JP4713293B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機に係り、詳しくは、ＣＯ_２冷媒を使用した冷凍システムの圧縮機に関する。

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。圧縮ユニットは回転軸によって駆動され、この回転軸は、その両端部分が軸受を介してハウジング内に回転自在に支持されており、電磁クラッチ等の外部からの動力を伝達する手段を介して回転される。
この圧縮ユニットの駆動に伴い、ハウジング内は高圧になる。そこで、回転軸には、圧縮ユニット側からハウジング外への冷媒の漏れを防止する軸封止ユニットが配設されている。詳しくは、軸封止ユニットは、ハウジング内に生ずる圧力を受容するシール面を備えており、上記軸受の近傍位置にてハウジングに対して回転軸を気密にシールしている。

このシール面の効果は上記圧力及び回転軸の摺動速度によって決定される（ＰＶ値）。つまり、仮にシール面の損傷を避けたい場合には、回転軸の角速度一定においてはシール面の径を小さくすれば良く、これに併せて回転軸の径が小さくなる。
一方、上記外部からの動力を伝達する手段もまた、この軸封止ユニットの如く回転軸の径に依存するものがある。例えば電磁クラッチにおけるクラッチプレートの回転軸方向の位置、すなわち、アーマチュアとロータとの間のギャップ量を調整するシムである（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、このシムは中空円板状をなしており、上記回転軸に形成された小径の段差部分に配設され、電磁クラッチのハブと回転軸とによって狭持されている。このシムの厚さを変更すれば、上記ギャップ量を所定のクリアランスに調整可能となる。
特開平８−７４８８５号公報

ところで、近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値の冷媒を用いた冷凍サイクルの開発が進められている。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。一方、ＣＯ_２冷媒の作動領域は高圧側にて超臨界領域で使用されており、この使用圧力はフロン冷媒に比して約７〜１０倍程度高くなる。換言すれば、回転軸の回転時には、上記シール面に生ずる圧力も当該フロン冷媒に比して約１０倍程度高くなり、これでは、シール面が短時間で損傷してハウジング外への冷媒の漏れが発生し易くなるとの問題がある。

この問題を解決する手段としては回転軸の小径化が考えられる。上述の如くシール面のＰＶ値が下がるからである。
しかしながら、回転軸の小径化を行うには、上記シムの配設位置に留意しなければならない。すなわち、シール面のＰＶ値を下げるために回転軸の小径化を単に行えば、上記段差部分の径を更に小径にする必要があり、これでは、回転軸の強度が不足してトルク伝達を行えないという問題が別途生ずることになる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ＣＯ_２冷媒を用いた場合であっても、回転軸の強度不足を招くことなく、軸封止ユニットの耐久性を確保することができる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記載の圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内を延び、ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内に収容され、回転軸により駆動されて冷媒の吸入、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と、回転軸を囲繞し、ハウジング内を気密に区画する軸封止ユニットと、ハウジング外にて回転自在に支持されたロータを有し、外部からの動力を受けて回転軸を回転させる動力伝達手段とを具備し、動力伝達手段は、ロータに対向配置されたロータ対向部、及びロータ対向部の内周側に配置された伝達本体部を有する動力伝達部と、回転軸に一体結合されたハブと、ハブと伝達本体部との間に介装され、ロータ対向部の回転軸方向の位置を調整するシムとを含むことを特徴としている。
また、請求項７記載の動力伝達装置は、ハウジング内を延び、ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、回転軸を囲繞し、ハウジング内を気密に区画する軸封止ユニットと、ハウジング外にて回転自在に支持されたロータを有し、外部からの動力を受けて回転軸を回転させる動力伝達手段とを具備し、動力伝達手段は、ロータに対向配置されたロータ対向部、及びロータ対向部の内周側に配置された伝達本体部を有する動力伝達部と、回転軸に一体結合されたハブと、ハブと伝達本体部との間に介装され、ロータ対向部の回転軸方向の位置を調整するシムとを含むことを特徴としている。

また、請求項２，８記載の発明では、動力伝達手段は、ロータ対向部がクラッチプレートを含み、伝達本体部がアーマチュア本体を有し、通電によってクラッチプレートをロータに吸引する電磁クラッチであり、シムは、クラッチプレートの回転軸方向の位置を調整していることを特徴としている。
更に、請求項３，９記載の発明では、動力伝達手段は、ロータ対向部がスプリング部材を含み、伝達本体部がリミッター本体を有し、回転軸のロック状態が生じた場合に、スプリング部材とリミッター本体とを分離させて動力の伝達を遮断するトルクリミッターであり、シムは、スプリング部材の回転軸方向の位置を調整していることを特徴としている。

更にまた、請求項４，１０記載の発明では、シムには、伝達本体部とハブとを固定させるボルト用の孔が形成されていることを特徴としている。
また、請求項５，１１記載の発明では、伝達本体部及びハブは、伝達本体部とハブとを係合させるインロー部或いはピン係合部を有し、シムには、インロー部用或いはピン係合部用の孔が形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、冷媒がＣＯ _２ 冷媒であることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の圧縮機や、請求項７記載の動力伝達装置によれば、シムはロータ対向部の回転軸方向の位置を調整し、このシムが、ハブと回転軸との間ではなく、伝達本体部とハブとの間に介装されている。よって、使用圧力の高い冷媒、例えば請求項６に記載の如くＣＯ_２冷媒を用いた場合であっても、回転軸の強度不足を招くことなく、軸封止ユニットの耐久性が確保可能となる。この結果、圧縮機や動力伝達装置の信頼性向上に寄与する。

また、請求項２，８記載の発明によれば、アーマチュア本体とハブとの間に介装されたシムがクラッチプレートの回転軸方向の位置を調整しているので、ハブと回転軸との間に介装される場合に比してシムの受圧面積を大きくすることが可能となり、クラッチプレートの振れ等に伴うシムの摩耗も防止される。
更に、請求項３，９記載の発明によれば、リミッター本体とハブとの間に介装されたシムがスプリング部材の回転軸方向の位置を調整していることから、ハブと回転軸との間に介装される場合に比してシムの受圧面積を大きくでき、スプリング部材の振れ等に伴うシムの摩耗も防止される。

更にまた、請求項４，１０記載の発明によれば、伝達本体部とハブとはボルトを用いて強固、且つ、容易に固定され、また、シムの受圧面積が大きい故に、動力伝達部の位置調整の機能を果たしつつ上記固定が可能となる。
また、請求項５，１１記載の発明によれば、インロー部或いはピン係合部によって、伝達本体部とハブとの径方向位置が容易に決定可能となり、圧縮機の生産性の向上に寄与する。更に、動力伝達手段から回転軸に伝達される動力も伝達可能となって、ボルトに対する負荷の軽減も図られる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は、車両用空調装置に組込まれる圧縮機の一部を示す。
第１実施例の圧縮機はハウジング２を備え、このハウジング２内には回転軸４が配置されている。回転軸４は図示しない軸受を介してハウジング２内に回転自在に支持されており、また、この回転軸４はハウジング２からメカニカルシール（軸封止ユニット）６を介して突出した一端１０を有している。なお、このメカニカルシール６は環状のシール面８を有し、ハウジング２内を気密に区画している。また、上記軸封止ユニットとしてはリップと回転軸との間に円筒状のシール面を有するリップシールであっても良い。

一方、回転軸４の図示しない他端は圧縮ユニット１２に接続されており、この圧縮ユニット１２は、例えばピストン往復動型又はスクロール型のいずれのタイプであっても、回転軸４の回転により駆動され、空調装置のためのＣＯ_２冷媒の吸入、圧縮及び吐出プロセスを実行する。
同図に示されるように、回転軸４の一端１０には電磁クラッチ（動力伝達手段）１４が配置されている。詳しくは、電磁クラッチ１４はロータ１６を備え、このロータ１６は軸受１８を介してハウジング２外に回転自在に支持されている。また、ロータ１６の外周側には駆動プーリ２０が配置されている。この駆動プーリ２０は図示しない駆動ベルトを介して車両のエンジン側或いはモータ側の出力プーリに接続され、この動力を受けて回転される。

更に、ロータ１６内には電磁ソレノイド２２が備えられ、この電磁ソレノイド２２は環状のブラケット２１を介してハウジング２に固定されている。一方、ロータ１６の一端側には動力伝達部２４が配設されている。
具体的には、動力伝達部２４は、所定のギャップ量Ｌを存してロータ１６に対峙されたクラッチプレート（ロータ対向部）２６、このクラッチプレート２６に結合されるスプリング部材（ロータ対向部）２８を含み、更に、スプリング部材２８の内周側に配設されたアーマチュア本体（伝達本体部）３６を含んで構成されている。

クラッチプレート２６は中空円板状に形成され、その中央部分にはフランジ係合孔２７が形成されている（図２）。また、スプリング部材２８は、金属製のアウタリング３０と、このアウタリング３０の内周側に設けられたスプリング３２とから構成され、アウタリング３０がクラッチプレート２６にリベット３４で結合され、また、スプリング３２がアーマチュア本体３６に結合されている。

アーマチュア本体３６は、図２及び図４に示されるように、基板３７の中央部分に凹部４２が穿設されている。この凹部４２の外周側には、ボルト４６を受容するボルト係合孔４０が等間隔に３つ穿設されている。また、基板３７の背面側には、アーマチュア本体３６とは別体のハブ４８と協働してシム６２を狭持するアーマチュア側平面部３８が設けられている。

このシム６２は中空円板状に形成されており、図２や図３（ｂ）に示される如く、その正面及び背面が受圧面６４，６４に構成され、その中央部分には凸部係合孔６６が形成されている。また、凸部係合孔６６の周囲には、上記ボルト係合孔４０に対峙するボルト貫通孔６８が３つ穿設されている。
次に、ハブ４８は図２や図３（ａ）に示されている。詳しくは、このハブ４８の内部にはスプライン部５０が形成されており、回転軸４のスプライン部５に嵌合されることにより、ハブ４８は回転軸４とともに回転する。また、ハブ４８は回転軸４の周方向に向けて延出されたフランジ５２を備えている。このフランジ５２には上記ボルト貫通孔６８に対峙するボルト係合孔５６が３つ穿設されている。更に、ハブ４８は、回転軸４の軸方向に向けて突出された筒状の凸部５８を有し、この凸部５８が上記凸部係合孔６６を介して上記凹部４２に係合する。

ここで、フランジ５２の正面側には、アーマチュア本体３６と協働してシム６２を狭持するハブ側平面部５４が設けられている。本実施例においては、アーマチュア本体３６とハブ４８との間にシム６２を介装し、ボルト４６でアーマチュア本体３６とハブ４８とを固定することにより、クラッチプレート２６の回転軸方向の位置を調整して所定のギャップ量Ｌを得ている。

このように、まず、ナット１１を用いて回転軸４にハブ４８を固定し、次いで、シム６２をアーマチュア本体３６とハブ４８とで狭持してギャップ量Ｌが調整された後、ボルト４６を用いてこれらアーマチュア本体３６とハブ４８とが固定される。
そして、電磁ソレノイド２２を通電して電磁クラッチ１４がオン作動されると、クラッチプレート２６がロータ１６に吸引されて摩擦係合する。これにより、ロータ１６の回転がクラッチプレート２６及びスプリング部材２８を介してアーマチュア本体３６に伝達され、アーマチュア本体３６は駆動プーリ２０と一体的に回転する。すなわち、アーマチュア本体３６は外部からの動力を受け、ハブ４８を介して回転軸４を回転させる。一方、電磁ソレノイド２２への通電を解除すれば、そのクラッチプレート２６がロータ１６から間隙を存して離間し、回転軸４の回転が停止される。

本発明は上述した第１実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能であり、図５や図６、７を参照して第２実施例や第３実施例の圧縮機について以下に説明する。なお、この第２実施例や第３実施例を説明するあたり、第１実施例と同様な部材及び部位には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
図５に示されるように、回転軸４の一端１０にはトルクリミッター（動力伝達手段）１４Ａが配置されており、ロータ１６の一端側には動力伝達部２４が配設されている。この動力伝達部２４は、ロータ１６に対峙されたスプリング部材（ロータ対向部）２８を含み、所定のギャップ量Ｌを存したスプリング部材２８の内周側に配設されるリミッター本体（伝達本体部）３６Ａを含んで構成されている。

スプリング部材２８は、アウタリング３０がロータ１６に対してボルト３４Ａで結合されている。一方、ハブ４８Ａの中央部分には筒状の凸部５８Ａが形成されており、この凸部５８Ａの外周側にはリミッター本体３６Ａのうち、回転軸４の周方向に向けて延出された基板３７Ａが係合され、この基板３７Ａにはプレート７２が上記一端１０側から係合されている。プレート７２はワッシャ４６Ｂを介してナット４６Ａで基板３７Ａに固定される。

また、この基板３７Ａの背面側にはリミッター側平面部３８Ａが設けられており、シム６２Ａはリミッター側平面部３８Ａとフランジ５２Ａの正面側に設けられたハブ側平面部５４Ａとの間に狭持される。本実施例のシム６２Ａは、スプリング３２とロータ１６との接触を避けるべく、スプリング部材２８の回転軸方向の位置を調整し、リミッター本体３６Ａとハブ４８Ａとをボルト４６で固定することによって所定のギャップ量Ｌを得ている。

更に、プレート７２と基板３７Ａとの間には、表面処理が施された複数個の球面部材７０を受容する空間が形成されている。そして、動力伝達時における球面部材７０は、プレート７２の背面側、スプリング３２の内周側に設けられたボール係合部７８、及び基板３７Ａの外周端側に形成されたボール係合部７６にそれぞれ係合され、スプリング部材２８とリミッター本体３６Ａとを連結させる。つまり、外部から動力は駆動プーリ２０、ロータ１６、スプリング部材２８のボール係合部７８、球面部材７０、基板３７Ａのボール係合部７６及びハブ４８Ａを経て回転軸４に伝達される。

これに対し、回転軸４のかじりやロック状態が生じた場合にはスプリング部材２８とリミッター本体３６Ａとを境にして完全に分離される。具体的には、基板３７Ａにおいて、ボール係合部７６の内周側にはプレート７２から離間する方向に向けて凹所をなす環状の退避溝７４が形成されている。そして、動力伝達の遮断時における球面部材７０はこの退避溝７４内に入り、スプリング部材２８とリミッター本体３６Ａとの連結が解除される。

つまり、回転軸４のかじりやロック状態が生じた場合には、回転軸４側の回転速度と駆動プーリ２０側の回転速度とに大きな差異が生じ、駆動プーリ２０側には大きなトルクが作用することから、球面部材７０が退避溝７４内に入ってトルクリミッター１４Ａが機能する。
一方、図６に示される如くの電磁クラッチ（動力伝達手段）１４Ｂにおいては、第１実施例のボルト４６に代えてピン４６Ｂが用いられている。具体的には、アーマチュア本体３６Ｂは、基板３７の中央部分に穿設された凹部４２の外周側に、ピン４６Ｂを受容すべく等間隔に穿設された３つのピン係合孔４４を有している（図７（ｂ））。更に、シム６２Ｂの中央部分には凸部係合孔６６が形成されており、この凸部係合孔６６の周囲には、上記ピン係合孔４４に対峙するピン貫通孔７０Ｂが３つ穿設されている（図７（ａ））。

そして、ハブ４８のフランジ５２に穿設された３つのピン係合孔６０は上記ピン貫通孔７０Ｂに対峙しており、ピン４６Ｂがピン係合孔４４からピン貫通孔７０Ｂを介してピン係合孔６０に向けて挿入されることにより、アーマチュア本体３６Ｂとハブ４８との径方向の位置決めや、回転軸４への動力伝達が行われる。
以上のように、本実施例１〜３によれば、シム６２、６２Ｂ（６２Ａ）はクラッチプレート２６（スプリング部材２８）の回転軸方向の位置を調整し、このシム６２、６２Ｂ（６２Ａ）が、ハブ４８（４８Ａ）と回転軸４との間ではなく、アーマチュア本体３６、３６Ｂ（リミッター本体３６Ａ）とハブ４８（４８Ａ）との間に介装されている。従って、ＣＯ_２冷媒を用いた場合であっても、回転軸４の強度が低下することなく、メカニカルシール６やリップシール等の軸封止ユニットの耐久性が確保可能となり、圧縮機の信頼性向上に寄与する。

換言すれば、シム６２、６２Ｂ（６２Ａ）がアーマチュア本体３６、３６Ｂ（リミッター本体３６Ａ）とハブ４８（４８Ａ）との間に介装されているので、回転軸４に対するシムの配設位置について格別に配慮することなく、ＣＯ_２冷媒を用いた圧縮機の回転軸４の小径化が可能となる。
また、シム６２、６２Ｂ（６２Ａ）は、ハブと回転軸との間に介装される場合に比して受圧面積を大きくでき、クラッチプレート２６（スプリング部材２８）の振れ等に伴うシムの摩耗も防止される。

更に、アーマチュア本体３６（リミッター本体３６Ａ）とハブ４８（４８Ａ）とはボルト４６を用いて強固、且つ、容易に固定されるし、また、シム６２（６２Ａ）の受圧面積が大きい故に、クラッチプレート２６（スプリング部材２８）の位置調整の機能を果たしつつ、当該固定が可能となる。
更にまた、ピン係合孔４４，６０によって、アーマチュア本体３６Ｂとハブ４８との径方向位置が容易に決定可能となって、圧縮機の生産性の向上に寄与するし、また、電磁クラッチ１４Ｂから回転軸４に伝達される動力も伝達可能となって、ボルト１１に対する負荷、特に、せん弾力の軽減も図られる。

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、ピン４６Ｂを用いてアーマチュア本体３６Ｂとハブ４８との径方向の位置決めや、回転軸４への動力伝達が行われているが、これらは凹凸によるインロー部を用いて行われていても良く、この場合にも上記と同様に、径方向位置が容易に決定できるし、ボルト１１に対する負荷も軽減されるとの効果を奏する。

また、トルクリミッターは、上述の如く球面部材７０を有するタイプの他、ノッチを有し、このノッチの破断によってスプリング部材とリミッター本体との連結を解除するタイプであっても良い。

本発明の一実施例に係る圧縮機の一部を示した断面図である。 図１の要部の展開図である。 図１及び図２のハブ及びシムの正面図である。 図１及び図２のアーマチュア本体の正面図である。 第２実施例の圧縮機の一部を示した断面図である。 第３実施例の圧縮機の一部を示した断面図である。 図６のシム及びアーマチュア本体の正面図である。

符号の説明

２ ハウジング
４ 回転軸
６ メカニカルシール（軸封止ユニット）
１２ 圧縮ユニット
１４ 電磁クラッチ（動力伝達手段）
１４Ａ トルクリミッター（動力伝達手段）
１６ ロータ
２４ 動力伝達部
２６ クラッチプレート（ロータ対向部）
２８ スプリング部材（ロータ対向部）
３６ アーマチュア本体（伝達本体部）
３６Ａ，３６Ｂ リミッター本体（伝達本体部）
４８，４８Ａ ハブ
６２，６２Ａ，６２Ｂ シム
６８ ボルト貫通孔
７０Ｂ ピン貫通孔

Claims (11)

1. ハウジングと、
   該ハウジング内を延び、該ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、
   前記ハウジング内に収容され、前記回転軸により駆動されて冷媒の吸入、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と、
   前記回転軸を囲繞し、前記ハウジング内を気密に区画する軸封止ユニットと、
   前記ハウジング外にて回転自在に支持されたロータを有し、外部からの動力を受けて前記回転軸を回転させる動力伝達手段とを具備し、
   該動力伝達手段は、
   前記ロータに対向配置されたロータ対向部、及び該ロータ対向部の内周側に配置された伝達本体部を有する動力伝達部と、
   前記回転軸に一体結合されたハブと、
   該ハブと前記伝達本体部との間に介装され、前記ロータ対向部の回転軸方向の位置を調整するシムとを含む
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記動力伝達手段は、前記ロータ対向部がクラッチプレートを含み、前記伝達本体部がアーマチュア本体を有し、通電によって前記クラッチプレートを前記ロータに吸引する電磁クラッチであり、
   前記シムは、前記クラッチプレートの回転軸方向の位置を調整していることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記動力伝達手段は、前記ロータ対向部がスプリング部材を含み、前記伝達本体部がリミッター本体を有し、前記回転軸のロック状態が生じた場合に、前記スプリング部材と前記リミッター本体とを分離させて前記動力の伝達を遮断するトルクリミッターであり、
   前記シムは、前記スプリング部材の回転軸方向の位置を調整していることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記シムには、前記伝達本体部と前記ハブとを固定させるボルト用の孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記伝達本体部及び前記ハブは、該伝達本体部と該ハブとを係合させるインロー部或いはピン係合部を有し、
   前記シムには、前記インロー部用或いは前記ピン係合部用の孔が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記冷媒は、ＣＯ _２ 冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
7. ハウジング内を延び、該ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、
   該回転軸を囲繞し、前記ハウジング内を気密に区画する軸封止ユニットと、
   前記ハウジング外にて回転自在に支持されたロータを有し、外部からの動力を受けて前記回転軸を回転させる動力伝達手段とを具備し、
   該動力伝達手段は、
   前記ロータに対向配置されたロータ対向部、及び該ロータ対向部の内周側に配置された伝達本体部を有する動力伝達部と、
   前記回転軸に一体結合されたハブと、
   該ハブと前記伝達本体部との間に介装され、前記ロータ対向部の回転軸方向の位置を調整するシムとを含む
   ことを特徴とする動力伝達装置。
8. 前記動力伝達手段は、前記ロータ対向部がクラッチプレートを含み、前記伝達本体部がアーマチュア本体を有し、通電によって前記クラッチプレートを前記ロータに吸引する電磁クラッチであり、
   前記シムは、前記クラッチプレートの回転軸方向の位置を調整していることを特徴とする請求項７に記載の動力伝達装置。
9. 前記動力伝達手段は、前記ロータ対向部がスプリング部材を含み、前記伝達本体部がリミッター本体を有し、前記回転軸のロック状態が生じた場合に、前記スプリング部材と前記リミッター本体とを分離させて前記動力の伝達を遮断するトルクリミッターであり、
   前記シムは、前記スプリング部材の回転軸方向の位置を調整していることを特徴とする請求項７に記載の動力伝達装置。
10. 前記シムには、前記伝達本体部と前記ハブとを固定させるボルト用の孔が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の動力伝達装置。
11. 前記伝達本体部及び前記ハブは、該伝達本体部と該ハブとを係合させるインロー部或いはピン係合部を有し、
    前記シムには、前記インロー部用或いは前記ピン係合部用の孔が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の動力伝達装置。

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