JP4123393B2 - 片頭ピストン型圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は片頭ピストン型圧縮機に係り、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片頭ピストン型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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ピストンを有する型式の圧縮機として、一方側にのみ並設されたシリンダボア内を片頭ピストンが直動する、いわゆる片頭ピストン型圧縮機が知られている。
この片頭ピストン型圧縮機は、一般に、複数のボアを並設したシリンダブロックと、内部にクランク室を形成してシリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジングと、該シリンダブロックとフロントハウジングに支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を画設してシリンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、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上記ボア内を直動する片頭ピストンとを備えている。ここに、片頭ピストンは、ボア内を摺動可能なピストン頭部と、ピストン頭部の基端側に設けられ、一対のシューがそれぞれ係合される一対の係合凹部を対向内面に有する軸方向断面が略Ｕ字状のシュー保持部とを有している。
【０００３】
かかる片頭ピストン型圧縮機では、斜板の回転によりピストンが往復直動するとき、シューを介して斜板からピストンに加えられる力として、ピストンをボア内で往復直動させるという本来的に求められる軸方向分力の他に、ピストンを自転回動させようとする回転力が存在する。この回転力によりピストンが大きく自転回動すると、シュー保持部が斜板の外周側面に局部当たりするため、ピストン動作に悪影響を及ぼす。
【０００４】
このため、上記回転力の対策として、シュー保持部の背面をピストン頭部の外周側に部分的に突出せしめて回動規制部とし、この回動規制部の外側面をクランク室を構成する内壁面等と当接させることにより、ピストンの自転回動を規制する技術が特開平８−１０９８７４号公報等に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記片頭ピストン型圧縮機では、上記軸方向分力や回転力の他に、圧縮、吐出行程時にピストン頭部を圧縮機の径方向に傾動させようとするサイドフォースがシューを介して斜板からピストンに加えられる。このサイドフォースもピストン動作に悪影響を及ぼし、またピストンの傾動によりボア面との間で異常摩耗を生じたりする問題も発生する。
【０００６】
かかるサイドフォースに対しては、ピストン長やボア長を増加させてピストン頭部とボアとの嵌合長を増大させることにより、サイドフォースによりピストンに生じる傾動モーメントを減少させるという手段が考えられる。
しかしながら、ピストン頭部の長さを長くすることによりピストン嵌合長を増大させようとすると、圧縮機に必要とされる所定のピストン行程容積を確保すべく、ピストン頭部が長くなった分だけボア長をリヤハウジング側に延長させる必要があり、圧縮機の体格が軸方向に増加するという問題がある。
【０００７】
一方、ボアをクランク室側へ延長させることによりピストン嵌合長を増大させる場合、前述したピストン頭部よりも外周側に突出する回動規制部との干渉を回避しなければならないことから、ピストンが上死点位置にある時の回動規制部との関係で、ボアをクランク室側へ延長させることには限界がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、回動規制部を有する片頭ピストン形式の圧縮機において、圧縮機の体格を軸方向に増加させることなくピストン嵌合長をなるべく大きくして、円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗を抑制することを解決すべき技術課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の片頭ピストン型圧縮機は、複数のボアを並設したシリンダブロックと、内部にクランク室を形成してシリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジングと、該シリンダブロックとフロントハウジングに支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を画設してシリンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、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上記ボア内を直動する片頭ピストンとを備えた片頭ピストン型圧縮機において、
上記片頭ピストンは、上記ボア内を摺動可能なピストン頭部と、該ピストン頭部の基端側に設けられ、一対の上記シューがそれぞれ係合される一対の係合凹部を対向内面に有する軸方向断面形状が略Ｕ字状のシュー保持部と、該シュー保持部の側端面に、該ピストン頭部とは反対の方向に突出形成され、該ピストン頭部よりも外周側に部分的に突出されるとともに他の部材との接触により該片頭ピストンの自転回動を規制する規制面を有する回動規制部とを備え、
上記シリンダブロックの上記クランク室側の端部のうち圧縮機の外周側の端部には、ボア面から連続して該クランク室側に延在し、少なくとも上記ピストン頭部の外周側面が摺動可能な欠円状のピストンガイド面を有する膨出ボア部が形成され、
さらに、ヒンジ機構を介して前後方向への揺動可能に前記斜板を連結するラグプレートが、前記クランク室の前端部で前記駆動軸に嵌合固定され、
上記斜板の最大傾角状態における下死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部は、上記ラグプレートよりも圧縮機の外周側で該ラグプレートと軸方向にオーバーラップして、該斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部と前記フロントハウジングの前端内壁面との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この片頭ピストン型圧縮機では、ピストンガイド面を有する膨出ボア部がピストン頭部の外周側面と摺動可能であり、膨出ボア部がピストンのサイドフォースの一部を受承するので、シリンダボアがクランク室側へ延長された（実質的なピストン嵌合長の増加）と同じとなり、サイドフォースによるピストンの傾動モーメントが低減される。そして、ピストン頭部よりも外周側に部分的に突出して他の部材（フロントハウジングや通しボルト等）との接触によりピストンの自転回動を規制する回動規制部が、シュー保持部からピストン頭部とは反対の方向に突出するように該シュー保持部の側端面に設けられている。このため、回動規制部がシュー保持部の背面からクランク室の前方側にずれた分だけ、上記膨出ボア部をクランク室側に余分に延長させ、ピストン嵌合長を余分に増加させることができる。
【００１０】
したがって、ピストン嵌合長が最短となる下死点位置にピストンがある場合でもピストンに作用するサイドフォースを効果的に低減させることができ、円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗を効果的に抑制することができる。
また、膨出ボア部の延長によりピストン嵌合長を増加させることができるので、膨出ボア部の延長分に応じて、ピストン頭部の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部以外のボアの軸方向長さを短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００１１】
さらに、この片頭ピストン型圧縮機では、斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部が、ラグプレートよりも圧縮機の外周側でラグプレートと軸方向にオーバーラップしており、斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部とフロントハウジングの前端内壁面との間隔が可及的に小さくなるように設定されている。
斜板が最大傾角状態にあり、かつ、片頭ピストンが下死点位置にあるときとは、回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときである。この圧縮機では、このように回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部はラグプレートの外周側で該ラグプレートと軸方向にオーバーラップする。このため、回動規制部をシュー保持部よりも前面側に突出させることのできるスペースが、クランク室内の軸方向長さを増加させることなく確保される。したがって、回動規制部をシュー保持部よりも前面側に突出させることによっても、圧縮機の体格が軸方向に増加することはない。
またこの圧縮機では、回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部とフロントハウジングの前端内壁面、すなわちクランク室の前端との間の間隔が可及的に小さくなるように設定されている。このため、斜板の最大傾角状態における下死点位置での回動規制部とクランク室の前端との関係で、クランク室内の軸方向長さを最大限短縮することができ、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
（２）請求項２記載の片頭ピストン型圧縮機は、請求項１記載の片頭ピストン型圧縮機において、前記シュー保持部は、その背面に前記ピストン頭部の外周側面から連続して延在する欠円状の摺動外面を有し、該摺動外面は前記ピストンガイド面に摺動可能であることを特徴とするものである。
【００１２】
この片頭ピストン型圧縮機では、シュー保持部の摺動外面が膨出ボア部のピストンガイド面と摺動するので、ピストンが上死点位置にあるとき膨出ボア部がピストンのサイドフォースの一部を受承してピストンに作用するサイドフォースを効果的に低減させる。
（３）請求項３記載の片頭ピストン型圧縮機は、請求項１又は２記載の片頭ピストン型圧縮機において、上死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部と前記膨出ボア部との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この圧縮機では、上死点位置にある片頭ピストンの回動規制部と膨出ボア部との間隔が可及的に小さくなるように設定されており、膨出ボア部をクランク室側へ最大限膨出させて、ピストン嵌合長を最大限増加させている。
したがって、ピストンに作用するサイドフォースをより効果的に低減して、より円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、ピストン頭部の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部以外のボアの軸方向長さをより短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に大きく貢献する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、１はシリンダブロックであって、該シリンダブロック１の前端側はフロントハウジング２によって閉塞され、同後端側は弁板４を介してリヤハウジング３によって閉塞されるとともに、これらは図示しない通しボルトにより共締めされている。シリンダブロック１とフロントハウジング２とによって形成されるクランク室５内には軸心方向に延在する駆動軸６が収容されて、ラジアル軸受７、８により回転自在に支持されている。そして該駆動軸６の前端は、例えば図示しない電磁クラッチ及び伝動機構を介して自動車エンジンに連結されている。また、シリンダブロック１には該駆動軸６を囲繞する位置に複数個のボア１ａが穿設されており、各ボア１ａには片頭ピストン９がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。
【００１８】
上記シリンダブロック１のクランク室５側の端部のうち圧縮機の外周側の端部には、図２に示すようにボア面から連続してクランク室５側に延在し、後述するピストン頭部９１の外周側面９１ｂ及びシュー保持部９２の摺動外面９２ｂが摺動可能な欠円状のピストンガイド面１ｃを有する膨出ボア部１ｂが形成されている。
【００１９】
駆動軸６には、クランク室５の前端部にラグプレート１０がフロントハウジング２との間にスラスト軸受を介して同期回転可能に嵌合固定されるとともに、ラグプレート１０の後方位置に斜板１２が嵌合されている。そして、該斜板１２は、ヒンジ機構Ｋを介して前後方向への揺動可能にラグプレート１０に連結され、またラグプレート１０との間に介装された押圧バネ１４により後方、すなわち最小傾角位置に向けて常に付勢されている。
【００２０】
斜板１２には、両端面外周側に平滑な摺動面１２ａが形成され、摺動面１２ａには半球状のシュ−１３、１３が当接されており、これらシュ−１３、１３を介して上記片頭ピストン９が連係されている。
この片頭ピストン９は、図３及び図４に示すように、ボア１ａ内を摺動可能なピストン頭部９１と、ピストン頭部９１の基端側の側端面９１ａに設けられ、軸方向断面形状が略Ｕ字状のシュー保持部９２と、シュー保持部９２の前面側に突出するとともにピストン頭部９１よりも外周側に部分的に突出するように該シュー保持部９２の側端面９２ａに設けられた回動規制部９３とから構成されている。
【００２１】
シュー保持部９２は、片頭ピストン９が上死点位置にあるときにシュー保持部９２と膨出ボア部１ｂとが干渉することを防止すべく、ピストン頭部９１よりも外周側に突出することがないように形成されている。また、圧縮機の外周側におけるシュー保持部９２の背面は、ピストン頭部９１の外周側面９１ｂから連続して延在する欠円状の摺動外面９２ｂとされている。さらに、シュー保持部９２の対向内面には、一対のシュー１３、１３の凸球面がそれぞれ係合される凹球面よりなる一対の係合凹部９２ｃ、９２ｃが形成されている。圧縮機の外周側における回動規制部９３の外側面は、フロントハウジング２の内周側面２ａとの当接（摺接）により片頭ピストン９の自転回動を規制する摺接規制面９３ａとされている。この摺接規制面９３ａは、ピストン頭部９１の外周側面９１ｂの曲率半径よりも大きな曲率半径を有し、またピストン頭部９１の外周側面９１ｂよりも半径方向外方に突出している。
【００２２】
また、斜板１２の摺動面１２ａより内方域のラグプレート１０側には、一対のブラケット１２ｂ、１２ｂが該斜板１２の上死点位置を跨いで突設され、各ブラケット１２ｂ、１２ｂにはガイドピン１１ｂ、１１ｂの基端が固着されるとともに、各ガイドピン１１ｂ、１１ｂの先端には球体部１１ａ、１１ａが形成されている。かくして本圧縮機では、ブラケット１２ｂ、１２ｂ、ガイドピン１１ｂ、１１ｂ及び球体部１１ａ、１１ａにより、ヒンジ機構Ｋの一部を構成している。
【００２３】
斜板１２の中心部には駆動軸６上で該斜板１２の傾角変位を許容する屈折状の貫通孔１２ｃが設けられており、また、斜板１２の下死点領域におけるラグプレート１０側には、駆動軸６の軸心から径外方向に延在され、かつラグプレート１０側のシュ−１３を回避しつつ摺動面１２ａを覆蔽するカウンタウェイト１２ｄがリベットなどにより装着されている。そして該斜板１２は、カウンタウェイト１２ｄよりも中心寄りの前端面１２ｅがラグプレート１０の後端面１０ａと当接することにより最大傾角が規制される一方、後端面の座繰孔部がサークリップ１５と当接することにより最小傾角が規制されている。
【００２４】
また、ラグプレート１０の上部には、上記ヒンジ機構Ｋの残部を構成する一対の支持アーム１０ｂ、１０ｂが各ガイドピン１１ｂ、１１ｂと整合するよう軸心方向後方に突出され、各支持アーム１０ｂ、１０ｂの先端部には、駆動軸６の軸心と斜板１２の上死点位置とで決定される面と平行に、かつ駆動軸６の軸心に対して外方から近づく向きにガイド孔１０ｃ、１０ｃが貫設されている。これらガイド孔１０ｃ、１０ｃの向きは、斜板１２の傾角変位にかかわらず片頭ピストン９の上死点位置が不動に保たれるよう設定されており、各ガイド孔１０ｃ、１０ｃ内には、それぞれガイドピン１１ｂ、１１ｂの球体部１１ａ、１１ａが摺動可能に挿入されている。
【００２５】
リヤハウジング３内には、吸入室３ａ及び吐出室３ｂが画設され、弁板４にはボア１ａに対応して吸入ポート及び吐出ポートが開口されており、弁板４と片頭ピストン９との間に形成される圧縮室が吸入ポート及び吐出ポートを介して吸入室３ａ及び吐出室３ｂに連通されている。そして弁板４には各吸入ポート及び吐出ポートを開閉する吸入弁及び吐出弁が装着されている。
【００２６】
さらに、リヤハウジング３には、吐出室３ｂからクランク室５に冷媒ガスを供給する給気通路の開閉を行うことにより、クランク室５の圧力を調整する図示しない容量制御弁が装備されている。また、シリンダブロック１には、クランク室５と吸入室３ａとを連通する図示しない絞り付抽気通路が形成されている。この容量制御弁で吸入圧力に応じてクランク室５内の圧力を調整して斜板１２の傾角を制御し、ピストンストロークを変更することにより吐出容量を調整するようになっている。
【００２７】
ここに、この圧縮機では、上死点位置にある片頭ピストン９（図１の上側のピストン）の回動規制部９３と膨出ボア部１ｂとの軸方向の間隔が可及的に小さくなるように（シュー保持部９２の摺動外面９２ｂの大部分、実質的にはほとんど全部が膨出ボア部１ｂのピストンガイド面１ｃと摺接するように）設定されており、膨出ボア部１ｂをクランク室５側へ最大限膨出させて、ピストン嵌合長を最大限増加させている。このため、膨出ボア部１ｂの延長分に応じて、ピストン頭部９１の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部１ｂ以外のボア１ａの軸方向長さを短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００２８】
また、斜板１２の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストン９（図１に一点鎖線で示す下側のピストン）の回動規制部９３は、ラグプレート１０よりも圧縮機の外周側で該ラグプレート１０の前端部分と軸方向にオーバーラップするように（回動規制部９３の前側端面とラグプレート１０の前端面とが軸方向に実質的に同一位置となるように）設定されている。つまり、回動規制部９３がクランク室５内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部９３はラグプレート１０の外周側で該ラグプレート１０の前端と軸方向にオーバーラップする。このため、回動規制部９３をシュー保持部９２よりも前面側に突出させることのできるスペースが、クランク室５内の軸方向長さを増加させることなく確保される。したがって、回動規制部９３をシュー保持部９２よりも前面側に突出させることによっても、圧縮機の体格が軸方向に増加することはない。さらに、回動規制部９３がクランク室５内で最も前方側に位置するときに、回動規制部９３とフロントハウジング２の前端内壁面２ｂ、すなわちクランク室５の前端との間隔が可及的に小さくなるように設定されている。このため、斜板１２の最大傾角状態における下死点位置での回動規制部９３とクランク室５の前端との関係で、クランク室５内の軸方向長さを最大限短縮することができ、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００２９】
そして、上記のようにピストン嵌合長の増加により、圧縮、吐出行程時に片頭ピストン９に作用するサイドフォースをより効果的に低減して、より円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部９１及びボア１ａの摺接面における摩耗をより効果的に抑制することができる。
なお、圧縮機の圧縮及び吐出行程の際、片頭ピストン９に作用するモ−メント荷重、及びピストン嵌合長とサイドフォースとの関係は、以下のとおりである。
【００３０】
すなわち、図３に示すように、吸入行程から吐出行程への切り換え時に大きなピストン慣性力が斜板１２に加わり、その結果軸線方向分力Ｆの他に、これに直交する方向の分力ｆが斜板１２からシュー１３を介して片頭ピストン９に作用する。このため、圧縮吐出行程時に、片頭ピストン９はボア１ａ内で図３の矢印Ｍで示す傾動モーメントＭを受け、その結果片頭ピストン９にはサイドホースＦ1 及びＦ2 が作用する。なお、このサイドホースＦ1 及びＦ2 による問題は、ピストン嵌合長が最も短くなるとき、つまり斜板１２の最大傾角状態での下死点位置で最も顕著となる。
【００３１】
そして、軸線方向に直交する方向の分力ｆ、ボア１ａの端縁で受けるサイドフォースをＦ1 、シュー１３の中心からボア１ａの端縁までの距離をＬ1 、ピストン頭部９１の先端縁で受けるサイドフォースをＦ2 、シュー１３の中心からピストン頭部９１の先端縁までの距離をＬ2 とすると、以下の（１）、（２）式が成立する。
【００３２】
ｆ＋Ｆ2 ＝Ｆ1 …（１）
Ｆ1 ・Ｌ1 ＝Ｆ2 ・Ｌ2 …（２）
したがって、
Ｆ1 ＝Ｌ2 ・ｆ／（Ｌ2 −Ｌ1 ） …（３）
Ｆ2 ＝Ｌ1 ・ｆ／（Ｌ2 −Ｌ1 ） …（４）
となり、サイドホースＦ1 及びＦ2 を低減するには、Ｌ2 −Ｌ1 の値、すなわちピストン嵌合長を大きくすればよいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る片頭ピストン型圧縮機の全容を示す縦断面図である。
【図２】同圧縮機に係るシリンダブロックアのＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】同圧縮機に係る片頭ピストンの側面図である。
【図４】動圧縮機に係る片頭ピストンの背面図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック １ａ…ボア １ｂ…膨出ボア部
１ｃ…ピストンガイド面 ２…フロントハウジング
３…リヤハウジング ３ａ…吸入室 ３ｂ…吐出室
５…クランク室 ６…駆動軸 ９…片頭ピストン
９１…ピストン頭部 ９１ａ…外周側面 ９２…シュー保持部
９２ａ…摺動外面 ９２ｂ…係合凹部 ９３…回動規制部
９３ａ…摺接規制面 １０…ラグプレート １２…斜板
１３…シュー
【産業上の利用分野】
本発明は片頭ピストン型圧縮機に係り、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片頭ピストン型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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ピストンを有する型式の圧縮機として、一方側にのみ並設されたシリンダボア内を片頭ピストンが直動する、いわゆる片頭ピストン型圧縮機が知られている。
この片頭ピストン型圧縮機は、一般に、複数のボアを並設したシリンダブロックと、内部にクランク室を形成してシリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジングと、該シリンダブロックとフロントハウジングに支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を画設してシリンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、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上記ボア内を直動する片頭ピストンとを備えている。ここに、片頭ピストンは、ボア内を摺動可能なピストン頭部と、ピストン頭部の基端側に設けられ、一対のシューがそれぞれ係合される一対の係合凹部を対向内面に有する軸方向断面が略Ｕ字状のシュー保持部とを有している。
【０００３】
かかる片頭ピストン型圧縮機では、斜板の回転によりピストンが往復直動するとき、シューを介して斜板からピストンに加えられる力として、ピストンをボア内で往復直動させるという本来的に求められる軸方向分力の他に、ピストンを自転回動させようとする回転力が存在する。この回転力によりピストンが大きく自転回動すると、シュー保持部が斜板の外周側面に局部当たりするため、ピストン動作に悪影響を及ぼす。
【０００４】
このため、上記回転力の対策として、シュー保持部の背面をピストン頭部の外周側に部分的に突出せしめて回動規制部とし、この回動規制部の外側面をクランク室を構成する内壁面等と当接させることにより、ピストンの自転回動を規制する技術が特開平８−１０９８７４号公報等に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記片頭ピストン型圧縮機では、上記軸方向分力や回転力の他に、圧縮、吐出行程時にピストン頭部を圧縮機の径方向に傾動させようとするサイドフォースがシューを介して斜板からピストンに加えられる。このサイドフォースもピストン動作に悪影響を及ぼし、またピストンの傾動によりボア面との間で異常摩耗を生じたりする問題も発生する。
【０００６】
かかるサイドフォースに対しては、ピストン長やボア長を増加させてピストン頭部とボアとの嵌合長を増大させることにより、サイドフォースによりピストンに生じる傾動モーメントを減少させるという手段が考えられる。
しかしながら、ピストン頭部の長さを長くすることによりピストン嵌合長を増大させようとすると、圧縮機に必要とされる所定のピストン行程容積を確保すべく、ピストン頭部が長くなった分だけボア長をリヤハウジング側に延長させる必要があり、圧縮機の体格が軸方向に増加するという問題がある。
【０００７】
一方、ボアをクランク室側へ延長させることによりピストン嵌合長を増大させる場合、前述したピストン頭部よりも外周側に突出する回動規制部との干渉を回避しなければならないことから、ピストンが上死点位置にある時の回動規制部との関係で、ボアをクランク室側へ延長させることには限界がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、回動規制部を有する片頭ピストン形式の圧縮機において、圧縮機の体格を軸方向に増加させることなくピストン嵌合長をなるべく大きくして、円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗を抑制することを解決すべき技術課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の片頭ピストン型圧縮機は、複数のボアを並設したシリンダブロックと、内部にクランク室を形成してシリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジングと、該シリンダブロックとフロントハウジングに支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を画設してシリンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、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上記ボア内を直動する片頭ピストンとを備えた片頭ピストン型圧縮機において、
上記片頭ピストンは、上記ボア内を摺動可能なピストン頭部と、該ピストン頭部の基端側に設けられ、一対の上記シューがそれぞれ係合される一対の係合凹部を対向内面に有する軸方向断面形状が略Ｕ字状のシュー保持部と、該シュー保持部の側端面に、該ピストン頭部とは反対の方向に突出形成され、該ピストン頭部よりも外周側に部分的に突出されるとともに他の部材との接触により該片頭ピストンの自転回動を規制する規制面を有する回動規制部とを備え、
上記シリンダブロックの上記クランク室側の端部のうち圧縮機の外周側の端部には、ボア面から連続して該クランク室側に延在し、少なくとも上記ピストン頭部の外周側面が摺動可能な欠円状のピストンガイド面を有する膨出ボア部が形成され、
さらに、ヒンジ機構を介して前後方向への揺動可能に前記斜板を連結するラグプレートが、前記クランク室の前端部で前記駆動軸に嵌合固定され、
上記斜板の最大傾角状態における下死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部は、上記ラグプレートよりも圧縮機の外周側で該ラグプレートと軸方向にオーバーラップして、該斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部と前記フロントハウジングの前端内壁面との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この片頭ピストン型圧縮機では、ピストンガイド面を有する膨出ボア部がピストン頭部の外周側面と摺動可能であり、膨出ボア部がピストンのサイドフォースの一部を受承するので、シリンダボアがクランク室側へ延長された（実質的なピストン嵌合長の増加）と同じとなり、サイドフォースによるピストンの傾動モーメントが低減される。そして、ピストン頭部よりも外周側に部分的に突出して他の部材（フロントハウジングや通しボルト等）との接触によりピストンの自転回動を規制する回動規制部が、シュー保持部からピストン頭部とは反対の方向に突出するように該シュー保持部の側端面に設けられている。このため、回動規制部がシュー保持部の背面からクランク室の前方側にずれた分だけ、上記膨出ボア部をクランク室側に余分に延長させ、ピストン嵌合長を余分に増加させることができる。
【００１０】
したがって、ピストン嵌合長が最短となる下死点位置にピストンがある場合でもピストンに作用するサイドフォースを効果的に低減させることができ、円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗を効果的に抑制することができる。
また、膨出ボア部の延長によりピストン嵌合長を増加させることができるので、膨出ボア部の延長分に応じて、ピストン頭部の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部以外のボアの軸方向長さを短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００１１】
さらに、この片頭ピストン型圧縮機では、斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部が、ラグプレートよりも圧縮機の外周側でラグプレートと軸方向にオーバーラップしており、斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部とフロントハウジングの前端内壁面との間隔が可及的に小さくなるように設定されている。
斜板が最大傾角状態にあり、かつ、片頭ピストンが下死点位置にあるときとは、回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときである。この圧縮機では、このように回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部はラグプレートの外周側で該ラグプレートと軸方向にオーバーラップする。このため、回動規制部をシュー保持部よりも前面側に突出させることのできるスペースが、クランク室内の軸方向長さを増加させることなく確保される。したがって、回動規制部をシュー保持部よりも前面側に突出させることによっても、圧縮機の体格が軸方向に増加することはない。
またこの圧縮機では、回動規制部がクランク室内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部とフロントハウジングの前端内壁面、すなわちクランク室の前端との間の間隔が可及的に小さくなるように設定されている。このため、斜板の最大傾角状態における下死点位置での回動規制部とクランク室の前端との関係で、クランク室内の軸方向長さを最大限短縮することができ、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
（２）請求項２記載の片頭ピストン型圧縮機は、請求項１記載の片頭ピストン型圧縮機において、前記シュー保持部は、その背面に前記ピストン頭部の外周側面から連続して延在する欠円状の摺動外面を有し、該摺動外面は前記ピストンガイド面に摺動可能であることを特徴とするものである。
【００１２】
この片頭ピストン型圧縮機では、シュー保持部の摺動外面が膨出ボア部のピストンガイド面と摺動するので、ピストンが上死点位置にあるとき膨出ボア部がピストンのサイドフォースの一部を受承してピストンに作用するサイドフォースを効果的に低減させる。
（３）請求項３記載の片頭ピストン型圧縮機は、請求項１又は２記載の片頭ピストン型圧縮機において、上死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部と前記膨出ボア部との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この圧縮機では、上死点位置にある片頭ピストンの回動規制部と膨出ボア部との間隔が可及的に小さくなるように設定されており、膨出ボア部をクランク室側へ最大限膨出させて、ピストン嵌合長を最大限増加させている。
したがって、ピストンに作用するサイドフォースをより効果的に低減して、より円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部及びボアの摺接面における摩耗をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、ピストン頭部の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部以外のボアの軸方向長さをより短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に大きく貢献する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、１はシリンダブロックであって、該シリンダブロック１の前端側はフロントハウジング２によって閉塞され、同後端側は弁板４を介してリヤハウジング３によって閉塞されるとともに、これらは図示しない通しボルトにより共締めされている。シリンダブロック１とフロントハウジング２とによって形成されるクランク室５内には軸心方向に延在する駆動軸６が収容されて、ラジアル軸受７、８により回転自在に支持されている。そして該駆動軸６の前端は、例えば図示しない電磁クラッチ及び伝動機構を介して自動車エンジンに連結されている。また、シリンダブロック１には該駆動軸６を囲繞する位置に複数個のボア１ａが穿設されており、各ボア１ａには片頭ピストン９がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。
【００１８】
上記シリンダブロック１のクランク室５側の端部のうち圧縮機の外周側の端部には、図２に示すようにボア面から連続してクランク室５側に延在し、後述するピストン頭部９１の外周側面９１ｂ及びシュー保持部９２の摺動外面９２ｂが摺動可能な欠円状のピストンガイド面１ｃを有する膨出ボア部１ｂが形成されている。
【００１９】
駆動軸６には、クランク室５の前端部にラグプレート１０がフロントハウジング２との間にスラスト軸受を介して同期回転可能に嵌合固定されるとともに、ラグプレート１０の後方位置に斜板１２が嵌合されている。そして、該斜板１２は、ヒンジ機構Ｋを介して前後方向への揺動可能にラグプレート１０に連結され、またラグプレート１０との間に介装された押圧バネ１４により後方、すなわち最小傾角位置に向けて常に付勢されている。
【００２０】
斜板１２には、両端面外周側に平滑な摺動面１２ａが形成され、摺動面１２ａには半球状のシュ−１３、１３が当接されており、これらシュ−１３、１３を介して上記片頭ピストン９が連係されている。
この片頭ピストン９は、図３及び図４に示すように、ボア１ａ内を摺動可能なピストン頭部９１と、ピストン頭部９１の基端側の側端面９１ａに設けられ、軸方向断面形状が略Ｕ字状のシュー保持部９２と、シュー保持部９２の前面側に突出するとともにピストン頭部９１よりも外周側に部分的に突出するように該シュー保持部９２の側端面９２ａに設けられた回動規制部９３とから構成されている。
【００２１】
シュー保持部９２は、片頭ピストン９が上死点位置にあるときにシュー保持部９２と膨出ボア部１ｂとが干渉することを防止すべく、ピストン頭部９１よりも外周側に突出することがないように形成されている。また、圧縮機の外周側におけるシュー保持部９２の背面は、ピストン頭部９１の外周側面９１ｂから連続して延在する欠円状の摺動外面９２ｂとされている。さらに、シュー保持部９２の対向内面には、一対のシュー１３、１３の凸球面がそれぞれ係合される凹球面よりなる一対の係合凹部９２ｃ、９２ｃが形成されている。圧縮機の外周側における回動規制部９３の外側面は、フロントハウジング２の内周側面２ａとの当接（摺接）により片頭ピストン９の自転回動を規制する摺接規制面９３ａとされている。この摺接規制面９３ａは、ピストン頭部９１の外周側面９１ｂの曲率半径よりも大きな曲率半径を有し、またピストン頭部９１の外周側面９１ｂよりも半径方向外方に突出している。
【００２２】
また、斜板１２の摺動面１２ａより内方域のラグプレート１０側には、一対のブラケット１２ｂ、１２ｂが該斜板１２の上死点位置を跨いで突設され、各ブラケット１２ｂ、１２ｂにはガイドピン１１ｂ、１１ｂの基端が固着されるとともに、各ガイドピン１１ｂ、１１ｂの先端には球体部１１ａ、１１ａが形成されている。かくして本圧縮機では、ブラケット１２ｂ、１２ｂ、ガイドピン１１ｂ、１１ｂ及び球体部１１ａ、１１ａにより、ヒンジ機構Ｋの一部を構成している。
【００２３】
斜板１２の中心部には駆動軸６上で該斜板１２の傾角変位を許容する屈折状の貫通孔１２ｃが設けられており、また、斜板１２の下死点領域におけるラグプレート１０側には、駆動軸６の軸心から径外方向に延在され、かつラグプレート１０側のシュ−１３を回避しつつ摺動面１２ａを覆蔽するカウンタウェイト１２ｄがリベットなどにより装着されている。そして該斜板１２は、カウンタウェイト１２ｄよりも中心寄りの前端面１２ｅがラグプレート１０の後端面１０ａと当接することにより最大傾角が規制される一方、後端面の座繰孔部がサークリップ１５と当接することにより最小傾角が規制されている。
【００２４】
また、ラグプレート１０の上部には、上記ヒンジ機構Ｋの残部を構成する一対の支持アーム１０ｂ、１０ｂが各ガイドピン１１ｂ、１１ｂと整合するよう軸心方向後方に突出され、各支持アーム１０ｂ、１０ｂの先端部には、駆動軸６の軸心と斜板１２の上死点位置とで決定される面と平行に、かつ駆動軸６の軸心に対して外方から近づく向きにガイド孔１０ｃ、１０ｃが貫設されている。これらガイド孔１０ｃ、１０ｃの向きは、斜板１２の傾角変位にかかわらず片頭ピストン９の上死点位置が不動に保たれるよう設定されており、各ガイド孔１０ｃ、１０ｃ内には、それぞれガイドピン１１ｂ、１１ｂの球体部１１ａ、１１ａが摺動可能に挿入されている。
【００２５】
リヤハウジング３内には、吸入室３ａ及び吐出室３ｂが画設され、弁板４にはボア１ａに対応して吸入ポート及び吐出ポートが開口されており、弁板４と片頭ピストン９との間に形成される圧縮室が吸入ポート及び吐出ポートを介して吸入室３ａ及び吐出室３ｂに連通されている。そして弁板４には各吸入ポート及び吐出ポートを開閉する吸入弁及び吐出弁が装着されている。
【００２６】
さらに、リヤハウジング３には、吐出室３ｂからクランク室５に冷媒ガスを供給する給気通路の開閉を行うことにより、クランク室５の圧力を調整する図示しない容量制御弁が装備されている。また、シリンダブロック１には、クランク室５と吸入室３ａとを連通する図示しない絞り付抽気通路が形成されている。この容量制御弁で吸入圧力に応じてクランク室５内の圧力を調整して斜板１２の傾角を制御し、ピストンストロークを変更することにより吐出容量を調整するようになっている。
【００２７】
ここに、この圧縮機では、上死点位置にある片頭ピストン９（図１の上側のピストン）の回動規制部９３と膨出ボア部１ｂとの軸方向の間隔が可及的に小さくなるように（シュー保持部９２の摺動外面９２ｂの大部分、実質的にはほとんど全部が膨出ボア部１ｂのピストンガイド面１ｃと摺接するように）設定されており、膨出ボア部１ｂをクランク室５側へ最大限膨出させて、ピストン嵌合長を最大限増加させている。このため、膨出ボア部１ｂの延長分に応じて、ピストン頭部９１の軸方向長さ、ひいては膨出ボア部１ｂ以外のボア１ａの軸方向長さを短縮することが可能となり、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００２８】
また、斜板１２の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストン９（図１に一点鎖線で示す下側のピストン）の回動規制部９３は、ラグプレート１０よりも圧縮機の外周側で該ラグプレート１０の前端部分と軸方向にオーバーラップするように（回動規制部９３の前側端面とラグプレート１０の前端面とが軸方向に実質的に同一位置となるように）設定されている。つまり、回動規制部９３がクランク室５内で最も前方側に位置するときに、この回動規制部９３はラグプレート１０の外周側で該ラグプレート１０の前端と軸方向にオーバーラップする。このため、回動規制部９３をシュー保持部９２よりも前面側に突出させることのできるスペースが、クランク室５内の軸方向長さを増加させることなく確保される。したがって、回動規制部９３をシュー保持部９２よりも前面側に突出させることによっても、圧縮機の体格が軸方向に増加することはない。さらに、回動規制部９３がクランク室５内で最も前方側に位置するときに、回動規制部９３とフロントハウジング２の前端内壁面２ｂ、すなわちクランク室５の前端との間隔が可及的に小さくなるように設定されている。このため、斜板１２の最大傾角状態における下死点位置での回動規制部９３とクランク室５の前端との関係で、クランク室５内の軸方向長さを最大限短縮することができ、圧縮機全体の軸方向長さの短縮に貢献する。
【００２９】
そして、上記のようにピストン嵌合長の増加により、圧縮、吐出行程時に片頭ピストン９に作用するサイドフォースをより効果的に低減して、より円滑なピストン動作を達成するとともに、ピストン頭部９１及びボア１ａの摺接面における摩耗をより効果的に抑制することができる。
なお、圧縮機の圧縮及び吐出行程の際、片頭ピストン９に作用するモ−メント荷重、及びピストン嵌合長とサイドフォースとの関係は、以下のとおりである。
【００３０】
すなわち、図３に示すように、吸入行程から吐出行程への切り換え時に大きなピストン慣性力が斜板１２に加わり、その結果軸線方向分力Ｆの他に、これに直交する方向の分力ｆが斜板１２からシュー１３を介して片頭ピストン９に作用する。このため、圧縮吐出行程時に、片頭ピストン９はボア１ａ内で図３の矢印Ｍで示す傾動モーメントＭを受け、その結果片頭ピストン９にはサイドホースＦ1 及びＦ2 が作用する。なお、このサイドホースＦ1 及びＦ2 による問題は、ピストン嵌合長が最も短くなるとき、つまり斜板１２の最大傾角状態での下死点位置で最も顕著となる。
【００３１】
そして、軸線方向に直交する方向の分力ｆ、ボア１ａの端縁で受けるサイドフォースをＦ1 、シュー１３の中心からボア１ａの端縁までの距離をＬ1 、ピストン頭部９１の先端縁で受けるサイドフォースをＦ2 、シュー１３の中心からピストン頭部９１の先端縁までの距離をＬ2 とすると、以下の（１）、（２）式が成立する。
【００３２】
ｆ＋Ｆ2 ＝Ｆ1 …（１）
Ｆ1 ・Ｌ1 ＝Ｆ2 ・Ｌ2 …（２）
したがって、
Ｆ1 ＝Ｌ2 ・ｆ／（Ｌ2 −Ｌ1 ） …（３）
Ｆ2 ＝Ｌ1 ・ｆ／（Ｌ2 −Ｌ1 ） …（４）
となり、サイドホースＦ1 及びＦ2 を低減するには、Ｌ2 −Ｌ1 の値、すなわちピストン嵌合長を大きくすればよいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る片頭ピストン型圧縮機の全容を示す縦断面図である。
【図２】同圧縮機に係るシリンダブロックアのＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】同圧縮機に係る片頭ピストンの側面図である。
【図４】動圧縮機に係る片頭ピストンの背面図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック １ａ…ボア １ｂ…膨出ボア部
１ｃ…ピストンガイド面 ２…フロントハウジング
３…リヤハウジング ３ａ…吸入室 ３ｂ…吐出室
５…クランク室 ６…駆動軸 ９…片頭ピストン
９１…ピストン頭部 ９１ａ…外周側面 ９２…シュー保持部
９２ａ…摺動外面 ９２ｂ…係合凹部 ９３…回動規制部
９３ａ…摺接規制面 １０…ラグプレート １２…斜板
１３…シュー
Claims (3)
- 複数のボアを並設したシリンダブロックと、内部にクランク室を形成してシリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジングと、該シリンダブロックとフロントハウジングに支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を画設してシリンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、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上記ボア内を直動する片頭ピストンとを備えた片頭ピストン型圧縮機において、
上記片頭ピストンは、上記ボア内を摺動可能なピストン頭部と、該ピストン頭部の基端側に設けられ、一対の上記シューがそれぞれ係合される一対の係合凹部を対向内面に有する軸方向断面形状が略Ｕ字状のシュー保持部と、該シュー保持部の側端面に、該ピストン頭部とは反対の方向に突出形成され、該ピストン頭部よりも外周側に部分的に突出されるとともに他の部材との接触により該片頭ピストンの自転回動を規制する規制面を有する回動規制部とを備え、
上記シリンダブロックの上記クランク室側の端部のうち圧縮機の外周側の端部には、ボア面から連続して該クランク室側に延在し、少なくとも上記ピストン頭部の外周側面が摺動可能な欠円状のピストンガイド面を有する膨出ボア部が形成され、
さらに、ヒンジ機構を介して前後方向への揺動可能に前記斜板を連結するラグプレートが、前記クランク室の前端部で前記駆動軸に嵌合固定され、
上記斜板の最大傾角状態における下死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部は、上記ラグプレートよりも圧縮機の外周側で該ラグプレートと軸方向にオーバーラップして、該斜板の最大傾角状態における下死点位置にある片頭ピストンの回動規制部と前記フロントハウジングの前端内壁面との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とする片頭ピストン型圧縮機。 - 前記シュー保持部は、その背面に前記ピストン頭部の外周側面から連続して延在する欠円状の摺動外面を有し、該摺動外面は前記ピストンガイド面に摺動可能であることを特徴とする請求項１記載の片頭ピストン型圧縮機。
- 上死点位置にある前記片頭ピストンの回動規制部と前記膨出ボア部との間隔が可及的に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の片頭ピストン型圧縮機。
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