JP3880009B2 - 摺動部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は摺動部材の製造方法に関し、より詳しくは、例えば斜板式コンプレッサに用いられるシューを製造する場合に好適な製造方法に関する。

従来、斜板とそれに摺動する半球状のシューとを備えた斜板式コンプレッサは知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
上記半球状のシューは、上記斜板と摺動する摺動面と、半球状に形成される半球状凸面とから構成されており、上記摺動面は、外周側に比べて中央部側が僅か数μｍ程度盛り上がるような中高形状に形成されている。
このように、従来ではシューの摺動面を中高形状とする事により、斜板とシューの摺動面との間に僅かな隙間を生じさせ、そこに潤滑油を導入させて油膜を発生させるようにしている。これにより、斜板とシューの摺動面との摩擦を低減させるようにしている。
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、そのために摺動部材としての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安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。
そこで、本願の発明者が研究したところ、斜板とシューの摺動面との潤滑性を向上させるためには、シューの摺動面に微小な凹凸を形成して、そこに潤滑油を導入するのが有効であることが判明した。
このような微小な凹凸を摺動面に作成するための従来の加工方法としては、例えばエッチング、切削加工、転造、マイクロショット、放電加工が知られている。しかしながら、このような従来一般に知られている加工方法によって、シューの摺動面に微小な凹凸を作成すると次のような欠点が生じる。すなわち、従来の加工方法においては、摺動面に均一で滑らかな数μｍ未満の凹凸を形成することは困難であり、しかも凹凸の表面の粗さが大きくなる。また、製造コストが高くなる。さらに、上述したように摺動面に凹凸を形成してから摺動面に後加工を施すと、上記凹凸が消失するという欠点がある。

上述した事情に鑑み、本発明は、摺動部材の摺動面にレーザを照射してレーザ焼入れを施すことにより、上記摺動面の表面に硬度が異なる箇所を生じさせ、
次に上記摺動面の表面を削除して該摺動面の表面を一旦平滑な面とした後に、
上記摺動面にバフ加工を施して該摺動面に微小な凹凸を形成するようにした摺動部材の製造方法を提供するものである。

このような製造方法によれば、摺動部材の摺動面に均一で微小な凹凸を確実に形成することができる。そして、このように摺動面に微小な凹凸を有する摺動部材においては、上記凹凸内に潤滑油が導入されることになるので、摺動部材の耐焼付き性を向上させることが可能になる。

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、摺動部材としてのシュー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とが摺動するとともに、切欠き部５Ａと各組のシュー４の半球状凸面４Ｂ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、摺動部材としてのシュー４の摺動面４Ａの全域にわたってレーザ焼入れを施してから後加工を施すことにより、摺動面４Ａの耐焼付性を向上させている。
すなわち、本実施例におけるシュー４の製造工程を説明すると、先ず、ＳＵＪにより半球状をした母材としてのシュー４を製造する。次に、図２および図４に示すように、母材としてのシュー４の端面である摺動面４Ａの表面全域に対して、所定のピッチＰで多数の平行線Ａを描くようにＹＡＧレーザを照射する。本実施例においては、上記ピッチＰは０．１〜１ｍｍに設定している。
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上記平行線Ａを描くように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の表面における各平行線Ａの箇所は図４に示すように膨出して、断面が略円弧状の膨出部６となり、これら隣り合う膨出部６の間に直線状の溝となる凹部７が形成されている。つまり、上述したようにレーザを摺動面４Ａに照射することで、該摺動面４Ａの表面に多数の直線状の膨出部６と凹部７とによって微小な凹凸が形成されるようになっている。上記膨出部６の高さ（凹部７の深さ）は概ね０．１〜１μｍ程度となっている。
このように、摺動面４Ａにレーザが照射されることで、該摺動面４Ａの表面全域が焼入れされるようになっている。図４に示すように、上述したように摺動面４Ａにレーザを照射することによって焼入れされる範囲は、レーザの照射位置（各平行線Ａ）である表面を中心として断面半円形状となり、レーザの照射位置とその両側および内方側の箇所が焼入れされることになる。

つまり、膨出部６とその深さ方向の内方側（図４における円弧状の破線８よりも上方側となる深さ約７０μｍまでの領域）は直接焼入れ部１１となっている。
本実施例においては、平行線ＡのピッチＰを０．１〜１ｍｍに設定しているので、隣り合う平行線Ａの箇所にレーザが照射されることに伴って、上記凹部７となる箇所が二度にわたって焼入れされることになり、したがって、凹部７の内方側の箇所は、断面が逆三角形をした二重焼入れ部１２となっている。
また、上記直接焼入れ部１１および二重焼入れ部１２よりも深さ方向の内方側の所定領域（波型の破線１３と上記破線８との間の領域）は、厚さ約５０μｍ程度の内部焼入れ層１４となっている。つまり、上記直接焼入れ部１１、二重焼入れ部１２およびそれらの隣接内方側となる内部焼入れ層１４に対してレーザ焼入れがなされている。
そして、本実施例においては、直接焼入れ部１１の硬度をＨ１、二重焼入れ部１２の硬度をＨ２、内部焼入れ層１４の硬度をＨ３とし、シュー４の母材の硬度をＨとした時に、それらの硬度が異なるようになっており、それらの硬度の関係は次のようになる。
Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ＞Ｈ３
つまり、レーザ焼入れ後の摺動面４Ａを表面側から見ると、膨出部６と凹部７とが交互に隣接して形成されるとともに、それらの箇所は表面側及び深さ方向においてレーザ焼入れによる硬さの違いが生じている。
因みに、発明者が行った試験では、本実施例では Ｈ１＝Ｈｖ８９０、 Ｈ２＝Ｈｖ８００、Ｈ＝Ｈｖ７５０、Ｈ３＝Ｈｖ６５０の硬さとなっていた。
本実施例においては、シュー４の摺動面４Ａに対して上述したように多数の平行線Ａを描くようにレーザを照射して摺動面４Ａの表面全域に対して焼入れを行うとともに、それによって摺動面４Ａの表面および深さ方向において硬度の違いを生じさせるようにしている。

さらに、本実施例においては、上述したように摺動面４Ａに焼入れ処理を施したら、摺動面４Ａの表面に対して図４に想像線１５で示す位置までラップ加工を施して、上記膨出部６と凹部７とからなる凹凸を削除する。このように摺動面４Ａの表面をラップ加工によって削り取る深さは、膨出部６が完全に削除されるとともに凹部７の内方側にいたる深さに設定してあり、したがって、ラップ加工後の摺動面４Ａは平滑な面となって直接焼入れ部１１とそれよりも硬度が低い二重焼入れ部１２とが露出した状態となる。
次に、本実施例においては、上述したラップ加工の後に、上記シュー４の摺動面の全域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３および図５に示すように、シュー４の摺動面４Ａの全域に上記直接焼入れ部１１の箇所（上記膨出部６の内方側）に上記膨出部６と同様の膨出部６’が形成されるとともに、二重焼入れ部１２の箇所（上記凹部７の内方側）に上記凹部７と同様の凹部７’が形成される。つまり、加工後のシュー４の摺動面４Ａには微小な多数の凹凸が形成されるようになっている。
このように加工後に微小な凹凸が生じるのは、上述したラップ加工後に摺動面４Ａに硬度が異なる箇所が露出した状態となっており、その状態において摺動面４Ａに対してバフ加工がなされるので、硬度が低い二重焼入れ部１２が直接焼入れ部１１よりも深さ方向に多量に除去されるためである。
加工終了後における上記膨出部６’と凹部７’の高低差（深さ）は、約０．１〜１μｍとなっており、凹部７’は潤滑油が導入される貯溜部および潤滑油通路として機能するようになっている。

以上のように、本実施例においては、レーザによってシュー４の摺動面４Ａに焼入れ処理を行うとともに、摺動面４Ａの表面及び深さ方向において硬度の違う箇所を生じさせるようにしてあり、その後のラップ加工とバフ加工とによってシュー４の製造を完了するようにしている。
製造後のシュー４の摺動面４Ａには、上記多数の膨出部６’と凹部７’とが形成されており、これら凹部７’内に潤滑油が貯溜されるようになっている。これにより、摺動面４Ａの全域にわたって満遍なく油膜が維持されるようになっている。したがって、本実施例の製造方法によれば、耐焼付性に優れたシュー４を提供することができる。また、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。

ところで、上述した製造工程におけるラップ加工を省略して、レーザ焼入れ処理の後にバフ仕上げをしてシュー４を製造することも考えられる。しかしながら、その場合には、製造後における摺動面４Ａの膨出部６および凹部７の表面の粗さが大きくなり、しかも摺動面４Ａの全域にわたって均一な高低差（深さ）で微小な凹凸を得ることが困難である。
これに対して、上述した本実施例によれば、レーザ焼入れ処理後にラップ加工によって一旦摺動面４Ａの表面を平滑な面としてからバフ加工を施すので、製造後の摺動面４Ａの膨出部６’と凹部７’の表面の粗さは小さくなり、しかも摺動面４Ａに形成される微小な凹凸は高低差が約０．１〜１μｍの均一なものとなる。
また、上記本実施例によれば、上述した従来の加工方法によって摺動面に凹凸を形成する場合と比較して比較的安い製造コストによって摺動面４Ａに２μｍ未満の微小な凹凸を形成することができる。

なお、上述した実施例においては、シュー４の摺動面４Ａに対して平行な多数の直線状にレーザを照射して焼入れを行っていたが、図６〜図９に示すように、摺動面４Ａに対するレーザの照射パターンを変更しても良い。
つまり、図６は、摺動面４Ａに対して格子状にレーザを照射するものであり、図 ７は中心を囲繞する同心円の位置にレーザを照射するものである。また、図８は反時計回りの渦巻き状にレーザを照射するものであり、さらに図９は、千鳥状に配置される多数の小さな円を描くように摺動面４Ａにレーザを照射するものである。
これら図６〜図９に示したように、摺動面４Ａに対するレーザの照射パターンを変更したとしても、レーザを照射した箇所が膨出することで、膨出部が形成されるとともにその隣接位置に凹部が形成される。そして、このように摺動面４Ａにレーザを照射することで、摺動面４Ａに焼入れが施されるとともに、摺動面の表面と深さ方向に硬度の違いを生じさせる。このレーザ焼入れ処理後の工程は、上述した実施例と同様に摺動面４Ａに対してラップ加工を行って一旦平滑な面としてから摺動面４Ａにバフ加工を行う。
このような図６〜図９示したレーザの照射パターンを用いて製造したシュー４であっても上述した本実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
また、上述した実施例は、摺動部材としてのシュー４の製造に対して本発明の製造方法を適用した場合を説明したが、上記斜板３を製造するための製造方法として本発明を適用しても良いし、その他に２つの摺動部材が摺動する機械装置における摺動部材の製造方法として本発明を適用することも可能である。
さらに、上述した半球状のシュー４としては、上記半球状凸面４Ｂをさらに軸方向に圧縮させて全体として扁平な形状をしたシューを含むものである。

本発明の一実施例を示す摺動装置の断面図。 図１に示したシューを製造する際の摺動面４Ａの正面図。 図１に示したシューの拡大図。 図２のＩＶ―ＩＶ線に沿う要部の拡大断面図。 図３のＶ―Ｖ線に沿う要部の拡大断面図。 本発明の他の実施例である製造工程のシューの正面図。 本発明の他の実施例である製造工程のシューの正面図。 本発明の他の実施例である製造工程のシューの正面図。 本発明の他の実施例である製造工程のシューの正面図。

符号の説明

４…シュー（摺動部材） ４Ａ…摺動面
６’…膨出部 ７’…凹部

Claims (4)

1. 摺動部材の摺動面にレーザを照射してレーザ焼入れを施すことにより、上記摺動面の表面に硬度が異なる箇所を生じさせ、
   次に上記摺動面の表面を削除して該摺動面の表面を一旦平滑な面とした後に、
   上記摺動面にバフ加工を施して該摺動面に微小な凹凸を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
2. 上記摺動面にレーザ焼入れを施す際のレーザの照射軌跡は、平行な直線状、格子状、同心円状、渦巻き状および千鳥状に配置した円のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
3. 上記レーザ焼入れ後の摺動面の表面をラップ加工によって削除することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部材の製造方法。
4. 上記摺動部材は半球状をしたシューであって、上記バフ加工後における凹凸の高低差（深さ）は０．１〜１μmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の摺動部材の製造方法。

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