(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積の大小変化を繰り返すことにより、吸気室側から冷媒を吸い込み、これを閉じ込めて圧縮した後、圧縮後の冷媒を吐出する圧縮室と、
上記圧縮室と吸気室との間に回転可能に設けられるとともに、その回転角度の調節により上記圧縮室の冷媒閉じ込め容量を増減変化させる制御プレートと、
上記制御プレートを駆動軸のスライドにより回転移動させる制御プレート駆動機構とを備え、
上記駆動軸は、その一端面側が吸気室に露出し、その他端面が制御圧力室に臨むように設けられるとともに、上記吸気室内の冷媒の吸入圧力と、バネ力と、上記制御圧力室内の制御圧力との力関係によりスライドする構造の可変容量型気体圧縮機において、
上記駆動軸とこれをスライド可能に収納するスリーブとの間に、上記駆動軸に加わる制御圧力を形成するオイルの流出用の隙間が設けられ、
上記駆動軸全体または上記隙間を形成している上記駆動軸の隙間形成部位のみが、上記スリーブの構成材料より熱膨張率の大きい材料からなること
を特徴とする可変容量型気体圧縮機。
【請求項２】
上記駆動軸全体または上記隙間を形成している上記駆動軸の隙間形成部位のみがプラスチック材からなり、上記スリーブが鉄材からなることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンシステムなどに用いられる可変容量型気体圧縮機に関し、特に機器の複雑化やコストアップを招くことなく、より最適な冷媒吐出容量の制御を可能としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の可変容量型気体圧縮機（以下「圧縮機」とも略称する。）の一例を示した断面図である。この図２の圧縮機は一端開口型ケーシング１内に内周略楕円状のシリンダ２を有し、シリンダ２内には円柱状のロータ３が回転可能に横架されている。
【０００３】
図３に示すように、ロータ３の外周面からはシリンダ２内面に向かって複数のベーン４、４…が出没自在に設けられており、また、シリンダ２内面とロータ３外周面との間にはその両形状との関係から三日月状のシリンダ内側空隙５が形成され、該シリンダ内側空隙５はベーン４、４…により複数の小室に仕切られている。この仕切られた各小室が圧縮室６、６…であり、圧縮室６は、ロータ３の回転により容積の大小変化を繰返すとともに、その容積変化により、吸気室７側から冷媒（低圧冷媒ガス）を吸込み、これを閉じ込めて圧縮した後、その圧縮後の冷媒（高圧冷媒ガス）を吐出室８側へ吐出する。
【０００４】
そして、この図２の可変容量型気体圧縮機においては、上記のように圧縮室６内に閉じ込められる冷媒の容量（以下「冷媒閉じ込め容量」という。）を変えることにより、吐出室７側へ吐出される圧縮後の冷媒の容量（以下「冷媒吐出容量」という。）を変えて、冷房能力を調整しているが、その冷媒閉じ込め容量を増減変化させる手段が制御プレート９であり（図４参照）、制御プレート９は圧縮室６と吸気室７との間に回転可能に装着されている。
【０００５】
図５を用いて制御プレート９の動作を説明すると、制御プレート９が右回り（時計回り）に最大に回転すると、冷媒閉じ込め容量が最小（ＭＩＮ）となる。これは、圧縮室６が最大の容積から最小の容積に移行し始める間に、一度圧縮室６内に吸込まれた冷媒の一部が制御プレート９外周の切り欠き部１０を介して吸気室７側に吐き戻されるためである。
【０００６】
一方、制御プレート９が上記のように右回り最大に回転している位置から左回り（反時計回り）に回転すると、上記のような制御プレート９外周の切り欠き部１０を介する吸気室７側への冷媒吐き戻し量が減り、その結果、冷媒閉じ込め容量が増加する。そして、制御プレート９が左回りに最大に回転すると、冷媒閉じ込め容量が最大（ＭＡＸ）となる。
【０００７】
上記のような制御プレート９の回転移動は制御プレート駆動機構により行われる。すなわち、制御プレート９は駆動ピン１１を介して駆動軸１２に連結されており、駆動軸１２は、フロントヘッド１ａの内側に形成されたスリーブ１４内を前後にスライドできるように配設されている。そして、駆動軸１２がスリーブ１４内をスライドすると、その直線的な駆動軸１２のスライド運動が駆動ピン１１により制御プレート９の回転運動に変換され、制御プレート９が回動移動する。たとえば、図５中矢印イで示す方向に駆動軸１２がスライドすると、これに連動して制御プレート９が左回りに回転し、その結果、冷媒閉じ込め容量が増加する。また、駆動軸１２が図５中矢印ハで示す方向にスライドすると、これに連動して制御プレート９が右回りに回転し、冷媒閉じ込め容量が減少する。
【０００８】
なお、以下の説明では、上記のように冷媒閉じ込め容量が増加する側への駆動軸１２のスライド方向（図中矢印イで示す方向）を「ＭＡＸ移行方向」といい、冷媒閉じ込め容量が減少する側への駆動軸１２のスライド方向（図中矢印ハで示す方向）を「ＭＩＮ移行方向」という。したがって、駆動軸１２がＭＡＸ移行方向にスライドすると、冷媒閉じ込め容量が増加し、一方、駆動軸１２がＭＩＮ移行方向にスライドすると、冷媒閉じ込め容量が減少することになる。
【０００９】
ところで、駆動軸１２がＭＡＸ移行方向とＭＩＮ移行方向のいずれの方向にスライドするかは、駆動軸１２に加わる力関係によって決まる。すなわち、駆動軸１２の一端面１２ａには吸気室７内における冷媒の吸入圧力Ｐｓと圧縮バネ２１のバネ力Ｆｓが加えられている一方、駆動軸１２の他端面１２ｂには制御圧力室１７内の制御圧力Ｐｃが加わっている。このうち、吸入圧力Ｐｓとバネ力Ｆｓは駆動軸１２のＭＩＮ移行方向と同じ方向を向くように作用している。制御圧力Ｐｃは、冷媒の吐出圧力Ｐｄが作用するオイル、すなわち吐出室８底部に貯留されているオイル溜り１９のオイルを制御弁１３で絞って形成されるものであって、かつ、駆動軸１２のＭＡＸ移行方向と同じ方向を向くように作用している。
【００１０】
ところで、圧縮機の冷媒吐出容量を大きくした場合には制御弁１３の弁開度を大きくすればよい。そうすると、制御弁１３から制御圧力室１７へのオイル流入量が増えて制御圧力Ｐｃが大きくなり、駆動軸１２をＭＡＸ移行方向へスライドさせようとする力が増し、該駆動軸１２がＭＡＸ移行方向へ移動する。これに連動して制御プレート９が左回りに回転し、冷媒閉じ込め容量が大きくなる。
【００１１】
また、駆動軸１２とスリーブ１４との間には隙間Ｇ（以下「駆動軸すきま」という。）が設けられており、この駆動軸すきまＧを介して制御圧力室１７内のオイルは吸気室７側へ流出することができる。
【００１２】
したがって、制御圧力室１７内の制御圧力Ｐｃは、制御弁１３側から制御圧力室１７側へのオイル流入量と駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７からのオイル流出量との差により決まる。
【００１３】
ここで、この種の圧縮機をカーエアコンシステムの一部として車両に搭載した場合を考えてみると、車両のエンジン回転速度が急激に低下した場合は、駆動軸すきまＧを小さくすればよい。これは、車両のエンジン回転速度が急激に低下したときは、これに伴い圧縮機の冷媒吐出容量が減り冷房能力が低下するので、冷房能力を一定に保つために圧縮機の冷媒吐出容量を大きくする必要があり、そのためには制御圧力室１７側へのオイル流入量を増やして、駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７からのオイル流出量を減らすことで、制御圧力Ｐｃを大きくすればよい。しかし、制御弁１３の開口面積には弁機構上の制約があるので、駆動軸すきまＧを小さくすることにより、制御圧力Ｐｃが大きくなるようにしたものである。
【００１４】
一方、車両のエンジン回転速度が急激に増加した場合は、制御弁１３の開口面積を最小の「０」とし、かつ駆動軸すきまＧを大きくすればよい。これは、車両のエンジン回転速度が急激に増加したときは、その低下の場合とは逆に冷房能力が大きくなりすぎるので、制御圧力室１７の制御圧力Ｐｃを急激に下げる必要があり、この場合、制御弁１３の開口面積を「０」にすると、駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７からのオイル流出量だけが、制御圧力Ｐｃの圧力低下に寄与するためである。
【００１５】
しかしながら、上記のように駆動軸すきまＧを可変とする場合には、その可変の新たな機構が必要になり、機構の複雑化や、それによる信頼性の低下並びにコストアップを招く等の問題点がある。
【００１６】
なお、前記のように車両のエンジン回転数が急激に増加する場合と低下する場合の双方を考慮し、このような２つの状況下での駆動軸すきまＧの妥協点を設定すると、制御圧力Ｐｃを高くして冷媒吐出容量を大きくしたい場合であるにもかかわらず、制御圧力室１７内のオイルが駆動軸すきまＧを通じて多量に流出してしまい、制御圧力Ｐｃを高めることが困難で、最大の冷媒閉じ込め容量を得るのに時間がかかることや、制御圧力Ｐｃを低下させて冷媒閉じ込め容量を小さくしたい場合であるにもかかわらず、制御圧力室１７内のオイルが駆動軸すきまＧを通じて流出し難く、制御圧力Ｐｃを低下させることが困難で、最小の冷媒閉じ込め容量を得るのに時間がかかる等の不具合があり、上記２つの状況下において冷房能力の増減を元に戻すことのできる最適な冷媒閉じ込め容量の制御にはなりえない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、機器の複雑化やコストアップを招くことなく、より最適な冷媒閉じ込め容量の制御、すなわち圧縮機の冷房能力の増減変動に対して適切な冷媒閉じ込め容量の制御を行い得る可変容量型気体圧縮機を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、容積の大小変化を繰り返すとともに、その容積変化により、吸気室側から冷媒を吸い込み、これを閉じ込めて圧縮した後、圧縮後の冷媒を吐出する圧縮室と、上記圧縮室と吸気室との間に回転可能に設けられるとともに、その回転角度の調節により上記圧縮室の冷媒閉じ込め容量を増減変化させる制御プレートと、上記制御プレートを駆動軸のスライドにより回転移動させる制御プレート駆動機構とを備え、上記駆動軸は、その一端面側が吸気室に露出し、その他端面が制御圧力室に臨むように設けられるとともに、上記吸気室内の冷媒の吸入圧力と、バネ力と、上記制御圧力室内の制御圧力との力関係によりスライドする構造の可変容量型気体圧縮機において、上記駆動軸とこれをスライド可能に収納するスリーブとの間に、上記駆動軸に加わる制御圧力を形成するオイルの流出用の隙間が設けられ、上記駆動軸全体または上記隙間を形成している上記駆動軸の隙間形成部位のみが、上記スリーブの構成材料より熱膨張率の大きい材料からなることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明は、上記駆動軸全体または上記隙間を形成している上記駆動軸の隙間形成部位のみがプラスチック材からなり、上記スリーブが鉄材からなることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明では、吸気室内の吸入冷媒の温度変化によって駆動軸とスリーブの温度が変化するとともに、その駆動軸とスリーブの熱膨張率の差により、駆動軸とスリーブの間の隙間（駆動軸すきま）が大小変化し、この駆動軸すきまの大小変化により、圧縮機の冷房能力の増減変動に対して適切な冷媒閉じ込め容量の調節を行うことができるようにしている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変容量型気体圧縮機の実施形態について図１を基に詳細に説明する。
【００２２】
なお、圧縮機の基本的な構造、たとえば図２乃至図３を用いて説明すると、機器内部に圧縮室６や制御プレート９等が設けられ、圧縮室６は、ロータ３の回転により容積の大小変化を繰り返すとともに、その容積変化により、吸気室７側から冷媒を吸い込み、これを閉じ込めて圧縮した後、圧縮後の冷媒を吐出するように構成され、また、制御プレート９は、圧縮室６と吸気室７との間に回転可能に設けられ、その回転角度の調節により圧縮室６の冷媒閉じ込め容量を増減変化させるように構成されていること、制御プレート９の回転移動は制御プレート駆動機構により行われること、すなわち駆動軸１２が前後にスライドすると、これに連動して制御プレート９が左右に回転移動し冷媒閉じ込め容量が増減変化すること、および駆動軸１２のスライドは冷媒の吸入圧力Ｐｓと、バネ力Ｆｓと、制御圧力Ｐｃとの力関係によるものであること等は従来と同様なため、それと同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００２３】
図１に示した本実施形態の圧縮機においては、フロントヘッド１ａの内側に吸気室７が設けられ（図２参照）、この吸気室７内にスリーブ１４が形成され、該スリーブ１４内に駆動軸１２が前後にスライド可能に配設されている。また、駆動軸１２とスリーブ１４との間には駆動軸すきまＧが設けられているが、その駆動軸すきまＧを可変とするために、駆動軸１２全体がスリーブ１４の構成材料より熱膨張率の大きい材料から形成されている。
【００２４】
つまり、本実施形態の圧縮機では、駆動軸１２とスリーブ１４の構成材料が異なり、その構成材料の相違に基づく駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張率の差によって駆動軸すきまＧが大小変化する機構を採用している。要するに、駆動軸すきまＧは可変可能であるが、その可変機構はメカニカル的なものでなく、駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張率の差という材料の物理的性質によるものである。
【００２５】
また、駆動軸１２の一端面１２ａ側（冷媒の吸入圧力Ｐｓと圧縮バネ２１のバネ力Ｆｓが加えられている側）は、スリーブ１４の開口端から突出して吸気室７内に露出している一方、駆動軸１２の他端面１２ｂ（制御圧力Ｐｃが加えられている側）は、制御圧力室１７内に臨むように設けられている。
【００２６】
駆動軸１２の温度は、図示しないエアコンシステムのエバポレータ側から圧縮機の吸気室７内に導かれ充満している冷媒（以下「吸入冷媒」という）の温度に大きな影響を受ける。これは、上述のように駆動軸１２を収納するスリーブ１４自体が吸気室７内にあるため、および駆動軸一端面１２ａ側が吸気室７内に露出しているためである。したがって、吸気室７内において吸入冷媒の温度が高くなると、これに伴い駆動軸１２やスリーブ１４の温度も高くなり、逆に、吸気室７内における吸入冷媒の温度が低くなると、これに伴い駆動軸１２やスリーブ１４の温度も低くなる。
【００２７】
ここで、駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張は駆動軸１２の方が大きいことから、吸入冷媒の温度が高くなった場合は、駆動軸１２がスリーブ１４より多く熱膨張するので、駆動軸すきまＧは小さくなり、よって、該駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７から吸気室７側へのオイル流出量が減少し、かつ、制御圧力室１７内の制御圧力Ｐｃが高くなりやすい状態になる。逆に、吸入冷媒の温度が低くなった場合は、駆動軸１２がスリーブ１４より多く収縮するので、駆動軸すきまＧは大きくなり、よって、該駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７からのオイル流出量が増え、かつ、制御圧力室１７内の制御圧力Ｐｃが低くなりやすい状態になる。
【００２８】
次に、上記の如く構成された本実施形態の圧縮機をカーエアコンシステムの一部として車両に搭載した場合の動作について図１を基に説明する。
【００２９】
本実施形態の圧縮機においても、たとえば、車両のエンジン回転速度が急激に低下した場合は、これに伴い圧縮機の冷媒吐出容量が減り冷房能力が低下するので、圧縮機の冷媒吐出容量を大きくしたい。このように冷媒吐出容量を大きくしたい時とは、冷房能力が不足し冷やせない時、つまりエアコンシステムのエバポレータからの噴出する空気温度が最も高い時であるが、この時に吸気室７内の吸入冷媒の温度は高くなる。そのため、駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張率の差により、駆動軸１２がスリーブ１４より大きく熱膨張するので、駆動軸１２とスリーブ１４とのギャップが狭くなる。つまり、図１（ａ）に示すように、駆動軸すきまＧが小さくなる。従って、駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７から吸気室７側へのオイル流出量が減り、短時間で制御圧力室１７の制御圧力Ｐｃが高くなる。これにより、駆動軸１２がＭＡＸ移行方向（図中矢印イの方向）へスライドするとともに、これに連動して制御プレート９が左回りに回転し、その結果、冷媒閉じ込め容量が大きくなる。よって、この場合は冷媒吐出容量が増え、圧縮機の冷房能力が高くなり、早期によく冷やすことができる。
【００３０】
上記の場合とは逆に、圧縮機の冷媒吐出容量を小さくしたい時、つまり冷房能力が過剰で冷え過ぎの時は、吸気室７内の吸入冷媒の温度が低くなるから、駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張率の差により、図１（ｂ）に示すように、駆動軸１２がスリーブ１４より大きく収縮するので、駆動軸すきまＧが大きくなる。このため、駆動軸すきまＧを介する制御圧力室１７から吸気室側へのオイル流出量が増え、短時間で制御圧力室１７の制御圧力Ｐｃが低下する。その結果、駆動軸１２がバネ力Ｆｓと吸入圧力Ｐｓとの総力でＭＩＮ移行方向（図中矢印ハの方向）へ押し戻されるとともに、これに連動して制御プレート９が右回りに回転し、冷媒閉じ込め容量が小さくなる。よって、この場合は冷媒吐出容量が減り、圧縮機の冷房能力が小さくなり、冷え過ぎを早期に回避できる。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の圧縮機にあっては、駆動軸１２全体をスリーブ１４の構成材料より熱膨張率の大きい材料によって構成したものである。このため、何らメカニカル的な機構を用いることなく、駆動軸１２とスリーブ１４の熱膨張率の差という材料の物理的性質によるだけで、駆動軸１２とスリーブ１４の間の駆動軸すきまＧを大小変化させることができ、また、この駆動軸すきまＧの大小変化により、圧縮機の冷房能力の増減変動に対して適切な冷媒閉じ込め容量の調節を行うことができ、機器の複雑化やそれによる信頼性の低下並びにコストアップを招くことなく、より最適な冷媒閉じ込め容量の制御をなし得る。
【００３２】
なお、上記実施形態では、駆動軸１２全体をスリーブ１４より熱膨張率の大きい材料で形成することとしたが、駆動軸１２の全体でなく一部、具体的には駆動軸すきまＧを形成している駆動軸１２の隙間形成部位１２ｃのみ、具体的には駆動軸の外周部を、スリーブ１４の構成材料より熱膨張率の大きい材料で形成してもよく、この場合も、駆動軸１２の隙間形成部位１２ｃとスリーブ１４との熱膨張率の差により、駆動軸すきまＧが大小変化するから、上記実施形態と同様な効果が得られる。
【００３３】
熱膨張率の異なる材料の組み合わせとしては各種考えられるが、たとえば、プラスチックと鉄材の組み合わせを採用することもでき、この場合は、駆動軸１２全体、または駆動軸すきまＧを形成している駆動軸１２の隙間形成部位１２ｃをプラスチック材で形成し、スリーブ１４側を鉄材で形成すれば、その熱膨張率の差により上記のような実施形態の作用効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明にあっては、上記の如く、駆動軸全体または駆動軸とスリーブの間の隙間（駆動軸すきま）を形成している駆動軸の隙間形成部位のみを、スリーブの構成材料より熱膨張率の大きい材料によって構成したものである。このため、何らメカニカル的な機構を用いることなく、駆動軸とスリーブの熱膨張率の差という材料の物理的性質によるだけで、駆動軸すきまを大小変化させることができ、また、また、この駆動軸すきまの大小変化により、圧縮機の冷房能力の増減変動に対して適切な冷媒閉じ込め容量の調節を迅速に行うことができ、機器の複雑化やそれによる信頼性の低下並びにコストアップを招くことなく、より最適な冷媒閉じ込め容量の制御をなし得る可変容量型気体圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の要部である冷媒閉じ込め容量の制御機構の説明図であり、同図（ａ）は熱膨張率の差により駆動軸すきまが小となった状態を、同図（ｂ）は熱膨張率の差により駆動軸すきまが小となった状態をそれぞれ示す。
【図２】従来の可変容量型気体圧縮機の断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】図２に示した従来の可変容量型気体圧縮機における冷媒閉じ込め容量の制御機構の説明図。
【符号の説明】
１  ケーシング
１ａ  フロントヘッド
２  シリンダ
３  ロータ
４  ベーン
５  三日月状のシリンダ内側空隙
６  圧縮室
７  吸気室
８  吐出室
９  制御プレート
１０  制御プレート外周の切り欠き部
１１  駆動ピン
１２  駆動軸
１２ａ  駆動軸一端面
１２ｂ  駆動軸他端面
１２ｃ  駆動軸の隙間形成部位
１３  制御弁
１４  スリーブ
１７  制御圧力室
１９  オイル溜り
２１  圧縮バネ
Ｐｃ  制御圧力
Ｐｄ  吐出圧力
Ｐｓ  吸入圧力
Ｆｓ  バネ力
【図１】
0003717731.tif 000002
【図２】
0003717731.tif 000003
【図３】
0003717731.tif 000004
【図４】
0003717731.tif 000005
【図５】
0003717731.tif 000006