JP2000073946A

JP2000073946A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2000073946A
Application number: JP10241508A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Iwanami; 重樹岩波; Kazuhito Miyagawa; 和仁宮川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-07
Also published as: DE19938731A1; US6224349B1

Abstract

(57)【要約】【課題】リード弁のような絞り作用がなくて吸入効率
等の低下がなく、駆動トルクが小さくて摺動面が焼き付
き難い圧縮機用の弁機構を提供する。【解決手段】本発明が斜板型圧縮機１として実施され
た場合、駆動回転軸５は斜板１２を介してピストン１１
を往復動させるが、本発明により駆動回転軸５の先端に
偏心軸部５ａを設けて吸入弁板２６を公転運動させる。
弁板２６は吸入ポート２３を有するシリンダブロック２
の端壁２ａと摺動接触しているので、自転運動の成分は
自然に制動され、弁板２６は実質的に公転運動のみをし
て、吸入室１９とシリンダ１０との間の吸入ポート２３
を開閉する。弁板２６が公転することにより、単なる回
転をする場合に比べて摺動面間の相対速度が低くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機に係り、特に
ピストンを有する容積型の圧縮機における吸入弁のよう
な、圧縮機において圧縮される流体の流路を開閉制御す
る弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から例えば空調装置の冷媒圧縮機等
として使用されている斜板型その他の容積型の圧縮機に
おいては、薄い金属片等からなる弁リードを圧縮室側か
ら見て弁開口の内側（吸入弁の場合）、又は外側（吐出
弁の場合）に片持ち式に取り付けた所謂「リード弁」を
使用することが多い。リード弁は、構造が簡単で小さく
コストが低いという特長がある反面、圧力差によって弁
リードが弾性的に撓んで弁開口から僅かに離れることに
よって開弁状態となるものであるから、開弁状態におい
ても弁リードが弁開口を完全に開放することはない。従
って、リード弁には、弁開口だけでなく弁開口を設けた
弁板と弁リードとの隙間による絞り作用もあるので、リ
ード弁を圧縮機の吸入弁として用いた場合には、リード
弁全体の絞り作用によって吸入効率が低下するという問
題があり、特に圧縮機の高回転時には無視できない問題
となる。

【０００３】この問題の１つの解決策として、特開平５
−２０２８４８号公報には、吸入弁としてリード弁の代
わりにロータリバルブを設けた斜板型の圧縮機が記載さ
れている。この従来例におけるロータリバルブは円筒形
のもので、その外周面の一部に弁開口を有し、回転軸の
軸線上においてそれに連結されて一体的に回転駆動さ
れ、その回転軸及びロータリバルブの周りにそれらと平
行に且つ均等に配置された多数のシリンダの壁面にそれ
ぞれ開口している吸入ポートと、ロータリバルブの弁開
口との連通及び遮断によって各シリンダの吸入ポートを
順次開閉するようになっている。なお、それらのシリン
ダに挿入された多数のピストンは、前記回転軸によって
回転駆動される共通の斜板によって前記シリンダ内で往
復運動を強制され、それによって吸入された冷媒のよう
な流体を各シリンダ内の圧縮室において圧縮する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術における
吸入弁のように、回転軸と共に回転する円筒形のロータ
リバルブは、ハウジング或いはシリンダブロックの一部
に形成された円筒形の弁室の内部に摺動回転可能に挿入
されており、弁室の壁面と摩擦摺動しながら回転軸と同
じ速さで回転する。従って、高回転時にはロータリバル
ブと弁室の摺動面間の相対速度が大きくなるので潤滑を
強化する必要があるのと、ロータリバルブ及び弁室の加
工精度の問題もあって、ロータリバルブと弁室の摺動面
間に或る程度の隙間を設ける必要があるため、その隙間
から圧縮された流体が漏洩して圧縮機の性能が低下する
懸念がある。また、ロータリバルブが弁室内で摺動しな
がら回転するので、ロータリバルブや弁室を構成するシ
リンダブロックに焼きつきが生じにくい高級な材料を使
用しなければならないとか、それらの摺動面に表面処理
を施す必要があるため、それらがコスト上昇の原因にな
る。更に、ロータリバルブを円筒形ではなく半径の大き
い円板形にすると、円板形のロータリバルブは対応する
面との間で大きな摩擦力を発生しながら摺動回転するこ
とになるので、大きなトルク損失による効率低下が懸念
される。

【０００５】本発明は、従来技術における前述のような
問題に対処して、リード弁に見られるような絞り作用に
よる吸入効率の低下等がなく、摺動面を備えたメカニカ
ルな弁構造を有するものであっても摺動面間の相対速度
が低くて大きな摩擦力が発生する恐れがなく、摺動面間
に大きな隙間を設けなくても、また特に潤滑を強化しな
くても駆動トルクの損失が小さくて運転効率が高くなる
ような改良された弁を備えている圧縮機を提供すること
を目的としている。

【０００６】本発明はまた、摺動面を有する弁でありな
がら摺動面に焼き付きにくい高級な材料を使用すること
や高度の表面処理を施す必要がなく、さほど高い加工精
度も必要とせず、構造が簡単で製作が容易であるために
低コストになると共に、摺動面間の相対速度が低いため
に信頼性も高い改良された弁を備えている圧縮機を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
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。

【０００８】本発明の圧縮機においては、弁板は駆動回
転軸の偏心軸部によって駆動されて公転運動或いはそれ
に近い運動を行うので、弁板を駆動回転軸によって単に
回転させる場合に比べて、弁板とそれに対して摺動接触
する弁開口が設けられた面との間の相対速度がきわめて
小さくなる。従って、弁板を回転駆動するための動力損
失は僅かになり、摺動面も焼きつく可能性がなくなるの
で、摺動面に高級な材料を使用したり、精度の高い仕上
げや、表面処理を施す必要がなくなる。また、弁開口を
弁板によって機械的に開閉するので、圧力差によって開
弁するリード弁に比べて絞り作用が小さくなって吸入効
率或いは吐出効率が高くなる。

【０００９】本発明の圧縮機は、容積型の圧縮機である
ピストン型の圧縮機として実施することができる。その
場合には、弁機構の弁板がピストンの往復動と同期して
公転運動をすることになる。そして、更に具体的に、本
発明はピストン型の圧縮機の一種である斜板型圧縮機と
して好適に実施することができる。

【００１０】本発明の圧縮機の弁機構においては、その
弁板が公転運動をするときに少なくともその周縁部によ
って弁開口を開閉するように構成することができる。弁
板は最も一般的なものとして円形の円盤を使用すること
ができる。また、本発明は圧縮機の吸入弁としても、或
いは吐出弁としても実施することが可能である。更に本
発明における弁板には自然に自転防止作用が働くが、確
実に自転を阻止するために別に自転防止機構を付設する
こともできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】添付の図面を用いて、本発明を斜
板型圧縮機として実施した具体例を詳細に説明する。図
１及び図２に示すように、本発明による斜板型圧縮機１
は、シリンダブロック２の前後にフロントハウジング３
とリアハウジング４を同一軸線上に配置し、それらを図
示しない通しボルトのような手段によって一体的に締結
することにより外殻を構成している。５はフロントハウ
ジング３とシリンダブロック２の中心を貫通してリアハ
ウジング４の内部まで延びている駆動回転軸であって、
フロントハウジング３内に取り付けられた軸受６と、シ
リンダブロック２内に取り付けられた軸受７によって軸
承されている。斜板型圧縮機１が自動車の空調装置にお
ける冷媒圧縮機として使用される場合には、駆動回転軸
５は自動車用エンジンのクランク軸に連結されて回転駆
動される。シリンダブロック２及びフロントハウジング
３内の空間は、駆動回転軸５に取り付けられたシール装
置８及び９によって外部及びリアハウジング４内の空間
との連通を遮断されている。

【００１２】シリンダブロック２には図２に示すように
６個のシリンダ１０（１０ａ〜１０ｆ）が駆動回転軸５
の周囲に均等に、且つ駆動回転軸５と平行になるように
穿設されている。シリンダ１０ａ〜１０ｆには同じ形状
のピストン１１（１１ａ〜１１ｆ）が摺動可能に挿入さ
れており、それらのピストン１１ａ〜１１ｆの図１にお
ける各左端部は、駆動回転軸５に例えば後述のような手
段によって装着された斜板１２の楕円形の周縁部１２ａ
に対して、それを挟むように各ピストン１１に取り付け
られた一対のシュー１３を介して摺動可能に係合してい
る。

【００１３】図示実施形態における斜板１２は、駆動回
転軸５上を軸方向に摺動可能なスリーブ１４上に、駆動
回転軸５と直角な方向のピン１５によって枢着されてい
て、駆動回転軸５に対して傾動することができる。斜板
１２を傾動させるために、斜板１２の一部に設けられた
ピン１６が駆動回転軸５に取り付けられたアーム１７の
半径方向のカム溝１７ａに係合しており、スプリング１
８の付勢力を打ち消すような他の力が加わることによっ
てスリーブ１４が軸方向に移動するとき、ピン１６がカ
ム溝１７ａに沿って移動して斜板１２の傾斜角度が変化
し、その結果、ピストン１１ａ〜１１ｆのストロークが
一斉に変化して斜板型圧縮機１全体の吐出容量が無段階
に変化する。

【００１４】図示実施形態の斜板型圧縮機１では、シリ
ンダ１０ａ〜１０ｆ内において冷媒のような流体が圧縮
されることによってピストン１１ａ〜１１ｆに発生する
圧縮反力の合力が、スプリング１８の付勢力に抗してス
リーブ１４を軸方向に移動させるようになっており、更
に、斜板型圧縮機１が空調装置における冷媒圧縮機とし
て使用される場合には、斜板１２を収容している室（斜
板室）の圧力が冷房負荷の大きさに応じて変化するよう
に構成される。そして、例えば冷房負荷が減少したとき
は、斜板室の圧力が高められることによってピストン１
１ａ〜１１ｆに作用する背圧が増大するので、スリーブ
１４が図１において右方へ移動して斜板１２の傾斜角度
（駆動回転軸５に垂直な仮想の平面に対する）が小さく
なり、ピストン１１ａ〜１１ｆのストロークが減少して
斜板型圧縮機１全体の吐出容量が減少するというよう
に、斜板型圧縮機１の吐出容量が冷房負荷の大きさに応
じて自動的に変化する。このように、図示実施形態にお
ける斜板型圧縮機１は自動可変容量型の圧縮機に属する
が、本発明はそのような可変容量機構に特徴がある訳で
はないから、図示実施形態のようなものに限らず、手動
的な可変容量型圧縮機であっても、また、吐出容量が変
化しないものであっても、それが容積型圧縮機であれば
適用の可能性がある。

【００１５】図示実施形態の斜板型圧縮機１において
は、リアハウジング４内の中央に吸入室１９が形成され
ていると共に、その外周に環状の隔壁４ａを境にして環
状の吐出室２０が形成され、それぞれに設けられた接続
口２１，２２を介して空調装置のエバポレータやコンデ
ンサのような外部機器への配管が接続されている。シリ
ンダブロック２とリアハウジング４との間を仕切るシリ
ンダブロック２の端壁２ａには、各シリンダ１０ａ〜１
０ｆ毎に、吸入室１９に連通し得る吸入ポート２３（２
３ａ〜２３ｆ）と、吐出室２０に連通し得る吐出ポート
２４（２４ａ〜２４ｆ）がそれぞれ１個以上設けられて
いる。吐出ポート２４は単なる円穴でもよいが、吸入ポ
ート２３は図２に示したように円弧状の長穴である。な
お、図示実施形態においては吐出室２０内に、吐出ポー
ト２４ａ〜２４ｆを外側から閉塞する通常のリード弁か
らなる吐出弁２５が設けられている。

【００１６】図示実施形態において以上説明した構成は
従来技術においても実施されているものであって、今回
本発明において導入した新規な構成ではない。本発明の
特徴に対応して、図示実施形態の斜板型圧縮機１におい
ては吸入室１９内に円盤形の吸入弁板２６が設けられて
いる。弁板２６は、シリンダブロック２の端壁２ａと、
リアハウジング４内の環状の隔壁４ａの吸入室１９側に
形成された概ね半径方向の壁４ｂの軸方向の端面４ｃと
の間に、微小な隙間を残して挿入されており、端壁２ａ
と壁４ｂの端面４ｃとの間で摺動する際に、図２に示す
ように、周縁部によって吸入ポート２３ａ〜２３ｆの一
部を閉塞すると共に他の一部を開口させ得る大きさを有
する。吸入弁板２６の中心に形成されたハブ２６ａに
は、駆動回転軸５の先端に所定量だけ偏心して一体に形
成された偏心軸部５ａが挿入され、メタル軸受又はニー
ドルベアリングのような軸受２７を介して吸入弁板２６
を回転可能に支持している。弁板２６が偏心軸部５ａに
よって偏心運動、即ち公転をするので、リアハウジング
４内の隔壁４ａに弁板２６の周縁部のための逃げ部４ｄ
を形成してもよい。

【００１７】なお、図示していないが、吸入室１９内に
装着されたスプリングのような付勢手段によって、吸入
弁板２６を端壁２ａに向かって軽く押圧してもよい。ま
た、必須のものではないが吸入弁板２６に簡単な構造の
自転防止機構を付加することもできる。自転防止機構
は、例えば、端壁２ａの２個所程度の適所に吸入室１９
に向かって突出する自転防止ピンを植設すると共に、そ
れらの自転防止ピンを受入れるように弁板２６に自転防
止ピンよりも十分に大きい直径を有する円形穴を形成し
て、自転防止ピンによって円形穴、従って吸入弁板２６
自体の自転を阻止して公転だけを許すようにする。円形
穴の直径は、弁板２６の公転直径に自転防止ピンの直径
を加えた程度の大きさにする。

【００１８】自転防止機構が設けられない場合は弁板２
６は公転の他に自転をすることも可能であるが、弁板２
６は端壁２ａ又は壁４ｂの端面４ｃに押しつけられて摺
動するので、それらの間に多少とも摩擦力が発生するた
めに、弁板２６が自由に自転することはあり得ず、自転
運動の成分は実際上は摩擦力によって制動されて、弁板
２６は実質的に公転だけをするようになる。本発明にお
いて自転防止機構が必須のものではないというのはこの
ような理由による。従って、自転防止機構が設けられて
いても、或いは設けられていなくても、端壁２ａ又は端
面４ｃと弁板２６の摺動面間の相対速度は弁板２６が自
転のみをする場合に比して大幅に小さくなるので、駆動
回転軸５が回転するときに摺動面間の摩擦力によって生
じる動力の損失は僅かな量になる。

【００１９】以上説明した構成から明らかなように、図
示実施形態の斜板型圧縮機１においては、駆動回転軸５
が自動車用エンジン等によって回転駆動されると、吸入
弁板２６が偏心軸部５ａによって偏心運動を強制される
ために、また、シリンダブロック２の端壁２ａ又は端面
４ｃと弁板２６との間には多少の摺動摩擦があるために
自転運動が阻止されて、弁板２６は図３に駆動回転軸５
の回転角度９０°毎に示した（ａ）〜（ｄ）のように実
質的に公転運動だけをする。そこで、例えばシリンダ１
０ａだけに注目すると、図２と同じ図３（ａ）の状態に
おいては、シリンダ１０ａの吸入ポート２３ａは、上昇
している吸入弁板２６の周縁部によって覆われていて吸
入は行われていない。これは図１に示すようにピストン
１１ａが上死点にある状態、即ちシリンダ１０ａの圧縮
行程の終期である。このときは、リード弁からなる吐出
弁２５の開弁によって圧縮された流体をシリンダ１０ａ
内から吐出ポート２４ａを経て吐出室２０内へ吐出し終
えた時期でもある。

【００２０】次に、駆動回転軸５が矢印の方向に回転す
ると、吸入弁板２６が公転によって右へずれるために、
弁板２６によって閉塞されていた吸入ポート２３ａが開
口し始めて、吸入室１９とシリンダ１０ａ内が連通を開
始し、駆動回転軸５が９０°まで回転したときに図３の
（ｂ）の状態になる。この状態は吸入弁板２６によって
覆われる吸入ポート２３ａの面積が最小になって、吸入
ポート２３ａが最も大きく開口した状態（これを全開状
態と呼ぶ）に近い。なお、どの時期に吸入ポート２３ａ
を全開させるかということは設計上の問題であって、吸
入ポート２３ａの形状とシリンダ１０ａの端面における
開口位置を選択したり、駆動回転軸５の偏心軸部５ａの
偏心方向と、斜板１２の傾斜の軸であるピン１５との位
相関係を変更することによって自由に設定することが可
能である。

【００２１】吸入ポート２３ａが吸入弁板２６の周縁部
によって全く覆われていないか、或いは殆ど覆われてい
ない全開状態では、長穴形で比較的大きな開口面積を有
する吸入ポート２３ａが流体の通路となるので絞り作用
がきわめて小さくなり、リード弁の場合のような大きな
圧力損失が生じない。しかも、リード弁のように流体の
圧力が弁を押し広げるための仕事をする必要がなく、僅
かな機械力によって吸入行程の全域にわたって開弁状態
を維持することもできるから、吸入効率がリード弁に比
べて高くなる。

【００２２】更に、駆動回転軸５が９０°回転して図３
の（ｃ）の状態になると、吸入弁板２６が公転によって
下方及び左方へずれて吸入ポート２３ａを覆うために、
吸入ポート２３ａは全閉状態に近くなる。この状態は図
１に示したシリンダ１０ｄと同様に、シリンダ１０ａの
吸入行程の終期、即ちピストン１１ａが下死点付近にあ
る状態である。それより駆動回転軸５が僅かに回転する
と、吸入ポート２３ａは全閉状態となって、シリンダ１
０ａ内と吸入室１９の連通は遮断される。

【００２３】図３の（ｄ）はシリンダ１０ａの圧縮行程
を示しており、ピストン１１ａは図３（ｃ）に示す下死
点の状態から図３（ａ）に示す上死点の状態まで上昇す
る途中にある。図示のように吸入弁板２６が左方へずれ
て吸入ポート２３ａを全閉状態にしているので、流体は
シリンダ１０ａ内で圧縮され、その圧力が吐出弁２５の
設定圧力を越えると、リード弁である吐出弁２５が開弁
して、圧縮された流体は吐出ポート２４ａを介して吐出
室２０へ吐出される。更に、駆動回転軸５が９０°回転
すると前述の図３（ａ）の状態になるので、このような
サイクルが繰り返えして行われることになる。そして、
このような吸入行程と圧縮行程からなるサイクルは、図
示実施形態の斜板型圧縮機１においては、全てのシリン
ダ１０ａ〜１０ｆにおいて、隣接のものとの間に６０°
の位相差をおいて順次行われるので、圧縮された流体が
概ね連続的に吐出室２０へ吐出され続けて、吐出室２０
の圧力を脈動の少ない略一定の吐出圧に維持することが
できる。

【００２４】図示実施形態においては、吸入弁板２６の
ための自転防止機構を設けてはいないが、弁板２６はシ
リンダブロック２の端壁２ａ又はリアハウジング４の壁
４ｂの端面４ｃと摺動接触しているため、その自転の運
動成分は自然に制動されて、弁板２６は実質的に公転の
みをするようになる。回転（自転）運動に比べて公転運
動の場合の接触面間の相対速度が低いことは説明を要し
ないから、弁板２６や端壁２ａ又は壁４ｂの端面４ｃに
焼きつき難い高級な材料を使用したり、特殊な表面処理
を施したり、高精度の表面仕上げを行ったりする必要も
なく、十分に高い耐久性と信頼性が得られる。また、摺
動面間の相対速度が低いので、弁板が回転するものに比
べて動力損失がきわめて少なくなり、圧縮機の運転効率
が高くなる。更に、吸入ポート２３の面積を大きくとる
ことが容易であるから、リード弁を吸入弁として使用し
た場合に比べて絞り作用が少なくなって吸入効率が改善
される。

【００２５】なお、図示実施形態においては吸入ポート
２３を弁板２６によって開閉するようにしたが、吸入ポ
ートの代わりに吐出ポートを同様な弁板によって開閉す
るように構成することができることは言うまでもない。
また、弁板２６は円盤形のものを使用しているが、弁板
は厳密に円形のものである必要はなく、自転防止機構を
使用して確実に弁板の自転を阻止した場合には、弁板を
円形以外の角部や凹部或いは穴等のあるものとしてもよ
い。更に、この弁機構は斜板型圧縮機に限らず他の形式
の容積型圧縮機の吸入弁又は吐出弁に適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての斜板型圧縮機を示す
縦断正面図である。

【図２】図１のII−II線における横断側面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１及び図２の斜板型圧縮
機の作動状態において、II−II線における経時的変化を
順次に示す横断側面図である。

【符号の説明】

１…斜板型圧縮機２…シリンダブロック２ａ…シリンダブロックの端壁３…フロントハウジング４…リアハウジング５…駆動回転軸５ａ…駆動回転軸の偏心軸部１０，１０ａ〜１０ｆ…シリンダ１１，１１ａ〜１１ｆ…ピストン１２…斜板１５…ピン（斜板の傾斜軸）１９…吸入室２０…吐出室２３，２３ａ〜２３ｆ…吸入ポート２５…吐出弁（リード弁）２６…吸入弁板２７…軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動回転軸によって回転駆動されて流体
を圧縮する容積型の圧縮機であって、前記駆動回転軸の
偏心軸部によって駆動されて公転運動を行う円盤形若し
くはそれに近い形状の弁板と、前記弁板の略公転運動に
よって開閉される弁開口からなる弁機構を備えているこ
とを特徴とする圧縮機。
【請求項２】請求項１において、前記容積型の圧縮機
がピストン型のものであって、前記弁機構の弁板が前記
ピストンの往復動と同期して公転運動をするように構成
されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項３】請求項１において、前記弁機構の弁板が
略公転運動をするときに、その周縁部において前記弁開
口を開閉するように構成されていることを特徴とする圧
縮機。
【請求項４】請求項１において、前記弁機構の弁板が
円形の円盤からなることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】請求項１において、前記弁板によって開
閉される前記弁開口が吸入ポートであることを特徴とす
る圧縮機。
【請求項６】請求項１において、前記弁板によって開
閉される前記弁開口が吐出ポートであることを特徴とす
る圧縮機。
【請求項７】請求項１において、前記弁機構が弁板の
自転防止機構を備えていることを特徴とする圧縮機。
【請求項８】請求項１において、前記容積型の圧縮機
が斜板型の圧縮機であることを特徴とする圧縮機。