JPH0835484A - 容量可変斜板式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 斜板からピストンに作用するサイドフォース
を小さくする。 【構成】 シュー２０，２１を介してピストン２４に摺
動自在に接触する斜板１４の外縁部１４ｂを球面形状に
形成すると、斜板１４からピストン２４に作用する力Ｆ
1 の方向がピストンのストローク方向に近づく。また斜
板１４の外縁部１４ｂを球面形状にすると、斜板１４の
傾斜角度αを変化させても、斜板１４のシュー２０と摺
動接触する部分つまり外縁部１４ｂにおける接線Ｌ1 の
傾斜角度βはほとんど変化しない。したがって、サイド
フォースＦs1は大きくならない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帰還する冷媒の圧力状
態に応じて吐出冷媒量を調節する容量可変斜板式コンプ
レッサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空気調和装置に使用されるコン
プレッサには、図５（Ａ）に示すような、いわゆる容量
可変斜板式コンプレッサがある（この他にも例えば、特
開平５−２５６２５８号公報に開示されるものがあ
る）。

【０００３】この容量可変斜板式コンプレッサ１００
は、ベルト（図示せず）、プーリ１０２などを介して伝
達されるエンジン（図示せず）により回転駆動される駆
動軸１０４と、この駆動軸１０４に傾斜角度可変の状態
で取り付けられる斜板１０６とを有している。したがっ
て、駆動軸１０４を回転させると、傾斜した斜板１０６
の外縁部１０７のうち、バルブプレート１０８に最も近
い位置１０７ａは、図５（Ａ）において二点鎖線Ｄ1 で
示される線に沿って移動し、この位置と反対のバルブプ
レート１０８から最も遠い位置は、図中の二点鎖線Ｄ2
に沿って回転する。すなわち、斜板１０６は、駆動軸１
０４を回転させると、揺動運動しつつ駆動軸１０４と共
に回転する。

【０００４】また、この容量可変斜板式コンプレッサ１
００は、複数のシリンダボア１１０とこのシリンダボア
１１０に沿って摺動移動するピストン１１２とを有して
いる。このうちピストン１１２は、その基部において斜
板１０６に摺動自在に連結されている。つまり、図５
（Ａ）に示されるように、斜板１０６の外縁部１０７の
表裏両面に形成される摺動面は、それぞれ対応するシュ
ー（あるいはスリッパとも称される部材）１１４ａ，１
１４ｂの平面部に摺動接触しており、またピストン１１
２の基部は、ピストン１１２の球面形状の摺動面におい
て、対応するシュー１１４ａ，１１４ｂの球面部に摺動
接触している。

【０００５】したがって、駆動軸１０４を回転させて傾
斜した斜板１０６を回転させると、斜板１０６に摺動自
在に連結されるピストン１１２は、回転する斜板１０６
のバルブプレート１０８側の位置１０７ａと摺接すると
きは上死点位置に移動され、また斜板の反対側の位置１
０７ｂと摺接するときは下死点位置に移動される。つま
り、駆動軸１０４に対して傾斜した斜板１０６と、シリ
ンダボア１１０により摺動方向が規制されているピスト
ン１１２とを摺動接触させると、斜板１０６の回転運動
はピストン１１２の往復運動に変換される。このように
してピストン１１２を往復運動させると、吸入ポート１
１６から吸入した冷媒が圧縮された後吐出ポート１１８
へ吐出されることとなり、コンプレッサとして機能す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図５（Ｂ）に
示されるように、斜板１０６が圧縮工程にあるピストン
１１２を上死点側に押している場合、斜板１０６からピ
ストン１１２にはシュー１１４ａ，１１４ｂを介して力
Ｆ1 が作用し、ピストン１１２はシリンダボア１１０に
沿って上死点側に摺動移動する。

【０００７】しかしながら、斜板１０６からピストン１
１２に作用する力Ｆ1 の方向と、ピストン１１２が摺動
移動するストローク方向は一致していないので、斜板１
０６からシュー１１４ａ，１１４ｂを介してピストン１
１２に作用する力のうち、ピストン１１２をストローク
方向に移動させて圧縮工程を行うのに寄与する力は、ピ
ストン１１２のストローク方向の分力Ｆp1ということに
なる。つまり分力Ｆs1は、いわゆるサイドフォースとし
てシュー１１４ａ，１１４ｂを介してピストン１１２に
作用する。

【０００８】このサイドフォースＦs1がシュー１１４
ａ，１１４ｂとピストン１１２の間に作用すると、シュ
ー１１４ａ，１１４ｂとピストン１１２との摺動面１２
０に偏磨耗が生じて、コンプレッサの性能に影響を及ぼ
す虞れがある。

【０００９】このような問題点に鑑みてなされた本発明
は、ピストンに作用するサイドフォースを解消あるいは
減少させることにより、ピストンの傾動を防止してピス
トンあるいはシリンダボアの偏磨耗を防止することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、駆動軸を回動自在に支持するケーシング内
に形成される複数のシリンダボアと、当該シリンダボア
の内部を摺動するシリンダと、前記駆動軸に対して当該
駆動軸に対する傾斜角度が可変な状態で取り付けられて
いる斜板と、この斜板と前記シリンダとの間に介在さ
れ、前記斜板と前記シリンダのいずれに対しても摺動自
在に接触するシューとを有する容量可変斜板式コンプレ
ッサにおいて、前記斜板の外縁部と前記シューとの摺動
接触面を、球面としたことを特徴とする容量可変斜板式
コンプレッサである。

【００１１】

【作用】斜板の外縁部の表裏両面を球面にすると、シュ
ーに摺接する外縁部における接線の傾斜角度は、斜板の
傾斜角度より小さくなる。このようにすると、シューを
介して斜板からピストンに作用する力の向きがピストン
のストローク方向により近付くからあるいは一致する。
したがって、ピストンに作用するサイドフォースが減少
するかあるいはなくなる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る容量可変斜板式コンプレ
ッサの一実施例を図面をも用いて詳細に説明する。

【００１３】図１は、実施例の容量可変斜板式コンプレ
ッサを示す側断面図である。図示されるように、容量可
変斜板式コンプレッサ１は、エンジン（図示せず）によ
り回転駆動される駆動軸１０を有している。この駆動軸
１０には、駆動軸１０に対して軸方向に摺動自在であ
り、球面形状の外周面１２ａを有するスリーブ１２が取
り付けられている。そしてスリーブ１２の外周面１２ａ
には、概略的には皿形状の斜板１４が、当該斜板１４の
中心部に形成される球面形状の摺動面１４ａにおいて摺
動自在に嵌合されている。この外観がほぼ皿形状の斜板
１４は、平板形状の内周部と、この内周部の外周に形成
される外縁部１４ｂとからなっており、外縁部１４ｂの
表裏両面１６ａ，１６ｂは球面形状に形成されている。
つまり外縁部１４ｂは、断面円弧形状に形成されてい
る。なお、各図においては、本発明の特徴を明確に説明
するために、斜板１４の外縁部１４ｂが、断面円弧形状
であることを明確に図示した。

【００１４】表裏両球面１６ａ，１６ｂのうち、バルブ
プレート１８側である表面１６ａは凸状に形成されてお
り、裏側１６ｂは凹状に形成されている。なお、両球面
１６ａ，１６ｂは、斜板１４の外縁部１４ｂの厚さｔ
（図２参照）に等しい距離だけ球面曲率半径が異なって
いる。つまり、両球面１６ａ，１６ｂの球心は等しくな
っている。したがって、斜板１４の外縁部１４ｂの厚さ
ｔは一定である。

【００１５】このような斜板１４の外縁部１４ｂには、
一対のシュー２０，２１が摺動自在に接触している。す
なわち、斜板１４の外縁部１４ｂのうち凸状球面である
表面１６ａには第１シュー２０の凹状の斜板側球面２０
ａが摺動自在に摺接しており、凹状である裏面１６ｂに
は、第２シュー２１の凸状の斜板側球面２１ａが摺動自
在に摺接している。そして各シュー２０，２１は、斜板
１４の傾斜可能な範囲内においては常にこの外縁部１４
ｂに摺動接触している。なお、両シュー２０，２１の斜
板側球面２０ａ，２１ａは、接触する外縁部１４ｂの球
面１６ａ，１６ｂと同じ曲率半径の球面で形成されてお
り、スムーズに摺動できるようになっている。

【００１６】また各シュー２０，２１は、ピストン２４
の基部に形成される球面形状のシュー支承面２４ａ，２
４ｂに摺接するピストン側球面２０ｂ，２１ｂを有して
いる。図示されるように、ケーシング２６内には、冷媒
を吸入し、圧縮するシリンダボア２８が形成されてお
り、このシリンダボア２８内には、シリンダボア２８に
沿ってストローク方向に摺動移動自在であると共に、シ
ュー２０，２１に対して摺動接触するピストン２４が収
容されている。

【００１７】より具体的に説明すると、このピストン２
４は、基部に形成されるシュー支承面２４ａ，２４ｂに
おいて、前述のシュー２０，２１に形成されるピストン
側球面２０ｂ，２１ｂに摺動接触している。なお、シュ
ー２０，２１のピストン側球面２０ｂ，２１ｂとピスト
ン２４のシュー支承面２４ａ，２４ｂも同じ曲率半径の
球面で形成されており、スムーズに摺動するようになっ
ている。

【００１８】さらに駆動軸１０には、ケーシング２６内
において駆動軸１０と一体的に回転する支持部材３０が
取り付けられている。この支持部材３０には円弧状に延
びる長穴３２が形成されており、この長穴３２には斜板
１４に固定されるプレート３４に形成されるピン３６が
係合している。

【００１９】したがって、スリーブ１２が駆動軸１０に
沿って摺動移動すると、斜板１４とスリーブ１２とが相
互に摺動して斜板１４の傾斜角度αが変化すると共にピ
ン３６が長穴３２に対して移動し、斜板１４が所定の傾
斜角度に位置決めされる。

【００２０】このように、斜板１４の外縁部１４ｂの表
裏両面１６ａ，１６ｂと、これらの球面１６ａ，１６ｂ
に摺動接触するシュー２０，２１の面２０ａ，２１ａを
球面形状にすると、斜板１４によりピストン２４を上死
点側に移動させる際（圧縮工程の際）に生ずるいわゆる
サイドフォースＦs1を小さくしたり、あるいはなくした
りすることができる。

【００２１】つまり、図５（Ｂ）に示されるように、斜
板１０６の外縁部１４ｂが平板状の場合であれば、生ず
るサイドフォースＦs1は、斜板１０６の傾斜角度がα°
のときには、Ｆ1 ・ｓｉｎαとなる。 Ｆs1 ＝ Ｆ1 ・ｓｉｎα しかし、実施例のように、外縁部１４ｂの表裏両面１６
ａ，１６ｂを球面形状とすると、生ずるサイドフォース
Ｆs1，Ｆs2は、斜板１４と第１シュー２０との摺接面の
各点における接線Ｌ1 ，Ｌ2 の傾斜角度β，γが基準と
なる。すなわち図２に示される状態の場合、生ずるサイ
ドフォースＦs1は、斜板１４の傾斜角度αに拘らず、接
線Ｌ1 の傾斜角度βの関数：Ｆ1 ・ｓｉｎβとなる。 Ｆs1 ＝ Ｆ1 ・ｓｉｎβ このように、斜板１４の外縁部１４ｂを球面形状にする
と、冷媒の吐出容量を変化させるために斜板１４を傾斜
させても、接線Ｌ1 の傾斜角度βは小さい値に維持され
るので、結果としてサイドフォースＦs1を小さくするこ
とができる。

【００２２】なお、上述した斜板１４の外縁部１４ｂの
球面曲率半径は、次に示すようにして設定するのが好ま
しい。すなわち、斜板１４の傾斜角度αを最大にした状
態において、この斜板１４と、上死点に位置するピスト
ン２４のシュー２０，２１との、摺動接触部における接
線Ｌ1 の傾斜角度βが、１４°〜２３°となるように、
球面曲率半径を設定するのが好ましい。またこの傾斜角
度βが１７°〜１９°となるように球面曲率半径を設定
するのがより好ましい。

【００２３】したがって、たとえば、斜板１４の傾斜角
度αの最大値が２６°のコンプレッサの場合、前述の摺
動接触部における接線Ｌ1 ，Ｌ2 と斜板１４の傾斜方向
とのなす角θの角度が、３°〜１２°となるように、外
縁部１４ｂの球面曲率半径を設定するのが好ましく（図
２参照）、なす角θが、７°〜９°となるように設定す
るのがより好ましいということになる。つまり、通常で
あれは、圧縮工程にあるピストン２４と斜板１４との間
に作用する力Ｆ1 の方が、吸入工程にあるピストン２４
と斜板１４との間に作用する力Ｆ2 より大きいのである
が（図２参照）、上記のようにシュー２０，２１が摺動
接触する斜板１４の外縁部１４ｂを断面円弧形状にす
る、つまり圧縮工程側のピストン２４のシュー２０，２
１と斜板１４との摺動接触部における接線Ｌ1 の傾斜角
度βを、吸入工程側のピストン２４のシュー２０，２１
と斜板１４との摺動接触部における傾斜角度γより小さ
くすると、圧縮工程側のピストン２４とシュー２０，２
１との間に作用するサイドフォースＦs1と吸入工程側の
ピストン２４とシュー２０，２１との間に作用するサイ
ドフォースＦs2の大きさを、より均衡させることができ
るので、これによりシュー２０，２１およびピストン２
４の、特に摺動部の信頼性、耐久性を向上させることが
できるようになるのである。

【００２４】一方、バルブプレート１８には、吸入ポー
ト４０及び吐出ポート４２が形成されたボトムケーシン
グ４４が設けられている。このうち吸入ポート２９は、
エバポレータ（図示せず）からの帰還冷媒が流入する部
分であり、冷媒はバルブプレート１８に開設される吸入
口４６を閉鎖する吸入弁（図示せず）の閉鎖弾発力に抗
してシリンダボア２８内に流入する。また冷媒はボトム
ケーシング４４に形成された吸入ポート４０と連通する
連通路を介して吸入側圧力室４８に導かれる。一方、吐
出ポート４２は、圧縮された冷媒が流出する部分であ
り、バルブプレート１８に開設された吐出口５０から吐
出された冷媒をコンデンサ（図示せず）に送り込む配管
（図示せず）に連通されている。また、連通路を介して
吐出側圧力室５２に連通されている。そして、吸入側圧
力室４８と吐出側圧力室５２との間には、コントロール
バルブＣv が設けられており、吸入側と吐出側のいずれ
かをクランク室５４に連通させるように制御している。

【００２５】次に、実施例の容量可変斜板式コンプレッ
サの作用を説明する。まず、冷凍サイクルにおける熱負
荷が一定の場合、斜板１４は、熱負荷に対応する冷媒吐
出容量が得られる傾斜角度で回転される。実施例のコン
プレッサ１では、斜板１４の外縁部１４ｂが球面形状に
形成されているので、シュー２０と摺動接触する斜板１
４の外縁部１４ｂの接線Ｌ1 の傾斜角度βは、斜板１４
の傾斜角度αより小さい（図２参照）。したがって、斜
板が平板形状である場合に比較して、シュー２０とピス
トン２４との間に作用するいわゆるサイドフォースＦs1
が小さくなる。

【００２６】このように、シュー２０からピストン２４
に作用するサイドフォースＦs1を小さくできれば、シュ
ー２０のピストン側球面２０ｂとピストン２４のシュー
支承面２４ａの磨耗を防止することができ、シュー２０
およびピストン２４の耐久性および信頼性が向上する。
そして、さらにはコンプレッサ１の耐久性および信頼性
が向上する。

【００２７】また、いわゆるサイドフォースＦs1が小さ
くなるので、シュー２０，２１の部分の構造としてサイ
ドフォースＦs1に確実に耐え得る構造などを採用する必
要がなくなり、部品点数の増大を抑えることができる。
つまり極めて簡単な構造とすることができる。

【００２８】このような状態から、例えば冷凍サイクル
における熱負荷が小さくなると、現状の冷媒吐出容量で
は十分なスーパーヒートを得ることが難しくなるので、
帰還冷媒の圧力が比較的低圧になり、吸入側圧力が低下
する。この場合コントロールバルブＣv が作動して、ピ
ストン２４によって圧縮された圧縮冷媒がクランク室５
４に導入され、クランク室５４の内部圧力が高まる。

【００２９】ところで、斜板１４の傾斜角度αは、複数
のピストン２４に加わる前後の総圧力のバランスによっ
てコントロールされている。すなわち、例えばクランク
室５４内の圧力が大きくなると、クランク室５４に連通
する各ピストン２４の背面を押す力が増し、図３（Ａ）
に示されるように、ピストン２４の平均位置が矢印Ｈの
向きに移動する。つまりスリーブの位置が矢印Ｈの向き
に移動する。

【００３０】したがって、斜板１４の傾斜角度αおよび
斜板１４とシュー２０との摺動面における接線Ｌ1 の傾
斜角度βは小さくなると共に、ピストン２４のストロー
ク距離Ｓが小さくなって冷媒吐出容量が減少する。

【００３１】このように熱負荷が小さくなると、図３
（Ｂ）に示されるように、圧縮工程にあるピストン２４
を押す部分における接線Ｌ1 の傾斜角度βがほぼ０°に
なるので、圧縮工程においてシュー２０とピストン２４
との間におけるいわゆるサイドフォースＦs1がほとんど
０になり、シュー２０とピストン２４の摺動面の磨耗を
防止することができる。なお、図３（Ｂ）に示される状
態では、力Ｆ1 の方向はコプレッサの外側に向いてお
り、接線Ｌ1 の傾斜角度βはマイナスの角度ともいうべ
き角度になっている。

【００３２】一方、冷凍サイクルにおける熱負荷が大き
くなると、吸入側圧力室４０内の圧力が高くなり、コン
トロールバルブＣv が作動してコンプレッサ１の吸入圧
力がクランク室５４内に導入される。したがって、クラ
ンク室５４内の圧力は、吸入圧力にほぼ等しい値まで小
さくなる。

【００３３】この結果、クランク室５４内側からピスト
ン２４を押す力が小さくなるので、ピストン２４が矢印
Ｂ側に移動する。つまりスリーブ１２の位置が、図４
（Ａ）に示されるように矢印Ｂ側に移動し、斜板１４の
傾斜角度αがそれに連れて大きくなる。

【００３４】しかしながら、図４（Ｂ）に示されるよう
に、斜板１４の外縁部１４ｂのシュー２０との摺動接触
部における接線Ｌ1 の傾斜角度βは、スリーブ１２の位
置が矢印Ｂ側に移動しても、ほとんど変化しない。つま
り、斜板の傾斜角度αが大きくなっても、いわゆるサイ
ドフォースＦs1はほとんど大きくならない。したがっ
て、シュー２０とピストン２４の摺動面の磨耗を防止す
ることができる。

【００３５】このように、斜板１４の外縁部１４ｂを球
面形状に形成すると、斜板の傾斜角度αが変化しても、
斜板１４からピストン２４に作用する力Ｆ1 の向きが大
きく変化しなくなる。この結果、冷凍サイクルにおける
熱負荷が変化しても、斜板１４からピストン２４に作用
する力Ｆ1 の向きが大きく変化しなくなり、シュー２０
あるいはピストン２４に作用するいわゆるサイドフォー
スＦs1の増大を抑制することができる。

【００３６】以上のように、実施例の容量可変斜板式コ
ンプレッサ１においては、斜板１４の傾斜角度αがどの
ような状態になっても、斜板１４からピストン２４に作
用するサイドフォースＦs1を極めて小さい値に抑えるこ
とができるので、シュー２０のピストン側球面２０ｂと
ピストン２４のシュー支承面２４ａの磨耗を防止でき
る。したがって、シュー２０およびピストン２４の耐久
性および信頼性を向上することができ、引いてはコンプ
レッサ１の耐久性および信頼性を向上することができ
る。

【００３７】また、いわゆるサイドフォースＦs1が小さ
くなるので、サイドフォースＦs1を確実に受けるための
構造などを採用する必要がなくなり、部品点数が増大を
抑えることができる。つまり極めて簡単な構造とするこ
とができる。

【００３８】なお、上記実施例は、本発明を説明するた
めのものであり、発明の内容を限定するものではない。
したがって、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々
改変することができる。例えば、斜板の外縁部の曲率半
径を、斜板のサイズや斜板の傾斜角度の許容範囲などに
応じて変えることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、本発明のように、斜板の外縁部の
表裏両面を球面にすると、斜板の外縁部のシューとの摺
接部における接線の傾斜角度を、斜板の傾斜角度より小
さくすることができ、斜板からピストンに作用する力の
向きをピストンのストローク方向により一致させること
ができる。このようにすると、ピストンに作用するサイ
ドフォースを極めて小さいものとするか、あるいはなく
すことができる。したがって、ピストンの傾動が抑えら
れるので、ピストンのシリンダボアへの片当たりが防止
され、ピストンあるいはシリンダボアの偏磨耗が防止さ
れる。この結果、ピストンおよびシリンダボアの耐久性
および信頼性が向上し、引いては容量可変斜板式コンプ
レッサの耐久性および信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る容量可変斜板式コンプレッサの
一実施例を示す側断面図である。

【図２】 サイドフォースの大きさを説明するための模
式図である。

【図３】 （Ａ）は実施例の容量可変斜板式コンプレッ
サの一状態を示す側断面図であり、（Ｂ）はその状態に
おいて作用する力を示す模式図である。

【図４】 （Ａ）は実施例の容量可変斜板式コンプレッ
サの別の状態を示す側断面図であり、（Ｂ）はその状態
において作用する力を示す模式図である。

【図５】 （Ａ）は従来の容量可変斜板式コンプレッサ
を示す側断面図であり、（Ｂ）はこの状態において作用
する力を示す模式図である。

【符号の説明】

１…容量可変斜板式コンプレッサ、１０…駆動軸、
１２…スリーブ、１４…斜板、 ２
０，２１…シュー、２４…ピストン、 ２８…シ
リンダボア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸(10)を回動自在に支持するケーシン
   グ(26)内に形成される複数のシリンダボア(28)と、当該
   シリンダボア(28)の内部を摺動するシリンダ(24)と、前
   記駆動軸(10)に対して当該駆動軸(10)に対する傾斜角度
   (α) が可変な状態で取り付けられている斜板(14)と、
   この斜板(14)と前記シリンダ(24)との間に介在され、前
   記斜板(14)と前記シリンダ(24)のいずれに対しても摺動
   自在に接触するシュー(20,21) とを有する容量可変斜板
   式コンプレッサ(1) において、 前記斜板(14)の外縁部(14b) と前記シュー(20,21) との
   摺動接触面(16a,16b,20a,21a) を、球面としたことを特
   徴とする容量可変斜板式コンプレッサ(1) 。