JPH10176657A - 斜板型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連結部（球面状の摺動面）の耐磨耗性を維持
しつつ、駆動力の増大、軸受（１０３）の寿命低下、お
よび斜板型圧縮機全体の重量増を防止する。 【解決手段】 摺動面６ａが形成された連結部６２を高
炭素クロム軸受鋼鋼材製とし、シリンダボア内に往復運
動するピストン本体部６１をアルミニウム合金製とし、
両者６１、６２をねじ結合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜板型圧縮機に関
するもので、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）等を冷媒とする吐出
圧力の高い冷凍サイクルに適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】近年、空調装置（冷凍サイクル）の脱フ
ロン対策として、二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒とする冷
凍サイクル（以下、ＣＯ₂ サイクルと呼ぶ。）の研究が
盛んに行われている。このＣＯ₂ サイクルは、フロンを
冷媒とする通常の冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルと
略す。）に比べて圧縮機の吐出圧力が高いので、冷凍サ
イクルに用いられている圧縮機をそのまま使用すること
ができない。因みに、フロンの場合の吐出圧力は約１．
５ＭＰａであり、ＣＯ₂ の場合の吐出圧力は約１２ＭＰ
ａである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者等は、
ＣＯ₂ サイクルに適応した斜板型圧縮機を研究していた
ところ、以下に述べる問題が発生した。すなわち、斜板
型圧縮機では、斜板（揺動板）とピストンとは、シュー
を介して揺動可能に連結している。そして、シューと連
結するピストンの連結部には、圧縮反力が集中して作用
するため、連結部は耐磨耗性に優れた材料（硬度の高い
材料）で形成する必要がある。そこで、発明者等は、耐
磨耗性に優れた材料として高炭素クロム軸受鋼鋼材（Ｓ
ＵＪ−２）を選定し、この材料にてピストンを製作し
た。

【０００４】しかし、高炭素クロム軸受鋼鋼材の密度は
７．９ｋｇ／ｃｍ³ と大きいため、ピストンを駆動する
斜板（揺動板）、シャフトおよびシャフトを支持する軸
受等に作用する慣性力が大きくなるので、シャフトを駆
動する駆動力の増大、および軸受に作用する荷重の増大
に伴う軸受の寿命低下を招いてしまうという問題が発生
する。

【０００５】また、ピストンの熱膨張を考慮して、シリ
ンダボアとピストンとの隙間（クリアランス）を所定範
囲内に保つには、ピストンの線膨張率と同等の線膨張率
を有する材料にてハウジングを構成することが望ましい
ため、ハウジングも鉄系材料（鋳鉄等）にて構成する必
要がある。このため、斜板型圧縮機全体の重量増を招い
てしまうという問題も発生する。

【０００６】なお、上記問題は、ＣＯ₂ サイクル用の斜
板型圧縮機に固有の問題ではなく、高い吐出圧力を要求
される斜板型圧縮について一般に発生する問題である。
本発明は、上記点に鑑み、連結部の耐磨耗性を維持しつ
つ、上記問題を解決する斜板型圧縮機を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
３に記載の発明では、連結部（６２）に形成された摺動
面（６ａ）の硬度は、ピストン本体部（６１）のうち前
記シリンダボア（５）の内壁に接触する部位の硬度より
高くなっており、さらに、ピストン本体部（６１）は、
連結部（６２）より密度の小さい材料にて構成されてい
ることを特徴とする。

【０００８】これにより、シャフト（１）および軸受
（１０３）等に作用する慣性力の増大を防止することが
できる。延いては、シャフト（１）を駆動する駆動力の
増大を防止することができるとともに、軸受（１０３）
に作用する荷重の増大を防止して軸受（１０３）の寿命
低下を防止することができる。また、ピストン本体部
（６１）は、連結部（６２）より密度の小さい材料にて
構成されているので、ハウジング（２、３、１６）をピ
ストン本体部（６１）同様に密度の小さい材料にて構成
することができ、斜板型圧縮機全体の重量増を防止する
ことができる。

【０００９】以上に述べたように、本発明に係る斜板型
圧縮機によれば、連結部（６２）の耐磨耗性を維持しつ
つ、駆動力の増大、軸受（１０３）の寿命低下、および
斜板型圧縮機全体の重量増を防止することができる。な
お、請求項２に記載の発明のごとく、連結部（６２）と
ピストン本体部（６１）とをねじ結合してもよい。

【００１０】また、連結部（６２）にピストン本体部
（６１）に作用する圧縮反力に対抗する受け部（６２
ｂ）を形成してもよい。なお、上記各手段の括弧内の符
号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係
を示すものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （実施形態）本実施形態は、ＣＯ₂ を冷媒とする蒸気圧
縮式冷凍サイクルの圧縮機に適用した場合を示してお
り、図１は、本発明に係る可変容量型の斜板型圧縮機
（以下、単に圧縮機と呼ぶ。）の軸方向断面を示してい
る。

【００１２】１は図示されていない電磁クラッチを介し
て外部駆動源（車両走行用エンジン等）からの駆動力を
得て回転するシャフトで、このシャフト１はフロントハ
ウジング２およびシリンダブロック３内に配設されたラ
ジアル軸受１００、１０１によって回転可能に保持され
ている。ここで、ラジアル軸受１００、１０１はシャフ
ト１の垂直方向の荷重に対抗している。

【００１３】また、シャフト１のうちフロントハウジン
グ２とシリンダブロック３とによって形成される空間
（以下、斜板室と呼ぶ。）２ａには、シャフト１に対し
て所定の角度を有して傾いた傾斜面４ａが形成された斜
板４がシャフト１に圧入されており、これにより、シャ
フト１と斜板４とは一体に回転する。さらに、斜板４の
うち傾斜面４ａと反対側には、シャフト１と直角な面４
ｂが形成されており、この面４ｂとフロントハウジング
２との間には、スラスト軸受１０２が配設されて斜板４
に作用する圧縮反力に対向している。

【００１４】また、シリンダブロック３内には、シャフ
ト１と平行、かつ、シャフト１を中心として周方向に８
等分する位置に（図２参照）、シリンダブロック３をシ
ャフト１の軸方向に貫通するシリンダボア５が８個形成
されており、各シリンダボア５内には、各シリンダボア
５の内壁と接触しながらシャフト１の軸方向に往復運動
するピストン本体部６１が形成されたピストン６が挿入
れている。

【００１５】そして、ピストン６と斜板４との間には、
シャフト１を中心としてシャフト１の軸方向に揺動運動
する揺動部材７が配設されており、この揺動部材７は、
ピストン６の端部に形成された球面状の摺動面６ａに摺
動可能に連結する真鍮製のシュー８を介してピストン６
と揺動可能に連結している。また、このシュー８は、シ
ュー８の保持部材をなすリテーナ９と、斜板４に配設さ
れたスラスト軸受１０３の転動体１０３ａに接触して斜
板４と回転可能に連結する揺動板１０とによって挟み込
まれ、揺動板１０に対して摺動可能に保持されている。

【００１６】因みに、揺動板１０は、スラスト軸受１０
３の軸受レースを兼ねており、このスラスト軸受１０３
は、ピストン６を介して揺動部材７に作用する圧縮反力
に対抗するものである。また、リテーナ９とシャフト１
との間には、リテーナ９と回転可能に接触するスペーサ
１１が配設されており、このスペーサ１１とリテーナ９
との接触面は、斜板の傾斜角の変化に対応し得るように
斜板４側が凸として略球面状に形成されている。なお、
１２はスペーサ１１を斜板４側に押圧する弾性力を発生
するスプリングであり、スペーサ１１とシャフト１との
間には、空隙１１ａが形成されている。そして、この空
隙１１ａによりスペーサ１１とシャフト１との間の摩擦
抵抗を防止している。

【００１７】ところで、シリンダブロック３の端部に
は、ピストン６と対向してシリンダボア５の一端側を閉
塞するバルブプレート１３が配設されており、このバル
ブプレート１３には、シリンダボア５に連通する複数個
の吸入ポート１４および吐出ポート１５が形成されてい
る。そして、バルブプレート１３とリアハウジング１６
との間には、図示されていない圧縮機の吸入口から吸入
された冷媒を各吸入ポート１４に分配する吸入室１７
と、各吐出ポート１５から吐出した冷媒を集合させて図
示されていない圧縮機の吐出口に導く吐出室１８とが形
成されている。

【００１８】また、各吸入ポート１４のピストン６側に
は、リード弁状の吸入弁１９が配設されており、各吐出
ポート１５の吐出室１８側にも同様にリード弁状の吐出
弁２０が配設されている。なお、吐出弁２０は、ストッ
パ２１によって最大開度が規制されており、両弁１９、
２０およびストッパ２１は、バルブプレート１３ととも
にシリンダブロック３とリアハウジング１６とによって
挟まれて固定されている。

【００１９】因みに、２２は斜板室２ａ内の冷媒が、圧
縮機外に漏れだすことを防止するリップシールであり、
２３はニトリルゴムからなるＯリングである。ところ
で、ピストン６は、図３に示すように、円柱状のピスト
ン本体部６１と、摺動面６ａが形成された連結部６２と
から構成されており、両者６１、６２は、図４に示すよ
うに、連結部６２に形成された雄ねじ部６２ａと、ピス
トン本体部６１に形成された雌ねじ部６１ａとによって
ねじ結合している。因みに、両ねじ部６１ａ、６２ａ
は、金属接着剤にて緩み止めがなされている。

【００２０】また、連結部６２のうちピストン本体部の
軸方向端部と接触する部位には、ピストン６の往復方向
と直交する方向に全周に渡って突出し、ピストン本体部
６１に作用する圧縮反力に対抗するフランジ部（受け
部）６２ｂが形成されており、このフランジ部６２ｂに
は、二面幅６２ｃが形成されている。そして、摺動面６
ａの硬度が、ピストン本体部６１のうちシリンダボア５
の内壁に接触する部位（円周面）の硬度より高くなるよ
うに、本実施形態では、連結部６２は高炭素クロム軸受
鋼鋼材（ＳＵＪ−２）製とし、ピストン本体部６１は、
シリンダブロック３および両ハウジング２、１６と等し
いアルミニウム合金（ＡＣ８Ｃ−Ｔ６）製としている。

【００２１】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、連結部６２は高炭素クロム軸受鋼鋼材
（密度７．９ｋｇ／ｃｍ³ ）製であり、ピストン本体部
６１はアルミニウム合金（密度２．７ｋｇ／ｃｍ³ ）製
であるので、ピストン６全体を高炭素クロム軸受鋼鋼材
で製作する場合に比べて、ピストン６の質量を小さくす
ることができる。

【００２２】したがって、シャフト１および軸受１００
〜１０３等に作用する慣性力の増大を防止することがで
きる。延いては、シャフト１を駆動する駆動力の増大を
防止することができるとともに、軸受１００〜１０３）
に作用する荷重の増大を防止して軸受１００〜１０３の
寿命低下を防止することができる。また、ピストン本体
部６１は、連結部６２より密度の小さい材料にて構成さ
れているので、シリンダブロック３および両ハウジング
２、１６をピストン本体部６１同様に密度の小さい材料
にて構成することができ、斜板型圧縮機全体の重量増を
防止することができる。

【００２３】以上に述べたように、本実施形態に係る斜
板型圧縮機によれば、連結部６２の耐磨耗性を維持しつ
つ、駆動力の増大、軸受１００〜１０３の寿命低下、お
よび斜板型圧縮機全体の重量増を防止することができ
る。また、連結部６２のうちピストン本体部の軸方向端
部と接触する部位には、フランジ部６２ｂが形成されて
いるので、圧縮反力が両ねじ部６１ａ、６２ｂに直接作
用することを防止できる。したがって、両ねじ部６１
ａ、６２ｂに応力が集中することを防止することができ
るので、ピストン６、すなわち斜板型圧縮機の耐久性
（信頼性）を向上させることができる。

【００２４】ところで、上述の実施形態では、ピストン
本体部６１と連結部６２とをねじ結合させていたが、図
５に示すように、ピン６３を圧入（焼きばめ、しまりば
め等）して両者６１、６２を連結してもよく、さらに、
摩擦溶接等の接合手段で溶接してもよい。また、上述の
実施形態では、ピストン本体部６１に雌ねじ部６１ａを
形成し、連結部６２に雄ねじ部６２ａを形成したが、ピ
ストン本体部６１に雄ねじ部を形成し、連結部６２に雌
ねじ部を形成してもよい。

【００２５】また、上述の実施形態では、全周に渡って
突出するフランジ部６２ｂをピストン本体部６１に形成
したが、フランジ部６２ｂに換えて一部のみで突出する
単純な突起部（受け部）としてよい。また、上述の実施
形態では、ピストン本体部６１をアルミニウム合金製と
したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例
えばピストン本体部６１を樹脂としてもよい。

【００２６】また、ピストン本体部６１とシリンダボア
５の内壁との潤滑、おびシュー８と摺動面６ａとの潤滑
を図るべく、図６に示すように、潤滑油が流通する穴６
４を設けてもよい。また、摺動面６ａに浸炭処理等を施
し、表面の硬度を増大させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】斜板型圧縮機の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】ピストンの正面図である。

【図４】ピストンの分解図である。

【図５】ピストンの変形例を示す断面図である。

【図６】ピストンの変形例を示す正面図である。

【符号の説明】

６…ピストン、６ａ…摺動面、６１…ピストン本体部、
６１ａ…雌ねじ部、６２…連結部、６２ａ…雄ねじ部、
６２ｂ…フランジ部（受け部）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動力を得て回転するシャフト（１）
   と、 前記シャフト（１）を収納するとともに、前記シャフト
   （１）を回転可能に保持するハウジング（２、３、１
   ６）と、 前記ハウジング（２、３、１６）に前記シャフト（１）
   の軸方向と平行に形成されたシリンダボア（５）と、 前記シリンダボア（５）の内壁に接触しながら、前記シ
   リンダボア（５）内で往復運動するピストン本体部（６
   １）と、 前記ハウジング（２、３、１６）内で前記シャフト
   （１）と一体的に回転するとともに、前記シャフト
   （１）に対して所定角度を有して傾いた傾斜面（４ａ）
   が形成された斜板（４）と、 軸受（１０３）を介して前記傾斜面（４ａ）に対して回
   転可能に配置され、前記斜板（４）の回転と連動して揺
   動する揺動部材（１０）と、 前記ピストン本体部（６１）のうち前記揺動部材（１
   ０）側の端部に連結し、球面状の摺動面（６ａ）が形成
   された連結部（６２）と、 前記摺動面（６ａ）に接触し、前記揺動板（１０）と前
   記連結部（６２）とを揺動可能に連結するシュー（８）
   とを備え、 前記摺動面（６ａ）の硬度は、前記ピストン本体部（６
   １）のうち前記シリンダボア（５）の内壁に接触する部
   位の硬度より高く、 さらに、前記ピストン本体部（６１）は、前記連結部
   （６２）より密度の小さい材料にて構成されていること
   を特徴とする斜板型圧縮機。
2. 【請求項２】 前記連結部（６２）と前記ピストン本体
   部（６１）とは、ねじ結合していることを特徴とする請
   求項１に記載の斜板型圧縮機。
3. 【請求項３】 前記連結部（６２）には、前記ピストン
   本体部（６１）の往復方向と交差する方向に突出し、前
   記ピストン本体部（６１）に作用する圧縮反力に対抗す
   る受け部（６２ｂ）が形成されていることを特徴とする
   請求項１または２に記載の斜板型圧縮機。