JP4431912B2 - 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】
図7は従来の斜板式圧縮機の断面図である。
【0003】
斜板式圧縮機は、複数のシリンダボア106を有するシリンダブロック101と、シリンダブロック101の中心部に回転可能に支持されたシャフト105と、このシャフト105の回転につれて回転する斜板110と、この斜板110を収容するクランク室108と、斜板108に一対のシュー160,161を介して連結され、斜板110の回転につれてシリンダボア106内を摺動するピストン107とを備えている。
【0004】
ピストン107は、シリンダボア106内を摺動する円筒部107aと一対のシュー160,161を転動可能に支持するブリッジ部107bとを備えている。
【0005】
ブリッジ部107bは円筒部107aのボトム部からシリンダブロック101の半径方向外方へ延びる連結部107cによって円筒部107aより半径方向外方に突出している。
【0006】
シャフト105が回転すると、斜板110もシャフト105の回転につれて回転する。斜板110の回転によりシュー160,161が斜板110の摺動面110a,110b上を相対回転し、斜板110の回転力はピストン107の直線往復運動に変換される。
【0007】
その結果、シリンダボア106内の圧縮室122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。
【0008】
このとき、ピストン107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110で受けるので、ピストン107には図示のように倒れ荷重R1,R2が発生する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、倒れ荷重R1,R2は、図示の寸法L1,L2によって決まり、L1が長く(L2が短く)なるほど小さくなる。なお、L1はピストン107のトップ側の倒れ荷重R1の作用点とボトム側の倒れ荷重R2の作用点との距離を、L2はボトム側の倒れ荷重R2の作用点と斜板の圧縮反力作用点との距離をそれぞれ示す。
【0010】
なお、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。
【0011】
更に、CO2 を冷媒として用いる圧縮機の場合、従来のフロンを冷媒として用いた圧縮機に比し吐出量は1/6〜1/10程度であり、シリンダボアの径は1/3〜1/2と小さいため、面圧が非常に大きくなる。
【0012】
また、倒れ荷重R1,R2によって発生するピストン107とシリンダボア106との摺動摩擦に起因してピストン107及びシリンダボア106に摩耗が発生する。
【0013】
更に、ピストン107のエッジ部分(トップ面の外周縁)でシリンダボア106に付着している潤滑油が除去され、その結果ピストン107の油膜切れによってピストン107が焼付いてしまうおそれがある。
【0014】
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に作用する倒れ荷重を低減して、耐久性、信頼性の高い斜板式圧縮機を提供することである。
【0015】
【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回転軸と、この回転軸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するブリッジ部とで構成され、前記ブリッジ部が前記円筒部のボトム部から前記シリンダブロックの半径方向外方へ延びる連結部によって前記円筒部より半径方向外方に突出し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、前記連結部と干渉しない範囲で前記クランク室側に突出する突出部が形成されていることを特徴とする。
【0016】
シリンダブロックのフロント側端面の中央部に、連結部と干渉しない範囲でクランク室側に突出する突出部が形成されているので、ピストンを倒そうとする倒れ荷重のボトム側の作用点がフロントヘッド側へずれて、トップ側の倒れ荷重の作用点からボトム側の倒れ荷重の作用点までの距離が長くなる。
【0017】
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、前記突出部が側面視でほぼ円筒状であることを特徴とする。
【0018】
突出部が側面視でほぼ円筒状であるので、加工し易い。
【0019】
請求項3記載の発明は、請求項1に記載の斜板式圧縮機において、前記突出部が側面視でほぼ円錐台状であることを特徴とする。
【0020】
突出部が側面視でほぼ円錐台状であるので、加工の際発生するバリを除去し易い。
【0021】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の斜板式圧縮機において、前記円筒部のボトム側端部の一部を、前記連結部と半径方向で対向する位置まで延ばしたことを特徴とする。
【0022】
円筒部のボトム側端部の一部を、連結部と半径方向で対向する位置まで延ばしたので、ピストンのボトム側端部が上死点付近でもシリンダ内に完全に入り込むことがない。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の斜板式圧縮機において、前記ピストンの円筒部に常に前記シリンダボアの内周面と半径方向に対向する環状溝が形成されていることを特徴とする。
【0024】
ピストンの円筒部に常にシリンダボアの内周面と半径方向に対向する環状溝が形成されているので、潤滑油を環状溝に保持することができる。
【0025】
【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。
【0026】
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。
【0027】
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。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。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とナット32とで軸方向に一体的に結合されている。
【0028】
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。
【0029】
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。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22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22から吐出された高圧の冷媒ガスが収容される。
【0030】
シャフト(回転軸)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。
【0031】
スラストフランジ40は、シャフト5に固定され、シャフト5と一体に回転する。斜板10は、シャフト5に傾斜かつ摺動可能に取り付けられている。また、斜板10は、リンク機構41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。
【0032】
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。シュー60,61は凸面(球面)60a,61aと平面60b,61bとを有している。
【0033】
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の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。
【0034】
バルブプレート2には、圧縮室22と吐出室12とを連通させる吐出ポート16と、圧縮室22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。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及びナット20により固定されている。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。
【0035】
シャフト5のフロント側端部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30の内壁面に回転可能に支持されている。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41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。リンク機構41は、斜板10の摺動面10a側に設けられたブラケット10cと、ブラケット10cに形成された直線的なガイド溝10dと、スラストフランジ40に圧入されたロッド43とで構成される。ガイド溝10d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。ロッド43の球状の先端部43aはガイド溝10dに相対摺動可能に嵌合している。
【0036】
スラストフランジ40と斜板10との間には巻バネ47が装着され、この巻バネ47の付勢力により斜板10がリヤ側へ付勢され、スラスト軸受24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がフロント側へ付勢される。
【0037】
図2はシリンダブロックのフロント側端面図、図3はシリンダブロックの斜視図である。
【0038】
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。シリンダボア6の外側には、8つのボルト通し孔30が形成されている。
【0039】
また、シリンダブロック1のフロント側端面の中央には、ピストン7の連結部7c(後述)と干渉しない範囲でクランク室8側に寸法Lだけ突出する側面視でほぼ円筒状の突出部11が形成されている。突出部11の外周縁は各シリンダボア6の中心を結ぶ円周上にある。
【0040】
図4はピストンの斜視図である。
【0041】
ピストン7は円筒部7aとブリッジ部7bと連結部7cとで構成される。
【0042】
円筒部7aはシリンダボア6内に摺動可能に挿入される。この円筒部7aのトップ側には環状溝7dが形成されている。この環状溝7dは常にシリンダボア6の内周面と半径方向に対向する。
【0043】
円筒部7aのボトム側端部には、一組のシュー60,61を転動可能に支持するシューポケット51a,51b(図1参照)が形成されている。
【0044】
また、円筒部7aのボトム側端部は、連結部7cと半径方向で対向する位置まで延出されている。この延出部分は円弧状断面であり、この延出部分の半径をR、円筒部7aの直径をDとしたとき、延出部分の半径Rと円筒部7aの直径との間にはR=D/2の関係がある。
【0045】
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によって円筒部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。なお、連結部7cの厚さをL3としたとき、連結部7cの厚さL3と突出部11の突出寸法Lとの間にはL3>Lの関係がある。
【0046】
次に、この可変容量型斜板式圧縮機の作動を説明する。
【0047】
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41を経て斜板10に伝達され、斜板10が回転する。
【0048】
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。
【0049】
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22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。
【0050】
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22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。
【0051】
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。
【0052】
しかし、この実施形態では寸法L1が従来例に比し長くなっているので、図5及び図6に示すように倒れ荷重R1,R2は小さくなる。
【0053】
図5は回転軸の回転角度に対するピストントップ側の倒れ荷重の関係を示す曲線図、図6は回転軸の回転角度に対するピストンボトム側の倒れ荷重の関係を示す曲線図である。なお、実線は実施形態を、点線は従来例をそれぞれ示している。
【0054】
ピストンのトップ側では、実施形態の倒れ荷重R1の最大値が従来例に比し25%程度減少する。また、実施形態の倒れ荷重R1はピストン7が上死点(180°)に近づくにしたがって速やかに減少し、従来例より格段に小さくなる。
【0055】
更に、ピストン7のボトム側においても、実施例の倒れ荷重R2の最大値が従来例に比し8%程度減少するとともに、上死点(180°)における倒れ荷重R2も従来例より小さくなる。
【0056】
熱負荷が小さくなり、クランク室8内の圧力が増加すると、斜板10の傾斜角度が小さくなるので、ピストン7のストローク量が少なくなって吐出容量が減少する。これに対し、熱負荷が大きくなり、クランク室8内の圧力が減少すると、斜板10の傾斜角度が大きくなるので、ピストン7のストローク量が増えて吐出容量が増加する。
【0057】
この実施形態によれば、L1が長くなるので、倒れ荷重R1,R2、特にピストン7のトップ側の倒れ荷重R1が大幅に低減し、シリンダボア6とピストン7との摺動摩擦に起因する摩耗が減少し、耐久性が向上する。
【0058】
また、摩擦損失が低減して摺動特性が向上するので、圧縮機の駆動力を低減でき、性能や信頼性が向上する。
【0059】
更に、ピストン7のボトム側端部が上死点付近でもシリンダボア6内に完全に入り込まないので、ピストン7が上死点に近づくに従って倒れ荷重R1,R2が次第に小さくなる。
【0060】
また、環状溝7dによって潤滑油の保持能力が向上するので、ピストン7の油膜切れが起きず、ピストン7の焼付を防止することができる。
【0061】
なお、前述の実施形態では突出部11を側面視で円筒状としたが、円筒状に限るものではなく、例えば側面視でほぼ円錐台状としてもよい。この形状にすることによって、加工の際のバリ取りが容易となる。
【0062】
また、突出部11の外周縁は各シリンダボア6の中心を結ぶ円周上にある必要はなく、各シリンダボア6の中心を結ぶ円周より外側であってもよい。
【0063】
更に、環状溝7dの位置はシリンダボア6の内周面と半径方向で常に対向できる位置であればピストン7のトップ側に限るものではない。
【0064】
また、環状溝7dは実施形態のように1本に限るものではなく、複数本としてもよい。環状溝7dを複数本にすると、潤滑油の保持能力をより向上させることができる。
【0065】
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。
【0066】
【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、倒れ荷重が低減され、ピストン及びシリンダの摩耗が減少して耐久性が向上するとともに、摩擦損失が低減して摺動性が向上し、圧縮機の駆動力を低減でき、性能や信頼性が向上する。
【0067】
請求項2記載の発明の斜板式圧縮機によれば、形状が単純であり、加工し易い。
【0068】
請求項3記載の発明の斜板式圧縮機によれば、加工作業の効率が向上する。
【0069】
請求項4記載の発明の斜板式圧縮機によれば、ピストンが上死点に近づくに従って倒れ荷重が次第に小さくなる。
【0070】
請求項5記載の発明の斜板式圧縮機によれば、ピストンの油膜切れが起きず、ピストンの焼付を防止することができる。
【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可変容量型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フロント側端面図である。
【図3】図3はシリンダブロックの斜視図である。
【図4】図4はピストンの斜視図である。
【図5】図5は回転軸の回転角度に対するピストントップ側の倒れ荷重の関係を示す曲線図である。
【図6】図6は回転軸の回転角度に対するピストンボトム側の倒れ荷重の関係を示す曲線図である。
【図7】図7は従来の斜板式圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダブロック
5 シャフト(回転軸)
6 シリンダボア
7 ピストン
7a 円筒部
7b ブリッジ部
7c 連結部
7d 環状溝
8 クランク室
10 斜板
11 突出部
60,61 シュー
Claims (5)
- 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回転軸と、
この回転軸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するブリッジ部とで構成され、
前記ブリッジ部が前記円筒部のボトム部から前記シリンダブロックの半径方向外方へ延びる連結部によって前記円筒部より半径方向外方に突出し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、前記連結部と干渉しない範囲で前記クランク室側に突出する突出部が形成されていることを特徴とする斜板式圧縮機。 - 前記突出部が側面視でほぼ円筒状であることを特徴とする請求項1に記載の斜板式圧縮機。
- 前記突出部が側面視でほぼ円錐台状であることを特徴とする請求項1に記載の斜板式圧縮機。
- 前記円筒部のボトム側端部の一部を、前記連結部と半径方向で対向する位置まで延ばしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の斜板式圧縮機。
- 前記ピストンの円筒部に常に前記シリンダボアの内周面と半径方向に対向する環状溝が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の斜板式圧縮機。
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