(57)【要約】【課題】従来の冷媒圧縮機ベーンでは焼結材の焼き入れおよび焼き戻しが酸化性雰囲気で実施されており、後の窒化処理であり、焼結固有の空孔のため窒化層は最深部まで入るため、寸法の膨張および変形量が大きいという製造上の課題がある。【解決手段】窒化前に予め仕上げ加工をするか、焼結材の熱処理を真空雰囲気で実施するか、予めスチーム処理を施した後、窒化することにより、必要量の窒化深さを形成させ、寸法の膨張および変形を抑えることで前記課題を解決することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シャフトによる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、前記ベーンの材質が焼き入れ焼き戻しを施した焼結材で、各面の仕上げ加工をした後に窒化処理を実施することで表面近傍のみを窒化層とする冷媒圧縮機の製造方法。
【請求項２】
ベーン材は酸化性雰囲気のない、活性ガスもしくは真空中で焼き入れおよび焼き戻しをすることで、窒化処理で表面の近傍のみを窒化層とすることを特徴とする冷媒圧縮機の製造方法。
【請求項３】
ベーン材はスチーム処理を施した後、窒化処理を行うことで表面近傍のみを窒化層とすることを特徴とする冷媒圧縮機の製造方法。
【請求項４】
ベーン母材が、Ｃｒを含有したハイス系の焼結部品から構成されたものである請求項１〜３に記載の冷媒圧縮機の製造方法。
【請求項５】
ベーン母材が、Ｃｒを含有したステンレス系の焼結部品から構成されたものである請求項１〜３に記載の冷媒圧縮機の製造方法。  
【請求項６】
請求項１〜５記載の製造方法により製造された冷媒圧縮機であって、冷媒をＨＦＣとし、冷凍機油をエステルあるいはエーテル油としたことを特徴とする冷媒圧縮機。
【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冷媒圧縮機に関し、特にそれに用いられるベーンに特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷媒圧縮機としては、ベーンは鋼あるいは鋼に窒化処理を施してしているものであった。圧縮機はシリンダ内で偏心回転するローラと、シリンダ溝内を往復摺動自在に挿入されたベーンを備えている。このベーンはＣｒを含有し、熱処理によりマルテンサイト組織とした後、窒化処理でＦｅ−Ｎからなる化合物層と窒化拡散層からなる組織とし、研削加工により最終仕上げ処理が実施される。前記焼結ベーンの焼き入れおよび焼き戻しが酸化性雰囲気で処理されたものは、後の窒化処理が容易であり、焼結固有の空孔のため窒化層は表面のみならず最深部まで入る。この場合の問題点として深く窒化が入ることで、寸法の膨張および変形量が大きいという製造上の課題がある。
【特許文献１】特開２００２−９８０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、焼結材の焼き入れおよび焼き戻しが、酸化性雰囲気で実施されているため、後の窒化処理であり、焼結固有の空孔のため窒化層は表面のみならず最深部まで入る。この場合の問題点として深く窒化が入ることで、寸法の膨張および変形量が大きいという製造上の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、必要な深さの窒化層を形成するため、窒化前に予め仕上げ加工をするか、焼結材の熱処理を真空雰囲気で実施するか、予めスチーム処理を施した後、窒化することにより、必要量の窒化深さを形成させ、寸法の膨張および変形を抑えることで前記課題を解決することが可能となる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のベーンは、窒化深さを抑えることが可能なため、仕上げ加工工数の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
第１の発明は、前記ベーンの材質が焼結鉄でまず最初に焼入れ焼き戻しをし、研削仕上げ加工をすることで表面近傍の組織および空孔を押しつぶした状態にし、その後ガス窒化処理を実施することによって、窒化層を表面近傍に形成させることにより、窒化による膨張および変形を最小限にとどめ、その後バレル処理が実施されたことを特徴とする圧縮機であり、ベーンの最表層には化合物層が存在するため、ベーンと摺動するローラおよびシリンダとのメカ信頼性を向上させることができる。
【０００７】
第２の発明は従来の酸化性雰囲気での焼き入れ焼き戻しを施したベーンに窒化処理をすると酸化物の影響でベーンの中心まで窒化され、寸法膨張および変形が大となるのを防止するため、ベーン材を還元性もしくは真空中で焼き入れ焼き戻しをすることによって、その後の窒化処理で表面近傍のみの窒化層に留めるものである。
【０００８】
第３の発明はベーン材にスチーム処理を施し、空孔の封孔を実施した後加工完成し、その後窒化処理するもので、この場合も表面近傍に窒化層が形成され、前記の寸法膨張あるいは変形が大きくなることが防止できるものである。
【０００９】
第４の発明は、Ｃｒを含有したハイス系の焼結ベーンで、上記１から３の発明のいずれかを適用したものである。
【００１０】
第５の発明は、Ｃｒを含有したステンレス系の焼結ベーンで、上記１から３の発明のいずれかを適用したものである。
【００１１】
第６の発明は、冷媒がＨＦＣ冷媒で、冷凍機油をエステル油またはエーテル油にしたものであり、冷媒に塩素を含まない苛酷摺動摩耗条件となる運転条件で、発明１から３の構成で圧縮機メカ材料に供するものである。
【００１２】
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。
【００１３】
（実施の形態１）
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、図１は本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図２はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。
【００１４】
図１および図２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。
【００１５】
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２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。
【００１６】
なお、図１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２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
従来の冷媒圧縮機おいては、特に焼結ハイス系のベーンでは、図３に示すように、まず素材の状態で窒化処理を施し、その後加工による研削仕上げを施していた。この場合、素材に実施される窒化は仕上げ研削代を確保するため、ベーンの内部まで深く窒化されている必要があった。しかし、前記のベーン素材の状態では深く窒化が入るため、加工代の増大と、変形反りが発生しやすいものであった。
【００２０】
以下本発明における実施の形態について説明する。図４においてベーンはまず各面の加工仕上げを施し、表面近傍における焼結鉄の組織および空孔を圧縮し、空孔間の連続性を遮断したものにすることによって、内部まで深く窒化することを防止し、表面近傍の窒化層に留めるものであり、窒化による膨張および変形が小さくなるため、窒化後の再研磨仕上げが不要となる。
【００２１】
また図５においてハイス系の焼結ベーン材の素材における熱処理すなわち焼入れ・焼戻しを従来の気中雰囲気より真空および不活性ガス雰囲気で実施したものにすることにより、内部まで深く窒化が進行することを防止するものである。一般に焼結体の内部組織が酸化された状態になっていると窒化が促進され深部まで窒化層が確保されるため、本発明では素材の熱処理すなわち焼き入れ焼き戻しを非酸化性もしくは還元性雰囲気で実施するものである。この場合窒化後仕上げを実施する。
【００２２】
さらに図６においては、ハイス系焼結ベーン素材にスチーム処理を実施することにより、空孔の封孔処理を行うことにより、前述と同様にその後の窒化処理における窒化深さを表面近傍にとどめるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明のベーンは、ＨＦＣ冷媒条件下での過酷な運転状況でも、ベーン先端とローラ外周およびシリンダ溝間の摩耗が問題ない窒化ベーンを供給することを目的としており、従来ベーンの中心部まで深く窒化が入ることによる、膨張および変形反りを大幅に低減することができるようになり、メカ信頼性の確保と併せて、コストダウンが図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図
【図２】本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の要部を示す横断面図
【図３】従来のベーンの冶金学的組織図
【図４】本発明のベーンの冶金学的組織図
【図５】本発明のベーンの冶金学的組織図
【図６】本発明のベーンの冶金学的組織図
【符号の説明】
【００２５】
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  母材
３２  拡散層
３３  化合物層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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