JP3722599B2

JP3722599B2 - 回転式圧縮機

Info

Publication number: JP3722599B2
Application number: JP26195397A
Authority: JP
Inventors: 健相沢
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JPH11101189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式圧縮機に関し、とくに回転式圧縮機の構成部材の材質変更に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転式圧縮機は、ローラがシリンダ内を偏心回転し、ベーンがシリンダ内に半径方向に形成されたベーン溝内に挿入され摺動自在に保持され、ベーンの先端部がローラの外周面に摺接している。従来は、これら摺動部材は、耐摩耗性に優れた鉄系材料に熱処理を施して使用していた。例えば、ベーンには、鋳鉄、軸受鋼（SUJ ２）、高速度鋼（SKH 51）等を焼入・焼戻処理を行ったものを用いていた。また、ローラには、片状黒鉛鋳鉄、焼結合金等を熱処理したものを用いるのが一般的であった。
【０００３】
さらに、摺動部材の耐摩耗性を向上させるために、例えば、特開昭64-63692号公報には、母材上に被覆層を形成する方法が提案されている。この被覆層は、母材の熱的劣化を防止しつつ緻密かつ平滑な被覆層を形成できるイオンプレーティング法により形成されている。
一方、例えば特開昭60-28794号公報には、Cr、Mo、Ｗ、Ｖを含有する鋳鉄あるいは焼結合金に窒化処理を施した材料からなるベーンが開示されている。このベーンは耐摩耗性に優れているとともに過酷な潤滑条件にも耐えられると言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、圧縮機の使用条件が厳しくなり、したがって、ベーン、ローラ、シリンダの摺動条件もより厳しくなり、また、冷媒がR134a 、Ｒ22代替冷媒に変わる中で、潤滑条件もより厳しくなってきている。
上記した従来の材料選択では、金属接触が発生しやすく、お互いの摺動面において適正な潤滑条件で運転することは十分にはできていないにのが現状であり、長時間の運転では摩耗が増大して圧縮性能の低下をきたすという問題があった。
【０００５】
このような状況では、従来のように、ベーン材単独、あるいは、ローラ材単独で、耐摩耗性を向上させるだけでは不十分であり、より耐摩耗性の良い材料の組合わせが要求されるようになってきた。
本発明は、上記した問題に鑑みなされたものであり、優れた耐摩耗性を有するベーン、ローラの組合された圧縮機を提案することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダと、前記シリンダ内に偏心回転自在に配設されたローラと、前記ローラの外周面に先端部を摺接させるとともに、前記シリンダに半径方向に形成された溝に摺動自在に挿入されたベーンとを備えた回転式圧縮機において、前記ローラがCr：0.50〜1.00wt％、Mo：0.15〜0.25wt％、Ｂ：0.02〜0.10wt％を含み、さらにNi：0.15〜0.25wt％あるいはCu：0.15〜0.25wt％あるいはNiとCu合計で0.15〜0.25wt％を含有し、かつ熱処理を施されて基地中に炭化物が分散したねずみ鋳鉄で構成され、さらに、前記ベーンが表面に窒化層を有するステンレス鋼で構成されたことを特徴とする回転式圧縮機である。
【０００７】
また、本発明では、前記ねずみ鋳鉄は、炭化物面積率が2 〜14％でかつHRC47 〜55の硬さを有するねずみ鋳鉄とするのが好ましい。
また、本発明では、前記ステンレス鋼は、SUS 440C鋼とするのが好適である。また、本発明では、前記窒化層は、白色層４μm 以上網目層40μm 以上からなる窒化層とするのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施例を示す図１、図２に基づいて本発明の構成について説明する。図１は本発明の圧縮機の１実施例の縦断面図であり、図２はその横断面図である。回転式圧縮機は、密閉容器１内に電動機部２と圧縮機構部３が配設されている。シャフト８により電動機部２と圧縮機構部３とが直結され、シャフト８は主軸受４と副軸受５により支持されている。
【０００９】
圧縮機構部３では、シリンダ６内にローラ７が配設され、そのローラ７にはシャフト８と偏心部11が装入され、シャフトの回転によりローラ７がシリンダ６内を偏心回転する。また、ベーン12は、シリンダ６のベーン溝13に摺動自在に挿入され、バネ14に押圧されてその先端部がローラ７の外周面に摺接するとともに、ローラ７の偏心回転にともないベーン溝13内を摺動する。
【００１０】
したがって、ベーンとローラ、およびベーンとベーン溝とが相対的摺動関係にある。この摺動点での摺動は、吸入ガス中に混入してくるオイルにより潤滑されるが、その量は少なく、摺動点における潤滑状態は金属接触に近い境界潤滑状態となり、冷媒に潤滑性が望めない場合には厳しい摺動条件となる。
本発明の回転式圧縮機は、このような厳しい摺動条件においても、十分耐摩耗性を発揮する材料の組合せとなっている。
【００１１】
本発明のベーンは、表面に窒化層を有するステンレス鋼で構成される。ステンレス鋼としては、マルテンサイト系ステンレス鋼が好適で、焼入れ・焼戻し処理が施され、基地組織がマルテンサイト組織となり、基地中に微細炭化物が分散したものとするのが好ましい。具体的には、高ＣのSUS 440 Ｃ鋼が好適である。また、好適な組成範囲としては、Ｃ：0.95〜1.12wt％、Si：1.00wt％以下、Mn：1.00wt％以下、Cr：16.0〜18.0wt％を含み、あるいはさらにNi：0.60wt％以下、Mo：0.75wt％以下を含有し残部実質的にFeである。
【００１２】
このステンレス鋼を母材としたベーンは、焼入れ・焼戻し処理を施されたのち、その表面に窒化処理が施されて、表面に窒化層が形成される。
窒化処理は、ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化等いずれの方法で行ってもよいが、なかでもガス窒化が好ましい。形成する窒化層の厚さは45〜 110μm とするのが好ましく、とくに白色の化合物層を４μm 以上好ましくは10μm 以下、網目層を40μm 以上好ましくは 100μm 以下とするのが、耐摩耗性向上の観点から望ましい。窒化層の厚みが、上記下限値に満たない場合には、耐摩耗性が不足し、上記上限値を超えると窒化層が剥離しやすくなり耐久性が劣化する。
【００１３】
一方、ローラは、Cr：0.50〜1.00wt％、Mo：0.15〜0.25wt％、Ｂ：0.02〜0.10wt％を含み、さらにNi：0.15〜0.25wt％あるいはCu：0.15〜0.25wt％あるいはNiとCu合計で0.15〜0.25wt％を含有し、かつ熱処理を施されて基地中に炭化物が分散したねずみ鋳鉄で構成される。
本発明でローラ材として用いるねずみ鋳鉄は、片状黒鉛が分布しており、さらにCr、Mo、Ｂ、およびNiあるいはCuあるいはNi＋Cuを含有して、焼入れ焼戻し処理により基地が焼戻しマルテンサイトとされ、基地中にCr、Ｂを含む炭化物が均一に析出分散した組織となっている。その他、本発明のねずみ鋳鉄では、Mn：0.50〜1.50wt％、Si：1.50〜2.50wt％、Ｃ：3.00〜3.60wt％を含有し残部実質的にFeである。
【００１４】
熱処理後の硬さは、HRC47 〜55の範囲の硬さとするのが好ましい。硬さがHRC47 未満では、目的とする耐摩耗性が確保できない。一方、硬さがHRC55 を超えると、材質が脆化するため、熱処理後の硬さは、HRC47 〜55の範囲とした。
また、熱処理されたねずみ鋳鉄のマルテンサイト基地組織中には、Cr、Ｂを含む炭化物が均一に析出分散しているが、析出した炭化物の面積率は2 〜14％の範囲とするのが好ましい。炭化物の面積率が２％未満では、耐摩耗性が不十分となり、また、14％を超えると、炭化物が粗大化し、強度が低下する。このため、マルテンサイト基地中に析出する炭化物は、面積率で２〜14％の範囲に限定した。
【００１５】
ついで、Mn、Cr、Mo、Ｂ、Ni、Cu、Ni＋Cuを上記範囲とした理由について説明する。
Mnは、ＳをMnS として母材の劣化を防止する効果を有しているが、0.50wt％未満ではその効果がみとめられず、一方、1.50wt％を超えると、白銑化しやすくなりまた鋳鉄の収縮も大きくなる。このため、Mnは0.50〜1.50wt％の範囲に限定した。
【００１６】
Crは、強度の向上、耐摩耗性の向上、熱処理性の向上のため添加する。この効果は、0.50wt％以上で認められるが、1.00wt％を超えると、炭化物量が増加し、母材特性の劣化を招く。このため、Crは0.50〜1.00wt％の範囲に限定した。
Moは、強度の向上、耐摩耗性の向上、熱処理性の改善のため添加する。0.15wt％未満では、目的とする効果を得るのに不十分でり、一方、0.25wt％を超えて添加しても、添加量に比例した顕著な効果が得られない。このため、Moは0.15〜0.25wt％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｂは、0.02wt％未満では、硬さの高い耐摩耗性に優れた炭化物量が少なく、必要とする耐摩耗性が得られない。一方、0.10wt％を超えると、炭化物量が増加しすぎて、母材の脆化を招く。このため、Ｂは0.02〜0.10wt％の範囲に限定した。
NiまたはCuは、強度の向上、耐摩耗性の向上、焼入性改善のため添加する。0.15wt％未満では、目的とする効果を得るのに不十分である。一方、0.25wt％を超えて添加しても、添加量に比例した顕著な効果が得られない。このため、NiまたはCuは0.15〜0.25wt％の範囲に限定した。なお、NiとCuは同時に添加しても、何ら問題はない。同時に添加する場合は、NiとCuの添加量の合計が0.15〜0.25wt％の範囲となるように添加する。
【００１８】
なお、Ｃ、Siは、片状黒鉛が晶出し硬く靱性に富む材質が得られるように調整する。
上記した材料で構成されたベーンと上記した材料で構成されたローラとを組合せると、ベーンとローラの摺動部での耐摩耗性は著しく向上する。もっとも厳しい摺動条件となるベーンとローラの摺動部の耐摩耗性が著しく向上することにより、回転式圧縮機の信頼性がまた著しく向上するのである。
【００１９】
また、シリンダは共晶黒鉛鋳鉄、ねずみ鋳鉄、またはFeを主成分とした焼結合金のいずれかで構成するのが好ましい。
【００２０】
【実施例】
Ｃ：1.08wt％、Cr：17.0wt％を含有した高ＣのSUS 440C鋼を用いて表面にNH₃ガスによるガス窒化で白色層11μm 、網目層67μm からなる窒化層を形成したベーンを製作した。一方、ローラは、Ｃ：3.26wt％、Si：2.28wt％、Mn：0.70wt％、Cr：0.65wt％、Mo：0.17wt％、Ｂ：0.029wt ％、Ni＋Cu：0.20wt％を含有するねずみ鋳鉄を用い、焼入れ焼戻し処理を施し炭化物面積率５％、硬さHRC 51とした。このベーンとローラを図１、および図２に示すようなR22 代替冷媒を用いた回転式圧縮機に組み込み、1000hr運転したがなんの問題も生じなかった。
【００２１】
一方、比較材として、ベーンを高速度鋼（SKH51 ）に窒化処理したものとし、ローラをNi−Cr−Moを含有する鋳鉄とした回転式圧縮機では、R22 代替冷媒を用いた場合には、1000hrの運転で摩耗量が増加したため圧縮性の低下が生じた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｒ22代替冷媒、Ｒ134aの冷媒の環境下でも優れた耐摩耗性がを有する信頼性の高い回転式圧縮機の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の縦断面図である。
【図２】本発明の１実施例の横断面図である。
【符号の説明】
１密閉容器
２電動機部
３圧縮機構部
４主軸受
５副軸受
６シリンダ
７ローラ
８シャフト
１０吸入孔
１１偏心部
１２ベーン
１３ベーン溝
１４バネ

Claims

シリンダと、前記シリンダ内に偏心回転自在に配設されたローラと、前記ローラの外周面に先端部を摺接させるとともに、前記シリンダに半径方向に形成された溝に摺動自在に挿入されたベーンとを備えた回転式圧縮機において、前記ローラがCr：0.50〜1.00wt％、Mo：0.15〜0.25wt％、Ｂ：0.02〜0.10wt％を含み、さらにNi：0.15〜0.25wt％あるいはCu：0.15〜0.25wt％あるいはNiとCu合計で0.15〜0.25wt％を含有し、かつ熱処理を施されて基地中に炭化物が分散したねずみ鋳鉄で構成され、さらに、前記ベーンが表面に窒化層を有するステンレス鋼で構成されたことを特徴とする回転式圧縮機。
前記ねずみ鋳鉄が、炭化物面積率が２〜14％でかつHRC47 〜55の硬さを有するねずみ鋳鉄であることを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。
前記ステンレス鋼がSUS 440C鋼であることを特徴とする請求項１または２記載の回転式圧縮機。
前記窒化層が、白色層４μm 以上網目層40μm 以上からなることを特徴とする請求項１、２または３記載の回転式圧縮機。