(57)【要約】【課題】クランクシャフトの回転を支持する主軸受はねずみ鋳鉄が使用されているものの、摺動条件の厳しい主軸受の上部でクランクシャフトとの耐磨耗性に問題があった。本発明は主軸受の当該部分の金属組織を制御することにより安定したメカ信頼性を提供することを目的とする。【解決手段】本発明はクランクシャフトとねずみ鋳鉄製の主軸受け間の耐摩耗性を確保するために、特に主軸受の上部の基地中のパーライト量を確保することにより、クランクシャフトとの摺動摩耗で問題の発生しない材料を提供できるようにしたものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を与えるクランクシャフトの基地が５％以下のフェライトで残部がパーライト基地からなるＣｒ，ＭｏあるいはＮｉを含有した片状黒鉛鋳鉄、またはパーライト面積率５０％以上で残部フェライトからなる球状黒鉛鋳鉄であり、前記クランクシャフトを支持する主軸受けに使用される材料が前記合金を含まない片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄）であり、主軸受け上部の黒鉛が共晶黒鉛で、かつ基地中に３０％以上のパーライトが存在する冷媒圧縮機。
【請求項２】
冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱物油、あるいは冷媒がＨＦＣで冷凍機油がエステルもしくはエーテル油であることを特徴とした請求項１に記載の冷媒圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用および家庭用の冷凍空調に使用される冷媒圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷媒圧縮機としては、圧縮機の動力を伝えるクランクシャフトは、ねずみ鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）に合金を添加した材料が使用されていたが、近年圧縮機の高効率の要求仕様に対して、片状黒鉛と比較して剛性の高い球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの採用が増加してきた。球状黒鉛鋳鉄の組織は、球状黒鉛が晶出し、基地はパーライトとフェライトが分散したものとなっているが、フェライトはパーライト相に対して軟質で耐焼付き、耐摺動性に劣るとされ、基地中のフェライト比率を出来るだけ小さく規定する傾向にある。
【０００３】
一方、クランクシャフトを指示する主軸受については従来より焼結材もしくはねずみ鋳鉄が使用されているが、ねずみ鋳鉄については主軸受け上部近くが、鋳造過程で急冷されやすくなり、本来長く伸びた片状黒鉛が細かく共晶化し、基地はフェライトをベースとなりやすく、クランクシャフトとの耐磨耗性に問題が発生する場合があった。
【０００４】
図６は、従来例における主軸受の上部の金属組織を示す顕微鏡写真であり、黒鉛は共晶（ＡＳＴＭ分類のＤ形）であり、基地はフェライト（白色部分）なっていることが分かる。フェライト基地は比較的軟質のため耐摩耗性が劣る。
【特許文献１】特開２０００−１１０７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようにクランクシャフトの材料は基地の殆どがパーライトである合金入りねずみ鋳鉄が使用されている。さらに、クランクシャフトに球状黒鉛鋳鉄が使用される場合は、基地中のパーライトを十分確保したものが選定される。しかしながらクランクシャフトの回転を支持する主軸受はねずみ鋳鉄が使用されているものの、従来より主軸受の上部でクランクシャフトとの耐磨耗性に問題があり、主軸受の当該部分の金属組織を制御することにより安定したメカ信頼性を提供することを必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はクランクシャフトとねずみ鋳鉄製の主軸受け間の耐摩耗性を確保するために、特に主軸受の上部の基地中のパーライト量を確保することにより、クランクシャフトとの摺動摩耗で問題の発生しない材料を提供できるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、砂型造型鋳物である主軸受の上部の冷却が速く黒鉛が共化し、基地組織がフェライトベースとなるが、基地のパーライト量を規定するにより、クランクシャフトとの耐摺動、耐摩耗性を確保するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、前記クランクシャフトの基地が５％以下のフェライトで残部がパーライト基地からなるＣｒ、ＭｏあるいはＮｉを含有した片状黒鉛鋳鉄、あるいはパーライト面積率５０％以上で残部フェライトからなる球状黒鉛鋳鉄であり、クランクシャフトを支持する主軸受けに使用される材料が上記合金を含まない片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄）であり、通常の黒鉛はＡＳＴＭ分類のＡ形黒鉛で基地はほぼ全面パーライト組織となるが、主軸受けの鋳造時に特に上部が急冷され黒鉛が細かい共晶黒鉛（ＡＳＴＭ分類のＤ形黒鉛）となりやすく、この場合基地はフェライトとなりやすく、しかも前記クランクシャフトは焼きばめされた電動機の振れまわり応力を受けるため、当該主軸受けの上部との間で最も厳しい摺動条件となり耐摩耗性が若干劣るため、当該部位の基地をフェライト基地中に硬質なパーライト基地を少なくとも３０％以上確保するもので、クランクシャフトとの間の耐摩耗性を確保するものである。
【０００９】
前述のように、主軸受上部はクランクシャフトに焼きばめされた電動機の振れ回りを受けるべく、肉厚が小さく設計されているため、ねずみ鋳鉄の素材も主軸受加工完成品と同様に、上部の肉厚は小さくし鋳造されている。  一般にこの部位は鋳造時において溶湯の入り口である堰より遠い位置にあり、しかも肉厚が薄いため急冷されやすく、黒鉛は十分成長せず片状黒鉛とはなりにくく、共晶黒鉛として晶出し、基地もパーライトが不十分でフェライト基地となるため、耐摩耗性に問題が発生しやすい。当然ながら鋳造上、溶湯に接種を利かすことによりある程度の組織の均質化は図れるが限度がある。本発明では、前記接種の最適化とパーライト促進元素の添加等により当該部分の基地組織のパーライト量を確保するためクランクシャフトとの十分な摺動性が確保することができる。
【００１０】
第２の発明は、冷媒がＨＣＦＣあるいは潤滑条件のより厳しいＨＦＣ冷媒条件であっても、十分なメカ摺動信頼性を確保するものである。
【００１１】
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。
【００１２】
（実施の形態１）
従来の冷媒圧縮機として代表的な例はロータリ圧縮機であり、図１は、本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図２はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。
【００１３】
図１において１は密閉容器であり、電動機部２と圧縮機構部３が配置されている。電動機部２は回転子２ａと固定子２ｂから構成され、回転子２ａには主軸受９と副軸受１０により回転自在に支持されたクランクシャフト８が圧入等の方法により固定されている。圧縮機部３は吸入孔５および径方向のシリンダ溝２３を有するシリンダ２０と、外周面をシリンダ２０の内周面に摺動しながら偏芯回転するローラ７と、ローラ７の内周面に摺動自在に挿入されたシャフト８の偏芯部と、シリンダ溝２３に往復摺動自在に収納されてスプリング２４による押圧力と背圧（吐出圧）により先端部がローラ７に押し付けられてシリンダ内部空間を吸入室２５と圧縮室２６に分割するベーン２１と、シリンダ両端面を密閉する主軸受９および副軸受１０とから構成されている。
【００１４】
次に、本構成によるロータリ圧縮機の動作を説明する。電動機部２に外部から通電することにより回転子が回転してシャフト８が回転駆動される。シャフト８が回転すると偏芯部に摺動自在に取り付けられたローラ７がシリンダ内周面に摺接しながら遊星運動（図２で反時計方向回転）を行う。その結果、ＨＦＣなどの冷媒ガスが吸入管４から吸入孔５を介して吸入室２５に吸い込まれ、同時に圧縮室２６で圧力を上げられた冷媒ガスが吐出切り欠き２２から吐出孔６を通して密閉容器１内に吐出される。
【００１５】
なお、図１では見やすくするために吐出孔６の位置を吸入孔から離れた位置に描いたが、実際には図２に示すようにベーン２１を挟んで吸入孔５の近くに配置されている。
【００１６】
この時、吸入室２５と圧縮室２６とを仕切るベーン２１はスプリング２４とベーン背部にかかる圧力によりローラ７の外周面に押し付けられており、先端部がローラ７の外周面と、側面部がシリンダ溝２３の内壁面と摺動することになる。ベーン２１とローラ７およびシリンダ溝２３の潤滑は定常運転状態では密閉容器底部に貯留されている冷凍機油１２を使って行われるが、始動時には摺動部に十分な冷凍機油が存在しておらず、吸入された冷媒ガスに僅かながら含まれている冷凍機油１１（冷凍機油は僅かではあるが冷媒ガスと共に圧縮機から吐出され、冷凍サイクルを循環した後、再び吸入管４から圧縮機に戻ってくる）が使われることになる。
【００１７】
前記クランクシャフト８は、一般に低合金鋳鉄あるいは球状黒鉛鋳鉄が使用されているが、前述のように、密閉型ロータリ圧縮機の始動時における摺動条件は潤滑油が十分に供給されない厳しいものであり、特にクランクシャフト８と主軸受９および副軸受１０の間は回転運動となるため油膜が形成されにくいため更に厳しい摺動条件であるということがいえる。また、近年環境対策のために採用されているＨＦＣ冷媒はそれ自身に潤滑性が乏しいので、ＨＦＣ冷媒を使用したロータリ圧縮機の摺動条件は特に厳しいものであるといえる。
【００１８】
図３は主軸受けの上部と下部の金属組織観察位置を示す図である。主軸受けの上部の肉厚は小さくなっている。
【００１９】
図４は本発明の実施の形態における主軸受け上部の金属組織を示す顕微鏡写真である。黒鉛は共晶（ＡＳＴＭ分類のＤ形）であるが、基地はフェライト（白色）にパーライト（灰色）が析出した組織となっている。写真の例では基地の８０％以上がパーライトであり、黒鉛が共晶にもかかわらず、基地が主軸受け下部の正常な組織（Ａ形黒鉛＋パーライト）と殆ど差がないことが分かる。
【００２０】
本発明の主軸受けの組織は、上部が急冷され共晶黒鉛であるにもかかわらず、基地をパーライト量を確保すべく、接種の調整およびパーライト促進元素の添加で、基地強化を図ったものであるため、クランクシャフトが合金入りねずみ鋳鉄はもちろん、基地にフェライトを含む球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトを使用する場合でも、メカ摺動性が確保できるものである。
【００２１】
図５は主軸受の下部の金属組織を示す顕微鏡写真であり、本来のねずみ鋳鉄（黒鉛形状はＡＳＴＭ分類のＡ形形状）の組織で、基地は殆どパーライトであることが分かる。パーライトはフェライト基地よりも硬質であるため、耐摩耗性が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明により、通常の運転でも、また負荷の高い設計要素を持つ圧縮機もしくはＨＦＣ冷媒下の苛酷な運転状況でも信頼性が高い圧縮機メカ部品が供給確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図
【図２】実施の形態における冷媒圧縮機の要部を示す横断面図
【図３】主軸受けの上部と下部の金属組織観察位置を示す図
【図４】本発明の実施の形態における主軸受けの上部金属組織を示す顕微鏡写真
【図５】主軸受けの下部金属組織を示す顕微鏡写真
【図６】従来の実施の形態における主軸受の上部金属組織を示す顕微鏡写真
【符号の説明】
【００２４】
１    密閉容器
２    電動機部
３    圧縮機部
４    吸入管
５    吸入孔
６    吐出孔
７    ローラ
８    シャフト
９    主軸受
１０  副軸受
１１  冷凍機油
２０  シリンダ
２１  ベーン
２２  吐出切欠き      
２３  シリンダ溝
２４  スプリング
２５  吸入室
２６  圧縮室
３１  主軸受けの上部
３２  主軸受けの下部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010101232.tif 000006
【図５】
2010101232.tif 000007
【図６】
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