(57)【要約】【課題】表面改質は部分的な改質によって効率や耐久性を向上できる重要な技術ではあるが、スクロール圧縮機のオルダムキーまたは旋回スクロールについては新たな表面改質が求められ、表面改質によって圧縮機の摺動部材の耐久性を向上することを目的とする。【解決手段】基材と、基材に分散した硬質粒子と、少なくとも摺動部分に酸素濃度が３〜３０ｗｔ％、好ましくは５〜２０ｗｔ％の酸化皮膜を形成したことにより、適度に形成された酸化被膜と硬質粒子によって相手部材に対する非凝着性が向上するので、摺動部材の耐久性は向上することとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、基材に分散した硬質粒子と、少なくとも摺動部分に酸素濃度が３〜３０ｗｔ％、好ましくは５〜２０ｗｔ％の酸化皮膜を形成した圧縮機の摺動部材。
【請求項２】
硬質粒子はＨｖ７００〜３０００、好ましくはＨｖ１０００〜２０００であり、表層部における硬質粒子の濃度は１０〜３０ｗｔ％である請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項３】
硬質粒子の露出面と酸化皮膜の表面が同一面にある請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項４】
基材はアルミニウムであり、硬質粒子はシリコンであるアルミニウム−シリコン系合金を用いた請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項５】
シリコンとして研削粉などの超微細粉を有する請求項４に記載の圧縮機の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍サイクルや空調システムなどに使用されている圧縮機の摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の圧縮機の摺動部材としてはスクロール圧縮機に関するものが開示されている。例えば、銀粒子を分散した陽極酸化処理皮膜をアルミ同志の「ともがね」部分であるオルダムキーまたは旋回スクロールの表面の少なくとも一方に施しているものがあった（特許文献１参照）。また、可動スクロールの少なくともキー溝部又はオルダムリングの少なくとも上面のキーを二硫化モリブデンを含浸させた硬質アルマイトで被覆しているものもある（特許文献２参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機を示すものである。図４に示すように、オルダム継手１のキー状突起２には銀粒子が分散した陽極酸化処理皮膜３が形成されている。
【特許文献１】特開平７−７７１８０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３２６１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、前記従来の構成では、確かに含浸された銀粒子の効果によって従来の陽極酸化処理皮膜よりは摺動特性は向上するが、高負荷域ではその効果は十分得られない。
【０００５】
陽極酸化処理皮膜は安定した酸化皮膜であるため油の濡れ性は決して良くはない。そのため、高負荷域では油切れが起きて陽極酸化処理皮膜と相手部材の構成材料であるアルミニウム合金との摺動に移行しやすくなる。その摺動は摩擦係数が高く、消費電力の増大を招くものである。
【０００６】
更に、陽極酸化処理皮膜は相手材料である、より低硬度なアルミニウム合金を攻撃し、その摩耗を増大させるだけでなく、陽極酸化処理皮膜に分散した銀粒子はアルミニウム合金と溶着しやすく、その摩耗を更に増大させるものである。
【０００７】
従って、高負荷域では銀粒子を分散させた陽極酸化処理皮膜は、スクロール圧縮機の消費電力の増大や寿命の低下を招く恐れがある。
【０００８】
以上より、表面改質は部分的な改質によって効率や耐久性を向上できる重要な技術ではあるが、スクロール圧縮機のオルダムキー又は旋回スクロールについては新たな表面改質が求められている。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、硬質粒子と酸化被膜を適度に用いて耐久性が高い圧縮機の摺動部材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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の摺動部材は、基材と、基材に分散した硬質粒子と、少なくとも摺動部分に酸素濃度が３〜３０ｗｔ％、好ましくは５〜２０ｗｔ％の酸化皮膜を形成したものである。
【００１１】
これによって、適度に形成された酸化被膜は、基材を相手部材から遮断して相手部材との凝着を防止して硬質粒子のブリッジ作用すなわち相手部材を支持する作用を強化することになり、摺動部材の耐久性を向上するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の圧縮機の摺動部材は、一時的に潤滑油不足が起きる始動運転や除霜運転などの過渡運転に強い圧縮機を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、基材と、基材に分散した硬質粒子と、少なくとも摺動部分に酸素濃度が３〜３０ｗｔ％、好ましくは５〜２０ｗｔ％の酸化皮膜を形成したことにより、適度に形成された酸化被膜が基材を相手部材から遮断することになり、摺動部材の非凝着性が向上して過渡運転に強い圧縮機を供給できる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の硬質粒子をＨｖ７００〜３０００、好ましくはＨｖ１０００〜２０００、表層部における硬質粒子の濃度を１０〜３０ｗｔ％とすることにより、硬質粒子が相手部材を支えるブリッジ作用が強化されることになり、摺動部材の耐焼付き性が向上して圧縮機の運転範囲を拡大できる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明の硬質粒子をその露出面を酸化皮膜の表面と同一面にすることにより、酸化被膜の粗さが油保持作用を発揮することになり、摺動部材の油膜形成能力が向上して低摩擦になり圧縮機の消費電力を低減することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１の発明の圧縮機の摺動部材を基材はアルミニウムであり、硬質粒子はシリコンであるアルミニウム−シリコン系合金を用いたことにより、摺動部材が軽くなり、圧縮機運転の高速化によって能力制御幅を拡大できる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第４の発明のシリコンをその研削粉などの超微細粉を有するものとすることにより、超微細なシリコンが酸化被膜を強化することになり、摺動部材のドライにおける耐久性が向上して圧縮機の用途を拡大することができる
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。
【００１９】
図１において、４は密閉容器、５は吸入管、６は吐出管である。密閉容器４内には圧縮機構部７とモータ部（図示せず）が内蔵されている。圧縮機構部７はフレーム８に固定された固定スクロール９と、固定スクロール９に対向配置された旋回スクロール１０と、旋回スクロール１０とフレーム８との間に設けられたオルダムリング１１と、モータ部に連結されているクランク軸１２より構成されている。
【００２０】
固定スクロール９は鏡板９ａ、はね９ｂ、吸入ポート９ｃ、吐出ポート９ｄから構成され、吸入ポート９ｃには吸入管５が接続されている。図２に旋回スクロール１０の断面図を示す。旋回スクロール１０は鏡板１０ａ、１０ｂ、はね１０ｃ、軸受１０ｄから構成され、はね１０ｃの高さは固定スクロール９のはね９ｂの高さより低く設定されている。また、フレーム８には環状溝１３にシール部材１４が設けられ、シール部材１４の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール１０は固定スクロール９に押付けられ、旋回スクロール１０と固定スクロール９の軸方向の隙間がシールされている。
【００２１】
ここで、固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端に押付けられて摺働する旋回スクロール１０の鏡板１０ａの表層部における断面組織を図３に模式的に示す。鏡板１０ａには酸化被膜１５が形成されている。
【００２２】
旋回スクロール１０はアルミニウム−シリコン合金１６よりなり、軟質基材であるアルミニウム１７に、Ｈｖ１１００〜１５００の硬質粒子である共晶シリコン１８が析出分散し、その平均粒子径はφ３〜５μｍである。なお、硬質粒子の硬度としてはＨｖ７００未満では、その変形の影響が現れて十分なブリッジ作用が得られない。またＨｖ３０００を超えると硬過ぎて相手攻撃性が現れてくる。硬質粒子としてはＨｖ１０００〜２０００が適度な硬度である。
【００２３】
アルミニウム１７の酸化被膜１５は酸素濃度が３〜３０ｗｔ％、好ましくは５〜２０ｗｔ％であり、アルミニウム１７を固定スクロール９の鏡板９ａやはね９ｂの先端から遮断している。酸化被膜１５の酸素濃度は３ｗｔ％未満であると薄すぎてアルミニウム１７の遮断効果が得られない。また３０ｗｔ％を超えると厚すぎて粗くなり攻撃性が現れてくる。酸化被膜１５としては５〜２０ｗｔ％が適度な酸素濃度である。
【００２４】
また、鏡板１０ａには共晶シリコン１８が露出していると共に、その研削粉１９が酸化被膜中に埋め込まれて分布している。表面に露出している共晶シリコン１８はシリコン濃度で１０〜３０ｗｔ％であり、その露出面は酸化被膜１５の表面と粗さの範囲内で同じ面位置にある。シリコン濃度は１０ｗｔ％未満では固定スクロール１０を支持するためには少な過ぎる。また３０ｗｔ％を超えると粗さが過大となり酸化被膜１５を効果的に使えなくなる。なお、酸化被膜の粗さはＲｚ０．２〜１．０である。
【００２５】
次に、動作について説明する。
【００２６】
モータ部の回転はクランク軸１２を介して旋回スクロール１０に伝達され、オルダムリング１１と協働して旋回スクロール１０を旋回運動させる。この旋回運動によって互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール１０と固定スクロール９のはね１０ｃ、９ｂは吸入管５から吸入ポート９ｃを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は吐出ポート９ｄから密閉容器４内に吐出され、吐出管６から密閉容器４外に導き出される。密閉容器４内は高圧になっている。
【００２７】
さて、冷凍サイクルや空調システムにおいては、始動運転や除霜運転で潤滑油が一時的にスクロール圧縮機の密閉容器４の外部に流出してしまい、短時間ではあるが密閉容器４の内部は潤滑油不足の状態になる。その間、スクロール圧縮機の運転に従い吐出圧力は上昇し、シール部材１４の内側の圧力はそれに伴い上昇して旋回スクロール１０は固定スクロール９に押付けられ、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端が潤滑油不足下で摺動することになる。しかし、鏡板１０ａの表面にある適度に形成された酸化被膜１５が潤滑油不足下で作用し、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９との凝着を防止することができる。従って、確実で滑らかなスクロール圧縮機の過渡運転ができるものである。
【００２８】
また、高負荷時においてはシール部材１４の内側に過大な圧力が発生し、旋回スクロール１０は固定スクロール９に強く押付けられ、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端の摺動は厳しくなる。しかし、適度に分散する共晶シリコン１８の露出面と酸化被膜１５の表面が同一面位置であるため、潤滑油が酸化被膜１５の粗さの中に保持されて高負荷においても鏡板１０ａに油膜が形成され、低摩擦な摺動が実現できる。従って、高負荷においてもスクロール圧縮機を高効率で運転できる。
【００２９】
更に負荷が高くなると油膜切れが起きる。しかし、鏡板１０ａに適度に露出した共晶シリコン１８が固定スクロール９を支持し凝着を防止するため焼付くことなく運転できる。従って、スクロール圧縮機の運転可能な負荷領域を更に拡大できる。
【００３０】
また、アルミニウム−シリコン合金１６で軽量であることに加えて研削による共晶シリコン粉１９が鏡板１０ａを覆うため、カーエアコン用圧縮機のように極めて短時間に最大回転数まで加速されるような場合でも焼き付くことなく運転できる。その耐焼付き性の高さからドライ運転を含め、スクロール圧縮機の用途を拡大できる。
【００３１】
以上述べてきたことは、旋回スクロール以外の摺動部材である固定スクロール、オルダムリングや軸受が一体となったフレームについても同様の作用効果が得られるものである。
【００３２】
また、レシプロ型圧縮機においては、コネクティンングロッドの軸受やピストンなどの摺動部材、ロータリ圧縮機においては、特にスライディングベーン型ロータリ圧縮機のシリンダなどの摺動部材についても同様の作用効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、硬質粒子と酸化被膜によって耐久性の高い摺動面を形成するものであり、冷凍設備または給湯設備並びに自動車用空調機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態における旋回スクロールの断面図
【図３】本発明の実施の形態における旋回スクロールの断面組織図
【図４】従来の旋回スクロールの断面図
【符号の説明】
【００３５】
１０  旋回スクロール
１０ａ  鏡板
１５  酸化被膜
１６  アルミニウム−シリコン合金
１７  アルミニウム
１８  共晶シリコン
１９  共晶シリコンの研削粉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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