(57)【要約】【課題】剛性、加工性、耐摩耗性の要求特性を満足する球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの仕様範囲を決定するにあたり、クランクシャフトの硬さの範囲を規定することによってその相関を見出し提供するものである。【解決手段】クランクシャフトとこれを支持する軸受との耐摩耗性を確保するため、パーライトの構成比率を５０％以上とすることにより、メカ摺動の信頼性を確保するものである。球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの摺動性および耐摩耗性は、一般に基地中のフェライトが低く、すなわちパーライト比率が高くなるほど優れているが、硬さも比例して高くなり加工性が低下するため、本発明で耐摩耗性と加工性の両者を確保するブリネル硬さ範囲をＨＢ２００〜２６０の範囲にしたものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーライト面積率が５０％以上で残部フェライトの基地組織からなり、ブリネル硬さ（ＨＢ）が２００〜２６０であることを特徴とした球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトで構成された冷媒圧縮機。
【請求項２】
ヤング率が１８０Ｇｐａ以上の球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトで構成された請求項１に記載の冷媒圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用および家庭用の冷凍空調に使用される冷媒圧縮機に用いられる球状黒鉛鋳鉄のクランクシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷媒圧縮機としては、圧縮機の動力を伝えるクランクシャフトに片状黒鉛鋳鉄に合金を添加した材料が使用されていたが、近年圧縮機の高効率の要求仕様に対して、片状黒鉛と比較して剛性の高い球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの採用が増加してきた。球状黒鉛鋳鉄の組織は、球状黒鉛が晶出し、基地はパーライトとフェライトが分散したものとなっているが、フェライトはパーライト相に対して軟質で耐焼付き、耐摺動性に劣るとされ、従来は基地中のフェライト比率を出来るだけ小さく規定する傾向にあった。
【０００３】
基地中のフェライト比率を小さくし、すなわちパーライト比率を上げると球状黒鉛鋳鉄の硬さは増加し、粗加工を含め加工性がやや困難となるものであった。
【特許文献１】特開平１１−０２２６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにクランクシャフトの材料は要求特性によって使い分けされているが、実際の圧縮機での使用では、剛性および耐摩耗性を確保しながらしかも加工性も兼ね備えた材料が望まれる。非常に剛性の高い特性をもつクランクシャフトも製造可能であるが、硬度もかなり上がることから実際の加工性評価では使用することが困難である。
【０００５】
本発明は、剛性、加工性、耐摩耗性の要求特性を満足する球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの仕様範囲を決定するにあたり、クランクシャフトの硬さの範囲を規定することによってその相関を見出し提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は球状黒鉛鋳鉄クランクシャフトの基地組織、剛性および圧縮機運転中におけるメカ摺動の信頼性が確保できるパラメータとして、クランクシャフトの硬さに着目し確認をすることにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、圧縮機運転使用条件で耐摺動、耐焼付き性を確保する球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトの基地組織のフェライト率を規定するもので、さらに必要な剛性を確保しつつ、加工性が困難にならない硬さの範囲を限定することで達成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、前記クランクシャフトが球状黒鉛鋳鉄であり、基地を構成するフェライトおよびパーライトの比率が、前記クランクシャフトとこれを支持する軸受との耐摩耗性を確保するため、パーライトの構成比率を５０％以上とすることにより、メカ摺動の信頼性を確保するものである。球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの摺動性および耐摩耗性は、一般に基地中のフェライトが低く、すなわちパーライト比率が高くなるほど優れているが、硬さも比例して高くなり加工性が低下するため、本発明で耐摩耗性と加工性の両者を確保するブリネル硬さ範囲をＨＢ２００〜２６０の範囲にしたものである。
【０００９】
第２の発明は、球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの圧縮機の設計に必要な剛性を１８０ＧＰａ以上とし、ブリネル硬さＨＢ２００以上で製造すれば必要な剛性特性値を満足させるものである。
【００１０】
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。
【００１１】
（実施の形態１）
従来の冷媒圧縮機として代表的な例はロータリ圧縮機であり、図１は、本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図２はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。
【００１２】
図１において１は密閉容器であり、電動機部２と圧縮機構部３が配置されている。電動機部２は回転子２ａと固定子２ｂから構成され、回転子２ａには主軸受９と副軸受１０により回転自在に支持されたクランクシャフト８が圧入等の方法により固定されている。圧縮機部３は吸入孔５および径方向のシリンダ溝２３を有するシリンダ２０と、外周面をシリンダ２０の内周面に摺動しながら偏芯回転するローラ７と、ローラ７の内周面に摺動自在に挿入されたシャフト８の偏芯部と、シリンダ溝２３に往復摺動自在に収納されてスプリング２４による押圧力と背圧（吐出圧）により先端部がローラ７に押し付けられてシリンダ内部空間を吸入室２５と圧縮室２６に分割するベーン２１と、シリンダ両端面を密閉する主軸受９および副軸受１０とから構成されている。
【００１３】
次に、本構成によるロータリ圧縮機の動作を説明する。電動機部２に外部から通電することにより回転子が回転してシャフト８が回転駆動される。シャフト８が回転すると偏芯部に摺動自在に取り付けられたローラ７がシリンダ内周面に摺接しながら遊星運動（図２で反時計方向回転）を行う。その結果、ＨＦＣなどの冷媒ガスが吸入管４から吸入孔５を介して吸入室２５に吸い込まれ、同時に圧縮室２６で圧力を上げられた冷媒ガスが吐出切り欠き２２から吐出孔６を通して密閉容器１内に吐出される。
【００１４】
なお、図１では見やすくするために吐出孔６の位置を吸入孔から離れた位置に描いたが、実際には図２に示すようにベーン２１を挟んで吸入孔５の近くに配置されている。
【００１５】
この時、吸入室２５と圧縮室２６とを仕切るベーン２１はスプリング２４とベーン背部にかかる圧力によりローラ７の外周面に押し付けられており、先端部がローラ７の外周面と、側面部がシリンダ溝２３の内壁面と摺動することになる。ベーン２１とローラ７およびシリンダ溝２３の潤滑は定常運転状態では密閉容器底部に貯留されている冷凍機油１２を使って行われるが、始動時には摺動部に十分な冷凍機油が存在しておらず、吸入された冷媒ガスに僅かながら含まれている冷凍機油１２（冷凍機油は僅かではあるが冷媒ガスと共に圧縮機から吐出され、冷凍サイクルを循環した後、再び吸入管４から圧縮機に戻ってくる）が使われることになる。
【００１６】
前記クランクシャフト８は、一般に低合金鋳鉄あるいは球状黒鉛鋳鉄が使用されているが、前述のように、密閉型ロータリ圧縮機の始動時における摺動条件は潤滑油が十分に供給されない厳しいものであり、特にクランクシャフト８と主軸受９および副軸受１０の間は回転運動となるため油膜が形成されにくいため更に厳しい摺動条件であるということがいえる。また、近年環境対策のために採用されているＨＦＣ冷媒はそれ自身に潤滑性が乏しいので、ＨＦＣ冷媒を使用したロータリ圧縮機の摺動条件は特に厳しいものであるといえる。
【００１７】
図３は本発明のヤング率と硬さの相関を示したもので、図４は基地組織と硬さの相関を示したものである。図３に示すように、設計で要求されるクランクシャフトの剛性（ヤング率）とブリネル硬さは相関があり、ヤング率１８０ＧＰａを確保するためのクランクシャフトのブリネル硬さはＨＢ２００となる。
【００１８】
さらに図４に示すように、球状黒鉛鋳鉄クランクシャフトの基地組織とブリネル硬さも相関性があり、図３で規定した剛性の下限（１８０ＧＰａ）に相当するブリネル硬さＨＢ２００での基地組織はパーライト率が５０％のものとなっている。必要とされる剛性の下限が確保できるＨＢ２００での基地組織で、メカ信頼性は確保できることを確認した。
【００１９】
さらに図４では、クランクシャフトの硬さをあげると、基地中のパーライト比率が上昇していき、加工性が困難となることが推定される。硬さを増加させ加工性を評価し加工精度、チップの寿命等を総合的に判断し、ＨＢ２６０が量産において支障なく加工できる上限と確認できた。
【００２０】
従って本発明においては、必要剛性、圧縮機メカ摺動の信頼性および加工も問題なく行える仕様範囲をＨＢ２００〜２６０と規定することで目的が達成できた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明により、通常の運転でも、また負荷の高い設計要素を持つ圧縮機もしくはＨＦＣ冷媒下の苛酷な運転状況でも信頼性が高く、しかも加工性でも問題ない安定したクランクシャフトが供給確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来および本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図
【図２】従来および本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の要部を示す横断面図
【図３】本発明のヤング率と硬さの相関関係を示す図
【図４】本発明の基地組織と硬さの相関関係を示す図
【符号の説明】
【００２３】
１    密閉容器
２    電動機部
３    圧縮機部
４    吸入管
５    吸入孔
６    吐出孔
７    ローラ
８    シャフト
９    主軸受け
１０  副軸受け
１１  締め付けボルト
１２  冷凍機油
２０  シリンダ
２１  ベーン
２２  吐出切欠き
２３  シリンダ溝
２４  スプリング
２５  吸入室
２６  圧縮室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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