JP6331631B2 - 圧縮機、圧縮機の筐体および圧縮機の筐体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は圧縮機、圧縮機の筐体および圧縮機の筐体の製造方法に関する。
エネルギー消費の少ない車両が求められている。そこで、車両に搭載される部品の軽量化により、省エネルギー化を図る方法がある。
特許文献1には、樹脂製耐圧容器が開示されている。樹脂製の耐圧容器は軽量である一方、ガスバリア性に問題があった。本文献には、めっきなどにより表面に金属膜を成膜してガスバリア性の向上を図ることも記載されているが、本発明者が検討したところ、このような樹脂製耐圧容器の技術を車両用エアコンのコンプレッサーのハウジングに適用した場合には、十分な耐久性が得られなかった。この原因についてさらに検討したところ、圧縮機の動作による繰り返し応力によって金属と樹脂界面で剥離が生じるなど、耐性が不足していることが新たに見出された。
特開2004−196926号公報
本発明は、軽量性と高耐性との性能バランスに優れる圧縮機の筐体を提供するものである。
本発明によれば、
内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室を備え、
熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂部材と金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなり、
前記金属樹脂複合体は、厚みdの前記樹脂部材と厚みdの前記金属部材とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有し、
前記圧縮室の内壁に、前記樹脂部材が露出している、圧縮機の筐体
が提供される。
本発明によれば、
上記圧縮機の筐体を備える圧縮機
が提供される。
本発明によれば、
内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室を備える圧縮機の筐体の製造方法であって、
金属部材および金型を準備する工程と、
前記金型の成形空間内に前記金属部材を配置する工程と、
熱硬化性樹脂を含み、流動化した樹脂材料で前記成形空間内を充填する工程と、
充填された前記樹脂材料を硬化させて樹脂部材と前記金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなる筐体を得る工程とをこの順に含み、
前記金属樹脂複合体は、厚みdの前記樹脂部材と厚みdの前記金属部材とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有し、
前記圧縮室の内壁に、前記樹脂部材が露出している、圧縮機の筐体の製造方法
が提供される。
本発明によれば、軽量性と高耐性との性能バランスに優れる圧縮機の筐体を提供することができる。
実施形態に係る圧縮機の筐体について説明するための模式図である。 100万回曲げ疲労耐性の評価方法について説明するための模式図である。 実施形態に係る金属樹脂複合体について説明するための図である。 実施形態に係る金属部材表面の粗化層を構成する凹部の断面形状の例を説明するための模式図である。 実施形態に係る筐体の製造方法の一例を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、実施形態に係る圧縮機1の筐体10について説明するための図である。本図は、圧縮機1の構造の一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態に係る圧縮機1の筐体10は、内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室101を備え、熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂部材14と金属部材12とが接合された金属樹脂複合体16からなる。金属樹脂複合体16は、厚みdの樹脂部材14と厚みdの金属部材12とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に樹脂部材14の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、樹脂部材14側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有する。
<圧縮機および筐体>
まず、圧縮機1の構造について説明する。本実施形態では、圧縮機1が斜板式のコンプレッサーであり、筐体10がそのハウジングである例について説明する。圧縮機1は、低温低圧のガスをシリンダー(圧縮室)101に吸入し、吸入したガスをシリンダー101の内部でピストン20によって圧縮することにより、高温高圧のガスに変化させて吐出する。ガスはたとえば冷媒ガスである。本実施形態に係る圧縮機1は、筐体10、ピストン20、斜板30、吸入管40、吐出管50、シャフト60を備える。筐体10の内部にはシャフト60が挿入されており、シャフト60には、斜板30が斜めに固定されている。シャフト60は図示しないモーターやエンジンに接続され、筐体10に対して回転可能である。筐体10の内部には複数のピストン20が備えられており、各ピストン20の両端にはシリンダー101が形成されている。シリンダー101は円筒系であり、ピストン20はシリンダー101内を往復運動可能である。シリンダー101とピストン20の先端により形成される空間に、ガスが吸入され、ピストン20により圧縮される。ここで、シャフト60の回転軸とシリンダー101の長軸とは平行である。斜板30は、その外周部付近で各ピストン20に回転可能に取り付けられている。
各シリンダー101には、吸入管40および吐出管50が接続されている。また、吸入管40とシリンダー101との接続部には吸入弁401が設けられ、および吐出管50とシリンダー101との接続部には吐出弁501が設けられている。
圧縮機1は、金属樹脂複合体16からなる筐体10を備えている。本実施形態に係る圧縮機1は2つの筐体10を備え、2つの筐体10は、図示しない複数のボルトで接続されている。本実施形態に係る筐体10はいずれも金属部材12と樹脂部材14とを有する金属樹脂複合体16からなるが、これに限定されず、圧縮機1はたとえば金属のみからなる筐体を含んで構成されても良い。本実施形態に係る筐体10のうち、金属部材12および樹脂部材14の配置は特に限定されないが、強度および密封性を向上させる観点から、筐体10のうち圧縮機1の最外面を形成する部分は、金属部材12からなることが好ましい。また、シリンダー101におけるピストン20の摺動性向上のため、筐体10のうちシリンダー101の内壁に樹脂部材14が露出していることが好ましく、シリンダー101の内壁のうち、少なくともピストン20と摺動する部分が樹脂部材14からなることがより好ましい。シリンダー101の内壁が全て樹脂部材14からなってもよい。また、軽量化の観点から、筐体10は体積比にして50%以上が樹脂部材14からなることが好ましい。
金属樹脂複合体16は、25℃において三点曲げの片振りで140MPaの曲げ応力による応力印加を100万回繰り返し行ったとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有する。この疲労耐性の評価方法については後に詳細に説明する。金属樹脂複合体16がこのような曲げ疲労耐性を有することにより、耐久性に優れる圧縮機1とすることができる。筐体10の製造方法については後述する。
次に、圧縮機1の動作について説明する。シャフト60はモーターまたはエンジンの駆動により回転する。シャフト60が回転することにより、シャフト60に固定された斜板30が回転する。斜板30はシャフト60に斜めに固定されているため、回転することで各ピストン20にシリンダー101の長軸方向(本図の左右方向)への力を加え、往復運動をさせる。そしてピストン20は、シリンダー101内の気体を圧縮する。シャフト60が一回転する間に、ピストン20は1往復することになる。
冷媒ガスは、筐体10の外部から、吸入管40が接続されたシリンダー101内に、吸入管40を通って供給される。そしてピストン20で圧縮された冷媒ガスは吐出管50を通って筐体10の外部へ排出される。具体的には、吸入管40が接続されたシリンダー101内の空間が広がるようにピストン20が移動したとき、当該空間内が減圧され、吸入弁401が開き、吸入管40から低温低圧の冷媒ガスが導入され、当該空間が冷媒ガスで満たされる。このとき、吐出弁501は閉じている。反対に当該空間が狭くなるようにピストン20が移動したとき、冷媒ガスが圧縮され、高温高圧となる。当該空間内の圧力が規定の圧力以上に高まったとき、吐出弁501が開き、高温高圧の冷媒ガスが吐出管50を通って排出される。
圧縮機1は、たとえば車両に搭載されるカーエアコンのコンプレッサーとして用いられるが、これに限定されない。圧縮機1は車両に搭載されないエアコンに用いられても良いし、冷凍機、空気圧縮機、噴霧機、過給器など、エアコン以外の用途に用いられても良い。
なお、本実施形態では、圧縮機1が斜板式のコンプレッサーである例について説明したが、たとえばクランク式、ワップル式、スクロール式、ベーン式など、他の方式のコンプレッサーであってもよい。
次に、本実施形態に係る筐体10について説明する。筐体10を構成する金属樹脂複合体16は、厚みdの樹脂部材14と厚みdの金属部材12とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に樹脂部材14側の面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、樹脂部材14側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有する。以後、このような曲げ疲労耐性を、「100万回曲げ疲労耐性」と呼ぶ。
金属樹脂複合体16が、100万回曲げ疲労耐性を有するか否かは、金属樹脂複合体16からなる試験片に曲げ応力の繰り返し印加を行って評価することができる。以下に具体的に説明する。
図2は、100万回曲げ疲労耐性の評価方法について説明するための図である。まず、金属樹脂複合体16からなる直方体の試験片を準備する。試験片は、金属部材12と樹脂部材14との接合面103を1つ有し、樹脂部材14の厚みが金属部材12の厚みの3倍(d/d=3)であるものとする。ここで、d/dが3であれば、試験片の厚さh、幅b、および奥行きの大きさは問わないが、試験片の厚さhは4.0±0.2mm、幅bは80.0±2.0mm、奥行きは10.0±0.2mmであることが好ましい。試験片において、金属部材12と樹脂部材14の接合面103は、厚さ方向に直交するようにする。試験片はたとえば筐体10から切り出して準備することができる。
準備した試験片を2つの支持台703上に配置する(第1状態)。2つの支持台703間の距離は、準備した試験片が乗るように調節しておく。2つの支持台は試験片に対して左右対称に配置する。このとき、金属部材12側の面が下に向き、支持台703に接するように配置する。そして、反対側の樹脂部材14の面に圧子701を接触させ、接合面103に垂直な方向に140MPaの片振りの曲げ応力を繰り返し印加する。圧子701と試験片との接触位置は、2つの支持台703と試験片との接触位置(支点)から等距離の位置とする。繰り返し応力印加は25℃雰囲気下にて行う。
曲げ応力の大きさσ[MPa]は、σ=3FL/2bhで表される。ここで、F[N]は圧子701から印加する力(単位はN)、Lは支点間距離(単位はmm)、bは試験片の幅(単位はmm)、hは試験片の厚さ(単位はmm)である。試験片の幅、厚さ、および支点間の距離に応じて、曲げ応力の大きさが140MPaとなるよう力Fを決定し、繰り返し応力を印加して評価することができる。
このように140MPaの応力を印加することにより、試験片は中央が沈み込んだ形にわずかに曲がる(第2状態)。そして応力印加をやめ、応力を加えない第1状態に戻す。この第1状態と第2状態を交互に30Hzの周波数で100万回繰り返す。このように100万回の繰り返し応力を印加した後の試験片を観察し、剥離または破断が生じていないことを確認する。剥離も破断も生じていない場合、100万回曲げ疲労耐性があると評価する。
たとえば、本実施形態に係る金属樹脂複合体16は、支点間距離Lを64mm、試験片の幅bを80mm、奥行きを10mm、厚さhを4.0mm(金属部材12の厚さ1.0mm、樹脂部材14の厚さ3.0mm)、力Fを1.87kNとすることにより、140MPaの曲げ応力を印加して、100万回曲げ疲労耐性があることを確認することができるが、上述の通り、この条件には限定されない。
以下では、100万回曲げ疲労耐性を有する金属樹脂複合体16の接合面103などの構造および製造方法の例を説明するが、これに限定されず、筐体10を構成する金属樹脂複合体16は、100万回曲げ疲労耐性を有すればよい。
<金属部材>
図3は、本実施形態に係る金属樹脂複合体16について説明するための図である。本図は、特に金属樹脂複合体16における金属部材12と樹脂部材14との接合面103を説明するためのモデル図であって、必ずしも筐体10の構造の全部もしくは一部を示すものではない。本図は、筐体10を構成する金属樹脂複合体16の成型品の一例を模式的に示した斜視図である。
金属部材12を構成する金属材料は特に限定されないが、入手の容易さや価格の観点から、鉄、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅および銅合金などを挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、軽量かつ高強度の点から、アルミニウムおよびアルミニウム合金が好ましい。金属部材12は、樹脂部材14と金属部材12との接合強度を向上させる観点から、金属部材12の樹脂部材14との接合面103に微細な凹凸からなる粗化層104を有していることが好ましい。
図4は、本実施形態に係る金属部材12表面の粗化層104を構成する凹部201の断面形状の例を説明するための模式図である。ここで、粗化層104とは、金属部材12の表面に設けられた複数の凹部201を有する領域をいう。
粗化層104の厚みは、好ましくは3μm以上40μm以下であり、より好ましくは4μm以上32μm以下であり、特に好ましくは4μm以上30μm以下である。粗化層104の厚みが上記範囲内であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。ここで、本実施形態において、粗化層104の厚みは、複数の凹部201の中で、最も深さが大きいものの深さD3を表し、走査型電子顕微鏡(SEM)写真から算出することができる。
凹部201の断面は、凹部201の開口部203から底部205までの間の少なくとも一部に開口部203の断面幅D1よりも大きい断面幅D2を有する形状となっていることが好ましい。
図4に示すように、凹部201の断面形状は、D2がD1よりも大きければ特に限定されず、様々な形状を取り得る。凹部201の断面形状は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察することができる。
凹部201の断面形状が上記形状であると、接合強度により一層優れた金属樹脂複合体16が得られる理由は必ずしも明らかではないが、接合面103の表面が、樹脂部材14と金属部材12との間のアンカー効果がより一層強く発現できる構造となっているからだと考えられる。
凹部201の断面形状が上記形状であると、樹脂部材14が凹部201の開口部203から底部205までの間で引っかかるため、アンカー効果が効果的に働く。そのため、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性が向上すると考えられる。
凹部201の平均深さは、好ましくは0.5μm以上40μm以下であり、より好ましくは1μm以上30μm以下である。凹部201の平均深さが上記上限値以下であると、熱硬化性樹脂組成物(P)が凹部201の奥まで十分に入り込むことができるため、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。凹部201の平均深さが上記下限値以上であると、熱硬化性樹脂組成物(P)が充填材(B)を含む場合に凹部201の内部に存在する充填材(B)の割合を増やすことができるため、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度および接合の耐久性を向上させることができる。したがって、凹部201の平均深さが上記範囲内であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。
凹部201の平均深さは、例えば、以下のように走査型電子顕微鏡(SEM)写真から測定することができる。まず、走査型電子顕微鏡により、粗化層104の断面を撮影する。その観察像から、凹部201を任意に50個選択し、それらの深さをそれぞれ測定する。凹部201の深さの全てを積算して個数で除したものを平均深さとする。
金属部材12の接合面103の表面粗さRaは、好ましくは0.5μm以上40.0μm以下であり、より好ましくは1.0μm以上20.0μm以下であり、特に好ましくは1.0μm以上10.0μm以下である。上記表面粗さRaが上記範囲内であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度をより一層向上させることができる。
また、金属部材12の接合面103の最大高さRzは、好ましくは1.0μm以上40.0μm以下であり、より好ましくは3.0μm以上30.0μm以下である。上記最大高さRzが上記範囲内であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。なお、RaおよびRzは、JIS−B0601に準拠して測定することができる。
金属部材12は、少なくとも樹脂部材14と接合する接合面103の見掛け表面積に対する窒素吸着BET法による実表面積の比(以下、単に比表面積とも呼ぶ。)が、好ましくは100以上であり、より好ましくは150以上である。上記比表面積が上記下限値以上であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。また、上記比表面積が、好ましくは400以下であり、より好ましくは380以下であり、特に好ましくは300以下である。上記比表面積が上記上限値以下であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができる。
ここで、本実施形態における見掛け表面積は、金属部材12の表面が凹凸のない平滑状であると仮定した場合の表面積を意味する。例えば、その表面形状が長方形の場合には、縦の長さ×横の長さで表される。一方、本実施形態における窒素吸着BET法による実表面積は、窒素ガスの吸着量により求めたBET表面積を意味する。例えば、真空乾燥した測定対象試料について、自動比表面積/細孔分布測定装置(BELSORPminiII、日本ベル社製)を用いて、液体窒素温度における窒素吸脱着量を測定し、その窒素吸脱着量に基づいて算出することができる。
上記比表面積が上記範囲内であると、より一層接合強度および接合の耐久性に優れた金属樹脂複合体16が得られる理由は必ずしも明らかではないが、樹脂部材14との接合面103の表面が、樹脂部材14と金属部材12との間のアンカー効果がより一層強く発現できる構造となっているからだと考えられる。
上記比表面積が上記下限値以上であると、樹脂部材14と金属部材12の接触面積が大きくなり、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入する領域が増える。その結果、アンカー効果が働く領域が増え、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性がより一層向上すると考えられる。
一方、上記比表面積が大きすぎると、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の金属部材12の割合が減るため、この領域の機械的強度および接合の耐久性が低下してしまう。そのため、上記比表面積が上記上限値以下であると、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度および接合の耐久性がより一層向上し、その結果、樹脂部材14と金属部材12との接合強度および接合の耐久性をより一層向上させることができると考えられる。
以上から、上記比表面積が上記範囲内であると、樹脂部材14との接合面103の表面が、樹脂部材14と金属部材12との間のアンカー効果がより一層強く発現できる、バランスの良い構造になっていると推察される。
金属部材12は、特に限定されないが、少なくとも樹脂部材14と接合する接合面103の光沢度が、好ましくは0.1以上であり、より好ましくは0.5以上であり、さらに好ましくは1以上である。上記光沢度が上記下限値以上であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度をより一層向上させることができる。また、上記光沢度が、好ましくは30以下であり、より好ましくは20以下である。上記光沢度が上記上限値以下であると、樹脂部材14と金属部材12との接合強度をより一層向上させることができる。ここで、本実施形態における光沢度は、ASTM−D523に準拠して測定した測定角度60°(入射角60°、反射角60°)の値を示す。光沢度は、例えば、ディジタル光沢度計(20°、60°)(GM−26型、村上色彩技術研究所社製)を用いて測定することができる。
上記光沢度が上記範囲内であると、接合強度により一層優れた金属樹脂複合体16が得られる理由は必ずしも明らかではないが、樹脂部材14との接合面103の表面がより一層乱雑な構造となり、樹脂部材14と金属部材12との間のアンカー効果がより一層強く発現できる構造となっているからだと考えられる。
金属部材12の形状は、樹脂部材14と接合する接合面103を有する形状であれば特に限定されず、例えば、シート状、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状などとすることができる。また、これらの組み合わせからなる構造体であってもよい。こうした形状の金属部材12は、前述した金属材料を公知の加工法により加工することにより得ることができる。
また、樹脂部材14と接合する接合面103の形状は、特に限定されないが、平面、曲面などが挙げられる。
次に、金属部材12の表面を粗化処理して粗化層104を形成する方法について説明する。
粗化層104は、例えば、表面処理剤を用いて、金属部材12の表面を化学的処理することにより形成することができる。
ここで、表面処理剤を用いて金属部材12の表面を化学的処理すること自体は従来技術においても行われてきた。しかし、本実施形態では、(1)金属部材と化学的処理剤の組み合わせ、(2)化学的処理の温度および時間、(3)化学的処理後の金属部材表面の後処理、などの因子を高度に制御している。100万回曲げ疲労耐性を有する金属樹脂複合体16を得るためには、これらの因子を高度に制御することが特に重要となる。
以下、金属部材12の表面上に粗化層104を形成する方法の一例を示す。ただし、本実施形態に係る粗化層104の形成方法は、以下の例に限定されない。
はじめに、(1)金属部材と表面処理剤の組み合わせを選択する。
鉄やステンレスから構成される金属部材を用いる場合は、表面処理剤として、無機酸、塩素イオン源、第二銅イオン源、チオール系化合物を必要に応じて組合せた水溶液を選択するのが好ましい。
アルミニウムやアルミニウム合金から構成される金属部材を用いる場合は、表面処理剤として、アルカリ源、両性金属イオン源、硝酸イオン源、チオ化合物を必要に応じて組合せた水溶液を選択するのが好ましい。
マグネシウムやマグネシウム合金から構成される金属部材を用いる場合は、表面処理剤として、アルカリ源が用いられ、特に水酸化ナトリウムの水溶液を選択するのが好ましい。
銅や銅合金から構成される金属部材を用いる場合は、表面処理剤として、硝酸、硫酸などの無機酸、不飽和カルボン酸などの有機酸、過硫酸塩、過酸化水素、イミダゾールおよびその誘導体、テトラゾールおよびその誘導体、アミノテトラゾールおよびその誘導体、アミノトリアゾールおよびその誘導体などのアゾール類、ピリジン誘導体、トリアジン、トリアジン誘導体、アルカノールアミン、アルキルアミン誘導体、ポリアルキレングリコール、糖アルコール、第二銅イオン源、塩素イオン源、ホスホン酸系キレート剤酸化剤、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−N−シクロヘキシルアミンから選ばれる少なくとも1種を用いた水溶液を選択するのが好ましい。
つぎに、(2)金属部材を表面処理剤に浸漬させ、金属部材表面に化学的処理をおこなう。このとき、処理温度は、例えば、30℃である。また、処理時間は選定する金属部材の材質や表面状態、表面処理剤の種類や濃度、処理温度などにより適宜決定されるが、例えば、30〜300秒である。このとき、金属部材の深さ方向のエッチング量を、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上にすることが重要である。金属部材の深さ方向のエッチング量は、溶解した金属部材の重量、比重および表面積から算出して、評価することができる。この深さ方向のエッチング量は、表面処理剤の種類や濃度、処理温度、処理時間などにより調整することができる。
本実施形態では、深さ方向のエッチング量を調整することにより、前述した粗化層104の厚み、凹部201の平均深さ、Ra、Rz等を調整することができる。
最後に、(3)化学的処理後の金属部材表面に後処理をおこなう。まず、金属部材表面を水洗、乾燥する。次いで、化学的処理をおこなった金属部材表面を硝酸水溶液などで処理する。
以上の手順により、本実施形態に係る粗化層104を有する金属部材12を得ることができる。
<樹脂部材>
つぎに、本実施形態に係る樹脂部材14について説明する。
樹脂部材14は、熱硬化性樹脂組成物(P)を硬化してなる。
熱硬化性樹脂組成物(P)は、熱硬化性樹脂(A)を含み、熱硬化性樹脂(A)としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、ユリア(尿素)樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂などが用いられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、耐熱性、加工性、機械的特性、接着性および耐摩耗性に優れるフェノール樹脂が好適に用いられる。
熱硬化性樹脂(A)の含有量は、樹脂部材14の全体を100質量部としたとき、好ましくは15質量部以上60質量部以下であり、より好ましくは25質量部以上50質量部以下である。
フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA型ノボラック樹脂などのノボラック型フェノール樹脂;メチロール型レゾール樹脂、ジメチレンエーテル型レゾール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油などで溶融した油溶融レゾールフェノール樹脂などのレゾール型フェノール樹脂;アリールアルキレン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも入手容易性、安価およびロール混練による作業性が良好などの理由からノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
上記フェノール樹脂において、ノボラック型フェノール樹脂を用いる場合は、通常、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する。ヘキサメチレンテトラミンは、特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂100質量部に対して、10〜25質量部使用することが好ましく、13〜20質量部使用することがより好ましい。ヘキサメチレンテトラミンの使用量が上記下限値以上であると、成形時の硬化時間を短縮することができる。また、ヘキサメチレンテトラミンの使用量が上記上限値以下であると、成形品の外観を向上させることができる。
熱硬化性樹脂組成物(P)は、樹脂部材14の機械的強度を向上させる観点から、充填材(B)を含むことが好ましい。ただし、本実施形態では、充填材(B)から後述するエラストマー(D)は除かれる。
充填材(B)の含有量は、樹脂部材14の全体を100質量部としたとき、好ましくは30質量部以上80質量部以下であり、より好ましくは40質量部以上70質量部以下である。充填材(B)の含有量を上記範囲内とすることにより、熱硬化性樹脂組成物(P)の作業性を向上させつつ、得られる樹脂部材14の機械的強度をより一層向上させることができる。これにより、樹脂部材14と金属部材12との接合強度により一層優れた金属樹脂複合体16を得ることができる。また、充填材(B)の種類や含有量を調整することにより、得られる樹脂部材14の線膨張係数αの値を調整することができる。
充填材(B)としては、例えば、繊維状充填材、粒状充填材、板状充填材などが挙げられる。ここで、繊維状充填材はその形状が繊維状である充填材である。板状充填材はその形状が板状である充填材である。粒状充填材は、不定形状を含む繊維状・板状以外の形状の充填材である。
上記繊維状充填材としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維、金属繊維、ワラストナイト、アタパルジャイト、セピオライト、ロックウール、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウム繊維、炭酸カルシウムウィスカー、酸化チタンウィスカー、セラミック繊維などの繊維状無機充填材;アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリ(パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維などの繊維状有機充填材;が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
また、上記板状充填材、粒状充填材としては、例えば、タルク、カオリンクレー、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸カルシウム水和物、マイカ、ガラスフレーク、ガラス粉、炭酸マグネシウム、シリカ、酸化チタン、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、上記繊維状充填材の粉砕物などが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
充填材(B)は、充填材(B)の全体を100質量部としたとき、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が5μmを超える充填材(B1)を70質量部以上99質量部以下含むことが好ましく、85質量部以上98質量部以下含むことがより好ましい。これにより、熱硬化性樹脂組成物(P)の作業性を向上させつつ、得られる樹脂部材14の機械的強度をより一層向上させることができる。充填材(B1)の平均粒子径の上限は特に限定されないが、例えば、100μm以下である。
充填材(B1)としては、平均長径が5μm以上50mm以下で、平均アスペクト比が1以上1000以下である繊維状充填材または板状充填材を含むことがより好ましい。
充填材(B1)の平均長径および平均アスペクト比は、例えば、以下のようにSEM写真から測定することができる。まず、走査型電子顕微鏡により、複数の繊維状充填材または板状充填材を撮影する。その観察像から、繊維状充填材または板状充填材を任意に50個選択し、それらの長径(繊維状充填材の場合は繊維長、板状充填材の場合は平面方向の長径寸法)および短径(繊維状充填材の場合は繊維径、板状充填材の場合は厚み方向の寸法)をそれぞれ測定する。長径の全てを積算して個数で除したものを平均長径とする。同様に、短径の全てを積算して個数で除したものを平均短径とする。そして、平均短径に対する平均長径を平均アスペクト比とする。
充填材(B1)としてはガラス繊維、炭素繊維、ガラスビーズ、炭酸カルシウムなどから選択される1種または2種以上が好ましい。このような充填材(B1)を用いると、樹脂部材14の機械的強度を特に向上させることができる。
また、充填材(B)は、充填材(B)の全体を100質量部としたとき、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が0.1μm以上5μm以下である充填材(B2)を1質量部以上30質量部以下含むことが好ましく、2質量部以上15質量部以下含むことがより好ましい。これにより、凹部201の内部に充填材(B)を十分に存在させることができる。その結果、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度をより一層向上させることができる。
充填材(B2)としては、平均長径が好ましくは0.1μm以上100μm以下、より好ましくは0.2μm以上50μm以下であり、平均アスペクト比が好ましくは1以上50以下、より好ましくは1以上40以下である繊維状充填材または板状充填材を含むことがより好ましい。
充填材(B2)の平均長径および平均アスペクト比は、例えば、以下のようにSEM写真から測定することができる。まず、走査型電子顕微鏡により、複数の繊維状充填材または板状充填材を撮影する。その観察像から、繊維状充填材または板状充填材を任意に50個選択し、それらの長径(繊維状充填材の場合は繊維長、板状充填材の場合は平面方向の長径寸法)および短径(繊維状充填材の場合は繊維径、板状充填材の場合は厚み方向の寸法)をそれぞれ測定する。長径の全てを積算して個数で除したものを平均長径とする。同様に、短径の全てを積算して個数で除したものを平均短径とする。そして、平均短径に対する平均長径を平均アスペクト比とする。
このような充填材(B2)としては、ワラストナイト、カオリンクレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸カルシウム水和物、ホウ酸アルミニウムウイスカー、およびチタン酸カリウム繊維から選択される1種または2種以上が好ましい。
また、熱硬化性樹脂組成物(P)は充填材(B)として固体潤滑剤を含むことが好ましい。固体潤滑剤としてはたとえば、黒鉛、炭素繊維、フッ素樹脂から選択される1種または2種以上が好ましい。固体潤滑剤を含むことにより、樹脂部材14の摩擦係数が低くなる。そして、筐体10においてシリンダー101とピストン20との摺動部を樹脂部材14とした場合の摺動性が向上し、圧縮機1のエネルギー効率が向上させることができる。
また、充填材(B)は、後述するシランカップリング剤(C)などのカップリング剤による表面処理が行われていてもよい。
熱硬化性樹脂組成物(P)は、シランカップリング剤(C)をさらに含んでもよい。シランカップリング剤(C)を含むことにより、樹脂部材14と金属部材12との密着性を向上させることができる。また、シランカップリング剤(C)を含むことにより、熱硬化性樹脂(A)と充填材(B)との親和性が向上し、その結果、樹脂部材14の機械的強度をより一層向上させることができる。
シランカップリング剤(C)の含有量は、充填材(B)の比表面積に依存するので特に限定されないが、充填材(B)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上4.0質量部以下であり、より好ましくは0.1質量部以上1.0質量部以下である。シランカップリング剤(C)の含有量が上記範囲内であると、充填材(B)を十分に被覆しつつ、樹脂部材14の機械的強度をより一層向上させることができる。
シランカップリング剤(C)としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどのエポキシ基含有アルコキシシラン化合物;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシランなどのメルカプト基含有アルコキシシラン化合物;γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−ウレイドエチル)アミノプロピルトリメトキシシランなどのウレイド基含有アルコキシシラン化合物;γ−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリクロロシランなどのイソシアナト基含有アルコキシシラン化合物;γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有アルコキシシラン化合物;γ−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−ヒドロキシプロピルトリエトキシシランなどの水酸基含有アルコキシシラン化合物などが挙げられる。
これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
本実施形態に係る熱硬化性樹脂組成物(P)は、樹脂部材14の靭性を向上させる観点から、エラストマー(D)をさらに含んでもよい。ただし、本実施形態では、エラストマー(D)から前述した充填材(B)は除かれる。
エラストマー(D)の含有量は、樹脂部材14の全体を100質量部としたとき、好ましくは1質量部以上10質量部以下であり、より好ましくは1.5質量部以上7質量部以下である。エラストマー(D)の含有量を上記範囲内とすることにより、樹脂部材14の機械的強度を維持しつつ、樹脂部材14の靭性をより一層向上させることができる。これにより、樹脂部材14と金属部材12との接合強度により一層優れた金属樹脂複合体16を得ることができる。
エラストマー(D)としては、例えば、未変性のポリ酢酸ビニル、カルボン酸変性のポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、アクリルゴム、スチレン・イソプレンゴム、アクリロニトリル・ブダジエンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの中でも未変性のポリ酢酸ビニル、カルボン酸変性のポリ酢酸ビニル、アクリルゴム、アクリロニトリル・ブダジエンゴム、ポリビニルブチラールが好ましい。これらのエラストマーを用いると、樹脂部材14の靭性を特に向上させることができる。
熱硬化性樹脂組成物(P)の製造方法は特に限定されず、一般的に公知の方法により製造することができる。例えば、以下の方法が挙げられる。まず、熱硬化性樹脂(A)に、必要に応じて充填材(B)、シランカップリング剤(C)、エラストマー(D)、硬化剤、硬化助剤、離型剤、顔料、難燃剤、耐候剤、酸化防止剤、可塑剤、潤滑剤、摺動剤、発泡剤などを配合して均一に混合する。次いで、得られた混合物をロール、コニーダ、二軸押出し機などの混練装置単独で、またはロールと他の混練装置との組合せで加熱溶融混練する。最後に、得られた混合物を造粒または粉砕することにより、熱硬化性樹脂組成物(P)が得られる。
樹脂部材14の25℃からガラス転移温度までの範囲における線膨張係数αは、好ましくは10ppm/℃以上50ppm/℃以下であり、より好ましくは15ppm/℃以上45ppm/℃以下である。線膨張係数αが上記範囲内であると、金属樹脂複合体16の温度サイクルの信頼性をより一層向上させることができる。
樹脂部材14の密度は軽量化の観点から、2.5g/cm以下であることが好ましく、2.0g/cm以下であることがより好ましい。
樹脂部材14の熱伝導率は90W/(m・K)以下であることが好ましく、1W/(m・K)以下であることがより好ましい。上記上限以下であれば、圧縮機1の断熱性が向上する。そのため、圧縮機1のエネルギー効率を向上させることができる。熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定することができる。なお、熱伝導率に異方性がある場合は、金属部材12と樹脂部材14の接合面103に垂直な方向の熱伝導率についてである。
<金属樹脂複合体>
つぎに、本実施形態に係る金属樹脂複合体16について説明する。
金属樹脂複合体16は、樹脂部材14と金属部材12とが接合されてなる。
金属樹脂複合体16において、樹脂部材14の25℃からガラス転移温度までの範囲における線膨張係数αと、金属部材12の25℃から樹脂部材14の上記ガラス転移温度までの範囲における線膨張係数αとの差(α−α)の絶対値が、25ppm/℃以下であることが好ましく、10ppm/℃以下であることがより好ましい。上記線膨張係数の差が上記上限値以下であれば、金属樹脂複合体16が高温下に晒された際に発生する、線膨張の差による熱応力を抑制することができる。そのため、上記線膨張係数の差が上記上限値以下であれば、高温下でも、樹脂部材14と金属部材12との接合強度を維持することができる。すなわち、上記線膨張係数の差が上記上限値以下であれば、金属樹脂複合体16の高温での寸法安定性を向上させることができる。
なお、本実施形態において、線膨張係数に異方性がある場合は、それらの平均値を表す。例えば、樹脂部材14がシート状の場合、流動方向(MD)の線膨張係数と、それと垂直方向(TD)の線膨張係数とが異なる場合、それらの平均値が樹脂部材14の線膨張係数αとなる。
金属樹脂複合体16は、特に限定されないが、樹脂部材14と金属部材12とが接着剤を介在することなく接合されているのが好ましい。樹脂部材14と金属部材12とは、接着剤を介在しなくても優れた接合強度を有する。そのため、金属樹脂複合体16の製造工程を簡略化することができる。
充填材(B)を含む熱硬化性樹脂組成物(P)を用いる場合、凹部201の内部には充填材(B)が存在し、凹部201に存在する充填材(B)の走査型電子顕微鏡写真の画像解析による平均長径が、好ましくは0.1μm以上5.0μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上4μm以下である。これにより、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度をより一層向上させることができる。
また、凹部201の内部に存在する充填材(B)の平均アスペクト比が、好ましくは1以上50以下であり、より好ましくは1以上40以下である。
凹部201の内部に存在する充填材(B)の平均長径および平均アスペクト比は、以下のようにSEM写真から測定することができる。まず、走査型電子顕微鏡により、粗化層104の断面を撮影する。その観察像から、凹部201の内部に存在する充填材(B)を任意に50個選択し、それらの長径(繊維状充填材の場合は繊維長、板状充填材の場合は平面方向の長径寸法)および短径(繊維状充填材の場合は繊維径、板状充填材の場合は厚み方向の寸法)をそれぞれ測定する。長径の全てを積算して個数で除したものを平均長径とする。同様に、短径の全てを積算して個数で除したものを平均短径とする。そして、平均短径に対する平均長径を平均アスペクト比とする。
また、凹部201の内部に存在する充填材(B)はワラストナイト、カオリンクレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸カルシウム水和物、ホウ酸アルミニウムウイスカー、およびチタン酸カリウム繊維からなる群から選ばれる一種または二種以上であることが好ましい。
また、樹脂部材14がエラストマー(D)を含む場合、樹脂部材14は好ましくは海島構造であり、エラストマー(D)が島相に存在することが好ましい。
こうした構造であると、樹脂部材14の靭性を向上させるとともに金属樹脂複合体16の耐衝撃性を向上できる。そのため、金属樹脂複合体16に外部から衝撃が加わっても、樹脂部材14と金属部材12との接合強度を維持することができる。
海島構造は、走査型電子顕微鏡写真により観察することができる。
上記島相の走査型電子顕微鏡写真の画像解析による平均径は、好ましくは0.1μm以上100μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上30μm以下である。島相の平均径が上記範囲内であると、樹脂部材14の靭性をより一層向上できるとともに金属樹脂複合体16の耐衝撃性をより一層向上できる。
島相の平均径は、以下のように走査型電子顕微鏡(SEM)写真から測定することができる。まず、走査型電子顕微鏡により、樹脂部材14の断面を撮影する。その観察像から、樹脂部材14に存在する島相を任意に50個選択し、それらの直径をそれぞれ測定する。島相の直径の全てを積算して個数で除したものを平均径とする。
金属樹脂複合体16の曲げ強さは、筐体10の強度向上の観点から、150MPa以上であることが好ましく、200MPa以上であることがより好ましい。曲げ強さは、JIS K 7171に準拠して測定できる。試験片としては、樹脂部材14と金属部材12とが積層して接合されており厚さの比d/dを3としたものを用い、試験片の樹脂部材14側の面が凹となるように曲げて測定する。また、曲げ強さはダインスタット試験機による測定の結果からも換算できる。具体的には、幅b[mm]、厚さh[mm]の試験片を用いてダインスタット試験機により測定した曲げモーメントがM[kg・cm]であったとき、曲げ強さをσ[MPa]は、σ=9.8×6×10×M/(bh)の関係から算出できる。たとえば、ダインスタット試験に用いる試験片の幅bは4mm、厚みは4mm、奥行きは15mmとすることができる。
なお、本評価は適正な試験片を筐体10から切り出して準備し、行うことができる。このとき、試験片は、金属部材12と樹脂部材14の接合面をひとつのみ含むものとする。
金属樹脂複合体16は、冷媒ガスの透過性が低いことが好ましい。冷媒ガスの透過性は、圧力センサ法を用い、JIS K 7126−1に準じてガス透過係数を測定して評価することができる。ここで、冷媒ガスはたとえばフロンガスである。フロンガスを用いて測定したガス透過係数は、1×1016mol・m/(m・s/Pa)未満が好ましく、5×1017mol・m/(m・s/Pa)未満がより好ましい。上記上限未満であれば、効率よく機能する圧縮機1を提供できる。
なお、本評価は適正な試験片を筐体10から切り出して準備し、行うことができる。このとき、試験片は、金属部材12と樹脂部材14の接合面をひとつのみ含むものとし、樹脂部材14の厚さdと金属部材12の厚さdとの比d/dが2である試験片を用いる。
筐体10は、1つの金属部材12のみを含んでも良いし、複数の金属部材12を含んでも良い。
以下に、筐体10の製造方法について説明する。ただし、本実施形態に係る筐体10の製造方法は、上述した100万回曲げ疲労耐性を有する金属樹脂複合体16からなる筐体10を製造する方法の一例である。筐体10は、100万回曲げ疲労耐性を有する金属樹脂複合体16からなるように製造されれば、他の方法で製造されても良い。筐体10の製造方法としては特に限定されないが、例えば、射出成形法、移送成形法、圧縮成形法、射出圧縮成形法などが挙げられる。
図5は、本実施形態に係る筐体10の製造方法の一例を説明するための図である。本実施形態に係る筐体10の製造方法は、金属部材12および金型8を準備する工程と、前記金型8の成形空間810内に金属部材12を配置する工程と、熱硬化性樹脂(P)を含み、流動化した樹脂材料850で成形空間810内を充填する工程と、充填された樹脂材料850を硬化させて樹脂部材14と金属部材12とが接合された金属樹脂複合体16からなる筐体10を得る工程とをこの順に含む。以下で詳細に説明する。
本実施形態に係る筐体10の製造方法では、金型8は、第1金型部81および第2金型部82を備え、第1金型部81および第2金型部82により成形空間810が形成される金型8を用いる。ここで、第1金型部81および第2金型部82は、金型8の一部をいい、入れ子やスライドコアも含んでいてもよい。
本実施形態に係る筐体10の製造方法では、流動化した樹脂材料850で成形空間810内を充填する工程において、樹脂材料850の流動圧力により金属部材12を第1金型部81および第2金型部82のいずれか一方の成形面に押しつけながら成形空間810を樹脂材料850で充填することが好ましい。このようにすることで、バリの発生を抑制し、かつ金属部材12と樹脂部材14との密着性に優れる良好な品質の筐体10を得ることができる。
以下、本実施形態に係る筐体10の製造方法について、金型8としてトランスファー成形用金型を用いる場合を例に挙げて詳説する。なお、本実施形態に係る筐体10の製造方法においては、金型8としてトランスファー成形用金型を用いてもよく、射出成形用金型を用いてもよいし、コンプレッション成形用金型を用いてもよい。なお、射出成形用金型またはコンプレッション成形用金型を用いる場合においても、トランスファー成形用金型を用いる場合と同様の効果を奏する。本実施形態では、成形品の寸法精度の制御性を高める観点から、トランスファー成形用金型を用いている。
本実施形態では、筐体10の外面を複数の金属部材12を用いて形成する場合を例に挙げて詳説する。なお、特にこの方法に限定されず、たとえば外面を構成する各部分が一体化されたひとつの金属部材12を用いて筐体10を製造しても良い。複数の金属部材12を用いて筐体10を製造することで、大きな金属部材12を準備する必要が無く、製造コストが抑えられる。一方、一体化された金属部材12を用いることで、筐体10の強度を向上させることができる。金属部材12の形状と配置は、筐体10の構造に応じて適切に決定することができる。
上述した通り、図5は、本実施形態に係る筐体10の製造方法の一例を説明するための図である。本図において、金属部材12および樹脂部材14の形状は簡略化して示されている。ここで、本図において、(a)は、金属部材12を配置する前の金型8の構造を示す図、(b)は、金属部材12を配置する工程を説明するための図、(c)は、樹脂材料850で成形空間810内を充填する工程を説明するための図、(d)は、樹脂材料850を硬化させて筐体10を得る工程を説明するための図である。
まず本図の(a)に示す金型8を準備する。本実施形態に係る金型8は、第1金型部81と第2金型部82とを備えている。この第1金型部81と第2金型部82とを組み合わせることにより、後工程において金属部材12を配置する成形空間810が形成される。また、第2金型部82には、成形前の樹脂材料850を仕込むポット820と、その後、圧力をかけて樹脂材料850を溶融させるためにポット820に挿入する補助ラムを備えたプランジャー830と、溶融させた樹脂材料850を成形空間810内に送り込むスプルー840とが設けられている。なお、本実施形態に係る金型8は、本図に示すような、補助ラムを備えたプランジャー式トランスファー成形機に適用するものであっても、補助ラムを備えないポット式トランスファー成形機に適用するものであってもよい(図示せず)。
金属部材12は、密着性、耐久性向上等の観点から、少なくとも樹脂部材14と接合させる領域が粗化処理された金属部材12を準備することが好ましい。
次に、金属部材12を配置する工程について説明する。
本図の(b)に示すように、金型8の成形空間810内に金属部材12を配置する。具体的には、第1金型部81を下げて、金型8を開いた状態で成形空間810に相当する部分に金属部材12を固定することなく配置する。こうすることで、溶融した樹脂材料850を成形空間810内に導入した時に、導入した樹脂の流動圧力によって金属部材12を第1金型部81または第2金型部82のいずれか一方の金型部材の壁面(成形面)に押しつけることができる。本実施形態では、金属部材12が第1金型部81の壁面に押しつけられる。これにより、金属部材を金型内に固定した状態で樹脂材料を金型内に導入した場合に生じる、挿入しろや金属部材12と金型壁面との間の隙間から樹脂が入り込むことによるバリの発生を防止することができ、かつ金属部材12と樹脂部材14との密着性の良い筐体10を製造することができる。
ここで、金属部材12は、あらかじめ、第1金型部81または第2金型部82のいずれか一方の壁面(成形面)に当接させた状態で配置することが好ましい。こうすることで、金属部材12と金型部材の壁面との間の隙間に溶融した樹脂材料850が入り込むことを、より効果的に防ぐことができる。
金属部材12の形状は、押しつける第1金型部81または第2金型部82の壁面に沿った形状の板状またはシート状である。このような形状とすれば、樹脂材料850の流動圧力を金属部材12の面で受けることができるため、金属部材12を第2金型部82または第1金型部81のいずれかの壁面(成形面)に確実に押しつけることができる。これにより、成形空間810内に樹脂材料850を導入した際に生じる金属部材12の位置ズレを防ぐことができ、バリの発生をより確実に抑制することができる。
次に、樹脂材料850で成形空間810内を充填する工程(本図の(c))、および樹脂材料850を硬化させて筐体10を得る工程(本図の(d))について説明する。
本実施形態に係る樹脂材料850で成形空間810内を充填する工程では、まず、第1金型部81を上げて、金型8を閉じた状態で、ポット820内に成形前の樹脂材料850を仕込む。成形前の樹脂材料850の性状は特に限定されないが、熱硬化性樹脂組成物(P)の粉末又は顆粒状のままであってもよいし、熱硬化性樹脂組成物(P)を円柱状のタブレットに形成したものであってもよく、また、予め、プレヒーター等によって予熱することにより半溶融の常態にされていてもよい。次に、ポット820内に仕込んだ樹脂材料850を溶融させるために、樹脂材料850に対して、補助ラムを備えたプランジャー830をポット820に挿入して圧力をかける。その後、溶融した樹脂材料850をスプルー840を介して成形空間810内に導入する。成形空間810内に導入された樹脂材料850は、本図の(c)に記載されている点線で示す方向に流動する。そして、樹脂材料850の流動圧力によって金属部材12を第1金型部81に押しつけて、見かけ上、金型部材の壁面に金属部材12を固定した状態とすることができる。このとき、ポット820内での樹脂材料850の溶融、成形空間810内への溶融した樹脂材料850の導入および充填は、同時進行で進むことになる。次に、成形空間810内に充填された樹脂材料850が、加熱加圧されることにより硬化し、金属部材12および樹脂部材14からなる金属樹脂複合体16が成形される(本図の(d))。樹脂材料850の硬化後、金型8を開くことにより、バリの発生が抑制され、かつ金属部材12と樹脂部材14との密着性に優れる良好な品質の筐体部品10を得ることができる。なお、ポット820内に残った樹脂材料850の硬化物(カル)とスプルー840内の硬化物は、金型8を開く前にプランジャー830を引き上げることにより、金属樹脂複合体16と分離される。
本工程において成形空間810内に導入された樹脂材料850、逆流することなく一方向に進行する。これにより熱硬化性樹脂組成物(P)中に繊維状充填材を含有させている場合、樹脂部材14の機械的強度を向上させることができる。成形空間810内に導入された樹脂材料850が逆流することなく一方向に進行すれば、硬化後の樹脂部材14中における繊維状充填材の配向を制御することができる。こうすることで、本実施形態に係る筐体10の製造方法によれば、強度という観点において、均一であり、かつ優れた品質の筐体10を得ることができる。
また、成形空間810内を樹脂材料850で充填する工程では、成形空間810内を脱気してから溶融した樹脂材料850を成形空間810内に導入することが好ましい。こうすることで、後工程において、硬化して得られる樹脂部材14中にボイドが生じる可能性を低減できる。これにより、より一層機械的強度に優れた筐体10を得ることができる。
熱硬化性樹脂組成物(P)は、成形を良好におこなうために流動性が高いことが好ましい。そのため、熱硬化性樹脂組成物(P)は、175℃での溶融粘度が、好ましくは10Pa・s以上3000Pa・s以下であり、より好ましくは30Pa・s以上2000Pa・s以下である。175℃での溶融粘度は、例えば、島津製作所社製の熱流動評価装置(フローテスタ)により測定することができる。
また、熱硬化性樹脂組成物(P)は以下のような粘度挙動を有することが好ましい。動的粘弾性測定装置を用いて、当該熱硬化性樹脂組成物(P)を60℃から昇温速度3℃/min、周波数1Hzで溶融状態まで昇温したときに、熱硬化性樹脂組成物(P)は、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ、最低溶融粘度が10Pa・s以上2000Pa・s以下の範囲内である。
最低溶融粘度が上記下限値以上であると、熱硬化性樹脂組成物(P)が充填材(B)を含む場合に、熱硬化性樹脂(A)と充填材(B)とが分離し、熱硬化性樹脂(A)のみが流動してしまうことを抑制でき、より均質な樹脂部材14を得ることができる。
また、最低溶融粘度が上記上限値以下であると、熱硬化性樹脂組成物(P)の凹部201への侵入性を向上できるため、凹部201の内部に充填材(B)を十分に供給することができる。その結果、樹脂部材14と金属部材12とが相互に侵入した領域の機械的強度をより一層向上させることができる。
また、上記最低溶融粘度に到達する温度は、好ましくは100℃以上250℃以下の範囲内である。
このような粘度挙動を有すると、熱硬化性樹脂組成物(P)を加熱硬化して樹脂部材14を形成する際に、熱硬化性樹脂組成物(P)中に空気が侵入するのを抑制できるとともに、熱硬化性樹脂組成物(P)中に溶けている気体を十分に外部に排出できる。その結果、樹脂部材14に気泡が生じてしまうことを抑制できる。気泡の発生が抑制されることにより、樹脂部材14の機械的強度をより一層向上させることができる。
このような粘度挙動を有する熱硬化性樹脂組成物(P)を実現するためには、例えば、前述した熱硬化性樹脂(A)の種類や量、充填材(B)の種類や量、エラストマー(D)の種類や量を適宜調整すればよい。
本実施形態において、金属樹脂複合体16の成形条件は特に限定されないが、例えば、温度が160〜180℃、圧力10〜30MPa、硬化時間30秒間から5分間の成形条件を挙げることができる。
上述した製造方法により得られた筐体10は、挿入しろや金属部材12と金型部材との間の隙間から樹脂材料850が入り込むことにより、バリが発生する等の不都合を解消した高品質なものである。また、本実施形態に係る筐体10は、バリの発生を抑制した金属部材12と樹脂部材14の接合箇所に段差がないものであるため、機械的強度と剛性のバランスに優れ、かつ長期的に使用できるものである。
本実施形態に係る圧縮機1は、筐体10と、他の部品とを組み合わせて製造される。他の部品は一般的に公知の方法で製造することができる。
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態に係る筐体10は、100万回曲げ疲労耐性を有する金属樹脂複合体16からなることにより、軽量性と高耐性との性能バランスに優れる筐体を提供することができる。
本実施形態に係る筐体10は、樹脂部材14を含む金属樹脂複合体16からなるため、必要な強度を保ちつつも、同種の金属のみからなる筐体10に比べて軽量にできる。よって、車両に搭載しても省エネルギーの車両を実現できる。また、金属樹脂複合体16は断熱性に優れるため、エネルギー効率の良い圧縮機1を実現できる。くわえて、加工自由度が高いため、効率良く筐体10、ひいては圧縮機1を製造できる。また、複雑な形状の筐体10も製造できる。
本実施形態に係る筐体10は、金属部材12を含む金属樹脂複合体16からなるため、樹脂のみからなる筐体10に比べて、冷媒ガスの密閉性に優れ、エネルギー効率のよい圧縮機1を提供できる。また、強度や耐久性に優れる筐体10、ひいては圧縮機1を提供できる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室を備え、
熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂部材と金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなり、
前記金属樹脂複合体は、厚みd の前記樹脂部材と厚みd の前記金属部材とが積層して接合されており比d /d が3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有する、圧縮機の筐体。
2. 1.に記載の圧縮機の筐体において、
前記樹脂部材と前記金属部材とが積層して接合されており前記比d /d を3とした試験片についてJIS K 7171に準拠して前記樹脂部材側の面が凹となるように曲げて測定した、前記金属樹脂複合体の曲げ強さが150MPa以上である、圧縮機の筐体。
3. 1.または2.に記載の圧縮機の筐体において、
前記圧縮室の内壁に、前記樹脂部材が露出している、圧縮機の筐体。
4. 1.から3.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
前記金属樹脂複合体は、少なくとも前記樹脂部材と接合する面のASTM−D523に準拠して入射角60°、反射角60°で測定した光沢度が0.1以上30以下である前記金属部材と、前記樹脂部材とを接合してなる、圧縮機の筐体。
5. 1.から4.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
前記金属部材は、前記樹脂部材との接合面に複数の凹部を有し、
前記凹部の断面形状は、前記凹部の開口部から底部までの間の少なくとも一部に前記開口部の断面幅よりも大きい断面幅を有する形状となっている、圧縮機の筐体。
6. 5.に記載の圧縮機の筐体において、
前記金属部材の前記接合面には、複数の前記凹部が設けられた粗化層が形成されており、
前記粗化層の厚みが、3μm以上40μm以下である、圧縮機の筐体。
7. 1.から6.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
前記金属樹脂複合体は、少なくとも前記樹脂部材と接合する面の見掛け表面積に対する窒素吸着BET法による実表面積の比が100以上400以下である前記金属部材と、前記樹脂部材とを接合してなる、圧縮機の筐体。
8. 1.から7.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
前記樹脂部材の密度が2.5g/cm 以下である、圧縮機の筐体。
9. 1.から8.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
レーザーフラッシュ法で測定した前記樹脂部材の熱伝導率が90W/(m・K)以下である、圧縮機の筐体。
10. 1.から9.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体において、
前記樹脂部材はフェノール樹脂を含む、圧縮機の筐体。
11. 1.から10.のいずれか一つに記載の圧縮機の筐体を備える圧縮機。
12. 11.に記載の圧縮機において、
前記圧縮室内に吸入された気体を圧縮するピストンをさらに備え、
前記圧縮室の内壁のうち、少なくとも前記ピストンと摺動する部分が前記樹脂部材からなる、圧縮機。
13. 金属部材および金型を準備する工程と、
前記金型の成形空間内に前記金属部材を配置する工程と、
熱硬化性樹脂を含み、流動化した樹脂材料で前記成形空間内を充填する工程と、
充填された前記樹脂材料を硬化させて樹脂部材と前記金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなる筐体を得る工程とをこの順に含み、
前記金属樹脂複合体は、厚みd の前記樹脂部材と厚みd の前記金属部材とが積層して接合されており比d /d が3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有する、圧縮機の筐体の製造方法。
14. 13.に記載の圧縮機の筐体の製造方法において、
前記金属部材および金型を準備する工程では、
前記金属部材の表面のうち、少なくとも前記樹脂部材と接合させる領域が粗化処理された前記金属部材を準備する、圧縮機の筐体の製造方法。
15. 13.または14.に記載の圧縮機の筐体の製造方法において、
前記充填する工程において、前記樹脂材料の流動圧力により前記金型の成形面に前記金属部材を押しつけながら前記成形空間を前記樹脂材料で充填する、圧縮機の筐体の製造方法。
以下、本実施形態を、実施例・比較例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
<熱硬化性樹脂組成物(P1)の調整>
ノボラック型フェノール樹脂(PR−51305、住友ベークライト社製)を34.3質量部、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを6.0質量部、充填剤としてガラス繊維(日東紡社製)を57.1質量部、シランカップリング剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製)を0.2質量部、硬化助剤として酸化マグネシウム(神島化学工業社製)を0.5質量部、潤滑剤等のその他の成分を1.9質量部、それぞれ乾式混合し、これを90℃の加熱ロールで溶融混練して、シート状にして冷却した物を粉砕して顆粒状の熱硬化性樹脂組成物(P1)を得た。
<熱硬化性樹脂組成物(P1)の評価>
(熱硬化性樹脂組成物(P1)の溶融粘度)
流動特性評価装置(高化式フローテスター、CFT−500D)を用いて、175℃における熱硬化性樹脂組成物(P1)の溶融粘度を測定した。熱硬化性樹脂組成物(P1)の175℃における溶融粘度は425Pa・Sであった。
<金属部材の準備>
表面処理がされていない金属シートとして、その表面が#4000の研磨紙で十分研磨された、アルミニウム合金A5052の金属シートA(80mm×10mm、厚さ1.0mm、密度2.68g/cm、熱伝導率138W/(m・K))を用意した。水酸化カリウム(16質量部)、塩化亜鉛(5質量部)、硝酸ナトリウム(5質量部)、チオ硫酸ナトリウム(13質量部)の水溶液を調製した。得られた水溶液(30℃)中に、金属シートAを浸漬して揺動させ、深さ方向に15μm(アルミニウムの減少した重量から算出)溶解させた。次いで、水洗を行い、35質量部の硝酸水溶液(30℃)中に浸漬して、20秒間揺動させた。その後、水洗、乾燥し、金属シート1を得た。
<金属部材の評価>
(表面粗さ)
超深度形状測定顕微鏡(キーエンス社製VK9700)を用いて、倍率20倍における金属部材の樹脂部材との接合面の表面形状を測定した。表面粗さはRaおよびRzを測定した。RaおよびRzは、JIS−B0601に準拠して測定した。
金属シート1のRaは4.0μm、Rzは15.5μmであった。
(比表面積)
測定対象試料を120℃で、6時間真空乾燥した後、自動比表面積/細孔分布測定装置(BELSORPminiII、日本ベル社製)を用いて、液体窒素温度における窒素吸脱着量を測定した。窒素吸着BET法による実表面積はBETプロットから算出した。測定した窒素吸着BET法による実表面積を、見掛け表面積で割ることにより比表面積を算出した。金属シート1の比表面積は270であった。
(光沢度)
金属部材の表面の光沢度を、ディジタル光沢度計(20°、60°)(GM−26型、村上色彩技術研究所社製)を用いて、ASTM−D523に準拠して測定角度60°(入射角60°、反射角60°)で測定した。金属シート1の光沢度は10であった。
<金属樹脂複合体の作製>
得られた熱硬化性樹脂組成物(P1)および金属シート1を用いて、金属樹脂複合体1を作製した。具体的には、以下の手順により作製した。はじめに、第1金型部と第2金型部からなる金型を準備し、金型内に厚み1mmの金属シート1を固定せずに配置した。次いで、第1金型部と第2金型部型を型締めして、第1金型部と第2金型部との間に金属シート1が配置された成型空間を形成した。次いで、第2金型部に設けられたポット内において溶融させた熱硬化性樹脂組成物(P1)を、スプルーを介して成型空間内に注入し、熱硬化性樹脂組成物(P1)の成型を行った。なお、ポット内での熱硬化性樹脂組成物(P1)の溶融、成型空間内への熱硬化性樹脂組成物(P1)の導入は同時に行い、導入された熱硬化性樹脂組成物(P)の流体圧力により、金属シート1を金型の内壁に押しつけるようにした。なお、熱硬化性樹脂組成物(P1)の成形は、実効圧力20MPa、金型温度175℃、硬化時間3分間で行った。こうして、熱硬化性樹脂組成物(P1)により構成される厚み3mmの樹脂部材シート(樹脂部材)と厚み1mmの金属シート1(金属部材)の2層シートである金属樹脂複合体1(複合部材)を得た。この金属樹脂複合体1を試験片1とした。
<樹脂部材の評価>
(熱伝導率および密度)
作製した試験片1の、樹脂部材シートから厚さ2mmの樹脂試料を切り出し、レーザーフラッシュ法を用いて樹脂部材の厚さ方向の熱伝導率を測定した。また、樹脂部材の密度を測定した。試験片1の樹脂部材の熱伝導率は0.4W/(m・K)であり、密度は1.78g/cmであった。
<金属部材の評価>
(凹部の平均深さ)
試験片1の金属部材と樹脂部材の接合部の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影し、接合部の断面の構造を観察した。この観察像から、金属部材の粗化層の厚みおよび凹部の平均深さをそれぞれ求めた。試験片1の金属部材の粗化層の厚みは15μmであり、凹部の平均深さは13μmであった。また、凹部の断面は、凹部の開口部から底部までの間の少なくとも一部に開口部の断面幅よりも大きい断面幅を有する形状になっていた。
(100万回曲げ疲労耐性)
実施形態において説明した方法で、試験片1の100万回曲げ疲労耐性を評価した。試験片1の金属部材側の面に2つの支点をあて、樹脂部材側の面の中央に圧子をあてた。25℃雰囲気にて、繰り返し応力の周波数を30Hz、支点間の距離Lを64mmとし、140MPaの曲げ応力を試験片1に連続して100万回加えた。100万回繰り返し応力を印加しても破断も剥離もしなかった場合を○とし、100万回繰り返し応力を印加する間に破断または剥離が生じた場合を×として評価した。試験片1は、100万回繰り返し応力を加えても剥離も破断もしなかったため、○と評価した。
(曲げ強さ)
試験片1の曲げ強さをJIS K 7171に準じて測定した。このとき、複合部材の試験片については、金属部材側の面に2つの支点をあて、樹脂部材側の面の中央に圧子をあてて3点曲げ応力を加えた。25℃雰囲気にて、試験速度を2mm/min、支点間の距離Lを64mmとして曲げ強さを測定した。試験片1の曲げ強さは、273MPaであった。
(冷媒非透過性)
試験片1の冷媒ガスの非透過性を評価した。JIS K 7126−1に準じて圧力センサ法を用いて、ガス透過係数を測定した。まず、試験片1から厚み3mmの測定試料を切り出した。このとき、金属樹脂複合体の試験片については、金属部材の厚みが1mm、樹脂部材の厚みが2mmとなるように切り出した。試験ガスとしては134aフロンガスを用いた。測定したガス透過係数が、5×1017mol・m/(m・s/Pa)未満の場合を○、5×1017mol・m/(m・s/Pa)以上の場合を×として評価した。
<筐体の作製>
試験片1を作製するのと同様の条件で、金属樹脂複合体からなるコンプレッサー(圧縮機)のハウジング(筐体)を作製し、その筐体を用いた斜板式のコンプレッサーを作製した。筐体以外のコンプレッサーの部品は一般的な公知の方法で作製されたものを準備した。シリンダーとピストンとの摺動部が樹脂部材からなるよう、筐体を作製した。組み立てたコンプレッサーの最外面を金属部材が覆うように構成した。
(圧縮機性能の評価)
作製した圧縮機を利用したエアコンを、1mの空間の温度を室温から3℃下げる設定で駆動した。空間の温度を設定値まで下げる機能を示したものを○、機能を示さなかったものを×として評価した。
(耐久性の評価)
作製した圧縮機を24時間継続して駆動した。その後、圧縮機から筐体を取り外して観察し、損傷が生じていなかったものを○、製品として問題にならない程度の損傷が生じたものを△、問題となる損傷が生じたものを×として評価した。
(実施例2)
熱硬化性樹脂組成物(P1)の代わりに、以下の熱硬化性樹脂組成物(P2)を使用した以外は、実施例1と同様の方法により金属樹脂複合体2を作製した。この金属樹脂複合体2を試験片2とし、実施例1と同様の評価を行った。
<熱硬化性樹脂組成物(P2)の調整>
還流コンデンサー撹拌機、加熱装置、真空脱水装置を備えた反応釜内に、フェノール(p)とホルムアルデヒド(f)とをモル比(f/p)=1.7で仕込み、これに酢酸亜鉛をフェノール100質量部に対して0.5質量部添加し、この反応系のpHを5.5に調整して還流反応を3時間行った。その後、真空度100Torr、温度100℃で2時間水蒸気蒸留を行って未反応フェノールを除去し、さらに、真空度100Torr、温度115℃で1時間反応させることにより得られた、数平均分子量800のジメチレンエーテル型の固形物をレゾール型フェノール樹脂として得た。
得られたレゾール型フェノール樹脂を25.3質量部、ノボラック型フェノール樹脂(PR−51305、住友ベークライト社製)を10.7質量部、充填剤としてガラス繊維(日東紡社製)を53.5質量部、充填剤としてクレー(エンゲル・ハート社製)を4.9質量部、シランカップリング剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製)を0.5質量部、硬化助剤として消石灰(秩父石灰工業社製)を1.8質量部、潤滑剤等のその他の成分を3.3質量部、それぞれ乾式混合し、これを90℃の加熱ロールで溶融混練して、シート状にして冷却した物を粉砕して顆粒状の熱硬化性樹脂組成物(P2)を得た。
熱硬化性樹脂組成物(P2)の、175℃における溶融粘度は435Pa・Sであった。また、試験片2の樹脂部材の熱伝導率は0.4W/(m・K)であり、密度は1.79g/cmであった。
(実施例3)
熱硬化性樹脂組成物(P1)の代わりに、以下の熱硬化性樹脂組成物(P3)を使用した以外は、実施例1と同様の方法により金属樹脂複合体3を作製した。この金属樹脂複合体3を試験片3とし、実施例1と同様の評価を行った。
<熱硬化性樹脂組成物(P3)の調整>
ノボラック型フェノール樹脂(PR−51305、住友ベークライト社製)を34.0質量部、充填剤として黒鉛を21.0質量部、充填剤として炭素繊維(ゾルテック社製)を30.0質量部、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを6.0質量部、硬化助剤として酸化マグネシウム(神島化学工業社製)を1.5質量部、潤滑剤等のその他の成分を7.5質量部、それぞれ乾式混合し、これを90℃の加熱ロールで溶融混練して、シート状にして冷却した物を粉砕して顆粒状の熱硬化性樹脂組成物(P3)を得た。
熱硬化性樹脂組成物(P3)の、175℃における溶融粘度は430Pa・Sであった。また、試験片2の樹脂部材の熱伝導率は0.4W/(m・K)であり、密度は1.46g/cmであった。
(実施例4)
金属シートAの代わりに、表面処理がされていない金属シートとして、その表面が#4000の研磨紙で十分研磨された、アルミダイキャストADC12の金属シートB(80mm×10mm、厚さ1.0mm、密度2.71g/cm、熱伝導率92W/(m・K))を使用した以外は実施例1と同様の方法により金属樹脂複合体4を作製した。金属シートBを実施例1と同様の方法により処理して、金属シート1の代わりに金属シート2を得た。この金属樹脂複合体4を試験片4とし、実施例1と同様の評価をおこなった。
金属シート2の特性は以下のとおりであった。
Ra:5μm
Rz:16μm
粗化層の厚み:20μm
凹部の平均深さ:17μm
比表面積:280
光沢度:8
また、凹部の断面は、凹部の開口部から底部までの間の少なくとも一部に開口部の断面幅よりも大きい断面幅を有する形状になっていた。
(実施例5)
金属シート1の代わりに以下の金属シート3を使用した以外は、実施例1と同様の方法により金属樹脂複合体5を作製した。この金属樹脂複合体5を試験片5とし、実施例1と同様の評価をおこなった。金属シート3は以下の様にして得た。まず、表面処理がされていないステンレスSUS304の金属シートC(80mm×10mm、厚さ1.0mm、密度7.93g/cm、熱伝導率16.7W/(m・K))を準備した。また、硫酸(50質量部)、硫酸第二銅5水和物(3質量部)、塩化カリウム(3質量部)、チオサリチル酸(0.0001質量部)の水溶液を調製した。そして、得られた水溶液(30℃)中に、金属シートCを浸漬して揺動させ、深さ方向に15μm(ステンレスの減少した重量から算出)溶解させた。次いで、水洗、乾燥し、金属シート3を得た。
金属シート3の特性は以下のとおりであった。
Ra:3μm
Rz:15μm
粗化層の厚み:15μm
凹部の平均深さ:13μm
比表面積:270
光沢度:10
また、凹部の断面は、凹部の開口部から底部までの間の少なくとも一部に開口部の断面幅よりも大きい断面幅を有する形状になっていた。
(比較例1)
樹脂部材を含まない試験片を用意した。具体的には、表面処理がされていない金属シートとして、その表面が#4000の研磨紙で十分研磨された、アルミニウム合金A5052の金属シートD(80mm×10mm、厚さ4.0mm、密度2.68g/cm、熱伝導率138W/(m・K))を用意し、試験片6とした。
試験片6について、実施例1と同様の評価をおこなった。ただし、粗化層の厚みおよび凹部の平均深さの評価では、試験片6の表面部分を走査型電子顕微鏡で断面観察して粗化層の厚みおよび凹部の平均深さを求めた。
本比較例の金属部材のみからなる筐体は、アルミニウム合金A5052を公知の加工法により加工することにより作製した。
金属シートDの特性は以下のとおりであった。
Ra:0.5μm
Rz:0.7μm
粗化層の厚み:0μm
凹部の平均深さ:0μm
比表面積:50
光沢度:260
(比較例2)
金属部材を含まない試験片を作製した。具体的には、熱硬化性樹脂組成物(P1)を加熱し、金型内に所定量注入した後、圧縮成形により熱硬化性樹脂組成物(P1)を硬化することにより、80mm×10mm、厚さ4.0mmの樹脂部材のみからなる試験片7を得た。なお、圧縮成形条件は、実効圧力20MPa、金型温度175℃、硬化時間3分間とした。
試験片7について、実施例1と同様の評価をおこなった。
(比較例3)
金属シート1の代わりに、実施例1で使用した表面処理がされていない金属シートAを使用した以外は実施例1と同様の方法により金属樹脂複合体6を作製した。この金属樹脂複合体6を試験片8とし、実施例1と同様の評価をおこなった。
金属シートAの特性は以下のとおりであった。
Ra:0.5μm
Rz:0.7μm
粗化層の厚み:0μm
凹部の平均深さ:0μm
比表面積:50
光沢度:260
以上の条件および評価結果を表1および表2に示す。ただし、比較例1について、複合部材の特性として記載しているのは、樹脂部材を含まず金属部材のみからなる試験片6による評価結果である。また、比較例2について、複合部材の特性として記載しているのは、金属部材を含まず樹脂部材のみからなる試験片7による評価結果である。
なお、実施例1で作製した筐体から切り出した試験片を用いて、樹脂部材、金属部材および金属樹脂複合部材に関する上述の各評価を行っても、試験片1と同様の評価結果が得られることは理解される。また、筐体から切り出した試験片の形状が、試験片1とは異なる形状であっても、必要に応じ実施形態にて上述した各方法で換算して、同様の評価結果が得られることは理解される。実施例2〜5および比較例1〜3においても同様である。
Figure 0006331631
Figure 0006331631
作製した筐体を用いた圧縮機性能の評価において、実施例1〜5、比較例1、および比較例3では、30分以内に設定値まで室温が低下し、機能を確認できた。一方、比較例2では1時間駆動しても温度が設定値まで下がらなかった。比較例2では、冷媒が圧縮される際に筐体を透過してしまい、圧縮機内に密閉されなかったため機能が発揮できなかったものと思われる。
圧縮機の筐体の耐久性評価の結果、実施例1〜5および比較例1では、損傷は見られなかった。一方、比較例3では、樹脂部材からの金属部材の剥離などが見られた。比較例2は、評価しなかった。この結果から実施例1〜5の高い耐久性が確認できた。
また、実施例1〜5の筐体は、金属樹脂複合体からなるため、同種の金属のみからなる筐体に比べて軽量化できた。
実施例1〜5で得られた金属樹脂複合体1〜5は、25℃において三点曲げの片振りで140MPaの曲げ応力による応力印加を100万回繰り返し行っても、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性(100万回曲げ疲労耐性)を有することが確認された。そのため、実施例1〜5の圧縮機の筐体は、軽量性および高耐性の性能バランスに優れていた。
それに対し、比較例1では圧縮機の性能および筐体の耐久性には優れるものの重量が大きく、比較例2では軽量性に優れるものの圧縮機の性能を発揮できず、比較例3では軽量ではあるものの筐体の耐久性に劣っており、いずれも軽量性と高耐性との性能バランスに問題があった。
1 圧縮機
10 筐体
101 シリンダー(圧縮室)
103 接合面
104 粗化層
12 金属部材
14 樹脂部材
16 金属樹脂複合体
20 ピストン
201 凹部
203 開口部
205 底部
30 斜板
40 吸入管
401 吸入弁
50 吐出管
501 吐出弁
60 シャフト
701 圧子
703 支持台
8 金型
81 第1金型部
810 成形空間
82 第2金型部
820 ポット
830 プランジャー
840 スプルー
850 樹脂材料

Claims (13)

  1. 内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室を備え、
    熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂部材と金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなり、
    前記金属樹脂複合体は、厚みdの前記樹脂部材と厚みdの前記金属部材とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有し、
    前記圧縮室の内壁に、前記樹脂部材が露出している、圧縮機の筐体。
  2. 請求項1に記載の圧縮機の筐体において、
    前記金属樹脂複合体は、少なくとも前記樹脂部材と接合する面のASTM−D523に準拠して入射角60°、反射角60°で測定した光沢度が0.1以上30以下である前記金属部材と、前記樹脂部材とを接合してなる、圧縮機の筐体。
  3. 請求項1または2に記載の圧縮機の筐体において、
    前記金属部材は、前記樹脂部材との接合面に複数の凹部を有し、
    前記凹部の断面形状は、前記凹部の開口部から底部までの間の少なくとも一部に前記開口部の断面幅よりも大きい断面幅を有する形状となっている、圧縮機の筐体。
  4. 請求項に記載の圧縮機の筐体において、
    前記金属部材の前記接合面には、複数の前記凹部が設けられた粗化層が形成されており、
    前記粗化層の厚みが、3μm以上40μm以下である、圧縮機の筐体。
  5. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧縮機の筐体において、
    前記金属樹脂複合体は、少なくとも前記樹脂部材と接合する面の見掛け表面積に対する窒素吸着BET法による実表面積の比が100以上400以下である前記金属部材と、前記樹脂部材とを接合してなる、圧縮機の筐体。
  6. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧縮機の筐体において、
    前記樹脂部材の密度が2.5g/cm以下である、圧縮機の筐体。
  7. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧縮機の筐体において、
    レーザーフラッシュ法で測定した前記樹脂部材の熱伝導率が90W/(m・K)以下である、圧縮機の筐体。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧縮機の筐体において、
    前記樹脂部材はフェノール樹脂を含む、圧縮機の筐体。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧縮機の筐体を備える圧縮機。
  10. 請求項に記載の圧縮機において、
    前記圧縮室内に吸入された気体を圧縮するピストンをさらに備え、
    前記圧縮室の内壁のうち、少なくとも前記ピストンと摺動する部分が前記樹脂部材からなる、圧縮機。
  11. 内部に吸入された気体を圧縮する少なくとも1つの圧縮室を備える圧縮機の筐体の製造方法であって、
    金属部材および金型を準備する工程と、
    前記金型の成形空間内に前記金属部材を配置する工程と、
    熱硬化性樹脂を含み、流動化した樹脂材料で前記成形空間内を充填する工程と、
    充填された前記樹脂材料を硬化させて樹脂部材と前記金属部材とが接合された金属樹脂複合体からなる筐体を得る工程とをこの順に含み、
    前記金属樹脂複合体は、厚みdの前記樹脂部材と厚みdの前記金属部材とが積層して接合されており比d/dが3である試験片において、25℃の温度条件で、2つの支持台上に前記樹脂部材の露出面を上にして配置して応力を加えない第1状態と、前記樹脂部材側の面の中央に140MPaの1点曲げ応力を厚さ方向に印加して前記第1状態から中央を沈み込ませた第2状態とを、周波数30Hzで交互に100万回繰り返したとき、剥離も破断もしない曲げ疲労耐性を有し、
    前記圧縮室の内壁に、前記樹脂部材が露出している、圧縮機の筐体の製造方法。
  12. 請求項1に記載の圧縮機の筐体の製造方法において、
    前記金属部材および金型を準備する工程では、
    前記金属部材の表面のうち、少なくとも前記樹脂部材と接合させる領域が粗化処理された前記金属部材を準備する、圧縮機の筐体の製造方法。
  13. 請求項1または1に記載の圧縮機の筐体の製造方法において、
    前記充填する工程において、前記樹脂材料の流動圧力により前記金型の成形面に前記金属部材を押しつけながら前記成形空間を前記樹脂材料で充填する、圧縮機の筐体の製造方法。
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