(57)【要約】【課題】オイル低粘度化並びに摺動長の短化を行っても耐摩耗性が低下しない信頼性の高い高効率な冷媒圧縮機を提供する。【解決手段】アルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物が分散しているアルミニウム合金材料をコンロッド１３８等の摺動部材としたものであり、これにより、摺動部材の耐摩耗性が向上し、信頼性を向上させることができるとともに高効率の冷媒圧縮機とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に粘度がＶＧ３〜ＶＧ１００の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する少なくともひとつの摺動部材が、アルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物が分散しているアルミニウム合金材料からなる冷媒圧縮機。
【請求項２】
摺動部材をシリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加したアルミニウム合金材料とした請求項１に記載の冷媒圧縮機。
【請求項３】
アルミニウム合金に含まれる初晶シリコンの大きさを１μｍ〜１００μｍ、金属間化合物の大きさを１μｍ〜２５μｍとした請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
アルミニウム合金材料と対をなす摺動材料の表面を窒化鉄層とした請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
冷媒をＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらを含む混合物とし、潤滑油を鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、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た請求項１から４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項６】
冷媒をＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒もしくはその混合物とし、潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、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た請求項１から４のいずれか一項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、冷蔵庫、エアーコンディショナー等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】
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圧縮機の開発が進められており、摺動部の軽量化を維持しつつ耐摩耗性を向上させることが課題となっている。
【０００３】
このような中にあって、従来、圧縮機のコンロッドや軸受け材料に、ＡＤＣ１４等の軽量なＡｌ合金材料を摺動部材として使用した圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機を示すものである。図３に示すように、この冷媒圧縮機は、密閉容器１の底部にオイル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と、を収容して構成してある。
【０００５】
電動要素５のクランクシャフト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が設けてある。
【０００６】
また、圧縮要素６の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が設けてある。
【０００７】
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。
【０００８】
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、冷媒ガス（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。
【０００９】
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の小端部２１、クランクシャフト７の偏心軸９とコンロッド１７の大端部２２とは、相互に摺動部を形成している。
【００１０】
以上のような構成において、次に動作を説明する。
【００１１】
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に伝わり、ピストン１５がボアー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内に冷媒を導き、この冷媒ガス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。
【００１２】
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。
【００１３】
ここで、摺動部材である軸受部１４、並びに、コンロッド１７の素材は、アルミ合金であるＡＤＣ１４で形成して軽量化が図ってある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平７−２３８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来の特許文献１に記載のアルミ合金製の摺動部材では、近年進められている圧縮機の高効率化に伴うオイル２の低粘度化、並びに、各摺動部間の摺動長の短化設計により、摺動時にかかる荷重が大きくなっていて、その耐摩耗性が不十分になりつつある。
【００１６】
特に、冷媒圧縮機においては、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と軸受部１４ならびに偏心軸９とコンロッド１７の大端部２２にかかる荷重が大きく変動するとともに、この負荷変動にともない、オイル２に溶け込んだ冷媒ガス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、軸受部１４のＡｌ合金が摩耗して軸受部１４の表面粗さが粗くなり、摩擦係数が上昇することで摺動部の発熱が大きくなって凝着等の異常摩耗が生じる可能性があった。
【００１７】
また、ピストンピン１６とコンロッド１７の小端部２１とにおいては搖動運動であることから、クランクシャフト７が一回転する間に相対速度が０ｍ／ｓとなるポイントが二度存在することで油膜が発生できず、凝着等の異常摩耗が生じる可能性があった。
【００１８】
本発明は前記従来の問題を解決するもので、摺動部材の耐摩耗性を向上させて信頼性の高い高効率の冷媒圧縮機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】
【００１９】
前記従来の課題を解決するための、本発明の冷媒圧縮機は、密閉容器内に粘度がＶＧ３〜ＶＧ１００の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する少なくともひとつの摺動部材がアルミニウム合金材料であり、前記アルミニウム合金は、アルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物が分散した構成としてある。
【００２０】
これにより、摺動部材の耐摩耗性が向上し信頼性が向上するとともに、摺動ロスを低減して効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の冷媒圧縮機は、摺動部材を構成するアルミニウム合金のマトリックス中に初晶シリコンならびにアルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物が分散し、耐摩耗性が向上するので、信頼性の高い高効率の冷媒圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態１の冷媒圧縮機の摺動部材に用いたアルミニウム合金の断面ＳＥＭ像図
【図３】従来の冷媒圧縮機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の発明は、密閉容器内に粘度がＶＧ３〜ＶＧ１００の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する少なくともひとつの摺動部材がアルミニウム合金材料であり、前記アルミニウム合金は、アルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物が分散した構成としたものである。
【００２４】
これにより、摺動部材の摩耗量が低下し、信頼性が向上するとともに、摺動ロスが低減して効率が向上する。
【００２５】
第２の発明は、第１の発明の前記アルミニウム合金をシリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に、銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加した構成としたものである。
【００２６】
これにより、初晶シリコン、ならびに、金属間化合物がマトリックス中に生成し、摺動部材の摩耗量が低下し、信頼性が向上する。
【００２７】
第３の発明は、第１または第２の発明の前記アルミニウム合金に含まれる初晶シリコンの大きさを１μｍ〜１００μｍ、金属間化合物の大きさを１μｍ〜２０μｍとしたものである。
【００２８】
これにより、これらの化合物の効果で耐荷重特性が向上して異常摩耗を防止し、信頼性が向上する。
【００２９】
第４の発明は、第１から第３の発明において、アルミニウム合金と対をなす摺動材料の表面を窒化鉄層としたものである。
【００３０】
これにより、アルミニウム合金の持つ相手攻撃性による表面粗さの増加を防止することで、耐摩耗性が向上し、信頼性が向上する。
【００３１】
第５の発明は、第１から第４の発明において、冷媒をＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらを含む混合物とし、潤滑油を鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、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たものである。
【００３２】
これにより、低粘度の油を使用しても異常摩耗を防止し、信頼性、並びに、効率が向上する。
【００３３】
第６の発明は、第１から第４の発明において、冷媒をＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒、もしくは、その混合物とし、潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、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たものである。
【００３４】
これにより、低粘度の油を使用しても異常摩耗を防止し、信頼性並びに効率向上する。
【００３５】
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
形態よってこの発明が限定されるものではない。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による冷媒圧縮機の断面図である。
【００３７】
図１において、密閉容器１０１内にはＲ１３４ａからなる冷媒ガス１０２を充填するとともに、底部には潤滑油となるエステル油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。
【００３８】
電動要素１０６のシャフト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、下端にはエステル油１０３に連通する給油ポンプ１１１が設けてある。
【００３９】
また、圧縮要素１０７のシリンダーブロック１１２は、鋳鉄からなる略円筒形のボアー１１３に主軸１０９を軸支する軸受部１１４を設けて構成してある。
【００４０】
軸受部１１４は、そのスラスト部１２２によって、回転子１０５のフランジ面１２０を支持しており、摺動部材の一つとなっている。
【００４１】
この摺動部材となる軸受部１１４は、シリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に、銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加したアルミニウム合金で構成してあり、１μｍ〜１００μｍの初晶シリコン、ならびに、１μｍ〜２５μｍのアルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物をマトリックス中に分散させたものとなっている。
【００４２】
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が挿入されており、フランジ面１２０、スラスト部１２２、及び、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。
【００４３】
また、ボアー１１３にはある一定量のクリアランスを保ってピストン１３２が遊嵌してあり、このピストン１３２は、表面が窒化層である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に連結されている。
【００４４】
コンロッド１３８も摺動部材の一つとなっており、この摺動部材となるコンロッド１３８は、軸受部１１４と同様、シリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加したアルミニウム合金で構成してあり、１μｍ〜１００μｍの初晶シリコンならびに１μｍ〜２５μｍのアルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物をマトリックス中に分散させたものとなっている。
【００４５】
ボアー１１３の端面は、バルブプレート１３９で封止されている。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、冷媒ガス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。
【００４６】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００４７】
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内に冷媒を導き、この冷媒ガス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。
【００４８】
エステル油１０３はシャフト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。
【００４９】
この際、圧縮された冷媒ガス１０２のガス圧により、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の大端部１３８ａの間に負荷変動をともなう変動荷重がかかる。
【００５０】
この負荷変動にともない、エステル油１０３に溶け込んだ冷媒ガス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。さらに、オイル粘度がＶＧ１０未満のオイルを使用した場合は冷媒圧縮機の停止時に摺動部間のオイル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。
【００５１】
さらに、ピストンピン１３７とコンロッド１３８の小端部１３８ｂとにおいては、搖動運動であることから、シャフト１０８が一回転する間に相対速度が０ｍ／ｓとなるポイントが二度存在することで、油膜が発生できず、高圧縮比での運転時に高荷重が摺動部にかかる。
【００５２】
しかしながら、この冷媒圧縮機では、各部の摺動部材となる軸受部１１４やコンロッド１３８は、シリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加したアルミニウム合金で構成してあり、１μｍ〜１００μｍの初晶シリコンならびに１μｍ〜２５μｍのアルミニウムとマンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物をマトリックス中に分散させたものとなっている。
【００５３】
これにより、摺動部材としての硬度が上昇し、耐摩耗性が向上して問題を惹起することがない。
【００５４】
以下、軸受部１１４やコンロッド１３８を構成する本発明のアルミニウム合金の耐摩耗性について、図２を用いて説明する。
【００５５】
図２は、本発明の実施の形態１に採用しているアルミニウム合金の断面ＳＥＭ像図である。
【００５６】
図２に示すように、シリコン含有量が１４〜１６質量％であるＡｌ−Ｓｉ系合金に銅を２〜４重量％添加し、さらに、マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄のうち少なくとも１元素を１重量％以下添加すると、マトリックス１８０中に、硬度の高い１μｍ〜１００μｍの初晶シリコンの結晶１８１、ならびに、１μｍ〜２５μｍのアルミニウムと
マンガン、マグネシウム、クロム、チタン、鉄とで生じる２元もしくは多元形の金属間化合物１８２が分散するようになる。
【００５７】
一般的に、アルミニウム、並びに、アルミニウム合金は硬度が低く、耐摩耗性が鉄系等の材料に比較して劣ると言われている。しかし、上記の高硬度の初晶シリコンの結晶１８１ならびに金属間化合物１８２をマトリックス１８０中に分散することで、摺動部材としての硬度が上昇し、軽量化を犠牲にすることなく、耐摩耗性が向上する。
【００５８】
特に、エステル油１０３の粘度がＶＧ１０以下となる場合においては、シャフト１０８の主軸と軸受部１１４およびコンロッド１３８の大端部１３８ａの間においては、潤滑状態が混合潤滑域になることから、本実施の形態の高硬度の初晶シリコンの結晶１８１、ならびに、金属間化合物１８２をマトリックス１８０中に分散したことで、摺動部間の荷重が増加しても前記の高硬度の粒子が荷重を支えることで、凝着を防止し、耐摩耗性を向上させる。
【００５９】
一方、ピストンピン１３７とコンロッド１３８の小端部１３８ｂとにおいては、搖動運動であることから、平均摺動速度が遅く、油膜発生が期待できないから、コンロッド１３８の小端部１３８ｂにおいて、僅かな摩耗が発生する可能性が考えられる。そのため、小端部１３８ｂのマトリックス中に高硬度の初晶シリコンの結晶１８１、ならびに、金属間化合物１８２の端部が表面に出て相手材を傷つける可能性が考えられるが、この実施の形態ではピストンピン１３７の表面を窒化層とすることで、高硬度の初晶シリコンの結晶１８１、ならびに、金属間化合物１８２による相手材の攻撃を防止しており、これにより、耐摩耗性を向上させている。
【００６０】
なお、本実施の形態では冷媒をＲ１３４ａ冷媒、潤滑油をエステル油としたもので説明したが、他のＨＦＣ系冷媒もしくはその混合物とし、潤滑油をアルキルベンゼン油または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を用いても同じ効果が得られるものである。
【００６１】
さらに、冷媒をＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらを含む混合物とし、潤滑油を鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、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を用いても同じ効果が得られる。
【００６２】
以上、本実施の形態においては往復動式の冷媒圧縮機を例示して説明したが、回転式やスクロール式、振動式等、摺動部や吐出弁を有する他の圧縮機においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように本発明は、摺動部材の軽量化、摺動長の短化を図り、かつ、低粘度潤滑剤を用いながら信頼性が高く高効率の冷媒圧縮機を提供することが可能となり、冷凍サイクルを用いた機器、例えば、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、自動販売機、エアーコンディショナー、ヒートポンプ用給湯器等に幅広く適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１０１  密閉容器
１０３  エステル油
１０６  電動要素
１０７  圧縮要素
１０８  シャフト
１１４  軸受部（摺動部材）
１３８  コンロッド（摺動部材）
１３９  バルブプレート
１４０  ヘッド
１８０  マトリックス
１８１  初晶シリコンの結晶
１８２  金属間化合物
【図１】
2015001214.tif 000003
【図２】
2015001214.tif 000004
【図３】
2015001214.tif 000005