JPS6147985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は斜板式圧縮機に用いられるシユーに関
するものであり、特に耐荷重性，高速摺動性，耐
衝撃性，耐摩耗性に優れたシユーに関するもので
ある。 斜板式圧縮機は、例えば第１図に示すように、
シリンダブロツク１に設けられた適数個のボア２
に、ピストン３を摺動可能に嵌合し、このピスト
ン３を回転軸４に対して一定角度傾斜して固定さ
れ回転軸４と共に回転する斜板５によつて往復動
させて、気体の圧縮を行なうものであり、最近カ
ークーラーの冷媒圧縮機等に広く使用されてい
る。 斜板式圧縮機においては、斜板５からピストン
３への動力（ピストン３を往復動させる動力）の
伝達は、一般にシユー６とボール７とによつて行
なつているが、従来はこのシユーの材料として
は、20wt％のシリコンと極く少量のマンガンお
よび銅とを含むアルミニウム合金の鋳造品、また
は10wt％のアルミニウムおよび3.5wt％の鉄を含
み不純物が0.5wt％以下である銅合金の引抜材等
が使用されていた。しかしこれらは生産性が悪く
また材料が高価であり、しかも高負荷および衝撃
に弱い欠点を有していた。 この欠点を解消するために本発明者等は先に、
鋼を基材とし特に摺動の激しい斜板との摺動面に
銅合金の焼結体を固着せしめたシユーを開発し
た。このシユーが高負荷および衝撃に強く、また
高速の摺動にさらされる斜板との摺動面において
極めて優れた高速摺動性、耐摩耗性および耐焼付
性を有することは既に認められているが、ボール
との摺動面においてはこれらの性能がやや不足で
あり、特に潤滑不足に陥り易い低速回転時には摺
動面の異常に急速な摩耗やボールとの焼付が発生
し易い欠点を有することがその後の実験によつて
判明した。 本発明はこの欠点を除去し、斜板側摺動面のみ
ならずボール側摺動面においても、充分に良好な
摺動特性を有するシユーを提供することを目的と
してなされたものであり、本発明に係るシユーの
特徴は、基材が鋼から成り、その基材の斜板との
摺動面である平面に少なくとも鉛およびすずを含
有する銅の焼結合金ライニングが施される一方、
ボールとの摺動面である球状凹面に、銅、銅合
金、亜鉛、亜鉛合金、ニツケルおよびクロムから
選ばれた一種類の金属の単独メツキ、またはこれ
らの複数種類を重ね合わせた複層メツキ、または
これらを複数種類混合した混合メツキが、２〜20
μの厚さに施されるとともに、そのメツキ層が所
定形状の雄型の押圧によつて平滑化されているこ
とにある。 本発明に係るシユーは例えば、鋼基材の一面に
焼結合金ライニングを施し、他面に下穴を形成
し、その下穴の内面に上記三種類のメツキのいず
れかを施した後、その下穴に所定形状の雄型を圧
入することによつて製造し得る。メツキを施した
下穴に雄型を圧入すればメツキ層の表面（球状凹
面）が正確に所定の形状の平滑面となり、しかも
メツキ層および鋼基材の表層部に加工硬化が生じ
る。 本発明に係る鋼製シユーの斜板側摺動面のライ
ニングとしては、2.5〜12.1wt％の錫と7.0〜
25.0wt％の鉛とを含み残部が実質的に銅である焼
結体が特に好適に使用される。 ボール側摺動面である球状凹面のメツキ層は厚
さが２μ未満であれば初期摩耗によつて鋼基材が
露出する恐れがあつて実用に供し難い。また20μ
を超える厚さのメツキ層を形成することは製作コ
ストの上昇を来す割に効果が薄く、むしろメツキ
層を通して摺動表面に表われる鋼基材の優れた機
械的性質（硬度、強度等）を有効に利用するため
にメツキ層があまり厚くない方が良いのである。 このメツキは例えば脱脂→水洗→酸洗→水洗→
メツキという通常の工程によつて行い得る。メツ
キとしては銅、銅合金、ニツケル、クロム、亜
鉛、亜鉛合金等の単独メツキの採用も可能である
が、先ずニツケル、クロム等鋼にメツキし易い金
属をメツキした後、銅等のメツキを行なう二層メ
ツキが被覆層の耐剥離性を向上させる観点から推
奨される。また銅とニツケル、銅とニツケルとク
ロム、亜鉛と銅等の混合メツキの採用も可能であ
る。メツキによる被覆層形成法は、厚い被覆層を
得るのには不適当であるが、全体に均一な厚さの
被覆層を形成することが容易であるため、被覆層
厚さが比較的薄い場合にも使用時に鋼基材が部分
的に露出することを防止し得る利点を有してい
る。 以上要するに本発明に係るシユーは、硬度、強
度、剛性等機械的性質が優れ、しかも安価な鋼を
基材としながら、最も激しい摺動にさらされる斜
板側摺動面には極めて優れた摺動特性を有する銅
系の焼結合金ライニングを施こし、ボール側摺動
面には銅等のメツキを施した上、雄型の押圧によ
りメツキ層表面の平滑度を向上させたものであ
る。 摺動条件は過酷であるが平面であるために焼結
合金ライニングの形成が容易な斜板側摺動面と、
焼結合金ライニングの形成は困難であるが斜板側
摺動面に比較すれば摺動条件が緩やかであるボー
ル側摺動面とのそれぞれの特性に注目してなされ
たこの発明は、耐荷重性，耐衝撃性等機械的性能
に優れ、かつ斜板側およびボール側の両摺動面に
おいて耐摩耗性，耐焼付性等摺動性能に優れ、し
かも安価なシユーを提供するものである。 また、ボールとの摺動面を形成するメツキ層に
雄型を押圧することによつてメツキ層表面を平滑
化したものであるため、斜板式圧縮機の使用初期
におけるシユークリアランスの急激な増大を回避
し得る効果を奏する。メツキされたままの表面に
は微小な凹凸が存在するものであり、そのままで
シユーを斜板式圧縮機に組み込んだ場合には使用
初期にボールによつて微小な凸部が押し潰され、
また、局部的な摩耗が速やかに進行することとな
つて、シユークリアランスが急激に大きくなり、
圧縮機の運転時にピストン，ボール，シユーおよ
び斜板が互いに衝突することによつて発生する騒
音が圧縮機が未だ新いうちにある程度の大きさに
なつてしまつて商品価値を低下させるのである
が、メツキ層表面の微小な凸部を予め押し潰して
おけばそのような事態の発生を回避することがで
き、使用初期における運転騒音の増大を抑制し得
るのである。 同じ理由で、シユー寿命の延長効果も得られ
る。シユークリアランスが増大して運転騒音が一
定レベルに達すればシユーの交換が必要となり、
それによつてシユーの寿命が決まるのであるが、
使用初期におけるシユークリアランスの急激な増
大を回避することができれば、それだけシユーの
寿命が長くなるのである。 また、雄型の押圧に伴つて生ずるメツキ層およ
び基材表層部の加工硬化によりシユーの耐摩耗性
並びに耐変形性が向上することによつてもシユー
の寿命が長くなる効果果が得られる。その結果、
従来しばしば行なう必要のあつたシユーの交換が
殆んど不用となり、斜板式圧縮機の信頼性が著し
く向上させられるものである。 以下本発明のいくつかの実施例を示す。 （実施例 １） 第２図に本発明の第一の実施例であるシユーの
縦断面を拡大して示す。図において１１は鋼基材
であり、鋼基材１１の一面には銅合金の焼結体層
（以後単に焼結銅合金層という）１２が固着させ
られて斜板側摺動面１３を形成し、他面に設けら
れた球状凹面１４はメツキ層１５によつて被覆さ
れている。 鋼基材は冷間圧延鋼板SPCC（炭素含有量0.08
〜0.15％）から製造されたものである。銅合金焼
結体は、2.5〜12.1wt％のすずと7.0〜25.0wt％の
鉛とを含み残部が実質的に銅である焼結体であつ
て、これらを所定比率で含む合金紛末を鋼基材１
１上にのせ、還元雰囲気中で780℃にて約20分間
加熱して焼結体層を得、後述する球状凹面形成加
工の後に表面を研削加工したものであり厚さは
0.1〜0.5mmである。この焼結銅合金層１２が優れ
た高速摺動性，耐摩耗性，耐焼付性等を有するこ
とは実験によつて確認されている。 一方、メツキ層１５は鋼基材の一面に、第５図
に示すような逆円錐形の下穴１７を設け、この下
穴１７の内周面に第１表に示すような種々のメツ
キを施した後、雄型２０の球面部２１を平面部２
２が鋼基材１１の上面に当接するまで圧入して球
状凹面を成形したものである。

【表】 なお、球状凹面１４は正確な球面ではなく、正
確な球体であるボールと第２図において矢印Ａで
示す付近においてのみ接触し、それより上方にお
いても下方においても接触しない形状とされてい
る。この状態を極端に誇張して示せば第３図のよ
うであり、このようにすることによつてボール７
がシユー６に対して矢印の方向へ回転する場合
に、いわゆる楔効果によつて潤滑油が矢印で示す
ようにボール７とシユー６との摺動面に供給され
る利点が得られ、しかもボール７は比較的長い接
触線（実際には一定の巾を有する）において接触
するため、接触面圧を低くし得る利点も生ずる。
接触面圧を低くすることは、メツキ層１５が比較
的硬度の低いものであるだけに重要なことであ
る。 ただしメツキ層１５の硬度が低いとは言つて
も、その厚さが20μ以下で薄いため、硬度を始め
とする鋼基材１１の機械的性質がメツキ層１５を
通して摺動面（球状凹面１４）に影響を及ぼし、
摺動面はメツキ層１５の優れた摺動特性と鋼基材
１１の優れた機械的性質（硬度，強度等）とを兼
ね備えることとなる。 上記シユーを実際にカークーラの冷媒を圧縮す
る斜板式圧縮機に装着して実機試験を行つた。こ
の時の試験条件を第２表に示し、試験結果を第４
図に示す。ただし、第２表中回転数毎分648回転
というのは、実用上最低の回転数であつて、摺動
面の潤滑が不足となりシユーにとつては最も苛酷
な条件である。

【表】 第４図から明らかなように試験は300時間行わ
れたが、比較のために試験したメツキなしの場合
（試料No.12）が最も摩耗が激しく、鉛をメツキし
た場合（試料No.11）にはある程度の効果は得られ
るが十分ではないのに対して、少なくともボール
と直接接触する表層部が銅，ニツケル，亜鉛から
成るか、またはこれらの一を主体とするメツキ層
はいずれも優れた耐摩耗性を有しており、本発明
のシユーの優秀さを如実に示している。 （実施例 ２） 前記実施例と同様の方法で、メツキ厚さが、２
μ，４μ，10μ，20μと異なる銅メツキ層を有す
るシユーを製作し、前掲第２表に示した条件で実
機試験を行なつた。その結果を第６図に示すが、
メツキ厚さが２μである場合には、メツキ厚さが
４μ以上の場合に比較してやや急速に摩耗が進行
している。これは初期の摩耗によつて部分的に鋼
基材が露出してしまうためであると考えられる
が、それでもメツキを全く行なわない場合（第６
図参照）に比較すれば、遥かに優れた耐摩耗性を
有しているのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象であるシユーを含む斜板
式圧縮機の一例を示す縦断面図である。第２図は
本発明の一実施例を示す拡大縦断面図である。第
３図は第２図に示したシユーのボールに対する接
触の状況を誇張して示す説明図である。第４図は
メツキの種類を変えて製造したシユーの耐摩耗試
験の結果を示すグラフである。第５図は本発明の
実施例であるシユーの製造方法を示す説明図であ
る。第６図は銅メツキ層の厚さを変えて第５図の
方法で製作したシユーの耐摩耗試験の結果を示す
グラフである。 ５：斜板、６：シユー、７：ボール、１１：鋼
基材、１２：銅合金の焼結体層（焼結銅合金
層）、１３：斜板側摺動面、１４：球状凹面（ボ
ール側摺動面）、１５：メツキ層、１７：凹部
（下穴）、２０：雄型、２１：球面部、２２：平面
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ内に摺動可能に嵌合されたピストン
   を、回転軸に対して一定角度傾斜して固定された
   斜板の回転によつて往復動せしめて気体を圧縮す
   る斜板式圧縮機において、前記ピストンの凹部に
   嵌装されたボールと前記斜板との間に挿入される
   シユーにして、基材が鋼から成り、該基材の前記
   斜板との摺動面である平面に少なくとも鉛および
   すずを含有する銅の焼結合金ライニングが施され
   る一方、前記ボールとの摺動面である球状凹面
   に、銅、銅合金、亜鉛、亜鉛合金、ニツケルおよ
   びクロムから選ばれた一種類の金属の単独メツ
   キ、またはこれらの複数種類を重ね合わせた複層
   メツキ、またはこれらを複数種類混合した混合メ
   ツキが、２〜20μの厚さに施されるとともに、該
   メツキ層の表面が所定形状の雄型の押圧によつて
   平滑化されていることを特徴とする斜板式圧縮機
   用シユー。 ２ 前記球状凹面のメツキ層が鋼基材に直接メツ
   キされたニツケルまたはクロムの下地メツキ層
   と、該下地メツキされた銅または亜鉛のメツキ層
   とから成る二層メツキ層である特許請求の範囲第
   １項記載のシユー。 ３ 前記焼結合金ライニングが2.5〜1.2Wt％のす
   ずと7.0〜25.0Wt％の鉛とを含有するものである
   特許請求の範囲第１項または第２項記載のシユ
   ー。