JP2005351101A - 斜板式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】
シューと斜板の滑り接触によるトルク損失、発熱といった不具合を大幅に緩和できるコンプレッサを提供する。
【解決手段】
斜板２７とシュー２９との間に、スラストニードル軸受８０を設け、それによりスラスト荷重を受けるようになっているので、従来のごとく滑り支持する場合に比べると転がり運動になるため、引きずりトルクの現象や、発熱の抑制を図ることができる。
【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 特開平１０−１７６６５６号公報

ところで、近年自動車の高出力化、高速化、静音化、高効率化等が進み、各部品に要求される仕様も厳しいものになってきた。具体的な例として、カーエアコンコンプレッサにおいて、車の全体的な効率化等の面から電磁クラッチが廃止された例がある。このような場合、従来は電磁クラッチのＯＮ・ＯＦＦによってコンプレッサ主軸の回転をさせていたものが常に回転するようになってきた。つまりコンプレッサの駆動シャフトや、斜板等は、エンジンの起動中は常に回転していることになる。

これを別な視点から見ると、車全体としては確かに効率化が図られているともいえるが、個々の部品でとらえた場合、効率化に反しているものもある。例えば、斜板ではピストンに組み込まれているシューと呼ばれる部品が荷重を受けて斜板上を滑っている。駆動シャフトを常時回転させた場合、たとえ無負荷であったとしても、このシューは斜板の外周寄りの周速が高い部分を滑っているため、トルク損失、発熱といった問題点があり、特に滑り部が高温になると斜板とシューの焼き付きなどの不具合が懸念される。

これに対し、従来の例として、例えば特許文献２に記載された技術や、斜板に表面処理等を施した技術があるが、かかる技術はシューと斜板の接触部に、潤滑油が保持され易くするよう工夫したものや焼き付きに対するものであって、滑り状態であることには変わらず、そのためトルク低減、発熱抑制等に関して大きな効果は期待できないという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、シューと斜板の滑り接触によるトルク損失、発熱といった不具合を大幅に緩和でき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、
前記斜板に取り付けられたピストンと、
前記ピストンに保持されて摺動可能になっているシューと、
前記シューと前記斜板との間に配置されたスラスト転がり軸受とを有することを特徴とする。

本発明のコンプレッサは、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、前記斜板に取り付けられたピストンと、前記ピストンに保持されて摺動可能になっているシューと、前記シューと前記斜板との間に配置されたスラスト転がり軸受とを有するので、前記ピストンと前記斜板との間を滑り支持ではなく転がり支持とすることができ、それにより引きずりトルクの軽減と、発熱抑制を図ることができる。

前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する単一のレースとを有し、前記転動体は、前記斜板に直接形成された軌道面上を転動するようにすると、前記スラスト転がり軸受の総高さを薄くでき、コンプレッサのコンパクト化を図ることができる。尚、斜板に直接形成された軌道面については、高周波焼き入れ処理を行ったり面精度を向上させたり表面処理などを行うことで、表面硬度を高く確保し、油膜形成性を向上させることで早期摩耗を抑制することができる。

前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する単一のレースとを有し、前記転動体は、前記シューに直接形成された軌道面上を転動すると、同様に前記スラスト転がり軸受の総高さを薄くでき、コンプレッサのコンパクト化を図ることができる。尚、シューに直接形成された軌道面については、高周波焼き入れ処理を行ったり面精度を向上させたり表面処理などを行うことで、表面硬度を高く確保し、油膜形成性を向上させることで早期摩耗を抑制することができる。

前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する一対のレースとを有するので、部品の加工容易性が高まる。

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。

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の外周縁部は、一対のスラスト転がり軸受であるスラストニードル軸受８０と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。

図２は、シュー２９の周囲を拡大して示す図である。略半円断面のリング状のシュー２９は、浅溝２９ａを有している。スラストニードル軸受８０は、複数の転動体であるころ８０ａと、ころ８０ａを保持する保持器８０ｂと、１枚の板材を折り曲げてなるレース８０ｃとを有している。本実施の形態にかかるスラストニードル軸受８０は、ころ８０ａが、レース８０ｃと斜板２７とを軌道面として、その上を直接転動するようになっている。より具体的には、レース８０ｃは、シュー２９の浅溝２９ａに嵌合配置されており、斜板２７側に向いた面がころ８０ａの軌道面となっている。又、斜板２７のレース８０ｃに対向する面が、ころ８０ａの軌道面となっている。

図３は、変形例にかかるシュー２９’の周囲を拡大して示す図である。図３に示す変形例においては、斜板２７’の両側に段部２７ｂ’、２７ｂ’が形成されており、ここをころ８０ａの軌道面としている。かかる構成では、シュー２９’に浅溝を形成する必要がなく、シュー２９’の加工性に優れる。それ以外の構成については、図２の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

図１において、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には吸入通路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、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ようにしている。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の下部前面には傾斜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、斜板２７が回転する際に、シュー２９との間に設けられた一対のスラストニードル軸受８０によりスラスト荷重を受けるようになっているので、従来のごとく滑り支持する場合に比べると、転がり運動になるため引きずりトルクの現象や、発熱の抑制を図ることができる。

尚、スラストニードル軸受８０のころは、ピストンの圧縮反力の大きさ、シューの大きさ等によって本数、ころ径、長さは任意に設定可能である、また、スラスト転がり軸受として、玉軸受を設けても良く、かかる場合には転動体として玉を用いることとなる。この場合でも玉数、玉径は任意に設定可能である。さらには、玉と斜板の面圧を下げるため、斜板側に玉径に応じた断面円弧状の溝を加工しても構わない。

又、斜板については全体を焼入れしてもよく、ころ又は玉が転動する軌道面に対してやや広く、軸受ＰＣＤ上から内外周方向に、やや余裕もたせて、例えばころ各１本分又は玉各１個分ずつの幅で高周波焼き入れを施しても良い。斜板側に、スラストニードル軸受の一部としてレースを別個に設けても良いし、斜板側のレースだけ設けて、シュー側のレースを省略しても良い。この場合、ころ又は玉は、シュー上を軌道面として直接転動することとなる。半球シューとレースは、ドーナツ状のレースに接着等を施して一体化にすることができる。または、半球シュー加工の際にフランジを設けるなどして一体に形成してもよい。フランジは円周上をピストン数に分割しておくことも可能である。

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。また、本実施の形態のコンプレッサはクラッチ付のタイプであるが、クラッチレスのタイプにおいても同様である。

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。 シュー２９の周辺を拡大して示す図である。 変形例にかかるシュー２９’の周囲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、２７’ 斜板
２８ 連結体
２９、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
４６ 吸入通路開放バネ
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
８０ スラストニードル軸受

Claims (4)

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、
   前記斜板に取り付けられたピストンと、
   前記ピストンに保持されて摺動可能になっているシューと、
   前記シューと前記斜板との間に配置されたスラスト転がり軸受とを有することを特徴とする斜板式コンプレッサ。
2. 前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する単一のレースとを有し、前記転動体は、前記斜板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請求項１に記載の斜板式コンプレッサ。
3. 前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する単一のレースとを有し、前記転動体は、前記シュー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請求項１に記載の斜板式コンプレッサ。
4. 前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の軌道面を有する一対のレースとを有す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。
   
   

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