(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する斜板式コンプレッサーであって、荷重500kg/cm2以上で、かつ運転初期において潤滑油がないドライ条件で運転される斜板式コンプレッサーに用いられる斜板において、鉄系もしくはアルミニウム系材料からなる基板に銅系もしくはアルミニウム系材料を溶射し、該溶射層に、鉛系めっき、すず系めっき、鉛−すず系めっき、ポリテトラフルオロエチレン系被覆、MoS2被覆又はMoS2・黒鉛混合被覆を、厚さ0.1〜50μｍに、施したことを特徴とする斜板式コンプレッサーの斜板。
【請求項２】
前記銅系材料は2〜15質量％のSnを含有することを特徴とする請求項1記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
【請求項３】
前記鉄系もしくはアルミニウム系材料からなる基板に溶射されるアルミニウム系材料は8〜20質量％のSiを含有するAl-Si系合金、または、0.5〜5質量％のCuを含有するAl-Cu系合金であることを特徴とする請求項1記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
【請求項４】
鉄系材料からなるシューを相手として摺動することを特徴とする請求項1から3までの何れか1項記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、斜板式コンプレッサーの斜板に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、斜板式コンプレッサーにおいて鉄系もしくはアルミニウム系材料からなる斜板の摺動特性を飛躍的に改良する表面処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
斜板式コンプレッサーは、回転軸に斜めに固着された斜板又は回転軸に斜めに取り付けられ、傾斜角変更可能な斜板が、回転軸の回転に応じてコンプレッサー内にて仕切られた空間の体積を増減することにより圧縮・膨張を行うものである。かかる斜板はシューと称される密封部材と摺動しかつ相互に気密な封止を図ることにより冷却媒体を所定の空間にて圧縮・膨張させるものである。
斜板の摺動条件が特長的な点は、低温下でコンプレッサーを運転初期に潤滑油が到達する前に冷媒が摺動部に充満し、これが摺動部に残存する潤滑油を洗浄する作用をもつために、潤滑油がないドライ条件で摺動されることである。このように斜板は摺動条件が非常に厳しく、トラブルも起こり易いため斜板式コンプレッサーにおける最重要部品である。
【０００３】
このような条件で使用される斜板は耐焼付性、耐摩耗性などの摺動特性が必要となるので、アルミニウム系材料に硬質物を添加して耐摩耗性を向上する提案、斜板の材質を改良する提案、鉄系斜板に熱処理を施し硬度を上昇させ耐摩耗性を向上させる提案や、表面処理方法の提案などがなされている。
【０００４】
本出願人は、鉄系斜板と鉄系シューの摺動では焼付が起り易いので、特開昭５１−３６６１１号公報において鉄系斜板ではシューにＣｕ焼結材料を接着することを提案した。すなわち、鉄系斜板に硬化処理を施して来たが相手材であるシューも鉄系材料であると、同種材料の摺動により焼付が発生し易いという問題があった。これを避けるために鉄系斜板の相手材（シュー）に焼結銅合金を使用したのである。
【０００５】
また、同種材料の摺動を避けるために鉄系斜板にすずめっきを施し、耐焼付性を向上させることも提案された。すずめっきを施した鉄系斜板の耐焼付性は十分なものではなかった。この原因は下地の鉄鋼自体では摺動特性が不充分であり、またすずはなじみ性には優れているが耐摩耗性が不充分であると考えられる。
【０００７】
本出願人は、溶射合金が、溶製合金もしくは焼結合金と比較して(a)組織が微細であること、(b)同一組成では硬さが高いために強度を耐摩耗性が良好であること、(c)溶射条件を調節することにより完全溶解組織から一部アトマイズ粉の形状・組織が残った組織まで調整でき、これにより摺動特性を使用条件に合わせて変えることができること、などの特性をもっており、これらの特性を利用すると優れた耐焼付性及び耐摩耗性が得られることを見出し、溶射銅合金からなる被覆層に基材を形成した斜板式コンプレッサー用斜板の出願をした（特願平６−７１６５２号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、本出願人は荷重が５００ｋｇ／ｃｍ2 以上となる過酷なコンプレッサー運転条件で溶射斜板の性能につき試験したところ、摩擦により局部的に焼付きを起こし、シューの移動方向とほぼ直交する割れが溶射層に発生することがわかった。したがって本発明は溶射斜板の耐焼付性を高めることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決できる方法につき鋭意検討し実験を行った結果、本発明者らは、冷媒を圧縮する斜板式コンプレッサーであって、荷重500kg/cm2以上で、かつ運転初期において潤滑油がないドライ条件で運転される斜板式コンプレッサーに用いられる斜板において、鉄系もしくはアルミニウム系材料からなる基板に銅系もしくはアルミニウム系材料を溶射し、該溶射層に、厚さが0.1〜50μｍの鉛系めっき、すず系めっき、鉛−すず系めっき、ポリテトラフルオロエチレン系被覆、MoS2被覆又はMoS2・黒鉛混合被覆（以下、これらを「被覆層」と総称する）を施すことが耐焼付性向上のために有効であることを見出した。
【００１０】
以下、本発明の構成を説明する。
溶射合金は、なじみ性、低摩擦特性及び耐焼付性に優れている銅、アルミニウムもしくこれらの合金を使用することが必要である。銅合金及びアルミニウム合金としては軸受もしくは摺動合金として公知の組成のものを使用できるのは当然であるが、被覆層がなじみ性、低摩擦性などを呈するので、公知の軸受や摺動合金以外のものも使用することができる。
本発明において溶射法は溶射粉末全体を溶解させ凝固により層を形成する方法や、溶射粉末の一部は溶解させないで元の粉末組織を崩さない方法などを採用することができる。
【００１１】
溶射銅系合金は、すずを強化元素として好ましくは２〜１５％（本発明において組成の百分率は重量％である）添加したＣｕ−Ｓｎ系合金が好ましい。さらに、強化元素や、なじみ性や低摩擦特性付与に寄与する鉛を好ましくは２〜３０％添加することも可能である。
その他の元素又は成分として０．１％以下のリン、５％以下のＡｇ、１０％以下のＦｅ3 Ｐ、Ｆｅ2 Ｂの１種又は２種以上を添加することも可能である。
【００１２】
溶射アルミニウム合金は初晶シリコンを晶出させるためのＳｉを好ましくは８〜２０％添加したＡｌ−Ｓｉ系合金、主として固溶強化をもたらすＣｕを好ましくは０．５〜５％添加したＡｌ−Ｃｕ系合金などを好ましく使用することができる。その他の元素としてＭｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉのうちいずれかの１種又は２種以上元素を１０％以下添加することも可能である。アルミニウム系材料の溶射は銅系材料の溶射より低温で実施することができるので、溶射層の熱歪みを少なくなる利点がある。
銅及びアルミニウム系合金溶射層の厚みは５〜３００μｍの範囲内にあることが好ましい。より好ましい厚みは２０〜２００μｍの範囲内である。
【００１３】
鉛系、すず系もしくは鉛−すず系めっき層は通常電気めっきにより溶射層上に形成される。電気めっきは酸性浴及びアルカリ性浴の何れでもよいが、アルカリ性浴が腐食性が少ない面で好ましい。めっき金属は上記の性質が損なわれない限り合金化を妨げるものではないが、高硬度化をもたらす合金化は鉛、すずの性質上好ましくなく、銅の場合は５％以上２０％以下にするべきである。
【００１５】
めっき層は、その性能と溶射層の性能を共に十分に発揮するために、厚みが０．１〜３０μｍの範囲内にあることが好ましい。より好ましいめっき層の厚みは０．５〜１０μｍの範囲内である。
溶射層にめっきを施すための前処理条件やめっき条件は一般の溶製材を母材とする場合と異ならない。
【００１７】
さらに、めっき層に変えて摩擦係数を低下させるＭｏＳ2 、ＭｏＳ2 ・黒鉛混合物もしくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の被覆を形成することができる。被覆層の厚みは１〜５０μｍの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは１〜１０μｍの範囲内である。ＭｏＳ2 、黒鉛、ＰＴＥＥなどは水又は樹脂バインダーなどに分散させて溶射層上に塗布した後適当な温度で焼き付けることにより所定の厚みをもつ層として被覆することができる。ＭｏＳ2 ・黒鉛混合被覆中の黒鉛比率は５０％以下が望ましい。
【００１８】
斜板に対して摺動するシュー自体は公知のものであり、例えば本出願人の特開昭５１−３６６１１号公報などに示されており、鉄系材料としては鉄を主成分とするすべての材料で摺動面を構成したものを使用することができるが、軸受鋼が好ましい。また、その製造方法も一切限定されず、圧延、鍛造、粉末冶金、表面硬化などの技術を適宜採用することができる。
【００１９】
【作用】
溶射金属は硬化しており外部応力に追随して変形し難く、また鉛などの添加金属により形成される軟質相は応力が集中して割れを起こし易い層状になるために、溶射層はシューと上記した高荷重かつドライ潤滑条件という過酷な条件で摺動する際に局部的焼付が起こり、割れが起こると考えられる。これに対して、めっき層やMoS2,黒鉛、PTFEなどの被覆層を溶射金属に設けると、これが摺動面での摩擦係数を低下させる結果溶射層内の内部応力が低下し、また被覆層は大きく塑性変形することにより溶射層に及ぼされる変形を少なくするので、割れが起こりにくくなる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００２０】
【実施例】
表１に示す銅合金を鉄基材に溶射ガン（第１メテコ社製ダイアモンドジェット型ガン）を使用し、下記条件で行った。
ガス種：プロピレン１０容量部と酸素・空気９０容量部の混合ガス
ガス圧：７ｋｇｆ／ｃｍ2
フレーム速度：１２００ｍ／ｓｅｃ
溶射距離：１８０ｍｍ
粉末供給量：５０ｇ／ｍｉｎ
溶射層の厚みは約１５０μｍであった。
【００２１】
同じく表１に示すアルミニウム合金を上記の溶射ガンを使用し、上記条件で溶射した。溶射層の厚みは約１５０μｍであった。
【００２２】
溶射層を洗浄、脱脂し、アルミニウム合金溶射層については軽く酸洗した後，表１に示す軟質被覆層形成のための表面処理を行った。めっきはすべてアルカリ性ほうふっ化浴を用い、温度２５℃、電流密度は３Ａ／ｄｍ2 で行い、めっき厚みを１〜３μｍとした。
【００２３】
ＭｏＳ2 、黒鉛は粒度が０．５〜２０μｍのものを有機バインダーに分散した後基材に塗布し、その後２００℃で焼き付けを行い厚みが１０μｍの被覆層を形成した。また、ＰＴＦＥは粒度が０．１〜２０μｍのものを水に分散した後基材に塗布し、その後２００℃で焼き付けを行い厚みが１０μｍの被覆層を形成した。このようにして形成した試験材の性能を以下の方法で試験した。
【００２４】
焼付試験方法
試験機：ピンディスク型試験機
相手材：焼入れ軸受鋼（ＳＵＪ２）
潤滑方法：初期塗布のみ
荷重負荷方法：５０ｋｇ一定
なお、この試験条件は溶射層に焼付きが発生し、焼付きと並行して割れが起こる条件として設定した。また、摩擦係数はピンディスク型試験機により測定した。
【００２５】
0003642077.tif 000002
【００２６】
表１において、Ｎｏ．１１〜１３は溶射層に表面処理をしない比較例であり、Ｎｏ．１４は溶射層を設けないで単に表面処理（Ｓｎめっき）を施した比較例である。これらの比較例に比べ本発明実施例の焼付時間は著しく長くなっている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、斜板式コンプレッサーの斜板において銅もしくはアルミニウム系材料の溶射層とその被覆層を組み合わせることにより、溶射層の耐焼付き性を向上させ、溶射層の割れを防止することができる。したがって、斜板式コンプレッサーが過酷な条件で運転された場合にもコンプレッサーの性能低下が招かれないので、本発明は自動車、家屋室内エアコンなどの品質向上に寄与するところが大である。