WO2007142198A1

WO2007142198A1 - 流体機械

Info

Publication number: WO2007142198A1
Application number: PCT/JP2007/061302
Authority: WO
Inventors: Iwao Uchikado
Original assignee: Sanden Corporation
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2007-12-13
Also published as: EP2025935A4; JP2007327390A; JP4886370B2; CN101460743B; EP2025935B1; DE602007014035D1; CN101460743A; EP2025935A1; US20090199809A1; US8210092B2

Abstract

　ピストン(32)がシリンダボア(40)内を往復動する往復動型流体機械(2)であって、ピストンの側面(32a)は、被覆層(66)を介してシリンダボアに摺接される円筒面部(64)と、ピストンリング(34)に装着されるリング溝部(68)と、円筒面部とリング溝部との間に形成され、円筒面部からリング溝部に向けて傾斜してシリンダボアから離間するテーパ面部(70)とを含み、テーパ面部には、シリンダボアから離間する被覆層が形成されている。

Description

明細書

流体機械

技術分野

[0001] 本発明は、ピストン、該ピストンを有する往復動型流体機械及びピストンの製造方法に係り、詳しくは、 CO冷媒を使用する冷凍サイクルに適用される車両の空調装置に

2

好適なピストン、該ピストンを有する往復動型流体機械及びピストンの製造方法に関する。

背景技術

[0002] この種の往復動型流体機械は、近年、小型化 ·軽量ィ匕が進められている。これにより、特に CO冷媒を使用する冷凍サイクルに適用される流体機械では、従来のフロン

2

系冷媒を使用する場合に比して吐出容量を小さくできるため、ピストンの往復動方向の長さを大幅に短くできる。しかしながら、このように小型化 ·軽量ィ匕すると、ピストン長さの短縮に伴い、ピストンの側面に力かるサイドフォースが増大し、ピストン側面或いはシリンダボア内面の磨耗が加速され、流体機械の耐久性が低下してしまう。

そこで、例えば、ピストンの側面にテフロン (登録商標）系の被覆層を形成し、更にこの被覆層の上カゝらピストンの側面を環状に加工して形成されるリング溝にテフロン系のピストンリングを装着し、シリンダボア内におけるピストンの摺動性を高める技術が開示されてヽる (日本国特開平 10— 169557号公報参照)。

[0003] ところが、このように被覆層を形成すると、 CO冷媒を使用する冷凍サイクルでは、

2

当該被覆層の剥がれが生じるという問題がある。なぜなら、 CO

2冷媒を使用すると、フロン系冷媒、例えば R134a冷媒を使用する場合に比して、作動圧が約 7〜約 10倍程度高くなるため、ピストンの往復動方向に被覆層が引っ張られる力が増大するからである。

特に、上記公報によれば、ピストンリングが装着されるリング溝部は、被覆層が形成されるコーティング工程、被覆層を均一に研磨する研磨工程を経て溝加工工程で形成されるため、リング溝部が被覆層を分断してしまい、被覆層はピストン往復動の際に当該分断箇所を起点に剥がれやすい。このように被覆層が剥がれやすいと、結局は被覆層が形成されないときと同様に、ピストン側面或いはシリンダボア内面に磨耗が生じ、ピストン、ひいては流体機械の耐久性が低下することになり好ましいことではない。

[0004] 一方、リング溝部にまで被覆層を形成することが考えられる。しかし、リング溝部に被覆層を形成するには、溝加工工程終了後に再びコーティング工程を設ける必要がある。更に、ピストンリングの装着精度を確保するには、リング溝部の被覆層を研磨する必要がある。故に、この場合には、ピストンの製造工程を大幅に変更せざるを得ず、ピストン生産設備の改造を要してコスト高となり好まし、ことではな、。

また、被覆層を剥がれ難くするために塗膜強度の高い被覆剤を使用することも考えられる力被覆剤がコスト高を招き、結局は流体機械のコストが増大することになり好ましいことではない。

発明の開示

[0005] 本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ピストンの被覆層の剥離が安価に防止され、その耐久性を向上させることができるピストン、該ピストンを有する往復動型流体機械及びピストンの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべぐ本発明の往復動型流体機械は、シリンダボア内を往復動するピストンを有する往復動型流体機械であって、ピストンの側面が、被覆層を介してシリンダボアに摺接される円筒面部と、ピストンリングに装着されるリング溝部と、円筒面部とリング溝部との間に形成され、円筒面部からリング溝部に向けて傾斜してシリンダボア力離間するテーパ面部とを含み、テーパ面部には、シリンダボアから離間する被覆層が形成されている。

[0006] また、上記の目的を達成するべぐ本発明のピストンは、シリンダボア内を往復動するピストンであって、ピストンの側面が、被覆層を介してシリンダボアに摺接される円筒面部と、ピストンリングに装着されるリング溝部と、円筒面部とリング溝部との間に形成され、円筒面部力リング溝部に向けて傾斜してシリンダボア力離間するテーパ面部とを含み、テーパ面部には、シリンダボアカゝら離間する被覆層が形成されている。上記したピストン及び往復動型流体機械によれば、ピストンの側面にはテーパ面部が円筒面部とリング溝部との間に形成され、テーパ面部には被覆層が形成されている力このテーパ面部は円筒面部からリング溝部に向けて傾斜してシリンダボアから離間している。よって、テーパ面部はシリンダボアとは直接に接触せず、このテーパ面部に形成された被覆層の剥がれが防止され、被覆剤の塗膜強度を高めなくても往復動型流体機械やピストンの耐久性が安価に向上される。

[0007] 更に、上記の目的を達成するべぐ本発明のピストンの製造方法は、シリンダボア内を往復動するピストンの製造方法であって、シリンダボアに摺接される円筒面部と、円筒面部からピストンの軸線に向けて傾斜してシリンダボア力離間するテーパ面部とを加工する工程と、円筒面部に被覆層を施すとともに、テーパ面部にシリンダボアから離間する被覆層を施す工程と、シリンダボアカゝら離間する被覆層を有するテーパ面部の一部分を残し、ピストンリングに装着されるリング溝部を加工する工程とを含む。上記したピストンの製造方法によれば、ピストンの側面に円筒面部を加工する工程では、シリンダボア力離間するテーパ面部が併せてカ卩ェされ、従来との比較において、ピストンに被覆層を施す工程、リング溝部をカ卩ェする工程に変更を生じない。よつて、ピストンの生産設備の改造を要することなぐピストンの耐久性がより安価に向上される。

[0008] 好適な態様として、上記したピストンの製造方法において、テーパ面部は、切削にて加工される。

この構成によれば、テーパ面部が切削にてカ卩ェされるため、従来のピストンを利用して容易にピストンを改造して成形することができ、ピストンの耐久性が更に安価に向上される。

好適な態様として、上記したピストンの製造方法において、テーパ面部は、鍛造或いは圧造にて加工されて!、る。

[0009] この構成によれば、テーパ面部が鍛造或いは圧造にてカ卩ェされるため、ピストンの大量生産がより安価に実施でき、ピストンの生産性及び耐久性が向上される。

好適な態様として、上記したピストンの製造方法において、テーパ面部は、铸造にて加工されている。

この構成によれば、テーパ面部が铸造にて加工され、ピストンの大量生産が極めて安価に実施でき、ピストンの大幅な生産性向上と耐久性の向上が図られる。図面の簡単な説明

[0010] [図 1]冷凍回路に適用された一実施例の流体機械の縦断面を示す図、

[図 2]図 1のピストンの 1次加工段階における形状を示した図、

[図 3]図 2の要部 IIIの拡大図、

[図 4]図 1のピストンのコーティング加工及び研磨加工段階における形状を示した図、 [図 5]図 4の要部 Vの拡大図、

[図 6]図 1のピストンを拡大して示し、溝加工後の形状を示した図、

[図 7]図 6の要部 VIIの拡大図である。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 図 1に一実施形態として示される圧縮機 2は、可変容量型の斜板式圧縮機であり、例えば COを冷媒として使用する冷凍回路に適用され、車両用空調装置の圧縮機と

2

して用いられる。この冷凍回路は、冷媒としての COが循環する循環経路（図示しな

2

い）を備え、循環経路には圧縮機 2、及びいずれも図示しないガスクーラ、膨張弁、蒸発器が順次介挿されている。圧縮機 2は冷媒を圧縮してガスクーラに送出し、これにより冷媒が循環経路を循環する。

圧縮機 2のハウジング 4は円筒状のケーシング 6を含み、ケーシング 6の両端はそれぞれ開口し、その内周面には円筒状のシリンダブロック 8が嵌合している。シリンダブロック 8の一端にはバルブプレート 10を介してシリンダヘッド 12が連結され、シリンダブロック 8の他端にはクランク室 14が区画されている。また、ケーシング 6のシリンダブロック 8を囲む領域には、外端面にてバルブプレート 10側に開口する複数の軸方向穴 16が形成され、各軸方向穴 16の内周面には雌螺子がねじ立てされている。

[0012] ケーシング 6内には回転軸 18が配置され、回転軸 18はクランク室 14をその軸線方向に貫通して延びている。回転軸 18は、軸受 20、 22を介してシリンダブロック 8及びケーシング 6に回転自在に支持されて、る。

また、クランク室 14内には、回転軸 18を囲む環状の斜板 24が収容され、斜板 24は傾動ユニット 26を介して回転軸 18に取付けられている。従って、斜板 24は回転軸 1 8とともに一体的に回転可能であるとともに、回転軸 18に対して傾動可能である。なお、傾動ユニット 26は回転軸 18と一体に回転可能なロータ 28を含み、回転軸 18のための軸受 22は、実際にはロータ 28の筒部の外周面とケーシング 6の内周面との間に設けられている。

[0013] 一方、シリンダブロック 8には、複数のシリンダボア 30が回転軸 18の軸線の回りに同心状に形成され、回転軸 18に平行な各シリンダボア 30内には、後述するピストン 3 2がクランク室 14側カもシリンダボア 30に対して摺動可能に挿入されている。ピストン 32の円筒状の側面 32aには C字状のピストンリング 34が装着されている。そして、クランク室 14内に突出したピストン 32の端部には、回転軸 18に向けて開口した凹所が形成され、凹所の内面には球面座が形成されている。球面座にはそれぞれ半球状をなす一対のシユー 36が配置され、これらシユー 36は斜板 24の外周縁を摺動自在に厚み方向両側から挟んでいる。

シリンダヘッド 12は、ガスケット（図示せず）及びバルブプレート 10を介して軸受 20 側のケーシング 6の他端に気密に固定されている。詳しくは、シリンダヘッド 12もハウジング 4の一部を構成している力シリンダヘッド 12、ガスケット及びバルブプレート 1 0には、軸方向穴 16の開口位置に合致してボルト孔 38が形成されており、シリンダへッド 12は、押えボルト 40を各ボルト孔 38を貫通させて軸方向穴 16にねじ込むことにより、ケーシング 6に締結されている。

[0014] シリンダヘッド 12の外端壁には前述の循環経路に接続される吸入ポート 42及び吐出ポート（図示せず）が形成されている。また、シリンダヘッド 12の内部には、これら吸入ポート 42及び吐出ポートに連通する吸入室 44及び吐出室 46が区画され、更に、電磁制御弁（図示せず）が収容されている。電磁制御弁は、そのソレノイドのオン Z オフ作動によって、吐出室 46からクランク室 14に亘つて延びる圧力調整流路（図示せず)を開閉可能である。

なお、吸入室 44は、吸入リード弁（図示せず)を介して各シリンダボア 30に連通する一方、バルブプレート 10に形成された固定絞り（図示せず)を介してクランク室 14と常時連通している。また、吐出室 46は、リード弁体（図示せず)及び弁押さえ 48からなる吐出リード弁を介して各シリンダボア 30に連通している。

[0015] 一方、回転軸 18は、ケーシング 6からメカ-カルシール 50を介して突出した一端部 52を有する。当該回転軸 18の一端部 52には、プーリ 54を有する電磁クラッチ 56が連結され、電磁クラッチ 56は、軸受 58を介してケーシング 6に回転自在に支持されている。ただし、ケーシング 6の端部には環状のブラケット 60が外側力も嵌合されており、電磁クラッチ 56のソレノイド 62は、当該ブラケット 60を介してケーシング 6に固定されている。電磁クラッチ 56は、ソレノイド 62のオン Zオフ作動によりエンジン（図示しない)等からの動力を回転軸 18に断続的に伝達する。

電磁クラッチ 56がオン作動されると、エンジン等からの動力が電磁クラッチ 56を介して回転軸 18に伝達され、回転軸 18が回転する。回転軸 18の回転は斜板 24を介してピストン 32の往復運動に変換され、各ピストン 32の往復運動は、吸入室 44内の冷媒が吸入リード弁を介してシリンダボア 30に吸入される吸入工程と、シリンダボア 30 内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒が吐出リード弁を介して吐出室 4 6に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスを実施する。なお、圧縮機 2から吐出される冷媒の吐出量は、上記電磁制御弁の開閉作動によりクランク室 14内の圧力 (背圧）を制御し、もってピストン 32のストローク長を増減させることにより調整される。

[0016] ここで、図 6を参照して上述したピストン 32について詳述すると、ピストン 32の側面 3 2aは円筒面部 64を有し、円筒面部 64の略全域には PTFE (ポリテトラフルォロェチレン)を主成分とするフッ素系榭脂、いわゆるテフロン (登録商標）系の被覆層 66が形成されている。被覆層 66の外周面はシリンダボア 30の内径と略同一の外径をなしており、被覆層 66を介して円筒面部 64がシリンダボア 30の内面に摺接する。

また、側面 32aの外周方向に沿ってリング溝部 68が刻設され、このリング溝部 68には図 1に示されるピストンリング 34が装着されている。当該ピストンリング 34は、側面 3 2aとシリンダボア 30の内面との微少隙間を埋めつつ、ピストン 32の摺動性、シリンダボア 30内の圧縮ガスのシーノレ性等を高めている。

[0017] 図 7に詳しく示されるように、円筒面部 64とリング溝部 68と間には、円筒面部 64からリング溝部 68に向けて傾斜するテーパ面部 70が形成されている。テーパ面部 70 は、円筒面部 64からピストン 32の軸線方向に角度にして Φだけ傾斜しており、換言すると、テーパ面部 70は、ピストン 32がシリンダボア 30に挿入された状態で、シリンダボア 30から角度 Φに相当する所定の間隙割合で離間する方向に延びている。更に、テーパ面部 70は円筒面部 64から連続した被覆層 66に覆われ、この被覆層 66もテーパ面部 70と略同一の間隙割合でシリンダボア 30から離間している。

[0018] 以下、更に図 2から図 5を参照してピストン 32の製造工程について説明する。

まず、図 2に示されるピストン 32の一次カ卩ェ工程では、円筒面部 64とテーパ面部 7 0と力 S形成される。リング溝部 68が形成される所定の位置にはピストン 32の軸線に向けて傾斜するテーパ面部 70が互いに対畤して加工され、これらテーパ面部 70は円筒面部 64よりも小径となる小径円筒面部 72に連なる斜面として形成される。

詳しくは、図 3に示されるように、小径円筒面部 72の径は、円筒面部 64の径に比して、前述したテーパ面部 70の傾斜角度 Φで規定される所定の長さ Lだけ小さくなる。この長さ Lは、次に説明するコーティング工程で、円筒面部 64及びテーパ面部 70並びに小径円筒面部 72に対して同時に略均一な厚さの被覆層 66を形成可能な寸法であり、約 0. 2mm程度とされる。また、このようなピストン 32の形状は、従来のテーパ面部 70を有してヽな、形状のピストンを切削加工して形成可能であり、一方ピストン 32を新規に製造する場合には、鍛造或いは圧造にて加工して形成可能であり、好ましくは铸造にて加工して形成可能である。

[0019] 次に、図 4に示されるように、ピストン 32のコーティング工程では、円筒面部 64及びテーパ面部 70並びに小径円筒面部 72に対して連続する略均一な厚さ tの被覆層 6

0

6が形成される。被覆層 66が厚さ tで均一に形成されることにより、上述の如くテーパ

0

面部 70における被覆層 66もシリンダボア 30から離間しピストン 32の軸線に向けて傾斜している。

次に、ピストン 32の研磨工程に入り、ここでは図 4の A側のみ被覆層 66が研磨除去される。詳しくは、図 5に示されるように、ピストン 32がシリンダボア 30に対して円滑に摺動可能な所定の厚さ tになるまで、円筒面部 64及びテーパ面部 70の一部の被覆層 66が研磨され、研磨被覆部 66bが形成される。一方、テーパ面部 70の残部及び小径円筒面部 72の被覆層 66は、研磨されないでコーティングされた厚みのままとされ、それぞれテーパ面部 70に沿って傾斜するテーパ被覆部 66a、及び研磨被覆部 66bよりピストン 32の軸線方向に位置する内方被覆部 66cとして残される。

[0020] 次に、再び図 6、 7を参照すると、これら図 6、 7にはピストン 32のリング溝部 68をカロェする溝加工工程が示され、当該溝加工工程では、被覆層 66を有するテーパ面部 70の一部分を残してリング溝部 68が形成される。すなわち、テーパ被覆部 66aの一部を残して被覆層 66が分断され、内方被覆部 66cを含む小径円筒面部 72が除去される。この際、残されたテーパ被覆部 66aの一部である被覆層 66の端縁 66dは、面取りされ、円筒面部 64における被覆部 66bの表面 66eよりピストン 32の軸線方向に位置づけられる。このように、ピストン 32は、一次加工工程で円筒面部 64、テーパ面部 70、小径円筒面部 72が形成され、コーティング工程で被覆層 66が形成された後に、研磨工程でテーパ被覆部 66a及び内方被覆部 66cを除いて被覆層 66が研磨されて研磨被覆部 66bが形成され、最後に溝加工工程でテーパ被覆部 66aが分断され、内方被覆部 66cが除去されてリング溝 68が形成されて成る。

[0021] 以上のように、本実施形態では、ピストン 32において、テーパ面部 70が円筒面部 6 4とリング溝部 68との間に形成され、当該テーパ面部 70は円筒面部 64からリング溝部 68に向けて傾斜してシリンダボア 30から離間している。そして、被覆層 66もテーパ被覆部 66aにおいてシリンダボア 30から離間しており、被覆層 66の端縁 66dが研磨被覆部 66bの表面 66eよりピストン 32の軸線方向に位置づけられている。よって、端縁 66dを含むテーパ被覆部 66aはシリンダボア 30とは直接に接触しないため、被覆層 66の剥がれが防止され、コーティング剤の塗膜強度を高めなくてもピストン 32、ひいては圧縮機 2の耐久性が安価に向上される。

また、テーパ被覆部 66aは研磨されないため、研磨被覆部 66bに比して肉厚となつている。よって、被覆層 66の剥離の起点となる端縁 66dを含むテーパ被覆部 66aの塗膜強度が高まるため、ピストン 32、ひいては圧縮機 2の耐久性が十分に向上される

[0022] さらに、ピストン 32の製造工程では、ピストン 32の一次カ卩ェ工程において、円筒面部 64とテーパ面部 70とが併せて加工される。よって、ピストン製造におけるコーティング工程、溝加工工程は、テーパ面部 70を有さない従来のピストンの製造工法、ェ程と同じであるため、生産設備の改造を要することなくピストン 32の耐久性がより安価に向上される。

また、ピストン 32のテーパ面部 70が切削加工にて成形される場合には、従来のピストンを利用して容易にピストン 32を成形することができ、ピストン 32の耐久性が更に安価に向上される。

[0023] 一方、テーパ面部 70が鍛造或いは圧造加工にて成形される場合には、切削加工する場合に比してピストン 32が安価に大量生産可能となり、好ましくは铸造加工するのがよぐこの場合には、金型製作にかかる初期投資を要しても、長期的視野にたてばピストン 32が極めて安価に大量生産可能となり、ピストン 32の耐久性の向上にカロえ生産性が大幅に向上される。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、上記実施形態では、テーパ被覆部 66aの一部を残して被覆層 66が分断され、内方被覆部 66cを含む小径円筒面部 72が除去されてリング溝部 68が形成される力被覆層 66の端縁 66dは研磨被覆部 66bの表面 66eよりピストン 32の軸線方向に位置づけられていればよぐ小径円筒面部 72の一部が残されていてもよい。この場合であっても、被覆層 66の剥離が防止され、上記同様の効果が得られる。

[0024] また、上記実施形態では、被覆層 66の材料となるコーティング剤は PTFEを主成分とするフッ素系榭脂としたが、特にこれには限定されない。ただし、 PTFEを主成分とするフッ素系榭脂の被覆層 66は、耐摩耗性に優れるので好ま、。

更に、一実施形態では、テーパ面部 70の傾斜角度 Φで規定される所定の長さ Lを約 0. 2mm程度としたが、この長さ Lはコーティングマシンの性能に左右されるものであり、コーティング工程で同時に略均一な厚さの被覆層 66が形成可能であればよぐこの数値に限定されない。

最後に、本発明は往復動型流体機械であれば両頭の斜板式圧縮機や揺動板式圧縮機、膨張機等にも適用可能であるのは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] シリンダボア内を往復動するピストンを有した往復動型流体機械であって、

前記ピストンの側面が、

被覆層を介して前記シリンダボアに摺接される円筒面部と、

ピストンリングに装着されるリング溝部と、

前記円筒面部と前記リング溝部との間に形成され、前記円筒面部から前記リング溝部に向けて傾斜して前記シリンダボア力離間するテーパ面部とを含み、

該テーパ面部には、前記シリンダボア力も離間する被覆層が形成されて、る。

[2] シリンダボア内を往復動するピストンであって、

該ピストンの側面が、

ピストンリングに装着されるリング溝部と、

[3] シリンダボア内を往復動するピストンの製造方法であって、

前記シリンダボアに摺接される円筒面部と、該円筒面部力前記ピストンの軸線に向けて傾斜して前記シリンダボア力離間するテーパ面部とを加工する工程と、前記円筒面部に被覆層を施すとともに、前記テーパ面部に前記シリンダボア力離間する被覆層を施す工程と、

該シリンダボアカゝら離間する被覆層を有するテーパ面部の一部分を残し、ピストンリングに装着されるリング溝部を加工する工程とを含む。

[4] 請求項 3のピストンの製造方法であって、

前記テーパ面部を切削にて加工する。

[5] 請求項 3のピストンの製造方法であって、

前記テーパ面部を鍛造或いは圧造にて加工する。

[6] 請求項 3のピストンの製造方法であって、

前記テーパ面部を铸造にて加工する。