JP2001280235A

JP2001280235A - コンプレッサ用ピストン

Info

Publication number: JP2001280235A
Application number: JP2000091948A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kawai; 克則河合; Ko Mase; 航間瀬; Tomotaka Sawa; 智敬澤
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】受座の拡大等を招かずに、凹部とシューとの間
への潤滑油の案内、導入を促進できる適切な案内部を受
座にもつコンプレッサ用ピストンを提供する。【解決手段】往復動自在にシリンダ内に嵌挿され該シリ
ンダ内で作動流体の吸入と圧縮とを行う頭部（１５４）
と、該頭部の背向側に配設されシューの半球部と摺接し
該シューから押圧力を受ける略半球状の凹部（１５２
ａ）と該凹部の周縁端に沿って面取りされて形成された
略環状の斜面からなる潤滑油の案内部（１５２ｂ）とか
らなる受座と、を備えるコンプレッサ用ピストンにおい
て、前記案内部は、前記斜面の幅が狭い縮幅部（１５２
ｄ）と該斜面の幅が広い拡幅部（１５２ｃ）とを有する
ことを特徴とするコンプレッサ用ピストン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置（エ
アコンデショナ）等のコンプレッサに用いられるコンプ
レッサ用ピストンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エアコンデショナ（エアコン）による室
内の温度、湿度、気流、空気清浄度の調整は、快適な空
間を提供するために不可欠である。エアコンによる温度
調整等は、主に、冷凍機（またはヒートポンプ）中のコ
ンプレッサ（圧縮機）が作動流体を循環させ、その作動
流体が冷凍サイクル（またはヒートポンプサイクル）を
行うことにより為される。このようなコンプレッサとし
て、例えば、図６に示すような斜板式コンプレッサ４０
０がある（特開平６−２４９１４０号公報）。斜板式コ
ンプレッサ４００は、駆動源から動力を受けて主軸４１
６が回転すると、斜板４１９が揺動してコンプレッサ用
ピストン（以下、適宜「ピストン」と呼称する）４５０
が往復動し、作動流体（冷媒ガス）を吸入、圧縮および
吐出する。ここで、斜板式コンプレッサ４００は、半球
状のシュー４２１、４２２を斜板４１９とピストン４５
０の受座４５１、４５２との間に介在させて、斜板４１
９の揺動回転をピストン４５０の往復動に変換してい
る。そして、ピストン４５０の受座４５１、４５２が、
シュー４２１、４２２の半球部の少なくとも一部を包接
する略半球状の凹部を有し頭部４５４、４５５の背向側
に配設されている。

【０００３】ところで、このような受座４５１、４５２
の各凹部とシュー４２１、４２２の半球部との間で滑ら
かな摺動が安定して行われるためには、それらの間に潤
滑油が適切に供給される必要がある。しかし、斜板式コ
ンプレッサ４００は、機構の簡素化、軽量コンパクト化
等の要請により、特別な潤滑油の供給手段を備えないこ
とが多い。このため、斜板式コンプレッサ４００は、作
動流体（冷媒ガス）のブローバイガス等に混じったミス
ト状の潤滑油を、そのような摺動箇所へ適宜取込んで、
そのような部分の潤滑を行っている。そして、特に、摺
動の激しい凹部とシューの半球部等との間へは、潤滑油
の導入が巧く行われることが望まれる。このような事情
により、受座の凹部の周縁端には案内部（または面取
部）が従来より設けられていた。

【０００４】この様子を図６に示した斜板式コンプレッ
サ４００の受座４５２を例にとり、その部分の拡大図を
図５に示した。なお、図５（ａ）は受座４５２の正面図
であり、同図（ｂ）はその断面図である。この図５から
解るように、受座４５２の案内部４５２ｂは、略半球凹
部４５２ａの周縁端をほぼ均等に面取して形成され、案
内部４５２ｂとシュー４２２との間にできた環状の楔状
隙間Ｓから凹部４５２ａとシュー４２２の半球部４２２
ａとの間に潤滑油が案内、導入されるようになってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような案内部は大
きいほど、環状の楔状隙間が拡大するため、潤滑油の案
内、導入を促進する上で好ましい。ところが、案内部を
拡大すると、面取される部分が増えるから、凹部の半球
状の凹面が減少し、凹部とシューとの間の面圧の上昇を
招き、焼付き等の新たな問題を発生しかねない。また、
コンプレッサの軽量コンパクト化が求められている現状
下、ピストンにも軽量コンパクト化が求められ、また、
他部材との干渉等の問題もあるため、受座や案内部の拡
大を図ることも困難である。

【０００６】一方、潤滑油の案内、導入のために、凹部
の周縁端に必ずしも案内部が均一に形成されている必要
はない。むしろ、コンプレッサの形態やその運転中にお
けるブローバイガスの流動等に応じて、適切な箇所に部
分的に拡大した案内部を設けると、凹部とシューとの間
へ潤滑油を十分に案内、導入できるとも考えられる。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものである。つまり、本発明は、凹部とシューとの間
への潤滑油の案内、導入を、適切な条件下で促進できる
自由度の大きな案内部を受座に備えたコンプレッサ用ピ
ストンを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、この
課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、
コンプレッサ用ピストンの受座の案内部に拡幅部と縮幅
部とを形成することを思いつき、本発明のコンプレッサ
用ピストンの受座の加工方法を開発するに至ったもので
ある。

【０００９】すなわち、本発明のコンプレッサ用ピスト
ンは、往復動自在にシリンダ内に嵌挿され該シリンダ内
で作動流体の吸入と圧縮とを行う頭部と、該頭部の背向
側に配設されシューの半球部と摺接し該シューから押圧
力を受ける略半球状の凹部と該凹部の周縁端に沿って面
取りされて形成された略環状の斜面からなる潤滑油の案
内部とからなる受座と、を備えるコンプレッサ用ピスト
ンにおいて、前記案内部は、前記斜面の幅が狭い縮幅部
と該斜面の幅が広い拡幅部とを有することを特徴とす
る。

【００１０】本発明に係るコンプレッサ用ピストンは、
受座の案内部に拡幅部を備えるため、その部分から凹部
とシューの摺動部への潤滑油の案内、導入を促進でき、
それらの間の摺動性をより安定させ得る。その一方で、
縮幅部も備えるため、凹部の略半球状の摺動面積の減少
を殆ど招かず、凹部とシューとの間の面圧の上昇が抑制
され、それらの間での摩耗等も抑制できる。なお、案内
部の「斜面」は、平面でも、球面等の曲面でも良く、
「縮幅部」は、実質的な幅を持たなくても、つまり実質
的に零でも良い。このような拡幅部は、例えば、潤滑油
を含むコンプレッサ内のブローバイガスの流動等に応じ
て、潤滑油を取込み易い位置に設けると好適である。逆
に、縮幅部は潤滑油の取込みがあまり期待できない部分
に設け、その縮幅部付近の凹部でシューからの押圧力を
受けるようにすると良い。

【００１１】また、拡幅部や縮幅部は、次のように配設
しても良い。すなわち、前記縮幅部は前記凹部のうち前
記シューから大きな押圧力を受ける高押圧部の周縁端の
いずれかに設けられ、前記拡幅部は該凹部のうち前記シ
ューから小さな押圧力を受ける低押圧部の周縁端のいず
れかに設けられていると、好適である。高押圧部となる
凹部の周縁端には、案内部の縮幅部が位置するため、そ
の部分で、シューと凹部との摺動（摺接）面積は増加
し、それらの間の面圧を抑制、低減でき、摩耗等の防止
に有効である。一方、低押圧部では、拡幅部の形成によ
り凹部とシューとの摺動（摺接）面積が減少したとして
も、それらの間の面圧の上昇は僅かであり、問題とはな
らない。そして、その拡幅部付近から潤滑油の効率的な
取込みが期待できる。

【００１２】なお、高押圧部および低押圧部の瞬間的な
位置は、ピストンの移動と共に変化するし、また、圧縮
行程か吸入行程かによってもその位置が異なる。しか
し、ピストンの１サイクル（または半サイクル）でみる
と、凹部は、比較的大きな押圧力を受ける部分と、あま
り押圧力を受けない部分とに分けることができる。例え
ば、斜板式コンプレッサのピストンが圧縮行程にあると
き、一方の受座の凹部は、略半分の部分で大きな押圧力
を受け、その反対側ではあまり押圧力を受けない。

【００１３】また、前記縮幅部は前記頭部が上死点付近
にあるときの前記凹部の高押圧部の周縁端に設けられ、
前記拡幅部は該頭部が上死点付近にあるときの該凹部の
低押圧部の周縁端に設けられていると、好適である。例
えば、ピストンが圧縮行程にある場合において、頭部が
上死点付近にあるとき、作動流体は高圧であるために、
凹部はかなり大きな押圧力を受ける。このときの高押圧
部の周縁端に縮幅部を設けると、凹部とシューとの間の
摺接する面積が増大するため、それらの間の面圧の抑
制、低減を図るうえで好ましい。逆に、押圧力の小さな
低押圧部の周縁端に拡幅部を設けると、面圧の上昇を抑
制しつつ潤滑油の案内、導入の促進が図れて、好都合で
ある。これらは、ピストンが吸入行程にあるときも同様
である。頭部が吸入行程の上死点付近にあるとき、シリ
ンダ内は負圧となって凹部は大きな押圧力を受けるから
である。

【００１４】なお、本発明のコンプレッサ用ピストン
は、斜板式コンプレッサやワッブル式コンプレッサのピ
ストンに限られず、上述したようなコンプレッサ用ピス
トンに広く適用できる。また、斜板式コンプレッサ用ピ
ストンの場合、受座は、圧縮行程時に主に押圧力を受け
るピストンの頭部に直接背向した受座でも良いし、吸入
行程時に主に押圧力を受けるその受座に対向して設けら
れ受座でも良い。また、ピストンは片頭型ピストンでも
両頭型ピストンでも良く、そのピストンを使用するコン
プレッサは、可変容量型でも固定容量型でも良く、ま
た、冷凍サイクルのみならず、熱ポンプサイクルを行う
ものでも良く、さらには、車両用に限らず汎用として使
用されるコンプレッサでも良い。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態であるコンプレッサ用ピストン１５０について、
図１、図２を用いて説明する。このコンプレッサ用ピス
トン１５０（以下、単に「ピストン１５０」と呼称す
る。）は、図６に示した両頭斜板式コンプレッサ用ピス
トン４５０と基本的に同構成であり、便宜上、図１に示
すように斜板式コンプレッサ１００に組込まれていると
する。また、ピストン１５０は両頭式でありそれぞれの
側で事情は同じであるから、一方側のみについて、主に
説明する。

【００１６】図１に示すように、ピストン１５０は、円
柱状の頭部１５４と、この頭部１５４に背向して形成さ
れた受座１５２と、頭部１５４の外周側（図１の上方）
から前方（図１の左方）に延びる首部１５３と、受座１
５２に対向し首部１５３の前端側から内周側（図１の下
方）に延在する受座１５１と、さらにその受座１５１に
背向する頭部１５５（図示省略）とからなる。そして、
受座１５１と首部１５３と受座１５２とにより、略コ字
状の空間Ｋ１が形成され、この空間Ｋ１内で、斜板１１
９の外周部分が揺動回転し得る。そして、受座１５１、
１５２と斜板１１９との間に揺動自在な略半球状のシュ
ー１２１、１２２が介在することにより、斜板１１９の
揺動回転と共にピストン１５０がシリンダブロック１２
内のシリンダ１２ａ内で往復動するようになっている。

【００１７】次に、図１、図２を用いて、本発明に係る
受座１５１と受座１５２とについて詳しく述べる。図２
は受座１５２の凹部１５２ａと案内部１５２ｂとの形状
を拡大して表したもので、同図（ａ）は受座１５２の正
面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図で
ある。先ず、受座１５２は、略半球状の凹部１５２ａと
その周縁端が球面状に面取されて形成された略環状の斜
面からなる案内部１５２ｂとを備える。後述するが、本
実施形態では、加工効率の向上を図るべく、凹部１５２
ａと案内部１５２ｂとを同一の曲率半径をもつ球面状と
してある。勿論、それらの曲率半径は異なっても何ら問
題はなく、案内部は平面的な斜面でも良い。そして、環
状の案内部１５２ｂは、斜面幅の広い拡幅部１５２ｃを
斜板式コンプレッサ１００の外周側（図１、図２の上方
側）に、斜面幅の狭い縮幅部１５２ｄをその内周側（図
１、図２の下方側）に有している。そして、拡幅部１５
２ｃから縮幅部１５２ｄへは、斜面幅が滑らかに変化し
ている。こうして、環状の案内部１５２ｂが形成されて
いる。

【００１８】ところで、ピストン１５０の頭部１５４が
圧縮行程にある場合、特に、図１に示すように頭部１５
４が上死点に至る途中にあるとき、シュー１２２および
受座１５２は斜板１１９からＦ２の方向に大きな押圧力
を受ける。すなわち、圧縮反力を受ける斜板に対して、
シュー１２２は下方（図１、図２の下方側）への分力を
受けて滑動しようとする。従って、図２（ａ）に示すよ
うに、凹部１５２ａは、その内周側（図２の下方側）の
高押圧部ＰＬ１（２点鎖線で囲んだ範囲）に大きな押圧
力を受ける。一方、凹部１５２ａの外周側（図２の上方
側）の低押圧部ＰＳ１（２点鎖線で囲んだ範囲）では、
小さな押圧力しか受けない。そして高押圧部ＰＬ１の周
縁端には案内部１５２ｂの縮幅部１５２ｄが位置するた
め、受座１５２の拡大を伴わずに、必要な部分の摺接面
積が実質的に拡大されたことになる。従って、そこに作
用する面圧が抑制、低下され、凹部１５２ａの半球凹面
やシュー１２２の半球部１２２ａの摩耗の抑制、低減等
を図る上で有効である。

【００１９】逆に、低押圧部ＰＳ１の周縁端には、案内
部１５２ｂの拡幅部１５２ｃが位置するため、拡大した
楔状の空間Ｍ２が形成され、凹部１５２ａとシュー１２
２との摺動部への潤滑油の案内、導入が促進される。従
って、それらの間の摺動性が安定的に保持され好まし
い。しかも、受座１５２の拡大や凹部１５２ａの面積の
減少等を招かないため、好都合である。ピストン１５０
の頭部１５４が圧縮行程にあるときの受座１５２を中心
に説明したが、ピストン１５０の頭部１５５が圧縮行程
にあるときも、同様のことが言える。なお、受座１５２
のみならず、受座１５１も頭部１５４または頭部１５５
からみて背向側にある受座であることを断っておく。

【００２０】（第２実施形態）次に、本発明のコンプレ
ッサ用ピストンの第２の実施形態について、図３を用い
て説明する。ここに示したコンプレッサ用ピストン２５
０（以下、単に「ピストン２５０」と呼称する。）は、
片頭斜板式コンプレッサ用ピストンであり、受座の凹部
と案内部との形状もピストン１５０のものと異なる。こ
こでは、圧縮行程に大きな押圧力を受ける受座２５２を
取上げて説明するが、受座２５１についても、縮幅部と
拡幅部との配置を逆にすれば同様に考えることができ
る。

【００２１】図３（ａ）に示す受座２５２の正面図から
解るように、この受座２５２の案内部２５２ｂの縮幅部
２５２ｄは内周側斜め方向（図３右下方向）に少し変位
して形成されており、拡幅部２５２ｃはその反対の外周
側斜め方向（図３左上方向）に少し変位して形成されて
いる。この理由を次に説明する。図３（ｂ）は、ピスト
ン２５０を外周側（図３（ａ）の上方側）からみた平面
図を示したものである。この図から解るように、ピスト
ン２５０が圧縮行程中で上死点に至る途中にあるとき、
斜板２１９の角度αに応じて、シュー２２２および受座
２５２の凹部２５２ａは受ける押圧力の方向が変化す
る。例えば、図３（ｂ）に示すように斜板２１９が角度
αを成している（Ｉ）の状態のとき、押圧力はＦ３の方
向に作用するが、上死点付近にある（ＩＩ）の状態のと
きでは、押圧力はＦ４の方向に作用する。但し、押圧力
の方向は、図３（ｂ）に示すような２次元的ではなく、
現実には内外周方向も含めた３次元的である。

【００２２】この実施形態では、このようなことを踏ま
えて、上死点付近のみならずそこに至る途中の押圧力も
考慮して高押圧部ＰＬ２を考え、その凹部２５２ａの周
縁端に縮幅部２５２ｄを設け、その反対側にできる低押
圧部ＰＳ２に応じて凹部２５２ａの周縁端に拡幅部２５
２ｃを設けたものである。

【００２３】（ピストンの加工）次に、ピストン１５０
を例にとり、受座１５１、１５２の凹部１５１ａ、１５
２ａと案内部１５１ｂ、１５２ｂとの加工方法の一例を
示す。この加工に際して、図４に示すような受座加工装
置１０を用いた。受座加工装置１０は、所定の角度θで
傾斜した刃具１７１、刃具１７２とを備える。これらの
刃具１７１、１７２は、アーム１６１、１６２にそれぞ
れ取付けられ、アーム１６１、１６２は刃具１７１、１
７２を軸周りに回転させ得ると共に刃部の中心Ｃを中心
軌跡Ｔに沿って環状に移動させることができる。なお、
この環状運動は、数値制御により、円運動のみならず楕
円運動等も行える。

【００２４】また、アーム１６１、１６２はヘッド１６
０に取付けられ、ヘッド１６０は垂直方向Ｖおよび水平
方向Ｈに自在に移動できる。また、ワークであるピスト
ン５０は、テーブル１８０上の固定具１８１、１８２に
より固定されている。また、刃具１７２（刃具１７１も
同様）は大径シャンク１７２ａとそこから先端に延びる
小径シャンク１７２ｂと小径シャンク１７２ｂの先端に
取付けられた半円板状のチップ１７２ｃとからなる。

【００２５】次に、加工の手順を示す。この受座加工装
置１０は、ヘッド１６０を水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖ
に適宜移動させ、刃具１７２をテーブル１８０に対して
傾斜角θに保ちながら略コ字状の空間Ｋ１に刃具１７２
のチップ１７２ｃと小径シャンク１７２ｂとを挿入す
る。そして、制御部（図示せず）に予め設定されたプロ
グラムにより、アーム１６２は、刃具１７２を傾斜角θ
を保持したまま、その中心Ｃを所定の中心軌跡Ｔに沿っ
て環状運動（コンタリング）させる（案内部形成工
程）。これにより、先ず、球面状の環状斜面からなる案
内部１５２ｂが形成される。そして、刃具１７２の中心
Ｃを、前述の中心軌跡Ｔの中心から僅かに内周方向（図
４の上方）にずらせた位置に再セットし、それから、ピ
ストン１５０の軸方向（図４の右方）に刃具１７２の中
心Ｃを所定量だけ追込むと、凹部１５２ａが形成される
（凹部形成工程）。

【００２６】こうして、受座１５２の加工が終了する
と、刃具１７２を待避させて、同様に刃具１７１を用い
て受座１５１の加工を行えば、ピストン１５０の受座１
５１、１５２の加工が終了する。前述したが、案内部形
成工程と凹部形成工程とは同径の刃具を必ずしも用いる
必要はなく、異なった刃具で別々に加工しても良い。ま
た、案内部形成工程は、平面上の斜面を形成するもので
も良い。

【００２７】（その他）案内部は、円環状の他、楕円環
状等でも良い。また、完全な環状でなくとも、縮幅部で
一部途切れていても良い。斜板式コンプレッサ用ピスト
ンの場合、受座の少なくとも一方が本発明のような受座
であれば良く、両方である必要はない。また、斜板式コ
ンプレッサ用ピストンが鋳造品である場合、抜き勾配等
により受座の内側（首部の付け根付近）が肉厚になって
いるとき、これを利用して、案内部の拡幅部としても良
い。

【００２８】

【発明の効果】本発明のコンプレッサ用ピストンによれ
ば、受座の拡大等を招かずに、シューとそれを受ける凹
部との間での面圧上昇を防ぐと共に、凹部とシューとの
間への潤滑油の案内、導入を促進できる適切な案内部を
受座に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るピストンを斜板式
コンプレッサに組込んだ状態を示す図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係るピストンの受座を
示す部分拡大図であり、同図（ａ）はその受座の正面図
であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態に係るピストンを示す図
であり、同図（ａ）はその受座の正面図であり、同図
（ｂ）はそのピストンの平面図である。

【図４】本発明に係るピストンの受座の加工装置および
加工方法を示す概念図である。

【図５】従来のコンプレッサ用ピストンの受座を示す図
であり、同図（ａ）はその受座の正面図であり、同図
（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】従来の斜板式コンプレッサを示す図である。

【符号の説明】

１５０コンプレッサ用ピストン１５２受座１５２ａ凹部１５２ｂ案内部１５２ｃ拡幅部１５２ｄ縮幅部１５４頭部１２２シュー１２ａシリンダＰＬ１高押圧部ＰＳ１低押圧部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤智敬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 AB07 AC03 BD02 CB00 3H076 AA07 BB17 BB26 CC31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】往復動自在にシリンダ内に嵌挿され該シリ
ンダ内で作動流体の吸入と圧縮とを行う頭部と、該頭部
の背向側に配設されシューの半球部と摺接し該シューか
ら押圧力を受ける略半球状の凹部と該凹部の周縁端に沿
って面取りされて形成された略環状の斜面からなる潤滑
油の案内部とからなる受座と、を備えるコンプレッサ用
ピストンにおいて、前記案内部は、前記斜面の幅が狭い縮幅部と該斜面の幅
が広い拡幅部とを有することを特徴とするコンプレッサ
用ピストン。
【請求項２】前記縮幅部は前記凹部のうち前記シューか
ら大きな押圧力を受ける高押圧部の周縁端のいずれかに
設けられ、前記拡幅部は該凹部のうち前記シューから小
さな押圧力を受ける低押圧部の周縁端のいずれかに設け
られている請求項１記載のコンプレッサ用ピストン。
【請求項３】前記縮幅部は前記頭部が上死点付近にある
ときの前記凹部の高押圧部の周縁端に設けられ、前記拡
幅部は該頭部が上死点付近にあるときの該凹部の低押圧
部の周縁端に設けられている請求項２記載のコンプレッ
サ用ピストン。