JP2020007972A - Hemispherical shoe for swash plate type compressor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用エアコンなどに用いられる斜板式コンプレッサにおいて、斜板とピストンとの間に介在して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換するための半球シューおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a hemispherical shoe for converting rotational motion of a swash plate into reciprocating motion of a piston, interposed between the swash plate and a piston, and a method of manufacturing the same, in a swash plate compressor used for an air conditioner for an automobile or the like.
斜板式コンプレッサは、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、角度をつけて(直角および斜めに)取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球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、膨張させるものである。このような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、半球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、斜板と半球シューの摺動面に20m/s以上の大きな相対速度の滑りが発生して、半球シューは非常に過酷な環境で使用される。 A swash plate compressor is provided with a hemispheric shoe on a swash plate attached at an angle (right angle and obliquely) in a housing where a refrigerant is present, to be directly fixed to a rotating shaft or indirectly through a connecting member. The swash plate is slid and the rotational motion of the swash plate is converted into reciprocating motion of the piston via the hemispherical shoe to compress and expand the refrigerant. Such swash plate compressors include a double swash plate type that compresses and expands refrigerant on both sides using a double-headed piston, and a single swash plate type compressor that compresses and expands refrigerant only on one side using a single-headed piston. There is a board type. Further, the hemispherical shoe may be slid on only one side surface of the swash plate, or may be slid on both side surfaces of the swash plate. In these swash plate compressors, the sliding surface between the swash plate and the hemispherical shoe slides at a large relative speed of 20 m / s or more, and the hemispherical shoe is used in a very severe environment.
斜板式コンプレッサの潤滑は、潤滑油が冷媒に溶け込みながら薄められハウジング内を循環し、ミスト状となって摺動部に供給される。しかし、運転開始時には潤滑油が洗い流されてしまうために、運転開始時の斜板と半球シューとの摺動面は、潤滑油のないドライ状態となりやすく、焼付きが発生しやすいという問題がある。 The lubrication of the swash plate compressor is diluted while the lubricating oil dissolves in the refrigerant, circulates in the housing, and is supplied to the sliding portion in the form of a mist. However, since the lubricating oil is washed away at the start of operation, the sliding surface between the swash plate and the hemispherical shoe at the start of operation tends to be in a dry state without lubricating oil, and seizure is likely to occur. .
この焼付きを防止する手段として、例えば、斜板との摺動部である金属製基材の平面部に射出成形による樹脂層を形成するとともに、剥がれ防止のために該樹脂層に環状帯部を形成したもの(特許文献1)や、ピストンとの摺動に対しても摺動性を持たせるため、金属製基材の球面部に射出成形による樹脂層を形成したもの(特許文献2、3)が提案されている。また、特許文献4には、金属製基材の球面部および平面部に射出成形によって樹脂層を形成する方法が記載されている。
As means for preventing this seizure, for example, a resin layer is formed by injection molding on a flat portion of a metal base material which is a sliding portion with a swash plate, and an annular band portion is formed on the resin layer to prevent peeling. (Patent Document 1), and a resin layer formed by injection molding on a spherical portion of a metal base material in order to impart slidability to sliding with a piston (
特許文献1では、環状帯部の樹脂層の層厚さが、中心部や外縁部の層厚さの例えば2倍以上であることを特徴としている。しかし、樹脂層は厚みを増すほど強度などの物理的性質が低下する傾向にあるため、このような環状帯部を有する構成では物理的性質が不十分となるおそれがある。
また、特許文献1には、金属製基材として焼結体を用いることが記載されている。しかし、焼結体は摺動時に面圧が高くなりすぎると、潤滑油が焼結体内部の空孔に誘導され、面圧がより低いほうへと潤滑油が抜けてしまう。そのため、焼結体と相手材との間で、油膜が非常に薄くなったり、油膜切れが生じて摩擦摩耗特性が低下するおそれがある。
また、特許文献2および特許文献3に記載された半球シューは、金属製基材のほとんどの部分が樹脂層で覆われているため、摺動抵抗によって発生した熱を逃がすことができず、樹脂層が溶融するおそれがある。
Further, in the hemispheric shoes described in
本発明はこれらの問題に対処するためになされたものであり、運転開始時の潤滑油のないドライ状態においても、焼付きが発生せず、摩擦発熱による潤滑特性の低下がなく耐久性が十分に確保され、高振動環境下でも斜板と摺接する樹脂層が剥離することなく使用可能である半球シューおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to address these problems, and even in a dry state without lubricating oil at the start of operation, seizure does not occur, lubrication characteristics do not decrease due to frictional heating, and durability is sufficient. It is an object of the present invention to provide a hemispherical shoe which is secured to a swash plate and can be used without peeling even in a high vibration environment even in a high vibration environment, and a method for manufacturing the same.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、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、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球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半球シューであって、上記半球シューは、基材と射出成形による樹脂層からなり、上記ピストンと摺動する球面部が上記基材からなり、上記斜板と摺動する平面部が上記樹脂層からなり、上記基材が、熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体であることを特徴とする。 The hemispheric shoe of the swash plate type compressor according to the present invention includes a hemispheric shoe mounted on a swash plate mounted at right angles and obliquely, in a housing where a refrigerant is present, so as to be directly fixed to a rotating shaft or indirectly via a connecting member. The swash plate is a swash plate type compressor that slides, converts the rotational movement of the swash plate into a reciprocating motion of a piston through the hemispherical shoe, compresses and expands the refrigerant, and the hemispherical shoe includes a base material. The spherical part sliding on the piston is made of the base material, the flat part sliding on the swash plate is made of the resin layer, and the base material is sealed with a thermosetting resin. It is a metal sintered body that has been subjected to a hole treatment.
上記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする。 The thermosetting resin is an epoxy resin.
上記樹脂層の主成分がポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂であることを特徴とする。 The main component of the resin layer is a polyetheretherketone (PEEK) resin.
上記熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体の空孔率が0.5%以上5%未満であることを特徴とする。 The porosity of the metal sintered body sealed with the thermosetting resin is 0.5% or more and less than 5%.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューの製造方法は、本発明の半球シューを製造する方法であって、金属焼結体に熱硬化性樹脂を封孔処理した後に、該金属焼結体の平面部に熱可塑性樹脂で樹脂層をインサート成形することを特徴とする。 The method for manufacturing a hemispherical shoe of the swash plate type compressor of the present invention is a method for manufacturing the hemispherical shoe of the present invention, wherein after sealing a thermosetting resin in the metal sintered body, the flat surface of the metal sintered body is formed. The resin layer is insert-molded with a thermoplastic resin in the portion.
上記樹脂層のインサート成形後に、該樹脂層の表面を研磨することを特徴とする。 After the insert molding of the resin layer, the surface of the resin layer is polished.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、基材が熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体であるので、封孔処理されていない金属焼結体の場合のような摺動時において高面圧側から低面圧側に潤滑油が抜けてしまうことを防ぐことができる。また、斜板との摺動部が樹脂層からなる一方、ピストンとの摺動部は基材自体からなるので、その基材を介してピストンや潤滑油に熱が放出されるため、放熱性に優れる。そのため、運転開始時のドライ状態においても樹脂層の溶解を防ぐことができる。また、基材表面の凹部(空隙)に潤滑油を保持できるため、ピストンとの摺動特性に優れる。 The hemispheric shoe of the swash plate compressor of the present invention is a metal sintered body whose base material is sealed with a thermosetting resin. In this case, it is possible to prevent the lubricating oil from leaking from the high surface pressure side to the low surface pressure side. In addition, since the sliding part with the swash plate is made of a resin layer, the sliding part with the piston is made of the base material itself, so heat is released to the piston and lubricating oil through the base material, so that heat dissipation Excellent. Therefore, the resin layer can be prevented from being dissolved even in a dry state at the start of operation. Further, since the lubricating oil can be held in the concave portions (voids) on the surface of the base material, the sliding characteristics with the piston are excellent.
また、半球シューの基材を熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体とすることで、樹脂層の射出成形時において基材表面の凹部(空隙)に樹脂が入り込み、アンカー効果によって基材と樹脂層とが強固に密着できる。このため、高速・高温・高振動環境下においても、斜板と摺接する樹脂層が剥離することなく使用可能となる。また、上記半球シューの構成は、摺動距離が長い斜板との摺動部を樹脂層とし、ピストンとの摺動部を基材とするので、優れた摺動性が得られる。 In addition, by forming the base material of the hemispheric shoe as a metal sintered body sealed with a thermosetting resin, the resin enters the recesses (voids) on the surface of the base material during the injection molding of the resin layer, and due to the anchor effect, The substrate and the resin layer can be firmly adhered. Therefore, even in a high-speed, high-temperature, and high-vibration environment, the resin layer in sliding contact with the swash plate can be used without peeling. Further, in the configuration of the hemispheric shoe, since the sliding portion with the swash plate having a long sliding distance is made of the resin layer and the sliding portion with the piston is made of the base material, excellent slidability is obtained.
上記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であるので耐熱性に優れる。 Since the thermosetting resin is an epoxy resin, it has excellent heat resistance.
上記樹脂層の主成分がPEEK樹脂であるので、強度と耐熱性に優れた半球シューを得ることができる。 Since the main component of the resin layer is a PEEK resin, a hemispheric shoe excellent in strength and heat resistance can be obtained.
熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体の空孔率が0.5%以上5%未満であるので、金属焼結体の連通孔(ある表面から異なる表面へとつながっている空孔)がほぼ消失し、潤滑油が該連通孔を通って外部に押し出されることを防ぐことができる。また、上記空孔率を0.5%以上とすることで、基材表面に空隙が残存し、潤滑油の保持力向上や樹脂層とのアンカー効果が得られる。 Since the porosity of the metal sintered body sealed with the thermosetting resin is 0.5% or more and less than 5%, the communication hole (the air connected from one surface to a different surface) of the metal sintered body. Holes) are almost disappeared, and the lubricating oil can be prevented from being pushed out through the communication holes. When the porosity is 0.5% or more, voids remain on the surface of the base material, and an improvement in lubricating oil holding power and an anchor effect with the resin layer can be obtained.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューの製造方法は、金属焼結体に熱硬化性樹脂を封孔処理した後に、該金属焼結体の平面部に熱可塑性樹脂で樹脂層をインサート成形するので、封孔処理によって金属焼結体の相対密度を高めた後にインサート成形することで成形精度に優れる。また、封孔処理した際の熱硬化性樹脂の寸法収縮によって基材表面に空隙が形成され、その空隙に熱可塑性樹脂が入り込むため、樹脂層と基材とを強固に密着できる。 The method for manufacturing a hemispherical shoe of the swash plate compressor of the present invention is that, after sealing the thermosetting resin in the metal sintered body, the resin layer is insert-molded with the thermoplastic resin on the flat portion of the metal sintered body. By performing insert molding after increasing the relative density of the metal sintered body by the sealing process, the molding accuracy is excellent. Further, voids are formed on the surface of the substrate due to the dimensional shrinkage of the thermosetting resin during the sealing treatment, and the thermoplastic resin enters the voids, so that the resin layer and the substrate can be firmly adhered.
樹脂層のインサート成形後に、該樹脂層の表面を研磨するので、層厚さが薄くなることで樹脂強度を向上でき、平面度などの幾何公差精度を向上できる。また、スキン層と呼ばれる金型との接触部を除去できるために、摩擦摩耗特性が安定する。 Since the surface of the resin layer is polished after the insert molding of the resin layer, the resin thickness can be improved by reducing the layer thickness, and the accuracy of geometric tolerance such as flatness can be improved. Further, since a contact portion with a mold called a skin layer can be removed, friction and wear characteristics are stabilized.
本発明の斜板式コンプレッサの一実施例を図面に基づき説明する。図1は、本発明の斜板式コンプレッサの一例を示す縦断面図である。図1に示す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、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半球シュー4を介して両頭形ピストン14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10内の各ピストン14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る。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11で支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受12で支持されている。この構成において、斜板3は、連結部材を介して間接的に回転軸2に固定される態様でもよい。また、斜めではなく直角に取り付けられる態様であってもよい。
An embodiment of the swash plate type compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the swash plate type compressor of the present invention. The swash plate type compressor shown in FIG. 1 uses carbon dioxide gas as a refrigerant. In a
各ピストン14には斜板3の外周部を跨ぐように凹部14aが形成され、この凹部14aの軸方向対向面に形成された球面座13に、半球シュー4が着座されており、ピストン14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14の往復運動への変換が円滑に行われる。半球シュー4は、球面部がピストン14(球面座13)と摺動し、平面部が斜板3と摺動する。
A concave portion 14a is formed in each
半球シューの構造を図2に基づき詳細に説明する。図2は本発明の半球シューの一例を示す縦断面図である。図2に示すように、半球シュー4は、球体の一部を構成する球面部4aと、球面部4aの反対側において該球体を略平面でカットした形態の平面部4bと、球面部4aと平面部4bとを繋ぐ外周部4cとからなる略半球状の構造を有する。また、半球シュー4は、平面形状が円形状であり、外周部4cの表面は円筒外周面となる。半球シュー4の全体形状は、円柱体の一方の底面を半球の一部を構成する凸形状とした形状である。なお、半球シュー4の全体形状は、これに限定されるものではなく、斜板と摺動する平面部とピストンと摺動する球面部とを有していればよく、上記外周部(円筒部)を有さない形状としてもよい。
The structure of the hemispheric shoe will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of the hemispheric shoe of the present invention. As shown in FIG. 2, the
半球シュー4は、基材5と射出成形による樹脂層6からなる。基材5の形状は、半球シュー4の全体形状と略同一形状であり、半球シュー4の球面部4a、平面部4b、外周部4cにそれぞれ対応する、球面部5a、平面部5b、外周部5cを有する。基材5において、平面部5bの表面に樹脂層6が形成されている。一方、樹脂層6は、球面部5aと外周部5cの表面には形成されていない。このため、斜板との摺動面となる半球シュー4の平面部4bの表面は、樹脂層6からなり、ピストンとの摺動面となる半球シュー4の球面部4aの表面は、基材5の球面部5a自体となる。斜板との摺動による摩擦熱が発生しても、基材5の球面部5aや外周部5cから熱を逃がすことができ、樹脂層が溶解することを防止できる。
The
樹脂層6は、所定の合成樹脂を用いて射出成形により形成された射出成形層である。後述するように、該樹脂層は、半球シューの基材を射出成形金型内にセットし、その上から合成樹脂をインサート成形(一体射出成形)することにより形成される。射出成形によって樹脂層を形成することで、潤滑性被膜を形成する場合のようなマスキングが不要であり、余分な製造工程が増えることがなく、価格上昇を抑制できる。
The
基材5は、中心軸部分に、平面部5bの表面から窪んだ形状の凹部8と、球面部5a側と平面部5b側とを貫通する中空部7とを有する。樹脂層6は、中空部7のある一定深さまで充填されている。この部分が充填部6cである。また、樹脂層6は、凹部8に沿って形成されている。この凹部8に沿って形成された部分6bは、平面部6aと一体であり、その厚さも略同一である。斜板との摺動面となる樹脂層6の表面(平面部6aの表面)は平坦面であり、その層厚さは一定となっている。
The
基材5の平面部5b表面の中央の円状の凹部8と、基材5の中心軸部分の中空部7(樹脂未充填部分)は、潤滑油溜まりとなる。この部分に潤滑油が保持され、希薄潤滑時における潤滑作用を補うことができ、焼付きを防止できる。また、平面部5bの全面を平面とする場合よりも、上記のような凹形状がある方が樹脂層6と基材5との接触面積が増加し、樹脂層6の剥離をより防止できる。また、後述するように、射出成形の観点から、この凹部位置にゲートを設けることで、ゲートカット後のゲート痕(凸部)が斜板摺動面に突出することを防止できる。さらに、樹脂が充填されていない中空部7は基材5の露出部となり、球面部5aと合わせて露出面積が増えるため、放熱性に優れる。
The central circular concave portion 8 on the surface of the
本発明の半球シューは、基材5が、熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体(以下、封孔処理体とも言う)であることを特徴とする。金属焼結体は、空孔を多く有する多孔質構造であり、この空孔が熱硬化性樹脂で封孔されている。封孔処理体の空孔率は、例えば、0.5%以上5%未満であり、好ましくは1%以上5%未満であり、より好ましくは1%以上3%未満である。空孔率が5%未満であると、金属焼結体の連通孔が消失するので、潤滑油が該連通孔を通って押し出されることを防ぐことができる。また、空孔率を0.5%以上とすることで、基材表面に凹部が残存し、潤滑油の保持やアンカー効果が期待できる。
The hemispheric shoe of the present invention is characterized in that the
金属焼結体および封孔処理体の空孔率は、JIS Z2501:2000に記載の開放気孔率の測定方法により測定される。 The porosity of the metal sintered body and the pore-treated body is measured by the method for measuring open porosity described in JIS Z2501: 2000.
金属焼結体の材質としては、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などの焼結金属が挙げられる。これらの焼結金属材質の中でも、鉄が主成分の焼結金属、さらには銅の含有量が10重量%以下の鉄系焼結金属とすることが好ましい。 Examples of the material of the metal sintered body include sintered metals such as iron, copper-iron, copper, and stainless steel. Among these sintered metal materials, it is preferable to use a sintered metal containing iron as a main component and an iron-based sintered metal having a copper content of 10% by weight or less.
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらの中でも耐熱性に優れることからエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、エポキシ樹脂は、硬化時において適度に収縮し、基材表面に凹部が形成される。 Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, an acrylic resin, a phenol resin, a urea resin, and an unsaturated polyester resin. Among these, it is preferable to use an epoxy resin because of its excellent heat resistance. Further, the epoxy resin shrinks appropriately during curing, and a concave portion is formed on the surface of the base material.
本発明に使用できるエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、アクリルエポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of the epoxy resin that can be used in the present invention include bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, bisphenol S epoxy resin, hydrogenated bisphenol A epoxy resin, hydrogenated bisphenol F epoxy resin, stilbene epoxy resin, Triazine skeleton-containing epoxy resin, fluorene skeleton-containing epoxy resin, alicyclic epoxy resin, novolak type epoxy resin, acrylic epoxy resin, glycidylamine type epoxy resin, triphenolmethane type epoxy resin, alkyl-modified triphenolmethane type epoxy resin, biphenyl Type epoxy resin, a dicyclopentadiene skeleton-containing epoxy resin, a naphthalene skeleton-containing epoxy resin, an arylalkylene type epoxy resin, and the like.
図2に示すように、樹脂層6は、基材5の平面部5bの表面の形状に沿って形成された薄肉層である。半球シューの直径Rが10mm程度(5〜16mm程度)である場合において、樹脂層の厚さtは0.05mm〜0.5mmが好ましい。なお、本発明において以下に示す他の各寸法の好適範囲(mm)は、この5〜16mm程度の直径の半球シューを対象としたものである。樹脂層の厚さをこのような薄肉範囲とすることで、摩擦熱が摩擦摺動面から基材側に逃げ易く、蓄熱し難い。0.05mmより薄い場合、基材の平面精度によっては樹脂層に研磨加工を施した際に基材が露出するおそれがある。また、0.5mmよりも厚い場合、樹脂層の体積増加による放熱性および耐面圧特性の低下と、樹脂層の変形が発生し易くなり、耐久性に劣るおそれがある。なお、研磨加工なく射出成形のみで樹脂層を形成する場合、樹脂層の厚さは0.3mm以上とする。これは、0.3mmより薄い場合、流動性の低い樹脂材料を使用したとしても射出成形によって樹脂層を成形することが困難となるためである。
As shown in FIG. 2, the
樹脂層を形成する合成樹脂としては、射出成形可能で、潤滑特性および耐熱性に優れた熱可塑性樹脂が好ましい。このような熱可塑性樹脂としては、例えば、PEEK樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂などが挙げられる。これらの各樹脂は単独で使用してもよく、2種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。 As the synthetic resin forming the resin layer, a thermoplastic resin which can be injection-molded and has excellent lubricating properties and heat resistance is preferable. Examples of such a thermoplastic resin include PEEK resin, polyacetal (POM) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, injection moldable polyimide resin, polyamide imide (PAI) resin, polyamide (PA) resin, and the like. . Each of these resins may be used alone, or may be a polymer alloy in which two or more kinds are mixed.
これらの合成樹脂の中でも、PEEK樹脂を主成分として用いることが好ましい。PEEK樹脂を用いることで、耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ特性、摩擦摩耗特性などに優れ、非常に信頼性の高い半球シューを得ることができる。 Among these synthetic resins, it is preferable to use PEEK resin as a main component. By using PEEK resin, it is possible to obtain a highly reliable hemispheric shoe having excellent heat resistance, oil / chemical resistance, creep resistance, friction and wear characteristics, and the like.
樹脂層は、上記のPEEK樹脂に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤や、各種ウィスカ、アラミド繊維、炭素繊維などの繊維状補強材を配合した樹脂組成物からなることが好ましい。なお、固体潤滑剤は、潤滑油が希薄な条件であっても低摩擦となり、焼付きを抑制できる。 The resin layer is a resin composition in which the above PEEK resin is blended with a solid lubricant such as polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, graphite, molybdenum disulfide, and various whiskers, aramid fibers, and carbon fibers. It is preferably made of a material. Note that the solid lubricant has low friction even under a condition where the lubricating oil is diluted, and can suppress seizure.
樹脂層を形成する樹脂組成物は、樹脂温度380℃、せん断速度1000s−1における溶融粘度が50Pa・s〜5000Pa・sであることが好ましい。溶融粘度がこの範囲であると、半球シューの基材の表面に樹脂層の薄肉インサート成形が円滑に行なえる。 The resin composition forming the resin layer preferably has a melt viscosity at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 of 50 Pa · s to 5000 Pa · s. When the melt viscosity is in this range, thin insert molding of the resin layer on the surface of the base material of the hemispherical shoe can be performed smoothly.
本発明の半球シューの製造方法は、上記半球シューを製造する方法であり、この製造方法は、以下の(a)〜(c)の工程を備える。すなわち、(a)金属焼結体を熱硬化性樹脂で封孔処理する封孔工程と、(b)封孔処理された金属焼結体に、熱可塑性樹脂で樹脂層をインサート成形する成形工程と、(c)樹脂層を研磨する研磨工程とを備えてなる。また、図3に示すように、(a)封孔工程は、(a1)金属焼結体に熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程と(a2)熱硬化性樹脂を硬化させる熱硬化工程とを含む。 The method for manufacturing a hemispheric shoe according to the present invention is a method for manufacturing the above-mentioned hemispheric shoe, and the manufacturing method includes the following steps (a) to (c). That is, (a) a sealing step of sealing a metal sintered body with a thermosetting resin, and (b) a molding step of insert-molding a resin layer with a thermoplastic resin on the sealed metal sintered body. And (c) a polishing step of polishing the resin layer. As shown in FIG. 3, the (a) sealing step includes (a1) an impregnation step of impregnating the metal sintered body with a thermosetting resin and (a2) a thermosetting step of curing the thermosetting resin. Including.
まず、上記(a)の工程に用いる金属焼結体は、一般的な製造方法によって作製される。具体的には、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などの金属粉末を含む原料粉末をフォーミング金型に投入し、圧縮することにより略半球形状の圧粉体を形成する(圧粉工程)。この圧粉体を、焼結炉に投入し、所定温度で焼結することにより、金属焼結体が得られる(焼結工程)。 First, the metal sintered body used in the step (a) is manufactured by a general manufacturing method. Specifically, a raw material powder including a metal powder such as an iron-based, copper-iron-based, copper-based, and stainless steel-based material is charged into a forming mold and compressed to form a substantially hemispherical green compact (compacted powder). Process). The green compact is obtained by putting the green compact into a sintering furnace and sintering it at a predetermined temperature.
得られた金属焼結体(封孔処理前の金属焼結体)の空孔率は、例えば10%以上40%以下である。金属焼結体内部の空孔への十分な含浸を可能としつつ、基材としての強度を維持するため、空孔率が10%以上30%以下であることが好ましい。 The porosity of the obtained metal sintered body (the metal sintered body before the sealing treatment) is, for example, 10% or more and 40% or less. The porosity is preferably 10% or more and 30% or less in order to maintain sufficient strength as a base material while enabling sufficient impregnation of the pores inside the metal sintered body.
得られた金属焼結体の空孔の平均径は、含浸に際して所望の毛細管力を得るために微細であることが好ましく、例えば200μm以下であり、好ましくは150μm以下であり、より好ましくは100μm以下である。一方、成形上の点から、金属焼結体の空孔の平均径は、通常5μm以上である。なお、焼結体の空孔の平均径は、例えば、表面または断面の拡大画像を画像解析することにより測定される。 The average diameter of the pores of the obtained metal sintered body is preferably fine to obtain a desired capillary force upon impregnation, for example, 200 μm or less, preferably 150 μm or less, more preferably 100 μm or less It is. On the other hand, from the point of molding, the average diameter of the pores of the metal sintered body is usually 5 μm or more. The average diameter of the pores of the sintered body is measured, for example, by analyzing an enlarged image of the surface or the cross section.
(a)封孔工程−(a1)含浸工程
金属焼結体に熱硬化性樹脂を含浸(充てん)させる。具体的には、金属焼結体の一部または全部を熱硬化性樹脂の樹脂溶液に浸漬する方法や、金属焼結体の表面に該樹脂溶液を塗布する方法が用いられる。
(A) Sealing Step- (a1) Impregnation Step The metal sintered body is impregnated (filled) with a thermosetting resin. Specifically, a method of immersing a part or all of the metal sintered body in a resin solution of a thermosetting resin or a method of applying the resin solution to the surface of the metal sintered body is used.
上述したように、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂を用いることが好ましい。この場合、含浸工程に用いるエポキシ樹脂溶液は、金属焼結体への含浸性を考慮すると粘度が低い方が好ましい。例えば、エポキシ樹脂溶液の粘度は50Pa・s以下であることが好ましい。このようなエポキシ樹脂溶液は、エポキシ樹脂を有機溶剤などの希釈剤で所定濃度に希釈することなどで得られる。 As described above, it is preferable to use an epoxy resin as the thermosetting resin. In this case, it is preferable that the viscosity of the epoxy resin solution used in the impregnation step is low in consideration of the impregnation property of the metal sintered body. For example, the viscosity of the epoxy resin solution is preferably 50 Pa · s or less. Such an epoxy resin solution is obtained by diluting the epoxy resin to a predetermined concentration with a diluent such as an organic solvent.
得られた樹脂溶液に浸漬する方法としては、真空含浸法が好ましい。真空含浸法は、金属焼結体をエポキシ樹脂溶液に浸漬した状態で真空引きをして、空孔に含浸させる方法や、あらかじめ金属焼結体内部の空孔を真空状態にした上で、エポキシ樹脂溶液に浸漬させる方法が用いられる。真空含浸法について、具体的に説明する。まず、金属焼結体を、エポキシ樹脂溶液が半分程度満たされた容器内に入れる。このとき、金属焼結体を、エポキシ樹脂溶液に触れないように金網などで容器上部に設置する。容器を密閉してロータリーポンプなどで真空引きを行ない、容器内部の空気を除去する。この場合、真空引きを行なった容器内の圧力は、10Pa以下とすることが好ましい。また、容器内を40℃以上80℃未満に加熱する。この加熱により、エポキシ樹脂溶液の粘度が低下するため、金属焼結体の空孔内にエポキシ樹脂溶液が浸入しやすくなる。 As a method of dipping in the obtained resin solution, a vacuum impregnation method is preferable. The vacuum impregnation method is a method in which a metal sintered body is immersed in an epoxy resin solution and then evacuated to impregnate the pores. A method of dipping in a resin solution is used. The vacuum impregnation method will be specifically described. First, the metal sintered body is placed in a container half filled with an epoxy resin solution. At this time, the metal sintered body is placed on the upper part of the container with a wire net or the like so as not to touch the epoxy resin solution. The container is hermetically sealed and evacuated using a rotary pump or the like to remove air inside the container. In this case, it is preferable that the pressure in the evacuated container is 10 Pa or less. In addition, the inside of the container is heated to 40 ° C. or more and less than 80 ° C. This heating lowers the viscosity of the epoxy resin solution, so that the epoxy resin solution easily penetrates into the pores of the metal sintered body.
そして、真空引きした状態で、金属焼結体を容器内のエポキシ樹脂溶液に浸漬し、その後、容器内の減圧を解除する。減圧の解除に伴って、容器内に流入する空気の圧力で金属焼結体の空孔内にエポキシ樹脂溶液が入り込む。所定時間浸漬した後、金属焼結体の表面に付着したエポキシ樹脂溶液を除去する。該樹脂溶液の除去は、拭き取りなどによって行なう。 Then, the metal sintered body is immersed in the epoxy resin solution in the container while being evacuated, and then the pressure in the container is released. With the release of the reduced pressure, the epoxy resin solution enters the pores of the metal sintered body by the pressure of the air flowing into the container. After immersion for a predetermined time, the epoxy resin solution attached to the surface of the metal sintered body is removed. The removal of the resin solution is performed by wiping or the like.
(a)封孔工程−(a2)熱硬化工程
熱硬化性樹脂を含浸させた金属焼結体を加熱処理し、該熱硬化性樹脂を硬化させて封孔処理体を得る。
(A) Sealing Step-(a2) Thermosetting Step The metal sintered body impregnated with the thermosetting resin is subjected to a heat treatment, and the thermosetting resin is cured to obtain a sealing treatment body.
具体的には、熱硬化性樹脂を含浸させた金属焼結体を恒温槽に入れ、熱硬化性樹脂の熱硬化開始温度以上(例えば150〜200℃)の温度、常圧下で、十分に硬化が進行する時間(例えば60分以上)加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させる。硬化温度範囲や硬化時間は、熱硬化性樹脂などによって適宜設定される。また、熱硬化の際に金属焼結体と恒温槽の台座が接着しないように、熱硬化性樹脂を含浸させた金属焼結体の球面部側を下にして台座平面に固定したり、中心軸部分の中空部に治具を通して固定したりしてもよい。 Specifically, the metal sintered body impregnated with the thermosetting resin is placed in a thermostat, and is sufficiently cured at a temperature equal to or higher than the thermosetting start temperature of the thermosetting resin (for example, 150 to 200 ° C.) and normal pressure. (For example, 60 minutes or more) to cure the thermosetting resin. The curing temperature range and the curing time are appropriately set depending on the thermosetting resin or the like. Also, in order to prevent the metal sintered body and the pedestal of the thermostatic bath from adhering during thermosetting, the metal sintered body impregnated with the thermosetting resin is fixed to the pedestal plane with the spherical part side down, The jig may be fixed through the hollow portion of the shaft portion.
封孔工程の態様については、上記の方法に制限されない。熱硬化性樹脂の種類や溶液粘度、含浸時間、含浸量、金属焼結体の空孔率などを調整して、封孔処理体の空孔率が0.5%以上5%未満となるようにすることが好ましい。 The mode of the sealing step is not limited to the above method. The type of the thermosetting resin, the solution viscosity, the impregnation time, the impregnation amount, the porosity of the metal sintered body, and the like are adjusted so that the porosity of the sealed body becomes 0.5% or more and less than 5%. Is preferable.
(b)射出成形工程
封孔処理体を射出成形金型に固定し、図2で示した樹脂層の形状に対応したキャビティに、ゲートを介してインサート成形する。具体的には、ゲートを基材(封孔処理体)の平面部表面よりも窪んだ凹部に設け、このゲートより溶融した樹脂組成物を注入し成形キャビティに充填させる。その際、封孔処理体をあらかじめ金型の温度(約200℃)にまで加熱しておく。こうすることで、金型の温度低下を防ぐことができ、成形不良を防止できる。また、あらかじめ加熱することでサイクルタイムを低下させることなく、射出成形が行える。そして、保圧を経た後、一定時間冷却し、型開きを行なって射出成形体が得られる。
(B) Injection molding step The sealed body is fixed to an injection mold, and insert-molded through a gate into a cavity corresponding to the shape of the resin layer shown in FIG. Specifically, a gate is provided in a concave portion which is depressed from the surface of the flat portion of the base material (sealing-treated body), and a resin composition melted from the gate is injected and filled in a molding cavity. At this time, the sealed body is heated to the mold temperature (about 200 ° C.) in advance. By doing so, it is possible to prevent the temperature of the mold from lowering and to prevent molding failure. In addition, injection molding can be performed without reducing the cycle time by preheating. Then, after passing the holding pressure, it is cooled for a certain period of time, and the mold is opened to obtain an injection molded body.
(c)研磨工程
斜板との摺動部となる樹脂層の表面(平面部表面)を研磨加工する。一般に、射出成形で形成された樹脂層の表面はスキン層と呼ばれ、金型との接触により急速冷却固化するため、本来の樹脂物性と異なることがあり、所望の性能が出ないことがある。しかし、この要求を満たすためには層厚を0.1mm以下にしなければならないところ、射出成形では層厚を0.4mm以下にすることは難しい。そのため、射出成形で形成された樹脂層の表面を研磨加工することが好ましい。
(C) Polishing Step The surface of the resin layer (the surface of the flat portion) serving as a sliding portion with the swash plate is polished. Generally, the surface of a resin layer formed by injection molding is called a skin layer, and is rapidly cooled and solidified by contact with a mold. . However, in order to satisfy this requirement, the layer thickness must be 0.1 mm or less, but it is difficult to reduce the layer thickness to 0.4 mm or less by injection molding. Therefore, it is preferable to polish the surface of the resin layer formed by injection molding.
この研磨加工により、樹脂層において個々の高さ寸法にばらつきがなくなり非常に精度が向上する。また、この研磨加工によって、樹脂層の該表面の表面粗さは、0.1μmRa〜1.0μmRa(JIS B0601)に調整することが好ましい。この範囲内にすることで、斜板と摺動する樹脂層摺動面における真実接触面積が大きくなり、実面圧を下げて焼付きを防止できる。表面粗さが、0.1μmRa未満では摺動面への潤滑油の供給が不足し、1.0μmRaをこえると摺動面での真実接触面積の低下により、局部的に高面圧となり、焼付くおそれがある。さらに好ましくは、表面粗さ0.2μmRa〜0.8μmRaである。 By this polishing process, there is no variation in individual height dimensions in the resin layer, and the accuracy is greatly improved. In addition, the surface roughness of the resin layer is preferably adjusted to 0.1 μmRa to 1.0 μmRa (JIS B0601) by this polishing. By setting it within this range, the real contact area on the sliding surface of the resin layer that slides on the swash plate increases, and the actual surface pressure can be reduced to prevent seizure. When the surface roughness is less than 0.1 μm Ra, the supply of lubricating oil to the sliding surface is insufficient. When the surface roughness exceeds 1.0 μm Ra, a high contact pressure locally occurs due to a decrease in the real contact area on the sliding surface, and There is a risk of sticking. More preferably, the surface roughness is from 0.2 μmRa to 0.8 μmRa.
以上、(a)〜(c)の工程をこの順序で行うことにより、図2に示す半球シューが製造される。本発明の製造方法では、封孔工程の後に射出成形工程を行なっている。仮に、射出成形工程の後に封孔工程を実施すると、図4に示すような、樹脂層の窪んだ領域Aや半球シューの平面部外縁領域Bに熱硬化性樹脂の拭き残りが生じ、該熱硬化性樹脂が残存するおそれがある。そうすると、半球シューを斜板式コンプレッサに組み込んだ後に、硬化性樹脂が脱落して悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、本発明では、含浸封孔の後に一体射出成形して、斜板との摺動面側に熱硬化性樹脂が残存することを防止している。また、この順序で行うことで、金属焼結体の相対密度が高まるため、射出成形の成形精度が高まる。 As described above, by performing the steps (a) to (c) in this order, the hemispheric shoe shown in FIG. 2 is manufactured. In the manufacturing method of the present invention, the injection molding step is performed after the sealing step. If the sealing step is performed after the injection molding step, the thermosetting resin is left unwiped in the depressed area A of the resin layer and the outer peripheral area B of the hemispherical shoe as shown in FIG. The curable resin may remain. Then, after incorporating the hemispherical shoe into the swash plate type compressor, the curable resin may fall off and adversely affect the curable resin. For this reason, in the present invention, the thermosetting resin is prevented from remaining on the sliding surface side with the swash plate by integral injection molding after the impregnation sealing hole. In addition, by performing the steps in this order, the relative density of the metal sintered body increases, so that the molding accuracy of the injection molding increases.
本発明の半球シューが使用される斜板式コンプレッサは、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、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上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である。この斜板式コンプレッサに本発明の半球シューを使用することによって、半球シューと摺動する斜板においては、潤滑性被膜を除くことができる。すなわち、斜板表面は基材の研磨面および旋削面のままの状態で斜板式コンプレッサに組み込み半球シューと摺動させることが可能となる。このため、機能面で同等でありながら、低価格の斜板式コンプレッサを提供できる。なお、斜板の基材は、機械構造用炭素鋼(S45C)、自動車構造用熱間圧延鋼板(SAPH440)、球状黒鉛鋳鉄(FCD)などの鋼材や銅合金などが採用できる。 The swash plate type compressor in which the hemispheric shoe of the present invention is used is mounted on a swash plate attached at a right angle and obliquely, in a housing where a refrigerant is present, so as to be directly fixed to a rotating shaft or indirectly through a connecting member. This is a swash plate compressor that slides a hemispheric shoe, converts the rotational movement of the swash plate into a reciprocating motion of a piston through the hemispheric shoe, and compresses and expands the refrigerant. By using the hemispheric shoe of the present invention in the swash plate compressor, the lubricating coating can be removed from the swash plate that slides on the hemispheric shoe. That is, the swash plate surface can be incorporated into the swash plate compressor and slid with the hemispheric shoe while the polished and turned surfaces of the base material remain as they are. For this reason, it is possible to provide a low-cost swash plate type compressor that is equivalent in function. In addition, as a base material of the swash plate, a steel material such as carbon steel for machine structure (S45C), a hot-rolled steel plate for automotive structure (SAPH440), and spheroidal graphite cast iron (FCD), a copper alloy, or the like can be used.
本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、運転開始時の潤滑油のないドライ状態においても、焼付きが発生せず、摩擦発熱による潤滑特性の低下がなく耐久性が十分に確保されている。また、使用時の振動および斜板から受けるせん断力に対して半球シュー平面部の樹脂層が剥がれないので、種々の斜板式コンプレッサに利用できる。特に、炭酸ガスやHFC1234yfを冷媒とし、高速高負荷仕様である近年の斜板式コンプレッサにも好適に利用できる。 The hemispheric shoe of the swash plate type compressor of the present invention does not cause seizure even in a dry state without lubricating oil at the start of operation, has no deterioration in lubrication characteristics due to frictional heat generation, and has sufficient durability. Further, since the resin layer on the flat surface portion of the hemispherical shoe does not peel off due to the vibration during use and the shearing force received from the swash plate, it can be used for various swash plate compressors. In particular, the present invention can be suitably used for a recent swash plate type compressor which uses carbon dioxide gas or HFC1234yf as a refrigerant and has a high-speed and high-load specification.
1 ハウジング
2 回転軸
3 斜板
4 半球シュー
5 基材
6 樹脂層
7 中空部
8 凹部
10 シリンダボア
11 針状ころ軸受
12 スラスト針状ころ軸受
13 球面座
14 ピストン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半球シューは、基材と射出成形による樹脂層からなり、前記ピストンと摺動する球面部が前記基材からなり、前記斜板と摺動する平面部が前記樹脂層からなり、
前記基材が、熱硬化性樹脂で封孔処理された金属焼結体であることを特徴とする斜板式コンプレッサの半球シュー。 In the housing where the refrigerant is present, the hemispheric shoe is slid on a swash plate attached at right angles and obliquely so as to be directly fixed to the rotating shaft or indirectly via a connecting member, and the A hemispherical shoe of a swash plate type compressor that converts the rotational motion of the swash plate into a reciprocating motion of a piston to compress and expand the refrigerant,
The hemispheric shoe is made of a base material and a resin layer formed by injection molding, a spherical portion sliding with the piston is made of the base material, and a flat portion sliding with the swash plate is made of the resin layer,
A hemispheric shoe for a swash plate compressor, wherein the base material is a metal sintered body sealed with a thermosetting resin.
金属焼結体に熱硬化性樹脂を封孔処理した後に、該金属焼結体の平面部に熱可塑性樹脂で樹脂層をインサート成形することを特徴とする斜板式コンプレッサの半球シューの製造方法。 A method for producing a hemispherical shoe for a swash plate type compressor according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing a hemispherical shoe for a swash plate compressor, comprising sealing a thermosetting resin in a metal sintered body and then insert-molding a resin layer with a thermoplastic resin on a flat surface of the metal sintered body.
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