JP2007255247A - 摺動部材及び圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部の母材への二硫化モリブデンの密着性が高く、高信頼性の圧縮機の摺動部材および、高信頼性かつ高効率の圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】１００〜２００℃に加熱した金属材料からなる摺動部品の摺動面に気体とともに二硫化モリブデンの粒を衝突させることで化合物層１５２を形成することができ、これが、二硫化モリブデンが固溶した混合層１５０と母材との密着力を高めるバインダーの役割を果たし、摺動部の母材からの剥離を防ぐことができ、耐摩耗性が向上するものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用される圧縮機に関するものである。

近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を少なくする高効率の圧縮機の開発が進められている。

従来の圧縮機用の摺動部材として摺動部表面に固体潤滑剤である二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を固溶させた混合層を形成させたものの記載がある（例えば特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機を説明する。

図１０は特許文献１に記載された従来技術の圧縮機の断面図、図１１は特許文献１に記載された従来技術の二硫化モリブデンを固溶させた混合層の断面を示すものである。図１０、図１１に示すように密閉容器１は底部にオイル２を貯留するとともに、固定子３、および回転子４からなる電動要素５とこれによって駆動される往復式の圧縮要素６を収容している。

次に圧縮要素６の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト７は回転子４を圧入固定した主軸部８および主軸部８に対し偏心して形成された偏心軸９からなり、給油ポンプ１０を設けている。シリンダーブロック１１は略円筒形のボアー１２からなる圧縮室１３を形成するとともに主軸部８を軸支する軸受部１４を設けている。

ボアー１２に遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して偏心軸９との間を連結手段であるコンロッド１７によって連結されている。ボアー１２の端面はバルブプレート１８で封止されている。

ヘッド１９は高圧室を形成し、バルブプレート１８の反ボアー１２側に固定される。サクションチューブ２０は密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。サクションマフラー２１は、バルブプレート１８とヘッド１９に挟持される。

クランクシャフト７の主軸部８と軸受部１４、ピストン１５とボアー１２、ピストンピン１６とコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心軸９とコンロッド１７は相互に摺動部を形成する。そして、摺動部を構成する摺動部材はどちらか一方の摺動部表面には、二硫化モリブデンの粒をある速度以上で摺動部品の母材である金属の摺動面に衝突させることで固体潤滑剤である二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を固溶させた混合層を形成している。

以上のような構成において次に動作を説明する。商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に供給され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４はクランクシャフト７を回転させ、偏心軸９の偏心運動が連結手段のコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５を駆動することでピストン１５はボアー１２内を往復運動し、サクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた冷媒ガスはサクションマフラー２１から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。

オイル２はクランクシャフト７の回転に伴い、給油ポンプ１０から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１５とボアー１２の間においてはシールを司る。

ここでピストン１５とボアー１２とは、漏れ損失を小さくするために非常に狭いクリアランスで遊嵌されている。その結果、ピストン１５とボアー１２の形状、精度のばらつきによっては部分的に相互接触を起こす部位が生ずることもある。

しかしながら二硫化モリブデンを固着させた混合層３３を摺動部品の摺動面に形成することで、ピストン１５が上死点ならびに下死点において速度０となり、ボアー１２との間で金属接触が生じた場合でもピストン１５の表面に形成した混合層３３中の二硫化モリブデンが持つ固体潤滑性により摩擦係数が低下し、摺動損失を低減することができる。また、摺動部の表面に微細くぼみ３４を設けることにより、圧縮時にラビリンスシールとして働き、漏れ損失を低減するとともに耐摩耗性を向上させることができる。
国際公開第２００４／０５５３７１号パンフレット

しかしながら、上記従来の構成においては混合層３３の密着力が低く、摺動部の母材から剥離しやすいものがあった。

その原因を究明した結果、剥離しやすいものは混合層３３と母材との間に酸素、鉄、モリブデン、硫黄から形成される化合物層がほとんど形成されていないことが分かった。

化合物層は、二硫化モリブデンの粒が母材である金属の摺動面に衝突する際に生じる熱エネルギーにより、母材表面並びに空気中の酸素が、母材並びに二硫化モリブデンの粒とともに反応して形成されるものと推定する。

そしてこの化合物層が、混合層３３と母材とのバインダーの役割を果たすことで二硫化モリブデンが固溶した混合層３３と母材との密着力を高めているものと推定される。

すなわち、上記従来の構成において摩耗を生じたものは、混合層３３と母材との間に形成される化合物層がほとんど形成されていないため、その結果混合層３３と母材との密着力が低くなり、混合層３３の剥離が生じ耐摩耗性が低下したものと推定される。

ピストン１５、ボアー１２間において混合層３３の剥離が発生したものはクリアランスが大きくなり、圧縮した冷媒ガスがピストン１５とボアー１２のクリアランスから漏れ、効率も低下する可能性があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、摺動部の母材への二硫化モリブデンの密着性が高く、高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供すること、また高信頼性かつ高効率の圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の摺動部材は、二硫化モリブデンの粒を衝突させる際、摺動部品と二硫化モリブデンの粒の少なくとも一方が加熱されていることで、衝突時に発生する熱エネルギーに加熱されることによって得られる熱エネルギーが加わることで、反応エネルギーを大きくし、二硫化モリブデンと摺動部の母材との反応を促進することで、化合物層を形成しやすくするため、二硫化モリブデンが固溶した混合層と母材との密着力が高まり、摺動部の母材からの剥離を防ぐという作用を有する。

本発明の圧縮機の摺動部材及び圧縮機及び冷凍サイクル装置は、母材と二硫化モリブデンが固溶した混合層の密着力が高まり母材から剥離しにくくなるため、高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供できるとともに、高信頼性かつ高効率の圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、金属材料からなる摺動部品の摺動面に二硫化モリブデンの粒を衝突させてこれを固溶させた混合層を形成した摺動部材であって、二硫化モリブデンの粒を衝突させる際、摺動部品と二硫化モリブデンの粒の少なくとも一方が加熱されているので、衝突時に発生する熱エネルギーに加熱されることによって得られる熱エネルギーが加わることで、反応エネルギーを大きくし、二硫化モリブデンと摺動部の母材との反応を促進することで、母材表面並びに空気中の酸素が、二硫化モリブデンと母材と反応してできる化合物層を形成しやすくし、化合物層が母材とのバインダーの役割を果たすことで、二硫化モリブデンが固溶した混合層と母材との密着力が高まり、摺動部の母材からの剥離を防ぐという作用を有するため、高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、摺動部品が１００〜２００℃に加熱されているものであり、加熱温度を１００〜２００℃にすることで、化合物層を安定して形成させるという作用を有するため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、誘導加熱を用いて加熱したものであり、摺動部材を瞬間的、かつ、均一的に加熱することができるので、二硫化モリブデンの粒を衝突させる直前で加熱させることができるため、請求項２に記載の発明の効果に加えて、生産時に摺動部材の酸化時間を抑えているため、摺動部材が錆を生じにくく、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は、主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、一方が前記クランクシャフトに一体に形成され、他方が軸受部に一体に形成されたスラスト部と、主軸を回転自在に軸支する軸受部と、シリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと前記偏心軸と前記ピストンを連結するコンロッドを備えレシプロ型の圧縮要素を形成し、金属材料からなる摺動部品はクランクシャフト、スラスト部、シリンダーブロック、ピストン、ピストンピン、コンロッドの少なくともいずれかひとつであるため、摺動部の母材への二硫化モリブデンの密着性が高いため、二硫化モリブデンが剥離しにくいという作用を有すると共に、二硫化モリブデンの固体潤滑作用を発揮することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減するという作用も有するため、特に、ピストン、ボアー間においては、クリアランスが大きくなることがなく、圧縮した冷媒ガスがピストンとボアーのクリアランスから漏れることがないため、高信頼性かつ高効率の往復式の圧縮要素を持つ圧縮機を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は、偏心部を有するシャフトと、前記シャフトの回転中心に同心に圧縮室を形成するシリンダーと、前記偏心部に嵌装され、前記圧縮室内で転動するローラと、前記ローラに圧接されることで前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、前記シリンダーの両側面を封止するとともに、前記シャフトを軸支する電動要素側の主軸受及び、反電動要素側の副軸受と、前記シャフトの一端に固定した給油スプリングと、前記給油スプリングを収納するとともに、一端を前記オイル中に開口した給油管を備えローリングピストン型の圧縮要素を形成し、金属材料からなる摺動部品はシャフト、シリンダー、ローラ、ベーン、主軸受、副軸受、給油スプリング、給油管の少なくともいずれかひとつであるため、摺動部の母材への二硫化モリブデンの密着性が高いため、二硫化モリブデンが剥離しにくいという作用を有すると共に、二硫化モリブデンの固体潤滑作用を発揮することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減するという作用を有するため、高信頼性かつ高効率の回転式の圧縮要素を持つ圧縮機を提供することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の圧縮機を備え、凝縮器と、ドライヤーと、キャピラリーと、蒸発器を有し、冷媒にＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒を用いることで、請求項４または５に記載の圧縮機が高信頼性かつ高効率であるため、高信頼性かつ高効率の冷凍サイクル装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の断面図及び冷凍サイクル装置図、図２は、図１におけるＡ部拡大図、図３は、図２におけるＢ部拡大図、図４は、本発明の実施の形態１における二硫化モリブデンの形成図、図５は、本発明の実施の形態１における摺動部品の温度と化合物層の膜厚の関係図、図６は、本発明の実施の形態１における摺動材を用いた圧縮機の特性図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内にはＲ６００ａまたはＲ１３４ａからなる冷媒ガス１０２を充填するとともに、底部にはオイル１０３を貯留し、固定子１０４、および回転子１０５からなる電動要素１０６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素１０７を収容している。

次に圧縮要素１０７の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト１０８は回転子１０５を圧入固定した主軸１０９および主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０からなり、下端にはオイル１０３に連通する給油ポンプ１１１を設けている。鋳鉄からなるシリンダーブロック１１２は略円筒形のボアー１１３と主軸１０９を軸支する軸受部１１４を形成している。

また、前記回転子１０５にはフランジ面１２０が形成され、軸受部１１４の上端面はスラスト部１２２になっている。フランジ面１２０と軸受部１１４のスラスト部１２２の間にはスラストワッシャ１２４が挿入されている。フランジ面１２０、スラスト部１２２及びスラストワッシャ１２４でスラスト軸受部１２６を構成している。

ある一定量のクリアランスを保ってボアー１１３に遊嵌されたピストン１３２は鋳鉄、または鉄系の焼結材といった鉄系の材料からなり、ボアー１１３とともに圧縮室１３４を形成し、ピストンピン１３７を介して連結手段であるコンロッド１３８によって偏心軸１１０と連結されている。ボアー１１３の端面はバルブプレート１３９で封止されている。

ヘッド１４０は高圧室を形成し、バルブプレート１３９の反ボアー１１３側に固定される。サクションチューブ１４１は密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの蒸発器１４２側に接続され、冷媒ガス１０２を密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１４３は、バルブプレート１３９とヘッド１４０に挟持される。

ピストン１３２とボアー１１３、主軸１０９と軸受部１１４、スラスト部１２２とスラストワッシャ１２４、ピストンピン１３７とコンロッド１３８、偏心軸１１０とコンロッド１３８は相互に摺動部を形成するとともにそれぞれの摺動部の少なくとも一方には母材の表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層１５０を形成している。

そしてピストン１３２とボアー１１３は漏れ損失を小さくするために非常に狭いクリアランス、例えば径で５μｍ〜１５μｍ程度のクリアランス寸法で遊嵌されている。

ここではピストン１３２を例にとって詳しく述べることにする。

ピストン１３２とボアー１１３が相互に形成する摺動部のうち、ピストン１３２の摺動部表面、つまり母材である鉄系材料の表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層１５０を形成している。より好ましくは、混合層１５０における二硫化モリブデンの最大濃度を５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下とすることである。

ここで、図４を用いて、二硫化モリブデンを固溶させた混合層１５０を形成する方法を説明する。本発明の実施の形態１においては、ドライエアー等の気体と共に二硫化モリブデンの粒を所定の速度以上で、加熱された摺動部品の母材である金属の摺動面に衝突させる方法を用いている。

具体的には、誘導加熱を用いて摺動部品を瞬間的、かつ、均一的に１５０℃程度に加熱したものを使用している。

この方法によって、衝突時に発生する熱エネルギーに加熱されることによって得られる熱エネルギーが加わることで、反応エネルギーが大きくなり、二硫化モリブデンと摺動部の母材との反応が促進されることで、母材表面並びに空気中の酸素が、二硫化モリブデンと母材と結合して、混合層１５０と母材の間に酸素、鉄、モリブデン、硫黄から成る化合物層１５２が形成される。

こうして形成された化合物層１５２が母材とのバインダーの役割を果たすことで、二硫化モリブデンが固溶した混合層１５０と母材との密着力を安定して高めることができ、その結果、極めて密着力の強い混合層１５０を形成することができたものと推定する。

なお、本実施の形態においては摺動部品を加熱したが、摺動部品の代りに二硫化モリブデンの粒を加熱し、加熱されたドライエアー等の気体と共に所定の速度以上で、摺動部品の母材である金属の摺動面に衝突させても同様な効果を得ることができ、また摺動部品、ドライエアー等の気体、二硫化モリブデンの粒の全てを加熱しても良い。

圧縮機１６０は、ディスチャージチューブ１６２及びサクションチューブ１４１を通して、凝縮器１６４、ドライヤー１６６、キャピラリー１６８、蒸発器１４２と図１の如く順次接続されて、周知の冷凍サイクルを構成している。

以上のように構成された圧縮機１６０及び冷凍サイクル装置について、以下その動作を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させ、偏心軸１１０の偏心運動が連結手段のコンロッド１３８からピストンピン１３７を介してピストン１３２を駆動することでピストン１３２はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ１８０を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガス１０２はサクションマフラー１４３から吸入され、圧縮室１３４内で圧縮される。

オイル１０３はクランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１３２とボアー１１３の間においてはシールを司る。

圧縮室１３４内で圧縮された冷媒ガス１０２はディスチャージチューブ１６２から凝縮器１６４へと流れ放熱されて液化する。その後、ドライヤー１６６で水分をトラッピングされた後キャピラリー１６８で減圧され蒸発器１４２で蒸発し周囲の熱を奪うことで冷却し、再びサクションチューブ１４１から圧縮機１６０へと戻ってくるといった周知の冷凍サイクルの動作を行う。

ピストン１３２がボアー１１３内で往復圧縮運動をする際、ピストン１３２とボアー１１３のクリアランスが非常に狭いため、ピストン１３２とボアー１１３の形状、精度のばらつきによっては部分的に相互接触を起こす部位が生ずることもある。こういった場合には、二硫化モリブデンの母材への密着性が高いと二硫化モリブデンが剥離することなく、二硫化モリブデンの組織が稠密六方晶で、分子の大きさが約６×１０^−４μｍと小さくことから低い摩擦係数でへき開することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下するため、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。

また、二硫化モリブデンが剥離しないため、摩耗が発生しにくいので、ピストン１３２とボアー１１３のクリアランスが大きくなりにくく、圧縮した冷媒ガス１０２がピストン１３２とボアー１１３のクリアランスから漏れることがないため、高効率の圧縮機を提供することができる。

次に密着力を高める化合物層の生成についての検討結果として、摺動部品の温度と化合物層１５２の膜厚の関係を図５に示す。横軸に摺動部品の温度、縦軸に化合物層１５２の膜厚を示す。図５より、温度１００℃以上で膜厚がほぼ１０ｎｍになり、２００℃以上でほぼ一定値を示すことが予測される。このことから温度１００℃以上で安定した膜厚の化合物層１５２が得られ、母材の密着力が確保できることが判る。

ここで、摺動部品の温度を２００℃以上に上げても化合物層１５２の膜厚がほぼ一定となるのは、二硫化モリブデンが摺動部品の母材へ衝突する際に発生する熱エネルギーに加熱されることによって得られる熱エネルギーが加わることで得られる反応エネルギーが、本条件での熱エネルギー下におけるモリブデン、硫黄、鉄への酸素の固溶限界に近くなっていることによるものと考えられる。よって、摺動部材を高い温度に上げると、摺動部材自体が酸化反応を起こし、錆を生じる可能性があるため、摺動部品の温度の上限を２００℃とした。

ここで、参考として、本発明の実施の形態１における摺動材を用いた圧縮機の特性と従来例の圧縮機の特性を比べたものを図６に示す。二硫化モリブデンを用いた摺動材は、どちらもピストンに使用しており、ピストンとボアーのクリアランスは同一にして組立てを行っている。図６より、実施例１に示す圧縮機１６０の効率が従来例の圧縮機に比べ明らかに安定して高いことが判る。

次に、ピストン１３２が上死点ならびに下死点に位置したときには速度が０ｍ／ｓとなり理論的に油圧が発生せず油膜が形成されなくなるため、この上死点ならびに下死点において金属接触が生じることが多い。

また、圧縮機１６０においては、ピストン１３２が上死点付近にあるときは、ピストン１３２が圧縮された高圧冷媒により大きな圧縮荷重を受ける。この圧縮荷重はピストンピン１３７、コンロッド１３８を介してクランクシャフト１０８に伝わり、クランクシャフト１０８が反ピストン１３２方向へ押され、傾斜する。この傾斜はボアー１１３の中でピストン１３２を傾斜させる力となり、その結果ピストン１３２のトップ面側の上端と反トップ面側の下端にボアー１１３とのこじりが発生する。そしてこのこじりによってピストン１３２がボアー１１３と接触し摩耗が生ずる。

特に本実施の形態１に示す片持ち軸受の圧縮機の場合は、クランクシャフト１０８の傾斜が大きくなるため、このこじりが顕著に表れる。その結果、二硫化モリブデンの混合層１５０が剥離しやすくなることがある。

しかしながら、本実施の形態１においては混合層１５０の二硫化モリブデンが化合物層１５２により母材との密着性が高いため、二硫化モリブデンが剥離しにくいので、二硫化モリブデンの組織が稠密六方晶で、分子の大きさが約６×１０^−４μｍと小さくことから低い摩擦係数でへき開することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下するため、高信頼性の圧縮機１６０を提供することができる。

また、混合層１５０における二硫化モリブデンの最大濃度を５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とすることで、二硫化モリブデンの自己潤滑性が安定し摩擦係数がさらに低下するため、さらに高信頼性かつ高効率の圧縮機１６０を提供することができる。

なお、本発明の実施の形態１においては、一定速度の圧縮機１６０についてのべたが、インバーター化に伴い圧縮機１６０の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを切るような超低速運転に於いてはさらに流体潤滑を成立させにくくなり、金属接触を起こし易くなるので、本発明の効果がより顕著になる。

なお、本発明の実施の形態１においてはピストン１３２の摺動部表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層１５０を形成させたが、ボアー１１３、並びにピストン１３２とボアー１１３の双方に施してもよく、更に高い耐摩耗性が得られる。

また本発明の実施の形態１においては、ピストン１３２の摺動部表面に二硫化モリブデンを固溶させた混合層１５０を形成させたものを例にとって詳しく述べたが、相互に摺動部を形成しているクランクシャフト１０８の主軸１０９と軸受部１１４、回転子１０５のフランジ面１２０とスラストワッシャ１２４、軸受部１１４の上端面のスラスト部１２２とスラストワッシャ１２４、ピストンピン１３７とコンロッド１３８、偏心軸１１０とコンロッド１３８の摺動部においても、相当の作用効果が得られるものである。

さらに、本発明の実施の形態１においては、スラスト軸受部１２６をフランジ面１２０、スラスト部１２２及びスラストワッシャ１２４にて構成したものを例にとって説明したが、クランクシャフト１０８の主軸１０９と偏心軸１１０との間のフランジ部１７０の反偏心軸１１０側に設けられたクランクシャフト１０８のスラスト面１７２と軸受部１１４のスラスト部１２２でスラスト軸受を構成した場合においても、相当の作用効果が得られる。

さらに、また、圧縮機１６０が、高信頼性かつ高効率のものであるため、冷凍システム装置も必然的に高信頼性、高効率のものを提供することが出来る。

以上のように本実施の形態によれば高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供できるとともに、高信頼性かつ高効率の圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における圧縮機の断面図及び冷凍サイクル装置図、図８は、図７のＣ−Ｄ線断面図、図９は図８のＥ部拡大図である。

図７、図８、図９において、密閉容器２０１には固定子２０２と回転子２０３からなる電動要素２０４と、電動要素２０４によって駆動されるローリングピストン型の圧縮要素２０５がオイル２０６とともに収納されている。

圧縮要素２０５は偏心部２０７、主軸部２０８、副軸部２０９を有するシャフト２１０と、圧縮室２１１を形成するシリンダー２１２と、シリンダー２１２の両端面を封止するとともに各々主軸部２０８と副軸部２０９を軸支する主軸受２１３と副軸受２１４と、偏心部２０７に遊嵌され圧縮室２１１内を転動するローラ２１５と、ローラ２１５に挿圧され、圧縮室２１１を高圧側と低圧側に仕切る板状のベーン２１６とを備えており、主軸部２０８には回転子２０３が固定されている。

副軸受２１４に固定されたオイルポンプ２１７は給油管２２０と給油管２２０に遊嵌された給油スプリング２２２によって構成され、オイル２０６に連通し、偏心部２０７とローラ２１５、主軸部２０８と主軸受２１３、副軸部２０９と副軸受２１４が各々形成する摺動部への給油を司る。

そして、シャフト２１０の偏心部２０７、主軸部２０８、副軸部２０９の摺動部表面に、母材である鉄系材料の表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層２２４を形成している。より好ましくは、混合層２２４における二硫化モリブデンの最大濃度を５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下とすることである。

ここで、図４を用いて、二硫化モリブデンを固溶させた混合層２２４を形成する方法を説明する。本発明の実施の形態１においては、ドライエアー等の気体と共に二硫化モリブデンの粒を所定の速度以上で、加熱された摺動部品の母材である金属の摺動面に衝突させる方法を用いている。

具体的には、誘導加熱を用いて摺動部品を瞬間的、かつ、均一的に１５０℃程度に加熱したものを使用している。

この方法によって、衝突時に発生する熱エネルギーに加熱されることによって得られる熱エネルギーが加わることで、反応エネルギーを大きくし、二硫化モリブデンと摺動部の母材との反応を促進することで、母材表面並びに空気中の酸素が、二硫化モリブデンと母材と結合して、混合層２２４と母材の間に酸素、鉄、モリブデン、硫黄から成る化合物層２２６を形成する。この際、化合物層２２６が母材とのバインダーの役割を果たすことで、二硫化モリブデンが固溶した混合層２２４と母材との密着力を安定して高めることができ、その結果、極めて密着力の強い混合層２２４を形成することができたものと推定する。

なお、本実施の形態においては摺動部品を加熱する方法を用いたが、摺動部品の代りに二硫化モリブデンの粒を加熱し、加熱されたドライエアー等の気体と共に所定の速度以上で、摺動部品の母材である金属の摺動面に衝突させても同様な効果を得ることができ、また摺動部品、ドライエアー等の気体、二硫化モリブデンの粒の全てを加熱しても良い。

圧縮機２７５は、ディスチャーチチューブ２７７及びサクションチューブ２８０を通して、凝縮器２８２、ドライヤー２８４、キャピラリー２８６、蒸発器２８８と図８の如く順次接続されて、周知の冷凍サイクルを構成している。

以上のように構成された圧縮機２７５及び冷凍システム装置について、以下その動作を説明する。

回転子２０３の回転に伴ってシャフト２１０は回転し、偏心部２０７に遊嵌されたローラ２１５が圧縮室２１１内を転動することで、圧縮室２１１の高圧側と低圧側の部屋は連続的に容積変化をし、これに伴って冷媒ガス２９０は連続して圧縮される。さらに圧縮された冷媒ガス２９０は密閉容器２０１内に吐出され、密閉容器２０１内が高圧雰囲気となる。また、密閉容器２０１内が高圧であることからベーン２１６に密閉容器２０１内の雰囲気圧力が背圧として働き、ローラ２１５の外周表面にベーン２１６の先端を押しつけている。

また、シャフト２１０の回転に伴って給油管２２０に遊嵌された給油スプリング２２２はオイル２０６を連続的に各摺動部へ給油する。

圧縮室２１１内で圧縮された冷媒ガス２９０はディスチャージチューブ２７７から凝縮器２８２へと流れ放熱されて液化する。その後、ドライヤー２８４で水分をトラッピングされた後キャピラリー２８６で減圧され蒸発器２８８で蒸発し周囲の熱を奪うことで冷却し、再びサクションチューブ２８０から圧縮機２７５へと戻ってくるといった周知の冷凍サイクルの動作を行う。

ここで、特に、ローリングピストン型の圧縮機では、ローラ２１５が偏心部２０７に回転自在に遊嵌されていることから、ローラ２１５と偏心部２０７間の相対速度は主軸部２０８と主軸受２１３、副軸部２０９と副軸受２１４間の相対速度に比較して小さくなる。このことは軸受半径Ｒと半径すきまＣと速度Ｎとオイル粘度μと面圧Ｐから求められるジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓ（数１）が小さくなることであり、摺動潤滑上金属接触が発生しやすい不利な条件である。

Ｓ＝μ×Ｎ／Ｐ×（Ｒ／Ｃ）^２ …（数１）
さらにローリングピストン型の圧縮機は一般に密閉容器２０１内が凝縮圧力となるため、内圧が高く、オイル２０６の冷媒が溶け込みやすい。このことはオイルの粘度を低下させることであり、上述したジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓ（数１）が小さくなることであり、摺動潤滑上不利な条件である。

しかしながら、このような際、シャフト２１０の偏心部２０７、主軸部２０８、副軸部２０９の摺動部表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層２２４を形成させることで、ゾンマーフェルト数Ｓ（数１）が小さくなる摺動潤滑上不利な条件下においても、二硫化モリブデンが化合物層２２６により母材との密着性が高いため、二硫化モリブデンが剥離しにくいので、二硫化モリブデンの組織が稠密六方晶で、分子の大きさが約６×１０^−４μｍと小さくことから低い摩擦係数でへき開することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下するため、高信頼性の圧縮機２７５を提供することができる。

また、混合層２２４における二硫化モリブデンの最大濃度を５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とすることで、二硫化モリブデンの自己潤滑性が安定し摩擦係数がさらに低下するため、さらに高信頼性かつ高効率の圧縮機２７５を提供することができる。

なお、本発明の実施の形態２においては、偏心部２０７、主軸部２０８、副軸部２０９の摺動面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層２２４を形成させたが、ローラ２１５の内周表面、主軸受２１３、副軸受２１４並びに、偏心部２０７とローラ２１５の内周表面の双方、主軸部２０８と主軸受２１３の双方、副軸部２０９と副軸受２１４の双方に施してもよく、相当の作用効果が得られる。

さらに、相互に摺動部を形成しているローラ２１５とベーン２１６、主軸受２０８とベーン２１６、副軸受２０９とベーン２１６、主軸受２０８とローラ２１５、副軸受２０９とローラ２１５、シリンダー２１２とベーン２１６、シリンダー２１２とローラ２１５、及び給油管と給油スプリングの摺動部表面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層２２４を形成させた場合においても、相当の作用効果が得られる。

以上、本発明の実施の形態２においては、一定速度の圧縮機２７５についてのべたが、インバーター化に伴い圧縮機２７５の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを切るような超低速運転に於いてはさらに異常摩耗の課題が大きくなり、本発明の効果がより顕著になる。

さらに、また、圧縮機２７５が、高信頼性かつ高効率のものであるため、冷凍システム装置も必然的に高信頼性、高効率のものを提供することが出来る。

以上のように本実施の形態によれば高信頼性の圧縮機の摺動部材を提供できるとともに、高信頼性かつ高効率の圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、摺動部品の摺動面に、二硫化モリブデンを固溶させた混合層を形成し、前記混合層の表面にさらに二硫化モリブデンの単体の層を形成することにより摩擦係数の低減が図れ、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することが可能となるので、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の断面図及び冷凍サイクル装置図 図１におけるＡ部拡大図 図２におけるＢ部拡大図 本発明の実施の形態１における二硫化モリブデンの形成図 本発明の実施の形態１における摺動部品の温度と化合物層の膜厚の関係図 本発明の実施の形態１における摺動材を用いた圧縮機の特性図 本発明の実施の形態２における圧縮機の断面図及び冷凍サイクル装置図 図７のＣ−Ｄ線断面図 図８におけるＥ部拡大図 従来の圧縮機の断面図 従来技術の二硫化モリブデンを固溶させた混合層の断面図

符号の説明

１０１，２０１ 密閉容器
１０３，２０６ オイル
１０７，２０５ 圧縮要素
１０８， クランクシャフト
１０９ 主軸
１１０ 偏心軸
１１２ シリンダーブロック
１１４ 軸受部
１２２ スラスト部
１３２ ピストン
１３７ ピストンピン
１３８ コンロッド
１４２，２８８ 蒸発器
１５０，２２４ 混合層
１６０，２７５ 圧縮機
１６４，２８２ 凝縮器
１６６，２８４ ドライヤー
１６８，２８６ キャピラリー
２０４ 電動要素
２０７ 偏心部
２０８ 主軸部
２１０ シャフト
２１２ シリンダー
２１３ 主軸受
２１４ 副軸受
２１５ ローラ
２１６ ベーン
２２０ 給油管
２２２ 給油スプリング

Claims (6)

1. 金属材料からなる摺動部品の摺動面に二硫化モリブデンの粒を衝突させてこれを固溶させた混合層を形成した摺動部材であって、二硫化モリブデンの粒を衝突させる際、摺動部品と二硫化モリブデンの粒の少なくとも一方が加熱されていることを特徴とする摺動部材。
2. 摺動部品が１００〜２００℃に加熱されている請求項１に記載の摺動部材。
3. 誘導加熱を用いて加熱した請求項２に記載の摺動部材。
4. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、一方が前記クランクシャフトに一体に形成され、他方が軸受部に一体に形成されたスラスト部と、主軸を回転自在に軸支する軸受部と、シリンダーを形成するシリンダーブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結するコンロッドとを備えレシプロ型の圧縮要素を形成し、前記クランクシャフト、スラスト部、シリンダーブロック、ピストン、ピストンピン、コンロッドの少なくともひとつに請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
5. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は偏心部を有するシャフトと、前記シャフトの回転中心に同心に圧縮室を形成するシリンダーと、前記偏心部に嵌装され前記圧縮室内で転動するローラと、前記ローラに圧接されることで前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、前記シリンダーの両側面を封止するとともに前記シャフトを軸支する電動要素側の主軸受及び反電動要素側の副軸受と、前記シャフトの一端に固定した給油スプリングと、前記給油スプリングを収納するとともに一端を前記オイル中に開口した給油管とを備えローリングピストン型の圧縮要素を形成し、前記シャフト、シリンダー、ローラ、ベーン、主軸受、副軸受、給油スプリング、給油管の少なくともひとつに請求項１から３のいずれか一項に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
6. 請求項４または５に記載の圧縮機を備え、凝縮器と、ドライヤーと、キャピラリーと、蒸発器を有し、冷媒にＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒を用いた冷凍サイクル装置。

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