JP2005163714A - ピストン式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室に対するガスの吸入効率を向上し得るピストン式圧縮機を提供すること。
【解決手段】ピストン式圧縮機１０においてシリンダブロック１１の中心部には、収容孔３９が形成されている。収容孔３９内には、駆動軸１７の後端部３８が摺動可能に収容されている。シリンダブロック１１には、各圧縮室２７と駆動軸１７の後端部３８とを接続する連通孔４０がそれぞれ貫通形成されている。駆動軸１７において後端部３８の外周面３８ａには、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７Ａへとつながる連通孔４０Ａと、ピストン２６が下死点位置にある圧縮室２７Ｂへとつながる連通孔４０Ｂとを連通する残留ガスバイパス溝４１が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車両用空調装置に用いられるピストン式圧縮機に関する。

この種のピストン式圧縮機としては、例えば特許文献１に開示されたものが存在する。即ち、シリンダブロックには、駆動軸を取り囲むように複数のシリンダボアが形成されている。各シリンダボア内にはピストンが収容されている。各シリンダボア内には、ピストンと、シリンダブロックに接合された弁・ポート形成体とで圧縮室が区画形成されている。弁・ポート形成体には、吸入ポート及びフラッパ弁よりなる吸入弁と、吐出ポート及びフラッパ弁よりなる吐出弁とが設けられている。そして、ピストンの往復動によって、吸入ポート及び吸入弁を介した圧縮室への冷媒ガスの吸入、及び圧縮室内での冷媒ガスの圧縮、並びに吐出ポート及び吐出弁を介した圧縮室からの冷媒ガスの吐出が行われる。
特開平１０−４７２４１号公報（第３−４頁、第１図）

ところが、前記ピストン式圧縮機においては、例えば、上死点に位置したピストンが弁・ポート形成体に対して衝突しないように、上死点位置にあるピストンと弁・ポート形成体との間には隙間が設定されている。また、圧縮室には、弁・ポート形成体に形成された吐出ポートが常時連通されている。即ち、ピストンが上死点に位置したとしても、圧縮室には僅かながらも容積が存在する。

従って、前記ピストンが上死点に位置した状態でも、圧縮室内には高圧の冷媒ガスが残留することとなる（残留ガス）。よって、ピストンが上死点位置から下死点位置へ移動する吸入行程において圧縮室の残留ガスが再膨張し、この再膨張の期間において、吸入ポート及び吸入弁を介した新規な冷媒ガスの圧縮室への吸入が妨げられる。その結果、残留ガスの再膨張による体積増加分だけ冷媒ガスの吸入量が少なくなる問題、つまり圧縮室に対する冷媒ガスの吸入効率が悪化する問題があった。

本発明の目的は、圧縮室に対するガスの吸入効率の優れたピストン式圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のピストン式圧縮機においては、シリンダブロックの中心部に収容孔が形成されている。収容孔内には、駆動軸の一端部が摺動可能に収容されている。シリンダブロックには、各圧縮室と駆動軸の一端部とを接続する連通孔がそれぞれ形成されている。駆動軸の一端部には、ガスの吐出を終了した高圧側の圧縮室へとつながる連通孔と、該圧縮室よりも低圧な他の圧縮室へとつながる連通孔とを連通する残留ガスバイパス通路が形成されている。

従って、吐出終了後の圧縮室において吐出しきれずに残ったガス（残留ガス）は、該圧縮室につながる連通孔及び駆動軸の残留ガスバイパス通路を介して、低圧側の圧縮室へとバイパス（回収）される。よって、吸入行程中における圧縮室での残留ガスの再膨張が少なくなり、該圧縮室へと吸入されるガスの量を多くできて、該圧縮室に対するガスの吸入効率を向上させることができる。

また、前記駆動軸の一端部が収容孔に摺動される構成であるため、言い換えれば駆動軸の一端部は収容孔によって滑り受けされる構成であるため、従来においては必要であった、駆動軸の一端部を支持する転がり受けを削除することが可能となる。このようにすれば、ピストン式圧縮機の構成を簡素化することができる。

請求項２に記載の発明は請求項１において、前記残留ガスバイパス通路の少なくとも一部は、駆動軸の一端部において前記収容孔の内周面と摺動する外周面上に形成された溝よりなっている。従って、例えば、残留ガスバイパス通路を移動するガスに含まれる潤滑油が、前記溝と収容孔の内周面との間に介在されることとなり、駆動軸の一端部と収容孔との間の接触摺動性を良好とすることができる。

請求項３に記載の発明は請求項１において、前記残留ガスバイパス通路の少なくとも一部は、駆動軸において径方向に貫通形成された孔よりなっている。一般的に、孔加工は例えば溝加工と比較して容易であり、従って、本発明によれば、駆動軸に対する残留ガスバイパス通路の加工を容易とすることができる。

請求項１〜３に記載のピストン式圧縮機によれば、圧縮室に対するガスの吸入効率を向上させることが可能となる。

以下、本発明を、車両用空調装置の冷凍回路を構成する容量可変型のピストン式圧縮機（以下単に圧縮機とする）に具体化した一実施形態について説明する。
図１は圧縮機１０の縦断面図を示し、該図において左方を圧縮機１０の前方とし、右方を圧縮機１０の後方とする。図１に示すように、圧縮機１０のハウジングは、シリンダブロック１１と、該シリンダブロック１１の前端に接合固定されたフロントハウジング１２と、シリンダブロック１１の後端に接合固定されたリヤハウジング１４とを備えている。

前記シリンダブロック１１とリヤハウジング１４との間には、弁・ポート形成体１３が介在されている。弁・ポート形成体１３は、吸入弁形成板１３ａ、ポート形成板１３ｂ、吐出弁形成板１３ｃ及びリテーナ形成板１３ｄが、シリンダブロック１１側から同順に積層配置されてなる。

前記ハウジング内において、シリンダブロック１１とフロントハウジング１２との間には、クランク室１６が区画形成されている。シリンダブロック１１とフロントハウジング１２との間には、クランク室１６を挿通するようにして、駆動軸１７が回転可能に支持されている。駆動軸１７の前端部は、フロントハウジング１２にラジアルベアリング１８を介して支持されている（駆動軸１７の一端部たる後端部３８の支持構成については後に詳述する）。駆動軸１７は、図示しない車両のエンジンによって回転駆動される。

前記クランク室１６内において駆動軸１７には、ラグプレート２２が一体回転可能に固定されている。クランク室１６内においてフロントハウジング１２の内壁面とラグプレート２２との間には、スラストベアリング１９が介在されている。クランク室１６には、斜板２３が収容されている。斜板２３は、駆動軸１７にスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。ラグプレート２２と斜板２３との間にはヒンジ機構２４が介在されている。斜板２３は、ヒンジ機構２４を介したラグプレート２２との間でのヒンジ連結、及び駆動軸１７の支持により、ラグプレート２２及び駆動軸１７と同期回転可能であるとともに、駆動軸１７の軸線Ｌに沿う方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸１７に対して傾動可能となっている。

前記シリンダブロック１１には複数（本実施形態においては六つ。図１においては二つのみ示す）のシリンダボア２５が、駆動軸１７の後端部３８を一定の角度間隔にて取り囲むようにしてそれぞれ貫通形成されている。シリンダボア２５には片頭型のピストン２６が往復動可能に収容されている。シリンダボア２５の前後開口は、弁・ポート形成体１３（詳しくは吸入弁形成板１３ａ）の前端面及びピストン２６の先端面によって閉塞されており、ピストン２６と弁・ポート形成体１３（詳しくは吸入弁形成板１３ａ）との間には圧縮室２７が区画される。ピストン２６は、一対のシュー２８を介して斜板２３の外周部に係留されている。従って、駆動軸１７の回転によって斜板２３が回転すると、該斜板２３は駆動軸１７の軸線Ｌ方向前後に揺動される。斜板２３の揺動によって、ピストン２６が軸線Ｌに沿う方向の前後へと往復直線運動される。

前記ハウジング内において、弁・ポート形成体１３とリヤハウジング１４との間には、吸入室２９及び吐出室３０がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体１３において吸入室２９と各圧縮室２７との間に位置する部分には、ポート形成板１３ｂに吸入ポート３１が、吸入弁形成板１３ａにフラッパ弁よりなる吸入弁３２がそれぞれ形成されている。弁・ポート形成体１３において吐出室３０と各圧縮室２７との間に位置する部分には、ポート形成板１３ｂに吐出ポート３３が、吐出弁形成板１３ｃにフラッパ弁よりなる吐出弁３４がそれぞれ形成されている。リテーナ形成板１３ｄは、全体として、吐出弁３４の最大開度を当接規定するリテーナ形状をなしている。

前記吸入室２９の冷媒ガスは、各ピストン２６の上死点位置から下死点位置側への移動により、圧縮室２７の内圧が低下して吸入弁３２が開放されることで、吸入ポート３１を介して圧縮室２７へと吸入される。圧縮室２７に吸入された冷媒ガスは、ピストン２６の下死点位置から上死点位置側への移動により所定の圧力にまで圧縮された後、吐出弁３４が開放されることで、吐出ポート３３を介して吐出室３０へと吐出される。ピストン２６に作用する圧縮反力は、斜板２３及びヒンジ機構２４並びにラグプレート２２を介して、スラストベアリング１９で受承される。

前記圧縮機１０のハウジング内には、抽気通路３５及び給気通路３６並びに制御弁３７が設けられている。抽気通路３５はクランク室１６と吸入室２９とを接続する。給気通路３６は吐出室３０とクランク室１６とを接続する。給気通路３６の途中には制御弁３７が配設されている。制御弁３７の開度を調節することで、給気通路３６を介したクランク室１６への高圧な吐出ガスの導入量と、抽気通路３５を介したクランク室１６からのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室１６の内圧が決定される。クランク室１６の内圧の変更に応じて、ピストン２６を介したクランク室１６の内圧と圧縮室２７の内圧との差が変更され、斜板２３の傾斜角度が変更される結果、ピストン２６のストローク即ち圧縮機１０の吐出容量が調節される。

次に、前記圧縮機１０における残留ガスのバイパス構造について説明する。
図２に示すように、前記シリンダブロック１１において複数のシリンダボア２５に取り囲まれた中心部には、収容孔３９が貫通形成されている。収容孔３９内の一部には、駆動軸１７の後端部３８が摺動可能に収容されている。駆動軸１７の後端部３８は、該後端部３８の外周面３８ａと収容孔３９の内周面３９ａとの直接的な摺動によって、シリンダブロック１１に回転可能に支持されている。つまり、駆動軸１７の後端部３８は、その外周面３８ａと収容孔３９の内周面３９ａとで、駆動軸１７の後端部３８を支持してラジアル荷重を受承するすべり軸受面を構成している。

なお、図示しないが、前記駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａには、収容孔３９の内周面３９ａとの接触摺動性を良好とするためにコーティングが施されている。
前記収容孔３９内において、駆動軸１７の後端部３８の端面３８ｂと、弁・ポート形成体１３（詳しくは吸入弁形成板１３ａ）の前端面との間には、摺動部材２１及びコイルバネ２０が介在されている。摺動部材２１は、駆動軸１７の後端部３８の端面３８ｂに摺動可能に当接されている。コイルバネ２０は、摺動部材２１と弁・ポート形成体１３との間に介在されており、該摺動部材２１を駆動軸１７側に向けて付勢する。従って、例えば、圧縮反力が生じていない圧縮機１０の停止時においても、駆動軸１７つまりはラグプレート２２をスラストベアリング１９側へと付勢することができる。よって、例えば、車両の振動等の影響を受けて、駆動軸１７及びラグプレート２２並びに斜板２３等が軸線Ｌに沿う方向の前後へとガタつくことを防止できる。

なお、図示しないが、前記駆動軸１７の後端部３８の端面３８ｂ及び摺動部材２１には、両者間の接触摺動性を良好とするためにコーティングが施されている。
前記シリンダブロック１１には、各圧縮室２７と駆動軸１７の後端部３８とを接続する連通孔４０がそれぞれ貫通形成されている。この複数（本実施形態においては六つ）の連通孔４０は、シリンダブロック１１において駆動軸１７の軸線Ｌを中心として放射状に形成されている。連通孔４０の一端は、シリンダボア２５の内周面において弁・ポート形成体１３の近傍で開口されている（開口４０ａ）。従って、ピストン２６が上死点位置と下死点位置との間の何れに位置した状態であっても、連通孔４０と圧縮室２７とは連通された状態にある。連通孔４０の他端は、収容孔３９の内周面３９ａにおいて、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａに対向する位置で開口されている（開口４０ｂ）。

図３は、前記駆動軸１７の後端部３８における回転運動を直線状に展開するとともに、該後端部３８の外周面３８ａ上における或る点の軸線Ｌ周りでの旋回を左方への移動に置換した図を示している。該図に示すように、駆動軸１７において後端部３８の外周面３８ａには、残留ガスバイパス通路としての残留ガスバイパス溝４１が形成されている。残留ガスバイパス溝４１は、駆動軸１７の軸線Ｌに沿う方向（図面の上下方向）に延在される高圧側溝４１ａ、同じく軸線Ｌに沿う方向に延在される低圧側溝４１ｂ、及び駆動軸１７の周方向（図面の左右方向）に延在されて両溝４１ａ、４１ｂの前方側の端部間を連通する連絡溝４１ｃとからなっている。

前記高圧側溝４１ａは、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａにおいて、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７（２７Ａ）、つまり吐出終了直後の高圧側の圧縮室２７Ａへとつながる連通孔４０（４０Ａ）の開口４０ｂと対向可能な位置に配置されている。低圧側溝４１ｂは、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａにおいて、ピストン２６が下死点位置にある圧縮室２７（２７Ｂ）、つまり吸入終了直後の低圧側の圧縮室２７Ｂへとつながる連通孔４０（４０Ｂ）の開口４０ｂと対向可能な位置に配置されている。また、連絡溝４１ｃは、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａにおいて、連通孔４０の開口４０ｂに重なることのない位置に配置されている。

従って、吐出終了直後の圧縮室２７Ａにおいて吐出しきれずに残った冷媒ガス（残留ガス）は、連通孔４０Ａ、残留ガスバイパス溝４１（高圧側溝４１ａ、連絡溝４１ｃ及び低圧側溝４１ｂ）、及び連通孔４０Ｂを同順に経由して、吸入終了直後の圧縮室２７Ｂへとバイパス（回収）される。よって、吸入行程中における圧縮室２７での残留ガスの再膨張が少なくなり、該圧縮室２７へと吸入される冷媒ガスの量を多くできて、該圧縮室２７に対する冷媒ガスの吸入効率を向上させることができる。

上記構成の本実施形態においては次のような効果も奏する。
（１）駆動軸１７の後端部３８が収容孔３９に摺動される構成であるため、言い換えれば駆動軸１７の後端部３８は収容孔３９によって滑り受けされる構成であるため、従来においては必要であった、駆動軸１７の後端部３８を支持する転がり受けを削除することができた。従って、圧縮機１０の構成を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。

（２）残留ガスバイパス溝４１は、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａに形成されている。つまり、残留ガスバイパス溝４１は、駆動軸１７に直接形成されている。従って、例えば、駆動軸１７と別体でかつ同期回転可能なロータを準備して、該ロータの外周面に残留ガスバイパス溝４１を形成する場合と比較して、部品点数を低減できるし組立手間を省くことができる。

（３）残留ガスバイパス溝４１は、圧縮室２７Ａ残留ガスを吸入終了直後の圧縮室２７Ｂへと供給する構成である。従って、吸入終了直後の圧縮室２７Ｂに対して、さらに吐出終了直後の圧縮室２７Ａからの残留ガスを充填させることができる。よって、圧縮室２７に吸入される冷媒ガスの量を多くできて、該圧縮室２７に対する冷媒ガスの吸入効率をさらに向上させることができる。

（４）残留ガスバイパス通路は、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａに形成された溝（残留ガスバイパス溝４１）に具体化されている。従って、残留ガスバイパス溝４１を移動する冷媒ガスに含まれる潤滑油（冷凍機油）が、該残留ガスバイパス溝４１と収容孔３９の内周面３９ａとの間に介在されることとなり、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａと収容孔３９の内周面３９ａとの間における接触摺動性を良好とすることができる。特に、本実施形態においては、溝（残留ガスバイパス溝４１）のみで残留ガスバイパス通路の全体が構成されており、前述した接触摺動性をさらに良好とすることができる。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
○上記実施形態において残留ガスバイパス通路は、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａに形成された溝（残留ガスバイパス溝４１）よりなっていた。これを変更し、図４に示すように、駆動軸１７の後端部３８において、径方向（軸線Ｌと交差する方向）に孔５１を貫通形成し、該孔５１を残留ガスバイパス通路として用いてもよい。この場合、孔５１の一端開口５１ａは、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａにおいて、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７Ａへとつながる連通孔４０（４０Ａ）の開口４０ｂと対向する位置に配置されている。孔５１の他端開口５１ｂは、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａにおいて、ピストン２６が下死点位置にある圧縮室２７Ｂへとつながる連通孔４０（４０Ｂ）の開口４０ｂと対向する位置に配置されている。

本態様によれば、上記実施形態の（４）以外と同様な効果を奏する。その他にも、残留ガスバイパス通路が、駆動軸１７において径方向に貫通形成された孔５１よりなっている。一般的に、孔加工は例えば溝加工と比較して容易であり、従って、本態様によれば、駆動軸１７に対する残留ガスバイパス通路の加工を容易とすることができる。特に、本態様においては、孔５１のみで残留ガスバイパス通路の全体が構成されており、残留ガスバイパス通路の加工をさらに容易とすることができる。

○上記実施形態において残留ガスバイパス通路は、全体が溝（残留ガスバイパス溝４１）よりなっていた。また、図４の態様において残留ガスバイパス通路は、全体が孔５１よりなっていた。これを変更し、残留ガスバイパス通路の一部を、駆動軸１７の後端部３８の外周面３８ａに形成された溝により構成し、残りを、駆動軸１７の後端部３８において径方向に貫通形成された孔によって構成するようにしてもよい。

○上記実施形態や図４の態様において残留ガスバイパス通路は、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７Ａを、ピストン２６が下死点位置にある圧縮室２７Ｂへと連通する構成であった。これを変更し、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７Ａを、ピストン２６が上死点位置から下死点位置へと向かう途中（吸入行程中）の圧縮室２７、又はピストン２６が下死点位置から上死点位置へと向かう途中（吐出行程中）の圧縮室２７へと連通するように、残留ガスバイパス通路を構成すること。

○上記実施形態や図４の態様において圧縮機１０には、シリンダボア２５が偶数個備えられていた。これを変更し、シリンダボア２５が奇数個備えられた圧縮機に本発明を具体化すること。この場合、残留ガスバイパス通路は、ピストン２６が上死点位置にある圧縮室２７と、ピストン２６が下死点位置に最も近い位置にある圧縮室２７とを連通する構成となる。

○残留ガスの供給側たる高圧側の圧縮室２７Ａは、ピストン２６が上死点位置に対して前後に多少ずれた位置にある圧縮室であってもよい。
○本発明を、固定容量型のピストン式圧縮機において具体化すること。

○本発明を、両頭型のピストンを備えたピストン式圧縮機において具体化すること。この場合、フロント側のシリンダボア群及びリヤ側のシリンダボア群の両方に本発明を適用してもよいし、一方にのみ本発明を適用してもよい。

○本発明を、ワッブルタイプのピストン式圧縮機において具体化すること。
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記残留ガスバイパス通路の全体が、前記駆動軸の一端部において前記収容孔の内周面と摺動する外周面に形成された溝よりなっている請求項２に記載のピストン式圧縮機。

（２）前記残留ガスバイパス通路の全体が、前記駆動軸を径方向に貫通し形成された孔よりなっている請求項３に記載のピストン式圧縮機。
（３）前記残留ガスバイパス通路は、前記駆動軸の一端部において前記収容孔の内周面と摺動する外周面に形成された溝と、前記駆動軸において径方向に貫通し形成された孔からなっている請求項１に記載のピストン式圧縮機。

本発明を具体化した一実施形態のピストン式圧縮機の縦断面図。 図１の１−１線断面図。 駆動軸の後端部の回転運動を直線状に展開して示す図。 別例のピストン式圧縮機を示す図であって駆動軸の後端部付近の横断面図。

符号の説明

１０…ピストン式圧縮機、１１…シリンダブロック、１３…弁・ポート形成体、１７…駆動軸、２５…シリンダボア、２６…ピストン、２７…圧縮室（２７Ａ…吐出終了直後の圧縮室、２７Ｂ…吸入終了直後の圧縮室）、３１…吸入ポート、３２…吸入弁、３８…駆動軸の一端部たる後端部（ａ…外周面）、３９…収容孔（ａ…内周面）、４０…連通孔（Ａ…吐出終了直後の高圧側の圧縮室へとつながる連通孔、Ｂ…吸入終了直後の低圧側の圧縮室へとつながる連通孔）、４１…残留ガスバイパス通路としての残留ガスバイパス溝、５１…残留ガスバイパス通路としての孔（別例）。

Claims (3)

1. シリンダブロックには駆動軸を取り囲むように複数のシリンダボアが形成され、各シリンダボアにはピストンが収容され、前記各シリンダボア内には、前記ピストンと前記シリンダブロックに接合された弁・ポート形成体とで圧縮室が区画形成され、前記弁・ポート形成体には、吸入ポート及びフラッパ弁よりなる吸入弁と、吐出ポート及びフラッパ弁よりなる吐出弁とが設けられており、前記ピストンの往復動によって、前記圧縮室への前記吸入ポート及び前記吸入弁を介したガスの吸入、及び前記圧縮室内でのガスの圧縮、並びに前記圧縮室から前記吐出ポート及び前記吐出弁を介したガスの吐出が行われるピストン式圧縮機において、
   前記シリンダブロックの中心部には収容孔が形成され、該収容孔内には前記駆動軸の一端部が摺動可能に収容され、前記シリンダブロックには前記各圧縮室と前記駆動軸の前記一端部とを接続する連通孔がそれぞれ形成されており、前記駆動軸の一端部には、ガスの吐出を終了した高圧側の前記圧縮室へとつながる前記連通孔と、該圧縮室よりも低圧な他の前記圧縮室へとつながる前記連通孔とを連通する残留ガスバイパス通路が形成されていることを特徴とするピストン式圧縮機。
2. 前記残留ガスバイパス通路の少なくとも一部は、前記駆動軸の一端部において前記収容孔の内周面と摺動する外周面に形成された溝よりなっている請求項１に記載のピストン式圧縮機。
3. 前記残留ガスバイパス通路の少なくとも一部は、前記駆動軸において径方向に貫通形成された孔よりなっている請求項１に記載のピストン式圧縮機。

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