JP2007205315A - 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】運転初期における斜板の摺動面におけるドライ潤滑状態を防止し、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることである。
【解決手段】斜板３の外周側面に開口する空孔１２を設けることにより、運転停止前にこの空孔１２にハウジング内のコンプレッサ油を貯留して、空孔１２に貯留したコンプレッサ油を、運転初期に斜板３の回転に伴う遠心力で斜板３の外周側へ飛散させ、ハウジングの内壁等に当たって跳ね返るコンプレッサ油が斜板３の摺動面に降りかかるようにし、この摺動面に降りかかるコンプレッサ油で、運転初期における摺動面がドライ潤滑状態となるのを防止して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとした。
【選択図】図３

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コンプレッサ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。また、近年開発が行なわれている炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサでは、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達するため、斜板とシューとの摺動圧力もこれまでより高くなり、斜板の摺動部にはさらに焼付きが発生しやすくなる。

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の金属材料を溶射し、この金属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、二硫化モリブデン被覆または二硫化モリブデン・黒鉛混合被覆を施したもの（例えば、特許文献１参照）や、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２参照）等が提案されている。また、ドライ潤滑状態を含めた境界潤滑状態での摩擦摩耗特性を改善するために、固体潤滑コーティング膜を有する斜板の摺動面に複数の同心円状の溝を設けて、隣接する溝間に山部を形成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平８−１９９３２７号公報 特開２００３−１３８２８７号公報 再公表特許第ＷＯ２００２／０７５１７２号公報

特許文献１に記載されたものは、金属基材の表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、斜板の製造工程はそれほど増加しないが、摺動層を形成するＰＡＩは、ＰＴＦＥを含有する固体潤滑剤を添加するのみでは、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサに耐用できるような耐摩耗性を確保できない。

一方、特許文献３に記載されたものは、同心円状の溝に潤滑油を保持することにより、斜板の摺動面の摩擦摩耗特性を改善することができるが、斜板式コンプレッサは、ピストン、シューおよび斜板が、それぞれの間に１０〜５０μｍ程度の小さな寸法公差を設定して軸方向に直列に配置されているので、溝間の山がシューとの接触面圧で早期に塑性変形し、設定された寸法公差が外れてピストンの運動にがたつき等が生じるようになり、コンプレッサの効率低下を招く問題がある。

そこで、本発明の課題は、運転初期における斜板の摺動面におけるドライ潤滑状態を防止し、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることである。

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、斜めに取り付けた斜板の摺動面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、前記斜板の外周側面に開口する空孔を設けた構成を採用した。

すなわち、斜板の外周側面に開口する空孔を設けることにより、運転停止前にこの空孔にハウジング内のコンプレッサ油を貯留して、この空孔に貯留したコンプレッサ油を、運転初期に斜板の回転に伴う遠心力で斜板の外周側へ飛散させ、ハウジングの内壁等に当たって跳ね返るコンプレッサ油が斜板の摺動面に降りかかるようにし、この摺動面に降りかかるコンプレッサ油で、運転初期における摺動面がドライ潤滑状態となるのを防止して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとした。また、空孔に貯留されるコンプレッサ油は、昇温する斜板を冷却する効果もある。

前記空孔の孔径は１〜４ｍｍとするのが好ましい。孔径が１ｍｍ未満では空孔内に十分なコンプレッサ油を貯留できず、孔径が４ｍｍを越えると、空孔内のコンプレッサ油の表面張力が小さくなって、運転停止中に空孔内のコンプレッサ油が流出するからである。

前記空孔の深さは５ｍｍ以上とするのが好ましい。深さが５ｍｍ未満では空孔内に十分なコンプレッサ油を貯留できないからである。空孔は貫通孔としてもよく、貫通孔としたときは放熱効果が高くなり、摺動面に樹脂皮膜を形成する場合に、その長寿命化に好影響を与える。

前記空孔の開口を、円周方向に等間隔で設けることにより、斜板の外周側へコンプレッサ油を均等に飛散させて、跳ね返ったコンプレッサ油が斜板の摺動面に満遍なく降りかかるようにすることができる。

前記空孔は、前記斜板の中心に対して放射状に設けることができる。

前記空孔を、前記斜板の外周の接線方向に対して３０〜６０°の角度で傾斜させて設けることもできる。この３０〜６０°の角度は斜板の回転側に傾けても、反回転側に傾けてもよく、斜板の回転側に傾ける場合は、コンプレッサ油の冷却効果が増大し、反回転側に傾ける場合は、コンプレッサ油の飛散が活発になる。

前記斜板の摺動面にフッ素樹脂皮膜を形成することにより、摺動面の耐焼付き性を向上させることができる。フッ素樹脂は優れた低摩擦特性と耐熱性を有し、その具体例としては、ＰＴＦＥ（融点θ_Ｍ：３２７℃、連続使用温度θ_Ａ：２６０℃）が挙げられる。また、フッ素樹脂皮膜を形成する方法としては、ディッピング法、スプレーコート法、ディスペンド法、ロール法等、種々の方法を採用することができ、スプレーコート法では、皮膜厚を精度よく形成することができる。

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。

前記斜板式コンプレッサは、炭酸ガスを冷媒に用いたものに好適である。

本発明の斜板式コンプレッサの斜板は、斜板の外周側面に開口する空孔を設けることにより、運転停止前にこの空孔にハウジング内のコンプレッサ油を貯留して、この空孔に貯留したコンプレッサ油を、運転初期に斜板の回転に伴う遠心力で斜板の外周側へ飛散させ、ハウジングの内壁等に当たって跳ね返るコンプレッサ油が斜板の摺動面に降りかかるようにし、この摺動面に降りかかるコンプレッサ油で、運転初期における摺動面がドライ潤滑状態となるのを防止したので、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることができる。また、空孔に貯留されるコンプレッサ油は、昇温する斜板を冷却する効果もある。

前記空孔の開口を、円周方向に等間隔で設けることにより、斜板の外周側へコンプレッサ油を均等に飛散させて、跳ね返ったコンプレッサ油が斜板の摺動面に満遍なく降りかかるようにすることができる。

前記斜板の摺動面にフッ素樹脂皮膜を形成することにより、摺動面の耐焼付き性を向上させることができる。

また、本発明の斜板式コンプレッサは、上述した斜板を備えたものとしたので、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達する炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサに使用しても、十分に耐用可能なものとすることができる。

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炭酸ガスを冷媒に用いるものであり、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の基材３ａは鋼で形成され、図２に示すように、シュー４が摺動する基材３ａの両側の摺動面にはＮｉ粉末を溶射した下地層１０が形成され、その上に、フッ素樹脂としてのＰＴＦＥに、バインダ樹脂としてのＰＡＩと黒鉛粉末を配合したフッ素樹脂皮膜１１が形成されている。なお、下地層１０は２００μｍの厚さに形成したＮｉ溶射層を、８０μｍの厚さに旋削加工したものである。

前記フッ素樹脂皮膜１１は、ＰＡＩを溶媒に溶解させ、この溶解させた樹脂溶液にＰＴＦＥと黒鉛粉末を配合して希釈したコーティング剤を、下地層１０の上からスプレーコート法で塗布して、２４０℃で焼成したものであり、皮膜厚は１０〜４０μｍとされている。なお、ＰＴＦＥは再生ＰＴＦＥの放射線照射材、ＰＡＩはＮ−メチルピロリドンで分散されたＰＡＩワニス、黒鉛粉末は平均粒径が１０μｍの人造黒鉛とした。

図３（ａ）に示すように、前記斜板３の外周側面には、中心から放射状に形成された空孔１２が、円周方向に等間隔で開口している。各空孔１２の孔径は１〜４ｍｍとされ、５ｍｍよりも十分に深い深さで内周側面に貫通している。

図３（ｂ）は、前記空孔１２の形成パターンの変形例を示す。この変形例は、複数の空孔１２が、斜板３の回転側の接線方向に対して３０〜６０°の角度で傾斜させて設けられている。各空孔１２の孔径は１〜４ｍｍ、深さは５ｍｍ以上とされている。

実施例として、表１に示すように、鋼製のディスク（直径６０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）の片面側に、上述したようにＮｉ溶射層の下地層１０とフッ素樹脂皮膜１１を形成し、それぞれ図３（ａ）に示したように、外周側面に開口する空孔１２を放射状に形成した試験片（実施例１、２）と、図３（ｂ）に示したように、外周側面に開口する空孔１２を回転側の接線方向に対して４５°の角度で傾斜させて設けた試験片（実施例３）を用意した。なお、表１中には、各実施例の試験片における空孔の個数、孔径および深さも併せて示す。また、比較例として、上記Ｎｉ溶射層の下地層１０とフッ素樹脂皮膜１１を形成したのみで、空孔１２を形成していない試験片（比較例１）と、上記Ｎｉ溶射層の下地層１０とフッ素樹脂皮膜１１を形成して、この皮膜に、特許文献３と同様の同心状の溝（深さ２０μｍ、ピッチ０．５ｍｍ）を旋削加工で形成した試験片（比較例２）も用意した。

上記実施例と比較例の各試験片に対して３つの鋼製シューを摺動させるスラスト型試験機（３シュー・オン・タイプ）を用いた摩擦摩耗試験を行い、試験初期の摺動部の摩擦係数、および５分後の試験片摺動面の摩耗量と温度を測定した。試験条件は以下の通りである。
・摺動面圧：１０ＭＰａ
・摺動速度：２００ｍ／分
・潤滑条件：ＰＡＧ系冷凍機油で摺動面を濡らした状態
・試験時間：５分間

表１に、上記摩擦摩耗試験の結果を併せて示す。試験片の外周側面に開口する空孔を形成した各実施例のものは、いずれも試験初期の摩擦係数が小さく、摺動面の摩耗量も少ない。特に、空孔を回転側の接線方向に対して４５°の角度で傾斜させた実施例３のものは、試験初期の摩擦係数が最も小さくて、摺動面の温度上昇量も少なく、非常に優れている。これに対して、空孔を形成しなかった比較例１のものと、摺動面に同心状の溝を形成した比較例２のものは、いずれも５分後の摺動面の摩耗量が大きく、摺動面の温度上昇量も多い。特に、比較例１のものは、これらの不具合度合いが大きい。以上の結果より、外周側面に開口する空孔を形成した本発明に係る斜板は摩擦摩耗特性が優れ、さらに、摺動面の冷却作用もあり、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達する炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサに使用しても、十分に耐用可能であることが分かった。

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 図１の斜板を拡大して示す断面図 ａは図２の斜板に形成した空孔のパターンを示す平面図、ｂはａの変形例を示す平面図

符号の説明

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 斜板
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 下地層
１１ フッ素樹脂被膜
１２ 空孔

Claims (9)

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、斜めに取り付けた斜板の摺動面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、前記斜板の外周側面に開口する空孔を設けたことを特徴とする斜板式コンプレッサの斜板。
2. 前記空孔の孔径を１〜４ｍｍとした請求項１に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
3. 前記空孔の深さを５ｍｍ以上とした請求項１または２に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
4. 前記空孔の開口を、円周方向に等間隔で設けた請求項１乃至３のいずれかに記載の斜板式コンプレッサの斜板。
5. 前記空孔を、前記斜板の中心に対して放射状に設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の斜板式コンプレッサの斜板。
6. 前記空孔を、前記斜板の外周の接線方向に対して３０〜６０°の角度で傾斜させて設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の斜板式コンプレッサの斜板。
7. 前記斜板の摺動面にフッ素樹脂皮膜を形成した請求項１乃至６のいずれかに記載の斜板式コンプレッサの斜板。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の斜板を備えた斜板式コンプレッサ。
9. 前記斜板式コンプレッサが炭酸ガスを冷媒に用いたものである請求項８に記載の斜板式コンプレッサ。

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