JP2021032210A - 圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】可変容量圧縮機において、簡易な構成でクランク室へオイルを戻す。【解決手段】可変容量圧縮機100において、駆動軸110の一端部に固定された回転部材180がシリンダブロック101に形成された収容室101b1に収容されている。クランク室140と吸入室141とを連通する排出通路146は、軸内通路部146a、軸内通路部146aに連通する回転部材180の内部空間146b及び内部空間146bと吸入室141とを連通するための絞り通路部146cを含む。内部空間146bと回転部材180の周囲の環状領域145b2とを連通するオイル戻し通路147は、回転部材180と介在部材160との間の隙間δを含む。環状領域145b2は、吐出室142とクランク室140とを連通する供給通路145のうち制御弁200とクランク室140との間のクランク室側通路145bの一部を構成している。【選択図】図1

Description

本発明は、制御圧室の圧力調整により冷媒の吐出容量を変更可能な可変容量圧縮機に関する。
特許文献1には、可変容量圧縮機において、冷媒(詳しくは冷媒ガス)にミスト状のオイルを混在させて圧縮機内部の潤滑を確保することや、圧縮機内部の潤滑状態を良好に維持するために、圧縮後の冷媒からオイルを分離する筒状のオイルセパレータを設け、このオイルセパレータにより分離されたオイルをクランク室へ戻すことが開示されている。この可変容量圧縮機のハウジング内には、吸入室と、吐出室と、クランク室と、吐出室とクランク室とを連通する給気通路と、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路と、駆動軸と、オイルセパレータにより分離されたオイルが導入されるオイル室と、オイル室内のオイルをクランク室に戻すためのオイル戻し通路とが設けられている。オイルセパレータは、筒状に形成されて抽気通路上に配置されると共に駆動軸に連結されており、駆動軸と一体に回転することで抽気通路を流動する冷媒からオイルを遠心分離している。
特開2002−213350号公報
ここで、特許文献1に記載された可変容量圧縮機では、オイルセパレータにより冷媒から分離されたオイルはオイル室に導かれている。そして、この可変容量圧縮機では、このオイル室の内圧をクランク室の内圧以上に保ち、オイル室とクランク室との間に差圧を生じさせることによって、オイル室内のオイルがオイル戻し通路を介してクランク室に戻されるという構造を採用している。
しかしながら、単なる筒状のオイルセパレータでは、オイル室の内圧をクランク室の内圧以上に保つことは現実的には困難であり、オイル室内のオイルをクランク室に効果的に戻すことは困難である。また、特許文献1には、オイルセパレータにフィンを設けることによって、オイル室内の昇圧を促進させることが開示されているが、この場合には、昇圧促進のために、構造が複雑になり製造コストが上がってしまう。
そこで、本発明は、簡易な構成で制御圧室(クランク室)へオイルを戻すことができる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の一側面によると、圧縮前の冷媒が導かれる吸入室と、圧縮後の冷媒が吐出される吐出室と、制御圧室と、制御圧室を横断する駆動軸と、筒状の回転部材と、中間ハウジングと、第1ハウジングと、第2ハウジングと、吐出室と制御圧室とを連通する供給通路と、制御圧室と吸入室とを連通する排出通路と、オイル戻し通路と、供給通路の開度を制御する制御弁と、を含んだ可変容量圧縮機が提供される。駆動軸は軸線方向の移動が許容された状態で回転自在に支持されている。筒状の回転部材は駆動軸の一端部に固定されて駆動軸と一体に回転する。中間ハウジングは回転部材を収容する凹状の収容室とこの収容室の底部を貫通すると共に駆動軸の一端部が挿通される軸孔とを有する。第1ハウジングは中間ハウジングの収容室と反対の一端側に設けられ中間ハウジングと協働して制御圧室を形成する。第2ハウジングは中間ハウジングの他端側に介在部材を介して設けられ介在部材と協働して吸入室及び吐出室を形成する。排出通路は、軸内通路部と、軸内通路部に連通する回転部材の内側の内部空間と、絞り通路部とを含む。軸内通路部は駆動軸内を伸びて一端が駆動軸の一端部側の端面で開口し他端が駆動軸の他端部側の外周面で開口する。絞り通路部は介在部材を貫通して内部空間と吸入室とを連通するための通路である。オイル戻し通路は、回転部材の内部空間と収容室内における回転部材の周囲の環状領域とを連通しており、回転部材と介在部材との間の隙間を含む。この可変容量圧縮機では、制御弁により供給通路の開度を制御することで吐出容量が制御されている。そして、収容室内における回転部材の周囲の環状領域は、供給通路のうち制御弁と制御圧室との間の制御圧室側通路の一部を構成している。
本発明の一側面による可変容量圧縮機においては、筒状の回転部材が駆動軸の一端部に固定されており、この駆動軸の一端部側の端面で軸内通路部の一端が開口している。そのため、軸内通路部の一端の開口から流出した冷媒は排出通路に含まれる回転部材の内側の内部空間に導かれる。したがって、排出通路を制御圧室側から吸入室側へ向かって流れる冷媒はその途中において駆動軸と一体に回転する回転部材の内側の内部空間を経由している。回転部材の内部空間を流れる冷媒の大半は駆動軸と一体に回転する筒状の回転部材の内壁面に沿って旋回するように回転する。冷媒に含まれるオイルはこの回転によって生じる遠心力によって冷媒から遠心分離され、この遠心分離されたオイルは回転部材の内壁面に沿って吸入室側に向かって流れる。そして、回転部材の内壁面に沿って吸入室側に向かって流れるオイルは、回転部材の内部空間と回転部材を収容する凹状の収容室内における回転部材の周囲の環状領域とを連通するオイル戻し通路を介して環状領域に排出される(飛散する)。ここで、本発明の一側面による可変容量圧縮機においては、収容室内における回転部材の周囲の環状領域は、供給通路のうち制御弁と制御圧室との間の制御圧室側通路の一部を構成している。したがって、環状領域に排出されたオイルは、例えば、制御弁が供給通路を開いている場合には、供給通路を制御圧室に向かって流れる冷媒流れに乗って効果的に制御圧室に向かって流れて制御圧室に戻される。また、制御弁が供給通路を閉じている場合には、環状領域には制御圧室に向かう冷媒流れは生じないが、環状領域に排出されたオイルはその自重によって制御圧室側通路を経由して制御圧室に戻され得る。
このようにして、簡易な構成で制御圧室へオイルを戻すことのできる可変容量圧縮機を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る可変容量圧縮機の概略の断面図である。 上記可変容量圧縮機の駆動軸の一端部を含む要部断面図である。 上記駆動軸の一端部を含む拡大断面図である。 上記可変容量圧縮機のオイル戻し通路の変形例を説明するための要部断面図である。 上記可変容量圧縮機の供給通路の制御圧室側通路の変形例を説明するための要部断面図である。 上記可変容量圧縮機の排出通路の絞り通路部の変形例を説明するための要部断面図である。 上記絞り通路部の別の変形例を説明するための要部断面図である。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
[可変容量圧縮機の概要]
図1は、本発明の一実施形態に係る可変容量圧縮機100の断面図である。実施形態に係る可変容量圧縮機100は、主に車両用のエアコンシステム(エア・コンディショナー・システム)に適用されるクラッチレス圧縮機として構成されている。なお、本実施形態では、斜板式の可変容量圧縮機の場合を一例に挙げて説明する。図1には圧縮機設置状態における重力方向の上下関係が示されている。後述する各図においても同様に重力方向の上下関係が示されている。
可変容量圧縮機100は、環状に配列された複数のシリンダボア101aを有するシリンダブロック101と、シリンダブロック101の一端(後述する収容室101b1と反対の一端側)にセンターガスケット102aを介して設けられたフロントハウジング102と、シリンダブロック101の他端(他端側)にバルブプレート103を含む介在部材160を介して設けられたシリンダヘッド104と、を含む。介在部材160はシリンダブロック101とシリンダヘッド104との間に介在する部材である。なお、本実施形態において、シリンダブロック101が本発明に係る「中間ハウジング」に相当し、フロントハウジング102が本発明に係る「第1ハウジング」に相当し、シリンダヘッド104が本発明に係る「第2ハウジング」に相当する。
フロントハウジング102、センターガスケット102a、シリンダブロック101、シリンダガスケット152、吸入弁形成板150、バルブプレート103、吐出弁形成板151、ヘッドガスケット153、シリンダヘッド104が順次接続され、これらの部材が複数の通しボルト105により締結されることによって、可変容量圧縮機100の本体が形成される。本実施形態では、介在部材160は、シリンダガスケット152、吸入弁形成板150、バルブプレート103、吐出弁形成板151及びヘッドガスケット153からなる部材であるものとし、介在部材160のうち吸入弁形成板150、バルブプレート103及び吐出弁形成板151からなる部分については弁装置160aと呼ぶことができる。
フロントハウジング102は、シリンダブロック101と協働して制御圧室140(以下では、クランク室140という)を形成しており、駆動軸110がクランク室140を横断するように設けられている。フロントハウジング102は、有底筒状に形成され、概ね円筒状の周壁102bと周壁102bの一端を閉止する一端壁部102cとを有し、周壁102bの他端102b1の開口がシリンダブロック101によって閉止されている。
駆動軸110の軸方向の中間部の周囲には、斜板111が配置されている。斜板111は、駆動軸110に固定されたロータ112にリンク機構120を介して連結され、駆動軸110と伴に回転する。斜板111の駆動軸110の軸線Oに対する角度(斜板111の傾角)は所定の傾角範囲内で変更可能に構成されている。ロータ112は、クランク室140内においてフロントハウジング102の一端壁部102cに対向する。ロータ112における一端壁部102c側の端面には、円環状の突部112aが一端壁部102c側に向かって突出している。この突部112aの外周に後述するスラスト軸受133が取り付けられる。
リンク機構120は、ロータ112から突出した第1アーム112bと、斜板111から突出した第2アーム111aと、一端側が第1連結ピン122を介して第1アーム112bに対して回転自在に連結され、他端側が第2連結ピン123を介して第2アーム111aに対して回転自在に連結されたリンクアーム121と、を含む。
駆動軸110が挿通される斜板111の貫通孔111bは、斜板111が最大傾角と最小傾角の範囲で傾動可能な形状に形成されている。貫通孔111bには駆動軸110と当接する最小傾角規制部が形成されている。斜板111が駆動軸110の軸線Oに直交するときの斜板111の傾角を0°とした場合、貫通孔111bの最小傾角規制部は、斜板111の傾角がほぼ0°になると駆動軸110に当接し、斜板111のそれ以上の傾動を規制するように形成されている。斜板111は、その傾角が最大傾角となるとロータ112に当接してそれ以上の傾動が規制される。駆動軸110には、斜板111の傾角を減少させる方向に斜板111を付勢する傾角減少バネ113と、斜板111の傾角を増大させる方向に斜板111を付勢する傾角増大バネ114とが取り付けられている。傾角減少バネ113は斜板111とロータ112との間に配置され、傾角増大バネ114は斜板111と駆動軸110に固定されたバネ支持部材115との間に取り付けられている。ここで、斜板111の傾角が最小傾角であるとき、傾角増大バネ114の付勢力の方が傾角減少バネ113の付勢力よりも大きくなるように設定されており、駆動軸110が回転していないとき、斜板111は、傾角減少バネ113の付勢力と傾角増大バネ114の付勢力とがバランスする傾角に位置決めされる。
駆動軸110の一端部は、シリンダブロック101に形成されたセンターボア101bに挿通されている。センターボア101bは、シリンダブロック101の中央で且つ複数のシリンダボア101aの内側においてシリンダブロック101を貫通している。センターボア101bは、シリンダブロック101のシリンダヘッド104側の端面に形成された凹状の収容室101b1と、収容室101b1の底部を貫通すると共に駆動軸110の一端部が挿通される第1軸孔101b2とを含む。つまり、シリンダブロック101は、複数のシリンダボア101aと収容室101b1と第1軸孔101b2とを有する。収容室101b1には、後述する回転部材180が収容される。収容室101b1は例えば円形断面を有し、収容室101b1は介在部材160の弁装置160a(詳しくは吸入弁形成板150)によって覆われている(閉止されている)。つまり、介在部材160を構成するシリンダガスケット152のうち収容室101b1に対応する部分には、大きな穴が空いており(後述する図2参照)、弁装置160aの吸入弁形成板150が直接的に収容室101b1の開口を塞いでいる。そして、第1軸孔101b2は、収容室101b1の内径より小さい内径で開口されており、シリンダブロック101のフロントハウジング102側の端面に形成された凹部101cの底部と収容室101b1の底部との間を貫通している。第1軸孔101b2には、駆動軸110の一端部側の部位を回転自在に支持する第1軸受131が設けられている。本実施形態において、第1軸孔101b2が本発明に係る「軸孔」に相当し、第1軸受131が本発明に係る「軸受」に相当する。
駆動軸110の他端部は、フロントハウジング102の一端壁部102cに開口される第2軸孔102d内を延び、フロントハウジング102の外側まで延在している。詳しくは、第2軸孔102dは、フロントハウジング102の一端壁部102cの径方向中央部において外側に突出する突出部102e内を貫通している。駆動軸110の他端部には、図示省略の動力伝達装置が連結される。この動力伝達装置を介して駆動軸110の回転動力が外部動力源から入力される。駆動軸110と突出部102eとの間には軸封装置130が設けられている。フロントハウジング102の第2軸孔102dには、駆動軸110の他端部側の部位を回転自在に支持する第2軸受132が設けられている。
駆動軸110と駆動軸110に固定されたロータ112とからなる連結体は、ラジアル方向においては第1軸受131及び第2軸受132で支持され、スラスト方向においてはスラスト軸受133で支持されている。本実施形態では、第1軸受131及び第2軸受132はすべり軸受からなる。スラスト軸受133は、ロータ112の突部112aの外周面に取り付けられた状態でロータ112とフロントハウジング102の一端壁部102cとの間に挟み込まれ、ロータ112に作用するスラスト方向荷重を支持する。
駆動軸110は、その軸線O方向の移動が僅かに許容されている。駆動軸110の軸封装置130側への移動は、例えば、ロータ112がスラスト軸受133に当接することにより規制され、駆動軸110の介在部材160側への移動は、駆動軸110の一端部に固定される後述する回転部材180が介在部材160(弁装置160aの吸入弁形成板150)に当接することにより規制される。このように、駆動軸110は軸線O方向の移動が許容された状態で回転自在に支持されている。そして、駆動軸110は、外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達されることにより、動力伝達装置の回転と同期して回転するように構成されている。
各シリンダボア101a内には、ピストン136が配置されている。ピストン136のクランク室140内に突出する突出部には、斜板111の外周部が収容されており、斜板111は一対のシュー137を介してピストン136と連動するように構成されている。そして、駆動軸110の回転に伴う斜板111の回転によって、ピストン136がシリンダボア101a内を往復動する。
シリンダヘッド104は、介在部材160と協働して、圧縮前の冷媒が導かれる吸入室141及び圧縮後の冷媒が吐出される吐出室142を形成している。吸入室141はシリンダヘッド104の中央部に配置され、吐出室142は吸入室141を環状に取り囲むように配置されている。吸入室141と各シリンダボア101aとは、バルブプレート103に設けられた吸入孔103a及び吸入弁形成板150に形成された吸入弁(図示省略)を介して連通している。各シリンダボア101aと吐出室142とは、バルブプレート103に設けられた吐出孔103b及び吐出弁形成板151に形成された吐出弁(図示省略)を介して連通している。
吸入室141は、シリンダヘッド104に形成された吸入ポート104a及び連通路104bで構成される吸入通路を介してエアコンシステムの冷媒回路の低圧側に接続されている。シリンダブロック101の上部には吐出ポート101dを有するマフラ106が形成されている。マフラ106内のマフラ空間143は、連通路144を介して吐出室142に連通しており、マフラ空間143内には、吐出逆止弁170が配置されている。吐出逆止弁170は、連通路144とマフラ空間143との圧力差に応答して動作する。吐出室142は、連通路144、吐出逆止弁170、マフラ空間143及び吐出ポート101dにより構成された吐出通路を介してエアコンシステムの冷媒回路の高圧側に接続されている。
ここで、可変容量圧縮機100は、吐出室142内の冷媒をクランク室140に供給するための供給通路145と、クランク室140内の冷媒を吸入室141に排出するための排出通路146と、を有している。供給通路145は、吐出室142とクランク室140との間を連通する通路として形成されている。排出通路146は、クランク室140と吸入室141との間を連通する通路として形成されている。なお、供給通路145及び排出通路146の詳細については後に説明する。
供給通路145の途中には、制御弁200が設けられている。制御弁200は、供給通路145の開度(通路断面積)を制御し、これにより、吐出室142内の冷媒(吐出冷媒)のクランク室140への供給量を制御してクランク室140内の圧力を制御するように構成されている。制御弁200は、弁ユニットと、弁ユニットを開閉作動させる駆動ユニット(ソレノイド)と、を含み、シリンダヘッド104に形成された連通路(図示省略)を介して導入される吸入室141の圧力と、外部信号に応じてソレノイドに流れる電流によって発生する電磁力と、に応答して供給通路145の開度を制御するように構成されている。
制御弁200が閉じているときは、排出通路146を介してクランク室140内の冷媒が吸入室141に流出してクランク室140の圧力が吸入室141の圧力と同等となる。この場合、斜板111の傾角が最大となり、ピストン136のストローク(吐出容量)が最大となる。一方、制御弁200が開いているときは、制御弁200による供給通路145の開度に応じてクランク室140の圧力が上昇して斜板111の傾角が最大から減少する。これにより、ピストン136のストロークが可変制御され、冷媒の吐出容量が可変制御される。このように、可変容量圧縮機100は、供給通路145を介して吐出室142内(吐出圧力領域)の冷媒をクランク室140に供給し、排出通路146を介してクランク室140内の冷媒を吸入室141(吸入圧力領域)に流出させることによってクランク室140内の調圧を行い、このクランク室140内の調圧によって吐出容量が制御されるように構成されている。つまり、制御弁200により供給通路145の開度を制御することで、冷媒の吐出容量が制御されている。
[可変容量圧縮機の詳細構造]
ここで、クランク室140内には、主に軸封装置130、各軸受(131,132,133)、斜板111等の摺動部材等の摺動面を潤滑するためのオイル(潤滑油)が貯留されている。このクランク室140内のオイルは、駆動軸110の回転が停止しているときには、クランク室140内の重力方向下側の領域に貯留されている。また、駆動軸110が回転すると、クランク室140内のオイルは駆動軸110の回転に伴って撹拌されてミスト状になる。このミスト状のオイルは供給通路145を介してクランク室140内に導かれた冷媒(冷媒ガス)に混ざる。オイルを含有した冷媒は排出通路146をクランク室140から吸入室141に向かって流れるので、このままでは、クランク室140内のオイルの量を適量に維持することができなくなる。そのため、以下に詳述するように、可変容量圧縮機100は、オイルセパレータとしての筒状の回転部材180とオイル戻し通路147とを更に含んでいる。
図2は可変容量圧縮機100の駆動軸110の一端部を含む要部断面図であり、図3は駆動軸110の一端部を含む拡大断面図である。以下では、回転部材180、供給通路145、排出通路146、オイル戻し通路147について詳述する。
「回転部材」
回転部材180は、駆動軸110の一端部に固定されて駆動軸110と一体に回転する筒状の部材である。回転部材180は、冷媒からオイルを分離するオイルセパレータの機能を有する。回転部材180は、その一端部が駆動軸110の一端部に固定された状態で、シリンダブロック101の収容室101b1に収容されている。回転部材180の他端部は介在部材160に対向している。具体的には、回転部材180は、全体として概ねテーパー筒状に形成されており、円筒状の篏合筒部180aとフランジ部180bと胴部180cとからなる。篏合筒部180aは、駆動軸110の一端部の外周面に沿って篏合する。フランジ部180bは、介在部材160に対向する円環状のフランジ面を有する。胴部180cは篏合筒部180aとフランジ部180bとの間を接続すると共に篏合筒部180aからフランジ部180bに向かうほど拡径するテーパー筒状に形成されている。また、回転部材180におけるフランジ部180bを含む部位は、全体としてベルマウス状に形成されている。
ロータ112がスラスト軸受133に当接し、駆動軸110の軸封装置130側への移動が規制されている時、回転部材180の他端部の端面(詳しくはフランジ部180bのフランジ面)と介在部材160の端壁(詳しくは吸入弁形成板150)との間に、隙間δが空くように設定されている。前述したように、駆動軸110の軸線O方向の移動は僅かに許容されている。したがって、回転部材180の他端部(詳しくはフランジ部180bのフランジ面)は介在部材160の端壁に対して接離可能に構成されている。例えば、通常運転時には、駆動軸110とロータ112と回転部材180とからなる組立体はピストン136の圧縮反力によってスラスト軸受133側に寄せられている。したがって、通常運転時において、ロータ112がスラスト軸受133に当接すると共に、回転部材180と介在部材160との間に隙間δが空いている。また、例えば、クランク室140内の圧力が急激に上昇する等の運転時には、駆動軸110とロータ112と回転部材180とからなる組立体は介在部材160側に寄せられて、回転部材180が介在部材160に当接して隙間δが無くなり得る。しかし、回転部材180と介在部材160との当接部は滑り軸受として構成されているので、駆動軸110の回転に支障は無い。また、回転部材180が介在部材160から最も離れたときの上記隙間δの距離は、例えば、概ね数十μmから100μm程度に初期設定されており、通常運転時では、隙間δの距離は概ね初期設定された値に維持されている。この初期設定値(距離)は、駆動軸110の一端部に対する回転部材180の篏合筒部180aの篏合量(軸線O方向の篏合長さ)を調整することで調整される。なお、回転部材180は、例えば、駆動軸110の一端側に圧入嵌合で固定されることが望ましい。
「供給通路」
制御弁200が開弁すると、吐出室142とクランク室140とは供給通路145によって連通し、供給通路145を介して吐出室142内の冷媒がクランク室140に供給される。本実施形態では、供給通路145は、制御弁200内の通路と吐出室側通路145aとクランク室側通路145bとにより構成されている。吐出室側通路145aは、供給通路145のうち吐出室142と制御弁200との間の通路、つまり、制御弁200より上流側の通路である。吐出室側通路145aは、シリンダヘッド104における吐出室142と制御弁200の収容孔104cとの間の隔壁を貫通して吐出室142と制御弁200の収容孔104cとを連通している。クランク室側通路145bは、供給通路145のうち制御弁200とクランク室140との間、つまり、制御弁200より下流側の通路である。なお、本実施形態において、クランク室側通路145bが本発明に係る「制御圧室側通路」に相当する。
本実施形態において、供給通路145のクランク室側通路145bは、制御弁200側から伸びる第1通路145b1と、シリンダブロック101の収容室101b1内における回転部材180の周囲の環状領域145b2と、この環状領域145b2とクランク室140とを連通する第2通路145b3とにより構成されている。
第1通路145b1は、制御弁200からシリンダヘッド104における吸入室141と吐出室142との間を経由してシリンダヘッド104内を伸びると共に、介在部材160を貫通して環状領域145b2に開口している。つまり、第1通路145b1の一端は制御弁200の収容孔104cに開口し、第1通路145b1の他端は環状領域145b2に開口している。より具体的には、第1通路145b1は、制御弁200側から順に、小孔104dと拡張部104eと貫通孔160bと切り欠き溝部101eとにより構成されている。小孔104dは、収容孔104cの孔壁を貫通して介在部材160に向かって伸びている。拡張部104eは、小孔104dに連通すると共にシリンダヘッド104における介在部材160側の端面に開口している。貫通孔160bは、介在部材160における拡張部104eに対応した部位を貫通している。また、貫通孔160bの貫通位置は、収容室101b1の開口端部に対応した位置に設定されている。切り欠き溝部101eは、シリンダブロック101の収容室101b1の内周壁における開口端部の一部を切り欠くように形成されており、貫通孔160bと収容室101b1とを連通している。また、本実施形態では、第1通路145b1は、駆動軸110よりも重力方向下側で環状領域145b2に開口している。
環状領域145b2は、収容室101b1の内周壁と回転部材180との間の円環状の領域である。換言すると、環状領域145b2は、収容室101b1内における回転部材180の径方向外側の空間である外部空間であり、回転部材180によって内部空間146bと区画されている。この環状領域145b2は、供給通路145のうちクランク室側通路145bの一部を構成している。
第2通路145b3は、収容室101b1の底部のうち第1軸孔101b2の周囲の所定部位を貫通して収容室101b1とクランク室140とを連通している。第2通路145b3は、より具体的には、収容室101b1と凹部101cとの間を第1軸孔101b2と平行に伸び、凹部101cを介してクランク室140に連通しており、収容室101b1側の端部の一部が収容室101b1の内周壁の部位まで伸びている。
本実施形態では、第2通路145b3は、オイル戻し通路147の通路断面積より大きな通路断面積を有している。また、本実施形態では、第2通路145b3は、駆動軸110よりも重力方向下側で環状領域145b2に開口している。より詳しくは、第2通路145b3は、駆動軸110よりも重力方向下側であって、収容室101b1の底部及び内周壁に開口部を有している。
本実施形態では、吐出室142から供給通路145(詳しくは吐出室側通路145a)を介して制御弁200内に導かれた全ての冷媒は、第1通路145b1を経由して環状領域145b2に導かれている。
「排出通路」
排出通路146は、クランク室140と吸入室141とを常時連通する通路であり、軸内通路部146aと回転部材180の内側の内部空間146bと絞り通路部146cとを含む。また、本実施形態では、排出通路146は、軸封装置130及び第2軸受132へオイルを供給する機能も有しており、オイル供給通路部146dと円環状の空間146eを含んでいる。排出通路146は、クランク室140側から順に、オイル供給通路部146d、円環状の空間146e、軸内通路部146a、内部空間146b、絞り通路部146cを経由して伸びている。
オイル供給通路部146dは、軸封装置130及び第2軸受132にオイルを供給する機能を有する通路であり、フロントハウジング102の一端壁部102cに設けられている。オイル供給通路部146dの一端は、一端壁部102cにおける駆動軸110より重力方向上側で且つスラスト軸受133より径方向外側の部位にてクランク室140に開口している。オイル供給通路部146dの他端は、円環状の空間146eに開口している。
円環状の空間146eは、軸封装置130と第2軸受132との間の領域である。この空間146eにおける上部領域に、オイル供給通路部146dの他端が開口している。
軸内通路部146aは、駆動軸110内を伸びる通路である。本実施形態では、軸内通路部146aの一端は駆動軸110の一端部側(介在部材160側)の端面で開口し、軸内通路部146aの他端は駆動軸110の他端部側(軸封装置130側)の外周面で開口している。詳しくは、軸内通路部146aは、駆動軸110の一端部側の端面から軸線Oに沿って駆動軸110の他端部側まで伸びる中心通路146a1と、中心通路146a1における駆動軸110の他端部側の部位から径方向外側に伸びる径方向通路146a2とにより構成されている。径方向通路146a2は、駆動軸110の外周面における周方向の所定角度位置で円環状の空間146eに開口している。なお、径方向通路146a2は、円環状の空間146eに限らず、駆動軸110の外周面に開口されてもよい。この場合、軸内通路部146aはクランク室140に直接的に連通している。
回転部材180の内側の内部空間146bは、軸内通路部146aに連通する空間である。内部空間146bは、軸内通路部146aの一端側(介在部材160側)の断面積より大きな断面積を有した概ね円柱状の空間である。
絞り通路部146cは、絞り部Thを有すると共に、介在部材160を貫通して内部空間146bと吸入室141とを連通するための通路である。排出通路146における最小通路面積は絞り部Thの断面積により規定される。本実施形態では、絞り通路部146cは介在部材160を貫通した貫通孔により構成されており、絞り部Thはこの貫通孔自体で構成されている。
本実施形態では、絞り通路部146cの内部空間146b側の一端の開口は、駆動軸110の一端部側(介在部材160側)の端面に正対する正面視で、軸内通路部146aの一端の開口(つまり中心通路146a1の開口)の内側に位置している。詳しくは、絞り通路部146cは、介在部材160における駆動軸110の軸線Oの延長線上の部位に開口されており、軸内通路部146aのうち駆動軸110の軸線Oに沿って伸びる中心通路146a1と同軸的に設けられている。なお、回転部材180の他端部と介在部材160との間に隙間δが空いている状態では、絞り通路部146cは収容室101b1における隙間δの領域を介して内部空間146bと吸入室141とを連通し、回転部材180の他端部が介在部材160に当接した状態では、絞り通路部146cは内部空間146bと吸入室141とを直接的に連通する。
「オイル戻し通路」
オイル戻し通路147は、回転部材180の内部空間146bと環状領域145b2とを連通し、排出通路146を流れる冷媒からオイルセパレータとしての回転部材180によって分離されたオイルを内部空間146bから環状領域145b2に排出してクランク室140に戻すための通路である。オイル戻し通路147は、回転部材180と介在部材160との間の隙間δを含む。本実施形態では、オイル戻し通路147はこの隙間δのみで構成されている。前述したように、通常運転時を含む大半の運転時では、隙間δの距離は概ね初期設定された値に維持されている。したがって、隙間δの距離によって規定されるオイル戻し通路147の通路断面積は隙間δの距離の初期設定値に応じた値に維持されている。
次に、本実施形態に係る可変容量圧縮機100の作用について、主に、回転部材180による冷媒からのオイルの分離、及び、分離されたオイルの流れについて説明する。
駆動軸110が回転すると、クランク室140内のオイルは撹拌されてミスト状になってクランク室140内の冷媒(冷媒ガス)に混ざる。したがって、クランク室140内における周壁102b側の領域はオイルの含有量の多い領域となる。このクランク室140内における周壁102b側の領域のオイルを含む冷媒は、主にオイル供給通路部146dを流れて円環状の空間146eに導かれる。円環状の空間146eに導かれたオイルを含む冷媒の一部は、軸封装置130や第2軸受132に供給される。そして、円環状の空間146e内のオイルを含む冷媒の大半は、径方向通路146a2を介して中心通路146a1に導かれて、軸内通路部146a(中心通路146a1)を吸入室141側に向かって流れる。
そして、軸内通路部146a(中心通路146a1)の一端の開口から流出した冷媒は排出通路146に含まれる回転部材180の内側の内部空間146bに導かれる。したがって、排出通路146をクランク室140側から吸入室141側へ向かって流れる冷媒はその途中において駆動軸110と一体に回転する回転部材180の内側の内部空間146bを経由している。回転部材180の内部空間146bを流れる冷媒の大半は駆動軸110と一体に回転する回転部材180の内壁面に沿って旋回するように回転する。冷媒に含まれるオイルはこの回転によって生じる遠心力によって冷媒から遠心分離され、この遠心分離されたオイルは回転部材180の内壁面に沿って吸入室141側に向かって流れる。そして、回転部材180の内壁面に沿って吸入室141側に向かって流れるオイルは、オイル戻し通路147(つまり、本実施形態では隙間δ)を介して回転部材180の周囲の環状領域145b2に排出される(飛散する)。環状領域145b2に排出されたオイルは、例えば、制御弁200が供給通路145を開いている場合には、供給通路145の一部を構成する環状領域145b2に生じているクランク室140に向かう冷媒流れに乗って効果的にクランク室140に向かって流れてクランク室140に戻される。また、制御弁200が供給通路145を閉じている場合には、環状領域145b2にはクランク室140に向かう冷媒流れは生じないが、環状領域145b2に排出されたオイルの大半はその自重によってクランク室側通路145b(本実施形態では第2通路145b3)を経由してクランク室140に戻され得る。
本実施形態に係る可変容量圧縮機100によれば、環状領域145b2は供給通路145のクランク室側通路145bの一部を構成しおり、回転部材180により冷媒から分離されたオイルはオイル戻し通路147を介して環状領域145b2に直接的に排出されている。換言すると、オイルセパレータとしての回転部材180における冷媒からオイルを分離する領域である内部空間146b(つまり、オイル分離領域)と、供給通路145の一部を構成する環状領域145b2とが、オイル戻し通路147によって直接的に連通されている。これにより、環状領域145b2内のオイルをクランク室140に向かう冷媒流れによって効果的にクランク室へ戻すことができる。
このようにして、簡易な構成でクランク室140へオイルを戻すことのできる可変容量圧縮機100を提供することができる。また、吸入室141へ冷媒と共に排出されて吐出室142及び吐出ポート101dを経由して冷媒回路に流れるオイルの量が低減し、その結果、空調装置の効率が向上する。
本実施形態では、供給通路145のクランク室側通路145bは、制御弁200側から伸び介在部材160を貫通して環状領域145b2に開口する第1通路145b1と、環状領域145b2と、環状領域145b2とクランク室140とを連通する第2通路145b3と、を含んでいる。これにより、環状領域145b2内に、第1通路145b1側(制御弁200側)から第2通路145b3側(クランク室140側)に向かう冷媒流れが効果的に形成され、オイルをクランク室140へより効果的に戻すことができる。
本実施形態では、第2通路145b3は、オイル戻し通路147の通路断面積より大きな通路断面積を有している。これにより、制御弁200が供給通路145を開いているときは、回転部材180の周囲の環状領域145b2を流れる冷媒流の主流は、クランク室140に向かうようになる。その結果、内部空間146bからオイル戻し通路147を介して環状領域145b2に一旦排出されたオイルが、オイル戻し通路147を逆流して内部空間146bに戻ったり、さらに吸入室141に排出されたりすることが抑制される。また、制御弁200が供給通路145を閉じているときは、第2通路145b3、環状領域145b2及びオイル戻し通路147からなる通路には、クランク室140側から吸入室141側へ向かう冷媒流れが生じ得る。しかし、環状領域145b2を含む収容室101b1は拡張空間であるので冷媒流れの流速は小さく、且つ、第2通路145b3の流路断面積は比較的に大きく設定されているので、オイル戻し通路147を介して回転部材180の周囲の環状領域145b2に流出(飛散した)オイルは、より効果的に、その自重により第2通路145b3を介してクランク室140に戻る。
本実施形態では、吐出室142から供給通路145(吐出室側通路145a)を介して制御弁200内に導かれた全ての冷媒は、第1通路145b1を経由して環状領域145b2に導かれている。つまり、本実施形態では、供給通路145のクランク室側通路145bは、第1通路145b1、環状領域145b2及び第2通路145b3のみから構成されており、環状領域145b2をバイパスして制御弁200とクランク室140との間を連通する通路を含んでいない。これにより、環状領域145b2に吐出室142内の冷媒の一部を集約して流すことができ、より効果的な冷媒流れが環状領域145b2に形成され、ひいては、オイルをクランク室140にさらに効果的に戻すことができる。
ここで、前述したように、回転部材180の内部空間146bには、駆動軸110と一体に回転する回転部材180の内壁面に沿って旋回するように回転しつつ、介在部材160(クランク室140)に向かう冷媒流れが生じる。その結果、内部空間146bにおいて、冷媒(冷媒ガス)より重いオイルが回転部材180の内壁面側に寄ることになる。したがって、内部空間146bにおける径方向の中心側の領域、つまり、軸内通路部146aの開口の延長線上の領域は、オイルが含まれていない又はオイルの含有量が少ない領域になっている。本実施形態では、絞り通路部146cの内部空間146b側の一端の開口は、駆動軸110の一端部側(介在部材160側)の端面に正対する正面視で、軸内通路部146aの一端の開口(中心通路146a1の開口)の内側に位置している。これにより、絞り通路部146cの内部空間146b側の一端が、内部空間146bにおける径方向の中心側の領域(つまり、オイルが含まれていない又はオイルの含有量が少ない領域)に開口することになる。その結果、軸内通路部146a(中心通路146a1)の開口から絞り通路部146cに、オイルが直接的に侵入することが防止又は抑制される。
また、第1通路145b1及び第2通路145b3がいずれも駆動軸110よりも重力方向下側で環状領域145b2に開口している。その結果、環状領域145b2におけるクランク室140に向かう冷媒流れの主流が、環状領域145b2における重力方向の下側の領域に形成されることになる。このため、遠心力によって環状領域145b2に排出されて、その後、自重によって環状領域145b2における下側の領域に集約されるオイルが、冷媒流れの主流によってより確実にクランク室140に向かって流れる。なお、第1通路145b1及び第2通路145b3の環状領域145b2における開口位置は、これに限らず、適宜の位置に設定することができる。なお、環状領域145b2とクランク室140との間を連通する第2通路145b3として、収容室101b1の底部のうち第1軸孔101b2の周囲の所定部位を貫通する孔のみを挙げたが、これに限らない。第2通路145b3は、この収容室101b1の底部とクランク室140との間を貫通する孔に加えて第1軸受131と駆動軸110との間の隙間を含んでいてもよい。つまり、本実施形態では、第1軸受131はすべり軸受からなり、第1軸受131の内周面と駆動軸110の外周面との間には微小な隙間、つまり、面間隙間が存在する。この面間隙間が環状領域145b2とクランク室140との間を連通する第2通路145b3に含まれていてもよい。
以下では、本実施形態に係る可変容量圧縮機100についての幾つかの変形例を説明する。図4〜図7はそれぞれ可変容量圧縮機100の変形例について説明するための図である。
図4は、オイル戻し通路147の変形例を説明するための要部断面図である。本実施形態では、オイル戻し通路147は回転部材180と介在部材160の間の隙間δのみで構成されていたが、これに限らない。例えば、図4に示すように、回転部材180のフランジ部180bの介在部材160に対向するフランジ面における周方向の所定角度位置に、オイル戻し通路147の一部として、回転部材180の内部空間146bと環状領域145b2とを連通する溝部180dが形成されてもよい。また、図示を省略するが、オイル戻し通路147の一部として、胴部180cを貫通する一つ又は複数の孔が開口されてもよい。これにより、効果的に回転部材180の内部空間146bのオイルがより効果的に環状領域145b2に排出される。また、回転部材180と介在部材160の間の隙間δが小さくなった場合や無くなった場合においても、オイルが確実に環状領域145b2に排出される。
図5は、供給通路145のクランク室側通路145bの変形例を説明するための要部断面図である。本実施形態では、クランク室側通路145bにおいて、第1通路145b1と第2通路145b3は、環状領域145b2によって連通されているものとしたがこれに限らない。例えば、図5に示すように、分離されたオイルが最も集約され得る環状領域145b2の内周壁における重力方向の下端部位に、軸線O方向の全体に亘って伸びる下端溝145b4が形成されてもよい。この下端溝145b4は全体に亘って環状領域145b2に開口した凹状の断面を有し、下端溝145b4の一端は第1通路145b1に開口し、下端溝145b4の他端は第2通路145b3に開口している。これにより、オイル戻し通路147を介して環状領域145b2に排出されたオイルは下端溝145b4に集約されると共に、この第1通路145b1と第2通路145b3が下端溝145b4によっても連通される。その結果、オイルが集約される下端溝145b4に、より効果的な冷媒流れの主流が形成されることになり、ひいては、オイルがより確実且つ効果的にクランク室140に戻る。
図6は、排出通路146の絞り通路部146cの変形例を説明するための要部断面図である。本実施形態では、絞り通路部146cは介在部材160を貫通した貫通孔により構成されており、絞り部Thはこの貫通孔自体で構成されているが、これに限らない。例えば、図6に示すように、絞り通路部146cの絞り部Thが、介在部材160を貫通する貫通孔160cに篏合される筒状部材190内に形成されるように構成してもよい。これにより、筒状部材190により絞り部Thを容易に形成することができる。
ここで、回転部材180の内部空間146bでは、オイルやオイルを多く含む冷媒は、回転部材180の内壁面側に寄せられた状態で介在部材160に向かって流れている。筒状部材190によって絞り部Thを形成する場合には、図6に示すように、筒状部材190が介在部材160を貫通して、筒状部材190の一端部が回転部材180の内部空間146b側に突出するように設けるとよい。つまり、排出通路146の絞り通路部146cの内部空間146b側の端部が介在部材160から内部空間146b側に突出した位置に位置しているとよい。これにより、内部空間146bにおいて、介在部材160側に移動したオイルやオイルを多く含む冷媒が、絞り通路部146cの開口に侵入し難くなる。その結果、オイルがより効果的にオイル戻し通路147を介して環状領域145b2に排出され、オイルの分離能力が向上する。また、筒状部材190を介在部材160に篏合することによって、絞り通路部146cの端部を介在部材160から内部空間146b側に容易に突出させることができる。そして、筒状部材190の篏合位置を調整することによって、絞り通路部146cの突出量を調整することができ、この突出量の調整によってオイルの分離能力が調整される。つまり、筒状部材190を長さの異なる別の筒状部材に変更することなく、オイルの分離能力を調整することができる。
図7は、絞り通路部146cの別の変形例を説明するための要部断面図である。図7に示す変形例では、吐出室142がシリンダヘッド104の中央部に配置され、吸入室141が吐出室142を環状に取り囲むように配置されている。この変形例では、介在部材160の弁装置160aは、吐出弁形成板151の開度を規制する板状のリテーナ154をさらに有しており、吸入弁形成板150、バルブプレート103、吐出弁形成板151及びリテーナ154が例えばボルトとナットからなる締結部材155によって一体に組み立てられている。図示を省略するが、この変形例では、供給通路145は図7に示す断面と軸線O回りに異なる角度位置における断面において図1〜図6と同じ構成で形成されている。一方、排出通路146における絞り通路部146cは、図7に示すように図1〜図6の構成と異なる構成で形成されている。具体的には、排出通路146の絞り通路部146cは、概ね回転部材180の内部空間146b側から吸入室141に向かって径方向に伸びて、内部空間146bと吸入室141とを連通している。絞り通路部146cは、回転部材180側から順に、第1孔146c1、第1溝146c2と、第2孔146c3及び第2溝146c4とにより構成されている。第1孔146c1は、吸入弁形成板150における回転部材180の内部空間146bに対応する部位を貫通している。第1溝146c2は、バルブプレート103における吸入弁形成板150側の端面に形成され軸線Oと直行する方向(重力方向の下方)に伸びる溝であり、一端が第1孔146c1に連通している。第1溝146c2の底部はバルブプレート103の厚み方向の中間部位に位置しており、第1溝146c2は吸入弁形成板150によって覆われている。第2孔146c3は、ヘッドガスケット153を貫通すると共にバルブプレート103におけるヘッドガスケット153側の端面から第1溝146c2の他端に接続するように形成される孔である。第2溝146c4は、シリンダヘッド104の介在部材160側の端面における吸入室141と吐出室142との間の隔壁部分に形成され軸線Oと直行する方向(重力方向の下方)に伸びる溝である。第2溝146c4の一端は第2孔146c3に連通し、第2溝146c4の他端は吸入室141に連通している。第2溝146c4はヘッドガスケット153によって覆われている。この場合、特に限定されるものではないが、絞り通路部146cの絞り部Thは例えば第1孔146c1により構成されている。
なお、可変容量圧縮機100は、斜板式であるものとしたが、これに限らず、揺動板式でもよい。また、可変容量圧縮機100はクラッチレス圧縮機であるものとしたが、電磁クラッチを装着した圧縮機でもよい。そして、駆動軸110の回転動力の動力源はモータ等の適宜の動力源を適用できる。
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能である。
100…可変容量圧縮機、101…シリンダブロック(中間ハウジング)、101b1…収容室、101b2…第1軸孔(軸孔)、102…フロントハウジング(第1ハウジング)、104…シリンダヘッド(第2ハウジング)、110…駆動軸、131…第1軸受(軸受)、140…クランク室(制御圧室)、141…吸入室、142…吐出室、145…供給通路、145b…クランク室側通路(制御圧室側通路)、145b1…第1通路、145b2…環状領域、145b3…第2通路、146…排出通路、146a…軸内通路部、146b…内部空間、146c…絞り通路部、147…オイル戻し通路、160…介在部材、160c…貫通孔、180…回転部材、190…筒状部材、200…制御弁、O…軸線、Th…絞り部、δ…隙間

Claims (8)

  1. 圧縮前の冷媒が導かれる吸入室と、
    圧縮後の冷媒が吐出される吐出室と、
    制御圧室と、
    前記制御圧室を横断する駆動軸であって、軸線方向の移動が許容された状態で回転自在に支持された前記駆動軸と、
    前記駆動軸の一端部に固定されて前記駆動軸と一体に回転する筒状の回転部材と、
    前記回転部材を収容する凹状の収容室と当該収容室の底部を貫通すると共に前記駆動軸の前記一端部が挿通される軸孔とを有する中間ハウジングと、
    前記中間ハウジングの前記収容室と反対の一端側に設けられ前記中間ハウジングと協働して前記制御圧室を形成する第1ハウジングと、
    前記中間ハウジングの他端側に介在部材を介して設けられ前記介在部材と協働して前記吸入室及び前記吐出室を形成する第2ハウジングと、
    前記吐出室と前記制御圧室とを連通する供給通路と、
    前記制御圧室と前記吸入室とを連通する排出通路であって、前記駆動軸内を伸びて一端が前記駆動軸の前記一端部側の端面で開口し他端が前記駆動軸の他端部側の外周面で開口する軸内通路部と、前記軸内通路部に連通する前記回転部材の内側の内部空間と、前記介在部材を貫通して前記内部空間と前記吸入室とを連通するための絞り通路部と、を含む前記排出通路と、
    前記回転部材の前記内部空間と前記収容室内における前記回転部材の周囲の環状領域とを連通するオイル戻し通路であって、前記回転部材と前記介在部材との間の隙間を含む前記オイル戻し通路と、
    前記供給通路の開度を制御する制御弁と、
    を含み、前記制御弁により前記供給通路の開度を制御することで吐出容量が制御される、可変容量圧縮機において、
    前記環状領域は、前記供給通路のうち前記制御弁と前記制御圧室との間の制御圧室側通路の一部を構成している、可変容量圧縮機。
  2. 前記供給通路の前記制御圧室側通路は、
    前記制御弁側から伸び前記介在部材を貫通して前記環状領域に開口する第1通路と、
    前記環状領域と、
    前記環状領域と前記制御圧室とを連通する第2通路と、
    を含む、請求項1に記載の可変容量圧縮機。
  3. 前記第2通路は、前記オイル戻し通路の通路断面積より大きな通路断面積を有する、請求項2に記載の可変容量圧縮機。
  4. 前記中間ハウジングの前記軸孔には、前記駆動軸の前記一端部側の部位を支持する軸受が設けられており、
    前記第2通路は、前記軸受と前記駆動軸との間の隙間を含む、請求項3に記載の可変容量圧縮機。
  5. 前記吐出室から前記供給通路を介して前記制御弁内に導かれた全ての冷媒は、前記第1通路を経由して前記環状領域に導かれている、請求項2〜4のいずれか一つに記載の可変容量圧縮機。
  6. 前記排出通路の前記絞り通路部の前記内部空間側の端部は、前記介在部材から前記内部空間側に突出した位置に位置している、請求項1〜5のいずれか一つに記載の可変容量圧縮機。
  7. 前記絞り通路部の前記内部空間側の一端の開口は、前記駆動軸の前記一端部側の前記端面に正対する正面視で、前記軸内通路部の前記一端の開口の内側に位置している、請求項1〜6のいずれか一つに記載の可変容量圧縮機。
  8. 前記絞り通路部の絞り部は、前記介在部材を貫通する貫通孔に篏合される筒状部材内に形成されている、請求項1〜7のいずれか一つに記載の可変容量圧縮機。
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