JP2007231941A - 斜板式コンプレッサの斜板および斜板式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】斜板式コンプレッサの金属基材３ａで形成された斜板３を、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることである。
【解決手段】シューが摺動する金属基材３ａの斜板３の摺動面にＭｏ溶射層１０を形成し、このＭｏ溶射層１０の上にフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層１１を形成することにより、耐焼付き性の優れたフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層１１の密着性を十分に確保して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアコンディショナ等に用いられる斜板式コンプレッサの斜板および斜板式コンプレッサに関する。

冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた斜板にシューを摺動させ、このシューを介して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサには、両頭形のピストンを用いて冷媒を両側で圧縮、膨張させる両斜板タイプのものと、片頭形のピストンを用いて冷媒を片側のみで圧縮、膨張させる片斜板タイプのものとがある。また、シューは斜板の片側面のみで摺動するものと、斜板の両側面で摺動するものとがある。

これらの斜板式コンプレッサでは、運転初期において、冷媒が存在するハウジング内へ潤滑油が到達する前に金属製の斜板とシューが摺動するので、これらの摺動部が潤滑油のないドライ潤滑状態となり、焼付きが発生しやすい。また、近年開発が行なわれている炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサでは、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達するため、斜板とシューとの摺動圧力もこれまでより高くなり、斜板の摺動部にはさらに焼付きが発生しやすくなる。

この焼付きを防止する手段としては、これまでに、シューが摺動する金属製斜板の摺動面に、銅系またはアルミニウム系の金属材料を溶射し、この金属溶射層に鉛系めっき、錫系めっき、鉛−錫系めっき、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系被覆、二硫化モリブデン被覆または二硫化モリブデン・黒鉛混合被覆を施したもの（例えば、特許文献１参照）や、アルミニウムまたは鉄系基材、主として錫、銅または金属リン酸塩からなる中間層、および熱硬化性樹脂と二硫化モリブデンおよびグラファイトから選択された少なくとも１種の固体潤滑剤とを含む摺接層を有する斜板（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。

特開平８−１９９３２７号公報 特開平１１−１３６３８号公報

特許文献１に記載されたもののうち、金属溶射層にめっきを施すものは、溶射工程とめっき工程を必要とし、斜板の製造コストが高価になる問題がある。また、金属溶射層にＰＴＦＥ系被覆のような樹脂被覆を施したものは、この樹脂被覆は優れた耐焼付き性を有するが、金属溶射層と樹脂被覆層との密着性を十分に確保できない問題がある。

一方、特許文献２に記載されたものは、熱硬化性樹脂と二硫化モリブデン等の固体潤滑剤とを含む摺接層は耐摩耗性を十分に確保できず、摺接層が短期間で摩耗して下地が露出する問題がある。

そこで、本発明の課題は、斜板式コンプレッサの金属基材で形成された斜板を耐焼付き性の優れた樹脂被覆層で被覆し、この樹脂被覆層の密着性を十分に確保して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた金属基材の斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの斜板において、前記シューが摺動する金属基材の斜板の摺動面にＭｏ溶射層を形成し、このＭｏ溶射層の上にフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層を形成した構成を採用した。

すなわち、シューが摺動する金属基材の斜板の摺動面にＭｏ溶射層を形成し、このＭｏ溶射層の上にフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層を形成することにより、耐焼付き性の優れたフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層の密着性を十分に確保して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとした。

前記フッ素樹脂は低摩擦特性を有し、樹脂被覆層に耐焼付き性を付与する役割をする。このフッ素樹脂は、シューとの摺動部での温度上昇に耐えられる耐熱性を有するものであればよく、具体的には、ＰＴＦＥ（融点θ_Ｍ：３２７℃、連続使用温度θ_Ａ：２６０℃）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（θ_Ｍ：２７０℃、θ_Ａ：２００℃）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（θ_Ｍ：３１０℃、θ_Ａ：２６０℃）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（θ_Ｍ：２７０℃、θ_Ａ：１５０℃）、ポリクロロトリフルオロエチレン（θ_Ｍ：２１０℃、θ_Ａ：１２０℃）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（θ_Ｍ：２４０℃、θ_Ａ：１５０℃）等が挙げられる。これらは、それぞれ単独または２種以上の共重合体や３共重合体等であってもよい。

このうちＰＴＦＥは、−ＣＦ_２ＣＦ_２−の繰り返し単位より構成され、３４０〜３８０℃でも溶融粘度が約１０^１０〜１０^１１Ｐａ・ｓと高く、融点を越えても流動し難いので、フッ素樹脂の中では最も耐熱性が優れており、また、常温でも優れた摺動性を示すので好適である。さらに、ＰＴＦＥの中でも、滑剤級の粉末ＰＴＦＥを用いることが好ましく、滑剤級の粉末ＰＴＦＥの市販品としては、フルオンＬ１６９（ＩＣＩ社製商品名）、ポリフロンＭ１５、ルブロンＬ−２（以上ダイキン工業社製商品名）、テフロン７Ｊ（デュポン社製商品名）、フルオンＧ１６３（旭硝子社製商品名）等を挙げることができる。なお、滑剤級の粉末ＰＴＦＥとは、一度焼成したＰＴＦＥを粉砕した再生ＰＴＦＥや、ＰＴＦＥにガンマ線照射処理をして低分子量化したＰＴＦＥ粉末を言い、ガンマ線照射処理をした市販品の例としては、ＫＴ４００Ｈ（喜多村社製商品名）がある。

前記ＰＴＦＥの形態は、成形用の粉末であっても、いわゆる固体潤滑剤用の微粉末であってもよく、その平均粒径は０．１〜２０μｍ、好ましくは０．２〜１０μｍの範囲にあるのがよい。平均粒径がこの範囲内にあると、コーティング剤中で凝集し難く、樹脂被覆層中に満遍なく均一に分散される。

なお、前記Ｍｏ溶射層の厚みは特に限定されないが、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１００μｍとするのがよい。厚みが１０μｍ未満では局部的に下地が露出する恐れがあり、５００μｍを越えると層厚のばらつきが大きくなるからである。

また、前記樹脂被覆層を形成する方法としては、ディッピング法、スプレーコート法、ディスペンド法、ロール法等、種々の方法を採用することができ、スプレーコート法では、樹脂被覆層の層厚を精度よく形成することができる。樹脂被覆層の層厚は、焼成後の厚みで５〜５０μｍ、好ましくは１０〜４０μｍとするのがよい。層厚が５μｍ未満では、シューとの片当たり等が生じたときに局部的に摩耗することがあり、５０μｍを越えると、樹脂被覆層の剥離が生じる恐れがあるからである。

前記Ｍｏ溶射層は、Ｍｏを５０質量％以上含有するＭｏ合金とすることができる。

前記Ｍｏ溶射層は、Ｍｏの純度が９９質量％以上の純Ｍｏとすることもできる。

前記樹脂被覆層を、フッ素樹脂１００重量部に対して、耐熱性樹脂が１００〜１５０重量部、黒鉛粉末が５〜２０重量部とされたものとすることにより、バインダとしての耐熱性樹脂で、より強固に樹脂被覆層をＭｏ溶射層に密着させることができるとともに、黒鉛粉末の配合で樹脂被覆層の耐摩耗性を向上させることができる。

前記耐熱性樹脂は、樹脂被覆層を熱劣化させることなく樹脂被覆層をＭｏ溶射層に強固に密着するとともに、粉末としたフッ素樹脂や黒鉛粉末を結着する役割をする。耐熱性樹脂としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂等を挙げることができ、中でもポリイミド系樹脂が耐熱性と密着性に最も優れている。前記耐熱性樹脂を１００〜１５０重量部としたのは、１００重量部未満では樹脂被覆層の密着性を損ね、１５０重量部を越えると樹脂被覆層の摺動特性を損ねるからである。

前記ポリイミド系樹脂の具体例としては、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリエステルイミド樹脂、ポリエステルアミドイミド樹脂等を挙げることができ、中でもＰＩとＰＡＩが好適であり、さらに、イミド結合またはアミド結合が芳香族基を介して結合している芳香族系ポリイミド樹脂や芳香族系ポリアミドイミド樹脂が特に好ましい。

前記黒鉛粉末は、樹脂被覆層の耐摩耗性を向上させる役割をする。黒鉛粉末の粒径は特に限定されないが、平均粒径を０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、さらに好ましくは２〜１０μｍとするのがよい。平均粒径が０．１μｍ未満では、凝集して分散性が悪くなり、２０μｍを越えると、樹脂被覆層の耐摩耗性にばらつきが生じやすくなるからである。

また、本発明は、斜板式コンプレッサを上述したいずれかの斜板を備えたものとした構成も採用した。

前記斜板式コンプレッサは、炭酸ガスを冷媒に用いたものに好適である。

本発明の斜板式コンプレッサの斜板は、シューが摺動する金属基材の斜板の摺動面にＭｏ溶射層を形成し、このＭｏ溶射層の上にフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層を形成したので、耐焼付き性の優れたフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層の密着性を十分に確保して、炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサにも耐用可能なものとすることができる。

前記樹脂被覆層を、フッ素樹脂１００重量部に対して、耐熱性樹脂が１００〜１５０重量部、黒鉛粉末が５〜２０重量部とされたものとすることにより、より強固に樹脂被覆層をＭｏ溶射層に密着させることができるとともに、樹脂被覆層の耐摩耗性を向上させることができる。

また、本発明の斜板式コンプレッサは、上述した斜板を備えたものとしたので、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達する炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサに使用しても、十分に耐用可能なものとすることができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。この斜板式コンプレッサは炭酸ガスを冷媒に用いるものであり、図１に示すように、冷媒が存在するハウジング１内で、回転軸２に直接固定するように斜めに取り付けた斜板３の回転運動を、斜板３の両側面で摺動するシュー４を介して両頭形ピストン５の往復運動に変換し、ハウジング１の周方向に等間隔で形成されたシリンダボア６内の各ピストン５の両側で、冷媒を圧縮、膨張させる両斜板タイプのものであり、高速で回転駆動される回転軸２は、ラジアル方向を針状ころ軸受７で支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受８で支持されている。

前記各ピストン５には斜板３の外周部を跨ぐように凹部５ａが形成され、この凹部５ａの軸方向対向面に形成された球面座９に、半球状のシュー４が着座されている。このシュー４は球状のものもあり、ピストン５を斜板３の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板３の回転運動からピストン５の往復運動への変換が円滑に行われる。

前記斜板３の基材３ａは鋼で形成され、図２に示すように、シュー４が摺動する基材３ａの両側面にはＭｏ溶射層１０が形成され、その上に、フッ素樹脂としてのＰＴＦＥ、耐熱性樹脂としてのＰＡＩ、および黒鉛粉末から成る樹脂被覆層１１が形成されている。

前記Ｍｏ溶射層１０は、Ｍｏを５０質量％以上含有するＭｏ合金、またはＭｏの純度が９９質量％以上の純Ｍｏで形成されている。

前記樹脂被覆層１１は、ＰＡＩを溶媒に溶解させ、この溶解させた樹脂溶液にＰＴＦＥと黒鉛粉末を配合して希釈したコーティング剤を、Ｍｏ溶射層１０の上からスプレーコート法で塗布して、２４０℃で焼成したものであり、その配合割合は、ＰＴＦＥ１００重量部に対して、ＰＡＩが１５０重量部、黒鉛粉末が１０重量部とされている。なお、ＰＴＦＥは再生ＰＴＦＥの放射線照射材、ＰＡＩはＮ−メチルピロリドンで分散されたＰＡＩワニス、黒鉛粉末は平均粒径が１０μｍの人造黒鉛とした。

実施例として、表１に示すように、鋼製のディスクの片面側に、上述したＭｏ溶射層１０を形成し、その上に樹脂被覆層１１を形成した試験片（実施例１〜３）を用意した。また、比較例として、上記Ｍｏ溶射層の替りにＴｉ溶射層を形成し、その上に各実施例と同じ樹脂被覆層を形成した試験片（比較例１）と、Ｍｏ溶射層の替りにＺｎ溶射層を形成した試験片（比較例２）も用意した。

上記実施例と比較例の各試験片に対して３つの鋼製シューを摺動させるスラスト型試験機（３シュー・オン・タイプ）を用いた摩擦摩耗試験を行い、試験初期と５分後の摺動部の摩擦係数と、５分後の試験片摺動面の摩耗量を測定した。試験条件は以下の通りである。
・摺動面圧：１０ＭＰａ
・摺動速度：２００ｍ／分
・潤滑条件：ＰＡＧ系冷凍機油で摺動面を濡らした状態
・試験時間：５分間

上記摩擦摩耗試験の結果を表１に併せて示す。樹脂被覆層の下側の溶射層をＭｏ溶射層とした各実施例のものは、いずれも試験初期から５分後までの摩擦係数が安定しており、摺動面の摩耗量も非常に少ない。これに対して、溶射層をＴｉ溶射層とＺｎ溶射層とした各比較例のものは、いずれも樹脂被覆層が溶射層から剥離した箇所が認められた。以上の結果より、本発明に係るＭｏ溶射層を摺動面の下地に形成した斜板は、耐焼付き性の優れたフッ素樹脂を含有する樹脂被覆層の密着性を高めて、コンプレッサ内の圧力が１０ＭＰａにも達する炭酸ガスを冷媒に用いる斜板式コンプレッサに使用しても、十分に耐用可能であることが分かった。

上述した実施形態では、両斜板タイプの斜板式コンプレッサで、斜板の両側面でシューが摺動するものとしたが、本発明に係る斜板式コンプレッサの斜板は、片斜板タイプのものや、斜板の片面側にのみシューが摺動するもの、斜板が連結部材を介して回転軸に取り付けられたもの等、全てのタイプの斜板式コンプレッサに採用することができる。

斜板式コンプレッサの実施形態を示す縦断面図 図１の斜板を拡大して示す断面図 図１の斜板の部分切欠き側面図

符号の説明

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 斜板
３ａ 基材
４ シュー
５ ピストン
５ａ 凹部
６ シリンダボア
７ 針状ころ軸受
８ スラスト針状ころ軸受
９ 球面座
１０ Ｍｏ溶射層
１１ 樹脂被覆層

Claims (6)

1. 冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、斜めに取り付けた斜板にシューを摺動させ、このシューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの斜板において、前記斜板を金属基材で形成し、前記シューが摺動する摺動面に、Ｍｏ（モリブデン）溶射層を形成し、このＭｏ溶射層の上に、フッ素樹脂を含有する樹脂被覆層を形成したことを特徴とする斜板式コンプレッサの斜板。
2. 前記Ｍｏ溶射層が、Ｍｏを５０質量％以上含有するＭｏ合金である請求項１に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
3. 前記Ｍｏ溶射層が、Ｍｏの純度が９９質量％以上の純Ｍｏである請求項１に記載の斜板式コンプレッサの斜板。
4. 前記樹脂被覆層を形成する樹脂が、フッ素樹脂１００重量部に対して、耐熱性樹脂を１００〜１５０重量部、黒鉛粉末を５〜２０重量部含有する請求項１乃至３のいずれかに記載の斜板式コンプレッサの斜板。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の斜板を備えた斜板式コンプレッサ。
6. 前記斜板式コンプレッサが炭酸ガスを冷媒に用いたものである請求項５に記載の斜板式コンプレッサ。

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