(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器と、この密閉容器内に収納される圧縮要素、電動要素、及び前記電動要素の回転力を圧縮要素に伝えるクランク機構とを備え、
前記圧縮要素は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンとを有し、
前記クランク機構は、前記ピストンに連結されるコンロッドを有し、
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回動するように摺動自在にボールジョイントされ、このボールジョイントの摺動部に潤滑油の供給が行なわれる密閉形圧縮機にあって、
前記ボールは、前記コンロッドの長手方向に沿うように形成された一対の平坦面を対称に有し、
前記ボール受け穴は、前記両平坦面間の厚み幅と同等ないし幾分大き目に形成された一対の挿入用切欠開口を有し、
前記ボール受け穴に挿入した前記ボールを前記平坦面が挿入用切欠開口に来るように回してボールジョイントの抜け止めをなし、
前記ピストンは、前記一対の挿入用切欠開口の外側に概ね半円形状をした一対の保持窪を有し、
前記ボール受け穴に挿入した前記ボールが抜ける方向に回るのを阻止する回り止めを備え、
前記回り止めは、前記一対の保持窪に挿入される一対の嵌め込み脚と、前記一対の嵌め込み脚に架け渡される連結部とを有し、
前記ピストン、前記コンロッドの一方が鉄を主成分とする合金材であり、
他方の材料は、前記鉄を主成分とする合金材の表面層の硬度に対してビッカース硬度において１．５倍以上の硬度であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の密閉形圧縮機において、
前記一対の嵌め込み脚は、平坦板部と、この平坦板部の両端側から外側に折れて円弧を描きながら互いに近づくように延在する二つの円弧部を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項３】
請求項２記載の密閉形圧縮機において、
前記嵌め込み脚は、平坦板部の中央に内向きに凹むように設けられ、かつ前記ボールの平坦面に接合する凹部を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項４】
請求項１記載の密閉形圧縮機において、
前記回り止めの連結部は、前記ピストンに設けた止め溝に係止める係止爪を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項５】
請求項１記載の密閉形圧縮機において、
前記回り止めは、鋼板を含む金属板で形成されることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項６】
密閉容器と、この密閉容器内に収納される圧縮要素、電動要素、及び前記電動要素の回転力を圧縮要素に伝えるクランク機構とを備え、
前記圧縮要素は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンとを有し、
前記クランク機構は、前記ピストンに連結されるコンロッドを有し、
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回動するように摺動自在にボールジョイントされ、このボールジョイントの摺動部に潤滑油の供給が行なわれる密閉形圧縮機にあって、
前記コンロッドは、前記ボールの反対側に設けたクランク軸受を有し、
前記クランク機構は、電動要素側に設けたクランクシャフトと、前記ボールの反対側になる前記コンロッドの端に設けられ、かつ前記クランクシャフトを回動自在に支持するクランク軸受とを有し
前記クランク軸受は、摺動面に環状の油受溝を有し、
前記コンロッドは、前記油受溝から前記ボールの摺動部側に抜ける給油孔を有し、
前記ピストン、前記コンロッドの一方が鉄を主成分とする合金材であり、
他方の材料は、前記鉄を主成分とする合金材の表面層の硬度に対してビッカース硬度において１．５倍以上の硬度であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項７】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記鉄を主成分とする合金材は焼結材であり、該焼結材の密度は６．６ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項８】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記鉄を主成分とする合金材は焼結材であり、前記焼結材は酸化膜により封孔処理されていることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項９】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記鉄を主成分とする合金材は焼結材であり、前記焼結材は酸化膜により封孔処理され、
前記封孔処理は、前記ピストンあるいは前記コンロッドの成形、切削加工後に水蒸気処理により前記焼結材に残存する空孔の封孔処理であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１０】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記他方の材料は、表面部もしくは前記摺動部が窒化処理あるいは炭化処理、浸炭処理、浸硫窒化処理のいずれかの表面拡散処理が施されていることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１１】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記他方の材料は、表面部もしくは前記摺動部が窒化処理あるいは炭化処理、浸炭処理、浸硫窒化処理のいずれかの表面拡散処理が施され、
前記表面拡散処理により形成された窒化物層もしくは硫化物層、または硫化物と窒化物の混合層は表面硬化層であり、前記１．５倍以上の硬度となる範囲が最表面から少なくとも深さ２０ミクロンメートル以上であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１２】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記他方の材料は、表面部もしくは前記摺動部が窒化処理あるいは炭化処理、浸炭処理、浸硫窒化処理のいずれかの表面拡散処理が施され、
前記表面拡散処理は、材料の焼き戻し温度以下で行う窒化処理であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１３】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記潤滑油は、エステル系潤滑油またはエステル系潤滑油と鉱油を混合した潤滑油であることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１４】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記鉄を主成分とする合金材は焼結材であり、
エステル系潤滑油またはエステル系潤滑油と鉱油を混合した潤滑油が前記焼結材に残存する空孔に充填・含浸していることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１５】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記シリンダで圧縮する冷媒をイソブタンとしたことを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１６】
請求項１−６の何れかに記載の密閉形圧縮機にあって、
前記シリンダで圧縮する冷媒に、エステル系潤滑油と相溶性を持つＲ１３４ａなどの非塩素系冷媒を用いることを特徴とする密閉形圧縮機。
【請求項１７】
請求項１−６の何れかに記載の圧縮機にあって、
前記コンロッドを縦に貫通して前記ボールの摺動部側に抜ける給油孔を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫、エアコン等に用いられる密閉形圧縮機に関し、特に、往復運動するピストンを有する密閉形圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機のピストンとコンロッドにボールジョイント構造としては特開２００３−２１４３４３号公報（特許文献１）のように、窒化処理及び燐酸マンガン処理を球面受け穴（ボール受け穴）やボールの両方もしくは一方に施し、球面に高炭素クロム鋼材を使用した構造が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構造では次のような課題があった。
【０００５】
特許文献１の連結構造では、球面に使用する高炭素クロム鋼材の硬度が高く、加工が難しい。また、ボールジョイント機構、すなわち球面軸受（ボールとボール受け穴）に供給される潤滑油の通路はピストンをシリンダから引き抜く時にはピストンとシリンダの接触部となり、潤滑油の通路となる隙間は狭められる。
【０００６】
この隙間を通してでは潤滑油が十分に流れない可能性があり、そのため球面軸受（ボールとボール受け穴）の温度が上昇し、損傷する可能性がある。
【０００７】
また、密閉形圧縮機は、容器、すなわちチャンバが内部機構挿入後に溶接により密閉される。
【０００８】
これにより、不可避的に溶接時の溶融飛沫、すなわちスパッタ粒子が容器内に混入・残存する。残存するスパッタ粒子が循環する潤滑油に混入し、摺動部に侵入すると摺動部品の表面を傷つけ、カジリを発生して摩耗や固着に至ることがわかっている。
【０００９】
さらに各摺動面で発生する摩耗粉も潤滑油に混入し、特にボールジョイント部などの狭い摺動部に進入するとスパッタ粒子と同様、摩耗や固着に至り、圧縮機の信頼性を著しく低下させる。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決しようとするもので、ピストンとロッドを球面軸受により連結し、かつ、潤滑油を十分に供給し、かつ、耐摩耗性の高い材料を使用することで圧縮機の能力及び信頼性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ピストンに連結されるコンロッドを有し、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が回動する摺動自在にボールジョイントされ、このボールジョイントの摺動部に潤滑油の供給が行なわれる密閉形圧縮機にあって、ピストン、コンロッドの一方が鉄を主成分とする合金材であり、他方の材料が前記鉄を主成分とする合金材の表面層の硬度よりも高硬度化であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ボールジョイント部の摩耗を低減することができ、信頼性の高い圧縮機とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明を具体的に説明する。
【００１４】
本発明は、ピストン、コンロッドの一方が鉄を主成分とする合金材であり、他方の材料が前記鉄を主成分とする合金材ビッカース硬度において１．５倍以上の硬度であることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明においては、ボールジョイント部に設けたコンロッドの内部を通る給油口を通して潤滑油を供給し、ピストンとコンロッドの接触面（ボールとボール受け穴）に油膜を形成することで摩擦力を低減し、また効率を向上させ、油膜により該ピストンとコンロッドの固体接触を低減させて摩耗信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、ピストン側はボール受け穴の内球面の成形性を良くするために鉄系の焼結材であることが望ましい。一方、コンロッドはボールの外球面の成形・加工および給油口を形成するために焼結材であることが望ましいが、摩耗耐久性を勘案した組み合わせにおいては溶製材も適用することができる。
【００１７】
鉄系焼結材はクランクピンからの回転力を往復動として気体を圧縮するためにピストンまたはコンロッドあるいは両方に十分な強度を持たせる必要があり、該鉄系焼結材の密度は６．６ｇ／ｃｍ３以上とする。
【００１８】
給油を十分に行い、油膜を有効に形成するために、ボールジョイントの組み合わせに用いる焼結材はさらに高密度としなければならない。
【００１９】
原料粉の焼結後に適宜形状を加工し水蒸気処理をすることで内部及び表面の空孔を空孔表面に生成する酸化物膜により封孔し、潤滑油膜が空孔を通して容易に排出されないようにする。水蒸気処理による封孔部の酸化物は、焼結材の強度を向上させるとともに凝着摩耗を防止する効果もある。
【００２０】
冷媒圧縮の運転条件によっては一時的にボールジョイント部に高い荷重が加わることがあるため、摩擦面に固体接触が生じても同種材同士の接触にならないように、一方の表面を窒化あるいは硫化物化あるいはこれらの混合層として異種材化する。
【００２１】
摺動部（ボールとボール受け穴）に供給する潤滑油には圧縮機内で使用開始時の馴染み運転や一時的高負荷運転により生成された摩耗粉粒子や、チャンバ密封時のスパッタ粒子が混入する。摩耗粉は軟らかい側の材料において、摺動部（ボールとボール受け穴）表面の加工硬化層が脱落あるいは、脱落した摩耗粉は摺動面の隙間で変形させられるためその硬さは素の材料の１．５倍から２倍となる。
【００２２】
摺動部（ボールとボール受け穴）において、より硬い方の表面硬さを軟らかい側の１．５倍以上にすることにより、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より押し流されて摩擦面外に排出することができる。
【００２３】
また摩耗粉の排出後には硬い方の材料表面形状に軟らかい方の材料が馴染んで摩耗粉形成・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。
【００２４】
定常運転時の摺動部（ボールとボール受け穴）の隙間は最大１０ミクロンメートル以下にすることが圧縮効率を向上させる上で有効であり、概隙間に生成もしくは潤滑油とともに侵入する粒子の大きさは約１０ミクロン以下となることから、硬い方の材料が転動する粒子により変形・摩耗されないように、表面粒子の大きさに比較して２倍以上の深さまで表面拡散処理の有効深さを確保する。
【００２５】
スパッタ粒子はチャンバ溶接時に溶融した鉄製のチャンバ材が空間で再度凝固したもので、ほぼ球形でビッカース硬さは約８００に達するものもある。溶接方法の改善や給油経路にフィルターを設けることもできるが、フィルターは給油効率を下げ潤滑を悪化させる場合もある。したがって、スパッタ粒子によるボールジョイント部の損耗を防止するために、さらに硬い方の硬度を向上させることが有効である。
【００２６】
鉄系の材料は焼入れにより硬くし、耐摩耗性を向上させることができるが、表面は金属質であり鉄系焼結材と組み合わせた場合に相手材との凝着を起こしやすい。さらに表面を窒化あるいは浸炭することで硬度を増し、さらに非金属化し、相手材との凝着や摩耗粉による変形・摩耗を防止する。非金属化には硫化物処理も有効である。適宜これら拡散処理を組み合わせても良い。拡散処理では、焼入れ後の内部硬度を保つために、拡散処理温度以上の温度で焼き戻しできることが必要である。
【００２７】
本発明の構造に用いる潤滑油は油膜を強固に保持させるために、鉄系焼結材および窒化または浸炭あるいは硫化した表面に良好な吸着力を有するエステル系合成油が有効である。鉱物油とエステル油を混合しても、エステル系の分子が選択的に摺動部表面に付着し固体接触を防止することができる。
【００２８】
封孔処理は供給する潤滑油の油膜を保持するために必須である。が、不可避的に残存する空孔に潤滑油が充填されるようにしておくことにより、摩耗が発生し空孔が表面に露呈した場合でも充填された潤滑油が摩耗部の金属接触を防止し、摩耗を防止することができる。
【００２９】
さらに本発明は、ピストンとコンロッドの連結構造を有する圧縮機において、連結構造（ボールとボール受け穴）が脱落しないボールジョイント機構とし、さらにコンロッド内部から潤滑油を供給する構造とするものである。
【００３０】
本発明によれば、冷媒自体では摩耗防止の効果が発揮できないイソブタン冷媒やＲ１３４ａ等の非塩素冷媒の圧縮に際して有効な密閉形圧縮機となる。
【００３１】
上述の構成により、潤滑性の優れたボールジョイント機構を構成でき、密閉形圧縮機の性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態をそれぞれ図に基づいて説明する。
【００３３】
図１には、密閉容器内の軸受１ａとフレーム１ｂと一体に成形された圧縮要素のシリンダ１内を、コンロッド２によりクランクシャフト７ａに結合されたピストン４が往復動して圧縮要素を構成する本発明を適用したレシプロ式密閉形圧縮機が示されている。
【００３４】
フレーム１ａの下部には、電動要素である電動機を構成するステータ５およびロータ６が取り付けられている。ロータ６のロータシャフト７の回転中心より偏心した位置に、クランクシャフト７ａがある。
【００３５】
このロータシャフト７は、フレーム１の軸受け部１ａに貫通して取り付けられている。このロータシャフト７とロータ６とは直結していて、ロータシャフト７の回転（時計回りに回転するものとする）によって、コンロッド２を介し、ピストン４を往復動させる。
【００３６】
ロータシャフト７のクランクシャフト７ａ、コンロッド２を含めてクランク機構と言う。
【００３７】
圧縮要素のピストンについて図２、図３、図４を用いて詳細に説明する。
【００３８】
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り、ボール受け部（内球面）４ａを有している。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図４は図２のＢ−Ｂ断面である。
【００３９】
ピストンのボール受け部（内球面）４ａは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るが、Ｂ−Ｂ断面では１８０度以下の角度でのみコンロッド２のボール（外球面）２ａを包む形状である。
【００４０】
従って、Ｂ−Ｂ断面では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、充分に潤滑油が供給できる構造となる。
【００４１】
コンロッドについて図５を用いて説明する。
【００４２】
図５はコンロッド２の斜視図である。コンロッド２はピストン４のボール受け部（内球面）４ａに挿入されるボール（外球面）２ａと、クランクシャフト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。
【００４３】
給油孔２ｄは、ボール（外球面）２ａ及びロッド部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。
【００４４】
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、球面の一部を切り欠いた構造となっている。従って潤滑油の通る経路が短く、潤滑油が流れやすく、充分に潤滑油が供給できる構造となる。
【００４５】
回り止めについて図６、図７、及び図８を用いて説明する。
【００４６】
図６は回り止めを示す斜視図である。図７は回り止めをボールジョイント構造に組み立てた状態の斜視図である。図８（ａ）はボールジョイント構造として組み立てられた回り止めをクランク軸受部側から見た図である。図８（ｂ）は見方を変えた図７と同等なる斜視図である。
【００４７】
回り止めについて説明する前に、コンロッドのボール（外球面）と、ピストンのボール受け部（内球面）について説明を加える。
【００４８】
ボール（外球面）２ａは、コンロッド２の長手方向に沿うように形成された一対の平坦面２ｅを対称に有する。
【００４９】
ボール受け穴（内球面）４ａは、両平坦面２ｃ間の厚み幅と同等ないし幾分大き目に形成された一対の挿入用切欠開口４ｂを有する。挿入用切欠開口４ｂの幅はＬである。ピストン４は、一対の挿入用切欠開口４ｂの外側に概ね半円形状をした一対の保持窪４ｃを有する。
【００５０】
ピストン４は、ボール受け穴（内球面）４ａが形成される手前にボール受け穴（内球面）４ａよりも大きな円形穴４ｆを有する。つまり、ボール受け穴（内球面）４ａは、円形穴４ｆの中央底部に落ち込むように形成される。
【００５１】
油溜部４ｄは、ボール受け穴（内球面）４ａの中央の底に形成される。この油溜部４ｄには、給油孔２ｄを流れて供給される潤滑油が溜まる。ここに溜まる潤滑油により、ボール受け穴（内球面）４ａとボール（外球面）２ａとの摺動面が良く潤され、円滑な回転が行われる。
【００５２】
ボール受け穴（内球面）４ａにボール（外球面）２ａを挿入し、ボール（外球面）２ａを平坦面２ｃが挿入用切欠開口４ｂに来るように回すことにより、ボール受け穴（内球面）４ａとボール（外球面）２ａが円滑に滑るように結合するボールジョイントの抜け止めが行なわれる。
【００５３】
回り止め１０は、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の回り止めを行なう。
【００５４】
この回り止め１０は、ピストン４に設けられた一対の保持窪４ｃに挿入される一対の嵌め込み脚１０ａと、一対の嵌め込み脚１０ａに架け渡される連結部１０ｂとを有する。一対の嵌め込み脚１０ａは、平坦板部１０ａ１と、この平坦板部１０ａ１の両端側から外側に折れて円弧を描きながら互いに近づくように延在する二つの円弧部１０ａ２とを有する。
【００５５】
さらに平坦板部１０ａ１の中央には、内向きに凹むように設けられ、ボール（外球面）２ａの平坦面２ｃに接合する凹部１０ａ３を有する。回り止め１０は、鋼板を折り曲げて形成する。鋼板や燐青銅板を含むバネ性の金属板を用いて作られる。
【００５６】
回り止め１０は、図７、図８に示すように、ピストン４に取り付けられる。ピストン４の円形穴４ｆから挿入された回り止め１０は、嵌め込み脚１０ａが保持窪４ｃに挿入されて保持される。嵌め込み脚１０ａは、二つの円弧部１０ａ２が弾性を利用して撓むように保持窪４ｃに嵌るので、容易に外れない。
【００５７】
この弾性を有する円弧部１０ａ２が設けられた回り止め１０を用いることにより、ピストン４のボール受け穴（内球面）４ａ及びコンロッド２のボール（外球面）を変形させることなくボールジョイント構造を組み立てることが可能となり、摺動性に優れたボールジョイント構造となる。
【００５８】
回り止め１０がピストン４に取り付けた状態では、平坦板部１０ａ１の凹部１０ａ３が、ボール（外球面）２ａの平坦面２ｃに接合している。このため、ボール（外球面）２ａは、平坦面２ｃと凹部１０ａ３との接合を解除する方向の回動は阻止される。この回動阻止により、ボール（外球面）２ａとボール受け穴（内球面）４ａが結合するボールジョイントは脱落しないよう保たれるのである。
【００５９】
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、コンロロッド２のロッド部２ｃが首振るような揺動の回動作動になる。
【００６０】
回り止めの他の実施例ついて、図９、図１０を引用して述べる。
【００６１】
この回り止め１０は、図１０に示すように、連結部１０ｂに係止爪１０ｃを設けたところが特徴である。他は先に述べた回り止めと共通の構成を有する。
【００６２】
ピストン４は、図９に示すように、円形穴４ｆに環状の止め溝４ｇを設けたところが特徴である。他は先に述べたピストンと共通の構成を有する。
【００６３】
係止爪１０ｃが止め溝４ｇに係合することにより、回り止め１０は、円形穴４ｆから外れなくなる。二つの円弧部１０ａ２の弾性による保持に、係止爪１０ｃの係止が加わるので、回り止め１０は、より確実に保持される。
【００６４】
潤滑油の供給に関する他の実施例ついて、図１１を引用して述べる。
【００６５】
クランクシャフト７ａは、軸方向に延在する潤滑油の油流通孔１１０と、外周に貫通する油流出孔１１１を有する。また、クランク軸受部２ｂは、摺動面に環状の油受溝１１２を有する。この油受溝１１２に給油孔２ｄが連通するように形成されている。
【００６６】
クランク軸受部２ｂには、油流通孔１１０を流れる潤滑油が油流出孔１１１、油受溝１１２を経由して供給され、クランク軸受部２ｂとクランクシャフト７ａの摺動面を潤す。油受溝１１２内の潤滑油は、給油孔２ｄにも注がれるので、ボール受け穴（内球面）４ａとボール（外球面）２ａとの摺動面も潤す。
【００６７】
油溜めになる油受溝１１２がクランク軸受部２ｂに設けられているので、クランク軸受部２ｂとクランクシャフト７ａの摺動面に潤滑油の供給が良く行われる。また、油溜めになる油受溝１１２に給油孔２ｄが連通しているので、ボール受け穴（内球面）４ａとボール（外球面）２ａとの摺動面に潤滑油の供給が良く行われる。
【００６８】
次に充分に潤滑油が供給される構造に適したボールジョイント部の信頼性を確保するための材料について説明する。
【００６９】
図１２にピストン４及びコンロッド２に使用する材料について、リングオンブロック摩擦試験機により摺動試験を行った結果を示す。
【００７０】
本試験は潤滑油中で、摺動速度は１．０１ｍ／ｓとし、試験負荷は１２３．５Ｎとした。本試験結果から、コンロッド２の材料には封孔処理せず、ピストン４の材料のみ水蒸気処理を施して封孔した焼結材４を使用したものは摩耗量が多いことが確認された。
【００７１】
これは、封孔処理されていないため、油膜が形成されないためである。一方、空孔の無い鋳鉄や両方に封孔処理を施した焼結材を用いた場合、コンロッド２の材料の摩耗が少なくなる傾向があり、必要とする限界摩耗量をコンロッド２の材料で満足させることができた。
【００７２】
しかし、ピストン４の材料の摩耗が増加することも認められる。焼結材同士の場合、コンロッド２の材料に窒化した焼結材４ＳＮと窒化しないピストン４の材料の焼結材８Ｓを組み合わせたものは窒化したコンロッド２の材料で摩耗限界を下回ったが、窒化していないピストン４の材料の摩耗を増やす結果となった。
【００７３】
両方に窒化をした場合はどちらも摩耗が増大してしまった。金型鋼に後述の熱処理（処理条件１０３）を施し表面を硬くした相手材Ａ３と焼結材８Ｓではコンロッド２の材料とピストン４の材料ともに耐摩耗性が向上し、摩耗限界を下回った。これら試験や試行検討より、組み合わせる材料表面の硬さの比が耐摩耗性向上に大きく影響していることを見出した。
【００７４】
図１３は焼結材の表面硬さ測定結果を示す。焼結材４ＳＮと焼結材８Ｓの表面硬さの比は約１．４倍であり、この硬さ比を高くすることで図１２に示す摩耗限界値を満足できることが推測できる。
【００７５】
【表１】
0004694956.tif 000002
【００７６】
表１は、本発明の実施例に係るもので、金型鋼焼入れ窒化材の処理条件と硬さ測定結果をまとめたものである。
【００７７】
表１は相手材として、より硬さ比を大きくするためにＪＩＳにおけるＳＫＤ１１相当の冷間金型鋼を用い、熱処理及び窒化処理を実施した相手材Ａ１、Ａ３、Ａ４の表面層および内部の硬さ測定結果を示す。
【００７８】
焼き戻し温度を高くすることにより表面硬度は高くなり、さらに窒化処理の温度を低くすることにより表層および内部ともに高硬度化することがわかる。この最高高度の材料（相手材Ａ４）を用いると、硬さの比を約３倍とすることができ、図１１に示す通り、コンロッド２の材料とピストン４の材料の双方で摩耗を抑制できることがわかる。
【００７９】
相手材を硬くすることは、同時に加工しにくくしてしまうため、加工性に鑑みて相手材の検討を実施した。表１の相手材Ａ１、Ａ３、Ａ４に加え、ＪＩＳにおけるＳＣＭ４１５材（肌焼鋼）を用い窒化と高周波焼入れにより図１４に示す相手材Ｂ６、Ｂ８を作成した。
【００８０】
図１５に図１２と同様の試験条件で焼結材８Ｓと組み合わせた摩耗試験の結果を示す。
【００８１】
この結果から表面層の硬さの比が１．５倍以上であれば、定常の摩耗に関しては所望の耐久性が得られることがわかった。
【００８２】
さらに、相手材Ｂ６、Ｂ８を用い、それぞれ焼結材８Ｓと組み合わせ、図１２と同様のリングオンブロック摩擦試験機により再度摺動試験を行った。再試験は平均粒径１０ミクロンメートルに調整した軟鋼溶接時の溶接スパッタを混入させた潤滑油中で、摺動速度は１．０１ｍ／ｓとし、試験負荷は１２３．５Ｎとし短時間の試験を行った。
【００８３】
試験後に摩擦面を観察した結果、相手材Ｂ６の表面にはスパッタ粒子による傷、すなわちアブレッシブ摩耗痕が観察されたが、相手材Ｂ８の表面にはアブレッシブ摩耗痕はほとんど観察されなかった。
【００８４】
以上の結果により、ピストン４の材料として焼結材に水蒸気処理で封孔を行ったもの、及びコンロッド２の材料として焼結材に水蒸気処理で封孔した後に窒化したもの及び金型鋼を焼入れし、高温焼き戻し後に焼き戻し温度以下で窒化を行ったものを使用することとした。
【００８５】
〔実施形態１〕
ピストン４の材料として水蒸気処理による封孔処理を施したＦｅ−Ｃｕ（１〜２％）−Ｃ（０．７〜１．０％）の焼結材を使用し、コンロッド２の材料として鉄系合金を用いた圧縮機を製作した。
【００８６】
この鉄系合金は溶製材でありＣｒ（１１〜１３重量％）−Ｍｏ（０．８〜１．２重量％）−Ｍｎ（０．３〜０．６重量％）−Ｃ（０．６〜１．６重量％）と他不可避的元素を含む残部鉄の鉄基合金を１０１０℃〜１０４０℃で焼入れ後、５２０℃２時間の焼き戻しを２回行い、４８０℃の塩浴中で９０分窒化処理を施した。
【００８７】
この密閉形圧縮機を装備した冷凍サイクルに冷媒としてイソブタン、潤滑油としてエステル油を封入し、運転回転数毎分４９００回転、吐出圧力１．６ＭＰａで３０日間運転したところ、ボールジョイント構造部に摩耗が発生せず、良好な摺動性を維持できる結果を得た。
【００８８】
さらに吐出圧力を２．０ＭＰａまで高めた同様の試験を実施したところ、ボールジョイント構造部に異常摩耗が発生することなく、良好な特性が維持できた。
【００８９】
また、溶接によるスパッタ粒子を管理上限の１０倍を潤滑油に添加した圧縮機を製作し同様の条件で５日間運転したところ、回転が止まることはなく安定に運転することができ、摩擦面に微細な擦り傷が観察される以外に異常な摩耗はなかった。
【００９０】
上述したように、本発明の各実施例を適用すると、ボールジョイント構造のボール受け部（内球面）４ａおよびボール（外球面）２ａに異常磨耗が発生しないため、密閉形圧縮機の長期信頼性が確保され、また、密閉形圧縮機の動作時における摺動損失の低減により密閉形圧縮機の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施例に係るもので、密閉形圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明の実施例に係るもので、ピストン内側構造を示す図。
【図３】本発明の実施例に係るもので、図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の実施例に係るもので、図１のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施例に係るもので、コンロッドの斜視図。
【図６】本発明の実施例に係るもので、回り止めの斜視図。
【図７】本発明の実施例に係るもので、ピストンとコンロッドの組立状態を示す図。
【図８】本発明の実施例に係るもので、ピストンとコンロッドの組立状態について回り止めを加えて示した図。
【図９】本発明の他の実施例に係るもので、ピストンとコンロッドと回り止めとの関係を示す断面図。
【図１０】本発明の他の実施例に係るもので、回り止めの斜視図。
【図１１】本発明の他の実施例に係るもので、クランクシャフトとクランク軸受部の断面図。
【図１２】本発明の実施例に係るもので、ピストン材料とコンロッド材料の磨耗試験結果を示す図。
【図１３】本発明の実施例に係るもので、焼結材の硬さ測定結果を示す図。
【図１４】本発明の実施例に係るもので、各種鋼材の硬さ測定結果を示す図。
【図１５】本発明の実施例に係るもので、ピストン材料及びコンロッド材料の摩耗試験結果を示す図。
【符号の説明】
【００９２】
１…シリンダ、４…ピストン、２…コンロッド、２ａ…ボール、４ａ…ボール受け穴。
【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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