JP2008138587A

JP2008138587A - 可変容量型斜板圧縮機

Info

Publication number: JP2008138587A
Application number: JP2006325542A
Authority: JP
Inventors: Iwao Uchikado; 巌内門
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US8313310B2; EP2090778A4; WO2008066155A1; US20100068075A1; EP2090778A1; CN101542119A

Abstract

【課題】高強度でありながらピストンとの間のクリアランスも確保されるナットによって、斜板が斜板ボスに固定される可変容量型の斜板圧縮機を安価にて提供する。
【解決手段】可変容量型斜板圧縮機は、回転軸により貫通されるとともに回転軸に対して傾動可能に連結され、外周面にねじ溝78を有する斜板ボス50と、斜板ボス50に嵌合した円環状の斜板60と、斜板ボス50のねじ溝78にねじ込まれ、斜板ボス50に斜板60を固定するナット64と、斜板60の回転運動をピストンの往復運動に変換する変換装置と、ナット64をねじ込むための工具80と係合させるべくナット64に一体に形成され、ナット64の軸線Ａと平行な方向に突出する係合突起68とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は可変容量型の斜板圧縮機に係わり、特にCO_２冷媒を用いた冷凍回路の圧縮機に好適な可変容量型の斜板圧縮機に関する。

例えば冷凍回路の圧縮機として用いられる可変容量型の斜板圧縮機では、斜板の回転運動がピストンの往復運動にストローク長可変にて変換される（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の圧縮機の斜板は、ジャーナルのボス部（斜板ボス）に嵌合し、斜板ボスのねじ溝にねじ込まれたナットによって固定される。
特開2000-283025号公報

冷媒としてCO_２を用いた冷凍回路では、R134aを用いた場合に比べ、冷媒の密度が高く、圧縮機の吸い込み容積が小さくてもよい。例えば、20〜24ccの吸い込み容積を有するCO_２用の圧縮機が、160〜180ccの吸い込み容積を有するR134a用の圧縮機と同等の性能を発揮する。このため、CO_２用の圧縮機の外観形状は、小型化される傾向にある。
一方、冷媒としてCO_２を用いた冷凍回路では、R134aを用いた場合に比べ、作動圧が7〜10倍程度高くなる。このため、ピストンや斜板等の圧縮荷重を支持する圧縮機の内部部品は、強度確保を確保すべく、外観形状のようには小型化できない。

このように、CO_２用圧縮機の場合、外観形状が小型化されつつ内部部品は従来と同等の大きさを有するため、レイアウト設計が困難な部分がある。
具体的には、CO_２用圧縮機の場合、シリンダボアのPCDはφ55〜65mm程度に設計されるので、斜板を斜板ボスに固定するナットの小型化が求められる。しかしながら、特許文献１のナットを小型化した場合、工具との係合のための係合孔周辺でナットの強度が不足してしまう。

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、高強度でありながらピストンとの間のクリアランスも確保されるナットによって、斜板が斜板ボスに固定される可変容量型の斜板圧縮機を安価にて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、回転軸により貫通されるとともに前記回転軸に対して傾動可能に連結され、外周面にねじ溝を有する斜板ボスと、前記斜板ボスに嵌合した円環状の斜板と、前記斜板ボスのねじ溝にねじ込まれ、前記斜板ボスに前記斜板を固定するナットと、前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換する変換装置と、前記ナットをねじ込むための工具と係合させるべく前記ナットに一体に形成され、前記ナットの軸線と平行な方向に突出する係合突起とを備えることを特徴とする可変容量型斜板圧縮機が提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記係合突起は、前記斜板とは反対側の前記ナットの端面から突出している（請求項２）。
好適な態様として、前記ナットの径方向でみて前記ナットの外周面及び前記係合突起の外面のうち少なくとも前記係合突起の外面の一部には、前記ナットから離間するにつれて前記ナットの軸線に近づくように傾斜した傾斜面としてテーパ面及び平面のうち一方が形成され、前記傾斜面の傾斜角度は、前記斜板ボスが前記回転軸に対して最も傾動したときの前記回転軸からの前記斜板ボスの軸線の傾斜角度に略等しい（請求項３）。

好適な態様として、前記係合突起は、前記ピストンと接触しないように規定される仮想テーパ面の内側に位置し、前記仮想テーパ面の傾斜角度は、前記斜板ボスが前記回転軸に対して最も傾動したときの前記回転軸からの前記斜板ボスの軸線の傾斜角度に略等しい（請求項４）。

本発明の請求項１の可変容量型斜板圧縮機では、工具と係合する係合突起が、ナットの軸線方向に突出しているので、ナットの強度が確保されるとともに、ナット及び係合突起とピストンとの間のクリアランスも確保される。従って、この圧縮機は、小型化しても信頼性に優れる。
そして、係合突起は、フォーマー等により、ナットと一体に容易に成形される。このためナットの生産性は高く、圧縮機が安価にて提供される。

請求項２の可変容量型斜板圧縮機では、係合突起が、斜板とは反対側のナットの面から突出しているため、係合突起に工具を係合させ易く、ナットが簡単にねじ込まれる。
請求項３の可変容量型斜板圧縮機では、傾斜面の傾斜角度が、斜板ボスが回転軸に対して最も傾動したとき、即ち圧縮機の容量が最大のときの回転軸からの斜板ボスの軸線の傾斜角度に略等しい。このため、斜板ボスが傾動したとしても、係合突起とピストンとのクリアランスが常に確保される。

請求項４の可変容量型斜板圧縮機では、係合突起が、前記ピストンと接触しないように規定される仮想テーパ面の内側に位置することで、斜板ボスが傾動したとしても、係合突起とピストンとのクリアランスが常に確保される。

図１は、一実施形態に係る容量可変型の斜板圧縮機を示す。
圧縮機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）10を備える。ケーシング10の一端には、シリンダブロック12、バルブプレート14及びシリンダヘッド16がこの順序で複数のボルト18によって気密に固定され、ケーシング10の他端とシリンダブロック12との間にクランク室20が区画される。

シリンダヘッド16には、吸入ポート及び吐出ポートが形成され、シリンダヘッド16の内部には、吸入ポート又は吐出ポートに連通する吸入室22及び吐出室24が区画される。吸入室22は、吸入リード弁（図示せず）を介してシリンダブロック12の各シリンダボア26に連通する一方、バルブプレート14に形成された固定絞り28を通じてクランク室20と常時連通する。

吐出室24は、リード弁体（図示せず）及び弁押さえ30からなる吐出リード弁を介して各シリンダボア26に連通する。また、吐出室24は、図示しないけれども、連通路を通じてクランク室20と連通し、この連通路には電磁弁が配置される。電磁弁は、例えば外部からの制御により開閉作動し、吐出室24とクランク室20との間を断続的に連通させる。
シリンダブロック12の各シリンダボア26内には、クランク室20側からピストン32が往復動自在に挿入され、ピストン32のテール部は、クランク室20内に突出する。ピストン32のテール部には、例えばエンジン等の駆動源から動力が断続的に伝達される。圧縮機は、動力を受け取るための電磁クラッチ34を有する。

より詳しくは、電磁クラッチ34のドライブ側ユニットは、ケーシング10の他端に回転可能に取り付けられ、電磁クラッチ34のドリブン側ユニットは、ケーシング10の他端を貫通する回転軸36の外端に固定される。
回転軸36は、クランク室20を貫通してシリンダブロック12まで延び、２つのラジアルベアリング38，40を介してケーシング10及びシリンダブロック12により回転自在に支持される。なお、回転軸36には、ラジアルベアリング38よりも電磁クラッチ34側にリップシール42が取り付けられ、リップシール42はクランク室20を気密に区画する。

圧縮機は、回転軸36の回転運動を、ストローク長可変のピストン32の往復運動に変換するための変換機構を備える。
より詳しくは、回転軸36には円盤状のロータ44が固定され、ロータ44とケーシング10の他端との間にはスラストベアリング46が配置される。また、シリンダブロック12側の回転軸36の内端にもスラストベアリング48が当接する。

ロータ44とシリンダブロック12との間を延びる回転軸36の部分は、円筒状の斜板ボス50を貫通し、斜板ボス50はヒンジ52を介してロータ44に連結される。斜板ボス50の内周面は球状の凹面をなし、回転軸36に往復動自在に嵌合したスリーブ54の球状の外周面に摺接する。従って、斜板ボス50は、回転軸36に対して傾動可能であるとともに、回転軸36と一体に回転可能である。なお、斜板ボス50にはカウンタウエイト56が一体に形成され、スリーブ54とロータ44との間には圧縮コイルばね58が配置される。

斜板ボス50には円環状の斜板60が嵌合し、斜板60の外周部は、ピストン32のテール部に形成された凹所内に位置付けられる。各テール部の凹所には、ピストン32の軸線方向に離間した一対の球面座が形成され、球面座に配置された一対の半球状のシュー62が、斜板60の外周部に対し、厚さ方向両側から挟むように摺接する。
斜板60が斜板ボス50と一体に回転可能になるよう、斜板60は、ナット64により斜板ボス50に固定される。より詳しくは、図２及び図３に示したように、ナット64は円環状をなし、ナット64の内周面にねじ溝66が形成される。

ナット64には、ナット64自身の軸線方向に突出した係合突起68が形成され、好ましくは、係合突起68は、固定すべき斜板60とは反対側のナット64の端面から突出する。係合突起68は、ナット64を斜板ボス50にねじ込むための工具と係合可能である。
係合突起68の数は例えば４個であり、係合突起68はナット64の周方向でみて90度間隔にて形成される。ナット64及び係合突起68の形状は、ナット64及び係合突起68に対して近接するピストン32との間にクリアランスが確保されるように設定される。

好ましくは、ナット64の径方向でみて、係合突起68の外面はテーパ面70により形成され、テーパ面70は、ナット64の端面から軸線方向に離間するに連れて、ナット64の軸線Ａに近づくように傾斜している。テーパ面70の傾斜角度θは10°〜20°の範囲にあり、斜板ボス50が回転軸36に対して最も傾動したときの回転軸36からの斜板ボス50の軸線の傾斜角度に略等しい。

なお、テーパ面70は、図４に曲率を誇張して示したように、円錐台の外周面の一部を切り抜いて得られるような曲面である。
図５は、ナット64による斜板60の固定方法を概略的に示し、斜板ボス50は、段差面72にて小径部74と大径部76とに区別される。小径部74の先端の外周面にはねじ溝が形成され、小径部74の先端は雄ねじを構成する。小径部74の先端は、斜板60が小径部74に嵌合して段差面72に当接したとき、斜板60から突出する。斜板60から突出した小径部74の先端にナット64がねじ込まれ、ナット64と段差面72との間に挟まれることで、図６に示したように、斜板60は斜板ボス50に固定される。

なお、図５の符号80はナット64をねじ込むための工具を示しており、工具80は、図７に示したように、例えば十字形状の溝81を有する。この溝81に係合突起68を受け入れた状態で工具80を回転させることで、ナット64が簡単にねじ込まれる。
以下、上述した圧縮機の動作について説明する。
電磁クラッチ34がオン作動されると、動力が電磁クラッチ34を介して回転軸36に伝達され、回転軸36が回転される。回転軸36の回転運動は、変換機構、つまり、ロータ44、ヒンジ52、斜板ボス50、斜板60及びシュー62を介してピストン32の往復運動に変換される。各ピストン32の往復運動に基づき、圧縮機内では、吸入室22内の冷媒が吸入リード弁を介してシリンダボア26に吸入される吸入工程と、シリンダボア26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24に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスが実施される。

圧縮機から吐出される冷媒の吐出量は、電磁弁の開閉によりクランク室20内の圧力（背圧）が昇降するのに伴い変化する。すなわち、ピストン32に作用する圧縮反力、背圧、及び斜板60に作用する圧縮コイルばね58の付勢力のバランスが変化して斜板60が傾動し、これにより各ピストン32のストローク長が増減する。
上述した圧縮機では、工具80と係合する係合突起68が、ナット64の軸線方向に突出しているので、ナット64の強度が確保されるとともに、ナット64及び係合突起68とピストン32との間のクリアランスも確保される。従って、この圧縮機は、小型化しても信頼性に優れる。

そして、係合突起68は、フォーマー等により、ナット64と一体に容易に成形される。このためナット64の生産性は高く、圧縮機が安価にて提供される。
また、上述した圧縮機では、係合突起68が、斜板60とは反対側のナット64の面から突出しているため、係合突起68に工具80を係合させ易く、ナット64が簡単にねじ込まれる。
更に、上述した圧縮機では、係合突起68のテーパ面70の傾斜角度θが、斜板ボス50が回転軸36に対して最も傾動したとき、即ち圧縮機の容量が最大のときにおける、回転軸36からの斜板ボス50の軸線の傾斜角度に略等しい。このため、斜板ボス50が傾動したとしても、係合突起68とピストン32とのクリアランスが常に確保される。

ここで、図８及び図９に示した比較例１のナット82は、工具との係合のために、ナット82自身の一部を切り欠いた切欠き部84が形成されている。このナット82の場合、切欠き部84の周辺で断面積が小さくなり、ナット82の強度が不足してしまう。
図10及び図11に示した比較例２のナット86は、工具との係合のために、ナット82自身の外形が６角形に形成されている。このナット86の場合、ナット86の各辺の中央部分が薄肉になり、この薄肉な部分の周辺でナット86の強度が不足してしまう。

図12及び図13に示した比較例３のナット88は、工具との結合のために、係合孔90が形成されている。このナット88の場合、係合孔90の周辺で断面積が小さくなり、ナット88の強度が不足してしまう。
本発明は上述した第１実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態において、係合突起68の外面は、曲率を有するテーパ面70であったけれども、図14に示したように、係合突起68の外面は、傾斜した平面92であってもよい。平面92の傾斜角度も、テーパ面70の場合と同じく、圧縮機の容量が最大のときにおける、回転軸36からの斜板ボス50の軸線の傾斜角度に略等しいのが好ましい。このような平面92は、面取りによって容易に形成される。

また、第１実施形態において係合突起68の数は４つであったけれども、工具との係合が可能であれば、係合突起68の数は特に限定されず、図15及び図16に示したように３つであってもよい。
更に、第１実施形態において係合突起68の外面はテーパ面70であったけれども、係合突起の輪郭形状は、近接するピストン32との間にクリアランスが確保される形状であればよい。

また更に、第１実施形態においては、ナット88の外周面の一部も、テーパ面70に対して同じ傾斜角度θにて連なるテーパ面をなしていたが、係合突起68の外面にテーパ面70や平面92等の傾斜面を形成する場合、少なくとも係合突起68の外面において係合突起68の突出端を含む一部が、傾斜面より形成されていればよい。
図17及び図18は、第２実施形態に係る係合突起94を形成したナット64を示し、４つの係合突起94の各々は、平面でみてナット64の周方向に円弧状に延びている。係合突起94の外面もテーパ面96であり、テーパ面96の傾斜角度θは、テーパ面70の傾斜角度θと同様に設定されるのが好ましい。係合突起94は、ナット64の周方向でみて互いに離間し、隣り合う係合突起94間に凹所98を区画することで、工具との係合部をなす。なお、凹所98の数や配置は、特に限定されることはない。

図19及び図20は、第３実施形態に係る係合突起100を形成したナット64を示し、係合突起100は円柱状である。係合突起100は、ピストン32と接触しないように規定される仮想テーパ面Ｔよりもナット64の軸線Ａ側に位置することで、斜板ボス50が傾動したとしても、係合突起100とピストン32とのクリアランスが常に確保される。なお、仮想テーパ面Ｔの傾斜角度θも、テーパ面70の傾斜角度θと同様に設定されるのが好ましい。また、係合突起100の数や配置は、特に限定されることはない。

最後に、本発明の可変容量型斜板圧縮機は、CO_２以外の冷媒の圧縮にも適用可能であるのは勿論である。

第１実施形態に係る可変容量型の斜板圧縮機の縦断面を示す図である。図１の圧縮機に適用されたナット及び係合突起の平面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。図２のナットの一部を係合突起とともに示す斜視図である。図１の圧縮機に適用された斜板ボスに対して、図２のナットにより斜板を固定する方法を説明するための分解図である。図５の方法により組み立てられた斜板ボス、斜板及びナットを示す図である。図５の方法に用いられた工具の平面図である。比較例１のナットの平面図である。図８のIX-IX線に沿う断面図である。比較例２のナットの平面図である。図10のXI-XI線に沿う断面図である。比較例３のナットの平面図である。図12のXIII-XIII線に沿う断面図である。図４の係合突起の外面に変形例の平面を適用した状態を示す斜視図である。第１実施形態の変形例に係わるナット及び係合突起の平面図である。図15のXVI-XVI線に沿う断面図である。第２実施形態に係わるナット及び係合突起の平面図である。図17のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。第３実施形態に係わるナット及び係合突起の平面図である。図19のXX-XX線に沿う断面図である。

符号の説明

50 斜板ボス
60 斜板
64 ナット
68 係合突起
78 ねじ溝
80 工具
Ａナットの軸線

Claims

回転軸により貫通されるとともに前記回転軸に対して傾動可能に連結され、外周面にねじ溝を有する斜板ボスと、
前記斜板ボスに嵌合した円環状の斜板と、
前記斜板ボスのねじ溝にねじ込まれ、前記斜板ボスに前記斜板を固定するナットと、
前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換する変換装置と、
前記ナットをねじ込むための工具と係合させるべく前記ナットに一体に形成され、前記ナットの軸線と平行な方向に突出する係合突起と
を備えることを特徴とする可変容量型斜板圧縮機。
前記係合突起は、前記斜板とは反対側の前記ナットの端面から突出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斜板圧縮機。
前記ナットの径方向でみて前記ナットの外周面及び前記係合突起の外面のうち少なくとも前記係合突起の外面の一部には、前記ナットから離間するにつれて前記ナットの軸線に近づくように傾斜した傾斜面としてテーパ面及び平面のうち一方が形成され、
前記傾斜面の傾斜角度は、前記斜板ボスが前記回転軸に対して最も傾動したときの前記回転軸からの前記斜板ボスの軸線の傾斜角度に略等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板圧縮機。
前記係合突起は、前記ピストンと接触しないように規定される仮想テーパ面の内側に位置し、
前記仮想テーパ面の傾斜角度は、前記斜板ボスが前記回転軸に対して最も傾動したときの前記回転軸からの前記斜板ボスの軸線の傾斜角度に略等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板圧縮機。