JP2005351099A - コンプレッサ用の斜板傾動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】
斜板が駆動シャフト上で滑ることに起因したシャフトの摩耗を抑制できるコンプレッサの斜板傾動機構部及びコンプレッサを提供する。
【解決手段】
斜板傾動機構部の少なくとも一方（特に摺動部表面）にリン酸マンガン等の化成被膜処理を施しているため、斜板２７の滑りに対し耐摩耗性が向上している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンプレッサ用の斜板傾動機構及びコンプレッサに関する。

現在市販されているカークーラコンプレッサ（カーエアコン用コンプレッサともいう）としては、斜板式（レシプロ式）、スクロール式、べーンタイプ等色々あるが、多く用いられているのは斜板式である。この斜板式のカークーラコンプレッサでも、両斜板式、片斜板式に分けられ、更に片斜板式でも固定容量タイプ、可変容量タイプに分けられる。

上記のように様々なタイプのコンプレッサがあるが、現在主流となっているのは斜版式の可変容量タイプである。この斜板式可変容量タイプのコンプレッサはシャフトに取り付いた斜板の角度を変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させ、コンプレッサの容量を変えるものである（特許文献１参照）。
特開２００２−２６６７５４号公報 特開２００１−８２４８９号公報

このようなコンプレッサにおいて、シャフトに取り付いた斜板の角度が変化してピストンのストロークを変化させるわけであるが、斜板はシャフトに傾動可能（角度可変）なように取り付いており、この部分は摺動であるため、この部分の滑りの影響により、シャフトの摩耗が大となる恐れがある。しかるに、この傾動機構部の摩耗が大となると斜板の動きがスムーズでなくなるため、適切な圧縮が出来なくなる恐れがある。また、摩耗紛がピストンとシリンダの間に入るとピストンのロック、さらには軸受部に入ると軸受のフレーキングと言った不具合が発生する恐れがある。このような課題に対しては、特許文献２に示すような技術があるが、これはスクロールコンプレッサにおける高精度の確保の難しさを補うためのものであり、本発明のように斜板式コンプレッサにおける摺動機構による潤滑剤の確保の難しさを補うためのものとは考え方が異なるものである。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、斜板がこの傾動部上で滑ることに起因した摩耗の発生を抑制できるコンプレッサの斜板傾動機構及びコンプレッサを提供することを目的とする。

本発明のコンプレッサ用の斜板傾動機構は、前記斜板を駆動する駆動シャフトに設けられた球面座に対して、前記斜板が揺動しつつ摺動するようになっており、前記球面座の前記斜板に対する摺動面、及び前記斜板の前記球面座に対する摺動面の少なくとも一方に、摩耗低減用の被膜処理を施していることを特徴とする。

本発明のカークーラコンプレッサ用の斜板傾動機構によれば、前記球面座の前記斜板に対する摺動面、及び前記斜板の前記球面座に対する摺動面の少なくとも一方の摺動部表面に、摩耗低減用の被膜処理を施しているので、取り付けた前記斜板が前記球面座に対して揺動しつつ摺動した場合にも、その摩耗を抑制することができる。

前記被膜処理が、リン酸マンガン、リン酸亜鉛等のリン酸金属塩からなる被膜処理であると、耐摩耗性を向上できるので好ましい。

前記被膜処理が、摩擦係数の低い樹脂のコーティングであると、耐摩耗性を向上できるので好ましい。摩擦係数の低い樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＯＭなどがあるが、これに限られることはない。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる斜板傾動機構が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。

図１に示すように、被動機器としての可変容量型コンプレッサ１１は、シリンダブロック１２と、その前端面に接合されたフロントハウジング１３と、バルブプレート１４と、シリンダブロック１２の後端面にバルブプレート１４を介して接合されたリヤハウジング１５とを備えている。これら部材１２，１３，１４及び１５を複数本の通しボルト１６（１本のみ図示）で締め付け固定することによりコンプレッサ１１のハウジングが構成される。

駆動シャフト１７は、シリンダブロック１２及びフロントハウジング１３の中央に、前後一対のラジアルベアリング１８を介して回転可能に支持されている。駆動シャフト１７は、その中央に球面座１７ａを有している。駆動シャフト１７の前端部外周面と、フロントハウジング１３の前側に突設された支持筒部１３ａの内周面との間には、リップシール１９が介装されている。シリンダブロック１２には、複数のシリンダボア２０が駆動シャフト１７を取り囲むように等角度間隔にて形成されている。各シリンダボア２０は駆動シャフト１７と平行に延びており、各ボア２０内には片頭型のピストン２１が往復動可能に嵌挿されている。各シリンダボア２０においてピストン２１の端面とバルブプレート１４との間には、容積可変の圧縮室２０ａが区画されている。

フロントハウジング１３の内側には、クランク室２２が区画形成されている。クランク室２２内において、回転支持体２３が駆動シャフト１７に一体回転可能に止着されている。回転支持体２３の前端面とフロントハウジング１３の内壁面との間にはスラストベアリング２４が介装されている。回転支持体２３の後面からは一対の支持アーム２５がシリンダブロック１２側に向かって突設され、各アームの先端には斜板が傾く際のヒンジ機構を構成するガイド部（図１の場合は孔）２６が形成されている。

クランク室２２内には斜板２７が配設されている。斜板２７はほぼ円板形状をなすとともに、駆動シャフト１７が挿通される中央孔２７ａを有している。その中央孔２７ａは、球面座１７ａに対応してその内面が凹球面状になっており、従って駆動シャフト１７の球面座１７ａの外面に嵌合することで、両者は相対摺動可能な状態となる。中央孔２７ａが球面座１７ａに対して摺動することで、斜板２７は、駆動シャフト１７の球面座上に揺動（角度可変即ち傾動）可能となっている。球面座１７ａの外面と、中央孔２７ａの内面の少なくとも一方には、リン酸マンガン等の化成被膜処理を施している。斜板２７の前面には回転体２３とのヒンジ機構を構成する連結体２８が突設されている。この機構の一部が支持アーム２５のガイド部２６内で摺動可能に配置されることによりヒンジ機構が構成される。このヒンジ機構を介して回転支持体２３に対し、斜板２７が傾動可能に連結されている。本図の場合は、アームのガイド部２６に連結体２８が挿入された様な構造となっているが、ガイド部２６と連結体２８を横から串刺しとなるようにピンを通す構造としても良い。駆動シャフト１７と斜板２７とで、斜板傾動機構１００を構成する。

斜板２７の外周縁部には、一対の半球状のシュー２９を介して各ピストン２１が連結されている。駆動シャフト１７の回転に伴い、回転支持体２３と共に斜板２７が回転し、各ピストン２１がシリンダボア２０内において往復動される。

シリンダブロック１２の中心には、駆動シャフト１７の後端部を収容可能なように収容室３０が形成されている。バルブプレート１４及びリヤハウジング１５の中心には吸入通路３１が形成されている。吸入通路３１の前端は収容室３０に連通され、後端は外部冷媒回路３２に接続されている。外部冷媒回路３２は少なくとも凝縮器３３、膨張弁３４及び蒸発器３５を備えている。

リヤハウジング１５には環状の吸入室３６が区画形成されており、この吸入室３６は連通口３７を介して収容室３０に連通している。リヤハウジング１５内には更に、吐出室３８が区画形成されており、この吐出室３８はハウジング内に形成された吐出通路３９を介して外部冷媒回路３２に接続されている。バルブプレート１４には各シリンダボア２０毎に吸入ポート４０及び吐出ポート４１が形成されている。バルブプレート１４のシリンダブロック１２側には吸入ポート４０を開閉するための吸入弁４２が配設されている。バルブプレート１４の吐出室３８側には吐出ポート４１を開閉するための吐出弁４３が配設されている。

シリンダブロック１２の収容室３０内には、遮断体４５が収容されている。斜板２７と遮断体４５との間には、略環状のスラストニードル軸受４７がシャフト１７の後方へのアキシアル荷重を受けることが出来るように駆動シャフト１７上に設けられ駆動シャフト１７の後方への荷重を受けることができるようになっている。なお、斜板２７の傾角とは、駆動シャフト１７と直交する平面と斜板２７との成す角度を意味する。

図１に示すように、斜板２７の下部前面には斜板の傾きすぎを防止するための規制突部４８が形成されている。規制突部４８と回転支持体２３との当接により、斜板２７の最大傾角が規制される。回転支持体２３と斜板２７との間に介装された傾角減少バネ４９は、斜板２７を最小傾角方向に付勢する。

コンプレッサ１１のハウジングを構成するシリンダブロック１２、バルブプレート１４及びリヤハウジング１５には一連の給気通路５２が形成されている。この給気通路５２は吐出室３８とクランク室２２とを連通する。リヤハウジング１５に装着された容量制御弁５３は、前記給気通路５２の途中に設けられている。制御弁５３は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁されるソレノイド５４を有している。ソレノイド５４の励磁または消磁に伴って制御弁５３が閉止または開放される。容量制御弁５３の開閉制御に応じて吐出室３８からクランク室２２への圧力供給が制御され、クランク室２２の内圧が調節される。クランク室２２の内圧に応じて斜板２７の傾角が決定される。

次に、駆動源としての車輌エンジン６２からコンプレッサ１１の駆動シャフト１７に駆動力を伝達する動力伝達機構について説明する。

フロントハウジング１３の前側には電磁クラッチ５５が配設されている。電磁クラッチ５５は、プーリ５６、ハブ５７、アーマチュア５８及びソレノイド５９を備えている。ソレノイド５９は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁される。

プーリ５６は、フロントハウジング１３の支持筒部１３ａにアンギュラベアリング６０を介して回転可能に支持されている。プーリ５６と車輌エンジン６２のプーリ６２ａとの間にはベルト６１が掛装され、このベルト６１を介して、プーリ５６は車輌エンジン６２と作動連結されている。

金属製のハブ５７は略円筒形状をなし、駆動シャフト１７の前端部にボルト６３によって一体回転可能に固定又は結合されている。ハブ５７の周囲には、円板状のアーマチュア５８がプーリ５６の前面に対して接離可能に配設されている。

次に、クラッチ付のコンプレッサを例に取って前述のような可変容量型コンプレッサ１１の基本動作について説明する。エンジン６２の運転時、エンジン６２の駆動力はベルト６１を介して電磁クラッチ５５のプーリ５６に伝達され、該プーリ５６は常時回転されている。外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在する場合には、外部コントローラはソレノイド５９を励磁し、その生じた電磁力によりアーマチュア５８がプーリ５６の前面に吸着接合される。すると、アーマチュア５８と一体化されたプーリ５６の回転力が、ハブ５７及び駆動シャフト１７に伝達される。他方、外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在しない場合には、外部コントローラはソレノイド５９を消磁してその電磁力を消失させ、アーマチュア５８をプーリ５６の前面から離間させる。すると、駆動シャフト１７とエンジン６２との作動連結が解除される。

図１は、斜板２７が最大傾角にある状態を示している。この状態では、ソレノイド５４の励磁により容量制御弁５３が閉止されて給気通路５２が閉じられている。このため、吐出圧Ｐｄ相当の圧縮冷媒ガスが給気通路５２を介して吐出室３８からクランク室２２に供給されず、クランク室２２の内圧Ｐｃが吸入室３６の相対的に低い圧力（即ち吸入圧Ｐｓ）に次第に接近し、斜板２７の角度が最大傾角に保持されて最大吐出容量での圧縮運転が行われる。

最大吐出容量での圧縮運転の結果、冷房負荷が小さくなると、前述と逆の動作により、ソレノイド５４が消磁されて容量制御弁５３が開放される。これにより、クランク室内圧Ｐｃが高まり、斜板２７が最大傾角状態から最小傾角状態へ迅速に移行される。

本実施の形態によれば、球面座１７ａの外面（摺動面）と、中央孔２７ａの内面（摺動面）の少なくとも一方に、リン酸マンガン等の化成被膜処理を施しているため、斜板２７の揺動に対し耐摩耗性が向上している。尚、駆動シャフト１７が滑りを発生させる相手部品としては、斜板２７とハウジング１３の先端部にある圧縮漏れを防止するリップシール１９があるが、駆動シャフト１７の表面全体に化成被膜処理を施せば、これによる駆動シャフト１７の摩耗に対しても十分な効果が得られる。更には、駆動シャフト１７を支持しているラジアルベアリング１８の焼き付き等に対しても効果が得られる。駆動シャフト１７の表面に、摩擦係数の低い樹脂のコーティングを施しても良い。

（試験１）
本発明者らは、リン酸マンガン処理による被膜を表面に施した円盤（実施例１）と、未処理の円盤（比較例１）とを、それぞれ２枚ずつ製作し、図２に示すようにして、同じ処理のもの同士を互いに近接する方向に荷重を付与しながら、異なる回転数で回転させて耐摩耗性評価試験を行った。評価結果を表１に示す。
（供試条件）
円盤１、２の仕様：φ５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
円盤１の回転数：６００ｍｉｎ^−１
円盤２の回転数：１８００ｍｉｎ^−１
荷重：２，０００Ｎ

（試験２）
本発明者らは、リン酸マンガン処理による被膜を表面に施した駆動シャフト（実施例）と、未処理の駆動シャフト（比較例）とを製作し、図３に示すファレックス試験機（詳細は良く知られているので省略する）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ２６２５に準じた条件で駆動シャフトの耐摩耗性評価試験を行った。評価結果を表２に示す。
（供試条件）
回転数：２００ｍｉｎ^−１
荷重：３，０００Ｎ

試験１の結果によれば、リン酸マンガン処理による被膜を設けることで、焼き付きまでの平均時間が４８％長くなり、試験２の結果によれば、同被膜を設けることで、焼き付きまでの平均時間が８２％長くなり、耐焼き付き性が向上することが確認された。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、駆動シャフト１７の球面座１７ａの外面及び斜板２７の中央孔２７ａの内面の少なくとも一方に、微少な無数のディンプルを設けて、それにより潤滑剤保持性を持たせても良い。本発明は、カークーラコンプレッサに限らず、各種のコンプレッサに用いることができる。

本実施の形態にかかる斜板傾動機構が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。 本発明者らが行った試験１を説明するための図である。 本発明者らが行った試験２に用いた試験機の斜視図である。

符号の説明

１１ コンプレッサ
１２ シリンダブロック
１３ フロントハウジング
１３ａ 支持筒部
１４ バルブプレート
１５ リヤハウジング
１６ ボルト
１７ 駆動シャフト
１８ ラジアルベアリング
１９ リップシール
２０ シリンダボア
２０ａ 圧縮室
２１ ピストン
２２ クランク室
２３ 回転支持体
２４ スラストベアリング
２５ 支持アーム
２６ ガイド部
２７ 斜板
２８ 連結体
２９ シュー
３０ 収容室
３１ 吸入通路
３２ 外部冷媒回路
３３ 凝縮器
３４ 膨張弁
３５ 蒸発器
３６ 吸入室
３７ 連通口
３８ 吐出室
３９ 吐出通路
４０ 吸入ポート
４１ 吐出ポート
４２ 吸入弁
４３ 吐出弁
４５ 遮断体
４７ スラストベアリング
４８ 規制突部
４９ 傾角減少バネ
５２ 給気通路
５３ 制御弁
５４ ソレノイド
５５ 電磁クラッチ
５６ プーリ
５７ ハブ
５８ アーマチュア
５８ａ 段差部
５９ ソレノイド
６０ アンギュラベアリング
６１ ベルト
６２ エンジン
６２ａ プーリ
６３ ボルト
６５ 座金
６６ ストッパ

Claims (4)

1. 斜板式コンプレッサにおいて斜板を傾動させる斜板傾動機構において、
   前記斜板を駆動する駆動シャフトに設けられた球面座に対して、前記斜板が揺動しつつ摺動するようになっており、前記球面座の前記斜板に対する摺動面、及び前記斜板の前記球面座に対する摺動面の少なくとも一方に、摩耗低減用の被膜処理を施していることを特徴とするコンプレッサ用の斜板傾動機構。
2. 前記被膜処理が、リン酸マンガン、リン酸亜鉛等のリン酸金属塩からなる被膜処理であることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ用の斜板傾動機構。
3. 前記被膜処理が、摩擦係数の低い樹脂のコーティングであることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ用の斜板傾動機構。
4. 請求項１〜３に記載の機構を用いて斜板を傾動することを特徴とするコンプレッサ。
   

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