JP3961274B2

JP3961274B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP3961274B2
Application number: JP2001371171A
Authority: JP
Inventors: 秀夫平野; 武男北村; 徹足立
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003172264A; CN1423057A; CN1276183C

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、潤滑油としてはそれら冷媒と相溶性のあるエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和装置や冷却装置に使われているＲ２２に代表されるＨＣＦＣ系冷媒は、その物性の安定性からオゾン層を破壊すると言われている。従って、現在、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒として、ＨＦＣ系冷媒が利用され始めている。
【０００３】
この種の圧縮機としては特開平０７―２９３４６８号公報に記載のものが知られている。このものは、図７に示すように圧縮機８０として圧縮機構８３を用い、容器８１内に電動機８２とともに収納したいわゆるメンテナンスフリーなものとしている。圧縮機構８３で圧縮する冷媒にはＨＦＣ冷媒を用い、圧縮機構８３の摺動部を潤滑する冷凍機油８４に前記冷媒と相溶性のある４価以上のエステル油を用いている。冷凍機油８４は容器８１の底部に貯留され、圧縮機構８３の駆動に伴ってその吐出圧、あるいは容積ポンプによって圧縮機構８３やその軸受部などの摺動部の潤滑に供された後、貯留部に戻って以降循環を繰り返す。一方、冷凍機油８４は冷媒との相溶性によって持ち運ばれることによっても各部を潤滑する。しかし、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ２は塩素を含まないものであることによって、塩素を含むＨＣＦＣ系冷媒のように冷媒自体に潤滑性がないか低いことが影響して潤滑が不足しがちで、耐久性に乏しい。
【０００４】
これに対処するのに図７に示す圧縮機では、圧縮機構８３の摺動部をなす例えばコンロッド８５とクランクシャフト８６の組において、コンロッド８５はアルミニウム材料を主体として表面をアルマイト処理することにより、クランクシャフト８６は炭素鋼等の金属材料を用いることにより、それぞれ耐摩耗性を上げ、ＨＦＣ系の冷媒下でメンテナンスフリーに対応する長期間安定した運転を保証しようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成は、以下に示す問題点を有している。
【０００６】
（１）アルマイト処理による酸化物層の表面には亀裂が多く、摺動部に供給された油は、その一部が酸化物層表面の亀裂に逃げるため軸受の負荷容量が低下する。
【０００７】
（２）アルマイト処理によって表面には酸化物層が形成されるが、この酸化物層は親油性が低く、特に極性の高いエステル油は酸化物層の表面に吸着されにくく、摺動部の表面では潤滑油不足が起きやすい。
【０００８】
これらの結果、高負荷運転では高摩擦になり、アルマイト処理による脆い酸化物層は破壊される恐れがあり、また潤滑油不足が起きやすい始動時などの過渡運転においても大幅な耐久性低下が発生すると予測される。
【０００９】
本発明の目的は、圧縮機構部の摺動部における潤滑油の確保と低摩擦係数化を図って、耐久性の高い圧縮機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の圧縮機は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油としてエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる圧縮機であって、圧縮機構部の摺動し合う少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成し、Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面に鉄メッキ膜を形成していることを主たる特徴とする。
【００１１】
このような構成では、塩素を含まないＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用いるのでオゾン層を破壊しない。また、これに相溶なエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を潤滑油に用いるので、それ自体が供給されることによる潤滑に加え、冷媒によって持ち運ばれることによる潤滑も行える。特に、圧縮機構部の摺動し合う少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成するので、Ａｌ合金化した部材の数に比例した軽量化が図れる上、Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面にて、アルマイト処理層のように脆くない安定な鉄メッキ膜による低摩擦係数化と優れた油吸着性による高潤滑性とを確保し、この摺動面が臨む摺動部での耐摩耗性を長期に高められるのに併せ、前記鉄メッキ膜がＡｌ合金部材の疲労強度をも長期に高められるので、長寿命化が図れる。また、前記高潤滑性は高シール性をも発揮するので高い圧縮性能が長期に安定して得られる。また、前記高潤滑性は潤滑油が不足しがちな始動時の過渡運転に特に有効である。
【００１２】
前記鉄メッキ膜の表面に再溶融処理層を設けている構成では、Ａｌ合金部材の表面硬度がさらに増すので、その分だけＡｌ合金部材の耐摩耗性および耐久性が向上する。
【００１３】
前記再溶融処理層に固体潤滑剤が分散している構成では、この固体潤滑剤がＡｌ合金部材の摺動面と他方の摺動面との間の潤滑を図るので、潤滑油の供給がないドライ状態でも運転ができ、何らかの理由で潤滑油が供給されない場合や不足する場合、あるいは、潤滑油を供給し難い個所や供給しない方がよい個所において特に有効である。
【００１４】
前記１組の部材は、スクロール圧縮機において、相互間に圧縮室を形成する固定側スクロールと可動側スクロール、あるいは、固定側スクロールとの間に圧縮室を形成する可動側スクロールとこれの自転を拘束して円軌道運動させる自転拘束手段の部材、の各組合せで代表され、１組の部材の双方がＡｌ合金により形成されている構成では、１組の部材の一方の摺動面にのみ前記鉄メッキ膜を形成することによって異種金属間の摺動構造が実現し、同一材質どうしの間で潤滑が不足したときに生じやすい凝着の問題を回避することができる。もっとも、１組の部材の双方に鉄メッキ膜を形成して双方間の高い潤滑性、耐摩耗性、およびシール性を確保するようにもできるが、一方に設けるだけでよい分コストが低減する。
【００１５】
１組の部材は、ロータリ圧縮機におけるシリンダと、このシリンダ内で回動するピストンと、これらシリンダおよびピストンによって形成される空間を圧縮空間および吸入空間に分離するシリンダ側のベーンと、シリンダおよびピストンの両端面を閉塞する上下軸受部材と、前記ピストンに駆動力を伝達するクランク軸とであり、ピストンがＡｌ合金で形成され、このピストンに前記鉄メッキ膜を形成した構成では、ピストン１つを鉄メッキ膜を形成したＡｌ合金部材とするだけで、このピストンと摺動し合うシリンダ、ベーン、上下軸受部材およびクランク軸との間の全摺動部において、異種金属どうしの摺動構造の実現と、前記鉄メッキ膜による高い潤滑性と耐摩耗性とシール性を確保し、かつ、ピストンの疲労強度を高めることができ、しかも、偏心回転するピストンの軽量化が図れた分だけピストンが偏心回転することに対するバランサの小型化、軽量化も同時に図ることができ、この結果、さらに高速での運転が可能となり、能力制御幅を拡大できる。
【００１６】
１組の部材は、ベーン型ロータリ圧縮機における、シリンダと、このシリンダの内部に配設されたロータと、このロータを軸支し前記シリンダの前後両端を閉塞する前部側板および後部側板と、前記ロータに形成されたベーン溝内に摺動自在に収容されたベーンとであり、前記シリンダ、前部側板、後部側板およびベーンをＡｌ合金で形成し、シリンダに前記鉄メッキ膜を形成した構成では、ロータが偏心回転しないことを利用し、他の部材をＡｌ合金部材として大幅な軽量化を図りながら、シリンダのみの摺動面に鉄メッキ膜を設けるだけで、摺動の激しいシリンダとロータおよびベーンとの間で鉄メッキ膜による高い潤滑性、耐摩耗性およびシール性を確保し、かつ圧力容器となるシリンダの疲労強度を鉄メッキ膜にて高めて運転可能な最大負荷をさらに大きくすることができる。
【００１７】
１組の部材は、リニア圧縮機における、シリンダと、このシリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンとであり、これらシリンダおよびピストンをＡｌ合金で形成し、その少なくとも一方に前記鉄メッキ膜を形成した構成では、シリンダおよびピストンの双方で軽量化を図りながら、リニア圧縮機の場合、通常、始動時や停止時のピストンとシリンダとの片当たりが摩耗や焼付きの原因になりやすく潤滑油量を多く設定するところを、ピストンとシリンダとの少なくとも一方に形成した鉄メッキ膜により高い潤滑性、耐摩耗性およびシール性を得て始動時および停止時のための必要潤滑油量を少なく抑えられる。しかも、圧力容器となるシリンダ側に鉄メッキ膜を形成して疲労強度を高めると、運転可能な最大負荷をさらに大きくすることができる。
【００１８】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限り種々な組み合わせで複合して採用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧縮機の実施の形態について図１〜図６を参照しながら詳細に説明し、本発明の理解に供する。以下の説明は本発明の具体例を示すもので、特許請求の範囲の記載を限定するものではない。
【００２０】
本実施の形態では図１に示す例、図２、図３に示す例、および図６に示す例のように、圧縮機構部３０、５０、７０がそれらを駆動する電動機部２０、７３とともに容器１０内に収容したいわゆる密閉型のメンテナンスフリーな圧縮機の場合と、図４、図５に示す例のように、圧縮機構部６０単独で構成した場合とを示したが、本発明はこれらに限られることはなく、摺動部を持つ圧縮機全般に適用して有効であり、いずれも本発明の範疇に属する。本実施の形態の各圧縮機はいずれも冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油４２としてエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる。これにより、物性がＨＣＦＣのように安定していないＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用いるのでオゾン層を破壊しない。また、これに相溶なエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を潤滑油４２として用いるので、それ自体が供給されることによる潤滑に加え、冷媒によって持ち運ばれることによる潤滑も行える。
【００２１】
特に、圧縮機構部３０、５０、６０、７０における摺動し合う少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成し、Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面に鉄メッキ膜を形成する。これにより、圧縮機構部３０、５０、６０、７０におけるＡｌ合金化した部材の数に比例した軽量化が図れる上、摺動し合う１組の部材におけるＡｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面にて、アルマイト処理層のように脆くない安定な鉄メッキ膜による低摩擦係数化と優れた油吸着性による高潤滑性とを確保し、この摺動面が臨む摺動部での耐摩耗性を長期に高められるのに併せ、前記鉄メッキ膜がＡｌ合金部材の疲労強度をも長期に高められるので、圧縮機構部３０、５０、６０、７０の長寿命化が図れる。また、前記高潤滑性は高シール性をも発揮するので高い圧縮性能が長期に安定して得られる。
【００２２】
この場合、前記鉄メッキ膜の表面に再溶融処理層を設けるのが好ましい。これによると、Ａｌ合金部材の表面硬度がさらに増すので、その分だけＡｌ合金部材の耐摩耗性および耐久性が向上する。また、前記再溶融処理層に固体潤滑剤が分散しているようにするとさらに好適である。これによると、この固体潤滑剤がＡｌ合金部材の摺動面と他方の摺動面との間の潤滑を図るので、潤滑油の供給がないドライ状態でも運転ができ、何らかの理由で潤滑油が供給されない場合や不足する場合、あるいは、潤滑油を供給し難い個所や供給しない方がよい個所において特に有効である。
【００２３】
図１（ａ）（ｂ）に示す例はスクロール圧縮機の場合の一例である。図１（ａ）に示すように容器１０は吸入管１１と吐出管１２とを備え、外部サイクルと接続されることによって密閉状態となる。電動機部２０は、容器１０の内周に固定されたステータ２１とこれの内側に位置するロータ２２とから構成され、ロータ２２は圧縮機構部３０を駆動するクランク軸３３が貫通する状態で一体化され、クランク軸３３が圧縮機構部３０側の主軸受３４と反圧縮機構部３０側の副軸受３４ａとによって軸受けされ、電動機部２０の作動によってロータ２２と一体に回転する。
【００２４】
圧縮機構部３０は圧縮室３０Ａを形成する固定側スクロール３１と可動側スクロール３２とで構成され、可動側スクロール３２がクランク軸３３によって電動機部２０からの駆動力を主軸３３Ａ、旋回軸受３３Ｂ、自身の旋回軸３２Ｆを介して伝達されて固定側スクロール３１に対し円軌道上を旋回運動し、圧縮室３０Ａが例えば外周側から中央部に移動しながら容積が小さくなっていくことにより、冷媒を外部サイクルから吸入して圧縮し、圧縮後の冷媒を容器１０内の空間を経て外部サイクルに供給することを繰り返す。
【００２５】
固定側スクロール３１は前記主軸受３４を持ち容器１０の内周に固定された支持部材としての主軸受部材２９の一面にボルトなどにより取り付けられ、主軸受部材２９と固定側スクロール３１との間に可動側スクロール３２が挟み込まれている。主軸受部材２９と可動側スクロール３２との間に可動側スクロール３２の自転を拘束し円軌道運動だけするように案内する自転拘束手段としての一例であるオルダムリング３５を設けてある。オルダムリング３５は一面側に形成した第１の直径線上２箇所の突起によって可動側スクロール３２とこの第１の直径線方向に摺動し合うように係合し、他面側に形成した前記第１の直径線と直交する第２の直径線上の２箇所の突起によって主軸受部材２９とこの第２の直径線方向に摺動し合うように係合している。
【００２６】
固定側スクロール３１は、渦巻状に形成された固定側羽根部材３１Ａと、この固定側羽根部材３１Ａを形成するための溝の底面を構成する固定側鏡板３１Ｂと、固定側羽根部材３１Ａの外周部に形成されて可動側スクロール３２と当接する固定側スラスト面３１Ｃと、固定側鏡板３１Ｂの中央部に形成された吐出孔３１Ｄとを有している。可動側スクロール３２は、渦巻状に形成された可動側羽根部材３２Ａと、この可動側羽根部材３２Ａを形成するための溝の底面を構成する可動側鏡板３２Ｂと、可動側羽根部材３２Ａの外周部に形成されて固定側スクロール３１と当接する可動側スラスト面３２Ｃと、背面３２Ｅと、この背面３２Ｅ側の中央部に突出して形成された前記旋回軸３２Ｆと、固定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃとの間に潤滑油を供給する給油路３２Ｇとを有している。
【００２７】
クランク軸３３の前記副軸受３４ａは容器１０の内周に固定された支持部材としての副軸受部材３４ｂに保持され、この副軸受部材３４ｂを利用して潤滑ポンプの一例としての容積ポンプ４１が取り付けけられてクランク軸３３によって圧縮機構部３０とともに駆動される。容積ポンプ４１は駆動されると容器１０内の下部に貯留された潤滑油４２を給油管４３を通じ吸入して、クランク軸３３の中央に軸線方向に形成した給油管４３を経て旋回軸受３３Ｂおよび主軸受３４に供給しそれらを潤滑するとともに冷却する。旋回軸受３３Ｂと主軸受３４との間の高圧液溜め部に達した潤滑油４２の一部は、可動側スクロール３２の給油路３２Ｇを通じて固定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃとの間に供給され圧縮機構部３０の摺動部を潤滑するとともにシールをする一方、可動側スクロール３２の可動側鏡板３２Ｂの外周背部の背圧室２８へ絞りを経て所定の減圧を受けた後に達し、可動側スクロール３２をバックアップして固定側スクロール３１から離れたり転覆したりしないようにする。また、背圧室２８は前記オルダムリング３５の設置空間にも通じていて、オルダムリング３５と可動側スクロール３２および主軸受部材２９との間の摺動部も潤滑する。圧縮機構部３０を潤滑した潤滑油４２は冷媒とともに容器１０内に吐出される。以上のような潤滑油４２の働きは圧縮機構部３０から一旦容器１０内に吐出される冷媒の吐出圧を貯留されている潤滑油４２に働かせ、この吐出圧によってクランク軸３３を通じて給油することによっても行える。
【００２８】
以上のような構成を有し運転に振動が少なく比較的静かなスクロール式の圧縮機において、摺動し合う１組の部材は相互間に圧縮室３０Ａを形成する固定側スクロール３１と可動側スクロール３２、あるいは、可動側スクロール３２とこれの自転を拘束して円軌道運動させる自転拘束手段の部材としてのオルダムリング３５、の各組合せで代表される。これらの組における少なくとも１組の部材の双方がＡｌ合金により形成されているようにすると、それらによる軽量化が図れる上、一方の摺動面にのみ形成した前記鉄メッキ膜により異種金属間の摺動構造が実現するので、同一材質どうしの間で潤滑が不足したときに生じやすい凝着の問題を回避することができる。もっとも、１組の部材の双方に鉄メッキ膜を形成して双方間の高い潤滑性、耐摩耗性、およびシール性を確保するようにもできるが、一方に設けるだけでよい分コストが低減する。
【００２９】
本例では、固定側スクロール３１、可動側スクロール３２、およびオルダムリング３５をＡｌ合金部材としてあり、特に、図１（ｂ）に示すように可動側スクロール３２に鉄メッキ膜１００が施されている。この鉄メッキ膜１００の表面は固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・冷却された鉄メッキ膜１００の表層部には固体潤滑剤が分散された再溶融処理層を形成している。鉄メッキ膜１００の厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。この鉄メッキ膜１００は、可動側スクロール３２の可動側羽根部材３２Ａ、可動側鏡板３２Ｂ、可動側スラスト面３２Ｃ、背面３２Ｅ、オルダムリング３５の突起と係合する係合溝、旋回軸３２Ｆに形成されている。つまり全面に形成されている。
【００３０】
固定側羽根部材３１Ａと可動側羽根部材３２Ａとの側面は、可動側スクロール３２の駆動中常に複数箇所において接触する。この接触個所は、可動側スクロール３２が円軌道運動する公転にともなって移動する。これが圧縮室３０Ａの外周部から中央部への移動となって徐々に狭くなる。このときの容積変化によって前記した吸入、圧縮、吐出の作用が行われる。
【００３１】
一方、容器１０内底部にある潤滑油４２は、容積ポンプ４１によって給油管４３から吸い上げられ、クランク軸３３に設けられた給油管４３を通って、旋回軸受３３Ｂ、旋回軸３２Ｆに供給され、その後可動側スクロール３２に形成された給油路３２Ｇを通って固定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃに供給される。この固定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃとの間に供給された潤滑油４２は、冷媒とともに圧縮室３０Ａ内に吸入され、固定側羽根部材３１Ａや可動側羽根部材３２Ａに供給される。
【００３２】
上記のように、原理的に低振動であるスクロール圧縮機の可動側スクロール３２に鉄メッキ膜１００を形成しているため、低摩擦、高耐摩耗またドライ状態での運転が可能であるが、さらに可動側羽根部材３２Ａに吸着された潤滑油４２によって圧縮室３０Ａのシールが確保されるため、潤滑油４２が不足になりがちな始動などの過渡運転における漏れも低減でき、圧縮機の性能を向上できる。またオルダムリング３５の突起と係合する係合溝においては、潤滑油４２不足になる始動などの過渡運転でも固体潤滑剤の作用で高速始動ができ、その結果立上り性能を向上できる。
【００３３】
なお、上記実施例では可動側スクロール３２に鉄メッキ膜１００を設けたが、固定側スクロール３１とオルダムリング３５に鉄メッキ膜を設けても同じ作用および効果が得られる。また再溶融処理層をレーザで形成しても同じ作用および効果が得られ、レーザによる場合ではさらに表面がポーラスになり、保油性は高く、更なる低摩擦かつ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。
【００３４】
図２、図３に示す例はロータリ圧縮機の場合の一例である。図２に示すように圧縮機構部５０が図１の場合と同様な電動機部２０と共に容器１０に収容され、容器１０はその吸入管１１と吐出管１２とが外部サイクルに接続されて密閉状態になり、メンテナンスフリーな圧縮機を構成している。なお、図１に示す場合と共通する部材などには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００３５】
圧縮機構部５０は、シリンダ５１と、シリンダ５１内を回動するピストン５２と、シリンダ５１とピストン５２によって形成される空間を図３に示すように圧縮空間５０Ａおよび吸入空間５０Ｂに分離するベーン５３と、シリンダ５１およびピストン５２の両端面を閉塞する図２に示すような上下軸受部材５４、５５と、ピストン５２に駆動力を伝達するクランク軸５６とを備えている。
【００３６】
シリンダ５１には図３に示すように、ベーン５３を装着するベーン溝５１Ａと、冷媒を吸入する吸入孔５１Ｂと、冷媒を吐出する吐出孔５１Ｃを設けている。ベーン５３は図３に示すように背部に配した弾性体５３Ａにより常にピストン５２側に押圧されている。クランク軸５６は図２、図３に示すようにクランク部５６Ａを有し、ピストン５２はこのクランク部５６Ａの外まわりに設けられている。
【００３７】
上軸受部材５４には図示しないが吐出孔５１Ｃと連通する吐出ポートを設けている。容器１０の下部には、潤滑油４２が貯留され、この潤滑油４２は、吐出圧またはクランク軸５６の下端部に設けた図示しない潤滑ポンプによって汲み上げられ、ないしは吐出圧によって圧縮機構部５０の摺動部に供給される。
【００３８】
上軸受部材５４と下軸受部材５５は、シリンダ５１内にピストン５２を装着した状態で、シリンダ５１を上下両端から挟み込んでボルトなどによって固定されそれらを閉塞している。
【００３９】
このような部品点数の少ない簡単な構造のロータリ圧縮機で、摺動し合う１組の部材は、シリンダ５１と、このシリンダ５１内で回動するピストン５２と、これらシリンダ５１およびピストン５２によって形成される空間を圧縮空間５０Ａおよび吸入空間５０Ｂに分離するシリンダ５１側のベーン５３と、シリンダ５１およびピストン５２の両端面を閉塞する上下軸受部材５４，５５と、前記ピストン５２に駆動力を伝達するクランク軸５６とし、ピストン５２をＡｌ合金で形成し、このピストン５２に図に示すような前記鉄メッキ膜１００を形成する。これによると、ピストン５２の１つを鉄メッキ膜１００を形成したＡｌ合金部材とするだけで、このピストン５２と摺動し合うシリンダ５１、ベーン５３、上下軸受部材５４、５５およびクランク軸５６との間の全摺動部において、前記鉄メッキ膜１００による異種金属どうしの摺動構造の実現と、高い潤滑性と耐摩耗性とシール性を確保し、かつ、ピストン５２の疲労強度を高めることができ、しかも、偏心回転するピストンの軽量化が図れた分だけピストン５２が偏心回転することに対するバランサの小型化、軽量化も同時に図れる。
【００４０】
本例では特に、圧縮機構部５０を構成するシリンダ５１およびピストン５２をＡｌ合金で形成する。Ａｌ合金として焼結材を用いることもできる。ピストン５２には鉄メッキ膜１００が施され同じＡｌ合金部材であるシリンダ５１との摺動部を異種金属構造にしている。この鉄メッキ膜１００の表面は固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・冷却された鉄メッキ膜１００の表層部には固体潤滑剤が分散された再溶融処理層が形成されている。鉄メッキ膜１００の厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。この鉄メッキ膜１００は、ピストン５２の外周面に形成されている。
【００４１】
電動機部２０によってクランク軸５６が回転するのに伴いピストン５２はシリンダ５１内を偏心回動する。ピストン５２はベーン５３が当接したままで、シリンダ５１内を図３の矢印の方向に回動する。この回動に伴って、吸入空間５０Ｂは、吸入孔５１Ｂが連通状態にある間、冷媒の吸入を続ける。そしてピストン５２のシリンダ５１との接触位置が、吸入孔５１Ｂを通過したときに冷媒の吸入を終了する。その後は、圧縮空間５０Ａとして冷媒を圧縮する。ピストン５２のシリンダ５１との接触位置が吐出孔５１Ｃに近づき、冷媒が所定圧まで圧縮される時点で、圧縮空間５０Ａ内の冷媒を吐出孔５１Ｃから容器１０内に吐出する。
【００４２】
一方、容器１０内の下部にある潤滑油４２は吐出圧またはクランク軸５６の回転に伴う潤滑ポンプの働きによって吸い上げられ、クランク軸５６に設けられた給油路を通じ上下軸受部材５４、５５やピストン５２の摺動面に供給される。圧縮空間５０Ａや吸入空間５０Ｂに供給された潤滑油４２は、冷媒とともに容器１０内に吐出される。
【００４３】
このように、スクロール圧縮機に比べ部品点数が少なくて低価格であるロータリ圧縮機において、Ａｌ合金部材としたピストン５２の外周面に鉄メッキが形成されているため、低摩擦、高耐摩耗またドライ状態での運転が可能であるが、さらにピストン５２がＡｌ合金で軽量であるためその偏心回転に対応するためロータ２２に設けるバランスウェイトを小型化、軽量化ができ、その結果、さらに高速での運転が可能となり、能力制御幅を拡大できる。
【００４４】
なお、上記実施例ではピストン５２の外周面のみに鉄メッキ膜１００を設けたが、表面全体に鉄メッキ膜１００を設けてもシリンダ５１以外の部材との摺動部を含め同じ作用および効果が得られるし、ピストン５２の疲労強度の向上に有効である。また再溶融処理層をレーザで形成しても同じ作用および効果が得られる。ただし、レーザでは表面がポーラスになり、保油性が高く、さらなる低摩擦かつ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。
【００４５】
図４、図５に示す例は開放型でベーン型のロータリ圧縮機の場合の一例であり、図に示すように圧縮機構部６０は、シリンダ５７と、ロータ５８と、ベーン５９と、前部側板６１ａと、後部側板６１と、駆動軸６２で構成されている。シリンダ５７は内周面を摺接面とした筒状に形成されている。このシリンダ５７は前部側板６１ａと後部側板６１との間にボルトで固定されている。
【００４６】
駆動軸６２の両端は前部側板６１ａの軸受６３と後部側板６１の軸受６３Ａによって支持されている。この駆動軸６２の中間部分には円柱状のロータ５８が取り付けられている。ロータ５８にはベーン溝６４が形成され、ベーン溝６４にはベーン５９が摺動自在に収納されている。背圧室６５に供給される潤滑油４２の油圧によってベーン５９はベーン溝６４から突出する方向に付勢されている。そして、ベーン５９の先端はシリンダ５７の内周面に摺接しながらロータ５８とともに回転し、隣り合うベーン５９の間に吸入室６６と圧縮室６７が形成される。吸入室６６は、シリンダ５７に設けられた吸入口６８に通じ、圧縮室６７はシリンダ５７に設けられた吐出口６９に通じている。吐出口６９はリアケース６１ｂに通じ、高圧となっているリアケース６１ｂ内の下部には潤滑油４２が貯留され、例えば吐出圧によって圧縮機構部６０の摺動部と前記背圧室６５に供給される。
【００４７】
本例では、シリンダ５７、前部側板６０、後部側板６１およびベーン５９をＡｌ合金としてある。Ａｌ合金として焼結材を用いることもできる。シリンダ５７の内周には図に実線で示すように鉄メッキ膜１００が施されている。この鉄メッキ膜１００の表面は固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・冷却された鉄メッキ膜１００の表層部には固体潤滑剤が分散された再溶融処理層が形成されている。鉄メッキ膜１００の厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。この鉄メッキ膜１００は、シリンダ５７の内周面に形成されている。
【００４８】
本例のロータリ圧縮機は例えば、エンジンからベルトを介して駆動軸６２に動力が伝達されロータ５８が回転する。この回転による遠心力と背圧室６５の油圧によってベーン５９はベーン溝６４から突出し、ベーン５９の先端はシリンダ５７の内周面に摺接しながらロータ５８とともに回転する。ロータ５８の回転に伴って、冷媒を吸入口６８から吸入室６６に吸入し、その後圧縮室６７で圧縮して吐出口６９、リアケース６１ｂを経て外部に吐出する。一方、潤滑油４２はその一部がシリンダ５７に供給され、前部側板６０、後部側板６１とロータ５８との隙間やシリンダ５７内周面の潤滑を行う。
【００４９】
以上のように、シリンダ５７の内周面に鉄メッキが形成されているため、低摩擦、高耐摩耗またドライ状態での運転が可能であるが、さらにヤング率が大きくなるので疲労強度は高くなる。その結果、Ａｌ合金のみの場合に比べより高負荷での運転が可能となり、運転可能な最大負荷をさらに大きくできる。そこで、鉄メッキ膜１００は図に仮想線で示すように内外周面双方、あるいは全面に設けるほど疲労強度を高められる。全面ではメッキ操作が簡単な浸漬方式でよくなる。
【００５０】
なお、再溶融処理層をレーザで形成しても同じ作用および効果が得られる。ただし、レーザでは表面がポーラスになり、保油性が高く、更なる低摩擦かつ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。
【００５１】
図６に示す例はリニアモータを利用したレシプロ式のリニア圧縮機の場合の一例である。図に示すように、容器１０内にシリンダ７１、ピストン７２、リニアモータ７３、バネ機構部８３を収容している。容器１０は吸入管１１と吐出管１２とにより外部サイクルと接続されて密閉状態になる。
【００５２】
リニアモータ７３はアウターヨーク７４に埋設されるステータ７５と、ステータ７５と相対向する内側に配置されインナーヨーク７６に固持されるマグネット７７とで構成されている。シリンダ７１はピストン７２を摺動自在に嵌め合わせ支持するシリンダ孔７１Ａとフランジ部７１Ｂを有し、フランジ部７１Ｂにはアウターヨーク７４が連結されている。
【００５３】
一方、ピストン７２はその前端側の開口部７２Ａに自身の進退に伴い開閉するように保持した吸入バルブ７８を持ち、後端のフランジ部７２Ｂにはインナーヨーク７６が連結されている。なお、インナーヨーク７６はシリンダ７１の外周に摺動可能に支持され、前記したようにマグネット７７を固持している。また、ピストン７２は冷媒を導入するための吸入孔７９を有している。シリンダ７１の前面側は、吐出バルブ支持体８０により閉止され、ピストン７２の前端面との間に圧縮室８１を形成している。また、吐出バルブ支持体８０内の中心部には、吐出バルブ（図示せず）が収納されている。また吐出バルブ支持体８０は、消音室を形成するマフラ８２を介して螺旋状の吐出管１２に接続されている。
【００５４】
アウターヨーク７４およびピストン７２の後端側にはバネ機構部８３の共振バネ８４が固定されている。この共振バネ８４は支持バネ８５を介して容器１０に保持されている。また、容器１０の前側に保持される支持バネ８５Ａはマフラ８２を保持している。容器１０の下部には、潤滑油４２が貯留されている。
【００５５】
本例ではシリンダ７１およびピストン７２をＡｌ合金で形成してある。Ａｌ合金として焼結材を用いることもできる。ピストン７２の外周面には鉄メッキ膜１００が施されている。この鉄メッキ膜１００の表面は固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・冷却された鉄メッキ膜１００の表層部には固体潤滑剤が分散された再溶融処理層が形成されている。鉄メッキ膜１００の厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。
【００５６】
リニアモータ７３のステータ７５に通電することによってマグネット７７との間に渦流電流が流れる。この結果、ピストン７２が吐出管１２側と反対の方向に移動する（すなわち、後退する）。このため、吸入孔７９から導入された冷媒が吸入バルブ７２Ａを開放し、圧縮室８１内に吸入される。なお、ピストン７２の後退により共振バネ８４や支持バネ８５がチャージされてエネルギーが蓄積される。
【００５７】
この状態でステータ７５の通電を停止すると、共振バネ８４等に蓄積されたエネルギーが放出され、ピストン７２が吐出管１２の方向に移動する（すなわち、前進する）。これにより、吸入バルブ７８が閉止し、圧縮室８１内の冷媒が圧縮される。そして圧縮された冷媒は、吐出バルブ支持体８０の中央部に設けられている吐出バルブを押し開き、マフラ８２内に吐出されて消音され、螺旋状の吐出管１２内を流れ外部サイクルに供給される。一方、潤滑油４２は共振バネ８４および支持バネ８５の攪拌作用により飛散して冷媒とともに圧縮機構部７０におけるシリンダ７１およびピストン７２の摺動部に搬送され、摺動部を潤滑する。
【００５８】
以上のように、リニアモータ７３の内部に圧縮機構部７０が収納されているので超小型となるリニア圧縮機において、ピストン７２には鉄メッキが形成され、低摩擦、高耐摩耗またドライでの運転が可能である。さらに始動時や停止時に発生するピストン７２とシリンダ７１との片当りによる摩耗や焼付きを防止できるため、必要な潤滑油量を減らすことができ、少潤滑油量が可能である。
【００５９】
なお、上記実施例ではピストン７２の外周面のみに鉄メッキ膜１００を設けたが、表面全体に鉄メッキ膜１００を設けても同じ作用および効果が得られ、疲労強度を高めるのに好適となり、メッキ操作が簡単な浸漬方式でよくなる。また再溶融処理層をレーザで形成しても同じ作用および効果が得られる。ただし、レーザでは表面がポーラスになり、保油性が高く、更なる低摩擦かつ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。
【００６０】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、塩素を含まない代替冷媒又はＣＯ２を用いるのでオゾン層を破壊しない。また、これに相溶な潤滑油に用いるので、それ自体が供給されることによる潤滑に加え、冷媒によって持ち運ばれることによる潤滑も行える。特に、摺動し合いかつ冷媒に触れる少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成して、Ａｌ合金化した部材数に比例した軽量化が図れる上、Ａｌ合金部材の少なくとも１つの摺動面にて、アルマイト処理層のように脆くない安定な鉄メッキ膜による低摩擦係数化と優れた油吸着性による高潤滑性とを確保し、この摺動面が臨む摺動部での耐摩耗性を長期に高められるのに併せ、前記鉄メッキ膜がＡｌ合金部材の疲労強度をも長期に高められるので、長寿命化が図れる。また、前記高潤滑性は高シール性をも発揮するので高い圧縮性能が長期に安定して得られる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明に加え、さらに、鉄メッキ膜の表面に再溶融処理層を設けているものであり、耐摩耗性をさらに向上できる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明に加え、さらに、再溶融処理層に固体潤滑剤を分散しているものであり、ドライ運転ができる。
【００６３】
請求項４または５記載の発明によれば、請求項１〜３記載の発明のいずれか１つに加え、さらに、スクロール圧縮機の１組の部材である固定側スクロールと可動側スクロール、またはおよび可動側スクロールと自転拘束手段の部材、の組における双方をＡｌ合金部材としてさらなる軽量化を図りながら、その一方の摺動面にのみ前記鉄メッキ膜を形成することによって異種金属間の摺動構造が実現し、同一材質どうしの間で潤滑が不足したときに生じやすい凝着の問題を回避することができ、潤滑油不足になる始動などの過渡運転でも高速始動ができ、その結果立上り性能を向上できる。
【００６４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜３記載の発明のいずれか１つに加え、さらに、部品点数が少なく簡単な構造のロータリ圧縮機におけるピストン１つを鉄メッキ膜を形成したＡｌ合金部材とするだけで、このピストンと摺動し合うシリンダ、ベーン、上下軸受部材およびクランク軸との間の全摺動部において、異種金属どうしの摺動構造の実現と、前記鉄メッキ膜による高い潤滑性と耐摩耗性とシール性を確保し、かつ、ピストンの疲労強度を高めることができ、しかも、偏心回転するピストンの軽量化が図れた分だけピストンが偏心回転することに対するバランサの小型化、軽量化も同時に図ることができ、この結果、さらに高速での運転が可能となり、能力制御幅を拡大できる。
【００６５】
請求項７記載の発明によれば、部品点数が少なく簡単な構造のベーン型のロータリ圧縮機におけるロータが偏心回転しないことを利用し、他の部材をＡｌ合金部材として大幅な軽量化を図りながら、シリンダのみの摺動面に鉄メッキ膜を設けるだけで、摺動の激しいシリンダとロータおよびベーンとの間で鉄メッキ膜による高い潤滑性、耐摩耗性およびシール性を確保し、かつ圧力容器となるシリンダの疲労強度を高めて運転可能な最大負荷をさらに大きくすることができる。
【００６６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜３記載の発明のいずれか１つにおいて、さらに、リニア圧縮機のシリンダとピストンをＡｌ合金部材として双方で軽量化を図りながら、レスプロ式の圧縮機の場合、通常、始動時や停止時のピストンとシリンダとの片当たりが摩耗や焼付きの原因になりやすく潤滑油量を多く設定するところを、ピストンとシリンダとの少なくとも一方に形成した鉄メッキ膜により高い潤滑性、耐摩耗性およびシール性を得て始動時および停止時のための必要潤滑油量を少なく抑えられる。しかも、圧力容器となるシリンダ側に鉄メッキ膜を形成して疲労強度を高めると、運転可能な最大負荷をさらに大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の場合の例を示し、（ａ）は全体の断面図、（ｂ）は固定側、可動側各スクロールの一部拡大断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るロータリ圧縮機の場合の例を示す断面図。
【図３】図２の圧縮機における圧縮機構部の断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係るベーン型のロータリ圧縮機の場合の例を示す断面図。
【図５】図４の圧縮機における圧縮機構部の断面図。
【図６】本発明の実施の形態に係るリニア圧縮機の場合の例を示す断面図。
【図７】従来のレシプロ圧縮機の場合の例を示す断面図。
【符号の説明】
１０容器
２０電動機部
３０、５０、６０、７０圧縮機構部
３１固定側スクロール
３２可動側スクロール
３３クランク軸
３５オルダムリング
４２潤滑油
５１シリンダ
５２ピストン
５３ベーン
５４上軸受部材
５５下軸受部材
５６クランク軸
５７シリンダ
５８ロータ
５９ベーン
６０前部側板
６１後部側板
６２駆動軸
７１シリンダ
７２ピストン
７３リニアモータ
８３バネ機構部
８４共振バネ
８５支持バネ
１００鉄メッキ膜

Claims

冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油としてエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる圧縮機であって、圧縮機構部の摺動し合う少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成し、Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面に鉄メッキ膜を形成していることを特徴とする圧縮機。
前記鉄メッキ膜の表面に再溶融処理層を設けていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
前記再溶融処理層に固体潤滑剤が分散していることを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
１組の部材は、スクロール圧縮機において、相互間に圧縮室を形成する固定側スクロールと可動側スクロールとであり、双方がＡｌ合金により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
１組の部材は、スクロール圧縮機において、固定側スクロールとの間に圧縮室を形成する可動側スクロールとこれを自転を拘束して円軌道運動させる自転拘束手段の部材であり、双方がＡｌ合金により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
１組の部材は、ロータリ圧縮機におけるシリンダと、このシリンダ内で回動するピストンと、これらシリンダおよびピストンによって形成される空間を圧縮空間および吸入空間に分離するシリンダ側のベーンと、シリンダおよびピストンの両端面を閉塞する上下軸受部材と、前記ピストンに駆動力を伝達するクランク軸とであり、ピストンがＡｌ合金で形成され、このピストンに前記鉄メッキ膜を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
１組の部材は、ベーン型のロータリ圧縮機における、シリンダと、このシリンダの内部に配設されたロータと、このロータを軸支し前記シリンダの前後両端を閉塞する前部側板および後部側板と、前記ロータに形成されたベーン溝内に摺動自在に収容されたベーンとであり、前記シリンダ、前部側板、後部側板およびベーンをＡｌ合金で形成し、シリンダに前記鉄メッキ膜を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
１組の部材は、リニア圧縮機における、シリンダと、このシリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンとであり、これらシリンダおよびピストンをＡｌ合金で形成し、その少なくとも一方に前記鉄メッキ膜を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。