JPH0229870B2 - 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４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４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を介して対向している。

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、それに基づいて複数の
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、ロータ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。

〔発明の解決すべき問題点〕

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５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。

ローター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２
３による付勢力F₂である。総ガス圧F₁は、第６
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。このローターの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は上死点側のスラ
スト軸受１７との接点Ｂの周りに第６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１
４の上死点側への移動と、下死点側への浮き上が
り、ロータ１４と主軸１６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６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のクリアランスにもよ
るが、通常のクリアランスで約0゜〜0.04゜程度であ
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、上記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、θ₁θに選ばれる）だけ傾けて
取付けられており、これにより該主軸は上記ラジ
アルニードル軸受に上記θだけ傾斜した状態で支
持されるように組込まれていることを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本考案によれば、圧縮機が動作して、ガス圧が
回転斜板に加わると、それによる回転モーメント
により前述と同じ理由で回転斜板が上死点側に移
動されるとともに上死点側を中心として反対側が
浮き上がる。これにより主軸の中心軸が、ラジア
ルニードル軸受の中心軸線と平行となると同時
に、主軸の回転斜板に対する変位により、主軸と
回転斜板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、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。この結果、過酷な条件下でも、主軸のラジア
ル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１４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、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１
５）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。

第２図は、第１図のロータおよび主軸の組立体
（ただしθ＝θ₁とする）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１
５、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４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の付勢力を調整し、ロータ１
４のスラストレース面１４１がスラスト軸受１７
に面当りするようにする。このとき、主軸１６の
中心軸線O_Sは、ラジアルニードル軸受１５の中
心軸線O_Bから角度θ（＝θ₁）だけ傾いている。

この構成によるときは、圧縮機が動作してガス
圧がロータ１４に加わると、ロータ１４を上死点
側の方向に移動する力とそれによる回転モーメン
トが発生する。これにより後述するように主軸１
４の外面は、ラジアルニードル軸受１５に偏当り
なく一様に押し付けられる。従つて、高圧負荷の
状態での長時間運転のような過酷な条件下におい
ても、剥離の恐れがない。

この動作状態を第３図を参照して説明する。

従来例と同様に、圧縮機動作状態で、ロータ１
４に加わる外力は、総ガス圧F₁と、軸方向付勢
力F₂である。このF₁とF₂により、第６図と同様
に上死点側の方向に分力F₃，F₄が作用する。こ
れによりロータ１４は上死点側の方向に（F₃＋
F₄）の力で、押される。これにより主軸１６は
ラジアル軸受１５の外端接触部Ｍ（第２図、第３
図）を中心に回転する。即ち、ロータ１４への主
軸の取付角θ₁が小さくなるようにロータ１４に対
して変位される。

一方、F₃，F₄によるロータ１４に加わる回転
モーメントにより、ロータ１４の下死点側が浮き
上がるが、この下死点側の浮き上がりは前述した
軸方向すきまや軸方向付勢力により制限される。
従つて、今、ローターの最大浮き上り角度を第３
図に図示のようにθ₂とすると、主軸１６は、第３
図の状態でロータへの角度θ₁からθ₁−θ₂＝φだけ
変位されていることになる。この結果、ロータ１
４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３図で右回りのモーメント
が、主軸１６に作用することになり、主軸１６の
ラジアル軸受１５への一様な当りが保証される。

この状態での力とモーメントのバランスは次の
とおりである。

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・Ｒ−F₄′・l₁−F₁R′−F₆（l₂＋l₄）＝０ M_S′＝kΦ＝F₆（l₂＋l₄） ここで、l₁、l₂、l₃、Ｒ、R′は第３図に示した
寸法で、F₂は、θ₂を与えるための軸方向付勢力、
F₄はF₂の径方向成分、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（＝θ₁−θ₂）
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。

なお、ロータ１４のスラストレース面１４１の
うち、上死点側には前記のθ₂に対応する傾斜角を
付しておくと良い。これにより、下死点側の浮き
上がりにより、スラストレース面がスラスト軸受
１７に一様に当り、スラストレース面の剥離も防
止される。

また、下死点側の浮き上がり角θ₂がθより大の
ときは主軸１６のロータ１４への取付角θ₁とθ₁＞
θ₂となるようにして、主軸とロータを圧縮機に組
込んだ第２図の状態でもＭ＝ｋ（θ₁−θ）なる剛
性によるモーメントが主軸に加わるようにすると
良い。これにより、圧縮機の動作中、ロータのθ₂
なる浮き上がりがあつても、Ｍ＝ｋ（θ₁−θ₂）な
る剛性によるモーメントが主軸に作用して、主軸
がラジアルニードルベアリングに偏当りなく一様
に接触することになる。

〔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、上記ラジア
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、こ
れにより該主軸は上記ラジアルニードル軸受に上
記θだけ傾斜した状態で支持したので、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
と主軸の両方が回転斜板の下死点側が浮き上がる
ような回転モーメントとを受けることになる。ま
た同時に回転斜板には上死点側の方へ向いた径方
向の力がガス圧の分力として作用するので、主軸
と斜板の結合部の剛性係数にもとづくモーメント
が主軸に作用することになる。この結果、主軸は
ラジアルニードル軸受の上死点側の面に一様に押
し付けられることになる。従つて、本発明の回転
斜板式圧縮機は、過酷な条件下での使用において
も、主軸に剥離が発生せず、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図は圧縮機の動作状態下にお
ける様子を示す第２図と同様の要部の断面図、第
４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５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
６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（ただし上
   記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、θ₁θに選ばれる）だけ傾けて取付けられて
   おり、これにより該主軸は上記ラジアルニードル
   軸受けに上記θだけ傾斜した状態で支持されるよ
   うに組込ま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。