JPH05288149A - 斜板型可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 斜板型可変容量圧縮機において、駆動軸と斜
板を連結する機構の一部に用いられる二面幅部の摩擦力
を減少させて、容量変化を円滑に行わせる。 【構成】 従来の斜板型可変容量圧縮機においては、斜
板本体を傾動させるための二面幅部の方向に来る１個の
ピストンに上下の死点、即ち最大の行程位置が与えられ
るが、斜板に作用する全ての荷重の合力の作用点は、二
面幅部の方向からずれた位置になり、それによって二面
幅部にはこじる力のモーメントが発生して斜板ガイドと
の摺動面の摩擦力が増大し、吐出容量変化のための斜板
の傾動を妨げる。そこで本発明においては、二面幅部３
６を合力の作用点の方向に向かうように偏向させて斜板
支持部３９に取り付け、このモーメントの発生を抑え
る。これは、斜板本体３８をｚ軸の回りに捩じったのと
同じである。二面幅部３６は駆動軸７の側に設けても同
じ効果が得られる。

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
装置において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】例えば実開平２−２６７３７１号公報
に、従来の斜板型の可変容量圧縮機が記載されている。
その構造を図３〜図５に示す。シリンダブロック１の前
後両端面にはフロントハウジング２及びリヤハウジング
３が締結されており、シリンダブロック１には斜板室４
が形成されていると共に、斜板室４のフロント側及びリ
ヤ側のそれぞれ対向する位置に、複数対（図示例の場合
は図４に示されているように５対である。）のシリンダ
ボア５ａ，５ｂが形成され、それらの各対に対してそれ
ぞれ１個宛の共通の双頭ピストン６が往復運動可能に、
且つ前後に跨がるように挿入されている。フロントハウ
ジング２及びシリンダブロック１内には駆動軸７が軸承
され、その中間部分には板状の斜板ガイド８が形成され
ていて、斜板ガイド８には駆動軸７に対して斜めにガイ
ド孔９が穿設されている。ガイド孔９はカムとしての働
きをするので、直線状でなく任意の曲線のような形状で
あってもよい。駆動軸７の延長部分であるリヤ軸部７ａ
にはガイドスリーブ１０が摺動可能に嵌挿され、その先
端とガイドスリーブ１０に形成された底面との間には、
圧縮ばね１１が介装されている。

【０００３】リヤ側から斜板室４内に突出しているガイ
ドスリーブ１０の頭部１０ａには、一対のピン軸１２が
リヤ軸部７ａと直交するように突設されており、それに
よって斜板１３が、ガイドスリーブ１０に対して傾斜角
度を変化することができるように支持されている。図示
実施例の斜板１３は、それが回転する際に傾斜角度に応
じた大きさの振幅で揺動運動をするが、その揺動運動に
よって双頭ピストン６を往復運動させるために、双頭ピ
ストン６に設けられているシュー１４と係合する斜板本
体１５と、駆動軸７の斜板ガイド８に対してガイドピン
１６によって連結される斜板支持部１７とから構成され
ている。斜板本体１５は鋼材等で形成されるが、シュー
１４との摺動部１５ａには、銅系の軸受合金を鋼材等の
母材の表面に焼結、溶射、接合等の方法で被覆してい
る。

【０００４】斜板支持部１７も鋼材等で形成され、斜板
本体１５の嵌合孔１５ｂに対して圧入又は螺合等の方法
で固着される嵌合段部１７ａと、その反対側に形成され
た一対の耳片からなる二面幅部１７ｂとを有する。二面
幅部１７ｂに穿孔された嵌合孔１７ｃには、ガイドピン
１６がブッシュ１６ａを介して装着されると共に、ガイ
ドピン１６の中間部は、駆動軸７の斜板ガイド８に形成
されたガイド孔９に挿通され、ガイドブッシュ１６ｂを
介してガイド孔９のカム面に係合している。斜板支持部
１７には駆動軸７の軸線と直交すると共に嵌合孔１７ｃ
と平行の軸孔１８が穿孔されており、軸孔１８の両端か
ら挿入された一対のピン軸１２は、斜板支持部１７の内
腔部１７に挿入された前述のガイドスリーブ１０の、頭
部１０ａに穿孔されている小孔１０ｂに嵌入されて、斜
板１３の傾動の中心軸となる。駆動軸７と、それに対し
て一体である斜板ガイド８、リヤ軸部７ａは軸方向に移
動することはないが、リヤ軸部７ａに嵌合しているガイ
ドスリーブ１０は軸方向に移動するので、後述の手段に
よってそれを軸方向に移動させると、頭部１０ａのピン
軸１２と共に斜板１３の中心が軸方向に移動する。それ
によって、二面幅部１７ｂに取り付けられたガイドピン
１６が斜板ガイド８のガイド孔９に沿って案内されて移
動するため、駆動軸７或いはガイドスリーブ１０に対す
る斜板１３の傾斜角度が変化することになる。その結
果、双頭ピストン６の往復運動のストロークが無段階に
変化して、圧縮機の吐出容量が無段階に変化する。

【０００５】シリンダブロック１とフロントハウジング
２及びリヤハウジング３との間にはそれぞれサイドプレ
ート１９及び２０が、弁形成プレート２１及び２２と共
に挟み込まれている。前後両ハウジング２，３内には吸
入室２３及び２４と、吐出室２５及び２６が形成されて
おり、フロント側の吸入室２３は、吸入通路２７を通じ
て斜板室４に連通していると共に、サイドプレート１９
の吸入孔１９ａ及び吸入弁２１ａを介してフロント側の
圧縮室Ｐｆに連通可能となっている。フロント側の吐出
室２５は、サイドプレート１９の吐出孔１９ｂ及び吐出
弁２８を介してフロント側の圧縮室Ｐｆと連通可能とな
っている。リヤ側も同様であって、吸入室２４は、吸入
通路２９を通じて斜板室４に連通していると共に、サイ
ドプレート２０の吸入孔２０ａ及び吸入弁２２ａを介し
てリヤ側の圧縮室Ｐｒに連通可能となっている。リヤ側
の吐出室２６は、サイドプレート２０上の吐出孔２０ｂ
及び吐出弁３０を介してリヤ側の圧縮室Ｐｒに連通可能
となっている。また、シリンダブロック１に形成され、
図示しない空調装置の冷凍サイクルにおける蒸発器に接
続される吸入管路３１が斜板室４に連通していると共
に、凝縮器に接続される吐出管路３２が前後の吐出室２
５，２６に連通している。

【０００６】リヤハウジング３の内部には軸方向に制御
シリンダ３ａが形成されており、それに対して摺動可能
に嵌合する制御ピストン３３のフランジ部３３ａが、制
御シリンダ３ａ内の空間を、リヤ側の吸入室２４と制御
圧室２４ａとの２つの部分に区画している。制御ピスト
ン３３のスリーブ３３ｂは、シリンダブロック１の中心
に形成された軸方向のシリンダ部１ａに摺動可能に挿入
されており、スリーブ３３ｂはスラストベアリング３４
及びラジアルベアリング３５を介してガイドスリーブ１
０を支持している。

【０００７】この圧縮機の作動状態においては、リヤ側
の吸入室２４の冷媒の圧力（冷凍サイクルからの戻り冷
媒の圧力）とか、冷媒を双頭ピストン６によって圧縮室
Ｐｆ及びＰｒへ吸入したり、その中で圧縮して吐出する
ことによって、斜板１３に作用する圧縮反力及び吸入反
力等によって発生する軸方向力が、制御ピストン３３を
図３において右方向に推進させるように作用するが、制
御圧室２４ａには図示しない制御弁から吸入圧と吐出圧
との中間の、任意の制御圧が供給されて、フランジ部３
３ａを左方へ押圧して前記の軸方向力と釣り合う。そし
て、例えば吸入管路３１の圧力が高い時には、より大き
な冷媒流量即ち吐出容量をもたらすように、ガイドスリ
ーブ１０を軸方向左方へ移動させ、斜板１３の傾斜角度
を増加させて、双頭ピストン６のストロークを増大する
ように作動する。

【０００８】図示しない空調装置の冷凍サイクルにおけ
る蒸発器から戻って来る低温低圧の冷媒は、吸入管路３
１から斜板室４に入り、吸入通路２７及び吸入通路２９
に分かれてそれぞれ吸入室２３及び２４に流入する。そ
して圧縮室Ｐｆ又はＰｒが吸入行程にあるとき、吸入弁
２１ａ又は２２ａが開いて圧縮室内に吸入され、圧縮行
程において加圧されて、吐出弁２８又は３０を押し開い
て吐出室２５又は２６に吐出される。高圧高温となった
冷媒は吐出管路３２から冷凍サイクルの凝縮器へ送ら
れ、冷凍サイクルを循環することによって冷却作用をす
る。斜板型の可変容量圧縮機の特長は、斜板１３の傾斜
角度が冷房負荷や駆動軸７の回転数等の制御要因に応じ
て自由に変化し、冷媒の吐出容量を無段階に変化させる
ことができるので、その時に空調装置に最適の冷媒流量
が得られる点にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】斜板支持部１７に取り
付けられた二面幅部１７ｂは、斜板側に限らず駆動軸７
の側に取り付けることもできるので、その際は斜板ガイ
ド８に相当するものが斜板支持部１７の側に設けられる
ことになる。いずれの場合でも、圧縮機の吐出容量を変
更するために斜板本体１５の傾斜角度を無段階に変化さ
せる際には、二面幅部１７ｂの中で斜板ガイド８が円滑
に摺動することが必要になる。

【００１０】斜板ガイド８が二面幅部１７ｂの中で摺動
して斜板本体１５が傾斜するとき、複数個ある双頭ピス
トン６のうちでも、その時に二面幅部１７ｂの方向にあ
る１個の双頭ピストン６が最大の行程位置（上死点或い
は下死点）をとるから、その双頭ピストン６が最大の圧
縮反力及び吸入反力による最大の荷重を斜板１３に与え
る筈である。ところが、複数個の双頭ピストン６が同時
に圧縮又は吸入を行っているのと、斜板本体１５に作用
する荷重には圧縮反力及び吸入反力以外にも双頭ピスト
ン６の慣性力等が含まれているため、図６に示したよう
に、全ての双頭ピストン６による荷重Ｆｉの合力ΣＦｉ
は、斜板本体１５上でも二面幅部１７ｂの方向から外れ
た位置の、例えば点Ｐに作用することになる。

【００１１】荷重の合力ΣＦｉが二面幅部１７ｂの方向
に作用せずに、それに対して角度θだけずれた、しかも
中心から半径Ｌだけ離れたＰのような点に作用すること
によって、図６に示した矢印のように、斜板１３を二面
幅部１７ｂの方向の軸を中心として旋回させようとする
モーメント（こじる力）が発生し、その力によって斜板
ガイド８の両面が二面幅部１７ｂに押し付けられて摺動
摩擦力が大きくなり、斜板１３の傾動が円滑に行われな
くなる。特に、制御圧室２４ａの制御圧が比較的小さい
低容量時には、制御ピストン３３を介して釣り合ってい
るリヤ側の吸入室２４の吸入圧との圧力差が小さいの
で、制御ピストン３３を移動させる力、即ち制御力が小
さくなり、斜板ガイド８と二面幅部１７ｂとの間の増大
した摩擦力に打ち勝つことができないために、制御圧室
２４ａの圧力の変化に応答して容量変化が起こらない、
所謂不感帯が生じる場合がある。

【００１２】本発明は、従来の斜板型の可変容量圧縮機
に起こり得るこのような問題を解消して、吐出容量の大
小に関係なく、二面幅部の摩擦力が増大するのを防止し
て、斜板の傾斜角度の変更が常に円滑に行われるように
することによって、制御に対する容量変化の応答性に優
れた斜板型の可変容量圧縮機を提供することを解決課題
とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、駆動軸と、前記駆動軸の周りに並列に
配置される複数個のシリンダボアと、前記複数個のシリ
ンダボアに挿入される複数個のピストンと、前記複数個
のピストンに係合する共通の斜板と、前記斜板の傾動を
許すような状態で前記駆動軸と前記斜板とを連結する二
面幅部を含む連結機構とによって構成されていると共
に、前記二面幅部の方向が、前記斜板に作用する全ての
前記ピストンからの荷重の合力の作用点に向かうように
偏向して設定されていることを特徴とする斜板型可変容
量圧縮機を提供する。

【００１４】

【作用】駆動軸が回転することによって斜板が揺動運動
をして、斜板はその周縁部に係合している各ピストンに
それぞれシリンダボア内での往復運動を与えるので、各
シリンダボアは順次に流体を吸入或いは圧縮して吐出す
る。駆動軸と斜板とを連結している二面幅部によって、
吐出容量に応じたピストンストロークをもたらすように
斜板が駆動軸に対して傾動することができるので、最大
の行程位置である上下の死点位置は、二面幅部の方向に
入って来るピストンに与えられることになるが、全ての
ピストンが斜板に及ぼす圧縮反力、吸入反力、慣性力等
の荷重の合力は二面幅部の方向から角度的にずれた位置
に作用し、それによって二面幅部にはこじり力のモーメ
ントが発生して、駆動軸と斜板との間の二面幅部を含む
連結機構に大きな摩擦力が発生し、その摩擦力が斜板の
傾動を妨げる。これに対して、本発明では斜板を傾斜さ
せた状態において、二面幅部の方向が斜板に作用する荷
重の合力の作用点に向かうように二面幅部を偏向させて
取り付けているので、このようなこじり力のモーメント
の発生が抑制され、発生してもその値が小さくなるの
で、斜板の傾動、従って圧縮機の吐出容量を無段階に変
更する作用が円滑に行われる結果、制御に対する応答性
が向上する。

【００１５】

【実施例】図１及び図２に本発明の実施例としての斜板
組立体の構造を示す。それ以外の圧縮機全体の構造は図
３〜図５に示した従来例と同様であってもよいので、圧
縮機全体の構造の図示とか、重複する説明等は省略する
と共に、図示実施例の中でも前記従来例と実質的に同じ
構造部分については、同じ参照符号を付すことによっ
て、相互に比較することができるようにしている。

【００１６】従来例について説明したように、図３〜図
５に示すような従来の斜板型圧縮機が作動するとき、例
えば５個ある双頭ピストン６のうちでも、二面幅部１７
ｂの方向にある双頭ピストン６が上下の死点に達して、
最大のストローク位置をとっている。そして、圧縮機が
最大の吐出容量の状態におかれることによって、斜板１
３が最大の傾斜角度をとっているとき、全ての双頭ピス
トン６から斜板本体１５に作用する圧縮反力等による荷
重の合力ΣＦｉは、二面幅部１７ｂの方向から角度θだ
けずれた点Ｐのような位置に作用する。その結果、図６
に矢印で示すようなモーメント（こじる力）が発生し
て、二面幅部１７ｂと斜板ガイド８との間の摩擦力が増
大し、圧縮機の吐出容量を変更するために斜板１３を傾
動させようとしても円滑に摺動が行われなくなる。

【００１７】そこで、本発明の図示実施例では、斜板１
３が最大の傾斜角度をとっている状態において、つま
り、圧縮機が最大の吐出容量に対応する時に、図２に示
すように、斜板支持部１７に対する二面幅部１７ｂを、
駆動軸７或いはガイドスリーブ１０の軸線を中心とし
て、ずれた角度θだけ回転した新たな位置に移設したの
と同じように、斜板に対して二面幅部を偏向させて取り
付け、本発明特有の姿勢を持つ二面幅部３６を形成して
いる。そのような斜板組立体の形状、構造が図１に例示
されている。

【００１８】図１は、斜板本体１５がある程度の傾斜角
度をとっている状態において、駆動軸７が回転して、ガ
イドピン１６及びピン軸１２が水平位置に来た瞬間をと
らえて、水平面によって切断した断面を上方（ｚ軸の方
向）から見た平面図を示したものである。この図から明
らかなように、図２のように二面幅部３６を偏向して設
置したものは、図５等に示した従来例の斜板組立体にお
いて、斜板本体１５を垂直軸（ｚ軸）の回りに捩じって
二面幅部１７ｂに取り付けたのと同じ形になっている。
それによって、駆動軸７の軸線であるｙ軸の方向は変わ
らないが、斜板本体１５の半径方向のうちピン軸１２の
方向と一致していた水平軸ｘの方向はずれてｘ’軸の方
向になる。その意味で、図１及び図２に示す本発明の実
施例の斜板組立体においては、斜板は従来例の斜板１３
と同じものではなく、新たに斜板３７と呼ぶべきもので
あり、また斜板本体も斜板本体１５と同じものではなく
斜板本体３８と呼ぶべきものである。同様な意味で、斜
板支持部１７に対応するものも図示実施例では斜板支持
部３９としている。

【００１９】図１及び図２に示したような実施例の斜板
組立体を、図３〜図５のような斜板型圧縮機に組み込ん
で作動させた場合、斜板３７に作用する圧縮反力のよう
な荷重の合力ΣＦｉの作用点Ｐは、二面幅部１７ｂの方
向から角度的にずれ、その位置は吸入圧をＰｓ，吐出圧
をＰｄとしたとき、圧縮比Ｐｄ／Ｐｓの大きさに依存し
て決まるので、どのような状態でも常に二面幅部３６の
方向を作用点Ｐの方向に正確に合致させることは難しい
ものの、実施例では、斜板本体３８が最大吐出容量に対
応する最大の傾斜角度をとった時に、二面幅部３６の方
向が作用点Ｐの方向に向かうように設定してあるので、
部分負荷の状態で作用点Ｐの位置が僅かにずれても、従
来技術のように何の対策も講じていない場合よりは、こ
じり力が小さくなって、斜板３７の傾動が円滑に行われ
る。

【００２０】図７に示したように、斜板３７の中心から
力の作用点であるシュー１４までの距離（半径）をＬ，
駆動軸７の回転角をφ，各双頭ピストン６からの荷重を
Ｆｉとしたとき、双頭ピストン６の数がＮｐの圧縮機に
おいて、斜板３７を傾動させようとする力のモーメント
Ｍと、斜板本体３８をこじるモーメントｍは、それぞれ
次のように表される。

【００２１】式(1) 及び式(2) の計算結果を図表として
示したものが図８であって、横軸に駆動軸７の回転角φ
をとり、縦軸にモーメントの値をとって、（ａ）は冷媒
の圧縮反力によるモーメントＭの、（ｂ）は本発明によ
って３５°のずらし角を二面幅部３６に与えて、二面幅
部を偏向させた場合に僅かに発生するこじるモーメント
ｍの、また、（ｃ）は従来技術のように二面幅部を偏向
させていない場合に発生するこじる力のモーメントｍ
の、それぞれの値の時間的変化を示している。図８によ
って、ずらし角を大きくして行くと、二面幅部３６に対
して斜板ガイド８をこじる力のモーメントｍが非常に減
少することが理解される。ただし、圧縮機の最小吐出容
量に対応する斜板本体３８の傾斜角度よりも大きな角度
のずらし角をｚ軸回りに与えることは実際にはできな
い。なぜならば、大きなずらし角を与えると斜板本体３
８の最小傾斜角度が大きくなり、最小吐出容量を実現す
ることができなくなるからである。

【００２２】このように、二面幅部３６を、その方向が
合力ΣＦｉの作用点Ｐに向かうように偏向させて設置す
ることにより、合力ΣＦｉによるこじり力としてのモー
メントの発生が抑制され、斜板支持部３９の二面幅部３
６と、駆動軸７の斜板ガイド８との間に大きな摩擦力が
発生することが防止される。従って、制御ピストン３３
に比較的小さな制御力が作用しているときでも、斜板３
７の傾動は円滑に行われて、制御に対する吐出容量変化
の応答性が高くなる。

【００２３】なお、図示実施例では斜板支持部３９に二
面幅部３６を設け、駆動軸７に斜板ガイド８を設けてい
るが、以上の説明から明らかなように、それらの関係を
逆にして、斜板支持部３９側に斜板ガイド８と同様なも
のを設けると共に、駆動軸７の側に二面幅部３６と同様
なものを取り付けるようにしても同様の効果を奏するか
ら、これもまた本発明の一つの実施例ということができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明を実施することにより、駆動軸と
斜板支持部との連結部分に発生するこじる力のモーメン
トが減少又は消滅し、連結部分における摩擦力が小さく
なることから、斜板の傾斜角度の変更が比較的小さな制
御力によっても円滑に行われるようになり、制御に対す
る吐出容量変化の応答性が著しく向上する。特に、吐出
圧と吸入圧との差が小さい低負荷域において生じやすい
制御に対する不感帯を解消することができる。また、本
発明によれば、二面幅部の位置を中心位置に対して偏心
させて設置するような対応措置を講じる必要がないの
で、従来の場合よりも圧縮機の構造を簡素化することが
できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による斜板組立体の実施例を示す縦断平
面図である。

【図２】本発明による斜板組立体の実施例を示す側面図
である。

【図３】従来の圧縮機の全体構成を示す縦断正面図であ
る。

【図４】従来の圧縮機における斜板組立体の分解斜視図
である。

【図５】従来の圧縮機の横断面を示す側面図である。

【図６】従来の圧縮機の問題点を説明するための概念図
である。

【図７】斜板に作用するモーメントを説明するための概
念図である。

【図８】斜板に作用するモーメントの変化を示す線図で
ある。

【符号の説明】

４…斜板室 ５ａ，５ｂ…シリンダボア ６…双頭ピストン ７…駆動軸 ８…斜板ガイド ９…ガイド孔 １０…ガイドスリーブ １２…ピン軸 １３…斜板 １４…シュー １５…斜板本体 １６…ガイドピン １７…斜板支持部 １７ｂ…二面幅部 １９，２０…サイドプレート ２３，２４…吸入室 ２４ａ…制御圧室 ２５，２６…吐出室 ２７，２９…吸入通路 ３３…制御ピストン ３６…二面幅部 ３７…斜板 ３８…斜板本体 ３９…斜板支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横野 智彦 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸と、前記駆動軸の周りに並列に配
   置される複数個のシリンダボアと、前記複数個のシリン
   ダボアに挿入される複数個のピストンと、前記複数個の
   ピストンに係合する共通の斜板と、前記斜板の傾動を許
   すような状態で前記駆動軸と前記斜板とを連結する二面
   幅部を含む連結機構とによって構成されていると共に、
   前記二面幅部の方向が、前記斜板に作用する全ての前記
   ピストンからの荷重の合力の作用点に向かうように偏向
   して設定されていることを特徴とする斜板型可変容量圧
   縮機。