JPS6352235B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮機に係り、とくにピストンがシリ
ンダ内を往復動して流体を圧縮する形式の圧縮機
の改良に関する。

ピストンの外周面とシリンダ内周面との摺動部
には、気密性および耐摩耗性が要求され、該要求
を満足すべく従来から種々の提案がなされてき
た。

その１つとして、シリンダ内に鉄系金属よりな
るスリーブを嵌入し、該スリーブ内を往復動する
ピストンを、鉄系金属に対して比較的摺動性の良
好なアルミニウム系金属より形成し、該ピストン
の外周に四フツ化エチレン等のフツ素樹脂（フツ
化エチレンもしくはフツ化エチレンとビニル化合
物との共重合体）よりなるピストンリングを嵌合
させるものが提案されたが、これにおいて前記ピ
ストンリングは、あくまでも気密性の向上にのみ
寄与するだけであつて、スリーブ内周面とピスト
ン外周面との間での直接的な摺動は不可避であつ
た。このとき前記摺動部に十分な潤滑油が供給さ
れるものであるとしても、加工上どうしても避け
得られない摺動面上の凹凸に起因して、ピストン
ギヤツプ（サイドクリアランス）をある程度（約
25μ）以下の値にすることができず、従つて運転
中にピストンの側面とシリンダ内周面とが衝突し
て、衝撃音を発するとともに、摩耗を促進するも
ので、また該技術が冷媒圧縮機に応用され、液圧
縮を生起した場合等においては、前記潤滑油は洗
い落されて、金属接触を余儀無くされ、このこと
も摩耗を促進する原因となり、その結果運転騒音
が高く耐久性の極めて低い圧縮機しか得ることが
できないという欠点を有していた。

そこで、金属どうしの摺動を避けて上記欠点を
克服すべく、第８図に示したごとき技術が提案さ
れた。該提案になるものは、ピストン３０の外周
部をフツ素樹脂よりなるカツプ状の被覆体３１で
包囲し、耐摩耗性が高く比較的良好な摺動性が得
られたのであるが、前記被覆体３１はあらかじめ
カツプ状に形成されてからピストン３０に被せら
れるため、該被覆体３１の円筒部肉厚は比較的大
とならざるを得ず、その部分の熱膨張量はそれ相
応に比較的大なるものであつた。たとえば前記被
覆体３１を四フツ化エチレンで形成し、該四フツ
化エチレンの熱膨張率を10×10^-5/℃、前記円筒
部肉厚を３mm、温度上昇を80℃とすると24μもの
膨張量が有ることになり、それが直径（ピストン
に関して）においては48μも膨張することとな
る。このようにピストンギヤツプ（サイドクリア
ランス）は温度変化によつて大きく変動し、圧縮
機の運転状態の変化によつてその体積効率も大き
く変化することとなり、性能的に不安定なもので
あるという欠点を有しており、とくに起動時には
温度上昇するまで大きなサイドクリアランスのま
まで運転されることとなり、ガ・タ・ツ・キ・に起因す
る
衝撃が大きく、被覆体の摩耗が極度に大なるもの
であつたとともに、該圧縮機が空調装置等の冷媒
圧縮機である場合には、前記四フツ化エチレンは
フレオンガスの影響によつて、経時的に少しづつ
膨張する性質が有るため、前記サイドクリアラン
スは次第に減少し、ついにはシリンダボア内にピ
ストンが密着した状態となつて運転不可能となる
こともあり、このようなことから設計に際してそ
のサイドクリアランスを、圧縮機の運転状態を考
慮しながらあらかじめ最適値に設定することは極
めて困難であつた。

また、ピストンは金属製のままで、シリンダボ
アの内周壁に樹脂系合成材料で被覆層を施したも
のも提案されたが、これにおいては被覆層の弾性
のため、ピストンが該被覆層に沈み込んだ状態で
前進するとき、ピストンの端縁部で前記被覆層が
削り取られる傾向にあり、耐久性の極めて低いも
のであつた。

本発明は上記欠点を一掃し、体積効率が高く、
しかも耐久性の高い圧縮機を提供することを目的
になされたものであつて、以下に図示の実施例を
参照しながら本発明を詳述する。

第１図において、１は圧縮機のシリンダボア
で、該シリンダボア１内にはピストン２が嵌装さ
れて往復動可能である。前記シリンダボア１を形
成するシリンダブロツク３および前記ピストン２
は、熱膨張率がほぼ同程度の同系の金属材料より
形成され、とくに軽量化の観点からアルミニウム
合金材より構成されるのが近時の傾向である。前
記ピストン２の外周面には、拡大断面図である第
３図に示したごとく、深さ約0.1mm程度の比較的
なだらかな凹所２１が点在して形成されている。
該凹所２１はピストン２の鋳造時に積極的に形成
しても、また通常の鋳肌である黒皮表面に元来生
ずるうねり（第３図に示した振幅Ａのうねり）そ
のものをそのまま利用してもよい。そしてその上
面にはたとえば四フツ化エチレン等のフツ化エチ
レンもしくはフツ化エチレンとビニル化合物との
共重合体よりなるフツ素樹脂、フエノール樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂およびポ
リフエニルサルフアイド樹脂等の樹脂にて構成さ
れる被覆４が施され、その表面は常温時では第３
図に示したごとく凹凸のない円柱面とされてい
る。なお、該被膜４の材料中には耐摩耗性、摺動
性等を向上させるために、適宜添加材を添加する
ことが可能である。前記被膜４は、鋳造後、湯口
や押湯の切除を行つただけの状態（必要とあらば
鋳造歪除去の目的で熱処理も行つておく）のピス
トン２の外周面を、たとえばシヨツトプラスト等
によつて処理（第３図に示したごとくＢで示した
面荒れを生ずる。）を行つた後、粉末吹付けもし
くはデイツピングによつて前記被膜材を塗付し、
その後250〜350℃の炉中にて約30分焼成してから
切削仕上加工を行つて得られる。このとき前記被
膜４の膜厚は凹所２１の所と他の所とで約100μ
の厚さの差が生ずるが、全体的に20〜200μに設
定するのが好適である。該被膜４の膜厚が20μよ
り小さい場合には、摩耗によつて地肌が出やす
く、耐久性に劣ることと、弾性変形しにくいた
め、なじみ性および衝撃吸収能力が低下するとい
う欠点があらわれ、また前記膜厚が200μを越え
る場合には、前記被膜４が剥離しやすいという欠
点があるため、既述のごとき好適値が選択され
た。なお第２図は斜板式圧縮機のピストン５に実
施したものを示しており、該ピストン５の両頭部
分６の外周面に前述と同様な被膜７が施されてい
る。また前記被膜の上縁および下縁は丸みを与え
るか、もしくはピストンの上端面および下端面に
わずかに回り込んでおおい被せる形とすれば、該
端縁部での剥離が有効的に防止できる。

本発明になる圧縮機の運転時においては、シリ
ンダボア１の内周面と、被膜４，７の外周表面と
の間で摺動が行われるが、該被膜４，７はフツ化
エチレンもしくはフツ化エチレンとビニル化合物
との共重合体等のフツ素樹脂もしくはフエノール
樹脂等々の樹脂にて構成されているため、弾性変
形が可能であり、それによつてシリンダボア１内
周壁面にうねりがあつても容易に変形しながら摺
動し、衝撃に起因する騒音の発生を抑制し、また
斜板式圧縮機の場合には、対向する対のシリンダ
ボアのわずかな心のずれを吸収して摺動すること
ができる。そして温度上昇の際には、シリンダブ
ロツク３およびピストン２は同系の金属材料で形
成されているため、熱膨張量はほぼ等しく、また
前記被膜４，７は20〜200μの膜厚でしかないた
め、その膨張量はごく微小であり、その結果全体
的にはサイドクリアランスはほとんど変化しない
ものである。このことによつて、従来ではサイド
クリアランスを25〜40μと設定していたところ
を、25μ以下、条件によつては5μ以下のサイドク
リアランスに設定することが可能となり、その結
果体積効率を向上させることができる。このこと
は下記条件によつて行つた実験によつて得られ
た、第６図に示すサイドクリアランスと体積効率
の関係を表わすグラフを参照すれば明らかであ
る。

（条件）圧縮機…容量130c.c.の斜板式圧縮機 被圧縮流体…フレオンガス（Ｒ―12） 吐出圧…15Kg／cm² 吸入圧…２Kg／cm² 回転数…1000rpm なお上述のごとく被膜４，７の熱膨張量は、全
体的には比較的微小量ではあつても、凹所２１に
おける前記被膜４，７の膜厚は他の部分に比較し
て大きいため、その部分における比較的大なる熱
膨張量の故に、第４図に示すごとく凹所２１に対
応する部分に凸部２２が形成され、他の部分に凹
部２３が形成される形となり、それらの間に１〜
2μの高さの差が生ずるが、このことによつて凸
部２２の部分でのみシリンダボア１内周面に対し
て接触することとなつて、その結果摺動抵抗が軽
減されて、圧縮機を運転するための所要動力が低
減され、また凹部２３には適宜潤滑油が好適に保
持され、摺動部の良好な潤滑が行われる。なお前
記凹部２３に保持された潤滑油は、第５図に示す
ごとく矢印向きにピストン２が移動する場合、く
さび効果によつてＰで示したごとき油膜圧が発生
し、このことも良好な潤滑に貢献する。

また前記被膜４，７を形成する樹脂の良好な摺
動特性により摺動部の摩擦係数が低くなり、この
ことによつても運転のための所要動力を低減で
き、さらに熱付性が向上し、そのうえ膜４，７の
表面は製作方法上多孔質になり易い傾向から、油
の吸着性が良好で、上記作用をなお一層向上させ
ることができる。なお上記の所要動力の低減につ
いては、上記と同様な条件にて行つた実験によつ
て、回転数と所要動力の関係を表わした第７図の
グラフを参照すれば明らかである。ただし該グラ
フにおいて、従来のものとは、シリンダブロツク
に鉄系金属製のスリーブを嵌着し、それにアルミ
ニウム合金製のピストンを嵌合した斜板式圧縮機
を使用して、同様の条件で実験を行つたものであ
る。このとき従来装置の方がサイドクリアランス
は大きいのであるが、金属どうしの摺動であるた
め、摩擦係数が比較的高く、該グラフのごとき結
果が表われたのである。

なおこのように本発明によれば被覆４，７は比
較的薄いものであるため、熱膨張による全体的な
膜厚変化量は既述のごとく極めて微量であり、ま
たフレオンガスや冷凍機油等による膨張量も極め
て微少量であるため、総合的にサイドクリアラン
スはほとんど変化しないものであると言える。

上述のごとく本発明によれば、ピストンの外周
面適宜微小深さの凹所を点在させるとともに、そ
の上面にフツ化エチレンもしくはフツ化エチレン
とビニル化合物との共重合体よりなるフツ素樹脂
もしくはフエノール樹脂等によつて構成される被
膜を施し、しかも該被膜の膜厚を全体的に比較的
薄いものとし、かつその表面は常温時に凹凸のな
い平滑な円柱面としたため、サイドクリアランス
を小さくすることができ、それによつて圧縮機の
体積効率が向上し、しかもピストンとシリンダと
の衝撃による騒音の発生を抑制することができ、
前記被膜材自体の弾性および良好な摺動性ならび
に熱影響による被膜の部分的な突出により、さら
に騒音は抑制され、また運転のための所要動力を
低減することができるとともに、耐摩耗性が向上
して耐久性の高い圧縮機を得ることができるとい
う種々の顕著な効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部を示す断面図、第２図は
本発明の他の実施例の要部を示す斜視図、第３図
は常温時におけるピストンの拡大断面図、第４図
は運転時におけるピストンの拡大断面図、第５図
はピストンとシリンダとの摺動部における油膜形
成の態様を示す説明図、第６図はピストンのサイ
ドクリアランスと体積効率の関係を示すグラフ、
第７図は圧縮機の回転数と所要動力の関係を示す
グラフ、第８図は従来装置の要部を示す断面図で
ある。 １……シリンダボア、２，５……ピストン、
４，７……被膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダ内を往復動するピストンを、前記シ
   リンダを形成する金属とほぼ同程度の熱膨張率を
   有する金属にて形成し、該ピストンの外周面に
   100μ前後のなだらかな凹部を形成するとともに、
   前記外周面に20〜200μのフツ素樹脂被膜を施し、
   かつ常温時には前記樹脂被膜の外周は凹凸のない
   円柱周面としフツ素樹脂膜の厚みに差を設けたこ
   とを特徴とする圧縮機。