JP2002180964A

JP2002180964A - 圧縮機の摺動部品及び圧縮機

Info

Publication number: JP2002180964A
Application number: JP2000377610A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Shimo; 俊久下; Yoshifumi Kato; 祥文加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-06-26
Also published as: DE10160555A1; KR20020046211A; US20020104432A1; FR2817921A1

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動特性が向上し、製造も比較的容易な摺動
部品を備えた圧縮機を提供する。【解決手段】斜板10は、ラグプレート11及びヒンジ機
構12を介して駆動軸９に作動連結され、前後一対のシュ
ー15ａ，15ｂを介して各ピストン８の端部に摺動自在に
係留されている。駆動軸９の回転に伴う斜板10の回転運
動が、シュー15ａ，15ｂを介してピストン８の往復運動
に変換される。圧縮機Ｃの摺動部品である斜板10及びシ
ュー15ａ，15ｂには、摺動面にＰＥＥＫ被膜17が形成さ
れている。ＰＥＥＫ被膜17には固体潤滑剤が含有されて
いてもよい。固体潤滑剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレンが使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の空
調システムに使用される圧縮機の摺動部品及び圧縮機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機の内部機構を構成する摺動部材
（摺動部品）間の潤滑は、通常、圧縮機内部に保持され
た潤滑オイルを圧縮機の運転に伴って流通するガス（例
えばフロンガス等の冷媒ガス）でミスト化し、そのミス
ト化したオイルを各摺動部位に搬送することで行われて
いる。しかし、圧縮機を運転停止状態で長時間放置した
後に再起動するような場合には、摺動部位に付着してい
た潤滑オイルが冷媒ガスによって洗い流される場合があ
る。

【０００３】例えば、斜板式圧縮機においては、ピスト
ンがシューを介して斜板に連結され、斜板の回転又は斜
板の揺動によってピストンがシリンダボア内を往復動さ
れる。そして、圧縮機の運転初期に潤滑オイルが斜板と
シューとの摺動面に到達する前に斜板とシューとが摺動
される。しかも、潤滑オイルが斜板とシューとの摺動面
に到達する前に、ガス状の冷媒が前記摺動面に到達して
摺動面に残存する潤滑オイルを洗浄する働きをなす。従
って、運転初期に潤滑オイルのないドライの摺動条件で
斜板とシューとが摺動される。

【０００４】このため、圧縮機の起動後で冷媒ガスが圧
縮機に帰還してオイルのミスト化が進むまでの期間（１
分程度）が、圧縮機の運転中にもかかわらず潤滑が必要
な摺動部位がオイル不十分な状態に陥る期間となる。そ
れ故、このような潤滑オイルの量が不十分な期間におい
ても摺動部位における潤滑を確保するための技術が従来
より提案されている。

【０００５】斜板等の摺動特性を向上させるため、摺動
面に無電解メッキでＮｉ−Ｐメッキ被膜を形成する方法
や、鉄製の斜板の表面にＡｌ溶射被膜を形成する方法等
が提案されている。また、特開平１１−１３６３８号公
報には、鉄系又はアルミニウム系基板材料からなる斜板
の表面（具体的にはシューとの摺接面）に、スズ、銅等
のメッキ層を形成し、そのメッキ層にポリアミドイミド
樹脂と、固体潤滑剤（二硫化モリブデン、グラファイト
等）からなる摺接層を形成することが開示されている。

【０００６】また、特開２０００−９６２０３号公報に
は、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫとい
う）複合材料を金属基材の表面にコーティングする方法
として、金属基材の表面に金属結合層を形成する工程
と、ＰＥＥＫ複合材料を高速度酸素燃料（ＨＶＯＦ）プ
ロセスにより金属結合層に付着させる工程とを含む方法
が開示されている。そして、実施例としてスラストベア
リングに使用されるスラストパッドにＰＥＥＫ複合材料
をコーティングすることが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斜板の
摺動面にＮｉ−Ｐメッキ被膜やＡｌ溶射被膜を形成する
方法では摺動特性が不充分である。また、特開平１１−
１３６３８号公報に開示されたポリアミドイミド樹脂
と、固体潤滑剤からなる摺接層を形成する構成では、Ｎ
ｉ−Ｐメッキ被膜等を形成する構成に比較して潤滑特性
は向上するが、まだ不充分である。そして、近年、圧縮
機の冷媒として二酸化炭素が注目されてきているが、二
酸化炭素を冷媒として使用すると、ピストンを介して斜
板に作用する圧縮荷重がフロン系の冷媒を使用した場合
に比較して格段に大きくなり、摺動環境がより厳しくな
るため、摺動性の向上が求められている。

【０００８】本願発明者はＰＥＥＫを潤滑被膜として使
用したものを、ポリアミドイミド樹脂と、固体潤滑剤か
らなる摺接層を有する構成のものと比較した結果、ＰＥ
ＥＫを使用する方が、摺動特性に優れていることを確認
した。

【０００９】ＰＥＥＫの被膜を溶射で形成する場合は、
ＰＥＥＫ粉体が充分に加熱されて溶融状態で基材に付着
しないと、基材に対する付着力が低下する。一方、特開
２０００−９６２０３号公報に開示された方法のように
溶射時に火炎が存在する場合は、あまり高温にするとＰ
ＥＥＫが劣化する。また、特開２０００−９６２０３号
公報に記載の方法では、金属基材に予め溶融状態のＰＥ
ＥＫ材料が流入できる多孔質の金属結合層を形成し、未
溶融のＰＥＥＫ粒子が付着しても、ＨＶＯＦプロセスで
金属結合層に付着させたＰＥＥＫ粒子を溶融させること
でＰＥＥＫ層の付着力を確保している。しかし、この方
法ではＰＥＥＫ被膜の形成工程が複雑になる。

【００１０】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は摺動特性が向上し、製造
も比較的容易な圧縮機の摺動部品を提供することにあ
り、第２の目的はその摺動部品を備えた圧縮機を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明では、金属製の部品本体
の少なくとも摺動面に直接ＰＥＥＫ被膜を形成した。こ
の発明では、摺動面に耐熱性、機械的強度及び耐薬品性
に優れたＰＥＥＫ被膜が形成されているため、摺動部品
の摺動性及び耐久性が向上する。また、摺動部品全体を
ＰＥＥＫで形成するのではなく、金属製の部品本体の摺
動面にＰＥＥＫ被膜が形成されるため、例えば斜板のよ
うにシューを介して大きな荷重が作用する摺動面であっ
ても、必要な強度を確保できる。また、特開２０００−
９６２０３号公報に開示されたものと異なり、ＰＥＥＫ
被膜を形成すべき金属基材とＰＥＥＫ被膜との間に金属
結合層を形成する必要がないため、製造が容易になる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記ＰＥＥＫ被膜には固体潤滑剤が
含有されている。従って、この発明では、ＰＥＥＫ単独
の被膜に比較して被膜の摩擦係数が低くなり、摺動性が
より向上する。

【００１３】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記ＰＥＥＫ被膜は静
電粉体塗装法により形成されたものである。この発明で
は、部品本体に対する密着強度の大きなＰＥＥＫ被膜の
形成が、溶射に比較して簡単になる。

【００１４】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記摺動
部品は斜板である。従って、この発明では、シューを介
して大きな荷重が作用する摺動面における摺動性及び耐
久性が向上する。

【００１５】前記第２の目的を達成するため、請求項５
に記載の発明の圧縮機は、請求項１〜請求項４のいずれ
か一項に記載の摺動部品を備えた。従って、この発明で
は、圧縮機の信頼性及び耐久性が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を可変容量型の斜板
式圧縮機に具体化した一実施の形態を図面に基づいて説
明する。

【００１７】図１に示すように圧縮機Ｃは、シリンダブ
ロック１と、その前端に接合されたフロントハウジング
２と、シリンダブロック１の後端に弁形成体３を介して
接合されたリヤハウジング４とを備えている。シリンダ
ブロック１、弁形成体３及び両ハウジング２，４は複数
の通しボルト（図示略）により相互に接合固定されて圧
縮機Ｃのハウジングを構成している。なお、図１におい
て左側を圧縮機Ｃの前側とする。

【００１８】前記ハウジング内には、クランク室５、吸
入室６及び吐出室７が区画されている。シリンダブロッ
ク１には複数のシリンダボア１ａ（一つのみ図示）が形
成され、各シリンダボア１ａには片頭型のピストン８が
往復動可能に収容されている。吸入室６及び吐出室７
は、弁形成体３に設けられた吸入弁３ａ及び吐出弁３ｂ
を介して各シリンダボア１ａと選択的に連通可能となっ
ている。

【００１９】シリンダブロック１とフロントハウジング
２との間にはクランク室５を貫通した状態で駆動軸９が
ベアリングを介して回転可能に支持されている。クラン
ク室５にはカムプレートとしての斜板１０が収容されて
いる。斜板１０の中央部には挿通孔１０ａが形成され、
挿通孔１０ａに駆動軸９が貫挿されている。回転支持体
としてのラグプレート１１は、クランク室５内において
駆動軸９に一体回転可能に固定されている。斜板１０
は、ラグプレート１１及びヒンジ機構１２を介して駆動
軸９に作動連結され、駆動軸９と同期回転可能かつ駆動
軸９の軸線方向への摺動を伴いながら駆動軸９に対し傾
動可能となっている。

【００２０】斜板１０には、駆動軸９を挟んでヒンジ機
構１２と反対側にカウンタウェイト部１０ｂが一体に形
成されている。駆動軸９上にはラグプレート１１と斜板
１０との間に押圧ばね１３が巻装されている。斜板１０
は、押圧ばね１３によってシリンダブロック１に接近す
る方向（即ち、傾角減少方向）に付勢されている。斜板
１０の傾角減少方向への傾動は、駆動軸９上に固定され
たサークリップ１４に当接することで規制され、斜板１
０の最小傾角θｍｉｎが制限される。また、斜板１０の
最大傾角θｍａｘは、斜板１０のカウンタウェイト部１
０ｂがラグプレート１１に当接することで制限される。
なお、傾角とは駆動軸９と直交する面と斜板１０との成
す角度を意味する。

【００２１】斜板１０の周縁部が前後一対のシュー１５
ａ，１５ｂを介して各ピストン８の端部に摺動自在に係
留されることで、全てのピストン８が斜板１０に作動連
結されている。そして、駆動軸９の回転に伴う斜板１０
の回転運動が、シュー１５ａ，１５ｂを介してピストン
８の往復運動に変換される。

【００２２】リヤハウジング４にはクランク圧Ｐｃを調
節するための公知の制御弁１６が設けられている。制御
弁１６はクランク室５と吐出室７とを連通する図示しな
い給気通路の途中に設けられ、ソレノイドの電磁力によ
り給気通路の開度を制御する弁機構を備えている。そし
て、制御弁１６を介しての吐出室７からクランク室５へ
の冷媒ガスの供給量と、クランク室５と吸入室６とを連
通する図示しない抽気通路を介してのクランク室５から
吸入室６への冷媒ガスの逃がし量とのバランスにより、
クランク圧Ｐｃが調整される。

【００２３】圧縮機の摺動部品である斜板１０及びシュ
ー１５ａ，１５ｂには、少なくとも摺動面にＰＥＥＫ被
膜１７が形成されている。ＰＥＥＫ被膜１７は部品本体
としての斜板１０やシュー１５ａ，１５ｂの摺動面に直
接形成されている。ＰＥＥＫ被膜１７には固体潤滑剤が
含有されていてもよい。固体潤滑剤としては、例えばポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が使用される。

【００２４】斜板１０には、斜板回転時の遠心力に基づ
く回転運動のモーメントを適正に発生させるために比較
的重い鉄系材料（例えばＦＣＤ７００等の鋳鉄）が用い
られている。他方、シュー１５ａ，１５ｂには、その機
械的強度等を配慮して同じく鉄系材料（例えば軸受鋼）
が用いられている。

【００２５】斜板１０にＰＥＥＫ被膜１７が形成される
際には、先ず静電粉体塗装により斜板１０の摺動面（シ
ュー１５ａ，１５ｂとの摺接面）にＰＥＥＫの粉体が付
着される。ＰＥＥＫの粉体として例えば平均粒径が５０
〜１００μｍのものが使用される。室温で静電粉体塗装
を行うことにより摺動面に均質な粉体の被膜が形成され
る。次に電気オーブンで斜板１０の焼成が行われる。例
えば、３５０℃から４００℃まで３０分かけて昇温し、
４００℃で１０分間保持する。この間にＰＥＥＫ粉体が
溶融する。その後、斜板１０を電気オーブンから取り出
し、水で急冷する。急冷されたＰＥＥＫ被膜１７は非晶
状態と結晶状態とが混合した被膜となっているが、表面
は滑らかで、ＰＥＥＫ被膜１７は斜板１０の表面に強固
に密着している。結晶状態を安定させること及び残留応
力の除去を目的に、アニール処理が行われる。アニール
処理は例えば２４０℃で１時間行われる。アニール処理
により結晶化が進む。ＰＥＥＫ被膜１７に固体潤滑剤を
含有させるには、静電粉体塗装の際に、ＰＥＥＫの粉体
に固体潤滑剤の粉体を混合して静電粉体塗装を行う。

【００２６】ＰＥＥＫ被膜１７の摺動性能を従来技術と
比較するため、斜板１０と同等の大きさの鋳鉄製の円盤
に、ＰＥＥＫコート及びＰＥＥＫ＋ＰＴＦＥコートを行
ったものと、ＮｉＰＢメッキ等を行ったものについて摺
動試験を行った。表面を滑らかにするため、表面粗さＲ
ｚ＜３μｍとなるように研磨を行ったもので比較した。

【００２７】摺動試験はドライ（潤滑剤なし）での焼き
付きを想定し、被膜が形成された円盤を周速１０．４ｍ
／ｓで回転し、直径１０ｍｍのＳＵＪ２製の円盤をコー
ティング面から１９６０Ｎの力で押しつけた。この条件
で両円盤が焼き付き、ロックするまでの時間を測定し
た。結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】表１から実施例１のＰＥＥＫ被膜が形成されたものは、
従来技術の比較例１〜比較例３と比較して焼き付きまで
の時間が長くなり、圧縮機の摺動部品として優れた性能
を発揮できることが確認された。また、実施例２のＰＴ
ＦＥを含有するＰＥＥＫ被膜の場合は、ＰＥＥＫ単独の
被膜に比較して摺動性が大幅に向上することが確認され
た。

【００２９】次に前記のように構成された圧縮機の作用
を説明する。駆動軸９の回転に伴い斜板１０が一体回転
し、斜板１０の回転運動がシュー１５ａ，１５ｂを介し
て各ピストン８の往復運動に変換され、各ピストン８が
斜板１０の傾角に対応したストロークで往復動される。
この駆動の継続によってシリンダボア１ａ内では、吸入
室６からの冷媒ガスの吸入、吸入冷媒ガスの圧縮、吐出
室７への圧縮済み冷媒ガスの吐出が順次繰り返される。
図示しない外部冷媒回路から吸入室６に供給された冷媒
は、吸入ポートを介してシリンダボア１ａ内に吸入さ
れ、ピストン８の移動による圧縮作用を受けた後、吐出
ポートを介して吐出室７に吐出される。吐出室７に吐出
された冷媒は、吐出孔から外部冷媒回路に送り出され
る。

【００３０】そして、制御弁１６の開度が冷房負荷に応
じて調整され、吐出室７とクランク室５との連通状態が
変更される。冷房負荷が高く吸入室６の圧力が高い状態
では、制御弁１６の開度は小さくなり、クランク室５の
圧力（クランク圧Ｐｃ）が小さくなって斜板１０の傾角
が大きくなる。そして、ピストン８のストロークが大き
くなって圧縮機が大容量で運転される。冷房負荷が低く
吸入室６の圧力が低い状態では、制御弁１６の開度が大
きくなり、クランク圧Ｐｃが大きくなって斜板１０の傾
角が小さくなる。そして、ピストン８のストロークが小
さくなって圧縮機が小容量で運転される。

【００３１】この実施の形態では以下の効果を有する。（１）摺動部品としての斜板１０及びシュー１５ａ，
１５ｂの摺動面に、耐熱性、機械的強度及び耐薬品性に
優れたＰＥＥＫ被膜１７が直接形成されている。従っ
て、斜板１０及びシュー１５ａ，１５ｂの摺動性及び耐
久性が向上するとともに、ＰＥＥＫ被膜１７と金属製の
部品本体との間に金属結合層を形成する必要がないた
め、製造が容易になる。また、摺動部品全体をＰＥＥＫ
で形成するのではなく、金属製の部品本体の摺動面にＰ
ＥＥＫ被膜１７が形成されるため、例えば斜板１０のよ
うにシュー１５ａ，１５ｂを介して大きな荷重が作用す
る摺動面であっても、必要な強度を確保できる。

【００３２】（２）ＰＥＥＫ被膜１７に固体潤滑剤と
してのＰＴＦＥを含有させることにより、固体潤滑剤を
含有しないＰＥＥＫ被膜１７に比較して、ＰＥＥＫ被膜
１７の摩擦係数が低くなり、摺動性がより向上する。

【００３３】（３）非常に厳しい摺動環境におかれる
斜板１０の潤滑性及び耐久性が向上するため、圧縮機の
信頼性及び耐久性が向上する。（４）ＰＥＥＫ被膜１７は静電粉体塗装法により形成
されている。従って、部品本体に対する密着強度の大き
なＰＥＥＫ被膜１７の形成が、溶射に比較して簡単にな
る。

【００３４】実施の形態は前記に限定されるものではな
く、例えば次のように構成してもよい。 ○ 斜板１０及びシュー１５ａ，１５ｂに限らず、ピス
トン８やラグプレート１１等の他の摺動部品に適用して
もよい。ピストン８の場合は、シリンダブロック１又は
フロントハウジング２との摺接面や、シュー１５ａ，１
５ｂとの摺接面にＰＥＥＫ被膜１７が形成される。

【００３５】○ ＰＥＥＫ被膜１７は摺動部品の少なく
とも摺動面に形成されていればよく、摺動面のみに形成
する代わりに、摺動面以外の部分にもＰＥＥＫ被膜１７
が形成されていてもよい。

【００３６】○ 固体潤滑剤はＰＴＦＥに限らず、二硫
化モリブデン（ＭｏＳ₂）、グラファイト（黒鉛）等を
使用してもよい。また、固体潤滑剤を１種類のみ含有す
る代わりに、複数種の固体潤滑剤を含有する構成として
もよい。

【００３７】○ 斜板１０の材質は鉄系金属に限らず、
アルミニウム系の金属（アルミニウムやアルミニウム合
金）やステンレス等を使用してもよい。 ○ 可変容量型の斜板式圧縮機に限らず、両頭式や固定
容量型の斜板式圧縮機に適用してもよい。斜板が駆動軸
と一体回転せずに、駆動軸の回転に伴って揺動するタイ
プの斜板式圧縮機に適用してもよい。また、斜板式圧縮
機に限らず、スクロール式圧縮機やベーン式圧縮機等他
の形式の圧縮機に適用してもよい。

【００３８】前記実施の形態から把握される発明（技術
的思想）について、以下に記載する。（１）請求項２に記載の発明において、前記固体潤滑
剤はＰＴＦＥである。

【００３９】（２）請求項１〜請求項４のいずれか一
項に記載の発明において、前記ＰＥＥＫ被膜は、非晶状
態と結晶状態とが混合した構成で表面が滑らかに形成さ
れている。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
４に記載の発明によれば、圧縮機の摺動部品の摺動特性
が向上し、製造が比較的容易となる。また、請求項５に
記載の発明によれば、圧縮機の信頼性及び耐久性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態の圧縮機の断面図。

【図２】斜板とシューの関係を示す部分拡大断面図。

【符号の説明】

１０…摺動部品としての斜板、１５ａ，１５ｂ…同じく
シュー、１７…ＰＥＥＫ被膜、Ｃ…圧縮機。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の部品本体の少なくとも摺動面に
直接ポリエーテルエーテルケトン被膜を形成した圧縮機
の摺動部品。
【請求項２】前記ポリエーテルエーテルケトン被膜に
は固体潤滑剤が含有されている請求項１に記載の圧縮機
の摺動部品。
【請求項３】前記ポリエーテルエーテルケトン被膜は
静電粉体塗装法により形成されたものである請求項１又
は請求項２に記載の圧縮機の摺動部品。
【請求項４】前記摺動部品は斜板である請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の圧縮機の摺動部品。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
載の摺動部品を備えた圧縮機。