(57)【要約】【課題】ＨＦＣ系若しくはＨＣ系冷媒のような塩素を含まない冷媒において、一時的に潤滑油が供給されない可能性のある状態においても軸受部の摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有する軸受材を用いた高信頼性かつ長寿命な密閉型冷媒圧縮機を安価で提供することである。【解決手段】冷凍サイクル用の密閉型冷媒圧縮機において、前記回転軸及びクランクに対する少なくとも一方の軸受は平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を円筒形状に成形した軸受ブッシュを軸受部材に圧入後、表面を仕上加工した部材を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸のクランクにより駆動される圧縮手段により冷媒を圧縮し、液化と蒸発を繰り返す冷凍サイクルの冷媒圧縮機において、前記回転軸及びクランクに対する少なくとも一方の軸受は、バックメタル層と固体潤滑剤を分散させた銅系合金焼結層の二層構造からなる、円筒形状に成形した巻ブッシュを軸受材として用いたことを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】
請求項１に示す銅系焼結合金は銅及び錫からなることを特徴とした密閉型圧縮機。
【請求項３】
請求項１に示す軸受材に含まれる固体潤滑剤は、グラファイトで形成されることを特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
【請求項４】
冷媒としてＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒を用いたことを特徴とする請求項１記載の密閉型冷媒圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
密閉型冷媒圧縮機では、地球環境対応として冷媒のＨＦＣ化及び自然冷媒化に伴い、圧縮機運転雰囲気で圧縮機内部は高圧となり軸受の負荷が増大してきており、潤滑油による潤滑膜が途切れ軸受と回転軸とが局部的に直接接触するゆえ、境界潤滑状態になりやすくなっている。また、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となる。こういった境界潤滑状態において、従来の金属軸受，樹脂軸受，表面処理シャフト等は焼付き，齧り付きが発生しやすかった。軸受の負荷を軽減する方法として軸受の内径を大きくし、または軸受の長さを延長する手段があるが、電動機を内蔵する密閉型の圧縮機では軸受に要する空間に制限があるため限界があった。
【０００３】
軸受部の耐摩耗，耐焼付き性向上の手段として、スクロール型圧縮機の旋回スクロールを支持する軸受部についてであるが、以下のような例が知られている。起動時の油切れを解決手段として特許文献１においては、メタル軸受への給油を速くするために保油部を設けることが示されている。また、特許文献２には油含浸させたセラミック材で軸受を構成する方法が示されている。
【０００４】
また、特許文献３には旋回スクロールを駆動する偏心ブッシュ機構の材料として、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標、以下同じ））系樹脂等の自己潤滑性材料を使用して構成し、金属接触を回避し焼付きを生じさせない手段が示されている。また、特許文献４には境界潤滑状態においても焼付きにくい炭素質基材の気孔に潤滑油中で油膜を形成されやすくするために青銅合金を含浸し、更に青銅合金の組成及び組織，含浸量を摩擦係数の低減並びに耐摩耗性が得られるように調整することで、摺動特性に優れた軸受が得られ、信頼性の高い冷媒圧縮機を得ることができる。さらには無潤滑或いは過酷な摺動条件に曝される冷媒圧縮機において、無潤滑或いは過酷な摺動状態においても摩擦係数が小さく耐摩性も良好な炭素質基材と潤滑油中で用いられる場合に、炭素を含む炭素質基材に残存する気孔を通じて潤滑油が排出され油膜の形成が困難になることを防止するため、炭素質基材に青銅合金を溶融含浸した部材を用いて冷媒圧縮機の軸受部を構成し、無潤滑或いは過酷な摺動条件において摩擦係数を小さく保ち、かつ摩耗も最小限に抑えることで高信頼性かつ長寿命な冷媒圧縮機を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−７０６８２号公報（特許文献１）
【特許文献２】特開昭６３−２６８９９３号公報（特許文献２）
【特許文献３】実開昭５９−１１４４７７号公報（特許文献３）
【特許文献４】特開２００２−２１３３５６号公報（特許文献４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２において、セラミックでブッシュタイプの軸受を構成する場合、その脆性により薄い形状にできないこと、また加工が困難であること、高価である等の欠点を持つ。さらに同公報には従来例として銅，アルミ，錫，鉛をベースとした金属系の軸受表面に四弗化エチレンや二硫化モリブデン等の自己潤滑剤を塗布または含浸する方法が示されているが、ベースが金属であるため油切れが発生した場合、金属同士が接触することとなり耐摩耗，耐焼付き性が十分とはいえない。また、自己潤滑剤は表面に塗布したり表面から含浸させたりするため摺動により脱落しやすく、長期間にわたって十分な効果を発揮しがたいという欠点があった。
【０００７】
また、特許文献３は、旋回スクロールを駆動する偏心ブッシュ機構の材料に自己潤滑性材料を使用して金属接触を回避し焼付きを生じさせない手段が示されているが、ＰＴＦＥ（テフロン）は高温において熱変形クリープを起こしやすい。圧縮機の軸受周囲温度は１００℃前後であるが、ブッシュ自身は摺動による発熱のため、周囲温度よりもかなり高い温度となり、この温度で負荷を受けるとクリープを起こすことになる。変形強度を増すために、焼結合金にＰＴＦＥ（テフロン）を含浸する手段も示されているが、この方法では先に述べたように金属接触が避けられない。
【０００８】
また、特許文献４は高信頼性かつ長寿命な冷媒圧縮機を提供できるが、軸受材料費のコストＵＰの問題が生じる。
【０００９】
本発明は、ＨＦＣ系若しくはＨＣ系冷媒のような塩素を含まない冷媒中において、一時的に潤滑油が供給されない可能性のある状態においても軸受部の摩耗や焼付きを防止し、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有する軸受材を用いた高信頼性かつ長寿命な密閉型冷媒圧縮機を安価で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題の具体的解決手段は下記の通りである。
（１）回転軸のクランクにより駆動される圧縮手段により冷媒を圧縮し、液化と蒸発を繰      り返す冷凍サイクルの冷媒圧縮機において、前記回転軸及びクランクに対する少な      くとも一方の軸受は、バックメタル層と固体潤滑剤を分散させた銅系合金焼結層の      二層構造からなる、円筒形状に成形した巻ブッシュを軸受材として用いたことを特      徴とする冷媒圧縮機。
（２）請求項１に示す軸受材に含まれる固体潤滑剤としては、グラファイトで形成される      ことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
（３）請求項１に示す軸受材に含まれる固体潤滑剤は、グラファイトで形成されることを      特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
（４）冷媒としてＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒を用いたことを特徴とする請求項１記載の密閉      型冷媒圧縮機。
【００１１】
本発明の圧縮機に封入される冷媒はＨＦＣ系若しくはＨＣ系冷媒のような塩素を含まない冷媒であり、冷媒に潤滑性を求めることはできない。境界潤滑状態においても焼付きにくい材料としてカーボン素材が上げられるが非常に高価であり硬度が低いと摩耗量の増加に繋がる場合がある。また、カーボン素材は焼結材料であり、空孔があると冷凍機油が空孔に浸透してしまい油膜形成能力が落ちるため、空孔含浸が必要となる。含浸材料としては鉛，アンチモン等が低融点材料としてあげられるが、いずれも管理物質であり、現在では青銅を含浸材料とすることが多い。軸受材料としては青銅含浸カーボンが耐摩耗性，耐焼付き性に優れているが非常に高価である。低コストの軸受材料としては巻きブッシュが上げられるが、通常のものは合金焼結材に樹脂をコーティングしたものが一般的である。しかし、樹脂コーティングでは高負荷条件での運転の場合、摺動部の焼付きが発生してしまう。
【００１２】
その改善策として、青銅合金焼結材にグラファイトを固体潤滑剤として含有させることで青銅含浸カーボン材と同様の効果を狙う。
【００１３】
これは、圧縮機の圧縮時における流体圧力の作用で回転軸が傾き軸受で片当たり状態となり、油膜が形成できない状態においても青銅合金の中にはグラファイトが一様に分布しているため、その固体潤滑作用で摩耗，焼付きを防止することができる。また、起動時等の無潤滑状態など摺動条件が厳しい場合、摺動熱によりブッシュが高温状態になっても、変形，劣化を生じることなく信頼性の高い軸受を提供できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、潤滑油の供給が困難若しくは一時的に潤滑油が供給されない可能性のある密閉型冷媒圧縮機の軸受部において、潤滑性に優れる材料を用いることで摩耗や焼付きを防止し圧縮機としても耐久性を著しく高めることができる。また、突発的な給油不足にも対応し空調機，冷凍機及び給湯機の信頼性向上に極めて有用である。更に、機械加工性が良好なため量産性に対応でき、コストの低下を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の軸受ブッシュ材を使用したスクロール型圧縮機の縦断面模式図である。
【図２】本発明の軸受ブッシュ材の内部構成を示す部分断面図である。
【図３】本発明の軸受ブッシュ材を構成する青銅粉末の耐摩耗性を確認するため、各種金属及び合金材料について実施した摩耗試験結果を示したものである。
【図４】本発明の軸受材の耐焼付き性及び耐摩耗性の評価結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
まず密閉型圧縮機の一種であるスクロール型圧縮機を例に説明する。スクロール型圧縮機は密閉容器（１）の内部に圧縮機構を上方に、モータ（８）を下方に配置してクランクシャフト（６）を介して連設される。圧縮機部は鏡板（４ａ）に渦巻状のラップ（４ｂ）を直立した固定スクロール（４）と、鏡板（３ａ）に渦巻状のラップ（３ｂ）を直立した旋回スクロール（３）をラップを互いに噛み合わせて配置し、固定スクロール（４）の外周部に吸入口（４ｃ）及び中央部に吐出口（４ｄ）を配置している。クランクシャフト（６）はフレーム（５）の中央の軸受部（５ａ）に支承され、クランクシャフト（６）の先端に突出したクランク（６ａ）が旋回スクロール（３）の軸受部（３ｃ）の挿入され係合している。自転防止機構としてオルダム継手（７ａ）は、旋回スクロール（３）が固定スクロール（４）に対し自転することなく旋回運動させる継手で、旋回スクロール（３）の鏡板（３ａ）の背面キー溝（３ｄ）とフレーム（５）のキー溝（５ｃ）に係合している。そこで下方のモータ（８）によりクランクシャフト（６）が回転すると、クランク（６ａ）の偏心回転により旋回スクロール（３）は自転することなく固定スクロール（４）に対し旋回運動を行い、吸入口（４ｃ）より吸い込んだ冷媒ガスは圧縮され吐出口（４ｄ）より圧縮ガスを吐出することになる。旋回スクロール（３）には軸受部（３ｃ）、及びフレーム（５）には軸受部（５ａ）が各々設けられて、いずれも循環する潤滑油が供給されているが、起動時や冷媒の吐出圧力が高い場合には潤滑油の供給が不足して摩耗や焼付きなどの損傷が発生しやすい。
【００１８】
図２に示すように本発明の軸受ブッシュ材は、裏金（９）の表面に合金焼結層として青銅合金粉末（１０）と固体潤滑材料としてグラファイト（１１）を含浸焼結した構造となっている。このような構成の軸受ブッシュ素材は円筒形状に加工されて巻ブッシュ（３ｅ），（５ｂ）となり、旋回スクロール（３），フレーム（５）に圧入後、研削加工によりその表面を適量除去され、所定の寸法精度に仕上げられる。前記巻ブッシュ（３ｅ），（５ｂ）は、その摺動面はグラファイトであるため固体接触した場合でも回転軸の表面と巻ブッシュ（３ｅ），（５ｂ）の表面とは完全な金属接触とならず、焼付きが発生しにくくなる。また、本発明の軸受は裏金（９）上に青銅合金粉末（１０）とグラファイト（１１）を含浸焼成した構造となっているため、板厚も１.５〜３.０mmで構成できるし圧入時のカケや割れもない。したがって、軸受ブッシュをセラミックやカーボンのむく材で構成した場合に比べ薄く構成できる。
【００１９】
密閉型冷媒圧縮機の軸受周囲温度は１００℃前後で、実際の軸受部は周囲温度より数十℃高く１２０〜１６０℃であり、一般的な巻きブッシュでは自己潤滑性のある樹脂としてＰＴＦＥが軸受に使用されている。しかし圧縮機の起動時のように無潤滑状態で高い面圧がかかると軸受部の温度は２００℃以上となり、ＰＴＦＥ系等の樹脂では熱変形により軸受強度は著しく低下する。本発明の軸受ブッシュは、青銅合金に固体潤滑剤としてグラファイトを含有させ、耐熱性と自己潤滑性をもたせた含浸焼成を行っているので起動時の無潤滑状態でも摩耗したり焼付いたりしないだけでなく、熱変形も起こさない。従って、起動時の無潤滑状態など摺動条件が厳しい場合、摺動熱により軸受ブッシュ材が高温状態になっても変形や劣化を生じることがなく、信頼性の高い軸受を提案できる。
【００２０】
図３は合金焼結層である青銅合金粉末（１０）の性能評価を目的として炭素質基材に各種合金を含浸したもの（表１参照）について、Ｒ４１０Ａ冷媒＋ＰＯＥ油の混合潤滑中において１.２ｍ／ｓの摺動速度，面圧を１００ＭＰａまで０.１５ＭＰａ／ｓの負荷速度で負荷した耐荷重試験後の摩耗量を示すものである。
【００２１】
焼結金属を青銅（銅９０％，錫１０％）を用いたものは摩耗量が最も少ない。他にもＳｂや青銅＋Ｖ，Ｔｉがあるが、ＳｂはＰＲＴＲ法の該当物質であること、Ｖ及びＴｉはコスト高となることから、合金焼結層は青銅合金が望ましいと考えられる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図４は潤滑層として本発明のグラファイト含有銅系焼結材（実施例２）と、ＰＴＦＥ樹脂を含有した軸受ブッシュ材（比較例９）について耐荷重試験後の試験片の摩耗量を纏めた結果である。試験条件は、最大面圧：９８Ｎ，過重負荷速度０.１５ＭＰａ，速度１.２ｍ／ｓ，雰囲気温度８０℃，冷媒：Ｒ４１０Ａ及び冷凍機油：ＰＯＥ油の条件で実施した。その結果、固定片の摩耗量を比較すると実施例２では２０.２μｍに対して比較例９は３３.７μｍであり、本実施例のグラファイト含有銅系合金焼結材を有する軸受ブッシュ素材は、比較例に対して摩耗量が約２／３以下に抑えられている。
【００２４】
以上、上述した軸受ブッシュ材を軸受材として使用すれば、塩素を含まないために潤滑性が劣るＨＦＣ冷媒やＨＣ冷媒を使用する密閉型冷媒圧縮機への適用が可能であり、かつ圧縮機の高性能及び高信頼性化を提供できる。さらに、上述の密閉型冷媒圧縮機を用いた空調機，冷凍機及び給湯機への適用が可能であると共に、高性能及び高信頼性化を提供できる。
【符号の説明】
【００２５】
１  密閉容器
２  バランスウエイト
３  旋回スクロール
３ａ，４ａ  鏡板
３ｂ，４ｂ  ラップ
３ｃ，５ａ  軸受部
３ｄ，５ｃ  キー溝
３ｅ，５ｂ  巻ブッシュ
３ｆ，５ｄ  軸受材
４  固定スクロール
４ｃ  吸入口
４ｄ  吐出口
５  フレーム
６  クランクシャフト
６ａ  クランク
７  オルダムリング
７ａ  オルダム継手
８  モータ
９  裏金
１０  青銅合金粉末
１１  グラファイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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