JP2000274350A

JP2000274350A - 斜板式圧縮機

Info

Publication number: JP2000274350A
Application number: JP11078414A
Authority: JP
Inventors: Fuminobu Enoshima; 史修榎島; Takayuki Kato; 崇行加藤; Masato Takamatsu; 正人高松; Masahiro Yokota; 政博横田
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-03
Also published as: EP1039128A2

Abstract

(57)【要約】【課題】片頭ピストンの軽量化を図るとともに、シリン
ダボアとの円滑な摺動性を確保する。【解決手段】片頭ピストン１１は、シリンダボア２ａに
嵌合される頭部１１ｂと、該頭部１１ｂの下方側から首
部１１ａに向けて延びるサイドフォースの受圧壁１１ｃ
₁と、該頭部１１ｂの上方側から同じく首部１１ａに向
けて延びる案内壁１１ｃ₂とを有し、該首部１１ａと少
なくともサイドフォースの受圧壁１１ｃ₁とはリブ１１
ｄによって橋絡されている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜板式圧縮機に係
り、詳しくは、駆動軸と共に回転する斜板に一対のシュ
ーを介して連係した片頭ピストンが、シリンダボア内を
直動することによってガス圧縮を行うようにした斜板式
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に車両空調用に供される斜板式圧縮
機は、斜板がクランク室内で駆動軸に装着され、駆動軸
と共動する斜板の回転がシリンダボアに挿嵌された片頭
ピストンの往復直線運動に変換される。そして外部冷凍
回路から帰還した冷媒ガスは、片頭ピストンの直動に伴
って吸入室からシリンダボア内に吸入され、圧縮された
のち吐出室に吐出される。すなわち、かかる斜板式圧縮
機は、このようにクランク室を経由することなく帰還冷
媒が直接シリンダボアへ導入される構成であるため、ク
ランク室内に配置されている各摺動部品の潤滑は、主と
してブローガスと共にクランク室に供給される潤滑油に
依存している。

【０００３】この種の圧縮機は、その多くが可変容量型
式であり、単に車両搭載用のための軽量化に加えて、片
頭ピストンにはあくなき減量が求められる。何故ならば
片頭ピストンの質量が大きいほど高速回転時の容量制御
性が悪化するからである。すなわちピストンの質量が大
きいと吸入行程から圧縮行程への切換え時に、大きなピ
ストン慣性力が斜板傾角を増大する向きに作用し、クラ
ンク室圧の調整にもかかわらず、本来落着くべき容量位
置を通り越し、容量が不安定となってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、片頭ピスト
ンの軽量化を目的として、これを中空状に形成するとい
った提案も散見されるが、いずれも二つの部材を溶接す
るといった工程を必要とすることから、製作コストの高
騰を免れない。一方、特開平９ー２０３３７８号公報開
示のピストンは、ピストンの本体部に斜板の回転方向に
沿って貫通する貫通部を形成することにより軽量化を図
っているが、この貫通部によって形成されるとくに駆動
軸心に近い側に位置する摺動面は、それほどサイドフォ
ースが集中しない余剰領域をも含んで形成されているた
め、到底究極的な減量とはいい難い。

【０００５】本発明は、軽量、かつ製作が容易なばかり
でなく、片頭ピストンの円滑な摺動性をも確保すること
を解決すべき技術課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の発明に係る斜板式圧縮機は、駆動軸に傾動可
能に支持された斜板の両面を、片頭ピストンの首部に配
設されたシューを介して挟持し、斜板の回転運動をシリ
ンダボア内に挿嵌された片頭ピストンの往復直線運動に
変換するとともに、片頭ピストンに対抗的に作用する圧
力差を調整してピストンストロークを変化させるように
構成した斜板式圧縮機において、上記片頭ピストンは、
上記シリンダボアに嵌合される頭部と、該頭部の下方側
から上記首部に向けて延びるサイドフォースの受圧壁
と、該頭部の上方側から同じく首部に向けて延びる案内
壁とを有し、該首部と少なくとも上記サイドフォースの
受圧壁とはリブによって橋絡されていることを特徴とし
ている。

【０００７】すなわち、本発明圧縮機に用いられる片頭
ピストンは、首部と頭部との間が、サイドフォースの受
圧壁、案内壁及びリブを除き、大きく開放されているの
で、まさに究極ともいえる減量が達成できる。一方、斜
板とシューとの摺接界面から飛散した潤滑油粒は、この
ような開放空域を経てシリンダボア内へ有効に供給され
るので、ピストンの円滑な摺動も確実に保証される。

【０００８】さらに請求項２記載の発明のように、上記
サイドフォースの受圧壁を、斜板の回転方向先行側に偏
在して傾設したものでは、斜板とシューとの摺接界面か
ら飛散したのち、遠心力の影響を受けて流動する潤滑油
粒が、これと同調する向きに斜傾した受圧壁の内面によ
り巧みに誘導されるので、一層潤沢な給油が可能とな
る。なお、頭部の上方側及び下方側なる表現は、駆動軸
心の直上に位置したシリンダボア内のピストン姿勢を基
準としている。

【０００９】

【発明の実施形態】以下、本発明を具体化した斜板式圧
縮機の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図
１に示すように、フロントハウジング１は、シリンダブ
ロック２の前端面に接合されている。リヤハウジング３
は、バルブプレ−ト４を介してシリンダブロック２の後
端面に接合されている。フロントハウジング１、シリン
ダブロック２及びリヤハウジング３は、圧縮機の外郭部
材を構成している。吸入室３ａ及び吐出室３ｂは、リヤ
ハウジング３とバルブプレ−ト４との間に形成されてい
る。外部冷凍回路（図示しない）からの冷媒ガスは、導
入口３ｃを介して吸入室３ａに直接導入される。

【００１０】バルブプレ−ト４は、吸入ポート４ａ、吸
入弁４ｂ、吐出ポート４ｃ及び吐出弁４ｄを有してい
る。クランク室５は、フロントハウジング１とシリンダ
ブロック２との間に形成されている。駆動軸６は、一対
のベアリング７を介してフロントハウジング１及びシリ
ンダブロック２に回転可能に支持され、クランク室５内
を貫通している。支持孔２ｂはシリンダブロック２の中
心部に形成されている。駆動軸６の後端は支持孔２ｂ内
に挿入され、ベアリング７を介して支持孔２ｂの内周面
によって支持されている。

【００１１】ラグプレ−ト８は駆動軸６に固定されてい
る。斜板９はクランク室５内において駆動軸６にその軸
心Ｌ方向へスライド可能かつ傾動可能に支持されてい
る。斜板９はヒンジ機構１０を介してラグプレ−ト８に
連結されている。ヒンジ機構１０は、ラグプレ−ト８に
形成された支持アーム１９と、斜板９に形成された一対
のガイドピン２０とより構成されている。ガイドピン２
０は、支持アーム１９に形成された一対のガイド孔１９
ａにスライド可能に嵌入されている。ヒンジ機構１０
は、斜板９を駆動軸６と一体的に回転させるとともに、
斜板９の軸心Ｌ方向への移動及び傾動を案内する。

【００１２】複数のシリンダボア２ａは、駆動軸６の周
囲においてシリンダブロック２に形成され、駆動軸６の
軸心Ｌ方向に沿って延びている。片頭ピストン（以下、
単にピストンという）１１は、シリンダボア２ａ内に収
容されている。ピストン１１の首部１１ａには溝１６が
形成され、その互いに対向する内壁面には、一対のシュ
ー１２の半球部が相対的に摺動可能に嵌められている。
斜板９は両シュー１２の平面部にて摺動可能に挟持され
ている。斜板９の回転運動はシュー１２を介してピスト
ン１１の往復直線運動に変換され、ピストン１１はシリ
ンダボア２ａ内を前後に往復動する。ピストン１１が上
死点から下死点へ移動する吸入行程のときに、吸入室３
ａ内の冷媒ガスが吸入ポート４ａから吸入弁４ｂを押し
開いてシリンダボア２ａ内へ流入する。ピストン１１が
下死点から上死点へ移動する圧縮行程のときに、シリン
ダボア２ａ内の冷媒ガスが圧縮されて、吐出ポート４ｃ
から吐出弁４ｄを押し開いて吐出室３ｂに吐出される。

【００１３】スラストベアリング２１は、ラグプレ−ト
８とフロントハウジング１との間に配置されている。冷
媒ガスの圧縮に伴い、ピストン１１には圧縮反力が作用
する。この圧縮反力は、ピストン１１、斜板９、ラグプ
レ−ト８及びスラストベアリング２１を介してフロント
ハウジング１で受け止められる。図２から明らかなよう
に、ピストン１１の首部１１ａには回り止め部２２が一
体的に形成されている。回り止め部２２は、フロントハ
ウジング１の内周面とほぼ同一径の周面を有しているた
め、ピストン１１が軸心を中心とした回転力を受けたと
しても、フロントハウジング１の内周面との接触により
ピストン１１の回転を防止する。

【００１４】図１に示すように、給気通路１３は、吐出
室３ｂとクランク室５とを接続している。電磁バルブ１
４はリヤハウジング３に取り付けられ、給気通路１３の
途中に配置されている。電磁バルブ１４のソレノイド１
４ａが励磁されると、弁体１４ｂが弁孔１４ｃを閉鎖
し、ソレノイド１４ａが消磁されると、弁体１４ｂが弁
孔１４ｃを開放する。

【００１５】抽気通路６ａは駆動軸６内に形成されてい
る。抽気通路６ａは、クランク室５に開口する入口と、
支持孔２ｂの内部に開口する出口とを有している。抽気
孔２ｃは、支持孔２ｂの内部と吸入室３ａとを接続して
いる。ソレノイド１４ａの励磁により給気通路１３が閉
鎖された状態では、吐出室３ｂ内の高圧の冷媒ガスがク
ランク室５へ供給されない。この状態では、クランク室
５内の冷媒ガスが、抽気通路６ａ及び抽気孔２ｃを介し
て吸入室３ａへ流出するばかりであり、クランク室５内
の圧力は吸入室３ａ内の低い圧力に近づいていく。この
ため、クランク室５内の圧力が小さくなり、図１に示す
ように、斜板９の傾角が最大となって、圧縮機の吐出容
量が最大となる。

【００１６】ソレノイド１４ａの消磁により給気通路１
３が開放された状態では、吐出室３ｂ内の高圧の冷媒ガ
スがクランク室５へ供給され、クランク室５内の圧力が
上昇する。そのため、クランク室５内の圧力が大きくな
り、ついには斜板９の傾角が最小となって、圧縮機の吐
出容量が最小となる。斜板９は、斜板９の前面に形成さ
れたストッパ９ａがラグプレ−ト８に当接することによ
って、予め定められた最大傾角を越えて傾斜しないよう
に規制され、一方、駆動軸６に装着されたリング１５に
当接することによって、その最小傾角が規制される。

【００１７】このように、ソレノイド１４ａの励磁又は
消磁により給気通路１３の閉鎖又は開放が行われて、ク
ランク室５内の圧力が調整される。クランク室５内の圧
力が変化すると、斜板９の傾角が変化し、この斜板９の
傾角の変化に伴いピストンストロークが変化して、圧縮
機の吐出容量が調整される。電磁バルブ１４のソレノイ
ド１４ａは、コントローラ（図示しない）の制御によ
り、冷房負荷等の情報に応じて選択的に励磁又は消磁さ
れる。つまり、圧縮機の吐出容量は冷房負荷に応じて調
整される。

【００１８】なお、シリンダボア２ａを有するシリンダ
ブロック２及びピストン１１にはアルミニウム合金、好
適には過共晶アルミニウム珪素合金が使用され、ピスト
ン１１の外周面には同種金属との直接接触を回避し、か
つシリンダボア２ａとの嵌合細隙を可及的に狭く調整す
るフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）の被膜が形成されている。さ
らにピストン１１は、容量制御性を向上させるための軽
量化と、シリンダボア２ａに対する潤滑性の確保を図る
ため、以下に詳述する特徴的な構成を備えている。

【００１９】図２〜図５に示すピストン１１は、上記シ
リンダボア２ａに嵌合する頭部１１ｂと、該頭部１１ｂ
の下方側、詳しくは斜板の回転方向（Ｒ）先行側に偏在
した位置から上記首部１１ａに向けて延びるサイドフォ
ースの受圧壁（以下、単に受圧壁という）１１ｃ₁と、
該頭部１１ｂの上方側から同じく首部１１ａに向けて延
びる案内壁１１ｃ₂とを有し、上記首部１１ａと受圧壁
１１ｃ₁及び案内壁１１ｃ₂とは、それぞれリブ１１
ｄ₁、１１ｄ₂によって橋絡されている。つまりピストン
１１の首部１１ａと頭部１１ｂとの間は、これら受圧壁
１１ｃ₁、案内壁１１ｃ₂及びリブ１１ｄ₁、１１ｄ₂を除
いて大きく開放１７されている。なお、圧縮機が停止し
た際、次の起動に備えて斜板９が図示しないばねの付勢
力によってさらに小容量に近い姿勢に移行しようとする
が、このとき上記案内壁１１ｃ₂が、斜板９に連動して
シリンダボア２ａ内に進動しようとするピストン１１の
こじれを有効に防止する。

【００２０】ここでピストン１１に作用するサイドフォ
ースについて考察すると、ピストン１１はその往復動中
に圧縮反力や自身の慣性力に起因して、シリンダボア２
ａの内周面から反力（サイドフォース）を受ける。詳し
くは、図３及び図４に示すように、ピストン１１が上死
点近傍にあるとき、ピストン１１に作用する圧縮反力が
最も大きくなる。この圧縮反力及びピストン１１の慣性
力は、斜板９に対して作用する。ピストン１１は、駆動
軸６の軸心Ｌと直交する面に対して傾斜している斜板９
から、圧縮反力と慣性力との合力Ｆ ₀に応じた大きな反
力Ｆ_Sを受ける。この反力Ｆ_Sは、斜板９の傾斜角度に
従って、ピストン１１の移動方向い沿った分力ｆ₁と、
駆動軸６の軸心Ｌに向かう分力ｆ₂とに分解される。ま
た、図４から明らかなように、斜板９の回転Ｒにより同
様の分力ｆ₃が発生することが分かる。これらの分力
ｆ₂、ｆ₃はピストン１１をシリンダボア２ａの軸心に対
し傾動させる力となり、ピストン１１のとくに斜板９の
回転方向（Ｒ）先行側に偏在した受圧壁１１ｃ₁は、シ
リンダボア２ａの開口部近傍の内周面から分力ｆ₂、ｆ₃
に応じた大きな反力（サイドフォース）Ｆａを受ける。

【００２１】ピストン１１に対してサイドフォースＦａ
が作用する位置は、ピストン１１の移動に従い変化す
る。以下にその状況を詳しく説明する。図６は、斜板９
の回転角度（ピストン１１の移動位置）と、ピストン１
１に作用するサイドフォースＦａの大きさとの関係を示
すグラフであり、このグラフでは、ピストン１１が上死
点にあるときの斜板９の回転角度を０°としている。サ
イドフォースＦａは、駆動軸６の回転Ｒと同方向にピス
トン全周に順次作用する。

【００２２】一方、図７はサイドフォースＦａの大きい
部分が集中する位相を示す説明図であり、同図は、ピス
トン１１を駆動軸６の回転方向Ｒが時計廻りとなる側か
ら見た状態で（この図ではピストン１１をその首部１１
ａ側から見ている）、駆動軸６の軸心Ｌとピストン１１
の軸心とを通る直線Ｍを仮想的に設け、この直線Ｍとピ
ストン１１の周面との交点Ｐ１、Ｐ２のうち、駆動軸６
の軸心Ｌから遠い方の点Ｐ１を１２時の位置としてい
る。

【００２３】ピストン１１が上死点に位置する状態か
ら、斜板９が矢印Ｒ方向に９０°回転するまでの間に
は、シリンダボア２ａ内に残留する圧縮冷媒ガスが、ピ
ストン１１の上死点から下死点への移動に伴い再膨張
し、再膨張が終了した後は、シリンダボア２ａ内への冷
媒ガスの吸入が開始されている。この状態では、斜板９
には圧縮反力が作用しておらず、斜板９に作用する力Ｆ
₀はピストン１１の慣性力が殆どである。従って、この
状態でもピストン１１は斜板９から主に慣性力に基づく
反力Ｆ_Sを受けるが、実際にはこの状態になったときの
斜板９に作用する力Ｆ₀がほぼ０になるので、ピストン
１１にはサイドフォースＦａが殆ど作用しない。

【００２４】０°から９０°までに斜板９が回転する間
に、サイドフォースＦａが負の値になることがある。こ
れは上述した各力の向きが逆方向になることを意味して
いる。斜板９が矢印Ｒ方向に更に９０°回転してピスト
ン１１が下死点に位置する状態になると、１２時の位置
にもサイドフォースが作用するが、その大きさは図３の
場合に比し、極めて小さい。

【００２５】そして、斜板９の回転角度が２７０°から
３６０°に向かう間の圧縮行程の末期にピストン１１に
作用するサイドフォースＦａが最も大きくなる。この最
も大きなサイドフォースＦａを受ける位置は、図６に示
すようにほぼ４〜６時の範囲Ｔ’である。従って、図５
（ａ）においても４〜６時の範囲を結ぶ線の範囲の周面
でよいことになるが、強度を考慮して受圧周面Ｔの範囲
は３〜７時の辺りまで広げられている。しかし強度の許
す範囲で前記周面Ｔ’に近づけることが望ましい。

【００２６】要するに、この受圧周面Ｔを必要最小限の
肉厚をもって強度的に補完したのが上記受圧壁１１ｃ₁
である。とくにこの受圧壁１１ｃ₁は、余剰肉部を極力
排除することにより、実質的に斜傾した上弦月状の保肉
部に形成されて、究極的ともいえる減量が施されてい
る。しかも該受圧壁１１ｃ₁の内面は、斜板９の回転に
より斜板９とシュー１２との摺接界面から飛散し、さら
に遠心力の影響を受ける潤滑油粒の流動方向Ｑと同調す
る向きに斜傾されており、シリンダボア２ａに対して一
層円滑な給油を行うことができる。

【００２７】なお、上述の実施形態は、ピストン１１の
首部１１ａと、受圧壁１１ｃ₁及び案内壁１１ｃ₂とが
リブ１１ｄ₁、１１ｄ₂によって橋絡されているが、図
８に示すピストン１１Ａのように、強度上の配慮によっ
ては下方のリブ１１ｄ₁のみの橋絡によっても十分実用
化が可能であり、さらなる軽量化が期待できる。また、
冷媒ガスの種類や圧縮機の圧力条件の選択などに伴っ
て、ピストン頭部にブローバイガス量を調整するための
ピストンリングを装着したり、ピストンの摺動性向上の
ための油溝を刻設することも勿論可能である。さらに、
斜板９の回転方向が反転した態様で実施する場合は、上
記周面Ｔ’が当然に６〜８時の範囲に移転することは改
めて説明するまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明圧縮機に
使用されるピストンは、首部と頭部との間が、サイドフ
ォースの受圧壁、案内壁及びリブを除いて大きく開放さ
れているので、まさに究極ともいえる減量が達成でき
る。一方、斜板とシューとが摺接界面から飛散した潤滑
油粒は、このような開放空域を経てシリンダボア内へ有
効に供給されるので、ピストンの円滑な摺動も確実に保
証される。さらに請求項２記載の発明のように、上記
受圧壁を斜板の回転方向先行側に偏在して傾設したもの
では、斜板とシューとの摺接界面から飛散したのち、遠
心力の影響を受けて流動する潤滑油粒が、これと同調す
る向きに斜傾した受圧壁の内面により巧みに案内される
ので、一層潤沢な給油が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る斜板式圧縮機の縦断
面図。

【図２】ピストンの実施形態を示す斜視図。

【図３】上死点付近に位置するピストンが傾いた状態を
誇張して示す要部拡大断面図。

【図４】同ピストンの平面図。

【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３のＡーＡ、Ｂー
Ｂ線断面図。

【図６】斜板の回転角度とピストンに作用するサイドフ
ォースの大きさとの関係を示すグラフ。

【図７】大きなサイドフォースが集中する位相を示す説
明図。

【図８】ピストンの他の実施形態を示す正面図。

【符号の説明】

２ａはシリンダボア、６は駆動軸、９は斜板、１１は片
頭ピストン、１１ａは首部、１１ｂは頭部、１１ｃ₁は
受圧壁、１１ｃ₂は案内壁、１１ｄはリブ、１２はシュ
ー

フロントページの続き (72)発明者高松正人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 (72)発明者横田政博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Ｆターム(参考） 3H003 AA03 AC03 CB07 3H076 AA06 BB26 BB38 CC20 CC31 CC84

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動軸に傾動可能に支持された斜板の両面
を、片頭ピストンの首部に配設されたシューを介して挟
持し、斜板の回転運動をシリンダボア内に挿嵌された片
頭ピストンの往復直線運動に変換するとともに、片頭ピ
ストンに対抗的に作用する圧力差を調整してピストンス
トロークを変化させるように構成した斜板式圧縮機にお
いて、上記片頭ピストンは、上記シリンダボアに嵌合さ
れる頭部と、該頭部の下方側から上記首部に向けて延び
るサイドフォースの受圧壁と、該頭部の上方側から同じ
く首部に向けて延びる案内壁とを有し、該首部と少なく
とも上記サイドフォースの受圧壁とはリブによって橋絡
されていることを特徴とする斜板式圧縮機。
【請求項２】上記サイドフォースの受圧壁は、上記斜板
の回転方向先行側に偏在して傾設されていることを特徴
とする請求項１記載の斜板式圧縮機。