JP2007278149A - 斜板式圧縮機のピストンシューおよび斜板式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】中空状に形成した外郭部分の薄肉化を図りつつ十分な強度を確保し、かつ、容易に製造することができる斜板式圧縮機のピストンシューを提供する。
【解決手段】ピストンシュー１は、ピストン３５に相対回転自在に摺動する球面部２と斜板３４に相対移動自在に面接触する平面部３とを有する中空状の外郭としての外郭部材４と、該外郭部材４の内面に密接して外郭部材４の中空内部４ａに装填される硬質の軽量中実部材５と、を備えて形成される。これにより、軽量中実部材５で外郭部材４の強度を補完できるため外郭部材４の薄肉化が可能となり、また、ピストンシュー１の全体的な軽量化が可能となる。また、外郭部材４を薄肉化した場合にもその外郭部材４を単なる中空構造として簡素な構造にできるため、ピストンシュー１の製造を容易にできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、斜板の回転でピストンを往復動させて圧縮する斜板式圧縮機のピストンシューに関する。

斜板式圧縮機のピストンシューは、回転主軸と共に回転する斜板の揺動力をピストンに伝達するため、ピストンに相対回転自在に摺動する球面部と、斜板に相対移動自在に面接触する平面部と、によって略半球状に形成されている。このとき、ピストンは軽量化のためにアルミ合金で形成されるため、これに摺動するピストンシューは通常、鉄系金属で形成される。

ところが、鉄系金属は比重が重いため、軽量化を図るためにピストンシューを中空状に形成したものが提案される（例えば、特許文献１参照）が、この場合は外郭部分の強度を確保するために厚肉化されるため、十分な軽量化を達成したものとは言い辛い。

これに対して、中空状の内部に支柱となる支持部を設けて外郭部分を薄肉化できるようにしたピストンシューが提案されており（例えば、特許文献２参照）、更には、ピストンシュー自体をアルミ合金で形成して軽量化を図るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
実開平６−４０３８５号公報 特開２００５−９０３８５号公報 特開２００２−２７６５４３号公報

しかしながら、中空部内に支持部を設けた特許文献２のピストンシューでは、単に中空状に形成した特許文献１のピストンシューに比べて外郭部分の薄肉化が可能となるのであるが、支持部を設けるという加工が困難となって製造コストが高くなってしまう。

また、アルミ合金で形成した特許文献３のピストンシューでは、それの摩耗対策として全体的に硬質層のメッキを施す必要があり、この場合も製造コストの上昇が余儀なくされる。また、その特許文献３では斜板に面接触する平面部に鉄系金属の板状部材を別途設けてあり、更なるコストの上昇が来される。

そこで、本発明は、中空状に形成した外郭部分の薄肉化を図りつつ十分な強度を確保し、かつ、容易に製造することができる斜板式圧縮機のピストンシューを提供するものである。

本発明は、斜板式圧縮機のピストンシューであって、ピストンに相対回転自在に摺動する球面部と、斜板に相対移動自在に面接触する平面部と、を有して中空状の外郭を形成する外郭部材と、前記外郭部材の内面に密接した状態で前記外郭部材の中空内部に装填される硬質の軽量中実部材と、を備えて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、球面部と平面部とからなる中空状の外郭部材は、これの中空内部に硬質の軽量中実部材が密接して装填されることにより、この軽量中実部材によって外郭部材の強度を確保できるため、外郭部材の薄肉化が可能となって全体的な軽量化を達成できる。

また、軽量中実部材で強度を確保できるため、外郭部材を薄肉化した場合にもその外郭部材を単に中空構造をもって形成することができるとともに、外郭部材をピストンよりも硬度の高い材質、例えば鉄系金属で形成することが可能となって、メッキ等の表面処理を施す必要が無くなるため、ピストンシューの製造コストを低く抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の第１実施形態にかかる斜板式圧縮機を示し、図１は斜板式圧縮機の断面図、図２は同斜板式圧縮機のピストンシューの拡大断面図、図３は同ピストンシューの製造工程を（ａ）〜（ｄ）に順を追って示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態の斜板式圧縮機１０は、回転主軸１１を中心とする円周方向に等間隔に配置される複数のシリンダボア１２を形成したシリンダブロック１３と、該シリンダブロック１３の前端面に接合され、そのシリンダブロック１３との間にクランク室１４を形成したフロントハウジング１５と、前記シリンダブロック１３の後端面にバルブプレート１６を介して接合され、吸入室１７および吐出室１８を形成したリヤハウジング１９と、を備える。

前記バルブプレート１６は、シリンダボア１２と吸入室１７とを連通する吸入孔２０と、シリンダボア１２と吐出室１８とを連通する吐出孔２１と、を備える。バルブプレート１６のシリンダブロック１３側には吸入孔２０を開閉する吸入弁２２が取り付けられるとともに、バルブプレート１６のリヤハウジング１９側には吐出孔２１を開閉する吐出弁２３が取り付けられる。尚、吐出弁２３にはそれの開度を規制する規制板２４が付設される。また、バルブプレート１６とリヤハウジング１９との間にはガスケット２５が介在されて、吸入室１７と吐出室１８との密閉性が確保される。

シリンダブロック１３およびフロントハウジング１５の中心の支持孔２６，２７には、軸受２８，２９を介して前記回転主軸１１が回転自在に軸支される。

前記クランク室１４内には、回転主軸１１に固設されたロータ３０と、回転主軸１１に摺動自在に装着されたヒンジボール３１と、このヒンジボール３１に揺動自在に嵌着されたハブ３２と、このハブ３２と上記ロータ３０とをハブ３２の揺動を許容しつつ連結するリンク機構３３と、を備えており、上記ハブ３２の外周にこのハブ３２の揺動に伴って傾動する斜板３４が結合される。

従って、斜板３４には、ロータ３０、リンク機構３３およびハブ３２を介して回転主軸１１の回転が伝達され、それら斜板３４と回転主軸１１は、斜板３４の傾動を許容しつつ一体となって回転する。

一方、前記複数のシリンダボア１２にはそれぞれピストン３５が摺動自在に嵌合されており、これらピストン３５は斜板３４の外周縁部両面に配置される一対の半球状のピストンシュー１を介して斜板３４に連結される。

即ち、ピストン３５は、シリンダボア１２内に摺動自在に配置される略円筒状または略円柱状のピストン本体３５ａと、このピストン本体３５ａから突出されてシリンダボア１２外に延びる斜板保持部としての突出端部３５ｂと、を備え、この突出端部３５ｂには、回転主軸１１方向が切り欠かれた球状凹部３５ｃが形成され、この球状凹部３５ｃ内に斜板３４を挟み込んだ状態で前記一対のピストンシュー１が回転自在に嵌合される。

斜板３４の傾斜角は、ヒンジボール３１がシリンダブロック１３に近づく方向に移動することにより減少する一方、ヒンジボール３１がシリンダブロック１３から離れる方向に移動することにより増大する。そして、上記斜板３４の回転は一対のピストンシュー１を介してピストン３５の往復動に変換されて、そのピストン３５がシリンダボア１２内を往復運動をする。

ピストン３５の往復動により吸入・圧縮が行われ、吸入行程では吸入室１７内の冷媒がバルブプレート１６の吸入孔２０からシリンダボア１２内に吸入され、そして、圧縮行程ではシリンダボア１２内で圧縮された冷媒が、バルブプレート１６の吐出孔２１から吐出室１８へと吐出される。

このとき、上記斜板式圧縮機１０では、斜板３４の傾斜角変化に伴ってピストン３５のストロークが可変となって冷媒の吐出容量が変化されるようになっている。つまり、ピストン３５の後面側のクランク室圧Ｐｃとピストン３５の前面側の吸入室圧Ｐｓとの差圧で決定される圧力バランスにより、斜板３４の傾斜角が変化される。その圧力バランスは、クランク室１４と吸入室１７とを連通する図外の抽気通路と、クランク室１４と吐出室１８とを連通する図外の給気通路と、この給気通路を開閉制御する図外の制御弁と、を備えた圧力制御機構によって制御される。

ここで、本実施形態にあっては、図２に示すように前記ピストンシュー１を、ピストン３５（詳細には球状凹部３５ｃ）に相対回転自在に摺動する球面部２と斜板３４に相対移動自在に面接触する平面部３とからなり中空状の外郭を形成する外郭部材４と、外郭部材４の中空内面に密接して該外郭部材４の中空内部４ａに充填される硬質の軽量中実部材５と、によって形成してある。

前記ピストンシュー１は、図３に示す工程を経て製造されるようになっており、まず、同図（ａ）に示すように球面部２、平面部３および軽量中実部材５を個別に提供し、これら球面部２、平面部３および軽量中実部材５を（ｂ）〜（ｄ）の工程を経て組み付けるようになっている。

即ち、図３（ａ）に示すように、外郭部材４を構成する球面部２および平面部３をそれぞれ鋼板をプレス成形するとともに、外郭部材４の中空内部４ａに充填する軽量中実部材５を、外郭部材４とは別に金型成型する。球面部２は半球状に形成されるとともに、平面部３は平坦な底面３ａの周縁部から側壁３ｂを外側に捲れるように立ち上げた皿状に形成される。このとき、球面部２および平面部３の材料つまり球面部２および平面部３を形成する鋼板は、例えば、SPCC，SECC，SPTE，SK，SS400…等の鉄系材料が用いられ、また、SUS304，SUS304L，SUS303，SUS316，SUS316L…等のステンレス系材料を用いることができる。

また、前記軽量中実部材５は、外郭部材４の中空形状に沿った形状を成して外郭部材４とは別に形成される固形樹脂部材５Ａとして提供される。

次に図３ｂに示すように、球面部２と平面部３とによって固形樹脂部材５Ａを挟み込むようにして組み付ける。次に、図３（ｃ）に示すように球面部２の周縁部を平面部３の側壁３ｂの外周に加締めることにより、図３（ｄ）に示すように完成したピストンシュー１を得ることができる。

このとき、図２に示すように前記球面部２の加締め部分２ａの終端は、平面部３の底面３ａの延長面Ｆから所定寸法δだけ離れるように持ちあげて形成され、平面部３の底面３ａが斜板３４に接触した状態で前記加締め部分２ａが斜板３４に干渉しないようにしてある。

以上の構成により本実施形態のピストンシュー１によれば、球面部２と平面部３とからなる中空状の外郭部材４は、これの中空内部４ａに硬質の軽量中実部材５（本実施形態では固形樹脂部材５Ａ）が密接して装填されたので、この固形樹脂部材５Ａによって外郭部材４の強度を確保できる。このため、外郭部材４の薄肉化が可能になるとともに、固形樹脂部材５Ａが軽量であることからピストンシュー１の全体的な軽量化を達成できる。

従って、ピストンシュー１の軽量化により慣性モーメントが減少し、斜板３４の傾斜角が変化した場合の応答性が向上し、ひいては、ピストン３５のストローク変化を迅速に行って斜板式圧縮機１０の吐出容量変化の精度を高めることができる。

また、固形樹脂部材５Ａで強度を確保できるため、外郭部材４を薄肉化した場合にもその外郭部材４を単なる中空構造として簡素な構造で形成することができるとともに、外郭部材４をピストン３５よりも硬度の高い材質、例えば鉄系金属で形成することが可能となって、メッキ等の表面処理を施す必要が無くなるため、ピストンシュー１の製造を容易にしてコストを抑えることができる。

更に、前記軽量中実部材５を、外郭部材４の中空形状に沿った形状を成して外郭部材４とは別に形成される固形樹脂部材５Ａで形成したので、ピストンシュー１の製造時に球面部２と平面部３との間にその固形樹脂部材５Ａを挿入して、球面部２と平面部３とを結合（加締め）すればよく、ピストンシュー１の製造を容易にできる。

また、固形樹脂部材５Ａを予め外郭部材４の中空形状に沿った形状に形成しておくことにより、固形樹脂部材５Ａは外郭部材４の中空内面に密接されるため、外郭部材４の強度をより高めることができる。

ところで、本実施形態では外郭部材４を構成する平面部３をプレス成形したことにより、それの底面３ａの平坦性を精度良く出すことができるため、斜板３４との接触の安定性を増して信頼性を向上することができる。

また、球面部２の加締め部分２ａを平面部３の底面３ａの延長面Ｆから持ちあげて形成したので、その加締め部分２ａが斜板３４に接触するのを防止できるため、斜板３４との間でかじりが発生するのを防止して信頼性を向上することができる。

（第２実施形態）
図４，図５は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図４は本実施形態のピストンシューの拡大断面図、図５は本実施形態のピストンシューの製造工程を（ａ）〜（ｅ）に順を追って示す説明図、図６は本実施形態のピストンシューの平面部の拡大図であって、図６ａは断面図、図６ｂは平面図である。

本実施形態のピストンシュー１Ａは、第１実施形態と同様に図１に示したように斜板式圧縮機１０の回転主軸１１と共に回転する斜板３４と、シリンダボア１２内を摺動するピストン３５と、の間に介装され、本実施形態にあってもそのピストンシュー１Ａは、図４に示すように球面部２、平面部３および軽量中実部材５によって全体的に半球状に形成されている。

ここで、本実施形態のピストンシュー１Ａは、前記軽量中実部材５を、球面部２と平面部３で形成される外郭部材４の中空内部４ａに溶融状態で充填して、その外郭部材４内で硬化される充填樹脂材５Ｂによって形成してある。

前記ピストンシュー１Ａは、図５に示す工程を経て製造されるようになっており、まず、同図（ａ）に示すように球面部２および平面部３を個別に提供し、これら球面部２および平面部３を（ｂ），（ｃ）の工程を経て組み付けて外郭部材４を形成し、そして、（ｄ），（ｅ）の工程を経て前記充填樹脂材５Ｂを溶融状態で充填するようになっている。

即ち、図５（ａ）に示すように、球面部２および平面部３は第１実施形態と同様にそれぞれ鋼板やステンレス板をプレス成形して形成される。このとき、平面部３には、底面３ａの中心部に充填樹脂材５Ｂの注入孔３ｃが形成されるとともに、側壁３ｂの適宜箇所にはエア抜き孔３ｄが形成されている。そして、図５（ｂ）に示すように平面部３に球面部２を被せた後、図５（ｃ）に示すように球面部２の周縁部を平面部３の側壁３ｂの外周に加締めることにより外郭部材４を形成する。

次いで、図５（ｄ）に示すように平面部３の注入孔３ｃから外郭部材４の中空部内４ａに熱可塑性樹脂を用いた充填樹脂材５Ｂを溶融して注入し、図５（ｅ）に示すようにその溶融状態の充填樹脂材５Ｂを外郭部材４の中空部内４ａに充満させた後に冷却し、その充填樹脂材５Ｂが硬化した段階で完成したピストンシュー１Ａが得られる。

本実施形態にあっても、第１実施形態と同様に図４に示すように球面部２の加締め部分２ａの終端は、平面部３の底面３ａの延長面Ｆから所定寸法δだけ離れるように持ちあげて形成されるとともに、注入した充填樹脂材５Ｂが注入孔３ｃやエア抜き孔３ｄからはみ出さないようにしてある。尚、エア抜き孔３ｄは、穴形状に限ることなく側壁３ｂの上端に開放する切欠部として形成することもできる。

以上の構成により本実施形態のピストンシュー１Ａによれば、球面部２と平面部３とからなる中空状の外郭部材４は、充填樹脂材５Ｂが硬化されることにより外郭部材４の強度を確保できるため、第１実施形態と同様に外郭部材４の薄肉化が可能になるとともに、ピストンシュー１の全体的な軽量化を達成できる。

また、硬化された充填樹脂材５Ｂで強度を確保できるため、外郭部材４を薄肉化した場合にもその外郭部材４を単なる中空構造として簡素な構造で形成することができるとともに、外郭部材４を鉄系金属で形成することが可能となって、ピストンシュー１の製造を容易にしてコストを抑えることができる。

特に、本実施形態では軽量中実部材５を、球面部２と平面部３で形成される外郭部材４の中空内部４ａに溶融状態で充填して、その外郭部材４内で硬化される充填樹脂材５Ｂで形成したので、その充填樹脂材５Ｂを外郭部材４の中空内部４ａの内周面に確実に密着させることができるので、外郭部材４の強度をより増大させることができる。

ところで、本発明の斜板式圧縮機は前記第１，第２実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

本発明の第１実施形態における斜板式圧縮機の断面図。 本発明の第１実施形態におけるピストンシューの拡大断面図。 本発明の第１実施形態におけるピストンシューの製造工程を（ａ）〜（ｄ）に順を追って示す説明図。 本発明の第２実施形態におけるピストンシューの拡大断面図。 本発明の第２実施形態におけるピストンシューの製造工程を（ａ）〜（ｅ）に順を追って示す説明図。 本発明の第２実施形態のおけるピストンシューの平面部の拡大図であって、図６ａは断面図、図６ｂは平面図。 第２実施形態のピストンシューの平面部の変形例であって、図７ａは断面図、図７ｂは平面図。

符号の説明

１，１Ａ ピストンシュー
２ 球面部
３ 平面部
４ 外郭部材
４ａ 中空内部
５ 軽量中実部材
５Ａ 固形樹脂部材
５Ｂ 充填樹脂材
１０ 斜板式圧縮機
１１ 回転主軸
３４ 斜板
３５ ピストン

Claims (4)

1. 斜板式圧縮機のピストンシューであって、
   ピストン（３５）に相対回転自在に摺動する球面部（２）と、斜板（３４）に相対移動自在に面接触する平面部（３）と、を有して中空状の外郭を形成する外郭部材（４）と、
   前記外郭部材（４）の内面に密接した状態で前記外郭部材の中空内部（４ａ）に装填される硬質の軽量中実部材（５）と、
   を備えて構成されることを特徴とする斜板式圧縮機のピストンシュー。
2. 請求項１に記載の斜板式圧縮機のピストンシューであって、
   前記軽量中実部材（５）は、前記外郭部材（４）の中空形状に沿った形状を成して前記外郭部材（４）とは別に形成された固形樹脂部材（５Ａ）であることを特徴とする斜板式圧縮機のピストンシュー。
3. 請求項１に記載の斜板式圧縮機のピストンシューであって、
   前記軽量中実部材（５）は、前記外郭部材（４）の中空内部（４ａ）に溶融状態で充填されて前記外郭部材（４）内で硬化した充填樹脂材（５Ｂ）であることを特徴とする斜板式圧縮機のピストンシュー。
4. 回転主軸（１１）と共に回転する斜板（３４）と、
   前記斜板（３４）の両面に配置される略半球状のピストンシュー（１）と、
   前記回転主軸（１１）の周りに配置されたシリンダボア（１２）内に摺動自在に配置され且つ前記ピストンシュー（１）を介して斜板（３４）を狭持するピストン（３５）と、
   を備え、
   前記斜板（３４）が前記回転主軸（１１）と共に回転すると前記ピストン（３５）が前記シリンダボア（１２）内で往復動する斜板式圧縮機（１０）であって、
   前記ピストンシュー（１）は、
   前記ピストン（３５）に相対回転自在に摺動する球面部（２）と前記斜板（３４）に相対移動自在に面接触する平面部（３）と、を有した中空状の外郭を形成する外郭部材（４）と、
   前記外郭部材（４）の内面に密接して前記外郭部材（４）の中空内部に装填される硬質の軽量中実部材（５）と、
   を備えて構成されることを特徴とする斜板式圧縮機。
   
   

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