JPH03197628A - 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） 本願発明は、例えばロータリーコンプレッサ用のベーン
（ブレード）部材やロータ部材などの摺動部材の組成構
造に関するものである。

（従来技術） 例えば空気調和機に使用されるロータリーコンプレッサ
は、ロータリーシリンダ、該ロータリーシリンダ内に偏
心回転可能に支持されたロータ、上記ロータリーシリン
ダの内周面側のベーン溝内に摺動可能に嵌挿されている
とともに常時上記ロータ面に摺接するベーン、上記シリ
ンダ両側のフロントヘッド及びリアヘッド等により構成
されている。そして、駆動用モータが回転すると、カム
シャフト部のカムの回転により上記ロータは上記シリン
ダ内を偏心回転し、それによって冷媒ガスが吸入口より
上記シリンダ内に流入し圧縮されて吐出口より吐出され
る。この時、上記ベーンは、上記ロータの偏心回転に応
じて当該ロータの半径方向に相当な速度で往復摺動（出
没）運動を行う。

ところで、上記のロータやベーンのような摺動部材は、
従来一般には耐摩耗性や熱膨張係数の点から鋼や鋳鉄に
よって形成されていた。しかし、最近では上記のような
空気調和機用のロータリーコンプレッサにおいてはイン
バータ方式の位相制御が主流化して来たために高速回転
化が不可避の要求となっている。

ところが、上記鋼や鋳鉄は当然ながら比重が高く質量か
犬である。そのために、ロータ軸受部の負荷も太き（、
またクランク軸の振れ幅も太きい。

従って、上記モータ部に於ける回転子と固定子の接触等
の問題も生じるようになり、一定レベル以上の高速回転
には対応することができない欠点がある。

また、ヘーンに関しても、所定値以上の高速回転になる
と慣性力が増大して往復動がロータの回転に追従できな
（なり、シール性が損なわれてガス漏れを招く問題があ
る。

このような事情から、上記ロータやベーン等の摺動部材
を軽量で耐摩耗性の高いアルミニウム合金で製作するこ
とが検討されている。

しかし、アルミニウム合金単体の場合には、熱膨張係数
が鉄の約２倍であり、従って他の鉄製部品とのクリアラ
ンスの変動が大きくなりすぎることや耐摩耗性が低いな
どの点で問題があり、そのままでは実用化することがで
きない。

そこで、新たに耐摩耗性の向上、熱膨張係数の低減を目
的として種々の強化材料を入れた複合材料が考え出され
ている。例えばＳｉＣウィスカーとアルミニウム合金に
よる複合材料（特開昭６３−２３０９８３号公報参照）
がそれである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記ＳｉＣウィスカーとアルミニウム合金によ
る複合材料では、熱膨張係数は十分に低減されるが、摩
擦摩耗特性の点では以下の問題がある。

すなわち、上記ＳｉＣウィスカーは、アルミニウム合金
等の金属と複合化とすると、強度や硬度を著しく向上さ
せる特徴を有しているが、他面同ＳｉＣウィスカーのモ
ース硬度は硬度値９と非常に硬い。そのため摺動面に現
れているＳｉＣウィスカーがマトリックスから脱落する
とＳｉＣウィスカー／アルミ合金複合材自身の損耗に加
え、相手材側の損耗も非常に太き（なるという問題があ
る。

（発明の目的） 本願の請求項１〜４の各発明は、それぞれ上記の問題を
解決し、軽量で摩擦摩耗特性が高くて高速回転に適し、
かつ熱膨張率が低くてクリアランス変動の生じない摺動
部材を提供することを目的とするものである。

そして、該目的を達成するために、各々次のような課題
解決手段を備えている。

（課題を解決するための手段） 先ず本願の請求項１記載の発明の摺動部材は、例えば体
積率２０％以上のホウ酸アルミニウムウィスカー成形体
にＡＮ基合金溶湯を所定の加圧状態下において含浸させ
た上で凝固させて構成されている。

また、次に同請求項２．記載の発明の摺動部材は、例え
ば体積率２０％以上のホウ酸アルミニウムウィスカー成
形体に、アルミ・シリコン系（Ａｌ１・Ｓｉ系）合金溶
湯を所定の加圧状態下において含浸させた上で凝固させ
て構成されている。

さらに、請求項３記載の発明の摺動部材は、上記請求項
１又は２の各発明の摺動部材をロータリーコンプレッサ
ー用のロータ部材として構成したことを特徴とするもの
である。

さらに、又、請求項４記載の発明の摺動部材は、上記請
求項１又は２の発明の摺動部材をロータリーコンプレッ
サー用のベーン部材として構成したことを特徴とするも
のである。

（作　用） 先ず上記請求項１の発明の摺動部材を形成するホウ′酸
アルミニウムウィスカーは具に述べた従来のＳＩＣウィ
スカーとは異なり、例えばモース硬度が７程度で摺動部
材としての適度な硬度を有しており、しかも固体潤滑性
も併有している。

そのため、摺動時において、それ自身の損耗量も少な（
、かつ相手側材料への攻撃度も非常に低（なる。

また、一般に該摺動部材を例えばロータリーコンプレッ
サー用のベーン（ブレード）やロータ等の摺動部材に使
用することを想定した場合、その熱膨張係数値がシリン
ダ等の他の構成部材である鉄系め材料との間で差のない
ことが必要であるが、一般にアルミニウム材料は、単体
の熱膨張係数が鉄の約２倍もあり、従って、そのままで
は他の鉄製部品との間におけるクリアランスが大きくな
りすぎるという問題が発生するが、合金化すると熱膨張
係数を下げることができる。そこでそのように熱膨張係
数の低いＡ１基系合金と上記のようなホウ酸アルミニウ
ムウィスカーとを組合せると鉄の熱膨張係数と同等の熱
膨張係数に設定することが可能となり、他の構成部品と
の間のクリアランス発生の問題をも解消することができ
るようになる。

次に請求項２記載の発明の摺動部材の構成では例えば体
積率２０％以上のホウ酸アルミニウムウィスカー成形体
に“、・アルミ−シリ゛コン系（Ａ、ｆ！Ｓｉ系）合金
溶湯を所定の加圧状態下において含浸させた上で凝固さ
せて構成されている。

該請求項２の発明の摺動部材を形成するホウ酸アルミニ
ウムウィスカーは既に述べたように従来のＳｉＣウィス
カニとは異なり、例えばモース硬度が７程度で摺動部材
としての適度な硬度を有しており、しかも固体潤滑性を
も併有している。

そのため、請求項１の発明の場合と同様に摺動時におい
て、それ自身の損耗量も少なく、かつ相手側材料への攻
撃度も非常に低くなる。

また、請求項１の発明の場合と同じく一般に同摺動部材
をロータリーコンプレッサー用のベーン（ブレード）や
ロータ等の摺動部材に使用することを想定した場合、そ
の熱膨張係数値がシリンダ等の他の構成部材である鉄系
の材料との間で差のないことが望ましい。ところが、一
般にアルミニウム材料は、その単体時の熱膨張係数が鉄
の約２倍もあり、従って、上述の如くそのままでは他の
鉄製部品との間におけるクリアランスが大きくなりすぎ
るという問題が発生するが、シリコン系の材料と合金化
すると特に有効に熱膨張係数が低下する。そこで、特に
上記のように熱膨張係数の低いＡβ−５ｉ系合金とホウ
酸アルミニウムウィスカーとを組合せると鉄の熱膨張係
数と同等の熱膨張係数により効果的１に設定することが
可能となり、他の構成部品との間のクリアランス発生の
問題をより確実に解消することができるようになる。

さらに請求項第３の発明の摺動部材の構成では、上記請
求項１又は２の発明の摺動部材をロータリーコンプレッ
サ用のロータ部材として構成したものであり、質量が軽
く、しかも耐摩耗性が高くて熱膨張係数が小さい理想的
なロータ部材を得ることができるようになる。

さらに、又請求項第４の発明の摺動部材の構成では、上
記請求項１又は２の発明の摺動部材をロータリーコンプ
レッサ用のベーン（ブレード）部材として構成したもの
であり、質量が軽く、しかも耐摩耗性が高くて熱膨張係
数が小さい理想的なロータ部材を得ることができるよう
になる。

（発明の効果） 上記本願各発明の摺動部材によると、軽量で熱膨張率が
低く摩擦摩耗特性の高いロータリコンプレッサ用等、高
速回転に適した摺動部材を提供することができるように
なる。

従って、仮に空気調和機用のロータリコンプレッサのｇ
−夕部材やベーン部材に適用したとしても高速回転が可
能で安定し、たクリアランスを維持することができるよ
うになり、従来の欠点を確実に解消することができる。

（実施例） 以下、本願発明の実施例について第１図〜第４図を参照
して詳細に説明する。

本実施例においては、例えば化学組成９Ａ！２０、−２
８．Ｏ，、平均繊維径０．５−１．０μｍｓ平均繊維長
１０〜３０μｍ１真比重２，９３、モース硬度７のホウ
酸アルミニウムウィスカーよりなる例えば体積率３０％
の繊維成形体を採用し、それを所定の金型内にセットし
て予熱した後、マトリックス素材であるアルミ・シリコ
ン系合金Ａ１−３ｉＡ１−３ｉ−Ｃｕ−溶湯を注入し、
例えばプランジャによるＩｔ／ｃ♂程度の加圧状態下に
おいて十分に含浸させた上で凝固させることによってロ
ータ又はベーン等のロータリコンプレッサ用の摺動部材
を製造（鋳造）した。

そして、この場合、上記アルミ合金系のマトリックス素
材であるＡｌ−８ｉＡｌ−８ｉ−Ｃｕ−合金としては、
次の（表Ｉ）に示すように、Ｓｉ含有量が重量比２０〜
２５％、Ｃｕ含有量が重量比２．０〜５０％、Ｍｇ含有
量が重量比０．５〜２．０％、Ｔｉ含有量が重電比０．
１〜０．２％の範囲内にあるものを選択して使用した。

（表　１）　　　　　　（％） そして、このようにして製造した摺動部材のテストピー
ス（サンプル）をＪＩＳに基＜７６熱処理（５００°Ｃ
で４時間加熱した後、水焼入れし、再び２００℃で４時
間加熱）によって析出層を形成させた後に第１図に示す
ビンオンディスク式摩擦摩耗試験機にかけて摩耗テスト
を行った。

なお、第１図において、符号１は固定側の第１デイスク
、同２は回転駆動側の第２デイスク、同３　ａ、　３　
ｂ、　３’ｃ（３ｃは見えないので図示省略）は第１デ
イスク１側に固定された３本のテストピースを各々示し
ている。

そして・、上記テストピース（ビン試験片）３．ａ、３
ｂ、３ｃと第２デイスク（ディスク試験片）２とが相対
的に摺動して、テストピース３　ａ、　３　ｂ、　３　
ｃの第２デイスク２の素材に対する摩耗量および相手材
としてのディスク２の摩耗量が測定される。該摩耗テス
トは本発明実施例の材料（テストピース材料）を（Ａ）
とし、一方その比較材料として、ロークリコンプレッサ
のベーンに一般的に使用されているハードナブル鋳鉄（
Ｂ）やアルミニウム合金／ＳｉＣウィスカー複合材料（
Ｃ）、上記（表１）中のマトリクス素材であるアルミニ
ウム合金材料（Ｄ）を選んだ。また相手方（第２デイス
ク２）の材料としては、ロータ材として一般的なＮｉ−
Ｃｒ−Ｍ。

鋳鉄を使用した。□そしてテスト（摩耗体積の測定）は
、′すベリ速度１　ｍ／　ｓｅｃ、面圧゛荷重Ｆ＝６４
５Ｋｇ／ｃｍ″の条件下で７時間摩耗動作させて行った
。

その結果は、第２図、第３図に示されているように本願
発明実施例の複合材料（Ａ）は上記いずれの比較材料（
Ｂ−Ｄ）よりも優れた耐摩耗性、低い摩擦係数を示して
いる。先ず摩耗量について上記比較材料の中で例えばア
ルミニウム合金材Ｉｔ（Ｄ）の摩耗量と比較すると、第
２図から明らかなように本願発明実施例の複合材料（Ａ
）はホウ酸アルミニウムウィスカーと複合化することに
より、飛躍的に耐摩耗性が向上していることが分る。ま
た、次に摩耗量、摩擦係数の両方について本願発明実施
例材料（Ａ）とそれに類似したマトリックス素材を使用
しているアルミ合金／ＳｉＣウィスカー複合材料（Ｃ）
と比較しても、本願発明実施例材料（Ａ）は自己及び相
手側共に摩耗量が少な（、かつ自己の摩擦係数も低くな
っていることが明らかである。これは前述のように、ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーがＳｉＣウィスカーのモー
ス硬度９に対してモース硬度７という適度な硬さを有し
ており、かつ固体潤滑性を有しているためである。

さらに、本願発明実施例材料（Ａ）のようにロータリー
コンプレッサー用ベーン（ブレード）やロータに使用す
名湯台、本来その熱膨張係数がこれらを構成する鉄系材
料のそれと差のないことが望ましい。

したがって、本実施例における摺動部材のマトリックス
素材としてはＡｆｆ合金の中でも特に耐摩耗性が良好で
、熱膨張係数の低い上述したＡｌ−３ｉ系合金が適して
おり、またホウ酸アルミニウムウィスカー成形体の体積
率は２０％以上が望ましい。つまり、例えば第４図の実
験データから明らかなように、マトリックス素材がＪＩ
ＳのＡ＆−３ｉ系合金中で最も低熱膨張率であるＣ９Ａ
合金の場合でも、上記成形体の体積率が２０％以上でな
いと目標とする現行材料（鋳鉄）レベルの熱膨張率が得
られない事実がそれを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の実施例における摺動部材の耐摩耗
性を試験するビンオンディスク式摩擦摩耗試験の構成を
示す斜視図、第２図は、°同試験機の摩耗量測定データ
グラフ、第３図は、同摩擦係数測定データのグラフ、第
４図は、上記実施例におけるホウ酸アルミニウムウィス
カー（９ＡＩ２．０３・２Ｂ、０３）の繊維体積率と熱
膨張係数との関係を示した実験データグラフである。 １・・・・・第１のディスク ２・・・・・第２のディスク ３ａ　・・・・テストピース ３ｂ・・・・テストピース 出 願 人 ダイキン工業 株式会社 外１名 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、体積率２０％以上のホウ酸アルミニウムウィスカー
   成形体に、Ａｌ基合金溶湯を所定の加圧状態下において
   含浸させた上で凝固させてなる摺動部材。 ２、体積率２０％以上のホウ酸アルミニウムウィスカー
   成形体に、アルミ・シリコン系合金溶湯を所定の加圧状
   態下において含浸させた上で凝固させてなる摺動部材。 ３、摺動部材がロータリーコンプレッサー用のロータで
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。 ４、摺動部材がロータリーコンプレッサー用のベーンで
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。