(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛２０〜５０重量％を含む炭素質基材の気孔に、ＩＢ族、Ｆｅを除くＶＩＩＩ族及びＳｎから選ばれる１種の金属又はこれらの金属を主にした合金を含浸した円筒形状の部材からなることを特徴とするＣＯ２冷媒圧縮機用軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記部材はショア硬度が６５〜１２０であることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記部材は圧縮強度が２００〜５００ＭＰaであることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記部材は気孔率が０．０５〜２体積％であることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記金属又は合金にＶ及びＴｉの少なくとも一方を０．２重量％以下含む合金からなることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記金属又は合金は、Ｐｂ及びＳｂの少なくとも一方の含有量が各々１重量％以下であることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記合金は、重量で、Ｃｕ８０〜９０％、Ｓｎ５〜１１％及びＺｎ３％以下を含み、Ｐｂ１．０％以下であるＣｕ合金であることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記合金は、重量で、Ｃｕ０．５〜５．０％及びＺｎ２５〜３５％を含むＳｎ合金であることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、前記炭素質基材は、ほぼ最終形状にニアネットシェイプ加工されていることを特徴とするCO2冷媒圧縮機用軸受。
【請求項１０】
回転軸の回転によって駆動する圧縮手段によりCO2冷媒を圧縮するCO2冷媒圧縮機において、前記回転軸を支える軸受は、請求項１〜９のいずれかに記載の軸受より成ることを特徴とするCO2冷媒圧縮機。
【請求項１１】
請求項１０において、前記圧縮手段が、前記回転軸の回転によってシリンダ内を偏心回転するローラによって中間圧とする中間圧圧縮手段と、前記回転軸の回転によってシリンダ内を偏心回転するローラによって前記中間圧を高圧にする高圧圧縮手段とを備えていることを特徴とするCO2冷媒圧縮機。
【請求項１２】
請求項１１において、前記中間圧圧縮手段及び高圧圧縮手段は、前記回転軸に対して上下に配置され、これらの圧縮手段を挟んで一方側に前記軸受を備える仕切部材と他方側に前記軸受を備えたフレームが設けられ、いずれの軸受も圧入によって一体に形成されていることを特徴とするCO2冷媒圧縮機。
【請求項１３】
請求項１０において、前記圧縮手段が、固定スクロールと、該固定スクロールに対向して配置された前記回転軸の回転によって駆動する旋回スクロールとを備えていることを特徴とするCO2冷媒圧縮機。
【請求項１４】
請求項１３において、前記回転軸はフレームに設けられた前記軸受によって支えられ、前記旋回スクロールは該スクロールに設けられた凹部に固定された前記軸受を備え、いずれの軸受も圧入によって一体に形成されていることを特徴とするCO2冷媒圧縮機。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれかに記載のCO2冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする空調機。
【請求項１６】
請求項１０〜１４のいずれかに記載のCO2冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍機。
【請求項１７】
請求項１０〜１４のいずれかに記載のCO2冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，耐摩耗性を向上させた新規なCO2冷媒圧縮機用軸受とこれを用いた圧縮機及び空調機、冷凍機並びに給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒圧縮機では軸受材として鋳鉄や青銅系材料、Ａｌ合金系材料などの金属系、あるいは樹脂系材料及び樹脂と金属の複合材が用いられていた。青銅系材料では多量のＰｂなどを含んでいた。圧縮機以外でもＰｂを含む摺動材は数多く、一般的であった。一方で、軸受に挿入されるシャフトに表面処理を施しカジリを防止していた。鋳鉄以外の軸受材料では、シャフトと異種の材料を用いることによりカジリや摩耗を防止してきた。
軸受材として、特開平２-２４８６７６号公報、特開平２-２７５１１４号公報には、黒鉛を含む炭素材にＡｌを含浸した軸受材が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮機では性能を向上させる為に軸受の負荷が増大してきており、油による潤滑膜が部分的に途切れ軸受とクランクシャフトが局部的に直接接触する所謂境界潤滑状態になりやすくなっている。また、圧縮機の運転開始（起動）時や過大な冷媒の混入によっても境界潤滑となる。こういった境界潤滑において従来の金属系軸受や樹脂系軸受、表面処理シャフトなどは焼付きやカジリ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、軸受部の長さを延長する手段があるが、モータ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。
【０００４】
潤滑性を有するＰｂやＳｂを一成分としている鉛青銅やＳｂ合金、ＰｂあるいはＳｂと炭素の複合材などは、焼付きやカジリを起しにくいことが知られているが、ＰｂやＳｂは環境や人体に対する影響が懸念されている。さらに、ＰＲＴＲ（環境汚染物質排出・移動登録）の法規制対象物質に該当する。また、鉛青銅やＳｂ合金、ＰｂあるいはＳｂと炭素の複合材では該金属の融点が低い事を利用して無潤滑や過酷な条件での摩擦特性を向上させているが、高温での使用や継続して過酷な摺動状態で用いられる部品では摩耗が激しくなる。
【０００５】
また、従来のＡｌを含浸した炭素材からなる軸受はＡｌ以外の金属、含浸後の気孔率、黒鉛含有量についての開示はない。
【０００６】
本発明の目的は、一時的に潤滑油が供給されない可能性のあるCO2冷媒用圧縮機の軸受部において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CO2冷媒圧縮機用軸受とそれを用いた高信頼性かつ長寿命なCO2冷媒圧縮機及びこれを用いた空調機、冷凍機並びに給湯機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、境界潤滑状態に於いても焼付きにくい炭素質基材の含有黒鉛量を摩擦係数が低減ならびに耐摩耗性を高くするように最適化し、炭素質基材の気孔に潤滑油中で油膜を形成させやすくするために金属を含浸し、更にＰｂ及びＳｂ以外の含浸金属の組成及び組織、含浸量を摩擦係数が低減並びに耐摩耗性が得られるように調整したCO2冷媒圧縮機用軸受にあり、摺動特性に優れた特性が得られると共に、それによって信頼性の高いCO2冷媒圧縮機を得ることが出来る。
【０００８】
本発明は、無潤滑や過酷な摺動条件に曝されるＣＯ２冷媒圧縮機において、無潤滑あるいは過酷な摺動状態に於いても摩擦係数が小さく耐摩耗性も良好な炭素質基材と、潤滑油中で用いられる場合に黒鉛２０〜５０重量％を含む炭素質基材に残存する気孔を通して潤滑油が排出され油膜の形成が困難になる事を防止する為、炭素質基材の気孔にＩＢ族、Ｆｅを除くＶＩＩＩ族及びＳｎから選ばれる１種の金属又はこれらの金属を主にした合金を溶融含浸した部材からなるＣＯ２冷媒圧縮機用軸受にある。
【０００９】
更に、前述の金属又は合金は、Ｐｂ及びＳｂの少なくとも一方の含有量の各々が１重量％以下であること、部材のショア硬度が６５〜１２０であることことが好ましい。ショア硬度を６５以上とすることで、無潤滑ある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押さえることができ、高信頼性かつ長寿命なCO2冷媒圧縮機を提供することができる。また、量産性を考慮した場合、ショア硬度が９０以上になると加工性が低下するので、好ましくは９０以下にすることで耐摩耗性を具備しかつ生産性をも兼ね備えたCO2冷媒圧縮機用軸受を提供することができる。
【００１０】
又、本発明は、Ｐｂ及びＳｂの含有量は好ましくは０．５重量％以下、ゼロが最も好ましいが、ＪＩＳ規格材を用いることが生産上好ましい。更に、部材の圧縮強度は２００ＭＰa〜５００ＭＰaとすることが好ましい。圧縮強度を２００ＭＰa以上とすることで、無潤滑ある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押さえることで、高信頼性かつ長寿命なCO2冷媒圧縮機用軸受を提供することができる。また、圧縮強度が５００ＭＰa以上になると加工性が低下するので、量産性を考慮し圧縮強度は５００ＭＰa以下とするのが好ましい。
【００１１】
本発明は、冷媒圧縮機の定常運転状態において潤滑が円滑に行われている場合にも軸受材の気孔を少なく制御するものである。即ち、軸受材として金属又は合金を含浸した黒鉛２０〜５０重量％を含む炭素質基材の気孔率を０．０５〜２体積％、好ましくは０．５〜１．５体積％にすることで潤滑油膜を安定に形成し摩耗を抑制することができる為、長寿命なＣＯ２冷媒圧縮機用軸受が得られる。又、炭素質基材への金属の含浸量として、含浸前の炭素質基材の気孔率を５〜１５体積％とし、前述の０．０５〜２体積％の気孔率となるように金属を含浸させるのが好ましい。
【００１２】
本発明は、黒鉛２０〜５０重量％を含む炭素質基材の気孔に、Ｐｂ及びＳｂの少なくとも一方の各々が１重量％以下であり、Ｐｂ及びＳｂ以外の前述の金属又は合金を含浸した軸受材からなることを特徴とする。
【００１３】
又、本発明は前述の金属又は合金に、Ｖ及びＴｉの少なくとも一方を０．２重量％以下、好ましくは０．０５〜０．１５％添加することで、ＶやＴｉの炭化物（ＶＣ、ＴｉＣ）を作り、炭素質基材との濡れ性を向上させることにより、含浸金属を炭素質基材の気孔に十分に充填できるので、気孔率が少なくなり潤滑油膜をさらに安定に形成することができ、摩耗を抑制できるので、高信頼性のCO2冷媒圧縮機が得られる。
【００１４】
炭素質基材に含浸する金属又は合金の融点は、Ｃｕ系では９００℃以上、好ましくは９００〜１２００℃、より好ましくは９５０〜１０５０℃にすることで、過酷な摺動状態が継続した場合に温度が上昇しても潤滑性と耐摩耗性を維持し冷媒圧縮機の信頼性を高めることができる。
【００１５】
IＢ族はＣｕ、Ａｇ，Ａｕ、VIII族はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔからなるが、Ｃｕ，Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉが好ましい。更に、合金は、重量で、Ｃｕ８０〜９０％、Ｓｎ５〜１１％及びＺｎ３％以下を含み、Ｐｂ１．０％以下、好ましくは０．５％以下であるＣｕ合金が好ましい。又、前記合金は、重量で、Ｃｕ０．５〜５．０％及びＺｎ２５〜３５％を含むＳｎ合金であることが好ましい。これらの金属又は合金は炭素と化合物を形成しにくく、高い耐摩耗性と耐焼付き性を有し、含浸が容易なものである。
【００１６】
炭素質基材には気孔が存在するため潤滑油が、この気孔に流入し、これにより油膜が消失するので、環境及び人体に対する影響が少ないＣｕを含浸する。Ｃｕのみでは含浸部が軟質であり、摩擦によってＣｕの部分が融着しやすいので合金化元素を添加して強化することにより融着さらには摩耗を防止できる。融着がなくなることで境界潤滑状態に於いても摩擦係数を小さくすることができ、これを軸受として用いることで信頼性の高いCO2冷媒圧縮機が得られる。
【００１７】
炭素質基材中の黒鉛は摩擦により薄く劈開することで摩擦係数を低減するとされている。しかし、高荷重において黒鉛の含有量が多いと炭素質基材自体が軟質になり変形抵抗が増大して摩擦が増大し、同時に摩耗が増大するため５０重量％以下、より３５重量％以下が適当である。一方、黒鉛含有量が２０重量％未満では炭素質基材が硬くなり摩擦する相手の金属材を摩滅させる。したがって、黒鉛の含有量を２０〜５０％、好ましくは２０〜３５％にすることで摩擦係数が低く、かつ耐摩耗性の高い軸受が得られ、信頼性の高いCO2冷媒圧縮機を提供することができる。
【００１８】
本発明の軸受の製法は、焼成したブロック形状のカーボン基材に金属を含浸し切削により軸受形状に加工する。この場合、切削量が多く特に炭素質基材のショア硬度が高いとバイトの寿命が短くなり交換頻度が多くコスト高になる。そこで、ニアネットシェイプによりカーボン基材を最初から最終形状の軸受に近い形状に製作した炭素質基材を用いて金属を含浸し、切削量を少なくする方法で軸受を製作することで生産性の高いCO2冷媒圧縮機が得られる。
【００１９】
本発明は、塩素を含まないCO2冷媒を用いたCO2圧縮機用軸受にあり、特にその冷媒自体の摩擦軽減作用が低いため境界潤滑になりやすいことから、境界潤滑に於いても十分な低摩擦、耐摩耗性を有する軸受を用いたことによって、信頼性の高いCO2冷媒圧縮機が得られる。
【００２０】
本発明は、回転軸の回転によって駆動する圧縮手段によりCO2冷媒を圧縮するCO2冷媒圧縮機において、前記回転軸を支える軸受は、前述のCO2冷媒圧縮機用軸受より成ることを特徴とする。
【００２１】
前記圧縮手段が、前記回転軸の回転によってシリンダ内を偏心回転するローラによって中間圧とする中間圧圧縮手段と、前記回転軸の回転によってシリンダ内を偏心回転するローラによって前記中間圧を高圧にする高圧圧縮手段とを備えていること、前記中間圧圧縮手段及び高圧圧縮手段は、前記回転軸に対して上下に配置され、これらの圧縮手段を挟んで一方側に前記軸受を備えた仕切部材と他方側に前記軸受を備えたフレームが設けられ、いずれの軸受も圧入によって一体に形成されていることが好ましい。
【００２２】
又、前記圧縮手段が、固定スクロールと、該固定スクロールに対向して配置された前記回転軸の回転によって駆動する旋回スクロールとを備えていることを特徴とする。前記回転軸は前記軸受を備えたフレームによって支えられ、前記旋回スクロールは該スクロールに設けられた凹部に固定された前記軸受を備え、いずれの軸受も圧入によって一体に形成されていることが好ましい。
【００２３】
本発明は、上述したCO2冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする空調機、冷凍機及び給湯機にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施例１〜１２）
本発明に係る軸受は、最終形状の軸受に近い円筒形状にニアネットシェイプ製作した黒鉛を含む炭素質基材からなる円柱体を、真空炉中で、金属又は合金の素材を入れたるつぼを金属又は合金の溶融温度に対して１００℃高い温度に加熱した溶湯中に浸し、窒素ガスによって加圧して含浸させるものである。その軸受は、いずれもこの含浸後、切削加工によって円筒形状に加工されるが、この切削加工は、ほぼ含浸金属部分の切削で済む少ない切削でできるものである。
【００２５】
表１は、比較例と実施例のショア硬度、及び図２は炭素質基材及び炭素質基材に金属を含浸した材料系において、本発明の軸受材及び比較材のショア硬度と無潤滑状態での摩擦係数との関係を示すものである。図中の三角印は比較例で、黒く塗りつぶしたものは炭素質基材のみの軸受材である。丸印は本発明の実施例である。数字は実施例の番号であり、表１の番号と同一である。無潤滑状態として、冷媒圧縮機に鑑みてCO2の気体中で評価を実施した。軸受材の無潤滑における摩擦係数は、ショア硬度が大きくなるほど小さくなることが分かる。青銅（ＢＣ３）は重量で、Ｓｎ１０％、Ｚｎ２％及びＰｂ０．２％を含み、残部がＣｕである。ホワイトメタル５種（ＷＪ５）は重量で、Ｃｕ２％及びＺｎ２９％を含み、残部がＳｎである。図２に示すように、青銅を含浸させたものは、ショア硬度が６５以上、好ましくは８０以上と硬さが高い方が摩擦係数が小さい。又、ＷＪ５を含浸させたものは同様に摩擦係数が小さい。
【００２６】
尚、炭素質基材の含浸前の気孔率は、体積率で比較例４が１１％、比較例１が１０．３％である。又、その含浸後の気孔率は、体積率で実施例１が１．３％、実施例２が０．４％、実施例３が０．３％、実施例４が１．５％、実施例５が０．７％である。炭素質基材の黒鉛量は、重量で実施例１〜５が３５％、実施例６〜９が４２％である。又実施例１０〜１２の含浸前と含浸後の気孔率及び炭素質基材の黒鉛量は実施例１〜９と同程度であった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
比較例の含浸金属の無い軸受の硬さは、気孔率、黒鉛、ピッチ、タール等の量が異なるものである。気孔率は、後述する図６に示す様に６〜１１％を有し、気孔率が多い程硬さが低くなる。Ｖ及びＴｉ量は、合金に対して各々０．１％である。
【００２９】
図３は、無潤滑中でのショア硬度と固定片摩耗量との関係を示す図である。摩耗試験は、高圧雰囲気摩耗試験機を用い、試験片として固定片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×３６ｍｍ）に炭素質基材、可動片にＳＣＭ４１５の構造用鋼の浸炭焼き入れ材とし、面圧９．８ＭＰａ，摺動速度１．２ｍ/ｓ、CO2冷媒雰囲気中で１０時間行い、試験後の摩耗量を測定した。摩耗量は軸受材の硬さが高いほど少なくなることが分かる。図３においてショア硬度が６５以上、好ましくは８０以上でその軸受材の摩耗量が少ないことが分かる。
【００３０】
図４は、ショア硬度と潤滑油中での摩擦係数との関係を示す図である。ショア硬度が６５以上、好ましくは８０以上で、軸受材は摩擦係数が小さくなる。実施例１は含浸金属として青銅(ＢＣ３)を用いたものであり、潤滑油中の摩擦係数が低い。また、に実施例２や実施例３のように含浸金属の合金にＴｉ又はＶを０．１％添加すると気孔率が小さくなり、油膜保持性が良好になり、さらに摩擦係数が低くなる。
【００３１】
ここで、金属を含浸していない比較例の２、３、４は、ショア硬度が６５以上にもかかわらず摩擦係数が０．１以上と高い。これは、カーボン基材が多孔質であり、潤滑油中での摺動において油が切れて油膜が薄くなり混合潤滑となるためで、好ましくない。また、比較例６は摩擦係数は低いが、含浸材にＰｂが使用されており、環境上好ましくない。従って、金属を含浸した実施例１、２、４〜１２の本発明のショア硬度が６５〜１１０のものは摩擦係数が０．１以下と低いものである。
【００３２】
図５は、ショア硬度とCO2冷媒＋合成油の混合潤滑中で、１．２ｍ/ｓの摺動速度、面圧９８ＭＰａまでを０．１５ＭＰａ/ｓの負荷速度で行なった耐荷重試験による摩耗量との関係を示すものである。青銅(ＢＣ３)を用いたものは、ショア硬度が６５以上、好ましくは８０以上の軸受材は摩耗量が少ない。実施例１は含浸金属として青銅(ＢＣ３)を用いたものであり、潤滑油中の摩耗量が最も少ない。従って、ショア硬度が高いものほど軸受材料として適していることが判った。また、さらに実施例２や実施例３のように含浸金属の合金にＴｉ又はＶを０．１％添加すると気孔率が小さく、油膜保持性が良好になり、さらに摩耗量が少なくなる。
【００３３】
図６は、圧縮強度とCO2冷媒＋合成油の混合潤滑中で１．２ｍ/sの摺動速度で面圧９８ＭＰaまでを０．１５ＭＰa/sの負荷速度で行なった耐荷重試験による摩耗量との関係を示すものである。青銅(ＢＣ３)を用いたものは、圧縮強度が３００以上の軸受材は摩耗量が少ない。実施例１は含浸金属として(ＢＣ３)を用いたものであり、潤滑油中の摩耗量が最も少ない。従って、圧縮強度が高いものほど軸受材料として適していることが判った。さらに、実施例２や実施例３のように含浸金属の合金にＴｉ又はＶを０．１％添加すると気孔率が小さくなり、油膜保持性が良好になり、さらに摩耗量が少なくなる。
【００３４】
図７は、軸受材における残存気孔率と潤滑油中での過酷条件における摩耗試験での摩擦係数との関係を示す図である。潤滑油には合成油を用いた。その油はCO2冷媒に適合したものである。気孔率の測定は、ＦＩＳＯＮＳ社製（(株)アムコ）のポロシメータ２０００型により行った。この方法にて採取した細孔分布曲線から、「累積気孔容積」×「かさ密度」×１００（％）により気孔率を算出した。気孔率が小さいほど油膜保持力が向上し潤滑油中での摩擦係数が小さいことが確認できる。また、青銅にＶ又はＴiを添加した合金を含浸した実施例２、実施例３、実施例８及び実施例９は含浸時にＶやＴｉの炭化物（ＶＣ、ＴｉＣ）を作り、炭素基材と濡れ性が良くなり、Ｖ又はＴiを添加しない実施例１や実施例４に比べ気孔率が小さくなり、潤滑中での油膜保持力が向上し、摩擦係数が小さくなる。このＶ又はＴｉを添加した合金を含浸した炭素基材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、炭素基材と合金との界面にＶやＴｉの炭化物（ＶＣ、ＴｉＣ）が確認された。
【００３５】
図８は、含浸金属の融点と最も過酷な潤滑条件である無潤滑状態での摩擦係数との関係について検討した図である。図中の数字は金属を含浸する前の炭素質基材のショア硬度を示す。含浸する前の炭素質基材の硬さが異なっても含浸金属の違いによる摩擦係数の傾向はほぼ同様であった。図８に示すように、ＰｂやＳｂは２００℃から４００℃程度の低融点金属であり、摩擦係数を低減する効果が確認できた。さらに融点を９００℃以上にしたＣｕやＣｕ合金では低融点金属と同程度の摩擦係数となることが判った。
【００３６】
融点の高い材料としてＣｕを用いたが、他の高融点金属でも含浸が可能であれば、炭素質基材と組み合わせることにより耐摩耗性と低摩擦を実現することができる。本実施例においては、含浸のプロセスとして溶融金属中に炭素質基材を浸漬すると同時に加圧することで、金属を含浸する方法を採用した。このプロセスでは本来できるだけ融点を低くすることが生産性の向上に有効である。したがって、ＣｕにＳｎを添加し若干融点を低くして軸受材を作製した。含浸金属に合金を用いることで含浸金属の強度も向上する為、軸受材全体の硬度向上にも効果がある。さらに、含浸金属に切削性を向上させる元素を添加することで軸受材の摩擦面表面の加工仕上げ状態が平滑かつ良好になり、より信頼性の高い軸受部を構成することが可能である。
【００３７】
図９は、黒鉛を含む炭素質基材を焼成し、これに青銅（ＢＣ３）又はＣｕを含浸した軸受材について各黒鉛含有率と無潤滑摩擦係数との関係を示す図である。Ｎｏ．１は、実施例１であり、番号なしは追加データである。図９に示す様に、摩擦係数は黒鉛含有率が２０〜５０重量％、特に２０〜４０重量％で極小値を示す。
【００３８】
（実施例１３）
図１は、実施例１〜１２の本発明に係るCO2冷媒圧縮機用軸受を用いた２段圧縮機の断面図である。密閉容器1内に電動要素２と圧縮要素３としてシリンダ３−１、３−２、ローラ３−３、３−４が収納され、さらに底部に冷凍機油４が貯留されている。密閉容器１内は仕切部材５により電動要素２を含む上部空間７と圧縮要素３及び冷凍機油４を含む下部空間８に分割されている。冷媒ガスは吸込管９より低圧の状態で上部空間１１に導かれた後、吸込ポート１０より第１のシリンダ３−１に吸込まれ圧縮された後、中間圧の状態で下部空間８に送り出される。さらに第２のシリンダ３−２により中間圧から高圧に圧縮された冷媒は吐出管１２よりサイクルへ送り出される。
【００３９】
仕切部材５及びフレーム１３には鋳鉄が用いられ、前述の本発明の軸受５ｃ及び軸受１３aが圧入によって一体に各々設けられ、循環する潤滑油が供給されている。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が、本発明の円筒状の軸受は仕切部材５の貫通孔に、またフレームの凹部に圧入されることで固定され、2段圧縮機の信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００４０】
以上の実施例１〜１２で明らかなように、本発明の軸受を図１の２段圧縮機の仕切部材５及びフレーム１３に適用した結果、CO2冷媒に対して、従来の単に炭素基材にＰｂやＳｂを含浸した複合材と同等以上の耐摩耗性、寿命を達成できた。
【００４１】
（実施例１４）
図１０は、本発明に係るCO2冷媒圧縮機用軸受を用いたCO2冷媒スクロール圧縮機の断面図である。台板１４ａの旋回軸受１４ｃ及びフレーム１６の軸受１６aに実施例１〜１０に記載の本発明の炭素質基材に金属を含浸した軸受を圧入したものが用いられる。スクロール圧縮機は、密閉容器１の内部に圧縮機構を上方に、モータ１９を下方に配置して、クランクシャフト１７を介して連設される。圧縮機部は台板１５ａに渦巻状のラップ１５bを直立したスクロール部材１５と台板１４ａに渦巻状のラップ１４bを直立した旋回スクロール部材１４を、ラップ１４ｂを互いに噛み合わせて配置し、固定スクロール部材１５の外周部に吸入口１５d、中央部に吐出口１５eを配置している。
【００４２】
クランクシャフト１７はフレーム１６の中央部の軸受１６ｃに支承され、クランクシャフト１７の先端に突出したクランク１７ａが旋回スクロール部材１４の旋回軸受１４cに挿入され係合している。自転防止機構としてのオルダム継ぎ手１８は旋回スクロール部材１４が固定スクロール部材１５に対し、自転することなく旋回運動をする継ぎ手で、旋回スクロール部材１４の台板１４aの背面キー溝１４dとフレーム１６の台座キー溝の問に係合している。そこで、下方のモータ１９によりクランクシャフト１７が回転すると、クランク１７ａの偏心回転により、旋回スクロール部材１４は自転することなく、固定スクロール部材１５に対し旋回運動を行い、吸入口１５dより吸い込んだ冷媒ガスは圧縮され、吐出口１５eより圧縮ガスを吐出することになる。
【００４３】
台板１４ａには旋回軸受１４ｃ及びフレーム１６には軸受１６ｃが各々設けられ、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。しかし、本発明の円筒状の軸受は台板１４ａの凹部及びフレーム１６の貫通孔に各々圧入されることで固定され、スクロール圧縮機の信頼性及び耐久性を向上させることができる。従って、台板１４ａ及びフレーム１６には本発明の軸受が一体に形成され、いずれも鋳鉄又はＳｉを５〜１５重量％含むＡｌ基合金によって構成される。
【００４４】
本発明に係る軸受は、前述の実施例１〜１２に記載と同様である。このスクロール圧縮機を給湯機に装備し、冬期の使用にて評価した。高圧雰囲気下、かつCO2冷媒が圧縮機内に集中し、潤滑油の濃度が低下する過酷な条件においても、軸受部のカジリによる圧縮機の動作停止や摩耗による性能の低下は無く良好であった。
【００４５】
（実施例１５）
本発明の実施例１〜１２に記載の軸受材をレシプロ型のCO2冷媒圧縮機に装備したが、冷凍サイクルに封入する潤滑油を通常の４分の１にした場合においても冷媒を圧縮する作用に遜色はなかった。したがって、レシプロ圧縮機の通常の使用に際してはより信頼性が向上したと判断できる。
【００４６】
潤滑油には冷凍サイクルの雰囲気中において冷媒が溶解している。冷媒の溶解量は、冷媒及び潤滑油の組合せにより異なるが、通常は圧力が高いほど溶解量は増大する。潤滑油の粘度は溶解量の増大に伴い小さくなるため、圧力の高い雰囲気では摩擦摺動が過酷になる。冷媒圧縮機の摺動部なかでも軸受に供給される潤滑油は、冷媒圧縮機の内部に溜められて種々の方法で摺動部に循環供給される。従って、本発明の軸受は、潤滑油の冷媒溶解状態の差異に起因する摺動条件の制約に影響されないので、広い範囲で適用することができた。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように，本発明によれば、潤滑油の供給が困難もしくは一時的に潤滑油が供給されない可能性のある高圧のCO2冷媒用圧縮機の軸受部において耐環境性の良い材料を用いて摩耗や焼付きを防止し，圧縮機全体としても耐久性を著しく高めることが出来る。また，突発的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、ニアネットシェイプにより機械加工を少なくでき生産性を高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る２段圧縮機の断面図である。
【図２】  本発明の軸受材のショア硬度と無潤滑での摩擦係数との関係を示す図である。
【図３】  本発明の軸受材のショア硬度と無潤滑での固定片摩耗量との関係を示す図である。
【図４】  本発明の軸受材のショア硬度と潤滑油中の摩擦係数との関係を示す図である。
【図５】  耐荷重試験における本発明の軸受材のショア硬度と潤滑油中の摩耗量との関係を示す図である。
【図６】  耐荷重試験における本発明の軸受材の圧縮強度と潤滑油中の摩耗量との関係を示す図である。
【図７】  本発明の軸受材の気孔率と軸受材の潤滑油中での摩擦係数との関係を示す図である。
【図８】  含浸材の融点と摩擦係数との関係を示す線図である。
【図９】  黒鉛含有率と無潤滑での摩擦係数との関係を示す図である。
【図１０】  本発明に係るスクロール圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１…密閉容器、２…電動要素、３…圧縮要素、３−１、３−２…シリンダ、３−３、３−４…ローラ、４…冷凍機油、５…仕切部材(主軸受を兼ねる)、５ａ…軸受、６…圧力調整弁、７…上部空間、８…下部空間、９…吸込み管、１０…吸込みポート、１１、１２…吐出管、１３…フレーム、１４…旋回スクロール、１４ａ…台板、１４ｂ…ラップ、１４ｃ…旋回軸受、１４ｄ…背面キー溝、１５…固定スクロール、１５ａ…台板１５ｂラップ、１５ｄ…吸入口、１５ｅ…吐出口、１６…フレーム、１６ｃ…軸受、１７…クランクシャフト、１７ａ…クランク、１８…オルダム継ぎ手、１９…モータ、２０…バランスウエイト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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