JP4970796B2

JP4970796B2 - 可変容量型圧縮機

Info

Publication number: JP4970796B2
Application number: JP2006009827A
Authority: JP
Inventors: 清寺内
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: JP2007192085A

Description

本発明は、例えば車両用空調装置に用いられるピストン式の可変容量型圧縮機に関し、とくに、その駆動力伝達機構の改良に関する。

車両用空調装置等に用いられる可変容量型圧縮機として、従来より、主軸の回転動力をピストンの往復動に変換するための斜板カム機構を備え、かつ斜板カム機構の傾斜角度を可変にすることによりピストンのストローク量を変化させる可変容量型圧縮機が知られている。この種の圧縮機では、斜板カムがヒンジ機構の案内によって主軸上を傾動しつつスライド移動することによってピストンのストローク量が変更され、その結果圧縮機の吐出容量が変更されるようになっている。このヒンジ機構の代表的なものとして、一方にピンを設けて他方に形成した長孔とリンクさせた長孔ヒンジ機構がよく用いられている（例えば、特許文献１）。
特開平３−７０８７７号公報

ところが、上記のような長孔ヒンジ機構においては、長孔内をピンがスライドするためのすべり摩擦抵抗が大きい。特に当該ヒンジ機構にはピストンに加わるガス圧縮荷重の総和が加わるため、大きな荷重が加わることとなり、ヒンジ機構の摩擦抵抗力も大きなものとなっていた。このヒンジ機構の摩擦抵抗力が大きいと、斜板カムの傾斜角度を変えようとするときの抵抗が大きくなり、スムーズな角度変化を阻害して容量制御性を悪化させる要因となっていた。

これは現在一般的に用いられている冷媒であるＲ１３４ａのような高圧側が通常使用条件の中で凝縮可能な特性の冷媒の圧縮を行なう場合にはそれほどシビアな問題ではなかったのであるが、近年地球温暖化の対策として浮上してきた二酸化炭素冷媒などのような、サイクルの動作が超臨界域にまで渡るような冷媒を圧縮する場合、高圧側の変動が大きくなってしまうため、よりスムーズな容量制御性が求められるようになってきている。

そこで本発明の課題は、上記のような問題を解決するために、摩擦抵抗力が小さくスムーズな動作を実現可能なヒンジ機構を備えた可変容量型圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量型圧縮機は、駆動源により回転される主軸に対し実質的に平行に複数のピストンが配され、前記主軸にはロータが一体回転可能に設けられ、該ロータの回転力を前記ピストンの往復動に変換するための斜板カムがヒンジ機構を介して前記ロータと連結されることにより前記斜板カムがヒンジ機構の案内によって前記主軸上をスライドしながら傾斜角を変えることにより前記ピストンのストローク量を変更する可変容量型圧縮機において、前記ヒンジ機構が、前記ロータと前記斜板カムの間に該ロータおよび斜板カムのそれぞれに対しころがり接触する転動体を介在させて軸方向荷重を受ける構造に構成されていることを特徴とするものからなる。

この可変容量型圧縮機においては、上記ロータと上記斜板カムに、それぞれ、長孔溝が形成されており、上記転動体が各長孔溝内でころがり接触する構成とすることが好ましい。

また、上記転動体は、ボール構造体からなるもの、円筒体または円柱体からなるもののいずれでもよい。また、転動体の個数も、１個は勿論、複数個設けることができる。

このような本発明に係る可変容量型圧縮機のヒンジ機構の構成は、とくに高圧が頻繁にかかる場合、例えば、被圧縮流体が二酸化炭素である場合に好適なものである。

本発明におけるヒンジ機構においては、斜板カムが傾斜角を変える際に、従来のように長孔内をピンが摺動する機構ではなく、転動体のころがり接触を介して斜板カムが傾斜角を変えることができ、ヒンジ機構に大きな摩擦抵抗力が発生しないので、斜板カムの傾斜角変化による容量制御性が阻害されることがない。

このように本発明によれば、スムーズなヒンジ機構の動作を達成した制御性の良い可変容量型圧縮機を実現することができる。ヒンジ機構の動作がスムーズに行われるので、とくに二酸化炭素のような超臨界域で動作する冷媒を用いたシステムにおいても、高圧側の頻繁な圧力変動に遅れることなく制御可能となる圧縮機が実現できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施態様に係る揺動板式の可変容量型圧縮機１を示している。図１において、２は外部駆動源（図示略）により回転駆動される主軸を示しており、主軸２にはロータ３が一体回転可能に固定されている。ロータ３上にはベース部４が形成されており、ベース部４には、ボール５を受けるための長孔溝６が設けられている。一方、斜板カム７にもボール５を受ける長孔溝８が設けられており、ロータ３と斜板カム７はボール５を介して連結されている。本実施態様では、これらベース部４および長孔溝６、ボール５、斜板カム７の長孔溝８は、２セット設けられており、図２にも示すように、斜板カム７からはノーズ９が突設されて一対のベース部４間に挟まれるようになっている。長孔溝６、８間に介在されたボール５は、長孔溝６、８のそれぞれに対してころがり接触する転動体として機能し、これら長孔溝６、８、転動体としてのボール５、ノーズ９は、ロータ３の回転力を斜板カム７に伝達すべくロータ３と斜板カム７を連結するヒンジ機構を構成している。

斜板カム７は、中心が鞍型孔１０によって主軸２に傾斜角度変更自在に支持されており、バネ１１によって軸方向に付勢されて、斜板カム７がロータ３との連接から外れないようになっている。斜板カム７上には軸受け１２および１３によって支持された揺動板１４が設けられており、斜板カム７の回転揺動のうち揺動成分だけが揺動板１４に伝えられるようになっている。揺動板１４にはロッド１５の一端が球連接しており、揺動板１４の揺動運動に伴って軸方向の往復運動を行なって、ロッド１５の他端に球連接されたピストン１６を往復動させるようになっている。ピストン１６は、主軸２に対し実質的に平行に複数配されており、各ピストン１６の往復動に伴って、吸入室１７から被圧縮流体（例えば、冷媒ガス）が吸入され、圧縮された流体が吐出室１８へ吐出され、そこから外部回路に送られるようになっている。

クランク室１９内の圧力を調整することにより斜板カム７に生ずるモーメント釣り合いが変化し、斜板カム７の傾斜角度が変えられる。これによってピストン１６の往復動ストローク量が調整され、圧縮機の吐出容量が可変される。

斜板カム７の角度変化に際し、ピストン１６からのガス圧縮力は斜板カム７とロータ３を連接するヒンジ部に加わる。図１において、ヒンジ部は長孔溝６、８とボール５によって形成されており、斜板カム７の傾斜角の変化につれてボール５が長孔溝６、８を低摩擦抵抗で転がるので、高いガス圧縮荷重を受けながらもスムーズに傾斜角が変化できる。このとき、ロータ３の回転トルクはノーズ９で受けられ、斜板カム７に伝えられる。

このように、本実施態様におけるヒンジ機構においては、斜板カム７が傾斜角を変える際に、従来のように長孔内をピンが摺動する機構ではなく、転動体としてのボール５のころがり接触を介して斜板カム７が傾斜角を変えることができ、ヒンジ機構に大きな摩擦抵抗力を発生させないので、斜板カム７の傾斜角変化による容量制御性が摩擦抵抗力によって阻害されることはない。したがって、スムーズなヒンジ機構の動作を達成した制御性の良い可変容量型圧縮機１が実現される。とくに二酸化炭素のような超臨界域で動作する冷媒を用いたシステムにおいても、高圧側の頻繁な圧力変動に遅れることなく制御可能となる圧縮機が実現できる。

なお、上記第１実施態様ではヒンジ部に単数または複数個のボール５を用いるようにしたが、これは、例えば図３に示すように、１本のあるいは複数の円筒体または円柱体２１に置き換えることも可能である。この場合には、図３に示すように、ロータ３のベース部４には、円筒体または円柱体２１に対応した形状の長孔溝２２を、斜板カム７側にも、円筒体または円柱体２１に対応した形状の長孔溝２３を、それぞれ形成し、これら長孔溝２２、２３内を円筒体または円柱体２１が転動できるように構成すればよい。

また、上記第１実施態様では揺動板式の圧縮機構をもとに説明したが、図４に第２実施態様を示すように、片斜板式の可変容量型圧縮機であっても同様に本発明の展開が可能である。図４に示す構造においては、主軸３１に対し、鞍型孔３２を介して斜板カム３３が、バネ３４に付勢された状態で、傾斜角変化可能に支持されている。主軸３１に固定されたロータ３５上にはベース部３６が形成されており、斜板カム３３のロータ３５側にはアーム部３７が設けられている。ベース部３６上には長孔溝３８が、アーム部３７上には長孔溝３９が設けられて、長孔溝３８、３９間に、ころがり接触可能にボール４０が介在されている。また、ベース部３６は一対設けられており、一対のベース部３６間に、アーム部３７側から延びるノーズ４１が挟まれている。斜板カム３３の外周側両面には、摺接可能な一対のシュー４２が設けられており、シュー４２の摺接を介して、斜板カム３３の回転運動がピストン４３の往復動に変換されるようになっている。

このような構造においても、斜板カム３３が傾斜角を変える際に、従来のように長孔内をピンが摺動する機構ではなく、転動体としてのボール４０のころがり接触を介して斜板カム３３が傾斜角をスムーズに変えることができ、ヒンジ機構に大きな摩擦抵抗力を発生させることなく、斜板カム３３の傾斜角変化による容量制御性が向上される。とくに二酸化炭素のような超臨界域で動作する冷媒を用いたシステムにおいても、高圧側の頻繁な圧力変動に遅れることなく制御可能な可変容量型圧縮機が実現できる。なお、本実施態様においても、ボール４０に代えて、図３に示したような円筒体または円柱体を適用可能であることは言うまでもない。

また、第１、第２実施態様のいずれにおいても、斜板カム７、３３を軸方向に付勢するバネ１１、３４を用いて外れ防止を行なっているが、これに限定されることなく、例えば斜板カム７、３３とロータ３、３５の間に機械的な噛み合わせ構造を設けるなどの手段で代用することももちろん可能である。

本発明に係る可変容量型圧縮機のヒンジ部の構造は、あらゆるタイプのピストン式の可変容量型圧縮機に適用可能であり、例えば車両用空調装置に用いられる可変容量型圧縮機、中でも二酸化炭素のような超臨界域で動作する冷媒を用いる可変容量型圧縮機に好適なものである。

本発明の第１実施態様に係る揺動板式の可変容量型圧縮機の縦断面図である。図１の可変容量型圧縮機のヒンジ部の構造を示す部分斜視図である。図２のヒンジ部の変形例を示す斜視図である。本発明の第２実施態様に係る片斜板式の可変容量型圧縮機の部分縦断面図である。

符号の説明

１揺動板式可変容量型圧縮機
２主軸
３ロータ
４ベース部
５転動体としてのボール
６、８長孔溝
７斜板カム
９ノーズ
１０鞍型孔
１１バネ
１２、１３軸受け
１４揺動板
１５ロッド
１６ピストン
１７吸入室
１８吐出室
１９クランク室
２１転動体としての円筒体または円柱体
２２、２３長孔溝
３１主軸
３２鞍型孔
３３斜板カム
３４バネ
３５ロータ
３６ベース部
３７アーム部
３８、３９長孔溝
４０転動体としてのボール
４１ノーズ
４２シュー
４３ピストン

Claims

駆動源により回転される主軸に対し実質的に平行に複数のピストンが配され、前記主軸にはロータが一体回転可能に設けられ、該ロータの回転力を前記ピストンの往復動に変換するための斜板カムがヒンジ機構を介して前記ロータと連結されることにより前記斜板カムがヒンジ機構の案内によって前記主軸上をスライドしながら傾斜角を変えることにより前記ピストンのストローク量を変更する可変容量型圧縮機において、前記ヒンジ機構が、前記ロータと前記斜板カムの間に該ロータおよび斜板カムのそれぞれに対しころがり接触する転動体を介在させて軸方向荷重を受ける構造に構成されていることを特徴とする可変容量型圧縮機。
前記ロータと前記斜板カムに、それぞれ、長孔溝が形成されており、前記転動体が各長孔溝内でころがり接触する、請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
前記転動体がボールからなる、請求項１または２に記載の可変容量型圧縮機。
前記転動体が円筒体または円柱体からなる、請求項１または２に記載の可変容量型圧縮機。
被圧縮流体が二酸化炭素である、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。