JP2009036082A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出量を調整する際の駆動軸のガタを防止し、駆動軸を支持するスラストベアリングの耐久性を向上させる。
【解決手段】 クランク室３１内に挿通された駆動軸３と、クランク室３１内で駆動軸３と一体に回転し駆動軸３に対する傾斜角を変えることが可能な斜板５と、斜板５の回転によって駆動されると共に、傾斜角を変えると吐出量が調整される複数のポンプ機構７とを有し、ポンプ機構７の吐出圧をクランク室３１内に導入してクランク室３１内の圧力を上昇させてポンプ機構７のピストン３５の背圧を上昇させ、ポンプ機構７のシリンダ３７内圧との差圧により斜板５の傾斜角を小さくしてポンプ機構７からの吐出量が減少するように構成された圧縮機１であって、ポンプ機構７からの吐出量を減少させる際に、ピストン３５の背圧が作用する方向と反対方向に駆動軸３を押圧して軸方向に安定させる圧力付加手段９を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、車両の空調システムにおいて冷媒を圧縮する圧縮機に関する。

特許文献１には「クラッチレス片側ピストン式可変容量圧縮機」が記載されている。

斜板式圧縮機であるこのピストン式可変容量圧縮機は、斜板を回転させてポンプ機構のピストンを往復駆動し、斜板の傾斜角を変えて容量（吐出量）を調整する。傾斜角の調整はポンプ機構の吐出圧によりピストンの背圧を調整することによって行われるが、斜板の傾斜角を緩くする（容量を小さくする）際に斜板を介して駆動軸に掛かるスラスト力を負担するためにスラストベアリングと皿バネが用いられている。
特許３５０３１７９号公報

ところが、傾斜角を緩くする際に駆動軸に軸方向の圧力（荷重）が掛かると、駆動軸は皿バネによって抑え付けることができなくなり、不安定な状態になって軸方向振動によるガタ音が発生することがある。

しかし、駆動軸を抑えるために皿バネのバネ常数を大きくすると、スラストベアリングに対する荷重が増加し、その耐久性が低下する恐れがある。

そこで、この発明は、容量（吐出量）を減少させる際に、駆動軸を軸方向に支持してガタを防止すると共に、駆動軸を支持するスラストベアリングの耐久性を向上させる圧縮機の提供を目的としている。

請求項１の圧縮機は、クランク室内に挿通された駆動軸と、前記クランク室内で前記駆動軸と一体に回転し前記駆動軸に対する傾斜角を変えることが可能な斜板と、前記斜板の回転によって駆動されると共に、前記傾斜角を変えると吐出量が調整される複数のポンプ機構とを有し、前記ポンプ機構の吐出圧を前記クランク室内に導入して前記クランク室内の圧力を上昇させて前記ポンプ機構のピストンの背圧を上昇させ前記ポンプ機構のシリンダ内圧との差圧により前記斜板の傾斜角を小さくして前記ポンプ機構からの吐出量が減少するように構成された圧縮機であって、前記ポンプ機構からの吐出量を減少させる際に、前記ピストンの背圧が作用する方向と反対方向に前記駆動軸を押圧して軸方向に安定させる圧力付加手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載された発明であって、前記圧力付加手段の押圧力が、前記駆動軸の端部を押圧することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載された発明であって、前記駆動軸の前記端部にプランジャを装着し、前記圧力付加手段から受ける押圧力を増大させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載された発明であって、前記プランジャが、前記駆動軸を軸方向及び径方向に支持する軸受として機能することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載された発明であって、前記駆動軸の前記端部に開口する軸方向流路と、前記軸方向流路と連通する径方向流路とからなり、吐出量を減少させる際に前記ポンプ機構からの吐出圧を通す調整流路を設け、前記径方向流路の断面積を前記軸方向流路の断面積より狭くして圧力集中部を形成し、前記吐出圧をこの圧力集中部で受けることにより、前記圧力付加手段から受ける押圧力を増大させたことを特徴とする。

請求項１の圧縮機は、斜板の傾斜角を小さくする（吐出量を減少させる）際に、ポンプ機構の吐出圧を利用した圧力付加手段が、ピストンの背圧が作用する方向と反対方向に駆動軸を押圧し、軸方向に支持して安定させることにより、ガタ音の発生が防止される。

従って、駆動軸を軸方向に抑えるためにバネを用いる構成では、そのバネ常数を大きくする必要がなくなる上に、バネ常数を大きくすることに伴うスラストベアリングに対する荷重増加と耐久性低下も防止される。

また、吐出量を減少させるときに圧力付加手段が過渡的に駆動軸を押圧するだけなので、駆動軸を支持するスラストベアリングに対する負荷は僅かであり、耐久性の低下が防止される。

また、ポンプ機構の吐出圧を駆動軸の支持に利用する本発明では、圧力付加手段による駆動軸の押圧力を、例えば、熱負荷の変動に応じて自由に制御することが可能であり、駆動軸の支持とガタ音発生の防止を極めて効果的に行える。

また、ポンプ機構の吐出圧を利用する本発明は、駆動軸を支持するための部材を追加する必要がなく、それだけ低コストに実施できる。

請求項２の圧縮機は、斜板の傾斜角を小さくする際に、圧力付加手段が駆動軸の端部を押圧し、駆動軸を軸方向に支持して安定させ、ガタ音の発生を防止する。

請求項３の圧縮機は、駆動軸の端部にプランジャを装着したことによって圧力付加手段から受ける押圧力が増加し、駆動軸の軸方向安定効果と、ガタ音発生の防止効果がさらに増大する。

請求項４の圧縮機は、プランジャが、駆動軸を軸方向及び径方向に支持する軸受を兼ねることによって、スラストベアリングとラジアルベアリングが不要になるから、それだけコストを低減することができる。

請求項５の圧縮機は、吐出量を減少させる際に吐出圧を通す調整流路で形成した圧力集中部（例えば、オリフィス）で吐出圧を受け、圧力付加手段の押圧力を増大させたことにより、駆動軸の軸方向安定機能と、ガタ音発生の防止効果がさらに増大する。

＜第１実施形態＞
図１と図２とによって斜板式圧縮機１（圧縮機）の説明をする。図１は斜板式圧縮機１の断面図であり、左右の方向は図１での左右の方向である。

本実施形態の斜板式圧縮機１は、クランク室３１内に挿通された駆動軸３と、クランク室３１内で駆動軸３と一体に回転し駆動軸３に対する傾斜角を変えることが可能な斜板５と、斜板５の回転によって駆動されると共に、傾斜角を変えると吐出量が調整される複数のポンプ機構７とを有している。

また、本実施形態の斜板式圧縮機１は、ポンプ機構７の吐出圧をクランク室３１内に導入してクランク室３１内の圧力を上昇させてポンプ機構７のピストン３５の背圧を上昇させ、ポンプ機構７のシリンダ３７内圧との差圧により斜板５の傾斜角を小さくしてポンプ機構７からの吐出量が減少するように構成されている。

そして、本実施形態の斜板式圧縮機１は、ポンプ機構７からの吐出量を減少させる際に、ピストン３５の背圧が作用する方向と反対方向に駆動軸３を押圧して軸方向に安定させる圧力付加手段９を設けた。

また、圧力付加手段９の前記押圧力は、駆動軸３の端面１１（端部）を押圧する。

また、本実施形態の斜板式圧縮１は、駆動軸３の端面１１に開口する軸方向流路１３と、軸方向流路１３と連通する径方向流路１５とからなり、吐出量を減少させる際にポンプ機構７からの吐出圧を通す調整流路１７を設け、径方向流路１５の断面積（径）を軸方向流路１３の断面積（径）より小径に（狭く）してオリフィス１９（圧力集中部）を形成し、前記吐出圧をオリフィス１９で受けることにより、圧力付加手段９の押圧力を増大させた。

斜板式圧縮機１は、車両用空調装置の冷却システムに用いられており、斜板式圧縮機１によって断熱圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、コンデンサ（凝縮器）で液化し、膨張弁で断熱膨張し、エバポレータ（蒸発器）で冷風を作り出しながら加熱されて気化し、斜板式圧縮機１に戻って断熱圧縮される。斜板式圧縮機１の吐出量調整は冷却システムの熱負荷の変化に応じて行われる。また、冷媒ガスには適量の潤滑オイルが混入されている。

斜板式圧縮機１は、図１に示すように、圧縮機ハウジングに収容されており、この圧縮機ハウジングはフロントハウジング２１とシリンダブロック２３とバルブプレート２５とリヤハウジング２７からなり、これらは通しボルト２９で一体に連結されている。フロントハウジング２１とシリンダブロック２３との間にはクランク室３１が形成され、クランク室３１には潤滑オイルが封入されている。フロントハウジング２１と駆動軸３との間にはリップシール３３が配置され、圧縮機ハウジングからのオイル及び冷媒ガスの漏れと異物の侵入とを防止している。

各ポンプ機構７は、ピストン３５とシリンダ３７からなり、各シリンダ３７はシリンダブロック２３に周方向等間隔に形成され、シリンダブロック２３にはシリンダ通路３９が形成されている。リヤハウジング２７には各シリンダ３７と連通する冷媒吸入室４１（低圧側）と冷媒吐出室４３（高圧側）と冷媒流路４５とが形成されている。また、リヤハウジング２７の内部にはコントロールバルブ４７が配置され、冷媒吸入室４１と冷媒吐出室４３とに連通している。

バルブプレート２５とシリンダ３７との間には吸入弁が配置され、バルブプレート２５と冷媒吐出室４３との間には吐出弁が配置されている。冷媒吸入室４１は流路を介してエバポレータ側に接続され、冷媒吐出室４３は流路を介してコンデンサ側に接続されている。

駆動軸３は左端部をラジアルベアリング４９によってフロントハウジング２１に支持され、右端部をラジアルベアリング５１によってシリンダブロック２３に支持され、クランク室３１内に挿通されている。また、駆動軸３の外周には、回転部材５３が圧入固定され、スリーブ５５が軸方向摺動自在に取り付けられている。スリーブ５５にはハブ部材５７がピンで揺動自在に連結されており、斜板５はハブ部材５７の外周に螺着され、ワッシャ５９で位置決めされている。斜板５の外縁部分は、その両面側に配置された半球状のピストンシュー６１を介してポンプ機構７の各ピストン３５に揺動自在に連結されている。クランク室３１内部の潤滑オイルは回転部材５３とハブ部材５７と斜板５などの回転によって撹拌され、冷媒ガスと混合しミスト状のオイル（オイルミスト）になっている。

回転部材５３とフロントハウジング２１との間にはスラストベアリング６３が配置され、駆動軸３に掛かる左方へのスラスト力を受けている。また、駆動軸３とシリンダブロック２３との間には、図２のように、左からレース６５とスラストベアリング６７とレース６５と皿バネ６９が配置され、駆動軸３に掛かる右方へのスラスト力を受けており、このとき、皿バネ６９は駆動軸３を軸方向に安定させるために駆動軸３を左方に押し返している。

回転部材５３とハブ部材５７はそれぞれのアーム７１，７３をリンク７５とピン７７，７７とで回動自在に連結することにより、ハブ部材５７（斜板５）の駆動軸３に対する揺動角度を規制している。エンジンからの回転トルクは電磁摩擦クラッチを介して駆動軸３（回転部材５３）に伝達され、この回転はアーム７１，７３とリンク７５とピン７７，７７とを介してハブ部材５７（斜板５）を回転させる。斜板５はこの回転により各ピストンシュー６１と摺動しながら、その傾斜角に応じたストロークで各ピストン３５を軸方向に往復移動させ、ストロークに応じた吐出量で各ポンプ機構７を駆動し、冷媒ガスを圧縮する。電磁摩擦クラッチが駆動軸３をエンジン側から遮断すると斜板式圧縮機１は停止する。

斜板５とハブ部材５７がスリーブ５５と共に駆動軸３上をシリンダブロック２３側（右方）に移動すると斜板５の傾斜角が小さくなって各ピストン３５のストロークとポンプ機構７の吐出量が小さくなり、斜板５の傾斜角が零になるとストロークと吐出量が最小になる。また、斜板５とハブ部材５７とスリーブ５５が回転部材５３側（左方）に移動すると傾斜角とストロークが大きくなり、ハブ部材５７と回転部材５３とが接触箇所７９で突き当たると、斜板５の傾斜角とストロークが最大になり、ポンプ機構７の吐出量を最大値に規制する。

また、スリーブ５５は、回転部材５３との間に配置されたリターンスプリング８１と、駆動軸３上の止め輪との間に配置されたリターンスプリング８３とによって軸方向に保持されている。リターンスプリング８３の付勢力はリターンスプリング８１の付勢力より大きくされており、クランク室３１の圧力が低い間は、図１のように、リターンスプリング８３はリターンスプリング８１を撓めてスリーブ５５とハブ部材５７を左方に移動させ、斜板５の傾斜角とポンプ機構７の吐出量を最大値に保っている。この状態からクランク室３１の圧力を上げると、リターンスプリング８３の付勢力に抗してスリーブ５５とハブ部材５７が右方に移動し、斜板５の傾斜角とポンプ機構７の吐出量が減少する。

このようなクランク室３１の圧力調整は、コントローラに制御されるコントロールバルブ４７によって行われ、傾斜角と吐出量を最大の状態（図１）から減少させるときは、調整流路１７（軸方向流路１３から径方向流路１５）を介してクランク室３１に冷媒ガスを移動させてクランク室３１を高圧にし、傾斜角と吐出量を増加させるときは、調整流路１７を介してのクランク室３１への冷媒ガス移動を停止し、シリンダ通路３９を介し冷媒ガスをクランク室３１から逃がして低圧にする。

圧力付加手段９は、コントロールバルブ４７と、調整流路１７に形成したオリフィス１９と、上記のコントローラとを有している。斜板５の傾斜角とポンプ機構７の吐出量を減少させる際は、コントロールバルブ４７により冷媒ガスを高圧側の冷媒吐出室４３から端面１１に当てて駆動軸３を左方に押圧し、さらに、冷媒ガスを軸方向流路１３と径方向流路１５を通してクランク室３１側に送り込み、クランク室３１を高圧にしながら、オリフィス１９を通る冷媒ガスによって駆動軸３を左方に押圧する。

このように端面１１とオリフィス１９とで受ける左向きの押圧力によって駆動軸３が軸方向に支持されるので、上記皿バネ６９の左向きの付勢力と相俟って、高圧のクランク室３１から駆動軸３に右向きの力が掛かっても駆動軸３が軸方向に安定する。

斜板式圧縮機１は次のような効果が得られる。

斜板５の傾斜角を減少させる際に、クランク室３１側の圧力に対向して圧力付加手段９が駆動軸３の端面１１を押圧し支持するから、駆動軸３が軸方向に安定しガタ音の発生が防止される。

従って、皿バネ６９のバネ常数を大きくする必要がなくなると共に、バネ常数を大きくすることに伴うスラストベアリング６７の荷重増加と耐久性低下も防止される。

また、吐出量を減少させるときに圧力付加手段９が過渡的に駆動軸３を押圧するだけなので、スラストベアリング６７に掛かる負荷は僅かであり、耐久性の低下が防止される。

また、ポンプ機構７の吐出圧を駆動軸の支持に利用する圧力付加手段９は、熱負荷の変動に応じて押圧力を自由に制御することができるから、極めて効果的に駆動軸３を安定させ、ガタ音を防止できる。

また、ポンプ機構７の吐出圧を利用するから、駆動軸３を支持するための部材を追加する必要がなく、それだけ低コストに実施できる。

また、調整流路１７に形成したオリフィス１９が冷媒ガスの圧力を受けることによって圧力付加手段９の押圧力を増大させたから、駆動軸３の安定機能と、ガタ音発生の防止効果がさらに増大する。

＜第２実施形態＞
図３と図４とによって斜板式圧縮機１０１（圧縮機）の説明をする。図３は斜板式圧縮機１０１の断面図であり、左右の方向は図３での左右の方向である。なお、以下の説明において、斜板式圧縮機１（第１実施形態）と同一の機能部及び機能部材には同一の符号を付しており、重複する説明文は省略するが、必要に応じて第１実施形態の説明文を参照するものとする。

斜板式圧縮機１０１は、クランク室３１内に挿通された駆動軸３と、クランク室３１内で駆動軸３と一体に回転し駆動軸３に対する傾斜角を変えることが可能な斜板５と、斜板５の回転によって駆動されると共に、傾斜角を変えると吐出量が調整される複数のポンプ機構７とを有している。

また、本実施形態の斜板式圧縮機１は、ポンプ機構７の吐出圧をクランク室３１内に導入してクランク室３１内の圧力を上昇させてポンプ機構７のピストン３５の背圧を上昇させ、ポンプ機構７のシリンダ３７内圧との差圧により斜板５の傾斜角を小さくしてポンプ機構７からの吐出量が減少するように構成されている。

そして、本実施形態の斜板式圧縮機１は、ポンプ機構７からの吐出量を減少させる際に、ピストン３５の背圧が作用する方向と反対方向に駆動軸３を押圧して軸方向に安定させる圧力付加手段１０３を設けた。

また、圧力付加手段１０３の前記押圧力は、駆動軸３の端面１１（端部）を押圧する。

また、駆動軸３の端部にプランジャ１０５を装着し、圧力付加手段１０３から受ける押圧力を増大させた。

また、プランジャ１０５は、駆動軸３を軸方向及び径方向に支持する軸受として機能する。

また、駆動軸３の端面１１に開口する軸方向流路１３と、軸方向流路１３と連通する径方向流路１５とからなり、吐出量を減少させる際にポンプ機構７からの吐出圧を通す調整流路１７を設け、径方向流路１５の断面積（径）を軸方向流路１３の断面積（径）より小径に（狭く）してオリフィス１９（圧力集中部）を形成し、前記吐出圧をオリフィス１９で受けることにより、圧力付加手段１０３の押圧力を増大させた。

斜板式圧縮機１０１では、駆動軸３の右端部に、レース１０７と上記のプランジャ１０５とコイルばね１０９とが装着され、プランジャ１０５は駆動軸３を径方向に支持する軸受を兼ねており、コイルばね１０９とプランジャ１０５とレース１０７は、シリンダブロック２３との間で、駆動軸３に掛かる右方へのスラスト力を受けることによって駆動軸３を軸方向に支持する軸受を兼ねている。また、コイルばね１０９は駆動軸３を軸方向に安定させるために駆動軸３を左方に押し返している。

圧力付加手段１０３は、コントロールバルブ４７と、調整流路１７に形成したオリフィス１９と、コントローラとを有しており、斜板５の傾斜角とポンプ機構７の吐出量を減少させる際は、コントロールバルブ４７により冷媒ガスを高圧側の冷媒吐出室４３から端面１１とプランジャ１０５の端面に当てて駆動軸３を左方に押圧し、さらに、オリフィス１９で駆動軸３を左方に押圧しながら軸方向流路１３と径方向流路１５を通して冷媒ガスをクランク室３１側に移動させ、クランク室３１を高圧にする。

このように端面１１とプランジャ１０５とオリフィス１９とで受ける左向きの押圧力によって駆動軸３が軸方向に支持されるので、コイルばね１０９の左向きの付勢力と相俟って、高圧のクランク室３１から駆動軸３に右向きの力が掛かっても駆動軸３が軸方向に安定する。

斜板式圧縮機１０１は次のような効果が得られる。

斜板５の傾斜角を減少させる際に、クランク室３１側の圧力に対向して圧力付加手段１０３が駆動軸３の端面１１とプランジャ１０５を押圧し支持するから、駆動軸３が軸方向に安定しガタ音の発生が防止される。

従って、駆動軸３を軸方向に抑えるコイルばね１０９のバネ常数を大きくする必要がなくなると共に、バネ常数を大きくしないから軸受を兼ねるプランジャ１０５の荷重増加と耐久性低下も防止される。

また、吐出量を減少させるときに圧力付加手段１０３が過渡的に駆動軸３を押圧するだけなので、プランジャ１０５に掛かる負荷は僅かであり、耐久性の低下が防止される。

また、ポンプ機構７の吐出圧を駆動軸の支持に利用する圧力付加手段１０３は、熱負荷の変動に応じて押圧力を自由に制御することができるから、極めて効果的に駆動軸３を安定させ、ガタ音を防止できる。

また、ポンプ機構７の吐出圧を利用するから、駆動軸３を支持するための部材を追加する必要がなく、それだけ低コストに実施できる。

また、プランジャ１０５によって圧力付加手段１０３の押圧力を増大させたので、駆動軸３の安定機能と、ガタ音発生の防止効果がさらに増大する。

また、プランジャ１０５が、駆動軸３を軸方向及び径方向に支持する軸受を兼ねるから、例えば、第１実施形態でのラジアルベアリング５１とスラストベアリング６７が不要になり、それだけコストが低減されている。

また、調整流路１７に形成したオリフィス１９が冷媒ガスの圧力を受けることによって圧力付加手段１０３の押圧力を増大させたから、駆動軸３の安定機能と、ガタ音発生の防止効果が増大する。

また、皿バネと較べてストロークが長いコイルばね１０９は、駆動軸３を長いストローク（範囲）で軸方向に支持し、安定させることができる。

第１実施形態の斜板式圧縮機の断面図である。 第１実施形態の斜板式圧縮機に用いられたレースとスラストベアリングと皿バネとラジアルベアリングの断面図である。 第２実施形態の斜板式圧縮機の断面図である。 第２実施形態の斜板式圧縮機に用いられたレースとプランジャとコイルばねの断面図である。

符号の説明

１ 斜板式圧縮機（圧縮機）
３ 駆動軸
５ 斜板
７ ポンプ機構
９ 圧力付加手段
１１ 端面
１３ 軸方向流路
１５ 径方向流路
１７ 調整流路
１９ オリフィス（圧力集中部）
３１ クランク室
３５ ピストン
３７ シリンダ
１０１ 斜板式圧縮機（圧縮機）
１０３ 圧力付加手段
１０５ プランジャ

Claims (5)

1. クランク室（３１）内に挿通された駆動軸（３）と、前記クランク室（３１）内で前記駆動軸（３）と一体に回転し前記駆動軸（３）に対する傾斜角を変えることが可能な斜板（５）と、前記斜板（５）の回転によって駆動されると共に、前記傾斜角を変えると吐出量が調整される複数のポンプ機構（７）とを有し、前記ポンプ機構（７）の吐出圧を前記クランク室（３１）内に導入して前記クランク室（３１）内の圧力を上昇させて前記ポンプ機構（７）のピストン（３５）の背圧を上昇させ前記ポンプ機構（７）のシリンダ（３７）内圧との差圧により前記斜板（５）の傾斜角を小さくして前記ポンプ機構（７）からの吐出量が減少するように構成された圧縮機（１）、（１０１）であって、
   前記ポンプ機構（７）からの吐出量を減少させる際に、前記ピストン（３５）の背圧が作用する方向と反対方向に前記駆動軸（３）を押圧して軸方向に安定させる圧力付加手段（９）、（１０３）を設けたことを特徴とする圧縮機（１）、（１０１）。
2. 請求項１に記載された発明であって、
   前記圧力付加手段（９），（１０３）の押圧力が、前記駆動軸（３）の端部（１１）を押圧することを特徴とする圧縮機（１），（１０１）。
3. 請求項２に記載された発明であって、
   前記駆動軸（３）の前記端部（１１）にプランジャ（１０５）を装着し、前記圧力付加手段（９），（１０３）から受ける押圧力を増大させたことを特徴とする圧縮機（１），（１０１）。
4. 請求項３に記載された発明であって、
   前記プランジャ（１０５）が、前記駆動軸（３）を軸方向及び径方向に支持する軸受として機能することを特徴とする圧縮機（１），（１０１）。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載された発明であって、
   前記駆動軸（３）の前記端部（１１）に開口する軸方向流路（１３）と、前記軸方向流路（１３）と連通する径方向流路（１５）とからなり、吐出量を減少させる際に前記ポンプ機構（７）からの吐出圧を通す調整流路（１７）を設け、
   前記径方向流路（１５）の断面積を前記軸方向流路（１３）の断面積より狭くして圧力集中部（１９）を形成し、前記吐出圧を前記圧力集中部（１９）で受けることにより、前記圧力付加手段（９），（１０３）から受ける押圧力を増大させたことを特徴とする圧縮機（１），（１０１）。

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