JPH1113638A - 斜板式コンプレッサー用斜板 - Google Patents

斜板式コンプレッサー用斜板

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JPH1113638A
JPH1113638A JP9170085A JP17008597A JPH1113638A JP H1113638 A JPH1113638 A JP H1113638A JP 9170085 A JP9170085 A JP 9170085A JP 17008597 A JP17008597 A JP 17008597A JP H1113638 A JPH1113638 A JP H1113638A
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真也 川上
Chiaki Gohara
千明 郷原
Masabumi Kato
正文 加藤
Takayuki Kato
崇行 加藤
Seiji Katayama
誠二 片山
Masato Takamatsu
正人 高松
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Taiho Kogyo Co Ltd
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Taiho Kogyo Co Ltd
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜板式コンプレッサーの運転条件で最も過酷
なドライ潤滑条件に対しては、固体潤滑剤の皮膜を斜板
に形成すると耐焼付性をある程度良好にすることができ
るが、固体潤滑剤を熱硬化性樹脂で結合した皮膜は摩耗
し易い。よって、耐摩耗性と耐焼付性を兼備した斜板用
皮膜を提供する。 【解決手段】 アルミニウムもしくは鉄基基材、主とし
てスズ、銅もしくは金属リン酸塩からなる中間層、及び
熱硬化性樹脂と二硫化モリブデン及びグラファイトから
なる選択された少なくとも１種の固体潤滑剤とを含む摺
接層を有する斜板式コンプレッサー用斜板。

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
サーの斜板に関するものであり、さらに詳しく述べるな
らば、鉄系又はアルミニウム系基板材料からなる斜板の
摺動特性を改良する表面処理技術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、回転軸に斜め
に固着された斜板もしくは回転軸に斜めに取り付けら
れ、傾斜角度変更可能な斜板が回転軸の回転に応じて、
コンプレッサ内の仕切られた空間の体積を増減すること
により、冷却媒体の膨張・圧縮を行うものである。かか
る斜板はシューと称される密封部材と摺動しかつ気密な
封止を図ることにより冷却媒体が所定の空間にて膨張・
圧縮が可能となる。斜板摺動の特長的な点は、コンプレ
ッサー運転初期に潤滑油が到達する前に斜板とシューが
摺動するために、潤滑油がないドライの摺動条件で摺動
されるところにある。しかも潤滑油が到達する前にガス
状の冷媒が摺動面に到達し、これが摺動面に残存する潤
滑油の洗浄効果をもつために、焼付が非常に起こり易
い。
【０００３】このような摺動条件に適合するために多く
の斜板表面処理法が提案されているが、最近のものに
は、本出願人の再公表特許公開公報（ＷＯ９５／２５２
２４）や特開平８−３１１６３４号に提案された銅合金
溶射法がある。
【０００４】一方、「冷媒−冷凍機油共存雰囲気におけ
る固体潤滑皮膜の摩擦摩耗特性」と題する論文がトライ
ボロジー学会固体潤滑研究会に発表されており、これに
よると無潤滑・冷媒雰囲気の試験条件でポリアミドイミ
ドをバインダーとする固体潤滑剤皮膜の性能は、ＭｏＳ
2 ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，グラファイトを同時添加したものが最
良であり、ＭｏＳ2 のみを添加したものはやや劣り、無
添加のバインダーのみのものは最悪の結果となってい
る。なお、固体潤滑剤皮膜を形成した基材はクロメート
処理した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金である。
【０００５】
【課題が解決しようとする課題】斜板式コンプレッサー
の運転条件で最も過酷なドライ潤滑条件に対しては、固
体潤滑剤により耐焼付性をある程度良好にすることがで
きるが、固体潤滑剤を熱硬化性樹脂で結合した皮膜は摩
耗し易いという弱点がある。この対策として熱硬化性樹
脂の量を多くすることが考えられるが、耐焼付性の面で
制約がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、斜板の焼付を
防止するために固体潤滑剤皮膜を利用するとともに下地
の構成を改良するとの着想の下に実験室での基礎実験及
び実機での試験を行った。これら実験に基づいて行った
考察は：斜板式コンプレッサーでは斜板のある回転角度
範囲ではシューから斜板への荷重が高くなり、その他の
回転角度範囲では荷重が比較的低くなる繰り返し荷重が
発生している；焼付・摩耗は斜板の高荷重域で起こるこ
とが多い；低荷重領域では皮膜形成物質は当該領域外に
流動し結果として膜厚は薄くなるが、高荷重領域のよう
に斜板自体から除去されているのではない；固体潤滑剤
皮膜の下地の構成（材質、粗さなど）を特定のものにす
ると高荷重域での焼付と摩耗を防止することができると
の諸点に基づいて本発明を完成した。すなわち、本発明
の斜板式コンプレッサー用斜板は、アルミニウム、鉄基
基材、スズ、銅もしくは金属酸塩を主成分とする中間
層、並びに熱硬化性樹脂と二硫化モリブデン及びグラフ
ァイトからなる選択された少なくとも１種の固体潤滑剤
とを含む摺接層を有することを特徴とするものである。
【０００７】本発明の斜板の表面コーティング中の摺接
層には、ドライ条件での摺動特性を改良するＭｏＳ2 を
固体潤滑剤として使用している。固体潤滑剤はコンプレ
ッサー初期の非定常状態では摩耗量が大きいために、下
地が露出し易いという問題がある。この対策として上記
構成の中間層を設け、摺接層が摩耗しても中間層により
摺動特性の性能低下を防止することにした。但し、摺接
層が一部もしくは全部摩耗した状況では潤滑油がある程
度摺動面に供給されていることが期待されるので、中間
層は本出願人が再公表特許公開公報（ＷＯ９５／２５２
２４）や特開平８−３１１６３４号で提案した、優れた
摺動性能をもっている必要はなく、上記のようにスズ系
合金、銅（合金）や金属りん酸塩でも十分である。以
下、詳しく本発明の斜板の構成を説明する。
【０００８】まず、斜板の基材としては鉄系やアルミニ
ウム系材料、アルミニウムを固着・接合した複合材料を
使用することができる。アルミニウム系材料としては初
晶Ｓｉが析出したＡ３９０などが好ましい。中間層を含
む基材は、摺接層の密着性、中間・摺接層の熱放散性及
び耐摩耗性を向上する目的で粗面化することが好まし
く、この際の好ましい粗さはＲｚ０．４〜２５μｍ、よ
り好ましくは０．６〜２０μｍである。これらの下限粗
さ未満では上記の効果がなく、一方上限より粗いと摺接
層の表面粗さを過度に粗くしないためには必要以上に厚
く被着することとなり、好ましくない。
【０００９】基板への粗さの形成法はショットブラスト
やエッチングなどの方法によることができる。この方法
により形成される粗さは無方向性であり、任意の方向で
測定した粗さは同じ値となる。さらに、ＮＣフライス盤
により切削などの方法により、図１に示すような方向性
をもった粗さを形成することができる。図中、１は斜
板、２は溝である。この場合は粗さの値は測定方向によ
り大きく異なり；粗さの方向を溝の方向と定義すると、
粗さの方向は摺動方向（Ｒ）と５°以上の角度を形成す
ることが好ましい。また、５°以上の角度で交差する粗
さ面が斜板の２０％以上であることが好ましい。このよ
うに摺動方向と粗さの方向をずらすことにより、基板上
に形成される中間層及び摺接層が同様の粗さの方向性を
倣い、この結果固体潤滑剤がシューによる摺動方向の脱
落圧力を受けた際に固体潤滑剤が粗さの山に押し付けら
れるので、摺接面外に脱落し難くなる。
【００１０】次に、中間層について説明する。中間層は
基材と摺接層の間に設けられ、摺接層が摩滅しても摺動
性能を良好に保つものである。電解もしくは無電解Ｓｎ
めっき、電解Ｓｎ合金めっき、電解もしくは無電解Ｃｕ
めっき、電解銅合金（Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｇなどの摺
動特性を改良する元素を添加した合金）めっき、溶射銅
合金、クラッド銅（合金）、焼結銅（合金）などは、摺
動特性が良好な材質である。これらの中間層上に被着さ
れた熱硬化性樹脂は固体潤滑剤とともに流動して、斜板
の低荷重域から高荷重域にシューにより転送される際、
これら樹脂などは皮膜が一部もしくは全部摩滅した転送
域に圧着される。中間層の下地として基材が鉄系の場合
は、密着性を改善するＮｉめっき層を採用することもで
き、さらにアルミニウム合金の場合はクロメート処理な
どを施すことができる。
【００１１】続いて、熱硬化性樹脂と二硫化モリブデン
及びグラファイトからなる選択された少なくとも１種の
固体潤滑剤とを含む摺接層を説明する。二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ2 ）は主としてドライ条件における耐焼付性
を向上させ、グラファイトは主としてオイル潤滑下にお
ける耐焼付性及び耐摩耗性を向上させ、また熱硬化性樹
脂は、固体潤滑剤を結合し、皮膜の層内強度と下地との
密着性を確保する。熱硬化性樹脂はポリイミド系もしく
はポリアミドイミド系から選択することができる。
【００１２】摺接層中の熱硬化性樹脂は２０〜８０容量
％、一方固体潤滑剤は８０〜２０容量％の割合とするこ
とが好ましい。より好ましくは熱硬化性樹脂は３０〜７
０容量％、固体潤滑剤は７０〜３０容量％の割合であ
り、最も好ましくは、熱硬化性樹脂は４０〜６５容量
％、固体潤滑剤は６０〜３５容量％の割合である。ま
た、固体潤滑剤の割合はＭｏＳ2 が１０〜９０容量％、
グラファイト９０〜１０容量％が好ましく、より好まし
くはＭｏＳ2 が２０〜８０容量％、グラファイト８０〜
２０容量％である。これらの範囲内でドライ及びオイル
潤滑下での摺動特性のバランスが良好になる。
【００１３】ＭｏＳ2 は平均粒径は３〜４０μｍである
ことが好ましい。平均粒径が３μｍ未満では膜の強度が
低下し、耐摩耗性が低下する。一方ＭｏＳ2 の平均粒径
が４０μｍを超えると、オイル潤滑下では油膜より表面
が粗くなりやすくなり摺動特性が劣る。
【００１４】グラファイトは平均粒径は０．３〜１０μ
ｍであることが好ましい。平均粒径が０．３μｍ未満で
は、粒径が小さいため脱落しやすく摺動特性が低下す
る。一方グラファイトの平均粒径が１０μｍを超える
と、ドライ潤滑下での摺動特性が不良になり、かつグラ
ファイト粒子の層内密着性が不十分になる。なお、Ｍｏ
Ｓ2 及びグラファイト粒子の平均粒径の測定にはレーザ
ー回折式粒度分布測定器（例えば日本電子社製品ＨＥＬ
ＯＳ型測定器）を使用して行うことができる。
【００１５】平均粒径を変化させたＭｏＳ2 及びグラフ
ァイトを分散させた摺接層を有し、これ以外は後述の実
施例１（アルミ基材（１））と同じ条件の斜板の耐焼付
性を実施例１の方法で測定した結果を表１に示す。表１
よりＭｏＳ2 及びグラファイトの平均粒径が耐焼付性に
影響を与えることが分かる。
【００１６】
【表１】 ＭｏＳ2 平均粒径 グラファイト平均粒径 焼付時間 （μｍ） （μｍ） （分） １ ２ ４ ４０ ２ １００ ４ ５０ ３ ２０ ０．１ ２０ ４ ２０ ２０ ３０ ５ ２０ ４ １８０以上
【００１７】摺接層の表面に発生する摩擦熱や摩擦力に
より発生する剪断応力に対して摺接層が対抗するために
は膜厚がある程度以下である方が基材による固定作用の
面で有利であり、一方過度に膜厚が薄いと下地の中間層
が簡単に露出するのみならず、低荷重域から高荷重域へ
の樹脂などの転送効果が期待できない。ここで、膜厚を
中間層の平均的粗さの頂点を基準として表すと０μｍで
あっても、下地粗さが粗い場合は十分な対抗力が得られ
る。具体的には基材の粗さが２μｍＲｚ以上の場合は摺
接層の厚さは０〜２５μｍが好ましい。基材の粗さが２
μｍＲｚ未満の場合は摺接層の厚さは２〜２５μｍが好
ましい。摺接層の好ましい厚さは６〜１２μｍである。
【００１８】さらに摺接層の上記の対抗力が十分に高く
なり、また油膜の形成を容易にするためには、表面粗さ
がある程度以下であることが好ましい。具体的には摺接
層の表面粗さは２５μｍＲｚ以下が好ましく、より好ま
しくは１２μｍＲｚ以下であり、また過酷な高速・高荷
重条件では６μｍＲｚ以下がより好ましい。
【００１９】さらに、摺接層には、耐摩耗性を向上する
成分として、Ｓｂ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2，クレー、Ａｌ2 Ｏ3
などの内１種もしくは２種以上の硬質添加剤を好まし
くは１〜１０容量％、より好ましくは３〜８容量％で添
加することができる。また、ＰｂＯ粉末の好ましい平均
粒径は１〜５μｍである。
【００２０】続いて、摺接層の好ましい被着・形成法を
説明する。摺接層の成膜成分である、熱硬化性樹脂、固
体潤滑剤、硬質粒子の他に必要に応じて粘度調整のため
の樹脂の溶剤を混合して塗料を用意した後に、以下の方
法の何れかで膜として形成する。 スプレー塗装法（エアスプレー、エア静電塗装などの
スプレー塗装法） ベル型回転霧化型静電塗装法 スクリーン印刷法 パッド印刷法 ロール型 ディッピング、タンブリング法
【００２１】混合原料は、粘度が、の場合は３００
センチポイズ以下が、〜の場合は８００〜５０００
０センチポイズの範囲が、の場合は３０〜２００セン
チポイズの範囲が、それぞれ望ましい。上記〜の方
法で成膜した後１７０℃以上、望ましくは１９０℃以上
で焼成を行う。焼成後は摺接層の表面をダイアモンド
系、ＧＣ系などの砥石による研磨あるいはスチールウー
ル、各種繊維などによりラッピングを行う。以下、実施
例により本発明を詳しく説明する。
【００２２】以下の実施例及び比較例において基材とし
て、中間層付きもしくはなしの下記の４種類を用意し
た。 （１）アルミニウム合金（Ａ３９０）−ラップ仕上表面粗さ Ｒz ０．５１２μｍ （２）アルミニウム合金（Ａ３９０）−Ｓｎめっき（中
間層）メッキ厚さ ３μｍ基材の表面粗さ Ｒz ０．８４μｍ （３）鋼材（Ｓ１５Ｃ）−銅溶射（中間層）溶射厚さ ５０μｍ（純銅）基材の表面粗さ ＲZ ０．５〜１．６μｍ （４）鋼材（Ｓ１５Ｃ）−銅溶射（中間層）後ショット
ブラスト溶射厚さ ５０μｍ（純銅）基材の表面粗さ Ｒz ２〜１５μｍ （５）鋼材（Ｓ１５Ｃ）−浸炭（中間層）基材の表面粗さ Ｒz ２〜１５μｍ
【００２３】実施例１ 摺接層の調製及び被着は以下の方法で行った。市販のポ
リアミドイミド樹脂５０容量％、ＭｏＳ2 （平均粒径２
０μｍ）３０容量％、及びグラファイト（平均粒径１μ
ｍ）２０容量％になるように原料を用意した。なお樹脂
の溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンを原料に添加
して全体を混合し、スプレー塗装にて上記基材（２）に
被着した。その後、１９０℃にて１時間の焼成を大気中
で行い、引き続いてＧＣ砥石で表面仕上げを行い、膜厚
１０μｍ、表面粗さ５μｍＲｚの摺接層を得た。このよ
うにして基材（２）に摺接層を形成した試験片を下記条
件で焼付試験を行った。
【００２４】試験条件 試験機：３ピン／ディスクタイプ焼付試験機 荷重 ：１ｋＮ 回転数：１０００ｒｐｍ 潤滑条件：冷媒ガス（非塩素系ＨＦＣ−１３４ａ） 試験片寸法：外径φ９６ｍｍ、内径φ７５ｍｍ 相手材：ＳＵＪ２：寸法φ１４．２８ｍｍ、表面粗さＲ
ｚ０．４μｍ 温度：室温で試験を開始し、その後の昇温については測
定、制御しない。 試験結果は他の実施例及び比較例とともに表２に示す
【００２５】実施例２ 実施例１において使用した基材（２）に変えて基材
（４）を使用した他は同じ条件で試験を行った。
【００２６】実施例３ 摺接層をポリアミドイミド樹脂５０容量％、ＭｏＳ2 ３
０容量％、グラファイト１５容量％及びＰｂＯ（平均粒
径２μｍ）５容量％とした他は実施例１と同様にした。
【００２７】比較例１ 実施例１において使用した基材（２）に変えて基材１を
使用した他は同じ条件で試験を行った。
【００２８】比較例２ 実施例１において基材（２）のみの摺接層とした他は同
じ条件で試験を行った。
【００２９】比較例３ 実施例１において使用した基材（２）に変えて基材
（３）を使用し、固体潤滑剤膜を除いた他は同じ条件で
試験を行った。
【００３０】比較例４ 実施例１において使用した基材（２）に変えて基材
（５）を使用した他は同じ条件で試験を行った。
【００３１】
【００３２】実施例４ 実施例１の基材、中間層及び摺接層（但し摺接層の厚さ
は５μｍ）を施した斜板（直径９６ｍｍ）を斜板式コン
プレッサーに組み込んで耐焼付性試験を行った。試験条
件は回転数１００００ｒｐｍ，潤滑ドライ、冷媒ガス
（非塩素系ＨＦＣ−１３４ａ）であった。また、耐摩耗
性試験を、回転数７００ｒｐｍ，２０秒間運転後５秒間
停止の繰り返しの条件で１００時間行った。耐焼付性試
験の結果（４回の試験の最大・最小）を表３に、耐摩耗
性試験の結果を図２に、他の実施例及び比較例とともに
示す。
【００３３】実施例５ 実施例２の基材、中間層及び摺接層（但し摺接層の厚さ
は５μｍ）を施した斜板につき実施例４と同様の試験を
行った。
【００３４】比較例５ 摺接層を被着しない基材で実施例４と同様の試験を行
い、その結果を表３（２回の試験の最大・最小）に示
す。
【００３５】
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、基礎実験及び実機
試験により本発明による表面処理は斜板式コンプレッサ
ーのドライ潤滑条件での焼付及び摩耗に対する有効な対
策であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 斜板粗さの説明図である。
【図２】 実機における摩耗試験結果を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
１ 斜板 ２ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 郷原 千明 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 加藤 正文 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 加藤 崇行 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 片山 誠二 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 高松 正人 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルミニウムもしくは鉄基基材、主とし
    てスズ、銅もしくは金属リン酸塩からなる中間層、及び
    熱硬化性樹脂と二硫化モリブデン及びグラファイトから
    なる選択された少なくとも１種の固体潤滑剤とを含む摺
    接層を有することを特徴とする斜板式コンプレッサー用
    斜板。
  2. 【請求項２】 前記摺接層は固体潤滑剤としてさらに酸
    化鉛を含有する請求項１記載の斜板式コンプレッサー用
    斜板。
  3. 【請求項３】 前記摺接層は２０〜８０容量％の熱硬化
    樹脂と、８０〜２０重量％の固体潤滑剤からなる請求項
    １又は２記載の斜板式コンプレッサー用斜板。
  4. 【請求項４】 前記摺接層はさらにＳｂ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ
    2 ，Ａｌ2 Ｏ3 及びクレーからなる群より選択される少
    なくとも１種の硬質添加剤を含有することを特徴とする
    請求項１又は２記載の斜板式コンプレッサー用斜板。
  5. 【請求項５】 前記摺接層は、２０〜８０容量％の熱硬
    化性樹脂、８０〜２０容量％の固体潤滑剤及び０〜１０
    容量％の硬質添加剤からなる請求項４記載の斜板式コン
    プレッサー用斜板。
  6. 【請求項６】 前記二硫化モリブデンは平均粒径が３〜
    ４０μｍであり、又前記グラファイトは平均粒径が０．
    ３〜１０μｍ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用斜板。
  7. 【請求項７】 前記中間層を含む基材が測定方向により
    値が変化しない無方向性表面粗さを有する請求項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用斜
    板。
  8. 【請求項８】 前記中間層を含む基材が測定方向により
    値が変わる方向性粗さを有しており、最小測定値を与え
    る測定方向が摺動方向と交差する粗さ面が斜板面積の２
    ０％以上である請求項１から６までの何れか１項の斜板
    式コンプレッサー用斜板。
  9. 【請求項９】 前記交差角度が５°以上である請求項８
    記載の斜板式コンプレッサー用斜板。
  10. 【請求項１０】 前記基材の粗さがＲｚ０．４〜２５μ
    ｍである請求項７から８までの何れか１項記載の斜板式
    コンプレッサー用斜板。
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