JP5164563B2

JP5164563B2 - 揺動板式可変容量圧縮機

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Publication number: JP5164563B2
Application number: JP2007339454A
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Inventors: 真二田上
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Description

本発明は、揺動板式可変容量圧縮機に関し、とくに、新規な揺動板の回転阻止機構を組み込んだ揺動板式可変容量圧縮機に関する。

回転主軸とともに回転され主軸に対し変角可能に支持された斜板の回転運動を揺動板の揺動運動に変換し、該揺動運動を、揺動板に連結されたピストンに伝達してピストンを往復動させるようにした揺動板式可変容量圧縮機が知られている。この揺動板式可変容量圧縮機においては、ピストンに連結された揺動板の回転は阻止される必要があるので、そのための揺動板の回転阻止機構が組み込まれる。揺動板の回転阻止機構に関しては、小型化や耐久性の向上、静粛性の向上、加工の容易化、コストダウン等を目指して様々な改善が試みられている。

例えば、特許文献１、３、４には、揺動板回転阻止機構としてバーフィールドタイプの等速ジョイントを設けた構造が記載されているが、この構造では、揺動部品および斜板は、揺動板回転阻止機構として設置されたバーフィールドタイプ等速ジョイントの外輪に支持され、等速ジョイント内部部品のケージ（動力伝達を行う複数のボールの位置を規制するケージ）、さらに等速ジョイントの内輪を介して最終的に主軸に支持されているため、介在する部品の数が多く累積ガタが大きくなって、振動、騒音、耐久性の面で不十分であるという問題がある。

また、特許文献１、３、４に記載されるバーフィールドタイプ等速ジョイント機構は、理論的には複数のボールで内外輪間の回転動力伝達を行う構造であるが、現実的には過重拘束であり、複数のボールの均等で連続的な接触を得ることは難しく、特定のボールの接触圧力が上がってしまう。また、内外輪間の回転動力伝達は、ケージを挟んでそれぞれ内外輪に形成されたボールガイド溝により、ボールのせん断方向に行われるため、動力伝達方向に対してボールとガイド溝との接触面が大きな傾きを持つことになる。このため、所定の動力の伝達を行う際に、垂直抗力として発生する接触荷重が高くなる。したがって、十分な伝達能力を確保するにはボールサイズ（ボール径）を十分に大きくとる必要があり、これらの理由より、更なる小型化は難しく、小容量圧縮機には適用が難しい。

また、特許文献２、３、４に記載される内部機構における圧縮機の回転主軸の支持は、主機構部に対して片側に設けられているため（片持ち支持されているため）、主軸の振れ回りが大きくなり、耐久性、振動、騒音面で不利である。

また、特許文献３、４に記載される圧縮機構では、等速ジョイントの内輪を回転阻止した状態で摺動により軸方向に移動可能に支持するため、ハウジングに設置された主軸の剛性を十分に確保するためには主軸を太くする必要があり、主軸の重量が大きくなって製品重量の増加につながるという問題がある。

また、特許文献３、４に記載される等速ジョイント機構は、動力伝達として作用する複数のボールの位置を規制するための溝の加工が複雑であり、コスト的に不利であるという問題もある。

さらに、特許文献２に記載される圧縮機構では、主機構部の主軸による径方向の支持が無く、揺動部の径方向の遊びが大きくなりやすく、この遊びによって耐久性、振動、騒音面で問題となるおそれがある。
米国特許第５１１２１９７号公報米国特許第５５０９３４６号公報米国特許第５１２９７５２号公報特開２００６−２００４０５号公報

上記のような従来技術における問題点に着目し、先に本出願人により、揺動板回転阻止機構として設置される等速ジョイントの内部の径方向および回転方向のガタを小さく抑えながら、動力伝達用として作用する複数のボールの均等で連続的な接触を実現することを可能とした、小型で、良好な耐久性、静粛性を有し、かつ加工が容易で安価な等速ジョイントを用いた揺動板式可変容量圧縮機が提案されている（特願２００６−３２７９８８号）。

この提案では、揺動板の回転阻止機構として、（ａ）ハウジング内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受を介して回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、回転主軸上に回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周に揺動板を固定支持し、かつ、斜板を軸受を介して回転可能に支持する外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構が提供されている。

この提案により、揺動板式可変容量圧縮機の小型化、耐久性、静粛性の向上、加工性の向上、コストダウン等が可能になったが、この提案機構にも、さらに改善されるべき余地が残されている。すなわち、回転主軸上に揺動板の遥動中心の支持用として設置されるスリーブと、そのスリーブに遥動可能に組み付けられる回転阻止機構の外輪との間の嵌合部（実質的に同一形状の円弧面同士の嵌合部）は、圧縮反力の径方向分力、および回転主軸とともに回転されるロータ側に設置されたアーム等の接触により伝達される回転トルクの伝達の反力を受けつつ、揺動板の遥動運動に伴う摺動が発生している。したがって、この摺動部分は優れた耐久性、静粛性を維持するために十分に潤滑されることが好ましいが、この摺動部分が回転部品の中心部に位置するため、十分な潤滑を安定して得ることが難しい。さらに、スリーブ外周の球面と、遥動部材としての外輪内周に形成される球面との接触は、実質的に同一形状の、部分的な球面同士での接触となり、各接触面端部には部分的な過大面圧が発生するおそれがある。これらにより、この摺動部分には焼きつきや摩耗が発生するおそれが残されている。

そこで本発明の課題は、先に本出願人により提案した、特有の等速ジョイント機構を用いた新しい揺動板回転阻止機構における残された問題点に着目し、該回転阻止機構の上記摺動部分の焼きつきや摩耗を抑え、さらに優れた耐久性、静粛性を有する揺動板式可変容量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、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機は、シリンダボア内に往復動可能に挿入されたピストンと、回転主軸とともに回転され該主軸に対し変角可能に支持された斜板と、前記ピストンに連結され前記斜板の回転運動が自身の揺動運動へと変換され該揺動運動を前記ピストンに伝達してピストンを往復動させる揺動板と、該揺動板の回転阻止機構とを備えた揺動板式可変容量圧縮機において、
前記回転阻止機構を、（ａ）ハウジング内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受を介して前記回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）前記揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、前記回転主軸上に該回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周に前記揺動板が固定連結された外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構から構成するとともに、
前記回転阻止機構における前記遥動板を遥動可能に連結するための遥動部材として機能する前記外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能する前記スリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差を設け、前記略凹球面と略凸球面との接触部の軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように前記形状差を設定したことを特徴とするものからなる。ここで、外輪は、斜板を軸受を介して回転可能に支持する構造とすることができる。あるいは、斜板を軸受を介して、遥動板に回転可能に支持させる構造とすることもできる。

このように構成された揺動板の回転阻止機構においては、まず、回転阻止機構の外輪がスリーブに揺動可能に支持され、スリーブが回転主軸に対し回転可能でかつ軸方向に移動可能に支持されていることにより、回転主軸と揺動機構部全体との間の径方向ガタを小さくすることが可能になり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能になる。また、内輪がハウジング内に軸方向移動可能に支持され、かつ回転阻止されており、この内輪の内径部に設置された軸受により回転主軸、例えば回転主軸の後端が支持されるようになっている。したがって、回転主軸は、圧縮主機構部を挟んで両側で回転可能に支持（つまり、両持ち支持）されることになり、容易に十分に高い剛性が確保でき、主軸の振れ回りも小さく抑えることが可能になって、主軸の小径化、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能になる。また、回転主軸の振れ回りが小さく抑えられるため、該主軸とともに回転される斜板の振れを小さく抑えることも可能になり、回転部全体の回転バランスを向上できる。また、内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝の形態を最適化することにより、ガイド溝間に保持されるボールの均等で連続的な接触が可能となり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能にななる。さらに、ボールのガイド溝は、離間した一対のガイド溝間でボールが両ガイド溝の交点の動きに伴って転動できるようにすればよく、溝自体には複雑な形状が要求されず、加工も容易になって、コスト的にも有利になる。この本発明に係る構成においては、基本的に、動力伝達用として作用する複数のボールは、ボールを挟み込んで向き合ったガイド溝間で圧縮方向に支持され動力伝達を行う。これにより、実態の接触面積を十分に大きく確保でき、接触面圧を低減することが可能になって、信頼性の面で有利となる。また、接触面圧が低減されるためボールの球径を小さくすることも可能になり、回転阻止機構全体の小型化も可能となる。

そして、上記回転阻止機構における遥動板を遥動可能に連結するための遥動部材として機能する外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差が設けられ、略凹球面と略凸球面との接触部の軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように上記形状差が設定されることにより、球面同士の接触による揺動運動のための摺動部分の端部（接触面端部）での面圧が緩和され、この端部部分で発生するおそれのあった過大面圧の発生が防止される。この摺動部分は回転部品の中心部に位置するため、十分な潤滑を安定して得ることは難しいが、過大面圧の発生が防止されることにより、焼きつきや摩耗の発生のおそれが除去され、優れた耐久性、静粛性が実現されることになる。

この本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機においては、上記接触部の軸方向両端部におけるクリアランスが２０ミクロン以上となるように上記形状差が設定されていることが好ましい。クリアランスが２０ミクロン未満では、過大面圧の発生防止効果が十分に得られなくなるおそれが生じるので、確実にこの効果を得るためには２０ミクロン以上とすることが好ましい。

上記のように、本発明において、遥動部材として機能する外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて所望の相対的な形状差を設けるためには、例えば次のような構成を採用することができる。

すなわち、上記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部と、該主円形形状部の軸方向両端部に設けられ主円形形状部に対して接線となる直線形状部とから形成されている構成を採用することができる。この直線形状部にて、スリーブの外周に形成された略凸球面との間に所望のクリアランスを形成することが可能になる。

あるいは、上記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルと上記スリーブの外周に形成された略凸球面の軸方向断面プロファイルがともに円の一部である円弧として形成され、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率半径がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率半径よりも大きく設定されているとともに、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率中心がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率中心に対しオフセットされている構成を採用することもできる。曲率中心の位置が所定量オフセットされた状態で、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率半径がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率半径よりも大きく設定されるので、両球面間で軸方向端部にいくほど曲率半径差に応じてクリアランスが大きくなっていき、両球面間には上記のような所望のクリアランスを形成されることになる。

あるいは、上記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部と、該主円形形状部の軸方向両端部に接続されて主円形形状部に対して接円となり、かつ、その接円の曲率半径が主円形形状部の曲率半径より大きくなる接円部とから形成されている構成を採用することもできる。この軸方向両側の接円部にて、スリーブの外周に形成された略凸球面との間に所望のクリアランスを形成することが可能になる。

このような本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機においては、上記揺動板の回転阻止機構における外輪が揺動板と一体に形成されている構成とすることが可能である。この一体化により、部品点数のさらなる削減が可能になり、かつ、製造、組立コスト的にも有利になる。

また、上記回転阻止機構の内輪および外輪の互いに対向するガイド溝が、回転主軸の中心軸に対して３０〜６０度の相対角度をもって形成され、かつ一つのボールガイドを構成する、互いに対向するガイド溝が、内輪の軸と外輪の軸との相対角度がゼロの状態にて主軸に垂直でかつ揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態になるように配置されている構成とすることが可能である。互いに対向するガイド溝が、所定の範囲内の交差角をもって配置され、かつ、互いに交差する方向に形成された両ガイド溝が、揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態に配置されることで、ガイド溝間に保持されているボールが、両ガイド溝に対して均等にかつ連続的に接触することが可能になり、この部位での振動、騒音の大幅な低減が可能になるとともに、信頼性の大幅な向上が可能になる。

また、この構成においては、上記回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成とすることができる。このような構成とすることにより、回転阻止機構部の回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まるため、ガイド溝底とボールとの実態のクリアランスの設定、管理が容易になり、適正なクリアランスの設定によりガタを小さく抑えることが可能となる。

そしてこの構成においては、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、回転主軸の中心軸を含む平面に対して対称に配置されている構成とすることもできるし、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドのうち一方のボールガイドを形成するガイド溝が、その軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている構成とすることもできる。前者の構成では、回転方向を選ばない回転阻止機構として構成できるとともに、ボールの接触荷重の低減をはかることが可能になり、後者の構成では、特定の動力伝達方向に特定してさらに接触荷重を低減することが可能になる。

また、上記回転阻止機構においては、複数のボールガイドのうち、回転主軸を間に回転主軸に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成とすることもできる。この構成により、回転阻止機構部における回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まることから、対称に配置された２つのボールガイドを互いに平行に配置しておくことにより、両ボールガイドにおける実態のクリアランスを所望のクリアランスに同時に設定、管理することが可能になる。その結果、このクリアランスの設定、管理が容易になって、ガタを小さく抑えることが可能となる。

この構成においては、上記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されていることが好ましい。一対のボールガイドが回転主軸の中心軸を含む平面上に設置されていると、動力伝達方向を選ばずにボール接触荷重の最小化が可能になる。

このように、本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機によれば、従来の等速ジョイントを用いた揺動板回転阻止機構に比べ、ガタを小さく抑えながら、動力伝達用として作用する複数のボールの均等で連続的な接触を実現することができ、小型で、優れた耐久性、静粛性を有し、回転バランスが良く、かつ加工が容易で安価な回転阻止機構を実現でき、従来技術では達成できなかった優れた性能の揺動板式可変容量圧縮機を提供できる。そして、この圧縮機の揺動板回転阻止機構における遥動部材として機能する外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差が持たせて軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように設定することにより、揺動運動のための摺動部分の端部部分での過大面圧の発生を効果的に防止でき、焼きつきや摩耗の発生のおそれを除去して、さらに優れた耐久性、静粛性を実現することが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のに係る揺動板式可変容量圧縮機の全体構成例について図１〜図５を参照して説明し、次に図６〜図８を参照して、揺動板回転阻止機構における遥動部材として機能する外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差が持たせる構成例について説明する。

図１は、本発明の一実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機を示しており、その最大吐出容量時の運転状態における全体構造を示している。図２は、図１の揺動板式可変容量圧縮機の最小吐出容量時の運転状態を示しており、図３は、図１の揺動板式可変容量圧縮機における、揺動板回転阻止機構を含む要部を分解斜視図にて示している。

図１、図２において、揺動板式可変容量圧縮機１は、ハウジングとして、中央部に配置されたハウジング２と、その両側に配置されたフロントハウジング３およびリアハウジング４を有し、ハウジング２部分からフロントハウジング３を貫通して延びる位置までにわたって、外部から回転駆動動力が入力される回転主軸５が設けられている。回転主軸５には、ロータ６が主軸５と一体回転可能に固定されており、ロータ６には、ヒンジ機構７を介して、斜板８が変角可能にかつ回転主軸５とともに回転可能に連結されている。各シリンダボア９内にはそれぞれピストン１０が往復動可能に挿入されており、ピストン１０は、コネクティングロッド１１を介して揺動板１２に連結されている。斜板８の回転運動が揺動板１２の揺動運動へと変換され、該揺動運動がコネクティングロッド１１を介してピストン１０に伝達されることにより、ピストン１０が往復動される。リアハウジング４内に形成された吸入室１３から被圧縮流体（例えば、冷媒ガス）が、ピストン１０の往復動に伴って、バルブプレート１４に形成された吸入孔１５（吸入弁は図示略）を通してシリンダボア９に吸入され、吸入された被圧縮流体が圧縮された後、圧縮流体が吐出孔１６（吐出弁は図示略）を通して吐出室１７内に吐出され、そこから外部回路へと送られる。

上記揺動板１２は、回転が阻止された状態で揺動運動する必要がある。以下に、この揺動板１２の回転阻止機構を主体に、上記圧縮機１の残りの部位について、図１〜図３を参照しながら説明する。

揺動板１２の回転阻止機構２１は、（ａ）ハウジング２内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受２２（ラジアル軸受）を介して回転主軸５を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボール２５をガイドするための複数のガイド溝２６を有する内輪２７と、（ｂ）揺動板１２の揺動運動の揺動中心部材として機能し、回転主軸５上に軸受２３（ラジアル軸受）を介して回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、内輪２７に該内輪２７とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブ２４と、（ｃ）内輪２７の各ガイド溝２６に対向する位置にボール２５をガイドするための複数のガイド溝２８を有し、スリーブ２４に揺動可能に支持され、外周に揺動板１２を固定連結され、かつ、斜板８を軸受２９（ラジアル軸受）を介して回転可能に支持する外輪３０と、（ｄ）内輪２７および外輪３０に形成された互いに対向するガイド溝２６、２８によって保持され、該ガイド溝２６、２８間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボール２５と、を有する機構から構成されている。揺動板１２と斜板８との間、および、ロータ６とフロントハウジング３との間には、それぞれ、スラスト軸受３１、３２が介装されている。また、内輪２７はハウジング９内に軸方向移動可能に支持されるが、回転阻止されている。回転阻止の手段としては、キーやスプライン等一般的な回転規制手段を用いればよい（図示略）。さらに、内輪２７の内径部に設置された軸受２２により回転主軸５の後端が支持されているが、回転主軸５は圧縮主機構部を挟んでフロントハウジング３側でも軸受３３（ラジアル軸受）を介して回転可能に支持されているので、両側で径方向に支持（両持ち支持）されている。

上記のように構成された揺動板１２の回転阻止機構２１においては、外輪３０は球面接触を介してスリーブ２４に揺動可能に支持され（この部分の詳細構造については後述する）、スリーブ２４は回転主軸５に回転可能にかつ軸方向に移動可能に支持されていることにより、回転主軸５と揺動機構部全体との間の径方向ガタを小さくすることが可能であり、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能となる。

また、上記実施態様では、回転主軸５は、内輪２７の内径部に設置された軸受２２と、圧縮主機構部を挟んでフロントハウジング３側に設けられた軸受３３とで両持ち支持されているので、比較的小径の主軸５であっても十分に高い剛性を確保でき、主軸５の振れ回りも小さく抑えることが可能であり、容易に小型化をはかることが可能になるとともに、信頼性の向上、振動、騒音の低減が可能となる。また、回転主軸５の振れ回りが小さく抑えられる結果、回転主軸５とともに回転される回転部位全体の振れ回りも小さく抑えられ、回転部全体の回転バランスは極めて良くなる。なお、上記の構成においては、回転主軸５を後方に延長し、軸受を介してハウジング２に直接支持される構造に置き換えることも可能である。

また、上記実施態様では、内輪２７の内径側に形成された球面（凹球面）と、スリーブ２４の外径側に形成された球面（凸球面）との係合により、両者の間で相互支持が行われており、この支持部のクリアランスを調整することにより、動力伝達用として作用する複数のボールのガイド溝位置のバラツキによる内、外輪の相対的な振れ回りを吸収することが可能であり、それによって一層ボール２５の均等で連続的な接触が可能となり、信頼性、振動、騒音面で一層有利となっている。

なお、上記実施態様では、外輪３０と揺動板１２とを別部材に構成し、それらを互いに固定することとしたが、これらは一体に形成することもできる。この一体化により、更なる部品点数の削減と、組立の容易化をはかることができる。

図４は、揺動板１２の回転阻止機構２１において、内、外輪の相対角度がゼロの状態を示している。図４（Ａ）に示すように、回転阻止機構２１の内輪２７および外輪２４に形成されるガイド溝２６、２８が回転主軸５の中心軸に対して相対角度（３０〜６０度の範囲内の相対角度）をもって配置されている。そして、一つのボールガイド４１を構成し、互いに対向する、内輪２７に形成されたガイド溝２６（ガイド溝２６の軸は４２で表示）と外輪３０に形成されたガイド溝２８（ガイド溝２８の軸は４３で表示）とが、内輪２７の軸と外輪３０の軸との相対角度がゼロの状態にて回転主軸５に垂直でかつ揺動板１２の揺動中心を通る平面４４に対し対称形態になるように配置されている。このガイド溝２６の軸４２とガイド溝２８の軸４３との交点上にボール２５が規制、支持される。また、図４（Ｂ）に示すように、回転阻止機構２１の複数のボールガイド４１のうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイド４５におけるそれぞれのボールガイド４１が、換言すれば、この部分における内、外輪に形成されたガイド溝の軸４６が、互いに平行に配置されている構成とすることができる。この構成により、前述の如く、回転阻止機構部の回転方向ガタは、内、外輪に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まるため、実態のクリアランスの設定、管理が容易となり、適正なクリアランスの設定によりガタを小さく抑えることが可能となる。そして、動力伝達用として作用する複数のボール２５は、各ボール２５を挟み込んで向き合ったガイド溝２６、２８間で圧縮方向に支持され動力伝達を行う。ボール２５は、向き合ったガイド溝２６、２８に抱き抱えられるように保持されて両ガイド溝２６、２８に接触するので、ボール２５とそれぞれのガイド溝２６、２８間の接触面積を十分に大きく確保できるようになり、接触面圧を低減することが可能になって、信頼性、振動、静粛性の面で極めて有利な構造となる。また、ボール２５の球径を小さくすることも可能で、回転阻止機構全体の小型化が可能となる。

また、回転主軸５を中心としたモーメントとして与えられるボール２５にかかる負荷は、実接触面の垂直抗力として発生する。モーメントの方向に対する接触面法線の傾きが小さいほど、接触荷重が小さくなり、上記の如く平行に配置された一対のボールガイド４５が、図５に示すように、回転主軸５の中心軸５ａを含む平面４７に対し対称に配置されていることにより、換言すれば、内、外輪に形成された２組のガイド溝の軸４６が回転主軸５の中心軸５ａを含む平面４７に対し対称に配置されていることにより、回転方向を選ばない回転阻止機構として、ボール接触荷重を最小とすることが可能である。

本発明においては、遥動板回転阻止機構２１における遥動板１２を遥動可能に連結するための遥動部材として機能する外輪３０の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブ２４の外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差が設けられ、これら略凹球面と略凸球面との接触部の軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように上記形状差が設定される。接触部の軸方向両端部における両面間のクリアランスは、２０ミクロン以上に設定される。このような形状差を持たせるための具体的な構成例を、外輪とスリーブとの関係のみを説明用に図示した図６〜図８を参照しながら説明する。

図６に示す例では、揺動部材として機能する外輪３０ａの内周に形成された略凹球面５１ａの軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部５２と、該主円形形状部５２の軸方向両端部に設けられ主円形形状部５２に対して接線となる直線形状部５３とから形成されている。この直線形状部５３にて、揺動中心部材として機能するスリーブ２４ａの外周に形成された略凸球面５４ａとの間に所望のクリアランスを形成することが可能になる。この場合、直線形状部５３以外の外輪３０ａの主円形形状部５２の曲率半径Ｒ１とスリーブ２４ａの略凸球面５４ａの曲率半径Ｒ２は実質的に同じでよく、それらの曲率中心Ｃ１の位置も同じ位置でよい。このような構成においては、略凹球面５１ａの主円形形状部５２の両側に直線形状部５３を形成することで、該直線形状部５３とスリーブ２４ａの略凸球面５４ａとの間のクリアランスを軸方向両端部にいくにしたがって大きくなるように設定することができ、このクリアランスを適切に設定することにより、揺動運動のための摺動部分の端部部分での過大面圧の発生を効果的に防止でき、焼きつきや摩耗の発生を除去して、耐久性、静粛性に優れた圧縮機を実現できる。

図７に示す例では、揺動部材として機能する外輪３０ｂの内周に形成された略凹球面５１ｂの軸方向断面プロファイルと、揺動中心部材として機能するスリーブ２４ｂの外周に形成された略凸球面５４ｂの軸方向断面プロファイルが、ともに円の一部である円弧として形成され、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率半径Ｒ３がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率半径Ｒ４よりも大きく設定されているとともに、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率中心Ｃ２がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率中心Ｃ３に対し、揺動中心を含む面５５内の同軸上でδだけオフセットされている。曲率中心Ｃ２の位置が所定量δだけオフセットされた状態で、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率半径Ｒ３がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率半径Ｒ４よりも大きく設定されるので、両球面間で軸方向端部にいくほど曲率半径差に応じてクリアランスが大きくなっていくことになり、両球面間には、本発明で目標とするクリアランスを形成されることになる。このクリアランスを適切に設定することにより、揺動運動のための摺動部分の端部部分での過大面圧の発生を効果的に防止でき、焼きつきや摩耗の発生を除去して、耐久性、静粛性に優れた圧縮機を実現できる。

図８に示す例では、揺動部材として機能する外輪３０ｃの内周に形成された略凹球面５１ｃの軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部５６（この主円形形状部５６の範囲を符号５７で示してある）と、該主円形形状部５６の軸方向両端部に接続されて主円形形状部５６に対して接円となり、かつ、その接円の曲率半径Ｒ５が主円形形状部５６の曲率半径Ｒ６より大きくなる接円部５８とから形成されている。図示例では、主円形形状部５６の曲率中心と、揺動中心部材として機能するスリーブ２４ｃの外周に形成された略凸球面５４ｃの曲率半径Ｒ７の中心（曲率中心）とが同じ曲率中心Ｃ４の位置とされ、接円部５８の曲率中心Ｃ５が、揺動中心を含む面５５内の同軸上で所定量オフセットされている。ただし、接円部５８の曲率中心Ｃ５は、必ずしも曲率中心Ｃ４に対し揺動中心を含む面５５内の同軸上に位置している必要はない。この主円形形状部５６の軸方向両側の接円部５８にて、スリーブ２４ｃの外周に形成された略凸球面５４ｃとの間に本発明で目標とするクリアランスを形成されることになる。このクリアランスを適切に設定することにより、揺動運動のための摺動部分の端部部分での過大面圧の発生を効果的に防止でき、焼きつきや摩耗の発生を除去して、耐久性、静粛性に優れた圧縮機を実現できる。

このように、本発明に係る新規な遥動板回転阻止機構２１において、さらに、遥動部材として機能する外輪３０ａ、３０ｂ，３０ｃの内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能するスリーブ２４ａ、２４ｂ，２４ｃの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差が適切に設けられ、略凹球面と略凸球面との接触部の軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように所望の形状差が設定されることにより、球面同士の接触による揺動運動のための摺動部分の端部（接触面端部）での面圧が緩和されて、この端部部分で過大面圧が発生することが防止される。この摺動部分は回転部品の中心部に位置するため、前述の如く十分な潤滑を安定して得ることは難しいかも知れないが、上記の如く過大面圧の発生が防止されることにより、焼きつきや摩耗の発生が確実に防止されることになり、この摺動部分について優れた耐久性と静粛性が実現されることになる。その結果、圧縮機全体としても、優れた耐久性と静粛性が実現される。

本発明では、図１〜図５に示した実施態様とは別の実施形態として、例えば図９に示すように、一対のボールガイド６１のうち主に外輪動力伝達方向６２に作用する側の一方のボールガイド６３、換言すれば、該ボールガイド６３におけるガイド溝の軸６４を、回転主軸５の中心軸５ａを含む平面６５上にオフセットすることにより、特定の動力伝達方向に限定してさらに接触荷重を低減することが可能である。

また、図１０（Ａ）または（Ｂ）に示すように、複数のボールガイドのうち、回転主軸５を間に回転主軸５に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイド７１が互いに平行に配置されている構成、換言すれば、該一対のボールガイド７１を構成する内輪２７、外輪３０に形成されたガイド溝の軸７２が互いに平行に配置されている構成、とすることもできる。この構成により、回転阻止機構部における回転方向ガタは、内輪２７、外輪３０に設置された一組のガイド溝底間距離とボール球径の関係で概ね決まることから、対称に配置された２つのボールガイドを互いに平行に配置しておくことにより、両ボールガイドにおけるクリアランスを所望のクリアランスに同時に設定、管理することが可能になる。その結果、このクリアランスの設定、管理が容易になって、ガタを小さく抑えることが可能となる。

また、この一対のボールガイドが互いに平行に配置されている構成においては、例えば図１１（Ａ）または（Ｂ）に示すように、互いに平行に配置された一対のボールガイド８１が、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸８２が回転主軸５の中心軸５ａを含む平面８３上に位置するように配置されている構成とすることができる。このような構成とすれば、動力伝達方向を選ばずにボール接触荷重が最小となる。なお、図１１（Ｂ）では、外輪が一体形成された揺動板８４の場合の構成が例示されている。

本発明に係る揺動板式可変容量圧縮機は、あらゆる分野で使用される揺動板式可変容量圧縮機に適用でき、とくに小型化、信頼性の向上、耐久性、静粛性の改善、コストダウンの要求が高い車両用の分野、中でも、車両用空調装置に用いて好適なものである。

本発明の一実施態様に係る揺動板式可変容量圧縮機の縦断面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機の別の運転状態における縦断面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機の揺動板回転阻止機構を含む要部の分解斜視図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機の一形態例を示す部分縦断面図（図４（Ａ））および部分正面図（図４（Ｂ））である。図１の揺動板式可変容量圧縮機の別の形態例を示す部分正面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機における揺動板回転阻止機構の一例を示す概略部分断面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機における揺動板回転阻止機構の別の例を示す概略部分断面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機における揺動板回転阻止機構のさらに別の例を示す概略部分断面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図である。図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図であり、図１０（Ａ）および図７（Ｂ）は互いに異なる例を示している。図１の揺動板式可変容量圧縮機のさらに別の形態例を示す部分正面図であり、図１１（Ａ）および図８（Ｂ）は互いに異なる例を示している。

符号の説明

１揺動板式可変容量圧縮機
２ハウジング
３フロントハウジング
４リアハウジング
５回転主軸
５ａ中心軸
６ロータ
７ヒンジ機構
８斜板
９シリンダボア
１０ピストン
１１コネクティングロッド
１２揺動板
１３吸入室
１４バルブプレート
１５吸入孔
１６吐出孔
１７吐出室
２１揺動板の回転阻止機構
２２、２３、２９、３３軸受（ラジアル軸受）
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃスリーブ
２５ボール
２６内輪のガイド溝
２７内輪
２８外輪のガイド溝
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ外輪
３１、３２スラスト軸受
４１ボールガイド
４２、４３ガイド溝の軸
４４揺動中心を通る平面
４５一対のボールガイド
４６内、外輪に形成されたガイド溝の軸
４７回転主軸の中心軸を含む平面
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ外輪の略凹球面
５２主円形形状部
５３直線形状部
５４ａ、５４ｂ、５４ｃスリーブの略凸球面
５５揺動中心を含む面
５６主円形形状部
５７主円形形状部の範囲
５８接円部
６１一対のボールガイド
６２外輪動力伝達方向
６３一方のボールガイド
６４ガイド溝の軸
６５回転主軸の中心軸を含む平面
７１一対のボールガイド
７２ガイド溝の軸
８１一対のボールガイド
８２ガイド溝の軸
８３回転主軸の中心軸を含む平面
８４外輪が一体形成された揺動板

Claims

シリンダボア内に往復動可能に挿入されたピストンと、回転主軸とともに回転され該主軸に対し変角可能に支持された斜板と、前記ピストンに連結され前記斜板の回転運動が自身の揺動運動へと変換され該揺動運動を前記ピストンに伝達してピストンを往復動させる揺動板と、該揺動板の回転阻止機構とを備えた揺動板式可変容量圧縮機において、
前記回転阻止機構を、（ａ）ハウジング内に回転は阻止されるが軸方向に移動可能に設けられ、内径部において軸受を介して前記回転主軸を相対回転および軸方向に相対移動可能に支持するとともに、動力伝達用に設けられた複数のボールをガイドするための複数のガイド溝を有する内輪と、（ｂ）前記揺動板の揺動運動の揺動中心部材として機能し、前記回転主軸上に該回転主軸に対し相対回転および軸方向に移動可能に設けられ、前記内輪に該内輪とともに軸方向に移動可能に係合されたスリーブと、（ｃ）前記内輪の各ガイド溝に対向する位置に前記ボールをガイドするための複数のガイド溝を有し、前記スリーブに揺動可能に支持され、外周に前記揺動板が固定連結された外輪と、（ｄ）前記内輪および外輪に形成された互いに対向するガイド溝によって保持され、該ガイド溝間で圧縮されることにより動力伝達を行う複数のボールと、を有する機構から構成するとともに、
前記回転阻止機構における前記遥動板を遥動可能に連結するための遥動部材として機能する前記外輪の内周に形成された略凹球面と、遥動中心部材として機能する前記スリーブの外周に形成された略凸球面との間に、軸方向断面プロファイルにて相対的な形状差を設け、前記略凹球面と略凸球面との接触部の軸方向両端部にいくにしたがって両面間のクリアランスが大きくなるように前記形状差を設定したことを特徴とする揺動板式可変容量圧縮機。
前記接触部の軸方向両端部におけるクリアランスが２０ミクロン以上となるように前記形状差が設定されている、請求項１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部と、該主円形形状部の軸方向両端部に設けられ主円形形状部に対して接線となる直線形状部とから形成されている、請求項１または２に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルと前記スリーブの外周に形成された略凸球面の軸方向断面プロファイルがともに円の一部である円弧として形成され、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率半径がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率半径よりも大きく設定されているとともに、外輪側断面プロファイルの円弧の曲率中心がスリーブ側断面プロファイルの円弧の曲率中心に対しオフセットされている、請求項１または２に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記外輪の内周に形成された略凹球面の軸方向断面プロファイルが、円の一部である円弧として形成された軸方向中央部の主円形形状部と、該主円形形状部の軸方向両端部に接続されて主円形形状部に対して接円となり、かつ、その接円の曲率半径が主円形形状部の曲率半径より大きくなる接円部とから形成されている、請求項１または２に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記外輪が前記揺動板と一体に形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記回転阻止機構の内輪および外輪の互いに対向するガイド溝が、回転主軸の中心軸に対して３０〜６０度の相対角度をもって形成され、かつ一つのボールガイドを構成する、互いに対向するガイド溝が、内輪の軸と外輪の軸との相対角度がゼロの状態にて主軸に垂直でかつ揺動板の揺動中心を通る平面に対し対称形態になるように配置されている、請求項１〜６のいずれかに記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、隣り合った２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている、請求項７に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、回転主軸の中心軸を含む平面に対して対称に配置されている、請求項８に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記互いに平行に配置された一対のボールガイドのうち一方のボールガイドを形成するガイド溝が、その軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている、請求項８に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記回転阻止機構の複数のボールガイドのうち、回転主軸を間に回転主軸に対しておおよそ対称に配置された２つのボールガイドを一対とし、該一対のボールガイドが互いに平行に配置されている、請求項７に記載の揺動板式可変容量圧縮機。
前記互いに平行に配置された一対のボールガイドが、それらボールガイドを形成するガイド溝の軸が回転主軸の中心軸を含む平面上に位置するように配置されている、請求項１１に記載の揺動板式可変容量圧縮機。