JP2961623B2

JP2961623B2 - 斜板式圧縮機

Info

Publication number: JP2961623B2
Application number: JP2319838A
Authority: JP
Inventors: 和彦佐藤; 三男萩野谷; 雄策中川; 英紀町村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JPH04191473A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車空調システム用冷媒圧縮機に係り、
特にピストンサポート用ガイド機構部を耐摩耗性、耐焼
付性に優れた機構とした斜板式圧縮機に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の冷媒圧縮機では、フロントハウジング
にはシリコンを12重量％程度含有したAl−Si系合金の鋳
造材が用いられ、また、スライドシューには鉄系の金属
材料が用いられていた。しかし、上記組合せでは、特に
アルミハウジング側の耐摩耗性、耐焼付性が十分でな
く、スライドシュー摺動部の異常摩耗による圧縮機騒音
の増大、あるいは焼付による圧縮機のロック等の事態が
しばしば発生した。このため、アルミ合金系ハウジング
側の耐摩耗性、耐焼付性を向上させるために、シリコン
含有量を16〜20重量％に高めるという対策がなされてき
た。

これら従来の圧縮機用の冷媒としては、フロン12（R1
2）、フロン22（R22）等が用いられ、また潤滑油として
はナフテン系、パラフィン系等の鉱油が用いられてき
た。上記冷媒はいずれも分子中に塩素を含むフロンガス
であり、この塩素が活性な摺動面に極圧剤として作用
し、特にアルミ材の耐摩耗、耐焼付性を向上させる働き
をしていた。また、上記鉱油は圧力粘度指数が高く、高
荷重域における油膜の形成が比較的良好で、耐摩耗性、
耐焼付性を向上させていた。

しかし、1989年より実施されたフロン規制により、分
子中に塩素を含むフロンガスはオゾン層を破壊すること
から生産量が削減され、今世紀末までには全廃されるこ
とが決定している。このことから塩素を含まない代替フ
ロンガスの開発が急がれており、現在、R12の代替フロ
ンガスとして1,1,1,2−テトラフルオロエタンすなわち
フロン134a（R134a）が有力である。したがって、今後
は塩素による耐摩耗性、耐焼付性の向上は望めない。こ
れに呼応し潤滑油も、現行の鉱油が代替フロンに対して
相溶性がまったくないことからPAG（ポリアルキレング
リコール）等の合成油に変更せざるを得ない。この合成
油は圧力粘度指数が低く、高荷重域においては油膜の形
成に問題が生じる。さらに、この合成油には吸湿性があ
り、腐食、加水分解による酸の発生、あるいは水素脆性
等さまざまな悪影響を及ぼすことが懸念されている。

以上のことから、アルミ合金系ハウジングのシリコン
含有量を高めただけではスライドシュー摺動部の耐摩耗
性及び耐焼付性の向上は、代替フロン移行後は望めない
ことが明らかとなっている。

なお、本件に関連する従来例としては、例えば実開平
１−80822号公報のように、アルマイト層を有するアル
ミニウムの軸と、この軸を支承する合成樹脂のベアリン
グを組み合わせた軸受装置の例がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では前記ピストンサポートのガイド溝摺
動部が極度の潤滑不足となった場合、例えばフロン規制
により現行よりも潤滑性の劣る代替冷媒、代替冷凍機油
に移行後の配慮がなされておらず、フロン134aのように
分子中に塩素を含まないフロンを冷媒として用い、PAG
等の圧力粘度指数の低い合成油を潤滑油として用いた場
合には、圧縮機の運転条件次第では該摺動部が潤滑不足
となり、該ガイド溝の異常摩耗あるいは前記スライドシ
ューとの間で焼き付きが発生し、圧縮機が運転不能に陥
いるという問題があった。

本発明の目的は、上記斜板式圧縮機のピストンサポー
ト用ガイド機構部の摺動部分の耐摩耗性及び耐焼付性を
向上させ、フロン規制により、現行よりも潤滑性の劣る
代替冷媒、代替冷凍機油に移行した場合でも、耐焼付
性、耐摩耗性が良好で耐久性が優れ、信頼性の高い斜板
式圧縮機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、前記ピストンサポートガ
イド溝摺動部において、溝と前記スライドシューとの間
に、表面が耐摩耗性及び自己潤滑性を有する合成樹脂を
主成分とした面からなるガイドプレートを設け、該ガイ
ドプレートを介して前記スライドシューが前記溝内を摺
動するようにしたものである。

すなわち、本発明は、アルミニウム合金にて形成され
たハウジングと、このハウジング内に回転自在に支持さ
れた駆動軸と、この駆動軸に直角な軸のまわりに回転可
能に取り付けられた斜板と、ピストンロッドを支持し且
つ前記斜板の傾斜角に対応して揺動するピストンサポー
トと、このピストンサポートの径方向に突設された軸受
部と、前記ハウジング内周部に駆動軸と平行に形成され
軸受部が嵌合したガイド溝とを備えた斜板式圧縮機にお
いて、前記ガイド溝内の前記軸受部との間に固体潤滑材
より成るガイドプレートを設けたことを特徴とするもの
である。

また、本発明は、内部にクランク室、吸入空間及び吐
出空間を有し、アルミニウム合金にて形成されたハウジ
ングと、該ハウジング内に回転自在に支持された駆動軸
と、駆動軸を中心として該駆動軸と軸線を平行にして円
周方向に配置された複数個のシリンダと、該シリンダに
それぞれ往復自在に嵌合されたピストンと、該駆動軸に
直角な軸まわりに回転可能に取り付けられた斜板と、前
記ピストンに固定されたロッドと、それぞれのロッドを
支持し且つ前記斜板の傾斜角に対応して揺動運動を行な
うピストンサポートと、該ピストンサポートの径方向に
固定されたガイドピンと、該ガイドピンに往復及び回転
自在に嵌合されたスライドボールと、該スライドボール
を自己の内部に回転自在に嵌合したスライドシューと、
前記ハウジング内周部に駆動軸方向に平行に形成され溝
形状が円筒であるガイド溝と、前記スライドシューを該
ガイド溝内で回転及び摺動可能に装着し、前記斜板が前
記駆動軸に対する傾斜角度に対応した行程で前記ピスト
ンを往復運動させる時に該ガイド溝内に該スライドシュ
ーを嵌合することにより、前記ピストンサポートの駆動
軸回転方向の運動を抑制した斜板式圧縮機において、前
記ガイド溝内と前記スライドシューとの摺動部の間に、
少なくとも摺動面が固体潤滑材より成るガイドプレート
を設けたことを特徴とするものである。

前記圧縮機において、固体潤滑材は合成樹脂より成る
ここで、合成樹脂は四弗化エチレン樹脂、ポリアセター
ル樹脂、ケトン系樹脂またはイミド系樹脂が挙げられ
る。また、スライドシューは鉄系材料で形成され、少な
くともガイドプレートとの滑り面は表面粗さがRmaxで１
μｍ以下に形成されているものがよい。

〔作用〕

上記したピストンサポート用ガイド機構とすることに
よって、前記スライドシューは合成樹脂を主成分とした
面等の固体潤滑材の持つ自己潤滑性により、該摺動部が
潤滑不足となった場合でも異常摩耗や焼き付きを起こす
ことなく、ガイド溝内を滑らかに摺動することができ
る。また、該摺動部の摩擦係数の低下により圧縮機の駆
動トルクが低下するため、圧縮機の全断熱効率の向上、
つまりは自動車エンジンへの負担を軽減することができ
る。また、硬質アルマイト等の表面処理と比較した場
合、ハウジング内周に位置するガイド溝内のみへの処理
は難かしく、もし実施する場合はハウジングの不必要な
部分への処理が避けられないのに対し、本発明において
はガイド溝内へ、表面に合成樹脂を主成分とした面等の
固体潤滑材を持つガイドプレートを嵌合させるだけで済
むことから、より効率的な方法であり、コスト面及び生
産性の面でも有利である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図は本発明に係る可変ストローク斜板式圧縮機の全体
構造を示したものである。本図は斜板12が最大傾転、す
なわちピストンストロークが最大の場合を示している。
円筒状のシリンダブロック２の一端には、中央部にラジ
アル軸受18を介して主軸13を回転自在に支承するフロン
トハウジング１が配置、固着され、斜板室10を形成して
いる。該ハウジング１はAl−Si合金（ADC12）やB390等
のダイカストから成る。該シリンダブロック２には駆動
軸である主軸13を中心とし、その軸線と平行にして円周
方向に配置された複数個のシリンダボア33が形成されて
いる。主軸13はシリンダブロック２のほぼ中心線上にあ
って、シリンダブロック２及びフロントハウジング１の
中央部に設けられたラジアル軸受18,19により回転自在
に支持され、圧入あるいはピンまたは塑性結合などによ
りドライブプレート14が固定されている。該ドライブプ
レート14にはカム溝142が設けられ、該溝142内には斜板
耳部121にすきまを設けて嵌合された支点ピン16が、移
動可能に取り付けられている。また、該カム溝142が設
けられたドライブプレート14の耳部141と斜板耳部121と
は、側面が接触するような構造としてある。これによ
り、主軸13の回転によりドライブプレート14が回転する
と、ドライブプレート14の耳部141から斜板耳部121に回
転力が与えられ、斜板12が回転する。

主軸13にはスリーブ15が主軸13の軸方向に移動可能に
組込まれており、該スリーブ15と斜板12とは、ピボット
ピン17によりスリーブ15に対して斜板12がピボットピン
17のまわりに回転自在なように締結されている。したが
って、主軸13の回転により、ドライブプレート14、斜板
12、スリーブ15が共に回転する。

斜板12には、ラジアル軸受23を介してピストンサポー
ト21が締結されており、斜板12に固定されたスペーサ22
1及び止め輪22により、該軸受23が斜板12の回転軸方向
に移動しないように、斜板のハブ部122に固定されてい
る。一方、ピストンサポート21は突起部211により、ラ
ジアル軸受23に対して第１図の右方向への移動を規制さ
れ、しかも斜板12との間に設置されたスラスト軸受25に
より、同図の左方向への移動も規制されている。

また、ピストンサポート21の下側位置に径方向にガイ
ドピン26が圧入、塑性結合等の方法で固定されており、
該ガイドピン26には、スライドボール27、及びそれに対
面する球面部を有する一対の半円筒形状のスライドシュ
ー29が、回転及びピンの長さ方向に移動可能に装着され
ている。また、該スライドシュー29は、フロントハウジ
ング１の内周部に設けられた軸方向溝28内を往復運動
し、ピストンサポート21が主軸13のまわりを回転しない
ための回り止め機構として、軸まわりの運動を規制して
いる。

ピストンサポート21には、両端にボール321,322を有
する複数個のコネクティングロッド32の一端が、ボール
321の中心まわりに回転自在に取り付けられ、他端には
ボール322の中心まわりに回転自在にピストン31が取り
付けられている。複数個のピストン31はシリンダボア33
に組み込まれている。該ピストン31には、ピストンシリ
ンダ34,35が装着されている。また、シリンダブロック
２には、吸入弁板５、シリンダヘッド４、吐出弁板６、
パッキン７、リアカバ３とが配置され、フロントハウジ
ング１と一体に図示しないボルトでリアカバ３に固定さ
れている。フロントハウジング１とシリンダブロック２
との気密はＯリング38、リアカバ３とシリンダブロック
２及びパッキン７との気密はＯリング39で保っている。
シリンダヘッド４には、各シリンダボア33に対応して吸
入ポート401と吐出ポート402が設けられ、リアカバ３に
設けられた吸入室８と吐出室９をそれぞれシリダボア33
に連通させている。リアカバ３には吸入口301と図示し
ない吐出口が設けられ、吸入通路302内には、吸入口301
と吸入室８の間に制御弁41が配置されている。

以上述べた構成とすることにより、図示しないエンジ
ンからマグネットクラッチ50を介して圧縮機の主軸13が
駆動されると、ドライブプレート14、斜板12が回転し、
主軸13の回転軸に対しピストンサポート21が揺動運動す
る。したがって、ピストン31はシリンダボア33内を往復
運動し、ガスを吸入、圧縮する。なお、最大ストローク
位置の規制にはスリーブ15をドライブプレート14に接触
させることによって、また、最小ストローク位置の規制
には主軸13に設けた溝に止め輪131を設置し、これにス
リーブを当てることによって行なっている。

ドライブプレート14に形成されたカム溝142は１つの
閉曲線であり、支点ピン16がこのカム溝142内を移動し
ても常にピストン31の上死点位置が変わらないような曲
線としてある。ガスを圧縮する際に主軸13に作用するス
ラスト力は、ドライブプレート14とフロントハウジング
１の間に設置されたスラスト軸受42で、また、主軸13に
作用するラジアル力は、フロントハウジング１及びシリ
ンダブロック２に設けられたラジアル軸受19及び18でそ
れぞれ支持されている。

第２図はフロントハウジング１の内周部に設けられた
ガイド溝28内に装着する固体潤滑材より成るガイドプレ
ート51を示す。この実施例におけるガイドプレート51
は、表面が合成樹脂を主成分とした面52からなる。第３
図は前記ガイドプレート51を装着した場合のピストンサ
ポートガイド機構部の部分断面図である。カーエアコン
では圧縮機の回転速度は8000r/m程度まで達することが
あり、その場合、該スライドシュー29の摺動速度は最高
16m/sもの高速となる。したがって、該摺動部が潤滑不
足となった場合、例えば液冷媒により摺動部が洗浄され
ている状態での起動時、高速高圧運転時、及び過少冷媒
運転時等には、該スライドシュー29とガイド溝28との間
で焼き付きが発生するという問題があった。さらに、フ
ロン規制により現行フロン12が規制対象となっているこ
とから、現在、代替フロンとしてフロン134aに移行する
ことが有力となっている。ところが、このフロン134aは
分子中に塩素を含んでいないため、自己潤滑性がフロン
12に対し、かなり劣るこということが明らかとなってい
る。また、冷凍機油としても現行の鉱油が相溶性の点か
ら使用できず、代替冷凍機油として鉱油よりも圧力粘度
指数の低いPAG（ポリアルキレングリコール）等の合成
油を使用せざるを得ないことから、摺動条件は現行より
もかなり悪化し、該摺動部の焼き付きにより圧縮機が運
動不能となる事態が起こり易くなることが予想される。

これに対し、ガイド溝28に前記ガイドプレート51を装
着した場合は、スライドシュー29は該ガイドプレート51
の内周面に形成された合成樹脂を主成分とした面52上を
摺動することになるので、該摺動部が潤滑不足となった
場合でも焼き付きは発生しない。このことは、第４図に
示すようにSKD11材との境界潤滑摩擦摺動試験結果を見
ても明らかであり、Al−125Si材に対し、本発明の一実
施例である四弗化エチレン樹脂系のガイドプレート材
は、その２倍以上の耐焼付面圧値を有している。また、
合成樹脂の優れた自己潤滑性により、該摺動部の摩擦係
数は低下し、それにより圧縮機の駆動トルクが低下する
ため、圧縮機の全断熱効率の向上、つまりはエンジンの
負担を軽減することができる。また、本実施例において
はガイドプレート51の凸状となっている底部が、ガイド
溝28に対する回り止めの役割を果たしている。なお、主
成分の合成樹脂については、四弗化エチレン樹脂の他
に、ポリアセタール樹脂、ケトン系樹脂、イミド系樹脂
についてもほぼ同等の結果が得られた。これらの合成樹
脂はPb,Sn等の焼結体層を内部に有する構造とすること
や、合成樹脂に黒鉛等の他の固体潤滑材を添加し共析し
た面とすることにより、さらに耐焼付、耐摩耗性が改善
されるということが確認された。

その一例を第５図に示す。図において、61は合成樹脂
でPbを添加剤として含んでいる。62は青銅の焼結体層で
ある。青銅の他にリン青銅や鉛青銅でもよい。化学組成
と（重量％）しては、表１のものがよい。また63は裏金
で冷間圧延鋼（SPCC）より成る。その組成（重量％）は
表２のものがよい。

また、相手材であるスライドシュー29のガイドプレー
ト51との間に少なくとも滑り、摩擦を受ける面の面粗さ
はRmax 1μｍ以下が良く、それ以上になると摩擦量は増
加する傾向にある。

前記実施例において、ガイドプレート51は一体となっ
ているが、第６図及び第７図に示すように左右に分割し
た構造51（ａ）と51（ｂ）,52（ａ）と52（ｂ）として
もよい。また、その際左右対称である必要はない。

なお、第１図の実施例は可変ストローク斜板式圧縮機
であるが、本発明が固定ストローク斜板式圧縮機につい
ても有効であることは、言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ピストンサポートガ
イド機構において、耐摩耗性、耐焼付性及び摺動特性が
向上するので、フロン規制にも対応可能な耐久性の良
い、信頼性の高い斜板式圧縮機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の可変ストローク斜板式圧縮
機の構成図、第２図はガイドプレートの斜視図、第３図
は第１図のＩ−II断面図、第４図は境界潤滑摩擦摺動試
験結果を示す図、第５図はガイドプレートの一実施例の
要部断面図、第６図及び第７図は異なる他の実施例にお
ける第１図のＩ−II断面図である。１……フロントハウジング、２……シリンダブロック、 12……斜板、13……主軸、 21……ピストンサポート、 26……ガイドピン、 27……スライドボール、 28……ガイド溝、 29……スライドシュー、 51……ガイドプレート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者町村英紀茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所佐和工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 27/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金にて形成されたハウジン
グと、このハウジング内に回転自在に支持された駆動軸
と、この駆動軸に直角な軸のまわりに回転可能に取り付
けられた斜板と、ピストンロッドを支持し且つ前記斜板
の傾斜角に対応して揺動するピストンサポートと、この
ピストンサポートの径方向に突設された軸受部と、前記
ハウジング内周部に駆動軸と平行に形成され軸受部が嵌
合したガイド溝とを備えた斜板式圧縮機において、前記
ガイド溝内の前記軸受部との間に固体潤滑材より成るガ
イドプレートを設けたことを特徴とする斜板式圧縮機。
【請求項２】内部にクランク室、吸入空間及び吐出空間
を有し、アルミニウム合金にて形成されたハウジング
と、該ハウジング内に回転自在に支持された駆動軸と、
駆動軸を中心として該駆動軸と軸線を平行にして円周方
向に配置された複数個のシリンダと、該シリンダにそれ
ぞれ往復自在に嵌合されたピストンと、該駆動軸に直角
な軸まわりに回転可能に取り付けられた斜板と、前記ピ
ストンに固定されたロッドと、それぞれのロッドを支持
し且つ前記斜板の傾斜角に対応して揺動運動を行なうピ
ストンサポートと、該ピストンサポートの径方向に固定
されたガイドピンと、該ガイドピンに往復及び回転自在
に嵌合されたスライドボールと、該スライドボールを自
己の内部に回転自在に嵌合したスライドシューと、前記
ハウジング内周部に駆動軸方向に平行に形成され溝形状
が円筒であるガイド溝と、前記スライドシューを該ガイ
ド溝内で回転及び摺動可能に装着し、前記斜板が前記駆
動軸に対する傾斜角度に対応した行程で前記ピストンを
往復運動させる時に該ガイド溝内に該スライドシューを
嵌合することにより、前記ピストンサポートの駆動軸回
転方向の運動を抑制した斜板式圧縮機において、前記ガ
イド溝内と前記スライドシューとの摺動部の間に、少な
くとも摺動面が固体潤滑材より成るガイドプレートを設
けたことを特徴とする斜板式圧縮機。
【請求項３】請求項１又は２において、固体潤滑材は合
成樹脂より成り、該合成樹脂は四弗化エチレン樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ケトン系樹脂またはイミド系樹脂で
ある斜板式圧縮機。
【請求項４】請求項２又は３において、スライドシュー
は鉄系材料で形成され、少なくともガイドプレートとの
滑り面は表面粗さがRmaxで１μｍ以下に形成されている
斜板式圧縮機。