JP2002317757A - 容量可変型斜板式圧縮機における斜板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量可変型斜板式圧縮機の高速稼動時におけ
る容量制御性の向上と、シューとの接触摺動性を向上さ
せることとを、構成材料に鉛を多量に使用することなく
両立させることが可能な斜板を提供すること。 【解決手段】 斜板１０の基材には銅系の材料が用いら
れている。同斜板１０の外周部のフロント側及びリヤ側
には、それぞれシュー２０Ａ，２０Ｂと摺動する摺動面
３０Ａ，３０Ｂが形成されている。同摺動面３０Ａ，３
０Ｂには、シュー２０Ａ，２０Ｂとの接触摺動性を改善
するための摺動層３１Ａ，３１Ｂが被覆形成されてい
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、例えば車両用空調
装置に用いられる容量可変型斜板式圧縮機における斜板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の容量可変型斜板式圧縮機は、駆
動軸に斜板が一体回転可能でかつ傾動可能に連結され、
同斜板にはシューを介して片頭型のピストンが係留され
ている。駆動軸の回転運動は、斜板及びシューを介して
ピストンの往復運動に変換される。同容量可変型斜板式
圧縮機の吐出容量の変更は、駆動軸に対する斜板の傾斜
角度を変更することで行われる。

【０００３】前記斜板としては鉄系の材質製のものが一
般的に用いられている。しかし、斜板の重量が軽いと、
その傾斜角度調節に関与する、回転時の遠心力に基づく
回転運動のモーメントが適正に発生されない。従って、
特に駆動軸の高速回転時（圧縮機の高速稼動時）におい
て、吐出容量の制御性が悪化するおそれがある。このた
め、斜板としては、同じ寸法形状において鉄系の材料よ
りも重量を重くすることが可能な、銅系の材料を用いた
ものが存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、前記斜板にはそ
の回転によりシューが摺動されるため、同シューと斜板
との間の摺動部位が摩耗する問題を生じるおそれがあ
る。従来は、斜板の基材に、固体潤滑剤としての鉛を含
有する銅系材料を用いることで、前述した高速稼動時に
おける容量制御性の確保とシューに対する接触摺動性の
向上とを両立させていた。しかし、有害物質である鉛の
多量な使用は好ましくない。

【０００５】本発明は、容量可変型斜板式圧縮機の高速
稼動時における容量制御性の向上と、シューとの接触摺
動性を向上させることとを、構成材料に鉛を多量に使用
することなく両立させることが可能な斜板を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、基材を銅系の材質製とするととも
に、シューとの摺動領域に摺動用の摺動層を形成してな
ることを特徴とする容量可変型斜板式圧縮機における斜
板である。

【０００７】この構成においては、基材がシューと直接
接触しないため、同基材の銅系材料に鉛を含有させなく
とも、斜板とシューとの接触摺動性を良好とすることが
できる。従って、容量可変型斜板式圧縮機の高速稼動時
における容量制御性の向上と、シューとの接触摺動性を
向上させることとを、構成材料に鉛を多量に使用するこ
となく両立させることが可能となる。

【０００８】請求項２の発明は請求項１において、前記
摺動層は、固体潤滑剤を含有する樹脂層よりなることを
特徴としている。この構成においては、摺動層を安価に
形成することができる。

【０００９】請求項３の発明は請求項１又は２におい
て、前記摺動層は、溶射によって形成された金属層より
なることを特徴としている。この構成においては、耐摩
耗性に優れる摺動層を得ることができる。

【００１０】請求項４の発明は請求項１又は２におい
て、前記摺動層は、メッキによって形成された金属層よ
りなることを特徴としている。この構成においては、耐
摩耗性に優れる摺動層を得ることができる。

【００１１】請求項５の発明は請求項３又は４におい
て、前記摺動層は、金属層と、同金属層上に形成された
固体潤滑剤を含有する樹脂層とからなることを特徴とし
ている。

【００１２】この構成においては、例えば、金属層がシ
ューと直接摺動する場合、同金属層はその変形し難い性
質（この性質が耐摩耗性を良好としている一面もある）
から割れ等が生じ易い。従って、摺動層の上層として軟
質な樹脂層を設けて、金属層とシューとを直接接触させ
ないことは、同金属層の割れ等の発生を防止する上で有
効となる。

【００１３】請求項６の発明は請求項３〜５のいずれか
において、前記金属層は固体潤滑剤を含有することを特
徴としている。この構成においては、斜板とシューとの
接触摺動性がさらに良好となる。

【００１４】請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか
において、前記基材に用いられる銅系の材料は、鉛を含
有しないことを特徴としている。この構成においては、
斜板全体に使用される鉛の大幅な削減が達成され、環境
衛生に関して問題が生じることを抑制できる。

【００１５】請求項８の発明は請求項１〜７のいずれか
において、前記基材は、銅系の無垢材料よりなることを
特徴としている。この構成においては、斜板の重量をよ
り重くすることができ、容量可変型斜板式圧縮機の容量
制御性がさらに向上される。

【００１６】請求項９の発明は請求項１〜７のいずれか
において、前記基材は、銅系の焼結材料よりなることを
特徴としている。この構成においては、基材の表面が微
視的に凹凸状態となり、金属層又は樹脂層の材料がこの
微視的な凹凸面の凹部に入り込む。従って、基材に対す
る金属層又は樹脂層の結合性が高くなり、耐久性及び接
触摺動性に優れた摺動層を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、空調装置の冷凍
サイクルを構成する容量可変型斜板式圧縮機における斜
板に具体化した一実施形態について説明する。

【００１８】（容量可変型斜板式圧縮機）図１に示すよ
うに、容量可変型斜板式圧縮機（以下単に圧縮機とす
る）は、シリンダブロック１と、その前端に接合された
フロントハウジング２と、シリンダブロック１の後端に
弁形成体３を介して接合されたリヤハウジング４とを備
え、これらは複数の通しボルト（図示略）により相互に
接合固定されて圧縮機のハウジングを構成する。

【００１９】前記ハウジング内には、クランク室５、吸
入室６及び吐出室７が区画されている。シリンダブロッ
ク１には複数のシリンダボア１ａ（一つのみ図示）が形
成され、各ボア１ａには片頭型のピストン８が往復動可
能に収容されている。ピストン８はその軽量化のため
に、アルミニウム系の材料よりなっている。吸入室６及
び吐出室７は、弁形成体３に設けられた各種フラッパ弁
を介して各ボア１ａと選択的に連通可能となっている。

【００２０】前記クランク室５内には駆動軸９が回転可
能に支持され、又、カムプレートたる斜板１０が収容さ
れている。斜板１０の中央部には挿通孔１０ａが貫設さ
れ、この挿通孔１０ａに駆動軸９が挿通されている。こ
の斜板１０は、ヒンジ機構１３及びラグプレート１１を
介して駆動軸９に作動連結され、駆動軸９と同期回転可
能でかつ駆動軸９の軸線方向への摺動を伴いながら駆動
軸９に対し傾動可能となっている。

【００２１】そして、斜板１０の外周部が前後一対のシ
ュー２０Ａ，２０Ｂを介して各ピストン８に摺動自在に
係留されることで、全てのピストン８が斜板１０に作動
連結されている。なお、同シュー２０Ａ，２０Ｂは、そ
の機械的強度やアルミニウム系の材料よりなるピストン
８との摺動等を配慮して、鉄系の材料（例えば軸受鋼）
よりなっている。

【００２２】前記駆動軸９とともに所定角度に傾斜した
斜板１０が回転すると、各ピストン８が斜板１０の傾斜
角に対応したストロークで往復動され、各ボア１ａで
は、吸入室６（吸入圧Ｐｓ領域）からの冷媒ガスの吸
入、吸入冷媒ガスの圧縮、及び吐出室７（吐出圧Ｐｄ領
域）への圧縮済み冷媒ガスの吐出が順次繰り返される。

【００２３】前記斜板１０は、傾斜角減少バネ１４によ
ってシリンダブロック１に接近する方向（傾斜角減少方
向）に付勢されている。ただし、例えば駆動軸９上に固
定されたサークリップ１５で斜板１０の傾斜角減少方向
への傾動を規制することで斜板１０の最小傾斜角θｍｉ
ｎが制限される。他方、斜板１０の最大傾斜角θｍａｘ
は、例えば斜板１０のカウンタウェイト部１０ｂがラグ
プレート１１の規制部１１ａに当接することで制限され
る。

【００２４】前記斜板１０の傾斜角は、斜板１０の回転
時に生じる遠心力に基づく回転運動のモーメント、傾斜
角減少バネ１４の付勢作用に基づくバネ力によるモーメ
ント、ピストン８の往復慣性力によるモーメント、ガス
圧によるモーメント等の各種モーメントの相互バランス
に基づいて決定される。

【００２５】前述したガス圧によるモーメントとは、シ
リンダボア１ａの内圧とピストン８の背圧にあたるクラ
ンク室５の内圧（クランク圧Ｐｃ）との相互関係に基づ
いて発生するモーメントであり、クランク圧Ｐｃに応じ
て傾斜角の減少方向にも増大方向にも作用する。図１の
斜板式圧縮機では、詳述しない制御弁１６を用いてクラ
ンク圧Ｐｃを調節することで前記ガス圧によるモーメン
トを適宜変更し、斜板１０の傾斜角を最小傾斜角θｍｉ
ｎと最大傾斜角θｍａｘとの間の任意の角度θに設定で
きるようになっている。

【００２６】（斜板）図１及び図２（ａ）〜図２（ｃ）
に示すように、前記斜板１０の外周部のフロント側及び
リヤ側（ピストン８が配置される側）には、それぞれ摺
動面３０Ａ，３０Ｂが形成されている。これらフロント
側及びリヤ側の環状摺動面３０Ａ，３０Ｂは、前記一対
のシュー２０Ａ，２０Ｂとそれぞれ摺動する。

【００２７】前記斜板１０は、その回転時の遠心力に基
づく回転運動のモーメントを適正に発生させるために、
例えば鉄系材料よりも重い銅系材料が基材に用いられて
いる。この銅系材料としては、鉛を含有しない青銅合金
或いは高力黄銅合金の無垢材料が用いられており、鋳造
や合金塊からの削り出し等によって斜板１０が形作られ
ている。斜板１０の基材に無垢材料を用いることで、例
えば後の別例にて述べる銅系の焼結材料を用いた場合と
比較して、より斜板１０の重量を重くすることが可能と
なる。つまり、焼結材料は内部に微視的な空隙が多く、
無垢材料よりも軽くなりがちなのである。

【００２８】そして、図２（ａ）に示すように、前記斜
板１０の少なくとも摺動面３０Ａ，３０Ｂには、シュー
２０Ａ，２０Ｂとの接触摺動性を改善するための摺動層
３１Ａ，３１Ｂが被覆形成されている。

【００２９】図２（ｂ）に示すように、前記各摺動層３
１Ａ，３１Ｂのうち、フロント側摺動面３０Ａに形成さ
れた摺動層３１Ａは、固体潤滑剤ＳＬを分散含有する樹
脂層よりなっている。この摺動層３１Ａの膜厚は、例え
ば０．５〜１０μｍである。固体潤滑剤ＳＬとしては、
例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラ
ファイト、窒化ホウ素、酸化アンチモン、酸化鉛、鉛、
インジウム、及びスズのうちの少なくとも一種が用いら
れている。また、樹脂としては、熱硬化性のポリアミド
イミドが用いられている。

【００３０】前記摺動層３１Ａの形成にあたり、固体潤
滑剤ＳＬを含有する液体樹脂材料の斜板１０（基材）に
対する塗布には、スプレーコーティング法、ロールコー
ティング法或いはスクリーン印刷法等の周知の手法が採
用されている。そして、この塗装膜を乾燥した後に、同
塗装膜を２００〜３００℃で焼き固めることで摺動層３
１Ａが形成される。

【００３１】図２（ｃ）に示すように、リヤ側摺動面３
０Ｂに形成された摺動層３１Ｂは、二層構造をなしてい
る。この摺動層３１Ｂにおいて第１層３１Ｂ−１は、シ
ュー２０Ａ，２０Ｂを構成する鉄系材料とは種類の異な
る金属層よりなっている。この第１層３１Ｂ−１の膜厚
は、例えば６０〜７０μｍである。

【００３２】前記第１層３１Ｂ−１を構成する金属材料
としては、例えば珪素含有のアルミニウム合金やアルミ
ニウムと珪素との金属間化合物（以下両者を含めて「Ａ
ｌ−Ｓｉ系材料」と呼ぶ）が挙げられる。アルミニウム
系材料としてのＡｌ−Ｓｉ系材料では、珪素含有量に応
じて材料としての硬度や融点等の物性が種々変化する
が、ここで使用するＡｌ−Ｓｉ系材料は、珪素含有量が
１０〜２０重量％（好ましくは１５〜１８重量％）のも
のである。この第１層３１Ｂ−１の形成には、周知の金
属溶射法が用いられている。

【００３３】前記摺動層３１Ｂにおいて第２層３１Ｂ−
２は、第１層３１Ｂ−１上に被覆形成されている。この
第２層３１Ｂ−２は、フロント側の摺動層３１Ａと同様
に固体潤滑剤ＳＬを含有する樹脂層であって、例えば
０．５〜１０μｍの膜厚を有している。

【００３４】以上のように、摺動層３１Ａ，３１Ｂを斜
板摺動面３０Ａ，３０Ｂに形成することで、シュー２０
Ａ，２０Ｂとの接触摺動性が改善される。すなわち、摺
動層３１Ａ，３１Ｂの形成によって、斜板１０とシュー
２０Ａ，２０Ｂとの間にはオイルレス環境下においても
一定の潤滑性が確保される。

【００３５】上記構成の本実施形態においては次のよう
な効果を奏する。 （１）前記斜板１０によれば、圧縮機の高速稼動時にお
ける容量制御性の向上と、シュー２０Ａ，２０Ｂとの接
触摺動性を向上させることとを、基材（銅系材料）に鉛
を使用することなく両立させることができる。特に斜板
１０の大部分を占める基材に鉛を使用しないことは、斜
板１０全体の鉛使用量を大きく削減するのに特に有効と
なり、環境衛生に優れる。なお、摺動層３１Ａ及び／又
は摺動層３１Ｂの第２層３１Ｂ−２，３１Ｂに、固体潤
滑剤として鉛を用いたとしても、斜板１０全体からして
みればその使用量は微量である。

【００３６】（２）斜板１０において、シリンダブロッ
ク１側に向かうリヤ側摺動面３０Ｂと、同摺動面３０Ｂ
と反対側に位置するフロント側摺動面３０Ａとでは、お
かれた状況が受承荷重的に異なっている。つまり、フロ
ント側摺動面３０Ａに対しては、冷媒ガスを吸入するた
めに、ピストン８をシリンダボア１ａから引っ張り出そ
うとする際の吸入反力に基づく荷重が主として作用され
ている。他方、リヤ側摺動面３０Ｂに対しては、冷媒ガ
スを圧縮するために、ピストン８をシリンダボア１ａへ
押し込もうとする際の圧縮反力に基づく荷重が主として
作用されている。圧縮反力に基づく荷重は吸入反力に基
づく荷重よりも大きいのが一般的である。

【００３７】つまり、前記摺動層３１Ａ，３１Ｂにとっ
て耐摩耗性を要求されるのは、リヤ側摺動面３０Ｂであ
る。従って、本実施形態においては、耐摩耗性に優れる
ものの形成コストが上昇しがちな金属層（第１層３１Ｂ
−１）を、耐摩耗性が高く要求されるリヤ側摺動面３０
Ｂにのみ形成し、耐摩耗性をそれほど要求されないフロ
ント側摺動面３０Ａの摺動層３１Ａについては、安価に
形成できる樹脂層のみとしている。よって、シュー２０
Ａ，２０Ｂとの摺動に対する信頼性を要求レベル以上で
維持しつつ、摺動層３１Ａ，３１Ｂの形成コストを削減
することができる。

【００３８】（３）リヤ側摺動層３１Ｂの第１層３１Ｂ
−１には、珪素含有のＡｌ−Ｓｉ系材料が用いられてい
る。従って、第１層３１Ｂ−１の硬度や融点等の物性が
好適となり、同層３１Ｂ−１の耐摩耗性がさらに向上さ
れる。

【００３９】（４）例えば、リヤ側摺動層３１Ｂにおい
て、金属層である第１層３１Ｂ−１がシュー２０Ｂと直
接摺動する場合、同第１層３１Ｂ−１はその変形し難い
性質（この性質が耐摩耗性を良好としている一面もあ
る）から割れ等が生じ易い。従って、摺動層３１Ｂ−１
の上層として、軟質な樹脂層よりなる第２層３１Ｂ−２
を設けて、第１層３１Ｂ−１とシュー２０Ｂとを直接接
触させないことは、同第１層３１Ａ−１の割れ等の発生
を防止する上で有効となる。

【００４０】なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で
以下のような態様でも実施できる。 ・上記実施形態において、フロント側摺動層３１Ａをリ
ヤ側摺動層３１Ｂと同様に、金属層と固体潤滑剤ＳＬを
含有する樹脂層との二層構造とすること。このようにす
れば、斜板１０とシュー２０Ａ，２０Ｂとの接触摺動性
がさらに良好となる。つまり、フロント側摺動層３１Ａ
とリヤ側摺動層３１Ｂの構成を同じとすることも、本発
明の趣旨から逸脱するものではない。

【００４１】・摺動層を、固体潤滑剤を含有する樹脂層
のみにより構成すること。つまり、例えば、上記実施形
態においてリヤ側摺動層３１Ｂを樹脂層３１Ｂ−２のみ
により構成すること。このようにすれば、摺動層の形成
コストをさらに低減することが可能となる。

【００４２】・摺動層を金属層のみにより構成するこ
と。つまり、例えば、上記実施形態において摺動層３１
Ａ，３１Ｂから樹脂層３１Ａ，３１Ｂ−２を削除すると
ともに、フロント側摺動面３０Ａにリヤ側摺動層３１Ｂ
と同様な金属層を被覆形成すること。

【００４３】・摺動層を、メッキによって形成された金
属層により構成すること。メッキよりなる金属層は、例
えば樹脂層と比較して耐摩耗性に優れる。このメッキの
種類としては、例えば、ニッケル系やコバルト系や銅系
のものがあり、メッキの手法としては電気メッキや化学
メッキや無電解メッキが挙げられる。この場合、メッキ
中に固体潤滑剤を分散させる複合メッキを行えば、斜板
とシューとの接触摺動性をさらに良好することが可能と
なる。さらに、このメッキ層の上層として、固体潤滑剤
を含有する樹脂層を被覆形成すれば、同メッキ層におい
て上記実施形態の（３）と同様な効果（メッキ層の割れ
防止）が奏される。

【００４４】・斜板の基材に銅系の焼結材料を用いるこ
と。このようにすれば、基材の表面は微視的に凹凸状態
となり、金属層又は樹脂層の材料がこの微視的な凹凸面
の凹部に入り込む。従って、基材に対する金属層又は樹
脂層の結合性が高くなり、耐久性及び接触摺動性に優れ
た摺動層を得ることができる。

【００４５】・斜板の基材に用いられる銅系の材料にビ
スマスを含有させること。このようにすれば、例えば、
摺動層が摩滅されて、斜板の基材がシューと直接摺動す
る事態においても、両者の接触摺動性を或る程度良好に
維持することができる。

【００４６】・金属層に固体潤滑剤を含有させること。
このようにすれば、斜板とシューとの接触摺動性がさら
に良好となる。上記実施形態から把握できる技術的思想
について記載する。

【００４７】（１）前記金属層は、ピストンが配置され
る側の摺動面にのみ形成されている請求項３〜６のいず
れかに記載の容量可変型斜板式圧縮機における斜板。 （２）前記金属層は、Ａｌ−Ｓｉ系材料よりなっている
請求項３〜６のいずれか又は前記（１）に記載の容量可
変型斜板式圧縮機における斜板。

【００４８】

【発明の効果】上記構成の本発明の斜板によれば、容量
可変型斜板式圧縮機の高速稼動時における容量制御性の
向上と、シューとの接触摺動性を向上させることとを、
構成材料に鉛を多量に使用することなく両立させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 容量可変型斜板式圧縮機の断面図。

【図２】 要部拡大断面図。

【符号の説明】

８…ピストン、９…駆動軸、１０…斜板、２０Ａ，２０
Ｂ…シュー、３０Ａ，３０Ｂ…シューとの摺動領域であ
る摺動面、３１Ａ，３１Ｂ…摺動層。

フロントページの続き (72)発明者 水谷 秀樹 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 杉岡 隆弘 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 小野田 晃 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 村上 智洋 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 大久保 忍 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 BB26 BB31 BB43 CC20 CC33

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸には斜板が一体回転可能でかつ傾
   動可能に連結され、同斜板にはシューを介して片頭型の
   ピストンが係留されており、駆動軸の回転運動が斜板及
   びシューを介してピストンの往復運動に変換されるとと
   もに、駆動軸に対する斜板の傾斜角度を変更することで
   吐出容量を変更可能な容量可変型斜板式圧縮機におい
   て、 基材を銅系の材質製とするとともに、シューとの摺動領
   域に摺動用の摺動層を形成してなることを特徴とする容
   量可変型斜板式圧縮機における斜板。
2. 【請求項２】 前記摺動層は、固体潤滑剤を含有する樹
   脂層よりなる請求項１に記載の容量可変型斜板式圧縮機
   における斜板。
3. 【請求項３】 前記摺動層は、溶射によって形成された
   金属層よりなる請求項１又は２に記載の容量可変型斜板
   式圧縮機における斜板。
4. 【請求項４】 前記摺動層は、メッキによって形成され
   た金属層よりなる請求項１又は２に記載の容量可変型斜
   板式圧縮機における斜板。
5. 【請求項５】 前記摺動層は、金属層と、同金属層上に
   形成された固体潤滑剤を含有する樹脂層とからなる請求
   項３又は４に記載の容量可変型斜板式圧縮機における斜
   板。
6. 【請求項６】 前記金属層は固体潤滑剤を含有する請求
   項３〜５のいずれかに記載の容量可変型斜板式圧縮機に
   おける斜板。
7. 【請求項７】 前記基材に用いられる銅系の材料は、鉛
   を含有しない請求項１〜６のいずれかに記載の容量可変
   型斜板式圧縮機における斜板。
8. 【請求項８】 前記基材は、銅系の無垢材料よりなる請
   求項１〜７のいずれかに記載の容量可変型斜板式圧縮機
   における斜板。
9. 【請求項９】 前記基材は、銅系の焼結材料よりなる請
   求項１〜７のいずれかに記載の容量可変型斜板式圧縮機
   における斜板。