JPH0494470A - 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〕 本発明は斜板型圧縮機の容量制御に関するもので、例え
ば自動車空調装置の冷媒圧縮機として使用して有効であ
る。

〔発明の背景］ 両頭ピストンを採用した斜板型圧縮機において、斜板の
回転中心位置をシャフト軸方向にずらすと同時に斜板の
傾斜角を変位させ、ピストンのうち一方側に形成された
第１作動室側では斜板の傾斜角変位に係わらず上死点が
ほぼ一定となるように制御するものはすでに提案されて
いる（第１図図示圧縮機）。これは、スプール３０背面
の制御圧室２００の圧力を制御することにより、斜板１
０の傾斜角を制御するものである。従って、斜板１０の
傾斜角は作動室における圧力反力としてピストン７に加
わる力と、制御圧室２００の圧力よりスプール３０に加
わる力とのバランスで定められることになる。

しかしながら、この第１図図示のような圧縮機では、特
にデッドボリュームが斜板傾斜角減少とともに大きくな
る側の作動室（第２作動室５０）において、デッドボリ
ュームにともなう残存圧力が問題となる。すなわち、デ
ッドボリュームが比較的小さな状態では大きな圧力が第
２作動室５０内に残ることとなる。この場合、ピストン
７に加わる反力は大きなものとなるが、デッドボリュー
ムの増大にともないその圧力は小さくなる。そのため、
スプール３０に加わるスラスト力は、第２図中実線で示
すような傾向となる。すなわち、第２図のＰ点を頂点と
して、制御スプール３０ストロークが最大側（Ｑ点）に
向かう場合にあっても、少量側（Ｒ点）に向かう側であ
っても共にスラスト力が減少することになる。

そのため、第２図における実線のような状態では制御圧
室２００内の圧力を制御しても、実際には制御スプール
３０の位置が正確に制御できないことになる。この状態
を第３図に示す。制御スプール３０に加わる圧力（制御
王室２００内圧力）を上昇するに従い、制御スプールは
Ｘ点よりＹ点まで連続的に上昇するが、第２図における
Ｐ点に相当するＹ点まで制御スプールストロークが増大
すると、その後直ちに最大ストローク（７点）までスプ
ールが変位してしまうことになる。これは第２図より明
らかなように最大ストローク（Ｑ点）におけるスラスト
力（Ｆｌ）がＰ点におけるスラスト力Ｆ２より小さいこ
とに起因するものである。

そして、−旦最大ストロークになるとスプール３０に働
くスラスト力がＦ、以下に減少するまでスプール３０は
最大ストロークを保持されることになる。そして、スラ
スト力がＦｌよりも減少すると直ちに中間ストロークＬ
（第２図におけるＲ点に相当）まで減少してしまうこと
になる。

このように、スプール３０に働くスラスト力が第２図の
実線のごとく途中に極大点を持つものでは良好な圧力制
御ができないことになる。そこで、第１図図示圧縮機で
はスプリング３０８を用いて、スプール３０に加わるス
ラスト力を補正するようにしていた。すなわち、スプリ
ング３０８のハネ力によりスプールに働くスラスト力が
第２図における破線のような（順向となり、極大点を持
たず連続して増大するようにしていた。

ただ、この従来のもののようにスプリング３０８を設け
る場合、そのスプリング３０８の設定力は必然的に大き
なものとならざるを得ず、スプリングに充分な耐久性を
もたせることが困難であった。合わせて、スプリングを
大型化することに伴いスプリングの配設位置が大きなス
ペースを取ってしまうこととなっていた。さらに、スプ
リング３０８の設定力はスラストベアリング１５によっ
て受けられるため、このスラストベアリング１５の耐久
性も劣化させることとなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、制御スプー
ルに働くスラスト力を制御スプールストロークに応して
連続的に増大させるようにするために必要なスプリング
を、小型のものでも使用でき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、本願発明の圧縮機では、斜板
の傾斜角に係わらず上死点位置がほぼ一定となる側と作
動室（第１作動室）を形成するピストンの投影面積を他
方のピストンの投影面積より太き（するという構成を採
用する。

第１作動室側は、上死点がほぼ一定であるため、斜板の
傾斜角に係わらず流体の吸入、圧縮、吐出が成されるこ
とになる。換言すればほぼ一定の圧縮反力が第１作動室
側のピストンに印加されることになる。一方第２作動室
側は、デッドボリュームが生じるものであるため、プン
トボリュームの増大に応して反力が一端上昇し、その後
反転して減少することになる。

しかしながら、本発明の圧縮機では、デッドボリューム
が生しる第２作動室側のピストンの投影面積は、第１作
動室側のピストンの投影面積より小さなものとなってい
るため、デッドボリュームに起因する反力がピストンに
与える影響は相対的に小さなものとなる。従って、この
第２作動室側のデッドボリュームに起因する反力変動を
補うためのスプリングを配置する場合であっても、その
スプリングの設定力は小さなものとすることができる。

〔発明の効果〕

従って、本発明の斜板型圧縮機では、第２作動室側のデ
ッドボリュームに伴う反力の影響を抑えることにより、
スプリングの小型化を図ると同時にスプリングやスラス
トヘアリングの耐久性も大幅に向上できることになる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図に基づいて述べる。

第４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は図示されないス
ルーボルト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。

シリンダブロック５，６にはシリンダ６４．６５が夫々
５ケ所、各シリンダ６４．６５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１はベアリング２及び
ベアリング３を介してそれぞれフロントシリンダブロッ
ク５及びフロントシリンダブロック６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、止め輪によりシャフト１
の図中右方向への動きを規制している。

尚、止め輪はシャフト１に形成された環状溝によって係
止されている。

シャフト１の後端は支持部４０５に摺動自在に挿入され
、また、支持部４０５はヘアリング３を介してスプール
３０に回転自在に軸支されている。

尚、シャフト１後端と支持部４０５との間には、スプー
ル３０に図中右側へ向かう予荷重を与えるスプリング３
０８が配設されている。又、支持部４０５に働−くスラ
スト力（図中右方向へ働く力）はスラスト軸受１４を介
してスプール３０で受け、止め軸により支持部４０５が
スプール３０から外れるのを防いでいる。スプール３０
はリアシリンダブロック６の円筒部６６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。

斜板１０の中央部には球面凹部１０７が形成され、この
球面凹１０７には支持部４０５の端部に形成された球支
持部４０６が配され、斜板１０は摺動可能な状態で球面
支持部４０６に支持されている。

斜板１０のフロント側面にはスリット１０５が形成され
ており、シャフト１には平板部１６５が形成されている
。そして、平板部１６５がスリ・ノド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６５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１０の回転を伴う摺動運動は、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。

本発明では第１作動室６０を形成するシリンダ６５の内
径の方が、フロント側のシリンダ６４の内径より大きく
なっている。そして、ピストン７はこのシリンダに摺動
自在に配設されるため、ピストン径もリア側の方がフロ
ント側より大きなものとなっている。本来のものでは、
ピストンの内リア側の投影面積の方が、フロント側の投
影面積より約２倍大きくなるように形成されている。

前記シャフト１の平板部１６５には長溝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及び止め輪によりシャフ
ト１の長溝１６６に係止される。この長溝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（球面凹部１０７球面支持部
４０６）の位置も変わる。すなわち、第４図中右側の第
１作動室６０においては、斜板１０の傾きカ変わってピ
ストン７０ストロークが変化しても、ピストン７の作動
室６０側の上死点は殆ど変わらすデッドボリュームの増
加が実質的に生しないように長溝１６６が設けられてい
る。一方、図中左方向の第２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
ッドボリュームも変化する。

尚、長溝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。

さらに本例では長溝１６６の形成により平板部１６５の
形状が過大となることがないように、長溝１６６はシャ
フト１の軸線上に配設されている。

図中符号２１は軸封装置であり、シャフト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２３によって開閉される。吐出弁は図示しない弁押さ
え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
連通する吸入口で、吸入弁９及び吸入弁１２によって開
閉される。

図中４００は制御圧室２００に導入される信号圧力を、
吐出空間９３内圧力と、吸入空間７４内圧力との間で連
続的に制御する制御弁である。

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。

圧縮機が長期間停止していた状態から始動する場合には
、圧縮機内部に圧力差を生じていない。

従って、制御圧室２００内の圧力も、吸入空間７４内圧
力とさほど差がないことになる。このように、スプール
３０の前後では、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、支持部１０７に対して斜板１０
を傾斜させる方向には荷重が加わっていない。そして、
スプリング３０８の設定荷重によりスプール３０は菌中
右側へ変位し、斜板１０はその傾斜角が最小となった状
態で保持されている。

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１の回転は斜板１０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。

そして、吸入ポート８５（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７
０へ入り、次いで吸入通路を通り、フロント・リア側の
吸入室７２．７４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
５０．６０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２３を押し開いて吐出室９０．９３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、フロント側第２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１作動室６０よりも圧縮比
が小さく、第２作動室５０内の冷媒ガスの圧力は吐出空
間内圧力（リア側第１作動室６０の吐出圧力が導かれて
いる）よりも低くなる。従って、フロント側第２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機吐出容量を
最小容量とする。しかし冷凍サイクルより要求される圧
縮機の能力が高い場合には、圧縮機の吐出容量を増大さ
せる必要がある。

ここで、圧縮機に要求される能力、すなわち冷房負荷は
、圧縮機の吸入側圧力と相関関係があることが知られて
いる。すなわち、冷房負荷が高く、圧縮機に大きな容量
が必要とされる場合には、蒸発器におけるスーパーヒー
トに伴い、吸入側圧力が高くなる。逆に、冷房負荷が小
さく、圧縮機に要求される吐出容量が少なくてよい場合
には、蒸発器での大きなスーパーヒートがなく、吸入側
圧力は低くなる。

本例の制御弁４００では、この吸入側の圧力が低くなっ
た時、信号圧通路４０２を高圧導入通路４０３と連通ず
る。そのため、制御圧室２００には、吐出空間９３内の
圧力が導入される。

圧縮機の起動に伴い、吐出空間９３内の圧力が上昇して
くると、この圧力上昇を受けて、制御圧室２００内の圧
力も上昇することになる。

そのため、スプール３０に対し、圧力差により図中左方
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
、この力が前述した球面支持部４０５を図中右方向へ押
す力及びスプリング３０８の合力に打ち勝つと、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の長溝１６６とピン８０の作用により斜板１０は
その回転中心（球面支持部４０５）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ト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。これが第４図の状態
である。第４図の状態では、吸入ポートより吸入される
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２３を
介して、それぞれ吐出空間９０及び９３へ入り、吐出通
路を通り吐出ボートより吐出され、外部配管で合流する
ものである。この状態では作動室５ｏ及び作動室６０共
に冷媒ガスの吸入、吐出作用を行っている。

圧縮機が作動を開始した後、冷房負荷が低減し吸入側の
圧力が再度減少してくると、その圧力に応じて制御弁４
００は信号圧通路４０２へ出力する圧力を制御すること
になる。すなわち、高圧通路４０３を介して導入される
吐出圧と、低圧通路４０４を介して導入される吸入圧と
の間で適宜圧力を混合し信号圧力とする。

この際、斜板１０の傾斜角はピストン７を介して斜板１
０側には得られる圧縮反力とスプリング３０８の設定力
及び制御圧室２００よりスプール３０に加わる圧力のバ
ランスで定められることになる。ところで、ピストン７
に加わる圧縮反力は第１作動室５０側と第２作動室６０
側とではその挙動が異なることになる。第５図に示すよ
うに、第１作動室６０側では投影面積も大きくなってい
るため、圧縮反力がピストン７に与える影響も第２作動
室５０側よりは大きくなる。さらに、第６図に示すよう
に圧縮反力Ｆｆ、Ｆｒがそれぞれ第１作動室、第２作動
室側で特性が異なることになる。

第１作動室６０側では、ピストン７のストローク量変位
に係わらず、冷媒の吸入圧縮吐出が行われ得るため、圧
縮反力Ｆｒは、吸入圧と吐出圧との中間値でほぼ一定に
推理することになる。換言すれば、圧縮機吸入側圧力及
び吐出側圧力が、圧縮機吐出容量の変化に係わらず、は
ぼ一定である場合、この圧縮反力Ｆｒも圧縮機の容量に
係わらず常に一定値に推移する。一方、第２作動室５０
側の圧縮反力Ｆｆは第２作動室５０にデッドボリューム
が生じるため、このデッドボリュームの大きさに応じて
変動することになる。すなわち、デッドボリュームが生
じると高圧の圧縮冷媒が第２作動室５０内に残るため、
デッドボリュームの増大に応じて第２作動室５０内の圧
力が増大する（第６図中Ｑ−Ｐ間）。デッドボリューム
が所定値以上になると、もはや冷媒は作動室内のみで膨
張収縮を繰り返し、冷媒の第２作動室への吸入及び第２
作動室からの吐出はなされなくなる（第６図中Ｐ点）。

その後さらに第２作動室６４のデッドボリュームが大き
くなれば、それに応じて第２作動室側の圧縮反力Ｆｆが
減少してい（（第６図中Ｐ−０間）。尚、ここで圧縮反
力が第１作動室側（Ｆｒ）と第１作動室６０側とでその
絶対値が相違するのは、ピストンの投影面積が第１作動
室側及び第２作動室側で相違すること及び圧力作用面と
圧縮反力に伴うモーメント中心までとの距離が第１作動
室側及び第２作動室側で相違することによる。

本例の圧縮機では、第１作動室側のピストン投影面積を
太き（しているため、第６図に示すように第１作動室側
の圧縮反力Ｆｒを相対的に大きくでる。さらに、ピスト
ン７の投影面積の差異に対応する力Ｆｓがピストン７に
加わり、これらの合力（Ｆ）を低く押さえることができ
る。そのため、本発明の圧縮機では、スプールストロー
クとスラスト力との関係を連続的な右上がり傾向（第６
図破線で示す）にするに必要なスプリング３０８の設定
力も小さなものとすることができる。

参考として第７図に示すものは、第１作動室６０と第２
作動室５０とで同一の投影面積を有するピストン７を用
いた場合（第１図図示）の第１作動室６０側圧縮反力Ｆ
ｒと第２作動室５０側圧縮反力Ｆｆとの関係を示す。こ
の第６図と第７図の対比より明らかなように、本例によ
ればピストンの投影面積を第１作動室側で大きくしたこ
とに伴い、圧縮反力の合力（Ｆ）を大幅に減少すること
ができる。

尚、上述の例ではスプリング３０８をシャフト１の後端
乙このみ配置したが、第８図に示すようにさらに吸入室
７４にも補助スプリング３０９を配設するようにしても
よい。この場合にはスプリング３０８と補助スプリング
３０９との合力によりピストン７の圧縮反力に対向する
こととなり、両スプリング３０８及び３０９をより一層
小型化することができる。その結果、両スプリング３０
８及び３０９の設定荷重が減少でき、スラストへアリン
グの耐久性がより一層向上することとなる。

また、上述の実施例では、スプール３０を用い、制御圧
室２００の圧力を制御することにより、斜板１０の傾斜
角を制御していたが、本発明の圧縮器では、ピストン７
の投影面積を第１作動室６０側及び第２作動室５０側で
相違させたことに伴い斜板室７０を制御圧室として用い
ることもできる。

すなわち、斜板室の圧力がピストン７に加わることにな
り、各ピストン７はその投影面積が第１作動室６０側及
び第２作動室５０側とで相違するため、その投影面積の
差異に対応する圧力がピストン７の背面に加わることに
なる。換言すれば、斜板室７０内の圧力を高くすれば、
ピストン７を第１作動室６０の上死点側（第９図中右側
）へ押圧する圧力が高くなることになる。その結果、そ
の斜板室７０内の圧力が高い状態ではピストン７は第１
作動室６０の上死点側へ押し付けられ、下死点側への移
動の範囲は小さくなる。そのため、第１作動室６０では
ピストンのストロークが小さく吐出量が減少する。−古
筆２作動室５０側では大きなデッドボリュームが生じ有
効な圧縮仕事は行われない。

それに対し、斜板室７０の圧力が小さな状態ではピスト
ン７を第１作動室６０の上死点側へ押さえ付ける圧力も
小さくなり、ピストン７の往復ストロークは増大する。

特に本例では作動スプリング３１０をスプリング３０８
の設定方向と逆方向に配置しているため、斜板１０は最
大傾斜角となるように変位し、圧縮の吐出容量は最大と
なる。

第１０図は第９図図示圧縮機のピストン圧縮反力と支持
部ストローク比との関係を示す。第１０図に示すように
、ピストンの圧縮反力Ｆｆ、Ｆｒ及びスプリング３０８
の設定力との合力Ｆｓが連続的な単調増加傾向となるた
め、斜板室７内の圧力Ｆを制御することにより支持部の
ストローク引いては圧縮器の吐出容量を一次的に規制す
ることができる。

また、上述の実施例では、第１作動室側のピストン７の
投影面積を第２作動室側の投影面積の倍になるように設
定したが、この投影面積の比は、スプリング３０８の設
定力とを考慮の上適宜設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変容量式斜板型圧縮機を示す断面図、
第２図は第１図圧縮機におけるスプールのスラスト力と
スプールストロークとの関係を示す説明図、第３図はス
プリング３０８を用いない状態における制御圧室内圧力
と制御スプールストロークとの関係を示す説明図、第４
図は本発明の一実施例を示す圧縮機の断面図、第５図は
ピストン７に加わる圧縮反力を図示する説明図、第６図
は第４回圧縮機における圧縮反力を示す説明図、第７図
は第１図図示圧縮機における圧縮反力を示す説明図、第
８図は本発明の他の実施例を示す圧縮機の断面図、第９
図は本発明の更に他の実施例を示す圧縮器の断面図、第
１０図は第９図図示圧縮機の圧縮反力を示す説明図であ
る。 １・・・シャフト　７・・・ピストン、１０・・・斜板
、３０・・・スプール、５０・・・第２作動室、６０・
・・第１作動ｍ、３ｏｓ・・・スプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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配置されたシャフトと、 このシャフトに揺動可能に連結し、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置され、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、突出を行う
   斜板室と、 前記斜板に係合し、前記斜板の回転中心位置を前記シャ
   フトの軸方向に変位させると共に、前記斜板の傾斜角を
   変位させ、前記ピストンのうち一方の側に形成される第
   １作動室では前記斜板の傾斜角に係わらずその上死点位
   置がほぼ一定になるよう制御するスプールと、 このスプールに前記ピストンのうち他方の側に形成され
   る第２作動室での残存圧力に対抗する設定荷重を予め加
   えるスプリングとを備え、 前記ピストンのうち前記第１作動室側のピストンの投影
   面積を、他方の側のピストンの投影面積より大きくなる
   よう形成したことを特徴とする可変容量式斜板型圧縮機
   。