JP2007092638A - ロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベーン先端部の表面粗さ、真直度を小さくし、また、ベーン先端部のローリングピストンとの摺接方向と摺接方向以外の方向の粗度、真直度を均一にし、どの方向も一定な粗度、真直度を確保することにより、ベーンとローリングピストンの過度の初期摩耗を防ぐことができるロータリー圧縮機のベーンの加工方法及び、同方法によって研削されたベーンをもつロータリー圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明に係るロータリー圧縮機は、ローリングピストンがベーン２に摺接しながらシリンダ内を偏心回転して冷媒を圧縮するロータリー圧縮機において、ベーン２のローリングピストンと摺接する部分が、交差する２方向に網目状に研削仕上げ施されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ロータリー圧縮機に関し、特に冷媒ガスを高差圧で圧縮するロータリー圧縮機に関するものである。

従来の、例えば、ベーンがシリンダのベーン溝に出入可能に挿入されるロータリー圧縮機において、このロータリー圧縮機に使用されるベーン先端Ｒ面（先端湾曲面）の研削方法は、研削砥石の円筒面にベーン先端Ｒ面を摺接する方向に押し当て、ベーンを先端Ｒの中心を軸として揺動旋回させることによって、ベーンにローリングピストンとの摺動方向に研削仕上げが施されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５８５３２０号公報

従来のベーン先端部の研削方法は、研削砥石の円筒面にベーン先端Ｒ面を摺接する方向に押し当て、またベーンを先端Ｒ面の中心を軸として揺動旋回させることにより、ローリングピストンとの摺接方向にのみ研削仕上げが施されていたため、以下のような課題があった。

まず、研削方向がローリングピストンとの摺接方向の一方向のみであり、砥石の形状・粗度がそのままベーン先端Ｒ面に転写されるため、ベーン先端Ｒ面の粗度は研削砥石の粗度・形状の影響を受けやすく安定した表面粗度、真直度を保つことができず悪化する。特に、ベーン先端部のローリングピストンとの摺接方向に対して摺接方向以外の方向の表面粗度はその傾向が強く、ベーンのローリングピストンとの摺接方向以外の方向の表面粗度、真直度が均一でない。

さらに、ロータリー圧縮機において、上述した加工方法によって研削したベーンを用いた場合、摺接方向以外の方向の表面粗度、真直度が均一に馴染むまでの間に、ベーン先端部及び、ローリングピストン外周面に過度の初期摩耗が発生して、圧縮機の性能を早期に低下させるという課題があった。

また、上述の加工方法で研削したベーン素地表面に窒化後、物理蒸着法、若しくは化学蒸着法によって耐摩耗性の保護膜をコーティングした場合、ベーン先端部の研削方向がローリングピストンとの摺接一方向のみの場合、摺接方向と同方向以外の表面粗度、真直度が均一でないため、コーティング後の同保護膜の残留応力が高く、密着強度が低下することにより剥離し、ベーンの摩耗を促進させ、性能が低下し寿命を短くする課題があった。

さらに、上述のコーティング膜の表面粗度はベーン素地の研削仕上げに影響されるためベーン先端部の研削方向がローリングピストンとの摺接方向の一方向のみの場合、コーティング後の表面粗さはローリングピストンとの摺接方向と摺接方向以外の方向では大きく異なるため、局部荷重が加わった場合はローリングピストンを摩耗させるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーン先端部の表面粗さ、真直度を小さくし、また、ベーン先端部のローリングピストンとの摺接方向と摺接方向以外の方向の粗度、真直度を均一にし、どの方向も一定な粗度、真直度を確保することにより、ベーンとローリングピストンの過度の初期摩耗を防ぐことができるロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

また、ベーン先端部のローリングピストンとの摺接方向と摺接方向以外の方向の表面粗さ、真直度を小さくすることにより、ベーン素地と同素地表面に形成した耐摩耗性の保護膜の密着強度を上げ、ベーンの保護膜剥離による摩耗で寿命低下することの無いロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るロータリー圧縮機は、ローリングピストンがベーンに摺接しながらシリンダ内を偏心回転して冷媒を圧縮するロータリー圧縮機において、ベーンのローリングピストンと摺接する部分が、交差する２方向に網目状に研削仕上げが施されていることを特徴とする。

この発明に係るロータリー圧縮機は、ベーン先端部のローリングピストンとの摺接方向と摺接方向以外の方向の表面粗さ、真直度を小さくすることが出来る。これによりベーンとローリングピストンの摺動において優れた耐摩耗性と境界潤滑状態での凝着防止効果を得ることによってローリングピストンとベーンの過度な初期摩耗による圧縮機寿命低下を防ぐことが出来る。

実施の形態１．
図１乃至２は実施の形態１を示す図で、図１はロータリー圧縮機のシリンダ付近の断面図、図２はベーンの斜視図である。

ロータリー圧縮機は、図１に示すように、ローリングピストン１と、これに従動する背圧及びベーンスプリング５で付勢されるベーン２を持ち、シリンダ３内で駆動軸４の偏芯部に嵌合したローリングピストン１がベーン２の摺動を伴って偏心回転することにより、低温低圧の冷媒ガスをシリンダ３内に吸入して圧縮し、これを高温高圧の冷媒ガスとして送り出し、冷凍サイクルに繰返し供する。

ローリングピストン１およびベーン２は従来から採用されている鉄系材料がよく、例えば、ローリングピストン１には合金鋼、ベーン２には高速度工具鋼が好適である。

ベーン２のローリングピストン１と摺接する先端部２ａの素地表面である先端Ｒ面２ｂは、図２に示すように、交差する２方向に対し網目状に研削仕上げ（研磨目）が施されている。

前記の研削仕上げを施す２つの方向は、研削仕上げが交差すれば任意の方向でよい。また、その研削仕上げが交差する角度も任意でよい。例えば、図２に示すように、前記の研削仕上げを施す２つの方向を、ベーン２がローリングピストン１と摺接する方向に対して夫々４５度の角度とし、研削仕上げが交差する角度を９０度とする。また、前記の研削仕上げを施す２つの方向は、一方がベーン２がローリングピストン１と摺接する方向とし、他方をベーン２がローリングピストン１と摺接する方向に対して９０度の角度とし、研削仕上げが交差する角度を９０度としてもよい。但し、研削仕上げを施す方向が２方向でなく１方向のみでは、研磨目の粗度を均一にするのが困難であり好ましくない。

前記網目状の研磨目が施されたベーン先端部２ａを粗さ形状測定器によって、図２のようにローリングピストンとの摺接方向である方向Ｄ及び、同方向と直交する矢印Ｅの向きに形状を測定すると、Ｒｚ（１０点平均粗さ）が０．１〜０．２μｍであり、方向性を問わずにどの方向でも均一な真直度、粗さに仕上げることができる。

以上のように、加工物であるベーン２と砥石の接触部において、従来方式では常にベーン２と砥石の接触面が一定であり、砥石が摩耗すると、その形状がそのままベーン２における研磨目の形状となるが、本発明によれば、ベーン２と砥石との接触面を変化させることにより、砥石の形状がそのままベーン２に転写されにくく、一定の仕上がり効果を得られる。それにより、ベーン２とローリングピストン１の摺動において優れた耐摩耗性と境界潤滑状態での凝着を防ぎ、ローリングピストン１とベーン２の過度な初期摩耗によるロータリー圧縮機の寿命低下を防ぐことができる。

実施の形態２．
実施の形態１は、ベーン２のローリングピストン１と摺接する先端部２ａの素地表面に網目状の研磨目を施し、どの方向でも小さな表面粗度、真直度に研削仕上げするものであるが、次に前述の網目状の研磨目を施したベーン２の表面に窒化及び、物理蒸着法、化学蒸着法、若しくはプラズマ化学蒸着法によって形成された耐摩耗性の保護膜をコーティングした実施の形態２を説明する。

図３乃至５は実施の形態２を示す図で、図３はベーンの斜視図、図４はベーンの断面図、図５は保護膜の密着強度測定結果を示す図である。

図３、４に示すように、実施の形態１で説明した網目状の研磨目を施してあるベーン２の素地２ｃの上に窒化層２ｄが形成され、その上に耐摩耗性の保護膜２ｅがコーティングされている。

窒化層２ｄはコーティングの前処理で加工され、雰囲気窒化、又はイオン窒化により処理される。窒化層２ｄの硬度は、高速度工具鋼（ＳＫＨ５１（ＪＩＳ））の場合、Ｈｖ＝１２００〜１３００となる。

保護膜２ｅは物理的な蒸着法と、コーティング膜原料ガスと他種のガスを化学反応により蒸着させる化学蒸着法、或いはグロー放電や高周波放電によるプラズマ雰囲気中で化学的に成膜するプラズマ化学蒸着法により処理され、保護膜２ｅはローリングピストン１とベーン２との間に高い耐摩耗性と境界潤滑での凝着防止機能を兼ね備えている。

ベーン素地表面を網目状に加工した上に窒化及び、コーティングされることにより、ローリングピストン１と摺接するベーン２の先端Ｒ面２ｂの真直度、粗度が小さくなり、また、ベーン２の先端部２ａのローリングピストン１と摺接方向と摺接方向以外の方向の表面粗度、真直度を均一にできるため、上記の方法によってコーティングされた耐摩耗性の保護膜２ｅの残留応力を小さく抑えることができ、耐摩耗性の保護膜２ｅとベーン２表面の窒化層２ｄとの密着強度は向上し、保護膜２ｅの剥離や亀裂の発生を抑制することができる。前記の真直度とは、一平面上の直線部分の真直度であり、Ｒ方向と直角な稜線方向に形状を測定したときに構成される平行直線の間隔をいう。

図５にベーン２の先端部２ａの研摩目を網目状に研削した場合と、ローリングピストン１との摺接方向のみを研削した場合で、イオン窒化した上でプラズマ化学蒸着法によりコーティングすることによりアモルファス状の耐摩耗性保護膜の窒化層との密着強度を比較した結果を示す。密着強度は、スクラッチ法による密着性試験方法（ＪＩＳ Ｈ ８６９０−１９９３）によりスクラッチ荷重と振動により窒化層との剥離荷重を計測した。網目状に加工した場合の方が摺接方向のみを加工した場合よりも１．５倍以上剥離荷重が高くなる。

実施の形態１を示す図で、ロータリー圧縮機のシリンダ付近の断面図である。 実施の形態１を示す図で、ベーンの斜視図である。 実施の形態２を示す図で、ベーンの斜視図である。 実施の形態２を示す図で、ベーンの断面図である。 実施の形態２を示す図で、保護膜の密着強度測定結果を示す図である。

符号の説明

１ ローリングピストン、２ ベーン、２ａ 先端部、２ｂ 先端Ｒ面、２ｃ 素地、２ｄ 窒化層、２ｅ 保護膜、３ シリンダ、４ 駆動軸。

Claims (4)

1. ローリングピストンがベーンに摺接しながらシリンダ内を偏心回転して冷媒を圧縮するロータリー圧縮機において、
   前記ベーンの前記ローリングピストンと摺接する部分が、交差する２方向に網目状に研削仕上げが施されていることを特徴とするロータリー圧縮機。
2. 前記ベーンは鉄系材料であり、前記網目状に研削仕上げが施された後に、素地表面に窒化層、及び耐摩耗性の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載のロータリー圧縮機。
3. 前記保護膜は、物理蒸着法、化学蒸着法、又はプラズマ化学蒸着法によって形成されたことを特徴とする請求項２記載のロータリー圧縮機。
4. 使用される冷媒が炭酸ガスであることを特徴とする請求項１及至３の何れかに記載のロータリー圧縮機。

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