壓縮機的活塞的製作方法
2023-05-08 14:45:06
專利名稱：壓縮機的活塞的製作方法
技術領域：
本發明與利用斜盤等驅動體將驅動軸的旋轉轉換為活塞的往復直線運動的活塞式壓縮機有關，尤其與其活塞有關。
作為車輛的空調裝置所使用的壓縮機，活塞式壓縮機是公眾熟知的。在這種活塞式壓縮機中，使活塞往復運動的斜盤支撐在曲柄室內的驅動軸上。斜盤將驅動軸的旋轉轉換為氣缸內的活塞的往復直線運動。隨著活塞的往復運動，由吸入室吸進氣缸內的製冷劑氣體在其內被壓縮，然後由排出室排出。
上述活塞式壓縮機，其製冷劑氣體來自外部製冷管路、並經曲柄室被導入吸入室。這樣，曲柄室就構成吸入製冷劑氣體的通路的一部分。在這種壓縮機中，由於來自外部製冷管路的製冷劑氣體必須經過曲柄室，從而使潤滑油混入製冷劑氣體中，這樣隨著製冷劑氣體的轉移，曲柄室內的活塞及斜盤等零件也得到充分的潤滑。
與此相反，有的壓縮機，其來自外部製冷管路的製冷劑氣體是不經過曲柄室而導入吸入室的。例如，在可變容量壓縮機中，斜盤可傾斜地支撐在驅動軸上。斜盤的傾角隨曲柄室內的壓力和氣缸內的壓力之差變化而變化。壓縮機的排出容量對應其斜盤的傾角變化而變化。曲柄室內的壓力和氣缸內的壓力之差，例如，基於控制閥調整的曲柄室內的壓力而變化。因此，在這樣的可變容量壓縮機中，由於必須通過調整曲柄室內的壓力才能控制斜盤的傾角，所以不能將曲軸室作為構成吸入通路的一部分。而這種壓縮機曲軸室內的各零部件主要由滲漏入曲柄室的氣體和供給曲柄室的潤滑油的混合物進行潤滑的。所謂滲漏入曲柄室的氣體是活塞壓縮氣缸內的製冷劑氣體時，通過活塞的外周面和氣缸的內周面之間的間隙，由氣缸內竄入曲柄室的製冷劑氣體。
該滲漏入曲柄室的氣體的量，換句話講，供給曲柄室內的潤滑油的量是由活塞的外周面和氣缸的內周面之間的間隙大小控制的。因此，為了向曲柄室供給充分的潤滑油以便使內柄室內各零部件得到良好的潤滑，就必須加大上述的間隙。可是，當活塞和氣缸之間的間隙加大時，會降低壓縮機的壓縮效率。
為了消除上述問題，如圖8所示的壓縮機已是公知技術。在這種壓縮機中，具有驅動機能的斜盤100在氣缸體101和前腔102之間的曲柄室103內能隨驅動軸104一體轉動地安裝在驅動軸104上。單頭活塞105被安裝在氣缸體101的氣缸101a中。活塞105在其後部有伸向曲柄室103的尾部105a。尾部105a通過一對滑履106與斜盤100動作連接。兩個滑履106可滑動地嵌在尾部105a上，並可滑動地夾持著斜盤100。驅動軸104的旋轉運動通過斜盤100和滑履106轉換為活塞105在氣缸101a內的往復直線運動。
在活塞105的外周面加工出環槽107，隨著活塞105的往復運動，附著在氣缸101a的內周面上的潤滑油被刮收在環槽107中，並被導入曲柄室103中。利用該潤滑油潤滑斜盤100和活塞105的連接件等。在有這種構造的壓縮機中，不需增加活塞105和氣缸101a之間的間隙，換句話講既不降低壓縮機的壓縮效率，又能對曲柄室103內的零部件進行良好地潤滑。
如圖8及圖9所示，在活塞105的尾部105a處，將對著前腔102的內周面的面加工成與該腔102的內周面接觸的圓弧面105b。該圓弧面105b的曲率半徑和前腔102的內周面的曲率半徑一樣。當活塞105往復運動時，該圓弧面105b隨著在前腔102的內周面上移動、從而能防止活塞105以自己的中心軸線為中心進行旋轉。
在活塞105的尾部105a處，將對著前腔102的內用面的面全部加工成上述圓弧面105b，可是，將對著前腔102的內周面的面全部加工成與該腔102內周面有相同曲率半徑的高精度的圓弧狀，在加工中是很難操作的。
另外，由於沿寬範圍加工出的全部圓弧面105b與前腔102的內周面滑動接觸，所以，當活塞105由上死點向下死點移動時，存留在曲柄室103下部的潤滑油和附著在前腔102的內周面上的潤滑油不能被導入活塞105和斜盤100的連接部位，而由尾部105a的端面推動向圖8的左方飛濺。因此，潤滑油不能充分地潤滑最重要的潤滑部位，即活塞105和斜盤100的連接部位。
本發明的目的在於提供加工容易、並能將曲柄室內的潤滑油充分地供給活塞和驅動體的連接部位的壓縮機的活塞。
為了實現上述的目的，本發明公開了壓縮含油氣體的壓縮機的活塞。壓縮機具有空腔，該空腔包括曲柄室和用於安裝活塞的氣缸，及設置在曲柄室內的通過連接部件使活塞與其動作連接的驅動體。驅動體通過連接部件使活塞在上死點和下死點之間往復運動。活塞具有用於壓縮進入氣缸內的氣體的頭部和伸向曲柄室的與驅動體連接的尾部。防止活塞在氣缸內轉動的旋轉止動件被設置在上述的尾部。該旋轉止動件具有按規定間隔設置的與空腔的內周面接觸的複數的第一部分。
圖1是安裝著本發明具體化的第一實施例活塞的可變容量壓縮機的全部視圖；圖2是放大的活塞立體圖；圖3是活塞位於下死點的立體圖；圖4是表明直線槽在活塞上的位置圖；圖5是放大的活塞尾部的側視圖；圖6是第二實施例活塞的尾部的側視圖；圖7是第三實施例活塞的尾部的側視圖；圖8是現有技術的壓縮機的部分剖視圖；圖9是沿圖8的9-9線的剖視圖。
以下，結合圖1至圖5說明安裝著本發明具體化的第一個實施例活塞的可變容量壓縮機。
如圖1所示，前腔11與氣缸體12的前端接合。後腔13經閥片14與氣缸12的後端接合。壓縮機的空腔由前腔11、氣缸體12和後腔13構成。
上述後腔13被分隔成吸入室13a和排出室13b。閥片14具有吸入閥14a、排出閥14b、吸入口14c和排出口14d。在上述前腔11和氣缸體12之間形成曲柄室15。驅動軸16貫穿曲柄室15通過一對軸承17可旋轉地支撐在前腔11和氣缸體12上。
突緣盤18固定在上述驅動軸16上。具有驅動機能的斜盤19在曲柄室15內被可傾斜地支撐在驅動軸16上，並且也能沿驅動軸16的軸線L1方向移動。該斜盤19通過鉸接機構20與突緣盤18連接。鉸接機構20由突緣盤18上的支持臂20a和斜盤19上的導銷20b構成。導銷20b可滑動地插入形成在支撐臂20a的導向孔20c中。鉸接機構20使斜盤19和驅動軸16一體旋轉，同時，使斜盤19沿驅動軸16的軸線L1方向移動並傾斜。
在上述氣缸體12中，形成圍繞著驅動軸16的多個氣缸12a。各單頭活塞21可往復移動地安裝在各氣缸12a中。活塞21由中空狀的頭部21c和自頭部21c的後端伸向曲柄室15的突出尾部21a細成。在尾部21a的腹部側形成凹部21b。在凹部21b的相對的一對內壁面上形成凹球面狀的承受面21d。將半球狀的滑履22可滑動地嵌裝在各承受面21d中。
將上述斜盤19的外周面裝入各活塞21的凹部21b內、並由一對滑履22的平面部位可滑動夾持著。滑履22是作為連接件將活塞21和斜盤19連接在一起的。驅動軸16的旋轉運動通過斜盤19和滑履22轉換為活塞21在氣缸12d內的往復直線運動。當活塞21從上死點向下死點移動，處於吸入衝程中，吸入室13a內的製冷劑氣體經過吸入口14c推開吸入閥14a流入氣缸12a內。當活塞21從下死點向上死點移動，處於壓縮衝程時，氣缸12d內的製冷劑氣體連續壓縮、經過排出口14d推開排出閥14b進入排出室13b。
供給通路23與排出室13b和曲柄室15連通，它是在氣缸12、閥片14和後腔13中形成的。由電磁閥構成的容量控制閥24位於供給通路23的中途，即被安裝在後腔13上。當控制閥24的螺線管24a被勵磁時，閥體24b閉鎖閥孔24c。當螺線管24a被消磁時，閥體24b打開閥孔24c。
放壓通路16a設置在驅動軸16中。放壓孔12b在氣缸體12和閥片14中形成。曲柄室15通過放壓通路16a和放壓孔12b與吸入室13a連通。
在由螺線管24a被勵磁使供給通路23閉鎖的狀態，排出室13b內的高壓製冷劑氣體不能進入曲柄室15中。在這種狀態，曲柄室15內的製冷劑氣體通過放壓通路16a和放壓孔12b流入吸入室13a，從而使曲軸室15的壓力逐漸接近吸入室13a內的低壓力。因此，如圖1所示，斜盤19的傾角達到最大，壓縮機的排出容量達到最大。斜盤19利用設置在該斜盤19的前面的止動件19a與突緣盤18的靠接，限止本身的傾斜不能超過規定的最大傾角。
另一方面，在由螺線管24a被消磁使供給通路23開放的狀態，排出室13b內的高壓製冷劑氣體進入曲柄室15中、曲柄室15內的壓力上升。因此，斜盤19的傾角達到最小、壓縮機的排出容量達到最小。斜盤19利用與安裝在驅動軸16上的卡環25靠接，限止本身達到最小傾角。
象上述那樣，通過對應控制閥24的螺線管24a的勵磁及消磁，使供給通路23閉鎖及開放，實現了對曲柄室15的壓力調整。當曲柄室15內的壓力變化時，作用在活塞21的後面(圖1的左側的面)的曲柄室15內的壓力和作用在活塞21的前面(圖1右側的面)的氣缸12a內的壓力的差變化，與之對應的斜盤19的傾角也變化。隨著該斜盤19的傾角的變化，活塞21的移動衝程也變化，從而使壓縮機的排出容量獲得調整。
如圖1至圖4所示，在活塞21的頭部21c的前端的外周面，沿圓周方向加工出連續的環狀槽26。如圖3所示，該環狀槽26，當活塞21移動到下死點時，處於將要離開氣缸12a但還沒有進入曲柄室15內的位置。而在圖1及圖3中，斜盤19處於最大傾角的狀態。
如圖1至圖4所示，直槽27是在活塞21的頭部21c的外周面，沿該活塞21的中心軸線L2延長形成的。直槽27的一端靠近環狀槽26。直槽27按下述那樣設置在活塞21的外周面上。如圖4所示，從驅動活塞21的驅動軸16的旋轉方向R1，即按順時針轉動方向看，換句話講，從活塞21的尾部21a端側看，假想設置通過驅動軸16的中心軸線L1和活塞21的中心軸線L2的直線L3。在該直線L3和活塞21的外周面的交點P1、P2中，將離驅動軸16的中心軸線L1遠的交點P1定為12時。這時，直槽27在活塞21的外周面上，處於自9時至11時的範圍E內。
再如圖1所示，直槽27、當活塞21移動接近至上死點時，槽長處於將要離開氣缸，但還沒有進入曲柄室15內。直槽27與環狀槽26不溝通。
上述活塞21的表面是採用無心磨方式磨削的。雖然圖中未表示，但是在該無心磨方式中，不使用用於固定被加工物活塞21的夾頭，活塞21被放在工作檯上是隨磨輪的旋轉，同時被磨削的。因此，例如，直槽27，在活塞21的圓周方向被設為數條時，置於工作檯上的活塞21的旋轉中心是不穩定的，這樣就不能進行高精度地磨削。所以，為了在採用無心磨方式，使活塞21得到高精度地磨削，應使直槽27的數目儘可能的少。在本實施例中，只設置1條直槽27，它有必須的最小寬度和深度、以保證向曲柄室15內供給潤滑油。
如圖1、圖2和圖5所示，在上述活塞21的尾部21a的端部設置大體成T字狀的旋轉止動件21e。將旋轉止動件21e的端面周邊加工成斜面28。當活塞21從上死點向下死點移動時，附著尾部21a的端面和前腔11的內周面上的潤滑油及儲存在曲柄室15的下部的潤滑油沿該斜面28被導入活塞21和斜盤19的連接部位，即滑履22上。
凹處29設置在尾部21a的背部側，即尾部21a的對著前腔11的內周面的表面，並與旋轉止動件21連接。平面部30設置在旋轉止動件21e的對著前腔11的內周面的表面的中間部位。具有旋轉止動功能的一對圓弧面31設置在旋轉止動件21e的平面部30的兩側。該圓弧面31的曲率半徑和前腔11的內周面的曲率半徑大體相同。圓弧面31與前腔11的內周面接觸。平面部30和前腔11的內周面形成間隙S1。
當活塞21往復移動時，通過旋轉止動件21e的圓弧面31與前腔11的內周面的滑動，防止了活塞21繞自己的中心軸線L2的旋轉。而且，在活塞21的往復移動時，曲柄室15內的潤滑油通過平面部30和前腔11的內周面之間的間隙S1被導入凹處29，然後再被供給到活塞21和斜盤19的連接部位，即滑履22上。
以下，說明上述哪樣結構的可變容量壓縮機的工作原理。
當活塞21從上死點向下死點移動，處於吸入衝程時，吸入室13a內的製冷劑氣體被吸入氣缸12a中。這時，混在製冷劑氣體中的潤滑油的一部分附著在氣缸12a的內周面上。而當活塞21從下死點向上死點移動，處於壓縮衝程時，氣缸12a內的製冷劑氣體被壓縮、並被排入排出室。這時，氣缸12a內的製冷劑氣體的一部分，以滲漏氣體經活塞21的外周面和氣缸12a的內周面之間的狹小間隙C1漏入曲柄室15中。在上述過程中，混在滲漏氣體中的潤滑油的一部分便附著在氣缸12a的內周面上。
附著在氣缸12a的內周面上的潤滑油隨著活塞21的往復移動，由活塞21的環狀槽26槽口邊緣括取，存留在該環狀槽26中。
當活塞21處於壓縮衝程時，由來自氣缸12a的滲漏氣體使環狀槽內的壓力變高。直槽27，只在活塞21移動至上死點附近時，才被氣缸12a的內周面全部覆蓋，除此之外，直槽27至少有一部分是露在曲柄室15中的。因此，直槽27內的壓力相對曲柄室15內的壓力，有時相同，有時高些。環狀槽26經狹小間隙C1與直槽27連通。當活塞21處於壓縮衝程時，環狀槽26內的潤滑油在環狀槽26內的壓力與直槽27內的壓力的差作用下，經間隙C1流入直槽27中。流入直槽27中的潤滑油經直槽27的露在曲柄室15中的部分流入曲柄室15中。
當斜盤19的傾角變小時，活塞21向下死點移動，也存在直槽27沒有從氣缸12a露出來的情況。但是在本實施例中，直槽27的後端部到頭部21c和尾部21a的連接端面的長度很短，因此，直槽27內的潤滑油由直槽27的後端部經間隙C1很容易排進曲柄室15中。
被供給到曲柄室15的潤滑油，有的被存儲在曲柄室15的下部，有的附著在前腔11的內周面上。該潤滑油，當活塞21從上死點向下死點移動，處於吸入衝程時，沿形成在尾部21a的端面的周邊的斜面28流入活塞21和斜盤19的連接部位，即滑履22上。當活塞21處於吸入衝程時，這時，前腔11的內周面上的潤滑油經過平面部30和前腔11的內周面之間的間隙S1導入凹處29，然後供給到活塞21和斜盤19的連接部位。
因此，在活塞21處於吸入衝程時，附著在尾部21a的端面和前腔11的內周面上的潤滑油、儲存在曲柄室15的下部的潤滑油不被尾部21a的端面推壓飛濺。因此，曲柄室15內的潤滑油被充分地供給到最需要潤滑的部位、即活塞21和斜盤19的連接部位。
如上述那樣，平面部30形成在旋轉止動件21e上的與前腔11的內周面相對著的面上。與前腔11的內周面面接觸的一對圓弧面31是設置在上述平面30的兩側的，其間隔是有規定的。因此，不必將與前腔11的內周面相對著面全部加工成和該前腔11的內周面有相同曲率半徑的圓弧形。從而使對活塞21的旋轉止動件21e的加工變得容易進行。
位於上述一對圓弧面31之間的平面部30與前腔11的內周面形成間隙S1。因此，在活塞21往復移動時，曲柄室15內的潤滑油經過該間隙S1，被有效地供給到活塞21和斜盤19的連接部位。
一對圓弧面31的曲率半徑與前腔11的內周面的曲率半徑大體是相同的。因此，在與前腔11的內周面相對的面上設置與該前腔11的內周面不接觸的平面部30能有效地增大旋轉止動件21e與前腔11的內周面的接觸面積。這樣就確實防止活塞21繞其中心軸線L2旋轉，從而能保證活塞21穩定工作。
由於在旋轉止動件21e的端面的邊緣加工出斜面28，所以，前腔11的內用面上的潤滑油經該斜面28能更有效地供應到活塞21和斜盤19的連接部位。
下面，結合圖6說明本發明的第二實施例。在該第二實施例中，平面部30形成在與前腔11的內周面相對著的旋轉止動件21e的表面的中間部和該中間部的兩側，共3處。因此，各平面部30與前腔11的內周面分別形成允許潤滑油通過的間隙S1。
中間部的平面部30的兩側邊，即中間部的平面部30和兩側的平面部30的相交角部是沿活塞21的中心軸線L2延伸的、並且構成與前腔11的內周面線接觸的接觸部32。同樣，兩側的平面部30的外邊緣也是沿活塞21的中心軸線L2延伸的、也構成與前腔11的內周面線接觸的接觸部32。在本實施例中，這些接觸部32具有旋轉止動件的功能。當活塞21往復移動時，通過這些接觸部32在前腔11的內周面上的滑動能防止活塞21繞自己的中心軸線L2的旋轉。
因此，在該第二實施例中，能獲得和上述第一實施例大體相同的工作效果。尤其在該第二實施例中，由於在旋轉止動21e上形成多個平面部30，從而就產生了與前腔11的內周面線接觸的數個接觸部32。這樣，就可以將與前腔11的內周面相對著的面加工成若干簡單的平面狀，不進行圓弧狀加工。從而使對活塞21的旋轉止動件21e的加工更容易進行。而且，在活塞21往復移動時，曲柄室15內的潤滑油經多個間隙S1能更充分地供給到活塞21和斜盤19的連接部位。
下面，結合圖7說明本發明的第三實施例。在該第三實施例中，和上述第一實施例一樣，平面部30形成在與前腔11的內周面相對著的旋轉止動件21e的面的中間部上。旋轉止動件的具有止動功能的一對突條33形成在旋轉止動件21e的平面部30的兩側。這些突條33沿活塞21的中心軸線L2延伸，並且與前腔11的內周面接觸。當活塞21往復移動時，由於這些突條33與前腔11的內周面進行滑動，從而能防止活塞21繞自己的中心軸線L2旋轉。
因此，在該第三實施例中，能獲得與上述第一實施例和第二實施例大體相同的工作效果。尤其在本實施例中，由於存在突條33，從而在平面部30和前腔11的內周面之間形成了允許潤滑油通過的較大的間隙S1。這樣，當活塞21往復移動時，曲柄室15內的潤滑油經過大的間隙S1，能更有效地供給到活塞21和斜盤19的連接部位。
然而，該發明的實施例，也可以有以下的方案。
與前腔11的內周面接觸的2個以上的旋轉止部位，按規定的間隔形成在活塞21的旋轉止動件21e上時，止動部位本身的結構不受限制。
在上述第一至第三實施例中，設置了在旋轉止動件21e和前腔11的內周面之間形成間隙S1的平面部30，但也可以不用平面部30形成間隙S1，例如，也可以在旋轉止動件21e上形成溝或凹部與前腔11的內周面形成間隙S1。
權利要求
1.壓縮含油氣體的壓縮機的活塞，所說的壓縮機具有腔(11、12、13)，該腔具有曲柄室(15)和用於裝配上述活塞(21)的氣缸(12a)和設置在曲柄室(15)中的通過連接件(22)與活塞(21)動作連接的驅動體(19)，上述驅動體(19)通過連接件(22)能使活塞(21)在上死點和下死點之間往復移動，上述活塞(21)具有用於壓縮進入氣缸(12a)內的氣體的頭部(21c)和突伸入曲柄室(15)中的用於連接上述驅動體(19)的尾部(21a)，其特徵在於，所說的活塞具有能防止活塞(21)在氣缸(12a)內旋轉的設置在上述尾部(21a)上的旋轉止動件(21e)，該旋轉止動件(21e)具有與腔(11)的內周面接觸，並按規定間隔設置的多個第1部分(31、32、33)。
2.根據權利要求1所述的活塞，其特徵在於，上述旋轉止動件(21e)在鄰接的上述第1部分(31、32、33)之間有與腔(11)的內周面不接觸的第2部分(30)，該第2部分(30)與腔(11)的內周面形成允許潤滑油通過的間隙(S1)、當活塞(21)從上死點向下死點移動時，曲柄室(15)內的潤滑油通過上述間隙(S1)供給到上述連接件(22)上。
3.根據權利要求2所述的活塞，其特徵在於，上述第2部分包含平面(30)。
4.根據權利要求2所述的活塞，其特徵在於，上述第1部分包含圓弧面(31)，該圓弧面(31)與腔(11)的內周面面接觸，並與該內周面(11)有大體相同的曲率半徑。
5.根據權利要求2所述的活塞，其特徵在於，上述第1部分(32)沿活塞(21)的中心軸線(L2)方向延伸，並與腔(11)的內周面線接觸。
6.根據權利要求2所述的活塞，其特徵在於，上述第1部分包含沿活塞(21)的中心軸線(L2)方向延伸的突條(33)。
7.根據權利要求1至6中的任意一項所述的活塞，其特徵在於，上述尾部(21a)具有在該尾部(21a)和上述腔(11)的內周面之間允許潤滑油通過的間隙，即在上述旋轉止動件(21e)和上述頭部(21c)之間的凹處(29)。
8.根據權利要求1至6中的任意一項的所述的活塞，其特徵在於，它被用在上述壓縮機中，該壓縮機，將包含斜盤的上述驅動體(19)可傾斜地支撐在驅動軸(16)上，上述驅動體(19)的傾角隨曲柄室(15)內的壓力和氣缸(12a)內的壓力的差變化，活塞(21)控制壓縮機的排出容量，並以由驅動體(19)的傾角確定的衝程移動，設置著用於調整上述曲柄室(15)內的壓力和上述氣缸(12a)內的壓力的差的調整手段(24)。
9.根據權利要求1至6中的任意一項所述的活塞，其特徵在於，它被用在上述壓縮機中，該壓縮機，將包含斜盤的上述驅動體(19)支撐在驅動軸(16)上，上述連接件包含一對支撐在活塞(21)的尾部(21a)中的滑履(22)，該一對滑履(22)可滑動地夾持著驅動體(19)。
全文摘要
壓縮含油氣體的壓縮機的活塞。壓縮機具有包含曲柄室和氣缸的腔,和設在曲柄室內並支撐在驅動軸上的斜盤。活塞裝配在氣缸中並通過滑履與斜盤動作連接。斜盤將驅動軸的旋轉轉換為活塞在上死點和下死點之間的往復移動。活塞具有用於壓縮進入氣缸中的氣體的頭部和伸入曲軸室內的用於連接斜盤的尾部。尾部具有能防止活塞在氣缸中旋轉的旋轉止動件,其具有與腔的內周面接觸的按規定間隔設置的多個旋轉止動部位和在鄰接的旋轉止動部位之間的,與腔的內周面不接觸的平面部。平面部與腔的內周面之間形成潤滑油通過間隙。
文檔編號F04B27/08GK1194336SQ97117860
公開日1998年9月30日 申請日期1997年7月14日 優先權日1996年7月15日
發明者平松修, 神崎繁樹, 村尾和重, 星田隆宏 申請人:株式會社豐田自動織機製作所