WO2016013558A1 - 斜板式コンプレッサの半球シューおよび斜板式コンプレッサ - Google Patents

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swash plate
resin layer
hemispherical shoe
resin
shoe
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石井　卓哉
福澤　覚
阿部　浩久
章弘 大森
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Definitions

  • the present invention relates to a hemispherical shoe for converting a rotary motion of a swash plate into a reciprocating motion of a piston interposed between a swash plate and a piston in a swash plate type compressor used for an air conditioner for automobiles and the like.
  • the swash plate compressor slides a hemispherical shoe on a swash plate mounted at a right angle and obliquely so as to be directly fixed to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing where refrigerant exists.
  • the rotational movement of the swash plate is converted into the reciprocating movement of the piston through the shoe to compress and expand the refrigerant.
  • Such swash plate compressors include a double swash plate type that compresses and expands refrigerant on both sides using a double-headed piston, and a single-slope that compresses and expands refrigerant only on one side using a single-headed piston.
  • the hemispherical shoes include those that slide only on one side of the swash plate and those that slide on both sides of the swash plate.
  • sliding with a large relative speed of 20 m or more per second occurs on the sliding surface of the swash plate and the hemispheric shoe, and the hemispheric shoe is used in a very severe environment.
  • the lubricating oil is diluted while being dissolved in the refrigerant, circulated in the housing, and supplied to the sliding portion in the form of a mist.
  • the lubricating oil is washed away by the liquefied refrigerant, and the sliding surface between the swash plate and the hemispherical shoe at the start of the operation becomes a dry lubricating state without the lubricating oil, There is a problem that seizure is likely to occur.
  • a polyether ether ketone (PEEK) resin film is directly formed on at least sliding surfaces of a swash plate and a hemispherical shoe by an electrostatic powder coating method (see Patent Document 1).
  • PEEK polyether ether ketone
  • Patent Document 2 thermoplastic polyimide coating containing a solid lubricant formed by an electrostatic powder coating method
  • a binder made of PEEK resin at at least one sliding contact portion of the swash plate, hemispherical shoe and piston, and a solid lubricant dispersed in the binder is proposed.
  • a swash plate with a lubricious coating is not only strict in terms of flatness, parallelism and thickness accuracy of the sliding surface, but also has a low coating cost due to the large coating area of the lubricious coating made of expensive materials. There is a problem that you can not.
  • the present invention has been made to cope with these problems. Even in a dry lubrication state where there is no lubricating oil at the start of operation, seizure does not occur, it is excellent in slidability and load resistance, and there is no deterioration in lubrication characteristics due to frictional heat generation and peeling of the resin layer, and durability is sufficient.
  • the purpose is to provide a secured hemispherical shoe.
  • Another object of the present invention is to provide a swash plate compressor in which a lubricating coating is removed from a sliding surface of a swash plate or a piston by using this hemispherical shoe.
  • the hemispherical shoe of the swash plate compressor according to the present invention has a hemispherical shoe attached to a swash plate mounted at a right angle and obliquely so as to be fixed directly to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing in which a refrigerant exists.
  • a swash plate-type compressor hemisphere shoe that slides and converts the rotational movement of the swash plate into a reciprocating movement of the piston through the hemisphere shoe to compress and expand the refrigerant.
  • a resin layer is formed on the surface of the flat portion that slides with the swash plate and the surface of the spherical portion that slides with the piston, and the resin layer of the flat portion and the resin layer of the spherical portion are integrated. And at least a part of the base material is exposed without being covered with the resin layer.
  • the base material is formed with (1) a hollow portion that becomes a concave portion from the spherical portion side or the flat portion side, or (2) a hollow portion that penetrates the spherical portion side and the flat portion side at the central axis portion, At least a part of the hollow portion is exposed without being filled with the resin layer.
  • the axial length of the exposed portion of the hollow portion is not less than one third of the height of the hemispherical shoe.
  • the hemispherical shoe has a non-contact portion with the piston at the center on the spherical surface side, and the base material is exposed without being covered with the resin layer in the non-contact portion.
  • the hemispherical shoe is characterized in that the base material is exposed without being covered with a resin layer at least a part of an outer peripheral portion connecting the flat portion and the spherical portion.
  • Each of the planar resin layer and the spherical resin layer has a thickness of 0.1 to 0.7 mm, and the planar resin layer and the spherical resin layer are aromatic polyetherketone-based. It is characterized in that it is integrally formed by injection molding on the surface of the base material using a resin composition containing (aromatic PEK-based) resin as a base resin. Further, the resin composition contains 1 to 30% by volume of polytetrafluoroethylene (PTFE) resin and 5 to 30% by volume of at least one of carbon fiber and graphite, respectively, with respect to the entire resin composition.
  • the resin composition has a melt viscosity of 50 to 200 Pa ⁇ s at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 .
  • the above-mentioned metal member is a member made of iron-based sintered metal, and its density is 0.7 to 0.9 of the theoretical density ratio of the material.
  • the spherical resin layer is thicker than the planar resin layer. Further, the thickness of the resin layer in the plane portion is 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, and the thickness of the resin layer in the spherical portion is more than 0.3 mm and 0.7 mm or less.
  • the resin layer of the flat part and the resin layer of the spherical part are formed on the surface of the base material by injection molding.
  • the swash plate type compressor of the present invention slides a hemispherical shoe on a swash plate attached at right angles and obliquely so as to be fixed directly to a rotating shaft or indirectly through a connecting member in a housing in which refrigerant exists.
  • a swash plate compressor that compresses and expands the refrigerant by converting the rotational movement of the swash plate into a reciprocating movement of the piston through the hemispheric shoe, and the hemispheric shoe is the hemispheric shoe of the present invention.
  • the sliding surface of the swash plate with the hemispherical shoe is a polished surface of the swash plate base material and does not have a lubricating coating.
  • the refrigerant is carbon dioxide gas.
  • the hemispherical shoe of the swash plate compressor of the present invention uses a metal member as a base material, and a resin layer is formed on the surface of the flat surface portion that slides with the swash plate and the surface of the spherical surface portion that slides with the piston. Since the portion is exposed without being covered with the resin layer, the heat dissipation and load resistance are excellent, and the slidability between the swash plate and the piston is excellent. Moreover, since the resin layer of the plane part and the resin layer of the spherical part are an integral layer, it is possible to prevent the resin layer from peeling from the base material.
  • the base material is formed with (1) a hollow portion that becomes a concave portion from the spherical portion side or the flat portion side, or (2) a hollow portion that penetrates the spherical portion side and the flat portion side at the central axis portion. Since at least a part of the hollow portion is exposed without being filled with the resin layer, the frictional heat is transmitted through the base material and is radiated to the outside from the exposed hollow portion. For this reason, it is excellent in abrasion resistance and seizure resistance. Moreover, since the exposed part of a hollow part is 1/3 or more of the height of a hemispherical shoe, heat dissipation can be improved more. Since the hollow portion is the heat dissipation portion, it is easier to ensure a large heat dissipation portion area than when a part of the outer surface is the heat dissipation portion.
  • the hemispherical shoe has a non-contact portion with the piston in the center on the spherical surface side, and the base material is exposed without being covered with the resin layer in the non-contact portion. It becomes easy to radiate heat from the exposed portion.
  • the base material is exposed without being covered with the resin layer at least a part of the outer peripheral portion connecting the flat surface portion and the spherical surface portion, the frictional heat is transmitted through the base material and exposed. Heat is radiated from the outer periphery to the outside. For this reason, it is excellent in abrasion resistance and seizure resistance. Further, since the outer peripheral portion is not a sliding portion with other members, it is not essential to form a resin layer. For this reason, compared with a spherical part and a plane part, it is easy to ensure a large heat radiating part area.
  • Each of the planar resin layer and the spherical resin layer has a thickness of 0.1 to 0.7 mm.
  • the planar resin layer and the spherical resin layer are made of an aromatic PEK resin. Since the resin composition as the base resin is integrally formed on the surface of the base material by injection molding, it is excellent in load resistance and excellent in slidability between the swash plate and the piston. In addition, since the base resin of the resin composition forming the resin layer is an aromatic PEK-based resin, it is excellent in friction and wear characteristics, seizure resistance, various chemical resistances, and oil resistance. Furthermore, since pressure is applied in a molten state to the resin composition during injection molding, the resin layer is densely formed and excellent in load resistance and the like.
  • the thickness of the resin layer is as thin as 0.1 to 0.7 mm, the frictional heat easily escapes from the friction surface to the substrate side, and it is difficult to store heat. Furthermore, since the resin layer of the plane portion and the resin layer of the spherical portion are formed integrally by injection molding, it is possible to prevent the resin layer from being peeled off from the base material.
  • the resin composition contains 1 to 30% by volume of PTFE resin and 5 to 30% by volume of at least one of carbon fiber and graphite with respect to the whole resin composition, respectively, even under high PV conditions, The deformation and wear of the resin layer can be prevented, damage to the swash plate and piston, which are counterpart materials, is small, resistance to oil and the like is high, and they do not seize even in a dry state without lubricating oil during operation.
  • the resin composition has a melt viscosity of 50 to 200 Pa ⁇ s at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1, it is excellent in thin-wall insert moldability.
  • the metal member is an iron-based sintered metal member
  • the surface area of the resin layer forming surface is large and the anchor effect due to the unevenness is high, so that the adhesion strength with the resin layer is increased.
  • the resin layer deeply digs into the irregularities on the surface of the sintered metal and the true bonding area increases, so that the adhesion strength between the resin layer and the substrate is improved.
  • the true bonding area between the resin layer and the base material is increased and there is no gap between the resin layer and the base material, the heat of the resin layer is easily transmitted to the base material.
  • the density of the iron-based sintered metal is set to a theoretical density ratio of 0.7 to 0.9, it is possible to secure surface irregularities for obtaining adhesion and at the same time have the required denseness, The thermal conductivity of the substrate can also be secured. Moreover, since required joining strength is obtained in the junction part of a resin layer and a base material, even if it uses on high PV conditions, it can prevent that a resin layer peels from a base material.
  • the resin layer of the spherical part is thicker than the resin layer of the flat part, the resin part of the flat part sliding with the swash plate is thin, has a high PV and high load resistance, and is a spherical part that slides with the piston.
  • the resin layer is thick, has good conformability when per piece, and has excellent wear resistance.
  • the resin layer of the flat portion and the resin layer of the spherical portion into an integral layer and providing the difference in thickness as described above for each layer, the high melt fluidity of the entire resin layer at the time of injection molding is achieved. In particular, the moldability of the resin layer in the flat portion that is thin is ensured.
  • the thickness of the resin layer in the plane portion is 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, and the thickness of the resin layer in the spherical portion is more than 0.3 mm and 0.7 mm or less, the entire resin layer is thin.
  • the frictional heat easily escapes from the friction surface to the base material side and is difficult to store heat.
  • the load resistance in the above-mentioned plane part, the conformability in the spherical part, the high melt fluidity at the time of injection molding, and the like can be further improved.
  • the swash plate compressor of the present invention includes the above-described hemispherical shoe, seizure does not occur on the sliding surface of the hemispherical shoe even in a dry lubrication state without lubricating oil at the start of operation. It is excellent in dynamic and load-bearing properties, has no deterioration in lubrication characteristics due to frictional heat generation, and does not peel off the resin layer, ensuring sufficient durability and providing a safe and long-life swash plate compressor.
  • the sliding surface of the swash plate with the hemispherical shoe is a polished surface of the swash plate base material and does not have a lubricous coating, so despite being functionally equivalent, A low-priced swash plate compressor can be provided. Furthermore, since it can be used for high surface pressure (for example, more than 8 MPa) specifications, it is suitable for those using carbon dioxide gas or HFC1234yf as a refrigerant.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a swash plate compressor of the present invention.
  • the swash plate type compressor shown in FIG. 1 uses carbon dioxide gas as a refrigerant.
  • the swash plate 3 attached obliquely so as to be directly fixed to the rotary shaft 2 in the housing 1 in which the refrigerant exists is inclined. It is converted into a reciprocating motion of a double-headed piston 9 through a hemispherical shoe 4 that slides on both sides of the plate 3, and a refrigerant is generated on both sides of each piston 9 in a cylinder bore 10 formed at equal intervals in the circumferential direction of the housing 1.
  • the swash plate type that compresses and expands.
  • the rotary shaft 2 that is rotationally driven at high speed is supported by a needle roller bearing 11 in the radial direction and supported by a thrust needle roller bearing 12 in the thrust direction.
  • the swash plate 3 may be fixed to the rotary shaft 2 indirectly via a connecting member.
  • the aspect attached rather than diagonally may be sufficient.
  • Each piston 9 is formed with a recess 9 a so as to straddle the outer periphery of the swash plate 3, and a hemispherical shoe 4 is seated on a spherical seat 13 formed on the axially opposed surface of this recess 9 a,
  • the swash plate 3 is supported so as to be movable relative to the rotation of the swash plate 3. Thereby, conversion from the rotational movement of the swash plate 3 to the reciprocating movement of the piston 9 is performed smoothly.
  • the hemispherical shoe 4 has a spherical portion that slides with the piston 9 (spherical seat 13) and a flat portion that slides with the swash plate 3.
  • the hemispherical shoe 4 includes a spherical portion 4a constituting a part of the sphere, a flat portion 4b in which the sphere is cut in a substantially flat surface on the opposite side of the spherical portion 4a, a spherical portion 4a, It has a substantially hemispherical structure composed of an outer peripheral part 4c connecting the flat part 4b.
  • the hemispherical shoe 4 has a circular planar shape, and the surface of the outer peripheral portion 4c (the surface of the resin layer 6c) is a cylindrical outer peripheral surface.
  • the overall shape of the hemispherical shoe 4 is a shape in which one bottom surface of the cylindrical body is a convex shape constituting a part of the hemisphere.
  • the overall shape of the hemispherical shoe 4 is not limited to this, and it is sufficient if it has a flat surface portion that slides with the swash plate and a spherical surface portion that slides with the piston. It is good also as a shape which does not have.
  • the hemispherical shoe 4 has a metal member as a base material 5 and has a resin layer 6 formed on the surface of the flat surface portion 4b that slides with the swash plate and the surface of the spherical surface portion 4a that slides with the piston.
  • the resin layer 6a is formed on the surface of the spherical surface portion 4a
  • the resin layer 6b is formed on the surface of the flat surface portion 4b
  • the resin layer 6 is formed on the outer peripheral portion 4c. Layer 6c.
  • the resin layer 6b of the flat surface portion 4b and the resin layer 6a of the spherical surface portion 4a are continuous resin layers through the resin layer 6c of the outer peripheral portion 4c, and are integrally formed so as to cover the surface of the base material 5.
  • the thickness of the resin layer covering the outside of the base material 5 is as thin as about 0.1 to 0.7 mm.
  • the shape of the base material 5 is a shape along the entire shape of the hemispherical shoe 4. It is preferable to make the resin layer as thin as the above-mentioned range since the frictional heat easily escapes from the frictional sliding surface to the substrate side and is difficult to store heat.
  • the above resin layer is formed on the direct sliding surface with both the piston and the swash plate member, but the other portions are not covered with the resin layer. It has an exposed part. Even if frictional heat due to sliding with the swash plate and piston occurs, heat can be transferred from the exposed part through the base material, and the resin layer does not dissolve, resulting in wear resistance and seizure resistance. Excellent.
  • the position and form of the exposed portion of the base material are not particularly limited as long as they are other than the direct sliding surfaces with both the piston and swash plate members, but because of excellent workability and heat dissipation, (1 ) A hollow part that becomes a concave part from the spherical part side or the flat part side, or (2) a hollow part that penetrates the spherical part side and the flat part side is formed, and at least a part of the hollow part is filled with a resin layer
  • the form exposed without being preferable is preferable.
  • the base material 5 is formed with a cylindrical space-like hollow portion 7 penetrating the spherical portion 4a side and the flat portion 4b side at the central axis portion at the center of the circle.
  • the hollow portion 7 is filled with the resin layer 6d from the plane portion 4b side to a predetermined axial depth, and the other portion (exposed portion) is not covered with the resin, and the surface of the base material constituting the hollow portion is exposed. It has become a state.
  • the exposed portion in the hollow portion 7 the frictional heat is radiated from the portion to the outside.
  • the exposed portion also functions as an oil pocket that holds the lubricating oil.
  • the axial length of the exposed portion of the hollow portion 7 is preferably at least one third of the height of the hemispherical shoe. By setting it as this range, the area of a thermal radiation part can be enlarged and it is excellent in heat dissipation.
  • the diameter of the hollow portion 7 is preferably in the range of 1/6 to 1/3 with respect to the diameter of the hemispherical shoe 4. By making it within this range, it is possible to prevent the strength of the base material from being lowered while ensuring heat dissipation.
  • the hemispherical shoe 4 of the form shown in FIG. 2 has a non-contact portion 8 with the piston on the outer surface on the spherical surface portion 4a side, and the base material 5 is exposed without being covered with the resin layer 6 in the non-contact portion 8. Yes.
  • the non-contact portion 8 is a portion having a shape obtained by cutting a part of the spherical portion 4a with a plane parallel to the flat portion 4b, and is a portion that does not slide contact with the piston. In this form, the planar shape of the non-contact part 8 is circular.
  • the size (diameter) of the non-contact portion 8 is preferably in the range of 1/3 to 1/2 of the diameter of the hemispherical shoe 4. By setting it within this range, heat dissipation can be improved while securing a sufficient sliding area between the spherical surface portion and the piston.
  • the thickness of the resin layer it is preferable to make the thickness of the resin layer in the spherical portion thicker than the thickness of the resin layer in the flat portion.
  • This aspect will be described with reference to FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the hemispherical shoe of this aspect, and the lower view of FIG. 3 is a plan view thereof.
  • the thickness T 1 of the resin layer 6a of the spherical portion 4a it is thicker than the thickness T 2 of the resin layer 6b of the flat portion 4b (T 1> T 2) .
  • the resin layer 6b of the flat portion 4b that slides on the swash plate is required to have high PV and high load resistance, the thinner the resin layer 6b, the faster the frictional heat is transmitted to the base material, which is preferable.
  • the resin layer 6a on the surface of the spherical portion 4a that slides with the piston is thickened to ensure melt fluidity.
  • the surface of the convex spherical surface portion 4a slides with the concave spherical surface (spherical seat) of the piston, but it is difficult to make the curvatures of both the same, and the surfaces of the convex spherical portion 4a come into contact with each other.
  • the thickness of the resin layer 6a is better if it is slightly thicker. Considering these points, the thickness difference as described above is provided.
  • the “thickness of the resin layer” in the present invention is the thickness of the surface portion that does not enter the substrate.
  • the diameter of the hemispherical shoe is about 10 mm (5 to 15 mm) as described above.
  • the thickness T 1 of the resin layer 6a of the spherical portion 4a is preferably 0.7mm or less beyond 0.3mm
  • the thickness T 2 of the resin layer 6b of the flat portion 4b has 0.1mm or 0.3mm or less preferable. By being in such a range, it is excellent in the load resistance in the plane part 4b, the conformability in the spherical part 4a, the high melt fluidity at the time of injection molding, and the like.
  • the thickness T 3 of the resin layer 6c of the outer peripheral portion 4c is taken into consideration the balance between heat dissipation and improve the melt fluidity, it is preferable that equal to the thickness T 1 of the resin layer 6a of the spherical portion 4a.
  • the thickness of the entire resin layer is preferably 0.1 to 0.7 mm.
  • the thickness of the resin layer exceeds 0.7 mm, the frictional heat hardly escapes from the friction surface to the substrate side, and the temperature of the friction surface increases.
  • the amount of deformation due to the load increases, the real contact area on the friction surface also increases, the frictional force and frictional heat increase, and seizure resistance also decreases.
  • the thickness of the resin layer is less than 0.1 mm, the lifetime during long-term use is shortened.
  • FIGS. 4 to 6 are longitudinal sectional views showing other examples of the hemispherical shoe.
  • a hollow portion 7 that penetrates the spherical surface portion 4 a side and the flat surface portion 4 b side is formed in the central axis portion of the circular center of the base material 5.
  • the hollow portion 7 is filled with the resin layer 6d from the spherical surface portion 4a side to a predetermined axial depth, and the other portion (exposed portion) is not covered with the resin and is a base constituting the hollow portion. The material surface is exposed.
  • the sliding property with the swash plate is particularly excellent due to the heat dissipation and the function as an oil pocket.
  • a hollow portion 7 having a cylindrical space which is a concave portion from the spherical surface side is formed in the central axis portion of the circular center of the base material 5.
  • the hollow portion 7 is not filled with the resin layer 6, and the entire surface of the base material constituting the hollow portion is exposed.
  • the hemispherical shoe 4 in FIG. 6 is in a state in which the outer peripheral portion 4c that connects the flat portion 4b and the spherical portion 4a is not covered with the resin layer 6 and the base material 5 is exposed. Since the outer peripheral part 4c is a part which does not slide with other members, such as a swash plate and a piston, formation of a resin layer is not essential. For this reason, compared with the spherical surface part 4a and the plane part 4b, it is easy to ensure the base-material exposed area used as a thermal radiation part large. Further, in order to increase the area of the heat radiating portion, a hollow portion as shown in FIG. 5 may be formed in the outer peripheral portion 4c.
  • the flat surface portion 4b that slides with the swash plate and the spherical surface portion 4a that slides with the piston are located on the opposite sides in the axial direction.
  • the resin layers formed on these surfaces are continuous and integrated through the outer peripheral part (FIGS. 2 to 5) and the hollow part (FIG. 6), the resin layers on both sides are structurally formed as a base material. It becomes difficult to peel from.
  • the thickness T 1 of the resin layer 6a of the spherical portion 4a it is preferable to be thicker than the thickness T 2 of the resin layer 6b of the flat portion 4b. Thereby, the effect equivalent to the form of FIG. 3 is acquired.
  • the synthetic resin (base resin) forming the resin layer is not particularly limited as long as it can ensure the lubrication characteristics and heat resistance required for the hemispherical shoe.
  • an aromatic such as polyetheretherketone (PEEK) resin.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PAI polyamideimide
  • PI polyimide
  • phenol resin phenol resin
  • Each of these synthetic resins may be used alone or may be a polymer alloy in which two or more kinds are mixed.
  • PEEK resin, PAI resin, and PI resin excellent in heat resistance and wear resistance are preferable, and PEEK resin excellent in fatigue characteristics and fluidity during injection molding is particularly preferable.
  • These synthetic resins may be blended with carbon fiber, glass fiber, mica, talc and the like for the purpose of improving wear resistance. Further, for the purpose of reducing friction and improving seizure resistance when oil is exhausted, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, graphite, molybdenum disulfide, or the like may be blended.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • injection molding As a method for forming the resin layer, injection molding, spray coating, powder coating, or the like can be employed. Of these, injection molding is preferred because an inexpensive and dense resin layer can be formed. In injection molding, since a pressure is applied to a resin composition in a molten state, a resin layer is densely formed, and load resistance and wear resistance are increased.
  • an injection molding method for example, a method in which a base material of a hemispherical shoe is set in a mold, and a synthetic resin is injection molded (insert molding) from the top can be adopted.
  • the resin layer when the resin layer is formed by injection molding, the resin layer may be machined to a desired dimension after injection molding, in addition to being molded once to a desired dimension by injection molding.
  • insert molding it is preferable to employ the above-described insert molding as a method for forming the resin layer.
  • a resin composition in which an aromatic PEK-based resin is used as a base resin for the resin layer and a predetermined compounding material is blended therein.
  • a resin composition having an aromatic PEK resin as a base resin will be described.
  • Each resin layer uses an aromatic PEK-based resin as a base resin to obtain a highly reliable hemispherical shoe with excellent heat resistance, oil / chemical resistance, creep resistance, friction and wear characteristics, etc. Can do.
  • it since it has high toughness and mechanical properties at high temperatures and is excellent in fatigue resistance and impact resistance, it can also be prevented from peeling off from the substrate due to frictional force, impact, vibration during use.
  • Examples of the aromatic PEK resin that can be used in the present invention include polyether ether ketone (PEEK) resin, polyether ketone (PEK) resin, and polyether ketone ether ketone (PEKEKK) resin.
  • PEEK resins that can be used in the present invention include: Victrex: VICTREX PEEK (90P, 150P, 380P, 450P, 90G, 150G, etc.), Solvay Specialty Polymers: Keta Spire PEEK (KT-820P, KT) -880P, etc.), manufactured by Daicel Evonik Co., Ltd .: VESTAKEEEP (1000G, 2000G, 3000G, 4000G, etc.).
  • Examples of the PEK resin include Victrex HT manufactured by Victrex
  • examples of the PEKKK resin include Victrex ST manufactured by Victrex.
  • the resin composition forming this resin layer preferably has a melt viscosity of 50 to 200 Pa ⁇ s at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 .
  • a melt viscosity is within this range, a thin insert molding of 0.1 to 0.7 mm can be smoothly performed on the surface of the base material of the hemispherical shoe. Even when the resin flow path of the connecting portion of the resin layer between the spherical surface portion and the flat surface portion is narrow, the thin resin layer can be easily formed.
  • a resin composition having an aromatic PEK-based resin as a base resin it is preferable to employ an aromatic PEK-based resin having a melt viscosity of 150 Pa ⁇ s or less under the above conditions in order to bring the melt viscosity to the above range.
  • the aromatic PEK-based resin include VICTREX PEEK (90P, 150P, 90G, 150G) manufactured by Victrex, Inc. among the above.
  • the resin material can easily enter the surface irregularities of the base material made of a sintered metal member or the like at the time of injection molding, and strong adhesion is possible.
  • a compounding material such as PTFE resin, graphite, molybdenum disulfide, various whiskers, aramid fiber, carbon fiber, etc.
  • a compounding material such as PTFE resin, graphite, molybdenum disulfide, various whiskers, aramid fiber, carbon fiber, etc.
  • the blending ratio of each component in the resin composition forming this resin layer is based on aromatic PEK resin as a base resin, (1) 1 to 30% by volume of PTFE resin as essential components, and (2) carbon fiber and graphite. It is preferable to contain 5 to 30% by volume of at least one.
  • the balance excluding the essential components (1) and (2) and other small amount additives is an aromatic PEK resin.
  • the wear resistance and creep resistance may be lowered from the required levels. Further, if the blending ratio of the PTFE resin is less than 1% by volume, the effect of imparting the required lubricity to the composition is poor, and sufficient sliding characteristics may not be obtained.
  • the melt fluidity is lowered and thin-wall molding may be difficult.
  • the swash plate or the piston as the counterpart material may be worn and damaged.
  • it is less than 5 volume%, the effect which reinforces a resin layer is scarce, and sufficient creep resistance and abrasion resistance may not be obtained.
  • any of molding powder by suspension polymerization method, fine powder by emulsion polymerization method, and recycled PTFE may be adopted.
  • recycled PTFE which is difficult to be fiberized by shearing during molding and hardly increases the melt viscosity.
  • it may be a PTFE resin modified with a side chain group having a perfluoroalkyl ether group, a fluoroalkyl group, or another fluoroalkyl group.
  • Regenerated PTFE is a heat-treated (heat history added) powder, a powder irradiated with ⁇ rays or electron beams.
  • a powder obtained by heat-treating molding powder or fine powder a powder obtained by further irradiating this powder with ⁇ -rays or an electron beam, a powder obtained by pulverizing a molding powder or a molded product of fine powder, and then a ⁇ -ray or electron beam.
  • irradiated powder molding powder or fine powder irradiated with gamma rays or electron beams.
  • the recycled PTFE does not aggregate, does not fiberize at the melting temperature of the aromatic PEK resin, has an internal lubricating effect, and stabilizes the fluidity of the resin composition based on the aromatic PEK resin. It is more preferable to use PTFE resin irradiated with ⁇ rays or electron beams.
  • Kitamura Co., Ltd . KTL-610, KTL-450, KTL-350, KTL-8N, KTL-8F, Asahi Glass Co., Ltd .: Fullon L169J, L170J , L172J, L173J, and the like.
  • the carbon fiber may be either a pitch-based or PAN-based material classified from raw materials, but a PAN-based carbon fiber having a high elastic modulus is preferable.
  • the calcining temperature is not particularly limited, but a carbonized material calcined at about 1000 to 1500 ° C. is higher than that calcined at a high temperature of 2000 ° C. or higher to be converted into graphite. Even under PV, it is preferable because the swash plate and the piston, which are counterpart materials, are less likely to be damaged by wear.
  • PAN-based carbon fiber as the carbon fiber, the elastic modulus of the resin layer is increased, and deformation and wear of the resin layer are reduced. Furthermore, the true contact area of the friction surface is reduced, and frictional heat generation is reduced.
  • the average fiber diameter of carbon fibers is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 5 to 15 ⁇ m. A thick carbon fiber exceeding this range is not preferable because extreme pressure is generated, so that the effect of improving load resistance is poor, and depending on the material of the mating material, the wear damage of the mating material increases.
  • the carbon fiber may be a chopped fiber or a milled fiber, but a milled fiber having a fiber length of less than 1 mm is preferable in order to obtain stable thin-wall formability.
  • the average fiber length of carbon fibers is preferably 0.02 to 0.2 mm. If the thickness is less than 0.02 mm, a sufficient reinforcing effect cannot be obtained, so that the creep resistance and wear resistance are poor. When the thickness exceeds 0.2 mm, the ratio of the fiber length to the thickness of the resin layer becomes large, so that the thin formability is inferior. In order to further improve the stability of thin-wall molding, the average fiber length is more preferably 0.02 to 0.1 mm.
  • Graphite is roughly classified into natural graphite and artificial graphite, and further includes flakes, granules and spheres, and any of them can be used.
  • flake graphite is preferred.
  • a well-known resin additive with this resin composition to such an extent that the effect of this invention is not inhibited.
  • the additive include friction property improvers such as boron nitride and tungsten disulfide, thermal conductivity improvers such as carbon powder and metal oxide powder, and colorants such as carbon powder, iron oxide, and titanium oxide. It is done.
  • particulate inorganic fillers such as calcium carbonate, calcium sulfate, mica and talc, thermosetting PI resins, wholly aromatic polyester resins, and non-melting organic fillers even at the injection molding temperature of the above resins such as aramid fibers Abrasion resistance improving material is mentioned.
  • the means for mixing and kneading the above raw materials is not particularly limited, and only the powder raw material is dry-mixed with a Henschel mixer, ball mixer, ribbon blender, ladyge mixer, ultra Henschel mixer, etc. Melting and kneading can be performed with a melt extruder such as an extruder to obtain molding pellets of the resin composition. In addition, a side feed may be used for charging the filler when melt kneading with a twin screw extruder or the like. As described above, a resin layer can be formed on the substrate by injection molding (insert molding) using this molding pellet. Moreover, you may perform processes, such as annealing treatment, for physical property improvement after shaping
  • the hemispherical shoe 4 having the form shown in FIG. 2 is formed by directly injection-molding a thin resin layer 6 on the surface of the substrate 5 using a resin composition having an aromatic PEK-based resin as a base resin. Yes. Specifically, insert molding is performed in which the base material 5 is set in a mold and the resin is injection molded from above. At the time of insert molding, the resin layer 6b of the flat surface portion 4b and the resin layer 6a of the spherical surface portion 4a are integrally formed including the resin layer of the outer peripheral portion 4c serving as a connecting portion. As described above, the thickness of the resin layer 6a and the resin layer 6b of the hemispherical shoe 4 is preferably set to 0.1 to 0.7 mm. Either an insert molding surface (one insert molding) or a surface finished to a required thickness by machining after molding may be used.
  • the thickness of each resin layer is preferably 0.2 to 0.7 mm. If the thickness of the resin layer is less than 0.2 mm, insert molding may be difficult. On the other hand, if it exceeds 0.7 mm, sink marks may occur and the dimensional accuracy may decrease. In consideration of the heat dissipation of the frictional heat to the base material, the thickness of the resin layer is more preferably 0.2 to 0.5 mm. Further, in order to obtain a resin layer thickness of 0.2 to 0.5 mm by a single insert molding, as described above, the resin composition has a melt viscosity of 50 to 50 at a resin temperature of 380 ° C. and a shear rate of 1000 s ⁇ 1 . 200 Pa ⁇ s is preferable.
  • the metal member as the base material examples include a member made of molten metal manufactured by press working, machining, die casting, or the like.
  • the molten metal examples include steels such as bearing steel (SUJ1-5, etc.), chromium molybdenum steel, carbon steel for mechanical structure, mild steel, stainless steel, or high speed steel, aluminum, aluminum alloy, copper, A copper alloy is mentioned.
  • the surface of the base material is made uneven by physical surface treatment such as shot blasting or machining before the resin layer is formed in order to improve the adhesion with the resin layer. Raging is preferred.
  • chemical surface treatment such as acidic solution treatment (mixed with sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc. or other solutions), alkaline solution treatment (mixed with sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. or other solutions) It is preferable to form a fine concavo-convex shape on at least the resin layer forming surface of the substrate.
  • the acidic solution treatment is preferable because masking can be omitted.
  • the fine uneven shape varies depending on the concentration, processing time, post-treatment, etc., in order to improve the adhesion due to the anchor effect, it is preferable to form fine unevenness with a concave pitch of several nm to several tens of ⁇ m.
  • the fine uneven shape formed by the chemical surface treatment has a complicated three-dimensional structure such as a porous structure, so that the anchor effect is easily exhibited, and particularly strong adhesion is possible.
  • a sintered metal member having a concavo-convex surface can be employed as the metal member as the base material.
  • the surface area of the resin layer forming surface is large and the anchor effect due to the unevenness is high, so that the adhesion strength with the resin layer can be increased.
  • the resin layer bites into the irregularities on the surface of the sintered metal during injection molding, and the true bonding area increases, so the adhesion strength between the resin layer and the substrate improves. .
  • the true bonding area between the resin layer and the base material is increased and there is no gap between the resin layer and the base material, the heat of the resin layer is easily transmitted to the base material.
  • the density of the sintered metal is preferably set to a theoretical density ratio of 0.7 to 0.9.
  • the theoretical density ratio of the material is the ratio of the density of the base material when the theoretical density of the material (density when the porosity is 0%) is 1.
  • the theoretical density ratio is less than 0.7, the strength of the base material becomes low, and the base material may be cracked by the injection molding pressure at the time of insert molding.
  • the theoretical density ratio exceeds 0.9, the unevenness is reduced, so that the surface area and the anchor effect are lowered, and the adhesion with the resin layer is lowered.
  • the theoretical density ratio of the materials is 0.72 to 0.84.
  • the surface of the sintered metal member forming the resin layer may be provided with physical stoppers such as irregularities and grooves, and a peripheral stopper. .
  • the mold temperature is about 160 to 200 ° C.
  • the resin temperature is about 360 to 410 ° C.
  • the base material has oil adhesion or oil impregnation, the residue of the oil decomposed and gasified during the injection molding of the resin layer is present at the interface, which may reduce the adhesion between the resin layer and the base material. is there. Therefore, it is preferable to use a sintered metal member not impregnated with oil for the base material.
  • oil when oil is used in the process of forming or repressing (sizing) a sintered metal member, the oil should be removed by steam cleaning or a non-oil-containing sintered metal member that has been steamed. preferable.
  • the surface of the resin layer serving as a sliding surface with the swash plate or the piston may be polished after the resin layer is formed.
  • the polishing process eliminates variations in individual height dimensions and improves accuracy.
  • the surface roughness of the surface of the resin layer is preferably adjusted to 0.05 to 1.0 ⁇ mRa (JIS B0601). By setting it within this range, the real contact area on the sliding surface of the resin layer sliding with the swash plate or the piston is increased, the actual surface pressure can be lowered, and seizure can be prevented. If the surface roughness is less than 0.05 ⁇ mRa, the lubricating oil is insufficiently supplied to the sliding surface.
  • the surface roughness exceeds 1.0 ⁇ mRa, the surface area is locally increased due to a decrease in the real contact area on the sliding surface, and seizure occurs. There is a fear. More preferably, the surface roughness is 0.1 to 0.5 ⁇ mRa.
  • oil pockets or dynamic pressure grooves may be formed on the surface of the resin layer serving as a sliding surface with the swash plate or the piston in order to supplement the lubricating action during the lean lubrication.
  • the shape of the oil pocket include a spot-like or streak-like recess.
  • the spot shape or the stripe shape include a parallel straight line shape, a lattice shape, a spiral shape, a radial shape, and a ring shape.
  • the depth of the oil pocket can be determined as appropriate below the thickness of the resin layer.
  • the swash plate type compressor in which the hemispherical shoe of the present invention is used is a swash plate that is fixed to the rotating shaft directly or indirectly through a connecting member at right angles and obliquely in a housing where refrigerant exists.
  • This is a swash plate type compressor that compresses and expands the refrigerant by sliding a hemispherical shoe and converting the rotational motion of the swash plate into a reciprocating motion of the piston through the hemispherical shoe.
  • the surface of the swash plate or the like can be incorporated in the swash plate compressor and slid with the hemispherical shoe while the surface of the substrate remains the polished surface. Therefore, it is possible to provide a low-cost swash plate compressor that is functionally equivalent.
  • the hemispherical shoe of the swash plate compressor of the present invention does not cause seizure even in a dry lubrication state without lubricating oil at the start of operation, has excellent slidability and load resistance, and deteriorates lubrication characteristics due to frictional heat generation. There is no peeling of the resin layer, and sufficient durability is ensured. Therefore, it can be used for various swash plate compressors.
  • carbon dioxide gas or HFC1234yf is used as a refrigerant, and it can be suitably used for a recent swash plate type compressor having a high-speed and high-load specification.

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Abstract

　運転開始時の潤滑油のないドライ潤滑状態においても、焼付きが発生せず、摺動性や耐荷重性に優れ、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保された半球シュー、および、この半球シューを使用することにより斜板やピストンの摺動面から潤滑性被膜を除いた斜板式コンプレッサを提供する。斜板式コンプレッサの斜板およびピストンと摺動する半球シュー４であり、金属製部材を基材５とし、斜板と摺動する平面部４ｂの表面に樹脂層６ｂが、ピストンと摺動する球面部４ａの表面に樹脂層６ａが形成され、樹脂層６ａと樹脂層６ｂとが一体の層であり、かつ、基材５の少なくとも一部が樹脂層６で覆われずに露出している。

Description

斜板式コンプレッサの半球シューおよび斜板式コンプレッサ
　本発明は、自動車用エアコンなどに用いられる斜板式コンプレッサにおいて、斜板とピストンとの間に介在して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換するための半球シューに関する。
　斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させるものである。このような斜板式コンプレッサには、両頭形のピストンを用いて冷媒を両側で圧縮、膨張させる両斜板タイプのものと、片頭形のピストンを用いて冷媒を片側のみで圧縮、膨張させる片斜板タイプのものとがある。また、半球シューは斜板の片側面のみで摺動するものと、斜板の両側面で摺動するものとがある。これらの斜板式コンプレッサでは、斜板と半球シューの摺動面に毎秒２０ｍ以上の大きな相対速度の滑りが発生して、半球シューは非常に過酷な環境で使用される。
　また、潤滑については、潤滑油は冷媒に溶け込みながら薄められハウジング内を循環し、ミスト状となって摺動部に供給される。しかし、運転休止状態から運転を再開した場合において、液化した冷媒により潤滑油が洗い流されてしまい、運転開始時の斜板と半球シューとの摺動面は、潤滑油のないドライ潤滑状態となり、焼付きが発生しやすいという問題がある。
　この焼付きを防止する手段としては、例えば、斜板および半球シューの少なくとも摺動面にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂被膜を静電粉体塗装法により直接形成したもの（特許文献１参照）、固体潤滑剤を含有する熱可塑性ポリイミド被膜を静電粉体塗装法により形成したもの（特許文献２参照）が提案されている。
　また、高速・高温条件において高い摺動性を確保するため、斜板、半球シューおよびピストンの少なくとも一の摺接部位にＰＥＥＫ樹脂からなるバインダと、該バインダ中に分散された固体潤滑剤とからなる摺動層を形成したもの（特許文献３参照）が提案されている。
特開２００２－１８０９６４号公報 特開２００３－０４９７６６号公報 特開２００２－０３９０６２号公報
　従来技術では、斜板と半球シューの潤滑特性の向上のために、上記したとおり、斜板や半球シューの摺動面を潤滑性被膜で形成する方法が提案されてきたが、現実には斜板への潤滑性被膜の形成はあっても、半球シューへの潤滑性被膜の形成は皆無であった。この理由は、斜板に比べて半球シューの摺動面積が小さいうえに、ピストンの球面座との摺動も受けるため、摩擦熱によって潤滑性被膜の耐久性が十分に得られていないということが推測される。
　例えば従来技術のように、斜板およびピストンとの摺動のため半球シューの表面全体を樹脂被膜で覆った場合、摩擦熱の放熱性が低下するとともに半球シュー基材の温度上昇が発生し、樹脂被膜が溶解するということが起こり得る。また、静電粉体塗装法や塗液塗布による樹脂被膜の形成は、半球シューを焼成温度にさらすことになり強度低下の懸念がある。また、半球シューの複数の摺動面毎に樹脂被膜を形成する場合、構造的に摺動面毎の剥離が発生しやすくなるおそれがある。また、半球シューは、斜板側とピストン側とで摺動状態が異なるため、全体を均一な樹脂皮膜で覆うと一方の摺動面で摺動性や耐荷重性が不足する等の問題が生じるおそれがある。
　一方、潤滑性被膜を有する斜板は、摺動面の平面度、平行度、厚さ精度の加工精度が厳しいだけでなく、高価な材料からなる潤滑性被膜の被膜面積が大きいため低価格化できないという問題がある。
　本発明はこれらの問題に対処するためになされたものである。運転開始時の潤滑油のないドライ潤滑状態においても、焼付きが発生せず、摺動性や耐荷重性に優れ、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保された半球シューを提供することを目的とする。また、この半球シューを使用することにより、斜板やピストンの摺動面から潤滑性被膜を除いた斜板式コンプレッサを提供することを目的とする。
　本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの半球シューであって、該半球シューは、金属製部材を基材とし、上記斜板と摺動する平面部の表面および上記ピストンと摺動する球面部の表面に樹脂層が形成され、上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが一体の層であり、かつ、上記基材の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに露出していることを特徴とする。
　上記基材は、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が上記樹脂層で充填されずに露出していることを特徴とする。また、上記中空部の露出部分の軸方向長さが、上記半球シューの高さの３分の１以上であることを特徴とする。
　上記半球シューは、上記球面部側の中央に上記ピストンとの非接触部を有し、該非接触部において、上記基材が上記樹脂層で覆われずに露出していることを特徴とする。
　上記半球シューは、上記平面部と上記球面部とを繋ぐ外周部の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに上記基材が露出していることを特徴とする。
　上記平面部の樹脂層および上記球面部の樹脂層のそれぞれの厚みが０．１～０．７ｍｍであり、上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とは、芳香族ポリエーテルケトン系（芳香族ＰＥＫ系）樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物を用いて上記基材の表面に射出成形で一体に形成されていることを特徴とする。
　また、上記樹脂組成物は、該樹脂組成物全体に対して、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂を１～３０体積％、炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方を５～３０体積％、それぞれ含むことを特徴とする。
　また、上記樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度が、５０～２００Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
　上記金属製部材が鉄系焼結金属製の部材であり、その密度が材質の理論密度比０.７～０.９であることを特徴とする。
　上記球面部の樹脂層が上記平面部の樹脂層よりも厚いことを特徴とする。
　また、上記平面部の樹脂層の厚みが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、上記球面部の樹脂層の厚みが０．３ｍｍをこえて０．７ｍｍ以下であることを特徴とする。
　上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが、上記基材の表面に射出成形で形成されていることを特徴とする。
　本発明の斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサであり、上記半球シューが本発明の半球シューであることを特徴とする。
　また、上記斜板の上記半球シューとの摺動面は、斜板基材の研磨面であり潤滑性被膜を有さないことを特徴とする。
　さらに、上記冷媒が、炭酸ガスであることを特徴とする。
　本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、金属製部材を基材とし、斜板と摺動する平面部の表面およびピストンと摺動する球面部の表面に樹脂層が形成され、基材の一部が樹脂層で覆われずに露出しているので、放熱性、耐荷重性に優れ、斜板とピストンの両部材との摺動性にも優れる。また、上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが一体の層であるので、樹脂層の基材からの剥離を防止できる。
　また、上記基材は、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が樹脂層で充填されずに露出しているので、摩擦熱が基材を伝わって、露出したこの中空部から外部に放熱される。このため、耐摩耗性、耐焼付き性に優れる。また、中空部の露出部分が半球シューの高さの３分の１以上であるため、放熱性をより向上できる。中空部を放熱部とするため、外表面の一部を放熱部とする場合よりも、放熱部面積を大きく確保しやすい。
　また、上記半球シューは、球面部側の中央にピストンとの非接触部を有し、該非接触部において基材が樹脂層で覆われずに露出しているので、球面部で発生した摩擦熱を該露出部分から放熱しやすくなる。
　また、上記半球シューは、平面部と球面部とを繋ぐ外周部の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに基材が露出しているので、摩擦熱が基材を伝わって、露出したこの外周部から外部に放熱される。このため、耐摩耗性、耐焼付き性に優れる。また、外周部は、他部材との摺動部ではないため、樹脂層の形成が必須ではない。このため、球面部および平面部と比較して、放熱部面積を大きく確保しやすい。
　上記平面部の樹脂層および上記球面部の樹脂層のそれぞれの厚みが０．１～０．７ｍｍであり、上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とは、芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物を用いて基材の表面に射出成形で一体に形成されているので、耐荷重性に優れ、斜板とピストンの両部材との摺動性にも優れる。また、樹脂層を形成する樹脂組成物のベース樹脂が、芳香族ＰＥＫ系樹脂であるので、摩擦摩耗性特性、耐焼付き性、各種耐化学薬品性、耐油性に優れる。さらに、射出成形時に樹脂組成物に溶融状態で圧力が加えられるため、樹脂層が緻密に形成され、耐荷重性などに優れる。
　また、樹脂層の厚みが０.１～０.７ｍｍと薄肉であるため、摩擦熱が摩擦面から基材側に逃げ易く、蓄熱し難い。さらに、上記平面部の樹脂層と上記球面部の樹脂層とが射出成形で一体に形成された層であるので、樹脂層の基材からの剥離を防止できる。
　また、上記樹脂組成物が、該樹脂組成物全体に対して、ＰＴＦＥ樹脂を１～３０体積％、炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方を５～３０体積％、それぞれ含むので、高ＰＶ条件においても、樹脂層の変形および摩耗を防止でき、相手材である斜板やピストンの損傷が小さく、油などに対する耐性も高く、運転時の潤滑油のないドライ状態においても焼き付かない。
　また、上記樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度を、５０～２００Ｐａ・ｓにすることで、薄肉のインサート成形性に優れる。
　上記金属製部材が鉄系焼結金属製の部材であるので、樹脂層形成面の表面積が大きく、凹凸によるアンカー効果も高いので、樹脂層との密着強さが高くなる。特に樹脂層の射出成形時（インサート成形時）に、該樹脂層が焼結金属表面の凹凸に深く食い込み、真の接合面積が増大するため、樹脂層と基材の密着強さが向上する。さらに、樹脂層と基材の真の接合面積が増え、樹脂層と基材との間に隙間がないため、樹脂層の熱が基材へ伝わり易くなる。また、鉄系焼結金属の密度を、材質の理論密度比０.７～０.９とすることで、密着性を得るための表面の凹凸を確保すると同時に、所要の緻密性を有し、基材の熱伝導性も確保できる。また、樹脂層と基材の接合部に、所要の接合強度が得られるため、高ＰＶ条件で使用しても、樹脂層が基材から剥離することを防止できる。
　上記球面部の樹脂層が上記平面部の樹脂層よりも厚いので、斜板と摺動する平面部の樹脂層は薄く、高ＰＶで高い耐荷重性を有し、ピストンと摺動する球面部の樹脂層は厚く、片当たり時のなじみ性がよく、耐摩耗性に優れる。また、平面部の樹脂層と球面部の樹脂層とを一体の層とし、かつ、各層について上記のような厚みの差を設けることで、射出成形時において樹脂層全体としての高い溶融流動性を確保し、特に薄肉となる平面部の樹脂層での成形性を確保している。
　また、平面部の樹脂層の厚みが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、球面部の樹脂層の厚みが０．３ｍｍをこえて０．７ｍｍ以下であるので、樹脂層全体が薄肉であり、摩擦熱が摩擦面から基材側に逃げ易く、蓄熱し難い。また、この範囲内とすることで、上述の平面部における耐荷重性、球面部におけるなじみ性、射出成形時の高い溶融流動性などを、より向上できる。
　本発明の斜板式コンプレッサは、上述した半球シューを備えたものであるので、運転開始時の潤滑油のないドライ潤滑状態においても、半球シューの摺動面での焼付きが発生せず、摺動性や耐荷重性に優れ、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保され、安心、長寿命な斜板式コンプレッサとなる。また、上述した半球シューを用い、斜板の該半球シューとの摺動面が斜板基材の研磨面であり潤滑性被膜を有さないので、機能面で同等であるにも拘らず、低価格の斜板式コンプレッサを提供できる。さらに、高面圧（例えば、８ＭＰａをこえる）仕様にも使用可能であるため、炭酸ガスあるいはＨＦＣ１２３４yｆを冷媒に用いたものに好適である。
本発明の斜板式コンプレッサの一例を示す縦断面図である。 図１の半球シューを拡大して示す縦断面図および平面図である。 半球シューの他の例を示す縦断面図および平面図である。 半球シューの他の例を示す縦断面図である。 半球シューの他の例を示す縦断面図である。 半球シューの他の例を示す縦断面図である。
　本発明の斜板式コンプレッサの一実施例を図面に基づき説明する。図１は、本発明の斜板式コンプレッサの一例を示す縦断面図である。図１に示す斜板式コンプレッサは、炭酸ガスを冷媒に用いるものであり、冷媒が存在するハウジング１内で、回転軸２に直接固定するように斜めに取り付けた斜板３の回転運動を、斜板３の両側面で摺動する半球シュー４を介して両頭形ピストン９の往復運動に変換し、ハウジング１の周方向に等間隔で形成されたシリンダボア１０内の各ピストン９の両側で、冷媒を圧縮、膨張させる両斜板タイプのものである。高速で回転駆動される回転軸２は、ラジアル方向を針状ころ軸受１１で支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受１２で支持されている。この構成において、斜板３は、連結部材を介して間接的に回転軸２に固定される態様でもよい。また、斜めではなく直角に取り付けられる態様であってもよい。
　各ピストン９には斜板３の外周部を跨ぐように凹部９ａが形成され、この凹部９ａの軸方向対向面に形成された球面座１３に、半球シュー４が着座されており、ピストン９を斜板３の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板３の回転運動からピストン９の往復運動への変換が円滑に行われる。半球シュー４は、球面部がピストン９（球面座１３）と摺動し、平面部が斜板３と摺動する。
　半球シューの構造を図２に基づき詳細に説明する。図２の上図は本発明の半球シューの一例を示す縦断面図であり、図２の下図はその平面図である。図２に示すように、半球シュー４は、球体の一部を構成する球面部４ａと、球面部４ａの反対側において該球体を略平面でカットした形態の平面部４ｂと、球面部４ａと平面部４ｂとを繋ぐ外周部４ｃとからなる略半球状の構造を有する。また、半球シュー４は、平面形状が円形状であり、外周部４ｃの表面（樹脂層６ｃの表面）は円筒外周面となる。半球シュー４の全体形状は、円柱体の一方の底面を半球の一部を構成する凸形状とした形状である。なお、半球シュー４の全体形状は、これに限定されるものではなく、斜板と摺動する平面部とピストンと摺動する球面部とを有していればよく、上記外周部（円筒部）を有さない形状としてもよい。
　半球シュー４は、金属製部材を基材５とし、斜板と摺動する平面部４ｂの表面およびピストンと摺動する球面部４ａの表面に樹脂層６が形成されている。樹脂層６のうち、球面部４ａの表面に形成されるものが樹脂層６ａであり、平面部４ｂの表面に形成されるものが樹脂層６ｂであり、外周部４ｃに形成されるものが樹脂層６ｃである。ここで、平面部４ｂの樹脂層６ｂと球面部４ａの樹脂層６ａとは、外周部４ｃの樹脂層６ｃを介して連続した樹脂層であり、基材５の表面を覆うように一体に形成されている。例えば、半球シューの直径１０ｍｍ程度の場合において、基材５の外側を覆う樹脂層の厚みは０．１～０．７ｍｍ程度の薄肉である。このため、基材５の形状は半球シュー４の全体形状に沿った形状である。樹脂層を上記範囲のような薄肉とすることで、摩擦熱が摩擦摺動面から基材側に逃げ易く、蓄熱し難いので、好ましい。
　本発明の半球シューは、金属製の基材において、ピストンおよび斜板の両部材との直接の摺動面に上記の樹脂層を形成しつつ、それ以外の箇所に樹脂層で覆われていない露出部を有することを特徴としている。斜板およびピストンとの摺動による摩擦熱が発生しても、基材を伝わって該露出部から熱を逃がすことができ、樹脂層の溶解などが起こらず、耐摩耗性や耐焼付き性に優れる。基材の露出部の位置や形態は、ピストンおよび斜板の両部材との直接の摺動面以外であれば特に限定されないが、加工性や放熱性に優れることから、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が樹脂層で充填されずに露出している形態が好ましい。
　図２に示す形態では、基材５には、その円形中央の中心軸部分に球面部４ａ側と平面部４ｂ側とを貫通する円筒空間状の中空部７が形成されている。中空部７は、平面部４ｂ側から所定の軸方向深さまで樹脂層６ｄが充填され、それ以外の部分（露出部分）では、樹脂に覆われず、該中空部を構成する基材表面が露出した状態となっている。中空部７に露出部分を有することで、摩擦熱が該部分から外部に放熱される。また、この露出部分が潤滑油を保持するオイルポケットとしての機能も有する。
　中空部７の露出部分の軸方向長さは、半球シューの高さの３分の１以上であることが好ましい。該範囲とすることで、放熱部の面積を大きくでき、放熱性に優れる。また、中空部７の直径としては、半球シュー４の直径に対して１／６～１／３の範囲内とすることが好ましい。該範囲内とすることで、放熱性を確保しながら、基材の強度低下を防止できる。
　図２に示す形態の半球シュー４は、球面部４ａ側の外表面にピストンとの非接触部８を有し、非接触部８において基材５が樹脂層６で覆われずに露出している。非接触部８は、球面部４ａの一部を平面部４ｂと平行な面で切った形状の部位であり、ピストンとは摺動接触しない部位である。この形態では、非接触部８の平面形状は円形状となる。球面部４ａ側の外表面にこのような非接触部かつ基材の露出部を設けることで、球面部で発生した摩擦熱を該露出部分から放熱しやすくなる。図２に示す非接触部８とする場合、この非接触部８の大きさ（直径）としては、半球シュー４の直径に対して１／３～１／２の範囲内とすることが好ましい。該範囲内とすることで、球面部とピストンとの十分な摺動面積を確保しながら、放熱性の向上が図れる。
　樹脂層の厚みに関して、球面部の樹脂層の厚みを、平面部の樹脂層の厚みよりも厚くすることが好ましい。この態様を図３に基づいて説明する。図３の上図はこの態様の半球シューの例を示す縦断面図であり、図３の下図はその平面図である。図３に示す半球シュー４では、球面部４ａの樹脂層６ａの厚みＴ１を、平面部４ｂの樹脂層６ｂの厚みＴ２よりも厚くしている（Ｔ１＞Ｔ２）。斜板と摺動する平面部４ｂの樹脂層６ｂは、高ＰＶで高い耐荷重性が求められるので、薄肉であるほど摩擦熱が基材まで早く伝わるので好ましい。しかし、薄肉で射出成形する場合には高い溶融流動性が必要となる。そのため、ピストンと摺動する球面部４ａの表面の樹脂層６ａを厚くし、溶融流動性を確保している。凸状の球面部４ａの表面はピストンの凹状球面（球面座）と摺動するが、両者の曲率を同一にすることは困難であり、片当たりしてしまう。ところが、樹脂では微小変形によるなじみ性があるため、面接触となりやすく、耐摩耗性に優れる。樹脂層６ａの厚みはやや厚い方がなじみ性はよい。これらの点を考慮し、上記したような厚みの差を設けている。なお、本発明における「樹脂層の厚み」は、基材に入り込まない表面部分の厚みである。
　半球シューの直径は、上述のとおり１０ｍｍ程度（５～１５ｍｍ）である。この態様において、球面部４ａの樹脂層６ａの厚みＴ１は０．３ｍｍをこえて０．７ｍｍ以下が好ましく、平面部４ｂの樹脂層６ｂの厚みＴ２は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が好ましい。このような範囲内とすることで、平面部４ｂにおける耐荷重性、球面部４ａにおけるなじみ性、射出成形時の高い溶融流動性などに優れる。
　また、外周部４ｃの樹脂層６ｃの厚みＴ３は、溶融流動性の向上と放熱性のバランスを考慮し、球面部４ａの樹脂層６ａの厚みＴ１と同等とすることが好ましい。樹脂層全体としての厚みは、０．１～０．７ｍｍとすることが好ましい。樹脂層の厚みが０.７ｍｍをこえると、摩擦熱が摩擦面から基材側に逃げ難く、摩擦面の温度が高くなる。また、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦熱が高くなり、耐焼付き性も低下する。一方、樹脂層の厚みが０.１ｍｍ未満では、長期使用時の寿命が短くなる。
　本発明の半球シューの他の態様を図４～図６に基づき説明する。図４～図６は半球シューの他の例を示す縦断面図である。図４の半球シュー４は、基材５の円形中央の中心軸部分に球面部４ａ側と平面部４ｂ側とを貫通する中空部７が形成されている。この形態では、中空部７は、球面部４ａ側から所定の軸方向深さまで樹脂層６ｄが充填され、それ以外の部分（露出部分）では、樹脂に覆われず、該中空部を構成する基材表面が露出した状態となっている。中空部７の露出部分が平面部４ｂ側にあるため、該部分による放熱性とオイルポケットとしての機能により、特に斜板との摺動特性に優れる。また、図５の半球シュー４は、基材５の円形中央の中心軸部分に、球面部側から凹部となる円筒空間状の中空部７が形成されている。この形態では、中空部７には樹脂層６は充填されておらず、該中空部を構成する基材表面の全体が露出した状態となっている。
　図６の半球シュー４は、平面部４ｂと球面部４ａとを繋ぐ外周部４ｃが樹脂層６で覆われずに基材５が露出した状態となっている。外周部４ｃは、斜板やピストンなどの他部材と摺動しない部位であるため、樹脂層の形成が必須ではない。このため、球面部４ａや平面部４ｂと比較して、放熱部となる基材露出面積を大きく確保しやすい。また、放熱部面積を大きくするため、外周部４ｃに図５の形態のような中空部を形成してもよい。
　半球シュー４において、斜板と摺動する平面部４ｂと、ピストンと摺動する球面部４ａとは、軸方向反対側に位置する。これらの表面に形成される樹脂層を、外周部（図２～図５）や中空部（図６）を介して連続した一体のものとすることで、構造的に両面の樹脂層が基材から剥離しにくくなる。
　図４～図６のいずれの形態においても、球面部４ａの樹脂層６ａの厚みＴ１を、平面部４ｂの樹脂層６ｂの厚みＴ２よりも厚くすることが好ましい。これにより、図３の形態と同等の効果が得られる。
　樹脂層を形成する合成樹脂（ベース樹脂）としては、半球シューに要求される潤滑特性および耐熱性を確保できるものであれば特に限定されず、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などの芳香族ＰＥＫ系樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。これらの中でも、耐熱性、耐摩耗性に優れたＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＩ樹脂が好ましく、さらに疲労特性および射出成形時の流動性に優れるＰＥＥＫ樹脂が特に好ましい。これらの合成樹脂には、耐摩耗性を向上させる目的で、炭素繊維、ガラス繊維、マイカ、タルクなどを配合してもよい。また、低摩擦化や、油枯渇時の耐焼付き性を向上させる目的で、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどを配合してもよい。
　樹脂層の形成方法としては、射出成形、スプレーコーティング、パウダーコーティングなどを採用できる。これらの中でも、安価で緻密な樹脂層が形成できることから、射出成形が好ましい。射出成形は、樹脂組成物に溶融状態で圧力を加えるため、樹脂層が緻密に形成され、耐荷重性や耐摩耗性が高くなる。射出成形方法としては、例えば、半球シューの基材を金型内にセットし、その上から合成樹脂を射出成形（インサート成形）する方法が採用できる。また、射出成形で樹脂層を形成する場合、射出成形で所望の寸法に一発成形する他、射出成形後に所望の寸法に機械加工してもよい。
　本発明では、樹脂層の形成方法として、上記のインサート成形を採用することが好ましい。インサート成形を採用する場合、樹脂層には芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とし、これに所定の配合材を配合した樹脂組成物を用いることが好ましい。芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物について説明する。各樹脂層は、芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂として使用することで、耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ特性、摩擦摩耗特性などに優れ、非常に信頼性の高い半球シューを得ることができる。 また、靭性、高温時の機械物性が高く、耐疲労特性、耐衝撃性にも優れているため、使用時の摩擦力、衝撃、振動等による基材からの剥離も防止できる。
　本発明で使用できる芳香族ＰＥＫ系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂などがある。本発明で使用できるＰＥＥＫ樹脂の市販品としては、ビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ　ＰＥＥＫ（９０Ｐ、１５０Ｐ、３８０Ｐ、４５０Ｐ、９０Ｇ、１５０Ｇなど）、ソルベイスペシャルティポリマーズ社製：Ｋｅｔａ　Ｓｐｉｒｅ　ＰＥＥＫ（ＫＴ－８２０Ｐ、ＫＴ－８８０Ｐなど）、ダイセル・エボニック社製：ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ（１０００Ｇ、２０００Ｇ、３０００Ｇ、４０００Ｇなど）などが挙げられる。また、ＰＥＫ樹脂としては、ビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ　ＨＴなどが、ＰＥＫＥＫＫ樹脂としてはビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ　ＳＴなどが、それぞれ挙げられる。
　この樹脂層を形成する樹脂組成物は、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度が５０～２００Ｐａ・ｓであることが好ましい。溶融粘度がこの範囲であると、半球シューの基材の表面に０.１～０．７ｍｍの薄肉インサート成形が円滑に行なえる。球面部と平面部との樹脂層の連結部の樹脂流路が狭いような場合であっても、容易に薄肉樹脂層を成形できる。薄肉インサート成形を可能とし、インサート成形後の後加工を不要とすることで、製造が容易となり、製造コストの低減が図れる。
　芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の場合、溶融粘度を上記範囲にするためには、上記条件における溶融粘度が１５０Ｐａ・ｓ以下の芳香族ＰＥＫ系樹脂を採用することが好ましい。このような芳香族ＰＥＫ系樹脂としては、上記の中では、ビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ　ＰＥＥＫ（９０Ｐ、１５０Ｐ、９０Ｇ、１５０Ｇ）などが挙げられる。また、このような芳香族ＰＥＫ系樹脂を用いることで、射出成形時において、焼結金属製部材等からなる基材の表面凹凸に樹脂材料が入り込みやすく、強固な密着が可能となる。
　この樹脂層を形成する樹脂組成物には、配合材として、ＰＴＦＥ樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン、各種ウィスカ、アラミド繊維、炭素繊維などの配合材を配合することが好ましい。特に、（１）ＰＴＦＥ樹脂と、（２）炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方とを、配合することが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂を配合することで、無潤滑、潤滑油が希薄な条件であっても低摩擦となり、運転時の潤滑油のないドライ状態においても焼き付かない。炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方を配合することで、耐クリープ特性、油潤滑での摩擦摩耗特性を向上でき、また、樹脂組成物の成形収縮率を小さくできる。
　この樹脂層を形成する樹脂組成物における各成分の配合割合は、芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とし、必須成分として（１）ＰＴＦＥ樹脂を１～３０体積％、（２）炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方を５～３０体積％含むことが好ましい。必須成分（１）（２）と、他の少量添加剤等を除く残部が芳香族ＰＥＫ系樹脂である。この配合割合とすることで、高ＰＶ条件においても、樹脂層の変形および摩耗を防止でき、相手材である斜板やピストンの損傷が小さく、油などに対する耐性も高く、運転時の潤滑油のないドライ状態においても焼き付かない。また、ＰＴＦＥ樹脂は、２～２５体積％がより好ましく、炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方は、５～２０体積％がより好ましい。
　ＰＴＦＥ樹脂の配合割合が３０体積％をこえると、耐摩耗性、耐クリープ性が所要の程度より低下するおそれがある。また、ＰＴＦＥ樹脂の配合割合が１体積％未満では組成物への所要の潤滑性の付与効果に乏しく、充分な摺動特性が得られない場合がある。
　炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方の配合割合が３０体積％をこえると、溶融流動性が低下し、薄肉成形が困難になるおそれがある。特に炭素繊維を多く含む場合、相手材である斜板やピストンを摩耗損傷するおそれがある。また、５体積％未満では、樹脂層を補強する効果が乏しく、充分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない場合がある。
　ＰＴＦＥ樹脂としては、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオロアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。
　再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。再生ＰＴＦＥの中でも、凝集せず、芳香族ＰＥＫ系樹脂の溶融温度において、全く繊維化せず、内部潤滑効果があり、芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の流動性を安定して向上させることが可能なことから、γ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂を採用することがより好ましい。
　本発明で使用できるＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－４００Ｈ、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン（登録商標）７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ－１５、ルブロンＬ－５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、喜多村社製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、旭硝子社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊなどが挙げられる。
　炭素繊維としては、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよいが、高弾性率を有するＰＡＮ系炭素繊維の方が好ましい。その焼成温度は特に限定するものではないが、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛（グラファイト）化されたものよりも、１０００～１５００℃程度で焼成された炭化品のものが、高ＰＶ下でも相手材である斜板やピストンを摩耗損傷しにくいので好ましい。炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いることで、樹脂層の弾性率が高くなり、樹脂層の変形、摩耗が小さくなる。さらには、摩擦面の真実接触面積が小さくなり、摩擦発熱も軽減する。
　炭素繊維の平均繊維径は２０μｍ以下が好ましく、５～１５μｍがより好ましい。この範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生するため、耐荷重性の向上効果が乏しく、相手材の材質によっては該相手材の摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。また、炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、安定した薄肉成形性を得るためには、繊維長が１ｍｍ未満のミルドファイバーの方が好ましい。
　炭素繊維の平均繊維長は０.０２～０.２ｍｍが好ましい。０.０２ｍｍ未満では充分な補強効果が得られないため、耐クリープ性、耐摩耗性に劣る。０.２ｍｍをこえる場合は樹脂層の厚みに対する繊維長の比率が大きくなるため、薄肉成形性に劣る。薄肉成形の安定性をさらに高めるには、平均繊維長は０.０２～０.１ｍｍがより好ましい。
　本発明で使用できる炭素繊維の市販品としては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製：クレカ　Ｍ－１０１Ｓ、Ｍ－１０７Ｓ、Ｍ－１０１Ｆ、Ｍ－２０１Ｓ、Ｍ－２０７Ｓ、Ｍ－２００７Ｓ、Ｃ－１０３Ｓ、Ｃ－１０６Ｓ、Ｃ－２０３Ｓなどが挙げられる。また、同様のＰＡＮ系炭素繊維として、東邦テナックス社製：ベスファイト　ＨＴＡ－ＣＭＦ０１６０－０Ｈ、同ＨＴＡ－ＣＭＦ００４０－０Ｈ、同ＨＴＡ－Ｃ６、同ＨＴＡ－Ｃ６－Ｓまたは東レ社製：トレカ　ＭＬＤ－３０、同ＭＬＤ－３００、同Ｔ００８、同Ｔ０１０などが挙げられる。
　黒鉛は、天然黒鉛と人造黒鉛に大別され、さらに燐片状、粒状、球状などがあり、いずれであっても使用できる。樹脂組成物の弾性率を高め、耐摩耗性、耐クリープ性を向上させ、さらに安定した低摩擦特性を得るためには、燐片状黒鉛が好ましい。
　なお、本発明の効果を阻害しない程度に、この樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。この添加剤としては、例えば、窒化ホウ素、二硫化タングステンなどの摩擦特性向上剤、炭素粉末、金属酸化物粉末などの熱伝導性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤が挙げられる。また、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、マイカ、タルクなどの粒状無機充填剤、熱硬化性ＰＩ樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、アラミド繊維などの上記樹脂の射出成形温度においても不溶融の有機充填材などの耐摩耗性向上材が挙げられる。
　以上の諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料のみをヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、該樹脂組成物の成形用ペレットを得ることができる。また、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用い、上述したとおり、基材に対して樹脂層を射出成形（インサート成形）で形成できる。また、成形後に物性改善のためにアニール処理等の処理を施してもよい。
　例えば、図２に示す形態の半球シュー４は、薄肉の樹脂層６を、芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物を用いて基材５の表面に直接射出成形して形成している。具体的には、基材５を金型内にセットし、その上から上記樹脂を射出成形するインサート成形がなされる。インサート成形の際に、平面部４ｂの樹脂層６ｂと球面部４ａの樹脂層６ａとが、連結部となる外周部４ｃの樹脂層を含めて一体に形成される。上述のとおり、半球シュー４の樹脂層６ａおよび樹脂層６ｂの厚みは０.１～０.７ｍｍとすることが好ましい。インサート成形面（インサート成形一発）、あるいは成形後に機械加工により所要の厚みに仕上げた面のいずれでもよい。
　インサート成形一発とする場合、成形性を考慮すると、各樹脂層の厚みは０.２～０.７ｍｍが好ましい。樹脂層の厚みが０.２ｍｍ未満では、インサート成形が困難となるおそれがある。また、０.７ｍｍをこえると、ヒケが発生し寸法精度が低下するおそれがある。また、摩擦熱の基材への放熱性を考慮すると、樹脂層の厚みは０.２～０.５ｍｍがより好ましい。また、インサート成形一発にて、樹脂層の厚み０.２～０.５ｍｍを得るためには、上述のとおり、樹脂組成物の溶融粘度を樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１において５０～２００Ｐａ・ｓにすることが好ましい。
　基材である金属製部材としては、プレス加工、機械加工、ダイカストなどにより製造された溶製金属製の部材が挙げられる。また、溶製金属としては、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ１～５など）、クロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼、軟鋼、ステンレス鋼、もしくは高速度鋼などの鋼や、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。
　基材の金属材料として溶製金属を用いる場合、樹脂層との密着性を高めるために、樹脂層の形成前に基材表面をショットブラスト、機械加工などの物理的表面処理により、凹凸形状に荒らすことが好ましい。また、酸性溶液処理（硫酸、硝酸、塩酸など、もしくは他の溶液との混合）、アルカリ性溶液処理（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、もしくは他の溶液との混合）などの化学的表面処理を施し、基材の少なくとも樹脂層形成表面に微細凹凸形状を形成することが好ましい。酸性溶液処理であるとマスキングを不要にできるため好ましい。微細凹凸形状は、濃度、処理時間、後処理などによって異なるが、アンカー効果による密着性を高めるためには、凹ピッチが数ｎｍ～数十μｍの微細な凹凸にすることが好ましい。化学的表面処理により形成された微細凹凸形状は、多孔質のような複雑な立体構造となっているため、アンカー効果を発揮しやすく、特に強固な密着が可能となる。その他、基材表面に反応化学被膜を形成する処理を施してもよい。
　また、基材である金属製部材として、表面が凹凸形状である焼結金属製の部材を採用できる。基材の金属材料として焼結金属を用いる場合、樹脂層形成面の表面積が大きく、凹凸によるアンカー効果も高いので、樹脂層との密着強さを高くできる。特に樹脂層をインサート成形にて形成することで、射出成形時に樹脂層が焼結金属表面の凹凸に深く食い込み、真の接合面積が増大するため、樹脂層と基材の密着強さが向上する。さらに、樹脂層と基材の真の接合面積が増え、樹脂層と基材との間に隙間がないため、樹脂層の熱が基材へ伝わり易くなる。
　また、焼結金属の密度は、材質の理論密度比０.７～０.９とすることが好ましい。材質の理論密度比とは、材質の理論密度（気孔率０％の場合の密度）を１としたときの基材の密度の比である。この範囲内にすることで、密着性を得るための表面の凹凸を確保すると同時に、高い緻密性を有し、基材の熱伝導性を十分に確保できる。また、樹脂層と基材の接合部の接合強度に優れるため、高面圧などの厳しい条件で使用される場合でも、樹脂層が基材から剥離することを防止できる。なお、理論密度比０.７未満では基材の強度が低くなり、インサート成形時の射出成形圧力により基材が割れるおそれがある。理論密度比０.９をこえると、凹凸が小さくなるため、表面積、アンカー効果が低下し、樹脂層との密着性が低くなる。さらに好ましくは、材質の理論密度比０.７２～０.８４である。その他、基材と樹脂層のせん断密着強さをより高めるために、樹脂層を形成する焼結金属製部材の表面に、凹凸、溝などの物理的な抜け止め、周り止めを施してもよい。
　金型内に基材をインサートして芳香族ＰＥＫ系樹脂を射出成形する場合、金型温度は１６０～２００℃程度、樹脂温度は３６０～４１０℃程度となる。基材に油などの付着や含油がある場合、樹脂層の射出成形時において分解・ガス化する油残分が界面に介在するため、樹脂層と基材の密着性が低下してしまうおそれがある。そのため、基材には、油を含浸しない焼結金属製の部材を使用することが好ましい。また、焼結金属製部材の成形または再圧（サイジング）の工程内にて油を使用する場合は、溶剤洗浄などで油を除去、あるいはスチーム処理した非含油焼結金属製部材にすることが好ましい。
　斜板またはピストンとの摺動面となる樹脂層の表面は、樹脂層形成後に研磨加工してもよい。研磨加工により、個々の高さ寸法にばらつきがなくなり精度が向上する。また、樹脂層の該表面の表面粗さは、０.０５～１.０μｍＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）に調整することが好ましい。この範囲内にすることで、斜板またはピストンと摺動する樹脂層摺動面における真実接触面積が大きくなり、実面圧を下げることができ、焼付きを防止できる。表面粗さが、０．０５μｍＲａ未満では摺動面への潤滑油の供給が不足し、１.０μｍＲａをこえると摺動面での真実接触面積の低下により、局部的に高面圧となり、焼き付くおそれがある。さらに好ましくは、表面粗さ０.１～０.５μｍＲａである。
　斜板またはピストンとの摺動面となる樹脂層の表面には、希薄潤滑時における潤滑作用を補うため、上述の中空部以外にオイルポケットや動圧溝を形成してもよい。オイルポケットの形態としては、斑点状または筋状の凹部が挙げられる。斑点状または筋状としては、平行な直線状、格子状、渦巻状、放射状または環状などが挙げられる。オイルポケットの深さは、樹脂層の厚み未満で適宜決定できる。
　本発明の半球シューが使用される斜板式コンプレッサは、冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して上記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサである。この斜板式コンプレッサに本発明の半球シューを使用することによって、半球シューと摺動する斜板およびピストンにおいては、潤滑性被膜を除くことができる。すなわち、斜板等の表面は基材の研磨面のままの状態で斜板式コンプレッサに組み込み半球シューと摺動させることが可能となる。このため、機能面で同等でありながら、低価格の斜板式コンプレッサを提供できる。
　本発明の斜板式コンプレッサの半球シューは、運転開始時の潤滑油のないドライ潤滑状態においても、焼付きが発生せず、摺動性や耐荷重性に優れ、摩擦発熱による潤滑特性の低下や樹脂層の剥離がなく耐久性が十分に確保される。このため、種々の斜板式コンプレッサに利用できる。特に、炭酸ガスやＨＦＣ１２３４yｆを冷媒とし、高速高負荷仕様である近年の斜板式コンプレッサにも好適に利用できる。
　　１　　ハウジング
　　２　　回転軸
　　３　　斜板
　　４　　半球シュー
　　５　　基材（金属製部材）
　　６　　樹脂層
　　７　　中空部
　　８　　非接触部
　　９　　ピストン
　　１０　シリンダボア
　　１１　針状ころ軸受
　　１２　スラスト針状ころ軸受
　　１３　球面座

Claims (15)

  1. 　冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサの半球シューであって、
    　前記半球シューは、金属製部材を基材とし、前記斜板と摺動する平面部の表面および前記ピストンと摺動する球面部の表面に樹脂層が形成され、
    　前記平面部の樹脂層と前記球面部の樹脂層とが一体の層であり、かつ、前記基材の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに露出していることを特徴とする斜板式コンプレッサの半球シュー。
  2. 　前記基材は、中心軸部分に（１）球面部側もしくは平面部側から凹部となる中空部、または、（２）球面部側と平面部側とを貫通する中空部、が形成され、該中空部の少なくとも一部が前記樹脂層で充填されずに露出していることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  3. 　前記中空部の露出部分の軸方向長さが、前記半球シューの高さの３分の１以上であることを特徴とする請求項２記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  4. 　前記半球シューは、前記球面部側の外表面に前記ピストンとの非接触部を有し、該非接触部において、前記基材が前記樹脂層で覆われずに露出していることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  5. 　前記半球シューは、前記平面部と前記球面部とを繋ぐ外周部の少なくとも一部が樹脂層で覆われずに前記基材が露出していることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  6. 　前記平面部の樹脂層および前記球面部の樹脂層のそれぞれの厚みが０．１～０．７ｍｍであり、前記平面部の樹脂層と前記球面部の樹脂層とは、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物を用いて前記基材の表面に射出成形で一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  7. 　前記樹脂組成物は、該樹脂組成物全体に対して、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を１～３０体積％、炭素繊維および黒鉛の少なくとも一方を５～３０体積％、それぞれ含むことを特徴とする請求項６記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  8. 　前記樹脂組成物の樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ－１における溶融粘度が、５０～２００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項６記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  9. 　前記金属製部材が鉄系焼結金属製の部材であり、その密度が材質の理論密度比０.７～０.９であることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  10. 　前記球面部の樹脂層が前記平面部の樹脂層よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  11. 　前記平面部の樹脂層の厚みが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、前記球面部の樹脂層の厚みが０．３ｍｍをこえて０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  12. 　前記平面部の樹脂層と前記球面部の樹脂層とが、前記基材の表面に射出成形で形成されていることを特徴とする請求項１記載の斜板式コンプレッサの半球シュー。
  13. 　冷媒が存在するハウジング内で、回転軸に直接固定するように、または連結部材を介して間接的に、直角および斜めに取り付けた斜板に半球シューを摺動させ、この半球シューを介して前記斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換して、冷媒を圧縮、膨張させる斜板式コンプレッサであって、
    　前記半球シューが、請求項１記載の半球シューであることを特徴とする斜板式コンプレッサ。
  14. 　前記斜板の前記半球シューとの摺動面は、斜板基材の研磨面であり潤滑性被膜を有さないことを特徴とする請求項１３記載の斜板式コンプレッサ。
  15. 　前記冷媒が、炭酸ガスであることを特徴とする請求項１３記載の斜板式コンプレッサ。
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