(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部とを備え、前記圧縮機構部および／または前記電動機構部の回転部材を支持する軸受けが、前記冷媒を含有した潤滑油によって潤滑される冷媒圧縮機において、
前記軸受けの摺動部材は、重量比３〜１５％のＳｎを含有し、かつＰｂを含有しないアルミニウム合金により形成され、
前記アルミニウム合金は、その組織が粒界を有しないように鋳造、圧延して得られたものであることを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機構部の回転部材が、揺動スクロールであることを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
【請求項３】
前記電動機構部の回転部材が、該電動機構部の電動モータの軸または電動モータの軸と連接された連動軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
前記摺動部材は、重量比１〜９％のＳｉ、重量比０．５〜３％のＣｕおよび重量比０．１〜１％のＣｒのうち少なくとも一つをさらに含有するものであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
前記冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項６】
前記潤滑油は、エステル系合成油またはエーテル系合成油であることを特徴とする請求項５に記載の冷媒圧縮機。
【請求項７】
前記潤滑油は、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないものであることを特徴とする請求項５に記載の冷媒圧縮機。
【請求項８】
前記潤滑油は、極圧添加剤を含まないものであることを特徴とする請求項６または７に記載の冷媒圧縮機。
【請求項９】
前記電動機構部の回転中心軸が重力方向に延在するように、配置されるものであることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項１０】
前記電動機構部の回転中心軸が水平方向に延在するように、配置されるものであることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項１１】
前記電動機構部の駆動軸の、該電動機構部の電動モータの両側にそれぞれ突出する軸部分が、前記軸受けによって支持されていることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項１２】
前記軸受けが、前記２つの軸部分のうち少なくとも一方の軸部分を支持するすべり軸受けであることを特徴とする請求項１１に記載の冷媒圧縮機。
【請求項１３】
前記潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された、前記圧縮機構部内部の圧力差による差圧ポンプであることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項１４】
前記潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された遠心ポンプまたは容積型ポンプであることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機。
【請求項１５】
冷媒圧縮機を用いた冷凍機において、
前記冷媒圧縮機は、請求項１から１４のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機であり、かつ、Ｐｂ非含有の構成部品のみを用いたことを特徴とする冷凍機。
【請求項１６】
冷媒圧縮機を用いた空調機において、
前記冷媒圧縮機は、請求項１から１４のうちいずれか一つに記載の冷媒圧縮機であり、かつ、Ｐｂ非含有の構成部品のみを用いたことを特徴とする空調機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒圧縮機並びにこの冷媒圧縮機を用いた冷凍機および空調機に関し、詳細には、冷媒圧縮機に用いられる軸受けを改良した冷媒圧縮機並びにこの冷媒圧縮機を用いた冷凍機および空調機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール形冷媒圧縮機は、例えば図６の縦断面図に示すように、導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機構部とを備え、これらの全部または一部は密閉容器内に収容されている。
【０００３】
圧縮機構部は、渦巻ラップ２ａを有する揺動スクロール２と、容器に固定された固定スクロール１とを対向して組み合わせたものである。揺動スクロール２の台板の、渦巻ラップ２ａが形成された面と反対側の面４ａは、フレーム３との間に配された摺動部材であるスラスト軸受け４に当接するスラスト面であり、その略中心部分には軸２ｂが形成され、この軸２ｂは、電動モータ７により回転駆動される主軸５の、摺動部材５ｃを備えた揺動軸受け５ｄによって支持されている。
【０００４】
揺動スクロール２は、このスラスト軸受け４により、軸２ｂの方向に支持される。また、揺動スクロール２は、摺動部材５ｃを介して主軸５の偏心部と係合しており、主軸５の回転とオルダム継手６による自転抑制作用とによって、固定スクロール１に対する揺動運動を行うことにより、冷媒の圧縮作用が行われる。
【０００５】
主軸５は、フレーム３との間に配設された、摺動部材３ｂを備えた主軸受け３ａによって径方向に支持されるとともに、フレーム３と、電動モータ７の軸方向反対側に配設された、摺動部材８ａを備えた副軸受け８によって径方向に支持されている。また、副軸受け８は、容器の下部の油溜部に貯留している潤滑油９に浸かり、潤滑油９は、主軸５の回転による遠心ポンプ作用により、主軸５内部に形成された給油孔５ｂを通じて、偏心部に穿孔された給油穴５ａまで汲み上げられ、主軸受け３ａ、揺動軸受け５ｄおよびスラスト軸受け４に供給される。なお、図中の矢印は、このスクロール形冷媒圧縮機内部の冷媒を含有した潤滑油９の流れを示すものである。
【０００６】
副軸受け８、主軸受け３ａ、揺動軸受け５ｄおよびスラスト軸受け４にはそれぞれ、前述した摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４が設けられており、これらの摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４は、潤滑油９によって潤滑される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮機内部に液状の冷媒が導入された場合や、圧縮機の長期の運転停止により圧縮機内部の冷媒が凝縮して液化している場合は、潤滑油９は液状の冷媒によって過剰に希釈されてその粘度が低下し、あるいは、潤滑油９に溶け込んでいる冷媒が発泡して、給油路中においてベーパーロックが発生し、潤滑油９の供給量が著しく低下する場合がある。
【０００８】
そしてこのように、潤滑油９の供給が低下すると、摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４では油膜切れを生じて境界潤滑状態に陥り、焼付き異常摩耗が生じるおそれがある。そこでこのような場合にも、過渡的な短時間では焼付や異常摩耗を生じないように、摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４には、低摩擦係数を維持できる材料として、銅系、アルミ系、樹脂系、カーボン系、セラミック系等の材料が使用されており、さらに軸受け特性を向上させるために、鉛（Ｐｂ）が含有されている。
【０００９】
特にアルミ鉛合金材は、軸材である鉄系材料に対して、耐焼付特性が良好で摺動部材の材料として優れているだけでなく、高強度で合金厚を薄く構成できるために、コンパクトかつ加工性が良好であり、しかも安価である等の多くの好適な特性を有し、冷媒圧縮機の軸受け摺動部材の材料として広く用いられている。しかし、鉛は有害物質であるため、使用製品を廃棄処理する場合に、周囲環境を汚染しないように、特別な注意が必要であり、また、製品加工時の切削屑等についても十分な注意を払う必要がある。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、従来と同等以上の軸受け摺動特性を維持しつつ、鉛を含有しない軸受け摺動部材を使用して、製品の加工時や廃棄時に周囲環境を汚染せず、信頼性が高く、高性能かつ安価な冷媒圧縮機、並びにこの冷媒圧縮機を搭載した冷凍機および空調機を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る冷媒圧縮機は、導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部とを備え、前記圧縮機構部および／または前記電動機構部の回転部材を支持する軸受けが、前記冷媒を含有した潤滑油によって潤滑される冷媒圧縮機において、前記軸受けの摺動部材は、重量比３〜１５％のＳｎ（錫）を含有し、かつＰｂ（鉛）を含有しないアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする。ここで、冷媒を含有した潤滑油とは、冷媒が溶け込んでいる潤滑油を意味する。
【００１２】
このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、軸受けの摺動部材が鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。一方、鉛を除いた摺動部材は鉛のなじみ性を失うため、焼付耐力が低下することになるが、鉛に代えて、低融点軟質金属である錫を重量比３〜１５％配合することにより、摺動部材の焼付耐力を従来と同等に維持することができ、従来と同等の信頼性を確保することができる。
【００１３】
なお、錫が重量比３％未満では充分ななじみ性が得られず、重量比１５％を超えるとアルミ合金の硬さが低下して、軸受けとしての強度が低下するため、重量比３％〜１５％であるこの発明の冷媒圧縮機は、なじみ性と強度を両立することができる。また、鉛と錫の共晶合金の融点は１８３度であるのに対して、錫単独の融点は２３２度であるため、鉛を含まない合金であるこの発明の冷媒圧縮機は、耐熱性が向上する。
【００１４】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、圧縮機構部の回転部材は、揺動スクロールであることを特徴とする。このように構成された発明によれば、揺動スクロールを支持する摺動部材が、鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００１５】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、電動機後部の回転部材は、電動モータの軸またはこの軸に連接された連動軸であることを特徴とする。このように構成された発明によれば、電動モータの軸や連動軸を支持する摺動部材が、鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００１６】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、アルミニウム合金は、その組織が粒界を有しないように鋳造、圧延して得られたものであることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、アルミ合金の組織が粒界を有しないように鋳造、圧延して得られたものであるため、アルミ合金中に粒界が存在するものに比べて、アルミ合金の強度が向上する。
【００１７】
なお、粒界を有しないようにするためには、具体的には、アルミ合金を溶解後、粉末化せずに鋳造、圧延して、裏金に圧着すればよく、粉末化による粒界が生じない均一な組織が形成されるため、合金材の強度が向上でき、従来の摺動部材を超える良好な焼付耐力を得ることができる。
【００１８】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、摺動部材は、重量比１〜９％のＳｉ、重量比０．５〜３％のＣｕおよび重量比０．１〜１％のＣｒのうち少なくとも一つをさらに含有するものであることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、珪素（Ｓｉ）が添加されることにより、軸に微量付着する軸受け摺動合金をかき落とし、軸と軸受け摺動部材が凝着しにくくなり、銅（Ｃｕ）が添加されることにより、高温下での強度が向上し、クロム（Ｃｒ）が添加されることにより、微細な硬質のＡｌ−Ｃｒ金属間化合物がマトリクス中に分散し、主として錫粒子の粗大化防止と、合金の強度が向上する。
【００１９】
なお、Ｓｉが重量比１％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比９％を超えると、相手の軸を傷付ける弊害を有するため、重量比１％〜９％であるこの発明の冷媒圧縮機は、相手の軸を傷付けることなく、軸受け摺動合金を効果的にかき落とすことができる。また、Ｃｕが重量比０．５％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比３％を超えると、過剰に硬化して圧延性が阻害されるとともに、耐食性が低下する弊害を生じるため、重量比０．５％〜３％であるこの発明の冷媒圧縮機は、高温下での強度を向上させつつ、圧延性および耐食性の低下を効果的に防止することができる。また、Ｃｒが重量比０．１％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比１％を超えると、硬質結晶が粗大化し逆に相手軸を傷つけて好ましくないという弊害を生じるため、重量比０．１％〜１％であるこの発明の冷媒圧縮機は、主として錫粒子の粗大化防止および合金の強度向上を図りつつ、相手軸を傷つけるのを効果的に防止することができる。
【００２０】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ系冷媒を用いているため、オゾン層を保護することができ、環境保全の要請に応えることができる。
【００２１】
なお、従来のＨＣＦＣ系冷媒は成分中に塩素分子を含むが、ＨＦＣ系冷媒は塩素分子を含まない。塩素分子は、圧縮機の軸受け摺動面において、金属分子間に介在し、金属接触を防ぐ効果（極圧効果）を発揮するが、塩素分子を含まないＨＦＣ系冷媒では、この極圧効果がないために、摺動部の摩擦状態が厳しくなり、軸受け摺動部材の焼付耐力がＨＣＦＣ系冷媒より一層重要になるが、この発明の冷媒圧縮機は、十分に焼付耐力を有する。
【００２２】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、潤滑油は、エステル系合成油またはエーテル系合成油であることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、ＨＦＣ系冷媒との相溶性を有するエステル系またはエーテル系の潤滑油を用いた場合にも、すなわち、潤滑油に冷媒が溶け込んで、潤滑油が冷媒により、過剰に希釈されてその粘度が低下しても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２３】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、潤滑油は、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないものであることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、潤滑油に冷媒が溶け込まないため、潤滑油が冷媒により希釈されることがなく、その粘度が低下することはないため、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２４】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、潤滑油は、極圧添加剤を含まないものであることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、含有された極圧添加剤によって、極圧効果の低下を防ぐことができる。特に、塩素を含まないＨＦＣ系冷媒では、極圧効果の低下を補うことができる。
【００２５】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、電動機構部の回転中心軸が重力方向に延在するように、配置されるものであることを特徴とする。電動機構部の回転中心軸が重力方向に延在するように配置された冷媒圧縮機では、滑り軸受けが電動モータの上側に位置するため、潤滑油が冷媒液によって希釈されるような運転状態においては、電動モータの上側の軸受けに対する潤滑油の給油量が低下して、軸受け摺動環境が厳しくなるが、このような摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２６】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、電動機構部の回転中心軸が水平方向に延在するように、配置されるものであることを特徴とする。電動機構部の回転中心軸が水平方向に延在するように配置された冷媒圧縮機では、潤滑油の収納容積が小さいため、液状の冷媒が吸入された場合に潤滑油がこの冷媒液で希釈されて、粘度が低下する危険に遭遇しやすいが、このような環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２７】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、電動機構部の電動モータの両側にそれぞれ突出する軸部分が、前記軸受けによって支持されていることを特徴とする。電動機構部の電動モータの両側にそれぞれ突出する軸部分が、軸受けによってそれぞれ支持されている冷媒圧縮機では、潤滑油が冷媒液によって希釈されるような運転状態においては、両軸受けにそれぞれ供給される潤滑油の給油量が低下して、軸受け摺動環境が厳しくなるが、このような摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２８】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、軸受けが、２つの軸部分のうち少なくとも一方の軸部分を支持するすべり軸受けであることを特徴とする。このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、玉軸受けやころ軸受け以外の滑り軸受けによる摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００２９】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された、前記圧縮機構部内部の圧力差による差圧ポンプであることを特徴とする。潤滑油の収容される容積部分が、圧縮機の吐出圧力雰囲気にある場合（高圧シェル方式の冷媒圧縮機）は、圧縮機内部の圧力差による揚程を利用する差圧ポンプによって、潤滑油が軸受けに供給されるが、高圧シェル方式の冷媒圧縮機は、シェル内にたまっている、冷媒に希釈された潤滑油が冷媒とともに圧縮機外に持ち出されて、シェル内の油量が低下し、摺動部への給油能力が低下する場合があるが、このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、このような摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００３０】
次の発明に係る冷媒圧縮機は、上記発明において、潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された遠心ポンプまたは容積型ポンプであることを特徴とする。潤滑油の収容される容積部分が圧縮機の吸入圧力雰囲気にある場合（低圧シェル方式の冷媒圧縮機）は、駆動軸の回転による遠心力による揚程を利用した遠心ポンプ、または駆動軸に装着された容積形ポンプによって、潤滑油が軸受けに供給されるが、圧縮機停止時にシェル内に冷媒が凝縮し、潤滑油が冷媒に希釈された、いわゆる寝込み状態から圧縮機が起動した場合、低圧シェル方式では、冷媒に希釈された潤滑油の雰囲気圧力が、停止時のバランス圧力より急激に低下すると冷媒が発泡するために、遠心ポンプ、容積形ポンプのいずれも、給油能力が低下するが、このように構成された発明に係る冷媒圧縮機によれば、このような摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００３１】
次の発明に係る冷凍機は、冷媒圧縮機を用いた冷凍機において、冷媒圧縮機は、上記発明の冷媒圧縮機であり、かつ、Ｐｂ非含有の構成部品のみを用いたことを特徴とする。冷媒圧縮機以外の構成部品としては、例えば、熱交換機やファンモータ等である。このように構成された発明に係る冷凍機によれば、冷媒圧縮機を含めて構成部品が、Ｐｂ非含有であるため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。また上記各発明の冷媒圧縮機の各作用・効果をも奏する。
【００３２】
次の発明に係る空調機は、冷媒圧縮機を用いた冷凍機において、前記冷媒圧縮機は、上記発明の冷媒圧縮機であり、かつ、Ｐｂ非含有の構成部品のみを用いたことを特徴とする。冷媒圧縮機以外の構成部品としては、例えば、熱交換機やファンモータ等である。このように構成された発明に係る空調機によれば、冷媒圧縮機を含めて構成部品が、Ｐｂ非含有であるため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。また上記各発明の冷媒圧縮機の各作用・効果をも奏する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の冷媒圧縮機、冷凍機および空調機の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３４】
実施の形態１．
図１は、この発明の冷媒圧縮機の実施の形態１であるスクロール圧縮機の縦断面を示す図である。図示のスクロール形冷媒圧縮機は、導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機構部とを備え、これらの全部または一部は密閉容器内に収容されている。
【００３５】
圧縮機構部は、渦巻ラップ２ａを有する揺動スクロール２と、容器に固定された固定スクロール１とを対向して組み合わせたものである。揺動スクロール２の台板の、渦巻ラップ２ａが形成された面と反対側の面４ａは、フレーム３との間に配された摺動部材であるスラスト軸受け４に当接するスラスト面であり、その略中心部分には軸２ｂが形成され、この軸２ｂは、電動モータ７により回転駆動される主軸５の、摺動部材５ｃを備えた揺動軸受け５ｄによって支持されている。
【００３６】
揺動スクロール２は、このスラスト軸受け４により、軸２ｂの方向に支持される。また、揺動スクロール２は、摺動部材５ｃを介して主軸５の偏心部と係合しており、主軸５の回転とオルダム継手６による自転抑制作用とによって、固定スクロール１に対する揺動運動を行うことにより、冷媒の圧縮作用が行われる。
【００３７】
主軸５は、フレーム３との間に配設された、摺動部材３ｂを備えた主軸受け３ａによって径方向に支持されるとともに、フレーム３と、電動モータ７の軸方向反対側に配設された、摺動部材８ａを備えた副軸受け８によって径方向に支持されている。また、副軸受け８は、容器の下部の油溜部に貯留された潤滑油９に浸かり、潤滑油９は、主軸５の回転による遠心ポンプ作用により、主軸５の内部に形成された給油孔５ｂを通じて、偏心部に形成された給油穴５ａまで汲み上げられ、主軸受け３ａ、揺動軸受け５ｄおよびスラスト軸受け４に供給される。なお、図中の矢印は、このスクロール形冷媒圧縮機内部の冷媒を含有した潤滑油９の流れを示すものである。
【００３８】
副軸受け８、主軸受け３ａ、揺動軸受け５ｄおよびスラスト軸受け４にはそれぞれ、前述した摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４が設けられており、これらの摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４は、潤滑油９によって潤滑される。摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４は、アルミニウムを基材とした、重量比３〜１５％の錫（Sｎ）を含み、鉛（Ｐb）を含まないアルミニウム合金により形成されている。また、このアルミニウム合金には、重量比１〜９％の珪素（Ｓｉ）、同０．５〜３％の銅（Ｃｕ）および同０．５〜１％のクロム（Ｃｒ)のうち、少なくとも一種類以上を含めてもよく、さらに摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４は、上記のアルミニウム合金を鋳造、圧延後、裏金に圧着する製造工程によって製造されたものも用いられる。
【００３９】
従来より、アルミ鉛合金材は、軸材である鉄系材料に対して凝着しにくい特性を有するため、焼付耐力が良好であり、摺動部材用材料として優れているとともに、高強度で合金厚を薄くすることができるため、コンパクトで、かつ加工性が良好であり、さらに安価である等の多くの優れた特性を有し、冷媒圧縮機の軸受け材料として広く用いられている。
【００４０】
一例として、重量比８５．３％のアルミニウム（Ａｌ）、同８．５％の鉛（Ｐｂ）、同１．５％の錫（Ｓｎ）、同０．７％の銅（Ｃｕ）および同４％の珪素（Ｓｉ）からなる合金を粉末化し、圧延後焼結して裏金に圧着した軸受け摺動部材（以下、摺動部材Ａという）が実用化されているが、この摺動部材Ａは、材料中に、有害物質である鉛を含有しているため、使用製品が廃棄された場合のスクラップ処理や、製品加工時の切削くず等から鉛が流出して、周囲環境を汚染するおそれがあり、鉛を含まない合金が必要とされている。
【００４１】
そこで、本実施の形態１の冷媒圧縮機は、摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４を、上述したように鉛を含まない材料によって構成し、この問題を解決している。しかしながら、単に鉛を除いただけでは、鉛のなじみ性を失うため、焼付耐力が低下し、摺動部材としての性能が低下して、圧縮機の信頼性を損なうことになる。
【００４２】
このため、本実施の形態１の冷媒圧縮機は、鉛に代えて、低融点軟質金属である錫の成分比率を、重量比３〜１５％に増加することによって、摺動部材８ａ，３ｂ，５ｃ，４の焼付耐力を、従来のものと同等に維持している。以下、この実施の形態１である冷媒圧縮機の使用環境である冷媒雰囲気で、冷媒を含む潤滑油を使用しての焼付限界試験等によって、焼付耐力の検証結果を示す。
【００４３】
なお、このような構成のアルミニウム合金の摺動部材は、例えば特開昭５９−１９３２５４号公報等により、その成分および製造方法等が開示されており、また、錫の成分比率が重量比３％未満では充分ななじみ性が得られず、重量比１５％を超えるとアルミ合金の硬さが低下して軸受けとしての強度が低下することが示されているが、その用途は、内燃機関の軸受けとしてのものであり、冷媒圧縮機の使用環境において、すなわち、冷媒による潤滑油の希釈に伴う粘度低下や、潤滑油中の冷媒が発泡して給油経路を気泡が閉塞するベーパロックが生じた場合の、供給潤滑油量の極端な減少等の、冷媒圧縮機固有の問題を有する厳しい使用環境において、摺動部材が実用性を有するか否かについては、何ら記載も示唆もされていなかった。
【００４４】
このため、鉛を含まないアルミニウム合金の摺動部材として、表１に示す合金成分を有する摺動部材の評価を実施した。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１の摺動部材において、Ａは鉛を含むアルミニウム系合金である従来の摺動部材、ＢおよびＣは鉛を含まないアルミニウム系合金である本実施の形態の摺動部材であり、製造方法Ｘは、合金を溶解後、粉末化して、圧延・焼結したものを、裏金に圧着する方法であり、製造方法Ｙは、合金を溶解後、粉末化せずに鋳造、圧延して、裏金に圧着する方法である。
【００４７】
合金中に鉛成分を重量比３％以上含む従来のアルミニウム系合金では、合金を溶解後鋳造、圧延する製造方法Ｙによれば、成分中の鉛がアルミニウム基材中に偏析するために材料特性が不安定になるという問題があり、この鉛成分の偏析を避けるために、合金を粉末化する製造方法Ｘを適用している。
【００４８】
一方、鉛を含まないアルミニウム系合金では、鉛の偏析という問題がないため、製造方法Ｘ、Ｙのいずれによっても製造可能であるが、合金を粉末化する製造方法Ｘは、粉末化による粒界が合金中に存在するため、製造方法Ｙにより製造した場合の方が、合金の強度が向上するので好ましい。
【００４９】
Ｂ、Ｃの合金には、錫が耐焼付き性向上のために添加されている。さらに珪素、銅およびクロムが添加されているが、珪素は軸材に微量付着する軸受け摺動合金をかき落とし、軸と軸受け摺動部材とを凝着しにくくするためであり、その効果を発揮するための含有量として、重量比１％以上を要し、また、重量比９％を超えると、相手の軸材を傷付ける弊害が生じるため、重量比１〜９％の範囲で添加されている。
【００５０】
また、銅は重量比０．５〜３％の範囲で添加されるが、これは高温下での強度の向上を目的とするものであり、重量比０．５％未満ではその効果が期待できず、重量比３％を超えると硬くなりすぎて、圧延性を阻害する上、耐食性が低下するためである。
【００５１】
さらに、クロムは微細な硬質のＡｌ−Ｃｒ金属間化合物としてマトリクス中に分散し、主として錫粒子の粗大化防止と、合金の強度向上の効果を発揮するものであり、その効果の発揮のためには重量比０．１％以上を要し、また重量比１％を超えると硬質結晶が粗大化して、相手軸材を傷付けて好ましくないため、重量比０．１％〜１％の範囲で添加される。また、鉛と錫の共晶合金の融点は１８３℃であるのに対して、錫単独の融点は２３２℃であるため、鉛を含まない合金では耐熱性が向上とするという効果もある。
【００５２】
上記の鉛を含まないアルミニウム系合金の摺動部材２種類（Ｂ，Ｃ）を、鉛を含む従来のアルミニウム系合金の摺動部材Ａと、焼付荷重を比較試験した結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
0003866915.tif 000003
【００５４】
表２に示すように、鉛を含まないアルミニウム系合金の摺動部材は、鉛を含む従来のアルミニウム系合金の摺動部材と、同等以上の焼付面圧を示した。特に、合金を溶解後鋳造、圧延する製造方法ＹによるＣの摺動部材は、合金を粉末化しないことで、粉末化による粒界が生じない均一な組織が形成されるため、合金材の強度を向上させることができ、従来の摺動部材を超える良好な焼付耐力を示している。
【００５５】
また、冷媒圧縮機の軸受けの摺動部材として使用した場合の、潤滑油による冷媒の希釈によって生じる軸受け焼付現象を加速評価するため、意図的に圧縮機の潤滑油を減少させた上で、冷媒を圧縮機容器内に凝縮させて潤滑油の濃度を低下させ、冷媒圧縮機を起動させる、という限界評価試験を実施し、軸受けの摺動部材の焼付限界を評価した結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
0003866915.tif 000004
【００５７】
表３に示す結果より、摺動部材Ｂは、従来の摺動部材Ａと比較すると、若干焼付き発生時の潤滑油濃度が高く、焼付耐力が低下しているが、実際の使用条件に対しては十分に余裕があり、特に厳しい使用用途を除いて、十分な実用性を有していることが確認された。
【００５８】
また、摺動部材Ｃは、従来の摺動部材Ａと同等の焼付耐力であり、従来同等の信頻性を確保することができる。従って、鉛を含まないこれらのアルミニウム系合金の摺動部材を、冷媒圧縮機の摺動部材として用いても、鉛を含む従来の摺動部材を用いた場合と同等の信頼性を有し、しかも、製品加工時や廃棄時に、周囲環境に鉛を流出しない、安全な冷媒圧縮機を得ることができる。なお、摺動部材の形状は、冷媒圧縮機の種類（レシプロ、ローリングピストン、スクロール等）に応じて異なるが、いずれの形状の摺動部材に対しても、この発明の摺動部材が有効であることは、表２に示した焼付特性評価試験結果より明らかである。
【００５９】
実施の形態２．
図１に示した冷媒圧縮機において、使用される冷媒としてＨＦＣ系冷媒を用いたものを、本発明の冷媒圧縮機の実施の形態２とする。冷媒圧縮機に使用される冷媒は、従来はＨＣＦＣ系冷媒であったが、近年は、オゾン層保護の観点から、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ系冷媒に転換されつつある。
【００６０】
ここで、ＨＣＦＣ系冷媒は成分中に塩素分子を含むが、ＨＦＣ系冷媒は塩素分子を含まない。塩素分子は圧縮機の軸受け摺動面において、金属分子間に介在し、金属接触を防ぐ効果（極圧効果）を発揮するが、塩素分子を含まないＨＦＣ系冷媒にはこの極圧効果がないため、摺動部材の摩擦状態が厳しくなり、したがって、軸受けの摺動部材の焼付耐力はＨＣＦＣ系冷媒よりも一層重要になる。
【００６１】
表２および表３に示した摺動部材の試験は、ＨＦＣ系冷媒雰囲気において実施したものであり、ＨＣＦＣ系冷媒雰囲気よりも潤滑状態の厳しいＨＦＣ系冷媒雰囲気における摺動特性も、鉛を含む従来の摺動部材と同等の性能を確保できることが確認され、ＨＦＣ系冷媒を用いた冷媒圧縮機においても、信頼性の高い、鉛フリーを実現できることが確認された。
【００６２】
実施の形態３．
図１に示した冷媒圧縮機において、使用される冷媒としてＨＦＣ系冷媒を用い、潤滑油９として、アルキルベンゼン系合成油、またはエステル系もしくはエーテル系の潤滑油を用いたものを、本発明の冷媒圧縮機の実施の形態３とする。冷媒圧縮機に使用される潤滑油９は従来、ＨＣＦＣ系冷媒では、鉱油やアルキルベンゼン系合成油等が使用されてきたが、これらはＨＦＣ系冷媒と殆ど溶け合わないため、ＨＦＣ系冷媒においては潤滑油９として、冷媒と相溶性を有するエステル系またはエーテル系の潤滑油９も用いられている。
【００６３】
さらに塩素を含まないＨＦＣ系冷媒では、極圧効果が低下するため、この効果を向上させるための添加材（極圧添加材）を潤滑油中に含むものも有る。しかし、極圧添加剤は熱や水分等で分解され易く、スラッジを発生させ、冷媒回路の絞り部を閉塞させるおそれが有るため、摺動部材の耐力を確保することができるならば、油の化学的安定性の面から、極圧添加剤を低減し、または含まない潤滑油９が好ましい。
【００６４】
潤滑油９と摺動部材との相性は、摺動部材の焼付耐力を確保する上で重要な要素であり、表３に示したこの特性を、各種潤滑油と冷媒に対して評価した結果より、この発明の鉛を含まない軸受け摺動部材は、ＨＦＣ系冷媒と、エステル系合成油またはエーテル系合成油の潤滑油９とを用いた冷媒圧縮機においても、良好な軸受け焼付耐力を有することが確認された。
【００６５】
さらにＨＦＣ系冷媒と相溶性の低いアルキルベンゼン系の潤滑油９を用いた冷媒圧縮機においても、良好な軸受け焼付耐力を有することが確認された。さらに、極圧添加材を含まない潤滑油９を用いた冷媒圧縮機においても、良好な軸受け焼付耐力を有することが確認された。
【００６６】
実施の形態４．
図１に示した実施の形態の冷媒圧縮機は、電動モータ７の軸線を重力方向に配置し、圧縮機構部を電動モータ７の上方に設けた冷媒圧縮機である。また、電動モータ７を挟んで、電動モータ７の軸方向両側にそれぞれ、主軸５を支持する主軸受け３ａ，副軸受け８が配置されている。
【００６７】
これらの主軸受け３ａおよび副軸受け８は、双方とも滑り軸受けで構成された構造や、図２に示すように、一方に（図２においては副軸受け８として）、玉軸受け１０やころ軸受け（図示せず）等のころがり軸受けを配設し、他方に滑り軸受けを配設した構造が用いられており、これらに用いられる滑り軸受けの摺動部材３ｂに、本発明の、鉛を含まない摺動部材を使用することによって、信頼性を損なうこと無く、鉛フリーの圧縮機を得ることができる。
【００６８】
特に、図１に示したスクロール形冷媒圧縮機では、電動モータ７の上側にも軸受けの摺動部材３ｂ等が配置されているが、潤滑油９が冷媒液によって希釈されるような運転状態においては、電動モータ７の上側の摺動部材３ｂ等に対しては、潤滑油９の給油量が低下して、軸受け摺動環境が厳しくなる。
【００６９】
表３の試験に用いた冷媒圧縮機は、図１に示したスクロール形冷媒圧縮機であり、本発明の鉛を含まない摺動部材は、このような電動モータ７の上側にも軸受けの摺動部材３ｂ等が配置されている冷媒圧縮機においても、鉛を含む従来の摺動部材と同等の軸受け焼付耐力を有し、信頼性の高い、鉛フリーの冷媒圧縮機を実現できることが確認された。
【００７０】
また図３に示すように、主軸５の軸線が水平方向に配置された横置きの冷媒圧縮機は、潤滑油９の収容容積が小さいため、冷媒液が吸入された場合に、潤滑油９が冷媒液によって希釈され、潤滑油９の粘度が低下する環境に遭遇しやすい。しかし、本発明の鉛を含まない摺動部材は、このような実施の形態の冷媒圧縮機においても、鉛を含む摺動部材と同等の軸受け焼付耐力を有し、信頼性の高い、鉛フリーの冷媒圧縮機であることが確認された。
【００７１】
実施の形態５．
軸受け部に給油する潤滑油９の供給手段は、潤滑油９の収容される容積部分が、冷媒圧縮機の吸入圧力雰囲気にある場合（低圧シェル方式）は、図１に示すように、主軸５の回転によって生じる遠心力による揚程を利用した遠心ポンプを設けたもの、または図２に示すように、主軸５に容積形のポンプ１１を装着したもの、が一般に用いられており、潤滑油９の収容される容積部分が、冷媒圧縮機の吐出圧力雰囲気にある場合（高圧シェル方式）は、図４に示すような実施の形態の冷媒圧縮機の圧縮機構部内の圧力差による揚程を利用する差圧ポンプ１２または遠心ポンプ（図示せず）が、一般に用いられている。
【００７２】
ところで、冷媒圧縮機の運転停止時に、シェル内で潤滑油９が凝縮し潤滑油９が冷媒に希釈された、いわゆる寝込み状態から、冷媒圧縮機の運転が開始した場合、低圧シェル方式では、冷媒に希釈された潤滑油９の雰囲気圧力が、停止時のバランス圧力より急激に低下すると、冷媒が発泡するため、遠心ポンプ、容積形ポンプ１１のいずれも、給油能力が低下する。また、高圧シェル方式では、シェル内に溜まっている、冷媒に希釈された潤滑油９が、冷媒とともに冷媒圧縮機外に持ち出されて、シェル内の潤滑油９の量が低下し、摺動部材５ｃ等への給油能力が低下する場合がある。
【００７３】
このように、摺動部材５ｃ等への給油量が一時的に低下し、摺動部材５ｃ等が境界潤滑状態となった場合でも、本発明の冷媒圧縮機は、鉛を含む従来の摺動部材と同等の焼付耐力を有する摺動部材が用いられているため、鉛フリーの信頻性の高い冷媒圧縮機を実現することができる。
【００７４】
実施の形態６．
図５は、本発明の空調機の実施の形態（室外機部分）の構成を示す図である。図示の空調機は、冷媒圧縮機２０と、熱交換器２１と、ファンモータ２２と、制御基板２３と、冷媒回路の配管２４と、ファン２５とから構成されている。
【００７５】
ここで、冷媒圧縮機２０は、本発明の、鉛を含まない摺動部材を使用した鉛フリーの冷媒圧縮機であり、ファンモータ２２、制御基板２３等他の全ての構成部品も、鉛非含有の部品であり、このように構成された実施の形態の空調機は、製品に鉛を全く含有しない空調機となり、製造過程や、廃却時等を含む製品のライフサイクルにおいて、鉛の流出による環境の汚染がない空調機を提供することができる。
【００７６】
この空調機と同様に、冷媒圧縮機２０として、本発明の、鉛を含まない摺動部材を使用した鉛フリーの冷媒圧縮機を搭載し、他の構成部品も、鉛を含まない部品で構成することにより、製品に鉛を全く含まない冷凍機を構成することができ、製造過程や、廃却時等を含む製品のライフサイクルにおいて、鉛の流出による環境の汚染がない冷凍機を提供することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明に係る冷媒圧縮機によれば、軸受けの摺動部材が鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。一方、鉛を除いた摺動部材は鉛のなじみ性を失うため、焼付耐力が低下することになるが、鉛に代えて、低融点軟質金属である錫を重量比３〜１５％配合することにより、摺動部材の焼付耐力を従来と同等に維持できることができ、従来と同等の信頼性を確保することができる。
【００７８】
なお、錫が重量比３％未満では充分ななじみ性が得られず、重量比１５％を超えるとアルミ合金の硬さが低下して、軸受けとしての強度が低下するため、重量比３％〜１５％であるこの発明の冷媒圧縮機は、なじみ性と強度を両立することができる。また、鉛と錫の共晶合金の融点は１８３度であるのに対して、錫単独の融点は２３２度であるため、鉛を含まない合金であるこの発明の冷媒圧縮機は、耐熱性が向上する。
【００７９】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、揺動スクロールを支持する摺動部材が、鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００８０】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、電動モータの軸や連動軸を支持する摺動部材が、鉛を含有しないため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００８１】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、アルミ合金の組織が粒界を有しないように鋳造、圧延して得られたものであるため、アルミ合金中に粒界が存在するものに比べて、アルミ合金の強度が向上し、従来の摺動部材を超える良好な焼付耐力を得ることができる。
【００８２】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、珪素（Ｓｉ）が添加されることにより、軸に微量付着する軸受け摺動合金をかき落とし、軸と軸受け摺動部材が凝着しにくくなり、銅（Ｃｕ）が添加されることにより、高温下での強度が向上し、クロム（Ｃｒ）が添加されることにより、微細な硬質のＡｌ−Ｃｒ金属間化合物がマトリクス中に分散し、主として錫粒子の粗大化防止と、合金の強度が向上する。
【００８３】
なお、Ｓｉが重量比１％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比９％を超えると、相手の軸を傷付ける弊害を有するため、重量比１％〜９％であるこの発明の冷媒圧縮機は、相手の軸を傷付けることなく、軸受け摺動合金を効果的にかき落とすことができる。
【００８４】
また、Ｃｕが重量比０．５％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比３％を超えると、過剰に硬化して圧延性が阻害されるとともに、耐食性が低下する弊害を生じるため、重量比０．５％〜３％であるこの発明の冷媒圧縮機は、高温下での強度を向上させつつ、圧延性および耐食性の低下を効果的に防止することができる。
【００８５】
また、Ｃｒが重量比０．１％未満であると、上記効果が発揮されにくく、一方、重量比１％を超えると、硬質結晶が粗大化し逆に相手軸を傷つけて好ましくないという弊害を生じるため、重量比０．１％〜１％であるこの発明の冷媒圧縮機は、主として錫粒子の粗大化防止および合金の強度向上を図りつつ、相手軸を傷つけるのを効果的に防止することができる。
【００８６】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、オゾン破壊係数がゼロであるＨＦＣ系冷媒を用いているため、オゾン層を保護することができ、環境保全の要請に応えることができる。
【００８７】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、ＨＦＣ系冷媒との相溶性を有するエステル系またはエーテル系の潤滑油を用いた場合にも、すなわち、潤滑油に冷媒が溶け込んで、潤滑油が冷媒により、過剰に希釈されてその粘度が低下しても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００８８】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、潤滑油に冷媒が溶け込まないため、潤滑油が冷媒により希釈されることがなく、その粘度が低下することはないため、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００８９】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、含有された極圧添加剤によって、極圧効果の低下を防ぐことができる。特に、塩素を含まないＨＦＣ系冷媒では、極圧効果の低下を補うことができる。
【００９０】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、電動機構部の回転中心軸が重力方向に延在するように配置される、軸受け摺動環境が厳しい場合にも、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９１】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、電動機構部の回転中心軸が水平方向に延在するように配置される、軸受け摺動環境が厳しい場合にも、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９２】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、電動機構部の電動モータの両側にそれぞれ突出する軸部分が、軸受けによってそれぞれ支持されている、軸受け摺動環境が厳しい場合にも、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９３】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、玉軸受けやころ軸受け以外の滑り軸受けによる摺動環境においても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９４】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された、前記圧縮機構部内部の圧力差による差圧ポンプであるために、シェル内の油量が低下し、摺動部への給油能力が低下しても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９５】
次の発明に係る冷媒圧縮機によれば、潤滑油を前記軸受けに供給する潤滑油供給手段が、前記電動機構部の駆動軸に形成された遠心ポンプまたは容積型ポンプであるために、停止時のバランス圧力より急激に低下して冷媒が発泡しても、良好な軸受け焼付耐力を有する。
【００９６】
次の発明に係る冷凍機は、冷媒圧縮機を用いた冷凍機によれば、冷媒圧縮機を含めて構成部品が、Ｐｂ非含有であるため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。また上記各発明の冷媒圧縮機の各作用・効果をも奏する。
【００９７】
次の発明に係る空調機は、冷媒圧縮機を用いた冷凍機によれば、冷媒圧縮機を含めて構成部品が、Ｐｂ非含有であるため、製品加工時や廃棄時に鉛が流出することがなく、周囲環境に悪影響を及ぼすことがない。また上記各発明の冷媒圧縮機の各作用・効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の冷媒圧縮機の実施の形態１〜５である冷媒圧縮機の縦断面を示す図である。
【図２】  本発明の冷媒圧縮機の実施の形態４，５である冷媒圧縮機の縦断面を示す図である。
【図３】  本発明の冷媒圧縮機の実施の形態４である冷媒圧縮機の縦断面を示す図である。
【図４】  本発明の冷媒圧縮機の実施の形態５である冷媒圧縮機の縦断面を示す図である。
【図５】  本発明の空調機の実施の形態６である空調機の要部を示す図である。
【図６】  従来の冷媒圧縮機の縦断面を示す図である。
【符号の説明】
１  固定スクロール、２  揺動スクロール、２ｂ  軸、３  フレーム、３ａ  主軸受け、３ｂ  摺動部材、４  スラスト軸受け（摺動部材）、４ａ  スラスト面、５  主軸、５ａ  給油穴、５ｂ  給油孔、５ｃ  摺動部材、５ｄ  揺動軸受け、６  オルダム継手、７  電動モータ、８  副軸受け、８ａ  摺動部材、９  潤滑油。
【図１】
0003866915.tif 000005
【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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