JPH01230746A

JPH01230746A - 摺動部品及びその製造法

Info

Publication number: JPH01230746A
Application number: JP5351388A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kamitsuma; 上妻　康夫; Yusaku Nakagawa; 雄策中川; Isao Ishi; 伊師　功; Noriyuki Onaka; 大中　紀之; Tadashi Iizuka; 飯塚　董; Kazuji Fukuda; 和司福田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-03-09
Publication date: 1989-09-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はロータリ圧縮機に係り、特に、その構成部品で
あるシリンダの耐摩耗性の改善に関する。

〔従来の技術〕

ロータリ圧縮機の部品であるシリンダ材には共晶鋳鉄を
用いている６相手摺動部品としてベーンがあるがベーン
は高硬度の高速度工具鋼を用いているためベーンとシリ
ンダに設けられたベーン溝（ベーンスロット）間におい
てシリンダのベーン溝に摩耗が発生する。このため、摩
耗低減策として接触摺動部分の硬度を上げなければなら
ない。

例えば、特公昭６０−４６１７６では鋳鉄製摺動部材に
レーザビームによって点状、あるいは、帯状のチル組織
を得て耐摩耗性を向上することが記載されている。しか
し、レーザビームで得るチル組織は溶解して急冷してい
るため割れの発生及び変形の原因となる。また、この摺
動材の表面処理では高速、高面圧の苛酷な動作に対して
強度、耐摩耗性が十分でなく、耐久性が満足されていな
かった。

さらに、ロータリ圧縮機用シリンダのベーンスロット部
は溝巾が狭いため、レーザビームによる照射がむずかし
く硬化層部を得るには限度があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ロータリ式圧縮機の機構概略図を第２図に示し、第３図
に圧縮機構部を示す。組合せ部品としてシリンダ２１と
ローラ２３とが設けられ、シリンダ２１にはベーン２２
が挿入され、また、ローラ２３はシャフト２４に組合せ
られている。シリンダ２１とベーン２２は圧縮機の性能
を大きく左右する。

特に、ベーン２２が組込まれるシリンダ２１に設けられ
たベーンスロット部の摩耗が性能特性を大きく左右する
。従来、ベーン２２の適用材料として高速度工具鋼及び
各種鉄系材料及び黒鉛材が用いられていた。しかし、圧
縮機の高速化、高性能及び小型軽量化が進むにつれ、高
面圧下で油膜厚さが薄くなり、境界潤滑域となるための
苛酷な摺動条件での耐摩耗性に考慮がされていなかった
。

例えば、シリンダ２１に設けられているベーンスロット
部（材質：共晶鋳鉄）はベーンの高速往復摺動により異
常摩耗を生じる問題があった。

そこで、本発明の目的は従来材質への耐摩耗性の向上を
図るため、異常摩耗の起る摺動部に焼入れ処理を施こす
ことにより、高硬度のマルテンサイト組織を得て、さら
に、最表面部に初期馴み性及び耐摩耗性に優れた酸化膜
層を得ることにより、耐久性、耐摩耗性の優れたロータ
リ圧縮機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のロータリ圧縮機は、シリンダとシャフトにより
シリンダ内で偏心して回転されるローラ、及び、ローラ
と摺接して流体を圧縮するベーンとを備えたロータリ圧
縮機において、シリンダのベーンスロット部にベーンと
摺動接触部分のみにマルテンサイト組織、あるいは、マ
ルテンサイトとフェライト及びパーライトの混合組織の
硬化層を形成されたロータリ圧縮機である。

シリンダベーンスロット部の硬化層は高周波コイルによ
って高周波焼入れを行うことにより硬化層を形成される
ことが好適である。硬化層の厚さは硬さＨｖ２００以上
で０．０５〜３ｎ＋ｍが好ましく、また、焼入れ時に得
られた酸化膜層厚さは０．２〜５μｍであることが好ま
しい。

このように、本発明はシリンダの隙間の狭いベーンスロ
ット部とベーンがロータリ圧縮機の吸入。

排気する過程に対応して往復摺動接触する部分のみにマ
ルテンサイト組織、あるいは、マルテンサイトとフェラ
イト及びパーライトの混合組織の硬化層を設け、さらに
、最表面に酸化膜層を設けて高強度で耐摩耗性に優れた
ロータリ圧縮機を得るものである。

〔作用〕

高耐摩耗性のシリンダを得るためにはベーン間とのアブ
レシーブ及び凝着によるかじり及び摩耗防止等を考慮す
ることが必須条件であり、できるだけ低摩擦係数の組合
せであることが要求される。

この観点に立ち、以下本発明の詳細な説明する。

本発明のロータリ圧縮機は冷蔵庫、エアコン等に適用さ
れるものであり、シリンダ及びベーン等は前述の第３図
に示す構造と同じである。例えば、エアコンの場合、圧
縮機の使用条件は低速回転から建屋内の温度立上り時間
や霜取り時間の短縮のため、高速回転することにより、
保温を安定化させるために非常に苛酷になる。この際、
潤滑油と冷媒との混合液がシリンダとベーンの接触部に
行きわたるためには時間がかかり、金属接触に近い状態
となり、シリンダのベーンスロット部の摩耗が激しくな
り、圧力も九等による性能低下の原因となっていた。

一般に、部材の耐摩耗性を向上させる手段の一つは、部
材の硬さを上げることである。通常ロータリ式圧縮機に
適用されるシリンダは共晶黒鉛鋳鉄が用いられるが、相
手部品であるベーンは鉄系合金鋼等が用いられる。ベー
ンは相手部品が高硬度であるローラ間での摩耗対策のた
めベーン硬度を上げなければ対処できない。このため、
硬さの低い鋳鉄を用いているシリンダは摩耗が激しくな
る。鋳鉄の硬さはビッカース硬さＨν２００以下である
。

高周波焼入れによってシリンダにあるベーンスロット部
のベーンと当接する部分の表面層は最表層部に酸化膜そ
の下層にマルテンサイト組織、あるいは、マルテンサイ
トとフェライト及びパーライト組織の混合層が形成され
たものである。

例えば、最表層部に得られた酸化膜をＸ線回折した結果
（第４図）Ｆｅｄ、Ｆｅ、０４．Ｆｅ２Ｏ。

が検出された。その酸化膜のビッカース硬度Ｈｖ３００
〜８００でポーラス層であるため潤滑油の吸着性及び保
油性が良好となるため初期馴み性に効果を発揮し、さら
に、耐摩耗性向上に著しい効果をもたらす。これらの被
膜層厚さは０．２〜５μｍであることが必要である。厚
さ０．２　　μｍ以下では下地の影響が現れるので耐摩
耗性向上の効果が殆んどなく、また、５μｍ以上では処
理時間が長くなるため処理変形の原因となり、さらに下
層との熱膨張率の差により酸化膜の割れが生じ易く、は
く離などの信頼性に問題がある。

表面硬化法として高周波焼入れ法によって酸化膜層及び
硬化層が得られる。シリンダのベーンスロット部の溝巾
は２．５〜５画程度しかなく、例えば、表面硬化法の一
つであるレーザ焼入れでは非常にむずかしいが硬化処理
できないことはない。

しかし、安定した処理層を得ることがむずかしい６しか
し、高周波焼入れは高周波コイルを工夫すること、及び
、高出力発信器の利用によって解決することができる。

シリンダ材の共晶黒鉛鋳鉄は、マトリックスの異なる場
合がある。すなわち、鋳込み時に金型を用いて急冷する
場合、砂型を用いてゆっくり冷却する場合によりマトリ
ックスがフェライトと黒鉛。

あるいは、パーライトと黒鉛、並びに．フエライトとパ
ーライトと黒鉛の混合組織になり冷却速度により大きく
変化する。例えば、マトリックスがフェライトと黒鉛の
混合組織の場合、硬化層を得るためには加熱時に黒鉛を
マトリックス（オーステナイト）に溶は込ませ、その後
水冷すると最表層部に酸化膜が形成しその下層はマルテ
ンサイトとフェライト、及び、黒鉛の混合組織が得られ
る。

この場合、ビッカース硬度は処理前の素材硬さＨｖ１６
０よりも硬くなり、Ｈｖ２００〜７５０程度が得られる
。硬化層は、０．０５〜３ｎｎであることが望ましい。

硬化層０．０５ａｍ以下では最表層部の酸化膜が磨滅し
た場合、耐摩耗の効果が発揮できない。また３１１Ｉ１
１以上になると高周波加熱時間が長くなるため溶融し、
さらに割れ発生原因となり信頼性に欠ける問題がある。

次にマトリックスがパーライトと黒鉛、及び．フエライ
ト、パーライトと黒鉛の混合組織の場合も前述したよう
な問題があるが、処理後のビッカース硬度はＩ（ν２５
０〜８００程度得られてフェライトと黒鉛の混合組織よ
りも高い硬度が得られ、処理し易い。

この方法で得られた酸化膜と酸化層は高硬度のベーン材
間の耐摩耗性を改善できる。例えば、第３図に示すよう
なロータリコンプレッサでは、シリンダ２１を共晶黒鉛
鋳鉄（フェライトと魚船の混合組織）を用い、高周波焼
入れによってベーンスロット部のベーン２２と接する部
分のみに酸化膜と硬化層を形成する。このように形成す
ると、ベーン２２がベーンスロット部との間でスムーズ
に摺動でき、かつ、ベーンスロット部の摺動摩擦による
凝着、及び、アブレシーブ摩耗を低減し得る。また、高
速回転に伴うベーン上・不動に際しても潤滑油膜が切れ
ないため異常摩耗を起すことなく、耐摩耗性が著しく改
善される。

〔実施例〕

〈実施例１〉本発明のロータリ圧縮機の機構概略図を第２図に示し、
第３図に圧縮機構部を示す、ロータリ圧縮機は電動機Ａ
と圧縮機構部Ｂとから成っており、圧縮機はケーシング
１０．１０’　、１０’で構成される。電動部Ａには固
定子１により回転子３を回転させ、これによりクランク
シャフト７を回転させる。圧縮機構部Ｂにはシリンダ２
を設け、これのベーンスロット部にベーン９を設は摺動
可能にする。クランクシャフト７を圧縮機構部Ｂ内に延
長し、ロータ８の内周面にクランクシャフト７を回転さ
せ、ロータ８をシリンダ内で偏心して回転させる。また
、シリンダ２の両側に上ベアリング５と下ベアリング６
を設け、クランクシャツ１−７を支持する。シリンダ２
に吐出弁１１を設け、圧縮流体を吐出する。また、電動
部Ａのケース内には気密性１０２を設け、圧縮機構部Ｂ
のケース内には冷媒と潤滑油の混合液を充填する。この
圧縮機のシリンダ材は鋳鉄材料、ベーンは高速度工具鋼
で構成しており、シリンダのベーンを保持支持するベー
ンスロット部にベーンと摺動接触する部分に硬化層と酸
化膜を設けた。第１図はシリンダベーンスロット部の硬
化層及び酸化膜を設けた部所を示したものである。硬化
処理位置はローラが回転する方向にベーンが押し付けら
れてベーンが往復摺動接触する部分のみに処理したもの
である。

〈実施例２〉シリンダ材として、素地がフェライト地．フエライト＋
パーライトの混合池、パーライト地で各素地に片状黒鉛
がある鋳鉄を用い、シリンダを作製し高周波焼入れを行
った。高周波焼入れ装置は出力８０ｋＷ、周波数１０〜
４００ｋＨｚ、加熱時間を二秒間として処理した結果を
表２に示す。

表　　　２この結果からもわかる様に、第１図に示す硬化層部Ｃ，
Ｄ、Ｅ、Ｆを測定した結果、Ｅは０．０５〜０．９２Ｉ
ＩＩＩ１．Ｆは２〜８．５　ｒｍ、　Ｃは０．０５〜０
．７６、Ｄは２〜７．９ｍ得られた。また、割れが発生
しない酸化膜は０．３〜１．４μｍである。

硬さはパーライト地片状黒鉛鋳鉄が最も焼入れ硬化が高
く、周波数４００ｋＨｚ、加熱時間二秒でＨｖ７５０を
示す、続いてフェライト＋パーライト地片状黒鉛鋳鉄．
フエライト地片状黒鉛鋳鉄の順になる。なお、周波数１
０ｋＨｚ以下では加熱時間を長くしないと焼入れができ
ず、量産化がむずかしい。また、４００　ｋ　Ｈｚ以上
では出力が高いためにシリンダが溶融し変形が大きくな
って割れも発生する。以上を総合評価した結果、表２に
示した処理条件が各材質に対して望しいものである。

〈実施例３〉シリンダ材として素地がフェライト地．フエライト＋パ
ーライトの混合池、パーライト地に片状黒鉛がある鋳鉄
を用い、それぞれの材料で各高周波焼入れ条件により硬
さをＨｖ２５０〜７５０範囲の摩耗試験片を作製し往復
摺動摩擦試験を実施した。試験条件はストローク１００
　＋ｎで摩擦速度を０．３ｍ／ｓ、摩擦回数を量子サイ
クル、荷重１００ｋｇｆ、摩擦雰囲気を冷媒（フロン７
０％）とスニソ油（３０％）の混合油中で行い、試験後
の摩耗量を測定した。この結果を表１に示す。

表１この試験結果からもわかる様に、本発明の摺動部材は無
処理に比べて摩耗量が少なく、特に、硬さが高く得られ
たパーライト地片状黒鉛鋳鉄（１１シフ５０）が最も少
ない摩耗量を示す。以上の結果、本発明の硬化処理を施
すと、いずれも耐摩耗特性が優れていることが明らかで
ある。

〈実施例４〉シリンダ材として素地がフェライト地．フエライト＋パ
ーライト地の混合池、パーライト地に壁状黒鉛がある鋳
鉄を用いシリンダを作製した。作製したシリンダを処理
しないものと、周波数２００ｋ　Ｈｚ、加熱時間二秒で
高周波焼入れを行ったものを実機に組込み耐久試験（回
転数１２．００　Ｏｒｐｍ、連続２１００ｈ　ｒ、雰囲
気フロン３０顕＋スニソ油７０％混合油）を行った。

試験結果を表３に示す。

表３＝Ｈ０，二Ｈ２〔発明の効果〕本発明のロータリ圧縮機は、シリンダのベーンスロット
の高周波焼入れによって、摺動部の部分焼入れ硬化がで
き、回転数−万量子ｒｐｍまでの摺動が可能であり、耐
摩耗性に優れ、最表面に酸化膜が存在するため潤滑油の
吸着性と保油性に優れ、耐久性が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシリンダベーンスロット部
の硬化処理状況模式図、第２図はロータリ圧縮機の概略
図、第３図は第２図の圧縮機構部の断面図である。第４
図は表面酸化物のＸ線回折結果を示す。Ａ・・・電動部、Ｂ・・・圧縮機構部、２・・・シリン
ダ、７・・・クランクシャフト、８・・・ロータ、９・
・・ベーン、２１・・・シリンダ、２２・・・ベーン、
２３・・・ローラ、第１図（（１）の左平面耶　　　　　　　（Ｑ）Ｐ石平慢パ芋
（））　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｃ）第
２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１．　鋳鉄よりなる固定部材と前記鋳鉄より高硬度の材
料よりなる摺動部材とを具備する摺動部品において、前記固定部材は前記鋳鉄の表面を焼入れすることによつ
て生成したマルテンサイト、或いは、マルテンサイトと
パーライトとフエライトと黒鉛との混合組織よりなる硬
化層及び酸化物よりなる最表面層を具備することを特徴
とする摺動部品。
２．　特許請求の範囲第１項において、前記硬化層の厚みが０．０５〜３ｍｍよりなることを特
徴とする摺動部品。
３．　特許請求の範囲第１項において、前記酸化物よりなる最表面層の厚さが０．２〜５μｍよ
りなることを特徴とする摺動部品。
４．　特許請求の範囲第１項において、前記鋳鉄がフエライトと黒鉛の混合組織の鋳鉄よりなる
ことを特徴とする摺動部品。
５．　フエライトと黒鉛を含む組織の鋳鉄により固定部
材を構成し、前記鋳鉄よりも高硬度の材料により摺動部
材を構成した摺動部品の製造法において、前記鋳鉄を高周波焼入れ、または、レーザ焼入れしてマ
ルテンサイトと黒鉛、または、マルテンサイトとパーラ
イトとフエライトと黒鉛よりなる組織の硬化層及び酸化
物よりなる最表面層を形成することを特徴とする摺動部
品の製造法。
６．　偏心回転するローラ，前記ローラを収納し、冷媒
と潤滑油の混合油の吸入孔と排出孔を設け、ベーン挿入
溝を設けたシリンダ，前記ベーンの挿入溝に挿入されて
おり、先端部が前記ローラの外周面に加圧接触しており
、前記シリンダよりも高硬度のベーンをもつロータリ圧
縮機において、前記シリンダの前記ベーン挿入溝の内面の少なくとも前
記ベーンが片当りする面に焼入硬化層及び前記焼入れに
よつて生成する酸化物最表面層を形成させることを特徴
とするロータリ圧縮機。