JPH034751B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、斜板式圧縮機に係り、特に高速摺動
性、耐荷重性、耐摩耗性に優れたスリツパを備え
た斜板式圧縮機に関する。 〔発明の背景〕 各種冷凍機器、油圧機器あるいは空調機器など
においては、回転駆動源からの運動をピストンな
どの往復運動に変換する手段として斜板式伝達機
構を採用した圧縮機を用いるものがある。この種
の斜板式圧縮機は、例えば第１図に示すように、
回転運動するシヤフト１に斜めに固定して取付け
られた斜板２とスリツパ３及びボール４とによつ
て、ピストン５をシリンダ６内を左右に往復運動
させて気体あるいは液体を圧縮するものである。
この時スリツパ３は片面をボール４とピストン５
とによつて拘束された状態でボール４と摺動し、
もう一方の面は、斜板側面を高速度で摺動する。
したがつて、スリツパは高速摺動特性、耐荷重性
の優れた材質が要求される。 一般に、冷凍機器あるいは油圧機器用の圧縮機
等は、一定速度の電動機によつて駆動され、冷媒
と潤滑油の混合物は、定常状態をもつて圧縮機内
を循環する。しかし、カーエアコン用斜板式圧縮
機では、圧縮機とエンジンがベルトで連結されて
おり、エンジンの回転数に比例して圧縮機の回転
数も変化する。通常、カーエアコン用の圧縮機の
回転数は、エンジン回転数とほぼ１対１となつて
いる。したがつて、圧縮機の回転数は、アイドリ
ング状態で600rpmであつたものが、発車後の急
加速により10〜20秒後には6000rpmに達すること
もある。また、空ふかし等により停止状態から数
秒で4000〜6000rpmに達することもある。このよ
うに斜板とスリツパ摺動速度は０〜25ｍ／ｓにも
およぶ急激な変化を受けることになる。さらに、
冷媒を圧縮するためにスリツパの受ける接触面圧
は120〜10Kg／cm²と変化する。 前述したように、急激な摺動速度変化、負荷変
動を受けるカーエアコン用の圧縮機では、冷凍回
路中を循環する潤滑油量が変化する。特に、圧縮
機内を冷媒と一緒に流通する油によつて各摺動部
の潤滑を行う潤滑方式を採用した圧縮機において
は、その傾向が顕著に現われ、一時的にはほとん
ど給油されない場合もある。したがつて、特に斜
板とスリツパとは金属同士の接触を起して、異常
摩耗や焼付き等を生ずるという問題がある。ま
た、通常運転における断続使用においても、その
始動時に潤滑油が存在しないか、あるいは極めて
乏しい状態になると、冷媒に混合された潤滑油の
流れが少ない状態が起る。このような状態で運転
された場合、斜板とスリツパの摺動面に多少なじ
みが生じていたとしても、給油不足のために金属
同士の接触が生じて摩耗が増進され、寿命の短縮
あるいは焼付きが生ずることもある。 一方、スリツパは冷媒圧縮時に繰返しの変動荷
重を受けるため、圧縮の疲労強度の強い材質が要
求される。 以上のように、斜板式圧縮機の斜板およびスリ
ツパは極めて過酷な運転条件下で使用されるた
め、これに耐える材質、形状、表面処理等が提案
されている。 従来、斜板式圧縮機用スリツパ材としては、
JIS C5191Bのリン青銅が用いられていた。しか
し、組立後の初期運動あるいは断続使用の始動時
等の潤滑油不足に陥つた場合には、異常摩耗や焼
付きが発生しやすいという問題があつた。 これに対する改善方法としては、特開昭55−
36832号公報に示すように、低炭素鋼板にCu−Sn
−Pb系合金を焼結させたスリツパが提案されて
いる。しかし、この種のスリツパは圧縮強度の強
いものではあるが、斜板と摺動面に形成した焼結
体層が軟層であり、変形抵抗が小さいので、高
速、高負荷での耐摩耗性、耐焼付性は十分なもの
とはいえない。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、高負荷、高速摺動特性、耐摩
耗性、耐焼付性に優れたスリツパを備えた斜板式
圧縮機を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は基材が鉄鋼からなり、該基材の斜板と
の摺動面に形成された多孔質の焼結体層が11〜30
重量％のSiを含有するAl−Si系合金からなるス
リツパを備えた斜板式圧縮機とし、このAl−Si
系合金からなる多孔質の焼結体層はFe−Al化合
物層を介して前記鉄系基材と結合していること
と、前記多孔質の焼結体層の空孔率が体積比で５
〜35％であつて空孔には潤滑剤が含浸されている
ことと、前記多孔質の焼結体の厚みは0.1〜0.7mm
であることを特徴とする。 またスリツパの斜板と接する反対側に形成され
たボールと接する基材の凹みに金属または硫化物
からなる被覆層が設けられていることを特徴とす
る。 ところで、摺動部材の摩耗現象は、２つの固体
間に液体や固体などの潤滑剤を挿入すると摩擦力
が著しく低下する。しかし、高負荷あるいは高速
摺動時には、固体間に介在する潤滑剤は一部分あ
るいは全面に介在しなくなり、固体同士の接触が
生じて摩擦力は増大し、ついには異常摩耗や焼付
き等が発生する。この異常摩耗、焼付きを防止す
るためには、潤滑剤を接触面に常に介在させる必
要がある。摺動部材自身に潤滑剤の保持作用ある
いは摩擦係数が少さく潤滑作用の優れた物質の存
在の有無が摺動部材の良否を決定するものであ
る。 一方、潤滑剤が安定して存在するためには、摩
擦面に凹部が均一に分散されていることが望まし
い。摺動部材自身に空孔が存在する場合には、こ
の空孔が摩擦面に現われて凹部となり、潤滑剤の
保持作用を受けもつようになる。この空孔は厚さ
方向に連続していることが望ましく、連続してい
る場合は、連続していない場合に比し、多量の潤
滑剤を保持でき、摩擦面に潤滑剤を長時間介在さ
せることができるものである。 一方、摺動部材としては、軟質材で形成したも
の、軟質材中に硬質材を分散させたもの及び硬質
材中に軟質材を分散させたものが考えられる。軟
質材で形成したものは、低荷重側では良好な摺動
特性を示す。しかし、軟質材は変形抵抗が小さい
ため、高荷重での摺動時に塑性流動が起り、摩擦
面の凹部あるいは潤滑剤となり得る物質が含有さ
れていても、表面が覆われて潤滑剤の効果を発揮
できなくなる可能性がある。これに対して、軟質
材中に硬い物質が分散されたもの及び硬質材中に
軟質物が分散されたものは、変形抵抗の大きい硬
質部があるため塑性流動は生じない。すなわち、
硬質部が荷重を支えるため、凹部及び潤滑剤とな
り得る物質の表面を覆うこともなく、潤滑剤の効
果を十分発揮し、優れた耐摩耗性が得られる。 Al合金は従来から他種軸受合金に比較して耐
食性、耐荷重性に優れていることが知られてお
り、摺動部材としては、Al−Si系合金の鋳造品
が多く用いられている。Al−Si系合金はSi晶が
多いほど耐摩耗性が良好になり、等にSi量が共晶
組成（10.7重量％）以上になると、初晶Siが晶出
し、耐摩耗性は一段と向上する。しかし、Al−
Si系合金は、Si量が多くなるにつれて鋳造性が悪
くなり、鋳造欠陥が多くなるので、鋳造品をその
まま使用する場合は強度の面から使用範囲が限定
される。また鋼材等にAl−Si系合金を鋳ぐるみ
をして製造する方法もあるが、この方法では肉厚
を薄くすることが製造上困難である。肉厚が厚け
れば前述のように鋳造欠陥による強度上の問題が
生ずる。Al−Si系合金の耐摩耗性、耐焼付性を
更に向上させるには、摺動中の油切れをなくすこ
とが必要であり、そのためには、摺動部材中にす
ぐれた潤滑効果を発揮する物質が含有されている
ことが望ましい。 すなわち、強度を保持するには基材となる鋼材
面にSi量が多いAl−Si系合金を薄く形成させる
ことが必要であり、油切れを防ぐには、Al−Si
系合金を多孔質とし、その空孔に潤滑剤を含浸さ
せることが必要となる。鋳造によつては鋼材面に
薄い合金層を形成することは困難であり、かつ所
望の空孔率を備えた合金層を形成することは更に
困難である。 本発明は、焼結により所望の空孔率を有する
Al−Si系合金層を鋼材面に形成し、空孔に潤滑
剤を含有させたスリツパを備えた斜板式圧縮機を
提供する。 本発明は以上のような摺動部材の摩耗現象を探
求する過程で完成されたもので、以下、本発明の
斜板式圧縮機用スリツパについてさらに詳しく説
明する。 第２図は本発明に係る斜板式圧縮機用スリツパ
の一例を示す断面図であつて、鉄系基板９の上面
には摺動面７を有する焼結体層８が形成され、下
面には第１図に示したボールに嵌合する凹部１２
が形成されている。さらに、鉄系基板９と焼結体
層８との間にFe−Al化合物１１が結合剤として
介在されている。 鉄系基板としては、機械的性質、価格等の面か
ら炭素鋼が望ましい。特に30Kgｆ／mm²以上の引張
強さを有する炭素鋼が望ましい。30Kgｆ／mm²以下
の材料では高負荷時にスリツパが変形する虞れが
あるからである。 この鉄系基板９の斜板と摺動する面に形成され
る焼結体層８はAl−Si系合金からなり、そのSi
量は、11〜30重量％が好ましい。11重量％以下で
は高速、高負荷時の耐摩耗性、耐焼付性が十分で
なく、30重量％以上では焼結体層が脆くなり、高
負荷時に割れの生ずる虞れがある。より好ましく
は18〜25重量％である。また、基地の強度を高め
るために第３の金属Cu、Mg、Mn、Cr、Znを単
独あるいは２種以上添加した粉末を用いてもよ
い。例えば、CuはCuAl₂、MgはMgSiを形成し
て焼結体層の強度を高める。 焼結体層の原料粉はAl−Si系合金あるいはAl
−Si−Ｍ系の合金粉が望ましい。各々の金属元素
を混合した粉末を焼結原料としたのではSi晶が均
一に分散しない虞れがあると共に、第３元素を添
加しても焼結中に蒸発したり、あるいは基地の強
化が均一に行われない等の問題が生ずる。本発明
では合金粉を用いたので、基地が均一に強化さ
れ、Si晶が均一に分散されているため、良好の摺
動特性を有する焼結体層が得られる。 次に、鉄系基板上に形成させる焼結体層の厚さ
は、例えばスリツパの寸法がφ17.5mm、厚み４mm
とすると、0.1〜0.7mmとするのが好ましい。望ま
しくは0.3〜0.5mmである。0.1mm未満では潤滑剤の
保持力が低下し、所望の耐摩耗性、耐焼付性が期
待できない。また、0.7mm以上では焼結体層の変
形量が大きくなり、高荷重運転時に変形により斜
板との間に隙間ができる虞れがある。 次に、焼結体層の空孔率であるが、体積率で５
〜35％程度が好ましい。望ましくは15〜25％程度
がよい。空孔率が５％以下では、所望の潤滑油保
持作用が得られず、耐摩耗性、耐焼付性が十分で
ない。35％以上では、焼結体層の強度が低下し、
高負荷時に被膜が変形する虞れがある。この空孔
率は合金粉末を圧粉する際の圧力によつてコント
ロールすることができる。 このように鉄系基材上に空孔のある焼結体層を
形成した後、スリツパ形状に仕上げ加工し、空孔
に潤滑剤を含浸させる。例えば、スリツパ本体を
潤滑油中に浸漬する。浸漬のみで不十分な場合に
は、潤滑剤の温度を上げて粘度を低下させるか、
あるいは減圧容器中に入れて空孔内を十分排気し
た後潤滑剤中に浸漬させて含浸させることも適宜
である。 次に、基材上への焼結層の形成方法の一例を述
べる。まず、基材の焼結させる側の面をブラスチ
ング処理等により表面の清浄化と粗面化を行う。
ついでその面上にAl−Si系合金の合金粉をのせ、
４〜8ton／cm²の圧力で加圧し、基材表面に圧着さ
せる。また、基材を清浄化し、AlまたはAl合金
溶湯中に浸漬し、Fe−Al化合物層を形成させた
後、Al−Si系合金を圧着させてもよい。いずれ
にしても、圧縮する際の前処理として鉄系基材表
面を粗面化することが必要である。粗面化しない
場合には、圧粉後に基材とAl−Si系合金の圧粉
体が剥離してしまう。粗面化の方法としては、例
えば密着性のよいブラスチング処理方法がある。
次に鉄系基板にAl−Si系合金を圧粉したものを
450℃〜550℃の温度で15〜50分間加熱し、Al−
Si系合金を焼結して基材にAl−Si系合金を接着
させる。焼結温度が450℃未満では所望の焼結体
層の強度及び密着強度が得られない。550℃以上
では焼結体層が溶融する虞れがあり、所望の空孔
率が得られない。また、加熱時間が15分末満では
焼結及び基材と焼結体層間のFe−Al化合物層の
形成が十分に行なわれない。50分以上ではFe−
Al化合物層の形成厚さが大きくなり密着強度を
低下する虞れがある。 このFe−Al化合物層は、鉄系基材に焼結体を
密着させることにより、焼結体表面で発生する熱
が鉄系基材側に効率よく伝導し、摩擦熱の放散を
助ける効果も奏している。 一方、鉄系基板９の反対側面には、図示しない
ボールと嵌合する凹部１２が形成されている。こ
の凹部の内表面には金属塩（例えば金属セツケ
ン）あるいは硫化物（例えばFeS）等からなる被
覆層１０が形成されている。この被覆層１０はボ
ール４との摺動における耐摩耗性、耐焼付性およ
び耐食性の向上を図るものである。その他の被覆
層１０としてはCr、Cu、Zn、Sn等のメツキ層が
ある。 第３図は、本発明のスリツパの鉄系基材と焼結
体層の一部断面の組織を示す顕微鏡写真図であ
る。 基材９は鉄鋼からなつている。基材９と焼結体
層８の間にはFe−Al化合物層１１が形成されて
おり、基材９と焼結体層８は完全に接着している
ことがわかる。また、焼結体層はSi晶が均一に分
散されており、空孔も微細に分散していることが
わかる。 以上のような斜板式圧縮機用スリツパは、鉄鋼
基材による耐荷重性、Al基地中に均一に分散し
たSi晶及び微細、均一に分布した空孔による潤滑
剤の保持ができ、このようなスリツパを装着した
斜板式圧縮機は優れた耐摩耗性、耐焼付性を有す
るものである。 〔発明の実施例〕 鉄系基板、例えば0.2％炭素鋼（JIS−SS41材）
上に第１表に示す組成からなる焼結体層を形成し
ているスリツパを作製した。試料１、２は従来の
スリツパ材であつて、試料１はJIS C5191Bのリ
ン青銅、試料２はSn：2.5重量％、Pb：25重量％
および残部Cuよりなる焼結体層である。一方、
試料３、４、５、６は本発明品であつて、JIS−
SS41材の焼結される面にブラスチング処理を行
い、第１表に示す組成の粉末をのせ、6ton／cm²の
圧力で加圧して密着させた後、520℃にて約30分
間加熱して焼結、結合させたものである。なお、
焼結体層の厚さは0.4〜0.5mmであり、空孔率は第
１表に示す通りである。

【表】 上記試料をスリツパ形状に加工して空孔に潤滑
油を含浸させ、実機に組込む実装試験を行つた。
なお、相手材の斜板２は球状黒鉛鋳鉄に高周波焼
入れを施したものである。 実装試験条件は第２表に示す通りである。

【表】 条件１は潤滑油が極めて少ない状態での試験で
耐焼付性を評価した。条件２は断続耐久試験で30
秒回転５秒休みの繰返しで650時間の試験であり、
耐摩耗性を評価した。 第３表は耐焼付性試験結果を示す。第３表に示
すように、本発明の試料３〜６の組成の焼結体層
を形成したスリツパ３は、試料１、試料２に比較
材に比し、焼付き発生までの時間が長く、耐焼付
性が優れていることがわかる。特に試料５は優れ
ている。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の斜板式圧縮機によれ
ば、スリツパの鉄系基材の斜板と接する面に、11
〜30重量％のSiを含むAl−Si系合金の多孔質焼
結体が、厚さ0.1〜0.7mmで形成され、体積比で５
〜35％をを占める空孔に潤滑剤が含浸されている
ので、高速、高荷重のもとでも耐摩耗性に優れ、
一時的に潤滑油がほとんどない状態でも焼付き耐
久時間が著しく長くなるという顕著な効果を有す
る。 更にスリツパのボールと接する面にも金属塩又
は硫化物からなる被覆層が形成されたのでボール
との摺動部での耐摩耗性、耐焼付性および耐食性
向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーエアコン用斜板式圧縮機の縦断面
図、第２図は本発明のスリツパの断面図、第３図
は本発明の基材と焼結体層の一部分の断面金属組
識を示す顕微鏡写真図、第４図は本発明材及び従
来材の摩耗量の比較図である。 １……シヤフト、２……斜板、３……スリツ
パ、４……ボール、５……ピストン、６……シリ
ンダ、７……摺動面、８……焼結体層、９……基
材、１０……被覆層、１１……Fe−Al化合物層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転シヤフトと、該シヤフトの軸方向に傾斜
   して固定された斜板の両側面に接して摺動するス
   リツパと、該スリツパの斜板との摺動面の反対側
   に形成された凹部に嵌合されたボールと、前記ボ
   ールを嵌合支持し、かつ前記斜板をまたいでシリ
   ンダ内を往復運動して気体あるいは流体を圧縮す
   るピストンと、を備えた斜板式圧縮機において、 前記スリツパが鉄系基材を有し、該鉄系基材の
   前記斜板に接する面上に、11〜30重量％のSiを含
   有するAl−Si系合金からなる多孔質の焼結体層
   が形成されていることと、 前記Al−Si系合金からなる多孔質の焼結体層
   はFe−Al化合物層を介して前記鉄系基材と結合
   していることと、 前記多孔質の焼結体層の空孔率が体積比で５〜
   35％であつて、空孔には潤滑剤が含浸されている
   ことと、 前記多孔質の焼結体の厚みは0.1〜0.7mmである
   ことと、を特徴とする斜板式圧縮機。 ２ 焼結体層がAl−Si系合金を主成分とし、第
   ３の金属として、Cu、Mg、Mn、Cr、Znのうち
   のいずれか１種以上を含有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載された斜板式圧縮
   機。 ３ 回転シヤフトと、該シヤフトの軸方向に傾斜
   して固定された斜板の両側面に接して摺動するス
   リツパと、該スリツパの斜板との摺動面の反対側
   に形成された凹部に嵌合されたボールと、前記ボ
   ールを嵌合支持し、かつ前記斜板をまたいでシリ
   ンダ内を往復運動して気体あるいは液体を圧縮す
   るピストンと、を備えた斜板式圧縮機において、 前記スリツパが鉄系基材を有し、該鉄系基材の
   前記斜板に接する面上に11〜30重量％のSiを含有
   するAl−Si系合金からなる多孔質の焼結体層が
   形成されていることと、 前記Al−Si系合金からなる多孔質の焼結体層
   はFe−Al化合物層を介して前記鉄系基材と結合
   していることと、 前記多孔質の焼結体層の空孔率が体積比で５〜
   35％であつて、空孔には潤滑剤が含浸されている
   ことと、 前記多孔質の焼結体の厚みは0.1〜0.7mmである
   ことと、 前記スリツパの斜板と接する反対側に形成され
   たボールと接する基材の凹部に金属塩と硫化物と
   のうちのいずれか一つからなる被覆層が設けられ
   ていることと、を特徴とする斜板式圧縮機。