JP6379381B2 - 斜板式コンプレッサ - Google Patents

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本発明は、斜板式コンプレッサに関する。
斜板式コンプレッサは、回転軸と共に斜板が回転し、斜板の両面に当接している一対のシューが斜板の円周上を摺動することでピストンを往復運動させる構成となっている。
斜板式コンプレッサでは、シューと斜板との隙間に潤滑油を流入させて流体潤滑にすることでシューに斜板が接触することを避け、斜板表面の摩耗を抑制している。
しかしながら、斜板式コンプレッサの動作時や放置した後、再起動させる際貧潤滑状態となる可能性がある。貧潤滑状態で斜板式コンプレッサを動作させたときに異物があると、シューと斜板との間に異物を巻き込み、シュー又は斜板に焼付きが生じる恐れがある。また、圧縮工程と吸入工程の切り替わりのときにシューによる斜板へのたたき荷重で斜板表面を摩耗させる恐れがある。
シューと斜板との間において、耐焼付性と耐摩耗性との両方を満たすものとして例えば、特許文献1に記載のものがある。この特許文献1では、斜板の一方の面の押圧部分の全面積の50%〜90%に固体潤滑剤を含む樹脂からなる被膜を形成し、もう一方の面に異物埋収性のある被膜をそれぞれ周方向に区分して形成することが提案されている。
特開2010−19091号公報
上述の特許文献1では、斜板の一方のシューの押圧がかかる箇所に固体潤滑剤を含む樹脂からなる被膜を用いて、耐焼付性及び耐摩耗性を得られるようにしているものの、シューによる斜板へのたたき荷重で、シューが斜板を断続的に衝突したとき斜板表面に形成した樹脂コーティングの特定の部位が摩耗する恐れがあった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、斜板の樹脂コーティング層を選択的に厚くし、シューと斜板とのクリアランスをなくすようにしたことで、シューによる斜板へのたたき荷重によって発生する斜板表面の摩耗を防止する斜板式コンプレッサを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る斜板式コンプレッサは、回転軸を中心に回転し、基材及び前記基材上に形成された樹脂コーティング層を備える斜板と、前記斜板の回転に伴って進退動するとともに半球凹状の摺動面が形成されたピストンと、前記斜板に摺接する平坦状の端面部及び前記ピストンの摺動面に摺接する球面部が形成されたシューと、を備え、前記斜板の前記樹脂コーティング層の膜厚を選択的に厚くし、前記樹脂コーティング層の選択的に厚くしない箇所の表面より膨出させることを特徴とする。
前記樹脂コーティング層は、前記斜板の上死点を0°とした場合、0°以上180°以下の範囲で選択的に厚くしてもよい。
前記樹脂コーティング層の選択的に厚くした箇所の厚さは、5μm以上100μm以下であってもよい。
前記樹脂コーティング層は、固体潤滑剤を含有した樹脂皮膜であり、前記固体潤滑剤は、MoS、黒鉛、WS、h−BN、PTFE、CF、グラファイトから1種以上選択され、前記樹脂皮膜は、熱硬化性樹脂を用いてPAIまたはPIであってもよい。
本発明によれば、斜板の樹脂コーティング層を選択的に厚くし、シューと斜板との間のクリアランスをなくすようすることによって、シューによる斜板へのたたき荷重を抑制し、耐焼付性及び耐摩耗性を向上させるとともに、騒音、振動を防止することができる。
本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサ10を示す概略断面図である。 (a)は、本発明の実施形態に係る斜板20の樹脂コーティング層22を選択的に膜厚を厚くした一例を示す概略上面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る斜板20の樹脂コーティング層22を選択的に膜厚を厚くした一例を示す概略上面図である。 図2(a)のI−Iを示す概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
まず、本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサについて図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサ10を示す概略断面図である。
図1に示すように、斜板式コンプレッサ10は、回転軸(シャフト)1の外周部に傾斜して設けられた基材21及び基材21上に選択的に膜厚を厚くして形成された樹脂コーティング層22を含む斜板20と、斜板20の外周部を包み込んで回転軸1に沿って配置された一端の切り欠き部11、一端の切り欠き部11内に形成された一対の半球状の凹部31を有するピストン30と、ピストン30の一対の半球状の凹部31に配置された一対の半球面42及び端面41を含む半球状のシュー40と、を備える。
斜板20は、回転軸1の回転に伴って回転されると、斜板20の樹脂コーティング層22が形成された面と一対のシュー40の端面41とが摺動する。そして、斜板20は、一対のシュー40の半球面42とピストン30の凹部31とが摺動することにより、ピストン30は回転軸1の軸方向(図1中の矢印方向)に沿って往復動される。
一対の半球状のシュー40は、ピストン30の凹部31に嵌合される半球面42と斜板20の樹脂コーティング層22が形成された面と摺動する平坦状の端面41とを備える。シュー40はSUJ2からなり、半球面42及び端面41に焼き入れとその後の仕上げ加工を行う。
本発明の実施形態に係る斜板20は、基材21と、基材21上に形成された樹脂コーティング層22と、を備える。基材21は、円板状であり、鉄系、銅系、アルミニウム系を含む金属からなる。この基材21は、樹脂コーティング層22を形成する前に、基材21の表面をレーザ処理又はショットブラスト処理により粗面化してもよい。基材21の表面を粗面化することによって、基材21上に形成される樹脂コーティング層22の密着力をアンカー効果によって向上させることができる。
樹脂コーティング層22は、固体潤滑剤または硬質粒子を含む熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。固体潤滑剤としては、MoS、黒鉛、WS、h−BN、PTFE、CF、グラファイトから一種以上を選択してもよい。熱硬化性樹脂としては、PAI(ポリアミドイミド)、PI(ポリイミド)から一種以上を選択してもよい。硬質粒子としては、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物から一種以上を選択してもよいが用いなくてもよい。
図2(a)及び(b)は、本発明の実施形態に係る斜板20の樹脂コーティング層22を選択的に厚くした一例を示す概略断面図である。図2(a)に示すように、本発明の実施形態に係る斜板20の樹脂コーティング層22は、斜板20の基準を上死点(図2(a)中の0°)とした場合、0°以上180°以下の範囲で膜厚が厚くなる(後述する)ように形成する。図2(b)に示すように、本発明の実施形態に係る斜板の樹脂コーティング層22は、斜板10の基準を上死点とした場合、20°以上90°以下の範囲に膜厚が厚くなるように形成する。
斜板式コンプレッサ10では、斜板20の上死点付近で圧縮工程から吸入工程へ移行する。圧縮工程から吸入工程へ移行するとき、斜板20への荷重が抜けシュー40がクリアランスの中で自由になり斜板20をたたき、摩耗が発生する。この発生した摩耗は、シュー40と斜板20とのクリアランスが大きくなるほど慣性力が大きくなり、摩耗も大きくなる。
図2(a)に示すように、樹脂コーティング層22を0°以上180°以下で厚くすることによって、シュー40と斜板20とのクリアランスを可能な限り小さくすることができ、シュー40による斜板20へのたたき荷重を抑制し、耐焼付性及び耐摩耗性を向上させるとともに、騒音、振動を防止することができる。
ここで、斜板式コンプレッサ10では、斜板20の上死点を基準にした場合、180°(下死点)を超えると、圧縮工程で斜板20にかかる負荷が徐々に大きくなっていく。そのとき、シュー40と斜板20が直接接触していると摩耗を促進させてしまうため、油膜を形成させることが必要になる。油膜を形成させるためにはある程度のシュー40と斜板20とのクリアランスが必要である。
図2(b)に示すように、樹脂コーティング層22を20°以上90°以下で厚くすることによって、選択的にシュー40と斜板20とのクリアランスをなくすことでシュー40による斜板20へのたたき荷重を低減させ、シュー40による斜板20の摩耗を防止することができ、シュー40による斜板20へのたたき荷重を抑制し、耐焼付性及び耐摩耗性を向上させるとともに、騒音、振動を防止することができる。
図3は、図2(a)のI−Iを示す拡大断面図である。図3に示すように、樹脂コーティング層22は、選択的に厚くした箇所の厚さが5μm以上100μm以下であり、選択的に厚くしない箇所の厚さが1μm以上50μm以下であることが好ましい。このときの選択的に厚くした樹脂コーティング層22と、選択的に厚くしない樹脂コーティング層22との界面は、テーパー形状、傾斜を有する形状、または丸みを有する形状であることが好ましいが、シュー40と斜板20とのクリアランスが調整できれば、これらの形状に限定されない。
本発明の実施形態に係る斜板20の樹脂コーティング層22の選択的に厚くした箇所の厚さを5μm以上100μm以下とすることで、シュー40と斜板20との間のクリアランスを5μm以下に設定できる。シュー40と斜板20との間のクリアランスをこの間に設定することによって、シュー40による斜板20へのたたき荷重を抑制し、摩耗をなくすとともに、騒音、振動を防止できる。なお、図3では、圧縮工程の時に負荷が掛かる一方の面の樹脂コーティング層22を厚くしている例を示しているが、もう一方の面の樹脂コーティング層を厚くしてもよい。
次に、上述した斜板式コンプレッサ10に係る斜板20の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサ10の斜板20は、基材21に鉄系の金属を用いて、この基材21をレーザ処理又はショットブラスト処理により粗面化した。粗面化した基材21上にロールコーティング法又はスプレーコーティング法を用いて固体潤滑剤としてMoS、グラファイト、ポリアミドイミドを用いて樹脂コーティング層22を形成した。そして、斜板20の上死点を基準に0°以上180°以下で選択的に膜厚を厚くするため、前述した固体潤滑剤としてMoS、グラファイトを用いて、樹脂にポリアミドイミドを用いて膜厚が45μmとなるように、スピンコーティング法により形成した。そして、本発明の斜板式コンプレッサ10の斜板20を作製した。
ここで、選択的に厚くした樹脂コーティング層22と、選択的に厚くしない樹脂コーティング層22との界面は、丸みを有する形状とした。
本発明の斜板20は、樹脂コーティング層22を斜板の0°以上180°以下の範囲で厚くし、シュー40と斜板20との間のクリアランスをなくすようすることによって、シュー40による斜板20へのたたき荷重を抑制し、耐焼付性及び耐摩耗性を向上させるとともに、騒音、振動を防止することができた。
10...斜板式コンプレッサ、20...斜板、21...基材、22...樹脂コーティング層、30...ピストン、40...シュー。

Claims (4)

  1. 回転軸を中心に回転し、基材及び前記基材上に形成された樹脂コーティング層を備える斜板と、
    前記斜板の回転に伴って進退動するとともに半球凹状の摺動面が形成されたピストンと、
    前記斜板に摺接する平坦状の端面部及び前記ピストンの摺動面に摺接する球面部が形成されたシューと、を備え、
    前記斜板の前記樹脂コーティング層の膜厚を選択的に厚くし、前記樹脂コーティング層の選択的に厚くしない箇所の表面より膨出させることを特徴とする斜板式コンプレッサ。
  2. 前記樹脂コーティング層は、前記斜板の上死点を0°とした場合、0°以上180°以下の範囲で選択的に厚くすることを特徴とする請求項1に記載の斜板式コンプレッサ。
  3. 前記樹脂コーティング層の選択的に厚くした箇所の厚さは、5μm以上100μm以下である特徴とする請求項1または2に記載の斜板式コンプレッサ。
  4. 前記樹脂コーティング層は、固体潤滑剤を含有した樹脂皮膜であり、前記固体潤滑剤は、MoS、黒鉛、WS、h−BN、PTFE、CF、グラファイトから1種以上選択され、前記樹脂皮膜は、熱硬化性樹脂を用いてPAIまたはPIであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の斜板式コンプレッサ。
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