(57)【要約】【課題】本発明は、高い圧縮強度を有しながら更に軽量化されたシューと、該シューを用いた斜板式圧縮機を提供することを解決すべき課題とする。【解決手段】本発明の摺動部材は、平面状の平面部と半球状の球面部とを備える摺動部材であって、圧縮強度が５０MPa以上、耐熱温度１５０℃以上の樹脂からなる母材と、前記母材の表面全面に形成される少なくとも一層の金属めっき層と、からなることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の平面部と半球状の球面部とを備える摺動部材であって、
圧縮強度が５０MPa以上、耐熱温度１５０℃以上の樹脂からなる母材と、
前記母材の表面全面に形成される少なくとも一層の金属めっき層と、
からなることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記母材は繊維強化材を含有する請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記母材は炭素繊維を含むポリイミド樹脂からなる請求項１又は２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記母材は導電性物質を含有し、前記金属めっき層は電解めっきによって形成される請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記摺動部材を斜板式圧縮機の斜板およびピストンと摺動するシューに用いた斜板式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材が樹脂である摺動部材と、該摺動部材を用いた斜板式圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、斜板式圧縮機において、その構成部品である摺動部材（シュー）には鉄系やアルミニウム合金等の金属系材料が使用されている。たとえば、特許文献１には、シュー母材であるアルミニウム合金の表面にNi-P、Ni-P-B等の無電解めっきが施されているシューが開示されている。
【０００３】
近年、斜板式圧縮機には更なる高性能化が求められており、そのため高い回転速度が要求されている。しかしながら、斜板式圧縮機の構成部品であるシューは、母材が比重の高い鉄系やアルミニウム系の金属系材料であるため、高い回転トルクが必要であり、高速回転時に回転が不安定になってしまう恐れがある。斜板式圧縮機の性能向上のためにはシューの軽量化が必要とされている。
【特許文献１】特開２００３−１３８２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、斜板式圧縮機に用いられる摺動部材であるシューは、その摺動相手がピストンと斜板の２部材であり、また摺動時にかかる荷重方向も回転運動や往復運動によって３方向以上からかかることもあるため、高い圧縮強度を必要とされる。そのためシューは高い圧縮強度を有しながら、さらなる軽量化が求められている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、高い圧縮強度を有しながら更に軽量化されたシューと、該シューを用いた斜板式圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段を及び発明の効果】
【０００６】
そこで、本発明者等はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、シューの母材に圧縮強度が５０MPa以上、耐熱温度１５０℃以上の樹脂を用い、前記母材の表面全面に少なくとも一層の金属めっき層を形成することによって高い強度を有しながら更に軽量化されたシューが出来ることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の摺動部材は、平面状の平面部と半球状の球面部とを備える摺動部材であって、圧縮強度が５０MPa以上、耐熱温度１５０℃以上の樹脂からなる母材と、前記母材の表面全面に形成される少なくとも一層の金属めっき層と、からなることを特徴とする。
【０００８】
母材に上記樹脂を用いることによって、十分な強度を有し耐熱性に優れ、従来の金属系材料より軽量化出来る。また上記樹脂からなる母材の全面に少なくとも一層の金属めっき層を形成することによって、摺動部材表面の硬度を高くすることが出来る。
【０００９】
また前記母材は繊維強化材を含有してもよい。繊維強化材を含有することにより母材強度を更に高く出来る。
【００１０】
また前記母材は炭素繊維を含むポリイミド樹脂からなることが好ましい。前記材料を用いることにより、好ましい強度と軽さが得られる。
【００１１】
また前記母材は導電性のある物質を含有し、前記金属めっき層は電解めっきによって形成されてもよい。電解めっきによって金属めっき層が形成されることによって、めっき層の密着力を高くすることが出来る。
【００１２】
本発明の斜板式圧縮機は、上記のいずれかの摺動部材を用いることを特徴とする。上記何れかの高い強度を有しながら更に軽量化された摺動部材を斜板式圧縮機の斜板およびピストンと摺動するシューに用いた斜板式圧縮機は、回転速度を高速化出来ることによって、圧縮能力が向上し、それに伴い圧縮機本体を小型化出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。図１、図２に本発明の摺動部材であるシューの一実施例の概略断面図を示す。もちろんシューの形状はこの図面に限定されるものではない。図１に記載のシューは金属めっき層が一層のもので、図２に記載のシューは金属めっき層が２層のものである。
【００１４】
図１、図２においてシュー９の形状は、外表面の一方が概して平面をなす平面状の平面部と、他方が概して凸球面を成す半球状の球面部とを有する。図１、図２に記載のように球面部の頂点には１個の頂点部が反転したような形状の凹部が形成されている。凹部は油を保持する理由で形成されているが、この形状に限ったものではない。また球面部も厳密に球面である必要はなく、球面からわずかに変形した形状とされることが多い。同様に平面部も厳密に平面である必要はなく、むしろ極めて曲率半径の大きい凸球面とされることが多い。
【００１５】
シューは、例えば斜板式圧縮機に用いられると、前記平面部は斜板と、前記球面部はピストンの連結部と摺動する摺動面となる。
【００１６】
図１に記載のように本発明のシュー９は、母材１１と少なくとも一層の金属めっき層１２とからなる。
【００１７】
母材１１は、圧縮強度が５０MPa以上、耐熱温度１５０℃以上の樹脂からなる。例えば母材としてフェノール樹脂、コプナ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール等の樹脂が使用できる。また母材強度を上げるために、各樹脂にガラス繊維や炭素繊維等の繊維強化材を含有させても良い。繊維強化材は、短繊維又は粉末状のものを母材樹脂と混合して用いることが出来る。
【００１８】
その強度特性から炭素繊維を含有させたポリイミド樹脂を用いると強度的に優れたシューとなる。ポリイミド樹脂は耐熱温度２００℃以上、樹脂圧縮強度６０ＭＰａ以上の高強度、高耐熱性の樹脂であり、適度な量の炭素繊維を複合化することにより更に高強度となる。
【００１９】
各樹脂の成形方法は特に限定されない。例えば各樹脂の性状に合わせ圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の慣用されている方法を用いることが出来る。
【００２０】
金属めっき層１２は、少なくとも一層の金属めっき層であり、一層の金属めっき層であっても複数の金属めっき層であっても良い。図２に金属めっき層が２層形成されたシューの断面図を示す。金属めっき層は、シューの母材１１の表面全面に形成されている。
【００２１】
金属めっきの材料として、ニッケル系金属めっき、クロム系金属めっきが好ましい。これらの金属をめっき材料とするとめっきの強度が高いものとなる。
【００２２】
金属めっき層の膜厚は１０μｍ以上が好ましい。また２層のめっき層が形成される場合は、２層を合わせて１５μｍ以上が好ましい。上記範囲のめっき層の厚みを有することで、硬度及び耐摩耗性に優れためっき層となる。めっき処理方法には大きく分けて電解めっき法と無電解めっき法とがあり、いずれも用いることが出来る。電解めっき法はめっきを施す成形体が導電性を有する必要があり、導電性物質をあらかじめ成形体原料に混練させておく必要があるが、電気的に皮膜が被覆されるため密着力が強い皮膜が形成出来る。それに対し無電解めっき法は導電性物質をあらかじめ原料に混練する必要はないのでより簡単にめっき皮膜を形成できる。
【００２３】
めっき方法は、電解めっき法においても、無電解めっき法においても、めっき被膜を施す面の整面処理、脱脂、表面粗化を予め行う。整面処理とは、めっき被膜を施す面を、特殊塗料、接着剤、溶剤等により処理することをいう。脱脂は、例えばアルカリ溶液に浸せきすることにより行い、めっき被膜を施したい面の油分を除去する。表面粗化は、例えばクロム酸−硫酸水溶液、あるいはさらにリン酸を添加した溶液等に浸せきすることにより行い、表面に微細な凹凸をつけめっき被膜の緊密性を高めることができる。
【００２４】
次に、活性化処理を行う。無電解めっきでは、非導電性の樹脂にめっきすることができるが、還元剤の酸化を開始させるためには、活性化が必要である。例えば、塩化スズ溶液に浸せきすることにより表面にＳｎ2+を吸着させた後、塩化パラジウム溶液で処理してＰｄ核を析出させること等により活性化を行えばよい。
【００２５】
次にめっき被膜形成について説明する。無電解めっき法の場合、シューをめっき浴に浸せきし、めっき被膜を施す面に無電解めっき処理を施すことによりめっき被膜を形成させる。例えばニッケルめっきであればめっき浴には、硫酸ニッケル等の本剤、ジメチルアミンボラン、ホルムアルデヒド等の還元剤の他に、プロピオン酸等の緩衝剤、乳酸等の錯化剤等を含ませることができる。
【００２６】
上記めっき処理に電解めっき法を用いる場合は、母材が導電性を有する必要がある。したがって、シューの成形原料物に充てん材として、例えば銅粉、アルミ粉等を配合し樹脂が導電性を有するようにすればよい。また無電解めっき法によって第１層目に無電解めっき層を形成し、その上に電解めっき法を用いて第２層目を皮膜することもできる。
【００２７】
電解めっき法の場合は、シューをめっき浴に浸せきし、めっき浴中に電気を流すことによって導電性を有する成形体表面にめっき被膜を形成させる。例えばニッケルめっきであれば、めっき浴には、硫酸ニッケル、塩化アンモニウム、ホウ酸を含ませることが出来る。  電解めっき法又は無電解めっき法のどちらの方法にしても、例えばニッケルめっき被膜の特性を変えるには、めっき被膜に配合材を加えればよく、配合材を加えるには上述しためっき法によりめっき被膜を成膜する際、めっき被膜として所望の配合材との合金が析出するような還元剤を加えればよい。
【００２８】
ニッケル系金属めっきの配合材は、リン又はボロンのうちの少なくとも一方の金属イオンを含有してもよい。さらに、タングステン、コバルト、パラジウム、レニウム、イットリウム、モリブデン、チタン、マンガン、バナジウム、ジルコン、クロム、銅、金、銀、亜鉛、鉄、鉛、錫、白金の金属イオン類の中から選ばれた少なくとも一種以上の金属イオンを含有してもよい。中でもリン、ボロン、タングステンイオンはめっき被膜の硬度を上げるのに好適である。めっき被膜の硬度が上がると、シュー接触面の耐摩耗性が向上する。
【００２９】
ただし、めっき被膜の硬度が高すぎると、耐摩耗性は向上するが相手材攻撃性が高くなる。一方、硬度が低すぎると相手材攻撃性は低くなるが耐摩耗性が悪くなる。相手材攻撃性と耐摩耗性のバランスをとるには、めっき被膜中におけるリン、ボロン等配合材の含有率を調整すればよい。
【００３０】
金属めっき層が２層ある構造の場合は、めっき層は図２に示すように母材９に形成されるめっき第１層２１と、めっき第１層２１の上に形成されるめっき第２層２２とからなる。
【００３１】
母材９とめっき第２層２２との間に形成されるめっき第１層２１は、下地層として機能して母材９とめっき第２層２２との固着性（密着性）を高め、めっき第２層２２の母材９からの剥離を防止する機能を果たす。また、めっき第１層２１は、めっき第２層２２に衝撃が加えられた時の緩衝層としても機能する。
【００３２】
従ってめっき第２層２２は、その材料をめっき第１層２１より硬度が高いものとすると好ましい。例えばめっき第１層２１にＮｉ−Ｐめっき層やＮｉ−Ｂめっき層を用い、めっき第２層２２にＮｉ−Ｐ−Ｂ−ＷめっきやＮｉ−Ｐ−Ｂを用いても良い。Ｎｉ−Ｐ−Ｂ−ＷめっきやＮｉ−Ｐ−Ｂめっきは、一般的にＮｉ−ＰめっきやＮｉ−Ｂめっきより硬度が高く、耐摩耗性に優れている。このようにめっき層を２層構造とすることによってめっき層の母材からの剥離や欠けが良好に防止され、シューの摺動性および耐久性が長期にわたって維持される。
【００３３】
本発明の摺動部材は、その用途を特に限定するものではないが、斜板式圧縮機用のシューとする態様で実施するのが好適である。例えば斜板式圧縮機に前記シューが用いられた場合について図３を用いて説明する。
【００３４】
図３に斜板式圧縮機の構成を示す。図３に示すように、駆動軸１はシリンダブロック２とフロントハウジング３により形成される斜板室４に収容されており、ラジアル軸受により回転自在に支持されている。そして、シリンダブロック２内には、駆動軸１を囲む位置に複数個のボア５が配設されている。各ボア５には、片頭形のピストン６がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。斜板室４内においては、駆動軸１にはロータ７が結合され、そのロータ７の後方に斜板８が嵌合されている。
【００３５】
特に、可変容量型の片頭型斜板式圧縮機では、斜板８は支点回りに傾動可能となっており、斜板室４の圧力変化に基づくピストン６の両端面に作用するガス圧の釣り合いによって、斜板８の傾角変位を制御するようになっている。
【００３６】
また、斜板８には、両端面外周側に平滑な摺接面８ａが形成され、この摺接面８ａにはシュー９が当接されている。これらのシュー９は、ピストン６の半球面座と係合されている。このシューを介してピストン６が斜板８と連係することにより、斜板８の回転運動がピストン６の直線運動に変換されて媒体の圧縮が行われる。
【００３７】
シュー９は図３で説明したように、平面部と球面部とは異なる摺動部材と摺動し、摺動相手の斜板とピストンの動きに応じてシューにかかる応力の方向も３方向とシュー全面に大きな力がかかる。
【００３８】
本発明の斜板式圧縮機は、前記シューを用いたものであれば特に限定されない。例えば図３に示されたような構成をしているものでもよい。前記シューを用いた斜板式圧縮機は、シューの軽量化により圧縮機の回転速度を高速化出来る。高速化出来ることによって、圧縮能力があがり、圧縮機本体を従来よりも小型化出来る。
【実施例】
【００３９】
以下に一実施例において、シューの重さの測定及び本発明のシューが斜板式圧縮機に用いられた場合を想定して、FEM解析を行った結果を説明する。
【００４０】
図１或いは図２に記載の母材形状のシューを炭素繊維強化されたポリイミド樹脂により形成し、めっき被膜を９０〜９２％のニッケル、８〜１０％のリンからなる合金（Ｎｉ−Ｐ）により無電解めっき法で形成した。
【００４１】
まず、母材とするポリイミド樹脂には熱可塑性のポリイミド樹脂（三井化学社製オーラムJCN３０３０）を用いた。次に、このポリイミド樹脂のペレットを、金型温度２３０℃、成形圧力５５０ｋｇ／ｃｍ２の条件にセットした射出成形機で３０秒間成形を行い、シューの成形体を作製した。
【００４２】
次に、成形体をアルカリ溶液、クロム酸−硫酸水溶液により前処理し、塩化スズ溶液、塩化パラジウム溶液により活性化処理した。その後、めっき浴に浸せきし、めっき処理を施すことによりめっき被膜を形成させた。めっき浴の組成は、硫酸ニッケル、ホスフィン酸ナトリウム、酢酸ナトリウムとし、その温度は９０℃とした。めっき被膜の膜厚は５０μｍとした。こうしてシューの実施例１の試験片を作製した。試験片は図１に示すような直径約２０ｍｍ高さ約６.５ｍｍの概半球状の形状をしている。
【００４３】
比較例として母材をアルミニウムとしたシューを同様に作製した。比較例に使用したアルミニウムはシリコンを含有するアルミニウム合金（A４０３２等）のＴ６処理品を用いた。同じ形状のめっき前のシューの成形体で重量を比較するとアルミニウムシューは重量が約２．８ｇ、本発明の実施例であるポリイミド樹脂品は約１．３ｇと大幅に重量が軽量化できた。
【００４４】
FEM解析では、本発明の実施例である母材が炭素繊維強化されたポリイミド樹脂製のシューにコンプレッサ作動時の４００ｋｇの荷重がかかった際の樹脂部分の最大応力及び最大変形量について解析を行った。表１に樹脂部分に掛かる最大応力及び最大変形量を示す。
【００４５】
【表１】
2007321579.tif 000002
【００４６】
解析では、熱可塑性のポリイミド樹脂（三井化学社製オーラムJCN３０３０）単体の場合と、ポリイミド樹脂に厚み５０μｍのＮｉ−Ｐめっきを施した場合とについて検討を行った。その結果、めっきを施したシューではめっき無しのシューと比較して樹脂部に掛かる応力が最大応力で１０ＭＰａ程度低下し、更に変形量は１μｍ小さくなった。これは、硬質なめっき被膜によって樹脂の変形が抑えられた為だと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の摺動部材であるシューの一実施例の概略断面図を示す。
【図２】本発明の摺動部材であるシューの一実施例の概略断面図を示す。
【図３】斜板式圧縮機の構成図を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１、駆動軸、２、シリンダブロック、３、フロントハウジング、４、斜板室、
５、ボア、６、ピストン、７、ロータ、８、斜板、８ａ、摺接面、９、シュー、
１１、母材、１２、金属めっき層、２１、第１金属めっき層、
２２、第２金属めっき層。
【図１】
2007321579.tif 000003
【図２】
2007321579.tif 000004
【図３】
2007321579.tif 000005