JP5750802B2 - 可変容量圧縮機及び可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、車輌エアコンシステム等に使用され、駆動軸の回転と共に回転し駆動軸の軸線に対する傾角を可変に装着された斜板を備え、該斜板の傾角を制御することによって、斜板に係合して往復動するピストンのストローク量を調整して、冷媒の吐出容量を可変な可変容量圧縮機に関する。

特許文献１には、この種の可変容量圧縮機において、斜板の傾角を増大方向に付勢する傾角増大バネと前記斜板の傾角を減少方向に付勢する傾角減少バネとを備え、斜板の最小傾角が吐出反力による傾角増大側への復帰が確実に可能となる限界角度未満に設定されることが開示されている。

特開２０００−２１８０号

ここで、特許文献１の図１０に示されているように、傾角増大バネ（復帰バネ２７）のバネ定数は傾角減少バネ２６に比べて大きく、僅かな変位でもその付勢力が大きく変化する。

傾角増大バネは、一端がバネ支持部材（サークリップ２７ａ）に支持され、他端が斜板（２２）に当接して、バネ支持部材の位置と、斜板の位置で付勢力が決定されている。
しかしながらバネ支持部材の位置及び斜板の位置は、複数の部品寸法によって規定されるので、それぞれの寸法誤差が積み重なり、また傾角増大バネ自身の製造上のばらつきも大きいので、斜板の傾角に対する傾角増大バネの付勢力のばらつきが大きくなる。

このため傾角減少バネの付勢力と傾角増大バネの付勢力との合力特性のばらつきが増大し、例えば機械的に規制される最小傾角近傍で斜板を傾角増大方向に付勢する合力が狙いより過大になりすぎると、バネ付勢力によって規制される実質的な最小傾角が増大して可変容量範囲が狭まってしまうという問題がある。

特に、クラッチレス圧縮機では圧縮機ＯＦＦ時に消費動力節減のため最小傾角での運転を行っているが、最小傾角の増大によって消費動力が増大し、かつクランク室の内圧が上昇して圧縮機の耐久信頼性に悪影響がある。

また逆に傾角増大方向に付勢する合力が狙いより小さくなりすぎると、実質的な最小傾角が小さくなりすぎ通常の作動状態への容量復帰が困難となるという問題が発生する恐れがある。

最小傾角側からの容量復帰は確実に行なわれなければならず、したがって通常はばらつきを考慮して傾角減少バネの付勢力と傾角増大バネの付勢力の合力の狙いは過大となっている。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、傾角減少バネの付勢力と傾角増大バネの付勢力の合力のばらつきを抑制することにより、実質的な可変容量範囲を拡大でき、かつ容量復帰の信頼性を損なうことが無い斜板式可変容量圧縮機を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法は、
内部に吸入室、吐出室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、シリンダボアに配設されたピストンと、ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、該駆動軸に連結して同期回転し該駆動軸の軸線に対する傾角が可変となる斜板と、該斜板の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構と、斜板を機械的に規制される最小傾角に至るまで傾角減少方向に付勢する傾角減少バネと、最小傾角において傾角減少バネの付勢力に打ち勝って前記斜板を傾角増大方向に付勢する傾角増大バネと、クランク室の圧力を調整する制御弁と、を備え、制御弁の開度調整によりクランク室の圧力を変化させ、斜板の傾角を変更して前記ピストンのストロークを調整し、吸入室から前記シリンダボアに吸入された冷媒を圧縮して吐出室に吐出する可変容量圧縮機における、斜板に作用するバネ付勢力の調整方法であって、
傾角増大バネの一端を受けるバネ支持部材を、前記駆動軸の軸線方向に移動自由に配設し、
傾角増大バネの付勢力と傾角減少バネの付勢力とをバランスさせつつ前記斜板の傾角を、所定の傾角に一致させるように、前記バネ支持部材を前記駆動軸の軸線方向に移動して位置決め調整する工程を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る可変容量圧縮機は、上記方法によって斜板に作用するバネ付勢力が調整されたことを特徴とする。

かかる構成とすれば、傾角増大バネの付勢力と前記傾角減少バネの付勢力をバランスさせた状態での斜板の傾角が、所定の傾角に一致するように調整されるため、斜板の傾角に対するバネ付勢力（合力）の特性を精度よく調整することができる。

したがって、最小傾角において容量復帰が確実に行なわれるのに必要最小限程度のバネ付勢力に調整することができ、容量復帰の信頼性を確保しつつ実質的な可変容量範囲を拡大できる。

本発明に係る可変容量圧縮機の内部構造を示す断面図である。 同上の可変容量圧縮機におけるバネ付勢力調整前のバネ支持部材周辺を示す断面図である。 駆動軸、ロータ、斜板の組立体における斜板の傾角測定の概念図である。 狙いとする傾角増大バネの付勢力と傾角減少バネの付勢力の合力特性を示す線図である。 バネ付勢力調整後における同上のバネ支持部材周辺を示す断面図である。 傾角増大バネの付勢力と傾角減少バネの付勢力の合力特性を従来技術と比較して示した線図である。

以下に、本発明の実施形態を、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る方法で斜板に作用するバネ付勢力が調整された可変容量圧縮機の内部構造を示す。
可変容量圧縮機１００はクラッチレス圧縮機であって、周辺部に複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端側に連結されたフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端側にバルブプレート１０３を介して連結されたシリンダヘッド１０４と、を備えている。

シリンダブロック１０１と、フロントハウジング１０２とによって規定されるクランク室１４０内を横断して、駆動軸１１０が設けられ、該駆動軸１１０の軸線方向中央部の周囲には、斜板１１１が配置されている。斜板１１１は、駆動軸１１０に固定されたロータ１１２にリンク機構１２０を介して連結し、駆動軸１１０の軸線に対する傾角が可変に構成されている。

リンク機構１２０は、ロータ１１２から突設された第１アーム１１２ａと、斜板１１１から突設された第２アーム１１１ａと、一端側が第１連結ピン１２２を介して第１アーム１１２ａに対して回動自在に連結され、他端側が第２連結ピン１２３を介して第２アーム１１１ａに対して回動自在に連結されたリンクアーム１２１と、から構成されている。

斜板１１１の駆動軸１１０を貫通して形成された貫通孔１１１ｃは、斜板１１１が、最大傾角（θmax）と最小傾角（θmin）の範囲で傾動可能となる形状に形成されている。即ち、貫通孔１１１ｃには駆動軸１１０と当接して最大傾角を規制する最大傾角規制部と、同じく最小傾角を規制する最小傾角規制部と、が形成されている。

斜板１１１が駆動軸１１０に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合、貫通孔１１１ｃの最小傾角規制部は、斜板１１１を略０°まで傾角変位可能なように形成されている。尚、略０°とは０°±０．５°の範囲を指す。

駆動軸１１０には、ロータ１１２と斜板１１１の間の部分に、斜板１１１を最小傾角に向けて最小傾角に至るまで傾角減少方向に付勢する傾角減少バネ１１４が嵌挿して装着されている。一方、駆動軸１１０の斜板１１１とバネ支持部材１１６との間の部分には、斜板１１１の傾角を増大する方向に付勢する傾角増大バネ１１５が嵌挿して装着されている。

最小傾角において傾角増大バネ１１５の付勢力は傾角減少バネ１１４の付勢力より大きく設定され、これにより、駆動軸１１０が回転せず傾角減少バネ１１４と傾角増大バネ１１５の付勢力がバランスするとき、斜板１１１は、最小傾角より大きい傾角に位置する。

駆動軸１１０の一端は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通して外側まで延在し、図示しない動力伝達装置に連結されている。尚、駆動軸１１０とボス部１０２ａとの間には、軸封装置１３０が挿入され、内部と外部とを遮断している。

駆動軸１１０及びロータ１１２はラジアル方向に軸受１３１、１３２で支持され、スラスト方向に軸受１３３、スラストプレート１３４で支持されている。
そして、車両用エンジンなど外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸１１０は動力伝達装置の回転と同期して回転可能となっている。尚、駆動軸１１０のスラストプレート１３４の当接部とスラストプレート１３４との隙間は、調整ネジ１３５により所定の隙間に調整されている。

シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１３６が配置され、ピストン１３６のクランク室１４０側に突出している端部の内側に形成された窪みには、斜板１１１の外周部が収容され、斜板１１１は一対のシュー１３７を介して、ピストン１３６と連動する構成となっている。したがって斜板１１１の回転によりピストン１３６がシリンダボア１０１ａ内を往復動することが可能となる。

シリンダヘッド１０４には、中央部に吸入室１４１及び吸入室１４１を環状に取り囲む吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４１は、シリンダボア１０１ａとは、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ａ、吸入弁（図示せず）を介して連通し、吐出室１４２は、シリンダボア１０１ａとは、吐出弁（図示せず）、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ｂを介して連通している。

フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、シリンダヘッド１０４が、図示しないガスケットを介して複数の通しボルト１０５によって締結されて圧縮機ハウジングが形成される。

またシリンダブロック１０１の図中上部にはマフラが設けられ、マフラは蓋部材１０６と、シリンダブロック１０１上部に区画形成された形成壁１０１ｂとが図示しないシール部材を介してボルトにより締結されることにより形成される。マフラ空間１４３には逆止弁２００が配置されている。逆止弁２００は連通路１４４とマフラ空間１４３との接続部に配置され、連通路１４４（上流側）とマフラ空間１４３（下流側）との圧力差に応答して動作し、圧力差が所定値より小さい場合は連通路１４４を遮断し、圧力差が所定値より大きい場合は連通路１４４を開放する。したがって吐出室１４２は、連通路１４４、逆止弁２００、マフラ空間１４３及び吐出ポート１０６ａで形成される吐出通路を介してエアコンシステムの吐出側冷媒回路と接続されている。

シリンダヘッド１０４には、吸入ポート１０４ａ、連通路１０４ｂが形成され、吸入室１４１は、連通路１０４ｂ及び吸入ポート１０４ａで形成される吸入通路を介してエアコンシステムの吸入側冷媒回路と接続されている。吸入通路はシリンダヘッド１０４の径方向外側から吐出室１４２の一部を横切るように直線状に伸びている。

シリンダヘッド１０４にはさらに制御弁３００が設けられている。制御弁３００は吐出室１４２とクランク室１４０とを連通する連通路１４５の開度を調整し、クランク室１４０への吐出ガス導入量を制御する。またクランク室１４０内の冷媒は、連通路１０１ｃ、空間１４６、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス１０３ｃを経由して吸入室１４１へ流れる。

したがって制御弁３００によりクランク室１４０の圧力、つまりピストン１３６の背圧を変化させ、斜板１１１の傾角、つまりピストン１３６のストロークを変化させることにより可変容量圧縮機１００の吐出容量を可変制御することができる。

エアコン作動時、つまり可変容量圧縮機１００の作動状態では、外部信号に基づいて制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電量が調整され、吸入室１４１の圧力が所定値になるように吐出容量が可変制御される。制御弁３００は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。

またエアコン非作動時、つまり可変容量圧縮機１００の非運転状態では、制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電をＯＦＦすることにより連通路１４５を強制開放し、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。

かかる構成を有した可変容量圧縮機１００において、傾角減少バネ１１４及び傾角増大バネ１１５によるバネ付勢力の調整が以下のように実施される。該バネ付勢力の調整を図２〜図６に基づいて説明する。

図２に示すように、バネ支持部材１１６は、駆動軸１１０に嵌挿されて駆動軸１１０の外周に沿って移動可能な円筒部１１６ａと、傾角増大バネ１１５の一端を受けるバネ支持部１１６ｂから構成されており、バネ支持部材１１６が駆動軸１１０の軸方向に移動することにより傾角増大バネ１１５の付勢力と傾角減少バネ１１４の付勢力の合力が調整される。

バネ付勢力を調整する図示しない設備に、図３に示す駆動軸１１０、ロータ１１２、斜板１１１の組立体を回転可能に支持し、図中右方向からバネ支持部材１１６を押圧して移動させ斜板１１１に両バネの付勢力が作用する位置で保持する。このとき斜板１１１は最小傾角より大きく、両バネの付勢力がバランスしている傾角θ_Ｍに位置している。

この状態で斜板１１１を回転させ、非接触式の変位計測装置ｍで斜板１１１の軸方向の変位Ｓ_Ｍを計測する。変位計測装置としては、例えば、図３に示すように、斜板１１１の周辺部に向けてレーザー光を駆動軸方向に発光し、斜板１１１からの反射光を受光することによって、発・受光点から斜板１１１までの距離を測定し、斜板１１１を回転させたときの距離の変化量（最大距離と最小距離の偏差）を、斜板１１１の変位Ｓ_Ｍとして計測するような装置が使用される。

特に、変位計測点（受光点）を各ピストン１３６の中心軸を通るピッチ円に相当する位置に設定すれば、変位Ｓ_Ｍはピストン１３６のストロークそのものとなる。この場合ピッチ円径をＤとすれば、斜板１１１の傾角θ_Ｍと変位Ｓ_Ｍとの関係はｔａｎθ_Ｍ＝Ｓ_Ｍ／Ｄとなり、変位Ｓ_Ｍを計測すれば斜板１１１の傾角θ_Ｍを容易に求めることができる。

尚、斜板１１１の回転数は、安定に変位計測が可能で、回転運動による斜板変角モーメント（斜板の傾角を変化させるモーメント）が無視できるような低回転領域とすることが望ましい（例えば数十ｒｐｍ）。

狙いとする傾角増大バネ１１５の付勢力と傾角減少バネ１１４の付勢力の合力特性は、図４に示す通りであり、斜板１１１を連続的に回転させた状態で、変位計測装置により計測される変位Ｓ_Ｍが、予め設定された斜板１１１の傾角θ_Ｔに相当する変位Ｓ_Ｔ（＝Ｄ・ｔａｎθ_Ｔ）に近づくようにバネ支持部材１１６の位置を調整し、その状態でバネ支持部材１１６を保持する。尚、傾角θ_Ｔは最大傾角θmax時の吐出容量を１００％としたときの２％〜２０％の吐出容量に相当する傾角領域に設定される。

斜板１１１の回転を停止させ、図５に示すようにバネ支持部材１１６の円筒部１１６ａの外側から外力を作用させて円筒部１１６ａを塑性変形させ、バネ支持部材１１６を駆動軸１１０の外周に圧着させる。尚駆動軸１１０には環状溝１１０ａが形成されており、円筒部１１６ａの一部は環状溝１１０ａの内部に突出してバネ支持部材１１６の軸方向の移動を阻止するようになっている。尚、円筒部１１６ａの軸方向の幅は溝の幅より大きく設定されており、軸方向にバネ支持部材１１６が移動しても円筒部１１６ａの両端の内側に環状溝１１０ａが配置されるようになっている。このようなバネ支持構造（バネ支持部材１１６＋環状溝１１０ａ）は、形成が容易で生産性に優れる。

このように傾角増大バネ１１５の付勢力と傾角減少バネ１１４の付勢力がバランスしている斜板１１１の傾角が所定の傾角となるようにバネ支持部材１１６の位置を調整するので、図６に示すように傾角増大バネ１１５の付勢力と傾角減少バネ１１４の付勢力の合力特性のばらつきを、付勢力を調整しない従来技術に対し低減できる。

その結果、従来よりも狙いとする両バネの付勢力の合力特性を傾角の小さいほうにシフトでき、容量復帰の信頼性を損なうこと無く実質的な可変容量範囲を傾角の小さい側、つまり、吐出容量小側に拡大できる。

これにより、特に、クラッチレス圧縮機では圧縮機ＯＦＦ運転での消費動力低減に寄与する。
また、斜板１１１の位置やバネ付勢力の検出を設備側で行う必要が無く、さらに斜板１１１を回転させることにより、斜板の軸方向の変位Ｓ_Ｍに基づいて斜板１１１の傾角が容易に求められるので、バネ付勢力を調整するための設備が簡素化できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々の変形が可能である。
バネ支持部材は駆動軸の軸線方向に移動して位置が調整されるものであれば良く、例えばネジによりバネ支持部材が駆動軸の軸線方向に移動するものや圧入量を調整するものでも良い。

傾角増大バネは、コイルバネの他、板バネ等であっても良い。
上記実施形態では傾角増大バネは斜板を直接付勢するものであるが、斜板と一体に連結して駆動軸の軸線方向に動く部材を付勢しても良い。例えば斜板が駆動軸に滑動可能に嵌装された斜板支持体（スリーブ）に支持される斜板構造の場合は斜板支持体（スリーブ）を傾角増大バネで付勢するものにも適用できる。

また、特開平７−１３３７５９号の図９に示すように、斜板支持体１４に連結される遮断体２１を容量復帰バネ３６で付勢するような構造に対しても適用できる。この構造の場合、バネ支持部材は駆動軸の軸線方向に移動可能としたものを、シリンダブロック１に位置決めして固定すれば良い。この場合は、ピストンストロークを直接測定して斜板の傾角を求めることになる。

さらに、特公平４−２８９１１号等に開示されるような揺動式可変容量圧縮機と称される可変容量圧縮機にも本発明を適用することができる。特公平４−２８９１１号では、図１０（Ａ）に示すように、斜板４０１とピストン４０２とを同様に備えるが、斜板４０１の回転運動をピストン４０２の往復動に変換する機構が相違する。具体的には、斜板４０１の傾斜面に沿って斜板４０１に対し相対回転自由に揺動板４０３を配設し、この揺動板４０３を収納ハウジング４０４内壁に軸方向に沿って配設されたガイド板４０５に係合させて回転を拘束しつつ揺動させ、該揺動板４０３にロッド４０６を介して連係したピストン４０２を往復動させている。この種の圧縮機においても、斜板の機能は上記実施形態の斜板式可変容量圧縮機と称される圧縮機と変わりないので、同様に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態ではクラッチレス圧縮機としたが、電磁クラッチを装着した可変容量圧縮機に本発明を適用しても良く、また、モータで駆動する可変容量圧縮機にも適用することができる。

また、非接触式の変位計測装置として、リンク機構１２０を上位または下位に位置させた状態で駆動軸１１０、ロータ１１２、斜板１１１の組立体をセットし、駆動軸１１０と直角な水平方向から撮像した画像から、斜板の上端及び下端の左側（又は右側）エッジ部分の駆動軸１１０方向の偏差を斜板１１１の外周縁における変位として検出することも可能である。この場合は、検出された変位Ｓ_Ｍ０が斜板１１１の外周円の直径Ｄ０に対し、傾角θ_Ｔに相当する外周円の変位Ｓ_Ｔ０（＝Ｄ０・ｔａｎθ_Ｔ）に近づくようにバネ支持部材１１６の位置を調整すればよい。

１００…可変容量圧縮機、１０１…シリンダブロック、１０１ａ…シリンダボア、１０２…フロントハウジング、１０４…シリンダヘッド、１１０…駆動軸、１１１…斜板、１１１ａ…第２アーム、１１１ｃ…貫通孔、１１２…ロータ、１１２ａ…第１アーム、１１４…傾角減少バネ、１１５…傾角増大バネ、１１６…バネ支持部材、１１６ａ…円筒部、１２０…リンク機構、１２１…リンクアーム、１２２…第１連結ピン、１２３…第２連結ピン、１３６…ピストン、１４０…クランク室、１４１…吸入室、１４２…吐出室、１４５…連通路、３００…制御弁、ｍ…変位計測装置、θ_Ｔ…狙いの傾角、Ｓ_Ｔ…θ_Ｔに対応する変位

Claims (5)

1. 内部に吸入室、吐出室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、該駆動軸に連結して同期回転し該駆動軸の軸線に対する傾角が可変となる斜板と、該斜板の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構と、前記斜板を機械的に規制される最小傾角に至るまで傾角減少方向に付勢する傾角減少バネと、前記最小傾角において前記傾角減少バネの付勢力に打ち勝って前記斜板を傾角増大方向に付勢する傾角増大バネと、前記クランク室の圧力を調整する制御弁と、を備え、前記制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させ、前記斜板の傾角を変更して前記ピストンのストロークを調整し、前記吸入室から前記シリンダボアに吸入された冷媒を圧縮して吐出室に吐出する可変容量圧縮機における、前記斜板に作用するバネ付勢力の調整方法であって、
   前記傾角増大バネの一端を受けるバネ支持部材を、前記駆動軸の軸線方向に移動自由に配設し、
   前記傾角増大バネの付勢力と前記傾角減少バネの付勢力とをバランスさせつつ前記斜板の傾角を、所定の傾角に一致させるように、前記バネ支持部材を前記駆動軸の軸線方向に移動して位置決め調整する工程を含むことを特徴とする可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法。
2. 前記斜板を回転させつつ該斜板周辺部の前記駆動軸軸線方向における変位を計測し、該変位の計測値を前記所定の傾角に対応する変位に一致させることによって、前記斜板の傾角を所定の傾角に一致させる、請求項１に記載の可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法。
3. 前記斜板を連続的に回転させつつ該斜板周辺部の前記駆動軸軸線方向における変位を計測する、請求項２に記載の可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法。
4. 前記バネ支持部材は、駆動軸に嵌挿される円筒部を外力により塑性変形させ、前記駆動軸に形成した環状溝に圧着させて位置決め調整される請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変容量圧縮機の斜板に作用するバネ付勢力の調整方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載された方法によってバネ付勢力が調整された可変容量圧縮機。