(57)【要約】【課題】低粘度油を潤滑剤として用いた往復圧縮機において、一時的に油膜が薄い境界潤滑および混合潤滑状態にある圧縮機の軸受部における摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有する軸受材を用い、高信頼性かつ長寿命の往復圧縮機を提供する。【解決手段】電動機の回転をクランク機構によって、シリンダ内のピストンの往復動に変換する往復圧縮機において、コンロッドに設けたボールとピストンに設けたボール受け穴とで摺動自在にボールジョイントされた摺動部を形成させる。そして、ボールジョイントされた摺動部に潤滑油の供給をおこなう。ピストンおよびコンロッドは、鉄を主成分とする鉄系焼結材であり、ピストンおよびコンロッドのそれぞれにスチーム処理を施し、ピストン表面は、切削によりスチーム層を除去し、コンロッドは、スチーム処理後に窒化処理を施す。【選択図】図１９
2011021530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転をクランク機構によって、シリンダ内のピストンの往復動に変換する往復圧縮機において、
前記クランク機構は、クランクシャフトと、クランクシャフトの回転を偏心運動に変えるクランクピンと、前記クランクピンに一端が挿入され、他方の一端が前記ピストンに連結されるコンロッドとを有し、
前記コンロッドに設けたボールと前記ピストンに設けたボール受け穴とが摺動自在にボールジョイントされた摺動部を形成し、前記ボールジョイントされた摺動部に潤滑油の供給がおこなわれ、
前記ピストンおよび前記コンロッドが、鉄を主成分とする鉄系焼結材であり、前記ピストンおよび前記コンロッドのそれぞれにスチーム処理が施され、前記ピストン表面は、切削によりスチーム層を除去されており、前記コンロッドは、スチーム処理後に窒化処理を施されていることを特徴とする往復圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンの鉄系焼結材は、密度が６〜７．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１記載の往復圧縮機。
【請求項３】
前記ピストンの鉄系焼結材は、切削によりスチーム層を除去した後の空孔部に残存するスチーム皮膜が基材に占める割合が、１０〜３０％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の往復圧縮機。
【請求項４】
前記ピストンの鉄系焼結材は、切削後の表面粗さがＲａ１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の往復圧縮機。
【請求項５】
冷媒を圧縮する往復圧縮機であって、前記冷媒として、Ｒ６００ａ、前記潤滑油として、ポリオールエステル油を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の往復圧縮機。
【請求項６】
前記潤滑油の粘度が、４０℃の動粘度で３〜１０ｍｍ２／Ｓであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の往復圧縮機。
【請求項７】
少なくとも、圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器とこれらを接続する冷媒配管により構成された冷凍サイクルによって冷凍する冷凍装置において、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の往復圧縮機を搭載した冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復圧縮機に係り、冷蔵庫、エアコン等に用いられる密閉形冷媒圧縮機であって、特に、低粘度の潤滑油を用いたときのピストンの軸受部の磨耗特性に優れる往復圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全といった観点から冷凍サイクルの冷媒は、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）から自然系冷媒に移行している。特に、炭化水素冷媒については、地球温暖化係数が低いという観点から既に冷蔵庫では、Ｒ６００ａ（イソブタン）が用いられている。
【０００３】
一方、潤滑油は、冷媒圧縮機に使用され、その摺動部の潤滑、密封、冷却、絶縁等の役割を果たすものである。近年、圧縮機は、省エネルギー化、小型化、低騒音化および高効率化が要求され、これに伴って潤滑油は低粘度化の傾向にある。このようなことから、圧縮機においては摺動部の信頼性確保が要求されている。
【０００４】
往復（レシプロ）圧縮機のピストンとコンロッドのボールジョイント構造としては、特許文献１に開示されているように、鉄系焼結金属のピストンに水蒸気処理を施し空孔および表面に黒色の四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を形成する構造が知られている。
【０００５】
さらに、圧縮機のピストンとコンロッドのボールジョイント構造としては、特許文献２に開示されているように、窒化処理および燐酸マンガン処理を球面受け穴（ボール受け穴）やボール部の両方または一方に施し、ボール部に高炭素クロム鋼材を使用した構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１３８４２号
【特許文献２】特開２００３−２１４３４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１は、ボールジョイント方式によってピストンとコンロッドを連結する構造を採用している。往復式圧縮機のピストンロッドと連結するピストンとして、球面受けに酸化膜を形成する前に、切削などの機械加工により、不必用な部分を除去しておき、その後で水蒸気処理をおこなう。その後は、必用に応じて仕上げの機械加工を施すようにする。これにより、加工に伴う局面の粗を抑えることができるようになり、ピストンロッドの動きを滑らかにできるので圧縮機の圧縮効率を向上させることができるとしている。
【０００８】
しかしながら、焼結金属に酸化皮膜を有するピストンと相手材ピストンロッドとの摺動部については、今後採用が拡大される傾向にある低粘度油に対して信頼性は考慮されていない。すなわち、低粘度油を潤滑剤として用いたときには、油膜が形成されにくくなるため、焼結金属に形成される酸化皮膜と相手材との摩擦・摩耗特性が悪くなることが予想される。
【０００９】
また、上記特許文献２も、ボールジョイント方式によってピストンとコンロッドを連結する構造を採用しており、ピストンに設けられる球座を塑性加工により成型している。この上記特許文献２においては、ピストンとコンロッドの間の摺動に問題が生じ得る構造であった。すなわち、連結状態を確保するため、球座部分を閉じる方向に加工されているため、連結部に供給される潤滑油の通路が狭くなってしまい、潤滑油が十分に供給されない場合がある。それゆえ、連結部分への潤滑油の供給を十分におこなうことができず、球面軸受部の温度上昇および損傷を招く可能性があった。
【００１０】
したがって、自然系冷媒であるイソブタンおよび低粘度油を潤滑剤として用いた往復圧縮機において、低粘度油を使用したときに一時的に油膜が薄い境界潤滑および混合潤滑状態が生じうるために、圧縮機の軸受部における摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有する軸受材を用いて高信頼性かつ長寿命な冷媒圧縮機を提供するためには、従来の冷媒圧縮機と比較して、摺動部の耐摩耗性を向上させた信頼性の高い密閉形冷媒圧縮機が望まれている。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低粘度油を潤滑剤として用いた往復圧縮機において、一時的に油膜が薄い境界潤滑および混合潤滑状態にある圧縮機のピストン/ロッド部における摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有するピストン/ロッドを用いた高信頼性かつ長寿命な往復圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の往復圧縮機は、以下のような構成にした。
（１）電動機の回転をクランク機構によって、シリンダ内のピストンの往復動に変換する往復圧縮機において、前記クランク機構は、クランクシャフトと、クランクシャフトの回転を偏心運動に変えるクランクピンと、前記クランクピンに一端が挿入され、他方の一端が前記ピストンに連結されるコンロッドとを有し、前記コンロッドに設けたボールと前記ピストンに設けたボール受け穴とが摺動自在にボールジョイントされた摺動部を形成し、前記ボールジョイントされた摺動部に低粘度の潤滑油の供給がおこなわれ、前記ピストンおよび前記コンロッドが、鉄を主成分とする鉄系焼結材であり、前記ピストンおよび前記コンロッドのそれぞれにスチーム処理が施され、前記ピストン表面は、切削によりスチーム層を除去し、前記コンロッドは、スチーム処理後に窒化処理を施した構成とする。
【００１３】
これにより、同種材の摺動形態を避けることができるとともに、摺動部において硬度差を付与することができ、摩擦・摩耗特性が向上する。
（２）また、前記ピストンの鉄系焼結材は、密度が６〜７．５ｇ／ｃｍ３であるようにすることにより、焼結材の強度を確保することができる。
（３）また、前記ピストンの鉄系焼結材は、切削によりスチーム層を除去した後の空孔部に残存するスチーム皮膜が基材に占める割合が、１０〜３０％であるようにすることによって、ピストンが硬さの軟い基材部と硬い酸化皮膜の複合組織となり、摺動部において硬度差を付与することができて、摩擦・摩耗特性が向上する。
（４）また、前記ピストンの鉄系焼結材は、切削後の表面粗さがＲａ１．０μｍ以下であるようにすることによって、安定した摩擦・摩耗特性が得られる。
（５）また、冷媒を圧縮する往復圧縮機であって、前記冷媒として、Ｒ６００ａ、前記潤滑油として、ポリオールエステル油を用いることによって、摺動部の摩擦・摩耗特性が向上する。
（６）また、前記潤滑油の粘度が、４０℃の動粘度で３〜１０ｍｍ２／Ｓであることによって、摺動部の摩擦・摩耗特性が安定する。
【００１４】
さらに、冷凍装置の構成としては、少なくとも、圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器とこれらを接続する冷媒配管により構成された冷凍サイクルによって冷凍する冷凍装置において、上記の構成の往復圧縮機を搭載する。
【００１５】
上記のように、本発明によれば、ピストンやロッドといった摺動部材が油膜が薄い境界潤滑および混合潤滑状態でも、摩擦係数が安定した摺動特性が得られ、摩耗を低減することができる。なお、上記ではピストンのスチーム層を切削し、コンロッドの窒化処理をおこなう例について説明したが、ピストンに窒化処理をおこない、コンロッドの切削処理をおこなった場合であっても同様の効果が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低粘度油を潤滑剤として用いた往復圧縮機において、一時的に油膜が薄い境界潤滑および混合潤滑状態にある圧縮機のピストン/ロッド部における摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有するピストン/ロッドを用いた高信頼性かつ長寿命な往復圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉形冷媒圧縮機の断面図である。
【図２】ピストン４をロータシャフト７から見た内部側を示す図である。
【図３】図２のＡ-Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ-Ｂ断面図である。
【図５】コンロッド２の斜視図である。
【図６】回り止めを示す斜視図である。
【図７】ボールジョイント構造の斜視図である。
【図８】ピストン４が往復動をするときの様子を示す斜視図である。
【図９】ピストンの焼結材の焼成のままの写真である。
【図１０】ピストンの焼結材のスチーム処理のままの写真である。
【図１１】ピストンの焼結材のスチーム処理後のラップ後の写真である。
【図１２】ピストンの焼結材のスチーム処理後の断面写真である。
【図１３】ピストンの焼結材のスチーム処理後の断面の模式図である。
【図１４】ピストンの焼結材のスチーム処理後に、切削した切削面の写真である。
【図１５】ピストンの焼結材のスチーム処理後に、切削した切削面の模式図である。
【図１６】冷凍装置の冷凍サイクル構成図である。
【図１７】比較例１の摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図１８】比較例２の摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図１９】比較例３の摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態を、図１ないし図１９を用いて説明する。
【００１９】
先ず、図１を用いて本発明の一実施形態に係る密閉形冷媒圧縮機の全体構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る密閉形冷媒圧縮機の断面図である。
【００２０】
この冷媒圧縮機は、油溜めを兼ねた密閉ケース内に設けられた軸受け部１ａおよびフレーム１ｂと一体に成形されたシリンダ１内をピストン４が往復動して圧縮機能を実現する往復（レシプロ型）圧縮機である。
【００２１】
フレーム１ｂの下部には、電動要素として電動機を構成するステータ５およびロータ６が備えられており、クランクシャフト７の回転中心から偏心した位置に、クランクピン７ａが設けられている。
【００２２】
クランクシャフト７は、フレームの軸受部１ａに貫通してフレーム１ｂの下部から上部へ延伸しており、クランクピン７ａがフレーム１ｂの上方側に位置するように設けられている。クランクシャフト７の下部は、ロータ６と直結しており、電動機の動力によってクランクシャフト７は、回転する。クランクピン７ａとピストン４との間は、コンロッド２で連結されており、クランクシャフトの回転が、クランクピン７ａの偏心運動に変えられ、クランクピン７ａおよびコンロッド２を介してピストン４が往復動する構成となっている。
【００２３】
このように、本実施形態の密閉型冷媒圧縮機は、密閉容器内にシリンダ１、ピストン４等の圧縮要素と、電動機等の要素が収納されており、クランクシャフト７によって、電動要素からの回転力を伝える構成を前提としている。
【００２４】
次に、図２ないし図８を用いて本発明の一実施形態に係る密閉形冷媒圧縮機の各部の構造の詳細について説明する。
図２は、ピストン４をロータシャフト７から見た内部側を示す図である。
図３は、図２のＡ-Ａ断面図である。
図４は、図２のＢ-Ｂ断面図である。
図５は、コンロッド２の斜視図である。
図６は、回り止めを示す斜視図である。
図７は、ボールジョイント構造の斜視図である。
図８は、ピストン４が往復動をするときの様子を示す斜視図である。
【００２５】
図２に示されるように、ピストン４は、ボール受け部（内球面）４ａを有している。このピストン４のボール受け部（内球面）４ａは、図３に示されるＡ−Ａ断面では、コンロッド２のボール（外球面）２ａの先端から１８０度以上の角度で包む形状であり、図３に示されるＢ−Ｂ断面では、コンロッド２のボール（外球面）２ａの先端から１８０度以上の角度でのみボール（外球面）２ａを包む形状である。したがって、Ａ−Ａ断面よりも摺動面積が少ないボールジョイント構造となり、潤滑油の通る経路が短いため、潤滑油が流れやすく、十分に潤滑油が供給できる構造になる。
【００２６】
コンロッド２は、図５や図８に示されるように、ピストン４のボール受け部（内球面）４ａの挿入されるボール（外球面）２ａとクランクピン７ａが挿入されるクランク軸受部２ｂと、ボール（外球面）２ａとクランク軸受部２ｂを繋ぐロッド部２ｃから構成されている。給油孔２ｄは、ボール（外球面）２ａおよびロッド部２ｃの内部を貫通するように設けられる。潤滑油は、この給油孔２ｄを流れてクランク軸受部２ｂからボール（外球面）２ａの摺動部に供給される。また、ボール（外球面）２ａはピストン４のボール受け部（内球面）４ａと同様に球面の一部を切り欠いた構造となっており、切り欠き部２ｆを有する。したがって、この切り欠き部２ｆの分だけ、潤滑油の通る経路が短く、潤滑油が流れやすく十分に潤滑油が供給できる構造になる。
【００２７】
コンロッド２は、図６に示される回り止め１０によりボールジョイントされたボール（外球面）２ａがボール受け穴（内球面）４ａから脱落しないように、ボール（外球面）２ａの回り止めをおこなう。図７には、回り止め１０によるボールジョンイト構造が示される。
【００２８】
ボール受け穴（内球面）４ａに対するボール（外球面）２ａの回動は、コンロッド２のロッド部２ｃが首を振るような揺動の回動運動になる。
【００２９】
次に、図９ないし図１５を用いてピストン４およびコンロッド２の組成と、製造方法について説明する。
図９は、ピストンの焼結材の焼成のままの写真である。
図１０は、ピストンの焼結材のスチーム処理のままの写真である。
図１１は、ピストンの焼結材のスチーム処理後のラップ後の写真である。
図１２は、ピストンの焼結材のスチーム処理後の断面写真である。
図１３は、ピストンの焼結材のスチーム処理後の断面の模式図である。
図１４は、ピストンの焼結材のスチーム処理後に、切削した切削面の写真である。
図１５は、ピストンの焼結材のスチーム処理後に、切削した切削面の模式図である。
【００３０】
ピストン４およびコンロッド２は、鉄系焼結材を採用している。焼結材は、粉末を成形加圧し焼成したものであり、空孔が多数存在する多孔質体である。
【００３１】
図９に示された写真では、ピストン４のボール受け穴４ａの焼結のままの組織が示されており、基材９の中に、大小さまざまな黒く見える空孔１０が混在している。このような多孔質体は、空孔内に潤滑油が吸収されてしまい摺動部において油膜の形成が不十分になる。
【００３２】
ここで、ピストン４のボール受け穴４ａの焼結後に表面のスチーム処理を施すと、図１０に示されるようになる。このようにスチーム処理により形成された酸化皮膜により空孔が封孔されるため、ピストン４とロッド２の摺動部には油膜が形成され易くなる。
【００３３】
次に、スチーム処理を施した後に、スチーム層８をラッピング仕上げをすると、表面は、図１１に示されるようになる。ラッピング仕上げをされたボール受け穴４ａの表面は、スチーム処理により形成されたスチーム層が残存し油膜が形成され易くなる。
【００３４】
本実施形態のピストン４の製作工程は、スチーム処理後のボール受け穴４ａの表面に形成されるスチーム層８を切削するものである。本実施形態におけるスチーム層８の切削は、ピストン４のボール受け穴４ａに切削を施すことにより摺動部の摩擦・耐摩耗性を向上させ、摺動部の摩耗損傷を低減することができる。
【００３５】
ピストン４のボール受け穴４ａのスチーム処理後の断面を示すと、図１２に示されるようになる。基材９の中に大小多数の空孔に形成された酸化皮膜や表面部に数μｍのスチーム層が存在する。この図１２の写真を、模式的に、ピストン４のボール受け穴４ａのスチーム処理後の断面として示すと、図１３に示されるようになる。
【００３６】
ピストン４のボール受け穴４ａの切削した後の摺動面の組織を示すと、図１４に示されるようになる。また、この図１４の写真を、模式的に、ピストン４のボール受け穴４ａの切削した後の摺動面の組織として示すと、図１５に示されるようになる。
【００３７】
焼結材にスチーム処理をおこない表面のスチーム層を切削すると、焼結材表面は、基材９、空孔１０および酸化皮膜８ａから構成される。基材８は、鉄系で軟らかく、酸化皮膜８ａは四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）で硬く、このような複合組織とすることにより、低粘度油においても摩擦・摩耗特性が発揮される。すなわち、摩擦係数が小さくなり、油膜のできにくい低粘度油においても、ピストン４のボール受け穴４ａと、ボール（外球面）２ａの摺動が滑らかなものになる。
【００３８】
通常、摺動部は、同種材や同じ硬さのものの組合せは用いない。材料の組合せにおいて、硬度差をつけることにより、硬い方の材料の表面荒れを防止し、摩耗粉が軟らかい材料の表面を変形させながら転動あるいは潤滑油に押し流されて摩擦面外に排出することができる。さらに、摩耗粉の排出後には、硬い方の材料表面形状に軟らかいほうの材料がなじんで、摩耗粉形成・排出前の滑らかな形状に類似した表面に復旧することができる。すなわち、コンロッド２との摺動において硬いボール２ａを軟らかい基材９が受け、空孔１０に存在する硬い酸化皮膜が摩耗抵抗となり全体的にバランスがとれて摩擦・摩耗特性が向上する。ピストン４およびロッド２の鉄系焼結材の密度は、材料の強度を考慮し６ｇ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。密度が６ｇ／ｃｍ３以下では焼成時に形成される空孔の数が多く、また、大きな空孔の形成も懸念され全体的に基材に占める空孔の割合が多くなり強度低下を招く。
【００３９】
さらに、焼成時に形成される空孔の面積を考慮し、ピストン４およびロッド２の鉄系焼結材の密度は、７．５ｇ／ｃｍ３以下とするのが望ましい。
【００４０】
ピストン４のボール受け穴４ａのスチーム層８を切削した後の基材９に占める酸化皮膜８ａの割合は、１０〜３０％が望ましい。すなわち、その割合が１０％以下では、摺動時に摩耗抵抗となる酸化皮膜８ａが少なく摩擦・摩耗特性が低下する。一方、その割合が３０％以上では、ピストン４そのものの密度が低く強度不足になり信頼性に欠けることになる。
【００４１】
本実施形態に用いるピストン４の切削後の表面粗さは、相手材ボール２ａとの摺動を考慮し、Ｒａ（算術平均粗さ）１．０μｍ以下が望ましい。一方、ボール受け穴４ａとボール２ａとの摺動において、ボール受け穴４ａの表面粗さがＲａ１．０μｍ以上では、油膜が切れ易く混合潤滑や境界潤滑になり摩耗が増大、かつかじりや焼付きが生じ好ましくない。また、この表面粗さは、ロッド２のボール２ａにおいてもＲａ１．０μｍ以下が望ましい。
【００４２】
本実施形態の冷媒圧縮機に用いる冷媒は、Ｒ６００ａ（イソブタン）であり、分子中に塩素を含んでいないことから、冷媒自身の潤滑性が期待できず、圧縮機の耐摩耗性を低下させる。ここで、ポリオールエステル油の潤滑油を用いることにより、冷媒／潤滑油混合液の潤滑性を確保できる。このポリオールエステル油としては、多価アルコールと１価の脂肪酸とから合成され、熱安定性に優れるヒンダードタイプが好ましい。潤滑油の粘度（ＪＩＳ  Ｋ２２８３で測定）に関しては、往復（レシプロ式）圧縮機の場合では、４０℃における粘度が３〜１０ｍｍ２／ｓの範囲が好ましい。粘度３ｍｍ２／ｓ未満の場合は、冷媒が溶解した粘度が低くなってしまい、圧縮機内部での油膜が十分に保持されず潤滑性に乏しく常時混合潤滑や境界潤滑状態にさらされる。さらには、圧縮部のシール性も保てない。これに対して、粘度１０ｍｍ２／ｓを越えると粘性抵抗、摩擦抵抗等の機械損失が増大し、圧縮機効率を低下させることになる。
【００４３】
このようにピストン４のボール受け穴４ａは、スチーム処理後切削することで、鉄系焼結材にスチーム処理をし、さらに窒化処理をしたコンロッド２のボール２ａとの摺動において硬度差が付与され、かじりや凝着が防止され摩擦・摩耗特性が向上する。
【００４４】
次に、図１６を用いて本実施形態の冷媒圧縮機が用いられる冷凍装置の冷凍サイクルについて簡単に説明する。
図１６は、冷凍装置の冷凍サイクル構成図である。
【００４５】
冷媒圧縮機１１、凝縮器１２、減圧装置１３、蒸発器１４よりなる冷凍装置において、冷媒圧縮機１１は、低温低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを吐出し、凝縮器１２に送る。凝縮器１２に送られた冷媒ガスは、その熱を空気中に放出しながら高温高圧の冷媒液となり、減圧装置１３に送られる。減圧装置１３を通過する高温高圧の冷媒液は、絞り効果により低温低圧の湿り蒸気となり蒸発器１４へ送られる。蒸発器１４に入った冷媒は、周囲から熱を吸収して蒸発し、蒸発器１４をでた低温低圧の冷媒ガスは圧縮機１１に吸い込まれて、以下同じサイクルが繰り返される。
【００４６】
この冷凍サイクルにおいて、冷凍機等では低温度の蒸発器温度（−４０℃以下）を必要としている。ここで冷媒との相溶性が悪い潤滑油を使用すると熱交換器や膨張機構で冷媒と分離した冷凍機油が蓄積し、圧縮機への油戻り性が落ちる恐れがある。
【００４７】
本実施形態のピストン４およびコンロッド２の組成と、製造方法によれば、摺動部材が低粘度油であっても、油膜が薄い混合潤滑および境界潤滑状態下でも高い摺動特性を発揮することができる。
【００４８】
以下では、図１７および図１８を用いて本実施形態の摩擦特性を他の製造方法の比較例と比較しながら説明する。
【００４９】
図１７は、比較例１の摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【００５０】
図１８は、比較例２の摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【００５１】
図１９は、比較例３摩耗試験における試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【００５２】
表１は、摩耗試験のピストンとロッドの製造工程の組合せを一覧表として示したものである。
【００５３】
比較例１は、ボール受け穴４ａおよび球体部２ａの双方のスチーム層を切削加工をした組合せである。比較例２は、ボール受け穴４ａがスチーム処理のままと球体部２ａがスチーム処理後にガス軟窒化処理をした組合せである。比較例３は、ボール受け４ａがスチーム処理後切削加工と球体部２ａがスチーム処理後ガス軟窒化処理をした組合せである。この比較例３が、本実施形態のピストンとロッドの製造方法を示した例である。
【００５４】
【表１】
2011021530.tif 000003
【００５５】
摩耗試験は、ピストン４を可動片としコンロッド２を固定片とし、油中に浸漬しておこなった。潤滑油は、動粘度が８ｃｍ２／ｓであるポリオールエステル油を用いた。
【００５６】
荷重は、５８８Ｎ、速度は０．４８ｍ／ｓで目標試験時間を２時間とした。
【００５７】
比較例１における結果は、図１７に示されるように、５８８Ｎの本荷重を負荷して、４分で摩擦係数が上がり、かつ、摺動部の温度が４８０℃まで上がり、目標の２時間の磨耗試験は不可能であった。試験後のピストン４およびロッド２の摺動部には、凝着が生じており摩擦・摩耗特性が不十分であることが分る。
【００５８】
比較例２でも、摩耗試験は、ピストン４を可動片としコンロッド２を固定片とし、油中に浸漬しておこなった。潤滑油は、動粘度が８ｃｍ２／ｓであるポリオールエステル油を用いた。
【００５９】
荷重は、５８８Ｎ、速度は０．４８ｍ／ｓで目標試験時間を２時間とした。
【００６０】
比較例２における結果は、図１８に示されるように、５８８Ｎの本荷重を負荷して、１７分で摩擦係数が上がり、かつ、摺動部の温度が３５０℃まで上がり目標の２時間の摩耗試験は不可能であった。ピストン部の摩耗量は１７分と短時間の測定であったにもかかわらず、１．５μｍ摩耗減肉した。
【００６１】
本実施形態の比較例３においても、ピストン４を可動片としコンロッド２を固定片とし、油中に浸漬しておこなった。潤滑油は、動粘度が８ｃｍ２／ｓであるポリオールエステル油を用いた。荷重は、５８８Ｎ、速度は０．４８ｍ／ｓで目標試験時間を２時間とした。
【００６２】
比較例３における結果は、図１９に示されるように、５８８Ｎの本荷重を負荷してから安定した低摩擦、かつ、１００℃以下の低い摺動温度で２時間の摩耗試験が可能であった。試験後のピストン４の摩耗量は、５μｍであり、比較例２に比べ１／２であった。
【００６３】
以上を踏まえて、図１６に示した構成のコンロッド２を搭載した密閉形冷媒圧縮機を用いての４５日の実機評価試験をおこなった。冷媒としてＲ６００ａ、冷凍機油として４０℃における動粘度が８ｍｍ２／ｓであるポリオールエステル油を用いた。この潤滑油には、酸化防止剤と酸捕捉剤が添加されている。試験後のボール受け穴（内球面）４ａ部およびロッド２のボール２ａに異常摩耗が発生することはなく、潤滑油においても劣化は見られず、高信頼性を保った良好な特性が得られた。
【００６４】
以上、実施形態で説明してきたように、本発明によれば、一時的に油膜が薄い混合潤滑および境界潤滑状態でも、安定した摺動特性を示し摩耗量を低減することができ、潤滑油の劣化もない信頼性の高い冷媒圧縮機、および、これを使用した冷凍サイクルを提供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…シリンダ、２…コンロッド、２ａ…ボール、４…ピストン、４ａ…ボール受け穴、７…クランクシャフト、８…スチーム層、８ａ…酸化皮膜、９…基材、１０…空孔、１１…酸化皮膜、
１１…冷媒圧縮機、１２…凝縮器、１３…減圧装置、１４…蒸発器。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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