JP3951437B2 - 圧縮機のピストン支持構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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。
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