JPS6327554B2

JPS6327554B2 -

Info

Publication number: JPS6327554B2
Application number: JP55125032A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Hatsutori; Hiromitsu Oono; Kenji Takenaka; Shigeaki Takahashi
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
Current assignee: Toyota Industries Corp; Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1980-09-09
Publication date: 1988-06-03
Also published as: JPS5749081A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は斜板式圧縮機に関し、とくに斜板とピ
ストンとの間に配設された摺動子の改良に関する
ものである。

斜板式圧縮機の一種に、回転軸に一定角度傾斜
して固着された斜板と、前記回転軸に平行に設け
られたシリンダ内に嵌装されたピストンと、前記
斜板と前記ピストンとの間に配設させられた摺動
部材とを含み、前記斜板の回転によつて前記ピス
トンが往復動させられ、シリンダ内に媒体が導入
され圧縮されるものがある。

この圧縮機の摺動部材は、従来前記ピストンに
設けられた凹部に係合する鋼球と板体の一方の面
が前記斜板と摺接し他方の面に設けられた凹部が
該鋼球と係合するシユーとが一対として構成され
ていた。このため、前記摺動部材の摺動部分が多
いことから製作コストが高くなり、部品点数が多
いから小型軽量化の障害となり、しかも組立の作
業性及び部品管理が煩雑である問題があつた。

これ等の問題を解決するため、先に前記シユー
を省略した斜板式圧縮機を開発し出願した。実願
昭第53−121758号及び特願昭第55−29667号がそ
れである。

斯る斜板式圧縮機の摺動部材は平面部が斜板に
摺接し球面部がピストンに設けられた凹部に係合
する半球状の摺動子のみによつて構成され小型軽
量化、コスト低減等が達成される。しかし、該圧
縮機が小型軽量を求められる車両用エアコン等の
冷媒圧縮機として使用され、特に冷媒ガス中に混
合した油ミストによる潤滑方式が適用される場合
において、エンジンのアイドル運転時のような低
速運転の際には、前記摺動子に対して潤滑油供給
量が少くなつて苛酷な潤滑条件となり場合によつ
ては該摺動子が焼付く欠点があつた。

本発明者等は、以上の事情を背景とし苛酷な潤
滑条件下においても前記半球状の摺動子が焼付か
ない斜板式圧縮機を開発するため鋭意研究を重ね
た結果、前記平面部が僅か膨出した凸曲面に形成
されるとともにその凸曲面の外周縁に丸味部が形
成された半球状の摺動子を使用すると前記苛酷な
潤滑条件下においても摺動子の焼付きが発生しな
いという予想外の事実を見い出した。本発明はこ
の知見に基いて為されたものである。

すなわち、本発明の斜板圧縮機は回転軸に一定
角度傾斜して固着された斜板と、前記回転軸に平
行に設けられたシリンダ内に嵌装されたピストン
と、球面部及び平面部を備え該球面部において前
記ピストンに設けられた凹部と係合する一方前記
平面部において前記斜板と摺接して該斜板の駆動
力を前記ピストンに伝達する略半球状の摺動子と
を含み、前記斜板の回転に伴なつて前記ピストン
が往復動させられる斜板式圧縮機において、前記
摺動子の前記平面部を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い滑らか
な凸曲面とするとともに、該凸曲面の外周縁に該
凸曲面に滑らかに連なる丸味部を形成したことを
特徴とする。

そして、更に改良された態様としては、上記と
同様の斜板式圧縮機において、前記摺動子の前記
平面部が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かな凸曲面とされ
るとともに、該凸曲面の外周側に該凸曲面に対し
て傾斜した面取部が形成され、かつそれら凸曲面
と面取部との境界に凸曲面に滑らかに連なる丸味
部が形成される。

以下エアコン等の冷凍装置に適用可能な斜板式
圧縮機に応用した本発明の最適の実施例を図面に
基いて説明する。

第１図において１，２はシリンダブロツクであ
り、互に対称な形状のシリンダブロツク１，２が
二個合せられることによつて、圧縮機本体３を構
成している。各シリンダブロツク１，２には三個
ずつ（五個でも良い）のシリンダボア１ａ，２ａ
が回転軸５と平行に形成され、これらシリンダボ
ア１ａ，２ａに両頭のAl−Si系合金製ピストン
４が摺動可能に嵌合されている。圧縮機本体３の
中心孔３ａには回転軸５が挿通され、軸受６，７
によつて回転可能に支承されている。この回転軸
５の中央部には斜板８がスプリングピン９によつ
て固定されており、この斜板８が回転する時直径
が13.5mmの略半球状の鋼製の摺動子１０を介して
前記ピストン４がシリンダボア１ａ，２ａ内で往
復運動させられるようになつている。すなわち、
第２図に示されるように、摺動子１０は、球面部
１０ａと平面部１０ｂとを備え、該平面部１０ｂ
をその中央を頂点とし高さが最も望ましい範囲で
ある２〜5μｍである極めて曲率半径の大きい滑
らかな凸曲面１０ｃに形成されるとともに、該平
面部１０ｂの外周縁には該平面部１０ｂに対して
５〜15゜の傾斜角度を成す面取部１０ｄが形成さ
れている。該凸曲面１０ｃは肉眼によれば平面と
して見える程度なのでその存否が確認されない
が、測定機によると第３図に示される該凸曲面１
０ｃのプロフアイルの如くに拡大されて充分確認
され得、該凸曲面１０ｃの高さＨ１は隣接する面
取部１０ｄとの境界に形成された丸味部の円と該
凸曲面１０ｃとの接点１２ａからその頂点までの
高さとして測定される。このように形成された摺
動子１０は、球面部１０ａがピストン４に設けら
れた凹部１１に係合しかつ平面部１０ｂが斜板８
に摺接する状態で該斜板８の両側に夫々配設され
ている。１３，１４はスラストベアリングであ
る。尚、このように摺動子１０は鋼球を切断し該
切断面に前記凸曲面１０ｃ及び面取部１０ｄを形
成するように仕上加工されて製造されてもよい
し、予め半球状に鍛造加工して焼入れ後、その表
面にバフ研磨等の仕上加工を加えて製造されても
よい。また、凸曲面１０ｃは曲率半径の大きい球
面でよく、この場合加工が容易となる。

第１図にもどつてシリンダブロツク２の端面に
は、サクシヨンバルブシート１５及びバルブプレ
ート１６、ガスケツト１７を間に挾んでフロント
ハウジング２０が固定されている。バルブプレー
ト１６には三個ずつの吸入口１６ａ及び吐出口１
６ｂが形成されており、それぞれサクシヨンバル
ブシート１５、及び図示しないデイスチヤージバ
ルブリードと協同して三個の吸入弁１８及び吐出
弁１９を構成している。各吸入弁１８はフロント
ハウジング２０に形成された共通の吸入室２１か
ら冷媒ガスを吸入し得る位置に設けられており、
各吐出弁１９は共通の吐出室２２へ冷媒ガスを吐
出し得る位置に設けられている。

前記回転軸５はフロントハウジング２０の中央
部を貫通して外部に突出し、この突出端において
駆動源に接続される。回転軸５とフロントハウジ
ング２０とは軸封装置２３によつて気密を保たれ
ている。

一方シリンダブロツク１の端面にはサクシヨン
バルブシート３１、バルブプレート３２、ガスケ
ツト３３を間に挾んでリヤハウジング３４が固定
されており、各シリンダボア１ａは吸入弁３５を
介して吸入室３６に、また吐出弁３７を介して吐
出室３８に接続されている。

前記吸入室２１と同３６とは圧縮機本体３を軸
方向に貫通して形成された図示しない吸入通路に
よつて互に連通させられ、同じく図示しない共通
の吸入フランジによつて吸入管に接続されてい
る。また、吐出管２２と同３８とはそれぞれ、バ
ルブプレート１６，３２に形成された孔３９，４
０とシリンダブロツク２，１に形成された吐出通
路４１，４２とによつて共通の吐出フランジ４３
に接続されている。

以上のように構成された斜板式圧縮機におい
て、回転５が図示しないエンジン等の駆動軸によ
つて回転させられると、該回転軸５に固定された
斜板８が回転させられると同時に摺動子１０を介
してピストン４が往復動させられる。

このため、摺動子１０は、斜板８の面のピスト
ンに対する当り角度の変化に応じて揺動及び自転
させられるとともに、該摺動子１０の平面部１０
ｂと斜板８との間の摺接部分には斜板８の例えば
23ｍ／sec程度の速い周速と例えば80Kg／cm²程度
の高い面圧（ピストンの負荷）とに基づく激しい
摩擦が発生する。とくに、冷媒ガス中に混入させ
た油ミストによる潤滑方式が適用され、かつ低速
に回転軸５が駆動された場合には、前記摺接部分
へ供給される潤滑油量が少なくなるため摺動子１
０の焼付きが容易に発生し得る状態となる。

しかし、本発明の摺動子１０の平面部１０ｂが
前述の如くの凸曲面１０ｃに形成された上、その
外周縁に丸味が付けられているので、殆んど該摺
動子の焼付が発生しないのである。この効果は凸
曲面１０ｃと外周縁の丸味部との存在に基づくも
のであるから面取部１０ｄがなくても生じるが、
面取部１０ｄは斜板８表面に附着した油を摺接面
に引き込んで油膜の形成を促進する所謂ウエツジ
効果を大きく生じさせ一層焼付を防止する利点が
ある。

このように、平面部１０ｂの中央部を頂点とし
僅かな高さＨ１に形成された凸曲面１０ｃと外周
縁の丸味部とが上記焼付を防止するのは次の理由
によるものと推察される。すなわち、凸曲面１０
ｃと斜板８の表面との間に極めて角度の小さいし
かもその角度が滑らかに減少する楔状の隙間が形
成されるため、高速に摺動が行なわれると該斜板
８の表面に附着している潤滑油が引き込まれて両
者を直接接触させない油膜が形成される所謂ウエ
ツジ効果による流体潤滑が構成されることが考え
られる。また、摺動子１０の前記揺動に伴つて該
斜板８と凸曲面１０ｃとの当り部分が回転毎に変
化し、摺接する該当り部分の潤滑油の循環量が多
くなつて潤滑条件が一層各善されることが考えら
れる。

また、半球状の摺動子１０は平面部１０ｂの大
きさの割に高さが高いため、斜板８との間の摩擦
力に基づく回転モーメントの影響を強く受け、平
面部１０ｂのリーデイングエツジ、すなわち斜板
８の回転方向に対向する側の縁が特に強く斜板８
に押圧される傾向があるのであるが、本実施例の
摺動子１０においては平面部１０ｂに凸曲面１０
ｃが形成されているため、以下の理由でリーデイ
ングエツジの斜板への押圧が軽減されることも耐
焼付性向上の理由の一つと考えられる。摺動子１
０に上記のように回転モーメントが作用すれば、
凸曲面１０ｃの存在によつて摺動子１０に微小角
度の揺動が許容される（摺動子１０とピストン４
との接触面は球面であるため、勿論摺動子１０の
揺動を妨げることはない）。この摺動子１０の揺
動に伴つて、凸曲面１０ｃのリーデイングエツジ
に近い側の部分が斜板８に接近し、両者間の隙間
が減少するのであるが、この隙間は潤滑油が逃げ
ることを容易に許容しない程度に小さなものであ
るため、摺動子１０の僅かな揺動に伴つて凸曲面
１０ｃと斜板８との間に高い油膜圧力が発生し、
摺動子１０がそれ以上揺動することを阻止する役
割を果たす。摺動子１０の平面部１０ｂが完全な
平面であれば、摺動子１０が僅かな角度揺動した
だけでもリーデイングエツジが斜板８に高い面圧
で押し付けられて焼付が発生することとなるので
あるが、本摺動子１０は平面部１０ｂに凸曲面１
０ｃが形成されているために、そのような事態の
発生が回避され、起動トルクが減少し、発熱量が
低下して、摺動子１０と斜板８との焼付が防止さ
れるのである。

しかしながら、圧縮機の起動時、あるいはピス
トン４の上死点や下死点においてそれまで負荷が
かかつていなかつた側の摺動子１０に負荷がかか
る時のように、摺動子１０に作用する回転モーメ
ントが大きく、それに十分対抗し得る油膜圧力が
発生し難い時には、摺動子１０のリーデイングエ
ツジが斜板８に押圧されることを完全には回避し
得ない。この際、凸曲面１０ｃの外周縁に鋭利な
角部が形成されていればこの角部が斜板８に食い
込む感じとなつて、所謂かじりが生じ易い。それ
に対して、凸曲面１０ｃの外周縁にその凸曲面１
０ｃに滑らかに連なる状態で形成された丸味部は
上記の角部をなくすとともに、くさび効果による
油膜の形成を助け、かじりの発生を良好に防止す
るものと考えられる。特に圧縮機の起動時におい
ては殆ど無潤滑の状態で摺動子１０が斜板８上を
摺動することとなるため両者の摩擦力が大きく、
上記のかじりが発生し易い上に、車両用エアコン
の圧縮機においては起動停止が相当頻繁に繰り返
されるのが普通であるため、使用条件は極めて苛
酷である。したがつて、丸味部の形成は車両用エ
アコンの斜板式圧縮機の摺動子において特に顕著
な効果を生じさせるものと考えられる。

以上の推論が妥当か否かは今後の研究に待たれ
るが、その効果は次に述べる実験によつて明らか
にされる。

実験本発明に係る２種類の摺動子と、比較試料とし
ての２種類の摺動子とを使用して焼付荷重を測定
した。本発明に係る２種類の摺動子は面取部１０
ｄを備えたものと備えないものとであり、勿論、
双方とも凸曲面１０ｃとその外周縁の丸味部とは
備えているものである。また、比較試料である２
種類の摺動子の一方は、丸味部および面取部１０
ｄは備えているが凸曲面１０ｃを備えないもの
と、凸曲面１０ｃおよび面取部１０ｄは備えてい
るが丸味部を備えていないものとである。以上４
種類の摺動子のそれぞれについて、凸曲面１０ｃ
の高さＨ１または丸味部の高さＨ２を複数種類に
変えた試料を準備し、斜板８と同一材質の回転板
に該試料を押しつけてこの押圧力漸増させ、焼付
が発生した場合の押しつけ荷重（焼付荷重）を
夫々測定した結果を表わすグラフを第４図に示
す。尚、本実験は以下の条件下において為された
ものである。

回転板と摺動子との摩擦速度Ｖ：15ｍ／秒、押付荷重：20Kg／20分の漸増方式、潤滑条件：パツト給油方式（0.4c.c.／分）油種：冷凍機油１／軽油９摺動子：材質鋼（SUJ−２）球面部の直径 13.5mm 表面アラサ 0.3μｍ以下回転板：真直度 1μｍ〜1.5μｍ表面アラサ 0.7μｍ以下第４図中に示された実線（凸曲面および丸味部
が形成されたもの）によれば、凸曲面１０ｃの高
さＨ１が僅かでもあれば焼付荷重が250Kgを越え、
該高さＨ１が約5μｍのときに焼付荷重が最大
（500Kg以上）となり、その後暫減して高さＨ１が
15μｍを越えると焼付荷重が250Kgより小さくな
る。これは面取部１０ｄを備えた摺動子について
も、備えない摺動子についても同様である。一方
同図中の点線（凸曲面が形成されないもの）によ
れば、第５図に示されるような、平面部１０ｂに
凸曲面１０ｃが形成されず平坦である場合の摺動
子の焼付荷重は160Kgであり、面取部１０ｄと平
面部１０ｂとの間の境界に丸味部を設けた場合に
はその丸味部を含めた平面部１０ｂの高さＨ２が
3μｍのときに最大値（300Kg）となり、その後暫
減する。尚、該高さＨ２は丸味部の曲率半径を有
する円と面取部１０ｄとの接点１２ｂから平面部
１０ｂまでの高さとして測定される。また、第４
図において二点鎖線は凸曲面１０ｃと面取部１０
ｄとは有しているが、両者の境界に丸味部を有し
ない試料の焼付荷重を示すものであり、Ｈ１が約
10μｍのとき焼付荷重が最大となるが、その値は
約200Kgに過ぎない。

以上の説明から明らかなように、平面部１０ｂ
と面取部１０ｄとの境界に丸味部を有していて
も、凸曲面１０ｃを有していなければ焼付荷重は
300Kg程度に抑えられ、また凸曲面１０ｃと面取
部１０ｄとを有していても両者の境界に丸味部を
有していなければ、最大焼付荷重が200Kg程度に
抑えられるのであつて、凸曲面１０ｃと丸味部と
の両方を設けることが半球状摺動子の耐焼付性を
向上させる上で極めて有効なのである。

実験一方、凸曲面１０ｃの高さと摩耗量との関係を
調べるために行なわれた実験によると、凸曲面
１０ｃの高さＨ１の異なる摺動子試料を斜板８と
同じ材質の回転板に一定荷重で押付けると所定時
間後の夫々の試料の高さＨ１の減少量（摩耗量）
は第６図のグラフに示される如くとなる。尚、本
実験は以下の条件の下において為されたものであ
る。

回転板と摺動子との摩擦速度Ｖ：15ｍ／秒押付荷重：100Kg（ならし運転中25Kg）テスト時間：100時間（ならし時間30分後）潤滑条件及び油種：実験と同じ摺動子：材質鋼（SUJ−２）表面アラサ 0.3μｍ以下球面部の直径 13.5mm 回転板：実験と同じ第６図のグラフによれば凸曲面１０ｃの高さＨ
１が7μｍを越えるとその高さＨ１の減少量（摩
耗量）が急激に増大する。この摩耗量の増大は斜
板８及びピストンと摺動子１０との間にガタを発
生させ振動及び騒音、あるいは圧縮機の寿命短縮
の原因となるものである。

したがつて、以上の両実験、の結果によれ
ば、摺動子１０の摩耗量を増大させない範囲にお
いて焼付荷重を向上させるための望ましい凸曲面
の高さＨ１は、7μｍ以下であり、更に望ましく
は２−5μｍの高さである。

実験前記実験と同様に本発明に係る２種類の摺動
子ならびに比較試料としての２種類の摺動子をそ
れぞれ斜板式圧縮機に実際に組み込んで、性能実
験を行つた。圧縮機の回転数を複数種類に変化さ
せて１冷凍トン当たりの必要馬力の測定を行つた
のである。この１冷凍トン当たりの必要馬力は摺
動子１０と斜板８との摺動抵抗によつて左右され
るものであるため、これを測定することにより摺
動の良好さを調べることができるのである。

実験条件は、下記のようであり、吐出側ガス圧：15Kg／cm² 吸入側ガス圧：２Kg／cm² 潤滑油：冷凍機オイル80c.c. 斜板：A390製ガス量：800ｇ第７図における各曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞ
れ下記の試料についての結果を示している。

凸曲面丸味部面取部Ａあり（H1＝3μｍ）ありありＢあり（H1＝3μｍ）ありなしＣあり（H1＝3μｍ）なしありＤなしありあり（H2＝3μｍ）第７図から明らかなように、凸曲面１０ｃ、面
取部１０ｄおよび丸味部の全てを備えた本発明に
係る摺動子が最も優れており、凸曲面１０ｃおよ
び丸味部を備えるが面取部１０ｄを備えない本発
明に係る摺動子が次に優れている。この結果か
ら、凸曲面１０ｃと丸味部とを備えたシユーに更
に面取部１０ｄを設ければ、摺動抵抗を一層低減
させ得ることがわかる。これに対して、比較試料
の摺動子はいずれも本発明に係る摺動子より劣つ
ており、特に凸曲面１０ｃおよび面取部１０ｄは
備えているが丸味部を備えない摺動子の場合に必
要馬力が特に高くなつている。このことから、丸
味部が摺動抵抗の低減に大きく寄与することがわ
かる。

尚、前記摺動面を構成する斜板８及び凸曲面１
０ｃの表面粗度は、勿論、より小さい値に形成さ
れた方が望ましい。

以上詳記したように、本発明は、斜板式圧縮機
の半球状の摺動子１０の平面部１０ｂをその中央
を頂点とし高さＨ１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１０ｃとするとと
もに、その外周縁に凸曲面に滑らかに連なる丸味
部を形成したものであるため、斜板圧縮機の製作
コストを低減し、部品点数を少なくして小型軽量
化し得、しかも組立の作業性及び部品管理が容易
となる前記半球状の摺動子の利点を失うことな
く、該摺動子の焼付荷重が簡単な構成によつて著
しく改善され、とくに苛酷な潤滑条件下の運転に
おいても摺動子が焼付かない斜板式圧縮機を提供
し得る優れた効果を奏するのである。

また、凸曲面１０ｃおよびその外周縁の丸味部
に加えて面取部を形成すれば、摺動抵抗が低減し
て斜板式圧縮機の１冷凍トン当たりの必要馬力が
低減する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜板式圧縮機を示す
断面図である。第２図は第１図の実施例の摺動子
を示す正面図である。第３図は第２図の摺動子の
凸曲面の拡大プロフアイルを示す測定図である。
第４図は実験の測定結果を表わすグラフであ
る。第５図は実験に使用された凸曲面のない摺
動子の平面部の拡大プロフアイルを示す測定図で
ある。第６図は実験の測定結果を表わすグラフ
である。第７図は実験の測定結果を表わすグラ
フである。１ａ，２ａ：シリンダ（シリンダボア）、４：
ピストン、５：回転軸、８：斜板、１０：摺動
子、１０ａ：球面部、１０ｂ：平面部、１０ｃ：
凸曲面、１１：凹部。

Claims

【特許請求の範囲】１回転軸に一定角度傾斜して固着された斜板
と、前記回転軸に平行に設けられたシリンダ内に
嵌装されたピストンと、球面部及び平面部を備
え、該球面部において前記ピストンに設けられた
凹部と係合する一方、前記平面部において前記斜
板と摺接して、該斜板の駆動力を前記ピストンに
伝達する略半球状の摺動子とを含み、前記斜板の
回転に伴なつて前記ピストンが往復動させられる
斜板式圧縮機において、前記摺動子の前記平面部を、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
きい滑らかな凸曲面とするとともに、該凸曲面の
外周縁に該凸曲面に滑らかに連なる丸味部を形成
したことを特徴とする斜板式圧縮機。２回転軸に一定角度傾斜して固着された斜板
と、前記回転軸に平行に設けられたシリンダ内に
嵌装されたピストンと、球面部及び平面部を備
え、該球面部において前記ピストンに設けられた
凹部と係合する一方、前記平面部において前記斜
板と摺接して、該斜板の駆動力を前記ピストンに
伝達する略半球状の摺動子とを含み、前記斜板の
回転に伴なつて前記ピストンが往復動させられる
斜板式圧縮機において、前記摺動子の前記平面部を、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
きい滑らかな凸曲面とするとともに、該凸曲面の
外周側に該凸曲面に対して傾斜した面取部を形成
し、かつ該凸曲面と該面取部との境界に凸曲面に
滑らかに連なる丸味部を形成したことを特徴とす
る斜板式圧縮機。３前記凸曲面が球面である特許請求の範囲第１
項又は第２項に記載の斜板式圧縮機。４前記凸曲面の高さが7μｍ以下である特許請
求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の斜
板式圧縮機。５前記凸曲面の高さが２〜5μｍである特許請
求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の斜
板式圧縮機。