JP2005069215A - ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 消費動力を増加させることなくかつハウジングとの凝着を心配することなく自転が防止されるピストンの提供。
【解決手段】 シリンダボアに挿入されるボア挿入部３１の外周面３３を非円筒状に形成する。好ましくは、ボア挿入部にリング溝３８を設け、このリング溝に弾性変形可能な部材からなるシールリング３６を装着する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ピストン及びそれを用いた往復動装置に関する。

往復動装置の一つとして、所謂斜板式圧縮機が知られている。斜板式圧縮機は、例えば特許文献１に開示されているように、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、それらのシリンダボアにそれぞれ往復動可能に挿入された複数個のピストンと、回転駆動される駆動軸と、駆動軸に斜めに結合された斜板と、斜板と各ピストンとの間に摺動可能に介在したシューとを有している。シリンダボアは一般に駆動軸の軸心の周りに配置されかつその軸心と平行にのびている。駆動軸に連れて斜板が回転すると、各ピストンがシューを介して駆動され、各シリンダボア内で往復動する。シリンダボア内でのピストンの往復動により、気体例えば冷媒ガスの圧縮が行われる。

上述から分かるように、各ピストンは斜板にシューを介して軸心方向で係合している関係上、その自転、即ち、シリンダボアの軸心の周りでの回動を阻止する必要がある。特許文献１においては、シリンダブロックに固定されたハウジングと呼ばれる部材に摺接する自転阻止部を各ピストンに設けている。

しかし、圧縮機の運転時には各ピストンの自転阻止部とハウジングとが常に摺動するため、消費動力の増加という問題がある。また、自転阻止部に過大な応力が加わった場合や潤滑状態が悪化した場合などには、ハウジングと自転阻止部とが凝着を起こすことがある。

特開平６−３４６８４４号公報

それ故に本発明の課題は、消費動力を増加させることなくかつハウジングとの凝着を心配することなく自転が防止されるピストンを提供することにある。

本発明の他の課題は、上述したピストンを備えた往復動装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、シリンダボアに挿入されるボア挿入部を有するピストンであって、前記ボア挿入部は非円筒状の外周面を有することを特徴とするピストンが得られる。

前記ボア挿入部に結合しかつ駆動源に連結される連結部をさらに有し、前記連結部は前記外周面を延長させた延長面の内側に配置されていてもよい。

前記ボア挿入部と前記連結部との結合は、前記ボア挿入部の軸方向から施された溶接により成されてもよい。

前記ボア挿入部に少なくとも一つのシールリングが付加されていてもよい。

前記ボア挿入部は前記外周面に沿ってのびたリング溝を有し、前記シールリングは前記リング溝に装着されていてもよい。

前記シールリングは、弾性変形可能な部材からなり、前記リング溝に装着される前には、その内周長が前記リング溝の内周長に対して１０〜３０％短く設定されており、弾性変形を伴って前記リング溝に挿入されていてもよい。

前記シールリングは、前記ボア摺動部の横断面に類似した非円形のものであってもよい。

前記シールリングは円形のものであってもよい。

前記ボア挿入部は、その軸方向の少なくとも一端面と前記外周面との境界部分に、アール部、テーパ部、及びクラウニング部のうちいずれか一つを有してもよい。

本発明の他の態様によれば、上述したピストンを複数個と、これらのピストンをそれぞれ往復動可能に挿入した複数のシリンダボアとを有することを特徴とする往復動装置が得られる。

本発明によれば、消費動力を増加させることなくかつハウジングとの凝着を心配することなく自転が防止されるピストン、及びそのピストンを備えた往復動装置を提供することができる。

図１を参照して、本発明に係る往復動装置の実施の形態例である斜板式圧縮機について説明する。

図１の斜板式圧縮機は、車両空調装置の冷凍回路に使用されて冷媒の圧縮を行うものであり、複数のシリンダボア１を有するシリンダブロック２と、それらのシリンダボア１にそれぞれ往復動可能に挿入された複数個のピストン３と、シリンダブロック２に結合され、クランク室４を形成するハウジング５とを含んでいる。駆動軸６は、シリンダブロック２及びハウジング５に支持され、外部のエンジンなどにより回転駆動される。駆動軸６には、クランク室４に配された斜板７が斜めの姿勢で結合されている。各ピストン３は斜板７の外周部分にシュー８を介して摺動可能に軸方向で係合している。ここでは、駆動軸６及び斜板７を合せて駆動源と呼ぶ。

駆動軸６が外部のエンジンなどにより回転されると、斜板７が回転する。すると、各ピストン３がシュー８を介して駆動され、各シリンダボア１内で往復動する。シリンダボア１内でのピストン３の往復動により冷媒ガスの圧縮が行われる。圧縮された冷媒ガスは吐出室１１を通して圧縮機外に吐出される。なお、冷媒ガスのシリンダボア１への吸入は吸入室１２を通して行われる。

図２をも参照すると、シリンダボア１は実際には５つ備えられており、駆動軸６の軸心１３の周りに等間隔で互いに平行に配列されている。各シリンダボア１は横断面において略三角形状、具体的には、正三角形の頂点を全て円弧状に削り取って所謂アールをつけたものと等価な形状を有している。これらのシリンダボア１は三角形の一つの頂点に相当する部分が駆動軸６の軸心１３を向いた姿勢で配列されている。この配列によると、シリンダボア１の配列密度をより高めることができるので、圧縮機の小型化が可能である。なお、シリンダブボア１は７つであってもよい。

図３をも参照して、ピストン３について説明する。

図３のピストン３はアルミニウム又はアルミニウム合金にて作られたものであり、シリンダボア１に摺動挿入されるボア挿入部３１と、ボア挿入部３１に一体に結合しかつ斜板７にシュー８を介して連結されるブリッジ部又は連結部３２とを有している。ボア挿入部３１の外周面３３はシリンダボア１と相似形状、具体的には、図３（ｃ）に示すように正三角形の頂点を全て円弧状に削り取って所謂アールをつけたものと等価な断面形状を有している。ボア挿入部３１の外周面３３と連結部３２の外周面３４との境界には段差３５が形成され、これにより連結部３２はボア挿入部３１の外周面を延長させた延長面の内側に配置されている。換言すると、連結部３２の外周面３４はボア挿入部３１の外周面３３を超えることのないように形成されている。こうして、ピストン３の往復動時に連結部３２がハウジング５に摺動することのないようにされている。

上述した斜板式圧縮機によると、ボア挿入部３１の外周面３３が非円筒状であることで、ピストン３がハウジング５に摺動することなく自転を阻止されるため、消費動力を低減できるとともに、ハウジングとの凝着を引き起こすこともない。

なお、ボア挿入部３１の外周面３４は横断面において非円筒形状であればよく、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように様々な変形が可能である。

図４（ａ）の形状によると、ピストンのシリンダボア占有率が大きい。したがって、同容量の場合に圧縮機の小型化が可能である。

図４（ｂ）の形状によると、ピストンのシリンダボア占有率が非常に大きい。したがって、同容量の場合に圧縮機の更なる小型化が可能である。

図４（ｃ），（ｄ），（ｅ）の各形状によると、比較的製造が容易である。

図５を参照して、ピストン３の他の例について説明する。

図５のピストン３においては、ボア挿入部３１の外周面３３に、ＰＴＦＥなどの弾性変形が可能な材料から作られた切れ目のないシールリング３６が装着されている。具体的には、ボア挿入部３１のピストンヘッド３７の近傍に外周面３３に沿ってのびたリング溝３８が形成され、このリング溝３８にシールリング３６が挿入され、ここに係止されている。シールリング３６はボア挿入部３１の外周面３３から少し突出している。

図５の構造のピストン３によると、弾性変形可能なシールリング３６がボア挿入部３１の外周面３３から少し突出しているので、圧縮機の体積効率の悪化及びクランク室内オイルの過大流出を防止しつつ、シリンダボア１の内面とピストン３のボア挿入部３１の外周面３３とのクリアランスを拡大することができる。このクリアランスの拡大は、製造コストの低減やクリアランスが小さいことに起因するピストン３の焼きつきの防止になる。

図５のピストン３において、シールリング３６は弾力性をもつため図６に示すように円筒状のものであってもよいし、図７に示すように中心に開口をもつ円形リング板状のものであってもよいし、図８又は図９に示すようにピストン３のボア挿入部３１に合せて略三角形状に形成したものなど、非円形のものであってもよい。いずれの場合でも、シールリング３６を適宜弾性変形させつつボア挿入部３１のリング溝３８に装着することで、その装着作業は容易に実施できる。なお、シールリング３６は、リング溝３８に装着される前には、その内周長がリング溝３８の内周長に対して１０〜３０％短く設定されており、弾性変形を伴ってリング溝３８に挿入される。

図６又は図８に示すようにシールリング３６が筒状である場合は、図１０に示すようにそのシールリング３６はボア挿入部３１のリング溝３８に密着嵌合する。この場合は、シールリング３６の厚みをリング溝３８の深さよりも少し大きく設計し、シールリング３６をボア挿入部３１の外周面３３から少し突出させる。

図６のシールリング３６は円筒状であるため製造が容易であるが、軸方向寸法を短くして薄型に形成するとさらに製造が容易である。また、図８のシールリング３６は比較的均一な厚さで挿入が可能であるため、ボア内面とのクリアランスを全周にわたりほぼ均一にすることが容易に可能である。

図７又は図９に示すようにシールリング３６がリング板状である場合は、図１１又は図１２に示すようにそのシールリング３６はボア挿入部３１のリング溝３８の溝底に対し、内周部分３６ａは圧接するが、外周部分３６ｂは離間しかつボア挿入部３１の外周面３３から少し突出した状態になる。なお、図１１ではシールリング３６の外周部分３６ｂをピストンヘッド３７に近い部分に位置付けているが、図１２に示すようにピストンヘッド３７から離れた部分に位置付けてもよい。

図７及び図９のシールリング３６は、比較的小さな力で挿入可能であるため組み付け容易である上に、図１１又は図１２のような組み付けも可能である。しかも図９のシールリング３６は比較的均一な厚さで挿入が可能であるため、ボア内面とのクリアランスを全周にわたりほぼ均一にすることが容易に可能である。

図１３を参照して、図１の斜板式圧縮機に使用可能なピストン３のさらに他の例について説明する。同様な部分については、同じ参照符号を付して説明を省略する。

図１３のピストン３はアルミニウム又はアルミニウム合金にて作られたものである。ボア挿入部３１の外周面３３はシリンダボア１と相似形状、具体的には、図１３（ｃ）に示すように正三角形の頂点を全て円弧状に削り取って所謂アールをつけたものと等価な断面形状を有している。ボア挿入部３１の外周面３３と連結部３２の外周面３４との境界には段差３５が形成され、これにより連結部３２はボア挿入部３１の外周面を延長させた延長面の内側に配置されている。換言すると、連結部３２の外周面３４はボア挿入部３１の外周面３３を超えることのないように形成されている。こうして、ピストン３の往復動時に連結部３２がハウジング５に摺動することのないようにされている。

さらに、図１４（ａ）に明示するように、ボア挿入部３１のピストンヘッド３７と外周面３３との境界部分にテーパ部４１が形成されている。テーパ部４１は境界部分に沿ってリング状にのびている。

テーパ部４１の代わりに、図１４（ｂ）に示すように、アール部４２が形成されてもよい。また、テーパ部４１又はアール部４２の代わりに、所謂クラウニング部（図示せず）が形成されてもよい。

また、図１４（ｃ）に明示するように、ボア挿入部３１のピストンヘッド３７とは反対側の端面３９と外周面３３との境界部分にテーパ部４３が形成されている。テーパ部４３は境界部分に沿ってリング状にのびている。

テーパ部４３の代わりに、図１４（ｄ）に示すように、アール部４４が形成されてもよい。また、テーパ部４３又はアール部４４の代わりに、所謂クラウニング部（図示せず）が形成されてもよい。

図１３及び図１４に示す構造によると、シリンダボアとピストン３との摺動特性を向上させ、焼き付きを防止することができる。また、シリンダブロックとピストン３との間に摺動抵抗が低減するため、圧縮機の消費動力を低減することができる。さらに、公知の容量可変型圧縮機においては、シリンダブロックとピストン３との間の摺動抵抗の低減は、圧縮機の容量制御特性の改善にもつながる。

図１５を参照して、図１の斜板式圧縮機に使用可能なピストン３のさらに他の例について説明する。同様な部分については、同じ参照符号を付して説明を省略する。

図１５のピストン３もアルミニウム又はアルミニウム合金にて作られたものである。ボア挿入部３１の外周面３３はシリンダボア１と相似形状、具体的には、図１５（ｃ）に示すように正三角形の頂点を全て円弧状に削り取って所謂アールをつけたものと等価な断面形状を有している。ボア挿入部３１の外周面３３と連結部３２の外周面３４との境界には段差３５が形成され、これにより連結部３２はボア挿入部３１の外周面を延長させた延長面の内側に配置されている。換言すると、連結部３２の外周面３４はボア挿入部３１の外周面３３を超えることのないように形成されている。こうして、ピストン３の往復動時に連結部３２がハウジング５に摺動することのないようにされている。

具体的な構造について説明する。ボア挿入部３１のピストンヘッド３７とは反対側の端面３９には凹部４５が形成されている。一方、連結部３２には凹部４５に軸方向で嵌合当接されるフランジ部４６を有している。ボア挿入部３１と連結部３２との結合は、ボア挿入部３１の軸方向４６から凹部４５とフランジ部４６との間に施された溶接により成されている。溶接部を参照符号４７で概略的に示した。したがって、溶接方向を軸方向４６から実施することにより、溶接長さを短くでき、ピストンへの熱影響を低減することができる。

なお、上述では往復動装置の一例としての斜板式圧縮機について説明したが、その他のタイプの往復動装置においても同様に実施できかつ同等な効果を奏することは言うまでもない。勿論、図１に示すような固定容積型圧縮機のみならず、公知の容量可変型圧縮機においても同様に実施できる。また、シールリングは一つのピストンに対し複数個備えられてもよい。

本発明に係る往復動装置の一例である斜板式圧縮機の縦断面図である。 図１の斜板式圧縮機におけるシリンダブロックの端面図である。 図１の斜板式圧縮機に使用されたピストンを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は図３のピストンのボア挿入部の様々な変形例を示す横断面における外周面の輪郭図である。 図１の斜板式圧縮機に使用可能なピストンの他例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図である。 図５のピストンに使用されたシールリングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 図５のピストンに使用可能なシールリングの例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 図５のピストンに使用可能なシールリングの他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 図５のピストンに使用可能なシールリングのさらに他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 ピストンに対するシールリングの装着例を示す要部のみの拡大断面図である。 ピストンに対するシールリングの他の装着例を示す要部のみの拡大断面図である。 ピストンに対するシールリングのさらに他の装着例を示す要部のみの拡大断面図である。 図１の斜板式圧縮機に使用可能なピストンのさらに他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図である。 （ａ）は図１３のＡ部の一例の拡大図、（ｂ）は図１３のＡ部の他例の拡大図、（ｃ）は図１３のＢ部の一例の拡大図、（ｄ）は図１３のＢ部の他例の拡大図である。 図１の斜板式圧縮機に使用可能なピストンのさらに他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図である。

符号の説明

１ シリンダボア
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ クランク室
５ ハウジング
６ 駆動軸
７ 斜板
８ シュー
１１ 吐出室
１２ 吸入室
１３ 駆動軸の軸心
３１ ボア挿入部
３２ 連結部
３３ ボア挿入部の外周面
３４ 連結部の外周面
３５ 段差
３６ シールリング
３６ａ シールリングの内周部分
３６ｂ シールリングの外周部分
３７ ピストンヘッド
３８ リング溝

Claims (10)

1. シリンダボアに挿入されるボア挿入部を有するピストンであって、前記ボア挿入部は非円筒状の外周面を有することを特徴とするピストン。
2. 前記ボア挿入部に結合しかつ駆動源に連結される連結部をさらに有し、前記連結部は前記外周面を延長させた延長面の内側に配置されている、請求項１に記載のピストン。
3. 前記ボア挿入部と前記連結部との結合は、前記ボア挿入部の軸方向から施された溶接により成されている、請求項２に記載のピストン。
4. 前記ボア挿入部に少なくとも一つのシールリングが付加されている、請求項１−３のいずれかに記載のピストン。
5. 前記ボア挿入部は前記外周面に沿ってのびたリング溝を有し、前記シールリングは前記リング溝に装着されている、請求項４に記載のピストン。
6. 前記シールリングは、弾性変形可能な部材からなり、前記リング溝に装着される前には、その内周長が前記リング溝の内周長に対して１０〜３０％短く設定されており、弾性変形を伴って前記リング溝に挿入されている、請求項５に記載のピストン。
7. 前記シールリングは、前記ボア摺動部の横断面に類似した非円形のものである、請求項４−６のいずれかに記載のピストン。
8. 前記シールリングは円形のものである、請求項４−６のいずれかに記載のピストン。
9. 前記ボア挿入部は、その軸方向の少なくとも一端面と前記外周面との境界部分に、アール部、テーパ部、及びクラウニング部のうちいずれか一つを有する、請求項１−８のいずれかに記載のピストン。
10. 請求項１−７のいずれかに記載のピストンを複数個と、これらのピストンをそれぞれ往復動可能に挿入した複数のシリンダボアとを有することを特徴とする往復動装置。
    
    

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