JP5259526B2

JP5259526B2 - 斜板式圧縮機用シュー

Info

Publication number: JP5259526B2
Application number: JP2009189424A
Authority: JP
Inventors: 藤秀一内
Original assignee: 内藤秀一
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: JP2011038501A

Description

本発明は、斜板やピストンとの間で焼き付きが発生しない斜板式圧縮機用シューに関する。

従来の斜板式圧縮機は、図５に示すように、ハウジング２０と、ハウジング２０内に設けられ、回転する回転軸２と、回転軸２の周縁に傾斜して設けられ、回転軸２とともに回転する斜板５と、斜板５を外周縁近傍で挟み、斜板５が回転することによって回転軸方向に往復するピストン７と、斜板５とピストン７との間に設けられたシュー９０とを備えている。なお、シュー９０は、斜板５に当接する平坦面９２と、ピストン７に設けられた凹部１３内で揺動自在に保持された球面９１とを有している。

そして、このように斜板式圧縮機のピストン７が回転軸方向（図５の矢印Ｍの方向）に往復することによって、冷凍冷媒（例えば、フロンガスなど）が斜板式圧縮機に吸入及び吐出される。この冷凍冷媒には、ミスト状の潤滑油が少量包含されている。そして、この潤滑油は、斜板５とシュー９０との間及びシュー９０とピストン７との間に供給される。

この点、斜板５はシュー９０に大きな圧力を加えながら摺動するため、斜板５とシュー９０との間で大きな摩擦力が発生し、斜板５とシュー９０で焼き付きが発生することがある。

また、シュー９０とピストン７との間に潤滑油が供給されても、シュー９０とピストン７の凹部１３との間に発生する摩擦力によって、シュー９０とピストン７の凹部１３で焼き付きが発生することがある。

このような問題に対して、シューの球面に螺旋状の溝を設けたり、球面の頂上を若干平らにしたりすることによって、シューとピストンの凹部１３で焼き付きが発生することを防止したものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。また、シューの平坦面の中心部に円形の窪みやリング状の溝が設けることによって、斜板とシューで焼き付きが発生することを防止したものも知られている（例えば、特許文献３及び４参照）。

しかしながら、上述した従来の斜板式圧縮機で用いられるシューでは、油滑効果が不十分であり、斜板とシューとの間や、シューとピストンとの間の潤滑油の量が不足し、無油滑状態となってしまうことがある。このため、斜板とシューで焼き付きが発生したり、シューとピストンで焼き付きが発生したりしてしまっている。

また、このようなシューは、それ自体が重く、ピストンや斜板への負担が大きく、摩耗が発生しやすいといった問題がある。この点、シューの軽量化を図るために、中空状に形成するとともに、平坦面の肉厚が略同一厚さであり、球面の肉厚が頂部に向かって次第に薄くなるように形成されているものが知られている（特許文献５参照）。

しかしながら、膜厚を均一にするために特許文献５に示すように中空の形を変えると、シューの強度が小さくなってしまい、小型化されたシューでは耐久性が乏しく、実用化することは困難である。

特開平１１−５０９５９号公報実開昭６３−００７２８８号公報特公平０３−１２６７１号公報特公平０４−７７１５５号公報特開２００２−３９０５８号公報

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、シューの平坦面と斜板およびシューの球面とピストンが焼き付くことを防止することができ、かつ、高い耐久性を維持したまま小型化することができる斜板式圧縮機用シューを提供することを目的とする。

本発明による斜板式圧縮機用シューは、
回転軸の周縁に傾斜して設けられて該回転軸とともに回転する斜板と、該斜板が回転することによって回転軸の延在する方向に往復するピストンとの間に設けられた斜板式圧縮機用シューであって、
前記斜板に当接する平坦面と、
前記ピストンに当接する球面と、を備え、
前記平坦面と前記球面との間に、該平坦面と該球面を連通する円筒状の貫通孔が設けられている。

本発明による斜板式圧縮機用シューにおいて、
前記貫通孔に隣接する前記平坦面の内周縁部は、前記球面側に向かって傾斜し、
前記貫通孔に隣接する前記球面の内周縁部は、前記平坦面に向かって傾斜していてもよい。

本発明による斜板式圧縮機用シューにおいて、
前記球面は、静止状態で前記ピストンの凹部と接触する接触面と、静止状態で該凹部と接触しない非接触面とを有してもよい。

本発明による斜板式圧縮機用シューにおいて、
前記接触面は、高さ方向の中心よりも上方側の位置に位置づけられてもよい。

本発明による斜板式圧縮機用シューにおいて、
前記平坦面は、静止状態で前記斜板と接触する接触面を有し、
前記球面の前記接触面の面積と前記平坦面の前記接触面の面積とが略同一であってもよい。

本発明によれば、平坦面と球面との間に、これら平坦面と球面を連通する円筒状の貫通孔が設けられているので、シューの平坦面と斜板およびシューの球面とピストンが焼き付くことを防止することができ、かつ、高い耐久性を維持したまま小型化することができる。

本発明の実施の形態による斜板式圧縮機の動作方法を示す断面図。本発明の実施の形態による斜板式圧縮機用シューを示す側方図。本発明の実施の形態による斜板式圧縮機用シューを示す上方平面図、側方図および下方平面図。本発明の実施の形態による斜板式圧縮機用シューを拡大した側方図。従来の斜板式圧縮機を示す断面図。

実施の形態
以下、本発明に係る斜板式圧縮機及び斜板式圧縮機用シュー３０の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１（ａ）（ｂ）乃至図４は本発明の実施の形態を示す図である。なお、本実施の形態による斜板式圧縮機用シュー３０は、例えば自動車などのエアーコンプレッサなどに用いることができる。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、斜板式圧縮機は、ハウジング２０と、ハウジング２０内に設けられ、（図１（ａ）（ｂ）の矢印Ｃ方向に）回転する回転軸２と、回転軸２の周縁に傾斜して設けられて回転軸２とともに回転する斜板５と、斜板５を外周縁近傍で挟み、斜板５が回転することによって回転軸２の延在する方向に往復するピストン７と、斜板５とピストン７との間に設けられたシュー３０とを備えている。

このうち、ハウジング２０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ピストン７を周縁から覆う一対のシリンダブロック１ａ，１ｂと、シリンダブロック１ａ，１ｂの一端に連結されたフロントカバー９と、シリンダブロック１ａ，１ｂの他端に連結されたリアカバー１１とを有している。なお、シリンダブロック１ａ，１ｂとフロントカバー９との間には、第一バルブプレート８ａが設けられ、シリンダブロック１ａ，１ｂとリアカバー１１との間には、第二バルブプレート８ｂが設けられている。また、一対のシリンダブロック１ａ，１ｂは、ボルト（図示せず）によって連結されている。

なお、図１（ａ）（ｂ）に示すように、第一バルブプレート８ａには、冷凍冷媒（例えば、フロンガスなど）を吐出する吐出管（図示せず）に連結した第一吐出弁２１ａと、冷凍冷媒が供給される吸入管（図示せず）に連結した第一吸入弁２２ａが設けられている。また、第二バルブプレート８ｂには、冷凍冷媒を吐出する吐出管（図示せず）に連結した第二吐出弁２１ｂと、冷凍冷媒が供給される吸入管（図示せず）に連結した第二吸入弁２２ｂが設けられている。なお、冷凍冷媒にはミスト状の潤滑油が少量包含されている。そして、この潤滑油は、斜板５とシュー３０との間及びシュー３０とピストン７との間に供給される。

また、図１（ａ）（ｂ）に示すように、回転軸２は、シリンダブロック１ａ，１ｂに軸受け３，４を介して回転自在に保持されている。また、回転軸２は、回転軸２を駆動する駆動部（図示せず）に連結されている。

また、図１（ａ）（ｂ）に示すように、一対のシリンダブロック１ａ，１ｂと、第一バルブプレート８ａと、第二バルブプレート８ｂと、回転軸２とによって、回転軸２方向に往復移動するピストン７が収納された圧縮室６が形成されている。

また、図２および図３（ａ）−（ｃ）に示すように、斜板５とピストン７との間に設けられたシュー３０は、斜板５に当接する平坦面３２と、ピストン７に当接する球面３１とを有している。

また、図２および図３（ａ）（ｃ）に示すように、シュー３０の平坦面３２と球面３１との間には、これら平坦面３２と球面３１を連通する円筒状の貫通孔３５が設けられている。なお、この貫通孔３５の直径ｄは約３．５０〜約５．００ｍｍからなっている（図４参照）。

また、図４に示すように、シュー３０の平坦面３２の外周縁部は球面３１側に向かって傾斜しており、その角度θは、平坦面３２に平行な面に対して約１０°±５°からなり、傾斜している部分の長さａは約０．８〜約１．０ｍｍからなっている。

また、図４に示すように、貫通孔３５に隣接する平坦面３２の内周縁部は面取りされて球面３１側に向かって傾斜し、その径Ｒ_２は約０．２５〜約０．４５ｍｍからなっており、同様に、貫通孔３５に隣接する球面３１の内周縁部は面取りされて平坦面３２に向かって傾斜して、その径Ｒ_１は約０．２５〜約０．４５ｍｍからなっている。

また、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ピストン７には凹部１３が設けられ、当該ピストン７の凹部１３内で、シュー３０は揺動自在に保持されている。具体的には、図１（ａ）（ｂ）に示すように、シュー３０の球面３１がピストン７の凹部１３内で揺動自在に保持されている。

また、図４に示すように、シュー３０の球面３１は、斜板式圧縮機が駆動されていない静止状態で、ピストン７の凹部１３と接触する接触面３１ａと、斜板式圧縮機が駆動されていない静止状態で凹部１３と接触しない非接触面３１ｂとを有している。なおこのうち、接触面３１ａは、高さ方向の中心よりも上方側の位置（０．５×Ｈ（後述する）よりも高い位置）に位置づけられており、より具体的には、シュー３０がピストンの凹部１３と接触する接触面３１ａの始点の直径Ｄ_１は約６．００ｍｍからなり、接触面３１ａの終点の直径Ｄ_２は約１２．００ｍｍからなっている。

ところで、非接触面３１ｂは、接触面３１ａの球径からなる仮想球面と略平行の球面を有し、シュー３０の接触面３１ａの球径Ｓ_Ｄが約１８．００ｍｍからなっている場合において、非接触面３１ｂは、接触面３１ａの球径Ｓ_Ｄからなる仮想球面から約０．００５ｍｍ〜約０．０１５ｍｍだけ凹んだ球面を有している。なお、図４では、仮想球面から凹んだ距離をｆで示している。

また、図４に示すように、平坦面３２も、斜板式圧縮機が駆動されていない静止状態で斜板５と接触する接触面３２ａと、斜板式圧縮機が駆動されていない静止状態で斜板５と接触しない非接触面３２ｂとを有している。

なおここで、球面３１の接触面３１ａの面積と平坦面３２の接触面３２ａの面積とが略同一となっていることが好ましい。このように球面３１の接触面３１ａの面積と平坦面３２の接触面３２ａの面積とが略同一となっていれば、凹部１３と球面３１との間に働く単位面積当たりの押圧力と平坦面３２と斜板５との間に働く単位面積当たりの押圧力を概ね等しくすることができ、ひいては、シュー３１の揺動をバランスよく行うことができるためである。

ところで、球面３１の接触面３１ａの面積と平坦面３２の接触面３２ａの面積とを略同一にするためには、接触面３１ａの終点の直径Ｄ_２を調整したり、貫通孔３５の直径ｄを調整したりすればよい。

なお、シュー３０の平坦面３２の接触面３２ａの直径Ｄ_３は約１２．６０ｍｍからなり、シュー３０の高さＨは約５．８０ｍｍからなり、シュー３０の直径Ｄ_０は約１４．７０〜約１６．７０ｍｍからなっている（図４参照）。

また、貫通孔３５の直径ｄはシュー３０の直径Ｄ_０の約１９．４〜約３０．０％にすることが好ましく、このようにすることによって貫通孔３５が設けられていないシュー３０と比較して約１２〜約２０％、重量を軽減することができる。

ところで、上記ではシュー３０の大きさを示したが、上記で示した数値はあくまでも例示であり、これらに限定されることはない。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

まず、回転軸２に連結したモータ等の駆動部（図示せず）が、回転軸２を（図１（ａ）の矢印Ｃ方向に）回転駆動する。このように、回転軸２が回転駆動されることによって、回転軸２に傾斜して設けられた斜板５が回転する（図１（ａ）参照）。この際、斜板５は、ピストン７の凹部１３内に設けられたシュー３０の平坦面３２に接触しながら回転する（図１（ａ）参照）。

また、このように斜板５が回転することによって、ピストン７が回転軸２方向の一方向（図１（ａ）の矢印Ｍ_１方向）に直線運動する（図１（ａ）参照）。この際、ピストン７の凹部１３内に配置されたシュー３０の球面３１は、ピストン７の凹部１３内を図１（ａ）の矢印Ｃ_１方向に揺動する（図１（ａ）参照）。

このように、ピストン７が回転軸２方向の一方向に直線運動する際、ピストン７と第二バルブプレート８ｂとの間で圧縮された冷凍冷媒の圧力が、第二バルブプレート８ｂに連結された吐出管（図示せず）内の冷凍冷媒の圧力より大きくなると、圧縮室６内の冷凍冷媒が第二吐出弁２１ｂを介して吐出管に吐出される（図１（ａ）参照）。また、圧縮室６の一端に設けられた第一吸入弁２２ａを介して、吸入管（図示せず）から圧縮室６内にミスト状の潤滑油を含有する冷凍冷媒が吸入される（図１（ａ）参照）。なお、この際、第一バルブプレート８ａに設けられた第一吐出弁２１ａ及び第二バルブプレート８ｂに設けられた第二吸入弁２２ｂは、閉鎖している（図１（ａ）参照）。

次に、回転軸２に連結した駆動部が、さらに（図１（ｂ）の矢印Ｃ方向に）回転軸２を回転駆動すると、回転軸２に傾斜して設けられた斜板５がさらに回転される（図１（ｂ）参照）。この際、斜板５は、ピストン７の凹部１３内に設けられたシュー３０の平坦面３２に接触しながら回転する（図１（ｂ）参照）。

また、このように斜板５がさらに回転することによって、ピストン７が回転軸２方向であって上述とは反対側の方向（図１（ｂ）の矢印Ｍ_２方向）に直線運動する（図１（ｂ）参照）。この際、ピストン７の凹部１３内に配置されたシュー３０の球面３１は、ピストン７の凹部１３内を矢印Ｃ_２方向に揺動する（図１（ｂ）参照）。

このように、ピストン７が回転軸２方向の他方向に直線運動する際、ピストン７と第一バルブプレート８ａとの間で圧縮された冷凍冷媒の圧力が、第一バルブプレート８ａに連結された吐出管内の冷凍冷媒の圧力より大きくなると、圧縮室６内の冷凍冷媒が第一吐出弁２１ａを介して吐出管に吐出される（図１（ｂ）参照）。また、圧縮室６の他端に設けられた第二吸入弁２２ｂを介して、吸入管から圧縮室６内にミスト状の潤滑油を含有する冷凍冷媒が吸入される（図１（ｂ）参照）。なお、この際、第二バルブプレート８ｂに設けられた第二吐出弁２１ｂ及び第一バルブプレート８ａに設けられた第一吸入弁２２ａは、閉鎖している（図１（ｂ）参照）。

その後は、上述の工程を順次繰り返して行う。上述のように、回転軸２が駆動部によって回転することによって斜板５が回転し、ピストン７を往復運動させることができる。このため、斜板式圧縮機は、圧縮室６内で冷凍冷媒を圧縮して吐出するとともに、吸入管から圧縮室６内に冷却冷媒を吸入することができる。

上述のようにピストン７が往復運動されている間、平坦面３２と球面３１を連通する円筒状の貫通孔３５内を潤滑油が通過し、平坦面３２と球面３１の両方に満遍なく潤滑油を供給することができる（図２および図３（ａ）（ｃ）参照）。このため、シュー３０の球面３１と凹部１３との間に発生する摩擦力およびシュー３０の平坦面３２と斜板５との間に発生する摩擦力を低減することができ、球面３１と凹部１３が焼き付くことを防止することができ、かつ、平坦面３２と斜板５とが焼き付くことを防止することができる。

また、図４に示すように本実施の形態では、貫通孔３５が円筒状になっているので、平坦面３２と球面３１との間で潤滑油を円滑に流すことができる。このため、球面３１と凹部１３との間に発生する摩擦力および平坦面３２と斜板５との間に発生する摩擦力をより確実に低減することができ、ひいては、球面３１と凹部１３が焼き付くことと平坦面３２と斜板５とが焼き付くことをより確実に防止することができる。この点、特開２００２−３９０５８号公報に示した態様では、中空内に潤滑油が溜まってしまうことから、本実施の形態のようには平坦面３２と球面３１との間で潤滑油を円滑に流すことができない。従って、この点で、特開２００２−３９０５８号公報に開示された発明よりも本実施の形態に示した態様は優れている。

また、図４に示すように本実施の形態では、貫通孔３５に隣接する平坦面３２の内周縁部は面取りされて球面３１側に向かって傾斜しているので、平坦面３２に付着した潤滑油を貫通孔３５に円滑に導き入れることができる。また同様に、貫通孔３５に隣接する球面３１の内周縁部は面取りされて平坦面３２に向かって傾斜しているので、球面３１に付着した潤滑油を貫通孔３５に円滑に導き入れることができる。これらのことより、本実施の形態によれば、平坦面３２と球面３１との間で潤滑油をさらに円滑に移動させることができるので、球面３１と凹部１３との間に発生する摩擦力および平坦面３２と斜板５との間に発生する摩擦力をさらに確実に低減することができ、ひいては、球面３１と凹部１３が焼き付くことと平坦面３２と斜板５とが焼き付くことをさらに確実に防止することができる。

また、図２に示すように本実施の形態では貫通孔３５が設けられているのでシュー３０の重量を軽量化することができ、ひいては斜板の回転を早くすることができ、斜板式圧縮機を高速化することができる。なお、特開２００２−３９０５８号公報に示したような形状からシュー３０を形成した場合には、小型化されたシュー３０では十分な耐久性を有することができず、実用化することが困難である。これに対して、本実施の形態によれば、貫通孔３５を設けるので耐久性を維持したままシュー３０を小型化することができるので、結果的にはシュー３０をより小型にすることができ、その重量を軽くすることができる。

また、図４に示すように本実施の形態では、球面３１が、静止状態で凹部１３と接触しない非接触面３１ｂを有している。このため、シュー３０とピストン７の凹部１３との間に働く接触面を小さくすることができ、シュー３０と凹部１３との間に働く摩擦力を小さくすることができる。この結果、本実施の形態によれば、シュー３０をさらに円滑に揺動させることができる。

また、球面３１の接触面３１ａの面積と平坦面３２の接触面３２ａの面積とが略同一となっている場合には、上述したように、凹部１３と球面３１との間に働く単位面積当たりの押圧力と平坦面３２と斜板５との間に働く単位面積当たりの押圧力を概ね等しくすることができ、ひいては、シュー３１の揺動をバランスよく行うことができるため好ましい。

１ａ，１ｂシリンダブロック
２回転軸
５斜板
７ピストン
８ａ第一バルブプレート
８ｂ第二バルブプレート
２０ハウジング
３０シュー
３１球面
３２平坦面
３５貫通孔

Claims

回転軸の周縁に傾斜して設けられて該回転軸とともに回転する斜板と、該斜板が回転することによって回転軸の延在する方向に往復するピストンとの間に設けられた斜板式圧縮機用シューであって、
前記斜板に当接する平坦面と、
前記ピストンに当接する球面と、を備え、
前記平坦面と前記球面との間に、該平坦面と該球面を連通する円筒状の貫通孔が設けられ、
前記球面は、静止状態で前記ピストンの凹部と接触する接触面と、静止状態で該凹部と接触しない非接触面とを有し、
前記球面が前記ピストンの前記凹部と接触する前記接触面の始点の直径Ｄ _１は前記貫通孔の直径ｄよりも大きく、前記球面が前記ピストンの前記凹部と接触する前記接触面の終点の直径Ｄ _２は前記斜板式圧縮機用シューの直径Ｄ _０より小さく、
前記非接触面は、前記接触面の球径からなる仮想球面と平行な球面であって、前記接触面から所定の距離だけ凹んだ球面を有していることを特徴とする斜板式圧縮機用シュー。
前記貫通孔に隣接する前記平坦面の内周縁部は、前記球面側に向かって傾斜し、
前記貫通孔に隣接する前記球面の内周縁部は、前記平坦面に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の斜板式圧縮機用シュー。
前記接触面は、高さ方向の中心よりも上方側の位置に位置づけられることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の斜板式圧縮機用シュー。
前記平坦面は、静止状態で前記斜板と接触する接触面を有し、
前記球面の前記接触面の面積と前記平坦面の前記接触面の面積とが略同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の斜板式圧縮機用シュー。