JP2007056721A - Swash plate compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は斜板式圧縮機に関する。 The present invention relates to a swash plate compressor.
例えば自動車用空調システムの冷凍回路等に適用される流体機械としての斜板式圧縮機は、駆動軸から斜板及びシューを介して動力供給を受けたピストンがシリンダボア内を往復運動するのに伴い、吸入室からシリンダボア内への作動流体としての冷媒の吸入工程、吸入した作動流体の圧縮工程及びシリンダボアから吐出室への圧縮した作動流体の吐出工程からなる一連のプロセスを実行する。 For example, a swash plate type compressor as a fluid machine applied to a refrigeration circuit of an air conditioning system for automobiles, etc., as a piston that receives power supply from a drive shaft through a swash plate and a shoe reciprocates in a cylinder bore. A series of processes including a suction step of refrigerant as a working fluid from the suction chamber into the cylinder bore, a compression step of the sucked working fluid, and a discharge step of the compressed working fluid from the cylinder bore to the discharge chamber are executed.
より詳しくは、駆動軸は環状の斜板を貫通し、斜板は駆動軸に対し傾斜して若しくは傾動可能にして固定されている。一方、各ピストンのテール部には、夫々が略半球状をなす1対のシューが配置され、1対のシューは互いの間に斜板の外周部を挟み込んでこの外周部に摺動する。
斜板及びシューの互いの摺動面は、冷媒に含まれる冷凍機油(潤滑油)からなる油膜により潤滑されるが、摺動面の耐摩耗性及び耐焼付き性を向上すべく、従来、斜板の摺動面にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)からなる被膜が形成されていた。
More specifically, the drive shaft passes through an annular swash plate, and the swash plate is fixed so as to be inclined or tiltable with respect to the drive shaft. On the other hand, a pair of shoes each having a substantially hemispherical shape is disposed on the tail portion of each piston, and the pair of shoes slides on the outer peripheral portion with the outer peripheral portion of the swash plate sandwiched therebetween.
The sliding surfaces of the swash plate and the shoe are lubricated by an oil film made of refrigerating machine oil (lubricating oil) contained in the refrigerant. However, in order to improve the wear resistance and seizure resistance of the sliding surface, the sliding surfaces of A film made of PTFE (polytetrafluoroethylene) was formed on the sliding surface of the plate.
そして、近年では、耐摩耗性及び耐焼付き性を更に向上させるべく、斜板及びシューの摺動面に、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)と称され、水素を含む非晶質炭素からなる被膜(DLC膜)を形成することが行われている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。
しかしながら、特許文献1の斜板と特許文献2のシューとを組み合わせた場合、つまり、斜板及びシューの双方の摺動面に水素を含むDLC膜を形成した場合、DLC膜の異常摩耗や焼付きが発生する虞がある。これは以下の理由による。
低温下で且つ圧縮機の作動直後にその回転数が高い場合、油膜が冷媒により洗い流されてしまい、斜板及びシューの摺動面がドライ状態になり易い。このため、低温下で圧縮機が作動と停止を繰り返すような場合、油膜切れが生じてDLC膜同士が直接接触するようになる。
However, when the swash plate of Patent Document 1 and the shoe of
When the rotational speed is high immediately after the compressor is operated at a low temperature, the oil film is washed away by the refrigerant, and the sliding surfaces of the swash plate and the shoe are likely to be in a dry state. For this reason, when a compressor repeats an operation | movement and a stop under low temperature, oil film cutting | disconnection will arise and DLC films will come into direct contact.
ここで、DLC膜の主成分は非金属である炭素原子であることから、金属膜同士が直接接触する場合に比べ、凝着による摩耗や焼付きは起き難いと考えられていた。しかしながら、現実には、水素を含むDLC膜同士が摺動する場合、面圧が低くても凝着によりDLC膜の異常摩耗や焼付きが発生してしまう。
そこで、本発明者らは、水素を含まないDLC膜を有する斜板及びシューの研究・開発を進め、水素を含まないDLC膜は互いに凝着しないのみならず、斜板及びシューの一方に適用した場合でも、水素を含むDLC膜に比べて同等以上の耐摩耗性及び耐焼付き性を有することを見出したが、この研究・開発過程では、斜板及びシューに水素を含まないDLC膜を十分な密着力をもって形成するのが困難であるという問題にも直面した。
Here, since the main component of the DLC film is a non-metallic carbon atom, it has been considered that wear and seizure due to adhesion are less likely to occur than when the metal films are in direct contact with each other. However, in reality, when the DLC films containing hydrogen slide with each other, abnormal wear or seizure of the DLC film occurs due to adhesion even if the surface pressure is low.
Accordingly, the present inventors have advanced research and development of a swash plate and a shoe having a DLC film not containing hydrogen, and the DLC film not containing hydrogen does not adhere to each other but is applied to one of the swash plate and the shoe. However, in this research and development process, it was found that a DLC film that does not contain hydrogen in the swash plate and shoe is sufficient. We faced the problem that it was difficult to form with good adhesion.
そして、研究・開発を更に進めたところ、水素を含まないDLC膜では、その表面にグラファイト成分の割合が大きなグラファイトリッチ層を予め形成しておけば、グラファイトリッチ層が摩耗により消滅しても、新たに露出した表面でのグラファイト成分の割合が硬質膜の成膜当初よりも大きくなり、耐摩耗性及び耐焼付き性が向上することを発見をした。 And further research and development, in the DLC film that does not contain hydrogen, if a graphite rich layer with a large proportion of the graphite component is previously formed on the surface, even if the graphite rich layer disappears due to wear, It has been discovered that the ratio of the graphite component on the newly exposed surface is larger than that at the beginning of the formation of the hard film, thereby improving the wear resistance and seizure resistance.
また、DLC膜の密着力は、基材の種類の選択、基材表面への硬化層の形成及びこの硬化層とDLC膜との間での中間層の形成により向上することも発見した。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、斜板及びシューのうち少なくとも一方が、耐摩耗性、耐焼付き性及び密着性の向上したDLCからなる硬質膜を有する斜板式圧縮機を提供することにある。
It has also been discovered that the adhesion of the DLC film is improved by selecting the type of substrate, forming a cured layer on the substrate surface, and forming an intermediate layer between the cured layer and the DLC film.
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned circumstances. The object of the present invention is to provide a hard film made of DLC having at least one of a swash plate and a shoe improved in wear resistance, seizure resistance and adhesion. An object of the present invention is to provide a swash plate compressor.
上記目的を達成すべく、本発明者らは、水素を含まないDLC膜を種々の条件にて斜板及びシューに形成し、これらのDLC膜の耐摩耗性、耐焼付き性及び密着性の評価を行った。そして、その結果として以下の発明に想到した。
すなわち、本発明によれば、駆動軸の回転運動が前記駆動軸と一体に回転可能な斜板及び当該斜板に摺動するシューによりピストンの往復運動に変換される斜板式圧縮機において、前記斜板及びシューのうち少なくとも一方に他方と摺動する硬質膜を備え、前記硬質膜は、鉄系合金製の基材上に形成され、実質的に水素を含まないダイヤモンドライクカーボンからなり、且つ、最も表面側の前記硬質膜の部位に、最も基材側の前記硬質膜の部位に比べてグラファイト成分の割合が大きいグラファイトリッチ層を含むことを特徴とする斜板式圧縮機が提供される(請求項1)。
In order to achieve the above object, the present inventors formed DLC films not containing hydrogen on swash plates and shoes under various conditions, and evaluated the wear resistance, seizure resistance and adhesion of these DLC films. Went. As a result, the inventors have conceived the following invention.
That is, according to the present invention, in the swash plate compressor in which the rotational motion of the drive shaft is converted into the reciprocating motion of the piston by the swash plate rotatable integrally with the drive shaft and the shoe sliding on the swash plate, A hard film sliding on the other of at least one of the swash plate and the shoe is formed, the hard film is formed on a base material made of an iron-based alloy, and is made of diamond-like carbon substantially free of hydrogen, and The swash plate compressor is characterized in that a portion of the hard film on the most surface side includes a graphite rich layer having a larger proportion of the graphite component than the portion of the hard film on the most substrate side ( Claim 1).
好適な態様として、前記グラファイトリッチ層は、0.1〜1μmの範囲の厚さを有する(請求項2)。
好適な態様として、前記硬質膜が形成される前記基材の表面領域は、2μm以下の最大粗さRzを有する(請求項3)。
好適な態様として、前記基材はクロムモリブデン鋼及びステンレス鋼のうちから選択された一種からなり、前記硬質膜が形成される前記基材の表面領域には、ラジカル窒化処理により窒化層が形成され、前記窒化層は700〜1500の範囲のビッカース硬さHvを有する(請求項4)。
As a preferred embodiment, the graphite rich layer has a thickness in the range of 0.1 to 1 μm.
As a preferred embodiment, the surface region of the substrate on which the hard film is formed has a maximum roughness Rz of 2 μm or less (Claim 3).
As a preferred embodiment, the base material is made of one selected from chromium molybdenum steel and stainless steel, and a nitrided layer is formed by radical nitriding treatment on the surface region of the base material on which the hard film is formed. The nitride layer has a Vickers hardness Hv in the range of 700 to 1500 (claim 4).
好適な態様として、前記硬質膜と前記基材との間に、窒化クロム及び窒化チタンのうち一方からなる中間膜を更に備える(請求項5)。
好適な態様として、前記斜板に前記硬質膜として設けられた第1硬質膜は1〜8μmの範囲の厚さを有し、前記第1硬質膜の硬度は、前記第1硬質膜の厚さ方向でみて変化し、最も前記基材側の前記第1硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあり、前記第1硬質膜の前記グラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にある(請求項6)。
As a preferred embodiment, an intermediate film made of one of chromium nitride and titanium nitride is further provided between the hard film and the base material (Claim 5).
As a preferred embodiment, the first hard film provided as the hard film on the swash plate has a thickness in the range of 1 to 8 μm, and the hardness of the first hard film is the thickness of the first hard film. The Vickers hardness Hv at the portion of the first hard film closest to the substrate is in the range of 1500 to 3000, and the Vickers hardness Hv at the graphite rich layer of the first hard film changes. Is in the range of 700-2000 (Claim 6).
好適な態様として、前記シューに前記硬質膜として設けられた第2硬質膜は、1〜5μmの範囲の厚さを有し、前記第2硬質膜の硬度は、前記第2硬質膜の厚さ方向でみて変化し、最も前記基材側の前記第2硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあり、前記第2硬質膜の前記グラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にある(請求項7)。 As a preferred embodiment, the second hard film provided as the hard film on the shoe has a thickness in the range of 1 to 5 μm, and the hardness of the second hard film is the thickness of the second hard film. The Vickers hardness Hv at the portion of the second hard film closest to the base material is in the range of 1500 to 3000, and the Vickers hardness Hv at the graphite rich layer of the second hard film changes. Is in the range of 700-2000 (Claim 7).
好適な態様として、前記シューは、前記斜板により全域に亘り摺動される平坦且つ円形の被摺動面を有し、少なくとも前記被摺動面に前記硬質膜が形成されている(請求項8)。 As a preferred aspect, the shoe has a flat and circular sliding surface that is slid over the entire area by the swash plate, and at least the hard film is formed on the sliding surface. 8).
請求項1に係る本発明の斜板式圧縮機によれば、斜板及びシューの少なくとも一方に、実質的に水素を含まないDLC(ダイヤモンドライクカーボン)からなる硬質膜を形成し、硬質膜がその表面にグラファイトリッチ層を含むので、硬質膜の摩擦係数が低下する。この結果、斜板とシューとの間での摺動部位において良好な耐摩耗性及び耐焼付き性が確保されるとともに、圧縮機の消費動力が削減される。 According to the swash plate compressor according to the first aspect of the present invention, a hard film made of DLC (diamond-like carbon) substantially free of hydrogen is formed on at least one of the swash plate and the shoe. Since the surface includes a graphite rich layer, the friction coefficient of the hard film is lowered. As a result, good wear resistance and seizure resistance are ensured at the sliding portion between the swash plate and the shoe, and the power consumption of the compressor is reduced.
そして、この圧縮機では、グラファイトリッチ層が摩耗により消滅しても、実質的に水素を含まないDLCからなる硬質膜が予めグラファイトリッチ層を含んでいたことで、新たに露出した硬質膜の表面の部位でのグラファイト成分の割合が大きくなる。つまり、摺動時、グラファイトリッチ層が種となって、グラファイトリッチ層の直下の硬質膜の部位でダイヤモンド成分がグラファイト成分に自発的に変化し、新たに露出する硬質膜の表面の部位でもグラファイト成分の割合が大きくなる。このため、実質的に水素を含まないDLCからなる硬質膜は長期に亘り良好な耐摩耗性及び耐焼付き性を有し、圧縮機の耐久性が向上する。 In this compressor, even if the graphite rich layer disappears due to wear, the hard film made of DLC substantially free of hydrogen contains the graphite rich layer in advance, so that the surface of the newly exposed hard film The ratio of the graphite component at the site becomes larger. That is, when sliding, the graphite rich layer becomes a seed, and the diamond component spontaneously changes to the graphite component at the hard film portion immediately below the graphite rich layer, and the newly exposed hard film surface portion also becomes graphite. The proportion of ingredients increases. For this reason, the hard film made of DLC substantially not containing hydrogen has good wear resistance and seizure resistance over a long period of time, and the durability of the compressor is improved.
その上、この圧縮機では、斜板及びシューの両方に硬質膜を形成した場合でも、硬質膜は水素を含まないDLCからなるので、硬質膜同士の凝着による異常摩耗や焼付きが防止される。このため、この斜板式圧縮機は、斜板とシューとの間での摺動状態が良好に保たれ、安定に動作する。
請求項2の斜板式圧縮機では、グラファイトリッチ層が0.1〜1μmの範囲の厚さを有することで、新たに露出する硬質膜の表面の部位にてダイヤモンド成分がグラファイト成分により確実に変化する。
Moreover, in this compressor, even when a hard film is formed on both the swash plate and the shoe, the hard film is made of DLC not containing hydrogen, so that abnormal wear and seizure due to adhesion of the hard films are prevented. The For this reason, this swash plate type compressor operates stably with the sliding state between the swash plate and the shoe maintained well.
In the swash plate compressor according to
請求項3の斜板式圧縮機では、硬質膜が形成される基材の表面領域が2μm以下の最大粗さRzを有するので、硬質膜の密着性が向上する。特に、最大粗さRzが0.8μm以下のとき、硬質膜の密着性がより向上する。
すなわち、硬質膜が形成される基材の表面領域に局所的な高低差があると、摺動時、表面領域の突出した部分から硬質膜が剥離し、剥離した硬質膜の部分が研磨剤となって残された硬質膜が早期に摩耗してしまう。この圧縮機では、硬質膜が形成される基材の表面領域が2μm以下の最大粗さRzを有するので、硬質膜が局所的に剥離することが防止され、剥離した硬質膜の部分により残された硬質膜が摩耗することはない。
In the swash plate compressor according to the third aspect, since the surface region of the base material on which the hard film is formed has a maximum roughness Rz of 2 μm or less, the adhesion of the hard film is improved. In particular, when the maximum roughness Rz is 0.8 μm or less, the adhesion of the hard film is further improved.
That is, if there is a local height difference in the surface area of the substrate on which the hard film is formed, the hard film peels off from the protruding part of the surface area during sliding, and the peeled hard film part is separated from the abrasive. The remaining hard film is worn out at an early stage. In this compressor, since the surface region of the base material on which the hard film is formed has a maximum roughness Rz of 2 μm or less, the hard film is prevented from being locally peeled and left by the peeled hard film portion. The hard film does not wear.
請求項4の斜板式圧縮機では、クロムモリブデン鋼及びステンレス鋼のうちから選択された一種からなる基材の表面に形成した窒化層が、700〜1500の範囲のビッカース硬さHvを有することによって、硬質膜の密着性が向上している。
すなわち、硬質膜を形成する基材の表面領域の硬度が低いと、摺動時に硬質膜が変形して剥離し易くなる。この圧縮機では、窒化層が700〜1500の範囲のビッカース硬さHvを有することで、摺動時に硬質膜の変形が防止され、硬質膜の密着性が向上する。
In the swash plate type compressor according to claim 4, the nitride layer formed on the surface of the base material made of one selected from chromium molybdenum steel and stainless steel has a Vickers hardness Hv in the range of 700 to 1500. The adhesion of the hard film is improved.
That is, when the hardness of the surface region of the base material forming the hard film is low, the hard film is easily deformed and peeled during sliding. In this compressor, since the nitride layer has a Vickers hardness Hv in the range of 700 to 1500, deformation of the hard film is prevented during sliding, and adhesion of the hard film is improved.
請求項5の斜板式圧縮機では、硬質膜と基材の窒化層との間に、窒化クロム及び窒化チタンのうち一方からなる中間膜を形成したことで、硬質膜の密着性が更に向上する。特に、硬質膜と基材の窒化層との間に、窒化クロム及び窒化チタンのうち一方からなる中間膜を形成すれば、硬質膜の密着性がより一層向上する。
請求項6の斜板式圧縮機では、斜板に硬質膜として第1硬質膜が形成され、第1硬質膜のグラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にあり、最も基材側の第1硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあることで、第1硬質膜の密着性が更に向上するとともに、第1硬質膜のせん断強さが増大して第1硬質膜の変形が防止される。この結果、斜板とシューとの間での摩擦係数が更に低減される。
In the swash plate compressor according to claim 5, the adhesion of the hard film is further improved by forming an intermediate film made of one of chromium nitride and titanium nitride between the hard film and the nitride layer of the base material. . In particular, if an intermediate film made of one of chromium nitride and titanium nitride is formed between the hard film and the nitride layer of the base material, the adhesion of the hard film is further improved.
In the swash plate compressor according to claim 6, the first hard film is formed as a hard film on the swash plate, and the Vickers hardness Hv in the graphite rich layer of the first hard film is in the range of 700 to 2000. When the Vickers hardness Hv at the first hard film portion on the side is in the range of 1500 to 3000, the adhesion of the first hard film is further improved, and the shear strength of the first hard film is increased. Deformation of the first hard film is prevented. As a result, the coefficient of friction between the swash plate and the shoe is further reduced.
請求項7の斜板式圧縮機では、シューに硬質膜として第2硬質膜が形成され、第2硬質膜のグラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にあり、最も基材側の第2硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあることで、第2硬質膜の密着性が更に向上するとともに、第2硬質膜のせん断強さが増大して第2硬質膜の変形が防止される。この結果、斜板とシューとの間での摩擦係数が更に低減される。 In the swash plate compressor according to claim 7, the second hard film is formed as a hard film on the shoe, the Vickers hardness Hv in the graphite rich layer of the second hard film is in the range of 700 to 2000, and the most substrate side When the Vickers hardness Hv at the second hard film portion is in the range of 1500 to 3000, the adhesion of the second hard film is further improved, and the shear strength of the second hard film is increased to increase the second hard film. 2 Deformation of the hard film is prevented. As a result, the coefficient of friction between the swash plate and the shoe is further reduced.
請求項8の斜板式圧縮機では、シューの被摺動面が平坦であるため、摺動時、被摺動面に加わる面圧(極圧)が低減され、斜板とシューとの間での摺動部位での耐摩耗性及び耐焼付き性が一層向上する。 In the swash plate type compressor according to the eighth aspect, since the sliding surface of the shoe is flat, the surface pressure (extreme pressure) applied to the sliding surface during sliding is reduced, and between the swash plate and the shoe. This further improves the wear resistance and seizure resistance at the sliding portion.
図1は、自動車用空調システムの冷凍回路に適用した一実施例の斜板式圧縮機を示す。
冷凍回路は、例えばR134a等のHFC冷媒(以下、単に冷媒と称す)が循環する循環流路2を有する。斜板式圧縮機は循環流路2に介挿され、冷媒の流れ方向でみて、斜板式圧縮機の下流には凝縮器4、膨張弁6及び蒸発器8が順次介挿されている。
斜板式圧縮機は容量可変型であって、シリンダブロック10を備え、シリンダブロック10の一端にはクランクケース12が設けられている。また、シリンダブロック10の他端にはバルブプレート14を介してシリンダヘッド16が設けられ、クランクケース12及びシリンダヘッド16は、シリンダブロック10及びバルブプレート14を貫通する連結ボルトにより互いに連結されている。
FIG. 1 shows a swash plate compressor of one embodiment applied to a refrigeration circuit of an automotive air conditioning system.
The refrigeration circuit includes a
The swash plate compressor is a variable capacity type, and includes a
シリンダブロック10及びクランクケース12により区画されたクランク室18内には、その中央に駆動軸20が配置され、この駆動軸20の一端側はクランクケース12を貫通し、軸受22を介してクランクケース12に回転自在に支持されている。一方、駆動軸20の他端は、シリンダブロック10の中央を軸線方向に貫通して形成された中央孔24に進入し、軸受26を介してシリンダブロック10に回転自在に支持されている。
A
クランクケース12から突出した駆動軸20の一端には、電磁クラッチ28のドリブン側ユニットが固定され、電磁クラッチ28のドライブ側ユニットを構成するロータ30は、軸受32を介してクランクケース12に回転自在に支持されている。ロータ30はソレノイドを内蔵するとともに、その外周には駆動プーリ34が固定され、駆動プーリ34と車両のエンジン36との間にはベルト37が架け回されている。従って、駆動プーリ34は、エンジン36の作動中、ベルト37により回転駆動され、このとき電磁クラッチ28がオン作動されると、駆動プーリ34の回転が駆動軸20に伝達され、駆動軸20は一方向に回転される。
The driven side unit of the
シリンダブロック10には、例えば7個のシリンダボア38が形成されている。これらシリンダボア38はシリンダブロック10の周方向に等間隔を存して配置され、各シリンダボア38は駆動軸20と平行にしてシリンダブロック10をその軸線方向に貫通している。
一方、シリンダヘッド16内には、その中央に吐出室40が区画され、吐出室40の回りに環状の吸入室42が区画されている。これら吐出室40及び吸入室42は、シリンダヘッド16の外壁に形成された吐出ポート及び吸入ポート(図示せず)を通じて循環流路2の往路及び復路にそれぞれ接続されている。
For example, seven cylinder bores 38 are formed in the
On the other hand, a
これらシリンダブロック10とシリンダヘッド16との間に挟まれたバルブプレート14には、各シリンダボア38と吐出室40及び吸入室42との間をそれぞれ連通する吐出孔44及び吸入孔46が形成され、これら吐出孔44及び吸入孔46は、逆止弁としてのリード弁48,50によりそれぞれ開閉される。
また、吐出室40とクランク室18との間には、シリンダブロック10及びバルブプレート14を貫通して高圧側流路52が形成され、シリンダブロック10内を延びる高圧側流路52の部分には、オリフィスフィルタ54が配置されている。オリフィスフィルタ54は、極小の内径を有するオリフィスチューブ56を有し、オリフィスチューブ56は、吐出室40の圧力をクランク室18に減圧して伝達可能である。また、オリフィスフィルタ54は、オリフィスチューブ56の目詰まりを防止すべく、吐出室40側のオリフィスチューブ56の端部を囲む筒状のフィルタ材58を有する。
The
Further, a high-
一方、吸入室42とクランク室18との間は、シリンダヘッド10の中央孔24を一部に含む低圧側流路を通じて接続され、この低圧側流路は、中央孔24に配置された開閉弁60により所定の条件にて開閉される。より詳しくは、開閉弁60は、吸入室42の圧力が所定の上限値を超えたときに閉作動し、もってクランク室18の圧力を上昇させる一方、吐出室40の圧力が所定の上限値を超えたときに開作動し、もってクランク室18の圧力を低下させる。
On the other hand, the
前述した各シリンダボア38内にはピストン62が摺動自在に嵌合され、シリンダボア38内でのピストンの往復運動は、吸入室42からシリンダボア38への冷媒の吸入工程、シリンダボア38内での吸入した冷媒の圧縮工程及びシリンダボア38から吐出室40への圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを実施する。換言すれば、ピストン62の往復運動は、循環流路2の復路から圧縮機への冷媒の吸入工程、圧縮機での冷媒の圧縮工程及び圧縮機から循環流路2への冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを実施する。
A
上述したピストン62に往復運動を付与すべく、駆動軸20にはベースロータ64が同心上に固定され、ベースロータ64とクランクケース12の端壁との間には、スラストベアリング66が配置されている。ベースロータ64には、ヒンジ68によりチルトロータ70が連結され、チルトロータ70の中央を駆動軸20は貫通している。チルトロータ70には、環状の斜板72が外側から嵌合され、斜板72は、ベースロータ64、ヒンジ68及びチルトロータ70を介して駆動軸20に対して傾動可能であるとともに、駆動軸20と一体に回転可能である。
A
なお、ベースロータ64とチルトロータ70との間には、駆動軸20に挿通されたコイルスプリング74が配置され、コイルスプリング74はチルトロータ70をシリンダブロック10に向けて押圧付勢している。
一方、シリンダブロック10からクランク室18に突出した各ピストン62の端部は、テール部76として形成されている。テール部76は、駆動軸20の方向及び周方向に開口したコの字形状をなし、ピストン62の軸線方向にて互いに離間した各テール部76の内面には、それぞれ半球状に凹んだ一対の球面座が形成されている。一対の球面座には、それぞれ半球状の一対のシュー78が配置され、これらシュー78間に斜板72の外周部が摺動自在に挟み付けられている。
A
On the other hand, the end portion of each
より詳しくは、図2は、斜板式圧縮機の斜板72及びシュー78のみを模式的に示し、斜板72は、その厚さ方向両側に互いに平行な主面を有し、各主面の外周領域がシュー78に対しての摺動面になる。一方、シュー78は、斜板72の摺動面により摺動される円形かつ平坦な被摺動面と、被摺動面の外縁に連なり、球面座に合致可能な半球状の凸面とを有する。
More specifically, FIG. 2 schematically shows only the
なお、図2中、斜板及びシューの一部が切欠かれるとともに、7組のシューのうち1組のシューが省略されている。
図2の円内は、斜板72とシュー78とが互いに摺動する部位の断面を拡大して示し、斜板72及びシュー78の各々は、クロムモリブデン鋼であるSCM435製の基材80a,80bを有する。
In FIG. 2, the swash plate and a part of the shoe are notched, and one of the seven pairs of shoes is omitted.
In the circle in FIG. 2, an enlarged cross section of a portion where the
基材80の表面には、基材80をラジカル窒化処理することにより、窒化鉄を主成分とする窒化層82a,82bが形成されている。窒化層82の厚さは、30μm以上80μm以下の範囲にあり、窒化層82のビッカース硬さHvは700以上1500以下の範囲にある。そして、窒化層82の最大粗さRzは2μm以下である。
窒化層82a,82bの直上には中間膜84a,84bがPVD法により成膜されている。中間膜84a,84bは窒化クロム(CrN)からなり、中間膜84の厚さは2μm以上5μm以下の範囲にある。
Nitride layers 82 a and 82 b mainly composed of iron nitride are formed on the surface of the substrate 80 by radical nitriding the substrate 80. The nitride layer 82 has a thickness in the range of 30 μm to 80 μm, and the nitride layer 82 has a Vickers hardness Hv in the range of 700 to 1500. The maximum roughness Rz of the nitride layer 82 is 2 μm or less.
Intermediate films 84a and 84b are formed on the nitride layers 82a and 82b by the PVD method. The intermediate films 84a and 84b are made of chromium nitride (CrN), and the thickness of the intermediate film 84 is in the range of 2 μm to 5 μm.
中間膜84の直上には、実質的に水素を含まないDLC(ダイヤモンドライクカーボン)からなる硬質膜86a,86bが形成され、斜板72の硬質膜86aの厚さは、1μm以上8μm以下の範囲にあり、シュー78の硬質膜86bの厚さは、1μm以上5μm以下の範囲にある。
ここで、水素を実質的に含まないとは、硬質膜86の成膜時に水素を意図的には含有させなかったことをいい、定量的にいえば、硬質膜86での水素濃度が、不可避的不純物レベルとしての0.5質量%以下であることをいう。
Immediately above the intermediate film 84, hard films 86a and 86b made of DLC (diamond-like carbon) substantially not containing hydrogen are formed, and the thickness of the hard film 86a of the
Here, “substantially not containing hydrogen” means that hydrogen was not intentionally included when the hard film 86 was formed. Quantitatively speaking, the hydrogen concentration in the hard film 86 is unavoidable. It means that it is 0.5 mass% or less as a general impurity level.
そして、DLCとは、sp2結合及びsp3結合により短距離的に結合した炭素元素を主成分とし、全体としては非晶質構造を有する炭素材料をいう。つまり、グラファイト成分(sp2結合)とダイヤモンド成分(sp3結合)とが混在した非晶質構造を有する炭素材料をいう。
より詳しくは、各硬質膜86は積層構造を有し、中間膜84側から順に、下層88a,88b、中層90a,90b及び上層92a,92bの3層からなる。斜板72の硬質膜86aでは、最も基材80a側の下層88aのビッカース硬さHvは、1500以上3000以下の範囲にあり、最も表面側の上層92aのビッカース硬さHvは、700以上2000以下の範囲にある。そして、中層90aでのビッカース硬さHvは、下層88a及び上層92aのビッカース硬さHvの中間にある。つまり、硬質膜86aのビッカース硬さHvは、図3の実線Aに示したように、表面から中間層84aに近付くにつれて段階的に大きくなる。
DLC refers to a carbon material mainly composed of carbon elements bonded at short distances by sp 2 bonds and sp 3 bonds and having an amorphous structure as a whole. That is, it refers to a carbon material having an amorphous structure in which a graphite component (sp 2 bond) and a diamond component (sp 3 bond) are mixed.
More specifically, each hard film 86 has a laminated structure, and is composed of three layers of lower layers 88a and 88b, middle layers 90a and 90b, and upper layers 92a and 92b in this order from the intermediate film 84 side. In the hard film 86a of the
一方、シュー78の硬質膜86bでは、下層88bのビッカース硬さHvは、1500以上3000以下の範囲にあり、上層92bのビッカース硬さHvは、700以上2000以下の範囲にある。そして、中層90bでのビッカース硬さHvは、下層88b及び上層92bのビッカース硬さHvの中間にある。つまり、硬質膜86bのビッカース硬さHvも、表面から中間層84bに近付くにつれて段階的に大きくなる。
On the other hand, in the hard film 86b of the
なお、斜板72の上層92aでのビッカース硬さHvは、シュー78の上層92bでのビッカース硬さHvよりも小さく、上層92a,92b間でのビッカース硬さHvの差は500以上1000以下の範囲にある。
そして、上層92では、中層90及び下層88に比べて、ダイヤモンド結合に対するグラファイト結合の割合が大きくなっており、上層92の厚さは、0.1μm以上1μm以下の範囲にある。
The Vickers hardness Hv in the upper layer 92a of the
In the upper layer 92, the ratio of the graphite bond to the diamond bond is larger than that in the middle layer 90 and the lower layer 88, and the thickness of the upper layer 92 is in the range of 0.1 μm to 1 μm.
上述した斜板72及びシュー78は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、所定形状に粗加工されたSCM435からなる鉄系合金材を用意し、硬質膜を形成する鉄系合金材の領域に、研削加工及びラップ加工のうち一方又は両方を施して表面粗さを調整し、基材80を得る。
次に、得られた基材80の表面に、ラジカル窒化処理により窒素を拡散させ、窒化層82を形成する。
The
First, an iron-based alloy material made of SCM435 that has been roughly processed into a predetermined shape is prepared, and one or both of grinding and lapping are applied to the region of the iron-based alloy material that forms the hard film to reduce the surface roughness. The base material 80 is obtained by adjusting.
Next, nitrogen is diffused on the surface of the obtained base material 80 by radical nitriding to form a nitrided layer 82.
或いは、ラジカル窒化処理後に、仕上げ研削加工及びラップ加工のうち、一方又は両方を施して表面粗さを調整することも可能である。すなわち、所定形状に粗加工されたSCM435からなる鉄系合金材を用意し、硬質膜を形成する鉄系合金材の領域に、研削加工及びラップ加工のうち一方又は両方を施し基材80を得る。次に、得られた基材80の表面にラジカル窒化処理により窒素を拡散させ、窒化層を形成する。この後、この窒化層に研削加工及びラップ加工のうち一方又は両方を施し、表面粗さが調整された窒化層82にする。 Alternatively, after the radical nitriding treatment, one or both of finish grinding and lapping can be performed to adjust the surface roughness. That is, an iron-based alloy material made of SCM435 roughly processed into a predetermined shape is prepared, and one or both of grinding and lapping are applied to the region of the iron-based alloy material forming the hard film to obtain the base material 80. . Next, nitrogen is diffused on the surface of the obtained base material 80 by radical nitriding treatment to form a nitrided layer. Thereafter, one or both of grinding and lapping are applied to the nitride layer to obtain a nitride layer 82 with adjusted surface roughness.
この後、PVD装置のチャンバに、中間膜(CrN)用及び硬質膜(DLC)用の2種類のターゲット材とともに基材80を配置してから、PVD法(物理的気相成長法)により、まず、窒化層82上に中間膜84を形成する。そして、成膜された中間膜84の上に、やはりPVD法によりDLCからなる硬質膜86を形成し、斜板72又はシュー78が得られる。
After this, the base material 80 is disposed in the chamber of the PVD apparatus together with the two types of target materials for the intermediate film (CrN) and the hard film (DLC), and then by the PVD method (physical vapor deposition method), First, the intermediate film 84 is formed on the nitride layer 82. Then, a hard film 86 made of DLC is also formed on the formed intermediate film 84 by the PVD method, and the
なお、硬質膜86を成膜する際には、成膜条件を段階的に変化させることで、下層88、中層90及び上層92を順次成膜する。
以下、上述した冷凍回路の動作について説明する。
この冷凍回路では、斜板式圧縮機がエンジン36から動力供給を受けて作動すると、圧縮機は、低温低圧のガス冷媒(HFC冷媒)を循環流路2の復路から吸入して圧縮し、高温高圧のガス冷媒を循環流路2の往路に吐出する。吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器4を通過する際に凝縮し、液化状態になる。液化した冷媒は、膨張弁6を通過する際に断熱膨張し、その温度及び圧力が低下し、気液混合状態になる。気液混合状態の冷媒が蒸発器8に流入すると、気液混合状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発器8内で気化し、蒸発器8からはガス冷媒が流出する。そして、蒸発器8から流出したガス冷媒は、循環流路2の復路を通じて圧縮機に吸入される。
When the hard film 86 is formed, the lower layer 88, the middle layer 90, and the upper layer 92 are sequentially formed by changing the film formation conditions step by step.
Hereinafter, the operation of the above-described refrigeration circuit will be described.
In this refrigeration circuit, when the swash plate compressor is operated by receiving power supply from the
なお、凝縮器4及び蒸発器8のそれぞれ近傍には、これら凝縮器4及び蒸発器8の外側を通過する風を形成する凝縮器ファン及び蒸発器ファン(図示せず)がそれぞれ配置され、凝縮器4が送風を受けることで、凝縮器4を通過する冷媒が冷却される。また、蒸発器8を通過する送風は、蒸発器8内の液冷媒により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風が車室に吹出すことで、車室が冷房される。
In addition, a condenser fan and an evaporator fan (not shown) that form wind passing outside the condenser 4 and the
以下、斜板式圧縮機の動作について詳細に説明する。
斜板式圧縮機の駆動プーリ34には、エンジン36の作動時、ベルト37を介してエンジン36からの動力が伝達されており、このとき電磁クラッチ28がオン作動されると、駆動プーリ34と一体的に駆動軸20が回転駆動される。この駆動軸20の回転に伴って、ベースロータ64及びチルトロータ70を介して斜板72も回転駆動され、この斜板72の回転運動は、シュー78を介してピストン62の往復運動に変換される。各ピストン62の往復運動に伴い、吸入室42内の冷媒がリード弁50を介してシリンダボア38に吸入される吸入工程と、シリンダボア38内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒がリード弁48を介して吐出室40に吐出される吐出工程が実施される。
Hereinafter, the operation of the swash plate compressor will be described in detail.
When the
このように斜板式圧縮機が吸入、圧縮及び吐出工程を実行している間、開閉弁60の自律的な開閉作動によって、圧縮機から循環流路2の往路に吐出される圧縮冷媒の吐出量が増減される。
より詳しくは、例えばエンジン36の回転数上昇に伴い、吐出室40の圧力が所定の上限値を超えて上昇した場合、開閉弁60が閉作動してクランク室18と吸入室42との間が遮断され、クランク室18の圧力が低下する。これにより、クランク室18内の圧力(背圧)が、吸入室42内の圧力、即ち吸入工程を実行しているシリンダボア38内の圧力よりも大きくなると、そのピストン62に対して前方(バルブプレート14側)に向かう付勢力が加えられる。このためピストン62のストローク長が減少し、各シリンダボア38からの吐出室40内への圧縮冷媒の吐出量が減少する。
Thus, while the swash plate compressor performs the suction, compression, and discharge processes, the discharge amount of the compressed refrigerant discharged from the compressor to the forward path of the
More specifically, for example, when the pressure in the
なお、ピストン62に加わる前方への付勢力はテール部76及びシュー78を介して斜板72にも伝達されるので、この付勢力によって、斜板72は、駆動軸20と直交する仮想面に対して平行に近づくように傾動される。つまり、図1には、冷媒吐出量が最小のときの圧縮機の断面が示されている。
一方、蒸発器8での熱負荷が大きくなって吸入室42の圧力が所定の上限値を超えて上昇した場合、開閉弁60が開作動してクランク室18と吸入室42とが連通し、クランク室18の圧力が吸入室42の圧力まで低下する。従って、ピストン62に加わる前方への付勢力が減少するので、ピストン62のストローク長が増大し、各シリンダボア38から吐出室40内への圧縮冷媒の吐出量が増大する。
The forward urging force applied to the
On the other hand, when the heat load in the
なお、ピストン62に加わる前方への付勢力が減少するのに伴い、斜板72は、駆動軸20と直交する仮想面に対して傾斜するように傾動する。
また、斜板式圧縮機が、吸入、圧縮及び吐出工程を実行している間、高圧側流路26に配置されたオリフィスフィルタ54を通じて、吐出室40の底部に溜まった潤滑油がクランク室18に還流され、斜板72とシュー78との間での摺動部位、軸受22,26及びスラストベアリング66の潤滑に供される。
As the forward biasing force applied to the
In addition, while the swash plate compressor performs the suction, compression, and discharge processes, the lubricating oil accumulated at the bottom of the
上述した斜板式圧縮機では、吐出室40の圧力、つまりシリンダボア38の圧力がおよそ3〜4MPaにも達し、斜板72とシュー78との間の摺動部位に非常に大きな圧縮反力が加わる。つまり、硬質膜86には非常に大きな面圧が加わるけれども、硬質膜86は水素を含まないDLCからなるので、硬質膜86同士の凝着が防止され、硬質膜86の異常摩耗や焼付きが防止される。この結果、この斜板式圧縮機は安定に動作し、優れた耐久性を有する。
In the swash plate compressor described above, the pressure in the
また、硬質膜86の表面に位置する上層92を、グラファイト成分の割合が大きなグラファイトリッチ層として形成したことで、硬質膜86は小さな摩擦係数を有する。この結果、斜板72とシュー78との間での摺動部位において良好な耐摩耗性及び耐焼付き性が確保されるとともに、圧縮機の消費動力が削減される。
そして、この斜板式圧縮機では、予め成膜したグラファイトリッチ層としての上層92が摩耗により消滅しても、実質的に水素を含まないDLCからなる硬質膜86が予めグラファイトリッチ層を含んでいたことで、新たに露出した硬質膜86の表面の部位でのグラファイト成分の割合が大きくなる。つまり、摺動時、グラファイトリッチ層が種となって、グラファイトリッチ層の直下の硬質膜86の部位でダイヤモンド成分がグラファイト成分に自発的に変化し、新たに露出する硬質膜86の表面の部位でもグラファイト成分の割合が大きくなる。このため、実質的に水素を含まないDLCからなる硬質膜86は、長期に亘り良好な耐摩耗性及び耐焼付き性を有し、圧縮機の耐久性が向上する。
Further, since the upper layer 92 positioned on the surface of the hard film 86 is formed as a graphite rich layer having a large proportion of the graphite component, the hard film 86 has a small coefficient of friction. As a result, good wear resistance and seizure resistance are ensured at the sliding portion between the
In this swash plate compressor, even if the upper layer 92 as a graphite rich layer formed in advance disappears due to wear, the hard film 86 made of DLC substantially containing no hydrogen contained the graphite rich layer in advance. As a result, the ratio of the graphite component in the newly exposed surface portion of the hard film 86 increases. That is, when sliding, the graphite rich layer becomes a seed, and the diamond component spontaneously changes to the graphite component at the portion of the hard film 86 immediately below the graphite rich layer, and the newly exposed surface portion of the hard film 86. However, the proportion of the graphite component increases. For this reason, the hard film 86 made of DLC substantially not containing hydrogen has good wear resistance and seizure resistance over a long period of time, and the durability of the compressor is improved.
本発明は上述した一実施例に限定されることはなく種々変更が可能である。
例えば、上述した一実施例の斜板式圧縮機を適用した冷凍回路では、冷媒としてHFC冷媒が循環していたけれども、冷媒の種類は特には限定されず、例えばCO2のような自然系冷媒等を冷媒として用いてもよい。
上述した一実施例では、基材80がSCM435からなり、基材80の表面に窒化層82が形成されていたけれども、基材80の材質は特には限定されず、SCM他種、構造用炭素鋼、構造用合金鋼、構造用特殊鋼、軸受鋼、快削鋼等の鉄系合金を用いることができる。また、基材80の表面に窒化層82を形成しなくてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the refrigeration circuit to which the swash plate type compressor of one embodiment described above is applied, although the HFC refrigerant circulates as the refrigerant, the type of the refrigerant is not particularly limited, for example, a natural refrigerant such as CO 2 or the like May be used as a refrigerant.
In the embodiment described above, the base material 80 is made of SCM435, and the nitride layer 82 is formed on the surface of the base material 80. However, the material of the base material 80 is not particularly limited, and other types of SCM, structural carbon. Iron-based alloys such as steel, structural alloy steel, structural special steel, bearing steel, and free-cutting steel can be used. Further, the nitride layer 82 may not be formed on the surface of the substrate 80.
ただし、硬質膜86が形成される基材80の表面領域の硬度が低いと、摺動時に硬質膜86が変形して剥離し易くなる。このため、硬質膜86の密着性を向上させるべく、基材80の材質としては、熱処理(焼入れ−焼き戻し)、浸炭処理、窒化処理等により、表面から0.5mmの深さまでの部位におけるHv(ビッカース硬さ)が550以上にされた鉄系合金を用いるのが好ましい。そして、基材80の表面にラジカル窒化処理により形成した窒化層82を更に形成するのが好ましい。 However, if the hardness of the surface region of the base material 80 on which the hard film 86 is formed is low, the hard film 86 is easily deformed and peeled off during sliding. For this reason, in order to improve the adhesiveness of the hard film 86, the material of the base material 80 is Hv at a portion from the surface to a depth of 0.5 mm by heat treatment (quenching-tempering), carburizing treatment, nitriding treatment, or the like. It is preferable to use an iron-based alloy having a (Vickers hardness) of 550 or more. It is preferable to further form a nitride layer 82 formed by radical nitriding on the surface of the substrate 80.
基材80の表面に形成した窒化層82の表面粗さは、特には限定されないが、2μm以下の最大粗さRzを有するのが好ましく、0.8μm以下の最大粗さRzを有するのがより好ましい。硬質膜86を形成する基材80の表面領域に局所的な高低差があると、摺動時、表面領域の突出した部分から硬質膜86が剥離し、剥離した硬質膜86の部分が研磨剤となって残された硬質膜86が早期に摩耗してしまう。この圧縮機では、硬質膜86が形成される基材80の表面領域が2μm以下の最大粗さRzを有するので、硬質膜86が局所的に剥離することが防止され、剥離した硬質膜86の部分により残された硬質膜86が摩耗することもない。なお、実験によれば、窒化層82の最大粗さRzは、0.8μm以下であるのがより好ましい。 The surface roughness of the nitride layer 82 formed on the surface of the substrate 80 is not particularly limited, but preferably has a maximum roughness Rz of 2 μm or less, and more preferably has a maximum roughness Rz of 0.8 μm or less. preferable. If there is a local height difference in the surface region of the base material 80 forming the hard film 86, the hard film 86 peels off from the protruding portion of the surface region during sliding, and the peeled hard film 86 portion is an abrasive. Thus, the remaining hard film 86 is worn out at an early stage. In this compressor, since the surface region of the base material 80 on which the hard film 86 is formed has a maximum roughness Rz of 2 μm or less, the hard film 86 is prevented from being locally peeled, and the peeled hard film 86 The hard film 86 left by the portion is not worn. According to experiments, the maximum roughness Rz of the nitride layer 82 is more preferably 0.8 μm or less.
また、窒化層82の硬さは、特には限定されないが、ビッカース硬さHvにて700以上1500以下の範囲にあるのが好ましく、局所的な凹みが防止される。この結果、硬質膜86が局所的に凹んで剥離するのが防止され、硬質膜86の密着性が向上するからである。
更に、窒化層82の厚さは、特には限定されないが、30μm以上80μm以下の範囲にあるのが好ましい。窒化層82の厚さが30μm以下では、硬質膜86の密着性が十分に向上せず、80μmを超えると硬質膜86の密着性は変わらなくなるからである。
The hardness of the nitride layer 82 is not particularly limited, but is preferably in the range of 700 to 1500 in terms of Vickers hardness Hv, and local dents are prevented. As a result, the hard film 86 is prevented from being locally recessed and peeled, and the adhesion of the hard film 86 is improved.
Further, the thickness of the nitride layer 82 is not particularly limited, but is preferably in the range of 30 μm to 80 μm. This is because when the thickness of the nitride layer 82 is 30 μm or less, the adhesion of the hard film 86 is not sufficiently improved, and when it exceeds 80 μm, the adhesion of the hard film 86 does not change.
なお、ラジカル窒化処理により窒化層82を形成する場合、基材80の材質としては、SCM435等のクロムモリブデン鋼、SUS410等のステンレス鋼及び構造用合金鋼のうちから選択された一種を用いるのが好ましい。これらクロムモリブデン鋼及びステンレス鋼に対しては窒素が拡散し易いからである。
上述した一実施例では、硬質膜86と基材80の窒化層82との間に、窒化クロムからなる中間膜84が形成されていたが、斜板72とシュー78との間での摺動条件がマイルドな場合、中間膜84を形成しなくてもよい。ただし、中間膜84を介して基材80に対する硬質膜86の密着性が向上するため、中間膜84を形成するのが好ましい。また、中間膜84の材質としては、窒化クロムが好ましいが、窒化クロムに代えて窒化チタン(TiN)を用いてもよく、中間膜84の厚さは2μm以上5μm以下の範囲にあるのが好ましい。
When the nitride layer 82 is formed by radical nitriding, the base material 80 is made of a material selected from chromium molybdenum steel such as SCM435, stainless steel such as SUS410, and structural alloy steel. preferable. This is because nitrogen easily diffuses into these chromium molybdenum steel and stainless steel.
In the above-described embodiment, the intermediate film 84 made of chromium nitride is formed between the hard film 86 and the nitride layer 82 of the substrate 80, but the sliding between the
上述した一実施例では、斜板72及びシュー78の双方に硬質膜86を形成したけれども、一方のみに硬質膜86を形成してもよい。なぜならば、少なくとも一方にグラファイトリッチ層を形成しておけば、グラファイトリッチ層のグラファイト成分が摺動により他方に移着し、移着したグラファイト成分が固体潤滑材として機能するからである。
ここで、斜板72のみに硬質膜86aを形成し、シュー78には硬質膜86bを形成しない場合、焼入れされたSUJ2等の鉄系合金製のシュー78を用いてもよい。また、斜板72の硬質膜86は、少なくともシュー78との摺動領域に形成されていればよい。
In the embodiment described above, the hard film 86 is formed on both the
Here, when the hard film 86a is formed only on the
上述した一実施例では、硬質膜86が積層構造を有していたけれども、硬質膜86に代えて、図4に示したように、表面から中間層84に近付くに連れて、ビッカース硬さHvが連続的に大きくなる傾斜構造の硬質膜94を形成してもよい。この硬質膜94のビッカース硬さHvは、図3中に破線Bで示されているが、この場合、最も表面側の硬質膜94の部位は、最も中間膜84側の硬質膜94の部位に比べて、グラファイト成分の割合が大きくされる。 In the embodiment described above, the hard film 86 has a laminated structure, but instead of the hard film 86, as shown in FIG. 4, the Vickers hardness Hv is approached from the surface toward the intermediate layer 84. Alternatively, a hard film 94 having an inclined structure in which the thickness increases continuously may be formed. The Vickers hardness Hv of the hard film 94 is indicated by a broken line B in FIG. 3. In this case, the hard film 94 on the most surface side is located at the hard film 94 on the intermediate film 84 side. In comparison, the proportion of the graphite component is increased.
なお、グラファイト成分をダイヤモンド成分により確実に変化させるためには、硬質膜の構造としては、硬度が階段状に変化する積層構造よりも、硬度が連続的に変化する傾斜構造の方が好ましい。
そして、積層構造及び傾斜構造の何れの構造にあっても、斜板72の硬質膜86a,94aでは、最も表面側の部位(上層92)つまりグラファイトリッチ層のビッカース硬さHvが700以上2000以下の範囲にあり、最も基材80a側に位置する部位(下層88)でのビッカース硬さHvが1500以上3000以下の範囲にあるのが好ましい。
In order to surely change the graphite component by the diamond component, the structure of the hard film is preferably an inclined structure in which the hardness changes continuously rather than a laminated structure in which the hardness changes stepwise.
In any of the laminated structure and the inclined structure, in the hard films 86a and 94a of the
また、シュー78の硬質膜86b,94bでは、最も表面側の部位(上層92b)つまりグラファイトリッチ層のビッカース硬さHvが700以上2000以下の範囲にあり、最も基材80b側に位置する部位(下層88b)でのビッカース硬さHvが1500以上3000以下の範囲にあるのが好ましい。
このような積層構造及び傾斜構造の場合、硬質膜86,94内の残留応力が緩和され、基材80に対する硬質膜86,94の密着性が更に向上するとともに、硬質膜86,94のせん断強さが増大して摺動時の硬質膜86の変形が防止され、斜板72とシュー78との間での摩擦係数が更に低減されるからである。
Further, in the hard films 86b and 94b of the
In the case of such a laminated structure and an inclined structure, the residual stress in the hard films 86 and 94 is alleviated, the adhesion of the hard films 86 and 94 to the base material 80 is further improved, and the shear strength of the hard films 86 and 94 is increased. This is because the deformation of the hard film 86 during sliding is prevented and the friction coefficient between the
なお、硬質膜86の全体の厚さは、特には限定されないけれども、斜板72での硬質膜86aの厚さは1μm以上8μm以下の範囲にあるのが好ましく、シュー78での硬質膜86bの厚さは、1μm以上5μm以下の範囲にあるのが好ましい。硬質膜86a,86bの厚さが1μmよりも小さいと耐摩耗性及び耐焼付き性を十分に確保することが困難になり、硬質膜86の厚さが5μm又は8μmを超えると、成膜に時間がかかるばかりでなく、硬質膜86の内部残留応力が増大し、硬質膜86の密着性低下を招くからである。
Although the total thickness of the hard film 86 is not particularly limited, the thickness of the hard film 86a on the
そして、硬質膜86におけるグラファイトリッチ層としての上層92の厚さは、0.1〜1μmの範囲にあることが好ましい。グラファイトリッチ層の厚さが、0.1〜1μmの範囲にあることで、新たに露出する硬質膜86の表面の部位にてダイヤモンド成分がグラファイト成分により確実に変化するからである。
上述した一実施例では、基材80を用意する際の鉄系合金材の研削方法は、特には限定されず、図5(a)〜(c)に示したように、1つの直線方向(平行)、互いに交差する2つの直線方向(綾目)、周方向(同心円)及びこれらの方向を組み合わせて研削加工することができるが、綾目に研削加工するのが好ましい。
And it is preferable that the thickness of the upper layer 92 as a graphite rich layer in the hard film | membrane 86 exists in the range of 0.1-1 micrometer. This is because when the thickness of the graphite rich layer is in the range of 0.1 to 1 μm, the diamond component is surely changed by the graphite component at the newly exposed surface portion of the hard film 86.
In the above-described embodiment, the grinding method of the iron-based alloy material when preparing the base material 80 is not particularly limited, and, as shown in FIGS. 5A to 5C, one linear direction ( Parallel), two linear directions intersecting each other (cross stitch), circumferential directions (concentric circles), and a combination of these directions can be ground, but grinding is preferably performed.
上述した一実施例では、硬質膜86を形成するPVD法は、特には限定されないが、例えば特開2000−119843号公報に開示されたUBMS(アンバランスドマグネトロンスパッタリング)法を用いるのが好ましい。
このUBMS法では、固体カーボンからなる円形のターゲット材の背面中央に設置される第1磁石と当該第1磁石の回りに配置された第2磁石とが異なる磁気特性を有することで、これら第1及び第2磁石により形成される磁力線の一部がターゲット材から基材80(中間層84)に向けて延びる。この磁力線の一部は、ターゲット材のスパッタ時に発生したプラズマの一部を中間層84の表面近傍にまで導き、中間層84の表面近傍に導かれたプラズマのイオンアシスト効果によって、より硬質なDLCからなる硬質膜86が中間層84上に容易に成膜される。
In the above-described embodiment, the PVD method for forming the hard film 86 is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, the UBMS (Unbalanced Magnetron Sputtering) method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-119843.
In the UBMS method, the first magnet installed in the center of the back surface of the circular target material made of solid carbon and the second magnet arranged around the first magnet have different magnetic characteristics, so that the first A part of the magnetic field lines formed by the second magnet extends from the target material toward the base material 80 (intermediate layer 84). A part of the magnetic field lines guides a part of the plasma generated during sputtering of the target material to the vicinity of the surface of the intermediate layer 84, and the ion assist effect of the plasma guided to the vicinity of the surface of the intermediate layer 84 makes the DLC harder. The hard film 86 made of is easily formed on the intermediate layer 84.
そして、UBMS法によれば、基材80に印加するバイアス電圧等の成膜条件を調整することにより、硬質膜86の硬度やグラファイト成分の割合を変化させることができる。
また、UBMS法によれば、中間膜84を形成した後、PVD装置のチャンバ内で引き続き硬質膜86を形成することで、中間膜84の表面が酸化されるのが防止され、中間膜84に対する硬質膜86の密着性が更に向上する。
According to the UBMS method, the hardness of the hard film 86 and the ratio of the graphite component can be changed by adjusting film forming conditions such as a bias voltage applied to the substrate 80.
Further, according to the UBMS method, after the intermediate film 84 is formed, the hard film 86 is continuously formed in the chamber of the PVD apparatus, thereby preventing the surface of the intermediate film 84 from being oxidized. The adhesion of the hard film 86 is further improved.
上述した一実施例では、シュー78の被摺動面は、斜板72とシュー78との間での摺動部位での面圧(極圧)を低減させるべく、図6(a)に示したように平坦であるのが好ましいが、図6(b)に模式的に示したように、シュー78の被摺動面は、製法上の制約により1μm程度突出していてもよい。
上述した一実施例の斜板式圧縮機は、開閉弁60が自律的に開閉作動する内部制御タイプの容量可変型斜板式圧縮機であったけれども、本発明の斜板式圧縮機は、開閉弁60に代えて、外部に設けられた駆動回路により開閉作動される電磁開閉弁を備えた外部制御タイプの容量可変型斜板式圧縮機にも適用可能であり、更には、容量固定型斜板式圧縮機にも適用可能である。
In one embodiment described above, the sliding surface of the
Although the swash plate compressor of the above-described embodiment is an internal control type variable displacement swash plate compressor in which the on-off
最後に、本発明のの斜板式圧縮機は、自動車用空調システムの冷凍回路の他に、家庭用・業務用空調システムの冷凍回路、冷凍・冷蔵庫、ヒートポンプシステム等に適用可能であるのは勿論である。 Finally, the swash plate compressor of the present invention can be applied to a refrigeration circuit of a home / commercial air conditioning system, a refrigeration / refrigerator, a heat pump system, etc. in addition to a refrigeration circuit of an automotive air conditioning system. It is.
72 斜板
78 シュー
80,80a,80b 基材
82,82a,82b 窒化層
84,84a,84b 中間膜
86,86a,86b 硬質膜
88,88a,88b 下層
90,90a,90b 中層
92,92a,92b 上層(グラファイトリッチ層)
72
Claims (8)
前記斜板及びシューのうち少なくとも一方に他方と摺動する硬質膜を備え、
前記硬質膜は、
鉄系合金製の基材上に形成され、
実質的に水素を含まないダイヤモンドライクカーボンからなり、且つ、
最も表面側の前記硬質膜の部位に、最も基材側の前記硬質膜の部位に比べてグラファイト成分の割合が大きいグラファイトリッチ層を含む
ことを特徴とする斜板式圧縮機。 In the swash plate compressor in which the rotational motion of the drive shaft is converted into the reciprocating motion of the piston by a swash plate that can rotate integrally with the drive shaft and a shoe that slides on the swash plate,
A hard film that slides on the other of at least one of the swash plate and the shoe,
The hard film is
Formed on a base material made of iron-based alloy,
Made of diamond-like carbon substantially free of hydrogen, and
A swash plate compressor, wherein the hard film portion on the most surface side includes a graphite rich layer having a larger proportion of the graphite component than the hard film portion on the most base side.
前記硬質膜が形成される前記基材の表面領域には、ラジカル窒化処理により窒化層が形成され、前記窒化層は700〜1500の範囲のビッカース硬さHvを有する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の斜板式圧縮機。 The base material consists of a kind selected from chromium molybdenum steel and stainless steel,
The surface region of the base material on which the hard film is formed is formed with a nitride layer by radical nitriding, and the nitride layer has a Vickers hardness Hv in a range of 700 to 1500. The swash plate type compressor according to any one of Items 1 to 3.
前記第1硬質膜の硬度は、前記第1硬質膜の厚さ方向でみて変化し、最も前記基材側の前記第1硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあり、前記第1硬質膜の前記グラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の斜板式圧縮機。 The first hard film provided as the hard film on the swash plate has a thickness in the range of 1 to 8 μm,
The hardness of the first hard film varies in the thickness direction of the first hard film, and the Vickers hardness Hv at the portion of the first hard film closest to the substrate is in the range of 1500 to 3000. The swash plate compressor according to any one of claims 1 to 5, wherein a Vickers hardness Hv of the first hard film in the graphite rich layer is in a range of 700 to 2000.
前記第2硬質膜の硬度は、前記第2硬質膜の厚さ方向でみて変化し、最も前記基材側の前記第2硬質膜の部位でのビッカース硬さHvが1500〜3000の範囲にあり、前記第2硬質膜の前記グラファイトリッチ層でのビッカース硬さHvが700〜2000の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の斜板式圧縮機。 The second hard film provided as the hard film on the shoe has a thickness in the range of 1 to 5 μm,
The hardness of the second hard film varies in the thickness direction of the second hard film, and the Vickers hardness Hv at the portion of the second hard film closest to the substrate is in the range of 1500 to 3000. The swash plate compressor according to any one of claims 1 to 6, wherein a Vickers hardness Hv of the second hard film in the graphite-rich layer is in a range of 700 to 2,000.
少なくとも前記被摺動面に前記硬質膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の斜板式圧縮機。 The shoe has a flat and circular sliding surface that is slid over the entire area by the swash plate,
The swash plate compressor according to any one of claims 1 to 7, wherein the hard film is formed on at least the sliding surface.
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