WO1998036173A1 - Compresseur a plateau oscillant - Google Patents

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WO1998036173A1
WO1998036173A1 PCT/JP1998/000603 JP9800603W WO9836173A1 WO 1998036173 A1 WO1998036173 A1 WO 1998036173A1 JP 9800603 W JP9800603 W JP 9800603W WO 9836173 A1 WO9836173 A1 WO 9836173A1
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swash plate
soft surface
coating
surface coating
sliding
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PCT/JP1998/000603
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takayuki Kato
Norikazu Deto
Hayato Ikeda
Noriyuki Shintoku
Seiji Katayama
Shinya Kawakami
Hiroshi Kanayama
Chiaki Gouhara
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho
Taiho Kogyo Co., Ltd.
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F04B27/1054Actuating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804Non-oxide ceramics
    • F05C2203/0856Sulfides
    • F05C2203/086Sulfides of molybdenum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12Coating

Definitions

  • the present invention relates to a swash plate compressor, and more particularly to a base treatment for a soft surface coating applied to a sliding surface between a swash plate and a shoe.
  • an air conditioner of an automobile has a cylinder block having a plurality of cylinder bores provided in a direction parallel to a drive shaft, and a drive shaft in a cylinder block.
  • a swash plate type compressor having a shower for reciprocating a ton is used.
  • a large load and a large sliding speed act on the sliding surface between the swash plate and the shoe.
  • the influence of the load and the like is large, and it is said that the lubrication state at the time of starting and the sliding load are large. It is necessary to consider the sliding performance under severe sliding conditions.
  • the surface coating is applied from the base to the base.
  • the surface of the substrate is roughened by shot blasting or the like so that it does not easily peel off.
  • the ten-point average roughness is about 10 / mR z was considered as a routine.
  • the base material is the base, and as a countermeasure when the surface coating is worn out.
  • the surface of the highly wear-resistant coating is the base.
  • a coating having high abrasion resistance for example, when a base material is aluminum, a film formed by forming an anode coating of aluminum on the base material surface is known.
  • a soft surface coating such as a coating layer containing molybdenum disulfide has a feature that it becomes fluid when the temperature rises, but as described above, the surface of the base of the soft surface coating is rough. It has been processed and formed to enhance the mechanical adhesion between the soft surface coating and the substrate, and no consideration was given to taking advantage of this feature.
  • the present invention has been made in view of the problems existing in the prior art as described above, and has improved the lubrication performance of the sliding surface between the swash plate and the shoe. The purpose is to maintain. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a cylinder block having a plurality of cylinder bores, a drive shaft rotatably held in the cylinder block, a swash plate rotating with the drive shaft, and a slidable plate in the cylinder bore. And a slidably interposed piston between the piston and the swash plate for reciprocating the piston by rotation of the swash plate.
  • a swash plate compressor in which a soft surface coating is applied to one of the sliding surfaces, the roughness of the base surface of the soft surface coating is set to a ten-point average roughness of 8 mRz or less.
  • the soft surface film is a surface film with high lubrication performance, If the surface coating partially wears or peels off due to sliding between the swash plate and the shoe, the temperature rise due to the sliding friction softens the surface coating around the part where the wear or peeling occurred. A material that takes on liquidity.
  • this soft surface coating has a drawback that the wear resistance is inferior.
  • the load acting on the swash plate via the shear is large when the piston is at the top dead center, and small when the piston is at the bottom dead center.
  • a large sliding load is applied to the swash plate via the shoe, and the part where the sliding load acts is worn or peeled off.
  • the soft surface coating partially wears or peels, the soft surface coating is softened and fluidized around the periphery by the temperature rise due to frictional heat.
  • the mechanical adhesion between the soft surface coating and the substrate is weakened by processing the surface of the substrate to a small roughness of 10 points average roughness of 8 mRz or less. For this reason, the softened soft surface coating agent present around the worn or peeled portion flows to the portion where the soft surface coating is missing due to wear or peeling while the sliding load is intermittently reduced. The soft surface coating is repaired.
  • the sliding surface of the swash plate and the shoe is subjected to a periodic sliding load, but when the sliding load is reduced, the layer of the soft surface coating is always repaired. High wear resistance and high lubrication performance are maintained over a long period of time.
  • the roughness is preferably not more than 10 mRz, and more preferably not more than 3 mRz.
  • the mechanical adhesion between the soft surface coating and the substrate is further weakened, the fluidity of the soft surface coating is further enhanced, and the wear or peeled portion of the soft surface coating is removed. Restoration occurs more quickly and high wear or lubrication performance is maintained over a longer period.
  • the soft surface coating is exemplified by a coating layer containing molybdenum disulfide.
  • the fluidity of the soft surface coating is further enhanced, and further high wear resistance and high lubrication performance are exhibited and maintained.
  • the present invention provides a coating layer containing a soft metal, especially tin as a main component, on one of the sliding surfaces of a sliding swash plate and a shower, and further comprising molybdenum disulfide. Layers are applied.
  • the plating layer containing tin as a main component includes not only a plating layer consisting of tin alone but also a plating layer of an alloy in which the weight of tin is the largest compared to the weight of other components.
  • the tin layer-based plating layer has better adhesion to the base material and better abrasion resistance than the coating layer containing molybdenum disulfide. Even if a large sliding load is applied from the piston located at the dead center and the coating layer containing molybdenum disulfide is worn or peeled off due to this, the plating layer is retained as a base of the coating layer. In addition, the presence of the plating layer as a coating layer as the soft surface coating improves the compatibility with the plating layer as a base.
  • a double surface coating is formed on the base material. Further, the fluidity of the soft surface coating is improved as compared with the case where a coating layer containing molybdenum disulfide is directly applied to the surface of the oblique base material. For this reason, it is possible to further improve the wear resistance and lubrication performance and maintain it for a long time.
  • the present invention provides a swash plate made of aluminum or an aluminum alloy, wherein at least a portion of the sliding surface of the swash plate which receives a sliding load from the shoe when the piston is located at the top dead center is provided.
  • a soft surface film is formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of a double-headed swash plate type compressor according to the first and second embodiments.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a sliding surface portion of the swash plate body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is another experimental example showing the relationship between the fluidity of the coating layer containing molybdenum disulfide and the roughness of the underlayer according to the first embodiment, with the sliding surface partially removed. The relationship between the time until burn-in and the background roughness when rotating is shown.
  • FIG. 4 is a front view of a swash plate for showing the position where the soft surface coating was peeled off and the approximate size in the experimental example of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a sliding surface portion of a swash plate body according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is an overall sectional view of a double-headed swash plate type compressor according to the present embodiment.
  • Reference numeral 4 denotes a substantially cylindrical cylinder block, in which a drive shaft 5 is provided via bearings 6 and 7. It is supported rotatably.
  • a swash plate 8 is connected and fixed to the drive shaft 5, and thrust bearings 9 are arranged on both front and rear sides thereof.
  • the cylinder block 4 is formed with five cylinder bores 10 parallel to the drive shaft, respectively, at regular intervals of 72 degrees on a constant radius circumference from the drive shaft center. Inside each cylinder bore 10, a double-headed piston 11 is arranged so as to be slidably fitted. The left end opening of the cylinder block 4 is closed by the valve plate 12 and the front housing 13, and the right opening is closed by the valve plate 14 and the rear housing 15.
  • a recess 11 a for receiving the outer peripheral portion of the swash plate 8 is formed, and a spherical recess 1 lb is formed on an axially facing surface of the recess 11 a. Is formed.
  • a substantially hemispherical shoe 16 is slid on the left and right outer peripheral portions of the swash plate 8 to transmit the rotation of the swash plate 8 to the piston 11 as a reciprocating motion.
  • shell 16 is made of a ferrous metal such as stainless steel as a base material.
  • the swash plate 8 may be made of a ferrous metal as a base material, but is made of aluminum or an aluminum alloy as a base material to reduce the weight of the compressor.
  • aluminum alloy For example, A1-high Si alloy, A1-Si-Mo alloy, A1-Si-Cu-Mg alloy or aluminum alloy not containing Si can be used.
  • the azil alloy has a silicon content of about 13 to 30% by weight and a high silicon content higher than the eutectic composition, and has primary crystal silicon in the matrix.
  • the entire sliding surface 18 of the swash plate 8 among the sliding swash plate 8 and the sliding plate 16 is configured as follows. That is, as shown in the cross-sectional view of the main part of FIG. 2, the swash plate 8 has a soft material 20a on the base material surface 20a of the slant body 20 made of an azil alloy containing 17% by weight of silicon. The surface coating 21 is formed.
  • the soft surface coating 21 may be made of only tin, or tin in which a metal selected from copper, nickel, zinc, lead, indium and the like coexists, but is preferably molybdenum disulfide. , Tungsten Disulfide, Graphite, Boron Nitride, Lead Oxide, Fluororesin and other solid lubricants are preferred, and Molybdenum Disulfide is most suitable from the viewpoint of fluidity of the soft surface coating. A coating layer can be raised.
  • the base material surface 20a of the swash plate main body 20, which forms the base of the soft surface coating 21, is subjected to a roughening treatment such as polishing finish, cutting finish, or shot pasting to reduce its roughness.
  • a roughening treatment such as polishing finish, cutting finish, or shot pasting to reduce its roughness.
  • Ten-point average roughness of 8 / mRz or less, preferably 5 mRz or less, more preferably 3 mRz or less, in order to further exhibit the fluidity of the soft surface coating 21 such as a coating layer containing molybdenum disulfide. ⁇ MR z or less.
  • the coating layer containing molybdenum disulfide can be formed by coating such as spraying and transferring.
  • spray coating the thickness of the film surface can be made constant and the thickness of the film can be made constant.
  • transfer coating the surface of the coating film may be slightly rough. After the transfer coating, the surface of the coating film may be polished to lower the roughness and the film thickness may be controlled to be constant.
  • the base material surface 20a of the swash plate body 20 is set to have a roughness of 3 / mRz or less from the viewpoint of emphasizing the fluidity of the soft surface coating 21.
  • a material in which a coating layer containing molybdenum disulfide is formed thereon as a soft surface film 21 can be listed.
  • this coating layer In addition to lybdenum, a polyamide imide resin may be contained as a binder, and graphite may be contained as another solid lubricant.
  • the lower part of the swash plate 8 has a substantially hemispherical shape.
  • five pieces are arranged on a fixed circumference centered on the axis of the drive shaft 5 (in the present embodiment, they are arranged at equal intervals of 72 degrees as described above).
  • the fixed portion does not always slide with the shoe 16 but slides intermittently at a fixed period. Naturally, the fixed portion also slides with the shoe 16. Otherwise, no sliding load acts on the certain portion.
  • the swash plate 8 that slides on the top dead center side shoe 16 when one head of the piston 11 is located at the top dead center.
  • the coating layer containing molybdenum disulfide as the soft surface coating 21 deteriorates in abrasion resistance, and becomes missing due to abrasion or peeling, and the base material surface 20 of the swash plate body 20 It can happen that a is exposed.
  • the coating layer containing molybdenum disulfide as the soft surface coating 21 is formed around the swash plate body 20 around the portion where the base material surface 20a of the swash plate body 20 is exposed.
  • the base material surface 20a of the swash plate body 20 is finished as small as 8 z mRz or less as described above, the soft surface coating 21 and the base material surface 20a of the swash plate body 20 are formed. Has poor mechanical adhesion and high fluidity.
  • a soft surface coating is formed on the sliding portion of the swash plate 8 that slides on the top 16 on the top dead center side.
  • the soft surface coating agent softened to the missing portion, that is, molybdenum disulfide flows from the periphery of the missing portion when the missing portion does not slide, and molybdenum disulfide flows.
  • the soft surface film 21 containing molybdenum disulfide is repaired and formed again on the base material surface 20a of the swash plate body 20 exposed on the surface.
  • the sliding of the swash plate main body to which the soft surface coating is applied is used.
  • the surface was roughened by shot blasting or the like, and the roughness was about 10 ⁇ m Rz.
  • the soft surface coating includes copper, nickel, zinc, and tin together with tin.
  • Particularly strong adhesive materials such as those in which metals selected from lead, indium, and the like coexist at a specific ratio, were preferably used.
  • the adhesion between the soft surface coating and the surface of the base material of the swash plate body is strong, and the soft surface coating is partially worn or peeled off due to the sliding friction between the slant body and the shoe as described above.
  • the flow of the surface coating agent from the peripheral portion to the abraded or peeled portion is hard to occur, and the soft surface coating is sufficiently repaired. There was a fear that it would not be done.
  • Fig. 3 shows one experimental example showing the relationship between the fluidity of the soft surface coating and the roughness of the underlayer, assuming that the soft surface coating 21 peels off when the piston is near TDC. Then, as shown in Fig. 4, on the sliding surface with the shoe, a portion where the rotation angle R is about 20 degrees is peeled off from the plate 30 and the time until the burn-in when rotating without lubrication increases It shows how it changes with roughness. As can be seen from this experimental example, when the underlayer roughness exceeds 8 mRz, the time to burn-in is sharply shortened.
  • the substrate roughness is 8 mRz or less
  • the fluidity of the soft surface film with respect to the substrate is good, and the soft surface film is softened by the temperature rising simultaneously with the rotation of the plate 30, and quickly at the peeling part.
  • the surface roughness exceeds 8 mRz
  • the fluidity of the soft surface film with respect to the substrate deteriorates. It is thought that seizure starts from the peeled part.
  • the speed of the stripped portion of the plate 30 is 3 mZ s
  • the load per load is 1.5 kN (constant)
  • the shear number is 3.
  • the wear resistance and the lubrication performance of the sliding surface between the swash plate 8 and the shoe 16 are maintained at high performance for a long time.
  • a tin layer-based alloy plating layer 22 (specifically, S u—Cu alloy), and a coating layer containing molybdenum disulfide as the soft surface coating 21 is further provided thereon.
  • the coating layer contains, in addition to molybdenum disulfide, a polyamide imide resin as a binder and graphite as another solid lubricant.
  • the configuration of the second embodiment other than the above is the same as that of the first embodiment.
  • the plating layer 22 made of an alloy containing tin as a main component is different from the coating layer containing molybdenum disulfide as the soft surface coating 21 in that the swash plate body It has good adhesion to the base material surface 20a and excellent abrasion resistance, and has a soft surface due to the large sliding load generated when the head of the piston 11 is located near top dead center. Even when the coating layer containing molybdenum disulfide as the coating 21 is worn or peeled off, the tin layer-based alloy plating layer 22 is maintained as a base for the soft surface coating 21. Become.
  • the coating layer containing molybdenum disulfide has good compatibility with the plating layer 22 of an alloy containing tin as a main component, and has good fluidity, so that the coating can be easily repaired and formed. Therefore, as in the first embodiment, the base material surface 20a of the swash plate main body 20 is directly positioned. Compared to the case of applying a coating layer containing molybdenum disulfide as the soft surface coating 21, a double surface coating is formed on the swash plate body 20, and the soft surface Even when the coating 21 is worn or peeled, the base material surface 20 a of the swash plate body 20 is not directly exposed, and the tinned alloy layer 22 is exposed on the surface.
  • the molybdenum disulfide-containing coating layer flows more quickly to the portion where the soft surface coating 21 has been worn or peeled off, and this portion is repaired. Is more reliably maintained. Also, even in the event that the soft surface coating 21 becomes significantly worn or peeled and its repair cannot be expected, the tin-based plating layer 22 can be used as a substitute. High lubrication performance can be maintained over a long period of time.
  • the soft surface coating 21 or a double layer of the soft surface coating 21 and the plating layer 22 is provided on the base material surface 20 a of the swash plate body 20.
  • the soft surface coating 21 or the double layer of the soft surface coating 21 and the plating layer 22 is formed on the base material surface 20 of the swash plate body 20. a), but this is only applied to the part of the base metal surface 20a of the swash plate body 20a that slides when the biston 11 is located at the top dead center and its peripheral part. May be applied.
  • the present invention is embodied in a double-headed swash plate type compressor, but may be embodied in a single-headed swash plate type compressor.
  • the swash plate type compressor according to the present invention is in a non-lubricated state at the time of starting, has a large sliding load during operation, and is likely to be subjected to severe conditions. Is useful (

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Description

明細書 斜板式圧縮機 技術分野
本発明は、 斜板式圧縮機に係り、 特に、 斜板とシユーとの摺動面に施す軟質性 表面被膜の下地処理に関する。 背景技術
従来より自動車の空調装置などには、 冷媒ガスを圧縮する装置として、 駆動軸 と平行な方向に設けられた複数個のシリンダボアを持つシリンダブ口ックと、 シ リンダブ口ック内において駆動軸と一体的に回転するようにこの駆動軸に保持さ れた斜板と、 シリンダボア内に摺動自在に嵌合されたピストンと、 ピストンと斜 板との間に介在し、 斜板の回転によりビス卜ンを往復運動させるシユーとを具備 する斜板式圧縮機が使用されている。
この斜板式圧縮機においては、 一般に、 斜板とシユーとの摺動面には大きな荷 重及び大きな滑り速度が作用する。 特に、 斜板の母材に、 軽量化の面からアルミ ニゥムあるいはアルミニウム合金を使用する場合には、 前記荷重等の影響が大き く、 始動時の無潤滑の状態とか、 摺動荷重が大きいという苛酷な摺動条件下での 摺動性能を考慮する必要がある。
例えば、 特開平 2— 1 3 0 2 7 2号公報や特開昭 6 0 - 2 2 0 8 0号公報に記 載されているように、 斜板とシユーとの摺動面の摩擦抵抗を低減するために、 斜 板又はシユーの対向表面に摩擦抵抗の少な L、軟質性表面被膜が施されたものがあ る。 即ち、 軟質性表面被膜としては、 前者の公報においては、 錫のみからなるも のや、 錫に銅、 ニッケル、 亜鉛、 鉛、 インジウム等から選ばれた金属を共存させ るものが、 また、 後者の公報においては、 二硫化モリブデン、 二硫化タングステ ン、 グラフアイト、 窒化硼素、 酸化鉛、 フッ素樹脂等の固体潤滑剤を取り込んだ ものが提案されている。
また、 これら表面被膜を施す場合、 従来の考え方では、 表面被膜が下地から容 易に剥離しないように、 表面被膜とその下地との密着性を高めるべく、 下地表面 の粗度をショッ トブラスティング加工等により粗くし、 具体的には十点平均粗さ を約 1 0 / mR zとするのが常套手段として考えられていた。
尚、 ここでいう下地とは、 表面被膜を斜板あるいはシュ一の母材の表面に直接 形成する場合は、 該母材表面が下地であり、 また、 表面被膜が損耗した場合の対 策として、 耐摩耗性の高い被膜を母材表面に施し、 その上に軟質性表面被膜を施 すような場合は、 この耐摩耗性の高い被膜の表面が下地である。 このような耐摩 耗性の高い被膜としては、 例えば、 母材がアルミニウムの場合、 アルミニウムの 陽極被膜を母材表面に形成したものが知られている。
しかしながら、 これら従来のものにあっては、 軟質性表面被膜が損耗しない間 は潤滑性能に優れているが、 軟質性表面被膜が耐摩耗性に劣るため、 その寿命を 長期化できないという問題がある。 また、 二硫化モリブデンを含有するコーティ ング層等の軟質性表面被膜は、 温度が上昇すると流動性を帯びてくる特徴を有す るが、 前記の如く、 軟質性表面被膜の下地の表面は粗く加工され、 軟質性表面被 膜と下地との機械的密着性が強化されるように形成されており、 この特徴を生か すことまでは考慮されていなかった。
本発明は、 このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであ つて、 斜板とシユーとの摺動面の潤滑性能ゃ耐摩耗性を高性能化し、 これを長期 間維持することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 複数のシリンダボアを有するシリンダブ口ックと、 該シリンダブ口 ック内に回転自在に保持された駆動軸と、 該駆動軸とともに回転する斜板と、 前 記シリンダボア内に摺動自在に配置されたピストンと、 該ピストンと斜板との間 に摺動自在に介在し、 斜板の回転によりピストンを往復運動させるシユーとを具 備するとともに、 摺動する斜板またはシユーのいずれか一方の摺動面に軟質性表 面被膜を施した斜板式圧縮機において、 前記軟質性表面被膜の下地表面の粗度を 十点平均粗さ 8 mR z以下としている。
ここに、 軟質性表面被膜とは、 潤滑性能の高い表面被膜であって、 圧縮機運転 中、 斜板とシュ一との摺動によりこの表面被膜が部分的に摩耗や剥離を生ずるよ うな場合、 この摺動摩擦による温度上昇により、 摩耗や剥離を生じた部分の周囲 の表面被膜が軟化し流動性を帯びてくるものをいう。
このことによって、 摺動する斜板とシユーとの摺動面に潤滑性能の高 、軟質性 表面被膜が形成されるので、 潤滑性能が優れたものとなる。
尚、 この軟質性表面被膜は、 耐摩耗性が劣るという欠点を有する。
しかしながら、 シユーを介して斜板に作用する荷重は、 ある一点についてみる とピストンが上死点にあるときには大きく、 ビストンが下死点にあるときは小さ くなる、 従って、 長期間に亙り使用されている内には、 ピストンが上死点に位置 する場合にはシユーを介して斜板に大きな摺動荷重が作用し、 この摺動荷重が作 用する部分では摩耗あるいは剥離されるようなことが考えられる。 また、 このよ うに軟質性表面被膜が部分的に摩耗や剥離を生ずるような場合には、 その周辺に おいて、 軟質性表面被膜が摩擦熱による温度上昇により軟化して流動的となって いる。 一方、 軟質性表面被膜と下地との機械的密着性は、 下地表面の粗度を十点 平均粗さ 8 mR z以下と小さく加工することにより弱められている。 このため 、 摩耗あるいは剥離した部分の周辺部に存在する軟化した軟質性表面被膜剤は、 摺動荷重が間欠的に減少する間に、 摩耗あるいは剥離により軟質性表面被膜の欠 落した部分へ流動し、 軟質性表面被膜の修復が行われる。
このように、 斜板とシユーとの摺動面は、 摺動荷重が周期的に大小繰り返され るが、 摺動荷重が小さくなるときに、 軟質性表面被膜の層が常に修復されるため 、 長期に亙つて高耐摩耗性能及び高潤滑性能が維持される。
また、 本発明は、 前記粗度を、 好ましくは十点平均粗さ 5 mR z以下、 より 好ましくは十点平均粗さ 3 mR z以下としている。
このようにすると、 軟質性表面被膜と下地との機械的密着性がより一層弱めら れ、 軟質性表面被膜の流動性がより一層高められ、 軟質性表面被膜の摩耗あるい は剥離した部分の修復がより迅速に行われ、 高耐摩耗性能または高潤滑性能がよ り長期に亙って維持される。
また、 本発明では、 前記軟質性表面被膜を二硫化モリブデンを含有するコーテ ィング層を例としている。 このようにすることにより、 軟質性表面被膜の流動性がより一層高められ、 よ り一層の高耐摩耗性能及び高潤滑性能が発揮維持される。
また、 本発明は、 摺動する斜板またはシユーのいずれか一方の摺動面に、 軟質 金属、 特に錫を主成分とするメツキ層を施し、 その上に二硫化モリブデンを含有 するコ一ティング層を施している。
ここで錫を主成分とするメツキ層とは、 錫のみからなるメツキ層のみならず、 錫の重量が他の成分の重量に比し最も多い合金のメツキ層をも含む。
また、 上記のように構成すると、 錫を主成分とするメツキ層は二硫化モリブデ ンを含有するコーティング層より母材との密着性が良く耐摩耗性に優れているの で、 斜板が上死点に位置したピストンから大きな摺動荷重を受け、 これにより二 硫化モリブデンを含有するコーティング層が摩耗あるいは剥離したとしても、 前 記メツキ層が前記コーティング層の下地として保持されている。 また、 前記軟質 性表面被膜としてのコーティング層は、 前記メツキ層が存在することにより、 下 地としてのメツキ層となじみが良くなる。
従って、 母材に対しては 2重の表面被膜が形成されることになる。 また、 斜扳 の母材表面に直接二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施す場合に比し 、 軟質性表面被膜の流動性が向上する。 このため、 耐摩耗性能及び潤滑性能のよ り一層の向上と長期的維持とが可能になる。
また、 本発明は、 斜板をアルミニウム又はアルミニウム合金とし、 斜板におけ るシユーとの摺動面において、 ビストンが上死点に位置するときにシユーから摺 動荷重を受ける部分を少なくとも含む部分に、 軟質性表面被膜を形成している。 このように構成することにより、 シユーに対し軟質のアルミニウム系材料を斜 板に用いても、 凝着の発生が防止され、 高耐摩耗性能及び高潤滑性能が長期に亙 つて維持されるので、 寿命を短くすることなく圧縮機の軽量化が行える。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1及び第 2の実施の形態に係る両頭斜板式圧縮機の全体構成を示す 断面図である。
図 2は、 第 1の実施の形態に係る斜板本体の摺動面部の断面図である。 図 3は、 第 1の実施の形態に係る二硫化モリブデンを含有するコーティング層 の流動性と下地粗さとの関係を表す他の実験例であって、 摺動面を部分的に剥離 した状態で回転したときの、 焼き付きまでの時間と下地粗さとの関係を示す。 図 4は、 図 3の実験例において、 軟質性表面被膜を剥離させた位置及び概略の 大きさを示すための斜板の正面図である。
図 5は、 第 2の実施の形態に係る斜板本体の摺動面部の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明を両頭斜板式圧縮機に具体化した第 1の実施の形態を図 1乃至 図 4に基づいて詳細に説明する。
図 1は本実施の形態の両頭斜板式圧縮機の全体断面図であつて、 4は略円筒状 のシリンダブロックであり、 このシリンダブロック 4内には駆動軸 5が軸受 6、 7を介して回動自在に軸支されている。 この駆動軸 5には、 斜板 8が連結固定さ れ、 その前後両側にはスラストベアリング 9が配置されている。
前記シリンダブ口ック 4には、 駆動軸心から一定の半径円周上において通常 7 2度の等間隔位置に前記駆動軸と平行な 5個のシリンダボア 1 0がそれぞれ形成 されている。 各シリンダボア 1 0内には、 両頭型ピストン 1 1が摺動自在に嵌合 するように配置されている。 このシリンダブロック 4の左端開口部は、 バルブプ レート 1 2及びフロントハウジング 1 3とにより閉塞され、 また、 右側開口部は バルブプレート 1 4及びリャハウジング 1 5により閉塞されている。
前記両頭型ビストン 1 1の中央部分には斜板 8の外周部分を受け入れる凹陥部 1 1 aが形成され、 この凹陥部 1 1 aの軸方向の対向面には、 それぞれ球状凹陥 部 1 l bが形成されている。 そして、 斜板 8の左右の外周辺部には略半球状のシ ユー 1 6が摺動され、 前記斜板 8の回転をピストン 1 1に往復運動として伝達す るようになっている。 尚、 以上の構成は基本的には従来の一般的な両頭斜板式圧 縮機の構造と同じである。
本実施の形態では、 シユー 1 6はステンレス鋼等の鉄系金属を母材としている 。 また、 斜板 8は、 鉄系金属を母材としても良いが、 圧縮機の軽量化のためアル ミニゥムまたはアルミニウム合金を母材としている。 アルミニウム合金としては 、 例えば、 A 1—高 S i系合金、 A 1— S i— M o系合金、 A 1 _ S i— C u— M g系合金または S iを含まないアルミニウム合金を使用することができるが、 初晶シリコンを含むアルジル合金を用いるのが好ましい。 アルジル合金はシリコ ン含有率が 1 3〜3 0重量%程度と共晶組成以上の高いシリコン含有率を持ち、 マトリックス中に初晶シリコンを有するものである。
また、 本実施の形態では、 摺動する斜板 8とシュ一 1 6の内、 斜板 8の摺動面 1 8全面が次のように構成されている。 即ち、 斜板 8は、 図 2の要部断面図に示 すように、 シリコン 1 7重量%含有したアルジル合金を母材とする斜扳本体 2 0 の母材表面 2 0 aに、 軟質性表面被膜 2 1を形成している。
軟質性表面被膜 2 1としては、 錫のみからなるものや、 錫に銅、 ニッケル、 亜 鉛、 鉛、 インジウム等から選ばれた金属を共存させるものが考えられるが、 好ま しくは、 二硫化モリブデン、 二硫化タングステン、 グラフアイト、 窒化硼素、 酸 化鉛、 フッ素樹脂等の固体潤滑剤を取り込んだものが良く、 最適なものとしては 軟質性表面被膜の流動性の点から二硫化モリブデンを含有するコーティング層を 掲げることができる。
前記軟質性表面被膜 2 1の下地を成す斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aは、 研磨 仕上げ、 切削仕上げ、 あるいはショッ トプラスティング加工等の粗面化処理によ り、 その粗度を十点平均粗さ 8 / m R z以下、 好ましくは、 二硫化モリブデンを 含有するコーティング層等の軟質性表面被膜 2 1の流動性をより発揮させるため に 5〃mR z以下、 更に好ましくは 3〃mR z以下としている。
また、 二硫化モリブデンを含有するコーティング層は、 スプレー、 転写等の塗 装により形成することができる。 尚、 スプレー塗装の場合は、 膜厚表面を一定の 粗さに、 また、 膜厚を一定の厚さとすることができるが、 転写塗装による場合は 、 塗膜表面がやや粗くなることがあるため、 転写塗装後、 塗膜表面を研磨して粗 度を低くするとともに膜厚を一定に管理してもよい。
以上縷々述べたが、 最適な実施の形態として、 軟質性表面被膜 2 1の流動性を 重視する点から、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aを 3 / mR z以下の粗度とし、 その上に二硫化モリブデンを含有するコーティング層を軟質性表面被膜 2 1とし て形成したものを掲げることができる。 なお、 このコーティング層には二硫化モ リブデンの他にバインダーとしてポリアミ ドイミ ド樹脂、 他の固体潤滑剤として グラフアイト等を含有させてもよい。
上記構成の斜板 8の摺動面 1 8において、 両頭型ピストン 1 1の一方の頭部が 上死点に位置するときに、 上死点側のシユー 1 6と摺動する部分には最大の摺動 荷重が作用し、 また、 両頭型ピストン 1 1の一方の頭部が下死点に位置するとき に、 下死点側のシユー 1 6と摺動する部分には最小の摺動荷重が作用することに なる。 尚、 図 1において、 ピストン 1 1が上死点に位置するときにシュ一 1 6と 摺動する斜板 8の摺動面部は、 図 1における斜板 8のフロント側 (図 1における 左側) 面部の上部と、 斜板 8のリャ側 (図 1における右側) 面部の下部とになる また、 斜板 8の摺動面 1 8の一定部分について見てみると、 シユー 1 6が略半 球状であって、 駆動軸 5の軸心を中心とする一定円周上に 5個分散配置された構 成となっているため (本実施の形態では前記の如く 7 2度の等間隔で配置されて いる) 、 該一定部分は常時シュ一 1 6と摺動しているのではなくて、 一定周期で 間欠的に摺動しており、 また、 当然のことながら、 シユー 1 6と摺動していない ときには、 該一定部分には摺動荷重が作用しない。
従って、 この両頭斜板式圧縮機を長期使用していると、 ピストン 1 1の一方の 頭部が上死点に位置するときに、 上死点側のシユー 1 6と摺動する斜板 8の摺動 部分において、 軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを含有するコーテ イング層は、 耐摩耗性が劣化し摩耗あるいは剥離により欠落状態となり、 斜板本 体 2 0の母材表面 2 0 aが露出することが起り得る。
このとき、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aが露出した部分の周辺部において、 軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを含有するコ一ティング層は、 斜 板本体 2 0とシユー 1 6との摩擦熱により温度上昇して軟化し流動性を帯びて 、 る。 また、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aが前記の如く 8 z mR z以下と小さく 仕上げされているので、 軟質性表面被膜 2 1と斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aと の機械的密着性は弱く、 流動性の高 、状態となっている。
従って、 圧縮機運転中、 ピストン 1 1の一方の頭部が上死点に位置するときに 、 上死点側のシユー 1 6と摺動する斜板 8の摺動部分において軟質性表面被膜が 欠落した場合、 この欠落部分がシュ一 1 6と摺動しない時に、 この欠落部分の周 辺部から該欠落部分に対して軟化した軟質性表面被膜剤、 即ち、 二硫化モリブデ ンが流動し、 表面に露出した斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aに再び二硫化モリブ デンを含有する軟質性表面被膜 2 1が修復形成される。
従来の軟質性表面被膜の施し方の場合は、 軟質性表面被膜と斜板本体の母材表 面との機械的密着性を向上させるために、 軟質性表面被膜を施す斜板本体の摺動 面がショットブラスティング加工等により粗く仕上げられ、 その粗度が 1 0〃 m R z程度とされていた。 また、 軟質性表面被膜剤とその下地である斜板本体の母 材表面との密着性に重点が置かれているため、 軟質性表面被膜としては、 錫とと もに銅、 ニッケル、 亜鉛、 鉛、 インジウム等から選ばれた金属を特定の比率で共 存させたもの等の特に密着性の強いものが好んで用いられていた。
このため、 従来方式では、 軟質性表面被膜と斜板本体の母材表面との密着性が 強く、 前記の如く斜扳本体とシユーとの摺動摩擦により軟質性表面被膜が部分的 に摩耗あるいは剥離し、 その周辺部の軟質性表面被膜の流動性が高くなつた状態 においても、 周辺部から摩耗あるいは剥離した部分への表面被膜剤の流動が生じ 難く、 軟質性表面被膜の修復が十分に行われない虞れがあった。
しかしながら、 本実施の形態の場合は前記の如く、 軟質性表面被膜 2 1と斜板 本体 2 0の母材表面 2 0 aとの機械的密着性が弱くなるように形成されているた め、 軟質性表面被膜 2 1の流動が円滑に行われ、 摩耗あるいは剥離により軟質性 表面被膜 2 1の欠落した部分が迅速に修復される。
図 3は、 軟質性表面被膜の流動性と下地粗さとの関係を示す一つの実験例であ つて、 ピストンが上死点付近にあるときに軟質性表面被膜 2 1が剥離することを 想定して、 シユーとの摺動面において図 4のように板体 3 0に回転角 Rを約 2 0 度とする部分を剥離させ、 無潤滑状態で回転させた場合の焼き付きまでの時間が 、 下地粗さに対してどのように変化するかを示したものである。 この実験例から 分かるように、 下地粗さが 8 mR zを越えると、 焼き付きまでの時間が急激に 短くなつている。 これは下地粗さが 8 mR z以下では下地に対する軟質性表面 被膜の流動性がよく、 軟質性表面被膜が板体 3 0の回転と同時に温度が上昇して 軟化し、 そして、 剥離部分に迅速に流れ込み、 この剥離部分が修復されるのに対 し、 下地粗さが 8 ^ mR zを越えると下地に対する軟質性表面被膜の流動性が悪 化するため、 軟質性表面被膜は板体 3 0の回転と同時に温度上昇しても、 剥離部 分に流れにくく、 このため剥離部分から焼き付きが始まると考えられる。 尚、 本 実験例では、 板体 3 0の剥離部分の速度を 3 mZ s、 シュ一荷重 1 . 5 k N (— 定) 、 シユー数 3としている。
上述のように、 本第 1の実施の形態によれば、 斜板 8とシユー 1 6との摺動面 の耐摩耗性能及び潤滑性能が長期間高性能に維持される。
次に、 第 2の実施の形態について図 5に基づき説明する。
この第 2の実施の形態においては、 斜板本体 2 0の摺動面 1 8において、 母材 表面 2 0 aの上に錫を主成分とする合金のメツキ層 2 2 (具体的には S u— C u 合金) が施され、 更にその上に軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを 含有するコーティング層が施されている。 なお、 このコーティング層には、 ニ硫 化モリブデンの他にバインダーとしてポリアミ ドイミ ド樹脂、 他の固体潤滑剤と してグラフアイト等が含有されている。 そして、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 a の表面粗度を十点平均粗さ 3 / mR z以下とすることにより、 軟質性表面被膜 2 1の下地としてのメツキ層 2 2の表面粗度を十点平均粗さ 3 mR z以下に仕上 げている。
尚、 この第 2の実施の形態は、 上記以外の構成については前記第 1の実施の形 態のものと同一である。
以上の如く構成された第 2の実施の形態においては、 錫を主成分とする合金の メツキ層 2 2は、 軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを含有するコー ティング層より斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aとの密着性が良く耐摩耗性に優れ ており、 ピストン 1 1の頭部が上死点付近に位置するときに生ずる大きな摺動荷 重により、 軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを含有するコーティン グ層が摩耗あるいは剥離した場合においても、 錫を主成分とする合金のメツキ層 2 2が軟質性表面被膜 2 1の下地として保持されることとなる。 また、 二硫化モ リブデンを含有するコーティング層は、 錫を主成分とする合金のメツキ層 2 2と のなじみが良く、 流動性が良好となるため、 被覆の修復形成が容易となる。 従って、 前記第 1の実施の形態の如く斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aに対し直 接軟質性表面被膜 2 1としての二硫化モリブデンを含有するコーティング層を施 す場合と比較すると、 斜板本体 2 0に対しては 2重の表面被膜が形成されること になり、 軟質性表面被膜 2 1が摩耗あるいは剥離した場合においても、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aが直接露出されることがなく、 錫を主成分とする合金のメ ツキ層 2 2が表面に露出することになるので、 更に一層高耐摩耗性能及び高潤滑 性能の維持が可能となる。 また、 軟質性表面被膜 2 1が摩耗あるいは剥離した部 分に対して、 より一層迅速に二硫化モリブデンを含有するコーティング層が流動 し、 この部分を修復するので、 高耐摩耗性能及び高潤滑性能がより確実に維持さ れる。 また、 万一軟質性表面被膜 2 1の摩耗あるいは剥離が著しくなり、 その修 復が期待できないような事態に至っても、 錫を主成分とするメツキ層 2 2がその 代替をすることができるので、 長期に亙っての高潤滑性能の維持が可能になる。 前記第 1及び第 2の実施の形態においては、 軟質性表面被膜 2 1あるいは軟質 性表面被膜 2 1とメツキ層 2 2との 2重層を、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aに 施していたが、 これらをシユー 1 6の表面に施しても良い。 この場合、 シユー 1 6の摺動面に対しては常に摺動荷重が作用しているが、 斜板 8の回転とともに各 シユー 1 6と係合するピストン 1 1の頭部が上死点から下死点へと往復移動する ため、 摺動荷重は常に変化している。 従って、 摺動荷重が小さいときに前記の軟 質性表面被膜 2 1の修復が行われる。
前記の第 1及び第 2の実施の形態においては、 軟質性表面被膜 2 1あるいは钦 質性表面被膜 2 1とメツキ層 2 2との 2重層を、 斜板本体 2 0の母材表面 2 0 a の全面に行っているが、 これを斜板本体 2 0の母材表面 2 0 aの内ビストン 1 1 が上死点に位置するときに摺動する部分及びその周辺部のみに、 部分的に施す如 くしても良い。
また、 前記の第 1及び第 2の実施の形態では、 本発明を両頭斜板式圧縮機に具 体化しているが、 片頭斜板式圧縮機に具体化しても良 、。 産業上の利用可能性
以上のように本発明に係る斜板式圧縮機は、 始動時無潤滑状態となり、 また、 運転時には摺動荷重が大き 、苛酷な条件となり易い自動車用空調装置用圧縮機と して有用である (

Claims

請求の範囲
1 . 複数のシリンダボアを有するシリンダブ口ックと、 該シリンダブ口ック内に 回転自在に保持された駆動軸と、 前記駆動軸と共に回転する斜板と、 前記シリン ダボア内に摺動自在に配置されたピストンと、 該ピストンと斜板との間に摺動自 在に介在し、 斜板の回転によりピストンを往復運動させるシユーとを具備すると ともに、 摺動する斜板またはシユーのいずれか一方の摺動面に軟質性表面被膜を 施した斜板式圧縮機において、
前記軟質性表面被膜の下地表面の粗度を十点平均粗さ 8 mR z以下としたこ とを特徴とする斜板式圧縮機。
2. 前記粗度が十点平均粗さ 5 mR z以下であることを特徴とする請求項 1記 載の斜板式圧縮機。
3. 前記粗度が十点平均粗さ 3 // mR z以下であることを特徴とする請求項 1記 載の斜板式圧縮機。
4. 前記軟質性表面被膜が二硫化モリブデンを含有するコーティング層であるこ とを特徴とする請求項 1〜 3何れか 1項に記載の斜板式圧縮機。
5. 前記摺動する斜板またはシユーのいずれか一方の摺動面に、 軟質金属からな る合金のメツキ層を形成し、 その上に二硫化モリブデンを含有するコ一ティング 層を施したことを特徴とする請求項 1 ~ 3何れか 1項に記載の斜板式圧縮機。
6. 前記軟質性金属メツキは錫を主成分としたメツキ層であることを特徴とする 請求項 5記載の斜板式圧縮機。
7. 前記斜板をアルミニウム又はアルミニウム合金とし、 該斜板におけるシュ一 との摺動面において、 前記ピストンが上死点に位置するときにシユーから摺動荷 重を受ける部分を少なくとも含む部分に、 前記軟質性表面被膜を形成したことを 特徴とする請求項 1に記載の斜板式圧縮機。
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