JPH07286589A - 圧縮機用摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な耐摩耗性と耐衝撃性を有し、被覆膜の
剥離や亀裂が抑制され、相手材との相性に優れた圧縮機
用摺動部材の提供。 【構成】 ロータリー圧縮機のローラ３０に対して摺動
するベーン１を圧縮機用摺動部材としたとき、その母材
外面には窒化層３が形成され、窒化層上にＣｒ₂Ｎ型窒
化クロムとＣｒＮ型窒化クロムが混在するイオンプレー
ティング層４が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮機用摺動部材に関
し、特に圧縮機内で相対的に摺動運動を行うベーンやロ
ーラ等の摺動部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリー圧縮機は、ローラハウジング
内をローラが偏心回転し、ローラハウジングに形成され
たベーン溝内をベーンが摺動可能に保持され、ベーン半
径方向内端のノーズ部がローラの外周面に摺接してい
る。ここでベーン等の圧縮機用摺動部材としては、例え
ば、摺動耐摩耗性の向上を図ることを目的として母材上
に被覆層が形成されてなるものが知られている（特開昭
６４−６３６９２号公報）。そして、この被覆層は、処
理温度が１５０〜４００℃程度の比較的低温であり、例
えばアルミニウム合金や鉄系合金からなる母材の熱的劣
化を防止しつつ緻密かつ平滑な被覆層を形成することが
できるという理由から、主にイオンプレーティング法に
より形成されている。

【０００３】一方、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖを含有する鋼、
鋳鉄もしくは焼結合金に窒化処理を施した材料からなる
回転式圧縮機のベーンも知られている（特開昭６０−２
２８７９４号公報）。このベーンはそれ自身が耐摩耗性
に優れているとともに過酷な潤滑条件も耐え得るという
利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、イオンプレー
ティング法を用た場合、母材と被覆膜との硬度差が大き
いために、耐衝撃性が劣り、被覆膜が剥離し易いという
問題があった。具体的には、母材材料である高速度工具
鋼（ＳＫＨ５１）の硬度はＨｖ７５０程度であるのに対
し、イオンプレーティング法による窒化チタン被覆膜の
硬度はＨｖ２５００程度であり、かなりの硬度の差があ
る。

【０００５】一方、焼結合金に窒化処理を施した材料か
らなるベーンにおいては、例えば母材材料である高速度
工具鋼（ＳＫＨ５１）の硬度は上記の通りＨｖ７５０程
度であるのに対し、この高速度工具鋼に窒化処理を施し
た材料の硬度はＨｖ１２５０程度になる。よって母材の
硬度が上がり耐摩耗性はかなり向上するものの、過酷な
環境下における耐摩耗性は必ずしも十分ではないという
問題があった。

【０００６】ところで、従来の圧縮機用摺動部材にあっ
ては、耐摩耗性を有するベーンを製造するために、塩浴
軟窒化処理やガス窒化処理を採用して、ベーンの形状を
呈する鋼材の表面に窒化層を生成させていたが、これら
の軟窒化処理にあっては、耐摩耗性に重要な化合物層
（Ｆｅ₄Ｎ）が生成され難かったり、その層厚のコント
ロールが困難であるという課題があった。

【０００７】また化合物層の表面には硬くて脆いＦｅ
_2-3Ｎ層（ε層）が形成される寸法変化量及び寸法バラ
ツキも大きく、窒化処理後に仕上加工を必要としてお
り、更に、上記ベーンは対ローラ、対ベーン溝の摩耗上
の相性において必ずしも理想的ではない。

【０００８】そこで本発明は、充分な耐摩耗性、耐衝撃
性を有し、被覆膜の剥離や亀裂の発生が抑制され、相手
材との摩耗上の相性にも優れた圧縮機用摺動部材を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、圧縮機内で相対的に摺動運動を行う圧縮機
用摺動部品であって、該摺動部品の母材上には窒化層が
形成され、該窒化層上にはＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとＣｒ
Ｎ型窒化クロムが混在するイオンプレーティング層が形
成されている圧縮機用摺動部材を提供している。

【００１０】

【作用】上記構成を有する本発明の圧縮機用摺動部材に
よると、通常のイオンプレーティング層を具備した摺動
部材に比較して耐摩耗性が向上する。またかかる圧縮機
用摺動部材を例えばロータリー圧縮機のベーンに適用す
ると、相手材であるローラやベーン溝との摩耗上の相性
も向上する。

【００１１】

【実施例】本発明の第１実施例による圧縮機用摺動部材
をロータリー圧縮機に適用した例について図１及び図４
に基づき説明する。

【００１２】ロータリー圧縮機は図３に示されるよう
に、ローラハウジング２０内をローラ３０が回転軸４０
に固定されて偏心回転し、ローラハウジング２０に形成
されたベーン溝２０ａ内をベーン１がローラハウジング
の半径方向に摺動移動可能に保持されている。ベーン１
の半径方向内端のノーズ部は、ローラ３０の外周面に摺
接している。よって、ベーン１とローラ３０、及びベー
ン１とベーン溝２０ａとが相対的摺動関係にある。

【００１３】圧縮機用摺動部材の一例であるベーン１
は、母材２上に窒化層３を有し、更に窒化層３上にイオ
ンプレーティング層４を有する。第１実施例では、ベー
ン溝２０ａに対する摺動面とローラ３０に対する摺動面
の両方に窒化層３とイオンプレーティング層４が形成さ
れる。

【００１４】母材２の形成材料としては、例えば鉄系材
料、黒鉛系材料、鉄系焼結材料、アルミニウム系材料、
チタン系材料等の従来よりベーンの形成材料に用いられ
ているものが挙げられる。これらのなかでも、好ましい
のは鉄系材料であり、高速度工具鋼は特に好ましい。

【００１５】母材２上には窒化層３が形成されている。
母材２上に形成される窒化層３は、母材の硬度を向上さ
せる作用を有し、これにより圧縮機用摺動部材は耐摩耗
性が向上したものとなる。窒化層３は、母材２をイオン
窒化処理することにより形成される。ここで、イオン窒
化処理方法としては、いわゆるイオン純窒化処理及びイ
オン軟窒化処理の何れの方法も採用可能である。具体的
には、イオン純窒化処理の場合には、母材２の脱脂、洗
浄を行った後、母材２を予熱し、予熱した母材２を、圧
力０．５〜１０torr程度にて（Ｈ₂＋Ｎ₂）ガス雰囲気あ
るいはＮＨ₃ガス雰囲気の密閉容器に入れ、母材２を陰
極、密閉容器を陽極として１００〜５００Ｖの電圧を印
加し、このとき生じるグロー放電により発生したイオン
化窒素と母材２との加熱反応により母材２を窒化する。

【００１６】また、イオン軟窒化処理の場合には、上記
のイオン純窒化処理において、（Ｈ₂＋Ｎ₂）ガス雰囲気
あるいはＮＨ₃ガス雰囲気に代えて、雰囲気を（Ｎ₂＋Ｃ
₃Ｈ₈）ガス雰囲気、又は（Ｃ₄Ｈ₁₀、Ｃ₂Ｈ₂、ＣＨ₄等の
炭化水素系ガス）雰囲気とすればよい。

【００１７】このようにして形成される窒化層３の表面
硬さは、ビッカース硬度Ｈｖ１２００以上である。ま
た、窒化層３の厚さは、化合物層の厚さが、通常、１μ
ｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、拡散層の厚さ
が、通常、４０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であ
る。

【００１８】更に具体的には、例えば高速度工具鋼（Ｓ
ＫＨ５１）を４３０℃にて２時間予熱した後、ガス圧４
torr、Ｎ₂ガスとＨ₂ガスとのガス比率Ｎ₂：Ｈ₂＝７：
３、温度５２０℃の条件下、３０分間のイオン純窒化処
理を行うと、この母材表面には厚さ５μｍの化合物層
と、この化合物層の内側に厚さ８０μｍの拡散層とから
なり、表面硬さがＨｖ１２００の窒化層３が形成され
る。

【００１９】窒化層３上には、イオンプレーティング層
４が形成されている。イオンプレーティング層４は、Ｎ
₂ガス圧の調整によりＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとＣｒＮ型窒
化クロムが混在している。ここでイオンプレーティング
法における基板温度は、通常２００〜６００℃程度に制
御する。具体的には、反応ガスとして窒素を用い、該反
応ガス中にＣｒを蒸発させ、気相状態でイオン化してマ
イナスにバイアスされた母材表面に反応ガスと蒸発物質
イオンとの反応生成物（ＣｒＮとＣｒ₂Ｎの混合）を形
成させる。このようにして形成されるイオンプレーティ
ング層４の硬さは、ビッカース硬度Ｈｖ１８００以上で
ある。また、厚さは、通常２μｍ以上、好ましくは５μ
ｍ以上である。

【００２０】窒化層３上に形成されるイオンプレーティ
ング層４は、圧縮機用摺動部材の耐摩耗性を更に向上さ
せる作用乃至機能を有するのみならず、緻密かつ平滑で
あるため相手部材への攻撃性が少なく、したがって相手
摩耗量も減少する。しかも、母材２とイオンプレーティ
ング層４との間に介在する窒化層３により母材２の硬度
が向上しているため、イオンプレーティング層４と母材
との硬度差が減少し、したがって耐摩耗性が向上して剥
離や亀裂の発生が抑制されることになる。そして特に重
要なのは、イオンプレーティング層４をＣｒＮ型の窒化
クロムとＣｒ₂Ｎ型の窒化クロムの混合組成皮膜とする
ことにより、Ｃｒ₂Ｎ型単独の窒化クロム皮膜よりも耐
摩耗性において優れているということである。なおＣｒ
Ｎ型の窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型の窒化クロムの含有比率
は５０：５０である。

【００２１】図２は本発明の第２実施例による圧縮機用
摺動部材を示す断面図である。第２実施例では圧縮機用
摺動部材の一例であるベーン１Ａにおいては、母材２の
略全周面に窒化層３が形成されている点で第１実施例と
同様であるが、イオンプレーティング層４Ａは相手ロー
ラ３０と摺接するノーズ部のみに形成されている点で相
違する。このような構成とすることにより、イオンプレ
ーティング層４Ａを窒化層３の全面に形成する場合に比
べて生産効率が向上し、コスト低減を図ることが可能で
ある。なお、母材２、窒化層３およびイオンプレーティ
ング層４Ａの形成材料、厚さ等については図１に示した
ベーン１におけるのと同様である。

【００２２】アムスラー型摩耗試験機を用いて圧縮機用
摺動部材の耐摩耗性と相手攻撃性試験を行った。図４に
示されるように、テスト片１３（ベーン相当）をドーナ
ツ状（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）と
して、その外周面に種々の表面処理を施しテスト片１乃
至３とした。テスト片１３を潤滑油１２が貯留された容
器１１に浸し、これらを平面接触滑り摩耗試験における
回転片とした。これに対して１８ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍ
ｍの平板状に加工した相手材５０（ローラ相当）を固定
片として圧接し、回転片１３を回転させた。テスト片１
乃至３、相手材は以下のとおりであった。

【００２３】テスト片１（本発明品）：母材がＳＫＨ５
１であり、厚さ８０μｍの窒化層の上にＣｒＮ型窒化ク
ロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムが混合した厚さ４μｍのイ
オンプレーティング層が形成されたもの。 テスト片２（比較例）： 母材がＳＫＨ５１であり、厚
さ８０μｍの窒化層の上にＣｒ₂Ｎ型窒化クロムよりな
り厚さ４μｍのイオンプレーティング層が形成されたも
の。 テスト片３（比較例）： ＳＫＨ５１製母材に、厚さ８
０μｍの窒化層が形成されたもの。 回転片：モニクロ（モリブデン、ニッケル、クロムを含
有する鋳鉄）

【００２４】試験条件は以下のとおりであり、試験結果
を図５に示す。 周速：１ｍ／秒 （４７８ｒ．ｐ．ｍ．） 油温：７５℃ 荷重：１００ｋｇ 時間：７時間 潤滑油：エステル油

【００２５】図５から明かなように、単に窒化処理のみ
の試験片３はその摩耗量が１０．９μｍであり、相手材
摩耗量が１．１μｍであり、十分な耐摩耗性を具備せ
ず、相手攻撃性も高い。またＣｒ₂Ｎ型窒化クロムより
なるイオンプレーティング層を有する試験片２では、そ
の摩耗量が０．８μｍであり、相手材摩耗量は０μｍで
あった。よってイオンプレーティング層を被覆すること
により耐摩耗性が幾分向上し、相手攻撃性が低下してい
る。これらに比べてＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒
化クロムが混在したイオンプレーティング層を有する試
験片１では、その摩耗量が０．２μｍであり、相手材摩
耗量は０μｍであって、耐摩耗性が著しく向上したこと
が判る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した本発明の圧縮機用摺動部材
によれば、耐摩耗性が大巾に向上しているとともに耐衝
撃性にも優れ、皮膜の剥離や亀裂の発生が抑制されてい
るのみならず相手材の摩耗量の減少をも図ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮機用摺動部材の一実施例を示す断
面図。

【図２】本発明の圧縮機用摺動部材の他の実施例を示す
断面図。

【図３】本発明の圧縮機用摺動部材を用いたロータリー
圧縮機を示す部分説明図。

【図４】実験例で用いたアムスラー型摩耗試験機を示す
概略図。

【図５】摩耗試験による摩耗量を示すグラフ。

【符号の説明】

１、１Ａ 圧縮機用摺動部材たるベーン ２ 母材 ３ 窒化層 ４ イオンプレーティング層 ２０ａ 相手手材たるベーン溝 ３０ 相手材たるローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機内で相対的に摺動運動を行う圧縮
   機用摺動部品であって、該摺動部品の母材上には窒化層
   が形成され、該窒化層上にはＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとＣ
   ｒＮ型窒化クロムが混在するイオンプレーティング層が
   形成されていることを特徴とする圧縮機用摺動部材。