JP2007218105A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸封止ユニットの耐久性及びシール性の向上を図ることができる可変容量型圧縮機を提供する。
【解決手段】ハウジング(16,18)に対して回転軸(22)を気密にシールする軸封止ユニット(28)とハウジングに対して回転軸を支持する軸受(24)との間に形成されたシールポケット(62)と、圧力調整が実施されるクランク室(20)とシールポケットとを連通し、クランク室内の圧力を低減させる減圧通路(60)と、シールポケットとリアハウジング(14)内の吸入室(54)とを連通する戻し通路(64)とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量型圧縮機に係り、詳しくは、使用圧力の高い冷媒を用いた可変容量型圧縮機に関する。

この種の圧縮機のハウジング内には冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットが備えられている。この圧縮ユニットは回転軸によって駆動され、回転軸は軸受を介してハウジングに回転自在に支持されている。
ここで、冷媒には通常、潤滑油が含まれている。この冷媒中の潤滑油は圧縮ユニットの摺動面や軸受等の潤滑のみならず、軸受等の冷却としての機能を有する。更に、冷却や潤滑が要求される部位としては軸封止ユニットがある。この軸封止ユニットは、上記回転軸の突出端と軸受との間にてハウジングに対して回転軸を気密にシールしており、圧縮ユニット側からの冷媒の漏れを防止する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１００６７号公報

ところで、上記従来の技術では、軸封止ユニットはクランク室に連通されている。より詳しくは、軸封止ユニットには、吐出容量を変更すべく圧力調整を実施する箇所からの冷媒及び潤滑油が供給され、この冷媒等は再びクランク室に戻されている。
しかしながら、近年、地球環境への配慮から地球温暖化係数の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍サイクルの開発が進められており、この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ_２（炭酸）ガスがある。このＣＯ_２冷媒はその作動領域が高圧側においては超臨界領域で使用される。つまり、自動車に搭載される開放式の圧縮機の如く、温度が比較的高くなる場所に用いられる場合には、従来の技術のように単に孔を設けただけのものでは、軸封止ユニットへの冷媒や潤滑油の供給は充分ではなく、さらに、その使用圧力や温度が更に高くなり、特に、吐出容量を低減させた状態ではクランク室内の圧力が最も高くなることから、軸封止ユニットの耐久性やシール性に関する懸念がある。

このように、軸封止ユニットにクランク室内の圧力が作用し、かつ、潤滑油供給量が充分ではない場合には、軸封止ユニットの耐久性及びシール性が低下し得るとの問題があり、この問題を解消する措置が必要になるものの、上記従来の技術では格別の配慮がなされていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、軸封止ユニットの耐久性及びシール性の向上を図ることができる可変容量型圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、請求項１記載の可変容量型圧縮機は、冷凍回路の低圧側経路から吸入した潤滑油を含む作動流体を圧縮し、クランク室の圧力調整によって吐出容量を変更し、圧縮した作動流体を冷凍回路の高圧側経路に向けて吐出する圧縮機であって、圧縮機は、ハウジングと、その一端がハウジングから突出され、ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内に形成されたクランク室に配置され、回転軸と一体的に回転運動する斜板と、一端と軸受との間に配置され、ハウジングに対して回転軸を気密にシールする軸封止ユニットと、ハウジングに連結されたリアハウジングと、リアハウジング内に形成され、低圧側経路に接続された吸入室とを含み、軸封止ユニットと軸受との間に形成されたシールポケットと、クランク室とシールポケットとを連通する通路と、クランク室内の圧力を低減させる単数又は複数の減圧通路と、シールポケットと吸入室とを連通する戻し通路とを具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、減圧通路の１つは、回転軸の外周側と軸受の内周側との間に形成されていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、軸受は、すべり軸受であることを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、減圧通路は、軸受の外周側に形成され、その途中に固定絞りを有していることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明では、戻し通路は、ハウジングに穿設された連通孔と、連通孔に接続し、クランク室を貫通する連通管と、連通管に接続し、吸入室に達する導入孔とから構成されていることを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた冷凍回路の循環経路に介挿されていることを特徴としている。

更にまた、請求項７記載の発明では、戻し通路は、回転軸内に穿設された連通路を通ってシールポケットと吸入室とを連通していることを特徴としている。
また、請求項８記載の発明では、減圧通路は、戻し通路の途中に設けられていることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の可変容量型圧縮機によれば、軸封止ユニットと軸受との間にはシールポケットが形成され、シールポケットはクランク室に連通される一方、このシールポケットは戻し通路を介して吸入室に連通されている。そして、その途中経路内にクランク室圧力を吸入圧力まで減ずる減圧通路を有している。よって、クランク室内から吸入室に排出される作動流体の大半はシールポケットを通過する。このため、シールポケットの潤滑と冷却が確保されることにより、軸封止ユニットの耐久性の向上が図られるし、この軸封止ユニットによるシール性の向上にも寄与する。

また、請求項２記載の発明によれば、減圧通路の１つは、クランク室からシールポケットに向かう途中に介在している回転軸部に有るため、シールポケット内の圧力をクランク室圧力よりも低くすることができ、軸封止ユニットに加わる圧力を低減できるので軸封止ユニットの耐久性を向上できる。
更に、請求項３記載の発明によれば、すべり軸受は、ころがり軸受に比して密閉性が良いことから、上記減圧通路が軸受の内周側に容易に設置可能となる。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、ハウジングに固定絞り付きの減圧通路を設ければ良く、現有の圧縮機に対して容易に設置可能となる。
また、請求項５記載の発明によれば、ハウジングに連通孔や導入孔を穿設し、これら連通孔と導入孔とを連通管で接続すれば戻し通路が構成され、クランク室からの作動流体の圧力は減圧通路によって既に低く抑えられているので、従来の如くクランク室と吸入室とを接続する固定絞り付きの通路を設ける場合に比して簡単な構造で済み、安価な圧縮機の提供が可能となる。

更に、請求項６記載の発明によれば、更に、使用圧力の高いＣＯ_２冷媒を用いても、軸封止ユニットの耐久性及びシール性の向上に寄与するし、ＣＯ_２冷媒を用いれば、環境負荷の軽減に大きく貢献する。
更にまた、請求項７記載の発明によれば、戻し通路を回転軸内に設けたため、回転による油分離作用により潤滑油の吸入室への過剰流出を防止できるとともに、スペースの限られた中で戻し通路を設けられる。

また、請求項８記載の発明によれば、強制潤滑・冷却効果の維持が図られる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態はＣＯ_２冷媒を用いた斜板式の可変容量型圧縮機４に適用されており、当該圧縮機４は車両用空調装置の冷凍回路２の一機器として構成される。詳しくは、この冷凍回路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。上記冷媒は潤滑油を含み、この潤滑油は圧縮機４内の軸受や種々の摺動面を潤滑や冷却する機能を発揮する。

この圧縮機４は円筒形状のハウジング１２を備え、このハウジング１２はエンドプレート１６及びシリンダブロック１８から構成されている。また、同図でみてハウジング１２の右側にはカップ形状のシリンダヘッド（リアハウジング）１４が配置されており、これらエンドプレート１６、シリンダブロック１８及びシリンダヘッド１４は複数の連結ボルト（図示しない）を介して互いに連結されている。

シリンダブロック１８はエンドプレート１６に向けて延びる中空の円筒形状をなし、エンドプレート１６とシリンダブロック１８の筒内との間にクランク室２０が形成されている。
クランク室２０内には主軸（回転軸）２２が配置され、この主軸２２はシリンダブロック１８からエンドプレート１６に向けて延び、エンドプレート１６にはニードル軸受（軸受）２４を介し、シリンダブロック１８には軸受２６を介して回転自在にそれぞれ支持されている。主軸２２の突出端（一端）２３はエンドプレート１６のボス１７から軸シール（軸封止ユニット）２８を介して突出し、この突出端２３に外部からの動力が入力される。

クランク室２０内にはロータ３０が配置されている。このロータ３０は主軸２２に取り付けられており、主軸２２と一体に回転する。また、ロータ３０の背面側はスラスト軸受３２を介してエンドプレート１６に回転自在に支持されている。
また、クランク室２０内にはロータ３０に隣接して斜板３４が配置されている。この斜板３４は主軸２２に対して傾動自在に取り付けられる一方、リンク３６を介してロータ３０に連結されている。このリンク３６は斜板３４の傾動を許容しつつ、ロータ３０の回転を斜板３４に伝達する。これにより、斜板３４はロータ３０、すなわち、主軸２２と一体に回転される。更に、斜板３４はその中央にボス３５を有しており、このボス３５に軸受３７を介して揺動板３８が取り付けられ、また、この揺動板３８は斜板３４に対してスラスト軸受４０を介して支持されている。

一方、シリンダブロック１８内には複数のシリンダボア４２がシリンダブロック１８の周方向に等間隔を存して形成されており、これらシリンダボア４２は主軸２２の軸線と平行に延び、シリンダブロック１８を貫通している。なお、同図ではシリンダボア４２が１個のみ示されている。
各シリンダボア４２内にはピストン４４が収容され、これらピストン４４は揺動板３８に連結されている。より詳しくは、各ピストン４４のヘッドと揺動板３８とは連接ロッド４６で接続され、この連接ロッド４６はその両端が球継手４８を介して揺動板３８及びピストン４４のヘッドにそれぞれ結合されている。

斜板３４が回転されたとき、斜板３４の回転は揺動板３８を揺動させ、この揺動が連接ロッド４６を介してピストン４４に伝達され、ピストン４４は往復運動する。このピストン４４の往復運動による冷媒の吸入及び圧縮を行うため、シリンダブロック１８とシリンダヘッド１４との間にはバルブプレート５０が狭持されている。
このシリンダヘッド１４内にはその中央に吐出室５２が形成され、その外側にて吐出室５２を囲む吸入室５４が形成されている。この吸入室５４は循環経路（低圧側経路）１１を介して蒸発器１０に接続され、吐出室５２は循環経路（高圧側経路）５を介してガスクーラ６に接続されている。このガスクーラ６は循環経路７を介して膨張弁８に接続され、膨張弁８は循環経路９を介して蒸発器１０に接続されている。

一方、バルブプレート５０にはシリンダボア４２毎に割り当てられた吸入孔及び吐出孔が穿設され、吸入孔及び吐出孔は吸入室５４及び吐出室５２にそれぞれ対峙し、吸入弁及び吐出弁を介してそれぞれ接続可能に構成されている。なお、これら吸入弁及び吐出弁は図示されていないが、同図には上記吐出弁の開度を規制するバルブリテーナ５６が示されている。

ピストン４４がシリンダボア４２内の容積を増加させる方向に復動されると、吸入弁が開弁され、吸入孔を通じて吸入室５４からシリンダボア４２内に冷媒が吸入される。この後、ピストン４４がシリンダボア４２内の容積を減少する方向に往動し、シリンダボア４２内の冷媒が吐出弁の締切圧を超えて圧縮されると、吐出弁が開弁される。次いで、シリンダボア４２内の圧縮冷媒は吐出孔を通じて吐出室５２内に吐出される。

このピストン４４の往復ストロークは斜板３４の傾斜角により決定され、この傾斜角はクランク室２０の圧力により調整される。詳しくは、吐出室５２とクランク室２０とは通路１００を介して連通されており、この通路は制御弁１０１によって開閉可能に構成されている。また、クランク室２０と吸入室５４とは常時連通され、クランク室２０内の圧力が吸入室５４側に向けて徐々に逃がすように構成されている。このように、クランク室２０内が圧力源となって斜板３４の傾斜角が調整され、ひいては圧縮機４の吐出容量が調整される。

ここで、本実施形態においては、上述したクランク室２０と吸入室５４とはエンドプレート１６を経由して常時連通されている。
具体的には、図２にも示されるように、エンドプレート１６の内周側と主軸２２の外周側との間において、軸シール２８と軸受２４との間には環状の軸中間室（シールポケット）６２が区画され、クランク室２０と吸入室５４とが軸中間室６２を介して連通されている。又、図２において、必要に応じ、通路の流れに対する抵抗を増やすためのシール部材１５０を配置する。

より詳しくは、主軸２２の外周側と軸受２４の内周側との間には、所定の間隙で設定された減圧通路６０が形成され、この減圧通路６０がクランク室２０と軸中間室６２とを接続している。そして、減圧通路６０には、クランク室２０に対峙する環状の取り込み口６１を有しており、この取り込み口６１から導入されたクランク室２０内の冷媒及び潤滑油は、軸受２４の冷却や潤滑を実施しつつ、減圧通路６０内にて減圧されて軸中間室６２に供給される。

一方、軸中間室６２と吸入室５４とは戻し通路６４で接続され、この戻し通路６４は、エンドプレート１６に穿設された径方向孔（連通孔）６５と、この径方向孔６５に接続してクランク室２０を貫通する連通管６６と、この連通管６６に接続してシリンダブロック１８及びバルブプレート５０に穿設されて吸入室５４に達する軸方向孔（導入孔）６７とから構成されている。そして、軸中間室６２内の冷媒及び潤滑油は、軸シール２８の冷却や潤滑を実施しつつ、径方向孔６５に導入されてエンドプレート１６の外周側に達し、連通管６６に導入されてシリンダブロック１８内に達した後、軸方向孔６７を介して吸入室５４に常時供給されている。

以上のように、本発明によれば、軸シール２８と軸受２４との間には軸中間室６２が形成され、軸中間室６２は減圧通路６０を介してクランク室２０に連通される一方、この軸中間室６２は戻し通路６４を介して吸入室５４に連通されている。よって、クランク室２０から吸入室５４に流出する冷媒及び潤滑油の大半は軸中間室６２を通るため強制的に軸シール２８を潤滑冷却できる。又、軸受２４と主軸２２との間の流路抵抗を高めることにより減圧通路として形成すれば、軸中間室６２の圧力をクランク室２０圧力よりも低減できる。以上の強制潤滑冷却及び／又はシールポケット内圧力低減により、軸シール２８のシール性・耐久性を向上できる。

また、減圧通路６０は、クランク室２０から軸中間室６２に向かう冷媒の取り込み口６１を主軸２２の外周縁、つまり、主軸２２の軸線近傍に有している。よって、クランク室２０内周壁面に存在する潤滑油が取り込まれ難くなり、クランク室２０の潤滑油は軸中間室６２に向けて過剰に流出しない。この結果、クランク室２０内における潤滑油の保持能力が向上する。

更に、使用圧力の高いＣＯ_２冷媒を用いても、軸シール２８の耐久性及びシール性の向上に寄与するし、ＣＯ_２冷媒を用いれば、環境負荷の軽減に大きく貢献する。より詳しくは、ＣＯ_２冷媒の如く使用圧力の高い冷媒を用いると、吐出容量制御のためにクランク室２０内の圧力が非常に高くなり得るものの、軸シール２８を潤滑・冷却する強制通路及び／又は減圧機構によりこの軸シール２８の耐久性及びシール性を高められる。また、クランク室２０からの冷媒及び潤滑油により、軸受２４の冷却や潤滑も十分に実施可能となる。従って、本発明の圧縮機は、厳しい条件下においても確実に運転可能となるのである。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では軸受２４とオリフィス相当の漏れ量を有する減圧通路６０とを組み合わせて構成されているが、この軸受２４はニードル軸受やすべり軸受が使用可能である。当該すべり軸受は、ニードル軸受に比して密閉性が良いことから、上記減圧通路が軸受の内周側に容易に設置可能となり、より一層好適な態様となる。ニードル軸受のように密閉性が低いものにおいては例えば図１の符号１５０に示すように適切なシール部材を付加しても良い。

また、上述した減圧通路によるオリフィス相当の漏れについては、軸受とは別個のオリフィスを並設してクランク室２０と軸中間室６２とを連通させても良い。具体的には、図３に示される如く、エンドプレート１６において、軸受２４の外周側の適宜位置に減圧通路７０を穿設させ、この減圧通路７０がクランク室２０と軸中間室６２とを接続している。また、減圧通路７０の途中には固定絞り７２が形成されている。そして、取り込み口７１から導入されたクランク室２０内の冷媒及び潤滑油は、軸受２４の冷却や潤滑を実施しつつ、減圧通路７０内にて減圧されて軸中間室６２に供給される。これにより、エンドプレート１６に固定絞り付きの減圧通路を設ければ良く、現有の圧縮機に対して容易に設置可能となる。又、減圧通路は、吸入室へ繋がる連通路の途中に設けても良く、例えば軸方向孔６７やバルブプレート５０に設けられた細孔であっても良い。この場合には、シールポケットへの減圧効果は減少するが、強制潤滑・冷却効果は維持される。

更に、本発明は揺動板式の圧縮機の他、片斜板式の圧縮機であっても良く、また、軸封止ユニットはリップシールやメカニカルシールであっても良い。更にまた、使用圧力の高い冷媒であればＣＯ_２冷媒に必ずしも限定されるものではない。
更に、本発明の戻し通路は、図４に示すように、シールポケットから吸入室への連通路７３〜７５を主軸２２内に設けても良く、この連通路が連通路７６を介して吸入室５４に達すると、油分離や設置容易等の更なる利点がある。この場合、軸受２６の間隙を通ってクランク室２０の冷媒及び潤滑油が吸入室５４に流出するのを防ぐため、必要に応じ、軸受シール部材１５１を設けても良い。これにより、軸受の種類や形状によって上記間隙の大きな軸受（例えば玉軸受など）にも適用可能となる。又、図４において、必要に応じ、クランク室２０内の潤滑油を効率的にシールポケット６２に取り込むための油供給路２００を設けても良い。

また、本発明は上述した連通管６６に代えてシリンダブロック１８に穿設され、径方向孔６５と軸方向孔６７とを接続する孔であっても良い。一方、本発明は、上記減圧通路６０及び戻し通路６４とは別個に、クランク室２０と吸入室５４とを接続する固定絞り付きの通路をシリンダブロック１８に設けることを何等妨げるものではない。

本発明の一実施形態に係る可変容量型圧縮機の縦断面図である。 図１の可変容量型圧縮機における要部拡大図である。 他の実施例の可変容量型圧縮機における要部拡大図である。 更に他の実施例の可変容量型圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

２ 冷凍回路
４ 可変容量型圧縮機
５ 循環経路（高圧側経路）
１１ 循環経路（低圧側経路）
１４ シリンダヘッド（リアハウジング）
１６ エンドプレート（ハウジング）
１８ シリンダブロック（ハウジング）
２０ クランク室
２２ 主軸（回転軸）
２３ 突出端（一端）
２４ 軸受
２８ 軸シール（軸封止ユニット）
３４ 斜板
５４ 吸入室
６０ 減圧通路
６１ 取り込み口
６２ 軸中間室（シールポケット）
６４ 戻し通路
６５ 径方向孔（連通孔）
６６ 連通管
６７ 軸方向孔（導入孔）及び／又は減圧通路
７０ 減圧通路
７２ 固定絞り
７３，７４，７５ 連通路
７６ 連通路

Claims (8)

1. 冷凍回路の低圧側経路から吸入した潤滑油を含む作動流体を圧縮し、クランク室の圧力調整によって吐出容量を変更し、該圧縮した作動流体を前記冷凍回路の高圧側経路に向けて吐出する圧縮機であって、
   該圧縮機は、ハウジングと、その一端が該ハウジングから突出され、該ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、前記ハウジング内に形成された前記クランク室に配置され、前記回転軸と一体的に回転運動する斜板と、前記一端と前記軸受との間に配置され、前記ハウジングに対して前記回転軸を気密にシールする軸封止ユニットと、前記ハウジングに連結されたリアハウジングと、該リアハウジング内に形成され、前記低圧側経路に接続された吸入室とを含み、
   前記軸封止ユニットと前記軸受との間に形成されたシールポケットと、前記クランク室と前記シールポケットとを連通する通路と、前記クランク室内の圧力を低減させる単数又は複数の減圧通路と、前記シールポケットと前記吸入室とを連通する戻し通路と
   を具備することを特徴とする可変容量型圧縮機。
2. 前記減圧通路の１つは、前記回転軸の外周側と前記軸受の内周側との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
3. 前記軸受は、すべり軸受であることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
4. 前記減圧通路は、前記軸受の外周側に形成され、その途中に固定絞りを有していることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
5. 前記戻し通路は、前記ハウジングに穿設された連通孔と、該連通孔に接続し、前記クランク室を貫通する連通管と、該連通管に接続し、前記吸入室に達する導入孔とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
6. 前記圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた冷凍回路の循環経路に介挿されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
7. 前記戻し通路は、前記回転軸内に穿設された連通路を通って前記シールポケットと前記吸入室とを連通していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の可変容量型圧縮機。
8. 前記減圧通路は、前記戻し通路の途中に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の可変容量型圧縮機。

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