JPH0599137A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】片斜板式可変容量圧縮機において、慣性力に起
因して発生する諸問題を全て解消する。 【構成】主軸の周囲に配置されその軸方向には移動が可
能であるが軸周りの回転が出来ぬように拘束された第一
のスリーブと、主軸を案内としてやはり軸方向に移動が
可能であり第一のスリーブをその外周周りに回転自在に
支持する第二のスリーブとを設け、第一のスリーブとピ
ストンを駆動する揺動部材であるピストンサポートとを
等速自在継ぎ手構造により連結し、揺動部材を揺動させ
るための回転部材である斜板と第二のスリーブとを第一
のスリーブの中心軸とピストンサポートの中心軸との交
点近傍を通過する軸周りに回転可能なように結合し、更
に、斜板にピストンサポートの径方向外側に配置した連
結部を介して、前記斜板と第二のスリーブとの回転軸を
通り前記斜板と平行な平面に対し前記斜板と反対側に、
一体または別部品で構成した釣合質量を固定する。 【効果】本発明によれば、低振動・低騒音で信頼性の高
い片斜板式可変容量圧縮機を提供することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容積型機械に係り、特に
自動車空調機用冷媒圧縮機を初めとした圧縮機として好
適な可変容量圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変容量圧縮機は、例えば米国特
許第4,428,718 号の明細書に記載されているように、揺
動部材であるピストンサポート(wobble plate)を揺動さ
せる為の回転部材である斜板(drive plate)は、その中
央部から突き出したボス部が主軸(drive shaft)を案内
として軸方向に移動するスリーブ(sleeve)に対して回転
自在に結合されている。すなわち、前記斜板の重心は前
記スリーブに対する回転中心から大きく偏位した構造で
あった。また、前記ピストンサポートが前記斜板と供に
回転するのを防止する為、ピストンサポートの外周から
突き出した部分が主軸に平行に固定されたガイドピン
（guide pin)の方向にのみを移動出来るように拘束する
構造となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ような構造では、
斜板(drive plate)がある傾転角を持ちながら主軸と供
に一定速度で回転した時、斜板(drive plate)とピスト
ンサポート(wobble plate)との相対的な回転速度は一定
とならない。すなわち、上記機構は等速性を有していな
かった。そのため、上記従来の技術では、慣性力に起因
する下記の三つの問題点があった。

【０００４】第一の問題点は、前述の如く斜板の重心が
主軸に案内されたスリーブに対する回転中心から偏位し
ているため、容量制御に伴い主軸に対する斜板の傾転角
が変化すると斜板重心の主軸回転軸からの偏心量が変化
する事により生じる。偏心量が変化するため、斜板に発
生する遠心力を主軸に固定した釣合錘により全ての容量
制御状態に渡って打ち消すことが不可能であり、振動の
原因となる不釣合遠心力が何れかの容量制御状態で残っ
てしまう事になる。

【０００５】第二の問題点は、容量制御を行なう為に主
軸に対する頃転角を変える圧縮機構部に、各部の慣性力
によりモーメントが作用する事により生じる。ピストン
サポート、コネクティングロッド、ピストン等の質量は
軸方向に往復運動し、前記圧縮機構部にその傾転角を増
大させる方向のモーメントを作用する。これに対して、
斜板は回転運動を行ないその各部質量に働く遠心力が、
前記圧縮機構部にその傾転角を減少させる方向のモーメ
ントを作用する。しかるに、斜板質量は前述の第一の問
題点である不釣合遠心力を発生させるので、これを大き
く設計するが出来ない。この結果、前記圧縮機構部に作
用するモーメントは傾転角を増大させる方向のモーメン
トが支配的となって残り、特に高速運転時に非常に大き
な値となるため、傾転角を減少させて容量を小さくしよ
うとする可変容量圧縮機の機能を阻害する原因となる。

【０００６】第三の問題点は、ピストンサポートの回転
防止構造が等速性を有していない事により発生する。前
述の回転防止構造では、ピストンサポートと斜板の相対
的な回転速度がいわゆるカルダン継ぎ手におけるカルダ
ン誤差と同様に主軸の１回転につき２回の周期で変動す
る。ピストンサポートやこれに連結されたコネクティン
グロッド部分はそれなりの慣性モーメントを有している
から、それらに強制的に回転変動を発生させる事によ
り、回転防止構造各部に慣性力によって発生する変動荷
重が作用する。その大きさは特に斜板傾転角が大きく高
速運転時に非常に大きな値となり、振動・騒音及び回転
防止構造各部の破損の原因となる。

【０００７】本発明の目的は、上記三つの慣性力に起因
する問題点を全て同時に解消することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の可変容量圧縮機は、ピストンと、該ピストン
を駆動する揺動部材であるピストンサポートと、該揺動
部材を揺動させるための回転部材である斜板と、該斜板
に回転力を与える部材であるドライブプレートと、該ド
ライブプレートに固定された主軸とを備え、前記主軸に
対する前記斜板の傾転角を変化させて前記ピストンのス
トロークを変化させることの出来る可変容量圧縮機にお
いて、前記主軸の周囲に配置され前記主軸の軸方向には
移動が可能であるが軸周りの回転が出来ぬように拘束さ
れた第一のスリーブと、前記主軸を案内としてやはり軸
方向に移動が可能であり前記第一のスリーブをその外周
周りに回転自在に支持する第二のスリーブとを設け、前
記第一のスリーブと前記ピストンサポートとを等速自在
継ぎ手構造により連結し、前記第一のスリーブの中心軸
と前記ピストンサポートの中心軸との交点近傍を通過す
る軸周りに回転可能なように前記斜板と前記第二のスリ
ーブとを結合し、更に、前記斜板に、前記ピストンサポ
ートの径方向外側に配置した連結部を介して、前記斜板
と第二のスリーブとの回転軸を通り前記斜板と平行な平
面に対し前記斜板と反対側に、一体または別部品で構成
した釣合質量を固定する事により達成される。

【０００９】

【作用】まず、ピストンサポートは回転出来ぬように拘
束された第一のスリーブとピストンサポートとを等速自
在継ぎ手構造により連結されているため、斜板と共に回
転することを防止されると同時に斜板との相対的な回転
が等速となる。したがって、慣性力による異常な変動荷
重がピストンサポートの回転防止構造の各部に作用する
ことが無くなり、前述の第三の問題点が解消する。

【００１０】次に、上記のピストンサポートの回転防止
構造は、主軸の周囲に配置された第一のスリーブを初め
として全て圧縮機の中心部に構成されているので、従来
技術の様にピストンサポートの外周から突起部を突き出
させる必要が無い。ピストンサポートの外周に突起が無
いので、斜板部からピストンサポート外周の外側を通る
連結部を延ばしてこれに固定する事により、斜板部と一
体となって回転運動をする釣合質量をピストンサポート
に対して斜板部の反対側に配置する事が可能となる。斜
板と第二のスリーブとの相対的な回転中心軸は斜板の斜
板部から偏位してピストンサポートの厚み内に在るが、
上記の釣合質量を取り付ける事により、釣合質量も含め
た斜板全体の重心を前記回転中心軸上に位置させること
が可能となる。この結果、斜板傾転角が変化しても斜板
全体の重心の主軸回転軸からの偏心量を常にゼロとする
事が出来、前述の第一の問題点が解消する。

【００１１】更に、主軸回転軸からの偏心量が常にゼロ
であれば斜板全体の質量を増大させても前述の第一の問
題点を生じさせる事が無い。したがって、斜板全体の各
部質量に働く遠心力により圧縮機構部に対してその傾転
角を減少させる方向に作用するモーメントを増大させ、
往復運動を行なう質量に働く慣性力により圧縮機構部に
対してその傾転角を増大させる方向に作用するモーメン
トを打ち消す事が出来るので、前述の第二の問題点が解
消する。

【００１２】なお、第一のスリーブの中心軸とピストン
サポートの中心軸との交点近傍を通過する軸周りに回転
可能なように前記斜板全体と前記第二のスリーブとを連
結しているので、ピストンサポートと斜板全体とは、ほ
ぼ共通の軸を中心として主軸に対する傾転運動を行な
う。すなわち、ピストンサポートと斜板部とはその当接
する面方向に相対的なスライドをほとんど行なわず、間
にスラストころがり軸受を組み込んだ場合に前記スラス
トころがり軸受は本来の機能である回転運動の支持のみ
を行なえば良い事になり、信頼性が向上する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図
により説明する。第１図及び第２図は本実施例である可
変容量圧縮機の全体構造を片斜板式可変容量圧縮機を例
にとり示している側断面図で、第１図はピストンストロ
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。

【００１４】第３図は第２図におけるI−I断面を示した
図、第４図は第２図におけるII−II断面を示した図、第
５図は第２図におけるIII−III断面を示した図、第６図
は第２図におけるIV−IV断面を示した図である。

【００１５】第１図ないし第５図において、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、固定され、斜板室１０を形成
している。該シリンダブロック２には、主軸１３の中心
軸と各々の中心軸を平行にして、主軸１３の周りに円周
方向に配置された複数のシリンダボア２０１が形成され
ている。主軸１３は、シリンダブロック２のほぼ中心軸
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、圧入などによりドライ
ブプレート１４が固定されている。ドライブプレート１
４には繭形のカム穴部１４１が形成されており、カム穴
部１４１には斜板１２の斜板部１２１から突出した耳部
１２２、１２３に固定されたピボットピン２０が、滑動
可能に挿入されている。また、ドライブプレート１４の
カム穴部１４１の両脇には、平面部１４２、１４３が設
けられており、これを挾むようにして斜板１２の耳部１
２２、１２３が挿入されている（第３図）。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
（図の左より見て時計回り）すると、ドライブプレート
１４の平面部１４２から斜板耳部１２２に回転力が与え
られ、斜板１２が回転する。主軸１３には、斜板スリー
ブ１５が主軸１３に対して軸方向に滑動可能に組み込ま
れており、該斜板スリーブ１５と斜板１２の斜板部１２
１から突出したアーム部１２４とは、斜板スリーブピン
１７により斜板スリーブ１５に対して斜板１２が斜板ス
リーブピン１７の周りにだけ回転自在なように締結され
ている（第４図、第５図）。従って、主軸１３の回転に
より、ドライブプレート１４、斜板１２、斜板スリーブ
１５が共に回転する。なお斜板部１２１には、耳部１２
２、１２３との慣性バランスを保つために、突起部１２
５が形成されている。

【００１６】斜板スリーブ１５には、サポートスリーブ
２１が相対的な回転が自在に挿入されており、サポート
スリーブ２１は、また、シリンダブロック２の中央部に
固定された滑りキー２３により主軸１３の軸方向にのみ
滑動可能に拘束されている（第６図）。

【００１７】サポートスリーブ２１にはその一端の外周
上に中心軸の一方向にのみ傾斜（第１図及び第２図にお
いて図の左方向に向かって中心軸に近付く方向に傾斜）
した溝部２１１が複数個形成されおり、リング形状をし
た外輪２５の内周上にはサポートスリーブ２１の溝部２
１１とは逆方向に傾斜した溝部２５１が同数だけ形成さ
れている。溝部２１１と溝部２５１の対の各々には、複
数の球２６が一個ずつ挿入されている。前記の複数の球
２６は、保持部材２７の端面に形成されたリング形状の
平面部２７１に片側のみを当接させ、共通な平面上に保
持されている。保持部材２７の他端には凸状の球面部２
７２が形成されており、外輪２５に形成された凹状の球
面部２５２に球面待遇をもって当接されている。外輪２
５の外周にはピストンサポート２４が固定されている。

【００１８】ピストンサポート２４と斜板１２とは、間
にスラスト針状コロ軸受２９を挾んで、常に平行を維持
するようになっているが、その際に、前記サポートスリ
ーブ２１と斜板スリーブ１５との間にスラスト針状コロ
軸受３０を介して組み込まれた予圧バネ３２により、密
着する方向の予圧を与えられている。また、斜板１２に
はピストンサポート２４の外周面の外側に位置する連結
部１２６が形成してあり、その先端、すなわち斜板１２
と斜板スリーブ１５との回転軸である斜板スリーブピン
１７の中心軸を通り斜板面と平行な平面Ｓに対し斜板部
１２１と反対側にリング状の釣合質量２２が取り付けて
ある。

【００１９】ピストンサポート２４には、その円周上に
複数個の凹状球面部２４１が形成されており、そのそれ
ぞれに、両端に球面部３３１、３３２を有するコネクテ
ィングロッド３３の一端が、球面部２４１の球心を中心
として回転自在に取り付けられている。コネクティング
ロッド３３の他端には、それぞれにピストン１１が、そ
の凹状球面部１１１の球心を中心として回転自在に取り
付けられている。複数個のピストン１１は、ピストンリ
ング３４、３５が取り付けられた状態で、それぞれ複数
個のシリンダボア２０１に組み込まれている。

【００２０】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、吐出弁押え７、リアカバ３
が配置され、ドライブプレート１４、斜板１２、ピスト
ンサポート２４などを取り囲むように配置されたフロン
トハウジング１と一体に、ボルト（図示せず）で固定さ
れている。フロントハウジング１とシリンダブロック２
との接合部における機密はＯリング３６により、リアカ
バ３とシリンダブロック２との接合部における機密はＯ
リング３７により保たれている。シリンダヘッド４に
は、各シリンダボア２０１に対応して吸入ポート４０１
と吐出ポート４０２が設けられ、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３０１と吐出口３０２が設けられ、それ
ぞれ、吸入室８と吐出室９に開口している。

【００２１】リアカバ３にはまた、その一部に制御弁３
８を圧縮機後部より組み込むための制御弁室３９が形成
されており、その開口部は制御弁カバ４０により閉塞さ
れている。制御弁カバ４０はリアカバ３にボルト（図示
せず）で固定されており、その間はＯリング４１とＯリ
ング４２とにより２か所でシールされている。斜板室１
０と吸入室８とは、リアカバ３に形成された導通孔４
３、４４及び、制御弁カバ４０に形成された導通孔４５
により連通されているが、制御弁３８によりその連通を
開閉される構造となっている。制御弁３８はベローズ部
と弁部とから成り、その周囲圧力すなわち制御弁室圧力
の変化に伴ってベローズ部が伸縮する事により上記連通
の開閉を行なう。制御弁室３９は導通孔４４により常に
吸入室８と連通しているので、結局、吸入圧力が高い時
はベローズ部が縮んで斜板室１０と吸入室８とは連通
し、吸入圧力が低い時はベローズ部が伸びて斜板室１０
と吸入室８とは遮断される。

【００２２】以上述べた構成とすることによって、エン
ジン（図示せず）によりマグネットクラッチ２８を介し
て圧縮機の主軸１３が駆動されると、ドライブプレート
１４、斜板１２が回転し、主軸１３の回転軸に対し、ピ
ストンサポート２４が揺動運動を行なう。これによりピ
ストン１１がシリンダボア２０１内を往復運動し、冷凍
サイクル（図示せず）から帰還した冷媒は、吸入口３０
１からリアカバ３内に形成された吸入室８、シリンダヘ
ッド４の吸入ポート４０１、吸入弁板５を経てシリンダ
ボア２０１に流入して吸入行程を終了する。ピストン１
１により圧縮された冷媒は、シリンダヘッド４の吐出ポ
ート４０２、吐出弁板６を経て、リアカバ３内に形成さ
れた吐出室９に吐出され、吐出口３０２から冷凍サイク
ル（図示せず）に送り出される。容量制御は、冷凍サイ
クル（図示せず）の熱負荷に対し圧縮機の能力が余って
いる場合に、吸入圧力が低下して上記の如く斜板室１０
と吸入室８との連通が遮断され、ピストンリング３４、
３５部から漏れるブローバイガスが斜板室１０の中に溜
って圧力を高め、各ピストン１１の裏側面（斜板室１０
側の面）を押す力によりコネクティングロッド３３を介
してピストンサポート２４をリアカバ３の方向に引っ張
る力の合力（作用位置は主軸１３回転軸上）を増大さ
せ、ピストンサポート２４及び斜板１２の傾転角を減少
させる方向の傾転モーメントを増大さる事により、行な
われる。

【００２３】特に本実施例によれば、滑りキー２３、サ
ポートスリーブ２１、複数の球２６、保持部材２７、及
び外輪２５により構成されるピストンサポート２４の回
転防止機構が等速自在継ぎ手となっているので、主軸が
一定速度で回転した時に斜板１２とピストンサポート２
４との相対的な回転速度も一定となり、回転防止構造各
部に慣性力による異常な変動荷重が作用する事がなくな
る。この結果、異常な振動・騒音の発生及び回転防止構
造各部の破損を防止出来る可変容量圧縮機を提供する事
が可能となる。

【００２４】また本実施例によれば、斜板１２の斜板部
１２１が斜板スリーブピン１７の中心軸から偏位してい
るにも拘らず、釣合質量２２を反対側に偏位させて取り
付ける事により、それら全体の重心を斜板スリーブピン
１７の中心軸上に位置させる事が可能となる。この結
果、斜板傾転角が変化しても前記重心位置を常に主軸１
３の回転軸上に保持する事が出来、不釣合遠心力の発生
を防止して低振動の可変容量圧縮機を提供する事が可能
となる。

【００２５】更に本実施例によれば、回転軸からの偏心
が無いため不釣合遠心力を発生させずに、斜板１２と釣
合質量２２全体の質量を増加させる事が出来る。この結
果、それらの各部質量に働く遠心力により斜板の傾転角
を減少させる方向に作用するモーメントを増大させ、往
復運動を行なう質量に働く慣性力により斜板の傾転角を
増大させる方向に作用するモーメントを打ち消し、高速
運転時においても確実に容量制御の出来る可変容量圧縮
機を提供する事が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、片斜板式可変容量圧縮
機において慣性力に起因する問題点を全て解消する事が
出来、低振動・低騒音で信頼性の高い片斜板式可変容量
圧縮機を提供することが出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の可変容量圧縮機を片斜板式可
変容量圧縮機を例にとり示した図で最大容量時の側断面
図である。

【図２】本発明の実施例の片斜板式可変容量圧縮機の最
小容量時の側断面図である。

【図３】図２におけるI−I断面図である。

【図４】図２におけるII−II断面図である。

【図５】図２におけるIII−III断面図である。

【図６】図２におけるIV−IV断面図である。

【符号の説明】

１…フロントハウジング、２…シリンダブロック、３…
リアカバ、４…シリンダヘッド、５…吸入弁板、６…吐
出弁板、７…吐出弁押え、８…吸入室、９…吐出室、１
０…斜板室、１１…ピストン、１２…斜板、１３…主
軸、１４…ドライブプレート、１５…斜板スリーブ、１
７…斜板スリーブピン、１８，１９…ラジアル針状コロ
軸受、２０…ピボットピン、２１…サポートスリーブ、
２２…釣合質量、２３…滑りキー、２４…ピストンサポ
ート、２５…外輪、２６…球、２７…保持部材、２８…
マグネットクラッチ、２９，３０，３１…スラスト針状
コロ軸受、３２…予圧バネ、３３…コネクティングロッ
ド、３４，３５…ピストンリング、３６，３７…Ｏリン
グ、３８…制御弁、３９…制御弁室、４０…制御弁カ
バ、４１，４２…Ｏリング、４３，４４…リアカバ導通
孔、４５…制御弁カバ導通孔、１１１…ピストン凹状球
面部、１２１…斜板部、１２２，１２３…斜板耳部、１
２４…斜板アーム部、１２５…斜板突起部、１２６…斜
板連結部、１４１…繭形のカム穴部、１４２，１４３…
ドライブプレート平面部、２０１…シリンダボア、２１
１…サポートスリーブ溝部、２４１…ピストンサポート
凹状球面部、２５１…外輪溝部、２５２…外輪凹球面
部、２７１…保持部材平面部、２７２…保持部材凸球面
部、３０１…吸入口、３０２…吐出口、３３１，３３２
…コネクティングロッド球面部、４０１…吸入ポート、
４０２…吐出ポート、Ｓ…平面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンと、該ピストンを駆動する揺動部
   材であるピストンサポートと、該揺動部材を揺動させる
   ための回転部材である斜板と、該斜板に回転力を与える
   部材であるドライブプレートと、該ドライブプレートに
   固定された主軸とを備え、前記主軸に対する前記斜板の
   傾転角を変化させて前記ピストンのストロークを変化さ
   せる可変容量圧縮機において、前記主軸の周囲に配置さ
   れ、該主軸の軸方向には移動が可能であるが軸周りの回
   転が出来ぬように拘束された第一のスリーブと、前記主
   軸を案内としてやはり軸方向に移動が可能であり前記第
   一のスリーブをその外周周りに回転自在に支持する第二
   のスリーブとを有し、前記第一のスリーブと前記ピスト
   ンサポートとを等速自在継ぎ手構造により連結し、前記
   第一のスリーブの中心軸と前記ピストンサポートの中心
   軸との交点近傍を通過する軸周りに回転可能なように前
   記斜板と前記第二のスリーブとを結合し、更に、前記斜
   板には前記ピストンサポートの径方向外側に配置した連
   結部を介して、前記斜板と第二のスリーブとの回転軸を
   通り前記斜板と平行な平面に対し前記斜板と反対側に、
   一体または別部品で構成した釣合い質量を固定した事を
   特徴とする可変容量圧縮機。
2. 【請求項２】前記第１のスリーブとピストンサポートと
   を連結する前記等速自在継ぎ手構造は、球が移動する際
   の案内として機能し、その球心に一定の軌跡を描かせる
   略中心軸方向の案内溝を３個以上前記第一のスリーブの
   外周に配置し、同じく、球心に一定の軌跡を描かせる略
   中心軸方向の案内溝を同数だけ前記ピストンサポート又
   はこれに固定された部材の内周に配置し、前記第一のス
   リーブの案内溝と前記ピストンサポート又はこれに固定
   された部材の案内溝とはそれらを案内として移動する球
   の球心の軌跡が互いに鏡像関係になるように形成し、前
   記鏡像関係にある案内溝の対の間に一個ずつ組み込まれ
   た複数の球を介して駆動力を伝達する事により等速自在
   継ぎ手構造を形成したものであり、特に、前記第一のス
   リーブの外周に配置した案内溝を全て同一方向に向かっ
   て中心軸に近接するように傾斜させ、これに伴い前記ピ
   ストンサポート又はこれに固定された部材の内周に配置
   した案内溝を全て駆動部材の場合と逆方向に向かって中
   心軸に近接するように傾斜させ、それらの案内溝同士の
   間隔が、間に組み込まれた球とそれらの案内溝との２つ
   の最近接部同士を結んだ線に対し、常に片側方向に向か
   って広がるように成し、前記案内溝同士の間隔が広がる
   片側方向に対してのみ前記複数の球の移動を拘束してそ
   れらを同一平面上に保持する保持部材を有し、前記保持
   部材を前記第一のスリーブと前記ピストンサポート又は
   これに固定された部材の一方または両方に対し、それぞ
   れの軸の一方向への移動のみを制約する球面対偶を形成
   して組み込み、更に、前記球面対偶部において部品間に
   近接力を与える予圧機構を持った等速自在継ぎ手構造で
   ある請求項１に記載の可変容量圧縮機。