JP2009108750A - ピストン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室から低圧側へ冷媒を逃がす均圧経路からのオイルの流出を少なくすること及び均圧経路から流出したオイルを回収することを課題とする。
【解決手段】ハウジングに形成されたシリンダボア１５にピストン１７が配され、このピストン１７が斜板２０と係合し、該斜板２０はクランク室を貫通する回転軸１２に固着されていて、回転軸１２の回転により、ピストン１７が往復動されるピストン型圧縮機において、前記回転軸１２に軸孔３２を、回転軸１２と斜板に側孔３５ａ，３５ｂをそれぞれ形成する。この軸孔３２と側孔３５ａ，３５ｂとは連通され、クランク室７から圧力を逃がすための均圧経路３４を形成する。この均圧経路３４を経てブローバイ冷媒を低圧側に逃がし、クランク室７内の圧力を低圧に保つと共に流れる冷媒からのオイルも回転する斜板２０及び回転軸１２による遠心分離作用により、オイルの回収が図れ、クランク室７内のオイルの減少を防ぐ。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストン型圧縮機の潤滑に関し、特に性能と潤滑を両立する圧縮機に関する。

自動車の空調装置に用いられるピストン型圧縮機においては、回転軸を支承する軸受、斜板とシューの摺動面、シューとピストンの係合部へは、潤滑用のオイルの供給が図られ、スムーズな回転摺動を確保している。

この種のピストン圧縮機として、例えば特許文献１に示されるように、オイルを含んだ低圧冷媒を斜板室（クランク室）８を経由させてから吸入室１６、１７に導入することにより、斜板室８内部に収容されるシュー１４及びピストン１３等の摺動部品を潤滑する構造が知られている。

また、特許文献２に示されるように、吸入通路をクランク室を経由させないで直接吸入室へ接続するとともに、圧縮機下側の斜板に掻き回されない位置に油槽（オイルパン）８を設け、駆動軸９の端部に設けたポンプ２０によって油槽８に貯められたオイルを吸引し軸方向に沿って延びる給油路２５を通して径方向に形成した分岐路２６から供給することにより、各軸受１１、斜板１０及びシュー１４を潤滑する構造が知られている。
特開平３−９２５８７号公報 実開平３−３５２７４号公報

しかしながら、特許文献１に示される潤滑構造では、構造が簡単である一方で、低圧冷媒ガスがクランク室の摺動部を通過する際に加熱され、吸入室に導入されるまでに非容積が増大して体積効率が低下するという問題を有する。また、摺動部を潤滑したミスト状のオイルが低圧冷媒ガスとともに吸入室に吸い出されてしまい、結果として圧縮機外にオイルが流出してしまう。圧縮機外にオイルが流出してしまうことにより、圧縮機内のオイルが不足することによる信頼性の低下のみならず、冷凍サイクルの熱交換性能を損なうという不都合がある。

この点、特許文献２に示される圧縮機の潤滑構造においては、圧縮機上部の吸入孔から吸引された低圧冷媒ガスがクランク室を経由せず直接吸入室に導かれるため（図１参照）、低圧冷媒ガスの温度を低く保ったまま吸入室に導くことができる。

しかしながら、特許文献２に示される潤滑構造では、油槽やオイルポンプを用いるため圧縮機の構造が複雑化し、重量化、製造コストの上昇を招くので、この潤滑構造を採用した圧縮機は、冷凍車では用いることができても一般の自動車の冷凍サイクルに用いることは困難であるという不都合を有する。

また、前記圧縮機のクランク室７内には、駆動軸９に固着した斜板１０が配されていると共に、ピストン１３の係留部が配されているため、冷媒の圧縮行程時に、該ピストン１３とシリンダボア１２との間から冷媒がクランク室７に流入する。このためクランク室７内の圧力が上昇しないように圧力を低圧領域（吸入通路もしくは吸入室）へ逃がす手段が通常用いられている。具体的には、図示しないがシリンダブロックにクランク室と吸入通路とを連通する均圧孔を設けて圧力を吸入通路へ逃す構造等が採られる。このため、特許文献２に示される圧縮機においても、クランク室の圧力を逃す際に冷媒と共にミスト状のオイルが低圧側へ流出するという問題を有している。

そこで、この発明は、圧縮機外へのオイルの流出を抑えながら、複雑な潤滑構造を採用することなく、各摺動部へのオイルの供給が可能で、さらに性能が良好なピストン型圧縮機を提供することを課題とする。

この発明に係るピストン型圧縮機は、ハウジングと、前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復摺動するピストンと、前記ハウジング内に形成されたクランク室及び吸入室と、前記クランク室を貫通し、前記ハウジングに回転自在に支承された回転軸と、前記クランク室に収容され、前記回転軸に固定され、その回転により回転して前記ピストンを定ストローク量往復動させる斜板と、前記ハウジングに形成されて作動流体を吸入する吸入口及び吐出する吐出口とを有する固定容量型のピストン型圧縮機において、前記吸入口から前記吸入室に至る吸入通路を前記クランク室を経由せずに形成すると共に、前記クランク室内の圧力を低圧領域へ逃がす均圧経路を、前記回転軸内に軸方向に沿って形成された軸孔と、前記軸孔に連通し、前記回転軸の径方向に形成されて前記クランク室に開口する側孔によって構成し、前記クランク室に保持したオイルを斜板又は／およびピストンで跳ねあげることによりクランク室内部の作動部品を潤滑するようにしたことを特徴としている（請求項１）。

前記クランク室は、前記均圧経路を経て吸入室やロータリーバルブ等の低圧領域に連通されており、クランク室内へ流入したブローバイガス（冷媒）は、低圧領域に逃がされ、クランク室内は低圧に保たれる。

そして、該均圧経路は、回転軸に形成された側孔と前記回転軸に形成された軸孔に構成されているため、回転時に生じる遠心作用によって、低圧側へ流出するオイルを含んだ冷媒からオイルが分離されることになる。このため、クランク室にオイルが常に保持され、はねかけ作用によりクランク室内部の作動部品にオイルが十分に供給される。また吸入口から導入の作動流体は、前記クランク室内を通らず直接に吸入室に至る吸入通路を通るため、作動流体がクランク室内の熱により加熱されることが無く、体積効率の低下を防ぐことができる。

前記均圧経路を構成する軸孔の端は、吸入弁を持つタイプの圧縮機では、吸入室に接続され（請求項２）、また吸入弁の替わりにロータリーバルブを持つタイプでは、ロータリーバルブに接続されることになる（請求項３）。

前記した請求項１記載のピストン型圧縮機にあって、シリンダボアとピストンの間から作動流体の漏れを許容するオイル回収手段を設けるようにすれば（請求項４）、そのシリンダボアとピストンの間からオイルを含んだ作動流体がクランク室内に流入しやすくなり、オイルの外部冷凍サイクルへの流出をさらに少なくすることができる。

以上のように、この発明によれば、クランク室の圧力を低圧領域へ逃す均圧経路を形成したことから、クランク室内の圧力を低圧側と同等に常に保つことができる。そして、回転軸に対して径方向に形成した側孔とそれに連通した軸孔との構成から、回転軸の回転による遠心分離作用によって、均圧経路を流れる作動流体から、オイルを分離し回収することができる（請求項１）。

これにより、圧縮機外へのオイルの流出を抑えることができ、クランク室に常にオイルが保持されるため、確実にはねかけ作用により潤滑用のオイルをクランク室内に散布することができる。そしてまた、クランク室内へのオイルの封入量を減らすことができる。即ち、従来例のようなオイルパンを無くし、ピストン型圧縮機の小型化、軽量化に寄与できる。当然ながらオイルポンプを不要とする。また、冷凍サイクル内へのオイルの流出が減ることで、熱交換器の効率の向上が図られる。さらに、吸入した作動流体がクランク室を経由しないで直接吸入室へ導かれるため、クランク室内の熱により加熱されることなく、体積効率の低下を抑えることができる（請求項１）。

さらに、シリンダボアとピストンとの間からの作動流体の漏れを許容するようにすれば（請求項４）、作動流体とともにオイルをクランク室に戻すことができ、戻された作動流体から均圧経路のオイル分離機能により再びオイルをクランク室に回収して、オイルの外部冷凍サイクルへの流出を極力抑えることができる。

以下、この発明の最良の実施例を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに用いられる固定容量斜板式往復動型と称されるピストン型圧縮機が示され、図２において、その中央部分のクランク室付近が示されている。

この圧縮機は、フロント側シリンダブロック１と、このフロント側シリンダブロック１に組み付けられるリア側シリンダブロック２と、フロント側シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）にバルブプレート３を介して組み付けられたフロントヘッド４と、リア側シリンダブロック２のリア側（図中、右側）にバルブプレート５を介して組み付けられたリアヘッド６とを有して構成されている。そして、これらフロントヘッド４、フロント側シリンダブロック１、リア側シリンダブロック２、及びリアヘッド６は、図示しない締結ボルトにより軸方向に締結され、圧縮機全体のハウジングを構成している。

フロント側シリンダブロック１とリア側シリンダブロック２の内部には、それぞれのシリンダブロックを組み付けることによって画成されたクランク室７が設けられている。このクランク室７には、フロント側シリンダブロック１及びリア側シリンダブロック２に形成された回転軸支持孔８，９にプレーンベアリング１０，１１を介して回転自在に支持され、且つ一端がフロントヘッド４から突出する回転軸１２が配設されている。前記プレーンベアリング１０，１１は、後述する回転軸内通路の側孔の開口の妨げとならない位置に取付けられている。また、回転軸１２の先端部とフロントヘッド４との間には、冷媒の漏洩を防止するためのシール部材１３が配され、フロントヘッド４から突出した回転軸１２の先端には、電磁クラッチ１４が取付けられるようになっている。

それぞれのシリンダブロック１，２には、回転軸支持孔８，９に対して平行に、且つ、回転軸を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５が形成されている。そして、それぞれのシリンダボア１５内には、両端に頭部を有する両頭ピストン１７が定ストローク量往復摺動可能に挿入され、この両頭ピストン１７とバルブプレート３，５との間に圧縮室１８が画成されている。

回転軸１２には、クランク室７に収容され、この回転軸１２と共に回転する斜板２０が外嵌されている。この斜板２０は、円板状部分２０ａと、その円板状部分２０ａが所定の角度を持って取付けられているボス２０ｂとより成り、ボス２０ｂが前記回転軸１２に圧入して外嵌されている。

そして、この斜板２０は、フロント側シリンダブロック１及びリア側シリンダブロック２に対してスラスト軸受け２１，２２を介して回転自在に支持されており、周縁部分が前後を挟み込むように設けられた半球状の一対のシュー２３ａ，２３ｂを介して両頭ピストン１７の中央部に形成された係留凹部１７ａに係留されている。したがって、回転軸１２が回転して斜板２０が回転すると、その回転動がシュー２３ａ，２３ｂを介して両頭ピストン１７の定ストロークの往復動に変換され、圧縮室１８の容積が変化するようになっている。そしてまた、斜板２０の回転又は／およびピストン１７の往復動でオイルが跳ねあげられ、クランク室内部の作動部品（斜板、シュー、軸受）を潤滑している。

それぞれのバルブプレート３，５には、シリンダブロック側端面に設けられた吸入バルブによって開閉される吸入孔３ａ，５ａと、シリンダヘッド側端面に設けられた吐出バルブによって開閉される吐出孔３ｂ，５ｂとがそれぞれのシリンダボアに対応して形成されている。さらに、前記フロントヘッド４とリアヘッド６とには、圧縮室１８に供給する冷媒を収容するための吸入室２７ａ，２７ｂと圧縮室１８から吐出した冷媒を収容するための吐出室２８ａ，２８ｂとがそれぞれ形成されている。この例においては、吸入室２７ａ，２７ｂはそれぞれのヘッド４，６の略中央に形成され、吐出室２８ａ，２８ｂは吸入室２７ａ，２７ｂの周囲に形成されている。

また、ハウジングを構成するリア側シリンダブロック２には、外部冷凍サイクルから冷媒を吸入するための吸入口３０と、吐出室２８ａ，２８ｂに連通し、圧縮した冷媒を吐出するための吐出口とが形成されている。

本構成例において、吸入口３０から吸入室２７ａ，２７ｂに至る吸入経路３７は、クランク室７の外側に形成された前記軸方向通路３３をフロントヘッド４及びリアヘッド６にかけて延設され、バルブプレート３，５に形成された通孔３ｃ，５ｃを介してフロントヘッド４とリアヘッド６とに形成された導入室３８ａ，３８ｂに連通されている。さらに、フロントヘッド４及びリアヘッド６のそれぞれに前記吐出室２８ａ，２８ｂと干渉しないように前記吸入経路３７となる径方向外側から穿設される径方向通路３９ａ，３９ｂが形成され、この径方向通路３９ａ，３９ｂにより導入室３８ａ，３８ｂと吸入室２７ａ，２７ｂとが接続され、吸入口３０から吸入された冷媒を吸入経路３７を介して、クランク室７を経由させず圧縮機前後の吸入室２７ａ，２７ｂへ導くようにしている。

均圧経路３４は前記クランク室７内部の圧力を低圧に保つために形成されたもので、前記回転軸１２の軸心で且つ軸方向に形成の軸孔３２と、前記回転軸１２と斜板２０のボス部２０ｂに形成され、クランク室７に連通した一対の側孔３５ａ，３５ｂとで構成されている。

前記均圧経路３４を構成する回転軸１２は、その軸孔３２の一方端が端面に開口して前記吸入室２７ｂに連通され、他方端がシリンダブロック１より、フロントヘッド側へ突出した位置まで延び、その位置において径方向に穿設の側孔３６ａ，３６ｂに連通され、前記側孔３６ａ，３６ｂを介して前記フロント側の吸入室２７ａに連通されている。したがって、ブローバイによりクランク室に流入した冷媒は、均圧経路３４によって低圧領域である吸入室２７ａ，２７ｂに逃がされ、クランク室７内の圧力を低圧に保つことができる。

均圧経路２４を構成する前記側孔３５ａ，３５ｂは、互いに回転軸１２を１８０度回転した位置にあり、且つ回転軸１２の軸線に対して所定の傾斜θを有して形成されていることが好ましく、その傾斜θを何度にするかは設計上適宜に決められる。この実施例では、前記斜板２０の傾斜方向と反対方向となっている。

この側孔３５ａ，３５ｂは、回転軸１２の部位と、斜板２０の部位とで構成され、それぞれ、側孔３５ａ１，３５ａ２と側孔３５ｂ１，３５ｂ２とより同一の孔穿設線上にある。具体的には、一対の側孔３５ａ，３５ｂは、組付前にそれぞれ穿設され、その後に回転軸１２に斜板２０を外嵌して、側孔３５ａ１，３５ａ２とを、側孔３５ｂ１と３５ｂ２とを整合して取付けている。なお、側孔３５ａ１，３５ｂ１は側孔３５ａ２，３５ｂ２よりその径寸法を大きくしても良いが、逆に小さくしても良く、相互に径寸法を異ならしめて、圧入時の孔の整合性を容易とすることができる。

したがって、ブローバイによりクランク室７内に流入したオイルを含んだ冷媒は、均圧経路３４を通り、吸入室２７ａ，２７ｂに流れるが、その際に回転軸１２の回転による遠心分離作用によりオイルが分離されることになり、オイルの外部冷凍サイクルへの流出が抑えられる。

このように、本発明に係る圧縮機においては、吸入経路３７がクランク室７を経由しないように構成されているため、吸入冷媒ガスが加熱されない長所を有する上、ブローバイによってクランク室７に流入したオイル混じりの冷媒ガスは、均圧経路３４によってオイルが分離され、冷媒ガスのみが吸入室２７ａ，２７ｂに逃がされるので、クランク室７に常に十分なオイルを保持することができ、オイルパンを設けなくても、回転する斜板２０または／および定ストロークで往復動するピストン１７の跳ねかけ作用により、作動部品に確実にオイルを供給することができる。

この発明は、冷媒と共に均圧経路３４から流出したオイルをさらに多く回収するためのオイル回収手段を備えても良い。即ち、前記シリンダボア１５とピストン１７との間から漏れるブローバイ量を多くする手段である。例えばピストンとシリンダボア間のクリアランスの拡大又はシリンダボアあるいはピストンに溝を設けること、またピストンが下死点時に至った時に連通する切り欠きをシリンダボアあるいはピストンに形成することなどがある。このように、冷媒のブローバイ量を多くすることで、流出オイルをクランク室７に取り込み、均圧経路３４を流れる際にオイルを分離させ、外部冷凍サイクル中に流出するオイルを減らすことができ、オイルをクランク室７に溜め易い構造としている。このことから、オイルの封入量を減らし、オイルパンをなくし、ピストン型圧縮機の小型化に寄与できることになる。

図３において、実施例１で示したと同様な冷媒圧縮用のピストン型圧縮機の他の実施例が示されている。この実施例２に示すピストン型圧縮機は、吸入弁手段としてロータリーバルブを採用している点が実施例１と相違する所である。したがって、実施例２に示す圧縮機にあって、実施例１と同一の部分は、説明の重複を避けるため、同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみを以下に説明する。

圧縮機にあって、吸入弁手段であるロータリーバルブ４１は、回転軸１２と、それを支えるシリンダブロック１及び２とに形成され、該回転軸１２には、前記した側孔３５ａ，３５ｂから同じ距離を離れた両端近くに位置し、該回転軸１２に対して径方向に分配孔４２ａ，４２ｂが形成され、軸孔３２と連通している。

また、この分配孔４２ａ，４２ｂと、間欠的に連通する導入孔４３ａ，４３ｂが前記シリンダブロック１，２に形成され、該導入孔４３ａ，４３ｂも、気筒数と同数有していて、該導入孔４３ａ，４３ｂは、前記複数のシリンダボア１５，１５にそれぞれ連通している。

この導入孔４３ａ，４３ｂと前記分配孔４２ａ，４２ｂとは、該分配孔４２ａ，４２ｂが回転軸１２に形成されていることから、両頭のピストン１７の往復動と同期しており、該分配孔４２ａ，４２ｂと導入孔４３ａ，４３ｂとの連通時は、吸入行程時となっている。

即ち、均圧経路３４は、クランク室７、側孔３５ａ，３５ｂ、軸孔３２及びロータリーバルブ４１の分配孔４２ａ，４２ｂ、導入孔４３ａ，４３ｂとで構成されることになる。

この第２の実施例にあっても、前記均圧経路３４を構成する前記側孔３５ａ，３５ｂは、互いに回転軸１２を１８０度回転した位置にあり、且つ回転軸１２の軸線に対して所定の傾斜θを有して形成されていることが好ましく、その傾斜θを何度にするかは設計上適宜に決められる。この実施例では、前記斜板２０の傾斜方向と反対方向となっている。

この側孔３５ａ，３５ｂを説明するにあたり、同一構成のため、実施例１の図２を参照して説明すると、該側孔３５ａ，３５ｂは、回転軸１２の部位と、斜板２０の部位とで構成され、それぞれ、側孔３５ａ１，３５ａ２と側孔３５ｂ１，３５ｂ２とより同一の孔穿設線上にある。具体的には、一対の側孔３５ａ，３５ｂは、組付前にそれぞれ穿設され、その後に回転軸１２に斜板２０を外嵌して、側孔３５ａ１，３５ａ２とを、側孔３５ｂ１と３５ｂ２とを整合して取付けている。

なお、ロータリーバルブを採用すると、吸入孔３ａ，３ａは不要となり、図３からは削除されている。

この発明の第１の実施例を示す断面図である。 同上の中心部分のクランク室付近の断面図である。 この発明の第２の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ フロント側シリンダブロック
２ リア側シリンダブロック
３ バルブプレート
４ フロントヘッド
５ バルブプレート
６ リアヘッド
７ クランク室
１２ 回転軸
１４ 電磁クラッチ
１８ 圧縮室
２０ 斜板
２０ａ 円板状部分
２０ｂ ボス
２７ａ，２７ｂ 吸入室
２８ａ，２８ｂ 吐出室
３２ 軸孔
３３ 軸方向通路
３４ 均圧経路
３５ａ，３５ｂ 側孔
３６ａ，３６ｂ 側孔
３７ 吸入経路
４１ ロータリーバルブ
４２ａ，４２ｂ 分配孔
４３ａ，４３ｂ 導入孔

Claims (4)

1. ハウジングと、前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復動するピストンと、前記ハウジング内に形成されたクランク室および吸入室と、前記クランク室を貫通し、前記ハウジングに回転自在に支承された回転軸と、前記クランク室に収容され、前記回転軸に固定され、その回転により回転して前記ピストンを定ストローク量往復動させる斜板と、前記ハウジングに形成されて作動流体を吸入する吸入口及び吐出する吐出口とを有する固定容量型のピストン型圧縮機において、
   前記吸入口から前記吸入室に至る吸入通路を前記クランク室を経由せずに形成すると共に、
   前記クランク室内の圧力を低圧領域へ逃がす均圧経路を、前記回転軸内に軸方向に沿って形成された軸孔と、前記軸孔に連通し、前記回転軸の径方向に形成されて前記クランク室に開口する側孔によって構成し、前記クランク室に保持されたオイルを斜板又は／およびピストンで跳ねあげることによりクランク室内部の作動部品を潤滑するようにしたことを特徴とするピストン型圧縮機。
2. 前記均圧経路を構成する軸孔の端が、前記吸入室に接続されることを特徴とする請求項１記載のピストン型圧縮機。
3. 前記均圧経路を形成する軸孔の端が、ロータリーバルブに接続されることを特徴とする請求項１記載のピストン型圧縮機。
4. 前記均圧経路を経て流出したオイルを回収するため、前記シリンダボアと前記ピストンとの間から作動流体の漏れを許容するオイル回収手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン型圧縮機。

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