JP2001098385A - 機械部品における皮膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械部品の被加工面に対する金属材料皮膜の形
成技術としての汎用性に優れると共に、皮膜の膜厚制御
が容易な皮膜形成方法を提供する。 【解決手段】機械部品たる斜板１０を第１の治具５１に
保持すると共に、斜板の被加工面３０Ｂよりも軟質な金
属材料からなる薄板材４０を第２の治具５３に保持す
る。第１及び第２の治具５１，５３間で相対回転を生じ
させながら被加工面３０Ｂに薄板材４０を圧接してその
薄板材４０の全体を斜板１０に結合し、被加工面３０Ｂ
上に軟質金属層を付与する。必要に応じ、前記軟質金属
層に表面仕上げ加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品の被加工
面上にその被加工面よりも軟質な金属材料からなる皮膜
を形成する方法に関する。特に、斜板式圧縮機で用いら
れる斜板の表面にシューとの接触摺動性を改善するため
の皮膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】斜板式圧縮機の内部機構を構成する摺動
部材間の潤滑は、通常、その内部に保持された潤滑オイ
ルを圧縮機の運転に伴って流通するガス（例えばフロン
ガス等の冷媒ガス）でミスト化し、そのミスト化したオ
イルを各摺動部位に搬送することでまかなわれている。
但し、圧縮機を運転停止状態で長時間放置した後に再起
動するような場合には、摺動部位に付着していた潤滑オ
イルが冷媒ガスによって洗い流されていることが多い。
このため、圧縮機の起動後で冷媒ガスが圧縮機に帰還し
てオイルのミスト化がすすむまでの期間（約１分程度）
が、圧縮機の運転中にもかかわらず潤滑が必要な摺動部
位がオイル不十分な状態に陥る魔の期間となる。それ
故、このようなオイル不十分な期間においても摺動部位
における最低限の潤滑を確保するために、各種摺動部材
の表面にコーティング（皮膜）を施す技術が従来より提
案されている。斜板式圧縮機の斜板の表面（具体的には
シューとの摺接面）にコーティングを施す技術に限って
みても種々の態様がある。特許文献に開示されるのみな
らず実際の製品（斜板）にも実用化されているコーティ
ング技術としては、スズ等の電解又は無電解メッキや、
銅系又はアルミニウム系合金等の溶射技術がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スズ等
の電解又は無電解メッキでは数μｍ程度の極薄の皮膜を
形成する分にはさほどの困難はないが、数十μｍ以上と
いった比較的膜厚な皮膜を形成するのは必ずしも容易で
はない。又、メッキを実現するためには母材金属と付着
金属との電気化学的関係が問題となり常に採用できる手
法ではない。

【０００４】他方、粉末状の金属材料等を溶融状態とし
て火炎と共に被加工面に吹き付ける溶射技術によれば、
厚膜化とか電気化学的相性といった点での困難はさほど
ないが、それでも以下に述べるような作業上の問題を本
質的に内在している。即ち、多くの場合、溶射を施す前
に機械部品の被加工面に対しショットブラスト等による
事前の粗化処理を行う必要がある。かかる前処理の手間
及び粗化処理に用いる硬質粒子（副材料）の費用がかさ
むことは、溶射加工における時間とコストを上昇させる
一因となる。又、粗化処理時にはかなりの騒音が発生し
作業環境を悪化させる。溶射に際しては、溶射加工の不
要な部分へのマスキングを行う必要があり、そのことが
時間とコストを更に上昇させる一因となる。このように
溶射技術は、金属被加工面に対する金属皮膜の形成技術
としては高い汎用性を有するものの、上述のように作業
現場での作業環境の悪化、並びに、作業の手間、時間及
びコストといった面で多くの問題を残している。

【０００５】本発明の目的は、機械部品の被加工面に対
する金属材料皮膜の形成技術としての汎用性に優れると
共に、作業現場での作業環境の良好維持並びに作業の手
間、時間及びコストの効果的な削減が可能な皮膜形成方
法を提供することにある。加えて、被加工面上での金属
材料皮膜の膜厚を必要十分なものとすることができると
共に、膜厚制御が容易な皮膜形成方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）は、
機械部品の被加工面に皮膜を形成する方法であって、機
械部品を第１の治具に保持すると共に、該機械部品の少
なくとも被加工面よりも軟質な金属材料からなる薄板材
を第２の治具に保持する準備工程と、前記第１の治具と
第２の治具との間で相対回転を生じさせながら一方を他
方に接近させ、機械部品の被加工面に薄板材を圧接して
その薄板材の全体を機械部品に結合することで該機械部
品の被加工面上に軟質金属層を付与する圧接工程とを備
えていることをその要旨とする。

【０００７】この方法によれば、機械部品と薄板材との
摩擦圧接による結合を経て機械部品の被加工面上に軟質
金属層が付与される。軟質金属層の最終的な厚みを予め
考慮して薄板材の厚みを決定すればよいから、被加工面
上での金属材料皮膜の膜厚を必要十分なものとすること
ができ、膜厚制御も比較的容易である。又、手法の汎用
性、作業環境維持、並びに、作業の手間、時間及びコス
トの低減といった面でも、従来技術に比べ非常に有利で
ある。

【０００８】加えて、薄板材がその名の通り厚みの薄い
板状部材であるが故に、摩擦圧接による結合を確実なら
しめる上で有利な点がいくつかある。第一に、薄板材の
熱容量が相対的に小さくなるために、機械部品と薄板材
との摩擦によって生じた熱量が摩擦部分（即ち機械部品
と薄板材との界面）から他部位に逃げ難く、その摩擦部
分での温度上昇の迅速化及び到達温度の高温化が可能と
なる（摩擦昇温過程での昇温促進効果）。第二に、機械
部品に結合された後においても薄板材の放熱面積が相対
的に小さいために、薄板材の急激な温度低下が回避さ
れ、機械部品と薄板材との界面において、両者の熱収縮
率の違いによる過大な歪みの発生が未然に回避される。
それ故、摩擦圧接後において、薄板材の急収縮による機
械部品からの剥離が極力防止される（降温過程での剥離
防止効果）。尚、かかる観点から、本明細書における
「薄板材」なる用語は、前記昇温促進効果や剥離防止効
果に貢献し得るような薄さ又は厚さを持つ板材の意味に
理解すべきであり、「薄板材」中の「薄」という字は単
なる相対表現と解すべきではない。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の皮膜形成方
法において、前記薄板材の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍの範
囲にあることを特徴とする。これは、薄板材の厚みの好
ましい範囲を限定したものである。厚みが１ｍｍ未満に
なると、機械的強度不足等の事情から薄板材を第２の治
具に安定保持することが難しくなる。他方、厚みが５ｍ
ｍを超えると、薄板材がもはや薄い板とは言い難くな
り、前記昇温促進効果や剥離防止効果が極度に低下す
る。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２の皮膜
形成方法において、前記薄板材と第２の治具との間に
は、前記第１の治具と第２の治具の相対回転時において
第２の治具と薄板材との間の相対回転を阻止するための
回り止め手段が設けられていることを特徴とする。この
構成によれば、回り止め手段によって第２の治具と薄板
材との一体回転が保証され、機械部品と薄板材との摩擦
圧接が円滑化する。

【００１１】尚、前記回り止め手段が、第２の治具及び
薄板材の一方に設けられた突部と、第２の治具及び薄板
材の他方に設けられて前記突部と係合可能な凹部とによ
って構成されること（図３、図４及び図７（Ａ）参
照）、前記回り止め手段が、薄板材を第２の治具に押圧
するための把持具を有してなること（図７（Ｂ）参
照）、又は、前記回り止め手段が、薄板材と第２の治具
との接触領域を減圧吸引してその薄板材を第２の治具に
吸着固定する吸引手段を含むこと（図７（Ｂ）参照）は
好ましい。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１〜３の皮膜形
成方法において、機械部品の被加工面に薄板材を圧接す
る前に、該被加工面及び薄板材の少なくとも一方を加熱
する予熱工程を更に備えてなることを特徴とする。この
予熱工程を加えることで、機械部品と薄板材との圧接時
における摩擦部分の温度上昇が迅速化し、前記昇温促進
効果が更に向上する。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１〜４の皮膜形
成方法において、第２の治具は、前記薄板材を構成する
金属材料の熱伝導度よりも低い熱伝導度を持つ材料で構
成されていることを特徴とする。この構成によれば、機
械部品と薄板材との圧接時に生じた熱が、薄板材を経由
して第２の治具に伝わり難くなり、機械部品の被加工面
と薄板材との摩擦部分の温度を保ち易くなる。従って、
前記昇温促進効果と前記剥離防止効果が更に向上する。

【００１４】請求項６の発明は、請求項１〜５の皮膜形
成方法において、機械部品の被加工面上に付与された前
記軟質金属層に対して表面仕上げ加工を施す表面仕上げ
工程を更に備えてなることを特徴とする。圧接工程後に
このような表面仕上げ工程を用意することで、軟質金属
層の表面円滑性を向上させ得るのみならず、薄板材の薄
さ又は厚さを選択する際の幅が広がり、薄板材が薄すぎ
ることに起因する圧接工程での不都合（例えば薄板材の
機械的強度不足）を未然に回避することが可能となる。

【００１５】請求項７の発明は、請求項１〜６の皮膜形
成方法において、前記機械部品が斜板式圧縮機で用いら
れる斜板であることをその要旨とする。本件方法は、斜
板の表面への皮膜形成方法として極めて優れた適性を有
している。機械部品としての斜板の被加工面は、好まし
くはシューとの摺接面である。尚、請求項７の実質は斜
板の製造方法であり、請求項７は、請求項１〜６に記載
の皮膜形成方法を採用してなる斜板式圧縮機用斜板の製
造方法と理解することが相当である。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、本発明の適用対象となる容
量可変型斜板式圧縮機の一例を簡単に説明する。図１に
示すように斜板式圧縮機は、シリンダブロック１と、そ
の前端に接合されたフロントハウジング２と、シリンダ
ブロック１の後端に弁形成体３を介して接合されたリヤ
ハウジング４とを備え、これらは複数の通しボルト（図
示略）により相互に接合固定されて圧縮機のハウジング
を構成する。このハウジング内には、クランク室５、吸
入室６及び吐出室７が区画されている。シリンダブロッ
ク１には複数のシリンダボア１ａ（一つのみ図示）が形
成され、各ボア１ａには片頭型のピストン８が往復動可
能に収容されている。吸入室６及び吐出室７は、弁形成
体３に設けられた各種フラッパ弁を介して各ボア１ａと
選択的に連通可能となっている。クランク室５内には駆
動軸９が回転可能に支持され、又、カムプレートたる斜
板１０が収容されている。斜板１０の中央部には挿通孔
１０ａが貫設され、この挿通孔１０ａに駆動軸９が挿通
されている。この斜板１０は、ヒンジ機構１３及びラグ
プレート１１を介して駆動軸９に作動連結され、駆動軸
と同期回転可能で且つ駆動軸の軸線方向への摺動を伴い
ながら駆動軸に対し傾動可能となっている。そして、斜
板１０の外周部が前後一対のシュー２０Ａ，２０Ｂを介
して各ピストン８の端部に摺動自在に係留されること
で、全てのピストン８が斜板１０に作動連結されてい
る。所定角度に傾斜した斜板１０が駆動軸９と共に回転
すると、各ピストン８が斜板の傾角に対応したストロー
クで往復動され、各ボア１ａでは、吸入室６（吸入圧Ｐ
ｓ領域）からの冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出室７（吐出
圧Ｐｄ領域）への圧縮冷媒ガスの吐出が順次繰り返され
る。

【００１７】斜板１０は、傾角減少バネ１４によってシ
リンダブロックに接近する方向（傾角減少方向）に付勢
されている。但し、例えば駆動軸９上に固定されたサー
クリップ１５で斜板１０の傾角減少方向への傾動及び摺
動を規制することで斜板の最小傾角θｍｉｎ（例えば３
〜５°）が制限される。他方、斜板１０の最大傾角θｍ
ａｘは、例えば斜板のカウンタウェイト部１０ｂがラグ
プレート１１の規制部１１ａに当接することで制限され
る。斜板１０の傾角は、斜板回転時の遠心力に基づく回
転運動のモーメント、傾角減少バネ１４の付勢作用に基
づくバネ力によるモーメント、ピストンの往復慣性力に
よるモーメント、ガス圧によるモーメント等の各種モー
メントの相互バランスに基づいて決定される。ガス圧に
よるモーメントとは、シリンダボアの内圧とピストン背
圧にあたるクランク室の内圧（クランク圧Ｐｃ）との相
互関係に基づいて発生するモーメントであり、クランク
圧Ｐｃに応じて傾角減少方向にも増大方向にも作用す
る。図１の斜板式圧縮機では図示しない制御弁１６を用
いてクランク圧Ｐｃを調節することで前記ガス圧による
モーメントを適宜変更し、斜板１０の傾角を最小傾角θ
ｍｉｎと最大傾角θｍａｘとの間の任意の角度θに設定
できるようになっている。

【００１８】かかる圧縮機において皮膜形成の対象とな
る機械部品は、例えば斜板１０である。図１〜図３に示
すように、斜板１０の外周部のフロント側及びリヤ側に
はそれぞれ環状の摺接面３０Ａ，３０Ｂが形成されてい
る。フロント側及びリヤ側の摺接面３０Ａ，３０Ｂは、
一対のシュー２０Ａ，２０Ｂとそれぞれ摺接する。斜板
１０には、斜板回転時の遠心力に基づく回転運動のモー
メントを適正に発生させるために比較的重い鉄系材料
（例えばＦＣＤ７００等の鋳鉄）が用いられる。他方、
シュー２０Ａ，２０Ｂには、その機械的強度等を配慮し
て同じく鉄系材料（例えば軸受鋼）が用いられる。同種
金属からなる二つの部材（この場合は斜板とシュー）を
過酷な条件で摺接させると、いわゆる「ともがね現象」
による焼き付きを生じてしまうので、本実施形態では、
図２に示すように斜板１０の少なくとも前記摺接面３０
Ａ，３０Ｂ上に、シューとの接触摺動性を改善するため
の皮膜３１Ａ，３１Ｂが形成されている。つまり、本実
施形態では斜板１０の摺接面３０Ａ，３０Ｂが被加工面
となる。

【００１９】各皮膜３１Ａ，３１Ｂは、斜板１０の母材
やシュー２０Ａ，２０Ｂを構成する鉄系材料とは種類の
異なる金属材料からなっている。皮膜３１Ａ，３１Ｂを
構成する金属材料としては、例えば珪素含有のアルミニ
ウム合金、アルミニウムと珪素との金属間化合物（以下
両者を含めて「Ａｌ−Ｓｉ系金属材料」と呼ぶ）や、銅
系材料があげられる。アルミニウム系材料としてのＡｌ
−Ｓｉ系金属材料では珪素含有量に応じて硬度や融点等
の物性が種々変化するが、ここで使用するＡｌ−Ｓｉ系
金属材料は、珪素含有量が１５〜２０重量％のものであ
る。かかるＡｌ−Ｓｉ系金属材料からなる皮膜３１Ａ，
３１Ｂを形成することで、前記ともがね現象による焼き
付きが防止されるのみならず、斜板１０とシュー２０
Ａ，２０Ｂとの接触摺動性が改善される。つまり皮膜３
１Ａ，３１Ｂの形成によって、斜板１０とシュー２０
Ａ，２０Ｂとの間にはオイルレス環境下においても一定
の潤滑性が確保される。

【００２０】なお、斜板１０やシュー２０Ａ，２０Ｂに
用いられている鉄系材料が非常に硬くて融点も千数百度
以上と比較的高いのに対し、皮膜３１Ａ，３１Ｂを構成
する前記Ａｌ−Ｓｉ系金属材料は、前記鉄系材料に比し
て相対的に柔らかく且つ融点も６００〜７００℃程度と
前記鉄系材料に比して低い。又、Ａｌ−Ｓｉ系金属材料
を含むアルミニウム系材料の熱伝導率がおよそ１００〜
２２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いのに対し、鉄系材料の熱伝
導率はおよそ１０〜６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と相対的に低
い。前記Ａｌ−Ｓｉ系金属材料と前記鉄系材料との物性
上の差異が接触摺動性の改善に寄与していることは間違
いないが、それに留まらず、以下に説明する皮膜形成方
法を採用する上でも両者の物性上の差異が重要な意味を
持つ。

【００２１】次に、機械部品としての斜板１０のリヤ側
摺接面（被加工面）３０Ｂへの皮膜３１Ｂの形成手順に
ついて以下に具体的に説明する。尚、フロント側摺接面
３０Ａに対する皮膜３１Ａの形成も以下の手順に準ず
る。

【００２２】第一工程（準備工程）として、図３に示す
ような薄板材４０を用意する。この薄板材４０は略正方
形状をなし、その全体が前記Ａｌ−Ｓｉ系金属材料から
なっている。薄板材４０の板厚は、約１ｍｍ〜５ｍｍ
（更に好ましくは３ｍｍ〜５ｍｍ）である。薄板材４０
の中央には孔４１が形成され、この孔４１の周縁は環状
摺接面３０Ｂの内側周縁３３にほぼ対応している。他
方、図３の薄板材４０の表面に描かれた破線４２は、環
状摺接面３０Ｂの外側周縁３４に対応する位置を指し示
す。つまり薄板材４０の一端面は、斜板１０の環状摺接
面３０Ｂ（又は３０Ａ）に対応した環状領域（孔４１の
周縁と破線４２との間の環状領域）を含んでいる。この
ため、薄板材４０を斜板の摺接面３０Ｂに接合する際に
は、当該薄板材４０でその摺接面３０Ｂの全体を覆い隠
すことができる。更に、薄板材４０の四隅で前記破線４
２の外側領域には、凹部としての複数のピン孔４３（本
例では４つ）が形成されている。

【００２３】図４は本発明を実施する際に用いられる接
合装置を概念的に示す。図４の接合装置は、第１の治具
としての回転保持機構５１（二点鎖線で概念的に示す）
及びその回転保持機構５１に作動連結されたモータＭ、
並びに、第２の治具としてのベッド５３を有するスライ
ド保持機構５２（二点鎖線で概念的に示す）及びそのス
ライド保持機構５２に作動連結された前後スライド手段
Ｋを備えている。前後スライド手段Ｋは、ベッド５３を
回転保持機構５１に対して接近・離間させることができ
る。

【００２４】更に図３及び図４に示すように、スライド
保持機構５２のベッド５３は、薄板材４０を載置すると
共にそれを背後から支持するための支持面５４と、その
支持面上に突設された突部としての複数の支持ピン５５
（本例では４本）と、支持面の中央に開口形成された逃
し孔５６とを有している。各支持ピン５５は、薄板材４
０を支持面５４上に載置する際に薄板材４０の各ピン孔
４３にそれぞれ係入する。そして、相互に係合するピン
孔４３と支持ピン５５とは、薄板材４０をベッド５３上
の所定位置に位置決めするための位置決め手段として機
能すると共に、第１の治具と第２の治具との相対回転圧
接時において薄板材４０とベッド５３との相対回転を阻
止するための回り止め手段として機能する。

【００２５】図４に示すように、スライド保持機構５２
のベッド５３上には薄板材４０が保持される。続いて斜
板１０を回転保持機構５１にセットすることで、モータ
Ｍの駆動力によって斜板１０が軸線Ｌを中心として回転
可能となる。このセット状態では、環状の摺接面３０Ｂ
は前記軸線Ｌに直交する面として存在し、ベッド５３上
に保持された薄板材４０から離間した状態でそれに対向
する。このとき、薄板材４０の軸線Ｌ’と斜板１０の軸
線Ｌとは一致し、薄板材４０を斜板１０に向けて前進さ
せたときにはそれが斜板の摺接面３０Ｂにピタリと接合
可能となる。以上が下準備の概略である。

【００２６】第二工程（予熱工程）では、図４に示すよ
うな相互離間状態にある薄板材４０及び／又は斜板１０
の摺接面３０Ｂに対して事前に加熱が施される。具体的
な加熱手法としては、図４の接合装置が設置されている
部屋の雰囲気温度を高める方法や、より簡易には、ドラ
イヤを用いて薄板材４０等に対し高温の熱風を吹き付け
る方法があげられる。かかる予熱の目的は、後記圧接工
程での作業の円滑化を図ると共に圧接による接合強度を
向上させることにある。

【００２７】なお、この予熱作業は本発明に必須の手順
ではなく任意に選択可能（即ち省略可能）な手順であ
る。但し、この予熱工程を採用する場合には特に、薄板
材４０の予熱効果を高める意味で、ベッド５３を構成す
る材料の熱伝導度（熱伝導率）が、薄板材４０を構成す
る金属材料の熱伝導度（熱伝導率）よりも小さいことが
好ましい。故に、ベッド５３を例えば鉄系材料で構成す
ることは好ましい。

【００２８】第三工程（圧接工程）では、モータＭを駆
動して、回転保持機構５１に保持された斜板１０を図５
のグラフに示す所定の回転数Ｎ１（例えば１８００ｒｐ
ｍ以上）で回転させる。つまり静止状態にある薄板材４
０と斜板１０との間で周方向における相対速度差を生じ
させ、両者に共通の軸線Ｌ，Ｌ’の周りで相対回転を生
じさせる。斜板１０の回転を維持しながら、前後スライ
ド手段Ｋによりスライド保持機構５２と共に薄板材４０
を斜板１０に向けて前進させ、その一面を摺接面３０Ｂ
に接触させる。このとき、ピン孔４３と支持ピン５５と
の係合によって薄板材４０がベッド５３に回り止めされ
ているため、薄板材４０が斜板１０に対し追従回転する
ことはない。

【００２９】図５の時点ｔ１で薄板材４０が斜板１０に
接触した後も薄板材４０を前進方向に付勢することで、
斜板１０に対する薄板材４０の押圧力Ｐを中間圧Ｐ１ま
で上昇させる。そして、この中間圧Ｐ１を所定時間Ｔ＝
ｔ３−ｔ２だけ維持する。中間圧Ｐ１を維持したまま前
記所定時間Ｔだけ斜板１０と薄板材４０とを相対回転さ
せることで、薄板材４０側のＡｌ−Ｓｉ系金属材料が摩
擦熱等によって溶融し斜板１０側の鉄系材料と馴染む。
その結果、斜板１０と薄板材４０との接触領域（又は界
面）には双方の構成元素が相互に拡散してなる拡散層が
形成される。

【００３０】前記所定時間Ｔの経過後、薄板材４０は前
進方向に更に付勢されて、斜板１０に対する薄板材４０
の押圧力Ｐが最終圧Ｐ２にまで高められる（時点ｔ
４）。これにより、斜板１０に対する薄板材４０の結合
がほぼ確実となる。押圧力Ｐが最終圧Ｐ２に達したとこ
ろで斜板１０の回転を停止し（時点ｔ５）、その後に押
圧力Ｐを解除する（時点ｔ６）。押圧力Ｐの解除は、ス
ライド保持機構５２と共にベッド５３を元位置に向けて
後退させることで達成される。このときには、斜板の摺
接面３０Ｂに対する薄板材４０の固着がほぼ完了してい
る。故に、ベッド５３の後退に伴って薄板材４０の各ピ
ン孔４３から支持ピン５５が抜け、斜板１０及び薄板材
４０は図６（Ａ）のような状態となる。なお、斜板１０
と薄板材４０との結合を確実にするために、図６（Ａ）
の状態を保持したまま一定の冷却期間を置くことは好ま
しい。

【００３１】第四工程（切断工程）では、斜板１０に結
合した薄板材４０の不要部分（つまり前記破線４２の外
側領域）の切り離しが行なわれる。即ち図３の破線４２
（図６（Ａ）では一点鎖線で示す位置）に沿って薄板材
４０の切断が行なわれる。この切断作業には、機械加工
用バイト等の切断工具又は切断装置（図示略）が用いら
れる。なお、本実施形態では、前記不要部分に前記回り
止め手段を構成するピン孔４３が存在するため、この切
断工程は、最終製品としての機械部品に回り止め手段の
残骸を残さないための、いわゆるバリ取り工程と理解し
てもよい。

【００３２】第五工程（表面仕上げ工程）では、斜板１
０の摺接面３０Ｂに付与されたプレ皮膜としての薄板材
４０に対して表面仕上げ加工が施される。仕上げ加工に
は、例えば三角チップ等の工具を用いた旋盤加工や研磨
加工が利用できる。かかる表面仕上げ加工により、前記
薄板材４０の表面が削り取られ、所望の膜厚（例えば１
０〜１５０μｍ、より好ましくは５０〜１００μｍ）の
皮膜３１Ｂが形成されると共に、皮膜３１Ｂの表面が滑
らかになる（図６（Ｂ）参照）。なお、前記第四及び第
五工程は本実施形態では必須の手順であるが、本発明に
必須の手順ではなく任意に選択可能（即ち省略可能）な
手順である。

【００３３】（効果）本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 ○ 本件の皮膜形成方法によれば、簡便な手順で比較的
短時間のうちに、斜板１０の摺接面３０Ａ，３０Ｂに対
しＡｌ−Ｓｉ系金属材料からなる皮膜３１Ａ，３１Ｂを
効率的に形成することができる。即ち、既存の溶射技術
とは異なり、斜板１０の被加工面に対し特別な前処理を
必要としない。又、被加工面の形状と薄板材４０の端面
形状とを部分的に対応させることで特別なマスキング等
も必要とされない。このため、作業に必要な手間、時間
およびコストを大幅に低減することができる。

【００３４】○ 斜板１０に対する薄板材４０の圧接時
に特に大きな騒音を発することも無いので、騒音等によ
る作業環境悪化の心配がない。 ○ 被加工面に対する皮膜３１Ａ，３１Ｂの付与は、第
一義的には圧接による物理的結合を利用するものであ
り、被加工面と薄板材４０との間の厳格な化学的親和性
が要求されない。故に、皮膜の形成技術としての汎用性
に優れている。

【００３５】〇 この方法では、斜板１０に一定の厚み
（又は薄み）を有する薄板材４０を圧接結合した後で、
表面仕上げによって皮膜３１Ａ，３１Ｂの最終膜厚を整
えることができる。故に、皮膜３１Ａ，３１Ｂの表面円
滑性を確保しつつその膜厚を所望の厚さに調節すること
が容易である。特に、皮膜３１Ａ，３１Ｂの膜厚を比較
的厚く設定したい場合には有利と言える。

【００３６】〇 （薄板材４０を用いることの第１の利
点）：斜板１０の被加工面に薄板材４０を迅速・確実に
圧接結合するためには、両者１０，４０の相対回転時に
生ずる摩擦熱による摩擦部分の温度上昇が早いこと及び
／又は到達温度が高いことが重要である。なぜなら、斜
板と薄板材との融和（又は原子の相互拡散）は、界面温
度の高さとその持続時間の長さに影響されるからであ
る。この点、本件では薄板材４０の肉厚は比較的薄いた
め、薄板材自体の熱容量が小さい。つまり薄板材４０が
薄いが故に前記摩擦に起因する熱量が摩擦部分以外の他
部位に放散され難く、当該摩擦部分の温度上昇を早める
こと及び到達温度を十分に高めることが可能となる。も
し仮に、薄板材４０が軸方向に一定以上の長さを有する
ならば（その場合はもはや薄板材とは呼べない）、それ
自体の熱容量が大きくなって摩擦部位の温度上昇が遅延
し、又、到達温度を十分に高めきれず、それ故に斜板と
薄板材との融和が不十分になることもあり得る。不十分
な融和は両者１０，４０の結合強度を低下させる。これ
に対し本実施形態によれば、摩擦部分の迅速な温度上昇
の迅速化と、到達温度の高温化とを実現でき、斜板と薄
板材との融和を十分なものとすることができる。

【００３７】〇 （薄板材４０を用いることの第２の利
点）：摩擦圧接後において、被加工面から薄板材４０が
熱収縮剥離を起こすことを極力防止できる。アルミニウ
ム系合金からなる薄板材４０の熱伝導度は、鉄系材料か
らなる斜板１０の熱伝導度よりも大きいため、両者の放
熱面積が同じならば、薄板材４０の方が冷え易い傾向に
ある。他方、アルミニウム系合金からなる薄板材４０の
熱収縮率（又は熱膨張率）は、鉄系材料からなる斜板１
０の熱収縮率（又は熱膨張率）よりも大きい。つまり、
放熱面積その他の条件が等しいならば、一旦圧接結合し
た斜板１０と薄板材４０であっても、両者の熱収縮率の
差に応じて固相間剥離が生じ易くなる。この点、本実施
形態では、薄板材４０がその名の通り板厚の薄い部材で
あることから、被加工物（機械部品）としての斜板１０
よりも放熱面積が明らかに小さくなっている。このた
め、薄板材４０の熱伝導度が大きいにもかかわらず、圧
接作業直後において薄板材４０のみが急激に冷えて急収
縮する事態が回避される。即ち、摩擦圧接後の放冷時
に、薄板材４０の急収縮が回避できることで、斜板１０
と薄板材４０との熱収縮差による固相間歪みが過度に大
きくなることを回避して固相間剥離を防止することがで
きる。

【００３８】〇 薄板材４０を用いることの前記第１の
利点および第２の利点により、本実施形態によれば、斜
板１０の被加工面に薄板材４０を迅速且つ確実に圧接結
合することができる。尚、この効果を更に高めるために
は摩擦圧接時及びその直後において、薄板材４０からベ
ッド５３への伝熱量を極力小さくするのがよく、そのた
めには例えば、ベッド５３を構成する材料の熱伝導度
（熱伝導率）を薄板材４０を構成する材料の熱伝導度
（熱伝導率）よりも小さくすることは好ましい。

【００３９】〇 本実施形態では、必要に応じて圧接工
程以前に予熱工程を採用し得る。予熱を与えることで、
斜板１０の被加工面に薄板材４０を圧接したときの摩擦
部分の温度上昇及び到達温度を更に高めることができ、
斜板１０と薄板材４０との結合を更に強化することが可
能となる。

【００４０】（別例）本発明の実施形態を以下のように
変更してもよい。 〇 図３では各ピン孔４３を薄板材４０の破線４２より
も外側の領域に設けたが、図７（Ａ）に示すように、各
ピン孔４３を孔４１に近い比較的内側の領域に設けても
よい。この場合、各ピン孔４３に係入した支持ピン５５
の先端部と、斜板の摺接面３０Ｂとの緩衝を避けるた
め、支持ピン５５の長さをピン孔４３の長さ以下とする
のがよい。

【００４１】〇 図３及び図７（Ａ）では、ピン孔４３
と支持ピン５５との凹凸係合関係を利用した位置決め手
段および回り止め手段を採用したが、図７（Ｂ）は、凹
凸係合関係によらないベッド５３（第２の治具）に対す
る薄板材４０の位置決め手段および回り止め手段の別例
を示す。図７（Ｂ）に示すように、ベッド５３の外周部
の複数箇所には把持具６１が設けられている。各把持具
６１は、ベッド５３を厚み方向に貫通すると共に、軸線
Ｌ’の方向に変位可能に設けられている。各把持具６１
の先端には爪部６２が形成され、各把持具の後端側には
その把持具を後退方向に付勢するバネ６３が設けられて
いる。そして、各把持具の爪部６２と、ベッドの支持面
５４との間に薄板材４０を挟み込むことで、ベッド５３
に対する薄板材４０の位置決め及び回り止めを実現して
いる。従って、爪部６２を持つ把持具６１は、位置決め
手段および回り止め手段の役目を果たす。

【００４２】〇 更に図７（Ｂ）に示すように、ベッド
５３には、それを貫通する複数の連通路６４が形成され
ている。各連通路６４は、ベッドの支持面５４と、それ
に接する薄板材４０との境界領域（接触領域）を真空ポ
ンプ６５に連通させる。従って、真空ポンプ６５の作動
時には、前記境界領域が減圧吸引される結果、薄板材４
０が支持面５４に強力に吸着される。この吸着力によっ
ても薄板材４０の回り止めがなる。従って、連通路６４
及び真空ポンプ６５は吸引手段であると共に回り止め手
段として機能する。

【００４３】○ 前記実施形態では、斜板１０を回転さ
せ薄板材４０及びベッド５３を前後にスライドさせた
が、薄板材４０及びベッド５３を回転させ斜板１０を前
後スライドさせるようにしてもよい。又、斜板１０と薄
板材４０及びベッド５３とを異なる回転速度で回転させ
て両者間に相対的な回転速度差を生じさせ、そのうえで
相互に圧接するようにしてもよい。

【００４４】○ 本件の皮膜形成方法が適用可能な部位
は、斜板１０の摺接面３０Ａ，３０Ｂに限られるもので
はなく、斜板摺接面と接するシュー２０Ａ，２０Ｂの平
端面側に本件方法によって同様のＡｌ−Ｓｉ系金属皮膜
を形成してもよい。

【００４５】〇 被加工面上に所定厚の軟質金属層とし
ての皮膜３１Ａ，３１Ｂを形成した後、更にその表面に
二硫化モリブデンやグラファイト等の固体潤滑材を含有
する固体潤滑材皮膜を形成してもよい。

【００４６】（前記各請求項に記載した以外の技術的思
想の要点）請求項１〜７のいずれか一項に記載の機械部
品における皮膜形成方において、（イ）前記薄板材を構
成する金属材料は、前記機械部品を構成する材料よりも
低融点であること、（ロ）前記機械部品を構成する材料
は鉄系材料であり、前記薄板材を構成する金属材料はア
ルミニウム系材料又は銅系材料であること、又は、
（ハ）前記軟質金属層の表面に固体潤滑材を含む固体潤
滑材皮膜を形成する工程を更に備えてなること。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法は、機
械部品の被加工面に対する金属材料皮膜の形成技術とし
ての汎用性に優れ、作業現場での作業環境の良好維持並
びに作業の手間、時間及びコストの効果的な削減を可能
とする。更に本発明によれば、被加工面上での金属材料
皮膜の膜厚を必要十分なものとすることができると共に
膜厚制御が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】容量可変型斜板式圧縮機の縦断面図。

【図２】シューと接する斜板の外周部付近を拡大して示
す断面図。

【図３】斜板のリヤ面、薄板材及びベッドを示す正面図
及び斜視図。

【図４】圧接装置を概念的に示す側面図。

【図５】圧接工程における回転数及び押圧力の経時的変
化を示すグラフ。

【図６】（Ａ）は薄板材を圧接直後の斜板の側面図、
（Ｂ）は表面仕上げ後の斜板の側面図。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は薄板材側の治具の別例を示
す断面図。

【符号の説明】

１０…斜板（機械部品）、３０Ａ，３０Ｂ…摺接面（被
加工面）、３１Ａ，３１Ｂ…皮膜（軟質金属層）、４０
…薄板材、４３…ピン孔（凹部）、５１…回転保持機構
（第１の治具）、５３…ベッド（第２の治具）、５５…
突部としての支持ピン（４３及び５５は回り止め手段を
構成する）、６１…把持具（回り止め手段）、６４…連
通路、６５…真空ポンプ（６４及び６５は回り止め手段
を構成する）、Ｌ，Ｌ’…軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 貴司 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 馬場 敬明 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB50 CC20 CC33 4K044 AA02 AB10 BA10 BB01 BC01 CA02 CA51 CA67

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械部品の被加工面に皮膜を形成する方
   法であって、 機械部品を第１の治具に保持すると共に、該機械部品の
   少なくとも被加工面よりも軟質な金属材料からなる薄板
   材を第２の治具に保持する準備工程と、 前記第１の治具と第２の治具との間で相対回転を生じさ
   せながら一方を他方に接近させ、機械部品の被加工面に
   薄板材を圧接してその薄板材の全体を機械部品に結合す
   ることで該機械部品の被加工面上に軟質金属層を付与す
   る圧接工程とを備えてなることを特徴とする機械部品に
   おける皮膜形成方法。
2. 【請求項２】 前記薄板材の厚みは１ｍｍ〜５ｍｍの範
   囲にあることを特徴とする請求項１に記載の機械部品に
   おける皮膜形成方法。
3. 【請求項３】 前記薄板材と第２の治具との間には、前
   記第１の治具と第２の治具の相対回転時において第２の
   治具と薄板材との間の相対回転を阻止するための回り止
   め手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の機械部品における皮膜形成方法。
4. 【請求項４】 機械部品の被加工面に薄板材を圧接する
   前に、該被加工面及び薄板材の少なくとも一方を加熱す
   る予熱工程を更に備えてなることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか一項に記載の機械部品における皮膜形成
   方法。
5. 【請求項５】 前記第２の治具は、前記薄板材を構成す
   る金属材料の熱伝導度よりも低い熱伝導度を持つ材料で
   構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か一項に記載の機械部品における皮膜形成方法。
6. 【請求項６】 機械部品の被加工面上に付与された前記
   軟質金属層に対して表面仕上げ加工を施す表面仕上げ工
   程を更に備えてなることを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれか一項に記載の機械部品における皮膜形成方法。
7. 【請求項７】 前記機械部品が斜板式圧縮機で用いられ
   る斜板である請求項１〜６のいずれか一項に記載の機械
   部品における皮膜形成方法。