JP3948259B2 - 斜板式圧縮機用シューおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車両用エアコンディショナの冷媒圧縮機等として広く利用されている斜板式圧縮機は、(a)回転軸と、(b)その回転軸に傾斜して支持された斜板と、(c)回転軸を回転可能かつ軸方向に移動不能に支持するとともに、回転軸から偏心した位置に回転軸にほぼ平行に形成されたシリンダボアを備えたハウジングと、(d)そのシリンダボアに摺動可能に嵌合される頭部と斜板の外周部を跨ぐ係合部とを備え、斜板の回転により往復運動させられるピストンとを含んで構成される。そして、斜板の両側面とピストンの係合部との間には、斜板およびピストンの両者と摺接する摺動部材としてのシューが配設される。この斜板式圧縮機においては、斜板が高速回転させられ、ピストンが高速往復運動させられることから、シューには、摺動特性が良好であることが要求される。つまり、容易に摩耗しないという耐摩耗性、容易に焼き付かないという耐焼付き性等の種々の特性に優れることが要求される。
【０００３】
シューは、比較的安価であり、かつ、比較的高強度であるという理由から、鋼製のものが好んで用いられるに至っている。そして、上記耐摩耗性等の要求に十二分に答えるため、従来、鋼製のシューは、焼入れ、焼戻しといった調質熱処理が施され、さらには窒化処理等の表面処理が施されて製造されていた。
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
ところが、調質熱処理、窒化処理等は、加熱のためのエネルギを必要とし、また、比較的長い処理時間を要することから、シューの製造コストを引き上げる要因となっている。そこで、本発明は、シューに施される熱処理を制限することで、良好な摺動特性を確保しつつ、かつ、安価な鋼製シューを得ること、および、安価にかつ簡便に鋼製シューを製造することを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の斜板式圧縮機用シューおよびその製造方法が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能である。
【０００４】
なお、以下の各項において、（１）項と（２）項とを合わせたものが請求項１に、（１）項と（３）項とを合わせたものが請求項２に相当し、（１１）項が請求項３に相当する。
【０００５】
（１）斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューの製造方法であって、
鉄鋼素材を成形して製品形状あるいは略製品形状のシュー成形品を得る成形工程と、そのシュー成形品に窒化処理を施す窒化処理工程とを含み、
前記成形工程後に焼入処理を行わないことを特徴とする斜板式圧縮機用シューの製造方法。
シューの摩耗は、斜板式圧縮機の耐久性を左右する。窒化処理は高い硬度が得られる表面処理であり、窒化処理を施した鋼製シューは、良好な耐磨耗性を有するシューとなる。また、耐食性にも優れるため、その点においても斜板式圧縮機は良好な耐久性を有することになる。
シューの耐摩耗性には表面部分の硬度が大きく影響し、表面硬度が高ければ充分なる耐摩耗性が得られる。従来から行っていた焼入処理は、表面部分のみならずシュー内部までも高い硬度を得ることができるが、耐摩耗性という点では、内部の硬度は大きな影響を与えない。したがって、焼入れを省略しても、耐摩耗性が極度に低下することはなく、良好な摺動特性は維持できる。また、焼入れは、例えば変態を伴う処理であり、大きな応力がシューに残留することになる。そして、その後の窒化処理における過熱の影響により応力が除去されると考えられ、焼入れを行ったシューを窒化処理した場合、歪みが発生する。後に詳しく説明するが、シューの形状は摺動特性を左右するため、形状に歪みが発生した場合、シューの形状寸法を調整するために、研削加工等を行うといった付加的な工程が必要となる。その点でも製造工程の複雑化、製造コストの上昇を招くことになる。
本項記載の製造方法によれば、窒化処理を行うことでシューの良好な摺動特性を確保しつつ、焼入処理を省略することで、安価かつ簡便にシューを製造することが可能となる。
【０００６】
なお、成形工程は、従来から行われている方法にしたがって行えばよく、後の〔発明の実施の形態〕の項において例示する。ここで、「製品形状」とは、形状寸法等を調整するための研削加工を施さずに、製品として使用できる形状を意味し、「略製品形状」とは、形状寸法を調整するための若干の研削加工を施すことによって製品として使用できる程度の形状を意味する。また、窒化処理工程については、後述する。
【０００７】
（２）前記成形工程後に窒化処理以外の熱処理を行わない(1)項に記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
従来、鋼製シューの製造において、成形後に、焼入処理以外の熱処理を行う場合もあった。例えば、焼入処理の後に行う焼戻処理であるとか、硬度調整等の目的で窒化処理の後に行う焼戻処理であるとかいった熱処理である。本発明のシューは、成形後に焼入処理を行っていないため、それに伴う焼戻処理を必要としない。また、窒化処理条件を適正化等することによりシューの表面硬度の調整は省略が可能である。本項に記載の製造方法では、そういった熱処理が省略されているため、鋼製シューをより安価かつ簡便に製造できる。また、熱処理は、その温度等の処理条件にもよるが、何某かの残留応力、形状変形を生じさせる要因ともなるため、上記熱処理を制限する本項に記載の製造方法によれば、かかる要因を排除でき、その意味においてシューの品質向上が実現される。
【０００８】
（３）前記窒化処理工程後に形状寸法調整のための研削加工を行わない(1)項または(2)項に記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
窒化処理を行った後に研削加工を行う場合、表面に形成された窒化層を除去してしまうことになるため、窒化処理を時間を長くする等によって窒化層を厚く形成する必要がある。焼入処理を省略する本発明の製造方法の場合、窒化処理によるシューの変形は抑制され、窒化処理後において、シューの形状は良好に保たれる。したがって、窒化処理後に研削加工を施さない本項の製造方法によれば、窒化処理の時間短縮等が実現でき、より低コストにシューを製造できる。
【０００９】
（４）前記成形工程において製品形状のシュー成形品を得、
その成形工程後に形状寸法調整のための研削加工を行わない(3)項に記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
焼入処理を省略する本発明の製造方法の場合、上述したように、シューの変形は抑制される。成形工程において、例えばプレス金型形状の調整等によって、製品形状に成形することが可能であり、かかる場合、成形工程後に上記研削加工を行わない態様を採用することが可能である。研削加工は、比較的時間が加工時間が長くかかる加工であるため、成形工程後に研削加工を省略する本項に記載の製造方法では、より安価かつ簡便に鋼製シューを製造できる。
【００１０】
（５）斜板に摺接する平面部とピストンに摺接する球面部とを含み、その平面部が若干の凸面に形成される球冠状シューを製造対象とする(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
多くの場合、シューは、球冠状をなしており、平面部において斜板と摺接する。斜板が高速回転させられることから、斜板式圧縮機においては、シューと斜板との摺動特性が特に重要となる。後に詳しく説明するが、シュー平面部は冷媒中に含まれる潤滑剤によって潤滑させられ、この潤滑剤のシュー平面部の中央部分への引き込みを担保する等によって充分な摺動特性が発揮される。かかる目的で、シュー平面部は、周辺部に比較して中央部を若干高くするいわゆる中凸形状に形成されることが望ましい。後に説明する実験からも確認されるように、焼入処理を施した後に窒化処理を行うと、中凸形状に形成された平面部が中凹形状に変形してしまことが、本発明者により確認された。このことは、摺動特性を悪化させることにつながるため、それを回避するために研削加工によって形状調整する場合、研削代が多くなって、窒化層を過剰に除去することになり、また、研削時間が長くなってしまう。したがって、中凸形状の平面部を有するシューを対象とする本項の製造方法の場合、熱処理を制限することのメリットが、特に大きいものとなる。
【００１１】
（６）前記鉄鋼素材が、高炭素クロム軸受鋼かならる(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
本発明の製造方法が対象とする鋼製シューの材料は、その種類が特に限定されるものではない。それ自体充分な強度を有し、窒化処理によって適正な窒化層が得られるものであればよい。例えば、本項に記載の高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ）は、軟窒化処理によっても、Ｈｖ５００を超える高い表面硬度が得られるため、より耐摩耗性に優れたシューとなる。高炭素クロム軸受鋼を用いる場合、シューが比較的小さな部品であることに鑑み、ＳＵＪ２であることが望ましい。
軟窒化処理を行う場合、シュー素材となる材料の選択の範囲は広い。例えば、軟鋼，低炭素鋼，中炭素鋼，高炭素鋼，低合金鋼，ステンレス鋼等の合金鋼，鋳鉄等の各種鉄系材料を選択できる。含有する炭素量の多い鋼ほど軟窒化処理して得られる表面硬度が高く、耐摩耗性に優れるシューとなる。Ｓ４５Ｃ，Ｓ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいは高炭素鋼、ＳＣＭ４１５等の低炭素低合金鋼等を母材とするシューは、軟窒化処理により、ビッカース硬度においてＨｖ４００以上の表面硬度が得られ、耐摩耗性に優れたシューとなる。また、かかる鋼は、他の合金元素を多く含まず、鋼材価格が安価であることから、中炭素鋼あるいは高炭素鋼、低炭素低合金鋼を母材とするシューは、比較的安価なシューとなる。また、ステンレス鋼を採用する場合、添加合金元素の種類およびその添加量によって、耐熱性が良好なもの，耐食性が良好なもの等、特性が異なる様々なものが存在する。したがって、ステンレス鋼を母材とするシューは、要求に応じた種々の特性を持たせることができるというメリットがある。
【００１２】
（７）前記窒化処理が、ガス軟窒化処理である(1)項ないし(6)項のいずれかに記載の斜板式圧縮機用シューの製造方法。
窒化処理は、処理される母材の表面に硬化層である窒化層を形成することができ、その窒化層は、耐摩耗性に優れ、また耐食性も良好である。窒化処理は、主に、ＮＨ₃ガス雰囲気中でNを拡散させて窒化物を形成させるガス窒化処理（本窒化処理）と、塩浴窒化法、ガス軟窒化法、イオン窒化法等による軟窒化処理とに分類できる。これらいずれの窒化処理を採用することができ、また、広くは、浸炭窒化、浸硫窒化等の窒化処理をも採用できる。いずれの、窒化処理を採用する場合であっても、公知の方法に従い、シューに必要とされる特性に応じた適正な処理条件のもので窒化処理を行えばよい。
軟窒化処理は、前述したようにシュー素材となる材料の選択の幅が広いこと、処理時間が短いこと等のメリットを有する。また、ガス窒化処理によれば、窒化層の最表部の硬度が高すぎるため、その最表部を除去するための工程、あるいはその最表部を軟化させるための熱処理工程等を行うことが望ましいというデメリットがある。その点を考慮すれば、本発明の製造方法においては、軟窒化処理を行うことが望ましい。
軟窒化処理の中でも、本項に記載の態様のように、ガス軟窒化法を採用することがより望ましい。ガス軟窒化法は、ＲＸガスとＮＨ₃ガスとの混合ガス雰囲気中で、ＮおよびＣを鋼中に拡散させるものであり、Ｈｖ５００以上の高硬度な用面硬度のシューを得ることができる。低公害であるというメリットがあり、作業環境の向上が図れる。また、量産品に適した処理方法であり、シューの表面処理に好適である。
【００１３】
（１１）斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューであって、(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の製造方法によって製造された斜板式圧縮機用シュー。
上記本発明の製造方法によって製造された本発明のシューは、耐焼付性、耐摩耗性等に優れて良好な摺動特性を有し、かつ、安価なシューとなる。なお、上記(5)項ないし(6)項に記載の技術的特徴を、本項に記載のシューに適用することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、車両用エアコンディショナに用いられる斜板式圧縮機の構成部品となる斜板式圧縮機用シューを例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、斜板式圧縮機の構成、シューの形状および構成、シューの製造方法の項目に分けて、順次説明する。
【００１５】
＜斜板式圧縮機の構成＞
図１に、本発明の対象となるシューを備えた斜板式圧縮機を示す。図１において、１０はシリンダブロックであり、シリンダブロック１０の中心軸線周りの一円周上には、軸方向に延びる複数のシリンダボア１２が形成されている。シリンダボア１２の各々には、片頭ピストン１４（以下、ピストン１４と略称する）が往復運動可能に配設されている。シリンダブロック１０の軸方向の一端面（図１の左側の端面であり、前端面と称する）には、フロントハウジング１６が取り付けられ、他方の端面（図１の右側の端面であり、後端面と称する）には、リヤハウジング１８がバルブプレート２０を介して取り付けられている。フロントハウジング１６，リヤハウジング１８，シリンダブロック１０等により斜板式圧縮機のハウジングが構成されている。リヤハウジング１８とバルブプレート２０との間には、吸入室２２，吐出室２４が形成され、それぞれ、吸入ポート２６，供給ポート２８を経て、図示しない冷凍回路に接続される。バルブプレート２０には、吸入孔３２，吸入バルブ３４，吐出孔３６，吐出バルブ３８等が設けられている。
【００１６】
上記ハウジング内には、回転軸５０が、シリンダブロック１０の中心軸線を回転軸線として回転可能に設けられている。回転軸５０は、その両端部においてそれぞれフロントハウジング１６，シリンダブロック１０にベアリングを介して回転可能に支持されている。シリンダブロック１０の中心部には、支持穴５６が形成されており、その支持穴５６において上記ベアリングを介して支持されているのである。回転軸５０のフロントハウジング１６側の端部は、図示しない駆動源としての車両エンジンに、電磁クラッチ等のクラッチ装置を介して連結されている。したがって、車両エンジンの作動時に、クラッチ装置によって回転軸５０が車両エンジンに接続されれば、回転軸５０が自身の軸線まわりに回転させられる。
【００１７】
回転軸５０には、斜板６０が軸方向に相対移動可能かつ傾動可能に取り付けられている。斜板６０には、中心線を通る貫通穴６１が形成され、この貫通穴６１を回転軸５０が貫通している。貫通穴６１は、両端開口側ほど図１における上下方向に内のり寸法が漸増させられ、それら両端部の横断面形状が長穴をなしている。回転軸５０にはまた、回転板６２が固定され、スラストベアリング６４を介してフロントハウジング１６に受けられている。斜板６０は、ヒンジ機構６６により、回転軸５０と一体的に回転させられるとともに、軸方向の移動を伴う傾動を許される。ヒンジ機構６６は、回転板６２に固定的に設けられた支持アーム６７と、斜板６０に固定的に設けられ、支持アーム６７のガイド穴６８にスライド可能に嵌合されたガイドピン６９と、斜板６０の貫通穴６１と、回転軸５０の外周面とを含むものである。
【００１８】
前記ピストン１４は、斜板６０の外周部を跨ぐ状態で係合させられる係合部７０と、係合部７０と一体に設けられ、シリンダボア１２に嵌合される頭部７２とを備えている。本実施形態における頭部７２は、中空頭部とされて軽量化が図られている。頭部７２，シリンダボア１２およびバルブプレート２０が共同して圧縮室を形成している。また、係合部７０は一対の球冠状のシュー７６を介して斜板６０の外周部と係合させられている。シュー７６については後に詳しく説明する。
【００１９】
斜板６０の回転運動は、シュー７６を介してピストン１４の往復直線運動に変換される。ピストン１４が上死点から下死点へ移動する吸入行程において、吸入室２２内の冷媒ガスが吸入孔３２，吸入バルブ３４を経てシリンダボア１２内の圧縮室に吸入される。ピストン１４が下死点から上死点へ移動する圧縮行程において、シリンダボア１２内の圧縮室の冷媒ガスが圧縮され、吐出穴３６，吐出バルブ３８を経て吐出室２４に吐出される。冷媒ガスの圧縮に伴ってピストン１４には、軸方向の圧縮反力が作用する。圧縮反力は、ピストン１４，斜板６０，回転板６２およびスラストベアリング６４を介してフロントハウジング１６に受けられる。
【００２０】
シリンダブロック１０を貫通して給気通路８０が設けられている。この給気通路８０により、吐出室２４と、フロントハウジング１６とシリンダブロック１０との間に形成された斜板室８６とが接続されている。給気通路８０の途中には、電磁制御弁９０が設けられている。この電磁制御弁９０のソレノイド９２への電流供給が、コンピュータを主体とする制御装置（図示省略）により、冷房負荷等の情報に応じて制御される。
【００２１】
回転軸５０の内部には、排出通路１００が設けられている。排出通路１００は、一端において前記支持穴５６に開口させられるとともに、他端において斜板室８６に開口させられている。支持穴５６は排出ポート１０４を経て吸入室２２に連通させられている。
【００２２】
本斜板式圧縮機は可変容量型であり、高圧側である吐出室２４と低圧側である吸入室２２との圧力差を利用して斜板室８６内の圧力が制御されることにより、ピストン１４の前後に作用するシリンダボア１２内の圧縮室の圧力と斜板室８６の圧力との差が調節され、斜板６０の傾斜角度が変更されてピストン１４のストロークが変更され、圧縮機の吐出容量が調節される。具体的には、電磁制御弁９０の励磁，消磁の制御により、斜板室８６が吐出室２４に連通させられたり、遮断されたりすることによって、斜板室８６の圧力が制御される。
【００２３】
シリンダブロック１０およびピストン１４は、金属の一種であるアルミニウム合金製のものとされ、ピストン１４の外周面には、フッ素樹脂のコーティングが施されている。フッ素樹脂でコーティングすれば、同種金属との直接接触を回避して焼付きを防止しつつシリンダボア１２との嵌合隙間を可及的に小さくすることができる。ただし、シリンダブロック１０やピストン１４の材料、コーティング層の材質等は、上述の材料等に限らず、他の材料等であってもよい。
【００２４】
ピストン１４の係合部７０は、概してＵ字形をなし、頭部７２の中心軸線と直交する方向に互いに平行に延びる一対のアーム部１２０，１２２と、これらアーム部１２０，１２２の基端同士を連結する連結部１２４とを備えている。アーム部１２０，１２２の互いに対向する側面には、それぞれシュー保持面となる凹球面１２８が形成されている。これら２つの凹球面１２８は同一球面上に位置している。
【００２５】
次に、シュー７６が摺動する斜板６０は、その母材がダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ７００，ＦＣＤ６００等）からなる。シュー７６が摺接する摺接面１３２，１３４には、図示していないが、母材の表面にアルミニウム溶射膜が形成され、さらにその表面に潤滑被膜が形成されている。この潤滑被膜は、ポリアミドイミド等の合成樹脂にＭｏＳ₂およびグラファイトを分散させたものであり、摺接面における摩擦を充分に減じてシュー７６と斜板６０との摺動特性を良好なものとしている。なお、アルミニウム溶射膜は、潤滑被膜が何らかの要因で、磨耗、剥離等して除去された場合であっても、母材が直接摺接することを防止しつつ、摺動特性を良好に保つように機能する。
【００２６】
＜シューの形状および構成＞
前記一対のシュー７６は、図２に示すように、外表面の一方が概して凸球面をなす球面部１３６と、概して平面をなす平面部１３８とを有する球冠状である。平面部１３８は、厳密には僅かに中高とされており、その中央に、冷媒の中に含まれる潤滑剤としての潤滑油を貯留させて摺動特性をより良好なものとすための凹所１４０が形成されている。したがって、平面部１３８は、斜板６０との摺接面として、環状の平面を有するものとなっている。そして、平面部１３８の平面，球面部１３６の凸球面との境界には比較的曲率半径の小さなコーナＲ１４２が付けられている。この中高の平面部１３８とコーナＲ１４２は、シュー７６が斜板６０と摺動するときに、斜板６０の摺接面１３２，１３４とシュー７６の平面部１３８との間にゴミ、異物等を引き込むことを排除しつつ潤滑油を導くように機能する。一対のシュー７６は、球面部１３６においてピストン１４の凹球面１２８に摺動可能に保持され、平面部１３８において斜板６０の外周部の両側面である両摺接面１３２，１３４に接触し、斜板６０の外周部を両側から挟持する。言い換えれば、シュー７６は、平面部１３８が斜板６０と摺動し、球面部１３６がピストン１４と摺動するものとなっている。なお、一対のシュー７６はその状態で球面部１３６の凸球面が同一球面上に位置するように設計されている。つまり、シュー７６は、半球より斜板６０の厚さのほぼ半分だけ小さい球冠に近い形状をなしている。なお、シューの形状は、上記形状に限定されるものではない。例えば、固定容量型圧縮機においては、シューの平面部が摩耗した場合でも、摺動面の面積が減少しないようにする等の理由で、半球よりやや大きな球冠状とされることが望ましい。
【００２７】
上述したように、平面部１３８の中凸量（中高量）およびコーナＲ１４２の存在は、シュー７６の摺動特性を左右する。図３に、シュー７６の平面部１３８の断面を縦横比を異ならせて模式的に示す。この図を参照にさらに説明すれば、中凸量ｈは、１μｍ以上１０μｍ以下とするのが望ましい。この範囲において、シュー７６と斜板６０との摺動面間に、異物等を引き込まず、かつ、潤滑油を良好に導入でき、摺動特性はより良好なものとなる。後の〔実施例〕の項においても説明するが、焼入れを行った後窒化処理をすれば、平面部１３８の形状は、中凸の状態から中凹の状態に変化する。なお、コーナＲ１４２が小さすぎる場合は、例えばバレル研磨等の工程において、シューどうしがぶつかりあって、シューに打痕が発生する原因ともなるため、注意を要する。
【００２８】
シュー７６は、窒化処理された鋼製シューであり、本実施形態においては、その母材１４６がＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）からなり、シュー７６の全表面（厳密には母材１４６の全表面）には、ガス軟窒化法による軟窒化処理が施されれて硬質層である窒化層１５２が形成されている。図２では、窒化層１５２厚みが、理解を容易にするために誇大に示されている。厳密には、窒化層１５２は、最表面に存在する高硬度の化合物層とそれに続いてシュー内部に向かって形成される拡散層とを含んでいる。境界は明確ではないため大まかな値でしか示すことはできないが、化合物層を約５μｍ〜２０μｍ程度とすることが望ましい。なお、シュー７６の母材１４６の材質はＳＵＪ２に限るものではなく、また、軟窒化処理の方法，その化合物層の厚さについても、上記記載内容のものに限定されるわけではなく、〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項で述べた種々の態様のものとすることができる。
【００２９】
＜シューの製造方法＞
上記シュー７６は、以下に説明する製造方法によって製造される。その製造方法は、成形工程と窒化処理工程を含んでなり、詳しくは、成形工程と、成形されたシューを研削する研削工程と、研磨するバフ研磨工程と、窒化処理工程と、窒化処理されたシューの表面を研磨するバレル研磨工程と、表面を洗浄する洗浄工程とを含んでなる。焼入処理を始め、窒化処理以外の熱処理は行っていない。図４に、本製造方法のフローチャートを示す。以下、このフローチャートに従って説明を行う。
【００３０】
まず、Ｓ１の成形工程により、鉄鋼素材（本実施形態ではＳＵＪ２の線材）から、略製品形状のシュー成形品を成形する。成形工程は、図５のフローチャートに示すように、いくつかの工程が合わさったものである。成形工程において、まず、Ｓ１１の切断工程が行われる。切断工程は、ＳＵＪ２の丸棒を、設定した長さに切断する。この長さは、切断片の体積が後に説明する成形鍛造における素材となる鋼球の体積より若干大きくなるような長さである。切断は、ノコ盤、シャーリング等によって行えばよい。次に、Ｓ１２の素材鍛造工程において、切断片を冷間にて型鍛造して鋼球形状に成形する。鋼球の体積が略一定となるように、余剰材料がバリとして形成されるように、金型が設計されている。素材鍛造後、Ｓ１３のフラッシング工程において、形成されたバリが除去され、体積の略一定な鋼球が得られる。フラッシングは、例えば、バリがついている鋼球を、２枚の溝付特殊イモノ盤に挟み、圧力をかけて転動させて行えばよい。次に、Ｓ１４の球研削工程おいて、バリが除去された鋼球が研削される。この球研削は、寸法精度、表面粗さの向上を目的に行うもので、例えば、イモノ盤、砥石等を使用して行えばよい。次いで、Ｓ１５の焼鈍工程において、その鋼球を焼鈍する。焼鈍は、後の成形鍛造を容易ならしめることを目的とするもので、硬度を低下させるべく焼きなまされる。例えば、真空炉中において、適正な温度条件、冷却速度条件等の下、焼鈍すればよい。
【００３１】
焼鈍された鋼球は、成形鍛造用の素材として用いられ、Ｓ１６の第１成形鍛造工程において、中間形状にまで成形され、そして、Ｓ１７の第２成形鍛造工程において、略製品形状にまで成形される。これらの成形鍛造は、金型を用いて行う冷間プレス鍛造である。本実施形態において、成形鍛造は２つの工程に分けて行っているが、成形鍛造における加工度が低い場合は、１工程で行うものであってもよく、加工度が高いような場合、あるいは、極めて高精度な鍛造成形を行うような場合は、３工程以上に分けて行うものであってもよい。また、鍛造成形の合間に、焼鈍処理を行ってもよい。
【００３２】
略製品形状にまで成形されたシューは、Ｓ２の平面研削工程において、平面部が研削される。シューの形状寸法のうち特にシューの高さは、摺動特性に大きな影響を与えるため、正確さを要求される。ここでの平面研削加工は、シューの高さ寸法を調整することを主目的として行われる。そして、本実施形態において、本平面研削加工が、形状寸法調整のための研削加工に該当する。平面研削は、平面研削機等によって、また、遊離砥粒を用いて行えばよい。この平面研削加工を経ることで、シューは製品形状にまで成形される。次に、シューは、Ｓ３のバフ研磨工程で、球面部の研磨、平面部の中凸量の調整、コーナＲの調整が行われる。いわゆる仕上げの工程である。バフ研磨加工は、例えば、遊離砥粒を用いてバフ研磨機によって行えばよい。
【００３３】
次に、Ｓ４の窒化処理工程において、研磨されたシューに対して窒化処理を行う。本実施形態の製造方法では、ガス軟窒化法による窒化処理が行われる。この窒化処理工程は、図６のフローチャートに示すように、いくつかの工程が合わさったものである。窒化処理工程では、まず、Ｓ４１の脱脂工程で、それまでの加工において付着されている油分の洗浄が行われる。次に、Ｓ４２の前酸化工程で、シューに含まれている水分を除去する。したがって、この前酸化工程は脱水工程と称することもできる。これら２つの前処理工程によって、クーラント、防錆剤等の付着物が除去され、窒化層表面の平面度が良好なものとなる。次いで、Ｓ４３の窒化工程を行う。本実施形態では、ガス軟窒化処理が行われる。ガス軟窒化の条件は、シュー母材の材質、形成する窒化層の厚み等に応じて適切のものとすればよく、概ね５６０〜５８０℃の処理温度で、１〜３時間処理する。これにより、窒化層、厳密には化合物層は、約１０〜２０μｍの厚みで形成される。また、窒化層の硬度は、Ｈｖ６００〜１０００程度となる。窒化後、Ｓ４４の後洗浄工程によって、シュー表面の油分が除去される。
【００３４】
窒化処理後のシューは、Ｓ５のバレル研磨工程において、バレル研磨される。このバレル研磨は、シュー表面を平滑にするために行われるものである。次いで、Ｓ６の表面洗浄工程において、表面の洗浄が行われる。本実施形態では、以上の工程を経て、シューの製造が完了し、製品シューが得られることになる。
【００３５】
上記実施形態の製造方法では、成形工程後に、焼入処理等、窒化処理以外の熱処理を行っていない。したがって、製造工程自体が、簡便であり、迅速にシューの製造ができる。また、焼入処理を行っていないため、窒化処理によるシューの変形がなく、窒化処理後において研削加工を行う必要がなく、窒化処理による窒化層を充分なる厚みで残存させることが可能となる。
【００３６】
上記実施形態に代わる製造方法、つまり、変形態様としての製造方法を以下に説明する。その変形態様の製造方法は、上記実施形態において行っていたＳ２の平面研削工程を省略するというものであり、Ｓ１の成形工程において、シューを製品形状にまで仕上げる態様の製造方法である。つまり、成形工程によって、シュー高さを精度よく成形し、平面研削工程を省略する製造方法である。図７に変形態様の製造方法のフローチャートを要部のみ示す。その１つは、図７(ａ)に示すような製造方法であり、成形工程で行うＳ１７の第２成形鍛造工程において、シュー高さ、コーナＲ１４２の大きさ等を規定した金型により、製品形状にまでの成形鍛造を行うことによって実現できる。成形工程において製品形状にまで成形されたシューは、平面研削加工を行うことなく、Ｓ３のバフ研磨工程に供され、バフ研磨によって、中凸量の調整等が行われる。このような変形態様の製造方法によれば、より簡便かつ迅速にシューを製造することもできる。かかる製造方法が採用できるのは、焼入処理を行わないことにより、窒化処理においてシューの変形が抑制されているからである。さらにもう１つの変形態様の製造方法として、例えば、図７（ｂ）示すような製造方法を採用することができる。この変形態様は、Ｓ１７の第２成形鍛造工程の後に、Ｓ１８の仕上成形鍛造工程を追加するものである。Ｓ１７の第２成形鍛造工程において略製品形状に成形されたシューは、Ｓ１８の仕上成形鍛造工程において、製品形状にまで成形され、平面研削工程を行わずにＳ３のバフ研磨工程に供される。上述した各態様の成形工程の他、目的とするシューに応じた種々の態様の成形工程を採用することも可能である。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、斜板との係合部の両側に頭部を有する両頭ピストンを備える斜板式圧縮機、ないしは、固定容量型斜板式圧縮機等に用いられるシューに適用することも可能である。そのように、斜板式圧縮機の構成を始めとして、シューの形状、構成、製造方法の細部にわたる具体的な構成等の態様については、上記実施形態の他、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【００３８】
【実施例】
上記実施形態の製造方法におけるバフ研磨工程と窒化処理工程との間に真空焼入れを行い、その場合の窒化処理によるシューの変形を調査した。また、上記実施形態のように、焼入処理を行わずに窒化処理を行って、その場合のシューの変形についても調査した。これらの比較により、焼入処理を行わない製造方法の優秀性を確認した。これらについて、本〔実施例〕の項において説明する。
【００３９】
シュー素材は、ＳＵＪ２であり、真空焼入れの条件は、焼入れ温度５００〜７５０℃で、４５〜６０分間保持した後、さらに８００〜８４０℃で６０〜９０分間保持し、急冷するものとした。こうして焼入れしたシュー５個を、バフ研磨により、その中凸量ｈを１〜２μｍに調整した。そして、それらにガス軟窒化処理を施した。この結果、中凸量ｈは、平均で約−２μｍに変化した。つまり、窒化処理により、シューの形状は、図８に示すように、シュー平面部が中央において平均で約４μｍ後退して中凹形状になった。
【００４０】
これに対し、バフ研磨で、中凸量ｈを約１〜２μｍに調整したシュー５個を、焼入処理を行わずに、窒化処理した。この結果、それらのシューは、中凸形状を維持し、中凸量ｈは、平均で約１．６μｍになり、平均０．２μｍ大きくなった。つまり、平面部の中央がより盛り上がるか、窒化処理前の中凸量を維持する形状となった。
【００４１】
以上の結果から、焼入れを行わずに窒化処理することによりシューの変形を防止できることが確認された。窒化処理された平面部が中凹のシューを中凸形状に整形する場合、シュー平面部の周囲の部分を大きな取り代で研削あるいは研磨しなけばならず、研削または研磨加工のに長い時間を必要とする。また、その部分に形成された窒化層がかなり除去されることから、シューの耐摩耗性等が低下する。これを回避するためには、窒化処理の時間を長くする等して、相当に厚い窒化層を形成しなければならず、研削あるいは研磨に要する時間のみならず、窒化処理の時間もが長時間化して、効率の悪い製造が強いられることになる。逆に、焼入れを省略して窒化処理を行う製造方法では、摺動特性の良好なシューを、簡便かつ迅速に製造できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となるシューを備えた斜板式圧縮機の正面断面図を示す。
【図２】本発明の対象となるシューの正面断面図を示す。
【図３】上記シューの平面部の断面を縦横比を異ならせて模式的に示す。
【図４】本発明の一実施形態であるシューの製造方法のフローチャートを示す。
【図５】上記製造方法における成形工程のさらに詳しいフローチャートを示す。
【図６】上記製造方法における窒化処理工程のさらに詳しいフローチャートを示す。
【図７】変形態様の製造方法のフローチャートを要部のみ示す。
【図８】焼入処理を行ったシューが窒化処理によって変形した様子を模式的に示す。
【符号の説明】
１４：片頭ピストン ６０：斜板 ７６：シュー １３６：球面部
１３８：平面部 １４０：凹所 １４６：母材（シューの） １５２：窒化層

Claims (3)

1. 斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューの製造方法であって、
   鉄鋼素材を成形して製品形状あるいは略製品形状のシュー成形品を得る成形工程と、そのシュー成形品に窒化処理を施す窒化処理工程とを含み、
   前記成形工程後に窒化処理以外の熱処理を行わないことを特徴とする斜板式圧縮機用シューの製造方法。
2. 斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューの製造方法であって、
   鉄鋼素材を成形して製品形状あるいは略製品形状のシュー成形品を得る成形工程と、そのシュー成形品に窒化処理を施す窒化処理工程とを含み、
   前記成形工程後に焼入処理を行わず、かつ、前記窒化処理工程後に形状寸法調整のための研削加工を行わないことを特徴とする斜板式圧縮機用シューの製造方法。
3. 斜板式圧縮機において斜板とピストンとの間に配設されるシューであって、請求項１または請求項２に記載の製造方法によって製造された斜板式圧縮機用シュー。

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