(57)【要約】【課題】斜板のシュー摺動面の樹脂層がフッ素樹脂本来の摩擦特性を充分に発揮し、しかも耐摩耗性を有しており、潤滑油の存在しない乾燥したドライ潤滑条件でも焼き付きが起こり難い斜板式圧縮機の斜板とすることである。【解決手段】斜板式圧縮機の斜板３のシュー接触面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対して、ＰＴＦＥやＥＴＦＥなどのフッ素樹脂１０〜１００重量部、芳香族ポリエステル樹脂２０〜１００重量部を配合した樹脂組成物からなる被膜を形成する。被膜が３００℃以上の耐熱性を有すると共にフッ素樹脂の摩擦特性を充分に発揮し、５〜１０ｋｇｆ/ｃｍ2以上の高荷重の使用条件でも摩擦特性および耐摩耗性に優れ、乾燥したドライ潤滑条件でも焼き付きが起こり難い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して冷媒を圧縮、膨張させる斜板式圧縮機の斜板において、
前記シューが摺動する斜板の摺動面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂を主要成分としてフッ素樹脂が添加された樹脂組成物からなる被膜を設けたことを特徴とする斜板式圧縮機の斜板。
【請求項２】
樹脂組成物が、芳香族ポリエステル樹脂が添加された樹脂組成物である請求項１に記載の斜板式圧縮機の斜板。
【請求項３】
樹脂組成物が、ポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対して、フッ素樹脂１０〜１００重量部、芳香族ポリエステル樹脂２０〜１００重量部を配合した樹脂組成物である請求項２に記載の斜板式圧縮機の斜板。
【請求項４】
前記斜板の基材が金属製基材である請求項１〜３のいずれかに記載の斜板式圧縮機の斜板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の斜板を備えた斜板式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エアコンディショナの熱媒体圧縮機などに用いられる斜板式圧縮機およびその斜板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エアコンディショナ等の熱交換サイクルにおいて使用される冷媒などの作動流体の圧縮機（コンプレッサ）として、斜板式圧縮機が知られている。
【０００３】
図１を参照して代表的な斜板式圧縮機の構造を説明すると、作動流体を圧縮するコンプレッサのハウジング（シリンダブロック）１内に駆動力が入力される回転軸２を設け、この回転軸２に対して円盤状の斜板（スワッシュプレートとも称される。）３が、一定角度だけ傾けて直接固定されるか、または連結部材を介して間接的に取り付けられて一体に回転する。シュー４は、斜板３の周縁を両面から挟むように配置されて摺接し、一対の半球状の摺動部品からなる。このシュー４は、ピストン５の凹部５ａ内に形成される球面座６に対して回動可能に摺接し、傾斜角度が変更可能であるように保持され、斜板３の軸回りの回転運動は、シュー４を介してピストン５の軸方向の往復運動に変換される。ピストン５は、往復運動することにより、シリンダボア７内の作動流体を加圧または減圧する。
【０００４】
このような斜板式圧縮機における通常の斜板３は、鉄系の金属製素材からなり、このものはシュー４が圧接した状態で摺動することにより摺動面に潤滑油が不足しやすい。また、運転初期において、冷媒が存在するハウジング内へ潤滑油が到達する前に金属製の斜板とシューが摺動するので、これらの摺動部が潤滑油のないドライ潤滑状態となる。そのような潤滑不足が起こると、シュー４および斜板３の摺動面が摩耗していき、終には斜板３とシュー４とが焼き付く場合がある。
【０００５】
そのような焼き付き防止のために、シュー４に接する斜板３の摺動性を良好にする必要があり、斜板３のシュー４との摺動面にポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)を含む固体潤滑剤を熱硬化性のポリアミドイミド樹脂(ＰＡＩ)に分散保持させた摺動層を設けたものが知られている（特許文献１）。
【０００６】
【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】
【０００７】
しかし、上記した従来の斜板式圧縮機においては、斜板の基材と摺動層との結合が充分に確実ではなく、ＰＡＩ層は吸水性があるので、摺動層の強度が吸水によって低下し、耐久性が充分に発揮されないという問題点があった。
【０００８】
また、ＰＡＩのガラス転移温度は、２８０〜２９０℃程度であるので、潤滑油が存在しないドライ潤滑状態で摺動部が発熱すると、充分に耐熱性を維持できないという問題点もある。
【０００９】
ＰＡＩなどのバインダ樹脂にＰＴＦＥなどのフッ素樹脂を分散保持させた塗料を斜板に塗布すると、バインダ樹脂が表面のエネルギー差によって下地側に片寄るために密着性は良くなり、ＰＴＦＥは表層側に移動してその低摩擦特性を発揮するが、その摩擦特性と耐摩耗性は、斜板の使用状態における５〜１０ｋｇｆ/ｃｍ2以上の高荷重の使用条件では充分とはいえない。
【００１０】
また、表層にはフッ素樹脂と共にバインダ樹脂も混在するので、斜板の摺動面にはフッ素樹脂本来の優れた低摩擦特性は充分に現れなかった。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、斜板のシュー摺動面の樹脂層がフッ素樹脂本来の摩擦特性を充分に発揮し、しかも耐摩耗性を有しており、潤滑油の存在しないドライ潤滑条件でも焼き付きが起こり難い斜板式圧縮機の斜板とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明においては、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して冷媒を圧縮、膨張させる斜板式圧縮機の斜板において、前記シューが摺動する斜板の摺動面に、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を主要成分としてフッ素樹脂が添加された樹脂組成物からなる被膜を設けたことを特徴とする斜板式圧縮機の斜板としたのである。
【００１３】
上記したように構成されるこの発明の斜板式圧縮機の斜板は、シューの摺動面に設けた被膜が、ＰＰＳを主要成分としてフッ素樹脂が添加された樹脂組成物であることにより、２００℃以上の耐熱性を有すると共にフッ素樹脂の摩擦特性を充分に発揮し、斜板の使用状態における５〜１０ｋｇｆ/ｃｍ2以上の高荷重の使用条件でも摩擦特性および耐摩耗性に優れており、潤滑油の存在しないドライ潤滑条件でも焼き付きが起こり難い斜板式圧縮機の斜板になる。
【００１４】
さらに望ましくは、ＰＰＳ樹脂を主要成分としてフッ素樹脂および芳香族ポリエステル樹脂が添加された樹脂組成物により被膜を形成することである。
このように摺動面が焼き付かない斜板とするために、より好ましい条件としては、樹脂組成物が、ＰＰＳ１００重量部に対して、フッ素樹脂１０〜１００重量部、芳香族ポリエステル樹脂２０〜１００重量部を配合した樹脂組成物である。
【００１５】
フッ素樹脂の配合量が所定量未満の少量では、フッ素樹脂として充分な摺動特性が得られず、所定量を超える多量では被膜下地の金属基材との密着強度が弱まって好ましくない。
【００１６】
また、芳香族ポリエステル樹脂の配合量が、所定量未満の少量では、被膜の耐熱性と耐摩耗性が充分でなくなり、所定量を超える多量では、被膜下地の金属基材との密着強度が弱まって好ましくない。
【００１７】
また、前記同様に焼き付きの問題点を解決するために、上記した斜板が装着された斜板式圧縮機とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、斜板式圧縮機のシューが摺動する斜板の摺動面に、少なくともＰＰＳとフッ素樹脂が含有され、好ましくは芳香族ポリエステル樹脂が添加された樹脂組成物からなる被膜を設けた斜板またはこれを用いた斜板式圧縮機としたので、斜板の表面がドライ潤滑状態でも焼き付きが発生しない斜板となり、このような斜板を供えた耐焼き付き性に優れた斜板式圧縮機となる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の斜板および斜板式圧縮機の実施形態を、以下に添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、冷媒などの作動流体を圧縮するコンプレッサのハウジング１内に駆動される回転軸２を設け、この回転軸２と一体に固定して円盤状の斜板３を設け、この斜板３の周縁には両面から摺接する一対のシュー４をピストン５の凹部５ａに保持させて設け、シュー４を介して斜板３の回転運動をピストン５の往復運動に変換して作動流体を圧縮する斜板式圧縮機の斜板３である。
【００２０】
なお、斜板３は、ボス３ａの軸方向の両端面をスラスト針状ころ軸受８で挟持されて定位置で安定した回転が可能である。
【００２１】
図２に示すように、斜板３のシュー接触面には、所定の樹脂組成物からなる被膜１１が形成されている。
【００２２】
図１に示した斜板式圧縮機は、円筒形のハウジング１の周方向に等間隔で形成されたシリンダボア７内の各ピストン５の軸方向両側で作動流体を圧縮・膨張させる両斜板タイプのものであり、外部動力にて高速で回転駆動される回転軸２は、ラジアル方向を針状ころ軸受９で支持されている。
【００２３】
ピストン５の凹部５ａの軸方向の対向面に形成された球面座６には、半球状のシュー４が着座されている。このシュー４は球状その他の形状のものであってもよく、斜板３の回転運動をピストン５の往復運動へ変換する際に、斜板と常に安定した姿勢で摺接することにより、ピストン５に円滑な往復動作をさせるものである。
【００２４】
斜板３の基材の例は、機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃなどの金属素材であり、シュー４は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２などで形成されている。さらに、シュー４が摺動する斜板３の両側面には銅合金からなる多孔質の金属溶射層１０が形成されており、このような金属製基材の表面には樹脂の被膜１１が形成されている。
【００２５】
このような斜板式圧縮機のピストン動作には２つのタイプがあり、ピストンの往復方向の両端部で流体を加・減圧することが可能な両頭形のピストンを用いた両斜板タイプと、ピストンの一端のみでそれが可能な片斜板タイプのものがあるが、いずれのタイプであってもよい。
【００２６】
また、上記した実施形態では、斜板が装着される斜板式圧縮機を両斜板タイプのものとして図示したが、片斜板タイプであってもよく、また斜板の片面側でシューが摺動するもの、斜板が連結部材を介して回転軸に取り付けられたものなど周知の全タイプの斜板式圧縮機であってもよい。
【００２７】
この発明に用いる樹脂組成部の成分であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂は、主要構造単位として、下記の化１で示される一般式で示される繰り返し単位からなるポリマーである。
【００２８】
【化１】
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【００２９】
ＰＰＳは、斜板表面に対する被覆方法として、例えば吹き付け塗装に際して有機溶剤あるいは水に均一に分散させて用いる場合には、平均粒径５μｍ以下の低分子量のものが好ましい。
【００３０】
このような条件を満たす市販のＰＰＳとしては、米国フィリップスペトロリアム社製ライトンＶ−１あるいは米国特許第４０４６７４９号記載のＰＰＳオリゴマーが望ましい。なお、塗装方法として、流動浸漬等のパウダーコーティング法を採用する場合には、直鎖状ＰＰＳ（たとえば呉羽化学工業社製：ＫＳＰ）、架橋型ＰＰＳ（たとえばトープレン社製：Ｔ−４）も好ましい。
【００３１】
また、この発明における芳香族ポリエステル樹脂は、主要構造単位として、下記の化２の式で示される繰り返し単位からなる熱可塑性樹脂であり、市販品としては住友化学社製エコノールなどが挙げられる。
【００３２】
【化２】
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【００３３】
このような芳香族ポリエステル樹脂は、組成物中に均一に分散させ、かつ形成される塗膜表面が平滑となるように、平均粒径５μｍ以下で主要構造単位が、下記の化３で示される繰り返し単位からなるパラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーであるエコノールＥ１０１Ｆがとくに好ましい。このような芳香族ポリエステル樹脂は、ＰＰＳ１００重量部に対して２０〜１００重量部配合する。なぜなら、芳香族ポリエステル樹脂が２０重量部未満の少量であれば、形成された塗膜に充分な耐熱性および耐摩耗性が得られず、１００重量部を越える多量では、摺動部下地材との密着強度が弱まり耐摩耗性に劣るからである。
【００３４】
【化３】
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【００３５】
また、この発明における樹脂組成物に配合するフッ素樹脂は、摺動性のある含フッ素重合体からなるものであれば周知のフッ素樹脂を採用することができる。
【００３６】
代表例として挙げられるフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）であり、これら両者を併用することが好ましい。
【００３７】
ＰＴＦＥまたはＥＴＦＥからなるフッ素系重合体は、配合時の分散性を考慮して、平均分子量５００００以下のものが好ましく、５０００〜３００００のものがより好ましい。
これらの平均粒径としては、２０μｍ以下が好ましく、５〜１０μｍが特に好ましい。このような条件を満たす市販のフッ素系重合体としては、ＰＴＦＥとして旭硝子社製ルーブリカントＬ１６９、ヘキスト社製ＴＦ９５０２、セントラル硝子社製セフラルルーブ、ＥＴＦＥとして旭硝子社製アフロンＣＯＰ、ＰＦＡとして三井デュポン・フロロケミカル社製ＭＰ１０などである。
【００３８】
ＰＴＦＥおよびＥＴＦＥの合計量の配合割合は、ＰＰＳ１００重量部に対して１０〜１００重量部である。これらの合計量が１０重量部未満の少量では充分な非粘着性および摺動特性が得られず、１００重量部を越える多量では、金属製基材との密着強度が弱まり耐摩耗性に劣るからである。
【００３９】
また、耐衝撃性および靭性を向上するため、オルガノポリシロキサンエラストマーまたはフルオロエラストマーから選ばれるエラストマー材料を添加してもよい。
【００４０】
その場合、オルガノポリシロキサンエラストマーとはSi-O結合（シロキサン結合）を有する高重合度のオルガノポリシロキサン類であって室温においてゴム状弾性を有するものであれば、広範囲のものを例示することができる。また、このオルガノポリシロキサンエラストマーの分子量は、通常５万以上のものが望ましく、可及的に高分子量のものが良好な結果を得ることから、より望ましくは７万以上、特に望ましくは１０〜２５万程度のものを用いる。以上の条件に該当する代表例としては、ポリジメチルシリコーンエラストマー（以下ＭＱと略記する）信越化学社製ＫＥ７６、メチルビニルシリコーンエラストマー（以下ＶＭＱと略記する）東レ・シリコーン社製ＳＨ４３３または信越化学社製ＴＳＥ２０１、メチルフェニルシリコーンエラストマー（以下ＰＭＱと略記する）東レ・シリコーン社製ＳＥ９５５Ｕおよびフルオロシリコーンエラストマー（以下ＦＶＭＱと略記する）ダウコーニング社製シラスティックＬＳが挙げられる。
【００４１】
フルオロエラストマーとは、平均して１個以上のフッ素原子を含む単位モノマーの重合体または共重合体であって、ガラス転移点が室温以下であり、室温でゴム状弾性を有するものであれば、特に限定されるものでなく、広範囲のものを例示することができる。フルオロエラストマーの重合方式としては、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合、触媒重合、電離性放射線重合、レドックス重合などを挙げることができる。また、フルオロエラストマーの分子量は、通常５万以上のものが望ましく、可及的に高分子量のものが良好な結果を得ることから、より望ましくは７万以上、特に望ましくは１０万〜２５万程度のものを用いる。以上の条件に該当する代表例としては、テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体である旭硝子社製アフラス、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体であるデュポン・昭和電工社製バイトン、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン共重合体であるモンテフルオス社製テクノフロン、フルオロシリコーン系エラストマーであるダウコーニング社製シラスティックＬＳ、フォスファゼン系エラストマーであるファイアストーン社製ＰＮＦ、パーフルオロ系エラストマーであるダイキン工業社製ダイエルパーフロなどを挙げることができる。
【００４２】
これらエラストマーの配合割合は、ＰＰＳ１００重量部に対して５〜５０重量部であることが望ましい。なぜならば、５重量部以下であれば当初の目的である靭性および耐衝撃特性が得られず、５０重量部を超えるようであれば、金属製基材との密着強度が弱まり耐摩耗性に劣るからである。
【００４３】
なお、この発明の目的を損なわない範囲で、樹脂組成物に周知の添加剤を配合してもよい。添加剤類の適当な配合割合は、それぞれ比重が異なるため体積部でこれを示せば、ＰＰＳ１００体積部に対して５〜５０体積部が好ましく、１５〜３５体積部が特に好ましい。代表的な添加剤類を以下に列挙する。
【００４４】
潤滑剤：グラファイト、二硫化モリブデン、補強剤：ガラス繊維、カーボン繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、カーボンウィスカー、アスベスト、金属繊維、ロックウールなど、難燃剤：酸化アンチモン、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなど、電気特性向上剤：クレー、マイカなど、熱伝導度向上剤：鉄、亜鉛、アルミニウム、銅その他の金属化合物その他の充填材：ガラスビーズ、ガラス球、アルミナ、タルク、ケイソウ土、水和アルミナ、シラスバルーン、酸化亜鉛、酸化チタン、その他金属酸化物で５００℃以上で安定な天然若しくは合成の化合物、以上の材料を配合した組成物を製造するには、そのままあるいは水または有機溶剤へ分散させ、磁性ボール等によって粉砕し、均質に混合する。このようにして得られた塗料は、スプレー塗装、流動浸漬、静電塗装等によって塗装する。
【実施例】
【００４５】
［実施例１〜３、比較例１、２］
斜板式圧縮機の斜板基材の試験片として、リング状の試験片（外径３３ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ６ｍｍ）を機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ製で作製し、その表面に表１に示す塗料をスプレーガンで吹き付け、３７０℃で４５分間焼き付けて平滑な塗膜を形成した。
【００４６】
得られた試験片をボールオンディスク型試験機（３ボールオン試験機）を用いて、荷重５ｋｇｆ、回転速度２０００ｒｐｍ、潤滑条件：ドライ、試験時間１２０秒の条件で試験を行った。この結果は、焼き付き又は異常摩耗の有無について、優：◎、良：○、可：△、不可：×の４段階に評価し、これらの結果を表１中に記号で併記した。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１の結果からも明らかなように、フッ素樹脂を含有しない比較例１および比較例２は、焼き付きおよび異常摩耗が発生し、斜板として使用に耐えないものであった。
【００４９】
一方、ＰＰＳ樹脂およびフッ素樹脂（ＰＴＦＥ及びＥＴＦＥ）が配合された樹脂組成物からなる被膜を設けた実施例１、３は、焼き付きおよび異常摩耗のない良好な試験結果であり、またシリコーンゴムパウダーを配合した実施例２は、焼き付きおよび異常摩耗の痕跡が全く見られない極めて優れた試験結果であった。
【００５０】
この試験結果により、実施例のいずれにも焼き付きは発生せず、この発明の斜板は、ドライな潤滑条件の摺動部における焼き付きの発生を確実に防止できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】斜板式圧縮機の実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の斜板の拡大縦断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  ハウジング
２  回転軸
３  斜板
３ａ  ボス
４  シュー
５  ピストン
５ａ  凹部
６  球面座
７  シリンダボア
８  スラスト針状ころ軸受
９  針状ころ軸受
１０  金属溶射層
１１  被膜
【図１】
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【図２】
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