JPS63159685A - ベ−ン - Google Patents

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］ 本発明はベーン型圧縮機のベーンに関する。本発明のベ
ーンはロータリーベーン式コンプレツ１す、ロータリー
ベーン式真空ポンプ、ロータリーベーン式オイルポンプ
等に利用することができる。

［従来の技術〕 近年、小型軽量である利点からベーン型圧縮機が多く用
いられている。ここで第６図及び第７図を参照しながら
ベーン型圧縮機の一例の構成を説明する。この例のベー
ン型圧縮機は、楕円状の貫通孔をもつ円筒状シリンダ１
と、このシリンダ１の両ｍに係止される第１サイドプレ
ート２および第２サイドプレート３と、シリンダ１と両
サイドプレート２．３で形成される内部空間部位内に回
転自在に設けられたロータ４と、このロータ４と同一軸
芯に固定された駆動軸５と、ロータ４の外周より中心部
に駆動軸５と平行に形成された合計４個のスリット１１
内に挿入された４個のベーン６と、両サイドプレート２
．３を覆う一対のフロントハウジング７およびリヤハウ
ジング８とよりなる。そして第１サイドプレート２とフ
ロントハウジング７との間に吸入室７１が形成され、第
２サイドプレート３とリヤハウジング８との間には吐出
：！８１が形成されている。吸入室７１は導入孔７２よ
り冷媒ガスの供給を受ける。一方吐出室８１は導出孔８
２より圧縮された冷媒を選りだす。

駆動軸５は両サイドプレート２．３の軸孔中にプレーン
軸受２１．３１を介して回転自在に保持されている。又
駆動軸５の一端は気密シール７５を介してフロントハウ
ジング７の軸孔を貫通して突出し、その先端５１に図示
しない電磁クラッチの従動部が固定されている。

４個のベーン６はロータ４の回転による遠心力及び高圧
の吐出室８１より供給される高圧の潤滑油８３によりシ
リンダ１の内周面に接する方向に付勢される。このベー
ン６は、その頂部表面がシリンダ１の内壁面と当接し気
密的に摺動する。又ベーン６の両端面は両サイドプレー
ト２．３の内壁面と当接し、気密的に摺動する。シリン
ダ１、両サイドプレート２．３で囲まれた圧縮室Ｖはロ
ータ４及び４個のベーン６で４つの圧縮室ｖ１〜Ｖ４に
分けられ、分けられた４個の圧縮ｖｖＩ〜Ｖ４はロータ
４の回転によりそれぞれその体積が連続的に増減する。

第７図において、ロータ４が矢印方向に回転するにつれ
、同図面上、右方の圧縮室Ｖｌ、Ｖ３はその体積が増大
し、図面上下方の圧縮室Ｖ２、Ｖ４は体積が減少する。

圧縮室Ｖ１、ｖ３はシリンダ１に設けられた吸入路１２
を通して吸入室７１より冷媒が供給される。一方圧縮重
Ｖｔ、Ｖｓは吐出孔１３より弁１５を通り、さらに吐出
路１７を通って吐出室８１に圧縮された冷媒を吐出する
。

従来かかるベーン型圧縮機においては、軽量化、シール
特性を向上させるために、ベーン型圧縮機を構成するベ
ーン、シリンダ、サイドブロック、ロータ等を構成する
金屑材料及び形状等について種々の工夫がなされている
。例えば特開昭４９−４４３０５号公報には、ベーンの
基材を改善し、さらに表面処理を施し、耐摩耗性、機械
的強度、自己ｒ４滑性を高めることが開示されている。

又特開昭５７−１５７０８７号公報には、ベーン及びサ
イドブロックを鉄系金属、ロータおよびシリンダをアル
ミニウム系金属で構成し、シリンダの内面に鉄系金属よ
りなるライナーを設けることが開示されている。又実開
昭５９−２７１０１号公報には、シリンダ、サイドブロ
ック、ロータ、ベーンをアルシル合金で構成し、ベーン
と摺動する各部材の表面に表面処理を施すことが開示さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところでベーン型圧縮機においては、軽量化の要請から
シリンダ、ロータ等はアルミニウム合金から形成される
傾向にある。そして機械的強度、耐摩耗性を満足させる
材料として、高珪素アルミニウム合金が好適であること
が判明し、このようなアルミニウム合金の利用が検討さ
れてＣ）る。

この高珪素アルミニウム合金は、初晶珪素及び共晶珪素
が散在しており、その硬ｉは１３００〜１５００Ｈｖと
非常に硬くなっている。ところが従来使用されているベ
ーンはほとんどが鉄系金属より形成されており、５ＬＩ
Ｊ２焼入れ鋼等を用いてもその硬度は６５０〜８００Ｈ
ｖと低い。従ってこのベーンを高珪素アルミニウム合金
製ロータ等と組合せた場合には摩耗が多くなってクリア
ランスが増大し、又珪素粒が脱落しこれが研磨材となっ
てロータの摩耗をも促進する結果となる。更に而荒れの
ため摩擦係数が増大し、発熱量が太きくなって焼付に至
るという不具合がある。

又硬度増大の目的としてベーンに各硬表面処理を行うこ
とも検討されている。例えば浸炭焼入れ、窒化処理等の
処理法があるが、得られる硬度は精々８００Ｈｖと低い
ものである。又ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等によりベーン表面
にＴｉＣなどの薄膜を形成する方法も知られており、こ
の方法によれば１３００〜３８００Ｈｖと高い硬度の＊
ｉが１りられる。ところでベーンは表面の真直度が必要
である。しかし上記＠膜形成法では処理時に歪が生じる
ために、ベーンの仕上げ加工が必要であるが、Ｉｇられ
る薄膜は１０μｍ以下と薄いため加工時に＠膜が削られ
て内部が表出する場合が多い。

更に、ロータエツジ部での油切れが生じ易いという不具
合もある。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされた：ｂのであり
、表面硬度が高く潤滑性能に優れたベーンを提供するこ
とを目的とする。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明のベーンは、鉄系金属よりなる基板と、基板の少
なくとも一部表面に形成され硬度１２００〜１８５０１
−１ｖのボロン硬化層と、からなることを特徴とする。

基板は鉄系金属であれば特に制限されず、その材質はコ
スト、強度等必要とする条件により種々選択することが
できる。例えば８４５Ｃ鋼、８５５０鋼、５ＵＪＩＩ、
ＳＫＳ鋼、ＳＫＤ鋼等の材料から形成することができる
。

ベーンとしての材料の材質としては一般に下記のごとき
ものが要求される。

（１）珪素粒による研削を避けるため、硬度は高珪素ア
ルミニウム合金中の珪素の硬度とほぼ同等かそれ以上で
あること。

（２）摺動面がアルミニウムに対して耐焼付性に優れ、
摩擦係数が低いこと。

（３）上記の性質を具備した緻密な仕上げ面が得られる
こと。

（４）更に製作が容易なこと。（硬度を上げた後複雑な
加工がない） そして上記要求を満足するものとして、鋼材を母材とし
たものにボロンを浸透拡散させる浸ボロン処理を施した
ものが最適であることが究明された。

ボロン硬化層は基板の少なくとも一部表面に形成される
が、少なくともロータと摺接する表面に設けることが望
ましい。勿論ベーン全面に設けることもできる。

このボロン硬化層は長板表面に浸ボロン処理を施すこと
により形成されたものであり、その硬度は１２００〜１
８５０）−１ｖである。硬度が１２００８ｖ以下では耐
摩耗性に劣り、１８５０　ＨＶより高くすることは浸ボ
ロン処理では一般に困難である。

浸ボロン処理を施す方法には、ホウ砂（ＮａｇＢ４０７
）に炭化珪素または炭化ホウ素等を１０〜４０％加え、
８００〜１１００℃の温度とした溶融塩浴に数時間浸漬
する液体法、ホウ砂又はホウ砂と炭化珪素、ホウ砂と塩
化ナトリウム等を混合し、８００〜１１００℃の温度と
した溶融塩浴中で基板を陰極として数時間電解を行う電
解法、又は炭化ホウ素及び炭素に炭化珪素、四弗化ホウ
素カリウム等を添加した粉体又は粒状体の中に基板を埋
めて所定時間、所定温度で加熱づる固体法等がある。な
かでも固体法で行うことが望ましい。

固体法によれば他の方法に比べ１００μｍ以上とＦＪい
ボロン硬化層が得られる。従って仕上げ加工時のとりし
るが確保でき、かつ仕上げ加工後のボロン硬化層の厚み
も十分確保することができる。

本発明のベーン表面にはボロン硬化層を有するので、そ
の表面を鏡面仕上げとしても従来に比してＩ＠擦低抵抗
小さくすることができる。しかしボロン硬化層は表面平
滑な摺動表面とその摺動表面に間口ｊるミクロ孔部とを
有し、表面粗さがＲＺＯ０２〜１．２μｍであることが
望ましく、ＲｚＯ，６〜０．８μｍであることがより望
ましい。

このようにすればミクロ孔部が油溜り部として機能し、
潤滑性能を一層向上させることができる。

このミクロ孔部を形成するには、第２図に示すようにま
ず砥粒等によりボロン硬化層表面をラッピングして荒ら
し、次いで第１図に示すようにダイヤモンドラップ等に
よりラップ而の上面だけを削りとって面積率６０〜９５
％、望ましくは８５〜９５％の摺動平面を形成する。こ
のようにして摺動平面２０１とミクロ孔部２０２とを形
成することができる。なおその表面粗さはＲｚ０．２〜
１゜２μｍであることが望ましい。この値が０．２μｍ
より小さくなると油溜り部としての機能が低下し１１７
Ｊ滑性能がその分小さくなる。又１．２μｍより大きく
なると１Ｍ勤平面が少なくなることにより摩擦抵抗が大
きくなって焼付等が生じ易くなる。

なお基板に焼入れ処理をして硬度を高めることが嫁 できる。又この焼入れ処理を浸ボロン処理の徐冷の際、
基材に焼入れが入るＳＫＳ、ＳＫＤ等の合金鋼を用いれ
ば、表面を浸ボロン処理すると同時に内部も硬くするこ
とができ、工数を増すことなく機械的強度を向上させる
ことができる。

［発明の作用及び効果］ 本発明のベーンは基板の少なくとも一部表面に１２００
〜１８５０Ｈｖのボロン硬化層をもつ、。

従って高珪素アルミニウム合金からなるロータに使用し
た場合には、そのロータと略同等以上の硬度を有するた
め耐摩耗性に優れている。又ボロン硬化層にミクロ孔部
を形成すれば、潤滑油がミクロ孔部内に保持されてミク
ロ孔部は油溜り部としてＩｌ能するので、潤滑性能に特
に優れるようになる。

従って本発明のベーンを用いたベーン型圧縮機では、ベ
ーンの耐摩耗性に優れ、かつ０−夕、シリンダの摩耗を
防止することができるので好命が長くかつ焼付が防止さ
れる。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

（ベーンの製造） ８４５Ｃ鋼を材料とし、研削加工により第３図に示す直
方体形状のベーン基板１００を製造した。

次に上記基板を炭化ホウ素及び炭素に、炭化珪素及び四
弗化ホウ素カリウム等を添加した粉体の中に埋めて３〜
１０時間、８００〜１０００℃に加熱する固体法により
浸ボロン処理を施した。この浸ボロン処理により基板全
表面に、外層は約３０μｍのホウ化第１鉄（ＦｅＢ）、
内層は約７０μｍのホウ化第２鉄（ＦｅｚＢ）の２層か
らなるボロン硬化層２００（約１００μｍ）を形成させ
た。このボロン硬化層２００の各々の硬度は１５００〜
１８５０Ｈｖ１１２００〜１６００Ｈｖであった。

次に第２図に示すようにボロン硬化層２００をもつ基板
１００の表裏面をＧＣ砥粒で３〜５分間ラッピングし、
続いて′１４１図に示すようにダイレモントラップによ
り約１分間ラッピングして、約１７００Ｈｖのホウ化第
１鉄と約１４００Ｈｖのホウ化第２鉄とが表出した摺動
平面２０１を形成した。得られたベーンはミクロ孔部２
０２を有し、表面粗さがＲｚ０．６〜０．８μｍであっ
た。

（性能試験１） 得られた実施例のベーンの動ａ！擦係数を測定し結果を
第４図に示す。なお試験はスラストテスターを用い、表
面粗さＲｚＯ，８〜２．０μｍの相手材にパッド給油し
ながら荷重１０ｋｏ　ｆ、滑り速度５〜１５ｍ／Ｓの条
件で行った。又滑り速度１５ｍ／Ｓで６０分間摺動させ
たときのｓｍ力のパターンを測定し、結果を第５図に示
す。

（性能試験２） 得られたベーンを第６図および第７図に示す圧縮機に装
着し、運転した。圧縮機の構成は従来の技術で詳細に説
明したので省略する。

ベーンとロータとのｌａ条件は、第８図に示す低圧側圧
力Ｗ＋の最大値は１３２ｋｏｆ／４０ｍｍ＋。

高圧側圧力Ｗｔの最大値は５７ｋｏｆ／４０＋ｅｍ、ｍ
ａｎ度はＯ〜１．０ｍ／ｓｔ’ある。なオロータの材質
には珪素的１１％を含むアルミニウム合金が用いられて
いる。

試験後のベーン及びロータの摩耗深さを２０点について
測定し結果を第１１図に示す。又試験後のベーンの形状
を２点について観察し第９図に示す。

更に試験前後のベーン表面粗さを低圧側表面で２点につ
いて測定し結果を第１０図に示す。

（従来例） ＳＵＪ−２焼入鋼を用い浸ボロン処理を行わないこと、
及び表面を鏡面加工としたこと以外は実施例と同様にベ
ーンを製造した。このベーンの表面硬度は７００〜８０
０Ｈｖであり、表面粗さはＲＺ０．８μｍ以下である。

得られたベーンについて実施例と同様に性能試験を行い
、結果をそれぞれ第４図、第５図、第９図、第１０図お
よび表に示す。

（評価） 第４図より本発明のベーンは従来のベーンに比べ動ｆｆ
ｔｌｌ係数が小さい。また第５図より本発明のベーンは
ＩＩ擦力の振れ幅がはとノυと無く安定していることが
わかる。

又第１１図および第９図より、本発明のベーンは圧縮機
に装着した実用においても耐摩耗性に浸れ、ロータの摩
耗量も少なくなっている。更に第１０図からも明らかな
ごとく、従来例はテスト後の表面粗さが摩耗による而荒
れにより極度に大ぎくなっている。これに対し本発明の
ベーンは圧縮機の運転前侵の表面粗さの変化が小さく、
耐摩耗性に優れていることが明らかである。

即ら本発明のベーンは耐摩耗性に優れ、かつ相手材とし
てのロータの摩耗が防止されているので、ベーン型圧縮
機としての実用上の寿命を著しく長くすることができ、
又焼付きを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベーンの要部断面図である。 第２図はボロン硬化層をラッピングした状態を示す断面
図である。第３図はベーン基体の斜視図である。第４図
は滑り速度と動摩擦係数の関係を示すグラフである。第
５図は摩擦力のパターンを示す線図である。第６図およ
び第７図は一例のベーン型圧縮機にかかわる図であり、
第６図は軸方向の断面図、第７図は第６図の圧縮機の軸
方向と直角な方向の断面図である。第８図はロータとベ
ーンとの摩耗位置を示す説明図である。第９図はベーン
の摩耗程度を示す説明図である。第１０図は試験前後の
ベーンの表面粗さを示すグラフである。 第１１図は摩耗深さの測定結果を示す線図である。 １・・・シリンダ ２・・・第１サイドプレー１−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　鉄系金属よりなる基板と、 該基板の少なくとも一部表面に形成され硬度１２００〜
   １８５０Ｈｖのボロン硬化層と、からなることを特徴と
   するベーン。
2. （２）　ボロン硬化層は表面平滑な摺動平面と該摺動平
   面に開口するミクロ孔部とを有し、表面粗さがＲｚ０．
   ２〜１．２μｍである特許請求の範囲第１項記載のベー
   ン。