(57)【要約】【課題】クランクシャフトの材料として球状黒鉛鋳鉄の基地中に若干のフェライト相があるグレードのものを使用し、主軸受としてねずみ鋳鉄を使用した従来の圧縮機では主軸受の上端部でクランクシャフトとの耐磨耗性を向上させること。【解決手段】本発明は球状黒鉛鋳鉄からなるクランクシャフト８とねずみ鋳鉄からなる主軸受９との間の耐摩耗性を確保するために、主軸受９の上端部１０９の形状を変更し、金属組織的に安定した均質な材料を提供できるようにしたものである。【選択図】図１
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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る球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの回転を支持する軸受がねずみ鋳鉄で、特に軸受上部の組織をパーライト基地の片状黒鉛が晶出するように、軸受の上部の形状を極端に肉薄にならないようにしたことを特徴とする部品で構成された冷媒圧縮機。
【請求項２】
冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱物油、あるいは冷媒がＨＦＣで冷凍機油がエステルもしくはエーテル油であることを特徴とした請求項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る。
【０００３】
一方、クランクシャフトを指示する主軸受については従来より焼結材もしくはねずみ鋳鉄が使用されているが、ねずみ鋳鉄については部位によって金属組織的に均一性が保たれずクランクシャフトとの耐磨耗性に問題が発生する場合があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２６８６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基地中のパーライトを増加させ、耐摩耗性の向上を確保すべく使用されているが、球状黒鉛鋳鉄のグレードを上げると基地中のパーライトが増加し硬さは上がるものの、鋳造性が低下し引け等の欠陥が多くなり、さらには加工性が若干劣るため、実使用の球状黒鉛鋳鉄は基地中には若干のフェライト相があるグレードのものを選定している。
【０００５】
さらにクランクシャフトの回転を支持する主軸受はねずみ鋳鉄が使用されており、従来より主軸受の上端部でクランクシャフトとの耐磨耗性に問題があり、主軸受の当該部分の金属組織を制御することにより安定したメカ信頼性を提供することを目的とした。
【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とねずみ鋳鉄の間の耐摩耗性を確保するために、主軸受の上端部の形状を変更し、金属組織的に安定した均質な材料を提供できるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、主軸受の金属組織を部位による変化がなきよう均質にし、クランクシャフトとの耐摺動、耐摩耗性を確保するものである。
【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基地中のパーライト量が５０％以上の球状黒鉛鋳鉄であり、これを支持する主軸受がねずみ鋳鉄で通常はほぼパーライトの基地中に片状黒鉛が晶出した組織となっており、十分な耐摩耗性を有するものとなっているが、クランクシャフトに焼きばめされた電動機の振れ回りを受けるべく、主軸受上端部は肉厚が小さく設計されているため、ねずみ鋳鉄の素材も主軸受加工完成品と同様に、上端部の肉厚は小さくし鋳造されている。
【０００９】
一般にこの部位は鋳造時において溶湯の入り口である堰より遠い位置にあり、しかも肉厚が薄いため急冷されやすく、黒鉛は十分成長せず片状黒鉛とはなりにくく、共晶黒鉛として晶出し、基地もパーライトが不十分でフェライト基地となるため、耐摩耗性に問題が発生しやすい。
【００１０】
当然ながら鋳造上、溶湯に接種を利かすことによりある程度の組織の均質化は図れるが限度がある。従って、主軸受の上端部の肉厚を下部とほぼ同等とし急冷されにくい設計とすることで片状黒鉛とパーライト基地の均質な組織が可能となり、クランクシャフトとの十分な摺動性が確保することができる。
【００１１】
第２の発明は、冷媒がＨＣＦＣあるいは潤滑条件のより厳しいＨＦＣ冷媒条件であっても、十分なメカ摺動信頼性を確保するものである。
【００１２】
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。
【００１３】
（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２は冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図３はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。
【００１４】
図２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。
【００１５】
次に、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３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。
【００１６】
なお、図２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３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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明のねずみ鋳鉄製の主軸受１０９を組み込んだ冷媒圧縮機の縦断面図で、主軸受の上部の肉厚は小さくなっている。図４は従来例における主軸受の形状を示したもので、主軸受の上部の肉厚３１は下部３２より小さくなっている。図５は本発明における主軸受の形状を示したもので、主軸受の上部の肉厚１３１は下部と同様のものとなっている。図６は、図４に示す従来例の主軸受上部の金属組織顕微鏡写真であり、フェライト基地中に共晶黒鉛が晶出したもので、硬さが低くなっている。図７は、図４に示す従来例の主軸受下部の金属組織顕微鏡写真であり、パーライト基地中に片状晶黒鉛が晶出した本来のねずみ鋳鉄の組織で、硬さも十分確保されている。図８は、本発明における主軸受の上部の組織顕微鏡写真であり、図７と同様に、パーライト基地中に片状黒鉛が晶出したものとなっており、主軸受の下部組織と同一の均質性が保たれている。
【００２０】
図４に示す従来例の形状をした主軸受は、クランクシャフトとの間で最も耐摩耗性に問題があるとされている上部の部位が、共晶黒鉛が晶出したフェライト基地となっている。
【００２１】
従来はクランクシャフトの振れまわりを吸収すべく肉厚を小さく設計されていたが、本発明ではクランクシャフトに剛性の高い球状黒鉛鋳鉄を使用することから、図５に示す本発明の形状の主軸受を使用することが可能となり、図８に示すように主軸受上部の金属組織が健全なねずみ鋳鉄の組織となっているため、クランクシャフトとの間のメカ摺動性が確保できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
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い圧縮機メカ部品が供給確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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３】従来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４】従来の実施の形態における主軸受の形状と組織確認位置を示す図
【図５】本発明の実施の形態における主軸受の形状と組織確認位置を示す図
【図６】従来の実施の形態における主軸受上部の組織顕微鏡写真
【図７】従来の実施の形態における主軸受下部の組織顕微鏡写真
【図８】本発明の実施の形態における主軸受上部の組織顕微鏡写真
【符号の説明】
【００２４】
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
１０    副軸受
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
３１    従来の実施の形態の主軸受の上部
３２    従来の実施の形態の主軸受の下部  
１０９  本発明の実施の形態の主軸受の上部
１３１  本発明の主軸受
【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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