JP2003129950A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 揺動板型可変容量圧縮機において、揺動板の
回転を阻止する等速度型の回り止め機構を、構造が簡素
で安価に製造することができるものとする。 【解決手段】 ピストン８を駆動する揺動板６の周囲か
ら半径方向に均等に、１２０度の間隔をおいて３本のピ
ン１３を突出させると共に、それらの先端をそれぞれ鋼
球１４の中心孔１４１に挿入し、鋼球１４が回転可能
で、しかもピン１３の方向に摺動可能とする。これらの
鋼球１４を、ハウジング１の内面に駆動軸４と平行に設
けられた断面円形の３本の案内溝１ａにそれぞれ摺動可
能に係合させる。ドライブプレート５が駆動軸４と共に
回転するときに揺動板６が行う運動は純粋の揺動運動と
なり、往復回転運動の成分を全く含まないから、振動及
び騒音の原因とならない。この回り止め機構には等速性
があるのに、駆動軸４や揺動板６の周辺に複雑な構造部
分がないので、安価に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として空調装置
において任意の量の冷媒を圧縮するために使用される可
変容量圧縮機に係り、その中でも、駆動軸に対して傾斜
した揺動板を備えていて、その揺動板によって複数個の
ピストンが往復運動をさせられると共に、吐出容量を変
化させるために揺動板の傾斜角度が無段階に変更可能と
なっている形式の、所謂「揺動板型可変容量圧縮機」に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の揺動板型可変容量圧縮機において
は、揺動板の自転を阻止する回り止め機構として、例え
ば特許第２９４３９３５号公報に記載されているよう
に、揺動板の外周の一箇所から半径方向に突出している
フォーク状の挟持部を、駆動軸に対して平行となるよう
にケーシングの内面に取り付けられた１本のガイドレー
ルに摺動可能に係合させたものが一般的に用いられてい
る。しかしながら、このタイプの回り止め機構を使用す
ると、揺動板の運動が回転方向成分を全く含まない純粋
な揺動運動とはならず、揺動運動の他に、微小な角度の
往復回転運動である回転振動が発生する。この回転振動
は、駆動軸が高速で回転する時に、回り止め機構におけ
る挟持部とガイドレールの係合部分のような摺動部分の
荷重を増加させるとか、圧縮機全体の振動を増大させる
というような好ましくない問題を発生する。

【０００３】これは前述の回り止め機構が所謂「等速
性」を有していないためであって、よく知られているフ
ックジョイントのような等速性を有しない自在継ぎ手機
構においては、入力軸に一定速度の回転運動を加えて
も、入力軸に対して出力軸が傾斜している場合には、出
力軸に一定速度の回転運動が現れず、回転速度が変動す
る回転運動が取り出されるのと同じ理由による。この問
題は、車両用等の冷媒用圧縮機において近年特に必要性
が高まってきている高度の静粛性や信頼性、或いは小型
軽量化を実現する上で障害となっている。

【０００４】一方、この問題に着目して、例えば特開平
５−１３３４２５号公報に記載されているように、揺動
板と圧縮機ハウジングを結合する回り止め機構として、
所謂「等速自在継ぎ手」を使用し、揺動板に純粋の揺動
運動のみを許すと共に往復回転運動成分の発生を阻止し
て、前述のような回り止め機構の不等速性に起因する問
題を払拭しようとする試みもなされているが、この改善
案においては揺動板の中心部に等速自在継ぎ手機構を設
けて、それによって揺動板と靜止部材である圧縮機のハ
ウジングとを連結している。この等速自在継ぎ手機構
は、駆動軸の外周に設けられて該駆動軸に対する回転と
軸方向の摺動が可能であると共に、それ自体の外周に複
数個のボールのためのガイド溝を備えているサポートス
リーブなる部材を含んでいるため、駆動軸が二重構造と
なって圧縮機の構造が複雑化するとか、体格の大型化や
製造コストの上昇を招くというような別の問題が生じ
る。

【０００５】さらに、この等速自在継ぎ手機構を、ＣＯ
₂ を冷媒に用いる圧縮機へ適用した場合を考えると、フ
ロンを冷媒とする圧縮機にくらべて、駆動軸に加わるト
ルクが一般的に増大するため、それに伴って、揺動板の
回り止め機構に加わる荷重も増大する。この場合、回り
止めの荷重を受ける部位が駆動軸中心に対し外側にある
ほど、荷重が小さくなるため有利であるが、揺動板の中
心部に配置される回り止め機構では、圧縮機の体格の制
限から、揺動板の内側の限られた大きさの空間内に配置
する必要があるため、高荷重を受ける機構としては好ま
しくない条件を課せられることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような諸問題に鑑み、新規な手段によって
それらの問題を解消することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に
記載された揺動板型可変容量圧縮機を提供する。

【０００８】本発明の揺動板型可変容量圧縮機において
は、揺動板の回転を阻止するための回り止め機構とし
て、揺動板の周辺部から相互に１２０度の間隔を保って
放射状に伸びる３本のピンと、ハウジングと一体的に設
けられて、駆動軸に対して平行でその周りに均等に相互
に１２０度の位置関係を保って配置されていると共に、
３本のピンの先端と常に係合している３本の案内溝とを
設けているので、この回り止め機構が等速自在継ぎ手を
構成していることから、揺動板は往復回転運動の成分を
含まない純粋の揺動運動だけをする。従って、この回り
止め機構及び圧縮機全体から振動や騒音等が発生するこ
とは確実に防止される。また、この回り止め機構は簡素
で中心部に複雑な構造を有しないから、圧縮機全体を含
めて小型化することができるし、コストの上昇を招く恐
れもない。

【０００９】本発明の最も好適な実施の形態において
は、３本の案内溝の断面形を円形として、それらに鋼球
をそれぞれ常に係合させると共に、鋼球の中心を通るよ
うに形成された円形断面の中心孔に、揺動板から放射状
に伸びる先端が円柱形である３本のピンを、回転及び摺
動可能にそれぞれ挿入するという構成をとる。それによ
って３本のピンの先端が常に鋼球を介して３本の案内溝
に係合するので、摩擦が少なくなって摺動が円滑に行な
われる。

【００１０】本発明の揺動板型可変容量圧縮機において
は、３本のピンをそれぞれの中心軸線の方向に伸縮可能
な構造とすると共に、それらを圧縮スプリングのような
手段によって常に伸長方向に付勢することにより、３本
のピンの先端が常に３本の案内溝にそれぞれ係合するよ
うにした、きわめて簡単な構造の回り止め機構を組み込
むことによって実施することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】添付の図面は本発明の揺動板型可
変容量圧縮機の好適な実施例を示すものである。最大の
吐出容量をもたらす運転状態における圧縮機全体の縦断
面構造を示す図１において、１は圧縮機の外殻の一部で
あるフロントハウジング、２は図示しない通しボルトの
ような締結手段によってフロントハウジング１と一体化
されたミドルハウジングを示している。ミドルハウジン
グ２の内部には、図１において横方向（後述の「軸方
向」）に複数個（例えば５個）のシリンダボア２１が、
中心線の周りに概ね均等に形成されている。３はリアハ
ウジングであって図示しない締結手段によってミドルハ
ウジング２と一体化されるが、リアハウジング３の内部
の外周部分には空間としての吸入室３１が形成されてい
ると共に、中心部分には空間としての吐出室３２が形成
されている。

【００１２】４は外部の動力源から回転動力を受け入れ
るための駆動軸であって、それと直交するように円板部
４ａが一体的に形成されている。円板部４ａの外周の一
部から所定の間隔をおいて平行に、２枚のアーム４１が
概ね軸方向に突出するように形成されている。この駆動
軸４は、ラジアルベアリング４０２及び４０４を介し
て、一体化されたフロントハウジング１及びミドルハウ
ジング２によって軸承されていると共に、円板部４ａの
背面を支持するスラストベアリング４０３を介して、軸
方向にもフロントハウジング１によって軸承されてい
る。なお、これらの軸承部分の外側には軸封装置４０１
が設けられて、駆動軸４の周りから流体が外部へ漏洩す
るのを防止している。

【００１３】５はドライブプレートであって、概ね円板
形のディスク部分５ａと、その中心部に形成された円筒
部分５ｂと、ディスク部分５ａの一部から突出するアー
ム部分５ｃを備えている。アーム部分５ｃにはカムとな
る所定の形状の長孔５１が形成されていて、前述の駆動
軸４側のアーム４１に固定されたアームピン４２が長孔
５１に摺動可能に係合している。それによってドライブ
プレート５は駆動軸４と共に回転することができる。ド
ライブプレート５には回転をしない揺動板６がベアリン
グ５０１及び６０１を介して支持されている。なお、ベ
アリング５０１はスラストベアリングであるが、もう一
つのベアリング６０１にもスラストベアリングを使用す
る。これは、ドライブプレート５に対して揺動板６を僅
かに半径方向に移動可能とするためである。そのため
に、ドライブプレート５の円筒部分５ｂと、それを受け
入れている揺動板６の中心の開口との間には半径方向の
小さな隙間ｃが形成されている。なお、１２はベアリン
グ６０１を取り付けるためのロックナットである。

【００１４】揺動板６の周辺部には前述のシリンダボア
２１と同数の球形の窪み６ａが形成されており、それに
対して同数のピストンロッド７の一端に形成された球形
端部７１が係合している。また、それぞれのシリンダボ
ア２１に摺動可能に挿入されているピストン８にも球形
の窪み８ａが形成されていて、それに対してピストンロ
ッド７の各他端に形成された球形端部７２が係合してい
る。

【００１５】９は厚板からなるバルブポートプレートで
あって、各シリンダボア２１に対応する位置においてそ
れを貫通するように少なくとも１個ずつの吸入口９ａと
吐出口９ｂが開口している。バルブポートプレート９の
各吸入口９ａは、１枚の薄いばね鋼板からなる吸入バル
ブプレート１９の各一部に形成されたリード弁状の吸入
バルブ２０によって、シリンダボア２１の側から閉塞さ
れている。各吐出口９ｂは、やはり１枚の薄いばね鋼板
からなる吐出バルブプレート１０の周辺部に形成された
リード弁状の吐出バルブ部分によって、吐出室３２の側
から閉塞されている。吐出バルブプレート１０は、それ
を保護する弁押さえ１１がバルブポートプレート９に螺
着されるときに同時に固定される。また、バルブポート
プレート９と吸入バルブプレート１９は、ミドルハウジ
ング２とリアハウジング３が締結されて一体化されると
きに、それらの間に挟み込まれて固定される。

【００１６】１５は、その中心孔によって駆動軸４上を
軸方向に自由に摺動することができるように駆動軸４に
緩く嵌合されたスリーブであって、その外形は球形とな
っており、この球形の外面が前述のドライブプレート５
の円筒部分５ｂの中心に形成された円筒形内面に摺動可
能に係合している。図５に示すように、ドライブプレー
ト５の円筒部分５ｂは、駆動軸４に対して直交する方向
の２本のスリーブピン１６によって、スリーブ１５に枢
着されている。従って、スリーブ１５が駆動軸４上を軸
方向に摺動しながら移動するときに、ドライブプレート
５と揺動板６はスリーブピン１６の回りに回動すること
ができる。各ピストンロッド７の長さは一定不変であ
り、駆動軸４側に取り付けられたアームピン４２がドラ
イブプレート５の長孔５１に係合しているために、スリ
ーブ１５の移動に伴って、駆動軸４に対するドライブプ
レート５及び揺動板６の傾斜角度が変化し、全てのピス
トン８のストロークが同時に同じ量だけ変化する。それ
によって圧縮機の吐出容量が無段階に変化することにな
る。

【００１７】駆動軸４に対する揺動板６の傾斜と、ドラ
イブプレート５の回転による揺動板６の揺動運動を許し
ながらも、揺動板６が駆動軸４やドライブプレート５と
共に回転することは阻止しなければならないので、揺動
板６には回り止め機構が設けられるが、前述のように、
従来の揺動板型可変容量圧縮機においては、回り止め機
構に等速性がないために振動及び騒音の発生原因になる
とか、等速性のある回り止め機構を用いた場合には、機
構が複雑になってコストの上昇を招くと共に、圧縮機の
体格が大型化するというような問題があった。

【００１８】この問題を解消するために、本発明の図示
実施例においては、等速性のある回り止め機構を簡単
に、且つ圧縮機を大型化することなく構成するために、
フロントハウジング１の内部に空間として形成されてい
るフロントハウジング室１ｂの内面に、駆動軸４に対し
て平行に、且つ駆動軸４の周りに１２０度の間隔をおい
て均等に３本の案内溝１ａを形成すると共に、揺動板６
の外周部分から放射状に１２０度の間隔をおいて均等に
３本のピン１３を突出させて、それぞれのピン１３の外
端を案内溝１ａに摺動可能に係合させている。これら３
本のピン１３を総称して「トリポード（三脚）ピン」と
呼ぶことにする。

【００１９】図示実施例においては、更に進んで、トリ
ポードピン１３の外端（先端）と案内溝１ａとの係合部
分における係合と摺動を円滑にするために、案内溝１ａ
の断面形を図５に示すように円形とすると共に、トリポ
ードピン１３の各先端に鋼球１４を回転可能で、しかも
各ピン１３の中心軸線の方向に摺動可能に取り付けてい
る。従って、ピン１３の少なくとも先端に近い部分と、
それに装着される鋼球１４の中心軸線を通る中心孔１４
１の断面形はいずれも円形であって、言うまでもなく鋼
球１４の外形は球状である。

【００２０】次に、図示実施例の揺動板型可変容量圧縮
機の作動について説明する。駆動軸４が車両に搭載され
た内燃機関やモータのような外部の動力源によって回転
駆動されると、駆動軸４の円板部４ａに対してアーム４
１、アームピン４２、長孔５１、アーム部分５ｃ等を介
して連結されているドライブプレート５が駆動軸４と一
体的に回転する。しかし、揺動板６はドライブプレート
５に対してベアリング５０１及び６０１を介して支持さ
れているので回転することはなく、ドライブプレート５
が、駆動軸４と直交する仮想の平面に対して傾斜してい
るときだけ、その傾斜角度に応じた大きさの揺動運動を
する。それによって、揺動板６にピストンロッド７を介
して連結されている複数個のピストン８が、それぞれの
シリンダボア２１内で往復運動をする。

【００２１】複数個のピストン８の中でも吸入行程にあ
るものの頂面に形成される作動室は拡大して低圧となる
ので、その中へ吸入室３１内にある圧縮すべき流体、例
えば空調装置の冷媒が、バルブポートプレート９の吸入
口９ａに設けられた吸入バルブ２０を押し開いて流入す
る。これと反対に、圧送行程にあるピストン８の頂面に
形成される作動室は縮小するため、その内部にある流体
は圧縮されて高圧となり、バルブポートプレート９の吐
出口９ｂに設けられた吐出バルブプレート１０のバルブ
部分を押し開いて吐出室３２へ吐出される。その場合の
吐出容量は、ドライブプレート５及び揺動板６の傾斜角
度によって決まるピストン８のストロークの長さに概ね
比例している。

【００２２】このように、ドライブプレート５及び揺動
板６の傾斜角度を変化させると圧縮機の吐出容量が変化
するので、吐出容量を制御するために、図示実施例の圧
縮機においては、全てのピストン８の背圧となるフロン
トハウジング室１ｂ内の圧力を、図示しない圧力制御弁
等を使用して変化させる。通常、フロントハウジング室
１ｂ内には吐出室３２内の高圧と、吸入室３１内の低圧
との中間の圧力が圧力制御弁から導入される。フロント
ハウジング室１ｂ内の圧力、即ちピストン８の背圧を高
めると、各ピストン８の頂面に形成される作動室内の圧
力との釣り合い状態が崩れるので、新たな釣合い状態が
得られるところまで、複数個のピストン８の平均的な位
置がバルブポートプレート９に近い位置に向かって移動
する。それによって全てのピストン８のストロークが一
斉に小さくなるので、圧縮機の吐出容量が無段階に減少
する。

【００２３】図２はピストン８のストロークが零になっ
て、吐出容量も零になった状態を示している。この場合
は、フロントハウジング室１ｂ内の圧力が最大となっ
て、ドライブプレート５及び揺動板６の傾斜角度が零に
なっている（実際は、駆動軸４側のアームピン４２がド
ライブプレートの長孔５１の終端に抵触することによ
り、数度程度の傾斜角度が残っている。）から、ドライ
ブプレート５が駆動軸４と共に回転しても、揺動板６は
全く揺動運動をしないで静止している。そのため、全て
のピストン８が上死点の位置にあってシリンダボア２１
内で往復運動をすることがない。

【００２４】これと反対に、図示しない圧力制御弁を作
動させてフロントハウジング室１ｂ内の圧力を低下させ
ると、ピストン８に作用する背圧が小さくなるために、
全てのピストン８のストロークが一斉に大きくなって、
圧縮機の吐出容量が無段階に大きくなる。このときは、
ドライブプレート５と揺動板６の傾斜角度が大きくなっ
て、揺動板６の揺動運動の振幅も大きくなる。図１は、
フロントハウジング室１ｂ内の圧力が最小となって、ド
ライブプレート５と揺動板６の傾斜角度が最大限度まで
大きくなり、ピストン８のストローク及び圧縮機の吐出
容量が最大となった状態を示している。

【００２５】本発明の特徴は等速性のある回り止め機構
にあるので、最大吐出容量の状態を示す図１における回
り止め機構の部分だけを拡大して示したものが図３であ
る。また、吐出容量零の状態を示す図２における回り止
め機構の部分だけを拡大して示したものが図４である。
なお、図５は図４に示す吐出容量零の状態に対応する横
断側面図である。

【００２６】これらの図面から明らかなように図示実施
例の回り止め機構においては、揺動板６がドライブプレ
ート５に追従して連れ回りをしようとしても、トリポー
ドピン１３の先端が、靜止体であるフロントハウジング
１の内面に設けられた案内溝１ａに係合しているために
揺動板６の回転運動は阻止されて、揺動板６の揺動運動
だけが許される。この作用は、駆動軸４の周りに均等
に、且つ駆動軸４と平行に設けられた３本の案内溝１ａ
に対して常時係合している３個の鋼球１４と、各鋼球１
４の中心孔１４１に対して揺動板６から放射状に伸びて
摺動可能に係合している均等配置の３本のピン、即ちト
リポードピン１３とからなる回り止め機構によって行わ
れるので、揺動板６の往復方向の回転運動は完全に阻止
されて、回転運動の成分は全く残らない。そのために揺
動板６の運動は純粋な揺動運動となり、副次的な振動や
騒音を発生する恐れがなくなる。また、この回り止め機
構は駆動軸４や揺動板６の近傍に複雑な構造部分を有し
ておらず、トリポードピン１３も短いものでよいから、
構造が簡素で小型であり、それを含む圧縮機を安価に製
作することができる。

【００２７】図示実施例においては、揺動板６の回転を
阻止する等速性のある回り止め機構を構成するために、
案内溝１ａの断面形を円形とし、それに対して鋼球１４
を摺動可能に係合させると共に、鋼球１４の円形の中心
孔１４１に断面円形のトリポードピン１３の先端を回転
及び摺動可能に挿入しているが、本発明はそのような実
施例のみに限られる訳ではなく、特許請求の範囲に記載
された技術範囲内で色々な変更が可能である。

【００２８】簡単に他の実施例を挙げると、例えば、ト
リポードピンのそれぞれを、直線方向に伸縮が可能で、
内部に圧縮スプリングを組み込むことによって常に伸長
方向に付勢されたテレスコピック構造のものとすると共
に、ハウジングの内面等において、駆動軸４の周りに１
２０度の間隔を保って均等に、それに対して平行に設け
られた３本の直線状の案内溝を設けて、その断面形を僅
かにテーパー状に拡開する溝形とすることにより、伸縮
するトリポードピンの先端が常に案内溝の底面に接触し
ながら直線方向に摺動するように構成すれば、この機構
もまた等速性のある回り止め機構となるので前述の実施
例と同様な効果を奏する。

【００２９】また、ドライブプレート５及び揺動板６の
傾斜角度を変更して圧縮機の吐出容量を変化させるため
の手段として、図示実施例においては、フロントハウジ
ング室１ｂ内の圧力を変化させるように構成している
が、本発明はこの手段に特徴を有する訳ではないから、
同じ目的を達し得る図示実施例以外の他の手段を採用す
ることができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の揺動板型可変容量圧縮機の好適な実施
例を示す縦断正面図である。

【図２】図１に示す実施例の他の運転状態を示す縦断正
面図である。

【図３】図１の要部を拡大して示す縦断正面図である。

【図４】図２の要部を拡大して示す縦断正面図である。

【図５】図４に示すＡ−Ａ線における横断側面図であ
る。

【符号の説明】

１…フロントハウジング １ａ…案内溝 １ｂ…フロントハウジング室 ４…駆動軸 ５…ドライブプレート ６…揺動板 ７…ピストンロッド ８…ピストン １３…ピン（トリポードピン） １４…鋼球 １５…スリーブ ２１…シリンダボア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 茂 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 井上 雅文 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 木村 成秀 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB01 CC20 CC32 CC39 CC46

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベアリングを介してハウジングによって
   軸承されて動力源からの回転動力を受け入れる駆動軸
   と、該駆動軸に連結されて回転すると共に該駆動軸に対
   して傾斜することができるドライブプレートと、ベアリ
   ングを介して前記ドライブプレートによって支持される
   ことにより同じ傾斜角度をとるが回転は阻止される揺動
   板と、該揺動板に連結されて往復運動をすると共にシリ
   ンダボア内に挿入されて流体を吸入及び圧縮するピスト
   ンと、前記揺動板の回転を阻止するために前記揺動板の
   周辺部から相互に１２０度の間隔を保って放射状に伸び
   る３本のピンと、前記ハウジングと一体的に設けられ前
   記駆動軸に対して平行でその周りに均等に相互に１２０
   度の位置関係を保って配置されていると共に前記３本の
   ピンの先端と常に係合している３本の案内溝とを備えて
   いることを特徴とする揺動板型可変容量圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記３本の案内溝の
   断面形が円形であって、該案内溝にそれぞれ鋼球が常に
   係合していると共に該鋼球の中心を通るように形成され
   た中心孔の断面形が円形であり、更に、前記３本のピン
   の先端が円柱形であって、該３本のピンの先端が３個の
   前記鋼球の前記中心孔に対して回転及び該中心孔の方向
   に摺動可能にそれぞれ挿入されていることにより、前記
   ３本のピンの先端が常に前記３本の案内溝に係合してい
   ることを特徴とする揺動板型可変容量圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記３本のピンがそ
   れぞれの中心軸線の方向に伸縮可能であると共に常に伸
   長方向に付勢されていることにより、前記３本のピンの
   先端が常に前記３本の案内溝にそれぞれ係合しているこ
   とを特徴とする揺動板型可変容量圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記３本のピンが前
   記揺動板を構成する部材に直接係合されていることを特
   徴とする揺動板型可変容量圧縮機。