JP2005090385A - 圧縮機用シュー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 適宜な寸法に切断されたパイプからプレス加工で形成される圧縮機用シューについて、軽量化と強度の確保との双方を図る。
【解決手段】 圧縮機用シューとして、斜板と摺接する略平坦な平坦壁部４１と、ピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部４２とで構成された外形部４３と、前記平坦壁部４１の内側面から前記湾曲壁部４２の内側面にかけて架設された支持部４４とを有し、この外形部４３と支持部４４とで環状の内空部４５が画成されたものを用いる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、圧縮機の斜板とピストンとの間に介在されるシューの構成及びその製造方法に関するものである。

圧縮機の斜板とピストンとの間に介在されるシューとして、軸中央に中央孔を備え、炭素鋼や軸受鋼からなる円管状のシュー素材を径方向に沿って適宜な幅となるように切断し、この切断されたシュー素材にプレス成形をすることにより、外形が半球状で且つ中空のものを製造する方法は、既に公知である（特許文献１を参照）。また、シュー素材の材料としてアルミニウム合金を用いることや、シューの表面に金属メッキ皮膜を形成することも既に公知である（特許文献２を参照）。
特開２００１−２６３２２５号公報 特開２００２−３３２９６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシューは、当該特許文献１の図１２に示されるように、シュー素材の開口端部がそのまま油留孔の周縁端部を形成するにとどまり、斜板と摺接する略平坦な平坦壁部とピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部との間に支持手段がないので、当該シューの強度は、内部が非中空の場合に比較して相対的に低いという不具合を有する。

そこで、本発明は、適宜な寸法に切断されたパイプから形成される圧縮機用シューについて、軽量化と強度の確保との双方を図ると共に、そのような圧縮機用シューについて簡易で低コストな製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る圧縮機用シューは、斜板と摺接する略平坦な平坦壁部と、ピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部とで構成された外形部と、前記平坦壁部の内側面から前記湾曲壁部の内側面にかけて架設された支持部とを有し、この外形部と支持部とで環状の内空部が画成されていることを特徴としている（請求項１）。この圧縮機用シューの原材料は、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金等の非鉄系合金や、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系合金が考えられる。さらに、圧縮機用シューの外形部には、表面処理として、ＤＬＣ皮膜、ＮｉＰ皮膜、ＮｉＰＢ皮膜、ＮｉＰＰＴＦＥ皮膜、錫皮膜等のメッキ処理がなされていても良い。

そして、本発明に係る圧縮機用シューの一例を示すと、１つの筒状の素材を加工して構成され、その素材の開口端部であった部位同士が前記支持部を形成するにあたり突当した状態にある（請求項２）。このような構成をなす圧縮機用シューは、円筒状の素材を適宜な幅に切断する素材加工工程と、この素材の一方開口側部位に対し押圧することで斜板と摺接する略平坦な平坦壁部を形成した後、素材の前記平坦壁部以外となる部位を中心方向に押圧してピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部を形成することにより、外形部を形成する外形部形成工程と、前記平坦壁部及び湾曲壁部の中央部位を、突当するまで内側に向けて延出させることにより支持部を形成する支持部形成工程とからなる方法により製造される（請求項５）。尚、支持部における突当の仕方は、貫通孔が形成されるものであっても、平坦壁部側に開口する有底孔が形成されるものであっても、更には、湾曲壁部側に開口する有底孔が形成されるものであっても良い。

また、本発明に係る圧縮機用シューの他例を示すと、１つの筒状の素材を加工して構成され、その素材の開口端部であった部位同士が前記外形部を形成するにあたり当該外形部のピストン及び斜板と摺接しない部位において突当した状態にあるものが挙げられる（請求項３）。このような構成をなす圧縮機用シューは、円筒状の素材を適宜な幅に切断する素材加工工程と、前記素材の両側開口端部位を外側に向けて引きだし、前記素材の両側開口端部同士を突当させることで、平坦部面部及び湾曲面部からなる外形部と、前記平坦壁部の内側面から前記湾曲壁部の内側面にかけて架設された支持部とを形成する外形部・支持部形成工程とからなる方法により製造される（請求項６）。尚、突当の仕方は、端部の面同士が完全に対峙して突当するものであっても、端部の角部同士などその一部が突当するものであっても良い。また、シューの中央部位に貫通通孔が形成されるものであっても、平坦壁部側に開口する有底孔が形成されるものであっても、更には、湾曲壁部側に開口する有底孔が形成されるものであっても良い。

更に、前記中空部内に、少なくとも前記平坦壁部の内側面と前記湾曲壁部の内側面に接して、樹脂が配されたものとしても良い（請求項４）。このように、中空部内に樹脂を配するにあたっては、先述の請求項２に記載の圧縮機用シューの製造では、前記素材の内周面に樹脂が形成されたものとする（請求項７）。また、後述の請求項３に記載の圧縮機用シューの製造にあたっては、前記素材の外周面に樹脂が形成されたものとする（請求項８）。

よって、この発明によれば、内部に環状の中空部を有するため圧縮機用シューの軽量化を図ることができるので、可変容量圧縮機用のシューとして用いた場合には、ピストンの往復慣性力が低減されるため、圧縮機に対する制御性が向上する。また、圧縮機用シューは、その外形部を形成する平坦壁面部と湾曲壁部とが支持部により連接・支持されているので、圧縮機用シューに対しその軽量化を図りつつ強度を確保することができる。しかも、これらの圧縮機用シューの製造工程は、プレス加工のみで行い、溶接等の工程を経ないので、圧縮機用シューを製造するための工程時間の短縮、製造コストの削減を図ることもできる。

特に、請求項４、７、８に記載の発明によれば、圧縮機用シューの中空部内に樹脂が、一方を平坦壁部の内周面に接し、他方を湾曲壁部の内周面に接した状態で配されるので、圧縮機用シューの強度をより向上させることができる。また、筒状の素材の開口端部同士が突当せず、隙間を有している場合であっても、樹脂によりその隙間を閉塞することが可能であるので、略密閉状態の中空部の画成を図ることができる。

以下、この発明の実施形態を図面により説明する。

図１において、圧縮機の一例として可変容量型斜板式圧縮機が示されている。この圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド４とを有して構成されている。これらフロントヘッド４、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト５によりシリンダ軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。

フロントヘッド４とシリンダブロック１とによって画設されるクランク室６には、一端がフロントヘッド４から突出する駆動軸７が収容されている。この駆動軸７のフロントヘッド４から突出した部分には、ボルト８によって軸方向に沿って取付けられた中継部材９が固定されており、この中継部材９にフロントヘッド４の端部回転自在に外嵌され、且つ、車両のエンジンにベルトを介して連結される駆動プーリ１０がネジ止め等の手段によって固定されている。また、この駆動軸７の一端側は、フロントヘッド４との間に設けられたシャフトシール２１からなる軸封装置によって回転自在に支持され、駆動軸７の他端側は、シリンダブロック１に収容されたラジアル軸受１３及びスラスト軸受１４によって回転自在に支持されている。

シリンダブロック１には、前記ラジアル軸受１３及びスラスト軸受１４を収容する軸受け収容室１５と、駆動軸７の周囲を取り囲むように、当該駆動軸７を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１６とが形成されている。そして、それぞれのシリンダボア１６内には、中空状の頭部１７ａと尾部１７ｂとで構成された片頭ピストン１７が往復摺動可能に挿入されている。また、片頭ピストン１７の頭部１７ａと尾部１７ｂとには、後述するシュー２６を配するために、凹状の湾曲面を有するシュー受け部１７ｃが対峙して形成されている。

前記駆動軸７には、クランク室６内において、当該駆動軸７と一体に回転するスラストフランジ１８が固定されている。このスラストフランジ１８は、フロントヘッド４に対してラジアル軸受１９及びスラスト軸受２０を介して回転自在に支持されており、ラジアル軸受１９によって支持された先端側においてフロントヘッド４との間に前記シャフトシール２１を収容する駆動軸シール室２２を形成するようにしている。

また、スラストフランジ１８には、リンク機構２３を介して斜板２４が連結されている。この斜板２４は、駆動軸７に遊嵌されたヒンジボール２５を中心に揺動可能に取り付けられているもので、スラストフランジ１８の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２４は、その周縁部分が前後に挟み込むように設けられた一対のシュー２６を介して片頭ピストン１７の尾部１７ｂに係留されている。したがって、駆動軸７が回転するとこれに伴って斜板２４も回転し、この斜板２４の回転運動がシュー２６を介して片頭ピストン１７の往復直線運動に変換され、この片頭ピストン１７の往復動により、シリンダボア１６内において片頭ピストン１７とバルブプレート２との間に形成される圧縮室２７の容積が変更されるようになっている。

バルブプレート２には、それぞれのシリンダボア１６に対応して吸入孔２８と吐出孔２９とが形成され、また、リアヘッド３には、圧縮室２７に供給する作動流体を収容する吸入室３０と、圧縮室２７から吐出された作動流体を収容する吐出室３１とが画設されている。吸入室３０は、リアヘッド３の中央部分に形成されており、蒸発器の出口側に通じる図示しない吸入口に連通すると共にバルブプレート２の吸入孔２８を介して圧縮室２７に連通可能となっている。また、吐出室３１は、吸入室３０の周囲に連続的に形成されており、図示しない凝縮器の入口側に通じる吐出口３５に連通すると共にバルブプレート２の吐出孔２９を介して圧縮室２７に連通可能となっている。ここで、吸入孔２８は、バルブプレート２のフロント側端面に設けられた吸入弁３２によって開閉され、更に、吐出孔２９は、バルブプレート２のリア側端面に設けられた吐出弁３３によって開閉されるようになっている。

このような構成の圧縮機においては、駆動軸７が回転すると、駆動軸７の回転力がスラストフランジ１８、リンク機構２３を経て斜板２４に伝達され、この斜板２４を回転させる。そして、この斜板２４の回転により、シュー２６を介して片頭ピストン１７を往復運動させる。更に、片頭ピストン１７がシリンダボア１６内を往復運動すると、圧縮室２７の容積が変化し、この容積変化によって作動流体の吸引、圧縮及び吐出が順次行われ、斜板２４の傾斜角度に応じた容量である高圧の作動流体が図示しない吐出口より他の冷凍サイクルを構成する機器に吐出される。

そして、上記シュー２６は、図２（ａ）に示されるように、前記斜板２４と摺接する略平坦な平坦壁部４１と、前記シュー受け部１７ｃと摺接する略半球状の湾曲壁部４２とで構成された外形部４３と、この平坦壁部４１と湾曲壁部４２とを連接する支持部４４とで構成されており、これにより、シュー２６の内部には環状の中空部４５が形成されている。

ここで、シュー２６は、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金等の非鉄系合金で成るものであっても、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系合金で成るものであっても良い。また、シュー２６の外形部４３の表面には、表面処理として、ＤＬＣ皮膜、ＮｉＰ皮膜、ＮｉＰＢ皮膜、ＮｉＰＰＴＦＥ皮膜、錫皮膜等のメッキ処理を行うことで、皮膜層５３が形成されていても良い。

そして、前記支持部４４は、後述するパイプ状の素材４８の開口端部４９、４９同士を突当させて形成されたもので、図２（ａ），（ｂ）では、内部に軸方向に沿って延びる貫通路４６が形成された筒状体となっているが、必ずしもこれに限らない。図２（ｃ）に示されるように、支持部４４の湾曲壁部４２側において、開口端部４９を径方向にすぼませて内側面を密着することで、支持部４４の平坦壁部４１側にのみ開口した有底孔４７を軸方向に沿って有するものとしても良い。また、反対に、図２（ｄ）に示されるように、支持部４４の平坦壁部４１側において、開口端部４９を径方向にすぼませて内側面を密着することで、支持部４４の湾曲壁部４２側にのみ開口した有底孔４７を軸方向に沿って有するものとしても良い。

このようなシュー２６の構成とすることで、内部に中空部４５を有する一方、この中空部４５を主に画成する平坦壁部４１と湾曲壁部４２とは支持部４４により支持されているので、シュー２６に対し軽量化と強度の確保との双方を図ることが可能となる。

図２（ａ）に示されるシュー２６の製造方法の一例について、図３を用いて以下に概説する。まず、図３（ａ）に示されるように、１つのパイプ状（筒状）の素材４８に対し、適宜な寸法で切断する。次に、図３（ｂ）に示されるように、前記切断された素材４８の一方側の開口端部４９を、プレス加工を行うことで内側にすぼませる。この内側にすぼませた部位は、支持部４４の一方側の素となる部位である。更に、図３（ｃ）に示されるように、プレス加工を行うことで平坦壁部４１を形成する。更にまた、図３（ｄ）に示されるように、平坦壁部４１の端側から他方の開口端部４９側までの部位に対しを略半球状となるようにプレス加工を行うことで、湾曲壁部４２を形成する。この場合、開口端部４９は、完全に閉じずに、小さな孔５０が空いた状態とする。そして、図３（ｅ）に示されるように、プレス加工を行って、開口端部４９の孔５０の周縁部位を内側に折り曲げることで、支持部４４の他方側の素を形成する。最後に、支持部４４の素となる部位に対し、例えばプレス加工を行うことで、内側に更に延出させて突当させ支持部４４を形成する。しかる後に、表面処理を行い、上記した皮膜層５３を形成する。これにより、図２（ａ）に示すようなシュー２６が形成される。このように、プレス加工のみによってシュー２６の外形部４３や支持部４４を形成し、溶接等の工程を経ないので、シュー２６を製造するための工程時間の短縮、製造コストの削減を図ることが可能である。

シュー２６の素材４８は、図４（ａ）に示すように、樹脂５５からなる層を内側面に形成したものを用いても良い。このような素材４８を用いて、図４（ａ）から図（ｅ）に示す工程を経て、シュー２６を製造した場合には、図４（ｆ）に示されるように、中空部４５内に、少なくとも前記平坦壁部の内側面と前記湾曲壁部の内側面に接して樹脂５５が配されたシュー２６を形成することができる。尚、図４（ａ）から図４（ｅ）に示すシュー２６の製造方法は、外形部４３、支持部４４の形成自体については、上記した図３（ａ）から図３（ｅ）として説明した方法と同様であるから、同一の符号を付してその説明は省略する。また、図示しないが、素材４８の筒状体内に樹脂５５を隙間なく充填させたものを用いてシュー２６を形成するようにしても良い。このような中空部４５内に樹脂５５が配置されたシュー２６とすることで、平坦壁部４１の内側面と湾曲壁部４２の内側面に接しているため、シュー２６の強度が更に向上すると共に、図４（ｆ）に示されるように、支持部４４の端部同士が突当していなくても樹脂５５により平坦壁部４１と湾曲壁部４２との間を埋めることができる。

次に、シュー２６の先の製造方法とは異なる製造方法について、図５を用いて以下に概説する。まず、図５（ａ）に示されるように、適宜な寸法で切断された１つのパイプ状（筒状）の素材４８を用意する。この素材４８は、その内径寸法が例えばシュー２６の貫通路４６の内径と等しい等、前述した図３（ａ）の素材４８よりも相対的に小径のものを用いるのが好適である。そして、図５（ｂ）に示されるように、素材４８に対し両側の開口縁部位４９より外側に向けて、プレス加工を行うことで広げていく。これにより、図５（ｃ）に示されるように、素材４８の一方の開口端部から所定範囲までが平坦壁部４１となり、素材４８の他方の開口端部から所定範囲までが湾曲壁部４２となり、その間の押し広げられなかった部位が円筒状の支持部４４となる。このシューの製造方法によっても、プレス加工のみによってシュー２６の外形部４３や支持部４４を形成し、溶接等の工程を経ないので、シュー２６を製造するための工程時間の短縮、製造コストの削減を図ることが可能である。しかも、外形部４３や支持部４４を１の過程で同時に形成するので、製造工程の簡略化をより一層図ることができる。尚、中空部４５、皮膜層５３等、先の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して省略する。

尚、上記製造方法により製造されるシュー２６であるが、図６（ａ）に示されるように、その製造過程において開口端部位同士の面同士が完全に突当せず、その角部において突当するようにしても良い。また、図６（ｂ）に示されるように、その製造過程において、素材４８の一方開口部位をすぼめて閉塞し、平坦壁部４１側にのみ開口した有底孔４７としても良い。更には、図６（ｃ）に示されるように、その製造過程において、素材４８の他方開口部位をすぼめて閉塞し、湾曲壁部４２側にのみ開口した有底孔４７としても良い。尚、これまでの実施形態と同様の構成については同一の符号を付して省略する。

更に、図５（ａ）の素材４８の代わりに、図７（ａ）に示されるように、外周面に樹脂５５を形成した素材４８を用いても良い。これにより、図５（ｂ）と同様に、図７（ｂ）に示されるように素材４８に対しその開口端部位から外側に適宜押し広げることで、シュー２６の中空部４５内に、平坦壁部４１の内側面と湾曲壁部４２の内側面に接して樹脂５５が配される。このような中空部４５内に樹脂５５が配されたシュー２６とすることで、シュー２６の強度が更に向上する。

図１は、圧縮機の全体構成を示す断面図である。 図２は、圧縮機用シューを示したもので、図２（ａ）は、その全体構成断面図であり、図２（ｂ）から（ｄ）は、支持部の構成を示す要部拡大断面図である。 図３（ａ）から（ｅ）は、上記図２（ａ）に示す圧縮機用シューの製造工程の概略を示す説明図である。 図４（ａ）から（ｆ）は、図３の圧縮機用シューの製造工程に対し、素材となる筒状部材の内周面に合成樹脂を配した場合の工程の概略を示す説明図である。 図５（ａ）から（ｃ）は、図３、図４に示す製造工程とは異なる手法により圧縮機用シューの製造をする工程の概略を示す説明図である。 図６（ａ）から（ｃ）は、図５の製造工程で製造される圧縮機用シューの変形例を示す全体構成断面図である。 図７（ａ）から（ｃ）は、図５の圧縮機用シューの製造工程に対し、素材となる筒状部材の外周面に合成樹脂を配した場合の工程の概略を示す説明図である。

符号の説明

１７ ピストン
１７ｃ シュー受け部
２４ 斜板
２６ シュー（圧縮機用シュー）
４１ 平坦壁部
４２ 湾曲壁部
４３ 外形部
４４ 支持部
４５ 中空部
４８ 素材
４９ 開口端部
５５ 樹脂

Claims (8)

1. 斜板と摺接する略平坦な平坦壁部と、ピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部とで構成された外形部と、前記平坦壁部の内側面から前記湾曲壁部の内側面にかけて架設された支持部とを有し、この外形部と支持部とで環状の内空部が画成されていることを特徴とする圧縮機用シュー。
2. １つの筒状の素材を加工して構成され、その素材の開口端部であった部位同士が前記支持部を形成するにあたり突当した状態にあることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機用シュー。
3. １つの筒状の素材を加工して構成され、その素材の開口端部であった部位同士が前記外形部を形成するにあたり当該外形部のピストン及び斜板と摺接しない部位において突当した状態にあることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機用シュー。
4. 前記中空部内に、少なくとも前記平坦壁部の内側面と前記湾曲壁部の内側面に接して、樹脂が配されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の圧縮機用シュー。
5. 円筒状の素材を適宜な幅に切断する素材加工工程と、
   この素材の一方開口側部位に対し押圧することで斜板と摺接する略平坦な平坦壁部を形成した後、素材の前記平坦壁部以外となる部位を中心方向に押圧してピストンのシュー受け部と摺接する略半球状の湾曲壁部を形成することにより、外形部を形成する外形部形成工程と、
   前記平坦壁部及び湾曲壁部の中央部位を、突当するまで内側に向けて延出させることにより支持部を形成する支持部形成工程とを有することを特徴とする圧縮機用シューの製造方法。
6. 円筒状の素材を適宜な幅に切断する素材加工工程と、
   前記素材の両側開口端部位を外側に向けて引きだし、前記素材の両側開口端部同士を突当させることで、平坦部面部及び湾曲面部からなる外形部と、前記平坦壁部の内側面から前記湾曲壁部の内側面にかけて架設された支持部とを形成する外形部・支持部形成工程とを有することを特徴とする圧縮機用シューの製造方法
7. 前記素材は、その内周面に樹脂が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機用シューの製造方法。
8. 前記素材は、その外周面に樹脂が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧縮機用シューの製造方法。

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