JP2010048345A - 摺動部品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑制しつつ、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する摺動部品を製造することができると共に摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を満たすことができる摺動部品製造方法を提供する。
【解決手段】摺動部品製造方法は、黒鉛化熱処理工程および切削工程を備える。黒鉛化熱処理工程では、酸素および水蒸気の少なくとも１種のガスを含むガスの雰囲気下で炭素鋼母材が黒鉛化熱処理される。切削工程では、炭素鋼母材の一部又は全部の表層部分が最大脱炭深さ以上切削されて所望の摺動部品１７，２３，２４，２６，３９，６０が製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部品の製造方法に関する。

現在、多くの産業機械が世の中で活躍している。通常、これらの産業機械の多くには、摺動部品が組み込まれている。そして、摺動部品には、従前より、耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性が要求されている。

そして、このような要求に対し、炭素鋼母材から摺動部品を製造することが行われている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、例えば、適正な組成を有する炭素鋼母材から半溶融ダイキャスト成形により摺動部品母材（最終形状に成形される前の摺動部品）が作製され、その摺動部品母材が所望の形状に切削加工された後に、黒鉛化熱処理が施され、摺動部品が完成する。

ところで、このように炭素鋼母材から作製された摺動部品（以下「炭素鋼摺動部品」という）に黒鉛化熱処理が施される際、空気雰囲気下で黒鉛化熱処理がなされると、炭素鋼摺動部品の表層部分から炭素成分が失われるという現象（以下、この現象を「脱炭」という）が生じる。このように、炭素鋼摺動部品に脱炭が生じると、上述の要求特性が著しく損なわれるという問題が生じる。

このような問題に対して、過去に「真空炉およびソルトバスを用いて炭素鋼摺動部品を黒鉛化熱処理する」という提案や、「不活性ガス雰囲気下で炭素鋼摺動部品を黒鉛化熱処理する」という提案等がなされている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２９２９３２号公報 特開平９−２０９０３４号公報

しかし、真空炉やソルトバスの導入や不活性ガスの使用には多額のコストがかかるため、摺動部品の製造コストが跳ね上がるという不都合が生じる。また、上述のように黒鉛化熱処理が最終製造工程において行われると、摺動部品に変形が生じるおそれがあり、高精度が要求される摺動部品の製造方法としては不適切である。

本発明の課題は、製造コストを抑制しつつ、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する摺動部品を製造することができると共に摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を満たすことができる摺動部品製造方法を提供することにある。

第１発明に係る摺動部品製造方法は、黒鉛化熱処理工程および切削工程を備える。黒鉛化熱処理工程では、酸素および水蒸気の少なくとも１種のガスを含むガスの雰囲気下で炭素鋼母材が黒鉛化熱処理される。なお、黒鉛化熱処理の雰囲気温度は９００〜９５０℃である。また、黒鉛化熱処理の処理時間はおよそ１〜２時間である。また、空気雰囲気下で炭素鋼母材が黒鉛化熱処理される場合、最大脱炭深さは０．３ｍｍ〜０．６ｍｍとなる。そして、このときの最小削り代は０．７ｍｍ〜０．８ｍｍとなる。また、窒素ガス雰囲気下で炭素鋼母材が黒鉛化熱処理される場合、最大脱炭深さは０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍとなる。そして、このときの最小削り代は０．３ｍｍ〜０．４ｍｍとなる。切削工程では、炭素鋼母材の一部又は全部の表層部分が最大脱炭深さ以上切削されて所望の摺動部品が製造される。つまり、本発明では、摺動部品炭素鋼母材の寸法は、摺動部品の設計寸法に最大脱炭深さ以上の削り代を加えることにより得られる。

このため、この摺動部品製造方法を利用すれば、高価な真空炉やソルトバスを導入する必要もなく、高価な不活性ガスを使用する必要もない。したがって、この摺動部品製造方法を利用すれば、製造コストを抑制しつつ、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する高強度な摺動部品を製造することができる。また、この摺動部品製造方法では、黒鉛化熱処理工程後に切削工程が行われる。このため、この摺動部品製造方法を利用すれば、摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を十分に満たすことができる。

第２発明に係る摺動部品製造方法は、第１発明に係る摺動部品製造方法であって、炭素鋼母材は、半溶融ダイキャスト成形法又は半凝固ダイキャスト成形法により得られた母材である。

第３発明に係る摺動部品製造方法は、第１発明又は第２発明に係る摺動部品製造方法であって、摺動部品は、スクロール圧縮機のスクロール部品である。

第１発明に係る摺動部品製造方法を利用すれば、高価な真空炉やソルトバスを導入する必要もなく、高価な不活性ガスを使用する必要もない。したがって、この摺動部品製造方法を利用すれば、製造コストを低く抑えたまま、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する高強度な摺動部品を得ることができる。また、この摺動部品製造方法を利用すれば、摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を十分に満たすことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る摺動部品を用いた圧縮機について、高低圧ドーム型スクロール圧縮機を例に挙げて説明する。なお、本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型圧縮機は、冷媒として二酸化炭素冷媒（ＣＯ₂）やＲ４１０Ａ等の高圧冷媒に耐え得るように設計されている。

本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機１は、蒸発器や、凝縮器、膨張機構などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中のガス冷媒を圧縮する役割を担うものであって、図１に示されるように、主に、円筒状の密閉ドーム型のケーシング１０、スクロール圧縮機構１５、オルダム継手３９、駆動モータ１６、下部主軸受６０、吸入管１９及び吐出管２０から構成されている。以下、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機１の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

＜高低圧ドーム型スクロール圧縮機の構成部品の詳細＞
（１）ケーシング
ケーシング１０は、密閉容器であって、主に、略円筒状の胴部ケーシング部１１、椀状の上壁部１２及び椀状の底壁部１３から構成されている。上壁部１２は、胴部ケーシング部１１の上端部に溶接されている。底壁部１３は、胴部ケーシング部１１の下端部に溶接されている。そして、このケーシング１０には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構１５と、スクロール圧縮機構１５の下方に配置される駆動モータ１６とが収容されている。このスクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６とは、ケーシング１０内を上下方向に延びるように配置されるクランク軸１７によって連結されている。そして、この結果、スクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６との間には、間隙空間１８が生じている。

（２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構１５は、図１に示されるように、主に、ハウジング２３と、ハウジング２３の上方に密着して配置される固定スクロール２４と、固定スクロール２４に噛合する可動スクロール２６とから構成されている。以下、このスクロール圧縮機構１５の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

ａ）ハウジング
ハウジング２３は、その外周面において周方向の全体に亘って胴部ケーシング部１１に圧入固定されている。つまり、胴部ケーシング部１１とハウジング２３とは全周に亘って密着されている。このため、ケーシング１０の内部は、ハウジング２３の下方の高圧空間２８とハウジング２３の上方の低圧空間２９とに区画されていることになる。また、このハウジング２３には、上端面が固定スクロール２４の下端面と密着するように、固定スクロール２４がボルト３８により締結固定されている。また、このハウジング２３には、上面中央に凹設されたハウジング凹部３１と、下面中央から下方に延設された軸受部３２とが形成されている。そして、この軸受部３２には上下方向に貫通する軸受孔３３が形成されており、この軸受孔３３にクランク軸１７の主軸部１７ｂが軸受３４を介して回転自在に嵌入されている。

ｂ）固定スクロール
固定スクロール２４は、図１〜３に示されるように、主に、鏡板２４ａと、鏡板２４ａの鏡面２４Ｐから鏡面２４Ｐと略直交する方向に沿って下方に延びる渦巻き状（インボリュート状）のラップ２４ｂとから構成されている。鏡板２４ａには、後述する圧縮室４０に連通する吐出穴４１と、吐出穴４１に連通する拡大凹部４２とが形成されている。吐出穴４１は、鏡板２４ａの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。拡大凹部４２は、鏡板２４ａの上面に水平方向に広がるように形成された凹部である。

そして、固定スクロール２４の上面には、図１に示されるように、この拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより締結固定されている。そして、拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることによりスクロール圧縮機構１５の運転音を消音させるマフラー空間４５が形成されている。なお、固定スクロール２４と蓋体４４とは、図示しないパッキンを介して密着させることによりシールされている。

ｃ）可動スクロール
可動スクロール２６は、インナードライブ型の可動スクロールであって、図１、図４及び図５に示されるように、主に、鏡板２６ａと、鏡板２６ａの鏡面２６Ｐから鏡面２６Ｐと略直交する方向に沿って上方に延びる渦巻き状（インボリュート状）のラップ２６ｂと、鏡板２６ａの下面から下方に延びクランク軸１７の偏心軸部１７ａの外側に嵌合する軸受部２６ｃと、鏡板２６ａの両端部に形成される溝部２６ｄ（図５参照）とから構成されている。

そして、この可動スクロール２６は、溝部２６ｄにオルダム継手３９（図１参照）が嵌め込まれることによりハウジング２３に支持される。また、軸受部２６ｃにはクランク軸１７の偏心軸部１７ａが嵌入される。可動スクロール２６は、このようにスクロール圧縮機構１５に組み込まれることによってクランク軸１７の回転により自転することなくハウジング２３内を公転する。そして、可動スクロール２６のラップ２６ｂは固定スクロール２４のラップ２４ｂに噛合させられており、両ラップ２４ｂ，２６ｂの接触部の間には圧縮室４０が形成される。そして、この圧縮室４０では、可動スクロール２６の公転に伴い中心に向かって変位し、その容積が収縮していく。この高低圧ドーム型スクロール圧縮機１では、このようにして圧縮室４０に入ったガス冷媒が圧縮される。

ｄ）その他
また、このスクロール圧縮機構１５には、固定スクロール２４とハウジング２３とに亘り、連絡通路４６が形成されている。この連絡通路４６は、固定スクロール２４を上下方向に貫通するように形成されたスクロール側通路４７と、ハウジング２３を上下方向に貫通するように形成されたハウジング側通路４８とから構成される。そして、連絡通路４６の上端、即ちスクロール側通路４７の上端は拡大凹部４２に開口し、連絡通路４６の下端、即ちハウジング側通路４８の下端はハウジング２３の下端面に開口している。つまり、このハウジング側通路４８の下端開口は、連絡通路４６の冷媒を間隙空間１８に流出させる吐出口４９となっている。

（３）オルダム継手
オルダム継手３９は、可動スクロール２６の自転運動を防止するための部材であって、ハウジング２３の上面に形成されているオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、ハウジング２３において互いに対向する位置に配設されている。

（４）駆動モータ
駆動モータ１６は、交流モータであって、主に、ケーシング１０の内壁面に固定された環状のステータ５１と、ステータ５１の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）をもって回転自在に収容されたロータ５２とから構成されている。そして、この駆動モータ１６は、ステータ５１の上側に形成されているコイルエンド５３の上端がハウジング２３の軸受部３２の下端とほぼ同じ高さ位置になるように配置されている。

ステータ５１には、ティース部に銅線が巻回されており、上方及び下方にコイルエンド５３が形成されている。また、ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り且つ周方向に所定間隔をおいて複数個所に切欠形成されているコアカット部が設けられている。そして、このコアカット部により、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間に上下方向に延びるモータ冷却通路５５が形成されている。

ロータ５２は、上下方向に延びるように胴部ケーシング部１１の軸心に配置されたクランク軸１７を介してスクロール圧縮機構１５の可動スクロール２６に駆動連結されている。また、連絡通路４６の吐出口４９を流出した冷媒をモータ冷却通路５５に案内する案内板５８が、間隙空間１８に配設されている。

（５）クランク軸
クランク軸１７は、図１に示されるように、略円柱状の一体成形部品であって、主に、偏心軸部１７ａ、主軸部１７ｂ、バランスウェイト部１７ｃ及び副軸部１７ｄから成る。偏心軸部１７ａは、可動スクロール２６の軸受部２６ｃに収容される。主軸部１７ｂは、ハウジング２３の軸受孔３３に軸受３４を介して収容される。副軸部１７ｄは、下部主軸受６０に収容される。

（６）下部主軸受
下部主軸受６０は、駆動モータ１６の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受６０は、胴部ケーシング部１１に固定されるとともにクランク軸１７の下端側軸受を構成し、クランク軸１７の副軸部１７ｄを収容している。

（７）吸入管
吸入管１９は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮機構１５に導くためのものであって、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、低圧空間２９を上下方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール２４に嵌入されている。

（８）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０内の冷媒をケーシング１０外に吐出させるためのものであって、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。そして、この吐出管２０は、上下方向に延びる円筒形状に形成されハウジング２３の下端部に固定される内端部３６を有している。なお、吐出管２０の内端開口、即ち流入口は、下方に向かって開口されている。

＜摺動部品の製造方法＞
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機１において、クランク軸１７、ハウジング２３、固定スクロール２４、可動スクロール２６、オルダム継手３９及び下部主軸受６０は、摺動部品であり、下記製造方法により製造される。

（１）原材料
本発明の実施の形態において上記摺動部品の原材料となる鉄素材としては、Ｃ：２．３〜２．４ｗｔ％、Ｓｉ：１．９５〜２．０５ｗｔ％、Ｍｎ：０．６〜０．７ｗｔ％、Ｐ：＜０．０３５ｗｔ％、Ｓ：＜０．０４ｗｔ％、Ｃｒ：０．００〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ：０．５０〜１．００ｗｔ％が添加されているビレットが採用される。なお、ここにいう重量割合は全量に対する割合である。また、ここに「ビレット」とは、一旦、上記成分の鉄素材が溶融炉において溶融された後に、連続鋳造装置により円柱形状等に成形された最終成形前の素材を意味する。なお、ここで、Ｃ及びＳｉの含有量は、引張強度及び引張弾性率が片状黒鉛鋳鉄より高くなること、及び複雑な形状の摺動部品母材を成形するのに適切な流動性を備えていることの両方を満足するように決定される。また、Ｎｉの含有量は、金属組織の靭性を向上させて成形時の表面クラックを防止するのに適切な金属組成を構成するように決定されている。

（２）製造工程
本発明の実施の形態に係る摺動部品は、半溶融ダイキャスト成形工程、黒鉛化熱処理工程および機械加工工程を経て製造される。以下、各工程について詳述する。

ａ）半溶融ダイキャスト成形工程
半溶融ダイキャスト成形工程では、先ず、ビレットを高周波加熱して半溶融状態とする。次いで、その半溶融状態のビレットを所定の金型に注入する際に、ダイキャストマシンで所定圧力を加えながらビレットを所望の形状に成形し摺動部品母材を得る。そして、摺動部品母材を金型から取り出して急冷させると、その摺動部品母材の金属組織は、全体的に白銑化したものとなる。なお、摺動部品母材は最終的に得られる摺動部品よりも若干大きく、この摺動部品母材は、後の仕上げ工程において加工代が取り除かれて最終的な摺動部品となる。

なお、本発明の実施の形態において、可動スクロール２６の母材（以下「可動スクロール母材」という）１２６は図６及び図７に示される金型８０を用いて成形され、固定スクロール２４の母材（以下「固定スクロール母材」という）１２４は図８に示される金型７０を用いて成形される。

本発明の実施の形態において、可動スクロール母材１２６の寸法は、可動スクロール２６の寸法に黒鉛化熱処理時の最大脱炭深さ以上の加工代を加えたものとなっている。なお、後述するように、本実施の形態に係る黒鉛化熱処理工程では、炭素鋼から形成される可動スクロール母材１２６が空気雰囲気下で黒鉛化熱処理される。このため、本実施の形態では、最大脱炭深さが０．６ｍｍとなっている。そして、さらに具体的に言うと、鏡板相当部分１２６ａの表皮部分及びラップ相当部分１２６ｂの先端部分の加工代は、０．７〜１．０ｍｍとされている。

また、本発明の実施の形態において、固定スクロール母材１２４のラップ相当部分側の寸法は、固定スクロール２４の寸法に黒鉛化熱処理時の最大脱炭深さ以上の加工代を加えたものとなっている。なお、後述するように、本実施の形態に係る黒鉛化熱処理工程では、炭素鋼から形成される固定スクロール母材１２４が空気雰囲気下で黒鉛化熱処理される。このため、本実施の形態では、最大脱炭深さが０．６ｍｍとされている。そして、さらに具体的に言うと、鏡板相当部分１２４ａの表皮部分及びラップ相当部分１２４ｂの先端部分の加工代が０．７〜１．０ｍｍとされている。

なお、上記の他の摺動部材基体についても０．６ｍｍ以上の加工代が設けられている。

ところで、可動スクロール母材１２６を半溶融ダイキャスト成形するための金型８０は、図６に示されるように、第１型部分８１及び第２型部分８２から成る。第１型部分８１と第２型部分８２とを組み合わせたときにできる内部空間８００の形状は、成形される可動スクロール母材１２６の外形形状に対応している。以下、第１型部分８１及び第２型部分８２について詳述する。

第１型部分８１には、図６に示されるように、可動スクロール母材１２６の鏡板相当部分１２６ａの下部を形成するための略円盤状の凹部８１１と、可動スクロール母材１２６の軸受相当部分１２６ｃを形成するための円筒溝部８１２と、凹部８１１のほぼ中心付近に位置し凹部８１１に連通する湯供給通路（図示せず）とが形成されている。円筒溝部８１２は、可動スクロール母材１２６を脱型する際の抜き勾配が確保されるように外形形状が設定されている。なお、本実施の形態において、抜き勾配は、１°〜１．５°とされている。

第２型部分８２には、図６及び図７に示されるように、可動スクロール母材１２６の鏡板相当部分１２６ａの上部を形成するための略円盤状の凹部８２３と、可動スクロール母材１２６のラップ相当部分１２６ｂを形成するための渦巻き溝部８２１と、渦巻き溝部８２１の底面から延び外空間に連通する第２貫通孔８２４とが形成されている。凹部８１１は、第１型部分８１と第２型部分８２とが組み合わせられたときに、第１型部分８１の凹部８１１と共に鏡板形成空間８０１を形成する。渦巻き溝部８２１は、可動スクロール母材１２６を脱型する際の抜き勾配が確保されるように外形形状が設定されている。具体的には、渦巻き溝部８２１の全壁面について、鏡面相当部分８２２ａに直交する線に対して第１角度θだけ傾斜がつくように、渦巻き溝部８２１の形状が決められている。このため、渦巻き溝部８２１では、底幅Ｔｏに対して、鏡面相当部分８２２ａとの境界における渦巻き溝部８２１の厚みがＴｏ＋Ｔｏ１＋Ｔｏ１となる。なお、本実施の形態において、抜き勾配は、１°〜１．５°とされている。また、渦巻き溝部８２１は、可動スクロール母材１２６を容易に脱型できるように、底幅Ｔｏに対する深さＨｏの比Ｈｏ／Ｔｏが９以下になるように設定されている。第２貫通孔８２４には、一部が外空間に突出するように第２押しピン２８２が挿入されている。

また、固定スクロール母材１２４を半溶融ダイキャスト成形するための金型７０は、図８に示されるように、第１型部分７１及び第２型部分７２から成る。第１型部分７１と第２型部分７２とを組み合わせたときにできる内部空間７００の形状は、成形される固定スクロール母材１２４の外形形状に対応している。以下、第１型部分７１及び第２型部分７２について詳述する。

第１型部分７１には、図８に示されるように、固定スクロール母材１２４の鏡板相当部分１２４ａを形成するための略円盤状の凹部７１１と、拡大凹部相当部分を形成するための筒状溝部７１２と、凹部７１１のほぼ中心付近に位置し凹部７１１に連通する湯供給通路（図示せず）とが形成されている。

第２型部分７２には、図８に示されるように、固定スクロール母材１２４のラップ相当部分１２４ｂを形成するための渦巻き溝部７２１と、固定スクロール母材１２４の囲い壁部相当部分を形成するための筒状溝部７２２と、渦巻き溝部７２１の底面から延び外空間に連通する第３貫通孔７２３とが形成されている。渦巻き溝部７２１は、固定スクロール母材１２４を脱型する際の抜き勾配が確保されるように外形形状が設定されている。具体的には、渦巻き溝部７２１の全壁面について、鏡面相当部分７１１ａに直交する線に対して第１角度θだけ傾斜がつくように、渦巻き溝部７２１の形状が決められている。このため、渦巻き溝部７２１では、底幅Ｔｆに対して、鏡面相当部分７１１ａとの境界における渦巻き溝部７２１の厚みがＴｆ＋Ｔｆ１＋Ｔｆ１となる。なお、本実施の形態において、抜き勾配は、１°〜１．５°とされている。また、渦巻き溝部７２１は、固定スクロール母材１２４を容易に脱型できるように、底幅Ｔｆに対する深さＨｆの比Ｈｆ／Ｔｆが９以下になるように設定されている。第３貫通孔７２３には、一部が外空間に突出するように第３押しピン２７２が挿入されている。

ｂ）黒鉛化熱処理工程
黒鉛化熱処理工程では、半溶融ダイキャスト成形工程後の摺動部品母材が空気雰囲気下で黒鉛化熱処理される。この黒鉛化熱処理工程において、摺動部品母材の金属組織は、白銑化組織からパーライト／フェライト基地、粒状黒鉛から成る金属組織へと変化する。なお、この白銑化組織の黒鉛化、パーライト化については熱処理温度、保持時間、冷却速度などを調節することにより調節することができる。例えば、Honda R&D Technical Review の Vol.14 No.1 の論文「鉄の半溶融成形技術の研究」にあるように、９５０℃で６０分保持した後に０．０５〜０．１０℃／ｓｅｃの冷却速度で炉中にて徐冷することにより、５００ＭＰａ〜７００ＭＰａ程度の引張強度、ＨＢ１５０（ＨＲＢ８１（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値））〜ＨＢ２００（ＨＲＢ９６（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値））程度の硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織はフェライト中心であるために軟らかく被削性に優れるが、機械加工時に構成刃先を形成して刃具寿命を低下させる可能性がある。また、１０００℃で６０分保持した後に空冷し、さらに最初の温度より少し低い温度で所定時間保持した後に空冷することにより、６００ＭＰａ〜９００ＭＰａ程度の引張強度、ＨＢ２００（ＨＲＢ９６（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値））〜ＨＢ２５０（ＨＲＢ１０５，ＨＲＣ２６（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値、なおＨＲＢ１０５は試験タイプの有効な実用範囲を超えるため参考値である））程度の硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織において、片状黒鉛鋳鉄と同等の硬度を有するものは、片状黒鉛鋳鉄と同等の被削性を有し、同等の延性・靭性を有する球状黒鉛鋳鉄と比較すると被削性に優れている。また、１０００℃で６０分保持した後に油冷し、さらに最初の温度より少し低い温度で所定時間保持した後に空冷することにより、８００ＭＰａ〜１３００ＭＰａ程度の引張強度、ＨＢ２５０（ＨＲＢ１０５，ＨＲＣ２６（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値、なおＨＲＢ１０５は試験タイプの有効な実用範囲を超えるため参考値である））〜ＨＢ３５０（ＨＲＢ１２２，ＨＲＣ４１（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値、なおＨＲＢ１２２は試験タイプの有効な実用範囲を超えるため参考値である））程度の硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織はパーライト中心であるために硬く、被削性に劣るが、耐摩耗性に優れている。ただし、硬すぎることによる摺動相手材への攻撃性を有する可能性がある。

なお、本発明の実施の形態において、この黒鉛化熱処理工程では、摺動部品母材の硬度がＨＲＢ９０（ＨＢ１７６（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値））よりも高くＨＲＢ１００（ＨＢ２１９（ＳＡＥ Ｊ ４１７硬さ換算表からの換算値））よりも低くなるような条件下で黒鉛化熱処理される。なお、摺動部品母材が半溶融ダイキャスト成形法により製造される場合、摺動部品母材の硬度はその摺動部品母材の引張強度と比例関係になることが明らかとなっているので、このときの摺動部品母材の引張強度は６００ＭＰａから９００ＭＰａの範囲にほぼ相当する。

ｃ）機械加工工程
機械加工工程では、摺動部品母材が機械加工されて最終的な摺動部品が得られる。

なお、本発明の実施の形態において、可動スクロール母材１２６の機械加工工程では、鏡板相当部分１２６ａ、ラップ相当部分１２６ｂ及び軸受相当部分１２６ｃがエンドミル等によって切削加工される。また、ガス荷重の応力分散のための切欠部（座ぐり部）がエンドミル等によって形成され、図９に示されるように、鏡面２６Ｐから先端までの高さや厚みが所定の設計値どおりの寸法とされる。具体的には、図９に示されるように、一点鎖線で示されるラップ相当部分１２６ｂの抜け勾配部分や、鏡板相当部分１２６ａの表皮部分、ラップ相当部分１２６ｂの先端部分、軸受相当部分１２６ｃの抜け勾配部分、軸受相当部分１２６ｃの先端部分が削られて、実線で示される形状に仕上げられる。なお、本実施の形態においてラップ相当部分１２６ｂの抜け勾配部分及び軸受相当部分１２６ｃの抜け勾配部分は粗加工後に精密加工され、鏡板相当部分１２６ａの表皮部分、ラップ相当部分１２６ｂの先端部分及び軸受相当部分１２６ｃの先端部分は粗加工を経ずに精密加工される。これは、可動スクロール２６が高さ方向にのみニアネットシェイプ成形されていることに起因する。また、このとき、鏡面２６Ｐに直交する線に対するラップ２６ｂ側面の傾斜角度及び鏡面２６Ｐに直交する線に対する軸受部２６ｃ側面の傾斜角度は０度となる。また、鏡板相当部分１２６ａの表皮部分、ラップ相当部分１２６ｂの先端部分および軸受相当部分１２６ｃの先端部分の加工代は、金型８０の形状により０．７〜１．０ｍｍとなっている。

一方、固定スクロール母材１２４の機械加工工程では、従来公知のドリル加工等によって、吐出穴４１が形成されると共に鏡板相当部分１２４ａ及びラップ相当部分１２４ｂがエンドミル等によって切削加工され、図１０に示されるように、鏡面２４Ｐから先端までの高さや厚みが所定の設計値どおりの寸法とされる。具体的には、図１０に示されるように、一点鎖線で示されるラップ相当部分１２４ｂの抜け勾配部分や、鏡板相当部分１２４ａの表皮部分、ラップ相当部分１２４ｂの先端部分が削られて、実線で示される形状に仕上げられる。なお、本実施の形態においてラップ相当部分１２４ｂの抜け勾配部分は粗加工後に精密加工され、鏡板相当部分１２４ａの表皮部分及びラップ相当部分１２４ｂの先端部分は粗加工を経ずに精密加工される。これは、固定スクロール２４が高さ方向にのみニアネットシェイプ成形されていることに起因する。また、このとき、鏡面２４Ｐに直交する線に対するラップ２４ｂ側面の傾斜角度は０度となる。また、鏡板相当部分１２４ａの表皮部分及びラップ相当部分１２４ｂの先端部分の切削厚みは、金型７０の形状により０．７〜１．０ｍｍとなっている。

＜高低圧ドーム型スクロール圧縮機の運転動作＞
次に、高低圧ドーム型スクロール圧縮機１の運転動作について簡単に説明する。まず、駆動モータ１６が駆動されると、クランク軸１７が回転し、可動スクロール２６が自転することなく公転運転を行う。すると、低圧のガス冷媒が、吸入管１９を通って圧縮室４０の周縁側から圧縮室４０に吸引され、圧縮室４０の容積変化に伴って圧縮され、高圧のガス冷媒となる。そして、この高圧のガス冷媒は、圧縮室４０の中央部から吐出穴４１を通ってマフラー空間４５へ吐出され、その後、連絡通路４６、スクロール側通路４７、ハウジング側通路４８、吐出口４９を通って間隙空間１８へ流出し、案内板５８と胴部ケーシング部１１の内面との間を下側に向かって流れる。そして、このガス冷媒は、案内板５８と胴部ケーシング部１１の内面との間を下側に向かって流れる際に、一部が分流して案内板５８と駆動モータ１６との間を円周方向に流れる。なお、このとき、ガス冷媒に混入している潤滑油が分離される。一方、分流したガス冷媒の他部は、モータ冷却通路５５を下側に向かって流れ、モータ下部空間にまで流れた後、反転してステータ５１とロータ５２との間のエアギャップ通路、または連絡通路４６に対向する側（図１における左側）のモータ冷却通路５５を上方に向かって流れる。その後、案内板５８を通過したガス冷媒と、エアギャップ通路又はモータ冷却通路５５を流れてきたガス冷媒とは、間隙空間１８で合流して吐出管２０の内端部３６から吐出管２０に流入し、ケーシング１０外に吐出される。そして、ケーシング１０外に吐出されたガス冷媒は、冷媒回路を循環した後、再度吸入管１９を通ってスクロール圧縮機構１５に吸入されて圧縮される。

＜摺動部品の製造方法の特徴＞
本実施の形態に係る摺動部品の製造方法では、黒鉛化熱処理工程において炭素鋼から成る摺動部品母材が空気雰囲気下で黒鉛化熱処理され、機械加工工程において黒鉛化熱処理後の摺動部品母材が最大脱炭深さ以上切削されて最終的な摺動部品が製造される。このため、この摺動部品の製造方法では、製造コストを抑制しつつ、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する高強度な摺動部品を製造することができ、また、摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を十分に満たすことができる。

＜変形例＞
（Ａ）
先の実施の形態では空気雰囲気下で黒鉛化熱処理が行われたが、窒素ガスの雰囲気下で黒鉛化熱処理が行われてもかまわない。なお、かかる場合、窒素ガスに水蒸気が含まれていてもかまわない。

（Ｂ）
先の実施の形態では特に言及しなかったが、空気に水蒸気が含まれていてもかまわない。

（Ｃ）
先の実施の形態では密閉型の高低圧ドーム型スクロール圧縮機１が採用されたが、圧縮機は、高圧ドーム型の圧縮機であっても低圧ドーム型の圧縮機であってもよい。また、半密閉形や開放型の圧縮機であってもよい。

（Ｄ）
先の実施の形態に係るスクロール圧縮機１ではスクロール圧縮機構１５が採用されたが、圧縮機構は、ロータリ圧縮機構や、レシプロ圧縮機構、スクリュー圧縮機構などであってもよい。また、スクロール圧縮機構１５は、両歯や共回りタイプのスクロールであってもよい。

（Ｅ）
先の実施の形態では鉄素材としてＣ：２．３〜２．４ｗｔ％、Ｓｉ：１．９５〜２．０５ｗｔ％、Ｍｎ：０．６〜０．７ｗｔ％、Ｐ：＜０．０３５ｗｔ％、Ｓ：＜０．０４ｗｔ％、Ｃｒ：０．００〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ：０．５０〜１．００ｗｔ％が添加されているビレットが採用されたが、鉄素材の元素割合は、本発明の趣旨を損ねない限り、任意に決定することができる。

（Ｆ）
先の実施の形態では自転防止機構としてオルダム継手３９が採用されているが、自転防止機構としてピン、ボールカップリング、クランク等、いかなる機構が採用されてもよい。

（Ｇ）
本発明の実施の形態ではスクロール圧縮機１が冷媒回路内で用いられる場合を例に挙げたが、用途に付いては空調用に限定するものではなく、単体もしくはシステムに組込まれて用いられる圧縮機や送風機、過給機、ポンプなどであってもよい。

（Ｈ）
本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機１には潤滑油が存在したが、オイルレス若しくはオイルフリー（油があってもなくてもよい）タイプの圧縮機、送風機、過給機、ポンプであってもよい。

（Ｉ）
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機１は、インナードライブ型のスクロール圧縮機であったが、本発明に係るスクロール圧縮機はアウタードライブ型のスクロール圧縮機であってもよい。

（Ｊ）
本発明の実施の形態の黒鉛化熱処理工程では、摺動部品母材の全部を熱処理したが、摺動部品母材が可動スクロール２６や固定スクロール２４である場合は、耐焼付き性や、耐摩耗性、なじみ性に対して重要となる箇所である鏡板側の表面（スラスト表面）部分とラップ２４ｂ，２６ｂの先端部のみ、硬度がＨＲＢ９０よりも高くＨＲＢ１００よりも低くするようにしてもよいし、フェライト面積率が５％よりも大きく５０％よりも小さくなるようにしてもよいし、黒鉛面積率が２％よりも大きく６％よりも小さくなるようにしてもよい。

本発明に係る摺動部品製造方法は、製造コストを抑制しつつ、優れた耐摩耗性や、耐焼き付き性、相手材との「なじみ」性、耐疲労性等の特性を有する摺動部品を製造することができると共に摺動部品に高精度が求められる場合であってもその要求を満たすことができるという特徴を有しており、高精度が要求される摺動部品の製造方法として特に有用である。

本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる固定スクロールの下面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる固定スクロールのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる可動スクロールの上面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる可動スクロールのＶ−Ｖ断面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる可動スクロールを製造するための金型及び半溶融ダイキャスト成形により成形された可動スクロールの母材の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる可動スクロールを製造するための金型のうち鏡板及びラップ形成側の部分の底面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる固定スクロールを製造するための金型及び半溶融ダイキャスト成形により成形された固定スクロールの母材の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる可動スクロール及び可動スクロール母材の加工代を示す図である。 本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機に組み込まれる固定スクロール及び固定スクロール母材の加工代を示す図である。

符号の説明

１７ クランク軸（摺動部品）
２３ ハウジング（摺動部品）
２４ 固定スクロール（摺動部品）
２６ 可動スクロール（摺動部品）
３９ オルダム継手（摺動部品）
６０ 下部主軸受（摺動部品）
１２４ 固定スクロール母材（炭素鋼母材）
１２６ 可動スクロール母材（炭素鋼母材）

Claims (3)

1. 酸素および水蒸気の少なくとも１種のガスを含むガスの雰囲気下で炭素鋼母材（１２４，１２６）を黒鉛化熱処理する黒鉛化熱処理工程と、
   前記炭素鋼母材の一部又は全部の表層部分を最大脱炭深さ以上切削して所望の摺動部品（１７，２３，２４，２６，３９，６０）を製造する切削工程と
   を備える摺動部品製造方法。
2. 前記炭素鋼母材は、半溶融ダイキャスト成形法又は半凝固ダイキャスト成形法により得られた母材である
   請求項１に記載の摺動部品製造方法。
3. 前記摺動部品は、スクロール圧縮機のスクロール部品である
   請求項１又は２に記載の摺動部品製造方法。

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