WO2017057430A1 - コンプレッサ用斜板及びそれを具備するコンプレッサ - Google Patents

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swash plate
coating layer
compressor
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flat
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英樹 新美
政憲 秋月
金光 博
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大豊工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a compressor swash plate and a technology of a compressor including the swash plate.
  • Patent Document 1 discloses a compressor swash plate having a solid lubricating resin coating film on a flat substrate. A plurality of concentric circumferential grooves are formed on the sliding surface (surface resin coating layer) of the compressor swash plate, and peaks are formed between adjacent grooves.
  • Such a swash plate for a compressor can quickly secure a delicate contact of the sliding counterpart material due to wear and deformation of the ridges, and can improve initial conformability.
  • lubricating oil can be secured in the troughs of the grooves, and temperature rise due to sliding can be suppressed and sliding characteristics can be improved.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a problem to be solved by the present invention is to provide a compressor swash plate capable of suppressing the consumption of the coating layer and a compressor including the compressor. is there.
  • the compressor swash plate of the present invention is a compressor swash plate comprising a flat base material and a coating layer formed on the surface of the base material and having a linearly formed convex portion. Then, when the flat portion formed on the pressing member is pressed against the coating layer with a pressure of 30 MPa, it is formed so as to satisfy the following formula. 0.01 ⁇ B ⁇ 0.06 (1) 10 ⁇ S ⁇ 40 (2)
  • B is the width (mm) of the surface where the convex portion contacts the flat portion
  • S is the area of the portion of the coating layer against which the flat portion is pressed
  • the convex portion is the flat portion. It is the ratio (%) of the total area of the contact surface.
  • the said coating layer is formed so that the following formula
  • H is the height (mm) of the convex portion when the flat portion is pressed against the coating layer
  • T is the thickness of the coating layer when the flat portion is pressed against the coating layer ( mm).
  • the convex portions are formed in a plurality of concentric circles.
  • the convex portion is formed in a spiral shape.
  • the convex portion is formed in a plurality of annular shapes around different points.
  • the compressor of the present invention comprises the compressor swash plate, a rotating shaft that rotatably supports the compressor swash plate, and a piston that reciprocates as the compressor swash plate rotates. It is.
  • FIG. 1 is a side partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a compressor according to a first embodiment.
  • the side surface partial sectional view which shows the contact part of a swash plate and a shoe.
  • the front view which shows the shape of the convex part of a swash plate.
  • the side view which shows schematic structure of a contact surface observation apparatus.
  • the compressor 1 mainly includes a rotating shaft 2, a swash plate 3, a piston 4 and a shoe 5.
  • the rotating shaft 2 can be rotated by power from a drive source (not shown).
  • the swash plate 3 is formed in a circular flat plate shape.
  • the rotating shaft 2 is inserted through the central portion of the swash plate 3.
  • the swash plate 3 is fixed to the middle part of the rotary shaft 2 in a state where it is inclined with respect to the axial direction of the rotary shaft 2.
  • the detailed configuration of the swash plate 3 will be described later.
  • the piston 4 is respectively disposed in a plurality of cylinder bores (not shown) formed in the housing.
  • the piston 4 is provided to be slidable (reciprocating) along the axial direction of the rotary shaft 2.
  • a recess 4 a is formed in the piston 4.
  • the recess 4 a is formed inside the piston 4.
  • the recess 4a is formed in a substantially hemispherical shape.
  • a pair of recesses 4 a is formed on each piston 4 so as to face each other along the axial direction of the rotating shaft 2.
  • the shoe 5 shown in FIGS. 1 and 2 is formed in a substantially hemispherical shape. Specifically, the shoe 5 mainly includes a flat surface portion 5a and a spherical surface portion 5b.
  • the flat portion 5a is a flat surface.
  • the flat portion 5a is formed in a substantially circular shape.
  • the spherical surface portion 5b is a surface formed in a substantially hemispherical shape.
  • the spherical surface portion 5b is formed on the opposite side of the flat surface portion 5a so as to be continuous with the flat surface portion 5a.
  • the shoe 5 is manufactured from a sintered material, a resin material, etc., in addition to an iron-based, copper-based, and aluminum-based material.
  • the shoe 5 is preferably manufactured by subjecting SUJ2 to forging or rolling.
  • the shoes 5 formed in this way are arranged in the recesses 4a of the piston 4, respectively.
  • the spherical surface portion 5b of the shoe 5 and the concave portion 4a are arranged so as to be swingable.
  • the two shoes 5 arranged on one piston 4 are arranged in a state where the flat portions 5a are opposed to each other.
  • the vicinity of the outer peripheral portion of the swash plate 3 is sandwiched between the flat portions 5 a of the two shoes 5.
  • the swash plate 3 When the rotary shaft 2 rotates in the compressor 1 configured as described above, the swash plate 3 also rotates together with the rotary shaft 2. Since the swash plate 3 is inclined with respect to the axial direction of the rotary shaft 2, the swash plate 3 reciprocates (slids) the piston 4 in the axial direction via the shoe 5. At this time, the flat portion 5 a of the shoe 5 slides on the surface of the swash plate 3.
  • the swash plate 3 mainly includes a base material 10 and a coating layer 20.
  • the base material 10 is a member formed in a circular flat plate shape.
  • the base material 10 is manufactured from an iron-based, copper-based, aluminum-based material, or the like.
  • the coating layer 20 is formed on the surface of the base material 10 (surface facing the shoe 5). In practice, the coating layers 20 are formed on both side surfaces of the base material 10, but in the following description, the description will be given focusing on the coating layers 20 formed on one side surface of the base material 10.
  • the coating layer 20 is formed using a thermosetting resin binder or a thermoplastic resin binder to which a solid lubricant is added.
  • thermosetting resin binder examples include polyimide resin (PI), polyamideimide resin (PAI), epoxy resin, phenol resin, polyamide (nylon), and elastomer.
  • thermoplastic resin binder examples include polybenzimidazole resin (PBI) and polyether ether ketone resin (PEEK).
  • solid lubricants examples include molybdenum disulfide (MoS 2 ), polytetrafluoroethylene (PTFE), tungsten disulfide (WS 2 ), hexagonal boron nitride (h-BN), graphite fluoride (CF), and fluorine-based lubricants.
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • WS 2 tungsten disulfide
  • h-BN hexagonal boron nitride
  • CF graphite fluoride
  • fluorine-based lubricants examples include resins.
  • the particle diameter of the solid lubricant is desirably 15 ⁇ m or less, preferably 0.2 to 10 ⁇ m, and the blending ratio is desirably 5 to 80 wt%.
  • hard particles may be added to the coating layer 20.
  • the hard particles include oxides such as alumina and silica, nitrides such as silicon nitride (SiN), carbides such as silicon carbide (SiC), and sulfides such as zinc sulfide (ZnS).
  • the particle size of the hard particles is desirably 0.01 to 3 ⁇ m, and the blending ratio is desirably 0.2 to 7 wt%.
  • the coating layer 20 mainly includes a groove portion 21 and a convex portion 22.
  • the groove 21 is formed on the surface of the coating layer 20.
  • a plurality of grooves 21 are formed concentrically with the swash plate 3.
  • the groove portion 21 is formed by forming a coating layer 20 on the surface of the substrate 10 and then subjecting the coating layer 20 to machining (cutting or the like).
  • the groove 21 is formed by cutting, the surface of the coating layer 20 is cut into an annular shape using a cutting tool. At this time, the distance (pitch) between the adjacent groove portions 21 can be set as appropriate.
  • the cross-sectional shape (see FIG. 2) of the groove 21 is substantially the same as the shape of the cutting edge of the cutting tool.
  • the convex portion 22 is formed on the surface of the coating layer 20.
  • the convex portions 22 are formed between adjacent groove portions 21 by forming a plurality of concentric groove portions 21 in the coating layer 20. As a result, a plurality of convex portions 22 are concentrically formed on the surface of the coating layer 20.
  • the initial conformability with the shoe 5 can be improved by appropriately elastically deforming or wearing the convex portion 22 of the swash plate 3.
  • the shoe 5 since the shoe 5 is in contact with the plurality of convex portions 22, the surface deformation caused by the shoe 5 is dispersed, so that the elastic deformation of the convex portion 22 can be suppressed to be small, and excessive wear can be suppressed.
  • lubricating oil can be ensured in the groove part 21, and the temperature rise by sliding can be suppressed and sliding characteristics can be improved.
  • the detailed shape of the swash plate 3 is determined particularly from the viewpoint of suppressing the wear (wear) of the coating layer 20. Below, the structure of the said swash plate 3 is demonstrated in detail.
  • a device (contact surface observation device 100 (the contact surface observation device 100 (the surface in contact with other members)) is measured. An outline of the contact surface microscope)) will be described.
  • the contact surface observation device 100 is a device for observing a contact surface between solids.
  • the contact surface observation apparatus 100 mainly includes a prism 101 and a light source 102.
  • the prism 101 is a member formed of an appropriate transparent material.
  • the prism 101 is formed in a substantially triangular prism shape.
  • the prism 101 is formed with a rectangular planar surface portion 101a (one of three side surfaces).
  • the prism 101 is arranged with the flat surface portion 101a facing upward.
  • the light source 102 emits light.
  • the light source 102 is disposed below the prism 101.
  • the light from the light source 102 is irradiated from below the prism 101 (more specifically, obliquely 45 degrees below) toward the prism 101 (planar portion 101a).
  • a member to be observed is pressed against the flat portion 101a of the prism 101 from above with a predetermined force (pressure).
  • the pressure at this time is hereinafter referred to as load surface pressure.
  • the swash plate 3 (coating layer 20) is an object to be observed, the swash plate 3 (coating layer 20) is pressed against the flat portion 101a of the prism 101.
  • a test piece obtained by cutting a part of the swash plate 3 into a rectangular shape is used instead of the entire circular flat swash plate 3.
  • the swash plate 3 used for the observation by the contact surface observation apparatus 100 means the test piece.
  • the tip of the convex portion 22 is slightly crushed by elastic deformation.
  • an elongated flat portion that is, a contact surface with the prism 101 (a hatched surface in FIG. 5) is formed at the tip of the convex portion 22.
  • the width (width in the short direction) of the contact surface is defined as B (mm).
  • B is referred to as a contact width.
  • each contact surface is defined as Si (mm 2 ).
  • the height of the convex portion 22 in a state where the prism 101 is pressed against the coating layer 20 is defined as H (mm). More specifically, the height H means the height from the bottom of the groove 21 to the tip (contact surface) of the protrusion 22.
  • the thickness of the coating layer 20 in a state where the prism 101 is pressed against the coating layer 20 is defined as T (mm). More specifically, the thickness T means the thickness from the tip (contact surface) of the convex portion 22 to the surface opposite to the convex portion 22.
  • the swash plate 3 (test piece) is pressed against the flat surface portion 101a of the prism 101 with a pressure of 30 (MPa).
  • the coating layer 20 according to the present embodiment is set to satisfy the following formulas (1) and (2). 0.01 ⁇ B ⁇ 0.06 (1) 10 ⁇ S ⁇ 40 (2)
  • S means the ratio (%) of the total sum (total area) of the area Si of each contact surface to the reference area Sc.
  • S is referred to as a contact area ratio.
  • the coating layer 20 according to the present embodiment is set so as to satisfy the following formulas (3) and (4). 0.001 ⁇ H ⁇ 0.01 (3) 0.005 ⁇ T ⁇ 0.06 (4)
  • the coating layer 20 By setting the coating layer 20 in this manner, the surface (convex portion 22) of the swash plate 3 is appropriately elastically deformed, and the oil film (lubricating film) at the tip (contact surface) of the convex portion 22 is easily retained. . Thereby, the consumption (wear) of the coating layer 20 can be suppressed. In addition, elastohydrodynamic lubrication occurs on the contact surface, and the oil film area is expanded to reduce the surface pressure, thereby maintaining a good lubrication state. In this way, in the compressor 1 (swash plate 3) according to the present embodiment, it is possible to reduce shear resistance, heat generation, and the like, and thus reduce frictional force and wear.
  • FIG. 6 and 7 show examples in which the swash plate 3 having the coating layer 20 set so as to satisfy the above formulas (1) to (4) is observed with the contact surface observation device 100.
  • FIG. 6 and 7 show examples in which the swash plate 3 having the coating layer 20 set so as to satisfy the above formulas (1) to (4) is observed with the contact surface observation device 100.
  • FIG. 6 shows the value of the contact area ratio S with respect to the load surface pressure.
  • FIG. 6 shows data of three types of swash plates 3 formed using different materials (materials of the base material 10 and the coating layer 20) using different symbols.
  • a logarithmic function graph L2 passing through 40 (%) is also shown.
  • the swash plate 3 is set so as to satisfy the above formula (2) when the load surface pressure is 30 (MPa). Particularly in this example, the swash plate 3 is set so that the contact area ratio S is included in the region between the graphs L1 and L2.
  • FIG. 7 shows the value of the contact width B with respect to the load surface pressure.
  • FIG. 7 shows data of three types of the swash plate 3 set to have different heights H of the protrusions 22 and thicknesses T of the coating layer 20 using different symbols.
  • a logarithmic function graph L4 passing through 0.06 (mm) is also shown.
  • the swash plate 3 is set so as to satisfy the above formula (1) when the load surface pressure is 30 (MPa). Particularly in this example, the swash plate 3 is set so that the contact width B is included in a region between the graphs L3 and L4.
  • the swash plate 3 (compressor swash plate) according to the present embodiment is a coating including a flat substrate 10 and a convex portion 22 formed on the surface of the substrate 10 and formed in a linear shape.
  • the swash plate 3 having the layer 20 is formed so as to satisfy the following expression when the flat surface portion 101a formed on the prism 101 (pressing member) is pressed against the coating layer 20 with a pressure of 30 MPa. It is a thing.
  • B is the width (mm) of the surface where the convex portion 22 contacts the flat surface portion 101a
  • S is the contact surface relative to the reference area Sc (the area of the coating layer 20 where the flat surface portion 101a is pressed). This is the ratio (%) of the total area Si (the total area of the surface where the convex portion 22 contacts the flat surface portion 101a).
  • the coating layer 20 is formed so as to satisfy the following formula. 0.001 ⁇ H ⁇ 0.01 (3) 0.005 ⁇ T ⁇ 0.06 (4)
  • H is the height (mm) of the convex portion 22 when the flat surface portion 101a is pressed against the coating layer 20
  • T is the thickness of the coating layer 20 when the flat surface portion 101a is pressed against the coating layer 20. (Mm).
  • the coating layer 20 can be suppressed. That is, by setting the coating layer 20 in this manner, the surface (convex portion 22) of the swash plate 3 is appropriately elastically deformed, and the oil film (lubricating film) at the tip (contact surface) of the convex portion 22 is retained. It becomes easy. Thereby, the consumption (wear) of the coating layer 20 can be suppressed.
  • the height H of the convex part 22 and the thickness T of the coating layer 20 can be suitably adjusted by adjusting the feed amount (pitch) of a cutting tool. .
  • the convex portion 22 is formed in a plurality of concentric circles.
  • the convex portion 22 concentrically with the swash plate 3 as in the present embodiment, the direction in which the convex portion 22 is formed and the direction in which the shoe 5 slides can be made substantially coincident. Accordingly, the shoe 5 and the swash plate 3 can be slid with a substantially constant surface pressure, and consumption of the coating layer 20 can be effectively suppressed.
  • the compressor 1 includes a swash plate 3, a rotary shaft 2 that rotatably supports the swash plate 3, and a piston 4 that reciprocates as the swash plate 3 rotates. is there.
  • the swash plate 3 according to this embodiment is an embodiment of the compressor swash plate according to the present invention.
  • the prism 101 according to this embodiment is an embodiment of the pressing member according to the present invention.
  • the convex portion 22 can be formed in a spiral shape (spiral shape).
  • the convex portion 22 is also formed in a spiral shape (spiral shape).
  • the convex portion 22 according to the second embodiment is formed in a spiral shape.
  • the convex portion 22 can be formed in a plurality of concentric arcs.
  • the convex portion 22 of the swash plate 3B is formed in a shape in which a part of concentric circles (two portions facing each other across the center, hereinafter referred to as a divided portion) is divided.
  • each convex portion 22 is formed in an arc shape having a central angle of about 180 degrees.
  • the split portions of the convex portions 22 adjacent in the radial direction are formed so as not to oppose each other in the radial direction.
  • the divided portions of the convex portions 22 adjacent in the radial direction are formed at positions shifted from each other by a predetermined angle (90 degrees in FIG. 8B) in the circumferential direction.
  • a predetermined angle 90 degrees in FIG. 8B
  • the convex portion 22 can be formed in a plurality of annular shapes. Specifically, the plurality of convex portions 22 are formed in an annular shape having substantially the same radius. Each convex part 22 is formed so that it may not overlap centering on a mutually different point.
  • the convex portion 22 according to the fourth embodiment is formed in a plurality of annular shapes around different points.
  • the convex portion 22 can be formed in a plurality of linear shapes. Specifically, the convex portion 22 is formed in a linear shape having a predetermined length. Each convex part 22 is formed so as not to overlap each other. In 5th embodiment, the adjacent convex part 22 is formed so that it may extend along a mutually different direction (direction 90 degree
  • the shape of the convex portion 22 is not limited to the above-described embodiments, and may be any shape.
  • the present invention can be applied to a compressor swash plate and a compressor including the same.

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Abstract

コーティング層の消耗を抑制することが可能なコンプレッサ用斜板を提供する。 平板状の基材と、基材の表面に形成され、線状に形成された凸部22を具備するコーティング層20と、を具備する斜板3であって、プリズムに形成された平面部をコーティング層20に30MPaの圧力で押し付けたときに、以下の式を満たすように形成されたものである。 0.01≦B≦0.06 ・・・ (1) 10≦S≦40 ・・・ (2) ここで、Bは凸部22が平面部に対して接触する面の幅(mm)、Sは基準面積(コーティング層20のうち平面部が押し付けられる部分の面積)に対する各接触面の面積Siの総和(凸部22が平面部と接触する面の総面積)の割合(%)である。

Description

コンプレッサ用斜板及びそれを具備するコンプレッサ
 本発明は、コンプレッサ用斜板及びそれを具備するコンプレッサの技術に関する。
 従来、斜板式コンプレッサに用いられる斜板(コンプレッサ用斜板)の技術は公知となっている。例えば、特許文献1に記載の如くである。
 特許文献1には、平板状基材上に固体潤滑樹脂コーティング膜を有するコンプレッサ用斜板が開示されている。当該コンプレッサ用斜板の摺動表面(表面樹脂コーティング層)には複数の同心状の周方向の溝が形成されると共に、隣接する溝間に山部が形成されている。
 このようなコンプレッサ用斜板は、山部の摩耗や変形によって摺動相手材の微妙な当りを速やかに確保することができ、初期なじみ性を向上させることができる。また溝の谷部に潤滑油を確保することができ、摺動による温度上昇を抑制すると共に摺動特性を向上させることができる。
 しかしながら、特許文献1に記載の技術では、表面樹脂コーティング層(山部及び溝部)の形状や材質によって摩耗や変形の度合いが異なり、場合によっては早期に山部(溝部)が消耗(消失)してしまうおそれがある点で改善の余地があった。
特許第4376519号公報
 本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、コーティング層の消耗を抑制することが可能なコンプレッサ用斜板及びそれを具備するコンプレッサを提供することである。
 本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
 即ち、本発明のコンプレッサ用斜板は、平板状の基材と、前記基材の表面に形成され、線状に形成された凸部を具備するコーティング層と、を具備するコンプレッサ用斜板であって、押圧部材に形成された平面部を前記コーティング層に30MPaの圧力で押し付けたときに、以下の式を満たすように形成されたものである。
 0.01≦B≦0.06 ・・・ (1)
 10≦S≦40 ・・・ (2)
 ここで、Bは前記凸部が前記平面部に対して接触する面の幅(mm)、Sは前記コーティング層のうち前記平面部が押し付けられる部分の面積に対する、前記凸部が前記平面部と接触する面の総面積の割合(%)である。
 また、前記コーティング層は、以下の式を満たすように形成されるものである。
 0.001≦H≦0.01 ・・・ (3)
 0.005≦T≦0.06 ・・・ (4)
 ここで、Hは前記平面部が前記コーティング層に押し付けられた際の前記凸部の高さ(mm)、Tは前記平面部が前記コーティング層に押し付けられた際の当該コーティング層の厚さ(mm)である。
 また、前記凸部は、複数の同心円状に形成されるものである。
 また、前記凸部は、渦巻状に形成されるものである。
 また、前記凸部は、互いに異なる点を中心とする複数の円環状に形成されるものである。
 また、本発明のコンプレッサは、前記コンプレッサ用斜板と、前記コンプレッサ用斜板を回転可能に支持する回転軸と、前記コンプレッサ用斜板の回転に伴って往復動するピストンと、を具備するものである。
 本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
 本発明においては、コーティング層の消耗を抑制することができる。
第一実施形態に係るコンプレッサの概略構成を示す側面一部断面図。 斜板とシューとの接触部分を示す側面一部断面図。 斜板の凸部の形状を示す正面図。 接触面観察装置の概略構成を示す側面図。 (a)斜板(試験片)の表面の形状を示した斜視図。(b)斜板(試験片)の表面の形状を示した正面図。 負荷面圧に対する接触面積率の値を示した図。 負荷面圧に対する接触幅の値を示した図。 (a)第二実施形態に係る斜板を示した正面図。(b)第三実施形態に係る斜板を示した正面図。 (a)第四実施形態に係る斜板(試験片)の表面の形状を示した正面図。(b)第五実施形態に係る斜板(試験片)の表面の形状を示した正面図。
 以下の説明で用いる図は模式図であり、説明の便宜上、各部の寸法等を適宜誇張して示している。
 以下では、図1及び図2を用いて、本発明の第一実施形態に係るコンプレッサ1の構成の概略について説明する。コンプレッサ1は、主として回転軸2、斜板3、ピストン4及びシュー5を具備する。
 図1に示す回転軸2は、図示せぬハウジングに回転可能に支持される。回転軸2は、図示せぬ駆動源からの動力によって回転することができる。
 斜板3は、円形平板状に形成される。斜板3の中央部分には、回転軸2が挿通される。斜板3は、回転軸2の軸線方向に対して傾斜した状態で、当該回転軸2の中途部に固定される。
 なお、斜板3の詳細な構成については後述する。
 ピストン4は、前記ハウジングに形成された図示せぬ複数のシリンダボア内にそれぞれ配置される。ピストン4は、回転軸2の軸線方向に沿って摺動(往復動)可能に設けられる。ピストン4には凹部4aが形成される。
 凹部4aは、ピストン4の内部に形成される。凹部4aは略半球状に形成される。凹部4aは、回転軸2の軸線方向に沿って対向するように、各ピストン4に一対ずつ形成される。
 図1及び図2に示すシュー5は、略半球状に形成される。具体的には、シュー5は、主として平面部5a及び球面部5bを具備する。
 平面部5aは、平坦に形成される面である。平面部5aは、略円形状に形成される。
 球面部5bは、略半球状に形成される面である。球面部5bは、平面部5aの反対側に、当該平面部5aと連続するように形成される。
 シュー5は、鉄系、銅系、アルミニウム系材料のほか、焼結材料や樹脂材料等によって製造される。特に、シュー5はSUJ2に鍛造や転造を施して製造することが好ましい。
 このように形成されたシュー5は、ピストン4の凹部4a内にそれぞれ配置される。この際、シュー5の球面部5bと凹部4aとが揺動可能に接するように配置される。これによって、1つのピストン4に配置された2つのシュー5は、互いに平面部5aを対向させた状態で配置される。当該2つのシュー5の平面部5aの間に斜板3の外周部近傍が挟持される。
 このように構成されたコンプレッサ1において回転軸2が回転すると、当該回転軸2と共に斜板3も回転する。斜板3は回転軸2の軸線方向に対して傾いているため、当該斜板3はシュー5を介してピストン4を軸線方向に往復移動(摺動)させることになる。この際、シュー5の平面部5aは斜板3の表面を摺動する。
 以下では、図2及び図3を用いて、斜板3の詳細な構成について説明する。
 斜板3は、主として基材10及びコーティング層20を具備する。
 基材10は、円形平板状に形成される部材である。基材10は、鉄系、銅系、アルミニウム系材料等によって製造される。
 コーティング層20は、基材10の表面(シュー5と対向する面)に形成される。なお、実際には基材10の両側面にコーティング層20が形成されるが、以下の説明では基材10の一方の側面に形成されたコーティング層20に着目して説明を行う。コーティング層20は、熱硬化性樹脂バインダー又は熱可塑性樹脂バインダーに固体潤滑材を添加したものを用いて形成される。
 熱硬化性樹脂バインダーとしては、例えばポリイミド系樹脂(PI)、ポリアミドイミド系樹脂(PAI)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド(ナイロン)、エラストマー等が挙げられる。熱可塑性樹脂バインダーとしては、例えばポリベンゾイミダゾール樹脂(PBI)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)等が挙げられる。
 固体潤滑材としては、例えば二硫化モリブデン(MoS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、二硫化タングステン(WS)、六方晶窒化硼素(h-BN)、フッ化黒鉛(CF)、フッ素系樹脂等が挙げられる。固体潤滑材の粒径は15μm以下、好ましくは0.2~10μmとするのが望ましく、その配合比は5~80wt%とするのが望ましい。
 またコーティング層20に硬質粒子を添加してもよい。硬質粒子としては、アルミナやシリカなどの酸化物、窒化シリコン(SiN)などの窒化物、炭化シリコン(SiC)などの炭化物、硫化亜鉛(ZnS)などの硫化物が挙げられる。硬質粒子の粒径は0.01~3μmとするのが望ましく、その配合比は0.2~7wt%とするのが望ましい。
 コーティング層20は、主として溝部21及び凸部22を具備する。
 溝部21は、コーティング層20の表面に形成される。溝部21は、斜板3と同心円状に複数形成される。溝部21は、基材10の表面にコーティング層20を形成した後で、当該コーティング層20に機械加工(切削加工等)を施すことで形成される。切削加工によって溝部21を形成する場合、切削工具を用いてコーティング層20の表面が円環状に切削される。この際、隣接する溝部21間の距離(ピッチ)は適宜設定することができる。また溝部21の断面形状(図2参照)は、切削工具の刃先の形状と略同一となる。
 凸部22は、コーティング層20の表面に形成される。凸部22は、コーティング層20に同心円状の溝部21を複数形成することで、隣接する溝部21の間に形成される。これによって凸部22は、コーティング層20の表面に、同心円状に複数形成されることになる。
 このように構成された斜板3がシュー5と摺動する際には、コーティング層20の凸部22の先端がシュー5の平面部5aと接することになる。この時、シュー5によってコーティング層20が所定の力(圧力)で押されるため、凸部22の先端は弾性変形により若干潰れている。
 このように構成されたコンプレッサ1において、斜板3の凸部22が適宜弾性変形したり摩耗したりすることにより、シュー5との初期なじみ性を向上させることができる。また、シュー5が複数の凸部22と接するため、当該シュー5による面圧が分散されることで凸部22の弾性変形を小さく抑えることができ、過度な摩耗を抑制することができる。また、溝部21内に潤滑油を確保することができ、摺動による温度上昇を抑制すると共に摺動特性を向上させることができる。
 本実施形態に係るコンプレッサ1においては、特にコーティング層20の消耗(摩耗)を抑制する観点から斜板3の詳細な形状を決定している。以下では、当該斜板3の構成について、より詳細に説明する。
 斜板3についてより詳細に説明するために、まずは図4を用いて、当該斜板3の接触面(他の部材と接触している面)を測定するための装置(接触面観察装置100(接触面顕微鏡))の概略について説明する。
 接触面観察装置100は、固体同士の接触面を観察するための装置である。接触面観察装置100は、主としてプリズム101及び光源102を具備する。
 プリズム101は、適宜の透明な材料で形成された部材である。プリズム101は略三角柱状に形成される。プリズム101には、矩形平面状の平面部101a(3つの側面のうちの1つ)が形成される。プリズム101は、平面部101aを上方に向けた状態で配置される。
 光源102は、光を発するものである。光源102は、プリズム101の下方に配置される。光源102からの光は、プリズム101の下方(より詳細には、斜め45度下方)から当該プリズム101(平面部101a)に向けて照射される。
 このような接触面観察装置100において、観察の対象となる部材が、プリズム101の平面部101aに上方から所定の力(圧力)で押し付けられる。この際の圧力を、以下では負荷面圧と称する。本実施形態では、斜板3(コーティング層20)が観察の対象となるため、当該斜板3(コーティング層20)がプリズム101の平面部101aに押し付けられる。なおこの際には、円形平板状の斜板3全体ではなく、斜板3の一部分を矩形状に切り取った試験片が用いられる。以下、接触面観察装置100による観察に用いられる斜板3とは、当該試験片を意味するものとする。
 この状態で光源102から光を照射し、斜板3の表面(コーティング層20)で反射した光(反射光)を観察する。当該反射光の観察は、目視やカメラ等を用いて行われる。当該反射光を観察することで、斜板3の接触面を詳細に観察することができる。
 次に図5を用いて、接触面観察装置100によって観察される斜板3の表面(コーティング層20)の各部の寸法の定義を説明する。
 前述の如く、他の部材(プリズム101)が押し付けられることでコーティング層20に力が加わると、凸部22の先端は弾性変形により若干潰れる。この状態においては、凸部22の先端に細長い平面状の部分、すなわちプリズム101との接触面(図5における斜線部分の面)が形成されることになる。以下では、当該接触面の幅(短手方向の幅)をB(mm)と定義する。以下ではBを接触幅と称する。
 また、斜板3(試験片)のコーティング層20には複数の凸部22が形成されているため、上述のプリズム101との接触面も複数形成されることになる。よって以下では、各接触面の面積をSi(mm)と定義する。図5においては、4つの接触面(凸部22の先端)を例示しているので、i=1,2,3,4としてS1、S2、S3及びS4を例示している。
 また、コーティング層20にプリズム101が押し付けられた状態における凸部22の高さをH(mm)と定義する。より詳細には、高さHとは、溝部21の底部から凸部22の先端(接触面)までの高さを意味する。
 また、コーティング層20にプリズム101が押し付けられた状態におけるコーティング層20の厚さをT(mm)と定義する。より詳細には、厚さTとは、凸部22の先端(接触面)から、当該凸部22とは反対側の面までの厚さを意味する。
 以下では、本実施形態に係るコーティング層20を接触面観察装置100で観察した際の、当該コーティング層20の各部の寸法の具体的な値について説明する。なお、具体的には、斜板3(試験片)はプリズム101の平面部101aに対して30(MPa)の圧力で押し付けられるものとする。
 この場合において、本実施形態に係るコーティング層20は、以下の式(1)及び(2)を満たすように設定されている。
 0.01≦B≦0.06 ・・・ (1)
 10≦S≦40 ・・・ (2)
 ここで、Sとは、基準面積Scに対する各接触面の面積Siの総和(総面積)の割合(%)を意味する。以下ではSを接触面積率と称する。また基準面積Scとは、接触面観察装置100による観察の対象となる斜板3の面積、すなわち試験片の面積を意味する。従って、接触面積率Sは、「S=ΣSi/Sc(%)」の式で算出することができる。
 なお、本実施形態においては、複数の凸部22の接触幅Bがどれも同じ値である状態を図示しているが(図5参照)、複数の凸部22の接触幅Bは互いに異なっていてもよい。この場合、全ての接触幅Bが上記式(1)を満たすことが望ましい。
 また、本実施形態に係るコーティング層20は、以下の式(3)及び(4)を満たすように設定されている。
 0.001≦H≦0.01 ・・・ (3)
 0.005≦T≦0.06 ・・・ (4)
 このようにコーティング層20を設定することで、斜板3の表面(凸部22)が適度に弾性変形し、当該凸部22の先端(接触面)の油膜(潤滑膜)を保持し易くなる。これによって、コーティング層20の消耗(摩耗)を抑制することができる。また、当該接触面において弾性流体潤滑が生じ、油膜面積が広がって面圧を低下させることで良好な潤滑状態を保つことができる。このようにして、本実施形態に係るコンプレッサ1(斜板3)においては、せん断抵抗や発熱等の低減を図ることができ、ひいては摩擦力の低減や摩耗の低減を図ることができる。
 図6及び図7には、上記式(1)~(4)を満たすように設定されたコーティング層20を具備する斜板3を、接触面観察装置100で観察した例を示している。
 具体的には、図6には、負荷面圧に対する接触面積率Sの値を示している。なお図6には、異なる記号を用いて、異なる材料(基材10及びコーティング層20の材料)を用いて形成された3種類の斜板3のデータを示している。また図6には、負荷面圧が30(MPa)のときに接触面積率S=10(%)を通る対数関数のグラフL1と、負荷面圧が30(MPa)のときに接触面積率S=40(%)を通る対数関数のグラフL2を併せて示している。
 図6から分かるように、この例では、負荷面圧が30(MPa)のときに上記式(2)を満たすように斜板3が設定されている。特にこの例では、接触面積率SがグラフL1とグラフL2の間の領域内に含まれるように、斜板3が設定されている。
 また図7には、負荷面圧に対する接触幅Bの値を示している。なお図7には、異なる記号を用いて、異なる凸部22の高さH及びコーティング層20の厚さTを有するように設定された3種類の斜板3のデータを示している。また図7には、負荷面圧が30(MPa)のときに接触幅B=0.01(mm)を通る対数関数のグラフL3と、負荷面圧が30(MPa)のときに接触幅B=0.06(mm)を通る対数関数のグラフL4を併せて示している。
 図7から分かるように、この例では、負荷面圧が30(MPa)のときに上記式(1)を満たすように斜板3が設定されている。特にこの例では、接触幅BがグラフL3とグラフL4の間の領域内に含まれるように、斜板3が設定されている。
 以上の如く、本実施形態に係る斜板3(コンプレッサ用斜板)は、平板状の基材10と、基材10の表面に形成され、線状に形成された凸部22を具備するコーティング層20と、を具備する斜板3であって、プリズム101(押圧部材)に形成された平面部101aをコーティング層20に30MPaの圧力で押し付けたときに、以下の式を満たすように形成されたものである。
 0.01≦B≦0.06 ・・・ (1)
 10≦S≦40 ・・・ (2)
 ここで、Bは凸部22が平面部101aに対して接触する面の幅(mm)、Sは基準面積Sc(コーティング層20のうち平面部101aが押し付けられる部分の面積)に対する各接触面の面積Siの総和(凸部22が平面部101aと接触する面の総面積)の割合(%)である。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 すなわち、このようにコーティング層20を設定することで、斜板3の表面(凸部22)が適度に弾性変形し、当該凸部22の先端(接触面)の油膜(潤滑膜)を保持し易くなる。これによって、コーティング層20の消耗(摩耗)を抑制することができる。
 また、コーティング層20は、以下の式を満たすように形成されるものである。
 0.001≦H≦0.01 ・・・ (3)
 0.005≦T≦0.06 ・・・ (4)
 ここで、Hは平面部101aがコーティング層20に押し付けられた際の凸部22の高さ(mm)、Tは平面部101aがコーティング層20に押し付けられた際の当該コーティング層20の厚さ(mm)である。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 すなわち、このようにコーティング層20を設定することで、斜板3の表面(凸部22)が適度に弾性変形し、当該凸部22の先端(接触面)の油膜(潤滑膜)を保持し易くなる。これによって、コーティング層20の消耗(摩耗)を抑制することができる。
 なお、切削加工によって溝部21を形成する場合には、切削工具の送り量(ピッチ)を調節することで、凸部22の高さH及びコーティング層20の厚さTを適宜調節することができる。
 また、凸部22は、複数の同心円状に形成されるものである。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 すなわち、隣接する凸部22の間に適宜の間隔を空けることで、当該凸部22の間に潤滑油を確保することができ、摺動特性を向上させることができる。特に、本実施形態の如く斜板3と同心円状に凸部22を形成することで、当該凸部22が形成される方向と、シュー5が摺動する方向とを略一致させることができる。こにれよって、略一定の面圧でシュー5と斜板3とを摺動させることができ、コーティング層20の消耗を効果的に抑制することができる。
 また、本実施形態に係るコンプレッサ1は、斜板3と、斜板3を回転可能に支持する回転軸2と、斜板3の回転に伴って往復動するピストン4と、を具備するものである。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 なお、本実施形態に係る斜板3は、本発明に係るコンプレッサ用斜板の実施の一形態である。
 また、本実施形態に係るプリズム101は、本発明に係る押圧部材の実施の一形態である。
 以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
 以下では、本発明に係るコンプレッサ用斜板の他の実施形態について説明する。
 図8(a)に示す第二実施形態に係る斜板3Aの如く、凸部22を渦巻き状(らせん状)に形成することも可能である。この場合、溝部21を渦巻き状に形成することによって、凸部22も渦巻き状(らせん状)に形成されることになる。
 以上の如く、第二実施形態に係る凸部22は、渦巻状に形成されるものである。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 すなわち、凸部22と隣接する渦巻き状の溝部21に潤滑油を確保することができ、摺動特性を向上させることができる。
 図8(b)に示す第三実施形態に係る斜板3Bの如く、凸部22を複数の同心円弧状に形成することも可能である。具体的には、斜板3Bの凸部22は、同心円の一部分(中心を挟んで対向する2つの部分、以下では分断部と称する)を分断したような形状に形成される。これによって、各凸部22は、中心角略180度の円弧状に形成される。また径方向に隣接する凸部22の分断部同士は、互いに径方向に対向しないように形成される。具体的には、径方向に隣接する凸部22の分断部同士は、互いに周方向に所定の角度(図8(b)では90度)だけずれた位置に形成される。これによって、溝部21に潤滑油を保持し易くすることができる。
 図9(a)に示す第四実施形態に係る斜板3Cの如く、凸部22を複数の円環状に形成することも可能である。具体的には、複数の凸部22は、略同一半径を有する円環状に形成される。各凸部22は互いに異なる点を中心として、重複しないように形成される。
 以上の如く、第四実施形態に係る凸部22は、互いに異なる点を中心とする複数の円環状に形成されるものである。
 このように構成することにより、コーティング層20の消耗を抑制することができる。
 すなわち、凸部22の内側に潤滑油を確保することができ、摺動特性を向上させることができる。
 図9(b)に示す第五実施形態に係る斜板3Dの如く、凸部22を複数の直線状に形成することも可能である。具体的には、凸部22は、所定の長さを有する直線状に形成される。各凸部22は互いに重複しないように形成される。第五実施形態においては、隣接する凸部22は、互いに異なる方向(90度異なる方向)に沿って延びるように形成される。
 なお、上記各実施形態に限らず、凸部22の形状は任意の形状とすることができる。
 本発明は、コンプレッサ用斜板及びそれを具備するコンプレッサに適用することができる。
 1  コンプレッサ
 2  回転軸
 3  斜板
 4  ピストン
 5  シュー
 10 基材
 20 コーティング層
 21 溝部
 22 凸部

Claims (6)

  1.  平板状の基材と、
     前記基材の表面に形成され、線状に形成された凸部を具備するコーティング層と、
     を具備するコンプレッサ用斜板であって、
     押圧部材に形成された平面部を前記コーティング層に30MPaの圧力で押し付けたときに、以下の式を満たすように形成されたコンプレッサ用斜板。
     0.01≦B≦0.06 ・・・ (1)
     10≦S≦40 ・・・ (2)
     ここで、Bは前記凸部が前記平面部に対して接触する面の幅(mm)、Sは前記コーティング層のうち前記平面部が押し付けられる部分の面積に対する、前記凸部が前記平面部と接触する面の総面積の割合(%)である。
  2.  前記コーティング層は、
     以下の式を満たすように形成される、
     請求項1に記載のコンプレッサ用斜板。
     0.001≦H≦0.01 ・・・ (3)
     0.005≦T≦0.06 ・・・ (4)
     ここで、Hは前記平面部が前記コーティング層に押し付けられた際の前記凸部の高さ(mm)、Tは前記平面部が前記コーティング層に押し付けられた際の当該コーティング層の厚さ(mm)である。
  3.  前記凸部は、
     複数の同心円状に形成される、
     請求項1又は請求項2に記載のコンプレッサ用斜板。
  4.  前記凸部は、
     渦巻状に形成される、
     請求項1又は請求項2に記載のコンプレッサ用斜板。
  5.  前記凸部は、
     互いに異なる点を中心とする複数の円環状に形成される、
     請求項1又は請求項2に記載のコンプレッサ用斜板。
  6.  請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のコンプレッサ用斜板と、
     前記コンプレッサ用斜板を回転可能に支持する回転軸と、
     前記コンプレッサ用斜板の回転に伴って往復動するピストンと、
     を具備するコンプレッサ。
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