JP2005351100A - 斜板式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】
スラストニードル軸受の機能を損なうことなく、コンパクト化を図れる斜板式コンプレッサを提供する。
【解決手段】
スラストニードル軸受２４のころ２４ａが、フロントハウジング１３に直接形成された軌道面（内壁面１３ａ）上を転動するので、かかる側でのレースを省略することができ、その分だけ、コンプレッサをコンパクトにできる。また、部品点数が削減され、コスト低減も図れる。さらには、内壁面１３ａが直接軌道面となっているので、レースが介在しないことから、従来のレース連れ回りの問題が生じることはなく、摩耗粉の発生の恐れも解消される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、斜板式コンプレッサに関する。

現在市販されているカークーラコンプレッサ（カーエアコン用コンプレッサともいう）としては、斜板式（レシプロ式）、スクロール式、べーンタイプ等色々あるが、多く用いられているのは斜板式である。この斜板式のカークーラコンプレッサでも、両斜板式、片斜板式に分けられ、更に片斜板式でも固定容量タイプ、可変容量タイプに分けられる。

上記のように様々なタイプのコンプレッサがあるが、現在主流となっているのは斜版式の可変容量タイプである。この斜板式可変容量タイプのコンプレッサはシャフトに取り付いた斜板の角度を変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させ、コンプレッサの容量を変えるものである（特許文献１参照）。
特開２００２−２６６７５４号公報

ところで、従来のカーエアコン用斜板式コンプレッサに使用されているスラストニードル軸受は、保持器と、複数のころと、斜板をバックアップとしてプレス加工または削り加工によって製作された一対のレースとを使用しており、このレースに挟持されたころが、その面上を転動するような構造であった。しかしながら、かかる構成では、レースの部品点数が増えるばかりでなくレースの板厚分だけ、コンプレッサの軸線方向長が長くなってしまうという問題点を有していた。

さらに、プレス加工によるレースを使用する場合においては、レースの平面度を確保するために斜板をバックアップとして使用しなければならず、このレースのためにバックアップ部の精度を確保する必要があった。

又、軸受のコストを下げるべく斜板に当てるレースは単純な円板状に加工されている場合が多く、斜板の回転に伴いレースが連れ回ったりするとレース背面と斜板との間で硬さが低い斜板が摩耗することが懸念される。

本発明は、前記のような問題点に鑑みて発明されたものであり、スラストニードル軸受の機能を損なうことなく、コンパクト化を図れる斜板式コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明の斜板式コンプレッサは、
ハウジングと、
前記ハウジングに対して回転自在に支持された駆動シャフトと、
前記駆動シャフトに対して傾動可能に取り付けられた斜板と、
前記斜板に連結され一体的に回転する回転支持体と、
前記斜板に取り付けられたピストンと、
前記ハウジングと前記回転支持体との間に配置された、複数のころと、前記ころを保持する保持器と、を備えたスラストニードル軸受とを有し、
前記スラストニードル軸受のころは、前記ハウジングと前記回転支持体の少なくとも一方に直接形成された軌道面上を転動することを特徴とする。

本発明の斜板式コンプレッサによれば、ハウジングに対して回転支持体を回転自在に支持するスラストニードル軸受のころが、前記ハウジングと前記回転支持体の少なくとも一方に直接形成された軌道面上を転動するので、前記スラストニードル軸受のレースを省略することができ、その分だけ、斜板式コンプレッサをコンパクトにでき、また、部品点数が削減され、コスト低減も図れる。さらには、前記一方側が直接軌道面となっているので、レースが介在しないことから、従来のレース連れ回りの問題が生じることはなく、この連れ回りによる摩耗粉の発生の恐れも解消される。尚、従来技術としては、実開昭６４−７１７号、実公昭５６−１４４３３号に示されるような技術があるが、これはスラストレースの連れ回りに対する改良技術であり、本発明のように軸線方向寸法を小さくすることはできず、部品点数の削減も行えない。

更に、前記軌道面は、熱処理を行うことでＨｖ６００以上とされていると、摩耗を抑制できるので好ましい。ここで、「熱処理」とは、高周波焼き入れを含み、高周波焼入れによる熱処理の場合、軌道面を構成する部分にのみ焼入れをして硬さを確保することが出来るため、他の部分は柔らかく加締め、圧入等が可能であるため好ましい。しかしながら、熱処理は高周波焼き入れに限られることはない。

更に、前記軌道面は、前記スラストニードル軸受の内周面又は外周面に対向する側壁を有すると好ましく、外周側に設けた場合には、この側壁が遠心力による潤滑油飛散防止の作用を併せ持つことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるシャフトが組み込まれたカーエアコンの斜板式コンプレッサの断面図である。

図１に示すように、被動機器としてのコンプレッサ１１は、シリンダブロック１２と、その前端面に接合されたフロントハウジング１３と、バルブプレート１４と、シリンダブロック１２の後端面にバルブプレート１４を介して接合されたリヤハウジング１５とを備えている。これら部材１２，１３，１４及び１５を複数本の通しボルト１６（１本のみ図示）で締め付け固定することによりコンプレッサ１１のハウジングが構成される。

駆動シャフト１７は、シリンダブロック１２及びフロントハウジング１３の中央に、前後一対のラジアルベアリング１８を介して回転可能に支持されている。駆動シャフト１７は、その中央に球面座１７ａを有している。駆動シャフト１７の前端部外周面と、フロントハウジング１３の前側に突設された支持筒部１３ａの内周面との間には、リップシール１９が介装されている。シリンダブロック１２には、複数のシリンダボア２０が駆動シャフト１７を取り囲むように等角度間隔にて形成されている。各シリンダボア２０は駆動シャフト１７と平行に延びており、各ボア２０内には片頭型のピストン２１が往復動可能に嵌挿されている。各シリンダボア２０においてピストン２１の端面とバルブプレート１４との間には、容積可変の圧縮室２０ａが区画されている。

フロントハウジング１３の内側には、クランク室２２が区画形成されている。クランク室２２内において、回転支持体２３が駆動シャフト１７に一体回転可能に止着されている。回転支持体２３の前端面とフロントハウジング１３の内壁面との間にはスラストニードル軸受２４が介装されている。回転支持体２３の後面からは一対の支持アーム２５がシリンダブロック１２側に向かって突設され、各アームの先端には斜板が傾く際のヒンジ機構を構成するガイド部（図１の場合は孔）２６が形成されている。

図２は、スラストニードル軸受２４の周辺を拡大して示す図である。スラストニードル軸受２４は、複数のころ２４ａと、ころ２４ａを保持する保持器２４ｂと、レース２４ｃとを有している。レース２４ｃは、回転支持体２３の側面２３ａ側にのみ配置されている。従って、ころ２４ａは、レース２４ｃの軌道面上、及びフロントハウジング１３の内壁面１３ａ上を転動するようになっている。即ち、本実施の形態では、内壁面１３ａが軌道面を構成し、従ってフロントハウジング１３の素材は、Ｓ５０Ｃ等の高炭素鋼、鋳鉄、さらにはＳＵＪ２等の軸受鋼など軸受軌道面としての性能を確保できる素材から形成され、特に内壁面１３ａを熱処理として高周波焼き入れ処理することで、その硬度をＨｖ６００以上に高めている。熱処理は仕上げ加工の前に行っても良いし、仕上げ加工の後で行っても良い。また、図３のように回転支持体の方を直接の軌道面としてもよく、スラストニードル軸受の案内部となる側壁は、内周側、外周側のいずれに設けても良い。さらに、スラストニードル軸受の両面を軌道面としても良い。

尚、フロントハウジング１３の内壁面１３ａは、スラストニードル軸受２４の内周面に対向して、周面（側壁ともいう）１３ｂを形成しているが、その代わりにスラストニードル軸受２４の外周面に対向して、フランジ部を側壁として形成してもよい。保持器２４ｂは、２枚あわせのタイプとなっているが、１枚の板材を折り曲げてなるタイプでもかまわない。

図１において、クランク室２２内には斜板２７が配設されている。斜板２７はほぼ円板形状をなすとともに、駆動シャフト１７が挿通される中央孔２７ａを有している。その中央孔２７ａは、球面座１７ａに対応してその内面が凹球面状になっており、従って駆動シャフト１７の球面座１７ａの外面に嵌合することで、両者は相対摺動可能な状態となる。中央孔２７ａが球面座１７ａに対して摺動することで、斜板２７は、駆動シャフト１７の球面座上に揺動（角度可変即ち傾動）可能となっている。コンプレッサは一般的に潤滑条件が厳しいので、必要に応じ、球面座１７ａの外面と、中央孔２７ａの内面の少なくとも一方に、リン酸マンガン等の化成被膜処理を施し、潤滑性を向上させている。斜板２７の前面には回転支持体２３とのヒンジ機構を構成する連結体２８が突設されている。この機構の一部が支持アーム２５のガイド部２６内で摺動可能に配置されることによりヒンジ機構が構成される。このヒンジ機構を介して回転支持体２３に対し、斜板２７が傾動可能に連結されている。本図の場合は、アームのガイド部２６に連結体２８が挿入された様な構造となっているが、ガイド部２６と連結体２８を横から串刺しとなるようにピンを通す構造としても良い。駆動シャフト１７と斜板２７とで、斜板傾動機構１００を構成する。

斜板２７の外周縁部には、一対の半球状のシュー２９を介して各ピストン２１が連結されている。駆動シャフト１７の回転に伴い、回転支持体２３と共に斜板２７が回転し、各ピストン２１がシリンダボア２０内において往復動される。

シリンダブロック１２の中心には、駆動シャフト１７の後端部を収容可能なように収容室３０が形成されている。バルブプレート１４及びリヤハウジング１５の中心に吸入通路３１が形成されている。吸入通路３１の前端は収容室３０に連通され、後端は外部冷媒回路３２に接続されている。外部冷媒回路３２は少なくとも凝縮器３３、膨張弁３４及び蒸発器３５を備えている。

リヤハウジング１５には環状の吸入室３６が区画形成されており、この吸入室３６は連通口３７を介して収容室３０に連通している。リヤハウジング１５内には更に、環状の吐出室３８が区画形成されており、この吐出室３８はハウジング内に形成された吐出通路３９を介して外部冷媒回路３２に接続されている。バルブプレート１４には各シリンダボア２０毎に吸入ポート４０及び吐出ポート４１が形成されている。バルブプレート１４のシリンダブロック１２側には吸入ポート４０を開閉するための吸入弁４２が配設されている。バルブプレート１４の吐出室３８側には吐出ポート４１を開閉するための吐出弁４３が配設されている。

シリンダブロック１２の収容室３０内には、遮断体４５が収容されている。斜板２７と遮断体４５との間には、略環状のスラストニードル軸受４７がシャフト１７の後方へのアキシアル荷重を受けることが出来るように駆動シャフト１７上に設けられ軸１７の後方への荷重を受けることができるようになっている。なお、斜板の傾角とは、駆動シャフト１７と直交する平面と斜板２７との成す角度を意味する。

図１に示すように、斜板２７の下部前面には斜板の傾きすぎを規制するための規制突部４８が形成されている。規制突部４８と回転支持体２３との当接により、斜板２７の最大傾角が規制される。回転支持体２３と斜板２７との間に介装された傾角減少バネ４９は、斜板２７を最小傾角方向に付勢する。

コンプレッサ１１のハウジングを構成するシリンダブロック１２、バルブプレート１４及びリヤハウジング１５には一連の給気通路５２が形成されている。この給気通路５２は吐出室３８とクランク室２２とを連通する。リヤハウジング１５に装着された容量制御弁５３は、前記給気通路５２の途中に設けられている。制御弁５３は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁されるソレノイド５４を有している。ソレノイド５４の励磁または消磁に伴って制御弁５３が閉止または開放される。容量制御弁５３の開閉制御に応じて吐出室３８からクランク室２２への圧力供給が制御され、クランク室２２の内圧が調節される。クランク室２２の内圧に応じて斜板２７の傾角が決定される。

次に、駆動源としての車輌エンジン６２からコンプレッサ１１の駆動シャフト１７に駆動力を伝達する動力伝達機構について説明する。

フロントハウジング１３の前側には電磁クラッチ５５が配設されている。電磁クラッチ５５は、プーリ５６、ハブ５７、アーマチュア５８及びソレノイド５９を備えている。ソレノイド５９は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁される。

プーリ５６は、フロントハウジング１３の支持筒部１３ａにアンギュラベアリング６０を介して回転可能に支持されている。プーリ５６と車輌エンジン６２のプーリ６２ａとの間にはベルト６１が掛装され、このベルト６１を介して、プーリ５６は車輌エンジン６２と作動連結されている。

金属製のハブ５７は略円筒形状をなし、駆動シャフト１７の前端部にボルト６３によって一体回転可能に固定又は結合されている。ハブ５７の周囲には、円板状のアーマチュア５８がプーリ５６の前面に対して接離可能に配設されている。

次に、クラッチ付のコンプレッサを例に取って、前述のような斜板式コンプレッサ１１の基本動作について説明する。エンジン６２の運転時、エンジン６２の駆動力はベルト６１を介して電磁クラッチ５５のプーリ５６に伝達され、該プーリ５６は常時回転されている。外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在する場合には、外部コントローラはソレノイド５９を励磁し、その生じた電磁力によりアーマチュア５８がプーリ５６の前面に吸着接合される。すると、アーマチュア５８と一体化されたプーリ５６の回転力が、ハブ５７及び駆動シャフト１７に伝達される。他方、外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在しない場合には、外部コントローラはソレノイド５９を消磁してその電磁力を消失させ、アーマチュア５８をプーリ５６の前面から離間させる。すると、駆動シャフト１７とエンジン６２との作動連結が解除される。

図１は、斜板２７が最大傾角にある状態を示している。この状態では、ソレノイド５４の励磁により容量制御弁５３が閉止されて給気通路５２が閉じられている。このため、吐出圧Ｐｄ相当の圧縮冷媒ガスが給気通路５２を介して吐出室３８からクランク室２２に供給されず、クランク室２２の内圧Ｐｃが吸入室３６の相対的に低い圧力（即ち吸入圧Ｐｓ）に次第に接近し、斜板２７の角度が最大傾角に保持されて最大吐出容量での圧縮運転が行われる。

最大吐出容量での圧縮運転の結果、冷房負荷が小さくなると、前述と逆の動作によりソレノイド５４が消磁されて容量制御弁５３が開放される。これにより、クランク室内圧Ｐｃが高まり、斜板２７が最大傾角状態から最小傾角状態へ迅速に移行される。

本実施の形態によれば、スラストニードル軸受２４のころ２４ａが、フロントハウジング１３に直接形成された軌道面（内壁面１３ａ）あるいは斜板２７に直接形成された軌道面の少なくとも一方の面上を転動するので、かかる側でのレースを省略することができ、その分だけ、コンプレッサをコンパクトにできる。また、部品点数が削減され、コスト低減も図れる。さらには、内壁面１３ａあるいは回転支持体２３が直接軌道面となっているので、レースが介在しないことから、従来のレース連れ回りの問題が生じることはなく、摩耗粉の発生の恐れも解消される。

図３は、別な実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４の周辺を拡大して示す図である。スラストニードル軸受２４は、上述の実施の形態と基本的に同様である。本実施の形態においては、レース２４ｃは、フロントハウジング１３の内壁面１３ａ側にのみ配置されている。従って、ころ２４ａは、レース２４ｃの軌道面上、及び回転支持体２３の壁面２３ａ上を転動するようになっている。即ち、本実施の形態では、回転支持体２３の壁面２３ａが軌道面を構成し、従って回転支持体２３の素材は、Ｓ５０Ｃ等の高炭素鋼、鋳鉄、さらにはＳＵＪ２等の軸受鋼など軸受軌道面としての性能を確保できる素材から形成され、特に壁面２３ａを高周波焼き入れ処理することで、その硬度をＨｖ６００以上に高めている。本実施の形態においても、上述の実施の形態に対して同様な効果を得ることができる。

尚、フロントハウジング１３の周面１３ｂの代わりに、壁面２３ａに、スラストニードル軸受２４の内周面に対向して、側壁としての周面を形成しても良いし、スラストニードル軸受２４の外周面に対向して、側壁としてのフランジ部を形成してもよい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態にかかるシャフトが組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。 本実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４の周辺を拡大して示す図である。 別な実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４の周辺を拡大して示す図である。

符号の説明

１１ コンプレッサ
１２ シリンダブロック
１３ フロントハウジング
１３ａ 支持筒部
１４ バルブプレート
１５ リヤハウジング
１６ ボルト
１７ 駆動シャフト
１８ ラジアルベアリング
１９ リップシール
２０ シリンダボア
２０ａ 圧縮室
２１ ピストン
２２ クランク室
２３ 回転支持体
２４ スラストニードル軸受
２５ 支持アーム
２６ ガイド部
２７ 斜板
２８ 連結体
２９ シュー
３０ 収容室
３１ 吸入通路
３２ 外部冷媒回路
３３ 凝縮器
３４ 膨張弁
３５ 蒸発器
３６ 吸入室
３７ 連通口
３８ 吐出室
３９ 吐出通路
４０ 吸入ポート
４１ 吐出ポート
４２ 吸入弁
４３ 吐出弁
４５ 遮断体
４７ スラストニードル軸受
４８ 規制突部
４９ 傾角減少バネ
５２ 給気通路
５３ 制御弁
５４ ソレノイド
５５ 電磁クラッチ
５６ プーリ
５７ ハブ
５８ アーマチュア
５８ａ 段差部
５９ ソレノイド
６０ アンギュラベアリング
６１ ベルト
６２ エンジン
６２ａ プーリ
６３ ボルト

Claims (3)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに対して回転自在に支持された駆動シャフトと、
   前記駆動シャフトに対して傾動可能に取り付けられた斜板と、
   前記斜板に連結され一体的に回転する回転支持体と、
   前記斜板に取り付けられたピストンと、
   前記ハウジングと前記回転支持体との間に配置された、複数のころと、前記ころを保持する保持器と、レースとを備えたスラストニードル軸受とを有し、
   前記スラストニードル軸受のころは、前記ハウジングと前記回転支持体の少なくとも一方に直接形成された軌道面上を転動することを特徴とする斜板式コンプレッサ。
2. 前記軌道面は、表面の硬さがＨｖ６００以上とされていることを特徴とする請求項１に記載の斜板式コンプレッサ。
3. 前記軌道面は、前記スラストニードル軸受の内周面又は外周面に対向する側壁を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の斜板式コンプレッサ。
   

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