JP6633264B1 - スクロール部品、その製造方法及びスクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係るスクロール部品を構成する揺動スクロール及び固定スクロールの断面模式図である。図1において、スクロール部品1は、揺動スクロール2と固定スクロール3とを備える。スクロール部品1は、揺動スクロール2及び固定スクロール3が互いに擦れ合う摺動面1aを有している。図2は、実施の形態1に係るスクロール部品の摺動面の断面模式図である。図3は、実施の形態1に係るスクロール部品の摺動面に形成されたリン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面近傍の断面模式図である(以下、リン酸亜鉛層及び固体潤滑層を併せてコーティング層と呼ぶことがある)。図2に示されるように、スクロールを構成するアルミニウム合金5の表面に、リン酸亜鉛層6が形成されており、リン酸亜鉛層6の表面に、バインダー及び鱗片状固体潤滑剤粒子を含む固体潤滑層7が形成されている。このように、摺動性に優れる固体潤滑層7を摺動面1aに配置することで、アルミニウム合金5の表面の摺動性を向上させることができる。また、図3に示されるように、リン酸亜鉛層6と固体潤滑層7との界面において、リン酸亜鉛粒子10と鱗片状固体潤滑剤粒子11とが交錯して存在することで、アンカー効果が発生し、アルミニウム合金5に対するコーティング層の密着性を向上させることができる。
c面配向(%)=ΣI(00l)÷ΣI(hkl)×100 (式1)
まず、アルミニウム合金5をスクロール形状に加工する。ここで、アルミニウム合金5で固定スクロール及び揺動スクロールを形成する方法は、特に限定されず、鋳造法、鍛造法、ダイカスト法を用いることができる。また、後工程として、表面研削処理を施してもよい。表面研削処理を施すことで、表面の平滑性及び寸法精度を向上させることができる。次に、スクロール形状に加工したアルミニウム合金5の表面を、アルカリ洗浄剤等を用いて脱脂処理し、脱脂処理後に水で洗浄することによって、アルミニウム合金5の表面を清浄にする。
図7は、実施の形態2に係るスクロール圧縮機の断面模式図である。図7において、スクロール圧縮機14は、いわゆる縦型のスクロール圧縮機であって、例えば冷媒ガス等の流体を圧縮し吐出するものである。スクロール圧縮機14は、密閉容器15と、密閉容器15に収容され、密閉容器15内に流入する流体を圧縮する圧縮機構部17と、回転力を発生する電動機20と、電動機20により発生する回転力を圧縮機構部17に伝える駆動軸21とを備える。密閉容器15は、例えば円筒形状に形成されており、耐圧性を有している。密閉容器15の側面には、流体を密閉容器15内に取り込むための吸入配管22が接続されており、他の側面には圧縮した流体を密閉容器15の外へと放出する吐出配管23が接続されている。圧縮機構部17は、揺動スクロール2と、固定スクロール3と、揺動スクロール2の自転を防止するオルダム機構16とから構成される。電動機20は、固定子18と、回転子19とを備えている。駆動軸21は、固定フレーム24及び補助フレーム25によって支持される。
本実施の形態のスクロール圧縮機14では、圧縮機構部17に、実施の形態1に係るスクロール部品1が組み込まれている。実施の形態1に係るスクロール部品1を組み込むことで、圧縮機運転時にスクロールに印加される遠心力が軽減される。また、アルミニウム合金5の表面に施したコーティング層により、摺動性が向上する。そのため、スクロール部品の回転数を上げることができ、冷媒ガスの圧縮効率が向上し、スクロール圧縮機の高出力化が可能となる。スクロール圧縮機にスクロール部品を組み込む方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に従って行うことができる。
Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金(ADC14、ヤング率:80GPa)をリン酸亜鉛処理液に浸漬することにより、Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金の表面に、リン酸亜鉛層を約3μmの厚さとなるように形成した。このとき、リン酸亜鉛粒子の長径が4.5μmになるように、処理条件を調整した。次に、リン酸亜鉛層の表面に、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)が60体積%の割合でエポキシ樹脂中に分散された固体潤滑層を約10μmの厚さとなるように形成して、実施例1の試験片を得た。このとき、固体潤滑層中のエポキシ樹脂の硬化条件は180℃で2時間とした。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
リン酸亜鉛粒子の長径が4μmになるように処理条件を調整し、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)の代わりに長径8μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の試験片を得た。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
リン酸亜鉛粒子の長径が6μmになるように処理条件を調整し、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)の代わりに3μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3の試験片を得た。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
リン酸亜鉛粒子の長径が5μmになるように処理条件を調整し、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)の代わりに6μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)を用い、固体潤滑層を第1固体潤滑層と第2固体潤滑層とからなる二層構造にしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4の試験片を得た。このとき、第1固体潤滑層中のMoS2粒子のc面配向が48%、第2固体潤滑層中のMoS2粒子のc面配向が73%となるように条件を調整した。得られた試験片のリン酸亜鉛層、第1固体潤滑層及び第2固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と第1固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
リン酸亜鉛粒子の長径が3μmになるように処理条件を調整し、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)の代わりに7.5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の試験片を得た。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
リン酸亜鉛粒子の長径が6μmになるように処理条件を調整し、長径5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)の代わりに2.5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の試験片を得た。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することが確認された。
Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金(ADC14)そのものを比較例1の試験片とした。
Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金(ADC14)の表面に、リン酸亜鉛層を形成せずに、固体潤滑層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2の試験片を得た。
Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金(ADC14)をリン酸亜鉛処理液に浸漬することにより、Al−Si−Cu−Mg系アルミニウム合金の表面に、リン酸亜鉛層を約3μmの厚さとなるように形成した。このとき、リン酸亜鉛粒子の長径が3.5μmになるように、処理条件を調整した。次に、リン酸亜鉛層の表面を研磨により平滑にした。次に、リン酸亜鉛層の平滑化表面に、長径4.5μmの鱗片状固体潤滑剤粒子(MoS2粒子)が60体積%の割合でエポキシ樹脂中に分散された固体潤滑層を約10μmの厚さとなるように形成して、比較例3の試験片を得た。このとき、固体潤滑層中のエポキシ樹脂の硬化条件は180℃で2時間とした。得られた試験片のリン酸亜鉛層及び固体潤滑層の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、リン酸亜鉛層と固体潤滑層との界面において、リン酸亜鉛粒子と鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯していないことが確認された。
Claims (9)
- アルミニウム合金からなる固定スクロールとアルミニウム合金からなる揺動スクロールとを備えるスクロール部品であって、
前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの少なくとも一方は、その摺動面に形成され且つリン酸亜鉛粒子を含むリン酸亜鉛層と、前記リン酸亜鉛層の表面に形成され且つバインダー及び鱗片状固体潤滑剤粒子を含む固体潤滑層とを備え、
前記リン酸亜鉛層と前記固体潤滑層との界面において、前記リン酸亜鉛粒子と前記鱗片状固体潤滑剤粒子とが交錯して存在することを特徴とするスクロール部品。 - 前記リン酸亜鉛粒子の長径(d1)と前記鱗片状固体潤滑剤粒子の長径(d2)との比(d1/d2)が0.5以上2以下であることを特徴とする請求項1に記載のスクロール部品。
- 前記固体潤滑層が、前記リン酸亜鉛層の表面に形成された第1固体潤滑層と、前記第1固体潤滑層の表面に形成された第2固体潤滑層とからなる二層構造であり、前記第1固体潤滑層中の鱗片状固体潤滑剤粒子のc面配向が、前記第2固体潤滑層中の鱗片状固体潤滑剤粒子のc面配向よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載のスクロール部品。
- 前記第1固体潤滑層中の鱗片状固体潤滑剤粒子のc面配向が50%以下であり且つ前記第2固体潤滑層中の鱗片状固体潤滑剤粒子のc面配向が70%以上であることを特徴とする請求項3に記載のスクロール部品。
- 前記鱗片状固体潤滑剤粒子が、二硫化モリブデン(MoS2)、二硫化タングステン(WS2)、六方晶窒化ホウ素(h−BN)及びグラファイトからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスクロール部品。
- 前記バインダーが、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスクロール部品。
- 密閉容器と、前記密閉容器に収容され、前記密閉容器内に流入する流体を圧縮する圧縮機構部と、回転力を発生する電動機と、前記電動機により発生する回転力を前記圧縮機構部に伝える駆動軸とを備えるスクロール圧縮機において、
前記圧縮機構部が、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスクロール部品を含むことを特徴とするスクロール圧縮機。 - アルミニウム合金からなる固定スクロールとアルミニウム合金からなる揺動スクロールとを備えるスクロール部品の製造方法であって、
前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの少なくとも一方の摺動面を、リン酸亜鉛処理液に浸漬し、前記摺動面に、リン酸亜鉛粒子を含むリン酸亜鉛層を形成する工程と、
前記リン酸亜鉛層の表面に、バインダー、鱗片状固体潤滑剤粒子及び溶媒を含む固体潤滑剤ペーストを塗布する工程と、
前記溶媒が蒸発する温度に加熱し、前記溶媒を除去する工程と、
前記バインダーが硬化する温度に加熱し、前記リン酸亜鉛層の表面に固体潤滑層を形成する工程と
を含むことを特徴とするスクロール部品の製造方法。 - 前記リン酸亜鉛粒子の長径(d1)と前記鱗片状固体潤滑剤粒子の長径(d2)との比(d1/d2)が0.5以上2以下であることを特徴とする請求項8に記載のスクロール部品の製造方法。
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