JP6571960B2 - Swash plate compressor hemispherical shoe and swash plate compressor - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用エアコンなどに用いられる斜板式コンプレッサにおいて、斜板とピストンとの間に介在して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換するための半球シューに関する。 The present invention relates to a hemispherical shoe for converting a rotary motion of a swash plate into a reciprocating motion of a piston interposed between a swash plate and a piston in a swash plate type compressor used for an air conditioner for automobiles and the like.
斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させるものである。このような斜板式コンプレッサには、両頭形のピストンを用いて冷媒を両側で圧縮、膨張させる両斜板タイプのものと、片頭形のピストンを用いて冷媒を片側のみで圧縮、膨張させる片斜板タイプのものとがある。また、半球シューは斜板の片側面のみで摺動するものと、斜板の両側面で摺動するものとがある。これらの斜板式コンプレッサでは、斜板と半球シューの摺動面に毎秒２０ｍ以上の大きな相対速度の滑りが発生して、半球シューは非常に過酷な環境で使用される。 The swash plate compressor slides a hemispherical shoe on a swash plate mounted at a right angle and obliquely so as to be directly fixed to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing where refrigerant exists. The rotational movement of the swash plate is converted into the reciprocating movement of the piston through the shoe to compress and expand the refrigerant. Such swash plate compressors include a double swash plate type that compresses and expands refrigerant on both sides using a double-headed piston, and a single-slope that compresses and expands refrigerant only on one side using a single-headed piston. There is a board type. In addition, the hemispherical shoes include those that slide only on one side of the swash plate and those that slide on both sides of the swash plate. In these swash plate type compressors, sliding with a large relative speed of 20 m or more per second occurs on the sliding surface of the swash plate and the hemispheric shoe, and the hemispheric shoe is used in a very severe environment.
また、潤滑については、潤滑油は冷媒に溶け込みながら薄められハウジング内を循環し、ミスト状となって摺動部に供給される。しかし、運転休止状態から運転を再開した場合において、液化した冷媒により潤滑油が洗い流されてしまい、運転開始時の斜板と半球シューとの摺動面は、潤滑油のないドライ状態となり、焼付きが発生しやすいという問題がある。 As for lubrication, the lubricating oil is diluted while dissolved in the refrigerant, circulates in the housing, and is supplied to the sliding portion in the form of a mist. However, when the operation is resumed from the operation suspension state, the lubricating oil is washed away by the liquefied refrigerant, and the sliding surface between the swash plate and the hemispherical shoe at the start of the operation becomes a dry state without the lubricating oil, and is burned. There is a problem that sticking is likely to occur.
この焼付きを防止する手段としては、例えば、斜板および半球シューの少なくとも摺動面にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂被膜を静電粉体塗装法により直接形成したもの（特許文献１参照）、固体潤滑剤を含有する熱可塑性ポリイミド被膜を静電粉体塗装法により形成したもの（特許文献２参照）が提案されている。 As a means for preventing this seizure, for example, a polyether ether ketone (PEEK) resin film is directly formed on at least sliding surfaces of a swash plate and a hemispherical shoe by an electrostatic powder coating method (see Patent Document 1). There has been proposed a thermoplastic polyimide coating containing a solid lubricant formed by an electrostatic powder coating method (see Patent Document 2).
また、高速・高温条件において高い摺動性を確保するため、斜板、半球シューおよびピストンの少なくとも一の摺接部位にＰＥＥＫ樹脂からなるバインダと、該バインダ中に分散された固体潤滑剤とからなる摺動層を形成したもの（特許文献３参照）が提案されている。また、斜板との摺動面が樹脂層からなり、球面部表面が半球シューの基材自体からなり、樹脂層の周方向厚さを変化させた半球シュー（特許文献４参照）が提案されている。 Further, in order to ensure high slidability under high speed and high temperature conditions, a binder made of PEEK resin at at least one sliding contact portion of the swash plate, hemispherical shoe and piston, and a solid lubricant dispersed in the binder The thing which formed the sliding layer which becomes (refer patent document 3) is proposed. Also proposed is a hemispherical shoe (see Patent Document 4) in which the sliding surface with the swash plate is made of a resin layer, the surface of the spherical surface is made of the base material of the hemispherical shoe, and the circumferential thickness of the resin layer is changed. ing.
特許文献１〜３に示す従来技術では、斜板と半球シューの潤滑特性の向上のために、上記したとおり、斜板や半球シューの摺動面を潤滑性被膜で形成する方法が提案されてきたが、現実には斜板への潤滑性被膜の形成はあっても、半球シューへの潤滑性被膜の形成は皆無であった。この理由は、斜板に比べて半球シューの摺動面積が小さいうえに、ピストンの球面座との摺動も受けるため、摩擦熱によって潤滑性被膜の耐久性が十分に得られていないということが推測される。
In the prior art shown in
例えば、従来技術のように、斜板およびピストンとの摺動のため半球シューの表面全体を樹脂被膜で覆った場合、摩擦熱の放熱性が低下するとともに半球シュー基材の温度上昇が発生し、樹脂被膜が溶解するということが起こり得る。また、静電粉体塗装法や塗液塗布による樹脂被膜の形成は、半球シューを焼成温度にさらすことになり強度低下の懸念がある。 For example, when the entire surface of the hemispherical shoe is covered with a resin film for sliding with the swash plate and piston as in the prior art, the heat dissipation of the frictional heat is reduced and the temperature of the hemispherical shoe base material is increased. It can happen that the resin coating dissolves. In addition, the formation of a resin film by electrostatic powder coating or coating liquid application exposes the hemispherical shoe to the firing temperature, and there is a concern that the strength may decrease.
特許文献４はこれらの問題に対処するために開発されたが、上記のとおり、半球シューは非常に過酷な環境で使用されるため、半球シューに対する荷重が高くなると基材と樹脂層との密着性が低下し、基材に対して樹脂層が相対的に回転することが発生する。これが酷くなると基材と樹脂層との界面に隙間が生じ、最悪の場合は樹脂層が割れるという可能性が生じる。
また、潤滑性被膜を有する斜板は、摺動面の平面度、平行度、厚さ精度の加工精度が厳しいだけでなく、高価な材料からなる潤滑性被膜の被膜面積が大きいため低価格化できないという問題がある。 In addition, the swash plate with a lubricating coating is not only strict in terms of flatness, parallelism and thickness accuracy of the sliding surface, but also has a low coating cost due to the large coating area of the lubricating coating made of expensive materials. There is a problem that you can not.
本発明はこれらの問題に対処するためになされたものであり、半球シューの摺動面に樹脂層を形成した構成において、半球シューに対する荷重が高くなることで基材と樹脂層との密着性が低下したとしても、基材に対して樹脂層が相対的に回転することを防止でき、樹脂層の界面の摩耗を防止できる半球シューを提供することを目的とする。また、運転開始時の潤滑油のないドライ状態においても、焼付きが発生せず、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保された半球シューを提供することを目的とする。さらに、この半球シューを使用した斜板式コンプレッサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to cope with these problems. In a configuration in which a resin layer is formed on the sliding surface of a hemispherical shoe, adhesion between the base material and the resin layer is increased by increasing the load on the hemispherical shoe. It is an object of the present invention to provide a hemispherical shoe that can prevent the resin layer from rotating relative to the base material and prevent wear at the interface of the resin layer even if the resistance decreases. In addition, to provide a hemispherical shoe with sufficient durability that does not cause seizure even in a dry state without lubricating oil at the start of operation, does not deteriorate lubrication characteristics due to frictional heat generation, and does not peel off the resin layer. With the goal. Furthermore, it aims at providing the swash plate type compressor which uses this hemispherical shoe.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの半球シューであって、上記半球シューは、硬質部材を基材とし、該基材の外径面に軸方向の溝または突起が形成され、上記斜板と摺動する平面部の表面と、上記ピストンと摺動する球面部の表面と、上記球面部と上記平面部とを繋ぐ外周部の表面とに樹脂層が形成され、上記外周部の樹脂層が、上記溝または突起の少なくとも一部を覆いつつ、これに係合していることを特徴とする。 The hemispherical shoe of the swash plate compressor according to the present invention has a hemispherical shoe attached to a swash plate mounted at a right angle and obliquely so as to be fixed directly to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing in which a refrigerant exists. The hemispherical shoe of the swash plate type compressor that compresses and expands the refrigerant by converting the rotational movement of the swash plate into the reciprocating motion of the piston through the hemispherical shoe. A base material is formed with axial grooves or projections on the outer diameter surface of the base material, the surface of the flat portion sliding with the swash plate, the surface of the spherical portion sliding with the piston, and the spherical portion And a resin layer formed on the outer peripheral surface connecting the flat portion, and the outer peripheral resin layer covers at least a part of the groove or the protrusion and engages with the resin layer. To do.
上記基材は、金属焼結体であることを特徴とする。また、上記軸方向の溝または突起は、２〜８本であることを特徴とする。また、上記軸方向の溝と基材表面とのエッジ部、または、上記軸方向の突起のエッジ部および上記軸方向の突起と基材表面との隅部は、シャープエッジであることを特徴とする。 The base material is a metal sintered body. The number of axial grooves or protrusions is 2-8. The edge portion between the axial groove and the substrate surface, or the edge portion of the axial protrusion and the corner portion between the axial protrusion and the substrate surface are sharp edges. To do.
上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが、上記外周部の樹脂層を介して連続する一体の層であり、かつ、上記基材の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに露出していることを特徴とする。 The resin layer of the flat surface portion and the resin layer of the spherical surface portion are an integral layer continuous through the resin layer of the outer peripheral portion, and at least a part of the base material is not covered with the resin layer It is exposed.
上記基材は、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が上記樹脂層で充填されずに露出していることを特徴とする。 The base material is formed with (1) a hollow portion that becomes a concave portion from the spherical portion side or the flat portion side, or (2) a hollow portion that penetrates the spherical portion side and the flat portion side at the central axis portion, At least a part of the hollow portion is exposed without being filled with the resin layer.
本発明の斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサであり、上記半球シューが本発明の半球シューであることを特徴とする。 The swash plate type compressor of the present invention slides a hemispherical shoe on a swash plate attached at right angles and obliquely so as to be fixed directly to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing in which refrigerant exists. A swash plate compressor that compresses and expands the refrigerant by converting the rotational movement of the swash plate into a reciprocating movement of the piston through the hemispheric shoe, and the hemispheric shoe is the hemispheric shoe of the present invention. To do.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、硬質部材を基材とし、該基材の外径面に軸方向の溝または突起が形成され、上記斜板と摺動する平面部の表面と、上記ピストンと摺動する球面部の表面と、上記球面部と上記平面部とを繋ぐ外周部の表面とに樹脂層が形成され、上記外周部の樹脂層が、上記溝または突起の少なくとも一部を覆いつつ、これに係合しているので、基材と樹脂層の密着性が向上する。また、なんらかの理由で異常発熱などが生じ、基材と樹脂層の密着性が低下したとしても、基材に対して樹脂層のずれによる相対的な回転を防止できる。 The hemispherical shoe of the swash plate compressor of the present invention has a hard member as a base material, an axial groove or protrusion is formed on the outer diameter surface of the base material, the surface of the flat portion that slides on the swash plate, A resin layer is formed on the surface of the spherical portion that slides with the piston and the surface of the outer peripheral portion that connects the spherical portion and the flat portion, and the resin layer of the outer peripheral portion has at least a part of the groove or protrusion. Since it engages with this while covering, the adhesiveness of a base material and a resin layer improves. Further, even if abnormal heat generation occurs for some reason and the adhesion between the base material and the resin layer is reduced, relative rotation due to the displacement of the resin layer with respect to the base material can be prevented.
上記基材に金属焼結体を採用することで、基材表面の微細な凹凸によって基材と樹脂層の密着性がさらに優れる。また、上記軸方向の溝または突起を２〜８本にすることで、基材表面に対して溝または突起をはっきりと形成できる。これにより、基材に対して樹脂層のずれによる相対的な回転を確実に防止できる。 By adopting a metal sintered body for the base material, the adhesion between the base material and the resin layer is further improved due to fine irregularities on the surface of the base material. Moreover, a groove | channel or a processus | protrusion can be clearly formed with respect to the base-material surface by using the said 2nd groove | channel or processus | protrusion in the axial direction. Thereby, the relative rotation by the shift | offset | difference of the resin layer with respect to a base material can be prevented reliably.
上記軸方向の溝と基材表面とのエッジ部をシャープエッジにすることで、溝に対応する樹脂層の凸部が溝を乗り越え難くなる。また、上記軸方向の突起のエッジ部および上記軸方向の突起と基材表面との隅部を、シャープエッジにすることで、突起に対応する樹脂層の凹部が突起を乗り越え難くなる。 By making the edge part of the said groove | channel of the said axial direction and a base-material surface into a sharp edge, the convex part of the resin layer corresponding to a groove | channel becomes difficult to get over a groove | channel. Further, by making the edge portions of the axial projections and the corners between the axial projections and the substrate surface into sharp edges, it becomes difficult for the concave portions of the resin layer corresponding to the projections to get over the projections.
上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが、上記外周部の樹脂層を介して連続する一体の層であり、かつ、上記基材の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに露出しているので、放熱性、耐荷重性に優れ、斜板とピストンの両部材との摺動性にも優れる。また、樹脂層の基材からの剥離を防止できる。 The resin layer of the flat surface portion and the resin layer of the spherical surface portion are an integral layer continuous through the resin layer of the outer peripheral portion, and at least a part of the base material is not covered with the resin layer Since it is exposed, it has excellent heat dissipation and load resistance, and excellent sliding properties between both the swash plate and the piston. Moreover, peeling of the resin layer from the base material can be prevented.
上記基材は、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が樹脂層で充填されずに露出しているので、摩擦熱が基材を伝わって、露出したこの中空部から外部に放熱される。このため、耐摩耗性、耐焼付き性に優れる。また、中空部を放熱部とするため、外表面の一部を放熱部とする場合よりも、放熱部面積を大きく確保しやすい。 The base material is formed with (1) a hollow portion that becomes a concave portion from the spherical portion side or the flat portion side, or (2) a hollow portion that penetrates the spherical portion side and the flat portion side at the central axis portion, Since at least a part of the hollow portion is exposed without being filled with the resin layer, the frictional heat is transmitted through the base material and is radiated to the outside from the exposed hollow portion. For this reason, it is excellent in abrasion resistance and seizure resistance. In addition, since the hollow portion is the heat radiating portion, it is easier to ensure a larger heat radiating portion area than when a part of the outer surface is the heat radiating portion.
本発明の斜板式コンプレッサは、上述した半球シューを備えたものであるので、半球シューに対する荷重が高くなることで基材と樹脂層との密着性が低下したとしても、基材に対して樹脂層が相対的に回転することを防止でき、樹脂層の界面の摩耗を防止できる。また。運転開始時の潤滑油のないドライ状態となる場合でも、半球シューの摺動面での焼付きが発生せず、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がない。これらの結果、耐久性に優れ、安心、長寿命な斜板式コンプレッサとなる。 Since the swash plate compressor according to the present invention includes the above-described hemispherical shoe, even if the adhesion between the base material and the resin layer is reduced due to an increase in the load on the hemispherical shoe, the resin is applied to the base material. It is possible to prevent the layers from rotating relatively and to prevent abrasion at the interface of the resin layer. Also. Even in a dry state without lubricating oil at the start of operation, seizure does not occur on the sliding surface of the hemispherical shoe, and there is no deterioration in lubrication characteristics or peeling of the resin layer due to frictional heat generation. As a result, the swash plate compressor has excellent durability, safety and long life.
本発明の斜板式コンプレッサの一例を図面に基づき説明する。図１は、本発明の斜板式コンプレッサの一例を示す縦断面図である。図１に示す斜板式コンプレッサは、炭酸ガスを冷媒に用いるものであり、冷媒が存在するハウジング１内で、回転軸２に直接固定するように斜めに取り付けた斜板３の回転運動を、斜板３の両側面で摺動する半球シュー４を介して両頭形ピストン９の往復運動に変換し、ハウジング１の周方向に等間隔で形成されたシリンダボア１０内の各ピストン９の両側で、冷媒を圧縮、膨張させる両斜板タイプのものである。高速で回転駆動される回転軸２は、ラジアル方向を針状ころ軸受１１で支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受１２で支持されている。この構成において、斜板３は、連結部材を介して間接的に回転軸２に固定される態様でもよい。また、斜めではなく直角に取り付けられる態様であってもよい。
An example of the swash plate compressor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a swash plate compressor of the present invention. The swash plate type compressor shown in FIG. 1 uses carbon dioxide gas as a refrigerant. The
各ピストン９には斜板３の外周部を跨ぐように凹部９ａが形成され、この凹部９ａの軸方向対向面に形成された球面座１３に、半球シュー４が着座されており、ピストン９を斜板３の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板３の回転運動からピストン９の往復運動への変換が円滑に行われる。半球シュー４は、球面部がピストン９（球面座１３）と摺動し、平面部が斜板３と摺動する。
Each piston 9 is formed with a recess 9 a so as to straddle the outer periphery of the
半球シューの構造を図２および図３に基づき詳細に説明する。図２の上図は本発明の半球シューの一例を示す縦断面図であり、図２の下図はその平面図である。また、図３の上図は基材のみの斜視図であり、図３の下図は半球シュー全体の斜視図である。図２および図３は、本発明の一形態として、基材の外径面に軸方向に溝を形成する場合である。図２に示すように、半球シュー４は、球体の一部を構成する球面部４ａと、球面部４ａの反対側において該球体を略平面でカットした形態の平面部４ｂと、球面部４ａと平面部４ｂとを繋ぐ外周部４ｃとからなる略半球状の構造を有する。また、半球シュー４は、平面形状が円形状であり、外周部４ｃの表面（樹脂層６ｃの表面）は円筒外周面となる。半球シュー４の全体形状は、円柱体の一方の底面を半球の一部を構成する凸形状とした形状である。なお、半球シュー４の全体形状は、これに限定されるものではなく、斜板と摺動する平面部とピストンと摺動する球面部とを有していればよく、上記外周部（円筒部）を有さない形状としてもよい。
The structure of the hemispherical shoe will be described in detail with reference to FIGS. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of the hemispherical shoe of the present invention, and the lower view of FIG. 2 is a plan view thereof. 3 is a perspective view of only the base material, and the lower view of FIG. 3 is a perspective view of the entire hemispherical shoe. 2 and 3 show a case where a groove is formed in the axial direction on the outer diameter surface of the substrate as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
半球シュー４は、金属製などの硬質部材を基材５とし、斜板と摺動する平面部４ｂの表面およびピストンと摺動する球面部４ａの表面に樹脂層６が形成されている。樹脂層６のうち、球面部４ａの表面に形成されるものが樹脂層６ａであり、平面部４ｂの表面に形成されるものが樹脂層６ｂであり、外周部４ｃに形成されるものが樹脂層６ｃである。ここで、平面部４ｂの樹脂層６ｂと球面部４ａの樹脂層６ａとは、外周部４ｃの樹脂層６ｃを介して連続した樹脂層であり、基材５の表面を覆うように一体に形成されている。半球シューの直径１０ｍｍ程度（５〜１５ｍｍ）の場合において、基材５の外側を覆う樹脂層の厚みは０．１〜０．７ｍｍの薄肉である。樹脂層を上記範囲のような薄肉とすることで、摩擦熱が摩擦摺動面から基材側に逃げ易く、蓄熱し難いので、好ましい。
The
図３に示すように、半球シュー４は、基材５の表面のほぼ全体を覆うように樹脂層６が形成されている。樹脂層６は上述のとおり薄肉であるため、図３上図に示すように、基材５の形状は半球シュー４の全体形状に沿った形状である。このため、基材５は、半球シュー４の球面部４ａ、平面部４ｂ、外周部４ｃにそれぞれ対応する、球面部５ａ、平面部５ｂ、外周部５ｃを有する。この形態では、基材５の外径面（外周部５ｃの表面）に、軸方向の溝７ａが形成されている。
As shown in FIG. 3, the
基材５の外径面には４本の溝７ａが形成されている。各溝７ａは、すべて形状が同一であり、外周部５ｃを球面部５ａから平面部５ｂまで軸方向に沿って貫通して削りとるように形成されている。また、各溝７ａは、基材の中心軸に対して等角度（９０度）毎に配置されており、溝同士は外径面において円周方向に等間隔で離間した等配分とされている。溝７ａを等配分することで基材の重心位置が中心軸からずれることを防止できる。
Four
本発明の別の形態として、基材の外径面に軸方向の突起を形成する場合を図４に基づいて説明する。図４の上図は基材のみの斜視図であり、図４の下図は半球シュー全体の斜視図である。図４に示すように、この形態では、基材５の外径面（外周部５ｃの表面）に、軸方向の突起７ｂが形成されている。突起７ｂは、上記溝と同様に、基材の中心軸に対して等角度（９０度）毎に４つ配置されており、突起同士は外径面において円周方向に等間隔で離間した等配分とされている。また、図３の溝と図４の突起を組み合わせて形成してもよい。
As another embodiment of the present invention, a case where axial projections are formed on the outer diameter surface of the substrate will be described with reference to FIG. The upper view of FIG. 4 is a perspective view of only the base material, and the lower view of FIG. 4 is a perspective view of the entire hemispherical shoe. As shown in FIG. 4, in this embodiment,
図３および図４に示すように、このような溝７ａや突起７ｂを有する基材５に対して、樹脂層６を例えば射出成形などで形成することで、樹脂層６は溝や突起を覆いつつ、これらと係合する相補的な構造が形成される。すなわち、樹脂層６側に、それぞれの溝７ａに嵌合する凸部６ｅ（図２参照）や、それぞれの突起に嵌合する凹部が複数形成される。ここで、樹脂層と基材とがずれないように係合していればよく、例えば突起においてその先端が露出していてもよい。この構造により、基材５とその面を覆う樹脂層６との接触面積が大きくなり、基材５と樹脂層６との密着強度が高くなる。また、異常発熱などによって基材５と樹脂層６との界面で剥離が生じても、基材５に対して樹脂層６が相対的に回転することを防止できる。その結果、基材５と樹脂層６との界面に隙間が生じ、最悪の場合は樹脂層６が割れるという懸念が払拭できる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
軸方向の溝は、基材の外径面に２〜８本形成することが好ましい。等配分された軸方向の溝が１本であると基材の重心位置が中心軸からずれるため、半球シューの動きに何らかの悪影響が生じるおそれがある。また、９本以上であると基材表面に対して溝をはっきりと形成することが難しくなる。 It is preferable that 2 to 8 axial grooves are formed on the outer diameter surface of the substrate. If the number of equally distributed axial grooves is one, the position of the center of gravity of the base material deviates from the central axis, which may cause some adverse effects on the movement of the hemispherical shoe. Moreover, it becomes difficult to form a groove | channel clearly with respect to the base-material surface as it is nine or more.
溝の深さ（中心軸向き方向）または突起量は、最も深いまたは高い部分が０．２〜１．０ｍｍであることが好ましい。基材の溝の深さまたは突起の高さを０．２〜１．０ｍｍにすることで、確実に基材に対して樹脂層のずれによる相対的な回転を防止できる。溝が０．２ｍｍより浅いと、溝に対応する樹脂層の凸部が溝を乗り越えるおそれがある。溝が１．０ｍｍより深いと、樹脂層の表面に射出成形のヒケが生じるおそれがある。また、突起が０．２ｍｍより低いと突起に対応する樹脂層の凹部が突起を乗り越えるおそれがある。突起が１．０ｍｍより高いと樹脂層の厚みを相対的に厚くする必要が生じる。 It is preferable that the deepest or highest portion of the groove depth (direction in the central axis direction) or the protrusion amount is 0.2 to 1.0 mm. By setting the depth of the groove of the substrate or the height of the protrusion to 0.2 to 1.0 mm, it is possible to reliably prevent relative rotation due to the displacement of the resin layer with respect to the substrate. If the groove is shallower than 0.2 mm, the convex portion of the resin layer corresponding to the groove may get over the groove. If the groove is deeper than 1.0 mm, there is a possibility that an injection molding sink may occur on the surface of the resin layer. Further, if the protrusion is lower than 0.2 mm, the concave portion of the resin layer corresponding to the protrusion may get over the protrusion. If the protrusion is higher than 1.0 mm, the resin layer needs to be relatively thick.
軸方向の溝を形成する形態では、溝と基材表面とのエッジ部をシャープエッジにすることが好ましい。すなわち、溝の基材表面とのエッジ部に面取りを設けないことが好ましい。溝のエッジ部に面取りを設けると、溝に対応する樹脂層の凸部が溝を乗り越え易くなる。同様に、軸方向の突起を形成する形態では、突起のエッジ部および突起と基材表面との隅部をシャープエッジにすることが好ましい。突起のエッジ部に面取りを設ける場合や、突起と基材表面との隅部に面取りを設ける場合、突起に対応する樹脂層の凹部が突起を乗り越え易くなる。 In the form in which the groove in the axial direction is formed, it is preferable that the edge portion between the groove and the substrate surface is a sharp edge. That is, it is preferable not to chamfer the edge portion of the groove with the substrate surface. When chamfering is provided at the edge portion of the groove, the convex portion of the resin layer corresponding to the groove easily gets over the groove. Similarly, in the embodiment in which the axial projection is formed, it is preferable that the edge portion of the projection and the corner portion between the projection and the substrate surface are sharp edges. When chamfering is provided at the edge portion of the protrusion, or when chamfering is provided at the corner between the protrusion and the substrate surface, the concave portion of the resin layer corresponding to the protrusion easily gets over the protrusion.
本発明では、摺動部となる球面部および平面部の樹脂層ではなく、摺動部ではない外周部の樹脂層において基材との係合構造を形成するため、基材側の構造として溝のみでなく、該外周部の樹脂層が部分的に薄肉となるような突起も採用できる。溝と突起のいずれの構造であっても、半球シューの摺動特性には悪影響を与えない。 In the present invention, since the engagement structure with the base material is formed in the resin layer on the outer peripheral portion that is not the sliding portion, instead of the resin layer on the spherical portion and the flat portion serving as the sliding portion, the groove is formed as the structure on the base material side. In addition, it is also possible to employ a projection in which the resin layer on the outer peripheral portion is partially thin. Regardless of the structure of the groove and the protrusion, the sliding characteristics of the hemispherical shoe are not adversely affected.
半球シューは、金属製などの硬質部材において、ピストンおよび斜板の両部材との直接の摺動面に上記の樹脂層を形成しつつ、それ以外の箇所に樹脂層で覆われていない露出部を有することが好ましい。このような露出部を設けることで、斜板およびピストンとの摺動による摩擦熱が発生しても、基材を伝わって該露出部から熱を逃がすことができ、樹脂層の溶解などが起こらず、耐摩耗性や耐焼付き性に優れる。基材の露出部の位置や形態は、ピストンおよび斜板の両部材との直接の摺動面以外であれば特に限定されないが、加工性や放熱性に優れることから、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が樹脂層で充填されずに露出している形態が好ましい。 The hemispherical shoe is an exposed portion of a hard member made of metal or the like that forms the above resin layer on the direct sliding surface with both the piston and the swash plate, but is not covered with the resin layer at other locations. It is preferable to have. By providing such an exposed portion, even if frictional heat due to sliding between the swash plate and the piston is generated, heat can be transferred from the exposed portion through the base material, and the resin layer can be dissolved. Excellent wear resistance and seizure resistance. The position and form of the exposed portion of the base material are not particularly limited as long as they are other than the direct sliding surfaces with both the piston and swash plate members, but because of excellent workability and heat dissipation, (1 ) A hollow part that becomes a concave part from the spherical part side or the flat part side, or (2) a hollow part that penetrates the spherical part side and the flat part side is formed, and at least a part of the hollow part is filled with a resin layer The form exposed without being preferable is preferable.
図２に示す形態では、基材５には、その中心軸部分に球面部４ａ側と平面部４ｂ側とを貫通する円筒空間状の中空部５ｄが形成されている。中空部５ｄは、平面部４ｂ側から所定の軸方向深さまで樹脂層６ｄが充填され、それ以外の部分（露出部分）では、樹脂に覆われず、該中空部を構成する基材表面が露出した状態となっている。中空部５ｄに露出部分を有することで、摩擦熱が該部分から外部に放熱される。また、この露出部分が潤滑油を保持するオイルポケットとしての機能も有する。
In the form shown in FIG. 2, the
中空部５ｄの露出部分の軸方向長さは、半球シューの高さの３分の１以上であることが好ましい。該範囲とすることで、放熱部の面積を大きくでき、放熱性に優れる。また、中空部５ｄの直径としては、半球シュー４の直径に対して１／６〜１／３の範囲内とすることが好ましい。該範囲内とすることで、放熱性を確保しながら、基材の強度低下を防止できる。
The axial length of the exposed portion of the hollow portion 5d is preferably at least one third of the height of the hemispherical shoe. By setting it as this range, the area of a thermal radiation part can be enlarged and it is excellent in heat dissipation. The diameter of the hollow portion 5d is preferably in the range of 1/6 to 1/3 with respect to the diameter of the
図２に示す形態の半球シュー４は、球面部４ａ側の外表面にピストンとの非接触部８を有し、非接触部８において基材５が樹脂層６で覆われずに露出している。非接触部８は、球面部４ａの一部を平面部４ｂと平行な面で切った形状の部位であり、ピストンとは摺動接触しない部位である。この形態では、非接触部８の平面形状は円形状となる。球面部４ａ側の外表面にこのような非接触部かつ基材の露出部を設けることで、球面部で発生した摩擦熱を該露出部分から放熱しやすくなる。
The
半球シュー４において、斜板と摺動する平面部４ｂと、ピストンと摺動する球面部４ａとは、軸方向反対側に位置する。これらの表面に形成される樹脂層６ａ、６ｂを、外周部４ｃに形成される樹脂層６ｃを介して連続した一体のものとすることで、構造的に両面（平面部と球面部）の樹脂層が基材から剥離しにくくなる。
In the
樹脂層を形成する合成樹脂（ベース樹脂）としては、半球シューに要求される潤滑特性および耐熱性を確保できるものであれば特に限定されず、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。これらの中でも、耐熱性、耐摩耗性に優れたＰＡＩ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＩ樹脂が好ましく、さらに疲労特性および射出成形時の流動性に優れるＰＥＥＫ樹脂が特に好ましい。これらの合成樹脂には、耐摩耗性を向上させる目的で、炭素繊維、ガラス繊維、マイカ、タルクなどを配合してもよい。また、低摩擦化や、油枯渇時の耐焼付き性を向上させる目的で、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどを配合してもよい。 The synthetic resin (base resin) for forming the resin layer is not particularly limited as long as it can ensure the lubrication characteristics and heat resistance required for the hemispherical shoe. For example, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyamideimide (PAI) ) Resin, polyether ether ketone (PEEK) resin, polyimide (PI) resin, phenol resin and the like. Each of these synthetic resins may be used alone or may be a polymer alloy in which two or more kinds are mixed. Among these, PAI resin, PEEK resin, and PI resin excellent in heat resistance and wear resistance are preferable, and PEEK resin excellent in fatigue characteristics and fluidity during injection molding is particularly preferable. These synthetic resins may be blended with carbon fiber, glass fiber, mica, talc and the like for the purpose of improving wear resistance. Further, for the purpose of reducing friction and improving seizure resistance when oil is exhausted, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, graphite, molybdenum disulfide, or the like may be blended.
樹脂層の形成方法としては、射出成形、スプレーコーティング、パウダーコーティングなどを採用できる。これらの中でも、安価で緻密な樹脂層が形成できることから、射出成形が好ましい。射出成形は、樹脂組成物に溶融状態で圧力を加えるため、樹脂層が緻密に形成され、耐荷重性や耐摩耗性が高くなる。射出成形方法としては、例えば、半球シューの基材を金型内にセットし、その上から合成樹脂を射出成形（インサート成形）する方法が採用できる。また、射出成形で樹脂層を形成する場合、射出成形で所望の寸法に一発成形する他、射出成形後に所望の寸法に機械加工してもよい。射出成形時に樹脂が基材表面の溝や突起の周囲を覆い、これらと係合する相補的な構造が形成される。 As a method for forming the resin layer, injection molding, spray coating, powder coating, or the like can be employed. Of these, injection molding is preferred because an inexpensive and dense resin layer can be formed. In injection molding, since a pressure is applied to a resin composition in a molten state, a resin layer is densely formed, and load resistance and wear resistance are increased. As an injection molding method, for example, a method in which a base material of a hemispherical shoe is set in a mold, and a synthetic resin is injection molded (insert molding) from the top can be adopted. In addition, when the resin layer is formed by injection molding, the resin layer may be machined to a desired dimension after injection molding, in addition to being molded once to a desired dimension by injection molding. At the time of injection molding, the resin covers the periphery of the grooves and protrusions on the surface of the base material, and a complementary structure that engages with these is formed.
基材である硬質部材の材質としては、金属、セラミックス、硬質な合成樹脂などが挙げられる。硬質部材に金属を採用する場合は、プレス加工、機械加工、ダイカストなどにより製造された溶製金属製や焼結金属製が使用できる。特に、生産性、強度、コストなどのバランスが良いことから、基材を焼結金属製の金属焼結体とすることが好ましい。 Examples of the material of the hard member that is the base material include metals, ceramics, and hard synthetic resins. When a metal is used for the hard member, a molten metal or a sintered metal manufactured by pressing, machining, die casting or the like can be used. In particular, since the balance of productivity, strength, cost and the like is good, it is preferable that the base material is a sintered metal made of sintered metal.
溶製金属としては、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ１〜５など）、クロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼、軟鋼、ステンレス鋼、もしくは高速度鋼などの鋼や、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。溶製金属を用いる場合、樹脂層との密着性を高めるために、樹脂層の形成前に基材表面をショットブラスト、機械加工などの物理的表面処理により、凹凸形状に荒らすことが好ましい。また、酸性溶液処理（硫酸、硝酸、塩酸など、もしくは他の溶液との混合）、アルカリ性溶液処理（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、もしくは他の溶液との混合）などの化学的表面処理を施し、基材の少なくとも樹脂層形成表面に微細凹凸形状を形成することが好ましい。酸性溶液処理であるとマスキングを不要にできるため好ましい。微細凹凸形状は、濃度、処理時間、後処理などによって異なるが、アンカー効果による密着性を高めるためには、凹ピッチが数ｎｍ〜数十μｍの微細な凹凸にすることが好ましい。化学的表面処理により形成された微細凹凸形状は、多孔質のような複雑な立体構造となっているため、アンカー効果を発揮しやすく、特に強固な密着が可能となる。 Examples of the molten metal include steels such as bearing steel (SUJ1-5, etc.), chromium molybdenum steel, carbon steel for mechanical structure, mild steel, stainless steel, or high speed steel, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy. Is mentioned. In the case of using a molten metal, it is preferable to roughen the surface of the base material into a concavo-convex shape by physical surface treatment such as shot blasting or machining before forming the resin layer in order to enhance adhesion with the resin layer. Also, chemical surface treatment such as acidic solution treatment (mixed with sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc. or other solutions), alkaline solution treatment (mixed with sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. or other solutions) It is preferable to form a fine concavo-convex shape on at least the resin layer forming surface of the substrate. The acidic solution treatment is preferable because masking can be omitted. Although the fine uneven shape varies depending on the concentration, processing time, post-treatment, etc., in order to improve the adhesion due to the anchor effect, it is preferable to make the fine unevenness with a concave pitch of several nanometers to several tens of micrometers. The fine uneven shape formed by the chemical surface treatment has a complicated three-dimensional structure such as a porous structure, so that the anchor effect is easily exhibited, and particularly strong adhesion is possible.
焼結金属としては、例えば、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などが挙げられる。焼結金属を用いる場合、表面積が大きく、凹凸によるアンカー効果も高いので、樹脂層との密着強さを高くできる。特に樹脂層をインサート成形にて形成することで、射出成形時に樹脂層が金属焼結体表面の凹凸に深く食い込み、真の接合面積が増大するため、樹脂層と基材の密着強さが向上する。さらに、樹脂層と基材との間に隙間が生じないため、樹脂層の熱が基材へ伝わり易くなる。 Examples of the sintered metal include iron, copper iron, copper, and stainless steel. When using a sintered metal, since the surface area is large and the anchor effect by unevenness is high, the adhesion strength with the resin layer can be increased. In particular, by forming the resin layer by insert molding, the resin layer penetrates deeply into the irregularities on the surface of the sintered metal during injection molding, and the true bonding area increases, improving the adhesion strength between the resin layer and the substrate. To do. Furthermore, since no gap is generated between the resin layer and the base material, the heat of the resin layer is easily transmitted to the base material.
焼結金属の密度は、材質の理論密度比０.７〜０.９とすることが好ましい。この範囲内にすることで、密着性を得るための表面の凹凸を確保すると同時に、必要十分な機械的強度を有し、さらに基材の熱伝導性を十分に確保できる。また、樹脂層と基材の接合部の接合強度に優れるため、高面圧などの厳しい条件で使用される場合でも、樹脂層が基材から剥離することを防止できる。 The density of the sintered metal is preferably set to a theoretical density ratio of 0.7 to 0.9. By making it within this range, it is possible to ensure the unevenness of the surface for obtaining adhesion, and at the same time to have the necessary and sufficient mechanical strength, and further to sufficiently ensure the thermal conductivity of the substrate. Moreover, since it is excellent in the joint strength of the joint part of a resin layer and a base material, even when used on severe conditions, such as a high surface pressure, it can prevent that a resin layer peels from a base material.
斜板またはピストンとの摺動面となる樹脂層の表面は、樹脂層形成後に研磨加工してもよい。研磨加工により、個々の高さ寸法にばらつきがなくなり精度が向上する。また、樹脂層の該表面の表面粗さは、０.０５〜１.０μｍＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）に調整することが好ましい。この範囲内にすることで、斜板またはピストンと摺動する樹脂層摺動面における真実接触面積が大きくなり、実面圧を下げることができ、焼付きを防止できる。表面粗さが、０．０５μｍＲａ未満では摺動面への潤滑油の供給が不足し、１.０μｍＲａをこえると摺動面での真実接触面積の低下により、局部的に高面圧となり、焼き付くおそれがある。さらに好ましくは、表面粗さ０.１〜０.５μｍＲａである。 The surface of the resin layer serving as a sliding surface with the swash plate or the piston may be polished after the resin layer is formed. The polishing process eliminates variations in individual height dimensions and improves accuracy. Moreover, it is preferable to adjust the surface roughness of the surface of the resin layer to 0.05 to 1.0 μm Ra (JIS B0601). By setting it within this range, the real contact area on the sliding surface of the resin layer sliding with the swash plate or the piston is increased, the actual surface pressure can be lowered, and seizure can be prevented. If the surface roughness is less than 0.05 μmRa, the lubricating oil is insufficiently supplied to the sliding surface. If the surface roughness exceeds 1.0 μmRa, the surface area is locally increased due to a decrease in the real contact area on the sliding surface, and seizure occurs. There is a fear. More preferably, the surface roughness is 0.1 to 0.5 μmRa.
斜板またはピストンとの摺動面となる樹脂層の表面には、希薄潤滑時における潤滑作用を補うため、上述の中空部以外にオイルポケットや動圧溝を形成してもよい。オイルポケットの形態としては、斑点状または筋状の凹部が挙げられる。斑点状または筋状としては、平行な直線状、格子状、渦巻状、放射状または環状などが挙げられる。オイルポケットの深さは、樹脂層の厚み未満で適宜決定できる。 Oil pockets and dynamic pressure grooves may be formed on the surface of the resin layer serving as the sliding surface with the swash plate or the piston in addition to the above-described hollow portion in order to supplement the lubricating action during lean lubrication. The form of the oil pocket includes a spot-like or streak-like recess. Examples of the spot shape or the stripe shape include a parallel straight line shape, a lattice shape, a spiral shape, a radial shape, and a ring shape. The depth of the oil pocket can be determined as appropriate below the thickness of the resin layer.
本発明の半球シューが使用される斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサである。この斜板式コンプレッサに本発明の半球シューを使用することによって、半球シューと摺動する斜板およびピストンにおいては、潤滑性被膜を除くことができる。すなわち、斜板等の表面は基材の研磨面のままの状態で斜板式コンプレッサに組み込み半球シューと摺動させることが可能となる。このため、機能面で同等でありながら、低価格の斜板式コンプレッサを提供できる。 The swash plate type compressor in which the hemispherical shoe of the present invention is used is a swash plate that is fixed to the rotating shaft directly or indirectly through a connecting member at right angles and obliquely in a housing where refrigerant exists. This is a swash plate type compressor that compresses and expands the refrigerant by sliding a hemispherical shoe and converting the rotational motion of the swash plate into a reciprocating motion of the piston through the hemispherical shoe. By using the hemispherical shoe of the present invention in the swash plate compressor, the lubricating coating can be removed from the swash plate and the piston that slide with the hemispherical shoe. That is, the surface of the swash plate or the like can be incorporated in the swash plate compressor and slid with the hemispherical shoe while the surface of the substrate remains the polished surface. Therefore, it is possible to provide a low-cost swash plate compressor that is functionally equivalent.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、なんらかの理由で異常発熱などが生じ、基材と樹脂層の密着性が低下したとしても、基材に対して樹脂層のズレによる相対的な回転を防止できる。また、運転開始時の潤滑油のないドライ状態においても、焼付きが発生せず、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保されるので、種々の斜板式コンプレッサに利用できる。特に、炭酸ガスやＨＦＣ１２３４yｆを冷媒とし、高速高負荷仕様（例えば、面圧が８ＭＰａをこえる）である近年の斜板式コンプレッサにも好適に利用できる。 The hemispherical shoe of the swash plate compressor of the present invention prevents relative rotation due to misalignment of the resin layer with respect to the substrate even if abnormal heat generation occurs for some reason and the adhesion between the substrate and the resin layer decreases. it can. In addition, seizure does not occur even in a dry state without lubricating oil at the start of operation, and there is no deterioration in lubrication characteristics due to frictional heat generation and peeling of the resin layer, so that durability is sufficiently ensured. Can be used for compressors. In particular, carbon dioxide gas or HFC1234yf is used as a refrigerant, and it can be suitably used for a recent swash plate type compressor having a high-speed and high-load specification (for example, the surface pressure exceeds 8 MPa).
１ ハウジング
２ 回転軸
３ 斜板
４ 半球シュー
５ 基材（硬質部材）
６ 樹脂層
７ａ 溝
７ｂ 突起
８ 非接触部
９ ピストン
１０ シリンダボア
１１ 針状ころ軸受
１２ スラスト針状ころ軸受
１３ 球面座
DESCRIPTION OF
6
Claims (6)
前記半球シューは、硬質部材を基材とし、前記斜板と摺動する平面部の表面と、前記ピストンと摺動する球面部の表面と、前記球面部と前記平面部とを繋ぐ外周部の表面とに樹脂組成物の射出成形層である樹脂層が形成され、
前記平面部の樹脂層と前記球面部の樹脂層とが、前記外周部の樹脂層を介して連続する一体の層であり、かつ、前記基材の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに露出しており、
前記半球シューの基材は、外径面に軸方向の溝または突起が形成され、
前記外周部の樹脂層が、前記溝または突起の少なくとも一部を覆いつつ、これに係合していることを特徴とする斜板式コンプレッサの半球シュー。 In the housing in which the refrigerant is present, the hemispherical shoe is slid on a swash plate mounted at right angles and obliquely so as to be directly fixed to the rotating shaft or indirectly through the connecting member, and the hemispherical shoe is passed through the hemispherical shoe. A hemispherical shoe for a swash plate type compressor that compresses and expands the refrigerant by converting the rotational movement of the swash plate into the reciprocating movement of the piston,
The hemispherical shoe has a hard member as a base material, a surface of a flat portion that slides with the swash plate, a surface of a spherical portion that slides with the piston, and an outer peripheral portion that connects the spherical portion and the flat portion. A resin layer that is an injection-molded layer of the resin composition is formed on the surface,
The resin layer of the flat surface portion and the resin layer of the spherical surface portion are an integral layer continuous through the resin layer of the outer peripheral portion, and at least a part of the base material is not covered with the resin layer Exposed
The base material of the hemispherical shoe is formed with an axial groove or protrusion on the outer diameter surface,
A hemispherical shoe for a swash plate compressor, wherein the outer peripheral resin layer covers and engages at least a part of the groove or protrusion.
前記半球シューが、請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の半球シューであることを特徴とする斜板式コンプレッサ。 In the housing in which the refrigerant is present, the hemispherical shoe is slid on a swash plate mounted at right angles and obliquely so as to be directly fixed to the rotating shaft or indirectly through the connecting member, and the hemispherical shoe is passed through the hemispherical shoe. A swash plate type compressor that compresses and expands refrigerant by converting the rotational movement of the swash plate into the reciprocating movement of the piston,
The swash plate compressor, wherein the hemispherical shoe is the hemispherical shoe according to any one of claims 1 to 5 .
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