JP2005048687A - 冷媒圧縮機用ベーンとその製造方法および冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＦＣ、ＨＦＣ冷媒用の圧縮機において、十分な耐摩耗性と衝撃性を有するベーン材を備えた冷媒圧縮機を提供する。
【解決手段】 ベーンの先端部３１にはイオンプレーティング法による物理蒸着膜３２が存在し、ベーン先端３１とローラ７の外周との過酷な運転条件による摩耗を押さえ、さらにはベーン側面３３には窒化層３４が形成され、ベーン側面３２とシリンダ溝２３との間の耐摩耗性を確保するように製造されたベーンを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は主として業務用および家庭用の冷凍空調に使用されるＨＣＦＣおよびＨＦＣ冷媒用の冷媒圧縮機に関するものである。

従来の冷媒圧縮機としては、ベーンはハイス系の焼結品あるいは高速度鋼を使用していることを特徴とするものであった。

従来の冷媒圧縮機として代表的な例はロータリ圧縮機であり、これを図３は、本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図４はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。

図３および図４において１は密閉容器であり、電動機部２と圧縮機構部３が配置されている。電動機部２は回転子２ａと固定子２ｂから構成され、回転子２ａには主軸受９と副軸受１０により回転自在に支持されたシャフト８が圧入等の方法により固定されている。圧縮機部３は吸入孔５および径方向のシリンダ溝２３を有するシリンダ２０と、外周面をシリンダ２０の内周面に摺動しながら偏芯回転するローラ７と、ローラ７の内周面に摺動自在に挿入されたシャフト８の偏芯部と、シリンダ溝２３に往復摺動自在に収納されてスプリング２４による押圧力と背圧（吐出圧）により先端部がローラ７に押し付けられてシリンダ内部空間を吸入室２５と圧縮室２６に分割するベーン２１と、シリンダ両端面を密閉する主軸受９および副軸受１０とから構成されている。

次に、本構成によるロータリ圧縮機の動作を説明する。電動機部２に外部から通電することにより回転子が回転してシャフト８が回転駆動される。シャフト８が回転すると偏芯部に摺動自在に取り付けられたローラ７がシリンダ内周面に摺接しながら遊星運動（図４で反時計方向回転）を行う。その結果、ＨＦＣなどの冷媒ガスが吸入管４から吸入孔５を介して吸入室２５に吸い込まれ、同時に圧縮室２６で圧力を上げられた冷媒ガスが吐出切り欠き２２から吐出孔６を通して密閉容器１内に吐出される。

なお、図３では見やすくするために吐出孔６の位置を吸入孔から離れた位置に描いたが、実際には図４に示すようにベーン２１を挟んで吸入孔５の近くに配置されている。

この時、吸入室２５と圧縮室２６とを仕切るベーン２１はスプリング２４とベーン背部にかかる圧力によりローラ７の外周面に押し付けられており、先端部がローラ７の外周面と、側面部がシリンダ溝２３の内壁面と摺動することになる。ベーン２１とローラ７およびシリンダ溝２３の潤滑は定常運転状態では密閉容器底部に貯留されている潤滑油１２を使って行われるが、始動時には摺動部に十分な潤滑油が存在しておらず、吸入された冷媒ガスに僅かながら含まれている潤滑油１２（潤滑油は僅かではあるが冷媒ガスと共に圧縮機から吐出され、冷凍サイクルを循環した後、再び吸入管４から圧縮機に戻ってくる）が使われることになる。

前記ベーン２１は、一般にハイス系焼結品あるいは高速度鋼材が使用されているが、前述のように、密閉型ロータリ圧縮機の始動時における摺動条件は潤滑油が十分に供給されない厳しいものであり、特にベーンとシリンダ溝の間は往復運動となるため油膜が形成されにくいため更に厳しい摺動条件であるということがいえる。また、近年環境対策のために採用されているＨＦＣ冷媒はそれ自身に潤滑性が乏しいので、ＨＦＣ冷媒を使用したロータリ圧縮機の摺動条件は特に厳しいものであるといえる。
特開平９−０９６２８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ベーン材はハイス系焼結品あるいは高速度鋼が使用されているが、近年高温、高圧運転条件で使用される圧縮機、あるいはＨＦＣ冷媒下における過酷な潤滑条件下で運転される圧縮機においては、ベーンの表面は鋼材では耐摩耗性が劣り十分な保証が難しくなってきている。

上記運転条件下におけるベーンの信頼性を向上するために、従来は鋼材を窒化した後、ローラ外周と摺接するベーン先端部にＰＶＤ処理を施す方法が用いられてきた。しかしながら窒化層に白層が生じている場合は、ＰＶＤコーティングの密着度が低下するという問題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ベーン材特に高速度鋼材に対する表面処理を規定することにより、耐摩耗に優れた信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のベーン材はべーン先端にイオンプレーティング法によるＰＶＤ膜を形成させ、さらにはベーンを窒化することによりベーン側面の耐摩耗性も十分確保したことを特徴とする冷媒圧縮機である。

本構成により、耐摩耗性の優れた信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、円筒形状の内周面を有するシリンダと、前記シリンダ内周面に外周面を接しながら偏芯自在かつ出没可能に挿入されたベーンとからなり、前記ベーンが先端部をローラの外周面に摺接するようにスプリングによって付勢されてシリンダ内空間を吸入空間と圧縮空間に仕切るロータリ圧縮機であって、ベーン先端とローラ外周の摩擦摩耗が特に大きな課題であるため、ベーンの先端部にはＰＶＤ被膜をコーティングし、その後ベーンを窒化することによりベーン側面を窒化面とし、ベーンとシリンダ溝間の耐摺動摩耗を十分確保したものである。

本発明の冷媒圧縮機は、ＨＦＣ冷媒条件下での過酷な運転状況でも、ベーン先端、ローラ外周およびシリンダ溝間の摩耗が問題なく、しかも従来の全面ＰＶＤと比較して大幅なコストダウンが可能となった。窒化を先に行うと、窒化表面の白層の存在のためＰＶＤコーティング膜の強度に問題が残るという課題があるが、窒化前にＰＶＤコーティングを行うので前記課題は解決できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
従来の構成では、ベーン材はハイス系焼結品あるいは高速度鋼が使用されているが、近年高温、高圧運転条件で使用される圧縮機、あるいはＨＦＣ冷媒下における過酷な潤滑条件下で運転される圧縮機においては、ベーンの表面は鋼材では耐摩耗性が劣り十分な保証が難しくなってきている。

特にベーン先端部とローラ外周面の摩耗が問題となっているため、図１に示すようにベーン母材３０のローラ外周面と摺接するベーン先端部にＣｒＮ等のＰＶＤ処理により形成された物理蒸着膜３１を形成するが、ベーンはシリンダ溝内を往復摺動するため、ベーン側面は窒化層３４としている。

従来、本法における窒化はＰＶＤ処理の前に実施していた。しかしこの方法では、窒化処理で表面に白層が存在するとＰＶＤ被膜強度は低下しやすくなるという課題があった。

そこで本発明の実施の形態は、窒課処理を行う前にＳＫＨベーン材のローラ外周と摺接するベーン先端部にＰＶＤ処理を実施する。

ベーン先端部にＰＶＤ処理を施すには図２に示すようにベーンの側面を重ねて箱状の治具にセットすることにより可能となる。その後バレル処理を施し窒化する。窒化処理は４００から５００℃で３から４時間保持するもので、ベーン側面のみに窒化層が形成され、その硬度はＨＶで８５０から１０００となり、ベーン側面とシリンダ溝間の摺動磨耗に十分耐えるものとなる。

ベーンは最終バレル処理を施し仕上げられる。本来ベーンはＳＫＨ材の表面に全面ＰＶＤを施せば、前記過酷な圧縮機運転条件下で摩擦磨耗が全く発生しない品質のベーンとなる。

しかしながらＨＦＣ冷媒雰囲気下における高圧条件での圧縮機メカ部品の摩擦磨耗形態を考慮すれば、ローラ外周面とそれに摺接するベーン先端部間の摩擦磨耗をまず優先的に考えなければならない。そこで本発明はローラと摺接するベーン先端部にＰＶＤコーティングを実施することによりメカ部品の信頼性を向上させたもので、ローラ外周とそれに摺接するベーン先端の摩擦磨耗が殆ど発生しない条件下では、ベーンの側面は窒化処理を施すことにより、シリンダ溝間との磨耗は前記全面ＰＶＤの場合の磨耗量と実機試験で差がないことが明らかになった。

本発明の実施の形態におけるベーンの断面図 本発明の実施の形態における工法を示す図 冷媒圧縮機を示す縦断面図 冷媒圧縮機の要部を示す横断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 電動機部
３ 圧縮機部
４ 吸入管
５ 吸入孔
６ 吐出孔
７ ローラ
８ シャフト
９ 主軸受け
１０ 副軸受け
１１ 締め付けボルト
１２ 冷凍機油
２０ シリンダ
２１ ベーン
２２ 吐出切欠き
２３ シリンダ溝
２４ スプリング
２５ 吸入室
２６ 圧縮室
３１ 物理蒸着膜
３４ 窒化層
３０ 母材

Claims (5)

1. 母材が高速度鋼からなる冷媒圧縮機用ベーンであって、前記ベーンの先端は窒化層を介さないでイオンプレーテイングによる物理蒸着膜によりコーティングされており、側面は窒化層が形成されてなる冷媒圧縮機用ベーン。
2. ベーンは高速度鋼であり、ベーン先端にイオンプレーティングによる物理蒸着膜を形成させ、その後ベーンを窒化し、ベーン側面は窒化層とすることを特徴とする冷媒圧縮機用ベーンの製造方法。
3. 請求項２記載のベーンの製造方法であって、ベーンの側面を重ねて箱状の治具にセットした状態でベーン先端にイオンプレーテイングによる物理蒸着膜を形成することを特徴とする冷媒圧縮機用ベーンの製造方法。
4. 請求項１記載のベーンを有する冷媒圧縮機。
5. 圧縮される冷媒がＨＣＦＣ、またはＨＦＣである冷媒圧縮機。

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