JP2973644B2 - 流体機械用ピストンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機やポンプ等の流
体機械に用いられ、一体化された樹脂製ピストンリング
を備えたピストンの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体機械、例えば、車両用空調装置等に
供されている往復動型圧縮機では、ピストンがシリンダ
ボア内を往復動する際、その摺動間隙を介して圧縮ガス
が漏洩するのを防止するため、ピストン本体の外周部に
ピストンリングが嵌装されている。このピストンリング
は耐熱、耐摩耗性に優れた合成樹脂で製作され、一般に
はカット形のものが多用されている。そして、リング溝
に嵌装された状態の上記ピストンリングは、その内周面
及び両側面がリング溝と所定の間隙を保持するように設
定されており、ピストンの往復動時に、上記間隙を介し
て作用するガス圧力によってピストンリングは外方に押
し広げられ、シリンダボアの内周面と気密的に摺接する
よう構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した樹
脂製ピストンリングは、その量産段階で筒状成形体から
切り出されるため熱変形しやすく、また、ピストンリン
グをリング溝に嵌装させる際にも外径寸法に微妙な変化
を起こしやすい。しかも成形後のピストンリングは至っ
て剛性が低く、切削による精度調整もきわめて困難なた
め、シリンダボア内周面との摺動間隙にかなりのばらつ
きを生じ、圧縮圧力がピストンリングを充分に拡開しき
れない段階の封止性に特に問題がある。

【０００４】また、ピストン本体外周面に樹脂をコーテ
ィングして、シリンダボアとの摺動間隙を調整する他の
従来例も知られているが、コーティングによって得られ
る膜厚には当然に限界があり、切削加工による精度調整
は到底不可能なばかりか、かかるコーティング層は剥離
しやすいという欠点もある。そこで、本出願人は、実願
平２−２３４８０号において、ピストン本体における外
周面に環状のリング溝と、このリング溝の周方向に間隔
され各々リング溝と連通する複数の拘止溝とを設け、こ
のリング溝と各拘止溝とにピストン本体よりも大径の摺
動部をもつ樹脂製ピストンリングを射出成形により融着
したピストンを提案した。この提案のピストンでは、ピ
ストン本体のリング溝及び各拘止溝にピストンリングの
摺動部が融着されているため、ピストン本体とピストン
リングとが一体的に結合される。このため、撓みや熱変
形などを伴うことなくピストンリングの外径寸法を高精
度に仕上げることが可能となり、シリンダボアとの摺動
間隙を高精度に保つことができる。また、切削加工時な
どに各拘止溝で回転規制されてピストンリングが遊動せ
ず、高い耐久性が保障される。

【０００５】しかしながら、上記提案のピストンでは、
ピストンリングの摺動部に作用する力を各拘止溝で受
け、その力を各拘止溝でピストン本体に分散させてい
る。このため、過酷な条件下でピストンリングがシリン
ダボアと摺動する場合、拘止溝が少なければ、応力を拘
止溝で好適に分散させることができず、ピストンリング
がクリープ変形を起こし、充分な耐久性を発揮できない
場合があった。

【０００６】かといって、ピストンリングのクリープ変
形を防止すべくリング溝のほぼ全域に連通する拘止溝を
設けるとすれば、環状のリング溝を切削加工した後で複
雑な切削加工を個別に行わなければならず、ピストンの
製造工程が複雑になってしまう。本発明は、シリンダボ
アとの摺動間隙を常に高精度に維持するとともに、過酷
な条件下で使用された場合であってもピストンリングの
クリープ変形を防止できる流体機械用ピストンを容易に
製造することを解決すべき技術課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の流体機械用ピス
トンの製造方法は、上記課題を解決するため、ピストン
本体の外周面における環状のリング溝の底面にローレッ
ト加工を行ない、ローレット加工された該リング溝に該
ピストン本体よりも大径の摺動部をもつ樹脂製ピストン
リングを融着するという新規な手段を採用している。

【０００８】上記リング溝は、ピストン本体の外周面に
１条設けることもできるが、所定間隔を隔てて２条以上
設けてもよい。ローレット加工は、リング溝の底面全体
に行ってもよく、リング溝の底面を環状に分割して行っ
てもよい。また、ローレット凹凸の形状は綾目状、縦目
状（軸方向）、縦横目状を採用することができる。上記
樹脂としては、フッ素樹脂、とくにポリテトラフロロエ
チレン（ＰＴＦＥ）を用いるのが好適である。また、こ
の樹脂は、ピストン本体とほぼ等しい線膨張係数である
ことが好ましい。

【０００９】ピストンリングのリング溝への融着は、上
記樹脂の射出成形、上記樹脂の粉末の焼結等により行な
うことができる。

【００１０】

【作用】本発明の流体機械用ピストンの製造方法では、
リング溝の底面にローレット加工を行なうことにより、
ピストンリングのクリープ変形を防止するローレット凹
凸がリング溝の底面に形成される。そして、ローレット
加工されたリング溝に樹脂製ピストンリングを融着すれ
ば、ピストンが製造される。このため、この製造方法で
は、リング溝のほぼ全域に連通する拘止溝を設ける必要
がなく、環状のリング溝を切削加工した後で複雑な切削
加工を個別に行う必要がないので、ピストンを容易に製
造することができる。

【００１１】こうして製造された流体機械用ピストン
は、ピストン本体のローレット加工されたリング溝にピ
ストンリングが融着されているため、ピストン本体とピ
ストンリングとがより一層一体的に結合されている。し
たがって、撓みや熱変形などを伴うことなくピストンリ
ングの外径寸法を高精度に仕上げることが可能となり、
シリンダボアとの摺動間隙を高精度に保つことができ
る。

【００１２】また、この流体機械用ピストンでは、ピス
トンリングの摺動部に作用する力をローレット凹凸で受
け、その力をローレット凹凸でピストン本体に分散させ
ている。このため、このピストンでは、過酷な条件下で
ピストンリングがシリンダボアと摺動する場合であって
も、リング溝の底面に形成されたローレット凹凸により
応力を好適に分散させることができ、ピストンリングが
クリープ変形を起こしにくい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１は揺動斜板型圧縮機の要部のみ
を略示したもので、図中、１０はシリンダブロック、１
１はシリンダボアで、該シリンダボア１１内にはピスト
ン１２が配設され、該ピストン１２はピストンロッド１
３を介して図示しない揺動板と連設されている。ピスト
ン１２は、ピストン本体２０と、ピストンリング３０と
から構成されている。

【００１４】ピストン本体２０はアルミニウム合金から
なる。ピストン本体２０には外周面に略方形断面の環状
のリング溝２１が刻設されている。このリング溝２１の
底面は、両端部が平滑なフラット部２１ａと、中央部が
綾目状のローレット凹凸２１ａとからなる。このピスト
ン本体２０は、まず切削加工により底面全体が平滑なリ
ング溝を形成し、このリング溝の底面にローレット加工
を行なうことにより形成した。このため、このピストン
本体２０を製造するにあたって、リング溝のほぼ全域に
連通する拘止溝を設ける必要がなく、環状のリング溝を
切削加工した後で複雑な切削加工を個別に行う必要はな
い。

【００１５】ピストンリング３０は、ローレット加工さ
れたリング溝２１に射出成形により融着されピストン本
体２０よりも大径の摺動部３１を有する。上記ピストン
１２は、図２に示すように、ピストンリング用のキャビ
ティ４１が形成された射出成形用金型４０、４０を使用
して、ピストン本体２０のリング溝２２に、ポリテトラ
フロロエチレン（ＰＴＦＥ）８０重量％、カーボン繊維
１０重量％、エコノール１０重量％からなる材料を射出
成形して、リング溝２２にこの材料を充填固化させるこ
とにより形成した。このとき、リング溝２１では、中央
部のローレット凹凸２１ａが材料の流動性を妨げるが、
両端部のフラット部２１ａがこれを緩和している。こう
して、図３に示すピストン１２が得られた。

【００１６】このピストン１２では、ピストン本体２０
のローレット加工されたリング溝２１にピストンリング
３０が融着されているため、ピストン本体２０とピスト
ンリング３０とがより一層一体的に結合されている。し
たがって、筒状成形体から連続的に切り出して量産され
たピストンリングのように熱変形して外径寸法が変化す
ることもなく、シリンダボア１１の内周面とピストンリ
ング３０の摺動部３１の外周面との摺動間隙を常に高精
度に維持することができる。

【００１７】また、このピストン１２では、ピストンリ
ング３０の摺動部３１に作用する力をローレット凹凸２
１ｂで受け、その力をローレット凹凸２１ｂでピストン
本体２０に分散させている。このため、このピストン１
２では、過酷な条件下でピストンリング３０がシリンダ
ボア１１と摺動する場合であっても、リング溝２１の底
面に形成されたローレット凹凸２１ｂにより応力を好適
に分散させることができ、ピストンリング３０がクリー
プ変形を起こしにくい。

【００１８】なお、上記実施例では、両端部のフラット
部２１ａと、中央部のローレット凹凸２１ａとからなる
リング溝２１をもつピストン本体２０を採用したが、図
４に示すように、両端部及び中央部のフラット部４１ａ
と、各フラット部４１ａの間のローレット凹凸４１ａと
からなるリング溝４１をもつピストン本体４０を採用す
ることもできる。また、上記実施例では、綾目状のロー
レット凹凸２１ｂを採用したが、図５に示すように、縦
横目状のローレット凹凸５１ｂを採用することもでき、
縦目状（軸方向）のローレット凹凸６１ｂを採用するこ
ともできる。

【００１９】これらのピストンにおいては、他の構成を
実施例と同様にすることによって、実施例と同様の作用
及び効果を奏することができる。また、上記実施例では
圧縮機用ピストンに本発明を具体化したが、ポンプ用ピ
ストンに本発明を適用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の流体機械
用ピストンの製造方法では、ピストン本体の外周面にお
ける環状のリング溝の底面にローレット加工を行ない、
ローレット加工されたリング溝にピストン本体よりも大
径の摺動部をもつ樹脂製ピストンリングを融着するた
め、シリンダボアとの摺動間隙を常に高精度に維持する
とともに、過酷な条件下で使用された場合であってもピ
ストンリングのクリープ変形を防止できる流体機械用ピ
ストンを容易に製造することができる。

【００２１】したがって、この製造方法では、高い体積
効率を確保でき、きわめて高い耐久性が保障されるピス
トンを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の方法に供したピストンを圧縮機の要部
とともに示す断面図である。

【図２】実施例のピストンの一製造過程を示す断面図で
ある。

【図３】実施例の方法に供したピストンの一部破断斜視
図である。

【図４】他の実施例のピストンを示す断面図である。

【図５】他の実施例のピストンの一部破断斜視図であ
る。

【図６】他の実施例のピストンの一部破断斜視図であ
る。

【符号の説明】

２０、４０…ピストン本体 ２１、４１…リン
グ溝 ２１ａ、４１ａ…フラット部 ２１ｂ、４１ｂ…
ローレット凹凸 ３０…ピストンリング ３１…摺動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 39/00 107

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン本体の外周面における環状のリン
   グ溝の底面にローレット加工を行ない、ローレット加工
   された該リング溝に該ピストン本体よりも大径の摺動部
   をもつ樹脂製ピストンリングを融着することを特徴とす
   る流体機械用ピストンの製造方法。