JP2006226224A - 往復動型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成にてシリンダブロックに対しシリンダヘッド並びにクランク室の少なくとも一部を囲むケーシングの双方を高い気密性を確保しつつ固定可能な往復動型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍回路を提供する。
【解決手段】 シリンダブロック１４に対しシリンダヘッド４１及びケーシング１２を固定する締結装置は、シリンダブロック１４に形成されたボルト孔８０と、クランク室２０側からボルト孔８０を貫通し、シリンダヘッド４１内に螺合するとともにクランク室２０側にヘッド７６ｂを有するボルト７６と、ケーシング１２の外側からボルト７６のヘッド７６ｂまで延びるシャンク８２ｓと、ボルト７６及びシャンク８２ｓを介してシリンダブロック１４にケーシング１２を締結する締結手段とを具備する。締結手段は、シャンク８２ｓの外端及びボルト７６のヘッド７６ｂの一方に設けられた螺子を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は往復動型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍回路に関する。

往復動型流体機械は、例えば冷凍回路の圧縮機に適用される。往復動型流体機械はシリンダブロックを備え、シリンダブロックの一方の側にはシリンダヘッドが、他方の側にはクランク室の少なくとも一部を囲むケーシングがそれぞれ気密に固定される。通常、シリンダブロックに対するシリンダヘッド及びケーシングの固定にはボルトが用いられるが、ＣＯ₂を冷媒として用いた場合、流体機械内部での冷媒圧力が従来のフロン系冷媒を用いた場合よりも高くなることから、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間や、シリンダブロックとケーシングとの間のシール性を高める必要がある。とりわけ、シリンダブロックのシリンダボアからシリンダヘッド内の吐出室には圧縮された高圧の作動流体が吐出されることから、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間のシール性を高める必要がある。

そこで、特許文献１により開示された圧縮機は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間を締結するためのボルトと、ケーシングをシリンダブロックを介してシリンダヘッドに締結するためのボルトとを別個に備えている。
特開2001-99058号公報

しかしながら、上述した特許文献１の圧縮機にあっては、締結のためのボルトを別個に備えることから、これらボルトのためにシリンダブロックに形成すべきボルト孔の数が必然的に多くなる。これらボルト孔は作動流体の漏出経路になることから、却って作動流体が漏出し易くなる虞がある。また、この圧縮機では、ボルト孔はシリンダブロックに形成されているシリンダボアを避けて設けなければならないため、シリンダボアの内径や個数を制約し、圧縮機の高容量化を阻害する要因となっている。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にてシリンダブロックに対しシリンダヘッド並びにクランク室の少なくとも一部を囲むケーシングの双方を高い気密性を確保しつつ固定可能な往復動型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍回路を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、シリンダブロックの一方の側にシリンダヘッドを固定し且つその他方の側にクランク室の少なくとも一部を囲むケーシングを固定するための締結装置を備えた往復動型流体機械において、前記締結装置は、前記シリンダブロックにシリンダボアと平行に形成されたボルト孔と、前記クランク室側から前記ボルト孔を貫通し、前記シリンダヘッド内に螺合するとともに前記クランク室側にヘッドを有するボルトと、前記ケーシングの外側から前記クランク室を通して前記ボルトのヘッドまで延びるシャンクと、前記ボルト及びシャンクを介して前記シリンダブロックに前記ケーシングを締結する締結手段とを具備し、前記締結手段は、前記シャンクの外端及び前記ボルトのヘッドの一方に設けられた螺子を含むことを特徴とする往復動型流体機械が提供される（請求項１）。

本発明の往復動型流体機械における締結装置によれば、締結部材によりケーシングはシリンダブロックに十分な気密性を存して固定される。この際、シャンクは、ケーシングの外側からシリンダヘッドをシリンダブロックに締結するボルトのヘッドまで延び、締結手段は、ボルト及びシャンクを介してケーシングをシリンダブロックに締結している。このため、シリンダブロックは上述したボルトのためのボルト孔のみを形成すればよいから、作動流体の漏出経路になるボルト孔の数が少なく、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の高い気密性を容易に確保可能となる。また、シリンダブロックのボルト孔が少ないため、シリンダボアの内径や個数がボルト孔に制約されることも少ない。

好適な態様として、前記締結手段は、前記ボルトのヘッドに形成された前記螺子としての雌螺子に加えて、前記シャンクの内端に形成され、前記雌ねじに螺合される雄螺子と、前記シャンクの外端に設けられた締結ヘッドとを更に含む（請求項２）。この場合、ボルトとシャンクとの間が螺合によって容易に連結される。
好適な態様として、前記ボルト及び前記シャンクは一体成形されており、前記締結手段は、前記シャンクの外端に形成され、前記螺子としての雄螺子と、前記シャンクの前記雄螺子に螺合される袋ナットとを含む（請求項３）。この場合、シャンクと袋ナットとの間が螺合によって容易に連結される。

好適な態様として、前記ケーシングは、前記クランク室の端壁及び周壁として、互いに一体の端壁部及び周壁部を有する（請求項４）。この場合、端壁部及び周壁部が互いに一体をなすので、クランク室の気密性が確保される。
好適な態様として、前記シリンダボア内における作動流体の圧力は、運転時に７MPaを超える（請求項５）。この場合、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間における気密性が十分でないと、これらの間から作動流体が漏出してしまうが、本発明の往復動型流体機械においては、シリンダブロックにシリンダヘッドが高い気密性を存して固定されているので、作動流体が漏出することはない。

また、本発明によれば、二酸化炭素が循環する循環経路と、前記循環経路に介挿された請求項１乃至５の何れかに記載の往復動型流体機械とを備えることを特徴とする冷凍回路が提供される（請求項６）。
本発明の冷凍回路では、圧縮機としての往復動型流体機械が二酸化炭素を圧縮し、従来のフロン系冷媒を圧縮した場合に比べてシリンダボア内の圧力が高くなるけれども、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の気密性が高いので、冷凍回路からの二酸化炭素の漏出が防止される。

以上説明したように、請求項１〜５の往復動型流体機械では、簡単な構成にてシリンダブロックに対し、シリンダヘッド並びにケーシングの双方を高い気密性を存して容易に固定でき、作動流体の漏出が防止される。また、これらの往復動型流体機械は、シリンダボアの内径や個数に対する制約が少なく、シリンダブロックが同一径であれば流体機械の高容量化が図れ、同一の容量であればその小形化に好適する。

とりわけ、請求項２及び３の往復動型流体機械では、シャンクとボルト又は袋ナットとの間の連結が容易であり、往復動型流体機械の組立性低下を招くことはない。
また、請求項４の往復動型流体機械では、クランク室の気密性が確保され、作動流体の漏出が一層防止される。
更に、請求項５の往復動型流体機械では、作動流体の圧力が７MPaの高圧を超える場合であっても、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間における気密性が十分に確保されているので、作動流体の漏出が防止される。

請求項６の冷凍回路によれば、冷媒が二酸化炭素であり、従来のフロン系冷媒よりも冷媒の圧力が高くても、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間における気密性が十分に確保されているので、冷凍回路からの冷媒の漏出が防止される。

図１は車両の空調システムの一部を構成する冷凍回路を示す。
冷凍回路は、冷媒としてのＣＯ₂（二酸化炭素）が循環する循環経路２を備え、循環経路２には圧縮機４、ガスクーラ６、膨張弁８及び蒸発器１０が順次介挿されている。圧縮機４は冷媒を圧縮してガスクーラ６に送出し、これにより、冷媒が循環経路２を循環する。

図１の圧縮機４はいわゆる可変容量型の斜板式圧縮機として示され、圧縮機４はハウジングの一部を構成するケーシング（フロントハウジング）１２を備えている。ケーシング１２は段付きの円筒状をなし、互いに連なる大径筒部１２ａ及び小径筒部１２ｂを有する。大径筒部１２ａの周壁１６には、その内側から略円筒状のシリンダブロック１４が嵌合され、シリンダブロック１４の一端面と大径筒部１２ａの内端壁１８との間にはクランク室２０が区画されている。

ケーシング１２内には回転軸２４が設けられ、回転軸２４は、クランク室２０を貫通して延び、軸受２６,２８を介してシリンダブロック１４及び大径筒部１２ａの内端壁１８に回転自在に支持されている。また、クランク室２０内には、回転軸２４を囲む環状の斜板３０が収容され、斜板３０は、傾動ユニット３２を介して回転軸２４に取付けられている。斜板３０は、回転軸２４とともに一体的に回転可能であるとともに、回転軸２４に対して傾動可能である。

シリンダブロック１４には、複数のシリンダボア３４が形成され、各シリンダボア３４内には、クランク室２０側からピストン３６が往復動自在に挿入されている。クランク室２０内に突出したピストン３６の端部には、回転軸２４に向けて開口した凹所が形成され、凹所の内面には球面座３８が設けられている。球面座３８にはそれぞれ半球状をなす一対のシュー３９が配置され、これらシュー３９は斜板３０の外周縁を摺動自在に挟んでいる。

ケーシング１２の大径筒部１２ａの開口端には、ガスケット４０を介してシリンダヘッド４１が気密に固定され、シリンダヘッド４１とシリンダブロック１４の他端面との間には、シリンダガスケット４２及びバルブプレート４３が気密に挟まれている。なお、大径筒部１２ａの開口端は、シリンダブロック１４の他端面から突出している。このため、大径筒部１２ａ側のシリンダヘッド４１の端面は大径筒部１２ａの開口端の突出長に対応して段付けられ、大径筒部１２ａの開口端は、シリンダヘッド４１の段差面にガスケット４０を介して当接している。

シリンダヘッド４１の外周壁には、図示しないけれども、前述の循環経路２に接続される吸入ポート及び吐出ポートが形成されている。また、シリンダヘッド４１の内部には、これら吸入及び吐出ポートに連通する吸入室４６及び吐出室４８が区画され、更に、電磁制御弁５０が収容されている。電磁制御弁５０は、そのソレノイドのオン／オフ作動のみならず、吸入室４６の圧力を受けて作動するその感圧器５２の伸縮によっても、吐出室４８からクランク室２０に亘って延びる圧力調整流路５４,５６,５８を開閉可能である。

なお、吸入室４６は、吸入リード弁（図示せず）を介して各シリンダボア３４に連通する一方、バルブプレート４３に形成された固定絞り６０を介してクランク室２０と常時連通している。また、吐出室４８も、リード弁体６２及び弁押さえ６４からなる吐出リード弁を介して各シリンダボア３４に連通している。
一方、ケーシング１２の小径筒部１２ｂは、大径筒部１２ａの内端壁１８から同軸的に突出しているけれども、回転軸２４はこの小径筒部１２ｂからリップシール６６を介して更に突出した一端部６８を有する。ケーシング１２の小径筒部１２ｂには、電磁クラッチ７０がその外側に配置されており、回転軸２４の一端部６８には、プーリ６９を有する電磁クラッチ７０が連結されている。電磁クラッチ７０は、軸受７１を介して小径筒部１２ｂにより回転自在に支持され、電磁クラッチ７０は、そのソレノイド７４のオン／オフ作動によりエンジン７２からの動力を回転軸２４に断続的に伝達する。

ここで、上述したシリンダヘッド４１は、ボルト７６の軸力によりシリンダブロック１４に締結されている。より詳しくは、シリンダブロック１４には、その外周面にクランク室２０へと連なる凹所が形成され、凹所の内端面７８にはボルト孔８０が開口し、ボルト孔８０は回転軸２４の軸線方向にてシリンダブロック１４を貫通している。つまり、ボルト孔８０はシリンダボア３４と平行である。ボルト７６は、その軸部がボルト孔８０を貫通して延び、軸部先端の雄螺子がシリンダヘッド４１に形成された雌螺子にねじ込まれている。図２に示したように、ボルト７６のヘッド７６ｂは六角柱状をなし、軸部と反対側のヘッド７６ｂの端面には、ボルト７６の軸線方向に延びる有底穴が形成されている。有底穴の深さはヘッド７６ｂの長さの略半分にまで達し、有底穴の内周面には雌螺子が形成されている。なお、シリンダガスケット４２及びバルブプレート４３にも、シリンダブロック１４の他端面側におけるボルト孔８０の開口位置に合致して、ボルト７６により貫通される孔がそれぞれ形成されている。

また、上述したケーシング１２は、ロングボルト（締結部材）８２の軸力によりシリンダヘッド４１に締結されている。より詳しくは、ロングボルト８２のシャンク８２ｓは、大径筒部１２ａの内端壁１８に設けられた軸孔８３を貫通してボルト７６の同軸上を延びている。シャンク８２ｓの先端に形成された雄螺子８２ａは、ボルト７６のヘッド７６ｂに形成された雌螺子にねじ込まれ、且つ、ロングボルト８２のヘッド８２ｂはガスケットを兼ねるワッシャ８４を介して内端壁１８の外面に当接している。つまり、ロングボルト８２は、ヘッド８２ｂがシャンク８２ｓ及びシャンク８２ｓの内端に連結されたボルト７６を介して、シリンダヘッド４１にケーシング１２を締結している。

以下、上述した圧縮機４の動作について説明する。
電磁クラッチ７０がオン作動されると、エンジン７２からの動力が電磁クラッチ７０を介して回転軸２４に伝達され、回転軸２４が回転する。回転軸２４の回転は斜板３０を介してピストン３６の往復運動に変換され、各ピストン３６の往復運動は、吸入室４６内の冷媒が吸入リード弁を介してシリンダボア３４に吸入される吸入工程と、シリンダボア３４内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒が吐出リード弁を介して吐出室４８に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスを実施する。なお、圧縮機４から吐出される冷媒の吐出量は、電磁制御弁５０の開閉作動によりクランク室２０内の圧力（背圧）を制御し、もってピストン３６のストローク長を増減させることにより調整される。

上述した圧縮機４は、概ね以下のようにして組立てることができる。
まず、電磁制御弁５０や吐出リード弁が取り付けられたシリンダヘッド４１を、シリンダガスケット４２及びバルブプレート４３を介してシリンダブロック１４に当接させる。次に、シリンダブロック１４側から、ボルト孔８０を貫通してシリンダヘッド４１の雌螺子にボルト７６の雄螺子７６ａを所定の軸力にてねじ込む。この後、シリンダヘッド４１にケーシング１２が連結されるが、この連結に先立ち、ケーシング１２には、回転軸２４が軸受２８を介して取り付けられ、回転軸２４には、シュー３９、斜板３０及び傾動ユニット３２を介してピストン３６が連結される。シリンダヘッド４１にケーシング１２を連結するにあたっては、ケーシング１２の大径筒部１２ａの開口端がガスケット４０を介してシリンダヘッド４１に当接され、このとき、ピストン３６がシリンダブロック１４のシリンダボア３４内に後方から挿入される。そして、ケーシング１２の軸孔８３を貫通して、ボルト７６のヘッド７６ｂの雌螺子にロングボルト８２の雄螺子８２ａが所定の軸力にてねじ込まれる。最後に、ケーシング１２の小径筒部１２ｂから突出した回転軸２４の一端部６８に電磁クラッチ７０を固定し、圧縮機４が組立てられる。

上述した圧縮機４では、ロングボルト８２によりケーシング１２はシリンダヘッド４１に十分な気密性を存して固定される。この際、ロングボルト８２は、同軸上を延びるボルト７６のヘッド７６ｂに連結され、ボルト７６を介してケーシング１２をシリンダヘッド４１に締結している。このため、シリンダブロック１４には、ボルト７６のための必要最低限の数のボルト孔８０しか形成されておらず、その他には冷媒漏出経路になり得るボルト孔がないので、シリンダブロック１４とシリンダヘッド４１との間での高い気密性を容易に確保可能である。また、シリンダブロック１４にはボルト孔８０しかなく、その上、ボルト７６及びロングボルト８２が同軸上を延びているので、この圧縮機４は、シリンダボア３４の内径や個数に対する制約が少なく、シリンダブロック１４が同一径であればその高容量化が図れ、同一の容量であればその小形化に好適する。

そして、この圧縮機４が適用された冷凍回路では、圧縮機４の気密性が高いことから、冷媒としてＣＯ₂を用いたことにより圧縮機４のシリンダボア３４内で圧縮された冷媒の圧力が７MPaを超えても、圧縮機４からの冷媒の漏出が防止される。
本発明は上述した一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
一実施例では、シリンダブロック１４に凹所を形成したけれども、凹所を形成せずにボルト孔８０をシリンダブロック１４の一端面にて開口させてもよい。この場合、ボルト７６のヘッド７６ｂはシリンダブロック１４の一端面に当接する。

また、一実施例では、ボルト７６の軸力はロングボルト８２の軸力よりも高いのが好ましい。ロングボルト８２はクランク室２０を囲むケーシング１２をシリンダブロック１４に締結するのに対し、ボルト７６は、クランク室２０よりも内圧の高い吐出室４８を含むシリンダヘッド４１をシリンダブロック１４に締結するからである。その上、ボルト７６の軸力は、ロングボルト８２がそのヘッド７６ｂに連結されたことで低下するため、ロングボルト８２の軸力よりも十分に高いのが好ましい。このため、一実施例では、ボルト７６の軸部の外径は、ロングボルト８２のシャンク８２ｓと同じ外径を有しているけれども、ボルト７６の軸力を十分に確保するべく、ボルト７６の軸部はロングボルト８２のシャンク８２ｓよりも太いのが好ましく、また、シリンダヘッド４１へのボルト７６のねじ込み深さは、ボルト７６のヘッド７６ｂへのロングボルト８２のねじ込み深さよりも深いのが好ましい。

そして、一実施例では、ロングボルト８２の雄螺子８２ａをボルト７６のヘッド７６ｂの雌螺子に螺合したけれども、図３に示したように、外端に雄螺子７６ｃを有するシャンク７６ｓをボルト７６のヘッド７６ｂに一体且つ同軸的に形成し、シャンク７６ｓの雄螺子７６ｃに袋ナット８６を螺合してもよい。この変形例の場合、袋ナット８６は、シャンク７６ｓが一体成形されたボルト７６を介して、シリンダヘッド４１にケーシング１２を締結する。この場合も、一実施例でボルト７６とロングボルト８２との間を連結するのが容易であったのと同様に、シャンク７６ｓと袋ナット８６との間の連結が容易であり、圧縮機４の組立性低下を招くことはない。

更に、一実施例では、ケーシング１２の大径筒部１２ａとシリンダブロック１４とが互いに別体であったけれども、図４に示したように、シリンダブロック１４は圧縮機４のハウジングの一部と一体であってもよい。この場合、シリンダブロック１４に外周壁１４ａが一体に形成され、外周壁１４ａの開口端にＯリング８８を介してエンドプレート９０が気密に連結される。従って、ロングボルト８２は、クランク室２０の一部を囲むエンドプレート９０とシリンダブロック１４との間を締結する。ただし、この変形例の場合、Ｏリング８８を配置したとはいえエンドプレート９０とシリンダブロック１４の外周壁１４ａとの間から冷媒が漏出する虞がある。これに対し、一実施例の場合のように、クランク室２０の端壁及び周壁をそれぞれ構成する内端壁１８及び大径筒部１２ａが互いに一体のケーシング１２を用いれば、クランク室２０の気密性が向上する。

最後に、本発明の往復動型流体機械は、固定容量型の圧縮機にも同様に適用できることは言うまでもない。

一実施例の冷凍回路の概略構成をその圧縮機としての往復動型流体機械の縦断面とともに示した図である。 図１の圧縮機に適用されたボルト及びロングボルトの斜視図である。 図１の圧縮機に適用される変形例のボルト及び袋ナットの斜視図である。 図１の圧縮機に変形例のハウジングを適用した図である。

符号の説明

４ 圧縮機
１２ ケーシング（フロントハウジング）
１４ シリンダブロック
２０ クランク室
３４ シリンダボア
４１ シリンダヘッド
７６ ボルト
７６ｂ ヘッド
７６ｓ シャンク
８０ ボルト孔
８２ ロングボルト
８２ｂ ヘッド（締結ヘッド）
８２ｓ シャンク
８６ 袋ナット

Claims (6)

1. シリンダブロックの一方の側にシリンダヘッドを固定し且つその他方の側にクランク室の少なくとも一部を囲むケーシングを固定するための締結装置を備えた往復動型流体機械において、
   前記締結装置は、
   前記シリンダブロックにシリンダボアと平行に形成されたボルト孔と、
   前記クランク室側から前記ボルト孔を貫通し、前記シリンダヘッド内に螺合するとともに前記クランク室側にヘッドを有するボルトと、
   前記ケーシングの外側から前記クランク室を通して前記ボルトのヘッドまで延びるシャンクと、
   前記ボルト及びシャンクを介して前記シリンダブロックに前記ケーシングを締結する締結手段と
   を具備し、
   前記締結手段は、前記シャンクの外端及び前記ボルトのヘッドの一方に設けられた螺子を含む
   ことを特徴とする往復動型流体機械。
2. 前記締結手段は、前記ボルトのヘッドに形成された前記螺子としての雌螺子に加えて、
   前記シャンクの内端に形成され、前記雌ねじに螺合される雄螺子と、
   前記シャンクの外端に設けられた締結ヘッドと
   を更に含む
   ことを特徴とする請求項１記載の往復動型流体機械。
3. 前記ボルト及び前記シャンクは一体成形されており、
   前記締結手段は、
   前記シャンクの外端に形成され、前記螺子としての雄螺子と、
   前記シャンクの前記雄螺子に螺合される袋ナットと
   を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の往復動型流体機械。
4. 前記ケーシングは、前記クランク室の端壁及び周壁として、互いに一体の端壁部及び周壁部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の往復動型流体機械。
5. 前記シリンダボア内における作動流体の圧力は、運転時に７MPaを超えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の往復動型流体機械。
6. 二酸化炭素が循環する循環経路と、前記循環経路に介挿された請求項１乃至５の何れかに記載の往復動型流体機械とを備えることを特徴とする冷凍回路。

Images