JP2004060448A

JP2004060448A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2004060448A
Application number: JP2002215496A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumuro; 福室　貴士
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】軸封装置はもとよりプーリのベアリングも充分に冷却できる圧縮機を提供する。
【解決手段】ハウジングに形成された冷媒の吸入室１１１と、ハウジングのボス部１２１から外に貫通し圧縮機構に駆動力を伝達するシャフト１２２と、シャフト１２２に外部駆動源の回転運動を伝達するプーリ１５１とを備え、ボス部１２１の内周面とシャフト１２２との間にはシール用の軸封装置１７を介装し、ボス部１２１の外周面にはプーリ１５１を回動自在に支持するアンギュラベアリング１８を介装した圧縮機１０において、吸入室１１１の冷媒の一部をボス部１２１の壁内部に導く冷却用冷媒通路２０を有する構造となっている。これにより、吸入室１１１の冷媒の一部が冷却用冷媒通路２０を通じてボス部１２１の壁内部に導かれる。この結果、ボス部１２１の内外に配置された軸封装置１７とベアリング１８の両者が冷却される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジングのボス部に設置された軸封装置やプーリ用ベアリングの冷却構造を備えた圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧縮機として、特開平１１−１５９４５８号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
この圧縮機は、ハウジングのボス部から外に貫通し圧縮機構に駆動力を伝達するシャフトと、シャフトに外部駆動源の回転運動を伝達するプーリとを備えたものであり、ボス部の内周面とシャフトとの間にはシール用の軸封装置を介装し、ボス部の外周面にはプーリを回動自在に支持するアンギュラベアリングを介装した構造となっている。ここで、プーリやシャフトが回転するとき、これに摺接する軸封装置やアンギュラベアリングが発熱し、これらの耐久性を低下させるおそれがあるため、この熱を放出する放熱手段を有している。
【０００４】
この放熱手段はシャフトの先端のハブに多数の放熱フィンを形成した構成となっている。即ち、放熱フィンにより放熱面積が増大するし、また、シャフトが回転するときは放熱フィンも回転し、その旋回流によりボス部全体が冷却され、軸封装置及びアンギュラベアリングが冷却される。
【０００５】
しかしながら、このように放熱フィンを形成するときは、その分ハブの重量が増大し、また、放熱フィンが回転するときは回転に伴う風圧がシャフトの回転負荷となり、外部駆動源の消費エネルギーが増大するという問題点を有していた。
【０００６】
このような問題点に鑑み、特開２００２ー３１０４３号公報に記載された圧縮機が提案されている。この圧縮機はリアハウジングに形成された吸入室から軸封装置に低温冷媒を循環するもので、これにより、軸封装置を冷却するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後者の圧縮機では軸封装置に低温冷媒を供給するため、軸封装置の冷却には有効なものではあるが、アンギュラベアリングに対してはボス部の壁厚の分だけ離隔しており、アンギュラベアリングの冷却には不十分なものとなっていた。
【０００８】
本発明の目的は前記従来の課題に鑑み、軸封装置はもとよりプーリのベアリングも充分に冷却できる圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、請求項１の発明は、ハウジングに形成された冷媒の吸入室と、ハウジングのボス部から外に貫通し圧縮機構に駆動力を伝達するシャフトと、シャフトに外部駆動源の回転運動を伝達するプーリとを備え、ボス部の内周面と該シャフトとの間にはシール用の軸封装置を介装し、ボス部の外周面にはプーリを回動自在に支持するベアリングを介装した圧縮機において、吸入室の冷媒の一部をボス部の壁内部に導く冷却用冷媒通路を有する構造となっている。
【００１０】
請求項１の発明によれば、吸入室の冷媒の一部が冷却用冷媒通路を通じてボス部の壁内部に導かれる。これにより、ボス部の内外に配置された軸封装置とベアリングの両者が冷却される。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る圧縮機において、冷却用冷媒通路は、少なくとも吸入室が形成されたリアハウジングの壁内部、圧縮機構のシリンダが形成されたシリンダブロックの壁内部、及び、圧縮機構を収容するフロントハウジングの壁内部に順次連通して形成された構造となっている。
【００１２】
請求項２の発明によれば、冷却用冷媒通路がリアハウジング、シリンダブロック及びフロントハウジングの壁内部に形成されているため、ハウジングの外側に冷却用冷媒通路用の配管を配置する必要がなく、これにより、圧縮機を設置する際、配管が邪魔にならない。また、各ハウジングを冷却する作用も発揮するし、更には各ハウジングの壁内部を切削して形成されるため、圧縮機の軽量化が図られる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に係る圧縮機において、冷却用冷媒通路はボス部に冷媒を供給する供給通路とボス部から冷媒を戻す戻し通路とを有し、また、この供給通路に吸入室側の圧力を高くする絞り部を設けた構造となっている。これにより、吸入室の冷媒が供給通路を通ってボス部に流れ、また、ボス部を通じて吸入室に戻る。冷媒がボス部を通過する際、ボス部の壁を通じて軸封装置及びベアリングの両者を冷却する。なお、絞り部の構成として冷却用冷媒通路の流通断面積を一部小さくして形成してもよく、これにより、冷却用冷媒通路に多量の冷媒が流れないようにしている（請求項４の発明）。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜４に係る圧縮機において、冷却用冷媒通路にはボス部の温度に対応して冷媒流通を制御する開閉機構を設けた構造となっている。
【００１５】
請求項５の発明によれば、ボス部の温度が高くなったときは開閉機構が開状態となりボス部に冷媒を流す。即ち、ボス部が高温となり軸封装置及びベアリングの冷却が必要となったときに冷媒を流す。従って、冷却不要時にはボス部に冷媒が流れることがなく、車両用空調装置、冷却ショーケース等の冷凍サイクルの冷媒循環量を減少させることがない。
【００１６】
なお、請求項６の発明の如く、開閉機構はハウジング壁の温度が所定温度以上になったときボス部に冷媒を流すようにしてもよい。即ち、ボス部の温度をハウジング壁の温度に換算し、開閉機構を動作させるようになっている。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に係る圧縮機において、開閉機構は温度感知応動材で形成された駆動部により動作させる開閉弁で構成されている。
【００１８】
請求項７の発明によれば、ハウジングから開閉弁に熱伝導し、この伝導熱に基づき駆動部が動作し開閉する。なお、温度感知応動材として形状記憶合金を用い、更に駆動部をベローズやコイルで形成するようにしても良い（請求項８〜１０の発明）。
【００１９】
また、冷媒として一般的にはフロンが使用されているが、近年、環境保全の見地から二酸化炭素が使用される圧縮機も提案されている。二酸化炭素を冷媒として使用するときは、超臨界域で冷媒を冷却するため圧縮機の温度が非常に高くなる。このような点から二酸化炭素を使用する圧縮機においては特に有効なものとなっている（請求項１１の発明）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る圧縮機の第１実施形態を示すものである。なお、本実施形態では圧縮機のうち、片頭ピストン型斜板式圧縮機（以下、圧縮機と称す）を一例として掲げて説明する。
【００２１】
まず、この圧縮機１０の全体構造を図１を参照して説明する。圧縮機１０はリアハウジング１１と、フロントハウジング１２と、フロントハウジング１２のリアハウジング１１寄りに形成されたシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３とリアハウジング１１との間に介装された弁板装置１４で構成されている。このシリンダブロック１３には円筒状のシリンダボア１３１が複数に形成され、各シリンダボア１３１にはそれぞれ片頭ピストン１３２が往復直線運動ができるよう収容されている。リアハウジング１１には冷媒の吸入室１１１と吐出室１１２が形成され、各室１１１，１１２が弁板装置１４の弁体を介してシリンダボア１３１に連通しており、片頭ピストン１３２（圧縮機構の構成部品）の往復動によりシリンダボア１３１で冷媒が圧縮膨張される。フロントハウジング１２にはシリンダブロック１３からボス部１２１を通じて外方に突出したシャフト１２２が貫通している。このシャフト１２２はシリンダブロック部１３及びフロントハウジング１２に介装されたベアリング１３３，１２３を介して軸支され、その先端はハブ１２４を介して電磁クラッチ１５に連結している。電磁クラッチ１５はそのプーリ１５１を図示しない自動車エンジンのベルトに連結しており、エンジンにて出力された回転力が電磁クラッチ１５を通じてシャフト１２２に伝達されるようになっている。
【００２２】
このシャフト１２２に伝達された回転運動はフロントハウジング１２のクランク室１２５内に設置された運動変換機構１６（圧縮機構の構成部品）により往復直線運動に変換される。即ち、運動変換機構１６はシャフト１２２に固着されたロータ１６１と、ロータ１６１に連結する連結部１６２と、連結部１６２に固定された斜板１６３と、片頭ピストン１３２のブリッジ部１３２ａに介装された一対のシュー１６４とからなり、斜板１６３の周縁部がシュー１６４に摺動自在に挟み込まれている。ここで、シャフト１２２が回転運動を行うときはロータ１６１及び連結部１６２が回転し、これに伴い斜板１６３が回転する。この斜板１６３はシャフト１２２に対して傾斜した状態で回転するため、その斜板１６３の傾斜幅の分、片頭ピストン１３２が直線方向に往復動する。この運動変換機構１６はクランク室１２５の圧力とシリンダボア１３１の吸入圧力との差圧に対応して斜板１６３の傾き角が変化し、片頭ピストン１３２のストロークの変更が可能となっている。
【００２３】
なお、図示されていないが、吸入室１１１又は吐出室１１２内の冷媒をクランク室１２５に導く冷媒通路を形成し、この冷媒通路の冷媒流量を制御弁で制御し、これにより、クランク室１２５の圧力を制御するようになっている。また、本実施形態に係る圧縮機１０は動力伝達手段として電磁クラッチ１５を用いているが、これを図示しないトルクリミッタで構成するようにしてもよい。
【００２４】
以上のように構成された圧縮機１０において、ボス部１２１の内周面とシャフト１２２との間にはクランク室１２５の潤滑油及び冷媒が外方に漏れないよう環状の軸封装置１７が介装されている。また、同じくボス部１２１の外周面とプーリ１５１との間にはプーリ１５１を回動自在に支持する環状のアンギュラベアリング１８が介装されている。
【００２５】
なお、軸封装置１７はクランク室１２５と通路１２６（図１の破線で示している）を通じて連通しており、軸封装置１７にクランク室１２５の潤滑油が循環するようになっている。
【００２６】
ここで、軸封装置１７はシール性を確保するためシャフト１２２とは接触状態となっており、シャフト１２２が回転するときは軸封装置１７がシャフト１２２と摺接し摩擦熱が発生する。一方、アンギュラベアリング１８はその玉１８１と内輪１８２及び外輪１８３との間に球面接触しており、プーリ１５１が回転するとき、これまた摩擦熱が発生する。
【００２７】
本発明に係る圧縮機１０は軸封装置１７及びアンギュラベアリング１８を冷却する冷却構造を提供するものであり、以下のような構造となっている。
【００２８】
即ち、吸入室１１１の冷媒の一部をボス部１２１の壁内部に導く冷却用冷媒通路２０が形成されている。これを詳述すると、冷却用冷媒通路２０は吸入室１１１からボス部１２１に向かって形成された第１通路２０１と、ボス部１２１から吸入室１１１に向かって形成された第２通路２０２とを有している。
【００２９】
第１及び第２通路２０１，２０２は、リアハウジング１１に吸入室１１１に連通する屈曲した通路２０１ａ，２０２ａを有し、弁板装置１４には各通路２０１ａ，２０２ａに連通する直線状の通路２０１ｂ，２０２ｂを有し、シリンダブロック１３からフロントハウジング１２には各通路２０１ｂ，２０２ｂに連通する直線状の通路２０１ｃ，２０２ｃを有し、フロントハウジング１２のボス部１２１寄りには各通路２０１ｃ，２０２ｃに連通する斜めの通路２０１ｄ，２０２ｄを有し、更に、ボス部１２１には各通路２０１ｄ，２０２ｄに連通する環状の通路２０３を有している。これらの各通路２０１ａ，２０１ｃ，２０２ｄ，２０２ａ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０３は各ハウジング１１，１２，１３及びボス部１２１の壁内部に形成されている。
【００３０】
また、第１及び第２通路２０１，２０２は各ハウジング１１，１２，１３及び弁板装置１４を個別に製造する際にドリル加工等により形成されるものであるが、通路２０１ｄ，２０２ｄを形成するとき、フロントハウジング１２の外側からボス部１２１に向かって加工するため、外側開口を気密に閉塞するネジ２１をねじ込んでいる。また、通路２０３をボス部１２１内に製造するときは、フロントハウジング１２のクランク室１２５側から加工する。このため、通路２０３のクランク室１２５側が開口された状態となるため、この開口を気密に閉塞する環状のシール部材２２が埋め込まれている。
【００３１】
本実施形態によれば、吸入室１１１内の低温冷媒が第１及び第２通路２０１，２０２を通じてボス部１２１の通路２０３に循環するため、ボス部１２１の壁を通じて軸封装置１７とアンギュラベアリング１８が冷却される。従って、軸封装置１７とアンギュラベアリング１８の耐久性が低下することがない。
【００３２】
また、冷却用冷媒通路２０が各ハウジング１１，１２，１３及び弁板装置１４の内部に形成され、ハウジングの外に配管する必要がないので、圧縮機１０を設置する際、配管が邪魔にならないし、また、各ハウジング１１，１２，１３を冷却する作用も発揮する。
【００３３】
図２は本発明に係る圧縮機の第２実施形態を示すものである。なお、図２は第２実施形態の特徴的要部のみを示しており、図１に示す第１実施形態と同一又は相当する部材は同一の符号をもって表すとともに、必要に応じて図１を参照して説明する。
【００３４】
前記第１実施形態に係る圧縮機では冷却用冷媒通路２０の第１及び第２通路２０１，２０２の流通断面積は同一に構成している。これに対して、第２実施形態では第１通路２０１のうちリアハウジング１１に形成された通路２０１ａに絞り部（絞り通路）２０１ｅを形成した構造となっている。詳述すると、図２に示すように、弁板装置１４に向かって延びる通路２０１ａには、流通断面積を小さくした絞り通路２０１ｅを形成している。
【００３５】
これにより、冷却用冷媒通路２０の中で、絞り通路２０１ｅを間にして吸入室１１１側の通路２０１ａの冷媒圧力が高くなり、一方、弁板装置１４の通路２０１ｂ側の冷媒圧力が低くなる。このような冷媒圧力の高低差により、吸入室１１１の冷媒が第１通路２０１→通路２０３→第２通路２０２→吸入室１１１と順位循環するよう流れ（図２では矢印で示す）、第１通路２０１が冷媒の供給通路として機能し、一方、第２通路２０２が冷媒の戻し通路として機能している。
【００３６】
この結果、ボス部１２１での熱交換が良好に行われ、軸封装置１７及びアンギュラベアリング１８の冷却効果が更に向上する。また、絞り通路２０１ｅにより冷却用冷媒通路２０への冷媒循環量が抑制されるため、車両用空調装置、冷却ショーケース等の冷凍サイクルの冷媒循環量の減少を極力少なくしている。なお、その他の構成及び作用は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００３７】
図３乃至図５は本発明に係る圧縮機の第３実施形態を示すものである。なお、図３乃至図５は第３実施形態の特徴的要部のみを示しており、図１及び図２に示す第１及び第２実施形態と同一又は相当する部材は同一の符号をもって表すとともに、必要に応じて図１及び図２を参照して説明する。
【００３８】
この第３実施形態では前記第２実施形態の通路２０１ａに代えてリアハウジング１１の側面に向かって貫通する通路２０１ｆを形成している。この通路２０１ｆは流通断面積を大きくして形成するとともに、一端が吸入室１１１に連通し、他端が前記第２実施形態と同様の絞り通路２０１ｅに連通している。また、この通路２０１ｆには開閉機構（開閉弁）３０が設置されている。
【００３９】
この開閉弁３０の構造を主に図５を参照して説明する。開閉弁３０は中央に駆動部３０１を有している。この駆動部３０１は温度感知応動材、例えばチタンーニッケル合金の形状記憶合金をベローズ状に形成したものとなっている。形状記憶合金の変態温度が約１００℃に設定されており、駆動部３０１がその温度より低い温度を感知しているときは図３に示すように縮んだ状態となっており、高い温度を感知したときは図４に示すように伸びた状態に変化する。
【００４０】
駆動部３０１の一端側には冷媒流通用の通路部３０２が固着されている。通路部３０２は吸入室１１１側に複数の入口３０２ａを形成し、駆動部３０１側に複数の出口３０２ｂを形成しており、各入口３０２ａと各出口３０２ｂを連通路３０２ｃで連通させている。なお、通路部３０２の外周面にはＯリング３０２ｄが環状に嵌め込まれており、駆動部３０２の外周面と通路２０１ｆの内周面との間から冷媒が漏れないようにしている。
【００４１】
駆動部３０１の他端側には取付部３０３が固着されている。この取付部３０３は一端にネジ穴３０３ａを形成してなり、このネジ穴３０３ａにリアハウジング１１の側面を介して固定ネジ３０４が螺合している。これにより、取付部３０３を通じて開閉弁３０がリアハウジング１１に締結されている。
【００４２】
本実施形態によれば、リアハウジング１１の熱は主に固定ネジ３０４から取付部３０３に伝達され、更に駆動部３０１に伝達される。ここで、駆動部３０１に伝達された熱が１００℃に達していないときは、図３に示すように、駆動部３０１は縮んだ状態となっている。これに伴い、通路部３０２の入口３０２ａが通路２０１ｆの内側に位置しており、各入口３０２ａが通路２０１ｆの内周面で閉塞されている。一方、駆動部３０１に伝達された熱が１００℃以上となっているときは、図４に示すように、駆動部３０１が変態して伸び状態となり、通路部３０２の入口３０２ａが吸入室１１１内に臨み、各入口３０２ａが吸入室１１１と連通状態となる。これにより、図４の矢印に示すように、吸入室１１１内の冷温冷媒が入口３０２ａを通じて通路部３０２内に入り、連通路３０２ｃを通じて各出口３０２ｂから流出し、通路２０１ｆ内に流れる。この通路２０１ｆ内に流れた冷媒は絞り通路２０１ｅを通じて通路２０１ｃ側に流れる。
【００４３】
即ち、本実施形態では、リアハウジング１１の温度が１００℃となり、軸封装置１７やアンギュラベアリング１８が過熱状態となっていると判断（例えば１５０℃となっていると判断）されるときに、吸入室１１１の低温冷媒がボス部１２１に供給され、それ以外の時はボス部１２１に冷媒が循環しない。
【００４４】
この結果、軸封装置１７やアンギュラベアリング１８の冷却不要時には冷媒がボス部１２１に流れることがなく、車両用空調装置、冷却ショーケース等の冷凍サイクルの冷媒循環量を減少させることがない。なお、その他の構成及び作用は前記第１実施形態及び第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００４５】
図６は第３実施形態で示した開閉弁３０の駆動部３０１の変形例を示すものである。第３実施形態で説明された駆動部３０１がベローズ状となっているが、この変形例では駆動部３０５の形状記憶合金をコイル状に形成している。このように駆動部３０５をコイル状に形成する場合も前記第３実施形態と同様の作用を発揮する。
【００４６】
なお、前記第３実施形態では開閉弁３０の駆動部３０１，３０５が形状記憶合金で形成されているが、その他の温度感知応動材でもよいことは勿論である。また、開閉弁として図示しない電磁弁を用い、また、ボス部１２１にはその温度を直接に検知する図示しない温度センサを設置し、温度センサの検知温度に基づき電磁弁を開閉するようにしてもよい。更に、前記第１〜３実施形態で示した圧縮機１０は、フロン冷媒を使用する場合はもとより二酸化炭素冷媒を使用するものでもよい。また、片頭ピストン式圧縮機を例として掲げて説明しているが、両頭ピストン式圧縮機にも適用できるし、更にはワッブルタイプの圧縮機、ウェーブカムタイプの圧縮機、スクロールタイプの圧縮機、ベーンタイプの圧縮機にも使用できることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、吸入室の冷媒の一部が冷却用冷媒通路を通じてボス部の壁内部に導かれ、ボス部の内外に配置された軸封装置とベアリングの両者が確実に冷却されるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る圧縮機の断面図
【図２】第２実施形態に係る圧縮機の要部断面図
【図３】第３実施形態に係る圧縮機の開閉弁閉鎖状態を示す要部断面図
【図４】第３実施形態に係る圧縮機の開閉弁開放状態を示す要部断面図
【図５】第３実施形態に係る開閉弁の斜視図
【図６】第３実施形態に係る開閉弁の変形例を示す要部断面図
【符号の説明】
１０…片頭ピストン型斜板式圧縮機、１１…リアハウジング、１２…フロントハウジング、１３…シリンダブロック、１４…弁板装置、１５…電磁クラッチ、１６…運動変換機構、１７…軸封装置、１８…アンギュラベアリング、２０…冷却用冷媒通路、３０…開閉弁、１１１…吸入室、１２１…ボス部、１２２…シャフト、１５１…プーリ、２０１…第１通路（供給通路）、２０２…第２通路（戻し通路）、３０１，３０５…駆動部。

Claims

ハウジングに形成された冷媒の吸入室と、該ハウジングのボス部から外に貫通し圧縮機構に駆動力を伝達するシャフトと、該シャフトに外部駆動源の回転運動を伝達するプーリとを備え、該ボス部の内周面と該シャフトとの間にはシール用の軸封装置を介装し、該ボス部の外周面には該プーリを回動自在に支持するベアリングを介装した圧縮機において、
前記吸入室の冷媒の一部を前記ボス部の壁内部に導く冷却用冷媒通路を有する
ことを特徴とする圧縮機。
前記冷却用冷媒通路は、少なくとも前記吸入室が形成されたリアハウジングの壁内部、シリンダが形成されたシリンダブロックの壁内部、及び、該圧縮機構を収容するフロントハウジングの壁内部に順次連通して形成された
ことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
前記冷却用冷媒通路は前記ボス部に冷媒を供給する供給通路と該ボス部から冷媒を戻す戻し通路とを有するとともに、該供給通路には前記吸入室側の圧力を高くする絞り部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧縮機。
前記絞り部は前記供給通路の流通断面積を一部小さくして形成した
ことを特徴とする請求項３記載の圧縮機。
前記冷却用冷媒通路には前記ボス部の温度に対応して冷媒流通を制御する開閉機構を設けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の圧縮機。
前記開閉機構はハウジング壁の温度が所定温度以上になったとき冷媒を流す
ことを特徴とする請求項５記載の圧縮機。
前記開閉機構は温度感知応動材で形成された駆動部により動作させる開閉弁である
ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の圧縮機。
前記温度感知応動材として形状記憶合金を用いた
ことを特徴とする請求項７記載の圧縮機。
前記開閉弁の駆動部はベローズで形成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の圧縮機。
前記開閉弁の駆動部はコイルで形成されている
ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の圧縮機。
冷媒として二酸化炭素を用いている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項記載の圧縮機。