(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、該シリンダブロック内に回転自在に保持された駆動軸と、前記駆動軸と共に回転する斜板と、前記シリンダボア内に摺動自在に配置されたピストンと、該ピストンと斜板との間に摺動自在に介在し、斜板の回転によりピストンを往復運動させるシューとを具備するとともに、摺動する斜板またはシューのいずれか一方の摺動面に、錫を主成分としたメッキ層を形成し、その上に軟質性表面被膜としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施した斜板式圧縮機において、
前記軟質性表面被膜の下地表面としてのメッキ層の粗度を十点平均粗さ８μｍＲｚ以下としたことを特徴とする斜板式圧縮機。
【請求項２】
前記粗度が十点平均粗さ５μｍＲｚ以下であることを特徴とする請求項１記載の斜板式圧縮機。
【請求項３】
前記粗度が十点平均粗さ３μｍＲｚ以下であることを特徴とする請求項１記載の斜板式圧縮機。
【請求項４】
前記斜板をアルミニウム又はアルミニウム合金とし、該斜板におけるシューとの摺動面において、前記ピストンが上死点に位置するときにシューから摺動荷重を受ける部分を少なくとも含む部分に、前記軟質性表面被膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の斜板式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、斜板式圧縮機に係り、特に、斜板とシューとの摺動面に施す軟質性表面被膜の下地処理に関する。
背景技術
従来より自動車の空調装置などには、冷媒ガスを圧縮する装置として、駆動軸と平行な方向に設けられた複数個のシリンダボアを持つシリンダブロックと、シリンダブロック内において駆動軸と一体的に回転するようにこの駆動軸に保持された斜板と、シリンダボア内に摺動自在に嵌合されたピストンと、ピストンと斜板との間に介在し、斜板の回転によりピストンを往復運動させるシューとを具備する斜板式圧縮機が使用されている。
この斜板式圧縮機においては、一般に、斜板とシューとの摺動面には大きな荷重及び大きな滑り速度が作用する。特に、斜板の母材に、軽量化の面からアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用する場合には、前記荷重等の影響が大きく、始動時の無潤滑の状態とか、摺動荷重が大きいという過酷な摺動条件下での摺動性能を考慮する必要がある。
例えば、特開平２−１３０２７２号公報や特開昭６０−２２０８０号公報に記載されているように、斜板とシューとの摺動面の摩擦抵抗を低減するために、斜板又はシューの対向表面に摩擦抵抗の少ない軟質性表面被膜が施されたものがある。即ち、軟質性表面被膜としては、前者の公報においては、錫のみからなるものや、錫に銅、ニッケル、亜鉛、鉛、インジウム等から選ばれた金属を共存させるものが、また、後者の公報においては、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化硼素、酸化鉛、フッ素樹脂等の固体潤滑剤を取り込んだものが提案されている。
また、これら表面被膜を施す場合、従来の考え方では、表面被膜が下地から容易に剥離しないように、表面被膜とその下地との密着性を高めるべく、下地表面の粗度をショットブラスティング加工等により粗くし、具体的には十点平均粗さを約１０μｍＲｚとするのが常套手段として考えられていた。
尚、ここでいう下地とは、表面被膜を斜板あるいはシューの母材の表面に直接形成する場合は、該母材表面が下地であり、また、表面被膜が損耗した場合の対策として、耐摩耗性の高い被膜を母材表面に施し、その上に軟質性表面被膜を施すような場合は、この耐磨耗性の高い被膜の表面が下地である。このような耐磨耗性の高い被膜としては、例えば、母材がアルミニウムの場合、アルミニウムの陽極被膜を母材表面に形成したものが知られている。
しかしながら、これら従来のものにあっては、軟質性表面被膜が損耗しない間は潤滑性能に優れているが、軟質性表面被膜が耐摩耗性に劣るため、その寿命を長期化できないという問題がある。また、二硫化モリブデンを含有するコーティング層等の軟質性表面被膜は、温度が上昇すると流動性を帯びてくる特徴を有するが、前記の如く、軟質性表面被膜の下地の表面は粗く加工され、軟質性表面被膜と下地との機械的密着性が強化されるように形成されており、この特徴を生かすことまでは考慮されていなかった。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、斜板とシューとの摺動面の潤滑性能や耐摩耗性を高性能化し、これを長期間維持することを目的とする。
発明の開示
本発明は、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、該シリンダブロック内に回転自在に保持された駆動軸と、該駆動軸とともに回転する斜板と、前記シリンダボア内に摺動自在に配置されたピストンと、該ピストンと斜板との間に摺動自在に介在し、斜板の回転によりピストンを往復運動させるシューとを具備するとともに、摺動する斜板またはシューのいずれか一方の摺動面に軟質性表面被膜を施した斜板式圧縮機において、前記軟質性表面被膜の下地表面の粗度を十点平均粗さ８μｍＲｚ以下としている。
ここに、軟質性表面被膜とは、潤滑性能の高い表面被膜であって、圧縮機運転中、斜板とシューとの摺動によりこの表面被膜が部分的に摩耗や剥離を生ずるような場合、この摺動摩擦による温度上昇により、摩耗や剥離を生じた部分の周囲の表面被膜が軟化し流動性を帯びてくるものをいう。
このことによって、摺動する斜板とシューとの摺動面に潤滑性能の高い軟質性表面被膜が形成されるので、潤滑性能が優れたものとなる。
尚、この軟質性表面被膜は、耐摩耗性が劣るという欠点を有する。
しかしながら、シューを介して斜板に作用する荷重は、ある一点についてみるとピストンが上死点にあるときには大きく、ピストンが下死点にあるときは小さくなる、従って、長期間に亙り使用されている内には、ピストンが上死点に位置する場合にはシューを介して斜板に大きな摺動荷重が作用し、この摺動荷重が作用する部分では摩耗あるいは剥離されるようなことが考えられる。また、このように軟質性表面被膜が部分的に摩耗や剥離を生ずるような場合には、その周辺において、軟質性表面被膜が摩擦熱による温度上昇により軟化して流動的となっている。一方、軟質性表面被膜と下地との機械的密着性は、下地表面の粗度を十点平均粗さ８μｍＲｚ以下と小さく加工することにより弱められている。このため、摩耗あるいは剥離した部分の周辺部に存在する軟化した軟質性表面被膜剤は、摺動荷重が間欠的に減少する間に、摩耗あるいは剥離により軟質性表面被膜の欠落した部分へ流動し、軟質性表面被膜の修復が行われる。
このように、斜板とシューとの摺動面は、摺動荷重が周期的に大小繰り返されるが、摺動荷重が小さくなるときに、軟質性表面被膜の層が常に修復されるため、長期に亙って高耐摩耗性能及び高潤滑性能が維持される。
また、本発明は、前記粗度を、好ましくは十点平均粗さ５μｍＲｚ以下、より好ましくは十点平均粗さ３μｍＲｚ以下としている。
このようにすると、軟質性表面被膜と下地との機械的密着性がより一層弱められ、軟質性表面被膜の流動性がより一層高められ、軟質性表面被膜の摩耗あるいは剥離した部分の修復がより迅速に行われ、高耐摩耗性能または高潤滑性能がより長期に亙って維持される。
また、本発明では、前記軟質性表面被膜を二硫化モリブデンを含有するコーティング層を例としている。
このようにすることにより、軟質性表面被膜の流動性がより一層高められ、より一層の高耐摩耗性能及び高潤滑性能が発揮維持される。
また、本発明は、摺動する斜板またはシューのいずれか一方の摺動面に、軟質金属、特に錫を主成分とするメッキ層を施し、その上に二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施している。
ここで錫を主成分とするメッキ層とは、錫のみからなるメッキ層のみならず、錫の重量が他の成分の重量に比し最も多い合金のメッキ層をも含む。
また、上記のように構成すると、錫を主成分とするメッキ層は二硫化モリブデンを含有するコーティング層より母材との密着性が良く耐摩耗性に優れているので、斜板が上死点に位置したピストンから大きな摺動荷重を受け、これにより二硫化モリブデンを含有するコーティング層が摩耗あるいは剥離したとしても、前記メッキ層が前記コーティング層の下地として保持されている。また、前記軟質性表面被膜としてのコーティング層は、前記メッキ層が存在することにより、下地としてのメッキ層となじみが良くなる。
従って、母材に対しては２重の表面被膜が形成されることになる。また、斜板の母材表面に直接二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施す場合に比し、軟質性表面被膜の流動性が向上する。このため、耐摩耗性能及び潤滑性能のより一層の向上と長期的維持とが可能になる。
また、本発明は、斜板をアルミニウム又はアルミニウム合金とし、斜板におけるシューとの摺動面において、ピストンが上死点に位置するときにシューから摺動荷重を受ける部分を少なくとも含む部分に、軟質性表面被膜を形成している。
このように構成することにより、シューに対し軟質のアルミニウム系材料を斜板に用いても、凝着の発生が防止され、高耐摩耗性能及び高潤滑性能が長期に亙って維持されるので、寿命を短くすることなく圧縮機の軽量化が行える。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１及び第２の実施の形態に係る両頭斜板式圧縮機の全体構成を示す断面図である。
図２は、第１の実施の形態に係る斜板本体の摺動面部の断面図である。
図３は、第１の実施の形態に係る二硫化モリブデンを含有するコーティング層の流動性と下地粗さとの関係を表す他の実験例であって、摺動面を部分的に剥離した状態で回転したときの、焼き付きまでの時間と下地粗さとの関係を示す。
図４は、図３の実験例において、軟質性表面被膜を剥離させた位置及び概略の大きさを示すための斜板の正面図である。
図５は、第２の実施の形態に係る斜板本体の摺動面部の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明を両頭斜板式圧縮機に具体化した第１の実施の形態を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施の形態の両頭斜板式圧縮機の全体断面図であって、４は略円筒状のシリンダブロックであり、このシリンダブロック４内には駆動軸５が軸受６、７を介して回動自在に軸支されている。この駆動軸５には、斜板８が連結固定され、その前後両側にはスラストベアリング９が配置されている。
前記シリンダブロック４には、駆動軸心から一定の半径円周上において通常７２度の等間隔位置に前記駆動軸と平行な５個のシリンダボア１０がそれぞれ形成されている。各シリンダボア１０内には、両頭型ピストン１１が摺動自在に嵌合するように配置されている。このシリンダブロック４の左端開口部は、バルブプレート１２及びフロントハウジング１３とにより閉塞され、また、右側開口部はバルブプレート１４及びリヤハウジング１５により閉塞されている。
前記両頭型ピストン１１の中央部分には斜板８の外周部分を受け入れる凹陥部１１ａが形成され、この凹陥部１１ａの軸方向の対向面には、それぞれ球状凹陥部１１ｂが形成されている。そして、斜板８の左右の外周辺部には略半球状のシュー１６が摺動され、前記斜板８の回転をピストン１１に往復運動として伝達するようになっている。尚、以上の構成は基本的には従来の一般的な両頭斜板式圧縮機の構造と同じである。
本実施の形態では、シュー１６はステンレス鋼等の鉄系金属を母材としている。また、斜板８は、鉄系金属を母材としても良いが、圧縮機の軽量化のためアルミニウムまたはアルミニウム合金を母材としている。アルミニウム合金としては、例えば、Ａｌ−高Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｏ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金またはＳｉを含まないアルミニウム合金を使用することができるが、初晶シリコンを含むアルジル合金を用いるのが好ましい。アルジル合金はシリコン含有率が１３〜３０重量％程度と共晶組成以上の高いシリコン含有率を持ち、マトリックス中に初晶シリコンを有するものである。
また、本実施の形態では、摺動する斜板８とシュー１６の内、斜板８の摺動面１８全面が次のように構成されている。即ち、斜板８は、図２の要部断面図に示すように、シリコン１７重量％含有したアルジル合金を母材とする斜板本体２０の母材表面２０ａに、軟質性表面被膜２１を形成している。
軟質性表面被膜２１としては、錫のみからなるものや、錫に銅、ニッケル、亜鉛、鉛、インジウム等から選ばれた金属を共存させるものが考えられるが、好ましくは、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化硼素、酸化鉛、フッ素樹脂等の固体潤滑剤を取り込んだものが良く、最適なものとしては軟質性表面被膜の流動性の点から二硫化モリブデンを含有するコーティング層を掲げることができる。
前記軟質性表面被膜２１の下地を成す斜板本体２０の母材表面２０ａは、研磨仕上げ、切削仕上げ、あるいはショットプラスティング加工等の粗面化処理により、その粗度を十点平均粗さ８μｍＲｚ以下、好ましくは、二硫化モリブデンを含有するコーティング層等の軟質性表面被膜２１の流動性をより発揮させるために５μｍＲｚ以下、更に好ましくは３μｍＲｚ以下としている。
また、二硫化モリブデンを含有するコーティング層は、スプレー、転写等の塗装により形成することができる。尚、スプレー塗装の場合は、膜厚表面を一定の粗さに、また、膜厚を一定の厚さとすることができるが、転写塗装による場合は、塗膜表面がやや粗くなることがあるため、転写塗装後、塗膜表面を研磨して粗度を低くするとともに膜厚を一定に管理してもよい。
以上縷々述べたが、最適な実施の形態として、軟質性表面被膜２１の流動性を重視する点から、斜板本体２０の母材表面２０ａを３μｍＲｚ以下の粗度とし、その上に二硫化モリブデンを含有するコーティング層を軟質性表面被膜２１として形成したものを掲げることができる。なお、このコーティング層には二硫化モリブデンの他にバインダーとしてポリアミドイミド樹脂、他の固体潤滑剤としてグラファイト等を含有させてもよい。
上記構成の斜板８の摺動面１８において、両頭型ピストン１１の一方の頭部が上死点に位置するときに、上死点側のシュー１６と摺動する部分には最大の摺動荷重が作用し、また、両頭型ピストン１１の一方の頭部が下死点に位置するときに、下死点側のシュー１６と摺動する部分には最小の摺動荷重が作用することになる。尚、図１において、ピストン１１が上死点に位置するときにシュー１６と摺動する斜板８の摺動面部は、図１における斜板８のフロント側（図１における左側）面部の上部と、斜板８のリヤ側（図１における右側）面部の下部とになる。
また、斜板８の摺動面１８の一定部分について見てみると、シュー１６が略半球状であって、駆動軸５の軸心を中心とする一定円周上に５個分散配置された構成となっているため（本実施の形態では前記の如く７２度の等間隔で配置されている）、該一定部分は常時シュー１６と摺動しているのではなくて、一定周期で間欠的に摺動しており、また、当然のことながら、シュー１６と摺動していないときには、該一定部分には摺動荷重が作用しない。
従って、この両頭斜板式圧縮機を長期使用していると、ピストン１１の一方の頭部が上死点に位置するときに、上死点側のシュー１６と摺動する斜板８の摺動部分において、軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層は、耐摩耗性が劣化し摩耗あるいは剥離により欠落状態となり、斜板本体２０の母材表面２０ａが露出することが起り得る。
このとき、斜板本体２０の母材表面２０ａが露出した部分の周辺部において、軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層は、斜板本体２０とシュー１６との摩擦熱により温度上昇して軟化し流動性を帯びている。また、斜板本体２０の母材表面２０ａが前記の如く８μｍＲｚ以下と小さく仕上げされているので、軟質性表面被膜２１と斜板本体２０の母材表面２０ａとの機械的密着性は弱く、流動性の高い状態となっている。
従って、圧縮機運転中、ピストン１１の一方の頭部が上死点に位置するときに、上死点側のシュー１６と摺動する斜板８の摺動部分において軟質性表面被膜が欠落した場合、この欠落部分がシュー１６と摺動しない時に、この欠落部分の周辺部から該欠落部分に対して軟化した軟質性表面被膜剤、即ち、二硫化モリブデンが流動し、表面に露出した斜板本体２０の母材表面２０ａに再び二硫化モリブデンを含有する軟質性表面被膜２１が修復形成される。
従来の軟質性表面被膜の施し方の場合は、軟質性表面被膜と斜板本体の母材表面との機械的密着性を向上させるために、軟質性表面被膜を施す斜板本体の摺動面がショットブラスティング加工等により粗く仕上げられ、その粗度が１０μｍＲｚ程度とされていた。また、軟質性表面被膜剤とその下地である斜板本体の母材表面との密着性に重点が置かれているため、軟質性表面被膜としては、錫とともに銅、ニッケル、亜鉛、鉛、インジウム等から選ばれた金属を特定の比率で共存させたもの等の特に密着性の強いものが好んで用いられていた。
このため、従来方式では、軟質性表面被膜と斜板本体の母材表面との密着性が強く、前記の如く斜板本体とシューとの摺動摩擦により軟質性表面被膜が部分的に摩耗あるいは剥離し、その周辺部の軟質性表面被膜の流動性が高くなった状態においても、周辺部から摩耗あるいは剥離した部分への表面被膜剤の流動が生じ難く、軟質性表面被膜の修復が十分に行われない虞れがあった。
しかしながら、本実施の形態の場合は前記の如く、軟質性表面被膜２１と斜板本体２０の母材表面２０ａとの機械的密着性が弱くなるように形成されているため、軟質性表面被膜２１の流動が円滑に行われ、摩耗あるいは剥離により軟質性表面被膜２１の欠落した部分が迅速に修復される。
図３は、軟質性表面被膜の流動性と下地粗さとの関係を示す一つの実験例であって、ピストンが上死点付近にあるときに軟質性表面被膜２１が剥離することを想定して、シューとの摺動面において図４のように板体３０に回転角Ｒを約２０度とする部分を剥離させ、無潤滑状態で回転させた場合の焼き付きまでの時間が、下地粗さに対してどのように変化するかを示したものである。この実験例から分かるように、下地粗さが８μｍＲｚを越えると、焼き付きまでの時間が急激に短くなっている。これは下地粗さが８μｍＲｚ以下では下地に対する軟質性表面被膜の流動性がよく、軟質性表面被膜が板体３０の回転と同時に温度が上昇して軟化し、そして、剥離部分に迅速に流れ込み、この剥離部分が修復されるのに対し、下地粗さが８μｍＲｚを越えると下地に対する軟質性表面被膜の流動性が悪化するため、軟質性表面被膜は板体３０の回転と同時に温度上昇しても、剥離部分に流れにくく、このため剥離部分から焼き付きが始まると考えられる。尚、本実験例では、板体３０の剥離部分の速度を３ｍ／ｓ、シュー荷重１．５ｋＮ（一定）、シュー数３としている。
上述のように、本第１の実施の形態によれば、斜板８とシュー１６との摺動面の耐摩耗性能及び潤滑性能が長期間高性能に維持される。
次に、第２の実施の形態について図５に基づき説明する。
この第２の実施の形態においては、斜板本体２０の摺動面１８において、母材表面２０ａの上に錫を主成分とする合金のメッキ層２２（具体的にはＳｕ−Ｃｕ合金）が施され、更にその上に軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層が施されている。なお、このコーティング層には、二硫化モリブデンの他にバインダーとしてポリアミドイミド樹脂、他の固体潤滑剤としてグラファイト等が含有されている。そして、斜板本体２０の母材表面２０ａの表面粗度を十点平均粗さ３μｍＲｚ以下とすることにより、軟質性表面被膜２１の下地としてのメッキ層２２の表面粗度を十点平均粗さ３μｍＲｚ以下に仕上げている。
尚、この第２の実施の形態は、上記以外の構成については前記第１の実施の形態のものと同一である。
以上の如く構成された第２の実施の形態においては、錫を主成分とする合金のメッキ層２２は、軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層より斜板本体２０の母材表面２０ａとの密着性が良く耐摩耗性に優れており、ピストン１１の頭部が上死点付近に位置するときに生ずる大きな摺動荷重により、軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層が摩耗あるいは剥離した場合においても、錫を主成分とする合金のメッキ層２２が軟質性表面被膜２１の下地として保持されることとなる。また、二硫化モリブデンを含有するコーティング層は、錫を主成分とする合金のメッキ層２２とのなじみが良く、流動性が良好となるため、被覆の修復形成が容易となる。
従って、前記第１の実施の形態の如く斜板本体２０の母材表面２０ａに対し直接軟質性表面被膜２１としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施す場合と比較すると、斜板本体２０に対しては２重の表面被膜が形成されることになり、軟質性表面被膜２１が摩耗あるいは剥離した場合においても、斜板本体２０の母材表面２０ａが直接露出されることがなく、錫を主成分とする合金のメッキ層２２が表面に露出することになるので、更に一層高耐摩耗性能及び高潤滑性能の維持が可能となる。また、軟質性表面被膜２１が摩耗あるいは剥離した部分に対して、より一層迅速に二硫化モリブデンを含有するコーティング層が流動し、この部分を修復するので、高耐摩耗性能及び高潤滑性能がより確実に維持される。また、万一軟質性表面被膜２１の摩耗あるいは剥離が著しくなり、その修復が期待できないような事態に至っても、錫を主成分とするメッキ層２２がその代替をすることができるので、長期に亙っての高潤滑性能の維持が可能になる。
前記第１及び第２の実施の形態においては、軟質性表面被膜２１あるいは軟質性表面被膜２１とメッキ層２２との２重層を、斜板本体２０の母材表面２０ａに施していたが、これらをシュー１６の表面に施しても良い。この場合、シュー１６の摺動面に対しては常に摺動荷重が作用しているが、斜板８の回転とともに各シュー１６と係合するピストン１１の頭部が上死点から下死点へと往復運動するため、摺動荷重は常に変化している。従って、摺動荷重が小さいときに前記の軟質性表面被膜２１の修復が行われる。
前記の第１及び第２の実施の形態においては、軟質性表面被膜２１あるいは軟質性表面被膜２１とメッキ層２２との２重層を、斜板本体２０の母材表面２０ａの全面に行っているが、これを斜板本体２０の母材表面２０ａの内ピストン１１が上死点に位置するときに摺動する部分及びその周辺部のみに、部分的に施す如くしても良い。
また、前記の第１及び第２の実施の形態では、本発明を両頭斜板式圧縮機に具体化しているが、片頭斜板式圧縮機に具体化しても良い。
産業上の利用可能性
以上のように本発明に係る斜板式圧縮機は、始動時無潤滑状態となり、また、運転時には摺動荷重が大きい苛酷な条件となり易い自動車用空調装置用圧縮機として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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