JPH07293463A

JPH07293463A - 圧縮機

Info

Publication number: JPH07293463A
Application number: JP8156394A
Authority: JP
Inventors: Koji Tada; 浩司多田; Kenji Takaichi; 健二高市; Toshikazu Sakai; 寿和境; Takanori Ishida; 貴規石田
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられる
圧縮機に関するものであり、被圧縮ガスとして冷媒１、
１、１、２テトラフルオロエタンを使用し、ローラを有
する構成において、ベーンの先端と側面との境界を除い
てまたは薄くセラミックコーティングを施して強化する
ことにより、ベーンにセラミックコーティングが適用で
き、圧縮機の耐久性を向上させることを目的とした圧縮
機仕様を提供するものである。【構成】圧縮機１を構成する要素において、ベーン５
にセラミックコーティングを施して強化し、その前面と
側面との境界を研磨したものと、ローラ３より構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等
に用いられる圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍冷蔵装置や空調機はの圧縮機
は高性能化や高能力化に伴い使用条件が厳しくなってお
り、耐久性の向上が望まれている。

【０００３】一方、オゾン層の破壊などの環境問題のた
めに従来使用してきた分子内に塩素を含む冷媒ジフルオ
ロジクロロメタン（以下ＣＦＣ−１２と称する）やジフ
ルオロクロロメタン（以下ＨＣＦＣ−２２と称する）等
から分子内に塩素を含まない冷媒１，１，１，２テトラ
フルオロエタン（以下ＨＦＣ−１３４ａと称する）への
変更が検討されている。ところが、分子内に塩素を含ま
ない前記冷媒は、潤滑性能が悪く圧縮機の摺動材料の特
性を向上する必要がある。例えばロータリコンプレッサ
ーにおいてベーン先端部の耐摩耗性を向上させる手段と
して、特開昭５９−１２８９９２号公報にベーン先端部
にセラミックコーティングを施すという方法が提案され
ている。

【０００４】以下図面を参照しながら従来の圧縮機の一
例について説明する。図７に従来例における圧縮機の断
面図を示す。図８に従来のベーンの断面図を示す。１は
圧縮機である。２はシャフト、３はローラ、４はシリン
ダ、５はベーンである。モータ（図示せず）により回転
するシャフト２の偏心部に取り付けられたローラ３がシ
リンダ４の内周及びベーン５の先端と接しながら回転し
シリンダ４内のガスを圧縮する。このとき、ベーン５は
シリンダ４の溝内を往復運動する。

【０００５】そして、これらの摺動部の中で最も厳しい
摺動条件となるベーン５とローラ３の接触部の耐久性を
維持するため、ベーン５は硬度ＨＶ８００〜８５０の高
速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１）を母材５ａとして精
密仕上げ加工をした後、塩浴窒化法により最表面に鉄と
クロムと窒素の化合物層５ｃを約２μｍとその下に窒素
の拡散層５ｂを約３０μｍ形成し、さらにイオンプレー
ティング法により窒化クロム５ｄをベーン５の全体に約
５μｍ蒸着させたものである。また、ローラ３は鋳鉄を
素材とし、シリンダ４は低硬度であり加工性に優れた硬
度ＨＶ１６０から２５０の鋳鉄により形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ベーンの素材としてク
ロムを含有する合金鋼に窒化処理を施して鉄とクロムと
窒素の化合物層を形成した後、その先端部にＰＶＤ法の
一種であるイオンプレーティング法により窒化クロムの
セラミックコーティングを行う場合は、ベーン先端の窒
化クロム層の下に母材との密着性が優れかつ硬度の高い
化合物層と拡散層からなる窒化処理層により密着力が高
く剥離防止性も優れている。しかしながら、イオンプレ
ーティング法の過程で、プラズマ化されてプラスイオン
となったクロムが負のバイアス電荷を与えられたベーン
の表面に衝突して窒化クロムが析出するとき、イオン化
したクロムがベーンの角部に集中するため、先端面とシ
リンダ溝と摺動する側面との境界部の膜厚が大きくな
り、先端面において窒化クロムの一部がシリンダと摺動
する側面より突起する。それによりベーン側面の平面度
が悪くなり、シリンダ溝にセットして往復運動させるこ
とができないという問題があった。

【０００７】またシリンダ溝と摺動するベーンの側面を
治具を使用して覆うことにより、側面に窒化クロムを析
出させない試みをした。しかし、ベーン先端の両端で治
具にもぐり込んで窒化クロムが析出し、側面の先端近く
でふくれが発生した。それによりベーン側面の平面度が
悪くなり、シリンダ溝にセットして往復運動させること
ができないという問題があった。

【０００８】本発明は上記課題に鑑み、負荷の厳しい圧
縮機や冷媒ＨＦＣ−１３４ａを使用する圧縮機に対し
て、セラミックコーティングをベーンに適用し、それに
より摩耗を抑制して、圧縮機の耐久性を向上させるもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の圧縮機は、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４
ａとし、圧縮機の構成要素としてシャフトと、前記シャ
フトの偏心部に取り付けられた鋳鉄を素材とするローラ
と、前記ローラを収納するシリンダと、前記シリンダの
溝内に収納されかつその先端部が前記ローラの外周と摺
接するベーンとを備えてなり、前記ベーンがクロムを含
有する合金鋼あるいは鉄系焼結材からなり、その表面に
鉄とクロムと窒素の化合物層を形成し、この化合物層に
先端部とシリンダ溝と摺動する側面との境界部を除いて
または前記ローラと摺動する部分よりも薄く、窒化クロ
ムあるいは窒化チタンあるいは炭化チタンのセラミック
コーティングを施したものである。

【００１０】上記課題を解決するために本発明の圧縮機
のベーンは、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４ａとし、
圧縮機の構成要素としてシャフトと、前記シャフトの偏
心部に取り付けられた鋳鉄を素材とするローラと、前記
ローラを収納するシリンダと、前記シリンダの溝内に収
納されかつその先端部が前記ローラの外周と摺接するベ
ーンとを備えてなり、前記ベーンがクロムを含有する合
金鋼あるいは鉄系焼結材からなり、その表面に鉄とクロ
ムと窒素の化合物層を形成した後、その先端部のローラ
と摺動しない部分とシリンダ溝と摺動する側面とを覆う
治具を用いてベーン先端部のローラと摺動する表面に窒
化クロムあるいは窒化チタンあるいは炭化チタンのセラ
ミックコーティングを施したものである。すなわち治具
の端部をベーン先端部のローラと摺動しない両側部分に
位置させてセラミックコーティングを行って製造するも
のである。

【００１１】

【作用】本発明は上記した構成の圧縮機において、ベー
ンを窒化クロムあるいは窒化チタンあるいは炭化チタン
のセラミックコーティングを施して強化し、その先端部
とシリンダ溝と摺動する側面との境界にできた突起部を
除去するあるいは薄くすることにより、ベーンにおける
シリンダと摺動する側面の平面度が向上する。そのこと
により平面度が悪くなる問題を解消してシリンダにセッ
トできる。また上記の部分のみを研磨することによりベ
ーン先端のローラと摺動する部分と側面のシリンダと摺
動する部分のセラミックコーティング層の膜厚が十分確
保されるので、厳しい摺動条件となるベーン先端の摩耗
と、側面の摩耗を防止し、よって圧縮機の耐久性を向上
させるものである。

【００１２】本発明は上記した構成の圧縮機において、
ベーンの先端部のローラと摺動しない部分とシリンダ溝
と摺動する側面とを覆う治具を用いてベーン先端部のロ
ーラと摺動する表面に窒化クロムあるいは窒化チタンあ
るいは炭化チタンのセラミックコーティングを施して強
化した。すなわち治具の端部をベーン先端部のローラと
摺動しない両側部分に位置させてセラミックコーティン
グを行った。それによりベーン先端におけるローラと摺
動する部分にのみセラミックコーティング層を形成する
ことが出来る。また、ベーンの表面において治具の端部
に窒化クロムが析出するが、ローラと摺動しない部分で
あるので実害はない。それにより、治具内の端部よりセ
ラミックコーティングが進入してベーンの側面の平面度
が悪くなるという問題を解消することが出来る。よっ
て、ベーンにおけるシリンダと摺動する側面の平面度が
向上する。そのことにより平面度が悪くなる問題を解消
してシリンダにセットできる。また上記の治具を用いる
ことによりベーン先端のローラと摺動する部分にはセラ
ミックコーティング層の膜厚が十分確保されるので、厳
しい摺動条件となるベーン先端の摩耗と側面の摩耗を防
止し、よって圧縮機の耐久性を向上させるものである。

【００１３】

【実施例】以下本発明の第１の実施例について図面を参
照しながら説明する。図１に本発明の第１の実施例にお
ける圧縮機の断面図を示す。１は圧縮機である。２はシ
ャフト、３はローラ、４はシリンダ、５はベーンであ
る。モータ（図示せず）により回転するシャフト２の偏
心部に取り付けられたローラ３がシリンダ４の内周及び
ベーン５の先端と接しながら回転しシリンダ４内のガス
を圧縮する。このとき、ベーン５はシリンダ４の溝内を
往復運動する。

【００１４】ここで、図２に第１の実施例におけるベー
ンの断面図を示す。ベーン５は硬度ＨＶ８００〜８５０
の高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１）を母材５ａとし
て精密仕上げ加工をした後、塩浴窒化法により最表面に
鉄とクロムと窒素の化合物層５ｃを約２μｍとその下に
窒素の拡散層５ｂを約３０μｍ形成し、さらに先端部に
イオンプレーティング法により窒化クロム５ｄを約５μ
ｍ蒸着させたものである。その後、先端部とシリンダ４
の溝と摺動する側面との境界部、つまりローラ３と摺動
しないベーン５の先端部の端部において、シリンダ４の
溝と摺動する側面の上端部に存在する窒化クロム５ｄの
側面より突起した部分５ｅを研磨し、前記ローラ３と摺
動する部分の窒化クロム５ｄのセラミックコーティング
を残したものとした。ここで図３にベーン５とローラ３
の摺接した状態の図を示す。ローラ３の半径をＲ１、ベ
ーン５の先端の曲率半径をＲ２，シャフト２の偏心量を
Ｅ、ベーン５の厚さをＨとすると、ベーン５の先端にお
いてローラ３と摺接する範囲Ｌは以下の式で示される。

【００１５】Ｌ＝２×Ｅ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）従って窒化クロム５ｄのセラミックコーティングを残す
範囲はＬ以上とする。

【００１６】以上のことにより先端部表面とシリンダ４
の溝と摺動する側面との境界部の膜厚が大きくなる問題
が無くなり、シリンダ溝にセット出来る。そして窒化ク
ロム５ｄ層で強化されたベーン５の先端中央部と、鋳鉄
を素材とするローラ３の外周部とを摺接させることによ
り、厳しい摺動条件においてもベーン５の先端の摩耗を
防ぐことが可能となる。また、シリンダ４は加工性に優
れた硬度ＨＶ１６０〜２５０の鋳鉄により形成されてい
る。

【００１７】以上の結果、厳しい摺動条件となるベーン
５の先端の摩耗と、側面の摩耗を防止し、よって圧縮機
の耐久性を向上させることが出来る。

【００１８】以下本発明の第２の実施例について図面を
参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じもの
は同一番号を付して説明を省略する。

【００１９】図４に本発明の第２の実施例における圧縮
機の断面図を示す。ここで、図５に第２の実施例におけ
るベーンの断面図を示す。ベーン６は硬度ＨＶ８００〜
８５０の高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１）を母材６
ａとして精密仕上げ加工をした後、塩浴窒化法により最
表面に鉄とクロムと窒素の化合物層６ｃを約２μｍとそ
の下に窒素の拡散層６ｂを約３０μｍ形成し、さらに先
端部に治具７を用いてイオンプレーティング法により窒
化クロム６ｄを約５μｍ蒸着させたものである。ベーン
６の先端部にあるローラ３と摺動しない部分とシリンダ
４の溝と摺動する側面とを覆う治具７を用いてベーン６
の先端部にあるローラ３と摺動する表面にイオンプレー
ティング法を用いて窒化クロム６ｄのセラミックコーテ
ィングを施して強化した。すなわち治具７の端部をベー
ン６の先端部にあるローラ３と摺動しない両側部分に位
置させてセラミックコーティングを行った。ここで図６
にベーン６とローラ３の摺接した状態の図を示す。ロー
ラ３の半径をＲ１、ベーン６の先端の曲率半径をＲ２，
シャフト２の偏心量をＥ、ベーン６の厚さをＨとする
と、ベーン６の先端においてローラ３と摺接する範囲Ｌ
は以下の式で示される。

【００２０】Ｌ＝２×Ｅ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）従ってベーン６の先端において窒化クロム６ｄのセラミ
ックコーティングを行う範囲はＬ以上とする。つまり治
具７を用いることによりベーン６先端における範囲Ｍの
部分とシリンダ４の溝と摺動する側面とを覆うことが出
来、その部分に窒化クロム６ｄのセラミックコーティン
グを行わないことが可能となった。また、治具７の端部
をベーン６の先端部にあるローラ３と摺動しない両側部
分に位置させてイオンプレーティング法によるセラミッ
クコーティングを行ったことにより、図５に示すベーン
６の表面において治具７の端部７ｅに窒化クロムが析出
したが、ローラ３と摺動しない部分であるので実害はな
い。

【００２１】それによりベーン６の先端面とシリンダ４
の溝と摺動する側面との境界部の膜厚が大きくなること
や、治具内の端部よりセラミックコーティングが進入し
てベーン６の側面の平面度が悪くなるという問題を解消
するとともに、ベーン６先端におけるローラ３との接触
部表面にのみ窒化クロム６ｄのセラミックコーティング
を施すことによりベーン６側面の平面度を向上させてシ
リンダ４の溝にセットすることが可能となる。そして窒
化クロム６ｄ層で強化されたベーン６の先端中央部と、
鋳鉄を素材とするローラ３の外周部とを摺接させる。ま
た、シリンダ４は加工性に優れた硬度ＨＶ１６０〜２５
０の鋳鉄により形成されている。

【００２２】以上の結果、厳しい摺動条件となるベーン
先端の摩耗を防止し、よって圧縮機の耐久性を向上させ
ることが出来る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ベーンが
クロムを含有する合金鋼あるいは鉄系焼結材からなり、
その表面に鉄とクロムと窒素の化合物層を形成し、この
化合物層に先端部とシリンダ溝と摺動する側面との境界
部を除いてまたは前記ローラと摺動する部分よりも薄
く、窒化クロムあるいは窒化チタンあるいは炭化チタン
のセラミックコーティングを施したことにより、ベーン
先端と側面の耐久性を維持しながら、表面とシリンダ溝
と摺動する側面との角部に発生する窒化クロムの突起を
除去することが出来る。その結果セラミックコーティン
グがベーンに適用でき、圧縮機の耐久性を向上させるこ
とが出来る。

【００２４】また、ベーンがクロムを含有する合金鋼あ
るいは鉄系焼結材からなり、その表面に鉄とクロムと窒
素の化合物層を形成した後、その先端部のローラと摺動
しない部分とシリンダ溝と摺動する側面とを覆う治具を
用いてベーン先端部のローラと摺動する表面に窒化クロ
ムあるいは窒化チタンあるいは炭化チタンのセラミック
コーティングを施したことにより、治具を使用するセラ
ミックコーティングの実害を防止できる。よって圧縮機
の耐久性を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における圧縮機の断面図

【図２】本発明の第１の実施例におけるベーンの断面図

【図３】本発明の第１の実施例におけるベーンとローラ
の摺接した状態の図

【図４】本発明の第２の実施例における圧縮機の断面図

【図５】本発明の第２の実施例におけるベーンの断面図

【図６】本発明の第２の実施例におけるベーンとローラ
の摺接した状態の図

【図７】従来例における圧縮機の断面図

【図８】従来例におけるベーンの断面図

【符号の説明】

１圧縮機２シャフト３ローラ４シリンダ５ベーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田貴規大阪府東大阪市高井田本通３丁目22番地松下冷機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラ
フルオロエタンとし、圧縮機の構成要素としてシャフト
と、前記シャフトの偏心部に取り付けられたローラと、
前記ローラを収納するシリンダと、前記シリンダの溝内
に収納されかつその先端部が前記ローラの外周と摺接す
るベーンとを備えてなり、前記ベーンがクロムを含有す
る合金鋼あるいは鉄系焼結材からなり、その表面に鉄と
クロムと窒素の化合物層を形成し、この化合物層に先端
部とシリンダ溝と摺動する側面との境界部を除いてまた
は前記ローラと摺動する部分よりも薄く、窒化クロムあ
るいは窒化チタンあるいは炭化チタンのセラミックコー
ティングを施したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラ
フルオロエタンとし、圧縮機の構成要素としてシャフト
と、前記シャフトの偏心部に取り付けられたローラと、
前記ローラを収納するシリンダと、前記シリンダの溝内
に収納されかつその先端部が前記ローラの外周と摺接す
るベーンとを備えた圧縮機であって、前記ベーンがクロ
ムを含有する合金鋼あるいは鉄系焼結材からなり、その
表面に鉄とクロムと窒素の化合物層を形成した後、その
先端部のローラと摺動しない部分とシリンダ溝と摺動す
る側面とを覆う治具を用いてベーン先端部のローラと摺
動する表面に窒化クロムあるいは窒化チタンあるいは炭
化チタンのセラミックコーティングを施したことを特徴
とする圧縮機のベーンの製造方法。