JP3770066B2 - 圧縮機および圧縮機部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍空調機器等に用いられる冷媒圧縮機及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調用の電動圧縮機としては、圧縮機構がレシプロ式、ローリングピストン式およびスクロール式などがあり、いずれの方式も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されている。また、いずれの方式の圧縮機も圧縮機構はいくつかの摺動部品で構成されている。
【０００３】
次に、ローリングピストン式の圧縮機を例に取り、従来の技術について図７〜図１０を用いてを説明する。まず、図７にローリングピストン式圧縮機の構成を示す。ローリングピストン圧縮機の本体１は密閉シェル２に焼き嵌めされたステータ３と、ステータ３と一対でモータを構成するロータ４と、ロータ４に焼き嵌めされたシャフト５を備え、また、シャフト５の偏心部に組み込まれたローラ６と、ローラ６を収納するシリンダ７と、シャフト５の主軸受け８および副軸受け９と、密閉シェル２に溶接され、かつ一端が副軸受け９に圧入された吸入管１０を備えている。なお、図中の１１は吐出管、１２は冷凍機油１３を吸い上げるポンプである。
【０００４】
次に、圧縮機構についてその要部を図８〜図１０を用いて説明する。図８、図９および図１０に示すように、圧縮機構では、ローラ６の外周部と接触摺動する側の端部が円弧状に加工されたベーン１４がシリンダ７の溝１５内に収納され、またベーン１４によりシリンダ７内は吸入圧力室２０と吐出圧力室２１に分割して構成されている。なお、ベーン１４は、ばね１６によるばね力およびシリンダ７の内外の圧力差による力によって、ローラ６の外周面に押し付けられている。
【０００５】
また、シリンダ７の溝１５および主軸受け８、副軸受け９と接触摺動するベーン１４の側面部は平面状であり、摺動可能な数十マイクロメートルの隙間を持っている。ここで、ベーン１４の左右は前述の通り吸入圧力室２０と吐出圧力室２１となっているため、ベーン１４はシリンダ７の溝１５の中において厳密には溝１５の面に対して平行ではない。すなわち、ベーン１４のローラ６との摺接面側の部分は、吐出圧力室２１と吸入圧力室２０の差圧のために、吐出圧力室２１から吸入圧力室２０の方に向けての荷重がかかり、シリンダ７の溝１５に対して、厳密には斜めになった状態で摺動運動することになる。
【０００６】
以上のように構成されたローリングピストン圧縮機について、以下その動作を説明する。ステータ３とロータ４で構成するモータによりシャフト５が回転し、これに伴ってローラ６が偏心回転することにより、吸入管１０を通ってシリンダ７内に導入された冷媒ガスが圧縮される。シリンダ７内で圧縮された冷媒ガスは、密閉シェル２内に吐出した後、吐出管１１から密閉シェル２外に噴出する。このようにローリングピストン圧縮機では、ベーン１４がローラ６の偏心回転運動に応じて、シリンダ７の溝１５に沿って往復運動を行なうときに、ベーン１４の先端部は、ばね１６及びシリンダ内外の圧力差によって荷重された状態で、ローラ６の外周面と摺動するので、ベーン１４の先端とローラ６の外周面に摩耗が生じる。また、ベーン１４の側面部は左右の圧縮室での圧力差によりシリンダ７の溝１５の中で斜めに傾いて接触摺動しており更に主軸受け８、副軸受け９の摺動面とも接触摺動するので、ベーン１４の側面部にも摩耗が生じる。さらに、シャフト５は、シャフト５の回転を支持する主軸受け８および副軸受け９の軸受け部と摺動するので、シャフト５および軸受け部が摩耗しやすい。
【０００７】
そこで、摺動部の動作を円滑にするように、本体１の密閉シェル２内には冷凍機油１３が収納されていて、冷凍機油１３はポンプ１２によって吸い上げられ摺動部に供給されて摺動部を潤滑し摺動部の摩耗を減少させる。
【０００８】
しかしながら、シャフト５および軸受け８、９は回転摺動しているので潤滑油膜ができやすいが、ベーン１４とシリンダ７の溝１５は往復摺動であるので潤滑油膜はできにくい。更にベーン１４はシリンダ７の溝１５の中で斜めになって摺動しているので、接触面積は非常に小さくなり従って面圧は高くなっている。また、図１０に示す様に、ばね１６がコイルバネ１７になった場合は、ローラ側（図示せず）はベーン１４の上から下まで線当たりになっているが、ローラ（図示せず）と反対側はコイルバネ１７を収納するためのシリンダ７に構成されたベーンバネ穴１８とベーン１４に構成された切り欠き１４ａのためにローラ６側に比べると接触長さが半分程度に減少している。
【０００９】
なお、一般にベーン１４は表面の硬さは窒化によりビッカース硬さで１０００〜１２５０ＨＶとした合金鋼製、ローラ６は硬さがロックウエルＣスケールで４５〜５５の鋳鉄製、シリンダ７は硬さがビッカース硬さで１６０〜２５０ＨＶの鋳鉄製が用いられている。
【００１０】
また、シャフト５および軸受け部の摩耗については、軸受け部の長さを長くしたり、軸受け部の直径を大きくして、単位面積当たりの荷重を減少させることにより改善が可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、窒化処理により窒素が侵入して変形が発生する。特に、ベーンのような形状では３面から窒素が侵入するために平面の両端が盛り上がる形に変形し、設計通りの隙間を維持することが困難となっている。
【００１２】
また、上記従来の構成では、窒化処理後で各平面の端部が盛り上がる形に変形するので表面加工の際の取り代が端部のみ多くなり、その分表面加工後の硬さが低くなり、均一な表面硬さを得ることが困難となっている。
【００１３】
また、上記従来の構成では、ベーンに線ばねを組み立てる際に表面がビッカース硬さで１０００〜１２５０と非常に硬いためにベーンの面と線ばね穴の稜線部に欠けが発生する場合があり、欠けた部分が圧縮機内に異物として残留した場合には圧縮機構に噛み込んで運転不能になる場合があった。
【００１４】
また、上記従来の構成では、窒化処理後に表面加工を行う時に、硬いために稜線部が欠けて脱落することがあった。稜線部の欠けがあると、シリンダの溝の中で摺動するときに隙間の範囲で傾きが発生した場合に硬いエッジでシリンダや主軸受、副軸受を傷つけてしまい、ひどい場合には運転不能になる場合があった。
【００１５】
また、上記従来の構成では、圧縮機運転中に油膜の形成しにくい運動を行う摺動部品は油膜が切れやすく、安定した信頼性を得ることが困難な場合があった。
【００１６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、窒化処理による変形の小さな摺動部品を実現し性能の良い圧縮機を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、窒化処理後に表面加工を施しても均一な表面硬さを得て高い信頼性の圧縮機を得ることを目的とするものである。
【００１８】
また、本発明は、窒化処理後に線ばね穴を加工することにより、線ばね穴の内面硬さを低くする事ができるので線ばね組み立て時に欠けることなく安定した信頼性の圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１９】
また、本発明は、稜線の直近に窒化防止処理を施した後に窒化処理を行い、さらに表面加工を行うことにより均一に加工されたベーンを提供し、信頼性の高い圧縮機を実現することを目的とする物である。
【００２０】
本発明は、油膜形成を補助する微少な窪みを構成することにより安定した信頼性の圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００２１】
更に、本発明は、表面の一部分に窒化防止処理を施し、窒化処理を行い、表面の研削加工後にバフなどによる微少仕上げ加工を行うことにより表面に微少な窪みを有する摺動部品を製作し、安定した信頼性の圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、厳密な精度を要求されるベーンなどの摺動部品において窒化加工による変形を防止するために、窒化防止処理を行った後に窒化処理を行って精度変化を抑制したものである。
【００２３】
また、本発明は、ローリングピストン圧縮機のベーンで窒化による変形を小さくするために窒化防止処理を行った後に窒化処理を行ったものである。
【００２４】
また、本発明は、窒化防止処理の後に窒化処理を行い、更に表面加工を行う工程でローリングピストン圧縮機のベーンを製作することにより、表面硬さをほぼ均一にしたものである。
【００２５】
また、本発明は、窒化処理後にベーン付勢用の線ばねを挿入する穴を加工できるように、穴を加工する面に窒化防止処理を行った後に窒化処理を施すものである。
【００２６】
また、本発明は、稜線の直近の範囲に窒化防止処理後窒化処理を施し更に表面加工を行う工程でベーンを製作することにより、表面加工時の稜線部の欠落が防止でき、品質の不具合を解消することができる。
【００２７】
更に、本発明は、窒化処理された表面に微少な窪みを構成したものである。このことにより、油膜形成がしにくい摺動面においても油膜が切れにくくなり、かじりや焼き付きといった不具合を解消することができる。
【００２８】
また、本発明は、窒化防止処理、窒化処理、表面加工の後に、バフなどで微少仕上げ加工を行う工程で摺動部品を製作することにより、表面に微少な窪みを容易に形成することができるので油膜が切れにくくなる。従って、油膜が切れるために発生するかじりや焼き付きといった不具合を解消することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明は、摺動部品表面の一部分に窒化防止処理を施す第１の工程と、前記窒化防止処理を施されていない表面に対して窒化処理を行う第２の工程と、研削加工を行う第３の工程と、バフなどによる微少仕上げ加工により前記窒化防止処理を行った表面部分を微少に削り取る第４の工程とにより、表面に窒化による硬化層が露出した部分と、微少な窪み部分とを形成する摺動部品を製造する方法である。このような工程で製造することにより、容易に硬くて耐磨耗性の優れた部分と、オイルを保持することができる微少窪み部分とが表面に配設された摺動部品を製作することができる。
【００３０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の方法により製造されたものを摺動部品として圧縮機に使用したものである。これにより、微少な窪みが油溜まりとなり油膜形成を促し、さらに表面が窒化で硬くなっているので、耐磨耗性が向上し、信頼性が高く長寿命な圧縮機とすることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施例１）
まず、第１の実施例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例におけるベーンの斜視図である。ここで図１に示すベーン２０以外の圧縮機の構成は、図７で詳述した従来のローリングピストン圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一番号を使用する。また、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
【００３７】
図１で、ローラ（図示せず）との摺接面の反対側の面２０ｂに窒化防止処理を施した後に、ベーン２０全体に窒化処理を行う。このような工程でベーンを製作することにより稜線部２０ａに窒素が集中して入ることを防止できるので窒化による変形（この場合は平面２０ｃのローラとの摺接面と反対側の盛り上がり）を抑制する事ができ、圧縮機として組み立てた場合のシリンダの溝（図示せず）との接触をより平面的に行えるようにできるため油膜が切れにくく、信頼性の高いローリングピストン圧縮機を実現することができる。
【００３８】
（実施例２）
次に、第２の実施例について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施例における製造工程説明図（ａ）と窒化後の内部硬さ分布データ（ｂ）である。すなわち、図２（ａ）に示す様に、ベーンなどの摺動部品に対して、まず荒加工を施し、続いて窒化防止処理、窒化処理を施し、その後に仕上げ加工を行う。このような工程でベーンを製造することにより、窒化により窒素が各面から入るために、平面の両端が盛り上がる形に変形し、そこから表面加工を行うと、取り代が盛り上がった両端部との取り代が中央部より多くなるので表面硬さは中央部に比べ両端部が低くなる、すなわち表面の硬さに不均一が生じる不具合を解決することができる。従って、シリンダの溝の中で斜めに摺動しても摺動面の硬さが均一であるのでバネの逃げがあって接触長さが短くなっても耐摩耗性が高く信頼性の高い圧縮機を実現することができる。
【００３９】
（実施例３）
次に、第３の実施例について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施例におけるベーンの斜視図である。ここで図３に示すベーン２１以外の圧縮機の構成は、図７で詳述した従来のローリングピストン圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一番号を使用する。また、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
【００４０】
ベーン２１のローラ（図示せず）との摺接面の反対側の面２１ｂに窒化防止処理を施した後に窒化処理を行い、その後ベーンを附勢するバネを保持する穴２１ｄを加工している。このような工程で製造することにより組み立て時にバネ（図示せず）を穴２１ｄに組み付ける際に硬いバネ（図示せず）が引っかかっても、穴の内部および摺接面と反対側の面２１ｂは窒化されていないので靱性を有する。従って硬いバネによりベーンが削られたり表面が砕かれることが少なくなり、硬い粉末が発生することもなく容易に信頼性の高い圧縮機を製造することができる。
【００４１】
なお、窒化防止処理を施すのは、ローラとの摺接面の反対側の面２１ｂ全面でなく、穴２１ｄの周辺だけでも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
（実施例４）
次に、第４の実施例について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施例におけるベーンの斜視図である。ここで図４に示すベーン２２以外の圧縮機の構成は、図７で詳述した従来のローリングピストン圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一番号を使用する。また、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
【００４３】
ベーン２２は図にハッチングで示した各稜線近傍２２ｅの窒化防止処理後に、全体の窒化処理を行い、表面を加工したものである。この窒化防止処理を行う幅は０．１ミリメートルもあれば仕上げ加工代を考えても十分である。このような工程でベーンを製造することにより、窒素が両側から侵入して脆い稜線部が無くなるので、窒化後の表面加工時に欠けが発生することが無く、ベーンの製造工程における不良率を低減することができるので安価な圧縮機を提供することができる。
【００４４】
（実施例５）
図５は、本発明の一実施例におけるベーンの表面近傍の断面図である。ここで図５に示すベーン以外の圧縮機の構成は、図７から１０で詳述した従来のローリングピストン圧縮機と同様な構成であり、同一機能部品については同一番号を使用する。また、従来例と同一の構成および作用の説明は省くことにする。
【００４５】
ベーン２３は、シリンダ７の溝１５の中でローラ６に摺接しながら往復摺動している。ベーン２３とシリンダ７の溝１５の間は表面に構成された微少な窪み２３ａは空孔などではなく内側に対して閉じているために潤滑油を保持する効果が高く、潤滑油膜が発生しにくい往復摺動においても、潤滑油膜を容易に形成することができるので、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００４６】
更に、微少な窪みは図５に示すように、なだらかな窪みであるほうが、エッジ効果が発生し潤滑油膜が発生しやすくなり望ましい。
【００４７】
（実施例６）
図６は、本発明の一実施例における摺動部品の製作工程図である。摺動部品を本工程で製作することにより、窒化防止処理３０を一部に行った後に窒化処理３１を行うために窒化防止処理３０を行った箇所は硬化しないので、研削加工３２後のバフなどによる微少仕上げ加工３３で表面が微少に削り取られて、微少な窪みが形成される。また、窒化防止剤の外周部は、若干窒化され硬さに傾斜ができるので、窪みの深さもそれに伴い徐々に深くなるので、潤滑油膜形成には都合の良いなだらかなつなぎ形状とすることができる。
【００４８】
また、窒化防止剤の塗布の形状を変更するだけで、摺動状況に応じた最適な形状の窪み、例えば長円形や菱形を構成することができるので、容易に最適形状を確保することができる。
【００４９】
従って、本工程で摺動部品の表面に微少な窪みを安定して構成することができるので非常に信頼性の高い圧縮機を製作することができる。
【００５５】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明によれば、摺動面の一部又は全部に微少な窪みを配設することにより、運転中に油溜まりとなり油膜形成がしやすくなる。従って、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００５６】
また、本発明によれば、表面の一部に窒化防止処理を施し、窒化処理後に表面の研削加工を行い、更にバフなどによる微少仕上げ加工を行うことにより、表面に窒化による硬化層と微少な窪みを形成することにより、硬い表面で耐摩耗性が向上しさらに微少な窪みが油溜まりとなるので油膜ができやすくなる。従って、非常に信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるベーンの斜視図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施例における製造工程の流れを示す図
（ｂ）窒化後の内部硬さ分布図
【図３】本発明の第３の実施例におけるベーンの斜視図
【図４】本発明の第４の実施例におけるベーンの斜視図
【図５】本発明の第５の実施例におけるベーンの表面近傍の断面模式図
【図６】本発明の第６の実施例における摺動部品の製作工程の流れを示す図
【図７】従来例のローリングピストン式圧縮機の構成を示す断面図
【図８】従来例のローリングピストン式圧縮機の圧縮機要部を示す断面模式図
【図９】従来例のローリングピストン式圧縮機の摺動部を示す拡大模式図
【図１０】従来例のローリングピストン式圧縮機の構成を示す模式図
【符号の説明】
６ ローラ
７ シリンダ
１４、２０、２１、２２、２３ ベーン
１４ａ 切り欠き
１５ 溝
１６ バネ
１７ コイルバネ
１８ ベーンバネ穴
２０ａ 稜線部
２０ｂ、２１ｂ ローラとの摺接面の反対側
２０ｃ 平面
２１ｄ ベーンバネを保持する穴
２３ａ 微少な窪み

Claims (2)

1. 摺動部品表面の一部分に窒化防止処理を施す第１の工程と、前記窒化防止処理を施されていない表面に対して窒化処理を行う第２の工程と、研削加工を行う第３の工程と、バフなどによる微少仕上げ加工により前記窒化防止処理を行った表面部分を微少に削り取る第４の工程とにより、摺動部品表面に窒化による硬化層が露出した部分と、微少な窪み部分とを形成する圧縮機部品の製造方法。
2. 請求項１記載の方法により製造された圧縮機部品を摺動部品として使用した圧縮機。

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