(57)【要約】【解決手段】  摺動装置１は、第１摺動面３Ａを備えた斜板３と、この斜板３と摺動する半球状のシュー４とから構成されている。  斜板３は、ＭｎとＳｉを含んだ高力黄銅の母材３Ｂからなり、この母材３Ｂの内部および第１摺動面３Ａ（母材３Ｂの表面）には、微小な粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物６が露出している。上記斜板３は、母材３Ｂに切削加工した後にエッチングを施すことにより、表面である第１摺動面３Ａに露出するＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出量が多くなっている。【効果】  従来と比較して、耐焼付性が良好で製造コストが安い摺動装置１を提供できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも端面の一方に平坦な第１摺動面を形成した斜板と、上記斜板の第１摺動面と摺動する平坦な第２摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記斜板はＭｎとＳｉを含む高力黄銅からなる母材を備え、かつ該母材における上記第１摺動面となる表面にＭｎ−Ｓｉ化合物を露出させてあり、
上記シューは鉄系材料からなり、かつシューの第２摺動面にレーザ焼入れによって微小な凹凸が形成されていることを特徴とする摺動装置。
【請求項２】
上記斜板の母材の表面に、該母材を除去することによって上記第１摺動面となる表面に露出するＭｎ−Ｓｉ化合物の露出量を増加させたことを特徴とする請求項１に記載の摺動装置。
【請求項３】
上記Ｍｎ―Ｓｉ化合物を露出させた第１摺動面の全域に、Ｓｎめっき、はんだ合金めっき又は樹脂コーティングのいずれかの表面処理を施したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動装置。
【請求項４】
上記斜板の母材は、２〜３．５質量％のＭｎと０．５〜１．５質量％のＳｉとを含む高力黄銅であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の摺動装置。
【請求項５】
上記シューの第２摺動面のレーザ焼入れは、格子状あるいは平行な直線状あるいは同心円状となる移動軌跡で上記第２摺動面にレーザを照射して施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の摺動装置。
【請求項６】
上記Ｍｎ−Ｓｉ化合物は、上記斜板の第１摺動面に粒状に露出し、該粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物の平均径は３〜１０μｍとなっており、また第１摺動面の面積に対するＭｎ−Ｓｉ化合物の露出面積の割合は３〜１５％となっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の摺動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動装置に関し、より詳しくは、斜板とそれに摺動するシューとからなる摺動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、斜板式コンプレッサに用いられる摺動装置として、少なくとも端面の一方に平坦な第１摺動面を形成した斜板と、上記斜板の第１摺動面と摺動する平坦な第２摺動面を有するシューとを備えたものは知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−１５３１６９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来の斜板式コンプレッサは、最近では高速で高荷重の条件下で、しかも潤滑油量が少ない条件において使用されるようになっている。このように、最近では摺動装置の作動条件が益々苛酷なものとなっており、そのために斜板やシューの摩耗が激しくなり、かつそれらの焼付きが生じやすくなっている。
また、従来では上記斜板の材料として高力黄銅を用いたものがあるが、このような高力黄銅を用いた斜板は製造コストが安い反面、耐焼付性が悪いという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した事情に鑑み、本発明は、少なくとも端面の一方に平坦な第１摺動面を形成した斜板と、上記斜板の第１摺動面と摺動する平坦な第２摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記斜板はＭｎとＳｉを含む高力黄銅からなる母材を備え、かつ該母材における上記第１摺動面となる表面にＭｎ−Ｓｉ化合物を露出させてあり、
上記シューは鉄系材料からなり、かつシューの第２摺動面にレーザ焼入れによって微小な凹凸が形成されているものである。
【発明の効果】
【０００５】
このような構成によれば、後述する試験結果からも明らかなように、従来と比較して耐焼付性が良好で、かつ製造コストも安い摺動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、摺動装置１は斜板式コンプレッサのハウジング内に設けられている。この摺動装置１は、上記ハウジング内に軸支した回転軸２に傾斜させて取り付けた斜板３と、この斜板３と摺動する複数のシュー４とから構成されている。
斜板３は円板状に形成されており、この斜板３における両方の端面は、シュー４と摺動する平坦な第１摺動面３Ａ、３Ａとなっている。
一方、シュー４は全体として半球状に形成されており、上記斜板３の第１摺動面３Ａと摺動する平坦な第２摺動面４Ａと、半球状をした半球状凸面４Ｂとから構成されている。
【０００７】
上記斜板式コンプレッサのハウジング内には、回転軸２と平行に、かつそれを囲繞して複数のピストン５を配置している。各ピストン５の一端に形成した円弧状の切欠き部５Ａ内に２個１組のシュー４を摺動自在に保持してあり、その状態の切欠き部５Ａを上記斜板３の外周部を包み込むように配置すると同時に、各組のシュー４の第２摺動面４Ａを斜板３の第１摺動面３Ａに当接させている。
そして、上記回転軸２が回転されると斜板３が回転して、斜板３の両端面である第１摺動面３Ａと各組のシュー４の第２摺動面４Ａとが摺動し、それに伴って各組のシュー４を介して各ピストン５が軸方向に進退動されるようになっている。
上述した構成は従来公知の摺動装置のものと変わるところはない。
【０００８】
しかして、本実施例は、上記斜板３とシュー４とからなる摺動装置１を以下のように改良することで、摺動装置１の耐焼付性を向上させたものである。
すなわち、本実施例の斜板３は、２〜３．５質量％のＭｎと０．５〜１．５質量％のＳｉを含む高力黄銅からなる母材３Ｂによって構成している。
本実施例においては、上記高力黄銅からなる母材３Ｂを先ず切削加工によって全体として円板状に形成し、その後に第１摺動面３Ａの全域に対してエッチングを施して加工を終了するようにしている。
図２ないし図３に示すように、母材３Ｂの内部及び表面である第１摺動面３Ａには、硬質で微小な粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物６が満遍なく露出している。そして、本実施例においては、上述したように切削加工後に第１摺動面３Ａの全域にエッチングを施すことにより、母材３Ｂの表面となる第１摺動面３Ａに露出する粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出量を増加させるようにしている。
【０００９】
本願の発明者が研究したところ、第１摺動面３Ａに対して必ずしもエッチングを施さなくても第１摺動面３Ａおよび母材３Ｂの内部にＭｎ−Ｓｉ化合物６が露出するが、エッチングを施すことによって母材３Ｂの表面である第１摺動面３Ａに露出するＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出量が増大することが判明した。そこで、本実施例においては、切削加工後の母材３Ｂの表面である第１摺動面３Ａにエッチングを施している。
エッチングは、硫酸および過酸化水素水液を含有させたエッチング用の溶液に、切削加工後の斜板３となる母材を浸漬させることによって行っている。
図４は、切削仕上げのみでエッチングを施さない場合における母材３Ｂの表面である第１摺動面３Ａ（表面）の拡大写真である。この図４において、微小な黒い点として表示されているものが粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物６である。この図４に示すように、切削仕上げのみでエッチングを施さない場合には、第１摺動面３Ａの図４に示した範囲に対して該第１摺動面３Ａに露出したＭｎ−Ｓｉ化合物６の面積の割合は、１．７％となり、露出したＭｎ−Ｓｉ化合物６の粒の平均径は４．６μｍとなっていた。
なお、上記第１摺動面３Ａの全域に対してＭｎ−Ｓｉ化合物６は満遍なく露出するので、図４に示した範囲の第１摺動面３Ａに露出するＭｎ−Ｓｉ化合物６の面積割合１．７％は、実質的に第１摺動面３Ａの全域の面積に対するＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出面積の割合と考えることができる。これは、第１摺動面３Ａにエッチングを施した上記本実施例においても同様である。
【００１０】
一方、図５に示すように、上記切削加工を行ってから母材３Ｂの第１摺動面３Ａにエッチングを施した本実施例においては、第１摺動面３Ａ（母材３Ｂの表面）に露出する粒状のＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出量が上記図４と比較して明らかに増加している。この図５に示した本実施例においては、第１摺動面３Ａに露出されたＭｎ−Ｓｉ化合物６の面積の割合は６．６％となっており、露出したＭｎ−Ｓｉ化合物６の粒の平均径は５．６μｍとなっていた。
このように本実施例においては、切削加工後に母材３Ｂの第１摺動面３Ａにエッチングを施すことによって第１摺動面３Ａに露出するＭｎ−Ｓｉ化合物６を増加させている。これにより、第１摺動面３Ａの全域にわたってＭｎ−Ｓｉ化合物６の粒によって多数の微小な凸部が形成され、かつそれらの粒の隣接位置に相互に連続する微小な空間部が形成されるようになっている。
また、斜板３の第１摺動面３Ａに対して切削加工後にエッチングを施すことにより、切削加工時における第１摺動面３Ａに生じている微小なバリや、傷を除去することができる。
【００１１】
さらに、上記第１摺動面３Ａに対して切削加工やラップ加工等のような機械加工を施す場合においては、第１摺動面３Ａに露出させるＭｎ−Ｓｉ化合物６の割合を高めようとすると第１摺動面３Ａの粗さも小さくなる。すると、第１摺動面３Ａは、潤滑油を保持するための濡れ性が悪くなる。
これに対して、第１摺動面３Ａに対して切削加工後にエッチングを施すようにした本実施例の場合には、第１摺動面３Ａの粗さを過度に小さくすること無く、上述したようにＭｎ−Ｓｉ化合物６の露出量を増大させて、第１摺動面３Ａの濡れ性も良好なものとなる。
【００１２】
一方、本実施例のシュー４は鉄系材料であるＳＵＪ２からなり、図７に示すように、その平坦な第２摺動面４Ａに格子状に凸部４ａを形成してあり、この凸部４ａ以外の部分を相対的に凹部４ｂとすることにより、上記第２摺動面４Ａに凹凸面を形成してある。
上記凸部４ａは、上記第２摺動面４Ａにレーザを照射して、その照射により第２摺動面４Ａを直接焼入れることによって形成してある。すなわち、上記レーザが照射された照射部分は、図８に示すように、元々の第２摺動面４Ａの表面を形成していた母材表面４ｃが直接的に焼入れされた状態となってその母材表面４ｃよりも膨出し、それによって凸部４ａが形成されるようになる。
このようにレーザの照射部分は直接に焼入れされた状態となるが、レーザの照射部分に隣接してレーザが照射されない凹部４ｂは直接焼入れされることはなく、この部分は非直接焼入れ部分となる。そしてこの非直接焼入れ部分は上記凸部４ａに対し相対的に窪んで凹部４ｂが形成されることになる。
【００１３】
しかしながら、非直接焼入れ部分となる凹部４ｂが焼入れされていない、というわけではない。すなわちレーザの照射による焼入れ範囲は、例えば図８の想像線７で示されるように、レーザの照射位置を中心として断面半円形状となるので、隣接したレーザの照射間隔を狭めることにより、その中間となる非直接焼入れ部分の凹部４ｂにおいても焼入れすることができる。この非直接焼入れ部分である凹部４ｂの部分を焼入れするか否かは、レーザの照射間隔によって設定することができる。そして非直接焼入れ部分である凹部４ｂを焼入れすれば、凸部４ａ程ではないにしても、その部分は母材表面４ｃよりも膨出するようになる。
【００１４】
本実施例においては、ＳＵＪ２で製造したシュー４の第２摺動面４ＡにＹＡＧレーザを直線上に、かつ０．２ｍｍの間隔で平行に照射した後、これと直交する方向にも０．２ｍｍの間隔で平行に照射して、全体として格子状にＹＡＧレーザを照射した。この間隔は０．１〜０．３ｍｍの範囲であることが望ましい。
上記ＹＡＧレーザの出力は５０Ｗであり、これを第２摺動面４Ａの表面に対して２ｍｍの深さとなる位置でＹＡＧレーザの焦点が結ばれるように集光レンズを調整して、したがって第２摺動面４Ａの表面に対してはデフォーカスした状態でＹＡＧレーザを照射した。
上記レーザが照射された直接焼入れ部分である凸部４ａの表面は、母材の硬度であるＨｖ７５０に対してＨｖ１００程度硬度が増大しており、また凹部４ｂの表面はＨｖ５０程度増大していた。他方、直接焼入れ部分よりも僅かに深い部分８（図８参照）は焼きなまされて硬度が母材よりもＨｖ１００程度低下しており、また直接焼入れ部分である凸部４ａと凸部４ａとの交点も、すなわちレーザの照射部分が交差する部分も焼きなまされて、やはり硬度が母材よりもＨｖ１００程度低下していた。しかしながら、レーザによる焼入れは急冷却となるため、上記僅かに深い部分６よりもさらに深い位置においては、母材の硬度低下は認められなかった。
本実施例においては、シュー４の第２摺動面４Ａに対して上述したようにレーザを照射した後に、ラップ加工とバフ加工とが順次施されて完成される。そして、上記凹部４ｂに対する凸部４ａの高さは、レーザー処理直後で０．１〜１０μｍ程度であり、ラップ加工およびバフ加工後の完成品では０．１〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
なお、本実施例においてはシューの素材としてＳＵＪ２を用いているが、これに限定されるものではなく、他の鉄系材料を用いても良いことは勿論である。
【００１５】
次に、図６は、上述のように構成した斜板３とシュー４とからなる本実施例の摺動装置１と従来一般的な斜板とを備えた摺動装置（従来技術）に付いておこなった耐焼付性の試験の結果を示したものである。なお、試験条件は次のとおりである。
斜板の回転数：９０００ｒｐｍ（１０００ｒｐｍずつ*１分間の９ステップで
回転数を増加させる）
面圧：予荷重２．７ＭＰａ  ｂ２．７ＭＰａずつ１分毎に増加し、焼付くまで
オイルミスト量：０．０５ｇ／ｍｉｎ
オイル：冷凍機油
焼付判定：軸トルクmax．4.0Ｎ・ｍ
なお、この図６に示した従来技術は、斜板として従来一般の高力黄銅を切削加工したものを用いて、シューとしては上述した本実施例と同じ構成のシューを用いたものである。
【００１６】
この図６から理解できるように、従来の斜板を用いた従来技術である摺動装置の焼付荷重は全て５ＭＰａ以下となっている。これに対して、本実施例の摺動装置１のそれは全て１５ＭＰａ以上となっており、優れた耐焼付性を備えていることが理解できる。
このように、本実施例の摺動装置１が優れた耐焼付性を備えている理由としては、次のような内容が考えられる。
すなわち、斜板３の第１摺動面３Ａには、粒状をした多数のＭｎ−Ｓｉ化合物が満遍なく露出し、それらは本来の母材３Ｂの表面から僅かに膨出した状態となっている（図２、図３参照）。そのため、相手材としてのシュー４の第２摺動面４Ａと斜板３の第１摺動面３Ａが摺動する際には、シュー４の第２摺動面４Ａから斜板３の第１摺動面３Ａに作用する面圧は、多数のＭｎ−Ｓｉ化合物６によって支持されて軽減されることになる。したがって、斜板３の第１摺動面３Ａに対するシュー４から作用する面圧を従来一般的な斜板を用いたものよりも軽減する事ができる。
また、本実施例においては、斜板３の第１摺動面３Ａに多数のＭｎ−Ｓｉ化合物６が粒状で露出することで、それらの隣接位置には相互に連続する微小な空間部が存在し、そこが潤滑油の流通通路として機能する。
さらに、第１摺動面３Ａに対して切削加工後にエッチングを施すようにした本実施例の場合には、第１摺動面３Ａの粗さを過度に小さくすること無く、Ｍｎ−Ｓｉ化合物６の露出量を増加させることで、第１摺動面３Ａに対する潤滑油の濡れ性も良好となっている。
このような理由によって、本実施例の摺動装置１は上述したような優れた耐焼付性を備えていると考えられる。
【００１７】
以上のように、本実施例によれば、斜板３として安価な高力黄銅を用いているので、製造コストが安く、かつ耐焼付性に優れた摺動装置１を提供することができる。
また、第１摺動面３Ａに切削加工後にエッチングを施すことにより、切削加工時における第１摺動面３Ａに生じている微小なバリや、傷を除去することができる。そのようなバリなどを除去するための作業工程を省略できる分だけ摺動装置１の製造コストを安くすることが可能である。
また、本実施例のシュー４の第２摺動面４Ａには上述したレーザ焼入れが施されて微小な多数の凹凸が形成されているので、シュー４の第２摺動面４Ａの負荷容量を向上させることができ、ひいては耐摩耗性に優れた摺動装置１を提供できる。
【００１８】
次に、図９は、本発明の第２実施例である摺動装置１の斜板３の断面図を示したものである。上述した第１実施例の摺動装置１の斜板３においては、斜板３の第１摺動面３Ａに表面処理を施していなかったが、この第２実施例においては、上記第１実施例の斜板３の構成を前提として、その第１摺動面３Ａの全域に厚さ０．３〜３μｍのＳｎめっきを施したものである。この第２実施例におけるその他の構成は、上記第１実施例の摺動装置１ものと同じであるので、それらについての説明は省略する。
次に、図１０は、この第２実施例と従来技術１，２の摺動装置１についての耐焼付性の試験結果を示したものである。従来技術１は、斜板をＭｎとＳｉを含んだ高力黄銅材で構成するとともに、シューはレーザ焼入れ無しのＳＵＪ２から構成したものである。また、従来技術２は、斜板を本実施例と同じＭｎとＳｉを含んだ高力黄銅材で構成するとともに摺動面にＳｎめっきを施したものであり、シューはレーザ焼入れ無しのＳＵＪ２から構成したものである。
また、試験条件は次のとおりであり、各従来技術１、２および本実施例に対して各２回の試験を行った。各試験対象物の左側が第１回試験の結果であり、右側が第２回試験の結果を示している。
（試験条件）
斜板回転数：１０００ｒｐｍずつ１分ごとに９ステップ増加：最大回転数９０００ｒｐｍ（周速３８ｍ／ｓ）
面圧：予荷重２．７ＭＰａで２．７ＭＰａずつ１分毎に増加：焼付きに至るまで
オイルミスト量：０．０５〜０．２５ｇ／ｍｉｎ  ノズル位置固定
オイル：冷凍機油
焼付き条件：軸トルク４．０Ｎ・ｍオーバー
つまり、シューの端面を上記斜板に圧接させた状態で、該斜板の回転数を上記条件で増大させる。他方、シューを斜板へ圧接させる際の面圧を上記条件で増大させて、斜板に加わる軸トルクが４．０Ｎ・ｍを超えた時に焼付きに至ったと判定した。これは従来技術１、２についても同様である。
【００１９】
この図１０に示した試験結果から理解できるように、従来技術１、２の摺動装置は焼付荷重が８．１ＭＰａ以下であるのに対して、第２実施例の摺動装置１のそれは１３．５ＭＰａあるいは１６．２ＭＰａとなっており、第２実施例の摺動装置１は従来のものと比較して明らかに優れた耐焼付性を備えており、上記第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
また、この第２実施例においては、使用開始時における斜板３の第１摺動面３ＡはＳｎめっき３Ｃからなるので、斜板３の第１摺動面３Ａとシュー４の第２摺動面４Ａとのなじみ性を向上させることができる。
なお、図９に示した第２実施例においては、斜板３の第１摺動面３Ａの全域にＳｎめっきを施していたが、それに代わる表面処理として、はんだ合金めっき、樹脂コーティングのいずれかを採用しても良い。
【００２０】
次に、図１１ないし図１２は、シュー４にレーザ焼入れを施す場合の他の実施例を示したものである。すなわち、図１１はシュー４の第２摺動面４Ａにレーザ焼入れするに当って、等間隔の平行線を描く移動軌跡でレーザを第２摺動面４Ａに照射して凸部４ａと凹部４ｂを形成したものである。
また、図１２は、シュー４の第２摺動面４Ａに対して、その中心を中心として多数の同心円を描くようにレーザを第２摺動面４Ａに照射して焼入れを施したものである。この実施例においても、レーザの照射位置に凸部４ａが形成されるとともに、その隣接位置に凹部４ｂが形成される。
さらに、図１３はシュー４にレーザ焼入れを施す場合の他の実施例を示したものである。この図１３に示す実施例においては、シュー４の第２摺動面４Ａの全域にわたって多数の円を千鳥状に配置するようにレーザを照射するものである。これにより、レーザを照射した各円の位置が凸部４ａとなり、その内外の部分は凹部４ｂとして形成されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例を示す要部の断面図。
【図２】図１に示した斜板の第１摺動面３Ａの拡大図。
【図３】図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】切削加工のみを施した斜板の第１摺動面の拡大写真を示す図。
【図５】図２に示した本実施例の斜板の第１摺動面の拡大写真を示す図。
【図６】図１に示した本実施例と従来技術の耐焼付性の試験結果を示す図。
【図７】図１に示したシュー４の第２摺動面４Ａの正面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩ線に沿う要部の断面図。
【図９】本発明の第２実施例としての斜板の要部の断面図。
【図１０】図９に示した第２実施例と従来技術との耐焼付性の試験結果を示す図。
【図１１】シューの他の実施例を示す第２摺接面の正面図。
【図１２】シューの他の実施例を示す第２摺接面の正面図。
【図１３】シューの他の実施例を示す第２摺接面の正面図。
【符号の説明】
【００２２】
１…摺動装置                  ３…斜板
３Ａ…第１摺動面              ３Ｂ…母材
４…シュー                    ４Ａ…第２摺動面
４ａ…凸部                    ４ｂ…凹部
６…Ｍｎ−Ｓｉ化合物
【図１】
2006161801.tif 000003
【図２】
2006161801.tif 000004
【図３】
2006161801.tif 000005
【図６】
2006161801.tif 000006
【図７】
2006161801.tif 000007
【図８】
2006161801.tif 000008
【図９】
2006161801.tif 000009
【図１０】
2006161801.tif 000010
【図１１】
2006161801.tif 000011
【図１２】
2006161801.tif 000012
【図１３】
2006161801.tif 000013
【図４】
2006161801.tif 000014
【図５】
2006161801.tif 000015