JP2009228558A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＦＣ、ＨＣＦＣ冷媒などの摺動条件が厳しい冷媒を使用した場合においても、十分な耐摩耗性を有する信頼性の高い圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明は、シリンダの基地組織の強化を狙うため、従来合金の入っていない共晶黒鉛鋳鉄に、基地中に炭化物を析出させるべく、合金添加をした鋳鉄を提供するものであり、基地強化されたシリンダ材は、より硬度が高くなった各種ベーン材との摺動摩耗に対して満足すべき摺動特性を確保するものである。
【選択図】図１

Description

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関するものである。

従来の冷媒圧縮機としては、シリンダは片状黒鉛鋳鉄あるいは合金添加のされていない共晶鋳鉄製であり、シリンダ溝内を往復摺動自在に挿入されるベーンは鉄系焼結、ハイス鋼、窒化鋼、鋼にセラミッククコーティング処理されたものであり（例えば、特許文献１参照）、冷媒圧縮機メカの信頼性向上、冷媒圧縮機自体の高性能化により高い負荷で運転されるため、冷媒圧縮機メカ部品の信頼性向上が不可避である。
特開平１０−０３７８７６号公報

しかし、近年はベーン、ローラ、シリンダの摺動条件が厳しくなり、またＲ２２代替冷媒に変わる中で、より耐摩耗性のよい材料の組合せが要求されるようになってきた。従来のベーンに使用したＳＫＨを含む特殊鋼、鉄系焼結材等の単独材料では耐摩耗性が不十分である。また従来のローラに使用した特殊鋳鉄、鉄系焼結等の単独材料でも耐摩耗性は十分なものとはいえない。さらに従来のシリンダに使用されている片状黒鉛鋳鉄あるいは共晶黒鉛鋳鉄でも耐摩耗性は不十分であった。

しかしながら近年ベーン自身の材料は従来冷媒圧縮機より硬度が高くなってきているため、前記ベーンと溝部で往復摺動摩耗条件となる従来のシリンダ材では摩擦摩耗に対して信頼性の高いものとは言えなくなってきており、前記従来のシリンダの材料強化が必要となってきた。

本発明は、シリンダの基地組織の強化を狙うため、従来合金の入っていない共晶黒鉛鋳鉄に、基地中に炭化物を析出させるべく、合金添加をした鋳鉄を提供するものであり、基地強化されたシリンダ材は、より硬度が高くなった各種ベーン材との摺動摩耗に対して満足すべき摺動特性を確保するものである。

本発明のシリンダは、冷媒圧縮機において大きな工程容積を有し、シャフトの偏芯が大きく、ベーンおよびシリンダの摺動負荷が高い場合に、基地強化した本発明のシリンダは、従来品よりも高い摺動摩耗に対する信頼性を向上させるものである。

請求項１に記載した発明は、シリンダにＮｉ０．１〜０．４％、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加した共晶黒鉛鋳鉄で、基地中のＣｒあるいはＭｏ炭化物を析出させ基地強化を向上させたものである。Ｎｉは単独では炭化物は生成しないが、ＣｒあるいはＭｏ等と組み合わせることにより、耐摩耗性を向上させるものである。

請求項２に記載した発明は、上記請求項１の発明に対し、Ｍｏを添加せずに、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｎｉ０．１〜０．４０％添加した共晶黒鉛鋳鉄で、基地中にＣｒ炭化物を析出させ基地強化を向上させたものである。

請求項３に記載した発明は、上記請求項２の発明に対し、Ｎｉによる効果の代用として、Ｃｕ０．５〜１．０％添加し、基地中のパーライト基地の強化を図り、炭化物生成元素としてＣｒ０．２〜１．０％添加した共晶黒鉛鋳鉄で、上記請求項１あるいは２と同様の効果を達成するものである。

請求項４に記載した発明は、上記請求項１から３に使用される共晶黒鉛鋳鉄製シリンダ材の基地中のパーライトを１０％以上のものとするものである。

請求項５に記載した発明は、上記請求項１から３に使用される基地を強化したシリンダとの組み合わせで使用されるベーンで、Ｃｒを含有した鋼材、あるいは前記鋼材に窒化処理を施した材料、あるいはＣｒを含有した焼結材料からなるものである。

請求項６、７に記載した発明は、冷媒がＨＦＣで冷凍機油がエステルあるいはエーテル油を使用した冷媒圧縮機、ならびに冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱油を使用した信頼性の高い冷媒圧縮機としたものである。

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。

（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冷媒圧縮機であり、これを図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はその冷媒圧縮機構の要部を示す横断面図である。

図１および図２において１は密閉容器であり、電動機部２と冷媒圧縮機構部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シャフト８が圧入等の方法により固定されている。冷媒圧縮機部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。

次に、本構成によるロータリ冷媒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。

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潤滑油１２を使って行われるが、始動時には摺動部に十分な潤滑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潤滑油１２（潤滑油は僅かではあるが冷媒ガスと共に冷媒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から冷媒圧縮機に戻ってくる）が使われることになる。

ベーン２１は、近年ハイス系焼結品あるいは高速度鋼材あるいは高速度鋼に窒化処理した材料が使用されているが、前述のように、密閉型ロータリ冷媒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、特にベーンとシリンダ溝の間は往復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。したがってシリンダ２０も従来の合金を含まない片状黒鉛鋳鉄あるいは共晶黒鉛鋳鉄材では耐摩耗性が不十分である。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冷媒圧縮機の摺動条件は特に厳しいものであるといえる。

従来発明のおいては、図３のシリンダの金属組織に示すように、基地はパーライト／フェライトの混合組織であるが、本発明のシリンダの金属組織では、パーライト／フェライトの基地中に炭化物を析出させたもので、基地が強化され、マクロ硬度の上昇も達成されるものであり、近年硬度を向上させたベーン材料との摺動でも耐摩耗性が十分確保されるようになった。

本発明のシリンダは、ＨＦＣ冷媒条件下での過酷な運転状況でも、ベーンおよびシリンダ溝間の摩耗が問題ないもの供給できるようになり、添加される合金も低合金の範囲であり、コストも殆ど変化ないことから、より信頼性の高い冷媒圧縮機材料として供されるものである。

本発明の実施の形態におけるロータリ冷媒圧縮機を示す縦断面図 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 従来および本発明のシリンダの金属組織を比較する顕微鏡写真

符号の説明

１ 密閉容器
２ 電動機部
３ 冷媒圧縮機部
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 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

Claims (7)

1. シリンダと、シャフトによるシリンダ内で偏心して回転するローラと、前記シリンダに半径方向に形成した溝に出没可能に挿入された前記ローラと摺接するベーンとを備えたロータリ冷媒圧縮機において、前記シリンダの溝部とベーンとの耐摩耗性を確保するため、シリンダが、Ｎｉ０．１〜０．４％、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｍｏ０．１〜０．４％の合金元素を添加した金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とする冷媒圧縮機。
2. シリンダと、シャフトによるシリンダ内で偏心して回転するローラと、前記シリンダに半径方向に形成した溝に出没可能に挿入された前記ローラと摺接するベーンとを備えたロータリ冷媒圧縮機において、シリンダが、Ｃｒ０．４〜１．０％、Ｎｉ０．１〜０．４％の合金元素を添加した金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とする冷媒圧縮機。
3. シリンダと、シャフトによるシリンダ内で偏心して回転するローラと、前記シリンダに半径方向に形成した溝に出没可能に挿入された前記ローラと摺接するベーンとを備えたロータリ冷媒圧縮機において、シリンダが、Ｃｒ０．２〜１．０％、Ｃｕ０．５〜１．０％の合金元素を添加した金型鋳造もしくは砂型鋳造で鋳造された共晶黒鉛鋳鉄で基地中に炭化物が析出した部材から構成されたことを特徴とする冷媒圧縮機。
4. シリンダの共晶黒鉛鋳鉄のパーライト率は１０％以上とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
5. ベーンは、Ｃｒを含有した鋼材、窒化処理を施した前記Ｃｒを含有した鋼、あるいはＣｒを含有した焼結合金であり、請求項１、２あるいは３のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
6. 冷媒がＨＦＣで冷凍機油がエステルあるいはエーテル油を使用した請求項１乃至５いずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
7. 冷媒がＨＣＦＣで冷凍機油が鉱油を使用した請求項１乃至５いずれか１項に記載の冷媒圧縮機。