JP4388239B2

JP4388239B2 - 斜板式圧縮機

Info

Publication number: JP4388239B2
Application number: JP2001086699A
Authority: JP
Inventors: 二郎飯塚
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: DE10212884B4; FR2822503B1; FR2822503A1; US6688212B2; US20020134232A1; JP2002285955A; DE10212884A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式圧縮機に関し、とくに、斜板の回転運動をピストンの往復動へと変換するために斜板とピストンの間に介在されるシューの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斜板式圧縮機は、たとえば図６に示すように構成される（この図６は、従来技術の説明および本発明の説明のために共通に使用する）。図６において、１は斜板式圧縮機全体を示しており、２はシリンダブロック、３はフロントハウジング、４はシリンダヘッドをそれぞれ示している。本態様では、シリンダブロック２が比較的軸方向に短尺に形成されているが、フロントハウジング３側にさらに長く延びる形状に形成されてもよい。回転軸５がシリンダブロック２とフロントハウジング３に支持されており、クランク室６内に、ロータ７へと係合することにより回転軸５と一体回転可能に、かつ、傾角を変更可能に支持された斜板８が設けられている。シリンダヘッド４内には、流体の吸入室９と、圧縮された流体の吐出室１０が形成されている。１１は斜板式圧縮機１への駆動力のオンオフを制御する電磁クラッチを示している。
【０００３】
シリンダブロック２内には、複数のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２内にピストン１３が往復動可能に収容されている。各ピストン１３と斜板８とは、一対のシュー１４を介して連結されている。シュー１４は、回転する斜板８に対しては平坦面で摺接し、平坦面と反対側に形成されている球面部が、ピストン１３側に形成された凹球面内に回動自在に保持されている。このシュー１４を介して、斜板８の回転運動がピストン１３の往復動に変換される。また、シュー１４は、図６の実線および破線で示すように斜板８の傾角が変化した場合にも、軸心を揺動させながら、ピストン１３への係合および斜板８への摺接状態を維持できるようになっている。
【０００４】
ピストン１３は、斜板８の傾角に応じたストロークで往復動する。このとき、シュー１４は、ピストン１３の凹球面部内で、軸心を揺動させながら、自転する。この自転は、シュー１４と斜板８との摺接部において、斜板８の外径側部分と内径側部分とに回転方向の周長差が生じるため、この摺接によって生じるものである。
【０００５】
このようにシュー１４はピストン１３に形成された凹球面部内で動き回るので、摩耗防止のために基本的に潤滑を必要とする。このシュー１４の球面とピストン１３の凹球面との間に十分に潤滑剤または潤滑油を確保するために、シューの頂部に部分的に平面部を形成する構造（たとえば、実公平７−５２５９号公報）や、シュー頂部をピストン側球面座の曲率半径よりも大きな曲率半径の部分球面で構成する構造（たとえは、特開平１１−５０９５８号公報、特開２０００−１７０６５３号公報）が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来から知られているシューの構造には以下のような問題がある。
まず、従来の技術では、潤滑剤を確保するクリアランスを形成するために、シューの頂部に平面や部分球面を形成しているが、シューの耐摩耗性確保のために行う熱処理により歪が生じるので平面や部分球面の形状を目標とする形状に精度良く維持することは困難であった。
【０００７】
また、従来のシューの頂部に平面や部分球面を形成する方法では、形成された平面や部分球面の輪郭は必ず円形となる。このような円形の輪郭では、たとえ平面や部分球面によって形成されたクリアランス内に潤滑剤が保持されたとしても、その潤滑剤を周囲部分に強制的に分配し、ピストンの凹球面との間の潤滑を良好に行わせる機能は乏しい。これは次のような理由による。
【０００８】
すなわち、近年、自動車の空調装置等では、快適性向上や燃費向上のため容量可変型斜板式圧縮機が使われる機会が増している。この斜板式圧縮機では、熱負荷が小さいときは、斜板の傾角を最小に近づけ、圧縮をほとんど行わせないようにしている。また、実験的に判っていることであるが、斜板の内外周部間に斜板回転時の周長差があるため、シューは斜板との摺接により自転する。したがって、従来の技術では、シューの頂部とピストンの凹球面との間の輪郭が円形の空間（クリアランス）に溜まった潤滑油が、その周囲のピストンの凹球面とシューの球面間の微少隙間に移動することは、該微少隙間の方が圧力が高いため困難であり、潤滑油が十分にゆき渡らず潤滑性の向上が難しいことになる。その結果、ピストンとシューとの間の摺接面の摩耗、とくにピストンの凹球面での摩耗が促進され、クリアランスが増大し、場合によっては、シューとピストンの衝突により異音が発生するという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、過剰な加工精度を求めることなく容易に目標とする形状に形成でき、かつ、斜板の傾角がいかなる状態にあっても、シューとピストンとの間の球面接触部に安定して油膜を形成し、常時良好な潤滑性能を確保できるシューを備えた斜板式圧縮機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の斜板式圧縮機は、シリンダブロック内に支持された回転軸に該回転軸と一体回転可能に斜板を支持し、該シリンダブロック内に往復動可能に収容したピストンと前記斜板との間に、該ピストンに形成した凹球面に係合する球面と前記斜板に摺接する平坦面とを有するシューを介在させた斜板式圧縮機において、前記シューが、該シューの球面上に形成され、該球面よりはシューの肉内に後退した面からなり、かつ、前記シューの球面に対し楕円状の輪郭線で区画されかつ曲面に形成された後退面を有し、さらに、該後退面が、斜板の傾角変化時にも前記ピストンの凹球面内に収まる範囲内に形成されていることを特徴とするものからなる。
【００１２】
上記楕円状の輪郭線で区画された後退面は、次のような種々の形態を採り得る。たとえば、上記後退面が、シューの球面の曲率半径よりも大きい曲率半径の部分円筒面に形成されている形態を採り得る。また、後退面が、シューの球面の曲率半径よりも大きい曲率半径の部分円環面に形成されている形態も採り得る。ここで部分円環面とは、部分円筒面に比べ、その部分円筒面が周方向に垂直な横断面において、ある曲率半径を有する湾曲面に形成されている形態を指す。後退面が部分円環面に形成される場合、前記シューの球面の曲率半径よりも大きく、かつ、互いに直交する平面上において異なる曲率半径を有する部分円環面に形成することもできる。
【００１３】
また、上記後退面が、シューの球面外方に円筒中心をもつ部分円筒面に形成されている形態も採り得る。さらに、後退面が、シューの球面外方に曲率半径の中心をもつ部分円環面に形成されている形態も採り得る。後退面がこのような部分円環面に形成される場合、互いに直交する平面上において異なる曲率半径を有する部分円環面に形成することもできる。
【００１４】
このような本発明に係る斜板式圧縮機においては、シューの球面上に、楕円状の輪郭線で区画された後退面が形成され、この後退面とピストン側の凹球面との間のクリアランスが、その周囲部におけるクリアランスよりも拡大され、この部分に潤滑剤が保持される。前述の如くシューは斜板との摺接により自転するから、楕円状の輪郭の後退面は、後退面内に保持していた潤滑剤を強制的に周囲部へと送り出すことになる。また、シューは、ピストン側に形成された凹球面内で、シューの軸心を揺動させながら自転する。その結果、シューに形成された後退面は、ピストンの凹球面に対し、広い範囲にわたって自転しながら動き回ることになり、後退面が移動した後に、その部分に荷重支持を行うシューの球面とピストンの凹球面間の微少隙間部分が回ってくることになるため、油の粘性により球面同士の接触部の微少隙間にも、強制的に広い範囲にわたって潤滑油が供給されることになる。したがって、シューとピストンとの間の潤滑性が向上される。とくにピストンの凹球面での摩耗が緩和され、クリアランス増大が回避され、シューとピストンとの衝突による異音の発生も防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
斜板式圧縮機全体の基本形態の一例は、図６に示した通りである。ピストン１３とシュー１４との係合部は、たとえば図１に示すようになっている。斜板８の両側面に対し、一対のシュー１４が摺接され、シュー１４の斜板８への摺接面２１は平坦面に形成されている。ピストン１３には、一対の凹球面２２が形成されており、この凹球面２２に、角シュー１４の球面２３が回動自在に係合されている。一対のシュー１４は、軸心を揺動させながら自転し、斜板８の傾角によって軸心の揺動角も変化するが、ピストン１４の凹球面２２の範囲内に、シュー１４の肉内に後退した面からなる後退面２４が形成されている。この後退面２４が、円形の輪郭線をもつ面に形成されると、実質的に従来技術と変わらない構成となるが、本発明においては、後退面２４が、シュー１４の球面２３に対し楕円状の輪郭線で区画された面に形成される。
【００１６】
上記楕円状の輪郭をもつ後退面２４の実施例を、図２〜図５に示す。図２に示す第１実施例に係るシュー１４ａにおいては、斜板８と接する平坦面２１と平行なエンドミルの側面で、シュー１４ａの球面部２３の曲率半径Ｒａより大きい曲率半径Ｒｂでシュー頂部を高さＨａとなるよう切削することにより、部分円筒面からなる後退面２４ａが形成されている。後退面２４ａは、楕円状の輪郭線２５ａでその周囲の球面２３と区画されている。この楕円の輪郭線２５ａの後退面２４ａの横断面に、さらに曲率半径をもたせれば、部分円環面として形成することもできる。また、エンドミルによらず、型押しにより形成しても、これと同様の後退面２４ａを得ることができる。
【００１７】
図３に示す第２実施例に係るシュー１４ｂにおいては、斜板８と接する平坦面２１と平行で、シュー１４ｂの球面部２３の曲率半径Ｒａより大きい曲率半径Ｒｃのくびれのあるエンドミルのくびれ部側面で、シュー頂部を前記半径Ｒｃより大きい半径Ｒｄ（ＲｃとＲｄは互いに直交する平面上における曲率半径）で切削することにより、部分円環面からなる後退面２４ｂが形成されている。後退面２４ｂは、楕円状の輪郭線２５ｂでその周囲の球面２３と区画されている。また、斜板８と接する平坦面２１と平行で、シューの球面部２３の曲率半径Ｒａより大きい半径Ｒｄのくびれのあるエンドミルのくびれ部側面で、シュー頂部を前記半径Ｒｄより大きい半径Ｒｃで切削することもできる。また、エンドミルによらず、型押しにより形成しても、これと同様の後退面２４ｂを得ることができる。
【００１８】
図４に示す第３実施例に係るシュー１４ｃにおいては、斜板８と接する平坦面２１と平行で、シュー１４ｃの外方に曲率半径の中心をもち、曲率半径Ｒｅの脹れのあるエンドミルの脹れ部側面で切削し、シュー頂部に半径Ｒｅの溝底部でのシュー厚さをＨｂとなるよう切削することにより、部分円筒面からなる後退面２４ｃが形成されている。後退面２４ｃは、楕円状の輪郭線２５ｃでその周囲の球面２３と区画されている。また、斜板８と接する平坦面２１と平行で、曲率半径Ｒｅのエンドミル側面で、シュー頂部に曲率半径Ｒｅの溝底部でのシュー厚さをＨｂとなるよう切削することもできる。さらに、これらと同様な形状を型押しにより得ることもできる。
【００１９】
図５に示す第４実施例に係るシュー１４ｄにおいては、斜板８と接する平坦面２１と平行で、曲率半径Ｒｇの脹れのあるエンドミルの脹れ部側面で切削し、シュー頂部にシュー外方に中心をもつ半径Ｒｇの溝底部でのシュー厚輪郭がＲｇより大きな半径Ｒｆ（ＲｇとＲｆは互いに直交する平面上における曲率半径）となるよう切削することにより、部分円環面からなる後退面２４ｄが形成されている。後退面２４ｄは、楕円状の輪郭線２５ｄでその周囲の球面２３と区画されている。また、斜板８と接する平坦面２１と平行で半径Ｒｆの脹れのあるエンドミルの脹れ部側面で、シュー頂部に半径Ｒｆの溝底部でのシュー厚輪郭がＲｆより小さな半径Ｒｇとなるよう切削することもできる。さらに、これらと同様な形状を型押しにより得ることもできる。
【００２０】
また、図示は省略するが、上記のような部分円筒面や部分円環面の代わりに、部分紡錘面の後退面を有するシューを構成することも可能である。
【００２１】
上記実施例１〜４に示したように、シューの頂部に楕円状の後退面２４ａ〜２４ｄを形成することにより、シューがピストン１３の凹球面２２内で軸心を揺動しながら自転する際、楕円状の輪郭線２５ａ〜２５ｄを有する後退面２４ａ〜２４ｄも自転しながら凹球面２２に対し広い範囲で動き回ることになる。そのため、凹球面２２と後退面２４ａ〜２４ｄの間のクリアランスに保持されていた潤滑油が、同様に広い範囲にわたって強制的に供給されることになる。つまり、後退面２４ａ〜２４ｄが動き回った直後には、必ず、シューの球面２３とピストン１３の凹球面２２との間の微少隙間部が回ってくるため、潤滑油の粘性によりこの微少隙間にも強制的に潤滑油が供給されることになり、シューとピストンとの間が実質的に全範囲にわたって良好に潤滑されることになる。
【００２２】
良好な潤滑が行われる結果、シューとピストンの間の摩耗、とくにピストンの凹球面２３の摩耗が抑えられ、該摩耗によりクリアランスの増大、それによって生じるシューとピストンとの衝突による異音の発生が防止される。
【００２３】
さらに、上記のように形成される楕円状の輪郭線２５ａ〜２５ｄを有する後退面２４ａ〜２４ｄは、楕円状である限り上記の如き潤滑油の強制分配機能をもつことになるから、その加工精度についてはそれ程高くは要求されない。すなわち、従来の平面や部分球面を設ける場合に比べ、後退面２４ａ〜２４ｄは、自由度が大きく、かつ、歪等を吸収しやすい曲面に形成することができ、本発明ではそのような曲面に形成するととしているので、従来ほど高精度に加工する必要はなく、加工が大幅に容易化される。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の斜板式圧縮機によれば、シューの球面上に楕円状の輪郭の後退面を設け、軸心を揺動しながら自転するシューの挙動を利用して、後退面部に保持されていた潤滑剤を強制的に広い範囲にわたって供給できるようにしたので、シューとピストンとの間の潤滑性を大幅に向上することができる。潤滑性向上により、とくにピストンの凹球面での摩耗を緩和できるので、ピストンとシュー間のクリアランスの増大を回避でき、該増大によって生じやすくなるシューとピストンの衝突による異音の発生を防止することができる。
【００２５】
また、後退面は自由度が大きく、歪を吸収しやすい曲面に形成されていることから、従来ほど高精度に加工する必要がなくなり、加工が大幅に容易化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る斜板式圧縮機におけるピストンとシューとの係合部の断面図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係るシューの平面図および互いに異なる方向における側面図である。
【図３】本発明の第２実施態様に係るシューの平面図および互いに異なる方向における側面図である。
【図４】本発明の第３実施態様に係るシューの平面図および互いに異なる方向における側面図である。
【図５】本発明の第４実施態様に係るシューの平面図および互いに異なる方向における側面図である。
【図６】斜板式圧縮機の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１斜板式圧縮機
２シリンダブロック
３フロントハウジング
４シリンダヘッド
５回転軸
６クランク室
８斜板
１２シリンダボア
１３ピストン
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄシュー
２１平坦面
２２ピストンの凹球面
２３シューの球面
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ後退面
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ輪郭線

Claims

シリンダブロック内に支持された回転軸に該回転軸と一体回転可能に斜板を支持し、該シリンダブロック内に往復動可能に収容したピストンと前記斜板との間に、該ピストンに形成した凹球面に係合する球面と前記斜板に摺接する平坦面とを有するシューを介在させた斜板式圧縮機において、前記シューが、該シューの球面上に形成され、該球面よりはシューの肉内に後退した面からなり、かつ、前記シューの球面に対し楕円状の輪郭線で区画されかつ曲面に形成された後退面を有し、さらに、該後退面が、斜板の傾角変化時にも前記ピストンの凹球面内に収まる範囲内に形成されていることを特徴とする斜板式圧縮機。
前記後退面が、前記シューの球面の曲率半径よりも大きい曲率半径の部分円筒面に形成されている、請求項１の斜板式圧縮機。
前記後退面が、前記シューの球面の曲率半径よりも大きい曲率半径の部分円環面に形成されている、請求項１の斜板式圧縮機。
前記後退面が、前記シューの球面の曲率半径よりも大きく、かつ、互いに直交する平面上において異なる曲率半径を有する部分円環面に形成されている、請求項３の斜板式圧縮機。
前記後退面が、前記シューの球面外方に円筒中心をもつ部分円筒面に形成されている、請求項１の斜板式圧縮機。
前記後退面が、前記シューの球面外方に曲率半径の中心をもつ部分円環面に形成されている、請求項１の斜板式圧縮機。
前記後退面が、互いに直交する平面上において異なる曲率半径を有する部分円環面に形成されている、請求項６の斜板式圧縮機。