JPH0323391A - ベーン型圧縮機 - 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に関し、詳しくはロータ及びベ
ーンの材質の改良に関する。

［従来の技術］ 従来、複数個のベーンと、該ベーンが嵌挿されたロータ
と、該ロータの外周面を囲むシリンダと、該シリンダの
両側に各々固定ざれたサイドプレートとを有するベーン
型圧縮機（以下、単に圧縮機という》が知られている。

この圧縮機は、ベーン、ロータ、シリンダ及びサイドプ
レートによって囲まれた空間がロータの回転とともに容
積変化を起こして圧縮仕事を実行するものであり、小型
軽量である利点から多く用いられている。

上記圧縮機においては、軽量化の要請がある。

本発明者らは、この要請の下、機械的強度及び耐摩耗性
が要求ざれるロータをアルミニウム−珪素合金で形成す
るとともに、ロータに対する問動性及び耐摩耗性が要求
されるベーンを高速度工具鋼鋼材（ＳＫ日）で形或した
もの、硬鋼線材（ＳＷＲ口）を用い表面にボロン処理を
施してＦｅ２Ｂ層を形成したもの、高炭素クロム軸受鋼
鋼材（ＳＵＪ）で形或したものとして、圧縮機を組付け
、これを検討した。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、アルミニウム−珪素合金からなるロータと上記
３種の材質からなるベーンとを組合せて組付けた圧縮機
では、試験の結果、種々の点で不具合を有することが明
らかとなった。本発明者らの行なった試験は、ロータと
して珪素８〜１８重量％を含むアルミニウム−珪素合金
を用い、べ一ンとしては、高速度工具鋼鋼材としてＳＫ
日５１（Ｊ　ＩＳＧ４４０３　（１　９８３））　、硬
鋼線材としてＳＷＲ口８２Ｂ　（Ｊ　ＩＳＧ３５０６　
（１９８０））、高炭素クロム軸受鋼鋼材としてＳＵＪ
２（Ｊ　ＩＳＧ４８０５　（１９７０））を用いて圧縮
機を組付け、この圧縮機の７００ｒｐｍ、１００ｈｒｓ
運転後のベーン及びロータの状態を観察したものである
。この試験の結果を第１表に示す。

表に示されるように、ＳＫ口５１のベーンを使用した圧
縮機にあっては、珪素１０〜１２重量％の範囲でロータ
に４０〜５０μ卯の偏摩耗を生じた。この偏摩耗は、第
３図に示すように、ロータ１００のベーン溝１０２の上
部後側１０３及び下部前側１０４に生じたものであり、
ロータ１００の回転時にベーン１０１に作用する偏加重
によって生じたものと考えられる。また、この圧縮機で
第１表 は、生じた偏摩耗のため、ベーン１０１の１♂動性に悪
彰響を受け、吐出する冷媒ガスの温度が上昇するという
問題も生じた。

また、ＳＷＲ日８２Ｂの表面にボロン処理を施してＦ８
２Ｂ層を形成したベーンを使用した圧縮機にあっては、
珪素８〜１８重量％の範囲のロータ及びベーンの摩耗状
態には異常がなかったが、稼働中にチヤタリングに起因
する衝突が生じることによりベーンが座屈し易いという
欠点があった。

また、このようにボロン処理を要するベーンでは、特殊
な表面処理を施す必要性から製造コストが高いという不
具合も附随する。

ざらに、ＳＵＪ２のベーンを使用した圧縮機にあっては
、珪素１０〜１２重量％の範囲のロータによって、ベー
ンが３０〜４０μ卯の引掻き摩耗を受けてしまった。

このように珪素８〜１８重量％のアルミニウム−珪素合
金からなるロータと従来の材質からなるベーンとの組合
せの下では、ベーンとロータとの耐摩耗性及び摺動性を
充分に満足させることができず、ひいてはベーン型圧縮
機の短命化に至るものである。

本発明は、ベーン型圧縮機の軽量化を満足させつつ、ベ
ーンとロータとの耐摩耗性及び摺動性を充分に向上させ
ることを解決すべき技術課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決すべく本発明者らの鋭意研究
の結果なされたものであり、ロータとして珪素８〜１８
重量％を含むアルミニウム−珪素合金を採用するととも
に、ベーンとして炭素０．９５〜１．１０重量％、クロ
ム３〜１２重量％を含む合金鋼を採用するものである。

ロータを形成するアルミニウム−珪素合金には、Ｓｉ８
〜１８重量％が含まれる。Ｓｉが８重量％未満では初晶
珪素及び共晶珪素の含有率が低いため機械的強度及び耐
摩耗性に劣り、Ｓｉが１８重量％を越えると偏析を起こ
して安定したアルミニウム−珪素合金が製造できないか
らである。このアルミニウム−珪素合金は不純物程度の
ＭＯ，ＣＵなどを含むことができる。

ベーンを形成する合金鋼には、Ｃｏ．９５〜１．１０重
量％、Ｃｒ３〜１２重量％が含まれる。Ｃは０．９５〜
１．１０重邑％の範囲でＣｒ３Ｃ、Ｃｒ？　Ｃ３　、Ｃ
ｒ２　３　Ｃ６のＣ「炭化物を形或する。Ｃｒが３重量
％未満ではクロム炭化物の含有率が低いため上記Ｓｉ８
〜１８重量％のロータと組合せた場合にベーンに引掻き
摩耗を生じやすく、Ｃ「が１２重量％を越えると偏析を
起こして安定した合金鋼が製造できないからである。こ
の合金鋼は、不純物程度のｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｍｎなど及び
ＭＯ，Ｗ，Ｖ等の周期表４ａ、５ａ、６ａ族の合金元素
を含むことができる。

［作用］ ロータは、Ｓｉ８〜１８重量％を含むアルミニウム−珪
素合金からなるため、１０００〜１３００Ｈｖの初晶珪
索及び共晶珪素を散在して機械的強度及び耐摩耗性に優
れ、かつ、軽量である。

方、上記ロータと組合されるベーンは、Ｃｏ．９５〜１
．１０重量％、Ｃｒ３〜１２重量％を含む合金鋼からな
るため、微細化したＣｒ３Ｃ，Ｃｒ７Ｃ３及び／又はＣ
ｒｚ　３　Ｃ６の１３００〜２４００８Ｖのクロム炭化
物が６〜１０％の高い含有率で均一に分散している。本
発明は、このベーンと上記ロータとを組合せた圧縮機が
軽量化を満足させるとともにベーンとロータとの耐摩耗
性及び旧動性を向上させることができることを発明者ら
が発見することにより完戒されたものである。すなわち
、本発明者らは、Ｓ１８〜１８重量％を含むアルミニウ
ム−珪素合金からなるロータと、従来の材質からなるベ
ーンとの欠点を次のように考察した。まず、ＳＫ口５１
は表面硬度〈炭化物以外の部分での硬度、以下同じ）が
８２０８Ｖであり、表面硬度７００ＨＶのＳＵＪ２より
も硬いにも拘らず、ＳＵＪ２の方が摩耗量の点で優れて
いた。これは、ＳＫＨ５１が３０００ＨＶ近い非常に硬
いＭＯ，Ｗ，Ｖの炭化物を大量に含有し、ＳＵＪ２がＭ
Ｏ等の炭化物をほとんど含有せずに１３００ＨＶのＣｒ
３Ｃを含有しているためであると考えられる。これによ
り、ＭＯ，ＷＳＶ等の周期表４ａ、５ａ、６ａ族の合金
元素の炭化物を大量に含有したベーンはロータに偏摩耗
を生じさせやすく、Ｃｒｚ　Ｃ．Ｏｒ７Ｃ３　，Ｃｒ２
　３　０６のクロム炭化物を含有するベーンはロータを
偏摩耗しにくいと考えられる。一方、ＳＵＪ２のベーン
では、Ｃｒ３Ｃの含有率が低いためベーンがロータの珪
素に負けて引掻き摩耗が生じやすいと考えられる。した
がって、ベーンが周期表４ａ，５ａ、６ａ族の合金元素
の炭化物を大量に含有することなく、かつクロム炭化物
をＳＬＩＪ２よりも多く含んでいれば、ベーンがクロム
炭化物によって上記ロータと均衡のとれた硬度を有して
、よりベーンの引掻き摩耗が生じにくく、ロータの偏摩
耗も生じにくいと考えられる。本発明者らは、上記考寮
の下、鋭意研究の結果、かかる効果を確認したものであ
る。

また、ボロン処理を施したベーンで摩耗状錬に問題がな
いのは表面硬度が均一に１　６００８Ｖと満足できるた
めであり、座屈を生じるのは内部硬度が２００〜２５０
Ｈｖと非常に低いためである。

したがって、ベーン全体の硬度を均一にすればベーンの
座屈は抑制ざれるはずである。この点、本発明のベーン
は全体の硬度が均一に形成されているため、ベーンが座
屈することはない。

しかも、本発明では、ベーンの製造に特殊な表面処理を
要しない。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を比較例とともに図面
を参照しつつ説明する。

まず、ベーン型圧縮機（以下、単に圧縮機という）の全
体構成及び作動について説明する。この圧縮機は、第１
図及び第２図に示すように、筒状のシリンダ１と、この
シリンダ１の両開口端を閉塞したフロントサイドプレー
ト２及びリアサイドプレート３と、シリンダ１と両サイ
ドプレート２、３で形威されるロータ室に配置され回転
軸５により回転するロータ４と、ロータ４に刻設された
４条のベーン溝１１内に沿って放躬方向に出没可能な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及びリャハウジング８とよりなる
。

この圧縮機は、図示しない電磁クラッチを介して回転軸
５が駆動され、フロントサイドプレート２とフロントハ
ウジング７との間に形戒ざれた吸入室７１に導入孔７２
より冷媒ガスの供給を受ｔプ、ベーン６、ロータ４、シ
リンダ１及び両サイドプレート７、８によって囲まれた
空間がロータ４の回転とともに容積変化を起こして圧縮
仕事を実行し、リアサイドプレート３とリャハウジング
８との間に形威された吐出室８１を経て導出孔８２より
圧縮ざれた冷媒ガスを送り出す。

上記圧縮機において、ロータ４及びベーン６の材質を以
下のように変えて実施例１〜４及び比較例とした。

（実施例１〉 本実施例のロータ４は、Ｓｉを８重量％含有するＡＩ−
Ｓｉ合金である。また、ベーン６は、０１重量％、Ｃｒ
３重量％、Ｓｉ０．１５　〜０．３５重量％、Ｍｎ０．
５重量％以下、Ｐ０．０２５重量％以下、Ｓｏ．０２５
重量％以下、ＭＯ０．１〜０．２５重量％、残部「ｅの
合金鋼である。

このベーン６は、炭化物として１３００ＨｖのＣｒ３ｃ
を６％含有し、表面硬度は７５０Ｈｖであった。

（実施例２） 本実施例のロータ４は、３ｉを１０Ｍ量％含有するＡ＋
　−ｓ　ｒ合金である。また、ベーン６は、Ｃｒ５重ｆ
ｆｉ％、他は実施例１と同じ合金鋼である。

このベーン６は、炭化物として１　６００ＨｖのＣｒ２
ｘｃｇを７％含有し、表面硬度は７５０Ｈｖであった。

（実施例３） 本実施例のロータ４は、３ｉを１３重量％含有するＡ　
Ｉ−Ｓｉ合金である。また、ベーン６は、Ｃｒ８重量％
、他は実施例１と同じ合金鋼である。

このベーン６は、炭化物として１　６００ＨＶのＣｒ２
３ｃｃ及び２４００ＨＶのＣｒ？　Ｃ３を合計８％含有
し、表面硬度は７５０口Ｖであった。

（実施例４） 本実施例のロータ４は、３ｉを１５重量％含有するＡＩ
−３１合金である。また、ベーン６は、ＣｒｌＯ重ｆｆ
ｉ％、他は実施例１と同じ合金鋼である。このベーン６
は、炭化物として１　６００ＨｖのＣｒ２３　Ｃｉ及び
２４００口ＶのＣｒ７　Ｃ３を合計１０％含有し、表面
硬度は７５０ＨＶであった。

（実施例５） 本実施例のロータ４は、３ｉを１８重量％含有するＡ　
Ｉ　−３　ｉ合金である。また、ベーン６は、Ｃｒ１２
重１％、他は実施例１と同じ合金鋼である。このベーン
６は、炭化物として１６００ＨｖのＣｒ２　３　Ｃ（＋
及び２４００ＨｖのＣｒ’７　Ｃ３を合計１２％含有し
、表面硬度は７５０口Ｖであった。

（比較例） 比較例のロータ４は、３ｉを１７重量％含有するＡＩ−
３ｉ合金である。また、ベーン６は、ＳＵＪ２に該当す
る０１重量％、Ｃｒ１．５重量％、ｓ　ｒ　ｏ．１　５
〜０．３５重量％、Ｍｎ０．５重量％以下、Ｐ０．０２
５重量％以下、Ｓｏ．０２５重量％以下、Ｍｏｂ．１〜
０．２５重量％、残部Ｆｅの合金鋼である。このベーン
６は、炭化物として１３００ＨｖのＣｒ３Ｃを４％含有
し、表面硬度は７５０８Ｖであった。

（評価） 実施例１〜４及び比較例のベーンに含まれた各クロム炭
化物の平均粒径は、いずれも２μ卯であつた。

このように、実施例１〜４で使用したベーン６は、２μ
卵と微細化された１３００〜２４００ＨＶのクロム炭化
物を６〜１０％の含有率で均一に分散しており、比較例
のＳＵＪ２よりも大幅に含有率を高められている。また
、ベーン６には、ＭＯ等の硬度３０００８Ｖ近いの炭化
物もほとんど存在しない。

これらクロム炭化物の含有率の相違から本発明の効果を
確認するため、実施例１〜４及び比較例のベーン型圧縮
機に使用したベーン６及びロータ４の摩耗量を７０Ｏｒ
ｐｍ、５００ｈｒｓ後の条件下で測定した。結果を第２
表に示す。

上記結果から、実施例１〜４のベーン型圧縮機では、比
較例に比べてロータ４と均衡のとれた硬度を有して引掻
き摩耗を生じにくいとともに、上記ロータ４を偏摩耗し
にくいことがわかる。

また、実施例１〜４のベーン型圧縮機では、ベーン６が
均一に形成されているため、チヤタリングに起因する衝
突が生じてもベーン６が座屈することはなかった。

ざらに、実施例１〜４のベーン型圧縮機では、ベーン６
の製造に表面処理を要しないため、製造コストは低いも
のであった。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のベーン型圧縮機では、珪
素８〜１８重量％のアルミニウム−珪素合金のロータと
、炭素０．９５〜１．１０重量％、クロム３〜１２重量
％を含む合金鋼のベーンとを組合せたため、ベーン型圧
縮機の軽量化を満足しつつ、ベーンとロータとの耐摩耗
性及び贋動性を充分に向上させることができる。このた
め、吐出する冷媒ガスの温度が上昇するという問題は生
じない。また、特殊な表面処理を施す必要がないため、
製造コストが低いというメリットも有する。

そして、これにより長期間の使用に耐え得るものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はベーン型圧縮機の軸方向断面図、第２図はベー
ン型圧縮機の軸直角方向断面図である。 第３図は従来のベーン型圧縮機におけるベーンと口−夕
との関係を示す軸直角方向の断面図である。 １・・・シリンダ　　２、３・・・サイドプレート４・
・・ロータ ６・・・ベーン ５・・・回転軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個のベーンと、該ベーンが嵌挿されたロータ
   と、該ロータの外周面を囲むシリンダと、該シリンダの
   両側に各々固定されたサイドプレートとを有するベーン
   型圧縮機において、 前記ロータは、珪素８〜１８重量％を含むアルミニウム
   −珪素合金であり、 前記ベーンは、炭素０．９５〜１．１０重量％、クロム
   ３〜１２重量％を含む合金鋼であることを特徴とするベ
   ーン型圧縮機。