(57)【要約】【課題】  圧縮機用部品の表面を硬さの異なる混合面とすることにより微少な油溜まりを形成して、圧縮機用部品を運転したときの保油性を向上することができ、焼き付きなどの不具合を解消することができるとともに、低入力化、長寿命化を達成することができる信頼性の高い圧縮機用部品を提供すること。【解決手段】  Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施すことで、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層２とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織３とした。【選択図】図１
2005127151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織としたことを特徴とする圧縮機用部品。
【請求項２】
Ｃｒを含有する鉄系合金粉末にＭｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一種の金属元素を含有する合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織としたことを特徴とする圧縮機用部品。
【請求項３】
表面に空孔が存在し、空孔の近傍をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層で、空孔から離れるにしたがいＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地との混合組織としたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の圧縮機用部品。
【請求項４】
Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層とソルバイトの基地組織の混合組織としたことを特徴とする圧縮機用部品。
【請求項５】
表面に空孔が存在し、空孔の近傍をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層で、空孔から離れるにしたがいＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層とソルバイト組織の基地との混合組織としたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機用部品。
【請求項６】
圧縮機用部品がベーンである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧縮機用部品。
【請求項７】
圧粉体焼結成形で素材を成形し、焼き入れ、焼き戻した後、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、一部の表面に除去加工を行い、表面を少なくともＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層を含む混合組織としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧縮機用部品の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化処理により硬さを増大させた圧縮機用部品及びその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリコンプレッサ等に設けられるベーンは、シリンダに形成されたベーン溝に摺動自在に取り付けられており、ベーンはその側面がベーン溝の側壁と摺接するとともに、その先端部がローラに摺接することから、耐摩耗性が要求される。そこで、母材としてクロムを含有した鋼、焼結合金あるいは鋳鉄を使用し、母材を軟窒化処理し、表面層にＦｅ−Ｃｒ−Ｎの第１の化合物層を形成するとともに、第１の化合物層の下方に同じ成分からなる第２の化合物層を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ステンレス鋼の母材の表面に窒化処理を施すことにより窒化層を形成したものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、鉄系粉末材の材料を使用して空孔率１０％以下あるいは１５％以下とした焼結鉄を焼き入れ焼戻し処理により基地をマルテンサイト組織とした後、表面に窒化あるいは軟窒化処理によりＦｅ−Ｎからなる化合物層を形成し、その内側に窒素拡散層を形成するようにしたものもある（例えば、特許文献３あるいは４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２６１９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１０１１８９号公報
【特許文献３】特開２００１−１４０７８２号公報
【特許文献４】特開２００１−３４２９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成では、表面がＦｅ−Ｃｒ−ＮあるいはＦｅ−Ｎの化合物層あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層で形成されており、表面が単一組成で硬さが均一であることから、コンプレッサを運転した時に発生するベーン等の耐摩耗部品の微少な摩耗も均一となっていた。その結果、表面に所定の保油性を維持することが難しく、焼き付きを生じるおそれがあった。
【０００７】
また、潤滑性の確保（油保持・油膜の確保）の観点から、従来は、ある程度粘度の高い潤滑油を選択することが一般的であったが、粘度の高い潤滑油を選択すると、機械的には潤滑油の粘性が逆に流動抵抗負荷となり、圧縮機の入力に影響があった（入力が大きくなった）。
【０００８】
さらに、粘度の高い潤滑油を使用すると、冬季等における圧縮機の初期起動においては、潤滑油の「寝込み（潤滑油の粘性が常温時より高く（流れ難く）なって摺動部に十分行き渡らない）」の問題が発生しやすいものでもあった。
【０００９】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮機用部品の表面を硬さの異なる混合面とすることにより微少な油溜まりを形成して、圧縮機用部品を運転したときの保油性を向上することができ、焼き付きなどの不具合を解消することができるとともに、低入力化、長寿命化を達成することができる信頼性の高い圧縮機用部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の圧縮機用部品は、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末にＭｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一種の金属元素を含有する合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織としたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、表面に空孔が存在し、空孔の近傍をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層で、空孔から離れるにしたがいＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地との混合組織としたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、表面をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層とＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層とソルバイトの基地組織の混合組織としたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、表面に空孔が存在し、空孔の近傍をＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層で、空孔から離れるにしたがいＦｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層とソルバイト組織の基地との混合組織としたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、圧縮機用部品がベーンであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の圧縮機用部品の製作方法は、圧粉体焼結成形で素材を成形し、焼き入れ、焼き戻した後、浸炭成分を排除した窒化処理を施し、一部の表面に除去加工を行い、表面を少なくともＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層を含む混合組織としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
Ｃｒを含有する鉄系合金粉末あるいはＣｒを含有する鉄系合金粉末にＭｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一種の金属元素を含有する合金粉末を使用して圧粉体焼結成形法で素材を成形し、浸炭成分の入っていない窒化処理を施し、表面を化合物層と拡散層と基地の混合層としたので、圧縮機用部品を仕上げ加工する際に、柔らかい基地部分の加工量が多くなり、微少な窪みが形成され油溜まりを形成することになり、さらに、圧縮機用部品を運転すると、柔らかい基地部分に微少な摩耗が発生して油溜まりを形成することになり、焼き付きのない信頼性の高い圧縮機用部品を実現することができる。
【００１８】
また、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末にＭｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一種の金属元素を含有する合金粉末を使用すると、化合物層と拡散層にはＣｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一つの成分が含まれることになるので、Ｆｅ、Ｃｒで所定の硬さを確保した上で、Ｍｎの存在によりさらに硬さを向上させたり、Ｔｉの存在により窒化処理を促進させたり、あるいはＶの存在により窒化深さを深くすることができるので、圧縮機用部品の信頼性がさらに向上する。
【００１９】
さらに、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を成形し、焼き入れ焼き戻しを行った後、浸炭成分の入ってない窒化処理を施し、表面は化合物層と拡散層とソルバイトの基地組織の混合組織としたので、圧縮機用部品を仕上げ加工する際に、柔らかい基地部分の加工量が多くなり、微少な窪みが形成され油溜まりを形成することになる。また、圧縮機用部品を運転（相対摩擦運動）すると、化合物層や拡散層に比べて柔らかい基地部分が微少な摩耗を起こして油溜まりとなる。さらに、基地組織が焼き入れ焼き戻しで硬くなっているので、化合物層と拡散層は窒化によりさらに硬くなり、焼き付くことが無くさらに高い耐摩耗性を持つ信頼性の高い圧縮機用部品を実現できる。
【００２０】
また、圧粉体焼結成形で素材を成形し、焼き入れ、焼き戻した後、浸炭成分の入ってない窒化処理を施し、一部の表面に除去加工を行うことにより、表面がＦｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層だけではなく、硬さのばらつきを持つ表面となる。したがって、仕上げ加工する際に、柔らかい基地部分の加工量が多くなり、微少な窪みが形成され油溜まりを形成することになる。さらに、稼動（相対摩擦運動）時に柔らかい部分が微少な摩耗を発生して、そこが油溜まりとなり潤滑性が向上するとともに、耐摩耗性はそのほかの化合物層部分で維持することができるので、圧縮機用部品の信頼性を向上することができる。
【００２１】
さらに、圧縮機用部品に潤滑油溜まりができ、摺動部の潤滑性が向上すると、圧縮機に注入する潤滑油（冷凍機油）の種類の選択肢が増大する。また、圧縮機用部品材料に潤滑油溜まりがランダムかつ無数に形成されるため、潤滑性（油保持・油膜）が良好に確保され易く、粘度の低い（サラサラ）潤滑油の採用が可能となる。したがって、潤滑油の粘性による流動抵抗負荷も小さくなり、圧縮機の低入力化を達成することができる。
【００２２】
また、潤滑油の循環が円滑に行われることから、冬季の圧縮機の初期起動等における「寝込み」の問題も解消しやすくなる。
【００２３】
さらに、圧縮機の長期使用により摺動部の摺動が進むにつれて、潤滑油溜まりは徐々に形成され、上述した機能が徐々に増大するので、圧縮機の長寿命化、信頼性の向上に繋がるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
本発明にかかる圧縮機用部品は、例えばローリングピストン式圧縮機等に設けられているベーン等の摺動部材として使用されるもので、例えば粉末ハイス（粉末ハイスピード鋼）等のＣｒを含有する鉄系合金粉末に対し約１２００℃の温度で真空焼結を行った後、焼き入れ処理を行ってマルテンサイト組織とし、さらに焼き戻しの熱処理を４８０℃〜５８０℃で行ってソルバイト組織にした後に、焼戻し温度以下の４００℃で約６時間のガス窒化処理を施したものである。
【００２５】
図１は、このようにして製作した本発明にかかる圧縮機用部品の窒化処理後の断面組織を示しており、ガス窒化処理後、エッチングを施し、化合物層を見やすくしたものである。
【００２６】
素材が圧粉体焼結成形で製作されているので、密度は８０〜９０％程度までしか上がらず、空孔１が多数存在し、窒化処理に使用したガスが空孔１を通過して奥まで窒化が行われており、白い色の化合物層２が空孔１の周りに形成されている。また、空孔１から離れるにしたがって、黒い部分３が多くなっているが、これは拡散層と基地の混合組織である。
【００２７】
図２は、この圧縮機用部品を図１の面に対して直角方向に切断し（すなわち、表面から所定の深さで切断し）、切断面を研削したものの表面を４５０倍に拡大したものである。
【００２８】
図２に示されるように、研削面には圧粉体焼結成型品特有の空孔１が存在し、その周辺は窒化処理のガスが侵入して窒化が進行しているので、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層２がエッチングされて白い色になっている。また、空孔１の表面から離れたところでは白い色が少なくなり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層と基地の混合組織３となっている。すなわち、空孔１のある圧縮機用部品の表面は化合物層２と拡散層と基地組織の混合組織３となっている。
【００２９】
図３は、その断面をマイクロビッカース硬さで測定した圧痕の写真であり、圧痕が小さいほどマイクロビッカース硬さが硬いことを示している。マイクロビッカースの圧痕の大きさから明らかなように、空孔１の周辺は比較的小さく、空孔１と空孔１の間８のマイクロビッカースの圧痕の大きさは空孔の周辺に比べて大きく、硬さが低下していることがわかる。これは、空孔１の周辺は窒化ガスが入り込んで化合物層２ができており、空孔１と空孔１の間８は拡散層と基地の混合組織３となっているため、硬さが空孔１の周辺に比べて低くなっていると考えられる。
【００３０】
このように表面の硬さが適度にばらついているので、圧縮機用部品を仕上げ加工する際に、柔らかい基地部分の加工量が多くなり、微少な窪みが形成され油溜まりを形成することになる。さらに、圧縮機用部品が作動すると、柔らかい基地組織の部分には微少な摩耗が発生して油溜まりの役目を果たすようになり、圧粉体焼結成型品の空孔に加えてくさび効果の高い油溜まりが可動部全面にわたって形成される。したがって、表面全体としては保油性が高まって潤滑性が良好となり、耐摩耗性は空孔の周辺の化合物層と拡散層で確保できるので、表面全体が硬い圧縮機用部品に比べて良好な信頼性を確保することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態は、粉末ハイスの焼き入れ、焼き戻し品で説明したが、素材を一般的な合金粉で製作しても良く、また、Ｃｒを含有する鉄系合金粉末にＭｎ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくとも一種の金属元素を含有する合金粉で製作しても同様な効果を得ることができる。
【００３２】
図４は、図１の圧縮機用部品の窒化処理後の硬さ分布曲線を示しており、表面から０．４ｍｍを越えた位置Ａでも、硬さは表面Ｂとほとんど変わっていない。この圧縮機用部品の表面を０．１ｍｍ程度研削して除去加工した後の、表面からの深さ０．１ｍｍの位置Ｃをエッチングすると図２の断面組織のようになる。
【００３３】
このように粉末ハイスの圧粉体焼結品は短時間の窒化処理でも、素材に空孔があるため窒化のガスが内部まで浸透しやすく深く窒化される。したがって、通常の窒化処理では、素材の粗加工後、窒化処理を行い、更に仕上げ加工といった工程を踏む必要があるのに対し、粉末ハイスの圧粉体焼結品は、素材に窒化処理を行い、直接仕上げ加工を行っても、必要な硬さを容易に得ることができる。さらに、素材の焼き入れ焼き戻しによる変形が発生して取り代が不均一となっても、深く窒化されているので完成品の一番硬い化合物層の表面硬さのばらつきは小さくすることができる。
【００３４】
さらに、表面を除去加工することにより、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎの化合物層だけでなく、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎの拡散層及び基地の混合組織が表れるが、これは、表面に近い場所でも硬さが低い部分が存在することからも理解できることである。すなわち、本発明にかかる圧縮機用部品は、優れた耐摩耗性を保持しつつ、粗加工工程を省略することができるので、安価に製作することができる。
【実施例１】
【００３５】
図５は、本発明にかかる圧縮機用部品の一例であるローリングピストン式圧縮機のベーン９の斜視図である。
【００３６】
このベーン９は、粉末ハイスを使用して圧粉体焼結成型法で製作し、素材の状態で焼き入れ、焼き戻し熱処理を行ったもので、基地はソルバイト組織となっていた。この素材に浸炭成分を排除した（ＣＯが全く存在しない雰囲気中で）窒化処理を施し、圧粉体焼結成型法の特徴である空孔を通して窒化ガスを中まで侵入させたところ、表面から０．４ｍｍを越えても、表面と同様な硬さ分布であった。
【００３７】
なお、圧粉体焼結成型法で製作し、真空焼結、焼き入れ、焼戻しの熱処理を行ったベーン素材の寸法公差は±０．０５ｍｍ以下であり、その範囲で平行度、平面度、輪郭度などの形状精度がばらついている。このような素材に、４００℃の温度で４時間の窒化処理を行っても、各寸法、形状精度の変化は０．０２ｍｍ程度なので、加工の取り代は０．０８ｍｍに設定すれば十分である。
【００３８】
そこで、窒化処理後のベーン素材の表面を０．０８ｍｍ程度研削加工して、表面に現れている空孔の周辺の化合物層と拡散層と基地組織の３種を露出させた。これらの化合物層、拡散層、基地組織は硬さがそれぞれｍＨｖ１１００、９５０、８００程度であり、耐摩耗性はｍＨｖ１１００の化合物層の部分で保持することができる。その他の拡散層及び基地組織の部分は、運転開始の初期に微少に摩耗が発生し、その空孔が潤滑油溜まりとなるので、非常に高い信頼性を得ることができ、また、窒化処理前に粗加工を行う必要が無いので、安価で信頼性の高いベーンを提供することができる。
【００３９】
本実施例では、ローリングピストン式圧縮機のベーンを使用したが、他の部品に使用しても良く、スクロール式等の種々の圧縮機の摺動部品に使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる圧縮機用部品は、仕上げ加工する際に、柔らかい基地部分の加工量が多くなり、油溜まりとなる微少な窪みが形成され、さらに、柔らかい基地部分に微少な摩耗が発生して油溜まりが形成されるので、耐摩耗性が向上して焼き付きを発生することがなく、圧縮機の摺動部品等に使用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる圧縮機用部品の断面エッチング写真である。
【図２】図１の圧縮機用部品の表面を研削加工して削り取った表面のエッチング写真である。
【図３】図１の圧縮機用部品の表面のマイクロビッカース硬さ測定圧痕の写真である。
【図４】図１の圧縮機用部品の硬さ分布曲線である。
【図５】本発明にかかる圧縮機用部品の１例であるベーンの斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  空孔
２  化合物層
３  混合組織
８  空孔と空孔の間のマイクロビッカースの圧痕
９  ベーン
【図１】
2005127151.tif 000003
【図２】
2005127151.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005127151.tif 000006
【図５】
2005127151.tif 000007