JPH10159767A

JPH10159767A - ベーン型圧縮機のベーン及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10159767A
Application number: JP33640196A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Sho; 健太郎庄; Masashi Kasatani; 昌史笠谷; Sanehiro Tomita; 修弘富田
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で機械的強度が高く耐摩耗性の良好なベ
ーン型圧縮機のベーンを、安価に製造することができる
ようにする。【解決手段】ベーンの母材１１は、展伸材として用い
られる通常のアルミニウム合金からなる。この母材１１
が鉄系例えばステンレス鋼製の被覆層１２で覆われてい
る。この被覆層１２の外面には非晶質硬質炭素膜１３が
形成されている。このベーンは、ステンレス鋼製のパイ
プにアルミニウム合金製の棒材を挿入した状態で引き抜
き加工することにより、上記母材１１と被覆層１２を形
成し、上記被覆層１２の外面にプラズマ化学蒸着法によ
って炭素を蒸着させることにより、上記非晶質硬質炭素
膜１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベーン型圧縮機の
ベーン及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベーン型圧縮機は、カムリング内にロー
タを回転可能に収容し、このロータの複数の支持溝に、
ベーンをほぼ径方向にスライド可能に収容することによ
り、構成されている。上記ロータの回転時に、遠心力に
よりベーンが径方向，外方向に突出してその外端縁がカ
ムリングの内周面に接する。そして、このロータの回転
に伴い、隣接する２枚のベーンとカムリングの内周面と
ロータの外周面とで画成された空間の体積が縮小するこ
とにより、この空間内に導入された気体を圧縮するよう
になっている。

【０００３】例えば自動車の空調システムに用いられる
圧縮機では、軽量化が求められており、上記ベーンも鉄
系からアルミニウム系へと素材の転換が図られている。
このベーンは、機械的強度も求められるため、アルミニ
ウム系のなかでも強度の高いハイシリコンアルミニウム
（シリコンを高濃度に含有するアルミニウム）が用いら
れている。

【０００４】ところで、ベーンは、外端縁がカムリング
の内周面に遠心力をもって擦れ、また２つの側面がロー
タの支持溝の内面に擦れるため、耐摩耗性も要求されて
いる。上記ハイシリコンアルミニウムは、比較的耐摩耗
性が良好であるが、近年、フロンに変わる冷媒として塩
素を含まない冷媒が用いられるようになってきているた
め、摺動環境が苛酷になり、上記ハイシリコンアルミニ
ウム製のベーンでも無視できない程の摩耗が生じるよう
になった。

【０００５】そのため、上記ハイシリコンアルミニウム
の母材にメッキを形成しているが、このメッキは長期使
用によりはがれ易い。そこで、特開昭６−３４６０７４
号公報に開示されているように、ハイシリコンアルミニ
ウムの母材に、プラズマＣＶＤ法により、非晶質硬質炭
素膜、すなわちＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン
膜）を形成するようにしたベーンが開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示されたハイシリコンアルミニウム製のベーンは、素材
自体が高価であるばかりでなく、粉末押し出し法で成形
するため、製造コストも高い。そこで、本発明者は、展
伸材として通常用いられるアルミニウム合金を、ベーン
の素材として用いることの可能性を追求してきた。しか
し、このアルミニウム合金を用いた場合には、機械的強
度がハイシリコンアルミニウムに比べて弱い点、および
上記ＤＬＣ膜を形成しようとしても母材が柔らかすぎて
炭素が蒸着しにくい点、母材のシリコン含有量が少ない
ため密着強度が低い点で、実用化を図ることができなか
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ベー
ン型圧縮機のベーンにおいて、アルミニウム合金の母材
を、鉄系の被覆層で覆い、この被覆層の外面に非晶質硬
質炭素膜を形成したことを特徴とする。請求項２の発明
は、請求項１に記載のベーン型圧縮機のベーンにおい
て、上記被覆層がステンレス鋼からなることを特徴とす
る。請求項３の発明は、請求項１または２に記載のベー
ン型圧縮機のベーンの製造方法において、上記被覆層の
外面にプラズマ化学蒸着法によって炭素を蒸着させるこ
とにより、上記非晶質硬質炭素膜を形成したことを特徴
とする。請求項４の発明は、請求項３に記載のベーン型
圧縮機のベーンの製造方法において、鉄系のパイプにア
ルミニウム合金製の棒材を挿入した状態で引き抜き加工
することにより、上記母材と被覆層を形成したことを特
徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て詳述する。まず、図５を参照しながら、空調システム
に組み込まれるベーン型圧縮機の概略構成を説明する。
この圧縮機は、カムリング１を有している。このカムリ
ング１の両側（図５の紙面と直交する方向の両側）に
は、サイドサポート（図示しない）が固定されている。
一方のサイドサポートの外面には導入ポートが形成され
ており、カムリング１に対向する面にはこの導入ポート
に連なる２つの入口ポート２が形成されている。また、
他方のサイドサポートの外面には排出ポート（図示しな
い）が形成されており、カムリング１の内周面には、こ
の排出ポートに連なる出口ポート３が形成されている。

【０００９】上記カムリング１内には、ロータ４が収容
されている。このロータ４は、このロータ４と同心をな
して貫通する駆動軸５に固定されている。この駆動軸５
は、一対のサイドサポートを貫通し、その一端部がモー
タ（図示しない）に連結されている。上記カムリング１
の内部空間は楕円形状をなしており、ロータ４の外形は
円形をなしているので、カムリング１の内周面とロータ
４の外周面とで、一対の三日月型の空間６が形成されて
いる。

【００１０】上記ロータ４の外周面には、複数例えば５
つの支持溝４ａがほぼ径方向に深く形成されている。こ
の支持溝４ａには、ほぼ四角形の平板形状をなすベーン
１０がスライド可能に収容されている。

【００１１】上記構成の圧縮機において、ロータ４の図
中時計回り方向の回転時に、遠心力によりベーン１０が
径方向，外方向に突出してその外端縁がカムリング１の
内周面に接する。そして、このロータ１０の回転に伴
い、上記空間６のうち隣接する２枚のベーン１０とカム
リング１の内周面とロータ４の外周面で画成された空間
部分の体積が縮小することにより、入口ポート２からこ
の空間部分内に導入された冷媒体が圧縮され、出口ポー
ト３から送り出される。

【００１２】次に、本発明の特徴部であるベーン１０に
ついて説明する。このベーン１０は、図１，図２に示す
ように、通常の展伸材に用いられるアルミニウム合金製
の母材１１と、この母材１１を囲む厚さ０.２〜０.３ｍ
ｍのステンレス鋼製（例えばＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０
４等）の被覆層１２と、この被覆層１２の外面に形成さ
れた厚さ数ミクロン程度のＤＬＣ膜１３（ダイヤモンド
ライクカーボン膜、非晶質硬質炭素膜）とから構成され
ている。

【００１３】前述したように、上記ベーン１０はロータ
４の支持溝４ａ内に収容され、径方向，外方向に突出し
てカムリング１の内周面に衝突する。また、カムリング
１の内周に摺接しながら、ロータ４の回転に伴って移動
する過程で曲げ応力を受ける。そのため、機械的強度を
必要とする。ベーン１０の母材１１自体は、通常のアル
ミニウム合金製であるため、柔らかく機械的強度が十分
でないが、ステンレス鋼製の被覆層１２で覆ったので、
十分なレベルまで機械的強度を上げることができる。

【００１４】また、ベーン１０は、高速でカムリング１
の内周面に擦接し、また、支持溝４ａの内面にも高速で
擦接する。しかも、塩素を含まない冷媒が用いられるた
め、擦動環境が苛酷である。そのため、被覆層１２が直
接カムリング１やロータ４に接すると、無視できない量
の摩耗が生じる。しかし、被覆層１２には、非常に硬度
の高いＤＬＣ膜１３が形成されているので、摩耗を著し
く少なくすることができ、長期使用に耐え得る。

【００１５】次に、上記ベーン１０の製造方法について
説明する。図３に示すように、ステンレス鋼製のパイプ
２０に、アルミニウム合金製の棒２１を挿入し、環状の
ヒータ３０でパイプ２０だけを２００℃以上に加熱して
熱膨張させ、パイプ２０と棒２１をダイス４０の孔４１
（ベーンの断面形状と同じ形の孔）に差し込み、冷風を
吹き付けながらパイプ２０を引き抜く。

【００１６】上記引き抜き加工された長尺物を切断して
上記ベーン１０の原形を得る。次に、この母材１１と被
覆層１２とからなるベーン１０に、プラズマＣＶＤ法
（プラズマを利用した化学蒸着法）によりＤＬＣ膜１３
を形成する。上記プラズマＣＶＤ法を実行する装置につ
いて説明する。この装置は、真空ポンプ５０によって真
空吸引される真空槽５１を有している。この真空槽５１
内には、接地された導電性ケーシング５２が収容されて
いる。このケーシング５２内に電極５３が臨んでいる。
この電極５３には、インピーダンスマッチング回路５４
を介して高周波電源５５が接続されている。さらに、ケ
ーシング５２には、原料ガスとして、ＣＨ₄＋Ｎ₂＋ＴＭ
Ｓ（テトラメチルシラン）の混合ガスを供給するガスボ
ンベ５６が接続されている。

【００１７】上記装置において、電極５３に上記母材１
１と被覆層１２とからなるベーン１０を、上記電極５３
に載せる。なお、ベーン１０において母材１１が露出し
ている面（支持溝４ａにおいて駆動軸３方向の両端に対
峙する面）を電極５３の上面に接するようにする。

【００１８】上記ベーン１０の設置状態において、真空
ポンプ５０を駆動して真空槽５１内を真空にし、ひいて
はケーシング５２の連通窓（図示しない）を介してケー
シング５２内をも真空にした状態で、上記ガスボンベ５
６からケーシング５２内に上記混合ガスを供給するとと
もに、高周波電極５５から電極５３に高周波電力を供給
する。その結果、この混合ガスがプラズマ化され、被覆
層１２の外面に炭素等が蒸着することにより、窒素，珪
素を含むＤＬＣ膜１３が形成される。このプラズマＣＶ
Ｄ法は基本的に加熱を必要としないので、母材１１，被
覆層１２が熱的影響を受けず、ベーン１０の変形等をも
たらすことがない。

【００１９】ここで注目すべきは、上記プラズマＣＶＤ
法によるＤＬＣ膜１３の形成は、前述したようにアルミ
ニウム合金製の母材１１に直接形成することができず、
上記ステンレス鋼製の被覆層１２を介在させて初めて可
能になることである。このように、被覆層１２は、母材
１１の機械的強度を補うばかりか、ＤＬＣ膜１３形成の
仲介役をも担うのである。

【００２０】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
なお、これら実施形態において、最初の実施形態と対応
する構成部には同番号を付して、その詳細な説明を省略
する。図６に示す実施形態では、被覆層１２の内面に、
紙面と直交する方向（駆動軸３に沿う方向）に延びる凸
条１２ａが多数形成されており、この凸条１２ａによっ
て、母材１１と被覆層１２の結合強度を高め、ひいては
ベーン１０の機械的強度を高めている。なお、この凸条
１２ａは、予めステンレス鋼製のパイプ２０（図３）の
内周に、パイプ２０の長手方向に沿って形成されてい
る。

【００２１】図７に示す実施形態では、図３の引き抜き
加工と切断の後で、プラズマＣＶＤ法を実行する前に、
プレスにより凹溝１２ｂを形成する。被覆層１２は、こ
の凹溝１２ｂに対応して内方向に突出して母材１１に食
い込むので、図６の実施形態と同様に両者の結合強度を
高めることができる。なお、この凹溝１２ｂは、紙面と
直交する方向（駆動軸３と直交する方向）に延びてい
る。この凹溝１２ｂに潤滑油がたまるので、圧縮機の運
転中、ＤＬＣ膜１３の表面に凹溝１２ｂから潤滑油が供
給され、ベーン１０の摺動特性が向上する。

【００２２】上記すべての実施形態において、被覆層は
ステンレス鋼以外の鉄系であってもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、母材にアルミニウム合金を用いているので、軽
量化を図ることができる。また、母材を鉄系の被覆層で
覆うので、上記母材に通常の安価なアルミニウム合金を
用いても十分な機械的強度が得られる。さらに、被覆層
の外面に非晶質硬質炭素膜を形成したので、苛酷な摺動
環境であっても摩耗が少なく、長期使用に耐え得る。し
かも、この非晶質硬質炭素膜は、鉄系の被覆層を介在さ
せることにより、通常の安価なアルミニウム合金からな
る母材であっても、確実に形成することができる。請求
項２の発明によれば、被覆層にステンレス鋼を用いたの
で、より高い機械的強度を得ることができる。請求項３
の発明によれば、プラズマＣＶＤ法を利用することによ
り、母材と被覆層に熱的影響を与えることなく、非常に
高い硬度を有する炭素膜を形成することができる。請求
項４の発明によれば、引き抜き加工を用いることによ
り、母材の成形と被覆層の形成を同時に行うことがで
き、生産性が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わるベーンの斜視図で
ある。

【図２】同ベーンのII部における拡大断面図である。

【図３】同ベーンの製造工程の一部である引き抜き工程
を説明する断面図である。

【図４】同引き抜き工程の後に実行されるプラズマＣＶ
Ｄ法を説明する概略図である。

【図５】同ベーンを用いた圧縮機の断面図である。

【図６】ベーンの他の実施形態を示す断面図である。

【図７】ベーンのさらに他の実施形態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ベーン１１アルミニウム合金製の母材１２ステンレス鋼製（鉄系）の被覆層１３ＤＬＣ膜（非晶質硬質炭素膜）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金の母材を、鉄系の被覆
層で覆い、この被覆層の外面に非晶質硬質炭素膜を形成
したことを特徴とするベーン型圧縮機のベーン。
【請求項２】上記被覆層がステンレス鋼からなること
を特徴とする請求項１に記載のベーン型圧縮機のベー
ン。
【請求項３】上記被覆層の外面にプラズマ化学蒸着法
によって炭素を蒸着させることにより、上記非晶質硬質
炭素膜を形成したことを特徴とする請求項１または２に
記載のベーン型圧縮機のベーンの製造方法。
【請求項４】鉄系のパイプにアルミニウム合金製の棒
材を挿入した状態で引き抜き加工することにより、上記
母材と被覆層を形成したことを特徴とする請求項３に記
載のベーン型圧縮機のベーンの製造方法。