JPH0551708A

JPH0551708A - 圧縮機用耐摩耗材料およびその材料を使用した圧縮機

Info

Publication number: JPH0551708A
Application number: JP20810391A
Authority: JP
Inventors: Shuji Matsumoto; 修二松本; Tsutomu Morioka; 勉森岡; Kunpei Kobayashi; 薫平小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1993-03-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】冷媒の変更に伴って使用温度が上昇した場合に
おいても、圧縮機を構成する摺動材の寸法変化や硬度低
下が少なく安定した耐摩耗性および耐久性を発揮する圧
縮機用耐摩耗材料およびその材料を使用した圧縮機を提
供する。【構成】Ｎｉを１〜８ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜３ｗｔ
％、Ｍｏを０．５〜３ｗｔ％、Ｃｕを０．２ｗｔ％以
下、Ｓｉを１．５〜４ｗｔ％、Ｃを１．５〜４ｗｔ％、
残部実質的にＦｅから成る鉄系焼結合金であり、遊離黒
鉛量が０．７〜３．３ｗｔ％であり、合金のオーステナ
イト組織の面積率が５％以下であると共に鉄酸化物の含
有量が５〜１０ｖｏｌ％である鉄系焼結合金から形成さ
れた圧縮機用耐摩耗材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮機用耐摩耗材料およ
びその材料を使用した圧縮機に係り、特に高温度条件下
において優れた耐摩耗性および耐焼付性を有し、耐久性
に優れた圧縮機用耐摩耗材料およびその材料を使用した
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機、冷蔵庫、空調機やショーケース
においては冷媒を圧縮する圧縮機が主要機器として装備
されている。上記用途例において一般的に使用されてい
る圧縮機として、図１および図２に示すような密閉型の
ロータリ圧縮機がある。

【０００３】この圧縮機１は、ケ―シング２の内部にモ
ータ３ａと圧縮要素３ｂとを内装し、圧縮要素３ｂはモ
ータ３から延びる回転軸４を主軸受５と副軸受６に挿通
され、この主軸受５と副軸受６との間に、仕切板７を介
して２基のシリンダ８ａ，８ｂを配設し、各シリンダ８
ａ，８ｂ内において、前記回転軸４に形成された偏心部
９ａ，９ｂにそれぞれ円筒状のローラ１０ａ，１０ｂを
嵌合させる一方、図２に示すように偏心回転するローラ
１０ａ，１０ｂに対して常時押し付けて接触するよう
に、ベーン１１ａ，１１ｂが配設されて構成される。ベ
ーン１１ａ，１１ｂは、偏心部９ａ，９ｂおよびローラ
１０ａ，１０ｂの回転に応じて各ローラ外周面に摺接し
ながら往復動し、各シリンダ８ａ，８ｂ内部を圧力的に
仕切る役割を果している。こうして圧縮機１は、モータ
３の駆動によって前記ローラ１０ａ，１０ｂをシリンダ
８ａ，８ｂ内において偏心回転させることにより、吸込
み口１２を通り、シリンダ８ａ，８ｂ内の吸込みチャン
バ１３ａ，１３ｂに吸入したガスを圧縮チャンバ１４
ａ，１４ｂ方向に移動させながら圧縮して吐出口１５か
ら吐出するものである。

【０００４】上記のような圧縮機１においては、主副軸
受５，６と回転軸４、シリンダ８とベーン１１、仕切板
７とローラ１０など相互に摺接する摺動部における摩耗
が特に顕著になるため、高い耐摩耗性を有する材料で形
成する必要がある。

【０００５】従来、この種の材料としては、高速度鋼や
共晶黒鉛鋳鉄の溶解材、さらにより具体的には２．３％
Ｓｉ−３．４％Ｃ−残部Ｆｅから成るＦＣ鋳物材、ＳＭ
Ｆ４０３０などのＳＭＦ−４種材（鉄−炭素−銅系合
金）など耐摩耗性を高めた材料が一般に使用されてい
る。特に高度の耐焼付性および耐摩耗性が要求されるロ
ーラを構成する耐摩耗材料としては、Ｍｏ−Ｎｉ−Ｃｒ
−Ｃ−Ｓｉ−残部Ｆｅ合金（モニクロ鋳鉄）が広く利用
され、またベーン材としてはＳＫＨ−５１、シリンダ材
としては、ＦＣ２００等が一般に使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
冷凍機用、冷蔵庫用、空調機用などの冷媒として一般的
に使用されていたフロンが環境破壊の一因となることが
判明し、フロンに代替する新しい冷媒の開発が進められ
ている。

【０００７】ところが現在までに開発段階にある新規な
冷媒はいずれも運転温度が、従来のフロンと比較して大
幅に上昇するため、従来の耐摩耗材料で摺動部を形成し
た圧縮機では種々の問題点が発生することが確認されて
いる。

【０００８】すなわち冷媒の変更に伴い使用環境温度の
上昇が必至となり、そのため、ローラ等の摺動部材の寸
法が熱膨張により変化し、摺動部材相互の微小なクリア
ランスが拡大して冷媒の圧縮効率が低下し、最終的に冷
却能力の低下を招来する問題点がある。

【０００９】また使用温度の上昇に伴い、摺動材を構成
する合金組織の変態等により、その硬度および耐摩耗性
が低下して圧縮機としての能力が低下してしまう問題点
が確認されている。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、冷媒の変更に伴って使用温度が上昇
した場合においても、圧縮機を構成する摺動材の寸法変
化や硬度低下が少なく安定した耐摩耗性および耐久性を
発揮する圧縮機用耐摩耗材料およびその材料を使用した
圧縮機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは上記
の目的を達成するため、圧縮機の摺動部を構成する合金
材料を種々変えて、その摺動特性を比較検討し、さらに
各合金材料の高温度使用条件下においても安定した合金
組織を形成することが可能な材料の調製方法を研究した
結果、所定組織を有する鉄系焼結合金であり、そのオー
ステナイト組織を低減し、さらに鉄酸化物量を所定範囲
に設定した焼結合金で摺動部材を形成したときに、高温
度使用条件下においても極めて安定した耐摩耗特性およ
び耐久性を有する圧縮機が得られた。本発明は上記知見
に基づいて完成されたものである。

【００１２】すなわち本発明に係る圧縮機用耐摩耗材料
は、Ｎｉを１〜８ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜３ｗｔ％、Ｍ
ｏを０．５〜３ｗｔ％、Ｃｕを０．２ｗｔ％以下、Ｓｉ
を１．５〜４ｗｔ％、Ｃを１．５〜４ｗｔ％、残部実質
的にＦｅから成る鉄系焼結合金であり、遊離黒鉛量が
０．７〜３．３ｗｔ％であり、合金のオーステナイト組
織の面積率が５％以下であると共に鉄酸化物の含有量が
５〜１０ｖｏｌ％である鉄系焼結合金から形成されたこ
とを特徴とする。

【００１３】また本発明に係る圧縮機は、鋳物製シリン
ダ内面に摺接し、偏心回転運動をするローラと、このロ
ーラと接触してシリンダより出入するベーン材とを備え
る圧縮機において、上記ローラを、Ｎｉを１〜８ｗｔ
％、Ｃｒを０．５〜３ｗｔ％、Ｍｏを０．５〜３ｗｔ
％、Ｃｕを０．２ｗｔ％以下、Ｓｉを１．５〜４ｗｔ
％、Ｃを１．５〜４ｗｔ％、残部実質的にＦｅから成る
焼結合金であり、遊離黒鉛量が０．７〜３．３ｗｔ％で
あり、合金のオーステナイト組織の面積率が５％以下で
あると共に鉄酸化物の含有量が５〜１０ｖｏｌ％である
焼結合金から形成する一方、上記ベーン材をＣｒを３．
９〜４．４ｗｔ％、Ｍｏを４．９〜２０ｗｔ％、Ｗを
５．６〜６．５ｗｔ％、Ｖを０．５〜２ｗｔ％、Ｃを
０．８〜２ｗｔ％、残部実質的にＦｅから成り、オース
テナイト組織の面積率が５％以下である合金から形成し
たことを特徴とする。

【００１４】さらに焼結合金の密度を７〜７．７ｇ／cm
³に設定して構成するとよい。

【００１５】またベーン材を構成する合金が焼結体であ
り、この焼結体に含有される鉄酸化物の含有量を５〜１
８ｖｏｌ％の範囲に設定したり、ベーン材を構成する焼
結合金に添加される硫黄または窒素の含有量を０．１〜
０．７ｗｔ％の範囲に設定して、より摺動特性または耐
摩耗性をより改善することもできる。

【００１６】以下本発明に係る耐摩耗材料および圧縮機
に使用されるローラ材料組成等の限定理由を以下に述べ
る。

【００１７】まず本発明に係る圧縮機用耐摩耗材料で形
成されたローラ組成の限定理由から説明する。

【００１８】Ｎｉは黒鉛化を促進してローラの焼付きを
抑制する元素であり、１〜８ｗｔ％含有する。Ｎｉ含有
量が１ｗｔ％未満の場合には耐焼付き性を付与する効果
が少ない一方、含有量が８ｗｔ％を超える場合には、後
述する焼結合金中に残留するオーステナイト組織の割合
が高まり、材料の安定性や硬度が低下してしまう。

【００１９】Ｃｒは、ローラの耐摩耗性および耐食耐熱
性を向上させる元素であり、０．５〜３ｗｔ％含有す
る。Ｃｒの含有量が０．５ｗｔ％未満の場合には、耐摩
耗性および耐食耐熱性を十分に向上させられず、一方、
含有量が３ｗｔ％を超える場合には、成形性を阻害して
しまう。

【００２０】Ｍｏは、ローラの耐摩耗性および摺動特性
を改善するために０．５〜３ｗｔ％の範囲で含有する。
Ｍｏ添加量が０．５ｗｔ％未満の場合には、十分耐摩耗
性および摺動特性を改善できず、一方、含有量が３ｗｔ
％を超えると、Ｃｒと同様に成形性を阻害してしまう。

【００２１】Ｃｕは摺動部材として使用されるローラの
初期摺動特性を改善する元素であるが、一方で焼付きを
誘発する元素でもある。特に含有量が０．２ｗｔ％を超
える場合には焼付きが生じ易くなるため、その含有量は
０．２ｗｔ％以下に設定される。

【００２２】Ｓｉは合金基地中に生成する遊離黒鉛量を
高め、摺動部の潤滑性を向上させるために１．５〜４ｗ
ｔ％の範囲で含有する。含有量が１．５ｗｔ％未満の場
合は、上記効果が少ない一方、含有量が４ｗｔ％を超え
る場合には成形性が悪化するととともに強度の低下を招
いてしまう。

【００２３】本発明者らの実験によれば、Ｓｉを添加し
ない焼結体中に黒鉛を効果的に析出させるためには、通
常の焼結温度よりも低い温度で長時間に亘って焼成する
必要があることが確認されている。しかしながら、低温
度で焼結するため、焼結体の密度が充分に上がらず、あ
る程度の強度を必要とする圧縮機用材料として使用する
ことは現実的に不可能であった。

【００２４】ところが本発明のように、所定量のＳｉを
含有することにより、通常の焼結温度（１１００〜１１
９０℃）においても充分に遊離黒鉛が生成され、かつ高
密度で高強度の焼結体が得られることが確認された。

【００２５】Ｃは、焼結合金基地を構成するＦｅと反応
して耐摩耗性を有するパーライトを生成する元素であ
り、かつ基地中に遊離黒鉛として分散し、摺動面の潤滑
性を高めて摺動材としてのローラのかじりを防止し、初
期摺動特性を改善するために１．５〜４ｗｔ％含有す
る。Ｃ含有量が１．５ｗｔ％未満の場合には、遊離黒鉛
の生成量が少なく摺動特性の改善効果が十分でなく、一
方、含有量が４ｗｔ％を超える場合には、脆化し成形性
が低下し、高密度かつ高強度の焼結体が得られにくい。
また基地中に分散させる遊離黒鉛量はＣの総含有量の３
０％以上が望ましく、０．７〜３．３ｗｔ％の範囲に設
定するとよい。遊離黒鉛量が０．７ｗｔ％未満の場合に
は、潤滑効果が充分ではなく、一方３．３ｗｔ％を超え
る場合には、焼結焼結体の構造強度が低下してしまうた
め、遊離黒鉛量は上記範囲に設定される。

【００２６】また焼結合金のオーステナイト組織の面積
率の多少は、ローラの安定性に大きく関係することが、
本発明者らの実験によって確認されている。すなわち焼
結合金のオーステナイト組織の面積率が５％を超える
と、ローラの熱的安定性が低下し、高温度条件下におい
てローラの寸法変化が大きくなる。特にこの材料で圧縮
機の摺動部材を形成した場合には、摺動部材間のクリア
ランスが拡大して気密保持が困難となり、冷媒の体積効
率の低下を招き易くなる。一方、上記面積率を５％以下
に設定することによって、３００℃以下の使用温度範囲
において、寸法変化や硬度低下の影響を受けにくい材料
とすることができる。

【００２７】上記焼結合金のオーステナイト組織の面積
率は、焼結合金の焼戻し処理の温度および時間によって
調整される。

【００２８】また鉄酸化物は圧縮機内に充填した潤滑油
の保持特性（保油性）を改善するとともに、後述するよ
うに焼結合金の耐圧性（気密性）および摺動特性を改善
するために、焼結合金の容積に対して５〜１０ｖｏｌ％
になるように設定される。

【００２９】ところで、近年圧縮機も、インバータ制御
によってその回転数が大きく変動するような過酷な条件
で運転される場合が多く、回転数が急激に変化する瞬間
において潤滑状態が悪化して焼付きを生じる危険性も高
くなっている。しかるに本願材料のような潤滑油を焼結
孔に保持できる焼結体で摺動部材を形成することによ
り、上記焼付きの危険性を大幅に低減することが可能に
なる。

【００３０】上記諸特性を発揮する本発明の圧縮機用耐
摩耗材料は、下記の手順によって製造される。すなわ
ち、まず鉄粉に前記元素粉末および潤滑材を所定量添加
して混合粉末とし、得られた混合粉末を成形圧６００〜
７００ＭＰａで圧縮して所定形状の成形体とした後に、
得られた成形体を水素等の還元ガス雰囲気、ないし非酸
化性ガス雰囲気において、温度５００〜７００℃で１〜
２時間脱脂処理する。さらに脱脂した成形体を、減圧雰
囲気ないし還元性ガス雰囲気において温度１０００〜１
２００℃で１．５〜３時間加熱して焼結体とし、この焼
結体を温度８５０〜９５０℃で４０〜９０分間保持した
後に、ガス冷却を施して焼入れ処理を行なう。さらに焼
入れ処理した焼結体を水蒸気処理によって酸化すると同
時に、封孔処理および焼戻処理を行なって、５〜１０ｖ
ｏｌ％の鉄酸化物を合金中に分散させると共に、残留オ
ーステナイト組織の面積率を５％以下に設定する。

【００３１】ここで焼結合金の密度は７〜７．７ｇ／cm
³の範囲が好ましい。この密度が７ｇ／cm³未満である
と摺動材の部品としての構造強度および硬度が低下する
一方、密度が７．７ｇ／cm³を超えると、潤滑油の保油
性が優れる鉄酸化物の生成量が減少して摺動特性および
耐久性が共に低下してしまう。

【００３２】ここで水蒸気処理は温度５００〜６５０
℃、圧力０．０３〜０．１ＭＰａの過熱水蒸気中に焼結
体を１〜４時間保持するものである。

【００３３】この水蒸気処理により焼結合金の基地組織
の空孔に鉄酸化物が分散生成される。この鉄酸化物量は
焼結体の全容積に対して５〜１０ｖｏｌ％に設定すると
よい。この鉄酸化物は焼結合金の耐摩耗性を向上させる
とともに、焼結合金の基地組織の空孔を封じる役割（封
孔作用）を果して耐圧性（気密性）を与える。この封孔
処理を行なうことにより、圧縮機内の冷媒ガスが焼結体
中を通り抜けることが防止できるため、圧縮機の体積効
率を大幅に改善することができる。鉄酸化物はまた潤滑
油の保油性に優れている。鉄酸化物の生成量が５ｖｏｌ
％未満であると上記効果が少なく、一方生成量が１０ｖ
ｏｌ％を超えると、焼結体の強度が低下してしまう。さ
らに、水蒸気処理により焼結合金の基地組織に存在して
いる窒素分が拡散して、基地組織の粒子中に固溶するた
めに、窒素分の存在による焼結体の脆化を大幅に改善で
きる。

【００３４】また上記水蒸気処理の条件、すなわち温度
５００〜６５０℃で１〜４時間加熱することにより、酸
化物を形成する処理と同時に焼結体の焼戻処理が実施さ
れる。この焼戻処理により焼結体中の残留オーステナイ
ト量を５％以下に調整することができ、３００℃程度の
高温度条件下における材料の寸法変化割合をほぼ解消す
ることが可能となる。

【００３５】次に上記組成を有するローラに摺接するベ
ーン材の組成限定理由を以下に説明する。

【００３６】Ｃｒは一部が基地に固溶し、一部は炭化物
となり、ベーン材の焼入性の向上による硬度の改善に有
効であり、３．９〜４．４ｗｔ％含有する。Ｃｒ含有量
が３．９ｗｔ％未満の場合には焼入性の改善効果が少な
い一方、含有量が４．４ｗｔ％を超えても顕著な効果が
得られない。

【００３７】ＭｏはＷと同様に、ベーン材の耐摩耗性を
改善するために４．９〜２０ｗｔ％含有する。Ｍｏ含有
量が４．９ｗｔ％未満の場合には耐摩耗特性の改善効果
が認められない一方、含有量が２０ｗｔ％を超えるよう
に過量に含有しても顕著な効果が得られない。

【００３８】Ｗは、Ｃと化合して高硬度の複炭化物を生
成してベーン材の耐摩耗性を向上するために、５．５〜
６．５ｗｔ％含有する。Ｗ含有量が５．６ｗｔ％未満の
場合は耐摩耗特性の改善効果が十分でなく、含有量が
６．５ｗｔ％を超えると相手材であるローラを摩耗させ
る。

【００３９】Ｖは、Ｗと同様に高硬度の炭化物を形成し
てベーン材の耐摩耗性を改善するために０．５〜２ｗｔ
％の範囲で含有する。Ｖ含有量が０．５ｗｔ％未満の場
合には、耐摩耗効果が少なく、含有量が２ｗｔ％を超え
る場合にはＷと同様に相手材としてのローラの摩耗を顕
著にする。

【００４０】Ｃは、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｖと化合して硬い
複化合物を生成してベーン材の耐摩耗強度を向上させる
ために０．８〜２ｗｔ％含有する。Ｃ含有量が０．８ｗ
ｔ％未満では十分な量の複炭化物が生成されず、一方含
有量が２ｗｔ％を超える場合はベーン材の強度が低下し
てしまう。

【００４１】上記の組成を有する合金であれば、溶製材
でも焼結体であっても構わない。またベーン材における
オーステナイト組織の面積率の限定理由およびベーン材
を焼結合金で形成した場合における鉄酸化物の含有量、
焼結合金の密度の限定理由は、前記ローラ材についての
限定理由と同様である。

【００４２】上記ベーン材を溶製材で形成する場合の製
造方法は下記の通りである。すなわち、上記組成を有す
る鉄系合金インゴットを造塊した後に、炭化物を微細化
するためのコッシング処理を行ない、鍛造した後に、８
００〜８８０℃の温度で焼鈍を行なう。次に焼鈍した材
料を所定のベーン形状に切断した後に１１５０〜１２５
０℃で焼入処理を行ない、しかる後に温度５６０℃で２
回の焼戻し処理を行なうことにより、残留オーステナイ
ト組織の面積率が５％以下のベーン材が製造される。

【００４３】さらに上記ベーン材を焼結合金で形成する
場合の製造方法は、前記のローラの製造方法にほぼ準拠
する。

【００４４】また、焼結合金で形成したベーン材の耐摩
耗性や耐焼付き性をより向上させるために、焼結体表面
部に硫黄（Ｓ）や窒素（Ｎ）を拡散浸透させる浸硫処理
や窒化処理を施すとよい。

【００４５】すなわち浸硫処理は、焼結体表面に硫黄を
拡散浸透させる方法であり、表面層は多孔質となり、硬
さの上昇は少ないが、表面部に形成される硫黄拡散層お
よび焼結孔周辺に生成された硫化物が滑り摩擦抵抗を滅
じて初期摺動特性、耐摩耗性および耐焼付き性を改善す
る。浸硫処理により含有する硫黄量は０．１〜０．７ｗ
ｔ％の範囲に設定される。Ｓ含有量が０．１ｗｔ％未満
の場合には初期摺動特性の改善効果が十分ではなく、一
方Ｓ含有量が０．７ｗｔ％を超えるとベーン材としての
強度が低下してしまう。したがって、硫黄含有量は上記
範囲に設定される。

【００４６】さらに窒化処理は焼結体表面部に窒素を拡
散浸透させ硬い窒化層を形成する処理であり、一般に実
施されるガス窒化処理においては、通常、アンモニアガ
ス気流中で焼結体を４５０〜６００℃に加熱し、１０〜
１００時間保持して実施される。この加熱によりアンモ
ニアは分解し、一部が発生期の窒素となって焼結体の表
面に吸着され、焼結孔周辺に窒化物や窒素固溶体を生成
する一方、多孔質部分を通り、内部へ拡散し、Ｃｒ，
Ｖ，Ｍｏを含有する鉄系焼結体を著しく硬化せしめ、耐
摩耗強度を大幅に向上させるとともに、ベーン材の疲労
強度を改善する。

【００４７】上記の窒化処理により含有する窒素量は
０．１〜０．７ｗｔ％の範囲に設定される。Ｎ含有量が
０．１ｗｔ％未満の場合には、初期摺動特性の改善およ
び耐焼付き性の向上効果が認められず、０．７ｗｔ％を
超える過量の含有はベーン材の強度低下をもたらすた
め、含有量は上記範囲に設定される。

【００４８】一方、シリンダを構成する鋳物としては、
基地中に分散する全黒鉛のうち、ＡＳＴＭ規格Ａ２４７
に規定するＡタイプまたはＢタイプでサイズがＮｏ．３
からＮｏ．５、もしくはＤタイプまたはＥタイプにあっ
てはサイズがＮｏ．６からＮｏ．８の形状およびサイズ
を有する黒鉛が、面積比で黒鉛全体の７０％以上に占め
るように均一に分布せしめた鋳鉄がよい。

【００４９】ここで上記鋳鉄中の黒鉛形状、大きさおよ
びその分布量の限定理由について以下に説明する。

【００５０】すなわち黒鉛形状がＡＳＴＭ規格Ａ２４７
のＡタイプおよびＢタイプの場合であってサイズがＮ
ｏ．３より大きい場合、もしくはＤタイプおよびＥタイ
プの場合であってサイズがＮｏ．６より大きい場合は、
保油性には優れているが黒鉛が粗大であり、基地組織も
粗大となり基地が脆弱となる傾向があり、さらに黒鉛の
エッヂ部が摺動圧により破壊され易く、異常摩耗を引き
起こす割合が多い。一方、ＡタイプおよびＢタイプの場
合でサイズがＮｏ．５より小さいとき、もしくはＤタイ
プおよびＥタイプの場合でサイズがＮｏ．８より小さい
場合は、黒鉛におけるオイルポケットが微少過ぎて保油
性が乏しく、さらに自己潤滑性も低いため、シリンダ全
体として潤滑効果を発揮することができない。

【００５１】次にＡタイプおよびＢタイプの黒鉛が混在
している場合、もしくはＤタイプおよびＥタイプが混在
している場合においても基地中に分散する黒鉛のうち、
前記黒鉛形状・サイズを持つものが面積比で黒鉛全体の
７０％以下では、黒鉛の自己潤滑性およびオイル湿潤性
に基づく潤滑効果を充分満足せしめることが不可能であ
る。特に、上記の黒鉛形状・サイズ以外の鋳鉄でシリン
ダを構成する場合には、ベーン材と接触する箇所で焼付
きが生じ易くなることが発明者らの実験によって確認さ
れている。したがってシリンダを構成する鋳物材として
は、上記性状の鋳鉄材が使用される。

【００５２】上記鋳鉄は、例えばＳｉを１．５〜４ｗｔ
％、Ｃを２〜５ｗｔ％、残部Ｆｅからなる溶湯を冷却速
度１〜３℃/secと大きく設定し、所定の片状黒鉛の析出
を促進することにより、上記性状を有するように製造さ
れる。

【００５３】この鋳鉄は黒鉛の自己潤滑性およびオイル
湿潤性に基づく潤滑効果が優れており、前記組成を有す
るローラおよびベーン材との相性が優れている。

【００５４】

【実施例】次に本発明に係る圧縮機圧縮機用耐摩耗材料
およびその材料を摺動部に使用した圧縮機の一実施例に
ついて、摺動部としてローラおよびベーン材を有するロ
ータリ式圧縮機を例にとり、従来例と比較して説明す
る。

【００５５】実施例１〜５の圧縮機に使用するローラを
下記のように調製した。すなわち、平均粒径１４５μｍ
のＦｅ粉、平均粒径４５μｍのＦｅ粉、平均粒径１４５
μｍのＳＵＳ４１０Ｌ粉、平均粒径１０μｍ以下のＮｉ
粉、平均粒径１０μｍ以下のＭｏ粉および黒鉛粉末を所
定量ずつ秤量し、最終的に表１の左欄に示す組成となる
ように、各粉末を混合し、この混合粉末１００重量部に
対して潤滑剤を１重量部添加して混合し、５種類の均一
な粉末混合体を製造した。

【００５６】次に各混合体を成形圧６００〜７００ＭＰ
ａで加圧して、外径３３mm、内径２３mm、高さ１５mmの
寸法を有し、成形密度が６．８〜７．０ｇ／cm³の成形
体を得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気において温
度６００℃で２時間加熱することにより脱脂した。

【００５７】次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス
雰囲気において温度１１００〜１１９０℃で２時間焼結
し徐冷した。そして温度８５０〜９５０℃で４０〜９０
分間保持した後にガス冷却を行なって各焼結体の焼入処
理を実施した結果、密度が７．２〜７．４ｇ／cm³の焼
結体を得た。

【００５８】次に焼入処理した各焼結体を温度５００〜
６５０℃で圧力０．５kg／cm²の過熱水蒸気中に１〜４
時間保持する水蒸気処理を施すことによりＦｅ酸化物を
形成する封孔処理を行なうと同時に焼戻処理を行なっ
た。その結果、６〜９ｖｏｌ％の鉄酸化物および遊離黒
鉛が分散し、残留オーステナイト組織の面積率が２〜４
％である実施例１〜５のリング状のローラをそれぞれ製
造した。

【００５９】一方、上記焼結合金性のローラと比較する
ため、比較例１として従来材であるモニクロ鋳鉄（Ｆｅ
−０．３Ｍｏ−０．３Ｎｉ−０．８Ｃｒ−２．２Ｓｉ−
３．４Ｃ）溶製品を使用し、実施例１〜５と同一寸法の
ローラを製造した。

【００６０】次に上記各ローラと組み合せて使用するベ
ーン材を下記の手順で調製した。すなわち、実施例１の
ローラに対応するベーン材（溶製材）は、表１の右欄に
示す組成を有するインゴットを造塊した後、炭化物を微
細化するため、コッシングして鍛造した後に温度８００
〜８８０℃で焼鈍を行ない、しかる後に縦１５mm×横２
０mm×厚さ３mmの板形状に切断し、さらに温度１２１０
℃で焼入れを行ない、温度５６０℃で２回の焼戻し処理
を行なって調製され、最終的に表１に示すように残留オ
ーステナイト組織の面積率を５％とした。

【００６１】実施例２〜５のローラに対応するベーン材
（焼結体）は、下記手順で調製した。すなわち表１の右
欄に示す組成から成る合金粉末に潤滑材を１％添加して
混合粉末を調製し、得られた混合粉末を成形圧６００〜
７００ＭＰａで加圧して、縦１５mm、横２０mm、厚さ３
mmの寸法を有し、成形密度が６．５〜６．６ｇ／cm³の
成形体を得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気におい
て温度６００℃で２時間加熱することにより脱脂した。

【００６２】次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス
雰囲気において温度１１９０〜１２１０℃で２時間焼結
し徐冷した。そして温度１１９０℃で４０〜９０分間保
持した後にガス冷却を行なって各焼結体の焼入処理を実
施した結果、密度が６．６〜６．７ｇ／cm³の焼結体を
得た。

【００６３】次に上記焼入処理した焼結体のうち実施例
３用の焼結体を硫黄溶液中に浸漬した後に取り出し、乾
燥後、さらに温度２００〜５００℃で５〜６０分間加熱
し焼結体の細孔周辺に硫化物を生成させる浸硫処理を行
なった。

【００６４】一方実施例４〜５用の焼結体をアンモニア
気流中に置き、温度５５０〜６００℃で３０〜６０分間
保持することにより焼結体の細孔周辺に窒化物および固
溶体を生成させる窒化処理を実施した。

【００６５】そして上記のように処理した実施例２〜５
用の各焼結体を温度５００〜６５０℃で圧力０．１５Ｍ
Ｐａの過熱水蒸気中に１〜４時間保持する水蒸気処理を
施すことによりＦｅ酸化物を形成する封孔処理を行なう
と同時に焼戻処理を行なった。その結果、１２〜１３ｖ
ｏｌ％の鉄酸化物が分散し、残留オーステナイト組織の
面積率が５％である実施例１〜５のローラと組み合せる
ベーン材をそれぞれ製造した。

【００６６】一方、上記溶製材または焼結合金製のベー
ン材と比較するため、比較例１として従来材であるＳＫ
Ｈ５１（Ｆｅ−４．１Ｃｒ−６．２Ｗ−１．１Ｖ−０．
９Ｃ−５．２Ｍｏ）溶製品を使用して実施例１〜５用ベ
ーン材と同一寸法のベーン材を製造した。

【００６７】またシリンダはＦｅ−２．２Ｓｉ−３．４
Ｃの組成を有する溶湯を鋳型に注入し、冷却速度を通常
の冷却速度より早い２℃/secに設定して凝固せしめるこ
とにより、基地中の片状黒鉛の形状をＡＳＴＭ規格のＡ
タイプまたはＢタイプでサイズがＮｏ．３からＮｏ．５
もしくはＤ，ＥタイプてサイズがＮｏ．６からＮｏ．８
のものが黒鉛全体の面積比で７０％以上占めるように製
造した。

【００６８】

【表１】

【００６９】こうして製造した実施例１〜５および比較
例１の各ローラ、ベーン材およびシリンダを図１，２に
示すロータリ式圧縮機に実装し、インバータ制御により
所定間隔で高速運転および低速運転を繰り返すという最
も潤滑条件が悪化する条件を設定し、また圧縮する冷媒
ガス温度を３００℃に設定して連続的に３０００時間運
転する耐久試験を実施した。そして運転時間が３０００
時間に達した時点における各ローラ、ベーン材先端部お
よびシリンダ内面の寸法変化割合および摩耗量を測定す
るとともに、各圧縮機の体積効率をそれぞれ測定し、下
記表２に示す結果を得た。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２に示す結果から明らかなように、実施
例１〜５に係る圧縮機においては、耐摩耗性、潤滑性お
よび熱的安定性に優れた材料でローラ、ベーン材および
シリンダの摺動部を構成しているため、高温度で過酷な
運動条件下で長時間運転した後においても、摺動部の寸
法変化割合および摩耗量が、比較例１で示す従来材で形
成した圧縮機よりも小さくなり、優れた耐久性を有して
いる。またローラの表面粗さも小さくなっており、摺動
部におけるかじりの発生が少なく、特にシリンダの内径
摩耗量はいずれも１μｍ以下であり、またシリンダ内面
において焼付きなどの異常摩耗の現象も観察されず、初
期摺動特性も改善されることが確認された。

【００７２】特に実施例１〜５においては、水蒸気処理
によって封孔処理を施した焼結合金でローラを形成して
いるため含浸された潤滑油の保持性が優れており、いわ
ゆる油切れの危険性がより低減され摩耗量も小さくなっ
ている。

【００７３】また、鉄酸化物を形成して封孔処理を行な
っているため、冷媒ガスがローラを透過するおそれも少
なく、圧縮機全体としての体積効率が低下することも少
ない。

【００７４】さらに熱的に不安定なオーステナイト組織
の面積率を５％以下と小さく設定しているため、高温度
使用条件下においてもローラおよびベーン材の寸法変化
や硬度低下が少なく、スティック等の故障や圧縮効率の
低下が少ない圧縮機を提供することができる。

【００７５】上記実施例においては、ロータリ圧縮機に
本発明を適用した例で示しているが、適用対象はロータ
リ圧縮機に限定されす、例えば、スクロール圧縮機、レ
シプロ圧縮機等の種々の形式の圧縮機についても同様に
適用することができる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る圧縮機用
耐摩耗材料およびその材料を使用した圧縮機によれば、
従来材と比較して高温度条件下においても安定であり、
かつ優れた耐摩耗性、潤滑性および耐焼付性を有する材
料で摺動部を形成しているため、長期間に亘って過酷な
条件で運転した場合においても、優れた耐久性を発揮す
る圧縮機を提供することができる。

【００７７】特に摺動部の材料組織において、熱的に不
安定なオーステナイト組織の割合を小さく設定している
ため、冷媒の変更に伴って使用温度が上昇した場合にお
いても、摺動材料の寸法変化や硬度低下が少なく、長寿
命の圧縮機を提供することができる。

【００７８】また鉄酸化物を形成して封孔処理を施した
焼結体で摺動部が形成されているため、潤滑油の保持性
および気密性に優れ、冷媒ガス等の被圧縮ガスを透過さ
せることがない。したがって圧縮機の体積効率を損うこ
となく、耐摩耗性に優れた圧縮機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉型ロータリ圧縮機の構造を示す縦断面図。

【図２】図１に示す圧縮機のロータ部を示す平断面図。

【符号の説明】

１圧縮機２ケ―シング３ａモータ３ｂ圧縮要素４回転軸５主軸受６副軸受７仕切板８，８ａ，８ｂシリンダ９，９ａ，９ｂ偏心部１０，１０ａ，１０ｂローラ１１，１１ａ，１１ｂベーン１２吸込み口１３ａ，１３ｂ吸込みチャンバ１４ａ，１４ｂ圧縮チャンバ１５吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０４Ｃ 29/00 Ｕ 8608−3ＨＦ１６Ｃ 33/12 6814−3Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉを１〜８ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜３
ｗｔ％、Ｍｏを０．５〜３ｗｔ％、Ｃｕを０．２％ｗｔ
以下、Ｓｉを１．５〜４ｗｔ％、Ｃを１．５〜４ｗｔ
％、残部実質的にＦｅから成る鉄系焼結合金であり、遊
離黒鉛量が０．７〜３．３％ｗｔであり、合金のオース
テナイト組織の面積率が５％以下であると共に鉄酸化物
の含有量が５〜１０ｖｏｌ％である鉄系焼結合金から形
成されたことを特徴とする圧縮機用耐摩耗材料。
【請求項２】焼結合金の密度が７．０〜７．７ｇ／cm
³であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用耐摩
耗材料。
【請求項３】鋳物製シリンダ内面に摺接し、偏心回転
運動をするローラと、このローラと接触してシリンダよ
り出入するベーン材とを備える圧縮機において、上記ロ
ーラを、Ｎｉを１〜８ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜３ｗｔ
％、Ｍｏを０．５〜３ｗｔ％、Ｃｕを０．２ｗｔ％以
下、Ｓｉを１．５〜４ｗｔ％、Ｃを１．５〜４ｗｔ％、
残部実質的にＦｅから成る焼結合金であり、遊離黒鉛量
が０．７〜３．３ｗｔ％であり、合金のオーステナイト
組織の面積率が５％以下であると共に鉄酸化物の含有量
が５〜１０ｖｏｌ％である焼結合金から形成する一方、
上記ベーン材をＣｒを３．９〜４．４ｗｔ％、Ｍｏを
４．９〜２０ｗｔ％、Ｗを５．６〜６．５ｗｔ％、Ｖを
０．５〜２ｗｔ％、Ｃを０．８〜２ｗｔ％、残部Ｆｅか
ら成り、オーステナイト組織の面積率が５％以下である
合金から形成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】シリンダを構成する鋳物が、基地中に分
散する全黒鉛のうち、ＡＳＴＭ規格Ａ２４７に規定する
ＡタイプまたはＢタイプでサイズがＮｏ．３からＮｏ．
５、もしくはＤタイプまたはＥタイプにあってはサイズ
がＮｏ．６からＮｏ．８の形状およびサイズを有する黒
鉛が、面積比で黒鉛全体の７０％以上に占めるように均
一に分布せしめた鋳鉄で形成したことを特徴とする請求
項３記載の圧縮機。
【請求項５】焼結合金の密度が７．０〜７．７ｇ／cm
³であることを特徴とする請求項３記載の圧縮機。
【請求項６】ベーン材を構成する合金が焼結体であ
り、この焼結体に含有される鉄酸化物の含有量を５〜１
８ｖｏｌ％の範囲に設定したことを特徴とする請求項３
記載の圧縮機。
【請求項７】ベーン材を構成する焼結合金に添加され
る硫黄の含有量を０．１〜０．７ｗｔ％の範囲に設定し
たことを特徴とする請求項６記載の圧縮機。
【請求項８】ベーン材を構成する焼結合金に添加され
る窒素の含有量を０．１〜０．７ｗｔ％の範囲に設定し
たことを特徴とする請求項６記載の圧縮機。