(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転により冷媒を圧縮する圧縮手段を備えた冷媒圧縮機であって、
前記圧縮手段は、前記回転軸を軸支する軸受を具備し、
前記軸受は、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下，黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下，面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫を含む銅のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなることを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】
回転軸および前記回転軸に取り付けられたクランクの駆動により冷媒を圧縮する圧縮手段を備えた冷媒圧縮機であって、
前記圧縮手段は、前記回転軸を軸支する第１の軸受と、前記クランクと係合する第２の軸受とを有し、
前記第１の軸受および前記第２の軸受のうち少なくとも前記第２の軸受が、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下，黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下，面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫を含む銅のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなることを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項３】
前記炭素黒鉛質複合材の圧縮強さは３００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
前記α固溶体における錫の含有率が５質量％以上１１質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
前記冷媒が、ハロゲン化炭化水素系冷媒，炭化水素系冷媒および自然系冷媒から選ばれた１種または複数種からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮手段に用いられる冷凍機油が、鉱油，ポリオールエステル油，ポリアルキレングリコール油，ポリビニルエーテル油，ポリアルファオレフィン油およびハードアルキルベンゼン油から選ばれた１種または複数種からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項７】
前記冷媒および前記冷凍機油中の水分濃度が１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の冷媒圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮手段は、レシプロ型，ロータリ型，スクロール型，スイング型，スクリュー型のうちいずかの構造を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項９】
前記圧縮手段は、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下，黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下，面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫を含む銅のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなるローラ，ベーン，ピストンのうち少なくとも１つをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項１０】
固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下、黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下、面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫を含む銅のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなることを特徴とする軸受。
【請求項１１】
圧縮強さが３００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルームエアコン，冷蔵庫，給湯機等に用いられる冷媒圧縮機および冷媒圧縮機の構造要素である回転駆動機構に用いられる軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルームエアコンや冷蔵庫等に用いられている冷媒圧縮機では、圧縮機構部に駆動力を伝達するための回転軸を軸受で軸支している。近時、オゾン層破壊防止等の環境問題のへの関心の高まりを背景として、冷媒として従来のフッ素を多く含むフルオロカーボン系冷媒に代えて、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）や空気等の自然冷媒を用いる動きが加速している。
【０００３】
しかし、ＨＦＣや自然冷媒を用いて従来のフルオロカーボン系冷媒を用いた場合と同等の冷却性能を得ようとすると、冷媒圧縮機内の内圧を従来よりも高圧にする必要があるため、軸受に対する負荷が増大する。そして、このような環境下では、冷凍機油による潤滑膜が部分的に途切れて、軸受と回転軸とが局部的に直接に接触する、所謂、境界潤滑状態が生じやすくなる。また、冷媒圧縮機の起動時や過大な冷媒の混入によっても、境界潤滑状態が生じやすくなる。境界潤滑状態において回転軸が軸受に対して摺動すると、軸受の摩耗が加速される。そこで、高い耐摩耗性を示す軸受として、摩擦係数の小さい炭素黒鉛質基材の気孔に青銅を溶浸した炭素黒鉛質複合材からなる軸受が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１３３５６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、この特許文献１に開示された軸受は、炭素黒鉛質複合材の固定炭素における黒鉛結晶化度が１５％〜４０％と小さく、残部である６０％〜８５％が硬度の高い非結晶炭素で構成されているために、切削や研磨等の加工が困難であるという問題がある。一方、軸受に用いる材料の加工性を高めようとすると、耐摩耗性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高い耐摩耗性と優れた加工性とを兼ね備えた軸受および当該軸受を用いた信頼性の高い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】
【０００６】
本発明に係る冷媒圧縮機は、回転軸の駆動により冷媒を圧縮する圧縮手段を備え、回転軸は軸受に軸支されている。この軸受として、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下、黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下、面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫（Ｓｎ）を含む銅（Ｃｕ）のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなるものを用いる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い耐摩耗性と優れた加工性とを兼ね備えた軸受および当該軸受を用いた信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
《第１実施形態》
図１に本発明の第１実施形態に係る冷媒圧縮機の概略構造を表した断面図を示す。この冷媒圧縮機１０は、所謂、スクロール型圧縮機であり、密閉容器１１の内部に固定された固定スクロール１２と、固定スクロール１２と噛み合うように配置された旋回スクロール１３と、旋回スクロール１３を固定スクロール１２に対して公転運動させるためのクランクシャフト１４と、クランクシャフト１４を回転させるためのモータ１５とを備えている。
【００１０】
固定スクロール１２は、円板形状の鏡板２１に渦巻（インボリュート）状のラップ２２が立設され、鏡板２１の外周部に冷媒を吸入するための吸入口２３が形成され、鏡板２１の中央に圧縮冷媒を吐出する吐出口２４が形成された構造を有しており、ラップ２２がモータ１５側を向くように密閉容器１１のフレーム１６に固定されている。旋回スクロール１３は、円板形状の鏡板２５に渦巻状のラップ２６が立設された構造を有している。旋回スクロール１３は、ラップ２２とラップ２６とが噛み合うように、ラップ２６を固定スクロール１２側に向けて配置され、これによりラップ２２，２６の立設方向に直交する面での形状が三日月型となる圧縮室が形成される。
【００１１】
クランクシャフト１４は、長軸のシャフト部３１と、シャフト部３１に対して偏芯するようにシャフト部３１の先端に設けられた短円柱形状のクランク部３２から構成されており、シャフト部３１がモータ１５に取り付けられている。シャフト部３１の中心軸と固定スクロール１２の中心軸とが一致するように、クランクシャフト１４と固定スクロール１２は密閉容器１１内に設置される。クランクシャフト１４としては、炭素鋼，低合金鋼，浸炭焼入れ鋼，窒化処理した鋼または鋳鉄が好適に用いられる。
【００１２】
旋回スクロール１３を構成する鏡板２５の裏面（ラップ２６が立設されていない面）の中央には円筒状の凸部２７が形成されており、この凸部２７に円筒状の軸受２８が圧入されて、クランク部３２を係合するための軸受部が形成されている。また、フレーム１６には円筒状の孔部が形成されており、この孔部の内周に円筒状の軸受３３が圧入されて、シャフト部３１を軸支するための軸受部が形成されている。クランク部３２は、旋回スクロール１３に設けられた軸受部に挿入され、クランクシャフト１４の回転により軸受２８に対して摺動する。また、シャフト部３１はフレーム１６に設けられた軸受部に挿通されており、クランクシャフト１４の回転により軸受３３に対して摺動する。
【００１３】
クランク部３２の外周面と軸受２８の内周面との間には一定の狭い隙間が形成され、また、シャフト部３１の外周面と軸受３３の内周面との間にも一定の狭い隙間が形成されており、クランクシャフト１４はこれらの隙間により許容される範囲内において、径方向における動きの自由度がある。
【００１４】
但し、シャフト部３１と軸受３３との間の隙間およびクランク部３２と軸受２８との間の隙間が広すぎると、冷媒の漏洩によって冷却性能が低下したり、振動騒音が大きくなったりする等の問題が生じる。一方、これらの隙間が狭すぎると、クランクシャフト１４の回転が妨げられるために、摩擦損失が増大することになる。また、軸受２８，３３とクランクシャフト１４の表面状態（例えば、表面粗さ等）が不均一であると、局所的に摩耗が生じたり、クランクシャフト１４の回転速度が変動したりするおそれがある。このため、クランクシャフト１４の外形寸法と軸受２８，３３の内径寸法は、このような問題を回避することができるように適切な寸法に設定され、その表面状態もまた均一かつ平滑な状態とされる。
【００１５】
クランクシャフト１４を回転させると、旋回スクロール１３はシャフト部３１および固定スクロール１２に対して偏芯して配置されているために、旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して公転運動(旋回運動)を行う。その際の旋回スクロール１３の自転を防止するために、旋回スクロール１３を構成する鏡板２５の裏面に設けられたキー溝３５とフレーム１６に設けられたキー溝３６に係合するように、オルダムリング２９が配置されている。また、クランクシャフト１４の回転時に、クランク部３２がシャフト部３１に対して偏芯した位置に設けられていることによるクランクシャフト１４の回転ぶれを防止するために、クランクシャフト１４にはバランスウエイト３７が取り付けられている。
【００１６】
クランクシャフト１４を回転させると、固定スクロール１２と旋回スクロール１３によりその外周部に前記した三日月型の圧縮室が形成され、この圧縮室には吸入口２３を通して冷媒が取り込まれる。クランクシャフト１４の回転に伴って圧縮室が中心部へと次第に容積を縮小させながら移動するにしたがって、圧縮室内の冷媒が圧縮される。そして、圧縮室が固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口２４と連通した際に、圧縮された冷媒がこの吐出口２４から放出される。
【００１７】
このように冷媒圧縮機１０では、固定スクロール１２および旋回スクロール１３により形成される圧縮室とモータ１５とを１本のクランクシャフト１４で結合し、軸受２８，３３が荷重を支持する構造となっているため、軸受２８，３３には、冷媒と冷凍機油の共存する潤滑油環境において、高い機械的強度（特に、高い圧縮強さ）が要求される。
【００１８】
また、クランクシャフト１４を回転させると、冷媒の流体圧力によってクランク部３２には偏芯方向と直交する径方向に荷重が作用する。この荷重によってクランクシャフト１４が傾き、シャフト部３１は軸受３３に対して、クランク部３２は軸受２８に対してそれぞれ片あたりの状態で強く押し付けられながら回転する状態が生じ得る。その結果、軸受２８，３３にはそれぞれ、冷凍機油による油膜反力を上回る荷重が加わり、これらの摺動部に冷凍機油が存在しない境界潤滑状態が生じてしまう。
【００１９】
さらに、クランクシャフト１４の回転駆動にインバータ制御方式や多冷媒封入方式を用いた場合には、冷凍機油の粘度とクランクシャフト１４の周速と軸荷重が広範囲に変動したり、急速始動では給油遅れ現象が発生したりして、クランクシャフト１４と軸受２８，３３から構成される摺動部の潤滑モードが定常時の流体潤滑状態から中位の混合潤滑状態へ、さらに最も厳しい境界潤滑状態へと移行し、これによって軸受の摩耗量が増加してしまう。この摩耗量の増加は、音や振動を発生させる原因になるとともに、ミスアライメントを引き起こし、圧縮室のシール性を悪化させて容積効率を低下させる。したがって、軸受２８，３３には、境界潤滑状態のような厳しい摩擦環境下においても、優れた耐摩耗性を有していることが要求される。さらに軸受２８，３３には、潤滑油環境が変化しても、クランクシャフト１４に対して焼付きが起こり難い性質（耐焼付き性）が要求される。
【００２０】
このような要求を満たし、長期にわたって高い信頼性を確保するために、軸受２８，３３として、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下，黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下，面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が錫を含む銅（以下「青銅」という）のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなるものを用いる。
【００２１】
炭素黒鉛質複合材を構成する炭素黒鉛質基材は、炭素質粉末，黒鉛質粉末，粘結剤を混練したものを、一軸プレス成形法や冷間静水圧成型法（ＣＩＰ）により圧縮成形した後、これを１０００℃〜１５００℃で１〜２ヶ月焼成することにより、製造することができる。炭素黒鉛質基材は、揮発分，固定炭素分，灰分，水分からなるが、ここでは、原料および焼成条件を調整することにより、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下の炭素黒鉛質基材を製造する。例えば、揮発分や水分が多い炭素黒鉛質基材の場合、後に炭素黒鉛質基材の開気孔に青銅を溶浸させるために炭素黒鉛質基材が加熱された際に、揮発分のガス化や水分の蒸発等による体積膨張によって炭素黒鉛質基材に亀裂等の欠陥が生じるおそれがある。また、固定炭素分の多い炭素黒鉛質基材は高い圧縮強さを示すため、軸受として好適である。
【００２２】
炭素黒鉛質基材における黒鉛結晶化度が５０％未満であるということは、結晶黒鉛以外の炭素成分である非結晶炭素（非晶質炭素）が５０％以上であるということを意味している。炭素黒鉛質基材における非結晶炭素の含有量が多いと、非結晶炭素の硬度が高いために、切削や研磨等の加工が困難となる。一方、黒鉛結晶化度が８５％超の場合には、摩擦係数は小さくなるが、非結晶炭素が少ないために特に境界潤滑状態といった厳しい摩擦環境下における耐摩耗性が低い。そこで、炭素黒鉛質基材における黒鉛結晶化度を５０％以上８５％以下とすることにより、加工性と耐摩耗性のバランスの取れた軸受を製造することができる。
【００２３】
炭素黒鉛質基材における黒鉛結晶化度は、炭素黒鉛質基材の粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）チャートをＪＣＰＤＳデータ（Ｘ線回折標準データ集）による検索、照合により、各回折ピークの同定を行った。そして、Ｇｒａｐｈｉｔｅ（００２）ピークのプロファイルフィッティング〔（株）リガク  粉末Ｘ線回折解析ソフト  ＪＡＤＥ７〕によりブロードなピーク（炭素）とシャープなピーク（黒鉛）の積分強度を求め、標準試料（炭素：コークス、黒鉛：土壌黒鉛）より求めた感度係数にて値を補正し、黒鉛結晶化度（積分強度比）を算出した。
【００２４】
炭素黒鉛質基材の面積空隙率とは、炭素黒鉛質基材を切断してその切断面を研磨し、研磨面をＳＥＭや光学顕微鏡等で観察した際の観察画像における空孔の面積占有比率を指す。炭素黒鉛質基材における面積空隙率が１５％超の場合には、炭素黒鉛質基材の機械的強度が低下する。また、溶浸させる青銅の量が多くなることによって、クランクシャフト１４に対する焼付きが起こりやすくなる。そこで、炭素黒鉛質基材における面積空隙率は１５％以下とする。
【００２５】
炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が青銅によって充填されるように、炭素黒鉛質基材に青銅を溶浸（含浸）させる。炭素黒鉛質基材への青銅の溶浸は、例えば、次の方法により行うことができる。まず、真空雰囲気および加圧ガス雰囲気のいずれにも調整可能な耐圧容器の内部に加熱可能な金属溶融用の坩堝を設け、この坩堝に青銅（または一定組成の錫と銅の粉末または塊状物等）を所定量投入して溶融させる。続いて、炭素黒鉛質基材を坩堝中の溶融青銅に浸漬させることなく耐圧容器に収容して耐圧容器内を減圧し、炭素黒鉛質基材の開気孔中の空気を除去する。次いで、炭素黒鉛質基材を坩堝中の溶融青銅に浸漬させた後、窒素ガス等を耐圧容器内に供給して内部加圧することにより、溶融青銅を炭素黒鉛質基材の開気孔へ浸透させる。こうして所定時間の溶浸処理を行った後、坩堝温度を下げて溶融青銅を固化させ（または、炭素黒鉛質基材を引き上げて炭素黒鉛質基材に浸透した溶融青銅を固化させ）、得られた固化物から炭素黒鉛質複合材を切り出す。得られた炭素黒鉛質複合材を所望される軸受の寸法形状に切削加工や研磨加工することによって、軸受を製造することができる。
【００２６】
青銅を用いるのは、純銅では加重変形が起こりやすく、クランクシャフトに対する耐焼付き性も十分とは言えないからであり、銅に錫を添加することによって銅の優れた耐摩耗性を維持しながら硬質化が可能であり、これによって耐焼付き性も向上するからである。なお、銅へ錫を所定量添加すると融点が下がるために、溶浸処理における装置負荷を軽減することができるという利点がある。また、青銅の融点は純銅の融点よりも低くなるが、それでも、軸受において発生が予想される温度よりも十分に高い温度であるため、軸受に対して過酷な摺動状態が継続することによって軸受の温度が上昇しても、耐摩耗性を維持することができる。
【００２７】
炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上に青銅を充填することにより、炭素黒鉛質基材の開気孔への冷凍機油の浸透による油膜切れの発生を実効的に防止することができる。なお、面積空隙率が一定の炭素黒鉛質基材に対する青銅の充填率を上げようとすると、溶融した青銅を炭素黒鉛質基材へ溶浸させる際に、大きな圧力が必要となって製造設備負荷が増大する。そのため、軸受としての実効的な特性が得られる充填量とその充填量を実現するための設備負荷とのバランスを考慮して、溶浸条件を決定することが好ましい。
【００２８】
後述する実施例に示すように、炭素黒鉛質基材の開気孔に青銅を溶浸させることによって圧縮強さが大きくなるため、大きな荷重に耐えることができるようになり、耐摩耗性も向上する。このような効果を得るために、炭素黒鉛質基材の面積空隙率は、一定量の青銅を溶浸することができるように、５％以上であることが好ましい。
【００２９】
図２に銅−錫系における温度と生成相との関係および機械的特性（引張り強さ：σＢ、硬さ：ＨＢ、伸び：δ）の組成依存性を示す。図２から、青銅のα固溶体を炭素黒鉛質基材に充填するためには、錫の含有率を約１２質量％以下とする必要のあることがわかる。溶浸処理後に確実にα固溶体を生成させる観点から、錫の添加量の上限値を１１質量％とすることが好ましい。
【００３０】
また、錫の含有率が１２質量％以下の領域においては、錫の含有率が増えるにしたがって、引張り強さσＢが大きくなり、硬質化され、伸びが小さくなることがわかる。例えば、錫の含有率を１０質量％とすることにより、引張強さσＢは約１．８倍となり、硬さＨＢが約１．６倍となることから、炭素黒鉛質基材の開気孔に青銅を充填することにより、炭素黒鉛質複合材の機械的特性を向上させることができる。しかしながら、錫の含有量が５質量％未満の場合には、青銅化による機械的特性の改善効果が十分とは言えず、潤滑油環境が変化して過酷な摩擦環境となった場合に、十分な耐摩耗性が得られないおそれがある。そこで、錫の含有率を５質量％以上とすることが好ましい。
【００３１】
上述の通りにして製造される炭素黒鉛質複合材の圧縮強さは、後述する実施例に示す通り、３００ＭＰａ以上であることが好ましく、これにより、境界潤滑状態等の過酷な摩擦環境においても、優れた耐摩耗性を示す。このような炭素黒鉛質複合材は、炭素黒鉛質基材の製造条件および青銅の溶浸条件を適切に設定することにより、作製することができる。
【００３２】
軸受２８，３３は、冷媒圧縮機１０の機内圧力が大きい場合にも優れた耐摩耗性と耐焼付き性を示す。このため、冷媒圧縮機１０では、冷媒として、オゾン層破壊等の環境問題に配慮したハロゲン化炭化水素系冷媒（ＨＦＣ）や炭化水素系冷媒（ＨＣ），自然系冷媒を積極的に用いることができる。また、このような冷媒に対応して、冷凍機油として、鉱油，ポリオールエステル油，ポリアルキレングリコール油，ポリビニルエーテル油，ポリアルファオレフィン油，ハードアルキルベンゼン油が好適に用いられる。
【００３３】
冷凍機油中の水分は、冷凍機油を加水分解劣化させ、これによってクランクシャフト１４と軸受２８，３３との間の摩擦環境が悪化する。特に、冷媒としてＲ７４４，Ｒ４１０Ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ１３４ａ，Ｒ６００ａ，Ｒ２９０を使用した場合に用いられる冷凍機油は、水分を取り込みやすく、取り込まれた水分によって加水分解されやすい。そこで、冷凍機油中の水分は１〜１０００ｐｐｍとすることが好ましく、１〜５００ｐｐｍとすることがより好ましい。なお、冷凍機油中の水分が１ｐｐｍ未満であることは極めて好ましいが、現実的に、冷凍機油中の水分を１ｐｐｍ未満とすることには、多大な労力が必要となる。
【００３４】
《第２実施形態》
図３に本発明の第２実施形態に係る冷媒圧縮機の概略構造を表した断面図を示す。この冷媒圧縮機５０は、所謂、ロータリ圧縮機であり、密閉容器５１の内部に配置されたモータ５２と、モータ５２に取り付けられたクランクシャフト５３と、クランクシャフト５３を軸支するための第１ベアリング５４および第２ベアリング５５と、第１ベアリング５４と第２ベアリング５５との間に介在するシリンダ５６と、シリンダ５６内に設けられたローラ５７と、シリンダ５６に対してシリンダ５６の径方向に摺動自在となるようにローラ５７に摺動自在に取り付けられたベーン５８とを備えている。
【００３５】
クランクシャフト５３は、第１シャフト部６１と第２シャフト部６２の間にクランク部６３が設けられた構造を有しており、第１シャフト部６１がモータ５２に取り付けられている。第１ベアリング５４には第１シャフト部６１を軸支するための孔部が設けられ、この孔部に軸受７１が圧入固定されており、第１シャフト部６１はこの軸受７１に対して摺動する。同様に、第２ベアリング５５には第２シャフト部６２を軸支するための孔部が設けられ、この孔部に軸受７２が圧入固定されており、第２シャフト部６２はこの軸受７２に対して摺動する。
【００３６】
ローラ５７の内側には軸受７３が圧入されており、クランクシャフト５３の回転によりクランク部６３はこの軸受７３に対して摺動し、ローラ５７に偏芯回転を与え、ローラ５７は自転することなくシリンダ５６に対して旋回運動する。密閉容器５１には吸入口６５が設けられており、この吸入口６５からシリンダ５６内に吸い込まれた冷媒ガスは、ローラ５７の旋回運動によって圧縮された後、密閉容器５１に設けられた吐出口６６から吐出される。
【００３７】
冷媒圧縮機５０においても、軸受７１〜７３として、固定炭素分が９０質量％以上９９質量％以下，黒鉛結晶化度が５０％以上８５％以下，面積空隙率が１５％以下である炭素黒鉛質基材の開気孔の半分以上が青銅のα固溶体で充填された炭素黒鉛質複合材からなるものを用いることによって、境界潤滑状態等の過酷な摩擦環境が生じても、軸受７１〜７３の摩耗やクランクシャフト５３との焼付きを抑制することができる。こうして、冷媒圧縮機５０の信頼性および耐久性を向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明に係る冷媒圧縮機の実施の形態としてスクロール型圧縮機とロータリ型圧縮機について説明したが、これに限られることなく、圧縮機構はレシプロ型やスイング型、スクリュー型であってもよく、これら各種の圧縮機構における軸受として、前記した炭素黒鉛質複合材を用いることができる。また、前記した炭素黒鉛質複合材は、軸受に限定して用いられるものではなく、冷媒圧縮機内のその他の摺動部を構成する部品としても好適に用いられる。例えば、ローラ，ベーン，ピストン等の摺動部品として用いることにより、優れた耐摩耗性に由来して、耐久性を向上させることができる。
【実施例】
【００３９】
次に、実施例として、軸受に用いられる炭素黒鉛質複合材の耐摩耗性を評価した結果について説明する。表１に作製した試料の固定炭素分，黒鉛結晶化率，面積空隙率を示す。これらの試料は、前記した通り、炭素質粉末，黒鉛質粉末，粘結剤を混練したものを圧縮成形し、１０００℃の焼成炉で１ヶ月間焼成することにより製造した。固定炭素分の評価は灰化法により、黒鉛結晶化率の評価は前記したＸＲＤチャートにおける黒鉛の（００２）面の回折ピーク分離により、面積空隙率はＳＥＭ観察により、それぞれ求めた。
【００４０】
作製した炭素黒鉛質基材に表１に示す溶浸材料を溶浸させた。溶浸は、バー材（２２〜２５ｍｍ×２２〜２５ｍｍ×２７５〜２８５ｍｍ）を含浸炉内にセットし、炉内を脱気（０．５ＭＰａ）し、溶浸材料を融点より１００℃高い温度に溶融した溶湯中に浸漬後、１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１〜１．５時間加圧することにより行った。溶浸処理を行った試料の断面をＳＥＭ観察したところ、開気孔の約９０％が溶浸材料で充填されていることを確認した。
【００４１】
作製した炭素黒鉛質複合材の圧縮強さを、インストロン製の万能試験機で５ｍｍ／ｓで荷重を負荷して、破壊荷重を接触面積で除して求めた。その結果を表１に併記する。実施例１，２と比較例１，２とを対比すると明らかなように、青銅の溶浸によって、圧縮強さが向上していることがわかる。比較例３，４では、炭素黒鉛質基材の黒鉛結晶化度が大きいため、圧縮強さは低い値にとどまっている。
【００４２】
【表１】
0004839300.tif 000002
【００４３】
摩耗試験を高圧雰囲気摩耗試験機〔（株）オリエンテック製（現在、（株）エー・アンド・デイ）：ＡＦＴ−１８−８００Ｓ〕を用いて行った。より詳しくは、炭素黒鉛質複合材を１０ｍｍ×１０ｍｍ×３６ｍｍの形状に加工して固定試験片とし、これに可動片としてＳＣＭ４１５の浸炭焼入れ材を９．８ＭＰａの面圧で押しあてて、摺動速度：１．２ｍ／秒とし、Ｒ４１０Ａ冷媒雰囲気中（冷凍機油を含まない）で２時間摺動させた。試験後の固定試験片の摩耗量を測定した結果を図４に示す。
【００４４】
この摩耗試験では、冷凍機油を用いていないために、固定試験片と可動片の摩擦環境は極めて過酷な条件に設定されている。図４に示される通り、実施例１，２では、摩耗量は約５μｍと小さく、良好な耐摩耗性を示すことが確認された。これに対して、圧縮強さが約１５０ＭＰａ前後と低い比較例３，４では他の試料と比較して、摩耗量が極端に多く、実施例１，２の約５倍の摩耗量を示した。また、青銅を溶浸していない比較例１，２では、圧縮強さが２７０ＭＰａ程度あるために、比較的良好な耐摩耗性が得られているが、実施例１，２の約２倍の摩耗量を示している。これらの結果より、軸受に用いる炭素黒鉛質複合材の圧縮強さは、３００ＭＰａ以上であることが好ましいと判断した。
【００４５】
次に、炭素黒鉛質基材に溶浸させる青銅の組成について検討するために、実施例３に係る炭素黒鉛質複合材として、表１に示す炭素黒鉛質基材に、錫が２０質量％で残部が銅である青銅を溶浸させたものを新たに作製した。実施例３に係る炭素黒鉛質複合材の圧縮強さを前記した万能試験機を用いて測定した。その結果を表１に併記する。また、前記した高圧雰囲気摩耗試験機による実施例３に係る炭素黒鉛質複合材の摩耗試験を、実施例１，２および比較例１〜４の摩耗試験と同様にして行った。実施例３の摩耗量と圧縮強さとの関係を図４に併記する。また、実施例３の摩耗量を実施例２および比較例１の摩耗量と対比して図５に示す。
【００４６】
実施例３では、実施例２よりもわずかに摩耗量が大きくなったものの、比較例１と対比すると、十分に小さな摩耗量であることがわかる。この結果から、炭素黒鉛質基材に青銅を溶浸させる場合には、錫の含有率を１０質量％とすることが、耐摩耗性向上の観点から、最も好ましいと判断される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷媒圧縮機の概略構造を示す断面図。
【図２】銅−錫系における温度と生成相との関係、および、機械的特性の組成依存性を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る冷媒圧縮機の概略構造を示す断面図。
【図４】実施例１〜３および比較例１〜４の圧縮強さと摩耗量との関係を示す図。
【図５】実施例２，３および比較例１の摩耗量を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１０…冷媒圧縮機、１１…密閉容器、１２…固定スクロール、１３…旋回スクロール、１４…クランクシャフト、１５…モータ、１６…フレーム、２１…鏡板、２２…ラップ、２３…吸入口、２４…吐出口、２５…鏡板、２６…ラップ、２７…凸部、２８…軸受、２９…オルダムリング、３１…シャフト部、３２…クランク部、３３…軸受、３５…キー溝、３６…キー溝、３７…バランスウエイト、５０…冷媒圧縮機、５１…密閉容器、５２…モータ、５３…クランクシャフト、５４…第１ベアリング、５５…第２ベアリング、５６…シリンダ、５７…ローラ、５８…ベーン、６１…第１シャフト部、６２…第２シャフト部、６３…クランク部、６５…吸入口、６６…吐出口、７１…軸受、７２…軸受、７３…軸受。
【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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