JP2003161259A

JP2003161259A - 圧縮機用摺動材

Info

Publication number: JP2003161259A
Application number: JP2001358110A
Authority: JP
Inventors: Manabu Sugiura; 学杉浦; Takahiro Sugioka; 隆弘杉岡; Akira Onoda; 晃小野田; Tomohiro Murakami; 智洋村上; Shinobu Okubo; 忍大久保
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-06-06
Also published as: EP1314887A2; US20030096134A1; KR20030043605A; CN1421607A

Abstract

(57)【要約】【課題】硬度と耐剥離性との両方の要求を満たす摺動材
を得る。【解決手段】圧縮機のシュー７６を、アルミニウム合金
製の母材の上に、Ｎｉ−Ｐ無電解ニッケルメッキ層を形
成し、そのＮｉ−Ｐメッキ層の上にＮｉ−Ｐ−Ｂ無電解
ニッケルメッキ層を形成したものとする。Ｎｉ−Ｐ−Ｂ
メッキ層は、リンの含有率が０．５〜５．０wt％、ホウ
素の含有率が０．０５〜０．２wt％の範囲とし、熱処理
を施さない。スクラッチ試験で、Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ層
に熱処理を施さないテストピース２００には、表面の掻
き疵２１０，２１２からクラックは発生しなかったが、
熱処理を施したテストピース２０２には、表面に掻き疵
２１４，２１６から延び出す状態でクラック２２０，２
２２が発生した。Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層に熱処理
を施さないことで、メッキ層の変形能力が小さくなるこ
とが回避され、シューとピストンあるいは斜板との間に
異物が入り込む等により掻き疵が生じても、硬質層１５
２が剥離しにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機用の摺動材
に関するものであり、特に、高硬度でかつ耐剥離性等の
摺動特性に優れた摺動材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機においては、複数の部材の間に配
設されてそれら部材の円滑な相対移動を許容する摺動材
が種々使用されている。斜板式圧縮機のピストンと斜板
との間に配設されるシューがその一例である。金属材料
から成る摺動材と他部材との摺動による焼付きや摩耗を
回避するために、摺動材において、母材の表面に母材よ
り硬度の高い金属製のメッキ層を形成することが行われ
ている。例えば、特開平８−１５８０５８号公報には、
アルミニウム合金製の母材の少なくとも摺動部分に、リ
ンおよびホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ層を形
成することによって摺動特性に優れた機械部品を得るこ
とが記載されている。この無電解ニッケルメッキ層に
は、従来、硬度を高めるために熱処理が施されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果】しかしながら、無電解ニッケルメッキ層に熱処理を
施せば、硬度は高くなるものの、メッキ層が剥離し易く
なる問題があることが判明した。この原因は次のように
推測される。例えば、摺動材と他部材との間に異物等が
入り込んだ状態で互いに摺動させられれば、メッキ層に
掻き疵が生じ、その掻き疵から延び出す状態でクラック
が発生し易いのであり、そのクラック発生に起因してメ
ッキ層の一部が母材から剥離すると推測されるのであ
る。その剥離したメッキ層の一部が異物の一種として摺
動材間に介在することによって、さらに掻き疵が増加
し、メッキ層の剥離が進行することとなり、やがて摺動
材と他部材との間で焼付きが発生することとなる。この
クラックの発生は、熱処理によってメッキ層の変形能力
（伸び）が小さくなるためと推定される。

【０００４】本発明は、以上の推測の下に、高硬度と耐
剥離性との両方の要求を満たす摺動材を得ることを課題
としてなされたものであり、本発明によって、下記各態
様の摺動材が得られる。各態様は請求項と同様に、項に
区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号
を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明
の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術
的特徴およびそれらの組み合わせが以下の各項に記載の
ものに限定されると解釈されるべきではない。また、一
つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数
の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではな
い。一部の事項のみを選択して採用することも可能なの
である。

【０００５】なお、以下の各項において、(1)項が請求
項１に相当し、(4)項が請求項２に、(6)項が請求項３
に、(7)項が請求項４にそれぞれ相当する。

【０００６】（１）アルミニウムを主成分とする材料か
ら成る母材の表面に、リン（Ｐ）とホウ素（Ｂ）とを含
有する無電解ニッケルメッキ層が形成された圧縮機用の
摺動材であって、前記無電解ニッケルメッキ層が、リン
の含有率が０．５〜５．０wt％、ホウ素の含有率が０．
０５〜０．２wt％の範囲であり、かつ、その無電解ニッ
ケルメッキ層に熱処理が施されていないことを特徴とす
る圧縮機用摺動材。

【０００７】無電解ニッケルメッキ層は、公知の化学メ
ッキ法により形成される。摺動材の母材がメッキ液槽に
溜められたメッキ液に浸漬され、母材表面に無電解ニッ
ケルメッキ層が形成されるのである。この化学メッキ法
において、圧縮機用摺動材の無電解ニッケルメッキ層の
リンの含有率が０．５wt％未満とされれば、次亜リン酸
を還元剤とするメッキ液に浸漬してもメッキ層が形成さ
れず、逆に、リンの含有率が５．０wt％より多くされる
と、メッキ層の硬度が不足する。また、無電解ニッケル
メッキ層のホウ素の含有率が０．０５wt％未満とされれ
ば、メッキ層の硬度が不足し、逆に、０．２wt％より多
いと、メッキ液槽中の摺動材の母材以外の部分にもメッ
キ層が形成されてしまう。例えば、メッキ液槽の内面
や、メッキ液槽の底部に溜まった粒子にメッキ層が形成
されてしまうのである。本願発明の発明者らは、種々の
試験結果から、本項の範囲内のリンおよびホウ素を含有
する無電解ニッケルメッキ層とするとともに、その無電
解ニッケルメッキ層に熱処理を施さないことにより、圧
縮機における使用に十分耐え得る硬度を有するメッキ層
を安定的に形成し得ることを見い出した。また、この無
電解ニッケルメッキ層に熱処理を施さないことにより、
他部材との摺動時に、たとえ掻き疵が生じても、それを
起点としてクラックが発生したり、メッキ層が剥がれた
りすることが良好に回避され、耐剥離性が向上すること
も見出した。本発明はこの発見に基づいてなされたもの
であり、斜板式圧縮機のシューや、ベーン圧縮機のベー
ンまたはサイドプレート、あるいは、スクロール圧縮機
のスクロール等に適用して特に有効なものである。（２）前記リンの含有率が０．５〜３．０wt％の範囲で
ある(1)項に記載の圧縮機用摺動材。無電解ニッケルメ
ッキ層のリンの含有率を本項で示す範囲内とすれば、メ
ッキ層の硬度を高い領域に維持することがより確実とな
る。（３）前記ホウ素の含有率が０．０５〜０．１８wt％
の範囲である(1)項または(2)項に記載の圧縮機用摺動
材。無電解ニッケルメッキ層のホウ素の含有率を本項で
示す範囲内とすれば、メッキ層を安定して形成すること
がさらに容易となる。（４）前記母材と前記無電解ニッケルメッキ層との間に
Ｎｉ−Ｐ系の無電解ニッケルメッキ層が形成された(1)
項ないし(3)項のいずれかに記載の圧縮機用摺動材。母
材と無電解ニッケルメッキ層との間に形成されるＮｉ−
Ｐメッキ層は、下地層として機能して母材と無電解ニッ
ケルメッキ層との固着力を高め、無電解ニッケルメッキ
層の母材からの剥離を防止する機能を果たす。また、Ｎ
ｉ−Ｐメッキ層は、無電解ニッケルメッキ層に衝撃が加
えられた時の緩衝層としても機能する。このように無電
解ニッケルメッキ層の剥離や欠けが良好に防止されるこ
とによって、摺動材の摺動特性が長期にわたって良好に
維持され、摺動材の耐久性が向上する。（５）前記Ｎｉ−Ｐ系の無電解ニッケルメッキ層のリン
の含有率が５．０〜１５．０wt％の範囲である(4)項に
記載の圧縮機用摺動材。前記Ｎｉ−Ｐ系の無電解ニッケ
ルメッキ層のリンの含有率を本項で示す範囲内とすれ
ば、そのメッキ層の衝撃緩衝層としての働きが極めて良
好となる。（６）当該圧縮機用摺動材が斜板式圧縮機のシューであ
る(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の圧縮機用摺動
材。斜板式圧縮機のシューは、ピストンと斜板との間に
配設されて両部材と摺動させられるものであり、高硬度
および耐摩耗性が要求されるのみならず、ピストンある
いは斜板とシューとの間に異物が入り込み易いため、た
とえ異物が入り込んで掻き疵が生じた場合でも、シュー
のメッキ層が剥離しないことが強く要求される。シュー
の母材の表面に本発明に係る無電解ニッケルメッキ層を
形成すれば、これら両方の要求を良好に満たすことがで
きる。（７）当該圧縮機用摺動材がベーン圧縮機のベーンであ
る(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の圧縮機用摺動
材。ベーン圧縮機のベーンは、後述するように、ロータ
のベーン溝の中に嵌挿されて、その先端面はシリンダ
に、側面はサイドプレートにそれぞれ接触させられ、か
つ、各部分が相手部材と摺動させられるものである。し
たがって、高硬度および耐摩耗性が要求されるのみなら
ず、ベーンとロータ，シリンダあるいはサイドプレート
との間に異物が入り込み易いため、たとえ異物が入り込
んで掻き疵が生じた場合でも、ベーンのメッキ層が剥離
しないことが強く要求される。ベーンの母材の表面に本
発明の無電解ニッケルメッキ層を形成すれば、これら両
方の要求を良好に満たすことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
摺動材を、車両用エアコンディショナの冷媒圧縮機とし
て用いられる斜板式圧縮機のシューとして使用した場合
を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。図１に本
実施形態における斜板式圧縮機を示す。図１において、
１０はシリンダブロックであり、シリンダブロック１０
の中心軸線周りの一円周上には、軸方向に延びる複数の
シリンダボア１２が形成されている。シリンダボア１２
の各々には、片頭ピストン１４（以下、ピストン１４と
略称する）が往復運動可能に配設されている。シリンダ
ブロック１０の軸方向のシリンダブロック１０の軸方向
の一端面（図１の左側の端面であり、前端面と称する）
には、フロントハウジング１６が取り付けられ、他方の
端面（図１の右側の端面であり、後端面と称する）に
は、リヤハウジング１８がバルブプレート２０を介して
取り付けられている。フロントハウジング１６，リヤハ
ウジング１８，シリンダブロック１０等により斜板式圧
縮機のハウジングが構成されている。リヤハウジング１
８とバルブプレート２０との間には、吸入室２２，吐出
室２４が形成され、それぞれ、吸入ポート２６，供給ポ
ート２８を経て、図示しない冷凍回路に接続される。バ
ルブプレート２０には、吸入孔３２，吸入バルブ３４，
吐出孔３６，吐出バルブ３８等が設けられている。

【０００９】上記ハウジング内には、回転軸５０が、シ
リンダブロック１０の中心軸線を回転軸線として回転可
能に設けられている。回転軸５０は、その両端部におい
てそれぞれフロントハウジング１６，シリンダブロック
１０にベアリングを介して回転可能に支持されている。
シリンダブロック１０の中心部には、支持穴５６が形成
されており、その支持穴５６において上記ベアリングを
介して支持されているのである。回転軸５０のフロント
ハウジング１６側の端部は、図示しない駆動源としての
車両エンジンに、電磁クラッチ等のクラッチ装置を介し
て連結されている。したがって、車両エンジンの作動時
に、クラッチ装置によって回転軸５０が車両エンジンに
接続されれば、回転軸５０が自身の軸線まわりに回転さ
せられる。

【００１０】回転軸５０には、斜板６０が軸方向に相対
移動可能かつ傾動可能に取り付けられている。斜板６０
には、中心線を通る貫通穴６１が形成され、この貫通穴
６１を回転軸５０が貫通している。貫通穴６１は、両端
開口側ほど図１における上下方向に内のり寸法が漸増さ
せられ、それら両端部の横断面形状が長穴をなしてい
る。回転軸５０にはまた、回転板６２が固定され、スラ
ストベアリング６４を介してフロントハウジング１６に
受けられている。斜板６０は、ヒンジ機構６６により、
回転軸５０と一体的に回転させられるとともに、軸方向
の移動を伴う傾動を許される。ヒンジ機構６６は、回転
板６２に固定的に設けられた支持アーム６７と、斜板６
０に固定的に設けられ、支持アーム６７のガイド穴６８
にスライド可能に嵌合されたガイドピン６９と、斜板６
０の貫通穴６１と、回転軸５０の外周面とを含むもので
ある。

【００１１】前記ピストン１４は、斜板６０の外周部を
跨ぐ状態で係合させられる係合部７０と、係合部７０と
一体に設けられ、シリンダボア１２に嵌合される頭部７
２とを備えている。本実施形態における頭部７２は、中
空頭部とされて軽量化が図られている。頭部７２，シリ
ンダボア１２およびバルブプレート２０が共同して圧縮
室を形成している。また、係合部７０は一対の球冠状の
シュー７６を介して斜板６０の外周部と係合させられて
いる。シュー７６については後に詳しく説明する。な
お、本実施形態におけるピストン１４は、その一端部に
のみ１つの頭部７２を備えることから片頭ピストンと称
される。

【００１２】ピストン１４は斜板６０の回転により往復
運動させられる。詳しくは、斜板６０の回転運動が、シ
ュー７６を介してピストン１４の往復直線運動に変換さ
れる。ピストン１４が上死点から下死点へ移動する吸入
行程において、吸入室２２内の冷媒ガスが吸入孔３２，
吸入バルブ３４を経てシリンダボア１２内の圧縮室に吸
入される。ピストン１４が下死点から上死点へ移動する
圧縮行程において、シリンダボア１２内の圧縮室の冷媒
ガスが圧縮され、吐出穴３６，吐出バルブ３８を経て吐
出室２４に吐出される。冷媒ガスの圧縮に伴ってピスト
ン１４には、軸方向の圧縮反力が作用する。圧縮反力
は、ピストン１４，斜板６０，回転板６２およびスラス
トベアリング６４を介してフロントハウジング１６に受
けられる。

【００１３】シリンダブロック１０を貫通して給気通路
８０が設けられている。この給気通路８０により、吐出
室２４と、フロントハウジング１６とシリンダブロック
１０との間に形成された斜板室８６とが接続されてい
る。給気通路８０の途中には、電磁制御弁９０が設けら
れている。この電磁制御弁９０のソレノイド９２への電
流供給が、コンピュータを主体とする制御装置（図示省
略）により、冷房負荷等の情報に応じて制御される。

【００１４】回転軸５０の内部には、排出通路１００が
設けられている。排出通路１００は、一端において前記
支持穴５６に開口させられるとともに、他端において斜
板室８６に開口させられている。支持穴５６は排出ポー
ト１０４を経て吸入室２２に連通させられている。

【００１５】本斜板式圧縮機は可変容量型であり、高圧
側である吐出室２４と低圧側である吸入室２２との圧力
差を利用して斜板室８６内の圧力が制御されることによ
り、ピストン１４の前後に作用するシリンダボア１２内
の圧縮室の圧力と斜板室８６の圧力との差が調節され、
斜板６０の傾斜角度が変更されてピストン１４のストロ
ークが変更され、圧縮機の吐出容量が調節される。具体
的には、電磁制御弁９０の励磁，消磁の制御により、斜
板室８６が吐出室２４に連通させられたり、遮断された
りすることによって、斜板室８６の圧力が制御される。
なお、本実施形態の斜板式圧縮機において斜板の傾斜角
を変更させる斜板傾斜角変更装置は、前述のヒンジ機構
６６を始めとして、シリンダボア１２，ピストン１４，
吸入室２２，吐出室２４，支持穴５６，斜板室８６，排
出通路１００，排出ポート１０４および図示しない制御
装置等から構成されることになる。

【００１６】シリンダブロック１０およびピストン１４
は、金属の一種であるアルミニウム合金製のものとさ
れ、ピストン１４の外周面には、フッ素樹脂のコーティ
ングが施されている。フッ素樹脂でコーティングすれ
ば、同種金属との直接接触を回避して焼付きを防止しつ
つシリンダボア１２との嵌合隙間を可及的に小さくする
ことができる。ただし、シリンダブロック１０やピスト
ン１４の材料、コーティング層の材料等は、上述の材料
に限らず、他の材料であってもよい。

【００１７】ピストン１４の係合部７０は、概してＵ字
形をなし、頭部７２の中心軸線と直交する方向に互いに
平行に延びる一対のアーム部１２０，１２２と、これら
アーム部１２０，１２２の基端同士を連結する連結部１
２４とを備えている。アーム部１２０，１２２の互いに
対向する側面には、それぞれシュー保持面となる凹球面
１２８が形成されている。これら２つの凹球面１２８は
同一球面上に位置している。

【００１８】前記一対のシュー７６は、図２に示すよう
に、外表面の一方が概して凸球面をなす球面部１３２
と、他方が概して平面をなす平面部１３８とを有する球
冠状である。一対のシュー７６は、球面部１３２におい
てピストン１４の凹球面１２８に摺動可能に保持され、
平面部１３８において斜板６０の外周部の両側面である
両摺動面１４０，１４２に接触し、斜板６０の外周部を
両側から挟持する。一対のシュー７６はその状態で球面
部１３２の凸球面が同一球面上に位置するように設計さ
れている。つまり、本実施形態におけるシュー７６は、
半球より斜板６０の厚さのほぼ半分だけ小さい球冠状を
なしているのである。なお、シューの形状は上記形状に
限定されるものではない。

【００１９】シュー７６の母材１４６は、アルミニウム
を主成分とし、シリコンを含有するＡ４０３２相当のＡ
ｌ−Ｓｉ系合金から成る。シュー７６の母材１４６の上
には、母材１４６の表面全体を覆う硬質層１５０が形成
され、その硬質層１５０の上には硬質層１５０の外表面
全体を覆う別の硬質層１５２が形成されている。図２に
は、それら硬質層１５０，１５２の厚みが、理解を容易
にするために誇張して示されている。硬質層１５０は、
例えば、Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐ
−Ｂ−Ｗ等のニッケル系メッキとしての無電解ニッケル
メッキとすることができる。本実施形態においては、Ｎ
ｉ−Ｐ無電解ニッケルメッキ層が形成されている。

【００２０】また、硬質層１５２として、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ
無電解ニッケルメッキ層が形成されている。上記Ｎｉ−
Ｐメッキ，Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ等の無電解ニッケルメッ
キは、公知の化学メッキ法により形成される。化学メッ
キ法において、メッキ液で満たされたメッキ液槽（メッ
キ浴）に、シュー７６の母材１４６が浸漬されることに
より、硬質層１５０が形成され、同様の方法で、硬質層
１５０の上に硬質層１５２が形成される。メッキ液に
は、母材１４６にニッケルイオンを付着させるために、
還元剤が添加されている。還元剤としては、次亜リン酸
（リンの還元剤）やジメチルアミンボラン（ホウ素の還
元剤）を使用することができる。上記方法によれば、母
材１４６に厚さが均一の２層のメッキ層を容易かつ簡単
な装置で形成することができる。

【００２１】硬質層１５２においては、リンの含有率が
０．５〜５．０wt％、ホウ素の含有率が０．０５〜０．
２wt％の範囲から適宜選択される。ただし、硬質層１５
２のリンの含有率は０．５〜３．０wt％の範囲であるこ
とが望ましく、ホウ素の含有率は、０．０５〜０．１８
wt％の範囲であることが望ましい。また、硬質層１５２
には、熱処理が施されていない。したがって、硬質層１
５２の変形能力が小さくなることが回避され、シュー７
６とピストン１４、あるいは、シュー７６と斜板６０と
の間に異物が入り込む等により掻き疵が生じた場合で
も、硬質層１５２が剥離しない。硬質層１５０は、リン
の含有率が５．０〜１５．０wt％の範囲である。特に望
ましくは、硬質層１５０を構成するＮｉ−Ｐ無電解ニッ
ケルメッキ層は、Ｐを８．０wt％含有するものとされ
る。また、硬質層１５２を構成するＮｉ−Ｐ−Ｂ無電解
ニッケルメッキ層は、Ｐを２．０wt％、Ｂを０．１wt％
それぞれ含有するものとされることが特に望ましい。な
お、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解ニッケルメッキ層を、タングス
テン（Ｗ）を０．０９wt％程度含むものとしてもよい。
タングステンの含有率は、０．０１〜０．３wt％の範囲
とすることが望ましく、０．０２〜０．２wt％の範囲と
することがさらに望ましい。

【００２２】硬質層１５０，１５２の形成により、シュ
ー７６の球面部１３２とピストン１４の凹球面１２８と
の同種金属の摺動による焼付き、およびシュー７６の平
面部１３８と斜板６０の両摺動面１４０，１４２との焼
付きが良好に防止される。また、アルミニウムを主成分
とする材料から成るシュー７６の母材１４６が母材１４
６より硬度の高い硬質層１５０および硬質層１５２によ
って覆われることにより、シュー７６の強度が増し、シ
ュー７６の耐久性、ひいてはピストン１４を含む斜板式
圧縮機の耐久性が向上する。

【００２３】母材１４６と硬質層１５２（本実施形態で
はＮｉ−Ｐ−Ｂメッキ層）との間に形成される硬質層１
５０（本実施形態ではＮｉ−Ｐメッキ層）は、前述のよ
うに、下地層および緩衝層として機能し、硬質層１５２
の母材１４６からの剥離や欠けが良好に防止されること
によっても、シュー７６の摺動性および耐久性が長期に
わたって維持される。

【００２４】硬質層１５０，１５２は、シュー７６の一
部、例えば、特に厳しい摺動条件に晒される部分のみに
形成することも可能である。

【００２５】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、これは例示に過ぎず、本発明は、上記実施形態に
限定されるものではない。例えば、斜板との係合部の両
側に頭部を有する両頭ピストンを備える斜板式圧縮機、
あるいは、固定容量型斜板式圧縮機等に使用することも
可能である。

【００２６】あるいはまた、本発明に係る圧縮機用摺動
材を、ベーン圧縮機のベーンとして使用することもでき
る。ベーン圧縮機の一例を、図７および図８に概略的に
示す。図７および図８に示すように、本ベーン圧縮機に
おいては、概して円筒状をなすシリンダ３００の両側に
リヤサイドプレート３０２とフロントサイドプレート３
０４とが固定されて圧縮機本体３０６が構成されてい
る。シリンダ３００，リヤサイドプレート３０２および
フロントサイドプレート３０２の共同により形成された
空間内には、ロータ３１０が回転可能に配置されてい
る。圧縮機本体３０６内にはまた、図示しない駆動源に
接続された回転軸３１４が中心軸線を通って回転可能に
保持されており、その回転軸３１４にロータ３１０が固
定されている。図８に示すように、シリンダ３００の内
周面は回転軸３１４の回転軸線からの距離が滑らかに増
減するようにされている。図示の例では横断面形状が楕
円形を成しており、その内周面の短径部分においてロー
タ３１０の外周面の直径方向に隔たった２箇所が接触さ
せられ、また、ロータ３１０の両側面が両サイドプレー
ト３０２，３０４の内側端面にそれぞれ接触させられる
ことにより、圧縮機本体３０６とロータ３１０との共同
で横断面形状が概して三日月形を成す２つの空間が形成
されている。

【００２７】ロータ３１０には、図８に示すように、放
射状に延びて外周面に開口する複数（５個）のベーン溝
３３０が形成され、これらベーン溝３３０に複数個のベ
ーン３３２が摺動可能に嵌合されている。これらベーン
３３２，ロータ３１０およびサイドプレート３０２，３
０４の共同により、ベーン３３２の後端側（内端側）に
複数（５個）の背圧室３３４が形成されている。ベーン
３３２は、ロータ３１０の回転に伴って発生する遠心力
に加えて、上記背圧室３３４に導かれる高圧により半径
方向外向きに押し出されるようにされている。したがっ
て、ロータ３１０が回転させられれば、ベーン３３２の
先端面（外端面）は、シリンダ３００の内周面を摺動さ
せられ、これらベーン３３２と圧縮機本体３０６および
ロータ３１０とによって形成される密閉空間である複数
（５個）の圧縮室３４０の容積が増減するとともに、そ
れら圧縮室３４０が圧縮機本体３０６内の低圧室に接続
された吸入孔と高圧室に接続された吐出孔（共に図示省
略）とに交互に連通させられる。ロータ３１０およびベ
ーン３３２の回転に伴って、圧縮室３４０が拡大または
縮小されて冷媒ガスの圧縮が行われるのである。

【００２８】このように構成されるベーン圧縮機におい
て、ロータ３１０の回転中に、ベーン３３２の先端面と
シリンダ３００の内周面、ベーン３３２の両側面と両サ
イドプレート３０２，３０４の内側面、ベーン３３２の
表裏両面とベーン溝３３０の内側面とがそれぞれ摺動す
る。したがって、ベーン３３２には高硬度および耐摩耗
性が要求されるのみならず、ロータ３１０，シリンダ３
００あるいは両サイドプレート３０２，３０４との間に
異物が入り込んでベーン３３２の表面に掻き疵が生じた
場合でも、ベーン３３２の表面に形成されるメッキ層が
剥離しないことが強く要求される。ベーン３３２の母材
が軽量化等の目的でアルミニウムを主成分とする材料か
ら形成される場合に、このベーン３３２の母材の表面に
前記実施形態で説明したのと同様に構成される硬質層１
５２（および硬質層１５０）が形成されれば、上記硬度
および耐剥離性の要求を共に良好に満たすことができ
る。また、ベーン圧縮機のシリンダ３００，サイドプレ
ート３０２，３０４，ロータ３１０等を摺動材と考える
こともでき、その表面に本発明に係る無電解ニッケルメ
ッキ層を形成して硬度および耐摩耗性の要求を満たすこ
ともできる。

【００２９】その他、本発明は、前記〔発明が解決しよ
うとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載さ
れた態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の
変更、改良を施した形態で実施することができる。

【００３０】

【実施例】上記〔発明の実施の形態〕の項で説明した斜
板式圧縮機の摺動材たるシュー７６において、Ｎｉ−Ｐ
−Ｂメッキ層のホウ素の含有率に基づく硬度の変化と、
Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ層の熱処理の有無における耐剥離性
とについてそれぞれ試験を行った。

【００３１】Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキのメッキ液に、シュー
７６の中間製品（具体的には、母材１４６の表面に硬質
層１５０を形成したもの）を浸漬して硬質層１５２を形
成し、その硬質層１５２に熱処理を施すことなく完成品
たるシュー７６を得た。そのシュー７６の硬質層１５２
の硬度（ビッカース硬度ＨＶ）を測定した。その結果を
図３〜図５のグラフに示す。ただし、本試験は、Ｎｉ−
Ｐ−Ｂメッキ層のホウ素の含有率を種々に変え複数個の
シューについて行った。これらシューを大きく３つに分
け、それぞれ♯１〜♯３のシューとする。図３〜図５の
グラフでは、♯１のシューをひし形で表し、♯２のシュ
ーを四角形で表し、♯３のシューを三角形で表す。♯１
のシューは、本発明に係るシュー７６であり、ホウ素を
０．０５〜０．２wt％の範囲（図示の例では０．０５〜
０．１８wt％の範囲）で含有するＮｉ−Ｐ−Ｂメッキ層
が形成されたものである。また、♯２のシューは、上記
♯１のシューとの比較のために製造したシューであり、
Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ層中のホウ素の含有率を♯１のシュ
ーより増加させたものである。具体的には、メッキ液中
にホウ素の還元剤であるジメチルアミンボランを、♯１
のシューの場合より２倍多く添加したメッキ液を使用し
て形成したシューである。さらに、♯３のシューは、♯
１のシューとの比較のために製造したシューであり、ホ
ウ素の含有率を０．０５wt％より少なくした（含有率０
も含む）Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ層を形成したシューであ
る。

【００３２】本試験においては、必要硬度（圧縮機のシ
ュー７６として安定して使用し得る硬度）が得られると
ともに、長期にわたって安定性を示すメッキ液によって
形成されたＮｉ−Ｐ−Ｂメッキ層のホウ素の含有率も調
べた。図４および図５における「ターン」とは、無電解
ニッケル系メッキ液中のニッケル量がメッキ工程を経て
当初の量から減少し続けて最終的に０となるまでの期間
を指す。実際には、ニッケルを始めとする成分や液は補
充されるため、メッキ液中のニッケル量等はほぼ一定に
保たれるが、当初の無電解ニッケル系メッキ液中に含ま
れていたニッケル量と同量のニッケルが消費される期間
を１ターンとするのである。メッキ液中のニッケル等が
補給されても、無電解ニッケル系メッキ液は無限に使用
可能なわけではなく、メッキ液中の成分の変化によりメ
ッキ速度が遅くなる現象が発生し、また、前述のよう
に、メッキ液槽の内面や、メッキ液槽の底部に溜まった
粒子にメッキ層が形成されてしまう現象が生じ、メッキ
液の交換，メッキ液槽の清掃等が必要になる。ニッケル
等の成分や液を補給しつつターン数を多く経ても安定し
て使用できるメッキ液は、経済性の高いものであること
になる。

【００３３】図３に示す試験結果から明らかなように、
♯３のシューにおいては、圧縮機のシューとして必要な
硬度が得られなかった。また、図３ないし図５に示すよ
うに、♯２のシューのようにＮｉ−Ｐ−Ｂメッキのホウ
素の含有量が０．２wt％より多いと、シューに必要な硬
度は得られるのであるが、ターン数が１．５ターンを超
えると、ニッケルが析出を開始した。メッキ液の安定性
が悪く、メッキ液槽等に付着するようになり、対象物た
るシューに組成の安定したメッキ層が得られなくなった
のである。不安定となったメッキ液は、もはや使用する
ことができないため廃棄せざるを得ず、また、メッキ液
槽に付着したメッキを清掃する必要があり、非常に不経
済である。しかしながら、♯１のシュー７６では、シュ
ーとして必要な硬度が得られるとともに、メッキ液が５
ターン目まで実用可能な安定性を示した。つまり、本発
明に従って、Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ層のホウ素の含有率が
０．０５〜０．２wt％の範囲となるようにし、かつ、Ｎ
ｉ−Ｐ−Ｂメッキ層に熱処理を施さないことにより、圧
縮機のシュー７６として使用に耐え得る硬度を有する硬
質層１５２を安定的かつ経済的に形成することができる
のである。

【００３４】硬質層１５２の熱処理の有無の耐摩耗性に
対する影響を調べる試験として、スクラッチ試験を行っ
た。スクラッチ試験は、圧子をテストピースの表面に直
角な方向から接触させ、徐々に圧力を加えながら、テス
トピースの表面に平行な方向に設定距離だけ直線的に移
動させて、その表面に発生したスクラッチ（掻き疵）の
状態を検査するものである。このスクラッチ試験を実施
するためのスクラッチ試験機は、圧子と、テストピース
を移動不能に保持する保持装置と、圧子をテストピース
の表面に接近，離間させる接近離間装置と、圧子をテス
トピースの表面に平行な方向に直線移動させる移動装置
とを含む。テストピースとしては、母材たるアルミニウ
ム合金（Ａ４０３２系）製の板材の表面に、Ｎｉ−Ｐ無
電解メッキ層を７５μｍ形成し、そのＮｉ−Ｐ無電解メ
ッキ層の外表面にＮｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層を２５μ
ｍ形成したものを使用した。ただし、上記のようにメッ
キ層を２層備えるテストピースを２種類使用し、そのう
ち、一方のテストピース２００は、本発明に係る摺動材
としてのシュー７６と同じく、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッ
キ層に熱処理を施さないものとし、他方のテストピース
２０２は、比較のために、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層
に２２０℃で１時間熱処理を施したものとした。上記テ
ストピース２００，２０２のＮｉ−Ｐ無電解ニッケルメ
ッキ層は共に、Ｐを８．０wt％含有するものとし、Ｎｉ
−Ｐ−Ｂ無電解ニッケルメッキ層は共に、Ｐを２．０wt
％、Ｂを０．１wt％それぞれ含有するものとした。圧子
として、頂角１２０°，先端の曲率半径０．２ｍｍの円
錐状を成すダイヤモンド製先端部を備える圧子を使用
し、圧子が上記２種類のテストピース２００，２０２の
表面を５ｍｍの長さを１分かけて直線移動する間に、圧
子の荷重を０Ｎから９８Ｎまで徐々に増加させた場合
と、圧子の荷重を０Ｎから１９６Ｎまで徐々に増加させ
た場合との２つの条件で、２種類のテストピース２０
０，２０２に対してそれぞれスクラッチ試験を行った。
その試験結果を図６に示す。図６には、各テストピース
２００，２０２について、２つの最大荷重（９８Ｎ，１
９６Ｎ）に対応して、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層の表
面のスクラッチの終点近傍部の状態が描かれている。

【００３５】図６から明らかなように、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無
電解メッキ層に熱処理が施されていないテストピース２
００には、荷重９８Ｎの場合も荷重１９６Ｎの場合も共
に、掻き疵２１０，２１２の周囲の表面にクラックは発
生しなかった。一方、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層に熱
処理が施されたテストピース２０２には、荷重９８Ｎの
場合も１９６Ｎの場合も共に、掻き疵２１４，２１６周
辺の表面に、掻き疵２１４，２１６から延び出す状態で
クラック２２０，２２２が発生した。特に、荷重１９６
Ｎの場合に、大きなクラック２２２が明確に認められ
た。このクラックの発生は、熱処理によってメッキ層の
硬度が高まるものの、変形能力が小さくなるためと推定
される。圧縮機の運転中に、シュー７６とピストン１４
あるいは斜板６０との摺動面同士の間に異物が入り込む
場合があり、この場合に、上記スクラッチ試験と同様の
現象が起こる。したがって、本発明に係るシュー７６の
ように、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ無電解メッキ層に熱処理を施さな
いことにより、異物が入り込む等によって掻き疵が発生
しても、その掻き疵を起点としてクラックが発生するこ
とがなくなる。そのため、クラックに起因してメッキ層
の一部が母材１４６から剥離することが良好に回避さ
れ、メッキ層の剥離が進行してシュー７６とピストン１
４あるいは斜板６０との間で焼付きが発生することが良
好に回避される。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である摺動材を構成するシ
ューを備える斜板式圧縮機を示す正面断面図である。

【図２】上記シューを拡大して示す正面断面図である。

【図３】無電解ニッケルメッキ層のホウ素の含有率を種
々に変えたシューにおける硬度試験の結果を示したグラ
フである。

【図４】無電解ニッケルメッキ層のホウ素の含有率を種
々に変えたシューにおいて、ターン数に対するホウ素の
含有率の変化を示したグラフである。

【図５】無電解ニッケルメッキ層のホウ素の含有率を種
々に変えたシューにおいて、ターン数に対する硬度の変
化を示したグラフである。

【図６】熱処理が施されていない無電解ニッケルメッキ
層と熱処理が施された無電解ニッケルメッキ層との耐剥
離性試験の結果をそれぞれ示す表である。

【図７】本発明の別の実施形態である摺動材を構成する
ベーンを備えるベーン圧縮機を示す正面断面図である。

【図８】上記ベーン圧縮機を示す側面断面図である。

【符号の説明】

７６：シュー１４６：母材１５０，１５２：硬
質層３３２：ベーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野田晃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内 (72)発明者村上智洋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内 (72)発明者大久保忍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内Ｆターム(参考） 3H003 AA03 AB06 AC03 AD01 3H040 AA07 BB11 CC06 CC14 DD11 DD36 3H076 AA06 BB26 CC33 CC34 4K022 AA02 AA48 BA04 BA14 BA16 DB02 DB03 EA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムを主成分とする材料から成
る母材の表面に、リン（Ｐ）とホウ素（Ｂ）とを含有す
る無電解ニッケルメッキ層が形成された圧縮機用の摺動
材であって、前記無電解ニッケルメッキ層が、リンの含
有率が０．５〜５．０wt％、ホウ素の含有率が０．０５
〜０．２wt％の範囲であり、かつ、その無電解ニッケル
メッキ層に熱処理が施されていないことを特徴とする圧
縮機用摺動材。
【請求項２】前記母材と前記無電解ニッケルメッキ層
との間にＮｉ−Ｐ系の無電解ニッケルメッキ層が形成さ
れた請求項１に記載の圧縮機用摺動材。
【請求項３】当該圧縮機用摺動材が斜板式圧縮機のシ
ューである請求項１または２に記載の圧縮機用摺動材。
【請求項４】当該圧縮機用摺動材がベーン圧縮機のベ
ーンである請求項１または２に記載の圧縮機用摺動材。