JP2008019715A - 斜板式圧縮機及び斜板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮可能な斜板式圧縮機を提供する。
【解決手段】斜板式圧縮機１は、内部にシリンダボア２２、クランク室１５等を形成するハウジング１０と、シリンダボア２２内に収容されてシリンダボア２２内に圧縮室２４を区画するピストン２３と、外部駆動源Ｅにより駆動され、ハウジング１０に回転可能に支承された駆動軸１６と、クランク室１５内に設けられ、自己の前後の面と当接するシュー２５を介して駆動軸１６の回転運動をピストン２３の往復運動に変換する斜板８とを備える。斜板８は第１斜板１８及び第２斜板５１からなる。第１斜板１８及び第２斜板５１は、シュー２５が当接する面を構成すべく、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含んで溶射によって形成された第１、２斜板側摺動層１８１、５１１を有し、第１、２斜板側摺動層１８１、５１１は、グラファイトの割合が３〜１５質量％とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は斜板式圧縮機及び斜板式圧縮機に用いられる斜板の製造方法に関する。

特許文献１に従来の斜板式圧縮機が開示されている。この斜板式圧縮機は、内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、シリンダボア内に往復動可能に収容されてシリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して駆動軸の回転運動をピストンの往復運動に変換する斜板とを備える。

一般的な斜板は単一のものであり、これは自己の前後の面を駆動軸に対して傾斜させた状態で駆動軸とともに回転可能とされている。一方、各シューはそれぞれ略半球状をしており、各シューの略平面が各斜板の前後の面と当接している。特許文献１開示の斜板は、駆動軸とともに回転可能な第１斜板と、この第１斜板に相対回転可能に支持された第２斜板とからなり、第１斜板の前方の面及び第２斜板の後方の面を駆動軸に対して傾斜させている。前方のシューの略平面は第１斜板の前方の面と当接し、後方のシューの略平面は第２斜板の前方の面と当接している。

これらの斜板は、一般的に球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料により基材が構成されており、基材の表面には、駆動時におけるシューとの摺動性を向上させるために、摺動層が形成されている。公知の摺動層としては、現在、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金等が溶射によって形成されている。一方、シューとしては、ＳＵＪ２等の鉄系材料やアルミ系材料が多用されている。

このような構成である斜板式圧縮機では、外部駆動源により駆動軸が回転すると、斜板も回転し、シューを介して各ピストンがシリンダボア内で往復動する。特許文献１開示の斜板を採用している場合には、第１斜板は駆動軸と同期して回転し、第２斜板は第１斜板より回転速度が低くなる。これにより、この斜板式圧縮機は、吸入室から圧縮室に冷媒を吸入し、圧縮室において冷媒を圧縮して吐出室に吐出する。

このような斜板式圧縮機は、蒸発器、膨張弁、凝縮器及び配管からなる外部冷媒循環回路とともに用いられて車両用等の冷凍回路を構成し、車室内等を空調することができる。

特開２００５−１１３９０７号公報

ところで、近年、環境上の理由から、機械部品の製造分野でも鉛の低減が求められている。このため、上記斜板式圧縮機においても、摺動層を形成する溶射材料に関して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金のように鉛を含有するものから鉛を含有しないものへの変更が望まれている。

しかし、上述のＡｌ−Ｓｉ系合金は、鉛を含有しないものの、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金に比べて摺動性が劣る。また、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金から単に鉛を除いたＣｕ−Ｓｎ系合金では、さらに摺動性が低下する。このため、これらの合金を溶射材料として斜板の基材上に摺動層を形成した場合には、斜板とシューとの間で焼き付きが生じ易くなり、斜板式圧縮機の耐久性が低下するおそれがある。

この問題は、特に、ＣＯ₂を冷媒とする圧縮機の場合に顕著となる。なぜなら、ＣＯ₂が冷媒である場合には、圧縮時の圧力が１５ＭＰａ程度の非常に高い圧力となり、ピストンからシューを介して斜板に作用する圧縮反力も非常に高くなるからである。また、冷媒としてのＣＯ₂は、潤滑成分を添加したとしても、他の一般的な冷媒に比べて潤滑性能が非常に低いからである。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮可能な斜板式圧縮機を提供することを解決すべき課題としている。

発明者らは、摺動層を形成する溶射材料として、鉛を含有せず、かつ良好な摺動性を発揮するものを見出すべく、鋭意研究を行った。そして、鉛の代わりに銅及びグラファイトを溶射材料に含有させ、かつ溶射材料に含有させるグラファイトの割合を最適化することにより、上述の課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明の斜板式圧縮機は、内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、該シリンダボア内に往復動可能に収容されて該シリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して該駆動軸の回転運動を該ピストンの往復運動に変換する斜板とを備える斜板式圧縮機において、
前記斜板は、前記シューが当接する面を構成すべく、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含んで溶射によって形成された摺動層を有し、
該摺動層は該グラファイトの割合が３〜１５質量％であることを特徴とする。

このような構成である本発明の斜板式圧縮機では、外部駆動源により駆動軸が回転すると、斜板も回転し、シューを介して各ピストンがシリンダボア内で往復動する。特許文献１開示の斜板を採用している場合には、第１斜板は駆動軸と同期して回転し、第２斜板は第１斜板より回転速度が低くなる。これにより、この斜板式圧縮機は、吸入室から圧縮室に冷媒を吸入し、圧縮室において冷媒を圧縮して吐出室に吐出する。

この間、斜板の摺動層は、鉛を含有せず、その代わりとして、摺動性の向上に寄与する銅及びグラファイトを適量含んでいる。発明者らの試験結果によれば、この摺動層は、上述のＡｌ−Ｓｉ系合金や、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金から単に鉛を除いたＣｕ−Ｓｎ系合金を溶射することによって形成された摺動層と比較して、摺動性が低下せず、斜板とシューとの間で焼き付きが生じ難い。

したがって、本発明の斜板式圧縮機は、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮することができる。このため、この斜板式圧縮機は、優れた環境性能を発揮するとともに、長寿命である。

本発明の斜板式圧縮機は、Ｒ１３４ａ等の一般的な冷媒の他、ＣＯ₂冷媒を使用するものであり得る。特に、ＣＯ₂を冷媒とする場合には、本発明の効果を顕著に享受することができる。なぜなら、ＣＯ₂が冷媒である場合には、圧縮時の圧力が１５ＭＰａ程度の非常に高い圧力となり、ピストンからシューを介して斜板に作用する圧縮反力も非常に高くなるからである。また、冷媒としてのＣＯ₂は、潤滑成分を添加したとしても、他の一般的な冷媒に比べて潤滑性能が非常に低いからである。

発明者らの試験結果によれば、摺動層におけるグラファイトの割合が３質量％未満であったり、１５質量％を超えたりすれば、耐焼き付き荷重が十分でない。

本発明の斜板式圧縮機において、摺動層はグラファイトの割合が６〜１２質量％であることがより好ましい。グラファイトの割合がこの範囲内であれば、高い耐焼き付き荷重を発揮できる。

本発明の斜板式圧縮機において、摺動層は錫を含み得る。また、本発明の斜板式圧縮機において、摺動層は亜鉛を含み得る。発明者らは、試験評価において、上述の条件により斜板式圧縮機が優れた耐久性を発揮することを確認している。

本発明の斜板式圧縮機において、斜板は摺動層を表面にもつ基材を有し、基材は鉄系材料からなり得る。斜板は、一般的に球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料により基材が構成されている。このため、基材の表面の摺動層を形成する溶射材料を変更するだけで、本発明の効果を享受することができる。

本発明の斜板の製造方法は、内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、該シリンダボア内に往復動可能に収容されて該シリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して該駆動軸の回転運動を該ピストンの往復運動に変換する斜板とを備える斜板式圧縮機に用いられる斜板の製造方法において、
鉛を含まず、銅及びグラファイトを含み、該グラファイトの割合が３〜１５質量％である溶射材料を用意する工程と、
基材に対して該溶射材料を溶射して摺動層とし、前記シューが当接する面を該摺動層とする工程とを備えていることを特徴とする。

このような製造方法により、本発明の斜板式圧縮機に用いられる斜板を製造することができる。

本発明の斜板の製造方法において、グラファイトは表面が銅メッキされたものであることが好ましい。この場合、溶射材料が溶射される際に高温となって、溶射材料中のグラファイトが焼失したり、酸化したりするという不具合を抑制することができる。銅メッキは摺動層中でグラファイトとともに摺動性に寄与する。このため、この製造方法によれば、上述の摺動層をより確実に形成することができる。

また、発明者らの試験評価によれば、グラファイトの粒径は２０μｍ〜６０μｍ程度であることがより好ましい。

図１及び図２に示すように、実施例１の斜板式圧縮機１は、ＣＯ₂を冷媒とする容量可変型のものであり、ハウジング１０と、ピストン２３と、駆動軸１６と、斜板８とを備えている。斜板８は、詳細を後述する第１斜板１８と第２斜板５１とにより構成されている。なお、図１及び図２において左方を斜板式圧縮機１の前方とし、右方を斜板式圧縮機１の後方とする。

斜板式圧縮機１のハウジング１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の前端に接合固定されたフロントハウジング１２と、シリンダブロック１１の後端に弁・ポート形成体１３を介して接合固定されたリヤハウジング１４とを備えている。

斜板式圧縮機１のハウジング１０内において、シリンダブロック１１とフロントハウジング１２との間には、クランク室１５が区画形成されている。シリンダブロック１１とフロントハウジング１２との間には、駆動軸１６がクランク室１５を通過するように配設されている。そして、駆動軸１６は、シリンダブロック１１側のラジアル軸受８１とフロントハウジング１２側のラジアル軸受８２とにより回転可能に支承されている。駆動軸１６には、車両の走行駆動源でもある外部駆動源としてのエンジンＥがクラッチレスタイプ（常時伝達型）の動力伝達機構ＰＴを介して作動連結されている。このため、エンジンＥの稼動時においては、エンジンＥから動力の供給を受けて駆動軸１６が常時回転駆動される。

クランク室１５内において駆動軸１６の前方には、ラグプレート１７が一体回転可能に固定されている。そして、ラグプレート１７とフロントハウジング１２との間には、スラスト軸受８３が配設されている。さらに、クランク室１５内には、実質的に円盤状をなす第１斜板１８が収容されている。第１斜板１８は、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料により基材が構成されており、第１斜板１８の前面側の基材の表面には、詳細を後述する第１斜板側摺動層１８１が形成されている。

第１斜板１８の中央部には、駆動軸１６を挿通させる挿通孔１８ａが貫通形成されている。そして、第１斜板１８は、挿通孔１８ａを介して駆動軸１６にスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。ラグプレート１７と第１斜板１８との間にはヒンジ機構１９が配設されている。

ヒンジ機構１９は、ラグプレート１７の後面に突設された二つ（紙面手前側の一方は図示されていない）のラグプレート側突起４１と、第１斜板１８の前面においてラグプレート１７側に向かって突設された斜板側突起４２とからなっている。斜板側突起４２は、先端側が二つのラグプレート側突起４１間に入り込んでいる。従って、ラグプレート１７の回転力は、ラグプレート側突起４１及び斜板側突起４２を介して第１斜板１８に伝達される。

第１斜板１８の後面中央部には、実質的に円筒状をなす支持部３９が駆動軸１６を取り囲むようにして突設されている。第１斜板１８において、支持部３９の外側には、円盤状をなす第２斜板５１が、その中央部に貫通形成された支持孔５１ａに支持部３９が挿通された状態で配置されている。第２斜板５１としては、第１斜板１８とほぼ同じ半径のものが用いられている。第２斜板５１も、第１斜板１８と同様に、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料により基材が構成されており、第２斜板５１の後面側の基材の表面には、詳細を後述する第２斜板側摺動層５１１が形成されている。

支持部３９の外周面と第２斜板５１の支持孔５１ａの内周面との間には、ラジアル軸受５２が配設されている。第１斜板１８の後面と第２斜板５１の前面との間には、スラスト軸受５３が配設されている。スラスト軸受５３は、転動素子としてのコロ５３ａを複数有しており、複数のコロ５３ａは保持器５３ｂによって回転可能に保持されている。

第２斜板５１は、ラジアル軸受５２及びスラスト軸受５３を介することで、第１斜板１８と相対回転可能でかつ一体的に傾動可能となるように、第１斜板１８（支持部３９）によって支持されている。

ラグプレート側突起４１の基部にはカム部４３が形成されている。カム部４３において第１斜板１８を臨む後端面にはカム面４３ａが形成されている。斜板側突起４２の先端は、カム部４３のカム面４３ａに対して摺動可能に当接されている。従って、ヒンジ機構１９は、斜板側突起４２の先端がカム部４３のカム面４３ａ上を駆動軸１６に対する接離方向へ移動することで、第１斜板１８及び第２斜板５１の傾動を案内する。

シリンダブロック１１において駆動軸１６の軸線Ｌ周りには、複数のシリンダボア２２が等角度間隔で前後方向（紙面左右方向）に貫通形成されている。片頭型のピストン２３は、各シリンダボア２２内に前後方向へ移動可能に収容されている。シリンダボア２２の前後開口は、弁・ポート形成体１３の前端面及びピストン２３によって閉塞されており、このシリンダボア２２内にはピストン２３の前後方向への移動に応じて容積変化する圧縮室２４が区画されている。

ピストン２３は、シリンダボア２２に挿入される円柱状の頭部３７と、シリンダボア２２の外方でクランク室１５に位置する首部３８とが前後方向に連接されてなる。頭部３７及び首部３８は、アルミニウム系の金属材料（純アルミニウム又はアルミニウム合金のことを指す）より構成されている。首部３８の内側には、一対のシュー座３８ａが凹設されている。首部３８内には、半球状をなす第１シュー２５Ａ及び第２シュー２５Ｂからなるシュー２５が内装されている。第１シュー２５Ａ及び第２シュー２５Ｂを構成する材料としては、ＳＵＪ２等の鉄系材料やアルミ系材料が採用されている。また、アルミ系材料の場合は、表面にＮｉメッキ等の表面処理が施される場合もある。なお、本明細書において「半球」とは、球体を二等分したもののみを意味するものではなく、球体の球面の一部を備えたもののことを指す。

第１シュー２５Ａ及び第２シュー２５Ｂは、それぞれ半球面２５ａを以て対応するシュー座３８ａによって球面受けされている。第１シュー２５Ａの半球面２５ａと第２シュー２５Ｂの半球面２５ａとは、点Ｐを中心とした同一球面上に存在する。各ピストン２３は、第１シュー２５Ａ及び第２シュー２５Ｂを介して第１斜板１８及び第２斜板５１の外周部に係留されている。圧縮室２４と反対側に位置する第１シュー２５Ａは、半球面２５ａと反対側の平面形状の摺接面２５ｂを以て、第１斜板１８の前面の第１斜板側摺動層１８１に当接されている。圧縮室２４側、つまり圧縮反力を受ける側の第２シュー２５Ｂは、半球面２５ａと反対側の摺接面２５ｂを以て、第２斜板５１の後面の第２斜板側摺動層５１１に当接されている。

第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含んで溶射によって形成されたものである。そして、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、グラファイトの割合が３〜１５質量％、より好ましくは６〜１２質量％とされている。また、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、錫又は亜鉛を含んでいる。

このような第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、下記のようにして形成される。

（第１工程）
まず、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含み、グラファイトの割合が３〜１５質量％である粉末状の溶射材料を用意する。この際、溶射材料は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金又はＣｕ−Ｚｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた銅メッキグラファイト粉末（粒径２０〜６０μｍ程度が好ましい。）を所定量混合することにより調整される。

（第２工程）
次に、第１斜板１８及び第２斜板５１の基材に対して上記の溶射材料を溶射して摺動層を形成し、第１斜板１８の前面について第１シュー２５Ａが当接する面を第１斜板側摺動層１８１とし、第２斜板５１の後面について第２シュー２５Ｂが当接する面を第２斜板側摺動層５１１とする。この際、グラファイトとして、表面が銅メッキされた銅メッキグラファイト粉末を使用することにより、溶射材料が溶射される際に高温となって、溶射材料中のグラファイトが焼失したり、酸化したりするという不具合を抑制することが可能となっている。また、銅メッキは摺動層中でグラファイトとともに摺動性に寄与する。このため、上述の第１、２工程を備える製造方法により、上述の第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１をより確実に形成することが可能となっている。

こうして、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１が形成される。なお、上述の溶射材料の構成比率等については、後述する評価試験に基づいて決定している。

このような構成である斜板８及びピストン２３は、駆動軸１６の回転によって、下記のように作用する。すなわち、駆動軸１６の回転によって第１斜板１８が回転すると、ピストン２３が前後方向に往復直線運動する。ここで、第１斜板１８が回転すると、ラジアル軸受５２及びスラスト軸受５３の作用によって、第１斜板１８と第２斜板５１との間に滑りが生じ、第２斜板５１の回転速度は第１斜板１８の回転速度よりも低下する。このため、第２斜板５１と第２シュー２５Ｂとの相対回転速度が、第２シュー２５Ｂと第１斜板１８との相対回転速度よりも低下する。よって、第２斜板５１と第２シュー２５Ｂとの相対回転に起因する軸線Ｓ（半球面２５ａの曲率中心点Ｐを通りかつ摺接面２５ｂに垂直な線）を中心とした第２シュー２５Ｂの回転運動を抑制することができ、その回転運動に起因した機械損失や不具合の発生を抑制することができている。

斜板式圧縮機１のハウジング１０内において、弁・ポート形成体１３とリヤハウジング１４との間には、吸入室２６及び吐出室２７がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体１３には、圧縮室２４と吸入室２６との間に位置するようにして、吸入ポート２８及び吸入弁２９がそれぞれ形成されている。弁・ポート形成体１３には、圧縮室２４と吐出室２７との間に位置するようにして、吐出ポート３０及び吐出弁３１がそれぞれ形成されている。

冷凍回路の冷媒としてはＣＯ₂が用いられている。図示しない外部回路から吸入室２６に導入された冷媒ガスは、各ピストン２３の上死点位置から下死点位置側への移動により、吸入ポート２８及び吸入弁２９を介して圧縮室２４に吸入される。圧縮室２４に吸入された冷媒ガスは、ピストン２３の下死点位置から上死点位置側への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート３０及び吐出弁３１を介して吐出室２７に吐出される。吐出室２７の冷媒ガスは外部回路へと導出される。

斜板式圧縮機１のハウジング１０内には、抽気通路３２及び給気通路３３並びに制御弁３４が設けられている。抽気通路３２は、クランク室１５と吸入室２６とを接続する。給気通路３３は、吐出室２７とクランク室１５とを接続する。給気通路３３の途中には、電磁弁よりなる周知の制御弁３４（図１中、模式的に示す。）が配設されている。

制御弁３４の開度を外部からの給電制御によって調節することで、給気通路３３を介したクランク室１５への高圧な吐出ガスの導入量と、抽気通路３２を介したクランク室１５からのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室１５の内圧が決定される。クランク室１５の内圧の変更に応じてクランク室１５の内圧と圧縮室２４の内圧との差が変更され、第１斜板１８及び第２斜板５１の傾斜角度が変更される結果、ピストン２３のストローク即ち斜板式圧縮機の吐出容量が調節される。

例えば、制御弁３４の弁開度が減少すると、クランク室１５の内圧が低下する。このため、第１斜板１８及び第２斜板５１の傾斜角度が増大してピストン２３のストロークが増大し、斜板式圧縮機１の吐出容量が増大する。逆に、制御弁３４の弁開度が増大すると、クランク室１５の内圧が上昇する。このため、第１斜板１８及び第２斜板５１の傾斜角度が減少してピストン２３のストロークが減少し、斜板式圧縮機１の吐出容量が減少する。

こうして、実施例１の斜板式圧縮機１は、図示しない外部回路とともに車両用等の冷凍回路を構成し、車室内等を空調することが可能となっている。

ここで、実施例１の斜板式圧縮機１の耐久性を評価するため、下記の通り、試験例１〜５を実施した。具体的には、図３に示すように、第１斜板１８及び第２斜板５１を模した斜板供試体８８とシュー２５とを用意する。斜板供試体８８は、基材８８ａの上面に摺動層８８ｂが上面に形成されたものである。シュー２５は、斜板供試体８８の摺動層８８ｂに摺接面２５ｂを当接するように載置される。そして、シュー２５の半球面２５ａに対応するシュー座３８ａが凹設された押し付け治具９９により、シュー２５を斜板供試体８８に所定の荷重で押し付ける。こうして、斜板供試体８８とシュー２５とを当接させた状態で斜板供試体２５を回転数１０００ｒｐｍ程度で回転させ、どの程度の荷重で焼き付きが発生するかを評価した。

＜試験例１＞
表１に試験例１の実験条件を示す。実施品１−１〜比較品１−６において、基材８８ａの材質は、ＦＣＤである。摺動層８８ｂは、上述の第１工程及び第２工程により基材８８ａの上面に形成されるものであり、表１に示すように、溶射材料が実施品１−１〜比較品１−６の各品で異なっている。シュー２５の材質は、ＳＵＪ２である。潤滑条件は、ＣＯ₂を冷媒として使用する斜板式圧縮機１と同様の厳しい条件である無潤滑としている。このような状態で、上述の評価方法により焼き付き荷重を測定した。

実施品１−１は、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｓｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約３０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を９質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。

また、実施品１−２は、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｚｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約３０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を９質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。

これに対して、比較品１−１は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金の粉末であって、Ｐｂの割合を１０質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。

その結果、図４に示すように、上記の実施品１−１、１−２の焼付き荷重は、比較品１−１の焼付き荷重と同等以上であり、斜板供試体８８とシュー２５との間で焼付きが生じ難いことが解る。

そして、実施品１−１、１−２は、比較品１−２〜１−６のように、ＰｂもＣも含まない溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものと比較しても、大幅に焼付きが生じ難いことが解る。

＜試験例２＞
表２に試験例２の実験条件を示す。試験例２では、斜板供試体８８の基材８８ａの材質及び摺動層８８ｂの溶射材料並びに潤滑条件に関する実験条件が試験例１と同じであるが、シュー２５の材質のみが試験例１に対して異なる。試験例２では、シュー２５の材質は、アルミ合金であり、表面にＮｉメッキが施されている。このような状態で、上述の評価方法により焼き付き荷重を測定した。

その結果、図５に示す通り、試験例１と同様に、実施品２−１、２−２の焼付き荷重は、Ｐｂを含む比較品２−１の焼付き荷重より大きく、斜板供試体８８とシュー２５との間で焼付きが生じ難いことが解る。

そして、実施品２−１、２−２は、比較品２−２〜２−６のように、ＰｂもＣも含まない溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものと比較しても、試験例１の場合と同様に、大幅に焼付きが生じ難いことが解る。

＜試験例３＞
表３に試験例３の実験条件を示す。潤滑条件は、冷凍機油を噴霧（噴霧量：７０ｍｇ／ｍｉｎ）するものである。このように、試験例１、２よりも潤滑条件が厳しくない状態で、上述の評価方法により焼き付き荷重を測定した。

実施品３−１、３−３は、実施品１−１、２−１と同様に、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｓｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約３０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を９質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。そして、実施品３−１では、シュー２５の材質がＳＵＪ２であるが、実施品３−３では、シュー２５の材質がアルミ合金であり、表面にＮｉメッキが施されている。

実施品３−２は、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｚｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約３０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を９．３質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。そして、実施品３−２では、シュー２５の材質がＳＵＪ２である。

これに対して、比較品３−１〜３−３は、ＰｂもＣも含まないＣｕ−Ｓｎ系合金又はＣｕ−Ｚｎ系合金の粉末からなる溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。比較品３−１、３−２では、シュー２５の材質がＳＵＪ２であるが、比較品３−３では、シュー２５の材質がアルミ合金であり、表面にＮｉメッキが施されている。

その結果、冷凍機油を噴霧するという試験例１、２よりも厳しくない潤滑条件においても、図６に示すように、上記の実施品３−１〜３−３の焼付き荷重は、比較品３−１〜３−３の焼付き荷重の約２倍であり、斜板供試体８８とシュー２５との間で焼付きが生じ難いことが解る。

＜試験例４＞
表４に試験例４の実験条件を示す。潤滑条件は、無潤滑であり、周囲の雰囲気をＲ１３４ａ雰囲気とするものである。このような状態で、上述の評価方法により焼き付き荷重を測定した。

試験品４−１〜４−７は、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｓｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約３０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を０質量％、２質量％、３質量％、６質量％、９質量％、１２質量％、１５質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。そして、試験品４−１〜４−７では、シュー２５の材質がアルミ合金であり、表面にＮｉメッキが施されている。

その結果、図７に示すように、上記の試験品４−１では、グラファイトの割合が０質量％であり、試験品４−１ではグラファイトの割合が２質量％と非常に少ないことにより焼き付き荷重がかなり低くなっているのに対して、グラファイトの割合が３〜１５質量％の範囲である試験品４−３〜４−７では、焼付き荷重が高くなる傾向を示していることが解る。特に、グラファイトの割合が６〜１２質量％の範囲である試験品４−４〜４−６では、焼付き荷重が大幅に向上していることが解る。

＜試験例５＞
表５に試験例５の実験条件を示す。潤滑条件は、無潤滑であり、周囲の雰囲気をＲ１３４ａ雰囲気とするものである。このような状態で、上述の評価方法により焼き付き荷重を測定した。

試験品５−１〜５−３は、Ｐｂを含まないＣｕ−Ｓｎ系合金の粉末に、表面が銅メッキされた粒径約２０μｍ、約３０μｍ、約６０μｍの銅メッキグラファイト粉末を所定量混合して、グラファイトの割合を９質量％とした溶射材料を用いて摺動層８８ｂを形成したものである。そして、試験品５−１〜５−３では、シュー２５の材質がアルミ合金であり、表面にＮｉメッキが施されている。

その結果、図８に示すように、試験例１〜試験例４と同様に銅メッキグラファイト粉末の粒径を約３０μｍとした試験品５−２だけでなく、銅メッキグラファイト粉末の粒径を約２０μｍ、約６０μｍとした試験品５−１、５−３についても、焼付き荷重が高くなっていることが解る。このため、銅メッキグラファイト粉末の粒径は、２０〜６０μｍ程度であることがより好ましい。

ここで、実施例１の斜板式圧縮機１において、第１斜板１８及び第２斜板５１からなる斜板８は、第１シュー２５Ａ及び第２シュー２５Ｂからなるシュー２５が当接する面を構成すべく、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含んで溶射によって形成された第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１を有している。そして、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１はグラファイトの割合が３〜１５質量％とされている。つまり、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、鉛を含有せず、その代わりとして、摺動性の向上に寄与する銅及びグラファイトを適量含んでいる。そして、上述の試験例１〜５からも解るように、この第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、上述のＡｌ−Ｓｉ系合金や、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金から単に鉛を除いたＣｕ−Ｓｎ系合金を溶射することによって形成された摺動層と比較して、摺動性が低下せず、斜板８とシュー２５との間で焼き付きが生じ難くなっている。

したがって、実施例１の斜板式圧縮機１は、鉛を含有せず、かつ優れた耐久性を発揮することができる。このため、この斜板式圧縮機１は、優れた環境性能を発揮するとともに、長寿命である。

また、この斜板式圧縮機１は、ＣＯ₂冷媒を使用するものであることから、本発明の効果を顕著に享受することができている。なぜなら、ＣＯ₂が冷媒である場合には、圧縮時の圧力が１５ＭＰａ程度の非常に高い圧力となり、ピストン２３からシュー２５を介して斜板８に作用する圧縮反力も非常に高くなるからである。また、冷媒としてのＣＯ₂は、潤滑成分を添加したとしても、他の一般的な冷媒に比べて潤滑性能が非常に低いからである。

さらに、この斜板式圧縮機１において、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は、試験例４からもわかるように、グラファイトの割合が６〜１２質量％である場合に、高い耐焼き付き荷重を発揮できている。

また、この斜板式圧縮機１において、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１は錫又は亜鉛を含んでおり、試験例１〜５により、このような斜板式圧縮機１が優れた耐久性を発揮することを確認できている。

さらに、この斜板式圧縮機１において、斜板８は、一般的である球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鉄系材料により基材が構成されており、第１斜板側摺動層１８１及び第２斜板側摺動層５１１を形成する上述の溶射材料に変更するだけで、容易に本発明の効果を享受することができている。

以上において、本発明を実施例１に即して説明したが、本発明は上記実施例１に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、斜板式圧縮機は、第１斜板１８と第２斜板５１とにより構成される斜板８の代わりに、一般的な単一の斜板を採用するものであってもよい。この場合には、第１斜板１８の回転数よりも第２斜板５１の回転数が低下する斜板８と異なり、斜板の前後の面が同じ回転数で回転する。このため、単一の斜板を採用する斜板式圧縮機では、各シューと斜板との間の摺動条件が分割式の斜板８を採用する場合よりも厳しくなるので、本発明の効果を一層享受することができる。

本発明は斜板式圧縮機に利用可能である。

実施例１の斜板式圧縮機の縦断面図である。 実施例１の斜板式圧縮機の要部拡大縦断面図である。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、斜板供試体とシューとの焼付き荷重の測定方法を示す概略模式図である。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、試験例１の結果を示すグラフである。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、試験例２の結果を示すグラフである。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、試験例３の結果を示すグラフである。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、試験例４の結果を示すグラフである。 実施例１の斜板式圧縮機に係り、試験例５の結果を示すグラフである。

符号の説明

１…斜板式圧縮機
８…斜板（１８…第１斜板、５１…第２斜板）
１０…ハウジング（１１…シリンダブロック、１２…フロントハウジング、１４…リヤハウジング）
１５…クランク室
１６…駆動軸
２２…シリンダボア
２３…ピストン
２４…圧縮室
２５…シュー（２５Ａ…第１シュー、２５Ｂ…第２シュー）
２６…吸入室
２７…吐出室
８８ａ…基材
１８１、５１１…摺動層（１８１…第１斜板側摺動層、５１１…第２斜板側摺動層）
Ｅ…外部駆動源（エンジン）

Claims (7)

1. 内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、該シリンダボア内に往復動可能に収容されて該シリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して該駆動軸の回転運動を該ピストンの往復運動に変換する斜板とを備える斜板式圧縮機において、
   前記斜板は、前記シューが当接する面を構成すべく、鉛を含まず、銅及びグラファイトを含んで溶射によって形成された摺動層を有し、
   該摺動層は該グラファイトの割合が３〜１５質量％であることを特徴とする斜板式圧縮機。
2. 前記摺動層は前記グラファイトの割合が６〜１２質量％である請求項１記載の斜板式圧縮機。
3. 前記摺動層は錫を含む請求項１又は２記載の斜板式圧縮機。
4. 前記摺動層は亜鉛を含む請求項１又は２記載の斜板式圧縮機。
5. 前記斜板は前記摺動層を表面にもつ基材を有し、該基材は鉄系材料からなる１又は２記載の斜板式圧縮機。
6. 内部にシリンダボア、クランク室、吸入室及び吐出室を形成するハウジングと、該シリンダボア内に往復動可能に収容されて該シリンダボア内に圧縮室を区画するピストンと、外部駆動源により駆動され、該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該クランク室内に設けられ、自己の前後の面と当接する対をなすシューを介して該駆動軸の回転運動を該ピストンの往復運動に変換する斜板とを備える斜板式圧縮機に用いられる斜板の製造方法において、
   鉛を含まず、銅及びグラファイトを含み、該グラファイトの割合が３〜１５質量％である溶射材料を用意する工程と、
   基材に対して該溶射材料を溶射して摺動層とし、前記シューが当接する面を該摺動層とする工程とを備えていることを特徴とする斜板の製造方法。
7. 前記グラファイトは表面が銅メッキされたものである請求項６記載の斜板の製造方法。

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