KR101581692B1

KR101581692B1 - 압축기

Info

Publication number: KR101581692B1
Application number: KR1020147004484A
Authority: KR
Inventors: 카즈유키 야마구치
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2015-12-31
Also published as: CN103814220B; JP5724785B2; JP2013068122A; BR112014006255A2; EP2759709A4; IN2014CN02012A; KR20140038562A; EP2759709B1; US20140369880A1; EP2759709A1; CN103814220A; US9631621B2; WO2013042527A1

Abstract

본 발명의 압축기는, 구동축, 하우징, 로터 및 크래들을 구비하고 있다. 로터는, 지름 방향으로 관통하는 크래들 창을 갖는 환상(annulus)을 이룬다. 로터는, 축심(shaft axis)과 평행한 방향을 따라 연장되는 둘레면에서 하우징과 슬라이딩 접촉하면서 로터실 내에서 구동축과 함께 회전 가능하다. 크래들은, 크래들 창 내에 추축(pivot axis) 둘레로 요동 가능하게 형성되고, 요동시에 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 양 요동단(pivoting end)에서 하우징과 접하여 압축실을 기밀 상태로 유지한다. 로터실은, 로터의 외측에 위치하는 외측 작동실과, 로터의 내측에 위치하는 내측 작동실로 이루어진다. 외측 작동실 및 내측 작동실 중 적어도 한쪽과 크래들에 의해, 로터의 회전에 의해 용적 변화를 발생시키는 압축실이 형성되어 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

종래, 구동축의 회전에 의해 압축실의 용적 변화를 발생시키는 용적형 압축기로서는, 사판식(斜板式) 압축기, 베인형 압축기, 스크롤형 압축기가 공지되어 있다. 사판식 압축기에서는, 사판의 경사각에 따른 스트로크(stroke)로 피스톤이 왕복 운동을 행한다. 예를 들면, 특허문헌 1 참조. 베인형 압축기에서는, 베인이 로터에 출몰하면서 하우징의 내주면(inner circumferential surface)을 슬라이딩 접촉한다. 예를 들면, 특허문헌 2 참조. 스크롤형 압축기에서는, 고정 스크롤에 대하여 가동 스크롤이 공전 운동만 한다. 예를 들면, 특허문헌 3 참조.

이들 용적형 압축기에서는, 압축실은, 용적이 확대될 때에 흡입구로부터 유체를 흡입하고, 용적이 축소될 때에 토출구로부터 유체를 토출한다. 이들 용적형 압축기는, 예를 들면 차량의 공조 장치에 이용될 수 있다.

또한, 특허문헌 4, 5는, 지름 방향 외측의 압축실과 지름 방향 내측의 압축실을 갖는 베인형 압축기를 개시한다. 이 베인형 압축기에서는, 로터 내에 지름 방향 내측의 압축실을 형성 가능한 점에서, 전체의 용적당의 배기량을 크게 하는 것이 가능하다.

일본공개특허공보 2011-122572호 일본공개특허공보 2010-163976호 일본공개특허공보 2011-64189호 일본공개특허공보 소59-41602호 일본공개특허공보 평1-155091호

종래의 용적형 압축기에는 여러 가지의 문제가 있다. 예를 들면, 사판식 압축기에서는, 구동축의 회전 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 변환하기 때문에, 진동을 발생시키기 쉽고, 부품 점수가 많다는 문제가 있다. 이 점과 관련하여, 베인형 압축기나 스크롤형 압축기는, 로터나 가동 스크롤의 회전 동작에 의해 압축실의 용적이 변화하는 점에서, 이들 문제점을 발생시키기는 어렵다.

그러나, 일반적인 베인형 압축기에 있어서는, 로터의 점유율이 크고, 압축기 전체의 용적당의 배기량이 비교적 작다는 문제가 있다. 특허문헌 4, 5에 개시된 베인형 압축기에 대해서는, 상기 문제는 해소되기는 하지만, 베인의 양단(兩端)에 마찰력이 작용하기 때문에, 베인에 가해지는 부하가 커서, 베인의 파괴나 변형에 이를 가능성이 있다.

이에 대하여, 스크롤형 압축기에 있어서는, 고정 스크롤의 소용돌이 형상의 홈의 가공이 곤란하다. 또한, 고정 스크롤이 복잡한 형상인 점에서 강도를 확보하기 어렵고, 축방향의 길이를 길게 하여 배기량을 크게 하는 경우에는, 고정 스크롤의 두께를 소용돌이 방향 전체에서 두껍게 하지 않을 수 없어, 대형화 및 대중량화를 발생시켜 버린다.

본 발명의 목적은, 종래의 용적형 압축기의 여러 가지의 문제를 해결한 신규한 용적형 압축기를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는, 축심(shaft axis) 둘레로 회전 가능한 구동축과, 당해 구동축을 회전 가능하게 지지함과 함께, 당해 축심과 평행한 환상(annulus)을 이루는 로터실을 내부에 형성하는 하우징과, 지름 방향으로 관통하는 크래들 창을 가짐과 함께, 당해 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 둘레면(circumferential surface)에서 당해 하우징과 슬라이딩 접촉하면서 당해 로터실 내에 형성되어 당해 구동축과 함께 회전 가능한 환상의 로터와, 당해 축심과 평행한 추축(pivot axis) 둘레로 요동 가능하게 당해 크래들 창 내에 형성되고, 당해 로터의 회전에 수반하여 당해 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 양 요동단(pivoting end)에서 당해 하우징과 슬라이딩 접촉하는 크래들을 구비하고, 상기 로터실은, 상기 로터의 지름 방향 외측에 위치하는 외측 작동실과, 당해 로터의 지름 방향 내측에 위치하는 내측 작동실을 포함하고, 당해 외측 작동실 및 당해 내측 작동실 중 적어도 한쪽과 상기 크래들과는, 당해 로터의 회전에 의해 기밀(airtightness)을 유지하면서 용적 변화를 발생시키는 압축실을 형성하고, 상기 하우징은, 당해 압축실과 연통하는 흡입구 및 토출구를 갖는 압축기를 제공한다.

본 발명의 압축기에서는, 하우징에 지지된 구동축이 축심 둘레로 회전함으로써, 로터도 로터실 내에서 구동축과 함께 회전한다. 이에 따라, 크래들은, 로터와 동기 회전하면서, 로터의 크래들 창 내에서 축심과 평행하게 연장되는 추축 둘레로 요동한다. 그리고, 로터실이 외측 작동실과 내측 작동실로 이루어지며, 외측 작동실 및 내측 작동실 중 적어도 한쪽과 크래들에 의해 압축실이 형성된다. 크래들은, 로터의 회전에 수반하여 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 양 요동단에서 하우징과 슬라이딩 접촉한다. 그 때문에, 압축실은 기밀을 유지하면서 로터의 회전에 의해 용적 변화를 발생시킨다. 이 때문에, 압축실은, 용적이 확대될 때에 흡입구로부터 유체를 흡입하고, 용적이 축소될 때에 토출구로부터 유체를 토출한다. 이 압축기는, 예를 들면 차량의 공조 장치에 이용될 수 있다.

또한, 이 압축기는, 로터의 회전 동작에 의해 압축실이 용적 변화를 발생시키는 점에서, 진동을 발생시키기 어렵고, 그다지 많은 부품 점수를 필요로 하지 않는다. 또한, 이 압축기에서는, 로터가 환상이며, 로터의 내주측에 내측 작동실이 형성된다. 그 때문에, 일반적인 베인형 압축기와 비교하여 배기량이 크다. 또한, 크래들은, 그 형상으로부터 베인에 비하여 마찰에 의한 부하에 강하여, 파괴되기 어렵다.

또한, 이 압축기에서는, 스크롤형 압축기와 같은 소용돌이 형상의 홈의 가공이 불필요하다. 또한, 이 압축기에서는, 그다지 복잡한 형상의 부품을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 축방향의 길이를 길게 하여 배기량을 크게 하는 경우라도, 하우징, 로터 및 크래들의 두께를 변경하는 것만으로 배기량을 크게 하는 것이 가능하며, 소형화 및 소중량화를 실현하기 쉽다.

따라서, 본 발명의 압축기는, 신규한 용적형 압축기로서, 종래의 용적형 압축기의 여러 가지의 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압축기를 나타내는, 축방향의 단면도이며, 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 압축기를 나타내고, 축방향의 단면도이며, 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 압축기를 나타내는, 지름 방향의 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 압축기를 나타내는, 지름 방향의 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 압축기를 나타내는, 지름 방향의 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 압축기를 나타내는, 지름 방향의 단면도이다.
도 7(A)∼도 7(D)는 제1 실시 형태의 압축기의 압축실의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 8은 제1 실시 형태의 압축기의 로터 및 3개의 크래들을 나타내는 단면도이다.
도 9는 제1 실시 형태의 압축기의 크래들을 나타내는 평면도이다.
도 10은 제2 실시 형태의 압축기의 크래들을 나타내는 단면도이다.
도 11은 제3 실시 형태의 압축기의 크래들을 나타내는 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 제1∼제3 실시 형태에 따른 압축기를 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시 형태)

제1 실시 형태의 압축기에서는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 프런트 하우징(1)과 쉘(3)이 이들 사이에 O링(2a)을 개재하여 서로 접합되어 있다. 프런트 하우징(1) 및 쉘(3)의 내부에는 아우터 블록(5), 이너 블록(7), 프런트 플레이트(9) 및 리어 플레이트(11)가 고정되어 있다. 이들 프런트 하우징(1), 쉘(3), 아우터 블록(5), 이너 블록(7), 프런트 플레이트(9) 및 리어 플레이트(11)가 하우징을 구성하고 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 도면의 좌측을 전방이라고 하고, 도면의 우측을 후방이라고 정의한다.

프런트 하우징(1)에는 축심(O)을 따라 연장되는 축공(shaft hole; 1a)이 당해 프런트 하우징(1)을 관통하도록 형성되어 있다. 프런트 플레이트(9)에는 축공(1a)과 동축(同軸)의 축공(9a)이 당해 프런트 플레이트(9)를 관통하도록 형성되어 있다. 또한, 리어 플레이트(11)에는 축공(1a, 9a)과 동축의 베어링 오목부(11a)가 형성되어 있다. 축공(1a)에는 축밀봉 장치(13)가 형성되고, 축공(9a)에는 베어링 장치(15)가 형성되고, 베어링 오목부(11a)에는 베어링 장치(17)가 형성되어 있다. 축밀봉 장치(13) 및 베어링 장치(15, 17)에 의해 구동축(19)이 축심(O) 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다.

프런트 플레이트(9)는 프런트 하우징(1) 내에 O링(2b)을 개재하여 고정되어 있다. 리어 플레이트(11)는 쉘(3) 내에 O링(2c)을 개재하여 고정되어 있다. 아우터 블록(5)은, 쉘(3) 내에서 프런트 플레이트(9)와 리어 플레이트(11)에 의해 협지되어 있다. 아우터 블록(5) 및 이너 블록(7)은, 도 3∼도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 환상으로 형성되어 있다. 아우터 블록(5) 내에 이너 블록(7)이 형성되어 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 이너 블록(7)은 복수개의 볼트(21)에 의해 리어 플레이트(11)에 고정되어 있다. 프런트 플레이트(9)의 중심 영역에는 로터 구동용 오목부(9c)가 형성되어 있고, 로터 구동용 오목부(9c)에는 후술하는 연결 부재(27)의 허브(27b)가 수납되어 있다. 이 때문에, 아우터 블록(5), 이너 블록(7) 및 리어 플레이트(11)와 허브(27b)에 의해, 축심(O)과 평행한 환상을 이루는 로터실(23)이 형성되어 있다.

이 로터실(23)은, 축심(O)과 평행한 로터실 내향면(inward surface; 23a)과, 축심(O)과 평행한 로터실 외향면(outward surface; 23b)과, 축심(O)과 직교하는 로터실 전단면(front end surface; 23c)과, 축심(O)과 직교하는 로터실 후단면(rear end surface; 23d)에 의해 구획되어 있다. 로터실 내향면(23a)은 아우터 블록(5)의 내주면에 의해 형성되어 있다. 이 로터실 내향면(23a)은, 축심(O), 후술하는 크래들(33)의 추축(P)에 기초하고, 로터(26)를 회전시키는 시뮬레이트를 행했을 때의 외측 맞닿음면(33b)의 궤적에 기초하여 설계되어 있다. 로터실 외향면(23b)은 이너 블록(7)의 외주면에 의해 형성되어 있다. 이 로터실 외향면(23b)은, 축심(O), 크래들(33)의 추축(P)에 기초하고, 로터(26)를 회전시켰을 때의 내측 맞닿음면(33c)의 궤적에 기초하여 설계되어 있다. 로터실 전단면(23c)은, 프런트 플레이트(9)의 외주 영역의 후면과, 허브(27b)의 후면에 의해 형성되어 있다. 로터실 후단면(23d)은 리어 플레이트(11)의 전면(前面)에 의해 형성되어 있다.

이너 블록(7)에는 축심(O)을 따라 연장되는 축공(7a)이 축공(1a, 9a) 및 베어링 오목부(11a)와 동축으로 형성되어 있다. 축공(7a) 내에는 구동축(19)이 삽입통과되어 있다. 구동축(19)에는, 연결 부재(27)의 링(27a)이 키(25)에 의해 고정되어 있다. 연결 부재(27)는, 축심(O)과 평행한 원통 형상으로 형성된 링(27a)과, 링(27a)의 전단에서 링(27a)으로부터 축심(O)과 직교하는 지름 외방향으로 연장되는 환상의 플레이트로 이루어지는 허브(27b)를 포함한다. 링(27a)과 이너 블록(7)의 축공(7a)과의 사이에는 플레인 베어링(31)이 형성되어 있다.

로터(26)는, 연결 부재(27)의 링(27a)의 외측에 위치하고 있으며, 링(27a)과 동심(同心)을 이룬다. 또한, 로터(26)는, 축심(O)과 평행한 원통 형상으로 형성되어 있다. 로터(26)의 전단면에는 연결 부재(27)의 허브(27b)가 복수개의 볼트(26a)에 의해 고정되어 있다. 허브(27b)의 후면은, 아우터 블록(5)의 전면 및 이너 블록(7)의 전면과 면일(面一)을 이루는 로터실 전단면(23c)을 형성한다. 또한, 로터(26)의 후단면에는 로터(26)와 동심 및 동 지름을 이루는 환상의 슬라이더(60)가 복수개의 볼트(26b)에 의해 고정되어 있다. 슬라이더(60)는 플레인 베어링(31)과 동일한 재질을 갖는 재료로 형성되어 있다.

로터(26)는 로터실(23) 내에 위치하고 있다. 로터(26)는, 도 3∼도 6에 나타내는 바와 같이, 로터실 내향면(23a)과 내접하면서 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 로터 외주면(28a)과, 로터실 외향면(23b)과 내접하면서 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 로터 내주면(28b)을 갖고 있다. 이 때문에, 로터실(23)은, 로터(26)의 외측에 위치하는 외측 작동실(231)과, 로터(26)의 내측에 위치하는 내측 작동실(232)로 이루어진다.

또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 프런트 플레이트(9)의 로터 구동용 오목부(9c)에는, 허브(27b)의 전면을 지탱하는(bear) 스러스트 베어링(32)이 형성되어 있다. 또한, 리어 플레이트(11)의 전면에는 로터(26)를 따라 안내홈(11b)이 형성되어 있다. 안내홈(11b)에는 슬라이더(60)가 슬라이딩 가능하게 수납되어 있다.

로터(26)에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 3개의 크래들 창(29)이 지름 방향으로 관통 형성되어 있다. 각 크래들 창(29)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 축심(O)과 평행하게 연장되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 각 크래들 창(29)의 둘레 방향의 제1 단부(end; 29a)은, 후술하는 추축(P)을 중심으로 한 원통면의 일부로서 형성되어 있다. 또한, 각 크래들 창(29)의 둘레 방향의 제2 단부(29b)도, 추축(P)을 중심으로 한 원통면의 일부로서 형성되어 있다.

각 크래들 창(29) 내에는 크래들(33)이 형성되어 있다. 각 크래들(33)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 대략 삼각 기둥 형상을 하며, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 일체품이다. 각 크래들(33)의 축방향의 양단에는 핀(33g, 33h)이 돌출되도록 형성되어 있다. 핀(33g, 33h)의 중심축이 축심(O)과 평행한 추축(P)이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 전방측의 핀(33g)은 허브(27b)에 지지되고, 후방측의 핀(33h)은 슬라이더(60)에 지지되어 있다. 이 때문에, 각 크래들(33)은, 각 크래들 창(29) 내에서 추축(P) 둘레로 요동 가능하게 되어 있다. 각 크래들(33)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 중공부(中空部; 33f)를 갖고 있다.

각 크래들(33)은, 핀(33g, 33h)으로부터 떨어진 부분의 외측에서 원통의 일부를 이루도록 형성된 외측 맞닿음면(33b)과, 핀(33g, 33h)으로부터 떨어진 부분의 내측에서 원통의 일부를 이루도록 형성된 내측 맞닿음면(33c)을 갖고 있다. 외측 맞닿음면(33b)은, 도 3∼도 6에 나타내는 바와 같이, 로터실 내향면(23a)과 내접한다. 내측 맞닿음면(33c)은 로터실 외향면(23b)과 외접한다. 외측 맞닿음면(33b)과 내측 맞닿음면(33c)과는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 밀봉면(33d)에 의해 접속되어 있다. 제1 밀봉면(33d)은, 크래들 창(29)의 제1 단부(29a)와 정합하는 원통의 일부를 이루는 곡면으로 형성되어 있다. 또한, 외측 맞닿음면(33b)과 내측 맞닿음면(33c)이, 제2 밀봉면(33e)에 의해 접속되어 있다. 제2 밀봉면(33e) 중, 핀(33g, 33h) 주변의 부분은, 크래들 창(29)의 제2 단부(29b)와 정합하는 원통의 일부를 이루는 곡면으로 형성되어 있다. 외측 맞닿음면(33b), 내측 맞닿음면(33c), 제1 밀봉면(33d) 및 제2 밀봉면(33e)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되어 있다. 이렇게 하여, 각 크래들(33)은, 로터(26)와 함께 로터실(23)을 복수의 작동실로 기밀을 유지하면서 구획한다. 특히, 도 3∼도 6 및 도 7(A)∼도 7(D)에 나타내는 바와 같이, 외측 작동실(231)과 크래들(33)에 의해 3개의 압축실(351)이 형성되고, 내측 작동실(232)과 크래들(33)에 의해 3개의 압축실(352)이 형성되어 있다. 압축실(351, 352)은 로터(26)의 회전에 의해 용적 변화를 발생시킨다.

도 3∼도 6에 나타내는 바와 같이, 아우터 블록(5)에는 축심(O)과 평행하게 연장되는 2개의 흡입구(5a)가 형성되어 있다. 또한, 아우터 블록의 외주면에는 2개의 오목부가 형성되고, 각 오목부는 쉘(3)과의 사이에서 토출구(5b)를 형성하고 있다. 각 흡입구(5a)는 용적을 확대하고 있는 압축실(351)과 연통된다. 또한, 각 토출구(5b)는 용적을 축소하고 있는 압축실(351)과 연통된다. 또한, 이너 블록(7)에는 축심(O)과 평행하게 연장되는 2개의 흡입구(7b)와 2개의 토출구(7c)가 형성되어 있다. 각 흡입구(7b)는 용적을 확대하고 있는 압축실(352)과 연통된다. 또한, 각 토출구(7c)는 용적을 축소하고 있는 압축실(352)과 연통된다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 프런트 하우징(1)과 프런트 플레이트(9)와의 사이에는 흡입실(37)이 형성되어 있다. 프런트 플레이트(9)에는 흡입실(37)과 연통하는 흡입 통로(9b, 9d)가 관통하도록 형성되어 있다. 흡입 통로(9b)는 흡입실(37)과 양 흡입구(5a)를 연통시키고 있다. 허브(27b)에는 흡입 통로(9d)와 양 흡입구(7b)를 연통시키는 흡입 통로(27c)가 관통하도록 형성되어 있다. 흡입실(37)은 프런트 하우징(1)에 형성된 흡입 통로(1b)에 의해 외부로 열려 있다.

또한, 쉘(3)과 리어 플레이트(11)와의 사이에는 토출실(39)이 형성되어 있다. 리어 플레이트(11)에는, 양 토출구(5b) 및 양 토출구(7c)를 토출실(39)에 연통시키는 토출 통로(11c, 11d)가 관통하도록 형성되어 있다. 토출실(39)은 쉘(3)에 형성된 토출 통로(3b)에 의해 외부로 열려 있다.

이상과 같이 구성된 압축기가 차량의 공조 장치에 이용되는 경우, 이 압축기는 응축기, 팽창 밸브, 증발기와 함께 냉동 회로를 구성한다. 그리고, 흡입 통로(1b)가 증발기에 접속되고, 토출 통로(3b)가 응축기에 접속된다. 또한, 구동축(19)이 차량의 엔진 또는 모터에 의해 구동된다.

구동축(19)이 축심(O) 둘레로 회전하면, 로터(26)가 로터실(23) 내에서 구동축(19)에 의해 회전한다. 이에 따라, 각 크래들(33)은, 로터(26)와 동기 회전하면서, 대응하는 크래들 창(29) 내에서 추축(P) 둘레로 요동한다. 구동축(19)의 회전에 의해, 로터(26) 및 각 크래들(33)은 도 3∼도 6에 나타내는 거동을 나타낸다. 그리고, 이 압축기에서는, 복수 쌍의 크래들 창(29) 및 크래들(33)이 형성되어 있기 때문에, 외측 작동실(231)에 복수의 압축실(351)이 형성되고, 내측 작동실(232)에 복수개의 압축실(352)이 형성된다. 각 크래들(33)은, 로터(26)의 회전에 수반하여, 축심(O)과 평행한 방향을 따라 연장되는 양 요동단에서 아우터 블록(5) 및 이너 블록(7)과 슬라이딩 접촉하기 때문에, 압축실(351, 352)의 기밀성이 유지된다. 특히, 각 크래들(33)은 로터(26)의 회전에 기초하는 원심력에 의해 외측으로 밀어 붙여지기 때문에, 외측 작동실(231)이 형성하는 압축실(351)은 높은 기밀성을 갖는 상태로 유지된다. 이 때문에, 압축실(351, 352)은 로터(26)의 회전에 의해 용적 변화를 발생시킨다. 이때, 로터(26)는 각 크래들(33)의 제1 밀봉면(33d)이 전방이 되도록 회전한다. 그 때문에, 압축실(351, 352)의 압축 반력(compression reaction force)의 대부분은 제1 밀봉면(33d) 경유로 로터(26)에서 지지되게 되어, 크래들(33)의 거동이 안정된다.

그리고, 압축실(351)은 용적이 확대될 때에 흡입구(5a)로부터 냉매 가스의 흡입을 행하고, 압축실(352)은 용적이 확대될 때에 흡입구(7b)로부터 냉매 가스의 흡입을 행한다. 또한, 압축실(351)은 용적이 축소될 때에 토출구(5b)로부터 냉매 가스의 토출을 행하고, 압축실(352)은 용적이 축소될 때에 토출구(7c)로부터 냉매 가스의 토출을 행한다. 이렇게 하여 차 안의 공조가 행해진다.

보다 상세하게는, 도 3의 압축실(351, 352)을 도 7(A)에 나타내고, 도 4의 압축실(351, 352)을 도 7(B)에 나타내고, 도 5의 압축실(351, 352)을 도 7(C)에 나타내고, 도 6의 압축실(351, 352)을 도 7(D)에 나타낸다. 예를 들면, 도 7(A)에 있어서, 외측 작동실(231)에 의해 구성되는 압축실(351) 중, 압축실(C1)에 착목하면, 압축실(C1)은, 구동축(19)의 회전에 의해 도 7(B)에서는 용적을 확대하고, 이때에 냉매를 흡입한다. 그리고, 압축실(C1)은 도 7(C)에서 냉매의 흡입을 종료하고, 도 7(D)에서는 압축실(C1)로서 용적을 축소하기 시작하고, 냉매를 토출한다. 또한, 도 7(A)에 있어서, 내측 작동실(232)에 의해 구성되는 압축실(352) 중, 압축실(C2)에 착목하면, 압축실(C2)은, 구동축(19)의 회전에 의해 도 7(B)에서는 용적을 확대하고, 이때에 냉매를 흡입한다. 그리고, 압축실(C2)은 도 7(C)에서 용적을 축소하기 시작하고, 도 7(D)에서 냉매를 토출한다.

또한, 이 압축기는, 로터(26)의 회전 동작에 의해 압축실(351, 352)이 용적 변화를 발생시키는 점에서, 진동을 발생시키기 어렵고, 그다지 많은 부품 점수를 필요로 하지 않는다. 또한, 이 압축기에서는, 크래들(33)에 마찰력이 가해져도, 그 형상으로부터 파괴나 변형이 발생하기 어렵다. 특히, 이 압축기에서는, 각 크래들(33)의 제1 밀봉면(33d)이 추축(P)을 중심으로 한 원통면의 일부로 형성되어 있기 때문에, 압축실(351, 352) 내의 고압을 추축(P)이 적합하게 지탱하여, 각 크래들(33)이 적합하게 요동하기 쉽다. 또한, 각 크래들(33)은, 중공부(33f)를 갖기 때문에, 경량인 점에서, 적합하게 요동하기 쉽다. 이 때문에, 이 압축기는 동력 손실의 점에서 우수한 효과를 발휘한다. 또한, 이 압축기에 있어서 로터(26)의 점유율이 작다. 로터(26)의 지름 방향 외측의 압축실(351)뿐만 아니라, 지름 방향 내측에도 압축실(352)을 형성할 수 있기 때문에, 압축기 전체의 용적당의 배기량의 점에서도 우수한 효과를 발휘한다.

또한, 이 압축기에서는, 스크롤형 압축기와 같은 소용돌이 형상의 홈의 가공이 불필요하다. 또한, 이 압축기에서는, 스크롤과 같이 형상이 복잡하기 때문에 저강도가 되는 부품이 존재하지 않고, 축방향의 길이를 길게 하여 배기량을 크게 하는 경우, 하우징, 로터(26) 및 각 크래들(33)의 두께를 변경하는 것만으로 배기량을 크게 하는 것이 가능하다. 그 때문에, 압축기의 소형화 및 소중량화를 실현하기 쉽다.

또한, 이 압축기에서는, 복수 쌍의 크래들 창(29) 및 크래들(33)이 형성되어 있기 때문에, 동력 손실을 작게 할 수 있음과 함께, 맥동(pulsation)을 저감할 수 있다. 또한, 아우터 블록(5) 및 이너 블록(7)에 흡입구(5a, 7b) 및 토출구(5b, 7c)가 형성되어 있어, 전체의 경량화를 실현할 수 있다.

따라서, 이 압축기는, 신규한 용적형 압축기로서, 종래의 용적형 압축기의 여러 가지의 문제를 해결할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 압축기는, 도 10에 나타내는 크래들(43)을 채용하고 있다. 각 크래들(43)은, 대략 삼각 기둥 형상을 한 일체품의 크래들 본체(44)와, 크래들 본체(44)에 형성된 외측 시일핀(45)과, 크래들 본체(44)에 형성된 내측 시일핀(46)으로 이루어진다.

각 크래들 본체(44)의 축방향의 양단에는 핀(43a, 43b)이 돌출하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 각 크래들(43)은, 대응하는 크래들 창(29) 내에서 추축(P) 둘레로 요동 가능하게 되어 있다. 각 크래들(43)은 축심(O)과 평행한 방향으로 연장되는 중공부(43f)를 갖고 있다.

각 외측 시일핀(45)은 로터실 내향면(23a)을 구획하는 아우터 블록(5)의 재료와는 상이한 재료, 예를 들면 수지에 의해 형성되어 있다. 각 외측 시일핀(45)은, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 각 외측 시일핀(45)은, 외주면의 절반을 약간 초과한 부분이 크래들 본체(44)에 의해 덮여 있다. 크래들 본체(44)로부터 노출하는 외주면이 외측 맞닿음면(45a)을 형성한다. 이 때문에, 각 외측 시일핀(45)은 크래들 본체(44)에 축심(O) 및 추축(P)과 평행한 외측 회전 운동축(Q1) 둘레로 회전 운동 가능하게 되어 있다. 각 외측 시일핀(45)의 회전 운동 범위에는 제한이 없다.

각 내측 시일핀(46)은 로터실 외향면(23b)을 구획하는 이너 블록(7)의 재료와는 상이한 재료, 예를 들면 수지에 의해 형성되어 있다. 각 내측 시일핀(46)은, 로터실 전단면(23c)으로부터 로터실 후단면(23d)까지 연장되는 기둥 형상으로 형성되어 있지만, 그 둘레면의 일부에는 지름 외방향으로 돌출한 립(46a)이 형성되어 있다. 또한, 내측 시일핀(46)은, 그 둘레면의 일부에는 지름 안쪽방향으로 오목한 오목부(46c)가 형성되어 있다. 각 내측 시일핀(46)은, 립(46a)을 노출하면서, 외주면의 절반을 약간 초과한 부분이 크래들 본체(44)에 의해 덮여 있으며, 립(46a)의 외면이 내측 맞닿음면(46b)으로서 형성되어 있다. 이 때문에, 각 내측 시일핀(46)은 크래들 본체(44)에 축심(O) 및 추축(P)과 평행한 내측 회전 운동축(Q2) 둘레로 회전 운동 가능하게 되어 있다. 단, 각 내측 시일핀(46)의 회전 운동 범위는, 오목부(46c)의 둘레 방향의 길이의 범위 내로 제한되어 있다. 제2 실시 형태의 다른 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다.

이 압축기에 있어서도, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 이 압축기에서는, 각 크래들(43)이 크래들 본체(44), 외측 시일핀(45) 및 내측 시일핀(46)으로 이루어진다. 그 때문에, 외측 시일핀(45) 및 내측 시일핀(46)이 크래들 본체(44)와 별체이며, 크래들(43)이나 하우징의 제조시의 치수의 편차에 대하여, 최적인 지름의 외측 시일핀(45)이나 내측 시일핀(46)을 조합할 수 있다. 그 결과, 외측 시일핀(45)의 외측 맞닿음면(45a)이 로터실 내향면(23a)과 적합하게 내접하고, 내측 시일핀(46)의 내측 맞닿음면(46b)이 로터실 외향면(23b)과 적합하게 외접하도록 구성하기 쉽다.

또한, 이 압축기에서는, 각 외측 시일핀(45)이 크래들 본체(44)에 대하여 외측 회전 운동축(Q1) 둘레로 회전 운동하는 점에서, 외측 시일핀(45)의 외측 맞닿음면(45a)이 로터실 내향면(23a)을 적합하게 전동(roll)한다. 또한, 각 크래들(43)은, 로터(26)의 회전에 기초하는 원심력에 의해 외측 맞닿음면(45a)을 로터실 내향면(23a)으로 밀어 붙이는 점에서, 외측 맞닿음면(45a)과 로터실 내향면(23a)과는 적합하게 밀봉된다.

이에 대하여, 내측 시일핀(46)이 크래들 본체(44)에 대하여 내측 회전 운동축(Q2) 둘레로 회전 운동하는 점에서, 내측 시일핀(46)의 내측 맞닿음면(45b)이 로터실 외향면(23b)을 적합하게 전동한다. 또한, 내측 시일핀(46)에 립(46a)이 형성되고, 립(46a)이 로터(26)의 회전 방향에 있어서의 전후의 압축실(351, 352)의 차압에 의해 외측에 만곡하기 때문에, 립(46a)이 로터실 외향면(23b)에 확실하게 맞닿는다.

이 때문에, 이 압축기에서는, 압축실(351, 352)의 기밀성이 높아져, 압축 효율이 향상된다.

또한, 이 압축기에서는, 각 외측 시일핀(45)이 아우터 블록(5)과는 상이한 재료에 의해 형성되어 있는 점에서, 외측 맞닿음면(45a)과 로터실 내향면(23a)과의 늘어붙음(seizure)을 방지할 수 있다. 또한, 각 내측 시일핀(46)이 이너 블록(7)과는 상이한 재료에 의해 형성되어 있는 점에서, 내측 맞닿음면(46b)과 로터실 외향면(23b)과의 늘어붙음을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 압축기에서는, 높은 내구성을 발휘할 수 있다.

(제3 실시 형태)

제3 실시 형태의 압축기는 도 11에 나타내는 크래들(53)을 채용하고 있다. 각 크래들(53)은, 대략 삼각 기둥 형상을 한 일체품의 크래들 본체(54)와, 크래들 본체(54)에 형성된 외측 시일핀(55)과, 크래들 본체(54)에 형성된 내측 시일핀(56)으로 이루어진다.

각 크래들 본체(54)의 축방향의 양단에는 핀(53a, 53b)이 돌출하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 각 크래들(53)은, 각 크래들 창(29) 내에서 추축(P) 둘레로 요동 가능하게 되어 있다. 각 크래들(53)은 축심(O)과 평행한 방향으로 연장되는 중공부(53f)를 갖고 있다.

각 외측 시일핀(55)은 로터실 내향면(23a)을 구획하는 아우터 블록(5)의 재료와는 상이한 재료, 예를 들면 수지에 의해 형성되어 있다. 각 외측 시일핀(55)의 구성은 제2 실시 형태와 동일하다.

각 내측 시일핀(56)은 로터실 외향면(23b)을 구획하는 이너 블록(7)의 재료와는 상이한 재료, 예를 들면 수지에 의해 형성되어 있다. 각 내측 시일핀(56)은, 외주면의 절반을 약간 초과한 부분이 크래들 본체(54)에 의해 덮여 있으며, 크래들 본체(54)로부터 노출하는 외주면이 내측 맞닿음면(56b)으로서 형성되어 있다. 이 때문에, 각 내측 시일핀(56)은 크래들 본체(54)에 축심(O) 및 추축(P)과 평행한 내측 회전 운동축(Q2) 둘레로 회전 운동 가능하게 되어 있다. 각 내측 시일핀(56)의 회전 운동 범위에는 제한이 없다.

크래들 본체(54)에는 스프링실(54a)이 형성되어 있고, 스프링실(54a)에는 외측 시일핀(55)과 내측 시일핀(56)을 서로 떨어지는 방향으로 탄성지지하는 탄성지지 부재로서의 코일 스프링(57)이 수납되어 있다. 제3 실시 형태의 다른 구성은 제1 실시 형태와 동일하다.

이 압축기에 있어서도, 제2 실시 형태와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 이 압축기에서는, 각 크래들(53)에 있어서, 외측 시일핀(55)과 내측 시일핀(56)이 서로 떨어지는 방향으로 탄성지지되어 있기 때문에, 외측 시일핀(55)의 외측 맞닿음면(55a)이 로터실 내향면(23a)과 적합하게 내접하고, 내측 시일핀(56)의 내측 맞닿음면(56b)이 로터실 외향면(23b)과 적합하게 외접한다. 이 때문에, 이 압축기에 있어서는, 압축실(351, 352)의 기밀성이 보다 높아져, 압축 효율이 향상된다.

이상에 있어서, 본 발명을 제1∼제3 실시 형태에 입각하여 설명했지만, 본 발명은 상기 제1∼제3 실시 형태로 제한되는 것이 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명은 구동원으로서 전동기를 채용함으로써, 시간당의 토출량을 전자적으로 제어할 수도 있다.

Claims

압축기로서,
축심(shaft axis) 둘레로 회전 가능한 구동축과,
당해 구동축을 회전 가능하게 지지함과 함께, 당해 축심과 평행한 환상을 이루는 로터실을 내부에 형성하는 하우징과,
지름 방향으로 관통하는 크래들 창을 가짐과 함께, 당해 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 둘레면에서 당해 하우징과 슬라이딩 접촉(sliding contact)하면서 당해 로터실 내에 형성되어 당해 구동축과 함께 회전 가능한 환상의(annular) 로터와,
당해 축심과 평행한 추축(pivot axis) 둘레로 요동 가능하게 당해 크래들 창 내에 형성되고, 당해 로터의 회전에 수반하여 당해 축심과 평행한 방향을 따라 연장되는 양 요동단(pivoting end)에서 당해 하우징과 슬라이딩 접촉하는 크래들을 구비하고,
상기 로터실은,
상기 로터의 지름 방향 외측에 위치하는 외측 작동실과,
당해 로터의 지름 방향 내측에 위치하는 내측 작동실을 포함하고,
당해 외측 작동실 및 당해 내측 작동실과 상기 크래들과는, 각각 당해 로터의 회전에 의해 기밀(airtightness)을 유지하면서 용적 변화를 발생시키는 압축실을 형성하고, 상기 하우징은, 당해 압축실과 연통하는 흡입구 및 토출구를 갖는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 로터실은,
상기 축심과 평행한 환상의 로터실 내향면(inward surface)과,
당해 로터실 내향면에 둘러싸이고, 또한 당해 축심과 평행한 환상의 로터실 외향면(outward surface)과,
당해 축심과 직교하는 로터실 전단면(front end surface)과,
당해 축심과 직교하는 로터실 후단면(rear end surface)에 의해 구획되고,
상기 로터는,
당해 로터실 내향면과 내접하면서 당해 로터실 전단면으로부터 당해 로터실 후단면까지 연장되는 로터 외주면과,
당해 로터실 외향면과 내접하면서 당해 로터실 전단면으로부터 당해 로터실 후단면까지 연장되는 로터 내주면을 갖고,
상기 크래들은,
당해 로터실 전단면으로부터 당해 로터실 후단면까지에 걸쳐 당해 로터실 내향면과 내접하는 외측 맞닿음면과,
당해 로터실 전단면으로부터 당해 로터실 후단면까지에 걸쳐 당해 로터실 외향면과 외접하는 내측 맞닿음면과,
당해 외측 맞닿음면과 당해 내측 맞닿음면을 접속하여, 상기 크래들 창의 둘레 방향의 제1 단부를 밀봉하는 제1 밀봉면과,
당해 외측 맞닿음면과 당해 내측 맞닿음면을 접속하여, 상기 크래들 창의 둘레 방향의 제2 단부를 밀봉하는 제2 밀봉면을 갖고 있는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 밀봉면 및 상기 제2 밀봉면의 한쪽과 상기 추축과의 거리는, 당해 제1 밀봉면 및 당해 제2 밀봉면의 다른 한쪽과 당해 추축과의 거리보다 길게 설정되어 있는 압축기.
제3항에 있어서,
상기 제1 밀봉면 또는 상기 제2 밀봉면으로서 상기 추축으로부터 먼 쪽은, 당해 추축을 중심으로 한 원통면의 일부로서 형성되어 있는 압축기.
제3항에 있어서,
상기 제1 밀봉면 또는 상기 제2 밀봉면으로서 상기 추축에 가까운 쪽은, 당해 추축을 중심으로 한 원통면의 일부로서 형성되어 있는 압축기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 로터실 내향면을 형성하는 아우터 블록과,
당해 아우터 블록 내에 형성되어, 상기 로터실 외향면을 형성하는 이너 블록과,
당해 아우터 블록 및 당해 이너 블록에 고정되어, 상기 로터실 전단면을 형성하는 프런트 플레이트와,
당해 아우터 블록 및 당해 이너 블록에 고정되어, 상기 로터실 후단면을 형성하는 리어 플레이트를 구비하고 있는 압축기.
제6항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 아우터 블록, 상기 이너 블록, 상기 프런트 플레이트 및 상기 리어 플레이트를 수용하는 쉘과,
당해 쉘에 고정되고, 상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 프런트 하우징을 구비하고 있는 압축기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터와 상기 구동축과는 상기 축심과 직교하는 허브에 의해 연결되고, 당해 허브는 상기 로터실 전단면 또는 상기 로터실 후단면의 일부를 형성하고 있는 압축기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크래들은,
상기 크래들 창 내에 요동 가능하게 형성된 크래들 본체와,
당해 크래들 본체에 형성되며, 상기 외측 맞닿음면을 갖는 외측 시일핀과,
당해 크래들 본체에 형성되며, 상기 내측 맞닿음면을 갖는 내측 시일핀을 포함하는 압축기.
제9항에 있어서,
상기 외측 시일핀은 상기 크래들 본체에 상기 축심 및 상기 추축과 평행한 외측 회전 운동축 둘레로 회전 운동 가능하게 형성되어 있는 압축기.
제9항에 있어서,
상기 내측 시일핀은 상기 크래들 본체에 상기 축심 및 상기 추축과 평행한 내측 회전 운동축 둘레로 회전 운동 가능하게 형성되어 있는 압축기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 맞닿음면은 상기 로터실 내향면을 구획하는 재료와는 상이한 재료에 의해 형성되어 있는 압축기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 맞닿음면은 상기 로터실 외향면을 구획하는 재료와는 상이한 재료에 의해 형성되어 있는 압축기.
제9항에 있어서,
상기 외측 시일핀 및 상기 내측 시일핀 중 적어도 한쪽에는, 상기 로터의 회전 방향에 있어서의 전후의 차압(pressure difference)에 의해 밀려, 상기 로터실 내향면 또는 상기 로터실 외향면에 맞닿는 립이 형성되어 있는 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크래들은 중공인 압축기.
제9항에 있어서,
상기 크래들은, 상기 외측 시일핀과 상기 내측 시일핀을 서로 떨어지는 방향으로 탄성지지하는 탄성지지 부재를 포함하는 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
한 쌍 이상의 크래들 창 및 크래들을 추가로 구비하는 압축기.