JPH11217665A - 摺動部品及びその製造方法 - Google Patents

摺動部品及びその製造方法

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JPH11217665A
JPH11217665A JP1846698A JP1846698A JPH11217665A JP H11217665 A JPH11217665 A JP H11217665A JP 1846698 A JP1846698 A JP 1846698A JP 1846698 A JP1846698 A JP 1846698A JP H11217665 A JPH11217665 A JP H11217665A
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JP
Japan
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nitriding
layer
diffusion layer
nitriding treatment
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Application number
JP1846698A
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English (en)
Inventor
Shinobu Ogasawara
忍 小笠原
Takayuki Hanaki
▲たか▼行 花木
Yutaka Isobe
豊 磯部
Yasuyuki Akahori
康之 赤堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の窒化処理では、化合物層が数μm以上
形成され、拡散層も窒素原子の進入により母材の結晶構
造が変化してしまっていた。 【解決手段】 摺動部材は窒化処理を施し、表面に化合
物層、前記化合物層の内側に拡散層を生じ、前記化合物
層はほとんど無く、前記拡散層は60μm以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は過酷な条件で使用さ
れ、かつ高い寸法精度が要求される摺動部品及びその製
造方法に関するものである。さらに詳しくは、鉄系材料
に施す窒化処理の化合物層と拡散層の形成に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】例えば蒸気圧縮式冷凍空調機又は冷蔵庫
に使用される圧縮機の摺動部品は、フレオン等の冷媒雰
囲気中で摺動されるため、耐摩耗性や耐焼き付き性など
の摺動特性が要求される。
【0003】特に蒸気圧縮式冷凍空調機又は冷蔵庫の冷
凍回路は、密閉された配管内をフレオンや冷凍機油など
が循環するシステムであり、圧縮機摺動部品の摩耗によ
って生じる摩耗粉は冷凍回路構成部品の毛細管や膨張弁
などのオリフィス部分を閉塞し、その動作不良を引き起
こす原因となる。
【0004】また、圧縮機の高効率を実現するため、冷
媒のシール部分でもある摺動部品のクリアランスは最小
に管理されるため、摺動部品の要求寸法精度は非常に厳
しいものとなっている。
【0005】高い摺動特性を実現するために、例えば特
開昭60―228794などではロータリ型圧縮機のベ
ーンに窒化処理を適用する事が報告されている。ベーン
以外にもローリングピストン、軸受けなどの摺動部品、
またレシプロ型圧縮機ではライナーやピストンリング、
コンロッドなどの摺動部品、スクロール型圧縮機では軸
やスラスト軸受けなどに窒化処理が適用されてきた。
【発明が解決しようとする課題】
【0006】しかし従来の窒化処理の適用では、化合物
層が数μm以上形成され、拡散層も窒素原子の侵入によ
り母材の結晶構造が変化し化合物層の結晶構造である六
方晶に近い構造となる。
【0007】化合物層は高い硬度を持つため、例えば特
開平5−86442ではベーンの耐摩耗性の向上に有効
な事が報告されている。しかし高い硬度を持つ一方で、
脆弱なため、製造過程又は使用中において割れやカケな
どの不具合があり、加工不良による歩留まり低下や、製
品性能の信頼性低下の危険性があった。さらにその高い
硬度ゆえ、相手攻撃性も強く、相手材料を激しく摩耗さ
せる危険性があった。
【0008】また拡散層の結晶構造が変化する事によ
り、窒化前後で大きな寸法変化が生じ、そのバラツキも
大きかった。
【0009】このため化合物層の削除又は寸法の再調整
のために窒化処理後に研削加工を施すという不具合があ
った。
【0010】図7に示す従来の窒化処理を施す摺動部品
の製造工程には、窒化処理前後2度にわたる研削加工が
必要であり、生産性や製造費用に大きな問題があった。
【0011】この窒化処理後の研削加工を廃止するため
には、以下の大きな課題があった。
【0012】第一に、脆弱で割れやカケを生じ、相手攻
撃性の強い化合物層を低減しつつ、十分な拡散層を確保
し母材表面硬度を向上させる窒化処理を行う事。
【0013】第二に、厳しい要求寸法精度に応える、寸
法変化の少ない窒化処理を行う事である。
【0014】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、摺動部品の表面硬化処理の適用検
討、摺動部品の製造方法における窒化処理後の研削加工
の廃止を行うことを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明の摺動部品は、
窒化処理を施し、表面に化合物層、前記化合物層の内側
に拡散層を生じ、前記化合物層はほとんど無く、前記拡
散層は60μm以上であるものである。
【0016】また、化合物層が1μm未満かつ拡散層が6
0〜100μmであるものである。
【0017】また、窒化処理の温度を、摺動部品の母材
の焼き戻し温度より20deg以上低い温度とするもので
ある。
【0018】また、摺動部品の製造方法は、摺動部品は
窒化処理を施し前記摺動部品の表面に化合物層、前記化
合物層の内側に拡散層を生じ、前記化合物層はほとんど
無く、前記拡散層は60μm以上となる、拡散層の結晶
構造が母材の結晶構造を維持したままとした窒化処理を
行うものである。
【0019】また、摺動部品の製造方法は、窒化処理に
伴う平均寸法変化が4μm以下かつ標準偏差0.7μm以
下としたものである。
【0020】また、摺動部品は、蒸気圧縮式冷凍空調機
又は冷蔵庫の圧縮機用である。
【0021】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図2はロータリ型
圧縮機の圧縮室の横断面模式図であり、軸7を中心にロ
ーリングピストン5がシリンダ6内を回転すると、ベー
ン8はシリンダ6に設けられた溝に摺動自在に嵌合し、
ベーン8の先端部はシリンダ6より突出したり、シリン
ダ6内に入ったりする。このベーン8に窒化処理をする
ことにより、ベーン8の表面にN(窒素)を含む化合物
層が、また、その化合物層の下にはNが拡散された拡散
層が生じる。図3(a)は本発明の実施の形態1である
ロータリ型圧縮機のベーン8の形状、図3(b)は図3
(a)の任意の断面組織模式図を示すものであり、9は
窒化処理で生成した化合物層、10は拡散層である。
【0022】本ロータリ型圧縮機のベーン8の製造工程
は図6のようである。第1の工程としてベーン8の母材
である高速度工具鋼を焼き入れ、温度560℃で焼き戻
し、第2の工程として寸法調整のために研削加工を施し
た。次に第3の工程として窒化処理を行った。窒化処理
方法は、低真空下でNH3を窒化ガスとして使用する方
法を利用した。本窒化処理装置の概略図を図5に示す。
窒化処理を行う摺動部品14を真空容器13に入れ、真
空容器13を真空排気装置15で真空引きしながら窒化
ガスを導入装置12から送り込み、窒化処理が行われ
る。窒化処理は、化合物層を1μm未満、拡散層を80
μmに制御し、窒化処理温度は焼き戻し温度より20℃
以上低い530℃とした。尚、窒化処理方法としては、
低真空下でNH3を窒化ガスとして使用する方法以外
に、低エネルギーのグロー放電で窒化を施す方法や、活
性ガスなどで予備表面処理を行った後に窒化処理を行う
方法などが利用できる。窒化処理の後、第4の工程とし
てバレル研磨を行い実用に供した。バレル研磨は面取り
等を行うものである。
【0023】化合物層は1μm未満、拡散層は80μmに
制御した結果、表面硬度は1100(Hv)となり、母
材硬度は窒化処理前の700(Hv)を保持したままで
あった。化合物層及び拡散層の厚さは5%硝酸アルコー
ル腐食による断面組織観察にて測定し、表面硬度はマイ
クロビッカース硬度計により荷重50gで測定した。ま
た寸法変化は厚さ方向(図3のB寸法)、高さ方向(図
3のA寸法)とも+1.8μmで、窒化処理後の研削によ
る寸法調整は廃止できるレベルにできた。さらにX線回
折により窒化層の結晶構造が母材と同様の正方晶である
ことを確認した。この結果を表1の実施例1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】この時、化合物層の厚さは1μm未満とす
る事が望ましく、1μm以上では摺動特性が低下し、特
に相手材料の摩耗を増加させてしまう。さらに製造工程
における割れやカケにより、化合物層の厚さ分の寸法バ
ラツキが生じ、歩留まりの低下に繋がってしまう。
【0026】また、拡散層が60μm未満では、十分な
表面硬度が得られず摺動部品の耐摩耗性や耐焼き付き性
を向上させる事ができない。一方、拡散層が100μm
を超えると化合物層が大きく成長してしまい化合物層の
厚さを1μm未満とすることが困難で、寸法変化やその
バラツキを制御することも難しかった。
【0027】さらに窒化処理における拡散層の結晶構造
を制御し母材と同じ正方晶を維持することで、窒化によ
る寸法変化を小さくでき、そのバラツキも抑制できる。
【0028】特に圧縮機の摺動部品などは、高効率を実
現させるために摺動部品間のクリアランスを5μm程度
に管理しており、摺動部品同志の干渉を回避するため
に、寸法バラツキは標準偏差で0.7μm以下とする必要
がある。寸法のバラツキを標準偏差で0.7μm以下とす
るためには、窒化による寸法変化を平均で4μm以下と
する必要があり、4μmを超える平均寸法変化ではその
バラツキが0.7μmより大きくなり、著しく歩留まりが
低下した。このとき、窒化処理温度は530℃、時間は
約5時間とした。
【0029】窒化処理温度は拡散層以外の部分は母材の
硬度を保ったままとするために、母材焼き戻し温度より
20deg以上低い温度で実施する必要があり、その差が
20deg未満では、拡散層以外の部分は硬度が低下して
しまう。
【0030】化合物層がほとんど無く(1μm未満)、
実用上十分な拡散層10の窒化深さ(60μm以上)が
確保でき、また寸法変化も極小化できる事から、図7に
示す従来の製造工程の窒化処理後の研削加工の工程を廃
止した図6の本発明の製造工程が実現可能となった。
【0031】鉄系材料に化合物層がほとんど無く、かつ
拡散層が60μm以上となるような窒化処理を施す事によ
り、耐摩耗性や耐焼き付き性などの摺動特性の向上と、
高い要求寸法精度を同時に満たすことが可能である。そ
の結果、窒化処理後の研削工程を廃止して製造される事
が可能である。
【0032】ベーン8等の本窒化処理部材を使用した圧
縮機の実機試験においては、冷媒はR407C、冷凍機
油はエステル油を使用し4000hr連続運転終了後の
ベーン先端摩耗量は5μm程度に抑えられ、無処理品
(表1の比較例3)の40μmに対して明確な改善効果
が認められた。また相手材の摩耗量は1μmとなり、従
来の窒化処理品の磨耗量5μm(表1の比較例1)に比べ
て、相手攻撃性を著しく低下することができた。
【0033】実施の形態2.実施の形態1で示したもの
と同様のロータリ型圧縮機のベーン8に、窒化処理方法
として低エネルギーのグロー放電で窒化を施す方法を利
用し、窒化処理温度510℃、時間は約3時間で窒化層
を制御した結果を表1の実施例2に示す。この時化合物
層の厚さは0μmで拡散層は70μm、寸法変化は2μ
mとなった。本窒化処理材は窒化処理後の研削加工を施
さずに実機に使用でき、4000hrの運転でベーン先
端摩耗量は6μmになり、相手材の摩耗も0μmに抑え
られた。
【0034】実施の形態3 図4(a)は本発明の実施の形態3であるスクロール型
圧縮機のスラスト軸受けの形状、図4(b)は図4
(a)の任意の断面組織模式図を示すものである。11
は図2の圧縮室上面又は下面より軸7を支えるスラスト
軸受けの概略図、9は断面組織の化合物層、10は拡散
層である。スラスト軸受け11の母材には粉末合金鋼を
使用し、窒化処理方法として低真空下でNH3を窒化ガ
スとして使用する方法を利用した。窒化処理温度は53
0℃とし、化合物層は1μm未満、拡散層は80μmと
した。厚さ方向の寸法変化は+2μmであり、その後の
研削工程は廃止し、実機に供する事が可能であった。こ
の結果を表2の実施例に示す。本窒化処理部材を使用し
た実機試験においては10HZ程度の低速運転が可能とな
り、無処理品の焼き付き限界15HZに対して明確な改善
効果が認められた。また窒化層厚さ40μmとした場合
には窒化不足となり、実機での焼き付き限界は15HZと
改善効果は認められなかった。
【0035】
【表2】
【0036】以上、本発明の実施の形態である圧縮機に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば、自動車用のエンジン部品や真空ポンプ、
送風機など、極めて過酷な条件で使用され、かつ高度な
寸法精度が要求される摺動部品に応用も可能であり、そ
の要旨を脱し得ない範囲で種々変形して実施する事がで
きる。なお、図1にこの圧縮機が使用される蒸気圧縮式
冷凍空調機の冷凍サイクル模式図を示す。1は圧縮機、
2は熱交換器、3は四方弁、4は毛細管である。
【0037】
【発明の効果】本発明における第1の発明に係る摺動部
品は、窒化処理を施し、表面に化合物層、化合物層の内
側に拡散層を生じ、化合物層はほとんど無く、拡散層は
60μm以上であるので、耐摩耗性や耐焼き付き性など
の摺動特性の向上と、高い要求寸法精度を同時に満たす
ことが可能である。
【0038】また本発明における第2の発明に係る摺動
部品は、化合物層が1μm未満かつ拡散層が60〜100
μmであるので、摺動特性の向上と、寸法精度を同時に
満たすことができる。
【0039】また本発明における第3の発明に係る摺動
部品は、窒化処理温度を母材の焼き戻し温度より20de
g以上低い温度とすることにより、窒化後の拡散層以外
の部分は母材の硬度を保つことができる。
【0040】また本発明における第4の発明に係る摺動
部品の製造方法は、拡散層の結晶構造が母材の結晶構造
を維持したままとした窒化処理を行うことにより、寸法
変化の少ない窒化処理を実現できる。
【0041】また本発明における第5の発明に係る摺動
部品の製造方法は、窒化処理に伴う平均寸法変化が4μ
m以下かつ標準偏差0.7μm以下とする事により、窒化
処理後の研削工程を廃止できる。
【0042】また本発明における第6の発明に係る摺動
部品は、蒸気圧縮式冷凍空調機又は冷蔵庫の圧縮機用で
あることより、圧縮機を製造する工程数の削減やコスト
ダウンが実現でき、同時に圧縮機の信頼性向上により、
広範囲な運転条件への適用や更なる長寿命化が実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 蒸気圧縮式冷凍空調機の冷凍回路図である。
【図2】 ロータリ型圧縮機の圧縮室の横断面模式図で
ある。
【図3】 本発明の実施の形態1を示すロータリ型圧縮
機のベーンの形状及び断面組織模式図である。
【図4】 本発明の実施の形態3を示すスクロール型圧
縮機のスラスト軸受けの形状及び断面組織模式図であ
る。
【図5】 低真空下でNH3などの窒化カ゛スで窒化を施す窒
化処理装置の概略図である。
【図6】 本発明の製造工程図である。
【図7】 従来の製造工程図である。
【符号の説明】
1 圧縮機、 2 熱交換器、 3 四方弁、 4 毛
細管、 5 ローリングピストン、 6 シリンダー、
7 軸、 8 ベーン、 9 化合物層、10 拡散
層、 11 スラスト軸受け、 12 窒化ガス導入装
置、 13真空容器、 14 窒化処理する摺動部品、
15 真空排気装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤堀 康之 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 摺動部材は窒化処理を施し、表面に化合
    物層、前記化合物層の内側に拡散層を生じ、前記化合物
    層はほとんど無く、前記拡散層は60μm以上であるこ
    とを特徴とする摺動部品。
  2. 【請求項2】 化合物層が1μm未満かつ拡散層が60〜
    100μmであることを特徴とする請求項1記載の摺動
    部品。
  3. 【請求項3】 窒化処理の温度を、摺動部品の母材の焼
    き戻し温度より20deg以上低い温度とすることを特徴
    とする請求項1記載の摺動部品。
  4. 【請求項4】 摺動部品は窒化処理を施し前記摺動部品
    の表面に化合物層、前記化合物層の内側に拡散層を生
    じ、前記化合物層はほとんど無く、前記拡散層は60μ
    m以上となる、拡散層の結晶構造が母材の結晶構造を維
    持したままとした窒化処理を行う摺動部品の製造方法。
  5. 【請求項5】 窒化処理に伴う平均寸法変化が4μm以
    下かつ標準偏差0.7μm以下とした請求項4記載の摺動
    部品の製造方法。
  6. 【請求項6】 摺動部品は、蒸気圧縮式冷凍空調機又は
    冷蔵庫の圧縮機用であることを特徴とする請求項1〜請
    求項5のいずれかに記載の摺動部品。
JP1846698A 1998-01-30 1998-01-30 摺動部品及びその製造方法 Pending JPH11217665A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1134418A3 (en) * 2000-03-15 2002-06-12 SANYO ELECTRIC Co., Ltd. Rotary compressor
EP1233186A3 (en) * 2001-02-14 2003-05-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Rotary compressor
JP2003172279A (ja) * 2001-12-07 2003-06-20 Daikin Ind Ltd 回転式圧縮機
CN102321887A (zh) * 2011-10-18 2012-01-18 上海西工压缩机配件有限公司 经复合表面改性的38CrMoAl压缩机叶片及其制备工艺

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