JPH09228947A - ピストン式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑を効率的に行うことができ、摩耗や焼き
付き等の不具合の起こりにくいスラスト軸受構造を備え
たピストン式圧縮機を提供する。 【解決手段】 斜板３４のボス部３４ａと、シリンダブ
ロック１１、１２の受圧座３９、４０との間に、１枚の
円環状の座金４１よりなるスラスト軸受３７、３８を介
装する。前記座金４１は、その受圧面の両端縁を曲率半
径が受圧面に向かって連続的に大きくなるような曲面、
例えば断面形状が楕円の４分の１円弧状をなすような曲
面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両空調
装置等に使用されるピストン式圧縮機に係わり、詳しく
はそのスラスト軸受構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のピストン式圧縮機は、ハウジン
グの内部に駆動シャフトが支持されているとともに、ク
ランク室が形成されている。前記ハウジングの一部を構
成するシリンダブロック内には、その前記駆動シャフト
の周囲に複数のシリンダボアが配列されている。そのシ
リンダボアには、ピストンが往復動可能に収容されてい
る。前記駆動シャフトには、カムプレートが一体回転可
能に挿着されている。そのカムプレートとハウジングと
の間にはスラスト軸受が介装されている。このスラスト
軸受としては、例えば２枚の円環状の座金の間にコロが
介在された転がり軸受、あるいは、円環状の座金のみか
らなる滑り軸受が採用されている。そして、前記カムプ
レートに働くスラスト荷重がスラスト軸受を介してハウ
ジングで支持されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ピス
トン式圧縮機の外部駆動源をなす車両エンジンの高性能
化に伴って、圧縮機もより高回転数領域での運転に供さ
れるようになってきた。また、圧縮機における多気筒化
の傾向に伴って、カムプレートに働くピストンの圧縮反
力が増大している。一方、エンジンルーム内の圧縮機の
搭載可能なスペースは限られており、圧縮機の小型化が
求められている。さらに、駆動シャフトが外部駆動源に
常時作動連結された、いわゆるクラッチレスタイプの圧
縮機においては、駆動シャフトの回転にともなってカム
プレートが常時回転した状態となる。このような状況下
において、カムプレートとハウジングとの間に介装され
たスラスト軸受にかかる荷重が増大しており、スラスト
軸受の潤滑がさらに重要になってきている。

【０００４】この発明の目的は、潤滑を効率的に行うこ
とができ、摩耗や焼き付き等の不具合の起こりにくいス
ラスト軸受構造を備えたピストン式圧縮機を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、カムプレートとハウジ
ングとの間にはスラスト軸受を介装し、前記カムプレー
トに働くスラスト荷重をスラスト軸受を介してハウジン
グで支持するようにしたピストン式圧縮機におけるスラ
スト軸受構造において、前記スラスト軸受を少なくとも
１枚の円環状の座金から構成し、その座金の受圧面の内
周側及び外周側の少なくとも一方の端縁は曲率半径が受
圧面に向かって連続的に大きくなるように変化する曲面
をなすものである。

【０００６】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のピストン式圧縮機において、前記曲面の断面形状を
楕円の４分の１円弧状に形成したものである。請求項３
に記載の発明では、請求項２に記載のピストン式圧縮機
において、前記楕円の短軸の長さに対する長軸の長さの
割合によりなる偏平率が５０〜３００であるものであ
る。

【０００７】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれかに記載のピストン式圧縮機において、前記曲
面をバフ研磨又はバレル研磨により形成したものであ
る。請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれ
かに記載のピストン式圧縮機において、前記スラスト軸
受が１枚の前記座金のみからなる滑り軸受を含むもので
ある。

【０００８】請求項６に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれかに記載のピストン式圧縮機において、前記ス
ラスト軸受が複数枚の前記座金の間に転動体を介在した
転がり軸受を含むものである。

【０００９】さて、上記のように構成されたピストン式
圧縮機では、カムプレートとハウジングの受圧座との間
に介在されたスラスト軸受が、少なくとも１枚の円環状
の座金から構成されている。そして、その座金の受圧面
の端縁は、曲率半径が受圧面に向かって連続的に大きく
なるような曲面、例えば断面形状が楕円の４分の１円弧
状をなすような曲面に形成されている。このため、スラ
スト軸受の受圧面と、その受圧面に対向するカムプレー
ト及びハウジングの受圧座との間には、受圧面の中央に
向かって長く延びるとともに縮小する楔状の油膜形成隙
間が形成される。この油膜形成隙間内に、カムプレート
の回転に伴う楔効果によって、冷媒ガスにミスト状に分
散された潤滑油及び周囲の内壁面等に付着した潤滑油が
引き込まれる。そして、前記スラスト軸受の受圧面と、
カムプレート及びハウジングの受圧座との間に動圧軸受
が構成されて、摺動抵抗が低減される。

【００１０】ここで、前記楕円の短軸の長さに対する長
軸の長さを偏平率と規定する。つまり、偏平率の値が小
さな楕円ほど円に近いものとなり、偏平率の値が大きな
楕円ほど偏平な楕円となる。さて、前記楕円の偏平率を
５０未満となるようにすると、前記油膜形成隙間の最大
開口部の開口幅が過大となって、その油膜形成隙間内の
油膜に発生する油膜圧力が小さなものとなる。このた
め、油膜形成隙間内に連続的に潤滑油を引き込むための
楔効果が発揮されにくいものとなって、前記スラスト軸
受の受圧面と、カムプレート及びハウジングの受圧座と
の間の潤滑が不足がちになるおそれがある。一方、前記
楕円の偏平率が３００より大きくなるようにすると、前
記油膜形成隙間の最大開口部の開口幅が過小となり、潤
滑油を引き込むための入口が狭いものとなる。このた
め、潤滑油が引き込まれにくいものとなって、前記と同
様に潤滑が不足がちになるおそれがある。

【００１１】これに対して、この発明のピストン式圧縮
機では、前記楕円の偏平率が５０〜３００となるように
形成されている。このため、カムプレート及びハウジン
グの受圧座との間に動圧軸受を構成するにあたって、前
記油膜形成隙間の最大開口部の開口幅が適正なものとな
る。そして、油膜形成隙間内の油膜に発生する油膜圧力
が適当なものとなって楔効果が効果的に発揮されるとと
もに、油膜形成隙間内に潤滑油が引き込まれやすいもの
となる。

【００１２】また、前記座金は、その受圧面の端縁の曲
面がバフ研磨又はバレル研磨によって形成されている。
このため、前記曲面の形成を受圧面の仕上げ研磨と同時
に行うことができて、製作上有利である。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下に、この発明の第１の実施形態
について図１〜図３に基づいて説明する。

【００１４】図１に示すように、ハウジングの一部を構
成する一対のシリンダブロック１１、１２は、中央部に
おいて接合されている。シリンダブロック１１のフロン
ト側端面にはバルブプレート１３を介してフロントハウ
ジング１５が、シリンダブロック１２のリヤ側端面には
バルブプレート１４を介してリヤハウジング１６がそれ
ぞれ接合されている。前記シリンダブロック１１、１
２、バルブプレート１３、１４、フロントハウジング１
５及びリヤハウジング１６は、複数の通しボルト１７に
より互いに締付固定されて、圧縮機のハウジングが構成
されている。

【００１５】前記シリンダブロック１１、１２の軸孔１
１ａ、１２ａには、駆動シャフト１８がラジアルベアリ
ング１９、２０を介して回転可能に支持されている。こ
の駆動シャフト１８は、図示しないクラッチを介して車
両エンジン等の外部駆動源により回転される。シリンダ
ブロック１１、１２の中央部には、クランク室２１が形
成されている。

【００１６】前記シリンダブロック１１、１２内の前記
駆動シャフト１８の周囲には、複数のシリンダボア２２
が互いに平行をなすように貫通形成され、それらの内部
には両頭ピストン２３が往復動可能に収容されている。

【００１７】前記フロントハウジング１５及びリヤハウ
ジング１６の外周側には環状の吸入室２４、２５が形成
され、中心側には環状の吐出室２６、２７が区画形成さ
れている。吸入室２４、２５は、バルブプレート１３、
１４に形成された吸入弁機構２８、２９を介して前記シ
リンダボア２２内に、吸入通路３０、３１を介して前記
クランク室２１に連通されている。そして、前記クラン
ク室２１は、シリンダブロック１１、１２に形成した図
示しない吸入フランジを介して外部冷媒回路に接続され
ている。また、吐出室２６、２７はバルブプレート１
３、１４に形成された吐出弁機構３２、３３を介して前
記シリンダボア２２内に、図示しない吐出通路及び吐出
フランジを介して外部冷媒回路に連通されている。前記
吸入弁機構２８、２９は、吸入弁２８ａ、２９ａと吸入
ポート２８ｂ、２９ｂとから構成されている。前記吐出
弁機構３２、３３は、吸入弁３２ａ、３３ａと吸入ポー
ト３２ｂ、３３ｂとから構成されている。

【００１８】前記駆動シャフト１８の中間外周部には、
カムプレートとしての斜板３４が駆動シャフト１８と一
体回転可能に挿着されている。この斜板３４には、前記
両頭ピストン２３がシュー３５、３６を介して係留さ
れ、斜板３４の回転により両頭ピストン２３が前記シリ
ンダボア２２内で往復動される。前記斜板３４のボス部
３４ａは、スラスト軸受３７、３８を介して、シリンダ
ブロック１１、１２の前後両内壁面に形成された受圧座
３９、４０に支持されている。

【００１９】前記スラスト軸受３７、３８は、円環状の
座金４１のみからなる滑り軸受となっている。図２及び
図３に示すように、この座金４１は、その受圧面４２の
内外両端縁が受圧面４２に向かって曲率半径が連続的に
大きくなるような曲面４３、例えば断面形状が楕円の４
分の１円弧状をなすような曲面に形成されている。ここ
で、この楕円の短軸の長さに対する長軸の長さの割合に
よりなる偏平率が、５０〜３００、好ましくは７０〜２
５０、さらに好ましくは８０〜２００となるように形成
されている。なお、理解を容易にするために、図３では
受圧面４２の両端の曲面４３の断面形状を構成する楕円
の４分の１円弧は、その偏平率を小さく描いてある。実
際の座金４１における前記楕円の短軸の長さは、数μｍ
〜数十μｍ程度である。

【００２０】さて、前記のように構成したピストン式圧
縮機では、車両エンジン等の外部駆動源により駆動シャ
フト１８が回転されると、クランク室２１内の斜板３４
が回転され、シュー３５、３６を介して複数の両頭ピス
トン２３がシリンダボア２２内で往復動される。この両
頭ピストン２３の運動により吸入フランジ（図示略）か
らクランク室２１に導かれた冷媒ガスは、そのクランク
室２１から吸入通路３０、３１を経て吸入室２４、２５
に導かれる。両頭ピストン２３が上死点から下死点に向
かう吸入行程において、前記吸入弁２８ａ、２９ａが開
放され、吸入室２４、２５内の冷媒ガスは、吸入ポート
２８ｂ、２９ｂを通ってシリンダボア２２内に吸入され
る。次に、両頭ピストン２３が下死点から上死点に向か
う圧縮・吐出行程において、シリンダボア２２内の冷媒
ガスは圧縮される。そして、冷媒ガスが所定の圧力に達
すると、高圧の圧縮冷媒ガスが吐出弁３２ａ、３３ａを
押し退けて吐出ポート３２ｂ、３３ｂを経て吐出室２
６、２７に吐出される。さらに、吐出室２６、２７内の
圧縮冷媒ガスは、図示しない吐出通路を経て図示しない
外部冷媒回路をなす凝縮器、膨張弁、蒸発器に供給さ
れ、車両室内の空調に供される。

【００２１】以上のように構成された本実施形態によれ
ば、以下の効果を奏する。 （ａ） 斜板３４のボス部３４ａと、シリンダブロック
１１、１２の受圧座３９、４０との間に介在されたスラ
スト軸受３７、３８が、１枚の円環状の座金４１から構
成されている。その座金４１の受圧面４２の両端縁は、
曲率半径が受圧面４２に向かって連続的に大きくなるよ
うな曲面４３、例えば断面形状が楕円の４分の１円弧状
をなすような曲面に形成されている。このため、図３に
示すように、座金４１の受圧面４２と、その受圧面４２
に対向する前記ボス部３４ａ及び前記受圧座３９、４０
との間には、受圧面４２の中央に向かって長く延びると
ともに縮小する楔状の油膜形成隙間４４が形成される。
この油膜形成隙間４４内に、斜板３４の回転に伴う楔効
果によって、冷媒ガスにミスト状に分散された潤滑油及
び周囲の内壁面等に付着した潤滑油が引き込まれる。そ
して、前記座金４１の受圧面４２と、前記ボス部３４ａ
及び前記受圧座３９、４０との間に動圧軸受が構成さ
れ、それらの間の摺動抵抗が低減されて、シリンダブロ
ック１１、１２に対する斜板３４の相対回転が安定した
ものとなる。

【００２２】従って、スラスト軸受３７、３８における
焼付等の不具合が起こりにくいものとなるとともに、摩
耗が低減される。しかも、運転時の動力損失が低減され
る。また、スラスト軸受３７、３８に転がり軸受を採用
した場合に比べて、部品点数を削減できて製作コストの
低減できるとともに、転がり打音の発生を解消できて運
転時の騒音を低減することができる。

【００２３】（ｂ） 前記座金４１の両端縁の断面をな
す楕円の偏平率が５０〜３００となるように形成されて
いる。ここで、前記楕円の偏平率が５０未満となるよう
にすると、前記油膜形成隙間４４の最大開口部の開口幅
が過大となって、その油膜形成隙間４４内の油膜に発生
する油膜圧力が小さなものとなる。このため、油膜形成
隙間４４内に連続的に潤滑油を引き込むための楔効果が
発揮されにくいものとなって、前記座金４１の受圧面４
２と、斜板３４のボス部３４ａ及びシリンダブロック１
１、１２の受圧座３９、４０との間の潤滑が不足がちに
なるおそれがある。一方、前記楕円の偏平率が３００よ
り大きくなるようにすると、前記油膜形成隙間４４の最
大開口部の開口幅が過小となって、潤滑油を引き込むた
めの入口が狭いものとなる。このため、潤滑油が引き込
まれにくいものとなって、前記と同様に潤滑が不足がち
になるおそれがある。これらに対して、この実施形態の
座金４１では、前記ボス部３４ａ及び前記受圧座３９、
４０との間に動圧軸受が構成するにあたって、前記油膜
形成隙間４４の最大開口部の開口幅が適正なものとな
る。そして、その油膜形成隙間４４内の油膜に発生する
油膜圧力が適当なものとなって楔効果が効果的に発揮さ
れるとともに、油膜形成隙間４４内に潤滑油が引き込ま
れやすいものとなる。従って、スラスト軸受３７、３８
の耐焼付性及び耐摩耗性がいっそう向上されるととも
に、動力損失がいっそう低減される。

【００２４】（ｃ） 前記座金４１は、その受圧面４２
の両端縁の曲面４３がバフ研磨又はバレル研磨によって
形成されている。このため、前記曲面４３の形成を受圧
面４２の仕上げ研磨と同時に行うことができて、製作上
有利である。

【００２５】（第２の実施形態）つぎに、この発明の第
２の実施形態について、前記第１の実施形態と異なる部
分を中心に説明する。

【００２６】この第２の実施形態においては、図４に示
すように、斜板３４のボス部３４ａとシリンダブロック
１１、１２の受圧座３９、４０との間に、スラスト軸受
５１、５２として転がり軸受としてのニードル軸受５３
を介装したものである。このニードル軸受５３は、座金
としてのインナレース５４及びアウタレース５５と、そ
れらの間に介在された転動体としてのニードルコロ５６
とから構成されている。このインナレース５４及びアウ
タレース５５は、図２及び図３に示す前記第１の実施形
態に記載の座金４１とほぼ同様の形状をなしている。つ
まり、前記２枚のレース５４、５５の受圧面４２の両端
縁は、曲率半径が受圧面４２に向かって連続的に大きく
なるような曲面４３、例えば断面形状が楕円の４分の１
円弧をなすような曲面に形成されている。しかも、その
楕円の偏平率は、５０〜３００、好ましくは７０〜２５
０、さらに好ましくは８０〜２００となるように形成さ
れている。

【００２７】以上のように構成された本実施形態によれ
ば、以下の効果を奏する。 （ａ） ２枚のレース５４、５５の受圧面４２と、その
受圧面４２に対向する前記ボス部３４ａ及び前記受圧座
３９、４０との間には、前記第１の実施形態と同様な受
圧面４２の中央に向かって長く延びるとともに縮小する
楔状の油膜形成隙間４４が形成される。この油膜形成隙
間４４内に、斜板３４の回転に伴う楔効果によって、冷
媒ガスにミスト状に分散された潤滑油及び周囲の内壁面
等に付着した潤滑油が引き込まれる。そして、スラスト
軸受５１、５２内に潤滑油が豊富に存在することになっ
て、前記スラスト軸受５１、５２における摺動抵抗が低
減されて、シリンダブロック１１、１２に対する斜板３
４の相対回転が安定したものとなる。従って、スラスト
軸受５１、５２における焼き付き等の不具合が起こりに
くいものとなるとともに、摩耗が低減される。しかも、
運転時の動力損失が低減される。

【００２８】なお、この発明は以下のように変更して具
体化することもできる。 （１） 前記第１の実施形態において、前記スラスト軸
受３７、３８を構成する座金４１を前記実施形態に記載
以外の枚数、例えば２枚以上介装すること。

【００２９】（２） 前記各実施形態において、斜板３
４のボス部３４ａと、シリンダブロック１１、１２の受
圧座３９、４０とに相互に異径の環状突条を設けて、そ
の環状突条の間に座金４１又はニードル軸受５３を介装
すること。

【００３０】（３） 前記各実施形態において、座金４
１の受圧面４２の端縁の曲面４３の断面形状が、前記実
施形態に記載以外の形状、例えば放物線、インボリュー
ト曲線、サイクロイド曲線、渦巻き線等の一部といった
曲率半径が連続的に変化する曲線をなすようにするこ
と。

【００３１】（４） この発明を、ウェーブカムプレー
トタイプの両頭ピストン式圧縮機において具体化するこ
と。これらのように構成しても、前記第１の実施形態に
記載の作用効果とほぼ同様の作用効果が得られる。

【００３２】（５） この発明を、片頭ピストン式圧縮
機において、その斜板と一体回転する回転支持体の前面
と、フロントハウジングの内壁面との間に介装されるス
ラスト軸受に具体化すること。

【００３３】このように構成した場合、特にクランク室
内が吸入通路の一部を構成しない可変容量式の圧縮機に
おいて、潤滑環境の厳しいクランク室内のスラスト軸受
の摺動抵抗を低減するのに有効である。また、駆動シャ
フトが外部駆動源に常時作動連結された、いわゆるクラ
ッチレスタイプの圧縮機において、さらに有効である。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
以下の優れた効果を奏する。カムプレートとハウジング
の受圧座との間に介在されたスラスト軸受が、少なくと
も１枚の円環状の座金から構成されている。そして、そ
の座金の受圧面の端縁は、曲率半径が受圧面に向かって
連続的に大きくなるような曲面に形成されている。この
ため、スラスト軸受の受圧面と、その受圧面に対向する
カムプレート及びハウジングの受圧座との間には、受圧
面の中央に向かって長く延びるとともに縮小する楔状の
油膜形成隙間が形成される。この油膜形成隙間に潤滑油
が引き込まれ、カムプレートとハウジングの受圧座との
間に動圧軸受が構成される。そして、スラスト軸受にお
ける摺動抵抗が低減されて、ハウジングに対するカムプ
レートの相対回転が安定したものとなる。従って、スラ
スト軸受における焼き付き等の不具合が起こりにくいも
のとなるとともに、摩耗が低減される。しかも、運転時
の動力損失が低減される。

【００３５】また、前記曲面は、その断面形状をなす楕
円の４分の１円弧の偏平率が、５０〜３００の範囲とな
るように形成されている。このため、前記油膜形成隙間
の最大開口部の開口幅が動圧軸受を構成するのに適正な
ものとなって、楔効果が効果的に発揮されるとともに、
前記隙間内に潤滑油が引き込まれやすいものとなる。従
って、スラスト軸受の耐焼付性及び耐摩耗性がいっそう
向上されるとともに、動力損失がいっそう低減される。

【００３６】また、前記座金は、その受圧面の端縁の曲
面がバフ研磨又はバレル研磨によって形成されている。
このため、前記曲面の形成を受圧面の仕上げ研磨と同時
に行うことができて、製作上有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態のピストン式圧縮機を示す断
面図。

【図２】 スラスト軸受を構成する座金を示す斜視図。

【図３】 図１の要部を拡大して示す部分断面図。

【図４】 第２の実施形態のピストン式圧縮機の要部を
示す部分断面図。

【符号の説明】

１１、１２…ハウジングの一部を構成するシリンダブロ
ック、１５…ハウジングの一部を構成するフロントハウ
ジング、１６…ハウジングの一部を構成するリヤハウジ
ング、３７、３８、５１、５２…スラスト軸受、４１…
座金、４３…曲面、５３…転がり軸受としてのニードル
軸受、５４…座金としてのインナレース、５５…座金と
してのアウタレース、５６…転動体としてのニードルコ
ロ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 裕史 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムプレートとハウジングとの間にはス
   ラスト軸受を介装し、前記カムプレートに働くスラスト
   荷重をスラスト軸受を介してハウジングで支持するよう
   にしたピストン式圧縮機において、 前記スラスト軸受を少なくとも１枚の円環状の座金から
   構成し、その座金の受圧面の内周側及び外周側の少なく
   とも一方の端縁は曲率半径が受圧面に向かって連続的に
   大きくなるように変化する曲面をなすピストン式圧縮
   機。
2. 【請求項２】 前記曲面の断面形状を楕円の４分の１円
   弧状に形成した請求項１に記載のピストン式圧縮機。
3. 【請求項３】 前記楕円の短軸の長さに対する長軸の長
   さの割合によりなる偏平率が５０〜３００である請求項
   ２に記載のピストン式圧縮機。
4. 【請求項４】 前記曲面をバフ研磨又はバレル研磨によ
   り形成した請求項１〜３のいずれかに記載のピストン式
   圧縮機。
5. 【請求項５】 前記スラスト軸受が１枚の前記座金のみ
   からなる滑り軸受を含む請求項１〜４のいずれかに記載
   のピストン式圧縮機。
6. 【請求項６】 前記スラスト軸受が複数枚の前記座金の
   間に転動体を介在した転がり軸受を含む請求項１〜４の
   いずれかに記載のピストン式圧縮機。