JPH01232178A - 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〕 末完、明は斜板型圧縮機の容量制御に関するもので、例
えば自動車空調装置用の冷媒圧縮機として使用して有効
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、先に可変容量式斜板型圧縮機として、シ
ャフトにより回転駆動される斜板が、スプールの軸方向
移動に応じてその傾斜角度が減少し、それによりピスト
ンのストロークを可変するという構成を提案した。すな
わち、斜板がシャフトに対し傾斜可能かつシャフト軸方
向に変位可能に取付けられており、斜板の傾斜角度と中
心位置が連動して変位するようにした。

このような可変容量式斜板型圧縮機では、一方の作動室
では斜板傾斜角変化に応じてデッドボリュームの大幅増
加があるものの、他方の作動室ではデッドボリュームの
大幅増加を伴うことがなく、徐々に容量を低下できるこ
とになる。

第２図はこの本発明者らが先に提案した可変容量式斜板
型圧縮機を示す断面図である。この例においてはスプー
ル３０の変位に応じて斜板１０が傾斜角度を変える。さ
らに斜板１０はスプールの球面支持部４０５と傾斜可能
に連結しているため、スプール３０の変位に応して斜板
１０の傾斜角度が可変されることになる。従ってこの圧
縮機では制御圧室２００内の圧力を制御することにより
スプール３０の位置を変位し、それにより圧縮機の吐出
容量が連続的に可変制御できる。

しかしながら、本発明者らが第２図図示圧縮機について
実験検討を行なったところ、フロントシリンダブロック
５に設置したスラストベアリング１５にフレーキング等
の不具合が生じることが認められた。そこで、本発明者
らはこのスラストベアリング１５に生じる応力関係につ
いて、更に考察を加えた。このスラストへアリング１５
は、シャフト１がフロントサイド側に付勢するのを規制
するものである。そして、シャフト１はピン８０、斜板
１０、シュー１８．１９を介してピストン７に生じる圧
縮反力を受けるものである。そのため、シャフト１に生
じるスラスト力が最大となるのは、ピストン７が受ける
圧縮反力が最大となる状態である。このことは、斜（反
ｌＯの傾斜角が最大となり、ピストン７が最大ストロー
クで作動室５０゜６０内を往復移動する際に生じること
になる。

そこで、本発明者らは、このスラスト荷重が最大となる
状態における応力状態をさらに検討した。

その結果、第３図に示すように、圧縮機の最大容量時に
は、ピン８０と傾斜溝１６６との接続点Ａがシャツ）１
の中心軸ｌから所定量変位していることがその要因であ
ることを見出した。すなわち、本発明者らが先に提案し
た圧縮機では、傾斜溝１６６の設置面積を最小とすべく
、傾斜溝１６６がそのほぼ中央部において、シャフト１
の軸線ｌと交差するように設定していた。換言すれば、
第３図に示したような傾斜溝形状では、斜板１０の傾斜
角が中間位置のときにピン８０の接触点Ａがシャフト１
の軸線２上に変゛位するようになっていた。

そのため、圧縮機の吐出容量が中間容量に変位した状態
では、ピン８０を介して受けるスラスト力の方向がシャ
フト１の軸線ｌを一敗することになるが、圧縮機の吐出
容量が大容量となったときには、ピン８０を介して受け
るスラスト力の方向は、シャフト１の軸線ｌから離れて
しまうことになる。

ここで、スラスト力が特に問題となるのは、上述の如く
圧縮機の吐出容量が大容量となっているときである。

そして、スラスト力の方向がシャフト１の軸線ｌとずれ
た状態では、スラスト力のみならず、そのずれに伴うモ
ーメントが、スラストベアリング１５に加わることにな
る。このモーメントとスラスト力の共同により、スラス
トベアリング１５には大きな荷重が加わり、この荷重が
上述したフレーキング等の原因となっていたものと認め
られた。

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、本発明者ら
が先に提案した可変容量式斜板型圧縮機において、その
スラスト方向荷重の支持をより良好に行えるようにする
ことを目的とする。

〔構成および作動〕 上記目的を達成するため、本発明の圧縮機では、傾斜溝
とピンとの保合関係を特別な状態となるように特定する
。すなわち、ピンと傾斜溝との接触点は、圧縮機の吐出
容量が大容量となったときに、シャフトを軸線上にくる
ような関係とする。

このような関係とすることにより、圧縮機の吐出容量が
大容量で、シャフトに加わるスラスト力が大きくなって
いるときにも、そのスラスト力の方向をシャフト軸線に
一致させることができる。

したがって、本発明の圧縮機によれば、スラスト力に起
因するモーメントの発生が、圧縮機大容量時においては
防止することができる。その結果、スラストベアリング
に加わるスラスト荷重が過大となることが良好に防止で
きる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図に基づいて述べる。

第１図は可変容量式斜板型圧縮機の縦断面図である。ア
ルミニウム合金製のフロントハウジング４゜フロントサ
イドプレート８．吸入弁９．フロントシリンダブロック
５．リアシリンダブロック６゜吸入弁１２．　　リアサ
イドプレート１１及びリアハウジング１３はスルーボル
ト１６によって一体的に固定された圧縮機の外殻を成し
ている。シリンダブロンク５．６には第４図に示すよう
にシリンダ６４（６４１〜６４５）が夫々５ケ所、各シ
リンダ６４が互いに平行になるように形成されている。

図示しない自動車走行用エンジンの駆動力を受けて回転
するシャフトｌはベアリング３及びヘアリング１４を介
してそれぞれフロントハウジング４及びリアハウジング
１３に回転自在に軸支されている。また、シャフト１に
加わるスラスト力（図中左方向へ働く力）はスラスト軸
受１５を介してフロントシリンダブロック５で受け、シ
ャフト１の図中右方向への動きを規制している。

スライド部４０に働くスラスト力（図中右方向へ働く力
）はスラスト軸受１１６を介してスプール３０で受け、
環状係止部１７によりスライド部４０がスプール３０か
ら外れるのを防いでいる。

尚、この係止部１７はスラスト部４ｏ外表面に形成され
ている。スプール３０はリアシリンダブロック６の円筒
部６５及びリアハウジング１３の円筒部１３５内に軸方
向摺動可能に配されている。

また、斜板１０のシャフト１側面にはスリット１０５が
形成されており、シャフト１の斜板１゜側端面には平板
部１６５が形成されている。そして、平板部１６５がス
リット１０５内壁に面接触するようにして配されること
により、シャフト１に与えられた回転駆動力を斜板１０
に伝えるものである。

また、斜板１０両面側にはシュー１８及びシュー１９が
摺動自在に配設されている。一方、フロントシリンダブ
ロック５のシリンダ６４及びリアシリンダブロック６の
シリンダ６３内にはピストン７が摺動可能に配されてい
る。上述のようにシュー１８及び１９は斜板１０に対し
、摺動自在に取り付けられている。またシュー１８及び
１９はピストン７の内面に対し、回転可能に係合してい
る。従って、斜板ｌＯの回転を伴う揺動運動は、このシ
ュー１８及び１９を介しピストンに往復運動として伝達
される。尚、シュー１８．１９は斜板１０上に組み付け
られた状態で、外面が同−球面上にくるように形成され
ている。

前記シャフト１の平板部１６５には第５図に示すように
傾斜溝１６６が設けられており、また、斜板１０にはピ
ン通し孔が形成されている。シャフト１の平板部１６５
は斜板１０のスリット１０５に配された後、ピン８０及
び止め輪によりピン通し孔とシャフト１の傾斜溝１６６
とに係止される。尚、本例ではピン８０はピン芯材８０
１とその表面に嵌合した円筒状の摺動材８０２からなる
。

この傾斜溝１６６内のピン８０の位置により斜板の傾き
が変わるのであるが、傾きが変わると共に斜板中心の位
置も変わ−る。すなわち、第１図中右側の第２作動室６
０においては、斜板１０の傾きが変わってピストン７の
ストロークが変化しても、ピストン７の作動室６０例の
上死点は殆ど変わらずデッドボリュームの増加が実質的
に生じないように傾斜溝１６６が設けられている。一方
、図中左方向の作動室５０では斜板の傾きが変わると共
にピストン７の上死点は変化するため、デ・ラドボリュ
ームも変化する。

本例では上述したように斜板ＩＯの傾斜角が変動しても
、ピストン７の作動室６０例の上死点位置が変動しない
ような形状に傾斜溝１６６が形成されている。従ってこ
の傾斜溝１６６は厳密には曲線状となるが、実際の形成
に当たってはほぼ直線の長溝で近似できることになる。

ここで、本発明者らが先に提案した圧縮機では、上述の
第３図で説明した通り、傾斜溝１，６６がほぼその中央
部でシャフト１の軸線ｉと交差するようにしていた。し
かしながら、本例の圧縮機では、傾斜溝１６６はピン８
０が圧縮機の最大吐出容量側に変化した状態で、シャフ
ト１の軸線β上にくるように形成されている。その結果
、傾斜溝１６６は、第３図と第５図との対比から明らか
なように、全体に下方向に変位した状態となる。その結
果、本例の圧縮機では、平板部１６５の容積は全体とし
て大型化してしまうことになる。

しかしながら、本例の圧縮機では、スラスト力Ｆが最大
となる圧縮機最大吐出容量時において、スラスト力Ｆの
方向がシャフト１、軸線ｌと一致することになる。その
結果、スラスト力Ｆはスラストベアリング１５により均
等に分布支持されることになる。特に、スラスト力Ｆに
伴うモーメントが発生しないため、全体としてスラスト
へアリング１５に加わる荷重を小さくすることができる
。

図中符号２１は軸封装置であり、シャトフ１を伝って冷
媒ガスや潤滑オイルが外部へ洩れるのを防いでいる。図
中符号２４は作動室５０．６０に開口し、吐出室９０．
９３と連通ずる吐出口であり、この吐出口２４は、吐出
弁２２によって開閉される。吐出弁２２は弁押さえ２３
と共に図示しないボルトによりフロントサイドプレート
８及びリアサイドプレート１１に固定されている。図中
符号２５は作動室５０．６０と吸入室７２．７４とを連
通ずる吸入口で、吸入弁９及び吸入弁１２によって開閉
される。

図中符号５００は制御圧空間２００内圧力を制御するた
めの制御弁であり、制御弁５００の一方は低圧導入通路
９７によりシャフトｌ後端部の吸入圧空間６９と結ばれ
ている。また、他方は制御圧通路９８を介して制御圧室
２００と結ばれ、高圧導入通路９６及び絞り９９を介し
て吐出室９３と連通している。

第１図中フロント側の吐出空間９０は、シリンダブロッ
ク５に形成された図示しない吐出通路により吐出ポート
に導かれ、又、リア側の吐出空間９３はシリンダブロッ
ク６に形成された吐出通路により吐出ポートに導かれて
いる。両吐出、ポートは外部配管により連結されるため
ミ吐出空間９０と吐出空間９３内圧力は同一圧力である
。またフロント側の吸入空間７２は吸入通路７１により
ハウジング中央部に形成された吸入空間７０に導かれ、
同様にリア側の吸入空間７４も吸入通路７３により吸入
空間７０に導かれている。

上記構成により圧縮機の作動について述べる。

図示しない電磁クラッチが接続され、シャフト１にエン
ジンからの駆動力が伝えられると圧縮機は起動する。

起動時には圧縮機内部で圧力差が生じないため、この状
態においては、スプール３０の前後で圧力差が生じなく
なっている。すなわち、起動時においてはスライド部４
０を介して斜板１０を傾斜させる方向には荷重が加わっ
ていない。

このような状態でシャフト１が回転を開始すると、シャ
フトｌの回転は斜板ｌＯを介してピストン７を往復駆動
することになる。このピストン７の往復移動に伴い作動
室５０．６０内で冷媒の吸入、圧縮、吐出が行われるこ
とになる。

ただこの場合、リア側の作動室６０とフロント側の作動
室５０との圧力差に基づく力がピストン７およびシュー
１８．１９を介して斜板１０に加わることになる。特に
斜板１０は球面支持部４０５によって揺動自在に支持さ
れており、かつスリット１０５と平板部１６５との嵌合
によりシャフト１の回転力を受けるようになっているた
め、ピストン７に加わる力が斜板１０の傾斜角を減少さ
せる方向にモーメントとして作動することになる。

例えば第４図の軸線Ｘ上に伝動ピン８０が位置している
状態では、第１シリンダ空間６４１に配設されているピ
ストンからは斜板１０に対し傾斜角を変動させるモーメ
ントは発生しない。しかしながら第２乃至第５のシリン
ダ空間６４２，６４３．６４４，６４５に配設されたピ
ストン７からは、斜板１０の傾斜角を減少させる方向に
回転モーメントが発生する。この回転モーメントは、ピ
ン８０周りに生ずるモーメントによって受けられること
になる。またこのピストン７により発生する回転モーメ
ントは、球面支持部４０５に対して押圧力を加えること
になる。

すなわち、スプール３０の前後に差圧がない状態では、
スライド部４０およびスプール３０が図中右方向に変位
する。その結果、斜板１０はその傾斜角を小さくする。

ただ、斜板１０はシャフト１の傾斜溝１６６に伝動ピン
８０によって規制されているため、斜板１０は傾きを減
少すると共に、斜板１０の中心に対し図中左方向に力を
与え、斜板１０中心位置を右方向へ移動させる。スライ
ド部４０に働く図中右方向の力はスラスト軸受１１６を
介してスプール３０に伝えられ、スプール３０はリアハ
ウジング１３の底部に当たるまで移動する。この状態は
圧縮機の吐出容量が最小となる状態である。

そして、吸入ポート７１０（冷凍サイクルの蒸発器につ
ながる）より吸入される冷媒ガスは、中央部の吸入空間
７０へ入り、次いで吸入通路７３を通り、リア側の吸入
室７４へ入る。その後、ピストン７の吸入行程において
、吸入弁１２を介して吸入口２５より作動室６０内へ吸
入される。吸入された冷媒ガスは圧縮行程で圧縮され、
所定圧まで圧縮されれば吐出口２４より吐出弁２２を押
し簡いて吐出室９３へ吐出される。高圧の冷媒ガスは吐
出通路を通り、吐出ポートより冷凍サイクルの図示しな
い凝縮器に吐出される。

この際、フロント側の第１の作動室５０はデッドボリュ
ームが大きいため、リア側の第２作動室６０よりも圧縮
比が小さく、第１作動室５０内の冷媒ガスの圧力が吐出
空間９０内圧力（リア側第２作動室６０の吐出圧力が導
かれている）よりも低く、フロント側第１作動室５０で
の冷媒ガスの吸入、吐出作用は行われない。

圧縮機の起動時には、上述したように圧縮段吐出容量は
最小容量となる。しかしこのように吸入圧力が吐出圧と
均圧している状態では、吸入圧室７４内の冷媒圧力の絶
対圧力も設定圧より高くなっている。そのため低圧導入
通路９７を配して圧力室５０１に導入される圧力は制御
弁５００の設定圧より高く、その結果制御弁５００は高
圧導入通路９６と制御圧通路９８とを連通ずる。

同様に圧縮機作動後においても冷凍サイクルより要求さ
れる能力が高い状態では圧縮機の吸入室７４内圧力が高
くなることが知られている。これは冷凍サイクルの蒸発
器でのスーパーヒートによるもので、このように圧縮機
に吸入される冷媒の圧力が高くなれば、前述した起動時
と同様に制御圧室２００は高圧導入通路９６を介して吐
出室９３と導通している。そのため、吐出室９３内の高
圧は絞り９９を介して制御圧室２００内に漸次導入され
ることになる。それにより制御圧室２００内の圧力は漸
増する。

そのため、スプール３０に対し、第１図中左方向へ働く
力（制御圧室２００と吸入空間７４との圧力差による）
は圧縮機の回転に伴い次第に上昇する。そして、この力
が前述したスライド部４０を図中右方向へ押す力に打ち
勝つと、スプール３０は次第に図中左方向へ移動し始め
る。そしてシャフト１の傾斜溝１６６と伝動ピン８０の
作用により斜板ｌＯはその回転中心を図中左方向へ移動
しつつその傾きを大きくしてゆく。更に制御圧室２００
内圧力が上がってゆくと、スプール３０はその肩部３０
５がリアサイドプレー）１１に当たるまで図中左方向へ
移動し、最大容量状態を実現する。この状態では、吸入
ポート７１０より吸入される冷媒ガスは中央の吸入空間
７０に入り、吸入通路７１及び７３を通ってそれぞれ吸
入室７２及び７４へ流入する。そして、吸入行程では吸
入口２５より吸入弁９及び１２を介して、それぞれ作動
室５０及び６０へ入り、次いでピストン７の変位と共に
圧縮され、吐出口２４より吐出弁２２を介して、それぞ
れ吐出空間９０及び９３へ入り、吐出通路を通り吐出ポ
ートより吐出され、外部配管で合流するものである。こ
の状態では作動室５０及び６０共に冷媒ガスの吸入、吐
出作用を行っている。

その後冷凍サイクルから要求される圧縮機吐出容量が減
少してくると、それに応じて圧縮機に吸入される冷媒の
圧力も低下する。これは冷凍サイクルの蒸発器における
スーパーヒートの減少、冷凍サイクルの膨張弁の絞り量
増加等による。

この状態では信号圧通路９８と低圧導入通路９７とが導
通することになる。これにより制御圧室２００内の圧力
は、吸入圧空間６９側に逃がされる。その結果、スプー
ル３０の前後に生ずる圧力差が減少し、スプールは上述
した始動時の説明と同様の圧力状態により第１図中右側
に変位する。

すなわら本例の、圧縮機では圧縮機吸入冷媒の圧力に応
じてスプール３０が連続的に変位し、それにより圧縮機
の吐出容量も連続的に変化することになる。

このようにして、本例の圧縮機では制御弁５００の制御
に応じて、圧縮機の吐出容量を最小客層から最大容量ま
で連続的に可変制御できる。しかも、本例の圧縮機では
、傾斜溝１６６の位置を図中下方向に変位させているた
め、最大容量時には、スラスト力がシャフトｌの軸線上
に加わることになる。その結果、スラスト力が最大とな
ったときにおいて、シャフト１に偏心荷重が生じること
が良好に防止される。それゆえ、本例の圧縮機ではスラ
スト荷重Ｆの支持バランスが適切なものとなり、圧縮機
の耐振性及び耐久性を向上させることができる。

なお、本発明の圧縮機では、スラスト荷重はスラストヘ
アリング１５及−び１１６によって支持されるが、同時
にそのスラスト荷重はピン８０を介してシャフト１に伝
達されるものであるため、ピン８０もスラストヘアリン
グ１５，１１６と同様、硬質かつ耐摩耗性に冨んだ金属
材料よりなる。本例では、浸炭等の熱処理により表面硬
度を高めた炭素鋼よりなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧縮機では、圧縮機内部
に生じるスラスト力が大きくなった状態で、そのスラス
ト力による偏心荷重が良好に回避されるようにしたため
、圧縮機の耐久性が大幅に向上するという優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧縮機の一実施例を示す断面図、第２図
は本発明者らが先に提案した圧′４′ｒ６機を示す断面
図、第３図は第２図図示圧縮機の傾斜溝形状を示す正面
図、第４図は第１図図示圧縮機のシリンダ部ブロックを
示す断面図、第５図は第１図図示圧縮機の傾斜溝形状を
示す正面図である。 １・・・シャフト、７・・・ピストン、１０・・・＆Ｈ
Ｈ，３０・・・スプール、４０・・・スライド部、８０
・・・ピン。 １０５・・・スリット部、１６５・・・平板部、１６６
・・・傾斜溝。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第３図 １ｅ＋） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　内部にシリンダ室を有するシリンダブロックと
   、 このシリンダブロック内に回転自在に支持され、その一
   部に平板部を有するシャフトと、 このシャフトの前記平板部が嵌入するスリットを有し、
   このスリットと前記平板部の係合により前記シャフトに
   揺動可能に連結し、前記シャフトと一体回転する斜板と
   、 前記シリンダ室内に摺動自在に配設され、前記斜板の揺
   動運動を受けて前記シリンダ室内を往復移動するピスト
   ンと、 このピストンの両側の端部のそれぞれに前記シリンダ室
   内面との間で形成され、流体の吸入，圧縮，吐出を行な
   う作動室と、 前記シャフトに対し前記斜板を揺動可能に支持する支持
   部と、 この支持部を前記シャフトの軸方向に変位させるスプー
   ルとを備え、 前記平板部には、傾斜溝が形成されており、各前記スリ
   ット部にはピン通し孔が形成されており、このピン通し
   孔および前記傾斜溝内に挿入されたピンにより前記斜板
   が前記シャフトに揺動可能に連結し、かつ 前記ピンと前記傾斜溝との接触位置を、圧縮機の大容量
   状態で、前記シャフトの軸線にほぼ一致するようにした
   ことを特徴とする可変容量式斜板型圧縮機。