JPH0229871B2 - Shujikuokatamochishijishitakaitenshabanshikiatsushukuki - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転斜板式圧縮機に関し、特に、主軸
を片持支持した構造のこの種圧縮機の改良に関す
るものである。

〔従来技術〕

主軸を片持支持した構成の回転斜板式圧縮機は
米国特許第3552886号や第3712759号、実公昭58−
1671号や特開昭55−29040号等で公知である。

第６図を参照して、この種の圧縮機の典型的な
構造を説明する。

第６図において、円筒状のケーシング１０は一
端に嵌合固定されたシリンダブロツク１１と他端
に固定されたフロントハウジング１２との間に、
潤滑油の貯留室を兼ねたクランク室１３を形成し
ている。このクランク室１３内に配置された回転
斜板であるくさび形のロータ１４は、フロントハ
ウジング１２の中央部にラジアルニードル軸受１
５を介して回転自在な状態で挿通された主軸１６
に固定され、かつフロントハウジング１２にスラ
ストニードル軸受１７をして対向している。

クランク室１３内にはまた、ロータ１４の傾斜
面１４ａにスラストニードル軸受１８を介して対
向したリング状の揺動板１９が配置されており、
この揺動板１９は揺動中心軸体２０の先端に、回
転自在な鋼球２１を介して揺動自在に受けられて
いる。揺動中心軸体２０はシリンダブロツク１１
の中央孔２２に嵌合されたもので、軸方向では可
動であるが回転は阻止されており、穴２０ａに嵌
合されたばね２３によつて揺動板１９に向けて付
勢されている。このときのばね２３の付勢力は、
中央孔２２にねじ込まれたねじ体２４を回すこと
によつて調整されうる。

揺動中心軸体２０はまた先端に傘歯車２０ｂを
有しており、この傘歯車２０ｂが揺動板１９に固
着された傘歯車２５に噛合うことにより、揺動板
１９の回転を阻止している。

さらにシリンダブロツク１１には複数のシリン
ダ２６が形成されており、それらのシリンダ２６
の夫々にはピストン２７が摺動自在に夫々挿入さ
れている。そしてこれらのピストン２７をロツド
２８にて揺動板１９の周辺近傍部分に連結してあ
る。なおロツド２８と揺動板１９との結合、およ
びロツド２８とピストン２７との結合は、いずれ
も球関節継手にて行わせてある。

またシリンダブロツク１１の一端にはガスケツ
ト（図示せず）および弁板アセンブリ２９を介し
てシリンダヘツド３０が重ね合わされ、かつボル
ト３１によつてそこに固定されている。シリンダ
ヘツド３０は、外周辺近傍部分に吸入室３２を、
中央部に吐出室３３を有している。弁板アセンブ
リ２９は、シリンダ２６の夫々を吸入室３２に連
通させる吸入口３４とシリンダ２６の夫々を吐出
室３３に連通させる吐出口３５とを有する弁板、
吸入口３４のシリンダ２６側に設けた可撓性の吸
入弁、および吐出口３５の吐出室３３側に設けた
可撓性の吐出弁を、固定ボルト３６にて一体に固
定したものである。なお３７は吐出弁の過度な撓
みを防止する弁押えであつて、これも固定ボルト
３６にて弁板アセンブリ２９に一体に固定されて
いる。

上述した構造において、主軸１６を適当な回転
駆動手段にて回転させると、クランク室１３内で
ロータ１４が回転し、このロータ１４の傾斜面に
従つて揺動板１９が鋼球２１を中心として回転す
ることなく揺動するため、それに基いて複数のピ
ストン２７がシリンダ２６内で時差をもつて往復
摺動し、その結果として吸入室３２の流体を吸入
口３４を通してシリンダ２６内に吸込みかつ吐出
口３５を通して吐出室３３に排出する。実際に
は、シリンダヘツド３０に設けた吸入ポート３８
と吐出ポート（図示せず）との間に冷却回路を接
続して使用されるため、この冷却回路中の冷媒が
凝縮・蒸発を繰返しつつ循還することとなる。

なお、ばね２３の付勢力は、スラスト軸受１
７、ローラ１４、スラスト軸受１８、揺動板１
９、傘歯車２５、鋼球２１、揺動中心軸体２０の
それぞれの間に適当な軸方向すきまを保証するよ
うにねじ体１２で調整されるとともに、温度変化
による寸法変化や各部品の加工寸法誤差による各
部品の軸方向移動を吸収する作用をなす。

〔発明が解決すべき問題点〕

上述した構成の回転斜板式圧縮機は、例えば、
カークーラー用の冷媒圧縮機として用いられ、通
常の使用においては、充分な寿命を達成してい
る。しかしながら、酷暑下での長時間運転のよう
な過酷な条件下での使用においては、転動部ある
いは摺動部の焼付き現象が発生して、充分な長寿
命が保証できないという欠点が有る。

この焼付きの原因の究明にあたつたところ、主
軸１６のラジアルニードル軸受の当り面およびロ
ータ１４のスラストニードル軸受の当り面に剥離
が生じており、その破片が転動部や摺動部に損傷
を与え、最終的にクラツチ摺動部や転動部の焼付
きに至ることが判明した。

第７図は、主軸１６の軸受当り面の展開図で、
同図において、領域Ａで剥離が生じており、領域
Ｂは軸受と接触したことを示す。光沢面となつて
いた。即ち、主軸１６は軸受と一様に接触せず、
偏当りとなつていることが判明した。

このような偏当りは次のような原因によるもの
と考えられる。

ロータ１４に作用する外力は、ピストン２７に
よる圧縮にもとづく、総ガス圧F₁と、ばね２３
による付勢力F₂である。総ガス圧F₁は、第８図
に示すように、上死点にあるピストンのピストン
ロツド２８との接続点近傍のＡ点で作用する。即
ち、ロータ１４の軸方向厚みの大の方の外周部近
傍である。このロータのＡ点側をロータの上死点
側と呼ぶことにする。付勢力F₂はロータ１４の
中心に加わる。

ところが総ガス圧F₁および付勢力F₂はともに
ロータの傾斜面に作用しているので、ロータの上
死点側の方向即ち径方向の分力F₃，F₄をそれぞ
れ生ずることになる。

軸方向の押し付力（F₁＋F₂）に抗してスラス
ト軸受１７から反作用力F₅が発生して、軸方向
の力は釣合うが、径方向の合力（F₃＋F₄）に釣
合う力は無いので、ロータ１４は上死点側に押さ
れるとともにスラスト軸受１７との接点Ｂの周り
に第８図で左周りのモーメントを受ける。この結
果、ロータ１４は、その上死点側と中心に関して
反対側の下死点側でスラスト軸受１７から、浮き
上がる。このロータ１４の上死点側への移動と、
下死点側の浮き上がり、ロータと主軸特にその結
合点の比較的小さな剛性の故に主軸１６は図示の
ように傾斜して、ラジアル軸受のＣ点とＤ点で偏
当りすることになる。このとき主軸の傾きはθで
あり、これは、ラジアル軸受の軸方向長さと、ラ
ジアルクリアランスによつて定まる。この状態
で、ラジアル軸受１５から、反作用力F₆，F₇が
主軸に作用し、F₃＋F₄＝F₆−F₇で釣合い、各寸
法l₁〜l₄、r₁、r₂を第８図のとおり定めると、モ
ーメントも次のような釣合い状態に保たれる。

F₃l₁＋F₄l₂＋F₆l₃−F₁（r₂−r₁） −F₂r₂−F₇l₄＝０ こうして、主軸１６は傾き、θをもつて、ラジ
アル軸受と偏当りしながら回転することになる。
これによつて、前述した剥離が生ずるものと考え
られる。この傾きθにより、ラジアル軸受から主
軸に作用する反作用力F₆，F₇は、総ガス圧F₁に
よつて変化し、高負荷運転の際に大となり、従つ
て前述の過酷な条件下で剥離が生じ易くなる。も
ちろん、このθはラジアル軸受と主軸とのクリア
ランスにもよるが、通常のクリアランスで約約0゜
〜0.04゜程度である。

前述のように、ロータ１４がモーメントによ
り、下死点側でスラスト軸受１７から浮き上がる
ことによつて、そのスラスト面も少なくともθだ
けスラスト軸受面に対して傾斜することになる。
この結果、ロータの上死点側におけるスラストレ
ース面の径方向側がスラストニードル軸受のクラ
ウン部に当る。この当接力も総ガス力F₁が大と
なると大きいので、圧縮機の高負荷運転によつて
剥離が生じ易くなる。

本発明は、このような知見にもとづいて、過酷
な条件下での圧縮機の運転においても、主軸とそ
れを支持するラジアル軸受の偏当りがなく、また
ロータとスラスト軸受の偏当りもなく、主軸及び
ローターがそれぞれの軸受けに一様な面接触をも
つて支持され、これによつて過酷な条件下での使
用においても充分な寿命を実現できる圧縮機を提
供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、フロントハウジングにラジアルニー
ドル軸受を介して回転可能に主軸を支持し、主軸
のクランク室内の端部にくさび形回転斜板を取り
付け、該回転斜板をフロントハウジング内面にス
ラストニードル軸受を介してスラスト支持し、該
回転斜板の傾斜面上に相対回転可能に軸方向押圧
力をもつて押圧された揺動板を介してピストンを
往復動させるようにした主軸を片持支持した回転
斜板式圧縮機において、上記主軸は上記回転斜板
にそのスラスト支持面に対して上記ピストンの上
死点側に微小角度θ₁（ただし、ラジアル軸受の軸
方向長さをｌ、主軸とのクリアランスをｃとし、
θ＝tan^-1（ｃ／ｌ）としたとき、θ₁＞θに選ばれ
る）だけ傾けて取付けられており、しかも、上記
回転斜板の上記スラストニードル軸受に当接する
レース面が少なくともピストンの上死点側に対応
する部分において外側に向つて該スラスト支持面
から離れるようし微小角度θ₂（θ₁＞θ₂）だけ傾斜
したテーパー面として形成されており、しかも該
ロータと主軸は、上記軸方向押圧力によつて、該
主軸の中心軸線が上記ラジアルニードル軸受の中
心軸線に関して上記上死点側にわずかな角度θ
（θ₁−θ₂＞θ）だけ傾いているとともに上記テー
パ面がスラストニードル軸受に接触するようにし
て取付けられていることを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

本発明によれば、圧縮機が動作して、ガス圧が
回転斜板に加わると、ガス圧の回転斜板の傾斜面
での分力により主軸が、回転斜板と共にその上死
点側に押される。このため、主軸が回転斜板に対
して変位し、その変位により、回転斜板と主軸と
の結合剛性にもとづき作用モーメント分の変位角
を生じ、その結果主軸の外面はラジアルニードル
軸受の上死点側の面に一様に接触することにな
る。また回転斜板の上死点側において、傾斜した
スラストレースのテーパ面もスラストニードル軸
受に一様に接触した状態に保たたれる。この結
果、過酷な条件下でも、主軸および回転斜板のラ
ジアルニードル軸受およびスラストニードル軸受
との偏当りがなくなり、従来のような剥離現象が
防止される。

〔実施例〕

以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

第１図は、本発明の実施において用いられるロ
ータ１４と主軸１６との組立体を示しており、フ
ロントハウジングへ組込む前の状態を示す断面図
である。

同図を参照して、主軸１６は、ロータ１４に対
して傾けて取り付けられている。即ち、ロータ１
４のスラスト支持される方の面（これをスラスト
支持面と呼ぶ）をSTとし、このスラスト支持面
STに直角な軸線をOR（以下ロータの中心軸線と
呼ぶ）とすると、主軸１６は、その中心軸線O_S
が、従来ではORと平行になるように取付けられ
ていたのに対し、この実施例では、図示のとおり
ORからローターの上死点側（即ち、ロータの厚
みの大きな方へ）へθ₁だけ傾いた状態で取付けら
れている。

このθ₁は、ラジアル軸受（第２図および第４図
１５）の軸方向長さをｌ、主軸とのクリアランス
をｃとするθ₁＞tan^-1（ｃ／ｌ）に選ばれる、θ₁
は、ほぼ0.5゜程度となる。

また、ロータ１４には第６図に関して説明した
スラスト軸受１７と当接するリング板状のスラス
トレースが設けられているが、そのスラストレー
ス面は、上死点側において、半径方向外向きに角
度θ₂をもつて下り勾配となるように傾斜したテー
パ面１４ａに形成されている。この角度θ₂はθ₁よ
り小さく選ばれる。より具体的には、前述の
tan^-1（ｃ／ｌ）をθとしたときθ¹−θ₂θとなる
ように選ばれる。好ましくは、θ₁−θ₂＞θに選ぶ
と良い。

なおスラストレース面は上死点側のみテーパ面
１４ａとせずに、全面にわたつてテーパ面として
も良い。

第２図は、第１図のロータおよび主軸の組立体
を圧縮機に組込んだときの状態を示す断面図で、
ロータ１４、主軸１６の外にはフロントハウジン
グ１２、ラジアル軸受１５、スラスト軸受１７を
示すのみで、他の部品および関連構成は第６図と
同様であるので、図示を省略する。

第２図を参照して、フロントハウジング１２の
ラジアル軸受１５に、主軸１６を挿入し、第６図
で示したアジヤストスクリユー２４の調節によつ
て、スプリング２３の付勢力と、主軸１６とロー
タ１４の結合剛性による変位角分の軸方向付勢力
とを調整し、第３図に拡大して示すようにロータ
１４のスラストレースのテーパ面１４ａがスラス
ト軸受１７に面当りするようにする。このときの
スプリング２３および主軸１６とロータ１４の結
合剛性による変位角分の軸方向付勢力をF₂とす
る。即ち、この付勢力F₂により、ロータ１４と
主軸１６との主に結合部の剛性に打ち勝ち、ロー
タ１４の下死点側がフロントハウジング１２の方
へ接近するように押される。この結果、F₂を加
える前に比して、ロータ中心軸線ORはOR′の位
置に角度Φだけ移動する。このとき、ラジアル軸
受１５の中心軸線OBとOR′のなす角はθ₂であり、
主軸１６の中心軸線O_Sとラジアル軸受の中心軸
線とのなす角は前述のとおり、θ＝tan^-1c／ｌで
ある。即ち、付勢力F₂により、主軸１６はロー
タ１４に対する第１図の取付角度から、Φ＝θ₁−
（θ＋θ₂）だけ偏位された状態に維持される。こ
の結果、ロータ１４と主軸１６との結合部の剛性
係数をｋとすると、M_S＝kΦなる第２図で右回り
のモーメントが主軸１６に作用することになる。
第２図の状態で、力とモーメントのバランスは次
の式で表わされる。

F₄＋F₆＝F₇ F₂＝F₅ F₅・Ｒ＋F₆l₂−F₄l₁−F₇（l₂＋l₃）＝０ M_S＝kΦ＝F₇（l₂＋l₃）−F₆l₂ ここで、l₁、l₂、l₃、Ｒは第２図に示したよう
な各部寸法を表わし、F₂、F₄、F₅、F₆、F₇は第
２図に示すように作用する力である。即ち、 F₂：スプリングとシヤフトとロータの結合剛性
に基づく変位角分の軸方向付勢力 F₄：F₂のロータ傾斜面での分力（ロータ傾斜面
の傾斜角をαとすると、F₄＝F₂・tanα） F₅：スラストベアリング１７からの抗力 F₆：ラジアルベアリングからの抗力 F₇：ラジアルベアリングからの抗力 なお、この第２図のセツテイング状態におい
て、付勢力F₂は前述のようにモーメントM_Sを発
生させるに充分な大きな力でロータ１４を押圧し
ているので、ロータ１４、スラスト軸受（第６図
１８）、揺動板（第６図、１９）、傘歯車（第６
図、２５）、鋼球（第６図、２１）および揺動中
心軸体（第６図、２０）の間の軸方向すきまは存
在しないことになる。

この状態で、圧縮機が動作すると、第４図を参
照してガス圧F₁がロータ１４の上死点側Ａ点に
加わると、その上死点側方向の分力F₃により、
ロータ１４が上死点側に移動する。このとき、主
軸１６は、前述のとおり、モーメントM_Sを受け
てラジアル軸受１５の外方端部Ｂに当接させてい
るので、主軸１６はＢ点を支点としてロータ側が
上支点側に移動して、第４図のとおり、軸受１５
の上死点側内面に一様に接触するようになる。即
ち、主軸１６は第２図の状態から、更にθだけ、
即ち第１図のロータ１４への取付け傾斜角θ₁から
（θ＋Φ）だけ変位され、主軸１６の中心軸線O_S
は軸受１５の中心軸線O_Bと平行になる。

また、前述のようにロータ−スラスト軸受−揺
動板−傘歯車−鋼球−揺動中心軸体（第６図で１
４−１８−１９−２５−２１−２０）の間の軸方
向すきまはないので、ロータ１４の下死点側の浮
き上がりが阻止される。即ち、ロータ１４に加わ
る軸方向付勢力はF₂からロータの浮き上がり力
を阻止する力だけ増加した力F₂′となる。これに
より、F₂′の分力F₄も第２図のF₄だけ大となる。

こうして、圧縮機の動作中は第４図の状態でバ
ランスされており、ロータの上死点側のスラスト
レースのテーパー面１４ａは、第５図に示すよう
に、第２図と同様にスラスト軸受１７に一様に接
触した状態に保たれる。

このバランス状態を、力のバランスとモーメン
トのバランスの式で示すと次のとおりである。

F₃＋F₄＝F₆ F₁＋F₂′＝F₅ F₅・Ｕ−F₄′・l₁−F₁R′−F₆（l₂＋l₄）＝０ M_S′＝ｋ（Φ＋θ_R）＝F₆（l₂＋l₄） ここで、l₁、l₂、l₃、Ｒ、R′は、第４図に示し
た寸法で、F₂′、F₄′、F₁、F₃は前述のとおりの力
であり、F₅はスラスト軸受１７からの抗力、F₆
はラジアル軸受１５からの抗力、M_S′は、主軸が
ロータ１４への取付傾斜角θ₁から（Φ＋θ）だけ
変位したことによる主軸に加わる右回りのモーメ
ントである。

こうして、圧縮機の動作中は、主軸１６は、ラ
ジアル軸受１５に、ローラストレース面はそのテ
ーパ面１４ａでスラスト軸受１７に、それぞれ偏
当りなく一様に接触することになる。これによ
り、剥離が防止される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、フロント
ハウジングにラジアルニードル軸受を介して回転
可能に主軸に支持し、主軸のクランク室内の端部
にくさび形回転斜板を取り付け、該回転斜板をフ
ロントハウジング内面にスラストニードル軸受を
介してスラスト支持し、該回転斜板の傾斜面上に
相対回転可能に軸方向圧力をもつて押圧された揺
動板を介してピストンを往復動させるようにした
主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機において、
上記主軸は上記回転斜板にそのスラスト支持面に
対して上記ピストンの上死点側に微小角度θ₁（た
だし、ラジアル軸受の軸方向長さをｌ、主軸との
クリアランスをｃとし、θ＝tan^-1（ｃ／ｌ）とし
たとき、θ₁＞θに選ばれる）だけ傾けて取付けら
れており、しかも、上記回転斜板の上記スラスト
ニードル軸受に当接するレース面が少なくともピ
ストンの上死点側に対応する部分において外側に
向つて該スラスト支持面から離れるように微小角
度θ₂（θ₁＞θ₂）だけ傾斜したテーパ面としており、
しかも、該斜板と主軸は、上記軸方向押圧力によ
つて、該主軸の中心軸線が上記ラジアルニードル
軸受の中心軸線に関して上記上死点側にわずかな
角度θ（θ₁−θ₂＞θ）だけ傾いているとともに上
記テーパ面がスラストニードル軸受けに接触する
ようにして取付けた構造であるので、圧縮機運転
時に回転斜板に加わるガス圧により回転斜板が上
死点側の方へ向いた径方向の力を受ける。従つ
て、この力に基づくモーメントがロータに作用
し、シヤフトとロータの結合剛性に基づいた変位
角を生じることになる。そこで、主軸がラジアル
ニードル軸受面の上死点側に偏当りなく一様に当
接する。また回転斜板のスラストレースのテーパ
面も、スラストニードル軸受けに一様に押圧接触
する。それ故本発明の回転斜板圧縮機では、過酷
な条件下での使用においても、主軸やロータのス
ラストレース面に剥離が発生せず、長寿命化が図
られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における主軸とロータとの組
立体の断面図、第２図は本発明の一実施例におけ
る要部断面図、第３図は、第２図のＴ部の拡大
図、第４図は圧縮機の動作状態Ｆにおける様子を
示す第２図と同様の要部の断面図、第５図は、第
４図のＴ部の拡大図、第６図は、主軸を片持支持
した回転斜板式圧縮機の従来例の断面図、第７図
は従来例における長期使用後の主軸の軸受に支持
された外面の展開図、第８図は従来例におけるロ
ータに加わる力とそれによるロータとおよび主軸
の様子を示す説明図である。 １２……フロントハウジング、１３……クラン
ク室、１４……ロータ（回転斜板）、１５……ラ
ジアルニードル軸受、１６……主軸、１７……ス
ラストニードル軸受、１９……揺動板、２７……
ピストン、１４ａ……スラストレースのテーパ
面、ST……スラスト支持面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ フロントハウジングにラジアルニードル軸受
   を介して回転可能に主軸を支持し、主軸のクラン
   ク室内の端部にくさび形回転斜板を取り付け、該
   回転斜板をフロントハウジング内面にスラストニ
   ードル軸受を介してスラスト支持し、該回転斜板
   の傾斜面上に相対回転可能に軸方向押圧力をもつ
   て押圧された揺動板を介してピストンを往復動さ
   せるようにした主軸を片持支持した回転斜板式圧
   縮機において、上記主軸は上記回転斜板に、その
   スラスト支持面に対して上記ピストンの上死点側
   に微小角度θ₁（ただし、ラジアル軸受の軸方向長
   さをｌ、主軸とのクリアランスをＣとし、θ＝
   tan^-1（Ｃ／ｌ）としたとき、θ₁＞θに選ばれる）
   だけ傾けて取付けられており、しかも、上記回転
   斜板の上記スラストニードル軸受に当接するレー
   ス面が、少なくともピストンの上死点側に対応す
   る部分において外側に向かつて該スラスト支持面
   から離れるように微小角度θ₂（θ₁＞θ₂）だけ傾斜
   したテーパ面として形成されており、しかも該ロ
   ータと主軸は、上記軸方向押圧力によつて、該主
   軸の中心軸線が上にラジアルニードル軸受けの中
   心軸線に関して上記上死点側にわずかな角度θ
   （θ₁−θ₂θ）だけ傾いているとともに、上記テ
   ーパ面がスラストニードル軸受けに接触するよう
   にして取付けられていることを特徴とする主軸を
   片持支持した回転斜板式圧縮機。