JPH07301188A

JPH07301188A - 圧縮機

Info

Publication number: JPH07301188A
Application number: JP6094397A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Yoshida; 敏樹吉田; Hideki Nakamura; 秀樹中村; Keiji Yamazaki; 啓二山崎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ローラとベーンとを最適な材料組み合わせと
することにより、ＨＦＣ系フロンを冷媒とした場合に特
にローラとベーンの焼付を防止し、かつ相互の摩耗量を
低減して、長期間の連続使用に耐え得る改良された圧縮
機を提供する。【構成】焼入焼もどし熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で
黒鉛量が５面積％以上、ステダイト量が２面積％以上の
鋳鉄でなるローラと、重量比でＣ０.９５〜２.８％、
Ｓｉ２.０％以下、Ｍｎ１.５％以下、Ｃｒ２.５
〜８.０％と、Ｗ２０％以下、Ｍｏ１２％以下の１種
又は２種をＷ＋２Ｍｏで１２〜２８％、Ｖ３.０〜１０
％、Ｃｏ１２％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなる組成を有する基地に、全重量に対して２５
面積％以下の炭化物粒子が分散された焼結により結合し
た組織を有するベーンとを組み合わせ、その場合にベー
ンの炭化物の平均粒径を３．０μm以下とし、また最大
粒径を５μm以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエアコンディシ
ョナや冷蔵庫等の冷凍サイクルに使用されるシリンダと
偏心したローラとベーンからなるロータリ圧縮機に関
し、特に冷媒としてクロロフルオロカーボン（以下、Ｃ
ＦＣと記す）に代わるハイドロフルオカーボン（以下、
ＨＦＣと記す）を使用するのに好適な圧縮機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ロータリ圧縮機は、図３に断面図を示す
ように、通常、シリンダ３、前記シリンダ３の内面と接
するように偏心回転するローラ２及びシリンダ３に設け
られた案内溝に案内され、スプリング４等の付勢手段で
付勢されることにより先端をローラ２に押圧されたベー
ン１からなる。したがってベーン１はその先端面をロー
ラ２の外周面に押圧され、ローラ２はこのように常時ベ
ーン１により押圧された状態で偏心回転する。以上のロ
ータリ圧縮機では、高圧化するにしたがいローラ２の回
転数も高くなり、このローラ２は、常に外周面がベーン
１やシリンダ３と接して摺動しているため、ローラ２の
回転数が高くなるのに伴いベーン１とローラ２の摺動面
の摩耗傾向は著しく大きくなる。したがって上述のロー
タリ圧縮機のローラ２に要求される特性は、ローラ２自
身が摩耗しないのと同時に相手のベーン１やシリンダ３
も摩耗させないことである。

【０００３】ところで、圧縮機に使用されている冷媒は
ＣＦＣ系のフロンであるが、周知のようにＣＦＣは成層
圏にまで拡散した後、紫外線によって分解されて塩素を
放出し、それがオゾン層を破壊するため世界的な環境問
題としてとり上げられ、西暦２０００年までに全廃する
計画で、これに代替する冷媒の開発が進められている。

【０００４】代替冷媒としては、塩素を含まないＨＦＣ
系のフロンが最も有望であり、例えばＲー１３４ａとし
て知られている１，１，１，２テトラフルオロエタン
〔ＣＨ₂ＦＣＦ₃〕等が挙げられる。しかし、この種のフ
ロンは環境への害は少ないが、圧縮機に適用するに際
し、従来のＣＦＣ系のフロンを使用する場合と比較し
て、以下のような問題が指摘されている。

【０００５】（１）冷媒の潤滑性が劣る。（２）圧縮比を高くする必要があり、ローラやベーンに
加わる負荷が高くなる。（３）冷媒の吸湿性が大きい。（４）潤滑油の潤滑性が劣る。（５）潤滑油の吸湿性が大きくなる。ＨＦＣ系のフロンを圧縮機の冷媒として用いた場合にこ
の様な問題が生じることに伴い、圧縮機のシリンダ３、
ローラ２、ベーン１等の摺動部については次のような問
題が発生する。

【０００６】（１）各摺動部における摩耗が大きくな
り、特にローラとベーンとの摩耗が大きくなる。（２）ローラとベーンとの焼き付き傾向が強くなる。すなわち従来のＣＦＣ系のフロンに含まれていた塩素が
摺動部に安定な保護膜（塩化物）を形成し、好ましい耐
摩耗性及び耐焼き付き性を増強するような効果はＨＦＣ
系のフロンでは期待できず、その点がＨＦＣ系のフロン
を圧縮機の冷媒として実用化する上で大きな問題とな
る。

【０００７】この問題に対する対策としてベーン材につ
いては、高硬度化すると共に、硬質の炭化物を増加する
ことが有効であり、この種の材料としては、例えば特開
平５−９６６０号、同５−１７１３７６号、同５−２７
９８０９号等での公知例が挙げられる。これによりベー
ンの耐摩耗性および耐焼付性は一応向上する。また、ロ
ーラ材としては従来より、連続鋳造鋳鉄もしくは共晶黒
鉛鋳鉄あるいはＣｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｍｏ系、Ｍｏ−Ｎ
ｉ−Ｃｒ系の低合金鋳鉄が用いられている。この中でも
連続鋳造鋳鉄は、他の材料に比べて表面層の組織が緻密
で耐摩耗性に優れていることが知られている。またロー
ラはベーンに比べてコスト的制約が大きいため、前記の
ような鋳鉄が最もふさわしい。この場合基地の高硬度高
強度化、黒鉛の微細化が有効であり、この種の材料とし
ては、例えば特公昭６０−１９４３号公報に開示される
ものが挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし以上の従来の対
策に係るベーン材料及びローラ材料を用いた圧縮機では
次のような問題があった。ベーンについての前述の改善
方法は、高価な合金元素を多量に含むため高コスト化
し、また、ベーン自身の摩耗量は減少するが一方ではロ
ーラに対する攻撃性が高くなりローラの摩耗を増加し、
耐焼付性を低下させやすい。また、前述のローラの改善
方法についても、その高硬度高強度化が不適当であれ
ば、ベーンに対する攻撃性が高くなりその摩耗を増加
し、耐焼付性の低下を招きやすい。すなわち、耐焼付
性、耐摩耗性の改善は、ベーン、ローラの単独のみの改
良では不十分であり、ベーン、ローラの相性のよい組み
合わせで解決することが重要である。本発明は以上の従
来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ロ
ーラとベーンとを最適な材料の組み合わせとすることに
より、ＨＦＣ系フロンを冷媒とした場合に特にローラと
ベーンの焼付を防止し、かつ相互の摩耗量を低減して、
長期間の連続使用に耐え得る改良された圧縮機を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述のようにロ
ーラとベーンの両者の最適な組み合わせに関するもので
あり、ベーンとローラとの組み合わせを最適化したもの
として「相対的摺動部材」の名称で、特公昭５５−３
１１７９、同５５−４８５８４号が、またロータリー
ポンプ及び回転式流体コンプレッサの名称で、それぞれ
特開昭５５ー１０７０９４及び特公平１ー１８９８
５号がそれぞれ開示したものがある。前２者はベーンと
して高Ｃ、高ＣｕのＭｏ入りの鉄系焼結材と、ローラ材
として特定成分の合金鋳鉄との組み合わせによるもので
あり、また、上記は、高Ｃ、高Ｃｒ系の合金鋼に窒化
処理を施したベーンに対し、ローラは、４０〜４５ＨＲ
Ｃに硬化した焼もどしマルテンサイト基地中に微細な片
状黒鉛と炭化物の２種類の物質を分散させたもの、上記
はＣｒメッキしたベーンに対し、ロータハウジング及
びローラの材質をそれぞれ規定したものである。この様
な先行技術を踏まえ本願発明者等は種々検討し、焼もど
しマルテンサイトからなる基地に、片状、球状またはそ
の他の形状の黒鉛と、炭化物（Ｆｅ₃Ｃ）およびリン化
鉄（Ｆｅ₃Ｐ）の３種類の分散相を共存させたローラ
が、特定のベーン材に対して耐摩耗性と焼付面圧を著し
く向上させることを見いだし本発明に想到した。

【００１０】本願の第一発明はシリンダ、ローラおよび
ベーンを主要構成要素とするロータリ型圧縮機におい
て、焼入焼もどし熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量
が５面積％以上、ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄で
なるローラと、重量比でＣ０.９５〜２.８％、Ｓｉ
２.０％以下、Ｍｎ１.５％以下、Ｃｒ２.５〜８.０
％と、Ｗ２０％以下、Ｍｏ１２％以下の１種又は２
種をＷ＋２Ｍｏで１２〜２８％、Ｖ３.０〜１０％、
Ｃｏ１２％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなる組成を有する基地に、２５面積％以下の炭化物
粒子が分散された焼結により結合した組織を有するベー
ンとを組み合わせたことを特徴とする圧縮機である。本
願の第２の発明は本願第１の発明においてベーンの炭化
物の平均粒径を３．０μm以下とする圧縮機である。本
願の第３の発明は本願第１または本願第２の発明におい
てベーンの炭化物の最大粒径を５μm以下とする圧縮機
である。本願の第４の発明は本願第１〜第３の発明のい
ずれか一の発明において、ベーンの硬さが６５ＨＲＣ以
上とされる圧縮機である。

【００１１】本願の第５の発明はシリンダ、ローラおよ
びベーンを主要構成要素とするロータリ型圧縮機におい
て、焼入焼もどし熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量
が５面積％以上、ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄で
なるローラと、炭素材にアルミニウムを含浸させてなる
ベーンとを組み合わせたことを特徴とする圧縮機であ
る。

【００１２】本願の第６の発明はシリンダ、ローラおよ
びベーンを主要構成要素とするロータリ型圧縮機におい
て、焼入焼もどし熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量
が５面積％以上、ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄で
なるローラと、重量％でＣ０.９〜１.４％、Ｃｒ１
５.０〜２０.０％、残部不可避的不純物およびＦｅから
なるステンレス鋼または前記ステンレス鋼のＦｅをＮｉ
０.６０％以下とＭｏ０.７５％以下の１種又は２種の等
量と置換したステンレス鋼よりなるベーンとを組み合わ
せたことを特徴とする圧縮機である。本願の第７の発明
は本願第１〜第６の発明のいずれか一の発明において、
ベーンに窒化、酸窒化、浸硫窒化等の表面処理が施され
る圧縮機である。

【００１３】本願の第８の発明は本願第１〜第６の発明
のいずれか一の発明において、ベーン表面に四三酸化鉄
を主成分とする多孔質の酸化鉄皮膜を生成させるホモ処
理が施される圧縮機である。

【００１４】

【作用】本発明はベーンとローラとの組み合わせに関す
るものであり、かかる本発明の作用を先ずローラ側につ
いて述べる。本発明のローラは、何れも熱処理硬さ５０
ＨＲＣ以上で、黒鉛量５面積％以上、ステダイト量２面
積％以上の鋳鉄製としたものである。本発明において、
ローラの熱処理硬さは、高くするほど耐摩耗性と耐焼付
性の向上に効果が有る。本願のローラのように黒鉛（グ
ラファイト）相を比較的多量に晶出させた場合、高耐摩
耗性、高耐焼付性を得るには基地を焼もどしマルテンサ
イト組織とし、硬さを５０ＨＲＣ以上とすることが必要
である。硬さの上限はグラファイト相の晶出量で必然的
に決定される。望ましい硬さは５３ＨＲＣ以上である。

【００１７】本発明において、黒鉛相は自己潤滑性とオ
イル潤滑性とを与えるからベーンとの摺動性を確保する
のに必須の相である。その形状としては球状より片状が
摺動性に優れ、また、その大きさはできるだけ微細な方
が好ましい（しかし、決定的要素ではない）。黒鉛の存
在量が多いと摺動性が向上するので５面積％以上とする
が、多すぎると硬さが低下すると共に、機械的性質が劣
化し運転時のローラ及びベーンの欠損等の事故の原因と
なる。本願においてはベーン材との組み合わせにもよる
が、黒鉛量は５．０面積％以上とすることが好ましい。
より望ましくは６〜１０．０％である。

【００１８】通常ステダイトと呼ばれる組織は、Ｆｅ₃
Ｐ−Ｆｅ₃Ｃ−Ｆｅの３元共晶として晶出する。このス
テダイト相は硬さが比較的硬く、さらにＰの添加によっ
てＦｅ₃Ｃもより安定になるので本発明のローラ材に対
して耐摩耗性と摺動性の向上に顕著な効果があり、黒鉛
相に次いで本願のローラに必須の相である。その量が２
面積％未満ではその効果が少ないから、２面積％以上と
する。しかし１０％を越えると材料が脆化すること、鋳
造性を低下させるので１０面積％以下とすることが望ま
しく、更に望ましくは２．５〜５面積％である。なお、
鋳鉄として随時添加されるＢ，Ｂｉ，Ｓｂ他の微量元素
は本発明の目的を特に逸脱しない範囲で添加し得る。

【００１９】次に本発明の作用をベーン側について述べ
る。先ず本願の第１発明に係る圧縮機のベーンは、重量
比でＣ０.９５〜２.８％、Ｓｉ２.０％以下、Ｍｎ
１.５％以下、Ｃｒ２.５〜８.０％と、Ｗ２０％
以下、Ｍｏ１２％以下の１種又は２種をＷ＋２Ｍｏで
１２〜２８％、Ｖ３.０〜１０％、Ｃｏ１２％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有
する基地に、２５面積％以下の炭化物粒子が分散された
焼結により結合した組織を有する。ベーンは作動機構的
にはその先端の極く一部分が、ローラの外周面と摺動接
触する。このため、ローラに対し相対的に高耐摩耗性と
すべきである。

【００２０】ベーンの耐摩耗性のみに関してはベーン材
の硬さを上げ、硬質の炭化物の含有量を上げることで概
ね達成できる。したがってベーンの基地に分散される未
固溶炭化物量は１２面積％以上（望ましくは２０面積％
以上）とし、このうち特に高硬度であるＭＣ型炭化物を
１０面積％（望ましくは１２面積％以上）とする。これ
らが、各規定量未満であると耐摩耗性が低下する。

【００２１】しかし、不適当な炭化物の増量は、ベーン
材より硬さが低いローラ材への攻撃性を増加させ、容易
にローラ材に対するかじり現象を発生する。これを緩和
するためには硬質炭化物のサイズを微細化すること、及
びベーン材の硬さを上昇することが有効である。したが
って本願の第１発明に係る圧縮機のベーンにおいては基
地に分散される炭化物粒子は２５面積％以下とし、その
炭化物粒径は最大粒径及び平均粒径ともできるだけ微細
化するのが望ましく、本願第２発明に係るベーンでは炭
化物平均粒径は３．０μm以下とされ、また、本願第３
発明に係るベーンにおいては炭化物最大粒径は５μm以
下に抑制される。更に望ましい平均粒径は２μm以下で
ある。また、硬さが６５ＨＲＣ未満では耐摩耗性が不十
分となるから、本願第４発明に係るベーンにおいては硬
さは６５ＨＲＣ以上とされ、係る硬さは望ましくは６６
ＨＲＣ以上とするのがよい。本発明のベーン材は上記の
ように多量の炭化物、特に巨大な炭化物となり易いＶＣ
型の炭化物を多量に含み、かつ、これらを前述のように
微細化させなければならないため、その製法はほぼ粉末
冶金法に限定される。

【００２２】次に本願の第１発明に係る圧縮機のベーン
の各元素の作用及び数値の限定理由について述べる。Ｃ
は同時に添加するＷ、Ｍｏ、Ｖなどと結合して硬い炭化
物を形成し、自己の耐摩耗性を高め、相手材との焼付を
少なくする効果があり、また、一部は基地に固溶して基
地の硬さを高くし、耐摩耗性を向上させる。したがっ
て、Ｗ、Ｍｏ、Ｖなどの炭化物形成元素の添加量との兼
ね合いで最適のＣ含有量が存在する。本発明の範囲では
Ｃが０．９５％未満では基地の硬さが十分に得られず、
形成される炭化物量も少ない。逆に２．８％を越えると
靱性が劣化し、また熱間加工性が劣化するので、Ｃは
０．９５〜２．８％とした。望ましいＣの範囲は１．０
〜２．５％、さらに望ましい範囲は１．５〜２．５％で
ある。

【００２３】Ｓｉは脱酸元素として鋼質を改良し、ま
た、基地に固溶して基地の硬さを高める効果もある。し
かし、２．０％以上となると靱性を低下させるのでＳｉ
は２．０％以下とした。望ましい添加範囲は１．５％以
下である。Ｍｎも脱酸元素として鋼質を改良する効果が
ある。しかし、１．５％を越えると焼入硬さを低下させ
るのでＭｎは１．５％以下とした。望ましい添加範囲は
１．０％以下である。

【００２４】Ｃｒは炭化物を形成して耐摩耗性を高める
効果があり、また基質に固溶して焼入性を付与し、基地
の耐食性も向上させる。代替フロンのＨＦＣが吸湿性が
高いこと、潤滑油が分解してカルボン酸の如き酸を形成
するために、ベーンは軽い腐食環境下において作動して
いる。このために、ベーンに起きる異常摩耗は、単純な
アブレッシブ型摩耗のみではなく、腐食も介在したメカ
ニズムによって発生しているものと推定される。この場
合、Ｃｒの他、後述するＷ，ＭｏやＣｏの基地への固溶
がベーンの耐食性を高め、摩耗を減少させる。Ｃｒが
２．５％未満では、上記の効果が少なく、逆に８．０％
を越えると熱処理によって硬さが得られ難くなるなどの
理由でＣｒは２．５〜８．０％とした。望ましい添加範
囲は３．０〜６．０％、さらに望ましい添加範囲は３．
５〜５．５％である。

【００２５】Ｗ及びＭｏは、Ｃと結合して、Ｍ₆Ｃ型の
炭化物を形成し、耐摩耗性、耐焼付性を高める。また、
基地に固溶した後、焼戻しで析出し、基地の硬さを高め
る効果もある。Ｍｏはカルボン酸による腐食を抑える効
果もある。ＭｏはＷに対し２倍の効果がある。Ｗ２０
％以下（望ましくは１５％以下）、Ｍｏ１２％以下
（望ましくは１０％以下）の１種または２種をＷ＋２Ｍ
ｏ量で１２％未満では上記の効果が少なく、逆に２８％
を越えると靱性が低下するのでＷ＋２Ｍｏで１２〜２８
％とした。望ましいＷ＋２Ｍｏは１４〜２６％である。

【００２６】Ｖは本発明において重要な作用を示す元素
である。すなわち、Ｖは、Ｃと結合してＭＣ型の炭化物
を形成する。この炭化物をベーン表面に微細かつ均質に
分散させると、耐摩耗性、耐焼付性を大幅に向上させる
ことができる。圧縮機の構造や必要とする寿命にもよる
が、Ｖを合計３．０％以上添加することでＨＦＣ系の代
替フロン用ベーンとして必要な特性を付与可能となる
が、特に６．０％以上添加するとその効果は顕著とな
る。３．０％未満では上記の効果が十分でなく、逆に１
０％を越えると、アトマイズが難しいこと、熱間加工が
難しいことの理由でＶは３．０〜１０％とした。Ｖの望
ましい添加範囲は４．０〜８．０％である。

【００２７】Ｃｏも本発明において重要な作用を示す元
素である。Ｃｏは基地に固溶して基地の硬さを高める効
果がある他、本発明では重要なカルボン酸による腐食を
抑える効果が高い。すなわち、前記の如く、ＨＦＣ系等
の代替フロンを冷媒に用いると腐食摩耗的作用も併発し
てベーンの異常摩耗が起きるが、Ｃｏ４％以上を基地に
固溶させることにより摩耗を軽減でき、特に７％以上で
顕著となる。Ｃｏ４％未満では上記の効果が十分ではな
く、逆にＣｏが１２％を越えると靱性を低下させるので
Ｃｏ４〜１２％とした。Ｃｏの望ましい添加範囲は５．
０〜１０％である。更に本願の第５発明に係る圧縮機の
ベーンは炭素材にアルミニウムを含浸させてなるいわゆ
るカーボンとされる。係るカーボンを用いることによっ
てもローラとベーンとの相互間の摩耗を低減することが
できる。ベーンとを組み合わせたことを特徴とする更に
本願の第６発明に係る圧縮機のベーンは重量％でＣ
０.９〜１.４％、Ｃｒ１５.０〜２０.０％、残部不可
避的不純物およびＦｅからなるステンレス鋼または前記
ステンレス鋼のＦｅをＮｉ０.６０％以下とＭｏ０.７
５％以下の１種又は２種の等量と置換したステンレス鋼
よりなり、その様にすることによってベーンの防食性を
高めることができ、腐食に起因するベーン及びローラ双
方の腐食劣化及び摩耗を防止することができる。以上の
各ベーン材については、耐焼付性を向上するために、窒
化、酸窒化、浸硫窒化等の表面処理、また表面の硬さ向
上及び潤滑性を向上するために、ベーン表面に四三酸化
鉄を主成分とする多孔質の酸化鉄皮膜を生成させるホモ
処理等を実施することが望ましい。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）表１にテストに供したローラ材のそれぞれ
について、化学成分、熱処理後の硬さ、黒鉛、ステダイ
トおよび炭化物の各面積率を示す。表中No.１及びNo.２
は本発明の実施例の圧縮機に適用されるローラ材であ
る。No.３はフェライト基地に共晶黒鉛を分散させた鋳
鉄、No.４は現在ローラ材として最も広く使用されてい
る低合金鋳鉄、No.５〜７は連続鋳造された鋳鉄であ
り、No.７はローラ材として使用されている鋳鉄であ
る。No.８，９はベイナイト基地に球状黒鉛を分散させ
た鋳鉄、No.１，２はステダイトと球状又は片状の黒鉛
を焼もどしマルテンサイト基地に分散させた鋳鉄であ
り、本発明のローラ材に該当するものである。No.１
０，１１はローラ材として使用されている耐摩耗鋳鉄で
あり、No.１０は黒鉛と炭化物の共存型、No.１１はＭ₇
Ｃ₃型の共晶炭化物元素を多量に分散させた合金白鋳鉄
である。No.１２はＮｉを多量に含有するオーステナイ
ト基地に球状黒鉛と炭化物を分散させた鋳鉄である。表
１中で硬さがＨＲＣ５０を越えるものは何れも焼もどし
マルテンサイト基地を有するものである。

【００２９】

【表１】

【００３０】表２に評価テストを実施したベーン材のそ
れぞれについて、化学成分、硬さ、素材の製造法、未固
溶炭化物の種類別とその面積率（％）、画像処理装置で
計測できる製品状態での１．０μm以上の未固溶炭化物
の平均粒径を示す。ここで、ＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０
Ｃ、ＳＫＨ５１は現在冷蔵庫、エアコンのベーン材とし
て広く用いられている材料である。製造法は通常の溶解
後インゴットに造塊し、鍛造、圧延する方法（Ｍｅｌｔ
法）とガスアトマイズ粉末を熱間静水圧法（ＨＩＰ）で
圧密体とする粉末法（ＰＭ）の２種類とした。後者は前
者に比較して、超急冷凝固法による合金粉末を出発原料
として使用したため、存在する未固溶炭化物が極めて均
一微細である。表２のベーン材に表１のローラ材より製
造したリング状テストピースを図１に示す接触位置で、
ポリオールエステル系の潤滑油中に浸漬し自転させるこ
とにより、摺動速度２．７３m/sec、初期接触面圧０．
９８１ＭＰａ（１０kgf/cm²）ずつ増圧してゆき、焼付
が発生したときの面圧及び所定接触圧力下での摩擦係数
を測定した。

【００３１】

【表２】

【００３２】前記テストのうち、ベーン材として表２の
Ａ鋼を用い、ローラ材として表１の、各材質とした場合
の面圧９．８１MPa（１００kg/mm²）の時の摩擦係数
と、焼付面圧及びローラの摩耗量の測定結果を表３に示
す。硬さが低いNo.３、及びNo.１２のローラ材は焼付面
圧が低い。また、ベーン材の変更によるよりもローラ材
の変更による法が焼き付き面圧や摩耗量の変動が大き
く、組み合わせの選定が非常に重要であることが判明し
た。ローラ材の中ではステダイトを２．０面積％以上分
散させたNo.１、２材の焼付面圧が非常に高いことが明
らかである。ベイナイト基地であり、かつ高硬度である
No.９材の焼付面圧も高いが、この材料は残留オーステ
ナイトが多量に存在するため、ローラ材として忌避され
る寸法の経時変化で難点がある。摩耗量はNo.１、２お
よび１１が小さい。しかしNo.１１は焼付面圧が低く、
かつ摩耗係数も大きい。

【００３３】

【表３】

【００３４】表４にローラ材として表１のNo.１材を用
い、ベーン材を種々変更したときの面圧９．８１MPa
（１００kgf/cm²）での摩擦係数と、焼付発生時の面圧
の測定結果を示す。ベーン用の現用材を含む比較例の材
料では、焼付面圧が最高１３．７MPa（１４０kgf/cm²）
であるのに対し、本発明の圧縮機に適用されるベーン材
の実施例Ａ〜Ｄは１５．７MPa（１６０kgf/cm²）以上の
焼付面圧を有することが判る。

【００３５】

【表４】

【００３６】表５に、代表的ベーン材とローラ材との組
み合わせでの摩擦係数と焼付面圧の測定結果を示す。カ
ーボンは炭素材にアルミニウムを約４２％含浸させた材
料であり、非金属系の摺動材としてベーンに用いられて
いる材料である。鉄基合金と比較して、カーボンベーン
の焼付面圧は非常に高い。本願発明のステダイト分散型
のローラNo.２の比較材７に対する改善比は、相手材が
ＳＫＨ５１ベーンの時は１．３４倍である（１１．８／
８．８）が、相手材が本発明に係るＡ製ベーンの時は
１．７８倍であり、No.２とＡ材との相性の良さがわか
る。

【００３７】

【表５】

【００３８】（実施例２）表６に、No.１のローラに対
し、ベーン材Ａに無処理及び各種表面処理を施した場合
の焼付面圧の改善状況を測定した結果を示す。何れの表
面処理も有効であるが表層部に多孔質層を生成するスル
スルフ処理と酸窒化処理を施したものが特にその効果が
大きく、カーボンと同等の耐焼付性を獲得し得ることが
判る。

【００３９】

【表６】

【００４０】（実施例３）実際のロータリ圧縮機に、ロ
ーラとして従来のNo.４製、No.７製、本発明に係るNo.
１製を、ベーンとしてＳＫＨ５１製、本発明に係るＡ材
製、カーボン製をそれぞれ組み込み、耐久性の比較を行
った。使用材料、熱処理等の条件は実施例１と同一であ
る。摺動速度は１．５m／sec、荷重９８Ｎ（１０kg
f）、潤滑油はポリオールエステル油、冷媒はＲ１３４
ａを使用した。試験時間は２０００Ｈｒで、評価はロー
ラ及びベーンそれぞれの摩耗量とした。その結果を表７
に示す。

【００４０】コンプレッサーの寿命は約１０年間保証す
ることが通常要求され、このためにはこの短時間テスト
でローラ材の摩耗が１００μm以下、ベーン材の摩耗が
２０μm以下であることが一応の目安とされる。ベーン
材をＡ、ローラ材をNo.１としたとき、表面処理しない
場合ローラの摩耗が１４０μmとやや不満であるが、上
記一応の目安の域に極近く、また表面処理をしたものは
いずれも十分クリアーしており、所期の目的が達成され
ることが判明した。また、ベーン材の摩耗は何れも上記
の目安を十分に達成している。

【００４１】本表から、ＳＫＨ５１製ベーンに対してロ
ーラ材を従来のNo.４や７から、本発明のローラ材No.１
に変更すると、ローラ材の摩耗量を４００〜４１０μm
から３００μmへと約７５〜７３％に低減し得ることが
判る。これに対しベーン材として本発明に係るＡ材（表
面処理無し）に変更するとローラ摩耗量は２７０〜２６
０μmから１４０μmへと約５２〜５６％、Ａ材に表面処
理を施したものでは２５０μm〜１７０μmから８０〜７
５μmへと約３０〜４４％に、それぞれ低減されている
こと、したがってローラ材No.１とベーン材Ａとは相性
のよい組み合わせであることが判る。また、ベーンの摩
耗量について調べてみると、ＳＫＨ５１製ベーンに対し
てローラ材をNo.４やNo.７からNo.１に変更すると、ベ
ーンの摩耗量は５６〜４５％に低減させることができる
が、ベーン材としてＡに表面処理を施したものを用いる
と、２３〜１３％へと大きく低下し得ることが判る。

【００４２】

【表７】

【００４３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の圧縮機
は、ローラとして焼もどしマルテンサイト基地に、所定
量の片状ないし球状の黒鉛と所定量のステダイトを分散
した鋳鉄と、ベーンとして所定量、所定サイズの炭化物
を分散した材料を組み合わせたもので、この組み合わせ
により取り扱いガスが潤滑条件の苛酷なハイドロフルオ
ロカーボン（ＨＦＣ）系フロンの場合も、焼付性に優れ
相互の摩耗を抑制して長期間の運転を可能とするもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベーン材とローラ材の焼付面圧及び摩擦係数を
測定した装置の概要を説明する図である。

【図２】ロータリ型圧縮機の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ベーン、２ローラ、３シリンダ、４スプリン
グ、５吸入口、６吐出口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ、ローラおよびベーンを主要構
成要素とするロータリ型圧縮機において、焼入焼もどし
熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量が５面積％以上、
ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄でなるローラと、重
量比でＣ０.９５〜２.８％、Ｓｉ２.０％以下、Ｍ
ｎ１.５％以下、Ｃｒ２.５〜８.０％と、Ｗ２０
％以下、Ｍｏ１２％以下の１種又は２種をＷ＋２Ｍｏ
で１２〜２８％、Ｖ３.０〜１０％、Ｃｏ１２％以
下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を
有する基地に、２５面積％以下の炭化物粒子が分散され
た焼結により結合した組織を有するベーンとを組み合わ
せたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】ベーンの炭化物の平均粒径を３．０μm
以下とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】ベーンの炭化物の最大粒径を５μm以下
とする請求項１又は請求項２記載の圧縮機。
【請求項４】ベーンの硬さが６５ＨＲＣ以上とされる
請求項１〜請求項３のいずれか一に記載した圧縮機。
【請求項５】シリンダ、ローラおよびベーンを主要構
成要素とするロータリ型圧縮機において、焼入焼もどし
熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量が５面積％以上、
ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄でなるローラと、炭
素材にアルミニウムを含浸させてなるベーンとを組み合
わせたことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】シリンダ、ローラおよびベーンを主要構
成要素とするロータリ型圧縮機において、焼入焼もどし
熱処理硬さが５０ＨＲＣ以上で黒鉛量が５面積％以上、
ステダイト量が２面積％以上の鋳鉄でなるローラと、重
量％でＣ０.９〜１.４％、Ｃｒ１５.０〜２０.０
％、残部不可避的不純物およびＦｅからなるステンレス
鋼または前記ステンレス鋼のＦｅをＮｉ０.６０％以下
とＭｏ０.７５％以下の１種又は２種の等量と置換した
ステンレス鋼よりなるベーンとを組み合わせたことを特
徴とする圧縮機。
【請求項７】ベーンに窒化、酸窒化、浸硫窒化等の表
面処理が施される請求項１〜請求項６のいずれか一に記
載した圧縮機。
【請求項８】ベーン表面に四三酸化鉄を主成分とする
多孔質の酸化鉄皮膜を生成させるホモ処理が施される請
求項１〜請求項６のいずれか一に記載した圧縮機。