KR20090032935A - 사판식 압축기 - Google Patents

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마사히로 카와구치
마사키 오타
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히데하루 야마시타
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야스노리 마키노
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Abstract

(과제) 실린더보어에 편두(single headed) 피스톤이 끼워맞춰진 사판식 압축기에 있어서, 사판의 외경(外徑)을 크게 하는 일이 없이, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지(edge)부, 또는, 실린더보어와는 반대측의 슈의 평면부와의 마모를 억제할 수 있는 사판식 압축기의 제공에 있다.
(해결 수단) 구동축(17)에 사판(22)이 일체 회전 가능하게 연결되고, 사판(22)에는 실린더보어(12a)에 끼워맞춰진 피스톤(28)이 한 쌍의 슈(29a, 29b)를 통하여 걸어맞춤되고, 사판(22)은, 한 쌍의 사판면(22b, 22c)과 사판 외주면(22d)에 의해 형성되는 프런트측 및 리어측의 에지부(22e, 22f)를 갖고, 사판(22)의 회전 운동에 수반되어, 피스톤(28)이 왕복 운동되는 사판식 압축기(10)에 있어서, 사판(22)의 프런트측 에지부(22e)를, 리어측 에지부(22f)보다도 큰 곡률 반경의 곡면(R)으로 형성한다.
사판식 압축기, 사판, 실린더보어, 에지부, 슈

Description

사판식 압축기{SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}
본 발명은, 자동차용 공조 장치 등에 사용 가능한 사판식 압축기에 관한 것이다.
예를 들면, 특허 문헌 1에서 개시된 종래 기술에서는, 회전 구동되는 구동축에 결합된 사판과 왕복 운동 가능한 피스톤과의 사이에 슈를 개재시킨 사판식 압축기가 개시되어 있다. 이 사판식 압축기에 있어서는, 사판에 있어서의 슈와 슬라이딩 접촉하는 축 방향 단면(端面)에 지극히 큰 곡률 반경을 갖는 매끄러운 볼록 곡면이 형성되고, 이 볼록 곡면과 슈의 평면부와의 사이에 쐐기 형상의 틈이 형성되어 있다. 이 틈으로부터 윤활유가 사판과 슈와의 슬라이딩 접촉면에 공급됨으로써, 사판과 슈와의 사이의 슬라이딩성의 개선이 가능해져, 슬라이딩 시에 발생하는 마모를 저감할 수 있다고 되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본공개특허공보 2001-317453호
그러나, 특허 문헌 1에서 개시된 종래 기술에 있어서는, 압축기의 토출 용량을 변화시키기 위해, 사판의 구동축에 대한 경사 각도가 변경된다. 고용량 운전이 필요한 때에는, 사판의 경사 각도가 커져 피스톤의 왕복 운동의 스트로크가 커진다. 그것에 의해, 실린더보어의 반대측에 있는 프런트측의 슈의 왕복 관성력이 증가하지만, 이 슈에 작용하는 왕복 관성력은 사판의 하사점 위치와의 맞닿음 상태에 있어서 최대가 된다. 도10 은, 사판이 최대 경사각 위치에 있고, 그리고, 사판의 하사점 위치와 슈가 맞닿음 상태에 있을 때의 상황을 개략적으로 나타낸 것이다.
도10 에 나타나는 바와 같이, 프런트측의 슈(51a)에 왕복 관성력(F)이 화살표 방향(도10 에서 왼쪽 방향)으로 작용함으로써, 프런트측의 슈(51a)의 평면부(51c)와 사판(50)의 슬라이딩 접촉면(50a)과의 사이에 약간의 틈(h)이 형성된다. 그리고, 프런트측의 슈(51a)의 평면부(51c)와 사판(50)의 프런트측 하사점 위치 근방의 에지(edge)부(50b)가 에지 접촉 상태가 된다. 이 사판(50)의 에지부(50b)에는, 프런트측의 슈(51a)를 사판(50)으로 밀어붙이는 방향의 흡입 반력(反力)에 더하여, 사판(50)을 프런트측의 슈(51a)로 밀어붙이는 방향의 수직 항력(抗力)도 작용하여, 에지부(50b)에 걸리는 하중은 최대가 된다. 이때, 에지부(50b)와 맞닿는 프런트측의 슈(51a)의 평면부(51c)에 걸리는 면압(面壓)이 가장 커진다. 이것에 의해, 프런트측의 슈(51a)의 평면부(51c), 또는, 프런트측의 에지부(50b)가 마모되어, 마모분(粉)이 발생하는 문제가 있다. 마모분이 발생하면 냉매 가스 중에 마모 분이 섞여, 압축기의 성능이 저하할 우려가 있다. 특허 문헌 1에는, 사판의 축방향면은, 지극히 큰 곡률 반경을 갖는 매끄러운 볼록 곡면을 갖는 것이 기재되어 있지만, 사판의 하사점 근방에 있어서의 볼록 곡면과 사판 외주(外周)와의 사이의 에지부에 대해서는 기재되어 있지 않다.
또한, 도10 에 있어서, 프런트측의 슈(51a)의 평면부(51c)와 사판(50)의 슬라이딩 접촉면(50a)과의 사이에 형성되는 약간의 틈(h)은 과장하여 표현한 것이다.
이 문제를 해결하기 위해, 예를 들면, 사판의 외경(外徑)을 크게 하여, 사판의 프런트측 하사점 위치 근방의 에지부가 슈에 닿지 않도록 하는 방안이 고려된다. 그러나, 사판의 외경을 크게 하면, 사판의 최소 경사각 위치에 있어서의 피스톤부와의 간섭을 고려한 설계가 필요하게 되어, 압축기의 대형화를 초래해 버리는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 실린더보어에 피스톤이 끼워맞춰진 사판식 압축기에 있어서, 사판의 외경을 크게 하는 일이 없이, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지부, 또는, 실린더보어와는 반대측의 슈의 평면부와의 마모를 억제할 수 있는 사판식 압축기의 제공에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은, 복수의 실린더보어를 갖는 실린더블록과, 당해 실린더블록의 중심부에 축 지지된 구동축과, 상기 구동축에 일체 회전 가능하게 연결된 사판과, 상기 실린더보어에 끼워맞춰진 피스톤을 갖는다. 상기 피스톤은, 한 쌍의 슈를 통하여 상기 사판이 걸어맞춤되어 상기 사판의 회전 운동에 수반하여, 상기 피스톤이 왕복 운동되는 사판식 압축기이다. 상기 사판은, 상기 슈와 슬라이딩 접촉하는 한 쌍의 사판면과, 상기 사판면 및 사판 외주면에 의해 형성되는 실린더보어측 및 실린더보어와는 반대측의 에지부를 갖는다. 상기 사판의 하사점 위치 근방의 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부를 상기 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경의 곡면으로 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부가, 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경의 곡면으로 형성되어 있다.
따라서, 사판식 압축기가 고속고용량 운전되었을 때에, 실린더보어와는 반대측의 슈의 왕복 관성력이 증가하고, 이 실린더보어와는 반대측의 슈에 작용하는 왕복 관성력은, 사판의 하사점 위치에 있어서의 에지부와의 맞닿음 상태에 있어서 최대가 된다. 이때, 실린더보어와는 반대측의 슈와 사판의 실린더보어와는 반대측의 사판면과의 슬라이딩 접촉면 사이에는 약간의 틈이 형성됨으로써, 실린더보어와는 반대측의 슈와 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부가 에지 접촉 상태가 된다. 그러나, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부가, 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경의 곡면으로 형성되어 있기 때문에, 보다 큰 곡률 반경의 곡면과 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면이 맞닿게 된다. 여기서, 트라이볼러지(tribology) 이론의 헤르츠 응력으로 생각하면, 평면과 원통면이 접촉한 경우, 원통면의 곡률 반경이 큰 쪽이 접촉 면압이 낮아지게 됨으로써, 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면에 걸리는 면압이 저감될 수 있어, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부, 또는, 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면의 마모를 억제할 수 있다.
또한, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부만 실린더보어측의 에지부와 비교하여 곡률 반경이 큰 곡면으로 하면 좋기 때문에, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지부의 전체 둘레에 걸쳐 큰 곡면을 형성하는 경우와 비교하여 가공 공수를 삭감 가능하다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판의 실린더보어와는 반대측의 사판면 및 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 피막층을 형성함과 함께, 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 형성되는 피막층은, 상기 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성된 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 사판식 압축기가 고속고용량 운전 시에, 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면과 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부가 에지 접촉 상태가 되어 에지부에 큰 하중이 걸려도, 에지부는 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성되고, 그 위에 피막층이 형성되어 있기 때문에, 슈의 슬라이딩 접촉면과 사판의 에지부가 직접 접촉하는 경우와 비교하여, 슈의 슬라이딩 접촉면의 마모를 더욱 적게 할 수 있다. 덧붙여, 실린더보어와는 반대측의 에지부에 형성되는 피막층은, 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성되어 있기 때문에, 실린더보어와는 반대측의 에지 부의 피막층이 마모되어 사판의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구(耐久) 시간을 연장하는 것이 가능해진다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 사판식 압축기에 있어서, 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 형성되는 곡면의 곡률 반경을, 상기 실린더보어측의 에지부에 형성되는 곡률 반경보다도 크고, 그리고, 상기 사판의 판두께의 절반 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부에 의한 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면에 걸리는 면압을 저감할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 복수의 실린더보어를 갖는 실린더블록과, 상기 실린더블록의 중심부에 축 지지된 구동축과, 상기 구동축에 일체 회전 가능하게 연결된 사판과, 상기 실린더보어에 끼워맞춰진 피스톤을 갖고, 상기 피스톤은, 한 쌍의 슈를 통하여 상기 사판이 걸어맞춤되어 상기 사판의 상사점 위치와 하사점 위치의 사이의 회전 운동에 수반하여, 상기 피스톤이 왕복 운동되는 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판은, 상기 슈와 슬라이딩 접촉하는 한 쌍의 사판면과, 상기 한 쌍의 사판면 및 사판 외주면에 의해 형성되는 실린더보어측 및 실린더보어와는 반대측의 에지부를 갖고, 상기 사판의 하사점 위치 근방의 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부를 직선 형상의 모따기면으로 형성하고, 상기 모따기면에 피막층을 형성하고, 당해 피막층의 두께를 상기 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성한 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 사판식 압축기가 고속고용량 운전 시에, 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면과 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부가 에지 접촉 상태가 되어 에지부에 큰 하중이 걸려도, 에지부는 직선 형상의 모따기면으로 형성되고, 그 위에 피막층이 형성되어 있기 때문에, 슈의 슬라이딩 접촉면과 사판의 에지부가 직접 접촉하는 경우와 비교하여, 슈의 슬라이딩 접촉면의 마모를 적게 할 수 있다. 덧붙여, 이 모따기면에 형성되는 피막층은, 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성되어 있기 때문에, 모따기면의 피막층이 마모되어 사판의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구 시간을 연장하는 것이 가능해진다.
또한, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부만 직선 형상의 모따기면을 형성하고, 이 모따기면에 피막층을 두껍게 형성하면 되기 때문에, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지부의 전체 둘레에 걸쳐 모따기면과 피막층을 형성하는 경우와 비교하여 가공 공수 및 재료 비용을 삭감 가능하다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판식 압축기가 상기 구동축에 대한 상기 사판의 경사 각도를 변경함으로써 토출 용량을 변경 가능한 가변용량형인 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 사판식 압축기가 구동축에 대한 사판의 경사 각도를 변경함으로써 토출 용량을 변경 가능한 가변용량형이다.
고정용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 경사 각도가 변하지 않기 때문에, 사판의 외경을 크게 하여 사판의 에지부가 슈에 맞닿지 않도록 할 수 있다. 그러나, 가변용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 최소 경사각에서의 사판과 피스톤과의 간섭을 고려할 필요가 있어, 고용량 운전 시에 사판의 에지부가 슈와 맞닿지 않도록 하는 것이 곤란하며, 하사점 마모가 발생하기 쉽다.
그러나, 청구항 1 내지 4의 각 구성이 취해짐으로써, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지부가, 실린더보어와는 반대측의 슈의 슬라이딩 접촉면과 맞닿음으로써 슈의 마모를 억제할 수 있다. 이 슈의 마모에 대하여 고정용량형과 비교하여 가변용량형에 있어서 보다 현저한 효과를 얻는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 실린더보어에 끼워맞춰진 피스톤을 갖는 사판식 압축기에 있어서, 사판의 외경을 크게 하는 일이 없이, 사판의 실린더보어와는 반대측의 에지부, 또는 실린더보어와는 반대측의 슈의 평면부와의 마모를 억제할 수 있다.
(제1 실시 형태)
이하, 제1 실시 형태에 따른 편두(single headed) 피스톤을 갖는 가변용량형 압축기(이하, 단순히 「압축기」라고 칭함)를 도1∼도5 에 기초하여 설명한다.
도1 에 나타내는 압축기(10)에는, 압축기(10)의 외틀인 하우징(11)이 형성되어 있지만, 이 하우징(11)에는, 복수의 실린더보어(12a)가 형성된 실린더블록(12)과, 그 실린더블록(12)의 전부(前部)측에 접합되는 프런트 하우징(13)과, 실린더블록(12)의 후부(後部)측에 접합되는 리어 하우징(14)으로 구성되어 있다. 또한, 도1 에 있어서, 왼쪽 방향을 전측(프런트측), 오른쪽 방향을 후측(리어측)으로 한다.
그리고, 프런트 하우징(13)에서 리어 하우징(14)까지 통과하는 통과 볼트(15)의 전후 방향의 조임에 의해, 프런트 하우징(13), 실린더블록(12) 및 리어 하우징(14)이 일체적으로 고정되어, 하우징(11)이 형성된다.
프런트 하우징(13)에는, 크랭크실(16)이 후부측을 실린더블록(12)에 의해 폐쇄한 상태로 형성되어 있다.
크랭크실(16)을 관통하는 구동축(17)은, 레이디얼 베어링(18, 19)을 통하여 실린더블록(12) 및 프런트 하우징(13)에 회전이 자유롭게 축 지지되어 있다.
이 구동축(17)의 전부(前部)를 지지하는 레이디얼 베어링(18)의 전방에, 구동축(17)의 주면(周面)에 걸쳐서 슬라이딩 접촉하는 축시일(seal) 기구(20)가 구비되어 있다. 또한, 이 실시 형태에 있어서의 구동축(17)의 전단(前端)은, 도시하지 않는 동력 전달 기구를 통하여 외부 구동원에 연결되어 있다.
크랭크실(16)에 있어서의 구동축(17)에는, 러그 플레이트(lug plate; 21)가 일체 회전 가능하게 부착되어 있다.
러그 플레이트(21)의 후방에 있어서의 구동축(17)에는, 용량 변경 기구를 구성하는 사판(22)이 구동축(17)의 축선 방향으로 슬라이딩 가능 및 경사운동 가능하게 지지되어 있다.
사판(22)과 러그 플레이트(21)와의 사이에는 힌지 기구(23)가 개재되어, 이 힌지 기구(23)를 통하여 사판(22)이 러그 플레이트(21) 및 구동축(17)에 대하여, 동기(同期) 회전 가능 및 경사운동 가능하게 연결되어 있다.
구동축(17)에 있어서의 러그 플레이트(21)와 사판(22)과의 사이에는 코일 스 프링(24)이 장착되어 있는 것 외에, 코일 스프링(24)의 누름에 의해 후방으로 탄성 지지되는 슬라이딩이 자유로운 통 형상체(25)가 구동축(17)에 끼워넣어져 있다.
사판(22)은, 코일 스프링(24)의 탄성 지지력을 받은 통 형상체(25)에 의해 항상 후방, 즉, 사판(22)의 경사 각도가 감소하는 방향을 향하여 눌려진다. 또한, 사판(22)의 경사 각도란, 여기서는 구동축(17)과 직교하는 면과 사판(22)의 면에 의해 이루어지는 각도를 의미하고 있다.
사판(22)의 전부(前部)에는 스토퍼(stopper)부(22a)가 돌출 형성되어 있으며, 이 스토퍼부(22a)가 러그 플레이트(21)에 맞닿음으로써, 사판(22)의 최대 경사각 위치가 규제되도록 되어 있다. 사판(22)의 후방에 있어서의 구동축(17)에는 고정 고리(26)가 부착되고, 이 고정 고리(26)의 전방에 있어서 코일 스프링(27)이 구동축(17)에 감겨져 있다. 이 코일 스프링(27)의 전부(前部)에 사판(22)이 맞닿음으로써 사판(22)의 최소 경사각 위치가 규제되도록 되어 있다. 도1 에 있어서, 실선으로 나타내는 사판(22)은 최대 경사각 위치에 있으며, 가상선으로 나타내는 사판(22)은 최소 경사각 위치에 있다.
실린더블록(12)의 각 실린더보어(12a)(본 실시예에서는 5개)에는, 편두식의 피스톤(28)이 각각 왕복 이동 가능하게 끼워맞춰지고, 이들 피스톤(28)의 머리부(28a)에는 오목부(28b)가 형성되어 있다. 오목부(28b)에는 반구 형상의 한 쌍의 슈(29a, 29b)가 수용되고, 슈(29a, 29b)의 사이에 사판(22)의 외주부가 걸어맞춤되어 있다. 슈(29a, 29b)는 구면부 및 평면부를 구비하고, 구면부에 있어서 피스톤(28)의 오목부(28b)와 걸어맞춤하고, 평면부에 있어서 사판(22)의 사판면과 슬라 이딩 접촉한다.
그리고, 구동축(17)의 회전에 수반하여 사판(22)이 구동축(17)과 동기 회전하면서, 구동축(17)의 축선 방향으로 요동 운동될 때, 슈(29a, 29b)를 통하여 각 피스톤(28)이 전후 방향으로 왕복 운동된다.
한편, 도1 에 나타낸 바와 같이, 리어 하우징(14)의 전부측과 실린더블록(12)의 후부측은, 밸브 플레이트(31)를 개재시켜 접합되어 있다.
리어 하우징(14) 내의 중심측에는 흡입실(32)이 형성되어 있으며, 리어 하우징(14) 내의 외주측에는 토출실(33)이 형성되어 있다. 흡입실(32) 및 토출실(33)은, 밸브 플레이트(31)에 형성되어 있는 흡입 포트(31a) 및 토출 포트(31b)에 의해 실린더보어(12a) 내의 압축실(30)과 각각 연통되어 있다.
그런데, 각 피스톤(28)이 상사점으로부터 하사점으로 이동할 때에, 흡입실(32) 내의 냉매 가스는 흡입 포트(31a)를 통하여 실린더보어(12a) 내의 압축실(30)로 흡입된다. 압축실(30) 내로 흡입된 냉매 가스는, 피스톤(28)의 하사점으로부터 상사점으로의 이동에 의해 소정의 압력으로까지 압축되어, 토출 포트(31b)를 통하여 토출실(33)로 토출된다.
또한, 이 압축기(10)에서는, 사판(22)의 경사 각도를 변경시켜 피스톤(28)의 스트로크, 즉, 압축기(10)의 토출 용량을 조정하기 위해, 리어 하우징(14)에 용량 제어 밸브(34)가 설치되어 있다.
그리고, 이 용량 제어 밸브(34)는, 토출실(33)과 크랭크실(16)을 연통하는 급기(給氣) 통로(도시하지 않음)의 도중에 배치되어 있다.
이 용량 제어 밸브(34)의 밸브 개도(開度)의 조정을 통하여 토출실(33)로부터 크랭크실(16)로 도입되는 고압의 냉매 가스의 도입량과, 크랭크실(16)과 흡입실(32)을 연통시키는 추기(抽氣) 통로(도시하지 않음)를 통하여 크랭크실(16)로부터 흡입실(32)로 도출(導出)시키는 냉매 가스의 도출량과의 밸런스에 의해, 크랭크실(16) 내의 압력이 결정된다.
이에 따라, 피스톤(28)을 사이에 둔 크랭크실(16) 내와 압축실(30) 내의 압력의 차이가 변경되어, 사판(22)의 경사 각도가 변경된다.
도2 는, 사판(22)이 최대 경사각 위치에서 회전 구동되어 하사점 위치에 있을 때에, 사판(22)과 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 확대하여 나타내고 있다. 또한, 사판(22)의 상사점 위치 및 하사점 위치는, 상사점 및 하사점에 있는 피스톤(28)의 슈(29a, 29b)와 슬라이딩 접촉하는 사판(22)의 각각의 위치를 나타내고 있다.
사판(22)에 대하여 실린더보어(12a)와는 반대측인 프런트측에 배치된 프런트측 슈(29a)는, 그 구면부(29e)를 피스톤(28)의 오목부(28b)의 전부(前部)와 걸어맞춤시켜, 그 평면부(29c)를 사판(22)의 실린더보어(12a)와는 반대측인 프런트측의 사판면(22b)과 슬라이딩 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 사판(22)에 대하여 실린더보어(12a)측인 리어측에 배치된 리어측 슈(29b)는, 그 구면부(29f)를 피스톤(28)의 오목부(28b)의 후부와 걸어맞춤시키고, 그 평면부(29d)를 사판(22)의 실린더보어(12a)측인 리어측의 사판면(22c)과 슬라이딩 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 슈(29a, 29b)의 재료로서는 알루미늄계 재료가 이용되고 있다.
사판(22)의 한 쌍의 사판면(22b, 22c)과 사판 외주면(22d)에 의해 실린더보어(12a)측 및 실린더보어(12a)와는 반대측에 상당하는 리어측 에지부(22f) 및 프런트측 에지부(22e)가 형성되어 있다. 그리고, 사판(22)의 하사점 위치 근방에 있는 프런트측 에지부(22e)는, 리어측 에지부(22f)보다도 큰 곡률 반경의 곡면(R)으로 형성되어 있다.
도2 에서 나타내는 바와 같이, 사판(22)의 경사 각도가 최대 경사각 위치에 있기 때문에, 피스톤(28)의 왕복 운동에 의한 스트로크는 최대가 되며, 프런트측 슈(29a)에 작용하는 왕복 관성력(F1)은 최대가 된다. 이 왕복 관성력(F1)이 화살표 방향(도2 에서 왼쪽 방향)으로 작용함으로써, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(22)의 슬라이딩 접촉면인 사판면(22b)과의 사이에 약간의 틈(g)이 형성된다. 이것에 의해, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(22)의 프런트측 에지부(22e)가 에지 접촉 상태가 된다. 또한, 도2 에 있어서, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(22)의 슬라이딩 접촉면인 사판면(22b)과의 사이에 형성되는 약간의 틈(g)은 과장하여 표현한 것이다.
도3 에 나타낸 바와 같이, 사판(22)의 하사점 위치(Q)는 상사점 위치(P)와 축심(O)을 지나는 수평인 중심선(m)에 대하여 대칭의 위치에 있다. 이 하사점 위치(Q)의 근방의 프런트측 에지부(22e)에는 곡면(R)이 형성되어 있다. 도3 에는 곡면(R)의 형성 영역을 화살표로 나타내고 있다. 프런트측 에지부(22e)의 하사점 위치(Q)의 근방 이외의 부위 및 리어측 에지부(22f)의 전체 둘레에 걸쳐, 이 곡면(R)보다 작은 곡률 반경을 갖는 모따기부가 형성되어 있다. 또한, 도3 에서는 사 판(22)의 상사점 위치(P)에는 상부의 피스톤(28)이 계류되어 있지만, 사판(22)의 하사점 위치(Q)에는 계류되어 있지 않다. 사판(22)의 상사점 위치(P)와 하사점 위치(Q)의 사이의 회전 운동에 동반하여, 각 실린더보어(12a)에 끼워맞춰져 있는 피스톤(28)은 순차적으로, 상사점과 하사점의 사이의 왕복 운동을 행한다.
도4 에 나타나는 바와 같이, 이 실시 형태에 있어서는 사판(22)의 기재로서는 철계(鐵系) 재료가 이용되고, 그 기재 표면측이 담금질 처리된 것이 사용되고 있다.
프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 슬라이딩 접촉하는 프런트측 사판면(22b)과 사판 외주면(22d)으로 형성되는 프런트측 에지부(22e)는, 사판(22)의 판두께(t)로 하면 1/2t의 곡률 반경을 갖는 곡면(R)으로 되어 있다.
한편, 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)와 슬라이딩 접촉하는 리어측 사판면(22c)과 사판 외주면(22d)으로 형성되는 리어측 에지부(22f)는, 곡면(R)의 곡률 반경보다 작고 통상의 모따기가 시행된 곡면(S)으로 되어 있다. 또한, 프런트측 에지부(22e)의 하사점 위치(Q)의 근방 이외의 부위는, 리어측 에지부(22f)와 동등한 모따기가 시행된 곡면(S)으로 되어 있다.
이 담금질 처리된 기재 표면에는, 슈(29a, 29b)의 평면부(29c, 29d)와의 슬라이딩성을 개선하기 위해 피막층(35a, 35b)이 형성되어 있다. 피막층(35a, 35b)은, 이황화 몰리브덴(약칭하여 MoS2)을 바인더 수지로 분산시킨 것을 도포함으로써 형성되어 있다.
또한, 도4 에 나타나는 바와 같이, 피막층(35a)의 막두께는 곡면(R)의 부분에서 두꺼운 막이 되도록 피막 형성되어 있다. 피막층(35a)의 막두께는, 평평한 프런트측 사판면(22b)에 있어서는 소정의 균일한 막두께가 되도록 형성되고, 곡면(R)의 프런트측 에지부(22e)에 있어서는 사판(22)의 외주측일수록 두꺼운 막이 되어, 피막층(35a)의 표면이 평면이 되도록 조정되어 있다. 즉, 프런트측 에지부(22e)에 형성되는 피막층(35a)은, 프런트측 사판면(22b)에 형성되는 피막층(35a)보다도 두껍게 형성되어 있다.
한편, 리어측 사판면(22c)에도 동일 재료로 피막층(35b)이 형성되어 있지만, 리어측 에지부(22f)의 곡면(S)에서는 약간 두꺼운 막이 되도록 조정되어, 피막층(35b)의 표면이 평면이 되도록 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 프런트측 에지부(22e)에 있어서의 곡면(R) 이외의 부위에 대해서는, 리어측 에지부(22f)와 동일하게 피막층(35a)이 형성되어 있다.
다음으로, 이 실시 형태에 따른 압축기(10)의 작용 설명을 행한다.
구동축(17)의 회전에 동반하여, 사판(22)은 요동 회전 운동을 행하고, 사판(22)과 연결된 피스톤(28)은, 전후 방향으로 왕복 운동을 행하고, 냉매 가스의 흡입, 압축, 토출을 행한다.
사판(22)의 경사 각도는, 용량 제어 밸브(34)에 의해 피스톤(28)을 사이에 둔 크랭크실(16) 내와 압축실(30) 내의 압력의 차이가 변경됨으로써 제어되고 있다.
여기서, 사판(22)이 최대 경사 각도, 즉 최대 토출 용량으로 회전 운동을 행 하고 있는 경우를 생각한다.
도5(a) 는, 사판(22)의 하사점 위치(Q)와 피스톤(28)에 걸어맞춤되어 있는 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 하사점에 있어, 냉매 가스의 흡입이 종료되고, 냉매 가스의 압축을 행하기 직전의 단계에 있다. 여기서, 프런트측 슈(29a)에 작용하는 왕복 관성력을 F1이라고 하고, 프런트측 슈(29a)가 피스톤(28)의 구면 오목부로부터 받는 힘을 F2라고 하고, 사판(22)으로부터 프런트측 슈(29a)에 작용하는 수직 항력을 F3이라고 하면, 도5(a) 에 화살표로 나타나는 방향으로 각 힘(F1, F2, F3)이 작용하고 있다. 그런데, 사판(22)이 최대 경사 각도일 때, 피스톤(28)의 왕복 운동의 스트로크는 가장 커지며, 특히 프런트측 슈(29a)에 작용하는 왕복 관성력(F1)은 최대가 된다.
한편, 프런트측 슈(29a)가 피스톤(28)으로부터 받는 힘(F2)은, 왕복 관성력(F1)과 반대 방향의 리어측을 향하여 작용하는 흡입 반력에 상당하는 힘이지만, 이 힘(F2)은 왕복 관성력(F1)에 비교하여 작다. 따라서, 프런트측 슈(29a)에 작용하는 힘으로서는, 왕복 관성력(F1) 쪽이 우세하게 되어, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 프런트측 사판면(22b)과의 슬라이딩 접촉면 사이에는 약간의 틈(g)이 형성된다. 이것에 의해, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(22)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(22e)가 에지 접촉 상태가 된다.
이 사판(22)의 프런트측 에지부(22e)에는, 프런트측 슈(29a)가 피스톤(28)으로부터 받는 힘(F2)(프런트측 슈(29a)를 사판(22)으로 밀어붙이는 힘)에 더하여, 사판(22)으로부터 프런트측 슈(29a)에 작용하는 수직 항력(F3)(사판(22)을 프런트 측 슈(29a)로 밀어붙이는 힘)도 작용하여, 프런트측 에지부(22e)에 걸리는 하중은 최대가 된다.
그러나, 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(22e)는, 리어측 에지부(22f)보다도 큰 1/2t의 곡률 반경을 갖는 곡면(R)으로 되어, 그 위에 MoS2를 함유하는 피막층(35a)이 곡면(R)의 프런트측 에지부(22e)에 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)는, 피막층(35a)으로 형성된 프런트측 에지부(22e)와 맞닿게 된다. 피막층(35a)은 MoS2를 함유하는 수지 코팅층이기 때문에, 알루미늄계 재료로 형성된 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 반복하여 맞닿으면, 평면부(29c)의 마모는 억제되지만, 피막층(35a)은 조금씩 깎이기 시작한다. 그러나, 피막층(35a)은 곡면(R)의 프런트측 에지부(22e)에 두껍게 형성되어 있기 때문에, 피막층(35a)이 마모되어 사판(22)의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구 시간을 연장하는 것이 가능해진다.
또한, 피막층(35a)이 마모되어 사판(22)의 기재 표면이 노출해도, 프런트측 에지부(22e)의 기재 표면은 곡률 반경(1/2t)을 갖는 곡면(R)으로 되어 있기 때문에, 이 곡면(R)과 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)가 직접 맞닿게 된다. 여기서, 트라이볼러지 이론의 헤르츠 응력으로 생각하면, 평면과 원통면이 접촉했을 때에는 원통면의 곡률 반경이 큰 쪽이 접촉 면압이 낮아지게 됨으로써, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)에 걸리는 면압을 저감할 수 있다. 이 때문에, 사판(22)의 프런트측 에지부(22e)에 의한 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)의 마모를 경감화하는 것이 가능해져, 내구성의 향상을 더욱 도모할 수 있다.
다음으로, 도5(b) 는, 사판(22)의 상사점 위치(P)와 하사점 위치(Q)의 중간 위치와, 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 상사점과 하사점의 중간 위치에 있어, 냉매 가스의 압축이 행해지고 있는 도중 단계이거나 또는, 냉매 가스의 흡입이 행해지고 있는 도중 단계에 있다. 이 경우에는, 사판(22)의 사판면(22b, 22c)과 슈(29a, 29b)의 평면부(29c, 29d)와는 면접촉 상태로 슬라이딩 접촉되어 있다.
도5(c) 는, 사판(22)의 상사점 위치(P)와 피스톤(28)에 걸어맞춤되어 있는 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 상사점에 있어, 압축된 냉매 가스의 토출이 종료되고, 새로이 냉매 가스의 흡입을 행하기 직전의 단계에 있다. 여기서, 리어측 슈(29b)에 작용하는 왕복 관성력을 F1이라고 하고, 리어측 슈(29b)가 피스톤(28)의 구면 오목부로부터 받는 힘을 F2라고 하고, 사판(22)으로부터 리어측 슈(29b)에 작용하는 수직 항력을 F3이라고 하면, 도5(c) 에 나타나는 화살표 방향으로 각 힘(F1, F2, F3)이 작용하고 있다. 그런데, 사판(22)이 최대 경사 각도에 있기 때문에, 피스톤(28)의 왕복 운동의 스트로크는 이때 가장 커지며, 리어측 슈(29b)에 작용하는 왕복 관성력(F1)은 최대가 된다.
한편, 리어측 슈(29b)가 피스톤(28)으로부터 받는 힘(F2)은, 왕복 관성력(F1)과 반대 방향의 프런트측을 향하여 작용하는 압축 반력에 상당하는 힘이지만, 이 힘(F2)은 왕복 관성력(F1)에 비교하여 크다. 따라서, 리어측 슈(29b)에 작용하는 힘으로서는, 피스톤(28)으로부터 받는 힘(F2) 쪽이 우세하게 되어, 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)는 리어측 사판면(22c)에 밀어붙여져 면접촉 상태로 슬라이딩 접촉하고 있다. 따라서, 리어측 에지부(22f)와 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)가 에지 접촉 상태가 되기 어렵다.
이 실시 형태에 따른 압축기(10)에 의하면 이하의 효과를 가져온다.
(1) 사판(22)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(22e)가 리어측 에지부(22f)보다도 큰 곡률 반경의 곡면(R)으로 형성되어 있기 때문에, 이 곡면(R)과 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)가 직접 맞닿게 된다. 여기서, 트라이볼러지 이론의 헤르츠 응력으로 생각하면, 평면과 원통면이 접촉했을 때에는 원통면의 곡률 반경이 큰 쪽이 접촉 면압이 낮아지게 됨으로써, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)에 걸리는 면압을 저감할 수 있다. 이 때문에, 사판(22)의 프런트측 에지부(22e)에 의한 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)의 마모를 억제할 수 있다.
(2) 사판(22)의 사판면(22b) 및 프런트측 에지부(22e)에 피막층(35a)이 형성됨과 함께, 프런트측 에지부(22e)에 형성되는 피막층(35a)은, 사판면(22b)에 형성되는 피막층(35a)보다도 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 피막층(35a)이 마모되어 프런트측 에지부(22e)의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구 시간을 연장할 수 있다.
(3) 사판(22)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(22e)는, 리어측 에지부(22f)보다도 큰 곡률 반경(1/2t)을 갖는 곡면(R)으로 되어 있기 때문에, 프런트측 에지부(22e)의 전체 둘레에 걸쳐 곡률 반경(1/2t)의 곡면(R)을 형성하는 경우와 비교하여 가공 공수를 삭감 가능하다. 또한, 미소한 곡률 반경으로 곡면(R)을 형성하는 경우와 비교하여 제조 가공면에서 용이하여, 가공 실수(miss)를 경감 가능하다.
(4) 압축기(10)로서 구동축(17)에 대한 사판(22)의 경사 각도를 변경함으로써 토출 용량을 변경 가능한 가변용량형을 사용하고 있다. 고정용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 경사 각도가 변하지 않기 때문에, 사판의 외경을 크게 하여 사판의 에지부가 슈에 맞닿지 않도록 할 수 있다. 그러나, 가변용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 최소 경사각에서의 사판과 피스톤과의 간섭을 고려할 필요가 있으며, 고용량 운전 시에 사판의 에지부가 슈와 맞닿지 않도록 하는 것이 곤란하여, 하사점 마모가 발생하기 쉽다. 그러나, 가장 큰 하중이 걸리는 사판(22)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(22e)가, 곡률 반경(1/2t)을 갖는 곡면(R)으로 되어, 그 위에 MoS2를 함유하는 피막층(35a)이 형성되어 있기 때문에, 고정용량형과 비교하여 가변용량형에 있어서 슈의 마모에 관해 보다 현저한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 제2 실시 형태에 따른 사판식 압축기를 도6 에 기초하여 설명한다.
이 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서의 사판(22)의 기재 표면의 담금질 처리를 변경한 것이며, 그 외의 구성은 공통이다.
따라서, 여기서는 설명의 편의상, 앞의 설명에서 이용한 부호를 일부 공통으 로 이용하고, 공통되는 구성에 대해서는 그 설명을 생략하고, 변경한 부분만 설명을 행한다.
도6 에 나타낸 바와 같이, 이 실시 형태에 있어서는 사판(22)의 기재로서는 철계 재료가 이용되고, 그 프런트측의 기재 표면측은 처리가 행해져 있지 않는 기재 그대로이며, 리어측의 기재 표면측은 용사(溶射) 처리를 행한 것을 사용하고 있다. 일반적으로 프런트측의 사판면(40b)에는 흡입 반력에 기초하는 하중이 주로 작용하고, 리어측의 사판면(40c)에는 압축 반력에 기초하는 하중이 주로 작용하지만, 이 압축 반력은 흡입 반력에 비교하여 상당히 크다. 이 때문에 작은 하중이 걸리는 기재 표면측은 기재 그대로 하고, 큰 하중이 걸리는 기재 표면측은 슬라이딩성을 개선하기 위한 용사 처리된 것을 이용하고 있다.
프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 슬라이딩 접촉하는 프런트측 사판면(40b)과 사판 외주면(40d)으로 프런트측 에지부(40e)가 형성되고, 하사점 위치(Q)의 근방의 프런트측 에지부(40e)는, 사판(40)의 판두께(t)라고 하면 1/2t의 곡률 반경을 갖는 곡면(R)으로 되어 있다.
한편, 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)와 슬라이딩 접촉하는 리어측 사판면(40c)과 사판 외주면(40d)으로 형성되는 리어측 에지부(40f)는, 곡면(R)의 곡률 반경보다 작고 통상의 모따기가 시행된 곡면(S)으로 되어 있다.
또한, 프런트측 에지부(40e)의 하사점 위치(Q)의 근방 이외의 부위는, 리어측 에지부(40f)와 동등한 모따기가 시행된 곡면(S)으로 되어 있다.
이 사판면(40b, 40c)에는, 슈(29a, 29b)의 평면부(29c, 29d)와의 슬라이딩성 을 개선하기 위해 피막층(41a, 41b)이 형성되어 있다. 피막층(41a, 41b)은, 이황화 몰리브덴(약칭하여 MoS2)을 바인더 수지로 분산시킨 것을 도포함으로써 형성되어 있다.
또한, 도6 에 나타나는 바와 같이, 피막층(41a)의 막두께는 곡면(R)의 부분에서 두꺼운 막이 되도록 피막 형성되어 있다. 피막층(41a)의 막두께는, 평평한 프런트측 사판면(40b)에 있어서는 소정의 균일한 막두께가 되도록 조정되고, 곡면(R)의 프런트측 에지부(40e)에 있어서는 사판(40)의 외주측일수록 두꺼운 막이 되어, 피막층(41a)의 표면이 평면이 되도록 조정되어 있다.
한편, 리어측 사판면(40c)에도 동일 재료로 피막층(41b)이 형성되어 있지만, 리어측 에지부(40f)의 곡면(S)에서는 약간 두꺼운 막이 되도록 조정되어, 피막층(41b)의 표면이 평면이 되도록 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 프런트측 에지부(40e)에 있어서의 곡면(R) 이외의 부위에 대해서는, 리어측 에지부(40f)와 동일하게 형성되어 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 있어서의 사판(40)의 구성은, 제1 실시 형태에 있어서의 사판(22)의 구성과 동등하며, 초래되는 작용도 동등하기 때문에, 작용 설명을 생략한다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서의 (1)∼(4)와 동등한 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 사판(22)의 기재로서 한쪽의 면만 처리된 것을 사용하면 되기 때문에, 재료 비용을 삭감 가능하다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 제3 실시 형태에 따른 사판식 압축기를 도7∼도9 에 기초하여 설명한다.
이 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서의 사판(22)의 프런트측 에지부에 형성되는 곡면(R)의 모따기 형상을 변경한 것이며, 그 외의 구성은 공통이다.
따라서, 여기서는 설명의 편의상, 앞의 설명에서 이용한 부호를 일부 공통으로 이용하고, 공통되는 구성에 대해서는 그 설명을 생략하고, 변경한 부분만 설명을 행한다.
도7 은, 사판(45)이 최대 경사각 위치에서 회전 구동되어 하사점 위치에 있을 때에, 사판(45)과 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 확대하여 나타내고 있다.
사판(45)의 한 쌍의 사판면(45b, 45c)과 사판 외주면(45d)에 의해 실린더보어(12a)측 및 실린더보어(12a)와는 반대측에 상당하는 리어측 에지부(45f) 및 프런트측 에지부(45e)가 형성되어 있다. 그리고, 사판(45)의 하사점 위치 근방에 있는 프런트측 에지부(45e)는, 직선 형상의 모따기면(X)으로 형성되고, 그 위에 피막층(46a)이 형성되어 있다.
도7 에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태와 동일하게, 프런트측 슈(29a)에 작용하는 왕복 관성력(F11)은 이때 최대가 되어, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(45)의 프런트측 에지부(45e)가 에지 접촉 상태가 된다. 또한, 도시하지 않지만, 모따기면(X)의 형성 영역은, 제1 실시 형태에 있어서의 곡면(R)의 형성 영역과 동등하게 되어 있다.
도8 에 나타나는 바와 같이, 이 실시 형태에 있어서는 사판(45)의 기재로서 는 제1 실시 형태와 동일하게 철계 재료가 이용되고, 그 기재 표면측이 담금질 처리된 것이 사용되고 있다.
프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 슬라이딩 접촉하는 프런트측 사판면(45b)과 사판 외주면(45d)으로 형성되는 프런트측 에지부(45e)는, 모따기면(X)으로 되어 있다. 모따기면(X)의 크기는, 프런트측 사판면(45b)에 대한 모따기 각도를 α°라고 하고, 모따기 치수를 β, γ라고 하면, α=45°, β=γ로 β, γ＜1/2t(단, 사판(45)의 판두께(t))로 되어 있다. 또한, 모따기 치수 β, γ는, 사판(45)의 판두께(t)의 1/2보다도 조금 작게 설정되어 있다.
한편, 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)와 슬라이딩 접촉하는 리어측 사판면(45c)과 사판 외주면(45d)으로 형성되는 리어측 에지부(45f)는, 제1 실시 형태와 동일하게 통상의 모따기가 시행된 곡면(S)으로 되어 있으며, 프런트측 에지부(45e)의 하사점 위치(Q)의 근방 이외의 부위는, 리어측 에지부(45f)와 동등한 모따기가 행해진 곡면(S)으로 되어 있다.
이 담금질 처리된 기재 표면에는, 슈(29a, 29b)의 평면부(29c, 29d)와의 슬라이딩성을 개선하기 위해 피막층(46a, 46b)이 형성되어 있다. 피막층(46a, 46b)은, 구리(약칭하여 Cu)의 금속 피막으로 형성되어 있다.
또한, 도8 에 나타나는 바와 같이, 피막층(46a)의 막두께는 모따기면(X)의 부분에서 두꺼운 막이 되도록 피막 형성되어 있다. 피막층(46a)의 막두께는, 평평한 프런트측 사판면(45b)에 있어서는 소정의 균일한 막두께가 되도록 형성되고, 모따기면(X)의 프런트측 에지부(45e)에 있어서는 사판(45)의 외주측일수록 두꺼운 막 이 되어, 피막층(46a)의 표면이 평면이 되도록 조정되어 있다. 즉, 프런트측 에지부(45e)의 모따기면(X)에 형성되는 피막층(46a)은, 프런트측 사판면(45b)에 형성되는 피막층(46a)보다도 두껍게 형성되어 있다.
한편, 리어측 사판면(45c)에도 동일 재료로 피막층(46b)이 형성되어 있지만, 리어측 에지부(45f)의 곡면(S)에서는 약간 두꺼운 막이 되도록 조정되어, 피막층(46b)의 표면이 평면이 되도록 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 프런트측 에지부(45e)에 있어서의 모따기면(X) 이외의 부위에 대해서는, 리어측 에지부(45f)와 동일하게 피막층(46a)이 형성되어 있다.
다음으로, 이 실시 형태에 따른 압축기의 작용 설명을 도9 에 기초하여 행한다.
도9(a) 는, 사판(45)의 하사점 위치(Q)와 피스톤(28)에 걸어맞춤되어 있는 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 하사점에 있어, 냉매 가스의 흡입이 종료되고, 냉매 가스의 압축을 행하기 직전의 단계에 있다. 여기서, 프런트측 슈(29a)에 작용하는 왕복 관성력을 F11로 하고, 프런트측 슈(29a)가 피스톤(28)의 구면 오목부로부터 받는 힘을 F21로 하고, 사판(45)으로부터 프런트측 슈(29a)에 작용하는 수직 항력을 F31이라고 하면, 도9(a) 에 화살표로 나타내는 방향으로 각 힘(F11, F21, F31)이 작용하고 있다.
여기서, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 이유에서, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 사판(45)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(45e)가 에지 접촉 상태가 되며, 이 프런트측 에지부(45e)에 걸리는 하중은 이때 최대가 된다.
그러나, 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(45e)는, 모따기면(X)으로 되고, 그 위에 Cu로 이루어지는 피막층(46a)이 모따기면(X)에 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)는, 피막층(46a)으로 형성된 프런트측 에지부(45e)와 맞닿게 된다. 피막층(46a)은 Cu로 이루어지는 금속 피막층이기 때문에, 슬라이딩이 지극히 높아, 알루미늄계 재료로 형성된 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 반복하여 맞닿아도, 평면부(29c)를 손상시키는 일은 적어 평면부(29c)의 마모는 대폭 억제된다. 그러나, 평면부(29c)와 맞닿음으로써 피막층(46a)은 조금씩 깎이기 시작하지만, 피막층(46a)은 모따기면(X)에 두껍게 형성되어 있기 때문에, 피막층(46a)이 마모되어 사판(45)의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구 시간을 연장하는 것이 가능해진다.
다음으로, 도9(b) 는, 사판(45)의 상사점 위치(P)와 하사점 위치(Q)의 중간 위치와, 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 상사점과 하사점의 중간 위치에 있어, 냉매 가스의 압축이 행해지고 있는 도중 단계이거나 또는, 냉매 가스의 흡입이 행해지고 있는 도중 단계에 있다. 이 경우에는, 사판(45)의 사판면(45b, 45c)과 슈(29a, 29b)의 평면부(29c, 29d)는 면접촉 상태로 슬라이딩 접촉되어 있다.
도9(c) 는, 사판(45)의 상사점 위치(P)와 피스톤(28)에 걸어맞춤되어 있는 슈(29a, 29b)와의 맞닿음 상태를 나타내고 있다. 이때, 피스톤(28)은 상사점에 있어, 압축된 냉매 가스의 토출이 종료하고, 새로이 냉매 가스의 흡입을 행하기 직전의 단계에 있다. 여기서, 리어측 슈(29b)에 작용하는 왕복 관성력을 F11이라고 하 고, 리어측 슈(29b)가 피스톤(28)의 구면 오목부로부터 받는 힘을 F21이라고 하고, 사판(45)으로부터 리어측 슈(29b)에 작용하는 수직 항력을 F31이라고 하면, 도9(c) 에 나타나는 화살표 방향으로 각 힘(F11, F21, F31)이 작용하고 있다. 그런데, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 이유에서, 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)는 리어측 사판면(45c)으로 밀어붙여져서 면접촉 상태로 슬라이딩 접촉하고 있다. 따라서, 리어측 에지부(45f)와 리어측 슈(29b)의 평면부(29d)가 에지 접촉 상태가 되기 어렵다.
이 실시 형태에 따른 압축기에 의하면 이하의 효과를 가져 온다.
(5) 사판(45)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(45e)는, 모따기면(X)으로 되고, 그 위에 Cu로 이루어지는 피막층(46a)이 형성되어 있다. 그리고, 모따기면(X)에 형성되는 피막층(46a)은, 프런트측 사판면(45b)에 형성되는 피막층(46a)보다도 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)는, 피막층(46a)으로 형성된 프런트측 에지부(45e)와 맞닿게 되지만, 피막층(46a)은 Cu로 이루어지는 금속 피막층이기 때문에, 슬라이딩성이 지극히 높아, 알루미늄계 재료로 형성된 프런트측 슈(29a)의 평면부(29c)와 반복하여 맞닿아도, 평면부(29c)를 손상시키는 일은 적어 평면부(29c)의 마모는 대폭 억제된다. 한편, 평면부(29c)와 맞닿음으로써 피막층(46a)은 조금씩 깎이기 시작하지만, 피막층(46a)은 모따기면(X)에 두껍게 형성되어 있기 때문에, 피막층(46a)이 마모되어 사판(45)의 기재 표면이 노출해 버리기까지의 내구 시간을 연장하는 것이 가능해진다.
(6) 사판(45)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(45e)는, 모따기 각 도 α=45°, 모따기 치수 β=γ로 β, γ＜1/2t의 크기의 모따기면(X)으로 되어 있으며, 이 모따기면(X)에 피막층(46a)이 두껍게 형성되어 있다. 따라서, 프런트측 에지부(45e)의 전체 둘레에 걸쳐 모따기면(X)과 피막층(46a)을 형성하는 경우와 비교하여 가공 공수 및 재료 비용을 삭감 가능하다. 또한, 곡면(R)을 형성하는 경우와 비교하여, 모따기면(X)을 형성하는 쪽이 제조 가공면에서 용이하며, 가공 실수를 경감 가능하다.
(7) 압축기(10)로서 구동축(17)에 대한 사판(45)의 경사 각도를 변경함으로써 토출 용량을 변경 가능한 가변용량형을 사용하고 있다. 고정용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 경사 각도가 변하지 않기 때문에, 사판의 외경을 크게 하여 사판의 에지부가 슈에 맞닿지 않도록 할 수 있다. 그러나, 가변용량형의 사판식 압축기의 경우, 사판의 최소 경사각에서의 사판과 피스톤과의 간섭을 고려할 필요가 있으며, 고용량 운전 시에 사판의 에지부가 슈와 맞닿지 않도록 하는 것이 곤란하여, 하사점 마모가 발생하기 쉽다. 그러나, 가장 큰 하중이 걸리는 사판(45)의 하사점 위치(Q) 근방의 프런트측 에지부(45e)가, 모따기면(X)으로 되고, 그 위에 Cu로 이루어지는 피막층(46a)이 형성되어 있기 때문에, 고정용량형과 비교하여 가변용량형에 있어서 슈의 마모에 관해 보다 현저한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고 발명의 취지의 범위 내에서 여러 종류의 변경이 가능하며, 예를 들면, 다음과 같이 변경해도 좋다.
○ 제1, 제2 실시 형태에서는, 프런트측 에지부에 형성되는 곡면(R)의 곡률 반경을 1/2t(사판의 판두께(t))로 하여 설명했지만, 리어측 에지부의 곡면(S)의 곡률 반경보다 크면 좋아, 예를 들면 곡면(S)이 곡률 반경 0.5㎜ 이하로 모따기 된다고 하면, 곡면(R)은 곡률 반경 0.5㎜ 이상으로 하면 좋다. 또한, 사판의 제조 방법에 따라서는 에지부의 모따기가 행해지지 않는 경우도 있으며, 이 경우에는 곡면(S)의 곡률 반경은 한없이 0에 가까운 상태로 되어 있지만, 이러한 경우도 포함된다. 곡면(R)의 곡률 반경에 대해서는, 바람직하게는 0.5㎜∼1/2t의 범위 내에 있으면 좋다. 이것은, 0.5㎜ 이하로 하면 에지 접촉 상태에 있어서의 면압의 저감효과가 매우 적어지기 때문이며, 또한, 1/2t 이상으로 하면 슈와의 슬라이딩 접촉 면적이 너무 작아지기 때문이다.
○ 제3 실시 형태에서는, 프런트측 에지부에 형성되는 모따기면(X)의 크기를, 모따기 각도 α=45°, 모따기 치수 β=γ로 β, γ＜1/2t(단, 사판의 판두께(t))로 하여 설명했지만, 모따기 각도(α)는 45° 이외라도 좋고, 또한, 모따기 치수(β, γ)는 β=γ가 아니라도 좋다. 모따기면(X)의 크기에 대해서는, 모따기 각도 α=45°로 하여 생각하면, 바람직하게는, 0.5㎜＜β, γ＜1/2t의 범위 내에 있으면 좋다. 이것은, 0.5㎜ 이하로 하면 모따기면(X)의 위에 형성되는 피막층의 두께를 충분히 확보할 수 없기 때문이며, 또한, 1/2t 이상으로 하면 에지부의 피막층이 마모되었을 경우에, 슈와의 슬라이딩 접촉 면적이 너무 작아지기 때문이다.
○ 상기의 실시 형태에서는, 프런트측 에지부에 형성되는 모따기면(X)의 크기를, 모따기 각도 α이고 모따기 치수 β, γ로 하여 설명했지만, 모따기면(X)과 프런트측 사판면 및 사판 외주면으로 형성되는 에지부에 대해서는 적어도 어느 한 쪽을 곡면으로 형성해도 좋다.
○ 제1, 제2 실시 형태에서는, 사판의 슬라이딩 접촉면에 형성하는 피막층을 MoS2를 바인더 수지로 분산시킨 것을 이용하는 것으로서 설명하고, 제3 실시 형태에서는, 사판의 슬라이딩 접촉면에 형성하는 피막층을 Cu로 이루어지는 금속 피막을 이용하는 것으로 하여 설명했지만, MoS2를 대신하여 Cu를 이용해도 좋고, Cu를 대신하여 MoS2를 이용해도 좋다. MoS2, Cu 이외의 개체 윤활재로서, 이황화 텅스텐, 그래파이트(graphite), 질화붕소, 산화안티몬, 산화연, 인듐 및, 주석 등을 이용해도 좋다. 또한, 피막층을 금속 도금에 의해 형성해도 좋다.
○ 제1, 제2 실시 형태에서는, 사판의 슈와의 슬라이딩 접촉면(사판면(22b, 22c, 40b, 40c), 프런트측 에지부(22e, 40e) 및 리어측 에지부(22f, 40f))에 피막층을 형성하는 것으로 하여 설명했지만, 피스톤으로부터 큰 하중이 걸리는 리어측의 슬라이딩 접촉면에만 피막층을 형성해도 좋고, 또한, 양 슬라이딩 접촉면에 피막층을 형성하지 않아도 좋다. 이 경우에는, 에지 접촉 상태에 있어서는, 슈와 사판의 프런트측 에지부는 기재 표면끼리가 직접 접촉하지만 사판의 프런트측 에지부가 곡면(R)으로 되어 있음으로써, 면압이 저감되어 슬라이딩 접촉에 의한 마모를 경감화할 수 있다.
○ 제3 실시 형태에서는, 사판의 슈와 슬라이딩 접촉면(사판면(45b, 45c), 프런트측 에지부(45e) 및 리어측 에지부(45f))에 피막층을 형성하는 것으로 하여 설명했지만, Cu 등의 슬라이딩성이 좋은 피막층을 형성하는 것은 프런트측 및 리어 측의 양면이 아니라, 하사점 마모가 발생하기 쉬운 프런트측만으로 해도 좋다.
○ 제1, 제2 실시 형태에서는, 사판식 압축기를 편두식의 가변용량형으로 하여 설명했지만 고정용량형이어도 좋다. 또한, 양두(double headed)형이어도 좋다. 양두형의 경우에는, 한쪽의 실린더보어에 대하여, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부를 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경을 갖는 곡면으로 하면 좋다. 또한, 다른 한쪽의 실린더보어에 대하여, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부를 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경을 갖는 곡면으로 하면 좋다.
○ 제3 실시 형태에서는, 사판식 압축기를 편두식의 가변용량형으로 하여 설명했지만 고정용량형이어도 좋다. 또한, 양두형이어도 좋다. 양두형의 경우에는, 한쪽의 실린더보어에 대하여, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부를 모따기면으로 형성하고, 모따기면에 피막층을 형성하고, 당해 피막층의 두께를 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성하면 좋다. 또한, 다른 한쪽의 실린더보어에 대하여, 사판의 하사점 위치 근방의 실린더보어와는 반대측의 에지부를 모따기면으로 형성하고, 모따기면에 피막층을 형성하고, 당해 피막층의 두께를 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성하면 좋다.
○ 제1, 제2, 제3 실시 형태에서는, 사판의 기재를 철계 재료로 하고, 슈의 기재를 알루미늄계 재료로 하여 설명했지만, 사판은 알루미늄계 재료로 해도 좋고, 또한, 슈는 철계 재료로 해도 좋다. 사판 및 슈의 기재가 모두 철계 재료의 경우 에는, 사판의 에지부에 형성되어 있는 피막층이 마모되어 사판의 기재 표면과 슈의 기재 표면이 직접 접촉하는 것이 생각되지만, 이 경우에는 사판과 슈의 양쪽이 마모된다.
도1 은 실시 형태에 따른 사판식 압축기의 전체 구성을 나타내는 종단면도이다.
도2 는 도1 에 있어서의 사판의 하사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도3 은 도1 에 있어서의 사판의 전방에서 바라보았을 때의 개략도이다.
도4 는 도3 의 A-A선 화살표 방향 도면이다.
도5 는 제1 실시 형태에 따른 압축기의 작용을 설명하기 위한 개략도이다. (a)는 사판의 하사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내고, (b)는 사판의 상사점 위치와 하사점 위치의 중간 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내고, (c)는 사판의 상사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타낸다.
도6 은 제2 실시 형태에 따른 사판의 도4 에 대응하는 단면도이다.
도7 은 제3 실시 형태에 따른 압축기에 있어서의 사판의 하사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도8 은 제3 실시 형태에 따른 압축기의 제1 실시 형태의 도3 에 대응하는 화살표 방향 도면이다.
도9 는 제3 실시 형태에 따른 압축기의 작용을 설명하기 위한 개략도이다. (a)는 사판의 하사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내고, (b)는 사판의 상사점 위치와 하사점 위치의 중간 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타내고, (c)는 사판의 상사점 위치와 슈와의 맞닿음 상태를 나타낸다.
도10 은 종래 기술을 설명하기 위한 요부 확대 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 사판식 압축기
12a : 실린더보어
17 : 구동축
22 : 사판
22b : 프런트측 사판면
22c : 리어측 사판면
22e : 프런트측 에지부
22f : 리어측 에지부
28 : 피스톤
29a : 프런트측 슈
29b : 리어측 슈
P : 사판의 상사점 위치
Q : 사판의 하사점 위치
t : 사판의 판두께
R : 하사점 위치 근방의 프런트측 에지부의 곡면

Claims (5)

  1. 복수의 실린더보어를 갖는 실린더블록과, 상기 실린더블록의 중심부에 축 지지된 구동축과, 상기 구동축에 일체 회전 가능하게 연결된 사판과, 상기 실린더보어에 끼워맞춰진 피스톤을 갖고, 상기 피스톤은, 한 쌍의 슈를 통하여 상기 사판이 걸어맞춤되어 상기 사판의 상사점(上死點) 위치와 하사점(下死點) 위치의 사이의 회전 운동에 수반하여, 상기 피스톤이 왕복 운동되는 사판식 압축기에 있어서,
    상기 사판은, 상기 슈와 슬라이딩 접촉하는 한 쌍의 사판면과, 상기 한 쌍의 사판면 및 사판 외주면에 의해 형성되는 실린더보어측 및 실린더보어와는 반대측의 에지(edge)부를 갖고,
    상기 사판의 하사점 위치 근방의 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부를 상기 실린더보어측의 에지부보다도 큰 곡률 반경의 곡면으로 형성한 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더보어와는 반대측의 사판면 및 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 피막층을 형성함과 함께, 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 형성되는 피막층은, 상기 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실린더보어와는 반대측의 에지부에 형성되는 곡면의 곡률 반경을, 상기 실린더보어측의 에지부에 형성되는 곡률 반경보다도 크고, 그리고, 상기 사판의 판두께의 절반 이하로 하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  4. 복수의 실린더보어를 갖는 실린더블록과, 상기 실린더블록의 중심부에 축 지지된 구동축과, 상기 구동축에 일체 회전 가능하게 연결된 사판과, 상기 실린더보어에 끼워맞춰진 피스톤을 갖고, 상기 피스톤은, 한 쌍의 슈를 통하여 상기 사판이 걸어맞춤되어 상기 사판의 상사점 위치와 하사점 위치의 사이의 회전 운동에 수반하여, 상기 피스톤이 왕복 운동되는 사판식 압축기에 있어서,
    상기 사판은, 상기 슈와 슬라이딩 접촉하는 한 쌍의 사판면과, 상기 한 쌍의 사판면 및 사판 외주면에 의해 형성되는 실린더보어측 및 실린더보어와는 반대측의 에지부를 갖고,
    상기 사판의 하사점 위치 근방의 상기 실린더보어와는 반대측의 에지부를 직선 형상의 모따기면으로 형성하고,
    상기 모따기면에 피막층을 형성하고, 상기 피막층의 두께를 상기 실린더보어와는 반대측의 사판면에 형성되는 피막층보다도 두껍게 형성한 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 사판식 압축기가 상기 구동축에 대한 상기 사판의 경사 각도를 변경함으로써 토출 용량을 변경 가능한 가변용량형인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
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