JP2003021055A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents
可変容量型圧縮機Info
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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- F04B27/1054—Actuating elements
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Abstract
も優れた制御安定性を有する可変容量型圧縮機を提供す
る。 【解決手段】 シャフト5に固定され、シャフト5と一
体に回転するスラストフランジ40と、シャフト5に傾
斜可能に取り付けられるとともに、リンク機構41を介
してスラストフランジ40に連結され、スラストフラン
ジ40の回転につれて一体に回転する斜板10とを備
え、斜板10が収容されるクランク室8の圧力変化に応
じて斜板10の傾斜角が変わり、斜板10に連結された
ピストン7のストローク量が変化する可変容量型圧縮機
において、スラストフランジ40の突片部46に設けら
れた円弧状のガイド溝44の中心線44aの曲率半径を
一定とし、このガイド溝44に、斜板10に設けられた
リンクピン11を係合させてリンク機構41を構成し
た。
Description
応じて吐出容量が増減する可変容量型斜板式圧縮機等の
可変容量型圧縮機に関し、特にCO2を冷媒とする可変
容量型圧縮機に関する。
機として、図5,6に示すものがある。
って斜板の傾きが最小の状態を示す縦断面図、図6は図
5の可変容量型斜板式圧縮機であって斜板の傾きが最大
の状態を示す縦断面図、図7は斜板角に対する瞬間中心
Y座標の変化を説明する図である。図7において、曲線
A,Bは後述する実施形態を、曲線Cは従来例をそれぞ
れ示す。
斜板式圧縮機は、シャフト105に固定されるスラスト
フランジ140と、シャフト105に傾斜可能に取り付
けられるとともに、リンク機構141を介してスラスト
フランジ140に連結され、スラストフランジ140の
回転につれて一体に回転する斜板110と、斜板110
の摺動面110a,110b上を相対回転するシュー1
60,161を介して斜板110と連結され、斜板11
0の回転につれてシリンダボア106内を直線往復運動
するピストン107とを備えている。
の圧力の変化に応じて斜板110が傾斜角度を変え、ピ
ストン107のストローク量が変わる。
一対のガイド溝144とで構成されている。
側端面に一対のブラケット116を介して設けられてい
る。
のリヤ側端面の突片部146に直線状に形成され、リン
クピン111を直線的にガイドする。ガイド溝144の
中心線144aはスラストフランジ140の摺動面14
0aに対して所定角度傾いている。
ト105に伝達されると、シャフト105の回転力はス
ラストフランジ140からリンク機構141を介して斜
板110に伝達され、斜板110がシャフト105を中
心として回転する。この斜板105の回転によりシュー
160,161が斜板110の摺動面110a,110
b上を相対回転し、斜板110からの回転力はピストン
107の直線往復運動に変換される。
くなるにしたがって斜板110の瞬間回転中心OのY座
標が大きくなる、右肩上がりの特性を有する(図7の曲
線C参照)。
斜板角が大きくなるにしたがってクランク室圧力が小さ
くなる特性(右肩下がりの傾転特性という)のときに制
御が安定する。
化に対して斜板110がどの角度で安定的に静止するか
を示す特性であり、所定の吸入圧力、吐出圧力及び回転
数におけるクランク室圧力と斜板角との力学的な釣り合
い関係を示す。
中心OのY座標の変化との間には相関関係がある。
て斜板110の瞬間回転中心OのY座標が大きくなる右
肩上がりの特性を有するリンク機構の場合、斜板角が大
きくなるにしたがってクランク室圧力が大きくなる右肩
上がりの特性を有し(図8の曲線a参照)、制御が不安
定になる。
型圧縮機では、ピストンの質量を減少してストローク方
向のモーメントを小さくしたり、斜板の質量を増加して
デストロ−ク方向のモーメントを大きくしたりすること
によって、斜板角が大きくなるにしたがってクランク室
圧力が小さくなる右肩下がりの傾転特性を得ている。
変容量型圧縮機には、以下の問題がある。
フロン用のピストンより小径であり、ピストンのPCD
(Pitch Circle Diameter)も小
さい。例えば、フロン用の可変容量型圧縮機のPCDは
70〜90mmであるのに対し、二酸化炭素を冷媒とす
る可変容量型圧縮機のピストンのPCDは50〜70m
mである。
関関係があり、PCDが小さくなると、ストロークの増
加によるピストンの慣性力の増加や斜板の小径化による
慣性力の減少によってデストローク方向へのモーメント
が小さくなり、斜板角が大きくなるにしたがってクラン
ク室圧力が大きくなる右肩上がりの傾転特性になり易
く、CO2を冷媒とする可変容量型圧縮機では制御が不
安定になり易い。
たもので、その課題は二酸化炭素を冷媒として用いた場
合であっても優れた制御安定性を有する可変容量型圧縮
機を提供することである。
め請求項1記載の発明は、シャフトに固定され、前記シ
ャフトと一体に回転する回転部材と、前記シャフトに傾
斜可能に取り付けられるとともに、リンク機構を介して
前記回転部材に連結され、前記回転部材の回転につれて
一体に回転する傾斜回転板とを備え、前記傾斜回転板が
収容されるクランク室の圧力変化に応じて前記傾斜回転
板の傾斜角が変わり、前記傾斜回転板に連結されたピス
トンのストローク量が変化する可変容量型圧縮機におい
て、前記リンク機構は、前記傾斜回転板及び前記回転部
材の一方に設けられたピンと、前記傾斜回転板及び前記
回転部材の他方に設けられ、前記ピンと係合する円弧状
に延びたガイド溝とを備え、前記ガイド溝の中心線の描
く円弧の曲率半径が一定であることを特徴とする。
る図である。図9において、Bはこの発明を、Cは従来
例をそれぞれ示し、図7のB,Cにそれぞれ対応する。
変化と斜板角に対する瞬間回転中心のY座標の変化との
間には所定の関係があり、ガイド溝の中心線の描く円弧
の曲率半径が一定(ガイド溝の中心線の描く円弧の曲率
が一定(図9のB参照))である場合には、斜板角に対
する瞬間回転中心のY座標は右肩下がりの曲線を描く
(図7のB参照)。
れ、前記シャフトと一体に回転する回転部材と、前記シ
ャフトに傾斜可能に取り付けられるとともに、リンク機
構を介して前記回転部材に連結され、前記回転部材の回
転につれて一体に回転する傾斜回転板とを備え、前記傾
斜回転板が収容されるクランク室の圧力変化に応じて前
記傾斜回転板の傾斜角が変わり、前記傾斜回転板に連結
されたピストンのストローク量が変化する可変容量型圧
縮機において、前記リンク機構は、前記傾斜回転板及び
前記回転部材の一方に設けられたピンと、前記傾斜回転
板及び前記回転部材の他方に設けられ、前記ピンと係合
する円弧状に延びたガイド溝とを備え、前記ガイド溝の
中心線の描く円弧の曲率半径がシャフト側端部から反シ
ャフト側端部へ次第に小さくなることを特徴とする。
例をそれぞれ示し、図7のA,Cにそれぞれ対応する。
特性は斜板角と瞬間中心Y座標との関係に対して所定の
関係を有し、ガイド溝の中心線の描く円弧の曲率半径が
シャフト側端部から反シャフト側端部へ次第に小さくな
る(ガイド溝の中心線の描く円弧の曲率がシャフト側端
部から反シャフト側端部へ次第に大きくなる(図9のA
参照))場合には、瞬間回転中心のY座標は図7の曲線
Bより右肩下がりの曲線を描く(図7のA参照)。
変容量型圧縮機において、前記ガイド溝の中心線の曲率
半径は5〜25mmであることを特徴とする。
mにあるとき、リンク機構の一部を構成するピンの強度
を確保でき、しかも斜板角が大きくなるにしたがってク
ランク室圧力が小さくなる傾転特性を得ることができ
る。
面に基づいて説明する。
容量型斜板式圧縮機であって斜板の傾きが最小の状態を
示す縦断面図、図2は図1の可変容量型斜板式圧縮機で
あって斜板の傾きが最大の状態を示す縦断面図である。
媒とする冷凍装置の一構成部品として用いられる。
ロック1の一端面にはバルブプレート2を介してリヤヘ
ッド3が、他端面にはフロントヘッド4がそれぞれ固定
されている。フロントヘッド4、シリンダブロック1、
バルブプレート2及びリヤヘッド3は通しボルト31と
ナット32でシャフト5の中心軸方向に一体的に結合さ
れている。
心にして周方向に所定間隔おきに複数のシリンダボア6
が配設されている。これらのシリンダボア6内にはそれ
ぞれピストン7が摺動自在に収容されている。
0,61を転動可能に支持する凹面部51a,51bが
形成されている。
10やスラストフランジ(回転部材)40を収容するク
ランク室8が形成されている。
とが形成されている。吸入室13は吐出室12の周囲に
位置している。吸入室13には圧縮室22に供給される
低圧の冷媒ガスが収容される。吐出室12には圧縮室2
2から吐出された高圧の冷媒ガスが収容される。
介してフロントヘッド4に回転可能に支持され、シャフ
ト5の他端部はラジアル軸受25及びスラスト軸受24
を介してシリンダブロク1に回転可能に支持されてい
る。
定され、シャフト5と一体に回転する。斜板10はヒン
ジボール9を介してシャフト5に傾斜かつ摺動可能に取
り付けられている。斜板10はリンク機構41を介して
スラストフランジ40に連結され、スラストフランジ4
0の回転につれて一体に回転する。
はシュー60,61を介して連結されている。シュー6
0,61は球面部60a,61aと平面部60b,61
bとを有している。球面部60a,61aはピストン7
の凹面部51a,51bに接触し、平面部60b,61
bは斜板10の摺動面10a,10bに接触している。
れて斜板10の摺動面10a,10b上を相対回転す
る。斜板10の回転によりピストン7がシリンダボア6
内を往復運動する。
室12とを連通させる吐出ポート16と、圧縮室22と
吸入室13とを連通させる吸入ポート15とが、それぞ
れ周方向に所定間隔おきに設けられている。
れ、吐出弁17はバルブプレート2のリヤヘッド側端面
に弁押さえ18とともにボルト19により固定されてい
る。
開閉され、吸入弁21はバルブプレート2とシリンダブ
ロック1との間に配設されている。
スラストフランジ40はスラスト軸受33を介してフロ
ントヘッド4の内壁面に回転可能に支持されている。前
述のようにスラストフランジ40と斜板10とはリンク
機構41を介して連結され、斜板10はシャフト5と直
角な面に対して傾斜可能である。
1とガイド溝44とで構成されている。リンクピン11
は斜板10のフロント側端面に位置する一対のブラケッ
ト16に設けられている。
ヤ側端面に位置する突片部46に設けられ、リンクピン
11が相対摺動可能に嵌合している。このリンク機構4
1ではガイド溝44の中心線44aの描く円弧の曲率
(曲率半径R)は斜板角にかかわらず一定であり(図9
のB参照)、斜板角に対する瞬間回転中心OのY座標が
図7にBで示される曲線を描く。
を説明する。
ト5に伝達されると、シャフト5の回転力はスラストフ
ランジ40からリンク機構41を介して斜板10に伝達
され、斜板10がシャフト5を中心として回転する。こ
の斜板10の回転によりシュー60,61が斜板10の
摺動面10a,10b上を相対回転し、斜板10からの
回転力はピストン7の直線往復運動に変換される。
し、その結果シリンダボア6内の圧縮室22の容積が変
化し、この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び
吐出が順次行なわれ、斜板10の傾斜角度に応じた容量
の高圧冷媒ガスが吐出される。
らシリンダボア6内の圧縮室22へ低圧の冷媒ガスが吸
入され、吐出時、吐出弁17が開き、圧縮室22から吐
出室12へ高圧の冷媒ガスが吐出される。
板10はデストローク方向(斜板10の傾斜角度が小さ
くなる方向)へ動き、その結果ピストン7のストローク
量が少なくなって吐出容量が減少する。リンク機構41
のリンクピン11はガイド溝44を相対摺動し、ガイド
溝44の一端部に至る(図1参照)。
したとき、斜板10はストローク方向(傾斜角度が大き
くなる方向)へ動き、その結果ピストン7のストローク
量が増えて吐出容量が多くなる。リンク機構41のリン
クピン11はガイド溝44を相対摺動し、ガイド溝44
の他端部に至る(図2参照)。
板10の瞬間回転中心Oはシャフト5から離れる方向へ
移動し、斜板10にかかるデストローク方向のモーメン
トは小さくなり、モーメントが0となる斜板角度で制御
が安定する。
ったとき、斜板10の瞬間回転中心Oはシャフト5へ近
付く方向へ移動し、斜板10にかかるストローク方向の
モーメントは小さくなり、モーメントが0となる斜板角
度で制御が安定する。
よれば、斜板10の傾斜角が大きくなるにつれて斜板1
0の瞬間回転中心OのY座標がシャフト5へ近付く右肩
下がりの特性(図7のB参照)のため、PCDが小さ
い、CO2 を冷媒とする可変容量型斜板式圧縮機であっ
ても斜板角が大きくなるにしたがってクランク室圧力が
小さくなる右肩下がりの傾転特性を得ることができ、制
御安定性が向上する。
容量型斜板式圧縮機であって斜板の傾きが最小の状態を
示す縦断面図、図4(a)は図3の可変容量型斜板式圧
縮機であって斜板の傾きが最大の状態を示す縦断面図、
図4(b)はガイド溝の拡大図であり、第1実施形態と
共通する部分には同一符合を付してその説明を省略す
る。
ド溝94とで構成されている。リンクピン11は斜板1
0のフロント側端面に位置する一対のブラケット16に
設けられている。
ヤ側端面に位置する突片部96に設けられ、ガイド溝9
4にリンクピン11が相対摺動可能に嵌合している。ガ
イド溝94の中心線94aの描く円弧の曲率半径をシャ
フト側端部から反シャフト側端部へ向かってR1、R2
及びR3としたとき、曲率半径R1、R2及びR3の間
にはR1>R2>R3の関係がある(図4(b)参
照)。すなわち、シャフト側端部から反シャフト側端部
へ向かって中心線94aの描く円弧の曲率半径は次第に
小さくなる。
2及びO3としたとき、曲率中心O1,O2及びO3の
位置は、シャフト側端部から反シャフト側端部へ向かっ
て変わる(図4(b)参照)。
心線94aの描く円弧の曲率は斜板角が大きくなるにし
たがって大きくなり(図9のA参照)、斜板角に対する
瞬間回転中心OのY座標が図7にAで示される曲線を描
く。
Y座標の変化と傾転特性との間には相関関係があるた
め、斜板角が大きくなるにしたがって斜板10の瞬間回
転中心OのY座標が小さくなる場合には、斜板角が大き
くなるにしたがってクランク室8の圧力が小さくなる
(図8の曲線b参照)。
よれば、第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、
斜板角に対する瞬間回転中心のY座標の軌跡の右肩下が
りの傾向が第1実施形態より顕著であり(図7参照)、
制御安定性がより向上する。
半径を5〜25mmとしたとき、斜板角に対する曲率は
0.04〜0.20(単位:1/mm)の範囲内にあ
る。
板10に設けたピンとスラストフランジ40に設けたガ
イド溝とで構成したが、リンク機構をスラストフランジ
40に設けたピンと斜板10に設けたガイド溝とで構成
してもよい。
容量型斜板式圧縮機に適用した場合について述べたが、
本願発明は揺動板式圧縮機に適用することもできる。
の可変容量型斜板式圧縮機によれば、PCDが小さい、
CO2 用の可変容量型圧縮機であっても斜板角が大きく
なるにしたがって斜板10の瞬間回転中心OのY座標が
小さくなり、制御安定性が向上する。
縮機によれば、斜板角が大きくなるにしたがって斜板の
瞬間回転中心のY座標が小さくなる傾向が請求項1記載
の可変容量型斜板式圧縮機より顕著であるため、制御安
定性がより向上する。
縮機によれば、リンク機構の一部を構成するピンの強度
を確保でき、しかも斜板角が大きくなるにしたがってク
ランク室圧力が小さくなる傾転特性を得ることができ
る。
型斜板式圧縮機であって斜板の傾きが最小の状態を示す
縦断面図である。
斜板の傾きが最大の状態を示す縦断面図である。
型斜板式圧縮機であって斜板の傾きが最小の状態を示す
縦断面図である。
あって斜板の傾きが最大の状態を示す縦断面図、図4
(b)はガイド溝の拡大図である。
斜板の傾きが最小の状態を示す縦断面図である。
斜板の傾きが最大の状態を示す縦断面図である。
説明する図である。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 シャフトに固定され、前記シャフトと一
体に回転する回転部材と、 前記シャフトに傾斜可能に取り付けられるとともに、リ
ンク機構を介して前記回転部材に連結され、前記回転部
材の回転につれて一体に回転する傾斜回転板とを備え、 前記傾斜回転板が収容されるクランク室の圧力変化に応
じて前記傾斜回転板の傾斜角が変わり、前記傾斜回転板
に連結されたピストンのストローク量が変化する可変容
量型圧縮機において、 前記リンク機構は、前記傾斜回転板及び前記回転部材の
一方に設けられたピンと、前記傾斜回転板及び前記回転
部材の他方に設けられ、前記ピンと係合する円弧状に延
びたガイド溝とを備え、 前記ガイド溝の中心線の描く円弧の曲率半径が一定であ
ることを特徴とする可変容量型圧縮機。 - 【請求項2】 シャフトに固定され、前記シャフトと一
体に回転する回転部材と、 前記シャフトに傾斜可能に取り付けられるとともに、リ
ンク機構を介して前記回転部材に連結され、前記回転部
材の回転につれて一体に回転する傾斜回転板とを備え、 前記傾斜回転板が収容されるクランク室の圧力変化に応
じて前記傾斜回転板の傾斜角が変わり、前記傾斜回転板
に連結されたピストンのストローク量が変化する可変容
量型圧縮機において、 前記リンク機構は、前記傾斜回転板及び前記回転部材の
一方に設けられたピンと、前記傾斜回転板及び前記回転
部材の他方に設けられ、前記ピンと係合する円弧状に延
びたガイド溝とを備え、 前記ガイド溝の中心線の描く円弧の曲率半径がシャフト
側端部から反シャフト側端部へ次第に小さくなることを
特徴とする可変容量型圧縮機。 - 【請求項3】 前記ガイド溝の中心線の曲率半径は5〜
25mmであることを特徴とする請求項2記載の可変容
量型圧縮機。
Priority Applications (3)
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