JP6498405B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置などに用いられる圧縮機に関し、駆動軸の周囲に設けられてハウジングとの間を封止する軸封部材に供給される潤滑油の経路構造を改善した圧縮機に関する。

クランク室を貫通してハウジングに回転自在に支持された駆動軸と、クランク室に配されて前記駆動軸の回転に同期して回転し、スラスト軸受を介してハウジングの内壁面に回転可能に支持された動力伝達部材と、動力伝達部材の回転に伴い、ハウジングに形成されたシリンダボア内でピストンを往復摺動させる駆動手段とを具備する圧縮機にあっては、ハウジングと駆動軸との間に、駆動軸を受けるラジアル軸受やクランク室内の流体漏洩を防止する軸封部材が配置されており、中でも駆動軸と軸封部材との摺接部分は、焼き付きを防止するために良好な潤滑が要請されている。

このため、従来においては、ハウジングの内壁面のスラスト軸受の軸受面にクランク室の潤滑油を導入する潤滑油導入溝を設け、この潤滑油導入溝を伝って導入される潤滑油を軸封部材等の回転軸との摺動部分へ潤滑油供給孔を介して導くようにした構成や（特許文献１参照） 、ラジアル軸受と軸封部材（リップシールからなるシール部）との間に区画形成されたシール空間を、ハウジングに設けた潤滑オイル通路を介してクランク室に連通させると共に、駆動軸に設けた平面部と滑り軸受との間の隙間を介してクランク室に連通させ、一方を介してクランク室内の潤滑油をシール空間へ導入し、他方を介してシール空間内の潤滑油をクランク室へ戻すようにした構成（特許文献２参照）などが考えられている。

しかしながら、上述した特許文献１の構成においては、シール空間への潤滑油の供給は確保される構成であるが、シール空間に導入された潤滑油を積極的に逃すような構成を有していないので、シール空間において潤滑油の流動がなくなり、軸封部材の温度が上昇して潤滑油が炭化してスラッジが発生し、このスラッジが軸封部材の摺動部に堆積して軸封機能が低下し、軸封部材と駆動軸との間から潤滑油が漏れるなどの不都合が懸念される。

また、後者の構成によれば、駆動軸の外周部に平面部が設けられているので、この平面部と滑り軸受との隙間とを介して潤滑油がクランク室へ戻されることになるが、このような構成においても、平面部と滑り軸受けとの隙間は、所定位置に固定されていないので（駆動軸の回転に伴って回転するので）、シール空間の下部に必要以上の潤滑油が溜まることが予想され、前者と同様、軸封部材の温度が上昇し、軸封機能の低下に伴い潤滑油漏れを起す不具合が懸念される。

そこで、駆動軸より上方に位置するハウジングの内壁面からラジアル軸受と軸封部材との間で駆動軸の周囲に形成されたシール空間へオイルを供給するオイル供給用の通路を設け、また、ラジアル軸受を受ける軸受面とラジアル軸受との間に設けられ、一端がシール空間に連通し、他端がクランク室に連通するオイル排出用の通路とを設け、軸封部材やラジアル軸受に対して積極的に潤滑油を供給して良好な潤滑を確保すると共に、軸封部材に供給される潤滑油の入れ替わりを促進させて、軸封部材の温度上昇によるオイル漏れを低減するようにした構成（特許文献３参照）が考えられている。

特開平８−２８４８２０号公報 特開２００２−３１００６７号公報 特開２００５−２３８４９号公報

しかしながら、上述した特許文献３においては、ラジアル軸受を受ける軸受面とラジアル軸受との間にシール空間のオイルをクランク室へ排出するオイル排出用の通路が設けられているので、潤沢なオイルがオイル供給通路から導入されない場合には、オイルの排出量が導入量よりも相対的に多くなり、シール空間にオイルが十分に保留されず、駆動軸と軸封部材との摺接部分に焼き付きが生じる不都合が懸念される。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、シール空間のオイルを適正量に保持してオイル不足を回避して良好な潤滑を確保すると共に、軸封部材に供給される潤滑油の入れ替わりを促進することで、軸封部材の温度上昇による軸封機能の低下（オイル漏れ）を抑制することが可能な圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、この発明にかかる圧縮機は、クランク室を画成するハウジングと、前記クランク室を貫通して前記ハウジングにラジアル軸受を介して回転自在に支持され、一端部が前記ハウジングから突出する駆動軸と、前記駆動軸の前記ラジアル軸受よりも一端部側に配置され、前記駆動軸と前記ハウジングとの間を封止する軸封部材と、前記ハウジングに形成され、一端が前記クランク室に連通し、他端が前記ラジアル軸受と前記軸封部材との間に形成されたシール空間に連通するオイル供給通路と、一端が前記シール空間に連通し、他端が前記クランク室に連通するオイル排出通路と、を備えた圧縮機であって、前記ハウジングが前記駆動軸の軸心を水平にして配置される場合に、前記オイル排出通路の前記シール空間に開口する流入口は、前記駆動軸の前記軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、前記駆動軸の軸心を含む水平面と同位置かそれよりも下側の位置に開口していることを特徴としている。

なお、圧縮機の設置状態によって、ハウジングが駆動軸の軸心を中心として傾けられて取り付けられるが、そのような場合でも、その設置状態を基準として、オイル排出通路のシール空間に開口する流入口は、駆動軸の軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸の軸心を含む水平面と同位置かそれよりも下側の位置に開口されていればよい。

したがって、オイル排出通路のシール空間に開口する流入口は、駆動軸の軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側に開口しているので、シール空間内のオイルは、液位がオイル排出通路に達しないうちはシール空間から排出されず、オイル供給通路から導入されるオイルが少ない場合でも、駆動軸と軸封部材の接触位置は、蓄積したオイルに浸漬することとなり、摺動箇所の潤滑不足を回避することが可能となる。また、シール空間に溜まるオイルがオイル排出通路の流入口に達すると、余分なオイルは、オイル排出通路を介してクランク室へ排出されるので、シール空間のオイルが淀む不都合はなく、オイルの入れ替わりを促進させて、軸封部材の温度上昇を避けることが可能となる。

ここで、前記シール空間を、前記ラジアル軸受と、前記軸封部材と、前記ハウジングの内面と、前記駆動軸の周面とによって囲まれて画成し、前記シール空間を画成する前記ハウジングの内面を、前記軸封部材に向かって内径が大きくなる円錐面を有するようにするとよい。
このような構成によれば、シール空間にオイル供給通路を介して導かれたオイルが重力により円錐面下部の傾斜面を伝って軸封部材の方向へ導かれ易くなり、また、シール空間の容積を必要以上に大きくすることなく、オイルの淀みを一層抑えることが可能となる。

また、前記オイル供給通路の他端は、前記円錐面の部分で前記シール空間に接続されていることが望ましい。
このような構成によれば、オイル供給通路を穿設するにあたり、シール空間の円錐面の内側から外側に向かってドリルで穿孔するような場合、オイル供給通路の円錐面に対するドリルの入射角を大きくすることが可能となり、穿孔周縁にバリが発生する不都合を低減することが可能となる。

なお、オイル供給通路の他端は、軸封部材に導入オイルが直接当たらない位置に開口することが好ましい。
オイル供給通路から軸封部材に流入するオイルが直接軸封部材に当たると、長年の使用により、軸封部材が変形し、シール機能が損なわれる不都合があるが、上述のような構成とすることで、軸封部材の変形を抑え、軸封部材の寿命を長くすることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、一端がクランク室に連通し、他端がラジアル軸受と軸封部材との間に形成されたシール空間に連通するオイル供給通路と、一端がシール空間に連通し、他端がクランク室に連通するオイル排出通路と、をハウジングに備えた圧縮機において、オイル排出通路のシール空間に開口する流入口を、駆動軸の軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸の軸心を含む水平面と同位置かそれよりも下側の位置に開口するようにしたので、シール空間のオイルを適正量に保持してオイル不足を回避して良好な潤滑を確保することができ、また、軸封部材に供給される潤滑油の入れ替わりを促進することで、軸封部材の温度上昇による軸封機能の低下（オイル漏れ）を抑制することが可能となる。

また、シール空間を画成するハウジングの内面を、軸封部材に向かって内径が大きくなる円錐面を有することで、シール空間にオイル供給通路を介して導かれたオイルが重力により円錐面下方の傾斜面を伝って軸封部材へ導かれ易くなり、また、シール空間の周面を円錐面とすることによってシール空間の容積が必要以上に大きくならず、オイルの淀みを抑えることが可能となる。

さらに、オイル供給通路の他端を円錐面の部分でシール空間に接続するようにすることで、オイル供給通路を穿設するにあたり、穿孔周縁にバリが発生する不都合を低減することが可能となる。

また、オイル供給通路の他端を、軸封部材に導入オイルが直接当たらない位置に開口することで、軸封部材の変形を抑え、軸封部材の寿命を長くすると共にシール機能が損なわれる不都合を回避することが可能となる。

図１ は、本願発明の実施の形態に係る圧縮機の断面図である。 図２（ａ）は、図１ の圧縮機のフロントヘッドの一部を拡大した断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 図３は、シール空間へのオイルの流れ、オイルの貯留状態を説明する図であり、（ａ）は、図１の圧縮機のフロントヘッドの一部を拡大した断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、である。 図４は、オイル排出通路の他の例を示す圧縮機のフロントヘッドの一部を拡大した断面図である。 図５は、オイル排出通路のさらに他の例を示す圧縮機のフロントヘッドの一部を拡大した断面図である。

以下、この発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。
図１において、圧縮機の一例として冷凍サイクルに用いられる可変容量型斜板式圧縮機が示されている。この圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド４とを有して構成されている。これらフロントヘッド４、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト５により軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。

フロントヘッド４とシリンダブロック１とによって画設されるクランク室６には、一端がフロントヘッド４から突出する駆動軸７が収容されている。この駆動軸７のフロントヘッド４から突出した部分には、車両のエンジンにベルトを介して連結される図示しない駆動プーリが固定される。また、この駆動軸７の一端側は、フロントヘッド４との間に設けられた軸封部材１０を介してフロントヘッド４との間が気密よく封じられ、駆動軸７に沿った冷媒漏洩を防止するようにしている。そして、駆動軸７の一端側は、フロントヘッド４の軸封部材１０よりもクランク室側に収容されたラジアル軸受１１にて回転自在に支持され、駆動軸７の他端側は、シリンダブロック１に収容されたラジアル軸受１２にて回転自在に支持されている。

シリンダブロック１には、前記ラジアル軸受１２が収容される支持孔１３と、この支持孔１３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とが形成されており、それぞれのシリンダボア１５には、片頭ピストン１６が往復摺動可能に挿入されている。この片頭ピストン１６は、シリンダボア１５内に挿入される頭部１６ａと、クランク室６に突出する係合部１６ｂとを軸方向に接合して形成されている。

前記駆動軸７には、クランク室６内において、該駆動軸７と一体に回転するスラストフランジ１７が固定されている。このスラストフランジ１７は、駆動軸７に対して略垂直に形成されたフロントヘッド４の内壁面４ａに対してスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されている。このスラストフランジ１７によって
動力伝達部材が構成されており、このスラストフランジ１７は、リンク機構１９を介して斜板２０が連結されている。

斜板２０は、駆動軸７上に摺動自在に設けられたヒンジボール２１を中心に傾動可能に取り付けられているもので、リンク機構１９を介してスラストフランジ１７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２０の周縁部には、前後に配された一対のシュー２２を介して片頭ピストン１６の前記係合部１６ｂが係留されている。

したがって、駆動軸７が回転すると、これに伴って斜板２０が回転し、この斜板２０の回転運動がシュー２２を介して片頭ピストン１６の往復直線運動に変換され、シリンダボア内において片頭ピストン１６とバルブプレート２との間に形成される圧縮室２３の容積が変更されるようになっている。

尚、２４は、リアヘッド３に形成された吸入室２５と圧縮室２３とを図示しない吸入弁を介して連通するバルブプレート２に形成された吸入孔であり、２６は、リアヘッド３に形成された吐出室２７と圧縮室２３とを図示しない吐出弁を介して連通するバルブプレート２に形成された吐出孔である。また、２８は、吐出室２７とクランク室６との連通状態を制御し、クランク室圧を調整して斜板２０の傾動角度を調節する圧力制御弁である。

ところで、図２にも示されるように、前記軸封部材１０とラジアル軸受１１は軸方向に間隔を開けて配設され、フロントヘッド４の内面と駆動軸７の周面との間で軸封部材１０とラジアル軸受１１とによって区画形成された環状のシール空間３０が形成されている。
すなわち、シール空間３０は、ラジアル軸受１１と、軸封部材１０と、フロントヘッド４のボス部４１の内面と、駆動軸７の周面とによって囲まれて画成されているもので、この例では、シール空間３０を画成するフロントヘッド４のボス部４１の内面は、ラジアル軸受１１から軸封部材１０に向かって徐々に内径が大きくなる円錐面３０ａとこれに連なる円筒面３０ｂに形成されている。

また、フロントヘッド４には、駆動軸７の上方に位置する内壁面４ａのスラスト軸受１８を受ける軸受面、より具体的には、図示するようにスラスト軸受１８をニードルローラ１８ａとこれを保持するスラストレース１８ｂとによって構成する場合には、フロントヘッド４のスラストレース１８ｂを受ける部分に潤滑油を導く案内溝３１が下方に向って延設されている。

そして、案内溝３１とシール空間３０とは、駆動軸７の軸線に対して所定の角度でフロントヘッド４に穿設されたオイル供給通路３２によって接続されており、このオイル供給通路３２を介して、案内溝３１に導入された潤滑油をシール空間３０に供給するようにしている。ここで、オイル供給通路３２は、案内溝３１を伝って降下する潤滑油を受け止めることができるよう、案内溝３１の直下に開口されており、案内溝３１を伝って降下する潤滑油の大部分を導入できるようにしている。

また、オイル供給通路３２の他端は、前記円錐面３０ａの部分のみでシール空間３０に接続されており、また、軸封部材１０に導入オイルが直接当たらない位置に開口されている。すなわち、円錐面３０ａは、軸封部材１０とは軸方向で重なり合う位置にはなく、軸封部材１０よりも所定寸法だけラジアル軸受１１寄りの部位にずらして形成され、この円錐面の形成位置を調整することで、オイル供給通路３２からシール空間へ供給されるオイルの導入位置を軸封部材１０よりもラジアル軸受側に寄った所定位置としている。

なお、この例では、円錐面３０ａと駆動軸７の軸線とのなす角度がおよそ２５度に設定され、オイル供給通路３２と駆動軸７の軸線とのなす角度が３０〜３５度に設定され、したがって、円錐面３０ａとオイル供給通路３２とのなす角度は、５５〜６０度に設定されている。

したがって、オイル供給通路３２が円錐面３０ａの部分のみでシール空間３０に接続されているので、オイル供給通路３２を穿設するにあたり、シール空間３０の円錐面３０ａの内側から外側に向かってドリルで穿孔するような場合でも、オイル供給通路３２の円錐面３０ａに対するドリルの入射角を大きくすることが可能となり、穿孔周縁にバリが発生する不都合を低減することが可能となる。

フロントヘッド４には、一端がシール空間３０に連通し、他端がクランク室６に連通するオイル排出通路３４がさらに形成されている。この例において、オイル排出通路３４は、駆動軸７と略平行に形成され、シール空間３０に開口する流入口３４ａ（オイル排出通路３４の一端）は、一部又は全部が前記円錐面３０ａにかかるように開口しており、また、ハウジングが駆動軸７の軸心Ｏを水平にして配置される場合に、駆動軸７の軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸７の軸心Ｏを含む水平面上、又は、これよりも下側となる位置（図２（ｂ）のαで示す範囲）に開口している。

また、オイル排出通路３４の他端は、スラスト軸受１８よりも内側（駆動軸側）においてフロントヘッド４の内壁面４ａに開口しており、このオイル排出通路３４から流出した潤滑油をスラスト軸受１８の隙間を通過させてクランク室６に戻すようにしている。

以上の構成において、フロントヘッド４の内壁面に付着された潤滑油が第１の案内溝３１を伝って下方へ流下すると、その殆ど全部がオイル供給通路３２に導入され、このオイル供給通路３２を伝ってシール空間３０に導かれる。
シール空間３０の内周面は、軸封部材１０に向かって拡がる円錐面３０ａに形成されているので、シール空間３０に導かれたオイルは、軸封部材１０の手前において、図３（ａ）にも示されるように、駆動軸７の周囲やフロントヘッド４のボス部４１の内面を伝って駆動軸の下側に導かれ、その後、円錐面３０ａを伝って軸封部材１０へ導かれる。

したがって、オイル供給通路３２を伝ってシール空間３０に供給された潤滑油は、その殆どを軸封部材１０へ供給することができるので、軸封部材１０の良好な潤滑を保証することが可能となる。すなわち、オイル供給通路３２を介してシール空間３０に導かれるオイル量が少ない場合でも、シール空間３０の内面は円錐面３０ａに形成されているので、シール空間３０の容積は必要以上に大きくなっておらず、また、オイルを軸封部材１０に向けて積極的に移動させることができるので、軸封部材１０に対して効果的にオイルを供給することが可能となり、軸封部材１０と駆動軸７との潤滑を確保することが可能になる。

また、オイル排出通路３４は、駆動軸７の軸封部材１０と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸７の軸心Ｏを含む水平面上、又は、これよりも下側となる位置で円錐面３０ａに開口しているので、シール空間３０に溜められたオイルの液位が軸封部材１０に達しない場合には、シール空間３０内のオイルは排出されることはなく、また、シール空間３０に溜まるオイルの液位が軸封部材１０に達した後は、図３（ｂ）に示されるように、シール空間３０内のオイルがオイル排出通路３４を介してクランク室６に排出されるので、シール空間３０には、必要最小限度のオイルしか溜まらないことになり、軸封部材１０に供給される潤滑油の入れ替わりを促進させることが可能となる。したがって、シール空間３０に停留したオイルの撹拌や摺動発熱によるスラッジ化、及び、そのスラッジによる軸封部材１０からのオイル漏れを防ぐことが可能となり、軸封部材１０の寿命を延ばすことが可能となる。

発明者らが、圧縮機耐久試験における実際のシール空間の温度を計測したところ、オイル排出通路３４が設けられていない従来構成においては、高速断続運転時の温度が１５７℃、最小吐出容量高速連続運転時の温度も１５７℃であったのに対し、オイル排出通路３４を設けた本発明の構成においては、高速断続運転時の温度が１４８℃、最小吐出容量高速連続運転時の温度は１３６℃となり、シール空間のオイルの淀みを改善することでシール空間の温度が低減することが実証された。

なお、上述の構成例においては、オイル排出通路３４を駆動軸７と平行に形成した例を示したが、図４に示されるように、オイル排出通路３４を、駆動軸７に対して斜めに形成し、シール空間３０の開口端よりも下方となる位置でクランク室６に連通するようにしてもよい。
このような構成においても、オイル排出通路３４のクランク室６への開口端は、オイル排出通路３４から流出した潤滑油をスラスト軸受１８の隙間を通過させてクランク室６に戻すような開口位置にするとよい。
このような構成においては、シール空間３０の余剰オイルが背圧に加えて重力の作用によってオイル排出通路３４を介してクランク室６へ導かれるので、シール空間３０のオイルの液位を管理しやすいものとなる。

また、上述の構成例においては、オイル排出通路３４をフロントヘッド４に１つだけ設けた例を示したが、図５に示されるように、複数のオイル排出通路３４−１，３４−２を設けるようにしてもよい。このような構成においても、各オイル排出通路３４−１，３４−２は、シール空間３０に開口する流入口が、駆動軸７の軸封部材１０と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸７の軸心Ｏを含む水平面と同位置かそれよりも下側の位置に開口している必要がある（この例では、一方のオイル排出通路３４−１の流入口は、駆動軸７の軸心Ｏを含む水平面と同位置に開口し、他方のオイル排出通路３４−２の流入口は、駆動軸７の軸封部材１０と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、駆動軸７の軸心を含む水平面よりも下側の位置に開口している）。また、それぞれのオイル排出通路３４−１，３４−２は、駆動軸７に対して平行であっても、クランク室側が下になるように傾斜させてもよい。

４ フロントヘッド
６ クランク室
７ 駆動軸
１０ 軸封部材
１１，１２ ラジアル軸受
３０ シール空間
３０ａ 円錐面
３２ オイル供給通路
３４ オイル排出通路
３４−１，３４−２ オイル排出通路

Claims (4)

1. クランク室を画成するハウジングと、
   前記クランク室を貫通して前記ハウジングにラジアル軸受を介して回転自在に支持され、一端部が前記ハウジングから突出する駆動軸と、
   前記駆動軸の前記ラジアル軸受よりも一端部側に配置され、前記駆動軸と前記ハウジングとの間を封止する軸封部材と、
   前記ハウジングに形成され、一端が前記クランク室に連通し、他端が前記ラジアル軸受と前記軸封部材との間に形成されたシール空間に連通するオイル供給通路と、
   一端が前記シール空間に連通し、他端が前記クランク室に連通するオイル排出通路と、
   を備えた圧縮機において、
   前記ハウジングが前記駆動軸の軸心を水平にして配置される場合に、前記オイル排出通路の前記シール空間に開口する流入口は、前記駆動軸の前記軸封部材と接触する最も低い位置よりも上側であり、且つ、前記駆動軸の軸心を含む水平面と同位置かそれよりも下側の位置に開口していることを特徴とする圧縮機。
   
2. 前記シール空間は、前記ラジアル軸受と、前記軸封部材と、前記ハウジングの内面と、前記駆動軸の周面とによって囲まれて画成され、
   前記シール空間を画成する前記ハウジングの内面は、前記軸封部材に向かって内径が大きくなる円錐面を有することを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記オイル供給通路の他端は、前記円錐面の部分で前記シール空間に接続されていることを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
4. 前記オイル供給通路の他端は、前記軸封部材に導入オイルが直接当たらない位置に開口されていることを特徴とする請求項３記載の圧縮機。

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