JPH0783165A - 斜板式圧縮機の摺動構造 - Google Patents

斜板式圧縮機の摺動構造

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JPH0783165A
JPH0783165A JP5249890A JP24989093A JPH0783165A JP H0783165 A JPH0783165 A JP H0783165A JP 5249890 A JP5249890 A JP 5249890A JP 24989093 A JP24989093 A JP 24989093A JP H0783165 A JPH0783165 A JP H0783165A
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hard carbon
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健太郎 庄
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12Coating

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摺動特性を低下させずに軽量化とコスト削減
とを図る。 【構成】 シュー19,20を軸受鋼で形成し、シュー
19,20の斜板側摺動面に非晶質硬質炭素膜を被覆し
た。非晶質硬質炭素膜はアルミニウム系材料との摩擦係
数が格段に低いので、代替冷媒使用時においても焼き付
きや異常摩耗を起こしにくい。また、非晶質硬質炭素膜
の成膜温度が160゜C程度と低いため、成膜後の後処
理が不要であり、作業が簡単である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、斜板式圧縮機の摺動
構造に関し、特に軽量化とコスト削減を図り得る斜板式
圧縮機の摺動構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車部品の軽量化が押し進めら
れ、冷媒圧縮機も鉄系合金からアルミ系合金へと材料の
変更が進んでいる。ただ、冷媒圧縮機においては、アル
ミ系材料は耐摩耗性の点で鉄系材料に劣るため、部分的
に鉄系材料を使用したり、以下のような表面処理を施し
たりしている。
【0003】例えば、第1の従来技術として、アルミ系
材料で形成された斜板やシューの表面を陽極酸化被膜で
覆い、更にその陽極酸化被膜の表面に鉛、インジュウム
又は錫等によるメッキ層を形成したものがある(特開平
4−180599号公報)。
【0004】第2の従来技術として、高シリコンアルミ
ニウム合金の斜板の表面を陽極酸化被膜で覆い、更にそ
の陽極酸化被膜の表面に二硫化モリブデン等の固体潤滑
剤層を形成したものがある(特開平5−10513号公
報)。
【0005】第3の従来技術として、シューに軸受鋼を
用い、その表面にCrN 等の硬質イオンプレーティング被
膜を形成したものがある(特開平1−130074号公
報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、代替冷媒
(例えばHFC-134a)への変更に伴う摺動環境の悪化によ
り上述の表面処理では、焼き付きや異常摩耗など摺動特
性の低下を招くという問題があった。
【0007】また、斜板又は斜板とシューとの両方に表
面処理を行う場合、表面処理すべき面積が大きいためコ
ストが高くなるという問題があった。
【0008】更に、軸受鋼のシューの表面に硬質イオン
プレーティング被膜を形成したものでは、成膜温度(40
0 〜600 ゜C )が軸受鋼の焼戻し温度(180 ゜C )を越
えるため、成膜後に焼入れ、焼戻しの操作を行わなけれ
ばならず、作業が煩雑であるという問題がある。
【0009】また、更に軽量化を進めるためにシューを
高シリコンアルミニウム合金で形成することも考えられ
るが、この場合には強度及び耐摩耗性の高いコーティン
グで被覆する必要がある。
【0010】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は摺動特性を低下させずに軽量化と
コスト削減とを図り得る斜板式圧縮機の摺動構造を提供
することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項1記載の発明の斜板式圧縮機の摺動構造は、複
数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、このシ
リンダブロック内で回転軸により回転する斜板と、前記
シリンダボアに摺動可能に収容されたピストンと、この
ピストンと前記斜板との間に介在されたシューとを備
え、前記斜板の回転に応じて前記ピストンが前記シリン
ダボア内を往復運動する斜板式圧縮機において、少なく
とも前記シューの摺動面に非晶質硬質炭素膜を被覆し
た。
【0012】また、請求項2記載の発明の斜板式圧縮機
の摺動構造は、前記シューを軸受鋼で形成した。
【0013】更に、請求項3記載の発明の斜板式圧縮機
の摺動構造は、前記シューを高シリコンアルミニウム合
金で形成した。
【0014】また、請求項4記載の発明の斜板式圧縮機
の摺動構造は、前記非晶質硬質炭素膜の厚さを2〜20
μmにした。
【0015】
【作用】シューの摺動面に非晶質硬質炭素膜を被覆した
が、非晶質硬質炭素膜はアルミニウム系材料との摩擦係
数が格段に低いので、代替冷媒使用時においても焼き付
きや異常摩耗が起こりにくい。また、非晶質硬質炭素膜
の成膜温度が160゜C程度と低いため、成膜後の後処
理が不要であり、作業が簡単である。
【0016】また、シューを高シリコンアルミニウム合
金で形成し、摺動面に非晶質硬質炭素膜を被覆すること
により、軽量化と併せて耐摩耗性、フリクションロスの
低減を図り得る。
【0017】更に、非晶質硬質炭素膜の剥離による焼き
付きを防ぐために膜厚を2〜20μmにすることが好ま
しい。これにより相手材の初晶シリコンの脱落、突出等
による非晶質硬質炭素膜の剥離を防ぐことができる。
【0018】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0019】図1はこの発明の一実施例に係る摺動構造
を備えた斜板式圧縮機の縦断面図である。
【0020】フロント側のシリンダブロック1とリヤ側
のシリンダブロック2とは互いに対向接合されている。
接合されたシリンダブロック1,2の一端にはバルブシ
ート3を介してフロントヘッド4が固定され、他端には
バルブシート5を介してリヤヘッド6が固定されてい
る。
【0021】シリンダブロック1,2の中心には駆動軸
7が配設され、この駆動軸7には斜板8が固定され、駆
動軸7及び斜板8はベアリング9,10により回転可能
に支持されている。斜板8はアルミニウム若しくは高ア
ルミニウム合金で形成され、シリンダブロック1,2の
接合部に形成された斜板室37に収容されている。
【0022】シリンダブロック1,2には3個のシリン
ダボア11が設けられている。各シリンダボア11は駆
動軸7に平行であって、駆動軸7を中心とする円周上に
所定間隔おきに配置されている。シリンダボア11内に
はピストン12が摺動可能に収容されている。
【0023】ピストン12は、円筒部12a,12b
と、円筒部12a,12bを一体に連結するブリッジ部
12cとで構成されている。互いに対向するピストン1
2の円筒部12a,12bの内壁面31,32には凹面
部33,34が形成され、円筒部12a,12bの内壁
面31,32とブリッジ部12cの内壁面35とで形成
される空間に斜板8の一部が入り込んでいる(図1参
照)。斜板8は、凹面部33,34に摺動可能に収容さ
れたシュー19,20を介して回転可能に挟持されてい
る。
【0024】シュー19,20は軸受鋼(SUJ2)でほぼ
半球体状に形成され、シュー19,20の斜板側摺動面
19a,20aには非晶質硬質炭素膜が被覆されてい
る。非晶質硬質炭素膜はシリコン又はシリコン及び窒素
を含み、イオンプレーティング、プラズマCVD等によ
り合成される。成膜温度を低くできることから高周波プ
ラズマCVDによる成膜が好ましい。また、非晶質硬質
炭素膜の厚さは2〜20μmである。
【0025】シリコンを含有する非晶質硬質炭素膜の厚
さは、摺動面の間に異物が侵入しても摩耗及び剥離しに
くいという観点から、4〜15μmの範囲にする。4μ
m未満では十分な耐摩耗性が得られず、15μmを越え
ると剥離が起き易くなる。また、窒素及びシリコンを含
有する非晶質硬質炭素膜の厚さは、同様に、摺動面の間
に異物が侵入しても摩耗及び剥離しにくいという観点か
ら、2〜20μmの範囲にする。2μm未満では十分な
耐摩耗性が得られず、20μmを越えると剥離が起き易
くなる。
【0026】バルブシート3,5には吸入口3a,5a
及び吐出口3b,5bが設けられており、吸入口3a,
5aを介して圧縮室21,22と吸入室23とが連通
し、吐出口3b,5bを介して圧縮室21,22と吐出
室24とが連通する。吸入口3a,5aには吸入弁2
5,26が、吐出口3b,5bには吐出弁27,28が
それぞれ取り付けられている。吐出弁27,28の変形
量は弁押さえ29,30によって規制される。
【0027】次に、この実施例の斜板式圧縮機の作動を
説明する。
【0028】駆動軸7が回転すると、斜板8も一体に回
転する。斜板8の回転によりピストン12が往復運動す
る。ピストン12が圧縮室21側で下死点に位置すると
き、この位置から斜板8が1/2回転すると、ピストン
12が図1に示す位置に移動し、圧縮室21側では吸入
行程が完了し、圧縮室22側では圧縮行程が完了する。
この状態から斜板8が更に1/2回転すると、逆に圧縮
室22側で吸入行程が完了し、圧縮室21側で圧縮行程
が完了する。
【0029】吸入行程では吸入弁25,26が開いて、
吸入口3a,5aを通じて吸入室23から圧縮室21,
22へ冷媒ガスが流入する。圧縮行程では圧縮室21,
22内で圧縮された冷媒ガスが吐出弁27,28を開
き、吐出口3b,5bを通じて圧縮室21,22から吐
出室24へ冷媒ガスが吐出される。
【0030】この実施例の斜板式圧縮機によれば、シュ
ー19,20の斜板側摺動面19a,20aに非晶質硬
質炭素膜を被覆したので、非晶質硬質炭素膜の成膜温度
が160゜C程度と低いため成膜後の後処理が不要であ
り、作業が簡単であるとともに、表面処理すべき面積が
小さく、コスト低減を図ることができる。また、非晶質
硬質炭素膜はアルミニウム(好ましくは高シリコンアル
ミニウム合金)との摩擦係数が格段に低いので、代替冷
媒使用時においても焼き付きや異常摩耗を起こしにく
い。
【0031】この実施例では、図2に示す高圧雰囲気摩
耗試験機を用い、代替冷媒(HFC134a+冷凍機油)中で、
後述の4つの組合せについて面圧をステップ的に上げて
面圧と摩耗トルクから摩擦係数を求めた。
【0032】試験条件;一定摩擦荷重時間2min、昇
圧面圧3,2MPa/ステップ、昇圧時間1min、回
転数・周速1000rpm、0,84m/sec 図3に示すように、粉末押出し製高シリコンアルミニウ
ム合金(ASCM)並びに軸受鋼(SUJ2)に非晶質硬質炭素
膜(膜厚:4μm 成膜条件:原料ガス=エチレン+TM
S 反応圧力=0.53Pa 投入電力=150W)と、粒径10〜
30μmの初晶シリコンを含む高シリコンアルミニウム合
金(A390)との摩耗試験結果から、片側の高シリコンア
ルミニウム合金(ASCM)をコーティングするだけで
非常に低い摩擦係数(0.03程度)が得られた。また、試
験後の摺動面は非晶質硬質炭素膜側、A390側ともダメー
ジを受けた形跡は見られず、摩耗量も検出限度外(0.00
1g以下)であった。
【0033】一方、粒径10〜30μmの初晶シリコンを含
む高シリコンアルミニウム合金(A390)にMoS2をコーテ
ィングしたものと、軸受鋼(SUJ2)にCrN をコーティン
グしたものとの摩耗試験では、低面圧側から非晶質硬質
炭素膜より高い摩擦係数(0.04程度)が得られた。更
に、試験後の摺動面を観察するとMoS2の部分的な剥離が
観察された。実機で予想される周速(2 〜20m/sec )で
は、高面圧になると摩滅し、焼き付きに至るものと考え
られる。
【0034】また、軸受鋼(SUJ2)にCrN をコーティン
グしたものと、表面処理を行わない粒径10〜30μmの初
晶シリコンを含む高シリコンアルミニウム合金(A390)
との摩耗試験では、面圧の低い段階で焼き付きを起こ
す。したがって、MoS2をコーティングすることにより耐
焼き付き性は向上しているものの、MoS2の耐摩耗性が低
いため高面圧で長時間摺動する場合、MoS2の摩滅により
焼き付きに至ると考えられる。
【0035】上記結果より非晶質硬質炭素膜をシュー1
9,20にコーティングすることにより耐焼き付き性、
耐摩耗性が向上するばかりでなく、斜板に表面処理を施
す必要がなくなり、コスト削減になり、更に摩擦係数の
減少によりフリクションロスが減る等の効果が得られ
る。
【0036】前述の実施例ではシュー19,20を軸受
鋼で形成した場合について述べたが、これに代え、シュ
ー19,20を高シリコンアルミニウム合金で形成し、
非晶質硬質炭素膜をシューの斜板側摺動面19a,20
a及びピストン側摺動面に被覆するようにすれば、軽量
化、耐摩耗性及びフリクションクロスの低減を図り得
る。
【0037】図4はこの発明の他の実施例に係る摺動構
造を備えた斜板式圧縮機の縦断面図である。前述の実施
例ではシュー19,20を軸受鋼でほぼ半球体状に形成
した場合について述べたが、これに代え、図4に示すよ
うに、シュー49,50を、高炭素鋼で形成された球状
のボール49a,50aと高シリコンアルミニウム合金
で形成された板状のシュープレート49b,50bとで
構成し、シュープレート49b,50bのボール側摺動
面51,52と斜板8のプレート側摺動面8a,8bと
に非晶質硬質炭素膜を被覆するようにしてもよい。
【0038】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の斜板式圧
縮機の摺動構造によれば、成膜後の後処理が不要であ
り、作業が簡単であるとともに、表面処理すべき面積が
小さく、コスト低減を図ることができる。また、非晶質
硬質炭素膜はアルミニウム系材料との摩擦係数が格段に
低いので、代替冷媒使用時においても焼き付きや異常摩
耗を起こしにくい。
【0039】また、シューを高シリコンアルミニウム合
金で形成し、摺動面に非晶質硬質炭素膜を被覆すること
により、軽量化と併せて耐摩耗性、フリクションロスの
低減を図り得る。
【0040】更に、非晶質硬質炭素膜の厚さを、2〜2
0μmにすることにより、相手材の初晶シリコンの脱
落、突出等を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施例に係る摺動構造を備
えた斜板式圧縮機の縦断面図である。
【図2】図2は高圧雰囲気摩耗試験機の概略図である。
【図3】図3は摩擦係数と面圧との関係を示す曲線図で
ある。
【図4】図4はこの発明の他の実施例に係る斜板式圧縮
機の摺動構造を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1,2 シリンダブロック 7 駆動軸 8 斜板 11 シリンダボア 12 ピストン 19,20 シュー 19a,20b シューの斜板側摺動面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のシリンダボアを有するシリンダブ
    ロックと、このシリンダブロック内で回転軸により回転
    する斜板と、前記シリンダボアに摺動可能に収容された
    ピストンと、このピストンと前記斜板との間に介在され
    たシューとを備え、前記斜板の回転に応じて前記ピスト
    ンが前記シリンダボア内を往復運動する斜板式圧縮機の
    摺動構造において、少なくとも前記シューの摺動面に非
    晶質硬質炭素膜を被覆したことを特徴とする斜板式圧縮
    機の摺動構造。
  2. 【請求項2】 前記シューを軸受鋼で形成したことを特
    徴とする請求項1記載の斜板式圧縮機の摺動構造。
  3. 【請求項3】 前記シューを高シリコンアルミニウム合
    金で形成したことを特徴とする請求項1記載の斜板式圧
    縮機の摺動構造。
  4. 【請求項4】 前記非晶質硬質炭素膜の厚さが2〜20
    μmであることを特徴とする請求項1記載の斜板式圧縮
    機の摺動構造。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6308615B1 (en) 1999-03-08 2001-10-30 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Compressor
US6640690B2 (en) 2001-04-25 2003-11-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Swash plate type compressor and shoe for the same
US6644172B1 (en) * 1999-11-26 2003-11-11 Taiho Kogyo Co., Ltd. Sliding device
JP2005076611A (ja) * 2003-09-03 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧縮機の摺動部材

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