(57)【要約】【課題】圧縮機に用いられる部品のうち、特に他部品との摺接部分が形成されている圧縮機用金属構成部品において、摺接部分の熱による永久変形を抑える。【解決手段】ハウジングと、このハウジングに回転自在に支持されたシャフト７と、ハウジングに形成されたシリンダボア１５内を往復動するピストン１６と、前記シャフト７の回転動をピストン１６の往復動に変換する駆動機構とを有する圧縮機に用いられ、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されている圧縮機用金属構成部品（ヒンジボール２１、シュー２２など）において、接触部を含む全体にオーステンパ処理を施す。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復動するピストンと、前記シャフトの回転動を前記ピストンの往復動に変換する駆動機構とを有する圧縮機に用いられ、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されている圧縮機用金属構成部品において、前記接触部を含む全体にオーステンパ処理が施されていることを特徴とする圧縮機用金属構成部品。
【請求項２】
残留オーステナイト量が５％以下であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用金属構成部品。
【請求項３】
残留オーステナイト組織を除く部分の大半がベイナイト組織であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用金属構成部品。
【請求項４】
ハウジングと、このハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復動するピストンと、前記シャフトの回転動を前記ピストンの往復動に変換する駆動機構とを有する圧縮機に用いられ、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されている圧縮機用金属構成部品の製造方法において、
前記圧縮機用金属構成部品の粗形品を成形する行程と、
前記粗形品にオーステンパ処理を施す行程と、
前記オーステンパ処理を施した粗形品を仕上げ加工する行程とを有することを特徴とする圧縮機用金属構成部品の製造方法。
【請求項５】
前記圧縮機用金属構成部品は、残留オーステナイト量が５％以下であることを特徴とする請求項４記載の圧縮機用金属構成部品の製造方法。
【請求項６】
前記圧縮機用金属構成部品は、残留オーステナイト組織を除く部分の大半がベイナイト組織であることを特徴とする請求項４記載の圧縮機用金属構成部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機に用いられる金属構成部品、特に他部品と摺接する部分を有している金属構成部品、及び、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機の軽量化、小型化の要請に伴い、従来のクラッチ付き圧縮機からクラッチレス方式の圧縮機へ移行しつつある。このようなクラッチレス圧縮機においては、エアコンを使用していない場合でも、斜板角が最小状態で運転され続けることから、斜板等の摺動部を圧縮機内部の循環オイルや冷媒ガスによって冷却し続ける必要がある。ところが、こうした条件下においては、オイルの循環量や冷媒ガスは微少となるので、摺動部分は冷却されづらい状態にある。また、圧縮機の高速化に伴い、圧縮機内部の摺動部品の発熱量は、従来よりも多くなってきている。
【０００３】
例えば、可変容量型斜板式圧縮機においては、ハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、シャフトにヒンジボールを介して傾動自在に支持され、シャフトの回転に伴って回転する斜板と、斜板の周縁をシューを介して係留すると共に斜板の回転に伴ってシリンダボア内を往復摺動するピストンとを備えているが、特に、シューと斜板との摺接部分は、ピストンの圧縮反力を受ける部分であり、この部分での周速、即ち、ＰＶ値が高くなるので、摺動発熱量は多くなる。また、斜板のシューとの摺動発熱量が多くなると、斜板とシャフトとを連結しているヒンジボールの温度も相対的に上昇する傾向にある。
【０００４】
これらシューやヒンジボールなどの摺動部分に用いられる金属構成部品は、炭素含有量の多い材質、例えば、ＳＵＪ２や１００Ｃｒ６等を使用するようにしており、熱処理を施して硬度を高めるようにしている。従来、これらの部品は、焼入れ−焼戻しの熱処理を行い、組織的にマルテンサイトと残留オーステナイトの混在組織に形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような高温状態となる摺接部分に、従来の熱処理を施した金属部品が用いられると、残留オーステナイトが組織変態を起し、その際に体積膨張を伴うので、熱による永久変形を起す。このため、シューやヒンジボールなどは、当接する相手部品とある程度のクリアランスをもって組み付けられているが、この永久変形のために予め設定されたクリアランスが無くなり、シューと斜板との焼き付きの発生や、ヒンジボールと斜板との固着による制御不良が懸念されている。
【０００６】
このような熱による永久変形を抑える対策としては、▲１▼焼き入れ、焼き戻しの通常の熱処理に対し、焼き戻し温度を２５０℃程度まで高めて、残留オーステナイト量を低下させる方法（図５の実線で示す処理）、▲２▼焼き入れ後にサブゼロ処理（図５の破線で示す処理）を施して−５０℃以下まで急冷し、その後、焼き戻しを行う方法、▲３▼クリアランスを部品が熱膨張しても無くならない程度に大きくする方法などが考えられるが、▲１▼の方法によれば、焼き戻し温度の上昇によって硬度の低下を避けることができず、また、▲２▼の方法によれば、残留オーステナイト量の低減にも限界があり、サブゼロ工程の追加により、製造コストの増大が避けられないという不都合がある。さらに、▲３▼の方法によれば、初期のクリアランスが大きくなるので、焼き付きの恐れはなくなるが、コンプレッサの摺動発熱が低い状態で使用される環境下においては、コンプレッサの音振増加を避けることができないという不都合がある。
【０００７】
そこで、この発明においては、圧縮機に用いられる部品のうち、特に他部品との摺接部分が形成されている圧縮機用金属構成部品において、摺接部分の熱による永久変形を抑えることができる圧縮機用金属構成部品、及び、その製造方法を提供することを主たる課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明に係る圧縮機用金属構成部品は、ハウジングと、このハウジングに回転自在に支持されたシャフトと、前記ハウジングに形成されたシリンダボア内を往復動するピストンと、前記シャフトの回転動を前記ピストンの往復動に変換する駆動機構とを有する圧縮機に用いられ、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されているものにおいて、前記接触部を含む全体にオーステンパ処理が施されていることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
ここで、このようなオーステンパ処理は、過酷な条件下での摺動が要求されている圧縮機用金属構成部品、例えば、シャフトの回転に伴って回転すると共にピストンに係留される斜板を傾動可能に支持し、シャフトに対して軸方向へ変位可能に遊嵌されるヒンジボールや、シャフトの回転に伴って回転する斜板をピストンに形成された係合部に係留するためのシューに対して特に有効である。
【００１０】
尚、熱による体積膨張を厳格に管理するためには、残留オーステナイト量が５％以下であることが好ましく（請求項２）、また、十分な硬度を確保するためには、残留オーステナイト組織を除く部分の大半がベイナイト組織であることが好ましい（請求項３）。
【００１１】
したがって、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されている圧縮機用金属構成部品に接触部を含む全体にオーステンパ処理が施されているので、残留オーステナイト量を激減させることができ、摺動部分での摩擦熱に起因する組織変態による体積膨張を激減させることができ、その部分での永久変形を抑えることが可能となる。また、残留オーステナイトを除いた部分の殆どをベイナイト組織とすることができるので、従来のマルテンサイトの組織と同等の硬度を確保することが可能となる。
【００１２】
また、前記圧縮機用金属構成部品の製造方法としては、圧縮機用金属構成部品の粗形品を成形する行程と、前記粗形品にオーステンパ処理を施す行程と、前記オーステンパ処理を施した粗形品を仕上げ加工する行程とを有することを特徴としている（請求項４）。
【００１３】
このような方法において、熱による体積膨張を厳格に管理するには、残留オーステナイト量を５％以下とすることが好ましく（請求項５）、また、十分な硬度を確保するためには、残留オーステナイト組織を除く部分の大半がベイナイト組織とすることが好ましい（請求項６）。
【００１４】
したがって、金属構成部品の粗形品は、オーステンパ処理を施すことにより、残留オーステナイト量を激減させ、残留オーステナイトを除いた部分の殆どをベイナイト組織とすることができるので、従来のマルテンサイトと同等の硬度を確保しつつ、摺接部分での摩擦熱に起因する組織変態による体積膨張を激減させることができ、その部分での永久変形を抑えることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。図１において、圧縮機の一例として可変容量型斜板式圧縮機が示されている。この圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド４とを有して構成されている。これらフロントヘッド４、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト５により軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。
【００１６】
フロントヘッド４とシリンダブロック１とによって画設されるクランク室６には、一端がフロントヘッド４から突出するシャフト７が収容されている。このシャフト７のフロントヘッド４から突出した部分には、ボルト８によって軸方向に取り付けられた中継部材９が固定されており、この中継部材９にフロントヘッド４の端部に回転自在に外嵌され、且つ、車両のエンジンにベルトを介して連結される駆動プーリ１０がネジ止めなどの手段によって固定されている。また、このシャフト７の一端側は、フロントヘッド４との間に設けられたシール部材１１を介してフロントヘッド４との間が気密よく封じられると共にラジアル軸受１２にて回転自在に支持されており、シャフト７の他端側は、シリンダブロック１に収容されたラジアル軸受１３にて回転自在に支持されている。
【００１７】
シリンダブロック１には、前記ラジアル軸受１３が収容される貫通孔１４と、この貫通孔１４を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５とが形成されており、それぞれのシリンダボア１５には、片頭ピストン１６が往復摺動可能に挿入されている。この片頭ピストン１６は、シリンダボア１５内に挿入される頭部１６ａと、クランク室に突出する係合部１６ｂとを軸方向に接合して中空に形成されている。
【００１８】
前記シャフト７には、クランク室６内において、該シャフト７と一体に回転するスラストフランジ１７が固定されている。このスラストフランジ１７は、フロントヘッド４に対してスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されており、このスラストフランジ１７には、リンク部材１９を介して斜板２０が連結されている。斜板２０は、シャフト７上に設けられたヒンジボール２１を中心に傾動可能に取り付けられているもので、スラストフランジ１７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２０は、その周縁部分が前後に挟み込むように設けられた一対のシュー２２を介して片頭ピストン１６の係合部１６ｂに係留されている。
【００１９】
したがって、シャフト７が回転すると、これに伴って斜板２０が回転し、この斜板２０の回転運動がシュー２２を介して片頭ピストン１６の往復直線運動に変換され、シリンダボア内において片頭ピストン１６とバルブプレート２との間に形成される圧縮室の容積が変更されるようになっている。
【００２０】
バルブプレート２には、それぞれのシリンダボア１５に対応して吸入孔２４と吐出孔２５とが形成され、また、リアヘッド３には、圧縮室に供給する作動流体を収容する吸入室２６と、圧縮室から吐出した作動流体を収容する吐出室２７とが画設されている。吸入室２６は、リアヘッド３の中央部分に形成されており、蒸発器の出口側に通じる吸入口２８に連通すると共にバルブプレート２の吸入孔２４を介して圧縮室に連通可能となっている。また、吐出室２７は、吸入室２６の周囲に連続的に形成されており、図示しない凝縮器の入口側に通じる吐出口に連通すると共にバルブプレート２の吐出孔２５を介して圧縮室に連通可能となっている。ここで、吸入孔２４は、バルブプレート２のフロント側端面に設けられた吸入弁２９によって開閉され、吐出孔２５は、バルブプレート２のリア側端面に設けられた吐出弁３０によって開閉されるようになっている。
【００２１】
さらに、この例において、リアヘッド３には、吐出室２７に連通する通路３１とクランク室６に連通する通路３２との間、及び、吸入室２６に連通する通路３３とクランク室６に連通する通路３２との間に圧力制御弁３４が設けられている。この圧力制御弁３４は、吐出室２７とクランク室６との連通状態、及び、吸入室２６とクランク室６との連通状態を調節してクランク室圧を制御するようにしているもので、このクランク室圧の制御により、片頭ピストン１６の前後に作用する圧力差（クランク室圧とシリンダボア内の圧力差）を調節し、これにより斜板２０の傾動角が調節されて、片頭ピストン１６のストローク量、即ち、吐出容量が制御されるようになっている。
【００２２】
前記ヒンジボール２１は、図２にも示されるように、リング状に形成されているもので、シャフト７に対して軸方向に変位可能に、且つ、所定のクリアランスを介して遊嵌されているもので、スラストフランジ１７との間に介在されているスプリング３５によって、片頭ピストン１６のストローク量を小さくする方向へ常時付勢されている。また、このヒンジボール２１は、外周面が球面状に形成され、この外周面に斜板２０がシャフト７に対する傾斜角を変更し得るように取り付けられている。したがって、ヒンジボール２１とシャフト７、及び、ヒンジボール２１と斜板２０のそれぞれには、互いの部材が摺接し合う摺接部分が形成されている。また、斜板２０の周縁部を係留するシュー２２は、半球状に形成されて片頭ピストン１６の係合部１６ｂに形成されたシューポケットに収容されているもので、平坦部分で斜板２０に当接し、球面部分で係合部１６ｂのシューポケット内面に当接されている。したがって、シュー２２と斜板２０、及び、シュー２２と係合部１６ｂのそれぞれには、互いの部材が摺接し合う摺接部分が形成されている。
【００２３】
これらヒンジボール２１やシュー２２は、炭素量の多い材質である、例えば、ＳＵＪ２や１００Ｃｒ６などを使用し、熱処理によって硬度を上げるようにしており、これらヒンジボール２１やシュー２２は、次のような工程を経て製造するようにしている。尚、ヒンジボール２１やシュー２２は、同様の製法によって製造されるので、以下において、ヒンジボール２１について説明する。
【００２４】
先ず、ヒンジボール２１を製造するにあたり、鍛造などによってヒンジボール２１の粗形品を成形し、この粗形品を熱処理炉へ移して、オーステンパ処理を施し、強度を増大させる。具体的には、図３に示すように、ヒンジボールの粗形品を８００〜９００℃で３０分〜６０分加熱してオーステナイト化し、その後、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）以上の温度、例えば、ＳＵＪ２であれば、２００〜３００℃まで急冷し、この状態を３〜１０時間保持して恒温変態させる。特に、Ｍｓ点以上に保持される温度や保持時間は、ヒンジボール２１の大きさや材質によっても異なるが、残留オーステナイトが５％以下となるように調節されるとよい。そして、オーステンパ処理を施して得られた粗形品を、所定の寸法となるよう仕上げ加工を施し、図２に示されるようなヒンジボール２１に成形する。
【００２５】
以上のオーステンパ処理によって成形されたヒンジボール２１を本発明品とし、通常の焼き入れ→焼き戻しによって成形されたヒンジボールを比較例として従来品１とし、また、焼き入れと焼き戻しとの間にサブゼロ処理を加えて成形されたヒンジボールを比較例として従来品２とし、それぞれについて、残留オーステナイト量（％）、硬度（ＨＶ）、ヒンジボール２１の直径Ｄの変形量（μｍ））を測定すると、次の表１で示す結果が得られた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
尚、表１で示す変形量は、それぞれの熱処理によって形成されたヒンジボールを、２００℃の温度下において、径時的に寸法変化を測定した図４に示す結果から、変形量のピーク値を抽出したものである。
【００２８】
この結果から明らかなように、オーステンパ処理を施したヒンジボール２１の残留オーステナイト量は著しく少なくなっており、ほとんどがベイナイト組織に変化していることが確認され、また、硬度は若干低下するものの、要求される硬度を十分に上回っており、従来品と同程度の硬度を得ることができた。また、残留オーステナイトが激減していることから、摺接部分で摩擦熱が生じるような場合でも、ヒンジボール２１の変形量を小さくすることが可能となる。この変形量（２μｍ程度）は、測定誤差を考慮すれば、誤差の範囲内にも等しいものであり、当初において設定したクリアランスをそのまま維持することができることを意味している。
【００２９】
したがって、上述したオーステンパ処理を施すことで、残留オーステナイトの組織変態による体積膨張を殆ど無くすことができ、ヒンジボール２１の熱による永久変形を抑えて、摺接部分での焼き付きの発生をなくすことが可能となる。また、オーステンパ処理により、残留オーステナイト量が極めて少なくなるので（１％）、クリアランス管理が容易となり、クリアランスを詰めた設計が可能となる。尚、厳格なクリアランス管理を行うためには、残留オーステナイト量が５％以下となるようオーステンパ処理を施すことが望ましい。
【００３０】
以上においては、特に、斜板２０やシャフト７に対して摺接部分が形成されるヒンジボール２１について説明したが、斜板２０や片頭ピストン１６の係合部１６ｂに対して摺接部分を有するシュー２２についても、同様の熱処理を施した上で仕上げ加工をしてもよい。特に、シュー２２にあっては、片頭ピストン１６からの圧縮反力を受けるので、クリアランス管理を一層厳格にする必要があり、上述したオーステンパ処理を施すことは特に有益となる。
【００３１】
さらに、上述したヒンジボール２１やシュー２２に限らず、熱処理を施して硬度を上げることが相応しい構成部品、例えば、スラスト軸受１８や、ラジアル軸受１２，１３、斜板２０、リンク部材１９、シャフト７などにおいても、炭素量の多い材質（ＳＵＪ２や１００Ｃｒ６など）を用いて、同様の熱処理を施した上で仕上げ加工をしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、他部品との間で摺接可能な接触部が形成されている圧縮機用金属構成部品に対し、接触部を含む全体にオーステンパ処理が施されているので、残留オーステナイトの組織変態による体積膨張を激減させ、圧縮機用金属構成部品の熱による永久変形を抑えることができることが可能となる。このため、摺接部分での焼き付きの発生をなくすことが可能となる。
【００３３】
また、オーステンパ処理により、残留オーステナイト量を５％以下とすることで、クリアランスの変化を小さくすることができるので、クリアランス管理が容易となり、クリアランスを詰めた設計が可能となる。さらに、残留オーステナイトを除いた大半をベイナイト組織にすることができるので、従来のマルテンサイト組織とほぼ同程度の硬度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、可変容量型斜板式圧縮機の全体構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１で示す圧縮機のヒンジボールを示す図であり、図２（ａ）はヒンジボールを軸方向から見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３】図３は、本発明の熱処理を説明する図である。
【図４】図４は、各種熱処理を施して得られた圧縮機用金属構成部品に熱を加えて変形量を測定した図である。
【図５】図５は、従来の熱処理を説明する図である。
【符号の説明】
１　シリンダブロック
２　バルブプレート
３　リアヘッド
４　フロントヘッド
７　シャフト
１５　シリンダボア
１６　片頭ピストン
２１　ヒンジボール
２２　シュー
【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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