JP3305651B2 - 圧縮機用ベーン及びその製造方法 - Google Patents
圧縮機用ベーン及びその製造方法Info
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- JP3305651B2 JP3305651B2 JP14107198A JP14107198A JP3305651B2 JP 3305651 B2 JP3305651 B2 JP 3305651B2 JP 14107198 A JP14107198 A JP 14107198A JP 14107198 A JP14107198 A JP 14107198A JP 3305651 B2 JP3305651 B2 JP 3305651B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐焼き
付き性に優れ、且つ密着性に優れた圧縮機用ベーン及び
その製造方法に関する。
付き性に優れ、且つ密着性に優れた圧縮機用ベーン及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機のベーンのような摺動部材の摺動
表面は高い摺動性能が要求され、硬質クロムメッキが、
優れた性能を有することから利用されている。しかし、
近年、軽量化などから、これら部材表面の受ける負荷は
増大してきており、従来の硬質クロムめっき皮膜では耐
摩耗性が不足するようになり、より過酷な条件下でも使
用できる皮膜の開発が望まれている。このような要望に
応える発明として、たとえば、同様に厳しい条件下で運
転されるピストンリングの改良については実願昭５８−
２１６０４号及び特願昭６２−３１６９６５号が提案さ
れている。実願昭５８−２１６０４号は、ＣｒＮ型の窒
化クロムからなる皮膜を設けたピストンリングに関する
ものであり、特願昭６２−３１６９６５号は、Ｃｒ2Ｎ
型の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの複合組織の膜
を有することを特徴としたピストンリングに関するもの
である。そして、これらピストンリングは、該窒化クロ
ム膜の優れた摺動性能により、硬質クロムめっきを施し
たピストンリング以上の性能を得ている。
表面は高い摺動性能が要求され、硬質クロムメッキが、
優れた性能を有することから利用されている。しかし、
近年、軽量化などから、これら部材表面の受ける負荷は
増大してきており、従来の硬質クロムめっき皮膜では耐
摩耗性が不足するようになり、より過酷な条件下でも使
用できる皮膜の開発が望まれている。このような要望に
応える発明として、たとえば、同様に厳しい条件下で運
転されるピストンリングの改良については実願昭５８−
２１６０４号及び特願昭６２−３１６９６５号が提案さ
れている。実願昭５８−２１６０４号は、ＣｒＮ型の窒
化クロムからなる皮膜を設けたピストンリングに関する
ものであり、特願昭６２−３１６９６５号は、Ｃｒ2Ｎ
型の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの複合組織の膜
を有することを特徴としたピストンリングに関するもの
である。そして、これらピストンリングは、該窒化クロ
ム膜の優れた摺動性能により、硬質クロムめっきを施し
たピストンリング以上の性能を得ている。
【０００３】しかしながら、該窒化クロム皮膜は所謂セ
ラミック皮膜であり非常に硬質で脆く、圧縮機のベーン
の耐摩耗性皮膜としてこれらの皮膜を用いた場合に、そ
の使用中に欠けや剥離を生じ易く、時には相手材を異常
に摩耗させるという問題を生じる。
ラミック皮膜であり非常に硬質で脆く、圧縮機のベーン
の耐摩耗性皮膜としてこれらの皮膜を用いた場合に、そ
の使用中に欠けや剥離を生じ易く、時には相手材を異常
に摩耗させるという問題を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化クロム
皮膜が有する前記のような問題点を解消し、圧縮機用ベ
ーンの摺動に於いても、良好な耐摩耗性を有し、且つ剥
離や欠けを生じない皮膜とその製造方法を提供すること
を課題としている。
皮膜が有する前記のような問題点を解消し、圧縮機用ベ
ーンの摺動に於いても、良好な耐摩耗性を有し、且つ剥
離や欠けを生じない皮膜とその製造方法を提供すること
を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は圧縮機用ベーンの摺動面に、イオンプレー
ティング法により耐摩耗性皮膜を形成させるにあたり、
その皮膜が金属クロム及びＣｒＮ型窒化クロムの混合物
よりなり、かつ金属クロムが皮膜各部に分散されている
複合組織からなるものを提供し、さらにそれらの皮膜を
形成するため、金属クロム蒸発源を複数個備えたイオン
プレーティング法を使用し、反応ガス分圧及び各金属ク
ロム蒸発源と被処理物表面との距離を異なる様調整する
ことにより、蒸発クロムと反応ガスとの反応速度を制御
し、目的とする耐摩耗性皮膜を形成させる皮膜製造方法
を提供するものである。反応ガス分圧及び金属クロム蒸
発源と被処理物表面との距離を調整することにより皮膜
各部に分散している金属クロム及びＣｒＮの量を適宜調
整することが可能である。
め、本発明は圧縮機用ベーンの摺動面に、イオンプレー
ティング法により耐摩耗性皮膜を形成させるにあたり、
その皮膜が金属クロム及びＣｒＮ型窒化クロムの混合物
よりなり、かつ金属クロムが皮膜各部に分散されている
複合組織からなるものを提供し、さらにそれらの皮膜を
形成するため、金属クロム蒸発源を複数個備えたイオン
プレーティング法を使用し、反応ガス分圧及び各金属ク
ロム蒸発源と被処理物表面との距離を異なる様調整する
ことにより、蒸発クロムと反応ガスとの反応速度を制御
し、目的とする耐摩耗性皮膜を形成させる皮膜製造方法
を提供するものである。反応ガス分圧及び金属クロム蒸
発源と被処理物表面との距離を調整することにより皮膜
各部に分散している金属クロム及びＣｒＮの量を適宜調
整することが可能である。
【０００６】本発明の各皮膜は軟質の金属クロムが含ま
れているので、窒化クロムのみからなる皮膜に較べ靭性
にすぐれ、密着性及び欠け易さが改善されているので使
用時に於いても、欠けや剥離が発生しにくく、相手材を
異常摩耗させることがない。また、本発明の皮膜中の金
属クロム量は低く押さえられるので、腐食にも強い。
れているので、窒化クロムのみからなる皮膜に較べ靭性
にすぐれ、密着性及び欠け易さが改善されているので使
用時に於いても、欠けや剥離が発生しにくく、相手材を
異常摩耗させることがない。また、本発明の皮膜中の金
属クロム量は低く押さえられるので、腐食にも強い。
【０００７】また、本発明の該皮膜は、複数個有する各
蒸発源と被処理物の被処理表面との間の距離を異にさ
せ、イオンプレーティングを行なうことによって容易に
得られ、且つ再現性に優れるものである。従来のイオン
プレーティング法に於いては、イオンプレーティング時
の条件である窒素濃度を変化させることによって、金属
とその窒化物からなる複合組織の皮膜を得ている（例え
ば、特願昭５９−２０７９８６号）ので、金属クロムと
Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムからなる複合皮膜やＣｒ2Ｎ型の
窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムとからなる複合皮膜
のみしか得られなかった。本方法では、金属の複数の蒸
発源と被処理物表面との距離を変化させることにより、
同じ窒素ガス圧の条件のもとで、蒸発金属粒子の窒素分
子との反応確率を異ならせることによって、金属のまま
析出する蒸発粒子と高度に窒化した窒化物の複合組織を
得ることができる。
蒸発源と被処理物の被処理表面との間の距離を異にさ
せ、イオンプレーティングを行なうことによって容易に
得られ、且つ再現性に優れるものである。従来のイオン
プレーティング法に於いては、イオンプレーティング時
の条件である窒素濃度を変化させることによって、金属
とその窒化物からなる複合組織の皮膜を得ている（例え
ば、特願昭５９−２０７９８６号）ので、金属クロムと
Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムからなる複合皮膜やＣｒ2Ｎ型の
窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムとからなる複合皮膜
のみしか得られなかった。本方法では、金属の複数の蒸
発源と被処理物表面との距離を変化させることにより、
同じ窒素ガス圧の条件のもとで、蒸発金属粒子の窒素分
子との反応確率を異ならせることによって、金属のまま
析出する蒸発粒子と高度に窒化した窒化物の複合組織を
得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に実施例を示して具体的に本
発明を説明する。図１に本発明に用いられるイオンプレ
ーティング装置の一例を示す。この装置は反応ガス（窒
素ガス、アンモニアガス等）入口１２、排気口１３を有
する真空容器１４を備え、真空容器１４内に、アーク電
源１５の陽極に接続された第一ターゲット１６とアーク
電源１７の陽極に接続された第二ターゲット１８が配置
されている。第一、及び第二ターゲットには金属クロム
がセットされている。尚、第一ターゲットと第二ターゲ
ットは被処理物体表面よりの距離が異なって設置されて
いる。さらに、真空容器１４内にはバイアス電源１９に
接続された回転テーブル２０が配置され、回転テーブル
２０上には、被処理物本体２１が設置されている。
発明を説明する。図１に本発明に用いられるイオンプレ
ーティング装置の一例を示す。この装置は反応ガス（窒
素ガス、アンモニアガス等）入口１２、排気口１３を有
する真空容器１４を備え、真空容器１４内に、アーク電
源１５の陽極に接続された第一ターゲット１６とアーク
電源１７の陽極に接続された第二ターゲット１８が配置
されている。第一、及び第二ターゲットには金属クロム
がセットされている。尚、第一ターゲットと第二ターゲ
ットは被処理物体表面よりの距離が異なって設置されて
いる。さらに、真空容器１４内にはバイアス電源１９に
接続された回転テーブル２０が配置され、回転テーブル
２０上には、被処理物本体２１が設置されている。
【０００９】次に、このイオンプレーティング装置を用
いて、被処理物２１に本発明皮膜を形成する方法につい
て説明する。上述のように、第一ターゲット、第二ター
ゲット及び被処理物本体２１を配置したあと、排気口１
３より排気して、真空容器１４内を３．０×１０3torr
以下の真空状態にする。そしてターゲット１６、１８に
アーク放電を発生させ、金属クロムを蒸発させると共
に、被処理物本体２１にバイアス電圧を約−８００Ｖ印
加して、クロムイオンによるボンバードクリーニング及
び加熱を行なう。其の後反応ガスである窒素ガスを１２
より導入して、皮膜の形成を行なう。尚この時、被処理
物２１のバイアス電圧を−２００Ｖへと変化させる。
いて、被処理物２１に本発明皮膜を形成する方法につい
て説明する。上述のように、第一ターゲット、第二ター
ゲット及び被処理物本体２１を配置したあと、排気口１
３より排気して、真空容器１４内を３．０×１０3torr
以下の真空状態にする。そしてターゲット１６、１８に
アーク放電を発生させ、金属クロムを蒸発させると共
に、被処理物本体２１にバイアス電圧を約−８００Ｖ印
加して、クロムイオンによるボンバードクリーニング及
び加熱を行なう。其の後反応ガスである窒素ガスを１２
より導入して、皮膜の形成を行なう。尚この時、被処理
物２１のバイアス電圧を−２００Ｖへと変化させる。
【００１０】この皮膜形成時において、第一ターゲット
から蒸発した金属イオン粒子は、被処理物表面との距離
が短いので、反応ガスの窒素分子と衝突する確率は低
く、従って、ガス圧と距離の選択によっては、金属のま
ま被処理物上に析出させることが可能である。また、第
二ターゲットより蒸発した金属イオン粒子は該第一ター
ゲットより被処理物表面との距離が離れているので、反
応ガスの窒素分子と衝突する確率は高く、ガス圧と距離
との選択によって、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型
の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの混合物あるいは
ＣｒＮ型の窒化クロムと各種の窒化クロムを析出させる
ことができる。すなわち、ガス圧を選択し、第二ターゲ
ットの距離を、前記各種窒化クロムのできる距離に固定
し、また第一ターゲットを金属クロムが析出する距離に
固定した状態で、イオンプレーティングを行なうことに
より、金属クロムと各種の窒化クロムからなる複合組織
の皮膜を作成することができる。
から蒸発した金属イオン粒子は、被処理物表面との距離
が短いので、反応ガスの窒素分子と衝突する確率は低
く、従って、ガス圧と距離の選択によっては、金属のま
ま被処理物上に析出させることが可能である。また、第
二ターゲットより蒸発した金属イオン粒子は該第一ター
ゲットより被処理物表面との距離が離れているので、反
応ガスの窒素分子と衝突する確率は高く、ガス圧と距離
との選択によって、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型
の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの混合物あるいは
ＣｒＮ型の窒化クロムと各種の窒化クロムを析出させる
ことができる。すなわち、ガス圧を選択し、第二ターゲ
ットの距離を、前記各種窒化クロムのできる距離に固定
し、また第一ターゲットを金属クロムが析出する距離に
固定した状態で、イオンプレーティングを行なうことに
より、金属クロムと各種の窒化クロムからなる複合組織
の皮膜を作成することができる。
【００１１】また、各ターゲットに流すアーク電流の比
を適宜選択することにより金属クロムと窒化クロムの複
合比を変えた複合組織の皮膜を得ることもできる。さら
に、同様に各ターゲットに流すアーク電流比を時間と共
に連続的に変化させれば、被処理物表面より皮膜表面に
連続的に金属クロムと窒化クロムの割合が変化した皮膜
所謂傾斜組成の皮膜をも得ることができる。
を適宜選択することにより金属クロムと窒化クロムの複
合比を変えた複合組織の皮膜を得ることもできる。さら
に、同様に各ターゲットに流すアーク電流比を時間と共
に連続的に変化させれば、被処理物表面より皮膜表面に
連続的に金属クロムと窒化クロムの割合が変化した皮膜
所謂傾斜組成の皮膜をも得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下に具体的な実施例によりその作用、効果
を説明する。前述した方法により、母材が１７％Ｃｒか
らなるＳＵＳ材の窒化処理済みのベーン本体の摺動面
（１０Ｒの円弧状表面）及びピストンリング外周摺動面
（バレル状表面）に、各種の組成比の金属クロムと窒化
クロムからなる皮膜を作成した。第一ターゲットの被処
理物表面からの距離は約５０mmであり、これは予備実験
の結果、この窒素ガス圧では金属クロムのみが析出する
ことを確認してある。また第二ターゲットの被処理物表
面からの距離は約１００mm、約１３０mm、約１６０mmの
３点とした。この距離はやはり予備実験で夫々、Ｃｒ2
Ｎ型窒化クロムのみの皮膜、Ｃｒ2Ｎ型窒化クロムとＣ
ｒＮ型窒化クロムの混合した皮膜、ＣｒＮ型窒化クロム
のみからなる皮膜が析出することを確認した距離であ
る。皮膜の組織はＸ線解析により、窒素濃度はＥＰＭＡ
で、また硬度はマイクロビッカース硬度計より測定し
た。作成条件と測定結果とを表１及び表２に示した。
を説明する。前述した方法により、母材が１７％Ｃｒか
らなるＳＵＳ材の窒化処理済みのベーン本体の摺動面
（１０Ｒの円弧状表面）及びピストンリング外周摺動面
（バレル状表面）に、各種の組成比の金属クロムと窒化
クロムからなる皮膜を作成した。第一ターゲットの被処
理物表面からの距離は約５０mmであり、これは予備実験
の結果、この窒素ガス圧では金属クロムのみが析出する
ことを確認してある。また第二ターゲットの被処理物表
面からの距離は約１００mm、約１３０mm、約１６０mmの
３点とした。この距離はやはり予備実験で夫々、Ｃｒ2
Ｎ型窒化クロムのみの皮膜、Ｃｒ2Ｎ型窒化クロムとＣ
ｒＮ型窒化クロムの混合した皮膜、ＣｒＮ型窒化クロム
のみからなる皮膜が析出することを確認した距離であ
る。皮膜の組織はＸ線解析により、窒素濃度はＥＰＭＡ
で、また硬度はマイクロビッカース硬度計より測定し
た。作成条件と測定結果とを表１及び表２に示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】尚、比較例として、従来より公知である窒
化クロムのみからなる皮膜を作成し、その性質を上記と
同様に測定した。作成条件と測定結果とを表３に示し
た。
化クロムのみからなる皮膜を作成し、その性質を上記と
同様に測定した。作成条件と測定結果とを表３に示し
た。
【００１６】
【表３】
【００１７】（１）摩耗実験 耐摩耗性について、科研式摩擦摩耗試験機を用い行なっ
た。前記実施例及び比較例のベーン材より試料を切り出
し、これをピンとし、相手ドラムをＦＣ２５材とし、荷
重２kg、摩擦速度０．２m／sec、潤滑液としてｐＨ２．
５の硫酸水溶液を用いて行なった。試験結果を図２に示
す。同図より本皮膜は比較例１、２、３とも遜色無く、
耐摩耗性に優れていることが理解されよう。
た。前記実施例及び比較例のベーン材より試料を切り出
し、これをピンとし、相手ドラムをＦＣ２５材とし、荷
重２kg、摩擦速度０．２m／sec、潤滑液としてｐＨ２．
５の硫酸水溶液を用いて行なった。試験結果を図２に示
す。同図より本皮膜は比較例１、２、３とも遜色無く、
耐摩耗性に優れていることが理解されよう。
【００１８】（２）密着性試験 皮膜の柔軟性、密着性及び欠け易さの評価をピストンリ
ングを用いて行なった。試料は実施例に記載のピストン
リングである。その外周摺動面には実施例１から６まで
の皮膜及び比較例１から３の皮膜がコーティングされて
いる。皮膜の評価は、図３に記載の様に、ピストンリン
グ合い口部を夫々９０度の方角へ移動させ、ピストンリ
ング合い口反対側に捩じりを発生させ、皮膜に欠け、剥
離又は亀裂が発生した時の、合い口部夫々の移動量を角
度で行なう。従って、数値が大きいほど、皮膜の密着
性、柔軟性、靭性が高いということができる。その結果
を表４に示す。本発明の皮膜は、金属クロムの含有され
ない比較例の窒化クロムのみからなる皮膜に較べ、密着
性、靭性に優れることが理解できよう。
ングを用いて行なった。試料は実施例に記載のピストン
リングである。その外周摺動面には実施例１から６まで
の皮膜及び比較例１から３の皮膜がコーティングされて
いる。皮膜の評価は、図３に記載の様に、ピストンリン
グ合い口部を夫々９０度の方角へ移動させ、ピストンリ
ング合い口反対側に捩じりを発生させ、皮膜に欠け、剥
離又は亀裂が発生した時の、合い口部夫々の移動量を角
度で行なう。従って、数値が大きいほど、皮膜の密着
性、柔軟性、靭性が高いということができる。その結果
を表４に示す。本発明の皮膜は、金属クロムの含有され
ない比較例の窒化クロムのみからなる皮膜に較べ、密着
性、靭性に優れることが理解できよう。
【００１９】
【表４】
【００２０】
【発明の効果】金属クロム及び窒化クロムの混合物から
なる複合組織である本願発明の耐摩耗性皮膜は、従来の
窒化クロムのみからなる耐摩耗性皮膜と比較し、同等の
耐摩耗性を示すとともに皮膜の密着性、柔軟性、靭性が
高く、皮膜の剥離、亀裂が発生し難いという利点を有し
ている。
なる複合組織である本願発明の耐摩耗性皮膜は、従来の
窒化クロムのみからなる耐摩耗性皮膜と比較し、同等の
耐摩耗性を示すとともに皮膜の密着性、柔軟性、靭性が
高く、皮膜の剥離、亀裂が発生し難いという利点を有し
ている。
【図１】本願発明に使用したイオンプレーティング装置
の一例を示した概略図である。
の一例を示した概略図である。
【図２】本願発明の実施例及び比較例による皮膜の摩耗
試験結果を示したグラフ図である。
試験結果を示したグラフ図である。
【図３】密着性試験に使用した評価法を示した図であ
る。
る。
１２ 反応ガス入口 １３ 排気口 １４ 真空容器 １５、１７ アーク電源 １６ 第一ターゲット １８ 第二ターゲット １９ バイアス電源 ２０ 回転テーブル ２１ 被処理物本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 F02F 5/00
Claims (2)
- 【請求項１】 摺動面にイオンプレーティングによる皮
膜を有する圧縮機用ベーンにおいて、該皮膜が金属クロ
ム及びＣｒＮ型の窒化クロムの混合物からなり且つ金属
クロムが皮膜各部に分散されている複合組織であること
を特徴とする圧縮機用ベーン。 - 【請求項２】 複数個の蒸発源を用い、被処理物と各蒸
発源との間の距離を異にすることを特徴とするイオンプ
レーティング法を用いる請求項１に記載の圧縮機用ベー
ンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14107198A JP3305651B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 圧縮機用ベーン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14107198A JP3305651B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 圧縮機用ベーン及びその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2361894A Division JP2809984B2 (ja) | 1994-01-27 | 1994-01-27 | ピストンリング及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10317124A JPH10317124A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3305651B2 true JP3305651B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=15283567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14107198A Expired - Fee Related JP3305651B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 圧縮機用ベーン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3305651B2 (ja) |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP14107198A patent/JP3305651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10317124A (ja) | 1998-12-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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