(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラフルオロエタンとし、電動モータと連結するシャフトと、その一端の軸受部が前記シャフトに取り付けられたコンロッドと、前記コンロッドの多端の軸受部に取り付けられたピストンピンと、前記ピストンピンに固定されたピストンと、前記ピストンと一体で圧縮室を形成するシリンダとを備えてなる圧縮機の構成要素において、前記シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンを鋳鉄で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に多孔率７０〜９０％であるセラミックス発泡体のプレフォームを鋳込んだことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラフルオロエタンとし、電動モータと連結するシャフトと、その一端の軸受部が前記シャフトに取り付けられたコンロッドと、前記コンロッドの多端の軸受部に取り付けられたピストンピンと、前記ピストンピンに固定されたピストンと、前記ピストンと一体で圧縮室を形成するシリンダとを備えてなる圧縮機の構成要素において、前記シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンを鋳鉄で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に多孔率８０〜９８％であるニッケルクロム合金の金属発泡体を鋳込んだことを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラフルオロエタンとし、電動モータと連結するシャフトと、その一端の軸受部が前記シャフトに取り付けられたコンロッドと、前記コンロッドの多端の軸受部に取り付けられたピストンピンと、前記ピストンピンに固定されたピストンと、前記ピストンと一体で圧縮室を形成するシリンダとを備えてなる圧縮機の構成要素において、前記シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンを鋳鉄で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に鉄製の中空円筒状の部品を鋳込んだことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられる圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍冷蔵装置や空調機は、オゾン層の破壊などの環境問題のために従来使用してきた分子内に塩素を含む冷媒ジフルオロジクロロメタン（以下ＣＦＣ−１２と称する）やジフルオロクロロメタン（以下ＨＣＦＣ−２２と称する）等から分子内に塩素を含まない冷媒１、１、１、２テトラフルオロエタン（以下ＨＦＣ−１３４ａと称する）への変更が検討されている。ところが、分子内に塩素を含まない前記冷媒は、潤滑性能が悪く圧縮機の摺動材料の特性を向上する必要がある。
【０００３】
以下図９を参照しながら従来の圧縮機の一例について説明する。１は圧縮機である。２はロータ、３はステータでありロータ２とステータ３は一対でモータを形成する。また４はシャフト、５はベアリング、６はコンロッド、７はシリンダ、８はピストン、９はピストンピンである。ロータ２とステータ３により形成されるモータにより、ロータ２に圧入されたシャフト４がベアリング５に支持されて回転する。この時、シャフト４の偏心部に取り付けられたコンロッド６及び、コンロッド６の他端に取り付けられかつピストン８に固定されたピストンピン９を介して、シャフト４の回転運動が伝達されピストン８がシリンダ７内を往復運動する。そして、ピストン８とシリンダ７により形成される空間１０内において、冷媒ガスＣＦＣ−１２が吸入、圧縮される。
【０００４】
従来では、ピストン８を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成し、シリンダ７を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成していた。
【０００５】
最近、自動車のエンジンのピストンあるいはシリンダ部に、アルミニウム合金鋳物の長所である放熱性を維持しながら、耐摩耗性を向上させるものとして繊維強化を用いている。この繊維強化金属（ＦＲＭ）は高耐熱性、高強度の炭素、セラミックスなどの繊維で金属マトリックスを強化した複合材で、慣用材料では満足できない高比強度、高比弾性率（強度及び弾性率を密度で割った値）をもつ。実際の実用化例として、例えば、工業材料第３６巻第１２号において、トヨタ自動車工業の開発した１３Ｂ−Ｔディーゼルエンジン用ピストン溝耐摩環がある。これは、アルミナ発泡体などを使用し、熱負荷の大きなピストントップの外周部に上記繊維を鋳ぐるんだものである。リング溝部の耐焼付き性、耐摩耗性を高め、高出力化を果たしている。また、本田技研もコネクティングロッドに繊維強化金属を用い、母材のアルミニウム合金の軽量、放熱性といった長所を維持しながら、耐摩耗性の向上を図っている。
【０００６】
【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、潤滑性能の高い従来の冷媒ＣＦＣ−１２やＨＣＦＣ−２２が圧縮機の潤滑油中に溶解していることを前提に考えられている。
【０００７】
分子内に塩素を含まず潤滑性能が劣る冷媒ＨＦＣ−１３４ａを使用した場合には、特にピストンとシリンダの接触部において摺動による熱が発生するため、放熱性の悪い鋳鉄同志の摺動部の温度は上昇し、ピストン、シリンダの摩耗量が増加する。最悪の場合焼付きに至る。したがって、圧縮機の十分な耐久性が得られない。
【０００８】
そこで、材料側からみた場合、これらの問題はシリンダあるいはピストンの材料そのものが放熱性に優れていれば、すなわち熱伝導率が高ければ解決できるものと考えられるが、例えばコストが安く、放熱性の優れた材料としてアルミニウム合金鋳物がある。しかし、アルミニウム合金鋳物は従来材料である鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）に比べて機械的強度はほぼ同等であるが、融点が低いため凝着摩耗が発生する問題がある。したがって、潤滑性能の劣る冷媒ＨＦＣ−１３４ａを使用する場合、アルミニウム合金鋳物だけでは十分な耐摩耗性を確保することはできず、圧縮機そのものの耐久性を向上することはできない。
【０００９】
また、自動車のエンジンなどのように繊維強化金属を用いた場合には、金属鋳込み時に繊維が遍在する、それぞれの繊維の摺動面に対する向きが異なるなどのために繊維強化金属部の強度に均一なものが得られないといった問題点があった。
【００１０】
したがって、上記の塩素を含まない潤滑性に乏しい冷媒に対して圧縮機の摺動材料の最適化を図る必要がある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑み、冷媒ＨＦＣ−１３４ａを使用する圧縮機に対して摺動材料の最適化を図り圧縮機の耐久性を向上させるものである。
【００１２】
【課題を解決させるための手段】
上記課題を解決するために本発明の圧縮機は、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４ａとし、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に多孔率７０〜９０％であるセラミックス発泡体のプレフォームを鋳込んだものである。
【００１３】
上記課題を解決するために本発明の圧縮機は、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４ａとし、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に多孔率８０〜９８％であるニッケルクロム合金の発泡金属体のプレフォームを鋳込んだものである。
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の圧縮機は、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４ａとし、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に鉄製の中空円筒状の部品を鋳込んだものである。
【００１５】
【作用】
本発明は、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面にセラミックス発泡体のプレフォームを鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を確保しながら、シリンダの機械的強度を均一に向上させ、ピストンとシリンダの接触部における摩耗量を低減させる。その結果圧縮機の耐久性を向上させるものである。
【００１６】
また、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に多孔率８０〜９８％であるニッケルクロム合金の金属発泡体のプレフォームを鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を確保しながら、シリンダの硬さを均一に向上させ、ピストンとシリンダの接触部における摩耗量を低減させる。その結果圧縮機の耐久性を向上させるものである。
【００１７】
また、ピストンを鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、前記ピストンと摺動する内周面に鉄製の中空円筒状の部品を鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を確保しながら、シリンダの融点を従来の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）並を維持させ、ピストンとシリンダの接触部における摩耗量を低減させる。その結果圧縮機の耐久性を向上させるものである。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の第１の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１に本発明の圧縮機の断面図を示す。１は圧縮機である。２はロータ、３はステータでありロータ２とステータ３は一対でモータを形成する。また４はシャフト、１１はベアリング、６はコンロッド、７はシリンダ、８はピストン、９はピストンピンである。ロータ２とステータ３により形成されるモータにより、ロータ２に圧入されたシャフト４がベアリング５に支持されて回転する。この時、シャフト４の偏心部に取り付けられたコンロッド６及び、コンロッド６の他端に取り付けられかつピストン８に固定されたピストンピン９を介して、シャフト４の回転運動が伝達されピストン８がシリンダ７内を往復運動する。そして、ピストン８とシリンダ７により形成される空間１０内において、冷媒ガスＣＦＣ−１２が吸入、圧縮される。
【００２０】
ここで、図２に本実施例のシリンダ１１の拡大断面図を示す。図３に本実施例のＡ−Ａ’線における内周面複合層１１ａの拡大断面図を示す。上記シリンダ基体１１ｂは、アルミニウム合金を素材とし、シリンダ１１の大部分を構成する。シリンダ１１は、線径３μｍ、長さ５００μｍからなるアルミナ発泡体のプレフォーム１１ｃを成形し、アルミニウム合金１１ｄを鋳込みにより含浸させて複合化する。この内周面複合層はアルミナ発泡体を１０体積％含有してなる。
【００２１】
ここで、アルミナの熱伝導率はアルミニウム合金鋳物に比べて１／５〜１／３程度であるが、本実施例においては多孔率が９０％であるアルミナ発泡体のプレフォームを内周面近傍のみに施しているため、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物とほぼ同等値であるといえる。その結果、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物並を確保でき、従来の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）の熱伝導率の２〜３倍となり、放熱性が向上する。
【００２２】
また、シリンダ内周面近傍に高剛性かつ高温強度を有するアルミナ発泡体を使用することにより、母材の融点（６００℃程度）近くまで強度が低下しないため、凝着摩耗を防止することができる。しかも疲労強度が４〜５×１０２程度となり、従来の材料である鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）に比べて１０倍以上となることから、シリンダの長期耐久性が維持できる。
【００２３】
以上のように本実施例においては、被圧縮ガスをＨＦＣ−１３４ａを使用し、実際の圧縮機のピストン８を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダ１１にアルミナ発泡体のプレフォームを鋳込んだアルミニウム合金鋳物を使用することにより、放熱性はアルミニウム合金鋳物並を確保し、かつシリンダ及びピストンの摩耗を防止することができ、圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【００２４】
なお、本実施例によれば、多孔率が９０％であるアルミナ発泡体のプレフォームとしたが、多孔率は７０〜９０％でも同様の効果が得られる。
【００２５】
また、本実施例によれば、内周面複合層はアルミナ発泡体としたが、炭化ケイ素発泡体、アルミナ・シリカ発泡体を使用しても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、本実施例によれば、アルミナ発泡体のプレフォーム１１ｃを成形したのち、アルミニウム合金１１ｄを鋳込みにより含浸させて複合化しているが、ダイカスト法を使用しても同様の効果が得られる。
【００２７】
以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じものは同一番号を付して説明を省略する。
【００２８】
図４に本発明の圧縮機の断面図を示す。
ここで、図５に本実施例のシリンダ１２の拡大断面図を示す。図６に本実施例のＡ−Ａ’線における内周面複合層の拡大断面図を示す。上記シリンダ基体１２ｂは、アルミニウム合金を素材とし、シリンダ１２の大部分を構成する。シリンダ１２は、クロムを３５重量％含有しニッケルクロム合金の多孔率が８２％からなる金属発泡体のプレフォーム１２ｃを成形し、アルミニウム合金１２ｄを鋳込みにより含浸させて複合化する。
【００２９】
ここで、ニッケルクロム合金の熱伝導率はアルミニウム合金鋳物に比べて１／２〜２／３程度であるが、本実施例においては多孔率８２％からなる金属発泡体を内周面近傍のみに施しているため、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物とほぼ同等値であるといえる。その結果、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物並を確保でき、従来の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）の熱伝導率の２〜３倍程度となり、放熱性は向上する。
【００３０】
また、シリンダ内周面近傍の硬さはＨＶ２００〜４００となるため、従来の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）に比べて２倍程度大きくなり、耐摩耗性が向上する。硬さが大きくなることにより、圧縮強度も向上するため、高出力の圧縮機に対応できる。
【００３１】
以上のように本実施例においては、被圧縮ガスをＨＦＣ−１３４ａを使用し、実際の圧縮機のピストン８を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成において、シリンダ１２にニッケルクロム合金の金属発泡体を鋳込んだアルミニウム合金鋳物を使用することにより、放熱性はアルミニウム合金鋳物並を確保し、かつシリンダ及びピストンの摩耗を防止することができ、圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施例によれば、ニッケルクロム合金の金属発泡体の１２ｃを成形したのちアルミニウム合金１２ｄを鋳込みにより含浸させて複合化しているが、ダイカスト法を使用しても同様の効果が得られる。
【００３３】
また、本実施例によれば、ニッケルクロム合金の金属発泡体の多孔率は８０〜９８％でも同様の効果が得られる。
【００３４】
また、本実施例におけるニッケルクロム合金はクロムを３５重量％含有するが、クロムを２５〜４５％含有してなるニッケルクロム合金でも同様の効果が得られる。
【００３５】
以下本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じものは同一番号を付して説明を省略する。
【００３６】
図７に本発明の圧縮機の断面図を示す。
ここで、図８に本実施例のシリンダ１３の拡大縦断面図を示す。上記シリンダ基体１３ｂは、アルミニウム合金を素材とし、シリンダ１３の大部分を構成する。シリンダ１３は、鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）からなる中空円筒状の１３ａを成形し、アルミニウム合金を鋳込みにより接合させる。
【００３７】
ここで、鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）の熱伝導率はアルミニウム合金鋳物に比べて１／３〜１／２程度であるため、本実施例においては鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）を内周面近傍のみに施しているため、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物とほぼ同等値であるといえる。その結果、熱伝導率はアルミニウム合金鋳物並を確保でき、従来の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）の熱伝導率の２〜３倍程度となり放熱性が向上する。
【００３８】
また、内周面近傍を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）とすることにより、内周面、すなわち摺動面の融点（１４２０〜１５５０℃）を下げることなく、アルミニウム合金鋳物のみのそれに比べ４００〜６００℃程度高くなり、凝着摩耗が抑制される。
【００３９】
以上のように本実施例においては、被圧縮ガスをＨＦＣ−１３４ａを使用し、実際の圧縮機のピストン８を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）で形成した構成においてシリンダ１３に中空円筒状の鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）を鋳込んだアルミニウム合金鋳物を使用することにより、放熱性はアルミニウム合金並を確保でき、かつシリンダ及びピストンの摩耗を防止することができ、圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施例はコストが比較的安く、また、上記の鋳込みによる方法以外に、ダイカスト法、あるいは中空円筒状の鋳鉄１３ａとアルミニウム合金鋳物１３ｂを圧入、焼きばめによる方法でシリンダを成形しても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、本実施例によれば、中空円筒状の部品を鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣ２００）にて成形したが、融点がアルミニウム合金鋳物よりも高い鉄製の材料を使用しても同様の効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、その内周側に多孔率７０〜９０％であるセラミックス発泡体のプレフォームを鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を確保しながら、機械的強度が均一に向上し、冷媒ＨＦＣ１３４ａを使用する厳しい条件においてもピストンとシリンダの摺動状態が改善でき、その結果、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【００４３】
また、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、その内周側に多孔率８０〜９８％であるニッケルクロム合金の金属発泡体を鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を維持しながら、硬さが均一に向上し、冷媒ＨＦＣ１３４ａを使用する厳しい条件においてもピストンとシリンダの摺動状態が改善でき、その結果、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【００４４】
さらに、シリンダをアルミニウム合金鋳物で形成し、その内周側に鉄製の中空円筒状の部品を鋳込んだものを使用することにより、アルミニウム合金鋳物並の放熱性を維持しながら、融点が向上し、冷媒ＨＦＣ１３４ａを使用する厳しい条件においてもピストンとシリンダの摺動状態が改善でき、その結果、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を用いた圧縮機の断面図
【図２】本発明の第一の実施例におけるシリンダの拡大縦断面図
【図３】本発明の第一の実施例でのＡ−Ａ’線における内周面複合層の拡大断面図
【図４】本発明の第二の実施例を用いた圧縮機の断面図
【図５】本発明の第二の実施例におけるシリンダの拡大縦断面図
【図６】本発明の第二の実施例でのＡ−Ａ’線における内周面複合層の拡大断面図
【図７】本発明の第三の実施例を用いた圧縮機の断面図
【図８】本発明の第三の実施例におけるシリンダの拡大縦断面図
【図９】従来の圧縮機の断面図
【符号の説明】
８  ピストン
７  シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003554359.tif 000008
【図８】
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【図９】
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