JPH01262378A - 可変容量斜板式圧縮機 - 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、自動車用空調システムに用いられ、ピストン
のストロークを変えることができる可変容量斜板式圧縮
機に関する。

〔従来の技術〕

従来の可変容量斜板式圧縮機は、特公昭５８−４１９５
号公報または特開昭５８−１５８３２号公報に開示され
ているように、制御弁により吸入圧力を検知して斜板室
と吸入通路との導通を閉じたり、吐出圧力の一部を斜板
室に導入したりして、ピストン背面に作用する斜板室の
圧力を上昇させることにより、ピストンを直接アクチュ
エータとして利用して、斜板の傾斜角を変化させ、ピス
トンのストローク、すなわち圧縮機の吐出量を制御する
ようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術では、いずれのものも、斜
板室を昇圧するために、ベローズを用いた制御弁を圧縮
機内に装着している。このため、圧縮機の寸法が大きく
なり、価格が高くなる欠点があった。

また、容量制御時には斜板室を昇圧するため、′斜板室
に溜められた潤滑油が圧力の低い吸入側へ流出し潤滑油
不足になるなど信頼性の面でも問題をかかえていた。

さらに、制御弁は吸入圧力を検知して斜板室を昇圧して
斜板を傾転させ、圧縮機の吐出量を制御する構造のため
、エンジンの回転速度に対し直接感応した制御がなされ
ない。このため、加速時等、エンジンに加わる圧縮機の
負荷を軽減させたい場合において、その応答性が悪い、
時間遅れがあるなど、運転性の面でも問題があった。

本発明の目的は、小形軽量かつ簡単な構造で回転速度に
直接感応して容量制御を行い、加速性などの自動車の運
転性に優れた可変容量斜板式圧縮機を提供することにあ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記目的を達成するために、本発明は、複数個のシリン
ダが同一の円周上に配置されたハウジング内に、揺動自
在な斜板を前記用と同軸的に設置するとともに、前記斜
板が傾斜して回転することにより往復運動をするピスト
ンを前記シリンダ内に配設し、前記斜板の傾斜角を変え
た際にピストンのストロークが変化する可変容量斜板式
圧縮機において、前記斜板の揺動端側に偏心質量部を取
付けるとともに、該偏心質量部の大きさを、前記ピスト
ンの往復運動と前記斜板の揺動運動によって生じる傾転
モーメントと、前記斜板の回転運動によって生じる傾転
モーメントとの和が常に前記ピストンのストロークを減
少させる方向に作用するよう設定したものである。

さらに、前記ピストンのストロークを減少させる方向に
、前記斜板を押圧する弾性部材を設けることもできる。

（作用） 上記構成によれば、圧縮機の回転数が増加するに従い、
ピストンの往復運動および斜板の揺動運動により生じる
傾転モーメントと、斜板の回転により生じる傾転モーメ
ントとの和が、ガス圧縮力により生じるモーメントより
も大きくなる。このため、傾転モーメントとガス圧縮力
によるモーメントとが平衡する位置まで斜板が揺動し、
その傾斜角が小さくなり、ピストンのストロークが減少
する。

また、圧縮機の回転数が減少すると、上記両傾転モーメ
ントの和が、ガス圧縮力によるモーメントよりも小さく
なる。このため、傾転モーメントの和とガス圧縮力によ
るモーメントとが平衡する位置まで斜板が揺動し、その
傾斜角が大きくなり、ピストンのストロークが増加する
。

このように、圧縮機の回転数に応じてピストンのストロ
ークが変わり、圧縮機の吐き出し量を略一定に維持する
ことができる。

また、ピストンのストロークを減少させる方向に斜板を
押圧する弾性部材を設ければ、より一層効果的である。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図及び第２図は本発明による可変容量斜板式圧縮機
の全体構造を示したもので、第１図はビストンストロー
クが最大、つまり斜板傾転角度が最大となっている状態
を示しており、第２図は斜板傾転角度が最小となってい
る状態を示したものである。第３図は第１図及び第２図
の■−■線断面図である０円筒状のシリンダブロック２
の一端には、中央部にラジアル針状コロ軸受１８を介し
て主軸１３を回転自在に支承するフロントハウジング１
が配置され、このフロントハウジング１内に斜板室１０
が形成されている。該シリンダブロック２には、主軸１
３を中心としてかつ該主軸１３の軸線と平行にして円周
方向に複数個のシリンダ３３が配置されている。主軸１
３は、シリンダブロック２のほぼ中心線上にあって、シ
リンダブロック２及びフロントハウジング１の中央部に
設けられたラジアル針状コロ軸受１８．１９により回転
自在に支持されている。主軸１３にはドライブプレート
１４が嵌合され、主軸１３とドライブプレート１４とは
ピン１１により固定されている。

ドライブプレート１４には耳部１４１が設けられ、耳部
１４１にカム溝１４２が形成されている。該溝１４２内
には、斜板１２の斜板耳部１２１にすきまを設けて嵌合
されたピボットピン１６が、移動可能に取り付けられて
いる。また、前記ドライブプレート１４の耳部１４１と
斜板耳部１２１とは側面が接触するような構造としであ
る。これにより、主軸１３の回転によりドライブプレー
ト１４が回転すると、ドライブプレート１４の耳部１４
１から斜板耳部１２１に回転力が与えられ、斜板１２が
回転する。主軸１３には、スリーブ１５が主軸１３に対
して軸方向に滑動可能に組込まれており、該スリーブ１
５と斜板１２とは、スリーブピン１７によりスリーブ１
５に対して斜板１２がスリーブピン１７のまわりに回転
自在なように締結されている。したがって、主軸１３の
回転により、ドライブプレート１４、斜板１２．スリー
ブ１５が共に回転する。斜板１２にはボールベアリング
２３を介してピストンサポート２１が締結されており、
斜板１２に固定されたスペーサ２２１及び止め輪２２に
より、ボールベアリング２３が、斜板１２の回転方向に
移動しないように、斜板のハブ部１２２に固定されてい
る。

一方、ピストンサポート２１は突起部２１１により、ボ
ールベアリング２３に対して第１図及び第２図の右方向
への移動を規制され、しかも斜板１２との間に設けられ
たスラストベアリング２５により、両図の左方向への移
動も規制されている。

また、ピストンサポート２１の下側位置で、かつ半径方
向にサポートピン２６が圧入、ねじ込み、あるいは塑性
結合などの方法で固定されており、該サポートピン２６
には、スライドボール２７と該スライドボール２７に当
接する球面部を有する一対の半円筒形状のスライドシュ
ー２９が１回転及び滑動可能に装着されている。また、
該スライドシュー２９は、フロントハウジング１の内周
部に設けられた軸方向の溝２８を往復運動し、前記ピス
トンサポート２１が主軸１３のまわりに回転しないよう
、軸まわりの運動を規制している。ピストンサポート２
１には１両端にボール３２１゜３２２を有する複数個の
コネクティングロッド（以下、コンロッドという）３２
の一端が、ボール３２１の中心まわりに回転自在に取付
けられている。また、コンロッド３２の他端にはボール
３２２の中心まわりに回転自在にピストン３１が取付け
られている。該ピストン３１は、前記シリンダブロック
２に設けられた複数のシリンダ３３に組込まれている。

ピストン３１には、ピストンリング３４．３５が装着さ
れている。また、シリンダブロック２には、吸入弁板５
、シリンダヘッド４、吐出弁板６、パツキン７、リアカ
バ３とが配置されている。またま、フロントハウジング
１とリアカバ３とは、ボルト３６ａ〜３６ｆにより一体
的に固定され、フロントハウジング１とシリンダブロッ
ク２との気密は０リング３８により、リアカバ３とシリ
ンダブロック２との気密は０リング３９によりそれぞれ
保持されている。前記シリンダヘッド４には、各シリン
ダ３３に対応して吸入ポート４０１と吐出ポート４０２
がもうけられ、リアカバ３に設けられた吸入室８と吐出
室９にそれぞれ通じている。リアカバ３には、吸入口３
０１と吐出口（図示ｉず）が設けられ、吸入通路３０２
とフロントハウジング１内の斜板室１ｏとは、リアカバ
３．パツキン７、吐出弁板６、シリンダヘッド４及び吸
入弁板５の中心部に設けられた各々ノ導通孔３０３，７
０３，６０３，４０３及び５０３と、主軸１３の中心部
に設けられた通路１３１と、この通路１３１に接続しド
ライブプレート１４に半径方向に開口する通路１４３に
より連通している。また、ドライブプレート１４に形成
されたカム溝１４２は一つの閉曲線であり、ピボットピ
ン１６がこのカム溝１４２内を移動してもピストン３１
の上死点位置が変わらないような曲線としである。

一方、斜板１２は、第４図（ａ）に示すごとく、ハブ部
１２２と、ディスク部１２３，１２４および偏心質量部
１２５からなっており、ハブ部１２２の直径方向に穿設
された孔１１２Ａにはスリー−ブピン１７が挿入される
ようになっている。偏心質量部１２５は第４図（ｂ）に
示すごとく、ディスク部１２４の下死点側に設けられ、
外周部に沿った半リング状部からなり、第１図に示すフ
ロントハウジング１内の斜板室１０内に収まるよう形成
されている。また、ディスク部１２４には、座面１２６
が設けられ、第５図に示すドライブプレート１４に設け
られた腕部１４５が前記座面１２６に密着することによ
り、斜板１２の斜転角の最大値が規制されている。

ところで、ドライブプレート１４および斜板１２等のが
主軸１３とともに回転することにより、スリーブピン１
７の回りに生じるモーメントは、斜板１２の斜転角によ
って変化する。偏心質量部１２５は主軸１３の中心軸か
らの距離及びスリーブピン１７からの腕の長さが大きい
為、比較的小さな質量で大きなモーメントが得られる。

斜板１２のスリーブピン１７中心に加わるモーメントの
うち、ピストン３１、コンロッド３２などの往復運動、
及びピストンサポート２１の揺動運動によるモーメント
Ｍ！と、斜板１２が回転することにより生ずるモーメン
トＭＪとの和を第６図に示す。

モーメントＭ＋は、斜板１２の斜転角の（第７図参照）
を大きくする方向（ビストンストロークを増加させる方
向）に作用し、斜板１２の斜転角αに略比例して増加す
るのに対し、斜板１２の質量分布により生じるモーメン
トＭ、＋は、斜板１２の斜転角αを小さくする方向（ビ
ストンストロークを減少させる方向）に作用し１図示の
如くなる。

そして、両モーメントＭｌ、ＭＪを合成すると、斜板１
２の斜転角αにかかわらず、Ｍ　ｒ　＋　Ｍ　ａ　＞　
Ｏとなる。すなわち、ビストンストロークを減少させる
方向のモーメントが作用するよう、斜板１２の偏心質量
部１２５の質量分布が構成されている。

以上述べた構成にすることにより、エンジン（図示せず
）により圧縮機の主軸１３が駆動されると、ドライブプ
レート１４と斜板１２が回転し、主軸の回転軸に対しピ
ストンサポート２１が揺動運動する。したがって、ピス
トン３１はシリンダ３３内を往復運動し、ガスを吸入、
圧縮する。なおガスを圧縮する際に主軸１３に作用する
ラジアル力は、フロントハウジング１及びシリンダブロ
ック２に設けられた２個のラジアル軸受１８，１９で支
持される。

つぎに主軸に設けられたスリーブピン１７まわりの力の
釣り合いについて、第７図により説明する。同図におい
て、複数のピストン３１に作用するガス圧縮力の合力を
Ｆｔ、主軸１３の中心軸（この中心軸はスリーブピン１
７の中心を通っている）から合力Ｆｔの作用点までの距
離をＬｇとすると、斜板１２にはガス圧縮力により、同
図において反時計回り（ビストンストロークを減少させ
る方向）のモーメントＭ８ Ｍｔ＝ＦｔＸＬｔ　　　　　　　　　・・・・・・・・
・（１）が作用する。一方斜板の耳部１２１には力Ｆ。

が作用する。主軸１３の中心軸と耳部１２１に結合され
たピボットピン１６との距離をＬｅ、力Ｆｅと主軸１３
に平行な直線とのなす角度をγとすると、力Ｆｅにより
斜板１２には時計回り（ビス１〜ンス１−ローフを増加
させる方向）のモーメントＭｅＭ　ｅ　＝　−Ｆ　ｅｃ
ｏｓγ・Ｌｅ　　　　　　−−・＝　（２）が作用する
。

また、ピストン３１．コンロッド３２などの往復動、ピ
ストンサポート２１の揺動により時計回りのモーメント
Ｍｒと、斜板１２の回転により偏心質量部１２５の慣性
力により反時計回りのモーメントＭ、＋が斜板１２に作
用する。従って、スリーブピン１７中心まわりのモーメ
ントが釣り合っている状態では次の関係がある。

Ｍｅ＋Ｍｒ＋Ｍｇ＋ＭＪ＝Ｏ・＝−・＝　（３）一方、
最大ストロークで運転される場合、斜板１２のフランジ
部に設けた座面１２６は、ドライブプレート１４からＦ
ｗなる力を受け、斜板の傾転角の最大値が規制されてい
る。主軸１３方向の力の釣り合いから、 Ｆｔ＝Ｆｅｃｏｓｙ＋ＦＷ　　　　　　　−°゛°…（
４）なる関係がある。したがって、式（１）〜（４）％
式％） なる関係が導かれる。

このような構成において、圧縮機回転数が上昇すると、
ＩＭＪＩ＞ＩＭｌｌであるため、ビストンストロークを
減少させる方向のモーメント（ＩＭＪＩ−ＩＭｌｌ）が
増加し、　　（ＩＭＪＩ−１Ｍｓ　ｌ　）　＞　Ｆ（（
Ｌｅ　　Ｌｇ）となる回転数ではＦｗ＜Ｏとなり、斜板
１２は反時計回りに傾転し。

ビストンストロークが減少する。

圧縮機回転数が低下すると、（ＩＭＪＩ　　ＩＭｌｌ）
は減少し、（ｌ　ＭＪ　ｌ　　ｌ　Ｍｓ　Ｉ　）　＜Ｆ
ｔ　（Ｌｅ−ｔ、ｇ）となり、斜板１２は時計回りに傾
転し、ビストンストロークが増加する。

すなわち、圧縮機の回転数が低い領域では最大ストロー
クで運転され１回転速度の高い領域では、ビストンスト
ロークの小さな状態で運転され、圧縮機の回転数に応じ
た容量制御運転を行うことができる。

次に、ビストンストロークが減少する方向（斜板傾転角
が小さくする方向）に斜板あるいはスリーブ等を押圧す
る弾性部材を、駆動機構部に設けた実施例について説明
する。第８図は、ドライブプレート１４と、スリーブ１
５との間に弾性部材としてスプリング５０を装着した例
である。スプリング５０は、ビストンストロークの全域
にわたり、あるいはビストンストロークが大きな領域で
、スリーブ１５をシリングヘッド４の方向に押圧し、斜
板１２に対しビストンストロークを減少させる方向（斜
板傾転角αを小さくする方向）のモーメントを作用させ
る。

スプリング５０を装着することにより、斜板１２に作用
する傾転モーメントは、傾転角αにより第１０図に示す
ごとく変わる。すなわち、同図（ａ）に示すように、斜
板１２の傾転角αを小さくする方向に作用するモーメン
トＭＫは、傾転角αが大きくなる（ビストンストローク
が大きい）はど増加する。これに対し、運転圧力条件が
等しいとすると、ガスを圧縮することにより傾転角αを
大きくする方向に作用するモーメントＭＯは同図（ｂ）
に示すごとく変化する。従って、両モーメントの和Ｍ　
ａ　＋　Ｍ　！は同図（ｃ）のごとくなる。

よって前述の式（５）より釣り合い状態では、ＦｗＬａ
＝　（Ｍｇ＋Ｍｘ）−（ＩＭｌｌ　　−ＩＭｌｌ）とな
り、斜板が傾転し始めるためには、 ｌ　（ＩＭＪＩ　　　ＩＭｌｌ）　ｌ　＞　ｌ　（ＭＯ
＋ＭＫ）　ｌであるから、スプリングにより押圧するこ
とにより、傾転させるに要するモーメント（Ｍ　ａ　＋
　Ｍ　Ｋ　）が減少するため、斜板の偏心質量の大きさ
を小さく、・あるいは、それに見合って低い回転数で斜
板１２を傾転させることができるなどの効果を得ること
ができる。

さらに、圧縮機の運転圧力条件が低い場合には。

Ｍｅが小さくなるため、エアコンの熱負荷が小さく運転
圧力が低い場合には、Ｍ　ａ　＜　Ｍ　Ｋとなり、必然
的に小さな傾転角（ビストンストローク）で運転される
。また圧縮機の運転開始時にも小さなストロークから起
動されショックを低下させるなどの効果がある。

第１１図は、斜板とドライブプレート間に弾性部材を装
着した例である。弾性部材としてのスプリング５１は、
ピボットビン１６を介して固定されている。少ない空間
に、簡単な構造で大きな力を有するスプリングを具備す
ることができ、前述と同様の効果を有する。〔発明の効
果〕以上説明したように１本発明によれば、比較的簡単
な構造で、圧縮機の回転速度に応じて斜板の傾転角を変
化させ、ビストンストロークを変えることができるので
、圧縮機の吐き出し量を制御する場合、その容量制御の
応答性が向上する。

また、本発明の可変容量斜板式圧縮機を用いれば、信頼
性が高く、効率が良くかつ快適性に優れたカーエアコン
システムを築くことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変容量斜板式圧縮機の最大容量時を
示す断面図、第２図は第１図に対応して最小容量時を示
す断面図、第３図は第１図および第２図のｍ−ｍ線に沿
った断面図、第４図は斜板の側面図と正面図、第５図は
ドライブプレートの側面図と正面図、第６図は傾転角と
傾転モーメントとの関係を示す図、第７図は斜板に作用
する力と傾転モーメントと釣合関係を説明する図、第８
図は他の実施例を示す第１図に相当する断面図、第９図
は他の実施例を示す第２図に相当する断面図、第１０図
は他の実施例おける傾転角と傾転モーメントとの関係を
示す図、第１１図は更に他の実施例を示す要部断面図と
斜視図である。 １・・・フロントハウジング、２・・・シリングブロッ
ク３・・・リアカバ、１２・・・斜板、１３・・・ドラ
イブプレート、１５・・・スリーブ、１６・・・ピボッ
トピン、１７・・・スリーブピン、２１・・・ピストン
サポート３１・・・ピストン、３２・・・コネクティン
グロッド、５０．５１・・・スプリング。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．複数個のシリンダが同一の円周上に配置されたハウ
   ジング内に、揺動自在な斜板を前記円と同軸的に設置す
   るとともに、前記斜板が傾斜して回転することにより往
   復運動をするピストンを前記シリンダ内に配設し、前記
   斜板の傾斜角を変えた際にピストンのストロークが変化
   する可変容量斜板式圧縮機において、前記斜板の揺動端
   側に偏心質量部を取付けるとともに、該偏心質量部の大
   きさを、前記ピストンの往復運動と前記斜板の揺動運動
   によって生じる傾転モーメントと、前記斜板の回転運動
   によって生じる傾転モーメントとの和が常に前記ピスト
   ンのストロークを減少させる方向に作用するよう設定し
   たことを特徴とする可変容量斜板式圧縮機。
2. ２．前記ピストンのストロークを減少させる方向に、前
   記斜板を押圧する弾性部材を設けた請求項１記載の可変
   容量斜板式圧縮機。