JP2000291545A

JP2000291545A - 圧縮機およびポンプ

Info

Publication number: JP2000291545A
Application number: JP11098583A
Authority: JP
Inventors: Junta Kawabata; 淳太川端
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、冷凍サイクル等に使用する圧縮機
およびポンプに関し、摺動材料を変更することにより耐
摩耗性の向上を図る。【解決手段】表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が均
一に分散したアルミニウム粉末が主成分の焼結合金の摺
動部品から成ることより、摺動部に耐摩耗性に優れた窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）が均一に分散することから耐
摩耗性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍冷蔵装置や空
調機等に用いられる圧縮機およびポンプに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクル等に使用する圧縮機には従
来から冷媒としてＣＦＣ−１２（ジクロロ・ジフロロ・
メタン、ＣＣｌ２Ｆ２）やＨＣＦＣ−２２（モノクロロ
・ジフロロ・メタン、ＣＨＣｌＦ２）が主に使用されて
きたが、オゾン層の破壊による人体や生物系に対する影
響や地球温暖化の観点から分子内に塩素（Ｃｌ）原子を
含まないＨＦＣ系冷媒である例えばＨＦＣ−１３４ａ
（１，１，１，−テトラ・フロロ・エタン、ＣＨＦ２Ｃ
Ｆ３）等の冷媒や自然冷媒（ハイドロカーボン，二酸化
炭素，アンモニア，水素，ヘリウム等）が使用されてき
ている。

【０００３】また、冷凍サイクル等に使用する圧縮機に
は従来から冷媒とオイルとにより摺動部の潤滑を行って
きたが、環境破壊の観点から圧縮機内にオイルを封入し
ないオイルフリーの圧縮機の開発が望まれている。

【０００４】しかし、冷媒がＣＦＣ−１２からＨＦＣ−
１３４ａに変わることにより耐摩耗性に優れる塩化鉄
（ＦｅＣｌｘ）膜を形成しなくなることや、オイルフリ
ーにすることにより、摺動状態が悪くなることから、摩
擦係数が増加し効率が悪くなり、更に摩耗量も多くな
る。

【０００５】この様な状況では、圧縮機の効率を良くす
ることや信頼性を高める為に低摩擦係数材料の開発や摺
動材料の耐摩耗性の向上が必要である。

【０００６】従来の圧縮機としては例えば振動式圧縮機
として実開昭５８−１１６７８４号公報に示されている
ものがある。

【０００７】以下図面を参照しながら前記従来の圧縮機
の一例について説明する。

【０００８】図８は従来の圧縮機の断面図である。

【０００９】本体１は、モーター３，シリンダー５，軸
受６，ピストン８，共振スプリング１１，シリンダーヘ
ッド１０とから構成されており、サスペションスプリン
グ（図示せず）により、密閉ケーシング２内に弾性支持
されている。モーター３は、コイル巻き線により形成さ
れた固定子４と鉄心で形成された可動子７とから構成さ
れており、可動子７はピストン８に固定されている。

【００１０】シリンダー５，軸受６は、ピストン８が軸
方向に可動可能なように支持している。共振スプリング
１１は一端がモーター３の可動子７に固定され、他端が
軸受６に固定されており、一部が密閉ケーシング２内に
溜められた潤滑油１２内に浸かっている。

【００１１】８ａはシリンダー５，ピストン８により構
成される圧縮室であり、ピストン８内の吸入孔８ｂより
圧縮室８ａ導かれた冷媒ガスがピストン８の往復運動に
より圧縮される。

【００１２】また、密閉ケーシング２内の下部に溜まっ
た潤滑油１２は、ピストン８の軸方向の往復運動に伴う
共振スプリング１１の伸縮運動によりかく拌され、密閉
ケーシング２内に飛散し、ピストン８とシリンダー５間
の摺動部並びに、ピストン８と軸受６間の摺動部を潤滑
している。

【００１３】従来では、圧縮機１の摺動部を構成する摺
動部材が鋳鉄製材料もしくはアルミ系合金にて形成して
いた。特に効率の観点よりアルミ系合金が使用されてき
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のアルミ系合金では、起動初期等のオイルの供給が少
ない状態では摩耗が多くなる可能性があった。

【００１５】本発明は従来の課題を解決するもので、オ
イルの供給が少ない場合でも摺動材料の潤滑特性を改善
し、耐摩耗性を向上させた信頼性の高い圧縮機やポンプ
を提供することを目的とする。また、圧縮機やポンプに
オイルを封入しない場合においても信頼性の高い圧縮機
やポンプを提供することを目的とする。

【００１６】また、前記従来のアルミ系合金では、摩擦
係数が低くなり効率が良くなるがその反面強度が弱く、
オイル圧縮等により荷重が大きくなった場合、破損を発
生させる可能性があった。

【００１７】本発明は従来の課題を解決するもので、ア
ルミ系材料の強度を向上させることにより、破損を防止
する圧縮機やポンプの提供を目的とする。

【００１８】また、前記従来のアルミ系合金では、鋳鉄
製材料に比較して摩擦係数が低くなり効率が良くなるが
その反面液冷媒が摺動部に混入した際に、冷媒へのオイ
ルの溶け込みにより摺動部のオイルの洗い流しが生じ、
摩耗が増加するとともに、摩擦係数が上昇し、効率の低
下が生じる可能性があった。

【００１９】本発明は従来の課題を解決するもので、ア
ルミ系材料の強度を向上させるとともに表面を改質する
ことにより、耐摩耗性を向上させるとともに効率の低下
を防止する圧縮機やポンプの提供を目的とする。また、
圧縮機やポンプにオイルを封入しない場合においても信
頼性の高い圧縮機やポンプを提供することを目的とす
る。

【００２０】また、前記従来のアルミ系合金では、冷媒
として二酸化炭素を使用した場合、システム中に含まれ
る水分と二酸化炭素との反応によりアルミ系合金が腐食
しスラッジ等が発生するとともに表面が荒れて摩擦係数
が上昇し効率が低下する可能性があった。

【００２１】本発明は従来の課題を解決するもので、ア
ルミ系合金の表面をコーティングしアルミ系合金が直接
冷媒にさらされなくすることにより、腐食を防止しスラ
ッジ等の発生を抑制するとともに効率の低下を防止する
圧縮機やポンプの提供を目的とする。また、圧縮機やポ
ンプにオイルを封入しない場合においても信頼性の高い
圧縮機やポンプを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の圧縮機やポンプにおいては、表面に窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）が均一に分散したアルミニウム粉末が
主成分の焼結合金の摺動部品から成ることを特徴とした
ものである。

【００２３】これにより、摺動部に耐摩耗性に優れた窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）が均一に分散することにより
耐摩耗性を向上させた信頼性の高い圧縮機やポンプが得
られる。

【００２４】また、本発明の圧縮機やポンプにおいて
は、粒径が１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉
末が主成分の焼結合金の摺動部品から成ることを特徴と
したものである。

【００２５】これにより、材料強度が高くなることより
破損を防止するとともに粒径が微細であるため粒子間の
空孔が小さくなり表面粗さが良くなることにより効率を
向上させた信頼性の高い圧縮機やポンプが得られる。

【００２６】また、本発明の圧縮機やポンプにおいて
は、粒径が１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉
末が主成分の焼結合金の表面を窒化処理した摺動部品か
ら成ることを特徴としたものである。

【００２７】これにより、表面が耐摩耗性に優れた窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）に改質されることにより耐摩耗
性を向上させるとともに表面の荒れを抑制することによ
り効率の低下を防止するとともに材料強度が高くなるこ
とより破損を防止した信頼性の高い圧縮機やポンプが得
られる。

【００２８】また、本発明の圧縮機やポンプにおいて
は、アルミ系合金の表面にカーボンを添加した四フッ化
エチレンをコーティングした摺動部品から成ることを特
徴としたものである。

【００２９】これにより、アルミ系合金が直接冷媒にさ
らされなくすることより腐食を防止しスラッジ等の発生
を抑制するとともに四フッ化エチレンの摩擦係数が低い
ことより効率を向上させた信頼性の高い圧縮機やポンプ
が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が均一に分散し
たアルミニウム粉末が主成分の焼結合金の摺動部品から
成ることを特徴としたものであり、本発明に係わる焼結
合金は、摺動部に耐摩耗性に優れた窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）が均一に分散することにより耐摩耗性が向上
するという作用を有する。

【００３１】本発明の請求項２に記載の発明は、粒径が
１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分
の焼結合金の摺動部品から成ることを特徴としたもので
あり、本発明に係わる焼結合金は、材料強度が高くなる
ことより破損を防止できるという作用を有する。さらに
粒径が微細であるため粒子間の空孔が小さくなり表面粗
さが良くなることより効率が向上するという作用を有す
る。

【００３２】本発明の請求項３に記載の発明は、粒径が
１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分
の焼結合金の表面を窒化処理した摺動部品から成ること
を特徴としたものであり、本発明に係わる焼結合金は、
表面が耐摩耗性に優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に
改質されることにより耐摩耗性が向上するとともに表面
荒れが抑制され効率の低下を防止するという作用を有す
る。さらに請求項２と同様に材料強度が高くなることよ
り破損を防止できるという作用を有する。

【００３３】本発明の請求項４に記載の発明は、アルミ
系合金の表面にカーボンを添加した四フッ化エチレンを
コーティングした摺動部品から成ることを特徴としたも
のであり、本発明に係わるアルミ系合金は、表面が耐摩
耗性に優れた材料となることにより腐食が防止できスラ
ッジ等の発生が抑制できるという作用を有する。さらに
腐食による表面荒れを防止するとともに四フッ化エチレ
ンが低摩擦係数材料であることにより効率が向上すると
いう作用を有する。

【００３４】

【実施例】以下、本発明による圧縮機の実施例について
図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成に
ついては、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３５】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
よる圧縮機の断面図である。図２は同実施例のピストン
のＡ部拡大図である。

【００３６】図１，２において１３はアルミニウム粉末
が主成分の焼結合金のピストンで、１４は窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）の粒子である。

【００３７】アルミニウム粉末が主成分の焼結合金のピ
ストン１３の摺動部表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
の粒子１４を均一に分散させることにより、起動初期等
のオイルの供給が少ない状態においても摺動面に均一に
分散させた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒子１４がア
ルミ系合金並びに鋳物等の材料のピストン８を用いた従
来例に比較して、硬度が高く耐摩耗性に優れていること
により、摩耗量が減少する。

【００３８】以上のように本実施例の圧縮機は、表面に
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が均一に分散したアルミニ
ウム粉末が主成分の焼結合金のピストン１３から構成さ
れ、アルミニウム粉末が主成分の焼結合金のピストン１
３の摺動部表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒子１
４を均一に分散させるので耐摩耗性が向上する。

【００３９】なお、本実施例においては、振動式圧縮機
のアルミニウム粉末が主成分の焼結合金のピストン１３
を例に挙げたがその他の摺動部品や振動式圧縮機以外の
他の圧縮方式の摺動部品であっても同様の効果が得られ
る。さらに、使用する冷媒に関係なく、例えば、ＨＦＣ
−１３４ａ系冷媒やハイドロカーボン等の自然冷媒を使
用する圧縮機の場合や冷媒を使用しないポンプ等の場合
においても同様の効果が得られる。さらに、圧縮機内に
冷凍機油を封入しないオイルレス圧縮機とすることも可
能である。

【００４０】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
よる圧縮機の断面図である。

【００４１】図３において１５はアルミニウム粉末の焼
結のピストンである。

【００４２】アルミニウム粉末の焼結のピストン１５を
形成するアルミニウム粉末の粒径を１００ｎｍから３０
０ｎｍに微細化することにより引張強さが６００ＭＰａ
以上となり、引張強さが５００Ｍｐａ以下のアルミ系合
金のピストン８を用いた従来例に比較して、材料強度が
高くなることにより、オイル圧縮等により荷重が大きく
なった場合でも、破損を防止できる。さらに、粒子が微
細であるため粒子間の空孔が小さくなり表面粗さが良く
なり、摩擦係数が低くなることより効率が向上する。

【００４３】以上のように本実施例の圧縮機は、粒径が
１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分
の焼結合金のピストン１５から構成され、アルミニウム
粉末の焼結のピストン１５を形成するアルミニウム粉末
の粒径を１００ｎｍから３００ｎｍに微細化するので材
料強度が高くなることから破損が防止できるとともに粒
径が微細であるため粒子間の空孔が小さくなり表面粗さ
が良くなることにより効率が向上する。

【００４４】なお、本実施例においては、振動式圧縮機
の粒径を１００ｎｍから３００ｎｍに微細化したアルミ
ニウム粉末の焼結のピストン１５を例に挙げたがその他
の摺動部品や振動式圧縮機以外の他の圧縮方式の摺動部
品であっても同様の効果が得られる。さらに、本実施例
においては、粒径を１００ｎｍから３００ｎｍに微細化
したアルミニウム粉末の焼結材を例に挙げたが軽量化の
為にシリコン（Ｓｉ）等の比重の軽い元素を添加しても
同様の効果が得られる。さらに、使用する冷媒に関係な
く、例えば、ＨＦＣ−１３４ａ系冷媒やハイドロカーボ
ン等の自然冷媒を使用する圧縮機の場合や冷媒を使用し
ないポンプ等の場合においても同様の効果が得られる。

【００４５】（実施例３）図４は、本発明の実施例３に
よる圧縮機の断面図である。図５は同実施例のピストン
のＢ部拡大図である。

【００４６】図４，５において１６は窒化処理したアル
ミニウム粉末の焼結のピストンで、１７はアルミニウム
粉末で、１８は窒化層である。

【００４７】ピストン１６を形成する粒径が１００ｎｍ
から３００ｎｍのアルミニウム粉末１７の焼結材を窒化
処理することにより表面に窒化層１８が生成される。ま
た、表面に生成された窒化層１８の主成分は耐摩耗性に
優れた窒化アルミ（ＡｌＮ）であることより、液冷媒が
摺動部に混入した際に、冷媒へのオイルの溶け込みによ
り摺動部のオイルの洗い流しが生じた場合でも、摩耗を
防止できるとともに表面荒れを抑制し効率の低下が防止
できる。さらに、請求項２の発明と同様にアルミニウム
粉末の粒径を１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム
粉末１７により引張強さを６００ＭＰａ以上となり、引
張強さが５００Ｍｐａ以下のアルミ系合金に比較して材
料強度が高くなることにより、オイル圧縮等により荷重
が大きくなった場合でも、破損を防止できる。

【００４８】以上のように本実施例の圧縮機は粒径が１
００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分の
焼結合金の表面を窒化処理したピストン１６から構成さ
れ、粒径が１００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉
末１７の焼結材を窒化処理することにより表面に窒化層
１８が生成されるので耐摩耗性が向上し表面荒れを抑制
することより高率の低下が防止できるとともに材料強度
が高くなることより破損が防止できる。

【００４９】なお、本実施例においては、振動式圧縮機
の窒化処理したアルミニウム粉末の焼結のピストン１６
を例に挙げたがその他の摺動部品や振動式圧縮機以外の
他の圧縮方式の摺動部品であっても同様の効果が得られ
る。さらに、本実施例においては、粒径を１００ｎｍか
ら３００ｎｍに微細化したアルミニウム粉末１７の焼結
材を例に挙げたが軽量化の為にシリコン（Ｓｉ）等の比
重の軽い元素を添加しても同様の効果が得られる。さら
に、使用する冷媒に関係なく、例えば、ＨＦＣ−１３４
ａ系冷媒やハイドロカーボン等の自然冷媒を使用する圧
縮機の場合や冷媒を使用しないポンプ等の場合において
も同様の効果が得られる。さらに、圧縮機内に冷凍機油
を封入しないオイルレス圧縮機とすることも可能であ
る。

【００５０】（実施例４）図６は、本発明の実施例４に
よる圧縮機の断面図である。図７は同実施例のピストン
のＣ部拡大図である。

【００５１】図６，７において１９はコーティング処理
したアルミ系合金のピストンで、２０はアルミ系合金
で、２１はカーボンを添加した四フッ化エチレン層であ
る。

【００５２】ピストン１９の母材であるアルミ系合金２
０の表面にカーボンを添加した四フッ化エチレン層２１
をコーティングすることによりアルミ系合金２０が直接
冷媒にさらされなくなり、アルミ系合金のピストン８を
用いた従来例に比較して、冷媒として二酸化炭素を使用
した場合、システム中に含まれる水分と二酸化炭素との
反応による腐食が防止できスラッジ等が発生を抑制でき
る。さらに、四フッ化エチレンにカーボンを添加するこ
とにより二酸化炭素による四フッ化エチレンの溶出を防
止できる。さらに、表面にカーボンを添加した四フッ化
エチレン層２１をコーティングすることにより表面荒れ
を防止することから摩擦係数の上昇を押さえるとともに
四フッ化エチレンの摩擦係数がアルミ系合金に比較して
低いことより効率が向上する。

【００５３】以上のように本実施例の圧縮機はアルミ系
合金の表面にカーボンを添加した四フッ化エチレンをコ
ーティングしたピストン１９から構成され、アルミ合金
が直接冷媒にさらされなくすることより腐食が防止でき
スラッジ等の発生が抑制できる。さらに腐食による表面
荒れを防止するとともに四フッ化エチレンが低摩擦係数
材料であることにより効率が向上する。

【００５４】なお、本実施例においては、振動式圧縮機
のコーティング処理したアルミ系合金のピストン１９を
例に挙げたがその他の摺動部品や振動式圧縮機以外の他
の圧縮方式の摺動部品であっても同様の効果が得られ
る。さらに、圧縮機内に冷凍機油を封入しないオイルレ
ス圧縮機とすることも可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明は、表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が均一に分散
したアルミニウム粉末が主成分の焼結合金の摺動部品か
ら成ることより、摺動部に耐摩耗性に優れた窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）が均一に分散することから耐摩耗性が
向上する。

【００５６】また、請求項２に記載の発明は、粒径が１
００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分の
焼結合金の摺動部品から成ることより、材料強度が高く
なることから破損が防止できるとともに粒径が微細であ
るため粒子間の空孔が小さくなり表面粗さが良くなるこ
とから効率が向上する。

【００５７】また、請求項３に記載の発明は、粒径が１
００ｎｍから３００ｎｍのアルミニウム粉末が主成分の
焼結合金の表面を窒化処理した摺動部品から成ることよ
り、表面が耐摩耗性に優れた窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）に改質されることから耐摩耗性が向上し表面荒れを
抑制することより高率の低下が防止できるとともに材料
強度が高くなることから破損が防止できる。

【００５８】また、請求項４に記載の発明は、アルミ系
合金の表面にカーボンを添加した四フッ化エチレンをコ
ーティングした摺動部品から成ることより、アルミ合金
が直接冷媒にさらされなくすることから腐食が防止でき
スラッジ等の発生が抑制できる。さらに腐食による表面
荒れを防止するとともに四フッ化エチレンが低摩擦係数
材料であることから効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による圧縮機の断面図

【図２】本発明の実施例１のＡ部拡大図

【図３】本発明の実施例２による圧縮機の断面図

【図４】本発明の実施例３による圧縮機の断面図

【図５】本発明の実施例３のＢ部拡大図

【図６】本発明の実施例４による圧縮機の断面図

【図７】本発明の実施例４のＣ部拡大図

【図８】従来の圧縮機の断面図

【符号の説明】

１３アルミニウム粉末が主成分の焼結合金のピストン１４窒化アルミの粒子１５アルミニウム粉末の焼結のピストン１６窒化処理したアルミニウム粉末の焼結のピストン１７アルミニウム粉末１８窒化層１９コーティング処理したアルミ系合金のピストン２０アルミ系合金２１カーボンを添加した四フッ化エチレン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H003 AA01 AB00 AC00 AD01 BD09 BD10 CA02 CE04 CE05 3H071 AA15 BB01 CC11 CC15 CC26 CC31 CC44 CC47 DD01 DD06 DD46 EE01 EE02 EE03 EE04 EE05 EE06 EE07 EE08 EE09 EE11 EE12 EE13 3H076 AA02 BB26 CC03 CC27 CC34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が均
一に分散したアルミニウム粉末が主成分の焼結合金の摺
動部品から成る圧縮機およびポンプ。
【請求項２】粒径が１００ｎｍから３００ｎｍのアル
ミニウム粉末が主成分の焼結合金の摺動部品から成る圧
縮機およびポンプ。
【請求項３】粒径が１００ｎｍから３００ｎｍのアル
ミニウム粉末が主成分の焼結合金の表面を窒化処理した
摺動部品から成る圧縮機およびポンプ。
【請求項４】アルミ系合金の表面にカーボンを添加し
た四フッ化エチレンをコーティングした摺動部品から成
る圧縮機およびポンプ。