JP5984414B2 - 圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、主に車両エアコンシステムに使用される圧縮機に関し、特にその吐出弁部の構造に関する。
引用文献1に記載の圧縮機において、シリンダヘッドは、複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックの軸方向にバルブプレートを挟んで相対している。シリンダヘッドには、径方向中央部に吸入室が形成され、径方向外周部に吐出室が環状に形成されている。バルブプレートには、吸入室とシリンダボアとを連通する吸入孔と、シリンダボアと吐出室とを連通する吐出孔とが形成されている。そして、バルブプレートの吸入孔のシリンダブロック側に吸入弁が設けられ、バルブプレートの吐出孔のシリンダヘッド側に吐出弁が設けられている。
吐出弁部の構造について説明すると、バルブプレートとシリンダヘッドとの間に、吐出弁形成板とヘッドガスケットとが介装されている。吐出弁は、吐出弁形成板にU字状の打ち抜き孔を打ち抜くことによって形成されるリード弁である。そして、ヘッドガスケットには、吐出弁に正対して吐出弁の最大開度を規制するリテーナと、吐出弁が開弁したときにリテーナの先端側で吐出孔と吐出室とを連通する吐出開口とが形成されている。
特開2005−320902号公報
特許文献1に記載の圧縮機においては、吐出弁が吐出孔を開放したとき、冷媒ガスはヘッドガスケットにおけるリテーナの先端側に形成されたスリット状の吐出開口から吐出室に吐出される。
リテーナ及び吐出開口を形成しているヘッドガスケットは、円板状の金属板をラバーコーティングしたもので、その厚さは例えば0.6〜1.0mm程度であり、またリテーナによって規制される吐出弁の最大開度は、例えば吐出孔の中心で0.5〜1.0mm程度である。従って、吐出開口の切断面(ヘッドガスケットの板厚)は吐出開口から吐出される冷媒ガスの流れに対し障壁となる。
特にスリット状の吐出開口であると、吐出ガスの主流に対し吐出開口の切断面がほぼ直交しているので、切断面に吐出ガスが衝突して流れが乱れ、吐出開口での圧損が増大する。この結果、圧縮機の能力が低下すると共に、シリンダ内が過圧縮状態となる恐れがあった。
本発明は、このような実状に鑑み、リテーナの先端側に形成される吐出開口の形状を最適化し、圧縮機の能力及び信頼性を向上させることを課題とする。
本発明に係る圧縮機は、
複数のシリンダボアが区画形成されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの一端側を閉塞し、前記シリンダブロックとの協働によりクランク室を形成するフロントハウジングと、
前記シリンダブロックの他端側を閉塞し、前記複数のシリンダボアとそれぞれ連通する複数の吐出孔及び吸入孔を有するバルブプレートと、
前記バルブプレートを挟んで前記シリンダブロックと対向して設けられ、径方向中央部に形成された吸入室、及び、この吸入室を取り囲むように外周部に環状に形成された吐出室を有するシリンダヘッドと、
前記バルブプレートと前記シリンダヘッドとの間に配設されたヘッドガスケットと、
前記フロントハウジング、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドで構成されるハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、
前記複数のシリンダボアにそれぞれ配設されたピストンと、
前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構と、
前記吸入室から前記吸入孔を経由して前記シリンダボアへ吸入される冷媒の流れを許容する吸入弁と、
前記シリンダボアから前記吐出孔を経由して前記吐出室へ吐出される冷媒の流れを許容する吐出弁と、
を備え、
前記吐出弁は、前記バルブプレートと前記ヘッドガスケットとの間に配設される円板状の金属製薄板からなる吐出弁形成板に貫通形成されたU字状の孔に区画されて形成されるリード弁であり、
前記ヘッドガスケットは、前記吐出弁に正対して前記吐出弁の最大開度を規制するリテーナと、前記吐出弁が開弁したときに前記吐出孔と前記吐出室とを連通する吐出開口とを一体に有し、
前記吐出弁及び前記リテーナが、前記環状に形成された吐出室の長手方向に延在する。
更に、前記ヘッドガスケットの前記吐出開口は、前記ヘッドガスケットの平坦領域から切り起こされて前記リテーナの先端を形成する第1切断面と、この第1切断面と接続し前記ヘッドガスケットの平坦領域に形成された第2切断面とによって規定され、
前記第2切断面は、前記吐出開口から吐出される冷媒を前記環状に形成された吐出室の長手方向に案内する案内部を有し、
前記案内部は、前記吐出弁及び前記リテーナの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面であり、
前記傾斜面は、前記吐出弁及び前記リテーナの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜している。
本発明によれば、前記案内部により、前記吐出孔から前記吐出室にスムースに冷媒が吐出されるので、前記吐出開口での圧損が低減され、圧縮機の能力低下が抑制されると共に、シリンダ内が過圧縮状態となることが回避される。また、前記ヘッドガスケットの切断面を案内部としたので、案内部の形成が容易である。
また、前記案内部は、前記吐出弁及び前記リテーナの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面であることにより、前記主開口から吐出される冷媒を環状に形成される吐出室の長手方向に容易に案内することができる。
特に、前記案内部は、前記吐出弁及び前記リテーナの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜する傾斜面であることにより、案内方向への集束性を高め、環状に形成された吐出室の長手方向に案内される冷媒量を確実に増加させることができる。
本発明の一実施形態を示す可変容量圧縮機の断面図 吐出弁形成板、ヘッドガスケット及びシリンダヘッドの組立斜視図 ヘッドガスケット要部の拡大斜視図 ヘッドガスケット(詳しくは、ヘッドガスケット、吐出弁形成板及びバルブプレート)要部の平面図及びそのA−A断面図 吐出開口形状についての他の実施形態を示す図
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
先ず、図1に示す可変容量圧縮機の基本構成について説明する。
可変容量圧縮機100は、複数のシリンダボア101aを備えたシリンダブロック101と、シリンダブロック101の一端に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の他端にバルブプレート103を介して設けられたシリンダヘッド104とを備えている。
シリンダブロック101とフロントハウジング102とによって規定されるクランク室140内を横断して、駆動軸110が設けられ、その中心部の周囲には、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とリンク機構120を介して連結し、駆動軸110に沿ってその傾角が変化可能となっている。
リンク機構120は、ロータ112から突設された第1アーム112aと、斜板111から突設された第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112aに対して回動自在に連結され、他端側が第2連結ピン123を介して第2アーム111aに対して回動自在に連結されたリンクアーム121と、から構成されている。
斜板111の貫通孔111bは斜板111が最大傾角(θmax )と最小傾角(θmin )の範囲で傾動可能となるように形状が定められており、貫通孔111bには駆動軸110と当接する最大傾角規制部と最小傾角規制部とが形成されている。斜板111が駆動軸110に対して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をほぼ0°まで傾角変位可能なように形成されている。
ロータ112と斜板111との間には斜板111を最小傾角に向けて最小傾角に至るまで付勢する傾角減少バネ114が装着され、また斜板111とバネ支持部材116との間には斜板111の傾角を増大する方向に付勢する傾角増大バネ115が装着されている。最小傾角において傾角増大バネ115の付勢力は傾角減少バネ114の付勢力より大きく設定されているので、斜板111は駆動軸110が回転していないときは、傾角減少バネ114と傾角増大バネ115の付勢力がバランスする傾角に位置する。
駆動軸110の一端は、フロントハウジング102の外側に突出したボス部102a内を貫通して外側まで延在し、図示しない動力伝達装置に連結されている。尚、駆動軸110とボス部102aとの間には、軸封装置130が挿入され、内部と外部とを遮断している。駆動軸110及びロータ112はラジアル方向に軸受131、132で支持され、スラスト方向に軸受133、スラストプレート134で支持されている。尚、駆動軸110のスラストプレート134当接部とスラストプレート134との隙間は調整ネジ135により所定の隙間に調整されている。したがって外部駆動源からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸110は動力伝達装置と同期して回転可能となっている。
シリンダボア101a内には、ピストン136が配置され、ピストン136のクランク室140側に突出している端部の内側空間には、斜板111の外周部が収容され、斜板111は一対のシュー137を介してピストン136と連動する構成となっている。したがって駆動軸110による斜板111の回転によりピストン136がシリンダボア101a内を往復動することが可能となる。
シリンダヘッド104には、中央部に円環状の隔壁104aで区画された吸入室141と、隔壁104aと外周壁104bとで区画され吸入室141を環状に取り囲む吐出室142とが形成されている(図2参照)。吸入室141は、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、吸入弁形成板に形成された吸入弁(図示せず)を介して連通している。吐出室142は、シリンダボア101aとは、吐出弁形成板106に形成された吐出弁106a、及び、バルブプレート103に設けられた吐出孔103bを介して連通している(図2参照)。
フロントハウジング102、センターガスケット(図示せず)、シリンダブロック101、シリンダガスケット(図示せず)、吸入弁形成板(図示せず)、バルブプレート103、吐出弁形成板106、ヘッドガスケット107、シリンダヘッド104は、これらの順で接合され、複数の通しボルト105により締結されて、圧縮機ハウジングをなす。
シリンダヘッド104には、吸入側外部冷媒回路と吸入室141とを連通する吸入通路104cが形成され、これによって吸入室141はエアコンシステムの吸入側外部冷媒回路と接続されている。また、吐出室142は吐出通路(図示せず)を介してエアコンシステムの吐出側外部冷媒回路と接続されている。
シリンダヘッド104にはさらに制御弁300が設けられている。制御弁300は吐出室142とクランク室140とを連通する連通路145の開度を調整し、クランク室140への吐出ガス導入量を制御する。またクランク室140内の冷媒は、連通路101c、空間146、バルブプレート103に形成されたオリフィス103cを経由して、吸入室141へ流れる。
したがって制御弁300によりクランク室140の圧力を変化させ、斜板111の傾角、つまりピストン136のストロークを変化させることにより、可変容量圧縮機100の吐出容量を可変制御することができる。
エアコン作動時、つまり可変容量圧縮機100の作動状態では、外部信号に基づいて制御弁300に内蔵されるソレノイドの通電量が調整され、吸入室141の圧力が所定値になるように吐出容量が可変制御される。制御弁300は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。
次に吐出弁部の構造について、図1の他、図2〜図4を参照しつつ、説明する。
吐出弁形成板106は、円板状の金属製薄板(板厚0.3〜0.5mm程度)であり、図2の上面側が図2には示されないバルブプレート103に接合され、図2の下面側がヘッドガスケット107を介してシリンダヘッド104に接合される。
環状に形成された吐出室142に対応する吐出弁形成板106の外周領域には、バルブプレート103に形成された吐出孔103bを開閉するリード弁形式の吐出弁106aが形成されている。吐出弁106aは、吐出弁形成板106に打ち抜き加工されたU字状の打ち抜き孔106bによって形成され、基部が吐出弁形成板106に連続している。また、吐出弁106aは吐出弁形成板106の周方向すなわち環状に形成された吐出室142の長手方向(吐出室142が形成する円環に沿う方向)に延在している。
ヘッドガスケット107は、吐出弁形成板106とシリンダヘッド104との間に配置される。
ヘッドガスケット107には、吐出弁106aに正対して吐出弁106aの最大開度を規制するリテーナ107aと、吐出弁106aが開弁したときに吐出孔103bと吐出室142とを連通する吐出開口(主開口107b、副開口107c)とが一体形成されている。尚、ヘッドガスケット107は円板状の金属板をプレス加工して形成され、その表面はラバーコーティングされており、その厚さは0.6〜1.0mm程度である。
吐出開口は、主開口107bと副開口107cとからなり、主開口107bはリテーナ107aの先端側に設けられ、副開口107cはリテーナ107aの両側に設けられている。
リテーナ107aは、ヘッドガスケット107の円板状の平坦領域から切り起こされて形成されており、吐出弁106aに正対するリテーナ本体107a1と、リテーナ本体107a1と接続する両側部107a2とからなり(図3参照)、両側部107a2とリテーナ本体107a1の基部はヘッドガスケット107の平坦領域に連続している。
リテーナ107aの先端側に設けられた主開口107bは、ヘッドガスケット107を打ち抜いて形成され、図4(a)に示されるように、ヘッドガスケット107の平坦領域から切り起こされたリテーナ107aの先端側(リテーナ本体107a1の先端とこれに接続する両側部107a2の端部)を形成する第1切断面107b1と、第1切断面107b1と接続しヘッドガスケット107の平坦領域に形成された第2切断面107b2とによって規定される。
図4(a)に示すように、リテーナ107aを真上から見ると、第1切断面107b1はほぼ直線状となっている。また、第2切断面107b2は、両側部107a2の外側から中央に向かうに連れて第1切断面107b1から遠ざかる円弧状部107b21と、円弧状部107b21と第1切断面107b1とを接続する接続部107b22とからなっている。
円弧状部107b21は、環状に形成された吐出室142の長手方向に延在するリテーナ107aの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面であり、主開口107bから吐出される冷媒ガスを環状に形成された吐出室142の長手方向に案内する案内部として機能する。尚、円弧状部107b21は吐出孔103bの中心を中心とする円弧となっており、吐出弁形成板106のU字状の打ち抜き孔106bの外側切断面106b1より外側に配置されている。
すなわち、本実施形態において、主開口107bから吐出される冷媒を環状に形成された吐出室142の長手方向に案内する第2切断面107b2の案内部は、吐出弁106a及びリテーナ107aの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面、特に、吐出弁106a及びリテーナ107aの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜する傾斜面であり、しかも、円弧状の曲面(円弧状部107b21)である。
また、円弧状の曲面である第2切断面107b2の円弧の曲率半径をBとすると、第1切断面107b1の曲率半径Aに対し、B<Aである。
次に作用を説明する。
吐出弁106aが開弁したときに吐出孔103bから吐出される冷媒の主流は、リテーナ本体107a1と両側部107a2とによって主開口107bに導かれ、主開口107bから環状に形成された吐出室142の長手方向に吐出される。
リテーナ107aによって規制される吐出弁106aの最大開度は、例えば吐出孔103bの中心位置で0.5〜1.0mm程度に設定されており、またヘッドガスケット107の板厚(つまり切断面の高さ)は例えば0.6〜1.0mm程度であるので、主開口107bから吐出室142の長手方向に向かって吐出される冷媒の主流は、U字状の打ち抜き孔106bの切断面を越えて主開口107bの第2切断面107b2に衝突する。
第2切断面107b2の円弧状部107b21はリテーナ両側部107a2側から中央に向かうに連れて第1切断面107b1から遠ざかるように形成されているので、中央部の冷媒はそのまま直進し易く、両側部107a2近傍の冷媒は円弧状部107b21(傾斜面)により流れの向きを中央部に向けられる。これによって主開口107bから吐出される冷媒が周囲に拡散することが抑制され、吐出室142の長手方向の指向性が高まる。その結果、主開口107bでの乱流の発生が抑制され、冷媒の主流は主開口107bから吐出室142の長手方向にスムースに流れ易くなる。つまり円弧部107b21(傾斜面)は冷媒の主流を吐出室142の長手方向に案内する案内部として機能している。
本実施形態によれば、吐出孔103bから吐出室142にスムースに冷媒が吐出されるので、主開口107bでの圧損が低減され、圧縮機100の能力低下が抑制されると共に、シリンダ内が過圧縮状態となることが回避される。また、ヘッドガスケット107の切断面を案内部としたので、案内部の形成が容易である。
また、本実施形態によれば、第2切断面107b2の案内部は、吐出弁106a及びリテーナ107aの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面であることにより、主開口107bから吐出される冷媒を環状に形成される吐出室142の長手方向に容易に案内することができる。この場合、傾斜面は直線的であってもよいし曲線的であってもよい。
また、本実施形態によれば、第2切断面107b2の案内部は、吐出弁106a及びリテーナ107aの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜する傾斜面であることにより、案内方向への集束性を高め、環状に形成された吐出室142の長手方向に案内される冷媒量を確実に増加させることができる。
また、本実施形態によれば、前記傾斜面が、円弧状の曲面であることにより、角部での乱流の発生を抑えることができると共に、製作も容易となる。
また、本実施形態によれば、前記円弧状の曲面である2切断面107b2の円弧の曲率半径をAとすると、第1切断面107b1の円弧の曲率半径Bに対し、A<Bとすることにより、冷媒の主流に対し十分な開口面積を確保することができる。
次に本発明の他の実施形態について図5により説明する。
前述の実施形態(図4)では、第2切断面107b2の案内部は円弧状部としたが、図5(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、案内部を傾斜した直線部107b21としてもよい。
この場合、図5(a)、(b)、(d)のように、吐出弁106a及びリテーナ107aの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜する2つの傾斜面を持つようにするとよい。しかし、図5(c)のように案内部は片側だけであってもよい。すなわち、案内部は冷媒の流れを特定の方向に方向づけるものであればどのようなものでもよい。
図5(d)に示す実施形態では、吐出弁形成板106において吐出弁106aを区画するための打ち抜き孔106bを外側に大きく形成して、打ち抜き孔106bの外側の切断面106b1の一部領域を、案内部の傾斜面(傾斜直線部107b21)と同等若しくは近接した位置に配置している。
このように打ち抜き孔106bの外側の切断面106b1の一部領域を案内部の傾斜面(107b21)に沿うように配置することにより、打ち抜き孔106bの外側の切断面106b1の一部領域も案内部としての作用効果を持つので、主開口107bから吐出される冷媒の主流が環状に形成された吐出室142の長手方向にさらに効果的に流れ易くなる。
尚、以上の実施形態では、第1切断面107b1は直線状としたが、吐出弁106aの先端形状に合わせるなどして、円弧状としてもよい。この場合、第1切断面107b1の円弧の曲率半径をA、第2切断面107b2の円弧の曲率半径をBとすると、A>Bとすることにより、吐出ガスの主流に対し十分な開口面積を確保して、吐出ガスの主流を所望の方向に案内することができる。
また、以上の実施形態では、斜板式の可変容量圧縮機について説明したが、固定容量圧縮機であってもよい。また、駆動軸の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構についても、斜板式の他、揺動板式など、どのような方式であってもよく、往復動圧縮機全般に本発明を適用可能である。
このように図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
100 可変容量圧縮機
101 シリンダブロック
101a シリンダボア
102 フロントハウジング
103 バルブプレート
103a 吸入孔
103b 吐出孔
104 シリンダヘッド
105 通しボルト
106 吐出弁形成板
106a 吐出弁
106b 打ち抜き孔
107 ヘッドガスケット
107a リテーナ
107a1 リテーナ本体
107a2 両側部
107b 主開口(吐出開口)
107b1 第1切断面
107b2 第2切断面
107b21 円弧状部(又は傾斜直線部)
107b22 接続部
107c 副開口(吐出開口)
110 駆動軸
111 斜板
112 ロータ
120 リンク機構
136 ピストン
137 シュー
140 クランク室
141 吸入室
142 吐出室

Claims (4)

  1. 複数のシリンダボアが区画形成されたシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックの一端側を閉塞し、前記シリンダブロックとの協働によりクランク室を形成するフロントハウジングと、
    前記シリンダブロックの他端側を閉塞し、前記複数のシリンダボアとそれぞれ連通する複数の吐出孔及び吸入孔を有するバルブプレートと、
    前記バルブプレートを挟んで前記シリンダブロックと対向して設けられ、径方向中央部に形成された吸入室、及び、この吸入室を取り囲むように外周部に環状に形成された吐出室を有するシリンダヘッドと、
    前記バルブプレートと前記シリンダヘッドとの間に配設されたヘッドガスケットと、
    前記フロントハウジング、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドで構成されるハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、
    前記複数のシリンダボアにそれぞれ配設されたピストンと、
    前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構と、
    前記吸入室から前記吸入孔を経由して前記シリンダボアへ吸入される冷媒の流れを許容する吸入弁と、
    前記シリンダボアから前記吐出孔を経由して前記吐出室へ吐出される冷媒の流れを許容する吐出弁と、
    を備え、
    前記吐出弁は、前記バルブプレートと前記ヘッドガスケットとの間に配設される円板状の金属製薄板からなる吐出弁形成板に貫通形成されたU字状の孔に区画されて形成されるリード弁であり、
    前記ヘッドガスケットは、前記吐出弁に正対して前記吐出弁の最大開度を規制するリテーナと、前記吐出弁が開弁したときに前記吐出孔と前記吐出室とを連通する吐出開口とを一体に有し、
    前記吐出弁及び前記リテーナが、前記環状に形成された吐出室の長手方向に延在する、圧縮機であって、
    前記ヘッドガスケットの前記吐出開口は、前記ヘッドガスケットの平坦領域から切り起こされて前記リテーナの先端を形成する第1切断面と、この第1切断面と接続し前記ヘッドガスケットの平坦領域に形成された第2切断面とによって規定され、
    前記第2切断面は、前記吐出開口から吐出される冷媒を前記環状に形成された吐出室の長手方向に案内する案内部を有し、
    前記案内部は、前記吐出弁及び前記リテーナの延在方向に対し斜めに交差する傾斜面であり、
    前記傾斜面は、前記吐出弁及び前記リテーナの幅方向両端部から中央部へ向かうほど、延在方向奥側に傾斜することを特徴とする、圧縮機。
  2. 前記傾斜面は、円弧状の曲面であることを特徴とする、請求項1記載の圧縮機。
  3. 前記円弧状の曲面である前記第2切断面の円弧の曲率半径をBとすると、前記第1切断面の曲率半径Aに対し、B<Aであることを特徴とする、請求項2記載の圧縮機。
  4. 前記吐出弁形成板において前記吐出弁を区画するための前記U字状の孔の外側の切断面の一部領域は、前記案内部の傾斜面と同等若しくは近接した位置に配置されていることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の圧縮機。
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