WO2016129369A1 - コイルスプリング、及び、ベーン形圧縮機 - Google Patents

コイルスプリング、及び、ベーン形圧縮機 Download PDF

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vane
guide member
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士津真 金子
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Calsonic Kansei Corp
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    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/06—Wound springs with turns lying in cylindrical surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a coil spring and a vane compressor.
  • Patent Document 1 discloses a vane compressor using a coil spring.
  • the vane type compressor is capable of reciprocating with a cylinder, a rotor rotatably provided in the cylinder, and a plurality of vane grooves formed on the outer peripheral surface of the rotor and arranged in the circumferential direction of the rotor. And a vane provided in the vane groove. The leading edge of the vane is brought into contact with the inner surface of the cylinder by the rotation of the rotor.
  • the coil spring is supported by a guide pin that projects from the bottom of the vane groove and guides the reciprocation of the vane.
  • the coil spring urges the vane in the protruding direction from the vane groove. That is, the coil spring compensates for insufficient back pressure to cause the vane to protrude from the vane groove, and prevents repeated collision (chattering) between the vane and the cylinder.
  • An object of the present invention is to provide a coil spring having both good wear resistance and good toughness, and a vane compressor using the coil spring.
  • a first feature of the present invention is a coil spring supported by a guide member and made of a linear body and subjected to surface hardening treatment, the linear body including a center layer and the surface hardening treatment. And a hardened layer having a hardness higher than the hardness of the center layer, the wire diameter of the linear body is 1 mm or less, and the surface hardness of the linear body Provides a coil spring that is Hv 250 or more higher than the surface hardness of the guide member.
  • the hardness is Vickers hardness as indicated by the symbol “Hv” (the same applies hereinafter).
  • a second feature of the present invention is a coil spring supported by a guide member and made of a linear body and subjected to surface hardening treatment, the linear body including a center layer and the surface hardening treatment. And a hardened layer having a hardness higher than the hardness of the central layer, the wire diameter of the linear body is 1 mm or less, and the depth of the hardened layer is A coil spring that is 20% or less of the radius of the linear body is provided.
  • a third feature of the present invention is a coil spring supported by a guide member and made of a linear body and subjected to a surface hardening treatment, the linear body including a center layer and the surface hardening treatment. And a hardened layer having a hardness higher than the hardness of the center layer, the wire diameter of the linear body is 1 mm or less, and the surface hardness of the linear body
  • the present invention provides a coil spring in which the surface hardness of the guide member is Hv250 or more and the depth of the hardened layer is 20% or less of the radius of the linear body.
  • the hardness of the center layer is preferably Hv 450 to 650.
  • the surface hardening treatment preferably includes a fluorination treatment and a gas soft nitriding treatment performed after the fluorination treatment.
  • the linear body is at least C: 0.51 to 0.59%, Si: 1.2 to 1.6%, Mn: 0.5 to 0.8%, Cr: 0.5 to 0.8% It is preferable to contain these components.
  • the guide member is a guide pin inserted into the coil spring, and the hardness of the guide pin is Hv450 to 550.
  • a fourth feature of the present invention is a vane compressor, which is formed on a cylinder, a rotor rotatably provided in the cylinder, an outer periphery of the rotor, and in a circumferential direction of the rotor.
  • a vane type compressor in which the coil spring is supported by the guide member so as to bias the vane in a protruding direction from the vane groove.
  • a vane type compressor using a coil spring 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the coil spring 1 in this embodiment is supported by a guide pin 3 as a guide member.
  • the coil spring 1 is made of a linear body [string] material] (wire [wire]) 5 and is subjected to a surface hardening process [surface-hardening process].
  • the linear body 5 has a center layer and a hardened layer formed on the outer side of the center layer by surface hardening treatment and having a hardness higher than that of the center layer.
  • the wire diameter of the linear body 5 is set to 1 mm or less.
  • the surface hardness of the linear body 5 is higher than the surface hardness of the guide pin 3 by Hv 250 or more.
  • the depth of the hardened layer of the linear body 5 is set to 20% or less of the radius of the linear body 5.
  • the hardness of the center layer is set to Hv 450 to 650.
  • the gas soft nitriding treatment is performed after the fluorination treatment.
  • the linear body 5 is at least C: 0.51 to 0.59%, Si: 1.2 to 1.6%, Mn: 0.5 to 0.8%, Cr: 0.5 to 0.8% Contains the ingredients.
  • the vane type compressor 101 in this embodiment is formed on a cylinder 103, a rotor 105 rotatably provided in the cylinder 103, an outer peripheral surface of the rotor 105, and arranged in the circumferential direction of the rotor 105.
  • a plurality of vane grooves 107 and a vane 109 provided in the vane groove 107 so as to be capable of reciprocating and contacting the inner surface of the cylinder 103 by the rotation of the rotor 105 are provided.
  • a guide pin 3 is provided at the bottom side end of the vane 109 on the bottom side of the vane groove 107 [a bottom-side end of the vane 109 on a bottom side of109the vane slot 107].
  • the guide spring 3 supports the coil spring 1 that urges the vane 109 in the protruding direction from the vane groove 107.
  • a pair of guide pins 3 is provided for one vane 109.
  • the guide pin 3 protrudes from the bottom of the vane groove 107 and is inserted into the guide hole 141 formed in the vane 109, “provided at the bottom side end of the vane 109”.
  • the guide pin 3 may be “provided on the bottom side end portion of the vane 109” in such a manner that the guide pin 3 protrudes from the vane 109 and is inserted into a guide hole formed in the bottom portion of the vane groove 107.
  • the vane compressor 101 also includes a casing 111, a cylinder 103, and an electric motor 113.
  • the casing 111 is composed of a plurality of divided members.
  • a seal member is disposed on the joint surface between the divided members, and a sealed space is formed inside the casing 111.
  • the divided members are fixed to each other by fasteners such as bolts.
  • the cylinder 103 and the electric motor 113 are accommodated in the casing 111.
  • the cylinder 103 is accommodated on one side of the casing 111.
  • the cylinder 103 includes a cylinder block 115 and a front side block 117 and a rear side block 119 disposed on both sides of the cylinder block 115. Seal members are arranged on the outer peripheral surfaces of the front side block 117 and the rear side block 119, and airtightness with the inner peripheral surface of the cylinder 103 is realized.
  • the front side block 117 is fixed to the casing 111 by a fixing tool such as a bolt.
  • a sealed cylinder chamber 121 is formed by an internal space formed by the cylinder block 115, the front side block 117, and the rear side block 119.
  • the refrigerant is sucked into the cylinder chamber 121 from suction ports (not shown) formed in the front side block 117 and the rear side block 119.
  • a rotation shaft 123 of the electric motor 113 is inserted into the cylinder chamber 121.
  • the rotating shaft 123 is rotatably supported by the front side block 117 and the rear side block 119.
  • the electric motor 113 is accommodated on the other side of the casing 111.
  • a drive current is supplied to the electric motor 113 from a motor control unit 125 provided adjacent to the electric motor 113 to drive the rotating shaft 123.
  • a rotor 105 is provided on the rotating shaft 123.
  • the rotor 105 is fixed to the rotating shaft 123 and rotates integrally with the rotating shaft 123.
  • the rotor 105 is rotatably accommodated in the cylinder chamber 121. As the rotating shaft 123 rotates, a part of the outer peripheral surface of the rotor 105 comes into sliding contact with the cam surface (inner peripheral surface) 127 of the cylinder chamber 121.
  • the rotor 105 is provided with the vane groove 107 described above.
  • the vane groove 107 is opened on the outer peripheral surface of the rotor 105 and has a predetermined depth.
  • the vane grooves 107 are formed at equal intervals along the circumferential direction of the rotor 105.
  • Each bottom portion of the vane groove 107 communicates with a discharge pressure supply groove 129 and an intermediate pressure supply groove 131 formed in the front side block 117 and the rear side block 119.
  • the discharge pressure supply groove 129 and the intermediate pressure supply groove 131 are oil in a discharge chamber 135 disposed adjacent to the rear side block 119 via a back pressure supply path 133 formed in the front side block 117 and the rear side block 119.
  • the reservoir 137 communicates with the reservoir 137.
  • the discharge chamber 135 is a sealed space formed by the casing 111 and the rear side block 119.
  • the compressed refrigerant is discharged into a discharge chamber 135 from a discharge port (not shown) formed in the cylinder block 115.
  • An oil reservoir 137 for storing oil separated from the refrigerant is provided at the bottom of the discharge chamber 135.
  • the oil stored in the oil reservoir 137 is sucked into the back pressure supply passage 133 as the rotating shaft 123 rotates, and is supplied to each bottom portion of the vane groove 107 through the discharge pressure supply groove 129 and the intermediate pressure supply groove 131. Is done.
  • a vane 109 is accommodated in each vane groove 107.
  • the vane 109 is accommodated in the vane groove 107 so that its top edge can protrude from the outer peripheral surface of the rotor 105.
  • the back pressure generated by the refrigerant supplied from the discharge pressure supply groove 129 and the intermediate pressure supply groove 131 to the bottom of the vane groove 107 causes the vane 109 to protrude from the vane groove 107, and the top edge of the vane 109 is the cam of the cylinder chamber 121. It abuts on the surface 127.
  • a compression chamber 139 is formed by the adjacent vane 109, the cam surface 127, and the outer peripheral surface of the rotor 105.
  • the guide pin 3 described above is provided on the bottom side end of the vane 109.
  • the guide pin 3 is press-fitted (fixed) to the bottom of the vane groove 107, and the other end of the guide pin 3 is inserted into a guide hole 141 formed in the vane 109. Note that the tip end portion of the guide pin 3 remains in the guide hole 141 even when the vane 109 protrudes from the vane groove 107.
  • the guide pin 3 is provided so as to support the coil spring 1 on the outer periphery thereof. The guide pin 3 guides the expansion and contraction of the coil spring 1 due to the reciprocation of the vane 109 in the vane groove 107, and stably applies the urging force of the coil spring 1 to the vane 109.
  • the coil spring 1 is accommodated in the vane groove 107 in a state where the guide pin 3 is fixed in the vane groove 107, and is arranged so that the guide pin 3 is inserted therein. Thereafter, the vane 109 is accommodated in the vane groove 107, and the end of the coil spring 1 is brought into contact with the bottom surface of the vane 109.
  • the winding diameter of the coil spring 1 is set larger than the inner diameter of the guide hole 141, and the end of the coil spring 1 comes into contact with the bottom surface of the vane 109. For this reason, the vane 109 is urged in the protruding direction from the vane groove 107 by the coil spring 1, and the top edge of the vane 109 is brought into contact with the cam surface 127.
  • the coil spring 1 accommodated in the vane groove 107 is expanded and contracted with the reciprocating motion of the vane 109 and slides with the guide pin 3. For this reason, the surface of the coil spring 1 is subjected to a surface hardening treatment in order to improve wear resistance.
  • the surface hardening treatment considering only the improvement of the wear resistance reduces the toughness of the coil spring 1, and as a result, the strength against expansion and contraction of the coil spring 1 may be reduced.
  • the coil spring 1 has at least C: 0.51 to 0.59%, Si: 1.2 to 1.6%, Mn: 0.5 to 0.8%, Cr: 0.5 to 0.8% It is made of a linear body 5 made of silicon chrome steel oil temper wire for valve springs, containing a% component.
  • the coil spring 1 is formed by coiling the linear body 5 a predetermined number of times so as to obtain a predetermined urging force.
  • the wire diameter of the linear body 5 is set to 1 mm or less.
  • the hardness of the linear body 5 before the surface hardening treatment is Hv 600 ⁇ 50
  • the hardness of the guide pin 3 is Hv 450 to 550.
  • the coil spring 1 made of the linear body 5 is subjected to a surface hardening process described below.
  • a heat treatment is performed on the coil spring 1 at 400 ° C. for 20 minutes.
  • the setting process pre-setting (pre-stressing) for preliminarily fatiguing the coil spring 1 by applying an excessive load to the coil spring 1] is applied. Applied.
  • the coil spring 1 is subjected to a fluorination treatment, followed by a gas nitrocarburizing treatment.
  • a fluorination treatment before the gas soft nitriding treatment, the oxide film on the surface of the coil spring 1 is removed. For this reason, penetration of nitrogen into the surface of the coil spring 1 in the gas soft nitriding treatment can be promoted.
  • the coil spring 1 is subjected to WPC treatment (Fuji Seisakusho Co., Ltd., Fuji Machine Sales Co., Ltd., and Fuji WPC Co., Ltd., registered trademark: a kind of blast grinding [abrasive blasting]). Applied.
  • WPC treatment the coil spring 1 is put in a cage, and the particles made of steel having a particle diameter of 40 ⁇ m toward the coil spring 1 while shaking the kite under the conditions of an injection speed of 200 m / s and an injection angle of 15 ° to 20 °. The material is jetted for 60 seconds.
  • the coil spring 1 By subjecting the coil spring 1 to gas soft nitriding treatment, the coil spring 1 can have both sufficient hardness and sufficient strength.
  • the coil spring 1 subjected to the above-described surface hardening treatment has a center layer and a hardened layer formed on the outer side of the center layer by the surface hardening treatment and having a hardness higher than the hardness of the center layer.
  • the surface hardness of the linear body 5 is higher than the surface hardness of the guide pin 3 by Hv 250 or more. Further, the depth of the hardened layer is set to 20% or less of the radius of the linear body 5.
  • the hardness of the guide pin 3 is Hv450 to 550, and the lower limit is Hv450.
  • the surface hardness of the linear body 5 is set to Hv 700 or more so that the surface hardness of the linear body 5 is higher than the surface hardness of the guide pin 3 by Hv 250 or more.
  • the depth of the hardened layer of the linear body 5 is set to 20% or less of the radius of the linear body 5.
  • the coil spring 1 having a small diameter can have good wear resistance against sliding with the guide pin 3.
  • the coil spring 1 made from the linear body 5 having a wire diameter of 1 mm or less, that is, a coil having a small wire diameter by setting the depth of the hardened layer to 20% or less of the radius of the linear body 5
  • the spring 1 can have good toughness with respect to the stretching strength.
  • both of the above (1) and (2) are satisfied only one of them can provide good wear resistance or good toughness.
  • the hardness of the central layer of the linear body 5 is set to Hv 450 to 650. For this reason, sufficient intensity
  • the surface hardening process of the linear body 5 includes a fluorination process and a gas soft nitriding process performed after the fluorination process, after removing the oxide film on the surface of the linear body 5, Formation of a hardened layer can be promoted.
  • the linear body 5 has at least C: 0.51 to 0.59%, Si: 1.2 to 1.6%, Mn: 0.5 to 0.8%, Cr: 0.5 to 0 .
  • Si 1.2 to 1.6%
  • Mn 0.5 to 0.8%
  • Cr 0.5 to 0 .
  • the coil spring 1 having both good wear resistance and good toughness is supported by the guide pin 3 and urges the vane 109 in the protruding direction from the vane groove 107. For this reason, the urging force to the vane 109 generated by the coil spring 1 can be maintained for a long period of time, and the durability of the chattering prevention function can be improved.
  • Example C 0.51 to 0.59%, Si: 1.2 to 1.6%, Mn: 0.5 to 0.8%, Cr: 0.5 to 0.8%, hardness Hv600
  • the coil spring 1 is subjected to heat treatment at 400 ° C. for 20 minutes and setting treatment. did. Further, the coil spring 1 is fluorinated, the oxide film is removed from the coil spring 1, and a gas soft nitriding process at a low temperature is possible. The following experiment was conducted with different gas soft nitriding conditions.
  • a 0.45 mm wire diameter coil spring 1 was subjected to gas soft nitriding treatment at 400 ° C. for 0.5 hour, 1 hour, 2 hours, 3 hours and 4 hours, and the hardness against the depth from the surface. was measured. The hardness was measured with a Vickers hardness meter. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, it can be seen that the longer the treatment time, the harder the surface hardness (hardness of the hardened layer) (higher the Hv value) and the deeper the hardened layer.
  • a gas soft nitriding treatment is performed on the coil spring 1 having a wire diameter of 0.45 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and 1 mm at 400 ° C. for 0.5 hours to obtain a hardness with respect to the depth from the surface. It was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, even if the treatment time is 0.5 hour, the hardened layer is deeply formed by the coil springs 1 of all wire diameters. In particular, in the coil spring 1 having a thin wire diameter of 0.45 mm, the hardened layer is formed as deep as 50 ⁇ m.
  • gas soft nitriding treatment is performed on coil springs with wire diameters of 0.45 mm, 0.6 mm, 0.8 mm and 1 mm at 400 ° C. for 0.5 hour, 1 hour, 2 hours, 3 hours and 4 hours. And a tensile test was performed.
  • the test results are shown in FIG.
  • the tensile test those that were not plastically deformed are indicated by “x” marks, and those that were plastically deformed are indicated by “ ⁇ ” marks.
  • the straight line in FIG. 5 shows the boundary of the presence or absence of plastic deformation.
  • the ratio of the center layer (uncured portion) of the coil spring 1 used in the tensile test the ratio of the hardened layer depth to the radius of the coil spring 1 (linear body 5) was measured.
  • the measurement results are shown in [Table 1] below.
  • the numerical value under the column of the ratio (%) of the depth of the hardened layer in [Table 1] is the diameter (unit: mm) of the linear body 5.
  • the toughness is good when the hardened layer depth is 20% or less of the radius of the linear body 5, that is, the center layer is 80% or more of the radius.
  • the data corresponding to the “x” marks with low toughness in FIG. 5 are three data under ⁇ 0.45 and two data under ⁇ 0.6.) Therefore, the depth of the hardened layer Is made 20% or less of the radius of the linear body, the coil spring 1 having both good wear resistance and good toughness can be obtained.
  • the coil spring 1 of this embodiment having a surface hardness of Hv 250 or more than the surface hardness of the guide pin (guide member) 3 in this embodiment has excellent wear resistance with respect to the guide pin 3.
  • the hardness (namely, base material hardness) of the center layer of the coil spring 1 subjected to gas soft nitriding at temperatures of 480 ° C., 430 ° C., 400 ° C. and 380 ° C. was measured, and a tensile test was performed. The measurement / test results are shown in [Table 3] below.
  • the hardness of the central layer is lower than Hv450, and the tensile strength is significantly reduced.
  • untreated base material hardness hardness of the linear body 5 before surface hardening process
  • the upper limit is Hv650. Therefore, the coil spring 1 having the center layer of hardness Hv 450 to 650 in this embodiment has an excellent strength against expansion and contraction.
  • the coil spring 1 having both good wear resistance and good toughness can be obtained.
  • a less attractive coil spring can be obtained.
  • the guide pin (guide member) 3 is inserted into the coil spring 1 and the coil spring 1 is supported by the guide pin (guide member) 3.
  • the coil spring may be inserted into a guide member formed in a hollow cylindrical shape and supported by the guide member.

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Abstract

　コイルスプリングは、ガイド部材に支持され、線状体から作られて表面硬化処理が施されている。線状体は、中心層と、表面硬化処理によって中心層の外側に形成された、中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有している。線状体の線径は、１ｍｍ以下である。線状体の表面硬度は、ガイド部材の表面硬度よりＨｖ２５０以上高い。上記コイルスプリングは、良好な耐摩耗性と良好な靱性とを併せ持つ。

Description

コイルスプリング、及び、ベーン形圧縮機
　本発明は、コイルスプリングと、ベーン形圧縮機とに関するものである。
　従来、特許文献１は、コイルスプリングを利用したベーン形圧縮機を開示している。上記ベーン形圧縮機は、シリンダと、シリンダ内に回転可能に設けられたロータと、ロータの外周面上に形成され、かつ、ロータの周方向に並べられた複数のベーン溝と、往復動可能にベーン溝内に設けられたベーンとを備えている。ベーンの先端縁は、ロータの回転によってシリンダの内面に接触される。
　コイルスプリングは、ベーン溝の底部から突設された、ベーンの往復動をガイドするガイドピンに支持されている。コイルスプリングは、ベーンをベーン溝からの突出方向に付勢している。即ち、コイルスプリングは、ベーンをベーン溝から突出させるための背圧の不足を補って、ベーンとシリンダとの繰り返し衝突（チャタリング[chattering]）を防止している。
日本国特開２００９－１５６０８８号公報
　特許文献１に開示されたベーン形圧縮機では、ロータの回転に伴ってベーンがベーン溝内で往復動するので、ベーンの往復動に伴ってコイルスプリングが伸縮する。コイルスプリングの伸縮時には、コイルスプリングの表面がガイドピンと摺動する。このため、コイルスプリングの表面には、耐摩耗性[abrasion resistance]を向上させる表面硬化処理が施されている。しかし、耐摩耗性の向上のみを考慮した表面硬化処理は、コイルスプリングの靱性[toughness]を低下させることがあった。特に、線径の細いコイルスプリングでは、靱性の低下が顕著である。
　本発明の目的は、良好な耐摩耗性と良好な靱性とを併せ持つコイルスプリングと、当該コイルスプリングを利用したベーン形圧縮機とを提供することにある。
　本発明の第１の特徴は、ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、前記線状体の表面硬度が、前記ガイド部材の表面硬度よりＨｖ２５０以上高い、コイルスプリングを提供する。なお、硬度に関しては、記号「Ｈｖ」が示すようにビッカース硬度である（以下同様）。
　本発明の第２の特徴は、ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、前記硬化層の深さが、前記線状体の半径の２０％以下である、コイルスプリングを提供する。
　本発明の第３の特徴は、ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、前記線状体の表面硬度が、前記ガイド部材の表面硬度よりＨｖ２５０以上高く、前記硬化層の深さが、前記線状体の半径の２０％以下である、コイルスプリングを提供する。
　前記中心層の硬度は、Ｈｖ４５０～６５０であることが好ましい。前記表面硬化処理は、フッ化処理と、前記フッ化処理後に行われるガス軟窒化処理とを含むことが好ましい。前記線状体は、少なくともＣ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含むことが好ましい。前記ガイド部材が、前記コイルスプリングの内部に挿入されたガイドピンであり、前記ガイドピンの硬度は、Ｈｖ４５０～５５０であることが好ましい。
　本発明の第４の特徴は、ベーン形圧縮機であって、シリンダと、前記シリンダ内に回転可能に設けられたロータと、前記ロータの外周上に形成され、かつ、前記ロータの周方向に並べられた複数のベーン溝と、往復可能に前記複数のベーン溝内に設けられ、かつ、前記ロータの回転によって前記シリンダの内面に接触すされる複数のベーンと、前記複数のベーン毎に少なくとも一つ設けられた請求項１～６の何れか一項に記載のコイルスプリングと、を備え、前記ベーン溝の底部側の前記ベーンの底部側端部に、前記ガイド部材が設けられており、前記ベーンを前記ベーン溝からの突出方向に付勢するように、前記コイルスプリングが前記ガイド部材によって支持されている、ベーン形圧縮機を提供する。
実施形態に係る、コイルスプリングを利用するベーン形圧縮機の断面図である。 上記ベーン形圧縮機のシリンダ室の断面図である。 異なる処理時間でガス軟窒化処理を施したコイルスプリングの表面深さと硬度との関係を示すグラフである。 異なる線径のコイルスプリングの表面深さと硬度との関係を示すグラフである。 異なる線径のコイルスプリングに異なる処理時間でガス軟窒化処理を施した場合の塑性変形の有無を示す図である。 コイルスプリング及びガイドピンの硬度差と摩耗深さとの関係を示すグラフである。
　実施形態に係るコイルスプリング１を利用したベーン形圧縮機について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
　本実施形態でのコイルスプリング１は、ガイド部材としてのガイドピン３に支持されている。コイルスプリング１は、線状体[string material]（ワイヤ[wire]）５から作られ、かつ、表面硬化処理[surface-hardening process]が施されている。線状体５は、中心層と、表面硬化処理によって中心層の外側に形成された、中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有している。
　線状体５の線径は、１ｍｍ以下に設定されている。線状体５の表面硬度は、ガイドピン３の表面硬度よりＨｖ２５０以上高くされている。線状体５の硬化層の深さは、線状体５の半径の２０％以下とされている。中心層の硬度は、Ｈｖ４５０～６５０とされている。線状体５の表面硬化処理では、フッ化処理が行なわれた後にガス軟窒化処理が行なわれる。線状体５は、少なくともＣ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含む。
　本実施形態でのベーン形圧縮機１０１は、シリンダ１０３と、シリンダ１０３内に回転可能に設けられたロータ１０５と、ロータ１０５の外周面上に形成され、かつ、ロータ１０５の周方向に並べられた複数のベーン溝１０７と、往復動可能にベーン溝１０７内に設けられ、かつ、ロータ１０５の回転によってシリンダ１０３の内面に接触されるベーン１０９とを備えている。
　ベーン溝１０７の底部側のベーン１０９の底部側端部[a bottom-side end of the vane 109 on a bottom side of the vane slot 107]には、ガイドピン３が設けられている。ガイドピン３によって、ベーン１０９をベーン溝１０７からの突出方向に付勢するコイルスプリング１が支持されている。本実施形態では、一つのベーン１０９に対して一対のガイドピン３が設けられている。本実施形態では、ガイドピン３は、ベーン溝１０７の底部から突設され、かつ、ベーン１０９に形成されたガイド孔１４１に挿入される態様で、「ベーン１０９の底部側端部に設けられ」る。しかし、ガイドピン３は、ベーン１０９から突設され、かつ、ベーン溝１０７の底部に形成されたガイド孔に挿入される態様で、「ベーン１０９の底部側端部に設けられ」てもよい。
　ベーン形圧縮機１０１は、ケーシング１１１と、シリンダ１０３と、電動モータ１１３と、をも備えている。ケーシング１１１は、複数の分割部材で構成されている。分割部材同士の接合面にはシール部材が配置され、ケーシング１１１の内部には密封空間が形成される。分割部材は、ボルトなどの固定具[fasteners]によって互いに固定されている。シリンダ１０３及び電動モータ１１３は、ケーシング１１１内に収容されている。
　シリンダ１０３は、ケーシング１１１の一側に収容されている。シリンダ１０３は、シリンダブロック１１５と、シリンダブロック１１５の両側に配置されたフロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９とを備えている。フロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９の外周面にはシール部材が配置されており、シリンダ１０３の内周面との気密性が実現されている。フロントサイドブロック１１７は、ボルトなどの固定具によってケーシング１１１に固定されている。
　シリンダ１０３では、シリンダブロック１１５とフロントサイドブロック１１７とリアサイドブロック１１９とで形成される内部空間によって、密閉されたシリンダ室１２１が形成される。フロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９に形成された吸入口（図示せず）からシリンダ室１２１に冷媒が吸入される。シリンダ室１２１内には、電動モータ１１３の回転軸１２３が挿通されている。回転軸１２３は、フロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９に回転可能に支持されている。
　電動モータ１１３は、ケーシング１１１の他側に収容されている。電動モータ１１３に隣接して設けられたモータ制御部１２５から電動モータ１１３に駆動電流が供給されて、回転軸１２３を駆動する。回転軸１２３には、ロータ１０５が設けられている。ロータ１０５は、回転軸１２３に固定され、回転軸１２３一体的に回転する。ロータ１０５は、シリンダ室１２１内に回転可能に収容されている。回転軸１２３の回転に伴って、ロータ１０５の外周面の一部がシリンダ室１２１のカム面（内周面）１２７と摺動接触する。ロータ１０５には、上述したベーン溝１０７が設けられている。
　ベーン溝１０７は、ロータ１０５の外周面上に開口され、所定の深さを有している。ベーン溝１０７は、ロータ１０５の周方向に沿って等間隔に形成されている。ベーン溝１０７の各底部は、フロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９に形成された吐出圧供給溝１２９及び中間圧供給溝１３１と連通されている。吐出圧供給溝１２９及び中間圧供給溝１３１は、フロントサイドブロック１１７及びリアサイドブロック１１９に形成された背圧供給路１３３を介して、リアサイドブロック１１９に隣接して配置された吐出室１３５内のオイル溜まり１３７と連通されている。
　吐出室１３５は、ケーシング１１１とリアサイドブロック１１９とで形成された密封空間である。シリンダブロック１１５に形成された吐出口（図示せず）から吐出室１３５に、圧縮された冷媒が吐出される。吐出室１３５の底部には、冷媒から分離したオイルが溜められるオイル溜まり１３７が設けられている。オイル溜まり１３７に溜められたオイルは、回転軸１２３の回転に伴って背圧供給路１３３内に吸入され、吐出圧供給溝１２９及び中間圧供給溝１３１を介してベーン溝１０７の各底部に供給される。各ベーン溝１０７内には、ベーン１０９が収容されている。
　ベーン１０９は、その頂縁[top edge]がロータ１０５の外周面から突出可能なように、ベーン溝１０７内に収容されている。吐出圧供給溝１２９及び中間圧供給溝１３１からベーン溝１０７の底部に供給される冷媒により発生する背圧によって、ベーン１０９はベーン溝１０７から突出され、ベーン１０９の頂縁がシリンダ室１２１のカム面１２７に当接される。ベーン１０９の頂縁がカム面１２７と当接すると、隣り合うベーン１０９とカム面１２７とロータ１０５の外周面とによって圧縮室１３９が形成される。ロータ１０５の回転に伴って圧縮室１３９の容積が変わり、圧縮室１３９に吸入された冷媒が圧縮される。ベーン１０９の底部側端部には、上述したガイドピン３が設けられている。
　ガイドピン３の一端がベーン溝１０７の底部に圧入（固定）され、ガイドピン３の他端がベーン１０９に形成されたガイド孔１４１に挿入されている。なお、ガイドピン３の先端側部分は、ベーン１０９のベーン溝１０７からの最突出状態であっても、ガイド孔１４１内に残っている。ガイドピン３は、その外周でコイルスプリング１を支持するように設けられている。ガイドピン３は、ベーン溝１０７内でのベーン１０９の往復動によるコイルスプリング１の伸縮を案内し、コイルスプリング１の付勢力を安定してベーン１０９に付与させる。
　コイルスプリング１は、ガイドピン３がベーン溝１０７内に固定された状態でベーン溝１０７内に収容され、その内部にガイドピン３が挿通されるように配置される。その後、ベーン溝１０７内にベーン１０９が収容され、コイルスプリング１の端部がベーン１０９の底面と当接される。コイルスプリング１の巻き径はガイド孔１４１の内径より大きく設定され、コイルスプリング１の端部がベーン１０９の底面と当接する。このため、ベーン１０９はコイルスプリング１によってベーン溝１０７から突出方向に付勢され、ベーン１０９の頂縁がカム面１２７に当接される。コイルスプリング１によってベーン１０９をカム面１２７へと付勢することで、ベーン１０９をベーン溝１０７から突出させるための背圧の不足を補い、ベーン１０９とカム面１２７との繰り返し衝突（チャタリング）が防止される。
　ベーン溝１０７内に収容されたコイルスプリング１は、ベーン１０９の往復動に伴って伸縮され、ガイドピン３と摺動する。このため、コイルスプリング１の表面には、耐摩耗性を向上させるために、表面硬化処理が施される。しかし、上述したように、耐摩耗性の向上のみを考慮した表面硬化処理はコイルスプリング１の靱性を低下させ、その結果、コイルスプリング１の伸縮に対する強度が低下する恐れがある。
　そこで、コイルスプリング１には、以下に説明する様々な条件が設定されている。まず、コイルスプリング１は、少なくともＣ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含む、弁バネ用シリコンクロム鋼オイルテンパー線からなる線状体５で作られる。線状体５を、所定の付勢力を得るように所定回数コイリング[coiling]することで、コイルスプリング１が形成される。
　線状体５の線径は、１ｍｍ以下に設定されている。なお、本実施形態のコイルスプリング１では、表面硬化処理前の線状体５の硬度はＨｖ６００±５０であり、ガイドピン３の硬度はＨｖ４５０～５５０である。線状体５からなるコイルスプリング１には、以下に説明する表面硬化処理が施される。
　なお、線状体５をコイリングしてコイルスプリング１の形状を形成した後で、かつ、表面硬化処理前には、まず、４００℃で２０分の熱処理[heat treatment]がコイルスプリング１に施される。熱処理後、コイルスプリング１に過荷重を負荷して予めコイルスプリング１をへたらすセッチング[pre-setting (pre-stressing) for preliminarily fatiguing the coil spring 1 by applying an excessive load to the coil spring 1]処理が施される。
　表面硬化処理では、コイルスプリング１に、フッ化処理[fluorination treatment]を施した後、ガス軟窒化処理[gas nitrocarburizing treatment]が施される。ガス軟窒化処理の前にフッ化処理を施すことにより、コイルスプリング１の表面の酸化膜が除去される。このため、ガス軟窒化処理におけるコイルスプリング１の表面への窒素の浸透を促進できる。
　ガス軟窒化処理後には、コイルスプリング１にＷＰＣ処理（株式会社不二製作所、株式会社不二機販、及び、株式会社不二ＷＰＣ社の登録商標：ブラスト研削処理[abrasive blasting]の一種）が施される。ＷＰＣ処理では、コイルスプリング１が籠に入れられ、噴射速度２００ｍ／ｓ、及び、噴射角度１５°～２０°の条件で、籠を振りながらコイルスプリング１に向けて粒径４０μｍのスチールからなる粒子材が６０秒間噴射される。
　コイルスプリング１にガス軟窒化処理を施すことで、コイルスプリング１に十分な硬度と、十分な強度とを併せ持たせることができる。
　上述した表面硬化処理が施されたコイルスプリング１は、中心層と、表面硬化処理によって中心層の外側に形成された、中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有している。本実施形態では、線状体５の表面硬度は、ガイドピン３の表面硬度よりＨｖ２５０以上高くされている。また、硬化層の深さは、線状体５の半径の２０％以下とされている。
　上述したように、本実施形態では、ガイドピン３の硬度はＨｖ４５０～５５０とされており、その下限はＨｖ４５０である。このため、線状体５の表面硬度がガイドピン３の表面硬度よりＨｖ２５０以上高くなるように、線状体５の表面硬度はＨｖ７００以上とされている。
　なお、表面硬化処理の温度が高すぎたり、表面硬化処理の時間が長すぎたりすると、中心層の硬度が低下して、十分な強度が得られなくなる場合がある。このため、線状体５の硬化層の深さは、線状体５の半径の２０％以下とされる。
　上述したように、（１）線状体５の表面硬度をガイドピン３の表面硬度よりＨｖ２５０以上高くすることで、線径１ｍｍ以下の線状体５から作られたコイルスプリング１、即ち、線径の細いコイルスプリング１が、ガイドピン３との摺動に対する良好な耐摩耗性を持つことができる。また、（２）硬化層の深さを線状体５の半径の２０％以下とすることで、線径１ｍｍ以下の線状体５から作られたコイルスプリング１、即ち、線径の細いコイルスプリング１が、伸縮強度に対して良好な靱性を持つことができる。なお、上記（１）及び（２）の両方が満足されることがより好ましいが、いずれか一方のみでも、良好な耐摩耗性又は良好な靱性を得ることができる。
　また、線状体５の中心層の硬度はＨｖ４５０～６５０とされている。このため、コイルスプリング１の耐摩耗性を良好に維持しつつ、コイルスプリング１の十分な強度を維持できる。
　さらに、線状体５の表面硬化処理が、フッ化処理と、フッ化処理後に行われるガス軟窒化処理とを含んでいるので、線状体５表面の酸化膜を除去した後に、低温での硬化層の形成を促進することができる。
　またさらに、線状体５は、少なくともＣ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含む弁バネ用シリコンクロム鋼オイルテンパー線[silicon-chromium steel oil tempered wire for valve springs]であり、上記成分によって良好な耐摩耗性と良好な靱性とをコイルスプリング１に与えることができる。
　さらに、ベーン形圧縮機１０１では、良好な耐摩耗性と良好な靱性とを併せ持つコイルスプリング１が、ガイドピン３に支持されてベーン１０９をベーン溝１０７からの突出方向に付勢する。このため、コイルスプリング１によって発生されるベーン１０９への付勢力を長期間維持でき、チャタリング防止機能の耐久性を向上できる。
　以下の実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではない。
　（実施例）
　Ｃ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含み、硬度Ｈｖ６００±５０の弁バネ用シリコンクロム鋼オイルテンパー線からなる線状体５をコイリングしてコイルスプリング１の形状を形成した後、コイルスプリング１に４００℃－２０分の熱処理、及び、セッチング処理を施した。また、コイルスプリング１にフッ化処理が施され、コイルスプリング１から酸化膜が除去されて、低温でのガス軟窒化処理が可能な状態とされている。ガス軟窒化処理の条件を異ならせて以下の実験を行った。
　まず、０．４５ｍｍの線径のコイルスプリング１に対して、４００℃－０．５時間、１時間、２時間、３時間及び４時間のガス軟窒化処理を施し、表面からの深さに対する硬度を測定した。なお、硬度測定は、ビッカース硬度計で行った。測定結果が図３に示されている。図３に示されるように、処理時間が長くなるほど、表面硬度（硬化層の硬度）は硬く（Ｈｖ値は高く）なり、かつ、硬化層の深さは深くなることがわかる。
　次に、０．４５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ及び１ｍｍの線径のコイルスプリング１に対して、４００℃－０．５時間のガス軟窒化処理を施し、表面からの深さに対する硬度を測定した。測定結果が図４に示されている。図４に示されるように、処理時間が０．５時間であっても、全ての線径のコイルスプリング１で硬化層が深く形成されている。特に、０．４５ｍｍの細い線径のコイルスプリング１では、硬化層が５０μｍと深く形成されている。
　さらに、０．４５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ及び１ｍｍの線径のコイルスプリングあに対して、４００℃－０．５時間、１時間、２時間、３時間及び４時間のガス軟窒化処理を施し、引張試験を行った。試験結果が図５に示されている。ここで、引張試験で、塑性変形しなかったものが「×」印、塑性変形したものが「○」印で示されている。図５中の直線は、塑性変形の有無の境界を示す。図５に示されるように、１ｍｍ以下の線径のコイルスプリング１では、線径が細くなり、かつ、処理時間が長くなるほど、靱性が低下する（＝塑性変形せずに壊れやすくなる）。
　上述したように、ガス軟窒化処理の処理時間が長いほど、硬化層の深さは深くなる。そこで、引張試験に用いたコイルスプリング１の中心層（硬化していない部分）の割合を知るために、コイルスプリング１（線状体５）の半径に対する硬化層深さの割合を測定した。測定結果を下記［表１］に示す。なお、［表１］中の硬化層の深さの割合（％）の欄の下の数値は、線状体５の直径（単位：ｍｍ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図５及び表１を比較すると、硬化層深さが線状体５の半径の２０％以下、即ち、中心層が上記半径の８０％以上であれば、靱性が良好であることが分かる。（図５中の靱性の低い「×」印に対応するデータは、φ０．４５の下の３つのデータ、及び、φ０．６の下の２つのデータである。）従って、硬化層の深さを、線状体の半径の２０％以下とすることで、良好な耐摩耗性と良好な靱性とを併せ持つコイルスプリング１を得ることができる。
　次に、ガイドピン（ガイド部材）３の表面硬度に対するコイルスプリング１の適正な表面硬度を調べた。硬度Ｈｖ４５０～５５０のマルテンサイトステンレス鋼[martensite stainless steel]ＳＵＳ４２０Ｊ２で作られたガイドピン３と、異なる表面硬度のコイルスプリング１とを用いて摩耗試験を行った。試験結果が図６に示されている。なお、図６に示されるグラフの横軸は、ガイドピン３の表面硬度とコイルスプリング１の表面硬度との差を示している。図６に示されるように、硬度差がＨｖ２５０以上であれば、コイルスプリング１に摩耗は生じない。
　次に、表面硬度Ｈｖ５１３のガイドピン３と表面硬度Ｈｖ７１５（比較例）及びＨｖ７７９（実施例）のコイルスプリングとを用いて摩耗試験を行った後、耐久試験を行った。試験結果を下記［表２］に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２が示すように、硬度差がＨｖ２５０以上であれば、コイルスプリング１には摩耗は生じず（上記摩耗試験参照）、かつ、折損も生じない。従って、本実施例における、ガイドピン（ガイド部材）３の表面硬度よりＨｖ２５０以上の表面硬度の本実施例のコイルスプリング１は、ガイドピン３に対して優れた耐摩耗性を有している。
　また、上述したように、ガス軟窒化処理の温度が高すぎると靱性が低下する（十分な強度が得られない）。そこで、温度４８０℃、４３０℃、４００℃及び３８０℃でガス軟窒化処理を施したコイルスプリング１の中心層の硬度（すなわち、母材硬度）を測定し、かつ、引張試験を行った。測定／試験結果が下記［表３］に示されている。なお、表３中の引っ張り試験に対する「判定」は、ガス軟窒化処理が施されていない硬度Ｈｖ５９８のコイルスプリング１に対する引張強度の低下率が大きいものが「ＢＡＤ」、低下率の小さい（＝低下率（％）の値がほぼ１００％、又は、１００％以上）ものが「ＧＯＯＤ」である。「低下率（％）」のデータは、硬度Ｈｖ５９８のコイルスプリング１の引張強度に対する、比較対象の引張強度が百分率で示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示されるように、処理温度が４００℃を超えると中心層の硬度（母材硬度）がＨｖ４５０を下回って、引張強度が著しく低下する。なお、上述したように未処理の母材硬度（表面硬化処理前の線状体５の硬度）はＨｖ６００±５０であり、その上限はＨｖ６５０である。従って、本実施例における硬度Ｈｖ４５０～６５０の中心層を有するコイルスプリング１は、伸縮に対する優れた強度有している。
　以上の結果から、本実施例によれば、良好な耐摩耗性と良好な靱性とを併せ持つコイルスプリング１を得ることができる。一方、比較例によれば、あまり魅力的でないコイルスプリングが得られる。
　なお、上記実施形態に係るベーン形圧縮機では、ガイドピン（ガイド部材）３がコイルスプリング１に挿入されて、コイルスプリング１がガイドピン（ガイド部材）３によって支持された。しかし、コイルスプリングは、中空筒状に形成されたガイド部材の内部に挿入されて、ガイド部材によって支持されてもよい。

Claims (8)

  1. 　ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、
    　前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、
    　前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、
    　前記線状体の表面硬度が、前記ガイド部材の表面硬度よりＨｖ２５０以上高い、コイルスプリング。
  2. 　ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、
    　前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、
    　前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、
    　前記硬化層の深さが、前記線状体の半径の２０％以下である、コイルスプリング。
  3. 　ガイド部材に支持された、線状体から作られて表面硬化処理が施されたコイルスプリングであって、
    　前記線状体が、中心層と、前記表面硬化処理によって前記中心層の外側に形成された、前記中心層の硬度よりも高い硬度を有する硬化層とを有し、
    　前記線状体の線径が、１ｍｍ以下であり、
    　前記線状体の表面硬度が、前記ガイド部材の表面硬度よりＨｖ２５０以上高く、
    　前記硬化層の深さが、前記線状体の半径の２０％以下である、コイルスプリング。
  4. 　請求項１～３の何れか一項に記載のコイルスプリングであって、
    　前記中心層の硬度が、Ｈｖ４５０～６５０である、コイルスプリング。
  5. 　請求項１～４の何れか一項に記載のコイルスプリングであって、
    　前記表面硬化処理が、フッ化処理と、前記フッ化処理後に行われるガス軟窒化処理とを含む、コイルスプリング。
  6. 　請求項１～５の何れか一項に記載のコイルスプリングであって、
    　前記線状体が、少なくともＣ：０．５１～０．５９％，Ｓｉ：１．２～１．６％，Ｍｎ：０．５～０．８％，Ｃｒ：０．５～０．８％の成分を含む、コイルスプリング。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載のコイルスプリングであって、
    　前記ガイド部材が、前記コイルスプリングの内部に挿入されたガイドピンであり、
    　前記ガイドピンの硬度は、Ｈｖ４５０～５５０である、コイルスプリング。
  8. 　ベーン形圧縮機であって、
    　シリンダと、
    　前記シリンダ内に回転可能に設けられたロータと、
    　前記ロータの外周上に形成され、かつ、前記ロータの周方向に並べられた複数のベーン溝と、
    　往復可能に前記複数のベーン溝内に設けられ、かつ、前記ロータの回転によって前記シリンダの内面に接触すされる複数のベーンと、
    　前記複数のベーン毎に少なくとも一つ設けられた請求項１～６の何れか一項に記載のコイルスプリングと、を備え、
    　前記ベーン溝の底部側の前記ベーンの底部側端部に、前記ガイド部材が設けられており、
    　前記ベーンを前記ベーン溝からの突出方向に付勢するように、前記コイルスプリングが前記ガイド部材によって支持されている、ベーン形圧縮機。
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