(57)【要約】【課題】摺動面に設けたＶ溝構造により、オイルの流れを制限し、すべり特性の優れた高信頼性の摺動部材と、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供する。【解決手段】摺動部材であるピストン１１９の表面に、ピストン１１９の摺動方向に延出するＶ溝１２７を、所定の間隔で複数配列形成することにより、オイル１０３の乱流を防ぎ、流体摩擦の低減を図ることができた。その結果、摺動特性が向上し、耐摩耗性に優れた摺動構造が得られ、圧縮機の信頼性を高めることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材の表面に、摺動方向に延出し、かつオイルが流れるＶ溝を、所定の間隔で複数配列させた摺動部材。
【請求項２】
前記摺動部材の表面に、前記Ｖ溝と交差する交差溝を設けた請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記摺動部材の表面に、リン酸塩皮膜を形成した請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
密閉容器内に、オイルを貯留するとともに圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、前記主軸を回転自在に軸支する軸受部と、一方が前記クランクシャフトと一体に形成され、他方が前記軸受部と一体に形成されたスラスト部と、シリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記ピストンに固定されたピストンピンと、前記偏心軸と前記ピストンを連携するコンロッドを備えたレシプロ型の圧縮要素とし、前記ピストンを、請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材とした圧縮機。
【請求項５】
前記オイルを、粘度グレードＶＧ１０以下のオイルとした請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮要素を駆動する電動要素を備え、前記電動要素を、少なくとも電動周波数以下の運転周波数を含む運転周波数でインバーター駆動するようにした請求項４または５に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製品例えばピストン等の摺動面に、耐摩擦性および初期なじみ性の優れたＶ溝を設け、そのＶ溝構造にリン酸塩皮膜を形成した摺動部材と、冷蔵庫やエアーコンデンサー等に使用される圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を減らすために、高効率の圧縮機の開発が進められている。
【０００３】
従来、圧縮機のピストン等の摺動面に、リン酸塩皮膜を形成することやショットピーニング加工で表面を梨地にし、摺動部材同士の初期なじみを良好にした摺動部材および圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来の摺動部材および圧縮機を説明する。
【０００５】
図７は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の縦断面図、図８は、特許文献１に記載された従来の摺動部材の要部断面図である。
【０００６】
図７に示すように、密閉容器１は、底部にオイル２を貯留するとともに、固定子３および回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される往復式の圧縮要素６を収容している。
【０００７】
次に、圧縮要素６の詳細を以下に説明する。
【０００８】
クランクシャフト７は、回転子４を圧入固定した主軸部８および、主軸部８に対し偏心して形成された偏心軸９を備え、さらに給油ポンプ１０を設けている。
【０００９】
また、シリンダーブロック１１は、略円筒形のボアー１２からなる圧縮室１３を形成するとともに、主軸部８を軸支する軸受部１４を設けている。
【００１０】
ボアー１２に遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して、偏心軸９との間を連結手段であるコンロッド１７によって連結されている。
【００１１】
ボアー１２の端面は、バルブプレート１８で封止されている。
【００１２】
また、ヘッド１９は、高圧室（図示せず）と低圧室（図示せず）を形成し、バルブプレート１８の反ボアー１２側に固定される。
【００１３】
サクションチューブ２０は、密閉容器１に固定されるとともに、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスを密閉容器１内に導く。サクションマフラー２１は、バルブプレート１８とヘッド１９に挟持されている。
【００１４】
クランクシャフト７の主軸部８と軸受部１４、ピストン１５とボアー１２、ピストンピン１６とコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心軸９とコンロッド１７とは、相互に摺動部を形成し、摺動部を構成する摺動部材は、どちらか一方の摺動部表面に多孔質結晶体のリン酸塩皮膜２２を形成している。
【００１５】
図８では、摺動部の一例として、ピストン１５とボアー１２で形成される摺動部を示しており、ピストン１５の摺動部表面に、多孔質のリン酸塩皮膜２２を形成している。
【００１６】
以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１７】
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に供給され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４は、クランクシャフト７を回転させ、偏心軸９の偏心運動が連結手段であるコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５に伝達される。これにより、ピストン１５はボアー１２内を往復運動する。そして、サクションチューブ２０を通じて密閉容器１内に導かれた冷媒ガスは、サクションマフラー２１から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。
【００１８】
オイル２は、クランクシャフト７の回転に伴い、給油ポンプ１０から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１５とボアー１２の摺動部においては、多孔質結晶体である酸化皮膜２２によりオイルが保持され、シールの役割を果たす。
【００１９】
ここで、ピストン１５とボアー１２とは、漏れ損失を小さくするために、非常に狭いクリアランスで遊嵌されている。その結果、ピストン１５とボアー１２の形状、精度のばらつきによっては、部分的に相互接触を起こす部位が生じることもある。
【００２０】
しかしながら、リン酸塩皮膜２２をピストン１５の摺動面に形成することで、ピストン１５が上死点ならびに下死点において速度が零となった場合においても、ピストン１５の表面に形成したリン酸塩皮膜２２により、ボアー１２との金属接触を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】国際公開第２００７／１２６２３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記従来の摺動部材をオイルの粘度が高い環境下で使用する場合は、リン酸塩皮膜の多孔質結晶体の形状を生かし、また、ショットピーニング加工にて梨地状にすることにより、オイルの保持性を得ることができたが、オイルの粘度による流体摩擦抵抗が大きいため、摺動損失が生じるという課題を有していた。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、オイルの流れを制御することにより、摺動特性を向上させる摺動部材を提供し、信頼性の高い高効率の圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、摺動部材表面に、摺動方向へ延出するＶ溝を一定の間隔で配列形成したものである。
【００２５】
この構成により、オイルの流れを制御することができ、摺動損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、摺動時におけるオイルの乱流を摺動方向に制御させることにより、流体抵抗を低減させることができる。また、摺動方向に対して垂直に交差溝を設けることにより、
Ｖ溝に沿って流れてきたオイルを、交差溝にて溜められたオイルの壁と衝突させ、その衝突により、高密度なオイルの膜を形成することができる。このオイル膜により、密閉空間を形成する摺動部の密閉性が向上するため、高摺動性の摺動部材および高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図
【図２】図１におけるＡ部の拡大図
【図３】図２におけるＢ部の表面図
【図４】図３におけるＣ部の断面図
【図５】同実施の形態１における摺動特性図
【図６】同実施の形態１におけるレシプロ型圧縮機の特性図
【図７】従来の圧縮機の縦断面図
【図８】従来の摺動部材の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
請求項１に記載の発明は、摺動部材の表面に、摺動方向に延出し、かつオイルが流れるＶ溝を、所定の間隔で複数配列させたものである。
【００２９】
かかることにより、摺動時におけるオイルの乱流を摺動方向に制御することができ、その結果、オイルの流体抵抗を低減し、すべり特性が優れた信頼性の高い摺動部材を形成することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記摺動部材の表面に、前記Ｖ溝と交差する交差溝を設けたものである。
【００３１】
かかることによって、Ｖ溝に沿って流れてきたオイルを、この交差溝で溜めることができる。その結果、摺動面に介在するオイル膜の密度が確保でき、高密度なオイルの膜による密閉性に優れた摺動構成が得られる、信頼性の高い摺動部材を構成することができる。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記摺動部材の表面に、リン酸塩皮膜を形成したものである。
【００３３】
かかる構成によれば、前記リン酸塩皮膜の多孔質結晶体によって金属接触を防ぎ、オイルの保持力を高め摺動部の摩耗を防止することができる。したがって、さらに信頼性の高い摺動部材を構成することができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明は、密閉容器内に、オイルを貯留するとともに圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、前記主軸を回転自在に軸支する軸受部と、一方が前記クランクシャフトと一体に形成され、他方が前記軸受部と一体に形成されたスラスト部と、シリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記ピストンに固定されたピストンピンと、前記偏心軸と前記ピストンを連携するコンロッドを備えたレシプロ型の圧縮要素とし、前記ピストンを、請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材とする圧縮機である。
【００３５】
かかることにより、前記Ｖ溝によってオイルを制御することで、オイルの流体抵抗を抑えることができる。また、摺動方向に対して交差する交差溝により溜められたオイルの壁とＶ溝に沿って流れてきたオイルとの衝突により高密度なオイルの膜を形成することができることから密閉性を向上することができる。さらに、リン酸塩皮膜による多孔質結晶体によって金属接触を防止し、オイルの保持力を高めることができるため、摺動特性や耐摩
耗性に優れた信頼性高い圧縮機を提供することができる。
【００３６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記オイルを、粘度グレードＶＧ１０以下のオイルとしたものである。
【００３７】
かかることにより、低粘度オイルにおいても摺動部表面のＶ溝や交差溝、リン酸塩皮膜により、オイルの流体抵抗を抑え、オイルによる密閉性を高めることができ、また、金属接触を抑えた信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００３８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記圧縮要素を駆動する電動要素を備え、前記電動要素を、少なくとも電動周波数以下の運転周波数を含む運転周波数でインバーター駆動するようにしたものである。
【００３９】
かかることにより、摺動部表面のリン酸塩皮膜によるオイルの保持力が高いことにより、駆動スピードが遅い場合においても流体潤滑状態を保つことができる。そのため、さらに耐摩耗性に優れ、かつ冷凍能力の高い圧縮機を提供することができる。
【００４０】
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この発明が限定されるものではない。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図、図２は、図１におけるＡ部の拡大図、図３は、図２におけるＢ部の表面図、図４は、図３におけるＣ部の断面図である。図５は、同実施の形態１における摺動特性図、図６は、レシプロ型圧縮機の特性図である。
【００４２】
図１から図４において、密閉容器１０１内には、Ｒ１３４ａからなる冷媒ガス１０２を充填するとともに、底部にはＶＧ１０のエステル系からなるオイル１０３を貯留している。また、固定子１０４および回転子１０５からなる電動要素１０６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素１０７を収容している。
【００４３】
次に、圧縮要素１０７の詳細を説明する。
【００４４】
クランクシャフト１０８は、回転子１０５を圧入固定した主軸１０９と、主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０を具備し、下端にはオイル１０３に連通する給油ポンプ１１１を設けている。
【００４５】
鋳鉄からなるシリンダーブロック１１２は、略円筒形のボアー１１３と主軸１０９を軸支する軸受部１１４とを形成している。
【００４６】
また、回転子１０５にはフランジ面１１５が形成され、軸受部１１４の上端面は、スラスト部１１６になっている。フランジ面１１５と軸受部１１４のスラスト部１１６の間には、スラストワッシャ１１７が挿入されている。そして、フランジ面１１５、スラスト部１１６および、スラストワッシャ１１７でスラスト軸受部１１８を構成している。
【００４７】
漏れ損失を小さくするために、ある一定量のクリアランスを保ってボアー１１３に遊嵌されたピストン１１９は、鋳鉄または鉄系の材料からなり、ボアー１１３とともに圧縮室１２０を形成し、ピストンピン１２１を介して連結手段であるコンロッド１２２によって偏心軸１１０と連結されている。ピストン１１９とボアー１１３は、例えば直径の差で５μｍ〜１５μｍ程度のクリアランス寸法で遊嵌されている。
【００４８】
ボアー１１３の端面は、バルブプレート１２３で封止されている。また、ヘッド１２４は、高圧室（図示せず）と低圧室（図示せず）を形成し、バルブプレート１２３の反ボアー１１３側に固定されている。サクションチューブ１２５は、密閉容器１０１に固定されるとともに、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス１０２を密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１２６は、バルブプレート１２３とヘッド１２４に挟持されている。
【００４９】
ピストン１１９とボアー１１３、主軸１０９と軸受部１１４、スラスト部１１６とスラストワッシャ１１７、ピストンピン１２１とコンロッド１１２、偏心軸１１０とコンロッド１２２は、相互に摺動部を形成し、それぞれの摺動部材の少なくとも一方に、断面形状において、底面より開口面が広いＶ字状のＶ溝１２７を形成している。
【００５０】
ここでは、摺動部材として、ピストン１１９を例にとって詳しく述べることにする。
【００５１】
ピストン１１９とボアー１１３が相互に形成する摺動部のうち、ピストン１１９の摺動面（表面）には、摺動部方向に延出するＶ溝１２７を一定間隔に配列させ、また、摺動方向に対してピストントップ部近くに、Ｖ溝１２７と交差する交差溝１２８を、ピストン１１９の外周を一周した環状に設け、さらに、多孔質結晶体であるリン酸塩皮膜１２９を形成している。
【００５２】
本実施の形態１においては、開口面が０．３から０．７ｍｍのＶ溝１２７を０．１から１．０ｍｍの間隔で配列し、リン酸塩皮膜１２８の膜厚が０．５μｍ以上としたものである。
【００５３】
上記構成のピストン１１９を組み混んだレシプロ型の圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００５４】
商用電源（図示せず）から供給される電力は、電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５の回転に伴い、クランクシャフト１０８が回転し、偏心軸１１０が旋回運動する。偏心軸１１０の旋回運動は、連結手段であるコンロッド１２２によって往復運動に変換され、ピストンピン１２１を介してピストン１１９を駆動する。したがって、ピストン１１９は、ボアー１１３内を往復運動し、この動作に伴ってサクションチューブ１２５を通じ、密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガス１０２は、サクションマフラー１２６から吸入され、圧縮室１２０内で圧縮される。
【００５５】
オイル１０３は、クランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１１９とボアー１１３の間においては、シールの役割を果たす。
【００５６】
圧縮室１２０内で圧縮された冷媒ガス１０２は、ディスチャージチューブ（図示せず）を通って冷凍サイクル内（図示せず）に排出され、冷凍サイクル内を循環して、再びサクションチューブ１２５より密閉容器１０１内に導かれる。
【００５７】
ピストン１１９がボアー１１３内で往復圧縮運動をする際、ピストン１１９とボアー１１３のクリアランスが非常に狭いため、ピストン１１９とボアー１１３の形状、精度のばらつきによっては、部分的に相互接触を起こす部位が生ずることもある。こういった場合においても、リン酸塩皮膜１２９による多孔質結晶体によりオイル１０３の保油力を高めることができる。その結果、ピストン１１９とボアー１１３の摺動部は、常に流体潤滑状態となり、摩耗しにくく、また、Ｖ溝１２７によりオイルの流動性が向上し、交差溝１２
８が、Ｖ溝１２７に沿って流動してきたオイルを堰止めることにより、オイルの密度を向上し、高効率で高信頼性の圧縮機を提供することができる。
【００５８】
以上の圧縮機としての効率の詳細については、後述する。
【００５９】
次に、摺動部材表面にＶ溝１２７を一定の間隔に配列させた摺動部材についてＶ溝１２７の角度とピッチについて説明する。摺動部材表面において、摺動方向に高さが０．５ｍｍで、ピッチが０．３から０．７ｍｍのＶ溝１２７を、０．３ｍｍの間隔で配列させた摺動部材の摺動特性について、Ｒ１３４ａからなる冷媒とＶＧ１０のエステル系からなるオイルの共存下での鉄系試験片を、１．０ｍ／ｓの速度で摺動させ、鋳鉄の板材を１００Ｎで押し付けることによる流体摩擦試験にて評価を行った。Ｖ溝１２７の幅と摺動摩擦の関係を、図５を参照しながら説明する。
【００６０】
図５において、横軸にＶ溝１２７の幅を示し、縦軸に摺動摩擦係数を示している。この試験において、ピッチ幅が大きくなることにより摺動係数が良化していることが判る。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態１におけるＶ溝１２７を一定間隔に形成した摺動部材（ピストン１１９）を組み込んだ圧縮機の特性について説明する。
【００６２】
本実施の形態１における摺動部材を用いた圧縮機と従来の圧縮機の特性比較を、図６に示す。
【００６３】
本実施の形態１におけるピストン１１９を圧縮機に組み込んでおり、ピストン１１９とボアー１１３のクリアランスは、従来の圧縮機と同一にしている。
【００６４】
図６より、本発明の実施の形態１における摺動材を用いた圧縮機の方が従来例の圧縮機に比べて平均値で効率が高いことが判る。
【００６５】
レシプロ型の圧縮機においては、ピストン１１９が上死点ならびに下死点に位置したときには速度が零となり、論理的に油圧が発生せず油膜が形成されなくなるため、この上死点ならびに下死点において金属接触が生じることが多い。
【００６６】
またピストン１１９が上死点付近にあるときは、ピストン１１９が圧縮された高圧冷媒によって大きな圧縮荷重を受け、この圧縮荷重はピストンピン１２１、コンロッド１２２を介してクランクシャフト１０８に伝わり、クランクシャフト１０８が反ピストン１１９方向へ傾斜する。クランクシャフト１０８が傾斜すると、ボアー１１３の中でピストン１１９が傾斜し、その結果、ピストン１１９がボアー１１３と接触し摩耗が生ずる。
【００６７】
しかしながら、本実施の形態１においては、リン酸塩皮膜１２７の多孔質膜により、オイル１０３の保持力を高めることができ、ピストン１１９とボアー１１３との接触や摩耗が、オイル１０３によって低減される。また、オイル１０３の流れ方向が摺動方向に制限され、ピストン１１９のトップ部近傍に形成された交差溝１２８とＶ溝１２７との作用により、ピストン１１９とボアー１１３との間に高密度なオイルの壁ができるため、すべり特性が優れ、高信頼性の圧縮機を提供することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態１においては、一定速度のレシプロ型の圧縮機について述べたが、インバーター化に伴って圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを切るような超低速運動においても流体潤滑を成立することができ、顕著な効果が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態１においては、ピストン１１９の摺動部表面にＶ溝１２７を摺動方
向で、かつ一定の間隔に配列させ、リューブライト処理したものを例に詳しく述べたが、相互に摺動部を形成しているクランクシャフト１０８の主軸１０９と軸受部１１４、あるいは、回転子１０５のフランジ面１１５とスラストワッシャ１１７、さらに、軸受部１１４の上端面のスラスト部１１６とスラストワッシャ１１７、また、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、さらに、偏心軸１１０とコンロッド１２２で形成されるそれぞれの摺動部においても、同様にＶ溝１２７と交差溝１２８を形成することができ、同様の作用効果が期待できるものである。
【００７０】
さらに、本実施の形態１においては、スラスト軸受部１１８を、フランジ面１１５とスラスト部１１６、及びスラストワッシャ１１７にて構成したものを例にして説明したが、クランクシャフト１０８の主軸１０９と偏心軸１１０との間のフランジ部１３１の反偏心軸１１０側に設けられたクランクシャフト１０８のスラスト面１３２と、軸受部１１４のスラスト部１１６でスラスト軸受部を構成し、ここにＶ溝１２７と交差溝１２８を形成した場合においても、同様の作用効果が期待できる。
【００７１】
なお、冷媒ガス１０２は、Ｒ６００ａ、Ｒ２９０、及びこれらを含んだ混合冷媒、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０であれば同等の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明は、高い信頼性を持った摺動部材とすることが可能であり、その摺動部材を組み込んだ高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０１  密閉容器
１０３  オイル
１０７  圧縮要素
１０８  クランクシャフト
１０９  主軸
１１０  偏心軸
１１２  シリンダーブロック
１１４  軸受部
１１６  スラスト部
１１９  ピストン
１２１  ピストンピン
１２２  コンロッド
１２７  Ｖ溝
１２８  交差溝
１２９  リン酸皮膜
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013057287.tif 000007
【図８】
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【図３】
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【図４】
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