(57)【要約】本発明はコンプレッサ用のピストンに関する。前記ピストンは、ピストンをハウジング内で軸方向に変位可能に案内するためのピストンステム（３）、外部駆動力をピストンに導入できる力作用セクション（４）を具備する。ピストンヘッド（２）、ピストンステム（３）および力作用セクション（４）は、ピストン軸の方向に連続して配置される。本発明によれば、ピストンヘッド（２）、ピストンステム（３）および力作用セクション（４）は、グラファイトまたは合成材料の単一要素として製造され、ピストンステム（３）は中実の支柱（５）およびガイドセクション（６）を具備し、支柱の断面積はピストンヘッドの表面積よりも小さい。好ましくは、ピストンは小さな凹部または孔をその外部表面に具備する。
2005505713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、特に空調システムの冷媒コンプレッサ用のピストン（１）であって、
圧縮される媒体に圧力を導入するためのピストンヘッド（２）と、
ハウジング内でピストンを軸方向に変位可能に案内するためのピストンステム（３）と、
ピストンに外部駆動力を加えることができる力作用セクション（４）とを有し、
前記ピストンヘッド（２）、前記ピストンステム（３）および前記力作用セクション（４）がピストン軸の方向に順次配置され、
前記ピストンステム（３）は、前記ピストン軸とほぼ平行に配向されその断面積が前記ピストンヘッド（２）の面積よりも小さい中実支柱（５ａ、５ｂ）を有するピストン（１）。
【請求項２】
前記支柱（５ｅ）は、Ｖ形状、Ｕ形状、Ｍ形状またはＷ形状であるかまたは他の方法で波形状（前記ピストン軸に対して横方向に配向されている）である断面を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記ピストンステム（３）は少なくとも１つの板状ガイドセクション（６）を有し、その断面積は形状およびサイズが少なくともほぼ前記ピストンヘッド（２）の面積に相当する、請求項１あるいは２に記載のピストン。
【請求項４】
前記ピストンステム（３）は複数のリブ状の半径方向延在支柱（５ｂ、５ｃ）を具備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項５】
前記リブ状の半径方向延在支柱（５ｂ、５ｃ）は、コア（５ａ）の周りに星状に配置される、請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
少なくとも１つの前記支柱（５ｂ、５ｂ’）は、ハウジング内のシリンダ（１、１’）を案内する半径方向外部に位置する作動面（５ｄ）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項７】
前記ピストンステム（３）は、前記ピストン軸の外部に在る力の作用に従って非対称的または不均一に分配されて配置される複数の支柱（５ｂ、５ｂ’、５ｃ）を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項８】
前記ピストンステム（３”）は、少なくとも部分的に円筒状外部表面を有すると共に前記支柱（５ａ”）を少なくとも部分的に包囲する管状ガイドセクション（６”）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項９】
前記ピストンヘッドから離れる方向に面するガイドセクション側に開口し、前記ピストン軸に対して横方向に配向されるほぼ鎌状の断面積を有するポケットが、前記管状ガイドセクション（６”）と前記支柱（５ａ”）の間に形成される、請求項８に記載のピストン。
【請求項１０】
前記ピストン軸に沿って走り、ほぼ一定の断面を有し、好ましくは２０゜〜１２０゜、特に約４５゜の開口角を有する凹部またはノッチが、前記円筒状管状ガイドセクション（６”）内に提供される、請求項８あるいは９に記載のピストン。
【請求項１１】
前記ピストンステム（３）、前記力作用セクション（４）および前記ピストンヘッドは、非有機および非金属材料から、好ましくはグラファイト、特に微粒グラファイトから、一体に、すなわち、構造的キャビティ無しに一体的に具化され、前記非有機および非金属材料は、好ましくは０〜２００℃の温度範囲で７×１０−６／℃よりも小さい平均熱膨張を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１２】
前記ガイドセクション（６）の表面または前記ピストン全体の表面は、０．１μｍと１ｍｍの間の空間範囲で規則的または不規則に分布された凹部を有し、使用されるグラファイトは好ましくは１６〜５０容積％の細孔成分を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１３】
前記ピストンの外部ガイド面は、凹部の幾何学的表面構造がさらに大きく形成されるかまたは保持されるように、有機、無機または金属被膜を備えている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１４】
前記力作用セクション（４）は、力作用手段の周りと係合するショルダー部を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１５】
前記力作用セクションには、Ｕ形状、Ｌ形状またはフック形のインレーの形態の強化要素が割り当てられる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１６】
前記力作用セクション（４）のインレーは、他の材料、特に金属から構成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載のコンプレッサ用のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の空調システムには、軸流ピストンコンプレッサが冷媒を圧縮するために使用され、その中のスウォッシュプレートと称されるコンプレッサは、駆動軸とピストンの間での力伝達要素の働きをする。圧縮は一般にシリンダ内のピストンの周期的運動を通じて行われる。結果的に、冷媒が吸い込まれ、圧縮され、排出される。ピストンの上昇および下降運動は、コンプレッサの回転軸に接続されると共に回転の軸に対して約６０゜〜９０゜の角度を囲むスウォッシュプレートによって生成される。この回転運動は、ピストンの往復運動となる。ピストンのショルダー部は、スウォッシュプレートの周りと係合するので、往復運動をピストンに伝達し、回転運動を振動運動に変換する。今まで、ピストンは、中空形状を形成するために２つの部分から組み立てられていた。それは、ピストンを案内し、小振動質量を有する２種類の要求を満たすために必要である。冷媒に導入される大量の潤滑剤がコンプレッサのピストンおよび駆動軸を潤滑するために使用される。Ｒ１３４ａのような冷媒の場合、潤滑剤はまた、冷媒の回路内に連続的に送られる。ＣＯ２のような冷媒の場合、潤滑剤を冷媒から分離し、それから潤滑剤を再びコンプレッサに送る潤滑剤分離器がコンプレッサの下流に接続される。
【０００３】
特許文献１において、駆動軸の回転が、例えばスウォッシュプレートのような駆動要素によってピストンの直線往復運動に変換される、ガスを圧縮するピストンを備えたコンプレッサについて説明される。ここでの目的は、圧縮室の密閉および圧縮室内でのガスの圧縮の機能に悪影響を及ぼすことなく材料を軽量化することでピストンの重量を最小限に抑えることである。この目的で、ピストンは、圧縮室の領域内に、シリンダ穴と連続的に接触する、ゆえに圧縮室を密閉する２つのエリアを有する。加えて、ピストンは、ピストンのシリンダ穴に開口する空間を有し、その空間は、第２の面と、スウォッシュプレートの運動をピストンに伝達するエプロン部の間に位置する。横方向の力が生じた場合、ピストンはシリンダ穴内で巧く案内されない。
【０００４】
特許文献２は、軽量化するために密閉室の密閉面と周囲面のエプロンとの間で１８０゜の角度だけオフセットされる２つの半径方向凹部を特徴とする上述のものと同機能を備えたコンプレッサ用のピストンを開示する。シリンダ穴に横方向の力が加わるとき、方向の関数としてピストンを案内することも可能である。但し、シリンダ穴およびピストンへの負荷は均質に分配されないので、摩耗が増加する場合がある。さらに、ピストンは、製造に関わる理由で、機能のない、ゆえに単に重量を増すだけの、２つの凹部間の全シリンダ穴を覆う面を有する。
【０００５】
特許文献３は、上記機能に相当するピストンを説明するが、このピストンは、軽量化のためにピストンヘッドの下に星状に配置したリブと、圧縮室の必須シールとを特徴とする。これらのリブは半径方向に変形されて、同様に横方向の力が生じたときそれらはシリンダの全円周にわたっていかなる案内もできない。
【０００６】
特許文献４は、異なる材料から造られた２つの部分から製造される上述の機能に従うピストンを説明する。ここでは、エプロンは、金属から構成され、密閉室を閉じる円筒状本体に、成形プロセスにおいて、接合される。円筒状本体は、最後にこの方法でその形状となる。２つの本体の接続は、円筒状本体の圧縮可能な材料で包囲されるエプロン上の小さなフックによって行われる。この解決法の問題点は、ピストンに作用する全体の軸方向張力がエプロンと円筒状本体との間の接続部から伝達されなければならないことにある。
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９７４６８９６Ａ１号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９７５４０２８Ａ１号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，６３０，３５３号明細書
【特許文献４】
欧州特許出願公開第１０２２４６３Ａ２号明細書
【特許文献５】
独国特許出願公開第１９７４９７２７Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
対照的に、本発明の目的は、特に軽量で、製造が容易、且つコンプレッサの特に簡単な構造および操作を可能にするピストンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有するピストンによって達成される。本発明のピストンは、ピストン全体を丈夫にし、ピストンヘッドと力作用セクションの間の距離（ピストンの寸法決め）を設定するためにピストンヘッドと力作用セクションとを接続する働きをするピストンステムを特徴とする。このピストンステムは、中実、すなわち無中空構造のものであるので、製造を簡単にできる。ここでは、一実施形態において、１つまたはそれ以上の中実支柱が、好ましくはピストンステムの大部分にわたって延在し、これらの支柱は、好ましくは、その周囲がピストンヘッドの周囲にほぼ対応する非円形断面積を有する構造を共に形成するので、線形接触面（作動面）がピストンステムと周囲ハウジングとの間に生成される。
【００１０】
本発明の一改良において、支柱は、Ｖ形状、Ｕ形状、Ｍ形状またはＷ形状であるか、または何か他の方法で波状である断面（ピストン軸に対して横方向に配向されている）を備えている。ピストン軸に対して支柱の輪郭が湾曲していることにより、ピストンの長手方向に高い剛性度が得られると同時に軽量化できる。加えて、ピストンヘッド、ピストンステムおよび力作用セクションの一体製造が好都合に提供される。
【００１１】
本発明のさらなる改良において、ピストンステムは、その面積の形状およびサイズが少なくともほぼピストンヘッドの断面積に対応する少なくとも１つのディスク状ガイドセクションを有する。ガイドセクションは、特に周囲ハウジング内のピストンを支持するように働き、ピストンヘッドと平行するように揃えられる。これは好ましくは、楕円断面となるように円形になっている。ガイドセクションは、１つまたはそれ以上の支柱を介してピストンヘッドに接続され、その高さは、支柱の長さに対して、またはピストンステムの長さに対して小さい。ガイドセクションの外部（周囲の）面は、周囲ハウジングに沿って摺動する作動面を形成する。ガイドセクションは、好ましくはほぼ中心軸を越えてピストンヘッドに接続され、ガイドセクションの外部（周囲の）面は、ピストンヘッドの外部（周囲の）面と共に、周囲ハウジングに沿って摺動する一様な幾何学的に断続した作動面を形成する。
【００１２】
本発明のさらなる改良において、ピストンステムは、複数のリブ状半径方向に延在する支柱を具備する。これらの支柱は、外側に向かって減少する一定の厚みを有するのが好ましい。
【００１３】
本発明のさらなる改良において、リブ状半径方向に延在する支柱は、コアの周りに星状に配置される。特に、３つまたはそれ以上の支柱が提供される。
【００１４】
本発明のさらなる改良において、少なくとも１つの支柱は、ハウジング内のシリンダを案内する半径方向に外部に配置された作動面を有する。作動面は、周囲ハウジングに沿って摺動し、結果的に好ましくは可能な限り小さく構成され、グラファイトおよび金属の材料の対形成が特に低摩擦となるように具化できる。
【００１５】
本発明のさらなる改良において、ピストンステムは、ピストン軸の外側に在る作用力に従って非対称および／または不均一に分布配置される複数の支柱を有する。これらの支柱は、好ましくは、ピストン軸の周りの力の最大作用領域に集中される。このように、ピストンは負荷に特に巧く適合され、軽量化して構成される。
【００１６】
本発明のさらなる改良において、ピストンステムは、少なくとも部分的に円筒状外部表面を有し、支柱を少なくとも部分的に取り囲む。ガイドセクションは、ここでは、ピストンの主軸方向（運動方向）に延在すると共に複数面から，すなわちある距離を置いて１８０゜を超えるピストンの角度範囲（ピストンの主軸方向で考えて）にわたって内部支柱を包囲する（第１の）中空形状を形成する。その結果、要求に従って寸法決めされる比較的大きな接触面が、ピストンとガイドシリンダの間に生成され、接触圧力の低減を実行することが可能となる。
【００１７】
本発明のさらなる改良において、ピストンヘッドから離れる方向に面するガイドセクション側に開口し、ピストン軸に対して横方向に配向されるほぼ鎌状断面積を有するポケットは、管状ガイドセクションと支柱の間に形成される。ピストンヘッドから離れる方向に面するガイドセクション側は、力作用セクションの方向を指す。それは、重量および摩擦の理由で勾配が付けられる。力作用セクションの他方の側は、好ましくはピストンヘッドに直に接触する。
【００１８】
本発明のさらなる改良において、ピストン軸に沿って走り、ほぼ一定の断面を有し、好ましくは２０゜〜１２０゜、特にほぼ４５゜の開口角を有する凹部またはノッチは、円筒状、管状ガイドセクションに提供される。凹部は、管状ガイドセクション内に保持される（第２の）負中空形状を形成する。凹部の開口角に従って、一方でガイドセクションの外部表面が寸法決めされ、他方でピストンの質量が変更される。ノッチの最低点は、好ましくはピストン軸の近くに配置され、安定性および製造の理由で丸構造のものである。
【００１９】
本発明のさらなる改良において、本発明によるピストンは、非有機および非金属材料、好ましくはグラファイト、特に微粒グラファイトから一体的に製造され、その材料は０〜２００℃の温度範囲で７×１０−６／℃よりも小さい平均熱膨張を有する、ピストンステム、ピストンヘッドおよび力作用セクションを特徴とする。部分の全ては、一体部分を形成し、すなわち、それらは、アンダーカットを備えている場合、１ｍｍを超える線形範囲を有するいかなる構造的キャビティも持たない。
【００２０】
さらなる改良において、サイズが０．１μｍ〜１ｍｍの平均直径を有するカットアウトは、ネットワークのように接続され、サイズが０．１μｍ〜１ｍｍのものである平均直径を有するキャビティを備えた開放気口ピストンが製造され、好ましくは深さと表面範囲に関して０．１μｍ〜１ｍｍのサイズの平均直径を有する凹部は、表面、好ましくはガイド表面上に製造される。気孔容積は、全容積の５０％までである。提案された改良により、最小限の潤滑で、または潤滑剤を追加することなく空調システムコンプレッサを動作させることが可能となり、摩擦低減効果が、動作物質が凹部内で保持され緩和される事によって、および凹部がまた擦り減った物質（好ましくはグラファイトピストンの）のための貯蔵器としての補助機能を有することによってもたらされる。
【００２１】
本発明のさらなる改良において、ピストンの表面、および少なくとも外部ガイド面は、深さと表面範囲に関して０．１μｍ〜１ｍｍのサイズの平均直径を有する凹部で形成された幾何学的形状表面がさらに大きく形成されるかまたは保持されるように、有機、無機または金属被膜を備えている。層の厚みは、コンプレッサの動作物質（気体および流体）を保持および緩和し、擦り減った物質の貯蔵器としての凹部の機能が保持されるように選択されなければならない。
【００２２】
本発明のさらなる改良において、力作用セクションは、力作用手段の周りと係合するショルダー部を有する。傾斜した配置で回転軸に取り付けられ、駆動軸の回転運動を横方向運動に変換するスウォッシュプレートは力作用手段として提供される。力作用セクションは、力作用手段に最適な方法で係合し、力をピストンに伝達できるように構成され、それは好ましくはＵ状ショルダー部として構成され、ブロックを摺動させるソケットまたは同等の軸受要素を備えている。
【００２３】
本発明のさらなる改良において、Ｕ形状、Ｌ形状、および／またはフック状のインレーの形態の強化が力作用セクションに割り当てられる。インレーは、力作用セクションまたはそのショルダー部が高負荷構成要素を構成する場合に、特に力作用セクションまたはそのショルダー部を強化するために提供される。インレーは、力作用セクションによって少なくとも部分的に包囲されるが、ピストン全体にわたり延在する。
【００２４】
本発明のさらなる改良において、力作用セクションのインレーは、他の材料から、特に金属から具化される。提供される金属インレーの強靱性によって、ピストンの改良された安定性が確保される。
【００２５】
さらなる特徴や特徴の組合せは、説明および図から浮かび上がる。本発明の特定の例示的実施形態を図で簡略化された形態で例示し、以下の説明でより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、自動車空調装置の冷媒コンプレッサ用のピストン１の概略図である。ピストン１は、ピストンヘッド２、ピストンステム３および力作用セクション４を具備する。複数のこのようなピストンは、冷媒コンプレッサのハウジング内の回動可能な駆動軸の周りに円形状に配置され、全てのピストン軸は、互いに平行および駆動軸と平行に向けられる。各ピストンは、その内部で平行に、必要に応じて回転するようにも移動できる、ハウジングの本質的に円筒状ボア（シリンダ）内で独立的に案内される。シリンダは、冷媒がそれを通して送られる共通作動室内に開口する。圧縮は、シリンダ内のピストンの周期的運動を通じて行われる。その結果、冷媒は、吸い込まれ、圧縮され、排出される。ピストンの上昇および下降運動は、コンプレッサの回転駆動軸に接続され、回転の軸に対して約６０゜〜９０゜の好ましくは可変角度を有するいわゆるスウォッシュプレートの形態の力作用手段によって生成される。駆動軸の回転運動は、スウォッシュプレートによってピストンにおける往復運動に変更される。ピストン１の力作用セクション４は、いわゆるピストンショルダー部として構成され、スウォッシュプレートの周りと係合するので、その往復運動をピストンに伝達する。セラミック（図示せず）から形成された摺動シューが角度補正のためにその内部に枢着されるソケット４ａは、ピストンショルダー部４内に提供され、動作中に摺動シューは、これらがその周りと係合するスウォッシュプレート上を摺動する。
【００２７】
冷媒コンプレッサのさらなる改良は、本発明の付属的な意義のものであり、この理由で、より詳細な説明はこの時点では省く。但し、詳細については、それに対して参照が明確に行われる特許文献５から収集される。
【００２８】
ピストンヘッド２、ピストンステム３および力作用セクション４の外部直径および対応する輪郭は、ピストンがシリンダ内である程度の遊びを持って変位できるようにシリンダの直径よりも僅かに小さい。ここでは、ピストンステム３は、傾斜を回避するためにシリンダ内で案内される目的を、ピストンヘッド２と共に果たす。任意に、少なくとも１つのピストンリングは、圧縮損失（図３をも参照）を回避するためにピストンヘッド２の領域に追加的に設置される。変更された例示的実施形態において、ピストンヘッドおよびピストンステムは楕円形断面を有する。
【００２９】
ピストン１は、一体構造のものであり、構造的キャビティ無しに、すなわち中実で具化され、好ましくは微粒グラファイトがピストンを製造する材料として提供される。変更された例示的実施形態において、グラファイトは炭素繊維またはガラス繊維で強化され、これらの繊維は、最適剛性が負荷方向に達成されるように配置されるのが好ましい。ピストンは、炭素含有セラミック（カーバイド）および／または窒素含有セラミック（チッ化物）で全体的、またはその接触面または作動面において被覆されるか強化される。このような低密度材料の使用によって、公知ピストン形状と比べてかなりの軽量化が可能となり、必要な構成要素の安定性がピストンの幾何学的形状によって確保される。ピストンは、一体で鋳造され、押圧され、および／または焼結される。変更された例示的実施形態において、ピストンは、繊維強化されるプラスチックから製造され得る。
【００３０】
ピストンは、微粒グラファイトから製造され、特に、１，８００〜３，０００℃の温度で後に黒鉛化され、好ましくは８０ＭＰａよりも大きい曲げ強度を有する中間相パウダー（かた焼き）炭素から６０時間未満の焼結によって製造されるピストンステム３、ピストンヘッド２および力作用セクション４から構成されるのが好ましい。部品の全ては、簡単な製造が可能となるように一体構成される。好ましくは使用されるグラファイトは、１６〜５０容積％の気孔容積成分を有する。この気孔容積成分は、約６〜１６％の気孔成分を有するグラファイトの気孔構造で自動的に得られる。ピストンの表面が処理されるとき、気孔は、窪みや凹部が表面に、特に作動面の領域に形成されるように切断される。
【００３１】
ある特定の改良において、表面の全ておよび少なくとも外部ガイド面は、真ん中および表面範囲にサイズが０．１μｍ〜１ｍｍの平均直径を有する凹部Ａを備えている（図４参照）。これらは、好ましくは気孔（ピストン材料、グラファイトまたはプラスチック内に存在する）の機械的露出によって前記サイズ（上述参照）に生成されるが、機械的加工、レーザ加工または他の化学的または物理的浸食作用によっても生成される。これらの凹部は、特にコンプレッサの動作物質（液体）を保持および緩和し、好ましくはピストンの浸食された物質のための貯蔵器としての目的を有し、この浸食は潤滑剤として、但し、少なくとも故障動作中の潤滑剤として適している。
【００３２】
サイズが０．１μｍ〜１ｍｍの平均直径を有する上述の凹部やキャビティは、好ましくは製造中および／または動作中に金属または金属合金で、ここでは、好ましくは表面から、好ましくはガイド表面から機械的に、化学的にまたは物理的に、深さと表面範囲に関して０．１μｍ〜１ｍｍのサイズの平均直径を有する凹部Ａが生成されるような範囲まで浸食される５ｇ／ｃｍ３未満の比重を有する金属や合金で満たされる。
【００３３】
図１および図２による例示的実施形態において、ピストンステム３は、一方で、６本のリブ状の半径方向に延在する支柱５ｂだけでなく、ピストン軸に沿って、中央に延在する中実支柱５ａを、他方で、プレート状ガイドセクション６を有する。支柱５ａ、５ｂは、ピストンステム３の直径と比べて細く；ガイドセクション６は、全ピストンステム３の高さと比べて、および支柱５ａ、５ｂの長さと比べて面一である。支柱５ｂは中央支柱５ａの周りに星状に均一に配置され；支柱５ａ、５ｂの領域内のピストンステムの断面はゆえに非円形状であり、その輪郭はほぼピストンヘッドの円周に対応する。支柱５ｂは、それらの外端部に、ピストンを案内するためにコンプレッサハウジングの円筒状穴（シリンダ）と接触できる狭い作動面５ｄを有する。作動面５ｂは、これらがガイドセクション６およびピストンヘッド２の外部（円筒状でもある）表面と段もなく連続的となるこれらの表面と共に、ピストンとシリンダの間に均一接触面を形成する。
【００３４】
変更された例示的実施形態において、任意の所望本数の半径方向に延在する支柱が中央支柱の周りに配置される。半径方向に延在する支柱の対称または非対称分布のいずれかが提供され、好ましくは動作中のピストンのローディングに従う不均一な非対称分布がある。必要に応じて、中央支柱をなしで済ますことも可能である。
【００３５】
さらに変更された例示的実施形態において、複数の支柱は、ピストン軸と平行に配置される個々の柱として具化される。単独で立つ複数の支柱がピストンステムの周囲に沿って配置されるのが好ましく、１つまたはそれ以上の支柱は、ピストンとシリンダとの間に湾曲摺動面または接触面を有する。
【００３６】
例示されない方法において、Ｕ状力作用セクション４は、好ましくはＵ状またはＬ状のインレーを有する。ある変更された例示的実施形態において、インレーは、フック状構造のものであり、一方で、力作用セクション全体を貫通し、他方で、ピストンステムの中央支柱５ａを貫通して延在する。インレーは、高剛性、高強靱性および／または硬直性を有する材料から、特にアルミニウム合金または合金鋼から一体製造される。それは、ピストン１の製造中にピストン材料に加えられ、ピストンとの永久接続を形成するので、もはや分離されない。インレーは、全面、部分的、または一面だけがプラスチックで被覆される。ピストンの他の部分は、インレーを採用しない一体部分である。変更された例示的実施形態において、インレーは、ピストンの外部表面上で摺動ボックスを支持するためにソケットの領域内にある。このようなインレーは、構成要素全体の剛性の増加を達成する、特に高負荷領域が強化される。
【００３７】
図３による例示的実施形態において、ピストン１’のピストンステム３’の下方部分７は、ピストンヘッド２’と同じように円筒状構造のものであるので、この領域内では、ピストン１’が確実にシリンダ内の全面で案内されるようにする。任意に、周囲溝８は１つまたはそれ以上のピストンリングのために提供される。下方部分７の長さ（＝高さ）よりもかなり大きい長さを有する、ピストンステム３’の上方部分９内に、中央支柱５ａ’およびリブ状支柱５ｂ’が提供され、前記リブ状支柱５ｂ’は、半径方向に延在し、ピストン軸の方向に外部作動面５ｄ’を有する。支柱５ｂ’は、一方で、ピストンが内部で案内される円筒状穴でピストンを支持するように、他方で、力作用セクション４’ピストン軸に対して大きなレバーアームを有する領域内におけるピストン１’を強化するように使用される。さらに、上方に傾斜する支柱５ｃは、作動面によって力作用セクション４’が支持され、ピストン１’が全体的に強化される、これらの作動面を用いずに提供される。
【００３８】
本発明によるピストンが自動車空調装置の冷媒コンプレッサ内で使用されると、ピストンを潤滑するために公知のコンプレッサでは不可欠である潤滑剤（オイル）の冷媒への添加をなしで済ませることも可能である。その結果、冷媒を浄化する潤滑剤分離器を下流に接続する必要もなくなる。グリースでの局所潤滑は、連続的潤滑が引き続き必要であるコンプレッサの構成要素に提供される。
【００３９】
冷媒に添加される潤滑剤なしでも、一方で、潤滑剤の添加によって不可避である冷媒の熱力学特性への悪影響がない。他方で、コンプレッサとその構成要素の全てを潤滑するオイル供給回路をなしに済ますことも可能である。最後に、冷媒に添加された潤滑剤が無くても、人体に有毒である（付加的な）危険な物質が不要となる。例えば、冷媒回路、特にコンプレッサに、冷媒が冷媒回路から逃げる漏れがある場合、潤滑剤に起因する付随的な危険が回避される。
【００４０】
本発明によるピストン１”の好ましい例示的実施形態は、図５〜１１で例示される。ピストンは、微粒グラファイトから、またはマグネシウム、アルミニウム、セラミックなどの他の材料から形成される。
【００４１】
ここでは、ピストンステム３”は、少なくとも部分的に円筒状外部表面を有し、支柱５”の周りと少なくとも部分的に係合する管状ガイドセクション６”を有する。ガイドセクション６”は、ここでは、ピストンの主軸の方向（運動方向）に延在し、複数の面から、すなわち３００゜を超えるピストンの角度範囲（ピストンの主軸方向で考えて）にわたり、僅かな距離を隔てて、内部支柱５”を包囲する（第１の）キャビティを形成する。その結果、ポケット９は、ピストンヘッド２”から離れる方向に面するガイドセクション側に開口し、ピストン軸に対して横方向に向けられたほぼ鎌状断面エリアは、管状ガイドセクション６”と支柱５”の間に形成される（特に図９を参照）。ピストンヘッドから離れる方向に面するガイドセクション６”の面６ａ”は、力作用セクション４”の方向を指す。重量および摩擦の理由で、それは傾斜していても良い。力作用セクションの他方の面６ｂ”はピストンヘッド２”に直に接触するのが好ましい（図１０を参照）。
【００４２】
支柱５”は、断面図（図９）から明白なように、ピストンの横方向に波状、特にほぼＶ状輪郭を有し、ガイドセクション６”とシームレスで周囲方向に合流する。その結果、十分な剛性が、同時に極めて小質量のピストンステム３”を伴って、ピストンの軸方向に得られる。変更された例示的実施形態において、支柱５”は、多様に波状にされ、特にＵ形状、Ｍ形状またはＷ形状に構成される。
【００４３】
もうすでに説明したように、ピストンヘッドから離れる方向に面する面に開口しているポケット９は、支柱５”とガイドセクション６”の間に形成される。同様に、ポケット９と反対の位置にある支柱５”の側には、ノッチ１０が形成され、支柱５”の波状輪郭に対応するほぼ一定の断面を、ピストン軸の方向に有する。ノッチは好ましくは２０゜〜１２０゜、特に約４５゜の開口角を有する。凹部は、管状ガイドセクション６”内に収容され、ポケット９に対応する（第２の）負キャビティを形成する。凹部の開口角に従って、一方でガイドセクションの外部表面が寸法決めされ、他方でピストンの質量が変更される。ノッチの最低点Ｔ（支柱５”の波状輪郭の谷に対応する）は、好ましくはピストン軸の近くに配置され、安定および製造の理由で丸みを付けた構造のものである。
【００４４】
ガイドセクション６”の結果として、要求に応じて寸法決めされる比較的大きな接触面が、ピストンとガイドシリンダの間に生成され、単位面積当たりの圧縮負荷の発生を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるコンプレッサ用のピストンの概略図を示す。
【図２】ピストン軸と垂直な、図１によるピストンの断面図を示す。
【図３】図１によるピストンの変更された例示的実施形態を示す。
【図４】表面に凹部を備えた図１による本発明のピストンの他の例示的実施形態の概略断面図を示す。
【図５】本発明によるピストンの第４の例示的実施形態の第１の図を示す。
【図６】矢印ＶＩの方向に見た図５によるピストンの第２の図を示す。
【図７】矢印ＶＩＩの方向に見た図５によるピストンの第３の図を示す。
【図８】矢印ＶＩＩＩの方向に見た図５によるピストンの第４の図を示す。
【図９】矢印ＩＸ−ＩＸの方向についての図５によるピストンの第１の断面図を示す。
【図１０】矢印Ｘ−Ｘの方向についての図５によるピストンの第２の断面図を示す。
【図１１】図５によるピストンの空間図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月11日(2003.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、特に空調システムの冷媒コンプレッサ用のピストン（１）であって、
圧縮される媒体に圧力を導入するためのピストンヘッド（２）と、
ハウジング内でピストンを軸方向に変位可能に案内するためのピストンステム（３）と、
ピストンに外部駆動力を加えることができる力作用セクション（４）とを有し、
前記ピストンヘッド（２）、前記ピストンステム（３）および前記力作用セクション（４）がピストン軸の方向に順次配置され、
前記ピストンステム（３）は、前記ピストン軸とほぼ平行に配向されその断面積が前記ピストンヘッド（２）の面積よりも小さい中実支柱（５ａ、５ｂ）を有し、
前記ピストンステム（３）、前記力作用セクション（４）および前記ピストンヘッドは、無機および非金属材料から一体に具化され、前記無機および非金属材料は、０℃〜２００℃の温度範囲で７×１０−６未満の平均熱膨張を有するピストン（１）。
【請求項２】
前記支柱（５ｅ）は、Ｖ形状、Ｕ形状、Ｍ形状またはＷ形状であるかまたは他の方法で波形状（前記ピストン軸に対して横方向に配向されている）である断面を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記ピストンステム（３）は少なくとも１つの板状ガイドセクション（６）を有し、その断面積は形状およびサイズが少なくともほぼ前記ピストンヘッド（２）の面積に相当する、請求項１あるいは２に記載のピストン。
【請求項４】
前記ピストンステム（３）は複数のリブ状の半径方向延在支柱（５ｂ、５ｃ）を具備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項５】
前記リブ状の半径方向延在支柱（５ｂ、５ｃ）は、コア（５ａ）の周りに星状に配置される、請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
少なくとも１つの前記支柱（５ｂ、５ｂ’）は、ハウジング内のシリンダ（１、１’）を案内する半径方向外部に位置する作動面（５ｄ）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項７】
前記ピストンステム（３）は、前記ピストン軸の外部に在る力の作用に従って非対称的または不均一に分配されて配置される複数の支柱（５ｂ、５ｂ’、５ｃ）を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項８】
前記ピストンステム（３”）は、少なくとも部分的に円筒状外部表面を有すると共に前記支柱（５ａ”）を少なくとも部分的に包囲する管状ガイドセクション（６”）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項９】
前記ピストンヘッドから離れる方向に面するガイドセクション側に開口し、前記ピストン軸に対して横方向に配向されるほぼ鎌状の断面積を有するポケットが、前記管状ガイドセクション（６”）と前記支柱（５ａ”）の間に形成される、請求項８に記載のピストン。
【請求項１０】
前記ピストン軸に沿って走り、ほぼ一定の断面を有し、好ましくは２０゜〜１２０゜、特に約４５゜の開口角を有する凹部またはノッチが、前記円筒状管状ガイドセクション（６”）内に提供される、請求項８あるいは９に記載のピストン。
【請求項１１】
前記ピストンステム（３）、前記力作用セクション（４）および前記ピストンヘッドは、グラファイト、特に微粒グラファイトから、構造的キャビティも無く一体的に具化される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１２】
前記ガイドセクション（６）の表面または前記ピストン全体の表面は、０．１μｍと１ｍｍの間の空間範囲で規則的または不規則に分布された凹部を有し、使用されるグラファイトは好ましくは１６〜５０容積％の細孔成分を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１３】
前記ピストンの外部ガイド面は、凹部の幾何学的表面構造がさらに大きく形成されるかまたは保持されるように、有機、無機または金属被膜を備えている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１４】
前記力作用セクション（４）は、力作用手段の周りと係合するショルダー部を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１５】
圧縮される媒体に圧力を加えるためのピストンヘッド（２）と、
ピストンをハウジング内で軸方向に変位可能に案内するためのピストンステム（３）と、
ピストンに外部駆動力が加えられる力作用セクション（４）とを有し、
前記ピストンヘッド（２）、前記ピストンステム（３）および前記力作用セクション（４）はピストン軸の方向に順次配置され、
前記ピストンステム（３）は、前記ピストン軸とほぼ平行に配向されその断面積が前記ピストンヘッド（２）の面積よりも小さい中実支柱（５ａ、５ｂ）を有し、
前記力作用セクションには、Ｕ形状、Ｌ形状またはフック形状のインレーの形態の強化要素が割り当てられる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のコンプレッサ用のピストン。
【請求項１６】
前記力作用セクション（４）のインレーは、他の材料、特に金属から構成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のピストン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
特許文献４は、異なる材料から造られた２つの部分から製造される上述の機能に従うピストンを説明する。ここでは、エプロンは、金属から構成され、密閉室を閉じる円筒状本体に、成形プロセスにおいて、接合される。円筒状本体は、最後にこの方法でその形状となる。２つの本体の接続は、円筒状本体の圧縮可能な材料で包囲されるエプロン上の小さなフックによって行われる。この解決法の欠点は、ピストンに作用する全体の軸方向張力がエプロンと円筒状本体との間の接続部から伝達されなければならないことにある。特許文献６はまた、圧縮される媒体に圧力を加えるピストンヘッドと、ハウジング内のピストンを軸方向に案内するピストンステムと、ピストンに外部駆動力を加える力作用セクションとを有するコンプレッサ用のピストンを開示する。ピストンヘッド、ピストンステムおよび力作用セクションは、ピストン軸の方向に順次配置され、ピストンステムは、ピストン軸と平行に配向され、Ｗ形状断面を有する支柱を有する。ここで示される形状にすると、金属材料が使用された場合でも軽量化が可能である。特許文献７は最後にまた、圧縮される媒体に圧力を加えるピストンヘッドと、ハウジング内のピストンを軸方向に案内するピストンステムと、ピストンに外部駆動力を加える力作用セクションとを有するコンプレッサ用のピストンを開示する。ピストンヘッド、ピストンステムおよび力作用セクションは、ピストン軸の方向に順次配置され、ピストンステムは、ピストン軸と平行に配向される中実支柱を有する。特許文献６はアルミニウム合金で実施されるような支柱の多様な形状を開示する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９７４６８９６Ａ１号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９７５４０２８Ａ１号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，６３０，３５３号明細書
【特許文献４】
欧州特許出願公開第１０２２４６３Ａ２号明細書
【特許文献５】
独国特許出願公開第１９７４９７２７Ａ１号明細書
【特許文献６】
欧州特許出願公開第０９４５６１５Ａ２号明細書
【特許文献７】
米国特許第５，９４１，１６１号明細書


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有するピストンによって達成される。本発明のピストンは、ピストン全体を丈夫にし、ピストンヘッドと力作用セクションの間の距離（ピストンの寸法決め）を設定するためにピストンヘッドと力作用セクションとを接続する働きをするピストンステムを特徴とする。このピストンはまた、ピストンステム、ピストンヘッドおよび力作用セクションが無機および非金属物質から一体製造され、この物質は０℃〜２００℃の温度範囲で７×１０−６／℃未満の平均熱膨張を有することを特徴とする。このピストンステムは、中実、すなわち無中空構造のものであるので、製造を簡単にできる。ここでは、一実施形態において、１つまたはそれ以上の中実支柱が、好ましくはピストンステムの大部分にわたって延在し、これらの支柱は、好ましくは、その周囲がピストンヘッドの周囲にほぼ対応する非円形断面積を有する構造を共に形成する。その結果、線形接触面（作動面）がピストンステムと周囲ハウジングの間に生成され、これらは、所定の材料が選択された場合、全動作条件下で好ましい摺動特性が得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明のさらなる改良において、本発明によるピストンは、ピストンステム、ピストンヘッドおよび力作用セクションが、構造的キャビティの無い、グラファイト、特に微粒グラファイトから一体に製造されることを特徴とする。部分の全ては、一体部分を形成し、すなわち、それらは、アンダーカットを備えている場合、１ｍｍを超える線形範囲を有するいかなる構造的キャビティも持たない。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
この目的は請求項１５に記載の特徴を有するピストンによって達成される。本発明によるピストンは、Ｕ形状、Ｌ形状、および／またはフック状インレーの形態の強化要素が割り当てられる力作用セクションを特徴とする。インレーは、力作用セクションまたはそのショルダー部が高負荷構成要素を構成する場合に、特に力作用セクションまたはそのショルダー部を強化するために提供される。インレーは、力作用セクションによって少なくとも部分的に包囲されるが、ピストン全体にわたり延在する。その結果、ピストンの他の部分を特に軽量材料から具化できるようになる。
【国際調査報告】
2005505713.tif 000028
2005505713.tif 000029
2005505713.tif 000030
2005505713.tif 000031
2005505713.tif 000032
2005505713.tif 000033