JP4801288B2 - Swash plate for car air conditioner and its manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコン用のスワッシュプレートおよびスワッシュプレートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
カーエアコンは、圧縮して液状となった熱冷媒を急に気化することにより、周囲の気化熱を奪って自動車内を冷却するものであり、熱冷媒を圧縮するのがコンプレッサーである。カーエアコン用コンプレッサーは、自動車のエンジンから駆動力を受け、エバポレータで車内の熱を奪って、気化した低圧・高温の熱冷媒を吸入、圧縮して高温・高圧になった熱冷媒をコンデンサーに送り出す役目をしている。
【0003】
カーエアコン用コンプレッサーとしては、クランク式、ワップル式、スワッシュ式等があるが、今日最も多く使用されているのがスワッシュ式コンプレッサーである。
【0004】
ここでスワッシュ式コンプレッサーを簡単に説明する。図6はカーエアコン用コンプレッサーの要部拡大図である。
【0005】
シリンダー1内にピストン2が往復動自在に設置されており、シリンダー1はピストンにより左シリンダー室3と右シリンダー室4に分けられている。左シリンダー室3には、左吸入弁5、左吐出弁6が設置され、右シリンダー室4には右吸入弁7、右吐出弁8が設置されている。ピストン2の中央部には左ピストンシュー9と右ピストンシュー10に挟まれてスワッシュプレート11が配設されている。該スワッシュプレートは、回転軸12に対して傾斜した状態で回転軸12に取り付けられており、左右のピストンシューと摺接するスワッシュプレートの両面には左軸受合金13と右軸受合金14が接着されている。
【0006】
次にスワッシュ式コンプレッサーにおけるピストンとスワッシュプレートの関連を図7で説明する。熱媒体の吐出弁での吐出と吸入弁での吸入は小矢印で示す。また、見やすくするため、スワッシュプレートに作用する複数のピストンのうち一つのみを図示する。
【0007】
▲1▼回転軸12に傾斜して取り付けられたスワッシュプレート11が回転してピストンに接する部分が図中最左位置に達したとき、ピストン2は左ピストンシュー9に押されて左シリンダー室3を最小容積にする。このとき左吐出弁6が開放され、左シリンダー室にあった熱冷媒が吐出されるとともに、右シリンダー室4の吸入弁8が開いて熱冷媒を吸入する。
▲2▼次に、スワッシュプレート11が回転してピストン2を左方から右方に移動する。このとき右シリンダー室4の右吸入弁7と右吐出弁8が閉じられており、右シリンダー室4内の熱冷媒が圧縮されて液化される。そして左シリンダー室3の左吸入弁5が開いて熱冷媒を左シリンダー室3に吸入する。
▲3▼スワッシュプレート11が回転して最右位置に達すると、ピストン2はシリンダー1内を右方に移動し、右シリンダー室4内の熱冷媒を右吐出弁8から吐出する。このとき左シリンダー室3は容積が大きくなり左吸入弁5が開いて熱冷媒を吸入する。
▲4▼さらにスワッシュプレート11が回転してピストン2を右方から左方に移動する。このとき左シリンダー室3の左吸入弁5と左吐出弁6が閉じられており、左シリンダー室3内の熱冷媒が圧縮されて液化される。そして右シリンダー室4の右吸入弁7が開いて熱冷媒を右シリンダー室4に吸入する。
このようにしてカーエアコン用コンプレッサーでは、熱冷媒が圧縮されて液化され、それが急に吐出されて気化することにより冷却作用を呈するようになる。
【0008】
カーエアコン用コンプレッサーでは、スワッシュプレートが高速で回転し、またピストンがシリンダー室内の熱冷媒を高圧で圧縮するためスワッシュプレートにはシューが高速・高荷重の状態で摺動するようになる。従って、スワッシュプレートは、高速・高荷重に対して耐えられるような耐磨耗性、低摩擦係数等の軸受特性を有する材料でなければならない。このような軸受特性を有する材料としては、銅を主成分とし、これに錫や鉛等を少量添加した軸受合金が好適である。軸受合金だけでスワッシュプレートを作製することも考えられるが、銅合金は機械的強度が弱いため、高荷重がかかると変形してしまう。そこでスワッシュプレートとしては、機械的強度に優れた鋼板を用い、表面に軸受合金を接着して鋼板で高荷重を支えるとともに、軸受合金で軸受特性を発揮するようにしている。
【0009】
スワッシュプレートの作製時、鋼板に軸受合金を接着する方法として従来は、溶射法で軸受合金を鋼板に付着させていた。この溶射法とは、予め線状に加工した軸受合金を、プラズマアークやガス炎のような高温加熱装置で溶融させると同時に圧縮ガスで溶融した軸受合金を吹き飛ばす。圧縮ガスで吹き飛ばされた溶融軸受合金が円盤状の鋼板に当たると、溶融軸受合金は鋼板に付着して軸受合金層を形成する。この軸受合金の溶射は、鋼板の両面に行なう。その後、軸受合金層の表面に切削加工を施して所定の厚さに整える。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで溶射法で製造したスワッシュプレートは、希にではあるが、使用中にシューと軸受合金層が焼付いてしまったり、シューが軸受合金層に対して摩擦抵抗が大きくなって円滑に摺動しなかったり、さらには軸受合金層が鋼板から剥離してしまったりするという問題を発生させることがあった。
【0011】
本発明者らが上述従来のスワッシュプレートにおける問題点について鋭意研究を重ねた結果、シューと軸受合金層とが焼付きを起こしたり軸受合金層の摩擦抵抗が大きくなったりするのは軸受合金層の合金密度に起因し、また軸受合金層が鋼板から剥離するのは軸受合金層と鋼板との接着強度に起因していることが分かった。
【0012】
溶射法で製造したスワッシュプレートをスワッシュ式コンプレッサーに使用したときに、軸受合金層がピストンシューと焼付けを起こしたり摩擦抵抗が大きくなったりするのは、前述のように軸受合金層の合金密度が小さいためである。即ち、溶射法では、溶融した軸受合金が高圧ガスで吹き飛ばされるが、このとき溶融状態の軸受合金が微細化されて鋼板に当たって付着するため、次々に付着する軸受合金は微小軸受合金粒が堆積した構造となり、内部が空隙のある多孔質となっている。この多孔質となった軸受合金層を、スワッシュ式コンプレッサーのように高荷重がかかるものに使用すると、粒間の空隙がつぶれてしまい、軸受合金層上でピストンシューの軌道がわだちのような溝となり、この溝がピストンシューとの接触面積を大きくしてしまうため焼付けや摩擦抵抗を大きくしてしまうものである。
【0013】
また溶射法で製造したスワッシュプレートで鋼板と軸受合金層との接着強度が弱いのは、軸受合金層と鋼板とが単に機械的に接着しているにすぎないからである。つまり溶射法では溶融軸受合金を圧縮ガスで吹き飛ばした勢いで軸受合金を鋼板に当てるが、このとき軸受合金は鋼板に食い込み、鋼板に食い込んだ軸受合金がアンカー作用で鋼板に付着するようになる。このように金属が機械的に接着しているものは、部分的に剥離が発生すると、それが順次隣接した接着部まで波及し、ついに全体の剥離が起こってしまう。そのため溶射法で製造されたスワッシュプレートは、軸受合金層が鋼板から剥離するという問題を発生させることがあった。
【0014】
本発明は長期間にわたって焼付けや摩擦抵抗の上昇がないばかりでなく剥離が発生しにくいというスワッシュプレートおよびその製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願の第1発明は、円盤状鋼板の両面に軸受合金粉が焼結法により接着されて軸受合金層を形成しているとともに、軸受合金は合金密度が85%以上であり、しかも軸受合金内部には金属的に未接着な界面が存在していないことを特徴とするカーエアコン用スワッシュプレートである。
【0016】
また本願の第2発明は、次の工程からなるスワッシュプレートの製造方法である。
A:円盤状鋼板の片面に軸受合金粉を均一に散布する工程、
B:片面に軸受合金粉が散布された円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して軸受合金粉同士、および軸受合金と円盤状鋼板とを接着する一次焼結工程、
C:片面に軸受合金が接着された円盤状鋼板のもう一方の面に軸受合金粉を均一に散布する工程、
D:片面に軸受合金粉が焼結され、もう一方の面に軸受合金粉が散布された円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して軸受合金粉同士、および軸受合金と円盤状鋼板とを接着して円盤状鋼板に軸受合金層を形成する二次焼結工程、
E:二次焼結された円盤状鋼板をプレスして軸受合金層の多孔質の空隙を押しつぶす一次プレス工程、
F:一次プレスされた円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して押しつぶした空隙を金属的に接着させる三次焼結工程、
G:軸受合金層を所定の厚さまで切削する粗仕上げ工程、
H:粗仕上げを行なった軸受合金層の表面を円滑にする精密仕上げ工程、
からなることを特徴とするカーエアコン用スワッシュプレートの製造方法。
【0017】
本発明のスワッシュプレートは、合金密度が85%以上でなければならない。この合金密度とは、内部に全く空隙や界面のない理想的な状態の軸受合金層の容積に対して、実際の軸受合金層の容積の割合であり、合金密度が大きいほど、軸受合金内部が密になっていて、焼付が少なくなる。
【0018】
つまり焼結法では、粉状の軸受合金を使用するため、粉状の軸受合金を焼結しただけでは粉同士、粉と鋼板の接触部分だけが接着しており、その他は空隙となった多孔質となっている。このように内部に空隙が存在していると、高荷重のシューが強く当たったときに、その部分が凹んでしまう。そのため焼結法で得られた軸受合金層は、機械的に空隙をつぶしておかなければならないものである。
【0019】
また焼結した軸受合金層をこのようにプレスで押圧すると、高荷重がかかったときに軸受合金が凹むようなことはなくなるが、軸受合金層内部で剥離がおこることがある。即ち、空隙をプレスでつぶしただけでは、つぶれた部分は、密着していても、金属的に接合されてない界面となっている。この界面が、コンプレッサーの使用時に横方の力がかかると、めくれるように剥離を起してしまうものである。そこで本発明では、一次プレス後に三次焼結を行なって未接着部分を金属的に接合させるものである。
【0020】
図8は、前述スワッシュプレートの製造工程のうち、A〜Eまでの工程、即ち、二次焼結後、プレスで押圧しただけの軸受合金の顕微鏡写真(BEI)をトレースした図である。ここにおける軸受合金の合金密度は85%であった。図8で黒く写っている部分が金属的に未接着の界面である。
【0021】
図9は、前述スワッシュプレートの製造工程のうち、A〜Fまでの工程、即ち、二次焼結工程、プレス工程後に三次焼結を行なった軸受合金の顕微鏡写真(BEI)をトレースした図である。図9から明らかなように黒い部分、即ち金属的に未接着な界面が消失しており、軸受合金全体が均一な組織となっていることが分かる。ここでの軸受合金の合金密度は90%となっていた。このように合金密度が高くなったのは、一次プレスの段階では未接着の界面が存在し、この部分が完全に接着していないため、まだ完全な密状態になっていないが、三次焼結を行なったことにより、未接着の部分が金属的に接着して、さらに合金密度が高まったものと考えられる。
【0022】
図10は、合金密度と焼付時間の関係の試験結果である。この試験は、コンプレッサーの起動時を想定し、ドライスタート(無潤滑)という過酷な条件で行なった。試験条件は、斜板面圧が100Kg/cm2 、斜板周速18m/secである。この試験結果からみると、合金密度が80%では焼付時間が短いが、85%以上になると焼付時間が急激に伸びて5分を超えるようになり、カーエアコンのコンプレッサー用スワッシュプレートとして使用に充分耐えるようになる。
【0023】
本発明のスワッシュプレートは、軸受合金層の硬度がHv60以上であることが望ましい。この軸受合金層の硬度がHv60よりも小さいと、カーエアコンのように高圧でピストンを押圧するものでは、軸受合金層が変形してしまう。つまりスワッシュプレートには小面積のシューが接しながら摺動するため、軸受合金層の硬度が充分でないと、軸受合金層が変形してシューの軌道に溝ができ、シューとの接触面積を大きくしてしまうからである。その結果、スワッシュプレートは摩擦抵抗が大きくなるばかりでなく焼付きを起してしまうようになる。
【0024】
また本発明のスワッシュプレートは、円盤状鋼板と軸受合金層との間の剪断強度が130MPa以上は必要である。円盤状鋼板と軸受合金層との間の剪断強度が130MPaよりも小さいと、カーエアコンのように高速・高荷重がかかる過酷な使用条件下では、使用中に円盤状鋼板と軸受合金層とが剥離する恐れがあるからである。剪断強度を強くするためには円盤状鋼板と軸受合金粉とが金属的に接着していることが好ましい。前述のように焼結法は、両金属を金属的に接着させるため、強い剪断強度を得ることができる。
【0025】
本発明のスワッシュプレート製造方法は、円盤状鋼板と軸受合金粉との接着を焼結法で行なう。焼結法とは金属同士を接触させておいて、それらの金属の液相線温度以下の温度に加熱して、一方の金属の原子をもう一方の金属中に拡散させることにより両方の金属を接着させるものである。この加熱時、金属周辺に酸素が存在していると、金属表面が酸素で酸化して酸化膜を生成し、金属間での拡散を妨げるようになる。また金属は、高温に加熱しないまでも、大気中の酸素により表面が酸化されて酸化膜で覆われている。従って、焼結法で金属同士を接着する場合は酸素がなく、しかも酸化膜を還元除去できる還元雰囲気で行なうようにする。還元雰囲気にするには、水素ガスやアンモニア分解ガス等の還元性ガスの使用が適している。
【0026】
スワッシュプレートの製造時、軸受合金粉同士、軸受合金粉と円盤状鋼板との焼結を還元雰囲気中で800〜900℃で行なうが、この温度は鋼板と軸受合金を溶融させない温度であるとともに、還元性ガスの活性作用を発揮するのに最適な温度である。
【0027】
三次焼結後の軸受合金層は、厚さが所定の厚さとはなっていないため、旋盤のような切削装置で軸受合金層の表面を切削加工する。この旋盤での切削加工後は軸受合金層の表面にバイトの切削痕が残っており、カーエアコン用コンプレッサーに使用したとき、該切削痕がピストンシューを傷付けたり円滑な摺動を妨げたりするため、切削加工後に仕上げ加工を行なう。仕上げ加工は、バイトを使用しないローラー仕上げが適している。
【0028】
本発明のスワッシュプレートの製造方法で得られたスワッシュプレートの軸受合金層の硬度が所望の数値となっていない場合は、三次焼結後に再度二次プレス工程を入れて、軸受合金層の表面硬度を調節することもできる。二次プレスは一次プレスと同様にして行われる。
【0029】
コンプレッサーの作動状態において、圧縮工程中に生じる圧縮反力の一番強いときは、冷房能力の要求が高いときのフルストローク状態である。すなわち、冷房能力が不足しており、斜板が寝ている状態(▲1▼および▲3▼)の作動である最大圧縮時(ピストンが死点近傍位置)に負荷が一番高い。この場合、斜板に働くモーメントは、▲1▼回転による斜板自身の遠心力により発生するモーメント、▲2▼ピストンの往復慣性力により発生するモーメント、▲3▼ピストンに対しクランク室とシリンダーの圧力差によりシューを介して斜板に作用するモーメントからなる。つまり、複数のピストンから斜板の支点に働く圧力差によるモーメントの緩和によって作動し、これら▲1▼▲2▼▲3▼の支点である構成部品の周りのモーメントの釣り合いでコンプレッサーが作動し、斜板はシューに圧縮反力を持って押し付けられることは一般的である。ここで斜板がシューによってダメージを受けずに回転し続けるためには、圧縮反力により塑性変形しないことが要求され、さらに斜板とシューの摺動により斜板の焼結組織が剪断破壊をしないことも要求される。
【0030】
本実施例において、斜板の硬さは特に最大圧縮時の塑性変形と焼結の焼結分子間の締結力密度および剪断力との相関があり、硬さが高い程、圧縮時の塑性変形量は減少し、剪断力も上昇する。従って、これらを満足するために両面焼結である斜板の硬さをHv60以上とすることによって塑性変形を防止でき、かつ円滑にピストンを往復動させることが可能である。
【0031】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明のスワッシュプレートおよびその製造方法を説明する。図1ないし図4に分けて示したA〜Hは本発明のスワッシュプレートの製造方法における各工程を説明する図であり、図5は本発明スワッシュプレートの斜視図である。
【0032】
A:片面への軸受合金粉散布工程
円盤状鋼板10を図示しない回転自在な水平台に置く。スワッシュプレートをカーエアコン用コンプレッサーの回転軸に固定する中央部は軸受合金が不要となるため、鋼板10の中央に散布防止用の円柱11を載置する。その後、円柱11以外の部分に軸受合金粉12を多めに散布し、図示しない上記水平台を回転させる。このとき軸受合金粉が所定の厚さとなる位置に掻き板13を設置して、不要な軸受合金粉を掻き落とす。
B:一次焼結工程
必要部分に軸受合金粉12が所定の厚さに散布された円盤状鋼板10を焼結炉14で加熱して、軸受合金粉同士、および軸受合金粉と円盤状鋼板との焼結を行なって円盤状鋼板に軸受合金層15を形成する。このときの還元性ガスはアンモニア分解ガスを使用し、焼結温度は815℃である。
C:もう一方の面への軸受合金粉散布工程
軸受合金粉が焼結されていない鋼板10のもう一方の面に、前述の軸受合金粉散布工程と同様にして軸受合金粉12を散布する。
D:二次焼結工程
前述一次焼結工程と同様にして、軸受合金粉が散布された円盤状鋼板の二次焼結を行って円盤状鋼板に軸受合金層16を形成する。
E:一次プレス工程
両面に軸受合金層15,16が形成された円盤状鋼板をプレス台17に載置し、上方からプレスのポンチ18で押圧する。ここでのプレスは、軸受合金層内の空隙を押しつぶして合金密度を高めるために行うものである。
F:三次焼結工程
一次プレスでは軸受合金層の空隙がつぶれただけであり、つぶれた部分は横方に延びた界面となっている。この界面は、金属的接合がなされていないため、容易に剥離してしまう。そこで界面を金属的に接合させるために三次焼結を行なう。三次焼結は、前述一次焼結、二次焼結と同様の条件で行なう。
G:粗仕上げ工程
軸受合金粉の散布は、プレスを行なっても軸受合金層の所定の厚さよりも少し厚くなるようにしてある。そこでここでは、軸受合金層が所定の厚さとなるように旋盤のバイト19で軸受合金層の切削加工を行なう。
H:仕上げ工程
旋盤のような切削装置では、被切削物に切削痕が残らないようにバイトの刃先を如何なる形状にしても、必ず切削痕が残ってしまう。スワッシュプレートに切削痕が残っていると、ピストンシューが円滑に摺動することができず、焼付けや摩擦抵抗の上昇がおきてしまう。この切削痕をなくすため仕上げ加工を施す。仕上げ加工は、旋盤に取り付けたスワッシュプレートの表面をローラー20で押圧することにより、切削痕をなくすことができる。
【0033】
図5は本発明の製造方法で得られたスワッシュプレートである。スワッシュプレートSは、円盤状鋼板10の両面に軸受合金層15、16が焼結法で形成されている。円盤状鋼板10の中央部には回転軸に挿通するための穴21が穿設されており、その周囲には回転軸に固定するためのネジ穴22…が穿設されている。回転軸挿通用の穴21の周囲でネジ穴22が形成される部分には軸受合金は存在していない。
【0034】
軸受合金粉としてLBC-3(Cu-10Sn-10Pb)、円盤状鋼板としてS45Cを用い、上記製造方法により得られたスワッシュプレートと従来の溶射法で得られたスワッシュプレートの特性試験を行なった。その結果、本発明の製造方法において、プレス工程が一次プレスまでのスワッシュプレートは、軸受合金層の合金密度が90%、硬度がHv60、焼付け面圧20MPa、円盤状鋼板と軸受合金層との間の剪断強度が200MPaであった。また同じく本発明の製造方法で、三次焼結の後に二次プレスを行なったスワッシュプレートは、合金密度が95%、硬度がHv100、剪断強度が170MPa、焼付け面圧22MPaであった。一方、従来の溶射法で得られたスワッシュプレートは、合金密度が80%、硬度がHv70、剪断強度が100MPa、焼付け面圧15MPaであった。ここにおける焼付け面圧とは、スワッシュプレートの特性判定の基準であり、スラスト摩擦試験機を用いて行なう。スワッシュプレートとしての焼付面圧は、18MPa以上は必要であり、本発明の製造方法で得られたスワッシュプレートは、焼付面圧が20MPa以上であった。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスワッシュプレートは、カーエアコン用コンプレッサーのような高速・高荷重がかかる過酷な条件下においても、軸受合金層の合金密度が充分に大きいため、焼付けを起こしにくいばかりでなく摩擦抵抗も小さくできるというスワッシュプレートとしては最適な特性を有している。また本発明のスワッシュプレートは軸受合金と円盤状鋼板との接着力が非常に強いため剥離が発生しにくいという信頼性にも優れたものでもある。そして本発明のスワッシュプレートの製造方法は、カーエアコン用コンプレッサーに適した充分に大きい合金密度にすることができ、しかも高い硬度と強い剪断強度が得られることから優れた潤滑性と信頼性を有するスワッシュプレートが製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスワッシュプレートの製造工程において、円盤状鋼板の片面に軸受合金層を形成する過程を説明する図。
【図2】本発明の一実施例によるスワッシュプレートの製造工程において、円盤状鋼板のもう一方の面に軸受合金層を形成する過程を説明する図。
【図3】本発明の一実施例によるスワッシュプレートの製造工程において、円盤状鋼板の両面に形成された軸受合金層をプレスして内部の空隙を押しつぶし、その空隙を焼結法により金属的に接着させる過程を説明する図。
【図4】本発明の一実施例によるスワッシュプレートの製造工程において、仕上げ過程を説明する図。
【図5】本発明スワッシュプレートの斜視図
【図6】スワッシュ式コンプレッサーの要部の概略図。
【図7】スワッシュ式コンプレッサーの作動原理を説明する一連の図。
【図8】焼結法で二次焼結後に一次プレスだけを行なった軸受合金層の顕微鏡写真をトレースした図。
【図9】焼結法で二次焼結、一次プレス後に三次焼結を行なった軸受合金層の顕微鏡写真をトレースした図。
【図10】軸受合金層の合金密度と焼付時間との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
10 円盤状鋼板
12 軸受合金粉
14 焼結炉
15、16軸受合金層
18 プレスのポンチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a swash plate for a car air conditioner and a method for manufacturing the swash plate.
[0002]
[Prior art]
A car air conditioner suddenly vaporizes a thermal refrigerant that has been compressed to remove the heat of vaporization and cools the interior of the automobile. A compressor compresses the thermal refrigerant. Compressors for car air conditioners receive driving force from the engine of the car, take the heat inside the car with an evaporator, suck in the vaporized low-pressure and high-temperature heat refrigerant, compress it, and send the high-temperature and high-pressure heat refrigerant to the condenser I have a role.
[0003]
As a compressor for a car air conditioner, there are a crank type, a wapple type, a swash type, etc., but the swash type compressor is most frequently used today.
[0004]
Here is a brief description of the swash compressor. FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a compressor for a car air conditioner.
[0005]
A
[0006]
Next, the relationship between the piston and the swash plate in the swash compressor will be described with reference to FIG. The discharge by the discharge valve of the heat medium and the intake by the intake valve are indicated by small arrows. For ease of viewing, only one of a plurality of pistons acting on the swash plate is shown.
[0007]
(1) When the
(2) Next, the
(3) When the
(4) Further, the
In this way, in the compressor for a car air conditioner, the thermal refrigerant is compressed and liquefied, and the refrigerant is suddenly discharged and vaporized to exhibit a cooling action.
[0008]
In a compressor for a car air conditioner, the swash plate rotates at a high speed, and the piston compresses the thermal refrigerant in the cylinder chamber at a high pressure, so that the shoe slides on the swash plate in a high speed and high load state. Therefore, the swash plate must be a material having bearing characteristics such as wear resistance and low friction coefficient that can withstand high speed and high load. As a material having such bearing characteristics, a bearing alloy containing copper as a main component and adding a small amount of tin, lead or the like to this is suitable. Although it is conceivable to produce a swash plate with only a bearing alloy, a copper alloy has a low mechanical strength, and thus deforms when a high load is applied. Therefore, a steel plate having excellent mechanical strength is used as the swash plate, and a bearing alloy is bonded to the surface to support a high load with the steel plate, and the bearing characteristics are exhibited with the bearing alloy.
[0009]
Conventionally, a bearing alloy is adhered to a steel plate by a thermal spraying method as a method of adhering the bearing alloy to the steel plate during the production of the swash plate. In this thermal spraying method, a bearing alloy previously processed into a linear shape is melted with a high-temperature heating device such as a plasma arc or a gas flame, and at the same time, the bearing alloy melted with a compressed gas is blown away. When the molten bearing alloy blown off with the compressed gas hits the disk-shaped steel plate, the molten bearing alloy adheres to the steel plate and forms a bearing alloy layer. The thermal spraying of the bearing alloy is performed on both surfaces of the steel plate. Thereafter, the surface of the bearing alloy layer is cut to a predetermined thickness.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the swash plate manufactured by the thermal spraying method is rare, but the shoe and the bearing alloy layer are seized during use, or the shoe does not slide smoothly due to increased frictional resistance against the bearing alloy layer. In some cases, the bearing alloy layer may peel off from the steel plate.
[0011]
As a result of intensive studies on the problems in the above-described conventional swash plate, the inventors have found that the shoe and the bearing alloy layer are seized or the frictional resistance of the bearing alloy layer is increased. It was found that due to the alloy density, the bearing alloy layer was peeled from the steel sheet due to the adhesive strength between the bearing alloy layer and the steel sheet.
[0012]
When a swash plate manufactured by thermal spraying is used in a swash compressor, the bearing alloy layer may cause seizure with the piston shoe or increase in frictional resistance as described above. Because. That is, in the thermal spraying method, the melted bearing alloy is blown off with high-pressure gas. At this time, since the molten bearing alloy is refined and hits and adheres to the steel plate, the bearing alloy that adheres successively accumulates fine bearing alloy particles. The structure is porous with voids inside. If this porous bearing alloy layer is used for a heavy load such as a swash compressor, the intergranular gaps are crushed, and the piston shoe raceways are grooved on the bearing alloy layer. Thus, since this groove increases the contact area with the piston shoe, the seizure and frictional resistance are increased.
[0013]
Further, the reason why the adhesive strength between the steel plate and the bearing alloy layer is weak in the swash plate manufactured by the thermal spraying method is that the bearing alloy layer and the steel plate are merely mechanically bonded. In other words, in the thermal spraying method, the bearing alloy is applied to the steel plate with the force of blowing the molten bearing alloy with the compressed gas. At this time, the bearing alloy bites into the steel plate, and the bearing alloy that bites into the steel plate adheres to the steel plate by the anchor action. In the case where the metal is mechanically bonded in this way, when partial peeling occurs, it sequentially spreads to the adjacent bonded portion, and finally the entire peeling occurs. Therefore, the swash plate manufactured by the thermal spraying method sometimes causes a problem that the bearing alloy layer is peeled off from the steel plate.
[0014]
It is an object of the present invention to provide a swash plate and a method for manufacturing the swash plate that not only does not cause seizure or increase in frictional resistance over a long period of time but also does not easily peel.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the first invention of the present application, bearing alloy powder is bonded to both surfaces of a disk-shaped steel plate by a sintering method to form a bearing alloy layer, and the bearing alloy has an alloy density of 85% or more, and the bearing alloy has an inner Is a swash plate for a car air conditioner characterized in that there is no metallic non-bonded interface.
[0016]
Moreover, 2nd invention of this application is a manufacturing method of the swash plate which consists of the next process.
A: A step of uniformly dispersing bearing alloy powder on one side of a disk-shaped steel plate,
B: A primary sintering step in which a disk-shaped steel sheet in which bearing alloy powder is dispersed on one side is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. to bond the bearing alloy powder to each other, and the bearing alloy and the disk-shaped steel sheet;
C: Step of uniformly dispersing bearing alloy powder on the other surface of the disk-shaped steel plate with the bearing alloy bonded on one side;
D: A disk-shaped steel plate in which bearing alloy powder is sintered on one side and bearing alloy powder is dispersed on the other side is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. A secondary sintering step of forming a bearing alloy layer on the disk-shaped steel sheet by bonding the steel sheet
E: A primary pressing process in which a secondary sintered disc-shaped steel plate is pressed to crush the porous voids in the bearing alloy layer;
F: a tertiary sintering step in which the initially pressed disk-shaped steel sheet is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. to bond the crushed voids metallically;
G: rough finishing process for cutting the bearing alloy layer to a predetermined thickness,
H: Precision finishing process that smoothens the surface of the bearing alloy layer that has been subjected to rough finishing.
A method for producing a swash plate for a car air conditioner, comprising:
[0017]
The swash plate of the present invention must have an alloy density of 85% or higher. This alloy density is the ratio of the volume of the actual bearing alloy layer to the volume of the bearing alloy layer in an ideal state with no voids or interfaces inside. The larger the alloy density, the more the inside of the bearing alloy is. It is dense and there is less seizure.
[0018]
In other words, since a powdered bearing alloy is used in the sintering method, the powdered bearing alloy is bonded to each other, only the contact portion between the powder and the steel plate is bonded, and the other is a porous hole that becomes a void. It is quality. If there is a gap in the inside as described above, when the shoe with high load hits strongly, the portion is recessed. For this reason, the bearing alloy layer obtained by the sintering method must mechanically crush the gaps.
[0019]
Further, when the sintered bearing alloy layer is pressed with a press in this manner, the bearing alloy does not dent when a high load is applied, but peeling may occur inside the bearing alloy layer. That is, if the gap is simply crushed with a press, the crushed portion is an interface that is in close contact but is not metallicly bonded. If a lateral force is applied to the interface when the compressor is used, the interface peels off. Therefore, in the present invention, tertiary sintering is performed after the primary pressing to join the unbonded portions in a metallic manner.
[0020]
FIG. 8 is a view obtained by tracing a micrograph (BEI) of a bearing alloy that is just pressed by a press after the secondary sintering and the processes from A to E in the manufacturing process of the swash plate. The alloy density of the bearing alloy here was 85%. The portion shown in black in FIG. 8 is a metallic non-bonded interface.
[0021]
FIG. 9 is a diagram obtained by tracing micrographs (BEI) of bearing alloys that have been subjected to tertiary sintering after the processes from A to F, that is, the secondary sintering process and the pressing process, in the manufacturing process of the swash plate. is there. As can be seen from FIG. 9, the black portion, that is, the metal-unbonded interface disappears, and the entire bearing alloy has a uniform structure. The alloy density of the bearing alloy here was 90%. The alloy density was increased in this way because there was an unbonded interface at the primary pressing stage, and this part was not completely bonded, so it was not completely dense, but the third sintering As a result of the above, it is considered that the unbonded portion was metallicly bonded and the alloy density was further increased.
[0022]
FIG. 10 shows the test results of the relationship between the alloy density and the baking time. This test was performed under severe conditions such as dry start (no lubrication) assuming the start of the compressor. The test conditions are a swash plate surface pressure of 100 kg / cm 2 and a swash plate peripheral speed of 18 m / sec. From this test result, the baking time is short when the alloy density is 80%, but when it exceeds 85%, the baking time rapidly increases and exceeds 5 minutes, which is sufficient for use as a swash plate for a compressor of a car air conditioner. Come to endure.
[0023]
In the swash plate of the present invention, the bearing alloy layer preferably has a hardness of Hv60 or higher. When the hardness of the bearing alloy layer is smaller than Hv60, the bearing alloy layer is deformed when the piston is pressed at a high pressure like a car air conditioner. In other words, a shoe with a small area slides against the swash plate, so if the bearing alloy layer is not hard enough, the bearing alloy layer is deformed to form a groove in the shoe raceway, increasing the contact area with the shoe. Because it will end up. As a result, the swash plate not only increases the frictional resistance but also seizes.
[0024]
Further, the swash plate of the present invention needs to have a shear strength between the disc-shaped steel plate and the bearing alloy layer of 130 MPa or more. If the shear strength between the disk-shaped steel plate and the bearing alloy layer is less than 130 MPa, the disk-shaped steel plate and the bearing alloy layer may become unusable during use under severe conditions such as car air conditioners that require high speed and high load. This is because there is a risk of peeling. In order to increase the shear strength, it is preferable that the disk-shaped steel plate and the bearing alloy powder are metallicly bonded. As described above, since the sintering method bonds both metals metallicly, a strong shear strength can be obtained.
[0025]
In the swash plate manufacturing method of the present invention, the disk-shaped steel plate and the bearing alloy powder are bonded by a sintering method. Sintering is a process where metals are brought into contact with each other and heated to a temperature below the liquidus temperature of those metals to diffuse the atoms of one metal into the other, thereby allowing both metals to diffuse. It is to be glued. During this heating, if oxygen is present around the metal, the metal surface is oxidized with oxygen to form an oxide film, which prevents diffusion between the metals. Further, even if the metal is not heated to a high temperature, the surface is oxidized by oxygen in the atmosphere and is covered with an oxide film. Therefore, when the metals are bonded together by the sintering method, it is performed in a reducing atmosphere in which there is no oxygen and the oxide film can be removed by reduction. In order to obtain a reducing atmosphere, it is suitable to use a reducing gas such as hydrogen gas or ammonia decomposition gas.
[0026]
During the manufacture of the swash plate, the sintering of the bearing alloy powders, the bearing alloy powder and the disk-shaped steel plate is performed in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C., and this temperature does not melt the steel plate and the bearing alloy. This temperature is optimal for exhibiting the active action of the reducing gas.
[0027]
Since the bearing alloy layer after the tertiary sintering does not have a predetermined thickness, the surface of the bearing alloy layer is cut by a cutting device such as a lathe. After cutting with this lathe, the cutting marks of the bite remain on the surface of the bearing alloy layer, and when used in a compressor for a car air conditioner, the cutting marks damage the piston shoe or prevent smooth sliding. Finishing is performed after cutting. For finishing, roller finishing without using a cutting tool is suitable.
[0028]
If the hardness of the bearing alloy layer of the swash plate obtained by the swash plate manufacturing method of the present invention is not a desired numerical value, the secondary pressing step is performed again after the tertiary sintering, and the surface hardness of the bearing alloy layer Can also be adjusted. The secondary press is performed in the same manner as the primary press.
[0029]
In the operating state of the compressor, when the compression reaction force generated during the compression process is strongest, it is a full stroke state when the demand for the cooling capacity is high. In other words, the load is highest at the time of maximum compression (piston is in the vicinity of the dead center), which is the operation in the state where the cooling capacity is insufficient and the swash plate is sleeping ((1) and (3)). In this case, the moment acting on the swash plate is as follows: (1) Moment generated by the centrifugal force of the swash plate itself due to rotation, (2) Moment generated by the reciprocating inertia force of the piston, (3) Crank chamber and cylinder It consists of a moment acting on the swash plate via the shoe due to the pressure difference. In other words, it operates by the relaxation of the moment due to the pressure difference acting on the swash plate fulcrum from the plurality of pistons, and the compressor operates with the balance of the moments around the component parts that are the fulcrum of these (1), (2) and (3), The swash plate is generally pressed against the shoe with a compression reaction force. Here, in order for the swash plate to continue to rotate without being damaged by the shoe, it is required that the swash plate does not undergo plastic deformation due to the compression reaction force. It is also required not to.
[0030]
In this example, the hardness of the swash plate is particularly correlated with the plastic deformation at the time of maximum compression and the fastening force density and shear force between sintered molecules of sintering, and the higher the hardness, the more plastic deformation at the time of compression. The amount decreases and the shear force increases. Accordingly, in order to satisfy these requirements, plastic deformation can be prevented and the piston can be smoothly reciprocated by setting the hardness of the swash plate, which is a double-sided sintering, to Hv60 or more.
[0031]
【Example】
The swash plate of the present invention and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings. A to H shown separately in FIG. 1 to FIG. 4 are diagrams for explaining each step in the method for producing a swash plate of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of the swash plate of the present invention.
[0032]
A: Bearing alloy powder spraying process on one side The disc-shaped
B: The disk-shaped
C: Bearing alloy powder spraying step on the other surface The bearing
D: Secondary sintering step In the same manner as the primary sintering step described above, the disk-shaped steel plate on which the bearing alloy powder is dispersed is subjected to secondary sintering to form the
E: The disk-shaped steel plate in which the bearing alloy layers 15 and 16 are formed on both surfaces of the primary press step is placed on the
F: Tertiary sintering process In the primary press, only the voids of the bearing alloy layer are crushed, and the crushed portion is an interface extending laterally. Since this interface is not metallicly bonded, it easily peels off. Therefore, tertiary sintering is performed to join the interface metallically. The tertiary sintering is performed under the same conditions as the primary sintering and the secondary sintering described above.
G: Rough finishing process The bearing alloy powder is sprayed slightly thicker than the predetermined thickness of the bearing alloy layer even if pressing is performed. Therefore, here, the bearing alloy layer is cut with the cutting
H: In a cutting device such as a finishing process lathe, the cutting trace always remains regardless of the shape of the cutting edge of the cutting tool so that the cutting trace does not remain on the workpiece. If cutting marks remain on the swash plate, the piston shoe cannot slide smoothly, and seizure and frictional resistance increase. Finishing is performed to eliminate this cutting mark. In the finishing process, by pressing the surface of the swash plate attached to the lathe with the
[0033]
FIG. 5 is a swash plate obtained by the production method of the present invention. In the swash plate S, bearing alloy layers 15 and 16 are formed on both surfaces of the disc-shaped
[0034]
Using LBC-3 (Cu-10Sn-10Pb) as the bearing alloy powder and S45C as the disc-shaped steel plate, the swash plate obtained by the above manufacturing method and the swash plate obtained by the conventional spraying method were tested. As a result, in the manufacturing method of the present invention, the swash plate in which the pressing process is performed until the primary press has an alloy density of the bearing alloy layer of 90%, a hardness of Hv60, a baking surface pressure of 20 MPa, and between the disc-shaped steel plate and the bearing alloy layer. The shear strength of was 200 MPa. Similarly, in the production method of the present invention, the swash plate that was subjected to secondary pressing after tertiary sintering had an alloy density of 95%, a hardness of Hv100, a shear strength of 170 MPa, and a baking surface pressure of 22 MPa. On the other hand, the swash plate obtained by the conventional thermal spraying method had an alloy density of 80%, a hardness of Hv70, a shear strength of 100 MPa, and a baking surface pressure of 15 MPa. The baking surface pressure here is a reference for determining the characteristics of the swash plate, and is performed using a thrust friction tester. The baking surface pressure as the swash plate needs to be 18 MPa or more, and the swash plate obtained by the production method of the present invention has a baking surface pressure of 20 MPa or more.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the swash plate of the present invention is not likely to cause seizure because the alloy density of the bearing alloy layer is sufficiently large even under severe conditions where high speed and high load are applied, such as a car air conditioner compressor. In addition, it has optimum characteristics as a swash plate that can reduce frictional resistance. In addition, the swash plate of the present invention has excellent reliability that the adhesion between the bearing alloy and the disk-shaped steel plate is very strong, so that peeling does not easily occur. The method for producing a swash plate of the present invention has a sufficiently high alloy density suitable for a compressor for a car air conditioner, and has excellent lubricity and reliability since high hardness and strong shear strength can be obtained. A swash plate can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a process of forming a bearing alloy layer on one side of a disk-shaped steel plate in a swash plate manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a process of forming a bearing alloy layer on the other surface of the disk-shaped steel plate in the swash plate manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a process for manufacturing a swash plate according to an embodiment of the present invention, in which a bearing alloy layer formed on both surfaces of a disk-shaped steel plate is pressed to crush internal voids, and the voids are made metallic by a sintering method. The figure explaining the process made to adhere | attach.
FIG. 4 is a view for explaining a finishing process in a manufacturing process of a swash plate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of the swash plate of the present invention. FIG. 6 is a schematic view of the main part of a swash compressor.
FIG. 7 is a series of diagrams illustrating the operating principle of a swash compressor.
FIG. 8 is a diagram obtained by tracing a micrograph of a bearing alloy layer obtained by performing only primary pressing after secondary sintering by a sintering method.
FIG. 9 is a diagram obtained by tracing micrographs of bearing alloy layers that have been subjected to secondary sintering by a sintering method and tertiary sintering after primary pressing.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the alloy density of the bearing alloy layer and the baking time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
B:片面に軸受合金粉が散布された円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して軸受合金粉同士、および軸受合金と円盤状鋼板とを接着する一次焼結工程、
C:片面に軸受合金が接着された円盤状鋼板のもう一方の面に軸受合金粉を均一に散布する工程、
D:片面に軸受合金粉が焼結され、もう一方の面に軸受合金粉が散布された円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して軸受合金粉同士、および軸受合金と円盤状鋼板とを接着して円盤状鋼板に軸受合金層を形成する二次焼結工程、
E:二次焼結された円盤状鋼板をプレスして軸受合金層の多孔質の空隙を押しつぶす一次プレス工程、
F:一次プレスされた円盤状鋼板を800〜900℃の還元雰囲気中で加熱して押しつぶした空隙を金属的に接着させる三次焼結工程、
G:軸受合金層を所定の厚さまで切削する粗仕上げ工程、
H:粗仕上げを行なった軸受合金層の表面を円滑にする精密仕上げ工程、
からなることを特徴とするカーエアコン用スワッシュプレートの製造方法。A: A step of uniformly dispersing bearing alloy powder on one side of a disk-shaped steel plate,
B: A primary sintering step in which a disk-shaped steel sheet in which bearing alloy powder is dispersed on one side is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. to bond the bearing alloy powder to each other, and the bearing alloy and the disk-shaped steel sheet;
C: Step of uniformly dispersing bearing alloy powder on the other surface of the disk-shaped steel plate with the bearing alloy bonded on one side;
D: A disk-shaped steel plate in which bearing alloy powder is sintered on one side and bearing alloy powder is dispersed on the other side is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. A secondary sintering step of forming a bearing alloy layer on the disk-shaped steel sheet by bonding the steel sheet
E: A primary pressing process in which a secondary sintered disc-shaped steel plate is pressed to crush the porous voids in the bearing alloy layer;
F: a tertiary sintering step in which the initially pressed disk-shaped steel sheet is heated in a reducing atmosphere at 800 to 900 ° C. to bond the crushed voids metallically;
G: rough finishing process for cutting the bearing alloy layer to a predetermined thickness,
H: Precision finishing process that smoothens the surface of the bearing alloy layer that has been subjected to rough finishing.
A method for producing a swash plate for a car air conditioner, comprising:
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