(57)【要約】【課題】ピストンと端板部材との間で焼き付きが生じるのを防止すると共に容積効率や図示効率が低下するのを防止する圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダ３０と、端板部材２０，５０と、ピストン４０と、を備え、ピストン４０は、圧縮室３１に配置された環状のローラ４１と、ローラ４１の外周面４０ｂから延在し且つブレード収容部３３に対して進退可能に配置されたブレード４２とを有し、ピストン４０は、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材から形成されており、ピストン４０の内周面４０ａ、外周面４０ｂおよび軸方向端面４０ｃ，４０ｄの少なくとも一部に、低熱膨張率の素材より硬い硬質被膜を設けた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、
前記シリンダの軸方向両端に配置される２つの端板部材と、
前記圧縮室および前記ブレード収容部の内側に配置されるピストンと、
を備え、
前記ピストンは、前記圧縮室に配置された環状のローラと、前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードとを有し、
前記ピストンは、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材から形成されており、
前記ピストンの内周面、外周面および軸方向端面の少なくとも一部に、低熱膨張率の前記素材より硬い硬質被膜を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記ブレード収容部に配設され、前記ブレードの両側面と摺接する支持部材を備え、
前記ブレードの両側面に前記硬質被膜を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記ブレードの両側面は、前記圧縮室内に気体を吸入する吸入孔側の吸入側面と、前記圧縮室から気体を吐出する吐出孔側の吐出側面とから構成され、
前記吸入側面の前記硬質被膜の被膜硬度が、前記吐出側面の前記硬質被膜の被膜硬度より高いことを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記ピストンと前記硬質被膜との間に、前記ピストンの硬度と前記硬質被膜の硬度との間の硬度を有する中間層を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記中間層がニッケルから形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記シリンダは、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材から形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項７】
前記ブレード収容部の内周面に、低熱膨張率の前記素材より硬い硬質被膜を設けたことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記ブレード収容部の内周面は、前記圧縮室内に気体を吸入する吸入孔側の吸入側面と、前記圧縮室から気体を吐出する吐出孔側の吐出側面とから構成され、
前記吸入側面の前記硬質被膜の被膜硬度が、前記吐出側面の前記硬質被膜の被膜硬度より高いことを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記硬質被膜が、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和機に使用される圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダとシリンダの端面に配置された端板部材との間に形成された圧縮室内でピストンを回転させることによって、圧縮室内に導入した冷媒ガスを圧縮する圧縮機が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１１６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし特許文献１に記載の圧縮機では、高速始動時や、低外気温、高外気温時の高圧縮比運転時には、一部が低温の吸入ガスに曝されるシリンダと、高温の油に曝されるピストンとの熱膨張差が大きくなる。これにより、ピストン端面の隙間、即ちピストンと端板部材との間の隙間が詰まり、焼き付きが生じるという問題がある。他方、ピストン端面の隙間が広いと、ピストンの内周側から圧縮室への高温油の漏出量が多くなり、圧縮機の容積効率や図示効率が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ピストンと端板部材との間で焼き付きが生じるのを防止すると共に容積効率や図示効率が低下するのを防止する圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係る圧縮機は、
圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、
前記シリンダの軸方向両端に配置される２つの端板部材と、
前記圧縮室および前記ブレード収容部の内側に配置されるピストンと,
を備え、
前記ピストンは、前記圧縮室に配置された環状のローラと、前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードとを有し、
前記ピストンは、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材から形成されており、
前記ピストンの内周面、外周面および軸方向端面の少なくとも一部に、低熱膨張率の前記素材より硬い硬質被膜を設けた。
【０００７】
この発明では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からピストンを形成することで、ピストンの温度変化による熱膨張量を抑え、通常運転時と高圧縮比運転時とのピストン端面の隙間の変化量を小さくできる。これにより、通常運転時にピストン端面の隙間が広くなってピストン内周側から圧縮室への高温油の漏出量が多くなり、圧縮機の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。高圧縮比運転時には、ピストン端面の隙間が詰まり過ぎて焼き付きが生じるのを防止できる。
また、ピストンの摺動面の少なくとも一部に、低熱膨張率の素材より硬い硬質被膜を設けたので、柔らかい低熱膨張率の素材からなるピストンの摺動部での異常摩耗を防止できる。
【０００８】
第２の発明に係る圧縮機は、
前記ブレード収容部に配設され、前記ブレードの両側面と摺接する支持部材を備え、
前記ブレードの両側面に前記硬質被膜を設けた。
【０００９】
この発明では、支持部材と摺接する、柔らかい低熱膨張率の素材からなるピストンのブレード両側面に硬質被膜を設けることで、ブレード両側面の摩耗を防止できる。
【００１０】
第３の発明に係る圧縮機は、
前記ブレードの両側面は、前記圧縮室内に気体を吸入する吸入孔側の吸入側面と、前記圧縮室から気体を吐出する吐出孔側の吐出側面とから構成され、
前記吸入側面の前記硬質被膜の被膜硬度が、前記吐出側面の前記硬質被膜の被膜硬度より高い。
【００１１】
この発明では、高い面圧が作用するブレードの吸入側面の被膜硬度を高くすることで、吸入側面の摩耗を抑制できる。ブレードの吐出側面は吸入側面と比べて大きな面圧は作用しないが、支持部材が振動することにより硬質被膜に衝撃が掛かる。このため、吐出側面の被膜硬度を低くすることでピストンの硬度に近づけ、衝撃による硬質被膜の剥離を防止できる。
【００１２】
第４の発明に係る圧縮機は、
前記ピストンと前記硬質被膜との間に、前記ピストンの硬度と前記硬質被膜の硬度との間の硬度を有する中間層を設けた。
【００１３】
この発明では、ピストンと硬質被膜との間に中間層を設けることで、柔らかいピストンの表面に直接、硬質被膜を設ける場合と比べて、ピストンと硬質被膜との間の硬度差を緩和してピストンから硬質被膜が剥離するのを防止できる。
【００１４】
第５の発明に係る圧縮機は、
前記中間層がニッケルから形成されている。
【００１５】
この発明では、ピストンが低熱膨張率の素材から形成されることで、ニッケルの含有量が多い。このため、中間層をニッケルから形成することで、ピストンと中間層との間の親和性および密着性を向上できる。
【００１６】
第６の発明に係る圧縮機は、
前記シリンダは、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材から形成されている。
【００１７】
この発明では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からシリンダを形成することで、ピストンに加えてシリンダの熱膨張を抑えることができる。従って、予めピストン端面の隙間を狭くして圧縮室への高温油の漏出を抑え、圧縮機の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。
【００１８】
第７の発明に係る圧縮機は、
前記ブレード収容部の内周面に、低熱膨張率の前記素材より硬い硬質被膜を設けた。
【００１９】
この発明では、柔らかい低熱膨張率の素材からなるブレード収容部の内周面に硬質被膜を設けることで、ブレード収容部の内周面と、ブレード収容部の内部に配置された支持部材とが摺接することによるブレード収容部の摩耗を防止できる。
【００２０】
第８の発明に係る圧縮機は、
前記ブレード収容部の内周面は、前記圧縮室内に気体を吸入する吸入孔側の吸入側面と、前記圧縮室から気体を吐出する吐出孔側の吐出側面とから構成され、
前記吸入側面の前記硬質被膜の被膜硬度が、前記吐出側面の前記硬質被膜の被膜硬度より高い。
【００２１】
この発明では、高い面圧が作用するブレード収容部の吸入側面の被膜硬度を高くすることで、吸入側面の摩耗を抑制できる。ブレード収容部の吐出側面は吸入側面と比べて大きな面圧は作用しないが、支持部材が振動することにより硬質被膜に衝撃が掛かる。このため、吐出側面の被膜硬度を低くすることでピストンの硬度に近づけ、衝撃による硬質被膜の剥離を防止できる。
【００２２】
第９の発明に係る圧縮機は、
前記硬質被膜が、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングである。
【００２３】
この発明では、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングで硬質被膜を形成することで、摺動部の摩擦係数をより小さくすることができ、摺動部の摩耗量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からピストンを形成することで、ピストンの温度変化による熱膨張量を抑え、通常運転時と高圧縮比運転時とのピストン端面の隙間の変化量を小さくできる。これにより、通常運転時にピストン端面の隙間が広くなってピストン内周側から圧縮室への高温油の漏出量が多くなり、圧縮機の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。高圧縮比運転時には、ピストン端面の隙間が詰まり過ぎて焼き付きが生じるのを防止できる。
また、ピストンの摺動面の少なくとも一部に、低熱膨張率の素材より硬い硬質被膜を設けたので、柔らかい低熱膨張率の素材からなるピストンの摺動部での異常摩耗を防止できる。
【００２５】
第２の発明では、支持部材と摺接する、柔らかい低熱膨張率の素材からなるピストンのブレード両側面に硬質被膜を設けることで、ブレード両側面の摩耗を防止できる。
【００２６】
第３の発明では、高い面圧が作用するブレードの吸入側面の被膜硬度を高くすることで、吸入側面の摩耗を抑制できる。ブレードの吐出側面は吸入側面と比べて大きな面圧は作用しないが、支持部材が振動することにより硬質被膜に衝撃が掛かる。このため、吐出側面の被膜硬度を低くすることでピストンの硬度に近づけ、衝撃による硬質被膜の剥離を防止できる。
【００２７】
第４の発明では、ピストンと硬質被膜との間に中間層を設けることで、柔らかいピストンの表面に直接、硬質被膜を設ける場合と比べて、ピストンと硬質被膜との間の硬度差を緩和してピストンから硬質被膜が剥離するのを防止できる。
【００２８】
第５の発明では、ピストンが低熱膨張率の素材から形成されることで、ニッケルの含有量が多い。このため、中間層をニッケルから形成することで、ピストンと中間層との間の親和性および密着性を向上できる。
【００２９】
第６の発明では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からシリンダを形成することで、ピストンに加えてシリンダの熱膨張を抑えることができる。従って、予めピストン端面の隙間を狭くして圧縮室への高温油の漏出を抑え、圧縮機の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。
【００３０】
第７の発明では、柔らかい低熱膨張率の素材からなるブレード収容部の内周面に硬質被膜を設けることで、ブレード収容部の内周面と、ブレード収容部の内部に配置された支持部材とが摺接することによるブレード収容部の摩耗を防止できる。
【００３１】
第８の発明では、高い面圧が作用するブレード収容部の吸入側面の被膜硬度を高くすることで、吸入側面の摩耗を抑制できる。ブレード収容部の吐出側面は吸入側面と比べて大きな面圧は作用しないが、支持部材が振動することにより硬質被膜に衝撃が掛かる。このため、吐出側面の被膜硬度を低くすることでピストンの硬度に近づけ、衝撃による硬質被膜の剥離を防止できる。
【００３２】
第９の発明では、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングで硬質被膜を形成することで、摺動部の摩擦係数をより小さくすることができ、摺動部の摩耗量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る圧縮機の概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、シリンダ内でのピストンの動作を示す図である。
【図３】図１に示した圧縮機のフロントヘッドを下方から視た図である。
【図４】（ａ）はシリンダを上方から視た斜視図、（ｂ）はシリンダを下方から視た斜視図である。
【図５】図４（ｂ）のV-V線断面図である。
【図６】図１に示した圧縮機のピストンの斜視図である。
【図７】図６のVII-VII線断面図である。
【図８】圧縮室の部分拡大図を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態の圧縮機１は、密閉ケーシング２と、密閉ケーシング２内に配置される圧縮機構１０および駆動機構６を備えている。なお、図１は、駆動機構６の断面を示すハッチングを省略して表示している。この圧縮機１は、例えば、空調装置などの冷凍サイクルに組み込まれて使用され、吸入管３から導入された冷媒（本実施形態では、ＣＯ2）を圧縮して排出管４から排出する。図１の上下方向を単に上下方向として、圧縮機１について以下説明する。
【００３６】
密閉ケーシング２は、両端が塞がれた円筒状の容器であり、その上部には、圧縮された冷媒を排出するための排出管４と、駆動機構６の後述する固定子７ｂのコイルに電流を供給するためのターミナル端子５が設けられている。なお、図１では、コイルとターミナル端子５とを接続する配線は省略して表示している。また、密閉ケーシング２の側部には、圧縮機１に冷媒を導入するための吸入管３が設けられている。また、密閉ケーシング２内の下部には、圧縮機構１０の摺動部の動作を滑らかにするための潤滑油Ｌが貯留されている。密閉ケーシング２の内部には、駆動機構６と、圧縮機構１０とが上下に並んで配置されている。
【００３７】
駆動機構６は、圧縮機構１０を駆動するために設けられており、駆動源となるモータ７と、このモータ７に取り付けられたシャフト８とから構成されている。
【００３８】
モータ７は、密閉ケーシング２の内周面に固定されている略円環状の固定子７ｂと、この固定子７ｂの径方向内側にエアギャップを介して配置される回転子７ａとを備えている。回転子７ａは磁石（図示省略）を有し、固定子７ｂはコイルを有している。モータ７は、コイルに電流を流すことによって発生する電磁力によって、回転子７ａを回転させる。また、固定子７ｂの外周面は、全周にわたって密閉ケーシング２の内周面に密着しているわけではなく、固定子７ｂの外周面には、上下方向に延び且つモータ７の上下の空間を連通させる複数の凹部（図示省略）が、周方向に並んで形成されている。
【００３９】
シャフト８は、モータ７の駆動力を圧縮機構１０に伝達するために設けられており、回転子７ａの内周面に固定されて、回転子７ａと一体的に回転する。また、シャフト８は、後述する圧縮室３１内となる位置に、偏心部８ａを有している。偏心部８ａは、円柱状に形成されており、その軸心がシャフト８の回転中心から偏心している。この偏心部８ａには、圧縮機構１０の後述するローラ４１が装着されている。
【００４０】
また、シャフト８の下側略半分の内部には、上下方向に延在する給油路８ｂが形成されている。この給油路８ｂの下端部には、シャフト８の回転に伴って潤滑油Ｌを給油路８ｂ内に吸い上げるための螺旋羽根形状のポンプ部材（図示省略）が挿入されている。さらに、シャフト８には、給油路８ｂ内の潤滑油Ｌをシャフト８の外側に排出するための複数の排出孔８ｃが形成されている。
【００４１】
圧縮機構１０は、密閉ケーシング２の内周面に固定されるフロントヘッド（端板部材）２０と、フロントヘッド２０の上側に配置されるマフラー１１と、フロントヘッド２０の下側に配置されるシリンダ３０と、シリンダ３０の内部に配置されるピストン４０と、シリンダ３０の下側に配置されるリアヘッド（端板部材）５０とを備えている。詳細は後述するが、図２に示すように、シリンダ３０は、略円環状の部材であって、その中央部に圧縮室３１が形成されている。シリンダ３０は、リアヘッド５０と共に、フロントヘッド２０の下側にボルトにより固定されている。なお、図２は、シリンダ３０に形成されているボルト孔は省略して表示している。
【００４２】
図１および図３に示すように、フロントヘッド２０は、略円環状の部材であって、その中央部に、シャフト８が回転可能に挿通される軸受け孔２１が形成されている。フロントヘッド２０の外周面は、密閉ケーシング２の内周面にスポット溶接などによって固定されている。フロントヘッド２０の下面は、シリンダ３０の圧縮室３１の上端を閉塞している。フロントヘッド２０には、圧縮室３１において圧縮された冷媒を吐出するための吐出孔２２が形成されている。吐出孔２２は、上下方向から視て、シリンダ３０の後述するブレード収容部３３の近傍に形成されている。図示は省略するが、フロントヘッド２０の上面には、圧縮室３１内の圧力に応じて吐出孔２２を開閉する弁機構が取り付けられている。また、フロントヘッド２０のシリンダ３０よりも径方向外側の部分には、複数の油戻し孔２３が周方向に並んで形成されている。
【００４３】
フロントヘッド２０は、金属粉の焼結や、鋳鉄の切削によって形成されている。リアヘッド５０は、略円環状の部材であって、その中央部にシャフト８が回転可能に挿通される軸受け孔５１が形成されている。リアヘッド５０は、シリンダ３０の圧縮室３１の下端を閉塞している。リアヘッド５０は、金属粉の焼結や、鋳鉄の切削などによって形成されている。
【００４４】
マフラー１１は、フロントヘッド２０の吐出孔２２から冷媒が吐出される際の騒音を低減するために設けられている。マフラー１１は、フロントヘッド２０の上面にボルトによって取り付けられ、フロントヘッド２０との間にマフラー空間Ｍを形成している。また、図示は省略するが、マフラー１１には、マフラー空間Ｍ内の冷媒を排出するためのマフラー吐出孔が形成されている。
【００４５】
図２および図４（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダ３０には、上述した圧縮室３１と、圧縮室３１内に冷媒を導入するための吸入孔３２と、ブレード収容部３３が形成されている。なお、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であって、フロントヘッド２０の吐出孔２２は本来表れないが、説明の便宜上表示している。シリンダ３０は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳鉄の切削などが挙げられる。
【００４６】
吸入孔３２は、シリンダ３０の径方向に延在して形成されており、その端部（圧縮室３１と反対側の端部）には、吸入管３の先端が内嵌されている。
【００４７】
ブレード収容部３３は、シリンダ３０を上下方向に貫通しており、圧縮室３１と連通している。ブレード収容部３３は、圧縮室３１の径方向に延在している。ブレード収容部３３は、上下方向から視て、吸入孔３２とフロントヘッド２０の吐出孔２２との間の位置に形成されている。ブレード収容部３３の内周面は、圧縮室３１内に気体を吸入する吸入孔３２側の吸入側内周面（吸入側面）３３ａと、圧縮室３１から気体を吐出する吐出孔２２側の吐出側内周面（吐出側面）３３ｂとから構成されている。このブレード収容部３３内には、一対の支持部材であるブッシュ３４が配置されている。一対のブッシュ３４は、略円柱状の部材を半分割した形状に形成されている。この一対のブッシュ３４の間にブレード４２が配置されている。
【００４８】
図６に示すように、ピストン４０は、円環状のローラ４１と、このローラ４１の外周面から径方向外側に延在するブレード４２とから構成されている。図２に示すように、ローラ４１は、偏心部８ａの外周面に相対回転可能に装着されて、圧縮室３１内に配置されている。したがって、ローラ４１の上端面は、フロントヘッド２０と対向している。ブレード４２の両側面は、吸入孔３２側の吸入側面４２ａと、吐出孔２２側の吐出側面４２ｂとから構成されている。ブレード４２は、ブレード収容部３３に配置された一対のブッシュ３４の間に進退可能に配置されている。
【００４９】
図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、ブレード４２がブレード収容部３３から圧縮室３１側に出ている状態では、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面との間に形成される空間は、ブレード４２によって低圧室３１ａと高圧室３１ｂに区画される。
【００５０】
以下、本発明に係るシリンダ３０およびピストン４０を構成する低熱膨張率の素材、硬質被膜および中間層について説明する。
【００５１】
シリンダ３０は、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材（鋳鉄）から形成されている。低熱膨張率の鋳鉄の具体的な熱膨張係数は特に限定されない。ただし、一般的な鋳鉄の熱膨張係数が１１×１０-6／Ｋから１２×１０-6／Ｋであるのに対し、例えば熱膨張係数が１×１０-6／Ｋとなるようにニッケルの量が調整された鋳鉄から、シリンダ３０が形成されている。
【００５２】
図５に示すように、シリンダ３０のブレード収容部３３の内周面３３ａ、３３ｂには、低熱膨張率の鋳鉄より硬い第１硬質被膜３６が設けられている。また、シリンダ３０と第１硬質被膜３６との間に、シリンダ３０の硬度と第１硬質被膜３６の硬度との間の硬度を有する中間層３７を設けている。この中間層３７はニッケルから形成されている。なお、吸入側内周面３３ａの硬質被膜の被膜硬度が、吐出側内周面３３ｂの硬質被膜の被膜硬度より高い。具体的には、吸入側内周面３３ａの第１硬質被膜３６のブレード収容部３３側には、第１硬質被膜３６の被膜硬度よりも高い被膜硬度の第２硬質被膜３８が積層されている。これらの硬質被膜３６，３８は例えば、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングである。
【００５３】
図６に示すように、ピストン４０は、金属材料からなる基材４３と、基材４３の表面の一部を被覆する第１硬質被膜４４とから構成されている。基材４３の外形は、ほぼピストン４０の外形を構成している。基材４３は、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材（鋳鉄）から形成されている。この基材４３を形成する低熱膨張率の鋳鉄は、シリンダ３０を形成する鋳鉄と同じ素材であっても良いし、異なる素材であっても良い。言い換えれば、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満の素材であれば、どのような素材からピストン４０を形成しても良い。なお、低熱膨張率の鋳鉄の説明については、シリンダ３０の場合と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
第１硬質被膜４４は、基材４３を形成する低熱膨張率の鋳鉄より硬く、ピストン４０の内周面４０ａ、外周面４０ｂ、上端面４０ｃおよび下端面４０ｄの少なくとも一部に設けられている。具体的には第１硬質被膜４４は、ピストン４０（ローラ４１）の内周面４０ａ，ピストン４０の上端面４０ｃ、下端面４０ｄ、およびブレード４２の両側面４２ａ，４２ｂに設けられている。なお本発明において、ピストン４０の外周面には、ローラ４１の外周面４０ｂに加えて、ブレード４２の両側面４２ａ，４２ｂをも包含する。
【００５５】
ピストン４０と第１硬質被膜４４との間に、ピストン４０の硬度と第１硬質被膜４４の硬度との間の硬度を有する中間層４５を設けている（図７参照）。この中間層４５はニッケルから形成されている。なお、ブレード４２の吸入側面４２ａの硬質被膜の被膜硬度が、吐出側面４２ｂの硬質被膜の被膜硬度より高い。具体的には、吸入側面４２ａの第１硬質被膜４４には、第１硬質被膜４４の被膜硬度よりも高い被膜硬度の第２硬質被膜４６が積層されている。これらの硬質被膜４４，４６は例えば、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングである。
【００５６】
次に、本実施形態の圧縮機１の動作について、図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して説明する。図２（ａ）は、ピストン４０が上死点にある状態を示しており、図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、図２（ａ）の状態から、それぞれ、シャフト８が、９０°、１８０°（下死点）、２７０°回転した状態を示している。
【００５７】
吸入管３から吸入孔３２を介して圧縮室３１に冷媒を供給しつつ、モータ７の駆動によりシャフト８を回転させると、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、偏心部８ａに装着されたローラ４１は、圧縮室３１の周壁面に沿って移動する。
【００５８】
このとき、ピストン４０の内周面４０ａが偏心部８ａと摺接し、ピストン４０の外周面４０ｂは、圧縮室３１の周壁面と摺接しながら、ピストン４０が回転する。また、ピストン４０が回転している間、ピストン４０の上端面４０ｃはフロントヘッド２０とわずかな隙間を介して対向しているか摺接し、ピストン４０の下端面４０ｄはリアヘッド５０とわずかな隙間を介して対向しているか摺接している。これらからピストン４０の摺動面とは、ピストン４０の内周面４０ａ、外周面４０ｂ、上端面４０ｃ、下端面４０ｄ及びブレード４２の両側面４２ａ，４２ｂを指す。
【００５９】
一対のブッシュ３４は、その間にブレード４２が配置された状態で、ブレード４２の両側面４２ａ、４２ｂと摺接し、ブレード収容部３３内において周方向に揺動する。また、ブッシュ３４が揺動することで、ブッシュ３４の半円形状の外周面が、ブレード収容部３３の内周面３３ａ，３３ｂと摺接する。これにより、圧縮室３１内で冷媒が圧縮される。冷媒が圧縮される工程について、以下、詳細に説明する。
【００６０】
図２（ａ）の状態から偏心部８ａが図中の矢印方向に回転すると、図２（ｂ）に示すように、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面とによって形成される空間が、低圧室３１ａと高圧室３１ｂに区画される。さらに偏心部８ａが回転すると、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、低圧室３１ａの容積が大きくなるため、吸入管３から吸入孔３２を介して低圧室３１ａ内に冷媒が吸い込まれていく。同時に、高圧室３１ｂの容積が小さくなるため、高圧室３１ｂにおいて冷媒が圧縮される。
【００６１】
そして、高圧室３１ｂ内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド２０に設けられた弁機構が開弁して、高圧室３１ｂ内の冷媒が吐出孔２２を介してマフラー空間Ｍに吐出される。その後、図２（ａ）の状態に戻り、高圧室３１ｂからの冷媒の吐出が完了する。この工程を繰り返すことにより、吸入管３から圧縮室３１に供給された冷媒が連続的に圧縮されて排出される。
【００６２】
以上の様に圧縮室３１内が低圧室３１ａと高圧室３１ｂとに区画されることで、ブレード４２が吸入孔３２側に押圧され、ブレード４２の吸入側面４２ａには高い面圧が作用する。一方で、ブレード４２の吐出側面４２ｂには吸入側面４２ａと比べて大きな面圧は作用しないが、ブッシュ３４が振動することによる衝撃が掛かる。
【００６３】
同様に、ブレード４２が吸入孔３２側に押圧されることで、ブレード収容部３３の吸入側内周面３３ａには、高い面圧が作用する。一方で、ブレード収容部３３の吐出側内周面３３ｂには吸入側内周面３３ａと比べて大きな面圧は作用しないが、ブッシュ３４が振動することによる衝撃が掛かる。
【００６４】
マフラー空間Ｍに吐出された冷媒は、マフラー１１のマフラー吐出孔（図示省略）から圧縮機構１０の外に吐出される。圧縮機構１０から吐出された冷媒は、固定子７ｂと回転子７ａとの間のエアギャップなどを通過した後、最終的に、排出管４から密閉ケーシング２の外に排出される。
【００６５】
図８に示すように、ピストン４０の上下方向長さＨ１は、圧縮室３１の上下方向長さＨ２よりも僅かに小さく設定されている。そのため、圧縮機１の通常運転時には、ピストン４０の上端面４０ｃの第１硬質被膜４４とフロントヘッド２０との間、および、ピストン４０の下端面４０ｄの第１硬質被膜４４とリアヘッド５０との間に、微小な軸方向の隙間Ｄが形成される。この軸方向隙間Ｄが広いと、ピストン内周側から圧縮室３１への高温油の漏出量が多くなり、圧縮機１の容積効率や図示効率が低下する場合がある。
【００６６】
しかしながら、圧縮機１の高速始動時や高圧縮比運転時、吐出される冷媒の温度と吸入される冷媒の温度の温度差が大きい条件での運転時などには、ピストン４０の熱膨張量はシリンダ３０の熱膨張量よりも大きくなる。そのため、軸方向隙間Ｄが無くなって、ピストン４０の上下端面４０ｃ、４０ｄが、フロントヘッド２０およびリアヘッド５０と接触して焼付きが生じる場合がある。
【００６７】
[本実施形態の圧縮機の特徴]
本実施形態の圧縮機１には以下の特徴がある。
【００６８】
本実施形態の圧縮機１では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からピストン４０を形成することで、ピストン４０の温度変化による熱膨張量を抑え、通常運転時と高圧縮比運転時とのピストン４０の上端面４０ｃおよび下端面４０ｄの隙間Ｄの変化量を小さくできる。これにより、通常運転時にピストン４０の上端面４０ｃおよび下端面４０ｄの隙間Ｄが広くなってピストン内周側から圧縮室３１への高温油の漏出量が多くなり、圧縮機１の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。高圧縮比運転時には、ピストン４０の上端面４０ｃおよび下端面４０ｄの隙間Ｄが詰まり過ぎて焼き付きが生じるのを防止できる。また、ピストン４０の摺動面の少なくとも一部に、低熱膨張率の素材より硬い第１硬質被膜４４を設けたので、柔らかい低熱膨張率の素材からなるピストン４０の摺動部での異常摩耗を防止できる。
【００６９】
本実施形態の圧縮機１では、ブッシュ３４と摺接するピストン４０のブレード両側面４２ａ，４２ｂに第１硬質被膜４４を設けることで、柔らかい低熱膨張率の素材からなるブレード両側面４２ａ，４２ｂの摩耗を防止できる。
【００７０】
本実施形態の圧縮機１では、高い面圧が作用するブレードの吸入側面４２ａの被膜硬度を高くすることで、吸入側面４２ａの摩耗を抑制できる。ブレード４２の吐出側面４２ｂは吸入側面４２ａと比べて大きな面圧は作用しないが、ブッシュ３４が振動することにより第１硬質被膜４４に衝撃が掛かる。このため、吐出側面４２ｂの被膜硬度を低くすることでピストン４０の硬度に近づけ、第１硬質被膜４４の衝撃による剥離を防止できる。
【００７１】
本実施形態の圧縮機１では、ピストン４０と第１硬質被膜４４との間に中間層４５を設けることで、柔らかいピストン４０の表面に直接、第１硬質被膜４４を設ける場合と比べて、ピストン４０と第１硬質被膜４４との間の硬度差を緩和してピストン４０から第１硬質被膜４４が剥離するのを防止できる。
【００７２】
本実施形態の圧縮機１では、ピストン４０が低熱膨張率の素材から形成されることで、ニッケルの含有量が多い。このため、中間層４５をニッケルから形成することで、ピストン４０と中間層４５との間の親和性および密着性を向上できる。
【００７３】
本実施形態の圧縮機１では、熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ未満である低熱膨張率の素材からシリンダ３０を形成することで、ピストン４０に加えてシリンダ３０の熱膨張を抑えることができる。従って、予めピストン端面の隙間を狭くして圧縮室３１への高温油の漏出を抑え、圧縮機１の容積効率や図示効率が低下するのを防止できる。
【００７４】
本実施形態の圧縮機１では、柔らかい低熱膨張率の素材からなるブレード収容部３３の内周面３３ａ，３３ｂに第１硬質被膜３６を設けることで、ブレード収容部３３の内周面３３ａ，３３ｂと、ブレード収容部３３の内部に配置されたブッシュ３４とが摺接することによるブレード収容部３３の摩耗を防止できる。
【００７５】
本実施形態の圧縮機１では、高い面圧が作用するブレード収容部３３の吸入側面３３ａの被膜硬度を高くすることで、吸入側面３３ａの摩耗を抑制できる。ブレード収容部３３の吐出側面３３ｂは吸入側面３３ａと比べて大きな面圧は作用しないが、ブッシュ３４が振動することにより第１硬質被膜３６に衝撃が掛かる。このため、吐出側面３３ｂの被膜硬度を低くすることでピストン４０の硬度に近づけ、第１硬質被膜３６の衝撃による剥離を防止できる。
【００７６】
本実施形態の圧縮機１では、ＤＬＣコーティング、ＴｉＮコーティング、またはＣｒＮコーティングで硬質被膜を形成することで、摺動部の摩擦係数をより小さくすることができ、摺動部の摩耗量を抑制することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７８】
前記実施形態では、ピストン４０の硬度と第１硬質被膜４４の硬度との間の硬度を有する中間層４５を採用した。しかしこれに限定されず、中間層４５は接着剤であっても良い。
【００７９】
前記実施形態では、ピストン４０の外周面としてブレード４２の両側面４２ａ，４２ｂだけに第１硬質被膜４４を設けたが、ローラ４１の外周面４０ｂに設けても同様の効果を得ることができる。
【００８０】
前記実施形態では、１シリンダ型の圧縮機に基づいて説明したが、図２に示す圧縮機構部品を２組有する、２シリンダ型の圧縮機であっても良い。
【００８１】
前記実施形態では、冷凍サイクルで使用される冷媒はＣＯ2であったが、冷媒はこれに限定されず、例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２と言った他の冷媒であっても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１  圧縮機
２０  フロントヘッド（端板部材）
３０  シリンダ
３１  圧縮機
３３  ブレード収容部
３３ａ  吸入側内周面（吸入側面）
３３ｂ  吐出側内周面（吐出側面）
３４  ブッシュ（支持部材）
３６  第１硬質被膜
３８  第２硬質被膜
４０  ピストン
４０ａ  内周面
４０ｂ  外周面
４０ｃ  上端面（軸方向端面）
４０ｄ  下端面（軸方向端面）
４１  ローラ
４２  ブレード
４２ａ  吸入側面
４２ｂ  吐出側面
４４  第１硬質被膜
４５  中間層
４６  第２硬質被膜
５０  リアヘッド（端板部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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