JP4778773B2 - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量圧縮機に関する。

例えば特許文献１〜３に開示される可変容量圧縮機は、クランク室およびシリンダボアを有するハウジングと、ハウジングに回転自在に支持されてクランク室内で回転自在な駆動軸と、駆動軸に固定されて駆動軸と一体的に回転するロータと、駆動軸に傾動自在に装着される斜板と、ロータから斜板へ回転トルクを伝達しながら斜板の傾斜角を変化させるためにロータと斜板とを連結する連結機構と、斜板に係留されてシリンダボア内で往復動するピストンと、を備えて構成されている。駆動軸を回転させると、駆動軸、ロータ、連結機構を介して斜板が回転し、ピストンがシリンダボア内で往復動し、被圧縮媒体が圧縮される。圧縮量を変化させる際には、斜板の傾斜角を変化させることでつまりピストンのピストンストロークを変化させることで、圧縮量を変化させることができる。

ハウジングとロータとの間にはスラスト軸受が介在しており、ピストン、斜板、連結機構を通じてロータに作用する圧縮反力を、スラスト軸受を介してハウジングで受け止めている。

ロータに加わる圧縮反力は、ロータの周方向において均一ではなく斜板の上死点位置（連結機構がある位置）の近傍で最も大きく逆に斜板の下死点位置（連結機構とは駆動軸を挟んで逆側の位置）の近傍で最も小さくなる。

また、斜板が回転する際に、斜板の上死点位置がピストンに対向する位置にくると斜板の上死点位置には大きな圧縮反力が加わるが、斜板の上死点位置がピストンとピストンとの間にくると斜板の上死点位置に加わる圧縮反力が弱まる。そのため、斜板の上死点位置では、大きな圧縮反力が断続的に加わる。
特開２００３−１７２４１７号公報 特開平１０−１７６６５８号公報 特開２０００−１８１５６号公報

ここで、ハウジングのスラスト受面およびロータのスラスト受面はいずれも駆動軸に対して直交する面となるように平面加工されているが、加工ばらつきにより生じるスラスト受面のうねりを完全には無くすことはできない。そのため、製品によっては、ロータのスラスト受面が、斜板の上死点側でへこみ逆に斜板の下死点側で盛り上がった形状になることがある。このようなうねりを有する製品では、下死点側では両スラスト受面が同士の間に隙間なくスラスト軸受が挟み込まれることとなり、逆に上死点側では両スラスト受面同士の間に隙間が生じた状態でスラスト軸受を挟みこむこととなる。

そのため、斜板の上死点に大きな圧縮反力が断続的に加わると、ロータの斜板の上死点に対応する部分が、スラスト軸受と衝突を繰り返し、打撃振動音が発生してしまう。

本発明は前記従来技術の課題に着目して為されたもので、スラスト軸受を挟んで対向配置されるハウジングのスラスト受面と回転部材のスラスト受面との間の打撃振動音を低減できる可変容量圧縮機の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、可変容量圧縮機であって、ハウジングと、前記ハウジング内で回転自在な駆動軸と、前記駆動軸に固定されて前記駆動軸と一体的に回転する回転部材と、前記駆動軸に傾動自在に装着された傾動部材と、前記回転部材と前記傾動部材とを連結して前記傾動部材の傾動を許容しつつ前記回転部材の回転トルクを前記傾動部材に伝達する連結機構と、前記傾動部材の回転運動に伴って往復動するピストンと、を備え、
スラスト軸受を挟んで前記ハウジングのスラスト受面と前記回転部材のスラスト受面とが対向配置され、前記回転部材が停止状態において前記ハウジングのスラスト受面と前記回転部材のスラスト受面との間のクリアランスは、前記回転部材のうち連結機構が設けられる部分およびその近傍が、最小になっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、可変容量圧縮機であって、ハウジングと、前記ハウジング内で回転自在な駆動軸と、前記駆動軸に固定されて前記駆動軸と一体的に回転する回転部材と、前記駆動軸に傾動自在に装着された傾動部材と、前記回転部材と前記傾動部材とを連結して前記傾動部材の傾動を許容しつつ前記回転部材の回転トルクを前記傾動部材に伝達する連結機構と、前記傾動部材の回転運動に伴って往復動するピストンと、を備え、
スラスト軸受を挟んで前記ハウジングのスラスト受面と前記回転部材のスラスト受面とが対向配置され、前記回転部材が停止状態において前記回転部材のスラスト受面は、前記連結機構が位置する部分およびその近傍が他の部分よりも盛り上がっていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可変容量圧縮機に用いられるスラスト受面製造方法であって、ハウジング内で回転自在な駆動軸に固定されて前記駆動軸と一体的に回転し前記駆動軸とほぼ直交する面で形成されるスラスト受面を有する回転部材と、前記駆動軸に傾動自在に装着された傾動部材の回転運動に伴って往復動するピストンと、前記回転部材と前記傾動部材とを連結して前記傾動部材の傾動を許容しつつ前記回転部材の回転トルクを前記傾動部材に伝達する連結機構と、を備え、前記駆動軸に前記回転部材を圧入固定した組立体として、該組立体をクランプで支持し、旋削工具の切削面に対して駆動軸と直交する面が傾斜するように、駆動軸を傾斜させて支持した状態で旋削工具にて回転部材のスラスト受面を旋削することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、斜板の上死点側ではロータのスラスト受面がスラスト軸受を介してハウジングのスラスト受面に密着しており、これにより、斜板の上死点位置に断続的に大きな圧縮反力が加わっても打撃振動音が発生しにくくなり、従来に比べて打撃振動音を低減できる。

以下、本発明の実施形態にかかる可変容量圧縮機を図面を参照しつつ説明する。

「可変容量圧縮機」
まず可変容量圧縮機の全体構造を説明する。図１は可変容量圧縮機の全体断面図である。

図１に示すように本実施形態の可変容量圧縮機１は、円周方向に等間隔に配置された複数（この例では５つ（図７参照））のシリンダボア３を有するシリンダブロック２と、該シリンダブロック２の前端面に接合され該シリンダブロック２との間にクランク室５を形成するフロントハウジング４と、シリンダブロック２の後端面にバルブプレート９を介して接合され吸入室７および吐出室８を形成するリアハウジング６と、を備えている。これらシリンダブロック２とフロントハウジング４とリアハウジング６とは、複数のスルーボルト１３によって締結固定される。これらシリンダブロック２とフロントハウジング４とリアハウジング６とは、複数のスルーボルト１３によって締結固定される。

バルブプレート９は、シリンダボア３と吸入室７とを連通する吸入孔１１と、シリンダボア３と吐出室８とを連通する吐出孔１２と、を備えている。

バルブプレート９のシリンダブロック２側には、吸入孔１１を開閉する図示せぬ吸入弁機構が設けられ、一方、バルブプレート９のリアハウジング６側には、吐出孔１２を開閉する図示せぬ吐出弁機構が設けられている。バルブプレート９とリアハウジング６との間には図示せぬガスケットが介在し、吸入室７と吐出室８の密閉性が保持されている。

シリンダブロック２およびフロントハウジング４の中心の軸受穴としての中央貫通口１４、１８にはラジアル軸受１５、１９を介して駆動軸１０が軸支され、これにより駆動軸１０がクランク室５内で回転自在となっている。

なお、駆動軸１０に固定されたロータ２１の前端面とリアハウジング６の内壁面との間にスラスト軸受２０が介在しており、シリンダブロック２の中央貫通口１４に固定された固定部材としての調整ネジ１７と駆動軸１０の後端面との間にスラスト軸受１６が介在している。これらスラスト軸受１６、２０により、駆動軸１０の軸方向の移動が規制されている。この例のスラスト軸受１６、２０も、一対のレースと、一対のレース間に狭持される転動体としての複数のニードルと、一対のレース間で複数のニードルを転動自在に保持するリテーナと、を備えて構成されている。

クランク室５内には、前記駆動軸１０に固設された回転部材としてのロータ２１と、駆動軸１０に軸方向に向けてスライド自在に装着されたスリーブ２２と、スリーブ２２にピボットピン６１により連結されてスリーブ２２に対して傾動可能な傾動部材としての斜板２４と、が設けられている。つまり、斜板２４は、駆動軸１０にスリーブ２２とピボットピン６１を介して装着されることで、駆動軸１０に対して傾動自在で且つ駆動軸１０の軸方向にスライド自在に装着されている。この例では斜板２４は、スリーブ２２に傾動および回動可能に装着されたハブ２５と、このハブ２５のボス部２５ａに固定された斜板本体２６と、を備えてなる。

各シリンダボア３にはピストン２９が摺動自在に収容されており、このピストン２９は半球状の一対のピストンシュー３０、３０を介して斜板２４に連結されている。

回転部材としてのロータ２１と、傾動部材としての斜板２４と、の間には連結機構４０が介在しており、この連結機構４０により斜板２４の傾角の変動を許容しつつロータ２１の回転トルクを斜板２４に伝達できるようになっている。

斜板２４の傾斜角は、スリーブ２２がリターンスプリング５２に抗してシリンダブロック２側に近接移動すると斜板２４の傾斜角が減少し、一方、スリーブ２２がリターンスプリング５１に抗してシリンダブロック２から離れる方向に移動すると斜板２４の傾斜角が増大する。

駆動軸１０が回転すると、駆動軸１０と一体でロータ２１が回転し、このロータ２１の回転が連結機構４０を介して斜板２４に伝達される。斜板２４の回転は、一対のピストンシュー３０、３０を介してピストン２９の往復動に変換される。ピストン２９がシリンダボア３内で往復動すると、吸入室７内の冷媒がバルブプレート９の吸入孔１１を通じてシリンダボア３内に吸入されたのちシリンダボア３内で圧縮され、圧縮された冷媒がバルブプレート９の吐出孔１２を通じて吐出室８へと吐出される。

冷媒の吐出容量を変化させるには、斜板２４の傾斜角を変化させてピストンストロークを変化させる。より具体的には、ピストン２９の後面側のクランク室圧Ｐｃとピストン２９の前面側の吸入室圧Ｐｓの差圧（圧力バランス）により、斜板２４の傾角を変化させてピストンストロークを変化させる。そのため、この可変容量圧縮機には、圧力制御機構が設けられている。圧力制御機構は、クランク室５と吸入室７とを連通する抽気通路（図示せぬ）と、クランク室５と吐出室８とを連通する給気通路（図示せぬ）と、この給気通路の途中に設けられ給気通路を開閉制御する制御弁３３と、を有する。

制御弁３３によって給気通路を開くと、給気通路を通じて吐出室８からクランク室５に高圧の冷媒ガスが流れ込み、これによりクランク室５内の圧力が上昇する。クランク室５内の圧力が上昇すると、スリーブ２２がシリンダブロック２側に近接移動しつつ斜板２４の傾斜角が減少することで、ピストンストロークが小さくなり、吐出量が減少する。

一方、制御弁３３によって給気通路を閉じると、常に抽気通路を通じてクランク室５から吸入室７に冷媒ガスが抜けていっているため、次第に吸入室７とクランク室５との圧力差がなくなって均圧化していく。すると、スリーブ２２がシリンダブロック２から離れる方向に移動しつつ斜板２４の傾斜角が増大して、ピストンストロークが大きくなり、吐出量が増大する。

「連結機構」
次に、連結機構について説明する。図２は駆動軸に斜板およびロータを組み付けたアッセンブリの斜板側からみた斜視図、図３は駆動軸に斜板およびロータを組み付けたアッセンブリのロータ側からみた斜視図、図４は同アッセンブリの分解斜視図、図５は同アッセンブリの断面図である。

図２〜図５に示すように、連結機構４０は、ロータ２１から斜板２４に向けて突設され且つスリット４１ｓを挟んで対向する一対のアーム４１、４１と、斜板２４からロータ２１に向けて突設され且つスリット４３ｓを挟んで一対のアーム４３、４３と、ロータ２１のスリット４１ｓ（一対のアーム４１、４１間）と斜板２４のスリット４３ｓ（一対のアーム４３、４３間）に挿入された矩形状のリンク部材４５と、を備えている。なお、いずれの一対のアーム４１、４１および４３、４３も、駆動軸１０とは直交する方向（＝回転方向の接線方向）において対向配置されている。

リンク部材４５は一対のアーム間４１ｓ、４３ｓに摺動自在に嵌合され、そして、リンク部材４５の一端部４５ａが、第１の連結ピン４６によりロータ２１の一対のアーム４１、４１に回転自在に連結されているとともに、リンク部材４５の他端部４５ｂが、第２の連結ピン４７により斜板２４の一対のアーム４３、４３に回転自在に連結されている。なお、いずれの連結ピン４６、４７も、駆動軸１０と直交する方向（＝回転方向の接線方向）に向けて設定されている。

このような構造により、連結機構４０は、ロータ２１と斜板２４とを連結して斜板２４の傾動を許容しつつロータ２１の回転トルクを斜板２４に伝達できるようなっている。

「圧縮反力」
次に、圧縮機の運転時の圧縮反力について説明する。

圧縮機の運転時（駆動軸の回転時）には、斜板２４に対してピストン２９からの圧縮反力Ｆｐが加わる。この圧縮反力Ｆｐは、図２に示す如く斜板の上死点ＴＤＣの近傍（つまり連結機構４０がある位置の近傍）で最大となり、斜板の下死点ＢＤＣの近傍で最小となる。（なお、圧縮反力Ｆｐの最大値点は、斜板２４の回転速度によって回転方向にそって上死点ＴＤＣより前後する。）
図６は一つのシリンダボア３Ａから斜板２４の上死点ＴＤＣが受ける圧縮反力Ｆｐを示す折れ線グラフである。図６に示すように、斜板の上死点ＴＤＣ一つのシリンダボア３Ａからは回転方向に前後１００°程度の範囲で圧縮反力を受けている。なお、図６中の点Ａは図７（ａ）の点Ａに相当し、図６中の点Ｃは図７（ｂ）の点Ｃに相当し、図６中の点Ｅは図７（ｃ）の点Ｅに相当する。

図８は斜板の上死点ＴＤＣにおいて受ける全てのシリンダボア３（３Ａ〜３Ｅ）からの圧縮反力を合計した総圧縮反力を示すものである。図８に示すように斜板の上死点ＴＤＣが、シリンダボア３とシリンダボア３との間に位置する場合（図９（ａ）または図９（ｃ）参照）には圧縮反力が弱まり、斜板の上死点ＴＤＣがシリンダボア３の中心に位置する場合（図９（ｂ）参照）に比べて受ける圧縮反力Ｆｐが小さくなる。そのため、図８に示すように斜板の上死点ＴＤＣが受ける圧縮反力は、回転中に周期的に強弱を繰り返す。

「ハウジングとロータと間のクリアランス管理」
このように斜板の上死点ＴＤＣが受ける圧縮反力は、周期的に強弱を繰り返すため、ロータ２１のうち斜板の上死点ＴＤＣに相当する位置（すなわち連結機構４０に対応する位置）には、極めて大きな圧縮反力Ｆｐが周期的にかかるため、この部分でスラスト軸受２０と断続的に衝突を繰り返すことで、打撃振動音が発生することが懸念される。

本実施形態ではこれを防止するために、ロータ２１のスラスト受面６３に以下のような工夫がなされている。

図１０はロータ２１を示す側面図であり、図１１は図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿って計測した駆動軸１０と直交する面７１に対するロータ２１のスラスト受面６３の高さ形状を示すものである。なお、図１１においてはスラスト受面６３のうち一番低い点をゼロとしている。

図１０、図１１に示すように、本実施形態のロータのスラスト受面６３は、駆動軸１０とほぼ直交する面で形成されるが、斜板の上死点ＴＤＣに対応する部分（連結機構４０が位置する部分）およびその近傍が、駆動軸と直交する面７１（図１２参照）を基準にして他の部分よりもハウジングのスラスト受面６３側に向けて盛り上がっている。この例では、ロータのスラスト受面６３は、駆動軸と直交する面７１に対して傾斜する平面で形成され、斜板の上死点ＴＤＣに対応する部分が一番高く、斜板の下死点ＢＤＣに対応する部分が一番低くなっている。

「作用」
このようにロータ２１のスラスト受面６３を加工した場合（図１３中の実線で示す）、図１３の実験結果に示すように、ロータのスラスト受面６３を駆動軸と直交する面で加工した場合（図１３中点線で示す）に比べ、ロータ２１のスラスト受面６３とフロントハウジング４のスラスト受面６２との間で生じる騒音量が減少する。

「製造方法の一例」
ここで、本実施形態のロータのスラスト受面の製造方法の一例を図１２に示す。図１２に示すスラスト受面の製造方法は、まず駆動軸１０にロータ２１を圧入固定した組立体として、この組立体をクランプ６９で支持する。このとき、旋削工具６５の切削面６７に対して駆動軸１０と直交する面７１が傾斜するように、駆動軸１０を傾斜させて支持している。この状態で旋削工具６５でロータのスラスト受面６３を旋削する。加工されたロータ２１のスラスト受面６３は、図１１に示す傾斜面となる。つまり、加工されたロータ２１のスラスト受面６３は、駆動軸と直交する面７１（図１２参照）を基準にして、斜板の上死点ＴＤＣに対応する位置が一番高く斜板の下死点ＢＤＣに対応する位置が一番低い傾斜面となる。

「効果」
以下、本実施形態の効果をまとめる。

（１）本実施形態は、ロータ２１のスラスト受面６３は、斜板の上死点ＴＤＣに対応する位置（連結機構４０に対応する位置）およびその近傍が、他の部分よりもハウジング４のスラスト受面６２側に盛り上がっている。また、別の言い方をすると、ハウジング４のスラスト受面６２とロータ２１のスラスト受面６３との間のクリアランスは、斜板の上死点ＴＤＣに対応する位置（連結機構４０に対応する位置）およびその近傍が、最小である。

そのため本実施形態によれば、ロータ２１のスラスト受面６３のうち斜板の上死点ＴＤＣ側が、スラスト軸受２０を介してハウジング４のスラスト受面６２に常に密着し、これにより斜板の上死点ＴＤＣ位置に断続的に大きな圧縮反力Ｆｐが加わっても打撃振動音が発生しにくくなり、従来に比べて打撃振動音が低減する。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはない。

例えば、上述の実施形態では、ロータのスラスト受面６３は図１１に示すようにその全体が駆動軸と直交する面７１に対して傾斜する平面で形成されているが、ロータのスラスト受面６３は図１４に示すように傾斜角度が異なる複数の面で形成されていてもよい。また、ロータのスラスト受面６３は図１５に示すように直線的に傾斜せずに傾斜角度が除々に変化していてもよい。

また、上述の実施形態ではスワッシュ式の斜板（回転式の斜板）を用いているが本発明ではワブル式の斜板（非回転式の斜板）を用いてもよいし、その他の形態の斜板を用いてもよい。

また、本発明の技術的範囲に属する限りその他の種々の変更が可能である。

図１は本発明の一実施形態にかかる可変容量圧縮機の断面図。 図２は駆動軸に斜板およびロータを組み付けたアッセンブリの斜板側からみた斜視図。 図３は駆動軸に斜板およびロータを組み付けたアッセンブリのロータ側からみた斜視図。 図４は同アッセンブリの分解斜視図。 図５は同アッセンブリの断面図。 図６は一つのシリンダボアから斜板の上死点が受ける圧縮反力を示す折れ線グラフ。 図７は図６中の点Ａ、点Ｃ、点Ｅとの対応図であって、一つのシリンダボアと斜板の上死点との位置関係を示す図。 図８は斜板の上死点において受ける全てのシリンダボアからの圧縮反力を合計した総圧縮反力を示すグラフ。 図９は図８中の点Ｂ、点Ｃ、点Ｄとの対応図であって、シリンダボアと斜板の上死点との位置関係を示す図。 図１０は本実施形態のロータの正面図。 図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿うロータのスラスト受面の断面形状を示す図。 図１２は本実施形態のロータのスラスト受面の製造方法を示す側面図。 図１３はロータをスラスト受面を駆動軸と直交する面で形成した比較例と、本実施形態と、の騒音量を比較した折れ線グラフ。 図１４はスラスト受面の一変形例を示す図。 図１５はスラスト受面の一変形例を示す図。

符号の説明

１…可変容量圧縮機
４…フロントハウジング（ハウジング）
１０…駆動軸
２０…スラスト軸受
２１…ロータ（回転部材）
２２…スリーブ
２４…斜板（傾動部材）
２９…ピストン
４０…連結機構
ＴＤＣ…斜板の上死点
ＢＤＣ…斜板の下死点

Claims (3)

1. ハウジング（４）と、
   前記ハウジング（４）内で回転自在な駆動軸（１０）と、
   前記駆動軸（１０）に固定されて前記駆動軸（１０）と一体的に回転する回転部材（２１）と、
   前記駆動軸（１０）に傾動自在に装着された傾動部材（２４）と、
   前記回転部材（２１）と前記傾動部材（２４）とを連結して前記傾動部材（２４）の傾動を許容しつつ前記回転部材（２１）の回転トルクを前記傾動部材（２４）に伝達する連結機構（４０）と、前記傾動部材（２４）の回転運動に伴って往復動するピストン（２９）と、
   を備え、
   スラスト軸受（２０）を挟んで前記ハウジング（４）のスラスト受面（６２）と前記回転部材（２１）のスラスト受面（６３）とが対向配置され、
   前記回転部材（２１）が停止状態において前記ハウジング（４）のスラスト受面（６２）と前記回転部材（２１）のスラスト受面（６３）との間のクリアランスは、前記回転部材（２１）のうち前記傾動部材の上死点（ＴＤＣ）に対応する位置およびその近傍が、最小であることを特徴とする可変容量圧縮機。
2. ハウジング（４）と、
   前記ハウジング（４）内で回転自在な駆動軸（１０）と、
   前記駆動軸（１０）に固定されて駆動軸（１０）と一体的に回転する回転部材（２１）と、
   前記駆動軸（１０）に傾動自在に装着された傾動部材（２４）と、
   前記回転部材（２１）と前記傾動部材（２４）とを連結して前記傾動部材（２４）の傾動を許容しつつ前記回転部材（２１）の回転トルクを前記傾動部材（２４）に伝達する連結機構（４０）と、前記傾動部材（２４）の回転運動に伴って往復動するピストン（２９）と、
   を備え、
   前記ハウジング（４）のスラスト受面（６２）と前記回転部材（２１）のスラスト受面（６３）と、がスラスト軸受（２０）を挟んで対向配置され、
   前記回転部材（２１）が停止状態において前記回転部材（２１）のスラスト受面（６３）は、前記傾動部材の上死点（ＴＤＣ）に対応する位置およびその近傍が他の部分よりも前記ハウジング（４）のスラスト受面（６２）側に盛り上がっていることを特徴とする可変容量圧縮機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の可変容量圧縮機に用いられるスラスト受面製造方法であって、ハウジング（４）内で回転自在な駆動軸（１０）に固定されて前記駆動軸（１０）と一体的に回転し前記駆動軸（１０）とほぼ直交する面で形成されるスラスト受面（６３）を有する回転部材（２１）と、
   前記駆動軸（１０）に傾動自在に装着された傾動部材（２４）の回転運動に伴って往復動するピストン（２９）と、
   前記回転部材（２１）と前記傾動部材（２４）とを連結して前記傾動部材（２４）の傾動を許容しつつ前記回転部材（２１）の回転トルクを前記傾動部材（２４）に伝達する連結機構（４０）と、
   を備え、
   前記駆動軸（１０）に前記回転部材（２１）を圧入固定した組立体として、該組立体をクランプ（６９）で支持し、旋削工具（６５）の切削面（６７）に対して駆動軸（１０）と直交する面（７１）が傾斜するように、駆動軸（１０）を傾斜させて支持した状態で旋削工具（６５）にて回転部材（２１）のスラスト受面（６３）を旋削することを特徴とするスラスト受面製造方法。

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