(57)【要約】【課題】自動車に装着され、その運動が斜板カムの変位に基づくピストンを有する改良された可変位斜板カム・エアコンプレッサを提供する。【解決手段】固定ブロック（２２）内に支持された複数のピストン（２４）によって、重積載トラックのような自動車のエアシステムに供給するエアを発生させ、ピストン（２４）の運動が旋回する斜板カム（３４）の制御に基づく軸ピストンコンプレッサ。ピストン（２４）は斜板カム（３４）のニュートラル位置で停止し、ここでシリンダブロックのピストン（２４）上方の圧力が、駆動シャフト（１２）に直交して伸びる面内に位置する斜板カム（３４）にかかるアクチュエータ（４１）によって発生した推力と平衡する。斜板カム（３４）は、ピストン（２４）上方の圧力降下に応じて振動し、斜板カム（３４）の方にアクチュエータ（４１）を拡張させ、ピストン（２４）上方の低下した圧力を上回る推力を加え、斜板カム（３４）がピストン（２４）を往復運動させるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に沿って対向する両端の間に伸びる駆動シャフト、
該シャフトの一端に装着され、軸のまわりに間隔をおいて設けられたシリンダボアを有し且つエアシステムと流れが通じているシリンダブロック、
該シリンダボアにスライド可能に収納されるピストン
シャフトに旋回可能に装着され、該ピストンに接続された斜板カム、および、シリンダブロックから軸方向に離れており且つ斜板カムをシャフトに直交する面内に支持しピストンを停止させ続けるためアクチュエータが少なくとも基準値に等しい推力を斜板カムに加える第１位置と斜板カムをシャフトに対して旋回変位させピストンをシリンダボア内で往復運動させるためアクチュエータによって加えられた推力がエアシステムの低下した圧力を上回る第２位置との間でエアシステム内の圧力変化に応じてシャフトの他端に沿って変位可能であるアクチュエータからなることを特徴とするエアシステム内の圧力が基準値以下に下がり次第圧空をエアシステムに供給するための軸ピストンコンプレッサ。
【請求項２】
アクチュエータが斜板カムに接触したカムカラーに着けられた弾性部材を有する請求項１のコンプレッサ。
【請求項３】
弾性部材が皿座金である請求項２のコンプレッサ。
【請求項４】
アクチュエータがシャフトに回転可能に装着されている請求項１のコンプレッサ。
【請求項５】
弾性部材とカムカラーがシャフトに対して静止している請求項２のコンプレッサ。
【請求項６】
斜板カムが、シャフト軸をもつシャフトのまわりに周期して旋回するため互いに着けられたインナー部およびアウター部を有する請求項１のコンプレッサ。
【請求項７】
斜板カムがインナー部とアウター部をシャフト軸のまわりに互いに相対的に回転できるようにするためインナー部とアウター部の間にベアリングアセンブリを有し、コンプレッサがさらにシャフト軸に直交して伸びるピン軸をもつピンを有し、該ピンが斜板カムアセンブリのインナー部に回転可能に着けられ、シャフトに装着されてシャフトとともに回転する請求項６のコンプレッサ。
【請求項８】
カムカラーによって発生した推力がアクチュエータの第２位置で斜板カムのインナー部に加わると、斜板カムがピン軸のまわりに振動する請求項６のコンプレッサ。
【請求項９】
さらに、軸溝を備えた筐体を有し、斜板カムが該筐体の軸溝とスライド可能に噛み合う半径方向に伸びるストッパーを有し、斜板カムがアクチュエータの第２位置で振動するとき、アウター部がシャフト軸のまわりに回転するのを防ぐ請求項１のコンプレッサ。
【請求項１０】
さらに、斜板カム上に間隔をもって設けられ、ピストンと噛み合うため半径方向に外側に伸びる複数のボールリンクを有する請求項１のコンプレッサ。
【請求項１１】
ボールリンクがリンクロッドによってトラバースされるボール部を有する請求項１０のコンプレッサ。
【請求項１２】
ピストンが、シャフトに一般に平行に伸び、斜板カムが振動するときボール部とピストンロッドの間で相対的な角度変位をさせるため、ボール部を囲むフランジを備えた一端を有するピストンロッドを有する請求項１０のコンプレッサ。
【請求項１３】
さらに、シャフトの一端を囲むヘッドプレートを有し、該ヘッドプレートはピストンが吸気行程を行うとき吸気によってトラバースされる複数の軸吸気ポート、およびエアシステムとエア流れが通じてピストンの圧縮行程の間シリンダブロックからのエア流れによってトラバースされる複数の軸排気ポートを有する請求項１のコンプレッサ。
【請求項１４】
ヘッドプレートがポペット（きのこ弁）およびリード弁からなる群から選択された複数の阻止弁を有し、吸気・排気ポートとつながり、エアシステム内の圧力が所定値よりも低くなるとすぐ排気ポート内の阻止弁が開いてシリンダブロックからエアシステムへエアを流させる請求項１３のコンプレッサ。
【請求項１５】
アクチュエータがエアシステム内の圧力変化に依存して第２位置である距離に変位可能で、ピストンの軸行程の動きを限定する請求項１のコンプレッサ。
【請求項１６】
さらに、オンデマンド信号があり次第、排気ポートを塞ぐことのできるピストンを備えたソレノイド弁を有する請求項１３のコンプレッサ。
【請求項１７】
アクチュエータが、エアシステムの圧力が基準値よりも低く下がると作動するサーボピストンと、該サーボピストンとカムの間に着けられたフォークを有し、カムが斜板カムと接触してそれに推力を加える請求項１のコンプレッサ。
【請求項１８】
さらに、シリンダブロック内のエア流れを取り込み、アクチュエータの第１位置でピストンによって塞がれる半径方向吸気ポートを有する請求項１７のコンプレッサ。
【請求項１９】
シャフト軸のまわりに回転可能な駆動シャフト、
該シャフトに旋回可能に装着され、シャフト軸に直交して伸びるピボット軸のまわりに旋回する斜板カム、
シャフトの一端を囲む複数のボアを有するシリンダブロック、
斜板カムと噛み合い、ボア内に収納され、ピストン上方のシリンダブロックの空気圧に応じて斜板カムに力を加える複数のピストン、および、
シャフトの他端を囲み、シリンダブロックの空気圧からの力および斜板カムに逆向きに作用する可動カムの力が平衡して空気圧縮を停止するニュートラル位置と、第２加圧位置の間で旋回する斜板カムに空気圧が増加されなければならない低い値に選択された前負荷を与える可能カムからなることを特徴とする軸ピストンコンプレッサ。
【請求項２０】
さらに、皿座金およびサーボピストンからなる群から選択されたアクチュエータを有し、皿座金あるいはサーボピストンはカムに接続されて、第１位置にあるカムによって発生する推力に等しい基準値よりも低く圧力が下がると、カムを第１位置と複数の第２位置の間で動かす請求項１９のコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に用いられるさまざまな付属物のために圧空を発生するため自動車産業に用いられる軸ピストンコンプレッサに関し、さらに詳しくは、自動車に装着され、その運動が斜板カムの変位に基づくピストンを有する可変位斜板カム・エアコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
斜板カム軸ピストンコンプレッサは、特許文献１に開示されている。一般に空調用コンプレッサとして使われるこのタイプのコンプレッサは、シリンダ・ブロックに少なくとも１つの可動ピストンを含む複雑な機械的構造のために知られている。圧縮されるエアを、ピストンが吸引域から圧縮域に運ぶ。ピストンの往復運動は、回転シャフトに回転可能に装着された斜板カムによって実行される。
【０００３】
斜板カムは、回転不能にコンプレッサ筐体内に位置し非回転推力ベアリングに支持された吸込板と共に作用する。推力ベアリングの目的は、回転する斜板カムから吸込板に伝達されるトルクを取り込むことにある。このタイプのコンプレッサは、数多くの部品を伴いながら、斜板カムおよび吸込板の領域に複雑な構造をもつ。さらに、このコンプレッサは、比較的広い空間を必要とする。
【０００４】
斜板カム軸ピストン型コンプレッサの他の構造は、回転可能なシリンダ・ブロックと静止する斜板カムを有し、特許文献２に開示されている。この構造も複雑で、さらに空気流へのオイル漏れをもたらしやすい。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，６２６，４６３号
【０００６】
【特許文献２】米国特許第５，３９４，６９８号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ピストン受け固定孔をもつ可変位斜板カムエアコンプレッサを提供することが望ましい。また、斜板カム変位用アセンブリがコンパクトで簡単な構造の軸ピストンコンプレッサを提供することが望ましい。さらに、その往復運動が斜板カムの変位に基づくピストンをもつ可変位斜板カムエアコンプレッサを提供することが望ましい。
したがって、本発明の目的は、固定円筒孔に受けられるピストンの運動を制御する斜板カムをもつ軸ピストンコンプレッサを提供することにある。
【０００８】
また他の目的は、トラックのエアシステムの圧力が基準値まであるいはそれ以下に下がった後、アクチュエータの変位に応じて斜板カムの角変位が制御される軸ピストンコンプレッサを提供することにある。
さらに他の目的は、エアシステムの圧力変化に応じてカムに推力を加えるため、斜板カムに対して変位を制御される弾性アクチュエータをもつ軸ピストンコンプレッサを提供することにある。
【０００９】
さらに他の目的は、変位を制御できるカム部材によって斜板カムに加えられる力がトラックのエアシステムの所定圧力によって平衡させられる平衡状態が乱されるとエア発生が開始される軸ピストンコンプレッサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、軸ピストンコンプレッサの斜板カムは、円筒内のエア圧力およびカムの反対方向に作用する可動カムからの力が平衡されて圧空の圧縮を止めるニュートラル位置、および第２の加圧位置の間を、エア圧力が増す必要のあるレベルよりも低いレベルに選択された前負荷をもちながら動く。
【００１１】
したがって、本発明の軸ピストンコンプレッサは、斜板カムに推力を加えてシリンダの固定孔にピストンを変位させる可変位アクチュエータを有する。このコンプレッサは、その推力がピストンによって発生した力と平衡すると、エア圧縮を止める。こうして、コンプレッサは圧力平衡の状態に達し、ここで斜板カムはそれを支ええるシャフトに直交して延びる面内にあり、ピストンは静止している。ピストンによって発生した力は、それに限らないがたとえば重積載トラックを含む自動車のエアシステムに流れがつながっている固定シリンダブロックのピストンにかかるエア圧力による。
このコンプレッサは、平衡状態でアクチュエータによって作られた推力以下にシリンダブロック内の圧力が下がると、アクチュエータが斜板カムに向かって動き旋回した後、ピストンの往復運動によって決められる作動状態に入る。
【００１２】
本発明の一面によれば、アクチュエータは、斜板カムに接触しているカム部材に着けられた複数の弾性部材を有する。この弾性部材は、それによって発生した推力よりも低く下げるためピストン上方の空間に圧力を生じさせる自動車エアシステムの圧力降下に応じて、斜板カムに向かってある距離伸び得る。ピストン行程は斜板カムが推力によって垂直あるいはニュートラル位置から変位する角度によって制御される。その位置はカムのニュートラル状態で座金によって発生する力に等しい基準値以下にエアシステムの圧力が下がるとき、拡張した座金によって変位する。斜板カムはニュートラル位置にもどり、ピストンが静止するので、座金による力とピストン上方の圧力とが平衡に達するとエア発生を止める。
【００１３】
本発明の他の面によれば、斜板カムがニュートラル位置から変位する角度は、駆動シャフトの回転部材に装着され得るサーボピストンによって制御される。サーボピストンは、それを動かす信号およびエアシステムの圧力降下に相当する距離にある斜板カムに向かって変位する、カム部材に結合したリンクに着けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記および他の目的、特徴、効果は、添付図面を用いた本発明の詳細な説明によって明らかにあるであろう。
図１〜３において、トラックのような重負荷自動車に取り付けられる可変位斜板カムコンプレッサ１０が、ブレーキシステム等のさまざまな付属物に圧空を送るタンク１４を含むトラックの圧空システム用に圧空を発生する。北米では１０バール、欧州では１３バールの基準値以下にエアシステムの空気圧が下がると、ターボチャージャからあるいはフィルタ１６を通して（あるいは通さず）、空気を取り入れて圧空が作られる。
圧空を供給するため、コンプレッサ１０は複数のボア（孔）２３を含む固定シリンダブロック２２を有し、ボア内に吸引・圧縮行程をもつため往復変位するピストン２４を収容する。ピストン上方のボアの空間は、複数の排気ポート２０を経てエアシステムと流れが通じている。したがって、この空間の空気圧は後述するように、コンプレッサの圧力平衡におけるエアシステムの空気圧に相当する。
【００１５】
ピストンは圧力平衡において静止し、ここで斜板カムアセンブリ３４に作用しピストン上方の空間の空気圧に相当する力は、作動アセンブリ４１による推力に等しく、向きが対向している。平衡状態は、回転シャフト１２の軸に対し実質的に直交する斜板カムアセンブリの位置によって特徴づけられる。その平衡がいったん破れたら、作動アセンブリからの推力が低下したピストンによる力を上回り、斜板カムアセンブリをその垂直位置から角度的に変位させる。その結果、後述するように、ピストンは固定ボア内を往復運動し始める。こうして、エアシステムの空気圧が下がれば下がるほど、斜板カムの変位は大きくなりピストン行程が長くなる。
【００１６】
吸気ポート１８と排気ポート２０の間に流れを与えるため、コンプレッサはヘッドプレート２６（図６−７によりよく示す）を有し、これは排気のもどりを防ぐ複数の阻止弁２８を備えている。好ましくは、阻止弁は高圧域から低圧域へパスに沿って空気を流させるリード型あるいはポペット（きのこ弁）型である。こうして、コンプレッサから下流のエアシステムの空気圧が下がると、排気ポート２０の弁２８を通ってボアからエアシスエムへ空気が流れる。したがって、ピストン上方の空気圧は下がり、作動アセンブリ４１・斜板カムおよびピストンを変位させる。その結果、吸気行程により負圧が生じ、吸気ポート１８の弁２８を通してシリンダブロックに外気を引き入れさせる。ピストンの運動は静止しているのでコンプレッサは空気を圧縮していないが、シャフトは回転し続けている。その結果、燃料ポンプのようなシャフト付属物は機能し続けている。
【００１７】
本発明の一面によれば、作動アセンブリは皿座金４０やカムカラー３８（図９に詳しく示す）のような弾性部材を有する。座金４０はシャフトに対し斜めのカム面をもつカムカラー３８に接続され、その拡張部６６が常に斜板カム３４に接している。斜板カムは常にピストン上方の圧力下にあるので、平衡している間垂直位置に保たれ、カムカラーは斜板カムに絶えず負荷を与えていなければならない。しかし、平衡におけるこの接触により、ピストン上方の圧力を上回り、斜板カムをピン３６のまわりに旋回させる推力は発生しない。
作動アセンブリはシャフト１２上に回転可能に装着されているが、コンプレッサの筐体６２に固定させてもよい。さらに、ベローのような異なるタイプの圧縮ばねも座金として使い得る。
【００１８】
斜板カムアセンブリ３４は、シャフト１２の軸Ａ−Ａのまわりに回転するためピン３６に結合された回転可能なインナー部４４およびアウター部４２（図２−９によりよく示す）を有し、アウター部はベアリングアセンブリ４６によってインナー部に接続されている。斜板カムアセンブリ全体は、エアシステムの圧力が基準値以下に下がると皿座金の拡張に応じてシャフトに沿って軸方向に動くカムカラー３８によって生じる推力によってシャフトに対して旋回する。
【００１９】
斜板カムの旋回変位をピストンの往復軸変位（図４）に変換するメカニズムは、複数のボールリンクを有し、その各々はボール部５４およびロッド５６からなる。斜板カムの外周に沿って互いに角度的に等間隔に離れて半径方向に伸びるロッド５６は、たとえば一端側にねじ切り部を有し他端にナット５０を有するボルトであり得る。ボール５４は、シャフト１２に平行に伸びるピストンロッド３０と摺動可能に噛み合う外周面を有し、ピストンロッドとボールを相対的に角変位させながら周期軸変位をさせる。
【００２０】
斜板カムが旋回するときピストンと斜板カムを相対的に変位させるため、図５のように各ピストンロッド３０はフランジ５８を有し、その内面はボール部の外端５２と協同する。したがって、斜板カムが図３の位置まで角変位すると、フランジとボール部の協同面が相対的にスライドして動く。それにより、ピストンロッドとボール部５４が軸方向に一緒に動き、斜板カムの角運動に応じてボール部がフランジ内を回転する。フランジ５８は図３のように、相対的に角変位しながらこれらの部材が軸方向に周期して動く限り、環状とは異なる形状をした協同面をもち得る。
【００２１】
図３にコンプレッサの作動モードを示す。ここで座金４０はエアシステムの圧力が基準値以下に下がったため、伸びている。その結果、カムカラーが軸方向に変位して斜板カムを旋回させ、それによりピストンの吸気・排気行程を生じさせる。
斜板カムのアウター部４２を回転させないようにするため、斜板カムは半径方向に伸びるストッパー６０を有し、これは図８のような筐体６２の軸溝６４と噛み合う。この溝は、筐体の内面から斜板カムに伸びる２つの軸リブの間にある。溝口ストッパーはそのような大きさなので、斜板カムが図３のようにニュートラル位置から最大に変位しても、ストッパーのヘッドは溝との噛み合いから外れてスライドしない。ロッド３０・５６およびストッパー６０はすべてねじを切られ得るので、容易に組み立てられ、また交換できる。
【００２２】
本発明の他の面によれば、図１１−１２に示す作動アセンブリ４１はサーボピストン７０を有し、これはコンプレッサ筐体内に収納できるが、説明しやすくするため筐体外に示してある。サーボピストンは、空気圧・液圧あるいは電気的な外部ソース７８によって発生したパイロット信号に応じて動く。この信号はエアシステムの圧力の基準値を表し、その圧力がしきい値以下に下がったときに発生する。サーボピストン２１は、カムカラー３８に接続されたフォークのような機械的リンク７２−７４に着けられている。サーボピストンが変位すると、フォークがカムカラーを変位させて十分な推力を斜板カムに加え、カムをニュートラル位置から旋回させ、ピストンを往復運動させる。エアシステム内が所定の圧力になると、サーボピストンが初期位置になり、これは斜板カムの垂直位置に相当する。
【００２３】
この実施態様によれば、半径方向に伸びる吸気口８０が、ヘッドプレート８４と耐熱材からなるシリンダブロック８２内に設けられている。ピストンは平衡状態では静止し、吸気口を塞ぐ位置にあるので外気の侵入を防ぐ。振動する斜板カムによりピストンが変位すると、吸入口が開き外気をピストンヘッド上方のボア内に引き入れる。その間、圧縮行程により排気ポート２０を通ってエアシステムに圧空が与えられる。
【００２４】
図２−１２のように、トラックが険しい丘を登るときのような条件下でトラックのエンジンを重負荷から一時的に解放させるため、運転手からのオンデマンド信号を受け次第、ソレノイド８６によって排気ポート８８を閉じることができる。その結果、シリンダブロック内のピストン上方の圧力は急上昇し、コンプレッサを作動させて短時間内平衡に達しさせ得る。ソレノイドを開けることにより、コンプレッサを通常の動作モードにもどせる。
【００２５】
また、図２のように、自動車はエアシステム内の空気圧が所定の高しきい値に達した後、圧力センサ９２によって発生する信号等を受ける中央制御素子（ＣＰＵ）９０を備えている。この信号が処理されると、ソレノイドが作動して排気ポートを塞ぐ。
さらに、コンピュータに代表されるＣＰＵ９０は自動車のエンジンにかかる全負荷を示す信号９４を処理できる。こうして、負荷があるしきい値を越えたことを示す信号を受けると、ＣＰＵ９０はソレノイドを作動させるパイロット信号を出して排気ポートを閉じさせる。この場合、コンプレッサは上記説明したように直ちに平衡状態を達成し、空気を圧縮することを止める。
【００２６】
ピストンの往復運動は平衡に達した後停止しているので、ピストンとコンプレッサヘッドの間に注油して潤滑にする必要は減っている。その結果、空気流へのオイル移送も必要が減る。さらに、その必要性を最小にするため、シリンダボアとピストンカップは耐摩耗性剤を塗布されている。こうして、ピストンカップは、青銅と２硫化モリブデンを含むポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）材料、および黒鉛とＰＰＳを含むＰＴＦＥ材料からなる群から選ばれた材料を伴っている。酸化皮膜アルミニウムメッキ（６０ＲＣ硬度に近い）がシリンダボアの表面に施される。実際に、ピストンの制御可能な運動とともに塗布材料の適切な選択により、ピストンとコンプレッサヘッドとの間の注油潤滑が不要な構造に導くことができる。
【００２７】
以上、本発明を特定の部材配列や特徴等を用いて説明したが、これらは配列や特徴のすべてを網羅したものではなく、当業者には他の多くの変更や変形が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による斜板カムを有する軸ピストンコンプレッサの分解斜視図。
【図２】
ピストンが停止している平衡状態における図１のコンプレッサの断面図。
【図３】
ピストンが作動している状態の図１のコンプレッサの断面図。
【図４】
ボールリンクの斜視図。
【図５】
図４のボールリンクのＶ−Ｖ矢視断面図。
【図６】
図１のコンプレッサのヘッドプレートの平面図。
【図７】
図６のヘッドプレートのＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図。
【図８】
コンプレッサ筐体の斜視図。
【図９】
斜板カムおよび斜板カム作動メカニズムの分解斜視図。
【図１０】
カムカラーの側面図。
【図１１】
他の実施例よりなる斜板カム作動メカニズムの斜視図。
【図１２】
図１１のメカニズムを備えた軸ピストンコンプレッサの断面図。
【主な符号の説明】
１０：（軸ピストン）コンプレッサ
１２：回転シャフト
２２：シリンダブロック
２４：ピストン
２６：ヘッドプレート
３０：ピストンロッド
３４：斜板カムアセンブリ
３８：カムカラー
４０：座金
４１：作動アセンブリ
５４：ボール部
５６：ロッド
６２：筐体
６６：拡張部
７０：サーボピストン
７２・７４：リンク
８０：吸気口
８２：シリンダブロック
【国際公開パンフレット】
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2004519577.tif 000004
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004519577.tif 000028
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【国際調査報告】
2004519577.tif 000050