(57)【要約】【課題】軽量化と高速回転による高効率化を達成しながらも、潤滑状態が厳しくなる過度運転時においても焼付きが発生するおそれのない高い信頼性を有する圧縮機の摺動部材を提供する。【解決手段】表面改質層２３は、不揃いで不均一な組織を有する表面側の酸化アルミニウム層２４と、均一で緻密な柱状組織を有する基材側の酸化アルミニウム層２５とを有し、表面側の酸化アルミニウム層２５が不揃いで不均一であるがために脆い部分から徐々に摩滅しながら固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部との間で摺り合せが行われて旋回スクロール１０の鏡板１０ａは適度に調整される。その結果、固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部への当りが緩和されて耐焼付き性が向上するものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に不揃いで不均一な組織を有し、基材側に均一な柱状組織を有する表面改質層を少なくとも摺動面に設けた圧縮機の摺動部材。
【請求項２】
表面側の不揃いで不均一な組織と基材側の均一な柱状組織の間に傾斜層を設けた請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項３】
不揃いで不均一な組織を多孔質とした請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項４】
基材を硬質粒子が分散する軟質材料とした請求項１に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項５】
均一な柱状組織を硬質粒子の間に介在させた請求項４に記載の圧縮機の摺動部材。
【請求項６】
均一な柱状組織を硬質粒子より低硬度にした請求項４に記載の圧縮機の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用や非業務用を問わず各種用途での冷凍サイクルや空調システムなどに使用される圧縮機、主として、スクロール圧縮機の摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の圧縮機の摺動部材は、基材と表層部の二層構造にして表層部を基材と同じ粉末焼結材で構成しているものであり、基材にシリコン等の偏析部が存在しても、表層部がシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４、図５は特許文献１に記載された従来の圧縮機の摺動部材を示すものであり、すなわちスクロール圧縮機の旋回スクロールを示すものである。図に示すように、旋回スクロールは、円板状の鏡板１、その上面部１ｃから渦巻状に直立して形成されるラップ部２、および軸受部３から構成されている。ラップ部の高さは、その肉厚の約６倍程度になっている。鏡板１およびラップ部２の基材１ｂ、２ｂは一体に形成されており、材質は３０％のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板１の上面部１ｃおよび側面部１ｄとラップ部２のラップ表層部２ａとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
【特許文献１】特開平３−２４２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記旋回スクロールは、表層部１ａ，１ｄ，２ａがアルミニウム合金の粉末焼結体で形成されているが、この表層部１ａ，１ｄ，２ａが、上述したようにインサート成形により基材部１ｂ，２ｂを被覆するように形成されたのちにバインダを除去して焼結する工程を経て構成されることから、この表層部１ａ，１ｄ、２ａの最表面に部分的に薄いアルミニウムリッチ層が形成されており、この薄いアルミニウムリッチ層の存在によって以下のような課題がある。
【０００５】
すなわち、スクロール圧縮機では、過度運転時、特に除霜運転の開始時に液戻りが激しいために、旋回スクロールの回りにおいて一時的に潤滑油が不足する事態が発生する。また、除霜が進行するに従って吐出圧力が上昇するが、その吐出圧力の上昇によって旋回スクロールのスラスト面が固定スクロールに強く押し付けられるために、スラスト面で油膜切れが起こり易い。さらに、除霜運転に際しては、短時間で除霜を完了させることを目的として高速運転されるために、摩擦熱によってスラスト面の温度が高くなる。また、上記除霜などの過度運転時では、吸入温度と吐出温度との温度差が拡がることから、旋回スクロールの中央部の羽根が大きく熱膨張して伸び、この羽根の先端部が固定スクロールと接触して潤滑油が切れ、これに伴う摩擦熱によって摺動温度が高くなって熱膨張が更に促進され、潤滑状態が一層厳しくなる。
【０００６】
上述のように潤滑状態が厳しくなったときには、旋回スクロールのスラスト面におけるシリコンを覆っている最表面の薄いアルミニウムリッチ層のシリコンに対する密着性が低いことから、このアルミニウムリッチ層が剥離する可能性があり、剥離した場合に焼付きを起こすおそれがある。そのため、上記旋回スクロールを備えたスクロール圧縮機は十分な信頼性を確保することができない。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、軽量化と高速回転による高効率化を達成しながらも、潤滑状態が厳しくなる過度運転時においても焼付きが発生するおそれのない高い信頼性を有する圧縮機の摺動部材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本発明の圧縮機の摺動部材は、表面側に不揃いで不均一な組織を有し、基材側に均一な柱状組織を有する表面改質層を少なくとも摺動面に設けたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成では、摺動面に形成された不揃いで不均一な組織が長時間馴染み性を発揮することになり、当りの強いところでも徐々に摩耗が進み、運転しながら摺り合せが行われて摺動面は相手摺動部材によく馴染むため、耐焼付き性が高い摺動面が得られることとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧縮機の摺動部材は、潤滑状態が厳しい大容量で多冷媒のシステムに適合する信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は表面側に不揃いで不均一な組織を有し、基材側に均一な柱状組織を有する表面改質層を少なくとも摺動面に設けたことにより、長時間持続する馴染み性により摺動面の耐焼付き性が高くなり、大容量で多冷媒のシステムに適合する信頼性の高い圧縮機を提供できる。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明の不揃いで不均一な組織と基材側の均一な柱状組織の間に傾斜層を設けたことにより、深さ方向に摩擦摩耗特性が連続的に変化することになり、摺動面の耐衝撃性を向上できる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１の発明の不揃いで不均一な組織を多孔質としたことにより、摺動面に油溜りが形成されることになり、摺動面の油切れを防止できる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１の発明の基材を硬質粒子が分散する軟質材料としたことにより、相手摺動部材との接触面積が増えることになり、摺動面の面圧を小さくできる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第４の発明の均一な柱状組織を硬質粒子の間に介在させたことにより、硬質粒子による相手摺動部材の支持に移行して高面圧摺動が可能になり、圧縮機の運転範囲を拡大できる。
【００１６】
第６の発明は、特に、第４の発明の均一な柱状組織を硬質粒子より低硬度にしたことにより、摺動面の硬質粒子間に油膜が形成されることになり、圧縮機の摺動ロスを低減できる。
【００１７】
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本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の圧縮機の摺動部材の実施の形態１につき、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態に係る摺動部材を旋回スクロール１０に適用して構成した
スクロール圧縮機を示す一部破断した正面図である。このスクロール圧縮機は、密閉容器４内に圧縮機構部７とこれの駆動源のモータ部（図示せず）が内装されている。圧縮機構部７は、フレーム８に固定された固定スクロール９と、この固定スクロール９に対向配置された旋回スクロール１０と、フレーム８と旋回スクロール１０との間に設けられたオルダムリング１１と、旋回スクロール１０をモータ部に連結するクランク軸１２とを備えて構成されている。
【００２０】
固定スクロール９は、鏡板９ａ、羽根９ｂ、吸入ポート９ｃおよび吐出ポート９ｄを備えて構成されており、吸入ポート９ｃには吸入管５が接続されている。旋回スクロール１０は、これの縦断面図である図２に示すように、鏡板１０ａ，１０ｂ、羽根１０ｃおよび軸受部１０ｄを備えて構成されている。この旋回スクロール１０の羽根１０ｃと固定スクロール９の羽根９ｂとは対向配置されて互いに噛み合っているが、旋回スクロール１０の羽根１０ｃの高さは固定スクロール９の羽根９ｂの高さよりも若干低く設定されている。
【００２１】
フレーム８には環状溝１３が形成されており、この環状溝１３には、フレーム８と旋回スクロール１０間をシールするシール部材１４が設けられ、このシール部材１４における環状溝１３に対する内側が高い圧力になるように設定され、環状溝１３に対する外側は中間圧力に設定されている。旋回スクロール１０は、上記圧力によって固定スクロール９に押し付けられており、旋回スクロール１０の羽根１０ｃの先端部の隙間は潤滑油（図示せず）によってシールされている。
【００２２】
上記旋回スクロール１０の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は旋回スクロール１０の表層部の断面組織を模式的に示した模式図である。旋回スクロール１０は、軟質基材であるアルミニウム２０に硬質粒子である微細な共晶シリコン２１を分散させてなるアルミニウム−シリコン系合金２２を用いて鋳造することにより形成されている。さらに、旋回スクロール１０における摺動面、つまり鏡板１０ａと羽根１０ｃの表層部には、表面改質層２３が形成されている。この表面改質層２３は、不揃いで不均一な組織を有する表面側の酸化アルミニウム層２４と、均一で緻密な柱状組織を有する基材側の酸化アルミニウム層２５と、不揃いで不均一な組織を有する表面側の酸化アルミニウム層２４と均一で緻密な柱状組織を有する基材側の酸化アルミニウム層２５が混在する傾斜層２６より構成されている。表面側の酸化アルミニウム層２４は多孔質であり、また微細な亀裂２７を有するものである。また、基材側の酸化アルミニウム層２５は均一で緻密な柱状組織が共晶シリコン２１の間に介在し、その硬度は共晶シリコン２１より低く設定されているものである。
【００２３】
次に、上記スクロール圧縮機の動作について説明する。
【００２４】
モータ部の回転は、クランク軸１２を介して旋回スクロール１０に伝達されて、オルダムリング１１と協働して旋回スクロール１０を旋回運動させる。旋回スクロール１０の羽根１０ｃと固定スクロール９の羽根９ｂとは、対向配置されて互いに噛み合っており、旋回スクロール１０の旋回運動に伴って吸入管５から吸入ポート９ｃを介して冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮する。この圧縮された冷媒は、吐出ポート９ｄからリード弁１５を押し開いて密閉容器４内に吐出されたのち、吐出管６から密閉容器４の外部に導き出される。この運転時には密閉容器４内が高圧に保持されている。
【００２５】
運転中、旋回スクロール１０は固定スクロール９に強く押し付けられるが、加工上避けられないうねり、粗さや段差などのために、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａおよび羽根９ｂの先端部との接触面において信頼性上好ましくない高面圧が発生する。しかし、表面側の酸化アルミニウム層２５が不揃いで不均一であるがために脆い部分から徐々に摩滅しながら固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部と
の間で摺り合せが行われて旋回スクロール１０の鏡板１０ａは適度に調整される。その結果、固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部への当りが緩和されて耐焼付き性が向上し、潤滑状態が厳しい大容量で多冷媒のシステムでもスクロール圧縮機の信頼性を十分確保できる。
【００２６】
また、低温時の暖房運転では、着霜が激しくなると、除霜運転に強制的に切り換えられるが、その際に、スクロール圧縮機への激しい液戻りが発生して旋回スクロール１０の鏡板１０ａと羽根１０ｃに残留していた潤滑油が洗い流されてしまう。しかし、多孔質である表面側の酸化アルミニウム層２２やそこに形成された微細な亀裂２７が油溜りとして働き、そこに保持されていた潤滑油が摺動面に新に供給されるため、旋回スクロール１０の鏡板１０ａの油切れを防止する。その結果、液戻り時でも摺動面に潤滑油が確保され、過渡運転におけるスクロール圧縮機の耐久性を向上できる。
【００２７】
また、上記除霜運転によって除霜効果が進むのに伴い短時間で吐出圧力が上昇するが、それに伴う温度変化も大きくて固定スクロール９が変形し、旋回スクロール１０との摺動は一層厳しくなる。しかし、基材がアルミニウム−シリコン系合金２２であるため旋回スクロール９は変形しやすく、旋回スクロール１０の鏡板１０ａが変形して固定スクロール９の鏡板９ａとはね９ｂの先端に全体的に当る様になり、旋回スクロール１０の鏡板１０ａにおける接触面圧の上昇を抑制することができる。その結果、除霜運転におけるスクロール圧縮機の耐久性を向上できる。
【００２８】
また、高負荷運転では、表面側の酸化アルミニウム層２３が摩滅して基材側の酸化アルミニウム層２５に至り、柱状組織の中で共晶シリコン２１が露出してくる。固定スクロール９の支持は旋回スクロール１０の鏡板１０ａの表面に露出した共晶シリコン２１による支持に移行する。硬度が高く、かつ非凝着性が高い共晶シリコン２１が固定スクロール９を支持するため摩耗の進行は抑制されるが、更に高負荷での運転が可能になり、スクロール圧縮機の運転範囲を拡大できる。
【００２９】
また、高負荷運転では、固定スクロール９が旋回スクロール１０の鏡板１０ａの共晶シリコン２１に支持されている状態で、基材側の酸化アルミニウム層２５を形成する柱状組織はその硬度が共晶シリコン２１より低いため、固定スクロール９との摺動により摩耗し、共晶シリコン２１の間には浅い凹部が形成される。そこに油膜が形成されて油圧が発生して旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の摺動は低摩擦になり、スクロール圧縮機の摺動ロスを低減できる。
【００３０】
また、液戻り時に発生する液圧縮や異物噛みなどによって、スクロール圧縮機の旋回スクロール１０はフレーム８や固定スクロール９などに衝突して大きな衝撃荷重が発生する。しかし、旋回スクロール１０の表面改質層２３は、傾斜層２６によって摩擦摩耗特性が深さ方向に順次変化していく構成になっているので、幅広い衝撃荷重の大きさに対して焼き付くことなく摺動できる。すなわち、旋回スクロール１０の耐衝撃性が向上し、液圧縮や異物噛みに強いスクロール圧縮機が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる圧縮機の摺動部材は、表面改質層によって耐焼付き性を向上するものであり、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍空調や給湯等の圧縮機や各種流体機械にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る摺動部材を旋回スクロールに適用して構成したスクロール圧縮機を示す一部破断した正面図
【図２】同上の旋回スクロールの縦断面図
【図３】同上の旋回スクロールの表層部の断面組織を模式的に示した模式図
【図４】従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの外観を示す斜視図
【図５】従来の旋回スクロールの部分断面図
【符号の説明】
【００３３】
１０  旋回スクロール
１０ａ  鏡板
１０ｂ  鏡板
２０  アルミニウム
２１  共晶シリコン
２２  アルミニウム−シリコン系合金
２３  表面改質層
２４  表面側の酸化アルミニウム層
２５  基材側の酸化アルミニウム層
２６  傾斜層
２７  微細な亀裂
【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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