JP6015433B2 - 斜板式圧縮機 - Google Patents
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Description
収容凹部の周面には、圧縮室と吸入通路の出口とを連通する吸入ポートが形成され、吸入ポートは圧縮室と同数だけ形成されている。ロータリーバルブにおけるテーパ周面にはバイパス溝が形成されている。バイパス溝は、軸方向の接続溝と、周方向の周回溝とからなっている。バイパス溝は、圧縮行程終了付近の状態にある圧縮室の吸入ポートと、圧縮行程開始の状態にある圧縮室の吸入ポートとを連通している。
第1の実施形態に係る可変容量型斜板式圧縮機(以下、単に圧縮機とする)を図1〜図7に基づいて説明する。
なお、図1における左側を前方とし、右側を後方とする。
図1に示す圧縮機10のハウジング11は、複数のシリンダボア15が形成されたシリンダブロック12と、そのシリンダブロック12の前部側に接合されるフロントハウジング13と、シリンダブロック12の後部側に接合されるリヤハウジング14とから構成されている。
フロントハウジング13からリヤハウジング14まで通される通しボルト16の前後方向の締め付けにより、フロントハウジング13、シリンダブロック12及びリヤハウジング14が一体的に固定され、ハウジング11が形成される。
そして、回転軸18が斜板室17の中央付近を貫通するように備えられており、回転軸18はフロントハウジング13に設けられるラジアル軸受19を介して回転可能に支持されている。
回転軸18の前部を支持するラジアル軸受19の前方に、回転軸18の周面に亘って摺接する軸封装置20が備えられている。軸封装置20は、リップシールであり、斜板室17内の冷媒ガスが、フロントハウジング13と回転軸18の間から漏洩することを防止している。
回転軸18の前端は、図示しない動力伝達機構を介して外部駆動源に連結されており、回転軸18は外部駆動源により回転可能となっている。
ラグプレート21の後方における回転軸18には、斜板22が、回転軸18の軸線方向へスライド可能及び傾動可能に支持されている。なお、ラグプレート21とフロントハウジング13との間にはスラスト軸受23が介在されている。
斜板22とラグプレート21との間にはヒンジ機構24が介在されている。ヒンジ機構24は、斜板22から突出して形成された一対の斜板アーム25がラグプレート21から突出して形成された一対のラグアーム26の間に挿入され、結合されることにより構成されている。従って、斜板22はヒンジ機構24によってラグプレート21に連結され、回転軸18との同期回転及び回転軸18の軸方向への傾動が可能となる。
斜板22は、コイルスプリング27の付勢力を受けた筒状体28により常に後方、すなわち、斜板22の傾斜角度が減少する方向(斜板22が立つ方向)へ向けて押圧される。なお、斜板22の傾斜角度とは、ここでは回転軸18と直交する面と斜板22の面により成す角度を意味している。
そして、回転軸18の回転に伴って斜板22が回転運動されるとき、シュー31を介して各ピストン30が往復移動される。なお、ピストン30の構成は後述する。
シリンダボア15内におけるピストン30と弁形成体36間には圧縮室38がそれぞれ区画されている。
リヤハウジング14内の中心側には、吸入室37が形成されており、吸入室37はバルブプレート32に設けられる各吸入ポート32Aによりシリンダボア15内の圧縮室38と連通されている。
また、リヤハウジング14の外周側には、吐出室39が形成されており、吐出室39はバルブプレート32に設けられる各吐出ポート32Bによりシリンダボア15内の圧縮室38と連通されている。吐出室39と吸入室37は隔壁14Aにより隔絶されている。
また、吸入室37は吸入通路40を介して図示しない外部冷媒回路と接続されており、吐出室39は吐出通路41を介して上記外部冷媒回路と接続されている。
圧縮室38A〜38F内に吸入された冷媒ガスは、ピストン30の下死点位置から上死点位置への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート32B及び吐出弁34Aを介して吐出室39へ吐出される。
この容量制御弁42の弁開度の調整を介して吐出室39から斜板室17に導入される高圧の冷媒ガスの導入量と、斜板室17から吸入室37へ導出させる冷媒ガスの導出量とのバランスにより、斜板室17内の斜板室圧力が決定される。
これにより、ピストン30を挟んだ斜板室17内と圧縮室38内の圧力の差が変更されて、斜板22の傾斜角が変更され、ピストン30のストロークが変えられ、吐出容量が調整される。
ここで、シリンダボア15A〜15Fと弁収容孔43を連通させる6個のシリンダボア側連通路47をそれぞれ順に47A、47B、47C、47D、47E、47Fとする。
大径部49の周面には、案内溝50が形成されている。案内溝50は、軸方向の接続溝50A、50Bと両接続溝50A、50Bを前部側で繋ぐ周回溝50Cとからなっている。接続溝50A、50Bは、大径部49の周面における後部側から前部側に向けて形成されている。接続溝50A、50Bは、円周方向に180°間隔で形成されている。周回溝50Cは、大径部49の周面における周方向に半周(180°)にわたり形成されている。接続溝50A、50Bの軸方向の前端部と、周回溝50Cの円周方向の両端部とがそれぞれ連結されている。接続溝50A、50B及び周回溝50Cは、溝断面は円弧状である。
図2では、シリンダボア側連通路47Aとシリンダボア側連通路47Dは案内溝50を介して互いに連通している。ロータリーバルブ44が矢印R方向に回転すると、シリンダボア側連通路47Bとシリンダボア側連通路47Eは案内溝50を介して互いに連通する。このように、ロータリーバルブ44の回転に伴って、異なるシリンダボア側連通路47A〜47F間(シリンダボア側連通路47A、47D間、シリンダボア側連通路47B、47E間、シリンダボア側連通路47C、47F間、シリンダボア側連通路47D、47A間、シリンダボア側連通路47E、47B間、シリンダボア側連通路47F、47C間)を案内溝50を介して順次連通させることが可能である。
この実施形態においては、図5に示すように、シリンダボア15Aとシリンダボア15D間において、シリンダボア15A内にある直線溝45Bは、シリンダボア15Dと、シリンダボア側連通路47A、47D及び案内溝50を介して連通可能である。併せてシリンダボア15D内にある直線溝45Bは、シリンダボア15Aと、シリンダボア側連通路47A、47D及び案内溝50を介して連通可能である。よって、圧縮行程にあるシリンダボア15A内のブローバイガスは、直線溝45B、シリンダボア側連通路47A、案内溝50、シリンダボア側連通路47Dを経由して吸入行程にあるシリンダボア15D内の直線溝45Bに送られ回収される。シリンダボア15B、15E間、シリンダボア15C、15F間、シリンダボア15D、15A間、シリンダボア15E、15B間、シリンダボア15F、15C間においても、シリンダボア15A、シリンダボア15D間と同様である。
図5は、圧縮機10が中間容量運転をしている場合を示している。なお、中間容量運転とは、最大容量運転と最小容量運転との間の運転状態を指している。図5では、斜板22の傾斜角度は最小傾斜角位置と最大傾斜角位置の中間的な位置にある。
シリンダボア15A内のピストン30Aが圧縮行程にあるとき、シリンダボア15Aと対向する位置に配置されたシリンダボア15D内のピストン30Dは吸入行程にある。このとき、ピストン30Aの周面に形成された直線溝45Bの前方の部分とシリンダボア側連通路47Aとは連通しており、ピストン30Dの周面に形成された直線溝45Bの後方の部分とシリンダボア側連通路47Dとは連通している。
ここで、斜板室17の圧力をPcとし、圧縮室38Aの圧力をPdとし、圧縮室38Dの圧力をPsとする。シリンダボア15A内のピストン30Aは圧縮行程にあるので、Pc<Pdの関係がある。よって、圧縮室38Aの冷媒ガスは圧力の低い斜板室17の方向へブローバイガスとして漏洩しやすい。
シリンダボア15A内のピストン30Aが圧縮行程にあるとき、シリンダボア15Aと対向する位置に配置されたシリンダボア15D内のピストン30Dは吸入行程にある。このとき、ピストン30Aの周面に形成された直線溝45Bとシリンダボア側連通路47Aとは連通しており、圧縮室38Dとシリンダボア側連通路47Dとは連通している。この場合には、ピストン30Dの周面に形成された直線溝45Bとシリンダボア側連通路47Dとは連通していないが、これはピストン30Dのストロークが大きくなっているためである。
また、シリンダボア15D内のピストン30Dは吸入行程にあるが、圧縮機10が最大容量運転をしているので、Pc≒Psの関係があり、斜板室17と圧縮室38D間の圧力差はない状態である。
このように、最大容量運転時においては、斜板室17と圧縮室38D間の圧力差を利用して、ピストン30Dの直線溝45Bに送られたブローバイガスを、シリンダボア15Dの内周面とピストン30Dの外周面との間の微小な隙間を通って圧縮室38Dに回収することは難しい場合がある。しかし、ブローバイガスを圧縮室38Dへ直接送り込み回収することが可能なので、最大容量運転時においても斜板室17側へ漏洩するブローバイガスを効率よく低減できる。なお、図6において矢印はブローバイガスの移動する方向を示したものである。
なお、圧縮室38B、38E間、圧縮室38C、38F間、圧縮室38D、38A間、圧縮室38E、38B間、圧縮室38F、38C間でも同様である。
(1)ピストン30A〜30Fには環状溝45Aと直線溝45Bがそれぞれ形成され、各直線溝45Bは対応するシリンダボア側連通路47A〜47Fと個別に連通可能であり、所定の回転角度αではロータリーバルブ44の案内溝50とシリンダボア側連通路47A及び47Dとは連通可能である。特に、中間容量運転時においては、圧縮行程にある圧縮室38Aからのブローバイガスは、ピストン30Aの直線溝45B、シリンダボア側連通路47A、案内溝50、シリンダボア側連通路47Dを経由して吸入行程にあるピストン30Dの直線溝45Bに送られ、圧力差により圧縮室38Dへ送り込み回収することができる。圧縮室38B、38E間、圧縮室38C、38F間、圧縮室38D、38A間、圧縮室38E、38B間、圧縮室38F、38C間でも作用効果は圧縮室38A、38D間の作用効果と同様である。よって、直線溝45Bを設けることにより、さまざまな吐出容量に対応可能であり、さまざまな吐出容量において斜板室17側へ漏洩するブローバイガスを効率よく低減できる。
(2)最大容量運転時においては、圧縮行程にある圧縮室38Aからのブローバイガスは、ピストン30Aの直線溝45B、シリンダボア側連通路47A、案内溝50、シリンダボア側連通路47Dを経由して吸入行程にあるシリンダボア15D内にある圧縮室38Dに直接送り込み回収することができる。圧縮室38B、38E間、圧縮室38C、38F間、圧縮室38D、38A間、圧縮室38E、38B間、圧縮室38F、38C間でも作用効果は、圧縮室38A、38D間の作用効果と同様である。ブローバイガスを他方のシリンダボア15におけるピストン30との間隙に戻すと、斜板室17の圧力が低い場合にブローバイガスが斜板室17へと漏洩してしまう可能性があるが、他方のシリンダボア15における圧縮室38に直接戻すなら、ブローバイガスが斜板室17へと漏洩しにくい。
(3)ロータリーバルブ側連通路は、ロータリーバルブ44の周面に設けられた案内溝50なので、ロータリーバルブ44の周面に案内溝50を設けるだけで良く、製造が容易である。また、回収されるブローバイガス中には潤滑油が含まれているので、ロータリーバルブ44周面と弁収容孔43間へ潤滑油を供給することができ、ロータリーバルブ44の摺動性を高めることが可能である。
(4)案内溝50と、シリンダボア側連通路47Aとが連通する回転角度αは、圧縮行程にあるシリンダボア内(圧縮室38A)の圧力が圧縮により上昇し、最大圧力となる回転角度より少し小さい回転角度に設定されているので、斜板室17側へ漏洩するブローバイガスが増大するタイミングで回収でき、ブローバイガスの回収効率を向上可能である。
(5)回転角度αの状態にある圧縮室38Aからのブローバイガスは、回転角度βの状態にある圧縮室38Dに回収される。(但し、α=β+180°)ところで、吸入弁33Aが開くタイミングで吸入弁33Aの自励振動が発生することがあるが、この自励振動発生直後にブローバイガスを圧縮室38Dに戻すことにより、吸入弁33Aの振動を抑止し脈動の低減を行える。また、ブローバイガスを吸入行程に戻すことにより、回収したブローバイガスの圧力分だけピストン30が下死点側へと押されるので、圧縮機を駆動するための動力が低減される。
(6)最小容量運転時には、直線溝45Bとシリンダボア側連通路47とが連通しないよう、直線溝45Bの長さが設定されている。よって、最小容量運転時には、圧縮行程にあるシリンダボア15から吸入行程にあるシリンダボア15へのブローバイガス供給は行われない。従って、ブローバイガス供給を行うことによる斜板22の傾斜角度増大などの不具合を防止することが可能である。
次に、第2の実施形態に係る圧縮機を図8及び図9に基づいて説明する。
この実施形態は、第1の実施形態におけるロータリーバルブ44の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
大径部49の内部には、案内室63が設けられ、大径部49の周面には案内孔64、65が設けられ、案内室63と案内孔64、65とは連通されている。案内室63は円柱状の空間を有している。案内孔64、65は、軸心方向に向けて貫通形成され、それぞれ円周方向に180°間隔で形成されている。
図9に示すように、シリンダボア側連通路47Aと案内室63とは案内孔64を介して連通され、シリンダボア側連通路47Dと案内室63とは案内孔65を介して連通されている。
その他の作用効果については、第1の実施形態と同様であり説明を省略する。
次に、第3の実施形態に係る圧縮機を図10〜図12に基づいて説明する。
この実施形態は、第2の実施形態における回転軸18及びロータリーバルブ60の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
シリンダボア側連通路47Aと案内室75とは案内孔73Bを介して連通され、シリンダボア側連通路47Dと案内室75とは案内孔73Cを介して連通されている。
ロータリーバルブ72の作用効果については、第2の実施形態におけるロータリーバルブ60と同様なので説明を省略する。
○ 第1〜第3の実施形態において、最大容量運転時に、圧縮行程にあるシリンダボア15から吸入行程にあるピストン30の直線溝45Bへとブローバイガスを供給するようにしてもよい。前述したように、最大容量運転時においては、吸入行程にあるピストン30の直線溝45Bへのブローバイガス供給は、斜板室17へとブローバイガスが漏洩する可能性があるが、ピストン30とシリンダボア15間の隙間や直線溝45Bの長さを調整することにより対応可能である。
○ 第1〜第3の実施形態では、弁形成体36に吐出ポート32B及び吐出弁34Aと共に、吸入ポート32A及び吸入弁33Aを設けるとして説明したが、吸入ポート32A及び吸入弁33Aがロータリーバルブに形成されていても良い。すなわち、ロータリーバルブ内に吸入室と連通する供給通路を形成すると共に、シリンダブロックにシリンダボアと連通する吸入通路を形成し、供給通路と吸入通路とを所定のタイミングで連通可能とすれば良い。
○ 第1〜第3の実施形態では、回転角度αの状態にある圧縮室38Aからのブローバイガスは回転角度βの状態にある圧縮室38Dに回収されるとして説明したが、図13に示すように、回転角度αの状態にある圧縮室からのブローバイガスを、圧縮初期行程にある回転角度β1の状態にある圧縮室に回収しても良いし、吸入行程と圧縮行程の境界にある回転角度β2の状態にある圧縮室に回収しても良いし、さらに、吸入初期行程にある回転角度β3の状態にある圧縮室に回収しても良い。なお、α=β1+60°、α=β2+120°、α=β3+240°の関係があり、α=300°、β1=240°、β2=180°、β3=60°となっている。この場合には、異なるシリンダボア側連通路47A〜47F間を順次連通させるロータリーバルブ側連通路の形状(円周方向の設定角度)を変更すれば良い。特に、回転角度αの状態にある圧縮室からのブローバイガスを、吸入初期行程にある回転角度β3の状態にある圧縮室に回収する場合には、回収したブローバイガスの圧力分だけピストンが下死点側へと押されるので、圧縮機を駆動するための動力が低減される。また、回転角度αの状態にある圧縮室からのブローバイガスを、圧縮初期行程にある回転角度β1の状態にある圧縮室に回収する場合には、冷媒ガスが圧縮室に供給されるので、体積効率を増加することが可能である。
○ 第1〜第3の実施形態では、圧縮機が6気筒(シリンダボア及びピストンが6個)として説明したが、6気筒以外の気筒数であっても構わない。この場合には、回転角度α、βの角度、及び間隔が異なる角度となる。
11 ハウジング
12 シリンダブロック
15(15A〜15F) シリンダボア
17 斜板室
18 回転軸
22 斜板
30(30A〜30F) ピストン
32A 吸入ポート
32B 吐出ポート
33A 吸入弁
34A 吐出弁
37 吸入室
38 吐出室
43 弁収容孔
44 ロータリーバルブ
45A 環状溝
45B 直線溝
47(47A〜47F) シリンダボア側連通路
50(50A〜50C) 案内溝
Pc 斜板室の圧力
Pd 圧縮室(圧縮行程)の圧力
Ps 圧縮室(吸入行程)の圧力
Claims (6)
- 斜板室と弁収容孔と複数のシリンダボアが形成されたハウジングと、該ハウジングに回転可能に軸支された回転軸と、該回転軸に一体回転可能に連結されるとともに前記斜板室内に収められた斜板と、前記複数のシリンダボアに往復動可能に収容されるとともに前記斜板に係留された複数のピストンと、前記複数のシリンダボア内には前記複数のピストンにより各々圧縮室が区画され、前記弁収容孔に嵌挿されるとともに前記回転軸と一体回転可能に設けられたロータリーバルブとを備え、
前記ハウジングには、前記シリンダボアと前記弁収容孔とを連通するシリンダボア側連通路がシリンダボア毎に形成されており、
前記ロータリーバルブには、前記ロータリーバルブの回転に伴って、異なる前記シリンダボア側連通路間を順次連通させるロータリーバルブ側連通路が形成されている斜板式圧縮機において、
複数の前記ピストンは、周方向に延在する環状溝と、該環状溝と連通するとともに軸方向に延在する直線溝とを周面上に備え、
前記ピストンの往復動に伴って、前記直線溝と、該直線溝を備えたピストンが収容されるシリンダボアと連通するシリンダボア側連通路とが対向して連通し、
前記ロータリーバルブ側連通路により連通される前記異なるシリンダボア側連通路は、第1のシリンダボア側連通路と第2のシリンダボア側連通路であり、
前記第1のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアの前記圧縮室は、前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアの前記圧縮室と比較して高圧であり、
前記異なるシリンダボア側連通路の連通時において、前記第1のシリンダボア側連通路と、前記第1のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアに収容された前記ピストンの前記直線溝とが対向して連通し、該直線溝内のガスが、前記第1のシリンダボア側連通路、前記ロータリーバルブ側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボア、へと流れることを特徴とする斜板式圧縮機。 - 前記ロータリーバルブの周面には案内溝が設けられ、前記ロータリーバルブ側連通路は、前記案内溝であることを特徴とする請求項1に記載の斜板式圧縮機。
- 前記ロータリーバルブの内部には案内室が設けられ、
前記ロータリーバルブの周面には前記案内室と連通する案内孔が形成され、
前記ロータリーバルブ側連通路は、前記案内室および前記案内孔であることを特徴とする請求項1に記載の斜板式圧縮機。 - 前記異なるシリンダボア側連通路の連通時において、前記第2のシリンダボア側連通路と前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアの前記圧縮室が対向して連通し、前記第1のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアに収容された前記ピストンの前記直線溝内のガスが、前記第1のシリンダボア側連通路、前記ロータリーバルブ側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアの前記圧縮室へと流れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の斜板式圧縮機。
- 前記異なるシリンダボア側連通路の連通時において、前記第1のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアに収容された前記ピストンの前記直線溝内のガスが、前記第1のシリンダボア側連通路、前記ロータリーバルブ側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路、吸入行程にある前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボア、へと流れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の斜板式圧縮機。
- 前記異なるシリンダボア側連通路の連通時において、前記第1のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボアに収容された前記ピストンの前記直線溝内のガスが、前記第1のシリンダボア側連通路、前記ロータリーバルブ側連通路、前記第2のシリンダボア側連通路、圧縮行程にある前記第2のシリンダボア側連通路と連通する前記シリンダボア、へと流れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の斜板式圧縮機。
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