可変容量圧縮機
【課題】可変容量圧縮機において、リンクアームの影響を含めた斜板に作用する回転運動のモーメントを正確に算出し、最小傾角で斜板に作用する傾角増大方向の回転運動のトータルモーメントを小さく設定する。
【解決手段】斜板の最小傾角θmin（０°）位置において、駆動軸が回転したときにリンクアーム、斜板、及び一体の第２連結ピンによって発生する回転運動のモーメントＭＲＳ＋ＭＳが最小傾角から傾角θｂに至る間は斜板を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用し、傾角θｂを超えて最大傾角θmaxに至る間は斜板を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用するように、斜板、リンクアーム及び第２連結ピンの形状、質量、重心を、設定する。また、斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出する。
【解決手段】斜板の最小傾角θmin（０°）位置において、駆動軸が回転したときにリンクアーム、斜板、及び一体の第２連結ピンによって発生する回転運動のモーメントＭＲＳ＋ＭＳが最小傾角から傾角θｂに至る間は斜板を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用し、傾角θｂを超えて最大傾角θmaxに至る間は斜板を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用するように、斜板、リンクアーム及び第２連結ピンの形状、質量、重心を、設定する。また、斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両エアコンシステム等に使用される可変容量圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動軸に同期回転すると共に駆動軸の軸線に対する傾角（傾斜角度）を可変として往復動するピストンのストローク量を変化させて吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機が知られている。
【０００３】
この種の可変容量圧縮機においては、ピストンの往復動慣性力によって斜板に傾角増大方向のモーメントが作用するが、これを打ち消すために通常は斜板の回転によって斜板に傾角減少方向の回転運動のモーメントが作用するように斜板の慣性乗積が設定されている。
【０００４】
しかしながら、斜板の最小傾角または最小傾角の近傍では、特定の目的のために斜板の回転によって斜板に傾角増大方向の回転運動のモーメントが作用するように斜板の慣性乗積を設定する場合がある。
【０００５】
特許文献１では、最小傾角０°における斜板の慣性乗積を大きく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントを容量復帰に積極的に利用するものであるが、一方、特許文献２では最小傾角０°での斜板の慣性乗積を比較的小さく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントを抑制し、圧縮機ＯＦＦ時の消費電力を抑制しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２９３４２９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
駆動軸が回転しているとき、斜板に作用する回転運動のモーメントは、斜板及び斜板に固定されている部材については、例えば特許文献１に開示されている計算式によって算出できる。
【０００８】
しかしながら、例えば特開２００２−１８８５６５に開示されているように、リンクアームが斜板に固定されておらず、斜板の傾角が変化すると第１連結ピン（ピン１１）周りにリンクアームが回動する構造となっている可変容量圧縮機に対しては、特許文献１に開示されている計算式ではリングアームの影響を含めた斜板に作用する回転運動のトータルのモーメントを算出できない。したがって、従来では、例えば、リンクアームの遠心力による傾角増大モーメントのみを考慮して計算しており、駆動軸が回転しているときの斜板に作用する回転運動のトータルモーメントが計算値と実体とでずれがあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、斜板とロータとを、両端部が回動自由に連結されたリンク機構を介して連結した可変容量圧縮機において、リンクアームの影響を含めた斜板に作用する回転運動のトータルモーメントを正確に算出でき、最小傾角において斜板に作用する傾角増大方向の回転運動のトータルモーメントを小さく設定できる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため請求項１に係る発明は、
ハウジング内に回転自由に支持された駆動軸に固定されたロータと、前記駆動軸の軸線に対する傾角が可変となるように前記駆動軸に摺動自由に取り付けられた斜板とを、前記ロータと前記斜板とに両端部を回動自由に連結したリンクアームを介して連結し、前記斜板の傾動を許容しつつ前記ロータと同期回転させると共に、前記斜板の回転をシリンダボア内に嵌挿されたピストンの前記駆動軸と平行な往復動に変換して冷媒を吸入・吐出し、前記斜板の傾角を制御してピストンのストローク量を制御することにより冷媒の吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機において、以下の構成とした。
【００１１】
前記斜板の最小傾角θｍｉｎ位置において、前記駆動軸が回転したときに前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体によって発生する回転運転のモーメントが前記斜板の傾角減少方向に作用するように前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
前記リンクアーム、前記斜板及びこれらと一体の連結体によって発生するトータルの回転運動のモーメントが前記斜板の傾角増大方向に作用するように、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
かつ、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出する。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、
斜板の最小傾角θｍｉｎは、前記斜板が前記駆動軸の軸線に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合０°に設定され、前記リンクアーム、前記斜板、及びこれらと一体の連結体によって発生する回転運動のモーメントは、前記最小傾角θｍｉｎから所定の傾角θｂに至る間は前記斜板の傾角増大方向に作用し、前記所定の傾角θｂを超えて最大傾角θｍａｘに至る間は前記斜板の傾角減少方向に作用するものであって、かつ前記所定の傾角θｂは、前記ピストンが前記冷媒を圧縮する際の圧縮反力が作用する最小の傾角範囲に設定されている構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、
斜板の最小傾角において斜板に作用する傾角増大方向のトータルの回転運動のモーメントを小さく、かつ精度よく設定することができ、ひいては可変容量圧縮機の最小傾角近傍での斜板の傾角の制御精度を向上できる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、
斜板に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントは必要最小限の傾角領域のみに作用し、斜板の傾角がθｂ未満であった場合での傾角の増大がスムースに行われるともに、ピストン等の往復動の慣性力によるモーメントのカウンターモーメントとなる傾角領域（θ＞θｂ）が十分確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る可変容量圧縮機の内部構造を示す断面図。
【図２】同上可変容量圧縮機に使用されるリンクアームの側面図及びＡ矢視図。
【図３】同上可変容量圧縮機に使用される駆動軸とロータの組立体の斜視図。
【図４】同上可変容量圧縮機に使用される斜板の斜視図。
【図５】同上可変容量圧縮機に使用される駆動軸、ロータ、斜板、リンクアームの組立体について回転運転のモーメントの算出に用いる座標系を示す図。
【図６】同上リンクアームのＸ”Ｙ”Ｚ”座標系を示す図。
【図７】同上リンクアームの重心位置Ｇ（ＧＹ、ＧＺ）の算出に用いる図。
【図８】同上斜板に作用する回転運動の各モーメントを示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る可変容量圧縮機の内部構造を示す。
可変容量圧縮機１００はクラッチレス圧縮機であって、周辺部に複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端側に連結されたフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端側にバルブプレート１０３を介して連結されたシリンダヘッド１０４とを備えている。
【００１７】
シリンダブロック１０１と、フロントハウジング１０２とによって規定されるクランク室１４０内を横断して、駆動軸１１０が設けられ、該駆動軸１１０の軸線方向中心部の周囲には、斜板１１１が配置されている。斜板１１１は、駆動軸１１０に固定されたロータ１１２とリンク機構１２０を介して連結し、駆動軸１１０の軸線に対する傾角（傾斜角度）が可変に構成されている。
【００１８】
ロータ１１２と斜板１１１の間には斜板１１１を最小傾角に向けて最小傾角に至るまで付勢する傾角減少バネ１１４が装着され、また斜板１１１を挟んで反対側には斜板１１１の傾角を増大する方向に向けて付勢する傾角増大バネ１１５が装着されている。最小傾角において傾角増大バネ１１５の付勢力は傾角減少バネ１１４の付勢力より大きく設定され、これにより、駆動軸１１０が回転せず傾角減少バネ１１４と傾角増大バネ１１５の付勢力がバランスするとき、斜板１１１は、最小傾角より大きい傾角に位置する。
【００１９】
駆動軸１１０の一端は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通して外側まで延在し、図示しない動力伝達装置に連結されている。尚、駆動軸１１０とボス部１０２ａとの間には、軸封装置１３０が挿入され、内部と外部とを遮断している。
【００２０】
駆動軸１１０及びロータ１１２はラジアル方向に軸受１３１、１３２で支持され、スラスト方向に軸受１３３、スラストプレート１３４で支持されている。
そして、車両用エンジンなど外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸１１０は動力伝達装置の回転と同期して回転可能となっている。尚、駆動軸１１０のスラストプレート１３４の当接部とスラストプレート１３４との隙間は調整ネジ１３５により所定の隙間に調整されている。
【００２１】
シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１３６が配置され、ピストン１３６のクランク室１４０側に突出している端部の内側に形成された窪みには、斜板１１１の外周部が収容され、斜板１１１は一対のシュー１３７を介して、ピストン１３６と連動する構成となっている。したがって斜板１１１の回転によりピストン１３６がシリンダボア１０１ａ内を往復動することが可能となる。
【００２２】
シリンダヘッド１０４には、中央部に吸入室１４１及び吸入室１４１を環状に取り囲む吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４１は、シリンダボア１０１ａとは、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ａ、吸入弁（図示せず）を介して連通し、吐出室１４２は、シリンダボア１０１ａとは、吐出弁（図示せず）、バルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ｂを介して連通している。
【００２３】
フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、シリンダヘッド１０４が、図示しないガスケットを介して複数の通しボルト１０５によって締結されて圧縮機ハウジングが形成される。
【００２４】
またシリンダブロック１０１の図中上部にはマフラが設けられ、マフラは蓋部材１０６と、シリンダブロック１０１上部に区画形成された形成壁１０１ｂとが図示しないシール部材を介してボルトにより締結されることにより形成される。マフラ空間１４３には逆止弁２００が配置されている。逆止弁２００は連通路１４４とマフラ空間１４３との接続部に配置され、連通路１４４（上流側）とマフラ空間１４３（下流側）との圧力差に応答して動作し、圧力差が所定値より小さい場合連通路１４４を遮断し、圧力差が所定値より大きい場合は、連通路１４４を開放する。したがって吐出室１４２は、連通路１４４、逆止弁２００、マフラ空間１４３及び吐出ポート１０６ａで形成される吐出通路を介してエアコンシステムの吐出側冷媒回路と接続されている。
【００２５】
シリンダヘッド１０４には、吸入ポート１０４ａ、連通路１０４ｂが形成され、吸入室１４１は、連通路１０４ｂ及び吸入ポート１０４ａで形成される吸入通路を介してエアコンシステムの吸入側冷媒回路と接続されている。吸入通路はシリンダヘッド１０４の径方向外側から吐出室１４２の一部を横切るように直線状に伸びている。
【００２６】
シリンダヘッド１０４にはさらに制御弁３００が設けられている。制御弁３００は吐出室１４２とクランク室１４０とを連通する連通路１４５の開度を調整し、クランク室１４０への吐出ガス導入量を制御する。またクランク室１４０内の冷媒は、連通路１０１ｃ、空間１４６、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス１０３ｃを経由して吸入室１４１へ流れる。
【００２７】
したがって制御弁３００によりクランク室１４０の圧力、つまりピストン１３６の背圧を変化させ、斜板１１１の傾角、つまりピストン１３６のストローク量を変化させることにより可変容量圧縮機１００の吐出容量を可変制御することができる。
【００２８】
エアコン作動時、つまり可変容量圧縮機１００の作動状態では、外部信号に基づいて制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電量が調整され、吸入室１４１の圧力が所定値になるように吐出容量が可変制御される。制御弁３００は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。
【００２９】
またエアコン非作動時、つまり可変容量圧縮機１００の非運転状態では、制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電をＯＦＦすることにより連通路１４５を強制開放し、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。
【００３０】
次に、本発明に係るリンク機構１２０について説明する。
駆動軸１１０にはロータ１１２が固定され、ロータ１１２には一対の第１アーム１１２ａが駆動軸１１０と平行に斜板１１１側に向かって突設されている。一対の第１アーム１１２ａの内側にリンクアーム１２１のほぼ筒状に形成された一端側１２１ａがガイドされる。
【００３１】
即ち、第１アーム１１２ａに形成された貫通孔１１２ｂ及びリンクアーム１２１の一端側１２１ａに形成された貫通孔１２１ｂに、連結手段としての第１連結ピン１２２を挿通することにより、リンクアーム１２１は一対の第１アーム１１２ａにガイドされながら第１連結ピン１２２の軸心を中心として回動可能となっている。
【００３２】
尚、第１連結ピン１２２はリンクアーム１２１に形成された貫通孔１２１ｂに圧入保持され、第１連結ピン１２２の外周と第１アーム１１２ａに形成された貫通孔１１２ｂとの間には微小な隙間が形成されて相対的に回動可能となっている。
【００３３】
リンクアーム１２１の他端側１２１ｃは筒状に形成された一端側１２１ａから突設された一対のアームとなっており、その内側に斜板１１１から突設された第２アーム１１１ａがガイドされる。リンクアーム１２１の他端側１２１ｃに形成された貫通孔１２１ｄ及び第２アーム１１１ａに形成された貫通孔１１１ｂに連結手段としての第２連結ピン１２３を挿通することにより、リンクアーム１２１と斜板１１１とが連結され、第２連結ピン１２３の軸心を中心としてリンクアーム１２１と斜板１１１とが相対的に回動可能となっている。
【００３４】
尚、第２連結ピン１２３は第２アーム１１１ａの貫通孔１１１ｂに圧入保持され、第２連結ピン１２３の外周とリンクアーム１２１に形成された貫通孔１２１ｄとの間には微小な隙間が形成されて相対的に回動可能となっている。
【００３５】
第１アーム１１２ａ、第２アーム１１１ａ、リンクアーム１２１、第１連結ピン１２２及び第２連結ピン１２３でリンク機構１２０が構成されており、したがって斜板１１１は駆動軸１１０に固定されたロータ１１２とリンク機構１２０を介して連結し、ロータ１１２の回転トルクを受け、駆動軸１１０に沿ってその傾角が変化可能となっている。
【００３６】
斜板１１１の駆動軸１１０を貫通して形成された貫通孔１１１ｃは、斜板１１１が最大傾角（θmax）と最小傾角（θmin）の範囲で傾動可能となる形状に形成されている。即ち、貫通孔１１１ｃには駆動軸１１０と当接して最大傾角を規制する最大傾角規制部と、同じく最小傾角を規制する最小傾角規制部と、が形成されている。
【００３７】
斜板１１１が駆動軸１１０に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合、貫通孔１１１ｃの最小傾角規制部は、斜板１１１を略０°まで傾角変位可能なように形成されている。尚、略０°とは０°±０．５°の範囲を指す。
【００３８】
以上のように構成された可変容量圧縮機において、斜板１１１の傾角に関るモーメントについて、以下に説明する。
まず、斜板１１１に作用するリンクアームによる回転運動のモーメントの算出を、図５〜図７を参照して説明する。
【００３９】
なお、リンクアーム１２１をロータに連結する第１連結ピン１２２等の連結部がリンクアーム１２１側に固定される場合は、リンクアーム１２１と第１連結ピン１２２等の連結部との連結体のモーメントとして算出する。また、リンクアーム１２１を斜板１１１に連結する第２連結体等の連結部がリンクアーム１２１側に固定される場合も同様に、リンクアーム１２１と第２連結ピン１２３等の連結部との連結体のモーメントとして算出する。
【００４０】
ａ．座標系
可変容量圧縮機１００の駆動軸１１０、ロータ１１２、斜板１１１及びリンク機構１２０の組立体において、図５及び図６に示すように３つの座標系（ＸＹＺ、Ｘ’Ｙ’Ｚ’、Ｘ”Ｙ”Ｚ”）を考える。
【００４１】
１つ目はＸＹＺ座標系で、駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面において駆動軸１１０の軸心をＺ軸、第１連結ピン１２２の中心を通り、駆動軸１１０の軸心と直交する線をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸の交点を通りＺ軸とＹ軸と直交する線をＸ軸とする。
【００４２】
２つ目はＸ’Ｙ’Ｚ’座標系で、リンクアーム１２１の重心Ｇを原点とし、Ｘ軸と平行なＸ’軸、Ｙ軸と平行なＹ’軸、Ｚ軸と平行なＺ’軸を有する。尚、リンクアーム１２１は駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面に対して対称形状を成し、かつ前記平面に直交し貫通孔１２１ｂ（つまり第１連結ピン１２２）の中心と貫通孔１２１ｄ（つまり第２連結ピン１２３）の中心を通る平面に対しても対称形状を成している。したがって重心ＧはＹＺ平面にあり、かつ第１連結ピン１２２の中心と第２連結ピン１２３の中心を通る線上にある。
【００４３】
３つ目は、Ｘ”Ｙ”Ｚ”座標系で、リンクアームの重心Ｇを原点とし、駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面において第１連結ピン１２２の中心と第２連結ピン１２３の中心を通る線をＺ”軸、Ｚ”軸と直交する軸をＹ”軸とし、Ｚ”軸とＹ”軸と直交する軸線をＸ”軸とする。
【００４４】
斜板１１１の変角動作に応じてリンクアーム１２１はＹＺ平面で第１連結ピン１２２を中心として回動し、それに伴い第２連結ピン１２３の位置が変化する。斜板１１１の傾角θのときのリンクアーム１２１の傾斜角度βはＹ軸とＺ”軸のなす角である。
【００４５】
ｂ．リンクアーム重心Ｇ周りのモーメント
ロータ１１２が回転すると、リンクアーム１２１によってロータ１１２に連結されている第１連結ピン１２２周りに回転運動のモーメントが作用する。
【００４６】
この第１連結ピン１２２周りのモーメントベクトルＭＬは角運動量ＨＬの時間微分であるから次式で表される。
【００４７】
【数１】
リンクアーム１２１は前述のように対称形状であるため、慣性主軸はＸ”Ｙ”Ｚ”軸と一致する。したがって慣性モーメントテンソルＩＬは次式で表される。
【００４８】
【数２】
（２）式をＸ’Ｙ’Ｚ’座標系に座標変換すると慣性モーメントテンソルＩＬ’は次式により表される。
【００４９】
【数３】
【００５０】
【数４】
したがって重心周りのモーメントＭＧＬは次式で求められる。
【００５１】
【数５】
ｃ．リンクアーム重心に作用する遠心力によるモーメント
（１）式の第２項 ｒ×ｍａ は位置ベクトルと力ベクトルの外積になっており、これは力のモーメントである。
【００５２】
リンクアーム１２１はＹＺ平面で第１連結ピン１２２を中心として回動するので、モーメントベクトルはＸ軸方向である。
したがって力ｍａは重心にかかる遠心力、ｒは第２連結ピン中心〜リンクアーム重心間距離のＺ軸方向距離である。
【００５３】
リンクアーム１２１の重心位置Ｇ（ＧＹ、ＧＺ）は、図７より以下のように求めることができる。
【００５４】
【数６】
よって遠心力ＦＣ及びこの遠心力ＦＣによる第１連結ピン１２２周りのモーメントＭＦＬは次式で求めることができる。
【００５５】
【数７】
ｄ．第１連結ピン周りのリンクアームによる回転運動のモーメント
（１）式、（５）式及び（６）式から、第１連結ピン１２２周りのリンクアーム１２１による回転運動のモーメントＭＬは次式により求めることができる。
【００５６】
【数８】
【００５７】
【数９】
斜板の傾角を変化させるモーメント（図８）
斜板１１１は、既述のように、制御弁３００によってピストン１３６のガス圧縮反力による傾角増大モーメントに対抗するピストン１３６に作用するクランク室１４０の圧力を制御することにより、斜板１１１の傾角を変化させて吐出容量を制御するが、以下のようなモーメントが斜板１１１の傾角変化に作用する。具体的には、コイルバネ１１４の付勢力とコイルバネ１１５の付勢力の合力によるモーメントの他、ピストン１３６等の往復動によって発生する慣性力によるモーメントＭＰ、斜板１１１に作用する回転運動のモーメントＭＲがある。
【００５８】
尚、モーメントＭＰ及びモーメントＭＲは駆動軸１１０の回転数の二乗に比例して増大するので、回転数が小さい領域ではほとんど無視できるが、高速回転になると斜板１１１の傾角変化に影響を及ぼす。
【００５９】
モーメントＭＰは傾角増大方向に作用し、モーメントＭＲは基本的にモーメントＭＰのカウンターモーメントとなるものであるが、傾角の小さい領域では傾角増大方向に作用するようになっている。
【００６０】
図８は、所定の駆動軸回転数における斜板１１１に作用する回転運動のモーメントを示すものである。
第２連結ピン１２３は斜板１１１に圧入されており、斜板１１１の慣性乗積の設定に基づいて斜板１１１の回転によって発生する回転運動のモーメントＭＳは第２連結ピン１２３を含めたものとなり、図８のＭＳに示す特性となるように斜板１１１の形状、質量、重心が設定されている。つまり第２連結ピン１２３と斜板１１１の一体構成物は、最小傾角θｍｉｎ（０°）において、斜板１１１を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントを生じるべく設定されている（ＭＳ＜０）。
【００６１】
なお、第２連結ピン等の連結部材がリンクアーム１２１に固定されている場合は、モーメントＭＳは、斜板１１１のみのモーメントとして算出される。
またロータ１１２が回転したとき、リンクアーム１２１によって第１連結ピン１２２を中心として回転運動のモーメントが作用し、図８に示すように、それは第２連結ピン１２３を介して斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントＭＲＸとなる（ＭＲＸ＞０）。
【００６２】
したがって斜板１１１に作用する回転運動によるモーメントＭＲはＭＳ＋ＭＲＸとなる。
ここでリンクアーム１２１の形状、質量、重心を、最小傾角θｍｉｎ（０°）において、ＭＳ＋ＭＲＸ＞０となるように設定する。
【００６３】
これにより、第２連結ピン１２３と斜板１１１の一体構成物にリンクアーム１２１を連結させた組立体は、最小傾角θｍｉｎ（０°）から傾角θｂに至る間は斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用し、傾角θｂを超えて最大傾角（θmax）に至る間は斜板１１１を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用する。
【００６４】
尚、ＭＳ＋ＭＲＸ＞０となるように設定されているが、ＭＳ＋ＭＲＸの影響ができるだけ小さくなるようにリンクアーム１２１の形状、質量、重心が設定されている。
斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸは、傾角θｂ未満の領域から斜板の傾角を増大させることに寄与するものであるが、ピストン１３６がガスを圧縮する際の圧縮反力が発生する傾角領域に至ればもはや不要なものである。このため傾角θｂはピストン１３６がガスを圧縮する際の圧縮反力が発生する最小の傾角領域に設定されている。具体的には傾角θｂは、最大傾角θｍａｘに対応する最大吐出容量を１００％としたとき、吐出容量が２％から５％の範囲となるような傾角領域に設定されている。
【００６５】
したがって、例えば可変容量圧縮機１００を非作動状態で運転しているとき斜板１１１の傾角がθｂ未満であった場合、この状態から可変容量圧縮機１００を作動状態に切り替えると回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸはコイルバネ１１５の付勢力による斜板の傾角の増大を補助して斜板の傾角の増大がスムースに行われ、かつ斜板１１１の傾角がθｂを超えれば回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸはただちに慣性力によるモーメントＭＰのカウンターモーメントとなってモーメントアンバランスを低減する方向に寄与する。
【００６６】
斜板１１１に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントが、吐出容量で２％から５％の範囲に限定されているので、可変容量圧縮機１００が高速回転しても傾角増大向の回転運動のモーメントよる悪影響を実質的に回避することができる。
【００６７】
このように、斜板に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントは必要最小限の傾角領域のみに作用し、斜板の傾角がθｂ未満であった場合での傾角の増大がスムースに行われるともに、ピストン等の往復動の慣性力によるモーメントのカウンターモーメントとなる傾角領域（θ＞θｂ）が十分確保できる。
【００６８】
かかる設定は、上記モーメント算出過程で説明したように、リンクアーム１２１によって、第１連結ピン１２２周りに回転運動のモーメントＭＬＸが作用し、該モーメントＭＬＸが、リンクアーム１２２と斜板１１１との連結を介して斜板１１１の傾角増大方向のモーメントＭＲ（図８に示すように傾角変化によらず略一定）となって作用し、一方、斜板１１１の最小傾角θｍｉｎ位置において、駆動軸１１０が回転したときに斜板１１１及び第２連結ピン１２３によって発生する回転運動のモーメントＭＳを、斜板１１１の傾角減少方向に作用するように設定することで達成される。
【００６９】
そして、かかる設定により、駆動軸回転に伴うモーメントＭＰ＋ＭＳ＋ＭＲＸを０に近い値に維持できることにより、制御弁３００でのクランク室１４０内圧力（ピストン１３６の背圧）制御による吐出容量制御への影響をできるだけ小さくすることができ、制御精度を向上させることができる。
【００７０】
尚、本発明対象となるリンク機構を備えた可変容量圧縮機において、リンクアームについて、簡易的に遠心力による傾角増大モーメントのみを考慮して計算すると、駆動軸が回転したときの回転運動のトータルモーメントが正確に算出できない。特に、特許文献２に開示されているように、最小傾角において斜板の慣性乗積を小さく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントが大きくなることを抑制しようとする場合には、リンクアームによって斜板に作用する傾角増大モーメントの影響が相対的に大きくなるので、斜板が最小傾角近傍に位置している場合斜板の傾角が狙いよりずれてしまうこととなる。
【００７１】
この点、上記実施形態では、リンクアームの形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向の回転運動のモーメントを、リンクアームの重心周りのモーメント成分と前記リンクアームの重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出することにより、精度よく算出することができる。
【００７２】
これにより、最小傾角近傍での斜板の傾角を精度よく設定でき、傾角の制御特性すなわちピストンストローク量による冷媒吐出容量を高精度に制御することができる。
なお、上記実施形態では、リンクアームは単一の部材としたが、複数の部材で構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態ではリンクアームは対称形状となっているが、非対称形状としてもよい。
また、上記実施形態ではリンクアームの連結手段はピンであるが、ピンを用いない構造としてもよい。例えば第１連結ピンを用いず、リンクアームの一端側の先端を回動自在に支持する構造をロータ側に設けてもよい。
また、上記実施形態では斜板が駆動軸に直接支持された構造であるが、駆動軸に滑動可能に嵌装された斜板支持体（スリーブ）に支持される斜板構造であってもよい。
【００７４】
また、実施形態では斜板の貫通孔１１１ｃに最小傾角規制部が形成されているが、駆動軸にサークリップ等を装着して最小傾角を規制しても良い。
また、実施形態ではクラッチレス圧縮機としたが、電磁クラッチを装着した可変容量圧縮機としても良い。またモータで駆動される可変容量圧縮機にも適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１００…可変容量圧縮機、１０１…シリンダブロック、１０１ａ…シリンダボア、１０２…フロントハウジング、１０４…シリンダヘッド、１１０…駆動軸、１１１…斜板、１１１ａ…第２アーム、１１１ｃ…貫通孔、１１２…ロータ、１１２ａ…第１アーム、１１４…傾角減少バネ、１１５…傾角増大バネ、１１６…バネ支持部材、１１６ａ…円筒部、１２０…リンク機構、１２１…リンクアーム、１２２…第１連結ピン、１２３…第２連結ピン、１３６…ピストン、１４０…クランク室、１４１…吸入室、１４２…吐出室、１４５…連通路、３００…制御弁、ＭＰ…ピストン１３６等の往復動によって発生する慣性力によるモーメント、ＭＲＸ…リンクアーム１２１によって斜板１１１に作用する回転運動のモーメント、ＭＳ…斜板１１１及び第２連結ピン１２３に作用する回転運動のモーメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両エアコンシステム等に使用される可変容量圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動軸に同期回転すると共に駆動軸の軸線に対する傾角（傾斜角度）を可変として往復動するピストンのストローク量を変化させて吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機が知られている。
【０００３】
この種の可変容量圧縮機においては、ピストンの往復動慣性力によって斜板に傾角増大方向のモーメントが作用するが、これを打ち消すために通常は斜板の回転によって斜板に傾角減少方向の回転運動のモーメントが作用するように斜板の慣性乗積が設定されている。
【０００４】
しかしながら、斜板の最小傾角または最小傾角の近傍では、特定の目的のために斜板の回転によって斜板に傾角増大方向の回転運動のモーメントが作用するように斜板の慣性乗積を設定する場合がある。
【０００５】
特許文献１では、最小傾角０°における斜板の慣性乗積を大きく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントを容量復帰に積極的に利用するものであるが、一方、特許文献２では最小傾角０°での斜板の慣性乗積を比較的小さく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントを抑制し、圧縮機ＯＦＦ時の消費電力を抑制しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２９３４２９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
駆動軸が回転しているとき、斜板に作用する回転運動のモーメントは、斜板及び斜板に固定されている部材については、例えば特許文献１に開示されている計算式によって算出できる。
【０００８】
しかしながら、例えば特開２００２−１８８５６５に開示されているように、リンクアームが斜板に固定されておらず、斜板の傾角が変化すると第１連結ピン（ピン１１）周りにリンクアームが回動する構造となっている可変容量圧縮機に対しては、特許文献１に開示されている計算式ではリングアームの影響を含めた斜板に作用する回転運動のトータルのモーメントを算出できない。したがって、従来では、例えば、リンクアームの遠心力による傾角増大モーメントのみを考慮して計算しており、駆動軸が回転しているときの斜板に作用する回転運動のトータルモーメントが計算値と実体とでずれがあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、斜板とロータとを、両端部が回動自由に連結されたリンク機構を介して連結した可変容量圧縮機において、リンクアームの影響を含めた斜板に作用する回転運動のトータルモーメントを正確に算出でき、最小傾角において斜板に作用する傾角増大方向の回転運動のトータルモーメントを小さく設定できる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため請求項１に係る発明は、
ハウジング内に回転自由に支持された駆動軸に固定されたロータと、前記駆動軸の軸線に対する傾角が可変となるように前記駆動軸に摺動自由に取り付けられた斜板とを、前記ロータと前記斜板とに両端部を回動自由に連結したリンクアームを介して連結し、前記斜板の傾動を許容しつつ前記ロータと同期回転させると共に、前記斜板の回転をシリンダボア内に嵌挿されたピストンの前記駆動軸と平行な往復動に変換して冷媒を吸入・吐出し、前記斜板の傾角を制御してピストンのストローク量を制御することにより冷媒の吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機において、以下の構成とした。
【００１１】
前記斜板の最小傾角θｍｉｎ位置において、前記駆動軸が回転したときに前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体によって発生する回転運転のモーメントが前記斜板の傾角減少方向に作用するように前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
前記リンクアーム、前記斜板及びこれらと一体の連結体によって発生するトータルの回転運動のモーメントが前記斜板の傾角増大方向に作用するように、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
かつ、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出する。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、
斜板の最小傾角θｍｉｎは、前記斜板が前記駆動軸の軸線に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合０°に設定され、前記リンクアーム、前記斜板、及びこれらと一体の連結体によって発生する回転運動のモーメントは、前記最小傾角θｍｉｎから所定の傾角θｂに至る間は前記斜板の傾角増大方向に作用し、前記所定の傾角θｂを超えて最大傾角θｍａｘに至る間は前記斜板の傾角減少方向に作用するものであって、かつ前記所定の傾角θｂは、前記ピストンが前記冷媒を圧縮する際の圧縮反力が作用する最小の傾角範囲に設定されている構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、
斜板の最小傾角において斜板に作用する傾角増大方向のトータルの回転運動のモーメントを小さく、かつ精度よく設定することができ、ひいては可変容量圧縮機の最小傾角近傍での斜板の傾角の制御精度を向上できる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、
斜板に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントは必要最小限の傾角領域のみに作用し、斜板の傾角がθｂ未満であった場合での傾角の増大がスムースに行われるともに、ピストン等の往復動の慣性力によるモーメントのカウンターモーメントとなる傾角領域（θ＞θｂ）が十分確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る可変容量圧縮機の内部構造を示す断面図。
【図２】同上可変容量圧縮機に使用されるリンクアームの側面図及びＡ矢視図。
【図３】同上可変容量圧縮機に使用される駆動軸とロータの組立体の斜視図。
【図４】同上可変容量圧縮機に使用される斜板の斜視図。
【図５】同上可変容量圧縮機に使用される駆動軸、ロータ、斜板、リンクアームの組立体について回転運転のモーメントの算出に用いる座標系を示す図。
【図６】同上リンクアームのＸ”Ｙ”Ｚ”座標系を示す図。
【図７】同上リンクアームの重心位置Ｇ（ＧＹ、ＧＺ）の算出に用いる図。
【図８】同上斜板に作用する回転運動の各モーメントを示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る可変容量圧縮機の内部構造を示す。
可変容量圧縮機１００はクラッチレス圧縮機であって、周辺部に複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端側に連結されたフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端側にバルブプレート１０３を介して連結されたシリンダヘッド１０４とを備えている。
【００１７】
シリンダブロック１０１と、フロントハウジング１０２とによって規定されるクランク室１４０内を横断して、駆動軸１１０が設けられ、該駆動軸１１０の軸線方向中心部の周囲には、斜板１１１が配置されている。斜板１１１は、駆動軸１１０に固定されたロータ１１２とリンク機構１２０を介して連結し、駆動軸１１０の軸線に対する傾角（傾斜角度）が可変に構成されている。
【００１８】
ロータ１１２と斜板１１１の間には斜板１１１を最小傾角に向けて最小傾角に至るまで付勢する傾角減少バネ１１４が装着され、また斜板１１１を挟んで反対側には斜板１１１の傾角を増大する方向に向けて付勢する傾角増大バネ１１５が装着されている。最小傾角において傾角増大バネ１１５の付勢力は傾角減少バネ１１４の付勢力より大きく設定され、これにより、駆動軸１１０が回転せず傾角減少バネ１１４と傾角増大バネ１１５の付勢力がバランスするとき、斜板１１１は、最小傾角より大きい傾角に位置する。
【００１９】
駆動軸１１０の一端は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通して外側まで延在し、図示しない動力伝達装置に連結されている。尚、駆動軸１１０とボス部１０２ａとの間には、軸封装置１３０が挿入され、内部と外部とを遮断している。
【００２０】
駆動軸１１０及びロータ１１２はラジアル方向に軸受１３１、１３２で支持され、スラスト方向に軸受１３３、スラストプレート１３４で支持されている。
そして、車両用エンジンなど外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸１１０は動力伝達装置の回転と同期して回転可能となっている。尚、駆動軸１１０のスラストプレート１３４の当接部とスラストプレート１３４との隙間は調整ネジ１３５により所定の隙間に調整されている。
【００２１】
シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１３６が配置され、ピストン１３６のクランク室１４０側に突出している端部の内側に形成された窪みには、斜板１１１の外周部が収容され、斜板１１１は一対のシュー１３７を介して、ピストン１３６と連動する構成となっている。したがって斜板１１１の回転によりピストン１３６がシリンダボア１０１ａ内を往復動することが可能となる。
【００２２】
シリンダヘッド１０４には、中央部に吸入室１４１及び吸入室１４１を環状に取り囲む吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４１は、シリンダボア１０１ａとは、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ａ、吸入弁（図示せず）を介して連通し、吐出室１４２は、シリンダボア１０１ａとは、吐出弁（図示せず）、バルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ｂを介して連通している。
【００２３】
フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、シリンダヘッド１０４が、図示しないガスケットを介して複数の通しボルト１０５によって締結されて圧縮機ハウジングが形成される。
【００２４】
またシリンダブロック１０１の図中上部にはマフラが設けられ、マフラは蓋部材１０６と、シリンダブロック１０１上部に区画形成された形成壁１０１ｂとが図示しないシール部材を介してボルトにより締結されることにより形成される。マフラ空間１４３には逆止弁２００が配置されている。逆止弁２００は連通路１４４とマフラ空間１４３との接続部に配置され、連通路１４４（上流側）とマフラ空間１４３（下流側）との圧力差に応答して動作し、圧力差が所定値より小さい場合連通路１４４を遮断し、圧力差が所定値より大きい場合は、連通路１４４を開放する。したがって吐出室１４２は、連通路１４４、逆止弁２００、マフラ空間１４３及び吐出ポート１０６ａで形成される吐出通路を介してエアコンシステムの吐出側冷媒回路と接続されている。
【００２５】
シリンダヘッド１０４には、吸入ポート１０４ａ、連通路１０４ｂが形成され、吸入室１４１は、連通路１０４ｂ及び吸入ポート１０４ａで形成される吸入通路を介してエアコンシステムの吸入側冷媒回路と接続されている。吸入通路はシリンダヘッド１０４の径方向外側から吐出室１４２の一部を横切るように直線状に伸びている。
【００２６】
シリンダヘッド１０４にはさらに制御弁３００が設けられている。制御弁３００は吐出室１４２とクランク室１４０とを連通する連通路１４５の開度を調整し、クランク室１４０への吐出ガス導入量を制御する。またクランク室１４０内の冷媒は、連通路１０１ｃ、空間１４６、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス１０３ｃを経由して吸入室１４１へ流れる。
【００２７】
したがって制御弁３００によりクランク室１４０の圧力、つまりピストン１３６の背圧を変化させ、斜板１１１の傾角、つまりピストン１３６のストローク量を変化させることにより可変容量圧縮機１００の吐出容量を可変制御することができる。
【００２８】
エアコン作動時、つまり可変容量圧縮機１００の作動状態では、外部信号に基づいて制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電量が調整され、吸入室１４１の圧力が所定値になるように吐出容量が可変制御される。制御弁３００は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。
【００２９】
またエアコン非作動時、つまり可変容量圧縮機１００の非運転状態では、制御弁３００に内蔵されるソレノイドの通電をＯＦＦすることにより連通路１４５を強制開放し、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。
【００３０】
次に、本発明に係るリンク機構１２０について説明する。
駆動軸１１０にはロータ１１２が固定され、ロータ１１２には一対の第１アーム１１２ａが駆動軸１１０と平行に斜板１１１側に向かって突設されている。一対の第１アーム１１２ａの内側にリンクアーム１２１のほぼ筒状に形成された一端側１２１ａがガイドされる。
【００３１】
即ち、第１アーム１１２ａに形成された貫通孔１１２ｂ及びリンクアーム１２１の一端側１２１ａに形成された貫通孔１２１ｂに、連結手段としての第１連結ピン１２２を挿通することにより、リンクアーム１２１は一対の第１アーム１１２ａにガイドされながら第１連結ピン１２２の軸心を中心として回動可能となっている。
【００３２】
尚、第１連結ピン１２２はリンクアーム１２１に形成された貫通孔１２１ｂに圧入保持され、第１連結ピン１２２の外周と第１アーム１１２ａに形成された貫通孔１１２ｂとの間には微小な隙間が形成されて相対的に回動可能となっている。
【００３３】
リンクアーム１２１の他端側１２１ｃは筒状に形成された一端側１２１ａから突設された一対のアームとなっており、その内側に斜板１１１から突設された第２アーム１１１ａがガイドされる。リンクアーム１２１の他端側１２１ｃに形成された貫通孔１２１ｄ及び第２アーム１１１ａに形成された貫通孔１１１ｂに連結手段としての第２連結ピン１２３を挿通することにより、リンクアーム１２１と斜板１１１とが連結され、第２連結ピン１２３の軸心を中心としてリンクアーム１２１と斜板１１１とが相対的に回動可能となっている。
【００３４】
尚、第２連結ピン１２３は第２アーム１１１ａの貫通孔１１１ｂに圧入保持され、第２連結ピン１２３の外周とリンクアーム１２１に形成された貫通孔１２１ｄとの間には微小な隙間が形成されて相対的に回動可能となっている。
【００３５】
第１アーム１１２ａ、第２アーム１１１ａ、リンクアーム１２１、第１連結ピン１２２及び第２連結ピン１２３でリンク機構１２０が構成されており、したがって斜板１１１は駆動軸１１０に固定されたロータ１１２とリンク機構１２０を介して連結し、ロータ１１２の回転トルクを受け、駆動軸１１０に沿ってその傾角が変化可能となっている。
【００３６】
斜板１１１の駆動軸１１０を貫通して形成された貫通孔１１１ｃは、斜板１１１が最大傾角（θmax）と最小傾角（θmin）の範囲で傾動可能となる形状に形成されている。即ち、貫通孔１１１ｃには駆動軸１１０と当接して最大傾角を規制する最大傾角規制部と、同じく最小傾角を規制する最小傾角規制部と、が形成されている。
【００３７】
斜板１１１が駆動軸１１０に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合、貫通孔１１１ｃの最小傾角規制部は、斜板１１１を略０°まで傾角変位可能なように形成されている。尚、略０°とは０°±０．５°の範囲を指す。
【００３８】
以上のように構成された可変容量圧縮機において、斜板１１１の傾角に関るモーメントについて、以下に説明する。
まず、斜板１１１に作用するリンクアームによる回転運動のモーメントの算出を、図５〜図７を参照して説明する。
【００３９】
なお、リンクアーム１２１をロータに連結する第１連結ピン１２２等の連結部がリンクアーム１２１側に固定される場合は、リンクアーム１２１と第１連結ピン１２２等の連結部との連結体のモーメントとして算出する。また、リンクアーム１２１を斜板１１１に連結する第２連結体等の連結部がリンクアーム１２１側に固定される場合も同様に、リンクアーム１２１と第２連結ピン１２３等の連結部との連結体のモーメントとして算出する。
【００４０】
ａ．座標系
可変容量圧縮機１００の駆動軸１１０、ロータ１１２、斜板１１１及びリンク機構１２０の組立体において、図５及び図６に示すように３つの座標系（ＸＹＺ、Ｘ’Ｙ’Ｚ’、Ｘ”Ｙ”Ｚ”）を考える。
【００４１】
１つ目はＸＹＺ座標系で、駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面において駆動軸１１０の軸心をＺ軸、第１連結ピン１２２の中心を通り、駆動軸１１０の軸心と直交する線をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸の交点を通りＺ軸とＹ軸と直交する線をＸ軸とする。
【００４２】
２つ目はＸ’Ｙ’Ｚ’座標系で、リンクアーム１２１の重心Ｇを原点とし、Ｘ軸と平行なＸ’軸、Ｙ軸と平行なＹ’軸、Ｚ軸と平行なＺ’軸を有する。尚、リンクアーム１２１は駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面に対して対称形状を成し、かつ前記平面に直交し貫通孔１２１ｂ（つまり第１連結ピン１２２）の中心と貫通孔１２１ｄ（つまり第２連結ピン１２３）の中心を通る平面に対しても対称形状を成している。したがって重心ＧはＹＺ平面にあり、かつ第１連結ピン１２２の中心と第２連結ピン１２３の中心を通る線上にある。
【００４３】
３つ目は、Ｘ”Ｙ”Ｚ”座標系で、リンクアームの重心Ｇを原点とし、駆動軸１１０の軸心と上死点位置にあるピストン１３６の中心軸線とを含む平面において第１連結ピン１２２の中心と第２連結ピン１２３の中心を通る線をＺ”軸、Ｚ”軸と直交する軸をＹ”軸とし、Ｚ”軸とＹ”軸と直交する軸線をＸ”軸とする。
【００４４】
斜板１１１の変角動作に応じてリンクアーム１２１はＹＺ平面で第１連結ピン１２２を中心として回動し、それに伴い第２連結ピン１２３の位置が変化する。斜板１１１の傾角θのときのリンクアーム１２１の傾斜角度βはＹ軸とＺ”軸のなす角である。
【００４５】
ｂ．リンクアーム重心Ｇ周りのモーメント
ロータ１１２が回転すると、リンクアーム１２１によってロータ１１２に連結されている第１連結ピン１２２周りに回転運動のモーメントが作用する。
【００４６】
この第１連結ピン１２２周りのモーメントベクトルＭＬは角運動量ＨＬの時間微分であるから次式で表される。
【００４７】
【数１】
リンクアーム１２１は前述のように対称形状であるため、慣性主軸はＸ”Ｙ”Ｚ”軸と一致する。したがって慣性モーメントテンソルＩＬは次式で表される。
【００４８】
【数２】
（２）式をＸ’Ｙ’Ｚ’座標系に座標変換すると慣性モーメントテンソルＩＬ’は次式により表される。
【００４９】
【数３】
【００５０】
【数４】
したがって重心周りのモーメントＭＧＬは次式で求められる。
【００５１】
【数５】
ｃ．リンクアーム重心に作用する遠心力によるモーメント
（１）式の第２項 ｒ×ｍａ は位置ベクトルと力ベクトルの外積になっており、これは力のモーメントである。
【００５２】
リンクアーム１２１はＹＺ平面で第１連結ピン１２２を中心として回動するので、モーメントベクトルはＸ軸方向である。
したがって力ｍａは重心にかかる遠心力、ｒは第２連結ピン中心〜リンクアーム重心間距離のＺ軸方向距離である。
【００５３】
リンクアーム１２１の重心位置Ｇ（ＧＹ、ＧＺ）は、図７より以下のように求めることができる。
【００５４】
【数６】
よって遠心力ＦＣ及びこの遠心力ＦＣによる第１連結ピン１２２周りのモーメントＭＦＬは次式で求めることができる。
【００５５】
【数７】
ｄ．第１連結ピン周りのリンクアームによる回転運動のモーメント
（１）式、（５）式及び（６）式から、第１連結ピン１２２周りのリンクアーム１２１による回転運動のモーメントＭＬは次式により求めることができる。
【００５６】
【数８】
【００５７】
【数９】
斜板の傾角を変化させるモーメント（図８）
斜板１１１は、既述のように、制御弁３００によってピストン１３６のガス圧縮反力による傾角増大モーメントに対抗するピストン１３６に作用するクランク室１４０の圧力を制御することにより、斜板１１１の傾角を変化させて吐出容量を制御するが、以下のようなモーメントが斜板１１１の傾角変化に作用する。具体的には、コイルバネ１１４の付勢力とコイルバネ１１５の付勢力の合力によるモーメントの他、ピストン１３６等の往復動によって発生する慣性力によるモーメントＭＰ、斜板１１１に作用する回転運動のモーメントＭＲがある。
【００５８】
尚、モーメントＭＰ及びモーメントＭＲは駆動軸１１０の回転数の二乗に比例して増大するので、回転数が小さい領域ではほとんど無視できるが、高速回転になると斜板１１１の傾角変化に影響を及ぼす。
【００５９】
モーメントＭＰは傾角増大方向に作用し、モーメントＭＲは基本的にモーメントＭＰのカウンターモーメントとなるものであるが、傾角の小さい領域では傾角増大方向に作用するようになっている。
【００６０】
図８は、所定の駆動軸回転数における斜板１１１に作用する回転運動のモーメントを示すものである。
第２連結ピン１２３は斜板１１１に圧入されており、斜板１１１の慣性乗積の設定に基づいて斜板１１１の回転によって発生する回転運動のモーメントＭＳは第２連結ピン１２３を含めたものとなり、図８のＭＳに示す特性となるように斜板１１１の形状、質量、重心が設定されている。つまり第２連結ピン１２３と斜板１１１の一体構成物は、最小傾角θｍｉｎ（０°）において、斜板１１１を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントを生じるべく設定されている（ＭＳ＜０）。
【００６１】
なお、第２連結ピン等の連結部材がリンクアーム１２１に固定されている場合は、モーメントＭＳは、斜板１１１のみのモーメントとして算出される。
またロータ１１２が回転したとき、リンクアーム１２１によって第１連結ピン１２２を中心として回転運動のモーメントが作用し、図８に示すように、それは第２連結ピン１２３を介して斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントＭＲＸとなる（ＭＲＸ＞０）。
【００６２】
したがって斜板１１１に作用する回転運動によるモーメントＭＲはＭＳ＋ＭＲＸとなる。
ここでリンクアーム１２１の形状、質量、重心を、最小傾角θｍｉｎ（０°）において、ＭＳ＋ＭＲＸ＞０となるように設定する。
【００６３】
これにより、第２連結ピン１２３と斜板１１１の一体構成物にリンクアーム１２１を連結させた組立体は、最小傾角θｍｉｎ（０°）から傾角θｂに至る間は斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用し、傾角θｂを超えて最大傾角（θmax）に至る間は斜板１１１を傾角減少方向へ向かわせる回転運動のモーメントが作用する。
【００６４】
尚、ＭＳ＋ＭＲＸ＞０となるように設定されているが、ＭＳ＋ＭＲＸの影響ができるだけ小さくなるようにリンクアーム１２１の形状、質量、重心が設定されている。
斜板１１１を傾角増大方向へ向かわせる回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸは、傾角θｂ未満の領域から斜板の傾角を増大させることに寄与するものであるが、ピストン１３６がガスを圧縮する際の圧縮反力が発生する傾角領域に至ればもはや不要なものである。このため傾角θｂはピストン１３６がガスを圧縮する際の圧縮反力が発生する最小の傾角領域に設定されている。具体的には傾角θｂは、最大傾角θｍａｘに対応する最大吐出容量を１００％としたとき、吐出容量が２％から５％の範囲となるような傾角領域に設定されている。
【００６５】
したがって、例えば可変容量圧縮機１００を非作動状態で運転しているとき斜板１１１の傾角がθｂ未満であった場合、この状態から可変容量圧縮機１００を作動状態に切り替えると回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸはコイルバネ１１５の付勢力による斜板の傾角の増大を補助して斜板の傾角の増大がスムースに行われ、かつ斜板１１１の傾角がθｂを超えれば回転運動のモーメントＭＳ＋ＭＲＸはただちに慣性力によるモーメントＭＰのカウンターモーメントとなってモーメントアンバランスを低減する方向に寄与する。
【００６６】
斜板１１１に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントが、吐出容量で２％から５％の範囲に限定されているので、可変容量圧縮機１００が高速回転しても傾角増大向の回転運動のモーメントよる悪影響を実質的に回避することができる。
【００６７】
このように、斜板に作用する傾角増大向の回転運動のモーメントは必要最小限の傾角領域のみに作用し、斜板の傾角がθｂ未満であった場合での傾角の増大がスムースに行われるともに、ピストン等の往復動の慣性力によるモーメントのカウンターモーメントとなる傾角領域（θ＞θｂ）が十分確保できる。
【００６８】
かかる設定は、上記モーメント算出過程で説明したように、リンクアーム１２１によって、第１連結ピン１２２周りに回転運動のモーメントＭＬＸが作用し、該モーメントＭＬＸが、リンクアーム１２２と斜板１１１との連結を介して斜板１１１の傾角増大方向のモーメントＭＲ（図８に示すように傾角変化によらず略一定）となって作用し、一方、斜板１１１の最小傾角θｍｉｎ位置において、駆動軸１１０が回転したときに斜板１１１及び第２連結ピン１２３によって発生する回転運動のモーメントＭＳを、斜板１１１の傾角減少方向に作用するように設定することで達成される。
【００６９】
そして、かかる設定により、駆動軸回転に伴うモーメントＭＰ＋ＭＳ＋ＭＲＸを０に近い値に維持できることにより、制御弁３００でのクランク室１４０内圧力（ピストン１３６の背圧）制御による吐出容量制御への影響をできるだけ小さくすることができ、制御精度を向上させることができる。
【００７０】
尚、本発明対象となるリンク機構を備えた可変容量圧縮機において、リンクアームについて、簡易的に遠心力による傾角増大モーメントのみを考慮して計算すると、駆動軸が回転したときの回転運動のトータルモーメントが正確に算出できない。特に、特許文献２に開示されているように、最小傾角において斜板の慣性乗積を小さく設定して斜板の回転運動による傾角増大モーメントが大きくなることを抑制しようとする場合には、リンクアームによって斜板に作用する傾角増大モーメントの影響が相対的に大きくなるので、斜板が最小傾角近傍に位置している場合斜板の傾角が狙いよりずれてしまうこととなる。
【００７１】
この点、上記実施形態では、リンクアームの形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向の回転運動のモーメントを、リンクアームの重心周りのモーメント成分と前記リンクアームの重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出することにより、精度よく算出することができる。
【００７２】
これにより、最小傾角近傍での斜板の傾角を精度よく設定でき、傾角の制御特性すなわちピストンストローク量による冷媒吐出容量を高精度に制御することができる。
なお、上記実施形態では、リンクアームは単一の部材としたが、複数の部材で構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態ではリンクアームは対称形状となっているが、非対称形状としてもよい。
また、上記実施形態ではリンクアームの連結手段はピンであるが、ピンを用いない構造としてもよい。例えば第１連結ピンを用いず、リンクアームの一端側の先端を回動自在に支持する構造をロータ側に設けてもよい。
また、上記実施形態では斜板が駆動軸に直接支持された構造であるが、駆動軸に滑動可能に嵌装された斜板支持体（スリーブ）に支持される斜板構造であってもよい。
【００７４】
また、実施形態では斜板の貫通孔１１１ｃに最小傾角規制部が形成されているが、駆動軸にサークリップ等を装着して最小傾角を規制しても良い。
また、実施形態ではクラッチレス圧縮機としたが、電磁クラッチを装着した可変容量圧縮機としても良い。またモータで駆動される可変容量圧縮機にも適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１００…可変容量圧縮機、１０１…シリンダブロック、１０１ａ…シリンダボア、１０２…フロントハウジング、１０４…シリンダヘッド、１１０…駆動軸、１１１…斜板、１１１ａ…第２アーム、１１１ｃ…貫通孔、１１２…ロータ、１１２ａ…第１アーム、１１４…傾角減少バネ、１１５…傾角増大バネ、１１６…バネ支持部材、１１６ａ…円筒部、１２０…リンク機構、１２１…リンクアーム、１２２…第１連結ピン、１２３…第２連結ピン、１３６…ピストン、１４０…クランク室、１４１…吸入室、１４２…吐出室、１４５…連通路、３００…制御弁、ＭＰ…ピストン１３６等の往復動によって発生する慣性力によるモーメント、ＭＲＸ…リンクアーム１２１によって斜板１１１に作用する回転運動のモーメント、ＭＳ…斜板１１１及び第２連結ピン１２３に作用する回転運動のモーメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に回転自由に支持された駆動軸に固定されたロータと、前記駆動軸の軸線に対する傾角が可変となるように前記駆動軸に摺動自由に取り付けられた斜板とを、前記ロータと前記斜板とに両端部を回動自由に連結したリンクアームを介して連結し、前記斜板の傾動を許容しつつ前記ロータと同期回転させると共に、前記斜板の回転をシリンダボア内に嵌挿されたピストンの前記駆動軸と平行な往復動に変換して冷媒を吸入・吐出し、前記斜板の傾角を制御してピストンのストローク量を制御することにより冷媒の吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機において、
前記斜板の最小傾角θｍｉｎ位置において、前記駆動軸が回転したときに前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体によって発生する回転運転のモーメントが前記斜板の傾角減少方向に作用するように前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
前記リンクアーム、前記斜板及びこれらと一体の連結体によって発生するトータルの回転運動のモーメントが前記斜板の傾角増大方向に作用するように、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
かつ、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出することを特徴とする可変容量圧縮機。
【請求項２】
前記斜板の最小傾角θｍｉｎは、前記斜板が前記駆動軸の軸線に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合０°に設定され、前記リンクアーム、前記斜板、及びこれらと一体の連結体によって発生する回転運動のモーメントは、前記最小傾角θｍｉｎから所定の傾角θｂに至る間は前記斜板の傾角増大方向に作用し、前記所定の傾角θｂを超えて最大傾角θｍａｘに至る間は前記斜板の傾角減少方向に作用するものであって、かつ前記所定の傾角θｂは、前記ピストンが前記冷媒を圧縮する際の圧縮反力が作用する最小の傾角範囲に設定されている、請求項１に記載の可変容量圧縮機。
【請求項１】
ハウジング内に回転自由に支持された駆動軸に固定されたロータと、前記駆動軸の軸線に対する傾角が可変となるように前記駆動軸に摺動自由に取り付けられた斜板とを、前記ロータと前記斜板とに両端部を回動自由に連結したリンクアームを介して連結し、前記斜板の傾動を許容しつつ前記ロータと同期回転させると共に、前記斜板の回転をシリンダボア内に嵌挿されたピストンの前記駆動軸と平行な往復動に変換して冷媒を吸入・吐出し、前記斜板の傾角を制御してピストンのストローク量を制御することにより冷媒の吐出容量を可変に制御する可変容量圧縮機において、
前記斜板の最小傾角θｍｉｎ位置において、前記駆動軸が回転したときに前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体によって発生する回転運転のモーメントが前記斜板の傾角減少方向に作用するように前記斜板または該斜板及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
前記リンクアーム、前記斜板及びこれらと一体の連結体によって発生するトータルの回転運動のモーメントが前記斜板の傾角増大方向に作用するように、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心を設定し、
かつ、前記リンクアームまたは該リンクアーム及びこれと一体の連結体の形状、質量、重心の設定による前記斜板の傾角増大方向へ作用する回転運動のモーメントを、前記重心周りのモーメント成分と前記重心に作用する遠心力によるモーメント成分との和によって算出することを特徴とする可変容量圧縮機。
【請求項２】
前記斜板の最小傾角θｍｉｎは、前記斜板が前記駆動軸の軸線に対して直交するときの斜板の傾角を０°とした場合０°に設定され、前記リンクアーム、前記斜板、及びこれらと一体の連結体によって発生する回転運動のモーメントは、前記最小傾角θｍｉｎから所定の傾角θｂに至る間は前記斜板の傾角増大方向に作用し、前記所定の傾角θｂを超えて最大傾角θｍａｘに至る間は前記斜板の傾角減少方向に作用するものであって、かつ前記所定の傾角θｂは、前記ピストンが前記冷媒を圧縮する際の圧縮反力が作用する最小の傾角範囲に設定されている、請求項１に記載の可変容量圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６８１７１（Ｐ２０１３−６８１７１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７６３３（Ｐ２０１１−２０７６３３）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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