JP2005531723A - ピストン機関 - Google Patents

Abstract

自動車のエアコンディショナのためのピストン機関、特にコンプレッサであって、ケーシングと少なくとも１つのケーシングカバーとを有しており、ケーシング内にピストンを含む作業ユニットが配置若しくは形成されており、少なくとも１つのケーシングカバー内に吸込み領域及び吐出し領域又は前側のシャフトベアリングが配置若しくは形成されており、ケーシングカバーがケーシングにねじ締結されており、該ねじ締結部が、ケーシングとケーシングカバーとの間で作用するリングナット若しくはねじ山の形で形成されている。

Description

本発明は、有利には自動車のエアコンディショナ用のピストン機関、特にコンプレッサであって、ケーシングと少なくとも１つのケーシングカバーとが設けられており、ケーシング内にピストンを含む作業ユニットが配置若しくは形成されており、ケーシングカバーに吸込み領域及び吐出し領域又は前側のシャフトベアリングが配置若しくは形成されており、ケーシングカバーがケーシングとねじ締結されている形式のものに関する。

上で述べた形式のピストン機関は公知である。この場合は、例えば自動車のエアコンディションのためのコンプレッサ等の、例えばコンプレッサであってよい。このようなコンプレッサは、大抵エアコンディショナコンプレッサと呼ばれ且つ外部から駆動される圧縮機ユニット若しくはポンプユニットを封入したケーシングを有している。例えばアキシャルピストン機関として形成された圧縮機ユニットも、やはり少なくとも１つのピストンを有しており、このピストンはシリンダブロック内で往復運動可能である。一般に、このようなコンプレッサには複数のピストンが装備されており、これらのピストンは、取付けディスクの回転時にスワッシュプレートを介して、或いは旋回ディスク又は旋回リングの旋回時に、当該ピストンの長手方向軸線の方向で往復運動される。しかも、スワッシュプレートの場合、このスワッシュプレートはケーシングに相対回動不能に支承されている。ケーシングは、一般に例えばケーシングとねじ締結された少なくとも１つのケーシングカバーによって閉鎖されている。この場合、ねじ締結のためには、ケーシングとケーシングカバーとの間で作用するリングナット又は単一のねじ山又は別個のねじ山付きリングの形を用いることができる。

ねじ込まれて圧力負荷された底部、カバー又はシリンダヘッドを有するエアコンディショナコンプレッサの場合、大きな軸方向の力がねじ山を介してケーシングに伝達される。この軸方向の力は、一般に用いられるＶ型ねじ山に関連して半径方向の圧力をねじ山を介してケーシングに生ぜしめる。ケーシングに対するこの半径方向の圧力は、比較的大きな周面応力をケーシングにもたらし且つねじ込みに際する摩擦モーメントを増大させる。この力には、運転中及び停止状態において更に付加的に、熱膨張が重畳される。

本発明の課題は、前記欠点を有さないコンプレッサを提供することである。

この課題は、本発明によるピストン機関が、請求項１の特徴部に記載の構成に基づいて解決する。請求項１に基づいて、従来技術において既に実現されたねじ締結が特別に、つまり「鋸歯型ねじ山」の形で形成されている。

本発明により、ケーシングとケーシングカバーとは依然としてねじ締結可能であるが、従来技術において生じる問題は、鋸歯型ねじ山を使用すると最小限にされ得るということが認識された。

従って、前記課題は有利には自動車のエアコンディショナのためのピストン機関、特にコンプレッサであって、ケーシングと少なくとも１つのケーシングカバーとを有しており、ケーシング内にピストンを含む作業ユニットが配置若しくは形成されており、少なくとも１つのケーシングカバー内に吸込み領域及び吐出し領域又は前側のシャフトベアリングが配置若しくは形成されており、ケーシングカバーがケーシングにねじ締結されており、該ねじ締結部が、ケーシングとケーシングカバーとの間で作用するリングナット若しくはねじ山の形で形成されており、該ねじ山が鋸歯型ねじ山であることを特徴とする、ピストン機関によって解決される。

有利には、カバーに対する軸方向の圧力負荷において、鋸歯型ねじ山によってケーシング壁（及びカバー若しくはねじ山付きリング）に半径方向で生ぜしめられる周面応力若しくは相当応力が、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して著しく減少されるピストン機関が得られる。

更に、鋸歯型ねじ山によって、ねじ込みモーメントがＶ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して著しく減少されるピストン機関が有利である。

鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して熱膨張が減少されるか若しくは予負荷が維持されるピストン機関も有利である。

本発明によるピストン機関は、著しく小さな材料強度を有する構成部材（例えばアルミニウム製のシリンダヘッド）の鋸歯形が、著しく高い材料強度を有する構成部材（例えば鋼等から成るケーシング）の鋸歯形よりも、著しく広幅であり且つ大きいという点において優れている。当該ねじ山が、標準的な鋸歯型ねじ山と比較して著しく減少されたねじ山長さを有しているピストン機関も有利である。ねじ山が、ねじ山歯の高さを拡大すること無しに、規格に基づいた鋸歯型ねじ山よりも著しく急峻なピッチを有しているピストン機関も、やはり有利である。

ねじ山が、規格に基づいた鋸歯型ねじ山よりも著しくラフな製作誤差を可能にするピストン機関も有利である。比較的広幅の鋸歯形の幅が、ねじ山が対応する構成部材の後加工時の緊締用表面として使用され得る程度であるピストン機関も、やはり有利である。

雄ねじ山を有する構成部材（「ピン」）が、雌ねじ山を有する構成部材（例えば鋼から成る「ナット」）よりも大きな熱膨張を有する材料（例えばアルミニウム）から成っている場合は、鋸歯型ねじ山のフランク角がＤＩＮ５１５の規格に基づいた３°の代わりに＜０°であるピストン機関も有利である。

更に、雄ねじ山を有する構成部材が、雌ねじ山を有する構成部材よりも小さな熱膨張を有する材料から成っている場合は、鋸歯型ねじ山のフランク角が＞０°であるピストン機関が有利である。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、エアコンディショナコンプレッサのケーシングと若干の個別部材とが断面図で示されている。有利には鋼又は類似の強度特性を有する材料から製作されたケーシング１には、シリンダブロック２を備えた駆動装置が配置されており、シリンダブロック２内で往復する複数のピストン３が、冷却媒体を吸い込んで圧縮し且つ圧力下で再び吐き出す。ピストン３は、ピストンシュー４を介して旋回ディスク又は旋回リング５の形の駆動装置に結合されている。旋回リング５は、駆動軸６を介して連行部材（ここでは図示せず）によって回転される。旋回リング５は、様々な旋回角度位置を占め延いてはコンプレッサの行程容積を変化させることができる。駆動軸６は、自動車用のエアコンディショナコンプレッサにおいて慣例のように、内燃機関のベルト駆動装置に設けられたベルトプーリ装置７を介して駆動される。

シリンダブロック２の上位では、ケーシング１の内部に吸気弁および排気弁(詳しくは図示せず)を備えた弁プレート８が配置されており、この場合、ピストン３は吸込み室１０から吸込み弁と吸込み開口９とを介して冷却媒体をエアコンディショナから吸込み、ある程度回転した後に冷却媒体をシリンダブロック２の内部で圧縮し且つ吐出し開口１１と吐出し弁とを介して圧力室１２へ圧送する。そこから冷却媒体は、とりわけエアコンディショナに送られる。圧縮機のシリンダヘッドの領域に配置された制御弁１３は、高圧を圧力域１２から駆動室へ流入させ、この駆動室圧は、再度低圧域１０に制限され得る。この場合、適当な駆動室圧の高さに基づいて、駆動装置の旋回角度延いては行程容積が調節される。すでに述べたように、CO_２コンプレッサの場合、高圧に基づいて有利には鋼又は類似の高強度の材料から製作可能なケーシング１と、アルミニウム合金から製作可能なシリンダヘッド１５との間には、ねじ山結合部１４が配置されており、このねじ山結合部１４は、シリンダヘッド全体を１つのねじ山を介して組み付け且つ取り外すことを可能にする。この場合、冷却媒体がCO_２であると、最高１６０ｂａｒの高圧と最高１３０℃の温度の両方に基づいて機械内に応力が発生し、この応力はねじ山の構造に相応して、半径方向及び軸方向の応力を顕著にする。鋼等のケーシング材料と、アルミニウム等のシリンダヘッド材料との間の異なる熱膨張率が、付加的な問題となる恐れがある。

図２には別のコンプレッサのケーシング部分が示されており、このコンプレッサでも前側のケーシング部分がカバーによって閉鎖されている。鋼又は類似の材料から成るほぼ管状のケーシング２０は、ねじ山２２を介して前側のケーシングカバー２１にねじ締結されている。前側のケーシングカバーの領域には、例えばシャフトベアリング(図示せず)と、シャフトシール装置も配置されていてよい。前側のケーシングカバーも、やはり鋼材料又はアルミニウム合金から成っていてもよい。前側のケーシングカバーは、若干の箇所に固定装置を固定孔２３の形で有しており、これらの固定孔２３に基づき開口２４を介して、コンプレッサは自動車エンジンの適当なホルダに固定され得る。コンプレッサの前部域の前記ねじ山２２も、駆動室圧と温度負荷とによって、例えば図１に示した圧力域１２内で高圧がシリンダヘッド１５に作用し且つこのシリンダヘッド１５を外側に向かって押しのけようとするシリンダヘッド側程高くはないとしても、相応の応力に晒される。

図３には標準的なＶ型ねじ山が示されており、このＶ型ねじ山は当業界において、例えばねじプレス（Ｓｃｈｌａｇｓｐｉｎｄｅｌｐｒｅｓｓｅ）の場合、主に力を運動スピンドルによって1軸方向にだけ伝達するために使用されている。但し本発明では、この鋸歯型ねじ山は、上で説明したコンプレッサ部材を固定するためにも特に有利である。このような鋸歯型ねじ山を使用することによって、組付け時のねじ込みモーメントも、コンプレッサの運転中のケーシングに対する半径方向圧力延いてはケーシングのねじ山領域における相当応力が減少され得る。同じ製作手間におけるより小さなケーシング負荷及びより小さなねじ込みモーメントに基づいて、ケーシングのより薄い肉厚及びより短いねじ山が可能になる。これと平行して、重量が節約される。

図５には、エアコンディショナコンプレッサの使用に関する鋸歯型ねじ山の本発明による別の構成が示されている。

図５では、上で説明した鋼材料から成る、対応するケーシング５１の鋸歯型ねじ山が、相応に細長いねじ山歯５０を有している一方で、アルミニウム合金から成るシリンダヘッド５２は、アルミニウム材料の低強度に相応して設計された広幅のねじ山歯５３を有している。つまり、本発明では、材料をより良好に全負荷するために、ケーシングねじ山において規格に基づいた鋸歯型ねじ山が適当に変化させられる。この変化は、ねじ山の比較的大きなピッチ及びねじ山長さの減少を生ぜしめ、このことは、ねじ山の製作に際してより一層短い製作時間を可能にする。例えば遊び（ａ）におけるような、ラフな製作誤差も可能である。更に別の利点は、シリンダヘッドを引き続き加工する場合に、大きな歯幅５４に基づいてシリンダヘッドの雄ねじ山が、引き続く加工のための緊締用に利用され得るという点に見られる。この鋸歯型ねじ山は、例えば駆動室圧がシリンダヘッド内の高圧としても５５の方向からシリンダヘッドに作用して、この場合にシリンダヘッドねじ山及びケーシングねじ山の垂直方向のフランクが相上下して押し合うように、方向付けられている。このことは、図３に示したようなＶ型ねじ山と比較すると、軸方向の押圧力を主に軸方向でも伝達させ且つ半径方向成分を最小限にさせる。

図６には、異なる熱膨張率を有する材料から成る複数の構成部材が示されている。構成部材６０が、例えばケーシングを成している一方で、構成部材６４は、例えばシリンダブロックの一部を成しており、構成部材６２は、シリンダヘッド又はコンプレッサのケーシングカバーを成していてよい。構成部材６２と構成部材６０とが、本発明による鋸歯型ねじ山６６によって互いに結合されている一方で、領域６８において、構成部材６４，６２が構成部材６０の内側でセンタリングされている。今、構成部材６２，６４が構成部材６０よりも大きな熱膨張を有しているとすると、ＤＩＮ５１５に基づく３゜のフランク角の代わりに、フランク角＜０°を有する鋸歯型ねじ山が選択される。この場合、ねじ山フランクの向きが、構成部材６０の熱膨張を除いて構成部材６４及び構成部材６２の軸方向及び半径方向で発生する熱膨張に対して平行に延びていると、加熱又は冷却時及び係合するねじ山歯のためのねじ山基底部における既存の膨張スペースにおいて、予負荷の変更は生じない。

構成部材６２，６４が構成部材６０よりも小さな熱膨張を有している場合は、フランク角＞０°を有する鋸歯型ねじ山が選択される。この場合、ねじ山フランクの向きが、構成部材６０の熱膨張に関して構成部材６４及び構成部材６２の軸方向及び半径方向で発生する熱膨張に対して平行に延びていると、加熱又は冷却時及び係合するねじ山歯のためのねじ山基底部における既存の膨張スペースにおいて、予負荷の変更は生じない。

要するに本発明では、ＤＩＮ５１５に基づく３°の鋸歯型ねじ山の規格に基づいたフランク角が、使用される材料の熱膨張及び構成部材のジオメトリに関連して意図的に減少される。このことは、ねじ山領域における熱応力が更に低減される若しくはねじ山領域における予負荷が維持され得るという利点を有している。別の利点としては、同じ製作手間におけるより一層小さなケーシング負荷が得られる。これにより、ケーシングのより薄い肉厚と、より短いねじ山が可能になる。これと平行して、重量が節減される。

本願で提出した特許請求の範囲の請求項は、記述提案であって、別の請求項の申請を断念するものではない。本出願人は、明細書および／または図面に開示されているに過ぎない特徴の別の組み合わせについて特許を申請する権利を留保する。

従属請求項に用いた引用は、各従属請求項の特徴による独立請求項の対象の別の構成を意味し、引用した従属請求項の特徴の組み合わせのための独立した対象保護を得ることを断念することを意味するものではない。

従属請求項の対象は、優先権主張日の時点での公知先行技術に関して独立した固有の発明を成し得るので、本出願人はこれらの従属請求項または部分説明の対象を独立請求項の対象とすることを留保する。さらに、これらの従属請求項の対象は、先行する従属請求項の対象とは別個の独立した構成を有する独立した発明をも含んでいる場合がある。

本発明は、明細書に記載した実施例に限定されるものではない。むしろ本発明の枠内で数多くの変化と変更とが実現可能であり、特に明細書全般および実施例ならびに請求の範囲に記述され、かつ図面に示された特徴もしくは部材または方法段階と関連した個々の特徴の組み合わせまたは変更により、当業者にとって課題解決に関して推察可能であり、かつ組み合わされた特徴によって新しい対象または新しい方法段階もしくは方法段階順序をもたらすようなヴァリエーション、部材および組合わせおよび／または材料が、製造法、試験法および作業法に関しても考えられる。

シリンダヘッドにねじ山を備えたエアコンディショナコンプレッサを示した図である。

前側のカバーに設けられたねじ山を備えたコンプレッサの前部を示した図である。

Ｖ型ねじ山を示した図である。

鋸歯型ねじ山を示した図である。

広幅の歯列と細長い歯列とを有する特別な鋸歯型ねじ山を示した図である。

異なる熱膨張率を有する複数の構成部材を示した図である。

Claims (14)

1. 自動車のエアコンディショナのためのピストン機関、特にコンプレッサであって、ケーシングと少なくとも１つのケーシングカバーとを有しており、ケーシング内にピストンを含む作業ユニットが配置若しくは形成されており、少なくとも１つのケーシングカバー内に吸込み領域及び吐出し領域又は前側のシャフトベアリングが配置若しくは形成されており、ケーシングカバーがケーシングにねじ締結されており、該ねじ締結部が、ケーシングとケーシングカバーとの間で作用するリングナット若しくはねじ山の形で形成されており、該ねじ山が鋸歯型ねじ山であることを特徴とする、ピストン機関。
2. カバーに対する軸方向の圧力負荷において、ねじ山によってケーシング壁（及びカバー若しくはねじリング）に半径方向で生ぜしめられる周面応力若しくは相当応力が、鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して著しく減少される、請求項１記載のピストン機関。
3. 鋸歯型ねじ山によって、ねじ込みモーメントがＶ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して著しく減少される、請求項１又は２記載のピストン機関。
4. 鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して熱膨張が著しく減少されるか若しくは予負荷が維持される、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン機関。
5. 鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して同じ製作手間で、より小さなケーシング負荷及びより小さなねじ込みモーメントが保障されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン機関。
6. 鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較してケーシングのより薄い肉厚及びより短いねじ山長さが可能になる、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストン機関。
7. 鋸歯型ねじ山によって、Ｖ型ねじ山又は類似のねじ山と比較して重量節減が達成される、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン機関。
8. 著しく小さな材料強度を有する構成部材（例えばアルミニウム製のシリンダヘッド）の鋸歯形が、著しく高い材料強度を有する構成部材（例えば鋼等から成るケーシング）の鋸歯形よりも著しく広幅で大きい、請求項１から７までのいずれか１項記載のピストン機関。
9. ねじ山が、規格に基づいた鋸歯型ねじ山と比較して著しく減少されたねじ山長さを有している、請求項８記載のピストン機関。
10. ねじ山が、規格に基づいた鋸歯型ねじ山よりも著しく急峻なピッチを有している、請求項８又は９記載のピストン機関。
11. ねじ山が、規格に基づいた鋸歯型ねじ山よりも著しくラフな製作誤差を可能にする、請求項８から１０までのいずれか１項記載のピストン機関。
12. 広幅の鋸歯の幅が、当該鋸歯が対応する構成部材の後加工時の緊締用表面としても使用可能な程度である、請求項８から１１までのいずれか１項記載のピストン機関。
13. 雄ねじ山を有する構成部材（「ピン」）が、雌ねじ山を有する構成部材（例えば鋼から成る「ナット」）よりも大きな熱膨張を有する材料（例えばアルミニウム）から成っている場合は、鋸歯型ねじ山のフランク角がＤＩＮ５１５の規格に基づいた３°の代わりに＜０°である、請求項１から１２までのいずれか１項記載のピストン機関。
14. 雄ねじ山を有する構成部材が、雌ねじ山を有する構成部材よりも小さな熱膨張を有する材料から成っている場合は、鋸歯型ねじ山のフランク角が＞０°である、請求項１から１３までのいずれか１項記載のピストン機関。

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