(57)【要約】【課題】アルミニウムを主成分とする材料からなる基材と、この基材の表面に無電解めっき法によって形成され、ニッケルを主成分とし、リンを含む摺動層とを有する圧縮機用摺動部材において、摺動層をより優れた密着性及び耐割れ性を発揮可能なものとする。そして、この圧縮機用摺動部材により、圧縮機の耐久性をより高める。【解決手段】本発明のシュー２１は、基材２１ａと、この基材２１ａの表面に無電解めっき法によって形成された摺動層２１ｂとからなる。基材２１ａはアルミニウムを主成分とする材料からなる。摺動層２１ｂは、ニッケルを主成分とし、リンを含むとともに、インジウム及びタリウムの少なくとも１種を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする材料からなる基材と、該基材の表面に無電解めっき法によって形成され、ニッケルを主成分とし、リンを含む摺動層とを有する圧縮機用摺動部材において、
前記摺動層はインジウム及びタリウムの少なくとも１種を含むことを特徴とする圧縮機用摺動部材。
【請求項２】
前記摺動層は、タリウムが０．０５質量％以上であり、残部が実質的にニッケルである請求項１記載の圧縮機用摺動部材。
【請求項３】
タリウムが３．００質量％以下である請求項２記載の圧縮機用摺動部材。
【請求項４】
前記摺動層は、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であり、残部が実質的にニッケルである請求項１記載の圧縮機用摺動部材。
【請求項５】
前記摺動層は、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であり、タリウムが０．０１質量％以上、３．００質量％以下であり、残部が実質的にニッケルである請求項１記載の圧縮機用摺動部材。
【請求項６】
前記摺動層は、リンが４質量％以下である請求項１乃至５のいずれか１項記載の圧縮機用摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機用摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の圧縮機用摺動部材が開示されている。この圧縮機用摺動部材は、アルミニウムを主成分とする材料からなる基材と、この基材の表面に無電解めっき法によって形成され、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、リン（Ｐ）を含む摺動層とを有している。
【０００３】
この圧縮機用摺動部材は斜板式圧縮機のシュー等に具体化され得る。例えば、斜板式圧縮機のシューは略半球状をしており、その半球面がピストンの受け座との間で優れた摺動性を発揮するとともに、略平面が斜板の前後の面との間で優れた摺動性を発揮する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６１２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、圧縮機用摺動部材には、圧縮機が高速で駆動され得る関係上、大きな荷重がせん断方向及び垂直方向に作用し得る。そして、圧縮機をより高速で駆動する等、圧縮機の使用環境は近年ますます厳しくなってきている。このため、上記圧縮機用摺動部材には、摺動層が従来にも増して優れた密着性及び耐割れ性を発揮することが求められている。
【０００６】
すなわち、圧縮機用摺動部材の摺動層に対し、大きな荷重がせん断方向に作用すれば、摺動層は基材から剥離され易い。基材がアルミニウムを主成分とする材料からなる場合には、基材の変形による摺動層の追従性も考慮する必要もある。このため、摺動層には優れた密着性が要求される。また、摩耗粉等の異物が相手材との間に介在した場合には、摺動層に局部的に大きな荷重が垂直方向に作用し、摺動層に割れを生じるおそれもある。このため、摺動層には優れた耐割れ性も要求される。
【０００７】
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、アルミニウムを主成分とする材料からなる基材と、この基材の表面に無電解めっき法によって形成され、ニッケルを主成分とし、リンを含む摺動層とを有する圧縮機用摺動部材において、摺動層をより優れた密着性及び耐割れ性を発揮可能なものとすることを解決すべき課題としている。そして、この圧縮機用摺動部材により、圧縮機の耐久性をより高めることも解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、上記摺動層の密着性及び耐割れ性の向上のためには、その摺動層がインジウム及びタリウムの少なくとも１種を含むことが必要であることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の圧縮機用摺動部材は、アルミニウムを主成分とする材料からなる基材と、該基材の表面に無電解めっき法によって形成され、ニッケルを主成分とし、リンを含む摺動層とを有する圧縮機用摺動部材において、前記摺動層はインジウム及びタリウムの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記特許文献１開示の摺動層はリン以外にホウ素（Ｂ）も含み、ホウ素はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔｌ）とともに周期表の３（３Ｂ）族に属する。このため、ホウ素を含む摺動層は同族のアルミニウムを主成分とする基材と好適に密着することが予想される。発明者らの試験結果によれば、インジウム及びタリウムの少なくとも１種を含む摺動層は、同族のアルミニウムを主成分とする基材との間で優れた密着性を発揮するだけでなく、優れた耐割れ性を発揮する。
【００１１】
したがって、この圧縮機用摺動部材は、斜板式圧縮機のシュー等に具体化されて優れた耐久性を発揮する。
【００１２】
なお、米国特許明細書３６７４４４７号には、ニッケルの他、リン及びタリウムを含む摺動層が開示されている。しかしながら、この文献は摺動層と基材との密着性を問題としておらず、鉄（Ｆｅ）を主成分とする基材上にこの摺動層を形成することしか開示していない。
【００１３】
また、特開２００３−２６８５５８号公報や特開２００５−１９４５６２号公報には、インジウムやタリウムを含むめっき浴が開示されている。しかしながら、これらの文献は、インジウム等をめっき浴に添加することによってめっき浴を安定させることしか開示していない。
【００１４】
基材はＡ４０３２、ＡＣ３Ａ、ＡＤＣ１等のアルミニウムを主成分とする材料からなる。
【００１５】
摺動層は基材の表面に無電解めっき法によって形成される。無電解めっき法を採用すれば、バレル研磨程度の後加工を施すだけで好適な厚みの摺動層を形成することができ、摺動層に無駄を生じ難いことから、製造上有利である。発明者らの知見によれば、摺動層の厚みは５〜１００μｍが適切である。
【００１６】
また、摺動層は、ニッケルを主成分とし、リンを含むとともに、インジウム及びタリウムの少なくとも１種を含む。発明者らの試験結果によれば、摺動層は、タリウムが０．０５質量％以上であり、残部が実質的にニッケルであることが好ましい。なお、本明細書において、実質的とは、不可避の不純物は含み得る意味である。特に、摺動層は、タリウムが３．００質量％以下であり、残部が実質的にニッケルであることが好ましい。
【００１７】
タリウムが０．０５質量％以上であれば、割れ発生荷重が十分に大きく、かつ優れた密着性を発揮する。タリウムが３．００質量％を超えると、密着性が低下する。また、タリウムが３．００質量％を超えると、摺動性も低下する。
【００１８】
また、発明者らの試験結果によれば、摺動層は、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であり、残部が実質的にニッケルであることも好ましい。この場合、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であれば、割れ発生荷重が十分に大きく、かつ優れた密着性を発揮する。インジウムが３．００質量％以上となるように無電解めっき浴を構成しても、基材に摺動層が付着しない。
【００１９】
また、摺動層は、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であり、タリウムが０．０１質量％以上、３．００質量％以下であり、残部が実質的にニッケルであることも好ましい。この場合、割れ発生荷重が十分に大きく、かつ優れた密着性を発揮する。
【００２０】
摺動層はリンが４質量％以下で含まれていることが好ましい。リンが含まれていない摺動層は無電解めっき法では形成不可能である。次亜リン酸を還元してリンを生じさせる場合には、リンを０．５質量％以下にすることも困難である。
【００２１】
また、アルミニウム合金からなる基材上にＮｉ−Ｐからなる摺動層を無電解めっき法によって形成し、リンの含有量（質量％）と摺動層の硬度（Ｈｖ）との関係を求めたところ、表１の結果が得られた。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１から明らかなように、リンが４質量％、より正確には３．８質量％を超える摺動層は、硬度が低下し、長期使用時に変形して実用上の問題を生じ易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
始めに、実施例の圧縮機用摺動部材をシューに具体化した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における左側を前側、右側を後側としている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。図２に示すように、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の前後の面と当接している。
【００２８】
各シュー２１は、Ａ４０３２からなる略半球状の基材２１ａと、この基材２１ａの表面に無電解めっき法によって形成された摺動層２１ｂとからなる。摺動層２１ｂは、ニッケルを主成分とし、リンを含むとともに、インジウム及びタリウムの少なくとも１種を含んでいる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
上記シュー２１は下記のようにして製造される。まず、略半球状の基材２１ａが鋳造、切削及び鍛造によって用意される。
【００３３】
一方、Ｎｉ供給源を硫酸ニッケル、還元剤を次亜リン酸、錯化剤をりんご酸、ｐＨ調整剤を水酸化ナトリウム、インジウム供給源を硝酸インジウム、タリウム供給源を硝酸タリウムとしためっき浴を用意する。めっき浴は、Ｎｉ濃度が２５ｇ／Ｌ、ｐＨが６．２、温度が８２°Ｃである。
【００３４】
そして、硝酸インジウム及び／又は硝酸タリウム量を調整しためっき浴に基材２１ａを所定時間浸漬し、取り出した後に水洗する。この後、表面全体にバレル研磨を施す。こうして、図２に示すように、基材２１ａ上に厚みが５〜１００μｍの摺動層２１ｂを無電解めっき法により形成し、シュー２１が得られる。
【００３５】
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、その半球面がピストン１０の受け座１０ａとの間で優れた摺動性を発揮するとともに、略平面が斜板８の前後の面との間で優れた摺動性を発揮する。
【００３６】
実施例の圧縮機の耐久性を評価するため、下記の耐割れ性評価試験及び密着性評価試験を行った。
【００３７】
（耐割れ性評価試験）
基材２１ａと同一材料からなる板状の試験片に上記と同様に無電解めっき法によって摺動層を形成した供試体を用意する。また、圧子が０．２Ｒのダイヤモンドであるナノテック製スクラッチ試験機を用意する。
【００３８】
供試体に対し、荷重を１００Ｎ／分で徐々に増加させながら１０ｍｍ／分の速度で圧子を移動させ、供試体の摺動層の割れを観察した（ｎ＝２）。最大荷重は２００Ｎとした。
【００３９】
（密着性評価試験）
上記と同様に無電解めっき法によって摺動層２１ｂを形成したシュー２１を用意する。そして、図３に示すように、鉄板７１に上記シュー２１を接着剤（日本チバガイギー製「アラルダイト粉末ＡＴ−１」）で接着し、固定治具７２によってシュー２１を固定しながら鉄板７１をせん断方向に引っ張った。接着剤層が鉄板７１から剥離した場合（６０Ｎ程度）は密着性を○とし、摺動層２１ｂがシュー２１から剥離した場合は密着性を×とした。
【００４０】
摺動層２１ｂにインジウムを含有させず、タリウムを種々の割合で含有させた場合において、タリウムの含有量（質量％）と割れ発生荷重（Ｎ）及び密着性との関係を表２に示す。また、摺動層２１ｂにタリウムを含有させず、インジウムを種々の割合で含有させた場合において、インジウムの含有量（質量％）と割れ発生荷重（Ｎ）及び密着性との関係を表３に示す。さらに、摺動層２１ｂにインジウムを０．０１質量％で含有させ、かつタリウムを種々の割合で含有させた場合において、タリウムの含有量（質量％）と割れ発生荷重（Ｎ）との関係を表４に示す。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
【表３】
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【００４３】
【表４】
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【００４４】
表２より、インジウムを含有させない摺動層２１ｂは、タリウムが０．０５質量％以上であれば、優れた耐割れ性を発揮することがわかる。また、タリウムが５．００質量％含有された摺動層２１ｂは密着性が低下していることから、タリウムが３．００質量％以下であれば、摺動層２１ｂは優れた密着性も発揮している。
【００４５】
また、表３より、タリウムを含有させない摺動層は、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であれば、優れた耐割れ性及び密着性を発揮することがわかる。インジウムが１．００質量％を超えると、密着性もやや低下した。また、インジウムが３．００質量％では、基材に摺動層が付着しなかった。
【００４６】
さらに、表４より、インジウム及びタリウムを含有させた摺動層は、タリウムが０．０１質量％以上、３．００質量％以下であれば、割れ発生荷重が十分に大きいことがわかる。なお、インジウムが０．０１質量％以上、１．００質量％以下であることにより、割れ発生荷重が十分に大きく、かつ優れた密着性を発揮することは、表３より明らかである。また、表２と比較して、インジウムを０．０１質量％含有させることにより、より少ないタリウム含有量で大きな耐割れ性の向上が見られることがわかる。
【００４７】
（摺動性評価試験）
摺動性評価試験も行った。この際、図４に示すように、上記と同様に無電解めっき法によって摺動層を形成したシュー２１と、斜板８を模した斜板供試体８８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ＭｏＳ2を含む摺動層８８ｂを形成したものである。摺動層８８ｂの表面は、各シュー２１が摺動する平坦な摺動面８８ｃを構成している。シュー２１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２１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２１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２１とを当接させた状態で斜板供試体８８を周速７．８ｍ／秒、荷重５８００Ｎ、冷凍機油７５ｍｇ／分の条件下で回転させ、シュー２１との間で焼付きが発生するまでの時間を測定した。
【００４８】
インジウムを含有させない摺動層２１ｂは、タリウムが３．００質量％を超えると、摺動性が低下傾向を見せた。また、タリウムを含有させない摺動層は、インジウムが１．００質量％を超えた場合に同様の傾向が見えた。
【００４９】
以上の確認により、実施例の圧縮機用摺動部材は容量可変型斜板式圧縮機の耐久性を向上させるものであることがわかる。
【００５０】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例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】
【００５１】
本発明の圧縮機用摺動部材は、斜板式圧縮機のシュー、ベーン型圧縮機のベーン、スクロール型圧縮機の可動スクロール等に利用可能である。
【００５２】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例の圧縮機用摺動部材をシューに具体化した容量可変型斜板式圧縮機の縦断面図である。
【図２】実施例のシューの拡大断面図である。
【図３】密着性評価試験の方法を示す断面図である。
【図４】摺動性評価試験の方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
２１…シュー（圧縮機用摺動部材）
２１ａ…基材
２１ｂ…摺動層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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