(57)【要約】【課題】本発明は、より過酷な運転条件下で十分な耐摩耗性を有するベーン、ローラ、シリンダ材を備えたロータリ圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】ベーンを高速度鋼または合金工具鋼で表面ガス窒化あるいは浸硫窒化処理されたものとし、ローラをＣｒが０．０７〜０．２０％、Ｍｏが０．２０〜０．４０％、Ｃｕが０．４０〜０．８０％、Ｂが０．１０％以下の普通鋳鉄に焼入れ焼戻し処理を施し、基地をマルテンサイトとし、合金による炭化物が基地中に析出したもので、硬さがＨＲＣ４５以上５５以下の材料とし、シリンダを合金元素を添加した片状黒鉛、あるいは金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成したものとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとクランクシャフトにより前記シリンダ内で偏心して回転するローラと、前記シリンダに半径方向に形成した溝に出没可能に挿入された前記ローラと摺接するベーンとを備えたロータリ圧縮機において、前記ベーンが高速度鋼（ＳＫＨ５１）もしくは合金工具鋼（ＳＫＤ６１）で表面がガス窒化あるいは浸硫窒化処理され、前記ローラが普通鋳鉄にクロム（Ｃｒ）が０．０７〜０．２０％、モリブデン（Ｍｏ）が０．２０〜０．４０％、銅（Ｃｕ）が０．４０〜０．８０％、ボロン（Ｂ）が０．１０％以下の連鋳棒で、焼入れ焼戻し処理を施し、基地をマルテンサイトとし合金による炭化物が基地中に析出したもので、硬さがＨＲＣ４５以上５５以下の材料とし、前記シリンダが合金元素を添加した片状黒鉛、あるいは金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記ベーンは、高速度鋼（ＳＫＨ５１）もしくは合金工具鋼（ＳＫＤ６１）で表面がガス窒化あるいは浸硫窒化処理されたものであり、さらにベーン先端部にセラミックコーティングを施したことを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記シリンダが、基地のほとんどがパーライトである片状黒鉛を晶出したＦＣ２５０〜ＦＣ３００相当の砂型鋳鉄、あるいはＮｉ０．１〜０．４％、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加したＭｏＮｉＣｒ鋳鉄、あるいはＣｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加したＭｏＣｒ鋳鉄、あるいはＣｒ０．２〜１．０％、Ｃｕ０．５〜１．０％の合金を元素を添加したＣｒ鋳鉄である片状黒鉛、あるいは金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
冷媒がＨＦＣで、冷凍機油がエステル油あるいはエーテル油を使用し、ならびに冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱油を使用したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに１項に記載のロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用および家庭用の冷凍空調に使用されるロータリ冷媒圧縮機のメカ材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータリ圧縮機は、ローラがシリンダ内を偏心回転し、ベーンがシリンダ内に半径方向に形成されたベーン溝内に挿入され摺動自在に保持され、ベーンの先端部がローラの外周面に摺接している。  
【０００３】
図３および図４は、従来知られたロータリ圧縮機で、シリンダ１１０と、クランクシャフト１０８により前記シリンダ１１０内で偏心して回転するローラ１１２と、前記シリンダ１１０に半径方向に形成した貫通溝１１９に出没可能に挿入された前記ローラ１１２と摺接するベーン１１４とを備えたロータリ圧縮機である。
【０００４】
前記ベーンは従来高速度鋼（ハイスＳＫＨ５１）もしくは高速度鋼に窒化処理をしたもの、またはハイス成分の粉末からなる焼結部品が使用され、前記シリンダは砂型鋳造の片状黒鉛鋳鉄、または金型あるいは砂型鋳造による共晶黒鉛鋳鉄が使用されており、また前記ローラは、砂型鋳造による合金鋳鉄が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
近年、冷凍空調に使用される圧縮機は、その使用環境もより厳しい条件で使用されるようになり、また冷媒もオゾン層の破壊等の環境問題のため、従来の塩素を含むものから分子内に塩素を含まないものになり、ロータリ圧縮機のメカの摺動条件はより過酷なものとなり、メカ材料の耐摩耗性の向上が要望されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０１３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、近年はベーン、ローラ、シリンダの摺動条件が厳しくなり、またＨＣＦＣからＨＦＣ代替冷媒に変わる中で、より耐摩耗性のよい材料の組合せが要求されるようになってきた。従来のベーンに使用したＳＫＨを含む特殊鋼、鉄系焼結材等の単独材料では耐摩耗性が不十分である。また従来のローラに使用した特殊鋳鉄、鉄系焼結等の単独材料でも耐摩耗性は十分なものとはいえない。さらに従来のシリンダに使用されている片状黒鉛鋳鉄あるいは共晶黒鉛鋳鉄でも耐摩耗性は不十分であった。このため、より過酷な運転条件下で、十分な耐摩耗性を有するベーン、ローラ、シリンダ材の開発が必要となってきている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するために、シリンダと、クランクシャフトにより前記シリンダ内に偏心して回転するローラと、前記シリンダ内に半径方向に形成した溝に出没可能に挿入された前記ローラと摺接するベーンとを備えたロータリ圧縮機において前記ローラが、普通鋳鉄に合金を添加した連続鋳造で焼入れ焼戻しを行い、かつベーンは高速度鋼または合金工具鋼でガス窒化もしくは浸硫窒化処理を施したもの、さらには前記シリンダが従来とは異なり合金元素を添加した片状黒鉛または共晶黒鉛鋳鉄で組み合わせることで、前記ローラ、ベーン、シリンダの耐摩耗性を向上させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のローラ、ベーンおよびシリンダのメカ材料の組合せにより、近年のより摩耗に対してより厳しい圧縮機の運転環境に対応すべく、従来品よりも高い摺動摩耗に対する信頼性を向上させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における圧縮機構の横断面図
【図３】従来のロータリ圧縮機の縦断面図
【図４】従来の圧縮機構の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、従来品ベーンである高速度鋼（ＳＫＨ５１）あるいはハイス系焼結品単独ではローラおよびシリンダに対する耐対磨耗性不十分であるため、前記ベーンを高速度鋼（ＳＫＨ５１）もしくは合金工具鋼（ＳＫＤ６１）で表面がガス窒化あるいは浸硫窒化処理されたものに組織を改質し、前記ベーンと摺接するローラが普通鋳鉄にクロム（Ｃｒ）が０．０７％〜０．２０％、モリブデン（Ｍｏ）が０．２０〜０．４０％、銅（Ｃｕ）が０．４０〜０．８０％、ボロン（Ｂ）が０．１０％以下の連鋳棒で、焼入れ焼戻し処理を施し、基地をマルテンサイトとし合金による炭化物が基地中に析出したもので、硬さがＨＲＣ４５以上５５以下の材料との組み合わせで使用し、前記シリンダが合金元素を添加した片状黒鉛、あるいは金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出したもので、基地を従来の合金添加のない部材より耐磨耗性の高い部材から構成されたことを特徴とするロータリ圧縮機であり、ベーン表面がより硬度が高くなってもローラは十分な耐摩耗性を確保するものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、従来ベーンは高速度鋼（ＳＫＨ５１）あるいはハイス系焼結品であり、焼入れ焼き戻しによる硬さ向上だけではより耐摩耗性の高いローラ材との摺動では、相手ローラ材より攻撃性を受け耐摩耗性に問題が生じやすいため、本発明でのベーンは表面がガス窒化もしくは浸硫窒化処理された高速度鋼（ＳＫＨ５１）／合金工具鋼（ＳＫＤ６１）であり、前記ベーンの先端部にセラミックコーティングを処理し対ローラとの間のベーンの耐摩耗性を向上することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記シリンダ砂型鋳鉄であるＦＣ２５０〜ＦＣ３００であるいわゆる片状黒鉛が晶出したもので、基地のほとんどがパーライトからなることで従来のフェライト基地である共晶黒鉛鋳鉄より耐磨耗性を確保した材料で構成されたもので、またはＮｉ０．１〜０．４％、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加したＭｏＮｉＣｒ鋳鉄、あるいはＣｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加したＭｏＣｒ鋳鉄、あるいはＣｒ０．２〜１．０％、Ｃｕ０．５〜１．０％の合金を元素を添加したＣｒ鋳鉄である片状黒鉛、あるいは金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機で、窒化処理により表面硬度が高い前記ベーンとシリンダに半径方向に形成した溝部で摺接するシリンダを従来の片状黒鉛あるいは共晶黒鉛製の鋳鉄に対し、基地中に添加合金による炭化物を析出させ基地強化を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、冷媒がＨＦＣで、冷凍機油がエステル油あるいはエーテル油を使用し、ならびに冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱油を使用したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに１項に記載のロータリ圧縮機である。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の圧縮機の実施例の縦断面図であり、図２はその圧縮機構の横断面図である。密閉容器１内部に電動機部２と圧縮機部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１１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。シリンダ１０内にローラ１２が配置され、シャフト８と偏心部に貫入され、遊星運動を行う。
【００１７】
シリンダ１０の半径方向に形成した溝１９に挿入されたベーン１４はスプリング１５および背圧（吐出圧）によりローラ１２に押し付けられたシリンダ１０を吸入室１６と圧縮室１７に分割する。シリンダ１０には吸入孔５があけられ、吸入管４を介してアキュムレータ（図示せず）とつながっている。
【００１８】
この構成による作用を説明する。電動機部２によりシャフト８が駆動され、ローラ１２の遊星運動（図２で左回転）により吸入管４より吸入孔５を経て、吸入室１６へＨＦＣなどの冷媒ガスが吸入され、圧縮室１７で圧力が上げられ吐出切り欠き１８を経て、吐出孔６より密閉容器１内へ吐出され、吐出管７よりサイクル内へ循環する。
【００１９】
この時吸入室１６と圧縮室１７を仕切るベーン１４はスプリング１５とベーン背部にかかる圧力でローラ１２の外周１３に押し付けらており、先端部がローラ１２の外周面１３と、側面部がシリンダ溝１９の内壁面と摺動することになる。ベーン１４とローラ１２およびシリンダ溝１９の潤滑は安定運転状態では密閉容器底部に貯蓄されている潤滑油２０を使って行われ、吸入管４に入ってくる吸入ガスには冷媒ガスと共に冷凍サイクルを循環する。
【００２０】
しかしながら始動時には摺動部に十分な潤滑油が存在しておらず、このレベルの量では金属接触に近い境界潤滑条件となり、特に冷媒に摺動性が望めないＨＦＣでは厳しい摺動条件となる。
【００２１】
ベーンは、従来高速度鋼（ハイスＳＫＨ５１）もしくは高速度鋼に窒化処理をしたもの、またはハイス成分の粉末からなる焼結部品が使用されており、特に高速度鋼（ＳＫＨ５１）の表面処理による方法はガス窒化あるいは浸硫窒化処理されたものが使用されている。今回の発明では、ＳＫＨ５１の窒化処理と同等の表面硬度を確保した合金工具鋼（ＳＫＤ６１）にガス窒化処理品もしくは浸硫窒化処理したもので、シリンダは従来の砂型もしくは金型鋳造による片状あるいは共晶黒鉛鋳鉄から、ベーンの窒化された側面と摺動するシリンダにＭｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の合金を添加し基地に炭化物を析出させ耐摩耗性を向上させた砂型鋳造による片状黒鉛鋳鉄もしくは金型鋳造による共晶黒鉛鋳鉄あるいはＦＣ２５０〜ＦＣ３００の片状黒鉛鋳鉄を開発選定した。
【００２２】
さらに窒化処理されたベーンもしくは先端をセラミックコーティング処理されたベーンと外周で摺接するローラを従来の合金を添加した片状黒鉛鋳鉄の他に、同じく合金を添加し連続鋳造法で製造した共晶黒鉛鋳鉄を開発使用するものである。これらローラは焼入れ焼なましして、ＨＲＣ硬さを４５〜５５を確保したものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明により、通常の運転でも、また負荷の高い設計要素を持つ圧縮機もしくはＨＦＣ冷媒下の苛酷な運転状況でも信頼性の高いメカ材料の選択が可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１      密閉容器
２      電動機部
２ａ    回転子
２ｂ    固定子
３      圧縮機部
４      吸入管
５      吸入孔
６      吐出孔
７      吐出菅
８      クランクシャフト
９      主軸受
１０    シリンダ
１１    副軸受
１２    ローラ
１３    ローラ表面
１４    ベーン
１５    スプリング
１６    吸入室
１７    圧縮室
１８    吐出切り欠き
１９    シリンダ溝
２０    冷凍機油
１０８  クランクシャフト
１１０  シリンダ
１１２  ローラ
１１４  ベーン
１１９  シリンダ溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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