JP5222443B2

JP5222443B2 - 斜板式圧縮機

Info

Publication number: JP5222443B2
Application number: JP2008036058A
Authority: JP
Inventors: 二郎飯塚; 昌敏鷺谷
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009191819A

Description

本発明は、自動車用空調装置に用いられる、いわゆる片頭ピストン型の斜板式圧縮機に関し、とくに潤滑油の循環構造に関する。

自動車用空調装置に用いられる、いわゆる片頭ピストン型の斜板式圧縮機としては、たとえば図３に示すようなものが知られている（特許文献１）。なお、図３に示す従来の斜板式圧縮機と図１に示す本願に係る斜板式圧縮機の基本的構造は同一であるため、同一の部材には同一の番号を付している。図３において、１００は斜板式圧縮機を示している。斜板式圧縮機１００は、ハウジング２（シリンダブロック）と、ハウジング２の一端に接合されるフロントハウジング３と、ハウジング２の他端に座板５を介して接合されるシリンダヘッド４とを有している。ハウジング２とフロントハウジング３との間にはクランク室６が形成されている。クランク室６内には回転軸７が延設されており、回転軸７はベアリング８、９により回転可能に支持されている。回転軸７の一端にはメカニカルシールからなる軸封部２７が設けられており、圧縮機内部が外部に対しシールされるようになっている。また、回転軸７には、クランク室６内に設けられ回転軸７と一体回転可能な斜板１０、ロータ１１が設けられている。ロータ１１はフロントハウジング３の内壁に設けられたスラストベアリング１２に支持されている。また、ロータ１１の周縁部には、斜板１０に対するガイド孔１３を有するアーム１４が延設されている。斜板１０の一側面には、連結部１５が一体に設けられている。連結部１５の先端には球状の嵌合部１６が設けられている。この嵌合部１６がアーム１４のガイド孔１３に嵌挿されることにより、回転軸７のトルクがロータ１１を介して斜板１０に伝達され、斜板１０が傾角可変可能に回転されるようになっている。

ハウジング２には、周方向に複数のシリンダボア１７が設けられている。シリンダボア１７にはピストン１８が往復動可能に設けられている。ピストン１８は、シリンダボア１７内に嵌挿されるピストン頭部１８ａと、斜板１０の周縁部を挟持する前後一対のシュー１９が組み込まれる座部２０を有するピストン首部１８ｂとを有している。ピストン首部１８ｂは、ピストン頭部１８ａの周面よりもピストン径方向に外方に張り出している。このため、ピストン１８が上死点近傍にある場合には、ピストン首部１８ｂとハウジング２の内面とが協働し容積変化する空間２１が形成されるようになっている。

シリンダヘッド３内は内壁２２により吸入室２３と吐出室２４とに区画されており、吸入室２３は吸入孔２５を介してシリンダボア１７に連通されている。また、吐出室２４は吐出孔２６を介してシリンダボア１７に連通されている。

このような斜板式圧縮機１００においては、駆動源（たとえば、車両のエンジン）からの駆動力が回転軸７に伝達されると、斜板１０の回転がピストン１８の往復運に変換されるようになっている。そして、吸入室２３から吸入孔２５を介してシリンダボア１７内に流入した流体（たとえば、二酸化炭素冷媒）が圧縮され、該圧縮流体が吐出孔２６を介して吐出室２４に吐出されるようになっている。

また、このような圧縮機１００においては、ピストン１８のピストン首部１８ｂがハウジング２、３により形成されるクランク室６の内面の凹部２８に摺接されているので、特許文献１の提案以前の斜板式圧縮機のように、斜板１０からのトルク荷重がピストン首部１８ｂに作用しても、ピストン１８の傾きが防止され摩耗や焼き付きが防止されるようになっている。なお、特許文献１の提案以前の斜板式圧縮機においては、ピストンのシリンダボアへの嵌合長を長くし、ピストンの傾きに抗するような工夫もなされていた。

しかし、上記特許文献１に記載の斜板式圧縮機においては、ピストン１８が上死点近傍にある場合に、ピストン首部１８ｂとハウジング２の内面により形成される空間２１は密閉空間に形成されるため、ピストン１８がより上死点側に移動すると、空間２１内の流体圧縮反力が増大する。該空間２１内における流体の圧縮に伴う圧縮反力は、シリンダボア１７からの圧縮反力に加算されるため、斜板１０やスラストベアリング１２の耐久性が低下するおそれがある。とくに、潤滑油等の非圧縮流体がそこに介在した場合には、過大な動力損失が発生するおそれがある。また、特許文献１においては、ピストン首部１８ｂの横断面形を円形でなくハウジング２、３の内面への摺動面を低減し、摩擦抵抗を軽減し耐久性を向上する圧縮機に関しても開示されているが、回転軸７、スラストベアリング１２、軸封部２７への給油機能は持ち得ないため、装置の耐久性に好ましくない影響を与えるおそれがある。
特開平１１−２９４３２１号公報

本発明の課題は、スラストベアリングや軸封部等への潤滑油の強制給油により、圧縮機の耐久性、信頼性を向上でき、しかも、熱交換効率を向上することによりＣＯＰ（成績係数）を向上可能な斜板式圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る斜板式圧縮機は、ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸と一体回転可能にクランク室内に配置された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部とを備えたピストンを有し、前記ピストン首部は、前記ピストン頭部の周面よりもピストン径方向に外方に張り出すとともに、少なくともピストンが上死点近傍にある時は前記ハウジングの内面と協働して容積変化を行いうる空間を形成するように構成された斜板式圧縮機において、前記空間に、該空間の容積変化に伴って該空間から送り出されてくる該空間内に存在していた潤滑油をクランク室へと戻す潤滑油循環路を連通し、前記ハウジングには前記ピストン首部と摺動可能に嵌合する凹部が形成されており、前記ピストン首部には前記ハウジングの内面と摺動するシール部材を備えていることを特徴とするものからなる。このような構成によれば、ピストンとシリンダボアとの隙間に介在する潤滑油は、吐出室の内圧Ｐｄとクランク室の内圧Ｐｃとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐｄ−Ｐｃ）により上記空間内に流入する。そして、ピストンの上死点側への移動により空間の容積が減少すると空間内に存在する潤滑油は、たとえば、入口側潤滑油通路、軸内潤滑油通路、出口潤滑油通路のような順に流通する潤滑油循環路を通って、クランク室内に流入する。クランク室内に流入された潤滑油はピストン首部の往復動によりピストン頭部側に寄せられ、再び空間内へと循環する。したがって、スラストベアリングや軸封部への強制的な給油によりこれらの耐久性、ひいては圧縮機の耐久性を向上できる。また、通常、クランク室の壁面付近に潤滑油が多く分布するが、上記のような斜板式圧縮機においては、クランク室の壁面付の潤滑油が積極的に取り込まれ、その潤滑油が有効利用され各部の潤滑に供されるので、圧縮機内への潤滑油の封止量を低減しつつ効率的な潤滑を実現できる。そのため、結果的に冷凍システム側へ流出する潤滑油量を低減することができるので、熱交換効率の向上によりＣＯＰを向上することができる。また、軸封部への強制給油により、とくに軸封部がメカニカルシールで構成される場合においては、相対摺動部の摺動状態および耐久性が改善されるので、冷媒の隙間洩れを低減できる。

上記ハウジングにはピストン首部と摺動可能に嵌合する凹部が形成されている。このような構成によれば、ピストン首部に作用する斜板からのトルク荷重によるピストンの傾きが防止され、摩耗や焼き付きを防止できる。

上記ピストン首部にはハウジングの内面に摺動するシール部材が設けられる。このような構成によれば、空間内から直接クランク室内に流入する潤滑油量を低減することができるので、空間内の潤滑油を潤滑油循環路内に効率よく導入させることができる。

上記潤滑油循環路は、空間から送りだされた潤滑油を一方向に循環させてクランク室へと戻す循環路に構成することができる。

上記潤滑油循環路は、少なくとも、前記回転軸内に軸方向に延設された軸内潤滑油通路と、前記ハウジング内に設けられ前記空間と前記軸内潤滑油通路とを連通する入口側潤滑油通路と、前記軸内潤滑油通路の潤滑油出口と前記回転軸の軸シール部および軸受部とを連通するとともに前記クランク室内へと連通する出口側潤滑油通路とを有していることが好ましい。とくに出口側潤滑油通路は、クランク室内面に配置されピストンの圧縮反力を受けるスラストベアリング部を通過するように形成されていることが好ましい。

蒸気潤滑油循環路のいずれかの部位には、潤滑油の一方向の流れに対し逆流を防止する逆流防止手段が設けられていることが好ましい。たとえば、該逆流防止手段は堰構造を有する手段から構成することが可能であり、堰構造を有する逆流防止手段は、前記軸内潤滑油通路の入口側に設けられることが好ましい。

本発明に係る斜板式圧縮機は、とくに高圧状態で運転される二酸化炭素冷媒が使用される斜板式圧縮機として好適である。

本発明の斜板式圧縮機によれば、ピストン首部とハウジングの内壁間に形成される空間内に流入された潤滑油は、ピストンの移動に伴い、たとえば、入口側潤滑油通路、軸内潤滑油通路、出口潤滑油通路のような順に流通する潤滑油循環路を通って、再び空間内へと循環されるので、スラストベアリングや軸封部への強制的な給油によりこれらの耐久性、ひいては圧縮機の耐久性を向上できる。また、クランク室の壁面付の潤滑油が有効利用され各部の潤滑に供されるので、圧縮機内への潤滑油の封止量を低減しつつ効率的な潤滑を実現でき、熱交換効率の向上によりＣＯＰを向上することができる。また、軸封部への強制給油により、とくに軸封部がメカニカルシールで構成される場合においては、相対摺動部の摺動状態および耐久性が改善されるので、冷媒の隙間洩れを低減できる。

以下に本発明に係る斜板式圧縮機の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１において、１は斜板式圧縮機を示している。以下の実施態様における斜板式圧縮機１は流体として二酸化炭素冷媒が使用される車両用空調装置の冷凍サイクルの斜板式圧縮機に構成されている。なお、斜板式圧縮機の基本的構造は、図３に示した従来の圧縮機と同様であるため、同一の部材には同一の番号を付し説明を省略する。

斜板式圧縮機１には、少なくともピストンが上死点近傍にある時は前記ハウジング２の内面と協働して容積変化を行いうる空間２１が形成され、該空間２１の容積変化に伴って該空間２１から送り出されてくる潤滑油をクランク室６へと戻す潤滑油循環路２９が設けられている。

上記潤滑油循環路２９は、回転軸７内に軸方向に延設された軸内潤滑油通路３０と、前記ハウジング２内に設けられ空間２１と軸内潤滑油通路２９とを連通する入口側潤滑油通路３１と、軸内潤滑油通路３０の潤滑油出口と回転軸７の軸シール部２７およびベアリング８、スラストベアリング１２とを連通するとともにクランク室６内へと連通する出口側潤滑油通路３２とを有している。

ピストン１８のピストン首部１８ｂには、ハウジング２、３の内面と摺接するシール材３３が設けられている。また、ハウジング２には、ピストン首部１８ｂに摺接可能に勘合する凹部２８が設けられている。

本実施態様においては、ピストン１８とシリンダボア１７との隙間に介在する潤滑油は、吐出室２４の内圧Ｐ_ｄとクランク室６の内圧Ｐ_ｃとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ_ｄ−Ｐ_ｃ）により空間２１内に流入する。そして、ピストン１８の上死点側への移動により空間２１の容積が減少すると空間２１内に存在する潤滑油は、入口側潤滑油通路３１、軸内潤滑油通路３０、出口潤滑油通路３２のような順に流通する潤滑油循環路２９を通って、クランク室６内に流入する。クランク室６内に流入された潤滑油はピストン首部１８ｂの往復動によりピストン頭部１８ａ側に寄せられ、再び空間２１内へと循環する。したがって、ベアリング８やスラストベアリング１２、軸封部２７への強制的な給油によりこれらの耐久性、ひいては圧縮機の耐久性を向上できる。また、通常、クランク室６の壁面付近に潤滑油が多く分布するが、斜板式圧縮機１においては、ハウジング２、３の内面に摺接されるシール部材３３を有するピストン首部１８ｂの往復動によりクランク室６の壁面付の潤滑油が積極的に取り込まれ、その潤滑油が有効利用され各部の潤滑に供されるので、圧縮機内への潤滑油の封止量を低減しつつ効率的な潤滑を実現できる。そのため、結果的に冷凍システム側へ流出する潤滑油量を低減することができるので、熱交換効率の向上によりＣＯＰを向上することができる。また、軸封部２７への強制給油により、とくに軸封部２７がメカニカルシールで構成される場合においては、相対摺動部の摺動状態および耐久性が改善されるので、冷媒の隙間洩れを低減できる。

また、潤滑油循環路２９内の潤滑油は上記のように、ピストン１８の往復動に伴い、空間２１、入口側潤滑油通路３１、軸内潤滑油通路３０、出口潤滑油通路３２、クランク室６、再び空間２１へと至る流路の順に一方向にのみ循環される。

また、上記ハウジング２にはピストン首部１８ｂと摺動可能に嵌合する凹部２８が形成されているので、ピストン首部１８ｂに作用する斜板１０からのトルク荷重によるピストン１８の傾きが防止され、摩耗や焼き付きを防止できる。また、ピストン首部１８ｂにはハウジング２、３の内面に摺動するシール部材３３が設けられるので、空間２１内から直接クランク室６内に流入する潤滑油量を低減することができるので、空間２１内の潤滑油を潤滑油循環路２９側に効率よく導入させることができる。

図２は、本発明の第２実施態様に係る斜板式圧縮機の潤滑油循環路２９に設けられた逆流防止手段３４を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付して説明を省略する。逆流防止手段３４は、堰構造３５を有する手段から構成されており、堰構造３５は軸内潤滑油通路３０の入口側に設けられている。

本実施態様においても、上記第１実施態様の作用に準じ斜板式の耐久性、ＣＯＰを向上することができる。また、本実施態様においては、潤滑油循環路２９には堰構造３５を有する逆流防止手段３４が設けられており、堰構造３５は軸内潤滑油通路３０の入口側に設けられているので、一旦、潤滑油循環路２９内に流入された潤滑油の逆流を確実に防止することができる。

本発明に係る斜板式圧縮機は、車両空調装置の冷凍回路の斜板式圧縮機として、とくに二酸化炭素冷媒が使用される斜板式圧縮機に好適なものである。

本発明の第１実施態様に係る斜板式圧縮機の縦断面図である。本発明の第２実施態様に係る斜板式圧縮機の潤滑油循環路に設けられた逆流防止手段の堰構造の拡大断面図である。従来の斜板式圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１、１００斜板式圧縮機
２ハウジング
３フロントハウジング
４シリンダヘッド
５座板
６クランク室
７回転軸
８、９ベアリング
１０斜板
１１ロータ
１２スラストベアリング
１３ガイド孔
１４アーム
１５連結部
１６嵌合部
１７シリンダボア
１８ピストン
１８ａピストン頭部
１８ｂピストン首部
１９一対のシュー
２０座部
２１空間
２２内壁
２３吸入室
２４吐出室
２５吸入孔
２６吐出孔
２７軸封部
２８凹部
２９潤滑油循環路
３０軸内潤滑油通路
３１入口側潤滑油通路
３２出口側潤滑油通路
３３シール部材
３４逆流防止手段
３５堰構造

Claims

ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸と一体回転可能にクランク室内に配置された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部とを備えたピストンを有し、前記ピストン首部は、前記ピストン頭部の周面よりもピストン径方向に外方に張り出すとともに、少なくともピストンが上死点近傍にある時は前記ハウジングの内面と協働して容積変化を行いうる空間を形成するように構成された斜板式圧縮機において、前記空間に、該空間の容積変化に伴って該空間から送り出されてくる該空間内に存在していた潤滑油をクランク室へと戻す潤滑油循環路を連通し、前記ハウジングには前記ピストン首部と摺動可能に嵌合する凹部が形成されており、前記ピストン首部には前記ハウジングの内面と摺動するシール部材を備えていることを特徴とする斜板式圧縮機。
前記潤滑油循環路は、前記空間から送り出されてくる潤滑油を一方向に循環させてクランク室へと戻す潤滑油循環路に構成されている、請求項１に記載の斜板式圧縮機。
前記潤滑油循環路は、少なくとも、前記回転軸内に軸方向に延設された軸内潤滑油通路と、前記ハウジング内に設けられ前記空間と前記軸内潤滑油通路とを連通する入口側潤滑油通路と、前記軸内潤滑油通路の潤滑油出口と前記回転軸の軸シール部および軸受部とを連通するとともに前記クランク室内へと連通する出口側潤滑油通路とを有している、請求項１または２に記載の斜板式圧縮機。
前記出口側潤滑油通路は、クランク室内面に配置されピストンの圧縮反力を受けるスラストベアリング部を通過するように形成されている、請求項３に記載の斜板式圧縮機。
前記潤滑油循環路のいずれかの部位に、潤滑油の一方向の流れに対し逆流を防止する逆流防止手段が設けられている、請求項２〜４のいずれかに記載の斜板式圧縮機。
前記逆流防止手段が堰構造を有する手段からなる、請求項５に記載の斜板式圧縮機。
前記堰構造を有する逆流防止手段が、前記軸内潤滑油通路の入口側に設けられている、請求項６に記載の斜板式圧縮機。
圧縮流体として二酸化炭素冷媒が用いられる、請求項１〜７のいずれかに記載の斜板式圧縮機。