JP2006307725A

JP2006307725A - シュー

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Publication number: JP2006307725A
Application number: JP2005130574A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kanemitsu; 博金光; Seiji Hatta; 政治八田
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP3931991B2

Abstract

【解決手段】半球状のシュー４は、斜板３と摺動する摺動面４Ａと、半球状凸面４Ｂとを備えている。摺動面４Ａには、多数の微小な円６を描くようにレーザを照射して焼入れを行う。その後、摺動面４Ａにラップ加工を施し、最後にバフ加工を施す。
これにより、摺動面４Ａには、上記各円６の位置に多数の環状膨出部７’と凹部８’とが形成され、さらに網目状凹部からなる潤滑油通路１０’が形成される。上記多数の環状膨出部７’によって焼入れ部が形成される。
上記全ての環状膨出部７’の合計の面積が、焼入れ対象領域である摺動面４Ａの面積に占める割合が０．３〜０．８となるように上記環状膨出部７’を形成している。
【効果】従来と比較して耐焼付性に優れたシュー４を提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明はシューに関し、より詳しくは、例えば斜板式コンプレッサに用いられて、斜板と摺動するシューに関する。

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、本発明は、斜板と摺動する摺動面を備えたシューにおいて、
上記摺動面に微小な多数の膨出部からなる焼入れ部を形成するとともに、上記膨出部を形成する焼入れ対象領域の面積をＳ１とし、全ての膨出部の合計の面積をＳ２とした時に、Ｓ２／Ｓ１の値である凸部面積率が０．３〜０．８となるように上記膨出部を形成したものである。

このような構成によれば、後述する試験結果からも明らかなように、従来と比較して耐焼付性が良好なシューを提供できる。

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、本実施例においては、シュー４の摺動面４Ａの全域を焼入れ対象領域として後述するようにレーザを照射して焼入れすることで、摺動面４Ａの耐焼付性を向上させている。

すなわち、本実施例における摺動面４Ａへの焼入れの処理工程を説明すると、先ず、図２〜図３に示すように、ＳＵＪ２を材料として製造したシュー４（母材）の摺動面４Ａの全域を焼入れ対象領域として、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、また、各円６は摺動面４Ａの全域にわたって縦横のピッチＰが同一の仮想の平行線を想定した際の各交点の位置に、各交点を中心として上記円６を描くようにしている。本実施例においては、上記ピッチＰは１．１ｍｍに設定してあり、上記円６を描くように摺動面４Ａにレーザを照射することによる焼入れ幅Ｂは０．３ｍｍとなるようにしている。
また、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を描く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。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の全域を焼入れ対象領域として上述した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、その後にバフ加工が施されることで、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いため、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。
本実施例においては、上述したように摺動面４Ａにレーザ焼入れを施してからラップ加工を行った後にバフ加工を施すようにしているが、ラップ加工とバフ加工による摺動面４Ａの軸方向の研削量は数μｍ程度であるため、実質的に摺動面４Ａの面積には変化は生じない。

また、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０．１〜０．３μｍ、環状膨出部７’の断面の最大幅Ｗ（裾部の半径方向寸法）は約０．３ｍｍとなっている。つまり、焼入れ部としての環状膨出部７’の焼入れ幅は約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、上記レーザ照射時の円６の直径と同じ０．８ｍｍとなっている。また、図７にも示すように、環状膨出部７’の外径ＤＬは１．１ｍｍ程度となっており、また環状膨出部７’の内径Ｄ０は０．５ｍｍ程度となっている。
そして、本実施例においては、レーザを照射する際の焼入れ対象領域となった摺動面４Ａの全域の面積をＳ１とし、摺動面４Ａに形成される全ての環状膨出部７’の合計の面積をＳ２とした時に、凸部面積率としてのＳ２／Ｓ１の値が０．３〜０．８となるように上記環状膨出部７’を形成するようにしている。換言すると、本実施例は、焼入れ対象領域の面積（摺接面４Ａの面積）に対して実際にレーザ焼入れされた部分（環状膨出部７’）の合計面積の割合を０．３〜０．８となるようにしている。
なお、上記実施例においては、摺動面４Ａの全域を焼入れ対象領域としているが、図１０〜図１２に例示したように摺動面４Ａの要部を焼入れ対象領域として、その領域内に上述したようにレーザを照射することで環状膨出部８’を形成するようにしても良い。この場合には、焼入れ対象領域を囲繞する最小の仮想円あるいは仮想枠内の面積が焼入れ対象領域の面積となる。
摺動面４Ａの全域を焼入れ対象領域としていた上記図２に示す本実施例においては、摺動面４Ａの輪郭となる円１２が焼入れ対象領域を囲繞する最小の仮想円となる。
そして、後述する試験結果から明らかなように、本実施例によればシュー４の耐焼付性を向上させることができる。また、本願の発明者が行った試験結果によれば、より良好なシュー４の耐焼付性を得るためには、上記凸部面積率が０．４５〜０．８となるように環状膨出部７’を形成することが望ましい。

図８は、本実施例のシュー４として上記図３に示したピッチＰと環状膨出部７’の内径Ｄ０を異ならせた場合における凸部面積率の違いを示したものである。
そして、図９は、上記図８に例示したものを含めた本実施例のシュー４および従来技術としての通常品のシューに対して行った焼付き面圧の試験結果を示したものである。
ここで、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、従来技術および本実施例のシューも、相手材としての斜板はＭｎとＳｉを含んだ黄銅材からなるものを用いた。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４Ａ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。

図９に黒丸で示したものが本実施例のシュー４を示しており、凸部面積率が０．３よりも大きい場合には良好な耐焼付性が得られており、特に凸部面積率が０．４５から上限となる０．８の範囲では、焼付面圧が１９．１ＭＰａ以上となっており極めて良好な耐焼付性が得られている。ここで、上限とは、隣り合う環状膨出部７’が相互に干渉すること無く最も密な状態で摺動面４Ａに形成される状態を意味している。
一方、図９に白丸で示したものは従来の通常品の試験結果を示しており、何れも５ＭＰａ以下となっている。
図９に示した試験結果から明らかなように、本実施例のシュー４は従来のものと比較して優れた耐焼付性を備えている。そして、図９に示した試験結果から理解できるように、より良好な耐焼付性を得るためには上記環状膨出部７’の面積率を０．４６〜０．８とするのが望ましい。
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を提供することができる。

なお、上述した実施例においては、シュー４の摺動面４Ａの全域をレーザによる焼入れ対象領域として、そこに環状膨出部７’を形成しているが、斜板３と摺動する際に圧力が高くなる所要の領域をレーザによる焼入れ対象領域として、そこに環状膨出部７’を形成するようにしても良い。
つまり、図１０に示すように、摺動面４Ａにおける外周側の領域を除いて中央側の仮想円２１の内側を焼入れ対象領域として、そこに多数の環状膨出部７’を形成しても良い。また、図１１に示すように、摺動面４Ａの中央側における大小の仮想円２２，２３で区分されるドーナツ状の箇所を焼入れ対象領域として、そこに多数の環状膨出部７’を形成しても良い。さらに、図１２に示すように、摺動面４Ａにおける円周方向の所要部分を焼入れ対象領域として、そこに環状膨出部７’を形成しても良い。
これらの図１０〜図１２に示すように、摺動面４Ａの一部である焼入れ対象領域のみに環状膨出部７’形成する場合であっても、凸部面積率は上述した範囲（０．３〜０．８）とすることで、耐焼付性が良好なシュー４を提供することができる。

上記各実施例においては、各環状膨出部７’を縦横の平行線の交点に形成しているが、図１３に示すように千鳥状に各環状膨出部７’を形成するようにしても良い。
また、上述した実施例においては、摺動面４Ａにレーザを照射する際の円の径は全て同径としていたが、図１４に示すように摺動面４Ａにレーザを照射する際に特定位置（図１４の中央位置）のものを他のものよりも小径の円を描くようにして環状膨出部７’を形成しても良い。
また、図１５に示すように、楕円を描くように摺動面４Ａにレーザを照射して環状膨出部７’を形成しても良いし、さらに図１６に示すようにＣ形を描くように摺動面４Ａにレーザを照射することで閉ループではない膨出部７’を形成しても良い。
さらに、図１７に示すように仮想円の円周上に等ピッチで円弧を描くように摺動面４Ａにレーザを照射して膨出部７’を形成しても良いし、仮想の方形の四辺上に膨出部７’が点在するように摺動面４Ａにレーザを照射してもよい。
なお、上述した実施例においてはシュー４の素材としてＳＵＪ２を用いているが、これに限定されるものではなく、他の鉄系材料を用いても良いことは勿論である。
さらに、上述したレーザ照射によるレーザ焼入れの代わりとして電子ビームを摺動面に照射して焼入れを施すことで、上述した環状膨出部、或いは膨出部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に示したシューの製造過程における要部の拡大図。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。図６の要部の拡大平面図。凸部面積率を例示した図。従来技術と本実施例の試験結果を示す図。本発明の他の実施例を示す摺動面４Ａの正面図。本発明の他の実施例を示す摺動面４Ａの正面図。本発明の他の実施例を示す摺動面４Ａの正面図。本発明の他の実施例を示す摺動面の要部の拡大正面図。本発明の他の実施例を示す摺動面の要部の拡大正面図。本発明の他の実施例を示す環状膨出部の正面図。本発明の他の実施例を示す膨出部の正面図。本発明の他の実施例を示す膨出部の正面図。本発明の他の実施例を示す膨出部の正面図。

符号の説明

３…斜板４…シュー
４Ａ…摺動面７’…環状膨出部（焼入れ部）

Claims

斜板と摺動する摺動面を備えたシューにおいて、
上記摺動面に微小な多数の膨出部からなる焼入れ部を形成するとともに、上記膨出部を形成する焼入れ対象領域の面積をＳ１とし、全ての膨出部の合計の面積をＳ２とした時に、Ｓ２／Ｓ１の値である凸部面積率が０．３〜０．８となるように上記膨出部を形成したことを特徴とするシュー。
上記膨出部は環状膨出部であって、各環状膨出部は、母材の表面に微小な多数の円を描くようにレーザを照射したのちに、上記母材の表面にラップ加工を施し、さらにその後にバフ加工を施すことで形成されることを特徴とする請求項１に記載のシュー。
上記各環状膨出部の半径方向内方側は潤滑油を貯溜可能な凹部となっており、また、各環状膨出部の半径方向外方側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が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシュー。
上記環状膨出部は、摺動面の全域または摺動面の所要範囲に対して千鳥状または縦横の平行線の交点の位置に形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のシュー。
上記膨出部は、楕円形、Ｃ型、円弧状あるいは点状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載のシュー。
上記膨出部は、レーザ又は電子ビームを摺動面に照射することで形成されることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のシュー。
上記凸部面積率が０．４５〜０．８となるように上記膨出部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のシュー。