JP2001239363A - 斜板式圧縮機の斜板における皮膜形成方法及び斜板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】斜板のシューとの摺接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、且つ作業現場での作
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。 【解決手段】斜板１０においてシュー２０Ａ，２０Ｂと
の摺接面３０Ａ，３０Ｂに対し、被覆アーク溶接肉盛り
法を用いて皮膜３１Ａ，３１Ｂ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、例えば空調装置の
冷凍サイクルを構成する斜板式圧縮機に用いられ、シュ
ーを介してピストンを連結する構成の斜板に関し、特に
シューとの摺接面に対して金属材料よりなる皮膜を形成
するための皮膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】斜板式圧縮機の内部機構を構成する斜板
とシューとの間の潤滑は、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
化したオイルを斜板とシューとの摺動部位に搬送するこ
とでまかなわれている。

【０００３】しかし、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、前記摺動部位に
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（１分程度）が、圧縮機の運転中にもかかわらず潤
滑が必要な斜板とシューとの摺動部位がオイル不十分な
状態に陥る期間となる。

【０００４】このようなオイル不十分な期間においても
斜板とシューとの間における最低限の潤滑を確保するた
めに、斜板においてシューとの摺接面にコーティングを
施す（皮膜を形成する）技術が従来より提案されてい
る。そして、斜板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。特許文献のみならず製品
（斜板）に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。

【０００５】

【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
いった比較的厚膜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。

【０００６】他方、粉末状の金属材料等を溶融状態とし
て火炎ととも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あ
まりないが、それでも以下の（イ）及び（ロ）に掲げる
ような作業上の問題を本質的に内在している。

【０００７】（イ）多くの場合、溶射を施す前に、斜板
摺接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が必要なこと及
び粗化処理に用いる硬質粒子（副材料）の費用がかかる
ことは、溶射加工における時間とコストを上昇させる一
因となっている。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ている。

【０００８】（ロ）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っている。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備えるものの、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。

【０００９】本発明の目的は、斜板のシューとの摺接面
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
るとともに、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
となる斜板式圧縮機の斜板における皮膜形成方法、及び
この皮膜形成方法を用いてシューとの摺接面に皮膜が形
成された斜板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、斜板式圧縮機に用いられ、シュ
ーを介してピストンを連結し、このシューとの摺接面に
金属材料よりなる皮膜を有する斜板において、前記皮膜
の形成に溶接肉盛り法を用いたことを特徴とする斜板式
圧縮機の斜板における皮膜形成方法である。

【００１１】この方法によれば、斜板摺接面に対して溶
融金属材料を直接肉盛ることで皮膜を形成してゆくこと
となり、溶射技術のように金属材料の大きな吹き付け音
を発生することがないし、この吹き付けの際に粉末の金
属材料が周囲に飛び散って材料の歩留まりの悪化や作業
環境の悪化を引き起こすこともない。

【００１２】請求項２の発明は請求項１において、前記
溶接肉盛り法はアーク溶接肉盛り法であることを特徴と
している。前記アーク溶接法は現在最も一般的な溶接手
法であり、溶接肉盛り法を用いた皮膜形成を斜板式圧縮
機の斜板に対して実現するのに、皮膜形成装置の導入コ
ストやノウハウ等の観点から現時点で最も適している。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
の皮膜形成方法を用いてシューとの摺接面に皮膜が形成
された斜板である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を空調装置に用いら
れる斜板式圧縮機の斜板における皮膜形成方法に具体化
した一実施形態について説明する。

【００１５】（斜板式圧縮機）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、これらは相互に接合固定されて圧縮機のハウジン
グを構成する。

【００１６】前記ハウジング内には、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。

【００１７】前記クランク室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９と同期回転可
能且つ駆動軸９の軸線方向への摺動を伴いながら駆動軸
９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。

【００１８】前記駆動軸９とともに所定角度に傾斜した
斜板１０が回転すると、各ピストン８が斜板１０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Ｐｓ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。

【００１９】前記斜板１０は、傾角減少バネ１４によっ
てシリンダブロック１に接近する方向（傾角減少方向）
に付勢されている。ただし、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
動を規制することで斜板１０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
θｍａｘは、例えば斜板１０のカウンタウェイト部１０
ｂ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。

【００２０】前記斜板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８
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１ａ
の内圧とピストン８の背圧にあたるクランク室５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。

【００２１】図１の斜板式圧縮機では、詳述しない制御
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θｍｉｎ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。

【００２２】（斜板）図１及び図２に示すように、前記
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
ト側及びリヤ側の環状摺接面３０Ａ，３０Ｂは、前記一
対のシュー２０Ａ，２０Ｂとそれぞれ摺接する。

【００２３】前記斜板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。同種の金属材料からなる二つの部材（こ
の場合は斜板１０とシュー２０Ａ，２０Ｂ）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、この実施形態では、図２に
示すように斜板１０の少なくとも前記摺接面３０Ａ，３
０Ｂ上に、シュー２０Ａ，２０Ｂとの接触摺動性を改善
するための摺動層としての皮膜３１Ａ，３１Ｂが形成さ
れている。

【００２４】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
ウム合金や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）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材料としての硬度や融点
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１０〜２０重量％（好まし
くは約１７重量％）のものである。

【００２５】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２０Ａ，２０Ｂとの接触摺動性が改善される。即ち、
皮膜３１Ａ，３１Ｂの形成によって、斜板１０とシュー
２０Ａ，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。

【００２６】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。Ａｌ−Ｓｉ系金属材料の前
記鉄系材料との物性上の差異が、斜板１０とシュー２０
Ａ，２０Ｂとの接触摺動性の改善に寄与していることは
間違いない。

【００２７】（皮膜形成方法）前記斜板１０のリヤ側摺
接面３０Ｂへの皮膜形成手順について具体的に説明す
る。

【００２８】図３は、皮膜形成装置を模式的に示す図で
ある。この皮膜形成装置は、回転保持機構５１（二点鎖
線で概念的に示す）及び被覆アーク溶接手段を備えてい
る。回転保持機構５１はモータＭに作動連結されてお
り、このモータＭの駆動力に基づいて、保持した斜板１
０を軸線Ｌを中心として低速回転させる（例えば１〜１
０ｒｐｍ）。斜板１０を回転保持機構５１にセットした
状態では、環状の摺接面３０Ｂは前記軸線Ｌを取り囲む
とともにその軸線Ｌに直交する面として存在する。

【００２９】前記被覆アーク溶接手段は、溶接棒５２及
びこの溶接棒５２と斜板１０との間に電圧を印加するた
めの溶接電源５３からなっている。溶接棒５２は、前記
Ａｌ−Ｓｉ系金属材料からなる心線５２ａの外周面にフ
ラックス（被覆剤）５２ｂが塗布されてなる。溶接棒５
２は昇降保持機構５４（二点鎖線で概念的に示す）に保
持されるとともに、この昇降保持機構５４は昇降手段５
５に作動連結されている。

【００３０】前記溶接棒５２は、昇降保持機構５４にセ
ットされた状態では、回転保持機構５１にセットされた
斜板１０の軸線Ｌに対して偏心位置に配置され、斜板摺
接面３０Ｂの一部に対してその上方で対向する。昇降保
持機構５４は昇降手段５５の動作によって、保持した溶
接棒５２とともに図面上下方向に昇降され、従って溶接
棒５２が斜板摺接面３０Ｂの一部に対して近接及び離間
される。

【００３１】さて、前記昇降手段５５によって、溶接棒
５２を斜板摺接面３０Ｂの一部に下降（近接）させると
ともに、溶接電源５３を起動させると、溶接棒５２と斜
板１０との間にアークが発生する。このアーク熱によっ
て、溶接棒５２（心線５２ａ）の金属材料の一部が溶融
して斜板摺接面３０Ｂ上に滴下される（言い換えれば肉
盛られる）。斜板摺接面３０Ｂに滴下した溶接棒５２の
金属材料は、同じくアーク熱によって溶融した斜板摺接
面３０Ｂの金属材料と融合されることとなる。さらにモ
ータＭの作動により回転保持機構５１が斜板１０ととも
に回転し、斜板摺接面３０Ｂ上における溶接棒５２の対
応位置（金属材料の溶融滴下位置）が、環状摺接面３０
Ｂの周方向に順次連続的に変化する。

【００３２】斜板１０が少なくとも１回転すれば、環状
摺接面３０Ｂ全体に対して溶接棒５２からの金属材料の
溶融滴下（肉盛り）が一通り行われ、この摺接面３０Ｂ
全体には必要膜厚（例えば５０μｍ）に後加工での削り
代（例えば２０〜５０μｍ）を加味した膜厚（例えば７
０〜１００μｍ）のＡｌ−Ｓｉ系金属材料からなる皮膜
３１Ｂが形成される。

【００３３】以上のようにして摺接面３０Ｂ全体に皮膜
３１Ｂが形成された後には、モータＭ及び溶接電源５３
が停止され、さらには昇降保持機構５４とともに溶接棒
５２が斜板摺接面３０Ｂから上昇（離間）される。

【００３４】前記皮膜３１Ｂの必要膜厚は、上述した溶
接肉盛り法によって形成された皮膜を、後加工として切
削加工あるいは研磨加工を施すことにより調節される。
なお、斜板１０のフロント側摺接面３０Ａに対しても、
前記と同様の手順でのＡｌ−Ｓｉ系金属材料からなる皮
膜３１Ａが形成される。

【００３５】上記構成の本実施形態においては、次のよ
うな効果を奏する。 （１）本実施形態の皮膜形成方法によれば、簡便な手順
で短時間のうちに、斜板１０の摺接面３０Ａ，３０Ｂに
対してＡｌ−Ｓｉ系金属材料からなる皮膜３１Ａ，３１
Ｂを効率的に形成することができる。

【００３６】（２）溶射技術とは異なり、斜板１０の摺
接面３０Ａ，３０Ｂに対して特段の前処理（粗面処理や
マスキング）を必要としない。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。

【００３７】（３）この方法では、摺接面３０Ａ，３０
Ｂに対する皮膜３１Ａ，３１Ｂの付与は、第一義的には
金属同士の融合による物理接着であり、厳格な化学的親
和性が要求されないため、皮膜の形成技術としての汎用
性に優れている。

【００３８】（４）この方法によれば、斜板摺接面３０
Ａ，３０Ｂに対して金属材料を直接肉盛ることで皮膜３
１Ａ，３１Ｂを形成してゆくこととなり、溶射技術のよ
うに金属材料の大きな吹き付け音を発生することがない
し、この吹き付けの際に粉末の金属材料が周囲に飛び散
って材料の歩留まりの悪化や作業環境の悪化を引き起こ
すこともない。

【００３９】（５）この方法によれば、棒状の金属材料
（溶接棒５２）を用いて皮膜形成（溶接肉盛り）を行な
うため、溶射技術のように粉末加工に起因して高価であ
る金属材料を用いる必要がない。また、棒状の金属材料
は粉末と比較して取り扱いが容易であり、皮膜形成作業
の効率化や作業環境の向上につながる。

【００４０】（６）アーク溶接法は現在最も一般的な溶
接手法であり、溶接肉盛り法を用いた皮膜形成を斜板式
圧縮機の斜板１０に対して実現するのに、皮膜形成装置
の導入コストやノウハウ等の観点から現時点で最も適し
ている。

【００４１】なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲
で、以下の態様でも実施できる。 ・被覆アーク溶接以外のアーク溶接としては、ガスシー
ルドアーク溶接、サブマージアーク溶接等が挙げられ
る。ガスシールドアーク溶接としては、ＭＩＧ溶接、Ｍ
ＡＧ溶接、ＴＩＧ溶接等が挙げられる。このいずれかの
溶接法を用いて、斜板摺接面３０Ａ，３０Ｂに対する皮
膜形成（溶接肉盛り）を行なうようにしてもよい。

【００４２】・溶接棒５２（心線５２ａ）として、アル
ミニウム系材料に代えて、銅系材料を使用してもよい。 ・鉄系材料ではなく、アルミニウム系材料よりなる斜板
１０においてその皮膜形成方法に具体化すること。

【００４３】上記実施形態から把握できる技術的思想に
ついて記載すると、請求項１又は２に記載の皮膜形成方
法において、或いは請求項３の斜板において、シューと
の摺接面上に形成された金属材料からなる皮膜は、シュ
ーとの接触摺動性を改善するためのものであること。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法によれ
ば、斜板のシューとの摺接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ともに、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となるという優れた効果を奏
する。

【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】 皮膜形成装置を概念的に示す図。

【符号の説明】

１０…斜板、３０Ａ，３０Ｂ…斜板においてシューとの
摺接面、３１Ａ，３１Ｂ…皮膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯村 直彦 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 河内 繁希 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 BB17 BB26 BB50 CC20 CC33 4E081 YD10 YX05 YX07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 斜板式圧縮機に用いられ、シューを介し
   てピストンを連結し、このシューとの摺接面に金属材料
   よりなる皮膜を有する斜板において、 前記皮膜の形成に溶接肉盛り法を用いたことを特徴とす
   る斜板式圧縮機の斜板における皮膜形成方法。
2. 【請求項２】 前記溶接肉盛り法はアーク溶接肉盛り法
   である請求項１に記載の斜板式圧縮機の斜板における皮
   膜形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の皮膜形成方法を
   用いてシューとの摺接面に皮膜が形成された斜板。