CN101460743B - 流体机械 - Google Patents

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Abstract

一种往复运动式流体机械(2)，活塞(32)在缸孔(40)内往复运动，活塞的侧面(32a)包括：通过覆盖层(66)与缸孔滑动接触的圆筒面部(64)；供活塞环(34)进行安装的环槽部(68)；以及在圆筒面部与环槽部之间形成、以从圆筒面部朝环槽部倾斜的形态从缸孔离开的锥形面部(70)，在锥形面部上形成有从缸孔离开的覆盖层。

Description

流体机械
技术领域
本发明涉及一种活塞、具有该活塞的往复运动式流体机械以及活塞的制造方法，尤其涉及适用于被应用在使用CO2制冷剂的制冷回路中的车辆的空调装置的活塞、具有该活塞的往复运动式流体机械以及活塞的制造方法。
背景技术
近年来，这种往复运动式流体机械正在小型化、轻量化。由此，尤其是被应用在使用CO2制冷剂的制冷回路中的流体机械，其与以往的使用氟利昂类制冷剂的情况相比可减小排出容量，因此，可大幅度缩短活塞的往复运动方向上的长度。然而，在像这样小型化、轻量化时，随着活塞长度的缩短，活塞侧面受到的侧向力增大，活塞侧面或缸孔内表面的磨损加速，导致流体机械的耐久性变差。
因此，例如公开了一种在活塞的侧面上形成特氟隆(日文：テフロン，注册商标)类的覆盖层、并在通过在该覆盖层上将活塞侧面加工成环状而形成的环槽内安装特氟隆类的活塞环来提高缸孔内的活塞的滑动性的技术(参照日本专利特开平10-169557号公报)。
然而，在这样形成覆盖层时，在使用CO2制冷剂的制冷循环中会存在该覆盖层发生剥落的问题。这是因为，在使用CO2制冷剂时，与使用氟利昂类制冷剂(例如R134a)时相比，工作压力要高大致7～大致10倍左右，在活塞的往复运动方向上拉引覆盖层的力增大。
尤其是根据上述公报，由于安装活塞环的环槽部在经形成覆盖层的涂覆工序和将覆盖层均匀地研磨的研磨工序后通过槽加工工序形成，因此环槽部会将覆盖层截断，覆盖层在活塞往复运动时容易以该截断部位为起点发生剥落。一旦像这样覆盖层发生剥落，便会与未形成覆盖层时一样，在活塞侧面或缸孔内表面上产生磨损，使活塞、进而使流体机械的耐久性变差，并不理想。
另一方面，可考虑在环槽部也形成覆盖层。不过，要在环槽部形成覆盖层，就需要在槽加工工序结束后再次设置涂覆工序。另外，为了确保活塞环的安装精度，还需要对环槽部的覆盖层进行研磨。因此，这种情况下不得不大幅度变更活塞的制造工序，需要对活塞生产设备进行改造，成本上升，并不理想。
为了使覆盖层不容易剥落，也可考虑使用涂膜强度高的涂布剂，但涂布剂会导致成本上升，导致流体机械的成本增加，并不理想。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可廉价地防止活塞的覆盖层剥离并可提高其耐久性的活塞、具有该活塞的往复运动式流体机械以及活塞的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的往复运动式流体机械是一种具有在缸孔内往复运动的活塞的往复运动式流体机械，活塞的侧面包括：通过覆盖层与缸孔滑动接触的圆筒面部；供活塞环进行安装的环槽部；以及在圆筒面部与环槽部之间形成、以从圆筒面部朝环槽部倾斜的形态从缸孔离开的锥形面部，在锥形面部上形成有从缸孔离开的覆盖层。
另外，为了实现上述目的，本发明的活塞是一种在缸孔内往复运动的活塞，活塞的侧面包括：通过覆盖层与缸孔滑动接触的圆筒面部；供活塞环进行安装的环槽部；以及在圆筒面部与环槽部之间形成、以从圆筒面部朝环槽部倾斜的形态从缸孔离开的锥形面部，在锥形面部上形成有从缸孔离开的覆盖层。
采用上述活塞和往复运动式流体机械，在活塞的侧面上，锥形面部形成在圆筒面部与环槽部之间，在锥形面部上形成有覆盖层，但该锥形面部以从圆筒面部朝环槽部倾斜的形态从缸孔离开。由此，锥形面部不与缸孔直接接触，可防止该锥形面部上形成的覆盖层剥落，即使不提高涂布剂的涂膜强度，也可廉价地提高往复运动式流体机械和活塞的耐久性。
另外，为了实现上述目的，本发明的活塞的制造方法是一种在缸孔内往复运动的活塞的制造方法，包括：加工形成与缸孔滑动接触的圆筒面部以及以从圆筒面部朝活塞的轴线倾斜的形态从缸孔离开的锥形面部的工序；对圆筒面部涂布覆盖层并对锥形面部涂布从缸孔离开的覆盖层的工序；以及保留具有从缸孔离开的覆盖层的锥形面部的一部分、加工形成供活塞环进行安装的环槽部的工序。
采用上述活塞的制造方法，在活塞的侧面上加工圆筒面部的工序中，对从缸孔离开的锥形面部一并进行加工，与以往相比，不用对在活塞上涂布覆盖层的工序、加工环槽部的工序进行变更。由此，无需对活塞的生产设备进行改造，可更廉价地提高活塞的耐久性。
作为理想的形态，在上述活塞的制造方法中，锥形面部通过切削进行加工。
采用该结构，由于锥形面部通过切削进行加工，因此可利用以往的活塞容易对活塞进行改造成形，可更廉价地提高活塞的耐久性。
作为理想的形态，在上述活塞的制造方法中，锥形面部通过锻造或镦压进行加工。
采用该结构，由于锥形面部通过锻造或镦压进行加工，因此可更廉价地进行活塞的大批量生产，提高活塞的生产效率和耐久性。
作为理想的形态，在上述活塞的制造方法中，锥形面部通过铸造进行加工。
采用该结构，锥形面部通过铸造进行加工，可极为廉价地进行活塞的大批量生产，大幅度提高活塞的生产效率并提高耐久性。
附图说明
图1是表示应用于制冷回路的一实施例的流体机械的纵截面的图。
图2是表示图1的活塞在一次加工阶段的形状的图。
图3是图2的主要部分III的放大图。
图4是表示图1的活塞在涂覆加工和研磨加工阶段的形状的图。
图5是图4的主要部分V的放大图。
图6是将图1的活塞放大表示的、表示槽加工后的形状的图。
图7是图6的主要部分VII的放大图。
具体实施方式
图1中作为一实施形态表示的压缩机2是变容量型斜板式压缩机，例如应用于将CO2用作制冷剂的制冷回路中，作为车辆用空调装置的压缩机使用。该制冷回路具有供作为制冷剂的CO2进行循环的循环路径(未图示)，在循环路径中依次插入有压缩机2、以及均未图示的气体冷却器、膨胀阀、蒸发器。压缩机2将制冷剂压缩后朝气体冷却器送出，由此，制冷剂便在循环路径内循环。
压缩机2的壳体4包括圆筒状的外壳6，外壳6的两端分别开口，在其内周面上嵌合有圆筒状的缸体8。在缸体8的一端通过阀板10连结着缸盖12，在缸体8的另一端隔出了曲柄室14。另外，在外壳6的包围缸体8的区域内，在外端面上形成有朝阀板10侧开口的多个轴向孔16，在各轴向孔16的内周面上攻出了阴螺纹。
在外壳6内配置有转轴18，转轴18以将曲柄室14沿其轴线方向贯穿的形态延伸。转轴18通过轴承20、22可自由旋转地支撑在缸体8和外壳6上。
另外，在曲柄室14内收容有包围转轴18的环状斜板24，斜板24通过倾动单元26安装在转轴18上。因此，斜板24可与转轴18一体地旋转，并可相对于转轴18倾斜运动。倾动单元26包括可与转轴18一体旋转的转子28，转轴18用的轴承22实际上设置在转子28的筒部的外周面与外壳6的内周面之间。
另一方面，在缸体8上，多个缸孔30绕转轴18的轴线同心状形成，在与转轴18平行的各缸孔30内从曲柄室14侧朝缸孔30可滑动地插入着后述的活塞32。在活塞32的圆筒状侧面32a上安装有C字状的活塞环34。另外，在朝曲柄室14内突出的活塞32的端部形成有朝转轴18开口的凹部，在凹部的内表面上形成有球面座。在球面座上分别配置有呈半球状的一对滑履36，这些滑履36可自由滑动地从厚度方向两侧夹持斜板24的外周缘。
缸盖12通过垫圈(未图示)和阀板10与外壳6的轴承20侧的另一端气密固定。具体而言，缸盖12也构成壳体4的一部分，在缸盖12、垫圈和阀板10上与轴向孔16的开口位置对齐地形成有螺栓孔38，缸盖12通过使紧固螺栓40贯穿各螺栓孔38并朝轴向孔16拧入而与外壳6连结。
在缸盖12的外端壁上形成有与上述循环路径连接的吸入端口42和排出端口(未图示)。另外，在缸盖12的内部隔出了与这些吸入端口42和排出端口连通的吸入室44和排出室46，并收容有电磁控制阀(未图示)。电磁控制阀通过其螺线管的接通/断开动作，可对从排出室46延伸至曲柄室14的压力调整流路(未图示)进行开闭。
另外，吸入室44通过吸入簧片阀(未图示)与各缸孔30连通，并通过阀板10上形成的固定节流孔(未图示)与曲柄室14始终连通。排出室46通过由簧片阀阀芯(未图示)和阀按压件48构成的排出簧片阀与各缸孔30连通。
另一方面，转轴18具有从外壳6通过机械密封50突出的一端部52。在该转轴18的一端部52连结着具有带轮54的电磁离合器56，电磁离合器56通过轴承58可自由旋转地支撑在外壳6上。在外壳6的端部从外侧嵌合有环状的垫圈60，电磁离合器56的螺线管62通过该垫圈60与外壳6固定。电磁离合器56通过螺线管62的接通/断开动作，将来自发动机(未图示)等的动力间歇地传递给转轴18。
在电磁离合器56接通动作时，来自发动机等的动力通过电磁离合器56传递给转轴18，转轴18旋转。转轴18的旋转通过斜板24转换成活塞32的往复运动，各活塞32的往复运动实施一连串的工序，包括：将吸入室44内的制冷剂通过吸入簧片阀朝缸孔30吸入的吸入工序、在缸孔30内压缩制冷剂的压缩工序、以及将压缩后的制冷剂通过排出簧片阀朝排出室46排出的排出工序。另外，从压缩机2排出的制冷剂的排出量通过基于上述电磁控制阀的开闭动作对曲柄室14内的压力(背压)进行控制、以此增减活塞32的行程长度来进行调整。
在此，参照图6对上述活塞32进行详细说明，活塞32的侧面32a具有圆筒面部64，在圆筒面部64的大致整个区域内形成有以PTFE(聚四氟乙烯)为主要成分的氟类树脂、即所谓的特氟隆(注册商标)类的覆盖层66。覆盖层66的外周面的外径与缸孔30的内径大致相同，圆筒面部64通过覆盖层66与缸孔30的内表面滑动接触。
另外，沿侧面32a的外周方向刻有环槽部68，在该环槽部68内安装有图1所示的活塞环34。该活塞环34在填埋侧面32a与缸孔30的内表面之间的微小间隙的同时，可提高活塞32的滑动性、缸孔30内的压缩气体的密封性等。
如图7详细所示，在圆筒面部64与环槽部68之间形成有从圆筒面部64朝环槽部68倾斜的锥形面部70。锥形面部70从圆筒面部64以与活塞32的轴线方向成角度Φ的形态倾斜，换言之，锥形面部70在活塞32被插入缸孔30的状态下从缸孔30朝着以与角度Φ相当的规定间隙比例离开的方向延伸。另外，锥形面部70被与圆筒面部64连续的覆盖层66覆盖，该覆盖层66也以与锥形面部70大致相同的间隙比例从缸孔30离开。
下面再参照图2至图5对活塞32的制造工序进行说明。
首先，在图2所示的活塞32的一次加工工序中，形成圆筒面部64和锥形面部70。在形成环槽部68的规定位置上将朝活塞32的轴线倾斜的锥形面部70加工成彼此对置，这些锥形面部70作为与直径比圆筒面部64小的小径圆筒面部72相连的斜面而形成。
具体而言，如图3所示，小径圆筒面部72的直径比圆筒面部64的直径小由上述锥形面部70的倾角Φ确定的规定长度L。该长度L为可在下面说明的涂覆工序中对圆筒面部64、锥形面部70以及小径圆筒面部72同时形成大致均匀厚度的覆盖层66的尺寸，为大致0.2mm左右。另外，这种活塞32的形状可通过对以往的没有锥形面部70的形状的活塞进行切削加工来形成，另一方面，在新制造活塞32时，可通过锻造或镦压来加工形成，理想的是可通过铸造来加工形成。
接着，如图4所示，在活塞32的涂覆工序中，在圆筒面部64、锥形面部70以及小径圆筒面部72上形成连续的大致均匀厚度t0的覆盖层66。通过将覆盖层66以厚度t0均匀地形成，如上所述，锥形面部70的覆盖层66也从缸孔30离开，朝活塞32的轴线倾斜。
接着，进入活塞32的研磨工序，在此，仅在图4的A侧将覆盖层66研磨除去。具体而言，如图5所示，对圆筒面部64和锥形面部70的一部分的覆盖层66进行研磨，直至成为活塞32可相对于缸孔30顺畅滑动的规定厚度t1，形成研磨覆盖部66b。另一方面，锥形面部70的其余部分和小径圆筒面部72的覆盖层66不进行研磨，保持被涂覆的厚度，分别作为沿锥形面部70倾斜的锥形覆盖部66a和相对于研磨覆盖部66b位于活塞32的轴线方向的内侧覆盖部66c保留下来。
接着，再次参照图6、图7，这些图6、图7表示了加工形成活塞32的环槽部68的槽加工工序，在该槽加工工序中，在保留具有覆盖层66的锥形面部70的一部分的情况下形成环槽部68。即，在保留锥形覆盖部66a的一部分的情况下将覆盖层66截断，将包括内侧覆盖部66c在内的小径圆筒面部72除去。此时，对留下的锥形覆盖部66a的一部分即覆盖层66的端缘66d进行倒角，使其相对于圆筒面部64上的覆盖部66b的表面66e位于活塞32的轴线方向。像这样，活塞32在一次加工工序中形成圆筒面部64、锥形面部70、小径圆筒面部72，并在涂覆工序中形成覆盖层66，之后，在研磨工序中对锥形覆盖部66a和内侧覆盖部66c以外的覆盖层66进行研磨，形成研磨覆盖部66b，最后，在槽加工工序中将锥形覆盖部66a截断，将内侧覆盖部66c除去，从而形成环槽68。
如上所述，在本实施形态中，在活塞32上，锥形面部70形成在圆筒面部64与环槽部68之间，该锥形面部70以从圆筒面部64朝环槽部68倾斜的形态从缸孔30离开。另外，覆盖层66也在锥形覆盖部66a处从缸孔30离开，覆盖层66的端缘66d相对于研磨覆盖部66b的表面66e位于活塞32的轴线方向。由此，包括端缘66d在内的锥形覆盖部66a不会与缸孔30直接接触，从而可防止覆盖层66剥落，即使不提高涂布剂的涂膜强度，也可廉价地提高活塞32、进而是压缩机2的耐久性。
另外，由于锥形覆盖部66a不进行研磨，因此比研磨覆盖部66b厚。由此，包括作为覆盖层66的剥离起点的端缘66d在内的锥形覆盖部66a的涂膜强度提高，从而可充分提高活塞32、进而是压缩机2的耐久性。
另外，在活塞32的制造工序中，在活塞32的一次加工工序中对圆筒面部64和锥形面部70一并进行加工。由此，活塞制造中的涂覆工序、槽加工工序与没有锥形面部70的以往的活塞的制造方法、工序相同，从而无需对生产设备进行改造便可更廉价地提高活塞32的耐久性。
另外，在活塞32的锥形面部70通过切削加工来形成时，可利用以往的活塞容易地成形活塞32，可更廉价地提高活塞32的耐久性。
另一方面，在锥形面部70通过锻造或镦压加工来形成时，与切削加工时相比，活塞32可廉价地大批量生产，理想的是采用铸造加工，这种情况下，尽管需要制作金属模具的初期投资，但从长远来看，活塞32可极为廉价地大批量生产，不仅可提高活塞32的耐久性，还可大幅度提高生产效率。
以上便是对本发明一实施形态的说明，但本发明并不局限于上述实施形态，可在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述实施形态中，在保留锥形覆盖部66a的一部分的情况下将覆盖层66截断，并将包括内侧覆盖部66c在内的小径圆筒面部72除去来形成环槽部68，但覆盖层66的端缘66d只要相对于研磨覆盖部66b的表面66e位于活塞32的轴线方向即可，也可保留小径圆筒面部72的一部分。这种情况下，也可防止覆盖层66剥离，获得与上述一样的效果。
另外，在上述实施形态中，作为覆盖层66的材料的涂布剂是以PTFE为主要成分的氟类树脂，但其并不特别限定于此。不过，以PTFE为主要成分的氟类树脂的覆盖层66具有优良的耐磨性，较为理想。
另外，在一实施形态中，将由锥形面部70的倾角Φ确定的规定长度L设成大致0.2mm左右，但该长度L取决于涂布机的性能，若能在涂覆工序中同时形成大致均匀厚度的覆盖层66，则不限定于该数值。
当然，只要是往复运动式流体机械，本发明也可应用于双头的斜板式压缩机、摆动板式压缩机、膨胀机等。

Claims (6)

1.一种具有在缸孔内往复运动的活塞的往复运动式流体机械，其特征在于，
所述活塞的侧面包括：
通过覆盖层与所述缸孔滑动接触的圆筒面部；
供活塞环进行安装的环槽部；以及
在所述圆筒面部与所述环槽部之间形成、以从所述圆筒面部朝所述环槽部倾斜的形态从所述缸孔离开的锥形面部，
在所述锥形面部上形成有与所述覆盖层相连、从所述缸孔离开且比所述覆盖层厚的覆盖层。
2.一种在缸孔内往复运动的活塞，其特征在于，
所述活塞的侧面包括：
通过覆盖层与所述缸孔滑动接触的圆筒面部；
供活塞环进行安装的环槽部；以及
在所述圆筒面部与所述环槽部之间形成、以从所述圆筒面部朝所述环槽部倾斜的形态从所述缸孔离开的锥形面部，
在所述锥形面部上形成有与所述覆盖层相连、从所述缸孔离开且比所述覆盖层厚的覆盖层。
3.一种在缸孔内往复运动的活塞的制造方法，其特作在于，包括：
加工形成与所述缸孔滑动接触的圆筒面部以及以从该圆筒面部朝所述活塞的轴线倾斜的形态从所述缸孔离开的锥形面部的工序；
对所述圆筒面部涂布覆盖层并对所述锥形面部涂布从所述缸孔离开的覆盖层的工序；以及
保留具有从所述缸孔离开的覆盖层的锥形面部的一部分、加工形成供活塞环进行安装的环槽部的工序。
4.如权利要求3所述的活塞的制造方法，其特征在于，所述锥形面部通过切削进行加工。
5.如权利要求3所述的活塞的制造方法，其特征在于，所述锥形面部通过锻造或镦压进行加工。
6.如权利要求3所述的活塞的制造方法，其特征在于，所述锥形面部通过铸造进行加工。
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