JP3951437B2 - 圧縮機のピストン支持構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は圧縮機におけるピストンの支持構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮機のピストンにおいて、ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸に支持された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部と、を一体に備えた構造のものが知られている。このようなピストンには、自身の軸線回りの回動を防止する回止め部がピストン首部に設けられている。そして、ハウジングの内周壁面に対し回止め部が当接することで、ピストンの回動が規制されるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ピストンの軸線回りの回動は、ピストンの圧縮反力に起因した斜板と前後のシューとの間、前後のシューとピストンとの間の摩擦力によりピストンが斜板の回転方向の引きずられて発生する。この時、圧縮反力が大きくなるとピストンを回動させる力も増大する。これにより、前記回止め部がハウジングの内周壁面に強く当接されることとなり、回止め部とハウジングの内周壁面との相互の当接部の摩耗が促進されるという問題がある。冷媒として二酸化炭素冷媒等を使用する場合、その吐出圧がフロン冷媒等に比べて高圧であることから、前記問題が顕著である。
一方、圧縮反力に起因してピストン頭部にサイド力が作用する。このサイド力も圧縮反力の増大とともに大きくなり、ピストン頭部の外周面やシリンダボアの内周面の摩耗の原因となる。ここで、前記二酸化炭素冷媒等を冷媒として使用する場合、フロン冷媒等に比べ高圧縮・高密度であるから吐出容量を小さくすることが可能となる。言い換えると、ピストン頭部の径を小さくすることが可能となる。逆に圧縮反力は前述したように増大することからピストン頭部に作用するサイド力も増大する。このため、二酸化炭素冷媒等の使用に合わせてピストン頭部の径を小さくすると、サイド力の増大と受圧面積の減少との相乗作用によってピストン頭部またはシリンダボアの摩耗が一層助長されることとなる。
【0004】
この発明の第1目的は、前記問題点に鑑み、冷媒の圧縮反力に起因したピストンの摩耗を軽減することができる圧縮機のピストン支持構造を提供することである。特に、フロン冷媒に比べ吐出圧力が大きくなる二酸化炭素冷媒等を使用するときに有益な圧縮機のピストン支持構造を提供することを第2の目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸に支持された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部と、を備えたピストンにおいて、
前記ピストン首部には、前記ピストン頭部の周面よりも外方に張り出すとともに、前記ピストンの回動を規制する大径のピストンガイド部が前記前後のシュー座部に跨る長さ寸法をもって形成され、
前記ピストンガイド部は前記ハウジングの内周壁面に沿って往復動案内される構成にしてある。
【0006】
したがって、斜板が回転する際、前後のシューを介してピストンに回転モーメントが作用したときには、クランク室の内周壁面に対しピストンガイド部が当接することで、ピストンの回止めが確実になされる。
特に、ピストンガイド部は、前後のシュー座部に跨る長さを有してクランク室の内周壁面に当接するため、ピストンに作用する回転モーメントが大きい場合においても、クランク室の内周壁面とピストンガイド部と相互の当接部の摩耗が防止される。
さらに、ハウジングにはシリンダボアに隣接しかつシリンダボアよりも口径が大きいガイドボアが形成される一方、ピストンガイド部には、前記ガイドボアに往復動可能に嵌合する嵌合面を周面に有する嵌合ガイド部が形成されている。
したがって、ピストンの往復動作時において、冷媒の圧縮反力が起因してピストンに作用するサイド力は、シリンダボアの内周面とピストン頭部の外周面との相互の嵌合部の他に、ガイドボアとピストン首部の嵌合ガイド部との相互の嵌合部及びクランク室の内周壁面とピストンガイド部との相互の当接部にそれぞれ分担して受けられる。
このため、シリンダボアの内周面とピストン頭部の外周面との相互の嵌合部の面圧がより一層軽減され、これら相互の嵌合部の摩耗防止に効果が大きい。
さらに、ピストンに作用する回転モーメントが大きい場合においても、クランク室の内周壁面とピストンガイド部と相互の当接部の摩耗が防止される。
【0007】
請求項2の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸に支持された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部と、を一体に備えたピストンにおいて、
前記ハウジングにはシリンダボアに隣接しかつシリンダボアよりも口径が大きいガイドボアが形成される一方、
前記ピストン首部には、前記ガイドボアに往復動可能に嵌合する嵌合面を周面に有する嵌合ガイド部が形成されている。
【0008】
したがって、ピストンの往復動作時において、冷媒の圧縮反力が起因してピストンに作用するサイド力は、シリンダボアの内周面とピストン頭部の外周面との相互の嵌合部の他に、ガイドボアとピストン首部の嵌合ガイド部との相互の嵌合部にそれぞれ分担して受けられる。
このため、シリンダボアの内周面とピストン頭部の外周面との相互の嵌合部の面圧が軽減され、これら相互の嵌合部の摩耗が防止される。
【0011】
請求項3の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、請求項1に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンガイド部は、ハウジングの内周壁面に沿って円弧状をなしている。
したがって、ピストンガイド部の円弧状の部分がクランク室の内周壁面に沿って当接することで、ピストンの回止めがより一層確実になされる。
【0012】
請求項4の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、請求項2に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンの嵌合ガイド部は、ガイドボアの内周壁面に沿って円弧状をなしている。
したがって、ピストンの往動時と復動時とにおいて、そのピストンに作用するサイド力に大小差がある場合、そのサイド力が大きくなるピストン側に対応して、ガイドボアの内周壁面に対し、ピストンの嵌合ガイド部の円弧状の部分を設定することで、シリンダボアの内周面とピストン頭部の外周面との相互の嵌合部の摩耗が効果的に防止される。
【0013】
請求項5の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、請求項1に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンの嵌合ガイド部の軸心は、ピストン頭部の軸心から偏心している。
したがって、ガイドボアと嵌合ガイド部との嵌合部分においても、ピストンの回止めを図ることができる。このため、ピストンに作用する回転モーメントが大きい場合においても、ピストンの回止めを確実に行うことができる。
また、ピストンガイド部の嵌合ガイド部の軸心をピストン頭部の軸心から回転軸の軸心に向けて偏心させることで、ハウジングの小型化を図ることが可能となる。
【0014】
請求項6の発明に係る圧縮機のピストン支持構造は、請求項1または2に記載の圧縮機のピストン支持構造において、冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられている。
したがって、フロン冷媒に比べ吐出圧力が大きくなる二酸化炭素冷媒を使用した場合にピストンの摩耗防止の効果が顕著となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
この発明の実施の形態1を図1〜図5にしたがって説明する。
二酸化炭素冷媒のような高圧縮、高密度の冷媒が用いられる可変容量の斜板式圧縮機を縦断面で表した図1において、圧縮機のハウジング1は、シリンダブロック2と、そのシリンダブロック2の前側に接合固定されたフロントハウジング5と、シリンダブロック2の後側にバルブプレート10を間に挟んで接合固定されたリヤハウジング20とを備えて構成されている。
前記シリンダブロック2とフロントハウジング5との中心部に跨って回転軸30がベアリング31、32によって回転可能に支持されている。この回転軸30は、図示しない車載エンジンを駆動源としかつ電磁クラッチを介して回転される。
【0016】
前記フロントハウジング5のクランク室6において、回転軸30の軸上には、回転支持体33と斜板40とがそれぞれ配設されている。
前記回転支持体33は回転軸30と一体回転可能に組み付けられ、その回転支持体33の周縁部には、斜板40に対するガイド孔35を有する支持アーム34が延出されている。
前記斜板40は回転軸30に対し傾動並びに軸方向にスライド可能に組み付けられ、その一側面には連結片41が一体状に設けられている。連結片41には先端に球形の嵌合部42aを有するガイドピン42が突設されている。このガイドピン42の嵌合部42aは支持アーム34のガイド孔35に嵌挿され、この状態において、回転軸30のトルクが回転支持体33を介して斜板40に伝達されるようになっている。
【0017】
前記シリンダブロック2には複数のシリンダボア3が貫設されている。これら各シリンダボア3には、ピストン50がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。そして、シリンダボア3内には圧縮室3aがピストン50によって区画構成されている。
前記各シリンダボア3のクランク室6側の開口部には、シリンダボア3に隣接して連通しかつシリンダボア3よりも口径が大きいガイドボア4が同一中心線上に形成されている。
【0018】
図2〜図5に示すように、前記ピストン50は、シリンダボア3に往復動可能に嵌挿される断面円形のピストン頭部51と、そのピストン頭部51の根元側からクランク室6に向けて突出されたピストン首部52とを一体に備えている。
前記ピストン首部52には斜板40の周縁部が差し込まれる斜板組付溝53が凹設されている。斜板組付溝53の相対する壁面には、前後のシュー座部54が凹球面に形成され、これら前後のシュー座部54には斜板40の周縁部を挟持するための前後一対のシュー60が球面嵌合によって嵌込まれている。そして、斜板40の回転運動が前後一対のシュー60によってピストン50の往復直線運動に変換され、ピストン頭部51がシリンダボア3内を往復動するようになっている。
【0019】
前記ピストン首部52には、ピストン頭部51の周面よりも大きくかつクランク室6の内周壁面7に向けて張り出すピストンガイド部56が形成されている。このピストンガイド部56は、前後の両シュー座部54に跨る長さ寸法をもって形成され、そのピストンガイド部56の張り出し面をガイド面57としてクランク室6の内周壁面7に沿って往復動案内されるようになっている。
この実施の形態1において、ピストンガイド部56は、ピストン首部52の一端から他端にわたって形成され、そのピストンガイド部56には、ピストン頭部51に隣接する側において、ガイドボア4に往復動可能に嵌合する嵌合面59を周面に有する嵌合ガイド部58が形成されている。
すなわち、ピストンガイド部56の嵌合ガイド部58は、ピストン頭部51よりも大径で同一軸心をなしかつガイドボア4と略同径の断面円形に形成されている。さらに、嵌合ガイド部58を除くピストンガイド部56のガイド面57は、回転軸30の軸心と同一軸心の円弧面に形成されかつクランク室6の内周壁面7と略同径で隙間なく又は微小な隙間をもって対向している。
【0020】
なお、図1に示すように、リヤハウジング20には、吸入室21と吐出室22とが区画形成されている。吸入室21は、バルブプレート10の吸入弁機構11を通して圧縮室3aに連通され、吐出室22は、バルブプレート10の吐出弁機構12を通して圧縮室3aに連通されている。
また、前記ピストン50のストロークは、クランク室6内の圧力と、圧縮室3a内の圧力との差圧に応じて変わり、吐出容量を左右する斜板40の傾斜角が変化するようになっている。さらに、クランク室6内の圧力は図示しない容量制御弁により制御される。
また、前記回転軸30の軸上には斜板40の最小傾斜角位置を設定するためのストッパリング45が取り付けられている。さらに、斜板40と回転支持体33との間に位置する回転軸30の部分には斜板40を最小傾斜角側に押圧するためのバネ43が巻装されている。
【0021】
この実施の形態1は上述したように構成される。したがって、車載エンジンを駆動源として電磁クラッチを介して回転軸30が回転されると、回転支持体33を介して斜板40が回転される。
前記斜板40の回転運動が前後のシュー60を介してピストン50に伝達されることで、ピストン50が往復動される。
【0022】
前記ピストン50の往復動に基づき、吸入室21からバルブプレート10の吸入弁機構11を通してシリンダボア3の圧縮室3aに吸入された二酸化炭素冷媒は圧縮室3a内において100気圧前後の高圧状態に圧縮される。
前記圧縮室3aにおいて圧縮された二酸化炭素冷媒は、バルブプレート10の吐出弁機構12を通して吐出室22に吐出される。吐出室22から外部冷媒回路に流れた二酸化炭素冷媒は、凝縮器において冷却される。
二酸化炭素冷媒は臨界温度が31度Cと低く、夏場などにおいては臨界温度を越えた使用環境となる場合がある。このため、凝縮器においては、超臨界温度での使用状態としている。そして、冷却された二酸化炭素冷媒は高圧気体のまま膨張弁に流れる。
膨張弁において、二酸化炭素冷媒は35気圧前後に減圧されて気液混合状態となり蒸発器に流れる。そして、蒸発器において二酸化炭素冷媒が蒸発し、吸入室21に還流する。
【0023】
前記したように、二酸化炭素冷媒は吐出圧が100気圧前後(フロン冷媒は15気圧前後)で、蒸発圧が35気圧前後(フロン冷媒は2気圧前後)であり、高圧力・高密度の状態で使用されるため、吐出容量を小さくすることができる。これに基づいて、ピストン50のピストン頭部51の外径も小さく設定することができる。
前記ピストン50の往復動作時において、二酸化炭素冷媒の圧縮反力が起因してピストン50に作用するサイド力は、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の他に、ガイドボア4と嵌合ガイド部58との相互の嵌合部にそれぞれ分担して受けられる。
このため、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の面圧が軽減され、これら相互の嵌合部の摩耗が防止されることから耐久性が向上する。
【0024】
また、斜板40が回転する際、前後のシュー60とシュー座部54との摩擦抵抗によってピストン50が自身の軸線回りに回転する方向にそのピストン50に回転モーメントが作用する。このとき、クランク室6の内周壁面7に対しピストンガイド部56のガイド面57が当接することで、ピストン50の回止めが確実になされる。
特に、図4と図5に示すように、ピストンガイド部56のガイド面57は前後のシュー座部54に跨る長さを有してクランク室6の内周壁面7に当接するため、前記ピストン50に作用する回転モーメントが大きい場合においても、クランク室6の内周壁面7とピストンガイド部56のガイド面57と相互の当接部の摩耗が防止される。
【0025】
なお、前記ガイド面57とクランク室6の内周壁面7との間のクリアランスをきわめて小さくするか、あるいは無くすことで、ガイド面57によってもサイド力を分担受承させることが可能となる。
また、前記実施の形態1のピストン50において、嵌合ガイド部58はガイドボア4の内周面全周に嵌合する嵌合面59を有する円形に形成された場合を例示したが、図6に示すように、嵌合ガイド部58の嵌合面59が所定角度の円弧に形成されてもよい。すなわち、ピストン50の往動時と復動時とにおいて、そのピストン50に作用するサイド力に大小差がある場合、そのサイド力が大きくなるピストン50の片側に対応して、ガイドボア4の内周壁面に対し、ピストン50の嵌合ガイド部58の円弧状の部分を設定することで、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の摩耗が効果的に防止される。
【0026】
(実施の形態2)
次に、この発明の実施の形態2を図7〜図9にしたがって説明する。この実施の形態2においては、図8に示すように、ピストン50のピストン首部52に形成されたピストンガイド部56の嵌合ガイド部58は、ピストン頭部51よりも大径でかつ嵌合ガイド部58の軸心Bは、ピストン頭部51の軸心Aから回転軸30の軸心に向けて距離Lだけ偏心した断面円形に形成されている。さらに、嵌合ガイド部58を除くピストンガイド部56のガイド面57は、回転軸30の軸心と同一軸心をなす円弧面に形成されてクランク室6の内周壁面7に隙間なく又は微小な隙間をもって対向している。
その他の構成は実施の形態1と同様にして構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。
【0027】
したがって、この実施の形態2においても、前記実施の形態1と略同様の作用効果を奏するばかりでなく、ピストンガイド部56の嵌合ガイド部58の軸心Bがピストン頭部51の軸心Aから回転軸30の軸心に向けて距離Lだけ偏心した分だけハウジング1の小型化を図ることが可能となる。さらに、ガイドボア4と嵌合ガイド部58との嵌合部分は、ピストン50の回止めとして機能し、ガイド面57と嵌合ガイド部58とにより前後のシュー座部54を跨ぐ広い領域でピストン50の回動を規制することができる。
また、前記実施の形態2のピストン50においても、図10に示すように、ピストン頭部51の軸心Aから距離Lだけ偏心した軸心Bをもつ嵌合ガイド部58の嵌合面59が所定角度の円弧に形成されてもよい。さらに、サイド力が大きくなるピストン50の片側に対応して、ガイドボア4の内周壁面に対し、ピストン50の嵌合ガイド部58の円弧状の部分を設定することで、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の摩耗が効果的に防止される。
【0028】
(関連技術)
次に、この発明の関連技術を図11〜図13にしたがって説明する。この関連技術において、ピストン50のピストン首部52には、ピストン頭部51の周面よりも大きくかつクランク室6の内周壁面7に向けて張り出すピストンガイド部56が形成されている。このピストンガイド部56は、前後の両シュー座部54に跨る長さ寸法、この関連技術ではピストン首部52の一端から他端にわたって形成されている。
ピストンガイド部56は、その張り出し面をガイド面57としてクランク室6の内周壁面7に沿って往復動案内される。すなわち、ピストンガイド部56のガイド面57は、回転軸30の軸心と同一軸心の円弧面に形成されかつクランク室6の内周壁面7と略同径で隙間なく又は微小の隙間をもって対向している。
その他の構成は実施の形態1と同様にして構成されるため、同一構成部分に対し同一符号を付記してその説明は省略する。
【0029】
したがって、この関連技術において、前記ピストン50の往復動作時において、二酸化炭素冷媒の圧縮反力が起因してピストン50に作用するサイド力は、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の他に、クランク室6の内周壁面7とピストンガイド部56のガイド面57との相互の面当接部にそれぞれ分担して受けられる。
このため、シリンダボア3の内周面とピストン頭部51の外周面との相互の嵌合部の面圧が軽減され、これら相互の嵌合部の摩耗が防止されることから耐久性が向上する。
【0030】
また、斜板40が回転する際、前後のシュー60とシュー座部54との摩擦抵抗によってピストン50が自身の軸線回りに回転する方向にそのピストン50に回転モーメントが作用する。このとき、クランク室6の内周壁面7に対しピストンガイド部56のガイド面57が当接することで、ピストン50の回止めが確実になされる。
特に、ピストンガイド部56のガイド面57は前後のシュー座部54に跨る長さを有してクランク室6の内周壁面7に当接するため、前記ピストン50に作用する回転モーメントが大きい場合においても、クランク室6の内周壁面7とピストンガイド部56のガイド面57と相互の当接部の摩耗が防止される。
【0031】
なお、ピストン首部の一部分に回止め部が設けられたピストンを備えた圧縮機は、例えば、特開平7−180658号公報、特開平7−189897号公報等に開示されている。ピストン首部の一部分のみに回止め部が設けられたピストンを、二酸化炭素冷媒を使用した圧縮機に用いた場合、ピストンに作用する大きい回転モーメントによってピストン首部の回止め部が激しく摩耗され、打ち音等の異音も発生しやすくなる。
これに対し、この関連技術においては、前述したようにピストンガイド部56のガイド面57は前後のシュー座部54に跨る長さを有しているため、前記ピストン50に作用する回転モーメントが大きい場合においても、クランク室6の内周壁面7とピストンガイド部56のガイド面57と相互の当接部の摩耗が防止される。
ここで、ガイド面57を回止めとしてのみ使用してもよく、この場合、サイド力に対しては、ピストン頭部51とシリンダボア3との嵌合長を長くとり、面圧を軽減するようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、冷媒の圧縮反力に起因したピストンの摩耗を軽減することができ、信頼性、耐久性等の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の二酸化炭素冷媒使用の圧縮機を示す縦断面図である。
【図2】 同じく図1のII−II線に基づく横断面図である。
【図3】 同じく図1のIII−III線に基づく横断面図である。
【図4】 同じくピストンを示す斜視図である。
【図5】 同じくピストンを示す側面図である。
【図6】 同じくピストン首部の嵌合ガイド部の実施態様を示す説明図である。
【図7】 この発明の実施の形態2の二酸化炭素冷媒使用の圧縮機の一部を示す縦断面図である。
【図8】 同じく図7のVIII−VIII線に基づく横断面図である。
【図9】 同じくピストンを示す斜視図である。
【図10】 同じくピストン首部の嵌合ガイド部の実施態様を示す説明図である。
【図11】 この発明の関連技術の二酸化炭素冷媒使用の圧縮機の一部を示す縦断面図である。
【図12】 同じく図11のXII−XII線に基づく横断面図である。
【図13】 同じくピストンを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
3 シリンダボア
6 クランク室
7 内周壁面
30 回転軸
33 回転支持体
40 斜板
50 ピストン
51 ピストン頭部
52 ピストン首部
53 斜板組付溝
54 シュー座部
56 ピストンガイド部
57 ガイド面
58 嵌合ガイド部
59 嵌合面
60 シュー
Claims (6)
- ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸に支持された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部と、を備えたピストンにおいて、
前記ピストン首部には、前記ピストン頭部の周面よりも外方に張り出すとともに、前記ピストンの回動を規制する大径のピストンガイド部が前記前後のシュー座部に跨る長さ寸法をもって形成され、
前記ピストンガイド部は前記ハウジングの内周壁面に沿って往復動案内される構成にし、
前記ハウジングには、前記シリンダボアに隣接しかつ該シリンダボアよりも口径が大きいガイドボアが形成される一方、
前記ピストンガイド部には、前記ガイドボアに往復動可能に嵌合する嵌合面を周面に有する嵌合ガイド部が形成されている圧縮機のピストン支持構造。 - ハウジングのシリンダボアに往復動可能に嵌挿されるピストン頭部と、回転軸に支持された斜板を挟持する前後一対のシューが組み込まれる前後のシュー座部を有するピストン首部と、を一体に備えたピストンにおいて、
前記ハウジングにはシリンダボアに隣接しかつシリンダボアよりも口径が大きいガイドボアが形成される一方、
前記ピストン首部には、前記ガイドボアに往復動可能に嵌合する嵌合面を周面に有する嵌合ガイド部が形成されている圧縮機のピストン支持構造。 - 請求項1に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンガイド部は、ハウジングの内周壁面に沿って円弧状をなしている圧縮機のピストン支持構造。
- 請求項2に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンの嵌合ガイド部は、ガイドボアの内周壁面に沿って円弧状をなしている圧縮機のピストン支持構造。
- 請求項1に記載の圧縮機のピストン支持構造において、ピストンの嵌合ガイド部の軸心は、ピストン頭部の軸心から偏心している圧縮機のピストン支持構造。
- 請求項1または2に記載の圧縮機のピストン支持構造において、冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられている圧縮機のピストン支持構造。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10666398A JP3951437B2 (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 圧縮機のピストン支持構造 |
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