JPH0229873B2 - 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５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５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、ロータ１４、スラストベアリング１８、揺動
板１９、傘歯車２５、鋼球２１、揺動中心軸体２
０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２４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６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２３
による付勢力F₂である。総ガス圧F₁は、第７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、ローター
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７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ゆえに主軸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。このときの主軸の傾きは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７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主軸が
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〕

本発明によれば、フロントハウジングにラジア
ルニードルベアリングを介して回転可能に主軸を
支持し、該主軸のクランク室内端部にくさび形回
転斜板を取り付け、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、前記ラジアルニードルベ
アリングの前記主軸との当接面が内側に向うにし
たがつて前記主軸から離れるようにわずかに傾斜
した環状円錐面として形成さ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が得
られる。

〔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、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の上死点側に
押される。これにより主軸の中心軸が、ラジアル
ニードル軸受の環状円錐面の上死点側母線と平行
となり、しかもガス圧の回転斜板の傾斜面での分
力により、回転斜板と共に回転斜板の上死点側に
押されるので、主軸の外面はラジアルニードル軸
受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、主軸と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〕

以下本発明について実施例によつて説明する。

まず、第１図を参照して、前述のようにくさび
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１５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。

ラジアルニードル軸受１５の内周面、即ち、主
軸１６との当接面は、内側に向つて（即ち、ロー
タ１４の方向に向つて）、主軸１６から離れるよ
うにわずかに傾斜した環状円錐面（傾斜角θ₁）に
形成されている。そして、主軸１６は停止状態に
おいてラジアルニードル軸受１５の左端に当接し
て軸心が平行状態におかれている。この時図示の
ように主軸１６とラジアルニードル軸受１５の内
周面（当接面）との間にはクリアランスがある。

第２図ａ及びｂを参照して、ラジアルニードル
軸受１５はレース１５ａ及び複数のニードル１５
ｂを備えている。第２図ａに示すようにレース１
５ａは一端部が肉厚に、他端部が肉薄に形成され
て、その外周面がテーパ状、即ち環状円錐面に形
成されている。そしてレース１５ａの内周面に複
数のニードル１５ｂが所定の角度間隔をおいて配
設されている。このラジアルニードル軸受１５は
第２図ｂに示すようにフロントハウジング１２の
中央部に形成された貫通孔にクランク室側からス
トツパー１５′に当接するまで圧入され、フロン
トハウジングに組み込まれる。この組み込んだ状
態において、ラジアルニードル軸受１５の内周面
（当接面）は環状円錐面となるとともにラジアル
ニードルベアリング１５は内径の大きい端部がク
ランク室に面している。

また、第３図ａ及びｂに示すように、レース１
５ａの内周面を円柱面状に形成し、この内周面に
複数のニードル１５ｂを所定の角度間隔で配設し
てラジアルニードル軸受１５を構成する。一方、
フロントハウジング１２の中央貫通孔はクランク
室に面する位置からストツパー１５′が設けられ
る位置まで徐々に径が小さくなるようにテーパ状
に形成される。そして、上記のラジアルニードル
軸受１５をクランク室側から貫通孔に圧入する。
貫通孔内周面はテーパ状に形成されているから、
ラジアルニードル軸受１５の内径はクランク室側
から徐々に径が小さくなる。即ち、ラジアルニー
ドル軸受１５の内周面（当接面）は環状円錐面と
なる。

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
６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４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７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１
６はラジアル軸受１５の外端部に接触する。そし
て、この外端接触部Ｍ（第１図、第４図）を中心
に回転する。即ち、上死点側において、ロータ１
４のスラストレース面側と主軸１６とのなす角度
が大きくなるようにロータに対して変位される。
この変位をΦとする。

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、ロータの最大浮き上り角度を第４図に示す
ようにθ₂とすると、主軸１６は第４図に示す状態
でその傾斜角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１４と主軸１６
との結合部の剛性係数をｋとすると、第４図にお
いてM_s＝kΦなる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４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に対して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のうち、
上死点側には、上記のθ₂に対応する傾斜角を付し
ておくとよい。これによつて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。

〔発明の効果〕

以上説明し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ベアリングを介し
て回転可能に主軸を支持し、該主軸のクランク室
内端部にくさび形回転斜板を取り付け、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、前記
ラジアルニードルベアリングの前記主軸との当接
面が内側に向うにしたがつて前記主軸から離れる
ようにわずかに傾斜した環状円錐面として形成さ
れているので、圧縮機運転時に回転斜板に加わる
ガス圧により、主軸が回転モーメントと上死点側
の方へ向いた径方向の力を受けるので、主軸が回
転斜板に対して変位し、その変位により主軸と回
転斜板との結合剛性にもとづくモーメントが作用
して主軸はラジアルニードルベアリングの環状円
錐面の上死点側母線に偏当りなく一様に当接す
る。従つて、本発明で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、長寿命化が図れ
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における要部断面
図、第２図ａ及びｂはそれぞれラジアルニードル
ベアリングの一例及びこのラジアルニードルベア
リングをフロントハウジングに組み込んだ状態を
示す図、第３図ａ及びｂはそれぞれラジアルニー
ドルベアリングの他の例及びこのラジアルニード
ルベアリングをフロントハウジングに組み込んだ
状態を示す図、第４図は圧縮機の動作状態下にお
ける様子を示す第１図と同様の要部断面図、第５
図は主軸を片持ち支持した回転斜板式圧縮機の従
来例の断面図、第６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７
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。

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、該主軸のクラ
   ンク室内端部にくさび形回転斜板を取り付け、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、前記ラジアルニードル軸受の前記主軸との当
   接面が内側に向うにしたがつて前記主軸から離れ
   るようにわずかに傾斜した環状円錐面として形成
   さ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。