(57)【要約】可変容量型斜板式圧縮機と、これに用いるピストンの製造方法であって、ピストン７は、円筒状のヘッド部７１と、ヘッド部７１と斜板１０とを連結するブリッジ部７２とを備え、ヘッド部７１には中空部７３と、中空部７３と外部とを連通する孔７４とが形成され、ピストン７は、流動化可能な中子を用いて鋳造され、流動化した中子は孔７４から排出される。
2003095833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに摺動可能且つ揺動可能に装着された斜板と、この斜板を収容するクランク室と、前記斜板に連結され、前記斜板の揺動につれて前記シリンダボア内を往復するピストンとを備え、前記クランク室の圧力変化に応じて前記斜板の傾斜角度が変わり、前記ピストンのストローク量が変化する可変容量型斜板式圧縮機において、
前記ピストンは、円筒状のヘッド部と、前記ヘッド部と前記斜板とを連結するブリッジ部とを備え、前記ヘッド部には中空部と、前記中空部と外部とを連通する孔とが形成され、
前記ピストンは、鋳造により一体に形成されるものであって、その鋳造には流動化可能な中子を用いるものであり、
更に、前記ピストンの孔は、当該ピストンが流動化可能な中子を用いて鋳造される際に、流動化した中子が排出されるための孔であることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項２】
前記中子は、前記ピストンの構成材料の融点よりも低い温度で溶融することを特徴とする請求項１記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項３】
前記中子は、可溶性の中子であることを特徴とする請求項１記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項４】
前記中子は、崩壊性の中子であることを特徴とする請求項１記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項５】
前記孔は、前記ピストンのストローク量が、少なくとも最大時の３分の２のときの下死点において、前記クランク室に連通する位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項６】
前記孔は、少なくとも２個設けられていることを特徴とする請求項５記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項７】
可変容量型斜板式圧縮機に用いるピストンの製造方法において、
前記ピストンは、金型内に中子を装着する鋳造により一体に形成されて、内部に中空部を備えるとともに、この中空部と外部とを連通する孔とを備えるものであり、
前記中子は、前記中空部に対応する本体部と、前記孔に対応するとともに当該本体部を前記金型内に支持する支持部とを備えるものであり、
前記金型内に前記中子を装着した後、溶湯を流し込んでピストン素材を構成し、
前記溶湯が凝固した後、前記金型から前記ピストン素材を取り出して、前記中子を流動化し、この流動化した中子を前記孔から排出して、中空状のピストンを形成することを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載のピストンの製造方法において、
前記中子の流動化は、当該中子を中子溶融炉に入れて溶融することにより行うことを特徴とするピストンの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のピストンの製造方法において、
前記孔から排出した中子を中子用の金型に流し込んで再び中子を形成し、この形成された中子を用いて他のピストンを形成することを特徴とするピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、可変容量型斜板式圧縮機と、これに用いるピストンの製造方法に関するものである。
背景技術
従来、可変容量型斜板式圧縮機としては、複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、シャフトに摺動可能且つ揺動可能に装着された斜板と、斜板を収容するクランク室と、斜板に連結され、この斜板の揺動につれてシリンダボア内を往復するピストンとを備えて構成されるものが知られている。
この種の可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室の圧力変化に応じて斜板の傾斜角度が変わり、これによりピストンのストローク量が変化するものである。
可変容量型斜板式圧縮機のピストンは、軽量化のため、内部が中空になっているものが主流である。ピストンが軽量化されれば、ピストンの慣性力が小さくなり、また、圧縮機全体も軽量化される。
このような中空ピストンの製造方法としては、例えば特開２００１−２８９１６３に開示されているように、有底円筒状部材と閉塞部材の２部材を溶接するものが知られている。
また、特開２００１−２２１１５４は、中空ピストンの製造に際し、ゴム等からなる体格変形可能な中子を用いて、一体に鋳造する方法を開示している。
しかし、中空ピストンの製造において、２部材を溶接する場合は、部品点数が増加するだけでなく、溶接の工程とそのための前加工、後加工の工程が省けないこととなり、コストダウンが困難であった。
一方、体格変形可能な中子を用いて、中空ピストンを一体に鋳造する場合は、精度の高いものを製造するには不適であり、且つ薄肉化が困難であり、また、ダイカストやスクイズキャストといった鋳造方案を採用した場合に、中子が高圧により変形・破損するおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ピストンの軽量化とコストダウンを図った可変容量型斜板式圧縮機と、これに用いるピストンの製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
請求項１記載の発明は、複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの中心部に回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに摺動可能且つ揺動可能に装着された斜板と、この斜板を収容するクランク室と、前記斜板に連結され、前記斜板の揺動につれて前記シリンダボア内を往復するピストンとを備え、前記クランク室の圧力変化に応じて前記斜板の傾斜角度が変わり、前記ピストンのストローク量が変化する可変容量型斜板式圧縮機において、前記ピストンは、円筒状のヘッド部と、前記ヘッド部と前記斜板とを連結するブリッジ部とを備え、前記ヘッド部には中空部と、前記中空部と外部とを連通する孔とが形成され、前記ピストンは、鋳造により一体に形成されるものであって、その鋳造には流動化可能な中子を用いるものであり、更に、前記ピストンの孔は、当該ピストンが流動化可能な中子を用いて鋳造される際に、流動化した中子が排出されるための孔であることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
本発明においては、中子が固形の状態でピストンを鋳造した後に、中子を流動化して、ピストンに形成された孔から排出することにより、ピストンの中空部を形成する。
このように、本発明によれば、中空ピストンを、流動化可能な中子を用いて一体に鋳造したので、溶接工程を省くことができ、ピストンの軽量化とコストダウンを図った可変容量型斜板式圧縮機を提供することができる。
尚、「流動化可能」とは、固形状態から流動体（粉体を含む）の状態に変化可能なことをいう。また、「鋳造」とは溶融した材料を鋳型に流し込んで凝固させるものであって、材料は金属に限定されず、広く樹脂等を含む。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記中子は、前記ピストンの構成材料の融点よりも低い温度で溶融することを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
例えばピストンの構成材料がアルミの場合の樹脂中子のように、ピストン構成材料の融点よりも低い温度で溶融する材料からなる中子は、流動化可能な中子として好適である。発明者の実験によれば、樹脂製の中子は、鋳型に流し込まれた溶湯からの伝導熱により温度が上昇しても、溶湯が凝固する以前に溶融することはない。
そして、溶湯が凝固した後、中子の入ったピストンを鋳型から取り出し、これを加熱すれば、中子はピストンよりも先に溶融するので、この溶融した中子を孔から取り出すことができる。また、取り出した中子は、型に入れて固めることにより、再利用が可能である。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記中子は、可溶性の中子であることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
「可溶性」とは、水又はその他の溶媒に溶解可能なことをいう。このような可溶性の中子は、流動化可能な中子として好適である。例えば、塩化ナトリウムのような水溶性の塩で中子を形成すれば、水を注入することにより中子を溶かして、これを簡単に除去することができる。また、本請求項における「可溶性の中子」は、水又はその他の溶媒に溶解可能な粘結剤により固められた砂中子をも含むものとする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記中子は、崩壊性の中子であることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
例えば砂中子のように、振動又は衝撃により容易に粉末状に崩壊する崩壊性の中子は、流動化可能な中子として好適である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の発明において、前記孔は、前記ピストンのストローク量が、少なくとも最大時の３分の２のときの下死点において、前記クランク室に連通する位置に設けられていることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
ピストンのストローク量がある程度（最大時の３分の２）以上大きくなると、慣性力が問題となるが、本発明によれば、孔から流入した潤滑油がクランク室に排出されるので、潤滑油が中空部内に溜まってピストンの慣性力が増大するのを防止することができる。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記孔は、少なくとも２個設けられていることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機である。
本発明によれば、孔が少なくとも２個設けられているので、流動化した中子をピストンから排出するときに、一方の孔を空気孔として用いることにより、この流動化した中子をスムーズに排出することができる。また、ピストンを圧縮機に装着したとき、一方の孔が冷媒ガス及び潤滑油の入口、他方の孔が出口となって、通流がスムーズに行われ、潤滑油が中空部内に溜まってピストンの慣性力が増大するのを防止することができる。
請求項７記載の発明は、可変容量型斜板式圧縮機に用いるピストンの製造方法において、前記ピストンは、金型内に中子を装着する鋳造により一体に形成されて、内部に中空部を備えるとともに、この中空部と外部とを連通する孔とを備えるものであり、前記中子は、前記中空部に対応する本体部と、前記孔に対応するとともに当該本体部を前記金型内に支持する支持部とを備えるものであり、前記金型内に前記中子を装着した後、溶湯を流し込んでピストン素材を構成し、前記溶湯が凝固した後、前記金型から前記ピストン素材を取り出して、前記中子を流動化し、この流動化した中子を前記孔から排出して、中空状のピストンを形成することを特徴とするピストンの製造方法である。
本発明においては、ピストンの製造方法において、中子が固形の状態でピストンを鋳造した後に、中子を流動化して、ピストンに形成された孔から排出することにより、ピストンの中空部を形成する。
このように、本発明によれば、中空ピストンを、流動化可能な中子を用いて一体に鋳造したので、溶接工程を省くことができ、ピストンの軽量化とコストダウンを図ることができる。
請求項８記載の発明は、請求項７記載のピストンの製造方法において、前記中子の流動化は、当該中子を中子溶融炉に入れて溶融することにより行うことを特徴とするピストンの製造方法である。
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載のピストンの製造方法において、前記孔から排出した中子を中子用の金型に流し込んで再び中子を形成し、この形成された中子を用いて他のピストンを形成することを特徴とするピストンの製造方法である。
これら請求項８及び請求項９記載の発明によれば、中子は、中子溶融炉に入れることにより、溶解できるので、中子材料の再利用が可能である。このような中子材料の再利用により、経済性が向上するものである。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の具体例を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、この発明の一具体例に係る可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図である。
この可変容量型斜板式圧縮機のシリンダブロック１の一端面にはバルブプレート２を介してリヤヘッド３が、シリンダブロック１の他端面にはフロントヘッド４が、それぞれ固定されている。
シリンダブロック１には、シャフト５を中心にして周方向に所定間隔おきに複数のシリンダボア６が配設されている。これらのシリンダボア６内にはそれぞれピストン７が摺動可能に収容されている。
フロントヘッド４内にはクランク室８が形成され、このクランク室８内には斜板１０が収容されている。斜板１０はヒンジボール９を介してシャフト５に摺動可能且つ揺動可能に装着されている。
斜板１０は、一対の半球状のシュー５０を介して、ピストン７に連結されている。シュー５０は、斜板１０のフロント側の摺動面１０ｂ及びリヤ側の摺動面１０ａに対して、相対回転可能に、ピストン７のブリッジ部７２によって支持されている。
リヤヘッド３には、吐出室１２と、この吐出室１２の周囲に位置する吸入室１３とが形成されている。
吐出室１２とクランク室８とは、図示しないガス導入通路を介して、連通している。ガス導入通路の途中には、コントロールバルブ８１が設けられていて、吐出室１２からクランク室８への冷媒流量がコントロールバルブ８１によって制御される。
吸入室１３とクランク室８とは、シリンダブロック１に設けられた通路５８を介して、連通している。
バルブプレート２には、シリンダボア６の圧縮室１４と吐出室１２とを連通させる吐出ポート１５と、シリンダボア６の圧縮室１４と吸入室１３とを連通させる吸入ポート１６とが、それぞれ周方向に、所定間隔おきに設けられている。吐出ポート１５は吐出弁１７により開閉され、吸入ポート１６は吸入弁１８により開閉される。
シャフト５のフロント側端部には、このシャフト５の回転を斜板１０に伝達するためのスラストフランジ４０が固定され、このスラストフランジ４０は、スラスト軸受３３を介して、フロントヘッド４の内壁面に、回転可能に支持されている。
スラストフランジ４０と斜板１０とは、リンク機構４１を介して、連結され、斜板１０の傾斜角度が変化しても、ピストン７の上死点が一定になるように、設定されている。
ピストン７は、シリンダボア６に嵌合される円筒状のヘッド部７１と、ヘッド部７１と斜板１０とをシュー５０を介して連結するブリッジ部７２とを備え、ブリッジ部７２はヘッド部７１と一体に設けられている。
ヘッド部７１には、軽量化のための中空部７３と、この中空部７３を外部と連通する孔７４とが形成されている。ブリッジ部７２には、シュー５０を転動可能に支持するシュー受け部７５が形成されている。
孔７４は、ピストン７のストローク量が、少なくとも最大時の３分の２のときの下死点において、クランク室８に連通する位置に設けられている。
次に、この可変容量型斜板式圧縮機の作動を説明する。
図示しない車載エンジンの回転動力がシャフト５に伝達されると、シャフト５の回転力はスラストフランジ４０、リンク機構４１を経て斜板１０に伝達され、斜板１０が回転する。
斜板１０の回転によりシュー５０，５０が斜板１０の摺動面１０ａ，１０ｂ上を相対回転するので、斜板１０からの回転力はピストン７の直線往復運動に変換される。
ピストン７はシリンダボア６内を往復運動し、その結果シリンダボア６内の圧縮室の容積が変化し、この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が順次行われ、斜板１０の傾斜角に応じた容量の高圧冷媒ガスが吐出される。
吸入時、吸入弁１８が開き、吸入ポート１６を介して吸入室１３からシリンダボア６内の圧縮室１４へ低圧の冷媒ガスが吸入され、吐出時、吐出弁１７が開き、吐出ポート１５を介して圧縮室１４から吐出室１２へ高圧の冷媒ガスが吐出される。
熱負荷が小さくなると、コントロールバルブ８１によりガス導入通路の断面積が大きくなる。そのため、ガス導入通路を介して吐出室１２からクランク室８へ高圧の冷媒ガスが流入し、クランク室８の圧力が高くなり、斜板１０の傾斜角度が小さくなる。
これに対し、熱負荷が大きくなると、コントロールバルブ８１によりガス導入通路の断面積が小さくなる。そのため、吐出室１２からクランク室８への高圧の冷媒ガスの流入が抑制され、クランク室８の圧力が低くなり、斜板１０の傾斜角度が大きくなる。
孔７４から中空部７３内に流入した潤滑油は、孔７４がクランク室８に連通したときにクランク室８に排出されるので、潤滑油が中空部７３内に溜まってピストン７の慣性力が増大することはない。
次に、ピストンについて詳細に説明する。
ピストン７を製造する際は、図２及び図３のように２個の片頭ピストンを両頭ピストン状に連結したピストン素材６０を鋳造し、このピストン素材６０を、連結部（図２及び図３の二点鎖線の箇所）において２つに切り離して、２個の片頭ピストンが得られる。尚、シュー受け部７５は鋳造後に切削形成される。
図４及び図５は、ピストン素材６０の断面図である。図に示すように、各ピストンには２個の長円形の孔７４が設けられている。
ピストン素材６０の鋳造は次のように行われる。
最初に、図６に示すように金型９０に中子９１をセットする。本例の中子９１は樹脂等の可溶性中子であり、ピストン構成材料の融点よりも低い温度で溶融する。中子９１は、中空部７３に対応する本体部９１ａと、孔７４に対応するとともに本体部９１ａを金型９０内に支持する支持部９１ｂとからなる。この例では、本体部９１ａは円柱状を呈している。
次に、図７に示すように、金型９０内に溶湯９２を流し込む。この例では、ピストン素材６０の材質はアルミ系鋳造材を用いている。
溶湯９２が凝固した後、図８に示すように金型を開き、中子９１の入った状態のピストン素材６０を取り出し、図示を省略した中子溶解炉へ入れる。
中子溶解炉で加熱されると、中子９１は溶融し、この溶融した中子９１は、図９に示すように、孔７４から排出される。尚、排出された中子９１は、中子用の金型に流し込む（重力鋳造）ことにより、後述のように再利用が可能である。
中子９１を取り出した後、ピストン素材６０に例えばＪＩＳ「Ｔ６」の熱処理を施すことにより十分な強度が得られる。尚、ＪＩＳ「Ｔ６」の熱処理は、溶体化処理後、人工時効処理を行うものをいい、４８０〜５１０℃程度で溶体化処理を行い、常温程度の水等で焼き入れし、１５０〜１８０℃程度で、所定の強度を得られる時間迄、時効処理するものである。これにより、冷間加工を行うことなくすぐれた強度を得ることができる。
上述した溶融性の中子を用いる場合は、金型９０内に中子９１を装着した後、溶湯を流し込んでピストン素材６０を構成し、この溶湯が凝固した後、金型９０からピストン素材６０を取り出して加熱することにより、中子９１を溶融し、この溶融した中子を前記孔７４から排出して、中空状のピストンを形成するものである。
このようなピストンの製造方法において、孔７４から排出した中子を、図示を省略した中子用の金型に流し込んで再び中子を形成し、この形成された中子を用いて、他のピストンを形成することができる。すなわち、中子は、中子溶融炉に入れることにより、溶解できるので、中子材料の再利用が可能である。中子材料の再利用により、経済性が向上する。
本例では、ピストン７を２つ連結したピストン素材６０の状態で鋳造したが、ピストン７を単体で鋳造してもよく、また３つ以上連結した状態で鋳造してもよい。
また、本例では、中子９１として溶解する溶融性の中子を用いたが、塩化ナトリウムのような水溶性中子や、砂中子のような崩壊性中子を用いてもよい。
更に、本例では、長円形の孔７４をヘッド部７１の周壁に２個設けたが、孔の個数、位置及び形状は、本例のものに限定されない。ただし、位置については、圧縮室１４に面する壁や応力がかかる部分は避ける。また、孔の個数が１個のとき又は２個が同軸上に設けられているときは、金型にセットした中子が回動するのを防ぐため、真円形の孔は避けるとよい。
ヘッド部７１を薄肉化したことによって強度が不足する場合は、ヘッド部７１の内部にリブや支柱等を設けてもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、クランク室内に斜板を収容し、この斜板の揺動につれてシリンダボア内を往復するピストンを備える可変容量型斜板式圧縮機と、これに用いるピストンの製造方法を提供するものであり、ピストンの軽量化とコストダウンを達成することができるので、とりわけ自動車に搭載される冷凍サイクルに適している。
【図面の簡単な説明】
図１  本発明の具体例に係り、可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図である。
図２  本発明の具体例に係り、ピストン素材を示す平面図である。
図３  本発明の具体例に係り、ピストン素材を示す正面図である。
図４  図２のＡ−Ａ線断面図である。
図５  図３のＢ−Ｂ線断面図である。
図６  本発明の具体例に係り、ピストン素材の鋳造プロセスを示す断面図である。
図７  本発明の具体例に係り、ピストン素材の鋳造プロセスを示す断面図である。
図８  本発明の具体例に係り、ピストン素材の鋳造プロセスを示す断面図である。
図９  本発明の具体例に係り、ピストン素材の鋳造プロセスを示す断面図である。
【図１】
2003095833.tif 000003
【図２】
2003095833.tif 000004
【図３】
2003095833.tif 000005
【図４】
2003095833.tif 000006
【図５】
2003095833.tif 000007
【図６】
2003095833.tif 000008
【図７】
2003095833.tif 000009
【図８】
2003095833.tif 000010
【図９】
2003095833.tif 000011
【国際調査報告】
2003095833.tif 000012
2003095833.tif 000013
2003095833.tif 000014