(57)【要約】【課題】ピストンとシリンダボアとの間での摺動特性及びシール性を確保しながら、安価な往復動型流体機械を提供する。【解決手段】往復動型流体機械では、ピストン１８が当該ピストン１８の側面２３を覆う被覆層２３を介してシリンダボア８に摺動する。ピストン１８は、側面２３から径方向外側に突出し且つ被覆層２４によって覆われた拡径部２６を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが当該ピストンの側面を覆う被覆層を介してシリンダボアに摺動する往復動型流体機械において、
前記ピストンは、前記側面から径方向外側に突出し且つ前記被覆層によって覆われた拡径部を有することを特徴とする往復動型流体機械。
【請求項２】
前記被覆層は主成分としてＰＴＦＥを含むことを特徴とする請求項１に記載の往復動型流体機械。
【請求項３】
前記拡径部は、前記ピストンが下死点に位置するとき前記シリンダボア内に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の往復動型流体機械。
【請求項４】
前記拡径部は、前記ピストンが下死点に位置するとき前記シリンダボアの下端から３ｍｍ以上離隔し、一方、前記ピストンが上死点に位置するとき前記シリンダボアの上端から３ｍｍ以上離隔することを特徴とする請求項３に記載の往復動型流体機械。
【請求項５】
前記側面からの前記拡径部の突出高さは３５μm以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の往復動型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用空調装置の圧縮機に適用される、往復動型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の往復動型流体機械として、例えば、特許文献１は、ピストンの側面にコート層を形成した圧縮機を開示している。コート層は均一な厚さを有し、ピストンとシリンダボアとの間での摺動特性が向上するよう、コート層の表面にはフッ素樹脂が分布される。
【特許文献１】特開2000-170657号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の圧縮機の場合、確かに、コート層のフッ素樹脂によりピストンとシリンダボアとの間での摺動特性が確保されるものと考えられる。また、コート層により、ピストンとシリンダボアとの間のシール性も向上するものと考えられる。しかしながら、材料であるフッ素樹脂が高価なため、圧縮機自体も高価になってしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ピストンとシリンダボアとの間での摺動特性及びシール性を確保しながら、安価な往復動型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するべく、本発明によれば、ピストンが当該ピストンの側面を覆う被覆層を介してシリンダボアに摺動する往復動型流体機械において、前記ピストンは、前記側面から径方向外側に突出し且つ前記被覆層によって覆われた拡径部を有することを特徴とする往復動型流体機械が提供される（請求項１）。
好適な態様として、前記被覆層はPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）を含む（請求項２）。
【０００５】
好適な態様として、前記拡径部は、前記ピストンが下死点に位置するとき前記シリンダボア内に位置する（請求項３）。
好適な態様として、前記拡径部は、前記ピストンが下死点に位置するとき前記シリンダボアの下端から３ｍｍ以上離隔し、一方、前記ピストンが上死点に位置するとき前記シリンダボアの上端から３ｍｍ以上離隔する（請求項４）。
【０００６】
好適な態様として、前記側面からの前記拡径部の突出高さは３５μm以下である（請求項５）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１〜５の往復動型流体機械によれば、ピストンの側面に拡径部を形成したことにより、拡径部の体積に対応して被覆層の体積が減少する。このため、ピストン１個当りの被覆層の材料費が削減され、往復動型流体機械が安価になる。
請求項２の往復動型流体機械では、被覆層の主成分であるＰＴＦＥが高価であるため、材料費の削減幅が大きく、往復動型流体機械が大幅に安価になる。
【０００８】
請求項３の往復動型流体機械では、ピストンが下死点に位置するとき、拡径部はシリンダボア内に位置する。従って、このとき、拡径部はシリンダボアの下端から離隔しており、当該下端に位置する被覆層の下端側部分は、拡径部を覆う被覆層の部分よりも厚い。ここで、ピストンが下死点に位置するときシリンダボアの下端に位置する被覆層の下端側部分では摩耗や剥離が発生し易いけれども、被覆層の下端側部分は拡径部を覆う被覆層の部分よりも厚く、被覆層の下端側部分の厚さが十分に確保されている。この結果、この流体機械によれば、被覆層の下端側部分の耐摩耗性及び耐剥離性が確保され、被覆層の摺動特性及びシール性が長期に亘り確保される。
【０００９】
請求項４の往復動型流体機械では、拡径部は、ピストンが下死点に位置するときシリンダボアの下端から３ｍｍ以上離隔し、一方、ピストンが上死点に位置するときシリンダボアの上端から３ｍｍ以上離隔しているので、被覆層の摺動特性及びシール性が長期に亘り確実に確保される。
請求項５の往復動型流体機械では、ピストンの側面からの拡径部の突出高さが３５μm以下なので、ピストンの側面を覆う被覆層の部分の厚さが、拡径部を覆う被覆層の部分の厚さに比べて厚くなりすぎない。このため、この流体機械は確実に安価になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の一実施形態の往復動型流体機械の概略構成を示し、流体機械は、例えば、車両用空調装置の圧縮機として用いられる。
流体機械はシリンダヘッド２を備え、シリンダヘッド２の内部には吸入室３及び吐出室４が区画されている。シリンダヘッド２は、円柱状のシリンダブロック６の一端にバルブプレート７を介して連結され、シリンダブロック６は例えば７個のシリンダボア８を有する。
【００１１】
シリンダボア８は、シリンダブロック６の周方向に等間隔をもって同心上に配置され、各シリンダボア８は、シリンダブロック６をその軸線方向に貫通している。各シリンダボア８は、シリンダブロック６の両端面に開口した開口端を有し、シリンダヘッド２側のシリンダボア８の開口端は、バルブプレート７の吸入孔及び吐出孔を介して吸入室３及び吐出室４に連通可能である。
【００１２】
シリンダブロック６の他端にはクランクケース１０が連結され、クランクケース１０により囲まれたクランク室１１内には、その中央に駆動軸１２が回転可能に配置されている。駆動軸１２はシリンダボア８の軸線と平行をなし、シリンダボア８は、駆動軸を中心として同心上に配列されている。クランクケース１０から突出した駆動軸１２の一端には、電磁クラッチ１３が固定され、電磁クラッチ１３は、エンジンからの動力を駆動軸１２に断続的に伝達可能である。
【００１３】
駆動軸１２は環状の斜板１６を貫通し、斜板１６は駆動軸１２に対して傾斜した状態で駆動軸１２と一体に回転可能である。斜板１６の外周部は、駆動軸１２の径方向でみてシリンダボア８の位置まで達しており、クランクケース１０側のシリンダボア８の開口端からクランク室１１に突出した各ピストン１８のテール部１９は、一対の半球状のシュー２０を介して斜板１６の外周部を摺動自在に挟み付けている。
【００１４】
ピストン１８は、テール部１９に連なる円柱状の本体部２２を有し、本体部２２はシリンダボア８に摺動自在に嵌合している。ピストン１８の本体部２２の側面２３（外周面）には、略全域にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を主成分とするフッ素系樹脂の被覆層２４が形成され、被覆層２４の外周面はシリンダボア８の内径と略同一の外径を有する円筒状をなす。従って、ピストン１８の本体部２２は、被覆層２４を介してシリンダボア８の内周面に摺動する。
【００１５】
また、各ピストン１８は、図２（ａ），図２（ｂ）に拡大して示したように、本体部２２から径方向外側に突出した拡径部２６を有する。拡径部２６は、本体部２２の側面２３から一周に亘り一定の高さＨにて突出し、拡径部２６の外周面２７は、本体部２２の側面２３と同軸の円筒状をなす。
拡径部２６の突出高さＨは、本体部２２の側面２３を覆う被覆層２４の部分の厚さＴ１よりも小さく、被覆層２４は、本体部２２の側面２３とともに拡径部２６の外周面２７も覆っている。換言すれば、拡径部２６は被覆層２４内に埋め込まれている。
【００１６】
ただし、拡径部２６の存在に係わらず、被覆層２４の外周面は、外径が一定の円筒状をなし、被覆層２４にあっては、拡径部２６の外周面２７を覆う部分の厚さＴ２が、本体部２２の側面２３を覆う部分の厚さＴ１よりも、拡径部２６の突出高さＨの分だけ薄い。
一方、ピストン１８の軸線方向でみたとき、拡径部２６は、本体部２２の両端から離隔しており、本体部２２の側面２３をバルブプレート７側の領域２３ａとクランク室１１側の領域２３ｂとに区画している。
【００１７】
より詳しくは、本体部２２における拡径部２６の位置は、図２（ａ）に示したように、ピストン１８が下死点に位置するときでも、拡径部２６がシリンダボア８内に位置するよう設定されている。このため、ピストン１８が下死点に位置するとき、領域２３ｂを覆う被覆層２４の部分、すなわち、厚さＴ１を有する被覆層２４の部分が、クランク室１１側のシリンダボア８の開口端に位置する。
【００１８】
上述した流体機械にあっては、エンジンからの動力が電磁クラッチ１３を介して駆動軸１２に伝達され、駆動軸１２の回転に伴ない斜板１６が回転する。斜板１６の回転はシュー２０を介して各ピストン１８の往復運動に変換され、各ピストン１８は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示したように下死点と、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示したように上死点との間を往復する。
【００１９】
各ピストン１８の往復運動は、吸入孔を介した吸入室３からシリンダボア８への冷媒ガスの吸入工程、シリンダボア８内での冷媒ガスの圧縮工程及び吐出孔を介したシリンダボア８から吐出室４への冷媒ガスの吐出工程からなる一連のプロセスをもたらす。このプロセスにおいて、各ピストン１８は被覆層２４を介してシリンダボア８に摺動し、ピストン１８とシリンダボア８との間での摺動特性及びシール性が確保される。
【００２０】
そして、上述した流体機械では、ピストン１８に拡径部２６を形成したことにより、拡径部２６の体積に対応して被覆層２４の体積が減少する。このため、ピストン１８の１個当りの被覆層２４の材料費が削減され、流体機械は従来よりも安価になる。
また、上述した流体機械では、ピストン１８が下死点に位置するとき、拡径部２６はシリンダボア８内に位置する。従って、このとき、拡径部２６はシリンダボア８のクランク室１１側の開口端（下端）から離隔しており、当該下端に位置する被覆層２４の下端側部分の厚さＴ１は、拡径部２６を覆う被覆層２４の部分の厚さＴ２よりも厚い。
【００２１】
ここで、ピストン１８が下死点に位置するときシリンダボア８の下端に位置する被覆層２４の下端側部分では摩耗や剥離が発生し易いけれども、被覆層２４の下端側部分は拡径部２６を覆う被覆層の部分よりも厚く、被覆層２４の下端側部分の厚さＴ１が十分に確保されている。この結果、この流体機械によれば、被覆層２４の下端側部分の耐摩耗性及び耐剥離性が確保され、被覆層２４の摺動特性及びシール性が長期に亘り確保される。
【００２２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、例えば流体機械におけるシリンダボア８は７個に限られず、その数は何ら制約されるものではない。
一実施形態では、被覆層２４は円筒状の外周面を有していたけれども、被覆層は、ピストンの本体部とシリンダボアとが摺動する領域に形成されていればよく、被覆層の外面は、本体部やシリンダボアの形状によっては円筒状でなくてもよい。
【００２３】
一実施形態では、被覆層２４の材料はＰＴＦＥを主成分とするフッ素系樹脂であったけれども、樹脂層２４の材料は特に限定されない。ただし、ＰＴＦＥを主成分とするフッ素系樹脂の被覆層２４は、耐摩耗性に優れるので好ましい。なお、ＰＴＦＥを主成分とするフッ素系樹脂の被覆層２４の場合、ＰＴＦＥが高価であるため、拡径部２６による材料費の削減幅が大きく、流体機械が大幅に安価になる。
【００２４】
一実施形態では、拡径部２６は、ピストン１８の本体部２２の中間に位置していたが、拡径部２６は、被覆層２４が形成されるピストン１８の本体部２２の領域に位置していればよい。ただし、拡径部２６は、ピストン１８が下死点に位置するとき、シリンダボア８内に位置するのが好ましく、シリンダボア８の下端から拡径部２６までの距離Ｄ１（図２（ａ）参照）は３ｍｍ以上であるのがより好ましい。ピストン１８が下死点に位置するときシリンダボア８の下端に位置する被覆層２４の部分では、摩耗や剥離が発生し易いため、この被覆層２４の部分の厚さを十分に確保するためである。
【００２５】
また、ピストン１８が上死点に位置するとき、バルブプレート７側のシリンダボア８の開口端（上端）から拡径部２６までの距離Ｄ２（図２（ａ）参照）は、３ｍｍ以上であるのが好ましい。ピストン１８が上死点に位置するときシリンダボア８の上端近傍に位置する被覆層２４の部分では、摩耗や剥離が発生し易いため、この被覆層２４の部分の厚さを十分に確保するためである。
【００２６】
従って、ピストン１８の軸線方向でみた拡径部２６の長さ（幅Ｗ）は、本体部２２及びシリンダボア８の長さ、ピストン１８のストローク長並びに距離Ｄ１及びＤ２を勘案して適当に設定される。
一実施形態では、拡径部２６の突出高さＨが高い程、材料費が削減されるが、突出高さＨは３５μm以下であるのが好ましい。突出高さＨが３５μｍ以下である場合、ピストン１８の本体部２２の側面２３を覆う被覆層２４の部分の厚さＴ１が、拡径部２６を覆う被覆層２４の部分の厚さＴ２に比べて厚くなりすぎない。このため、この流体機械は確実に安価になる。
【００２７】
また、厚さＴ１は、１５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあるのが好ましく、厚さＴ２は５μｍ以上であることが望ましい。厚さＴ１が１５μｍよりも小さくなると、耐摩耗性及び耐剥離性を十分に確保できず、厚さＴ１が４０μｍを超えると、耐摩耗性及び耐剥離性はほとんど向上しなくなるからである。一方、厚さＴ２が５μｍ未満であると、耐摩耗性を十分確保することができなくなるからである。
【００２８】
一実施形態では、一つのピストン１８が一つの拡径部２６を有していたけれども、複数の拡径部を有していてもよい。
一実施形態では、被覆層２４の外周面がシリンダボア８の内周面と摺動したけれども、図３に示したように、ピストン１８は１つ又は２つ以上のピストンリング３０を有していてもよい。
【００２９】
最後に、本発明の往復動型流体機械は、両頭の斜板式圧縮機や揺動板式圧縮機にも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の往復動型流体機械の概略構成を示す図であり、（ａ）は一つのピストンが下死点に位置するときの状態を示し、（ｂ）は、一つのピストンが上死点に位置するときの状態を示す。
【図２】図１の流体機械におけるピストンの拡径部近傍を拡大して示す図であり、（ａ）は一つのピストンが下死点に位置するときの状態を示し、（ｂ）は、一つのピストンが上死点に位置するときの状態を示す。
【図３】図１の流体機械に適用された変形例のピストンの拡径部近傍を拡大して示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
８    シリンダボア
１８    ピストン
２３    側面
２４    被覆層
２６    拡径部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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