(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング(12,14) に回転可能に軸架されたシャフト(11)と、ケーシング(12,14) 内のクランク室(13)に設けられ前記シャフト(11)に連結された斜板(43)と、ケーシング内(12)に形成されるシリンダ室(12a) と、斜板(43)の回転により当該斜板(43)の表裏両面に接触して配置されるシュー(23,23) を介してシリンダ室(12a) の内部を軸方向に往復動されるピストン(32)とを備え、当該ピストン(32)は、シリンダ室(12a) 内を往復動する頭部(32a) とシュー(23,23) を介して斜板(43)と連結される首部(32b) とからなる片頭式ピストンである斜板式コンプレッサの当該片頭式ピストンの製造方法において、
複数のピストン(32)を軸方向に接続させ一体とした素材(70)を鋳造あるいは鍛造により成形する工程と、
ピストンの頭部(32a) の外周面の機械加工を含む機械加工を施す工程と、
表面を覆うコーティング層を形成する工程と、
コーティング層を有するピストンの頭部(32a) の外周面を研磨する工程と、
ピストンの首部(32b) におけるシュー(23,23) が配置される球面凹部(35,35)を機械加工する工程と、
個々のピストン(32)に切り離す工程と、
を有することを特徴する斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの製造方法。
【請求項２】
前記素材(70)は、二つのピストン(32)の首部(32b) 同士を軸方向に接続させて成形することを特徴とする請求項１に記載の斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの製造方法。
【請求項３】
前記素材(70)は、二つのピストン(32)の頭部(32a) 同士を軸方向に接続させて成形することを特徴とする請求項１に記載の斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式コンプレッサに用いられる片頭式ピストンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空気調和装置に使用される斜板式コンプレッサには、シャフトに対する傾斜角度が一定とされた斜板を有する容量固定斜板式コンプレッサと、シャフトに対する傾斜角度が可変とされた斜板を有する容量可変斜板式コンプレッサとがある。これら斜板式コンプレッサは、回転駆動されるシャフトと同期回転される円板状の斜板を有しており、シャフトを回転させることにより傾斜状態の斜板がいわゆるみそすり回転運動してシリンダ室内のピストンを往復動させるようにしたものである。
【０００３】
前記斜板式コンプレッサは、複数のシリンダ室とこのシリンダ室に沿って摺動移動する各ピストンとを有しているが、前述した回転する斜板とピストンとを、ピストンロッドを介することなく直接摺動自在に連結したものがある。このような斜板とピストンとが直結式のコンプレッサにおいては、例えばシリンダ室内を往復動する頭部と、斜板と連結される断面略Ｕ字状の首部とからなる片頭式のピストンが使用されている。
【０００４】
そして、例えば前記首部の両側内面の対向する位置に形成された２つの球面凹部に略半球状のシューが嵌装され、これら両シューにより斜板の表裏両平坦面が挟持される。すなわち、斜板の外縁部の表裏両面に形成される摺動面は、それぞれ対応するシューの平面部に摺動接触しており、またピストンは、その首部に形成された球面凹部において、対応するシューの球面部に摺動接触する。このようにしてピストンは、その首部において斜板に摺動自在に連結される。
【０００５】
したがって、シャフトを回転させて傾斜した斜板を回転すると、シャフトに対して傾斜した斜板と、シリンダ室により摺動方向が規制されているピストンとを摺動接触させることになり、斜板のみそすり回転運動は、ピストンの往復運動に変換される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような斜板式コンプレッサに用いられるピストンは、斜板のみそすり回転運動による力をその連結箇所において受けると共に、自身の往復運動に変換してシリンダ室内面と摺動する機能部品であり、部品レベルでの所定の高い品質が要求され、多くの工程を経て製造される一方で、一つのコンプレッサに対し通常シリンダ室が周方向等間隔に例えば５箇所程度配置されピストンも同数必要となることから、その生産性の一層の向上が要請されている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、斜板式コンプレッサの片頭式ピストンを効率的に製造し生産性の向上を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、請求項毎に次のように特定される。
請求項１に記載の発明は、ケーシングに回転可能に軸架されたシャフトと、ケーシング内のクランク室に設けられ前記シャフトに連結された斜板と、ケーシング内に形成されるシリンダ室と、斜板の回転により当該斜板の表裏両面に接触して配置されるシューを介してシリンダ室の内部を軸方向に往復動されるピストンとを備え、当該ピストンは、シリンダ室内を往復動する頭部とシューを介して斜板と連結される首部とからなる片頭式ピストンである斜板式コンプレッサの当該片頭式ピストンの製造方法において、複数のピストンを軸方向に接続させ一体とした素材を鋳造あるいは鍛造により成形する工程と、ピストンの頭部の外周面の機械加工を含む機械加工を施す工程と、表面を覆うコーティング層を形成する工程と、コーティング層を有するピストンの頭部の外周面を研磨する工程と、ピストンの首部におけるシューが配置される球面凹部を機械加工する工程と、個々のピストンに切り離す工程と、を有することを特徴する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの製造方法において、前記素材は、二つのピストンの首部同士を軸方向に接続させて成形することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの製造方法において、前記素材は、二つのピストンの頭部同士を軸方向に接続させて成形することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る片頭式ピストンの製造方法により製造されたピストンを使用した容量可変斜板式コンプレッサの概略構成図、図２は、図１に示されるピストンの斜視図、図３（Ａ）は、同ピストンの側面図、図３（Ｂ）は、同ピストンの部分平面図、図４は、図３（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図５は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６は、同ピストンの製造に使用される素材を示す側面図である。
【００１２】
図１に示す容量可変斜板式コンプレッサ１０は、回転自在に支持されるシャフト１１と、シャフト１１の回転に伴って回転する斜板４３と、ピストン３２を往復動自在に収容するシリンダ室１２ａが形成されたシリンダブロック１２とを有している。そして、ピストン３２の首部３２ｂに形成された凹所３３内に配置したシュー２３を介して斜板４３の表裏を摺動自在に挟持し、シャフト１１の回転により斜板４３を回転させてピストン３２をシリンダ室１２ａ内で往復動させるようになっている。
【００１３】
さらに詳述すれば、シリンダブロック１２は、シャフト１１の周りに円周方向等間隔に複数個のシリンダ室１２ａが形成されている。このシリンダブロック１２は、耐摩耗性のある材料、例えば、高シリコン材含有アルミニウム合金をダイキャスト成形したものであり、潤滑油の保持に優れ、ピストン３２を円滑に摺動し得る。
【００１４】
シリンダブロック１２の図中左手側には、内部にクランク室１３が形成されたフロントハウジング１４が設けられ、図中右手側には、内部に図示しない冷凍サイクルからの帰還冷媒が流入する吸入室１５や、圧縮された冷媒が導かれる吐出室１６が形成されたリヤーハウジング１７がバルブシート１８を介して設けられ、両ハウジング１４，１７およびシリンダブロック１２は、複数のボルトＶにより３者一体的に連結されてケーシングの構成をなしている。
【００１５】
バルブシート１８の両面には、弁形成プレートがそれぞれ設けられ、吐出室１６側には、吐出弁用のリテーナ４９が取り付けられている。なお、図中符号「４７」および「４８」は、バルブシート１８に形成した吸入口および吐出口を示している。これらの弁は、複数あるシリンダの数に合わせて形成されている。
【００１６】
クランク室１３内には、シャフト１１に対して傾斜角（シャフト１１の軸線に直交する面に対する傾斜角をいう）が可変に斜板４３が設けられ、この斜板４３にピストン３２が略半球状のシュー２３，２３を介して連結されている。
【００１７】
斜板４３は、図示のように、鋳鉄製のジャーナル部４３ａと鋼製の平板部４３ｂとを別体に形成し、この両者をねじ部Ｎにより連結して構成されている。但し、これに限られず、一体構造のものとすることも可能である。
【００１８】
シャフト１１の図中左側部位は、フロントハウジング１４に軸受４０を介して支持され、クランク室１３内のシャフト１１の軸受４０側には、シャフト１１の回転を斜板４３に伝達するヒンジ機構Ｋが設けられている。
【００１９】
前記ヒンジ機構Ｋは、基端がシャフト１１に嵌着され、先端部に長孔４５が開設された回転駆動部材４１と、斜板４３のジャーナル部４３ａの背面より突出され、前記長孔４５に対応する孔が開設された支持リンク４４と、長孔４５を挿通するピン４６とから構成される。したがって斜板４３は、回転駆動部材４１の回転によって回転されると共に、ピン４６を支点として揺動可能となっている。
【００２０】
シャフト１１には、ばねＢ１及びＢ２により弾撥されたブッシュ４２がシャフト１１上を軸方向に滑動可能に設けられ、ブッシュ４２の外面は、斜板４３のジャーナル部４３ａに開設された中心孔の内周面と対向しているが、このジャーナル部４３ａとブッシュ４２とは、該ジャーナル部４３ａからブッシュ４２の中心軸線に沿って突出された一対のピン３１により連結されている。したがって、斜板４３は、シャフト１１により回転されつつ、滑動するブッシュ４２に設けられたピン３１の回りで回動し得るようになっており、つまりピン３１を中心として傾斜し、傾斜角（シャフト１の軸線に直交する面に対する傾斜角をいう）を調節することができるように構成される。
【００２１】
また、クランク室１３内の圧力状態を調整し、斜板４３の傾斜角を調節するコントロールバルブＣv が、リヤハウジング１７内に設置されている。コントロールバルブＣv は、帰還する冷媒の吸込圧に応じてクランク室１３内の圧力を調整して斜板４３の角度を変化させ、コンプレッサから吐出される冷媒量を調節し、コンプレッサの吸入圧が一定になるようにコントロールするものである。
【００２２】
本コンプレッサ１０のピストン３２は、図２〜図５にも示すように、シリンダ室１２ａ内を往復動する頭部３２ａと、斜板４３の表裏がシュー２３，２３を介して連結されるピストン首部３２ｂとを有するいわゆる片頭式ピストンである。なお、頭部３２ａには、軽量化のための細軸部３４が形成されている。
【００２３】
首部３２ｂには、断面略Ｕ字形状を有する凹所３３が形成され、さらに、ピストン首部３２ｂの両側内面には、シュー２３，２３を支持する球面凹部３５が設けられている。この球面凹部３５に配置したシュー２３，２３の平面部が斜板４３の表裏両平坦面に接触し、斜板４３を摺動自在に挟持している。
【００２４】
ピストン３２が往復動する場合、斜板４３の外縁平担部は、ピストン３２の圧縮反力が作用している状態で両シュー２３，２３間を高速で移動することになるので、ピストン３２がピストン軸の回りで回転しようとする力が作用するが、ケーシング内壁と協働してこのような回転を規制しピストン３２を円滑に往復運動させるために、回り止め部材３６がピストン首部３２ｂに設けられている。この回り止め部材３６は、図２に示すように、ピストン首部３２ｂの径方向外方位置に形成された略円弧状のブロックから構成されている。
【００２５】
ピストン頭部３２ａには、ピストンリングを取り付けるための管状溝３７を形成してある。なお、前記細軸部３４は省略することもでき、また、ピストンリングを取り付けない形態とすることも可能である。
【００２６】
ピストン本体部３２ａには、図３（Ａ）、図４および図５に示すように、斜板４３の回転方向に沿って貫通する貫通部３９を形成してある。
【００２７】
貫通部３９を設けることで、斜板４３の回転方向を基準として、当該回転方向に沿う上流側および下流側に向かって開口する開口部５１，５１が形成されることになる。これにより、図５に示すように、各ピストン３２の頭部３２ａには、シャフト１１の径方向を基準として、当該径方向外方位置および径方向内方位置のそれぞれに、シリンダ室１２ａ内面に摺動する摺動面５２ａ，５２ｂが形成される。
【００２８】
図５に示すように、摺動面５２ａ，５２ｂの周方向両端部のうち斜板回転方向に沿う端部、すなわち斜板回転方向下流側の端部は周方向に伸ばされ、延伸部６０が形成されている。このように延伸部６０を設ければ、斜板４３の回転力の影響を受けてシリンダ室１２ａ内周面に強く押し付けられる側の摺動部分の面積を大きく取ることができ、ピストンの円滑な往復動が一層確実になる。
【００２９】
貫通部３９の前端側（フロントハウジング１４側）は、クランク室１３に向けて開放している。したがって、冷媒中に含まれるミスト状の潤滑油は、斜板４３に付着し、シュー２３，２３に衝突して剥離し、クランク室１３から貫通部３９を経て、斜板回転方向に沿う上流側および下流側の両方の開口部５１，５１からシリンダ室１２ａの内壁面に向けて供給される。このためシリンダ室１２ａの内壁面は十分かつ均一に潤滑油で濡らされることになり、シリンダ室１２ａの内壁面の磨耗、ピストン３２のコーティングの磨耗や剥離が防止され、ピストンの円滑な往復動を長期間に亘って確保できる。
【００３０】
また、貫通部３９の後端側（リヤーハウジング１７側）は円盤状の壁部５３となっている。図５に示すように、円盤状壁部５３の一部に切り欠き５４が形成され、この切り欠き５４を通って、細軸部３４の外方に形成される隙間Ｓにも潤滑油が供給される。切り欠き５４を形成した位置は、斜板４３の回転力の影響を受けてシリンダ室１２ａ内周面に強く押し付けられる側とは反対側、つまり荷重のかかり難い部位である。
【００３１】
一方の摺動面５２ｂと首部３２ｂとの間は、リブ５９を介して連結されており、斜板４３から首部３２ｂに加えられた力は、摺動面５２ａ側と摺動面５２ｂ側とに分かれて頭部３２ａにまで伝達され、また、ピストン頭部３２ａに加えられた力も同様に、摺動面５２ａ側と摺動面５２ｂ側とに分かれて伝達されるようになっている。
【００３２】
本コンプレッサ１０に使用される片頭式ピストンは、次のように製造される。まず、図６に示すように、二つのピストンの首部３２ｂ同士を軸方向に接続させ一体とした形状の素材７０を、アルミニウム合金を使用して鋳造により成形する。したがって、素材そのものの生産性の向上が図られる。なお、アルミニウム合金としては、鋳造性、強度、耐熱性、耐蝕性などを考慮して各種元素を添加したものが適宜使用される。
【００３３】
この場合に、二つのピストンの頭部３２ａが相互に同軸となるように、かつ、切り欠き５４や延伸部６０が略１８０°反対側の点対称位置にくるように設定される。貫通部３９の部分は、中子を使用せず、当該貫通部３９が開口する方向に沿って離反自在な２分割された図示しない型を用いて形成される。この貫通部３９を形成した結果、ピストン３２の軽量化を達成することもできる。
【００３４】
また、ピストン３２の首部３２ｂの凹所３３には、後に除去されるが、引け等による変形を防止すると共に強度ないし剛性を確保するためのブリッジ部７１，７１が形成される。なお、符号「７２」は、後の機械加工の際に保持部として使用される部分を示す。
【００３５】
このように成形された素材７０の保持部７２を保持し、旋盤により、ピストンの頭部３２ａの外周面およびピストンリングを取り付けるための管状溝３７などの機械加工を施し、しかる後に前記保持部７２をカットする。すなわち具体的には、図６に示す二点鎖線の外側の部分の除去加工が行われる。
【００３６】
次に、一時加工された素材７０の表面に、コーティング層（例えばポリ４フッ化エチレンなどのフッ素樹脂等から構成される）が吹付け塗装などによって形成される。これにより、ピストン往復動時の摺動性および耐熱性を向上させることができる。
【００３７】
次いで、コーティング層の形成された素材７０の外周面、すなわちピストン３２の頭部３２ａの外周面の研磨が行われる。素材７０は、二つのピストンの首部３２ｂ同士を軸方向に接続させ一体とした形状であるから、両ピストンの研磨される頭部３２ａ相互の軸方向のスパンが最大限に確保されてバランスが保たれるため、一つのピストンの研磨では適用がきわめて困難であったセンターレス研磨を行うことができることとなり、精密かつ効率的な研磨作業を可能ならしめている。
【００３８】
但し、複数のピストンを接続する仕方は上記に限られず、二つのピストンの頭部３２ａ同士を軸方向に接続させ一体とした形状の素材を使用することも可能であり、かかる場合には、体積の大きい部分である頭部３２ａ同士が集合された素材となるため成形しやすいという利点がある。また、二つのピストンを同じ方向に向けて接続してもよく、さらには三つ以上のピストンを接続させた形状に素材を成形することも可能である。
【００３９】
なお、ピストン３２の回り止め部材３６の部分に対応して、研磨用の図示しないグラインダには逃げ部が形成されており、したがって、研磨を行う場合には、素材７０は、グラインダの回転軸に直交する方向から搬入および搬出されるようになっている。
【００４０】
ピストンの頭部３２ａの外周面の研磨が終了した後、ブリッジ部７１，７１を除去すると共に、ピストンの首部３２ｂにおけるシュー２３，２３が配置される球面凹部３５の精密な球面加工が行われる。最後に個々のピストン３２，３２に切り離され、端面処理が行われて、斜板式コンプレッサの片頭式ピストン３２の製造が完了する。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る片頭式ピストンの製造方法によれば、二つのピストンの首部３２ｂ同士を軸方向に接続させ一体とした形状に素材を成形したので、素材そのものの生産性が向上するばかりか、機械加工も一度のセッティングで同時に二つのピストンについて実施できるため、加工作業を容易かつ迅速に行うことができ、また、コーティング層の形成作業に要する時間も大幅に短縮される。しかも、素材の軸方向長さが増すため一つのピストンごとの研磨では適用が困難であったセンターレス研磨が可能となり、精密かつ効率的に研磨作業を行うことができる。したがって、斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの生産性を著しく向上させることが可能となる。
【００４２】
なお、本発明は、図示した容量可変斜板式コンプレッサのみでなく、固定斜板式のコンプレッサにも適用でき、また、ピストン３２の製造法は鋳造に限られず、鍛造により製造することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、請求項毎に次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明では、複数のピストンを軸方向に接続させ一体とした形状に素材を成形したので、素材そのものの生産性が向上するばかりか、機械加工も一度のセッティングで同時に複数のピストンについて実施できるため、加工作業を容易かつ迅速に行うことができ、また、コーティング層の形成作業に要する時間も大幅に短縮される。しかも、素材の軸方向長さが増すため一つのピストンごとの研磨では適用が困難であったセンターレス研磨が可能となり、精密かつ効率的に研磨作業を行うことができる。したがって、斜板式コンプレッサの片頭式ピストンの生産性を著しく向上させることが可能となる。
【００４４】
請求項２に記載の発明では、二つのピストンの首部同士を軸方向に接続させ一体とした形状であるから、両ピストンの研磨される頭部相互の軸方向のスパンが最大限に確保されてバランスが保たれるため、一層の精密かつ効率的なセンターレス研磨作業が可能となる。
【００４５】
請求項３に記載の発明では、体積の大きい部分である頭部同士が集合された素材となるため成形しやすいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る片頭式ピストンの製造方法により製造されたピストンを使用した容量可変斜板式コンプレッサの概略構成図である。
【図２】  図１に示されるピストンの斜視図である。
【図３】  （Ａ）は、同ピストンの側面図、（Ｂ）は、同ピストンの部分平面図である。
【図４】  図３（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】  図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】  同ピストンの製造に使用される素材を示す側面図である。
【符号の説明】
１１…シャフト、
１２…シリンダブロック（ケーシング）、
１２ａ…シリンダ室、      １３…クランク室、
１４…フロントハウジング（ケーシング）、
２３…シュー、            ３２…ピストン、
３２ａ…頭部、            ３２ｂ…首部、
３５…球面凹部、          ４３…斜板、
７０…素材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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