(57)【要約】【課題】鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮可能な圧縮機用斜板を提供する。【解決手段】本発明の圧縮機用斜板８は、基材８１と、この基材８１の表面に形成され、シュー２１が摺動する摺動面８ａを少なくとも構成する摺動層８２とを有している。摺動層８２はＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ系−ＭｎＳからなる。また、本発明の圧縮機用斜板の製造方法は、Ｃｕ系−ＭｎＳからなる溶射粉末をＨＶＯＦ溶射法により基材８１に溶射し、シュー２１が摺動する摺動面８ａを少なくとも構成する摺動層８２を基材８１上に形成する。より具体的にはＣｕ系−ＭｎＳはＣｕ−Ｎｉ−ＭｎＳである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成され、シューが摺動する摺動面を少なくとも構成する摺動層とを有する圧縮機用斜板において、
前記摺動層はＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ系−ＭｎＳからなることを特徴とする圧縮機用斜板。
【請求項２】
Ｃｕ系−ＭｎＳはＣｕ−Ｎｉ−ＭｎＳである請求項１記載の圧縮機用斜板。
【請求項３】
Ｃｕ−Ｎｉ−ＭｎＳは４０〜７０質量％のＣｕと、２０〜４０質量％のＮｉと、１〜１０質量％のＭｎＳからなる請求項２記載の圧縮機用斜板。
【請求項４】
Ｃｕ系−ＭｎＳからなる溶射粉末をＨＶＯＦ溶射法により基材に溶射し、シューが摺動する摺動面を少なくとも構成する摺動層を該基材上に形成することを特徴とする圧縮機用斜板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機用斜板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２に従来の圧縮機用斜板が開示されている。これらの圧縮機用斜板は、基材と、この基材の表面に形成され、シューが摺動する摺動面を構成する摺動層とを有している。
【０００３】
特許文献１には、基材が球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料からなり、摺動層が溶射によって形成されたＣｕ−Ｓｎ−Ｐｂからなる圧縮機用斜板が開示されている。なお、摺動層上にはＭｏＳ2及びポリアミドイミドからなる潤滑層が形成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、基材が鉄系材料からなり、摺動層が摩擦熱によって溶着されたＡｌ−Ｓｉからなる圧縮機用斜板が開示されている。なお、摺動層は２層形成されている。
【０００５】
これらの圧縮機用斜板は斜板式圧縮機に用いられる。斜板式圧縮機は、内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、シリンダボア内に往復動可能に収容されてシリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して駆動軸の回転運動をピストンの往復運動に変換する斜板とを備えている。一般的な斜板は単一のものであり、これは自己の前後の面を駆動軸に対して傾斜させた状態で駆動軸とともに回転可能とされている。一方、各シューはそれぞれ略半球状をしており、各シューの略平面が斜板の前後の面と当接している。
【０００６】
このような構成である斜板式圧縮機では、外部駆動源により駆動軸が回転すると、斜板も回転し、シューを介して各ピストンがシリンダボア内で往復動する。これにより、この斜板式圧縮機は、吸入室から圧縮室に冷媒を吸入し、圧縮室において冷媒を圧縮して吐出室に吐出する。
【０００７】
このような斜板式圧縮機は、蒸発器、膨張弁、凝縮器及び配管とともに用いられて車両用等の冷凍回路を構成し、車室内等を空調することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１９３７８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、環境上の理由から、機械部品の製造分野でも鉛の低減が求められている。このため、種々の斜板式圧縮機においても、摺動層を形成する材料に関して、鉛を含有する上述のＣｕ−Ｓｎ−Ｐｂから、鉛を含有しないものへの変更が望まれている。
【００１０】
しかし、上述のＡｌ−Ｓｉは、鉛を含有せず、ある程度の摺動性は発揮するものの、潤滑油がないか少ない場合には、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂに比べて摺動性が劣る。発明者らの確認によれば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｓｉも同様である。このため、これらの合金を材料として基材上に摺動層を形成した場合には、斜板とシューとの間で焼き付きが生じ易くなり、斜板式圧縮機の耐久性が低下するおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮可能な圧縮機用斜板を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは、摺動層を形成する材料として、鉛を含有せず、かつ良好な摺動性を発揮するものを見出すべく、鋭意研究を行った。そして、ＨＶＯＦ（High Velocity Oxygen Fuel）溶射法により溶射されたＣｕ系−ＭｎＳからなる摺動層が上述の課題を解決できることを発見した。
【００１３】
すなわち、本発明の圧縮機用斜板は、基材と、該基材の表面に形成され、シューが摺動する摺動面を少なくとも構成する摺動層とを有する圧縮機用斜板において、前記摺動層はＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ系−ＭｎＳからなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の圧縮機用斜板の製造方法は、Ｃｕ系−ＭｎＳからなる溶射粉末をＨＶＯＦ溶射法により基材に溶射し、シューが摺動する摺動面を少なくとも構成する摺動層を該基材上に形成することを特徴とする。
【００１５】
発明者らの試験結果によれば、本発明の圧縮機用斜板は鉄系材料やアルミ系材料からなるシューとの間で高い耐焼付き荷重を発揮する。本発明の斜板は、Ａｌ−Ｓｉ等からなる摺動層をもつ従来の斜板ばかりでなく、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂからなる摺動層をもつ従来の斜板よりも高い耐焼付き荷重を発揮するのである。なお、摺動層上にはＭｏＳ2及びポリアミドイミドからなる潤滑層が形成され得る。
【００１６】
例えば、特開昭５７−１９８２４５号公報及び特開２００５−１３３１３０号公報には、Ｃｕ系−ＭｎＳが摺動性及び耐摩耗性に優れる材料であることが開示されている。しかしながら、これらはＣｕ系−ＭｎＳを圧縮機用斜板に採用できる旨の記載はなく、かつＨＶＯＦ溶射法によって溶射することの開示もない。
【００１７】
発明者らは、ＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ系−ＭｎＳからなる摺動層が圧縮機用斜板に適した摺動性を発揮する原因を以下のように考察している。つまり、ＨＶＯＦ溶射法では、高圧の酸素及び燃料の混合ガスを燃焼室内で燃焼させ、その燃焼炎をノズルによって絞りながら大気に出す。これにより、フレームは大気に出た瞬間に急激なガス膨張を生じ、超音速のジェットフレームとなる。このＨＶＯＦ溶射法において、Ｃｕ系−ＭｎＳからなる溶射粉末を用いた場合、高い加速エネルギーにより加速されたその溶射粉末は、適度に内部に固体を保った半溶融状態のままほとんど酸化や組成変化をせず、成分的に優れた摺動性及び耐摩耗性を保ち、高密度で緻密な摺動層を高い密着性の下で形成できると考えられる。
【００１８】
したがって、本発明の圧縮機用斜板は、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮することができる。このため、この斜板を用いた斜板式圧縮機は、優れた環境性能を発揮するとともに、長寿命を実現することができる。
【００１９】
基材はＦＣＤ、ＳＵＪ２等の鉄系材料からなり得る。基材の表面は粗面化されていることが好ましい。発明者らの知見によれば、基材の表面の平均粗さは２０〜４０μｍであることが好ましい。
【００２０】
摺動層は、基材の表面に形成され、シューが摺動する摺動面を構成する。摺動層は摺動面以外、すなわち斜板の他の部分を構成していることも可能である。発明者らの知見によれば、摺動層の厚みは３０〜２００μｍが適切である。また、発明者らの試験結果によれば、本発明に係る摺動層はＨｖ１５０〜３５０である。
【００２１】
斜板の相手材であるシューとしては、ＳＵＪ２等の鉄系材料やアルミ系材料からなるものを採用し得る。発明者らの試験結果によれば、本発明の斜板はシューがＳＵＪ２等の鉄系材料からなる場合に大きな効果を奏する。アルミ系材料からなるシューは表面にＮｉからなるメッキ層を有するものであってもよい。
【００２２】
斜板式圧縮機は、Ｒ１３４ａ等の一般的な冷媒の他、ＣＯ2冷媒を使用するものであり得る。特に、ＣＯ2を冷媒とする場合には、本発明の効果を顕著に享受することができる。なぜなら、ＣＯ2が冷媒である場合には、圧縮時の圧力が１５ＭＰａ程度の非常に高い圧力となり、ピストンからシューを介して斜板に作用する圧縮反力も非常に高くなるからである。また、冷媒としてのＣＯ2は、潤滑成分を添加したとしても、他の一般的な冷媒に比べて潤滑性能が非常に低いからである。
【００２３】
また、本発明の圧縮機用斜板は、斜板を用いた種々の斜板式圧縮機に採用することが可能である。例えば、斜板が単一のものである一般的な斜板式圧縮機の他、駆動軸とともに回転可能な第１斜板と、この第１斜板に相対回転可能に支持された第２斜板とを採用した斜板式圧縮機等に採用することが可能である。斜板が単一の斜板式圧縮機の場合、本発明の圧縮機用斜板は、駆動軸に対する傾斜角が変化する斜板に採用してもよいし、駆動軸に対する傾斜角が変化しない斜板に採用してもよい。斜板が第１斜板及び第２斜板からなる斜板式圧縮機の場合、本発明の圧縮機用斜板は第２斜板に採用され得る。
【００２４】
Ｃｕ系−ＭｎＳは、Ｃｕを主成分とし、ＭｎＳを含有する合金である。発明者らは、Ｃｕ系−ＭｎＳがＣｕ−Ｎｉ−ＭｎＳである場合に本発明の効果を確認している。発明者らの知見によれば、Ｃｕ−Ｎｉ−ＭｎＳは４０〜７０質量％のＣｕと、２０〜４０質量％のＮｉと、１〜１０質量％のＭｎＳからなることが好ましい。Ｃｕが４０質量％未満ではＣｕ合金相が減少して脆くなり、Ｃｕが７０質量％を超えれば強度が低下する。また、Ｎｉが２０質量％未満ではＭｎＳ固溶量が低下し、Ｎｉが４０質量％を超えればＣｕ合金相が減少して脆くなる。さらに、ＭｎＳが１質量％未満ではＣｕ合金に固溶されて析出量が少なくなり、摺動特性向上の効果が低下する。ＭｎＳが１０質量％を超えればＭｎＳの析出物が大きくなり、偏析して分布が悪く、脆くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
始めに、実施例１の圧縮機用斜板を採用する容量可変型斜板式圧縮機について説明する。この圧縮機は、図１に示すように、シリンダブロック１の前端にフロントハウジング２が接合されているとともに、シリンダブロック１の後端には弁ユニット３を介してリヤハウジング４が接合されている。シリンダブロック１及びフロントハウジング２には軸方向に延びる軸孔１ａ、２ａが貫設されており、軸孔１ａ、２ａにはそれぞれ軸受装置等を介して駆動軸５が回転可能に支承されている。なお、図１における下側を前側、上側を後側としている。
【００２６】
フロントハウジング２内はクランク室６とされている。クランク室６では、フロントハウジング２との間に軸受装置を介し、ラグプレート７が駆動軸５に固定されている。また、クランク室６には、斜板８がラグプレート７の後方に設けられている。斜板８は、駆動軸５によって挿通され、この状態でラグプレート７との間に設けられたリンク機構９によって傾斜角が変化するようになっている。
【００２７】
シリンダブロック１には、軸方向に延びる複数個のシリンダボア１ｂが同心円状に貫設されている。各シリンダボア１ｂ内には片頭のピストン１０が往復動可能に収納されている。各ピストン１０のクランク室６側は首部とされており、各ピストン１０の首部にはそれぞれ球面で凹設された受け座１０ａが互いに対面して設けられている。
【００２８】
斜板８と各ピストン１０との間には、前後一対のシュー２１が設けられている。斜板８は、図２に示すように、基材８１と、この基材８１の前後表面の周縁に形成された摺動層８２、８２とからなる。基材８１はＦＣＤ、ＳＵＪ２等の鉄系材料からなる。摺動層８２はＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ−３１Ｎｉ−６．４ＭｎＳからなる。
【００２９】
各摺動層８２の表面は、各シュー２１が摺動する平坦な摺動面８ａ、８ａを構成している。摺動層８２上にＭｏＳ2及びポリアミドイミドからなる潤滑層が形成されることも可能である。この場合、摺動層８２及び潤滑層が摺動面８ａ、８ａを構成する。各シュー２１は略半球状をしており、各シュー２１の半球面がピストン１０の受け座１０ａと当接し、略平面が斜板８の各摺動面８ａ、８ａと当接している。
【００３０】
図１に示すように、リヤハウジング４には吸入室４ａ及び吐出室４ｂが形成されている。シリンダボア１ｂは、弁ユニット３の吸入弁機構を介して吸入室４ａに連通可能になっているとともに、弁ユニット３の吐出弁機構を介して吐出室４ｂに連通可能になっている。
【００３１】
また、リヤハウジング４には容量制御弁１１が収納されている。容量制御弁１１は、検知通路４ｃにより吸入室４ａに連通し、給気通路４ｄにより吐出室４ｂとクランク室６とを連通させている。容量制御弁１１は、吸入室４ａの圧力を検知することにより、給気通路４ｄの開度を変更し、圧縮機の吐出容量を変更している。また、クランク室６と吸入室４ａとは抽気通路４ｅによって連通している。吐出室４ｂには配管１２によって凝縮器１３、膨張弁１４及び蒸発器１５が接続されており、蒸発器１５は配管１２によって吸入室４ａに接続されている。
【００３２】
フロントハウジング２の前端には軸受装置を介してプーリ１６が回転可能に設けられており、プーリ１６は駆動軸５に固定されている。プーリ１６にはエンジン１７によって回転駆動されるベルト１８が巻き掛けられている。
【００３３】
上記斜板８は下記のようにして製造される。まず、図３（Ａ）に示すように、ＦＣＤ、ＳＵＪ２等の鉄系材料からなる基材８１が鋳造、切削等によって用意される。そして、図３（Ｂ）に示すように、この基材８１の前後表面の周縁８１ａをサンドブラスト等により平均粗さが２０〜４０μｍになるように粗面化する。
【００３４】
一方、Ｃｕ−３１Ｎｉ−６．４ＭｎＳからなる溶射粉末を用意する。そして、この溶射粉末とスルザーメテコ製ＤＪ型ＨＶＯＦ溶射システムとを用いたＨＶＯＦ溶射法により、基材８１の周縁８１ａ上に溶射を行う。ＨＶＯＦ溶射法の条件は、下記の通りである。
【００３５】
酸素供給圧力：１５０ｐｓｉ
燃料（ケロシン）供給圧力：８０ｐｓｉ
キャリアガス（窒素）供給圧力：１５０ｐｓｉ
空気供給圧力：７５ｐｓｉ
【００３６】
こうして図３（Ｃ）に示すように溶射層を形成する。そして、溶射後の溶射層は表面に８μｍＲａ程度の凹凸を有しているため、０．０５μｍＲａ程度になるまでその表面を研磨する。こうして摺動層８２を形成する。図３（Ｄ）に示すように、必要に応じ、摺動層８２上にＭｏＳ2及びポリアミドイミドからなる潤滑層８２ａを形成する。
【００３７】
上記のように構成された圧縮機では、図１に示す駆動軸５が回転することにより斜板８が同期回転し、シュー２１を介してピストン１０がシリンダボア１ｂ内を往復動する。これにより、ピストン１０のヘッド側に形成される圧縮室が容積変化をする。このため、吸入室４ａ内の冷媒ガスは圧縮室内に吸入されて圧縮された後、吐出室４ｂ内に吐出される。こうして圧縮機、凝縮器１３、膨張弁１４及び蒸発器１５からなる冷凍回路で冷凍作用が行われる。この間、シュー２１は、略平面が斜板８の摺動面８ａと摺接するとともに、半球面がピストン１０の受け座１０ａと摺接する。
【００３８】
実施例１の圧縮機の耐久性を評価するため、下記の試験を行った。まず、図４に示すように、斜板８を模した斜板供試体８８とシュー２５とを用意する。斜板供試体８８は、斜板８と同種の基材８８ａの上面に摺動層８８ｂを形成したものである。摺動層８８ｂの表面は、各シュー２５が摺動する平坦な摺動面８８ｃを構成している。シュー２５は、斜板供試体８８の摺動層８８ｂに略平面を当接するように載置される。そして、シュー２５の半球面に対応するシュー座３８ａが凹設された押し付け治具９９により、シュー２５を斜板供試体８８に所定の荷重で押し付ける。こうして、斜板供試体８８とシュー２５とを当接させた状態で斜板供試体２５を回転数１０００ｒｐｍ程度で回転させ、どの程度の荷重で焼き付きが発生するかを評価した。
【００３９】
実施例１の斜板供試体２５の摺動層８８ｂは、上述のように、ＨＶＯＦ溶射法により溶射されたＣｕ−３１Ｎｉ−６．４ＭｎＳからなる。比較例１の斜板供試体２５の摺動層８８ｂは、一般的な溶射法により溶射されたＣｕ−１５Ｓｎ−３０Ａｌ−２０Ｓｉからなる。比較例２の斜板供試体２５の摺動層８８ｂは、同様に溶射されたＡｌ−４０Ｓｉからなる。比較例３の斜板供試体２５の摺動層８８ｂは、一般的な溶射法により溶射されたＣｕ−１０Ｓｎ−１０Ｐｂからなる。実施例１及び比較例１〜３においては、各摺動層８８ｂ上にＭｏＳ2及びポリアミドイミドからなる潤滑層が形成されている。
【００４０】
シュー２５として、ＳＵＪ２からなるものを用いた場合と、アルミ系材料からなるシューの基材上にＮｉからなるメッキ層を施したものを用いた場合とで評価を行った。潤滑条件は、無潤滑としている。結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１に示すように、実施例１の斜板供試体２５は、比較例１〜３の斜板供試体２５と比べ、鉄系及びアルミ系のシュー２５との間で高い耐焼付き荷重を発揮することがわかる。
【００４３】
したがって、実施例１の斜板供試体２５と同様の斜板８は、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮できることがわかる。このため、実施例１の斜板式圧縮機は、優れた環境性能を発揮するとともに、長寿命を実現できることがわかる。
【００４４】
以上において、本発明を実施例１に即して説明したが、本発明は上記実施例１に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は斜板式圧縮機に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の斜板式圧縮機の縦断面図である。
【図２】実施例１の斜板式圧縮機の要部拡大縦断面図である。
【図３】実施例１の圧縮機用斜板の製造方法を示す断面図である。
【図４】斜板供試体とシューとの焼付き荷重の測定方法を示す概略模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
８１…基材
２１、２５…シュー
８ａ、８８ｃ…摺動面
８２、８８ｂ…摺動層
８…圧縮機用斜板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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