JPH01219362A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧縮機に関し、例えば自動車用空調装置の冷媒
圧縮機として使用して有効である。

〔従来の技術及び問題点〕

従来の圧縮機では、第２図に示すようなピストン１００
０を用いていた。このピストン１０００は、斜板型圧縮
機のシリンダ室内に配設されるものであり、その端部に
は、作動室内の冷媒が漏れ出ることがないようシール部
１００１が形成されている。

一方、近年運転フィーリングの向上の面から、圧縮機に
はより一層の振動及び騒音の低減が要求されてきている
。圧縮機のシリンダ室内をピストンが往復摺動するもの
であるため、ピストンの慣性力がこの圧縮機の騒音・振
動に大きな影響を及ぼすことが認められる。そのため、
圧縮機の振動・騒音の低減を図るためには、ピストンを
軽量化し、ピストン慣性力低減を行うことが望まれる。

そこで、本発明者らは、第３図に示すように、ピストン
１０００先端のシール部１００１のシール長さａを減少
させ、ピストン全体の軽量化を図るようにした。シール
長さａは、圧縮機作動室内の冷媒がピストン１０００側
面より漏れ出るのを防止するために必要とされるもので
あり、このシール長さａをあまり小さくすることは、圧
縮機の効率上望ましくない。そこで本発明者らは、圧縮
機の性能を損なうことがない範囲内でシール長さａを最
小とした。

しかしながら、第３図図示のように、シール長さを最小
としたピストン１０００を用いた場合、かえって圧縮機
の駆動に要する動力が増大し、またピストンの耐久性も
劣るということが認められた。

特に、本発明者らの検討によれば、ピストン１００１の
うち、ピストン中心側で、かつ圧縮機の内方側部（第３
図中Ｂ部）、及びシール部１００１のうちピストン端部
側で、かつ圧縮機の外方側部（第３図中Ａ部）における
摩耗が大きいことが認められた。

この点につき、本発明者らがさらに検討したところ、ピ
ストン１０００に加わる圧力バランスによるものである
ことが認められた。第４図は、ピストン１０００に加わ
る圧力バランスを示す。このピストン１０００は、斜板
１０の揺動運動をシュー１８及び１９を介して受けるよ
うになっている。第４図中Ｆｐは、圧縮室内の圧縮され
た冷媒がピストン１０００に加わる反力を示す。この反
力ＦＰに対向する斜板１０の反力Ｒは、ピストン１００
０の軸方向分力Ｒｓと、斜板１０の半径方向の分力Ｒｒ
とに分解される。そして、軸方向分力Ｒｓは、反力Ｆｐ
と同軸上に位置するため、相殺される。一方、半径方向
分力Ｒｒは、ピストン１０００のシール部１００１に加
わる荷重Ｆａ。

’　　Ｆｂによってシリンダブロックより支持されるこ
とになる。そして、半径方向分力Ｒｒが斜板１０とピス
トン１０００との接続点、すなわちシュー１８の部位に
おいて発生するため、この分力Ｒｒに直接対向する反力
Ｆａ、Ｆｂは、ピストン１０００のシール部１００１の
うち、特にその端部に発生することになる。

ここで、斜板ｌＯに加わる半径方向分力Ｒｒとピストン
の反力Ｆａ、Ｆｂとはつり合うため、反力Ｆａ、Ｆｂの
値は、 ！１ により求められることになる。すなわち、反力くなるこ
とが認められる。

このため、第３図図示のように、シール部長さが大きく
なり、反力Ｆａ、Ｆｂが大きくなることが認められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述した本発明者らの検討結果に基づくもの
で、ピストン全体の慣性力を減少させ、圧縮機の振動・
騒音の低減を図りつつ、圧縮機駆動力を低減し、かつ、
ピストンの耐摩耗性を向上することを目的とする。

〔構成及び作動〕

上記目的を達成するために、本発明では、ピストンシー
ル部を減少させて、ピストン全体の慣性力低減を図る。

また、本発明におけるピストンでは、シール部のシール
長さをピストンのうち圧縮機中心側と圧縮機外方側とで
異ならすことにより、ピストンシール部に生じる反力の
低減を行う。

すなわち、本発明に関わるピストンでは、そのシール部
長さが圧縮機の中心側部において長く、圧縮機の外方側
部において短くなるようにしている。その結果、ピスト
ンシール部に生じる反力が低減でき、圧縮機の駆動に要
する動力の低減が図れる。さらに、上述した反力低域に
伴い、ピストンの摩耗が増大するということも効果的に
防止される。

（実施例〕 以下本発明の一実施例を図に基づいて述べる。

第１図は可変容量式斜板型圧縮機の縦断面図である。ア
ルミニウム合金製のフロントハウジング４、フロントサ
イドプレート８、吸入弁９、フロントシリンダブロック
５、リアシリンダブロック６、吸入弁１２、リアサイド
プレート１１及びリアハウジング１３は図示されないス
ルーボルトによって一体的に固定された圧縮機の外殻を
成している。

シリンダブロック５，６には第５図に示すようにシリン
ダ６４（６４１〜６４５）が夫々５ケ所、各シリンダ６
４が互いに平行になるように形成されている。図示しな
い自動車走行用エンジンの駆動力を受けて回転するシャ
フト１はベアリング２及びベアリング３を介してそれぞ
れフロントハウジング４及びフロントシリンダブロック
５に回転自在に軸支されている。また、シャフト１に加
わるスラスト力（図中左方向へ働（力）はスラスト軸受
１５を介してフロントシリンダブロック５で受け、止め
輪によりシャフト１の図中右方向への動きを規制してい
る。尚、止め輪はシャフト１に形成された環状溝によっ
て係止されている。

リアシャフト４０はベアリング１４を介してスプール３
０に回転自在に軸支されている。リアシャフト４０に働
くスラスト力（図中右方向へ働（力）はスラスト軸受１
１６を介してスプール３０で受け、止め輪によりリアシ
ャフト４０がスプール３０から外れるのを防いでいる。

この止め輪もリアシャフト４０に形成された環状溝に係
止されている。スプール３０はリアシリンダブロック６
の円筒部６５及びリアハウジング１３の円筒部１３５内
に軸方向摺動可能に配されている。

斜板１０の中央部には球面部１０７が形成され、この球
面部１０７にはリアシャフト４０のＯｔｉ部に固定され
た球支持部４０５が配され、斜板１０は揺動可能な状態
で球面支持部４０５に支持されている。

斜板１０のシャフト１側面にはスリット１０５が形成さ
れており、シャフト１の斜板１０側端面には平板部１６
５が形成されている。そして、平板部１６５がスリット
１０５内壁に面接触するようにして配されることにより
、シャフト１に与えられた回転駆動力を斜板１０に伝え
るものである。

また、斜板１０両面側にはシュー１８及びシュー１９が
摺動自在に配設されている。一方、フロントシリンダブ
ロック５のシリンダ６４及びリアシリンダブロック６の
シリンダ６４内にはピストン１０００が摺動可能に配さ
れている。上述のようにシュー１８及び１９は斜板１０
に対し、摺動自在に取り付けられている。またシュー１
８及び１９はピストン１０００の内面に対し、回転可能
に係合している。従って、斜板１０の回転を伴う揺動運
動は、このシュー１８及び１９を介しピストン１０００
に往復運動として伝達される。尚、シュー１８．１９は
斜板１０上に組み付けられた状態で、外面が同−球面上
にくるように形成されている。

前記シャフト１の平板部１６５には長溝１６６が設けら
れており、また、斜板１０にはピン通し孔が形成されて
いる。シャフト１の平板部１６５は斜板１０のスリット
１０５に配された後、ピン８０及び止め輪によりピン通
し孔とシャフト１の長溝１６６とに係止される。この長
溝１６６内のピン８０の位置により斜板の傾きが変わる
のであるが、傾きが変わると共に斜板中心（球面部１０
７の球面支持部４０５）の位置も変わる。すなわち、第
１図中右側の第２作動室６０においては、斜板１０の傾
きが変わってピストン１０００のストローツが変化して
も、ピストン１０００の作動室６０側の上死点は殆ど変
わらずデッドボリュームの増加が実質的に生じないよう
に長溝１６６が設けられている。一方、図中左方向の作
動室５０では斜板の傾きが変わると共にピストン１００
０の上死点は変化するため、デッドボリュームも変化す
る。

本例では上述したように斜板１０の傾斜角が変動しても
、ピストン１０００の作動室６０側の上死点位置が変動
しないような形状に長溝１６６が形成されている。従っ
てこの長溝１６６は厳密には曲線状となるが、実際の形
成に当たってはほぼ直線の長溝で近似できることになる
。さらに本例では長溝１６６の形成により平板部１６５
の形状が過大となることがないように、長溝１６６はシ
ャフトｌの軸線上に配設されている。このように長溝１
６６をシャフト１の軸線上に形成し、平板部１６５を小
型化することは平板部１６５がピストン７の内側に配設
されるタイプの斜板型圧縮機においては特に有効である
。

図中符号２１は軸封装置であり、シャフト１を伝って冷
媒ガスや潤滑オイルが外部へ洩れるのを防いでいる。図
中符号２４は作動室５０．６０に開口し、吐出室９０．
９３と連通ずる吐出口であり、この吐出口２４は、吐出
弁２２によって開閉される。吐出弁２２は弁押さえ２３
と共に図示しないボルトによりフロントサイドプレート
８及びリアサイドプレート１１に固定されている。図中
符号２５は作動室５０．６０と吸入室７２．７４とを連
通ずる吸入口で、吸入弁９及び吸入弁１２によって開閉
される。

図中符号４００は制御圧空間２００内圧力を制御するた
めの制御弁であり、制御回路５００により制御される。

制御弁４００の一方は低圧導入通路９７によりリア側の
吸入空間７４と結ばれている。また、他方は絞り９９及
び高圧導入通路９６を介して吐出空間９３と結ばれると
共に、制御圧通路９８を介して制御圧室２００と結ばれ
ている。

電磁弁４００は通電されない状態では、空間２００と吐
出空間９３とが絞り９９を介して結ばれている。

第１図中フロント側の吐出空間９０は、シリンダブロッ
ク５に形成された吐出通路により吐出ポートに導かれ、
又、リア側の吐出空間９３はシリンダブロック６に形成
された吐出通路により吐出ポートに導かれている。再吐
出ボートは外部配管により連結されるため、吐出空間９
０と吐出空間９３内圧力は同一圧力である。またフロン
ト側の吸入空間７２は吸入通路７１によりハウジング中
央部に形成された吸入空間７０に導かれ、同様にリア側
の吸入空間７４も吸入通路７３により吸入空間７０に導
かれている。

上記構成により圧縮機の作動について述べる。

図示しない電磁クラッチが接続され、シャフト１にエン
ジンからの駆動力が伝えられると圧縮機は起動する。

圧縮機駆動信号がコントローラ５００に入力されると、
コントローラ５００は制御弁に対し低圧導入通路９７と
信号圧通路９８とを連通ずるような電気信号を出力する
。従って、起動時には制御圧室２００には吸入室７４内
の圧力が導入されることになる。そのため、この状態に
おいては、スプール３０の前後で圧力差が生じなくなっ
ている。

すなわち、起動時においては支持部１０７を介して斜板
１０を傾斜させる方向には荷重が加わつていない。

このような状態でシャフト１が回転を開始すると、シャ
フト１の回転は斜板１０を介してピストン１０００を往
復駆動することになる。このピストン１０００の往復移
動に伴い作動室５０．６０内で冷媒の吸入、圧縮、吐出
が行われることになる。

ただこの場合、リア側の作動室６０とフロント側の作動
室５０との圧力差に基づく力がピストン１０００および
シェー１８．１９を介して斜板１０に加わることになる
。特に斜板１０は球面支持部４０５によって揺動自在に
支持されており、かつスリット１０５と平板部１６５と
の嵌合によりシャフト１の回転力を受けるようになって
いるため、ピストン１０００に加わる力が斜板１０の傾
斜角を減少させる方向にモーメントとして作動すること
になる。

例えば第５図に軸線Ｘ上にピン８０が位置している状態
では、第１シリンダ空間６４１に配設されているピスト
ンからは斜板１０に対し傾斜角を変動させるモーメント
は発生しない。しかしながら第２乃至第５のシリンダ空
間６４２，６４３゜６４４．６４５に配設されたピスト
ン１０００からは、斜板１０の傾斜角を減少させる方向
に回転モーメントが発生する。この回転モーメントは、
ピン８０周りに生ずるモーメントによって受けられるこ
とになる。またこのピストン１０００により発生する回
転モーメントは、球面支持部４０５に対しの押圧力を加
えることになる。

すなわち、制御弁が制御圧室２００に吸入圧を導入する
状態では、球面支持部４０５およびスプール３０が図中
右方向に変位する。その結果、斜板１０はその傾斜角を
小さくする。ただ、斜板１０はシャフト１の長溝１６６
にピン８０によって規制されているため、斜板１０は傾
きを減少すると共に、斜板１０の中心にある球部４０５
に対し図中右方向に力を与え、球部４０５を右方向へ移
動させる９球面支持部４０５を介してリアシャフト４０
に働く図中右方向の力はスラスト軸受１６を介してスプ
ール３０に伝えられ、スプール３０はリアハウジング１
３の底部に当たるまで移動する。この状態で圧縮機の吐
出容量が最小となる。

そして、図示されない吸入ボート（冷凍サイクルの蒸発
器につながる）より吸入される冷媒ガスは、中央部の吸
入空間７０へ入り、次いで吸入通路７１．７３を通り、
フロント・リア側の吸入室７２．７４へ入る。その後、
ピストン１０００の吸入行程において、吸入弁１２を介
して吸入口２５より作動室５０．６０内へ吸入される。

吸入された冷媒ガスは圧縮行程で圧縮され、所定圧まで
圧縮されれば吐出口２４より吐出弁２２を押し開いて吐
出室９０．９３へ吐出される。高圧の冷媒ガスは吐出通
路を通り、吐出ポートより冷凍サイクルの図示しない凝
縮器に吐出される。

この際、フロント側の第１の作動室５０はデッドボリュ
ームが大きいため、第１作動室５０内の冷媒ガスの圧力
が吐出空間９０内圧力（リア側第２作動室６０の吐出圧
力が導かれている）よりも低く、フロント側第１作動室
５０での冷媒ガスの吸入、吐出作用は行われない。

圧縮機の起動時には、上述したように圧縮機吐出容量を
最小容量とする。しかし冷凍サイクルより要求される圧
縮機の能力が高い場合には、制御弁４００により制御圧
通路９８と低圧導入通路９７との間が遮断される。ここ
で、本例では制御圧室２００には絞り９９を介し、高圧
導入通路９６と連通している。従って、このように低圧
導入通路９７との間が遮断された状態では、制御圧室２
００には高圧導入通路９６より受ける吐出圧の影響が大
きくなる。従って制御圧室２００内の圧力は上昇してく
る。

そのため、スプール３０に対し、圧力差により第１図中
左方向へ働く力（制御圧室２００と吸入空間７４との圧
力差による）は圧縮機の回転に伴い次第に上昇する。そ
して、この力が前述した球面支持部４０５を図中右方向
へ押す力に打ち勝つと、スプール３０は次第に図中左方
向へ移動し始める。そしてシャフト１の長溝１６６とピ
ン８０の作用により斜板１０はその回転中心（球面支持
部４０５）を図中左方向へ移動しつつその傾きを大きく
してゆく。更に制御圧室２００内圧力が上がってゆ（と
、スプール３０はその肩部３０５がリアサイドプレート
１１に当たるまで図中左方向へ移動し、最大容量状態を
実現する。これが第１図の状態である。第１図の状態で
は、図示されない吸入ポートより吸入される冷媒ガスは
中央の吸入空間７０に入り、吸入通路７１及び７３を通
ってそれぞれ吸入室７２及び７４へ流入する。そして、
吸入行程では吸入口２５より吸入弁９及び１２を介して
、それぞれ作動室５０及び６０へ入り、次いでピストン
１０００の変位と共に圧縮され、吐出口２４より吐出弁
２２を介して、それぞれ吐出空間９０及び９３へ入り、
吐出通路を通り吐出ボートより吐出され、外部配管で合
流するものである。この状態では作動室５０及び作動室
６０共に冷媒ガスの吸入、吐出作用を行っている。

このように、本例の圧縮機では、スプール３０に加わる
力と、斜板１０を介して受けるピストン１０００の反力
Ｒとにより、斜板１０の傾斜角が可変制御されることと
なる。

そして、斜板１０に加わる反力Ｒは、第４図に示したよ
うに斜板１０の半径方向の分力Ｒｒとピストン１０００
との軸方向の分力Ｒｓに分解される。そこで本例のピス
トン１０００は、第６図に示すように、シール部１００
１がピストンの端部に形成されている。シール部は、ピ
ストン１０００の中心部に比べてその径が大きく、シリ
ンダ６４内面に微小間隙を介して対向し得るようになっ
ている。換言すれば、本例のピストンはシール部１００
１を除き、他の部位では小径となり、ピストン１０００
全体の重量を大幅に軽減できるようにしている。そして
、シール部１００１は、そのシール長さｌｌｏがピスト
ン１０００のうちシャフト１例の面において長くなるよ
うになっている。

本例では、このシャフト１側のシール長さ２．”は、１
５ａｍ程度となっている。逆にこの面と反対側の部位に
おけるシール長さ！、”は短くなっている。

本例において、このシール長さ！、”は、１ＯＩＩＩ１
１程度となっている。なお、この最小部でのシール長さ
２１”は、シール部１００１０機能発揮に必要な、最小
でかつ充分な長さとなっている。

本例は、以上のように、シール部１００１のうちシャフ
トｌ側の面のシール長さ！、゛を大きくしたため、シー
ル部１００１のうち、荷重点Ａ、　Ｂに加わる荷重Ｆａ
、Ｆｂを低減できるようになっている。そのため、ピス
トン１０００の摺動抵抗の増加が防止でき、ピストンの
駆動に要する動力が小さなものでよくなっている。

なお、上述の例では、圧縮機として斜板１０の傾斜角が
変化する可変容量タイプのものを示したが、斜板１０の
傾斜角が固定された圧縮機においても、本例のピストン
は同様に効果を奏するものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧縮機では、ピストン端
部にシール部を形成し、このシール部以外の部位を小径
とすることにより、ピストン全体の重量を低減している
。それにより、ピストンの慣性力の低減が図れ、圧縮機
の振動・騒音が大幅に減少するという優れた効果を有す
る。

しかも、本発明のピストンでは、シール部のシール長さ
がピストンのうち、圧縮機中心部側と外方部側とで異な
る構造としているため、上述のようにピストンの重量低
減を図るにもかかわらず、ピストンに加わる反力を増加
させることがない。

その結果、ピストンの摺動抵抗も小さな値に抑えること
ができ、ピストン駆動に要する動力も小さくてすむとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧縮機の一実施例を示す断面図、第２図
は従来の圧縮機に使用されたピストンを示す正面図、第
３図は本発明者らが検討したピストンを示す正面図、第
４図は第３図図示ピストンに加わる圧力を示す説明図、
第５図は第１図図示圧縮機の■−Ｖ線に沿う断面図、第
６図は第１図図示圧縮機に使用されるピストンを示す正
面図。 １・・・シャフト、１０・・・斜板、１８．１９・・・
シュー、１０００・・・ピストン、１００１・・・シー
ル部。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第２図 ／ 第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部にシリンダ室を有するシリンダブロックと、 このシリンダブロック内に回転自在に支持されたシャフ
   トと、 このシャフトと一体回転する斜板と、 前記シリンダ室内に摺動自在に配設され、前記斜板の揺
   動運動を受けて前記シリンダ室内を往復移動するピスト
   ンとを備え、 前記ピストンは、その端部に前記シリンダ室と微小間隙
   を介して直接対向するシール部を有し、このシール部の
   シール長さは、前記シャフト側の長さの方が前記シャフ
   トと反対側のシール長さより長いことを特徴とする圧縮
   機。
2. （２）圧縮機のシリンダ室内に摺動自在に配設されるピ
   ストンであって、 ピストンの端部はピストンの中心部側に比べて膨出して
   、前記シリンダ室と微小クリアランスを介して直接摺動
   するシール面とを形成し、かつこのシール面のシール長
   さは、ピストンのうち圧縮機の内部側のシール長さの方
   が、ピストンのうち圧縮機外方側のシール長さより長く
   形成したことを特徴とする圧縮機用ピストン。