JP2008121633A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な方法で圧縮機の大型化を招くことなくピストンコーティングの剥がれを防止し、圧縮機の耐久性を向上させる。
【解決手段】シリンダボアの軸方向または／および周方向に関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部と、シリンダボアのトップ側面取り部または吸入弁のストロークを規制するためにシリンダボアのトップ側に設けられたリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、互いに摺接しない位置関係に設定されていることを特徴とする圧縮機。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダボア内にピストンを往復動自在に挿入した圧縮機に関し、とくに、ピストンに施したコーティングの剥がれを防止できるようにした圧縮機に関する。

例えば車両空調装置用に用いられるピストン式圧縮機においては、シリンダボア内でピストンを摺動抵抗少なく円滑に往復動させるために、例えばピストン円筒面に”テフロン”（登録商標）系のコーティングを施したり、あるいは、円筒面にテフロン系コーティングを施し、かつ円筒面の一部または複数箇所に溝加工を施しピストン１個につき１個または複数のテフロン系ピストンリングを装着したりする構造が知られている。また、複数のピストンが往復動するための同数のシリンダボアを持ち、各シリンダボアの上死点側（トップ側）開口端縁に、面取り部や吸入弁のストッパとなる半円状の窪み（以下、リセスと呼ぶ）が形成された一般的な構造が知られている。

このような従来の通常の構造においては、圧縮機が高圧条件下で使用されると、ピストン円筒面のコーティングが剥がれやすいという問題がある。とくに、二酸化炭素冷媒を用いるシステムでは、Ｒ１３４ａ冷媒に対し、作動圧が７〜１０倍程度高くなるため、ピストンとシリンダボアの摺動によりピストン円筒面のコーティングが剥がれやすいという問題がある。ピストンとシリンダボアは所定のクリアラスをもって嵌合されており、また、ピストンは冷媒吸入圧縮の過程にてサイドフォースを受けながらシリンダボア中を摺動するために、ピストン円筒面がシリンダボアに対して傾くので、特にピストン円筒面の端部であるトップ側の面取り角部では接触面圧が高くなり、この部分を起点にコーティングが剥がれやすくなる。コーティングの剥がれは、圧縮機全体の耐久性の低下につながる。

また、シリンダボア側にも上死点側開口端縁に面取り部やリセスが設けられているために、これら面取り部やリセスとシリンダボアの円筒面との接続部はエッジ状となっていることが多い。そのため、この部分をピストン面取り部が面圧が高いまま摺動すると、さらにコーティングが剥がれやすくなるという問題がある。

このようなコーティング剥がれを防止するために、コーティングの塗膜強度を上げたり、コーティングとシリンダボアの間に介在する潤滑油の油膜強度を上げたりする方法があるが、この方法では、コーティング剤や潤滑油のコストが増大するという問題を招く。また、ピストンとシリンダボアとの嵌合長を長くする方法や、例えば斜板式圧縮機にあっては斜板傾斜角度を小さくし、それによってサイドフォースを低下させる方法もあるが、圧縮機が軸方向や径方向に大型化してしまうという問題を招く。

そこで本発明の課題は、安価な方法で圧縮機の大型化を招くことなくピストンコーティングの剥がれを防止し、圧縮機の耐久性を向上させることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機は、シリンダボア内に往復動自在にピストンが挿入されている圧縮機構のシリンダボアの軸方向または／および周方向に関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部と、シリンダボアのトップ側面取り部またはリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、互いに摺接しない位置関係に設定されていることを特徴とするものからなる。

すなわち、従来構造においては、後述するように、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部（角部）と、シリンダボアのトップ側面取り部またはリセスとシリンダボア円筒面との接続部（角部）とは、基本的に、ピストンの往復動に伴って互いに摺接する位置関係に設定されていた。そのため、とくにピストンに高圧が作用したりピストンが傾いた状態で往復動される場合には、ピストンのコーティング面に局部的に高い面圧が加わることがあり、この部分からコーティング剥がれが発生しやすくなっていた。これに対し本発明では、そのような角部からなる接続部同士の摺接が起こらない位置関係に設定されるので、コーティング剥がれの起点となる角部における高い面圧も生じないことになる。起点がなくなると、必然的に、コーティング剥がれが生じにくくなり、その発生が防止されることにより、圧縮機の耐久性が向上されることになる。

このような互いに摺接しない位置関係は、シリンダボアの軸方向または周方向に関して、あるいは軸方向と周方向の両方に関して、設定可能である。シリンダボアの軸方向に関してみれば、例えば、ピストンが上死点にある位置において、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が、シリンダボアのトップ側面取り部とシリンダボア円筒面との接続部よりも下死点側に位置されるように構成できる。あるいは、ピストンが上死点にある位置において、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が、吸入弁のストロークを規制するためにシリンダボアのトップ側に設けられたリセスとシリンダボア円筒面との接続部よりも下死点側に位置されるように構成できる。

このように構成すれば、シリンダボアの軸方向に関して、両接続部は互いに摺接し合う位置には来ない、つまり、ピストンが上死点に至っても、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部は、シリンダボアのトップ側面取り部とシリンダボア円筒面との接続部、あるいは、リセスとシリンダボア円筒面との接続部の位置までは到達しないので、両接続部同士の摺接が起こることはなく、角部同士の摺接によるコーティング剥がれの起点も発生せず、コーティング剥がれが確実に防止されることになる。

また、シリンダボアの周方向についてみれば、例えば、ピストンに作用するサイドフォースによってシリンダボアに対し傾くピストンに関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が前記ピストンの傾きによりシリンダボアと強く摺接するシリンダボア周方向位置（例えば斜板式圧縮機の場合で、斜板の外周側を跨ぐブリッジ部を持つピストンを有する場合には、略ブリッジ部と同じ方向のシリンダボア周方向位置）とはシリンダボアの軸中心に対し概略反対側の周方向位置に、吸入弁のストロークを規制するためにシリンダボアのトップ側に形成されるリセスが設けられることにより、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面の接続部と前記シリンダボアのリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、ピストンとシリンダボアと間に設定されているクリアランスにより互いに摺接しない位置関係に設定されている構成とすることができる。あるいは、ピストンに作用するサイドフォースによってシリンダボアに対し傾くピストンに関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が前記ピストンの傾きによりシリンダボアと強く摺接するシリンダボア周方向位置とはシリンダボアの軸中心に対し概略反対側の周方向位置に、シリンダボア内と連通可能な被圧縮流体の通路が設けられることにより、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面の接続部と前記被圧縮流体の通路とシリンダボア円筒面との接続部とが、ピストンとシリンダボアとの間に設定されているクリアランスにより互いに摺接しない位置関係に設定されている構成とすることもできる（この構造は、被圧縮流体の通路の内周面の一部が、シリンダボア形成面と同等の位置に形成される場合があり、その場合には、互いに曲率の異なる被圧縮流体通路の内周面とシリンダボア形成面とが離れる部位に、段差が形成される場合が多いことに鑑み、構成される構造である）。

このように構成すれば、シリンダボアの周方向に関して、両接続部は互いに摺接し合うことが回避され、ピストンの傾きにより、両接続部間にはクリアランスが存在することになる。したがって、この周方向位置において、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部は、シリンダボア側のリセスとシリンダボア円筒面との接続部、あるいは、被圧縮流体の通路設置部に形成される可能性のある段差との間に摺接が起こることはなく、角部同士の摺接によるコーティング剥がれの起点は発生せず、コーティング剥がれが確実に防止されることになる。

このような本発明に係る圧縮機の構造は、高い耐久性が要求される車両空調装置用圧縮機に好適なものであり、とくに、高圧が加わる、被圧縮流体が二酸化炭素冷媒からなる場合に好適なものである。なお、圧縮機の種類に関しては、とくに限定されず、ピストンとシリンダボアを有する圧縮機であれば、本発明は適用可能である。

このように、本発明に係る圧縮機によれば、ピストントップ側面取り部と円筒面との接続部と、シリンダボアの面取り部やリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、摺接することがないため、コーティング剥がれを確実に防止できる。また、ピストン自体については、従来と同一工程により製造可能であるため、安価にピストン、ひいては圧縮機の耐久性の向上を計ることができる。

また、コーティング剤や潤滑油等を強化しなくとも剥がれを防止できるため、安価に耐久性向上を計ることができる。さらに、ピストンの嵌合長を長くしたり（軸方向の増加）、斜板傾斜角度を小さくしたり（径方向の増加）する必要はないので、コーティング剥がれを防止しつつ、圧縮機の大型化を防止できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明による効果をより明確にするために、従来構造とその問題点について具体的に説明する。図１〜図３は、従来構造を示しており、図１は、斜板式圧縮機の場合を例示している。図１において、１は斜板式圧縮機全体を示しており、圧縮機１は、駆動軸２により、ロータ３、ヒンジ機構４を介して、傾斜角を可変可能に、駆動軸２と一体的に回転される斜板５を備えている。各ピストン６は、シリンダブロック７内に形成された、対応するシリンダボア８内に往復動自在に挿入されており、斜板５の回転運動が、斜板５に摺接される一対のシュー９と、それを保持しているピストン６のブリッジ部１０とを介して、ピストン６の往復動に変換される。このピストン６の往復動に伴って、シリンダヘッド１１内に形成された吸入室１２から被圧縮流体（例えば、二酸化炭素冷媒）が、弁板１３に形成された吸入孔１４を通してシリンダボア８内に吸入され、シリンダボア８内で圧縮された圧縮流体（例えば、高圧の圧縮ガス）が、弁板１３に形成された吐出孔１５を通してシリンダヘッド１１内に形成された吐出室１６に吐出され、そこから外部へと吐出される。吸入孔１４のシリンダボア８側には吸入弁１７が設けられ、シリンダボア８のトップ側（ピストン上死点側）には、吸入弁１７のストロークを規制するためにリセス１８が形成されている。吐出孔１５の吐出室１６側には吐出弁１９が設けられ、吐出弁１９のストロークは吐出弁リテーナ２０によって規制される。本例では、ピストン６には複数のピストンリング２１が装着されている。この圧縮機１のシリンダヘッド１１側から見た各部の配置は、図２に示すようになっている。

このような構成を有する従来の圧縮機１においては、ピストン６の上死点位置における各部の位置関係は図３に示すようになっている。ピストン６のトップ側には面取り部２２が形成され、この面取り部２２とピストン円筒面２３との間に両者の接続部２４が形成されている。シリンダボア８のトップ側（ピストン上死点側）にも面取り部２５が形成され、この面取り部２５とシリンダボア円筒面２６との間に両者の接続部２７が形成されている。また、上述のリセス１８とシリンダボア円筒面２６との間に両者の接続部２８が形成されている。これら接続部２７、２８、とくに図示例では接続部２８は、比較的鋭利な角部を形成する。

このようにピストン６側の接続部２４と、シリンダボア８側の接続部（図示例では接続部２８）とが、互いに摺接されるようにピストン６が往復動されると、それら接続部同士（つまり、角部同士）の摺接により、前述の如くコーティング剥がれの起点が形成され、コーティング剥がれが生じやすくなる。とくに、ピストン６のトップ側はサイドフォースを受け、図３に示すようにシリンダボア８のリセス１８がある方向に傾く。このような状態でピストン６が往復動されると、ピストン６が上死点に至るまでに、ピストン６の接続部２４がシリンダボア８の接続部２８を横切るために、接続部２４と接続部２８のエッジ同士が摺接し、ピストン６側のコーティングが剥がれやすくなる。

そこで本発明では次のような構成が採用される。図４は、本発明の実施例１に係る構成を示している。本発明においては、シリンダボア内に往復動自在にピストンが挿入されている圧縮機構のシリンダボアの軸方向または／および周方向に関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部と、シリンダボアのトップ側面取り部またはリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、互いに摺接しない位置関係に設定されるが、図４に示す実施例１においては、ピストン３１のトップ側の面取り部３２とピストン円筒面３３との接続部３４と、シリンダボア８のトップ側面取り部２５またはリセス１８とシリンダボア円筒面２６との接続部２７、２８とが、互いに摺接しない位置関係に設定されている。とくに本実施例では、ピストン３１の上死点位置において、ピストン３１側の接続部３４が、リセス１８とシリンダボア円筒面２６との接続部２８よりもピストン下死点側に配置されるように、両者の位置関係が設定されている。このような位置関係は、図３に示した構造に比べ、ピストン３１のトップ側の面取り部３２を軸方向により長く形成することにより、容易に設定できる。

上記実施例１に係る構造では、ピストン３１のトップ側の面取り部３２とピストン円筒面３３との接続部３４は、シリンダボア８のトップ側面取り部２５またはリセス１８とシリンダボア円筒面２６との接続部２７、２８、とくにリセス１８とシリンダボア円筒面２６との接続部２８よりもピストン下死点側に設けられているために、ピストン３１がその上死点まで往復動されても、これら接続部３４、２８におけるエッジ同士が摺接することはなく、ピストン３１側のコーティング剥がれが適切に防止される。コーティング剥がれの防止により、ピストン３１、ひいては圧縮機の耐久性が向上される。本実施例では、単にピストン３１のトップ側の面取り部３２を軸方向により長く形成するだけで本発明を実施可能であり、ピストンの製造に関しては、実質的に従来と同一工程により製造可能であり、本発明を極めて安価に実施できることになる。また、前述したように、コーティング剤や潤滑油等を強化しなくとも剥がれを防止できる面からも、本発明の安価な実施が可能である。さらに、実質的にピストンのサイズを変更する必要はないので、上記コーティング剥がれを防止しつつ、圧縮機の大型化を防止できる。

図５、図６は、本発明の実施例２に係る圧縮機の構造を示しており、本実施例では、上記接続部同士の摺接回避を、主としてシリンダボアの周方向に関する配置で達成している。図５、図６に示すように、図１、図２に示した従来の構成に比べ、圧縮機４１のシリンダヘッド４２内の中央側に吸入室４３を、外周側に吐出室４４を形成し、それに対応させて弁板４５に吸入孔４６、吐出孔４７、および吸入孔４６、吐出孔４７に対応させて吸入弁４８、吐出弁４９、リセス５０、吐出弁リテーナ５１が配置されている。とくにリセス５０の配設位置は、図１、図２に示した従来の構成に比べ、シリンダボアの軸中心に対して反対側の位置に設定されている。図１、図２と同一の構成を有する部分については図１、図２に付したのと同一の符号を付すことにより説明を省略する。

このように構成された実施例２に係る構造においても、図７に示すように、ピストン６１の上死点位置において、ピストン６１のトップ側の面取り部６２とピストン円筒面６３との接続部６４は、シリンダボア８のトップ側面取り部２５とシリンダボア円筒面２６との接続部２７よりもピストン下死点側に設けられている。したがって、ピストン６１が上死点まで往復動されても、これら接続部６４、２７におけるエッジ同士が摺接することはなく、ピストン６１側のコーティング剥がれが適切に防止される。また、リセス５０は、図８に示すように、ピストン６１がサイドフォースで傾くことによってシリンダボア８と接する方向と反対側に設けられているので、ピストン６１とシリンダボア８との間に設けられているクリアランスにより、こちら側においても、ピストン６１側の接続部６４が、リセス５０とシリンダボア円筒面２６との接続部６５に摺接することはない。したがって、これら接続部６４、６５におけるエッジ同士の摺接によるピストン６１側のコーティング剥がれも適切に防止される。コーティング剥がれの防止により、ピストン６１、ひいては圧縮機の耐久性が向上される。

本発明に係る圧縮機の構造は、ピストンとシリンダボアを有するあらゆる圧縮機に適用可能であり、とくに高い耐久性が要求される車両空調装置用圧縮機、なかでも、高圧で使用される二酸化炭素冷媒を用いた圧縮機に好適なものである。

従来の圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機のシリンダヘッド側から見た概略横断面図である。 図１の圧縮機の拡大部分断面図である。 本発明の実施例１に係る圧縮機の部分断面図である。 本発明の実施例２に係る圧縮機の縦断面図である。 図５の圧縮機のシリンダヘッド側から見た概略横断面図である。 図５の圧縮機の拡大部分断面図である。 図５の圧縮機の別の部位を示す拡大部分断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 駆動軸
５ 斜板
６ ピストン
７ シリンダブロック
８ シリンダボア
９ シュー
１０ ブリッジ部
１１ シリンダヘッド
１２ 吸入室
１３ 弁板
１４ 吸入孔
１５ 吐出孔
１６ 吐出室
１７ 吸入弁
１８ リセス
１９ 吐出弁
２０ 吐出弁リテーナ
２１ ピストンリング
２２ ピストントップ側の面取り部
２３ ピストン円筒面
２４ 接続部
２５ シリンダボアのトップ側面取り部
２６ シリンダボア円筒面
２７、２８ 接続部
３１ ピストン
３２ ピストントップ側の面取り部
３３ ピストン円筒面
３４ 接続部
４１ 圧縮機
４２ シリンダヘッド
４３ 吸入室
４４ 吐出室
４５ 弁板
４６ 吸入孔
４７ 吐出孔
４８ 吸入弁
４９ 吐出弁
５０ リセス
５１ 吐出弁リテーナ
６１ ピストン
６２ ピストントップ側の面取り部
６３ ピストン円筒面
６４ 接続部
６５ リセスとシリンダボア円筒面との接続部

Claims (7)

1. シリンダボア内に往復動自在にピストンが挿入されている圧縮機構のシリンダボアの軸方向または／および周方向に関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部と、シリンダボアのトップ側面取り部またはリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、互いに摺接しない位置関係に設定されていることを特徴とする圧縮機。
2. ピストンが上死点にある位置において、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が、シリンダボアのトップ側面取り部とシリンダボア円筒面との接続部よりも下死点側に位置される、請求項１に記載の圧縮機。
3. ピストンが上死点にある位置において、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が、吸入弁のストロークを規制するためにシリンダボアのトップ側に設けられたリセスとシリンダボア円筒面との接続部よりも下死点側に位置される、請求項１または２に記載の圧縮機。
4. ピストンに作用するサイドフォースによってシリンダボアに対し傾くピストンに関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が前記ピストンの傾きによりシリンダボアと強く摺接するシリンダボア周方向位置とはシリンダボアの軸中心に対し概略反対側の周方向位置に、吸入弁のストロークを規制するためにシリンダボアのトップ側に形成されるリセスが設けられることにより、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面の接続部と前記シリンダボアのリセスとシリンダボア円筒面との接続部とが、ピストンとシリンダボアと間に設定されているクリアランスにより互いに摺接しない位置関係に設定されている、請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。
5. ピストンに作用するサイドフォースによってシリンダボアに対し傾くピストンに関して、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面との接続部が前記ピストンの傾きによりシリンダボアと強く摺接するシリンダボア周方向位置とはシリンダボアの軸中心に対し概略反対側の周方向位置に、シリンダボア内と連通可能な被圧縮流体の通路が設けられることにより、ピストントップ側の面取り部とピストン円筒面の接続部と前記被圧縮流体の通路とシリンダボア円筒面との接続部とが、ピストンとシリンダボアと間に設定されているクリアランスにより互いに摺接しない位置関係に設定されている、請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮機。
6. 車両空調装置用圧縮機からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮機。
7. 被圧縮流体が二酸化炭素冷媒からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の圧縮機。

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