(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と一体的に回転するカム体の回転によって往復動され、中空部を有するピストンにおいて、
前記中空部はピストンの中心軸線を包囲し、前記中空部を形成する先端壁の内端面は、前記中空部を形成する周壁の内周面から前記中心軸線に向かうにつれて、前記先端壁の外端面側に近づいてゆき、次いで前記外端面から遠ざかる形状とし、前記内端面は、前記周壁の内周面に連なると共に、前記中心軸線を包囲する環状の凹条と、前記環状の凹条に連なるように、かつ前記中心軸線を包囲するように前記環状の凹条の内側に設けられた環状の凸条とを備えている圧縮機におけるピストン。
【請求項２】
前記中心軸線を通る平面で前記環状の凹条の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、同一の滑らかな凹曲線である請求項１に記載の圧縮機におけるピストン。
【請求項３】
前記凹曲線は円弧である請求項２に記載の圧縮機におけるピストン。
【請求項４】
前記中心軸線を通る平面で前記環状の凸条の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、同一の滑らかな凸曲線である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮機におけるピストン。
【請求項５】
前記凸曲線は円弧である請求項４に記載の圧縮機におけるピストン。
【請求項６】
前記内端面は、前記中心軸線と交差する平坦面を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮機におけるピストン。
【請求項７】
前記先端壁を含む第１のピストン片と、前記中空部を形成すると共に、前記カム体に摺接するシューに接する第２のピストン片とを結合して構成した請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の圧縮機におけるピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸と一体的に回転するカム体の回転によって往復動され、中空部を有するピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１０７９１２号公報に開示されるピストンは、軽量化のために中空形状にしてある。このような中空形状のピストンは、傾角可変に斜板を収容するクランク室内の圧力を制御して斜板の傾角を制御する可変容量型圧縮機における容量制御を向上する上でも有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ピストンの軽量化は、中空部を形成する壁の厚みを小さくするほど有利である。シリンダボア内を往復動するピストンの先端壁には冷媒ガスの圧力が掛かる。ピストンの先端壁は平板形状であるが、平板形状の先端壁の厚みを小さくし過ぎると、必要な強度を確保することができない。
【０００４】
本発明は、前記した先端壁の軽量化を図ってピストンを更に軽量にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために請求項１乃至請求項７の本発明は、回転軸と一体的に回転するカム体の回転によって往復動され、中空部を有するピストンを対象とし、請求項１の発明では、前記中空部はピストンの中心軸線を包囲し、前記中空部を形成する先端壁の内端面は、前記中空部を形成する周壁の内周面から前記中心軸線に向かうにつれて、前記先端壁の外端面側に近づいてゆき、次いで前記外端面から遠ざかる形状とした。
【０００６】
このような先端壁の内端面の形状は、応力分散作用に優れており、必要な強度を確保しつつ先端壁の材料の量を減らしてさらに軽量にすることが可能となる。
また、請求項１の発明では、前記周壁の内周面に連なると共に、前記中心軸線を包囲する環状の凹条と、前記環状の凹条に連なるように、かつ前記中心軸線を包囲するように前記環状の凹条の内側に設けられた環状の凸条とを備えた前記内端面を形成した。
【０００７】
中心軸線を包囲する環状の凹条及び環状の凸条は、最適な応力分散作用をもたらす。
請求項２の発明では、請求項１において、前記中心軸線を通る平面で前記環状の凹条の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、同一の滑らかな凹曲線とした。
【０００８】
環状の凹条の母線となる滑らかな凹曲線は、適正な応力分散作用をもたらす上で好適である。
請求項３の発明では、請求項２において、前記凹曲線は円弧とした。
【０００９】
円弧は、適正な応力分散作用をもたらす凹曲線として好適である。
請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記中心軸線を通る平面で前記環状の凸条の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、同一の滑らかな凸曲線とした。
【００１０】
環状の凸条の母線となる滑らかな凸曲線は、適正な応力分散作用をもたらす上で好適である。
請求項５の発明では、請求項４において、前記凸曲線は円弧とした。
【００１１】
円弧は、適正な応力分散作用をもたらす凸曲線として好適である。
請求項６の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記内端面は、前記中心軸線と交差する平坦面を有するようにした。
【００１２】
先端壁の内端面は、中空部を形成する周壁の内周面から中心軸線に向かうにつれて、先端壁の外端面側に近づいてゆき、次いで外端面から遠ざかり、その後に平坦面に至る形状となる。
【００１３】
請求項７の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記先端壁を含む第１のピストン片と、前記中空部を形成すると共に、前記カム体に摺接するシューに接する第２のピストン片とを結合してピストンを構成した。
【００１４】
第１のピストン片と第２のピストン片とを結合したピストンは、先端壁の内端面を所定の形状に容易に形成する上で有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１７】
図１は可変容量型圧縮機の内部構造を示す。制御圧室１２１を形成するフロントハウジング１２とシリンダブロック１１とには回転軸１３が支持されている。回転軸１３は、外部駆動源（例えば車両エンジン）から回転駆動力を得る。回転軸１３には回転支持体１４が止着されていると共に、斜板１５が回転軸１３の軸方向へスライド可能かつ傾動可能に支持されている。斜板１５に止着されたガイドピン１６は、回転支持体１４に形成されたガイド孔１４１にスライド可能に嵌入されている。斜板１５は、ガイド孔１４１とガイドピン１６との連係により回転軸１３の軸方向へ傾動可能かつ回転軸１３と一体的に回転可能である。斜板１５の傾動は、ガイド孔１４１とガイドピン１６とのスライドガイド関係、及び回転軸１３のスライド支持作用により案内される。
【００１８】
斜板１５の傾角は、制御圧室１２１内の圧力制御に基づいて変えられる。制御圧室１２１内の圧力が増大すると斜板１５の傾角が減少し、制御圧室１２１内の圧力が減少すると斜板１５の傾角が増大する。制御圧室１２１内の冷媒は、図示しない放圧通路を介してリヤハウジング１９内の吸入室１９１へ流出しており、リヤハウジング１９内の吐出室１９２内の冷媒は、図示しない圧力供給通路を介して制御圧室１２１へ供給可能である。前記圧力供給通路上には容量制御弁２５が介在されており、吐出室１９２から制御圧室１２１へ供給される冷媒流量が容量制御弁２５によって制御される。吐出室１９２から制御圧室１２１へ供給される冷媒流量が増大すると制御圧室１２１内の圧力が増大し、吐出室１９２から制御圧室１２１へ供給される冷媒流量が減少すると制御圧室１２１内の圧力が減少する。即ち、斜板１５の傾角は、容量制御弁２５によって制御される。
【００１９】
斜板１５の最大傾角は、斜板１５と回転支持体１４との当接によって規定される。斜板１５の最小傾角は、回転軸１３上のサークリップ２４と斜板１５との当接によって規定される。
【００２０】
シリンダブロック１１において回転軸１３の周りには複数のシリンダボア１１１（図では２つのみ示す）が配列されている。各シリンダボア１１１にはアルミニウム製のピストン１７が収容されている。回転軸１３と一体的に回転する斜板１５の回転運動は、シュー１８を介してピストン１７の前後往復運動に変換され、ピストン１７がシリンダボア１１１内を前後動する。シュー１８は、カム体である斜板１５に摺接する。
【００２１】
吸入室１９１内の冷媒は、ピストン１７の復動動作（図１において右側から左側への移動）によりバルブプレート２０上の吸入ポート２０１から弁形成プレート２１上の吸入弁２１１を押し退けてシリンダボア１１１内へ流入する。シリンダボア１１１内へ流入した冷媒は、ピストン１７の往動動作（図１において左側から右側への移動）によりバルブプレート２０上の吐出ポート２０２から弁形成プレート２２上の吐出弁２２１を押し退けて吐出室１９２へ吐出される。吐出弁２２１はリテーナ形成プレート２３上のリテーナ２３１に当接して開度規制される。
【００２２】
吐出室１９２と吸入室１９１とは、外部冷媒回路２６を介して接続している。吐出室１９２から外部冷媒回路２６へ流出した冷媒は、凝縮器２７、膨張弁２８及び蒸発器２９を経由して吸入室１９１へ還流する。
【００２３】
図２及び図３に示すように、ピストン１７の内部は中空部１７１となっている。ピストン１７は、先端壁３０を含む第１のピストン片３１と、シュー１８に接する第２のピストン片３２とを結合して構成されている。第２のピストン片３２は、シュー１８を保持するための一対の凹部３３１を備えた保持部３３と、周壁３４とからなる。第１のピストン片３１は、先端壁３０と周壁３５とからなる。第１のピストン片３１の周壁３５と第２のピストン片３２の周壁３４とは嵌合されており、周壁３５の外周面３５２が周壁３４の内周面３４１に対して溶接されている。周壁３４の内周面３４１は円周面であり、周壁３４の外周面３４２は円周面である。又、周壁３５の内周面３５１は円周面であり、周壁３５の外周面３５２は円周面である。周壁３４の内周面３４１及び外周面３４２、並びに周壁３５の内周面３５１及び外周面３５２の中心軸線Ｌは同一であり、中空部１７１は中心軸線Ｌを包囲している。
【００２４】
弁形成プレート２１に対向する先端壁３０の外端面３６は、弁形成プレート２１に対して平行な平面となっている。先端壁３０の内端面３７は、周壁３５に連なる環状の凹条３７１と、環状の凹条３７１の内側に設けられた環状の凸条３７２とからなる。中心軸線Ｌを通る平面Ｓ（図４に一例を図示）で環状の凹条３７１の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、常に同一の円弧３７３である。中心軸線Ｌの周りで円弧３７３を１周りさせれば環状の凹条３７１が形成される。即ち、円弧３７３は環状の凹条３７１の母線となる。又、中心軸線Ｌを通る平面Ｓで環状の凸条３７２の任意の１箇所を切断したときの断面形状は、常に同一の円弧３７４である。中心軸線Ｌの周りで円弧３７４を１周りさせれば環状の凸条３７２が形成される。即ち、円弧３７４は環状の凸条３７２の母線となる。凸条３７２は球面の一部となっている。
【００２５】
円弧３７３の半径は、円弧３７４の半径よりもかなり小さくしてある。平面Ｓ上において、円弧３７３は中空部１７１を形成する周壁３５の内周面３５１に滑らかに繋がっており、円弧３７４は円弧３７３に滑らかに繋がっている。即ち、環状の凹条３７１は周壁３５に滑らかに連なっており、環状の凸条３７２は環状の凹条３７１に滑らかに連なっている。環状の凹条３７１及び環状の凸条３７２は、ピストン１７の中心軸線Ｌを包囲している。
【００２６】
図４において、環状の凹条３７１の領域は、内周面３５１と鎖線円Ｋとの間のであり、環状の凸条３７２の領域は、鎖線円Ｋの内部である。
第１の実施の形態では以下の効果が得られる。
【００２７】
（１-1）従来の単純な平板形状の先端壁では、この先端壁の内端面と周壁３５の内周面３５１との接続部が直角形状となり、応力が前記直角形状の接続部に集中し易い。先端壁の内端面と周壁３５の内周面３５１との接続部を凹曲線形状（所謂Ｒ形状）にすると、前記接続部における応力集中が緩和される。そこで、先端壁の厚みを小さくすると、中心軸線Ｌ付近における先端壁の部分に過剰な応力集中が生じる。そのため、前記接続部を凹曲線形状にしたとしても、先端壁全体の厚みを単純に小さくすることはできない。
【００２８】
本実施の形態における環状の凹条３７１を形成する円弧３７３は、周壁３５の内周面３５１から中心軸線Ｌに向かうにつれて先端壁３０の外端面３６側に近づいてゆき、次いで外端面３６から遠ざかる。環状の凸条３７２を形成する円弧３７４は、内周面３５１側から中心軸線Ｌに向かうにつれて先端壁３０の外端面３６から遠ざかってゆく。即ち、中空部１７１を形成する先端壁３０の内端面３７は、中空部１７１を形成する周壁３５の内周面３５１から中心軸線Ｌに向かうにつれて、外端面３６に近づいてゆき、次いで外端面３６から遠ざかる形状となっている。このような先端壁３０の内端面３７の形状は、応力分散作用に優れている。即ち、環状の凹条３７１は、周壁３５と先端壁３０との接続部への応力集中を緩和し、環状の凸条３７２は、中心軸線Ｌ付近における先端壁３０の部分への応力集中を緩和する。応力分散作用に優れた内端面３７の形状は、単純な平板形状の先端壁に比べ、先端壁３０における必要な強度を確保しつつ材料の量を減らしてさらに軽量にすることを可能とする。
【００２９】
（１-2）中心軸線Ｌを包囲する環状の凹条３７１及び環状の凸条３７２は、先端壁３０の材料の量を減らして必要な強度を確保する上で最適な応力分散作用をもたらす。
【００３０】
（１-3）環状の凹条３７１の母線となる円弧３７３は、応力分散をもたらすための環状の凹条３７１の適正な形状設定の容易性の上で好適である。
（１-4）環状の凸条３７２の母線となる円弧３７４は、応力分散をもたらすための環状の凸条３７２の適正な形状設定の容易性の上で好適である。
【００３１】
（１-5）先端壁３０を備えた第１のピストン片３１は、型成形、切削加工あるいはプレス成形等によって形成される。第１のピストン片３１と第２のピストン片３２とを結合したピストン１７は、先端壁３０の内端面３７を所定の形状に容易に形成する上で有利である。
【００３２】
次に、図５の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
第２のピストン片３２Ａと共にピストン１７Ａを構成する第１のピストン片３１Ａは、第２のピストン片３２Ａの周壁３４の内側に全て収まるように第２のピストン片３２Ａに嵌合して結合されている。
【００３３】
次に、図６の第３の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
この実施の形態におけるピストン１７Ｂでは、第１の実施の形態における周壁３４に相当する周壁３５Ｂが第１のピストン片３１Ｂ側に一体形成されている。第２のピストン片３２Ｂには保持周壁３８が形成されている。保持周壁３８は周壁３５Ｂに嵌入結合されている。
【００３４】
第２及び第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同じ効果が得られる。
次に、図７及び図８の第４の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
【００３５】
ピストン１７Ｃを構成する第１のピストン片３１Ｃにおける先端壁３０Ｃの内端面３７Ｃは、周壁３５の内周面３５１に連なるテーパ３７５と、テーパ３７５に連なるテーパ３７６と、平坦面３７７とからなる。図８に示す（中心軸線Ｌを通る）平面Ｓによってテーパ３７５の任意の１箇所を切断した切断形状は直線である。同様に、平面Ｓによってテーパ３７６の任意の１箇所を切断した切断形状は直線である。テーパ３７５は、内周面３５１から中心軸線Ｌに向かうにつれて外端面３６に近づいてゆき、テーパ３７６は、内周面３５１側から中心軸線Ｌに向かうにつれて外端面３６から遠ざかってゆく。このような形状の内端面３７Ｃは、第１〜第３の実施の形態における内端面３７に比べて応力分散作用の点で若干劣るが、先端壁３０Ｃの軽量化の効果は得られる。
【００３６】
次に、図９及び図１０の第５の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
この実施の形態では、ピストン１７Ｄを構成する第１のピストン片３１Ｄの内端面３７側に複数本の補強リブ３９（本実施の形態では４本）が設けられている。各補強リブ３９は、周壁３５から中心軸線Ｌに到達して中心軸線Ｌ上で合流している。補強リブ３９の上端面３９１は、外端面３６に対して平行である。補強リブ３９は、第１のピストン片３１Ｄの軽量化をあまり損なうことなく先端壁３０の強度向上に寄与する。
【００３７】
次に、図１１及び図１２の第６の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
この実施の形態では、ピストン１７Ｅを構成する第１のピストン片３１Ｅの内端面３７側に補強リブ４０が設けられている。各補強リブ４０は、周壁３５から中心軸線Ｌに到達して中心軸線Ｌ上で合流している。補強リブ４０の上端面４０１は、環状の凹条３７１からの距離及び環状の凸条３７２からの距離が一定である。先端壁３０の強度向上に寄与する補強リブ４０の形成に必要な材料の量は、第５の実施の形態における補強リブ３９に比べて少なくなる。
【００３８】
次に、図１３〜図１５の第７の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が付してある。
ピストン１７Ｆを構成する第１のピストン片３１Ｆにおける先端壁３０Ｆの内端面３７Ｆは、周壁３５の内周面３５１に連なる環状の凹条３７１と、環状の凹条３７１に連なる環状の凸条３７８と、平坦面３７９とからなる。環状の凸条３７８は球面の一部である。環状の凸条３７８は、内周面３５１側から中心軸線Ｌにむかうにつれて外端面３６から遠ざかってゆく。平坦面３７９は外端面３６に対して平行である。
【００３９】
この実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
第１のピストン片３１Ｆは、図１５（ａ）に示す組み付けられた型４１，４２内にアルミニウム製の溶湯を流し込んで製造される。型４１には円柱形状の押圧ロッド４３がスライド可能に取り付けられており、押圧ロッド４３の先端部の付近でひけ巣発生防止用盛り部４４が成形されるようになっている。ひけ巣発生防止用盛り部４４には押圧ロッド４３の先端部の形状が凹部４４１として残る。型４１，４２は、第１のピストン片３１Ｆの先端壁３０Ｆの内端面３７Ｆ上にひけ巣発生防止用盛り部４４を補足して成形する型である。押圧ロッド４３は、型４１，４２内に流し込まれた溶湯が固化する前に図１５（ａ）に示す矢印Ｑの方向に付勢される。矢印Ｑの方向に付勢される押圧ロッド４３は、ひけ巣発生防止用盛り部４４の表面に圧力を加えることになる。
【００４０】
溶湯の固化後、ひけ巣発生防止用盛り部４４を有する準ピストン片３１０は、型４１，４２内から取り出され、図１５（ｂ）に示すように、ひけ巣発生防止用盛り部４４が切削具４５（例えばエンドミル）によって切削除去される。ひけ巣発生防止用盛り部４４を切削した後の内端面３７Ｆ上の切削面が平坦面３７９となる。
【００４１】
溶湯が固化する前にひけ巣発生防止用盛り部４４の表面に加えられた圧力は、中心軸線Ｌの付近における先端壁３０Ｆの部分、即ち平坦面３７９付近における先端壁３０Ｆの部分でのひけ巣発生を防止する。先端壁３０Ｆ内におけるひけ巣発生の抑制は、必要な材料強度を確保しつつ先端壁３０Ｆの軽量化に寄与する。
【００４２】
本発明では以下のような実施の形態も可能である。
（１）円弧以外の滑らかな凹曲線を母線とする環状の凹条を採用すること。
（２）円弧以外の滑らかな凸曲線を母線とする環状の凸条を採用すること。
（３）環状の凹条と周壁３５の内周面３５１とをテーパで繋ぐこと。
（４）環状の凹条と環状の凸条とをテーパで繋ぐこと。
（５）第１の実施の形態における環状の凸条３７２、第７の実施の形態における環状の凸条３７８を球面以外の曲面とすること。
（６）第４の実施の形態における平坦面３７７をなくし、中心軸線Ｌに至るまで円錐面のテーパ３７５とすること。
（７）第４の実施の形態における平坦面３７７上、第７の実施の形態における平坦面３７９上に凹部を設けること。
（８）第７の実施の形態において、押圧ロッド４３との接触によってひけ巣発生防止用盛り部４４に形成される凹部４４１の一部が残るように、ひけ巣発生防止用盛り部４４を切削具４５によって切削すること。
（９）中心軸線Ｌから周壁３５に至る補強リブ３９の本数を４本以外の複数本とすること。この場合、各補強リブ３９は中心軸線Ｌの周りに等間隔に配置するのが望ましい。
（１０）第１のピストン片と第２のピストン片とを接着剤で結合すること。
（１１）第１のピストン片と第２のピストン片とを摩擦圧接で結合すること。
（１２）第１のピストン片と第２のピストン片とを圧入結合すること。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、ピストンの中心軸線を包囲する中空部を形成する先端壁の内端面を、前記中空部を形成する周壁の内周面から前記中心軸線に向かうにつれて、前記先端壁の外端面側に近づいてゆき、次いで前記外端面から遠ざかる形状とした発明では、先端壁の軽量化を図ってピストンを更に軽量にし得るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す圧縮機全体の側断面図。
【図２】ピストンの側断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】第２の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図６】第３の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図７】第４の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図。
【図９】第５の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図。
【図１１】第６の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ線断面図。
【図１３】第７の実施の形態を示すピストンの側断面図。
【図１４】図１３のＦ−Ｆ線断面図。
【図１５】（ａ）は型内に溶湯を流し込んだ状態を示す側断面図。（ｂ）はひけ巣発生防止用盛り部４４の切削を説明する側断面図。
【符号の説明】
１３…回転軸。１５…カム体となる斜板。１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ…ピストン。１７１…中空部。１８…シュー。３０，３０Ｃ，３０Ｆ…先端壁。３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ…第１のピストン片。３１０…準ピストン片。３２，３２Ｂ…第２のピストン片。３５，３５Ｂ…周壁。３６…外端面。３７，３７Ｃ，３７Ｆ…内端面。３７１…環状の凹条。３７２，３７８…環状の凸条。３７３…凹曲線となる円弧。３７４…凸曲線となる円弧。３７７，３７９…平坦面。４１，４２…型。４４…ひけ巣発生防止用盛り部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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