(57)【要約】【課題】ピストンの倒れ荷重を分散させ、ピストンおよび相手材の磨耗を抑制したピストンとピストン式圧縮機とを提供すること。【解決手段】ピストン１０において、ピストン頭部１１と、尾部１３と、前記頭部と前記尾部とを連絡する連結部１２とを備え、前記連結部１２の軸方向から眺めた背面側の部分２を減肉形状とした。ピストン式圧縮機はこのピストンを備えている。【選択図】　　　図１
2004108166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン式圧縮機の回転軸の周囲に配置され、シリンダに設けられたスリーブ内を前記回転軸に沿う方向に往復運動を行い前記冷媒を圧縮するピストンにおいて、圧縮シール部を構成するピストン頭部と、尾部と、前記頭部と前記尾部とを連絡する連結部とを備え、前記連結部の軸方向から眺めた背面側の前記尾部に至るまでの部分を減肉形状としたことを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１記載のピストンにおいて、前記頭部の前記連結部寄りの周方向に減肉形状を備えていることを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項１又は２記載のピストンにおいて、前記尾部は前記回転軸とともに回転する斜板を、シューを介して収容する収容部を備えていることを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれか一つに記載のピストンにおいて、前記ピストン頭部は、前端付近に周方向に設けられた溝と、前記溝に装着されるピストンリングを備えていることを特徴とするピストン。
【請求項５】
請求項４記載のピストンにおいて、前記溝は複数の軸方向に沿って並設されていることを特徴とするピストン。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれか一つに記載のピストンにおいて、下死点時のスリーブに対する、嵌合はＬｐ１＞Ｌ１−Ｌ２の関係（但し、Ｌ２／Ｌ１＞０５、Ｌ１：スリーブ全長、Ｌ２：シリンダボア長、ＬＰ１：最大容積下死点時のスリーブとピストン嵌合長）を満たすことを特徴とするピストン。
【請求項７】
請求項１乃至６の内のいずれか一つに記載のピストンにおいて、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いるピストン式圧縮機に用いられることを特徴とするピストン。
【請求項８】
請求項１乃至７の内のいずれか一つに記載のピストンを備えていることを特徴とするピストン式圧縮機。
【請求項９】
回転軸周囲に設けられた斜板カムと、シリンダに前記回転軸に沿うとともにこの回転軸の周囲に設けられたスリーブと、前記スリーブ内に設けられ、往復運動を行うピストンとを備え、前記斜板カムの揺動運動に連動する前記ピストンの往復動によって、前記スリーブ内に二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を吸入し、圧縮して、前記スリーブ内から吐出するピストン式可変容量型圧縮機において、前記ピストンとして請求項１乃至６の内のいずれか一つに記載のピストンを用いたことを特徴とするピストン式可変容量型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置等に使用されるピストン式圧縮機に関し、詳しくは、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた圧縮機のピストン、およびピストン摺動部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍空調装置の一構成部品として、ピストン式圧縮機がある。従来技術として、冷媒としてＣＯ２を用いたピストン式圧縮機のピストン倒れ荷重を分散させ，ライナ磨耗を抑制するとともに、ピストン外周面の被覆はがれを少なくする技術として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
図１５は特許文献１による容量可変型斜板式圧縮機を示す断面図で、図１６は図１５の容量可変型斜板式圧縮機のピストン及びその周辺部の拡大断面図である。
【０００４】
図１５を参照すると、容量可変型斜板式圧縮機７０は、二酸化炭素ＣＯ２を冷媒とするピストン式圧縮機であり、複数のシリンダボア５１ａが形成されたシリンダブロック５１と、シリンダブロック５１の一方の端面に取り付けられクランク室８４を形成するフロントハウジング５２と、吸入弁と弁板と吐出弁とを備えた弁板装置を介してシリンダブロック５１の他方の端面に取り付けられ、吸入ポート８１ａを備えた吸入室８１と吐出ポート８２ａを備えた吐出室８２とを形成するシリンダヘッド５４とを備えている。
【０００５】
容量可変型斜板式圧縮機７０は更に、クランク室８４内でシリンダボア５１ａの延在方向に平行に延在しフロントハウジング５２とシリンダブロック５１とにより回転可能に支持された駆動軸５５を備えている。駆動軸５５の一端はフロントハウジング５２を貫通してフロントハウジング５２の外へ延びている。
【０００６】
クランク室８４内に配設されたロータ７１が、駆動軸５５に固定されている。ロータ７１はフロントハウジング５２により、駆動軸５５の延在方向に支持されている。ロータ７１に長孔７４が形成されている。
【０００７】
駆動軸５５に、駆動軸５５の延在方向に摺動可能に且つ駆動軸５５に対して傾角変動可能に斜板７５の一端が外嵌合している。この斜板の一端には、ロータ７１へ向けて延びる耳部が形成されている。耳部に固定されたピン７３が長孔７４に挿通されている。駆動軸５５に外嵌合するコイルスプリング７６が斜板の一端とロータ７１との間に配設されている。
【０００８】
斜板７５とピストン１１０とは、シュー１３５を介して連結されている。シュー１３５はコネクティングロッド１３１の一端部のボール１３１ａの先端面を相対転動可能に支持する皿状のシュー本体１０１と、コネクティングロッド１３１のボール１３１ａの後端面を相対転動可能に支持する環状ロッドのワッシャ１０２とで構成されている。
【０００９】
斜板７５のボス部７５ｂには、シュー１３５のワッシャ１０２を保持するリテーナ１０３がラジアル軸受１０４を介して装着されている。リテーナ１０３は斜板７５に対して相対回転可能である。ラジアル軸受１０４は、ストッパ１０５によって抜け止めされている。コネクティングロッド１３１の他端部はピストン１１０に固定されている。
【００１０】
図１６を参照すると、円筒状のライナ（チューブ）２０は、シリンダボア５１ａ内にはめ込まれている。ライナ２０の両端部２０ｅ，２０ｆはすきまばめ部分（シリンダボア５１ａの内径がライナ２０の外径よりも大きい部分）、ライナ２０の中間部２０ｇはしまりばめ部分（シリンダボア５１ａの内径がライナ２０の外径より小さい部分）である。
【００１１】
図１５に示す圧縮機は、図示しない車載エンジンの回転動力がシャフト５５に伝達されると、シャフト５５の回転力はスラストフランジ（ロータ）７１、リンク機構を構成するピン７３，長孔７４を経て斜板７５に伝達され、シャフト５５と直交する仮想面に対して傾いている斜板７５もシャフト５５の回転に連れて回転する。
【００１２】
斜板７５の回転により、シュー１３５が斜板の摺動面７５ｃ上を相対回転し、斜板の回転力はピストン１１０の直線往復運動に変換される。
【００１３】
ピストン１１０がシリンダボア５１ａ内を往復運動すると、圧縮室１２２の容量が変化し、この容量変化によって、冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が順次行われる。
【００１４】
吸入時、吸入弁が開き吸入室８１から圧縮室１２２へ低圧の冷媒が吸入され、吐出時、吐出弁が開き、圧縮室１２２から吐出室８２へ高圧の冷媒ガスが吐出される。このとき斜板７５の傾斜角度に応じた容量の冷媒ガスが吐出される。吐出室８２へ吐出された冷媒ガスから図示しないオイルセパレータによって潤滑油が分離され、分離された潤滑油はクランク室５８へ戻され、冷媒は吐出口８２ａから図示しない冷却器側へ送られる。
【００１５】
熱負荷が小さくなり、クランク室５８内の圧力が増加すると、斜板７５の傾斜角度が小さくなるので、ピストン１１０のストローク量が少なくなって吐出容量が減少する。これに対して熱負荷が大きくなり、クランク室５８内の圧力が減少すると、斜板７５の傾斜角度が大きくなるので、ピストン１１０のストローク量が増えてと出容量が増加する。
【００１６】
圧縮時、冷媒ガスの圧縮反力は斜板７５に作用する。冷媒がＣＯ２であるため、冷媒には、フロンに比べ冷媒ガスの圧縮反力も大きくなり、ピストン１１０の倒れ荷重Ｒ１も大きくなる。しかし、ライナ２０の両端部２０ｅ，２０ｆがシリンダボア６に隙間ばめによってはめ込まれているので、ピストン１１０が倒れたときにライナ２０の一端部２０ｅがピストン１１０の形状にならって変形し、ピストン１１０と、シリンダボア５１ａとの接触面積が拡大して、ピストン１１０のトップ面側部分の倒れ荷重Ｒ１が分散し、ライナ２０の一端部２０ｅの内周面に作用する面圧が下がる。ライナ２０の他端部２０ｆについても同様である。
【００１７】
特許文献１において開示された方法は、鉄製ライナをシリンダ軸方向の１／８〜３／８はめこむ構成であり、ピストン倒れに伴ってライナの両端部が変形して、ライナ両端部からピストンに働く面圧を低下させる構成である。
【００１８】
しかしながら、特許文献１においては、そのライナ収容部の側端面の加工等が無駄な作業となり、加工工程及びコストを高する原因となっていた。
【００１９】
これに対して、従来技術においては、片側にフランジを備えたスリーブを嵌めこみ、特許文献１の欠点を克服している構成のものがある。
【００２０】
このピストン式圧縮機は、シリンダボア内を往復動するピストンによって冷却媒体を圧縮するものであり、一例として図１７乃至図１９に示すような容量可変型斜板式圧縮機が挙げられる（特許文献２、参照）。
【００２１】
図１７は特許文献２による容量可変型斜板式圧縮機を示す断面図、図１８（ａ）及び（ｂ）は図１７のピストン摺動部を主に示す部分断面図である。図１９（ａ）は図１７のピストン摺動部の変形例を主に示す断面図、（ｂ）はスリーブの正面図、（ｃ）はスリーブの斜視図である。図１７乃至図１９を参照すると、従来技術による容量可変型斜板式圧縮機５０は、複数のシリンダボア５１ａが形成されたシリンダブロック５１と、シリンダブロック５１の一方の端面に取り付けられクランク室８４を形成するフロントハウジング５２と、吸入弁５３ｇと弁板５３ｃと吐出弁５３ｂとを介してシリンダブロック５１の他方の端面に取り付けられ、吸入室８１と吐出室８２とを形成するシリンダヘッド５４とを備えている。
【００２２】
容量可変型斜板式圧縮機５０は更に、クランク室８４内でシリンダボア５１ａの延在方向に平行に延在しフロントハウジング５２とシリンダブロック５１とにより回転可能に支持された駆動軸５５を備えている。駆動軸５５の一端はフロントハウジング５２を貫通してフロントハウジング５２外へ延びている。フロントハウジング５２には、電磁クラッチ６０が取り付けられている。
【００２３】
クランク室８４内に配設されたロータ７１が、駆動軸５５に固定されている。ロータ７１はフロントハウジング５２により、駆動軸５５の延在方向に支持されている。ロータ７１に長孔７４が形成されている。
【００２４】
駆動軸５５に、駆動軸５５の延在方向に摺動可能に且つ駆動軸５５に対して傾角変動可能に斜板７５の一端が外嵌合している。この斜板の一端には、ロータ７１へ向けて延びる耳部が形成されている。耳部に固定されたピン７３が長孔７４に挿通されている。駆動軸５５に外嵌合するコイルスプリング７６が斜板の一端とロータ７１との間に配設されている。
【００２５】
斜板７５の周縁部に、斜板７５を挟んで一対のシュー８５ａ，８５ｂが摺動可能に当接している。複数対のシュー８５ａ，８５ｂが、周方向に互いに間隔を隔てて配設されている。
【００２６】
各一対のシュー８５ａ，８５ｂは、それぞれピストン１００の尾部１００ｂにより摺動可能に保持されている。各ピストン１００の頭部１００ａは対応するスリーブ２０に往復摺動可能に挿通されている。
【００２７】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、スリーブ２０は、シリンダボア５１ａに嵌め込まれている。スリーブ２０の材質はシリンダブロック５１の材質に．比ベて大きな熱膨張係数を有している。
【００２８】
スリーブ２０のフロントハウジング５２側の端部は、シリンダボア５１ａのフロントハウジング５２側の端部を越えてクランク室８４へ突出している。スリーブ２０の長さＬ１と、シリンダボア５１ａの長さＬ２との間に１＞Ｌ２／Ｌ１≧０．５の関係が設定されている。
【００２９】
スリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端部に円環平板形状のフランジ２０ａが形成されており、シリンダボア５１ａのシリンダヘッド５４側の端部に底面が平坦な円環形状の拡径部５１ｃが形成されている。フランジ２０ａは拡径部５１ｃに嵌合している。フランジ２０ａの厚みは拡径部５１ｃの深さより僅かに大に設定されている。
【００３０】
図１９（ａ）及び（ｂ）に示す変形例においては、スリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端面に吸入弁５３ｇの最大開度を規制する凹部２０ｂが形成され、スリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端部に、フランジ２０ａから径方向外方へ突出するスリーブ回転阻止用のキー２０ｃが形成されている。シリンダボア５１ａのシリンダヘッド５４側の端部に、拡径部５１ｃから径方向外方へ突出するキー溝５１ｄが形成されている。キー２０ｃはキー溝５１ｄに嵌合している。
【００３１】
スリーブ２０は、ｄｕ＞Ｄｐ，ｔｕ＞ｔｄ，ｄｄ＞ｄｕ，Ｄｕ≧Ｄｄという仕様を満たしている。
【００３２】
但し、Ｄｐ：ピストン頭部１９ｂ外径、ｄｕ：スリーブ２０のシリンダヘッド５４側端部内径、ｄｄ：スリーブ２０のフロントハウジング５２側端部内径、Ｄｕ：スリーブ２０のシリンダヘッド５４側端部外径（フランジ２０ａを除く）、Ｄｄ：スリーブ２０のフロントハウジング５２側端部外径、ｔｕ：スリーブ２０のシリンダヘッド５４側端部肉厚（フランジ２０ａを除く）、ｔｄ：スリーブ２０のフロントハウジング５２側端部肉厚である。
【００３３】
図１７に戻って、容量可変型斜板式圧縮機５０においては、電磁クラッチ６０を介して、図示しない外部駆動源により、駆動軸５５が回転駆動される。駆動軸５５の回転に伴ってロータ７１が回転し、更に斜板７５が回転する。斜板７５の回転に伴ってシュー８５ａ，８５ｂが斜板７５の周縁上を摺動しつつ駆動軸５５の延在方向に往復運動し、尾部１００ｂによりシュー８５ａ，８５ｂを保持するピストン１００が駆動軸５５の延在方向に往復運動し、ピストン１００の頭部１００ａがスリーブ２０内を駆動軸５５の延在方向に往復摺動する。ピストン１００の往復摺動に伴い、吸入ポートを通って吸入室８１へ流入した冷媒ガスが弁板５３ｃに形成された吸入穴と吸入弁５３ｇとを通ってスリーブ２０内へ吸入され、スリーブ２０内で圧縮され、弁板５３ｃに形成された吐出穴と吐出弁５３ｂとを通って吐出室８２へ吐出され、吐出ボートを通って外部冷却回路へ流出する。
【００３４】
クランク室８４の内圧が制御されることにより斜板７５の傾角が可変制御され、ピストン１００の往復動ストロークが可変制御されて、圧縮機５０の吐出容量が可変制御される。
【００３５】
ピストン１００は圧縮反力を受けて斜板７５へ押し付けられる。この結果、シュー８５ａ，８５ｂが斜板７５の径方向外方へ摺動し、ピストンの１００の尾部１００ｂが斜板７５の径方向外方へ移動して、ピストン１００が倒れる。容量可変型斜板式圧縮機５０においては、スリーブ２０のフロントハウジング５２側の端部がシリンダボア５１ａのフロントハウジング５２側の端部を越えてクランク室８４へ突出しているので、図１８（ｂ）から分かるように、ピストン１００が倒れた時に、スリーブ２０のフロントハウジング５２側の端部がピストン１００に倣って変形し、ピストン頭部１００ａとスリーブ２０のフロントハウジング５２側の端部との当接部に働く面圧Ｐ１が低下し、当該部のスリーブ２０の摩耗とピストン頭部１００ａ外周面の潤滑剤被膜及びピストン自体の損傷とが抑制される。
【００３６】
シリンダボア５１ａはスリーブ２０のフロントハウジング５２側端部まで延在していないので、シリンダボア５１ａの加工作業に無駄は無い。また、シリンダボア５１ａ周囲のシリンダブロック５１の長さが短縮されるので、シリンダブロック５１が軽量化され、圧縮機５０が軽量化される。
【００３７】
ピストン頭部１００ａとスリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端部との当接部に働く面圧Ｐ２はＰ１に比べて小さいので、当該部のスリーブ２０には過大な摩耗は発生せず、ピストン頭部１００ａ外周面の潤滑剤被膜及びピストン自体は損傷しない。
【００３８】
図１８（ａ）及び（ｂ）を再び参照すると、スリーブ２０の長さＬ１とシリンダボア５１ａの長さＬ２との関係が０．５＞Ｌ２／Ｌ１になると、シリンダボア５１ａの周面によるスリーブ２０の支持が不十分になり、スリーブ２０の挙動が不安定化して、圧縮機５０の作動が不安定化する。
【００３９】
容量可変型斜板式圧縮機５０においては、Ｌ２／Ｌ１≧０．５に設定されているので、上述の問題は生じない。
【００４０】
フランジ２０ａが拡径部５１ｃに嵌合することにより、スリーブ２０のシリンダボア５１ａからの脱落が防止されている。
【００４１】
フランジ２０ａの厚みが拡径部５１ｃの深さより僅かに大なので、拡径部５１ｃに嵌合したフランジ２０ａの端面はシリンダブロック５１のシリンダヘッド５４側端面から僅かに突出する。シリンダブロック５１とシリンダヘッド５４とが組み付けられる際に、弁板５３ｃ又は吸入弁５３ｇに当接するフランジ２０ａの端面がシリンダブロック５１のシリンダヘッド５４側端面と面一になるまで、フランジ２０ａが拡径部５１ｃへ押し込まれる。この結果、フランジ２０ａが拡径部５１ｃに密着してフランジ２０ａと拡径部５１ｃとの当接部がシールされ、スリーブ２０嵌合部からのガス漏れが防止される。そのため、ガスケット等のシール材を別途設ける必要が無い。
【００４２】
円環平板形状のフランジ２０ａ、底面が平坦な円環形状の拡径部５１ｃの加工は容易であり、圧縮機５０製造コストの過大な上昇を惹起しない。
【００４３】
スリーブ２０の材質はシリンダブロック５１の材質に比ベて大きな熱膨張係数を有しているので、圧縮機５０の作動時に、熱膨張したスリーブ２０の外周面がシリンダボア５１ａの周面に密着し、両周面の当接部がシールされる。この結果、スリーブ２０嵌合部からのガス漏れが防止される。
【００４４】
スリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端面に形成された凹部２０ｂにより吸入弁５３ｇの最大開度が規制されて、吸入弁５３ｇとピストン頭部１００ａとの干渉が防止され、当該干渉による吸入弁５３ｇ、ピストン頭部１００ａの損傷が防止されている。
【００４５】
図１９の例においては、スリーブ２０のシリンダヘッド５４側の端部に形成されたキー２０ｃが、シリンダボア５１ａのシリンダヘッド５４側の端部に形成されたキー溝５１ｄに嵌合することにより、圧縮機５０作動中のスリーブ２０の回転が防止され、凹部２０ｂと吸入弁５３ｇとの正しい位置関係が維持されている。
【００４６】
ここで、ｄｕ＞Ｄｐであり且つｄｄ＞ｄｕなのでピストン頭部１００ａを容易に且つ支障無くスリーブ２０に挿入できる。また、ｔｕ＞ｔｄなのでピストン１００に追随して弾性変形するスリーブ２０の固定端近傍の剛性が増大し、スリーブ２０の過大変形が抑制される。さらに、Ｄｕ≧Ｄｄなのでピストン１００に追随して弾性変形するスリーブ２０の固定端近傍の剛性が増大し、スリーブ２０の過大変形が抑制される。
【００４７】
図２０は従来技術による可変容量圧縮機のもう一つの例を示す図である（以下、従来技術２と呼ぶ）。図２０を参照すると、従来技術２による可変容量圧縮機５０′は、フロンＲ１３４ａ等を冷媒とするピストン式圧縮機であり、その構成は、シリンダブロックに関連する部品を除いてほぼ同様の構成を有している。
【００４８】
各ピストン１１１の頭部１１２は対応するスリーブ３０に往復摺動可能に挿通されている。スリーブ３０は、シリンダボア５１ａに嵌め込まれている。スリーブ３０の材質はシリンダブロック５１の材質に．比ベて大きな熱膨張係数を有している。
【００４９】
図２１（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｄ）は、図２０の従来技術によるピストンの軸回りの種々角度から眺めた図である。
【００５０】
図２１を参照すると、ピストン１１１は、頭部１１２及び尾部１１３とを備えている。頭部は２つの周方向に突出し、細径部１１５を介して軸方向に並んで配置され円盤部１１４及び１１６とを備えている。先端の円盤部１１４には周方向に設けられた溝１１４ａがあり、その溝には、ピストンリング１２０が装着されている。この従来技術による圧縮機のピストンはフロンを冷媒として用いたものに使用され、ＣＯ２用に用いる場合には、強度や磨耗等の面から問題がある。
【００５１】
【特許文献１】
特開２００１−１１５９５５公報
【００５２】
【特許文献２】
特願２００２−０４５３７３
【００５３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術によるピストン式圧縮機において、ピストン側面が受ける面圧を落とす目的で、ピストンが摺動運動をするスリーブ又はライナを変形させているが、下死点時に対しては圧縮反力がニュートラルになる位置があり、スリーブとピストンの嵌合長さまたは嵌合ガタの大きさによっては、倒れ荷重Ｒ２が食いつき荷重に変化する可能性を秘めている。
【００５４】
また、従来技術で用いられるＣＯ２を冷媒として用いたピストンは中実が円柱型であり、軽量化の観点からは駄肉が存在する。このため、慣性バランスの観点から、少容積高冷凍能力のために必要な高速運転の回転数を落としている可能性がある。
【００５５】
そこで、本発明の一技術的課題は、ピストンの倒れ荷重を分散させ、ピストンおよび相手材の磨耗を抑制したピストンとピストン式圧縮機とを提供することにある。
【００５６】
また、本発明のもう一つの技術的課題は、スリーブ形状に対応したピストンの軽量化を実施し、慣性バランスを向上させることができるピストンとピストン式圧縮機とを提供することにある。
【００５７】
また、本発明のさらに、もう一つの技術的課題は、ピストン外周面の皮膜（固体潤滑材）の剥がれや損傷をなくすことができるピストンと、ピストン式圧縮機を提供することにある。
【００５８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ピストン式圧縮機の回転軸の周囲に配置され、シリンダに設けられたスリーブ内を前記回転軸に沿う方向に往復運動を行い前記冷媒を圧縮するピストンにおいて、圧縮シール部を構成するピストン頭部と、尾部と、前記頭部と前記尾部とを連絡する連結部とを備え、前記連結部の軸方向から眺めた背面側の前記尾部に至るまでの部分を減肉形状としたことを特徴とするピストンが得られる。
【００５９】
また、本発明によれば、前記ピストンにおいて、前記頭部の前記連結部寄りの周方向に減肉形状を備えていることを特徴とするピストンが得られる。
【００６０】
また、本発明によれば、前記ピストンにおいて、前記尾部は前記回転軸とともに回転する斜板を、シューを介して収容する収容部を備えていることを特徴とするピストンが得られる。
【００６１】
また、本発明によれば、前記ピストンにおいて、前記ピストン頭部は、前端付近に周方向に設けられた溝と、前記溝に装着されるピストンリングを備えていることを特徴とするピストンが得られる。
【００６２】
また、本発明によれば、前記ピストンにおいて、前記溝は複数の軸方向に沿って並設されていることを特徴とするピストンが得られる。
【００６３】
また、本発明によれば、前記ピストンにおいて下死点時の前記スリーブに対する、嵌合はＬｐ１＞Ｌ１−Ｌ２の関係（但し、Ｌ２／Ｌ１＞０５、Ｌ１：スリーブ全長、Ｌ２：シリンダボア長、ＬＰ１：最大容積下死点時のスリーブとピストン嵌合長）を満たすことを特徴とするピストンが得られる。
【００６４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのピストンにおいて、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いるピストン式圧縮機に用いられることを特徴とするピストンが得られる。
【００６５】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのピストンを備えていることを特徴とするピストン式圧縮機が得られる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、回転軸周囲に設けられた斜板カムと、シリンダに前記回転軸に沿うとともにこの回転軸の周囲に設けられたスリーブと、前記スリーブ内に設けられ、往復運動を行うピストンとを備え、前記斜板カムの揺動運動に連動する前記ピストンの往復動によって、前記スリーブ内に二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を吸入し、圧縮して、前記スリーブ内から吐出するピストン式可変容量型圧縮機において、前記ピストンとして前記いずれか一つのピストンを用いたことを特徴とするピストン式可変容量型圧縮機が得られる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００６８】
本発明の実施の形態によるピストン式圧縮機は、ピストンの形状が従来技術１とは異なる他は同様の構成を有するので、以下の説明においては、ピストン及びその周辺についてのみ説明する。
【００６９】
図１及び図２は本発明の実施の形態によるピストン式圧縮機の圧縮機構の要部を示す部分断面図であり、図１はピストンが上死点時の嵌合状態を示し、図２はピストンが下死点時の嵌合状態を示している。
【００７０】
図１及び図２を参照すると、ピストン１０は、圧縮シール部を構成するピストン頭部１１と、尾部１３と、ピストン頭部１１と尾部１３との間の連結部１２とを一体に備えている。ピストン頭部１１には、２本の周方向に形成された周溝１５ａ，１５ｂによって、リング状のリング部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが軸方向に並んで設けられている。
【００７１】
また、尾部１３は、側壁１７ａ，１７ｂと、底部１８ｃとを備えた凹部１７を備えている。側壁１７ａ，１７ｂには、略半球形状のシューの夫々の球面に対応するように半球状に窪んだ半球面１８ａ，１８ｂが形成されている。
【００７２】
さらに、本発明の実施の形態によるピストンにおいては、ピストン頭部のリング部１４ｃと連結部との間に、第１の肉取りとして、周方向に設けられた幅が広く深い溝部１を形成し、さらにピストン頭部１１の終端である突出部１６を形成するように連結部１２から尾部に至るように、第２の肉取りとして切り込み部２を形成している。
【００７３】
図１の上死点の状態においては、圧縮反力によるサイドフオースを分散させ、面圧を低減させる。このとき、ピストン１０のクランク側円筒部形状は、サイドフォースを受ける部位のみに円筒面が存在する。
【００７４】
図２の下死点の嵌合状態においては、ピストン１０とスリーブ２０の嵌合が最低となり、スリーブ２０下端のサイドフォースは、ピストンの長方向の中心近傍となり、ニュートラルになるケースが存在する。ここでは圧縮シール部以外の円筒部は、切り込み２はあるもののスリーブ外にあり、スリーブ２０に対して、ほぼ円筒状になっている。
【００７５】
ここで、スリーブ２０の全長Ｌ１と、ピストン１０と、ピストン頭部１１の長さとシリンダボア５１ａの長さＬ２は、ＬＰ１＞Ｌ１−Ｌ２の関係を満たすように、形成されている。但し、Ｌ２／Ｌ１＞０．５であり、ＬＰ１は最大容量下死点時のスリーブとピストンとの嵌合長さを示す。
【００７６】
ここで、Ｌ２／Ｌ１＞０．５としたのは、先の図１８（ａ）及び（ｂ）の所で説明したように、スリーブ２０の長さＬ１とシリンダボア５１ａの長さＬ２との関係が０．５＞Ｌ２／Ｌ１になると、シリンダボア５１ａの周面によるスリーブ２０の支持が不十分になり、スリーブ２０の挙動が不安定化して、圧縮機５０の作動が不安定化するからである。
【００７７】
尚、シリンダボア５１ａへのスリーブ２０の嵌合構造は、図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明したキー２０ｃ及びキー溝５１ｃを備えた形状であっても良いのは勿論である。
【００７８】
次に、本発明の実施の形態によるピストンの作用についてさらに、図３乃至図６を参照しながら説明する。
【００７９】
図３は実用領域の圧力、最大容量、及び１万回転相当の回転数を前提にした時のスリーブ端面の力（サイドフォース）とピストン中心軸に対する、その方向及び力をあらわす。この図より圧縮行程のサイドフォースは，第三象限に存在することがわかる。
【００８０】
図４及び図５は各行程におけるサイドフォースの大きさの分布と、その方向とを示す図で、図４（ａ）は圧縮側の下死点、図４（ｂ）は圧縮行程中、図４（ｃ）は上死点、図５（ａ）は吸入行程中、図５（ｂ）は吸入側の下死点を夫々示している。
【００８１】
図４（ａ）に示すように、圧縮機を駆動すると、（ａ）の下図のように、斜板の摺動抵抗と圧縮反力との合力３３ａが生じる。ピストンの下死点となる斜板の回転位置を０とすると、０よりも幾分移動したＡｄｅｇ側においては、（ａ）の上図に示すように、支点３１に加わる力は、ピストンの尾部から眺めて、尾部の斜板が収容される凹部側の位置に発生し、逆にピストンに加わる力３２ａは、「○」で示した尾部の凹部の反対側，背側で発生する。
【００８２】
したがって、ピストンは、支点３１の位置で大きなサイドフォースを受けることになる。
【００８３】
図４（ｂ）に示すように、斜板の回転位置が９０ｄｅｇの圧縮行程中においては、支点３１に加わる力は、尾部の斜板が収容される凹部側よりも左回りに９０ｄｅｇ回転した位置に発生し、逆にピストンに加わる力３２ｂは、尾部の凹部の反対側，背側である「○」で示した位置よりも左回りに９０ｄｅｇ回転した位置に発生する。
【００８４】
図４（ｃ）の上下図に示すように、斜板の回転位置が１８０ｄｅｇの上死点においては、合力３３ｃによる支点３１に加わる力は、「○」で示した尾部の背側の位置に発生し、ピストンに加わる力は、尾部の斜板が収容される凹部側に発生する。
【００８５】
図５（ａ）の上下図に示すように、斜板の回転位置が２７０ｄｅｇの吸入行程においては、合力３６ａによる支点３４に加わる力は、「○」で示した尾部の背側の位置よりも９０ｄｅｇ右回りに回転した位置に発生し、ピストンに加わる力３５ａは、尾部の斜板が収容される凹部よりも右回りに９０ｄｅｇ回転した位置に発生する。
【００８６】
図５（ｂ）の上下図に示すように、斜板の回転位置が３６０ｄｅｇであってＡｄｅｇだけ幾分小さな下死点においては、合力３６ａによる支点３４に加わる力は、「○」で示した尾部の背側の位置に発生し、ピストンに加わる力３５ａは、尾部の斜板が収容される凹部の位置に発生する。
【００８７】
次にこのサイドフォースの斜板（即ち、回転軸）への回転数の依存性について説明する。
【００８８】
図６はＰｄ１．５ＭＰａ、１００００ｒｐｍにおけるスリーブ端面の力、図７はＰｄ１．５ＭＰａ、１０００ｒｐｍにおけるスリーブ端面の力、即ち、図４（ａ）〜（ｃ）における支点３１が受ける力、及び図５（ａ）及び（ｂ）における支点３４が受ける力の変化を夫々示す図である。
【００８９】
図６に示すように、本発明の実施の形態で用いるような高速運転（回転速度１００００ｒｐｍ）においては、ピストンはスリーブの端面から矢印４１で示すピストンの尾部の背側よりも、開口側において、きわめて大きな力を受ける。
【００９０】
これに対して、図７に示すように、低速運転（回転速度１０００ｒｐｍ）においては、ピストンはスリーブの端面から矢印４１で示すピストンの尾部の背側が力を受けるがその大きさは弱く高速運転の場合と殆ど変わらない。
【００９１】
この図６及び図７に示すサイドフォースのピーク位置、及び上死点のサイドフォースをスリーブ端面及びピストンで受けきれるような形状で、且つ軽量化を図ったものが本発明の実施の形態によるピストンである。
【００９２】
更に具体的に本発明の実施の形態によるピストンの原理について説明する。
【００９３】
図８はピストンにおける斜板とピストンに加わる力の関係を示す部分断面概略図である。図８に示すように、クランク室内においては、斜板７５は図示の白抜きの矢印のように回転しているとすると、圧縮力（Ｆ１）とそれに直交する分力（Ｆ２）との合力（Ｆ３）によって、矢印で示されたモーメント（Ｍ）が発生する。このモーメント（Ｍ）の作用によって、接触部（Ｐ１）に集中押圧力（ＦＭ１）が働くことになる。
【００９４】
図９（ａ）は本発明の実施の形態によるピストンの原理の説明に供せられる軸側から眺めた側面断面図、（ｂ）は自転防止されたピストンと斜板の回転関係を示し、（ｃ）は平面図である。
【００９５】
図９（ｂ）に示すように、斜板が回転し、図９（ｃ）に示すように、ピストン１０は自転阻止されているので回転しないが、ピストンの荷重を受ける回転位置が変わってくる。
【００９６】
即ち、図９（ａ）に示すように、ピストンにおいては、凹部側を中心にして両側まで外周に左右対称な形状で傾斜した斜線部分２ａに荷重を受け、後に詳しく説明するように、斜板の回転位置に応じて矢印２ｂで示すされる方向に、移動し、裏面側の位置に移動したのち、再び凹部側の位置に戻り、また、手前側の位置に戻るような繰り返しの荷重を受ける。
【００９７】
したがって、ピストン１０の連結部の斜線２´の部分は、殆どシリンダボア内面に触れてないので、この部分を削除して軽量化することが可能である。また、ピストン１０の連結部１２寄りののピストン頭部１１の一部分の外周部も削除して軽量化することが可能である。
【００９８】
よって、本発明の実施の形態におけるピストン１０は、この原理に基づいて不要な肉盛りを削除したものである。
【００９９】
次に、ピストン１０の斜板の各回転位置における荷重を受ける部分の変化に関して具体的に説明する。
【０１００】
図１０、図１１，図１２、図１３、及び図１４は各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示し、図１０〜図１２は圧縮行程、図１３及び図１４は吸入行程を夫々示している。
【０１０１】
図１０（ａ），（ｂ）、（ｃ）に示すように、ピストンが下死点から上死支点に向かう位置にある場合においては、斜板７５は、矢印ｒで示すように、右上がりにピストン収容部１７を通過する。このときに、ピストン１０は斜板７５に引っ張られるけれども、冷媒を圧縮している。
【０１０２】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）において、荷重のかかる点は符号２１で示され、凹部１７の左回りに９０ｄｅｇ回転した位置にある。
【０１０３】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、圧縮行程の中途の状態においては、斜板７５の回転にピストン力が引きづられるように進む。この状態において、荷重のかかる点は符号２２で示され、凹部１７の左回りに鋭角をなして回転した位置にある。
【０１０４】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ピストン１０の上死点においては、斜板の回転が水平であり、荷重のかかる点は符号２３で示されるように、凹部１７の位置にある。
【０１０５】
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、吸入行程の中途においては、斜板７５の移動方向が右斜め下方であり、荷重のかかる点は符号２４で示すように、凹部より９０ｄｅｇ右回りの位置にある。
【０１０６】
図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ピストンが上死点に移動する手前においては、斜板７５の移動方向にさらに傾斜した右斜め下方であり、荷重のかかる点は符号２５で示される凹部の位置にある。
【０１０７】
図１０から図１４の説明から、図９の荷重の加わるピストンの周部分は凹部１７側の山型に傾斜した半分であり、斜線部分２′ａを導き出すことができる。
【０１０８】
この結果によって、図１及び図２に示す本発明の実施の形態によるピストンのように、肉盛りを削除することができたものである。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピストンサイド部のキズが防止でき、耐久性の向上につながるピストンとピストン式圧縮機とを提供することができる。
【０１１０】
また、本発明によれば、スリーブ材質は、任意に選べ特性を材質からも選定でき、軽量化、高耐久性、静粛性を備えたピストンと、ピストン式圧縮機とを提供することができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、ピストンコーティングをなくすことができ、コスト、生産性に優れたピストンとピストン式圧縮機を提供することができる。
【０１１２】
また、本発明によれば、体積効率を向上することができるピストンとピストン式圧縮機とを提供することができる。
【０１１３】
また、本発明によれば、複数のシリンダ用スリーブを一体化することで生産性向上、回転止めも可能となるピストンとピストン式圧縮機とを提供することができる。
【０１１４】
また、本発明によれば、ピストンの軽量化を実施でき、慣性バランスの向上によってより高速回転に対応できるピストンとピストン式圧縮機とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるピストン式圧縮機の圧縮機構の要部を示す部分断面図で、ピストンが上死点時の嵌合状態を示している。
【図２】本発明の実施の形態によるピストン式圧縮機の圧縮機構の要部を示す部分断面図で、ピストンが下死点時の嵌合状態を示している。
【図３】実用領域の圧力、最大容量、及び１万回転相当の回転数を前提にした時のスリーブ端面の力（サイドフォース）とピストン中心軸に対する、その方向及び力をあらわす。この図より圧縮行程のサイドフォースは，第三象限に存在することがわかる。
【図４】各行程におけるサイドフォースの大きさの分布と、その方向とを示す図で、（ａ）は圧縮側の下死点、（ｂ）は圧縮行程中、（ｃ）は上死点を夫々示している。
【図５】各行程におけるサイドフォースの大きさの分布と、その方向とを示す図で、（ａ）は吸入行程中、（ｂ）は吸入側の下死点を夫々示している。
【図６】Ｐｄ１．５ＭＰａ、１００００ｒｐｍにおけるスリーブ端面の力の変化を示す図である。
【図７】Ｐｄ１．５ＭＰａ、１０００ｒｐｍにおけるスリーブ端面の力の変化を示す図である。
【図８】ピストンにおける斜板とピストンに加わる力の関係を示す部分断面概略図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態によるピストンの原理の説明に供せられる側面図である。
（ｂ）は自転防止されたピストンと斜板の回転関係を示す図である。
（ｃ）はピストンの平面断面図である。
【図１０】各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示す図である。
【図１１】各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示す図である。
【図１２】各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示す図である。
【図１３】各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示す図である。
【図１４】各斜板の回転位置における主要荷重を受ける部分とその移動とを示す図である。
【図１５】特許文献１による容量可変型斜板式圧縮機を示す断面図である。
【図１６】図１５の容量可変型斜板式圧縮機のピストン及びその周辺部の拡大断面図である。
【図１７】特許文献２による容量可変型斜板式圧縮機を示す断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は図１７のピストン摺動部を主に示す部分断面図である。
【図１９】（ａ）は図１７のピストン摺動部を主に示す断面図である。
（ｂ）はスリーブの正面図である。
（ｃ）はスリーブの斜視図である。
【図２０】従来技術による可変容量圧縮機のもう一つの例を示す図である。
【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｄ）は、図２０の従来技術によるピストンの軸回りの種々角度から眺めた図である。
【符号の説明】
１　　溝部
２　　切り込み部
２′　　斜線（荷重が加わらない部分）
２′ａ　　斜線（荷重が加わる部分）
１０　　ピストン
１１　　ピストン頭部
１３　　尾部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　　リング部
１５ａ，１５ｂ　　周溝
１６　　突出部
１７　　凹部
１７ａ，１７ｂ　　側壁
１８ａ，１８ｂ　　半球面
１８ｃ　　底部
２０　　円筒部材（スリーブ、ライナ、チューブ）
２０ａ　　フランジ
２０ｃ　　キー
２０ｅ，２０ｆ　　端部
３１，３４　　支点
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３５ａ　　ピストンに加わる力
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３６ａ　　合力
５０，５０′，７０　　容量可変型斜板式圧縮機
５１　　シリンダブロック
５１ａ　　シリンダボア
５１ｂ　　シリンダボア
５１ｃ　　拡径部
５１ｄ　　キー溝
５２　　フロントハウジング
５３ｂ　　吐出弁
５３ｃ　　弁板
５３ｇ　　吸入弁
５４　　シリンダヘッド
５５　　駆動軸（シャフト）
５８　　調整ネジ
６０　　電磁クラッチ
７１　　スラストフランジ（ロータ）
７１ａ　　ボール
７３　　ピン
７４　　長孔
７５　　斜板
７５ｃ　　摺動面
７６　　コイルスプリング
７５　　斜板
７５ｂ　　ボス部
７６　　コイルスプリング
８１　　吸入室
８２　　吐出室
８１ａ　　吸入ポート
８２ａ　　吐出口
８４　　クランク室
８５ａ，８５ｂ　　シュー
１００　　ピストン
１００ａ　　頭部
１００ｂ　　尾部
１０１　　シュー本体
１０２　　ワッシャ
１０３　　リテーナ
１０４　　ラジアル軸受
１０５　　ストッパ
１１１　　ピストン
１１２　　ピストン頭部
１１３　　尾部
１１４，１１６　　円盤部
１１４ａ　　溝
１１５　　細径部
１２０　　ピストンリング
１２２　　圧縮室
１３１　　コネクティングロッド
１３５　　シュー
【図１】
2004108166.tif 000003
【図２】
2004108166.tif 000004
【図３】
2004108166.tif 000005
【図４】
2004108166.tif 000006
【図５】
2004108166.tif 000007
【図６】
2004108166.tif 000008
【図７】
2004108166.tif 000009
【図８】
2004108166.tif 000010
【図９】
2004108166.tif 000011
【図１０】
2004108166.tif 000012
【図１１】
2004108166.tif 000013
【図１２】
2004108166.tif 000014
【図１３】
2004108166.tif 000015
【図１４】
2004108166.tif 000016
【図１５】
2004108166.tif 000017
【図１６】
2004108166.tif 000018
【図１７】
2004108166.tif 000019
【図１８】
2004108166.tif 000020
【図１９】
2004108166.tif 000021
【図２０】
2004108166.tif 000022
【図２１】
2004108166.tif 000023