(57)【要約】【課題】黒鉛形状を片状黒鉛や球状黒鉛でなく、芋虫黒鉛にすることにより、鋳物摺動部材の強度を向上させることとなり、高信頼性の圧縮機の摺動部材、および、高信頼性の圧縮機を提供する。【解決手段】摺動部材の基地組織を構成するパーライト率が３０％以上、黒鉛の７０％以上が芋虫黒鉛で、残りが球状黒鉛にすることにより、黒鉛による切り欠き効果を低減させることとなり、摺動材特性が向上し、高信頼性の摺動部材、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。【選択図】図２
2013217302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材の基地組織を構成するパーライト率が３０％以上、黒鉛の７０％以上が芋虫黒鉛で、残りが球状黒鉛ある摺動部材。
【請求項２】
摺動部材表面にリン酸塩皮膜を形成した請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
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、前記圧縮要素は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に一体に形成され、他方が前記軸受部に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、前記偏心軸と平行に配置され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結するコンロッドと、を備え、レシプロ型の圧縮要素を形成し、前記クランクシャフト、前記ピストン、前記コンロッドの少なくともひとつに、請求項１もしくは２に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項４】
粘度グレードＶＧ１０以下のオイルを用いた請求項３に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物製品、例えば、ピストンやクランクシャフト等の素材の組織を改質した摺動部材と、冷蔵庫やエアーコンデンサー等に使用される圧縮機と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧縮機は、圧縮機のブロックやクランクシャフトなどの構部材として、ねずみ鋳鉄（ＦＣ）や球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）が多く使用されており、機械加工性や潤滑特性に優れた摺動部材、および、圧縮機についての記載がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の摺動材、および、圧縮機を説明する。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の縦断面図、図５は、特許文献１に記載された従来の摺動部材のねずみ鋳鉄組織の模式図である。
【０００５】
図４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と、を収容している。
【０００６】
次に、圧縮要素６の詳細を以下に説明する。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
ボアー１２の端面はバルブプレート１８で封止されている。
【００１１】
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。
【００１２】
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に挟持される。
【００１３】
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の少なくとも１つにねずみ鋳鉄を用いている。
【００１４】
また、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５では、摺動部材の組織の一例として、素地のパーライトにフェライトと散在した片
状黒鉛を形成している。
【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。
【００１８】
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に伝達されてピストン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。このとき、圧縮室１３内の圧力と密閉容器１内の吸入圧力の差圧がピストン１５に加わり、構造物内も繰返し荷重を受ける。
【００１９】
これらの構造物材、すなわち、クランクシャフト７、ピストン１５等の少なくとも１つに、Ｃｕを添加したねずみ鋳鉄を用いた。ここで、Ｃｕの添加量を０．１〜１．０％の間とした。
【００２０】
図５において、ａは片状黒鉛、ｂはパーライト組織である。ねずみ鋳鉄に銅Ｃｕを添加することにより、鋳鉄組織のパーライト化率がアップし、組織が緻密となるとともに片状黒鉛が低減され、切欠き効果が少なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平７−３３２２３８号公報
【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、前記従来の摺動部材としてねずみ鋳鉄は片状黒鉛が散在し、これが切欠き効果となって材料強度の低下を招く課題を有していた。
【００２３】
また、ねずみ鋳鉄における片状黒鉛を球状化した球状黒鉛鋳鉄とすることにより、切欠き効果を小さくして強度向上できることが知られているが、硬度も硬くなり加工性の低下が著しくなる課題を有していた。
【００２４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、素材の組織を制御することにより切削加工性を向上させ、疲労強度が向上す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】
【００２５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の摺動部材は、摺動部素材に黒鉛の７０％以上を芋虫黒鉛とした鋳鉄を用いることで、加工性を向上させ、かつ、疲労強度も向上させることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の摺動部材、および、圧縮機は、摺動部素材の組織の７０％以上を芋虫黒鉛でその他は球状黒鉛を形成し、基地組織の３０％以上をパーライトとしたことにより、適度な黒鉛の散在により疲労強度を向上させることとなり、高信頼性の摺動部材、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】本発明の実施の形態１における圧縮機の摺動部材の組織状態図
【図３】ねずみ鋳鉄と芋虫黒鉛鋳鉄のＳ−Ｎ曲線図
【図４】従来の圧縮機の縦断面図
【図５】従来の圧縮機の摺動部材のねずみ鋳鉄組織の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
請求項１に記載の発明は、摺動部材の基地組織を構成するパーライト率が３０％以上、黒鉛の７０％以上が芋虫黒鉛で、残りが球状黒鉛ある摺動部材にすることより、切欠き効果を低減させることとなり、強度が向上するため信頼性の高い摺動部材を形成することができる。
【００２９】
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、摺動部材表面にリン酸塩皮膜を形成することにより、オイルの保持力を高め、摺動部の摩耗を防止するため、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３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、前記圧縮要素は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に一体に形成され、他方が前記軸受部に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、前記偏心軸と平行に配置され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結するコンロッドと、を備え、レシプロ型の圧縮要素を形成し、前記クランクシャフト、前記ピストン、前記コンロッドの少なくともひとつに摺動部材を用いたことにより、黒鉛形状を芋虫または球状とした摺動部材により、加工性や疲労強度高め、また、リン酸塩皮膜によりオイルとのぬれ性を良化させ、耐摩耗性に優れた圧縮機を提供することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、粘度グレードＶＧ１０以下のオイルを用いたことにより、低粘度オイルにおいても摺動部表面のリン酸塩皮膜のすべり特性や芋上黒鉛の散在による母材の硬化により、摺動特性や耐摩耗性に優れた信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
（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、本発明の実施の形態１における圧縮機の摺動部材の組織状態図、図３は、ねずみ鋳鉄と芋状黒鉛鋳鉄のＳ−Ｎ曲線図であり、疲労強度を示している。
【００３４】
図１から図２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、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と、を収容している。
【００３５】
次に、圧縮要素１０７の詳細を以下に説明する。
【００３６】
クランクシャフト１０８は、回転子１０５を圧入固定した主軸１０９、および、主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０からなり、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、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。
【００４１】
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に挟持される。
【００４２】
ピストン１１９とボアー１１３、主軸１０９と軸受部１１４、偏心軸１１０とコンロッド１２２は、相互に摺動部を形成するとともに、それぞれの摺動部材の少なくとも一方に、芋虫黒鉛鋳鉄１３０とリン酸塩皮膜１２７を形成している。
【００４３】
ここでは、ピストン１１９を例にとって詳しく述べることにする。
【００４４】
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はパーライト率が３０％、黒鉛の７０％が芋虫黒鉛で、残りが球状黒鉛で形成された鋳鉄の摺動面に、多孔質結晶体であるリン酸塩皮膜１２７を形成している。
【００４５】
以上のピストン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。
【００４６】
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はクランクシャフト１０８を回転させ、偏心軸１１０の偏心運動が連結手段であるコンロッド１２２からピストンピン１２１を介してピストン１１９を駆動する。これにより、ピストン１１９はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ１２５を通じて密閉容器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。
【００４７】
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。
【００４８】
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（図示せず）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。
【００４９】
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。
【００５０】
このような場合においても、リン酸塩皮膜１２７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、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、オイル切れが生じても高強度な芋虫黒鉛鋳鉄１３０により摩耗しにくく、割れ難いことより、高効率で高信頼性の圧縮機を提供することができる。
【００５１】
次に、摺動部材の組織状態を図２を用いて、また、ねずみ鋳鉄と芋虫黒鉛鋳鉄のＳ−Ｎ曲線図は図３を用いて、説明する。
【００５２】
図２において、ｘは芋虫黒鉛、ｙは球状黒鉛、ｚはパーライト組織である。３０％のパーライト組織上に７０％の芋虫黒鉛と残りが球状黒鉛が散在している。パーライト率を極力おさえることにより、素地の硬度を低減させることとなり、加工性を向上させ、片状でない黒鉛形状を散在することにより、切欠きにより強度低下をなくし疲労強度を向上させることができる。
【００５３】
図３に１．８ｋｇｆの荷重のハンマーでの繰り返し衝撃による結果を示す。この結果から、ねずみ鋳鉄より芋虫鋳鉄の方が疲労強度は高いことがわかる。これは黒鉛形状が芋虫黒鉛になることにより、ねずみ鋳鉄特有の片状による切欠き効果が減少し、疲労強度が向上したものと推察する。
【００５４】
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。
【００５５】
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り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。
【００５６】
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。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態においては、芋虫黒鉛鋳鉄１３０とリン酸塩皮膜１２７の多孔質膜により、オイル１０３の保持力を高めることとなり、オイル１０３によるピストン１１９がボアー１１３との接触や摩耗が低減され、高信頼性の圧縮機を提供することができる。
【００５８】
なお、本発明の実施の形態においては、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るので、本発明の効果が顕著になる。
【００５９】
また、本発明の実施の形態においては、ピストン１１９の摺動部に芋虫黒鉛鋳鉄を形成されたものを例にとって詳しく述べたが、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、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、偏心軸１１０とコンロッド１２２の摺動部においても、相当の作用効果が得られるものである。
【００６０】
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。
【００６１】
以上のように、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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、高信頼性が可能となるので、冷蔵庫、冷凍ショーケース、除湿機、エアーコンディショナーや自動販売機などに用いられる密閉型圧縮機等に適用できる。
【符号の説明】
【００６３】
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
１２６  サクションマフラー
１３０  芋虫黒鉛鋳鉄
ｘ  芋虫黒鉛
【図１】
2013217302.tif 000003
【図２】
2013217302.tif 000004
【図３】
2013217302.tif 000005
【図４】
2013217302.tif 000006
【図５】
2013217302.tif 000007