JPH081184B2 - 圧縮機 - Google Patents
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- JPH081184B2 JPH081184B2 JP62243723A JP24372387A JPH081184B2 JP H081184 B2 JPH081184 B2 JP H081184B2 JP 62243723 A JP62243723 A JP 62243723A JP 24372387 A JP24372387 A JP 24372387A JP H081184 B2 JPH081184 B2 JP H081184B2
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ルームエアコンや冷蔵庫などに用いる圧縮
機に係り、特に高性能、高信頼性の回転式圧縮機に好適
な耐摩耗性、経済性を具備した鉄系摺動部品の材料組合
わせの技術に関する。
機に係り、特に高性能、高信頼性の回転式圧縮機に好適
な耐摩耗性、経済性を具備した鉄系摺動部品の材料組合
わせの技術に関する。
ルームエアコンや冷蔵庫などに用いる圧縮機には、回
転式、レシプロ式、スクロール式、スクリュー式など多
種多様のものがあるが、ここでは代表例として回転式の
ものについて説明する。回転式圧縮機は、上部ベアリン
グと下部ベアリングにジャーナル軸受によって支持され
たクランクシャフトと、このクランクシャフトにより、
偏心回転されるローラとこのローラを収納するシリンダ
と、このシリンダに形成されたベーン溝内に摺動自在に
設けられたベーンとを備え、上記ベーンの先端部は、上
記ローラの外周部に摺動可能に接触されている。上記圧
縮機を構成する摺動部品は、フロンガスが溶解された冷
凍機油の潤滑条件下において、フロンガスの圧縮動作を
する。上記摺動部品は適当な潤滑条件および耐摩耗性が
必要とされることから、従来の圧縮機では、上部ベアリ
ング、下部ベアリングに片状黒鉛鋳鉄もしくは鉄系焼結
材、クランクシャフトには共晶黒鉛鋳鉄もしくは球状黒
鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄、ベーンには高速度鋼、シリンダ
には共晶黒鉛鋳鉄もしくは鉄系焼結材のいずれも鉄系摺
動部品より構成するのが一般的である。
転式、レシプロ式、スクロール式、スクリュー式など多
種多様のものがあるが、ここでは代表例として回転式の
ものについて説明する。回転式圧縮機は、上部ベアリン
グと下部ベアリングにジャーナル軸受によって支持され
たクランクシャフトと、このクランクシャフトにより、
偏心回転されるローラとこのローラを収納するシリンダ
と、このシリンダに形成されたベーン溝内に摺動自在に
設けられたベーンとを備え、上記ベーンの先端部は、上
記ローラの外周部に摺動可能に接触されている。上記圧
縮機を構成する摺動部品は、フロンガスが溶解された冷
凍機油の潤滑条件下において、フロンガスの圧縮動作を
する。上記摺動部品は適当な潤滑条件および耐摩耗性が
必要とされることから、従来の圧縮機では、上部ベアリ
ング、下部ベアリングに片状黒鉛鋳鉄もしくは鉄系焼結
材、クランクシャフトには共晶黒鉛鋳鉄もしくは球状黒
鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄、ベーンには高速度鋼、シリンダ
には共晶黒鉛鋳鉄もしくは鉄系焼結材のいずれも鉄系摺
動部品より構成するのが一般的である。
しかしながらこれらの構成部品の組合せでは、ルーム
エアコンや冷蔵庫などの高機能化指向に対応できる小形
高出力の回転数制御方式の圧縮機においては、フロンで
稀釈された低粘度冷凍機油の潤滑油膜の運転条件下で
は、高負荷低速運転や急速始動運転時に、油膜切れによ
る金属接触を伴う、いわゆる、境界潤滑領域が発生し、
摩擦係数や摩耗量の増大により、また、摩耗粉や製作時
の微小異物の侵入が油膜切れを加速して、圧縮機の機械
的性能と長期間にわたる信頼性を損なうことが懸念され
ている。
エアコンや冷蔵庫などの高機能化指向に対応できる小形
高出力の回転数制御方式の圧縮機においては、フロンで
稀釈された低粘度冷凍機油の潤滑油膜の運転条件下で
は、高負荷低速運転や急速始動運転時に、油膜切れによ
る金属接触を伴う、いわゆる、境界潤滑領域が発生し、
摩擦係数や摩耗量の増大により、また、摩耗粉や製作時
の微小異物の侵入が油膜切れを加速して、圧縮機の機械
的性能と長期間にわたる信頼性を損なうことが懸念され
ている。
このような問題を改善するための、摺動部品の耐摩耗
性強化を狙った従来例では、以下に述べる数例がある
が、それぞれ長所欠点があり、耐摩耗性と生産性を兼ね
備えた最適な材料組合せのものは見当らない。
性強化を狙った従来例では、以下に述べる数例がある
が、それぞれ長所欠点があり、耐摩耗性と生産性を兼ね
備えた最適な材料組合せのものは見当らない。
例えば、特公昭55-4958号は鋳鉄製シリンダとローラ
及びベーンの双方、もしくはいずれか一方を軟窒化処理
した鉄系焼結合金の組合わせとしたロータリー式コンプ
レッサーがあるが、鉄系焼結合金の多孔質材の軟窒化処
理では、空孔内部に優先的に窒化反応が進行する反面、
形状の変形が大きくなり寸法修正加工や塩浴の付着が除
去しずらいなどの問題があり、更には空孔と窒化物がノ
ッチ作用となるので疲労強度や機械的強度が低いという
ことから小形高出力の高性能圧縮機の駆動部品としては
不充分である。
及びベーンの双方、もしくはいずれか一方を軟窒化処理
した鉄系焼結合金の組合わせとしたロータリー式コンプ
レッサーがあるが、鉄系焼結合金の多孔質材の軟窒化処
理では、空孔内部に優先的に窒化反応が進行する反面、
形状の変形が大きくなり寸法修正加工や塩浴の付着が除
去しずらいなどの問題があり、更には空孔と窒化物がノ
ッチ作用となるので疲労強度や機械的強度が低いという
ことから小形高出力の高性能圧縮機の駆動部品としては
不充分である。
また特開昭60-73082号ではシリンダ内面が鉄系酸化物
を10〜40体積％含有する鉄系焼結合金で、ロータおよび
／またはベーンはマルテンサイトを焼戻すことにより生
成した基地中に金属炭化物及び金属酸化物が分散し、か
つ窒素が前記基地中に固溶している鉄系焼結合金で構成
されたことを特徴とし、更に合金成分として、鉄、クロ
ム、炭素、ニッケル、銅、モリブデンを規制し、全て焼
結材にすることを特徴としているが、小形高出力、高機
能、高性能の圧縮機のベーン材としては、機械的強度、
疲労強度の面で溶製材の従来材料に比べて前例と同様に
著しく劣るものである。
を10〜40体積％含有する鉄系焼結合金で、ロータおよび
／またはベーンはマルテンサイトを焼戻すことにより生
成した基地中に金属炭化物及び金属酸化物が分散し、か
つ窒素が前記基地中に固溶している鉄系焼結合金で構成
されたことを特徴とし、更に合金成分として、鉄、クロ
ム、炭素、ニッケル、銅、モリブデンを規制し、全て焼
結材にすることを特徴としているが、小形高出力、高機
能、高性能の圧縮機のベーン材としては、機械的強度、
疲労強度の面で溶製材の従来材料に比べて前例と同様に
著しく劣るものである。
一方特開昭62-13784号ではクランクシャフトにシアン
酸アルカリ金属塩を主体とする塩浴に浸漬して、硫化鉄
を含む窒化鉄の多孔質層、その下層に窒化鉄の合金属を
形成することを特徴とすることがあるが、毒性の高い塩
浴成分がクランクシャフトの中空部や油孔に入り洗浄残
りが発生しやすく、また鋳鉄中の黒鉛の中に浸透するの
で、処理後の吹出物として問題となるので洗浄を強化す
る工程を必要とし、更に洗浄した廃液を無公害化する処
理が必要となり、この工程が、生産性、経済的効果を著
しく悪くするものである。また、塩浴窒化処理をした場
合のクランクシャフトの面粗度は比較的大きくなるの
で、圧縮機構成部品のごとき、数ミクロンメータの寸法
精度管理を必要とする精密部品に対しては、処理後、寸
法を確保するための修正加工を必要とする欠点があっ
た。フロンと冷凍機油の共存下における摺動部材の組合
せにおける熱安定性に対しては浸硫窒化層の硫化鉄成分
がフロンの分解生成物である塩酸と反応して溶解する作
用があるので、高温度での使用環境条件を必要とする用
途には適さないという難点があった。
酸アルカリ金属塩を主体とする塩浴に浸漬して、硫化鉄
を含む窒化鉄の多孔質層、その下層に窒化鉄の合金属を
形成することを特徴とすることがあるが、毒性の高い塩
浴成分がクランクシャフトの中空部や油孔に入り洗浄残
りが発生しやすく、また鋳鉄中の黒鉛の中に浸透するの
で、処理後の吹出物として問題となるので洗浄を強化す
る工程を必要とし、更に洗浄した廃液を無公害化する処
理が必要となり、この工程が、生産性、経済的効果を著
しく悪くするものである。また、塩浴窒化処理をした場
合のクランクシャフトの面粗度は比較的大きくなるの
で、圧縮機構成部品のごとき、数ミクロンメータの寸法
精度管理を必要とする精密部品に対しては、処理後、寸
法を確保するための修正加工を必要とする欠点があっ
た。フロンと冷凍機油の共存下における摺動部材の組合
せにおける熱安定性に対しては浸硫窒化層の硫化鉄成分
がフロンの分解生成物である塩酸と反応して溶解する作
用があるので、高温度での使用環境条件を必要とする用
途には適さないという難点があった。
以上のことから、小形、高出力の高性能圧縮機に対し
て、十分な性能を有している摺動部材の最適組合せのも
のは見当らなかった。
て、十分な性能を有している摺動部材の最適組合せのも
のは見当らなかった。
上記従来技術は、小形高出力の高性能圧縮機を駆動さ
せる高強度の摺動部品に対して、十分な機械的強度、フ
ロンで稀釈された低粘度の冷凍機油による境界潤滑条件
において、十分な保油性、なじみ性、耐摩耗性と、付着
した塩浴成分の洗浄の問題、寸法仕上げ加工などの複雑
な後工程に対する生産効率などの全てを満足させる点に
おける配慮がされておらず、フロンを使用する圧縮機と
しては小形高性能化に対する摺動材料の高強度化、圧縮
機の機械損失や容積効率などの機械的性能の強化、長期
間の運転における信頼性の向上および生産コストなどに
問題があった。
せる高強度の摺動部品に対して、十分な機械的強度、フ
ロンで稀釈された低粘度の冷凍機油による境界潤滑条件
において、十分な保油性、なじみ性、耐摩耗性と、付着
した塩浴成分の洗浄の問題、寸法仕上げ加工などの複雑
な後工程に対する生産効率などの全てを満足させる点に
おける配慮がされておらず、フロンを使用する圧縮機と
しては小形高性能化に対する摺動材料の高強度化、圧縮
機の機械損失や容積効率などの機械的性能の強化、長期
間の運転における信頼性の向上および生産コストなどに
問題があった。
本発明の目的は、充分な摺動材料の強度と経済的特性
を有する従来の溶製材の鋼や鋳鉄の鉄系摺動部品の表層
に、アンモニアガス、空気、水蒸気により、多孔質の酸
化鉄被膜と酸窒化層を形成して、上記の諸問題を解決
し、圧縮機の小形高性能化、機械的性能の向上、長期間
の信頼性の向上、生産性効果の拡大を図ることにある。
を有する従来の溶製材の鋼や鋳鉄の鉄系摺動部品の表層
に、アンモニアガス、空気、水蒸気により、多孔質の酸
化鉄被膜と酸窒化層を形成して、上記の諸問題を解決
し、圧縮機の小形高性能化、機械的性能の向上、長期間
の信頼性の向上、生産性効果の拡大を図ることにある。
上記目的は、圧縮機を構成する片状黒鉛鋳鉄、共晶黒
鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、高速度鋼などの従来の溶製鉄系
摺動材で作られたクランクシャフト、ローラ、ベーンな
どを、アンモニアガスと0.5〜５％空気を有する混合ガ
ス中で、450〜650℃で酸窒化処理して、先ず、表層に粒
状の窒化鉄と酸化鉄を混在する酸窒化層を一様に形成
し、更に300〜800℃のスチーム処理を施してこの粒状の
酸化鉄部分を膨張させることにより、圧縮機の苛酷な潤
滑条件に十分対応できる網目状多孔質の化学的に安定な
四三酸化鉄被膜を0.1〜10μｍの厚みに形成することに
より、達成される。
鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、高速度鋼などの従来の溶製鉄系
摺動材で作られたクランクシャフト、ローラ、ベーンな
どを、アンモニアガスと0.5〜５％空気を有する混合ガ
ス中で、450〜650℃で酸窒化処理して、先ず、表層に粒
状の窒化鉄と酸化鉄を混在する酸窒化層を一様に形成
し、更に300〜800℃のスチーム処理を施してこの粒状の
酸化鉄部分を膨張させることにより、圧縮機の苛酷な潤
滑条件に十分対応できる網目状多孔質の化学的に安定な
四三酸化鉄被膜を0.1〜10μｍの厚みに形成することに
より、達成される。
特に表層部に薄く、一様に処理するためには、空孔を
もたない緻密な溶製材やこれと同等の密度を有する液相
焼結材を使用することが得策で、多孔質の基地の鉄系焼
結金属では、むしろ、内部にまで拡散浸透して、内部歪
を発生し、機械的強度の低下や面粗度や寸法精度の低下
をきたす原因となるので好ましくなく、巣や空孔の欠陥
部を実質的には５％以下にする必要がある。
もたない緻密な溶製材やこれと同等の密度を有する液相
焼結材を使用することが得策で、多孔質の基地の鉄系焼
結金属では、むしろ、内部にまで拡散浸透して、内部歪
を発生し、機械的強度の低下や面粗度や寸法精度の低下
をきたす原因となるので好ましくなく、巣や空孔の欠陥
部を実質的には５％以下にする必要がある。
圧縮機摺動部品の最表面に形成させた多孔質の酸化鉄
被膜と下層の酸窒化層は、相手側の鉄系摺動部材に対し
て次のような動作をする。
被膜と下層の酸窒化層は、相手側の鉄系摺動部材に対し
て次のような動作をする。
（１）苛酷な境界潤滑条件において、フロンを溶解した
低粘度の冷凍機油が多孔質層に保持され、また浸透作用
により油膜切れの回復作用が速く、油膜保持能力にすぐ
れる。
低粘度の冷凍機油が多孔質層に保持され、また浸透作用
により油膜切れの回復作用が速く、油膜保持能力にすぐ
れる。
（２）相手摺動面の形状にならって塑性流動して、良く
なじんで密着しやすいので、真の摺動面圧を軽減する作
用がある。
なじんで密着しやすいので、真の摺動面圧を軽減する作
用がある。
（３）四三酸化鉄を主体とする酸化鉄被膜は相手側の鉄
素地に対して、固溶や拡散を起しにくい特質を有するこ
とから、摩擦面における非凝着性、非焼付性の効果が得
られる。
素地に対して、固溶や拡散を起しにくい特質を有するこ
とから、摩擦面における非凝着性、非焼付性の効果が得
られる。
（４）四三酸化鉄は化学的に安定なので、高温運転条件
においても、冷凍機油の劣化を抑制する。また腐食摩耗
を起し難い。
においても、冷凍機油の劣化を抑制する。また腐食摩耗
を起し難い。
（５）下層の硬質酸窒化層は鋳鉄においては鉄と窒素と
酸素の合金層を、高速度鋼においては窒化鉄を分散した
窒素拡散層を形成し、いずれも硬質で、多孔質の酸化鉄
との密着性、亀裂防止作用として働く。金属接触時の摩
耗粉や組立て時に侵入する微小硬質異物が摺動面間に混
入した場合にも、無処理の相手側摺動部品の鉄素地面に
埋設させるので酸化鉄被膜の損傷を最少限に抑える効果
がある。
酸素の合金層を、高速度鋼においては窒化鉄を分散した
窒素拡散層を形成し、いずれも硬質で、多孔質の酸化鉄
との密着性、亀裂防止作用として働く。金属接触時の摩
耗粉や組立て時に侵入する微小硬質異物が摺動面間に混
入した場合にも、無処理の相手側摺動部品の鉄素地面に
埋設させるので酸化鉄被膜の損傷を最少限に抑える効果
がある。
上記理由により、圧縮機の苛酷な境界潤滑条件下にお
いても、摺動材間の焼付性、凝着性、耐摩耗性、摩擦係
数を著しく改善する能力があるので、圧縮機としての機
械的性能と長期間の信頼性を高めることが可能となる。
いても、摺動材間の焼付性、凝着性、耐摩耗性、摩擦係
数を著しく改善する能力があるので、圧縮機としての機
械的性能と長期間の信頼性を高めることが可能となる。
また、本発明の表面改質法は、従来の安価な溶製材を
そのまま活用でき、処理層の薄層化により表面粗度、形
状寸法の変化を小さく抑え、寸法修正加工や塩浴のごと
き、洗浄や無公害化工程の省略がはかれるので、生産性
が向上し、部品単価、しいては圧縮機の生産コストの経
済的効果をもたらす。これらの効果はフロンを使用する
圧縮機のうち、駆動系鉄系摺動部材、特に高速度鋼に使
用したベーン、共晶黒鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄、または球
状黒鉛鋳鉄などで構成するローラやクランクシャフトに
本発明の表面処理を施し、固定系の鉄系焼結材または鋳
鉄性の上ベアリングおよび下ベアリングと組合せた場合
に、大きな改善効果が得られる。
そのまま活用でき、処理層の薄層化により表面粗度、形
状寸法の変化を小さく抑え、寸法修正加工や塩浴のごと
き、洗浄や無公害化工程の省略がはかれるので、生産性
が向上し、部品単価、しいては圧縮機の生産コストの経
済的効果をもたらす。これらの効果はフロンを使用する
圧縮機のうち、駆動系鉄系摺動部材、特に高速度鋼に使
用したベーン、共晶黒鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄、または球
状黒鉛鋳鉄などで構成するローラやクランクシャフトに
本発明の表面処理を施し、固定系の鉄系焼結材または鋳
鉄性の上ベアリングおよび下ベアリングと組合せた場合
に、大きな改善効果が得られる。
以下、本発明の一実施例を第１図乃至第９図により説
明する。本発明が適用される回転式圧縮機を、その縦断
面図の第２図および横断面図の第３図により説明する。
図中１は密閉容器、２はクランクシャフト、３は電動機
部、４は圧縮機部である。
明する。本発明が適用される回転式圧縮機を、その縦断
面図の第２図および横断面図の第３図により説明する。
図中１は密閉容器、２はクランクシャフト、３は電動機
部、４は圧縮機部である。
圧縮機部４は第２図に示すごとくシリンダ５、上部ベ
アリング６、下部ベアリング７、ローラ８、クランクシ
ャフトのピン部９およびベーン10より構成される。上記
クランクシャフト２は上部ベアリング６と下部ベアリン
グ７により、ジャーナル軸受支持され、クランクシャフ
トピン部はジャーナル軸受の摺動により、ローラ８に偏
心回転を与える。ローラ８を収納するシリンダ５に形成
されたベーン溝11と先端部が上記ローラ８の外周面にそ
れぞれ摺動可能に接触させたベーン10が一方向、または
往復のスラスト軸受摺動する構造となっている。
アリング６、下部ベアリング７、ローラ８、クランクシ
ャフトのピン部９およびベーン10より構成される。上記
クランクシャフト２は上部ベアリング６と下部ベアリン
グ７により、ジャーナル軸受支持され、クランクシャフ
トピン部はジャーナル軸受の摺動により、ローラ８に偏
心回転を与える。ローラ８を収納するシリンダ５に形成
されたベーン溝11と先端部が上記ローラ８の外周面にそ
れぞれ摺動可能に接触させたベーン10が一方向、または
往復のスラスト軸受摺動する構造となっている。
これらの摺動部品は近年のルームエアコンや冷蔵庫に
おける小形化、高機能化に応じて、回転数制御方式とな
り、低速から高速の広範囲領域で運転される。特にクラ
ンクシャフトのピン部９とローラ８、シリンダ５のベー
ンスロット部11とベーン10、ベーンの先端10aとローラ
８の組合せにおいて、境界潤滑に伴う問題を発生しやす
い。従来の鋼や鋳鉄よりなる鉄系摺動部品では保油性、
なじみ性を伴う耐摩耗性に乏しく、また従来の表面処理
例では素材の機械的強度特性、耐摩耗性、生産性等の効
果が乏しく現実性がないという問題に対して、本発明の
圧縮機は従来材料の緻密で機械的特性のすぐれた溶製材
よりなる鉄系摺動部品の最表面に数ミクロンメータの四
三酸化鉄を主体とする多孔質の酸化鉄被膜とその下層に
硬質の酸窒化層を形成させることが、境界潤滑条件にお
いても、油膜切れを改善する効果が大であり、以下述べ
ることにより確実である。本発明の表層断面構造を第１
図を用いて説明する。
おける小形化、高機能化に応じて、回転数制御方式とな
り、低速から高速の広範囲領域で運転される。特にクラ
ンクシャフトのピン部９とローラ８、シリンダ５のベー
ンスロット部11とベーン10、ベーンの先端10aとローラ
８の組合せにおいて、境界潤滑に伴う問題を発生しやす
い。従来の鋼や鋳鉄よりなる鉄系摺動部品では保油性、
なじみ性を伴う耐摩耗性に乏しく、また従来の表面処理
例では素材の機械的強度特性、耐摩耗性、生産性等の効
果が乏しく現実性がないという問題に対して、本発明の
圧縮機は従来材料の緻密で機械的特性のすぐれた溶製材
よりなる鉄系摺動部品の最表面に数ミクロンメータの四
三酸化鉄を主体とする多孔質の酸化鉄被膜とその下層に
硬質の酸窒化層を形成させることが、境界潤滑条件にお
いても、油膜切れを改善する効果が大であり、以下述べ
ることにより確実である。本発明の表層断面構造を第１
図を用いて説明する。
下地の硬質の酸窒化層22は溶製の鋼もしくは鋳鉄を摺
動部品形状に精密加工した後、0.1〜５％の空気を含む
アンモニアガス中で、450〜650℃の温度で処理すること
により、窒化と酸化が混在する硬質の酸窒化被膜を形成
させ、更に最表面はスチーム処理により、温度を400〜8
00℃に管理することにより、網目状多孔質の四三酸化鉄
を主体とする酸化鉄膜21を***形成することができる。
素地24との界面には窒素の拡散層23が生成する。
動部品形状に精密加工した後、0.1〜５％の空気を含む
アンモニアガス中で、450〜650℃の温度で処理すること
により、窒化と酸化が混在する硬質の酸窒化被膜を形成
させ、更に最表面はスチーム処理により、温度を400〜8
00℃に管理することにより、網目状多孔質の四三酸化鉄
を主体とする酸化鉄膜21を***形成することができる。
素地24との界面には窒素の拡散層23が生成する。
ここではまず始めに代表的実施例として従来材料の溶
製高速度鋼SKH51について説明する。SKH51溶製材をJIS
の標準の熱処理によって焼人、焼戻しにより調質したベ
ーンを空気４％を含むアンモニアガス中で、540℃、40
分間処理すると、第４図の断面のＸ線分析および第６図
の表層Ｘ線回折像により明らかなように、表層に粒状の
酸化鉄を含む酸窒化物を生成し、更に450℃のスチーム
中にて30分間処理すると、粒状酸化鉄が膨張して、第５
図の表面写真に示すごとく網目状多孔質の四三酸化鉄を
形成することが、第７図のＸ線分析および第８図のＸ線
回折像より容易に確認できる。ここに生ずる四三酸化鉄
を主体とする酸化鉄膜の強度はマイクロビッカース硬さ
で表わすとHMV300〜600、下層の酸窒化層はHMV600〜130
0と高く、相手側となる無処理の鉄系摺動部材の硬さHMV
300以下に対して、十分な強度を有している。なお、圧
縮機のごとく、同一摺動面をくり返し摺動する場合にお
いては、初期的に相手摺動面の形状に合せて、塑性流動
して、また微小な硬質異物に対しては相手側に埋設させ
て、真の密着状態となり、摺動面圧を軽減するいわゆる
初期なじみ性を示すことが判る。
製高速度鋼SKH51について説明する。SKH51溶製材をJIS
の標準の熱処理によって焼人、焼戻しにより調質したベ
ーンを空気４％を含むアンモニアガス中で、540℃、40
分間処理すると、第４図の断面のＸ線分析および第６図
の表層Ｘ線回折像により明らかなように、表層に粒状の
酸化鉄を含む酸窒化物を生成し、更に450℃のスチーム
中にて30分間処理すると、粒状酸化鉄が膨張して、第５
図の表面写真に示すごとく網目状多孔質の四三酸化鉄を
形成することが、第７図のＸ線分析および第８図のＸ線
回折像より容易に確認できる。ここに生ずる四三酸化鉄
を主体とする酸化鉄膜の強度はマイクロビッカース硬さ
で表わすとHMV300〜600、下層の酸窒化層はHMV600〜130
0と高く、相手側となる無処理の鉄系摺動部材の硬さHMV
300以下に対して、十分な強度を有している。なお、圧
縮機のごとく、同一摺動面をくり返し摺動する場合にお
いては、初期的に相手摺動面の形状に合せて、塑性流動
して、また微小な硬質異物に対しては相手側に埋設させ
て、真の密着状態となり、摺動面圧を軽減するいわゆる
初期なじみ性を示すことが判る。
同様にしてクランクシャフト材共晶黒鉛鋳鉄FCE20に
ついて酸窒化処理後スチーム処理を行った場合の表面形
状を第９図に示す。ここでも多孔質の酸化鉄被膜が得ら
れ、フロン113を70％、ナフテン系鉱油を30％の混合液
中で、垂直に立て、液の浸透高さを比較すると、無処理
品に比べて、毛細管作用によって、30〜50％高く浸透す
る。即ち、多孔質部分が油膜を保持し、また油切れをお
こしても、速やかに油膜を回復させる能力を示すもの
で、耐摩耗性、凝着性、焼付性を改善する効果がある。
ついて酸窒化処理後スチーム処理を行った場合の表面形
状を第９図に示す。ここでも多孔質の酸化鉄被膜が得ら
れ、フロン113を70％、ナフテン系鉱油を30％の混合液
中で、垂直に立て、液の浸透高さを比較すると、無処理
品に比べて、毛細管作用によって、30〜50％高く浸透す
る。即ち、多孔質部分が油膜を保持し、また油切れをお
こしても、速やかに油膜を回復させる能力を示すもの
で、耐摩耗性、凝着性、焼付性を改善する効果がある。
また表面に形成した四三酸化鉄は相手の鉄系摺動部に
対して、固溶体や拡散性を持たないので凝着や焼付現象
をおこしにくい特質を有している。また化学的に安定
で、耐食性、耐油冷媒性、即ち高温に曝される摩擦摺動
面において、被膜が安定である。
対して、固溶体や拡散性を持たないので凝着や焼付現象
をおこしにくい特質を有している。また化学的に安定
で、耐食性、耐油冷媒性、即ち高温に曝される摩擦摺動
面において、被膜が安定である。
以下、圧縮機の鉄系摺動部品の表面に施した多孔質の
網目状の四三酸化鉄被膜と酸窒化層の組合せ処理品の耐
摩耗性に関する実用特性を、無処理品の従来例と対比し
て掲げた第１表により説明する。
網目状の四三酸化鉄被膜と酸窒化層の組合せ処理品の耐
摩耗性に関する実用特性を、無処理品の従来例と対比し
て掲げた第１表により説明する。
ここでの耐摩耗性実用評価は回転式圧縮機の実用条件
に近似させるために、フロン12CCl2F2やフロン22CHClF2
と同様な特性を有するフロン113C2Cl3F3を溶解して低粘
度化したナフテン系冷凍機油中で、周速5.7m/s、荷重75
kgf/cm2の条件で、強制的に境界潤滑とした鈴木式摩耗
試機により実験し、円筒状試験片の摩耗量、摩擦係数、
摩擦面の形態により判定したものである。
に近似させるために、フロン12CCl2F2やフロン22CHClF2
と同様な特性を有するフロン113C2Cl3F3を溶解して低粘
度化したナフテン系冷凍機油中で、周速5.7m/s、荷重75
kgf/cm2の条件で、強制的に境界潤滑とした鈴木式摩耗
試機により実験し、円筒状試験片の摩耗量、摩擦係数、
摩擦面の形態により判定したものである。
実施例１のベース材の高速度鋼SKH51の酸窒化スチー
ム処理材とシリンダ材の共晶黒鉛鋳鉄FCE20の組合せに
おいては、従来例１の未処理組合せ材に比べて、ベーン
の摩耗量が無処理品の1/2、摩擦係数が1/6、シリンダ側
の摩耗量においては、1/100となり、摩耗の形態も凝着
形から正常のアブレシブ摩耗に改善でき、耐摩耗性を大
巾に向上できることを示すものである。これは前述した
多孔質網目状酸化鉄被膜と酸窒化層の保油性、なじみ
性、非凝着性、非焼付性の特質により、軟質（HMV約20
0）のシリンダ共晶黒鉛鋳鉄FCE20の耐摩耗性を大巾に改
善したものである。
ム処理材とシリンダ材の共晶黒鉛鋳鉄FCE20の組合せに
おいては、従来例１の未処理組合せ材に比べて、ベーン
の摩耗量が無処理品の1/2、摩擦係数が1/6、シリンダ側
の摩耗量においては、1/100となり、摩耗の形態も凝着
形から正常のアブレシブ摩耗に改善でき、耐摩耗性を大
巾に向上できることを示すものである。これは前述した
多孔質網目状酸化鉄被膜と酸窒化層の保油性、なじみ
性、非凝着性、非焼付性の特質により、軟質（HMV約20
0）のシリンダ共晶黒鉛鋳鉄FCE20の耐摩耗性を大巾に改
善したものである。
次に、実施例２のベーン材高速度鋼SKH51の酸窒化ス
チーム処理材とローラ共晶黒鉛鋳鉄FCC25調質材の組合
せにおいても、従来例２の無処理材の組合せに比べて、
ローラ材の摩耗を1/100、摩擦係数を1/4に軽減し、摩耗
形態中凝着から正常なアブレシブへと改善されている。
これも前述例と同様な理由による改善効果である。
チーム処理材とローラ共晶黒鉛鋳鉄FCC25調質材の組合
せにおいても、従来例２の無処理材の組合せに比べて、
ローラ材の摩耗を1/100、摩擦係数を1/4に軽減し、摩耗
形態中凝着から正常なアブレシブへと改善されている。
これも前述例と同様な理由による改善効果である。
次にクランクシャフト共晶黒鉛鋳鉄FCE20と代表的ジ
ャーナル軸受を構成するローラFCC25調質材の組合せに
ついては実施例３に示すごとく、従来例３のリン酸マン
ガン処理品に比べてシャフト材の摩耗量が1/100に軽減
できた。一方比較例Ａの溶流窒化処理品に比べて、多孔
質層の脱落が少なく、初期摩耗量として1/2の値におさ
まることがわかった。
ャーナル軸受を構成するローラFCC25調質材の組合せに
ついては実施例３に示すごとく、従来例３のリン酸マン
ガン処理品に比べてシャフト材の摩耗量が1/100に軽減
できた。一方比較例Ａの溶流窒化処理品に比べて、多孔
質層の脱落が少なく、初期摩耗量として1/2の値におさ
まることがわかった。
このように多孔質の酸化鉄被膜と酸窒化処理品が摩耗
量と摩擦係数において、飛躍的に改善した理由として、
フロン溶解の低粘度潤滑油が多孔質酸化鉄被膜に吸着し
て保油性、なじみ性を発揮し、油膜切れによる摺動面の
凝着性、焼付性を防止し、更に微量の摩耗粉や硬質微細
異物の混入に対して、十分な硬度を有する酸窒化層の機
械的強度と、素地および酸化鉄被膜への密着性が多孔質
酸化鉄被膜の損傷を防いでいることがわかる。
量と摩擦係数において、飛躍的に改善した理由として、
フロン溶解の低粘度潤滑油が多孔質酸化鉄被膜に吸着し
て保油性、なじみ性を発揮し、油膜切れによる摺動面の
凝着性、焼付性を防止し、更に微量の摩耗粉や硬質微細
異物の混入に対して、十分な硬度を有する酸窒化層の機
械的強度と、素地および酸化鉄被膜への密着性が多孔質
酸化鉄被膜の損傷を防いでいることがわかる。
また、寸法安定性に関しては面粗度をRmax0.5μｍに
仕上げた高速度鋼を浸硫窒化処理と酸窒化処理を同時間
処理した結果、面粗度は前者がRmax2.5μｍ、後者がRma
x1.0μｍとなり、酸窒化処理の方が面粗度が少なく、寸
法修正の後加工無しでそのまま実用できることがわかっ
た。即ち、後工程の省略により、経済的効果を図ること
ができる。
仕上げた高速度鋼を浸硫窒化処理と酸窒化処理を同時間
処理した結果、面粗度は前者がRmax2.5μｍ、後者がRma
x1.0μｍとなり、酸窒化処理の方が面粗度が少なく、寸
法修正の後加工無しでそのまま実用できることがわかっ
た。即ち、後工程の省略により、経済的効果を図ること
ができる。
次に、酸窒化処理品とスチーム処理被膜品のフロン12
とナフテン系冷凍機油の熱安定性を評価すると第２表の
ごとくなる。即ち、酸窒化処理後スチーム処理を施した
ものは、無処理品および浸硫窒化処理品に比べて、油の
色相の変化、冷媒の分解率を抑制する効果があり、高温
時での使用に対して、信頼性の高いことを示すものであ
る。
とナフテン系冷凍機油の熱安定性を評価すると第２表の
ごとくなる。即ち、酸窒化処理後スチーム処理を施した
ものは、無処理品および浸硫窒化処理品に比べて、油の
色相の変化、冷媒の分解率を抑制する効果があり、高温
時での使用に対して、信頼性の高いことを示すものであ
る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、圧縮機を構成する鉄系摺動部品の表
面に、多孔質の酸化鉄被膜とその下層に素地との密着性
のよい硬質酸窒化層を形成することが容易にできるの
で、フロンにより稀釈されて低粘度化した潤滑油膜切れ
の状態や異物混入等における異常運転においても、油膜
の保持性、浸透性や酸化鉄の非凝着性、非焼付性の特性
等により、摩擦係数を1/4〜1/6に、摩耗量を1/100以下
に軽減する効果が大きく、圧縮機としての機械的性能お
よび長期間運転における信頼性を著しく改善する効果が
ある。
面に、多孔質の酸化鉄被膜とその下層に素地との密着性
のよい硬質酸窒化層を形成することが容易にできるの
で、フロンにより稀釈されて低粘度化した潤滑油膜切れ
の状態や異物混入等における異常運転においても、油膜
の保持性、浸透性や酸化鉄の非凝着性、非焼付性の特性
等により、摩擦係数を1/4〜1/6に、摩耗量を1/100以下
に軽減する効果が大きく、圧縮機としての機械的性能お
よび長期間運転における信頼性を著しく改善する効果が
ある。
また本発明の表面処理は従来の安価な溶製鉄系摺動部
品の表面に簡単な方法で処理でき、塩浴を用いる軟窒化
や浸硫窒化でみられるような残塩の洗浄工程や無公害化
処理、更に寸法修正加工の工程を省略できるので、生産
性を向上し、経済的効果が得られる。
品の表面に簡単な方法で処理でき、塩浴を用いる軟窒化
や浸硫窒化でみられるような残塩の洗浄工程や無公害化
処理、更に寸法修正加工の工程を省略できるので、生産
性を向上し、経済的効果が得られる。
本発明の効果はフロンを圧縮するレシプロ式圧縮機、
回転式圧縮機、スクロール式圧縮機、スクリュー式圧縮
機、斜板式圧縮機などを構成する全ての圧縮機の鉄系摺
動部品の組合せの一方もしくは双方に適用することによ
り、同様の効果を得ることが可能である。
回転式圧縮機、スクロール式圧縮機、スクリュー式圧縮
機、斜板式圧縮機などを構成する全ての圧縮機の鉄系摺
動部品の組合せの一方もしくは双方に適用することによ
り、同様の効果を得ることが可能である。
第１図は本発明の多孔質酸化鉄被膜と酸窒化層の断面説
明図、第２図は回転式フロン圧縮機の縦断面図、第３図
は第２図の圧縮機構部のＡ−Ａ線断面図、第４図は酸窒
化処理品の断面Ｘ線分析図、第５図は酸窒化後スチーム
処理品の表面の金属組織を電子顕微鏡で4000倍に拡大し
て撮影した図面代用写真、第６図は第５図試料の断面Ｘ
線回折図、第７図は第５図の試料断面のＸ線分析結果、
第８図は第５図の表面のＸ線回折図、第９図は共晶黒鉛
鋳鉄に酸窒化処理後スチーム処理品の表面の金属組織を
電子顕微鏡で4000倍に拡大して撮影した図面代用写真で
ある。 １……密閉容器、２……クランクシャフト、３……電動
機部、４……圧縮機部、５……シリンダ、６……上部ベ
アリング、７……下部ベアリング、８……ローラ、９…
…クランクピン部、10……ベーン、10a……ベーン先端
部、11……ベーン溝、21……多孔質酸化鉄被膜、22……
硬質酸窒化層、23……窒素の拡散層、24……素地。
明図、第２図は回転式フロン圧縮機の縦断面図、第３図
は第２図の圧縮機構部のＡ−Ａ線断面図、第４図は酸窒
化処理品の断面Ｘ線分析図、第５図は酸窒化後スチーム
処理品の表面の金属組織を電子顕微鏡で4000倍に拡大し
て撮影した図面代用写真、第６図は第５図試料の断面Ｘ
線回折図、第７図は第５図の試料断面のＸ線分析結果、
第８図は第５図の表面のＸ線回折図、第９図は共晶黒鉛
鋳鉄に酸窒化処理後スチーム処理品の表面の金属組織を
電子顕微鏡で4000倍に拡大して撮影した図面代用写真で
ある。 １……密閉容器、２……クランクシャフト、３……電動
機部、４……圧縮機部、５……シリンダ、６……上部ベ
アリング、７……下部ベアリング、８……ローラ、９…
…クランクピン部、10……ベーン、10a……ベーン先端
部、11……ベーン溝、21……多孔質酸化鉄被膜、22……
硬質酸窒化層、23……窒素の拡散層、24……素地。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上妻 康夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中川 雄策 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】上部ベアリング、下部ベアリングに摺動支
持されたクランクシャフトにより偏心回転するローラを
収納するシリンダと、該シリンダに形成されたベーン溝
に収納され、先端部を上記ローラの外周面に摺接させた
ベーンとからなる回転式フロン圧縮機において、上記ク
ランクシャフト、ローラ、ベーン、シリンダ、上部ベア
リング、下部ベアリングの鉄系構成部品のうち、相対す
る摺動部品の一方もしくは双方の摺動面に四三酸化鉄を
主成分とする多孔質の酸化鉄被膜とその下層に酸窒化層
が形成されてなることを特徴とする圧縮機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62243723A JPH081184B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 圧縮機 |
| US07/340,289 US4944663A (en) | 1987-09-30 | 1989-04-19 | Rotary compressor having oxidizing and nitriding surface treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62243723A JPH081184B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 圧縮機 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8347130A Division JP2842421B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 圧縮機の鉄系摺動部品及びこれの表面処理方法と圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6487893A JPS6487893A (en) | 1989-03-31 |
| JPH081184B2 true JPH081184B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=17108033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62243723A Expired - Fee Related JPH081184B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 圧縮機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4944663A (ja) |
| JP (1) | JPH081184B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2818207B2 (ja) * | 1989-08-04 | 1998-10-30 | 株式会社日立製作所 | 回転機およびその回転機を用いた冷凍装置 |
| US5273410A (en) * | 1989-12-28 | 1993-12-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compressor exhibiting an iron sulfide wear surface |
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| JP3026595B2 (ja) * | 1990-11-20 | 2000-03-27 | 大同ほくさん株式会社 | モータ回転軸およびその製法 |
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| KR102206103B1 (ko) * | 2019-06-26 | 2021-01-21 | 엘지전자 주식회사 | 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기 |
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-
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-
1989
- 1989-04-19 US US07/340,289 patent/US4944663A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4944663A (en) | 1990-07-31 |
| JPS6487893A (en) | 1989-03-31 |
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