(57)【要約】【課題】摺動部表面との密着性が高く且つ高い潤滑性を有する摺動構造を備えた圧縮機を提供する。【解決手段】摺動部である可動スクロール(50)の突出部(53)の表面近傍には、中間層(2)とその上に固体潤滑剤層(1)とが形成されている。中間層(2)は突出部(53)を形成する物質と固体潤滑剤とが混在している層であり、固体潤滑剤層(1)は実質的に固体潤滑剤のみからなる層である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材を備え、流体を圧縮する圧縮機であって、
前記摺動部材の表層に形成され、該摺動部材を形成する物質と固体潤滑剤とが混在する中間層(2)と、
前記中間層上に形成され実質的に前記固体潤滑剤のみからなる固体潤滑剤層(1)と
を備えている圧縮機。
【請求項２】
前記摺動部材は、冷媒に晒される請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記冷媒は、フッ素含有物質を含んでいる請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記固体潤滑剤層(1)に含有されている固体潤滑剤は、フッ素を含む高分子化合物である請求項１から３のいずれか一つに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記フッ素を含む高分子化合物は、ポリテトラフルオロエチレンである請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記固体潤滑剤層(1)に含有されている固体潤滑剤は、ＭｏＳ2である請求項１から３のいずれか一つに記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に関し、特に固体潤滑剤を用いた圧縮機の摺動部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機や空気調和機などに使用する冷媒用圧縮機としては、例えばスクロール圧縮機を挙げることができる。従来スクロール圧縮機の摺動部には、固体潤滑剤とバインダーと溶剤とを混合した潤滑剤液を噴霧して塗布し潤滑剤層を形成していたが、特許文献１には固体潤滑剤の消費量を減らすために、印刷により駆動軸に潤滑剤液を塗布する技術が開示されている。また、特許文献２には固体潤滑剤を有機溶剤に溶解させて固定スクロールと旋回スクロールとの当接面に塗布し、１９０℃で４０〜６０分加熱して皮膜とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３４５９８４号公報
【特許文献２】特開２００２−５４５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
潤滑剤液を塗布する場合、通常は、固体潤滑剤を摺動部表面と密着させるためにバインダーを混合し、その混合割合は５０％以上の場合が多い。バインダーは密着性向上のためには必要であるが、潤滑性には悪影響を与え、潤滑性を低下させてしまう。従って、このような場合は固体潤滑剤を用いているにもかかわらず、潤滑油も併用する必要がある。一方、特許文献２に開示されている技術のように、バインダーを用いず、固体潤滑剤のみを焼付処理により摺動部表面に設けても、摺動部表面と固体潤滑剤皮膜との密着性が劣るために、圧縮機の運転中に固体潤滑剤皮膜が欠落してしまうおそれがある。また、焼付処理を行うと、その後の２次加工が必要となり、コストアップの原因となっている。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摺動部表面との密着性が高く且つ高い潤滑性を有する摺動構造を備えた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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、この発明は、摺動部材を備えた流体を圧縮する圧縮機であって固体潤滑剤を用いていることを特徴とする。
【０００６】
具体的には、この発明は圧縮機を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００７】
即ち、請求項１に記載の発明は、摺動部材を備え、流体を圧縮する圧縮機であって、前記摺動部材の表層に形成され、該摺動部材を形成する物質と固体潤滑剤とが混在する中間層(2)と、前記中間層(2)上に形成され実質的に前記固体潤滑剤のみからなる固体潤滑剤層(1)とを備えている。
【０００８】
上記の構成により、請求項１に記載の発明では、摺動部材と固体潤滑剤とが強固に密着し固体潤滑剤の欠落のおそれがほとんどなく、また固体潤滑剤層(1)が固体潤滑剤のみからなるので、潤滑性が非常に高い。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１の圧縮機において、前記摺動部材は、冷媒に晒されることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、請求項２に記載の発明では、冷媒中において特に潤滑性が向上する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２の圧縮機において、前記冷媒は、フッ素含有物質を含んでいることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、請求項３に記載の発明では、冷却効率と潤滑性とが優れた圧縮機となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の圧縮機において、前記固体潤滑剤層(1)に含有されている固体潤滑剤は、フッ素を含む高分子化合物であることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成により、請求項４に記載の発明では、潤滑性が優れると共に冷媒との相性もよくなる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の圧縮機において、前記フッ素を含む高分子化合物は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成により、請求項５に記載の発明では、摺動部において優れた潤滑性を示す。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の圧縮機において、前記固体潤滑剤層(1)に含有されている固体潤滑剤は、ＭｏＳ2であることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成により、請求項６に記載の発明では、摺動部において優れた潤滑性を示す。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、摺動部材と固体潤滑剤との密着性が高くなり、潤滑性も非常に高くなる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒中での潤滑性が向上する。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、冷却効率と潤滑性とをともに向上させる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、潤滑性および冷媒との相性を向上させる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、優れた潤滑性が得られる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、優れた潤滑性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（実施形態１）
本実施形態のスクロール型圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路に設けられて、流体であるガス冷媒を圧縮するために用いられる。
【００２７】
《スクロール型圧縮機の全体構成》
図１に示すように、上記スクロール型圧縮機(10)は、いわゆる全密閉形に構成されている。このスクロール型圧縮機(10)は、縦長で円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(11)を備えている。ケーシング(11)の内部には、下から上へ向かって順に、下部軸受部材(30)と、電動機(35)と、圧縮機構(40)とが配置されている。また、ケーシング(11)の内部には、上下に延びる駆動軸(20)が設けられている。
【００２８】
ケーシング(11)の内部は、圧縮機構(40)の固定スクロール(60)によって上下に仕切られている。このケーシング(11)の内部では、固定スクロール(60)の上方の空間が第１室(12)となり、その下方の空間が第２室(13)となっている。
【００２９】
ケーシング(11)の胴部には、吸入管(14)が取り付けられている。この吸入管(14)は、ケーシング(11)内の第２室(13)に開口している。一方、ケーシング(11)の上端部には、吐出管(15)が取り付けられている。この吐出管(15)は、ケーシング(11)内の第１室(12)に開口している。
【００３０】
駆動軸(20)は、主軸部(21)と鍔部(22)と偏心部(23)とを備えている。鍔部(22)は、主軸部(21)の上端に形成されており、主軸部(21)よりも大径の円板状となっている。一方、偏心部(23)は、鍔部(22)の上面に突設されている。この偏心部(23)は、主軸部(21)よりも小径の円柱状となっており、その軸心が主軸部(21)の軸心に対して偏心している。
【００３１】
駆動軸(20)の主軸部(21)は、圧縮機構(40)のフレーム部材(41)を貫通している。この主軸部(21)は、ころ軸受(42)を介してフレーム部材(41)に支持されている。また、駆動軸(20)の鍔部(22)及び偏心部(23)は、フレーム部材(41)よりも上方の第１室(12)に位置している。
【００３２】
駆動軸(20)には、スライドブッシュ(25)が取り付けられている。スライドブッシュ(25)は、円筒部(26)とバランスウェイト部(27)とを備え、鍔部(22)の上に載せられている。スライドブッシュ(25)の円筒部(26)には、駆動軸(20)の偏心部(23)が回転自在に挿入されている。
【００３３】
下部軸受部材(30)は、ケーシング(11)内の第２室(13)に位置している。この下部軸受部材(30)は、ボルト(32)によってフレーム部材(41)に固定されている。そして、下部軸受部材(30)は、玉軸受(31)を介して駆動軸(20)の主軸部(21)を支持している。
【００３４】
下部軸受部材(30)には、給油ポンプ(33)が取り付けられている。この給油ポンプ(33)は、駆動軸(20)の下端に係合している。そして、給油ポンプ(33)は、駆動軸(20)によって駆動され、ケーシング(11)の底に溜まった冷凍機油を吸入する。給油ポンプ(33)に吸い上げられた冷凍機油は、駆動軸(20)内に形成された通路を通って圧縮機構(40)等へ供給される。
【００３５】
電動機(35)は、固定子(36)と回転子(37)とによって構成されている。固定子(36)は、下部軸受部材(30)と共にボルト(32)によってフレーム部材(41)に固定されている。一方、回転子(37)は、駆動軸(20)の主軸部(21)に固定されている。
【００３６】
ケーシング(11)の胴部には、給電用のターミナル(16)が取り付けられている。このターミナル(16)は、端子箱(17)によって覆われている。電動機(35)に対しては、ターミナル(16)を通じて電力が供給される。
【００３７】
《圧縮機構の構成》
圧縮機構(40)は、固定スクロール(60)やフレーム部材(41)の他に、可動スクロール(50)とオルダムリング(43)とを備えている。そして、この圧縮機構(40)は、いわゆる非対称スクロール構造を採っている。
【００３８】
可動スクロール(50)は、可動側平板部(51)、可動側ラップ(52)、及び突出部(53)を備えている。可動側平板部(51)は、やや肉厚の円板状に形成されている。突出部(53)は、可動側平板部(51)の下面から突出するように、可動側平板部(51)と一体に形成されている。また、突出部(53)は、可動側平板部(51)のほぼ中央に位置している。この突出部(53)には、スライドブッシュ(25)の円筒部(26)が挿入されている。つまり、可動スクロール(50)は、スライドブッシュ(25)を介して駆動軸(20)の偏心部(23)に係合している。
【００３９】
可動側ラップ(52)は、可動側平板部(51)の上面側に立設され、可動側平板部(51)と一体に形成されている。可動側ラップ(52)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成されている。
【００４０】
可動スクロール(50)は、オルダムリング(43)を介してフレーム部材(41)の上に載置されている。オルダムリング(43)には、二対のキーが形成されている。このオルダムリング(43)は、一対のキーが可動スクロール(50)の可動側平板部(51)に係合し、残りの一対のキーがフレーム部材(41)に係合している。駆動軸(20)の偏心部(23)に係合する可動スクロール(50)は、このオルダムリング(43)により自転運動が規制されて公転運動だけを行う。
【００４１】
図１に示すように、固定スクロール(60)は、固定側平板部(61)と、固定側ラップ(63)と、縁部(62)とを備えている。固定側平板部(61)は、やや肉厚の円板状に形成されている。この固定側平板部(61)の直径は、ケーシング(11)の内径と概ね等しくなっている。縁部(62)は、固定側平板部(61)の周縁部分から下方へ向かって延びる壁状に形成されている。固定スクロール(60)は、縁部(62)の下端がフレーム部材(41)に当接する状態で、ボルト(44)によってフレーム部材(41)に固定されている。そして、固定スクロール(60)は、その縁部(62)がケーシング(11)  と密着することで、ケーシング(11)内を第１室(12)と第２室(13)に仕切っている。
【００４２】
固定側ラップ(63)は、固定側平板部(61)の下面側に立設され、固定側平板部(61)と一体に形成されている。固定側ラップ(63)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成されており、約３巻き分の長さとなっている。固定側ラップ(63)では、その内側面のほぼ全体が内側ラップ面(64)となる一方、その外側面のうちの巻き始めから約２巻き分の長さの部分が外側ラップ面(65)となっている。
【００４３】
固定側平板部(61)の下面のうち、内側ラップ面(64)と外側ラップ面(65)に挟まれた部分は、歯底面(66)となっている。この歯底面(66)は、可動側ラップ(52)の先端と摺接する。また、固定側平板部(61)における固定側ラップ(63)の巻き始め近傍には、吐出口(67)が形成されている。この吐出口(67)は、固定側平板部(61)を貫通しており、第１室(12)に開口している。
【００４４】
上述のように、本実施形態のスクロール型圧縮機(10)は、冷凍機の冷媒回路に設けられている。この冷媒回路では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。その際、スクロール型圧縮機(10)は、蒸発器から低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、圧縮後の高圧のガス冷媒を凝縮器へ送り出す。
【００４５】
スクロール型圧縮機(10)を運転すると、スライドブッシュ(25)の円筒部(26)と可動スクロール(50)の突出部(53)とが摺動する。本実施形態では、この摺動部分に固定潤滑剤を用いた潤滑部(70)を設けている。この潤滑部(70)の拡大断面を図２に示す。
【００４６】
摺動部材である可動スクロール(50)の突出部(53)の表層には中間層(2)が形成され、その上に固体潤滑剤層(1)が形成されている。固体潤滑剤層(1)は、実質的に、固定潤滑剤であるポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）のみからなっている。ここで実質的にＰＴＦＥのみからなっているというのは、固体潤滑剤層(1)の９０％以上がＰＴＦＥであることである。つまり、不純物が１０％未満含まれていても構わないということである。
【００４７】
このような固体潤滑剤層(1)は、例えばエアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法という）により形成することができる。ＡＤ法とは、真空中において基材に対して目的とする物質の粉末を高速で吹き付けて、基材上に目的物質の膜を形成する方法である。ＡＤ法の成膜条件は、基材は常温、真空度は１Ｔｏｒｒ以上、原料粒子径は２μｍ以下である。ＡＤ法により摺動部材の上にＰＴＦＥの膜を形成すると、ＰＴＦＥ膜は摺動部材に非常に強固に密着するという特徴がある。このように強固に密着するのは、ＰＴＦＥ微粒子を摺動部材に高速で吹き付けたときに、ＰＴＦＥが摺動部材表面に入り込んで摺動部材を形成する物質とＰＴＦＥとが混在した中間層(2)がまず形成され、その上にＰＴＦＥのみからなる固体潤滑剤層(1)が形成されるためと考えられる。つまり、中間層(2)が摺動部材と固体潤滑剤層(1)との密着力を高めていると思われる。なお、図２は模式的に中間層(2)と固体潤滑剤層(1)とを明確に書き分けて示しているが、実際には中間層(2)はその厚み方向において摺動部材を形成する物質とＰＴＦＥとの存在比率が変化しており、中間層(2)と固体潤滑剤層(1)との境界は明確なものではない。
【００４８】
次に、ＡＤ法によって形成されたＰＴＦＥの固体潤滑剤層(1)を有する摺動部材と、固体潤滑剤層(1)を有していない摺動部材との大気中での摺動テストの結果を説明する。
【００４９】
摺動テストは、すべり速度１ｍ／ｓにて、面圧を０から４０ｋｇｆ／ｃｍ２まで１５０分間で連続的に増加させて行った。図３は、摺動テストの結果を示した図である。横軸に摺動時間、縦軸に摩擦係数をとっている。固体潤滑剤層(1)を有するものは図中でＰＴＦＥショットと表示している太線のグラフである。固体潤滑剤層(1)を有するものは、時間と共に摩擦係数が徐々に下がっていき、焼き付きを起こすことはなかった。一方、固体潤滑剤層(1)を有していないアルミ表面が剥き出しの摺動部材は、約７０分まではＰＴＦＥショットよりもやや低い摩擦係数を示していたが、約７０分から摩擦係数が大きくなり、９０分を越えると焼き付きを起こしてしまった。このようにＰＴＦＥの固体潤滑剤層(1)を有する摺動部材は、大気中において優れた摺動性を有している。
【００５０】
次に、従来のバインダを含有する塗布法で形成したＰＴＦＥ潤滑膜と、ＡＤ法によるＰＴＦＥ潤滑膜との潤滑性の比較のテストを行った。この比較は、大気中だけではなく、実際のスクロール型圧縮機(10)の中での使用を想定して、ＨＦＣ冷媒中でも行った。図４にテスト結果を示す。図４の横軸は潤滑膜中のＰＴＦＥ含有率（％）であり、縦軸は焼付き時間比率である。ここで焼付き時間比率とは、潤滑膜がないときの焼き付いてしまうまでにかかった時間を１として、各潤滑膜有りの摺動部材が焼き付いてしまうまでの時間を表したものである。図４から判るように、大気中においてもＨＦＣ冷媒中においてもＰＴＦＥ含有率が大きくなるほど焼付き時間比率が大きくなり、潤滑性が向上している。つまり、ＰＴＦＥ含有量がほぼ１００％のＡＤ法によるＰＴＦＥ潤滑膜は最も潤滑性が大きい。また、大気中に比べてＨＦＣ冷媒中の方が３〜４倍焼付き時間比率が大きく、良好な潤滑性を示している。従って、冷媒の圧縮機においてＰＴＦＥを固体潤滑剤とし且つバインダレスで用いると、潤滑性が非常に向上する。また、固体潤滑剤層(1)と摺動するスライドブッシュ(25)の円筒部(26)の表面は鉄であり、ＨＦＣ冷媒に晒されると表面にフッ化鉄が形成される。このフッ化鉄はＰＴＦＥと相性がいいため、摺動性がより向上する。
【００５１】
本実施形態では、ＰＴＦＥを固体潤滑剤として用い、摺動部材の表面に中間層(2)および固体潤滑剤層(1)を形成しているので、冷媒に晒される摺動部において良好な潤滑性を発揮する。また、ＰＴＦＥが摺動部材に強固に密着してるので、固体潤滑剤層(1)の脱落のおそれがなく、良好な潤滑性が長期に渡って保持される。ＡＤ法により摺動部材の表面に中間層(2)および固体潤滑剤層(1)を形成すると、膜厚を容易にコントロールできるため必要最小限の厚みとすることができ、また低温加工のため、後加工が不要である。従って、低コストで摺動部材を形成できる。
【００５２】
（実施形態２）
実施形態１で説明したスクロール型圧縮機(10)の可動スクロール(50)の可動側平板部(51)下面とフレーム部材(41)上面とが摺動するので、本実施形態ではこの部分に中間層(2)および固体潤滑剤層(1)を設けている。
【００５３】
本実施形態で用いている固体潤滑剤は、ＭｏＳ2である。実施形態１と同様にＡＤ法を用いてＭｏＳ2を摺動部材（この場合は可動平板部(51)）の表面に膜として形成している。
【００５４】
本実施形態においても実施形態１と同様に、固体潤滑剤層(1)が中間層(2)を介して摺動部材に強固に密着しており、冷媒に晒される場所において高い潤滑性を発揮する。また、この高い潤滑性が長期に渡って保持される。さらに、低コストで固体潤滑剤層(1)を形成することができる。
【００５５】
（その他の実施形態）
実施形態１，２では、主軸部(21)はころ軸受(42)および玉軸受(31)が摺動部となって支持されているが、主軸部(21)をジャーナル軸受で支持してもよく、その場合は軸と軸受けの摺動部に中間層(2)と固体潤滑剤層(1)を備えた潤滑部を形成してもよい。また、それら以外の場所でも摺動する部分であれば、同じように中間層(2)と固体潤滑剤層(1)を備えた潤滑部を形成してもよい。
【００５６】
固体潤滑剤としてＰＴＦＥやＭｏＳ2以外に、例えばグラファイトなどを使用しても構わない。
【００５７】
実施形態１，２では、スクロール型圧縮機(10)の摺動部に固体潤滑剤層(1)を設けているが、スクロール型に限定されず、流体を圧縮するどのような形式の圧縮機であってもよい。また流体も冷媒に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、本発明に係る圧縮機は、摺動部表面との密着性が高く且つ高い潤滑性を有する摺動構造を有し、冷媒を圧縮する圧縮機等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１に係る圧縮機の断面図である。
【図２】固体潤滑剤を用いた摺動部の模式的な断面図である。
【図３】固体潤滑剤層の有無による摩擦係数の経時変化の違いを示した図である。
【図４】固体潤滑剤層に含まれるＰＴＦＥの量と焼き付くまでの時間との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１      固体潤滑剤層
２      中間層
１０    スクロール型圧縮機
【図１】
2005320867.tif 000003
【図２】
2005320867.tif 000004
【図３】
2005320867.tif 000005
【図４】
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