(57)【要約】【課題】高負荷条件での使用が可能な信頼性が高い密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】クランクシャフト１０８を基地がオーステナイトであり、バナジウム球状炭化物を組織内に含む鋳鉄することにより、これによって、高硬度の球状炭化物が組織内に分散され摺動部材の硬度を高くするとともに靭性が高くなり、高負荷下で金属接触が生じた際でも摩擦力によるはく離等が発生しなくなり、摺動部での耐摩耗性を向上させるという作用を有することにより、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状炭化物を組織内に含む鋳鉄で形成されたことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
摺動部材に含まれる球状炭化物をバナジウム炭化物とした請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
摺動部材の基地をオーステナイトとした請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、電動要素と前記電動要素を駆動し冷媒を圧縮する圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素を構成し鉄系金属材料からなる少なくともひとつの摺動部材に請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材を用いた密閉型圧縮機。
【請求項５】
前記冷媒はＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらの混合物であり、潤滑油はアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物とするとともに、前記潤滑油は粘度グレードをＶＧ１０未満ＶＧ２以上とした請求項４に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
前記冷媒はＨＦＣ系冷媒であり、潤滑油はアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物とするとともに、前記潤滑油は粘度グレードをＶＧ１０未満ＶＧ２以上とした請求項４に記載の密閉型圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮要素は、往復式の圧縮機構で構成されている請求項４から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を備え、冷媒にＨＦＣ系冷媒またはＨＣ冷媒を用い、前記冷媒中に含まれる二酸化硫黄の濃度を５０ｐｐｍ以下とした冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用される密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を少なくする高効率の密閉型圧縮機の開発が進められている。
【０００３】
従来、この種の摺動部材および密閉型圧縮機は、ピストンやクランクシャフトなどの摺動面に、りん酸塩皮膜を形成することで機械加工仕上げの加工面の凹凸を消し、摺動部材同士の初期なじみを良好にしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来の摺動部材および密閉型圧縮機を説明する。
【０００５】
図２は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の断面図を示すものである。
【０００６】
図２において、密閉容器１は底部にオイル２を貯留するとともに、固定子３、および回転子４からなる電動要素５とこれによって駆動される往復式の圧縮要素６を収容している。
【０００７】
次に圧縮要素６の詳細を以下に説明する。
【０００８】
クランクシャフト７は回転子４を圧入固定した主軸部８および主軸部８に対し偏心して形成された偏心軸９からなり、給油ポンプ１０を設けている。シリンダーブロック１１は略円筒形のボアー１２からなる圧縮室１３を形成するとともに主軸部８を軸支する軸受部１４を設けている。
【０００９】
ボアー１２に遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して偏心軸９との間を連結手段であるコンロッド１７によって連結されている。ボアー１２の端面はバルブプレート１８で封止されている。
【００１０】
ヘッド１９は高圧室を形成し、バルブプレート１８の反ボアー１２側に固定される。サクションチューブ２０は密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒（図示せず）を密閉容器１内に導く。サクションマフラー２１は、バルブプレート１８とヘッド１９に挟持される。
【００１１】
クランクシャフト７の主軸部８と軸受部１４、ピストン１５とボアー１２、ピストンピン１６とコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心軸９とコンロッド１７とは、相互に摺動部を形成し、摺動部を構成する摺動部材の中で鉄系材料同士の組み合わせにおいては、どちらか一方の摺動部表面に多孔質結晶体からなる不溶解性のりん酸塩皮膜（図示せず）を形成している。
【００１２】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１３】
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に供給され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４はクランクシャフト７を回転させ、偏心軸９の偏心運動が連結手段のコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５を駆動することでピ
ストン１５はボアー１２内を往復運動し、サクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた冷媒はサクションマフラー２１から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。
【００１４】
オイル２はクランクシャフト７の回転に伴い、給油ポンプ１０から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１５とボアー１２の間においてはシールを司る。
【００１５】
ここでクランクシャフト７の主軸部８と軸受部１４においては、回転運動を行っており、密閉型圧縮機の停止においては当然対速度が０ｍ／ｓとなり、起動時においては金属接触状態からの回転運動開始となる。しかしながらりん酸塩皮膜をクランクシャフト７の主軸部８に形成することで、りん酸塩皮膜の持つ初期なじみにより起動時の金属接触による異常摩耗が防止できる。
【特許文献１】特開平７−２３８８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の構成では、りん酸塩皮膜は、近年の密閉型圧縮機の高効率化に伴うオイル２の低粘度化ならびに各摺動部間のクリアランスが狭く設計されることから、りん酸塩皮膜が摩耗もしくは摩滅してなじみ効果の持続が困難となり耐摩耗性が低下することがあった。
【００１７】
特に密閉型圧縮機においては、クランクシャフト７が一回転する間にクランクシャフト７の主軸部８に作用する荷重が大きく変動するとともに、この負荷変動に伴いオイル２に溶け込んだ冷媒が発泡することでクランクシャフト７の主軸部８と軸受部１４における金属接触が増加し、クランクシャフト７の主軸部８に形成したりん酸塩皮膜が摩耗し、摩擦係数が上昇することで摺動部の発熱が大きくなり凝着等の異常摩耗が生じる可能性があった。
【００１８】
また、ピストン１５とボアー１２の間においても同様の現象を起こすため、同様の課題を有していた。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、耐摩耗性を向上させた摺動部材を提供し、信頼性の高い高効率の密閉型圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の摺動部材は、球状炭化物を組織内に含む鋳鉄で形成されるもので、これによって、鋳鉄の機械的強度か向上することにより耐摩耗性が向上するという作用を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の摺動部材および密閉型圧縮機は、機械的強度が上昇することにより耐摩耗性が向上するので、高信頼性の摺動部材および、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、球状炭化物を組織内に含む鋳鉄で形成されたことを特徴としたもので、これによって機械的強度が上昇し、摺動部での耐摩耗性を向上させるという作用を有することにより、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、摺動部材に含まれる球状炭
化物をバナジウム炭化物としたもので、これによって、高硬度の球状炭化物が組織内に分散され摺動部材の硬度を高くするとともに靭性が高くなり、高負荷下で金属接触が生じた際でも摩擦力によるはく離等が発生しなくなり、摺動部での耐摩耗性を向上させるという作用を有することにより、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、摺動部材の基地をオーステナイトとしたもので、これによって、基地の組織が面心立方格子構造となり基地の耐摩耗性が向上し、摺動部での耐摩耗性をさらに向上させるという作用を有することにより、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、電動要素と前記電動要素を駆動し冷媒を圧縮する圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素を構成し鉄系金属材料からなる少なくともひとつの摺動部材に請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材を用いたもので、摺動部を球状炭化物が組織内に含む鋳鉄とすることで、摺動部の機械的強度が上昇し、耐摩耗性等の摺動特性を向上させるという作用を有することにより、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記冷媒はＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらの混合物であり、潤滑油はアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物とするとともに、前記潤滑油は粘度グレードをＶＧ１０未満ＶＧ２以上としたもので、機械的強度ならびに靭性が高くなることで耐摩耗性を向上させるという作用を有することにより、請求項４に記載の発明の効果に加えてさらに、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記冷媒はＨＦＣ系冷媒であり、潤滑油はアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物とするとともに、前記潤滑油は粘度グレードをＶＧ１０未満ＶＧ２以上としたもので、機械的強度ならびに靭性が高くなることで耐摩耗性を向上させるという作用を有することにより、請求項４に記載の発明の効果に加えてさらに、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項４から６のいずれか一項に記載の発明において、前記圧縮要素は、往復式の圧縮機構で構成されたもので、機械的強度ならびに靭性が高くなることで、摺動部でのはがれを防止できることで、運転負荷に応じて荷重等の摺上条件が変わることによる潤滑状態の悪化に対応できるという作用を有することにより、請求項４から６のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項４から７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を備え、冷媒にＨＦＣ系冷媒またはＨＣ冷媒を用い、前記冷媒中に含まれる二酸化硫黄の濃度を５０ｐｐｍ以下としたもので、二酸化硫黄が冷凍サイクル中に含まれる水分と反応して亜硫酸となり反応層ならびに母材を腐食させることにより摩耗が促進され、その摩耗粉等によるサイクルの閉塞を防止するという作用を有することにより、高信頼性の冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の断面図である。
【００３１】
図１において、密閉容器１０１内にはＲ６００ａからなる冷媒１０２を充填するとともに、底部にはＶＧ１０未満ＶＧ２以上の潤滑油であるオイル１０３を貯留し、固定子１０４、および回転子１０５からなる電動要素１０６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素１０７を収容している。
【００３２】
次に圧縮要素１０７の詳細を以下に説明する。
【００３３】
基地がオーステナイトであり、バナジウム球状炭化物を組織内に含む鋳鉄であるクランクシャフト１０８は回転子１０５を圧入固定した主軸１０９および主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０からなり、下端にはオイル１０３に連通する給油ポンプ１１１を設けている。鋳鉄からなるシリンダーブロック１１２は略円筒形のボアー１１３と主軸１０９を軸支する軸受部１１４を形成している。
【００３４】
また、回転子１０５にはフランジ面１２０が形成され、軸受部１１４の上端面はスラスト部１２２になっている。フランジ面１２０と軸受部１１４のスラスト部１２２の間にはスラストワッシャ１２４が挿入されている。フランジ面１２０、スラスト部１２２およびスラストワッシャ１２４でスラスト軸受部１２６を構成している。
【００３５】
ある一定量のクリアランスを保ってボアー１１３に遊嵌されたピストン１３２は鉄系の材料からなり、ボアー１１３とともに圧縮室１３４を形成し、ピストンピン１３７を介して連結手段であるコンロッド１３８によって偏心軸１１０と連結されている。ボアー１１３の端面はバルブプレート１３９で封止されている。
【００３６】
ヘッド１４０は高圧室を形成し、バルブプレート１３９の反ボアー１１３側に固定される。サクションチューブ（図示せず）は密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒１０２を密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１４２は、バルブプレート１３９とヘッド１４０に挟持される。
【００３７】
以上のように構成された密閉型圧縮機１５３について、以下その動作を説明する。
【００３８】
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させ、偏心軸１１０の偏心運動が連結手段のコンロッド１３８からピストンピン１３７を介してピストン１３２を駆動することでピストン１３２はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ（図示せず）を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒１０２はサクションマフラー１４２から吸入され、圧縮室１３４内で圧縮される。
【００３９】
オイル１０３はクランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１３２とボアー１１３の間においてはシールを司る。
【００４０】
この際、圧縮された冷媒１０２のガス圧によりクランクシャフト１０８の主軸１０９および主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０とシリンダーブロック１１２の軸受部１１４およびコンロッド１３８の間に負荷変動を伴う変動荷重がかかる。
【００４１】
この負荷変動に伴いオイル１０３に溶け込んだ冷媒１０２が繰り返し発泡し、高効率化にともないクリアランスが小さくなっていることから金属接触が生じる頻度が多くなる。
【００４２】
さらにオイル粘度がＶＧ１０未満ＶＧ２以上であることから密閉型圧縮機１５３の停止
時に摺動部間のオイル１０３の保持量が少なくなり、起動直後の金属接触の頻度も多くなる。
【００４３】
以上のような密閉型圧縮機固有の作用に対して本実施の形態においてはクランクシャフト１０８を硬度２３００ＨＶのバナジウム球状炭化物を面心立方格子構造であり、炭素が面心立方格子の中に侵入型で固溶しているオーステナイト基地に分散させることで、バナジウム球状炭化物の持つ高硬度と基地が面心立方格子構造であることから、一般的な鉄の結晶構造である体心立方格子構造と比較して機械的性質が高くなることから高い靭性が得られる。
【００４４】
このことから、クランクシャフト１０８の主軸１０９および主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０とシリンダーブロック１１２の軸受部１１４およびコンロッド１３８の間に金属接触が頻繁に生じても、はく離等の摩耗は生じず異常摩耗の発生がなくなり、高信頼性の密閉型圧縮機１５３を提供することができる。
【００４５】
また、今日大気中には自動車の排気ガスや火山ガス等の排出が原因で二酸化硫黄（ＳＯ２）が含まれている。この二酸化硫黄（ＳＯ２）は水と反応して亜硫酸（Ｈ２ＳＯ３）となる。
【００４６】
従って、凝縮器（図示せず）、ドライヤー（図示せず）、キャピラリー（図示せず）、蒸発器（図示せず）などを有する冷凍サイクルにおいて、冷媒１０２を封入する際の真空引き等が不十分である場合、冷凍サイクル内に二酸化硫黄（ＳＯ２）が残り、冷凍サイクルに含まれる水分と反応して亜硫酸（Ｈ２ＳＯ３）となり、この酸性物質の亜硫酸（Ｈ２ＳＯ３）が摺動部の母材である鉄系材料を酸化劣化させる可能性がある。
【００４７】
しかし、化学的に安定で腐食反応が生じないバナジウム球状炭化物を生地に均一に分散していることから亜硫酸（Ｈ２ＳＯ３）雰囲気下においても酸化反応の速度が低下し、鉄系材料の劣化を防止できることが分かった。従って、冷凍サイクルに含まれる二酸化硫黄（ＳＯ２）の濃度が５０ｐｐｍまでであれば酸化劣化を防止でき、高信頼性の冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００４８】
従って、冷凍サイクル内の二酸化硫黄（ＳＯ２）を除去することより生産性が低下したりコストがかさんだりするが、冷凍サイクル内の二酸化硫黄（ＳＯ２）の濃度を５０ｐｐｍまで許容することにより、生産性が向上しコストを抑制することが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態１においては、一定速度の密閉型圧縮機１５３について述べたが、インバーター化に伴い密閉型圧縮機１５３の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを下回るような超低速運転においては、さらに流体潤滑を成立させにくくなり、金属接触を起こし易くなるので、本発明の効果がより顕著になる。
【００５０】
さらに、本発明の実施の形態１においては、冷媒をＲ６００ａとして述べたが、冷媒１０２をＲ２９０またはＲ６００ａとＲ２９０の混合物でオイル１０３がアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物、また、冷媒１０２をＨＦＣ系冷媒でオイル１０３がアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物としても同等の効果が得られる。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態１においては、クランクシャフト１０８を基地がオーステナイトであり、バナジウム球状炭化物を組織内に含む鋳鉄として例にとって詳しく述べたが、相互に摺動部を形成しているシリンダーブロック１１２の軸受部１１４およびコンロッ
ド１３８の摺動部においても、相当の作用効果が得られるものである。さらに、他の摺動部位においても、相当の作用効果が得られるものである。
【００５２】
また、上記密閉型圧縮機を冷凍サイクル装置に備えることにより、生産性が高く、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる摺動部材および密閉型圧縮機は、金属材料からなる摺動部品の少なくともひとつの摺動部材の基地がオーステナイトであり、バナジウム球状炭化物を組織内に含む鋳鉄とするもので、これによって、機械的強度が上昇することにより耐摩耗性の向上が図れ、高信頼性の密閉型圧縮機を提供することが可能となるので、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の断面図
【図２】従来の密閉型圧縮機の断面図
【符号の説明】
【００５５】
１０１  密閉容器
１０２  冷媒
１０３  オイル（潤滑油）
１０６  電動要素
１０７  圧縮要素
１５３  密閉型圧縮機
【図１】
2010249391.tif 000003
【図２】
2010249391.tif 000004