JP2579784B2 - Swash plate compressor - Google Patents
Swash plate compressorInfo
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- JP2579784B2 JP2579784B2 JP62289032A JP28903287A JP2579784B2 JP 2579784 B2 JP2579784 B2 JP 2579784B2 JP 62289032 A JP62289032 A JP 62289032A JP 28903287 A JP28903287 A JP 28903287A JP 2579784 B2 JP2579784 B2 JP 2579784B2
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- compressor
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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- F04B27/0878—Pistons
- F04B27/0886—Piston shoes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、冷媒ガス等の気体を圧縮する斜板式圧縮機
に関するものである。特に、シリンダ内径の大きい車両
積載空調用として、軽量で苛酷な使用条件下での信頼性
に優れた圧縮機に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a swash plate compressor for compressing a gas such as a refrigerant gas. In particular, the present invention relates to a compressor which is lightweight and has excellent reliability under severe operating conditions for use in vehicle-mounted air conditioning having a large cylinder inner diameter.
(従来技術と問題点) 斜板式圧縮機は、一般に第1図に示すように、シリン
ダブロック1内に配置された回転軸2に取付けられ、回
転軸とともに回転する斜板3と、斜板3に接しながら摺
動されるシュー4、及び斜板3をまたいでシュー4によ
って係留されるピストン5とからなる。回転軸とともに
回転する斜板の回転運動は、シューによってピストンの
往復運動に変換される。このような構造によって冷凍回
路を循環してきた冷媒ガス等の被圧縮媒体は、ピストン
5にてシリンダボア6内で高圧に圧縮され、再び冷凍サ
イクル回路へと送り出される。(Prior Art and Problems) As shown in FIG. 1, a swash plate compressor is generally mounted on a rotating shaft 2 disposed in a cylinder block 1 and rotates with the rotating shaft. And a piston 5 slid over the swash plate 3 and moored by the shoes 4. The rotational movement of the swash plate that rotates with the rotation shaft is converted by the shoe into reciprocating movement of the piston. With such a structure, the medium to be compressed such as the refrigerant gas circulating through the refrigeration circuit is compressed to a high pressure in the cylinder bore 6 by the piston 5 and sent out to the refrigeration cycle circuit again.
このような斜板式圧縮機が、車両積載空調用として用
いられる場合は非常に苛酷な作動条件にさるされる。近
年は車両の軽量化、小型化、前輪駆動化が進み、ボンネ
ット内に取付けられる圧縮機も小型軽量化が要求され、
圧縮機内のオイルポンプは取り外され、外部の冷凍回路
より圧縮機に戻った油を含んだ冷媒もしくは圧縮機内に
戻り冷媒より分離された油を圧縮機の各摺動部分に巡回
させて潤滑する方式がとられるようになった。When such a swash plate type compressor is used for vehicle-mounted air conditioning, it is subjected to extremely severe operating conditions. In recent years, vehicles have become lighter, smaller, and front-wheel driven, and compressors mounted inside the hood have also been required to be smaller and lighter.
The oil pump in the compressor is removed and lubricated by circulating oil-containing refrigerant returned from the external refrigeration circuit to the compressor or oil separated from the refrigerant returned to the compressor to each sliding part of the compressor. Has been taken.
この潤滑方法では圧縮機の回転数の高い場合には比較
的多量の帰還冷媒があるために、各摺動部への潤滑は充
分に行われるので問題は生じない。しかし圧縮機は駆動
源のエンジンとほぼ同一回転数となるように取付けられ
ているため、エンジン回転数の範囲即ち500〜6000rpmの
広い回転範囲で使用される。このため、エンジン回転数
の低い場合には帰還冷媒が少なくなり各摺動部への潤滑
が不十分となることから、摩耗が進行したり焼付現象を
生じる。また圧縮機はボンネット内に取付けられるた
め、排気対策の機器や燃料消費改善のための機器の設置
によりボンネット内は高温となりその為圧縮機が高温と
なり潤滑油の粘度が低下し潤滑効果も低下し、前述の摩
耗や焼付の問題かり生じ易くなっている。In this lubrication method, when the number of rotations of the compressor is high, a relatively large amount of return refrigerant is present, so that there is no problem because the lubrication of each sliding portion is sufficiently performed. However, since the compressor is mounted so as to have substantially the same rotational speed as the engine of the drive source, it is used in a wide range of engine rotational speeds, that is, a wide rotational range of 500 to 6000 rpm. For this reason, when the engine speed is low, the amount of the return refrigerant is small, and the lubrication of each sliding portion is insufficient, so that abrasion proceeds and a seizure phenomenon occurs. Also, since the compressor is mounted inside the bonnet, the temperature inside the bonnet becomes high due to the installation of equipment for exhaust measures and equipment for improving fuel consumption, so the compressor becomes hot and the viscosity of the lubricating oil decreases, and the lubrication effect decreases. However, the above-mentioned problems of wear and seizure are likely to occur.
以上説明したような厳しい条件で使用される斜板式圧
縮機において、最も問題となる部分は斜板とシューとの
摺動部分である。In the swash plate type compressor used under severe conditions as described above, the most problematic part is the sliding part between the swash plate and the shoe.
前述のようなエンジン回転数と対応するため、斜板と
シューの間の摺動速度は、機種によっても異なるが、ほ
ぼ2〜25m/secもの広い範囲に及ぶ。通常走行時でもほ
ぼ7〜15m/secの高速で摺動する。このように大きな摺
動速度に加えて、シリンダボアの断面積に冷媒の圧縮圧
力をかけた大きな荷重がシューに負荷される。シューへ
の荷重は機種によっても異なるが、通常運転時ではほぼ
100〜200kg/cm3程度の面圧である。従って、PV値は3000
kg/cm2・m/secと非常に大きな値である。さらに、シュ
ーと斜板の間では固体接触の状態となるいわゆる境界潤
滑下にさらされることから焼付や摩耗を生じ易い。その
上、前述のように軽量化の目的から圧縮機内のオイルポ
ンプは取り外され、外部の冷凍回路より圧縮機に戻った
油を含んだ冷媒もしくは圧縮機内に戻り冷媒より分離さ
れた油を圧縮機の各摺動部分に循環させることによって
潤滑する方式がとられるようになっているため、斜板と
シューとの摺動面には始動から数十秒、長いときには数
分間潤滑油が供給されない状態でシューと斜板は摺動す
る。また、長期間の使用では冷媒がリークし冷媒が不足
した状態で運転される場合もあり、このような運転条件
では潤滑状態は非常に苛酷なものとなる。また昼夜の温
度差が大きい環境下での運転初期や、不足した冷媒を充
填する作業時では、冷媒が液化した状態で運転される場
合があり、その場合には潤滑油が冷媒で洗われて摺動面
に存在しなくなるばかりでなく、シリンダボア内で液体
を圧縮する状態となり、シリンダボア内の圧力は100〜1
50kg/cm2にも達し、定常の運転状態の4〜6倍もの負荷
荷重となるため、焼付を発生し易い。The sliding speed between the swash plate and the shoe varies depending on the model, but covers a wide range of approximately 2 to 25 m / sec in order to correspond to the above-mentioned engine speed. It slides at a high speed of approximately 7 to 15 m / sec even during normal running. In addition to such a high sliding speed, a large load is applied to the shoe by applying the compression pressure of the refrigerant to the cross-sectional area of the cylinder bore. The load on the shoe varies depending on the model, but during normal operation it is almost
Is 100 to 200 kg / cm 3 order of surface pressure. Therefore, the PV value is 3000
This is a very large value of kg / cm 2 · m / sec. Furthermore, since the shoe and the swash plate are exposed to so-called boundary lubrication, which is in a solid contact state, seizure and wear are likely to occur. In addition, as described above, the oil pump in the compressor is removed for the purpose of weight reduction, and the oil containing oil returned to the compressor from the external refrigeration circuit or the oil returned to the compressor and separated from the refrigerant is removed from the compressor. The lubrication system is designed to circulate through each sliding part, so that the lubricating oil is not supplied to the sliding surface between the swash plate and the shoe for several tens of seconds from the start, and for several minutes when it is long. Then, the shoe and the swash plate slide. In addition, when the refrigerant is used for a long period of time, the operation may be performed in a state where the refrigerant leaks and the refrigerant is insufficient, and the lubricating state becomes extremely severe under such operating conditions. In addition, during the initial operation in an environment where the temperature difference between day and night is large, or at the time of filling the insufficient refrigerant, the refrigerant may be operated in a liquefied state, in which case the lubricating oil is washed with the refrigerant. Not only does it no longer exist on the sliding surface, it also compresses the liquid inside the cylinder bore, and the pressure inside the cylinder bore becomes 100 to 1
Since the load reaches 50 kg / cm 2, which is 4 to 6 times the load of the normal operation state, seizure easily occurs.
斜板式圧縮機における軽量化は、シリンダブロック1
やハウジング7、8ピストン5などが早期にアルミニウ
ム合金化されており、さらに軽量化を進めるため従来鋳
鉄製や鉄系焼結合金であった斜板を高珪素アルミニウム
合金化することが検討され、シリンダ内径の小さい圧縮
機において実施されてきた。The weight reduction of the swash plate compressor is achieved by the cylinder block 1
The aluminum alloy of the housing 7, the piston 8, the piston 5, and the like are early formed into an aluminum alloy. In order to further reduce the weight, it has been studied to convert the swash plate, which was conventionally made of cast iron or an iron-based sintered alloy, into a high silicon aluminum alloy. It has been practiced in a compressor having a small cylinder inner diameter.
しかし、斜板を高珪素アルミニウム合金とすると、ア
ルミニウム合金基地中に分散する硬い初晶珪素によって
シューの摩耗が発生しやすくなる。この対策として、シ
ューの斜板との摺動面に種々の処理を施すことが提案さ
れている。特公昭60−54516号では浸ボロン処理層を設
ける提案、特開昭55−128681号では炭化物層を設ける提
案が、特開昭54−67209号ではイオン窒化層を設ける提
案等である。しかしこれらの対策ではいずれも不十分で
あり、最近では、アルミナやジルコニアのようなセラミ
ックスを鋼製シューの底面にかしめたシューが使用され
ている。However, when the swash plate is made of a high-silicon aluminum alloy, wear of the shoe is likely to occur due to hard primary crystal silicon dispersed in the aluminum alloy matrix. As a countermeasure against this, it has been proposed to apply various treatments to the sliding surface of the shoe with the swash plate. JP-B-60-54516 proposes to provide a boron-impregnated layer, JP-A-55-128681 proposes a carbide layer, and JP-A-54-67209 proposes an ion nitride layer. However, none of these measures is sufficient, and recently, shoes in which ceramics such as alumina or zirconia are caulked on the bottom surface of steel shoes have been used.
しかし、これらのシューと高珪素アルミニウム合金製
斜板の組合せによる圧縮機でも、苛酷な使用条件下で要
求されている圧縮機の信頼性を満足するには至っていな
い。特に、シリンダ内径の大きい圧縮機においては、シ
ューの受ける圧力が高いことから、焼付や摩耗を発生し
すいので、斜板を潤滑性に優れた鋳鉄材や空孔による保
油性の良い鉄系焼結合金とし、シューを高珪素アルミニ
ウム合金材とする組合せから脱却できず、軽量化が遅れ
ていた。However, even a compressor using a combination of these shoes and a swash plate made of a high silicon aluminum alloy has not yet been able to satisfy the required compressor reliability under severe operating conditions. In particular, in a compressor with a large cylinder inner diameter, the pressure applied to the shoe is high, and seizure and wear are likely to occur.Therefore, the swash plate is cast iron material with excellent lubricity and iron-based sintering with good oil retention due to holes. It was not possible to depart from the combination of using high-silicon aluminum alloy material as the bonding gold and the shoe was delayed in weight reduction.
本発明人は、このような圧縮機において、底面に硬質
のイオンプレーティングを施したシューと高珪素アルミ
ニウム合金からなる斜板との組合せで優れた結果が得ら
れることを提案している(特願昭62−52981号)。The present inventor has proposed that in such a compressor, excellent results can be obtained by a combination of a shoe having a hard ion-plated bottom surface and a swash plate made of a high silicon aluminum alloy. No. 62-52981).
しかし、その後さらに検討を進めた結果シュー底面の
硬質イオンプレーティング皮膜の密着性にバラツキがあ
り、イオンプレーティング皮膜が基地から剥離し、コン
プレッサーの摺動部に剥離した皮膜が微細な粉末状とな
って入り込み、摩耗や焼付を引き起こす場合があり、イ
オンプレーティング皮膜の密着性を大巾に向上させる必
要があることが分かった。However, as a result of further study, the adhesion of the hard ion plating film on the bottom of the shoe was uneven, the ion plating film peeled off from the base, and the film peeled on the sliding part of the compressor became a fine powder. It has been found that there is a case in which the ion plating film may enter and cause abrasion or seizure, and it is necessary to greatly improve the adhesion of the ion plating film.
(発明の目的) 本発明は、上記のような理由で斜板のアルミニウム化
が出来ないでいたシリンダボア径の大きい斜板式圧縮機
の摺動上の問題点を改良する材料組合せによって軽量な
圧縮機を得ることを目的としてなされたものである。又
イオンプレーティング皮膜の密着性を高めたシューとす
ることで、先願の内容では不十分であった点を大巾に改
良したものである。(Object of the Invention) The present invention provides a lightweight compressor using a material combination which improves the sliding problem of a swash plate type compressor having a large cylinder bore diameter, for which the swash plate cannot be aluminized for the above reasons. It was done with the purpose of obtaining. Further, by using a shoe with an improved adhesion of the ion plating film, the point that the content of the prior application was insufficient was greatly improved.
(問題点を解決するための手段) 本発明では、シリンダブロック内において回転軸によ
り回転される斜板と、該斜板にシューを介して係留され
たピストンを有し、該斜板の回転に応じて前記ピストン
がシリンダボア内を往復運動するようにされた斜板式圧
縮機において、斜板と摺接する面に1〜10μmの厚さの
硬質イオンプレーティング皮膜を設け、その皮膜が鋼製
シューと強固に拡散接合されている組合せからなること
を特徴とする斜板式圧縮機である。本発明での前記シュ
ーに設ける硬質イオンプレーティング皮膜は、クロムと
窒素、又はチタンと窒素とからなることが望ましい。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a swash plate rotated by a rotating shaft in a cylinder block and a piston moored to the swash plate via a shoe are provided. Accordingly, in the swash plate type compressor in which the piston reciprocates in the cylinder bore, a hard ion plating film having a thickness of 1 to 10 μm is provided on a surface in sliding contact with the swash plate, and the film is formed of a steel shoe. A swash plate type compressor characterized by being composed of a combination which is strongly diffusion bonded. In the present invention, the hard ion plating film provided on the shoe is preferably made of chromium and nitrogen or titanium and nitrogen.
(作用) 本発明で、斜板を高珪素アルミニウム合金で構成する
が、その目的は軽量化及び後述するシューとの組合せに
よる摺動特性の改良である。この斜板として用いる材料
としては、Si:14〜20重量%、Cu:3〜8重量%、Mg:0.2
〜2.0重量%を必須の構成成分とし残部が実質的にAlか
らなる高珪素アルミニウム合金で、更にPbを必要により
0.5〜2重量%含有させても良い。(Operation) In the present invention, the swash plate is made of a high silicon aluminum alloy, and its purpose is to reduce the weight and improve the sliding characteristics by combination with a shoe described later. Materials used as the swash plate include Si: 14 to 20% by weight, Cu: 3 to 8% by weight, Mg: 0.2
A high silicon aluminum alloy consisting essentially of ~ 2.0 wt% and the balance being essentially Al, with additional Pb as required
0.5 to 2% by weight may be contained.
Siが14重量%未満では基地中に分散する初晶Si粒子の
数が不足し、斜板の摩耗やシューとの間での焼付を生じ
る。他方、20重量%を超えると初晶Siが粗大化し斜板の
強度や靱性を低下させる。If the content of Si is less than 14% by weight, the number of primary crystal Si particles dispersed in the matrix becomes insufficient, causing wear of the swash plate and seizure with the shoe. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the primary crystal Si becomes coarse and the strength and toughness of the swash plate decrease.
CuとMgは熱処理によりアルミニウム合金の基地の強度
を確保する目的で不可欠の元素である。Cuは3重量%未
満では熱処理による時効硬化でも満足する強度が得られ
ず、他方8%を超えると晶出する化合物が著しく粗大化
し斜板の靱性を損なう他、耐食性が低下する。Mgは0.2
重量%未満では熱処理により時効硬化でも満足する強度
が得られず、2.0重量%を超えると靱性が低下する他、
熱間鍛造が困難となる。なお、Pbを必要により0.5重量
%から含有させるとPbは初晶Si粒子の中やその近傍に析
出するため潤滑油が不足した運転条件下での耐焼付性を
高める。又機械加工時の工具の寿命を長くする製造上の
効果がある。Pbの量は0.5重量%未満では機械加工面で
の効果はあるが耐焼付性への効果はなく、他方2.0重量
%を超えると良好な組織の連続鋳造材の製造ができな
い。その部分に微小な空隙を生じるため、斜板としての
使用時にこの部分が内部欠陥として応力集中を受け疲労
強度を著しく低下させてしまう。Cu and Mg are indispensable elements for the purpose of securing the strength of the aluminum alloy matrix by heat treatment. If Cu is less than 3% by weight, a satisfactory strength cannot be obtained even by age hardening by heat treatment, while if it exceeds 8%, the crystallized compound is remarkably coarsened, impairing the toughness of the swash plate and deteriorating corrosion resistance. Mg is 0.2
If the amount is less than 20% by weight, satisfactory strength cannot be obtained even by age hardening, and if the amount exceeds 2.0% by weight, toughness is reduced.
Hot forging becomes difficult. If Pb is contained from 0.5% by weight as necessary, Pb precipitates in or near the primary crystal Si particles, so that seizure resistance under operating conditions in which lubricating oil is insufficient increases. In addition, there is a manufacturing effect that extends the life of the tool during machining. If the amount of Pb is less than 0.5% by weight, there is an effect on the machined surface, but there is no effect on seizure resistance. On the other hand, if the amount exceeds 2.0% by weight, it is not possible to produce a continuous cast material having a good structure. Since a minute gap is generated in the portion, when the portion is used as a swash plate, the portion is subjected to stress concentration as an internal defect, and the fatigue strength is significantly reduced.
斜板の製造は、このような組成のアルミニウム合金を
DC鋳造よりも冷却速度の速いホットトップ式の連続鋳造
方法により直結50〜80mmの細径丸棒とし、これを切断後
熱間鍛造によって斜板に近い鍛造素材とし、T6又はT7の
熱処理後機械加工により所定の形状に仕上げられる。そ
の後中央の穴部に鋼製軸を圧入し使用する。ホトトップ
式鋳造では、冷却速度が速く初晶Siを均一微細なものと
することができる他、鉛を添加した鋳造材でも前述の成
分範囲内に限れば初晶Siの粗大化や偏析なしに鋳造でき
る。又鍛造では鋳造組織を破壊することで材料の強靱性
を高めるが、鍛造によるメタルフローは斜板に負荷され
る応力方向に対し出来るだけ直角となるような方法での
鍛造が良い。The manufacture of swash plates involves the use of aluminum alloys of this composition.
A hot-top continuous casting method with a cooling rate faster than DC casting makes a directly connected round bar with a diameter of 50 to 80 mm, and after cutting, forging material close to a swash plate by hot forging, machine after T6 or T7 heat treatment Finished to a predetermined shape by processing. Then press the steel shaft into the central hole and use it. In phototop casting, the cooling rate is high and the primary crystal Si can be made uniform and fine.In addition, the casting material to which lead is added can be cast without coarsening or segregation of the primary silicon as long as it is within the above-mentioned component range. it can. In forging, the toughness of the material is increased by destroying the cast structure, but forging is preferably performed in such a manner that the metal flow by forging is as perpendicular as possible to the direction of the stress applied to the swash plate.
シューは高炭素鋼や高クロム軸受鋼を切断し、冷間鍛
造して予備形状とし、更にサイジング金型中で鍛造し球
面の寸法精度を高める。その後底面を研磨やラップ仕上
げをしてフロン液中で超音波洗浄を行った後に少なくと
も斜板と摺接する底面の平坦部にイオンプレーティング
による硬質皮膜を1〜10μmの厚さで設ける。その後、
基地とイオンプレーティング皮膜の密着性を完全なもの
とする。イオンプレーティング皮膜の厚さが1μmより
薄いと、長時間の使用で摩耗してしまう。他方10μmを
超えるとイオンプレーティングの焼き入れ時や使用時に
皮膜が剥離を生じ易くなる。イオンプレーティング皮膜
としては、チタンと窒素又はクロムと窒素とからなる皮
膜が前記斜板と組合せた場合に良好な結果が得られる。
特にクロムと窒素からなる皮膜が、前記アルミニウム合
金製斜板と組合せた場合に耐焼付性や耐摩耗性に著しく
優れた結果となる。The shoe is made by cutting high carbon steel or high chromium bearing steel, cold forging it into a preliminary shape, and forging it in a sizing mold to increase the dimensional accuracy of the spherical surface. Thereafter, the bottom surface is polished or lap-finished and subjected to ultrasonic cleaning in a Freon liquid, and then a hard film of ion plating is provided in a thickness of 1 to 10 μm on at least a flat portion of the bottom surface which is in sliding contact with the swash plate. afterwards,
Complete adhesion between the base and the ion plating film. If the thickness of the ion plating film is less than 1 μm, the ion plating film will be worn by prolonged use. On the other hand, when the thickness exceeds 10 μm, the coating is apt to peel off during quenching or use of the ion plating. As the ion plating film, good results are obtained when a film composed of titanium and nitrogen or chromium and nitrogen is combined with the swash plate.
In particular, when a film made of chromium and nitrogen is combined with the swash plate made of aluminum alloy, the result is extremely excellent in seizure resistance and wear resistance.
イオンプレーティングはシューを治具にセットしその
状態で表面を超音波洗浄後、脱脂処理しアーク・イオン
プレーティング装置の真空容器内に取付る。容器内を10
-5Torr程度の高真空にした後、内臓するヒーターでシュ
ーを400〜600℃に加熱して、チタンもしくはクロムから
なるターゲットの表面にアークを飛ばして、これらの金
属元素を大部分がイオン化した状態でターゲット表面か
ら飛び出させる。この時にシューと治具にはバイアス電
圧を700〜800Vとしておき、飛び出したイオン化したチ
タンもしくはクロムをシューと治具表面に引き付ける、
いわゆるボンバード処理により表面の活性化を行う。そ
の後、窒素ガスを真空容器内に導入して真空度を0.02To
rr程度とし、バイアス電圧を30〜120Vとしてシュー表面
にイオンプレーティング皮膜を生成させる。所定の皮膜
厚さとなるまでの時間中シュー表面の温度を放射温度計
で測定しバイアス電圧とアーク電流を上下させることに
よってシュー表面が400〜500℃間の所定の温度を維持出
来るように制御する。所定の皮膜厚さとなるに必要な時
間の経過後、イオンプレーティングを中止し容器内で冷
却後シューを容器外に取り出す。このままではイオンプ
レーティング皮膜と基地との密着性が不十分であるため
に500℃以上の温度で真空炉又は雰囲気炉で加熱保持を
行う。特に好ましくは700℃以上の温度である。この加
熱保持によってイオンプレーティング皮膜と基地間での
拡散が起こり、密着を完全なものとすることができる。
さらに加熱によってイオンプレーティング皮膜の内部歪
が解放されるため硬度が低下するので相手斜板を傷つけ
る傾向がなくなる。尚、加熱することでシューの基地が
低下するために球部の摩耗が生じたりイオンプレーティ
ング皮膜下地の耐力が低下するため、取り扱い時や使用
時の面圧により局部的な変形や打痕を生じる等の不利な
点が生じてしまう。このため、イオンプレーティングの
加熱温度を焼き入れ温度とし、保持後強制冷却し、更に
焼き戻しを行うことで上記の問題を解決することができ
る。その後、イオンプレーティング皮膜の表面粗さが0.
4μm以下でないと相手の斜板を摩耗させてしまうた
め、表面粗さが0.4μm以下の粗さになるようラップ仕
上げを行う。さらにシューの球部の粗さを改善するため
バレル仕上げを行い寸法確認後、圧縮機に組み込む。In the ion plating, the shoe is set on a jig, the surface is ultrasonically cleaned in that state, then degreased, and then mounted in a vacuum vessel of an arc ion plating apparatus. 10 inside the container
After a high vacuum of about -5 Torr, the shoe was heated to 400 to 600 ° C with a built-in heater, and an arc was blown on the surface of the target made of titanium or chromium, and most of these metal elements were ionized. Make it fly out of the target surface. At this time, a bias voltage of 700 to 800 V is applied to the shoe and the jig to attract the ionized titanium or chromium that has jumped out to the shoe and the jig surface.
The surface is activated by so-called bombarding. Thereafter, nitrogen gas was introduced into the vacuum vessel to reduce the degree of vacuum to 0.02 To.
rr and a bias voltage of 30 to 120 V to form an ion plating film on the shoe surface. The temperature of the shoe surface is measured by a radiation thermometer during the time until the film thickness reaches the specified value, and the temperature of the shoe is controlled to maintain the specified temperature between 400 and 500 ° C by raising and lowering the bias voltage and arc current. . After a lapse of time necessary for obtaining a predetermined film thickness, ion plating is stopped, and after cooling in the container, the shoe is taken out of the container. In this state, the adhesion between the ion plating film and the matrix is insufficient, so that the substrate is heated and held at a temperature of 500 ° C. or more in a vacuum furnace or an atmosphere furnace. Particularly preferably, the temperature is 700 ° C. or higher. Diffusion occurs between the ion plating film and the matrix by the heating and holding, and the adhesion can be completed.
Further, the internal strain of the ion plating film is released by the heating, so that the hardness is reduced, so that there is no tendency to damage the partner swash plate. In addition, since the base of the shoe is lowered by heating, wear of the ball portion occurs and the proof strength of the ion plating film base is reduced, so that local deformation and dents due to surface pressure during handling and use are reduced. Disadvantages. Therefore, the above-mentioned problem can be solved by setting the heating temperature of the ion plating to the quenching temperature, forcibly cooling after holding, and further performing tempering. After that, the surface roughness of the ion plating film was reduced to 0.
If it is not more than 4 μm, the swash plate of the other party will be worn. Therefore, lapping is performed so that the surface roughness becomes less than 0.4 μm. Furthermore, in order to improve the roughness of the ball part of the shoe, barrel finishing is performed, and after confirming the dimensions, it is incorporated into a compressor.
(実施例−1) 先ず、第2図に上面図、第3図に側面図に示したシュ
ー実体摩擦摩耗試験機により種々の材料組合せで耐焼付
性の評価試験を行った。図中10は図示しない回転動力伝
達機構から回転される軸であり、軸受9で支承され、斜
板用材料の円板状テストピース11が取付けられている。
軸10と平行に設けられ、且つ図示しない指示部により固
定されている軸12に直進及び回転自在となるように取付
けられたホルダー13には、油圧シリンダー14が設けられ
ており、ピストン15によりシュー16を両側から斜板用材
料からなる円板状テストピース11をはさみつける構造と
なっている。なお、シューは自転が可能なように取付ら
れている。ホルダー13にはウエイトバランサー17が設け
られており軸12を支点としてのバランスを調整する。円
板状テストピース11とシュー16との間の摩擦力は、ピア
ノ線18を介して引張型のロードセル19に伝達される。ロ
ードセルからは図示しないストレンアンプで増幅され記
録計に記録される。なお、油圧シリンダーへの油圧は図
示しない油圧ユニットからサーボバルブを介して所定の
圧力が負荷されるようになっている。(Example-1) First, an evaluation test for seizure resistance was performed with various material combinations using a shoe body friction and wear tester shown in a top view in FIG. 2 and a side view in FIG. In the figure, reference numeral 10 denotes a shaft which is rotated by a rotary power transmission mechanism (not shown), which is supported by a bearing 9 and to which a disk-shaped test piece 11 of a swash plate material is attached.
A hydraulic cylinder 14 is provided on a holder 13 provided in parallel with the shaft 10 and mounted on a shaft 12 fixed by an indicator (not shown) so as to be able to move straight and rotate freely. 16 has a structure in which a disc-shaped test piece 11 made of a swash plate material is sandwiched from both sides. The shoe is mounted so that it can rotate. The holder 13 is provided with a weight balancer 17 for adjusting the balance with the shaft 12 as a fulcrum. The frictional force between the disc-shaped test piece 11 and the shoe 16 is transmitted to the tension-type load cell 19 via the piano wire 18. From the load cell, it is amplified by a strain amplifier (not shown) and recorded on a recorder. A predetermined pressure is applied to the hydraulic pressure to the hydraulic cylinder from a hydraulic unit (not shown) via a servo valve.
円板状テストピース材料としては、第1表に示すT7処
理した高珪素アルミニウム合金を用いた。As a disc-shaped test piece material, a T7-treated high silicon aluminum alloy shown in Table 1 was used.
シューはSUJ−2材をパーツフォーマーによる冷間鍛
造で半球形に近い予備成形体とし、焼鈍後更にサイジン
グ金型中で鍛造し球部の寸法精度を高めた。その後底面
を研磨して少なくとも斜板と摺接する底面の平坦部にイ
オンプレーティングによる硬質皮膜を3〜8μmの厚さ
で設ける。イオンプレーティングの方法は前述の通りで
ある。イオンプレーティング後、真空焼き入れ炉にて82
0℃で30分保持後油冷して焼き入れを行い、その後窒素
雰囲気炉で180℃の焼き戻しを行った。試験に供したシ
ューのイオンプレーティング皮膜の種類及び皮膜の厚
さ、硬度の測定結果、X線回折による皮膜の結晶構造は
第2表に示す通りであった。なお、比較材として、99.5
%Al2O3製シユー(テストピースNo.A)と部分安定化ジ
ルコニア製シュー(テストピースNo.Z)で各々底面の表
面粗さをRaで0.3μmに仕上げたものを用いた。尚、形
状はイオンプレーティング品と全く同一とした。 The shoe was made into a semi-hemispherical preform by cold forging of SUJ-2 material using a parts former, and after annealing, it was further forged in a sizing mold to improve the dimensional accuracy of the ball. Thereafter, the bottom surface is polished, and a hard film by ion plating is provided with a thickness of 3 to 8 μm on at least a flat portion of the bottom surface which is in sliding contact with the swash plate. The ion plating method is as described above. After ion plating, 82 in a vacuum quenching furnace
After holding at 0 ° C. for 30 minutes, it was oil-cooled and quenched, and then tempered at 180 ° C. in a nitrogen atmosphere furnace. The type of ion plating film of the shoe subjected to the test, the measurement result of the film thickness and hardness, and the crystal structure of the film by X-ray diffraction were as shown in Table 2. In addition, 99.5
% Al 2 O 3 (test piece No. A) and partially stabilized zirconia shoe (test piece No. Z) each having a bottom surface roughness of 0.3 μm with Ra were used. The shape was exactly the same as the ion-plated product.
試験条件 周速:2.5m/sec 潤滑油:コンプレッサーオイル(スニソ5GS) 潤滑方法:オイル噴霧法(0.6cc/min) 荷重:40kgから開始し10kgきざみでステップ昇圧、各荷
重段階では3分間保持 テストピースの表面粗さ 円板状テストピース:0.8〜1.0S シュー:0.3〜0.4S 焼付の評価は摩擦係数が0.05となった荷重点を焼付発
生荷重とする。 Test conditions Circumferential speed: 2.5m / sec Lubricating oil: Compressor oil (Sniso 5GS) Lubricating method: Oil spraying method (0.6cc / min) Load: Starting from 40kg, step up in steps of 10kg, hold for 3 minutes at each load stage Test Piece surface roughness Disc-shaped test piece: 0.8 to 1.0 S Shoe: 0.3 to 0.4 S For the evaluation of seizure, the load point at which the friction coefficient becomes 0.05 is defined as the seizure load.
円板状テストピースとシュー材の組合せと試験結果の
焼付発生荷重を第3表に示す。Table 3 shows the combinations of the disc-shaped test piece and the shoe material and the seizure load based on the test results.
いずれもセラミックス(Al2O3、部分安定化ジルコニ
ア)よりも優れた値であったが、特に皮膜の組成がCr、
Cr2NであるS−1、Cr2N組成のS−2が良好である。 All were superior to ceramics (Al 2 O 3 , partially stabilized zirconia), but especially when the composition of the coating was Cr,
S-2 of S-1, Cr 2 N composition is Cr 2 N is good.
(実施例−2) 斜板とシューを実施例−1の材料組合せとして圧縮機
を組み立て、下記の条件下でベンチにて実機試験を実施
した。(Example-2) A compressor was assembled using a swash plate and a shoe as a material combination of Example-1, and an actual machine test was performed on a bench under the following conditions.
圧縮機:6気筒の斜板式圧縮機(シリンダボア径:36mm、
シリンダボアのP.C.D.:66mm、総排気量:150cc) 回転数:4000rpm 排出ガス圧:5〜5.5kg/cm2 吸入側ガス圧:約50mmHg 運転時間:最高20時間 潤滑油:コンプレッサーオイル(スニソ5GS)100cc 封入冷媒量:240g(正規量の20%) 運転中、トルクメーターのトルクを自動監視し定常ト
ルクよりも5%増加した時は自動停止するようにした。
本発明のシューと斜板の組合せでは何れも異常がなく20
時間の運転に耐えた。テスト後の分解調査の結果でも焼
付は認められなかった。しかし、比較の組合せNo.6のも
のは5時間、No.7のものは8時間でトルクの増加により
停止し分解調査の結果、シューと斜板の間で焼付が発生
していることが確認された。Compressor: 6-cylinder swash plate compressor (cylinder bore diameter: 36 mm,
Cylinder bore PCD: 66mm, total displacement: 150cc) Revolution: 4000rpm Exhaust gas pressure: 5-5.5kg / cm 2 Intake side gas pressure: about 50mmHg Operating time: Up to 20 hours Lubricating oil: Compressor oil (Sniso 5GS) 100cc Enclosed refrigerant amount: 240g (20% of the normal amount) During operation, the torque of the torque meter is automatically monitored, and when it increases by 5% from the steady torque, it is automatically stopped.
In the combination of the shoe and the swash plate of the present invention, there is no abnormality
Endured driving for hours. No seizure was observed in the results of the disassembly after the test. However, the combination No. 6 for comparison was stopped in 5 hours for No. 6 and 8 hours for No. 7 due to the increase in torque, and as a result of disassembly investigation, it was confirmed that seizure occurred between the shoe and the swash plate. .
(実施例−3) 実施例−1と同じロットのイオンプレーティングを行
ったものでイオンプレーティング後の焼き入れ処理を施
さなかったシューを用い拡散処理の有無による密着性を
次の方法で評価した。(Example-3) Adhesion by the presence or absence of diffusion treatment was evaluated by the following method using a shoe which had been subjected to ion plating of the same lot as in Example-1 and was not subjected to quenching treatment after ion plating. did.
評価方法 遠心バレル機のポットに砥石とシューを各30個づつ入
れて90分間バレル機を運転後、イオンプレーティング面
の調査を行った。結果を第4表に示す。Evaluation method The grindstone and the shoe were each placed in a pot of a centrifugal barrel machine, 30 pieces each, and after operating the barrel machine for 90 minutes, the ion plating surface was investigated. The results are shown in Table 4.
以上のように、イオンプレーティング後の加熱保持を
行うことで、イオンプレーティング膜と基地の間に拡散
が起こし、密着力が向上していることが確認された。 As described above, it was confirmed that by performing the heating and holding after the ion plating, the diffusion occurred between the ion plating film and the matrix, and the adhesion was improved.
尚、この加熱処理により硬度はHmVて約400〜800位の
低下をきたしている。X線回折ピークの観察から、この
原因は高温での加熱保持で内部歪の解放が起こっている
ことが確認される。結晶の配向性については加熱保持に
よっても変化は認められない。Incidentally, the hardness is reduced by about 400 to 800 in HmV by this heat treatment. From the observation of the X-ray diffraction peak, it is confirmed that the cause is that the internal strain is released by heating and holding at a high temperature. No change is observed in the crystal orientation even by heating and holding.
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば従来斜板のアルミニウ
ム化が困難であったシリンダボアの大きい、即ちシュー
に負荷される荷重の大きい機種において、高珪素アルミ
ニウム合金で形成した斜板と、少なくとも該斜板との摺
接面に硬質イオンプレーティング皮膜が鋼製基地と拡散
接合されたシューとの組合せとすることで摺動特性が大
幅に改良され、圧縮機の軽量化が可能となる。又、シュ
ーは寸法の小さい部品であるため、イオンプレーティン
グ装置で一度に多量の処理が可能なため、経済性も優れ
たものとなる。(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, in a model having a large cylinder bore, that is, a large load applied to a shoe, which has conventionally been difficult to aluminize a swash plate, a swash plate formed of a high silicon aluminum alloy is used. By using a combination of a plate and a shoe in which a hard ion plating film is diffusion-bonded to a steel base at least on the sliding contact surface with the swash plate, the sliding characteristics are greatly improved, and the weight of the compressor is reduced. It becomes possible. Further, since the shoe is a small-sized component, a large amount of processing can be performed at a time by the ion plating apparatus, so that the economy is excellent.
第1図は本発明の斜板式圧縮機の構成を示す断面図、第
2図は比較試験に用いたシュー実体摩擦摩耗試験機の上
面図、第3図はその側面図、第4A、第4B、第4C、第4D図
はそれぞれ本発明のシューの実施例を示す断面図であ
る。 図中:3……斜板、4……シュー、4a……イオンプレーテ
ィング皮膜層。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a swash plate type compressor according to the present invention, FIG. 2 is a top view of a shoe actual friction and wear tester used in a comparative test, FIG. 3 is a side view thereof, and FIGS. 4C and 4D are cross-sectional views each showing an embodiment of the shoe of the present invention. In the figure: 3 ... swash plate, 4 ... shoes, 4a ... ion plating film layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝口 勝美 新潟県柏崎市北斗町1―37 株式会社リ ケン柏崎事業所内 審査官 石橋 和夫 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Katsumi Takiguchi 1-37 Hokutocho, Kashiwazaki-shi, Niigata Examiner Kazuo Ishibashi, RIKEN Kashiwazaki Works
Claims (3)
回転される斜板と、該斜板にシューを介して係留された
ピストンを有し、該斜板の回転に応じて前記ピストンが
シリンダボア内を往復運動するようにされた斜板式圧縮
機において、高珪素アルミニウム合金で形成した前記斜
板と、少なくとも斜板との摺接面に1〜10μmの厚さの
硬質イオンプレーティング皮膜が鋼製基地と拡散接合さ
れたシューとを組合せたことを特徴とする斜板式圧縮
機。1. A swash plate rotated by a rotation shaft in a cylinder block, and a piston moored to the swash plate via a shoe, wherein the piston reciprocates in a cylinder bore according to rotation of the swash plate. In the swash plate type compressor to be moved, the swash plate formed of a high silicon aluminum alloy, and at least a sliding contact surface with the swash plate, a hard ion plating film having a thickness of 1 to 10 μm and a steel base. A swash plate compressor characterized by being combined with a diffusion bonded shoe.
膜が、クロムと窒素とからなることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の斜板式圧縮機。2. The swash plate compressor according to claim 1, wherein said hard ion plating film of said shoe comprises chromium and nitrogen.
膜が、チタンと窒素とからなることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の斜板式圧縮機。3. The swash plate compressor according to claim 1, wherein said hard ion plating film of said shoe comprises titanium and nitrogen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62289032A JP2579784B2 (en) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | Swash plate compressor |
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JPH01130074A JPH01130074A (en) | 1989-05-23 |
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-
1987
- 1987-11-16 JP JP62289032A patent/JP2579784B2/en not_active Expired - Lifetime
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