JP2006307724A - 摺動装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】 摺動装置1は、回転軸2に連動して回転される斜板3と、この斜板3と摺動する複数の半球状のシュー4とから構成されている。
半球状のシュー4は鉄系材料からなり、斜板3は高力黄銅を材料として製造されている。
シュー4の摺動面4Aには、レーザ焼入れによって微小な多数の環状膨出部7’が形成されるとともに、網目状凹部からなる潤滑油通路10’が形成されている。
【効果】 従来と比較して耐焼付性に優れた摺動装置1を提供できる。
【選択図】 図2

Description

本発明は摺動装置に関し、より詳しくは、例えば斜板式コンプレッサにおける斜板とシューとして好適な摺動装置に関する。
従来、斜板式コンプレッサとして、回転自在に設けた斜板と、この斜板と摺動する摺動面を有するシューとを備えたものは知られている(例えば特許文献1、特許文献2)。
特開平10−153169号公報 特開2002−317757号公報
ところで、上述した従来の斜板式コンプレッサは、最近では高速で高荷重の条件下で、しかも潤滑油量が少ない条件において使用されるようになっている。このように、最近では斜板式コンプレッサの作動条件が益々苛酷なものとなっており、そのために斜板やシューの摩耗が激しくなり、しかもそれらの焼付きが生じやすいという問題が生じている。
さらに、従来からシューの摺動特性を向上させるために、シューの摺動面に表面処理を施したり、改質したりといった処理を行っているが、このような処理を行うことによりシューの製造コストが高くなるという欠点があった。
上述した事情に鑑み、請求項1に記載した本発明は、回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記シューの材料として鉄系材料を用いるとともに、このシューの第2摺動面に多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いた摺動装置を提供するものである。
(a)高力黄銅
(b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
(c)アルミシリコン合金
(d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
(e)鉄系基材
また、請求項2に記載した本発明は、回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記シューの材料としてアルミシリコン合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面にNi−P系の硬質メッキを施した後に、多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置を提供するものである。
(a)高力黄銅
(b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
(c)アルミシリコン合金
(d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
(e)鉄系基材
また、請求項3に記載した本発明は、回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記シューの材料として銅合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面にNi−P系の硬質メッキを施した後に、多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置を提供するものである。
(a)高力黄銅
(b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
(c)アルミシリコン合金
(d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
(e)鉄系基材
さらに、請求項4に記載した本発明は、回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
上記シューの材料として純チタン又はチタン合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面に多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いた摺動装置を提供するものである。
(a)高力黄銅
(b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
(c)アルミシリコン合金
(d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
(e)鉄系基材
このような構成によれば、耐焼付性が良好な摺動装置を提供することができる。
以下図示実施例について本発明を説明すると、図1において、摺動装置1は斜板式コンプレッサのハウジング内に設けられている。この摺動装置1は、上記ハウジング内に軸支した回転軸2に傾斜させて取り付けた斜板3と、この斜板3と摺動する複数のシュー4とから構成されている。
斜板3は円板状に形成されており、この斜板3における両方の端面は、シュー4と摺動する平坦な摺動面3A、3Aとなっている。
一方、シュー4は全体として半球状に形成されており、上記斜板3の摺動面3Aと摺動する摺動面4Aと、半球状をした半球状凸面4Bとから構成されている。
上記斜板式コンプレッサのハウジング内には、回転軸2と平行に、かつそれを囲繞して複数のピストン5を配置している。各ピストン5の一端に形成した円弧状の切欠き部5A内に2個1組のシュー4を摺動自在に保持してあり、その状態の切欠き部5Aを上記斜板3の外周部を包み込むように配置すると同時に、各組のシュー4の摺動面4Aを斜板3の摺動面3Aに当接させている。
そして、上記回転軸2が回転されると斜板3が回転して、斜板3の両端面である摺動面3Aと各組のシュー4の摺動面4Aとが摺動し、それに伴って各組のシュー4を介して各ピストン5が軸方向に進退動されるようになっている。
上述した構成は従来公知の摺動装置のものと変わるところはない。
しかして、本実施例のシュー4は鉄系材料であるSUJ2からなり、端面からなる概略平坦な摺動面4Aは、その中心側が外周縁よりも僅かに(2μm程度)盛り上がった中高形状となっている。これにより、摺動面4Aが上記斜板3の摺接面3Aと摺動する際には、両摺動面4A、3Aとの間に潤滑油が引き込まれやすい形状となっている。
そして、後述するように、本実施例においては、シュー4の摺動面4Aの全域にレーザを照射して焼入れするとともに、斜板3も改良することによって、両部材の摺動面3A、4Aの耐焼付性を向上させ、ひいては摺動装置1全体の耐焼付性を向上させるようにしている。
すなわち、シュー4の摺動面4Aへの焼入れとその後の加工工程を説明すると、先ず、図2〜図3に示すように、SUJ2で半球状に製造したシュー4(母材)の端面である摺動面4Aの全域に対して、多数の同一径の円6を描くようにYAGレーザを照射する。
上記各円6の直径は0.8mmに設定してあり、各円6は、摺動面4Aの全域においてピッチPが同一の縦横の平行線を引いた際の各交点の位置に中心が来るように形成している。本実施例においては、上記ピッチPは1.1mmに設定している。
本実施例においては、上記摺動面4Aに照射するYAGレーザの出力は50Wであり、これを摺動面4Aの表面に対して2mmの深さとなる位置でYAGレーザの焦点が結ばれるように集光レンズを調整して、したがって摺動面4Aの表面に対してはデフォーカスした状態でYAGレーザを照射するようにしている。
このようにレーザが照射された摺動面4Aにおける各円6の箇所は図4および図5に示すように環状に膨出して環状膨出部7となり、この環状膨出部7の半径方向の隣接内方側に、下方側が窄むテ―パ状の凹部8が形成されている。つまり、上記各円6を形成するようにレーザを摺動面4Aに照射することで、レーザが照射された円6の箇所にクレーター状の環状膨出部7が形成される。環状膨出部7の高さおよび凹部8の深さは概ね1〜3μm程度となっている。さらに、各環状膨出部7の半径方向外方側には、相互に連通し、かつ摺動面4Aの外周部まで到達する網目状凹部10が形成されている。
各環状膨出部7とその深さ方向の内方側の箇所11(破線9よりも上方側の箇所)は、シュー4の母材の硬度であるHv750に対してHv100程度硬度が増大して焼入れ処理がなされている。
他方、摺動面4Aにおける各環状膨出部7の半径方向内方側および環状膨出部7の外方の箇所(凹部8および網目状凹部10の箇所)は焼きなまされて非焼入れ部となっており、その部分は母材よりも硬度がHv100程度低下している。
本実施例においては、シュー4の摺動面4Aに対して上述したように多数の円6を描くようにレーザを照射することにより、先ず多数の微小な環状膨出部7および凹部8と網目状凹部10を形成する。
そして、その後にラップ加工によって一旦上記摺動面4Aにおける全ての環状膨出部7を削除して摺動面4Aを平滑な面とし、その後から摺動面4Aに対してバフ加工を施して加工が終了する。
このようにして加工が終了した後には、図6に示すように、摺動面4Aの全域にわたって上記レーザを照射した各円6の箇所(上記環状膨出部7の箇所)に上記環状膨出部7と同様の環状膨出部7’が形成されるとともに、各環状膨出部7’の半径方向内方に上記凹部8と同様の凹部8’が形成される。さらに、各環状膨出部7’の半径方向外方には潤滑油が流通可能な網目状凹部からなる潤滑油通路10’が形成される。
これは、当初の環状膨出部7がラップ加工により削除され、その後にバフ加工されることで、環状膨出部7の深さ方向の内方側の箇所11の硬度がその周辺部分の硬度よりも高くなっているため、硬度が高い部分が環状に残存することで上記環状膨出部7’、凹部8’および潤滑油通路10’が形成されるものである。
本実施例においては、このようにして形成された多数の環状膨出部8’によって焼入れ部が形成されている。また、各凹部8’は潤滑油を貯溜する貯溜部として機能するようになっており、また、潤滑油通路10’内は潤滑油が流通できるようになっている。
図6に示すように、各環状膨出部7’の高さh(凹部8’の深さ)は0.05〜0.3μm、断面の最大幅W(裾部の半径方向寸法)は約0.3mmとなっている。また各環状膨出部7’の山頂部の直径D1は0.8mmとなっている。環状膨出部7’の外周縁の直径D2は、1.1mm程度となっており、また環状膨出部7’の内周縁の直径D3は0.5mm程度となっている。
このように本実施例においては、鉄系材料であるSUJ2を母材(基材)としたシュー4において、摺動面4Aに上述したようなレーザ焼入れとその後のラップ加工とバフ加工を施している。
このように構成したシュー4に対して、本実施例では、斜板3に用いる材料としての基材とその表面処理について次のように構成している。つまり、斜板3の基材として高力黄銅を用いており、斜板3の摺動面3Aである表面には、メッキなどの特別な表面処理はしていない。
次に、図7は上述した本実施例の摺動装置1と従来技術のシューを用いた摺動装置について行った耐焼付性の試験結果を示したものである。
この図7において、従来技術のシューは、その摺動面にレーザ焼入れをせず、該摺動面が平坦面となっているものである。なお、従来技術のシューも、相手材としての斜板は上記実施例と同じ黄銅材からなるものを用いた。
また、耐焼付性の試験条件は次のとおりである。
(試験条件)
斜板回転数:1000rpmずつ1分ごとに9ステップ増加:最大回転数9000rpm(周速38m/s)
面圧:予荷重2.7MPaで2.7MPaずつ1分毎に増加:焼付きに至るまで
オイルミスト量:0.05〜0.25g/min ノズル位置固定
オイル:冷凍機油
焼付き条件:軸トルク4.0N・mオーバー
つまり、シュー4の摺動面を上記斜板3に圧接させた状態で、該斜板3の回転数を上記条件で増大させる。他方、シュー4を斜板3へ圧接させる際の面圧を上記条件で増大させて、斜板3に加わる軸トルクが4.0N・mを超えた時に焼付きに至ったと判定した。これは従来技術についても同様である。
この図7に示した試験結果から理解できるように、従来技術のシューと摺動装置の焼付荷重は5MPa以下であるのに対して、本実施例のシューと摺動装置のそれは22MPa以上となっており、本実施例のシュー4は従来のものと比較して明らかに優れた耐焼付性を備えている。
以上のように、本実施例によれば、耐焼付性に優れたシュー4および摺動装置1を提供することができる。
また、本実施例のシュー4の摺動面4Aには、上記多数の環状膨出部7’を形成するとともに、その半径方向内方に潤滑油を貯溜する凹部8’が形成されており、これら凹部8’内に潤滑油が貯溜されるようになっている。しかも、各環状膨出部7’の隣接外方位置には、網目状凹部からなる潤滑油通路10’が形成されている。そのためにシュー4の摺動面4Aの負荷容量を向上させることができ、ひいては耐摩耗性にも優れたシュー4と摺動装置1を提供することができる。
ところで、上述した本実施例においては、SUJ2を基材としたシュー4の摺動面4Aに、上述したようなレーザ焼入れとその後の加工を施しているが、シュー4に用いる基材とその摺動面4Aの表面処理との組合せは図8に示したものを採用することができる。
この図8において、S1は上述した本実施例のシュー4を示している。なお、上記本実施例においては、母材の摺動面4Aに対して上述したレーザ焼入れ以前に特に表面処理はしていないが、摺動面4Aにレーザを照射して焼入れを行う前に、摺動面4Aの表面全域に焼入れを施しても良いし、また、焼入れの代わりに摺動面4Aの表面全域に次のような表面処理を施しても良い。すなわち、(1)Ni−P系の硬質メッキ、(2)窒化、浸炭焼入れおよび浸炭窒化等の拡散処理を行っても良い。さらに、その他の表面処理として、(3)Sn、Sn合金、はんだ合金、銀メッキのいずれかを採用しても良いし、また、(4)リン酸Mn、リン酸Znのメッキのいずれかを採用しても良い。
なお、本実施例に示した基材の摺動面4Aに上記(1)、或いは上記(2)の表面処理を行う場合には、それら(1)、(2)の表面処理を基材の摺動面4Aに施してから上述したレーザ焼入れを行う。これは、上記(1)、(2)の表面処理を行うことで、摺動面4Aの表面が硬化するためである。
また、本実施例に示した基材の摺動面4Aに上記(3)、或いは上記(4)の表面処理を行う場合には、それら(3)、(4)の表面処理を摺動面4Aに施す前に上述したレーザ焼入れとラップ加工およびバフ加工を行い、その後から上記(3)または(4)の表面処理を摺動面4Aに施す。
つぎに、図8におけるS2はシュー4の第2実施例を示したものである。この第2実施例のシュー4は、基材としてアルミシリコン合金を用いるとともに、摺動面4Aの表面にはNi−P系の硬質メッキを施している。この場合には、基材の摺動面4Aに上記表面処理を施してから上述したようにレーザ焼入れとラップ加工及びバフ加工を行う。
また、S3はシュー4の第3実施例を示したものである。この第3実施例のシュー4においては、基材として銅合金を用いるとともに、摺動面4Aである表面にNi−P系の硬質メッキを施している。この場合には、上記基材の表面に上記表面処理を施してから上述したレーザ焼入れとラップ加工およびバフ加工を行う。
さらに、S4はシュー4の第4実施例を示したものである。この第4実施例のシュー4においては、基材として純チタン又はチタン合金を用いるとともに、表面処理は特別に施さない。しかしながら、上記摺動面4Aである表面に、窒化、浸炭焼入れおよび浸炭窒化等いずれかの拡散処理(表面処理)を行っても良い。その場合には、上記基材の表面に上記表面処理を施してから上述したレーザ焼入れとラップ加工及びバフ加工を行う。
ところで、上述した本実施例においては、斜板3は、高力黄銅を基材として、その摺動面3Aには特に表面処理を施していなかったが、斜板3の基材およびその摺動面3Aの表面処理との組合せは図9に示したものを用いることができる。
図9において、SW1は基材として高力黄銅を用いた上記本実施例の斜板3を示している。なお、この基材として高力黄銅を用いたものにおいて、摺動面3Aの表面処理として次のいずれかを採用しても良い。つまり、(1):熱硬化樹脂とその表面に固体潤滑材のコーティング、(2):固体潤滑材(MoS、PTFE、グラファイト)のコート又は含浸、(3):Sn、Sn合金、はんだ合金、銀メッキのいずれかの表面処理を摺動面3Aに施しても良い。
また、斜板3に関する第2実施例としては、図9にSW2で示すように、基材として鉄系材料を用いて、その表面に銅合金を溶射等によって被覆したものを採用するとともに、その表面処理として上記(1)〜(3)のいずれかを施す。
さらに、斜板3に関する第3実施例として、図9にSW3で示すように、基材としてアルミシリコン合金を用いるとともに、表面処理としては、上記(1)〜(3)および(4):Ni−P系、Ni−P−B系メッキのいずれかを施しても良い。
また、斜板3に関する第4実施例として、図9にSW4で示すように、鉄系基材の表面にアルミシリコン合金を溶射等によって被覆して、その表面処理としては、上記(1)〜(4)のいずれかを施す。
さらに、斜板3に関する第5実施例としては、図9にSW5で示すように鉄系の基材を用いて、上記(1)〜(4)および(5):カーボン系ハードコーティング(DLC、WC/C、CrN)のいずれかの表面処理を施す。なお、この第5実施例においては、鉄系の基材に焼入れを施してから上述した(1)〜(5)のいずれかの表面処理を施しても良い。
上述したように、シュー4については図8に示すように大きく分けて4つの実施例があり、他方、斜板3については図9に示すように大きく分けて5つの実施例がある。
したがって、図8に示した各シュー4に対して、図9に示した各々の斜板3を組合せることにより、さまざまな種類の摺動装置1を提供することが可能である。ただし、同種材料同士の摺動とならないようにすることが肝要である。
なお、上記実施例のシュー4においては、各環状膨出部7’を縦横の平行線の交点の位置に形成しているが、図10に示すように、千鳥状の配置状態となる箇所に各環状膨出部7’を形成するようにしても良い。
本発明の一実施例を示す断面図。 図1に示したシューの摺動面の正面図。 図2に示した要部の拡大図。 図3の要部の拡大図。 図4のV―V線に沿う断面図。 図2のVI―VI線に沿う要部の断面図。 従来技術と本実施例の試験結果を示す図。 本発明のシューの実施例における基材と表面処理との関係を示す図。 本発明の斜板の実施例における基材と表面処理との関係を示す図。 本発明の他の実施例を示す要部の正面図。
符号の説明
1…摺動装置 2…回転軸
3…斜板 3A…摺動面(第1摺動面)
4…シュー 4A…摺動面(第2摺動面)
7’…環状膨出部(焼入れ部)

Claims (10)

  1. 回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
    上記シューの材料として鉄系材料を用いるとともに、このシューの第2摺動面に多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置。
    (a)高力黄銅
    (b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
    (c)アルミシリコン合金
    (d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
    (e)鉄系基材
  2. 回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
    上記シューの材料としてアルミシリコン合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面にNi−P系の硬質メッキを施した後に、多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置。
    (a)高力黄銅
    (b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
    (c)アルミシリコン合金
    (d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
    (e)鉄系基材
  3. 回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
    上記シューの材料として銅合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面にNi−P系の硬質メッキを施した後に、多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置。
    (a)高力黄銅
    (b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
    (c)アルミシリコン合金
    (d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
    (e)鉄系基材
  4. 回転軸に連動して回転され、かつ両端面の少なくとも一方に平坦な第1摺動面を有する斜板と、上記斜板の第1摺動面と摺動する第2摺動面を有するシューとを備えた摺動装置において、
    上記シューの材料として純チタン又はチタン合金を用いるとともに、このシューの第2摺動面に多数の微小な環状膨出部からなる焼入れ部を形成し、さらに、上記斜板の材料として下記a〜eのいずれかを用いたことを特徴とする摺動装置。
    (a)高力黄銅
    (b)鉄系基材を銅合金で被覆したもの
    (c)アルミシリコン合金
    (d)鉄系基材をアルミシリコン合金で被覆したもの
    (e)鉄系基材
  5. 上記シューの第2摺動面にNi−P系の硬質メッキを施した後に、上記環状膨出部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の摺動装置。
  6. 上記シューの第2摺動面に対して、窒化、浸炭焼入れ、浸炭窒化のいずれかの拡散処理を施した後に、上記環状膨出部を形成したことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の摺動装置。
  7. 上記環状膨出部を形成した後に、上記シューの第2摺動面に対して、下記に記載するいずれかのメッキを施したことを特徴とする請求項1に記載の摺動装置。
    Sn、Sn合金、はんだ合金、銀、リン酸Mn、リン酸Znメッキ
  8. 上記斜板の第1摺動面の表面に、下記イ〜ハのいずれかの表面処理を施したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の摺動装置。
    (イ)熱硬化樹脂と固定潤滑材との混合剤のコーティング
    (ロ)固体潤滑材(MoS、PTFE、グラファイトのいずれか)のコート又は含浸
    (ハ)Sn、Sn合金、はんだ合金、銀メッキのいずれか
  9. 上記斜板の第1摺動面の表面に、下記ニの表面処理を施したことを特徴とする請求項1、請求項4、請求項6および請求項7のいずれか1つに記載の摺動装置。
    (ニ)Ni−P系、Ni−P−B系メッキのいずれか
  10. 上記斜板の第1摺動面の表面に、下記ホの表面処理を施したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の摺動装置。
    (ホ)DLC、WC/C、CrNコーティングのいずれか
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