が課されることとなっていた。また、斜板中心部に近いリンクで回転トルクを受けるため、強度上の課題も持っていた。

一方、従来より用いられている、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駆動軸上を傾動させながらスライド移動させることによって斜板の傾斜角度を変更できるよう支持する方法では、スペースや生産性の問題は無いものの、斜板のスライドに伴う摩擦抵抗などにより、二酸化炭素冷媒使用の場合のようによりスムーズな制御応答性が要求される用途には問題が残されている。このように、前記特許文献１に開示されている方法、上記従来より用いられている方法のどちらの方法を採るにしても、問題が残っていた。

そこで本発明の課題は、傾斜角度変化を行なう斜板に対し、上記のような問題を解決することが可能なリンク機構を備えた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を配し、前記主軸の回転運動を前記ピストンの往復動に変換するための斜板をリンク機構を介して前記主軸側と連結し、前記斜板が前記リンク機構の案内を介して傾斜角を変えることにより前記ピストンの往復動のストローク量を変更する可変容量型圧縮機において、前記リンク機構は、第１のリンクが、主軸中心線から見て斜板上死点側の位置で、前記主軸と一体回転可能なロータに設けられたロータ側連結部と前記斜板の第１の面側に設けられた第１の斜板側連結部の間で連接された第１のリンク機構と、第２のリンクが、前記斜板の前記第１の面とは反対側の第２の面側に設けられた第２の斜板側連結部と前記主軸に設けられた主軸側連結部の間で連接された第２のリンク機構とからなることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る可変容量型圧縮機においては、揺動板式圧縮機の形態を採ることも可能である。すなわち、上記斜板には揺動板が回転自在に連接され、該揺動板は回転阻止手段により回転阻止されることにより前記斜板から揺動成分のみを受け取り、該揺動板に連接されたピストンが往復動されることを特徴とする可変容量型圧縮機とすることも可能である。

また、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のリンク機構は、例えば、ガイドと該ガイドに沿って移動自在に配された接触部材を介して上記ロータ側連結部と上記第１の斜板側連結部が連接されている構造に構成することもできる。一例として、ガイドとして長孔、ガイドに沿って移動自在に配された接触部材としてピンを採用し、該長孔内を移動自在に配されたピンを介して上記ロータ側連結部と上記第１の斜板側連結部が連接されている構造に構成することができる。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。しかし、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、前述の特許文献１に開示の構造とは異なり、２つのリンク機構のリンクを主軸中心軸線から互いに離れるように構成可能としたので、高い回転トルクの受け渡しが可能になり、かつ、製造も容易化できる。また、２つのリンク機構を介して斜板を支持することによりセンター支持を必要としないため、従来のようなセンター支持機構が不要となり、斜板のセンターまわりのスペースが十分に取れるとともに、斜板傾斜角度を変更する際にセンター部の摺動摩擦抵抗の発生しない、スムーズなリンク機構の動作を達成でき、極めて制御性の良い可変容量型圧縮機を実現できる。

また、リンク機構の動作がスムーズになるので、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制御可能となる圧縮機を実現できる。

さらに、斜板のセンターまわりのスペースも犠牲にならないので、揺動板式のようなセンター部スペースの必要な圧縮機構に対しても、本発明を問題なく適用できる。

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。なお、以下の説明においては、圧縮動作や容量調整動作については説明を省略し、本発明の主題である斜板支持部の構造を中心に説明する。

図１は、本発明の第１実施態様に係る可変容量型圧縮機１００を示しており、とくにピストンのストローク最大時（吐出容量最大時：斜板傾斜角最大時）の状態を示している。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が一体接合されており、ロータ２は主軸１とともに回転する。ロータ２には、ロータ側連結部としての腕３が設けられ、腕３には、第１のリンクとしてのリンク板４の一端が連結ピン５を介して回転自在に連結されている。リンク板４の他端は、斜板７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８を介して回転自在に連結されている。これら腕３、連結ピン５、リンク板４、連結ピン８、腕６により、第１のリンク機構９が構成されている。この第１のリンク機構９は、図１に示すように、斜板７の上死点側の位置で、かつ、斜板７の第１の面としてのロータ２側の面側に配置されている。

斜板７の上記第１のリンク機構９が設けられている第１の面とは反対側の第２の面側には、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に一体接合された主軸側連結部としての腕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。

斜板７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７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。

斜板７の外周側に対して、一対のシュー１７、１７が摺接自在に設けられており、該一対のシュー１７、１７は、ピストン１８の一端に回動自在に保持されている。この摺接構造を介して、斜板７の回転運動がピストン１８の往復動に変換される。なお、図１においては、１個のピストン１８のみが図示されているが、ピストン１８は、主軸１に対し並行に（略平行に）、圧縮機の周方向に複数配列されている。また、図１において、１９はクランク室、２０は被圧縮流体が吸入される吸入室、２１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。

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７が傾斜角度変化自在でかつ主軸１の中心軸線に対しおおむね斜板７の中心が一致するような関係を保ちつつ、第１のリンク機構９、第２のリンク機構１５を介してロータ２と主軸１に支持される。また、回転力とピストン１８からの圧縮反力はリンク板４とリンク板１１によって受け止められる。これにより、クランク室１９の圧力を調整する（調整手段の図示及び説明は省略）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。

斜板７は、主軸１とは非接触状態に保たれたまま、第１のリンク機構９と第２のリンク機構１５によって支持され、該支持状態のまま斜板傾斜角度が変更される。斜板７と主軸１とが非接触状態に保たれることにより、前述の如くこの間に摩擦抵抗は発生せず、スムーズな斜板傾斜角度変更が行われ、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。さらに、２つのリンク機構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。

以上は、本発明を片斜板式圧縮機に適用した例について説明したが、圧縮機の形式は片斜板に限定されず、回転阻止された揺動板で斜板から回転成分をキャンセルし、揺動成分だけを取り出して、これによりピストンを往復動させる揺動板式の圧縮機においても同様に本発明を適用可能である。

図２は、本発明の第２実施態様に係る可変容量型圧縮機２００を示しており、とくに、揺動板式圧縮機に本発明を適用した場合の例を示している。図２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３１には、ロータ３２が一体接合されており、ロータ３２は主軸３１とともに回転する。ロータ３２には、ロータ側連結部としての腕３３が設けられ、腕３３には、第１のリンクとしてのリンク板３４の一端が連結ピン３５を介して回転自在に連結されている。リンク板３４の他端は、斜板３７に接合された第１の斜板側連結部としての腕３６と、連結ピン３８を介して回転自在に連結されている。これら腕３３、連結ピン３５、リンク板３４、連結ピン３８、腕３６により、第１のリンク機構３９が構成されている。この第１のリンク機構３９は、図２に示すように、斜板３７の上死点側の位置に配置されている。

斜板３７の上記第１のリンク機構３９が設けられている第１の面とは反対側の第２の面側には、第２の斜板側連結部としての腕４０が接合されており、第２のリンクとしてのリンク板４１の一端が連結ピン４２を介して回転自在に連結されている。リンク板４１の他端は、主軸３１に一体接合された主軸側連結部としての腕４３と、連結ピン４４を介して回転自在に連結されている。これら腕４３、連結ピン４４、リンク板４１、連結ピン４２、腕４０により、第２のリンク機構４５が構成されている。

斜板３７の中央には、主軸３１に対して逃げ孔４６が形成されており、斜板３７と主軸３１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３７と主軸３１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。

斜板３７の回転揺動運動は、軸受４７を介して揺動板４８に伝えられるが、該揺動板４８は回転阻止機構４９により、回転運動が阻止され、揺動運動のみを行うようになっている。揺動板４８には、ロッド５０を介してピストン５１が球連接されており、ロッド５０を介してピストン５１が往復動される。

なお、図２は揺動板式圧縮機の一例を示したものであり、図におけるロッド５０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２００においても、斜板３７が傾斜角度変化自在でかつ主軸３１の中心軸線に対しおおむね斜板３７の中心が一致するような関係を保ちつつロータ３２に支持される。また、回転力とピストン５１からの圧縮反力はリンク板３４とリンク板４１によって受け止められる。これにより、クランク室５２の圧力を調整する（調整手段の図示及び説明は省略）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。

斜板３７は、主軸３１とは基本的に非接触状態に保たれたまま、第１のリンク機構３９と第２のリンク機構４５によって支持され、該支持状態のまま斜板傾斜角度が変更される。斜板３７と主軸３１とが非接触状態に保たれることにより、前述の如くこの間に摩擦抵抗は発生せず、スムーズな斜板傾斜角度変更が行われ、制御性が向上する。また、揺動板方式では斜板３７と揺動板４８との連成のために斜板３７のセンター近傍のスペースを多く必要とするが、本発明に係るリンク方式では、斜板センター支持が不要であることにより、このスペースを十分に確保することが可能となる。さらに、２つのリンク機構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は、主軸３１を間にその両側に相当する位置に、一対の形態で設けることが可能である。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３７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。

また、本発明における第１のリンク機構としては、ガイドと該ガイドに沿って移動自在に配された接触部材の組み合わせでもよい。例えば図３に、上記第２実施態様の変形例に係る可変容量型圧縮機３００を示すように、ロータ側連結部としての腕６１と第１の斜板側連結部としての腕６２とのいずれか一方にガイドとしての長孔６３を形成し、他方に該ガイドに沿って移動自在に配された接触部材としてのピン６４を保持させて、ピン６４が長孔６３内を転動あるいは移動自在とすることによりヒンジ機構を構成し、実質的に第１のリンクなしにロータ３２側と斜板３７側を連接することも可能である。前述したように、このようなヒンジ機構も、本発明における第１のリンク機構の概念の範疇に含まれる。図３におけるその他の構成は、図２に示した構成に準じる。

本発明は、斜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。

本発明の第１実施態様に係る可変容量型圧縮機の縦断面図である。 本発明の第２実施態様に係る可変容量型圧縮機の縦断面図である。 第２実施態様の変形例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、３１ 主軸
２、３２ ロータ
３、３３ ロータ側連結部としての腕
４、３４ 第１のリンクとしてのリンク板
５、８、３５、３８ 連結ピン
６、３６ 第１の斜板側連結部としての腕
７、３７ 斜板
９、３９ 第１のリンク機構
１０、４０ 第２の斜板側連結部としての腕
１１、４１ 第２のリンクとしてのリンク板
１２、１４、４２、４４ 連結ピン
１３、４３ 主軸側連結部としての腕
１５、４５ 第２のリンク機構
１６、４６ 逃げ孔
１７ シュー
１８、５１ ピストン
１９、５２ クランク室
２０ 吸入室
２１ 吐出室
４７ 軸受
４８ 揺動板
４９ 回転阻止機構
５０ ロッド
６１ ロータ側連結部としての腕
６２ 第１の斜板側連結部としての腕
６３ ガイドとしての長孔
６４ ガイドに沿って移動自在に配された接触部材としてのピン
１００、２００、３００ 可変容量型圧縮機

Claims (7)

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を配し、前記主軸の回転運動を前記ピストンの往復動に変換するための斜板をリンク機構を介して前記主軸側と連結し、前記斜板が前記リンク機構の案内を介して傾斜角を変えることにより前記ピストンの往復動のストローク量を変更する可変容量型圧縮機において、前記リンク機構は、第１のリンクが、主軸中心線から見て斜板上死点側の位置で、前記主軸と一体回転可能なロータに設けられたロータ側連結部と前記斜板の第１の面側に設けられた第１の斜板側連結部の間で連接された第１のリンク機構と、第２のリンクが、前記斜板の前記第１の面とは反対側の第２の面側に設けられた第２の斜板側連結部と前記主軸に設けられた主軸側連結部の間で連接された第２のリンク機構とからなることを特徴とする可変容量型圧縮機。
2. 前記斜板には揺動板が回転自在に連接され、該揺動板は回転阻止手段により回転阻止されることにより前記斜板から揺動成分のみを受け取り、該揺動板に連接されたピストンが往復動され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または２に記載の可変容量型圧縮機。
4. 前記第１のリンク機構が、ガイドと該ガイドに沿って移動自在に配された接触部材を介して前記ロータ側連結部と前記第１の斜板側連結部が連接されたものからな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. 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１〜４のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。
6. 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１〜５のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。
7. 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１〜６のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。

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