(57)【要約】【課題】簡単な構成にて、容量制御の精度及び応答性に優れた可変容量型の往復動流体機械を提供する。【解決手段】可変容量型往復動流体機械は、クランク室２２の圧力を調整する圧力調整手段を備える。圧力調整手段は、クランク室２２と吐出室との間を連通する高圧連通路と、高圧連通路を断続的に開閉する制御弁と、クランク室２２と吸入室との間を連通する低圧連通路と、低圧連通路に設けられた固定オリフィスと、低圧連通路に設けられ、流動抵抗が可変である可変オリフィス７４とを含む。【選択図】図２
2007239535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク室に配置され、回転軸に貫通された中央孔を有する回転体と、
前記回転軸と前記回転体との間を連結し、且つ、前記クランク室の圧力が変化するのに伴い前記回転軸に対し前記回転体がスライドしながら傾動するのを許容する連結手段と、
前記回転体の回転運動を前記回転軸に対する前記回転体の傾斜角度に対応したストロークにてピストンの往復運動に変換する変換手段と、
前記クランク室の圧力を調整する圧力調整手段と
を備える可変容量型往復動圧縮機において、
前記圧力調整手段は、
前記クランク室と吐出室との間を連通する高圧連通路と、
前記高圧連通路を断続的に開閉する開閉手段と、
前記クランク室と吸入室との間を連通する低圧連通路と、
前記低圧連通路に設けられた固定オリフィスと、
前記低圧連通路に設けられ、流動抵抗が可変である可変オリフィスと
を含む
ことを特徴とする可変容量型往復動流体機械。
【請求項２】
前記可変オリフィスの流動抵抗は、前記ストロークが略最短であるときのみ、前記固定オリフィスの流動抵抗よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型往復動流体機械。
【請求項３】
前記可変オリフィスは、
シリンダブロックに前記回転軸と同軸にて形成された弁座と、
前記回転軸にスライド可能に嵌合された弁体と、
前記回転体と前記弁体との間に設けられ、前記ストロークが略最短であるときのみ、前記弁座に前記弁体を座らせる押圧手段と、
前記弁体及び弁座のうち一方に形成され、前記低圧連通路において前記弁体よりも前記クランク室側と前記吸入室側との間を連通するバイパス流路と
を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型往復動流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変容量型の往復動流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空調装置の冷凍回路に圧縮機として用いられる可変容量型の往復動流体機械は、斜板を備え、斜板の回転運動は、シューによって、ピストンの往復運動に変換される。斜板は、回転軸に連結されているけれども、クランク室の圧力が変化するのに伴い回転軸に対してスライドしながら傾動可能であり、斜板の傾斜角度に対応して、ピストンのストロークは変化する。
【０００３】
クランク室の圧力は、クランク室に対して作動流体を給排することで行われる。そのため、クランク室と吐出室との間は高圧連通路によって連通し、高圧連通路には、当該連通路を断続的に開閉する制御弁が介挿されている。一方、クランク室と吸入室との間は、低圧連通路によって連通し、低圧連通路は、クランク室から吸入室に徐々に作動流体を流出させるため、小径な通路として形成されている（例えば、特許文献１）。また、低圧連通路に、一定の流動抵抗をもたせるべく、オリフィスを形成することも行われている。
【特許文献１】特開2003-083244号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の可変容量型の流体機械では、容量を最小にするときにも、低圧連通路を通じてクランク室から作動流体が流出するため、クランク室の圧力が変動し易い。圧力が変動すると、斜板の傾斜角度が不安定になってストロークが変動してしまい、容量制御の精度が低くなる。容量制御の精度が低い流体機械を空調装置の冷凍回路に用いた場合、容量が必要以上に大きくなって消費動力が増大してしまう虞がある。
【０００５】
そこで、ストロークが最小のときの容量制御の精度を高めるべく、低圧連通路のオリフィスの流動抵抗を高めると、クランク室から作動流体が流出し難くなる。この場合、容量を変化させようとしたときに、クランク室の圧力の変化速度が遅くなるため、ストロークの変化速度も遅くなり、容量制御の応答性が低下してしまう。容量制御の応答性が低い流体機械を空調装置の冷凍回路に用いた場合、冷凍回路の熱負荷の変化に容量変化が十分に追従せず、空調装置の快適性が阻害される虞がある。
【０００６】
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、簡単な構成にて、容量制御の精度及び応答性に優れた可変容量型の往復動流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、クランク室に配置され、回転軸に貫通された中央孔を有する回転体と、前記回転軸と前記回転体との間を連結し、且つ、前記クランク室の圧力が変化するのに伴い前記回転軸に対し前記回転体がスライドしながら傾動するのを許容する連結手段と、前記回転体の回転運動を前記回転軸に対する前記回転体の傾斜角度に対応したストロークにてピストンの往復運動に変換する変換手段と、前記クランク室の圧力を調整する圧力調整手段とを備える可変容量型往復動圧縮機において、前記圧力調整手段は、前記クランク室と吐出室との間を連通する高圧連通路と、前記高圧連通路を断続的に開閉する開閉手段と、前記クランク室と吸入室との間を連通する低圧連通路と、前記低圧連通路に設けられた固定オリフィスと、前記低圧連通路に設けられ、流動抵抗が可変である可変オリフィスとを含むことを特徴とする可変容量型往復動圧縮機が提供される（請求項１）。
【０００８】
好適な態様として、前記可変オリフィスの流動抵抗は、前記ストロークが略最短であるときのみ、前記固定オリフィスの流動抵抗よりも大である（請求項２）。
好適な態様として、前記可変オリフィスは、シリンダブロックに前記回転軸と同軸にて形成された弁座と、前記回転軸にスライド可能に嵌合された弁体と、前記回転体と前記弁体との間に設けられ、前記ストロークが略最短であるときのみ、前記弁座に前記弁体を座らせる押圧手段と、前記弁体及び弁座のうち一方に形成され、前記低圧連通路において前記弁体よりも前記クランク室側と前記吸入室側との間を連通するバイパス流路とを有する（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の可変容量型往復動流体機械では、圧力調整手段の可変オリフィスの流動抵抗が可変である。この流体機械は、目標の容量に対応して可変オリフィスの流動抵抗が変化することによって、容量制御の精度及び応答性において優れている。
請求項２の可変容量型往復動流体機械では、可変オリフィスの流動抵抗は、ストロークが略最短であるとき、固定オリフィスの流動抵抗よりも大である。すなわち、この流体機械では、容量が略最小であるとき、可動オリフィスの流動抵抗が固定オリフィスの流動抵抗よりも大である。従って、容量が略最小のときには、クランク室からの作動流体の流出量が低減され、クランク室の圧力が安定する。また、容量がある程度の大きさであるときには、可動オリフィスの流動抵抗は、固定オリフィスの流動抵抗よりも小であるため、クランク室から作動流体が流出し易い。このため、クランク室の圧力が目標圧力まで短時間で低下する。これらの結果、この流体機械では、略最小容量で運転しているとき、容量制御の精度が高く、一方、大容量で運転しているとき、容量制御の応答性が良好である。
【００１０】
請求項３の可変容量型往復動流体機械では、弁体に弁座が座ることによって流動抵抗が増大するけれども、弁体の押圧手段としては、例えば圧縮コイルばねを用いることができる。このため、この圧縮機では、簡単な構成にて容量制御の精度及び応答性が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、一実施形態の可変容量型往復動流体機械としての斜板圧縮機を示す。
圧縮機はハウジングの一部を構成するケーシング（フロントハウジング）１０を備える。ケーシング１０は大径筒部１２を含み、大径筒部１２の端壁１４に小径筒部１６が一体に連なっている。端壁１４の中央にはシャフト孔１８が形成され、シャフト孔１８を通じて大径筒部１２の内部と小径筒部１６の内部とが連通している。端壁１４と反対側の大径筒部１２の部位には、その内側に略円筒状のシリンダブロック２０が嵌合され、シリンダブロック２０の一端面と大径筒部１２の端壁１４との間にはクランク室２２が区画されている。
【００１２】
ケーシング１０の大径筒部１２の開口端には、シリンダヘッド２４が固定され、シリンダヘッド２４とシリンダブロック２０の他端面との間には、バルブプレート２６が挟まれている。
シリンダヘッド２４の周壁には、吸入ポート及び吐出ポート（図示せず）が形成され、シリンダヘッド２４の内部には、これら吸入及び吐出ポートがそれぞれ開口する吸入室２８及び吐出室３０が区画されている。吸入室２８及び吐出室３０は、バルブプレート２６に形成された吸入孔及び吐出孔を通じてシリンダブロック２０の各シリンダボア３２に連通可能であり、吸入孔及び吐出孔は吸入リード弁及び吐出リード弁（図示せず）によって開閉される。
【００１３】
シリンダブロック２０の各シリンダボア３２内には、クランク室２２側からピストン３４が往復動自在に挿入され、ピストン３４のテール部は、クランク室２２内に突出している。ピストン３４のテール部には、例えばエンジン等の動力源から動力が伝達される。そのために、圧縮機は、動力源からの動力を受け取る電磁クラッチ３６を有する。
電磁クラッチ３６のドライブ側ユニットは、小径筒部１６の外側にベアリングを介して回転可能に支持されている。一方、電磁クラッチ３６のドリブン側ユニットは、回転軸３８の一端部（外端部）にスプライン結合されている。
【００１４】
回転軸３８は、小径筒部１６、シャフト孔１８及びクランク室２２を貫通し、回転軸３８の他端部（内端部）は、シリンダブロック２０の中央を貫通する軸受孔４０内に配置されている。軸受孔４０内には、ラジアルベアリング４２及びスラストベアリング４４が配置され、回転軸３８の他端部は、これらベアリング４２,４４によって回転自在に支持されている。
【００１５】
端壁１４近傍の回転軸３８の中央部分にはロータ４６が固定され、ロータ４６は回転軸３８に嵌合したボス部を有する。このボス部の外周面とシャフト孔１８の内周面との間には、ラジアルベアリング４８が配置されている。また、ロータ４６は、ボス部と一体の円盤部を有し、円盤部と端壁１４との間には、スラストベアリング５０が配置されている。従って、回転軸３８の中央部分は、ロータ４６を介して、ベアリング４８,５０によって回転自在に支持されている。
【００１６】
なお、小径筒部１６内には、シャフトシール５１が配置され、シャフトシール５１はクランク室２２を気密に区画している。
ロータ４６とシリンダブロック２０との間を延びる回転軸３８の部分は、環状の斜板ボス５２を貫通し、斜板ボス５２は、ヒンジ５４を介してロータ４６の円盤部に連結されている。また、斜板ボス５２とロータ４６との間にはリターンスプリング５５が設けられ、リターンスプリング５５は回転軸３８に嵌められている。斜板ボス５２の外側には、環状の斜板５６が嵌められている。斜板５６の内周部は、その押えリング５８とともに斜板ボス５２にリベット結合されている。従って、斜板ボス５２及び斜板５６は、回転軸３８と一体に回転可能な回転体を構成している。
【００１７】
斜板５６の回転運動を往復運動に変換するため、ピストン３４のテール部は、回転軸３８に向けて開口したコの字状をなし、斜板５６の外周部は、ピストン３４のテール部内に位置付けられる。ピストン３４の各テール部には、ピストン３４の軸線方向に離間した一対の球面座が形成され、球面座に配置された半球状のシュー５８が、斜板５６の外周部に対し両側から挟むように摺接する。
【００１８】
ここで、ヒンジ５４は、ロータ４６及び斜板ボス５２から互いに向けて突出した２つずつのアームを有し、斜板ボス５２側のアーム間にはヒンジピン６０が架け渡されている。一方、ロータ４６側のアームには、長孔６２がそれぞれ形成され、これら長孔６２にヒンジピン６０は挿通されている。ヒンジピン６０は、長孔６２内にて回転可能であるとともに、長孔６２の測縁に沿って移動可能であり、ヒンジ５４は、回転軸３８に対して斜板５６がスライドしながら傾動するのを許容する。
【００１９】
従って、斜板５６の回転運動は、回転軸３８に対する斜板５６の傾斜角度に応じたストロークにて、ピストン３４の往復運動に変換される。斜板５６の傾斜角度は、斜板５６に作用する力のモーメントが釣り合うように決まり、斜板５６に作用する力としては、シリンダボア３２内で圧縮された作動流体の圧力（圧縮反力）と、ピストン３４の背面に加わるクランク室２２の圧力（背圧）と、斜板ボス５２に作用するリターンスプリング５５の付勢力とがある。そこで、この圧縮機は、斜板５６の傾斜角度を制御するために、クランク室２２の圧力調整手段を有する。
【００２０】
より詳しくは、圧力制御手段は、吐出室３０とクランク室２２との間を連通する高圧連通路６４を有し、高圧連通路６４には、制御弁６６が介挿されている。制御弁６６は、例えば外部の制御装置によって開閉作動させられ、吐出室３０とクランク室２２との間を断続的に連通する。
一方、吸入室２８とクランク室２２との間は、低圧連通路６８を通じて連通し、クランク室２２側の低圧連通路６８の部分は、軸受孔４０によって形成されている。軸受孔４０内には、低圧連通路６８をクランク室２２側と吸入室２８側とに仕切るリング７０が設けられ、リング７０は、その中央に流路断面積、即ち流動抵抗が一定の固定オリフィス７２を有する。
【００２１】
また、クランク室２２側の低圧連通路６８の端部、即ち軸受孔４０の開口端には、流動抵抗が段階的に可変の可変オリフィス７４が形成されている。
より詳しくは、可変オリフィス７４は、図２に示したように、弁体として環状の鍔７６を有し、鍔７６はシリンダブロック２０近傍の回転軸３８の部位にスライド可能に嵌められている。鍔７６と回転体としての斜板ボス５２との間には、圧縮コイルばね７８が配置され、回転軸３８は圧縮コイルばね７８を貫通している。
【００２２】
また、鍔７６は、図３も併せて参照すると、同心に形成された円弧状の４つのスリット７９を有し、スリット７９は、周方向に等間隔をもって形成されている。これら４つのスリットは、鍔７６の両面にて開口し、鍔７６によって仕切られる両側の空間を、所定の流路断面積にて連通可能である。ここで、４つのスリット７９の開口面積の合計、すなわち流路断面積の合計は、リング７０の固定オリフィス７２の流路断面積よりも小さい。換言すれば、４つのスリット７９の流動抵抗は、リング７０の固定オリフィス７２の流動抵抗よりも大きい。
【００２３】
一方、シリンダブロック２０における軸受孔４０の開口縁は、弁座として形成されている。また、開口縁よりもラジアルベアリング４２側の回転軸３８の部位にはスナップリング８０が取付けられ、スナップリング８０は、鍔７６が弁座に座ったときに、鍔７６の中央に当接する。
以下、上述した可変容量型斜板圧縮機の動作について説明する。
【００２４】
電磁クラッチ３６がオン作動されると、動力が電磁クラッチ３６を介して回転軸３８に伝達され、回転軸３８が回転する。回転軸３８の回転運動に伴い斜板５６も回転運動し、斜板５６の回転運動は、シュー５８を介してピストン３４の往復運動に変換される。各ピストン３４の往復運動に基づき、圧縮機内では、吸入室２８内の作動流体がシリンダボア３２に吸入される吸入工程と、シリンダボア３２内で作動流体が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒が吐出孔を通じて吐出室３０に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスが実施される。
【００２５】
圧縮機から吐出される作動流体の吐出量は、制御弁６６の開閉作動によって、クランク室２２の圧力を変化させることによって調整可能である。すなわち、背圧を調整することによって、斜板５６に作用するモーメントを変化させ、斜板５６の傾斜角度をモーメントが釣り合う所定の傾斜角度に変化させられる。斜板５６の傾斜角度が変化すると、各ピストン３４のストロークが増減し、これによって吐出量が変化する。
【００２６】
ここで、斜板５６の傾斜角度が変化する際、図４（ａ）,（ｂ）に示したように、ピストン３４の上死点位置を略一定に保つべく、斜板５６は、回転軸３８に対して傾動しながらスライドする。容量が最小になるよう減少するときには、斜板５６はシリンダブロック２０に近付く方向にスライドする。斜板５６が回転軸３８に対して直交すると、可変オリフィス７４の圧縮コイルばね７８は、鍔７６をシリンダブロック２０に向けて付勢し、鍔７６が弁座に座る。これによって、鍔７６は、クランク室２２側の低圧連通路６８の端部での流路断面積を縮小し、容量が最小のとき、可変オリフィスでの流路断面積は、４つのスリット７９の合計の流路断面積によって規定される。
【００２７】
４つのスリット７９の合計の流路断面積は、固定オリフィス７２での流路断面積よりも小さいことから、容量が最小のときには、クランク室２２からの作動流体の流出量が低減され、クランク室２２の圧力が安定する。
一方、容量がある程度の大きさであるときには、鍔７６が弁座から離れ、可動オリフィス７４の流動抵抗は、固定オリフィス７２の流動抵抗よりも小であるため、クランク室２２から作動流体が流出し易い。このため、クランク室２２の圧力が目標圧力まで短時間で低下する。
【００２８】
これらの結果、この圧縮機では、簡単な構成ながら、最小容量で運転しているとき、容量制御の精度が高く、一方、最小容量よりも大きな容量で運転しているときには、容量制御の応答性が良好である。
すなわち、上述した圧縮機では、目標の容量に対応して可変オリフィス７４の流動抵抗が変化することによって、容量制御の精度及び応答性において優れている。
【００２９】
本発明は上述した一実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述した圧縮機では、容量が最小のときのみ、鍔７６が弁座に座るけれども、容量が略最小、すなわち最小又は最小近傍であるときには、鍔７６が弁座に座るようにしてもよい。鍔７６が弁座に座るタイミングは、圧縮コイルばね７８の長さ等によって容易に調整可能である。
【００３０】
一実施形態の圧縮機では、リング７０に固定オリフィス７２が形成されていたけれども、固定オリフィス７２の位置及び形状も特には限定されず、バルブプレート２６に固定オリフィスを形成してもよい。
一実施形態の圧縮機では、鍔７６にバイパス流路として円弧状の４つのスリット７９が形成されたけれども、鍔７６に形成するバイパス流路の形状や数は特には限定されず、バイパス流路をシリンダブロック２０、即ち弁座側に形成してもよい。
【００３１】
一実施形態の圧縮機では、弁体が環状の鍔７６であり、弁座が平面状であったけれども、弁体及び弁座の形状は特には限定されない。例えば、図５に示したように、バイパス流路８２を有する円錐台状の弁体８４とテーパ面の弁座８６とを用いてもよく、また、図６に示したように、バイパス流路８８を有する半球状の弁体９０と球面座９２とを用いてもよい。ただし、一実施形態の圧縮機のように鍔７６を用いれば、構成が簡単になるのみならず、容量が略最小になるとき、流動抵抗を連続的に徐々に変化させるのではなく、不連続に大きく変化させることができる。このため鍔７６を用いるのが好ましい。
【００３２】
最後に、本発明の可変容量型往復動流体機械は、揺動板圧縮機にも適用可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態に係る可変容量型の斜板圧縮機の縦断面を示す図である。
【図２】図１の圧縮機における可変オリフィスの近傍を拡大して示した図である。
【図３】図２の可変オリフィスに適用された鍔の平面図である。
【図４】図１の可変オリフィスの動作を説明するための図であり、（ａ）は容量が最大のとき、（ｂ）は容量が最小のときを示す。
【図５】変形例の可変オリフィスを示す断面図である。
【図６】他の変形例の可変オリフィスを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２２      クランク室
３８      回転軸
５２      斜板ボス
５６      斜板
６８      低圧連通路
７２      固定オリフィス
７４      可変オリフィス
７６      鍔
７９      スリット
【図１】
2007239535.tif 000003
【図２】
2007239535.tif 000004
【図３】
2007239535.tif 000005
【図４】
2007239535.tif 000006
【図５】
2007239535.tif 000007
【図６】
2007239535.tif 000008