JPH05240159A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で小型、且つ堅牢な機構によっ
て、斜板型圧縮機を可変容量型とする。 【構成】 シリンダブロック２に複数個のシリンダ１２
ａ…及び１３ａ…が穿設され、複数個のピストン３０ａ
…が挿入されて、回転軸２４に取り付けられた斜板２７
がそれらを往復運動させる。斜板を収容している斜板室
２３と各シリンダの吸入室１０、１１、１６（それぞれ
独立している）とを接続する通路５４、３６には、それ
らを開閉するために制御シリンダ３３、４５に挿入され
た制御ピストン３４、４６が設けられており、制御弁３
９により制御圧室３８、５１に供給する制御圧力を切り
換えることにより、制御ピストン３４、４６を移動させ
て、斜板室２３から流体を供給する先の吸入室を選択
し、有効な圧縮仕事をするシリンダの数を変化させるこ
とにより吐出容量を多段階に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用空調装
置の冷媒圧縮機として使用するのに適した、斜板型の可
変容量圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用の空調装置において
は、走行状態に応じて回転数が大幅に変動する走行用の
内燃機関によって冷媒圧縮機を同時に駆動するため、空
調負荷に応じた流量の冷媒の吐出を行うためには、冷媒
圧縮機の吐出容量を変更可能にすることが望ましい。そ
のための一つの手段として、複数のシリンダを備えてい
る斜板型の圧縮機において、一部のシリンダの吸入口を
遮断して、そのシリンダのポンプ作用を無効にすること
により、有効なポンプ作用をするシリンダの数を減少さ
せるものが知られており、例えば、実公昭６０−３９９
５号公報や、特開昭６１−１２３７７３号公報に記載さ
れたものでは、吸入口を順次塞ぐことができるバルブプ
レートを回動させることにより、複数の吸入口の一部を
閉塞して圧縮機の吐出容量を変化させるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】吸入口を閉塞するバル
ブプレートを回動させる型の従来の斜板式可変容量圧縮
機では、バルブプレートそのものは簡単な構造であって
も、それを回動させるための機構が複雑になりがちで、
吐出容量を可変とするための機構のために圧縮機全体が
大型化、且つ複雑化し、コストも上昇するという問題が
あり、構造が複雑かつ繊細なものであることから故障が
起こる可能性も少なくないので、信頼性の点でも未だ問
題が残っている。本発明は、これらの問題に鑑み、簡単
で小型、且つ堅牢な構造によって、斜板型圧縮機を可変
容量型とすることを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、複数個のシリンダが穿設さ
れたシリンダブロックと、前記シリンダに挿入された複
数個のピストンと、前記シリンダ内で前記ピストンを往
復運動させるために前記シリンダブロック内へ延びてい
る回転軸と、前記回転軸に一体に設けられ、この回転軸
と共に回転することにより前記複数個のピストンを往復
運動させる斜板と、前記シリンダブロック内に形成され
て前記斜板を収容している斜板室と、前記斜板室に供給
される流体を通路を介して導入している前記シリンダの
ための複数個の吸入室と、前記斜板室と前記複数個の吸
入室との間を接続する通路と、この通路を開閉するよう
に設けられた制御ピストンと、この制御ピストンが摺動
可能に挿入された制御シリンダと、前記制御ピストンを
移動させて前記複数個の吸入室の一部或いは全部に対し
て選択的に流体を分配するために前記制御シリンダの制
御圧室に制御圧力を供給する制御弁とを備えていること
を特徴とする可変容量圧縮機。

【０００５】

【作用】回転軸が回転駆動されて斜板が揺動すると、こ
の斜板の揺動に伴って複数個のピストンはそれぞれのシ
リンダ内で往復運動をするが、各シリンダの吸入室と斜
板室とを接続する通路は、制御シリンダに挿入された制
御ピストンによって選択的に開閉されるようになってお
り、しかもその制御ピストンは制御シリンダの制御圧室
に制御圧力を供給する制御弁によって操作されるので、
制御弁が制御シリンダの制御圧室に供給する制御圧力を
変更することにより、制御ピストンを制御シリンダの中
で移動させ、複数個の吸入室に接続される通路を開閉し
て選択的に流体を供給し、一部のシリンダに流体を供給
しないことによって、そのシリンダのポンプ作用を無効
となし、有効なポンプ作用をするシリンダの数を変更す
る。その結果、全体として斜板型圧縮機の吐出容量を多
段階に変更し、それに応じて圧縮機駆動負荷も変化する
ことを可能とする。本発明を実施する場合に使用される
制御シリンダや制御ピストンは、回転軸のまわりにコン
パクトに組み込むことができるので、可変容量型であり
ながら圧縮機全体を小型化することが可能になる。

【０００６】

【実施例】図１に本発明の第１実施例としての斜板型圧
縮機を示す。そのII−II線における断面は図２に示され
ている。図１に示された斜板型圧縮機１の本体は、中央
のシリンダブロック２と、その左側にバルブプレート３
を挟んで締結されたフロントハウジング４と、同じくバ
ルブプレート５を挟んで締結されたリヤハウジング６と
からなっている。シリンダブロック２は図示例の場合は
フロント側のシリンダブロック２ａとリヤ側のシリンダ
ブロック２ｂの２つの部分からなっている。リヤハウジ
ング６の外周部には環状の吐出室７が形成され、またそ
の内側には、図２に明示されているように、環状の仕切
り壁８と放射状の仕切り壁９、９によって、全体として
は環状になるように、小さな吸入室１０と大きな吸入室
１１が互いに独立に形成されている。

【０００７】フロント側のシリンダブロック２ａには、
中心のまわりの均等な位置に５個のシリンダ１２ａ〜１
２ｅ（図１に１２ａのみを図示）が穿設されており、そ
れらに対応してリヤ側のシリンダブロック２ｂにも、５
個のシリンダ１３ａ〜１３ｅが穿設されている（図２参
照）。リヤ側と比べて構造が多少異なるが、フロントハ
ウジング４内においても、外周部には環状の吐出室１４
が形成されていると共に、その内側には環状の仕切り壁
１５を挟んで環状の吸入室１６（この場合は単一の室）
が形成されている。

【０００８】フロント側のバルブプレート３には、各シ
リンダ１２ａ〜１２ｅのそれぞれと環状の吸入室１６と
を連通し得る吸入口１７ａ〜１７ｅ（図１には１７ａの
みを図示）と、各シリンダ１２ａ〜１２ｅのそれぞれと
環状の吐出室１４とを連通し得る吐出口１８ａ〜１８ｅ
（図１には１８ａのみを図示）が開口しており、それぞ
れ薄いばね板からなる吸入弁及び吐出弁によって閉塞さ
れている。なお、１９は吐出口１８ａ〜１８ｅに設けら
れる吐出弁のための弁おさえを例示している。リヤ側の
バルブプレート５にも同様に吸入口２０ａ〜２０ｅが開
口しているが、１個のシリンダ１３ａは吸入口２０ａに
よって小さな吸入室１０と連通することができるだけで
あるのに対し、他のシリンダ１３ｂ〜１３ｅはそれぞれ
の吸入口２０ｂ〜２０ｅによって共通の大きな吸入室１
１と連通することができる。

【０００９】吐出口２１ａ〜２１ｅは、それぞれシリン
ダ１３ａ〜１３ｅを環状で共通の吐出室７に連通させる
ことができる。そして、リヤ側の吐出室７は配管によっ
てフロント側の吐出室１４からの配管と合流して、図示
しない冷凍サイクルの凝縮器へ通じている。フロント側
と同様に、各吸入口２０ａ〜２０ｅ及び各吐出口２１ａ
〜２１ｅには、それぞれ図示しない薄いばね板からなる
吸入弁及び吐出弁が設けられる。２２は弁おさえを例示
している。

【００１０】シリンダブロック２に形成された斜板室２
３内に、図示しない車両の内燃機関等によって回転駆動
される回転軸２４が伸びており、回転軸２４は、その前
後をシリンダブロック２内に設けられた軸受２５及び２
６によって支持されている。斜板室２３内において、回
転軸２４には楕円形の斜板２７が適当な手段によって取
り付けられて一体化されており、斜板２７によって回転
軸２４に作用する軸方向荷重はスラスト軸受２８及び２
９によって支持される。

【００１１】回転軸２４と平行にシリンダブロック２内
に穿設されているシリンダ室１２ａ〜１２ｅ及びシリン
ダ１３ａ〜１３ｅの各対には、それぞれ双頭のピストン
３０ａ〜３０ｅ（図１には１個のピストン３０ａのみを
図示している）が軸方向に往復摺動可能に挿入されてお
り、それらのピストンロッドの中心部分の溝には、例え
ば球形の窪み３１が形成されて、それと同径の球の一部
をなす一対の耐摩耗性シュー３２が挿入され、それらの
シュー３２の間に前述の斜板２７の周縁部が摺動可能に
挟まれている。斜板室２３は斜板型圧縮機１の吸入通路
の一部として利用されており、図示しない吸入配管によ
って冷凍サイクルの蒸発器から戻って来る冷温、低圧の
冷媒ガスを受け入れるようになっている。

【００１２】本発明の特徴に対応して、フロント側のシ
リンダブロック２ａの中心には、回転軸２４と同軸心で
フロントハウジング４にも一部かかるような制御シリン
ダ３３が穿設されており、制御シリンダ３３には制御ピ
ストン３４が気密を保つ状態で摺動可能に嵌合してい
る。フロント側の制御ピストン３４はスプリング３５に
よって図１において常に左方へ付勢されている。制御ピ
ストン３４には軸方向の通路３６と、それに連通してい
る円周方向の溝３７が形成されている。

【００１３】フロントハウジング４内に形成された制御
シリンダ３３の一部で、図１において制御ピストン３４
の左側になる部分はフロント側の制御圧室３８となり、
図示しない配管によって制御弁３９に通じており、吐出
室７の冷媒の吐出圧の一部が制御弁３９を介して制御圧
室３８に供給されるようになっている。フロント側の環
状の吸入室１６に各一端が開口する幾つかの通路４０
が、シリンダブロック２ａに放射方向斜めに穿設されて
おり、それらの他端は制御シリンダ３３の中に開口して
いて、制御弁３９により制御圧室３８に高い圧力が加え
られて、制御ピストン３４が図１において右端の可動限
界位置まで移動したとき、円周方向の溝３７が通路４０
に通じて、斜板室２３の冷媒を軸受２５の付近の通路４
１と制御ピストン３４の通路３６及び円周方向の溝３７
によってフロント側の吸入室１６へ供給する。それによ
って、シリンダ１２ａ〜１２ｅは吸入口１７ａ〜１７ｅ
を通じて冷媒を吸入することができるようになる。

【００１４】また、制御圧室３８が制御弁３９によって
低圧とされるときは、制御ピストン３４はスプリング３
５に押されて図１に示したような位置に移動し、円周方
向の溝３７と通路４０の連通は絶たれるので、環状の吸
入室１６、従ってフロント側の全てのシリンダ１２ａ〜
１２ｅには冷媒が供給されないことになり、斜板型圧縮
機１のフロント側は冷媒に対して有効なポンプ作用（圧
縮）をしなくなる。なお、４２及び４３は制御ピストン
３４及び回転軸２４の溝に設けられたシールリングを示
し、４４は制御圧室３８を液封するシール装置を示して
いる。

【００１５】リヤ側のシリンダブロック２ｂにも略同様
な制御機構が設けられているが、フロント側とは細部に
おいて違う点もある。リヤ側のシリンダブロック２ｂの
中心には、回転軸２４と同軸心でリヤハウジング６にも
一部かかるような制御シリンダ４５が穿設されており、
制御シリンダ４５には制御ピストン４６が気密を保つ状
態で摺動可能に嵌合している。リヤ側の制御ピストン４
６はスプリング４７によって図１において常に右方へ付
勢されている。制御ピストン４６には軸方向の通路４８
と、それに放射状に連通している半径方向の通路４９及
び円周方向の溝５０が形成されている。

【００１６】リヤハウジング６内に形成された制御シリ
ンダ４５の一部で、図１において制御ピストン４６の右
側になる部分はリヤ側の制御圧室５１となり、この室も
図示しない管路によって制御弁３９に通じており、吐出
室７の冷媒の吐出圧の一部が制御弁３９を介して制御圧
室５１に供給され得るようになっている。リヤ側のただ
１個のシリンダ１３ａに連通し得る小さな吸入室１０に
は通路５２が開口していて、制御ピストン４６の位置に
関係なく常に円周方向の溝５０に通じているため、斜板
室２３の冷媒は、軸受２６の付近の通路５３と制御ピス
トン４６の通路４８及び半径方向の通路４９によって、
小さな吸入室１０へ常に供給されており、その冷媒の供
給を受けるシリンダ１３ａは、いつでも有効な冷媒の圧
縮仕事をなし得るようになっている。

【００１７】これに対して、シリンダ１３ｂ〜１３ｅが
吸入口２０ｂ〜２０ｅによって連通可能な大きな吸入室
１１は、シリンダブロック２ｂに放射方向斜めに穿設さ
れた幾つかの通路５４の各一端が開口すると共に、それ
らの他端が制御シリンダ４５の中に開口している。制御
弁３９により制御圧室５１に高圧が加えられて、制御ピ
ストン４６が図１において左方へ移動したとき、円周方
向の溝５０が通路５４に通じて、斜板室２３内の冷媒を
通路５３、４８、４９を通じて大きな吸入室１１へ供給
する。それによって、リヤ側の大部分のシリンダ１３ｂ
〜１３ｅは吸入口２０ｂ〜２０ｅを通じて冷媒を吸入す
ることができるようになる。

【００１８】そして、制御圧室５１が制御弁３９によっ
て低圧とされるときは、制御ピストン４６はスプリング
４７に押されて図１に示したような位置に移動し、円周
方向の溝５０と通路５４の連通は絶たれるので、大きな
吸入室１１、従ってリヤ側の殆どのシリンダ１３ｂ〜１
３ｅには冷媒が供給されないことになり、斜板型圧縮機
１のリヤ側は、ただ１つのシリンダ１３ａを除いて有効
な冷媒の圧縮作用をしなくなる。なお、５５は制御ピス
トン４６の溝に設けられたシールリングを示している。

【００１９】制御弁３９には図示しない管路によって吐
出室７の吐出圧の一部及び吸入室１０の吸入圧の一部を
導入し得るようになっており、制御弁３９にはこれらの
圧力を連続的に切り換えることによって圧縮機の吸入圧
から吐出圧まで制御圧力を変化可能な切換弁が内蔵され
ている。この切換弁の下流にはフロント側の制御圧室３
８及びリヤ側の制御圧室５１が図示しない管路によって
通じている。切換弁の制御は、例えばダイヤフラムを用
いた機械式の場合は、通常、制御圧力として吐出圧を供
給する位置になっているが、冷房負荷が過剰となり、吸
入圧が所定の値以下となった時には、吸入圧が所定の値
を維持するよう、吐出圧から吸入圧へと順次制御圧力を
低下させるように切換弁が作動し、制御ピストン３４、
４６の位置を移動させて圧縮機の容量を制御する。以上
の機械式切換弁の動作は電磁弁を用いて電気的にも実現
可能である。

【００２０】図１及び図２に示した第１実施例の斜板型
圧縮機１はこのような構造を有するので、停止の状態で
は図１に示すように制御ピストン３４はスプリング３５
に押されて軸方向左端の位置にあり、また制御ピストン
４６はスプリング４７に押されて軸方向右端の位置にあ
る。この状態で斜板型圧縮機１を起動すれば、斜板２７
は揺動してピストン３０ａ〜３０ｅを軸方向に往復動さ
せ、シリンダ１２ａ〜１２ｅ及びシリンダ１３ａ〜１３
ｅは、吸入弁及び吐出弁の働きによってポンプ作用をす
ることになる。

【００２１】この場合、前述のような理由によって、フ
ロント側の５つのシリンダ１２ａ〜１２ｅと、リヤ側の
４つのシリンダ１３ｂ〜１３ｅには、斜板室２３内にあ
る冷媒を供給する通路が制御ピストン３４及び４６によ
って閉塞されているので、冷媒は通路５３、４８、４
９、５０、５２を通って小さな吸入室１０に入り、リヤ
側のただ一つのシリンダ１３ａにのみ供給され、ピスト
ン３０ａの右端によって圧縮されて吐出口２１ａの吐出
弁を押し開け、吐出室７へ吐出される。１０個のシリン
ダのうち１個だけが有効な圧縮作用をする状態なので、
回転軸２４を駆動するのに要する動力は僅かであり、動
力源である内燃機関の負荷は軽い。このようにして斜板
型圧縮機１を起動するため、起動に伴うショックはな
く、車両の走行フィーリングが向上する。

【００２２】斜板型圧縮機１による冷媒の圧縮仕事がシ
リンダ１３ａのみによって円滑に開始されて、吐出室７
の冷媒圧力が次第に高くなると、図示しない制御装置が
制御弁３９を操作することによって、吐出室７の圧力の
一部がフロント側の制御圧室３８及びリヤ側の制御圧室
５１に供給される。その結果、制御ピストン３４はスプ
リング３５の付勢に抗して軸方向右方へ、また制御ピス
トン４６はスプリング４７の付勢に抗して軸方向左方へ
移動し、シリンダ１２ａ〜１２ｅ及びシリンダ１３ｂ〜
１３ｅにも斜板室２３の冷媒が供給されるようになり、
斜板型圧縮機１は全負荷運転の状態に移行する。

【００２３】この場合に、例えばスプリング４７の強さ
をスプリング３５の強さよりも大とするように、２個の
スプリングの特性に差を付けておけば、制御ピストン４
６よりも制御ピストン３４の方が先に移動を始めること
になるので、起動時と同じリヤ側のシリンダ１３ａのみ
の単一シリンダの運転状態に続き、フロント側のシリン
ダ１２ａ〜１２ｅが加わった中間の大きさの吐出容量の
運転状態となり、最後にリヤ側のシリンダ１３ｂ〜１３
ｅが加わって全負荷、最大吐出容量の状態になるという
ように、吐出容量が３段階に切り替わることになる。

【００２４】このことから明らかなように、フロント側
の環状の吸入室１６や、リヤ側の大きな吸入室１１を更
に細かく分割して、制御圧力の増加に応じて制御ピスト
ン３４と制御ピストン４６が軸方向に緩やかに移動する
につれて、シリンダ１２ａ〜１２ｅ及びシリンダ１３ｂ
〜１３ｅの１乃至２個毎に、順次冷媒が供給されるよう
に構成すれば、変化がより多段階となり、更に円滑な吐
出容量、駆動負荷の漸増が可能になることは言うまでも
ない。

【００２５】以上の働きは、負荷或いは吐出容量が増加
する過程を述べたものであるが、空調装置の冷房能力が
過剰になったときには、制御装置が制御弁３９を操作す
ることによって、フロント側の制御圧室３８及びリヤ側
の制御圧室５１に作用している冷媒の制御圧力を次第に
減少させ、制御ピストン３４を図１において左方へ、ま
た、制御ピストン４６を右方へ移動させて、有効に圧縮
仕事をするシリンダの数を減少させることにより、リヤ
側のシリンダ１３ａのみの運転状態まで、円滑に斜板型
圧縮機１の容量を減少させることができる。

【００２６】このように、第１実施例の斜板型圧縮機１
においては、制御弁３９のみを制御装置により、或いは
人手によって操作することにより、有効に作動するシリ
ンダの数を、シリンダ１２ａ〜１２ｅ及び１３ａ〜１３
ｅの中から任意に選んで多段階に切り換えることが可能
になる。もっとも、本発明は制御ピストン３４と制御ピ
ストン４６の双方を共に備えている必要はなく、どちら
か一方を使用するだけでも、十分に斜板型圧縮機１の吐
出容量を変更することが可能になる。

【００２７】図３は本発明の第２実施例である斜板型圧
縮機１’を示したものである。第１実施例の斜板型圧縮
機１と比べて異なる点は、図３に示す制御ピストン３
４’及び制御ピストン４６’の作動方向が、図１におけ
る制御ピストン３４及び制御ピストン４６の作動方向と
逆になっていることである。即ち図３に示した状態が全
負荷或いは最大吐出容量の状態であり、フロント側の制
御圧室３８’及びリヤ側の制御圧室５１’に対して、制
御弁３９’から制御圧力が加えられて、制御ピストン３
４’が軸方向右へ移動することによって通路４０’を閉
塞すると共に、制御ピストン４６’が軸方向左へ移動す
ることによって通路５２’及び通路５４’を順次閉塞す
るので、部分負荷或いは吐出容量の減少した状態を実現
することができる。なお、図３においては、図１におけ
る対応部分の符号にダッシュを付すことにより、また、
実質的に同じ部分については同じ符号を与えることによ
り、それぞれの詳細な説明を省略している。

【００２８】

【発明の効果】本発明を実施すれば、斜板型圧縮機を可
変容量とするための機構を圧縮機の回転軸のまわりにコ
ンパクトに組み込むことが可能になるので、可変容量機
構を含む圧縮機全体が小型化されると共に、可変容量機
構自体の構造が堅牢で作動も確実であるため、信頼性を
著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による斜板型圧縮機の第１実施例を示す
縦断正面図である。

【図２】図１のII−II線における横断側面図である。

【図３】本発明による斜板型圧縮機の第２実施例を示す
縦断正面図である。

【符号の説明】

１、１’…斜板型圧縮機 ２、２’…シリンダブロック ４、４’…フロントハウジング ６、６’…リヤハウジング ７、７’…リヤ側の吐出室 １０、１０’…リヤ側の小さな吸入室 １１、１１’…リヤ側の大きな吸入室 １２ａ〜１２ｅ…フロント側のシリンダ １３ａ〜１３ｅ…リヤ側のシリンダ １４、１４’…フロント側の吐出室 １６、１６’…フロント側の吸入室 ２３…斜板室 ２４…回転軸 ２７…斜板 ３０ａ〜３０ｅ…ピストン ３３…制御シリンダ ３４、３４’…制御ピストン ３５…スプリング ３６…通路 ３７…円周方向の溝 ３８、３８’…フロント側の制御圧室 ３９、３９’…制御弁 ４０、４０’、４１…通路 ４５…制御シリンダ ４６、４６’…制御ピストン ４７…スプリング ４８…軸方向の通路 ４９…半径方向の通路 ５０…円周方向の溝 ５１、５１’…リヤ側の制御圧室 ５２、５２’、５３、５４、５４’…通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のシリンダが穿設されたシリンダ
   ブロックと、前記シリンダに挿入された複数個のピスト
   ンと、前記シリンダ内で前記ピストンを往復運動させる
   ために前記シリンダブロック内へ延びている回転軸と、
   前記回転軸に一体に設けられ、この回転軸と共に回転す
   ることにより前記複数個のピストンを往復運動させる斜
   板と、前記シリンダブロック内に形成されて前記斜板を
   収容している斜板室と、前記斜板室に供給される流体を
   通路を介して導入している前記シリンダのための複数個
   の吸入室と、前記斜板室と前記複数個の吸入室との間を
   接続する通路と、この通路を開閉するように設けられた
   制御ピストンと、この制御ピストンが摺動可能に挿入さ
   れた制御シリンダと、前記制御ピストンを移動させて前
   記複数個の吸入室の一部或いは全部に対して選択的に流
   体を分配するために前記制御シリンダの制御圧室に制御
   圧力を供給する制御弁とを備えていることを特徴とする
   可変容量圧縮機。