JP2001271741A

JP2001271741A - 斜板式コンプレッサのシュー及び斜板式コンプレッサー

Info

Publication number: JP2001271741A
Application number: JP2000084866A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ko; 秀明洪; Shinichi Mizuguchi; 慎一水口
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】斜板式コンプレッサーのシューの耐焼付性を
向上する。【解決手段】シューに非晶質硬質炭素膜を被覆する
と、耐焼付性が向上し、かつ相手材の斜板材質の選択範
囲が広がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜板式コンプレッ
サーにおいてピストンと斜板の間で摺動するシューに関
するものであり、またシューと斜板の新規な材質組合わ
せを特徴とする斜板式コンプレッサーに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】斜板式コンプレッサーは、回転軸に一定
角度もしくは可変角度で固着された斜板と、回転軸に平
行に設けられたシリンダ内に嵌装されたピストンと、斜
板とピストンの間に配置された摺動部材であるシューを
含み、斜板の回転によってピストンが往復動され、シリ
ンダ内に気体が導入され、圧縮されるものである。な
お、斜板式コンプレッサー自体の構造は例えば特公昭61
―1636号の第1図及び公報第3欄第42行〜第4欄第16行、
第5欄第14行〜第6欄第2行の説明を参照されたい。かか
る斜板としては、古くは焼入れ鋳鉄が用いられ、次にコ
ンプレッサーの軽量化のために耐摩耗性が優れたＡｌ−
Ｓｉ系アルミニウム合金鍛造材が用いられ、現在は、特
に可変容量コンプレッサーの回転性能の観点から鋳鉄斜
板が用いられているが、鋳鉄とシューの軸受鋼の摺動で
は焼付が起こるのでＣｕ−Ｐｂ合金を溶射した鋳鉄斜板
が用いられている。一方、シューとしては、クロム鋼、
特に軸受鋼（ＳＵＪ２）が用いられている（特公平１―
３５１９０号公報）。斜板式コンプレッサーは潤滑油の
使用量少なくする傾向が依然として続いており、このた
め摺動条件は益々過酷になっており、特に斜板とシュー
との摺動面の性能不足が問題となっている。

【０００３】さらに、シューはピストンに嵌入される球
面部と斜板と接触する平面部から構成されるが、平面部
の中央を頂点とし、高さが15μm以下である極めて大き
な曲率半径を有する凸曲面とし、平面部の外周縁は面取
り部とすることにより、耐焼付性のばらつきが少なくな
る（特公昭６１―1636号公報、特公昭６３―27554号公
報、特公平１―35190号公報）。このような凸面部及び
面取り部を有するシューは実機に採用され、斜板式コン
プレッサーの斜板の性能向上に多大な貢献をしている。
凸面部の高さを高くすると油膜が形成され易くなるが、
その一方耐焼付性のばらつきが大きくなるので、現在の
実機では１〜５μmの高さ範囲が採用されている。

【０００４】ところで、ダイヤモンドライクカーボンと
も言われる非晶質炭素は非常に摩擦係数が低くかつ硬度
が極めて高いと言う摺動材料として望ましい性質をもっ
ているので、研究が近年活発におこなわれている。例え
ば、特開平３―２４０９５７号公報によると、非晶質炭
素薄膜の条件として、（イ）炭素と水素を主成分とす
る、（ロ）炭素、水素の残部が珪素質物質である、
（ハ）擬似ダイヤモンドを含むなどが、一層の摩擦係数
の低下に有効であり、工具や金型の被覆に適するとの提
案がなされている。また、特許第2889116号公報の発明
は、炭素、水素、珪素及び窒素を含有し、Ｈｖ＝２００
０〜５０００の高い硬度を有する非晶質硬質炭素皮膜に
関するものであって、用途としてコンプレッサの摺動部
品が挙げられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】斜板式コンプレッサー
の運転条件が過酷に成るに伴い従来のシューの材料構成
では耐焼付性能が不十分になってきた。さらに高度の性
能を維持するためにピストン、シューなどには厳しい加
工精度が要求される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、斜板式コンプ
レッサーの斜板とピストンの間において摺動するシュー
において、斜板とピストンの少なくとも一方と摺動面
を、水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜で被覆したこと
を特徴とする斜板式コンプレッサのシューに関するもの
である。従来のシューは硬度がＨｖ５００程度のクロム
軸受鋼の平坦面側に特定な凸面構造をもたせて、潤滑油
と冷媒の混合下での安定した性能を得てきたのであり、
より高い硬度を有する鋼材や窒化表面処理は摺動特性の
大きな改善をもたらさなかった。ところが、極めて高い
硬度と低い摩擦係数をもつ非晶質硬質炭素薄膜（以下
「ＤＬＣ膜」と言う）はシュー耐焼付性が非常に優れて
いることが分かった。さらに、斜板と摺動する平坦面を
被覆するＤＬＣ膜は上記した凸面形状の高さを、従来よ
りも高くしても、耐焼付性のばらつきを招かず、耐焼付
性が高いレベルで安定することが分かった。また、ピス
トンと摺動する球面側を被覆するＤＬＣ膜はピストンと
の摺動特性を安定させ、ピストンの球状凹部の加工精度
を緩やかにしてもよいことも分かった。ＤＬＣ膜は球面
側及び/又は平坦面側に形成されるが、シューの全面に
形成するのが好ましい。なお、ＤＬＣ膜のＨ含有量は２
５〜５０原子％以下であることが好ましい。続いて、本
発明の好ましい実施態様を説明する。

【０００７】ＤＬＣ膜がさらにＳｉを含有すると摩擦係
数が低下して一層良好な性能が得られる。なお、Ｓｉ含
有量は２０原子％以下であることが好ましい。また、Ｎ
も同様の効果があり、その好ましい含有量は１５原子％
以下である。本発明においてＤＬＣ膜の厚さは２〜１０
μmであることが好ましい。膜厚が2μm未満であると焼
付きのおそれがあり、１０μmを超えると密着性が低下
するので、上記範囲が好ましい。さらに、ＤＬＣ膜の表
面粗さは下地粗さを反映しており、これは０．１〜１．
０μmＲｚであることが好ましい。表面粗さ（Ｒｚ）が
０．１μm未満であると密着性が低下し、１．０μmを超
えると相手材の摩耗が増大する。さらに、ＤＬＣ膜の特
長であるＨｖ３０００を超えるような超高硬度はシュー
には好ましくなく、Ｈｖ８００〜２０００が好ましい。
このような低硬度ＤＬＣ膜は上述の好ましいＨ含有量範
囲により得られる。また、シューの母材は従来のように
軸受鋼である必要はなく、Ｈｖ５００以上の表面硬度を
もつ炭素鋼なども使用可能である。

【０００８】従来からＤＬＣ膜と基板との密着性を高め
るために各種密着層が研究されているが、本発明に於い
てはかかる密着層を使用することが好ましく、特に非晶
質炭化けい素層もしくは母材の窒化層が密着層として好
ましい。

【０００９】従来斜板は上記したように変遷している
が、本発明のＤＬＣ膜を被覆したシューを相手材とする
斜板は最も古い焼入れ鋳鉄斜板よりも格段と強度や耐摩
耗性が低い鉄鋼、鋳鉄などでも従来の斜板式コンプレッ
サーよりも優れた性能が得られる。鋳鉄は、ねずみ鋳鉄
などの鋳放し鋳鉄、まだら鋳鉄、球状化黒鉛鋳鉄などで
ある。本来、斜板式コンプレッサーの特性は斜板とシュ
ーの総合的性能により決まるのであり、この点従来技術
も本発明も同じであるが、ＤＬＣ膜をシューに使用する
と相手材である斜板の要求特性レベルは極めて低くな
り、摺動材料とは言えないねずみ鋳鉄までも包含するこ
とができる。このために斜板のコストダウンとなる。ま
た、斜板として、従来のＡｌ−Ｓｉ合金、即ち高Ｓｉ含
有Ａｌ合金の他に、耐摩耗性のレベルが低いダイカスト
アルミニウム合金などを使用することができる。さら
に、上記した鉄鋼、鋳鉄、アルミニウム合金の表面を窒
化することもできる。上記した斜板にグラファイト皮
膜、二硫化モリブデン皮膜、ＳｎめっきもしくはＰｂめ
っきなどを形成すると斜板になじみ面が形成されさらに
好ましい耐焼付性を得ることができる。以下、実施例に
より本発明を詳しく説明する。

【０００１０】以下説明する実施例及び比較例において
のＤＬＣ膜を焼入れＳＵＪ２シュー上に成膜した。な
お、本試験においては基礎的摺動特性を評価するために
基板は平坦面とした。実施例１：プラズマ−ＣＶＤ膜、厚さ3μm、表面粗さ
（Ｒｚ）０．２６μm、硬度Ｈｖ１２００、Ｈ含有量４
０原子％、Ｓｉ含有量５原子％、中間層ＳｉＣ０．１μ
m 比較例１：スパッタ膜、厚さ１．５μm、表面粗さ（Ｒ
ｚ）０．２４μm、硬度Ｈｖ２５００、Ｈ含有量５原子
％、中間層ＳｉＣ０．１μm（硬度が請求項６の範囲外
となる同項の比較例）比較例２：イオン化学蒸着膜、厚さ１μm、表面粗さ
（Ｒｚ）０．３１μm、硬度Ｈｖ１５００、Ｈ含有量１
０原子％（厚さが請求項４の範囲外となる同行の比較
例）実施例2：プラズマＣＶＤ膜、厚さ3μm、表面粗さ（Ｒ
ｚ）０．２５μm、硬度Ｈｖ１３５０、Ｈ含有量３０原
子％、Ｓｉ含有量１２原子％、中間層―窒化層実施例３：ＣＶＤ膜、厚さ3μm、表面粗さ（Ｒｚ）０．
３８μm、硬度Ｈｖ１０５０、Ｈ含有量３０原子％、Ｓ
ｉ含有量１０原子％、Ｎ含有量５原子％、中間層―Ｓｉ
Ｃ０．１μm さらに従来材との比較のためにＳＵＪ２（表面被覆な
し）も試験した。

【００１１】下記条件の焼付試験を行った。回転数：１７９０ｒｐｍ（１５ｍ/秒）荷重：３９０Ｎ／１０分（荷重漸増）潤滑：点滴法（２５滴/分）潤滑油：冷凍機油：軽油＝１：９相手材:球状黒鉛鋳鉄材

【００１２】試験の結果を図１に示す。図1よりDLC膜は
従来材のＳＵＪ２よりシューとして優れた耐焼付性を示
し、また硬度及び厚さを本発明により制御した実施例1
〜３はさらに優れた耐焼付性を示すことが分る。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると斜
板式コンプレッサー摺動部の耐焼付性が格段と向上し、
安価な斜板材料の使用が可能になり、斜板加工の要求精
度が緩和され、より高い中高平坦部形状を有するシュー
の使用が可能になるなどの多岐にわたる利点が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例における焼付荷重測定結果を示
すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H076 AA05 BB26 BB41 BB43 CC20 CC33 CC61 4K030 BA24 BA28 BA29 CA02 FA01 JA01 JA20 LA23 4K044 AA02 AA04 AA06 AB10 BA18 BA19 BB03 BB17 BC01 BC05 BC11 CA12 CA14 CA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】斜板式コンプレッサーの斜板とピストン
の間において摺動するシューにおいて、斜板とピストン
の少なくとも一方と摺動するシューの摺動面を水素を含
有する非晶質硬質炭素皮膜で被覆したことを特徴とする
斜板式コンプレッサのシュー。
【請求項２】前記非晶質硬質炭素皮膜がさらにＳｉを
含有する請求項１記載の斜板式コンプレッサのシュー。
【請求項３】前記非晶質硬質炭素皮膜がさらに窒素を
含有する請求項２記載の斜板式コンプレッサのシュー。
【請求項４】前記非晶質硬質炭素皮膜の厚さが２〜１
０μmである請求項１から３までの何れか1項記載の斜板
式コンプレッサーのシュー。
【請求項５】前記非晶質硬質炭素皮膜の表面粗さが
０．１〜１．０μmＲｚである請求項１から４までの何
れか1項記載の斜板式コンプレッサーのシュー。
【請求項６】前記非晶質硬質炭素皮膜の硬さがＨｖ８
００〜２０００である請求項１から５までの何れか1項
記載の斜板式コンプレッサーのシュー。
【請求項７】前記非晶質硬質炭素皮膜が表面硬度Ｈｖ
５００以上の母材に成膜されている請求項１から６まで
の何れか1項記載の斜板式コンプレッサーのシュー。
【請求項８】前記母材が炭素鋼である請求項７記載の
斜板式コンプレッサーのシュー。
【請求項９】前記非晶質硬質炭素皮膜とシュー母材の
間に密着層が形成されていることを特徴とする請求項１
から８までの何れか1項記載の斜板式コンプレッサーの
シュー。
【請求項１０】前記密着層が非晶質けい素炭化物から
なることを特徴とする請求項１０記載の斜板式コンプレ
ッサーのシュー。
【請求項１１】前記非晶質硬質炭素皮膜が全面に形成
されている請求項１から１０までの何れか1項記載の斜
板式コンプレッサーのシュー。
【請求項１２】請求項１から１１までの何れか1項記
載のシューと、鋳鉄、鉄鋼、鍛造アルミニウム合金もし
くはダイキャストアルミニウム合金の何れか1種からな
る斜板とを組合わせた斜板式コンプレッサー。
【請求項１３】斜板表面を窒化処理したことを特徴と
する請求項１２記載の斜板式コンプレッサー。
【請求項１４】前記斜板の摺動面にグラファイト皮
膜、二硫化モリブデン皮膜、ＳｎめっきもしくはＰｂめ
っきが形成されていることを特徴とする請求項１２記載
の斜板式コンプレッサー。