JPH02202976A - 組合せ摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相対的に摺動運動をする組合せ摺動部材に関
し、特に車両搭載用空調器のコンプレッサとして用いら
れる可変容量型片斜板式圧縮機において、斜板の自転防
止の目的で使用されるスライダーとスライダーガイド等
のように、組合せて使用する摺動部材に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕上記可
変容ｌ型片斜板式圧縮機におけるスライダーとスライダ
ーガイドのように、相対的に摺動運動を行う摺動部材に
おいては、その使用特性として、耐摩耗性及び耐焼付は
性に優れているとともに、使用時の摩擦係数が小さいこ
と、さらに使用温度において安定であること等が要求さ
れている。

なかでも、焼付けという現象は、摺動する２面がはげし
い凝着、あるいは摩擦熱による離着を生じ、急激にｌ］
ｉ！擦力が増加するか、摺動面が付着して滑らなくなる
ことであり、急激に摺動性を失わせるものである。焼付
は現象は致命的なダメージになる事が多く、摺動部材の
選択に際して、十分注意しなければならないのは周知の
事実である。

一般に摺動部材においては、同種金属の組合せではすぐ
に焼き付いてしまうことから異種金属を組合わせて使用
することが多く、従来、鋼、鋳鉄、アルミニウム合金も
しくは焼結合金などの各種材料を組合せたものが色々と
使用されている（例えば、特公昭５Ｂ−３５２５６号）
。さらにそれら摺動部材の摩擦面に表面処理を施し、摺
動特性の向上を目指した研究も幅広く行われている。

さて、最近では車両の小型化、エンジンの高速回転化に
伴い、前述の車両積載空調用として用いられる圧縮機に
於いても、圧縮機自体が小型軽量で高回転のものが要求
されるようになってきた。

さらにアイドリング時の冷凍能力を増すために、プーリ
比をかえてより高回転化させようとする要求も強い。ま
た圧縮機内のオイルポンプが取り外され、これに加えて
その高性能化を図るために潤滑オイルが減少させられた
ことなどによって、圧縮機内の摺動部では焼付けや摩耗
が起きやすくなっている。このような部品の例として、
前述の可変容量型片斜板式圧縮機のスライダーとスライ
ダーガイド等がある。

ところで、可変容量型の片斜板式圧縮機は、通常の片斜
板式圧縮機において斜板の傾斜角を負荷に応じて可変と
したもので、それに伴いシリンダー内を前後動するピス
トンのストロークを変化させることができる。そのため
、冷房負荷の変化の大きい条件下で使用する空調機等の
圧縮機に広く利用されている。

この可変容量型の片斜板式圧縮機の一例を、第１図を参
照して説明する。

圧縮機は、ケーシングｌと、ケーシング１に回転自在に
取付けられ、その中を延在するシャフト２と、シャフト
２に一定の傾斜角で回転自在に取付けられたドライブハ
ブ３とを有する。ドライブハブ３の中央円筒部は斜板４
の中央開口部に回転自在に嵌合しており、かつドライブ
ハブ３と斜板４との対向面にはスラストベアリング５が
設けられている。斜板４の一端の自在継手６には、自在
継手用ボール７に結合したステム８が接続しており、ス
テム８はピストン９に連結している。ピストン９は、後
述するようにシリンダー１０内を斜板４の回転に応じて
前後動するようになっている。

またシリンダー１０には吸入口１６ど排出口用弁１７と
が設けられている。また斜板４の他端には、ビン１１に
よりスライダー１２が回転自在に固定されており、スラ
イダー１２は、ケーシング１内に固定されたスライダー
ガイド１３のガイド溝に沿って摺動自在である。

またシャフト２にはスラストフランジ１４が固定されて
おり、スラスト７ランジ１４とドライブハブ３とは、リ
ンク１５を介して揺動自在に連袖している。このような
構造により、ドライブハブ３の傾斜角は可変であり、そ
れに応じて斜板４は負荷に応じて傾斜角を変化させるこ
とができる。

このような構造の片斜板式圧縮機において、シャフト２
が回転すると、スラストフランジ１４が回転し、それに
応じてリンク１５により連結したドライブハブ３も回転
する。ドライブハブ３はシャフト２に対して傾斜してい
るので、シャフト２の回りを回転する際に同時に前後方
向に揺動運動を行う。斜板４はドライブハブ３と同軸的
に回転自在に取付けられているので、これも同様に前後
方向に揺動運動を行う。しかし、斜板４の一端（図では
上端）はスライダー１２を介してスライダーガイド１３
に摺動自在に係合しているので、ドライブハブ３が回転
しても斜板４は回転せず、前後方向の揺動運動のみ行う
。従って、この斜板４の自在継手部６にステム８を介し
て連結したピストン９には、斜板４の回転運動が往復運
動として伝達される。

このようにして、シャフト２の回転によりピストン９の
往復運動が連続的に行われ、ピストン９の動きに応じて
、シリンダーｌＯの吸入口１６から吸入された気体は、
シリンダー１０内で圧縮され、排出口用弁１７より圧縮
気体として排出される。

斜板４の回転を防止するスライダーガイド１３は第２図
に示すような構造を有する。スライダーガイド１３は、
長平方向（斜板４の揺動方向）に延在するガイド溝１８
を有し、ガイド溝１８には斜板４のスライダー１２が摺
動自在に係合している。

ところで、従来の片斜板式圧縮機においては、スライダ
ー１２には過共晶アルミニウム合金や、２７Ｍ法により
製作されたアルミニウム合金母材中にアルミナ（＾１２
０３）等のセラミック粒子を分散させたアルミニウム複
合材等が用いられ、またスライダーガイド１５にはＦｅ
１２やＳＣＭ４２０等の浸炭品等の鉄系材料が用いられ
ている。

前述した通り、スライダー１２はスライダーガイド１３
のガイド溝１８内を摺動するが、それと同時に斜板４０
回転運動も防止するよう作用しているので、ガイド溝１
８の壁面中斜板４０回転方、向の壁面は、特にスライダ
ー１２により強く押圧されることになる。このため、そ
の壁面における摺動により大きな発熱が起こり、これは
圧縮機の運転速度が高まるにつれてますます増大する傾
向にある。

このため、従来のスライダー材質及びスライダーガイド
材質の組合せでは、耐摩耗性が十分でないとともに焼付
けを起こしやすいという問題があった。また、前記アル
ミニウム合金は前記鉄系材料に比べ熱膨張係数が大きい
ので、スライダー及びスライダーガイドの間のクリアラ
ンスは摺動部の温度が上昇すると減少していく。このこ
とも、摺動部に焼付けを起こしやすい原因となっていた
。

従って、本発明の目的は、耐焼付は性に優れた組合わせ
て使用する摺動部材を提供することであり、特に従来の
片斜板式圧縮機のスライダー及びスライダーガイド等に
おいて見られるような焼付けの問題が大幅に克服され、
耐久性に優れた組合せ摺動部材を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、組合せ摺
動部材において、摺動部の相対面積が大きな摺動部材を
耐焼付は性及び硬度の高い材質により形成するとともに
、摺動部の相対面積が小さな摺動部材の表面に硬質皮膜
層を設けることにより、両種動部材間の焼付けの問題が
大幅に克愚されることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の組合せ摺動部材は、摺動部の相対面
積が大きい第一摺動部材と、摺動部の相対面積が小さい
第二摺動部材とからなるもので、前記第一摺動部材は、
必須成分として１０重量％以上のＳｉを含有し、硬度Ｈ
ＲＢが７５以上のアルミニウム合金からなり、前記第二
摺動部材は、少なくともその摩擦面に膜厚２〜１０μｍ
１硬度ＨＭＶ　７００以上のＣｒを主体とする皮膜を有
することを特徴とする 特に摺動部が相対的に小さい第二摺動部材の硬質皮膜を
ＰＶＤ法により形成することにより、耐焼付は性を一層
向上させることができる。

本発明を以下詳細に説明する。

本発明の組合せ摺動部材において、相、対的に大きな摺
動部を有する第一摺動部材は、必須の成分としてＳｌを
１０重１％以上含有し、Ｈ，Ｂが７５以上のアルミニウ
ム合金からなる。

Ｓｉ量が１０重量％未満では晶出する共晶Ｓｉが少なく
、硬度をＨ，ｏ　７５以上とするのは難しい。また、Ｓ
ｉ量が多くなり、基地中に粗粒の初晶Ｓｉが存在し始め
ると、摩擦荷重をこの初晶Ｓｉが受け、金属同志の直接
接触を防ぐため、耐焼付は性が著しく向上する。しかし
Ｓｉ量が多すぎると、材料は脆性的となり強度上好まし
くないため、Ｓｉ量は１０〜１８重量％が好ましく、特
に好ましくは１２〜１８重量％である。またこのアルミ
ニウム合金は、相手材への溶着を起こりにくくするため
に、Ｈ，８７５以上の硬度を有することが必要である。

なお、硬度を１１　、８７５以上とするためには、ＡＩ
！−３ｉ　合金に時効硬化性を付与するＣｕとＭｇを、
それぞれＣｕ：０．１〜８．０重量％、Ｍｇ：０．２〜
３．０重畳％の割合で含有させて、溶体化処理、時効処
理を施すのが好ましい。

次に、相対的に小さな摺動部を有する第二摺動部材につ
いて説明する。

第二摺動部材の材質は、アルミニウム合金、鉄系材料の
いずれでもよい。しかし、特に片斜板式圧縮機のスライ
ダーとスライダーガイドの組合せに使用する場合におい
て、スライダー（第二摺動部材に対応）をアルミニウム
合金としたとき、スライダーガイド（第一摺動部材）材
もアルミニウム合金とすると、両者の熱膨張係数が同程
度であるので、両者のクリアランスを小さく設定するこ
とができ、振動や騒音防止の観点からは好ましい。

なお、スライダー材を鉄系材料とした場合、スライダー
ガイド材の方が熱膨張係数が大きいので、圧縮機の運転
時には、スライダーとスライダーガイドとのクリアラン
スは初期設定より広がることになり、従来のように焼付
けの問題はない。

さらに第二摺動部材は、少なくとも第一摺動部材との摩
擦面において、Ｃｒを主体とする皮膜層を有する。この
皮膜層の他の成分として、Ｎ、Ｃ。

Ｃ’Ｎ等を含有させることができる。皮膜中のＣｒの含
有量は、−数的に８０重量％以上である。皮膜層の厚さ
は２〜ＩＯμｍである。２μｍより薄いと、仕上げ加工
により消滅するおそれがあるとともに、長期間の摩耗に
耐えられない。また１０μｍを超える膜厚は必要でなく
、厚膜化による効果の向上もほとんどない。

またこの皮膜の硬度は１１１．ｌｖで７００以上である
。

硬度が７００未満の場合は耐焼付は性が十分でない。

な右余り硬度）１１１Ｖが高いと皮膜が脆くなり、第二
摺動部材の母材から剥離しやくなる。特に好ましい硬度
の範囲はＨＸＶで１０００〜２０００である。

このような皮膜は物理蒸着法（ＰＶＤ）により形成する
のが好ましい。これにより高密度の皮膜を高い密着力で
形成することができる。

〔作　用〕

第一摺動部材に、Ｓｉが１０重量％以上の高硬度アルミ
ニウム合金を用いることにより、合金中に存在する初晶
Ｓ１が摩擦荷重を受け、金属同志の直接接触を防止する
ことができるので、耐焼付は性を向上させることができ
る。さらに、第二摺動部材に密着性がよく高硬度のＣｒ
系皮膜を設けているので、第−摺動部材上を摺動した際
の耐焼付は性が一層向上している。

〔実施例〕

本発明を以下の具体的実施例により、さらに詳細に説明
する。

実施例１〜３、比較例１〜１１ 東−慴動部材と第二摺動部材との摩擦及び耐焼付は性を
測定するために、第３図に示す試験装置により試験を行
った。

試験装置は、第３図に概要を示すもので、ステータホル
ダ３１に、直径８０ｍｍの円盤３２（第一摺動部材に対
応）が取り外し可能に取付られており、その中央には裏
側から注油孔３３を通して潤滑油が注油されるようにな
っている。ここでステータホルダ３１には、油圧装置（
図示せず）によって図中右方向へ向けて所定圧力で面圧
（Ｐ）がかかるようにしである。円盤３２に対向するロ
ータ３４上に取り付けられた試験片保持具３５には、回
転軸と同心状の円周上に等間隔に３個の取り付は孔が刻
設されており、それぞれにテストピース（第二摺動部材
に対応）３６が取りつけられる。テストピース３Ｇの５
ｍｍＸ５ｍｍの先端面が円盤３２の摺動面に接触し、駆
動装置（図示せず）によって所定速度で回転する。試験
はステータ側の注油孔３３から一定温度の潤滑油を摺動
面に供給しながら行う。ロータ３４を回転させるとテス
トピース３６と円盤３２との間の摩擦によって、ステー
タホルダ３１にトルクが生ずる。

そのトルクをスピンドル（図示せず）を介してロードセ
ル（図示せず）により検知し、面圧の変化によるトルク
の変化を動歪計（図示せず）で読み取る。

試験用のアルミニウム合金及び鉄系材料として、それぞ
れ下記の第１表及び第２表に示す各３種類のものを用意
した。

アルミニウム合金へ〜Ｃ アルミニウム合金Ａは、Ｐ／Ｍ法により得られたＡ　ｌ
ｌ−５ｉ系合金粉末に、平均粒径３μｍの粉砕アルミナ
を５．０重量％添加し、冷間静水圧プレスで圧縮成形し
てビレットとした後、熱間押出し成形したものであり、
アルミニウム合金Ｂ、Ｃは、ホットトップ式連続鋳造法
によりビレットとした後、熱間押出し成形したものであ
る。

また鉄系材料Ｐ−Ｒは、第２表に示す材種（ＪＩｓ）の
ものであり、Ｒは所定の焼入処理（８３０℃×３０分間
→油焼入れ→焼もどし１７０℃ｘ１時間→空冷）を施し
たものである。

第３図の試験装置におけるステータの円盤及びロータの
テストピース（５ｍｍＸ５ｍｍＸ１５ｍｍ）に、第１表
及び第２表に示すアルミニウム合金及び鉄系材料を、第
３表に示す組合せで用いた。なお、第二摺動部材の母材
は５ＫＤ６１材からなり、Ｃｒ系皮膜として、ＰｖＤ法
により形成したＣｒ−Ｎ系皮膜（Ｎ含有量１２％、厚さ
５　ｕ　ｍ　％硬度＋＋、、１７００）を有するものを
用いた。

焼付は面圧試験 第３表に示すステータ円盤とロータのテストピースとの
各組合せについて、第３図の装置により焼付は面圧試験
を行った。な＄焼付は面圧試験において、摩擦力が急激
に立ち上がった時の面圧をもって、焼付は面圧とした。

試験条件は次に示す通りであった。

摺動速度：　ｌＱｍ／ｓｅｃ 潤滑油　：パラフィン系冷凍機油 給油１　　：　２５０ｃｃ／ｍｉｎ 油温　　：５０℃ テストピース：　５ｍｍ　ｘ　５ｍｍ　Ｘ１５ＴＩｌ１
１１テストピース及び円盤の表面粗さ： ともにＩＳ〜２Ｓ 面圧　　’　２０ｋｇ／ｃｍ”から開始し、３分ごとに
ｌＱＪ／ｃｍ２ずつ昇圧 焼付は発生時の面圧を第４図に示す。

第４図から明らかなように、実施例１〜３においては、
焼付は面圧は３８０　ｋｇ／ａｍ”以上と高く特に相手
材である円盤がアルミニウム複合材（＾）及びアルミニ
ウム合金（Ｂ）　　の場合Ｎ　４５０　ｋｇ／Ｃｍ”の
試験最終面圧までスカッフが発生しなかった。このこと
から、Ｃｒ−Ｎ系皮膜を施した第二摺動部材は、本発明
の要件を満たす第一摺動部材に対して、優れた耐焼付は
性を示すことがわかる。

これに対して比較例１〜１１では、焼付は面圧は４０〜
２１０ｋｇ／ｃｍ”　と低い。特に、比較例６．８は現
行の組合せのレベルであるが、円盤に鉄系材料を用いた
場合（比較例５〜１１）、いずれも現行組合せのレベル
とほとんど異ならない。これはテストピースがＣｒ−Ｎ
系皮膜を有する場合（比較例７．９．１１）でもほとん
ど変らなかった。一方、円盤にアルミニウム複合材を用
いた場合（比較例１）では幾分焼付は面圧が向上してい
るが５、それでも実施例のものと比較すると著しく低か
った。

次に、実施例１〜３、比較例１〜１１の各組合せについ
て、面圧と動摩擦係数との関係を調べた。

なお動摩擦係数は摩擦力を荷重で割って求めた。

結果を第５図及び第６図に示す。

第５図及び第６図から、実施例１〜３は、動摩擦係数も
小さいことがわかる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の組合せ摺動部
材においては、１０重量％以上のＳｉを含有するアルミ
ニウム合金からなる第一摺動部材、及びＣｒを主体とす
る皮膜（例えば、Ｃｒ−Ｎ系蒸着皮膜）を有する第二摺
動部材が、優れた摺動特性を有しており、耐焼付は性が
大幅に向上している。このため、組合せて使用する摺動
部材（双方の耐焼付は性が要求される〉に対して非常に
有効であり、例えば、可変容量型片斜板式圧縮機のスラ
イダー及びスライダーガイド等に好適に使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の組合せ摺動部材としてスライダー及
びスライダーガイドを育する片斜板式圧縮機を概略的に
示す縦断面図であり、 第２図は、第１図の片斜板式圧縮機に用いるスライダー
及びスライダーガイドを示す斜視図であり、 第３図は、焼付は試験に用いる試験装置の要部を示す部
分断面図であり、 第４図は、焼付は試験において焼付けが発生した時の面
圧を示すグラフであり、 第５図及び第６図は、焼付は試験においで面圧と動摩擦
係数との関係を示すグラフである。 ２・・・シャフト ３・・・ドライブハブ ４・　・斜板 ６・・・自在継手 ８・・・ステム ９・・・ピストン ｌＯ・・・シリンダー １２・・・スライダー １３・・・スライダーガイド １４・　・スラストフランジ １６・　・吸入口 １７・　・排出口用弁 １８・　　・ガイド溝 ３１・・・ステータホルダ 円盤 ・ロータ ・テス トピース 出 願 人 株 式 ％式％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）摺動部の相対面積が大きい第一摺動部材と、摺動
   部の相対面積が小さい第二摺動部材とからなる組合せ摺
   動部材において、前記第一摺動部材は、必須成分として
   １０重量％以上のＳｉを含有し、硬度ＨＲＢが７５以上
   のアルミニウム合金からなり、前記第二摺動部材は、少
   なくともその摩擦面に膜厚２〜１０μｍ、硬度Ｈ＿Ｍ＿
   Ｖ７００以上のＣｒを主体とする皮膜を有することを特
   徴とする組合せ摺動部材。
2. （２）請求項１に記載の組合せ摺動部材において、前記
   第二摺動部材の皮膜がＰＶＤ法により形成したものであ
   ることを特徴とする組合せ摺動部材。