JPS63147976A

JPS63147976A - 斜板式運動変換装置

Info

Publication number: JPS63147976A
Application number: JP62297630A
Authority: JP
Inventors: Naotatsu Asahi; 朝日　直達; Yasushi Ouchi; 大内　康司; Tateo Tamamura; 玉村　建雄; Naonobu Kanamaru; 尚信金丸; Taku Degawa; 出川　卓; Atsushi Suginuma; 杉沼　篤; Makoto Nakayama; 誠中山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1988-06-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は回転運動を往復運動に変換する斜板式の運動変
換装置、特にカークーラー用コンプレッサに関し、該装
置の斜板用材料および斜板に接して摺動し、斜板の回転
運動をピストンに伝える摺動部材（スリッパ）の新規な
組合せに関する。

〔発明の背景〕

各種冷凍機のコンプレッサや油圧機器などにおいては回
転駆動源からの運動をビス１−ンなどの往復運動に変換
する手段として斜板型伝達機構をとるものがある。

第１図は斜板式コンプレッサの模型図を示す。

回転運動するコンプレッサシヤフＩ−１に斜めに取付け
られた斜板２とスリッパ３およびボール４とによってピ
ストン５は左右に往復運動をする。

この時、スリッパは片面をボールによって拘束され、も
う一方の面で斜板上を高速度で摺動移動する。したがっ
て斜板およびスリッパ材にはピストンを往復運動させ、
ガス体を圧縮するための機械的剛性および耐疲労強度、
耐摺動摩耗性など多くの要求がある。また信頼性を保証
するために材料品質の均一性や加工性も重要な因子であ
る。

通常の冷凍機や冷蔵庫のような冷凍サイクル用コンプレ
ッサでは、その運転は一定速度の電動機によって駆動さ
れ、冷媒と潤滑油の混合物は定常状態をもってコンプレ
ッサ内を循環する。しかしカークーラー用のコンプレッ
サの場合には極めて過酷な条件が要求され、これを満た
すことは容易ではない。すなわち、カークーラーの斜板
式コンプレッサでは、その駆動原動機がガソリンエンジ
ンまたはジーゼルエンジンであって、エンジンとベルト
で連結されている。そこでコンプレッサは、アイドリン
グ状態では回転数が６０　Ｏｒ、ｐ、ｍ、であったもの
が１発車後の急加速により１０〜２０秒後には６，０Ｏ
Ｏｒ、９８ｍ、に到達する。さらに停止状態から急速発
車し１０〜２０秒で６．００　Ｏｒ、１．ｍ、になる場
合もあり、運転の未熟な場合にはいわゆる空ふかしによ
って停止状態から数秒以内番こ４，０００〜５．００　
Ｏｒ、ｐ、ｍ、までコンプレッサ回転数が急激に加速さ
れる状態のおこることもある。この場合は、スリッパは
斜板上をエンジンのアイドリング状態では２．３ｍ／ｓ
、最大回転時の６　＋　ＯＯＯｒ、ｐ、ｍ、では２３　
ｍ　／　ｓの速度で慴動運動を行ない、さらに冷媒を圧
縮するためにスリッパの受ける接触面圧はアイドリング
状態では１３０ｋｇ／ａＪ、最大回転時では４０ｋｇ／
ａ＃となる。すなわち斜板およびスリッパに要求される
条件は、圧力をｐ　（ｋｇ／ａＪ）　、速度をＶ　（ｍ
／Ｓ）とするＰｖ値であられすならば、次のようになる
。

アイドリング時＝２，３ｘ１３０＝２９０最大回転時　
　＝２３ｘ４０＝９２０このような、急激な負債変動を受けるカークーラーのコ
ンプレッサはさらに潤滑剤にフレオン冷媒とパラフィン
系やナフテン系の冷凍機油との混合物が使われるので、
潤滑剤の潤滑特性も十分ではなく、またコンプレッサの
機構上から瞬間的な加速が行われた場合に、潤滑剤の摺
動面への供給が著しく減るか、途切れることがある。そ
のため起動時には数１０秒から最悪の状態では数分間に
わたって潤滑剤の供給が不完全なままで摺動することが
ある。このような状態において斜板とスリッパおよびス
リッパとボール間で溶着焼付きを起す欠点がある。

コンプレッサの稼動中の大きな問題として騒音がある。

これは斜板とスリッパ間のギャップが最も強く影響し、
このほか、摺動面の仕上げ粗さ、構成材料のダンピング
キャパシティなどが関係する。特にギャップによる問題
が大きく、それは摩耗量。

構成材料の熱膨張係数の差によって大きく影響すること
がわかった。

従来、斜板には構造用合金鋼のニッケルクロム１　（Ｊ
ＩＳＧ４１０２）　、ニッケルクロムモリブデン鋼（Ｊ
ＩＳＧ４１０３）　、またはクロムモリブデン鋼（ＪＩ
ＳＧ４１０５）を用い、スリッパとの摺動面には浸炭焼
入を行ない硬化させている。スリッパにはりん青銅、２
０重量％シリコン−アルミニウム系合金鋳物、銅−亜鉛
合金などが用いられ、一般には２０％シリコン−アルミ
ニウム系合金鋳物が用いられている。

ボールには高炭素クロム鋼、（ＪＩＳＧ４８０５）が用
いられている。ピストンにはアルミニウム−シリコン系
合金鋳物（ＪＩＳＡＣａＡ）が使用されている。

斜板が合金鋼の場合にはその熱膨張係数が１０〜１２Ｘ
１０−４で、ピストンのアルミニウム−シリコン系合金
鋳物の約２０Ｘ１０−％に比較して熱膨張係数が著しく
小さく、従って１両者間の熱膨張係数の差違が非常に大
きいために稼動中の温度上昇とともに活動面のギャップ
が大となり騒音が発生する欠点がある。また、スリッパ
材が２０％シリコン−アルミニウム系合金鋳物では組織
中に大型の初品のシリコンが晶出しているので切削性が
悪く、そのため仕上げ面が粗くなり騒音を増長する。ま
たりん青銅では耐摩耗性が低く、すぐにギャップが大き
くなって騒音が発生する。

他の大きな問題としては、ピストンの往復運動に基づく
斜板又はスリッパの割れの問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は騒音が小さく、且つ強度および耐摩耗性
が優れ割れにくい斜板式運動変換装置を提供することで
ある。

〔発明の概要〕

本発明は回転シャフトと、そのシャフトの軸方向に対し
て傾斜して固定された斜板と、その両側に接して摺動す
る摺動部材と、その摺動部材を介してシャフトの回転運
動を往復運動に変換するピストンとからなり、前記ピス
トンがアルミニウム−シリコン系合金鋳物により構成さ
れている斜板式運動変換装置において、摺動部材はシリ
コンを８〜１８重量％含有し、塑性加工によって共晶シ
リコン粒径を５μｍ以下の平均粒径としたアルミニウム
−シリコン系合金からなり、且つ斜板材とピストン材と
の熱膨張係数の差違が２０％以下である斜板式運動変換
装置に関するものである。

本発明は、従来装置（ピストン材としてアルミニウム−
シリコン系合金鋳物が用いられ、また斜板用材として低
合金鋼が用いられている）の騒音が大きいのは１両者の
熱膨張係数の差違が大きいことによるという事実の発見
による。上記熱膨張係数の差違が２０％を越えるときに
、急激に騒音が大きくなることが、多くの実験により確
かめられた。

更に本発明は、アルミニウム−シリコン系合金鋳物製の
スリッパが、ピストンの往復運動時の圧縮によって非常
に割れ易いという事実の発見に基づく。鋳造欠陥がある
と耐疲労強度が著しく低下して割れ易くなること、塑性
加工して鋳造欠陥をなくすことにより耐疲労強度が向上
し割れにくくなることを見出した。

本発明においては、特に摺動部材として熱膨張係数が約
２０Ｘ１０１を有し、重量でシリコン８〜１８％、銅１
〜４％、マグネシウム０．１〜０．６　　％、残部アル
ミニウムおよび不純物からなる化学成分を有し、かつ塑
性加工を受は共晶シリコン粒が５μｍ以下の平均粒径を
有する合金を用いるのが適している。この材料は１強度
が高くピＡＱ合金は粒界内部摩擦が大きいため振動減衰
能が大きく騒音を低減する効果が大きい。そのため摺動
部材として効果が大きい。

シリコンは耐摩耗性、加工性の点から８重量％以上必要
とするが、１８重量％を越すと初品のシリコン結晶が増
えて、靭性、加工性を低下させるので上限としては１８
重重量である。シリコン量が２０重量％にもなると初晶
シリコンが角状且つ粗大に晶出するため塑性加工できな
くなり且つ鋳造欠陥も多くなる。このため塑性加工した
場合には初晶シリコンの部分で割れが生ずる。このよう
に割れを生じたものを切削加工すると初晶シリコンがむ
しりとられ脱落して穴ができ、ここに摩耗粉がたまる。

この摩耗粉の堆積により相手材が傷つけられ仕上げ面が
粗くなって騒音が生ずる。

以上のことからシリコン量が２０重量％にもなると塑性
加工せずに鋳物で用いなければならず、角状で粗大な初
晶シリコン及び細く長い共晶シリコンが存在するため、
切削性が悪く仕上げ面が粗くなって騒音が生じる。しか
も！５造欠陥による強度低下が避けられず、ピストンの
往復運動時の圧縮によって割れを生じ易い。シリコン量
が１８重量％以下のものは初晶シリコンが微細になり塑
性加工しても割れが生じないことを多くの実験により確
認した。しかも塑性加工によって強度が向上し、ピスト
ンの往復運動に基づく圧縮によっても割れにくくなるこ
とを確認した。本発明では、銅およびマグネシウムを部
材の機械的性質を保証するために含有することが好まし
い。この場合、銅は強度、耐摩耗性の点から１重量％以
上とし、合金素材鋳造時の割れ防止の点から４重量％以
下とする。マグネシウムは強度増大の点から０．１　重
量％以上とし、靭性、加工性の点から０．６　重量％以
下とする。このような組成範囲のアルミニウム−シリコ
ン合金の溶湯を５℃／秒以上の溶湯の冷却速度で急冷凝
固させることによって初品のシリコン粒を５μｍ以ドの
平均粒径に微細化し、さらにこれを塑性加工することに
よって、共晶組織のシリコン粒径を平均粒径５μｍ以下
とすることができる。ついで必要に応じて焼入れ、焼鈍
、焼戻し等の熱処理を施し、製品に加工する。

シリコン粒径を５μｍ以下の平均粒径として結晶粒を微
細にすることにより、内部摩擦を更に高めることができ
る。このように結晶粒を微細にすることにより、耐摩耗
性及び加工性も高まる。

斜板は強度と耐摩耗性を必要としている。前述したよう
な冷却速度と加工条件でシリコン粒を微細に分散させた
のち熱処理を行なった素材から機械加工によって１２造
しても使用できるが、より強靭にするには、斜板部材の
表面に対し、冷間あるいは熱間成形加工を行なってシリ
コン粒を加工方向に配列させることが好ましい。一方、
スリッパの場合は前述の素材から切削加工により製造し
たもので十分な強度が得られる。

また斜板、スリッパの表面へ耐摩耗性の合金層を被覆す
ることによって斜板とスリッパの寿命を一層向上させる
ことができる。被覆法としては、金属、セラミック、プ
ラスチックなどの溶射法。

メッキ法、イオン化メッキ法、スパッタリング。

溶接、圧接２機賊的な付着法などを用いることができる
。被膜の厚さは被膜材質によって多少異なるが約５μｍ
以上必要である。

（発明の実施例〕実施例１斜板材およびスリッパ材として重量で１１．７％シリコ
ン（Ｓｉ）、２．３％銅（Ｃｕ）、０．３％マグネシウ
ム（Ｍｇ）、０．２１　　％鉄（Ｆ　ｅ）および残部ア
ルミニウム（ＡＱ）から成委アルミニウム合金を溶解し
、連続鋳造法により直径１００■、長さ２，０００　ｍ
の鋳塊を製造した。なお鉄は不純物である。鋳塊を４０
０°Ｃに予熱し、直径１８ｎｎおよび４５ｍの素材に押
出しを行なった。

直径４５ｍｍの素材はさらに４００℃に予熱して温間鍛
造成形加工後Ｔ、Ｊ処理を行なった。その後機械仕上げ
により第１図に示す斜板を製造した。直径１８朧に押出
した素材はＴ、Ｓ処理を施し、機械加工によりスリッパ
を製造した。これらの製品を顕微鏡で観察した結果、共
晶シリコン粒は平均粒径５μｍ以下で均一に分散してい
た。その引張強さは約４５ｋｇ／＋ａｎＦｊであった。

下表に、本発明のスリッパと従来の２０重量％シリコン
−アルミニウム系合金鋳物スリッパの強度比較を示す。

スリッパに関して、ボールと組合せその破壊強度を従来
の２０％シリコン−アルミニウム合金鋳物製スリッパと
比較した。従来品ではほとんどが４〜６トンで破壊し、
なかには３トン未満で破壊するものが約１％程みられた
。本発明のスリッパはいずれも２０トン以上に耐えられ
、強度、安定性ともに著しく優れていた。

本発明のスリッパと従来のアルミニウム−シリコン系合
金鋳物スリッパについて、圧壊強度とその分布を第２図
に示す。これにより本発明のスリッパは、下限値で約１
トン高いことが明らかである。

次に本発明及び従来のスリッパを用い、さらにピストン
にＪＩＳＡＣ８Ａ合金を用いてカークーラーによる過酷
試験を行なった。

試験は起動−面圧４０ｋｇ／ａｌｔ、回転数６００゜ｒ
、９．１１１．９時間５　ｈ−面圧１００　ｋ　ｇｌａ
ｉ、回転数４００　Ｏｒ、ｐ、ｍ、、時間１０ｈ−停止
一起動一のサイクルを繰返し、２０００時間試験し、試
験開始前後における騒音をａｔｑ定した。騒音の測定は
カークーラ一本体より３０Ｃ１１離れた所で行った。

その結果、斜板としてニッケルクロム鋼を用いたもの（
ピストンとの熱膨張係数の差違４０％以上）は６０デシ
ベルであったのに対し１本発明のものは５０デシベルで
、著しくすぐれていた。また試験後の騒音は、本発明で
は試験前より約１０ホーンはど高くなっていたが、従来
材を用いたものは約２５ホーン高くなっていた。

試験後コンプレッサを分解しスリッパ、斜板の摩耗状態
を比較した。

ニッケルクロム合金鋼斜板を用いたものは、スリッパの
摺動面に引かき疵が多く、その深さはＬＯＯμｍに及ぶ
ものがみられた。

一方、本発明では疵も少なく、その深さも５０μｍ以下
であった。摩耗量をスリッパで比較すると従来品では１
０〜１５μｍであったが１本発明品では５〜８μｍで、
著しくすぐれていた。

実施例２スリッパ材として１７重量％５ｉ−１，７ｆｆｌｉ％Ｃ
ｕ−０，２０重量％Ｍ　ｇ　−Ａ　Ｑ合金を用い、実施
例１と同様の工程で素材を製造し、切削加工でスリッパ
を製造した。

斜板は実施例１と同じ組成の合金を用い、２００〜３０
０℃で鍛造後、切削加工によって製作した。

またピストンにはＪＩＳＡＣ８Ａを用いた。さらに本実
施例では斜板の両面をグリッドブラスティングしてその
表面に３重量％炭素鋼をプラズマ溶射法により約０．２
５　ｖａｎの厚さに溶射したものも製作した。またスリ
ッパも同様に斜板との摺動面にステライト合金、タング
ステンカーバイド（ＷＣ）−１２重量％コバルト（Ｃｏ
）、３重量％炭素鋼−モリブデン（Ｍｏ）をプラズマ溶
射により厚さ０．１ｍｎ溶射し、研摩により約３０μｍ
の厚さの溶射層に仕上げたものを製作した。

そして以下の組合せのものについて、実施例１と同様に
カークーラーによる過酷試験を２，０００時間行ない、
試験前後の騒音および摩耗状況を検討した。

（１）クロムモリブデン鋼（ＪＩＳＧ４１０５）を浸炭
焼入した斜板、２０重量％５ｉ−ＡＱ合金鋳物褒スリー
ツバ（２）実施例１のＡＱ−５ｉ合金製斜板、ＷＣ−１２重
量％Ｃｏ溶射した実施例２のＡＱ−３ｉ合金製スリッパ
　　− （３）実施例１のＡＱ−５ｉ合金製斜板、ステライト合
金溶射した実施例２のＡ　Ｑ　−Ｓ　ｉ合金製スリッパ（４）実施例１のへ〇−３ｉ合金製斜板、３重量％炭素
鋼−Ｍｏ溶射した実施例２のＡＱ−３ｉ合金製スリッパ（５）実施例１のＡｌ１１−５ｉ合金に３重量％炭素鋼
を溶射した斜板、実施例２のＡＱ−８ｉ合金製スリッパ以上の組合せについて試験の結果、（２）〜（５）の本
発明に係るカークーラーの騒音は５０デシベルで非常に
小さく、（１）の従来材を用いたものは６ｏデシベルで
あった。

また摩耗状況は本発明に係るものは従来材を用いたもの
より約り０％少ないことが認められた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、斜板式運動変換装置、特にカークーラ
ー用コンプレッサの騒音を著しく低下でき且つピストン
の往復運動に基づくスリッパの割れを防止できるという
すぐれた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は斜板式運動変換装置の断面構成図および第２図
はスリッパの圧壊強度と強度分布を示す特性図である。１　・回転シャツ１−５２・・斜板、３・・・スリッパ
、４・・・ボール、５・・・ピストン。

Claims

【特許請求の範囲】

１．回転シヤフトと、該シヤフト軸方向に対して傾斜し
て固定された斜板と、該斜板の両側面に接して摺動する
摺動部材と、該摺動部材を介して前記シヤフトの回動運
動を往復運動に変換するピストンとからなり、前記ピス
トンがアルミニウム−シリコン系合金鋳物により構成さ
れている斜板式運動変換装置において、前記摺動部材は
シリコンを８〜１８重量％含有し、塑性加工によつて共
晶シリコン粒径を５μｍ以下の平約粒径としたアルミニ
ウム−シリコン系合金からなり、且つ前記斜板用材料と
前記ピストン材料との熱膨張係数の差違が２０％以下で
あることを特徴とする斜板式運動変換装置。
２．特許請求の範囲第１項において、前記摺動部材は重
量でシリコン８〜１８％，銅１〜４％，マグネシウム０
．１〜０．６％，残部アルミニウムおよび不純物よりな
る化学成分を有し、塑性加工によつて共晶シリコン粒径
を５μｍ以下の平均粒径としたアルミニウム−シリコン
系合金からなることを特徴とする斜板式運動変換装置。