(57)【要約】【課題】表面改質によって圧縮機の摺動部材の耐摩耗性を向上すること。【解決手段】微細なシリコンが分散するアルミニウム−シリコン系合金よりなる基材１７に、固体潤滑剤を含有する厚さが５μｍ以下の軟質アルマイト層１８を設け、軟質アルマイト層１８の表層部に微細なシリコンの平均粒子径以下の厚さを有するシリコンプア層２２を形成したことにより、相手部材に対する非凝着性と馴染み性が同時に発揮されることになるので、圧縮機の摺動部材の耐摩耗性は向上することとなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細なシリコンが分散するアルミニウム−シリコン系合金よりなる基材に、固体潤滑剤を含有する厚さが５μｍ以下の軟質アルマイト層を設け、前記軟質アルマイト層の表層部に微細なシリコンの平均粒子径以下の厚さを有するシリコンプア層を形成した圧縮機の摺動部材。
【請求項２】
微細なシリコンは微細化された初晶シリコンとした請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項３】
軟質アルマイト層は微細なシリコンの周りが固体潤滑剤リッチとした請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項４】
軟質アルマイト層は相手材料が鋳鉄とした請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍サイクルや空調システムなどに使用されている圧縮機の摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の圧縮機の摺動部材としてはスクロール圧縮機に関するものが開示されている。例えば、銀粒子を分散した陽極酸化処理皮膜をアルミ同志の「ともがね」部分であるオルダムキーまたは旋回スクロールの表面の少なくとも一方に施しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、可動スクロールの少なくともキー溝部又はオルダムリングの少なくとも上面のキーを二硫化モリブデンを含浸させた硬質アルマイトで被覆しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の摺動部材を示す断面図である。図６に示すように、オルダム継手１のキー状突起２には銀粒子が分散した陽極酸化処理皮膜３が形成されている。
【特許文献１】特開平７−７７１８０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、確かに含浸された銀粒子の効果によって従来の陽極酸化処理皮膜より摺動特性は向上するが、高負荷ではその効果は十分得られない。陽極酸化処理皮膜は安定した酸化皮膜であるため油の濡れ性は決して良くはない。そのため、高負荷で油切れが起きると陽極酸化処理皮膜と相手部材のアルミニウム合金との直接摺動が現れる。硬い陽極酸化処理皮膜はアルミニウム合金を攻撃するため、陽極酸化処理皮膜に分散している銀粒子がアルミニウム合金と溶着しやすくなり、相手部材の摩耗が悪化する可能性がある。すなわち、銀粒子を分散させた陽極酸化処理皮膜はスクロール圧縮機の寿命の低下を招く恐れがある。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高負荷における耐摩耗性が高い圧縮機の摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の摺動部材は、微細なシリコンが分散するアルミニウム−シリコン系合金よりなる基材に、固体潤滑剤を含有する厚さが５μｍ以下の軟質アルマイト層を設け、軟質アルマイト層の表層部に微細なシリコンの平均粒子径以下の厚さを有するシリコンプア層を形成したものである。
【０００７】
これによって、非凝着性が高いだけでなく馴染み性も高い表層部が形成され、その表層部がゆっくり摩滅しながら滑らかに微細なシリコン主体の摺動に移行することになり、高負荷における圧縮機の摺動部材の耐摩耗性を向上することとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧縮機の摺動部材は、圧縮機の高負荷における耐摩耗性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、微細なシリコンが分散するアルミニウム−シリコン系合金よりなる基材に、固体潤滑剤を含有する厚さが５μｍ以下の軟質アルマイト層を設け、軟質アルマイト層の表層部に微細なシリコンの平均粒子径以下の厚さを有するシリコンプア層を形成したことにより、非凝着性と馴染み性が同時に発揮されることになり、圧縮機の高負荷における耐摩耗性を向上することができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の微細なシリコンを微細化された初晶シリコンとしたことにより、軟質アルマイト層の基材に対する密着力が強くなり、軟質アルマイト層を強化できる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１の発明の軟質アルマイト層を微細なシリコンの周りが固体潤滑剤リッチとしたことにより、摩擦係数が低くなり、摩擦による動力損失を低減することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１の発明の軟質アルマイト層を相手材料が鋳鉄としたことにより、黒鉛の固体潤滑作用が付加されることになり、ドライでの耐久性を向上することができる。
【００１３】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。
【００１５】
図１において、４は密閉容器、５は吸入管、６は吐出管である。密閉容器４内には圧縮機構部７とモータ部（図示せず）が内蔵されている。圧縮機構部７はフレーム８に固定された固定スクロール９と、固定スクロール９に対向配置された旋回スクロール１０と、旋回スクロール１０とフレーム８との間に設けられたオルダムリング１１と、モータ部に連結されているクランク軸１２より構成されている。
【００１６】
固定スクロール９は鏡板９ａ、はね９ｂ、吸入ポート９ｃ、吐出ポート９ｄから構成され、吸入ポート９ｃには吸入管５が接続されている。図２に旋回スクロール１０の断面図を示す。旋回スクロール１０は鏡板１０ａ、１０ｂ、はね１０ｃ、軸受１０ｄから構成され、はね１０ｃの高さは固定スクロール９のはね９ｂの高さより低く設定されている。
【００１７】
フレーム８には環状溝１３にシール部材１４が設けられ、シール部材１４の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール１０は固定スクロール９に押付けられ、旋回スクロール１０と固定スクロール９の軸方向の隙間がシールされている。なお、密閉容器４の下部に貯留されている潤滑油（図示せず）はエステル油である。
【００１８】
ここで、固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端に押付けられて摺動する旋回スクロール１０の鏡板１０ａの表層部における断面組織の模式図を図３に示す。
【００１９】
旋回スクロール１０はアルミニウム１５に平均粒子径が３〜５μｍの共晶シリコン１６が分散するアルミニウム−シリコン系合金１７よりなる。旋回スクロール１０の鏡板１０ａの表層部には、低電流密度で成膜されたＨｖ２５０以下の軟質アルマイト層１８が５μｍ以下の厚さで形成されている。軟質アルマイト層１８の厚さは１〜４μｍが好ましい。１９は軟質アルマイト層１８の空孔に電気的に析出された二硫化モリブデンであり、２０は軟質アルマイト層１８が共晶シリコン１６の周りに成膜される時に形成される亀裂など
の欠陥性隙間に電気的に析出された二硫化モリブデンであり、２１共晶シリコン１６の上部の空洞に電気的に析出された二硫化モリブデンであり、共晶シリコン１６付近は二硫化モリブデンリッチになっている。また軟質アルマイト層１８の表層部には厚さが共晶シリコンの平均粒子径以下、好ましくは０．５〜２．０μｍ厚さのシリコンプア層２２が形成されている。
【００２０】
なお、固定スクロール１０は共晶黒鉛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄などの鋳鉄よりなるものである。
【００２１】
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下、その動作、作用について説明する。
【００２２】
モータ部の回転はクランク軸１２を介して旋回スクロール１０に伝達され、オルダムリング１１と協働して旋回スクロール１０を旋回運動させる。この旋回運動によって互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール１０と固定スクロール９のはね１０ｃ、９ｂは吸入管５から吸入ポート９ｃを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は吐出ポート９ｄから密閉容器４内に吐出され、吐出管６から密閉容器４外に導き出される。密閉容器４内は高圧になっている。
【００２３】
高負荷においてはシール部材１４の内側の圧力が過大になり、旋回スクロール１０は固定スクロール９に強く押付けられ、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端の摺動は厳しくなる。
【００２４】
シリコンプア層２２は非凝着性が高いだけでなく、二硫化モリブデン１９，２０、２１が旋回スクロール１０の鏡板１０ａに供給されるため、低摩耗かつ滑らかな摺動状態が維持される。しかし負荷が増加すると、硬度が低いのでシリコンプア層２２が摩滅し、二硫化モリブデン１９，２０、２１の作用で滑らかな摺動状態を保ちながら硬度が高い共晶シリコン支持の摺動に移行することになり、これ以上摩耗は進行しない。すなわち高負荷におけるスクロール圧縮機の耐摩耗性を向上することができ、スクロール圧縮機の運転可能範囲を拡大できる。
【００２５】
また、旋回スクロール１０は固定スクロール９に馴染むだけでなく、特に共晶シリコン周りの二硫化モリブデン２０、２１の作用があって低摩擦摺動となり、摩擦による動力損失を小さくできることになり、スクロール圧縮機の効率を向上できる。
【００２６】
また、共晶シリコン１６が軟質アルマイト層１８と基材であるアルミニウム−シリコン系合金にわたっているため軟質アルマイト層１８のせん断強さを強化することになり、基材に対する密着力が向上して軟質アルマイト層１８を薄膜にすることができ、低コストという効果も得られる。更にアトマイズされた初晶シリコンであれば、シリコン量を多くできるので、より薄くかつ安い軟質アルマイト層１８を形成できる。
【００２７】
（実施の形態２）
図４と図５は、本発明の第２の実施の形態におけるロータリ圧縮機の断面図を示すものである。
【００２８】
図に示すように、ロータリ圧縮機３１は、シリンダ３２と、ロータ３３と、ベーン３４と、前部側板３５と、後部側板３６と、駆動軸３７で構成されている。シリンダ３２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３２は前部側板３５と後部側板３６との間にボルトで固定されている。駆動軸３６は前部側板３５の軸受３８と後部側板３６の軸受３９によって支持されている。この駆動軸３７には円柱状のロータ３３が軸着
されている。ロータ３３にはベーン溝４０が形成され、ベーン溝４０には、ベーン３４が摺動自在に収納されている。背圧室４１の圧力によってベーン３４はベーン溝４０から突出する方向に付勢されている。そして、ベーン３４の先端はシリンダ３２の内周面に摺接しながらロータ３３とともに回転し、隣り合うベーン３４の間に吸入室４２と圧縮室４３が形成される。吸入室４２は、シリンダ３２に設けられた吸入口４４に連通し、上記圧縮室４３はシリンダ３２に設けられた吐出口４５に連通している。吐出口４５はリアケース４６に通じ、高圧となっているリアケース４６内の下部には潤滑油４７が貯留されている。
【００２９】
シリンダ３２はアルミニウム−シリコン系合金よりなり、平均粒径２０〜３０μｍの初晶シリコンと平均粒子径３〜５μｍの微細な共晶シリコンが混在するものである。シリンダ３２の内周面には二硫化モリブデンが電気的に析出されている軟質アルマイト層４８が形成されている。その厚さは共晶シリコンの平均粒子径以下であり、１〜４μｍが好ましい。軟質アルマイト層１８の表層部には厚さが共晶シリコンの平均粒子径以下、好ましくは０．５〜２．０μｍ厚さのシリコンプア層が形成されている。
【００３０】
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下、その動作、作用について説明する。
【００３１】
エンジンからベルトを介してロータリ圧縮機３１の駆動軸３７に動力が伝達されロータ３３が回転する。この回転による遠心力と背圧室４１の圧力によってベーン３４はベーン溝４０から突出し、ベーン３４の先端はシリンダ３２の内周面に摺接しながらロータ３３とともに回転する。ロータ３３の回転に伴って、冷媒は吸入口４４から吸入室４２に吸入され、その後圧縮室４３で圧縮されて吐出口４５そしてリアケース４６を経て外部に吐出される。
【００３２】
一方、潤滑油４７は、その一部がシリンダ３２に供給され、前部側板３５、後部側板３６とロータ３３との隙間やシリンダ３２内周面の潤滑が行われる。
【００３３】
始動や再起動などの過渡運転では一時的にロータリ圧縮機３１内部で潤滑油不足が発生するが、シリンダ３２の内周面に形成された軟質アルマイト層４８の非凝着性と馴染み性によってロータリ圧縮機の高速運転が可能となり、立ち上がり性能を大幅に向上できる。
【００３４】
また、負荷が高くなるとシリコンプア層が摩滅して共晶シリコンと初晶シリコンの摺動に移行することになって耐摩耗性が向上するので、ロータリ圧縮機の運転可能な負荷範囲を拡大することができる。
【００３５】
また、ベーン３４をガスアトマイズによって微細化された初晶シリコン、平均粒子径が３〜５μｍを有するアルミニウム−シリコン系合金より構成し、その表層部に二硫化モリブデンが電気的に析出された軟質アルマイト層を微細化された初晶シリコンの平均粒子径以下の厚さで形成しても同様の作用効果が得られる。なお、シリンダ３２を片状黒鉛鋳鉄や共晶黒鉛鋳鉄より構成することにより黒鉛の固体潤滑作用が発揮されて、潤滑油不足などドライ運転に対するロータリ圧縮機の耐久性を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる圧縮機の摺動部材は、非凝着性と馴染み性が同時に発揮することによって圧縮機の高負荷における耐摩耗性を向上することができるものであり、給湯設備にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における旋回スクロールの断面図
【図３】本発明の実施の形態１における旋回スクロールの断面組織の模式図
【図４】本発明の実施の形態２におけるロータリ圧縮機の断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の断面図
【図６】従来のスクロール圧縮機の摺動部材を示す断面図
【符号の説明】
【００３８】
１０  旋回スクロール
１０ａ  鏡板
１５  アルミニウム
１６  共晶シリコン
１７  アルミニウム−シリコン合金
１８  軟質アルマイト層
１９、２０、２１  二硫化モリブデン
２２  シリコンプア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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