| 【発明の名称】 |
電動圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】中根 芳之
【氏名】多羅尾 晋
【氏名】森田 健一
【氏名】村上 和朗
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| 【要約】 |
【課題】電動圧縮機の小型化を図る。
【解決手段】シリンダブロック１３に形成されたシリンダボア１３１には片頭ピストン２２が収容されている。斜板１１と各片頭ピストン２２との間にはシュー２３が介在されている。斜板１１の回転力はシュー２３を介して片頭ピストン２２に伝えられ、片頭ピストン２２は斜板１１の回転に伴ってシリンダボア１３１内を往復動する。斜板１１に固定された回転軸１６は、電動機２１によって駆動される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】回転軸の周囲に配列された複数のシリンダボア内にピストンを収容し、前記回転軸と一体的に回転する斜板及び前記ピストンの両方に摺接するシューを前記斜板と前記ピストンとの間に介在し、前記斜板の回転力を前記シューを介して前記ピストンに伝えて前記ピストンを往復動させる圧縮機において、往復動する前記ピストンは、その往動動作のときにのみ前記シリンダボアからガスを吐出する片頭ピストンとし、前記回転軸を電動機で駆動するようにした電動圧縮機。
【請求項２】前記斜板は、前記回転軸に対して傾角不変とした請求項１に記載の電動圧縮機。
【請求項３】前記斜板を斜板ハウジング内に収容し、前記斜板ハウジング内で前記斜板を境として前記シリンダボアとは反対側にスラスト荷重受け手段を設け、前記片頭ピストンの往動動作のときの圧縮反力を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の電動圧縮機。
【請求項４】前記電動機をモータハウジング内に収容し、前記斜板を境として前記シリンダボアとは反対側で前記モータハウジング内にスラスト荷重受け手段を設け、前記片頭ピストンの往動動作のときの圧縮反力を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の電動圧縮機。
【請求項５】前記スラスト荷重受け手段はスラストベアリングである請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載の電動圧縮機。
【請求項６】前記スラスト荷重受け手段に向けて前記斜板を付勢する予荷重付与手段を設け、前記予荷重付与手段によって前記斜板に付与される予荷重を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動圧縮機。
【請求項７】前記ガスは二酸化炭素である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電動圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の周囲に配列された複数のシリンダボア内にピストンを収容し、前記回転軸と一体的に回転する斜板及び前記ピストンの両方に摺接するシューを前記斜板と前記ピストンとの間に介在し、前記斜板の回転力を前記シューを介して前記ピストンに伝えて前記ピストンを往復動させる圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転軸と一体的に回転し、かつ回転軸に対して傾角可変な斜板の回転によって前記ピストンを往復動させる圧縮機では、吐出容量を変更することができる。このような可変容量型圧縮機の回転軸を電動機で駆動する例が特開平５−１８７３５６号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平５−１８７３５６号公報の装置は、所謂ワッブル式に相当し、ピストンサポートが斜板の回転によって傾動し、ピストンサポートの傾動によってピストンが往復動する。ガスをシリンダボアから吐出する際の圧縮反力は、ピストンを往復動させるための前記した往復動機構に作用する。回転する斜板の傾動を回転しないピストンサポートを介してピストンに伝えてピストンを往復動させる機構は複雑である。回転軸に固定されたドライブプレートにはガイド溝が形成されており、斜板に止着されたピボットピンがガイド溝に係合している。回転軸にはスリーブがスライド可能に支持されており、斜板がスリーブに形成されたスリーブピンを介してスリーブに傾動可能に支持されている。斜板の傾動は、前記ガイド溝とピボットピンとの係合、及びスリーブのスライドにより案内される。前記した圧縮反力は、ピストン、ピストンサポート、スラスト軸受け、斜板及びピボットピンを介してドライブプレートで受け止められる。
【０００４】このようなワッブル式の可変容量型圧縮機の回転軸を電動機で駆動する場合、斜板とピストンサポートとの間での回転摩擦を極力小さくしないと、出力の大きい大型の電動機が必要となり、圧縮機全体が大型化する。特に、冷媒として二酸化炭素を使用する場合は、極めて高圧での圧縮を要するので、大きな摩擦力を発生する。そのため、斜板とピストンサポートとの間にスラスト軸受けを介在する構成が不可欠となるが、このような構成は、圧縮機の増長をもたらす。
【０００５】本発明は、電動圧縮機の小型化を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、回転軸の周囲に配列された複数のシリンダボア内にピストンを収容し、前記回転軸と一体的に回転する斜板及び前記ピストンの両方に摺接するシューを前記斜板と前記ピストンとの間に介在し、前記斜板の回転力を前記シューを介して前記片頭ピストンに伝えて前記ピストンを往復動させる圧縮機を対象とし、請求項１の発明では、往復動する前記ピストンは、その往動動作のときにのみ前記シリンダボアからガスを吐出する片頭ピストンとし、前記回転軸を電動機で駆動するようにした。
【０００７】斜板の回転力をシューを介して片頭ピストンに伝える構成は、電動機によって駆動される圧縮機の小型化に有利である。請求項２の発明では、請求項１において、前記斜板は、前記回転軸に対して傾角不変とした。
【０００８】斜板を傾動させる機構のない電動圧縮機は、小型化に有利である。請求項３の発明では、請求項１及び請求項２のいずれか１項において、前記斜板を斜板ハウジング内に収容し、前記斜板ハウジング内で前記斜板を境として前記シリンダボアとは反対側にスラスト荷重受け手段を設け、前記片頭ピストンの往動動作のときの圧縮反力を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした。
【０００９】斜板は圧縮反力によって偏荷重を受ける。斜板ハウジング内にスラスト荷重受け手段を設けた構成は、斜板に作用する偏荷重を受け止めるのに有利である。請求項４の発明では、請求項１及び請求項２のいずれか１項において、前記電動機はモータハウジング内に収容し、前記斜板を境として前記シリンダボアとは反対側で前記モータハウジング内にスラスト荷重受け手段を設け、前記片頭ピストンの往動動作のときの圧縮反力を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした。
【００１０】斜板に作用する偏荷重を受け止めるスラスト荷重受け手段をモータハウジング内に設けた構成は、圧縮機全体の小型化に有利である。請求項５の発明では、請求項３及び請求項４のいずれか１項において、前記スラスト荷重受け手段はスラストベアリングとした。
【００１１】スラストベアングはスラスト荷重受け手段として最適である。請求項６の発明では、請求項３乃至請求項５のいずれか１項において、前記スラスト荷重受け手段に向けて前記斜板を付勢する予荷重付与手段を設け、前記予荷重付与手段によって前記斜板に付与される予荷重を前記スラスト荷重受け手段によって受け止めるようにした。
【００１２】予荷重付与手段は、回転軸の軸方向への斜板のがたつきを防止する。請求項７の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記ガスは二酸化炭素とした。
【００１３】二酸化炭素を高圧の冷媒として使用した電動圧縮機は小型化の上で有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１５】図１に示すように、斜板１１を収容する斜板ハウジング１２にはシリンダブロック１３及びモータハウジング１５が接合されており、シリンダブロック１３には室形成ハウジング１４が接合されている。モータハウジング１５、斜板ハウジング１２、シリンダブロック１３及び室形成ハウジング１４は、ねじ１０（図２及び図３に図示）の締め付けによって共締め固定されている。モータハウジング１５とシリンダブロック１３とには回転軸１６がラジアルベアリング１７，１８を介して回転可能に支持されている。回転軸１６は、シリンダブロック１３に形成された支持孔１３２に突入しており、ラジアルベアリング１７は支持孔１３２内で回転軸１６を支持する。又、回転軸１６は、斜板ハウジング１２の端壁１２１を貫通すると共に、モータハウジング１５に形成された支持孔１５１に突入しており、ラジアルベアリング１８は支持孔１５１内で回転軸１６を支持する。斜板１１は斜板ハウジング１２内にて回転軸１６に止着されている。
【００１６】モータハウジング１５の内周面にはステータ１９が取り付けられており、モータハウジング１５内にて回転軸１６にはロータ２０が止着されている。回転軸１６は筒形状のロータ２０に圧入されている。ロータ２０と回転軸１６との一体回転のためにキー嵌合等としてもよいことは言うまでもない。ロータ２０は、ステータ１９への通電によって回転し、回転軸１６はロータ２０と一体的に回転する。ステータ１９及びロータ２０は電動機２１を構成する。
【００１７】図３に示すように、シリンダブロック１３には複数のシリンダボア１３１が形成されている。複数のシリンダボア１３１は回転軸１６の周囲に等間隔で環状に配列されている。各シリンダボア１３１には片頭ピストン２２が収容されている。図１に示すように、斜板１１と各片頭ピストン２２との間にはシュー２３が介在されている。斜板１１の回転力はシュー２３を介して片頭ピストン２２に伝えられ、片頭ピストン２２は斜板１１の回転に伴ってシリンダボア１３１内を往復動する。
【００１８】図１に示すように、室形成ハウジング１４とシリンダブロック１３との間にはバルブプレート２４及び弁形成プレート２５が介在されている。室形成ハウジング１４内は、隔壁１４１によって吸入室１４２と吐出室１４３とに区画されている。吐出室１４３内にてバルブプレート２４には弁形成プレート２６及びリテーナ２７がピン２８によってかしめ止着されている。
【００１９】バルブプレート２４には吸入ポート２４１が吸入室１４２及び各シリンダボア１３１に対応して形成されている。又、バルブプレート２４及び弁形成プレート２５には吐出ポート２４２が吐出室１４３及び各シリンダボア１３１に対応して形成されている。弁形成プレート２５には吸入弁２５１が形成されており、弁形成プレート２６には吐出弁２６１が形成されている。吸入弁２５１は吸入ポート２４１を開閉し、吐出弁２６１は吐出ポート２４２を開閉する。
【００２０】吸入室１４２内の冷媒は、片頭ピストン２２の復動動作（図１において右側から左側への移動）により吸入ポート２４１から吸入弁２５１を押し退けてシリンダボア１３１内へ流入する。シリンダボア１３１内へ流入した冷媒は、片頭ピストン２２の往動動作（図１において左側から右側への移動）により吐出ポート２４２から吐出弁２６１を押し退けて吐出室１４３へ吐出される。吐出弁２６１はリテーナ２７に当接して開度規制される。吸入室１４２と吐出室１４３とは、図示しない外部冷媒回路で接続している。吐出室１４３から外部冷媒回路へ流出した冷媒は、外部冷媒回路上の凝縮器、膨張弁、蒸発器を経由して吸入室１４２へ還流する。本実施の形態では二酸化炭素が冷媒として用いられる。
【００２１】斜板１１の筒形状の基部１１１と斜板ハウジング１２の端壁１２１との間にはスラストベアリング２９が介在されている。スラストベアリング２９は回転軸１６を包囲している。片頭ピストン２２の往動動作によってシリンダボア１３１から吐出室１４３へ冷媒を吐出するときの圧縮反力は、片頭ピストン２２、シュー２３、斜板１１及びスラストベアリング２９を介して端壁１２１で受け止められる。
【００２２】支持孔１３２に突入する回転軸１６の端部には段差１６１が形成されており、段差１６１と支持孔１３２の底面との間にはスラストベアリング３０及び皿ばね３１が介在されている。皿ばね３１のばね力は、スラストベアリング３０を介して回転軸１６をモータハウジング１５側へ付勢する。皿ばね３１のばね力は、スラストベアリング３０、回転軸１６、斜板１１及びスラストベアリング２９を介して端壁１２１で受け止められる。
【００２３】第１の実施の形態では以下の効果が得られる。
（１-1）斜板１１を回転させる回転軸１６を電動機２１で駆動するようにした圧縮機の小型化は、斜板ハウジング１２の内部機構のコンパクト化を図ることによって達成される。片頭ピストン２２及び斜板１１の両者に接するシュー２３を介して斜板１１の回転力を片頭ピストン２２に伝える構成は、片頭ピストン２２を往復動させる機構として最もコンパクトである。従って、斜板１１の回転力をシュー２３を介して片頭ピストン２２に伝える構成は、電動機２１によって駆動される圧縮機の小型化に有利である。
【００２４】（１-2）斜板１１は回転軸１６に固定されており、斜板１１は回転軸１６に対して傾角不変である。斜板１１を傾動させる機構のない圧縮機は、電動圧縮機の小型化に有利である。
【００２５】（１-3）斜板ハウジング１２内で斜板１１を境としてシリンダボア１３１とは反対側に設けたスラストベアリング２９は、片頭ピストン２２の往動動作のときの圧縮反力を受け止める。復動動作中の片頭ピストン２２を収容したシリンダボア１３１内では吸入圧となっており、複数のシリンダボア１３１内における圧力が同圧にはならない。従って、斜板１１は、圧縮反力によって偏荷重を受ける。この偏荷重は回転軸１６を撓ませようとする。回転軸１６の撓みは、ラジアルベアリング１７，１８の損傷をもたらしたり、異常音を発生させる原因となる。斜板１１の基部１１１に接する位置にあるスラストベアリング２９が前記偏荷重を受け止め、前記偏荷重に起因する回転軸１６の撓みが防止される。
【００２６】（１-4）斜板１１の基部１１１に近接した斜板ハウジング１２の端壁１２１を受け座とするスラストベアリング２９は、回転軸１６の撓みを防止する上で最適なスラスト荷重受け手段である。
【００２７】（１-5）予荷重付与手段となる皿ばね３１は、スラストベアリング３０及び回転軸１６を介して斜板１１をスラストベアリング２９に向けて付勢する。スラストベアリング２９は、皿ばね３１によって斜板１１に付与される予荷重を受け止める。従って、皿ばね３１のばね力は、回転軸１６の軸方向への斜板１１のがたつきを防止する。
【００２８】（１-6）冷媒として使用可能な二酸化炭素は、フロン冷媒に比べて極めて高圧となる。このような高圧冷媒の使用は、前記した外部冷媒回路における冷凍能力を低下させることなくシリンダボア１３１の容積の低減、即ち吐出容量を低減することを可能にする。即ち、小容量でも冷凍能力を低下させないよう、ある程度の高速回転を要するが、電動機２１はそれへの対応に好適である。斜板１１の一面側で冷媒の圧縮を行なう片頭ピストン２２を用いた圧縮機は、斜板１１の両面側で冷媒の圧縮を行なう両頭ピストンを用いた圧縮機に比べ、吐出容量が少なくなるが、体格が小さくなる。二酸化炭素は、圧縮機の小型化に有利な片頭ピストン２２を用いた電動圧縮機における冷媒として好適である。
【００２９】次に、図４の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。この実施の形態では、スラスト荷重受け手段となるスラストベアリング２９Ａがモータハウジング１５内に設けられている。スラストベアリング２９Ａは、モータハウジング１５の端壁１５２とロータ２０の端面との間に介在されている。片頭ピストン２２の往動動作のときの圧縮反力は、斜板１１、回転軸１６及びロータ２０を介してスラストベアリング２９Ａに伝わり、スラストベアリング２９Ａは、片頭ピストン２２の往動動作のときの圧縮反力を受け止める。又、皿ばね３１のばね力は、回転軸１６及びロータ２０を介してスラストベアリング２９Ａに伝わり、スラストベアリング２９Ａは皿ばね３１のばね力を受け止める。
【００３０】スラストベアリング２９Ａは、モータハウジング１５内の余裕のあるスペースに組み込まれており、モータハウジング１５が第１の実施の形態に比べて増長することはない。一方、第１の実施の形態におけるスラストベアリング２９がなくなる分だけ、スラストベアリング２９を支持する部材が不要となって、第１の実施の形態の端壁１２１が不要になる。これにより斜板ハウジング１２が短縮する。従って、モータハウジング１５の端壁１５２を受け座とするスラストベアリング２９Ａは、電動圧縮機の小型化の上で好適なスラスト荷重受け手段である。
【００３１】次に、図５の第３の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。この実施の形態では、モータハウジング１５が室形成ハウジング１４に接合されており、回転軸１６は室形成ハウジング１４の端壁１４４、バルブプレート２４及びシリンダブロック１３を貫通している。回転軸１６は、ラジアルベアリング１７Ａを介して斜板ハウジング１２の端壁１２１に回転可能に支持されていると共に、ラジアルベアリング１８を介してモータハウジング１５の端壁１５２に回転可能に支持されている。３２１は、弁形成プレート３２に形成された吐出弁であり、３３は吐出弁３２１の開度を規制するリテーナである。モータハウジング１５の支持孔１５１の底面と回転軸１６の端面との間には予荷重付与手段となる皿ばね３１が介在されている。
【００３２】片頭ピストン２２の復動動作時（図５において左側から右側への移動）には、吸入室１４２内の冷媒（二酸化炭素）がリテーナ３３、弁形成プレート３２及びバルブプレート２４に形成された吸入ポート２４１を経由してシリンダボア１３１に流入する。片頭ピストン２２の往動動作時（図５において右側から左側への移動）には、シリンダボア１３１内の冷媒が吐出ポート２４２を経由して吐出室１４３に吐出される。吐出室１４３内の冷媒は、室形成ハウジング１４の端壁１４４上の挿通孔１４５、モータハウジング１５内、及び端壁１５２上の吐出通路１５３を経由して外部冷媒回路へ流出する。片頭ピストン２２の往動動作による圧縮反力、及び皿ばね３１のばね力は、スラストベアリング２９によって受け止められる。
【００３３】この実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。又、吐出室１４３からモータハウジング１５内へ送られる冷媒の温度が電動機２１の温度よりも低いため、電動機２１が吐出冷媒によって冷却されるという利点がある。
【００３４】次に、図６の第４の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。この実施の形態では、予荷重付与手段である皿ばね３１及びスラストベアリング３０がシリンダブロック１３の端面と斜板１１の基部１１１との間に介在されている。皿ばね３１のばね力は、斜板１１をスラストベアリング２９へ直接押接する。従って、斜板１１が回転軸１６の軸方向へスライド可能、かつ回転軸１６と一体的に回転するようにした構成の採用が可能である。
【００３５】次に、図７の第５の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。この実施の形態では、モータハウジング１５の端壁１５２に半球形状の支持凹部１５４が形成されており、回転軸１６の端面には半球形状の支持凹部１６２が形成されている。支持凹部１５４，１６２間には球体３４が回転自在に介在されている。圧縮反力及び皿ばね３１のばね力は、回転軸１６を介して球体３４で受け止められる。モータハウジング１５内に設けられた球体３４はスラスト荷重受け手段となる。
【００３６】この実施の形態においても、第２の実施の形態と同じ効果が得られる。本発明では以下のような実施の形態も可能である。
（１）第３の実施の形態において、ラジアルベアリング１７Ａをシリンダブロック１３と回転軸１６との間に介在すること。このようにすれば、回転軸１６の短縮化及び電動圧縮機の短縮化を図ることができる。
（２）特開平１１−１８０１３８号公報に開示されるような可変容量型圧縮機、即ち傾動可能な斜板が回転軸と一体的に回転すると共に、斜板の回転力がシューを介して片頭ピストンに伝わるような圧縮機に本発明を適用すること。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明では、斜板の回転力をシューを介して片頭ピストンに伝えて片頭ピストンを往復動させる圧縮機における回転軸を電動機で駆動するようにしたので、電動圧縮機を小型にできるという優れた効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２６４９（Ｐ２００１−１８２６４９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６９６９３ |
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