CN106536928B - 斜盘式压缩机的半球滑履以及斜盘式压缩机 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使在运转开始时的无润滑油的干式润滑状态下也不发生发热胶着，滑动性、耐载荷性优异，不会发生因摩擦发热而导致的润滑特性的降低、树脂层的剥离而充分地确保耐久性的半球滑履，以及通过使用该半球滑履而从斜盘、活塞的滑动面上去掉了润滑性覆膜的斜盘式压缩机。与斜盘式压缩机的斜盘以及活塞滑动的半球滑履(4)以金属制构件为基体材料(5)，在与斜盘滑动的平面部(4b)的表面形成树脂层(6b)，在与活塞滑动的球面部(4a)的表面形成树脂层(6a)，树脂层(6a)和树脂层(6b)是一体的层，且基体材料(5)的至少一部分不由树脂层(6)覆盖而露出。

Description

斜盘式压缩机的半球滑履以及斜盘式压缩机
技术领域
本发明涉及在用于汽车用空调等的斜盘式压缩机中介于斜盘与活塞之间并用于将斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动的半球滑履。
背景技术
斜盘式压缩机是如下的压缩机：在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式或经由连结构件间接地呈直角以及倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀。在这样的斜盘式压缩机中，有使用双头型的活塞使制冷剂在两侧压缩、膨胀的双斜盘型的压缩机以及使用单头型的活塞使制冷剂在单侧压缩、膨胀的单斜盘型的压缩机。另外，半球滑履有仅在斜盘的单侧面滑动的滑履以及在斜盘的两侧面滑动的滑履。在这些斜盘式压缩机中，在斜盘与半球滑履的滑动面发生每秒20m以上的较大相对速度的滑动，从而半球滑履在非常严苛的环境中使用。
另外，对于润滑，润滑油在溶入制冷剂的同时变稀，并在外壳内循环，成为雾状而供给到滑动部。但是，在从运转停止状态起再次开始运转的情况下，存在如下的问题：液化的制冷剂会冲走润滑油，运转开始时的斜盘与半球滑履的滑动面变为无润滑油的干式润滑状态，容易发生发热胶着(日文：焼付き)。
作为防止该发热胶着的方法，例如，提出了在斜盘和半球滑履的至少滑动面上通过静电粉末喷涂法直接形成聚醚醚酮(PEEK)树脂覆膜的方法(参照专利文献1)，通过静电粉末喷涂法形成含有固体润滑剂的热塑性聚酰亚胺覆膜的方法(参照专利文献2)。
另外，为了在高速、高温条件下确保较高的滑动性，提出了在斜盘、半球滑履以及活塞的至少一个滑动接触部位，形成通过由PEEK树脂构成的粘结剂以及分散在该粘结剂中的固体润滑剂构成的滑动层(参照专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-180964号公报
专利文献2：日本特开2003-049766号公报
专利文献3：日本特开2002-039062号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往技术中，为了提高斜盘与半球滑块的润滑特性，如上所述，提出了由润滑性覆膜形成斜盘、半球滑履的滑动面的方法，但即便在现实中有在斜盘上形成润滑性覆膜的情况，也完全没有在半球滑履上形成润滑性覆膜的情况。其理由推测是与斜盘相比，半球滑履的滑动面积小，而且也承受着与活塞的球面座之间的滑动，因此，由于摩擦热而导致无法充分地获得润滑性覆膜的耐久性。
例如如以往技术那样为了与斜盘以及活塞之间的滑动而用树脂覆膜覆盖了半球滑履的整个表面的情况下，可能会发生如下的情况：摩擦热的散热性降低，并且半球滑履基体材料的温度上升，树脂覆膜熔化。另外，通过静电粉末喷涂法、涂料液体涂敷来形成树脂覆膜，要将半球滑履置于烧成温度中，存在强度降低的担忧。另外，在半球滑履的多个滑动面的各滑动面上分别形成树脂覆膜的情况下，在构造上有可能容易发生各滑动面的剥离。另外，半球滑履在斜盘侧和活塞侧的滑动状态不同，因此，若用均一的树脂覆膜覆盖整体，则有可能产生在一方的滑动面上滑动性、耐载荷性不足等问题。
另一方面，具有润滑性覆膜的斜盘存在如下的问题：不仅滑动面的平面度、平行度、厚度精度的加工精度严格，还因为由昂贵的材料构成的润滑性覆膜的覆膜面积大而无法低价化。
本发明是为了应对这些问题而完成的。目的在于提供一种半球滑履，即使在运转开始时的无润滑油的干式润滑状态下，也不发生发热胶着，滑动性、耐载荷性优异，不会发生因摩擦发热而导致的润滑特性的降低、树脂层的剥离而充分地确保耐久性。另外，目的在于提供一种通过使用该半球滑履而从斜盘、活塞的滑动面上去掉了润滑性覆膜的斜盘式压缩机。
用于解决课题的手段
本发明的斜盘式压缩机的半球滑履，在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式或经由连结构件间接地呈直角以及倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将上述斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀，其中，该半球滑履以金属制构件为基体材料，在与上述斜盘滑动的平面部的表面以及与上述活塞滑动的球面部的表面形成树脂层，上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层是一体的层，且上述基体材料的至少一部分不由树脂层覆盖而露出。
上述基体材料在中心轴部分形成(1)从球面部侧或者平面部侧成为凹部的中空部，或，(2)贯通球面部侧和平面部侧的中空部，该中空部的至少一部分不由上述树脂层填充而露出。另外，上述中空部的露出部分的轴向长度为上述半球滑履的高度的3分之1以上。
上述半球滑履在上述球面部侧的中央具有与上述活塞不接触的非接触部，在该非接触部，上述基体材料不由上述树脂层覆盖而露出。
上述半球滑履的连接上述平面部和上述球面部的外周部的至少一部分不由树脂层覆盖而使上述基体材料露出。
上述平面部的树脂层以及上述球面部的树脂层的各自的厚度为0.1～0.7mm，上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层使用以芳香族聚醚酮类(芳香族PEK类)树脂为基料树脂的树脂组成物通过注射成型一体地形成于上述基体材料的表面。
另外，上述树脂组成物相对于整个该树脂组成物，分别包含5～30体积％的碳纤维以及石墨中的至少一方、1～30体积％的聚四氟乙烯(PTFE)树脂。
另外，上述树脂组成物在树脂温度为380℃、剪切速度为1000s－1时的熔融粘度为50～200Pa·s。
上述金属制构件是铁类烧结金属制的构件，其密度为材质的理论密度比0.7～0.9。
上述球面部的树脂层比上述平面部的树脂层厚。
另外，上述平面部的树脂层的厚度为0.1mm以上且0.3mm以下，上述球面部的树脂层的厚度为超过0.3mm且0.7mm以下。
上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层通过注射成型形成于上述基体材料的表面。
本发明的斜盘式压缩机是如下的斜盘式压缩机：在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式或经由连结构件间接地呈直角以及倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将上述斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀，其中，上述半球滑履是本发明的半球滑履。
另外，上述斜盘的与上述半球滑履滑动的滑动面是斜盘基体材料的研磨面且不具有润滑性覆膜。
并且，上述制冷剂是二氧化碳。
发明效果
本发明的斜盘式压缩机的半球滑履以金属制构件为基体材料，在与斜盘滑动的平面部的表面以及与活塞滑动的球面部的表面形成树脂层，基体材料的一部分不由树脂层覆盖而露出，因此，散热性、耐载荷性优异，与斜盘和活塞这两个构件之间的滑动性也优异。另外，上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层是一体的层，因此能够防止树脂层从基体材料上的剥离。
另外，上述基体材料在中心轴部分形成(1)从球面部侧或者平面部侧成为凹部的中空部，或，(2)贯通球面部侧和平面部侧的中空部，该中空部的至少一部分不由树脂层填充而露出，因此，摩擦热顺着基体材料从露出的该中空部向外部散热。因此，耐磨性、耐发热胶着性优异。另外，中空部的露出部分为半球滑履的高度的3分之1以上，因此，能够提高散热性。由于使中空部为散热部，因此，与使外表面的一部分为散热部的情况相比，容易将散热部面积确保得较大。
另外，上述半球滑履在球面部侧的中央具有与活塞不接触的非接触部，在该非接触部，基体材料不由树脂层覆盖而露出，因此，容易使在球面部产生的摩擦热从该露出部分散热。
另外，上述半球滑履的连接平面部和球面部的外周部的至少一部分不由树脂层覆盖而使基体材料露出，因此，摩擦热顺着基体材料从露出的该外周部向外部散热。因此，耐磨性、耐发热胶着性优异。另外，外周部不是与其他构件滑动的滑动部，因此不是必须形成树脂层。因此，与球面部以及平面部相比，容易将散热部面积确保得较大。
上述平面部的树脂层以及上述球面部的树脂层的各自的厚度为0.1～0.7mm，上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层使用以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物通过注射成型一体地形成于基体材料的表面，因此，耐载荷性优异，与斜盘和活塞这两个构件之间的滑动性也优异。另外，由于形成树脂层的树脂组成物的基料树脂是芳香族PEK类树脂，因此，摩擦磨损性特性、耐发热胶着性、各种耐化学药品性、耐油性优异。并且，由于在注射成型时在熔融状态下对树脂组成物施加压力，因此树脂层细密地形成，耐载荷性等优异。
另外，树脂层的厚度为0.1～0.7mm这样薄，因此，摩擦热容易从摩擦面向基体材料侧散出，不易蓄热。并且，上述平面部的树脂层和上述球面部的树脂层是通过注射成型而一体地形成的层，因此，能够防止树脂层从基体材料上的剥离。
另外，上述树脂组成物相对于整个该树脂组成物，分别包含1～30体积％的PTFE树脂、5～30体积％的碳纤维以及石墨中的至少一方，因此，即使在高PV条件下，也能够防止树脂层的变形以及磨损，作为配合件的斜盘、活塞的损坏小，对油等的耐性也高，运转时的无润滑油的干式状态下也不发生发热胶着。
另外，通过使上述树脂组成物在树脂温度为380℃、剪切速度为1000s－1时的熔融粘度为50～200Pa·s，薄壁的嵌插成型性优异。
上述金属制构件是铁类烧结金属制的构件，因此，树脂层形成面的表面积大，由凹凸带来的锚定效果也强，因此，与树脂层之间的贴紧强度也高。特别是在树脂层的注射成型时(嵌插成型时)，该树脂层深深陷入烧结金属表面的凹凸，真正的接合面积增大，因此，树脂层与基体材料的贴紧强度提高。并且，由于树脂层与基体材料的真正的接合面积增大，在树脂层与基体材料之间没有间隙，因此，树脂层的热容易向基体材料传导。另外，通过使铁类烧结金属的密度为材质的理论密度比0.7～0.9，在确保用于获得贴紧性的表面的凹凸的同时，具有所需要的细密性，也能够确保基体材料的导热性。另外，由于在树脂层与基体材料的接合部可获得所需要的接合强度，因此，即使在高PV条件下使用，也能够防止树脂层从基体材料上剥离。
上述球面部的树脂层比上述平面部的树脂层厚，因此，与斜盘滑动的平面部的树脂层薄，具有高PV且较高的耐载荷性，与活塞滑动的球面部的树脂层厚，不均匀接触(日文：片当たり)时的顺应性(日文：なじみ性)好，耐磨性优异。另外，通过使平面部的树脂层和球面部的树脂层为一体的层，且对各层设置上述那样的厚度的差，从而在注射成型时确保整个树脂层的高熔融流动性，特别是确保成为薄壁的平面部的树脂层处的成型性。
另外，平面部的树脂层的厚度为0.1mm以上且0.3mm以下，球面部的树脂层的厚度为超过0.3mm且0.7mm以下，因此，整个树脂层为薄壁，摩擦热容易从摩擦面向基体材料侧散出，不易蓄热。另外，通过设为该范围内，能够进一步提高上述的平面部处的耐载荷性、球面部处的顺应性、注射成型时的高熔融流动性等。
本发明的斜盘式压缩机具备上述的半球滑履，因此，即使在运转开始时的无润滑油的干式润滑状态下，也不在半球滑履的滑动面发生发热胶着，滑动性、耐载荷性优异，不会发生因摩擦发热而导致的润滑特性的降低、树脂层的剥离而充分地确保耐久性，成为安心、长寿命的斜盘式压缩机。另外，使用上述的半球滑履，斜盘的与该半球滑履滑动的滑动面是斜盘基体材料的研磨面且不具有润滑性覆膜，因此，能够提供尽管在功能方面上相同但价格较低的斜盘式压缩机。并且，由于也能够使用于高表面压力(例如，超过8MPa)规格，因此，适于使用二氧化碳或者HFC1234yf作为制冷剂的压缩机。
附图说明
图1是表示本发明的斜盘式压缩机的一个例子的纵剖视图。
图2是放大表示图1的半球滑履的纵剖视图和俯视图。
图3是表示半球滑履的其他例子的纵剖视图和俯视图。
图4是表示半球滑履的其他例子的纵剖视图。
图5是表示半球滑履的其他例子的纵剖视图。
图6是表示半球滑履的其他例子的纵剖视图。
具体实施方式
根据附图，说明本发明的斜盘式压缩机的一实施例。图1是表示本发明的斜盘式压缩机的一个例子的纵剖视图。图1所示的斜盘式压缩机使用二氧化碳为制冷剂，是如下的双斜盘型的压缩机：在制冷剂所在的外壳1内，将以直接固定的方式倾斜地安装于旋转轴2的斜盘3的旋转运动经由在斜盘3的两侧面滑动的半球滑履4转换成双头型活塞9的往复运动，在外壳1的周向上以等间隔形成的气缸内径10内的各活塞9的两侧，使制冷剂压缩、膨胀。被驱动以高速旋转的旋转轴2由滚针轴承11支承径向方向，由推力滚针轴承12支承轴向方向。在该结构中，斜盘3也可以是经由连结构件间接地固定于旋转轴2的方式。另外，也可以不倾斜地安装而是呈直角地安装的方式。
在各活塞9上以跨越斜盘3的外周部的方式形成有凹部9a，在形成于该凹部9a的轴向相向面的球面座13安放有半球滑履4，将活塞9支承为相对于斜盘3的旋转而相对移动自如。由此，顺利地进行从斜盘3的旋转运动向活塞9的往复运动的转换。半球滑履4的球面部与活塞9(球面座13)滑动，平面部与斜盘3滑动。
根据图2详细说明半球滑履的构造。图2的上图是表示本发明的半球滑履的一个例子的纵剖视图，图2的下图是其俯视图。如图2所示，半球滑履4具有大致半球状的构造，包括：构成球体的一部分的球面部4a；在球面部4a的相反侧沿大致平面切割了该球体的形态的平面部4b；以及将球面部4a和平面部4b连接的外周部4c。另外，半球滑履4的平面形状为圆形，外周部4c的表面(树脂层6c的表面)成为圆筒外周面。半球滑履4的整体形状是使圆柱体的一方的底面为构成半球的一部分的凸形状的形状。此外，半球滑履4的整体形状并不限定于此，只要具有与斜盘滑动的平面部以及与活塞滑动的球面部即可，也可以为不具有上述外周部(圆筒部)的形状。
半球滑履4以金属制构件为基体材料5，在与斜盘滑动的平面部4b的表面以及与活塞滑动的球面部4a的表面形成有树脂层6。树脂层6中的形成于球面部4a的表面的树脂层是树脂层6a，形成于平面部4b的表面的树脂层是树脂层6b，形成于外周部4c的树脂层是树脂层6c。在此，平面部4b的树脂层6b和球面部4a的树脂层6a是经由外周部4c的树脂层6c而连续的树脂层，以覆盖基体材料5的表面的方式一体地形成。例如，在半球滑履的直径为10mm左右的情况下，覆盖基体材料5的外侧的树脂层的厚度为0.1～0.7mm左右的薄壁。因此，基体材料5的形状是沿着半球滑履4的整体形状的形状。通过使树脂层为上述范围那样的薄壁，摩擦热容易从摩擦滑动面向基体材料侧散出，不易蓄热，因此较为优选。
本发明的半球滑履的特征在于，在金属制的基体材料上，在与活塞及斜盘这两个构件之间的直接的滑动面上形成上述的树脂层，并且在除此之外的部位具有没有由树脂层覆盖的露出部。即使产生因与斜盘及活塞的滑动而导致的摩擦热，也能够顺着基体材料从该露出部散热，不引起树脂层的熔化等，耐磨性、耐发热胶着性优异。基体材料的露出部的位置、方式只要是在与活塞及斜盘这两个构件之间的直接的滑动面之外即可，并不特别限定，但因为加工性、散热性优异，所以优选如下的方式：在中心轴部分形成(1)从球面部侧或者平面部侧成为凹部的中空部，或，(2)贯通球面部侧和平面部侧的中空部，该中空部的至少一部分不由树脂层填充而露出。
在图2所示的形态中，在基体材料5中，在其圆形中央的中心轴部分形成有贯通球面部4a侧和平面部4b侧的圆筒空间状的中空部7。中空部7从平面部4b侧到规定的轴向深度为止填充有树脂层6d，在除此之外的部分(露出部分)，成为不被树脂覆盖而使构成该中空部的基体材料表面露出的状态。由于在中空部7具有露出部分，从而摩擦热从该部分向外部散热。另外，该露出部分也具有作为保持润滑油的油槽的功能。
中空部7的露出部分的轴向长度优选为半球滑履的高度的3分之1以上。通过设为该范围，能够增大散热部的面积，散热性优异。另外，作为中空部7的直径，优选设为相对于半球滑履4的直径的1/6～1/3的范围内。通过设为该范围内，能够在确保散热性的同时防止基体材料的强度降低。
图2所示的方式的半球滑履4在球面部4a侧的外表面具有与活塞不接触的非接触部8，在非接触部8，基体材料5不由树脂层6覆盖而露出。非接触部8是沿与平面部4b平行的面切割了球面部4a的一部分的形状的部位，是不与活塞滑动接触的部位。在该方式中，非接触部8的平面形状为圆形。通过在球面部4a侧的外表面设置这样的非接触部且为基体材料的露出部，变得容易使在球面部产生的摩擦热从该露出部分散热。在设为图2所示的非接触部8的情况下，作为该非接触部8的大小(直径)，优选设为相对于半球滑履4的直径的1/3～1/2的范围内。通过设为该范围内，在确保球面部与活塞的充足的滑动面积的同时，能够实现散热性的提高。
关于树脂层的厚度，优选使球面部的树脂层的厚度比平面部的树脂层的厚度厚。根据图3对该方式进行说明。图3的上图是表示该方式的半球滑履的例子的纵剖视图，图3的下图是其俯视图。在图3所示的半球滑履4中，使球面部4a的树脂层6a的厚度T1比平面部4b的树脂层6b的厚度T2厚(T1＞T2)。与斜盘滑动的平面部4b的树脂层6b要求高PV且较高的耐载荷性，因此，越薄，摩擦热越快传导到基体材料，所以优选薄壁。但是，在以薄壁进行注射成型的情况下需要高熔融流动性。因此，增厚与活塞滑动的球面部4a的表面的树脂层6a，确保了熔融流动性。虽然凸状的球面部4a的表面与活塞的凹状球面(球面座)滑动，但很难使两者的曲率相同，会发生不均匀接触。然而，树脂具有因微小变形产生的顺应性，因此容易面接触，耐磨性优异。树脂层6a的厚度稍厚，顺应性较好。考虑到这些点，设置了上述那样的厚度的差。此外，本发明中的“树脂层的厚度”是不进入基体材料的表面部分的厚度。
半球滑履的直径如上所述为10mm左右(5～15mm)。在该方式中，球面部4a的树脂层6a的厚度T1优选为超过0.3mm且0.7mm以下，平面部4b的树脂层6b的厚度T2优选为0.1mm以上且0.3mm以下。通过设为这样的范围内，平面部4b处的耐载荷性、球面部4a处的顺应性、注射成型时的高熔融流动性等优异。
另外，考虑到熔融流动性的提高和散热性的平衡，外周部4c的树脂层6c的厚度T3优选设为与球面部4a的树脂层6a的厚度T1相等。整个树脂层的厚度优选为0.1～0.7mm。若树脂层的厚度超过0.7mm，则摩擦热难以从摩擦面向基体材料侧散出，摩擦面的温度变高。另外，因载荷导致的变形量变大，并且摩擦面处的真实接触面积也变大，摩擦力、摩擦热升高，耐发热胶着性也降低。另一方面，若树脂层的厚度小于0.1mm，则长期使用时的寿命变短。
根据图4～图6说明本发明的半球滑履的其他方式。图4～图6是表示半球滑履的其他例子的纵剖视图。图4的半球滑履4在基体材料5的圆形中央的中心轴部分形成有贯通球面部4a侧和平面部4b侧的中空部7。在该方式中，中空部7从球面部4a侧到规定的轴向深度为止填充有树脂层6d，在除此之外的部分(露出部分)，成为不被树脂覆盖而使构成该中空部的基体材料表面露出的状态。由于中空部7的露出部分位于平面部4b侧，因此，由于由该部分产生的散热性和作为油槽的功能，特别是与斜盘滑动的滑动特性优异。另外，图5的半球滑履4在基体材料5的圆形中央的中心轴部分形成有从球面部侧成为凹部的圆筒空间状的中空部7。在该方式中，在中空部7没有填充树脂层6，成为构成该中空部的整个基体材料表面都露出的状态。
图6的半球滑履4为连接平面部4b和球面部4a的外周部4c不由树脂层6覆盖而使基体材料5露出的状态。由于外周部4c是不与斜盘、活塞等其他构件滑动的部位，因此，不是必须形成树脂层。因此，与球面部4a、平面部4b相比，容易将成为散热部的基体材料露出面积确保得较大。另外，由于增大散热部面积，因此，也可以在外周部4c形成如图5的方式那样的中空部。
在半球滑履4中，与斜盘滑动的平面部4b和与活塞滑动的球面部4a位于轴向相反侧。通过使形成于这些表面的树脂层为经由外周部(图2～图5)、中空部(图6)而连续的一体的树脂层，从而在构造上两面的树脂层变得不易从基体材料上剥离。
在图4～图6的任一方式中，都优选使球面部4a的树脂层6a的厚度T1比平面部4b的树脂层6b的厚度T2厚。由此，可得到与图3的方式相同的效果。
作为形成树脂层的合成树脂(基料树脂)，只要能够确保半球滑履所要求的润滑特性以及耐热性即可，并不特别限定，例如，可列举出聚醚醚酮(PEEK)树脂等芳香族PEK类树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、酚醛树脂等。这些各个合成树脂既可以单独使用，也可以为2种以上混合的聚合物合金。在这其中，优选耐热性、耐磨性优异的PEEK树脂、PAI树脂、PI树脂，进一步特别优选疲劳特性以及注射成型时的流动性优异的PEEK树脂。在提高耐磨性的目的下，也可以在这些合成树脂中配合碳纤维、玻璃纤维、云母、滑石等。另外，在低摩擦化、提高油干涸时的耐发热胶着性的目的下，也可以配合聚四氟乙烯(PTFE)树脂、石墨、二硫化钼等。
作为树脂层的形成方法，能够采用注射成型、喷涂(日文：スプレーコーティング)、喷塑(日文：パウダーコーティング)等。在这其中，因为能够形成低廉且细密的树脂层，因此优选注射成型。注射成型在熔融状态下对树脂组成物施加压力，因此树脂层细密地形成，耐载荷性、耐磨性变高。作为注射成型方法，例如能够采用如下的方法：将半球滑履的基体材料放置在模具内，并从其上方将合成树脂注射成型(嵌插成型)。另外，在通过注射成型形成树脂层的情况下，除了通过注射成型来一次性成形为所希望的尺寸之外，也可以在注射成型后机械加工成所希望的尺寸。
在本发明中，作为树脂层的形成方法，优选采用上述的嵌插成型。在采用嵌插成型的情况下，树脂层优选使用以芳香族PEK类树脂为基料树脂、并在其中配合有规定的配合材料的树脂组成物。对以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物进行说明。对于各树脂层，通过使用芳香族PEK类树脂作为基料树脂，能够得到耐热性、耐油、抗化学药品性、抗蠕变特性、摩擦磨损特性等优异且可靠性非常高的半球滑履。另外，由于韧性、高温时的机械物性高，耐疲劳特性、抗冲击性也优异，因此，也能够防止因使用时的摩擦力、冲击、振动等而导致的从基体材料上的剥离。
作为能够在本发明中使用的芳香族PEK类树脂，有聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚醚酮(PEK)树脂、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)树脂等。作为能够在本发明中使用的PEEK树脂的市面销售品，可列举出威格斯公司制：VICTREX PEEK(90P、150P、380P、450P、90G、150G等)，索尔维特种聚合物公司制：Keta Spire PEEK(KT-820P、KT-880P等)，大赛璐-赢创公司制：VESTAKEEP(1000G、2000G、3000G、4000G等)等。另外，作为PEK树脂，可列举出威格斯公司制：VICTREX HT等，作为PEKEKK树脂，可列举出威格斯公司制：VICTREX ST等。
形成该树脂层的树脂组成物优选在树脂温度380℃、剪切速度1000s－1时的熔融粘度为50～200Pa·s。若熔融粘度为该范围，则能够在半球滑履的基体材料的表面顺利地进行0.1～0.7mm的薄壁嵌插成型。即使在球面部与平面部的树脂层的连结部的树脂流路较狭窄这样的情况下，也能够容易地成形薄壁树脂层。能够进行薄壁嵌插成型，不需要进行嵌插成型后的后加工，从而制造变得容易，能够实现制造成本的减少。
在以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物的情况下，为了使熔融粘度为上述范围，优选采用上述条件下的熔融粘度为150Pa·s以下的芳香族PEK类树脂。作为这样的芳香族PEK类树脂，在上述的树脂中，可列举出威格斯公司制：VICTREX PEEK(90P、150P、90G、150G)等。另外，通过使用这样的芳香族PEK类树脂，在注射成型时，树脂材料容易进入到由烧结金属制构件等构成的基体材料的表面凹凸，能够实现牢固的贴紧。
在形成该树脂层的树脂组成物中，作为配合材料，优选配合PTFE树脂、石墨、二硫化钼、各种晶须、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维等配合材料。特别优选配合(1)PTFE树脂和(2)碳纤维以及石墨中的至少一方。通过配合PTFE树脂，即使在无润滑、润滑油稀薄的条件下，摩擦也小，即使在运转时的无润滑油的干式状态下也不发生发热胶着。通过配合碳纤维以及石墨中的至少一方，能够提高抗蠕变特性、油润滑下的摩擦磨损特性，另外，能够减小树脂组成物的成型收缩率。
形成该树脂层的树脂组成物中的各成分的配合比例优选为以芳香族PEK类树脂为基料树脂，作为必需成分，包含(1)1～30体积％的PTFE树脂，(2)5～30体积％的碳纤维以及石墨中的至少一方。除了必需成分(1)(2)和其他的少量添加剂等之外的剩余部分是芳香族PEK类树脂。通过设为该配合比例，即使在高PV条件下，也能够防止树脂层的变形以及磨损，作为配合件的斜盘、活塞的损坏小，对油等的耐性也高，即使在运转时的无润滑油的干式状态下也不发生发热胶着。另外，PTFE树脂更优选占2～25体积％，碳纤维以及石墨中的至少一方更优选占5～20体积％。
若PTFE树脂的配合比例超过30体积％，则耐磨性、抗蠕变性有可能会降低到所需要的程度以下。另外，若PTFE树脂的配合比例小于1体积％，则向组成物赋予所需要的润滑性的赋予效果不足，有时无法获得充分的滑动特性。
若碳纤维以及石墨中的至少一方的配合比例超过30体积％，则熔融流动性降低，有可能难以进行薄壁成型。特别是含有较多碳纤维的情况下，有可能会磨损损坏作为配合件的斜盘、活塞。另外，若小于5体积％，则加强树脂层的效果不足，有时无法获得充分的抗蠕变性、耐磨性。
作为PTFE树脂，也可以采用利用悬浮聚合法得到的模塑粉、利用乳液聚合法得到的细粉、再生PTFE中的任一种。为了使以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物的流动性稳定，优选采用不易因成形时的剪切而纤维化且不易增加熔融粘度的再生PTFE。另外，也可以采用由全氟烷基醚基、氟烷基、或具有其他的氟烷的侧链基变性的PTFE树脂。
再生PTFE是指热处理(施加了热过程(日文：熱履歴)的)粉末、照射了γ射线或电子射线等的粉末。例如，有对模塑粉或细粉进行了热处理的粉末、另外、进一步对该粉末照射了γ射线或电子射线的粉末、将模塑粉或细粉的成型体粉碎的粉末、另外、之后照射了γ射线或电子射线的粉末、对模塑粉或细粉照射了γ射线或电子射线的粉末等类型。在再生PTFE中，因为不会凝集，在芳香族PEK类树脂的熔融温度下，完全不会纤维化，具有内部润滑效果，能够稳定地提高以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物的流动性，因此更优选采用照射了γ射线或电子射线等的PTFE树脂。
作为能够在本发明中使用的PTFE树脂的市面销售品，可列举出喜多村公司制：KTL－610、KTL－450、KTL－350、KTL－8N、KTL－400H，三井·杜邦氟化学公司制：Teflon(注册商标)7－J、TLP－10，旭硝子公司制：Fluon G163、L150J、L169J、L170J、L172J、L173J，大金工业公司制：Polyflon M－15、Ruburon L－5、赫斯特公司制：Hostaflon TF9205、TF9207等。在上述中，作为照射了γ射线或电子射线等的PTFE树脂，可列举出喜多村公司制：KTL－610、KTL－450、KTL－350、KTL－8N、KTL－8F、旭硝子公司制：FluonL169J、L170J、L172J、L173J等。
作为碳纤维，可以为从原材料来分类的沥青基或PAN基中的任一种，但优选具有高弹性率的PAN基碳纤维。其烧成温度并不特别限定，但与以2000℃或其以上的高温烧成而石墨(graphite)化的碳纤维相比，以1000～1500℃左右烧成的碳化物的碳纤维在高PV下也不易磨损损坏作为配合件的斜盘、活塞，因此较为优选。通过使用PAN基碳纤维作为碳纤维，树脂层的弹性率变高，树脂层的变形、磨损变小。进一步，摩擦面的真实接触面积变小，摩擦发热也减轻。
碳纤维的平均纤维直径优选为20μm以下，更优选为5～15μm。超出该范围的较粗的碳纤维由于会产生极压，所以耐载荷性的提高效果不足，配合件的磨损损坏根据该配合件的材质的不同而变大，因此不优选。另外，碳纤维可以是短切纤维、磨断纤维中的任一种，但为了获得稳定的薄壁成型性，优选纤维长度小于1mm的磨断纤维。
碳纤维的平均纤维长度优选为0.02～0.2mm。若不足0.02mm，则无法获得充分的加强效果，因此抗蠕变性、耐磨性差。在超过0.2mm的情况下，纤维长度相对于树脂层的厚度的比率大，因此薄壁成型性差。为了进一步提高薄壁成型的稳定性，平均纤维长度更优选为0.02～0.1mm。
作为能够在本发明中使用的碳纤维的市面销售品，作为沥青基碳纤维，可列举出吴羽公司制：Kreca(日文：クレカ)M－101S、M－107S、M－101F、M－201S、M－207S、M－2007S、C－103S、C－106S、C－203S等。另外，作为同样的PAN基碳纤维，可列举出东邦特耐克丝公司制：Besfight HTA－CMF0160－0H、Besfight HTA－CMF0040－0H、Besfight HTA－C6、Besfight HTA－C6－S或东丽公司制：Torayca MLD－30、Torayca MLD－300、ToraycaT008、Torayca T010等。
石墨大致分为天然石墨和人造石墨，进一步有鳞片状、粒状、球状等，能够使用任一种。为了提高树脂组成物的弹性率，提高耐磨性、抗蠕变性，进一步获得稳定的低摩擦特性，优选鳞片状石墨。
此外，在不妨碍本发明的效果的程度上，也可以相对于该树脂组成物配合周知的树脂用添加剂。作为该添加剂，可列举出例如氮化硼、二硫化钨等摩擦特性促进剂，碳粉、金属氧化物粉末等导热性促进剂，碳粉、氧化铁、氧化钛等着色剂。另外，可列举出碳酸钙、硫酸钙、云母、滑石等粒状无机填充剂，热固性PI树脂、全芳香族聚酯树脂、芳香族聚酰胺纤维等即使在上述树脂的注射成型温度下也不熔融的有机填充材料等耐磨性促进材料。
将以上的各原材料混合并混匀的手段并不特别限定，能够通过亨舍尔混合机、球磨混合机、螺带混合机、罗地格混合机、超级亨舍尔混合机(日文：ウルトラヘンシェルミキサー)等仅对粉末原料进行干式混合，然后通过双螺杆挤出机等熔融挤出机进行熔融混匀，得到该树脂组成物的成型用粒料。另外，填充材料的投入也可以在通过双螺杆挤出机等进行熔融混匀时采用侧向进料。使用该成型用粒料，如上所述，能够通过注射成型(嵌插成型)相对于基体材料形成树脂层。另外，在成形后，为了改善物性，也可以实施退火处理等处理。
例如，图2所示的方式的半球滑履4使用以芳香族PEK类树脂为基料树脂的树脂组成物，在基体材料5的表面直接以注射成型的方式形成薄壁的树脂层6。具体而言，进行将基体材料5放置在模具内并从其上方注射成型上述树脂的嵌插成型。在嵌插成型时，平面部4b的树脂层6b和球面部4a的树脂层6a包括成为连结部的外周部4c的树脂层在内一体地形成。如上所述，半球滑履4的树脂层6a以及树脂层6b的厚度优选为0.1～0.7mm。可以为嵌插成型面(一次性嵌插成型)、或者在成形后通过机械加工而精加工成所需要的厚度的面中的任一种。
在一次性嵌插成型的情况下，若考虑到成型性，则各树脂层的厚度优选为0.2～0.7mm。若树脂层的厚度小于0.2mm，则嵌插成型有可能变得困难。另外，若超过0.7mm，则有可能发生收缩(日文：ヒケ)，尺寸精度降低。另外，若考虑到摩擦热向基体材料的散热性，则树脂层的厚度更优选为0.2～0.5mm。另外，为了通过一次性嵌插成型来获得树脂层的厚度0.2～0.5mm，如上所述，优选使树脂组成物的熔融粘度在树脂温度为380℃、剪切速度为1000s－1时为50～200Pa·s。
作为基体材料即金属制构件，可列举出通过压力加工、机械加工、压铸等制造的熔炼金属制的构件。另外，作为熔炼金属，可列举出例如轴承钢(SUJ1～5等)、铬钼钢、机械结构用碳钢、低碳钢、不锈钢或者高速钢等钢、铝、铝合金、铜、铜合金。
在使用熔炼金属作为基体材料的金属材料的情况下，为了提高与树脂层的贴紧性，优选在树脂层形成前，通过喷丸、机械加工等物理性的表面处理，将基体材料表面粗糙化成凹凸形状。另外，优选实施酸性溶液处理(硫酸、硝酸、盐酸等、或者与其他溶液的混合)、碱性溶液处理(氢氧化钠、氢氧化钾等、或者与其他溶液的混合)等化学性的表面处理，在基体材料的至少树脂层形成表面形成微细凹凸形状。若进行酸性溶液处理，则能够不需要遮蔽处理，因此较为优选。微细凹凸形状根据浓度、处理时间、后处理等而不同，但为了提高由锚定效果带来的贴紧性，优选使其为凹部间距为数nm～数十μm的微细的凹凸。通过化学性的表面处理而形成的微细凹凸形状成为多孔质这样的复杂的立体构造，因此易于发挥锚定效果，特别是能够实现牢固的贴紧。此外，也可以对基体材料表面实施形成反应化学覆膜的处理。
另外，作为基体材料即金属制构件，能够采用表面为凹凸形状的烧结金属制的构件。在使用烧结金属作为基体材料的金属材料的情况下，树脂层形成面的表面积大，由凹凸带来的锚定效果也高，因此能够增强与树脂层之间的贴紧强度。特别是通过嵌插成型来形成树脂层，在注射成型时树脂层深深陷入烧结金属表面的凹凸，真正的接合面积增大，因此树脂层与基体材料的贴紧强度提高。并且，树脂层与基体材料的真正的接合面积增大，在树脂层与基体材料之间没有间隙，因此，树脂层的热容易向基体材料传导。
另外，烧结金属的密度优选为材质的理论密度比0.7～0.9。材质的理论密度比是指，设材质的理论密度(气孔率为0％时的密度)为1时的基体材料的密度之比。通过设为该范围内，在确保用于获得贴紧性的表面的凹凸的同时，具有较高的细密性，能够充分地确保基体材料的导热性。另外，由于树脂层与基体材料的接合部的接合强度优异，因此，即使是在高表面压力等严苛的条件下使用的情况下，也能够防止树脂层从基体材料上剥离。此外，若小于理论密度比0.7，则基体材料的强度降低，有可能因嵌插成型时的注射成型压力而导致基体材料破裂。若超过理论密度比0.9，则凹凸变小，因此，表面积、锚定效果降低，与树脂层的贴紧性降低。进一步优选为材质的理论密度比0.72～0.84。此外，为了进一步提高基体材料与树脂层的剪切贴紧强度，也可以在形成树脂层的烧结金属制构件的表面施加凹凸、槽等物理性的止脱结构、止转结构。
在模具内嵌插基体材料来注射成型芳香族PEK类树脂的情况下，模具温度为160～200℃左右，树脂温度为360～410℃左右。在基体材料附着有油等或含油的情况下，在树脂层的注射成型时，分解、气化的油残余部分介于界面，因此，树脂层与基体材料的贴紧性有可能会降低。因此，作为基体材料，优选使用未浸渍油的烧结金属制的构件。另外，在烧结金属制构件的成形或再压(精压加工)的工序内使用油的情况下，优选通过溶剂清洗等将油除去，或者使其为经过了蒸汽处理的非含油烧结金属制构件。
成为与斜盘或活塞滑动的滑动面的树脂层的表面也可以在树脂层形成后进行研磨加工。通过研磨加工，各个高度尺寸不再产生偏差，精度提高。另外，树脂层的该表面的表面粗糙度优选调整为0.05～1.0μmRa(JIS B0601)。通过设为该范围内，与斜盘或活塞滑动的树脂层滑动面上的真实接触面积变大，能够降低实际表面压力，能够防止发热胶着。若表面粗糙度不足0.05μmRa，则润滑油向滑动面的供给不足，若超过1.0μmRa，则有可能由于滑动面上的真实接触面积的降低，导致局部地形成高表面压力，发生发热胶着。进一步优选地，表面粗糙度为0.1～0.5μmRa。
在成为与斜盘或活塞之间的滑动面的树脂层的表面，为了补充在稀薄润滑时的润滑作用，也可以在除了上述的中空部之外形成油槽、动压槽。作为油槽的形态，可列举出斑点状或条纹状的凹部。作为斑点状或条纹状，可列举出平行的直线状、格子状、旋涡状、放射状或环状等。油槽的深度只要小于树脂层的厚度即可适当确定。
使用本发明的半球滑履的斜盘式压缩机是如下的斜盘式压缩机：在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式或经由连结构件间接地呈直角以及倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将上述斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀。通过在该斜盘式压缩机中使用本发明的半球滑履，能够在与半球滑履滑动的斜盘以及活塞上去掉润滑性覆膜。即，斜盘等的表面能够以基体材料的研磨面原样的状态装入斜盘式压缩机并与半球滑履滑动。因此，能够提供在功能方面上相同但价格较低的斜盘式压缩机。
产业上的可利用性
本发明的斜盘式压缩机的半球滑履即使在运转开始时的无润滑油的干式润滑状态下，也不发生发热胶着，滑动性、耐载荷性优异，不会发生因摩擦发热而导致的润滑特性的降低、树脂层的剥离而充分地确保耐久性。因此，能够利用于各种斜盘式压缩机。特别是也能够适合利用于以二氧化碳、HFC1234yf为制冷剂且高速高负荷规格的近年来的斜盘式压缩机。
附图标记说明
1 外壳
2 旋转轴
3 斜盘
4 半球滑履
5 基体材料(金属制构件)
6 树脂层
7 中空部
8 非接触部
9 活塞
10 气缸内径
11 滚针轴承
12 推力滚针轴承
13 球面座。

Claims (12)

1.一种斜盘式压缩机的半球滑履，在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式呈直角或者倾斜地、或经由连结构件间接地呈直角或者倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将所述斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀，其特征在于，
所述半球滑履以金属制构件为基体材料，在与所述斜盘滑动的平面部的表面以及与所述活塞滑动的球面部的表面形成基于树脂组成物的注射成型的树脂层，所述半球滑履在球面部侧的外表面具有与所述活塞不接触的非接触部，在该非接触部，所述基体材料不由所述树脂层覆盖而露出，
所述平面部的树脂层和所述球面部的树脂层是一体的层，
所述基体材料在中心轴部分形成贯通球面部侧和平面部侧的中空部，该中空部的一部分由所述树脂层填充。
2.根据权利要求1所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述中空部的至少一部分不由所述树脂层填充而露出所述基体材料。
3.根据权利要求2所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述中空部的露出部分的轴向长度为所述半球滑履的高度的3分之1以上。
4.根据权利要求1所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述树脂组成物是以芳香族聚醚酮类树脂为基料树脂的树脂组成物，所述平面部的树脂层以及所述球面部的树脂层的各自的厚度为0.1～0.7mm，所述平面部的树脂层和所述球面部的树脂层使用所述树脂组成物通过注射成型一体地形成于所述基体材料的表面。
5.根据权利要求4所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述树脂组成物包含5～30体积％的碳纤维以及石墨中的至少一方、1～30体积％的聚四氟乙烯树脂。
6.根据权利要求4所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述树脂组成物在树脂温度为380℃、剪切速度为1000s－1时的熔融粘度为50～200Pa·s。
7.根据权利要求1所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述金属制构件是铁类烧结金属制的构件，其密度为材质的理论密度比0.7～0.9。
8.根据权利要求1所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述球面部的树脂层比所述平面部的树脂层厚。
9.根据权利要求8所述的斜盘式压缩机的半球滑履，其特征在于，
所述平面部的树脂层的厚度为0.1mm以上且0.3mm以下，所述球面部的树脂层的厚度为超过0.3mm且0.7mm以下。
10.一种斜盘式压缩机，在制冷剂所在的外壳内，在以直接固定的方式呈直角或者倾斜地、或经由连结构件间接地呈直角或者倾斜地安装于旋转轴的斜盘上使半球滑履滑动，经由该半球滑履将所述斜盘的旋转运动转换成活塞的往复运动，使制冷剂压缩、膨胀，其特征在于，
所述半球滑履是权利要求1所述的半球滑履。
11.根据权利要求10所述的斜盘式压缩机，其特征在于，
所述斜盘的与所述半球滑履滑动的滑动面是斜盘基体材料的研磨面且不具有润滑性覆膜。
12.根据权利要求10所述的斜盘式压缩机，其特征在于，
所述制冷剂是二氧化碳。
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