JPH02130289A - 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、詳しくはベーンの構成
の改良に関する。

［従来の技術］ 近年、小型軽信である利点からベーン型圧縮機が多く用
いられている。ここで第６図及び第７図を参照しなから
ベーン型圧縮機の一例の構成を説明する。この例のベー
ン型圧縮機は、楕円状の貫通孔をもつ円筒状シリンダ１
と、このシリンダ１の両側に係止される第１サイドプレ
ート２及び第２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で形成される内部空間部位内に回転
自在に設けられたロータ４と、このロータ４と同一軸芯
に固定された駆動軸５と、ロータ４の外周より中心部に
駆動軸５と平行に形成された合計４個のスリット１１内
に挿入された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及びリヤハウジン
グ８とよりなる。

そして第１サイドプレート２とフロントハウジング７と
の間に吸入室７１が形成され、第２サイドプレート３と
リヤハウジング８との間には吐出室８１が形成されてい
る。吸入室７１は導入孔７２より冷媒ガスの供給を受け
る。一方吐出室８１は導出孔８２より圧縮された冷媒を
送り出す。

駆動軸５は両サイドプレート２．３の軸孔中に軸受２１
．３１を介して回転自在に保持されている。また、駆動
軸５の一端は気密シール７５を介してフロントハウジン
グ７の軸孔を貫通して突出し、その先端５１に図示しな
い電磁クラッチの従動部が固定されている。

４個のベーン６はロータ４の回転による遠心力及び高圧
の吐出室８１より供給される高圧の潤滑油８３によりシ
リンダ１の内周面に接する方向に付勢される。このベー
ン６は、その頂部表面がシリンダ１の内壁面と当接し気
密的に１習動する。また、ベーン６の両端面は両サイド
プレート２．３の内壁面と当接し、気密的に摺動する。

シリンダ。

１、両サイドプレート２．３で囲まれた圧縮室Ｖはロー
タ４及び４個のベーン６で４つの圧縮室Ｖ１〜ｖ４に分
けられ、分けられた４個の圧縮室ｖ１〜ｖ４はロータ４
の回転によりそれぞれその体積が連続的に増減する。第
７図において、ロータ４が矢印方向に回転するにつれ、
圧縮室Ｖ＋、Ｖ３はその体積が増大し、圧縮室Ｖｚ、Ｖ
＜は体積が減少する。圧縮室Ｖ＋、Ｖｉはシリンダ１に
設けられた吸入路１２を通して吸入室７１より冷媒が供
給される。一方圧線字Ｖ２、Ｖ４は吐出孔１３より弁１
５を通り、さらに吐出路１７を通って吐出ｖ８１に圧縮
された冷媒を吐出する。

従来かかるベーン型圧縮機においては、軽量化、シール
特性を向上させるために、ベーン型圧縮機を構成するベ
ーン、シリンダ、サイドプレート、ロータ等を構成する
金属材料及び形状等について種々の工夫がなされている
。例えば特開昭４９−４４３０５号公報には、ベーンの
基材を改善し、さらに表面処理を施し、耐摩耗性、機械
的強度、自己潤滑性を高めることが開示されている。ま
た、特開昭５７−１５７０８７号公報には、ベーン及び
サイドプレートを鉄系金属、ロータ及びシリンダをアル
ミニウム系金属で構成し、シリンダの内面に鉄系金属よ
りなるライナーを設けることが開示されている。又実開
昭５９−２７１０１号公報には、シリンダ、サイドプレ
ート、ロータ、ペンをアルシル合金で構成し、ベーンと
ｌ！Ｉ動する各部材の表面に表面処理を施すことが開示
されている。

このようにベーン型圧縮機においては、軽量化の要請か
らシリンダ、ロータ等はアルミニウム合金から形成され
る傾向にある。そして機械的強度、耐摩耗性を満足させ
る材料として、高珪素アルミニウム合金が好適であるこ
とが判明し、このようなアルミニウム合金の利用が検討
されている。

この高珪素アルミニウム合金は、初晶珪素及び共晶珪素
が散在しており、その硬度は１３００〜１５００ＨＶと
非常に硬くなっている。ところが従来使用されているベ
ーンはほとんどが鉄系金属より形成されており、５ＵＪ
２焼入れ鋼等を用いてもその硬度は６５０〜８００ＨＶ
と低い。したがってこのベーンを高珪素アルミニウム合
金製ロータ等と組合せた場合にはベーン摩耗が多くなっ
て而粗れを起こし、その後面粗れしたベーンが逆にロー
タ側を摩耗させる。また珪素粒が脱落しこれが研磨材と
なってロータの摩耗をさらに促進させる結果となる。更
に面粗れのためａ！擦係数が増太し、発熱量が大きくな
って焼付きに至るという不具合がある。

そこで特開昭６３−１５９６８５号公報には、表面にボ
ロン硬化層をもつベーンが開示されている。ボロン硬化
層は硬度が１４００〜２ｏＯＯＨＶと高く、このベーン
を高珪素アルミニウム合金ｇｏ−夕等と組合せた場合に
は、摩耗が少なく焼付きが防止される。

［発明が解決しようとする課題］ ボロン硬化層を形成する場合、・ベーン本体は７５０〜
９５０℃程度に加熱された炭化ホウ素粉末中に数時間保
持され、その後冷却され取出される（浸ボロン処理）。

この時ベーンを急冷すると歪が大きく、仕上加工時に黒
皮が残ったり、あるいは削り過ぎてボロン硬化層を削っ
てしまう場合がある。また収縮率の違いによりボロン硬
化層にクラックが生じる場合もある。このような不具合
を防止するには、浸ボロン処理後ベーンを徐冷する必要
がある。したがって８４５Ｃ鋼などから形成された従来
のベーンにおいては、焼きなまし状態となるため、ボロ
ン処理侵内部の硬度が低下するという不具合があった。

このように硬度が低下すると、ベーンのチャタリングに
起因するベーンとシリンダあるいはベーンとロータの衝
突により、ベーンが変形する恐れがある。

本発明は上記課題を解決するものであり、ベーンにボロ
ン硬化層を形成するとともに内部の硬度を高くすること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のベーン型圧縮機は、複数個のベーンと、ベーン
が嵌挿されたロータと、ロータの外周面を囲むシリンダ
と、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、 ロータ及びシリンダはアルミニウム系材料から形成され
、 ベーンは、０．７重量％以上の炭素を含有し大部分がパ
ーライト組織の基板と、基板の少なくとも一部表面に形
成されたボロン硬化層と、より構成されていることを特
徴とする。

ロータ及びシリンダはアルミニウム系材料から形成され
る。ここでアルミニウム材料とは、アルミニウム又はア
ルミニウム合金をいい、へ交−高３ｉ合金、Ａｇ−８１
−Ｍｇ系合金、八交−８−ＣＵ−ＭＯ系合金（以後アル
シル合金と称する）などが用いられる。アルシル合金は
約１０〜３０重量％程度のシリコンを含有し、耐摩耗性
に優れる。このようにロータ及びシリンダをアルミニウ
ム系材料から形成することにより、軽量で耐磨耗性に優
れた圧縮機が得られる。

本発明の最大の特徴はベーンの構成にある。本発明の圧
縮機に係るベーンは、基板と、ボロン硬化層とより構成
される。基板は炭素を０．７重量％以上含有し、組織の
大部分がパーライト組織となっている。この基板は炭素
を０．７１１１％以上含有する鋼より形成され、浸ボロ
ン処理後の徐冷によりパーライト組織となったものであ
る。このような鋼としては、例えば５ＷＲＨ７２ＡＳＳ
ＷＲＨ７２Ｂ、５ＷＲＨ７７Ａ、５ＷＲＨ７７Ｂ。

５ＷＲＨ８２Ａ、５ＷＲＨ８２Ｂ、ＳＫ５、ＳＫ６など
がある。この基板によればフェライトが少ないため硬度
を高く維持することができる。

ボロン硬化層は基板の少なくとも一部表面に形成される
が、少なくともロータおよびシリンダと層接する表面に
設けることが望ましい。もちろんベーンの全表面に設け
ることもできる。このボロン硬化層は、処理条件および
仕上加工によりＦｅ２Ｂの単層となったり、ＦｅＢとｌ
”ｅｚＢの２１！ｇｉが共存する場合もある。その硬度
はごツカース硬度で通常１４００〜２０００Ｈｖである
。なお、このボロン硬化層の厚さは２００μｍ以上であ
ることが好ましい。薄過ぎると表面硬度が不十分となり
やすい。

ボロン硬化層を形成するには、ホウ砂（ＮａｔＢ４０？
）に炭化ケイ素又は炭化ホウ素などを１０〜４０重量％
加えて所定温度に加熱された溶融塩浴に数時間浸漬する
液体法、ホウ砂又はホウ砂と炭化ケイ素、ホウ砂と塩化
ナトリウムなどを混合し所定温度に加熱された溶融塩浴
中で基板を陰極として数時間電解を行なう電解法、ある
いは炭化ホウ素及び炭素に炭化ケイ素、四フフ化ホウ素
カリウムなどを添加した粉体又は粒状体の中に基板を埋
めて所定時間、所定温度で加熱する固体法、などが知ら
れている。なかでも固体法で行なうのが好ましい。固体
法によれば他の方法に比べて容易に７０μｍ以上の厚い
ボロン硬化層が得られる。

［作用］ 本発明のベーン型圧縮機のベーンを形成する場合、まず
０．７重量％以上の炭素を含有する鋼からベーン基板を
形成する。次に基板の少なくとも一部表面に浸ボロン処
理を行なう。この浸ボロン処理は一般に７５０〜９５０
℃で数時間性なわれ、基板表面にボロン硬化層が形成さ
れる。基板はその後走を防止するため徐冷される。この
時基板内部では焼なましが生じるが、炭素を多く含有す
るため大部分がパーライト組織となり、フェライトは僅
かである。したがって得られたベーンは内部硬度は高く
維持され、表面には硬度の高いボロン硬化層が形成され
ている。

そしてこのベーンを圧縮機に装着して駆動した場合、〇
−夕及びシリンダはアルミニウム系材料から形成されて
いるため軽ａで耐摩耗性に優れ、かつベーンの表面には
ロータ及びシリンダと比べても遜色のない硬度を有する
ボロン硬化層が形成されているため、ベーンの摩耗が防
止される。そしてチャタリングに起因する衝突が生じて
も、ベーンの内部硬度が高いためベーンの変形が防止さ
れる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

〈実施例） 第６図及び第７図に本発明の一実施例のベーン型圧縮機
の断面図を示す。この圧縮機の機械的構成は基本的に従
来のベーン型圧縮機と同様であり、従来の技術の項で詳
述したので、ここでは省略する。従来のベーン型圧縮機
とはベーンの構成が異なるだけである。

ロータ４及びシリンダ１はシリコンを１０重量％以上含
有するアルシル合金から形成され、Ｈｖ１００〜１８ｏ
の硬度を有している。

ベーン６は第１図に示すように板状の基板６０と、基板
６０の全表面に形成された厚さ３０〜１３０μｍのボロ
ン硬化層６１とより構成されている。このベーン６は以
下のようにして製造された。

すなわち、炭素を０．７９〜０．８６重四％含有する５
ＷＲＨ８２Ｂ鋼より形成された基板を炉内に入れて８８
０℃に加熱する。そして固体法により８８０℃で５時間
浸ボロン処理を行なった。処理後基板を炉内に入れた状
態で、８８０℃から４００℃まで約１０時間かけて徐冷
した。

得られたベーン６の断面の顕微鏡写真を第２図に示す。

第２図でもわかるように、基板６０表面には厚さ８０〜
１３０μｍのボロン硬化層６１が形成され、基板６０内
部はほとんど１００％がパーライト組織となっている。

なお、ボロン硬化層６１の硬度はＨＶ１５００〜２００
０であり、基板６０の内部硬度はＨｖ２１０〜２５０で
あった。

（比較例） 炭素を０．５９〜０．６６重量％含有する５ＷＲＨ６２
Ａ鋼を用いて基板を形成したこと以外は実施例と同様に
してベーンを形成した。得られたベーンの断面の顕微鏡
写真を第３図に示す。第３図でもわかるように、基板表
面には厚さ９０〜１３０μｍのボロン硬化層が形成され
、基板内部はフェライト（写真の白い網状の部分）とパ
ーライトとの混合組織となっている。なお、ボロン硬化
層の硬度はＨＶ１５００〜２０００であり、基板の内部
硬度はｔ」ｖ　１８０〜２１０と実施例のベーンより低
い値を示した。

（従来例） 炭素を０．４５重量％含有する５４５Ｃ鋼を用いて基板
を形成したこと以外は実施例と同様にしてベーンを形成
した。得られたベーンには、写真は省略するが、厚さ１
５０〜１６０μｍのボロン硬化層が形成されていた。ｐ
Ｋお、ボロン硬化層の硬度はＨｖ１５００〜２０００で
あり、基板の内部硬度は約Ｈｖ１６０〜２００と実施例
のベーンより低い値を示した。

（試験例） それぞれのベーンの強度を調査するために、第４図に示
すようにベーン６に２トンの静荷重を１ｍｍ／分の速度
で作用させ、中央部分の変形量（ｈ）を測定した。結果
を内部硬度を横軸に取って第５図に示す。

第５図より、内部硬度の高い実施例のベーンが１０μｍ
以下と最も変形量が小さく、内部硬度が低い従来例のベ
ーンは約２７μｍの変形量となっている。比較例のベー
ンはその中間の１５μｍ前後の変形量を示しているが、
実磯運転の結果から１５μｍ以下が許容範囲であり好ま
しい値とはいえない。

［発明の効果］ 本発明のベーン型圧縮開によれば、ベーンは従来より内
部硬度が高く、かつボロン硬化層をもっている。したが
って耐摩耗性に優れるとともに、チャタリングに起因す
る衝突による変形が防止される。これにより長期間の使
用に耐え得るようになる。

また浸ポＯン処理侵の冷却速度を従来より遅くしても、
ベーンの強度を高く維持することができる。このように
冷却速度を遅くすれば、ベーンの歪が一層防止され、仕
上加工の工数が削減されるとともにボロン硬化層の厚さ
が均一となりボロン硬化層の厚さも確保できる。さらに
収縮率の違いによるボロン硬化層のクラックの発生も防
止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベーン型圧縮機に用いられる一例のベ
ーンの部分斜視図、第２図は実施例で形成されたベーン
の断面の金属組織を示す顕微鏡写真、第３図は比較例で
形成されたベーンの断面の金属組織を示す顕微鏡写真、
第４図は試験方法を説明する説明図、第５図は内部硬度
と変形量の関係を示すグラフ、第６図および第７図は実
施例および従来例のベーン型圧縮機の断面図である。 １・・・シリンダ　　２．３・・・サイドプレート４・
・・ロータ　　　５・・・駆動軸　　６・・・ベーン６
０・・・基板　　　６１・・・ボロン硬化層特許出願人
　　株式会社豊田自動織機製作所第２図 第１図 度（Ｈｖ）

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、 前記ロータ及び前記シリンダはアルミニウム系材料から
   形成され、 前記ベーンは、０．７重量％以上の炭素を含有し大部分
   がパーライト組織の基板と、該基板の少なくとも一部表
   面に形成されたボロン硬化層と、より構成されているこ
   とを特徴とするベーン型圧縮機。