JPS6232356B2 - - Google Patents

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JPS6232356B2
JPS6232356B2 JP54035789A JP3578979A JPS6232356B2 JP S6232356 B2 JPS6232356 B2 JP S6232356B2 JP 54035789 A JP54035789 A JP 54035789A JP 3578979 A JP3578979 A JP 3578979A JP S6232356 B2 JPS6232356 B2 JP S6232356B2
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JP
Japan
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swash plate
shoe
compressor
sliding
oil
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JP54035789A
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JPS55128681A (en
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Takamitsu Mukai
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/0873Component parts, e.g. sealings; Manufacturing or assembly thereof
    • F04B27/0878Pistons
    • F04B27/0886Piston shoes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0469Other heavy metals
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12Coating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は斜板式圧縮機に係り、とくに斜板と該
斜板とピストンとを係留させるためのシユーとの
摺動部分の改良に関する。
運転の静粛さ、円滑さおよび圧縮効率の高さ等
の利点により、車両空調用冷媒圧縮機として、斜
板式圧縮機が近時多く採用される傾向にあり、そ
の技術も高度な進歩を遂げてきた。その中でも、
より小型化することを要求されて、オイルポンプ
を使用しての強制給油方式を廃止して、冷媒中に
含まれれる油を直接的に利用して各摺動部の潤滑
を行う方法を採用するに至つたのは、該技術的分
野においては革命的なことであつた。上記潤滑方
式は、外部冷凍回路より圧縮機へ帰還した油を含
んだ冷媒もしくは、該圧縮機内に入つてから冷媒
より分離された油を、圧縮機の各摺動部を汚みに
巡回させて潤滑に供するようにしたことを特徴と
するものであるが、該潤滑方式には宿命的な弱点
が不可避である。つまり、ある速度以上で運転さ
れる場合には、比較的大量の帰還冷媒が有るた
め、各摺動部の潤滑が十分に行なわれるが、低負
荷低速運転時には、帰還冷媒が少くなり、潤滑に
供せられる油が不足し、その結果摩耗が異常に進
み、さらに摩擦発熱による高温化のため最悪の場
合には焼付現象を招来するということである。ま
た車両空調用冷媒圧縮機はエンジンルーム内に配
置されるのが一般的で、高温に曝されるのが常で
あり、とくに近時では排気ガス無公害化対策のた
め、エンジン自体もより高温になり易い傾向にあ
るため、圧縮機自体も高温となり易く、その結果
油の粘性が低下し、必然的に潤滑効果も低下する
ものである。
ここで図を参照しながら斜板式圧縮機の構成を
述べておくと、対向した位置に適数個のシリンダ
ボア1,1を有し対接したシリンダブロツク2,
2の端部は、バルブプレート3,3を介在してハ
ウジング41,42によつて密閉されている。シ
リンダブロツク2,2の軸心部を貫通して回転自
在に支承された駆動軸5には斜板6が固着され、
該斜板6はシリンダボア1,1内に嵌挿されたピ
ストン7とボール8およびシユー9を介して係留
されており、前記斜板6の回転力によつてピスト
ン7がシリンダボア1,1内を往復動する。ハウ
ジング41,42には吸入室43,44および吐
出室45,46が形成されておりそれぞれ弁(図
示せず)を介してシリンダボア1,1と連通され
るとともに、外部冷凍回路と連通されている。た
だし帰還冷媒を導入するための外部管略と吸入室
43,44との間では、油を含む帰還冷媒の1部
もしくは全部を斜板室10に導入したり、冷媒よ
り分離された油を巧みに導いて、各摺動部の潤滑
を行う手段が構じられている。なお前記ボール8
およびシユー9に関しては、第3図に示したごと
き一体形状の軸受部材20であつても、また第4
図に示したごときボールを切断した形状の軸受部
材21であつても実施可能であり、本発明におい
てはこれらも含めてシユーと総称する。
上記摺動部分のうちで、とくに過酷な摺動条件
が強いられ、常に良好な潤滑状態を実現すること
が困難であるとされているのは、斜板6とシユー
9との摺動部分である。該摺動部分においては、
冷凍負荷が大きな場合には面圧が100〜150Kg/cm2
となることもまれではなく、液圧縮を生起した場
合には500Kg/cm2の面圧に達することがあり、そ
の摺動速度は10〜20m/secにもなる。そしてシ
ユー9自体の複雑な運動に伴つて、斜板6の平面
に対しての姿勢も複雑に変化し、斜板6の平面上
に油粒が存在していても油膜を形成することがで
きない状態となる場合も発生し、そのときには金
属接触を余儀無くされるものであつた。金属接触
が起きるということは、言を待つまでもなく摺動
部の摩耗が促進され、さらに摩擦発熱による高温
化のため最悪の場合には焼付事故が発生するとい
うことである。そこで上記斜板6の材料として鉄
系金属が使用されていた従来においては、鉄系金
属に対して摺動性の良好な、つまり耐摩耗性およ
び耐焼付性に優れた、たとえば銅−鉛合金層をシ
ユー9の斜板6との摺接面に形成することによつ
て、実際の使用において一応満足し得る程度にま
で上記欠陥を解消することができた。
ところが、シリンダブロツク2,2、ハウジン
グ41,42、ピストン7等の材料をアルミニウ
ム合金化して、軽量化を実現してきたこの種圧縮
機において、さらに軽量化することが強く要望さ
れた結果、遂に斜板6の材料をもアルミニウム合
金化することが提案されるに至つた。そこで、機
械的強度と前記条件の耐摩耗性を満足し得るもの
として、高ケイ素アルミニウム合金(13〜30%の
Siを含有)が好適であることが判明したが、従来
の圧縮機において、そのまま単に斜板6の材料を
前記高ケイ素アルミニウム合金に変更しただけで
は、つぎのごとき新たな欠点が生起することが分
つた。
つまり、高ケイ素アルミニウム合金には初晶お
よび共晶ケイ素が散在しており、そのケイ素は非
常に硬いものであり初晶ケイ素ではその硬度が
1300〜1500Hvとなるものも有るため、摺動に際
してはこの硬いケイ素粒が相手材の表面を削り面
アラサを悪くする。その相手材の荒れた表面や摩
耗粉が高ケイ素アルミニウム合金の軟質部を削り
取り、遂にはケイ素粒が脱落してこれが研摩材と
なつて両材料の摩耗を促進する結果となつたり、
面アレのために摩擦係数が増し、発熱量が多くて
焼付に至ることである。
本発明は上記欠点を解消し、軽量で耐久性の高
い斜板式圧縮機を提供することを目的になされ
た。
斜板6の材料として前記高ケイ素アルミニウム
合金を使用する場合に、上記欠点を解消するため
に相手材としてのシユー9の材料の性質としては
下記のごときものが要求される。
(1) ケイ素粒による研削を避けるため、硬度は高
ケイ素アルミニウム合金中のケイ素の硬度とほ
ぼ同程度かそれ以上であること。
(2) 摺動面がアルミニウムに対して耐焼付性にす
ぐれ、摩擦係数が低いこと。
(3) 平衡状態図におけるAl−Siの共晶線約570℃
までの温度に対して硬度、強度および化学的に
安定していること。
(4) 上記の性質を具備した緻密な仕上面が得られ
ること。
(5) さらに、製作が容易なこと。(硬度を上げた
後、複雑な加工がない) そして、上記要求を満足するものとして、炭素
鋼材を母材としたものに元素の周期律表における
a族、a族の元素を拡散させてそれらの炭化
物層を形成するいわゆる炭化物層形成処理を施し
たものが最適であることが究明された。
冷鍛鋼材でプレス加工等によつて成形し研摩を
行つて得られた第2図に示したごときシユー母材
を、炭化物層形成処理するには、ホウ砂
(Na2B4O7)にバナジウムVを加え、900〜1000℃
の温度とした溶融塩浴に5〜10時間浸漬する溶融
塩浸漬法か、電解法によればよい。このとき、ホ
ウ砂が移送剤となつて前記元素が被処理材の表面
に供給され、該被処理材中の炭素と化合して炭化
物層が形成される。このように炭化物層形成処理
して得られた硬化層は10〜50μの厚さとなり、そ
の硬さはウイツカース硬さで2000〜3000Hvとな
り非常に硬いものである。上述のごとく炭化物層
形成処理されたシユー9は、処理時の表面のわず
かな荒れを調整する意味で簡単なホーニング処理
を行うだけで、別に他の後処理を必要とせずに要
求水準を満足する摺動面が得られるため、そのま
ま圧縮機に組込んで使用に供される。このときシ
ユー9の表面は緻密であり、かつ、相手材である
斜板6中に含まれる初晶および共晶ケイ素の硬さ
と同等かもしくはそれ以上の硬さとなつているた
め、摺動性にすぐれ、極めて良好な耐摩耗性、耐
焼付性を発揮する。
なお、シユー9は上記炭化物層形成処理時にお
ける熱影響によつてもほとんど歪は生じないが、
厳密に言えば最大で数μの単位で歪が発生するこ
ともあるが、その歪はシユー9の特徴的な形状の
故に、斜板6との摺動面側が凸となる傾向のもの
であるため、これは斜板6との間の油膜の形成に
役立ち、かえつて好適な方向に作用し、望ましい
ものである。
つぎに本発明の作用効果をより一層明確にする
ために行つた実験例について説明する。本発明の
ものとしては、炭化物層を有する炭素鋼
(S45C)で形成したシユー(表面硬さ2000〜
3000Hv)と相手材として20重量%のケイ素を含
んだ高ケイ素アルミニウム合金との組合せとし
て、従来のものとしては、銅ベースとして24重量
%の鉛と3.5重量%の錫を含んだ銅合金より形成
したシユーと相手材として球状黒鉛鋳鉄との組合
せとした。
−実験1− 本発明と従来とにおける摩擦係数とその時の発
熱温を測定する実験を行つた。
測定方法としては、シユーの相手材としての円
板を回転させ、これにシユーを押圧し、その押圧
荷重を漸増させながら、その時の摩擦係数および
シユーの発熱温度を測定した。
条件(本発明、従来ともに共通) (1) すべり速度 15m/sec(一定) (2) 荷重 40Kg/cm2より40Kg/cm2ずつ漸増各荷重
段階は20分 (3) 潤滑オイル 低粘度オイルSSU70 (4) 潤滑方法 フエルト塗布 約0.8c.c./分 (5) 試験片 円板:面あらさ(最大)0.4〜0.6−
S シユー:面あらさ(最大)0.4〜0.6−S 得られた結果を第5図,第6図に示す。第5図
より明らかなように、本発明のものは従来のもの
に比較して、すべての領域で摩擦係数が低く、か
つ荷重を増加させても安定している。また第6図
からシユーの発熱温度をみると、本発明のものは
従来のものに比較してすべての領域で低くなつて
いる。これらのことから、本発明のものは摺動性
に優れ、耐焼付性が顕著に良好であることが分
り、また特に注目すべきはオイル潤滑が充分でな
い条件でありながら、本発明のものはその効果が
良好であることであり、そのことがとくに既述の
ごとき特徴的な圧縮機にとつて意義があるのであ
る。
−実験2− つぎに潤滑油の供給において最も厳しい条件下
での実機試験を行なつた。
条件(本発明、従来ともに共通) (1) 圧縮機 斜板式圧縮機(総排気量150c.c.) (2) 回転数 4000rpm (3) 吐出側ガス圧 Pd=4〜5Kg/cm2 (4) 吸入側ガス圧 Ps=約−50mmHg (5) 作動時間 20Hrs (6) 潤滑オイル 冷凍機オイル150c.c. (7) ガス量 100g(正規の約10%) 結 果 本発明のものは異常が無く、従来のものでは焼
付が発生した。
とくにこの実験は通常運転状況で起る中で最も
潤滑の厳しい条件であることから、このような条
件下でも満足出来たことは、まさしく本発明の優
秀さを証明するものである。
また該実験2において使用した斜板式圧縮機に
おいては、本発明のものは従来のものと比較して
約300gの軽量化が実現され、それは斜板だけに
ついては約63%、圧縮機全体としては約6.5%の
軽量化が行なわれたことになる。
なお、本発明において、斜板とシユーの摺動部
のなじみ性を向上させるために、斜板を構成する
高ケイ素アルミニウム合金中に鉛が錫もしくはそ
の両方を添加することも可能である。
上述のごとく本発明によれば、斜板を高ケイ素
アルミニウム合金で構成することができるため、
圧縮機の軽量化に大きく貢献できるとともに、シ
ユーを冷間鍛造によつて容易に形成することがで
きかつ炭化物層形成処理を行うだけの簡単な操作
で摺動性のすぐれた表面を得ることができるた
め、安価で軽量にして耐久性の高い圧縮機を得る
ことができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は斜板式圧縮機の構成を示す断面正面
図、第2図はシユーを拡大して示す断面正面図、
第3図および第4図はシユーの変形例を示す正面
図、第5図および第6図は実験1において得られ
た摩擦係数および発熱温度結果をそれぞれ示すグ
ラフである。 2……シリンダブロツク、6……斜板、7……
ピストン、9……シユー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 駆動軸に傾斜して固定された斜板に対してシ
    ユーおよびボールを介して係留したピストンが、
    前記斜板の回転力によつてシリンダボア内を往復
    動する形式の圧縮機であつて、13〜30%のSiを含
    有する高ケイ素アルミニウム合金で形成した前記
    斜板と、炭素鋼の母材よりなり少なくとも斜板と
    の摺接面にホウ砂を移送剤として拡散浸透により
    バナジウムを前記炭素鋼の母材中の炭素と化合さ
    せ炭化バナジウム(VC)からなる炭化物層を10
    〜50μ形成した前記しゆーとの組合せを特徴とす
    る斜板式圧縮機。
JP3578979A 1978-08-03 1979-03-26 Swash plate type compressor Granted JPS55128681A (en)

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JP3578979A JPS55128681A (en) 1979-03-26 1979-03-26 Swash plate type compressor
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JP2516331B2 (ja) * 1985-08-16 1996-07-24 株式会社豊田自動織機製作所 斜板式コンプレツサ用シユ

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