| 【発明の名称】 |
焼結金属の製造方法及びその方法により製造された回転圧縮機のフランジ |
| 【発明者】 |
【氏名】崔 東峻
【氏名】金 始亨
【氏名】林 星均
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| 【要約】 |
【課題】耐磨耗性及び耐久性に優れた焼結金属の製造方法及びその方法により製造された回転圧縮機のフランジを提供することを目的とする。
【解決手段】金属粉末を混練して加圧成形した後、焼結し、前記焼結金属を所定期間にわたりサブゼロ処理し、所定の圧縮残留応力が存在する状態で加熱処理する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属粉末を混練して加圧成形した後、焼結する焼結金属成形段階と、前記成形段階を経た焼結金属を所定期間にわたりサブゼロ処理する段階と、前記サブゼロ処理の後、所定の圧縮残留応力が存在する状態で加熱処理する焼戻し段階とを含むことを特徴とする焼結金属の製造方法。
【請求項２】 前記金属粉末は、０．２〜０．８ｗｔ％の炭素（Ｃ）粉末と、０．５〜４．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）粉末と、１．０ｗｔ％以下のニッケル（Ｎｉ）粉末と、鉄（Ｆｅ）粉末を主成分とすることを特徴とする請求項１記載の焼結金属の製造方法。
【請求項３】 前記サブゼロ処理段階での冷却温度は−１９６℃〜−２００℃であることを特徴とする請求項１記載の焼結金属の製造方法。
【請求項４】 前記サブゼロ処理は３０分間行われることを特徴とする請求項１記載の焼結金属の製造方法。
【請求項５】 前記焼戻し段階は１００〜１２０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１記載の焼結金属の製造方法。
【請求項６】 請求項１の製造方法により製造された回転圧縮機のフランジ。
【請求項７】 金属粉末を混練し加圧成形した後、８００〜１２００℃の温度で焼結して焼結金属材フランジを成形する段階と、前記成形段階で製造されたフランジを−１９６℃〜−２００℃の液体窒素で所定時間サブゼロ処理を行う段階と、前記サブゼロ処理を経た前記フランジに耐久性と耐磨耗性を付与するため所定時間加熱する焼戻し段階とを含むことを特徴とする焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
【請求項８】 前記サブゼロ処理段階は、前記フランジの耐久性と耐磨耗性の向上のため、前記フランジの表面に圧縮残留応力が存在するようにすることを特徴とする請求項７記載の焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
【請求項９】 前記サブゼロ処理段階は、前記フランジの組織が針状組織に変化して銅化合物（ＣｕＸ）の析出現象が表れるようにすることで、耐磨耗性が向上するようにすることを特徴とする請求項８記載の焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
【請求項１０】 前記焼戻し段階は、前記フランジの表面に生成する水分を除去するとともに所定の靭性を付与するため、１００〜１２０℃の温度で加熱することを特徴とする請求項７記載の焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
【請求項１１】 前記フランジの耐磨耗性試験のため、前記フランジと同一の材質からなった回転板と、前記回転板を加圧する加圧試片とを用いることを特徴とする請求項７記載の焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
【請求項１２】 前記サブゼロ処理段階は３０分間行われることを特徴とする請求項７記載の焼結金属材の回転圧縮機のフランジの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐磨耗性及び耐久性に優れた焼結金属の製造方法及びその方法により製造された回転圧縮機のフランジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般の冷却システムの冷媒圧縮用に用いられる回転圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１の内部に固定された固定子２及び該固定子２の内部に回転可能に設けられた回転子３からなる駆動部４と、駆動部４の回転力により冷媒の圧縮が行えるように、密閉容器１内の下部に設けられた圧縮部５とを含む。
【０００３】圧縮部５は、回転子３と結合された状態で圧縮部５側に延長され、所定長さの偏心部６ａを有する回転軸６と、回転軸６の偏心部６ａを収容するように、偏心部６ａ側に設けられたシリンダ７と、シリンダ７の上下部に結合され、回転子３が結合した回転軸６を回動可能に支持するフランジ８、９とを含む。また、圧縮部５は、偏心部６ａが回転するとき、シリンダ７の内面に当接したままで自転及び公転するように、偏心部６ａの外面に設けられた回動ローラー１０と、回動ローラー１０の外面に当接したままで回動ローラー１０の半径方向に進退するように設けられ、シリンダ７の内部を低圧部と高圧部に区画するベーン（図示せず）とを含む。
【０００４】このような回転圧縮機は、回転子３の駆動によりシリンダ７内の偏心部６ａが回転するとき、回動ローラー１０がシリンダ７の内面と当接したままで自転及び公転を行い、ベーン（図示せず）が半径方向に進退する動作により冷媒を吸入して圧縮させる動作を行う。すなわち、吸入口１３に流入した低温、低圧の冷媒を高圧に圧縮して上側フランジ８の出口１３側に吐き出す。
【０００５】ところが、このような回転圧縮機は、前述したような冷媒の圧縮動作を行っている間に、回転軸６、回転軸の偏心部６ａと回動ローラー１０、フランジ８、９との滑り接触により激しい摩擦が発生するため、長期間使用した場合、フランジ８、９の表面が磨耗する問題点があった。フランジ８、９の磨耗により生成した金属粉末は冷媒と反応しながら冷媒分解現象を引き起こし、冷媒分解により生成した生成物は周辺金属の腐食及び侵食を引き起こしてスラッジを生成させることにより、回転圧縮機の機動性を低下させる原因となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は激しい摩擦にも耐えられるように、耐磨耗性及び耐久性が大きく向上するようにする焼結金属の製造方法及びその方法により製造された回転圧縮機のフランジを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明による焼結金属の製造方法は、金属粉末を混練して加圧成形した後、焼結する焼結金属成形段階と、前記成形段階を経た焼結金属を所定期間にわたりサブゼロ処理する段階と、前記サブゼロ処理の後、所定の圧縮残留応力が存在する状態で加熱処理する焼戻し段階とを含むことを特徴とする。
【０００８】前記金属粉末は、０．２〜０．８ｗｔ％の炭素（Ｃ）粉末と、０．５〜４．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）粉末と、１．０ｗｔ％以下のニッケル（Ｎｉ）粉末と、鉄（Ｆｅ）粉末を主成分とすることを特徴とする。
【０００９】前記サブゼロ処理段階での冷却温度は−１９６℃〜−２００℃であることを特徴とする。
【００１０】前記サブゼロ処理は３０分間行われることを特徴とする。
【００１１】前記焼戻し段階は１００〜１２０℃の温度で行われることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明による好ましい実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。以下の説明は本発明による焼結金属の製造方法を回転圧縮機のフランジの製造に適用した例を挙げて説明する。
【００１３】本発明による焼結金属の製造方法により製造される回転圧縮機フランジは、図２に示すように、回転圧縮機の回転軸が結合される軸結合部２１と、圧縮空間を形成するようにシリンダに結合されるフランジ部２２とを備える。このようなフランジ２０の製造のためには、図３に示すように、金属粉末の混練段階３１、高温加圧成形段階３２、高温焼結段階３３を順次経る。また、焼結金属材のフランジ２０の耐磨耗性の向上のための熱処理方法として、超低温でサブゼロ処理（Subzero Treatment）を行う段階３４と、１００〜１２０℃の温度で焼戻し（Tempering）を行う段階３５を経る。
【００１４】金属粉末の混練段階３１は０．２〜０．８ｗｔ％の炭素（Ｃ）粉末と、０．５〜４．０ｗｔ％の銅（Ｃｕ）粉末と、１．０ｗｔ％以下のニッケル（Ｎｉ）粉末と、残量の鉄（Ｆｅ）粉末とを加熱するとともに機械的撹拌手段で均等に混合させる。混練段階を経た金属粉末は成形型により高圧で加圧してフランジ状に成形し、これを８００〜１２００℃の高温で焼結することで、緻密な密度を有する焼結金属材フランジを製造する。
【００１５】このような焼結金属成形方法により製造されたフランジのサブゼロ処理段階３４は、図４に示すように、フランジ２０を−１９６℃〜−２００℃の液体窒素に浸漬して急速冷却させ、この状態で３０分間維持する。
【００１６】このようなサブゼロ処理は、通常の金属熱処理過程において、オーステナイト組織がマルテンサイト組織に変化する温度（変態点）より遥かに低い−１９６℃〜−２００℃の超低温に急速冷却させることにより、焼結金属材フランジの表面に圧縮残留応力が生じるようにして、耐磨耗性及び耐食性が向上するようにする処理である。また、このような熱処理は、金属の組織が針状組織に変化するとともに銅化合物（ＣｕＸ）の析出現象が表れるようにすることで、表面の耐磨耗性がさらに向上するようにしたものである。
【００１７】サブゼロ処理段階３４を経たフランジ２０の焼戻し（Tempering）段階３５は、図４に示すように、所定時間（３０分程度）常温で放置した後、１００〜１２０℃の温度で加熱することで、表面に生成する水分を除去するとともに焼結金属材フランジに少しの靭性を付与するようにする。
【００１８】ここで、加熱温度を１００〜１２０℃にし、加熱時間を１２０分程度に維持することは、フランジ２０に所定の靭性を付与するとともに、サブゼロ処理により生成した圧縮残留応力が存在するようにして、焼戻し以後にもフランジ２０が高い耐磨耗性を有するようにするためである。これは、熱処理温度が高すぎるか、持続時間が長すぎる場合、圧縮残留応力が除去され、フランジ２０の耐磨耗性も減少する点に鑑みたもので、適切な範囲内で熱処理を行って、靭性と耐磨耗性を共に持たせるようにしたものである。
【００１９】以上説明したサブゼロ処理段階３４及び焼戻し段階３５を経た焼結金属と、このような熱処理を経ていない焼結金属の耐磨耗性の比較のため、図５に示すような実験を行った。
【００２０】実験方法は、焼結金属の回転板４０（本発明によるフランジに相当する材質）を別の駆動手段により一定の速度で回転させ、回転板４０の上面に当接した状態を維持する加圧試片５０（回転圧縮機の回転軸の偏心部に相当する材質）に所定の荷重（Ｐ）を加えた状態で所定時間が経過した後、回転板４０の上面の磨耗量を相互比較する方式を取った。また、本発明による焼結金属が実際に回転圧縮機に適用されたときのフランジ磨耗量を予測するため、加圧試片５０が接触する回転板４０の上面には、回転圧縮機に用いられる通常の潤滑剤を塗布した。そして、磨耗量は加圧試片５０と接触して磨耗した回転板４０の磨耗程度を体積単位（ｍｍ３）に算出した。
【００２１】実験結果、回転板４０の磨耗量は使用する潤滑剤の種類によって多少違いがあったが、図６に示すように、本発明による熱処理（サブゼロ処理及び焼戻し）段階を経た焼結金属の耐磨耗性が、熱処理を経ていない焼結金属より遥かに優れたものであることが分かった。
【００２２】加圧試片５０に５ｋｇの荷重を加えた状態で所定期間にわたって実験を行った場合、両者間の違いはなかった。しかし、３０ｋｇの荷重を加えた場合、本発明による熱処理段階を経た焼結金属の磨耗量は３．２２ｍｍ３であるのに対し、比較例では５．８ｍｍ３であった。６０ｋｇの荷重を加えた場合、本発明による熱処理段階を経た焼結金属の磨耗量は８．０１ｍｍ３であるに対し、比較例では１２．６８ｍｍ３であった。このように、本発明によるサブゼロ処理段階３４と焼戻し段階３５を経た焼結金属は、このような熱処理を経ていない焼結金属より格段に優れた耐磨耗性を有することが分かる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による焼結金属はサブゼロ処理及び焼戻し段階を経ることにより、サブゼロ処理過程で生成した圧縮残留応力が存在するだけでなく、熱処理過程で銅化合物（ＣｕＸ）が析出するため、耐磨耗性及び耐久性が大きく向上する効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００１９８３９
【氏名又は名称】三星電子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１４年６月２５日（２００２．６．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２１３３０７（Ｐ２００３−２１３３０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３０日（２００３．７．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１８５２６３（Ｐ２００２−１８５２６３） |
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