JP2002098077A

JP2002098077A - ロータリ圧縮機およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002098077A
Application number: JP2000290389A
Authority: JP
Inventors: Mototaka Ezumi; 元隆江住; Seiji Kutoku; 清治久徳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｒ１３４ａ冷媒、Ｒ２２冷媒、Ｒ２２代替冷
媒用のロータリ圧縮機において耐摩耗性に優れた摺動材
を提供する。【解決手段】空孔率１５％以下のマルテンサイト組織
化された鉄系粉末焼結合金基地の表面に、Ｆｅ₃Ｎまた
は（ＦｅＣｒ）₃Ｎからなる第１化合物層およびＦｅ−
Ｃｒ−Ｎからなる第２化合物層および窒素拡散層を表面
から内側に向かって順に形成し、しかる後側面を研削し
て寸法精度を確保したベーン３２を使用することで、耐
摩耗性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリ圧縮機に
係わり、特にＲ２２冷媒、Ｒ１３４ａ冷媒、Ｒ２２代替
冷媒用としてのＨＦＣ冷媒に好適な圧縮機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】本願発明に係る従来の技術について、図
１０を用いて説明する。図１０は、従来知られたロータ
リ圧縮機で、シリンダ１０と、シャフト８によりシリン
ダ１０内で偏心して回転するローラ１３と、シリンダ１
０に径方向に形成したシリンダ溝２４と、シリンダ溝２
４に摺動自在かつ出没可能に挿入されて先端がローラ１
３と摺接するベーン１４とを備えている。この時ベーン
１４は側面がシリンダ溝２４と往復摺動運動し、かつ先
端が偏芯回転するローラ１３の外周面と摺接しながら運
転されるので高い耐摩耗性を要求されることになる。こ
のためベーン１４は耐摩耗性に優れた特殊鉄系溶製材料
に熱処理を施し、研削加工仕上げを行なっている。ま
た、より耐摩耗性を向上させるために、熱処理、研削仕
上げされたベーン１４を窒化処理した後、シリンダ１０
との摺動面を研削精密仕上げして寸法精度を出すように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このロータリ圧縮機に
おいては、近年オゾン層の破壊防止など地球環境保護の
ためにＨＦＣ冷媒が使用されるようになっている。しか
しながら、ＨＦＣ冷媒は塩素を構成要素として含まない
ため、潤滑性が低いという性質があり、より耐摩耗性の
高い材料組合せが要求されるようになってきている。一
方、ロータリ圧縮機の寿命については更なる長寿命が要
求され、より低コストのロータリ圧縮機が常に求められ
ている。

【０００４】上記のような要求に対しては、従来の特殊
鉄系溶製材料に熱処理を施し、研削加工仕上げを行な
い、更に窒化処理を行なった後シリンダとの摺動面を研
削精密仕上げしたベーンでは耐摩耗性が不十分であっ
た。また、溶製材料でベーンを作る場合には全面加工を
する必要があり、加工コストが非常に高いものになると
いう課題もあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、空孔率１５％以下のマルテンサイト組織化
された鉄系粉末焼結合金基地の表面に、Ｆｅ₃Ｎまたは
（ＦｅＣｒ）₃Ｎからなる第１化合物層およびＦｅ−Ｃ
ｒ−Ｎからなる第２化合物層および窒素拡散層を表面か
ら内側に向かって順に形成したベーンを使用する構成と
したものである。さらには、寸法精度を出す目的でシリ
ンダと摺動するベーン側面を仕上げ研削加工し、第2化
合物層または拡散層を露出させる構成としたものであ
る。

【０００６】これにより、摺動面を耐摩耗性の高い化合
物層または窒素拡散層で構成し、かつ適度に形成された
空孔により潤滑油を保持するので、ベーンと他の摺動部
品間の耐摩耗性を大幅に向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、円筒形状の内周面を有するシリンダと、前記シリン
ダ内周面に外周面を接しながら偏芯回転運動をするロー
ラと、前記シリンダの径方向に設けられたシリンダ溝に
摺動自在かつ出没可能に挿入されたベーンとからなり、
前記ベーンが先端部をローラの外周面に摺接するように
弾性体によって付勢されてシリンダ内空間を吸入空間と
圧縮空間に仕切るロータリ圧縮機であって、前記ベーン
は空孔率１５％以下のマルテンサイト組織化された鉄系
粉末焼結合金基地の表面に、Ｆｅ₃Ｎまたは（ＦｅＣ
ｒ）₃Ｎからなる第１化合物層およびＦｅ−Ｃｒ−Ｎか
らなる第２化合物層および窒素拡散層を表面から内側に
向かって順に形成したものであり、耐摩耗性の高い窒素
化合物層または窒素拡散層を摺動面とし、かつ空孔に保
持された潤滑油が供給されるので非常に優れた耐摩耗性
を発揮するという作用を有する。また、空孔率を１5％
以下という値に設定したので、窒素化合物層を形成する
際に窒素がベーン内部まで深く進入することを防止する
ことができ、その結果寸法歪や脆化といった現象を最小
限に抑えることができるという作用を有する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項1記載の
ロータリ圧縮機でベーンの材料をクローム９〜２７％、
炭素０．４％以上を含有する焼入れ硬化性のある鉄系粉
末焼結合金としたものであり、クロームを適量含有する
ことにより窒素化合物層の耐摩耗性を向上させ、特に窒
素拡散層の耐摩耗性を飛躍的に向上させるという作用を
有する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
ロータリ圧縮機でベーンの材料をクローム９〜２７％、
ニッケル４〜８％、炭素０．２％以下を含有する析出硬
化性のある鉄系粉末合金としたものであり、クロームを
適量含有することにより窒素化合物層の耐摩耗性を向上
させ、特に窒素拡散層の耐摩耗性を飛躍的に向上させる
と同時に耐食性に優れたベーンを得ることができるとい
う作用を有する。

【００１０】請求項４に記載の発明は請求項１乃至３記
載のロータリ圧縮機で、第１化合物層の厚さを１〜２０
μｍ、第２化合物層の厚さを５０〜２００μｍとしたも
のであり、化合物層の厚さをこの寸法範囲にすることに
より、十分な耐摩耗性を確保しながら窒化による寸法歪
や脆化といった悪影響を許容できる範囲内に抑えられる
という作用を有する。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
記載のロータリ圧縮機で、シリンダ溝と摺動するベーン
の側面で、第１および第２の化合物層を除去し、窒素拡
散層を主たる摺動面としたものであり、窒素拡散層の中
に存在する空孔の内壁表面が窒素化合物層で覆われてい
るので空孔内に保持される潤滑油を逃がし難くなり、ベ
ーンとシリンダの凝着摩耗に対する耐性が極めて優れた
ものになるという作用を有する。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４
記載のロータリ圧縮機で、シリンダ溝と摺動するベーン
の側面で第１の化合物層すべてと第２の化合物層の一部
を除去し、第２の化合物層と窒素拡散層とが混在して露
出する面を摺動面としたものであり、窒素拡散層の方が
第２化合物層よりも摩耗しやすいため、第２化合物層露
出部分の間に存在する窒素拡散層が摺動摩耗により削り
取られることで窪みが形成され、その窪みに潤滑油が保
持されるので、ベーンとシリンダの凝着摩耗に対する耐
性が極めて優れたものになるという作用を有する。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至４
記載のロータリ圧縮機で、シリンダ溝と摺動するベーン
の側面で第１の化合物層を除去し、第２の化合物層を摺
動面としたものであり、第２化合物層はきわめて金属凝
着しにくい性質を持っているので、ベーンとシリンダの
凝着摩耗に対する耐性が極めて優れたものになるという
作用を有する。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至４
記載のロータリ圧縮機で、ローラの外周面に摺接するベ
ーンの先端部を表面粗さＲｙ３μｍ以下の第２の化合物
層となるように研削加工したものであり、微細な突起部
に大きな応力が働き難くなるため、きわめて金属凝着し
にくい状態になり、ベーンとローラの凝着摩耗に対する
耐性が極めて優れたものになるという作用を有する。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８
記載のロータリ圧縮機で、ローラが、クロームを０．５
〜１．０％、モリブデンを０．２〜０．４％、リンを
０．１〜０．４％含む鋳鉄からなるものであり、ローラ
材料の耐摩耗性を向上させることができるという作用を
有する。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至
８記載のロータリ圧縮機で、ローラが、クロームを０．
５〜１．０％、モリブデンを０．２〜０．４％、ボロン
を０．０２〜０．１％含む鋳鉄からなるものであり、ロ
ーラ材料の耐摩耗性を向上させることができるという作
用を有する。

【００１７】請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至
１０記載のロータリ圧縮機で、冷媒をＨＦＣ、冷凍機油
をエステル油としたものであり、潤滑性の低いＨＦＣ冷
媒を使用しても、耐摩耗性に優れたロータリ圧縮機とす
ることができるという作用を有する。

【００１８】請求項１２に記載の発明は、円筒形状の内
周面を有するシリンダと、前記シリンダ内周面に外周面
を接しながら偏芯回転運動をするローラと、前記シリン
ダの径方向に設けられたシリンダ溝に摺動自在かつ出没
可能に挿入されたベーンとからなり、前記ベーンが先端
部をローラの外周面に摺接するように付勢されてシリン
ダ内空間を吸入空間と圧縮空間に仕切るロータリ圧縮機
の製造方法であって、前記ベーンを空孔率１５％以下の
鉄系粉末焼結合金を熱処理によりマルテンサイト組織と
した後、窒化または軟窒化処理により、Ｆｅ₃Ｎまたは
（ＦｅＣｒ）₃Ｎからなる第１化合物層およびＦｅ−Ｃ
ｒ−Ｎからなる第２化合物層および窒素拡散層を表面か
ら内側に向かって順に形成するロータリ圧縮機の製造方
法であり、特殊な工程を必要とせずに耐摩耗性に優れた
ベーンを得ることができるという作用を有する。

【００１９】請求項１３に記載の発明は、請求項１１記
載のロータリ圧縮機の製造方法で、窒化または軟窒化処
理の温度を５００℃から５８０℃とし、窒素拡散層の厚
さを０．０５ｍｍ以上としたものであり、耐摩耗性の高
い化合物層を安定して得られると共に、寸法精度を出す
ためにベーンの側面を研削する場合の研削代を確保する
ことができるという作用を有する。

【００２０】請求項１４に記載の発明は、請求項１１ま
たは１２記載のロータリ圧縮機の製造方法で、ベ−ンを
焼結成形した後に水蒸気処理をして前記ベ−ンの表面お
よび空孔内に酸化皮膜を形成し、しかる後に窒化または
軟窒化処理を行なうものであり、クロームを多く含む材
料は窒化が困難であるがあらかじめ酸化皮膜を設けてお
くことで窒化を容易にすることができるという作用を有
する。

【００２１】以下に、図を用いながら本発明の実施の形
態について幾つか例をあげて説明する。

【００２２】（実施の形態１）まず、図１〜図４を用い
て、本発明の実施の形態１について説明する。

【００２３】図１は本発明の実施の形態１におけるロー
タリ圧縮機を示す縦断面図、図２はその圧縮機構の要部
を示す横断面図、図３（ａ）は本発明の実施の形態１に
おけるベーンを示す図、（ｂ）はベーンの先端部の拡大
断面模式図、（ｃ）は窒化処理を行なった後のベーン側
面部の拡大断面模式図、図４（ａ）窒化処理後側面を仕
上げ研削加工したベーンを示す図、（ｂ）は同ベーンの
側面部の拡大断面模式図である。

【００２４】図１において１は密閉容器であり、電動機
部２と圧縮機部３が配置されている。電動機部２は回転
子と固定子から構成され、回転子には主軸受９と副軸受
１１により回転自在に支持されたシャフト８が圧入等の
方法により固定されている。圧縮機部３は吸入孔５およ
び径方向のシリンダ溝２４を有するシリンダ３０と、外
周面をシリンダ３０の内周面に摺接しながら偏芯回転す
るローラ３１と、ローラ３１の内周面に摺動自在に挿入
されたシャフト８の偏芯部と、シリンダ溝２４に往復摺
動自在に収納されてスプリング１５による押圧力と背圧
（吐出圧）により先端部がローラ３１に押し付けられて
シリンダ内部空間を吸入室１６と圧縮室１７に分割する
ベーン３２と、シリンダ両端面を密閉する主軸受９およ
び副軸受１１とから構成されている。

【００２５】次に、本構成によるロータリ圧縮機の動作
を説明する。電動機部２に外部から通電することにより
より回転子が回転してシャフト８が回転駆動される。シ
ャフト８が回転すると偏芯部に摺動自在に取り付けられ
たローラ３１がシリンダ内周面に摺接しながら遊星運動
（図２で反時計方向回転）を行なう。その結果、ＨＦＣ
などの冷媒ガスが吸入管４から吸入孔５を介して吸入室
１６に吸い込まれ、同時に圧縮室１７で圧力を上げられ
た冷媒ガスが吐出切り欠き１９から吐出孔６を通して密
閉容器１内に吐出される。

【００２６】なお、図１では見やすくするために吐出孔
６の位置を吸入孔から離れた位置に描いたが、実際には
図２に示すようにベーン３２を挟んで吸入孔の近くに配
置されている。

【００２７】この時、吸入室１６と圧縮室１７とを仕切
るベーン３２はスプリング１５とベーン背部にかかる圧
力によりローラ３１の外周面に押し付けられており、先
端部がローラ３１の外周面と、側面部がシリンダ溝２４
の内壁面と摺動することになる。ベーン３２とローラ３
１およびシリンダ溝２４の潤滑は定常運転状態では密閉
容器底部に貯留されている潤滑油２３を使って行なわれ
るが、始動時には摺動部に充分な潤滑油が存在しておら
ず、吸入された冷媒ガスに僅かながら含まれている潤滑
油（潤滑油は僅かではあるが冷媒ガスと共に圧縮機から
吐出され、冷凍サイクルを循環した後再び吸入管から圧
縮機に戻ってくる）が使われることになる。

【００２８】つまり、密閉型ロータリ圧縮機の始動時に
おける摺動条件は潤滑油が充分に供給されない厳しいも
のであり、特にベーンとシリンダ溝の間は往復摺動運動
となるため油膜が形成されにくいため更に厳しい摺動条
件であるということがいえる。また、近年環境対策のた
めに採用されているＨＦＣ冷媒はそれ自身に潤滑性が乏
しいので、ＨＦＣ冷媒を使用したロータリ圧縮機の摺動
条件は特に厳しいものであるといえる。

【００２９】ベーン３２は炭素が０．９５〜１．２％、
クロームが１６．０〜１８．０％のマルテンサイト系ス
テンレス鋼を材料として次のようにして製造される。

【００３０】（１）空孔率１５％以下の固相焼結鉄とし
て粉末焼結成型する。

【００３１】（２）焼入れ焼き戻しにより基地をマルテ
ンサイト組織とする。

【００３２】（３）研削加工により先端部３２ａおよび
側面部３２ｂを仕上げる。

【００３３】（４）５６０〜５７０℃で窒化処理を行な
うことで図３（ａ）、（ｂ）に示すようにＦｅ₃Ｎまた
は（ＦｅＣｒ）₃Ｎの層で形成された第１化合物層３２
ｃ、Fe−Ｃｒ−Ｎの層で形成された第２化合物層３２
ｄ、窒素拡散層３２ｅを形成する。

【００３４】（５）最後に寸法精度を出すために図４
（ａ）、（ｂ）で示すように側面部３２ｂを研削して窒
素拡散層３２ｅを露出させる。

【００３５】ここで、クロームを１６〜１８％とした理
由は、クロームを９％以上含有していると窒化処理によ
り形成される化合物層３２ｃや窒素拡散層３２ｅの耐摩
耗性（耐凝着摩耗性）が大幅に向上するが、２７％を越
えると窒化が困難となるため両者の中間で容易に窒化を
行なうことができ、かつ十分な耐摩耗性を得ることがで
きる範囲に設定したものである。

【００３６】また、空孔率１５％以下とした理由は、空
孔率が１５％以上となった場合は空孔どうしが繋がって
連続空孔を形成するようになり、窒化時の窒素ガスがベ
ーン材料の深部まで侵入し、表面だけではなくベーンの
中心部まで窒化処理が行なわれてしまうので、極めて脆
い組織となってしまうからである。また、窒化時に発生
する歪についても、表面だけの窒化処理であれば、側面
部を仕上げ研削することにより寸法精度を確保すること
ができるが、中心まで窒化が進行した場合には仕上げ研
削によって除去することができない極めて大きな歪が発
生してしまうからである。一方、空孔率が小さすぎる場
合には窒化処理による問題は発生しないが、潤滑油を充
分に保持することができなくなる。このため空孔率の下
限は通常５％以上、好ましくは１０％以上に設定するの
が良い。

【００３７】図４で示すように、ベーン３２の側面を研
削して窒素拡散層が露出した状態にすると、研削面３２
ｆは窒素拡散層の中に空孔３４が点在している状態にな
る。そして、空孔３４には潤滑油２３が保持されてお
り、この潤滑油２３は運転時に摺動面に供給されるので
耐摩耗性を向上させることになる。また、空孔３４は窒
化処理時に内壁面にFe−Ｃｒ−Ｎからなる第２化合物層
３２ｇが形成されており、この第２化合物層は窒化によ
り組織を歪ませることで、隣り合う空孔どうしを連通す
る小さな孔を封孔する働きがあり、窒化処理前の材料に
連続空孔が少々存在しても、窒化処理後には連続空孔が
消滅していることになる。つまり、連続空孔が存在する
と、圧力が加わったときに空孔どうしを連通する小さな
孔を通じて潤滑油がベーンの外部に逃げていってしまう
が、連続空孔が無い状態では圧力が加わっても潤滑油は
逃げ道が無いのでそのまま保持されることになり、更な
る耐摩耗性の向上に効果がある。

【００３８】また、窒化処理条件の温度を、５００℃か
ら５７０℃に設定した理由は、この温度では化合物層や
窒素拡散層が安定して形成され、安定した耐摩耗性を発
揮することができるためである。更に窒素拡散層を０．
０５ｍｍ以上にすることにより、耐摩耗性が安定した窒
素拡散層とすることができる。

【００３９】ローラ３１は、クローム０．８％、ニッケ
ル０．２％、モリブデン０．２％、リン０．２％を添加
した合金鋳鉄に焼き入れ焼き戻しをほどこしたもので、
シリンダ３０は金型共晶黒鉛鋳鉄でパーライトを１０〜
５０％含んだものを使用している。

【００４０】ベーン３２の先端部３２ａとローラ３１の
外周面３３は前述したように油の少ない金属接触に近い
摺動条件となっているが、ベーン３２の先端部は耐摩耗
性の良好な第１化合物層３２cで構成されているため、
過酷な摺動条件においてもローラ３１の外摺面３３との
間で凝着摩耗を生じ難くすることができる。また、ロー
ラ３１の合金鋳鉄に添加されたクローム、モリブデン、
リンは耐摩耗性を大幅に向上させる働きがあり、Ｎｉは
焼入性を大きく高める働きがあるので、前述したベーン
３２とローラ３１の組合せは非常に耐摩耗性の優れた材
料組合せとなる。

【００４１】ベーン３２とシリンダ溝２４は往復摺動運
動であり、潤滑油の油膜が形成されにくい条件となって
いるが、潤滑油を保持した空孔を有する窒素拡散層を摺
動面とすることで高い耐摩耗性を得ることができてい
る。また、パーライトを１０％以上含んだ金型共晶黒鉛
鋳鉄と窒素拡散層の組合せは極めて高い耐摩耗性を発揮
することができる。このようにして信頼性の高い圧縮機
を実現することができる。

【００４２】なお、上記実施の形態ではベーン３２の素
材を炭素が０．９５〜１．２％、クロームが１６．０〜
１８．０％のマルテンサイト系ステンレス鋼としたが、
具体的な材質としてはＳＵＳ４４０Ａ、ＳＵＳ４４０
Ｂ、ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス
鋼はもちろん、ＳＫＤ１やＳＫＤ１１のような工具鋼で
も同様の効果を得ることができる。

【００４３】（実施の形態２）次に、図５〜図６を用い
て、本発明の実施の形態２について説明する。図５は本
発明の実施の形態２におけるロータリ圧縮機の圧縮機構
の要部を示す横断面図、図６は同ロータリ圧縮機のベー
ンを示す図である。

【００４４】図５および図６において、ベーン５０はク
ロームを１６〜１８％、ニッケルを６．５〜７．７５
％、炭素を０．０９％以下含有する析出硬化形ステンレ
ス鋼ＳＵＳ６３１を材料として次のようにして製造され
る。

【００４５】（１）空孔率１５％以下の固相焼結鉄とし
て粉末焼結成型する。

【００４６】（２）固溶化処理および中間処理を行った
後に析出効果処理を行い、基地にマルテンサイトと析出
物を混在させた組織とする。

【００４７】（３）研削加工により先端部３２ａおよび
側面部３２ｂを仕上げる。

【００４８】（４）窒化処理を行い、図６（ｂ）、
（ｃ）に示すようにＦｅ₃Ｎまたは（ＦｅＣｒ）₃Ｎの層
で形成された第１化合物層５０ｃ、Fe−Ｃｒ−Ｎの層で
形成された第２化合物層５０ｄ、窒素拡散層５０ｅを形
成する。

【００４９】（５）最後に寸法精度を出すために図６
（ｄ）で示すように側面部５０ｂを研削して窒素拡散層
５０ｅを露出させる。

【００５０】ローラ５１は、クローム０．８％、ニッケ
ル０．２％、モリブデン０．２％、ボロン０．０４％を
添加した合金鋳鉄に焼き入れ焼き戻しをほどこしたもの
である。シリンダ５３はパーライトを９５％以上含んだ
ＦＣ２５０を使用している。

【００５１】ベーン５０の先端部５０ａとローラ５１の
外周面５４は前述したように油の少ない金属接触に近い
摺動条件となるが、ベーン５０の先端部は耐摩耗性の良
好な第１化合物層５０cと第２化合物層５０ｄで構成さ
れているため、過酷な摺動条件においてもローラ５１の
外摺面５４との間で凝着摩耗を生じ難くすることができ
る。

【００５２】また、ローラ５１の合金鋳鉄に添加された
クローム、モリブデン、ボロンは耐摩耗性を大幅に向上
させる働きがあり、Ｎｉは焼入性を大きく高める働きが
あるので、前述したベーン５０とローラ５１の組合せは
非常に耐摩耗性の優れた材料組合せとなる。

【００５３】ベーン５０とシリンダ溝２４は往復摺動運
動であり、潤滑油の油膜が形成されにくい条件となって
いるが、潤滑油を保持した空孔を有する窒素拡散層を摺
動面とすることで高い耐摩耗性を得ることができてい
る。また、パーライトを９５％以上含んだＦＣ２５０と
窒素拡散層の組合せは極めて高い耐摩耗性を発揮するこ
とができる。

【００５４】このようにして信頼性の高い圧縮機を実現
することができる。

【００５５】なお、上記実施の形態ではベーン５０の素
材としてクロームを１６〜１８％、ニッケルを６．５〜
７．７５％、炭素を０．０９％以下含有する析出硬化形
ステンレス鋼ＳＵＳ６３１としたが、ＳＵＳ６３０でも
同様の効果を得ることができる。

【００５６】（実施の形態３）次に、図７を用いて、本
発明の実施の形態３について説明する。図７は、本発明
の実施の形態３におけるベーンを示す図である。

【００５７】図７において、ベーン６２は炭素を０．９
５〜１．２％、クロームを１６〜１８％含むマルテンサ
イト系ステンレス鋼を材料として次のようにして製造さ
れる。

【００５８】（１）空孔率１５％以下の固相焼結鉄とし
て粉末焼結成型する。

【００５９】（２）焼き入れ焼き戻し処理により基地を
マルテンサイト組織とする。

【００６０】（３）研削加工により先端部６２ａおよび
側面部６２ｂを仕上げる。

【００６１】（４）５６０〜５７０℃で窒化処理を行
い、図７（ｂ）、（ｃ）に示すようにＦｅ₃Ｎまたは
（ＦｅＣｒ）₃Ｎの層で形成された第１化合物層６２
ｃ、Fe−Ｃｒ−Ｎの層で形成された第２化合物層６２
ｄ、窒素拡散層６２ｅを形成する。

【００６２】（５）先端部６２ａおよび側面部６２ｂを
研削加工し、先端部６２ａは表面あらさＲｙ１μｍ程度
とする。

【００６３】先端部６２aはこの表面あらさであれば、
ローラ６３との微視的な接触においても、ヘルツ応力が
小さく摩耗に影響をあたえない結果となる。また、先端
部６２ａには第２化合物層６２dを残しているため、ロ
−ラ６３との間で凝着摩耗しにくい構成となっている。
一方、側面部６２ｂにおいても、第２化合物層６２ｄを
残しているため、シリンダ溝２４との間の摩耗もきわめ
て少なくなる。

【００６４】（実施の形態４）次に、図８を用いて、本
発明の実施の形態４について説明する。

【００６５】図８は、本発明の実施の形態４におけるベ
ーンを示す図である。図８においてベーン６２は窒化処
理により表面に第１の化合物層、第２の化合物層、窒素
拡散層を形成した後、側面を研削加工して第２化合物層
６２ｄと窒素拡散層６２ｅを混合して露出させている。
このためベーン側面は、非常に硬い組織（６２ｄ）と硬
い組織（６２ｅ）が混ざって分布し、摺動により硬い組
織６２ｅが僅かに摩耗してできた浅い窪みに潤滑油２３
が保持される。この結果、摺動面には常に潤滑油が存在
するので耐摩耗性が向上する。

【００６６】さらに、ベ−ン６２は先端部６２ａおよび
側面部６２ｂの摺動面に空孔６５を有し、この空孔６５
内に潤滑油２３が保持されるので常に充分な潤滑油が存
在することになり、非常に強い耐摩耗性を発揮する。

【００６７】また、ローラは、クローム０．８％、ニッ
ケル０．２％、モリブデン０．２％、リン０．３％を添
加した合金鋳鉄に焼き入れ焼き戻しをほどこしたもの
を、シリンダはＡ型片状黒鉛鋳鉄ＦＣ２５０でパーライ
トを９０％以上含んだものを使用している。これらのロ
ーラ、シリンダとベーンの組合せにより、非常に摩耗量
が少なく、信頼性の高い圧縮機が実現できる。

【００６８】（実施の形態５）次に、図９を用いて、本
発明の実施の形態５について説明する。

【００６９】図９は、本発明の実施の形態５におけるベ
ーンを示す図である。図９において、ベーン７２は炭素
を０．９５〜１．２％、クロームを１６〜１８％含むマ
ルテンサイト系ステンレス鋼を材料として次のようにし
て製造される。

【００７０】（１）空孔率１５％以下の固相焼結鉄とし
て粉末焼結成型する。

【００７１】（２）焼き入れ焼き戻し処理により基地を
マルテンサイト組織とする。

【００７２】（３）削加工により先端部および側面部を
仕上げる。

【００７３】（４）水蒸気処理により表面部および内部
空孔部に四三酸化鉄の皮膜７６を形成する。

【００７４】（５）窒化処理を行い、Ｆｅ₃Ｎまたは
（ＦｅＣｒ）₃Ｎの層で形成された第１化合物層、Fe−
Ｃｒ−Ｎの層で形成された第２化合物、窒素拡散層を形
成する。

【００７５】（６）側面部を研削加工して第２化合物層
７７を露出させる。

【００７６】クロームを多く含む材料は素材の時点で酸
化クロームの膜が形成されているため、通常の窒化処理
だけでは窒化が難しく、硫化水素ガス、フッカ窒素ガス
等で酸化クロームの膜を除去する前処理が必要である。
しかし、上記のように水蒸気処理を施してあれば、前処
理が不要か、もしくは、短時間の前処理で、窒化処理が
可能となる。

【００７７】また、窒化後、第２化合物層７７や窒素拡
散層７８の空孔部７５内に第２化合物層７９や四三酸化
鉄の膜７６が残存しているため気密性が向上し、かつ四
三酸化鉄は多孔質体であるため潤滑油２３を保持する能
力が大きくなり、耐摩耗性を向上させることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上に示したように、本願発明によれば
以下に示すような効果を奏するものである。

【００７９】すなわち、本願発明によれば、空孔率１５
％以下のマルテンサイト組織化された鉄系粉末焼結合金
基地の表面に、Ｆｅ₃Ｎまたは（ＦｅＣｒ）₃Ｎからなる
第１化合物層およびＦｅ−Ｃｒ−Ｎからなる第２化合物
層および窒素拡散層を表面から内側に向かって順に形成
したので、極めて耐摩耗性の高いベーンを得ることがで
きるという有利な効果が得られる。

【００８０】また、本願発明によれば、鉄系粉末焼結合
金としてクロームを９〜２７％、炭素を０．４％以上含
有する焼き入れ硬化性のある材料としたことで、強靭で
表面高度が高く耐摩耗性に優れたベーンを得ることがで
きるという優れた効果を得られる。

【００８１】また、本願発明によれば、鉄系粉末焼結合
金としてクロームを９〜２７％、ニッケルを４〜８％、
炭素を０．２％以下含有する析出硬化性のある材料とし
たことで、耐摩耗性が高くかつ耐食性に優れたベーンを
得ることができるという優れた効果を得られる。

【００８２】また、本願発明によれば、シリンダ溝と摺
動するベーンの側面で、第１および第２の化合物層を除
去し、窒素拡散層を主たる摺動面としたことで、寸法精
度を確保するための研削代を大きく取れるのでベーン側
面の寸法精度が出しやすくなり、かつシリンダとの凝着
摩耗に対する耐性が優れたベーンを得ることができると
いう優れた効果を得られる。

【００８３】また、本願発明によれば、シリンダ溝と摺
動するベーンの側面で第１の化合物層すべてと第２の化
合物層の一部を除去し、第２の化合物層と窒素拡散層と
が混在して露出する面を摺動面としたことで、窒素拡散
層が摺動摩耗により削り取られた窪みに潤滑油が保持さ
れ、凝着摩耗に対する耐性が極めて優れたベーンを得る
ことができるという優れた効果を得られる。

【００８４】また、本願発明によれば、ローラの外周面
に摺接するベーンの先端部を表面粗さＲｙ３μｍ以下の
第２の化合物層となるように研削加工したことにより、
微細な突起部に大きな応力が働き難くなるため、ローラ
とベーンが金属凝着しにくいロータリ圧縮機を得ること
ができるという優れた効果を得られる。また、本願発明
によれば、潤滑性の低いＨＦＣ冷媒を使用しても、耐摩
耗性に優れたロータリ圧縮機とすることができるので、
地球環境の保護に貢献することができるという優れた効
果が得られる。

【００８５】また、本願発明によれば、あらかじめ酸化
皮膜を設けておくことでクロームの含有率が高い合金で
も容易に窒化することができるので、窒化処理後の表面
高度を大きくすることが可能となり、耐摩耗性に優れた
ベーンを得ることができるという優れた効果を得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機
を示す縦断面図

【図２】本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機
の圧縮機構の要部を示す横断面図

【図３】（ａ）本発明の実施の形態１におけるベーンを
示す図（ｂ）ベーンの先端部の拡大断面模式図（ｃ）窒化処理を行なった後のベーン側面部の拡大断面
模式図

【図４】（ａ）窒化処理後側面を仕上げ研削加工したベ
ーンを示す図（ｂ）同ベーンの側面部の拡大断面模式図

【図５】本発明の実施の形態２におけるロータリ圧縮機
の圧縮機構の要部を示す横断面図

【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるロータリ
圧縮機のベーンを示す図（ｂ）同Ｄ部拡大断面模式図（ｃ）同Ｅ部拡大断面模式図（切削前）（ｄ）同Ｅ部拡大断面模式図（切削後）

【図７】（ａ）本発明の実施の形態３におけるベーンを
示す図（ｂ）同Ｆ部拡大断面模式図（ｃ）同Ｇ部拡大断面模式図

【図８】（ａ）本発明の実施の形態４におけるベーンを
示す図（ｂ）同Ｈ部拡大断面模式図

【図９】（ａ）本発明の実施の形態５におけるベーンを
示す図（ｂ）同Ｊ部拡大断面模式図

【図１０】従来のロータリ圧縮機の圧縮機構の要部を示
す横断面図

【符号の説明】

１密閉容器２電動機部３圧縮機部４吸入管５吸入孔６吐出孔８シャフト９主軸受１１副軸受１６吸入室１７圧縮室２３潤滑油２４シリンダ溝３０シリンダ３１ローラ３２ベーン３２ａベーン先端部３２ｂベーン側面部３２ｃ第１化合物層３２d 第２化合物層３２e 窒素拡散層３２ｆベーン側面部の研削面３２ｇベーン側面部の空孔内第２化合物層３４空孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 37/06 Ｃ２２Ｃ 37/06 38/00 ３０４ 38/00 ３０４ 38/18 38/18 38/40 38/40 Ｃ２３Ｃ 8/02 Ｃ２３Ｃ 8/02 8/26 8/26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状の内周面を有するシリンダと、
前記シリンダ内周面に対して外周面を接しながら偏芯回
転運動をするローラと、前記シリンダの径方向に設けら
れたシリンダ溝に摺動自在かつ出没可能に挿入されたベ
ーンとからなり、前記ベーンが先端部をローラの外周面
に摺接するように弾性体によって付勢されてシリンダ内
空間を吸入空間と圧縮空間に仕切るように構成されたロ
ータリ圧縮機であって、前記ベーンは空孔率１５％以下
のマルテンサイト組織化された鉄系粉末焼結合金基地の
表面に、Ｆｅ₃Ｎまたは（ＦｅＣｒ）₃Ｎからなる第１化
合物層およびＦｅ−Ｃｒ−Ｎからなる第２化合物層およ
び窒素拡散層を表面から内側に向かって順に形成されて
いることを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】鉄系粉末焼結合金はクロームを９〜２７
％、炭素を０．４％以上含有する焼き入れ硬化性のある
合金鋼としたことを特徴とする請求項１記載のロータリ
圧縮機。
【請求項３】鉄系粉末焼結合金はクロームを９〜２７
％、ニッケルを４〜８％、炭素を０．２％以下含有する
析出硬化性のある材料で構成したことを特徴とする請求
項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】第１化合物層の厚さを１〜２０μｍ、第
２化合物層の厚さを５０〜２００μｍとしたことを特徴
とする請求項１乃至３記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】シリンダ溝と摺動するベーンの側面で、
第１および第２の化合物層を除去し、窒素拡散層が主た
る摺動面となるように加工したことを特徴とする請求項
１乃至４記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】シリンダ溝と摺動するベーンの側面で第
１の化合物層すべてと第２の化合物層の一部を除去し、
第２の化合物層と窒素拡散層とが混在して露出する面が
摺動面となるように加工したことを特徴とする請求項１
乃至４記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】シリンダ溝と摺動するベーンの側面で第
１の化合物層を除去し、第２の化合物層が摺動面となる
ように加工したことを特徴とする請求項１乃至４記載の
ロータリ圧縮機。
【請求項８】ローラの外周面に摺接するベーンの先端
部を表面粗さＲｙ３μｍ以下の第２の化合物層となるよ
うに研削加工したことを特徴とする請求項１乃至４記載
のロータリ圧縮機。
【請求項９】ローラが、クロームを０．５〜１．０
％、モリブデンを０．２〜０．４％、リンを０．１〜
０．４％含む鋳鉄からなることを特徴とする請求項１乃
至８記載のロータリ圧縮機。
【請求項１０】ローラが、クロームを０．５〜１．０
％、モリブデンを０．２〜０．４％、ボロンを０．０２
〜０．１％含む鋳鉄からなることを特徴とする請求項１
乃至８記載のロータリ圧縮機。
【請求項１１】冷媒がＨＦＣで、冷凍機油がエステル
油であることを特徴とする請求項１乃至１０記載のロー
タリ圧縮機。
【請求項１２】円筒形状の内周面を有するシリンダ
と、前記シリンダ内周面に対して外周面を接しながら偏
芯回転運動をするローラと、前記シリンダの径方向に設
けられたシリンダ溝に摺動自在かつ出没可能に挿入され
たベーンとからなり、前記ベーンが先端部をローラの外
周面に摺接するように付勢されてシリンダ内空間を吸入
空間と圧縮空間に仕切るロータリ圧縮機の製造方法であ
って、前記ベーンを空孔率１５％以下の鉄系粉末焼結合
金を熱処理によりマルテンサイト組織とした後、窒化ま
たは軟窒化処理により、Ｆｅ₃Ｎまたは（ＦｅＣｒ）₃Ｎ
からなる第１化合物層およびＦｅ−Ｃｒ−Ｎからなる第
２化合物層および窒素拡散層を表面から内側に向かって
順に形成したことを特徴とするロータリ圧縮機の製造方
法。
【請求項１３】窒化または軟窒化処理の温度を５００
℃から５８０℃とし、窒素拡散層の厚さを０．０５ｍｍ
以上としたことを特徴とする請求項１１記載のロータリ
圧縮機の製造方法。
【請求項１４】ベ−ンを焼結成形した後に水蒸気処理
をして前記ベ−ンの表面および空孔内に酸化皮膜を形成
し、しかる後に窒化または軟窒化処理を行なうことを特
徴とする請求項１１または１２記載のロータリ圧縮機の
製造方法。