JP3744861B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両に搭載される空調装置において冷媒を圧縮する目的に使用することができる流体のための圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮機の例が特開平７−１９１６４号公報や特開２００１−２３４８５７号公報等に示されている。その１つの構造を図６に例示する。これらの圧縮機は通常「斜板型可変容量圧縮機」或いは「ピストン式可変容量圧縮機」と呼ばれている形式に属するもので、その外殻となるハウジングは、フロントハウジング１と、シリンダブロック２と、リアハウジング３という３つの部分が図示されない通しボルトのような手段によって一体化されることによって構成されている。それらの中間のシリンダブロック２に形成された複数個のシリンダボア２１にはそれぞれピストン７が挿入されていて、シュー８を介して共通の斜板５によって往復運動を強制される。斜板５はその中心部を貫通してシリンダブロック２の中心部まで延びている長い駆動軸４によって回転駆動される。駆動軸４の先端はシリンダブロック２の中に設けられたベアリング６４によって軸支される。
【０００３】
作動状態において、駆動軸４と共に回転する斜板５の揺動運動によって、ピストン７がそれぞれシリンダボア２１内で往復運動をして作動室２１ａが拡縮することにより、リアハウジング３の中心部に形成された吸入室３１から冷媒のような流体が吸入バルブ１３を通って作動室２１ａ内へ吸入され、圧縮された後に、吐出バルブ１１を通ってリアハウジング３の外周部に形成された容積の大きい吐出室３２へ吐出される。この圧縮機は斜板５の傾斜角度を無段階に変更することができるので、吐出容量を連続的に変化させることができる。
【０００４】
このようにピストンを往復運動させて流体を圧縮する型の圧縮機においては、吸入室３１から作動室２１ａへの流体の吸入と、作動室２１ａにおいて圧縮された流体の吐出室３２への吐出がいずれも間欠的に行なわれるので、吸入室３１と吐出室３２には流体の圧力変動（脈動）が生じる。それによって振動や唸りのような騒音が発生することがあるので、吸入室３１及び吐出室３２における圧力変動を抑えて、圧縮機へ流入する流体や圧縮機から流出する流体の流れを平滑にするために、従来は吸入室或いは吐出室の容積をできるだけ大きくするように設計されている。従って、常識的には、振動及び騒音の防止対策として、吸入室及び吐出室の容積を大きくした分だけピストン式圧縮機全体が大型化するということは避けられない問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ピストン式圧縮機の宿命とも言うべきこの問題に対応して、吸入室及び吐出室の容積を可及的に大きくすることによって流体の圧力変動を十分に抑えて、振動及び騒音の発生を防止しながらも、圧縮機全体の大きさを増大させることがないような新たな手段を導入することによって、同じ程度の吐出容量を有する従来の圧縮機に比べて格段に小型のピストン式圧縮機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を解決するための手段として特許請求の範囲の各請求項に記載された圧縮機を提供する。
【０００７】
請求項１に記載された圧縮機においては、駆動軸に連結されて駆動される斜板を設けると共に、その斜板を介して往復運動するピストンを受け入れるシリンダボアを備えたシリンダブロックのデッドスペースを利用して形成される少なくとも１個の空間としてのマフラー室と、吸入室及び吐出室の少なくとも一方とを連通させる連通ポートを備えており、さらに、また、吐出容量を変化させるために斜板の傾斜角度を変更する手段として、駆動軸と斜板とを連結するために、駆動軸の軸心から離れた位置に、複数個のピンと、それらのピンが係合する複数個の案内溝からなるスライドリンク機構を備えている。このため、マフラー室に連通された吸入室又は吐出室は、実質的にその容積が増大したのと同じ状態になるので、吸入室或いは吐出室の大きい容積によって吸入或いは吐出脈動が抑制される。しかしながら、マフラー室がシリンダブロックのデッドスペースを利用して形成されるため、マフラー室を設けたことによって圧縮機の体格が大きくなることはない。さらに、また、斜板が駆動軸に対して傾斜角度を変化できるように連結されているので、斜板型可変容量圧縮機として作動し、吐出容量を無段階に変化させることができる。
【０００８】
請求項２に記載された圧縮機においては、斜板と同じ傾斜角度をとるが回転は阻止されるシュー押さえ板をドライブスラストベアリングを介して斜板によって支持すると共に、シュー押さえ板の周辺部に半径方向に形成されている複数個のシュー案内溝によって半径方向に自由に摺動することができるように、ピストンの端部に係合する複数個のシューを案内することができる。それによって、シューが直接に斜板と摩擦係合することがないので、効率の良い斜板型可変容量圧縮機が得られる。請求項３の場合は、シューが、ピストンに設けられた球形端部と嵌合する球形の窪みを備えているシュー本体と、該シュー本体から一体的に両側へ張り出してシュー押さえ板と係合する一対のシュー鍔部とからなっているので、シューがシュー押さえ板によって円滑に案内される。いずれの場合も、請求項１の場合と同様な効果が得られる。
【０００９】
請求項４の斜板型可変容量圧縮機においては、駆動軸がベアリングを介してハウジングの前端部分のみによって軸承されている。いずれの場合も、駆動軸が斜板を貫通してシリンダブロックまで延びることがないので、シリンダブロックに大きいデッドスペースが生じる。従って、このデッドスペースを利用して容積の大きいマフラー室を形成することができるので、効果的に吸入或いは吐出脈動を低減させることが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付の図面のうちで、図１から図３は、本発明を斜板型のピストン式可変容量圧縮機において実施した場合の実施例を示すものである。最大の吐出容量をもたらす運転状態における圧縮機全体の縦断面構造を示す図１において、１は圧縮機の外殻の一部であるフロントハウジング、２は、フロントハウジング１の内部へ挿入されて、複数個の通しボルト４０によってリアハウジング３と共に一体化されたシリンダブロックを示している。シリンダブロック２の内部には、図１において横方向（軸方向）に５個或いは６個のシリンダボア２１が、中心線の周りに概ね均等に形成されている。リアハウジング３の内部の外周部分には空間としての吸入室３１が形成されていると共に、中心部分には空間としての吐出室３２が形成されている。
【００１１】
４は外部の動力源から回転動力を受け入れるための駆動軸であって、それと直交するように円板部４１が一体的に形成されている。円板部４１の外周の一部から１枚のアーム４２が概ね軸方向に突出するように設けられている。アーム４２にはカムとしての２つの案内溝、即ち、上部案内溝４３と下部案内溝４４が上下の所定の位置に所定の形状で形成されている。駆動軸４はラジアルベアリング４０２及び４０４を介してフロントハウジング１によって軸承されていると共に、円板部４１の背面を支持するスラストベアリング４０３を介して、軸方向にもフロントハウジング１によって軸承されている。なお、これらの軸承部分には軸封装置４０１が設けられて、駆動軸４の周りから流体が外部へ漏洩するのを防止している。
【００１２】
５は斜板であって、概ね円板形のディスク部分５ａと、その中心部から突出するように形成された軸部分５ｂと、軸部分５ｂの周りにおいてディスク部分５ａから円環状に突出するリム部分５ｃ等からなっている。斜板５はその背面から円板部４１に向かって突出する２枚のアーム５１を備えており、２枚のアーム５１の間に２本のピン５２及び５３を支持している。これらのピン５２及び５３は、前述の駆動軸４側のアーム４２に形成された上部案内溝４３及び下部案内溝４４に挿入されて、摺動可能に係合している。それによって斜板５は駆動軸４と共に回転することができると共に、駆動軸４に対して傾斜することができる。
【００１３】
斜板５の軸部分５ｂには、中心に開口を有するシュー押さえ板６が嵌め込まれていて、押さえ板スラストベアリング６０１及びロックナット９によって斜板５に対して回転自在に結合されている。シュー押さえ板６は、後述のシュー８及びドライブスラストベアリング５００を、斜板５との間で挟持するために用いられる。なお、斜板５の軸部分５ｂにはロックナット９を螺着するための雄螺子部が設けられている。
【００１４】
図示実施例におけるピストン７の一端の球形端部７１と共にボールジョイントを構成するように、それぞれの球形端部７１に回転可能に係合するシュー８の具体的な形状は、斜視図である図２を参照すれば明らかである。また、シュー押さえ板６の具体的な形状は図１に加えて図３をも参照すれば明らかである。但し、この例はピストン７の数が６個の場合を示している。シュー押さえ板６は中央に円形の窪み６１を備えていて、窪み６１の中に押さえ板スラストベアリング６０１を収容することができる。窪み６１の中心部には、前述のように、斜板５の軸部分５ｂに嵌合する開口６３が形成されている。シュー押さえ板６の周辺部には放射状に一定の幅のシュー案内溝６２がピストン７の数だけ形成されている。
【００１５】
シュー案内溝６２には、図２に示したような形状のシュー８の、有底円筒形に近いシュー本体８ａが摺動可能に係合する。シュー押さえ板６は斜板５に対して相対的に回転自在に結合されているが、シュー押さえ板６のシュー案内溝６２にはピストン７に取り付けられたシュー本体８ａが係合しているため、シュー押さえ板６の回転は阻止されて、斜板５の傾斜回転運動に伴って揺動運動だけを行なうようになる。それに伴って、シュー押さえ板６上における複数個のシュー本体８ａ相互間の距離やそれぞれの位置に若干の変化が生じる。そのために、シュー押さえ板６のシュー案内溝６２における幅等の寸法は若干の余裕を持って設定されている。
【００１６】
シュー８のシュー本体８ａにはそれぞれ球形の窪み８ｂが形成されていて、それらに対してピストン７の一端に形成された球形端部７１が嵌入し、カシメ等の方法で抜け止めが施されることによってボールジョイントを構成して、シュー８に対して回転摺動自由に係合している。シュー８が取り付けられたピストン７はシリンダブロック２のシリンダボア２１内へ摺動可能に挿入される。それぞれのシュー８にはシュー本体８ａから張り出すように一対のシュー鍔部８ｃが形成されていて、シュー鍔部８ｃが、シュー押さえ板６に形成されたシュー案内溝６２の両側の部分によって押えられるようになっている。
【００１７】
斜板５の軸部分５ｂに形成された雄螺子に螺着されるロックナット９は、押さえ板スラストベアリング６０１を介して、シュー押さえ板６をドライブスラストベアリング５００及び斜板５に向かって押圧する。それによって、シュー押さえ板６が複数個のシュー８を同時にドライブスラストベアリング５００の上へ押圧することができる。このようにして、斜板５の上にスラストベアリング５００、複数個のシュー８、シュー押さえ板６、及び押さえ板スラストベアリング６０１の各部分が組み付けられる。斜板５のリム部分５ｃは、ディスク部分５ａに対するベアリング５００の位置決めのために役立つ。なお、図１に示す５０１，５０２はリング状のプレートであって、ドライブスラストベアリング５００の一部を構成する。
【００１８】
１０は厚板からなるバルブポートプレートであって、各シリンダボア２１に対応する位置においてそれを貫通するように少なくとも１個ずつの吸入口１０ａと吐出口１０ｂが開口している。それぞれの吸入口１０ａは、シリンダボア２１内の作動室２１ａと、リアハウジング３内の外周部に形成された吸入室３１とを連通させることができる。同様に吐出口１０ｂは作動室２１ａと、リアハウジング３内の中心部に形成された吐出室３２とを連通させることができる。
【００１９】
バルブポートプレート１０の吸入口１０ａは、１枚の薄いばね鋼板からなる吸入バルブ１３の一部によってシリンダボア２１の側から閉塞されている。また、吐出口１０ｂは、やはり１枚の薄いばね鋼板からなる吐出バルブ１１の一部によって吐出室３２の側から閉塞されている。吐出バルブ１１は、それを保護する弁押さえ１２がボルト１４とナット１５によってバルブポートプレート１０に螺着されるときに同時に固定される。また、バルブポートプレート１０と吸入バルブ１３は、フロントハウジング１及びシリンダブロック２とリアハウジング３が締結されて全体が一体化されるときに、それらの間に挟み込まれて固定される。
【００２０】
前述のように、シリンダブロック２には５個、或いは図３に示した例のように６個のシリンダボア２１が形成されているが、その中心部にはかなり大きいデッドスペースが生じる。これは、駆動軸４がフロントハウジング１のみによって支持されていて、駆動軸４の先端がシリンダブロック２まで延びておらず、先端を支持する軸受も設けられていないことによる。図示実施例においてはこのデッドスペースを利用して空間としてのマフラー室２２を形成し、このマフラー室２２を、バルブポートプレート１０に穿孔して形成した１個以上の連通ポート２３を介して吐出室３２と連通させている。なお、図示していないが、他の実施例として、マフラー室２２を吸入室３１と連通させるとか、マフラー室２２を２つの部分に区画して、一方を吐出室３２に、他方を吸入室３１に連通させることもできる。
【００２１】
連通ポート２３の具体的な配置例を図４及び図５に示す。いずれの場合も、シリンダブロック２にシリンダボア２１が５個形成される場合であって、ピストン７も５個使用される。図４に示す第１の配置例では、５個の連通ポート２３が、星形をしている弁押さえ１２の股の部分に形成されている。これは、弁押さえ１２の陰になっている同形の吐出バルブ１１の股の部分でもある。図５に示す第２の配置例では、単一の連通ポート２４がボルト１４の中心部を貫通するように穿孔されている。
【００２２】
次に、本発明の図示実施例としてのピストン式可変容量圧縮機の作動について説明する。駆動軸４が車両に搭載された内燃機関やモータのような外部の動力源によって回転駆動されると、駆動軸４の円板部４１に対してアーム４２、上下の案内溝４３及び４４、２本のピン５２及び５３、２枚のアーム５１を介して連結されている斜板５が駆動軸４と一体的に回転する。シュー押さえ板６は、斜板５に対して押さえ板スラストベアリング６０１を介して支持されているのと、シュー案内溝６２に係合している複数個のシュー８が、それぞれピストン７の球形端部７１に係合しているので回転することはなく、斜板５が、駆動軸４と直交する仮想の平面に対して図１に示したように傾斜しているときだけ、シュー押さえ板６は、斜板５との間にドライブスラストベアリング５００と複数個のシュー８を挟持しながら、その傾斜角度に応じた大きさの揺動運動をする。それによって、シュー押さえ板６と斜板５の間にドライブスラストベアリング５００を介して挟持されている複数個のシュー８と、それらに連結されている複数個のピストン７が、それぞれのシリンダボア２１内で往復運動をする。
【００２３】
図示実施例の場合、斜板５とシュー押さえ板６は、２本のピン５２及び５３が駆動軸４側の上部案内溝４３及び下部案内溝４４の中で摺動しながら移動するときに、駆動軸４に対する傾斜角度が変化するので、全てのピストン７のストロークが同時に同じ量だけ変化する。それによって圧縮機の吐出容量が無段階に変化することになる。
【００２４】
複数個のピストン７の頂面に形成される作動室２１ａの中でも吸入行程にあるものは拡大して低圧となるので、その中へ吸入室３１内にある圧縮すべき流体、例えば空調装置の冷媒が、バルブポートプレート１０の吸入口１０ａに設けられた吸入バルブ１３を押し開いて流入する。これと反対に、圧送行程にあるピストン７の頂面に形成される作動室２１ａは縮小するため、その内部にある流体は圧縮されて高圧となり、バルブポートプレート１０の吐出口１０ｂに設けられた吐出バルブ１１を押し開いて吐出室３２へ吐出される。その場合の吐出容量は、斜板５及びシュー押さえ板６の傾斜角度によって決まるピストン７のストロークの長さに概ね比例している。
【００２５】
このように、斜板５及びシュー押さえ板６の傾斜角度を変化させると圧縮機の吐出容量が変化するので、吐出容量を制御するために、図示実施例の可変容量型圧縮機においては、全てのピストン７の背圧となるフロントハウジング室１ａ内の圧力を、図示しない圧力制御弁等を使用して変化させる。通常、フロントハウジング室１ａ内には吐出室３２内の高圧と、吸入室３１内の低圧との中間の圧力が制御圧力として圧力制御弁から導入されている。
【００２６】
フロントハウジング室１ａ内の圧力、即ち、全てのピストン７の背圧を高めると、この背圧と各ピストン７の頂面に形成される作動室２１ａ内の圧力との釣り合い状態が崩れるので、新たな釣り合い状態が得られるところまで、複数個のピストン７の平均的な位置がバルブポートプレート１０に近い位置に向かって移動する。それによって全てのピストン７のストロークが一斉に小さくなるので、圧縮機の吐出容量が無段階に減少する。
【００２７】
図示していないが、フロントハウジング室１ａ内の圧力が最大となって、斜板５及びシュー押さえ板６の傾斜角度が実質的に零になった時には、全てのピストン７が実質的に上死点の位置にあってシリンダボア２１内で殆ど往復運動をすることがない。
【００２８】
これと反対に、図示しない圧力制御弁を作動させてフロントハウジング室１ａ内の圧力を低下させると、ピストン７に作用する背圧が小さくなるために、全てのピストン７のストロークが一斉に大きくなって、圧縮機の吐出容量が無段階に大きくなる。図１は、フロントハウジング室１ａ内の圧力が最小となって、斜板５とシュー押さえ板６の傾斜角度が最大限度まで大きくなり、ピストン７のストローク及び圧縮機の吐出容量が最大となった状態を示している。
【００２９】
図示実施例の１つの特徴は、ピストン７の球形端部７１にそれぞれ直接に係合している複数個のシュー８を単一のシュー押さえ板６によって斜板５との間にドライブスラストベアリング５００を介して挟持して支持させると共に、この斜板５を駆動軸４側のアーム４２に対して、２個の案内溝４３及び４４と２本のピン５２及び５３からなるダブルスライドリンク機構を使用して連結したことによって、斜板５に関連する全ての部分を、ラジアルベアリング４０２及び４０４とスラストベアリング４０３を介してフロントハウジング１のみによって支持している点にある。
【００３０】
それによって、図６に示した従来の斜板型可変容量圧縮機のように、駆動軸４の先端をシリンダブロック２に達するまで長く伸ばして、ベアリング６４によって支持する必要がなくなるので、図示実施例においては、シリンダブロック２の中心部にできるデッドスペースを利用してできるだけ大きい空間としてのマフラー室２２を形成し、このマフラー室２２を、バルブポートプレート１０に形成された５個の連通ポート２３によって吐出室３２と連通させている点に第２の特徴がある。
【００３１】
吐出室３２とマフラー室２２が連通することによって、見かけ上の吐出室３２の容積が著しく増大するから、吐出室３２から外部へ送り出される圧縮された流体の圧力変動（吐出脈動）が効果的に抑制される。また、図示実施例ではマフラー室２２を吐出室３２と連通させているが、マフラー室２２を図示しない連通ポートによって吸入室３１と連通させた場合には吸入脈動が抑制されることは言うまでもない。更に、前述のように、マフラー室２２を２分して吸入室３１と吐出室３２の双方に連通させると、吸入脈動と吐出脈動の双方を同時に抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明の付加的な効果として、駆動軸４がフロントハウジング１のみによって支持されるため、駆動軸４を、斜板５の中心部を貫通させて、その先端をシリンダブロック２の中心部においてベアリング６４によって支持する場合に比べて、構成が簡素になるだけでなく、駆動軸４の長さが著しく短くなるので、圧縮機全体の軸方向長さを短くすることができる。また、斜板５とシュー押さえ板６を結合する押さえ板スラストベアリング６０１に小径のものを使用することが可能になること等から、半径方向にも、フロントハウジング１やシリンダブロック２の胴径を小さくすることが可能になる。これらは、圧縮機全体の体格を小型化して軽量化することに役立つし、構成が簡素になることから、製作コスト低減のためにも大いに寄与する。
【００３３】
また、図示実施例は可変容量型の圧縮機に関するものであるが、本発明は吐出容量を可変とした点に特徴を有するものではないから、固定容量型の圧縮機に適用することも可能であることは明らかである。更に、本発明の適用対象は斜板型圧縮機にのみ限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例として斜板型可変容量圧縮機を示す縦断正面図である。
【図２】シューの外形と、ピストンとの係合部を示す斜視図である。
【図３】シュー押さえ板とシューとの関連構成を例示する側面図である。
【図４】マフラー室への連通ポートの第１の配置例を示す側面図である。
【図５】マフラー室への連通ポートの第２の配置例を示す側面図である。
【図６】従来例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…フロントハウジング
２…シリンダブロック
３…リアハウジング
４…駆動軸
５…斜板
７…ピストン
８…シュー
１０…バルブポートプレート
１２…弁押さえ
２２…マフラー室
２３…連通ポート
２４…単一の連通ポート
３１…吸入室
３２…吐出室
６４…ベアリング

Claims (4)

1. 動力源からの回転動力を受け入れる駆動軸と、
   該駆動軸に連結されて駆動されることにより回転すると共に、前記駆動軸に対して傾斜することができる斜板と、
   該斜板に対して係合することによって往復運動をするピストンと、
   該ピストンを受け入れるシリンダボアを前記駆動軸と平行に形成されたシリンダブロックと、
   前記ピストンによって前記シリンダボア内に形成される作動室へ流体を吸入させる吸入室と、
   前記作動室において圧縮された流体が吐出される吐出室と、
   前記シリンダブロックのデッドスペースを利用して形成される少なくとも１個の空間としてのマフラー室と、
   前記マフラー室と前記吸入室及び吐出室の少なくとも一方とを連通させる連通ポートと、
   吐出容量を変化させるために前記斜板の傾斜角度を変更する手段として、前記駆動軸と前記斜板とを連結するために、前記駆動軸の軸心から離れた位置に、複数個のピンと、それらのピンが係合する複数個の案内溝からなるスライドリンク機構を備えていることを特徴とする斜板型可変容量圧縮機。
2. 請求項１に記載の斜板型可変容量圧縮機において、更に、転がり軸受であるドライブスラストベアリングを介して前記斜板によって支持されることにより前記斜板と同じ傾斜角度をとるが、回転は阻止されるシュー押さえ板と、
   該シュー押さえ板の周辺部に半径方向に形成されている複数個のシュー案内溝に係合して半径方向に摺動することができると共に、前記ピストンの端部に係合する複数個のシューを備えていることを特徴とする斜板型可変容量圧縮機。
3. 請求項２に記載の斜板型可変容量圧縮機において、前記シューが、前記ピストンに設けられた球形端部と嵌合する球形の窪みを備えているシュー本体と、該シュー本体から一体的に両側へ張り出して前記シュー押さえ板に係合する一対のシュー鍔部とからなっていることを特徴とする斜板型可変容量圧縮機。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の斜板型可変容量圧縮機において、前記駆動軸が、ベアリングを介してハウジングの前端部分のみによって軸承されていることを特徴とする斜板型可変容量圧縮機。

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