JP2001107861A - ピストン - Google Patents

ピストン

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JP2001107861A
JP2001107861A JP28563399A JP28563399A JP2001107861A JP 2001107861 A JP2001107861 A JP 2001107861A JP 28563399 A JP28563399 A JP 28563399A JP 28563399 A JP28563399 A JP 28563399A JP 2001107861 A JP2001107861 A JP 2001107861A
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piston
cylinder bore
film
wear
peripheral surface
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Takahiro Sugioka
隆弘 杉岡
Takayuki Kato
崇行 加藤
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダボアの内周面と摺接する嵌合面に対
して部分的に耐摩耗性皮膜を形成するに際し、皮膜材料
の塗布に、マスキング等の面倒な作業を行なわなくとも
良い手法を採用したピストンを提供すること。 【解決手段】 ピストン20においてシリンダボア26
の内周面26aと摺接する頭部外周面22aには、耐摩
耗性皮膜Cが形成された領域S1 〜S3 と形成されない
領域とが存在する。この耐摩耗性皮膜Cの形成工程にお
いて皮膜材料Zの塗布には、スクリーン印刷装置40が
用いられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両空調
装置に適用されて冷媒ガスの圧縮を行なう圧縮機に用い
られるピストンに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】この種
のピストンにおいて、その往復運動によりシリンダボア
の内周面と摺接する嵌合面に対し、必要な箇所にのみ耐
摩耗性皮膜を形成しようとすると、例えば皮膜材料の塗
布にスプレー法を採用した場合にあっては、耐摩耗性皮
膜を形成したくない部分に対するマスキングの面倒があ
った。
【0003】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
に着目してなされたものであって、その目的は、シリン
ダボアの内周面と摺接する嵌合面に対して部分的に耐摩
耗性皮膜を形成するに際し、皮膜材料の塗布に、マスキ
ング等の面倒な作業を行なわなくとも良い手法を採用し
たピストンを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明では、シリンダボアの内周面と摺接す
る嵌合面には、耐摩耗性皮膜が形成された領域と形成さ
れない領域とが存在し、この耐摩耗性皮膜の形成工程に
おいて皮膜材料の塗布に転写手段が用いられてなること
を特徴とするピストンである。
【0005】前記転写手段は、転写パターンの設定によ
って、嵌合面の所定箇所にのみ皮膜材料を塗布する塗り
分けを容易に行なうことができる。従って、スプレー法
を採用した場合と比較して、ピストンに対する煩雑なマ
スキング作業を削除することができるし、周囲に皮膜材
料が飛散される材料無駄もなくなる。これらは、耐摩耗
性皮膜を有するピストンを安価に提供できることにつな
がる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、車両空調装置に
用いられる可変容量型斜板式圧縮機のピストンにおいて
具体化した第1及び第2実施形態について説明する。な
お、第2実施形態においては第1実施形態との相違点に
ついてのみ説明し、第1実施形態と同一又は相当部材に
は同じ番号を付して説明を省略する。
【0007】(第1実施形態)先ず、可変容量型斜板式
圧縮機(以下単に圧縮機とする)の構成について説明す
る。
【0008】図1に示すように、フロントハウジング1
1は、センタハウジングとしてのシリンダブロック12
の前端部に接合固定されている。リヤハウジング13
は、シリンダブロック12の後端部に弁・ポート形成体
14を介して接合固定されている。フロントハウジング
11、シリンダブロック12及びリヤハウジング13
が、圧縮機のハウジングを構成する。
【0009】クランク室15は、前記フロントハウジン
グ11とシリンダブロック12とに囲まれて区画形成さ
れている。駆動軸16は、クランク室15を挿通するよ
うにして、フロントハウジング11とシリンダブロック
12との間で回転可能に架設支持されている。図示しな
いが、駆動軸16は、外部駆動源としての車両エンジン
に電磁クラッチ等のクラッチ機構を介して作動連結され
ている。従って、駆動軸16は、車両エンジンの稼動時
において電磁クラッチの接続により回転駆動される。
【0010】回転支持体17は、前記クランク室15に
おいて駆動軸16に止着されている。斜板18は、駆動
軸16に傾動可能に支持されている。ヒンジ機構19は
回転支持体17と斜板18との間に介在されている。斜
板18は、回転支持体17に対するヒンジ機構19を介
したヒンジ連結により、駆動軸16と一体回転可能であ
るとともに駆動軸16に対して傾動可能である。
【0011】シリンダボア26は、前記シリンダブロッ
ク12において駆動軸16の軸線L周りに複数(図面中
には一個所のみ示す)が貫設形成されている。片頭型の
ピストン20は各シリンダボア26に収容されている。
ピストン20は一対のシュー21を介して斜板18に係
留されている。従って、駆動軸16の回転運動は、斜板
18及びシュー21を介して、ピストン20のシリンダ
ボア26での往復運動に変換される。
【0012】吸入室27及び吐出室28は、前記リヤハ
ウジング13にぞれぞれ区画形成されている。吸入ポー
ト29、吸入弁30、吐出ポート31及び吐出弁32
は、それぞれ弁・ポート形成体14に形成されている。
そして、吸入室27の冷媒ガスは、ピストン20の上死
点側から下死点側への移動により、吸入ポート29及び
吸入弁30を介してシリンダボア26に吸入される。シ
リンダボア26に吸入された冷媒ガスは、ピストン20
の下死点側から上死点側への移動により、所定の圧力と
なるまで圧縮された後、吐出ポート31及び吐出弁32
を介して吐出室28に吐出される。
【0013】給気通路33は前記吐出室28とクランク
室15を連通する。抽気通路34はクランク室15と吸
入室27とを連通する。容量制御弁35は電磁弁よりな
り、給気通路33上に配設されている。容量制御弁35
は、給気通路33を開閉する弁体35aと、励磁・消磁
に基づいて弁体35aを動作させるソレノイド35bと
を備えている。
【0014】そして、前記容量制御弁35が給気通路3
3の開度を変更することで、クランク室15への高圧な
吐出冷媒ガスの導入量が変更され、シリンダボア26か
らのブローバイガスの量、及び抽気通路34を介した吸
入室27への冷媒ガスの逃がし量との関係から、クラン
ク室15の圧力が変更される。従って、クランク室15
の圧力とシリンダボア26の圧力とのピストン20を介
した差が変更され、斜板18の傾斜角度が変更される。
その結果、ピストン20のストローク量が変更されて、
圧縮機の吐出容量が調節される。
【0015】次に、前記ピストン20の構成について詳
述する。図1及び図2に示すように、前記ピストン20
は、シリンダボア26に挿入される中空円柱状の頭部2
2と、斜板18との連結部である首部23とからなって
いる。一対のシュー座23aは首部23の内側に凹設さ
れている。一対のシュー21は首部23に内装されてお
り、それぞれ対応するシュー座23aによって球面受け
されている。斜板18は、その外周部の表裏面が一対の
シュー21によって摺動可能に狭持されている。
【0016】前記ピストン20は、頭部22を中空状と
することで軽量化が図られており、その往復運動に基づ
き圧縮機の各部に作用させる慣性力を低減することがで
きる。従って、例えば、ピストン20自身において斜板
18との連結部である首部23に作用する応力を軽減し
てその長期耐用を達成することができる。また、可変容
量型の圧縮機は、クランク室15の圧力調節に応じて傾
斜角度を変更しようとする斜板18に対して、ピストン
20がシリンダボア26内を円滑に摺動してそれに追従
する必要がある。従って、ピストン20を軽量化して斜
板18に作用する慣性力を低減することは、この慣性力
が斜板18の傾斜角度制御に与える影響を小さくし、容
量制御性を向上させることにつながる。
【0017】図2及び図3に示すように、耐摩耗性皮膜
Cは、ピストン20の往復運動によってシリンダボア2
6の内周面26aと摺接する、嵌合面としての頭部外周
面22aに形成されている。この頭部外周面22aに
は、耐摩耗性皮膜Cが形成された領域(耐摩耗性皮膜C
を介してシリンダボア26の内周面26aに摺接する領
域)と、形成されない領域(シリンダボア26の内周面
26aに直接摺接する領域)とが存在する。耐摩耗性皮
膜Cは、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の
固体潤滑材を主材料として、20〜40μmの厚み(図
3においては誇張して描いてある)で構成されている。
【0018】前記耐摩耗性皮膜Cが形成された領域は、
先端部の全周に渡ることでシリンダボア26の内周面2
6aとの間でシール作用を奏する全周域S1 と、冷媒ガ
スの圧縮に基づくサイドフォースF1 ,F2 が集中する
周方向一部の4時の位置付近〜8時の位置付近及び12
時の位置付近の二つの局限域S2 ,S3 とからなってい
る。なお、図3に示すように、ピストン20を駆動軸1
6の回転方向Rが時計の回転方向になる側から見た状態
で、駆動軸16の軸線Lとピストン20の軸線Bとを通
る直線Dを仮想的に設け、この直線Dとピストン20の
頭部外周面22aとの交点P1 ,P2 のうち、駆動軸1
6の軸線Lから遠い方の点P1 を12時の位置とし、近
い方の点P2 を6時の位置としている。
【0019】さて、図2に示すように、冷媒ガスの圧縮
行程にある前記ピストン20が上死点付近に移動したと
きに、ピストン20に作用する圧縮反力が最も大きくな
り、この圧縮反力は斜板18によって受け止められる。
従って、ピストン20は、駆動軸16の軸線Lと直交す
る面に対して傾斜している斜板18から、圧縮反力に応
じた大きな反力Hを受ける。この反力Hは、斜板18の
傾斜角度に従って、ピストン20の移動方向に沿った分
力h1 と、駆動軸16の軸線L側に向かう分力h2 とに
分解される。この駆動軸16の軸線L側に向かう分力h
2 によって、ピストン20にはシュー21を中心とした
図面反時計回り方向のモーメントMが生じる。従って、
ピストン20の頭部外周面22aにおいて、局限域S2
にはシリンダボア26の内周面26aからサイドフォー
スF1 が作用され、同時に先端部付近の局限域S3 にも
シリンダボア26の内周面26aからサイドフォースF
2が作用されることとなる。
【0020】しかし、前記サイドフォースF1 ,F2 が
作用する、言い換えればシリンダボア26の内周面26
aに過度に押し付けられる、ピストン20の局限域S2
,S3 並びに全周域S1 には、それぞれ耐摩耗性皮膜
Cが形成されており、ピストン20の耐用性の十分な強
化が図られている。このように、ピストン20の頭部外
周面22aにおいて、必要な箇所にのみ耐摩耗性皮膜C
を形成することで、この耐摩耗性皮膜Cによる重量増が
極力抑えられることにもなり、ピストン20は軽量化と
耐摩耗性向上との兼ね合いに優れたものとなる。
【0021】次に、前記ピストン20に対する耐摩耗性
皮膜Cの形成工程について説明する。図4は、転写手段
としてのスクリーン印刷装置40を模式的に示してい
る。スクリーン印刷装置40は、ピストン20(耐摩耗
性皮膜Cの形成前の素地のもの)を回転可能に保持する
ワークホルダ41と、メッシュ部42(転写パターン)
を備えたスクリーン43と、スクリーン43を直線移動
させるとともにワークホルダ41を回転駆動するための
駆動部44と、スクリーン43の上面に当接可能なスキ
ージ45とを備えている。
【0022】図5に示すように、前記スクリーン43の
メッシュ部42は、ピストン20の頭部外周面22aに
対して、上述した全周域S1 及び二個所の局限域S2 ,
S3にのみ対応して形成されている。つまり、メッシュ
部42は、スクリーン43の移動方向に延在された全周
域用メッシュ部42aと、この全周域用メッシュ部42
aからスクリーン43の移動方向と直交方向に延在され
た二個所の局限域用メッシュ部42b,42cとからな
っている。
【0023】さて、図4に示すように、皮膜材料Zをピ
ストン20に対して塗布するには、先ず、図示しない供
給手段によりスクリーン43の上面に皮膜材料Zを供給
する。皮膜材料Zは、PTFE(ポリテトラフルオロエ
チレン)等の固体潤滑材を主として、バインダ樹脂等の
接着剤、Nメチルピロリドン等の溶剤及び充填剤等が含
まれている。そして、駆動部44の稼動によりワークホ
ルダ41及びピストン20を回転させるとともに、スク
リーン43をスライド移動させる。この時、スキージ4
5がスクリーン43の上面に当接され、スキージ45と
ピストン20の頭部外周面22aとの間でスクリーン4
3が狭持された状態となる。従って、皮膜材料Zは、ス
キージ45によりスクリーン43に押し付けられ、さら
にはスクリーン43の全周域用メッシュ部42a及び二
個所の局限域用メッシュ部42b,42c(図5)のみ
を通過されて、ピストン20の頭部外周面22aの所定
箇所(S1 〜S3 (図2))にのみ転写・塗布される。
【0024】なお、上記のようにして皮膜材料Zが塗布
されたピストン20は、ワークホルダ41から取り外さ
れ、乾燥工程において皮膜材料Z中の溶剤が除去される
とともに、焼成工程において焼成され、さらには研磨等
により膜厚が調節されて仕上げられる。
【0025】上記構成の本実施形態においては、ピスト
ン20に対する皮膜材料Zの塗布に、転写手段としての
スクリーン印刷装置40を用いている。スクリーン印刷
装置40は、スクリーン43のメッシュ部42の形状設
定によって、頭部外周面22aの所定箇所にのみ皮膜材
料Zを塗布する塗り分けを容易に行なうことができる。
従って、例えばスプレー法を採用した場合と比較して、
ピストン20に対する煩雑なマスキング作業を削除する
ことができるし、周囲に皮膜材料Zが飛散される材料無
駄もなくなる。これらは、耐摩耗性皮膜Cをピストン2
0に対して安価に形成できること、つまりは耐摩耗性皮
膜Cを有するピストン20を安価に提供することにつな
がる。
【0026】(第2実施形態)図6及び図7においては
第2実施形態を示す。本実施形態においては、ピストン
20に対する耐摩耗性皮膜Cの形成工程において皮膜材
料Zの塗布に、転写手段としてのロールコーティング装
置50を用いている点が上記第1実施形態とは異なる。
【0027】すなわち、図6に模式的に示すように、ロ
ールコーティング装置50は、皮膜材料Zが貯留された
材料パン51と、材料パン51の皮膜材料Z中に一部が
没入されたメタルロール52と、コンマロール53と、
外周面に凸版部54(転写パターン)を備えた合成ゴム
製の転写ロール55と、ピストン20(耐摩耗性皮膜C
の形成前の素地のもの)を回転可能に保持するワークホ
ルダ56と、各ロール52,53,55及びワークホル
ダ56をそれぞれ回転駆動する駆動部57とを備えてい
る。
【0028】図7に示すように前記凸版部54は、ピス
トン20の頭部外周面22aに対して、上述した全周域
S1 及び局限域S2 ,S3 にのみ対応して凸状形成され
ている。つまり、凸版部54は、転写ロール55の外周
面において全周に渡って形成された全周域用凸版部54
aと、この全周域用凸版部54aから転写ロール55の
幅方向に延在された二個所の局限域用凸版部54b,5
4cとからなっている。図示しないが、この凸版部54
を平面に展開した形状は、上記第1実施形態の図5に示
すスクリーン43のメッシュ部42と同様となってい
る。
【0029】そして、前記駆動部57の稼動により各ロ
ール52,53,55及びワークホルダ56(ピストン
20)が回転されると、材料パン51中の皮膜材料Zが
メタルロール52に順次付着されてゆく。メタルロール
52に付着された皮膜材料Zは、コンマロール53によ
り膜厚が調節された後、転写ロール55の凸版部54へ
移動される。転写ロール55の凸版部54に移動された
皮膜材料Zは、この凸版部54に圧接されるピストン2
0の頭部外周面20aの所定箇所(S1 〜S3)にのみ
転写・塗布される。皮膜材料Zが塗布されたピストン2
0には、上記第1実施形態と同様な処理(乾燥→焼成→
膜厚調節)が施される。
【0030】本実施形態においても、ピストン20に対
する皮膜材料Zの塗布に、転写手段としてのロールコー
ティング装置50を用いることで、上記第1実施形態と
同様な効果を奏する。
【0031】なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で
以下の態様でも実施できる。○上記ピストン20におい
て耐摩耗性皮膜Cが形成される領域は上記実施形態に限
定されるものではなく、例えば、図8又は図9に示すよ
うな態様であっても良い。図8の態様では、局限域S2
,S3 において、軸線Bに沿って首部23側に向かう
先端縁が円弧状に形成されている。この円弧状は、シリ
ンダボア26に対するピストン20のスムーズな出没の
ためのガイドとして役立つ。また、図9の態様では、全
周域S1 が二分割されて二重環状をなしている。この両
環の間は冷媒ガスの流通ないしは潤滑油の貯溜に役立つ
ようになっている。なお、耐摩耗性皮膜Cは、サイドフ
ォースF1 ,F2 が集中する周方向の局限域S2 ,S3
を含んで形成されるが、この微細な膜厚での領域を全周
域S1 より延出してある程度長くすることによって、前
述したガイドの役目を果たしつつ、ピストン20の傾き
を小さくして全周域S1 での皮膜剥離を防ぐ。それとと
もにサイドフォースF1 ,F2 の受承領域を拡大してそ
の受承力の分散化が図られる。図8(c)及び図9
(c)は、それぞれの態様において耐摩耗性皮膜Cの塗
布に用いられるスクリーン印刷装置40のスクリーン4
3を示している。
【0032】上記実施形態から把握できる技術的思想に
ついて記載する。 (1)ピストン20において、シリンダボア26の内周
面26aと摺接する嵌合22aに対して耐摩耗性皮膜C
を部分的に形成するための皮膜形成方法であって、皮膜
材料Zの塗布に転写手段30,50を用いたピストンに
対する皮膜形成方法。
【0033】この方法によれば、耐摩耗性皮膜Cを有す
るピストン20を安価に提供できる。 (2)ハウジング11〜13にはクランク室15が形成
されるとともにクランク室15を挿通するようにして駆
動軸16が回転可能に支持され、クランク室15におい
て駆動軸16には斜板18が一体回転可能に支持され、
ハウジング11〜13の一部を構成するシリンダブロッ
ク12にはシリンダボア26が形成され、シリンダボア
26には斜板18にシュー21を介して連結されたピス
トン20が挿入されており、駆動軸16の回転に伴う斜
板18の回転運動がシュー21を介してピストン20の
往復運動に変換されることで、シリンダボア26へのガ
スの吸入、吸入ガスの圧縮及び圧縮済みガスのシリンダ
ボア26からの吐出の一連の圧縮サイクルが繰り返され
る構成の斜板式圧縮機において、前記ピストン20にお
いてシリンダボア26の内周面26aと摺接する嵌合面
22aには、耐摩耗性皮膜Cがコーティングされた領域
S1 〜S3 とコーティングされない領域とが存在し、こ
の耐摩耗性皮膜Cの形成工程において皮膜材料Zの塗布
に転写手段40,50が用いられてなる斜板式圧縮機。
【0034】この構成によれば、耐摩耗性皮膜Cを有す
るピストン20を安価に提供できる。
【0035】
【発明の効果】上記構成の本発明によれば、ピストンに
対する皮膜材料の塗布に転写手段を用いている。転写手
段は、転写パターンの設定によって、所定箇所にのみ皮
膜材料を塗布することができる。従って、ピストンに対
する煩雑なマスキング作業を削除することができるし、
スプレー法を採用した場合のような周囲に皮膜材料が飛
散される材料無駄もなくなる。これらは、耐摩耗性皮膜
をピストンに対して安価に形成できること、つまりは耐
摩耗性皮膜を有するピストンを安価に提供できることに
つながる。特に軽量化が図られた中空円柱状ピストンに
あっては、全周同一形状のため転写の設定がし易いとと
もに、必要箇所のみの皮膜材料塗布により、軽量化がさ
らに促進されて非常に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 可変容量型斜板式圧縮機の縦断面図。
【図2】 ピストンのみを取り出して示す側面図。
【図3】 図2のX1−X1線端面図。
【図4】 スクリーン印刷装置を示す模式図。
【図5】 スクリーンの平面図。
【図6】 第2実施形態を示すロールコーティング装置
の模式図。
【図7】 転写ロールを取り出して示す斜視図。
【図8】 別例を示す図。
【図9】 別の別例を示す図。
【符号の説明】
20…ピストン、22a…嵌合面としての頭部外周面、
26…シリンダボア、26a…シリンダボアの内周面、
40…転写手段としてのスクリーン印刷装置、C…耐摩
耗性皮膜、S1 〜S3 …耐摩耗性皮膜が形成された領
域、Z…皮膜材料。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダボアの内周面と摺接する嵌合面
    には、耐摩耗性皮膜が形成された領域と形成されない領
    域とが存在し、この耐摩耗性皮膜の形成工程において皮
    膜材料の塗布に転写手段が用いられてなるピストン。
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