(57)【要約】【課題】潤滑油のリターン経路を確保することができる往復動型流体機械を提供する。【解決手段】シリンダブロック(46)の一方側に固定され、その内部に吐出室(66)、吐出室の作動流体と潤滑油とを分離する潤滑油分離装置(72)を有するシリンダヘッド(14)と、シリンダブロックの他方側に向けて延出され、その内部に回転軸(18)と一体的に回転運動する斜板(40)を配置したクランク室(16)を有するケーシング(12)と、シリンダブロックに複数穿設され、斜板の回転運動に伴ってその内部で往復運動するピストン(50)を有するシリンダボア(48)と、潤滑油分離装置から分離された潤滑油をクランク室に戻すリターン経路(80)に配設され、吐出室とクランク室との差圧に応じて開閉される流量制御弁(82)とを具備する。【選択図】図１
2007192154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブプレートを介してシリンダブロックの一方側に固定され、その内部に潤滑油を含む作動流体の吐出室を有するとともに、該吐出室の前記作動流体と前記潤滑油とを分離する潤滑油分離装置を有するシリンダヘッドと、
前記シリンダブロックの他方側に向けて延出され、その内部に回転軸と一体的に回転運動する斜板を配置したクランク室を有するケーシングと、
前記シリンダブロックに対して同心円上に中心を有して複数穿設され、前記斜板の回転運動に伴ってその内部で往復運動するピストンを有するシリンダボアと、
前記潤滑油分離装置から分離された潤滑油を前記クランク室に戻すリターン経路と、
該リターン経路に配設され、前記吐出室と前記クランク室との差圧に応じて開閉される流量制御弁と
を具備することを特徴とする往復動型流体機械。
【請求項２】
前記流量制御弁は、前記クランク室から離間する方向に向けて拡径された弁孔を有する弁本体と、前記弁孔に対して摺動自在に配置され、前記クランク室に向けて縮径された弁体を有する弁部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の往復動型流体機械。
【請求項３】
前記流量制御弁は、前記吐出室内の圧力が前記クランク室内の圧力よりも非常に大きい場合には、前記弁体が前記弁孔を閉じる一方、前記吐出室内の圧力が前記クランク室内の圧力に略等しい場合には、前記弁体が前記弁孔を最大口径で開くことを特徴とする請求項２に記載の往復動型流体機械。
【請求項４】
前記往復動型流体機械は、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍回路の循環経路に介挿されていることを特徴とする請求項１に記載の往復動型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動型流体機械に係り、詳しくは、使用圧力の高い冷媒を用いた往復動型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復動流体機械は、例えば冷凍回路用の圧縮機として用いられており、冷媒を圧縮しているが、この冷媒には通常、潤滑油が含まれている。冷媒中の潤滑油は圧縮機内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する（例えば、特許文献１参照）。しかし、この潤滑油が冷凍回路内を循環する場合には冷凍回路の冷房能力を低下させる要因となる。
【０００３】
このため、吐出室からの圧縮冷媒と潤滑油とを分離する潤滑油分離装置を有し、リターン経路を介して潤滑油をクランク室に戻す圧縮機がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２３１７９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１は吐出室とクランク室とを接続する制御弁を有し、この制御弁の開閉に応じて吐出室内の潤滑油をクランク室に戻す圧縮機である。具体的には、クランク室への潤滑油の戻り量は制御弁の開閉動作に依存しており、潤滑油は制御弁の開弁時に圧縮冷媒とともにクランク室に戻されるので、仮に低速高負荷時の如く制御弁の全閉状態が長く続く場合には、潤滑油がクランク室に戻らないとの問題がある。
【０００５】
一方、上記特許文献２に記載の潤滑油分離装置を有する圧縮機の場合には、制御弁の開閉動作に依存しない。しかしながら、自然系のＣＯ２（炭酸）ガスを冷媒として用いた場合にはやはり問題が生ずることになる。すなわち、この場合のリターン経路にはフィルタや、クランク室への戻り量を規定するオリフィスを有しており、これらフィルタやオリフィスの目詰まりが生じ、潤滑油がクランク室に戻り難くなるとの問題がある。ＣＯ２冷媒の作動領域は高圧側にて超臨界領域で使用されており、この使用圧力はフロン冷媒に比して高くなるので、フィルタやオリフィスの径を極端に小さくしなければならないからである。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、潤滑油のリターン経路を確保することができる往復動型流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成すべく、請求項１記載の往復動型流体機械は、バルブプレートを介してシリンダブロックの一方側に固定され、その内部に潤滑油を含む作動流体の吐出室を有するとともに、吐出室の作動流体と潤滑油とを分離する潤滑油分離装置を有するシリンダヘッドと、シリンダブロックの他方側に向けて延出され、その内部に回転軸と一体的に回転運動する斜板を配置したクランク室を有するケーシングと、シリンダブロックに対して同心円上に中心を有して複数穿設され、斜板の回転運動に伴ってその内部で往復運動するピストンを有するシリンダボアと、潤滑油分離装置から分離された潤滑油をクランク室に戻すリターン経路と、リターン経路に配設され、吐出室とクランク室との差圧に応じて開閉される流量制御弁とを具備することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、流量制御弁は、クランク室から離間する方向に向けて拡径された弁孔を有する弁本体と、弁孔に対して摺動自在に配置され、クランク室に向けて縮径された弁体を有する弁部材とを含むことを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、流量制御弁は、吐出室内の圧力がクランク室内の圧力よりも非常に大きい場合には、弁体が弁孔を閉じる一方、吐出室内の圧力がクランク室内の圧力に略等しい場合には、弁体が弁孔を最大口径で開くことを特徴としている。
【０００９】
更にまた、請求項４記載の発明では、往復動型流体機械は、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍回路の循環経路に介挿されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
従って、請求項１記載の本発明の往復動型流体機械によれば、分離された潤滑油をクランク室に戻すリターン経路には、潤滑油専用の制御弁が配設されている。よって、従来の如く圧縮冷媒とともに戻す制御弁を設ける或いはオリフィス等の径を極端に小さくすることなく、リターン経路が確保可能となり、クランク室への潤滑油の戻り量が確保される。
また、請求項２や請求項３記載の発明によれば、弁本体がクランク室から離間する方向に向けて拡径された弁孔を有し、弁部材がクランク室に向けて縮径された弁体を有しており、吐出室内の圧力とクランク室内の圧力との差圧に応じて、これら弁孔と弁体との当接長さ、つまり、弁孔の開口径が変えられる。この結果、吐出圧力とクランク圧力との差圧の大きさの影響を従来に比して受け難くなり、クランク室への戻り量の一定化が図られる。
【００１１】
更に、請求項４記載の発明によれば、使用圧力が高いＣＯ２冷媒を用いても、クランク室への潤滑油の戻り量が確保される。また、ＣＯ２冷媒を用いれば、環境負荷の軽減に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態はＣＯ２冷媒を用いた斜板式の可変容量型圧縮機（往復動型流体機械）４に適用されており、当該圧縮機４は車両用空調装置の冷凍回路の一機器として構成される。詳しくは、この冷凍回路には圧縮機４、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が順次介挿されている。上記冷媒は潤滑油を含み、この潤滑油は圧縮機４内の軸受や種々の摺動面を潤滑する他、摺動面のシールする機能をも発揮する。
【００１３】
この圧縮機４はフロントハウジング（ケーシング）１２を備え、このフロントハウジング１２の後方側にはシリンダヘッド１４が接合されており、これらフロントハウジング１２とシリンダヘッド１４とは、ボルト孔６７に挿入された複数のボルト６８により結合されている。
より具体的には、フロントハウジング１２はシリンダヘッド１４に向けて大径となる筒形状をなし、それぞれ開口した両端を有しており、フロントハウジング１２内にはクランク室１６が形成されている。クランク室１６内にはシャフト（回転軸）１８が配置されている。このシャフト１８は段付き形状なし、その一端側がフロントハウジング１２から突出し、その突出端には駆動ディスク２０がナット２２を介して取り付けられている。詳しくは、この駆動ディスク２０は電磁クラッチ２４を介して駆動プーリ２６に連結可能に配置されており、駆動プーリ２６は軸受２８を介してフロントハウジング１２に回転自在に支持されている。
【００１４】
そして、電磁クラッチ２４がＯＮ作動されたときには、電磁クラッチ２４は駆動プーリ２６と駆動ディスク２０とを一体的に連結し、シャフト１８を駆動プーリ２６とともに一方向に回転させる。これに対し、電磁クラッチ２４がＯＦＦ作動されたときには、電磁クラッチ２４は駆動プーリ２６と駆動ディスク２０との間の連結を解除し、駆動プーリ２６からシャフト１８への動力の伝達を断つ。
【００１５】
シャフト１８は軸受３０，３２を介してフロントハウジング１２内に回転自在に支持されている。また、フロントハウジング１２内において、シャフト１８の一端側と軸受３０との間にはリップシール３４が配置され、リップシール３４はクランク室１６を気密に区画している。更に、シャフト１８には円盤状のロータ３６が固定され、ロータ３６の背面側には軸受３８が配置されている。シャフト１８には、このシャフト１８の回転を斜板４０に伝達するアーム４２が固定されており、これらロータ３６とアーム４２とはヒンジ４４を介して連結されている。そして、上述した斜板４０はシャフト１８の回転軸線に直交する仮想面に対して傾斜可能に構成され、斜板４０はシャフト１８の外側で揺動する。
【００１６】
フロントハウジング１２内にはシリンダブロック４６が配設されている。なお、このシリンダブロック４６はフロントハウジング１２に一体的に構成されても良い。また、シリンダブロック４６には、シャフト１８を中心とした周方向に所定間隔を存して複数のシリンダボア４８が配設され、各シリンダボア４８内にはピストン５０が収容されている。ピストン５０はシリンダボア４８から突出したテールを有し、このテールに斜板４０の外周縁を挟む一対のシュー５２が保持されている。そして、斜板４０はその回転時にシュー５２の内面に摺接される。
【００１７】
これにより、駆動プーリ２６の回転がシャフト１８に伝達されると、シャフト１８はアーム４２を介して斜板４０を回転させる。斜板４０の回転運動は、シュー５２を介してピストン５０の往復動に変換される。一方、斜板４０の傾斜角が変更されると、ピストン５０のストローク量が変更され、ひいては圧縮機４の吐出容量が調整される。
シリンダヘッド１４はフロントハウジング１２に向けて開口したカップ形状をなし、その開口端がバルブプレート５８を介してシリンダブロック４６やフロントハウジング１２に気密に連結されている。シリンダヘッド１４内には冷媒の吸入室６４と吐出室６６とが形成され、吸入室６４は吐出室６６の周囲に配置されている。吸入室６４は、バルブプレート５８の吸入孔を介して各シリンダボア４８に連通することができ、この吸入孔はシリンダボア４８側から開閉される吸入リード弁（図示しない）により開閉される。また、クランク室１６と吸入室６４とは、シリンダヘッド１４、バルブプレート５８やシリンダブロック４６に穿設された通路７０を介して常時連通されている。この通路７０はその途中に固定絞りを有し、クランク室１６内の圧力を吸入室６４側に向けて徐々に逃がすことができる。
【００１８】
一方、吐出室６６はバルブプレート５８の吐出孔を介して各シリンダボア４８に連通し、この吐出孔は吐出リード弁（図示しない）により開閉される。この吐出リード弁は弁押さえ６３とともに吐出室６６側にボルトで取り付けられている。また、吐出室６６とクランク室１６とは通路（図示しない）を介して連通されており、この通路は電磁制御弁（図示しない）によって開閉可能に構成されている。これにより、上記吐出容量が調整され、蒸発器からの吹き出し温度が一定に制御される。
【００１９】
また図示されていないが、シリンダヘッド１４の周壁には吸入口及び吐出口が形成されており、吸入口は蒸発器に接続されているとともに、吸入室６４に連通されている。一方、吐出口は潤滑油分離装置７２を介して吐出室６６に連通されているとともに、ガスクーラに接続されている。
具体的には、この潤滑油分離装置７２は吐出室６６と吐出口との間に配設されている。この潤滑油分離装置７２は分離室７８を有し、この分離室７８には分離管７６が上方から圧入固定されている。そして、分離室７８の内周面と分離管７６の外周面との間には環状の空間が形成され、シリンダヘッド１４の適宜位置には吐出室６６とこの環状の空間とを連通させる冷媒噴出孔７４が形成されている。更に、分離室７８の下方には貯油室７９が形成されており、この貯油室７９とクランク室１６とはリターン経路８０を介して連通されている。
【００２０】
本実施形態のリターン経路８０は、シリンダヘッド１４に配設されたオイル流量制御弁（流量制御弁）８２と、バルブプレート５８及びシリンダブロック４６に穿設されたブロック連通路９６とから構成され、潤滑油分離装置７２にて分離された潤滑油をクランク室１６に戻している。
このオイル流量制御弁８２は、吐出室６６に連通する貯油室７９とクランク室１６との差圧に応じて開閉され、図２に示されているように、シリンダヘッド１４に配設された弁ハウジング８４と、弁ハウジング８４内に配設された弁本体８７及び弁部材９０と、これら弁本体８７と弁部材９０との間に挟持されたスプリング９４とから構成されている。
【００２１】
より詳しくは、弁ハウジング８４は、その両端に開口を有する筒状に形成され、貯油室７９に対峙した端部にはストッパ８５を有し、このストッパ８５の内側が弁部材９０の移動範囲を規制している。また、ストッパ８５の内周側には導入口８６が形成され、貯油室７９内の潤滑油がクランク室１６に向けて導入される。
弁本体８７は、弁ハウジング８４に一体的に固定されており、その中央部分に拡径弁孔（弁孔）８８を有している。拡径弁孔８８は、ブロック連通路９６に連通し、シリンダブロック４６側からシリンダヘッド１４側に向けて、つまり、クランク室１６から離間する方向に向けて緩やかに拡径されている。また、弁本体８７は外周端位置にフランジ部８９を有し、このフランジ部８９はスプリング９４のばね座として機能する。
【００２２】
一方、弁部材９０は、弁ハウジング８４内に移動可能に配置されており、その中央部分に縮径弁体（弁体）９１を有している。縮径弁体９１は、シリンダヘッド１４側からシリンダブロック４６側に向けて、つまり、クランク室１６に向けて緩やかに縮径され、拡径弁孔８８に対して摺動自在に配置されている。また、弁部材９０は外周端位置にフランジ部９２を有し、このフランジ部９２もスプリング９４のばね座として機能する。更に、フランジ部９２の適宜位置には環状の導入孔９３が穿設され、導入口８６に連通している。
【００２３】
また、各フランジ部８９,９２の間には狭持されたスプリング９４は、弁ハウジング８４内にて弁本体８７と弁部材９０とを離間させる方向に付勢している。
上述した圧縮機４では電磁クラッチ２４がＯＮ作動されると、シャフト１８は、外部からの動力が電磁クラッチ２４を介して伝達されて回転する。このシャフト１８の回転は斜板４０を介してピストン５０の往復運動に変換され、各ピストン５０の往復運動は、吸入室６４内の冷媒が吸入リード弁を介してシリンダボア４８に吸入される吸入工程と、シリンダボア４８内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒が吐出リード弁を介して吐出室６６に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスを実施する。なお、この冷媒の吐出容量は、電磁制御弁の開閉作動によってクランク室１６内の圧力を制御し、ピストン５０のストローク長を増減させることにより調整される。
【００２４】
吐出室６６内の圧縮された冷媒は、冷媒噴出孔７４を通過して分離室７８に流入し、分離管７６の外周面を旋回しながら下降する。この過程にて、圧縮された冷媒は分離管７６内を通じて上昇して吐出口に至り、この吐出口７６からガスクーラに向けて送出される。これに対し、圧縮された冷媒中の潤滑油は遠心分離の原理に基づいて冷媒から分離され、分離室７８の内周面を伝って流下し、潤滑油は貯油室７９に導かれて蓄えられる。
【００２５】
ここで、貯油室７９は分離室７８を介して吐出室６６に常時連通した状態にあり、貯油室７９内の潤滑油は、貯油室側７９とクランク室側１６との間の圧力差に基づいてオイル流量制御弁８２が作動することにより、リターン経路８０を通じてクランク室１６に向けて戻される。詳しくは、吐出圧力Ｐｄがクランク圧力Ｐｃよりも非常に大きい場合には、図２に示されるように、縮径弁体９１がスプリング９４の付勢力に抗してクランク室１６側に向けて移動する。これにより、縮径弁体９１と拡径弁孔８８との隙間が最小となり、拡径弁孔８８が閉じられてクランク室１６への潤滑油の戻り量が増加しなくなる。
【００２６】
一方、吐出圧力Ｐｄがクランク圧力Ｐｃよりも若干大きい場合には、縮径弁体９１がスプリング９４の付勢力によってクランク室１６から離間する方向に向けて移動する。これにより、縮径弁体９１と拡径弁孔８８との隙間が生じ、拡径弁孔８８が若干開かれることから、貯油室７９内の潤滑油は、導入口８６、導入孔９３及びブロック連通路９６を介してクランク室１６に達し、軸受３０、３２等の潤滑に供される。
【００２７】
更に、吐出圧力Ｐｄがクランク圧力Ｐｃに略等しい場合には、図３に示されるように、縮径弁体９１がスプリング９４の付勢力によってクランク室１６から最も離間する方向に向けて移動する。これにより、縮径弁体９１と拡径弁孔８８との隙間が最も大きくなって拡径弁孔８８が最大口径で開かれる。この結果、クランク室１６への戻り量が最大量になり、貯油室７９内の潤滑油は軸受３０、３２等の潤滑に最も供される。
【００２８】
以上のように、本発明によれば、分離された潤滑油をクランク室１６に戻すリターン経路８０には、潤滑油専用のオイル流量制御弁８２が配設されている。よって、従来の如く圧縮冷媒とともに戻す制御弁を設ける或いはオリフィス等の径を極端に小さくすることなく、リターン経路８０が確保可能となり、クランク室１６への潤滑油の戻り量が確保される。
【００２９】
また、弁本体８７がクランク室１６から離間する方向に向けて拡径された拡径弁孔８８を有し、弁部材９０がクランク室１６に向けて縮径された縮径弁体９１を有しており、吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧に応じて、これら拡径弁孔８８と縮径弁体９１との当接長さ、すなわち、拡径弁孔８８の開口径が変更される。この結果、吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧の大きさの影響を従来に比して受け難くなり、クランク室１６への戻り量の一定化が図られる。
【００３０】
更に、使用圧力が高いＣＯ２冷媒を用いても、クランク室１６への潤滑油の戻り量が確保されるし、ＣＯ２冷媒を用いれば、環境負荷の軽減に大きく貢献する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、オイル流量制御弁８２は上述したシリンダヘッド１４の他、シリンダブロック４６に配設されていても良く、また、オイル流量制御弁８２は吐出圧力Ｐｄ等を検出して開閉される電磁制御弁であっても良い。これらの場合にも上記と同様に、潤滑油のリターン経路を確保するとの効果を奏する。
【００３１】
また、本発明の往復動型流体機械は、固定容量型の圧縮機や膨張機にも同様に適用できることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る往復動型流体機械の縦断面図である。
【図２】図１のオイル流量制御弁の閉弁時を示す図である。
【図３】図１のオイル流量制御弁の開弁時を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
４  圧縮機（往復動型流体機械）
１２  フロントハウジング（ケーシング）
１４  シリンダヘッド
１６  クランク室
１８  シャフト（回転軸）
４０  斜板
４６  シリンダブロック
４８  シリンダボア
５０  ピストン
５８  バルブプレート
６６  吐出室
７２  潤滑油分離装置
８０  リターン経路
８２  オイル流量制御弁（流量制御弁）
８７  弁本体
８８  拡径弁孔（弁孔）
９０  弁部材
９１  縮径弁体（弁体）
【図１】
2007192154.tif 000003
【図２】
2007192154.tif 000004
【図３】
2007192154.tif 000005