JP2991535B2 - 回転式流体コンプレッサ用ベーンの窒化方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転式流体コンプレッ
サに用いるベーンの表面処理を行なう窒化方法及びこの
方法で窒化処理するための窒化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ベーンを備えた回転式流体コン
プレッサとしては、例えば、揺動ロータ型のコンプレッ
サが知られている。

【０００３】この種の回転式流体コンプレッサのロータ
ハウジングに形成されたベーン溝内にはベーンが進退自
在に挿入されており、該ベーンは、ロータの偏心回転に
応じて上記ロータハウジング内から進退するようになっ
ている。その際、上記ベーンはベーン溝内を摺動するた
め、ベーンとベーン溝、ベーン側面とサイドプレート、
及びロータとベーンの先端部とがそれぞれ接触して摩耗
する。従って、回転式流体コンプレッサのベーンには、
耐摩耗性に優れた材質のものを用いることが必要であ
る。かかる回転式流体コンプレッサにあっては、耐摩耗
性を有するベーンを形成するために、イオン窒化法によ
り、ベーンの形状を呈する鋼材の表面に窒化層を生成さ
せている。

【０００４】図１は、従来における回転式流体コンプレ
ッサ用ベーンのイオン窒化方法とその装置を示す図、図
２はベーンの形状を示す図である。図示するように、導
電性を有する材料（例えば一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４
１）：ＪＩＳ記号）により形成された円形又は矩形のプ
レート材１上に被処理品としてのベーン２を並べ、これ
を処理炉内にセットしてイオン窒化処理を行なってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の処理方法にあっては、ベーン２をプレート
材１の上面に立てて並べており、プレート材１に固定し
ていないので、窒化処理中に、又はベーン２を載置した
状態のプレート材１を処理炉内にセットする時に、ベー
ン２が簡単に倒れてしまう。特に各ベーン２の間隔が狭
いときには、１つのベーン２が倒れると他のベーン２も
ドミノ倒しの如く次々に倒れてしまう。また、ベーン２
をプレート材１上に並べる作業も煩雑であり、これはド
ミノ倒しの時に小札を並べる時に苦労するのと同様であ
る。

【０００６】かかる不都合を防止するために、図３に示
すように、網かご４上に、ベーン２の側面部３が下を向
くように倒した状態で並べてイオン窒化処理をすること
も可能である（特開昭６０−２３０５８９号公報参
照）。しかしながら、この場合には網かご４と接触する
ベーン側面部３はイオン窒化処理されないので、ベーン
２自体の機能上不完全なものとなる。

【０００７】また、この図３のようにベーン２を並べた
場合には、網かご４に載置することのできるベーン２の
枚数が少なくなり、イオン窒化処理の能力が低下して製
造コストが高くなる。

【０００８】さらに、特開平３−１１５５５８号公報に
もベーンの表面処理方法が示されているが、このもの
は、ベーンの全表面を窒化処理することはできないとい
う課題があった。

【０００９】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、ベーンの全表面にイオン窒化被膜を形成
でき、また処理能力が大きく作業性のよい回転式流体コ
ンプレッサ用ベーンの窒化方法とその装置を得ることを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転式流体
コンプレッサ用ベーンの窒化方法は、基台に取付けられ
た支持部材に、回転式流体コンプレッサに用いられるベ
ーンの端部に形成された凹部を嵌入させて上記ベーンを
植立させ、その後このベーンの表面にイオン窒化被膜を
形成するものである。

【００１１】また、本発明に係る回転式流体コンプレッ
サ用ベーンの窒化装置は、窒素と水素とを含むガス雰囲
気中に配設される基台と、この基台に取付けられた複数
の支持部材とを有し、この支持部材に、回転式流体コン
プレッサに用いられるベーンの端部に形成された凹部を
嵌入させて上記ベーンを植立させて該ベーンの表面にイ
オン窒化被膜を形成するものである。

【００１２】

【作用】本発明においては、ベーンの端面に形成されて
いるスプリング装着用の凹部を流用し、この凹部に嵌入
する支持部材を基台に取付けて、この支持部材に上記ベ
ーンの凹部を嵌入させることにより基台上に複数のベー
ンを配設する。これにより、多数のベーンを基台上に容
易にセットすることができる。また、ベーンの全表面は
何ものにも遮蔽されずに表面処理することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図４、図５は回転式流体コンプレッサの構造を
示す図で、図示するように、回転式流体コンプレッサ１
１のケース１２内にはロータハウジング１３が収納され
ており、このロータハウジング１３に形成されたベーン
溝１４内にはベーン２がケース１２の半径方向に進退自
在に挿入されている。また、上記回転式流体コンプレッ
サ１１のロータ１６は、上記ロータハウジング１３内に
設けられたクランク軸１７に回転自在に嵌装されてい
る。上記ベーン２は、上記ベーン溝１４内に設けられた
圧縮コイルスプリング１８により半径方向内方に付勢さ
れ、上記ロータ１６の偏心回転に応じて上記ロータハウ
ジング１３内から進退するようになっている。

【００１４】上記ベーン２と摺動する相手材としてのベ
ーン溝１４やロータ１６は、鋳鉄にて形成されており、
炭化物量が０．１０〜６．００重量％で、その黒鉛形状
がＡＳＴＭ規格のＡ、Ｄ、Ｅのいずれかのタイプであ
り、各タイプの組織が焼戻しマルテンサイトを有し、且
つ硬さがＨＲＣ４０〜６０である。

【００１５】図５、図６に示すように、ベーン２は、ベ
ーン溝１４と摺動し互いに平行な両側面部２ａ、２ａ
と、ロータ１６に接触して摺動し断面曲面状に形成され
た先端部２ｂと、上面２ｃ及び下面２ｄと、圧縮コイル
スプリング１８により付勢される後端部２ｅとを有して
いる。また、後端部２ｅのほぼ中央部は、圧縮コイルス
プリング１８の一端を装着してこのコイルスプリング１
８を付勢支持するための有底の凹部２０が先端部２ｂ方
向に向けて形成されている。この凹部２０は、例えば直
径２mm、深さ５mm程度の断面円形で有底のスプリング装
着用穴である。図４、図５に示すようないわゆるローリ
ングピストンタイプのベーン２は、ロータ（ピストン又
はローラともいう）１６との摺接部のシール性を確保す
るために、上記スプリング１８によりロータ１６に押し
付けられている。

【００１６】上記ベーン２は、重量％で、例えばＣ：
０．５０〜１．３０％、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、
及び残部Ｆｅを含む焼入れを施した鋼材から成ってい
る。Ｃを０．２０〜１．３０％に成分限定した理由は、
１．３０％以上では粗大なＣｒ炭化物の生成が多過ぎて
耐摩耗性が過大となり、又、０．５０％以下ではＣｒ炭
化物の生成が少なく耐摩耗性に劣るからである。また、
Ｃｒを１１．０〜２０．０％に成分限定した理由は、Ｃ
量と密接な関係があり、２０．０％以上ではＣｒ炭化物
の生成が過剰となるため相手材を著しく摩耗させてしま
うからである。そして、１１．０％以下ではＣｒ炭化物
の生成が少なく耐摩耗性に劣り、又、耐蝕性が低下する
からである。

【００１７】なお、上記ベーン２に更にＭｏ：０．１０
〜１．５０％、Ｖ：０．０７〜０．１５％の双方もしく
はいずれか一方を含ませることによって一層改善される
ものである。即ち、Ｍｏは０．１０〜１．５０％である
が、この範囲で焼入性の改善が実現される。Ｖは０．０
７〜０．１５％であるが、この範囲で炭化物生成に効果
的な寄与が行なわれる。また、ベーン２においては、さ
らに望ましくはＳｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以
下、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｎｉ：
１．０％以下を含有するものとする。Ｓｉは１．０％を
越えると析出炭化物量が低下し圧延性も低下する。Ｎｉ
は靭性改良の点だけを考えれば多い方が望ましいが非常
に高価である。

【００１８】そして、このような成分を有するベーン２
の材料となる鋼材の表面には、ベーン２の耐摩耗性を向
上させるためにイオン窒化処理が施されている。ここ
で、窒化処理法には塩浴窒化法、ガス窒化法、イオン窒
化法等があるが、この中でイオン窒化法は品質の安定性
が図れる、化合物層と拡散層の厚さが容易にコントロー
ルできる、公害の問題がない等の優れた特長をもった処
理法であり、近年はこの処理法が多く採用されている。
但し、このイオン窒化法は他の処理法に比較してコスト
面でやや不利なので、１バッチ当りのベーン処理個数を
効率良くしかも多数処理することが必要である。イオン
窒化処理法は、低圧Ｈ₂ 、Ｎ₂ のガス雰囲気中で炉壁を
陽極、ベーン２を陰極とし、３００〜１２００Ｖの電圧
を加えてグロー放電させるものであり、イオン化したＮ
は加速されて陰極に衝突し、上記ベーン２が加熱される
と共にＮが浸入してベーン２の表面にイオン窒化被膜が
形成されるものである。このイオン窒化処理は４００〜
５００℃の低温処理と、迅速な窒化処理とが可能であ
る。

【００１９】図７乃至図１０は、本発明の第一実施例を
示す図である。図示するように、窒素と水素とを含むガ
ス雰囲気中に配設される基台としての円盤形状のプレー
ト３１のほぼ中央部には、シャフト挿入用の貫通孔３２
が穿設され、この貫通孔３２の外周には、処理炉内のガ
ス分布を均等にするために、扇形のガス通路３３が同心
状に貫通形成されている。また、このプレート３１の上
面には、複数の支持部材としてのピン３４が上方に向け
て所定の間隔でプレート上面全体に散在して取付けられ
ている。プレート３１及びピン３４はＳＳ４１材、機械
構造用炭素鋼鋼材（Ｓ４５Ｃ：ＪＩＳ記号）等の導電性
の材料により形成されている。なお、図７、図８では全
体のピン３４のうち一部のみを図示して、他のピンの図
示を省略している。本実施例方法及び装置では、ピン３
４に、回転式流体コンプレッサ１１に用いられるベーン
２の端部（後端部２ｅ）に形成された凹部２０を嵌入さ
せて上記ベーン２を植立させてベーン２の表面にイオン
窒化被膜を形成するようにしている。

【００２０】図９に示すように、ピン３４の下部３４ａ
はプレート３１に圧入又はかしめられて固定され、上部
は上方に向けて細くなる断面円形のテーパ面３５となっ
ている。したがって、各ピン３４のテーパ面３５に各ベ
ーン２の凹部２０を差込んで取付ければ、ベーン２が倒
れることがなく支持できる。また、このときピン３４に
対してベーン２の凹部２０を強く差込めば、凹部２０と
テーパ面３５とが噛み合ってベーン２はピン３４に対し
半固定状態になって回転せずにセット時の姿勢を維持す
る。したがって、隣接するベーン２を平行に配置すれば
ベーン２同士が衝突することがない。ところで、イオン
窒化処理は被処理品をマイナスとし、炉体をプラスとし
て通電するので、被処理品のどこか一面又は一点に、被
処理品の取付台を接触する必要があるが、本実施例で
は、ピン３４のテーパ面３５が被処理品としてのベーン
２の凹部２０に接触しているのでイオン窒化処理が可能
となる。したがって、本実施例では、ベーン２の全表面
２ａ乃至２ｅをイオン窒化処理することができ、イオン
窒化処理されない部分がなくなる。

【００２１】図５に示すように、上記ベーン２はベーン
溝１４内で上記ロータ１６の回転方向に傾斜して摺動す
るが、該ロータ１６と上記ベーン２の先端部２ｂとが接
触し、また上記ベーン溝１４の入口部１４ａとベーン２
の側面部２ａとが接触し、さらにベーン溝１４の上下部
とベーン２の上下面２ｃ、２ｄとが接触し合う。図３に
示す従来技術では上記側面部３（図３）の一部に、図
１、図２に示す従来技術ではベーン２の後端部２ｅ（図
２）に、それぞれ窒化不十分の部分ができ、側面部３等
が摩耗することがあるが、本実施例ではベーン２の全表
面にイオン窒化被膜が形成されて摩耗性が向上しかかる
不都合はなくなる。

【００２２】なお、テーパ面３５の角度及び寸法精度
は、凹部２０の穴公差と、穴底に接触しない深さとを考
慮して設計、製作する必要があるが、テーパが１／１５
の場合は穴底とのみ接することとなり、テーパが１／２
５の場合は後端部２ｅの穴径のみと接することになる。
穴底と後端部２ｅの穴径とが同時に接するテーパは１／
２０となる。従って、テーパ面３５のテーパとしては例
えば１／２０が望ましい。

【００２３】また、図１０に示すように、複数枚のプレ
ート３１の貫通孔３２にシャフト３６を取付けて多段
（通常は３乃至５段）にし、これを処理炉内にセットし
てイオン窒化処理を行なえば、大量のベーン２を効率的
に処理できる。

【００２４】本実施例ではイオン化された窒素ガスによ
って上記ベーン２の窒化処理を行なっているので、化合
物層厚さや拡散層厚さを、温度、時間及びＨ₂ ：Ｎ₂ の
ガス比をコントロールすることにより、自由に析出調整
することが可能であり、且つ、寸法変化量及び寸法バラ
ツキの少ない安定した品質のベーン２を得ることができ
る。このようにイオン窒化処理を施したベーン２の寸法
変化量及び寸法バラツキが少ないのは、他の塩浴窒化処
理等に比べて窒化層が緻密に形成されるためである。

【００２５】図１１、図１２は本発明の第２実施例を示
す図で、この実施例における支持部材としてのピン３７
は、図９に示すようなテーパ面３５を有しておらず、断
面が一様な円柱状のストレートピンである。なお、他の
構成は第１実施例と同様である。本第２実施例では、ベ
ーン２の凹部２０の内周面とピン３７とは圧接していな
いので、植立した各ベーン２は、図１２中の鎖線３８に
示すようにピン３７まわりを自由回転する。したがっ
て、この場合には、ベーン２の回転範囲を示す鎖線３８
が隣り同士で交叉しないように各ピン３７を配置する必
要がある。

【００２６】図１３は、支持部材として、上記ピン３
５，３７（同図（Ａ），（Ｂ））の他に、他の形状のピ
ン３９，４０，４１（同図（Ｃ）〜（Ｅ））を示してお
り、いずれのピン３５，３７，３９乃至４１も断面形状
は円形である。なお、ピン４１はピン３７よりも大径の
ストレートピンである。図１４中の（Ａ），（Ｂ）は、
基台としてのプレート４２への図１３の各ピンの取付け
状態を示す平面図、立面図である。なお、実装置におい
てはプレート４２（又は図７乃至図１０のプレート３
１）には、ピン３５，３７，３９，４０のうちのいずれ
か一種類のピンを配置している。

【００２７】また、図１４の右部に示すように、１本の
ピン３７と、このピン３７の近傍であって、中心線Ｌに
対して距離Ｔだけ離して配置された２本のピン４１，４
１とにより構成される組ピン４３をプレート４２に多数
配置してもよい。ベーン２の両側面部２ａ，２ａのうち
一方の側面部２ａに非窒化処理部があっても機能上問題
がない場合には、上記組ピン４３を用いることができ
る。ストレートピン３７に植立されたベーン２はピン３
７に対しては自由回転をするが、回り止めの役目をする
一対のピン４１，４１がベーン２の上記一方の側面部２
ａに当接してベーン２の回転を阻止している。したがっ
て、上記実施例と同様の効果を奏する。

【００２８】上記のように、ベーン２を形成する鋼材の
Ｃ及びＣｒの含有量を高めることにより、該鋼材中に高
硬度のＣｒ炭化物の析出量が多くなり、そして、その鋼
材の表面にイオン窒化処理を施すことにより、ベーン２
の表面に化合物層（Ｆｅ₄ Ｎ）が生成され易くなり、そ
の層厚のコントロールが容易になり、その結果、ベーン
２の耐摩耗性が向上する。また、窒化品質は化学反応作
用によらず、イオン化された窒素ガスによる窒化処理で
あるため、化合物層厚さや拡散層厚さを、温度、時間及
びＨ₂ ：Ｎ₂ のガス比をコントロールすることにより、
自由に析出調整することが可能であり、且つ、寸法変化
量及び寸法バラツキの少ない安定した品質のベーン２を
得ることができる。

【００２９】さらに、上記ベーン２と摺動する相手材の
黒鉛形状や組織等を特定することにより、ローラ１６、
対ベーン溝１４の摩耗上の相性において理想的なものを
実現することができる。

【００３０】なお、各図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、ベ
ーンの表面処理を行なう際に、ベーンの全表面にイオン
窒化被膜を形成でき、また処理能力が大きく作業性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図３は従来技術を説明するための図
で、図１は従来における回転流体コンプレッサ用ベーン
の窒化装置を示す斜視図である。

【図２】表面処理されるベーンの外形を示す斜視図であ
る。

【図３】他の従来の窒化装置を示す斜視図である。

【図４】図４乃至図１４は本発明を説明する図で、図４
はベーンを有する回転式流体コンプレッサの要部断面図
である。

【図５】図４におけるベーン周辺の拡大断面図である。

【図６】表面処理されるベーンの外形を示す斜視図であ
る。

【図７】図７乃至図１０は本発明の第１実施例を示す図
で、図７は回転式流体コンプレッサ用ベーンの窒化装置
を示す斜視図である。

【図８】図７の平面図である。

【図９】ピンにベーンを植立させた状態を示す拡大断面
図である。

【図１０】図７に示すプレートを多段状にしてイオン窒
化処理する状態を示す斜視図である。

【図１１】本発明の第２実施例を示す図で、図９に対応
する拡大断面図である。

【図１２】図１１の平面図である。

【図１３】支持部材としての各種形状のピンを示す外形
図である。

【図１４】図１３に示す各ピンをプレートに取付けた状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

２…ベーン ２ｅ…後端部（端部） １１…回転式流体コンプレッサ ３１，４２…プレート（基台） ３４，３５，３７，３９乃至４１…ピン（支持部材） ４３…組ピン（支持部材） ２０…凹部

フロントページの続き (72)発明者 竹口 俊輔 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日 本ピストンリング株式会社栃木工場内 審査官 木村 孔一 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 8/26 F04F 18/356

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台に取付けられた支持部材に、回転式
   流体コンプレッサに用いられるベーンの端部に形成され
   た凹部を嵌入させて上記ベーンを植立させ、その後この
   ベーンの表面にイオン窒化被膜を形成することを特徴と
   する回転式流体コンプレッサ用ベーンの窒化方法。
2. 【請求項２】 窒素と水素とを含むガス雰囲気中に配設
   される基台と、この基台に取付けられた複数の支持部材
   とを有し、 この支持部材に、回転式流体コンプレッサに用いられる
   ベーンの端部に形成された凹部を嵌入させて上記ベーン
   を植立させて該ベーンの表面にイオン窒化被膜を形成す
   ることを特徴とする回転式流体コンプレッサ用ベーンの
   窒化装置。