JP2013160064A - 可変容量型斜板式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアの摩耗を低減することができるとともに、ブローバイガスの流量を抑えることができる可変容量型斜板式圧縮機を提供すること。
【解決手段】可変容量型斜板式圧縮機において、ピストン３６は、ピストン本体３７における圧縮室側の先端部分に、テーパ部３７ｆと、このテーパ部３７ｆにおける圧縮室側の端部に連続する円弧部３７ｇとを備える。テーパ部３７ｆ及び円弧部３７ｇは、首部３６ａ側に向けて拡径している。テーパ部３７ｆのテーパ角度は０．４５度〜１．５度に設定されるとともに、ピストン本体３７の先端とテーパ部３７ｆにおける首部３６ａ側の起点Ｔとの間の距離Ｅが１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランク室の圧力を制御することで斜板の傾斜角度を制御することにより吐出容量を制御可能にした可変容量型斜板式圧縮機に関する。

傾斜角可変に斜板を収容するクランク室を備えた可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室内の圧力が高くなると斜板の傾斜角が小さくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが小さくなって吐出容量が小さくなる。一方、クランク室内の圧力が低くなると斜板の傾斜角が大きくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが大きくなって吐出容量が大きくなる。そして、可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室に高圧の制御ガスを供給しつつ、その供給量を制御することでクランク室の圧力を制御し、吐出容量を制御している。

しかし、クランク室内には、圧縮室で圧縮された高圧の冷媒ガスが、ピストンとシリンダボアとの間（サイドクリアランス）を通ってブローバイガスとして流入する。ブローバイガスのクランク室への流入は、クランク室の圧力を制御目標とされた値から異ならせてしまい、斜板の傾斜角が所望する角度からずれて、所望する吐出容量を得られなくなってしまう。

また、可変容量型斜板式圧縮機は、車両空調装置の冷媒回路（外部冷媒回路）に組み込まれるが、冷房効率を向上させるには冷媒回路を循環する潤滑油の量を抑えることが好ましい。しかし、冷媒回路を循環する潤滑油量を減少させると、ピストンとシリンダボアとの間の潤滑状態が悪化し、シリンダボアの摩耗が大きくなってしまう。その結果として、上述のブローバイガスのクランク室への流入量が増大してしまい好ましくない。

そこで、シリンダボアの摩耗低減を目的とした技術として、例えば、特許文献１が挙げられる。図６に示すように、特許文献１に記載のピストン９０において、円柱状部分９１の外周面は、その先端側にテーパ面９２が形成されるとともに、テーパ面９２に繋がる面取り部９３が形成されており、先端に向かうに従い縮径するようになっている。この構成により、ピストン９０の外周面にコーティングを施した際に、円柱状部分９１の先端部に、コーティングが溜まって形成される環状膨出部が発生することが防止できる。その結果として、環状膨出部によってシリンダボアが削られることが防止されるとともに、シリンダボアの摩耗が低減されるとされている。また、特許文献１においては、ピストン９０にテーパ面９２と面取り部９３を形成し、ピストン９０の先端側ほど縮径させることで、ピストン９０とシリンダボアとの間に潤滑油を入り込ませようとしている。

特開２００３−２０６８５６号公報

ところが、特許文献１においては、ピストン９０の先端から基端に向かうに連れて面取り部９３からテーパ面９２へと急激に形状変化している。すなわち、面取り部９３からテーパ面９２に変化すると、シリンダボアとの間に形成されるサイドクリアランスが急激に狭くなっており、ピストン９０とシリンダボアとの間に潤滑油が入り込みにくくなってしまっている。このため、ピストン９０とシリンダボアとの間の潤滑状態が悪化し、シリンダボアの摩耗が大きくなってしまい、結果としてブローバイガスの流入量も増大してしまう。

本発明は、シリンダボアの摩耗を低減することができるとともに、ブローバイガスの流量を抑えることができる可変容量型斜板式圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内に片頭ピストンが収容されるとともに、クランク室に駆動軸と一体回転する斜板が収容され、該斜板には前記片頭ピストンの首部が係留されるとともに、前記片頭ピストンのピストン本体によって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、前記クランク室の圧力を制御することで前記斜板の傾斜角度を制御することにより吐出容量を制御可能にした可変容量型斜板式圧縮機に関する。前記ピストン本体における前記圧縮室側の先端部分に、テーパ部と、該テーパ部における前記圧縮室側の端部に連続する円弧部とを備え、前記テーパ部及び前記円弧部は、前記首部側に向けて拡径しており、前記テーパ部のテーパ角度が０．４５度〜１．５度に設定されるとともに、前記ピストン本体の先端と前記テーパ部における前記首部側の起点との間の距離が１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。

そして、前記テーパ角度が０．５度〜１．３度に設定されるのが好ましく、前記距離が２．８ｍｍ〜３．４ｍｍに設定されているのが好ましい。
これによれば、テーパ部のテーパ角度が０．４５度〜１．５度（好ましくは０．５度〜１．３度）の範囲内に設定されている。このため、テーパ部を形成しつつも、シリンダボアとピストン本体の間に潤滑油による油膜を好適に形成することができ、ピストン本体のシリンダボアに対する接触面圧が所定の接触面圧に達することを防止することができる。

さらに、テーパ部のくさび効果によって、油膜の圧力を高め、油膜の圧力の反発力によってピストン本体をシリンダボアから離間する方向へ付勢することができる。よって、シリンダボアに対するピストン本体の接触面圧を低下させることができる。

加えて、ピストン本体の先端とテーパ部における首部側の起点との間の距離が１．５ｍｍ〜５．０ｍｍ（好ましくは２．８ｍｍ〜３．４ｍｍ）に設定されている。このため、ピストン本体にテーパ部と円弧部を形成しつつも、クランク室に流れるブローバイガスの量を抑えることができるとともに、ピストン本体のシリンダボアに対する接触面圧が所定の接触面圧に達することを防止することができる。したがって、シリンダボアの摩耗を低減することができるとともに、ブローバイガスの流量を抑えることができる。

また、前記ピストン本体における前記円弧部より前記圧縮室側に、前記円弧部に連続する面だらし部が形成されていてもよい。
これによれば、テーパ部のテーパ角度は０．４５度〜１．５度と小さく設定されており、円弧部及び面だらし部は、シリンダボアとピストン本体の間に所定の空間を形成し、テーパ部に確実に適量の潤滑油を供給する。また、片頭ピストンをシリンダボアに組み付ける際に、テーパ部の角がシリンダボアに傷を付け、シリンダボアに凹部を形成してしまうことを面だらし部により防止できる。よって、シリンダボアに形成された凹部をブローバイガスが通過することによるブローバイガス量の増加を防止することができ、プローバイガス量の管理を適切に行うことが可能になる。

また、前記ピストン本体における前記テーパ部より前記首部側の外周面には、該外周面の周方向の全体に延びる導入溝が形成されていてもよい。
これによれば、導入溝によって潤滑油をピストン本体の周面に留め、さらに、導入溝によってピストン本体の周方向全体に潤滑油を至らせることができ、ピストン本体の全体を潤滑油で支持することができる。

また、前記ピストン本体における前記首部側の周縁部がピン角状に形成されていてもよい。
これによれば、ピストン本体の首部側の周縁部とシリンダボアとの間のサイドクリアランスを一定に維持し、かつ広がることがない。よって、ピストン本体の首部側の周縁部から潤滑油が多量に洩れ出ることを抑制することができる。その結果として、ピストン本体とシリンダボアとの間に潤滑油を留め、油膜厚さを確保することができる。

本発明によれば、シリンダボアの摩耗を低減することができるとともに、ブローバイガスの流量を抑えることができる。

実施形態の可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図。 ピストンを示す側面図。 （ａ）は低流量時におけるクラウニング部の長さと、ブローバイガス量との関係を示すグラフ、（ｂ）は最大容量時におけるクラウニング部の長さと、最大接触面圧との関係を示すグラフ、（ｃ）はテーパ角度と最大接触面圧との関係を示すグラフ。 ピストン本体とシリンダボアとの間の潤滑油の流量と、駆動軸の回転角との関係を示すグラフ。 （ａ）は導入溝の位置とブローバイガスの流量との関係を示すグラフ、（ｂ）は導入溝の位置とシリンダボアに対する接触圧力との関係を示す図。 背景技術のピストンを示す部分断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、車両に搭載される可変容量型斜板式圧縮機１０（以下、単に圧縮機１０と記載する）のハウジングにおいて、シリンダブロック１２の一端には、フロントハウジング１１が接合されるとともに、シリンダブロック１２の他端には、リヤハウジング１３が、弁・ポート形成体１４を介して接合されている。フロントハウジング１１とシリンダブロック１２とに囲まれた空間にはクランク室１５が区画形成されている。フロントハウジング１１とシリンダブロック１２には、駆動軸１６がラジアルベアリング３０を介して回転可能に支持されるとともに、駆動軸１６はクランク室１５を貫通するように支持されている。

フロントハウジング１１の先端側の外壁面には、プーリ１７がアンギュラベアリング１８を介して回転可能に支持されるとともに、このプーリ１７は駆動軸１６の先端に連結されている。プーリ１７はベルト１９を介して、外部駆動源としての車両エンジン２０に、電磁クラッチ等のクラッチ機構を介することなく直結されている。よって、車両エンジン２０の駆動時には、動力伝達機構としてのベルト１９及びプーリ１７を介して駆動力が伝達されることで、駆動軸１６が回転される。すなわち、駆動軸１６は、クラッチレス方式の動力伝達機構を介して車両エンジン２０から回転駆動力を得る。

クランク室１５において、駆動軸１６には回転支持体２２が一体回転可能に止着されるとともに、回転支持体２２はスラストベアリング４４を介してフロントハウジング１１に支持されている。また、駆動軸１６には、斜板２３が、駆動軸１６に対してその中心軸Ｎ方向へスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。回転支持体２２と斜板２３との間には、ヒンジ機構２４が介在されている。そして、斜板２３は、回転支持体２２との間でのヒンジ機構２４の介在により、駆動軸１６の中心軸Ｎに対して傾動可能でかつ駆動軸１６と一体的に回転可能となっている。

回転支持体２２と斜板２３との間には、バネ２６が駆動軸１６周りを囲むように装着されるとともに、このバネ２６は、斜板２３がシリンダブロック１２側に傾動するように付勢する。また、駆動軸１６において、斜板２３よりシリンダブロック１２側には規制リング２８が止着されるとともに、この規制リング２８と斜板２３の間にはバネ２８ａが駆動軸１６周りに装着されている。このバネ２８ａは、斜板２３が回転支持体２２側に傾動するように付勢する。

そして、斜板２３が回転支持体２２側へ傾動し、斜板２３の半径方向中央が回転支持体２２に当接した状態では、斜板２３のそれ以上の傾動が規制され、この規制された状態では斜板２３は最大傾斜角となる。一方、斜板２３がシリンダブロック１２側へ傾動するとともにバネ２８ａに当接した状態では、斜板２３のそれ以上の傾動が規制され、この規制された状態では斜板２３は最小傾斜角となり、斜板２３は０°よりも僅かに大きな傾斜角となる。

シリンダブロック１２には複数のシリンダボア１２ａが駆動軸１６の周囲に配列されるとともに、各シリンダボア１２ａには片頭ピストンであるピストン３６が往復動可能に収容され、このピストン３６の径はφ２８〜４０である。ピストン３６は、シュー２３ａを介して斜板２３の外周部に係留されるとともに、ピストン３６は、斜板２３の回転運動によりシリンダボア１２ａ内で往復運動される。そして、ピストン３６によってシリンダボア１２ａ内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮室１２ｂが区画されている。

リヤハウジング１３と弁・ポート形成体１４の間には、吐出室３９が環状に区画形成されるとともに、この吐出室３９の内側に、吐出室３９より低圧の領域である吸入室３８が区画形成されている。また、弁・ポート形成体１４には、吸入室３８に連通する吸入ポート４０、及び吸入ポート４０を開閉する吸入弁４１が形成されるとともに、吐出室３９に連通する吐出ポート４２、及び吐出ポート４２を開閉する吐出弁４３が形成されている。

そして、吸入室３８の冷媒ガスは、ピストン３６の上死点から下死点への移動により、吸入ポート４０及び吸入弁４１を介してシリンダボア１２ａに吸入される。シリンダボア１２ａに吸入された冷媒ガスは、ピストン３６の下死点から上死点への移動により所定の圧力にまで圧縮されるとともに、吐出ポート４２及び吐出弁４３を介して吐出室３９に吐出される。

リヤハウジング１３には、吐出室３９に連通する吐出通路５０が形成されている。また、リヤハウジング１３には、吸入室３８に連通する吸入通路３２が形成されている。吐出通路５０と、吸入通路３２とは外部冷媒回路７５により接続されている。外部冷媒回路７５は、吐出通路５０を介して吐出室３９に接続された凝縮器７６、この凝縮器７６に接続された膨張弁７７、及び膨張弁７７に接続された蒸発器７８を備えるとともに、蒸発器７８には吸入通路３２が接続されている。そして、圧縮機１０は、冷凍サイクルに組み込まれている。

シリンダブロック１２及びリヤハウジング１３には、吸入室３８とクランク室１５を接続する抽気通路３４が形成されている。また、シリンダブロック１２及びリヤハウジング１３には、吐出室３９とクランク室１５を接続する給気通路４８が形成されるとともに、この給気通路４８には流量制御弁４９が配設されている。流量制御弁４９は電磁弁よりなり、ソレノイド（図示せず）への通電及び非通電によって給気通路４８を開閉する。

そして、流量制御弁４９が給気通路４８を開閉することで、吐出室３９からクランク室１５への高圧冷媒ガスの供給量が変更され、抽気通路３４を介したクランク室１５から吸入室３８への冷媒ガスの排出量との関係から、クランク室１５の圧力が変更される。その結果、クランク室１５とシリンダボア１２ａとのピストン３６を介した圧力差が変更され、斜板２３の傾斜角が変更されて吐出容量が調節される。

具体的には、流量制御弁４９が非通電状態とされると、流量制御弁４９によって給気通路４８が全開状態になり、吐出室３９とクランク室１５とが連通される。したがって、吐出室３９の高圧な冷媒ガスが給気通路４８を介してクランク室１５へ供給される。さらに、クランク室１５の圧力が抽気通路３４を介して吸入室３８に抜ける。その結果、クランク室１５の圧力とシリンダボア１２ａの圧力とのピストン３６を介した差が変更され、斜板２３の傾斜角が最小となって吐出容量が最小となる。

一方、流量制御弁４９が通電されると、その供給電流値に応じて給気通路４８の開度が全開状態より小さくなり、クランク室１５の圧力が抽気通路３４を介した吸入室３８への放圧に基づいて低下していく。この減圧により、斜板２３が最小傾斜角から離脱されて傾斜角が大きくなり、圧縮機１０では、最小吐出容量を越えた吐出容量で圧縮が行われる。

次に、ピストン３６について詳細に説明する。
図２に示すように、ピストン３６は、斜板２３に係留される首部３６ａと、この首部３６ａに一体の円柱状をなすピストン本体３７とから形成されている。ピストン本体３７における首部３６ａ側（基端側）の端面には首部側端面３７ａが形成されるとともに、ピストン本体３７における首部３６ａと反対側（先端側）の端面には圧縮室側端面３７ｂが形成されている。首部側端面３７ａ及び圧縮室側端面３７ｂはそれぞれ平坦面状をなすとともに、首部側端面３７ａと圧縮室側端面３７ｂの間の距離を、ピストン本体３７の全長であるピストン長Ｌとする。

ピストン本体３７の首部側端面３７ａの周縁には、首部側周縁部３７ｃが形成されるとともに、この首部側周縁部３７ｃは直角状（ピン角状）に形成されている。また、ピストン本体３７の圧縮室側端面３７ｂの周縁には、圧縮室側周縁部３７ｄが形成されるとともに、この圧縮室側周縁部３７ｄは直角状とは異なる形状に形成されている。

また、ピストン本体３７の先端外周面には、面だらし部３７ｈが形成されている。また、ピストン本体３７の外周面には、面だらし部３７ｈに繋がり、かつピストン本体３７の先端側（圧縮室側端面３７ｂ側）から基端側（首部３６ａ側）に向かうに従い円弧状に拡径する円弧部３７ｇが形成されている。さらに、ピストン本体３７の外周面には、円弧部３７ｇに繋がり、かつピストン本体３７の先端側（圧縮室側端面３７ｂ側）から基端側（首部３６ａ側）に向かうに従い拡径するテーパ部３７ｆが形成されている。すなわち、ピストン本体３７の外周面には、その先端側から基端側に向かって、面だらし部３７ｈ、円弧部３７ｇ、及びテーパ部３７ｆが連続して形成されるとともに、これら面だらし部３７ｈ、円弧部３７ｇ、及びテーパ部３７ｆとからクラウニング部Ｐが形成されている。なお、面だらし部３７ｈとは、外周面がピストン本体３７の先端に向かって次第に先細りする形状を有する部位のことである。

ここで、ピストン本体３７の外周面におけるテーパ部３７ｆの起点Ｔと、ピストン本体３７の先端（圧縮室側端面３７ｂ）との間の距離をクラウニング部Ｐの長さＥとする。この場合、クラウニング部Ｐの長さＥは、１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。

可変容量型斜板式圧縮機１０の低流量時、クランク室１５の圧力制御に影響を及ぼさないブローバイガス量の中での限界値（許容されるブローバイガス量の限界値）を、ブローバイガス量の限界値Ｂｘとし、この限界値Ｂｘよりも少ないブローバイガス量であり、より好ましい限界値をＢｙ（図３（ａ）のグラフ参照）とする。低流量時には、圧縮によってピストン本体３７にかかる荷重が小さく、サイドフォースも小さいため、サイドフォースは、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間の油膜だけで受承され、ピストン本体３７はシリンダボア１２ａの軸線に対してほとんど傾斜していない状態にある（偏芯抑制効果）。このため、低流量時は、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとのサイドクリアランスの偏りも小さく、ブローバイガスが最も洩れにくくなる。

図３（ａ）のグラフは、ブローバイガスが最も洩れにくい低流量時でのブローバイガス量を示しており、クラウニング部Ｐの長さＥは長いほどブローバイガス量が多くなることが示されている。よって、クラウニング部Ｐの設定によって上記ブローバイガス量の限界値Ｂｘを大きく越えないようにするために、クラウニング部Ｐの長さＥは、５．０ｍｍ以下に設定されるのが好ましい。さらに、可変容量型斜板式圧縮機１０の容量制御をより正確に行うために、ブローバイガス量は限界値Ｂｘより低い限界値Ｂｙの方がより好ましく、ブローバイガス量を限界値Ｂｙに近づけるため、クラウニング部Ｐの長さＥは、３．４ｍｍ以下に設定されるの好ましい。そして、ブローバイガス量の限界値Ｂｘ、Ｂｙからクラウニング部Ｐの長さＥの上限値が設定される。

また、シリンダボア１２ａに対するピストン本体３７の接触面圧において、ピストン本体３７及びシリンダボア１２ａに影響を及ぼさない値の中での最大値（許容される接触面圧の最大値）を、最大接触面圧Ｐａとする。さらに、最大接触面圧Ｐａより若干低い最大接触面圧をＰｂとする。

図３（ｂ）のグラフは、最大容量時の最大接触面圧Ｐａとクラウニング部Ｐの長さＥの関係を示している。最大容量時は、圧縮によってピストン本体３７にかかる荷重が大きく、サイドフォースも大きいため、ピストン本体３７はシリンダボア１２ａの軸線に対して傾斜してしまい、クラウニング部Ｐを設ける効果が発揮される状態のときである。また、最大接触面圧Ｐａは、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａの固体接触によって発生する面圧であり、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａの間に油膜が形成されていれば、発生しない。

クラウニング部Ｐの長さＥが１．５ｍｍ以上あれば、テーパ部３７ｆに油膜が形成され、サイドフォースを油膜で受承することができ、最大接触面圧Ｐａを越えることがなくなる。よって、最大接触面圧Ｐａを越えないようにするために、クラウニング部Ｐの長さＥは、１．５ｍｍ以上に設定されるのが好ましい。したがって、ブローバイガス量を抑え、かつ最大接触面圧Ｐａを越えないようにするために、クラウニング部Ｐの長さＥは、１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されるのが好ましい。

同様に、ブローバイガス量をより好ましい限界値Ｂｙとした場合、図３（ａ）に示すように、クラウニング部Ｐの長さＥの上限値は３．４ｍｍ以下に設定される。そして、図３（ｂ）において、より好ましい最大接触面圧をＰｂとすると、クラウニング部Ｐの長さＥの下限値は２．８ｍｍに設定される。したがって、クラウニング部Ｐの長さＥは、２．８ｍｍ〜３．４ｍｍに設定されるのがより好ましい。

ここで、クラウニング部Ｐの長さＥが１．５ｍｍのときに最大接触面圧Ｐａを取るピストン３６をサンプルＡとし、クラウニング部Ｐの長さＥが５．０ｍｍのときに最大接触面圧を取るピストン３６をサンプルＢとする。さらに、クラウニング部Ｐの長さＥが２．８ｍｍのときに、より好ましい最大接触面圧Ｐｂを取るピストン３６をサンプルＣとし、クラウニング部Ｐの長さＥが３．４ｍｍのときに最大接触面圧を取るピストン３６をサンプルＤとする。また、ピストン本体３７において、その中心軸ＰＬと平行に延び、かつピストン本体３７の外周面上に位置する接線Ｆに対する、テーパ部３７ｆのテーパ角度をθ１とする。

この場合、図３（ｃ）に示すように、上記のサンプルＡにおいては、テーパ角度θ１が０．４５度〜１．５度の範囲内にあると、最大接触面圧Ｐａを越えない。また、サンプルＢにおいても、テーパ角度θ１が０．４５度〜１．５度の範囲内にあると、最大接触面圧Ｐａを越えない。逆に、テーパ角度θ１が０．４５度より小さいと、ピストン本体３７やシリンダボア１２ａの微細な凹凸によって、起点Ｔよりも圧縮室側端面３７ｂ側とシリンダボア１２ａの間に絞りが形成されてしまい、その絞りより首部側端面３７ａ側では潤滑油が入り込まず、油膜が形成できなくなってしまう。その結果、中心軸ＰＬに沿ったテーパ部３７ｆに形成される油膜の長さが短くなり、油膜の圧力が上がらなくなってしまう。すなわち、ピストン本体３７がシリンダボア１２ａに固体接触し、接触面圧が上昇してしまい好ましくない。

一方、テーパ角度θ１が１．５度より大きい場合は、潤滑油がテーパ部３７ｆに入り込むことはできるものの、ピストン本体３７の周方向の隙間が大きくなり、潤滑油が周方向に流れて油膜が形成できにくくなってしまう。その結果、ピストン本体３７がシリンダボア１２ａに固体接触し、接触面圧が上昇してしまい好ましくない。

したがって、ブローバイガス量の限界値Ｂｘ、及び最大接触面圧Ｐａを越えないようにクラウニング部Ｐの長さＥが設定された条件において、その設定された条件の範囲内において、テーパ部３７ｆは０．４５度〜１．５度に設定されるのが好ましい。

さらに、ブローバイガス量のより好ましい限界値Ｂｙ、及びより好ましい最大接触面圧Ｐｂを越えないようにクラウニング部Ｐの長さＥを設定するには、テーパ部３７ｆは０．５度〜１．３度に設定されるのがより好ましい。

円弧部３７ｇにおいては、緩やかな円弧状に形成されるとともに、面だらし部３７ｈにおいては、円弧部３７ｇよりも緩やかに形状変化するように形成されている。また、ピストン本体３７において、その中心軸ＰＬと平行に延び、かつピストン本体３７の外周面上に位置する接線Ｆに対し、面だらし部３７ｈは３０度前後の傾斜角度θ２に設定されるのが好ましい。したがって、ピストン本体３７は、圧縮室側端面３７ｂに向かうに従い漸次縮径する樽形状に形成されている。

図２に示すように、ピストン本体３７の外周面において、テーパ部３７ｆよりも首部側端面３７ａ側には、導入溝３７ｋがピストン本体３７の周方向の全体に亘って延びるように形成されている。ここで、首部側端面３７ａと、導入溝３７ｋとの間の距離を溝端面間距離Ｘとすると、この溝端面間距離Ｘに対するピストン長Ｌの値（Ｘ／Ｌ）が、０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定されるように、導入溝３７ｋの位置を設定するのが好ましい。

導入溝３７ｋの深さは０．１ｍｍ以上に設定されるのが好ましい。導入溝３７ｋの深さが０．１ｍｍより浅いと、導入溝３７ｋに留める潤滑油の量が少なくなり、導入溝３７ｋを介して潤滑油をピストン本体３７の周方向の全体に至らせることが困難になるためである。よって、導入溝３７ｋの深さが０．１ｍｍ以上に設定されることにより、導入溝３７ｋによって潤滑油をピストン本体３７の周方向全体に至らせ、油膜の圧力のばらつきを抑えることができる。その結果として、油膜によってピストン本体３７の傾きを抑え、サイドクリアランスのばらつきをなくして、サイドクリアランスの大小に起因したブローバイガスの流量増大を抑えることができる。

導入溝３７ｋは、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間の潤滑油を、ピストン本体３７の周方向全体に亘って供給し、ピストン本体３７をシリンダボア１２ａから離間させる方向へ付勢するために設けられている。ピストン本体３７の軸方向に沿った導入溝３７ｋの開口幅が０．５ｍｍ未満にあると、導入溝３７ｋの潤滑油量が少なくなり、上記の付勢効果が低減してしまい好ましくない。一方、導入溝３７ｋの開口幅が１．５ｍｍ以上になると、導入溝３７ｋ内の潤滑油による油膜に伴うシール効果が低減してしまい好ましくない。したがって、ピストン本体３７の軸方向に沿った導入溝３７ｋの開口幅は、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ未満に設定されるのが好ましい。

次に、圧縮機１０の作用について説明する。
さて、車両エンジン２０の駆動に伴い、駆動軸１６が回転すると、吸入室３８の冷媒ガスが、各ピストン３６の上死点位置から下死点側への往動により吸入ポート４０及び吸入弁４１を介してシリンダボア１２ａ内に吸入される。このとき、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃは、シリンダボア１２ａを摺接するが、首部側周縁部３７ｃはピン角状に形成されているため、シリンダボア１２ａとピストン本体３７との間が狭く維持され、潤滑油がクランク室１５に多量に洩れ出ることが抑制される。

図４のグラフにおいて、本実施形態のピストン３６を実線で示す。一方、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃ、及び圧縮室側周縁部３７ｄのそれぞれが直角状（ピン角状）に形成されたピストン（比較例１）を一点鎖線で示す。図４に示すように、実施形態のピストン３６においては、いずれの回転角においても、シリンダボア１２ａとピストン本体３７との間での潤滑油の流量が、比較例１のピストンよりも少ないことが示された。これは、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃでは、潤滑油が多量に洩れ出ることが抑制されていることを示している。その結果として、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間に潤滑油を留めている。

シリンダボア１２ａ内に吸入された冷媒ガスは、ピストン３６の下死点位置から上死点側への復動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート４２及び吐出弁４３を介して吐出室３９に吐出される。冷媒ガスの吸入から吐出までの間に、ピストン本体３７にはサイドフォースがかかり、ピストン本体３７は傾斜しようとする。しかし、クラウニング部Ｐの長さＥ及びテーパ角度θ１が所定値に設定されていることから、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間に油膜が形成され、この油膜によってサイドフォースが受承され、ピストン本体３７の傾きが抑えられる。

そして、圧縮行程において、ピストン３６の上死点位置で圧縮された高圧の冷媒ガスは、ピストン３６とシリンダボア１２ａとの間（サイドクリアランス）を通ってブローバイガスとしてクランク室１５に向かって流れる。

このとき、ピストン本体３７にはテーパ部３７ｆと円弧部３７ｇが形成されるとともに、クラウニング部Ｐの長さＥ及びテーパ角度θ１が所定値に設定されている。このため、圧縮反力等を受けたピストン３６は中心軸ＰＬに対し傾くが、ピストン３６の圧縮行程の際には、くさび効果によりシリンダボア１２ａとピストン本体３７との間に潤滑油が引き込まれる。その結果、シリンダボア１２ａとピストン本体３７との間に油膜が形成されるとともに、くさび効果によって油膜の圧力が高められる。すると、ピストン本体３７及びシリンダボア１２ａの表面粗さによって、若干の潤滑油の洩れは許容されるが、油膜の圧力の反発力によってピストン本体３７はシリンダボア１２ａから離間する方向へ付勢される。よって、シリンダボア１２ａに対するピストン本体３７の固体接触による接触面圧は低下し、シリンダボア１２ａの摩耗が低減される。

また、ピストン本体３７のクラウニング部Ｐは、先端から基端に向かうに従い面だらし部３７ｈ、円弧部３７ｇ、及びテーパ部３７ｆが形成されるとともに、緩やかに形状変化している。このため、ピストン本体３７の先端とシリンダボア１２ａとの間のサイドクリアランスが徐々に狭くなっており、ピストン３６が往復動してもサイドクリアランスへは潤滑油が好適に引き込まれる。よって、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間に潤滑油の油膜が形成された状態が維持できる。

さらに、導入溝３７ｋによって、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間の潤滑油がピストン本体３７の周方向全体に亘って供給されるとともに、周方向での油膜厚さのばらつきが抑えられ、しかも、油膜による付勢力が好適に発揮される。その結果として、油膜厚さ（油膜の圧力）に起因したピストン本体３７の傾きが抑えられ、シリンダボア１２ａに対するピストン本体３７の偏当たりが抑制される結果、ピストン本体３７の周方向全体に亘ってサイドクリアランスのばらつきが抑えられる。よって、サイドクリアランスの大小に起因したブローバイガスの流量増大を抑えることができる。

また、導入溝３７ｋの位置を０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定している。図５（ａ）に示すように、導入溝３７ｋの形成されていない場合（基準線Ｊ）と比べると、ブローバイガスの流量が減少していることが示されている。また、図５（ｂ）に示すように、導入溝３７ｋの位置を０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定すると、導入溝３７ｋの形成されていない場合（基準線Ｊ）と比べると、ピストン本体３７と、シリンダボア１２ａとの接触圧力も減少することが示されている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ピストン本体３７におけるテーパ角度θ１を０．４５度〜１．５度の範囲内に設定し、クラウニング部Ｐの長さＥは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。これら値を、ブローバイガス量と最大接触面圧を分析して設定することにより、シリンダボア１２ａの摩耗を低減することができるとともに、ブローバイガス量を抑えることができる。

（２）ピストン本体３７のクラウニング部Ｐにテーパ部３７ｆを形成するとともに、そのテーパ角度θ１を０．４５度〜１．５度の範囲内に設定している。このため、シリンダボア１２ａとピストン本体３７の間に油膜を好適に形成することができ、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとが固体接触を減らして、接触面圧が最大接触面圧Ｐａに達することを防止することができる結果、シリンダボア１２ａの摩耗を低減することができる。

（３）クラウニング部Ｐの長さＥは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されている。低流量時のようにピストン本体３７がサイドフォースの影響を大きく受けず傾いていないときであっても、クラウニング部Ｐの長さＥにおける上限値を設定することで、シリンダボア１２ａとピストン本体３７の間に形成される油膜の中心軸ＰＬに沿った長さを長く確保することができる。よって、サイドフォースによるピストン本体３７の傾きを抑えることができるとともに、シリンダボア１２ａとピストン本体３７を通過するブローバイガス量が多くなることを防止することができる。また、最大容量時のようにピストン本体３７がサイドフォースの影響を大きく受けて傾いてしまったときであっても、クラウニング部Ｐの長さＥを設定することで、潤滑油の油膜を好適に形成して、サイドフォースを油膜で受承することができる。その結果として、ブローバイガス量を抑えつつ、接触面圧が最大接触面圧Ｐａに達することを防止して、シリンダボア１２ａの摩耗を低減することができる。

（４）ピストン本体３７にテーパ部３７ｆを形成し、テーパ部３７ｆによって、くさび効果を発揮させるようにした。このくさび効果によりシリンダボア１２ａとピストン本体３７との間に潤滑油を引き込むとともに、油膜の圧力が高められる。このため、油膜の圧力の反発力によってピストン本体３７をシリンダボア１２ａから離間する方向へ付勢することができる。よって、シリンダボア１２ａに対するピストン本体３７の固体接触による接触面圧を低下させ、シリンダボア１２ａの摩耗を低減することができる。

（５）導入溝３７ｋを形成する位置を、０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定した。このため、導入溝３７ｋがピストン本体３７の先端に寄りすぎてしまい、潤滑油がピストン本体３７の全体に供給されにくくなることを回避することができる。よって、導入溝３７ｋを適正な位置に配置することで、ピストン本体３７とシリンダブロック１２との間のほぼ全体に油膜を形成して、シリンダボア１２ａに対するピストン本体３７の接触圧力を抑えることができる。

（６）導入溝３７ｋを形成する位置を、０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定した。このため、導入溝３７ｋがピストン本体３７の基端に寄りすぎてしまい、圧縮室１２ｂ側から導入溝３７ｋが離れ過ぎてしまうことを回避することができる。よって、導入溝３７ｋを適正な位置に配置することで、ブローバイガスの流れをピストン本体３７の圧縮室側端面３７ｂ側で抑え、クランク室１５へ流れるブローバイガスの量を抑えることができる。

（７）ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃをピン角状に形成した。このため、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃ側とシリンダボア１２ａとの間のサイドクリアランスを一定に維持し、かつ広がることがない。よって、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃから潤滑油が多量に洩れ出ることを抑制することができる。その結果として、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間に潤滑油を留め、油膜厚さを確保することによって、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの固定接触を抑制することができる。

（８）ピストン本体３７には、クラウニング部Ｐ及び導入溝３７ｋが形成されている。そして、クラウニング部Ｐにおけるテーパ部３７ｆは所定の位置及び角度に設定されるとともに、導入溝３７ｋの位置も所定の位置に形成される。このように、ピストン本体３７に単にクラウニング部Ｐを形成するのではなく、各種設定を行うことで、シリンダボア１２ａの摩耗を低減することができるとともに、クランク室１５に流れるブローバイガスの量を抑えることができる。

（９）ピストン３６において、ピストン本体３７の先端に面だらし部３７ｈを形成するとともに、この面だらし部３７ｈに連続して円弧部３７ｇを形成し、さらに、円弧部３７ｇに連続してテーパ部３７ｆを形成した。このため、ピストン本体３７は先端側から基端側に向かって緩やかに形状変化している。よって、ピストン本体３７の先端側とシリンダボア１２ａとの間のサイドクリアランスを徐々に狭くすることができ、ピストン３６の往復動の際に、サイドクリアランスへ潤滑油を好適に引き込むことができる。その結果として、ピストン本体３７とシリンダボア１２ａとの間の油膜を維持し、この油膜のシールによってクランク室１５に洩れるブローバイガスの量を抑えることができる。

（１０）テーパ部３７ｆのテーパ角度は０．４５度〜１．５度と小さく設定されており、円弧部３７ｇ及び面だらし部３７ｈは、シリンダボア１２ａとピストン本体３７の間に所定の空間を形成し、テーパ部３７ｆに確実に適量の潤滑油を供給する。また、ピストン３６をシリンダボア１２ａに組み付ける際に、テーパ部３７ｆの角がシリンダボア１２ａに傷を付け、シリンダボア１２ａに凹部を形成してしまうことを面だらし部３７ｈにより防止できる。よって、シリンダボア１２ａに形成された凹部をブローバイガスが通過することによるブローバイガス量の増加を防止することができ、プローバイガス量の管理を適切に行うことが可能になる。

（１１）テーパ部３７ｆのテーパ角度θ１は０．５度〜１．３度に設定されるのがより好ましく、クラウニング部Ｐの長さＥは、２．８ｍｍ〜３．４ｍｍに設定されるのがより好ましい。このように設定することで、ブローバイガス量を、低流量時に許容できるブローバイガス量の最大値よりも少なくでき、最大接触面圧を、ピストン本体３７及びシリンダボア１２ａに影響を及ぼさない値の中での最大値よりも小さくすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、面だらし部３７ｈを外周面がピストン本体３７の先端に向かって次第に先細りする形状を有するように形成したが、面だらし部３７ｈは、テーパ形状を含んでいてもよく、ピストン本体３７の先端に向かって徐々に曲率半径が大きくなる形状としてもよい。

○ 実施形態では、ピストン本体３７の首部側周縁部３７ｃをピン角状に形成したが、円弧状やテーパ状に形成されていてもよい。
○ 実施形態では、圧縮機１０は、クラッチレス方式の動力伝達機構を介して車両エンジン２０から回転駆動力を得るとしたが、これに限らず、クラッチ式の動力伝達機構を介して車両エンジン２０から回転駆動力を得るものとしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記ピストン本体における首部側の端面と、導入溝との間の距離を溝端面間距離Ｘとすると、この溝端面間距離Ｘに対するピストン本体の全長であるピストン長Ｌに対する比率（Ｘ／Ｌ）が、０．６＜Ｘ／Ｌ＜０．８の範囲内に設定されている可変容量型斜板式圧縮機。

（ロ）前記面だらし部は、前記ピストン本体において、その中心軸と平行に延び、かつピストン本体の外周面上に位置する接線に対し３０度前後の傾斜角度に設定されている可変容量型斜板式圧縮機。

（ハ）前記環状溝の深さは０．１ｍｍ以上であり、開口幅は０．５ｍｍ以上である可変容量型斜板式圧縮機。

Ｔ…起点、θ１…テーパ角度、１０…可変容量型斜板式圧縮機、１２…シリンダブロック、１２ａ…シリンダボア、１２ｂ…圧縮室、１５…クランク室、１６…駆動軸、２３…斜板、３６…片頭ピストンとしてのピストン、３６ａ…首部、３７…ピストン本体、３７ｆ…テーパ部、３７ｇ…円弧部、３７ｈ…面だらし部、３７ｋ…導入溝。

Claims (6)

1. シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内に片頭ピストンが収容されるとともに、クランク室に駆動軸と一体回転する斜板が収容され、該斜板には前記片頭ピストンの首部が係留されるとともに、前記片頭ピストンのピストン本体によって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、前記クランク室の圧力を制御することで前記斜板の傾斜角度を制御することにより吐出容量を制御可能にした可変容量型斜板式圧縮機であって、
   前記ピストン本体における前記圧縮室側の先端部分に、テーパ部と、該テーパ部における前記圧縮室側の端部に連続する円弧部とを備え、
   前記テーパ部及び前記円弧部は、前記首部側に向けて拡径しており、
   前記テーパ部のテーパ角度が０．４５度〜１．５度に設定されるとともに、
   前記ピストン本体の先端と前記テーパ部における前記首部側の起点との間の距離が１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定されていることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
2. 前記ピストン本体における前記円弧部より前記圧縮室側に、前記円弧部に連続する面だらし部が形成されている請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
3. 前記ピストン本体における前記テーパ部より前記首部側の外周面には、該外周面の周方向の全体に延びる導入溝が形成されている請求項１又は請求項２に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
4. 前記テーパ角度が０．５度〜１．３度に設定されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
5. 前記距離が２．８ｍｍ〜３．４ｍｍに設定されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
6. 前記ピストン本体における前記首部側の周縁部がピン角状に形成されている請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の可変容量型斜板式圧縮機。