JP2006266102A - 斜板式コンプレッサの斜板および斜板式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】斜板式コンプレッサの斜板とシューとの摺動部での焼付きを、安価に耐久性と耐熱性を確保して防止できるようにすることである。
【解決手段】斜板３を、基材３ａにＰＥＫまたはＰＥＥＫを射出成形で一体化した複合成形品とし、シュー４が摺動する摺動面３ｃを、ＰＥＫまたはＰＥＥＫの射出成形部３ｂで形成することにより、斜板３とシューとの摺動部での焼付きを、安価に耐久性と耐熱性を確保して防止できるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアコンディショナ等に用いられる斜板式コンプレッサの斜板および斜板式コンプレッサに関する。

冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた斜板にシューを摺動させ、このシューを介して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサには、両頭形のピストンを用いて冷媒を両側で圧縮、膨張させる両斜板タイプのものと、片頭形のピストンを用いて冷媒を片側のみで圧縮、膨張させる片斜板タイプのものとがある。また、シューは斜板の片側面のみで摺動するものと、斜板の両側面で摺動するものとがある。

これらの斜板式コンプレッサでは、運転初期において、冷媒が存在するハウジング内へ潤滑油が到達する前に金属製の斜板とシューが摺動するので、これらの摺動部が潤滑油のないドライ潤滑状態となり、焼付きが発生しやすい。この焼付きを防止する手段としては、これまでに、シューが摺動する金属製斜板の摺動面に、銅系またはアルミニウム系材料を溶射し、この溶射層に鉛系めっき、錫系めっき、鉛−錫系めっき、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系被覆、モリブデン化合物被覆またはモリブデン化合物・黒鉛混合被覆を施したもの（例えば、特許文献１参照）、金属製斜板の摺動面に、静電粉体塗装法でポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）皮膜を形成したもの（例えば、特許文献２参照）、斜板の摺動面に、ＰＴＦＥを含有する固体潤滑剤を熱硬化樹脂であるポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）で固めた摺動層を設けたもの（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。

特開平８−１９９３２７号公報 特開２００２−１８０９６４号公報 特開２００３−１３８２８７号公報

特許文献１に記載されたものは、金属製斜板の摺動面に銅系やアルミニウム系材料の溶射層を形成し、さらにこの溶射層にめっきまたは被覆処理を施す必要があるので、斜板の製造工程が大幅に増加し、その製造コストが高価になる問題がある。また、特許文献２に記載されたものは、静電粉体塗装をする際に、斜板の金属製基材を４００℃以上に加熱するとともに、ＰＥＥＫ皮膜が不要な部分をマスキングする必要があるので、さらに製造コストが高価になり、４００℃以上の加熱による金属製基材の変形や硬度低下等も懸念される。

一方、特許文献３に記載されたものは、斜板の製造コストはそれほど増加しないが、摺動層を形成するＰＡＩのアミド基は吸水性があるので、摺動層の強度が吸水によって低下し、十分に満足できる耐久性を確保できない問題がある。また、ＰＡＩのガラス転移温度は２８０〜２９０℃程度であるので、ドライ潤滑状態における摺動部での発熱に対して、十分な耐熱性を確保できない問題もある。

そこで、本発明の課題は、斜板式コンプレッサの斜板とシューとの摺動部での焼付きを、安価に耐久性と耐熱性を確保して防止できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた金属製の斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの斜板において、前記斜板を、基材にポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）またはポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を射出成形で一体化した複合成形品とし、前記シューが摺動する摺動面を、前記ポリエーテルケトン樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂の射出成形部で形成した構成を採用した。

すなわち、斜板を、基材にＰＥＫまたはＰＥＥＫを射出成形で一体化した複合成形品とし、シューが摺動する摺動面を、ＰＥＫまたはＰＥＥＫの射出成形部で形成することにより、斜板とシューとの摺動部での焼付きを、安価に耐久性と耐熱性を確保して防止できるようにした。また、この斜板は一部が樹脂の射出成形部で形成されるので、従来の金属製斜板の表面に溶射やめっき等の皮膜を形成したものよりも軽量化することができる。なお、基材と射出成形部を一体化した複合成形品は、基材を射出成形用金型の中にセットして射出成形することにより、容易で安価に製造することができる。

前記ＰＥＫまたはＰＥＥＫは、フェニケトンとフェニルエーテルの組み合わせ構造からなる超耐熱性の結晶性高分子であり、摺動特性にも優れている。例えば、ＰＥＫとしては、ビクトレックス・リミテッド社製のＶＩＣＴＲＥＸ−ＰＥＥＫ−ＨＴ Ｐ２２を用いることができ、ＰＥＥＫとしては、ビクトレックス・リミテッド社製のＶＩＣＴＲＥＸ−ＰＥＥＫ１５０Ｐや、ヘキスト社製のＨＯＳＴＡＴＥＣ等を用いることができる。

前記基材は金属で形成するとよい。この基材とする金属としては、炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等も用いることができるが、軽量化の観点からアルミニウム合金が好ましく、そのダイキャストが強度面から好ましい。なお、基材はセラミックや剛性の高い熱硬化性樹脂等で形成することもできる。

前記射出成形するＰＥＫまたはＰＥＥＫに、充填材として、固形潤滑剤、炭素繊維およびウィスカの少なくとも１種以上を配合することにより、固形潤滑剤を配合する場合は、斜板の摺動面の摩擦係数を低減して、摺動特性をより向上させることができ、炭素繊維やウィスカを配合する場合は、斜板の強度や耐摩耗性等の耐久性をより向上させることができる。

前記固形潤滑剤の配合量と、炭素繊維やウィスカの配合量は、上述したこれらの効果を十分に発揮するために、いずれも５質量％以上とするのが好ましく、射出成形されるＰＥＫまたはＰＥＥＫの流動性を確保するために、いずれも３０質量％以下とするのが好ましい。なお、固形潤滑剤、炭素繊維およびウィスカの２種以上を充填材として配合する場合は、これらの充填材をタンブラーミキサ、ヘンシェルミキサ等の混合機で乾式混合したのち、射出成形されるＰＥＫまたはＰＥＥＫに撹拌しながら配合するとよい。

前記炭素繊維の平均繊維長は、前記射出成形部を十分に繊維強化するために０．０１ｍｍ以上とするのがよく、射出成形部へ均一に分散するために１．０ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下とするのがよい。炭素繊維の平均繊維径は、射出成形部へ均一に分散でき、かつ、相手材の摩耗を防止するために、１〜２５μｍ、好ましくは５〜２５μｍ、さらに好ましくは１０〜２０μｍとするのがよい。また、ウィスカは、射出成形部に均一に分散させて十分に繊維強化できるように、平均繊維長を１〜１０μｍ、平均繊維径を０．１〜１μｍとするのが好ましい。なお、これらの炭素繊維やウィスカは、射出成形部の樹脂との密着性を高めるために、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、ポリアセタール系樹脂等を含有する処理剤や、エポキシシラン系、アミノシラン系等のシラン系カップリング剤等により表面処理を施してもよい。

前記固形潤滑剤は、フッ素樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、黒鉛、モリブデン化合物、タングステン化合物、タルクおよびマイカから選ばれる少なくとも１種以上のものからなるものとすることができる。

前記フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル（プロピル）ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリプロピレン−パーフルオロオレフィン共重合体等を用いることができる。また、芳香族ポリエステル樹脂としてはエゴノール等を用いることができる。

特に、前記ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のパーフルオロ系のフッ素樹脂は、炭素原子の周囲が直接、または酸素原子を介して全てフッ素原子で囲まれているので分子構造が安定しており、熱分解温度および微分熱分解開始温度が高く、非常に耐熱性が優れている。例えば、ＰＴＦＥの熱分解温度は約４９０℃、微分熱分解開始温度は約５５５℃である。したがって、ＰＴＦＥの熱分解温度は、射出成形部のＰＥＫやＰＥＥＫよりも１００〜２００℃高く、ドライ潤滑状態における摺動部での発熱に対して十分な耐熱性を確保し、斜板の摺動面の摩擦係数を低く維持することができる。なお、これらのフッ素樹脂は、射出成形するＰＥＫやＰＥＥＫに粉末状にして配合する場合は、特に問題なく均一に分散させることができるが、粒状にして配合する場合は、平均粒径を７０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下とするのがよい。

前記黒鉛は、鱗片状、球状等のいかなる形状のものでもよく、天然のものでも人造のものでもよいが、天然の鱗片状のものが摺動特性および価格の面でより優れている。また、黒鉛の固定炭素量は、十分な摺動特性を得るために９０％以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９７％以上とするのがよい。

前記モリブデン化合物としては、二硫化モリブデン、セレン化モリブデン、酸化モリブデン、窒化二モリブデン、モリブデン酸カルシウム、モリブデンブロンズ等を用いることができる。また、タングステン化合物としては、二硫化タングステン、セレン化タングステン、酸化タングステン、窒化二タングステン、タングステン酸カルシウム、タングステンブロンズ等を用いることができる。

また、本発明は、斜板式コンプレッサを上述したいずれかの斜板を備えたものとした構成も採用した。

本発明の斜板式コンプレッサの斜板は、斜板を、基材にＰＥＫまたはＰＥＥＫを射出成形で一体化した複合成形品とし、シューが摺動する摺動面を、ＰＥＫまたはＰＥＥＫの射出成形部で形成したので、斜板とシューとの摺動部での焼付きを、安価に耐久性と耐熱性を確保して防止することができる。また、この斜板は一部が樹脂の射出成形部で形成されるので、従来の金属製斜板の表面に溶射やめっき等の皮膜を形成したものよりも軽量化することもできる。

前記射出成形するＰＥＫまたはＰＥＥＫに、充填材として、固形潤滑剤、炭素繊維およびウィスカの少なくとも１種以上を配合することにより、固形潤滑剤を配合する場合は、斜板の摺動面の摩擦係数を低減して、摺動特性をより向上させることができ、炭素繊維やウィスカを配合する場合は、斜板の強度や耐摩耗性等の耐久性をより向上させることができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。この斜板式コンプレッサは、図１に示すように、冷媒が存在するハウジング１内で、回転軸２に直接固定するように斜めに取り付けた斜板３の回転運動を、斜板３の両側面で摺動するシュー４を介して両頭形ピストン５の往復運動に変換し、ハウジング１の周方向に等間隔で形成されたシリンダボア６内の各ピストン５の両側で、冷媒を圧縮、膨張させる両斜板タイプのものであり、高速で回転駆動される回転軸２は、ラジアル方向を針状ころ軸受７で支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受８で支持されている。

前記各ピストン５には斜板３の外周部を跨ぐように凹部５ａが形成され、この凹部５ａの軸方向対向面に形成された球面座９に、半球状のシュー４が着座されている。このシュー４は球状のものもあり、ピストン５を斜板３の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板３の回転運動からピストン５の往復運動への変換が円滑に行われる。

前記斜板３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミニウム合金ダイキャストの基材３ａに、各種充填材を配合したＰＥＫまたはＰＥＥＫを射出成形で一体化した複合成形品とされ、シュー４が摺動する斜板３の両側の摺動面３ｃは射出成形部３ｂで形成されている。また、各摺動面３ｃには、９０°の位相で放射状に延びる油溝１０も射出成形で同時に形成されている。なお、油溝１０の形態は、放射状のものに限定されることはなく、環状、渦巻状、格子状等の任意の形態とすることができる。

表１に示すように、図２に示した斜板の実施例として、前記射出成形部をＰＥＫとし、充填材としてＰＴＦＥと炭素繊維（ＣＦ）を配合したもの（実施例１）、それぞれ射出成形部をＰＥＥＫとし、充填材としてＰＴＦＥおよびＣＦを配合したもの（実施例２）、充填材としてＰＴＦＥ、ＣＦおよび黒鉛を配合したもの（実施例３）、充填材としてＰＴＦＥ、ＣＦおよび二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を配合したもの（実施例４）、充填材としてＰＴＦＥ、ＣＦおよび二硫化タングステン（ＷＳ_２）を配合したもの（実施例５）、充填材としてＰＴＦＥ、チタン酸カリウムのウィスカおよびタルクを配合したもの（実施例６）、充填材としてＰＴＦＥ、ＣＦおよびマイカを配合したもの（実施例７）を用意した。また、斜板の比較例として、特許文献１に記載されたもののように、摺動面に銅系の金属溶射層を形成し、さらにこの金属溶射層にＰＴＦＥの被覆処理を施したもの（比較例１）、特許文献２に記載されたもののように、摺動面に静電粉体塗装法でＰＥＥＫ皮膜を形成したもの（比較例２）、特許文献３に記載されたもののように、摺動面にＰＴＦＥと黒鉛の固体潤滑剤をＰＡＩで固めた摺動層を設けたもの（比較例３）も用意した。

これらの各実施例と比較例の斜板について、斜板式コンプレッサの実機での運転初期の状態を想定して、高速回転する斜板の摺動面に、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製のシューをドライ潤滑状態で連続１０分間摺動させる耐久試験を行い、１０分経過後の摺動面の異常摩耗（深さ０．５ｍｍ以上の摩耗または溶融）の有無を観察するとともに、摺動面での摩擦係数も測定した。試験条件は以下の通りである。
・回転速度：２０００ｒｐｍ（実機の通常回転数）
・シューの摺動圧力：３ＭＰａ

上記耐久試験の結果と各実施例と比較例の斜板の製造コストを表１に併せて示す。製造コストは、従来多用されている比較例１のものを基準１００とする相対コストで表示した。各実施例のものは、いずれもドライ潤滑状態における摺動面の摩擦係数が０．２代と小さくて異常摩耗の発生もなく、耐久性に優れている。また、製造コストも従来の比較例１のものの７割程度である。これに対して、比較例１および比較例２のものも異常摩耗は発生していないが、比較例１のものは製造コストが各実施例のものより高く、比較例２のものは製造コストが非常に高く、摩擦係数も０．３を超えてやや高い。また、比較例３のものは、製造コストは比較的安いが、摩擦係数が非常に高く異常摩耗が発生している。

上述した実施形態では、両斜板タイプの斜板式コンプレッサで、斜板の両側面でシューが摺動するものとしたが、本発明に係る斜板式コンプレッサの斜板は、片斜板タイプのものや、斜板の片面側にのみシューが摺動するもの、斜板が連結部材を介して回転軸に取り付けられたもの等、全てのタイプの斜板式コンプレッサに採用することができる。

斜板式コンプレッサの実施形態を示す縦断面図 ａは図１の斜板を示す縦断面図、ｂはａの平面図

符号の説明

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 斜板
３ａ 基材
３ｂ 射出成形部
３ｃ 摺動面
４ シュー
５ ピストン
５ａ 凹部
６ シリンダボア
７ 針状ころ軸受
８ スラスト針状ころ軸受
９ 球面座
１０ 油溝

Claims (5)

1. 冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた金属製の斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの斜板において、前記斜板を、基材にポリエーテルケトン樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を射出成形で一体化した複合成形品とし、前記シューが摺動する摺動面を、前記ポリエーテルケトン樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂の射出成形部で形成したことを特徴とする斜板式コンプレッサの斜板。
2. 前記基材を金属で形成した請求項１に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
3. 前記射出成形するポリエーテルケトン樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂に、充填材として、固形潤滑剤、炭素繊維およびウィスカの少なくとも１種以上を配合した請求項１または２に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
4. 前記固形潤滑剤が、フッ素樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、黒鉛、モリブデン化合物、タングステン化合物、タルクおよびマイカから選ばれる少なくとも１種以上のものからなる請求項３に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の斜板を備えた斜板式コンプレッサ。

Images