JP2002089439A

JP2002089439A - 斜板式圧縮機

Info

Publication number: JP2002089439A
Application number: JP2001209872A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 崇行加藤; Takahiro Sugioka; 隆弘杉岡; Hiroaki Kayukawa; 浩明粥川; Masahiro Kawaguchi; 真広川口; Manabu Sugiura; 学杉浦
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量化を実現した斜板式圧縮機を提供する。【解決手段】内部にシリンダボア１ａ、クランク室２
ａ、吸入室４ａ及び吐出室４ｂを区画形成するハウジン
グ１、２、４と、シリンダボア１ａ内に往復動可能に収
容されたピストン６と、外部駆動源により駆動され、ハ
ウジング１、２、４に回転可能に支承された駆動軸５
と、駆動軸５に対して同期回転可能に支承された斜板８
と、斜板８の前後で対をなし、ピストン６を従動させる
シュー９ａ、９ｂとを備えている。シュー９ａ、９ｂは
マグネシウム系材料で主として構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、車両用空調システ
ム等に用いられる斜板式圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用空調システムに用いられる冷凍回
路には、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機が組み込まれ
ている。この圧縮機には、容量固定型のものの他、容量
可変型のものがある。より詳しく言えば、容量固定型圧
縮機には片側斜板式のものの他、両頭斜板式のもの等が
ある。容量可変型圧縮機にも片側斜板式のものの他、両
頭斜板式のもの等がある。

【０００３】これら圧縮機のうち、一般的な斜板式圧縮
機は、ハウジングの内部にシリンダボア、クランク室、
吸入室及び吐出室が区画形成され、各シリンダボア内に
はピストンが往復動可能に収容されている。また、ハウ
ジングに回転可能に支承された駆動軸はエンジン等の外
部駆動源により駆動されるようになっており、駆動軸に
対しては同期回転可能に斜板が支承されている。この斜
板の前後にはピストンを従動させる一対のシューが設け
られている。

【０００４】斜板が駆動軸に対して一定の傾角で設けら
れているならば、それは容量固定型斜板式圧縮機であ
る。また、駆動軸に対して傾角が変位可能に斜板が設け
られ、制御弁によりクランク室内の圧力を調整すること
により傾角を変位させて吐出容量が調整可能であるなら
ば、それは容量可変型斜板式圧縮機である。他方、ピス
トンが斜板の前後一方にのみヘッドを有する単頭ピスト
ンであるならば、それは片側斜板式圧縮機であり、ピス
トンが斜板の前後両方にヘッドを有する両頭ピストンで
あるならば、それは両頭斜板式圧縮機である。

【０００５】かかる斜板式圧縮機では、外部駆動源によ
り駆動軸が駆動されれば、斜板が同期回転することか
ら、シューを介してピストンがシリンダボア内を往復動
する。これにより、シリンダボアはピストンのヘッドと
の間に圧縮室を形成することから、この圧縮室が吸入行
程にあるときには、その圧縮室に冷凍回路の蒸発器と接
続された吸入室から低圧の冷媒ガスが吸入され、圧縮室
が圧縮行程にあるときには、その圧縮室から高圧の冷媒
ガスが吐出室に吐出されることとなる。かかる吐出室は
冷凍回路の凝縮器に接続され、冷凍回路が車両用空調シ
ステムとして車両の空調に供されることとなる。この
間、この斜板式圧縮機では、冷媒ガス中に含有させたミ
スト状の潤滑油により、斜板とシューとの間等の摺接部
位の摺動性を確保することとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の斜
板式圧縮機では、シューがＪＩＳのＳＵＪ２等の鉄系材
料で主として構成されていたため、重量が大きいという
不具合を有していた。かかる不具合は、容量固定型斜板
式圧縮機であれ、また容量可変型斜板式圧縮機であれ同
様である。また、単頭ピストンを用いた片側斜板式圧縮
機であれ、両頭ピストンを用いた両頭斜板式圧縮機でも
同様である。

【０００７】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、軽量化を実現した斜板式圧縮機を提供
することを解決すべき課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の斜板式圧縮機
は、内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出
室を区画形成するハウジングと、該シリンダボア内に往
復動可能に収容されたピストンと、外部駆動源により駆
動され、該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸
と、該駆動軸に対して同期回転可能に支承された斜板
と、該斜板の前後で対をなし、該ピストンを従動させる
シューとを備えた斜板式圧縮機において、前記シューは
マグネシウム系材料で主として構成されていることを特
徴とする。

【０００９】本発明の斜板式圧縮機は、シューがマグネ
シウム系材料で主として構成されているため、重量が小
さい。

【００１０】マグネシウム系材料（マグネシウム及びマ
グネシウムを最も多く含むマグネシウム合金をいう。以
下、同様。）としては、ＪＩＳのＡＺ９１、ＺＫ６０、
ＷＥ４３等を採用することができる。

【００１１】シューは、マグネシウム系材料からなるシ
ュー用基材と、このシュー用基材の表面に形成され、摺
動性を向上させる被膜とからなることができる。この被
膜としては、以下の（１）〜（８）のものを採用するこ
とができる。すなわち、（１）銅系材料、アルミニウム
系材料（アルミニウム及びアルミニウムを最も多く含む
アルミニウム合金をいう。以下、同様。）等の摺動性を
向上させ得る金属の溶射層、（２）銅系材料、アルミニ
ウム系材料等の摺動性を向上させ得る金属の焼結層、
（３）ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（Ｐ
Ｉ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の１
３０°Ｃ以上での耐熱性を有する樹脂中に二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ₂）、グラファイト、二硫化タングステン
（ＷＳ₂）、窒化硼素（ＢＮ）、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤を分散させてなるコ
ーティング層、（４）錫めっき、ニッケル−リンめっ
き、ニッケル−ボロンめっき、ニッケル−リン−ボロン
めっき、ニッケル−リン−ボロン−タングステンめっ
き、ニッケル−リン−ボロン−タングステン−クロムめ
っき、硬質クロムめっき等の摺動性を向上させ得る金属
のめっき層、（５）窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム
（ＣｒＮ）、チタン−アルミ−ナイトライト（ＴｉＡｌ
Ｎ）等の摺動性を向上させ得る材料を化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）又は物理蒸着（ＰＶＤ）してなるイオンプレーティ
ング層、（６）ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
等からなる層、（７）セラミックコート、（８）アルマ
イトである。かかる被膜は、斜板と摺接する平面部と、
ピストンと摺接する球面部とで同一であってもよく、異
なっていてもよい。また、シュー用基材の平面部又は球
面部に被膜を形成しない場合、その平面部又は球面部に
は焼入れ硬化等を施しておくことが好ましい。

【００１２】なお、斜板の表面やピストンのシュー座に
も摺動性を向上させる被膜を形成するのであれば、上記
（１）〜（８）のうち、シュー用基材に形成する被膜と
異なるものを採用することができる。

【００１３】本発明の斜板式圧縮機は、斜板が駆動軸に
対して傾角変位可能に設けられ、制御弁によりクランク
室内の圧力を調整することにより傾角を変位させて吐出
容量が調整可能である容量可変型である場合に特に有効
である。すなわち、シューがマグネシウム系材料で主と
して構成されているため、傾角を増加させる方向に作用
するシューの慣性力が小さくなり、高速制御性が向上す
る。

【００１４】また、本発明の斜板式圧縮機は、ピストン
が斜板の前後一方にのみヘッドを有する単頭ピストンで
ある場合、つまり片側斜板式圧縮機である場合に特に有
効である。こうであれば、片側斜板式圧縮機が容量固定
型のものであれ、また容量可変型のものであれ、過酷な
条件下、優れた耐久性を発揮できる。

【００１５】すなわち、片側斜板式圧縮機では、図３に
示すように、斜板９１の下死点に位置する前面側のシュ
ー９２ａには、その重心Ｇにシュー９２ａの自重に基づ
く慣性力Ｆ１が軸方向に作用する。このため、シュー９
２ａには斜板９１の前面側縁部Ａ回りにモーメントを生
じ、シュー９２ａは、ピストン９３の前方側のシュー座
との間隙により、斜板９１の前面に対して微小角度θだ
け傾斜することとなる。これにより、シュー９２ａに
は、重心Ｇからの慣性力Ｆ１と、正規の位置よりΔだけ
斜板９１の外周側にずれた前面側縁部Ａにおいて垂直に
働く垂直抗力Ｆ２と、それらの合力の反力としての力Ｆ
３とが働く。つまりシュー９２ａは、それがピストン９
３の前方側のシュー座と接する位置Ｂにおいて力Ｆ３を
受けることになる。慣性力Ｆ１はシュー９２ａの比重及
び駆動軸の回転数で相違を生じるため、垂直抗力Ｆ２も
シュー９２ａの比重及び駆動軸の回転数により相違する
こととなる。このため、比重の大きなＪＩＳのＳＵＪ２
等の鉄系材料でシュー９２ａを主として構成すると、シ
ュー９２ａの質量が大きく、特に前面側縁部Ａにおいて
斜板９１が摩耗されやすいこととなる。斜板用基材上に
摺動性を向上させる被膜が形成された斜板９１を採用し
ている場合には、その被膜が摩耗されやすいこととな
る。これに対し、比重の小さなマグネシウム系材料でシ
ュー９２ａを主として構成すると、シュー９２ａの質量
が小さく、斜板９１、特に被膜が摩耗され難い。

【００１６】さらに、後面側のシュー９２ｂは、回転角
度に応じてある荷重で斜板９１に押し付けられる。この
際、後面側のシュー９２ｂには、圧縮室内の圧力とクラ
ンク室内の圧力との差圧に基づく差圧力と、シュー９２
ｂの自重に基づく慣性力とが作用しており、これら差圧
力と慣性力との合力がその荷重となる。差圧力はシュー
９２ｂの比重で相違がないものの、慣性力はシュー９２
ｂの比重で相違を生じるため、後面側のシュー９２ｂが
斜板９１に押し付けられる荷重はシュー９２ｂの比重に
より相違することとなる。この荷重は、回転角度により
変化し、図４に示すように、上死点Ｔと下死点Ｕとの間
のある角度範囲αの始期においてその荷重が０又はマイ
ナス（後方向き）になった時、後面側のシュー９２ｂが
斜板９１から離反し、角度範囲αの終期においてその荷
重がプラス（前方向き）になった時、後面側のシュー９
２ｂが斜板９１に衝突することとなる。ここで、シュー
９２ｂが斜板９１に衝突する際のエネルギーＥは、シュ
ー９２ｂの質量をｍ、シュー９２ｂの速度をｖとした場
合、

【００１７】

【数１】

【００１８】であるから、シュー９２ｂの質量によりエ
ネルギーＥに大小を生じることとなる。

【００１９】このため、比重の大きなＪＩＳのＳＵＪ２
等の鉄系材料でシュー９２ｂを主として構成すると、シ
ュー９２ｂの質量が大きいことより、シュー９２ｂが斜
板９１に衝突する際のエネルギーが大きく、斜板、特に
被膜が摩耗されやすいこととなる。これに対し、比重の
小さなマグネシウム系材料でシュー９２ｂを主として構
成すると、シュー９２ｂの質量が小さいことより、シュ
ー９２ｂが斜板９１に衝突する際のエネルギーが小さ
く、斜板、特に被膜が摩耗され難い。

【００２０】したがって、この片側斜板式圧縮機では、
より一層優れた耐久性を発揮することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。

【００２２】実施形態の容量可変型片側斜板式圧縮機
（以下、単に圧縮機という。）は、図１に示すように、
シリンダブロック１の前端にフロントハウジング２が結
合され、シリンダブロック１及びフロントハウジング２
内にクランク室２ａが形成されている。シリンダブロッ
ク１の後端には吸入弁、弁板、吐出弁及びリテーナから
なる弁機構３を介してリアハウジング４が結合され、リ
アハウジング４内には吸入室４ａ及び吐出室４ｂが形成
されている。吸入室４ａは図示しない蒸発器に接続さ
れ、蒸発器は図示しない膨張弁を介して図示しない凝縮
器に接続され、凝縮器が吐出室４ｂに接続されている。

【００２３】フロントハウジング２及びシリンダブロッ
ク１には軸受装置２ｂ、１ｂを介して駆動軸５が回転可
能に支承されている。シリンダブロック１には駆動軸５
の軸線と平行に複数個のシリンダボア１ａが形成され、
各シリンダボア１ａ内には単頭のピストン６が往復動可
能に収容されている。

【００２４】駆動軸５にはフロントハウジング２との間
に軸受装置２ｃを介してクランク室２ａ内で回転可能に
ロータ７が固着され、ロータ７には一対のヒンジ機構Ｋ
を介して斜板８が揺動可能に設けられている。斜板８に
は貫通孔８ａが貫設されており、貫通孔８ａ内には斜板
８の揺動を許容しつつ駆動軸５が挿通されている。斜板
８には前後で対をなすシュー９ａ、９ｂが設けられ、各
対のシュー９ａ、９ｂにピストン６が係留されている。

【００２５】また、リアハウジング４内には吸入室４
ａ、吐出室４ｂ及びクランク室２ａと接続された制御弁
１０が収容されている。かかる制御弁１０によりクラン
ク室２ａ内の圧力を調整することにより斜板８の傾角を
変位させて吐出容量が調整可能になっている。

【００２６】上記実施形態の圧縮機において、図２に示
すように、斜板８は、鉄系材料からなる斜板用基材１８
ａと、この斜板用基材１８ａの前後面に形成されたアル
ミ溶射＋樹脂コートからなる被膜１８ｂ、１８ｃとから
なる。また、前面側及び後面側のシュー９ａ、９ｂは、
マグネシウム系材料からなるシュー用基材１９ａと、こ
のシュー用基材１９ａの平面部及び球面部に形成された
Ｎｉ−Ｐ−Ｂ−Ｗめっきからなる被膜１９ｂ、１９ｃと
からなる。さらに、ピストン６は、アルミニウム系材料
からなるピストン用基材１６ａと、このピストン用基材
１６ａのシュー座に形成された錫めっきからなる被膜１
６ｂとからなる。

【００２７】ここで、斜板用基材１８ａの鉄系材料はＳ
ＵＪ２である。アルミ溶射とはアルミニウム系材料とし
てＡｌ−Ｓｉ合金を用いた溶射層である。樹脂コートと
はＰＡＩ中にＭｏＳ₂とグラファイトとを分散させてな
るコーティング層である。記号＋は左の被膜の上に更に
右の被膜を形成していることを示す。また、シュー用基
材１９ａのマグネシウム系材料はＭｇ−Ａｌ合金、例え
ばＡＺ９１である。さらに、ピストン用基材１６ａのア
ルミニウム系材料はＡｌ−Ｓｉ合金、例えばＡ４０３
２、ＡＤＣ１２である。

【００２８】以上のように構成された圧縮機は、シュー
９ａ、９ｂが比重約１．８のマグネシウム系材料で主と
して構成されているため、重量が小さい。

【００２９】また、この圧縮機では、シュー９ａ、９ｂ
が斜板８に衝突する際のエネルギーが小さく、かつシュ
ー９ａ、９ｂの質量が小さいため、斜板用基材１８ａ上
の被膜１８ｂ、１８ｃが摩耗され難い。このため、この
圧縮機では、より一層優れた耐久性を発揮することがで
きる。

【００３０】さらに、この圧縮機では、シュー９ａ、９
ｂがマグネシウム系材料で主として構成されているた
め、傾角を増加させる方向に作用するシュー９ａ、９ｂ
の慣性力が小さく、高速制御性が向上している。

【００３１】また、この圧縮機では、アルミニウム系材
料で主として構成されたピストン６と摺動するシュー９
ａ、９ｂがマグネシウム系材料で主として構成されてい
るため、いわゆるともがね現象による焼付きも確実に防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の容量可変型片側斜板式圧縮機の断面
図である。

【図２】実施形態の容量可変型片側斜板式圧縮機の要部
拡大断面図である。

【図３】一般的な容量可変型片側斜板式圧縮機に係り、
斜板、シュー及びピストンの要部拡大説明図である。

【図４】一般的な容量可変型片側斜板式圧縮機に係り、
斜板を軸方向後方から見た模式平面図である。

【符号の説明】

１ａ…シリンダボア２ａ…クランク室４ａ…吸入室４ｂ…吐出室１、２、４…ハウジング（１…シリンダブロック、２…
フロントハウジング、４…リアハウジング）６…ピストン５…駆動軸８…斜板９ａ、９ｂ…シュー１９ａ…シュー用基材１９ｂ、１９ｃ…被膜１０…制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粥川浩明愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者川口真広愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者杉浦学愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB38 CC12 CC20 CC33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にシリンダボア、クランク室、吸入室
及び吐出室を区画形成するハウジングと、該シリンダボ
ア内に往復動可能に収容されたピストンと、外部駆動源
により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承された
駆動軸と、該駆動軸に対して同期回転可能に支承された
斜板と、該斜板の前後で対をなし、該ピストンを従動さ
せるシューとを備えた斜板式圧縮機において、前記シューはマグネシウム系材料で主として構成されて
いることを特徴とする斜板式圧縮機。
【請求項２】シューは、マグネシウム系材料からなるシ
ュー用基材と、該シュー用基材の表面に形成され、摺動
性を向上させる被膜とからなることを特徴とする請求項
１記載の斜板式圧縮機。
【請求項３】斜板は駆動軸に対して傾角変位可能に設け
られ、制御弁によりクランク室内の圧力を調整すること
により該傾角を変位させて吐出容量が調整可能であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の斜板式圧縮機。
【請求項４】ピストンは斜板の前後一方にのみヘッドを
有する単頭ピストンであることを特徴とする請求項１、
２又は３記載の斜板式圧縮機。