(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクルを構成する冷凍回路に設けられ、冷凍機油に合成油が用いられる一方、互いに摺動する第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とを有する圧縮機構（20）を備えた圧縮機であって、
上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とは、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定され、
上記合成油は、ＰＡＧ油であり、
上記圧縮機構（20）は、シリンダ（19）と、該シリンダ（19）の内部において偏心回転するピストン（28）と、該ピストン（28）に一体形成されたブレード（28b）と、該ブ
レード（28b）を揺動自在に保持するように上記シリンダ（19）に設けられたブッシュ（51，52）とを備え、
上記第１摺動部材（61）は、ＳＫＨ５１で構成され、
上記第１摺動部材（61）は、上記ブッシュ（51，52）であり、
上記第２摺動部材（62）は、ＳＣＭ４１５Ｈで構成され、
上記第２摺動部材（62）は、上記シリンダ（19）であり、
上記第２摺動部材（62）の硬度は、３６７Ｈｖ以上４９８Ｈｖ以下の範囲であり、
上記硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−３８７Ｈｖ以上−３４９Ｈｖ以下の範囲である
ことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に関し、特に、摺動部材に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置などの冷凍装置には、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路が設けられている。この冷媒回路には、圧縮機が設けられ、この圧縮機には、スクロール型圧縮機やロータリ圧縮機などが用いられている。上記圧縮機の摺動部には、特許文献１に開示されているように、一方の摺動部材にビッカース硬度（Ｈｖ）１０００以上の高速度鋼を使用し、他方の摺動部材にＭｏ−Ｎｉ−Ｃｏ含有鋳鉄などが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の圧縮機の摺動部の材料選択においては、摺動部にかかる荷重が高くなれば、単に、それぞれの摺動部材の硬度を上げ、確認試験を通して摺動材料の組合せを選択する方法が一般的であった。すなわち、摺動材料選択の方向性は「硬度を上げる」しかなかったため、検討対象の幅が広く、評価試験の工数が掛かりすぎるという課題があった。
【０００５】
上記冷媒回路には、ＨＣＦＣ冷媒やＨＦＣ冷媒の他にＣＯ2冷媒（二酸化炭素冷媒）が用いられている。このうち、ＣＯ2冷媒の場合、冷媒回路は、超臨界冷凍サイクルとなり、高圧がＨＦＣ冷媒の場合よりも高くなる。例えば、ＨＦＣ冷媒では４ＭＰａ程度であるのに対し、ＣＯ2冷媒では１２ＭＰａ程度となる。このため、従来の摺動部材をそのまま流用すると異常摩耗が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、摺動部のおける異常摩耗の発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、摺動部における２つの摺動部材について、その硬度差の範囲を定めたものである。
【０００８】
つまり、本願の発明者は、摺動部における２つの摺動部材のうち、摺動の相手材である第２摺動部材の硬度に対する第１摺動部材の硬度が低すぎると、この第１摺動部材の摩耗量が大きくなり、逆に、第２摺動部材の硬度に対する第１摺動部材の硬度が高すぎると、第２摺動部材への攻撃性が強くなり、第２摺動部材の摩耗量が大きくなるという傾向がある点を新たに見出したものである。
【０００９】
要するに、本願の発明者は、異常摩耗の発生が各摺動部材の硬度そのものに依存しているのではなく、両摺動部材の硬度の関係、つまり、両摺動部材の硬度差に依存している点を新たに見出し、第１摺動部材と第２摺動部材との硬度差を所定の範囲内に設定したものである。
【００１０】
具体的に、第１の発明は、二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクルを構成する冷凍回路
に設けられ、冷凍機油に合成油が用いられる一方、互いに摺動する第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とを有する圧縮機構（20）を備えた圧縮機を対象としている。
【００１１】
そして、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とは、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定され、上記合成油は、ＰＡＧ油であり、上記圧縮機構（20）は、シリンダ（19）と、該シリンダ（19）の内部において偏心回転するピストン（28）と、該ピストン（28）に一体形成されたブレード（28b）と、該ブ
レード（28b）を揺動自在に保持するように上記シリンダ（19）に設けられたブッシュ（51，52）とを備え、上記第１摺動部材（61）は、ＳＫＨ５１で構成され、該第１摺動部材（61）は、上記ブッシュ（51，52）であり、上記第２摺動部材（62）は、ＳＣＭ４１５Ｈ
で構成され、上記第２摺動部材（62）は、上記シリンダ（19）であり、上記第２摺動部材（62）の硬度は、３６７Ｈｖ以上４９８Ｈｖ以下の範囲であり、上記硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−３８７Ｈｖ以上−３４９Ｈｖ以下の範囲であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とを、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定するようにしたために、各摺動部材（61，62）の異常摩耗の発生を確実に防止することができる。
【００１３】
特に、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）との硬度差が所定範囲にある材料であればよいので、材料探索をより的確に実施することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、上記第１摺動部材（61）を、ＳＫＨ５１で構成し、上記第２摺動部材（62）を、ＳＣＭ４１５Ｈで構成するようにすると、ＳＫＨ５１の第１摺動部材（61）と硬度差が最適範囲となり、各摺動部材（61，62）の摩耗をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、圧縮機の縦断断面図である。
【図２】図２は、圧縮機構の水平断面図である。
【図３】図３は、摩耗試験装置の概略構成図である。
【図４】図４は、突起とディスクの拡大側面図である。
【図５】図５は、摩耗試験結果を示す表である。
【図６】図６は、硬度差と摩耗量との関係を示す図である。
【図７】図７は、ディスク硬度とディスク摩耗量との関係を示す図である。
【図８】図８は、ディスク硬度と突起摩耗量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧縮機（1）は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機であって、空気調和装置や冷凍装置などの冷媒回路に設けられている。
【００１８】
上記圧縮機（1）は、ドーム型のケーシング（10）内に、圧縮機構（20）と電動機（30）とが収納され、全密閉型に構成されている。
【００１９】
上記ケーシング（10）は、円筒状の胴部（11）と、該胴部（11）の上下にそれぞれ設けられた鏡板（12，13）とによって構成されている。上記胴部（11）の下部には、該胴部（11）を貫通する吸入管（14）が設けられている。一方、上部の鏡板（12）には、ケーシング（10）の内外を連通する吐出管（15）と、電動機（30）に電力を供給するターミナル（16）とが設けられている。
【００２０】
上記圧縮機構（20）は、上記ケーシング（10）内の下部に配置され、シリンダ（19）と、該シリンダ（19）に形成されたシリンダ室（25）に収納された揺動ピストン（28）とを備えている。上記シリンダ（19）は、円筒状のシリンダ部（21）と、該シリンダ部（21）の上部開口を閉塞するフロントヘッド（22）と、上記シリンダ部（21）の下部開口を閉塞するリヤヘッド（23）とを備えている。そして、上記シリンダ室（25）が円柱状の圧縮空間となっている。
【００２１】
上記電動機（30）は、ステータ（31）とロータ（32）とを備え、上記ステータ（31）は、圧縮機構（20）の上方でケーシング（10）の胴部（11）に固定されている。
【００２２】
上記ロータ（32）には、駆動軸（33）が連結され、該駆動軸（33）は、シリンダ室（25）を上下方向に貫通している。上記フロントヘッド（22）とリヤヘッド（23）には、駆動軸（33）を支持するための軸受部（22a，23a）が形成されている。上記駆動軸（33）の下端部には、油ポンプ（36）が設けられ、上記ケーシング（10）内の底部に貯留されている冷凍機油は、上記油ポンプ（36）によって上記駆動軸（33）の給油路内を流通して圧縮機構（20）のシリンダ室（25）内や軸受部（22a，23a）の摺動部などへ供給される。
【００２３】
図２に示すように、上記揺動ピストン（28）は、円環状のピストン本体(28a)と、該ピストン本体（28a）の外周面の一箇所から径方向外側に突出するブレード（28b）とが一体的に形成されて構成されている。
【００２４】
上記ピストン本体(28a)は、その内周が正円形状に形成され、このピストン本体（28a）の内側に偏心部（34）が嵌め込まれている。該偏心部（34）は、駆動軸（33）の外周に備えられ、駆動軸（33）の軸心より偏心している。そして、ピストン本体（28a）は、偏
心部（34）の外周面に沿って摺動自在となっている。
【００２５】
上記シリンダ部（21）には、駆動軸（33）の軸方向と平行に延びる断面円形状のブッシュ孔（21b）が貫通して形成されている。該ブッシュ孔（21b）は、シリンダ部（21）の内周面側に形成され、かつ周方向の一部分がシリンダ室（25）と連通するように形成されている。また、上記ブッシュ孔（21b）の内部には、断面が略半円形状の一対のブッシュ（51，52）が挿入されている。そして、上記揺動ピストン（28）のブレード（28b）は、ブッシュ孔（21b）を貫通している。
【００２６】
一対のブッシュ（51，52）は、フラットな面同士が対向するように配置されている。そして、この一対のブッシュ（51，52）の対向面の間のスペースがブレード溝（29）として形成されている。該ブレード溝（29）には、揺動ピストン（28）のブレード（28b）が挿入されている。一対のブッシュ（51，52）は、ブレード溝（29）にブレード（28b）を挟んだ状態で、ブレード（28b）がブレード溝（29）に沿って進退自在となるように構成されている。同時に、上記ブッシュ（51，52）は、ブレード（28b）と一体的にブッシュ孔（21b）の中で揺動するように構成されている。また、上記シリンダ部（21）には、ブレード（28b）の先端を収容するためのブッシュ背部室（50）が形成されている。該ブッシュ背部室（50）は、ブッシュ孔（21b）よりも径方向外側に位置し、ブッシュ孔（21b）に連通して形成されている。
【００２７】
上記シリンダ室（25）は、上記ピストン本体（28a）とブレード（28b）とによって、吸入側空間（25a）と吐出側空間（25b）とに区画形成されている。上記シリンダ部（21）には、吸入側空間（25a）と連通する吸入口（41）が形成されている。該吸入口（41）は、シリンダ部（21）を径方向に貫通し、一端が吸入側空間（25a）内に臨んでいる。上記吸入口（41）の他端には、上記吸入管（14）の端部が接続されている。
【００２８】
一方、上記フロントヘッド（22）には、圧縮されたガス冷媒が排出される吐出ポート（42）が設けられている。該吐出ポート（42）は、シリンダ室（25）の吐出側空間（25b）と圧縮機構（20）の外部空間とを連通させている。上記吐出ポート（42）の上部には、該吐出ポート（42）の開口通路（42a）を開閉する吐出弁（46）が設けられている。
【００２９】
また、上記圧縮機（1）において、冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ2）で構成されている。また、上記圧縮機（1）の冷凍機油は、合成油であり、例えば、ＰＡＧ油、ＰＶＥ油、エステル油、鉱物油、ＰＡＯ油及びアルベン油の何れかで構成されている。
【００３０】
上記圧縮機（1）において、上記電動機(30)のロータ(32)が回転すると、ロータ(32)の回転力が駆動軸（33）を介して圧縮機構（20）の揺動ピストン（28）に伝達され、上記ピストン本体（28a）が、シリンダ室（25）の内周面に沿って公転する。この際、シリンダ室（25）の内部空間は、ブレード（28b）によって、吸入側空間（25a）と吐出側空間（25b）とに区画される。そして、上記ガス冷媒は、吸入口（41）より吸入側空間（25a）に吸入される。さらにピストン本体（28a）が公転すると、徐々に吸入側空間（25a）の容積が拡大する一方、吐出側空間（25b）の容積が縮小する。上記吐出側空間（25b）のガス冷媒は次第に圧縮され、高圧状態となる。上記吐出側空間（25b）がさらに縮小し、ガス冷媒が所定の圧力値以上になると、吐出弁（46）が開き、高圧となったガス冷媒が、吐出ポート（42）を流れ、圧縮機構（20）の外部の空間へ排出される。ガス冷媒の排出動作が終了すると、吐出弁（46）が閉じ、ピストン本体（28a）がさらに公転し、再びシリンダ室（25）におけるガス冷媒の圧縮が行われる。上記圧縮機（1）は、この動作を繰り返す。
【００３１】
〈摺動部の構成〉
上記圧縮機（1）において、種々の摺動部（60）が構成されている。該摺動部（60）は、第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とが互いに摺動する部分であり、例えば、ブッシュ（51，52）とシリンダ部（21）との構成、ブレード（28b）とブッシュ（51，52）との構成及びシリンダ部（21）と揺動ピストン（28）との構成などがある。
【００３２】
本実施形態においては、ブッシュ（51，52）が第１摺動部材（61）を構成し、シリンダ部（21）が第２摺動部材（62）を構成している。そして、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とは、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上で且つ＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定されている。
【００３３】
具体的に、上記第１摺動部材（61）は、硬度が７５０Ｈｖから８５０Ｈｖである材料で構成され、上記第２摺動部材（62）は、硬度が３５０Ｈｖ以上で且つ１２５０Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定された材料で構成されている。
【００３４】
より具体的には、上記第１摺動部材（61）は、焼き入れ処理された材料で構成され、高速度鋼（ＳＫＨ）で構成されている。上記第１摺動部材（61）は、例えば、ＳＫＨ５１で構成されている。
【００３５】
一方、上記第２摺動部材（62）は、窒化処理または焼き入れ処理された材料で構成され、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、高速度鋼（ＳＫＨ）、窒化鋼（ＳＡＣＭ）、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、ねずみ鋳鉄（ＦＣ）及びＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）の何れかで構成されている。上記第２摺動部材（62）は、例えば、ＳＣＭ４１５Ｈ、ＳＫＨ５１、ＳＣＭ４４０、ＳＡＣＭ６４５及びＦＣＤ６００の何れかの材料で構成されている。
【００３６】
そこで、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）との硬度差を設定した技術的理由について説明する。
【００３７】
先ず、本願発明者は、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）との摩耗試験を行った。図３及び図４に示すように、摩耗試験装置（70）は、第１摺動部材（61）であるブレード状の３つの突起（71）が形成された回転盤（72）と、第２摺動部材（62）であるディスク（73）とを備えている。上記回転盤（72）の突起（71）にディスク（73）を載置し、ディスク（73）に所定の荷重を付加し、回転盤（72）を回転させる。そして、回転後の突起（71）とディスク（73）との摩耗量を測定した。なお、上記突起（71）は、幅４．６mm、厚さ４．０mmの矩形状で、先端が半径６mmの曲面に形成されている。
【００３８】
試験条件は、次の通りである。ディスク（73）を突起（71）に押し付けた際の面圧は４７３．２ＭＰａ、回転の周速は１．４ｍ／ｓ、雰囲気環境は、二酸化炭素（ＣＯ2）の雰囲気中においてＰＡＧ油を供給した環境、試験温度は１００℃である。
【００３９】
試験では、第１摺動部材（61）である突起（71）にはＳＫＨ５１を使用し、第２摺動部材（62）であるディスク（73）には、窒化処理または高周波焼入処理によって硬度を変化させたＳＣＭ４１５Ｈ、ＳＫＨ５１、ＳＡＣＭ６４５、ＳＣＭ４４０及びＦＣＤ６００を使用した。突起（71）とディスク（73）の摩耗量は図５に示すようになった。
【００４０】
上記ディスク（73）の硬度Ｖ２と突起（71）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）を横軸とし、ディスク（73）及び突起（71）の摩耗量を縦軸として上記試験結果を表すと、図６に示す通りとなる。
【００４１】
図７に示す通り、第１摺動部材（61）である突起（71）がＳＫＨ５１の場合、上記ディスク（73）の硬度Ｖ２が約３００Ｈｖより低くなると、ディスク（73）の摩耗量が急激に増加する。
【００４２】
また、図８に示す通り、第１摺動部材（61）である突起（71）がＳＫＨ５１の場合、上記ディスク（73）の硬度Ｖ２が約１１００Ｈｖを超えて高くなると、突起（71）の摩耗量が急激に増加する。
【００４３】
本試験は、上記突起（71）の硬度Ｖ１が７１３Ｈｖ〜８６６Ｈｖの範囲にあった。他方、上記ディスク（73）の硬度Ｖ２は２１２Ｈｖ〜１１９２Ｈｖの範囲で変化させた。本試験では、上記突起（71）の材料にＳＫＨ５１を使用しているが、前記試験条件と同様の試験条件の下では、上記突起（71）にＳＫＨ５１以外の素材を使用しても上記突起（71）の硬度が同様の数値であれば同様の試験結果が得られる。
【００４４】
以上を整理すると、図６に示すように、上記ディスク（73）の硬度Ｖ２と突起（71）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖより低くなると、ディスク（73）の摩耗量が急激に増加する。つまり、図７に示すように、ディスク（73）の硬度が低くなり過ぎると、ディスク（73）自体の摩耗量が大きくなる。
【００４５】
一方、上記ディスク（73）の硬度Ｖ２と突起（71）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が＋４００Ｈｖより高くなると、突起（71）の摩耗量が急激に増加する。つまり、図８に示すように、ディスク（73）の硬度が高くなり過ぎると、相手材である突起（71）への攻撃性が高くなり、突起（71）の摩耗量が大きくなる。
【００４６】
そこで、本実施形態において、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とは、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定することとしている。
【００４７】
具体的に、上記第１摺動部材（61）は、硬度が７５０Ｈｖから８５０Ｈｖである材料で構成し、高速度鋼（ＳＫＨ）のうち、例えば、ＳＫＨ５１で構成することとした。
【００４８】
一方、上記第２摺動部材（62）は、硬度が３５０Ｈｖ以上１２５０Ｈｖ未満である材料で且つ窒化処理または焼き入れ処理された材料で構成し、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、高速度鋼（ＳＫＨ）、窒化鋼（ＳＡＣＭ）及びダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）のうち、例えば、ＳＣＭ４１５Ｈ、ＳＫＨ５１、ＳＣＭ４４０、ＳＡＣＭ６４５及びＦＣＤ６００の何れかの材料で構成することとした。
【００４９】
〈実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態によれば、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）とを、該第２摺動部材（62）の硬度Ｖ２と第１摺動部材（61）の硬度Ｖ１との硬度差（Ｖ２−Ｖ１）が−４００Ｈｖ以上＋４００Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定するようにしたために、各摺動部材（61，62）の異常摩耗の発生を確実に防止することができる。
【００５０】
特に、上記第１摺動部材（61）と第２摺動部材（62）との硬度差が所定範囲にある材料であればよいので、材料探索をより的確に実施することができる。
【００５１】
また、ＣＯ2冷媒（二酸化炭素冷媒）を用い高荷重となる条件においても各摺動部材（61，62）の摩耗を確実に防止することができる。
【００５２】
また、上記第１摺動部材（61）を、硬度が７５０Ｈｖから８５０Ｈｖである材料で構成し、上記第２摺動部材（62）を、硬度が３５０Ｈｖ以上１２５０Ｈｖ未満の範囲に含まれる材料から選定された材料で構成するようにすると、各摺動部材（61，62）の異常摩耗の発生をより確実に防止することができる。
【００５３】
また、上記第１摺動部材（61）を、高速度鋼ＳＫＨ５１で構成し、上記第２摺動部材（62）を、窒化処理または焼き入れ処理された材料で構成するようにすると、各摺動部材（61，62）の摩耗をより確実に防止することができる。
【００５４】
また、上記第２摺動部材（62）は、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５Ｈ、高速度鋼ＳＫＨ５１、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４４０、窒化鋼ＳＡＣＭ６４５及びダクタイル鋳鉄ＦＣＤ６００の何れかの材料で構成するようにすると、高速度鋼ＳＫＨ５１の第１摺動部材（61）と硬度差が最適範囲となり、各摺動部材（61，62）の摩耗をより確実に防止することができる。
【００５５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、圧縮機の摺動部について有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１            圧縮機
１９          シリンダ
２０          圧縮機構
２８          揺動ピストン
５１，５２    ブッシュ
６０          摺動部
６１          第１摺動部材
６２          第２摺動部材
７０          摩擦試験装置
７１          突起
７３          ディスク
【図１】
0005747477.tif 000002
【図２】
0005747477.tif 000003
【図３】
0005747477.tif 000004
【図４】
0005747477.tif 000005
【図５】
0005747477.tif 000006
【図６】
0005747477.tif 000007
【図７】
0005747477.tif 000008
【図８】
0005747477.tif 000009