压缩机活塞 本发明涉及一种用于车辆空调系统的活塞型压缩机的活塞。
日本未审查公开10-26081描述了如下的活塞型压缩机。
一驱动轴可旋转地支撑在一壳体内，并由一外部动力源带动旋转。一旋转斜盘连接于驱动轴，以在壳体内整体地旋转。如图11A所示，一活塞101包括一活塞头102和一活塞颈103。各活塞101的头102接收在壳体的一相应的缸筒中。各活塞101通过靴形件连接于旋转斜板，靴形件与各活塞101的颈部103接合。驱动轴的旋转通过旋转斜盘和靴形件转变成各活塞101的往复运动，将制冷气体压缩到缸筒内。
如图11A所示，在各活塞101的周边表面102a上形成一环形槽102b。制冷气体中所含的润滑油粘附在各缸筒的内表面上。在各活塞101往复运动的过程中，环形槽102b从相应地缸筒的内壁刮去油。一椭圆形的纵向槽102c从环形槽102b的附近向各活塞101的颈部103延伸。纵向槽102c将润滑油从环形槽102b引导到曲轴腔。在各活塞101的往复运动过程中，润滑油理想地通过环形槽102b和纵向槽102c提供给曲轴腔，润滑曲轴腔内的各部件。
除了环形槽102b和纵向槽102c以外，在周边表面上还可形成其它槽。例如，一用于调节从缸筒向曲轴腔渗漏的气体的槽或一用于保持活塞环的槽可以在面102a上形成。
如图11B所示，环形槽102b和纵向槽102c在润滑剂涂层涂敷在表面102a上之前直接在表面102a上形成。对于其它用于渗漏气体和活塞环的槽也是这样。各活塞环101的头102可以是空心的，以减小其重量。在此例中，如果空心孔的内径太大，则第一和第二槽102b、102c的部分相对较薄。为了保持头102的强度，头102必须具有一理想的厚度，这样就限制了各活塞101重量的减少。
如果通过锻造或铸造来制造活塞101，并且第一和第二槽102b、102c由金属模具形成，则通过改变金属模具可以改变槽102b、102c的尺寸。
本发明的一个目的是提供一种具有不直接形成在其表面上的槽的活塞。
为了实现上述目的，本发明提供了一种如下的活塞结构。一活塞工件具有一头和一颈部。在活塞工件的头部的周边表面上有一指定的区域。在该指定的区域上形成一槽。在活塞工件的头部的周边表面上形成一涂层，该涂层的厚度在该指定区域比在头部的其它周边表面薄。
本发明的其它方面和优点将从下面结合附图所作的描述中清楚地看出，这些附图以举例的方式示出本发明的原理。
本发明的特征特别在权利要求书中提出，我们相信这些特征具有新颖性。参照下面的对目前优选的实施例的描述可以最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中：
图1是一排量可变压缩机的横剖面图；
图2A是按照本发明的一第一实施例的活塞的一透视图；
图2B是图2A所示的活塞的一局部放大的横剖面图；
图2C是图2B中用圆圈起部分2C的一放大的横剖面图；
图2D是图2B中用圆圈起的部分2D的一放大的横剖面图；
图3是一辊式涂敷设备的一简图；
图4是一前视图，示出图3的辊式涂敷设备中的一传送辊和一活塞；
图5是一简图，示出第二实施例的一丝网印刷设备；
图6是一平面图，示出图5所示的丝网印刷设备中的一丝网和一活塞；
图7是一活塞的透视图，示出又一实施例；
图8是一活塞的透视图，示出又一实施例；
图9是一活塞的透视图，示出又一实施例；
图10是一活塞的透视图，示出又一实施例；
图11A是现有技术的一活塞的透视图；和
图11B是图11A所示的活塞的一局部放大的横剖面图。
现在描述本发明的第一和第二实施例。对第二实施例的描述将集中在与第一实施例不同之处，相同的标号用来表示与在第一实施例中相似的部件。
第一实施例
如图1所示，一前壳体件11固定于缸体12的前端，它用作对中壳体件。一后壳体件13通过一阀板14固定于缸体12的后端。前壳体件11、缸体12和后壳体件13形成一压缩机的一壳体。
一曲轴腔15限定在前壳体件11与缸体12之间。前壳体件11和缸体12可旋转地支撑一驱动轴16，使其穿过曲轴腔15。驱动轴16通过一离合器机构，例如电磁离合器连接于一车辆引擎(未示出)。因此，当引擎运转时，电磁离合器的接合使驱动轴16旋转。
一转子17在曲轴腔15内固定于驱动轴16。驱动轴16支撑一用作凸轮盘的旋转斜盘。一铰接机构19位于转子17与旋转斜盘18之间。旋转斜盘18通过铰接机构19连接于转子17，使其与驱动轴16一起旋转并相对于驱动轴16倾斜。
缸筒12a(只示出一个)在缸体12中绕驱动轴16的轴线L形成。一单头活塞20位于各缸筒12a内。各活塞20通过靴形件21连接于旋转斜盘18。因此，驱动轴16的旋转转化成各活塞20在相应的缸筒12a内的往复运动。
一吸入室27和一排放室28限定在后壳体件13内。阀板包括吸入孔29、吸入阀30、排放孔31和排放阀32。吸入室27内的制冷气体经相应的吸入孔29和相应的吸入阀30被抽吸到各缸筒12a内。各缸筒12a内的制冷气体受到相应的活塞20的往复运动的压缩，达到一预定的压力，并经相应的排放孔31和相应的排放阀32排入排放室28。
一加压通道33将排放室28与曲轴腔15连通。一渗漏通道34将曲轴腔15与吸入室27连通。一为电磁阀的排量控制阀35位于加压通道33中。控制阀35包括一阀体35a和一螺线管35b。阀体35a开启和关闭加压通道33。螺线管35通过励磁和退磁来操作阀体35a。
控制阀35改变加压通道33的开启大小，而加压通道的开启大小即改变加压制冷气体向曲轴腔15的流量。曲轴腔15内的压力因流入曲轴腔15的制冷气体量、从缸筒12a中渗漏气体的量以及通过渗漏通道34从曲轴腔15流入吸入室27的制冷气体量来改变。因此，曲轴腔15与缸筒12a内压力之间的压差是变化的，这种压差的变化改变着旋转斜盘18的倾斜。这样就改变了各活塞20的冲程并调节了排量。
现在描述各活塞20的结构。
如图2A至2D所示，各活塞20包括一头22和一颈23，二者整体地连接在一起。头22接收在相应的缸筒12a中，颈部23位于曲轴腔15中。头22为空心圆筒。各活塞20由比铁轻的铝合金通过锻造并涂敷制成。一对靴座23a形成在颈部23内。一对靴21由靴座23a接收在颈部23。靴21接收旋转斜盘18的周边。
制冷气体中含有润滑油。由于惯性和比重的不同，润滑油在各缸筒12a中被分离出来。在各活塞20的周边表面22a上形成一第一槽22b，在第一实施例中，该槽为环形槽。当相应的活塞22往复运动时，该第一槽22b从相应的缸筒12a的内表面上刮去润滑油。从第一槽22b的附近向周边表面22a上的颈部23延伸出一第二槽22c。第二槽22c将润滑油从第一槽22c引导到曲轴腔15。
第一槽22b与第二槽22c不连通。其原因是为了正常地调节曲轴腔15内的压力。这就是说，必须减少从缸筒12a通过槽22b、22c渗漏到曲轴腔15内的气体的量。
通过这种方式，在相应的活塞22的往复运动过程中，各缸筒12a向曲轴腔15正向提供润滑油。曲轴腔15中的润滑油润滑在曲轴腔15内的部件，例如轴承、轴密封件、旋转斜盘18、靴形件21。
正如在图2A中用点划线表示的，在各活塞20的周边表面22a上形成一涂层C。涂层C由氟化树脂，例如PTFE(聚四氟乙烯)构成，其用作固体润滑剂。涂层C的厚度从20μm到80μm。涂层C减小了周边表面22a的摩擦系数。因此，改善了各活塞22和相应的缸筒12a的寿命。
如图2B-2D所示，在活塞工件20W(在涂敷涂层C之前)的周边表面上并不形成环形槽22b和纵向槽22c。因此，在施加涂层C之前，周边表面22a是连续的圆柱面，它包括用于第一和第二槽的指定区域Y。在涂层C形成后，在周边表面22a的指定区域Y上形成第一和第二槽22b、22c。换句话说，第一和第二槽22b、22c通过不在周边表面22a的区域Y上施加涂层而形成。因此，第一和第二槽22b、22c的深度等于涂层C的厚度，如图2b所示。
如图2C和2D所示，第一和第二槽的边缘有曲线R。在图2B-2D中，涂层C的厚度被夸大，以便于图示。
现在描述一种用于形成第一和第二槽22b、22c的方法。
图3示意性地示出一辊式涂敷装置41。该辊式涂敷装置41包括一盆42、一金属辊43、一逗号状辊44、一传送辊45、一工件保持器46和一驱动机构47。在盆42中贮存着一种涂敷材料Z。金属辊43地部分地浸入涂敷材料Z中。传送辊45由合成橡胶制成。工件保持器46可旋转地保持活塞工件20W。驱动机构47带动辊43-45和工件保持器46旋转。涂敷材料Z包括例如PTFE(聚四氟乙烯)等固体润滑剂、诸如粘合树脂等粘合剂、诸如N-甲基吡咯烷等溶剂和过滤剂。
当驱动机构47带动辊43-45和工件保持器46(用于保持活塞工件20W)旋转时，盆42中的涂敷材料Z粘附在金属辊43上。逗号状辊44调节已经粘附在金属辊43上的涂敷材料Z的厚度。然后，粘附在金属辊43上的涂敷材料施加到传送辊45上。当工件20W压到传送辊45上时，传送辊45上的涂敷材料Z传送到工件20W的周边表面22a上。
如图4所示，在传送辊45的周边表面45a上形成一环形的第一凹入45b，用于形成第一槽22b。而且，在传送辊45的周边表面45a上形成一第二凹入45c，用于形成第二槽22c。第二凹入45c沿轴向从第一凹入45b附近延伸出。第一和第二凹入45b、45c不接触工件20w的周边表面22a。这就是说，涂层材料Z不施加到工件20W的指定区域Y，该区域对应于第一和第二凹入45b、45c。
驱动机构47包括一同步机构，其使传送辊45的旋转与工件保持件46的旋转同步，从而使第二凹入45c对应于第二槽22c的指定区域Y。
在涂层材料Z施加到工件20W的周边表面22a之后，将工件20W从工件保持器46上卸下。然后，在一干燥步骤中将涂敷材料Z中的一种溶剂取出，并在一加热步骤中将涂层材料Z加热。第一和第二槽22b、22c的边缘的曲线R通过在燃烧步骤后的磨削形成。
本发明具有如下优点。
(1)涂层C形成在除了用于第一和第二槽22b、22c的指定区域Y以外的工件20W的周边表面22a上。这样，第一和第二槽22b、22c形成在指定区域Y，它们的深度相当于涂层C的厚度。换句话说，工件20W只有用于第一和第二槽22b、22c的指定区域，无需机加工。因此，当工件20W的头22是空心的时，第一和第二槽形成的位置不比头22的其余部分薄。结果，不必增加头22的厚度，这样就可减少活塞20的重量。
通过调节辊式涂敷设备41来改变涂层C的厚度，可以很容易使第一和第二槽22b、22c的深度变化。当必须改变第一和第二槽22b、22c的宽度或形成不同的槽时，如图7-10所示，只需替换辊式涂敷设备41的传送辊45。因此，当改变槽的形状时无需改变工件20的厚度。因此，可以共用一单独的模具来模塑活塞20，无论槽的形状如何。
(2)第一和第二槽22b、22c通过不向工件20W的指定区域Y施加涂层C而形成。由于指定区域Y不接触缸体12a的内表面，所以不必向该指定区域Y施加涂层C。因此，不向用于第一和第二槽22b、22c的指定区域Y施加涂层C不致于使涂敷材料浪费，从而减少了活塞20的制造成本。
(3)涂层C通过向工件20W传送涂层材料Z而形成。因此，无需在喷射涂敷中用到的遮盖。这就是说，可以将涂敷材料Z只施加到周边表面22a上所需的部分。因此，无需一个遮盖步骤，并且使涂敷材料Z不浪费。而且，由于在传送过程中涂敷材料Z不乱溅，所以无需形成围绕设备41的隔挡壁，而这在喷射涂敷时是需要的。通过这种方式，以较低的成本形成涂层C，这降低了活塞20的成本。
(4)在第一和第二槽22c、22b的朝向各活塞20的往复运动的纵向或轴向的边缘上形成曲线R。因此，避免了各缸体的内表面与涂层C的带角度的角度之间的接触，所引起涂层C的剥离，这改善了涂层C的寿命。
(5)在如下的第二实施例中用到了一丝网印刷设备51。该丝网印刷设备51的丝网必须在若干次印刷之后更换。然而，通过定期清洁，辊式涂敷设备41的传送辊45可以继续使用一相对长的时期。因此，辊式涂敷设备41的操作成本是非常低的。
第二实施例
图5和6示出本发明的第二实施例。在第二实施例中，用一丝网印刷设备51来代替辊式涂敷设备41，将涂敷材料Z涂敷到活塞工件20W的周边表面上。
丝网印刷设备51包括一用于保持工件20W的工件保持器52、具有一网状传送图案53a的丝网53、一用于使丝网53直线运动并使工件保持器52旋转的驱动机构54和一可以接触丝网53的上表面的刮板55。
为了向工件20W的周边表面22a施加涂敷材料Z，首先通过一供应装置(未示出)将涂敷材料Z提供到丝网53的上表面。然后，驱动机构54使工件保持器52旋转并使丝网53滑动。这时，刮板55与丝网53的上表面接触，丝网53保持在刮板55与周边表面22a之间。因此，将涂敷材料Z压到丝网53上，涂敷材料穿过传送图案53a，并按照图案53a施加到工件20W的周边表面22a上。
如图6所示，丝网53的传送图案53a不允许涂敷材料Z穿过丝网53到工件20W的指定区域Y上，以便形成第一和第二槽22b、22c。这就是说，丝网53包括一用于形成第一(环形)槽22b的第一掩罩和一用于形成第二(纵向)槽22c的第二掩罩53c。驱动机构具有一同步机构，它使工件保持件52的运动与丝网53的运动同步，以使第二掩罩53c与第二槽22c的指定区域Y一致。
因此，涂敷材料Z并不施加到工件20W的指定区域Y上。结果，在形成涂层C之后，在工件20W的指定区域Y上形成第一和第二槽22b、22c。
本实施例具有第一实施例的优点(1)-(4)。本发明还可以以如下的方式实施。
如图7所示，第二槽22c可以与第一槽22b连通。在这种情况下，收集在第一槽22b中的油可以有效地提供到曲轴腔15。
在各活塞20上可以形成其它类型的槽。如图8所示，可以形成一槽22d来调节从缸体12a到曲轴腔15的渗漏气体流。槽22d将相应的缸体连接于曲轴腔15。槽22d可以用与第一实施例或第二实施例中的槽22b、22c相同的方法制成。
如图9所示，按照第一实施例或第二实施例的制造方法，可以形成若干纵向槽22d。槽22d以等角度的间隔形成在活塞20上，来调节渗漏气体流。
如图10所示，活塞20可以具有两个槽22d，它们倾斜于活塞20的轴线，并且彼此交叉。槽22d也调节渗漏气体流。由于槽22d是倾斜的，所以可以从缸体12a的内表面刮去润滑油，并通过槽22d提供到曲轴腔15。
涂层C也可以形成在工件20W的指定区域Y上。在这种情况下，形成在指定区域Y上的涂层C必须比涂层C的其余部分薄。第一和第二槽22b、22c通过不同的厚度形成。
涂敷材料Z可以通过喷涂或浸涂施加到工件20W上。在这些情况下，将工件上的不需要涂敷的部分罩住。
涂层C由含有石墨的二硫化钼或镀锌构成。涂敷材料Z可以是能够降低活塞头22与缸体12a的内表面之间的摩擦并改善活塞20的寿命的若干种材料中的任何一种。
本发明还可以用于带有活塞环的活塞。在这种情况下，一个接收活塞环的环槽可以通过活塞工件的表面上的环槽的指定区域与未指定区域之间的涂层C的厚度差来形成。
本发明还适用于在一固定排量的压缩机中的一单头活塞。
本发明还适用于在一固定排量压缩机中的双头活塞。
在上述固定排量压缩机中，活塞可以由一波形凸轮驱动。
本发明还可以实施为一活塞型泵的活塞，这种活塞型泵例如为一液压泵或一空气泵。
本发明还可以实施为一往复式内燃机的活塞。
熟悉本领域的人员应该理解，在不背离本发明的精神或不超出其范围的前提下，本发明可以以任何其它具体形式实施。因此，目前的实施例被视为说明性而不是限制性的，本发明不限于这里给出的细节，在权利要求书的范围及其等效范围内可以进行改进。