(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏芯部分を有する軸方向穴及び／又は表面に配置される窪みを加工する第1の工程と、少なくとも前記軸方向穴の偏芯部分及び／又は窪みの表面に窒化防止処理を施す第２の工程と、少なくとも軸受との摺動部に中加工を行なう第３の工程と、少なくとも前記軸方向穴の偏芯部分及び／又は窪みの表面を除いて窒化処理を行なう第４の工程と、少なくとも軸受との摺動部に仕上げ加工を行なう第５の工程を有することを特徴とするシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍空調機器等に用いられる冷媒圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調機器等に用いられる冷媒圧縮機としては、圧縮機構がレシプロ式、ローリングピストン式、スクロール式等があり、いずれの方式も圧縮機構はシャフトを含むいくつかの摺動部品を用いて構成されている。
【０００３】
これらの圧縮機構内では何れの圧縮方法でも1圧縮サイクル中において負荷が大きく変動するため、そこに使用されるシャフトその他の摺動部品は金属接触が発生し易い厳しい摺動条件に曝されることになる。
【０００４】
一方、冷媒圧縮機の冷媒としてはオゾン層破壊を起こさないように塩素を含まない代替冷媒が使用されるようになりつつある。従来の塩素を含む冷媒は塩素原子により潤滑性が期待できたが、代替冷媒の冷媒分子には構成要素上潤滑性が悪いという問題がある。そのため、冷媒圧縮機に使用される摺動部品はさらに厳しい摺動条件に曝されることとなった。
【０００５】
このような厳しい摺動条件に対応するためこれらの冷媒圧縮機では、摺動部品の表面を窒化処理して耐磨耗性を向上させている。
【０００６】
以下にスクロール式圧縮機を例に取り、図面を用いて従来の技術を説明する。図２は従来のスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。図２において、１は吸入管１１及び吐出管１６を有する略円筒形状の密閉容器で、底部に潤滑油９を貯留する油だめ１０を備えている。
【０００７】
２は圧縮機構で固定スクロール２aと可動スクロール２ｂが互いのはね部を噛み合わせるように組み合わされて三日月型の圧縮室を形成している。４は軸受部品で、固定スクロール２ａと機械的に締結されて可動スクロール２ｂを旋回摺動自在に収納すると同時に、シャフト５を回転自在に支持する主軸受８を保持し、かつ外周部が密閉容器１に溶接固定されている。２０はオルダムリングで一方の端面で軸受部品４と径方向摺動自在に結合され、もう一方の端面で軸受部品４とは９０度異なる径方向で摺動自在に可動スクロール２ｂと結合されることにより、可動スクロールの自転を拘束して旋回運動を行なわせるはたらきをしている。２ｃは可動スクロール２ａ羽根部の反対側端面に形成された軸受保持部で、偏芯軸受６を介してシャフト５の端部に形成された偏芯軸５ａと回転自在に結合されている。７は電動機で、密閉容器１に焼き嵌め固定された固定子７ｂと、固定子７ｂの内側に所定の空隙をもって対向して配置された回転子７ａとからなっている。また回転子７ａはその軸方向中心をシャフト５が貫通するように固定されている。
【０００８】
シャフト５の偏芯軸と反対側の端部は副軸受で回転自在に保持され、先端に潤滑油を汲み上げるための給油機構が潤滑油だめに没して配置されている。シャフト５にはさらに汲み上げられた潤滑油を上部の軸受および圧縮機構の摺動部に供給するため、貫通穴１３が設けられている。貫通穴１３は加工上の問題から直線状に構成されるので、シャフト５に対してはその軸中心と一致して配置されるが、偏芯軸５ａに対しては偏芯穴となっている。５ｂはシャフト５および偏芯軸５ａの表面に設けられた螺旋状の油溝で、軸受摺動部を潤滑冷却した潤滑油を円滑に排出し、油だめに戻すはたらきをしている。１９は圧縮機構停止時に可動スクロール２ｂが逆転するのを防ぐための逆止弁、２１は圧縮機構吐出口より吐出された圧縮冷媒ガスを一旦広い空間に放出し、しかる後再び狭い通路を通して放出することで吐出圧脈動による騒音を低減させるマフラーである。
【０００９】
次に上記機構からなる圧縮機構の作用を説明する。
【００１０】
冷凍サイクルを循環して戻ってきた低圧冷媒ガスは吸入管１１より圧縮機構２の外周部に設けられた吸入口に案内され、固定スクロール２ａと可動スクロール２ｂで構成された圧縮室に吸入される。圧縮室は可動スクロール２ｂが固定スクロール２ａに対して自転を拘束されて旋回運動することで外側から内側に向かって渦巻状に移動しながら次第に容積を縮小していき、吸入口から吸入された低圧冷媒ガスは最終的に固定スクロール中心部に設けられた吐出口から高圧冷媒ガスとなって吐出される。吐出口から吐出された高圧冷媒ガスは一旦マフラー２１によって形成されたマフラー空間に放出されて圧力脈動を平滑化され、その後密閉容器内部を通って吐出管１６より周知の冷凍サイクルに吐出される。
【００１１】
一方、シャフト５で吸い上げられた潤滑油９は、貫通穴１３の中を上昇し、偏心軸受６、主軸受８および圧縮機構の各摺動部を潤滑、冷却してシャフト５に配設された油溝５ｂから排出され、しかる後回転子７ａの連通穴１８を通って油だめ１０に戻る潤滑サイクルを形成している。
【００１２】
上記の圧縮動作により、可動スクロール２ｂには圧縮室内ガス圧力の径方向成分および慣性力等が径方向の荷重として作用する。この荷重は、その作用する位置がシャフト５の回転と同じ方向に回転し、偏心軸受６を介して偏芯軸５ａ、シャフト５へと伝わり、主軸受８で支持される。つまり、シャフト５は常に同じ箇所が主軸受８に押し付けられながら回転する、いわゆる回転荷重となり、その荷重の大きさは１回転中で大きく変動する極めて厳しい運転条件となる。
【００１３】
上記のような過酷な運転条件では、主軸受８とシャフト５の間で安定した潤滑油膜が形成され難く、その結果潤滑油膜が切れやすくなり、金属接触と流体潤滑の混合潤滑または境界潤滑状態となる場合がある。
【００１４】
なお、スクロール圧縮機の場合は通常複数の圧縮室が中心軸に対して対称位置に存在するので、圧縮ガスによりシャフトに作用する荷重はそれぞれの圧縮室の圧縮アンバランスによるものとなり、比較的軽い荷重となるが、単気筒のロータリ圧縮機の場合は圧縮ガスによる荷重がそのままシャフトに作用するので極めて大きな荷重を受けることになる。
【００１５】
このような状態でもシャフトが摩耗しないように、窒化処理により表面に耐磨耗性の高い窒化物の層を形成する手法がとられているが、その製作方法としては貫通穴や油溝が設けられたシャフトを粗加工した後、表面窒化処理を行い、その後に表面を片側で０．０５ｍｍ〜０．１２５ｍｍの取り代で仕上げ研削加工していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、貫通穴１３や油溝５ｂが設けられた状態で窒化処理を行うと、偏芯軸５ａでは貫通穴１３が中央になく偏肉となっているため、窒素が軸側および穴側の両側から浸入し肉厚の薄い側がその応力に耐えられずに凸になるように反ってしまう。また、油溝５ｂが設けてある側は表面積が反対側より大きく、その分窒素が多く浸入するので油溝５ｂ側が凸になるように反ってしまう。
【００１７】
窒化処理後の内部硬さについて、図３を用いて説明する。図３はＳＡＣＭ６４５を５２０℃で４８時間窒化処理した場合の内部硬さ分布を示す図である。同図に示すように、窒化後の取り代が変化すると、仕上げ加工後の表面の硬さが円周方向で変化する。例えば同図において振れが無い場合の仕上げ加工後表面硬さは、取り代が０．０５ｍｍの場合は１１１０ＨＶ（ＨＶはビッカース硬さの単位を示す）となるが、全周で０．１５ｍｍの振れが発生すると取り代の不均一が０．０７５ｍｍとなり、最大取り代は０．１２５ｍｍとなるので表面硬さは９２０ＨＶとなる。したがってシャフト円周方向で１９０ＨＶの硬度差が発生することになり、過酷な運転条件においては硬度が低い部分では耐磨耗性が充分でなく、その部分に摩耗が発生するとさらに硬度が低下し磨耗が加速度的に進行することで、圧縮機の寿命を大幅に低下させる場合があった。
【００１８】
すなわち、安定した表面硬さを得るためには安定した取り代を確保することが重要であることがわかる。
【００１９】
また、油溝５ｂは潤滑油を円滑に排出するため通常反負荷側に設けられるが、窒化処理による反りはシャフト５の負荷側の取り代を増加させることとなり、仕上げ加工後の負荷側表面硬さが他の部分に比べ低下する事になる。つまり、最も耐磨耗性が必要な負荷側において充分な表面硬度を確保することができないため、運転を続けるうちにこの部分における磨耗が進行し、その結果さらに硬度が低下して加速度的に磨耗が進行し、圧縮機の寿命を大幅に低下させる場合もあった。
【００２０】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、耐摩耗性の高いシャフトを安定して提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、シャフトの偏芯した穴や窪みの表面に窒化防止
処理を施した後に窒化処理を行なうことにより、シャフトに対して窒素が不均一な状態で侵入するのを防止し、局部的に不均一な窒化による応力が発生しないようにすることでシャフトの窒化による変形を抑制するものである。そして、シャフトの変形を抑制することにより窒化後の取り代の不均一を減少させ、仕上げ研磨後の表面硬度を高い状態で安定させるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の発明は、偏芯部分を有する軸方向穴及び／又は表面に配置される窪みを加工する第1の工程と、少なくとも前記軸方向穴の偏芯部分及び／又は窪みの表面に窒化防止処理を施す第２の工程と、少なくとも軸受との摺動部に中加工を行なう第３の工程と、少なくとも前記軸方向穴の偏芯部分及び／又は窪みの表面を除いて窒化処理を行なう第４の工程と、少なくとも軸受との摺動部に仕上げ加工を行なう第５の工程を有するシャフトの製造方法であり、窒化による変形を引き起こす偏肉や表面積の不均一が抑制されるので窒化時の変形が小さくなり、窒化後の軸部表面の取り代が小さくでき、安定して硬い表面の圧縮機のシャフトを得ることができるという作用を有する。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例におけるスクロール圧縮機用シャフトの製作工程図である。
【００２５】
本製作工程図に基づき製作されるシャフトは、先ずダイカスト等の方法で概略形状が形成された素材に粗加工１００により穴や窪みが加工される。次にシャフト全体に錫鍍金１０１を施す。次に中加工１０２により軸部を研削し、所定の寸法精度とすると同時に軸部に施された錫鍍金被膜を除去する。次に窒化処理１０３をおこなう。このとき中加工により錫鍍金被膜が除去されている軸部には窒素が浸入するが、錫鍍金被膜が残っている穴や窪みの表面からは窒素の浸入が妨げられるので偏肉により不均一な窒化となることを防止でき、窒化により発生する応力が原因でおきるシャフトの歪を最小限とすることができる。また、軸部は中加工１０２により予め所定の寸法精度とされているため、窒化処理により最小限の歪が発生したとしても次の仕上げ加工１０４で容易に取り去ることができる。最後に仕上げ加工１０４により軸部を要求される寸法精度となるように研削する。このとき本実施例により製作されたシャフトは窒化処理１０３による変形が少ないので仕上げ加工１０４の取り代が均一になり、高く安定した表面硬さとすることができる。このようにして、信頼性の高い圧縮機用のシャフトを提供することが可能となる。
【００２６】
なお、上記全ての実施例において、スクロール圧縮機用のシャフトで説明を行ったが、ローリングピストン用、あるいはレシプロ用のいずれのシャフトにおいても、圧縮機構を駆動するための偏芯部分と給油のための穴あるいは窪みが設けられているので同様に適用することができることはいうまでもない。また、窒化防止処理は錫鍍金、ニッケル鍍金または鉛と錫の合金の鍍金いずれでも同様の効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本願発明によれば、軸部に偏芯した穴または表面に窪みを持ち窒化後に加工するシャフトにおいて、穴または窪みを加工後に窒化防止処理を行い、軸部の中加工後に窒化処理を行い最後に軸部の表面を加工する製造工程をとることにより、穴または窪みの表面に窒化防止処理がほどこされているので、窒化処理時に窒素の入り方が対称に近くなり変形を抑制することができる。従って、窒化処理後の仕上げ加工の取り代が安定するので表面硬さも安定し、信頼性の高い圧縮機用のシャフトを安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すスクロール圧縮機用シャフトの製作工程図
【図２】  従来のスクロール圧縮機の縦断面図
【図３】  窒化処理後の表面近傍断面の硬さ分布特性図
【符号の説明】
５  シャフト
５ａ  偏芯軸
５ｂ  油溝
１３  貫通穴
１００  粗加工
１０１  錫鍍金
１０２  中加工
１０３  窒化処理
１０４  仕上げ加工
【図１】
0003870683.tif 000002
【図２】
0003870683.tif 000003
【図３】
0003870683.tif 000004