JP4344972B2 - 斜板式圧縮機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、斜板式圧縮機に関し、特にCO2 (二酸化炭素)を冷媒として用いる車両用空調装置の冷媒圧縮機として好適な斜板式圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
斜板式圧縮機は、複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、このシャフトの回転につれて回転する斜板と、この斜板が収容されたクランク室と、一対のシューを介して前記斜板に連結され、斜板の回転につれてシリンダボア内を摺動するピストンとを備えている。
【0003】
ピストンは、シリンダボア内を摺動する円筒部と、一対のシューを転動可能に支持し、円筒部より半径方向外方に突出するブリッジ部とで構成されている。
【0004】
シャフトが回転すると、斜板もシャフトの回転につれて回転する。斜板の回転によりシューが斜板の摺動面上を相対回転し、斜板の回転力はピストンの直線往復運動に変換される。
【0005】
その結果、シリンダボア内の圧縮室の容積が変化し、この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が順次行われ、斜板の傾斜角に応じた容量の冷媒ガスが吐出される。
【0006】
このとき、ピストンの直線往復運動による冷媒ガスの圧縮反力を傾斜した斜板で受けるので、ピストンには倒れ荷重が発生する。
【0007】
ところで、CO2 を冷媒として用いる圧縮機の場合、高低圧差が非常に大きい(最大15MPa程度)ため、圧縮の際生じる圧縮反力は従来のフロンを冷媒として用いた圧縮機より大きい。
【0008】
そのため、ピストンには非常に大きな倒れ荷重が作用し、ピストンがシリンダボア内を摺動するとき、この倒れ荷重に起因してピストンの外周面に著しい摩耗が生じる。
【0009】
これを防ぐため、従来、シリンダブロックのフロント側端面の中央部に、シリンダボアを軸方向へ延長させるようにクランク室側へ突出する突出部を形成した。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、突出部はシリンダボアの一部だけをクランク室側へ突出させた構造にすぎないので、突出部にピストンの摺動方向と平行なエッジ部が形成される。
【0011】
斜板の回転につれてピストンがシリンダボア内を摺動したとき、このエッジ部がピストンの円筒部外周面のボトム側に接触するため、円筒部外周面のボトム側が摩耗したり傷付いたりし、圧縮機の耐久性や信頼性を低下させてしまうという問題がある。
【0012】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はピストンの外周面とエッジ部との接触を防いで斜板式圧縮機の耐久性・信頼性を向上させることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項1記載の発明は、複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、このシャフトの回転につれて回転する斜板と、この斜板が収容されたクランク室と、一対のシューを介して前記斜板に連結され、前記斜板の回転につれて前記シリンダボア内を摺動するピストンとを備え、前記ピストンが、前記シリンダボア内を摺動する円筒部と、前記一対のシューを転動可能に支持し、前記円筒部より半径方向外方に突出するブリッジ部とで構成されている斜板式圧縮機において、前記シリンダブロックのフロント側端面の中央部に、前記シリンダボアを軸方向に延長させるように前記クランク室側へ突出する突出部が形成され、前記ピストンの円筒部の外周面に、前記突出部のエッジ部との干渉を回避する溝が前記ピストンの摺動方向に沿って形成されていることを特徴とする。
【0014】
ピストンの円筒部の外周面に、突出部のエッジ部との干渉を回避する溝がピストンの摺動方向に沿って形成されているので、ピストンが摺動したとき、エッジ部にピストンの円筒部の外周面を接触させないようにすることができる。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の斜板式圧縮機において、前記溝が前記ピストンの円筒部の外周面の所定位置に2つ形成されていることを特徴とする。
【0016】
溝がピストンの円筒部の外周面に2つ形成されているので、シャフトの回転方向がいずれの場合にもエッジ部に円筒部の外周面を接触させないようにすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1はこの発明の一実施形態に係る斜板式圧縮機を示す縦断面図である。
【0019】
この斜板式圧縮機はCO2 (二酸化炭素)を冷媒とする冷凍装置の一構成部品として用いられる。
【0020】
この斜板式圧縮機のシリンダブロック1の一端面にはバルブプレート2を介してリヤヘッド3が、他端面にはフロントヘッド4が配置されている。
【0021】
フロントヘッド4、シリンダブロック1、バルブプレート2及びリヤヘッド3は通しボルト31で軸方向に一体的に結合されている。
【0022】
シリンダブロック1に形成されたシリンダボア6内にはピストン7が摺動可能に挿入されている。
【0023】
フロントヘッド4には、後述する斜板10やスラストフランジ40等を収容するクランク室8が形成されている。また、リヤヘッド3には吸入室13と吐出室12とが形成されている。
【0024】
吸入室13は吐出室12の周囲に位置している。吸入室13には圧縮室6aに供給する低圧の冷媒ガスが収容される。吐出室12には圧縮室6aから吐出された高圧の冷媒ガスが収容される。
【0025】
シャフト5の一端部はラジアル軸受26を介してフロントヘッド4に回転可能に支持され、シャフト5の他端部はスラスト軸受24及びラジアル軸受25を介してシリンダブロック1に回転可能に支持されている。
【0026】
シャフト5にはスラストフランジ40が固定され、スラストフランジ40はシャフト5と一体に回転する。
【0027】
シャフト5には斜板10が傾斜かつ摺動可能に取り付けられている。
【0028】
斜板10は、リンク機構50を介してスラストフランジ40に連結され、スラストフランジ40の回転につれて一体に回転する。
【0029】
斜板10の周縁部とピストン7の一端部とはシュー60,61を介して連結されている。
【0030】
ピストン7に対してそれぞれ一組のシュー60,61が斜板10を挟むように配置され、シュー60,61はシャフト5の回転につれて斜板10の摺動面10a,10b上を相対回転する。斜板10の回転によりピストン7がシリンダボア6内を往復運動する。
【0031】
バルブプレート2には、圧縮室6aと吐出室12とを連通させる吐出ポート16と、圧縮室6aと吸入室13とを連通させる吸入ポート15とが、それぞれ周方向に沿って一定間隔おきに設けられている。
【0032】
吐出ポート16は吐出弁17により開閉され、吐出弁17はバルブプレート2のリヤヘッド側端面に弁押さえ18とともにボルト19により固定されている。
【0033】
また、吸入ポート15は吸入弁21により開閉され、吸入弁21はバルブプレート2のフロント側端面に配設されている。
【0034】
シャフト5に固定されたスラストフランジ40はスラスト軸受33を介してフロントヘッド4の内壁面に回転可能に支持されている。
【0035】
前述のようにスラストフランジ40と斜板10とはリンク機構50を介して連結され、斜板10はシャフト5と直角な面に対して傾斜可能である。
【0036】
リンク機構50は、スラストフランジ40に設けられた突起部45と、突起部45に設けられたリンクピン47と、斜板10のブラケット10cに設けられた直線的なガイド溝46とで構成されている。
【0037】
ガイド溝46の長手軸は斜板10の摺動面10aに対して所定角度傾いている。リンクピン47はガイド溝46に摺動可能に嵌合されている。
【0038】
スラストフランジ40と斜板10との間には巻バネ48が装着され、この巻バネ48の付勢力により斜板10がリヤ側へ付勢され、ストッパ51と斜板10との間には皿バネ49が装着され、この皿バネ49の付勢力により斜板10がフロント側へ付勢される。
【0039】
図2はシリンダブロックの斜視図である。
【0040】
シリンダブロック1には、シャフト5を挿通するための孔1aを中心とする円周に沿って一定間隔おきに8つのシリンダボア6が形成されている。
【0041】
シリンダブロック1のシリンダボア6の外側には、通しボルト31を挿通するための8つのボルト通し孔30が形成されている。
【0042】
また、シリンダブロック1のフロント側端面の中央には、シリンダボア6の軸方向へ延長させるようにクランク室8側へ所定寸法だけ突出するほぼ円筒状の突出部11が形成されている。
【0043】
突出部11の外周部には8つの円弧部Aが形成され、円弧部Aの内周面の周方向両端(突出部11の外周面と円弧部Aの内周面との境界部)にはエッジ部11a,11bが形成されている。また、エッジ部11a,11bには面取りが施されている。
【0044】
なお、突出部11のフロント側端面と円弧部Aの内周面との境界部11cと、シリンダブロック1のフロント側端面とシリンダボア6の内周面との境界部11dとにも面取りが施されている。
【0045】
図3はピストンの斜視図、図4(a)は図3のA矢視図、図4(b)は図3のB矢視図、図4(c)は図4(b)のC−C矢視図である。
【0046】
ピストン7は円筒部7aとブリッジ部7bと連結部7cと支持部7dとで構成される。
【0047】
円筒部7aの外周面には突出部11のエッジ部11aとの干渉を回避する溝7eがピストン7の摺動方向に沿って形成されている。
【0048】
溝7eは、斜板10の回転方向の前側でエッジ部11aと対向する位置にある。
【0049】
ブリッジ部7bは円筒部7aのボトム部から半径方向外方へ延びる連結部7cに設けられ、円筒部7aよりシリンダブロック1の半径方向外方に突出している。
【0050】
支持部7dはブリッジ部7bの先端部に設けられている。
【0051】
円筒部7aのボトム側端部と支持部7dとには、中心軸方向に対向し、半球状のシュー60,61を転動可能に支持する支持穴7f,7gが形成されている。
【0052】
次に、この可変容量型斜板式圧縮機の作動を説明する。
【0053】
図示しない車載エンジンの回転動力がシャフト5に伝達されると、シャフト5の回転力はスラストフランジ40、リンク機構50を経て斜板10に伝達され、斜板10が回転する。
【0054】
斜板10の回転によりシュー60,61が斜板10の摺動面10a,10b上を相対回転し、斜板10からの回転力がピストン7の直線往復運動に変換される。
【0055】
ピストン7がシリンダボア6内を往復運動すると、シリンダボア6内の圧縮室6aの容積が変化し、この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が順次行なわれ、揺動板10の傾斜角度に応じた容量の高圧の冷媒ガスが吐出される。
【0056】
吸入時、吸入弁21が開き、吸入室13からシリンダボア6内の圧縮室6aへ低圧の冷媒が吸入され、吐出時、吐出弁17が開き、圧縮室22から吐出室12へ高圧の冷媒ガスが吐出される。吐出室12内の高圧の冷媒ガスは吐出口3aから図示しない冷却器側へ吐出される。
【0057】
圧縮時、ピストン7の圧縮反力は斜板10に作用する。冷媒がCO2 であるため、前述のように冷媒がフロンのときに比べピストン7の圧縮反力は大きい。
【0058】
図5はピストンの倒れ荷重を説明する断面図である。
【0059】
倒れ荷重N1、N2は図示の寸法L1、L2よって決まり、L2が短くなるほど小さくなる。
【0060】
ここで、L1はピストン7のトップ側の倒れ荷重N1の作用点とボトム側の倒れ荷重N2の作用点との距離であり、L2はボトム側の倒れ荷重N2の作用点と斜板10の圧縮反力Fの作用点との距離である。
【0061】
したがって、シリンダブロック1に突出部11を形成しているこの実施形態では、シリンダブロック1に突出部11を形成していない構成に比べてボトム側の倒れ荷重N2の作用点が圧縮反力Fの作用点に近づき、距離L2が短くなるので、ピストン7のボトム側に作用する倒れ荷重N2が低減される。
【0062】
なお、点線で示した矢印はシリンダブロック1に突出部11が形成されていないときの倒れ荷重の作用点を示す。
【0063】
この実施形態によれば、ピストン7とエッジ部11aとの干渉を回避することができるため、ピストン7の円筒部7aの外周面の摩耗や傷を抑制でき、耐久性が向上する。
【0064】
また、ピストン7のボトム側に作用する倒れ荷重N2が低減され、摺動特性が向上するので、圧縮機の駆動力を低減でき、信頼性が向上する。
【0065】
更に、溝7eによって潤滑油の保持能力が向上するので、ピストン7の油膜切れが起こり難くなり、ピストン7の焼付を防止することができる。
【0066】
なお、突出部11の外周縁は各シリンダボア6の中心を結ぶ仮想円上にある必要はなく、その仮想円より外側であってもよい。
【0067】
また、この実施形態では溝7eをエッジ部11aと周方向に対向する側に1本だけに形成したが、この溝7eの他にエッジ部11cと対向する側にも溝を形成し、回転方向が逆の圧縮機にも適用できるようにしてもよい。
【0068】
更に、上記実施形態では、斜板式圧縮機として可変容量型斜板式圧縮機を一例として示したが、例えば固定容量型斜板式圧縮機に本願発明を適用することもできる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1記載の発明の斜板式圧縮機によれば、ピストンとエッジ部との干渉を回避することができるため、ピストンの外周面の摩耗や傷を抑制でき、耐久性が向上する。また、ピストンのボトム側に作用する倒れ荷重が低減され、摺動特性が向上するので、圧縮機の駆動力を低減でき、信頼性が向上する。
【0070】
請求項2記載の発明の斜板式圧縮機によれば、シャフトの回転方向を考慮することなくピストンを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施形態に係る斜板式圧縮機を示す縦断面図である。
【図2】図2はシリンダブロックの斜視図である。
【図3】図3はピストンの斜視図である。
【図4】図4はシリンダブロックとピストンとの嵌合状態を示す断面図である。
【図5】図5はピストンの倒れ荷重を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダブロック
5 シャフト
6 シリンダボア
7 ピストン
7a 円筒部
7b ブリッジ部
7e 溝
8 クランク室
10 斜板
11 突出部
11a エッジ部
Claims (2)
- 複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、
このシリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、
このシャフトの回転につれて回転する斜板と、
この斜板が収容されたクランク室と、
一対のシューを介して前記斜板に連結され、前記斜板の回転につれて前記シリンダボア内を摺動するピストンとを備え、
前記ピストンが、前記シリンダボア内を摺動する円筒部と、前記一対のシューを転動可能に支持し、前記円筒部より半径方向外方に突出するブリッジ部とで構成されている斜板式圧縮機において、
前記シリンダブロックのフロント側端面の中央部に、前記シリンダボアを軸方向に延長させるように前記クランク室側へ突出する突出部が形成され、
前記ピストンの円筒部の外周面に、前記突出部のエッジ部との干渉を回避する溝が前記ピストンの摺動方向に沿って形成されている
ことを特徴とする斜板式圧縮機。 - 前記溝が前記ピストンの円筒部の外周面の所定位置に2つ形成されていることを特徴とする請求項1に記載の斜板式圧縮機。
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