JPH0454287A - 可変容量式斜板型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば自動車用の空調装置における冷媒圧縮
に使用するのに適した斜板型圧縮機の、特に容量制御に
関するものである。

〔従来の技術］ 本発明者等は、先に、可変容量式の斜板型圧縮機におい
て、容量制御のために斜板の傾斜角を変更する方式とし
て、制御流体圧によって圧縮機の軸方向に移動可能なス
プールを設け、該スプールによって斜板の中心の軸方向
位置を変更すると同時に、斜板の傾斜角が連動して変わ
るようにした容量制御機構を提案した。

圧縮機の容量を変える際に、斜板の傾斜角のみならず、
斜板の中心の軸方向位置までも変えるようにしたのは、
斜板によって軸方向に往復駆動される多数のピストンが
、それぞれの両端を、軸方向の左右に配置された２つの
シリンダブロックの対応する各シリンダに挿入している
双頭のピストンであり、斜板の傾斜角を小となして圧縮
機の吐出容量を減少させるときに、単に斜板の傾斜角だ
けを小とすると、左右の各シリンダで行程体積が同時に
同じように減少すると共に、ピストン両端のヘッドクリ
アランスが増大するので、吐出容量が十分小さくなる前
に、左右共に吐出弁を押し開くだけの圧縮が行なわれな
くなり、吐出容量が小さい領域での圧縮機の容量制御が
できなくなるためである。

斜板の傾斜角を変更すると同時に、それと連動して斜板
の中心の軸方向を移動させ、多数の双頭のピストンを軸
方向の左右いずれか一方の側へ偏よらせることにより、
その一方の側ではピストンのヘッドクリアランスが増大
せず、吐出容量が減少するように制御されて斜板の傾斜
角が小となり、ピストンの行程体積が減少しても、吐出
弁を押し開くだけの高い圧縮が行われる。他方の側では
ピストンのヘッドクリアランスが増大して有効な圧縮仕
事が行なわれな（なるものの、前記一方の側での有効な
圧縮仕事により、圧縮機全体としては小吐出容量の領域
までも吐出容量制御が可能となる利点がある。

このように斜板の中心の軸方向位置を制御し、同時に斜
板の傾斜角を変更させるための制御スプールは、ピスト
ン状のものであって、その一方の側には、例えば圧縮さ
れた冷媒の吐出側の圧力を制御弁によって必要な大きさ
に調圧して得られた圧力が作用していて、それがスプー
ルを軸方向に動かす前述の制御流体圧となっており、そ
の制御流体圧と、スプールの他方の側に作用している吸
入冷媒の圧力との差圧が、制御力として斜板の支持部に
対し軸方向に作用する。

前記の制御力と反対方向に、あるいは同じ方向に作用す
る力には色々なものがあり、斜板の中心の位置、従って
斜板の傾斜角は、それらの色々な力の釣合った状態とし
て決まるのである。制御力以外の力の主なものとしては
、ピストンの往復動の慣性力、ピストンにより圧縮され
る流体（冷媒）の圧縮力（圧縮反力）、制御機構の摺動
部分に作用する摩擦力、傾斜角を与えられた斜板が軸と
共に回転する時に、傾斜角を小さくする方向に作用する
遠心力、スプールの動きを規制するために設けられるこ
とがある発条の圧縮力（圧縮反力）、等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

圧縮機の吐出容量を小さくするということは、斜板の傾
斜角を小さくしようという方向に働らく斜板の遠心力や
ピストンの圧縮力、あるいは発条の圧縮力等に抗して加
えていた前記スプールへの制御流体圧、したがって制御
力を減少させることにより、前記の遠心力等がピストン
の慣性力や機構の摩擦力等に打ち勝って、斜板の傾斜角
を小さくするのを待つということである。

圧縮機の吐出容量が太き（なっているときは前記の制御
流体圧も大きくなり、制御力の作用が支配的となるから
問題は生じないが、前述のように、吐出容量の小さい領
域では制御力が小さくなるために、相対的に他の力の方
が支配的となることがある。

吐出容量を小さくする必要があるのは圧縮機の回転数が
上昇している時に多いが、そのような時にはピストンの
往復動の速度も上昇していて慣性力が大きくなっている
ので、それが斜板の傾斜角を増大させる方向に作用し、
すでに小さ（なっている制御流体圧を更に微小に変化さ
せても、スプールがそれに応答（追従）しなくなり、高
速回転時には吐出容量を小さくすることが不可能になる
という状態が起り得る。

自動車用に限らず空調装置の場合、空調負荷は空調装置
の立上り時には大きいものの、室内の温度が目標温度に
達した後は空調負荷が小さくなるので、その後の室内温
度を一定に保つためには、冷媒圧縮機を小吐出容量の領
域で微細に吐出容量を変更する制御を行なうことが必要
になる。自動車の場合は圧縮機の駆動動力源が走行用エ
ンジンであるから、走行条件に応じて絶えずエーンジン
の回転数が低回転から高回転まで変化するので、前記の
ような圧縮機の小吐出容量域における制御には、特に高
い応答性が要求される。

そこで本発明は、この種の圧縮機における高回転時の小
吐出容量域における制御の応答性を確保することを、発
明の解決課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するために、内部に対になっ
たシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリ
ンダブロック内に軸受けされた回転軸と、前記回転軸に
対して傾斜可能に取付けられた斜板と、前記対になった
シリンダボアに挿入され前記斜板によって軸方向に往復
駆動されて前記シリンダボアの中に流体を圧縮する作動
室を形成する双頭のピストンと、前記斜板の中心を支持
してそれを軸方向に移動させることにより前記斜板を任
意の傾斜角まで傾斜させて吐出容量を変更させる支持部
材と、前記斜板の中心平面からオフセットして表裏アン
バランスに前記斜板に設けられ、前記斜板の傾斜角が零
となる方向に前記斜板を付勢する付勢力を発生すると共
に、前記斜板の傾斜角が零となっても更に同し方向の付
勢力が残存するように形成されたバランスウェイトを少
なくとも１個備えていることを特徴とする可変容量式斜
板型圧縮機を提供する。

〔作　用〕

本発明の圧縮機は前記手段の項に記載したような構成を
有するので、通常は従来のこの種の圧縮機と同様に流体
を圧縮するが、問題となる高速回転時の低吐出容量への
制御において、ピストンの慣性力に起因するモーメント
が、斜板の傾斜角が小さくなるのを阻げても、そのモー
メントに打ち勝つモーメントが斜板に特設されたバラン
スウェイトにより発生するので、斜板ば支持部材の軸方
向移動に応じて忠実に傾斜角を変更し、低吐出容量域の
微小な容量変化が可能となる。

〔実施例］ 第１図は本発明による可変容量式斜板型圧縮機の実施例
の縦断面を示したもので、そのシリンダブロックは、フ
ロントシリンダフ゛口・ンクｌとリヤシリンダブロック
２からなり、その前後にフロントハウジング３とリヤハ
ウジング４が取付けられ、これらの各部分は数本の通し
ボルト５によって一体的に締結されて本体を構成してい
る。前後のシリンダブロック１．２の対応位置には、そ
れぞれ数組のシリンダボア６．７が、仮想の円筒面上に
等間隔に並ぶように穿設されており、各対のシリンダボ
ア６．７にまたがって、各々１個の双頭のピストン８が
挿入され、それらの両端面とシリンダボア６．７によっ
て作動室９．１０を形成している。

圧縮機本体の中心を通るように回転軸１１が第１図の左
側から挿入され、図示されないエンジン等によって回転
駆動されると共に、前後のハウジング３．４やシリンダ
ブロック１に設けられた軸受によって支持される。シリ
ンダブロック１．２の間には斜板室１２が形成されてお
り、これは圧縮すべき流体、例えば空調装置用の冷媒ガ
スを図示しない蒸発器等から受入れる室を兼ねている。

そして斜板室１２は、ハウジング３，４内に設けられた
吸入室１３　、１４と通路１５　、１６によって連通し
ている。

前後のハウジング３，４には吐出室１７　、１８も形成
されており、これらの吸入室１３　、１４及び吐出室１
７１８は、バルブプレー）　１９　、２０に設けられた
図示されない吸入弁と吐出弁を介して、各作動室９及び
１０と連通し得る。

斜板室１２内には、全てのピストン８に対してシュー２
１を介して同時に係合する円板形の斜板２２が、回転軸
１１に摺動可能に挿通された球状部分とスリーブ状部分
を有する支持部材２３上で、傾斜可能に支持されている
。斜板２２にはその左側に突出して一対の腕２４が突出
して設けられており、２本の腕２４の間に掛は渡された
ピン軸２５が、回転軸１１と一体化されたブロック２６
の斜のカム溝２７に係合している。したがって、支持部
材２３を軸方向に移動させると、その球状部分に支持さ
れている斜板２２の中心も軸方向に移動するが、それに
よって斜板の腕２４に設けられたピン軸２５が回転軸の
ブロック２６のカム溝２７内を移動することになるため
、斜板２２の傾斜角も同時に変化することになる。斜板
２２が傾くことによって、ピストン８の往復動の行程が
変化し、作動室９，１０における行程体積も変化する。

このように、斜板２２の傾斜角の変化は斜板２２の軸方
向移動と連動して起こるので、ピストン８の行程が変化
しても、リヤシリンダブロック２の作動室１０において
、ピストン８の右端が上死点にあるときのヘッドクリア
ランスの値が殆ど変化しないように設計すれば、行程が
小さくなるときフロント側の作動室９では吐出弁を押し
開くだけの圧縮圧力が発生しなくなっても、リヤ側の作
動室１０では小吐出量ながら吐出弁を押し開（圧縮圧力
が発生し、小吐出容量の作動領域が確保される。

斜板２２の傾斜角と中心の軸方向移動を起させるために
、支持部材２３には制御スプール２８の円筒部分の端部
がスラスト軸受等を介して係合しており、スプール２８
のピストン状円板部分は、リヤハウジング４に形成され
た制御シリンダ２９に挿入され、制御圧室３０と前述の
吸入室１４とを区画している。

リヤハウジング４に付設された制御弁３１は、図示され
ない制御装置により操作され、吐出室１８の吐出圧（高
圧）と斜板室１２の吸入圧（低圧）との間の任意の圧力
を作り出し、これを制御流体圧として制御圧室３０に供
給するようになっている。したがって、スプール２８は
前記のように任意の大きさとなる制御流体圧と略一定の
吸入室１４の圧力との差圧によって軸方向の制御力を発
生し、始めに述べたように他の色々な力との釣合によっ
て、斜板２２の中心の軸方向位置及び傾斜角を変化させ
ることができる。

以上述べた構造は従来のこの種の圧縮機と実質的に同じ
ものであるが、本発明の特徴に対応して、第１図の実施
例では斜板２２にバランスウェイト３２及び３３を設け
ている。これらのバランスウェイト３２　、３３は、い
ずれも円板形の斜板２２の中心平面からできるだけ離れ
た位置に各重心ができるようにオフセットして、表裏ア
ンバランスに取付けられており、それによって、斜板２
２が回転軸１１と共に回転した時に、バランスウェイト
３２　、３３の重心に作用する遠心力により、斜板２２
を立て起して傾斜角を小さくさせるように働くなるべく
大きいモーメントが発生するような構成となっている。

次に、第１図に示された圧縮機の作動を、第２図をも参
照しながら説明する。いま制御弁３１の作動によって斜
板２２が任意の傾斜角βを与えられており、回転軸１１
と共に角速度ωをもって回転駆動されているものとする
。

斜板２２が傾斜した状態で回転軸１１と共に回転するこ
とにより、その周縁部に等間隔の位置でシュー２１を介
して摺動係合しているピストン８は対になったシリンダ
ボア６．７の中で往復動し、吸入室１３．１４から作動
室９．１０へ吸入される流体（冷媒）を圧縮する。作動
室９．１０内の各圧縮圧力が吐出室１７　、１８の圧力
よりも高くなった時は、圧縮された流体は図示しない吐
出弁を押し開いて吐出室１７　、１８へ押し出され、た
とえば図示されない空調装置の凝縮器へ送られる。

斜板２２が回転することによって、斜板２２の周縁には
第２図に示すように遠心力Ｆ、が作用し、それによって
傾斜している斜板２２を中心Ｏのまわりに立て起こそう
とするモーメントＭ、が発生する。

そして、斜板２２に取付けられたバランスウェイト３２
　、３３も、同様に遠心力ＦＩｌによって斜板２２を起
こそうとするモーメントＭ、を発生する。第２図の場合
においては、バランスウェイト３２　、３３が腕３４　
、３５によって斜板の中心平面がらオフセットして、そ
の重心が角度Ｂだけ余分に傾いた位置にあるように偏っ
て付設されている。斜板２２の中心面に関して、バラン
スウェイト３２　、３３の各裏面に当る位置にはバラン
スウェイトは設けられておらず、その意味ではアンバラ
ンスな配置となっている。

バランスウェイト３２　、３３４こよるモーメントＭ、
は、斜板２２の傾斜角βが０となった復原状態でも０と
はならず、斜板２２を中心０のまわりに同じ方向で付勢
しつづける。

ピストン８は斜板２２によって軸方向に往復駆動される
ことにより慣性力Ｆ２をもち、これは逆に斜板２２に対
して傾斜角βが更に大きくなる方向のモーメントＭＰを
作用させる。ピストン８には作動室９，１０において圧
縮する流体の圧力Ｐ９が作用しているが、その力による
モーメンＬＭ、は前述のモーメントＭ、やＭｌｌと同じ
方向をもっていて、斜板２２を立て起して復原させよう
とする。

スプール２８に作用する制御流体圧Ｐｃは、吸入圧との
差圧によって前述のような制御力を発生し、支持部材２
３を介して斜板２２の中心０を軸方向に移動させるが、
その制御力によって斜板２２を傾斜させる方向のモーメ
ントＭｃを発生する。なお、これら以外の主な力として
機構の摺動部分に作用する摩擦力があるが、第２図では
表示を省略している。もっとも、この場合は制御力によ
るモーメントＭｃが摩擦力を織り込んだものとして把握
してもよい。

次に、以上述べたことを更に詳しく説明する。

斜板２２の外周半径をＲ１同内周半径をＲ６、斜板２−
２の厚さをＨ１重密度をρ、斜板２２の傾斜角をβ、重
力加速度をｇ、回転軸１１の角速度をω、ピストン８の
数をｎ、同重量をＷＰ、バランスウェイト３２　、３３
の重量をＷｌ、同中心Ｏからの距離をＲ３とすれば、斜
板２２を傾斜させようとするか、或いは復原させようと
する主なモーメントであるピストン８の慣性力Ｆ、によ
る傾斜モーメントＭ１、斜板２２の遠心力Ｆ、による復
原モーメントＭ５、及び、バランスウェイト３２　、３
３の遠心力Ｆ、による復原モーメントＭＢは、それぞれ
次のように表わすことができる。（ＫＩ、に２．に：＋
は定数）Ｐ Ｍ、　＝　−（１）”Ｌ”　ｎ　ｔａｎβ＝　Ｋ、　ｔ
ａｎβ　　　　・（１）ｇ ＝　Ｋ、　５ｉｎ２β ・・・（２） Ｗｌ１ Ｍｌ　＝　−Ｒｍ　ω２ｓｉｎ　（２β＋２８　）＝　
Ｋ、　ｓｉｎ　（２β＋２Ｂ　） 斜板２２の傾斜角βの変化に伴なって、各モーメントす
なわち前記式（１）、　（２）、　（３）の値がどのよ
うに変化するかということは、それらの式の変化する部
分を線図として表示した第３図を見れば明らかである。

すなわち傾斜角βが０に近づく時は、・・・（３） 式（１）及び（２）の値、すなわちモーメントＭ　Ｐ及
びＭ、も０に近づくのに反し、式（３）の値、すなわち
バランスウェイト３２　、３３の遠心力Ｆ、による復原
モーメントＭ、は減少するものの０とはならず、Ｍ、は
相対的にＭｐやＭ３よりも大となる。

これは、本発明の特徴とする特殊なバランスウェイト３
２　、３３を設けたために、斜板２２には、傾斜角βが
０に近（なった状態でも傾斜角を０にする方向の有効な
復原力が働いているということであって、それを制御流
体圧Ｐｃによる制御力によって受は止めれば、斜板２２
の軸方向位置及び傾斜角βは一義的に定まり、制御流体
圧Ｐｃが微小にでも変化すれば、斜板２２は直ちに応答
して姿勢及び位置を微小変化するという結果が得られる
。つまり圧縮機の吐出容量の可変範囲について、制御不
能な不感領域は生じ得なくなるのである。

バランスウェイト３２　、３３を設ける具体的な手段と
して腕３４　、３５を用いる場合には、バランスウェイ
ト３２　、３３を斜板２２とは別体として構成すること
ができる。別体とする場合は、バランスウェイト３２　
、３３に比重の大なる金属等を用いて小型化することも
可能となる。腕３４　、３５にはボルトを用いれば、バ
ランスウェイｌ−３２、３３の着脱が容易になる。

また、斜板２２とバランスウェイト３２　、３３等を一
体のものとして製作することも可能であって、第４図は
その実施例を示している。第４図（ｂ）は正面からみた
断面図で左側面が（ａ）、右側面が（Ｃ）として示され
ている。同図（ｂＬ　（ｃ）にみられるように、斜板２
２の右側面には上部だけの円弧状突条としてバランスウ
ェイト３６が一体に形成されている。これは第１図や第
２図に示したバランスウェイト３２に対応するが、バラ
ンスウェイト３３に対応するものとしては、斜板２２の
左側面にビン２５を支持する目的で一体に形成された２
本の腕２４の下部３７を上部３８よりも拡大し、この部
分３７に重量をもたせてバランスウェイト３３と同じ機
能を与えている。言うまでもなく、バランスウェイトは
３２と３３のように対になって設けられ−る必要はなく
、いずれか一方だけでも本発明の目的は達せられる。

第５図は、本発明の実施例と従来技術による圧縮機（バ
ランスウェイ１−３２．３３を持たないもの）について
、回転軸１１の回転数（ｒｐｍ）と斜板２２の１頃斜角
βを変化させて体積効率ηＶ　（％）の変化を測定した
もので、測定条件として吸入圧は２ｋｇ／ｃｉｌＴ−Ｇ
、吐出圧は６　ｋｇ／Ｃ！＋Ｔ　−Ｇとし、回転軸１１
はエンジンの出力回転を増速して駆動した。第５図から
明らかなように、問題となる高速回転域における吐出容
量の制御性について、従来例の圧縮機では４　、５０Ｏ
ｒｐｍ以上では体積効率をＯ近くまで制御することがで
きなかったが、本発明の実施例の場合は回転数が７．５
００ｒｐｍの高速回転であっても、斜板２２の１頃斜角
βをＯとすることができた。したがって、第５図におけ
る矢印は、本発明と従来例の制御可能域を示すもので、
本発明によって制御可能域が高速回転域の方へ著しく拡
大されたことが、第５図から読み取ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、斜板に特殊なバランスウェイトを付加
するか、又は斜板の設計を若干変更するという簡単な改
良によって、この種の可変容量式斜板型圧縮機の弱点で
ある高速回転時における低吐出容量域の制御性を著しく
改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧縮機の実施例を示す縦断面図、第２図
は第１図の作用を説明するための概念図、第３図は同じ
く効果を説明するための線図、第４図は斜板の実施例を
示すもので（ａ）は左側面図、（ｂ）は正断面図、（Ｃ
）は右側面図、第５図は本発明の効果を従来例と比較し
て示す線図である。 １・・・フロントシリンダブロック、 ２・・・リヤシリンダブロック、 ３・・・フロントハウジング、 ４・・・リヤハウジング、 ６．７・・・シリンダボア、 ９．１０・・・作動室、 １２・・・斜板室、 １５　、１６・・・通路、 ５・・・通しボルト、 ８・・・双頭のピストン、 １１・・・回転軸、 １３　、１４・・・吸入室、 １７　、１８・・・吐出室、 １９　、２０・・・バルブプレート、 ２１−・・シュー、 ２３・・・支持部材、 ２５・・・ピン軸、 ２７・・・カム溝、 ２９・・・制御シリンダ、 ３１・・・制御弁、 ３２　、３３・・・バランスウェイ ３４．３５・・・腕、 ３６・・・バランスウェイト、 ３８・・・上部。 ト、 ２２・・・斜板、 ２４・・・腕、 ２６・・・ブロック、 ２８・・・制御スプール、 ３０・・・制御圧室、 ３７・・・下部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部に対になったシリンダボアを有するシリンダブロ
   ックと、前記シリンダブロック内に軸受けされた回転軸
   と、前記回転軸に対して傾斜可能に取付けられた斜板と
   、前記対になったシリンダボアに挿入され前記斜板によ
   って軸方向に往復駆動されて前記シリンダボアの中に流
   体を圧縮する作動室を形成する双頭のピストンと、前記
   斜板の中心を支持してそれを軸方向に移動させることに
   より前記斜板を任意の傾斜角まで傾斜させて吐出容量を
   変更させる支持部材と、前記斜板の中心平面からオフセ
   ットして表裏アンバランスに前記斜板に設けられ、前記
   斜板の傾斜角が零となる方向に前記斜板を付勢する付勢
   力を発生すると共に、前記斜板の傾斜角が零となっても
   更に同じ方向の付勢力が残存するように形成されたバラ
   ンスウェイトを少なくとも１個備えていることを特徴と
   する可変容量式斜板型圧縮機。