JP2002089471A - ヘリカルブレード式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長期に亘る運転においても回転軸のクランク部
とローラ内周面との摺動部の摩耗を抑制してこの摺動部
におけるシール性を向上させることにより高圧縮性能か
つ高信頼性のヘリカルブレード式コンプレッサを提供す
る。 【解決手段】シリンダ８内に偏心回転自在に収容された
ローラ９内に、回転軸７のクランク部７ａを摺動自在に
嵌合させた嵌合部を有するヘリカルブレード式コンプレ
ッサ１において、クランク部が摺動するローラ９の内周
面の摺動部を、ローラ９の基材であるアルミニウム合金
の表面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機や空気調和
機等に使用されるヘリカルブレード式コンプレッサに係
り、特に、ローラ内周面と回転軸のクランク部との摺動
部、並びにローラスラスト面とスラスト受面との摺動部
を改良したヘリカルブレード式コンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のヘリカルブレード式コン
プレッサは、密閉ケース内にヘリカルブレード式圧縮機
構部とこの圧縮機構部を駆動する電動機部とを共に収容
している。

【０００３】この圧縮機構部は、密閉ケース内に収容さ
れて固定される円筒状のシリンダと、このシリンダの内
周面に外周面の一部が摺動自在に接触した状態で偏心回
転（公転）自在にシリンダ内に収容されるローラと、こ
のローラの外周面の螺旋溝に出没自在に嵌入されてシリ
ンダの内周面を摺動する螺旋状のヘリカルブレードと、
ローラ内に嵌入されてローラ内周面を摺動してローラを
シリンダ内で偏心回転（公転）させる回転軸のクランク
部と、ローラの軸方向荷重が負荷されるローラスラスト
面を摺動自在にするスラスト受面を有する副軸受と、を
備えている。

【０００４】そして、シリンダ内周面を外周面の一部が
摺動して公転するローラの当該外周面に硬質層を設ける
ことにより、ローラ外周面摺動部の耐摩耗性の向上を図
り、ひいては圧縮性能と信頼性の向上を図っている。

【０００５】また、ローラのスラスト面を鋳鉄物または
アルミニウム合金の表面硬化処理により形成する一方、
このローラスラスト面を摺動自在に受ける副軸受のスラ
スト受面を自己潤滑性を有する鋳鉄物により形成し、ロ
ーラスラスト面と副軸受のスラスト受面のスラスト摺動
部の耐摩耗性の向上を図り、ひいては圧縮性能と信頼性
の向上を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のヘリカルブレード式コンプレッサでは、回転
軸のクランク部の外周面が摺動するローラの内周面にも
硬質層を形成して耐摩耗性の向上を図っているので、コ
ンプレッサの長時間運転によりローラ内周面を摺動する
例えば鋳鉄製のクランク部の摺動部の方に摩耗が発生し
て、圧縮性能低下と信頼性低下を招くという課題があ
る。

【０００７】また、鋳鉄製副軸受のスラスト受面が例え
ばＨＲＢ８０〜１００程度の低硬度であるために、これ
よりも高硬度のローラスラスト面との摺動により、副軸
受のスラスト受面の方に大きな摩耗が発生して、このス
ラスト摺動部のシール性が低下し、ひいては圧縮性能低
下と信頼性低下を招くという課題がある。

【０００８】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、長期に亘る運転においても回転
軸のクランク部とローラ内周面との摺動部の摩耗を抑制
してこの摺動部におけるシール性を向上させることによ
り高圧縮性能かつ高信頼性のヘリカルブレード式コンプ
レッサを提供することにある。

【０００９】また本発明の他の目的は、長期に亘る運転
においてもローラスラスト面とそのスラスト受面のスラ
スト摺動部の摩耗を抑制して、この摺動部におけるシー
ル性を向上させることにより高圧縮性能かつ高信頼性の
ヘリカルブレード式コンプレッサを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
シリンダ内に偏心回転自在に収容されたローラ内に、回
転軸のクランク部を摺動自在に嵌合させた嵌合部を有す
るヘリカルブレード式コンプレッサにおいて、上記クラ
ンク部が摺動する上記ローラの内周面の摺動部を、その
ローラの基材であるアルミニウム合金の表面としたこと
を特徴とするヘリカルブレード式コンプレッサである。

【００１１】この発明によれば、鋳鉄製の回転軸のクラ
ンク部外周と摺動するローラの摺動部内周面がそのロー
ラの基材であるアルミニウム合金の表面自体であるの
で、長期に亘る運転においても、ローラ内周面に硬質層
を形成した場合に比して、そのローラ内周面を摺動する
鋳鉄製の回転軸のクランク部摺動部の摩耗を抑制するこ
とができる。このために、ローラ内周面とクランク部と
の摺動部の耐摩耗性を向上させることができるので、ヘ
リカルブレード式コンプレッサとしての圧縮性能と信頼
性の向上を共に図ることができる。

【００１２】請求項２に係る発明は、シリンダ内に偏心
回転自在に収容されるローラの軸方向荷重が負荷される
スラスト面を摺動自在に受けるスラスト受面を有するヘ
リカルブレード式コンプレッサにおいて、上記スラスト
面を摺動自在に受けるスラストシートを設け、このロー
ラスラスト面とスラストシートのスラスト受面の双方を
共にＨｍＶ_２５ｇｆ４５０以上の表面硬度に形成したこ
とを特徴とするヘリカルブレード式コンプレッサであ
る。

【００１３】この発明によれば、ローラスラスト面とス
ラストシートのスラスト受面の双方を共にＨｍＶ
_２５ｇｆ４５０以上の高硬度表面に形成したので、長期
に亘る運転においてもこのスラスト摺動部の摩耗を抑制
してシール性を向上させることができる。このために、
ヘリカルブレード式コンプレッサとしての圧縮性能と信
頼性の向上を共に図ることができる。

【００１４】請求項３に係る発明は、上記ローラ基材
は、アルミニウム合金よりなり、少なくともローラスラ
スト面に硬質被膜が形成されていることを特徴とする請
求項１または２記載のヘリカルブレード式コンプレッサ
である。

【００１５】この発明によれば、ローラの基材がアルミ
ニウム合金であり、しかもスラストシートのスラスト受
面を摺動するローラの少なくともスラスト面に硬質被膜
を形成しているので、そのローラスラスト面の耐摩耗性
を向上させることができ、長期に亘る運転においても、
このローラスラスト面の摩耗を抑制することができる。

【００１６】請求項４に係る発明は、上記ローラ基材
は、金属添加元素としてシリコン（Ｓｉ）を含有して線
膨張係数（α）が１０×１０^−６〜２５×１０^−６に調
整され、かつ摺動部材としての強度を確保するために硬
度がＨＲＢ５５〜８５であることを特徴とする請求項３
記載のヘリカルブレード式コンプレッサである。

【００１７】この発明によれば、ローラ基材は線膨張係
数が小さいので、ローラスラスト面とそのスラスト受面
とのシール性を向上させることができる。また、ローラ
基材が高硬度であるので、ローラの強度が向上する。

【００１８】請求項５に係る発明は、上記硬質被膜は、
その表面硬度がＨｍＶ_２５ｇｆ４５０以上で、その膜厚
が５〜３０μｍであることを特徴とする請求項３または
４記載のヘリカルブレード式コンプレッサである。

【００１９】上記請求項３または４に係る発明のローラ
スラスト面の硬質被膜の膜厚が５〜３０μｍであるの
で、ローラスラスト面の摺動表面としての耐荷重性を確
保することができると共に、仮に硬質被膜を３０μｍ以
上の過大な膜厚を形成した場合の寸法安定性の低下と表
面粗さの増大を防止することができる。

【００２０】請求項６に係る発明は、上記硬質被膜の主
な化学組成がＮｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐのいず
れかであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１
項記載のヘリカルブレード式コンプレッサである。

【００２１】この発明によれば、上記請求項３〜５のい
ずれか１項に係る発明におけるローラスラスト面の硬質
被膜の主な化学組成がＮｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−
Ｐのいずれかであるので、ローラのような複雑な形状部
品についても硬質被膜を均一に形成することができる。

【００２２】請求項７に係る発明は、上記硬質被膜は、
自己潤滑剤（Ｃ，ＭｏＳ２，ＢＮ，ＳｉＮ，ＳｉＣ）を
分散させてなることを特徴とする請求項６記載のヘリカ
ルブレード式コンプレッサである。

【００２３】この発明によれば、上記請求項６に係る発
明におけるローラスラスト面の硬質被膜に、自己潤滑剤
を分散させているので、このローラスラスト面の潤滑性
を向上させることができる。このために、ローラスラス
ト面における摩耗量を低減させることができる。

【００２４】請求項８に係る発明は、上記回転軸は、そ
のクランク部と共に普通鋳鉄（ＦＣ）、球状黒鉛鋳鉄
（ＦＣＤ）、炭素鋼、特殊鋼のいずれかを基材とするこ
とを特徴とする請求項１記載のヘリカルブレード式コン
プレッサである。

【００２５】この発明によれば、クランク部を含む回転
軸の基材を普通鋳鉄（ＦＣ）、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣ
Ｄ）、炭素鋼、特殊鋼のいずれかにより形成するので、
クランク部外周部と、これと摺動するローラ内周部の両
者の摩耗量を共に抑制することができる。

【００２６】請求項９に係る発明は、上記回転軸は、そ
のクランク部と共に基材の外表面に硬化処理を施してな
ることを特徴とする請求項８記載のヘリカルブレード式
コンプレッサである。

【００２７】この発明によれば、上記請求項８に係る発
明のように、クランク部を含む回転軸の基材として炭素
鋼や特殊鋼等を使用する場合に、その回転軸基材表面に
凝着が発生し易くなるが、その回転軸基材表面に硬化処
理を施しているので、その回転軸基材表面の凝着特性を
低減することができる。このために、回転軸クランク部
の潤滑性を向上させることができるので、回転軸クラン
ク部の摺動部の摩耗を抑制することができる。

【００２８】請求項１０に係る発明は、上記スラストシ
ートは、ローラスラスト面と摺動するために副軸受のロ
ーラスラスト受面上に設けられ、その基材は炭素鋼、工
具鋼、特殊鋼のいずれかよりなり、少なくともそのスラ
スト摺動面に硬度がＨｍＶ_{２ ５ｇｆ}４５０以上の表面硬
度処理層が３μｍ以上形成されている特徴とする請求項
２〜７のいずれか１項記載のヘリカルブレード式コンプ
レッサである。

【００２９】この発明によれば、ローラスラスト面と摺
動するスラストシートの基材を高硬度の炭素鋼、工具鋼
または特殊鋼により形成するので、このスラストシート
の摺動部の耐摩耗性を向上させることができる。その反
面、スラストシートの基材が炭素鋼等であるので、凝着
性が発生する。そこで、ローラスラスト面と摺動するス
ラストシートの摺動部表面に、窒化処理等により高硬度
（ＨｍＶ_２５ｇｆ４５０以上）の表面硬化処理層を形成
しているので、その凝着特性を低減して潤滑性を向上さ
せることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態と実施例
とを図１〜図１８に基づいて説明する。

【００３１】図１は本発明の実施例が適用されるヘリカ
ルブレード式コンプレッサ１の一実施形態の縦断面図で
ある。図１に示すようにヘリカルブレード式コンプレッ
サ１は円筒状または角筒状の密閉ケース２内に、ヘリカ
ルブレード式圧縮機構部３とこの圧縮機構部３を駆動す
る電動機部４とを収容している。

【００３２】電動機部４は密閉ケース２内に圧入等によ
り固定されるステータ５とこのステータ５内に回転自在
に収容されるロータ６とを有し、ロータ６には回転軸７
を同心状に固定している。

【００３３】一方、ヘリカルブレード式圧縮機構部３は
密閉ケース２内で固定される円筒状のシリンダ８と、こ
のシリンダ８内に偏心回転（公転）自在に収容される円
筒状回転体のローラ９と、このローラ９の外周面に同心
状に形成されるに螺旋状のブレード溝１０に出没自在に
収容される螺旋状のブレード１１とを備えている。ブレ
ード溝１０はそのピッチがシリンダ８の冷媒吸込口１２
側から冷媒吐出口１３に向けて徐々に小さくなるように
形成され、このブレード溝１０内に出没自在に収容され
るヘリカルブレード１１により、シリンダ８の内周面と
ローラ９の外周面との間の環状間隙を、複数の圧縮室１
４にローラ９の軸方向に沿ってラジアル状に区画形成し
ている。

【００３４】ローラ９は回転軸７のクランク部７ａに軸
装され、シリンダ８内に偏心して内接される。回転軸７
の回転により、そのクランク部がローラ９の摺動内周面
９ａを摺動してローラ９がシリンダ８内を偏心回転する
ようになっている。その際、ヘリカルブレード１１の摩
耗を防止ないし低減するために一般的なオルダム機構１
５等の回転防止機構によりローラ９が自転せず、公転だ
けするように構成されている。

【００３５】一方、回転軸７のラジアル方向の荷重はシ
リンダ８の円筒状軸方向両端をそれぞれ気密に閉塞する
主軸受１６と副軸受１７とにより回転自在に支持され、
ローラ９の軸方向荷重が負荷されるスラスト面９ｂは、
このスラスト面９ｂと副軸受１７との間に介在されたス
ラストシート１８により回転自在に支持されている。回
転軸７は電動機部４への通電により回転するロータ６に
より回転され、この回転軸７のクランク部７ａがローラ
９内の内周面に摺動自在に内接した状態で偏心運動し、
ローラ９をシリンダ８内で偏心回転、すなわち、公転さ
せるようになっている。このローラ９の公転により、シ
リンダ８とヘリカルブレード１１により画成された各圧
縮室１４の容積が順次縮小されて行く。このために、吸
込パイプ１９から吸い込まれて冷媒吸込口１２を経て各
圧縮室１４内に順次収容された被圧縮冷媒ガスである冷
媒が連続的に順次圧縮されるようになっている。吸込口
１２に連通する吸込パイプ１９の外端は密閉ケース２を
気密に貫通して外部に延出し、図示しないアキュムレー
タの冷媒出口に接続される。

【００３６】次に、上記回転軸７のクランク部７ａと摺
動するローラ９の摺動内周面９ａ、ローラ９の軸方向荷
重が負荷されるスラスト面９ｂとスラストシート１８と
のスラスト摺動部についてそれぞれ改良した発明の実施
例をそれぞれ説明する。

【００３７】（実施例１）この実施例１は図２に示すよ
うに、回転軸７のクランク部７ａの外周面が摺動するロ
ーラ９の内周面の摺動部、すなわち摺動内周面９ａを、
例えば硬度ＨＲＢ８０のアルミニウム合金の外表面に形
成した点に特徴がある。すなわち、ローラ９全体を硬度
ＨＲＢ８０のアルミニウム合金により形成した後、ロー
ラ９の摺動内周面９ａを含むローラ内周面を選択的にマ
スキングしてローラ９の外表面および端面に、例えばＮ
ｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐのいずれかのメッキ層
よりなる硬質被膜１９を選択的に形成する一方、ローラ
９の摺動内周面９ａに硬質被膜１９を形成せずに、この
摺動内周面９ａをローラ９の基材である硬度ＨＲＢ８０
のアルミニウム合金の外表面により形成している。

【００３８】（比較例１）この比較例１は図３に示すよ
うに、ローラ９の摺動内周面９ａをマスキングせずに、
この摺動内周面９ａを含むローラ９の全面に、例えばＮ
ｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐのいずれかのメッキ層
よりなる硬質被膜１９を形成したものである。

【００３９】図４は上記実施例１と比較例１の各々のロ
ーラ９と、硬度ＨＲＢ９３の鋳鉄（ＦＣ２５０）製のク
ランク部７ａを含む各々の回転軸７を上記図１で示すヘ
リカルブレード式コンプレッサ１の実機にそれぞれ組み
込み耐久試験を行なったときの回転軸７のクランク部７
ａの摩耗量の経時変化を示している。

【００４０】図４に示すように上記回転軸７のクランク
部７ａの摩耗量（μｍ）については、上記比較例１で
は、コンプレッサ１の運転初期から摩耗量が既に大き
く、例えば約５００時間経過時で約３μｍであり、運転
時間の経過に伴ってさらに増大し、例えば４０００時間
経過時には約１５μｍ程度まで増大する。

【００４１】これに対し、実施例１ではクランク部７ａ
の摩耗量がコンプレッサ１の運転初期から小さく、例え
ば５００時間経過時で例えば約０．５μｍ程度であり、
運転時間が長期に及んでも殆ど増大せず、例えば４００
０時間経過時でも約１μｍ程度に過ぎない点が判明し
た。

【００４２】また、上記実施例１ではローラ９の硬質被
膜１９をＮｉ−ＰやＮｉ−ＢまたはＮｉ−Ｐ−Ｂのメッ
キにより形成するので、この硬質被膜の膜厚を複雑な形
状のローラ９に均一に形成することができる。

【００４３】（実施例２）この実施例２は図５に示すよ
うに上記実施例１と同様にローラ９の基材としてアルミ
ニウム合金を使用しているが、その硬度が実施例１のＨ
ＲＢ８０よりも若干低いＨＲＢ６０のものを使用する一
方、実施例１と同様にアルミニウム合金の外表面により
ローラ９の摺動内周面９ａに形成した点に特徴がある。

【００４４】（比較例２）この比較例２はローラ９の基
材として、実施例２よりもさらに低硬度のＨＲＢ４０の
ＡＤＣ１２相当のアルミニウム合金を使用している。

【００４５】図６は上記実施例２と比較例２の各々のロ
ーラ９と、硬度ＨＲＢ９３の鋳鉄（ＦＣ２５０）製のク
ランク部７ａを含む各々の回転軸７を上記図１で示すコ
ンプレッサ１の実機にそれぞれ組み込み、耐久試験を行
なったときのローラ９の摺動内周面９ａの摩耗量の経時
変化を示している。

【００４６】図６に示すようにローラ９の摺動内周面９
ａの摩耗量（μｍ）については、上記比較例２ではコン
プレッサ１の運転初期のときから大きく、例えば運転時
間約５００時間経過時で既に約４μｍもあり、さらに、
運転時間の経過に伴ってさらに増大し、例えば４０００
時間経過時で約１３μｍまで増大する。

【００４７】これに対し、実施例２ではコンプレッサ１
の運転初期のときからローラ９の摺動内周面９ａの摩耗
量が少なく、例えば運転時間が約５００時間経過時で約
１μｍであり、運転時間が長期になっても殆ど増大せ
ず、例えば４０００時間経過時でも約１μｍ程度であっ
た。

【００４８】（実施例３）これは図７（Ａ），（Ｂ）に
示すように上記実施例１と同様にローラ９の基材として
硬度ＨＲＢ８０のアルミニウム合金を使用する一方、ロ
ーラ９のブレード溝１０を含む全外周面に、図７（Ｂ）
に示すようにＮｉ−Ｐ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂのいず
れかのメッキ層等の硬質被膜２０を形成した点に特徴が
ある。

【００４９】（比較例３）これはブレード溝１０を含む
ローラ９の全外周面に、実施例３のような硬質被膜２０
を形成せずに、ブレード溝１０を含むローラ９全外周面
をローラ９基材のＨＲＢ８０のアルミニウム合金の外表
面自体としたものである。

【００５０】図８は上記実施例３と比較例３の各々のロ
ーラ９と、これらローラ９のブレード溝１０内に出没自
在に収容されるブレード１１の材料として、フッ素樹脂
（ＰＴＦＥ）にガラス繊維５重量％添加した材料を使用
したものを図１で示すコンプレッサ１の実機にそれぞれ
に組み込み、耐久試験を行なったときの各ブレード溝１
０の摩耗量（μｍ）の経時変化をそれぞれ示している。

【００５１】この図８に示すようにブレード溝１０の摩
耗量については、上記比較例３ではコンプレッサ１の運
転初期のときから摩耗量が比較的大きく、例えば運転時
間が約５００時間経過時で摩耗量が既に約１０μｍもあ
り、さらに運転時間の経過に伴って摩耗量が増大し、例
えば運転時間が４０００時間経過時で約４５μｍまで増
大する。

【００５２】これに対し、実施例３ではコンプレッサ１
の運転初期のときからブレード溝１０の摩耗量が少な
く、例えば運転時間が約５００時間経過時で約１μｍ程
度であり、運転時間が長期に及んでも約１〜２μｍ程度
であった。

【００５３】（実施例４）これは図９（Ａ）に示すよう
にローラ９の基材として硬度ＨＲＢ７０のアルミニウム
合金を使用する一方、このローラ９のブレード溝１０を
含む外周面に硬度ＨｍＶ４５０以上の例えばその表面硬
度ＨｍＶ５５０の硬質被膜２０ａを形成している。

【００５４】また、硬質被膜２０ａをローラ９のように
複雑な形状の部品に均一に形成する法方として、例えば
Ｎｉ−ＰやＮｉ−Ｂ、またはＮｉ−Ｐ−Ｂの無電解被覆
処理が好適である。

【００５５】さらに、この硬質被膜２０ａの膜厚として
は、その摺動表面としての耐荷重性の確保と、約３０μ
ｍ以上の過大な膜厚を形成した場合の寸法安定性の低下
と表面粗さの増加を防止するためには、例えば約５〜３
０μｍが望ましい。

【００５６】（比較例４）これは図９（Ｂ）に示すよう
に上記実施例４と同様にローラ９の基材として硬度ＨＲ
Ｂ７０のアルミニウム合金を使用するものの、ローラ９
のブレード溝１０を含む外周面に、表面硬度が、実施例
４のものよりも若干低い、例えばＨｍＶ４００の硬質被
膜２０ｂを形成している。

【００５７】図１０は上記実施例４と比較例４の各々の
ローラ９と、これらのローラ９のブレード溝１０内に収
容されるブレード１１の材料として、フッ素樹脂（ＰＴ
ＦＦ）にガラス繊維５重量％添加した材料を使用したも
のを上記コンプレッサ１の実機にそれぞれ組み込み、耐
久試験を行なったときの各ブレード溝１０の摩耗量（μ
ｍ）の経時変化をそれぞれ示している。

【００５８】この図１０に示すようにブレード溝１０の
摩耗量については、上記比較例４ではコンプレッサ１の
運転初期のときから摩耗量が比較的大きく、例えば運転
時間が約５００時間経過時で既に約１μｍもあり、さら
に運転時間の経過に伴って摩耗量が増大し、例えば運転
時間が４０００時間で摩耗量が約９μｍ程度まで増大す
る。

【００５９】これに対し、実施例４ではブレード溝１０
の摩耗量は極く小さな値で推移し、運転時間に対する経
時変化も殆ど確認されず、良好な耐摩耗性を発揮してい
る。このために、ブレード１１により画成される各圧縮
室１４のシールを向上させることができるので、圧縮性
能と信頼性を向上させることができる。

【００６０】（実施例５）これはローラ９の基材として
硬度ＨＲＢ６０のＡＤＣ１２相当のアルミニウム合金を
使用したときに、クランク部７ａを含む回転軸７の基材
として例えば硬度ＨＲＢ９２の鋳鉄（ＦＣ２５０）を使
用したものである。また、この回転軸７の基材として例
えば硬質ＨＲＢ９２の炭素鋼または特殊鋼を使用する場
合は、その凝集特性を軽減するために窒化処理や浸炭処
理、または浸硼処理等の表面硬化処理を施した材料が好
適である。

【００６１】（比較例５）これは上記実施例５と同様に
ローラ９の基材として硬度ＨＲＢ６０のＡＤＣ１２相当
のアルミニウム合金を使用するものの、クランク部７ａ
を含む回転軸７の基材として炭素鋼（Ｓ２０Ｃ）を使用
したものである。

【００６２】図１１は上記実施例５と比較例５の各々の
ローラ９と、各々の回転軸７を上記コンプレッサ１の実
機に組み込み、耐久試験を行なったときの各ローラ９の
摺動内周面９ａと各回転軸クランク部７ａの各々の摩耗
量（μｍ）の経時変化をそれぞれ示している。

【００６３】この図１１に示すようにローラ９の摺動内
周面９ａの摩耗量については、上記比較例５ではコンプ
レッサ１の運転初期のときから摩耗量が比較的大きく、
例えば運転時間が約５００時間経過時で摩耗量が既に約
１μｍもあり、さらに、運転時間の経過に伴って摩耗量
が増大し、例えば運転時間が４０００時間経過時で約９
μｍまで増大する。

【００６４】これに対し、実施例５ではローラ９の摺動
内周面９ａの摩耗量（μｍ）が運転初期から極く小さ
く、例えば運転時間が約５００時間経過時で約０．６〜
０．７μｍ程度しかなく、運転時間が長期に及んでも殆
ど増大せず、例えば４０００時間経過時でも約０．８〜
０．９μｍ程度である。

【００６５】また、回転軸７のクランク部７ａの摩耗量
についても、上記比較例５ではコンプレッサ１の運転初
期のときから摩耗量が比較的大きく、例えば運転時間が
約５００時間経過時で摩耗量が既に約２μｍもあり、さ
らに、運転時間の経過に伴って摩耗量が増大し、例えば
運転時間が４０００時間で約６．８〜６．９μｍ程度ま
で増大する。

【００６６】これに対し、実施例５では回転軸クランク
部７ａの外径の摩耗量（μｍ）についても、運転初期か
ら極く小さく、例えば運転時間が約５００時間経過時で
約０．６μｍ程度しかなく、運転時間が長期に及んでも
殆ど増大せず、例えば４０００時間経過時でも約０．８
〜０．９μｍ程度である。

【００６７】（実施例６）これは図１２の表の実施例６
の欄に示すようにローラ９の基材として硬度ＨＲＢ８０
のアルミニウム合金を使用し、このローラ９の軸方向荷
重が負荷されるローラスラスト面９ｂには、ローラ基材
のアルミニウム合金の表面に、表面硬度がＨｍＶ８００
で膜厚が例えば１５μｍの硬質被膜２１を形成してい
る。

【００６８】このローラスラスト面９ｂのように複雑な
形状部品に均一な硬質被膜２１を形成する方法として
は、上記実施例４とほぼ同様に例えばＮｉ−ＰやＮｉ−
Ｂ，またはＮｉ−Ｐ−Ｂの無電解被覆処理が好適であ
る。

【００６９】さらに、この硬質被膜２１の膜厚として
は、その摺動表面としての耐荷重性の確保と、約３０μ
ｍ以上の過大な膜厚を形成した場合の寸法安定性の低下
と表面粗さの増大を防止するためには、例えば約５〜３
０μｍ程度が好ましい。

【００７０】一方、図１２に示すように、スラストシー
ト１８は例えば硬度ＨＲＢ９２の鋳鉄（ＦＣ２５０）製
の副軸受１７とローラスラスト面９ｂとの間に介在され
るが、このスラストシート１８の基材１８ａとしては例
えばステンレス（ＳＵＳ）が使用され、このスラストシ
ート基材１８ａの外表面、すなわちローラスラスト面９
ｂの軸方向荷重を回転自在に支持する摺動面には表面硬
化処理層１８ｂを形成し、この表面硬化処理層１８ｂの
ローラスラスト面９ｂを受ける面をスラスト受面に形成
している。

【００７１】この表面硬化処理層１８ｂは窒化処理や浸
炭処理、または浸硼処理により、例えば表面硬度ＨｍＶ
が９００で膜厚が８μｍに形成されている。

【００７２】この表面等硬化処理層１８ｂの膜厚として
は、その摺動表面としての耐荷重性の確保と、約３０μ
ｍ以上の過大な膜厚を形成した場合の寸法安定性の低下
と表面粗さの増大を防止するためには、例えば５〜３０
μｍ程度が好ましい。

【００７３】なお、このローラ９の基材に、シリコン
（Ｓｉ）等の金属元素を添加して線膨張係数（α）を１
０×１０^−６〜２５×１０^−６に調整してローラスラス
ト面９ｂの熱変形量を低減することにより、このローラ
スラスト面９ｂとそのスラスト受面１８ｃとのシール性
の向上を図ってもよい。また、ＨＲＢ５５〜８５の高硬
度のアルミニウム合金をローラ９の基材として使用する
ことにより、このローラ９の強度の向上を図ることがで
きる。

【００７４】（比較例６）これは図１２の表の比較例６
の欄で示すようにローラスラスト面９ｂを上記実施例６
と同様に構成する一方、そのスラストシート１８を省略
することにより、ローラスラスト面９ｂの軸方向荷重
を、硬度ＨＲＢ９２で鋳鉄（ＦＣ２５０）製の副軸受１
７のスラスト受面１７ａにより回転摺動自在に支持する
ように構成したものである。

【００７５】図１３は上記実施例６と比較例６の各々の
ローラ９と、各副軸受１７およびスラストシート１８を
上記コンプレッサ１の実機に組み込み、耐久試験を行な
ったときの各ローラスラスト面９ｂを受けるスラスト受
面、すなわち、スラストシート１８のスラスト受面１８
ｃとこのスラストシート１８を具備していない場合の副
軸受１７のスラスト受面１７ａの摩耗量（μｍ）の経時
変化をそれぞれ示している。

【００７６】この図１３に示すように上記比較例６では
コンプレッサ１の運転初期のときから副軸受１７のスラ
スト受面１７ａでの摩耗量が比較的大きく、例えば運転
時間が約５００時間経過時で摩耗量が既に約５μｍもあ
り、さらに、運転時間の経過に伴って摩耗量が増大し、
例えば運転時間が４０００時間経過時で約４０μｍまで
増大する。

【００７７】これに対し、実施例６ではスラストシート
１８での摩耗量（μｍ）が運転初期から極く小さく、例
えば運転時間が約５００時間経過時で約０．６μｍ程度
しかなく、運転時間が長期に及んでも殆ど増大せず、例
えば４０００時間経過時でも約１μｍ程度である。

【００７８】（実施例７）これは図１４の実施例７の欄
で示すように上記実施例６のローラ基材であるアルミニ
ウム合金の硬度をＨＲＢ８０からＨＲＢ６０に低下させ
た点のみが実施例６と相違し、副軸受１７側はスラスト
シート１８を具備する点を含めて、実施例６と同様に構
成されている。

【００７９】（比較例７）これは上記比較例６のローラ
基材であるアルミニウム合金の硬度をＨＲＢ８０からＨ
ＲＢ４０に低下させる点で相違するうえに、副軸受１７
側には上記実施例６と同様構成のスラストシート１８を
具備する点で相違する。

【００８０】図１５は上記実施例７と比較例７の各ロー
ラ９と、スラストシート１８を上記コンプレッサ１の実
機に組み込み、耐久試験を行なったときの各ローラ９の
スラスト面９ａの各々の摩耗量（μｍ）と表面粗さ（μ
ｍＲｙ）の経時変化をそれぞれ示している。

【００８１】この図１５に示すようにローラ９のスラス
ト面９ａの摩耗量については、上記比較例７ではコンプ
レッサ１の運転初期のときでは摩耗量は少なく、例えば
運転時間が約５００時間経過時で摩耗量が１μｍであ
り、運転時間の経過に伴っても摩耗量の変化は少なく、
例えば運転時間が４０００時間経過時でも約１μｍであ
り、後述する実施例７のスラストシート１８の摩耗量と
ほぼ同量である。

【００８２】これに対し、実施例７ではローラスラスト
面９ｂの摩耗量（μｍ）が運転初期から極く小さく、例
えば運転時間が約５００時間経過時で約０．５μｍ程度
しかなく、運転時間が長期に及んでも僅かしか増大せ
ず、例えば４０００時間経過時でも約１μｍ程度であ
る。

【００８３】また、スラストシート１８の表面粗さにつ
いては、ローラ９の基材であるアルミニウム合金の硬度
がＨＲＢ４０と低硬度であるために変形するために上記
比較例７ではコンプレッサ１の運転初期のときから比較
的大きく、例えば運転時間が約５００時間経過時で表面
粗さが既に約２．２μｍＲｙもあり、さらに、運転時間
の経過に伴って表面粗さが増大し、例えば運転時間が４
０００時間で６．３〜６．４μｍＲｙ程度まで増大す
る。すなわち、比較例７のようにローラ９の基材を低硬
度とした場合はスラストシート１８の摩耗量の経時変化
は少ないが、スラストシート１８の表面粗さが増大する
傾向が確認された。

【００８４】これに対し、上記実施例７では、スラスト
シート１８の表面粗さがコンプレッサ１の運転初期のと
きから比較的小さく、例えば運転時間が約５００時間経
過時で約１．５〜１．６μｍＲｙ程度であるが、運転時
間が長期に及んでも殆ど変化せず、例えば４０００時間
経過時でも約１．５〜１．６μｍＲｙ程度である。

【００８５】（実施例８）これは上記実施例６と同様の
ローラスラスト面４ｂとスラストシート１８とを備えて
いる。

【００８６】（比較例８）これは上記比較例６と同様に
ローラ基材として硬度ＨＲＢ８０のアルミニウム合金を
使用するが、このローラ９から硬質被膜２１を省略し
て、このローラ基材の外表面自体をローラスラスト面９
ｂに構成した点で比較例６と相違している。また、副軸
受１７側には実施例６と同様構成のスラストシート１８
を設けている。

【００８７】図１７は上記実施例８と比較例８を上記コ
ンプレッサ１の実機にそれぞれ組み込み、耐久試験を行
なったときの各ローラスラスト面９ｂの摩耗量（μｍ）
の経時変化をそれぞれ示している。

【００８８】この図１７に示すように上記比較例８では
ローラスラスト面９ｂに硬質被膜２１を形成せずに、硬
度ＨＲＢ８０のアルミニウム合金の外表面自体によりロ
ーラスラスト面９ｂを形成しているので、コンプレッサ
１の運転初期のときは摩耗量が比較的少ないものの、例
えば運転時間が約５００時間経過時で摩耗量が約１μｍ
程度であるが、運転時間の経過に伴って摩耗量が増大
し、例えば運転時間が４０００時間経過時で約１５μｍ
程度まで大きく増大する。

【００８９】これに対し、実施例８は上記実施例６と同
様の構成であるので、ローラスラスト面９ｂの摩耗量
（μｍ）の経時変化は図１３とほぼ同様に推移する。す
なわち、図１７に示すようにコンプレッサ１の運転初期
で摩耗量が極く小さく、例えば運転時間が約５００時間
経過時で約０．６〜１μｍ程度しかなく、運転時間が長
期に及んでも殆ど増大せず、例えば４０００時間経過時
でも約１μｍ程度である。

【００９０】図１８は上記実施例６と比較例９を上記コ
ンプレッサ１の実機にそれぞれ組み込み、耐久試験を行
なったときの各スラストシート１８の摩耗量の経時変化
をそれぞれ示している。

【００９１】上記比較例９は上記比較例７または８のス
ラストシート１８の表面硬化処理層１８ｂを省略して、
そのステンレス製のスラストシート基材１８ａの外表面
自体をスラストシート１８のスラスト受面１８ｃに構成
したものである。

【００９２】図１８に示すように上記比較例９では表面
硬化処理層１８ｂを省略してステンレス製のスラストシ
ート基材１８ａによりスラストシート受面１８ｃを構成
しているので、コンプレッサ１の運転初期のときからス
ラストシート１８の摩耗量が比較的大きく、例えば運転
時間が約５００時間経過時で摩耗量が既に約１０μｍも
あり、さらに、運転時間の経過に伴って摩耗量が増大
し、例えば運転時間が４０００時間経過時で約１００μ
ｍまで増大する。

【００９３】これに対し、実施例６では図１３に基づい
て前述したように、図１８で示すようにスラストシート
１８のスラスト受面１８ｃの摩耗量（μｍ）が運転初期
から極く小さく、例えば運転時間が約５００時間経過時
で約０．６〜１μｍ程度しかなく、運転時間が長期に及
んでも殆ど増大せず、例えば４０００時間経過時でも約
１μｍ程度である。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヘリカル
ブレード式コンプレッサの少なくとも回転軸クランク部
と内周面が摺動するローラの基材としてアルミニウム合
金を使用し、このアルミニウム合金の外表面自体をロー
ラの摺動内周面としたので、例えば鋳鉄製の回転軸のク
ランク部の摩耗量を小さく抑制することができる。

【００９５】このために、回転軸クランク部とローラと
のシール性を向上させることができるので、圧縮性能の
向上と信頼性向上とを共に図ることができる。

【００９６】また、ローラのスラスト面と、このローラ
スラスト面の軸方向荷重を摺動自在に受けるスラストシ
ートのスラスト受面の両面双方を共に高硬度表面に形成
したので、スラストシートのスラスト受面の摩耗量を小
さく抑制することができる。

【００９７】このために、ローラスラスト面とスラスト
シートのスラスト受面とのシール性を向上させることが
できるので、圧縮性能と信頼性の向上とを共に図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るヘリカルブレード式
コンプレッサの縦断面図。

【図２】本発明の実施例１に係るローラの縦断面図。

【図３】本発明の実施例１に対する比較例１のローラの
縦断面図。

【図４】実施例１とその比較例１の各回転軸クランク部
の摩耗量の経時変化を示すグラフ。

【図５】本発明の実施例２に係るローラの縦断面図。

【図６】実施例２とその比較例２の各ローラ内周面の摩
耗量の経時変化を示すグラフ。

【図７】（Ａ）は本発明の実施例３のローラの縦断面
図、（Ｂ）は同（Ａ）のＶＩＩＢ部拡大図。

【図８】本発明の実施例３とその比較例３の各ブレード
溝の摩耗量の経時変化をそれぞれ共に示すグラフ。

【図９】（Ａ）は本発明の実施例４のローラスラスト面
の部分縦断面図、（Ｂ）は比較例４のローラスラスト面
の部分縦断面図。

【図１０】本発明の実施例４とその比較例４のブレード
溝の各摩耗量の経時変化をそれぞれ示すグラフ。

【図１１】本発明の実施例５とその比較例５の各ローラ
または回転軸クランク部の摩耗量の経時変化をそれぞれ
示すグラフ。

【図１２】本発明の実施例６とその比較例６の各ローラ
スラスト面とスラスト受面の各部分縦断面図。

【図１３】実施例６とその比較例６のスラスト受面の摩
耗量の経時変化をそれぞれ示すグラフ。

【図１４】本発明の実施例７とその比較例７の各ローラ
スラスト面とスラスト受面の各部分縦断面図。

【図１５】実施例７とその比較例７の各スラスト受面の
摩耗量と表面粗さの経時変化をそれぞれ示すグラフ。

【図１６】本発明の実施例８とその比較例８の各ローラ
スラスト面と副軸受側のスラスト受面の各部分縦断面
図。

【図１７】実施例８とその比較例８の各ローラスラスト
受面の摩耗量の経時変化をそれぞれ示すグラフ。

【図１８】本発明の実施例６とその比較例９の各スラス
トシートのスラスト受面の摩耗量の経時変化をそれぞれ
示すグラフ。

【符号の説明】

１ ヘリカルブレード式コンプレッサ ２ 密閉ケース ３ ヘリカルブレード式圧縮機構部 ４ 電動機部 ５ ステータ ６ ロータ ７ 回転軸 ７ａ 回転軸のクランク部 ８ シリンダ ９ ローラ ９ａ ローラの摺動内周面 ９ｂ ローラスラスト面 １０ ブレード溝 １１ ブレード １２ 冷媒吸込口 １３ 冷媒吐出口 １４ 圧縮室 １５ オルダム機構 １６ 主軸受 １７ 副軸受 １８ スラストシート １８ａ スラストシートの基材 １８ｂ 表面硬化処理層 １８ｃ スラスト受面 １９，２０，２０ａ，２０ｂ，２１ 硬質被膜

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に偏心回転自在に収容された
   ローラ内に、回転軸のクランク部を摺動自在に嵌合させ
   た嵌合部を有するヘリカルブレード式コンプレッサにお
   いて、 上記クランク部が摺動する上記ローラの内周面の摺動部
   を、そのローラの基材であるアルミニウム合金の表面と
   したことを特徴とするヘリカルブレード式コンプレッ
   サ。
2. 【請求項２】 シリンダ内に偏心回転自在に収容される
   ローラの軸方向荷重が負荷されるスラスト面を摺動自在
   に受けるスラスト受面を有するヘリカルブレード式コン
   プレッサにおいて、 上記スラスト面を摺動自在に受けるスラストシートを設
   け、このローラスラスト面とスラストシートのスラスト
   受面の双方を共にＨｍＶ_２５ｇｆ４５０以上の表面硬度
   に形成したことを特徴とするヘリカルブレード式コンプ
   レッサ。
3. 【請求項３】 上記ローラ基材は、アルミニウム合金よ
   りなり、少なくともローラスラスト面に硬質被膜が形成
   されていることを特徴とする請求項１または２記載のヘ
   リカルブレード式コンプレッサ。
4. 【請求項４】 上記ローラ基材は、金属添加元素として
   シリコン（Ｓｉ）を含有して線膨張係数（α）が１０×
   １０^−６〜２５×１０^−６に調整され、かつ摺動部材と
   しての強度を確保するために硬度がＨＲＢ５５〜８５で
   あることを特徴とする請求項３記載のヘリカルブレード
   式コンプレッサ。
5. 【請求項５】 上記硬質被膜は、その表面硬度がＨｍＶ
   _２５ｇｆ４５０以上で、その膜厚が５〜３０μｍである
   ことを特徴とする請求項３または４記載のヘリカルブレ
   ード式コンプレッサ。
6. 【請求項６】 上記硬質被膜の主な化学組成がＮｉ−Ｐ
   −Ｂ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐのいずれかであることを特徴
   とする請求項３〜５のいずれか１項記載のヘリカルブレ
   ード式コンプレッサ。
7. 【請求項７】 上記硬質被膜は、自己潤滑剤（Ｃ，Ｍｏ
   Ｓ２，ＢＮ，ＳｉＮ，ＳｉＣ）を分散させてなることを
   特徴とする請求項６記載のヘリカルブレード式コンプレ
   ッサ。
8. 【請求項８】 上記回転軸は、そのクランク部と共に普
   通鋳鉄（ＦＣ）、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、炭素鋼、特
   殊鋼のいずれかを基材とすることを特徴とする請求項１
   記載のヘリカルブレード式コンプレッサ。
9. 【請求項９】 上記回転軸は、そのクランク部と共に基
   材の外表面に硬化処理を施してなることを特徴とする請
   求項８記載のヘリカルブレード式コンプレッサ。
10. 【請求項１０】 上記スラストシートは、ローラスラス
    ト面と摺動するために副軸受のローラスラスト受面上に
    設けられ、その基材は炭素鋼、工具鋼、特殊鋼のいずれ
    かよりなり、少なくともそのスラスト摺動面に硬度がＨ
    ｍＶ_２５ｇｆ４５０以上の表面硬度処理層が３μｍ以上
    形成されている特徴とする請求項２〜７のいずれか１項
    記載のヘリカルブレード式コンプレッサ。