JPH11336659A - 斜板式コンプレッサーの斜板 - Google Patents

斜板式コンプレッサーの斜板

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JPH11336659A
JPH11336659A JP10314565A JP31456598A JPH11336659A JP H11336659 A JPH11336659 A JP H11336659A JP 10314565 A JP10314565 A JP 10314565A JP 31456598 A JP31456598 A JP 31456598A JP H11336659 A JPH11336659 A JP H11336659A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓｉ含有量が１５％を超える急冷凝固アルミ
ニウム合金粉末を使用した粉末冶金製品は耐摩耗性の向
上は著しいが、ホットプレスに続いて熱間押出などの加
工を行う必要があるので、斜板素材などの比較的大型部
品を製造するためにはコスト面からの難点がある。 【解決手段】 Ｓｉを１２〜６０重量％含有し、残部が
実質的にＡｌからなり、粒状Ｓｉをマトリックス中に分
散させた溶射層を基板に被着した斜板式コンプレッサー
の斜板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、斜板式コンプレッ
サーの斜板に関するものであり、さらに詳しく述べるな
らば、斜板式コンプレッサーにおいて鉄系もしくはアル
ミニウム系材料からなる斜板の摺動特性を飛躍的に改良
する表面処理技術に関するものである。
【０００２】斜板式コンプレッサーは、図１に示すよう
に回転軸１に斜めに固着された斜板２又は回転軸に斜め
に取り付けられ、傾斜角変更可能な斜板が、回転軸の回
転に応じてコンプレッサー内にて仕切られた空間の体積
を増減することにより圧縮・膨張を行うものである。か
かる斜板はシュー３と称される密封部材と摺動しかつ相
互に気密な封止を図ることにより冷却媒体が所定の空間
にて圧縮・膨張可能となる。４はボールである。斜板の
摺動条件が特長的な点は、コンプレッサー運転初期に潤
滑油が到達する前に冷媒が斜板とシューの間の摺動部に
到達し、これが摺動部に残存する潤滑油を洗浄する作用
をもつために、潤滑油がないドライ条件で摺動されるこ
とである。このように斜板の摺動条件は非常に厳しい。
このような条件で使用される斜板は耐焼付性、耐摩耗性
などの摺動特性が必要となるので、アルミニウム系材料
に硬質物を添加して耐摩耗性を向上する提案、斜板の材
質を改良する提案、鉄系斜板に熱処理を施し硬度を上昇
させ耐摩耗性を向上させる提案がなされている。又は次
のような表面処理法の提案もされている。
【０００３】本出願人は、鉄系斜板と鉄系シューの摺動
では焼付が起り易いので、特開昭５１−３６６１１号公
報において鉄系斜板ではシューにＣｕ焼結材料を接着す
ることを提案した。すなわち、古くは、鉄系斜板に硬化
処理を施して来たが、相手材であるシューも鉄系材料で
あると、同種材料の摺動により焼付が発生し易いという
問題があった。これを避けるために鉄系斜板の相手材
（シュー）に焼結銅合金を使用したのである。また、同
種材料の摺動を避けるために鉄系斜板にスズめっきを施
し、耐焼付性を向上させることも提案されているが、ス
ズめっきは軟質であるために耐摩耗性不足の問題が起こ
った。
【０００４】さらに、鋳造もしくは鍛造により製造され
る共晶もしくは過共晶Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金は
耐摩耗性が良好であるが、Ｓｉ含有量が１５％を超える
と製造が困難になるので、耐摩耗性もこのＳｉ量で制約
されることになる。近年、急冷凝固アルミニウム合金粉
末を使用した粉末冶金製品が提案されており（例えば特
許掲載公報第２５３５７８９号），Ｓｉ含有量が例えば
１４〜３０％と非常に高いために耐摩耗性の向上は著し
い。しかしながら、この合金はホットプレスに続いて熱
間押出などの加工を行う必要があるから、斜板素材など
の比較的大型部品を製造するためには非常に大容量のプ
レスや押出機の設備投資をしなければならないので、コ
スト面の競争力が著しく低いと言わざるをえない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、鉄系もしくはアルミニウム系斜板の表面に優れた耐
焼付性及び耐摩耗性を兼備した表面層を設けることによ
り、斜板式コンプレッサーの性能の向上及び信頼性の向
上を図ることを目的とするものである。本発明者らは共
晶及び過共晶領域のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金系摺
動材料を簡単な方法で斜板の表面に摺動層として成膜し
かつ従来の各種摺動層よりも優れた特性を発揮させるた
めの研究を行った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意実験を行
い、共晶及び過共晶領域のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合
金の溶射皮膜は基板との密着性が優れており、またＳｉ
粒子が微細化されることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の第一は、Ｓｉを２０〜６０重量％含有
し、残部が実質的にＡｌからなり、粒状Ｓｉ粒子をマト
リックス中に分散させた溶射層を基板に被着したことを
特徴とする斜板式コンプレッサーの斜板であり、本発明
の第二は、Ｓｉを２０〜６０重量％及びＳｎを０．１〜
３０重量％含有し、残部が実質的にＡｌからなり、粒状
Ｓｉ粒子及びＳｎ相をマトリックス中に分散させた溶射
層を基板に被着したことを特徴とする斜板式コンプレッ
サーの斜板である。以下、本発明を詳しく説明する。な
お百分率は特に断らない限り重量％である。
【０００７】本第１発明のＡｌ−Ｓｉ系合金において、
Ｓｉは粒状形態でアルミニウムマトリックス中に微細か
つ多量に分散して合金の硬さを高めて耐摩耗性を向上さ
せる。さらに、微細かつ多量に分散した粒状Ｓｉ粒子は
アルミニウムマトリックスがシューと凝着することによ
る焼付を起こり難くしている。本発明において、粒状Ｓ
ｉ粒子とは従来の溶製合金の初晶Ｓｉや圧延合金のＳｉ
粒子で見られるような、一方向が明らかに長い方向性が
ある粒子形状ではなく、どの方向でもほとんど同じ寸法
の球状、塊状、多角形、その他これらに分類されない不
定形形状である。さらに、従来の溶製合金では判然とし
ている初晶Ｓｉと共晶Ｓｉの区別は本発明の場合は消失
している。Ｓｉ含有量が１２％未満では耐摩耗性と耐焼
付性向上の効果が少なく、６０％を超えると強度低下が
著しく、耐摩耗性の低下を招く。好ましいＳｉ含有量は
１５〜５０％である。Ｓｉ粒子の寸法が５０μｍを超え
るとＳｉ粒子の脱落が起こり易くなる。好ましいＳｉ粒
子寸法は１〜４０μｍである。
【０００８】次に、本第２発明のＡｌ−Ｓｉ−Ｓｎ系合
金は優れた耐摩耗性と耐焼付性をもつ材料である。Ｓｉ
の形状及び含有量は第１発明について述べたところと共
通している。Ｓｎは、均一にアルミニウムマトリックス
中に分散して潤滑性やなじみ性を付与する成分であり、
また、シューに優先的に付着して、シューに凝着したＡ
ｌと軸受のＡｌの同種材料どうしの摺動が起こるのを妨
げて、耐焼付性を高める。Ｓｎ含有量が０．１％未満で
は潤滑性などの向上の効果が少なく、３０％を超えると
合金の強度が低下する。好ましいＳｎ含有量は５〜２５
％である。Ｓｎ相は層内で片状に伸びた形状を有し、こ
の形状は潤滑性の面で好ましいと考えられる。
【０００９】第１発明及び第２発明のアルミニウム合金
は、例えば次の任意元素を含有することができる。 Ｃｕ：Ｃｕはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによって、アルミニウムの凝
着摩耗や、Ｓｉ粒子が脱落することによる摩耗を抑え
る。さらにＣｕはＳｎの一部とＳｎ−Ｃｕ金属間化合物
を生成して耐摩耗性を高める。しかしながら、Ｃｕの含
有量が７．０％を超えると合金が硬化し過ぎるために摺
動部材として不適当になる。好ましいＣｕ含有量は０．
５〜５％である。 Ｍｇ：ＭｇはＳｉの一部と化合してＭｇ−Ｓｉ金属間化
合物を生成して耐摩耗性を高める。しかしながらＭｇの
含有量が５．０％を超えると、粗大なＭｇ相が生成して
摺動特性が劣化する。 Ｍｎ：Ｍｎはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．５％を超
えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当
になる。好ましいＭｎ含有量は０．１〜１％である。 Ｆｅ：Ｆｅはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｆｅの含有量が１．５％を超
えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当
になる。好ましいＦｅ含有量は０．１〜１％である。 Ｎｉ：Ｎｉはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｎｉの含有量が８％を超える
と合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当にな
る。好ましいＮｉ含有量は０．１〜５％である。
【００１０】続いて、第１発明及び第２発明に共通する
溶射による摺動層の形成を説明する。本発明において
は、トライボロジストVol.41, No.11 の第２０頁、図２
に掲載されている各種溶射法を採用することができる
が、中でも高速ガス火炎溶射法（HVOF, high velocity
oxyfuel)を好ましく採用することができる。この方法は
同第２０頁右欄第４〜１３行に記載された特長を有して
いるので、特長があるＳｉ及びＳｎ相形態が得られると
考えられる。溶射されたＡｌは急冷凝固により硬化して
いるために、Ｓｉ粒子の保持力が高い特長を有し、この
ためにＳｉ粒脱落による摩耗を抑えることができる。溶
射粉末としてはＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ合金
などのアトマイズ粉末を使用することができる。これら
のアトマイズ粉末は完全に基板上で溶融しその後凝固し
てもよく、あるいは一部が未溶融状態で基板上にて被着
され粉末の組織が残るようにしてもよい。溶射条件とし
ては、酸素圧力０．４５〜０．７６ＭＰａ，燃料圧力
０．４５〜０．７６ＭＰａ，溶射距離５０〜２５０ｍｍ
が好ましい。溶射層の厚さは１０〜５００μｍ、特に１
０〜３００μｍが好ましい。溶射後の硬度はＨv １００
〜６００の範囲にある。従来の１２％Ｓｉ含有アルミニ
ウム合金では硬度がＨv ７０〜１５０であるので、本発
明の溶射層は非常に硬質であると言える。
【００１１】溶射層を形成する基板としては、鉄、銅、
アルミニウムなどの各種金属基板を使用することができ
る。基板の表面はショットブラストなどにより、好まし
くはＲｚ１０〜６０μｍの表面粗さに粗面化しておく
と、膜の密着強度が高くなる。具体的には剪断破壊試験
法により密着強度を測定したところ、鋼基板（ショット
ブラスト）に対する溶射Ｎｉ皮膜の密着強度が３０〜５
０ＭＰａであったのに対し、本発明皮膜の密着強度は４
０〜６０ＭＰａであった。したがって従来密着性が良い
と言われているＮｉ溶射皮膜よりも高い密着強度が得ら
れる。溶射層には熱処理を施して硬さを調整することが
できる。
【００１２】溶射層と基板の密着力はアルミニウム（す
なわち溶射層のマトリックス）と基材の金属とが融合・
拡散して合金を作ることによりもたらされ、一方分散相
であるＳｉなどはこのような作用を欠き、密着力には寄
与していないと考えれられる。このように溶射層中のＳ
ｎ及びＳｉは基板と溶射層の密着性を低下する傾向があ
るので、これらの元素の溶射層中の濃度が基板側から表
面に向かって連続的もしくは不連続的に増加するような
濃度勾配を形成すると密着力を高くすることができる。
この結果、基板と接触する溶射層は純Ａｌ，Ｓｉなどの
二次相形成元素濃度が低い合金となり密着力が高められ
る。このような濃度勾配は溶射粉末の配合組成を変える
ことにより形成することができる。
【００１３】溶射層をオーバレイなしで使用する場合
は、溶射表面をＲｚ３．２μｍ以下に仕上げることが好
ましい。オーバレイを使用する場合はＳｎ系、Ｐｂ−Ｓ
ｎ，ＭｏＳ2 ，ＭｏＳ2 −グラファイトなどのなじみ性
にすぐれた各種軟質被膜を使用することができる。
【００１４】シュー自体は公知のものであり、例えば本
出願人の特開昭５１−３６６１１号などに示されてお
り、鉄系材料としては鉄を主成分とするすべての材料で
摺動面を構成したものを使用することができるが、軸受
鋼が好ましい。また、その製造方法も一切限定されず、
圧延、鍛造、粉末冶金、表面硬化などの技術を適宜採用
することができる。以下、実施例により本発明を説明す
る。
【００１５】
【実施例】実施例１ Ａｌ−４０％Ｓｉの組成になるように、これら金属粉末
の混合物を用意した。一方市販の純アルミ圧延板にスチ
ールグリッド（寸法０．７ｍｍ）によるショットブラス
トを施し、表面を粗さＲｚ４５μｍに粗面化した。ＨＶ
ＯＦ型溶射機（スルザーメテコ社製ＤＪ）を使用し、下
記条件で溶射を行った。 酸素圧力：１５０ｐｓｉ 燃料圧力：１００ｐｓｉ 溶射距離：１８０ｍｍ 溶射層厚さ：２００μｍ この結果、硬度Ｈｖ＝１８０〜２５０、平均粒状Ｓｉ粒
子寸法３μｍの溶射層が形成された。この表面をＲｚ
１．２μｍに仕上げた後相手材を鋼板（ＳＵＪ２焼入
れ）として摩耗試験を下記条件で行った。摩耗試験の結
果は比較例１、２とともに表１に示す。
【００１５】比較例１ 実施例１と同様の条件で純アルミニウムの溶射層を形成
し、同様の摩耗試験を行った。
【００１６】比較例２ Ｓｉを１７％含有する砂型Ａｌ−Ｓｉ鋳造材を供試材と
して、実施例１と同様の試験を行った。
【００１７】摩耗試験は次の条件で行った。 試験機：３０ピン／ディスク摩擦摩耗試験機 荷重：４０ｋｇ／ｃｍ2 回転数：７００ｒｐｍ 潤滑：冷凍機油＋冷媒ガス（Ｒ１３４ａ） 試験時間：１２０分
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると共晶
もしくは過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を斜板の摺動層として容
易に成膜することができる。また、本発明合金の性能は
従来の溶製Ａｌ−Ｓｉ合金と比較して優れているため
に、斜板式コンプレッサーの性能向上に寄与するところ
が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 斜板式コンプレッサーの斜板、回転軸及びシ
ューを示す図面である。
【符号の説明】
１−シャフト ２−斜板 ３−シュー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０４Ｂ 27/08 Ａ (72)発明者 粥川 浩明 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 水谷 秀樹 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 杉浦 学 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 仲井間 裕之 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｓｉを１２〜６０重量％含有し、残部が
    実質的にＡｌからなり、粒状Ｓｉをマトリックス中に分
    散させた溶射層を基板に被着したことを特徴とする斜板
    式コンプレッサーの斜板。
  2. 【請求項２】 Ｓｉを１２〜６０重量％及びＳｎを０．
    １〜３０重量％含有し、残部が実質的にＡｌからなり、
    粒状Ｓｉ粒子及びＳｎ相をマトリックス中に分散させた
    溶射層を基板に被着したことを特徴とする斜板式コンプ
    レッサーの斜板。
  3. 【請求項３】 ７．０重量％以下のＣｕ，５．０重量％
    以下のＭｇ，１．５重量％以下のＭｎ，１．５重量％以
    下のＦｅ及び８．０重量％以下のＮｉからなる群の少な
    くとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１
    又は２記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
  4. 【請求項４】 前記基板が表面を粗面化した金属基板で
    ある請求項１から３までのいずれか１項記載の斜板式コ
    ンプレッサーの斜板。
  5. 【請求項５】 前記粒状Ｓｉの平均粒径が５０μｍ以下
    である請求項１から４までのいずれか１項記載の斜板式
    コンプレッサーの斜板。
  6. 【請求項６】 前記Ｓｉ及びＳｎの溶射層中の濃度が基
    板から層表面に向かう方向で増加する膜厚方向の濃度変
    化を形成したことを特徴とする請求項１から５までの何
    れか１項記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
  7. 【請求項７】 前記アルミニウム合金の表面に軟質膜を
    被着したことを特徴とする請求項１から６までのいずれ
    か１項記載の斜板式コンプレッサーの斜板。
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