JP2001105162A - 摩擦肉盛法及び摩擦肉盛装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形成される肉盛層の幅を一定にし、該肉盛層
の厚みのバラつきを低減することが可能な摩擦肉盛法及
び摩擦肉盛装置を提供する。 【解決手段】 斜板式コンプレッサーを構成する鋳鉄製
の斜板１の周縁に、ピストンを押動するシューが摺接す
る鍔状の摺動部２が形成されている。エアー供給装置に
より送られるエアーを吹き付けるノズル８から、アルミ
ニウム製の肉盛材４の側面の摺動部２と当接する接触面
から数ｍｍ程度離れた箇所を中心にエアーを吹き付け、
肉盛材４を所定の回転速度で回転させつつ、斜板１の摺
動部２に所定の力で押圧し、摺動部２が所定の移動速度
になるように斜板１を回転させて摩擦肉盛を行い、肉盛
層１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦肉盛法及び摩
擦肉盛装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械部品や器具などにおける金
属摺動部分は、摩擦による損傷を受けるため、種々の防
止対策が行われる。この防止対策である金属基材表面に
金属皮膜を形成する方法の一つに、金属基材表面に肉盛
材を回転させながら押圧して摩擦発熱させて、金属基材
表面に肉盛する摩擦肉盛法が知られている。摩擦肉盛法
は、汎用の機械加工機を利用可能な上、摩擦熱を利用す
ることにより材料の加熱が不要で低コストであり、熱に
より生じる歪みも少ない等の優れた長所がある。

【０００３】車両用エアコンのコンプレッサーの一形式
である斜板式コンプレッサーは、カムプレートとしての
斜板を備えている。該斜板は、その中央部に貫設された
挿通孔に傾斜角をもって挿入された駆動軸と一体回転可
能となっており、駆動軸と平行方向に往復動可能なピス
トンは、一対のシューを介して斜板の外周部に係留され
ている。斜板が回転して該外周部がシューに対して摺動
し、斜板の回転運動がシューを介してピストンの往復直
線運動に変換される。高Ｃｒ鋼製のシューに対して摺動
性を向上させ、耐焼付き性、耐摩耗性を確保するため、
鋳鉄製の斜板の外周部には、例えばアルミニウムの皮膜
形成が行われる。

【０００４】図４は、金属基材としての斜板に対して行
う、摩擦肉盛法による金属皮膜形成の状態を示してい
る。鋳鉄製の斜板５１は外周寄りに、シューに摺動する
鍔状の摺動部５２を備え、中央部にボス部５３が形成さ
れている。円柱形状に形成されているアルミニウム製の
肉盛材５４を所定の回転速度で回転させ、斜板５１の摺
動部５２に所定の力で押圧させると、斜板５１と肉盛材
５４との接触面に生じる摩擦熱により、斜板５１と接触
する肉盛材５４の端面付近が軟化し、軟化した肉盛材５
４の一部が、摺動部５２に溶着する。肉盛材５４を回
転、押圧させつつ、摺動部５２に沿って、移動させるこ
とにより、摺動部５２に肉盛層５５が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】アルミニウムは鉄に比
べて熱伝導率が高い一方、高温強度が低い。肉盛材５４
を回転させ、斜板５１に押圧すると、生じる摩擦熱が素
早くアルミニウムの肉盛材５４に拡散してゆき、軟化が
進行し、肉盛材５４が変形し易くなる。この状態で、斜
板５１の摺動部５２に沿って肉盛材５４を移動させる
と、肉盛材５４が変形し、軟化した肉盛材５４の多くが
摺動部５２に溶着せず接触面からはみ出し、バリ５６と
なって肉盛材５４の周囲に付着、蓄積されてゆく。バリ
５６が多く蓄積されると、肉盛材５４の温度がさらに上
昇し、肉盛層５５の薄膜が不安定になり局部的に肉盛さ
れない未肉盛部が発生する。また、さらに肉盛材５４が
変形し易くなり、肉盛材５４の溶着に有効な接触面の真
の接触面積が減少するため、肉盛層５５が形成される幅
が狭くなる。金属基材が上記斜板５１の様な形状の場
合、摺動部５２に近接して突出したボス部５３と蓄積さ
れたバリ５６とが干渉することにより、ボス部５３に肉
盛材５４が付着し、肉盛層５５の品質も不安定になる。

【０００６】本発明は、前記の問題点に鑑みてなされた
ものであって、形成される肉盛層の幅を一定にし、該肉
盛層の厚みのバラつきを低減することが可能な摩擦肉盛
法及び摩擦肉盛装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、肉盛材を回転させながら
金属基材表面に押圧して、金属基材表面に摩擦肉盛する
摩擦肉盛法において、摩擦肉盛を行う際に、肉盛材と金
属基材との接触面近傍の肉盛材に冷却媒体を吹き付け
る。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記冷却媒体を、エアーとした。請求
項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発
明において、前記金属基材は、鉄系の金属材料とし、前
記肉盛材は、アルミニウム系の金属材料とした。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記金属基材は、鉄系の
金属材料とし、前記肉盛材は、銅系の金属材料とした。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の
発明において、前記摩擦肉盛法は、前記摩擦肉盛法は、
摩擦肉盛を行いつつ肉盛材に付着するバリを除去する。

【００１０】請求項６に記載の発明は、金属基材表面に
肉盛材を回転させながら押圧し、金属基材表面に摩擦肉
盛する摩擦肉盛装置において、金属基材と肉盛材とが当
接する接触面近傍の肉盛材に冷却媒体を吹き付けるノズ
ルを設けた。

【００１１】従って、請求項１〜請求項４に記載の発明
によれば、金属基材に肉盛材を回転、押圧して生じる摩
擦熱の肉盛材への拡散が抑制され、肉盛材周囲に付着す
るバリの発生が低減される。

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４のいずれかに記載の発明の作用に加え、摩擦
肉盛を行う際に、肉盛材周囲に付着するバリの成長が防
止される。

【００１３】請求項６に記載の発明によれば、摩擦肉盛
を行う際に、前記摩擦肉盛装置は、肉盛材に冷却媒体を
吹き付ける。

【００１４】

【発明の実施の形態】（一実施の形態）以下、本発明を
具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説
明する。

【００１５】本実施の形態では、摩擦損傷の防止対策で
ある金属基材表面への金属皮膜形成の一例として、車両
用エアコンのコンプレッサーに備えられる斜板の金属皮
膜形成に摩擦肉盛法を適用した例を示す。

【００１６】図１は、金属基材としての斜板に肉盛材を
摩擦肉盛する状態を示している。金属基材としての斜板
１の周縁に、コンプレッサーのピストンを押動するシュ
ー（図示せず）が摺接する鍔状の摺動部２が形成されて
おり、摺動部２の内周に囲われた斜板１の中心域にボス
部３が突出形成されている。

【００１７】肉盛材４は、摩擦肉盛を行う摺動部２の幅
より、直径がやや大な円柱形状に形成されている。金属
基材と材質の異なる肉盛材を摩擦肉盛する際に、予め粗
化した金属基材表面に肉盛材を回転、押圧し、肉盛材を
金属基材に溶着させて、肉盛層を形成する摩擦肉盛法が
本出願の発明者により発明されている。この摩擦肉盛法
によれば、金属基材の表面を粗化することにより、肉盛
材との摩擦発熱が増大し、肉盛材が速やかに溶着され、
且つ、溶着した肉盛材が金属基材の粗化された細部にま
で充填され、アンカー効果が作用し、肉盛層の接合強度
が向上する。

【００１８】本実施の形態では、予め、斜板１の摺動部
２はショットブラスト法により、表面が粗化されてい
る。図２は、摩擦肉盛装置５を示す。摩擦肉盛装置５に
は、斜板１を装着固定するテーブル６と、肉盛材４を装
着固定するチャック７とが相対して設けられている。テ
ーブル６及びチャック７は各々独立してモータ（図示せ
ず）により所定速度で回転可能になっており、チャック
７はモータによりテーブル６に対して近接、離間するよ
うにスライド移動可能になっている。

【００１９】テーブル６のチャック７と相対する箇所の
近傍にはノズル８が設けられており、エアー温度を調整
可能なエアー供給装置（図示せず）により送られるエア
ーを噴出可能になっている。ノズル８は、テーブル６に
装着固定する斜板１及びチャック７に装着固定する肉盛
材４の大きさに応じて位置を変更可能になっていて、肉
盛材４の側面の所定の位置にエアーを吹き付けることが
可能である。

【００２０】斜板１は摺動部２がチャック７側に相対す
るように、且つ、テーブル６の回転円と摺動部２の円環
とが同心に位置するように、テーブル６にクランプ９に
よって装着固定される。肉盛材４は一端が斜板１の摺動
部２と相対するように、他端がチャック７に装着固定さ
れる。摺動部２と当接する肉盛材４の接触面から肉盛材
４側面をチャック７方向へ数ｍｍ程度寄った箇所を中心
に低温エアーが吹き付けられるように、ノズル８の位置
を設定する。

【００２１】次に、前記のように構成された摩擦肉盛装
置により実施される摩擦肉盛方法を説明する。ノズル８
からエアーを噴出させ、チャック７を所定の回転速度で
回転させ、肉盛材４の一端を斜板１の摺動部２に当接す
るように移動し、摺動部２の肉盛する始点に所定の力で
押圧する。そして、斜板１の摺動部２が所定の移動速度
になるようにテーブル６を回転させて摩擦肉盛を行い、
肉盛層１０を形成する。テーブル６を所定角度回転させ
た後、肉盛材４を摺動部２から離間させて摩擦肉盛を終
了する。

【００２２】肉盛材４側面にノズル８からエアーを吹き
付けることにより、回転する肉盛材４と摺動部２との間
に生じる摩擦熱の肉盛材４への拡散及び肉盛材４の軟化
の進行が抑えられ、肉盛材４が変形し易い状態に陥らな
い。このため、肉盛材４の変形が少なく、接触面からの
はみ出しも少なくなり、肉盛材４に付着するバリ１１の
発生が低減される。よって、形成される肉盛層１０の厚
みのバラつきが少なく、肉盛層１０の幅も一定に保たれ
る。

【００２３】以下、より詳細に本実施の形態の摩擦肉盛
法を行った実施例と比較例を以下に示す。 （実施例）本実施例では、斜板１は鋳鉄にて形成され、
摺動部２は外周の直径が９５ｍｍ、内周の直径が７１ｍ
ｍで、摩擦肉盛を行う幅は１２ｍｍである。肉盛材４は
アルミニウムにて、φ１３の円柱形状に形成されてい
る。

【００２４】室温より温度が１０℃低い低温エアーをノ
ズル８から肉盛材４に吹き付け、肉盛材４、即ち、チャ
ック７を１７５０ｒｐｍで回転させ、その一端を斜板１
の摺動部２に当接するように移動し、摺動部２の肉盛す
る始点に３９２０Ｎ（４００ｋｇｆ）の力で押圧する。
そして、斜板１の摺動部２が１２ｍｍ／ｓｅｃの速度と
なるように、テーブル６を回転させて摩擦肉盛を行い、
肉盛層１０を形成した。

【００２５】本実施例では、上記摩擦肉盛の際に、テー
ブル６を２９０°回転させた時点で、肉盛材４に生じる
バリ１１がボス部３と干渉したが、テーブル６を３６０
°回転させるまで肉盛層１０の幅は一定に保たれた。テ
ーブル６を４２０°回転させ、肉盛材４を摺動部２から
離間させて摩擦肉盛を終了した時点で、肉盛材４はその
長さが９．７ｍｍ減少し、そのうち、摺動部２には２．
４６ｇが溶着した。減少した長さの肉盛材４のうち摺動
部２に溶着した分の割合である溶着効率は７１％であっ
た。

【００２６】（比較例）本比較例は、ノズル８から肉盛
材４へのエアーの吹き付けを停止して摩擦肉盛を行った
点が前記実施例と異なり、他の諸条件は同じである。

【００２７】斜板１に肉盛材４を回転させつつ押圧し、
摩擦肉盛を行ったところ、テーブル６を２３０°回転さ
せた時点で、肉盛材４に生じるバリ１１が、ボス部３と
干渉した。テーブル６を２６０°回転させた時点で摩擦
肉盛される幅が細くなり、摺動部２の幅１２ｍｍに満た
なくなった。テーブル６を４２０°回転させ、摩擦肉盛
を終了した時点で、肉盛材４はその長さが２３．４ｍｍ
減少し、そのうち、摺動部２には１．８２ｇが溶着し、
溶着効率は２２％であった。

【００２８】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） ノズル８から肉盛材４に冷却媒体（低温エア
ー）を吹き付けた場合は、低温エアーを吹き付けない場
合に比べ、バリ１１の発生が少なく、溶着効率、即ち、
肉盛材４の材料歩留りが向上する。

【００２９】（２） ノズル８から肉盛材４に冷却媒体
（低温エアー）を吹き付けない場合、摺動部２に局部的
に肉盛されない未肉盛部が発生し、肉盛層１０の厚みの
バラつきが大きいが、冷却媒体を吹き付けた場合、未肉
盛部は発生せず、肉盛層１０の厚みのバラつきも小さ
い。

【００３０】（３） ノズル８から肉盛材４に吹き付け
る冷却媒体が低温エアーであるため、媒体の入手が至極
容易である。また、水分を避ける必要がある加工品に対
しても適用可能である。

【００３１】（４） 鋳鉄製の斜板１の摺動部２に対し
てアルミニウムの肉盛材を用い、摩擦肉盛法により肉盛
層１０を一定幅で、且つ、肉盛層１０の厚みのバラつき
を少なく形成することができる。

【００３２】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
でなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ 図３に示すように、金属基材としての斜板１の摺動
部２に当接する肉盛材４の接触面脇にバリ取り刃具１２
を設けてもよい。この場合、発生したバリ１１が成長し
て肉盛材４の周囲に厚く付着するのを防止できるため、
バリ１１とボス部３等の突設部との干渉を防ぐことが可
能である。しかも、一個の肉盛材４で、複数個の斜板１
に摩擦肉盛を行う場合に、ある斜板１に摩擦肉盛後、次
の斜板１の摩擦肉盛前に、肉盛材４からバリ１１を削り
取る作業が不要となるため、作業効率を向上できる。ま
た、肉盛材４の交換周期を長くすることができる。

【００３３】○ 肉盛材４に向けて吹き付けるエアーは
前記実施の形態の温度に限らず、必要に応じ適宜調節し
た温度若しくは室温でもよい。特に、エアー温度を室温
とした場合、エアー温度を調整する装置が不要である。

【００３４】○ 肉盛材４に向けてエアーを吹き付ける
以外に、その他の冷却媒体を吹き付けてもよい。冷却媒
体として、例えば、水及び油等の液体のミストやミスト
を混合したエアー若しくは不活性ガス等が挙げられる。
特に、冷却媒体を水のミストとした場合、水滴が付着、
蒸発し潜熱を奪うことにより、エアーの場合に比べ、よ
り強力な冷却効果を得ることができる。

【００３５】○ 肉盛材４のエアーを吹き付ける位置
は、接触面から肉盛材４側面をチャック７方向へ数ｍｍ
程度寄った箇所に限らず、発生する摩擦熱、エアー温
度、肉盛材の高温強度等に応じて適宜変更してもよい。

【００３６】○ 金属基材は鋳鉄に限らず、合金を含む
種々の鉄系金属を用いてもよい。 ○ 肉盛材４はアルミニウムに限らず、用途等に応じ、
アルミニウム系の種々の合金を用いてもよい。アルミニ
ウムと同様に鉄に比べて熱伝導率が高い一方、高温強度
が低い銅系金属を肉盛材に用いてもよい。また、鉄系金
属を肉盛材に用いてもよい。

【００３７】○ 金属基材の摩擦肉盛を行う表面は、前
記実施のショットブラスト法に限らず、他の方法により
粗化してもよい。例えば、機械加工機による切削加工若
しくは酸溶液によるエッチング等が挙げられる。

【００３８】○ 摩擦肉盛を行う金属基材表面は必ずし
も粗化しなくてよい。 ○ 摩擦肉盛を行う金属基材は、車両用エアコンのコン
プレッサーに用いる斜板１に限らず、摩擦肉盛を要する
他の用途の金属基材に用いてもよい。例えば、加工刃
具、スピンドルシャフト等が挙げられる。

【００３９】○ 摩擦肉盛を行う金属基材表面は、車両
用エアコンのコンプレッサーに用いる斜板１の摺動部２
のような平面に限らず、凹曲面、凸曲面、スパイラル
面、段差等の種々の表面形状に用いてもよい。

【００４０】○ 肉盛材は円柱形状に限らず、加工条件
等に応じ、例えば、球状、三角柱や四角柱及び六角柱等
の角柱状、楕円形柱状、或いは管状等としてもよい。 ○ 摩擦肉盛の際の肉盛材の回転速度、肉盛材と金属基
材間の押圧圧力及び肉盛材と金属基材の押圧後の移動速
度は、前記実施の形態に限らず、条件に応じ適宜変更し
てもよい。

【００４１】○ 肉盛材径は、必要な肉盛層の面積等に
応じて適宜変更してもよい。 ○ 摩擦肉盛の際の肉盛材４と金属基材との押圧は、前
記実施の形態の肉盛材４を金属基材側に移動させて行う
方法に限らず、金属基材を肉盛材側へ移動させて行った
り、若しくは、肉盛材４と金属基材の両方を移動させて
行ってもよい。

【００４２】○ 摩擦肉盛の際の肉盛材４と金属基材と
の押圧中の移動は、前記実施の形態の金属基材を移動
（回転）させて行う方法に限らず、肉盛材４を移動させ
て行ったり、若しくは、金属基材と肉盛材４の両方を移
動させて行ってもよい。

【００４３】○ 摩擦肉盛時の金属基材と肉盛材間の押
圧中の移動経路は、前記実施の形態における回転円に限
らず、肉盛が必要な部位、形状や必要な肉盛厚に応じた
移動経路にて実施してもよい。例えば、直線、曲線又は
広い面積わたって肉盛する場合は折り返し経路若しくは
肉盛厚を厚くする場合は重複経路をとり得る。

【００４４】○ 摩擦肉盛装置は、必ずしも専用機であ
る必要は無く、例えば汎用のＮＣ加工機等を転送するこ
とも可能である。。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、バリの発生を低減することにより、肉盛材
の材料歩留りを向上でき、肉盛層の幅及び厚みのバラつ
きを低減できる。

【００４６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加え、冷却媒体の入手が至極容易なた
め、コストを抑えることが可能であり、且つ、冷却媒体
に水などを用いる場合に比べ、乾燥若しくは媒体除去の
工程が不要である。

【００４７】請求項３に記載の発明によれば、アルミニ
ウム系の肉盛材を鉄系の金属基材に摩擦肉盛する際に、
請求項１又は請求項２の発明の効果が得られる。請求項
４に記載の発明によれば、銅系の肉盛材を鉄系の金属基
材に摩擦肉盛する際に、請求項１又は請求項２の発明の
効果が得られる。

【００４８】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４の発明の効果に加え、発生するバリが肉盛材
に付着して成長するのを防止できることにより、複数個
の金属基材に摩擦肉盛を行う場合の作業効率を向上で
き、また摩擦肉盛を行う際の移動距離が長い場合に対応
可能である。

【００４９】請求項６に記載の発明によれば、摩擦肉盛
装置により、肉盛材の周囲のバリの発生が少なく、肉盛
層の厚みのバラつきが小さく、肉盛材の材料歩留りが高
い摩擦肉盛が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 斜板に摩擦肉盛により金属皮膜を形成する際
の模式斜視図。

【図２】 摩擦肉盛加工機の側面図。

【図３】 別の実施の形態における摩擦肉盛の状態の模
式斜視図。

【図４】 従来技術におけるに摩擦肉盛の状態の模式斜
視図。

【符号の説明】

１…金属基材としての斜板、４…肉盛材、１１…バリ、
１２…刃具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 学 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） 4E067 AA02 AA05 AA07 BG00 BG07 DB00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 肉盛材を回転させながら金属基材表面に
   押圧して、金属基材表面に摩擦肉盛する摩擦肉盛法にお
   いて、摩擦肉盛を行う際に、肉盛材と金属基材との接触
   面近傍の肉盛材に冷却媒体を吹き付ける摩擦肉盛法。
2. 【請求項２】 前記冷却媒体を、エアーとした請求項１
   に記載の摩擦肉盛法。
3. 【請求項３】 前記金属基材は、鉄系の金属材料とし、
   前記肉盛材は、アルミニウム系の金属材料とした請求項
   １又は請求項２に記載の摩擦肉盛法。
4. 【請求項４】 前記金属基材は、鉄系の金属材料とし、
   前記肉盛材は、銅系の金属材料とした請求項１又は請求
   項２に記載の摩擦肉盛法。
5. 【請求項５】 前記摩擦肉盛法は、摩擦肉盛を行いつつ
   肉盛材に付着するバリを除去する請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載の摩擦肉盛法。
6. 【請求項６】 金属基材表面に肉盛材を回転させながら
   押圧し、金属基材表面に摩擦肉盛する摩擦肉盛装置にお
   いて、金属基材と肉盛材とが当接する接触面近傍の肉盛
   材に冷却媒体を吹き付けるノズルを設けた摩擦肉盛装
   置。