DE69109145T2

DE69109145T2 - Process for the surface treatment of a rotatable axis in a liquid compressor.

Info

Publication number: DE69109145T2
Application number: DE1991609145
Authority: DE
Inventors: Wataru Ikeda; Kenji Komine; Akira Morishima; Izumi Onoda
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-07
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2011-02-08
Also published as: DE69109145D1; EP0441630A1; EP0441630B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von gleitend beweglichen Bauteilen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche einer Drehwelle, die in einer Fluidverdichtungseinrichtung verwendet wird.The invention relates generally to methods for the surface treatment of sliding components. The invention particularly relates to a method for treating the surface of a rotary shaft used in a fluid compression device.

Da sich der Aufbau der Häuser geändert hat, wurden in den letzten Jahren große Klimatisierungskapazitäten in Klimaanlagen erforderlich, um den Klimatisierungsbedarf zu befriedigen. Zum Erfüllen einer derartigen Anforderung wird in Klimaanlagen ein Wechselrichter dazu verwendet, die Drehgeschwindigkeit des Kompressors zu erhöhen. Verglichen mit einer Klimatisierungseinrichtung, die mit einer herkömmlichen technischen Frequenz betrieben wird, nämlich 60 Hz, ändert sich die Drehgeschwindigkeit des Kompressors beträchtlich. Zusätzlich wird der Kompressor mit erhöhter Belastung durch die Klimatisierung betrieben, da in der gleichen Zeit größere Räume klimatisiert werden sollen. Die Drehwelle des Kompressors muß daher besonders verschleißfest und reibungsbeständig sein, um den beschriebenen Betriebsbedingungen standzuhalten. Die Drehwelle überträgt eine Antriebskraft von einem treibenden Teil, d. h. einem Motor, auf ein Kompressorteil und ist durch die gleitende Berührung mit den Lagern hohen Temperaturen ausgesetzt.As the structure of houses has changed, large air conditioning capacities in air conditioning systems have been required in recent years to meet the air conditioning needs. To meet such a requirement, an inverter is used in air conditioning systems to increase the rotation speed of the compressor. Compared to an air conditioning system that operates at a conventional technical frequency, namely 60 Hz, the rotation speed of the compressor changes considerably. In addition, the compressor is operated with increased load from the air conditioning, since larger rooms are to be air-conditioned at the same time. The rotary shaft of the compressor must therefore be particularly wear-resistant and friction-resistant in order to withstand the operating conditions described. The rotary shaft transmits a driving force from a driving part, i.e. a motor, to a compressor part and is exposed to high temperatures due to the sliding contact with the bearings.

Bei hoher Kompressordrehgeschwindigkeit erhöht sich sein Druck-Geschwindigkeits-Wert, der sogenannte PV-Wert; dabei steigt das Risiko, daß die Drehwelle in ihren Lagern reibt. Vermindert sich dagegen die Kompressordrehgeschwindigkeit, so vermindert sich auch die Schmierölmenge, die zum schmieren der sich berührenden Teile zwischen dem Hauptwellenteil der Drehwelle und dem Hauptlager und zwischen dem Hilfswellenteil der Drehwelle und dem Hilfslager zugeführt wird. Die Lagerbelastungsart als dynamisches Drucklager ändert sich ebenfalls. Dadurch vermehrt sich der metallische Kontakt zwischen der Drehwelle und den Lagern, und der Verschleiß der Drehwelle oder der Lager kann fortschreiten.At high compressor rotation speed, its pressure-velocity value, the so-called PV value, increases; this increases the risk of the rotating shaft rubbing in its bearings. On the other hand, if the compressor rotation speed decreases, the amount of lubricating oil supplied to lubricate the contacting parts between the main shaft part of the rotating shaft and the main bearing and between the auxiliary shaft part of the rotating shaft and the auxiliary bearing also decreases. The type of bearing load as dynamic Thrust bearing also changes. This increases the metal-to-metal contact between the rotating shaft and the bearings, and wear of the rotating shaft or the bearings can progress.

Bekannte Verfahren zum Verbessern der Lagergleitfähigkeit sind die Phosphatbehandlung, die Molybdändisulfidbehandlung und die Bornitrierung. Derartige Verfahren bilden eine Sonderschicht auf der Drehwellenoberfläche aus. Die beschriebenen Verfahren verbessern die Reibungsbeständigkeit der Drehwelle bei Betrieb unter erhöhter Last; sie verbessern auch die Anfangspassung zwischen der Drehwelle und den Lagern.Known methods for improving bearing sliding properties are phosphate treatment, molybdenum disulfide treatment and boron nitriding. Such methods form a special layer on the rotating shaft surface. The methods described improve the friction resistance of the rotating shaft when operating under increased load; they also improve the initial fit between the rotating shaft and the bearings.

Die oben genannten Verfahren erzeugen jedoch eine relativ weiche Sonderschicht auf der Drehwellen- bzw. Lageroberfläche. Wird der von einem Wechselrichter angetriebene Kompressor während einer relativ langen Zeitspanne auf geringer Betriebsgeschwindigkeit gehalten, wobei die an die Drehwelle und an die Lager gelieferte Schmierölmenge eher zu gering ist, so kann der Lastwechsel an der Drehwelle oder der Dikkenabfall des Schmierölfilms, der zwischen der Drehwelle und den Lagern gebildet wird, den Verschleiß der Drehwelle oder der Lager bewirken.However, the above methods produce a relatively soft special layer on the rotating shaft or bearing surface. If the inverter-driven compressor is kept at a low operating speed for a relatively long period of time, with the amount of lubricating oil supplied to the rotating shaft and bearings being rather small, the load change on the rotating shaft or the decrease in the thickness of the lubricating oil film formed between the rotating shaft and the bearings may cause wear of the rotating shaft or the bearings.

Um die angesprochenen Drehwellen- und Lagerprobleme zu vermeiden, kann man wirkungsvoll ein sehr hartes Material verwenden oder die Oberflächenhärte der Drehwelle durch eine Oberflächenbehandlung erhöhen. Die große Materialhärte ist jedoch für die mechanische Bearbeitung nachteilig.In order to avoid the rotary shaft and bearing problems mentioned, one can effectively use a very hard material or increase the surface hardness of the rotary shaft by surface treatment. However, the high material hardness is disadvantageous for mechanical processing.

Als Verfahren zum Verbessern der Oberflächenhärte eines Metalls sind Hochfrequenz-Abschreckhärten, Aufkohlen, Nitrieren, Borieren (mit Bor behandeln), Silizieren usw. bekannt. Die genannten Behandlungen werden jedoch bei ziemlich hohen Temperaturen ausgeführt. Beispielsweise beträgt die Aufkohlungstemperatur etwa 780ºC; beim Nitrieren liegt die Temperatur zwischen fünf und sechshundert Grad Celsius (ºC).As methods for improving the surface hardness of a metal, high frequency quench hardening, carburizing, nitriding, boronizing (treating with boron), siliconizing, etc. are known. However, the above-mentioned treatments are carried out at rather high temperatures. For example, the Carburizing temperature is about 780ºC; during nitriding the temperature is between five and six hundred degrees Celsius (ºC).

Wird das Ausgangsmaterial mit derartig hohen Temperaturen behandelt, so kann es sich verformen. Somit können die oben beschriebenen Oberflächenbehandlungen nur für einen beschränkten Binsatzbereich durchgeführt werden. Bei Teilen, die in einem Kompressor verwendet werden, ist es schwierig, solche Oberflächenbehandlungen einzusetzen, insbesondere bei einer Drehwelle mit komplizierter Gestalt, bei der eine hohe Genauigkeit der Teile von weniger als einigen um (micron) erforderlich ist.If the raw material is treated at such high temperatures, it may deform. Thus, the surface treatments described above can only be carried out for a limited range of applications. For parts used in a compressor, it is difficult to use such surface treatments, especially for a rotary shaft with a complicated shape where high part accuracy of less than a few microns is required.

Eine andere Oberflächenbehandlung wäre die Ionenaufstickungsbehandlung. Da die Ionenaufstickungsbehandlung, verglichen mit anderen Nitrierungsbehandlungen, bei relativ niedriger Temperatur ausgeführt wird, sind die Abmessungsunterschiede vor und nach dem Ausführen der Ionenaufstickungsbehandlung gering. Die Ionenaufstickungsbehandlung ist somit für gleitende Teile geeignet, bei denen eine hochgenaue Endbearbeitung ausgeführt wird. Eine derartige Ionenaufstickungsbehandlung ist jedoch nicht für Teile geeignet, z. B Drehwellen, die einen Schlitz aufweisen oder kompliziert aufgebaut sind.Another surface treatment would be ion nitriding treatment. Since ion nitriding treatment is carried out at a relatively low temperature compared to other nitriding treatments, the dimensional differences before and after ion nitriding treatment are small. Thus, ion nitriding treatment is suitable for sliding parts where high-precision finishing is carried out. However, such ion nitriding treatment is not suitable for parts such as rotary shafts that have a slot or are complicated in structure.

Bei einer solchen Ionenaufstickungsbehandlung wird eine Glimmentladung in einem Ofen ausgeführt, in den Stickstoffgas oder ein Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff bei einem Luftdruck von 1 bis 10 Torr (130 - 1300 Pa) eingefüllt ist. Die Glimmentladung im Ofen läuft gleichförmig ab, wenn die Werkstückoberfläche (an einer Kathodenseite), an der die Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, im wesentlichen eben ist. Ist jedoch ein Schlitz (tieferliegender Anteil) oder die Öffnung eines Lochs in der Werkstückoberfläche ausgebildet, so konzentriert sich ein Spannungspotential an der Kante oder Ecke des Schlitzes bzw. der Öffnung. Es kann dann leicht zu einer abnormalen Entladung kommen, nämlich der sogenannten Hohlkathoden-Entladungserscheinung. Weist das Werkstück parallele, einander gegenüberliegende Oberflächen auf, so entsteht bei der Hohlkathoden-Entladungserscheinung eine intensive Glimmentladung zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen. Dadurch wird die Aufstikkung, verglichen mit anderen Werkstückteilen, an den gegenüberliegenden Oberflächen verstärkt. Zudem steigt die Temperatur der gegenüberliegenden Werkstückoberflächen sehr stark an, wodurch die Wärmeverformung der gegenüberliegenden Oberflächen ebenfalls steigt. Letztlich werden die gegenüberliegenden Werkstückoberflächen sehr stark verformt oder durch die Wärmeeinwirkung geschmolzen. Die Maßhaltigkeit des Werkstücks wird dadurch stark verschlechtert.In such an ion nitriding treatment, a glow discharge is carried out in a furnace filled with nitrogen gas or a gas mixture of nitrogen and hydrogen at an atmospheric pressure of 1 to 10 Torr (130 - 1300 Pa). The glow discharge in the furnace proceeds uniformly when the workpiece surface (on a cathode side) on which the surface treatment is carried out is substantially flat. However, if a slit (deeper part) or the opening of a hole is formed in the workpiece surface, a voltage potential is concentrated on the edge or corner of the slot or opening. This can easily lead to an abnormal discharge, namely the so-called hollow cathode discharge phenomenon. If the workpiece has parallel, opposing surfaces, the hollow cathode discharge phenomenon creates an intense glow discharge between the opposing surfaces. This increases the build-up on the opposing surfaces compared to other workpiece parts. In addition, the temperature of the opposing workpiece surfaces rises very sharply, which also increases the thermal deformation of the opposing surfaces. Ultimately, the opposing workpiece surfaces are severely deformed or melted by the heat. The dimensional accuracy of the workpiece is therefore greatly impaired.

Ob die Hohlkathoden-Entladungserscheinung auftritt, hängt von der Höhe des Unterdrucks im Ofen, vom Lochdurchmesser und von der Schlitzbreite bzw. der Spaltgröße ab. Die Hohlkathoden-Entladungserscheinung tritt im allgemeinen eher dann auf, wenn der Unterdruck im Ofen abnimmt, und auch dann, wenn der Lochdurchmesser über die gesamte Lochlänge gleich ist.Whether the hollow cathode discharge phenomenon occurs depends on the level of the negative pressure in the furnace, the hole diameter and the slot width or gap size. The hollow cathode discharge phenomenon generally occurs more when the negative pressure in the furnace decreases and also when the hole diameter is the same over the entire hole length.

In den japanischen Patentzusammenfassungen, Band 8, No. 93 (C-220) [1530] ist ein Oberflächenhärtungs- und Nitrierverfahren für Stahlwerkstoff offenbart. Die Teile des gehärteten Materials werden getempert, um Spannungen abzubauen. Die Teile werden dann einem Weichnitrierverfahren (Weichnitrieren bei 580-610ºC) sowie einer Oxidschichtbehandlung unterworfen.In Japanese Patent Abstracts, Volume 8, No. 93 (C-220) [1530], a surface hardening and nitriding process for steel material is disclosed. The parts of the hardened material are tempered to relieve stress. The parts are then subjected to a soft nitriding process (soft nitriding at 580-610ºC) and an oxide layer treatment.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Verschleißfestigkeit und die Reibungsbeständigkeit einer Drehwelle zu verbessern, die in einer Fluidverdichtungseinrichtung verwendet wird.Accordingly, it is an object of the invention to improve the wear resistance and the friction resistance of a rotary shaft used in a fluid compression device.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Oberflächenbehandeln einer Drehwelle bereitzustellen, die in einer Fluidverdichtungseinrichtung verwendet wird, ohne daß es zu Wärmeverformungen kommt.It is another object of the invention to provide a method for surface treating a rotary shaft used in a fluid compression device without causing thermal deformation.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Ionenaufstickungs-Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche einer Drehwelle auszuführen, ohne daß es zu einer Hohlkathoden-Entladungserscheinung kommt.It is still another object of the invention to carry out an ion nitriding surface treatment on the surface of a rotary shaft without causing a hollow cathode discharge phenomenon.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, geeignet zum Behandeln der Oberfläche einer Drehwelle, die in einer Fluidverdichtereinrichtung verwendet wird und umfaßtAccording to the invention, a method is provided, suitable for treating the surface of a rotary shaft used in a fluid compressor device and comprising

mindestens ein sich quer erstreckendes Loch, das in einem Teil der Drehwelle ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Loch einen Durchmesser zwischen 3 und 20 mm hat, und/oderat least one transversely extending hole formed in a part of the rotary shaft, the at least one hole having a diameter between 3 and 20 mm, and/or

mindestens einen tiefliegenden Abschnitt, der im Kreisumfang der Drehwelle ausgebildet ist, wobei der mindestens eine tieferliegende Abschnitt zwischen 3 und 20 mm breit ist, und/oderat least one deep section formed in the circumference of the rotary shaft, the at least one deep section being between 3 and 20 mm wide, and/or

einen Öldurchgang mit einen im Durchmesser großem Pfad, der in der Drehwelle ausgebildet ist,an oil passage with a large diameter path, which is formed in the rotary shaft,

wobei das Verfahren die Schritte aufweist:the method comprising the steps of:

Bereitstellen der Drehwelle, die aus einem eisenhaltigen Metall mit einer Umwandlungstemperatur hergestellt ist;Providing the rotary shaft made of a ferrous metal having a transformation temperature;

Tempern der Drehwelle bei einer Temperatur, und zwar zwischen einer ersten Temperatur, die gleich einer Vorschriftstemperatur ist und die man bestimmt, indem man etwa 50 Grad Celsius auf die Temperatur einer nachfolgenden Ionenaufstickungsbehandlung addiert, und einer zweiten Temperatur, die gleich der Umwandlungstemperatur des eisenhaltigen Metalls ist;tempering the rotary shaft at a temperature between a first temperature equal to a regulation temperature determined by adding approximately 50 degrees Celsius to the temperature of a subsequent ion nitriding treatment and a second temperature equal to the transformation temperature of the ferrous metal;

Ausbilden einer Eisennitridschicht in der Oberfläche der Drehwelle, wobei die Ionenaufstickungsbehandlung bei einer Temperatur zwischen 450 Grad Celsius und 550 Grad Celsius erfolgt; undForming an iron nitride layer in the surface of the rotary shaft, wherein the ion nitriding treatment is carried out at a temperature between 450 degrees Celsius and 550 degrees Celsius; and

Ausbilden eine Phosphatschicht auf der Eisennitridschicht in der Oberfläche der Drehwelle, wobei das mindestens eine Loch und/oder der mindestens eine, tiefliegende Abschnitt und/oder der im Durchmesser große Pfad abgedeckt sind, wenn die Ionenaufstickungsbehandlung erfolgt, so daß auf der Oberfläche der Drehwelle eine Eisennitridschicht ausgebildet wird.Forming a phosphate layer on the iron nitride layer in the surface of the rotary shaft, wherein the at least one hole and/or the at least one deep portion and/or the large diameter path are covered when the ion nitriding treatment is carried out, so that an iron nitride layer is formed on the surface of the rotary shaft.

Das Verfahren kann zudem die Unterschritte umfassen:The procedure may also include the following sub-steps:

Absaugen von Luft aus einem Ofen, in dem die Drehwelle angebracht ist,Extracting air from a furnace in which the rotary shaft is installed,

Einströmenlassen eines vorbestimmten Gases in den Ofen, das gewählt wird aus der Gruppe mit Ammoniakgas, Stickstoffgas und einer Mischung aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas,Allowing a predetermined gas to flow into the furnace, which is selected from the group consisting of ammonia gas, nitrogen gas and a mixture of hydrogen gas and nitrogen gas,

Anlegen mit Unterbrechungen einer vorgeschriebenen Gleichspannung zwischen der Drehwelle und der Wandoberfläche des Ofens, so daß die Drehwelle als Kathode und die Wandoberfläche des Ofens als Anode wirken und Ausbilden einer Ionenhülle auf der Oberfläche der Drehwelle,Applying a prescribed direct voltage intermittently between the rotary shaft and the wall surface of the furnace so that the rotary shaft acts as a cathode and the wall surface of the furnace acts as an anode and forming an ion shell on the surface of the rotary shaft,

Erhöhen der Temperatur der Drehwelle,Increasing the temperature of the rotating shaft,

Ausführen der Ionenaufstickungsbehandlung von der Oberfläche der Drehwelle, undCarrying out the ion nitriding treatment of the surface of the rotary shaft, and

Senken der Temperatur der Drehwelle auf eine Temperatur, bei der die Oxidation der Drehwelle nicht fortschreitet, wobei ein Inertgas in den Ofen eingebracht wird.Lowering the temperature of the rotating shaft to a temperature at which the oxidation of the rotating shaft does not progress, while introducing an inert gas into the furnace.

BRIEF DESCRIPTION OF THE ACCOMPANYING DRAWINGS

Man versteht neben den genannten Aufgaben und Vorzügen der Erfindung auch die weiteren Aufgaben und Vorzüge der Erfindung besser, wenn man die folgende, ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet.In addition to the above objects and advantages of the invention, the other objects and advantages of the invention will be better understood by considering the following detailed description the preferred embodiment of the invention together with the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Querschnitts-Seitendarstellung eines Rotations-Fluidverdichters mit einem Sammler;Fig. 1 is a cross-sectional side view of a rotary fluid compressor with a collector;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnitts-Teilansicht der Drehwelle nach Fig. 1;Fig. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the rotary shaft of Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die Oberflächenbehandlung in einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;Fig. 3 is a flow chart illustrating surface treatment in one embodiment of the invention;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das einen ausführlichen Verlauf der Ionenaufstickungsbehandlung nach Fig. 3 wiedergibt;Fig. 4 is a flow chart showing a detailed course of the ion nitriding treatment according to Fig. 3;

Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) erklärende Darstellungen, die die Oberflächenbehandlung nach Fig. 3 erläutern;Fig. 5(a), 5(b), 5(c) and 5(d) are explanatory diagrams explaining the surface treatment of Fig. 3;

Fig. 6 eine Querschnitts-Teilansicht, die den Oberflächenzustand einer Drehwelle darstellt;Fig. 6 is a partial cross-sectional view showing the surface state of a rotary shaft;

Fig. 7(a) eine Abbildung der Größe der Verschleißtiefe nach 1000 Betriebsstunden, und zwar für jedes Teil der Drehwelle und der Lager aus Fig. 1, das Gleitberührung hat;Fig. 7(a) is a graph showing the amount of wear depth after 1000 hours of operation for each part of the rotary shaft and bearings of Fig. 1 that is in sliding contact;

Fig. 7(b) eine Abbildung der Oberflachenrauheit nach 1000 Betriebsstunden, und zwar für jedes Teil der Drehwelle und der Lager, das Gleitberührung hat;Fig. 7(b) is a graph showing the surface roughness after 1000 hours of operation for each part of the rotary shaft and the bearings that has sliding contact;

Fig. 8 Kurven des Zusammenhangs zwischen der Spannung, die eine Hohlkathoden-Entladungserscheinung erzeugt, und dem Lochdurchmesser bzw. der Schlitzbreite bei verschiedenen Drücken im Ofen;Fig. 8 Curves of the relationship between the voltage that produces a hollow cathode discharge phenomenon and the hole diameter or slot width at different pressures in the furnace;

Fig. 9 eine erklärende Ansicht gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Abdeckbauteilen und Abschnitten einer Drehwelle, die abzudecken sind;Fig. 9 is an explanatory view according to the second embodiment of the invention with cover members and portions of a rotary shaft to be covered;

Fig. 10(a) eine perspektivische Ausschnittsdarstellung mit einem Beispiel für die zweite Ausführungsform;Fig. 10(a) is a perspective cutaway view showing an example of the second embodiment;

Fig. 10(b) eine perspektivische Ausschnittsdarstellung mit einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführuhgsform;Fig. 10(b) is a perspective cutaway view showing another example of the second embodiment;

Fig. 11 eine Teil-Querschnittsansicht der Drehwelle mit einem Abdeckstab in einer dritten Ausführungsform; undFig. 11 is a partial cross-sectional view of the rotary shaft with a cover rod in a third embodiment; and

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht mit dem Zusammenhang zwischen der Öffnungs-Kante der Drehwelle und einem gekrümmten, vertieften Anteil, der im Abdeckstab im Ofen ausgebildet ist.Fig. 12 is an enlarged view showing the relationship between the opening edge of the rotary shaft and a curved, recessed portion formed in the cover rod in the oven.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun ausführlicher und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

Es wird nun Bezug auf Fig. 1 genommen. Eine Fluidverdichtungseinrichtung 21 enthält eine Antriebseinheit 23, die im oberen Teil in einem Gehäuse 25 untergebracht ist und eine Kompressoreinheit 27, die sich unten im Gehäuse 25 befindet.Reference is now made to Fig. 1. A fluid compression device 21 contains a drive unit 23 which is housed in the upper part in a housing 25 and a compressor unit 27 which is located at the bottom of the housing 25.

Die Antriebseinheit 23 enthält einen Motor 29, der aus einem Stator 29a und einem Rotor 29b besteht. Die Kompressoreinheit 27 umfaßt ein Zylinderpaar 31a und 31b. Eine am Rotor 29b befestigte Drehwelle 33 verläuft durch das Zylinderpaar 31a und 31b. Ein an der Oberseite des Zylinderpaars 31a und 31b angeordnetes Hauptlager 35 und ein an der Unterseite des Zylinderpaars 31a und 31b angeordnetes Hilfslager 37 nehmen die Drehwelle 33 drehbar auf. Das Hauptlager 35 hält den Hauptwellenteil 33a der Drehwelle 33. Das Hilfslager 37 nimmt den Hilfswellenteil 33b der Drehwelle 33 auf. Ein Teil der Drehwelle 33, der durch einen der Zylinder 31a verläuft, ist mit einer ersten Kurbel 39a versehen. Ein Teil der Drehwelle 33, der durch den anderen Zylinder 31b verläuft, ist mit einer zweiten Kurbel 39b versehen. Eine erste Walze 41a ist an der äußeren Fläche der ersten Kurbel 39a befestigt. Eine zweite Walze 41b ist ebenso an der äußeren Fläche der zweiten Kurbel 39b befestigt. Eine Teilungsplatte 43 ist zwischen dem Zylinderpaar 31a und 31b angebracht. Somit bestimmen das Hauptlager 35, die Teilungsplatte 43 und einer der Zylinder 31a eine erste Kompressionskammer 45a. Das Hilfslager 37, die Teilungsplatte 43 und der andere Zylinder 31b bestimmen ebenso eine zweite Kompressionskammer 45b. Ein Paar Einlaßöffnungen 47a und 47b sind jeweils in den entsprechenden Außenflächen des Zylinderpaars 31a und 31b ausgebildet. Ein Ende eines Rohrpaars 49a und 49b ist in die entsprechenden Einlaßöffnungen 47a und 47b eingesetzt. Das andere Ende des Rohrpaars 49a und 49b ist in einen Sammler 51 eingesetzt, der flüssiges und gasförmiges Kältemittel trennt.The drive unit 23 includes a motor 29 consisting of a stator 29a and a rotor 29b. The compressor unit 27 includes a pair of cylinders 31a and 31b. A rotary shaft 33 fixed to the rotor 29b passes through the pair of cylinders 31a and 31b. A main bearing 35 arranged on the upper side of the pair of cylinders 31a and 31b and an auxiliary bearing 37 arranged on the lower side of the pair of cylinders 31a and 31b rotatably support the rotary shaft 33. The main bearing 35 supports the main shaft portion 33a of the rotary shaft 33. The auxiliary bearing 37 supports the auxiliary shaft portion 33b of the rotary shaft 33. A portion of the rotary shaft 33 passing through one of the cylinders 31a is provided with a first crank 39a. A part of the rotary shaft 33 passing through the other cylinder 31b is provided with a second crank 39b. A first roller 41a is fixed to the outer surface of the first crank 39a. A second roller 41b is also fixed to the outer surface of the second crank 39b. A partition plate 43 is mounted between the pair of cylinders 31a and 31b. Thus, the main bearing 35, the partition plate 43 and one of the cylinders 31a define a first compression chamber 45a. The auxiliary bearing 37, the partition plate 43 and the other cylinder 31b also define a second compression chamber. 45b. A pair of inlet ports 47a and 47b are formed in the corresponding outer surfaces of the pair of cylinders 31a and 31b, respectively. One end of a pair of tubes 49a and 49b is inserted into the corresponding inlet ports 47a and 47b. The other end of the pair of tubes 49a and 49b is inserted into a receiver 51 which separates liquid and gaseous refrigerants.

Am Hauptlager 35 ist ein erster Ventildeckel 53a ausgebildet und am Hilfslager 37 ist ebenso ein zweiter Ventildeckel 53b ausgebildet, um darin zeitweilig komprimiertes Kältemittel aufzunehmen, das aus jeder Kompressionskammer 45a und 45b abgegeben wird.A first valve cover 53a is formed on the main bearing 35 and a second valve cover 53b is also formed on the auxiliary bearing 37 for temporarily receiving therein compressed refrigerant discharged from each compression chamber 45a and 45b.

In der Drehwelle 33 ist entlang ihrer Längsrichtung ein Öldurchgang 55 ausgebildet, siehe Fig. 2. Das untere Endstück 37a des Hilfslagers 37 und die Öffnung 33a des verlängerten Endes der Drehwelle 33 sind mit einer Platte 57 verschlossen. Der zweite Ventildeckel 53b hält die Außenfläche der Platte 57, damit sie die Kraft der Drehwelle 33 in axialer Richtung aufnehmen kann. In der Mitte der Platte 57 ist eine Öleinlaßöffnung 59 ausgebildet, um jedes gleitende Teil der Drehwelle 33 über den in der Drehwelle 33 gebildeten Öldurchgang 55 mit Schmieröl zu versorgen, das im Gehäuse 25 gespeichert ist.An oil passage 55 is formed in the rotary shaft 33 along its longitudinal direction, see Fig. 2. The lower end portion 37a of the auxiliary bearing 37 and the opening 33a of the extended end of the rotary shaft 33 are closed with a plate 57. The second valve cover 53b holds the outer surface of the plate 57 to receive the force of the rotary shaft 33 in the axial direction. An oil inlet port 59 is formed in the center of the plate 57 to supply lubricating oil stored in the housing 25 to each sliding part of the rotary shaft 33 via the oil passage 55 formed in the rotary shaft 33.

Der Öldurchgang 55 ist in der Drehwelle 33 so ausgebildet, daß sie einen im Durchmesser großen Pfad 55a aufweist, der von der Öffnung 33a zu einem Mittelteil oberhalb des Orts der ersten Kurbel 39a verläuft, und einen Pfad 55b mit relativ geringem Durchmesser, der vom Mittelteil zum oberen Ende der Drehwelle 33 verläuft. Das obere Endteil des im Durchmesser großen Pfads 55a befindet sich an einer Stelle, an der das Hauptlager 35 die Drehwelle 33 drehbar aufnimmt, um jede Gleitstelle der Drehwelle 33 mit einer ausreichenden Schmierölmenge zu versorgen. Ein herkömmlicher Ölpumpenmechanismus 61 ist im Pfad 55a mit großem Durchmesser bereitgestellt, um eine ausreichende Versorgung des oberen Endes der Drehwelle 33 mit Schmieröl sicherzustellen.The oil passage 55 is formed in the rotary shaft 33 to have a large-diameter path 55a extending from the opening 33a to a central portion above the location of the first crank 39a, and a relatively small-diameter path 55b extending from the central portion to the upper end of the rotary shaft 33. The upper end portion of the large-diameter path 55a is located at a position where the main bearing 35 rotatably supports the rotary shaft 33 to supply each sliding portion of the rotary shaft 33 with a sufficient amount of lubricating oil. A conventional oil pump mechanism 61 is provided in the large diameter path 55a to ensure sufficient supply of lubricating oil to the upper end of the rotary shaft 33.

In einem Teil der Drehwelle 33, das sich beim Hauptlager 35 befindet, ist ein erstes Querloch 63a ausgebildet, um das Hauptlager 35 aus dem im Durchmesser großen Pfad 55a durch das Querloch 63a mit Schmieröl zu versorgen. In der ersten Kurbel 39a ist ein zweites Querloch 63b ausgebildet, um die Oberfläche der ersten Kurbel 39a aus dem im Durchmesser großen Pfad 55a durch das Querloch 63b mit Schmieröl zu versorgen. In der zweiten Kurbel 39b ist ebenfalls ein Querloch 63c ausgebildet, um die Oberfläche der zweiten Kurbel 39b aus dem im Durchmesser großen Pfad 55a durch das Querloch 63c mit Schmieröl zu versorgen. Die oben beschriebene Drehwelle 33 ist aus Eisenwerkstoff hergestellt. Der Eisenwerkstoff kann Gußmaterial sein, beispielsweise Schuppengraphit-Gußeisen, Kugelgraphitguß, usw. oder ein Stahl, beispielsweise ein nitrierter Stahl, ein Kohlenstoffstahl, usw. oder ein Eisenwerkstoff-Sintermaterial.In a part of the rotary shaft 33 located at the main bearing 35, a first transverse hole 63a is formed for supplying lubricating oil to the main bearing 35 from the large-diameter path 55a through the transverse hole 63a. In the first crank 39a, a second transverse hole 63b is formed for supplying lubricating oil to the surface of the first crank 39a from the large-diameter path 55a through the transverse hole 63b. In the second crank 39b, a transverse hole 63c is also formed for supplying lubricating oil to the surface of the second crank 39b from the large-diameter path 55a through the transverse hole 63c. The rotary shaft 33 described above is made of iron material. The ferrous material can be a cast material, for example flake graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron, etc. or a steel, for example a nitrided steel, a carbon steel, etc. or a ferrous sintered material.

Es wird nun eine Oberflächenbehandlung der oben beschriebenen Drehwelle 33 erklärt.A surface treatment of the rotary shaft 33 described above will now be explained.

Siehe nun Fig. 3. Die Drehwelle 33 wird in Schritt ST1a einem Tempervorgang mit vorgeschriebener Temperatur zum Beseitigen von Verspannungen unterworfen (im weiteren als Tempervorgang bezeichnet). Innere Spannungen entstehen durch die verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten jedes unterschiedlichen Teils der Drehwelle 33, wenn diese gegossen wird. Durch den Tempervorgang werden derartige innere Spannungen beseitigt. Bearbeitungsverspannungen in der Drehwelle 33 durch rauhe Bearbeitungsverfahren werden ebenfalls beseitigt. Die vorgeschriebene Temperatur liegt zwischen einer Temperatur, die man bestimmt, indem man 50 Grad Celsius (ºC) auf die Temperatur einer Ionenaufstickungsbehandlung addiert, beispielsweise 450 bis 500 Grad Celsius (ºC), und einer Umwandlungstemperatur des oben beschriebenen Eisenwerkstoffs. Das Tempern kann unter Inertgasatmosphäre oder an der Luft durchgeführt werden.Referring now to Fig. 3, the rotary shaft 33 is subjected to a tempering process at a prescribed temperature for removing stress (hereinafter referred to as tempering process) in step ST1a. Internal stresses are generated by the different cooling rates of each different part of the rotary shaft 33 when it is cast. The tempering process removes such internal stresses. Machining stresses in the rotary shaft 33 by rough machining processes are also removed. The prescribed temperature is between a temperature determined by adding 50 degrees Celsius (ºC) to the temperature of an ion nitriding treatment, for example 450 to 500 degrees Celsius (ºC), and a transformation temperature of the iron material described above. Tempering can be carried out under an inert gas atmosphere or in air.

Nach dem Abschluß des Tempervorgangs wird die Drehwelle 33 aus dem Ofen genommen. Dadurch wird die Oberfläche der Drehwelle 33 weiter oxidiert. Die Oxidation in der Oberfläche der getemperten Drehwelle 33 findet nicht nur an der Luft, sondern auch unter Inertgas statt. Ein in der Oberfläche der Drehwelle 33 erzeugtes Oxid bewirkt beim Schleifvorgang ein Zusetzen oder Verglasen der Schleifscheibe, wodurch die Schleifwirkung der Schleifscheibe nachläßt. Die in der Oberfläche der Drehwelle 33 erzeugte Oxidschicht bewirkt zusätzlich, daß die Oberfläche der Drehwelle 33 ungleichmäßig wird. Dadurch kann beim Sputtervorgang (Kathodenzerstäubung) eine Ladungskonzentration auftreten, wodurch sich die Dauer des Sputtervorgangs verlängert. Deswegen wird in Schritt ST1b die Oberfläche der Drehwelle 33 drahtpoliert, um die Oxidschicht von der Oberfläche der Drehwelle 33 zu entfernen.After the tempering process has been completed, the rotary shaft 33 is taken out of the furnace. This further oxidizes the surface of the rotary shaft 33. The oxidation in the surface of the tempered rotary shaft 33 takes place not only in the air, but also under inert gas. An oxide produced in the surface of the rotary shaft 33 causes the grinding wheel to become clogged or glazed during the grinding process, which reduces the grinding effect of the grinding wheel. The oxide layer produced in the surface of the rotary shaft 33 also causes the surface of the rotary shaft 33 to become uneven. This can cause a charge concentration to occur during the sputtering process (cathode sputtering), which extends the duration of the sputtering process. Therefore, in step ST1b, the surface of the rotary shaft 33 is wire polished to remove the oxide layer from the surface of the rotary shaft 33.

In Schritt ST1c wird die Ionenaufstickungsbehandlung der Drehwelle 33 ausgeführt. Die Einzelabläufe der Ionenaufstickungsbehandlung sind in Fig. 4 gezeigt. Die Ionenaufstickungsbehandlung umfaßt einen Vakuumabsaugvorgang (Schritt ST2a), einen Sputtervorgang (Schritt ST2b), einen Temperaturerhöhungsvorgang (Schritt ST2c), einen Aufstikkungsvorgang (Schritt ST2d) und einen Temperaturabsenkungsvorgang (Schritt ST2e).In step ST1c, the ion nitriding treatment of the rotary shaft 33 is carried out. The detailed processes of the ion nitriding treatment are shown in Fig. 4. The ion nitriding treatment includes a vacuum exhaust process (step ST2a), a sputtering process (step ST2b), a temperature raising process (step ST2c), a nitriding process (step ST2d) and a temperature lowering process (step ST2e).

Im Vakuumabsaugvorgang (Schritt ST2a) wird die Drehwelle 33 im Vakuumreaktionsofen untergebracht, und es wird bis in den Bereich unter 0,1 Torr (13 Pa) abgesaugt. In dieser Zeitspanne sollte der Vakuumreaktionsofen luftdicht sein.In the vacuum exhaust process (step ST2a), the rotary shaft 33 is placed in the vacuum reaction furnace and exhaust is carried out to the range below 0.1 Torr (13 Pa). During this period, the vacuum reaction furnace should be airtight.

Beim Sputtervorgang (Schritt ST2b) wird Ammoniakgas, Stickstoffgas oder eine Mischung aus Ammoniakgas und Stickstoffgas in den Vakuumreaktionsofen eingebracht. Zwischen der Drehwelle 33 und der Wandoberfläche des Vakuumreaktionsofens wird aussetzende Gleichspannung in einem Intervall von einigen usec bis einige hundert msec angelegt. In diesem Fall wirkt die Drehwelle 33 als Kathode und die Wandoberfläche des Vakuumreaktionsofens ist geerdet. Die oben beschriebene Gleichspannung wird jedoch zwischen der Drehwelle 33 und der Wandoberfläche der Vakuumreaktionsofens angelegt, so daß die Wandoberfläche des Vakuumreaktionsofens als Anode wirkt. Während des Sputtervorgangs prallen Ammoniumionen oder Stickstoffionen auf die Oberfläche der Drehwelle 33, um diese zu säubern. Öl auf der Oberfläche der Drehwelle 33 wird ausgetrieben und aus dem Reaktionsbereich abgesaugt, beispielsweise dem Vakuumreaktionsofen. Dadurch wird eine stabile Entladung zwischen der Drehwelle 33 und der Wandoberfläche des Vakuumreaktionsofens erzeugt. Es wird schließlich eine dünne Ionenhülle auf der gesamten Oberfläche der Drehwelle 33 erzeugt.In the sputtering process (step ST2b), ammonia gas, nitrogen gas or a mixture of ammonia gas and nitrogen gas is introduced into the vacuum reaction furnace. An intermittent DC voltage is applied between the rotary shaft 33 and the wall surface of the vacuum reaction furnace at an interval of several µsec to several hundred msec. In this case, the rotary shaft 33 acts as a cathode and the wall surface of the vacuum reaction furnace is grounded. However, the DC voltage described above is applied between the rotary shaft 33 and the wall surface of the vacuum reaction furnace so that the wall surface of the vacuum reaction furnace acts as an anode. During the sputtering process, ammonium ions or nitrogen ions collide with the surface of the rotary shaft 33 to clean it. Oil on the surface of the rotary shaft 33 is expelled and sucked out of the reaction area, for example, the vacuum reaction furnace. This creates a stable discharge between the rotary shaft 33 and the wall surface of the vacuum reaction furnace. Finally, a thin ion shell is created on the entire surface of the rotary shaft 33.

Im Temperaturerhöhungsschritt (Schritt ST2c) werden die angelegte Gleichspannung und der Druck im Vakuumreaktionsofen allmählich erhöht, um die Aufprallenergie zu vergrößern. Die Temperatur der Drehwelle 33 erhöht sich, da mehr Ionen aufprallen.In the temperature increasing step (step ST2c), the applied DC voltage and the pressure in the vacuum reaction furnace are gradually increased to increase the impact energy. The temperature of the rotary shaft 33 increases as more ions impact.

Im Aufstickungsvorgang (Schritt ST2d) wird die Aufstikkungstemperatur auf 450 bis 550 Grad Celsius (ºC) eingestellt. Die Eisenteilchen, die durch Stickstoffionen aus der Oberfläche der Drehwelle 33 ausgetrieben werden, werden an andere Stickstoffionen gebunden, um auf der Oberfläche der Erehwelle 33 als Eisennitrid zu haften. Somit wird durch das Fortschreiten des oben erklärten Haftvorgangs eine chemische Verbindungsschicht auf der Oberfläche der Drehwelle 33 gebildet. Zu diesem Zeitpunkt haften die an die Stickstoffionen gebundenen Eisenteilchen noch nicht ausreichend an der Oberfläche der Drehwelle 33, falls die Aufstickungstemperatur niedrig ist. Zusätzlich bildet sich eine dünne Diffussionsschicht in der Oberfläche der Drehwelle 33 aus, indem ein Teil des Stickstoffs aus dem Eisennitrid, das an der Oberfläche der Drehwelle 33 haftet, ins Innere der Drehwelle 33 diffundiert. Wird der Aufstickungsvorgang bei einer Temperatur unter 450 Grad Celsius (ºC) ausgeführt, so ist die Verschleißfestigkeit der Drehwelle 33 unbefriedigend. Ist die Aufstickungstemperatur besonders niedrig, so bildet sich die chemische Verbindungsschicht auf der Oberfläche der Drehwelle 33, wie oben beschrieben, nur unzureichend aus, und die Zusammensetzung der chemischen Verbindungsschicht, beispielsweise eine γ'-Phase und eine &epsi;-Phase, wird geändert.In the nitriding process (step ST2d), the nitriding temperature is set to 450 to 550 degrees Celsius (ºC). The iron particles expelled from the surface of the rotary shaft 33 by nitrogen ions are bonded to other nitrogen ions to adhere to the surface of the rotary shaft 33 as iron nitride. Thus, by the progress of the adhesion process explained above, a chemical compound layer is formed on the surface of the rotary shaft 33. At this time, if the nitriding temperature is low, the iron particles bonded to the nitrogen ions do not sufficiently adhere to the surface of the rotary shaft 33. In addition, a thin diffusion layer is formed in the surface of the rotary shaft 33 by diffusing a part of the nitrogen from the iron nitride adhering to the surface of the rotary shaft 33 into the interior of the rotary shaft 33. If the nitriding process is carried out at a temperature below 450 degrees Celsius (ºC), the wear resistance of the rotary shaft 33 is unsatisfactory. If the nitriding temperature is particularly low, the chemical compound layer on the surface of the rotary shaft 33 as described above is insufficiently formed, and the composition of the chemical compound layer, for example, a γ' phase and an ε phase, is changed.

Ist die Aufstickungstemperatur dagegen höher als 550 Grad Celsius (ºC), so schreitet die Aufstickung der Drehwelle 33 ausreichend fort. Es ist dabei jedoch schwierig, die Verformungsgenauigkeit bei weniger als einigen um zu halten, die allgemein für die Drehwelle der Fluidverdichtungseinrichtung verlangt wird.On the other hand, when the nitriding temperature is higher than 550 degrees Celsius (ºC), the nitriding of the rotary shaft 33 proceeds sufficiently. However, it is difficult to maintain the deformation accuracy less than several µm, which is generally required for the rotary shaft of the fluid compression device.

Beim Temperaturabsenkungsvorgang (Schritt ST2e) wird die Temperatur der Drehwelle 33 auf eine Temperatur abgesenkt, bei der die Oxidation auf der Oberfläche der Drehwelle 33 nicht fortschreitet; die Oberflächenoxidation der Drehwelle 33 wird verhindert, indem ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, in den Vakuumreaktionsofen strömt.In the temperature lowering process (step ST2e), the temperature of the rotary shaft 33 is lowered to a temperature at which oxidation on the surface of the rotary shaft 33 does not progress; the surface oxidation of the rotary shaft 33 is prevented by flowing an inert gas, for example, nitrogen, into the vacuum reaction furnace.

Der Entfernungsvorgang wird nach Abschluß der oben beschriebenen Ionenaufstickungsbehandlung ausgeführt, siehe Fig. 3, um nicht umgesetzte Reste in der Oberfläche der Drehwelle 33 zu entfernen (ST1d). Die nicht umgesetzten Reste enthalten einen fehlerhaft aufgestickten Teil der Drehwelle 33 und die alleräußerste Oberflächenschicht der Drehwelle 33, die während des Ionenaufstickungsvorgangs nicht verdichtet wurde. Beim oben beschriebenen Temperaturabsenkungsvorgang der Ionenaufstickungsbehandlung bildet sich der fehlerhaft aufgestickte Teil in der Oberfläche der Drehwelle 33, da die Drehwelle 33 in der Atmosphäre angebracht ist, in der Stickstoffgas für einen konstanten Zeitraum unter einer Temperatur von 400 bis 500 Grad Celsius (ºC) bleibt. Wird der Vakuumreaktionsofen jedoch unmittelbar nach dem Ausführen des Aufstickungsvorgangs entleert, um das oben beschriebene, fehlerhaft aufgestickte Teil zu vermeiden, so wird die Verdichtung in der Oberfläche der Drehwelle 33 nicht abgeschlossen, und die Oberfläche der Drehwelle 33 ist, verglichen mit der Oberfläche der Drehwelle 33 vor dem Aufstikkungsvorgang, rauh. Somit werden solche nicht umgesetzten Reste in der Oberfläche der Drehwelle 33 entfernt. In Schritt ST1d wird beispielsweise ein Kugelpoliervorgang, ein sogenanntes Trommelpolieren, auf der Oberfläche der Drehwelle 33 ausgeführt. Nachdem der Entfernungsvorgang ausgeführt wurde (Schritt ST1d), wird in Schritt ST1e ein Phosphatschichtbildungsvorgang durchgeführt. Der Phosphatschichtbildungsvorgang kann eine herkömmliche Manganphosphatbehandlung sein.The removal process is carried out after completion of the above-described ion nitriding treatment, see Fig. 3, to remove unreacted residues in the surface of the rotary shaft 33 (ST1d). The unreacted residues include a defectively nitrided part of the rotary shaft 33 and the outermost surface layer of the rotary shaft 33 which is not densified. In the above-described temperature lowering process of the ion nitriding treatment, the defectively nitrided part is formed in the surface of the rotary shaft 33 because the rotary shaft 33 is installed in the atmosphere in which nitrogen gas remains below a temperature of 400 to 500 degrees Celsius (ºC) for a constant period of time. However, if the vacuum reaction furnace is emptied immediately after the nitriding process is carried out in order to avoid the above-described defectively nitrided part, the densification in the surface of the rotary shaft 33 is not completed and the surface of the rotary shaft 33 is rough compared with the surface of the rotary shaft 33 before the nitriding process. Thus, such unreacted residues in the surface of the rotary shaft 33 are removed. In step ST1d, for example, a ball polishing process, so-called barrel polishing, is carried out on the surface of the rotary shaft 33. After the removal process is carried out (step ST1d), a phosphate layer forming process is carried out in step ST1e. The phosphate layer forming process may be a conventional manganese phosphate treatment.

Die oben beschriebene Oberflächenbehandlung wird nun ausführlicher mit Bezug auf Fig. 5 erklärt.The surface treatment described above will now be explained in more detail with reference to Fig. 5.

Das in Fig. 5(a) gezeigte Ausgangsmetall 101 kann ein Eisenwerkstoff sein, beispielsweise Gußmaterial, ein Stahl oder ein Eisenwerkstoff-Sintermaterial. Wird die oben genannte Ionenaufstickungsbehandlung auf der Oberfläche des Ausgangsmetalls 101 ausgeführt, so bildet sich eine chemische Verbindungsschicht 103 auf der Oberfläche des Ausgangsmetalls 101. Weiterhin entsteht ein nicht umgesetzter Rest 105 in der alleräußersten Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht 103, siehe Fig. 5(b). Im Ausgangsmetall 101 entsteht auch eine Diffussionsschicht 107, d. h. ein Stickstoff-Diffussionsbereich. Der oben erwähnte chemische Verbund 103 setzt sich aus einer γ'-Phase (Fe4N) und einer &epsi;-Phase (Fe2-3N) zusammen. Wird beim Ausführen der Ionenaufstickungsbehandlung ein Gemisch aus Stickstoffgas und Wasserstoffgas verwendet und beträgt das Mischungsverhältnis 50% : 50%, so werden sehr viele Bereiche der chemischen Verbindungsschicht 103 zu einer γ'-Phase. Wird der Stickstoffgasanteil erhöht, so besteht die chemische Verbindungsschicht 103 aus einem Gemisch der γ'-Phase und der &epsi;-Phase.The starting metal 101 shown in Fig. 5(a) may be a ferrous material such as a cast material, a steel or a ferrous material sintered material. When the above-mentioned ion nitriding treatment is carried out on the surface of the starting metal 101, a chemical compound layer 103 is formed on the surface of the starting metal 101. Furthermore, an unreacted residue 105 is formed in the outermost surface of the chemical compound layer 103, see Fig. 5(b). A diffusion layer 107, ie, a nitrogen diffusion region, is also formed in the starting metal 101. The above-mentioned chemical compound 103 is composed of a γ' phase (Fe4N) and an ε phase (Fe2-3N). When a mixture of nitrogen gas and hydrogen gas is used when carrying out the ion nitriding treatment and the mixing ratio is 50%:50%, a large portion of the chemical compound layer 103 becomes a γ' phase. If the nitrogen gas content is increased, the chemical compound layer 103 consists of a mixture of the γ' phase and the ε phase.

Wird die chemische Verbindungsschicht 103 hauptsächlich durch die Ionenaufstickungsbehandlung ausgebildet, so beträgt die Dicke der chemischen Verbindungsschicht 103 ungefähr einen bis mehrere um; die Dicke der Diffussionsschicht 107 beträgt etwa zehn um. Nach dem Bilden der chemischen Verbindungsschicht 103 werden nicht umgesetzte Reste 105 an der alleräußersten Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht 103 entfernt, siehe Fig. 5(c). Entfernt man die nicht umgesetzten Reste 105 nicht, so bewirken sie, daß die Drehwelle 33 und die Lager 35 und 37 aneinander reiben. Wird der Phosphatfilm auf der chemischen Verbindungsschicht 103 gebildet, ohne die nicht umgesetzten Reste 105 zu entfernen, so blättert die Phosphatschicht leicht von der chemischen Verbindungsschicht 103 ab. Das Ausgangsmetall 101 wird in eine Phosphatbehandlungsflüssigkeit getaucht, beispielsweise eine Manganphosphat-Behandlungsflüssigkeit, nachdem die nicht umgesetzten Reste 105 entfernt wurden. Das Ausgangsmetall 101 wird dann getrocknet, um eine Phosphatschicht 109 auf der Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht 103 auszubilden, siehe Fig. 5(d).When the chemical compound layer 103 is formed mainly by the ion nitriding treatment, the thickness of the chemical compound layer 103 is about one to several µm; the thickness of the diffusion layer 107 is about ten µm. After the chemical compound layer 103 is formed, unreacted residues 105 on the outermost surface of the chemical compound layer 103 are removed, see Fig. 5(c). If the unreacted residues 105 are not removed, they cause the rotary shaft 33 and the bearings 35 and 37 to rub against each other. If the phosphate film is formed on the chemical compound layer 103 without removing the unreacted residues 105, the phosphate layer easily peels off from the chemical compound layer 103. The starting metal 101 is immersed in a phosphate treatment liquid, such as a manganese phosphate treatment liquid, after the unreacted residues 105 are removed. The starting metal 101 is then dried to form a phosphate layer 109 on the surface of the chemical compound layer 103, see Fig. 5(d).

Wird Kugelgraphit-Gußeisen als Ausgangsmetall verwendet, so werden durch die große Härte der Welle die Drehschwingungen der Drehwelle 33 verringert, die durch den hochfrequenten Antrieb der Fluidverdichtungseinrichtung erzeugt werden.Da sich die Verschleißfestigkeit des Ausgangsmetalls 101 durch die oben beschriebene Oberflächenbehandlung verbessert, werden bei der Materialauswahl bevorzugt die Härte und die Herstellungskosten des Ausgangsmetalls 101 betrachtet und nicht die Verschleißfestigkeit des Materials. Man kann somit den im japanischen Industriestandard G 3445 bestimmten Stahl STKM (Kohlenstoff-Röhrenstahl für Maschinenbauzwecke) als Ausgangsmetall verwenden. Ein im japanischen Industriestandard G 4105 bestimmter Stahl SCM (Chrom-Molybdän-Stahl) kann ebenfalls als Ausgangsmetall verwendet werden.If spheroidal graphite cast iron is used as the base metal, the high hardness of the shaft reduces the torsional vibrations of the rotary shaft 33, which are generated by the high-frequency drive of the fluid compression device. Since the wear resistance of the base metal 101 is improved by the surface treatment described above, the hardness and manufacturing cost of the base metal 101 are preferred in the material selection rather than the wear resistance of the material. Thus, the steel STKM (carbon pipe steel for machine building purposes) specified in Japanese Industrial Standard G 3445 can be used as the base metal. A steel SCM (chromium molybdenum steel) specified in Japanese Industrial Standard G 4105 can also be used as the base metal.

Wie oben beschrieben ist die Temperatur der Ionenaufstickungsbehandlung niedrig, verglichen mit anderen Aufstikkungsbehandlungen, beispielsweise einer Sulfonitrierbehandlung, einer Gas-Weichnitrierbehandlung usw. Somit werden beim Ausführen der Ionenaufstickungsbehandlung die Änderungen in der Maßgenauigkeit so klein wie möglich gemacht, bevor die Oberflächenbehandlung ausgeführt wird bzw. danach. Zusätzlich ist es nicht nötig, die gehärtete, äußerste Oberfläche des Ausgangsmetalls nach dem Ausführen der Aufstikkungsbehandlung zu polieren. Weiterhin ist es unnötig, nach dem Endpolieren und der Ionenaufstickungsbehandlung eine verwendbare Drehwelle aus einer Anzahl aufgestickter Drehwellen auszuwählen. Die Drehwelle, die der Ionenaufstickungsbehandlung unterworfen wurde, weist eine gute Verschleißfestigkeit auf und ist leicht in hohen Stückzahlen herzustellen. Zudem kann ein Reiben zwischen der Drehwelle 33 und den Lagern 35 und 37 vermieden werden, da die Phosphatschicht auf der Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht 103 der Drehwelle 33 gebildet wirdl nachdem nicht umgesetzte Reste 105 der chemischen Verbindungsschicht 103 entfernt wurden. Der Oberflächenabrieb der Drehwelle 33 durch die gleitende Berührung zwischen der Drehwelle 33 und den Lagern 35 und 37 wird ebenfalls vermieden. Die Anfangspassung der Drehwelle 33 in den Lagern 35 und 37 wird ebenfalls verbessert, da der Phosphatfilm, verglichen mit der chemischen Verbindungsschicht 103 relativ weich ist.As described above, the temperature of the ion nitriding treatment is low compared with other nitriding treatments such as sulfonitriding treatment, gas soft nitriding treatment, etc. Thus, when the ion nitriding treatment is carried out, the changes in dimensional accuracy are made as small as possible before and after the surface treatment. In addition, it is not necessary to polish the hardened outermost surface of the base metal after the nitriding treatment is carried out. Furthermore, it is unnecessary to select a usable rotary shaft from a number of nitrided rotary shafts after the final polishing and the ion nitriding treatment. The rotary shaft subjected to the ion nitriding treatment has good wear resistance and is easy to produce in large quantities. In addition, since the phosphate layer is formed on the surface of the chemical compound layer 103 of the rotary shaft 33 after the unreacted residues 105 of the chemical compound layer 103 are removed, the friction between the rotary shaft 33 and the bearings 35 and 37 can be prevented. The surface abrasion of the rotary shaft 33 due to the sliding contact between the rotary shaft 33 and the bearings 35 and 37 is also prevented. The initial fit of the rotary shaft 33 in the bearings 35 and 37 is also improved because the phosphate film is relatively soft compared to the chemical bonding layer 103.

Ist die Diffussionsschicht 107 auf der Drehwelle 33 vollendet, siehe Fig. 6, so beträgt die Dicke der chemischen Verbindungsschicht 103 weniger als 1 um und die Dicke der Diffussionsschicht 107 beträgt etwa 30 bis 100 um. Die oben beschriebene Diffussionsschicht 107 und die chemische Verbindungsschicht 103 werden durch die Ionenaufstickungsbehandlung zusammen auf der Oberfläche des Ausgangsmetalls 101 (Drehwelle 33) ausgebildet. Danach wird der oben beschriebene Entfernungsvorgang ausgeführt, um die chemische Verbindungsschicht 103 und die alleräußerste Schicht der Diffussionsschicht 107 zu entfernen. Daraufhin wird die Phosphatschicht 109 auf der Oberfläche der Diffussionsschicht 107 ausgebildet. Da die Diffussionsschicht 107 verglichen mit der chemischen Verbindungsschicht 103 relativ weich ist, kann das Ausgangsmetall 101 nachbearbeitet werden, nachdem die Diffussionsschicht 107 in der Oberfläche des Ausgangsmetalls 101 ausgebildet wurde.When the diffusion layer 107 on the rotary shaft 33 is completed, as shown in Fig. 6, the thickness of the chemical compound layer 103 is less than 1 µm, and the thickness of the diffusion layer 107 is about 30 to 100 µm. The above-described diffusion layer 107 and the chemical compound layer 103 are formed together on the surface of the base metal 101 (rotary shaft 33) by the ion nitriding treatment. Thereafter, the above-described removal process is carried out to remove the chemical compound layer 103 and the outermost layer of the diffusion layer 107. Then, the phosphate layer 109 is formed on the surface of the diffusion layer 107. Since the diffusion layer 107 is relatively soft compared to the chemical bonding layer 103, the base metal 101 can be post-processed after the diffusion layer 107 is formed in the surface of the base metal 101.

An mit den oben genannten Abläufen hergestellten Proben wurden Versuche durchgeführt. Als Ausgangsmetall wurde Kugelgraphit-Gußeisen verwendet. Nach der Vorbearbeitung des Ausgangsmetalls zum Herstellen einer Drehwelle (beispielsweise einem Drehvorgang) wurde die Drehwelle bei 600 Grad Celsius (ºC) für zwei Stunden getempert.Tests were carried out on samples made using the above procedures. Ductile iron was used as the starting metal. After pre-processing the starting metal to produce a rotary shaft (e.g., a turning operation), the rotary shaft was tempered at 600 degrees Celsius (ºC) for two hours.

Danach wurde die Ionenaufstickungsbehandlung ausgeführt. Die Drehwelle 33 wurde einer Ammoniakatmosphäre (N&sub2; : H&sub2; = 1 : 3) ausgesetzt und wurde bei 500 Grad Celsius (ºC) für etwa 5 Stunden einer Glimmentladung von 500 bis 1000 V unterzogen. Dadurch bildete sich eine 3 um dicke chemische Verbindungsschicht und eine 20 um dicke Diffussionsschicht auf der Drehwellenoberfläche. Der Entfernungsvorgang wurde einige Minuten lang durchgeführt, um nicht umgesetzte Reste auf der äußersten Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht zu entfernen. Als nächstes wurde die Manganphosphatbehandlung auf der chemischen Verbindungsschicht der Drehwelle durchgeführt, um einen einige um dicken Manganphosphatfilm auf der Oberfläche der chemischen Verbindungsschicht 103 zu erzeugen. Bei der Drehwelle, die man mit den oben beschriebenen Verfahren erhielt, betrug die Oberflächenverformung weniger als einige um. In einer Fluidverdichtungseinrichtung wurde ein Praxisversuch mit der gerade beschriebenen Drehwelle ausgeführt. Die Fluidverdichtungseinrichtung wurde bei im folgenden beschriebenen ersten und zweiten Zuständen betrieben. Im ersten Zustand wurde die Fluidverdichtungseinrichtung 1000 Stunden lang aussetzend unter hoher Last betrieben. Die Antriebsfrequenz betrug 30 Hz. Der Ausgangsdruck der Fluidverdichtungseinrichtung betrug 20 kg/cm², und ihr Saugdruck betrug 4 kg/cm². Im zweiten Zustand wurde die Fluidverdichtungseinrichtung fortlaufend 1000 Stunden lang in einem Flüssigkeitsladezustand betrieben, wobei ein Kältemittel in die Fluidverdichtungseinrichtung aufgenommen wird. Die Antriebsfrequenz betrug 135 Hz. Der Ausgangsdruck der Fluidverdichtungseinrichtung betrug 10 kg/cm², und sein Saugdruck betrug 6 kg/cm². Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 7(a) und 7(b) gezeigt.Then, the ion nitriding treatment was carried out. The rotary shaft 33 was exposed to an ammonia atmosphere (N₂:H₂=1:3) and was subjected to a glow discharge of 500 to 1000 V at 500 degrees Celsius (ºC) for about 5 hours. As a result, a 3 µm thick chemical compound layer and a 20 µm thick diffusion layer were formed on the rotary shaft surface. The removal process was carried out for several minutes to remove unreacted residues. on the outermost surface of the chemical compound layer. Next, the manganese phosphate treatment was carried out on the chemical compound layer of the rotary shaft to form a several µm thick manganese phosphate film on the surface of the chemical compound layer 103. In the rotary shaft obtained by the above-described methods, the surface deformation was less than several µm. A practical test was carried out in a fluid compression device using the rotary shaft just described. The fluid compression device was operated under first and second conditions described below. In the first condition, the fluid compression device was intermittently operated under a high load for 1000 hours. The drive frequency was 30 Hz. The outlet pressure of the fluid compression device was 20 kg/cm² and its suction pressure was 4 kg/cm². In the second condition, the fluid compression device was continuously operated for 1000 hours in a liquid charge state with a refrigerant being taken into the fluid compression device. The driving frequency was 135 Hz. The outlet pressure of the fluid compression device was 10 kg/cm2, and its suction pressure was 6 kg/cm2. The experimental results are shown in Fig. 7(a) and 7(b).

Fig. 7(a) und 7(b) zeigen die relativen Gleitbewegungseigenschaften der Haupt- und Hilfswellenteile 33a und 33b der Drehwelle 33 und der Haupt- und Hilfslager 35 und 37 nach Fig. 1. Fig. 7(a) zeigt die jeweilige Verschleißtiefe der Haupt- und Hilfswellenteile 33a und 33b und der Haupt- und Hilfslager 35 und 37. Figur 7(b) zeigt jeweils die Oberflächenrauheit von Haupt- und Hilfswellenteil 33a und 33b und von Haupt- und Hilfslager 35 und 37. In Fig. 7(a) und 7(b) bezeichnet das Symbol ( ) die Ergebnisse eines ersten Versuchs, wobei die mit der Ionenaufstickung behandelte Drehwelle im oben beschriebenen ersten Zustand betrieben wurde. Das Symbol (o) bezeichnet die Ergebnisse eines zweiten Versuchs, wobei die mit der Ionenaufstickung behandelte Drehwelle im oben beschriebenen zweiten Zustand betrieben wurde. Das Symbol ( ) bezeichnet die Ergebnisse eines dritten Versuchs, wobei eine herkömmliche, nicht mit der Ionenaufstickung behandelte Drehwelle im oben beschriebenen ersten Zustand betrieben wurde. Das Symbol ( ) bezeichnet die Ergebnisse eines vierten Versuchs, wobei die herkömmliche Drehwelle zu Vergleichszwecken im zweiten Zustand betrieben wurde.Fig. 7(a) and 7(b) show the relative sliding motion characteristics of the main and auxiliary shaft parts 33a and 33b of the rotary shaft 33 and the main and auxiliary bearings 35 and 37 of Fig. 1. Fig. 7(a) shows the respective wear depths of the main and auxiliary shaft parts 33a and 33b and the main and auxiliary bearings 35 and 37. Fig. 7(b) shows the surface roughness of the main and auxiliary shaft parts 33a and 33b and the main and auxiliary bearings 35 and 37, respectively. In Fig. 7(a) and 7(b), the symbol ( ) indicates the results of a first test in which the rotary shaft treated with ion nitriding was operated in the first state described above. The symbol (o) indicates the results of a second The symbol ( ) indicates the results of a third experiment in which the rotary shaft treated with ion nitriding was operated in the second state described above. The symbol ( ) indicates the results of a third experiment in which a conventional rotary shaft not treated with ion nitriding was operated in the first state described above. The symbol ( ) indicates the results of a fourth experiment in which the conventional rotary shaft was operated in the second state for comparison purposes.

Wie Fig. 7(a) und 7(b) zeigen, verschleißt die mit der Ionenaufstickung behandelte Drehwelle im Vergleich zur herkömmlich verwendeten Drehwelle weniger stark, und ihre Oberflächenrauheit verbessert sich.As shown in Fig. 7(a) and 7(b), the rotary shaft treated with ion nitriding wears less and its surface roughness improves compared with the conventionally used rotary shaft.

Die Drehwelle mit der Diffussionsschicht 107 auf ihrer Oberfläche nach Fig. 6 wurde in der Praxis unter folgenden Bedingungen hergestellt.The rotary shaft having the diffusion layer 107 on its surface as shown in Fig. 6 was manufactured in practice under the following conditions.

Die Ionenaufstickungsbehandlung wurde nach dem Tempern der Drehwelle ausgeführt, vergleichbar zum oben beschriebenen Ablauf, bei dem die chemische Verbindungsschicht zuletzt auf der Drehwellenoberfläche bleibt. Die Drehwelle wurde einer Ammoniakatmosphäre (N&sub2; : H&sub2; = 1 : 1) ausgesetzt und wurde bei 550 Grad Celsius (ºC) für 15 Stunden einer Glimmentladung von 500 bis 1000 V unterzogen. Dadurch entstand jeweils eine etwa 2 um dicke chemische Verbindungsschicht und eine etwa 70 um dicke Diffussionsschicht in der Drehwellenoberfläche. Der Entfernungsvorgang wird durchgeführt, um die chemische Verbindungsschicht und einen Teil der Diffussionsschicht von der Drehwelle zu entfernen. Hier wurde die chemische Verbindungsschicht und ein 15 um dicker Teil der Diffussionsschicht von der Drehwellenoberfläche entfernt. Dadurch ergab sich eine Oberflächenhärte der Drehwelle von ungefähr 500 bis 600 in der Vickers-Härteprüfung. Verglichen mit dem Ausgangsmetall, dessen Oberfläche eine Vickershärte von etwa 300 hat, wurde somit die Oberflächenhärte der Drehwelle erhöht. Zuletzt wurde die Phosphatschicht mit einigen um Dicke auf der Diffussionsschicht der Drehwelle gebildet.The ion nitriding treatment was carried out after annealing the rotary shaft, similar to the above procedure in which the chemical compound layer remains on the rotary shaft surface last. The rotary shaft was exposed to an ammonia atmosphere (N₂ : H₂ = 1 : 1) and was subjected to a glow discharge of 500 to 1000 V at 550 degrees Celsius (ºC) for 15 hours. As a result, a chemical compound layer about 2 µm thick and a diffusion layer about 70 µm thick were formed in the rotary shaft surface, respectively. The removal process is carried out to remove the chemical compound layer and a part of the diffusion layer from the rotary shaft. Here, the chemical compound layer and a 15 µm thick part of the diffusion layer were removed from the rotary shaft surface. As a result, the rotary shaft surface hardness was approximately 500 to 600 in the Vickers hardness test. Compared with the parent metal whose surface had a Vickers hardness of about 300, the surface hardness of the rotary shaft was increased. Finally, the phosphate layer with a thickness of several μm was formed on the diffusion layer of the rotary shaft.

Bei der gerade beschriebenen Drehwelle, auf der die Diffussionsschicht und der Phosphatfilm gebildet wurden, kann eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit ähnlich wie bei der herkömmlichen Gußeisendrehwelle erreicht werden. Ferner beobachtete man eine stark verbesserte Anfangspassung und eine erhöhte Verschleißfestigkeit der Drehwelle, als diese in einer Fluidverdichtungseinrichtung verwendet wurde.In the rotary shaft just described, on which the diffusion layer and the phosphate film were formed, high processing accuracy similar to that of the conventional cast iron rotary shaft can be achieved. Furthermore, greatly improved initial fit and increased wear resistance of the rotary shaft were observed when it was used in a fluid compression device.

Es wird nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.A second embodiment of the invention will now be described.

Fig. 8 zeigt Spannungsänderungen (Spannungen, bei denen eine Hohlkathodenentladung auftritt) bei verschiedenen Drükken in einem Reaktionsofen, wenn sich der Bohrlochdurchmesser oder die Schlitzbreite der Drehwelle bei der Ionenaufstickungsbehandlung ändert. In Fig. 8 zeigt eine durchgezogene Kurve PR1 Änderungen der Spannung, bei der eine Hohlkathodenentladung auftritt, falls der Druck im Reaktionsofen etwas über 10 Torr (ca. 1300 - 2600 Pa) beträgt. Eine durchgezogene Kurve PR2 zeigt Änderungen der Spannung, bei der eine Hohlkathodenentladung auftritt, falls der Druck im Reaktionsofen einige Torr (ca. 130 - 1300 Pa) beträgt. Eine durchgezogene Kurve PR3 zeigt ebenfalls Änderungen der Spannung, bei der eine Hohlkathodenentladung auftritt, falls der Druck im Reaktionsofen ein Torr (130 Pa) beträgt. Der Bereich zwischen Ra und Rb zeigt Spannungsänderungen bei jedem der oben beschriebenen Drücke, wenn die Temperatur im Reaktionsofen zwischen 450 und 580 Grad Celsius (ºC) gehalten wird.Fig. 8 shows voltage changes (voltages at which a hollow cathode discharge occurs) at different pressures in a reaction furnace when the borehole diameter or the slot width of the rotary shaft changes in the ion nitriding treatment. In Fig. 8, a solid curve PR1 shows changes in the voltage at which a hollow cathode discharge occurs when the pressure in the reaction furnace is a little over 10 Torr (about 1300 - 2600 Pa). A solid curve PR2 shows changes in the voltage at which a hollow cathode discharge occurs when the pressure in the reaction furnace is a few Torr (about 130 - 1300 Pa). A solid curve PR3 also shows changes in the voltage at which a hollow cathode discharge occurs when the pressure in the reaction furnace is one Torr (130 Pa). The region between Ra and Rb shows voltage changes at each of the pressures described above when the temperature in the reaction furnace is maintained between 450 and 580 degrees Celsius (ºC).

Im Bereich von 3 bis 20 mm tritt der Spannungsabfall in Beziehung zum Lochdurchmesser bzw. der Schlitzbreite auf, siehe Fig. 8, auch dann wenn sich der Druck im Reaktionsofen ändert. Somit tritt eine Hohlkathoden-Entladungserscheinung an der Drehwelle mit einem Loch oder einem Schlitz aus dem oben genannten Bereich auf, wenn die Ionenaufstickungsbehandlung auf der Drehwellenoberfläche ausgeführt wird.In the range of 3 to 20 mm, the voltage drop occurs in relation to the hole diameter or slot width, see Fig. 8, even if the pressure in the reaction furnace changes. Thus, a hollow cathode discharge phenomenon occurs on the rotary shaft having a hole or a slit of the above range when the ion nitriding treatment is carried out on the rotary shaft surface.

In der Drehwelle 33 sind, wie Fig. 9 zeigt, ein erstes, ein zweites und ein drittes Querloch 63a, 63b und 63c ausgebildet. Der Innendurchmesser des ersten Querlochs 63a beträgt im allgemeinen 3 bis 20 mm. Im Kreisumfang der Drehwelle 33 ist über dem ersten Kurbelteil 39a ein tiefliegender Abschnitt 121a ausgebildet. Ebenso ist ein zweiter, tiefliegender Abschnitt 121b am Kreisumfang zwischen dem ersten und dem zweiten Kurbelteil 39a und 39b ausgebildet. Die Breite des ersten und des zweiten tiefliegenden Abschnitts 121a und 121b beträgt im allgemeinen 3 bis 20 mm.As shown in Fig. 9, first, second and third transverse holes 63a, 63b and 63c are formed in the rotary shaft 33. The inner diameter of the first transverse hole 63a is generally 3 to 20 mm. A recessed portion 121a is formed in the circumference of the rotary shaft 33 above the first crank part 39a. Likewise, a second recessed portion 121b is formed on the circumference between the first and second crank parts 39a and 39b. The width of the first and second recessed portions 121a and 121b is generally 3 to 20 mm.

In dieser Ausführungsform wird ein stabförmiger Abdeckstift 123 in das erste Querloch 63a eingesetzt, siehe Fig. 10(a), um das Auftreten der Hohlkathoden-Entladungserscheinung zu verhindern. Der Durchmesser am oberen Teil des Abdeckstifts 123 ist geringfügig kleiner als der des ersten Querlochs 63a. Der Durchmesser des verbleibenden Teils des Abdeckstifts 123 ist im wesentlichen genauso groß wie der des ersten Querlochs 63a. Der Abdeckstift 123 ist somit leicht in das erste Querloch 63a einzusetzten bzw. daraus zu entfernen.In this embodiment, a rod-shaped cover pin 123 is inserted into the first transverse hole 63a, see Fig. 10(a), in order to prevent the occurrence of the hollow cathode discharge phenomenon. The diameter of the upper part of the cover pin 123 is slightly smaller than that of the first transverse hole 63a. The diameter of the remaining part of the cover pin 123 is substantially the same as that of the first transverse hole 63a. The cover pin 123 is thus easy to insert into or remove from the first transverse hole 63a.

Erste und zweite ringförmige Abdeckreifen 125a und 125b sind in die entsprechenden, tiefliegenden Abschnitte 121a und 121b eingepaßt, siehe Fig. 10(b). Somit kann die Hohlkathoden-Entladungserscheinung vermieden werden, die in den ersten und zweiten tiefliegenden Abschnitten 121a und 121b auftreten würde. Der Innendurchmesser des ersten, ringförmigen Abdeckreifens 125a ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des ersten tiefliegenden Abschnitts 121a am Kreisumfang. Der Innendurchmesser des zweiten, ringförmigen Abdeckreifens 125b ist ebenfalls geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des zweiten tiefliegenden Abschnitts 121b am Kreisumfang. Der erste und der zweite ringförmige Abdeckreifen 125a und 125b weisen jeweils einen Schlitz 127a bzw. 127b quer zu ihrer Oberfläche auf. Der erste, ringförmige Abdeckreifen 125a ist somit elastisch am ersten tiefliegenden Abschnitt 121a am Kreisumfang befestigt, wobei der Schlitz 127a des Reifens 125a mit Gewalt erweitert wird. Durch den gleichen Vorgang wie oben beschrieben wird der zweite ringförmige Abdeckreifen 125b am zweiten tiefliegenden Abschnitt 121b am Kreisumfang befestigt. Der erste und der zweite ringförmige Abdeckreifen 125a und 125b werden bevorzugt aus Pederstahl hergestellt. Ein dritter tiefliegenden Abschnitt 121c, der im Kreisumfang der Drehwelle 33 gerade unter dem zweiten Kurbelteil 39b ausgebildet ist, kann mit einem ringförmigen Abdeckreifen (nicht dargestellt) abgedeckt werden, der den oben beschriebenen ringförmigen Abdeckreifen 125a und 125b gleicht, falls der dritte tiefliegende Abschnitt 121c breiter als 3 mm ist.First and second ring-shaped cover rings 125a and 125b are fitted into the respective recessed portions 121a and 121b, see Fig. 10(b). Thus, the hollow cathode discharge phenomenon that would occur in the first and second recessed portions 121a and 121b can be avoided. The inner diameter of the first ring-shaped cover ring 125a is slightly smaller than the Outer diameter of the first circumferential depressed portion 121a. The inner diameter of the second annular cover hoop 125b is also slightly smaller than the outer diameter of the second circumferential depressed portion 121b. The first and second annular cover hoops 125a and 125b each have a slot 127a and 127b, respectively, transverse to their surface. The first annular cover hoop 125a is thus elastically secured to the first circumferential depressed portion 121a, with the slot 127a of the hoop 125a being forcibly expanded. By the same process as described above, the second annular cover hoop 125b is secured to the second circumferential depressed portion 121b. The first and second annular cover hoops 125a and 125b are preferably made of Peder steel. A third depressed portion 121c formed in the circumference of the rotary shaft 33 just below the second crank part 39b may be covered with an annular cover ring (not shown) similar to the annular cover rings 125a and 125b described above if the third depressed portion 121c is wider than 3 mm.

In der oben beschriebenen Ausführungsform tritt wegen der Abdeckbauteile, beispielsweise Stift oder Reifen, keine Hohlkathoden-Entladungserscheinung auf. Die Temperatur der Oberfläche der Drehwelle 33, die das erste Querloch 63a bestimmt, wächst während der Ionenaufstickungsbehandlung nicht zu stark an, und die Temperatur jeder Oberfläche der Drehwelle 33, die die ersten und zweiten tiefliegenden Abschnitte 121a und 121b bestimmt, wächst nicht übermäßig. Auf der Oberfläche der Drehwelle 33 entsteht somit keine Teil- Wärmeverformung.In the above-described embodiment, no hollow cathode discharge phenomenon occurs due to the covering members such as pin or tire. The temperature of the surface of the rotary shaft 33 defining the first transverse hole 63a does not increase excessively during the ion nitriding treatment, and the temperature of each surface of the rotary shaft 33 defining the first and second recessed portions 121a and 121b does not increase excessively. Thus, no partial thermal deformation occurs on the surface of the rotary shaft 33.

Es wird nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Stab 151, der aus einem ähnlichen Material wie die Drehwelle 33 hergestellt ist, dazu verwendet, eine Hohlkathoden-Entladungserscheinung zu vermeiden, und zwar in einem im Durchmesser großen Pfad 55a des Öldurchgangs 55, der in der Drehwelle 33 gebildet ist. Der Stab 151 wird beim Ausführen der Ionenaufstickungsbehandlung in den im Durchmesser großen Pfad 55a eingesetzt, siehe Fig. 11. Zusätzlich ist im Kreisumfang des Stabs 151 ein gekrümmter tiefliegender Abschnitt 151a ausgebildet, der der Innenkante der Drehwelle 33 gegenüberliegt, um einen passenden Abstand zwischen der Oberfläche der Stabs 151 und der Öffnungskante des im Durchmesser großen Pfads 55a zu halten.A third embodiment of the invention will now be described. In this embodiment, a rod 151 made of a similar material to the rotary shaft 33 is used to prevent a hollow cathode discharge phenomenon in a large-diameter path 55a of the oil passage 55 formed in the rotary shaft 33. The rod 151 is inserted into the large-diameter path 55a when carrying out the ion nitriding treatment, see Fig. 11. In addition, a curved depressed portion 151a is formed in the circumference of the rod 151 facing the inner edge of the rotary shaft 33 to keep an appropriate distance between the surface of the rod 151 and the opening edge of the large-diameter path 55a.

In dieser Ausführungsform wird das Auftreten einer Hohlkathoden-Entladungserscheinung im Pfad 55a mit großem Durchmesser ebenfalls vermieden, und zwar durch den Stab 151, der in den im Durchmesser großen Pfad 55a eingesetzt ist. Die Temperatur in der Oberfläche, die den im Durchmesser großen Pfad 55a bestimmt, steigt nicht zu stark an. Somit tritt in der Oberfläche der Drehwelle 33, die den im Durchmesser großen Pfad 55a bestimmt, keine Teil-Wärmeverformung auf. Da durch den gekrümmten, tiefliegenden Abschnitt 151a des Stabs 151 zusätzlich ein passender Abstand zwischen der Oberfläche des Stabs 151 und der Öffnungs-Kante des im Durchmesser großen Pfads 55a erhalten wird, werden die Stickstoffionen gleichförmig in die äußere Oberfläche der Drehwelle 33 eingepflanzt, einschließlich dem in Fig. 12 gezeigten Kanten-Oberflächenabschnitt 153 der Drehwelle 33. Die Verschleißfestigkeit des Kanten-Oberflächenabschnitts 153 verbessert sich, und somit hält der Kanten-Oberflächenabschnitt 153 der Drehwelle 33 dem behutsamen Drehen auf der Platte 57 während einer verlängerten Betriebsdauer stand, siehe Fig. 2.In this embodiment, the occurrence of a hollow cathode discharge phenomenon in the large-diameter path 55a is also prevented by the rod 151 inserted in the large-diameter path 55a. The temperature in the surface defining the large-diameter path 55a does not rise too much. Thus, no partial thermal deformation occurs in the surface of the rotary shaft 33 defining the large-diameter path 55a. In addition, since the curved recessed portion 151a of the rod 151 maintains an appropriate clearance between the surface of the rod 151 and the opening edge of the large-diameter path 55a, the nitrogen ions are uniformly implanted into the outer surface of the rotary shaft 33, including the edge surface portion 153 of the rotary shaft 33 shown in Fig. 12. The wear resistance of the edge surface portion 153 improves, and thus the edge surface portion 153 of the rotary shaft 33 can withstand gentle rotation on the plate 57 for a prolonged period of operation, see Fig. 2.

In der obigen Ausführungsform braucht der Abdeckstift 123 nicht verwendet werden, wenn der Druck im Ofen, in dem die Ionenaufstickungsbehandlung ausgeführt wird, auf einen geeigneten Wert geregelt wird.In the above embodiment, the cover pin 123 does not need to be used if the pressure in the furnace in which the ion nitriding treatment is carried out is controlled to an appropriate value.

Die Erfindung wurde mit Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben. Für Fachleute sollten andere Ausführungsformen, die auf den Prinzipien der Erfindung beruhen, jedoch offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, daß derartige Ausführungsformen von den Ansprüchen abgedeckt werden.The invention has been described with reference to particular embodiments. However, other embodiments based on the principles of the invention should be obvious to those skilled in the art. It is intended that such embodiments be covered by the claims.

Claims

1. A method for treating the surface of a rotary shaft (33) used in a fluid compressor device (21) and comprising:

at least one transversely extending hole (63a, 63b, 63c) formed in a part of the rotary shaft (33), wherein the at least one hole (63a, 63b, 63c) has a diameter between 3 and 20 mm; and/or

at least one deep section (121a, 121b, 121c) formed in the circumference of the rotary shaft (33), wherein the at least one deep section is between 3 and 20 mm wide; and/or

an oil passage (55) having a large-diameter path (55a) formed in the rotary shaft (33);

the method comprising the steps of:

Providing the rotary shaft (33) made of a ferrous metal having a transformation temperature;

tempering the rotary shaft (33) at a temperature between a first temperature equal to a regulation temperature determined by adding approximately 50 degrees Celsius to the temperature of a subsequent ion nitriding treatment and a second temperature equal to the transformation temperature of the ferrous metal;

Forming an iron nitride layer in the surface of the rotary shaft (33), wherein the ion nitriding treatment is carried out at a temperature between 450 degrees Celsius and 550 degrees Celsius; and

Forming a phosphate layer on the iron nitride layer in the surface of the rotary shaft (33), wherein the at least one hole (63a, 63b, 63c) and/or the at least one of the deep portion (121a, 121b, 121c) and the large diameter path (55a) are covered when the ion nitriding treatment is carried out, so that an iron nitride layer is formed on the surface of the rotary shaft (33).

2. The method according to claim 1, further comprising the step of removing an oxide film formed during the annealing step from the surface of the rotary shaft (33) prior to forming the iron nitride layer.

3. Method according to claim 1 or 2, which, before the formation of the phosphate layer, further comprises the step of: removing residues which were not reacted during the formation of the iron nitride layer from the surface of the iron nitride layer of the rotary shaft (33).

4. The method of claim 3, wherein the iron nitride layer has a diffusion layer and a chemical compound layer formed on the diffusion layer, and to expose the diffusion layer when the unreacted residues are removed, the chemical compound layer is removed.

5. A method according to any preceding claim, further comprising the substeps

Extracting air from a furnace in which the rotary shaft (33) is mounted,

Allowing a predetermined gas to flow into the furnace, which is selected from the group consisting of ammonia gas, nitrogen gas and a mixture of hydrogen gas and nitrogen gas,

Applying a prescribed direct voltage intermittently between the rotary shaft (33) and the wall surface of the furnace so that the rotary shaft (33) acts as a cathode and the wall surface of the furnace acts as an anode and forming an ion shell on the surface of the rotary shaft (33),

Increasing the temperature of the rotary shaft (33), carrying out the ion nitriding treatment of the surface of the rotary shaft (33), and

Lowering the temperature of the rotary shaft (33) to a temperature at which the oxidation of the rotary shaft (33) does not progress, whereby an inert gas is introduced into the furnace.

6. A method according to any preceding claim, wherein the rotary shaft (33) has an opening edge part (153) and the oil passage (55) is covered by an elongated rod (151) which is tightly inserted into the oil passage (55) through the opening edge part (153).

7. The method according to claim 6, wherein the elongated rod (151) has a curved, lowered portion (151a) on its circumference, and the elongated rod (151) is inserted into the oil passage (55) such that the curved, lowered portion (151a) is arranged opposite to the opening edge part (153) of the rotary shaft (33).