(57)【要約】【課題】ベーンと摺動相手材の耐摩耗性を維持するため、摩耗の相性が良好になるように、ベーンの表面にはいわゆるＰＶＤや窒化処理などの方法で２μｍから５μｍ程度の薄い硬化膜が層状に形成されており、この硬化膜に欠陥があればそこから加速度的にベーンの摩滅が進行するが、欠陥を事前に発見し、あるいは膜を厚くする事は商業的に現実的ではなかった。【解決手段】上記課題を解決するためにベーン表面には硬化層を有し、その硬化層内には更に硬い組織を散布配設しているので、ベーンの耐摩耗性が向上する一方で、摺動相手材の摩耗の進行も抑制されるため、双方の耐摩耗性の相性が良いベーンを提供できる。【選択図】図２  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に圧縮機構部と、この圧縮機構を駆動する電動機と、この電動機の回転力を圧縮機構部に伝達するためのクランク軸が配設され、圧縮機構部にはシリンダとシリンダ内に配設された偏芯回転自在なピストンとシリンダに設けられた溝部に挿入されピストン外周面と接して摺動するベーンを備えた電動圧縮機において、ベーン表面部には硬化層を有し、その硬化層内には更に硬い組織が散布配設されたベーンで構成された事を特徴とする密閉型電動圧縮機。
【請求項２】
ベーンの母材は焼結材で構成され、ベーン表面部の硬化層は母材を窒化処理することにより形成される窒素拡散層を含む窒化層から成り、窒素拡散層の内には窒素化合物層を散布配設したベーンで構成されたこ事を特徴とする請求項１記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項３】
ベーンの母材焼結材はステンレス系材料で構成し、ベーン表面部の窒化層はガス窒化で形成したベーンで構成された事を特徴とする請求項２記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項４】
ベーンの母材焼結材はステンレス系材料で構成し、ベーン表面部の窒化層は浸硫窒化で形成したベーンで構成された事を特徴とする請求項２記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項５】
ベーンの母材焼結材はハイス系材料で構成し、ベーン表面部の窒化層はガス窒化または浸硫窒化で形成したベーンで構成された事を特徴とする請求項２記載の密閉型電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置や冷蔵庫等の冷凍機器に用いられる密閉型電動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置あるいは冷蔵庫などの冷却装置には従来から密閉型電動圧縮機が用いられている。
【０００３】
図３から図５に示すように、密閉容器１０の内部には、圧縮機構部１１、電動機部１２、電動機部１２の回転力を圧縮機構部１１に伝達するクランク軸１３が配設され、圧縮機構部１１には軸受け部材１４ａと１４ｂおよびシリンダ１５が配設され、シリンダ１５に設けられた溝１５ａにはベーン１６が挿入され、ベーン１６の先端部はシリンダ１５内に配設されたピストン１７の外周面にバネ１８で押し当てられている。
【０００４】
上記構成において、電動機部１２が回転すると、この回転力はクランク軸１３によって圧縮機構部１１のピストン１７に伝達され、ピストン１７の回転により低圧冷媒ガスに圧縮作用が生じる。一方、ベーン１６はピストン１７の外周面と摺動しながらシリンダ１５内部の圧縮室を仕切るので、ピストン１７の回転により圧縮されて高圧になった冷媒ガスは、低圧冷媒ガスと混合することなく順次圧縮機構部１１から送り出され、冷凍サイクル（図示せず）を稼働させる。
【０００５】
電動圧縮機の基本性能を保証する観点から、圧縮機構部を構成する摺動部材の耐摩耗性を向上させる事は従来から電動圧縮機の設計、製造上の大きな課題の一つである。特に、ベーン材については摺動相手材であるピストンやシリンダ、上下軸受け材を摩耗させたり傷を付ける事が無いように要求される一方で、自身もたとえ軽度に摩耗する場合でも必要な耐摩耗性能は維持する事が要求される。
【０００６】
このような要求に対応するため、ベーン表面にＰＶＤ皮膜を形成し、ベーンと相手材のなじみ性を向上させ、あるいはベーン表面の耐久性を向上させる提案がなされている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、ベーン表面を摺動相手材より硬くして耐摩耗性を向上させると、摺動相手材を攻撃して摩耗を進めたり、傷を付けて更に摩耗を加速させる傾向が大きくなるため、結果的にベーンと摺動相手部品間との精密組み合わせ隙間の寸法が電動圧縮機の運転時間の経過と共に設計限界値を逸脱して大きくなり、電動圧縮機の基本性能が低下する最悪の事態にまで至る。
【０００８】
一方で、ベーン表面を摺動相手材より柔らかくすると、摺動相手材の耐摩耗性は維持できるが、ベーンがすり減ってしまうため、やはり電動圧縮機の基本性能に悪影響を及ぼす事態に至る。
【特許文献１】特開平０９−１４１７０号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の技術ではベーン１６の摺動面の摩滅防止と併せて相手材摺動面の摩滅をも防ぐ必要性から、摺動相手材、とりわけピストン１７との耐摩耗性についての相性が良好になる
事を意図して、ベーン母材１６ｎの表面には硬化膜１６ａが層状に形成されている。
【００１０】
この硬化膜１６ａは蒸着やスパッタリングなどのいわゆるＰＶＤによりベーンの母材表面に外部から付着形成させたり、母材に窒化処理などの化学変化で母材そのものを硬化変質させて形成する方法などがとられている。  
【００１１】
電動圧縮機の運転時に、ベーンと相手材との摺動に際して相手材への攻撃を抑え、一方でベーン材の摩滅を防いでいるのはベーン最表面に形成された硬化膜１６ａである。この硬化膜１６ａの厚さはＰＶＤによる場合は５μｍ程度のものである。また、窒化で硬化膜を形成する場合には窒化層を構成する窒化拡散層だけでは耐摩耗性に劣り、窒素化合物層は耐摩耗性に優れるが窒化処理で形成される厚さは高々２μｍから５μｍ程度のものであり、耐摩耗性を維持保証する観点からは十分とは言い難い。ベーンとピストンの当接部では圧縮冷媒ガスによる高負荷環境下での摺動となるので、万一この薄い硬化膜の一部にでも欠陥があればそこから硬化膜が破壊され、加速度的にベーンの摩滅が進行してしまう事が考えられ、その場合には電動圧縮機の機能停止に至る。
【００１２】
これに備えるための方策として、薄膜の欠陥を全数検査により事前に発見する事は製造面での制約から現実的ではない。別の方策として、欠陥に十分耐え得るように硬化膜を厚くする事が考えられるが、例えばＰＶＤで硬化膜を厚く形成する事は処理時間を極端に長く必要とする一方で、完成品の形状精度を要求規格内に維持することが技術的に困難となり、また、例えば窒化処理で窒素化合物層を厚く形成する場合には、化合物層の硬度が相当硬いという特性のために、硬化層の欠け防止のための取り扱いに困難が生じるばかりか、欠けによる微少傷が刃物のように作用して摺動相手材を傷つける恐れもあった。
【００１３】
このように硬化膜を十分に厚くする方法も商業性の観点からいずれも現実的ではなかった。
【００１４】
一方で、環境保護の観点から電動圧縮機に採用される冷媒については塩素成分を排除した冷媒、いわゆる代替冷媒の使用が最近では主流となりつつある。しかし塩素には潤滑作用があり、これが排除されているので代替冷媒を用いた電動圧縮機のベーンには更に厳しい耐摩耗特性が要求される。
【００１５】
また、冷凍機油についても従来に比べて代替冷媒に対応したものでは冷凍機油自身の吸湿作用が大きいという取り扱い上の難さがある。このため万一冷凍サイクル中を循環する水分量が多くなると冷凍機油の劣化が進行し、これに起因してベーンと摺動相手材との耐摩耗特性も悪化するために、硬化膜１６ａの摩滅の進行が早まり、場合によっては電動圧縮機の性能が損なわれる事態にまで至る。
【００１６】
本発明は、以上のような課題を解決し、圧縮機構部における耐摩耗特性に優れた密閉型電動圧縮機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため本発明の密閉型電動圧縮機では、ベーン表面部には硬化層を有し、その硬化層内には更に硬い組織を散布配設している。ベーン表面の硬化層が摺動相手材よりも相対的に柔らかい場合には摺動相手材の耐摩耗性は維持されるが一方でベーン材の摩耗が進行することが懸念される。しかし本発明の構成によれば硬化層の内部には更に硬い組織が散布配設されているので、これがベーン硬化層の摩耗の進行を止めるように作用し、ベーンの摩耗の進行を抑制する効果を生じる。一方で、ベーン硬化層に散布配設された更に硬い組織はベーンの摺動相手材と全面で常時接する事がないから、更に硬い組織が相手材を攻撃する程度は軽微なものとなり、摺動相手材の摩耗が進行する事がない。こ
の結果双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の密閉型電動圧縮機によれば、圧縮機構部を構成する摺動部材についてベーンの硬化層の内部には更に硬い組織が散布配設されているので、これがベーン硬化層の摩耗性を止めるように作用してベーンの摩耗の進行を抑制する効果が生じる。一方で、ベーン硬化層に散布配設された更に硬い組織はベーンの摺動相手材と全面で常時接する事がないから、更に硬い組織が相手材を攻撃する程度は軽微なものとなり、摺動相手材の摩耗が進行する事もない。この結果双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機のベーンの部分断面図である。
【００２０】
図１において、ベーン母材１の表面部には硬化層４を有し、その硬化層４内には更に硬い組織２が散在するように配設されたベーンで電動圧縮機を構成している。
【００２１】
この構成によれば、ベーン硬化層４の内部には更に硬い組織２が散在するように配設されているので、これがベーン硬化層４の摩耗の進行を止めるように作用するのでベーンの摩耗の進行を抑制する効果を生じる。一方で、ベーン硬化層４に散在するように配設された更に硬い組織２はベーンの摺動相手材と全面で常時接する事がないから、更に硬い組織２が相手材を攻撃する程度は軽微なものとなり、摺動相手材の摩耗が進行する事もない。この結果双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供できる。
【００２２】
本発明の実施の形態２として、図２で、ベーン母材１は粉末金属をプレス成形し焼結した材料で出来ており、これに窒化処理を施すと、母材１の表面には窒素化合物層２と、その下に窒素拡散層３が形成されて、全体として硬化層４を構成する。
【００２３】
一方、ベーンの母材は焼結材で構成しているため、母材内部には空孔５が複数存在している。これらの空孔の内、母材表面まで連通して母材表面に開口部を持つ空孔５ａについては母材への窒化処理の際に空孔部にも併せて窒化化合物層２が形成される。これにより母材１に形成された窒素拡散層３について任意の断面を捉えたときに窒素拡散層３の中には窒化化合物層２が散在するように形成できる。
【００２４】
この構成によれば、ベーン硬化層４の内部には更に硬い組織２が散在するように配設されているので、これがベーン硬化層４の摩耗の進行を止めるように作用するのでベーンの摩耗の進行を抑制する効果を生じる。一方で、ベーン硬化層４に散在するように配設された更に硬い組織２はベーンの摺動相手材と全面で常時接する事がないから、更に硬い組織２が相手材を攻撃する程度は軽微なものとなり、摺動相手材の摩耗が進行する事もない。この結果双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供できる。
【００２５】
本発明の実施の形態３として、図２でベーン母材１はステンレス系粉末金属をプレス成形し焼結した材料で出来ており、これにガス窒化処理を施すと、母材１の表面にＦｅ−Ｃｒ−Ｎからなる窒素化合物層２と、その下に窒素拡散層３が形成されて、全体として硬化層４を構成する。
【００２６】
一方、ベーン母材は焼結材で構成しているため、母材内部には空孔５が複数存在してい
る。これらの空孔の内、母材表面まで連通して開口部６を持つ空孔５ａについては母材への窒化処理の際に空孔部にも併せて窒化化合物層２が形成される。これにより母材１に形成された窒素拡散層３について任意の断面を捉えたときに窒素拡散層３の中に窒化化合物層２が散在するように形成できる。
【００２７】
この構成によれば、ベーン硬化層４の内部には更に硬い組織２が散在するように配設されているので、これがベーン硬化層４の摩耗の進行を止めるように作用するのでベーンの摩耗の進行を抑制する効果を生じる。一方で、ベーン硬化層４に散在するように配設された更に硬い組織２はベーンの摺動相手材と全面で常時接する事がないから、更に硬い組織２が相手材を攻撃する程度は軽微なものとなり、摺動相手材の摩耗が進行する事もない。この結果双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供できる。
【００２８】
本発明の実施の形態４として、図２で、ベーン母材１はステンレス系粉末金属をプレス成形し焼結した材料で出来ており、これに浸硫窒化処理を施すと、母材１の表面にＦｅ−Ｃｒ−Ｎからなる窒素化合物層２と、その下に窒素拡散層３が形成されて、全体として硬化層４が構成され、好ましい様態である。
【００２９】
本発明の実施の形態５として、図２でベーン母材１はハイス系粉末金属をプレス成形し焼結した材料で出来ており、これにガス窒化処理あるいは浸硫窒化処理を施しており、好ましい様態である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる密閉型電動圧縮機は、ベーンと相手側摺動材双方の耐摩耗性が維持され、相手材との相性の良い摺動特性を有するベーンを提供することが可能となるので、空気調和装置や冷蔵庫等の冷凍機器の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機のベーンの部分断面図
【図２】本発明の実施の形態２、３、４、５における密閉型電動圧縮機のベーンの部分断面図
【図３】従来の密閉型電動圧縮機の縦断面図
【図４】従来の密閉型電動圧縮機の圧縮機構部横断面図
【図５】従来の密閉型電動圧縮機のベーン断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  ベーン母材
２  硬化層より更に硬い組織、窒化化合物層
３  窒素拡散層
４  硬化層、窒化層
５、５ａ  空孔  
１０  密閉容器                                
１１  圧縮機構部
１２  電動機部
１３  クランク軸
１４ａ、１４ｂ  軸受け                            
１５  シリンダ                                
１６  ベーン
１６ｎ  ベーン母材        
１６ａ  ベーンの硬化膜
１７    ピストン
１８    バネ
【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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