(57)【要約】【課題】本発明は、組み込まれる製品のコスト低減を図りながら、耐摩耗性を向上可能な樹脂結合質カーボンブッシュを備える回転圧縮機を提供する。【解決手段】本発明に係る回転圧縮機１は、電動機要素１０に連結された回転軸３０よって駆動され、この回転軸３０を軸支する軸受４０と内部に圧縮室を有する回転圧縮要素２０を備え、この軸受４０の摺動面に、少なくとも二種の炭素系成分を含むカーボン系基材と、バインダーと、潤滑性成分を含んだ樹脂結合質カーボンブッシュ４１を設けることを特徴とする。【選択図】図２
2020097915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機要素に連結された回転軸よって駆動され、この回転軸を軸支する軸受と内部に圧縮室を有する回転圧縮要素を備え、この軸受の摺動面に、少なくとも二種の炭素系成分を含むカーボン系基材と、バインダーと、潤滑性成分を含んだ樹脂結合質カーボンブッシュを設けた回転圧縮機。
【請求項２】
カーボン系基材は、黒鉛質カーボンと炭素質カーボンとを含む請求項１に記載の回転圧縮機。
【請求項３】
潤滑性成分は、雲母である請求項１又は２に記載の回転圧縮機。
【請求項４】
樹脂結合質カーボンブッシュは、その全量に対して、６０重量％から８０重量％のカーボン系基材、２０重量％から４０重量％のバインダー、３重量％から１０重量％の潤滑性成分を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転圧縮機（ただし、カーボン系基材、バインダー、及び潤滑性成分の合計は１００重量％を超えない。）。
【請求項５】
カーボン系基材成分と、バインダーと、潤滑性成分とを混合し、これらの成分を含む混合体を生成するステップと、貫通孔が形成されるよう混合体を射出成形するステップと、射出成形された成形体を少なくとも二度熱処理を施すステップとにより樹脂結合質カーボンブッシュを形成するステップと、樹脂結合質カーボンブッシュの貫通孔に回転軸を嵌入するステップと、回転軸に電動機要素と回転圧縮要素を連結するステップを備える回転圧縮機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転圧縮機及び回転圧縮機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度性・軽量性を備えると共に、組成によっては耐摩耗性、耐薬品性等、種々の優れた特性を発揮する樹脂結合質カーボンが注目されている。樹脂結合質カーボンは、例えば下記特許文献１に記載されるように、カーボン系基材と、前記基材の結合材として機能するバインダー（例えば、熱硬化性樹脂によるもの）を含む。
【０００３】
上記特性のうち、主に耐摩耗性の観点から、樹脂結合質カーボンは、動作時に高速回転する回転圧縮機の回転軸（シャフト）と、この回転軸を支持する軸受（枠体部）との間に配置されるブッシュとして応用されている（下記特許文献２）。ブッシュは、回転軸に接し、これを摺動可能に支持する。このように、高耐摩耗性を有する樹脂結合質カーボンブッシュを用いることで、回転圧縮機の耐久性を大きく改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１７９３３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２９９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記回転圧縮機は、家庭用・業務用空調装置等に広く用いられる圧縮機構であるところ、回転圧縮機がこのような空調装置に組み込まれる場合、製品全体のコストアップを避けるため、回転圧縮機自身のコストアップを避けなければならない。これに対して、樹脂結合質カーボンにおいて、基材のカーボン系材料が比較的高価であるため、カーボン系基材とバインダーからなるブッシュの場合、回転圧縮機のコスト向上が危惧される。しかしながら、上記特許文献２では、そのような課題を想定しておらず、当該課題を解決する手段を開示しない。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、組み込まれる製品のコストアップを避けながら、耐摩耗性を向上可能な樹脂結合質カーボンブッシュを備える回転圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転圧縮機は、電動機要素に連結された回転軸よって駆動され、この回転軸を軸支する軸受と内部に圧縮室を有する回転圧縮要素を備え、この軸受の摺動面に、少なくとも二種の炭素系成分を含むカーボン系基材と、バインダーと、潤滑性成分を含んだ樹脂結合質カーボンブッシュを設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る回転圧縮機は、カーボン系基材が、黒鉛質カーボンと炭素質カーボンとを含むことが好ましい。
更に、本発明に係る回転圧縮機は、潤滑性成分が雲母であることが好ましい。
更に、本発明に係る回転圧縮機は、樹脂結合質カーボンブッシュが、その全量に対して、６０重量％から８０重量％のカーボン系基材、２０重量％から４０重量％のバインダー、３重量％から１０重量％の潤滑性成分を含む（ただし、カーボン系基材、バインダー、及び潤滑性成分の合計は１００重量％を超えない。）ことが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る回転圧縮機の製造方法は、カーボン系基材成分と、バインダーと、潤滑性成分とを混合し、これらの成分を含む混合体を生成するステップと、貫通孔が形成されるよう混合体を射出成形するステップと、射出成形された成形体を少なくとも二度熱処理を施すステップとにより樹脂結合質カーボンブッシュを形成するステップと、樹脂結合質カーボンブッシュの貫通孔に回転軸を嵌入するステップと、回転軸に電動機要素と回転圧縮要素を連結するステップを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る回転圧縮機によれば、所定量の潤滑性成分を含みカーボン系基材の配合量を相対的に低下させた樹脂結合質カーボンブッシュを備えるため、組み込まれる製品のコスト向上を避けながら、耐摩耗性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る回転圧縮機の垂直断面図。
【図２】本実施形態に係る軸受の分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る回転圧縮機１の全体構成を説明するための垂直断面図である。また、図２は、回転圧縮機１の回転軸を支持するための軸受４０の分解斜視図である。
【００１２】
＜回転圧縮機＞
図１を参照して、本実施形態に係る回転圧縮機１の構成を説明する。回転圧縮機１は、電動機要素１０、回転圧縮要素２０、電動機要素１０の回転運動を回転圧縮要素２０に伝える回転軸３０、回転軸３０を摺動可能に支持する軸受４０、これらを収容する密閉容器５０、アキュムレータ６０、アキュムレータ６０から回転圧縮要素２０に冷媒を導入する導入管７０、冷媒を密閉容器５０から吐出する吐出管８０を備える。図１に示される回転圧縮機１は、回転圧縮要素２０とアキュムレータ６０とが、二本（又はそれ以上）の導入管７０ａ、７０ｂを介して接続される。ただし、回転圧縮機１の態様は、これに限られない。
【００１３】
本実施形態に係る電動機要素１０は、密閉容器５０の内壁に焼嵌めや溶接等により固定されたステータ（固定子）１１と、回転軸３０に軸支されたロータ（回転子）１２を備える、ブラシレスＤＣモータである。ただし、電動機要素１０の種類等は、これに限られない。
【００１４】
本実施形態に係る回転圧縮要素２０は、第一のシリンダ２１、第二のシリンダ２２、これらのシリンダ配設空間を高さ方向（図１の上下方向）上下に仕切る中間仕切板２３等を備える。シリンダ２１は、回転軸３０の回転運動に連動して偏心回転する偏心部２１１及びローラ２１２を備える。シリンダ２２も同様に、偏心部２２１及びローラ２２２を備える。これら偏心部２１１、２２１は、偏心位置の位相が１８０度ずれた状態で、回転する。
【００１５】
回転軸３０は、その上方側箇所にて電動機要素１０のロータ１２を軸支すると共に、下方側箇所にて回転圧縮要素２０の偏心部２１１、２２１を軸支する。ロータ１２の回転に伴い、回転軸３０が回転し、これに連動して偏心部２１１、２２１が回転する。これにより、シリンダ２１、２２内の冷媒が圧縮される。なお、シリンダ２１、２２内に形成される空間が圧縮室に対応する。以下、シリンダ２１、２２をそれぞれ「圧縮室２１、２２」と言う。
【００１６】
軸受４０は、前述のように、回転軸３０を軸支する部材であり、回転軸３０を摺動可能に挿通するブッシュ４１を貫通孔（図２で示される符号４１０の部分）内に嵌入する。図示されるブッシュ４１は筒状であるが、これに限定されない。なお、軸受４０及びブッシュ４１の詳細は、後述する。
【００１７】
本実施形態における回転圧縮機１は、二つの軸受４０を備えてもよい。その場合、一方の軸受４０（上部軸受４０ａ）は、圧縮室２１の上面（電動機要素側の面）を閉塞するよう配置され、他方の軸受４０（下部軸受４０ｂ）は、圧縮室２２の底面（密閉容器５０のオイル溜まりＳＯ側の面）を閉塞するよう配置される。これにより、回転軸３０が、より良好な摺動状態を持って回転することができる。そのため、回転軸３０の摩耗をより低減することができる。ただし、軸受４０の個数と配置は、これに限られず、上部軸受４０ａのみ又は下部軸受４０ｂのみを設けるような態様や、更に別の軸受を含むような態様であってもよい。なお、軸受４０やブッシュ４１の組成や製造方法の詳細に関しては、後述する。
【００１８】
上記した回転圧縮機１において、電動機要素１０のステータ１１に巻着された巻線が通電すると、回転磁界が形成されてロータ１２が回転する。この回転により回転軸３０を介して圧縮室２１、２２内のローラ２１２、２２２がそれぞれ偏心回転され、各圧縮室内の冷媒が圧縮される。ここで、密閉容器５０の底部に配設されるオイル溜まりＳＯのオイルは、回転軸３０の回転によって、これに形成されたオイル供給路（図示せず）から回転圧縮要素２０へ供給される。その結果、回転圧縮要素２０内のオイル供給箇所が潤滑される。
【００１９】
圧縮室２１内で圧縮された冷媒は、上部軸受４０ａに形成され圧縮室２１と連通する連通孔（図示せず）を介して、圧縮室２１からカップマフラ２４内に吐出される。更に、冷媒は、カップマフラ２４に形成された吐出孔（図示せず）から上方の密閉容器５０内に吐出される。同様に、圧縮室２２内で圧縮された冷媒は、下部軸受４０ｂに形成され圧縮室２２と連通する連通孔（図示せず）を介して、圧縮室２２からカップマフラ２５に吐出される。更にその冷媒は、カップマフラ２５から中間仕切板２３に形成される貫通孔（図示せず）を通りカップマフラ２４内へ吐出される。その後、冷媒は、カップマフラ２４に形成された吐出孔（図示せず）から上方の密閉容器５０内に吐出される。
【００２０】
カップマフラ２４から密閉容器５０へ吐出された冷媒は、電動機要素１０内の空域を通り、ロータ１２の上方に設けられるプレート１３に衝突した後、更に上昇して吐出管３４から吐出される。また、冷媒と共にカップマフラ２４から吐出されたオイル（エーテル、エステル、鉱油等）は、プレート１３に衝突した後、オイル溜まりＳＯへ流下する。ただし、上記は、冷媒フローの一例であり、これに限定されない。
【００２１】
回転圧縮機１の吐出管８０から吐出された冷媒は、凝縮器９０に接続される。凝縮器９０の出口側は、受液器、液管電磁弁（図示せず）を介して減圧装置としての膨張弁９１に接続されている。また、膨張弁９１は蒸発器９２に接続される。更に、蒸発器９２の出口側はアキュムレータ６０に接続される。これにより、導入管７０ａ、７０ｂを含めた環状の冷媒回路が構成される。回転圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は凝縮器９０にて放熱され凝縮液化される。冷媒は、膨張弁９１で減圧された後、蒸発器９２に導入され、周囲から熱を奪い気化する。冷媒回路にてこのサイクルが繰り返される。
【００２２】
＜軸受及びブッシュ＞
次に、図２を参照して、本実施形態に係る軸受４０及びブッシュ４１を説明する。図２に係る軸受４０及びブッシュ４１の分解斜視図に示されるように、軸受４０は、軸方向（図２の上下方向）に貫通する貫通孔４１０を備え、その内部にブッシュ４１が嵌入される。ここで、ブッシュ４１と接触する貫通孔４１０の内面を以下「摺動面４１０ａ」と言う。また、ブッシュ４１は、軸方向に形成される貫通孔４１１を備える筒状体である。回転軸３０は、貫通孔４１１に嵌入される。これにより、ブッシュ４１は、回転軸３０を摺動可能に収容する。
【００２３】
ブッシュ４１は、カーボン系基材と、基材への結合材として働くバインダーを含む樹脂結合質カーボン製である。更に、ブッシュ４１は、潤滑性成分を含む。樹脂結合質カーボンブッシュ４１の上記成分配合量は、特に限定されるものではないが、例として以下が挙げられる。
【００２４】
ブッシュ４１に含まれるカーボン系基材は、ブッシュ全量に対して６０重量％から８０重量％含まれることが好ましく、６５重量％から７５重量％含まれることがより好ましい。ただし、これに限定されるものではない。なお、混合（混練）前のカーボン系基材の形態は、特に限定されないが、粉末状のものが例示される。
【００２５】
前記カーボン系基材は、天然黒鉛や人造黒鉛を用いて焼成された、黒鉛質カーボンと炭素質カーボンとを含むことが好ましい。ここで、黒鉛質カーボンとは、天然又は人造黒鉛を約３０００℃の温度で熱処理して得られるカーボン材を指す。また、炭素質カーボンとは、天然又は人造黒鉛を約１０００℃の温度で熱処理して得られるカーボン材を指す。なお、以下、黒鉛質カーボンを「黒鉛質成分」と称する場合があると共に、炭素質カーボンを「炭素質成分」と称する場合がある。
【００２６】
その配合量は、特に限定されないが、黒鉛質成分が、カーボン系基材の全量に対して２５重量％から５５重量％含まれることが好ましく、３０重量％から５０重量％含まれることがより好ましい。また、炭素質成分が、カーボン系基材の全量に対して１５重量％から５０重量％含まれることが好ましく、２０重量％から４０重量％含まれることがより好ましい。
【００２７】
ブッシュ４１に含まれるバインダーは、ブッシュ全量に対して１５重量％から４０重量％含まれることが好ましく、１８重量％から３５重量％含まれることがより好ましい。ただし、これに限定されるものではない。
【００２８】
バインダーの種類は、特に限定されないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が例示される。その中で、原料コスト、他の成分との混合性、カーボン系基材との結合性等の観点から、フェノール樹脂が好ましい。バインダーとして、これらのうちの一種を用いてもよいし、複数種を組み合せて用いてもよい。
【００２９】
また、これらのバインダーがアセトン等のケトン類、又はメタノール若しくはエタノールといったアルコール類等の溶媒に溶解され、その溶解液と前記カーボン系基材とを混練するようにしてもよい。
【００３０】
ブッシュ４１に含まれる潤滑性成分は、ブッシュ全量に対して２重量％から１０重量％含まれることが好ましく、２重量％から７重量％含まれることがより好ましい。ただし、これに限定されるものではない。
【００３１】
潤滑性成分の種類は、特に限定されないが、固体潤滑材、潤滑油、グリース等が挙げられる。この中で、他の成分との混合性、混合後のブッシュ４１の潤滑性（耐摩耗性）、原料コスト等の観点から、固体潤滑材が好ましい。また、固体潤滑材として、雲母、二硫化モリブデン、滑石、有機モリブデン化合物、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene,  PTFE)などのフッ素系樹脂、銅、銀、鉛などが例示される。
【００３２】
上記した潤滑性成分をブッシュ４１に含有させることで、前述のカーボン系基材の配合割合を相対的に低下させることができる。それにより、潤滑性成分を含まないブッシュに比べて、原料コストを低減させることができる。更に、潤滑性成分を上記条件でブッシュ４１に含有させることで、摩擦・摩耗特性を向上させることでき、回転軸３０とブッシュ４１との間にオイルが介在しない無潤滑状態となった場合でも、所謂焼き付き等の不具合を防止できる。
【００３３】
軸受４０は、前述のようにブッシュ４１を収容する部材であり、例えば、回転圧縮機１の圧縮室２１や２２に固定支持される。軸受４０の構成材料は、特に限定されるものではないが、例として、所謂ねずみ鋳鉄、共晶鋳鉄などの鋳鉄材、鉄系焼結材（例えば、アトマイズ粉末を所定量以上含有するもの）が挙げられる。また、軸受４０の貫通孔内径に対するブッシュ４１の外径の圧入代として、２０μｍから１８０μｍの範囲が好ましい。ただし、これに限定されない。
【００３４】
＜ブッシュの製造方法＞
次に、上記したブッシュ４１の製造方法の例を説明する。初めに、カーボン系基材、バインダー、潤滑性成分を含む各種原料成分を所定の混合機を用いて混合（混練）する。
【００３５】
次に、生成された混合体を解砕後、分級・混合し、射出成形機を用いて射出成形し熱処理を施す。施される熱処理の回数や条件は、特に限定されるものではないが、本実施形態の場合、二度熱処理を施す。第一の熱処理の条件として、熱処理温度２００〜２５０℃、熱処理時間１０〜２０時間（２００〜２５０℃まで加熱された後の熱処理時間）が例示される。また、第一の熱処理に続く第二の熱処理の条件として、熱処理温度１００〜１２０℃、熱処理時間１〜２時間（１００〜１２０℃まで加熱された後の熱処理時間）が例示される。ただし、熱処理条件は、これに限定されず、混合体材料の諸特性（例えば、吸湿・膨潤による寸法変化等）を考慮し、上記条件を適宜変更してもよい。
【００３６】
これにより、ブッシュ４１が成形される。このように、射出成形によりブッシュ４１を成形加工することで、例えば、一度ブロック体を生成し、それを削り加工してブッシュを成形する方法に比べて、加工に係る作業負担を軽減し、且つ成形寸法の精度を向上させることができる。これにより、ブッシュ４１に潤滑性成分を含有することと相乗し、ブッシュ４１の製造コストを大幅に低減させることができる。
【実施例】
【００３７】
以上説明したブッシュ４１において、具体的な実施の例を以下に示す。ただし、本発明は、下記の実施例により限定及び制限されるものではない。
【００３８】
以下の組成を有するブッシュ４１を作製し、下記の摩耗試験１（回転軸３０の外径寸法変化）、摩耗試験２（ブッシュ内壁の面粗さ変化）を行った。
【００３９】
［ブッシュ４１の組成］実施例１
（１−１）カーボン系基材：７０重量％
ここで、用いたカーボン系基材は、黒鉛質成分と炭素質成分とを４：３の重量比で含む。
（１−２）フェノール樹脂バインダー：２５重量％
（１−３）雲母固体潤滑材：５重量％
ただし、上記重量％は、いずれもブッシュ全量に対する重量％である。
［実施例１ブッシュの製造方法］
上記量の成分を混合機により混練し、生成された混合体を解砕後、分級・混合し、射出成形機を用いて射出成形した。得られた成形体に対して２００℃で１０時間、第一の熱処理を施した後、１２０℃で２時間、第二の熱処理を施し、ブッシュ４１を製造した。
【００４０】
［対比ブッシュの組成］比較例１
（２−１）カーボン系基材：７０重量％
（２−２）Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金：３０重量％
ただし、上記重量％は、いずれもブッシュ全量に対する重量％である。
［比較例１ブッシュの製造方法］
上記量の成分を所定の混合機を用いて混合（混練）した。次に生成された混合体を解砕後、分級・混合し、ブロック状に金型プレス後、この成形品を焼成した。これを加工後に金属含浸し、比較例１の試料を得た。
【００４１】
＜摩耗試験１（回転軸３０の外径寸法変化）＞
アムスラー型摩耗試験機を用い、実施例１及び比較例１のブッシュに相手材（回転軸３０に対応）を当接して、これを摺動回転させた後、マイクロメーターを用いて回転軸３０の外径寸法の変化を測定した。
【００４２】
試験結果は、下記の通りであった。
（４−１）実施例１の寸法変化：ほぼ変化なし（試験後、僅かながら寸法が減ったが無視できる程度の変化）
（４−２）比較例１の寸法変化：５μｍ
上記試験結果の通り、比較例１の場合、回転軸３０の外径寸法が減少し、相応に摩耗したのに対し、実施例１の場合、回転軸３０は、ほとんど摩耗しなかった。
【００４３】
＜摩耗試験２（ブッシュ内壁の面粗さ変化）＞
アムスラー型摩耗試験機を用い、実施例１及び比較例１のブッシュに相手材（回転軸３０に対応）を当接して、これを摺動回転させた後、ブッシュ内壁の面粗さの変化を表面粗さ測定器により測定した。
【００４４】
試験結果は、下記の通りであった。
実施例１の面粗さの変化：実施例１・比較例１とも、試験後で面粗さが改善したが、実施例１の試験後面粗さは、比較例１の試験後面粗さの約１／２の値であった。上記試験結果の通り、実施例１における面粗さの顕著な改善効果が確認された。
【００４５】
上記摩耗試験１及び２により、本発明に係る実施例１のブッシュ４１は、高い耐摩耗性を有することが示された。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る回転圧縮機は、例えば、家庭用・業務用空調装置等に用いられる。ただし、その用途は、これに限られない。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・・・・・・・回転圧縮機
１０・・・・・・・・電動機要素
１１・・・・・・・・ステータ
１２・・・・・・・・ロータ
２０・・・・・・・・回転圧縮要素
２１，２２・・・・・圧縮室
２１１，２２１・・・偏心部
３０・・・・・・・・回転軸（シャフト）
４０・・・・・・・・軸受
４１・・・・・・・・ブッシュ
５０・・・・・・・・密閉容器
６０・・・・・・・・アキュムレータ
【図１】
2020097915.tif 000003
【図２】
2020097915.tif 000004