JP6867751B2 - シュー及び当該シューを具備する斜板式コンプレッサー - Google Patents

Description

本発明は、シュー及び当該シューを具備する斜板式コンプレッサーの技術に関する。

従来、シュー及び当該シューを具備する斜板式コンプレッサーの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、斜板式コンプレッサーに用いられるシュー（摺動子）が記載されている。当該シューは、ピストンに設けられた凹部と摺動する球面部と、斜板の表面と摺動する平面部とを具備している。そして、当該シューの平面部は、その中央を頂点とし高さが１５μｍ以下である極めて曲率半径の大きな滑らかな凸曲面とされている。

このような構成により、当該シューと斜板との間に、シューの平面部の中央に向かうにつれて当該平面部と斜板の表面とがなす角度が滑らかに減少するくさび状の隙間が形成される。このため、潤滑油の供給量が少ない過酷な潤滑条件の場合（低速運転時）でも、くさび効果により当該隙間に潤滑油を引き込んで油膜が形成され易くなる。これにより、焼き付きが防止される。

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、斜板の材質が合成樹脂等の軟質物である場合、特に高負荷時には斜板の表面がシューの平面部の形状にならって変形し易くなるという問題があった。斜板の表面がシューの平面部の形状にならって変形すると、くさび状の隙間がなくなるため、くさび効果を得ることができない。

特開昭５７−４９０８１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、被摺動部材の変形を抑制することができるシューを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、第一可動部材の凹状曲面と摺動する第一摺動面と、前記第一摺動面と連続するように、かつ、前記第一摺動面と反対側へ膨出するように形成されて第二可動部材の平坦面と摺動する第二摺動面と、を具備し、前記第二摺動面は、当該第二摺動面の外周縁を含むように当該第二摺動面の外周に沿って設けられた曲面状の外周部と、当該第二摺動面の中央に当該外周部と連続して設けられ、当該外周部よりも曲率半径が大きくなるように形成された中央部と、を具備し、前記第二摺動面は、当該第二摺動面の前記外周縁から前記中央部の頂点までの高さである膨出高さが１５μｍ以下となるように形成されており、前記中央部は、直径５ｍｍ以上の範囲に亘って、且つ、当該中央部と前記外周部との境界から当該中央部の頂点までの高さである膨出高さが３μｍ以下となるように形成されているものである。

請求項２においては、シュー及び斜板を具備する斜板式コンプレッサーであって、前記シューは、可動部材の凹状曲面と摺動する第一摺動面と、前記第一摺動面と連続するように、かつ、前記第一摺動面と反対側へ膨出するように形成されて前記斜板の平坦面と摺動する第二摺動面と、を具備し、前記第二摺動面は、当該第二摺動面の外周縁を含むように当該第二摺動面の外周に沿って設けられた曲面状の外周部と、当該第二摺動面の中央に当該外周部と連続して設けられ、当該外周部よりも曲率半径が大きくなるように形成された中央部と、を具備し、前記第二摺動面は、当該第二摺動面の前記外周縁から前記中央部の頂点までの高さである膨出高さが１５μｍ以下となるように形成されており、前記斜板は、前記平坦面に樹脂コーティング層を有するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、被摺動部材（第二可動部材）の変形を抑制することができる。また、潤滑油の供給量が少ない過酷な潤滑条件の場合でも、第二摺動面に油膜を形成し易くすることができる。

請求項２においては、斜板の平坦面に樹脂コーティング層が形成されていても、斜板の変形を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るシューが用いられる斜板式コンプレッサーの全体的な構成を示した側面断面図。 伝達機構を示した側面図。 最大容量時における伝達機構を示した側面図。 伝達機構を示した平面図。 斜板とピストンとの係合部を示す側面断面図（一部拡大図）。 （ａ）本発明の一実施形態に係るシューの側面図。（ｂ）同じく、平面図。 （ａ）本発明の一実施形態に係るシューの第二摺動面を概念的に示した側面図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るシューの第二摺動面と斜板との摺動部分を概念的に示した側面図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｆ、矢印Ｂ、矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。

まず、図１から図５を用いて、斜板式コンプレッサー１の構成の概要について説明する。

斜板式コンプレッサー１は、例えば車両用の空調装置等に用いられる斜板式のコンプレッサーである。斜板式コンプレッサー１は、主としてハウジング１０、回転軸２０、ロータ３０、斜板４０、ピストン５０、シュー２００、ばね７０、制御弁８０及び伝達機構１００を具備する。

図１に示すハウジング１０は、略箱状に形成される。ハウジング１０の内側には、クランク室１０ａが設けられる。ハウジング１０の前後中途部には、シリンダブロック１１が設けられる。

シリンダブロック１１には、シリンダボア１１ａが形成される。シリンダボア１１ａは、軸線方向を前後方向へ向けた円形断面を有するように形成される。なお、シリンダボア１１ａは、図１において１つしか示されていないが、周方向に間隔をおいて複数形成されている。シリンダボア１１ａにおいて後述するピストン５０の後方には、圧縮室１１ｂが形成される。

図１から図４に示す回転軸２０は、軸線方向を前後方向に向けて配置される。回転軸２０は、ハウジング１０の中央部に回転可能に支持される。回転軸２０の一端部（前端部）は図示しない駆動源に連結される。回転軸２０には、円環板状の止め輪２１が設けられる。止め輪２１は、回転軸２０の後部に固定される。

図１から図４に示すロータ３０は、軸線方向を前後方向へ向けた略円板状の部材である。ロータ３０は、その軸線方向が回転軸２０の軸線方向と一致するように、当該回転軸２０に固定されている。これにより、ロータ３０は、回転軸２０と一体回転可能に形成されている。ロータ３０は、ロータ側アーム３１を具備する。

ロータ側アーム３１は、ロータ３０の後部（斜板４０と対向する側）に設けられる。ロータ側アーム３１は、ロータ３０から後方に突出するように形成される。ロータ側アーム３１は、ロータ３０の後部に当該ロータ３０と一体的に形成される。ロータ側アーム３１は、ロータ３０の周方向に互いに間隔をおいて２つ形成される（図４参照）。

斜板４０は、円形平板状に形成される部材である。斜板４０の中央部分には、回転軸２０が挿通される。斜板４０は、回転軸２０の前後中途部に設けられる。斜板４０は、ロータ３０の後側に設けられる。斜板４０は、回転軸２０に対して、前後方向へスライド可能に、且つ、前後へ傾動可能に支持される。なお、斜板４０は、回転軸２０に固定されていないが、後述する伝達機構１００により回転軸２０（ロータ３０）の回転に伴って回転する。斜板４０は、斜板側アーム４１を具備する。また斜板４０には、樹脂コーティング層４２が形成される。

斜板側アーム４１は、斜板４０の前部（ロータ３０と対向する側）に設けられる。斜板側アーム４１は、斜板４０から略前方に突出するように形成される。斜板側アーム４１は、周方向において、２つのロータ側アーム３１の間に配置される。

図１及び図５に示す樹脂コーティング層４２は、斜板４０の両側の板面を被覆するものである。樹脂コーティング層４２は、耐摩耗性や低摩擦性を考慮して適宜の合成樹脂材料で形成される。樹脂コーティング層４２が形成されていることで、斜板４０及びシュー２００が共に金属で形成されている場合に、金属同士が直接摺動するのを防ぐことができる。

図１及び図５に示すピストン５０は、シリンダブロック１１に形成されたシリンダボア１１ａに対して摺動するものである。ピストン５０は、主として係合部５１及び頭部５２を具備する。

係合部５１は、ピストン５０の前部を構成するものである。係合部５１には、切欠部５３が形成される。

切欠部５３は、係合部５１の前後中途部において、係合部５１の径方向内側の側部が切り欠かれたように形成される。切欠部５３は、斜板４０の外周端部を跨ぐように設けられる。切欠部５３の側面には、後述するシュー２００が収容される一対の凹部が形成される。当該一対の凹部は、それぞれ球冠状に形成され、前後に対向するように設けられる。当該凹部には、シュー２００と摺動する凹状曲面５３ａが形成される。

頭部５２は、ピストン５０の後部を構成するものである。頭部５２は、シリンダボア１１ａに対して摺動可能に配置される。頭部５２は、係合部５１の後方に形成される。頭部５２は、軸線方向を前後方向へ向けた円形断面を有するように形成される。頭部５２の外径は、シリンダボア１１ａの内径と略同一となるように形成される。

図１及び図５に示すシュー２００は、斜板４０とピストン５０とを係合するものである。シュー２００は略半球状に形成される。シュー２００は、ピストン５０の切欠部５３に形成された凹部に収容され、斜板４０の外周端部の前後にそれぞれ配置される（図５参照）。シュー２００の構成の詳細については、後述する。

図１に示すばね７０は、斜板４０を付勢するものである。ばね７０は、圧縮ばねである。ばね７０の中央部には、回転軸２０が挿通される。ばね７０は、伸縮方向を前後方向へ向けた状態で、斜板４０の前後にそれぞれ配置される。これにより、ばね７０は、斜板４０を前後から付勢している。

図１に示す制御弁８０は、クランク室１０ａの内圧を調整するものである。制御弁８０は、ハウジング１０の後部に配置される。

伝達機構１００は、ロータ３０の回転に伴って斜板４０を回転させるものである。また、伝達機構１００は、斜板４０の傾動を案内するものである。なお、図１、図２及び図４においては、斜板式コンプレッサー１の吐出容量が最小時の状態を示しており、図３においては、斜板式コンプレッサー１の吐出容量が最大時の状態を示している。

図１から図４に示す伝達機構１００は、ロータ３０と斜板４０とを連結するように形成される。伝達機構１００は、主として連結アーム１１０、ロータ側連結ピン１２０及び斜板側連結ピン１３０を具備する。

連結アーム１１０は、伝達機構１００のうちロータ側アーム３１と斜板側アーム４１とを連結する部分である。連結アーム１１０は、略前後方向に延びるブロック状に形成される。連結アーム１１０の前部は、２つのロータ側アーム３１の間に配置される。連結アーム１１０の後部は、周方向に２つに分割される。連結アーム１１０の当該分割された部分には、斜板側アーム４１の前端部が配置される。

ロータ側連結ピン１２０は、ロータ側アーム３１と連結アーム１１０とを回動可能に連結するものである。ロータ側連結ピン１２０は、左右に延びる略円柱状に形成される。ロータ側連結ピン１２０は、２つのロータ側アーム３１及び連結アーム１１０に回動可能となるように挿通される。これによって、ロータ側アーム３１と連結アーム１１０とが、ロータ側連結ピン１２０を中心として相対的に回動可能な状態で連結される。

斜板側連結ピン１３０は、斜板側アーム４１と連結アーム１１０とを回動可能に連結するものである。斜板側連結ピン１３０は、左右に延びる略円柱状に形成される。斜板側連結ピン１３０は、連結アーム１１０の後部（２つに分割された部分）及び斜板側アーム４１に回動可能となるように挿通される。これによって、斜板側アーム４１と連結アーム１１０とが、斜板側連結ピン１３０を中心として相対的に回動可能な状態で連結される。

以下では、図６及び図７を用いて、シュー２００の構成について詳細に説明する。なお、図６及び図７において示される方向の定義は、図１から図５において示される方向の定義とは異なっている。また、図７は、第二摺動面２２０の形状の理解を容易にするために、横方向に比べて縦方向（上下方向）を強調して示した概念図として描かれている。

前述の如く、シュー２００は、斜板４０とピストン５０とを係合するものである。シュー２００は、第一摺動面２１０及び第二摺動面２２０を具備する。

第一摺動面２１０は、シュー２００の下側の面であって、ピストン５０の凹状曲面５３ａと摺動する面（図５参照）である。第一摺動面２１０は、下方へ膨出するように形成される。第一摺動面２１０は、ピストン５０の凹状曲面５３ａに沿う半球面状に形成される。

第二摺動面２２０は、シュー２００の上側の面であって、斜板４０の平坦面（より詳細には、樹脂コーティング層４２）と摺動する面（図５参照）である。第二摺動面２２０は上方へ、つまり第一摺動面２１０と反対側へ膨出するように形成される。第二摺動面２２０は、第一摺動面２１０と比べて上下方向の距離が小さな形状（平坦に近い形状）に形成される。第二摺動面２２０は、外周部２２１及び中央部２２２を具備する。

外周部２２１は、第二摺動面２２０の外側部分を構成するものである。外周部２２１は、平面視において第二摺動面２２０の外周（全周）に沿って設けられる。外周部２２１は、第一摺動面２１０と比べて極めて大きな曲率半径を有する曲面状（球帯状）に形成される。

中央部２２２は、第二摺動面２２０の内側部分（平面視中央部）を構成するものである。中央部２２２は、平面視において円状に形成される。中央部２２２は、外周部２２１の内側に（第二摺動面２２０の中央に）当該外周部２２１と連続して設けられる。中央部２２２は、略平坦状に形成される。より詳細には、中央部２２２は、平坦状、或いは外周部２２１よりもさらに大きな曲率半径を有する曲面状（球冠状）に形成される。

中央部２２２は、第二摺動面２２０において直径５ｍｍ以上の範囲に亘って形成される。つまり、中央部２２２は、平面視において直径ａが５ｍｍ以上の円形に形成される。また、中央部２２２と外周部２２１との境界ｂから、中央部２２２の頂点（最も上方に位置する部分）までの高さ（つまり、中央部２２２の膨出高さ）ｈ２は、３μｍ以下となるように形成される。中央部２２２は、このように直径ａと膨出高さｈ２が規定されることにより、より平坦に近い形状となる。外周部２２１の外周縁から、中央部２２２の頂点までの高さ（つまり、第二摺動面２２０の膨出高さ）ｈ１は、１５μｍ以下となるように形成される。

このように構成される斜板式コンプレッサー１（図１参照）において、図示せぬ駆動源により回転軸２０が回転すると、ロータ３０は、回転軸２０の軸線回りに当該回転軸２０と一体的に回転する。すると、ロータ３０に設けられたロータ側アーム３１も同様に回転軸２０の軸線回りに回転する。

ロータ側アーム３１が回転すると、ロータ側アーム３１の側面（左右内側の側面）と連結アーム１１０の側面（左右外側の側面）とが互いに当接することで係合する。これにより、ロータ３０の回転力が連結アーム１１０に伝達される。さらに、連結アーム１１０の側面（左右内側の側面）は、斜板側アーム４１の側面（左右外側の側面）と当接することで係合する。これにより、連結アーム１１０の回転力が斜板側アーム４１に伝達される。このようにして回転軸２０の回転力が斜板４０に伝達され、当該斜板４０が回転する。

斜板４０が傾斜している場合に当該斜板４０が回転軸２０の軸線回りに回転すると、斜板４０の回転運動は、シュー２００を介してピストン５０の直線運動に変換される。これによって、ピストン５０がシリンダボア１１ａ内を前後に摺動（往復運動）する。ピストン５０がシリンダボア１１ａ内を前方へ移動することによって、当該シリンダボア１１ａ内に流体が吸入される。また、ピストン５０がシリンダボア１１ａ内を後方へ移動することによって、当該シリンダボア１１ａ内の流体が圧縮され、吐出される。

次に、図１から図４を用いて、斜板４０が傾動する機構について説明する。

斜板式コンプレッサー１は、斜板４０が傾動する（斜板４０の傾斜角度が変動される）ことにより、吐出容量を変更可能に形成されている。この吐出容量の制御は、制御弁８０によりクランク室１０ａと圧縮室１１ｂとの内圧差を調整することによって、斜板４０の傾斜角度が変更されることで行われる。

具体的には、クランク室１０ａの内圧が低下されると、斜板４０は、左側面視において時計回りに回転する。この際、連結アーム１１０は、左側面視において反時計回りに回転することで、当該斜板４０の回転（傾動）を適宜案内することができる。これにより、斜板４０の傾斜角度が増大される（図３参照）。斜板４０の傾斜角度が増大されることで、斜板式コンプレッサー１の吐出容量が増大される。

一方、クランク室１０ａの内圧が上昇されると、斜板４０は、左側面視において反時計回りに回転する。この際、連結アーム１１０は、左側面視において時計回りに回転することで、当該斜板４０の回転（傾動）を適宜案内することができる。これにより、斜板４０の傾斜角度が減少される（図２参照）。斜板４０の傾斜角度が減少されることで、斜板式コンプレッサー１の吐出容量が減少される。

次に、図５及び図７を用いて、シュー２００と斜板４０との摺動について説明する。

回転軸２０の回転に伴って斜板４０が回転すると、シュー２００は、斜板４０と摺動する。より詳細には、シュー２００の第二摺動面２２０は、斜板４０の板面に形成された樹脂コーティング層４２と摺動する。

ここで、第二摺動面２２０と斜板４０の樹脂コーティング層４２との間には、くさび状の隙間Ｇが形成されている（図７（ｂ）参照）。当該隙間Ｇは、第二摺動面２２０の中央に向かうにつれて第二摺動面２２０と斜板４０の樹脂コーティング層４２の表面とがなす角度が滑らかに減少するように形成される。これにより、大きなクリアランスから小さなクリアランスへと潤滑油を引き込み易くすることができる。このため、第二摺動面２２０と樹脂コーティング層４２との間に油膜圧力を発生させることができる。さらに、第二摺動面２２０の膨出高さｈ１が１５μｍ以下に形成されているため、第二摺動面２２０と樹脂コーティング層４２との間に油膜を形成し易く（維持し易く）することができる。したがって、焼付きの発生を抑制することができる。

ここで、第二摺動面２２０には略平坦状に形成された中央部２２２が設けられているので、第二摺動面２２０と斜板４０の樹脂コーティング層４２との接触面積を大きく確保することができる。このため、中央部２２２が設けられていない場合と比べて、第二摺動面２２０と樹脂コーティング層４２との面圧が低下される。これにより、第二摺動面２２０と摺動する被摺動部材が斜板４０の樹脂コーティング層４２のような軟質な材料であっても、当該樹脂コーティング層４２をシュー２００の第二摺動面２２０の形状にならって変形させ難くすることができる。このため、高負荷時であっても、くさび状の隙間Ｇを維持することができ、焼付きの発生を抑制することができる。

以上の如く、本実施形態に係るシュー２００は、ピストン５０（第一可動部材）の凹状曲面５３ａと摺動する第一摺動面２１０と、前記第一摺動面２１０と反対側へ膨出するように形成されて斜板４０（第二可動部材）の平坦面と摺動する第二摺動面２２０と、を具備し、前記第二摺動面２２０は、当該第二摺動面２２０の外周に沿って設けられた曲面状の外周部２２１と、当該第二摺動面２２０の中央に当該外周部２２１と連続して設けられ、当該外周部２２１よりも曲率半径が大きくなるように形成された中央部２２２と、を具備するものである。
このように構成することにより、斜板４０の変形を抑制することができる。

また、前記中央部２２２は、直径５ｍｍ以上の範囲に亘って、且つ、膨出高さｈ２が３μｍ以下となるように形成されているものである。
このように構成することにより、斜板４０の変形をより抑制することができる。

また、前記第二摺動面２２０は、膨出高さｈ１が１５μｍ以下となるように形成されているものである。
このように構成することにより、潤滑油の供給量が少ない過酷な潤滑条件の場合でも、第二摺動面２２０に油膜を形成し易くすることができる。

また、本実施形態に係る斜板式コンプレッサー１は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のシュー２００と、前記平坦面に樹脂コーティング層４２を有する斜板４０と、を具備するものである。
このように構成することにより、斜板４０の平坦面に樹脂コーティング層４２が形成されていても、斜板４０の変形を抑制することができる。

なお、本実施形態に係るピストン５０は、本発明に係る第一可動部材の一形態である。
また、本実施形態に係る斜板４０は、本発明に係る第二可動部材の一形態である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、第二摺動面２２０の膨出高さｈ１は１５μｍ以下となるように形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１５μｍを超えるものであってもよい。

また、本実施形態においては、斜板４０の板面（平坦面）に樹脂コーティング層４２が形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、斜板４０の板面に樹脂コーティング層４２が形成されていないものであってもよい。また、斜板４０自体が合成樹脂で形成されるものであってもよい。

また、本実施形態においては、中央部２２２は、外周部２２１よりも大きな曲率半径を有する曲面状（球冠状）に形成されるものとして説明したが、本発明には中央部２２２の曲率半径が∞（つまり中央部２２２が完全な平面）であるものも含まれる。

１ 斜板式コンプレッサー
４０ 斜板
４２ 樹脂コーティング層
５０ ピストン
５３ａ 凹状曲面
２００ シュー
２１０ 第一摺動面
２２０ 第二摺動面
２２１ 外周部
２２２ 中央部

Claims (2)

1. 第一可動部材の凹状曲面と摺動する第一摺動面と、
   前記第一摺動面と連続するように、かつ、前記第一摺動面と反対側へ膨出するように形成されて第二可動部材の平坦面と摺動する第二摺動面と、
   を具備し、
   前記第二摺動面は、
   当該第二摺動面の外周縁を含むように当該第二摺動面の外周に沿って設けられた曲面状の外周部と、
   当該第二摺動面の中央に当該外周部と連続して設けられ、当該外周部よりも曲率半径が大きくなるように形成された中央部と、
   を具備し、
   前記第二摺動面は、
   当該第二摺動面の前記外周縁から前記中央部の頂点までの高さである膨出高さが１５μｍ以下となるように形成されており、
   前記中央部は、
   直径５ｍｍ以上の範囲に亘って、且つ、当該中央部と前記外周部との境界から当該中央部の頂点までの高さである膨出高さが３μｍ以下となるように形成されている、
   シュー。
2. シュー及び斜板を具備する斜板式コンプレッサーであって、
   前記シューは、
   可動部材の凹状曲面と摺動する第一摺動面と、
   前記第一摺動面と連続するように、かつ、前記第一摺動面と反対側へ膨出するように形成されて前記斜板の平坦面と摺動する第二摺動面と、
   を具備し、
   前記第二摺動面は、
   当該第二摺動面の外周縁を含むように当該第二摺動面の外周に沿って設けられた曲面状の外周部と、
   当該第二摺動面の中央に当該外周部と連続して設けられ、当該外周部よりも曲率半径が大きくなるように形成された中央部と、
   を具備し、
   前記第二摺動面は、
   当該第二摺動面の前記外周縁から前記中央部の頂点までの高さである膨出高さが１５μｍ以下となるように形成されており、
   前記斜板は、
   前記平坦面に樹脂コーティング層を有する、
   斜板式コンプレッサー。

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