JP2001050158A - 容量固定型片側斜板式圧縮機 - Google Patents

容量固定型片側斜板式圧縮機

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JP2001050158A
JP2001050158A JP11223167A JP22316799A JP2001050158A JP 2001050158 A JP2001050158 A JP 2001050158A JP 11223167 A JP11223167 A JP 11223167A JP 22316799 A JP22316799 A JP 22316799A JP 2001050158 A JP2001050158 A JP 2001050158A
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shoe
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Manabu Sugiura
学 杉浦
Kenji Takenaka
健二 竹中
Kazuaki Iwama
和明 岩間
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ピストンの球座面とシューの球面の焼き付きに
よるロックと、ピストンの塑性変形とを防止することが
できる容量固定型片側斜板式圧縮機を提供する。 【解決手段】ピストン６の球座面６ａとシュー８の球面
８ａとの間には、両者の摺動性を向上させるため、無電
解めっき法により錫めっきを施した潤滑層６ｂが設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は容量固定型片側斜板
式圧縮機に関する。詳しくは、この圧縮機のシューとピ
ストンとに関する。
【０００２】
【従来の技術】車両用空調システムに用いられる冷凍回
路には、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機が組み込まれ
ている。この圧縮機には、容量固定型のものの他、容量
可変型のものがある。より詳しく言えば、容量固定型圧
縮機には片側斜板式のものの他、両頭斜板式のもの等が
ある。容量可変型圧縮機にも片側斜板式のものの他、両
頭斜板式のもの等がある。
【０００３】これら圧縮機のうち、容量固定型片側斜板
式のものは、ハウジングの内部にシリンダボア、クラン
ク室、吸入室及び吐出室が区画形成され、各シリンダボ
ア内には単頭のピストンが往復動可能に収容されてい
る。また、ハウジングに回転可能に支承された駆動軸は
エンジン等の外部駆動源により駆動されるようになって
おり、駆動軸に対しては一定の傾角の下で同期回転可能
に斜板が支承され、この斜板にはピストンを従動させる
べくシューが設けられている。ここで、ピストンは前後
に凹設された対をなす球座面をもち、シューは、球座面
に摺動可能に収納される球面と、球面と対面して斜板と
摺動する端面とから構成されている。
【０００４】かかる容量固定型片側斜板式圧縮機では、
外部駆動源により駆動軸が駆動されれば、斜板が一定の
傾角の下で同期回転することから、シューを介してピス
トンがシリンダボア内を往復動する。これにより、シリ
ンダボアはピストンのヘッドとの間に圧縮室を形成する
ことから、この圧縮室が吸入行程にあるときには、その
圧縮室に冷凍回路の蒸発器と接続された吸入室から低圧
の冷媒ガスが吸入され、圧縮室が圧縮行程にあるときに
は、その圧縮室から高圧の冷媒ガスが吐出室に吐出され
ることとなる。かかる吐出室は冷凍回路の凝縮器に接続
され、冷凍回路が車両用空調システムとして車両の空調
に供されることとなる。この間、この容量固定型片側斜
板式圧縮機では、冷媒ガス中に含有させたミスト状の潤
滑油により、ピストンの球座面とシューの球面との間等
の摺動性を確保することとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の容量固
定型片側斜板式圧縮機では、特に、起動時にピストンと
シューとの間で焼き付きによるロックを生じる懸念があ
る。
【０００６】すなわち、容量固定型片側斜板式圧縮機ば
かりでなく、他の形式の圧縮機においても、車両に空調
システムとして搭載された場合、蒸発器や凝縮器は熱容
量が小さい一方、圧縮機は熱容量が大きい。このため、
車両の外気温が上昇すると、その圧縮機内に冷媒ガスが
凝縮し、圧縮機内部における潤滑油が希釈され、潤滑油
の濃度が小さくなってしまう。また、長時間、車両を動
かさなかった場合等、圧縮機が日々気温の変化する状態
に置かれれば、外気温の上昇及び下降が繰り返されるこ
とから、圧縮機内部における潤滑油が圧縮機外に持ち出
されることがあり、潤滑油の量が少なくなり、潤滑性の
不十分さは際立ったものとなってしまう。
【０００７】こうして、ピストンの球座面とシューの球
面等の摺動部位に十分な潤滑油が存在せず、極端な場合
には乾燥状態となり、この状態で圧縮機が起動される
と、両者の悪い摺動性に起因して両者の間で焼き付きに
よるロックを生じる懸念がある。また、無理な駆動を行
えば、ピストンの球座面に塑性変形も生じ、異音等の原
因となってしまう。軽量化等の観点から、アルミ系金属
からなるピストンと、鉄系金属からなるシューとを採用
しておれば、かかるピストンの塑性変形が生じ易い。
【０００８】特に、かかる圧縮機が容量固定型のもので
あれば、斜板がその傾角を変位不能であることから、特
に上死点及び下死点付近のピストンにおいて、ピストン
の球座面にシューの球面が浅く収納されるに過ぎない。
このため、ピストンの球座面とシューの球面とが狭い面
積で摺動することとなり、圧縮行程時における圧縮室か
らの圧縮反力等により、両者間のロック等の不具合を生
じ易い。
【０００９】また、かかる圧縮機が単頭のピストンを用
いた片側斜板式のものであれば、両頭のピストンを用い
た両頭斜板式のものに比して、ピストンはヘッド側とシ
ュー側とでバランスが悪いことから、ピストンの球座面
とシューの球面とに圧縮反力以外の力が作用し、両者間
のロック等の不具合を生じ易い。
【００１０】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、容量固定型片側斜板式圧縮機において、ピス
トンの球座面とシューの球面の焼き付きによるロック
と、ピストンの塑性変形とを防止することを解決すべき
課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の容量固定型片側
斜板式圧縮機は、内部にシリンダボア、クランク室、吸
入室及び吐出室を区画形成するハウジングと、該シリン
ダボア内に往復動可能に収容された単頭のピストンと、
外部駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に
支承された駆動源と、該駆動軸に対して一定の傾角の下
で同期回転可能に支承され、前後で対をなすシューを介
して該ピストンを従動させる斜板とを備え、該ピストン
は前後に凹設された対をなすシュー座をもち、各該シュ
ーは、各該シュー座に摺動可能に収納される凸曲面と、
該凸曲面と対面して該斜板と摺動する端面とを有する容
量固定型片側斜板式圧縮機において、前記ピストンの前
記シュー座と前記シューの前記凸曲面との間には、両者
の摺動性を向上させる潤滑層が設けられていることを特
徴とする。
【００１２】この潤滑層は、ピストンのシュー座とシュ
ーの凸曲面とのどちらか一方に設けられていても良く、
シュー座と凸曲面との両方に設けられていても良い。ま
た、別部材として潤滑層を設けることもできる。ピスト
ンのシュー座とシューの凸曲面との間に十分な潤滑油が
存在しない状況下でも、この潤滑層によって、両者の焼
き付きが防止され、ロックが防止される。また、アルミ
系金属からなるピストンと、鉄系金属からなるシューと
を採用していたとしても、ピストンのシュー座に塑性変
形を生じ難く、異音等の原因とならない。
【００１３】本発明の潤滑層としては、樹脂製のものの
他、金属製のものを採用することができる。
【００１４】樹脂製の潤滑層としては、ＰＴＦＥ等のフ
ッ素樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、エポキシ樹脂
等を採用することができる。かかる樹脂内に二硫化モリ
ブテン及びグラファイトの少なくとも一方を含むことが
より好ましい。これらは潤滑性物質であるため、シュー
の凸曲面とピストンのシュー座との摺動性をより高める
効果がある。
【００１５】樹脂製の潤滑層は凸曲面や局部といった所
に容易に形成し得る。このため、樹脂製の潤滑層をシュ
ーの凸曲面に形成することが好ましい。樹脂製の潤滑層
をピストンのシュー座に形成するとすれば、通常の形成
方法では、厚みが２０〜４０μｍとなり、使用中に潤滑
層が摩耗し、ピストンのシュー座とシューの凸曲面との
クリアランスが拡大して異音等を生じることとなる。こ
のため、この場合には、ピストンのシュー座とシューの
凸曲面とのクリアランスを小さくすべく、その表面を予
め研磨しなければならず、潤滑層の形成が高価なものと
なってしまう。これに対し、樹脂製の潤滑層をシューの
凸曲面に形成すれば、厚み１〜２μｍの潤滑層を比較的
安価に形成できることから、圧縮機の低廉化を実現でき
る。
【００１６】金属製の潤滑層は金属製のシューやピスト
ンに対して好適な濡れ性を発揮し、好適にシューやピス
トンに密着する。金属製の潤滑層としては錫製等の潤滑
層を採用することができる。潤滑層の形成方法として
は、めっきや蒸着（ＣＶＤ、ＰＶＤ）、溶射等種々の方
法を採用することができる。特に、潤滑層は錫めっきで
あることが好ましい。錫めっきは、安価であるととも
に、金属製のシューやピストンの腐食を抑える効果があ
る。
【００１７】錫めっきからなる潤滑層はピストンのシュ
ー座に形成されていることが好ましい。鉄系金属からな
るシューを採用する場合、安価な無電解めっき法では錫
めっきを形成することができず、高価な電解めっき法に
より錫めっきを形成しなければならない。これに対し、
アルミ系金属からなるピストンを採用する場合、安価な
無電解めっき法によっても、錫めっきを形成することが
できるからである。なお、ピストンのシュー座に錫めっ
きからなる潤滑層を形成する場合、下地処理であるアル
マイト処理、亜鉛メッキ処理、燐酸亜鉛処理、燐酸マン
ガン処理等を前もって施すことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の容量固定型片側斜
板式圧縮機を具体化した実施形態１、２を図面を参照し
つつ説明する。 （実施形態１）この圧縮機は、図１に示すように、シリ
ンダブロック１の前端にフロントハウジング２が結合さ
れ、シリンダブロック１及びフロントハウジング２内に
クランク室２ａが形成されている。シリンダブロック１
の後端には吸入弁１３、弁板４、吐出弁１４及び図示し
ないリテーナを介してリアハウジング３が結合されてい
る。リアハウジング３の中央域には吸入室３ａが形成さ
れ、外周域に環状の吐出室３ｂが形成されている。
【００１９】吸入室３ａは外部冷凍回路の蒸発器ＥＶに
配管により接続され、蒸発器ＥＶは配管により膨張弁Ｖ
を介して凝縮器ＣＯに接続されている。さらに、凝縮器
ＣＯは配管により吐出室３ｂに接続されている。
【００２０】フロントハウジング２及びシリンダブロッ
ク１には軸受装置２ｂ、１ｂを介して駆動軸５が回転可
能に支承されている。シリンダブロック１には駆動軸５
の軸線と平行に５個のシリンダボア１ａが形成され、各
シリンダボア１ａ内に単頭のピストン６が往復動可能に
収容されている。駆動軸５にはフロントハウジング２と
の間に軸受装置２ｃを介してクランク室２ａ内で回転可
能に斜板７が固着され、斜板７には一対のシュー８を介
してピストン６が係留されている。なお、弁板４には、
シリンダボア１ａと吸入室３ａ及び吐出室３ｂとをそれ
ぞれ連通する吸入孔４ａ及び吐出孔４ｂが形成されてい
る。そして、吸入孔４ａはピストン６の往復動に呼応す
る吸入弁１３によって開閉され、同様に吐出孔４ｂはピ
ストン６の往復動に呼応する吐出弁１４によって開閉さ
れるようになっている。
【００２１】ここで、この容量固定型片側斜板式圧縮機
の特徴的な構成として、図２に示すように、ピストン６
の首部６ｃにおける前端の前後に凹設された対をなすシ
ュー座としての球座面６ａを有している。このピストン
６はアルミニウム合金製である。このピストン６の球座
面６ａには、無電解めっき法により錫めっきを施した潤
滑層６ｂが被膜されている。
【００２２】一方、図１に示すように、シュー８は球座
面６ａに摺動可能に収納される凸曲面としての球面８ａ
と、この球面８ａと対面して斜板７と摺動する端面８ｃ
とを有している。シュー８はＳＵＪ２材（高炭素クロム
軸受鋼鋼材）からなる。
【００２３】以上のように構成された圧縮機は、外部冷
凍回路の蒸発器ＥＶ、膨張弁Ｖ及び凝縮器ＣＯととも
に、車両の空調システムに組み込まれる。かかる圧縮機
では、図示しないエンジンにより駆動軸５が駆動されれ
ば、斜板７が一定の傾角の下で同期回転することから、
シュー８を介してピストン６がシリンダボア１ａ内を往
復動する。これにより、シリンダボア１ａはピストン６
のヘッドとの間に圧縮室を形成することから、この圧縮
室が吸入行程にあるときには、その圧縮室に冷凍回路の
蒸発器ＥＶと接続された吸入室３ａから低圧の冷媒ガス
が吸入され、圧縮室が圧縮行程にあるときには、その圧
縮室から高圧の冷媒ガスが吐出室３ｂに吐出されること
となる。この間、この圧縮機では、冷媒ガス中に含有さ
せたミスト状の潤滑油により、ピストン６の球座面６ａ
とシュー８の球面８ａとの間等の摺動性を確保する。
【００２４】このとき、図２に示すように、ピストン６
の球座面６ａにはシュー８の球面８ａとの間に潤滑層６
ｂが設けられているため、ピストン６の球座面６ａとシ
ュー８の球面８ａとの間に十分な潤滑油が存在しない状
況下でも、この潤滑層６ｂによって、両者の焼き付きが
防止され、ロックが防止される。また、アルミニウム合
金からなるピストン６と、ＳＵＪ２からなるシュー８と
を採用していたとしても、ピストン６の球座面６ａに塑
性変形を生じ難く、異音等の原因とならない。
【００２５】また、ピストン６の球座面６ａに形成した
潤滑層６ｂは錫めっきであるため、ピストン６に対して
好適な濡れ性を発揮し、好適にピストン６に密着してい
る。さらに、錫めっきからなる潤滑層６ｂをピストン６
の球座面６ａに形成しているため、安価な無電解めっき
法によることができる。また、錫めっきからなる潤滑層
６ｂは、アルミニウム合金からなるピストン６の腐食を
抑える効果がある。
【００２６】ここで、発明者等は、車両の外気温を上昇
させることによって、圧縮機内に冷媒ガスが凝縮し、圧
縮機内部における潤滑油が希釈され、潤滑油の濃度が小
さくなった状態を想定して、次に記載した実験を行っ
た。
【００２７】先ず、ピストン６の球座面６ａとシュー８
の球面８ａとに何も被膜していない状態で駆動軸５を回
転させた。こうであれば、駆動軸５の回転数が２０００
ｒｐｍ程度でシュー８の球面８ａがピストン６の球座面
６ａにロックされた。
【００２８】これに対し、ピストン６の球座面６ａに錫
メッキからなる潤滑層６ｂを被膜し、シュー８の球面８
ａには何も施さない状態で駆動軸５を回転させた。こう
であれば、駆動軸５の回転数が５０００〜６０００ｒｐ
ｍになっても、シュー８の球面８ａがピストン６の球座
面６ａにロックされなかった。
【００２９】また、発明者等は、長時間車両を動かさ
ず、圧縮機を日々気温の変化する状態に置き、圧縮機内
部における潤滑油が圧縮機外に持ち出され、潤滑油の量
が際立って少なくなった状態を想定して、次に記載した
実験を行った。
【００３０】先ず、ピストン６の球座面６ａとシュー８
の球面８ａとに何も被膜せず、潤滑油の無い状態で圧縮
機を組み付け、駆動軸５を手で回転させた。こうであれ
ば、シュー８の球面８ａがピストン６の球座面６ａにロ
ックされた。
【００３１】これに対し、ピストン６の球座面６ａに錫
メッキからなる潤滑層６ｂが被膜され、シュー８の球面
８ａには何も施さず、潤滑油の無い状態で圧縮機を組み
付け、駆動軸５を手で回転させた。こうであれば、シュ
ー８の球面８ａがピストン６の球座面６ａにロックされ
ず、駆動軸５を手で回すことができた。
【００３２】したがって、この圧縮機は、シュー８の球
面８ａがピストン６の球座面６ａで焼き付くことによる
ロックを防止できるとともに、ピストン６の塑性変形を
防止できることがわかる。 （実施形態２）この圧縮機は、図３に示すように、シュ
ー８の球面８ａに二硫化モリブテンを含んだエポキシ樹
脂からなる潤滑層８ｂを被膜している。ピストン６の球
座面６ａには何も施していない。
【００３３】潤滑層８ｂは、無数のシュー８をバスケッ
ト内に入れ、これを回転させつつスプレーガンによって
二硫化モリブテンを含んだエポキシ樹脂を吹き付けるこ
とにより形成した。こうして、安価な方法により、潤滑
層８ｂをシュー８の球面８ａに厚み１〜２μｍで形成す
ることができた。
【００３４】この圧縮機においても、実施形態１の圧縮
機と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の圧縮機の全体縦断面図である。
【図２】実施形態１に係る圧縮機のピストンの拡大断面
図である。
【図３】実施形態２に係る圧縮機のシューの拡大断面図
である。
【符号の説明】 １ａ…シリンダボア ２ａ…クランク室 ３ａ…吸入室 ３ｂ…吐出室 １…シリンダブロック ２…フロントハウジング ３…リアハウジング ６…ピストン ６ａ…球座面 ６ｂ、８ｂ…潤滑層 ５…駆動軸 ８…シュー ８ａ…球面 ８ｃ…端面 ７…斜板
フロントページの続き (72)発明者 岩間 和明 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB03 BB17 BB28 BB43 BB50 CC20 CC31 CC33 CC34 CC61

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部にシリンダボア、クランク室、吸入室
    及び吐出室を区画形成するハウジングと、該シリンダボ
    ア内に往復動可能に収容された単頭のピストンと、外部
    駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承
    された駆動軸と、該駆動軸に対して一定の傾角の下で同
    期回転可能に支承され、前後で対をなすシューを介して
    該ピストンを従動させる斜板とを備え、該ピストンは前
    後に凹設された対をなすシュー座をもち、各該シュー
    は、各該シュー座に摺動可能に収納される凸曲面と、該
    凸曲面と対面して該斜板と摺動する端面とを有する容量
    固定型片側斜板式圧縮機において、 前記ピストンの前記シュー座と前記シューの前記凸曲面
    との間には、両者の摺動性を向上させる潤滑層が設けら
    れていることを特徴とする容量固定型片側斜板式圧縮
    機。
  2. 【請求項２】潤滑層は樹脂製であることを特徴とする請
    求項１記載の容量固定型片側斜板式圧縮機。
  3. 【請求項３】潤滑層は二硫化モリブテン及びグラファイ
    トの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２記
    載の容量固定型片側斜板式圧縮機。
  4. 【請求項４】潤滑層はシューの凸曲面に形成されている
    ことを特徴とする請求項３記載の容量固定型片側斜板式
    圧縮機。
  5. 【請求項５】潤滑層は金属製であることを特徴とする請
    求項１記載の容量固定型片側斜板式圧縮機。
  6. 【請求項６】潤滑層は錫めっきであることを特徴とする
    請求項５記載の容量固定型片側斜板式圧縮機。
  7. 【請求項７】潤滑層はピストンのシュー座に形成されて
    いることを特徴とする請求項６記載の容量固定型片側斜
    板式圧縮機。
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