JP2001280264A

JP2001280264A - 超臨界冷媒用のスイング圧縮機

Info

Publication number: JP2001280264A
Application number: JP2000096905A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Okawa; 剛義大川
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮機を構成する各部の材料に対して充分な
配慮を払うことにより、超臨界冷媒用のスイング圧縮機
の信頼性を大幅に改善する。【解決手段】ピストンブレード１３の硬度を、スイン
グブッシュ１４の硬度の１／２以上にした。具体的に
は、スイングブッシュ１４の硬度をＨｖ７００〜Ｈｖ９
００とし、またピストンブレード１３の硬度をＨｖ４０
０以上とする。あるいは、ピストンブレード１３の硬度
をＨｖ２００〜Ｈｖ３００とし、またスイングブッシュ
１４の硬度をＨｖ５００以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超臨界冷媒用の
スイング圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、図４にはスイング圧縮機の内部構
造の概略図を示している。同図において、１は圧縮機ケ
ーシングであって、この圧縮機ケーシング１の内部に直
流モータ２が、その出力軸３を下側に向けた状態で配置
されており、この出力軸３が上下一対の圧縮機構４、４
に連結されている。圧縮機構４、４には、アキュームレ
ータ５からの吸込配管６、６が接続されており、また圧
縮機構４、４からの吐出冷媒は、圧縮機ケーシング１の
内部を通って、吐出配管７から冷凍回路（図示せず）へ
吐出されるようになっている。

【０００３】上記圧縮機構は、図３にその概略構造を示
すようにスイング式のものである。図のように、シリン
ダ１０の内部にシリンダ室１１が形成され、このシリン
ダ室１１内に環状のピストン１２が配置されている。ピ
ストン１２には、ピストンブレード１３が一体的に連結
されている。一方、上記シリンダ１０には、スイングブ
ッシュ１４が回転可能に装着されており、このスイング
ブッシュ１４に上記ピストンブレード１３が出退可能に
支持されている。つまり、ピストン１２は、スイングブ
ッシュ１４に支持され、その姿勢を保持した状態におい
て、円形のシリンダ室１１に接触しながら、そのいずれ
の位置へも揺動可能となっている。上記ピストン１２
は、その内部にクランク軸１５が配置され、その軸心と
は偏心して配置されたクランク部１６が、上記ピストン
１２の内部に嵌入されている。このクランク部１６の外
周部とピストン１２の内周部との間には、図示しない
が、滑り軸受が介設されており、クランク部１６がピス
トン１２の内側で自由に回転できるようになっている。
そして上記クランク軸１５が回転することにより上記ク
ランク部１６が偏心回転すると、ピストン１２は、シリ
ンダ室１１に対する接触点Ｐを次第に移動させながら
（図の場合には、時計回り方向）、シリンダ室１１内を
揺動する。このピストン１２の揺動に起因して、次第に
容積の増加していく吸入室１７と、次第に容積の減少し
ていく圧縮室１８とが形成され、吸入口から吸入室１７
へと吸入したガス冷媒を、圧縮室１８で圧縮して吐出口
１９から吐出し得るようなされている。

【０００４】ところで、従来より冷凍装置においては、
ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフル
オロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒が使用されてきた
が、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，
１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のよう
な代替冷媒が使用されるようになっている。しかしなが
らこのＲ−１３４ａにおいても、依然として地球温暖化
係数が高いなどの問題があることから、近年では、この
ような問題のない自然系冷媒を使用することが推奨され
つつある。この自然系冷媒として炭酸ガスが有用である
ことは、公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように炭酸ガス
を冷媒として用いたスイング圧縮機においては、吐出圧
力と吸入圧力との差圧が、従来の冷媒を用いる場合より
も大きくなり、摺動部での負荷が従来よりも増加する。
特に、上記スイングブッシュ１４とピストンブレード１
３との摺動部では、圧縮室１８の圧力が上昇して摺動部
の面圧が高くなり、また混合潤滑状態になり易いため
に、従来の材料をそのまま用いたのでは、摺動負荷に耐
えることができない。その対策として、スイングブッシ
ュ１４を大径化することが考えられるが、この対策によ
れば、巨視的に見た面圧は低下するものの、スイングブ
ッシュ１４に作用するガス荷重が大きくなることから、
片当たりが生じたときに破損等の危険性が生じる。ま
た、シール性を損なわないように、スイングブッシュ１
４の近くに給油溝を設けることも考えられるが、この対
策には、大幅なコストアップを招いてしまうという問題
がある。さらに、上記スイングブッシュ１４とピストン
ブレード１３との摺動部での問題に加えて、シリンダ１
０とピストン１２との摺動部においても、炭酸ガス冷媒
の使用に起因する高温化によって、焼付き等の問題が発
生し易くなるという問題がある。

【０００６】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、圧縮機を構成
する各部の材料に対して充分な配慮を払うことにより、
超臨界冷媒用のスイング圧縮機の信頼性を大幅に改善す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の超臨界
冷媒用のスイング圧縮機は、ピストンブレード１３の硬
度を、スイングブッシュ１４の硬度の５０％以上にした
ことを特徴としている。

【０００８】高硬度材と低硬度材との摩耗試験によれ
ば、低硬度材の硬度の低下と共に、摩耗量は次第に増加
する傾向にある。この場合、低硬度材の硬度が高硬度材
の５０％未満の硬度になれば、硬度低下に伴う摩耗量増
加が著しい大摩耗領域となり、その一方、低硬度材の硬
度が高硬度材の５０％以上の硬度では、硬度低下に伴う
摩耗量増加がかなり少ない小摩耗領域となる。この知見
に基づき、ピストンブレード１３の硬度を、スイングブ
ッシュ１４の硬度の５０％以上にしているのであり、こ
のような構成により、ピストンブレード１３とスイング
ブッシュ１４との摩耗量を低減し、圧縮機の信頼性を向
上した。

【０００９】また請求項２の超臨界冷媒用のスイング圧
縮機は、スイングブッシュ１４の硬度をＨｖ７００〜Ｈ
ｖ９００とし、またピストンブレード１３の硬度をＨｖ
４００以上としたことを特徴としているが、これは、高
硬度領域において好ましい硬度範囲を規定しているので
あり、このような構成により、ピストンブレード１３と
スイングブッシュ１４との摩耗量を低減し、圧縮機の信
頼性を向上した。

【００１０】請求項３の超臨界冷媒用のスイング圧縮機
は、ピストンブレード１３の硬度をＨｖ２００〜Ｈｖ３
００とし、またスイングブッシュ１４の硬度をＨｖ５０
０以下としたことを特徴としているが、これは、低硬度
領域において好ましい硬度範囲を規定しているのであ
り、このような構成により、ピストンブレード１３とス
イングブッシュ１４との摩耗量を低減し、圧縮機の信頼
性を向上した。

【００１１】請求項４の超臨界冷媒用のスイング圧縮機
は、ピストン１２及びシリンダ１０の表面硬度をＨｖ４
００以上としたことを特徴としているが、この構成によ
り、塑性指数を焼付き限度以上に向上して、圧縮機の信
頼性を向上した。なお、この請求項４の発明は、単独で
も実施し得るが、上記請求項１〜請求項３の発明と併せ
て実施するのに好適である。

【００１２】請求項５の超臨界冷媒用のスイング圧縮機
は、上記ピストン１２及びシリンダ１０に、ガス窒化、
塩浴窒化、イオン窒化などの窒化処理、あるいは浸ホウ
素処理を施したことを特徴としているが、このような処
理法によれば、その実施に好適である。

【００１３】請求項６の超臨界冷媒用のスイング圧縮機
は、超臨界冷媒として炭酸ガス冷媒を用いることを特徴
としているが、このように炭酸ガス冷媒を用いればその
実施が容易であるし、上記請求項１〜請求項５の発明の
作用、効果が特に顕著に生じることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、この発明の超臨界冷媒用の
スイング圧縮機の具体的な実施の形態について、図面を
参照しつつ詳細に説明するが、その形状、構造等は図３
及び図４に示したものと全く同様であるので、その説明
を省略する。

【００１５】まず、高硬度材と低硬度材とを用いて摩耗
試験を実施した。摩耗試験方法を、図２に示している。
これは、３本の試験ピン２１・２１をベース２２から上
方に向けて突出させ、その上に試験ディスク２３を載置
し、試験ディスク２３を回転させながら上記試験ピン２
１、２１に所定の圧力で接触させ、所定時間経過後の両
者２１、２３の摩耗体積（ｍｍ³）を測定している。こ
の場合、試験ピン２１が高硬度材、試験ディスク２３が
低硬度材となる。上記試験ピン２１及び試験ディスク２
３の具体的な材質、及び硬度は以下の表１の通りであ
る。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記試験結果を図１に示している。同図の
ように、試験ピン２１の硬度Ｈｖ１２００に対して試験
ディスク２３の硬度を低下させると、試験ディスク２３
の摩耗量は次第に増加する傾向にある。この場合、試験
ディスク２３の硬度が試験ピン２１の５０％（Ｈｖ６０
０）未満の硬度になれば、硬度低下に伴う摩耗量増加が
著しい大摩耗領域となり、その一方、試験ディスク２３
の硬度が試験ピン２１の５０％以上の硬度では、硬度低
下に伴う摩耗量増加がかなり少ない小摩耗領域となる。
すなわち、硬度が５０％以上の領域は、小摩耗領域であ
り、試験ディスク２３の硬度増加により、充分な耐摩耗
性の向上効果が得られている領域であるということであ
る。これに対して、従来のスイングブッシュ１４に対す
るピストンブレード１３の硬度比は、スイングブッシュ
１４の硬度Ｈｖ８００（ＳＫＨ５１材）程度に対して、
ピストンブレード１３の硬度Ｈｖ２５０（ＦＣ２５０
材）程度となっており、上記において大摩耗領域となる
領域（硬度比約３０％）であることから、スイングブッ
シュ１４に対するピストンブレード１３の硬度を５０％
以上にすれば、大幅に耐摩耗性が向上するのである。

【００１８】具体的には、スイングブッシュ１４として
ＳＫＨ５１相当材（硬度Ｈｖ７００〜Ｈｖ９００）を使
用する場合、ピストンブレード１３としては、硬度Ｈｖ
４００以上のものを使用する。また、これとは逆に、ピ
ストンブレード１３としてＦＣ２５０相当材（硬度Ｈｖ
２５０〜Ｈｖ３００）を使用する場合、スイングブッシ
ュ１４としては、硬度Ｈｖ５００以下のもの（ＳＣＭ４
３０材、真鍮材等）を使用する。

【００１９】ところで、上記のように高硬度材（ピン２
１）と低硬度材（ディスク２３）が摺動する際に、「低
硬度材の硬度低下とともに摩耗が増加する傾向にある」
のは、高硬度材と低硬度材との摺動面積が略等しいとき
に一段と顕著に現れる現象である。逆に高硬度材と低硬
度材との摺動面積が等しくないような場合、例えば、ロ
ータリ圧縮機のベーンのように、ベーン先端部がローラ
外周を摺動するような場合には、上記現象は顕著には現
れず、摩耗を受け易いベーン先端部の硬度を一方的に増
加させることにより、摩耗量を低減し得る傾向がある。
これに対して、上記スイング圧縮機において問題となっ
ているのは、スイングブッシュ１４とピストンブレード
１３との摺動部であって、高硬度材と低硬度材との摺動
面積が略等しいような場合に該当するものであり、その
ため「低硬度材の硬度低下とともに摩耗が増加する傾向
にある」という現象はスイング圧縮機において特に問題
となる顕著な現象である。従って、上記対策により、ス
イング圧縮機における特有の問題を解決することが可能
となった。

【００２０】次に、シリンダ１０とピストン１２との摺
動部においても、炭酸ガス冷媒の使用に起因する高温化
によって、焼付き等の問題が発生し易くなるという問題
が生じるので、この点について検討した。これについて
は、ピストン１２及びシリンダ１０の表面に、ガス窒
化、塩浴窒化、イオン窒化などの窒化処理、あるいは浸
ホウ素処理を施し、その表面硬度をＨｖ４００以上とす
ればよい。この結果、塑性指数を焼付き限度以上に向上
して、圧縮機の信頼性を向上できる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１〜請求項４の超臨界冷媒用のス
イング圧縮機によれば、摺動負荷の高い超臨界冷媒を使
用したスイング圧縮機において、耐摩耗性を向上でき、
そのため充分な信頼性を維持することが可能となる。

【００２２】また請求項５の超臨界冷媒用のスイング圧
縮機によれば、請求項４の発明の実施が容易となる。

【００２３】請求項６の超臨界冷媒用のスイング圧縮機
によれば、その実施が容易であるし、また上記請求項１
〜請求項５の発明の作用、効果が特に顕著に生じること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態である摩耗試験におい
て、試験ディスクの硬度と摩耗量との関係を示すグラフ
である。

【図２】上記摩耗試験方法を説明するための説明図であ
る。

【図３】この発明の一実施の形態であるスイング圧縮機
の圧縮機構を示す横断面図である。

【図４】この発明の一実施の形態であるスイング圧縮機
の全体構造を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０シリンダ１２ピストン１３ピストンブレード１４スイングブッシュ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンブレード（１３）の硬度を、ス
イングブッシュ（１４）の硬度の５０％以上にしたこと
を特徴とする超臨界冷媒用のスイング圧縮機。
【請求項２】スイングブッシュ（１４）の硬度をＨｖ
７００〜Ｈｖ９００とし、またピストンブレード（１
３）の硬度をＨｖ４００以上としたことを特徴とする超
臨界冷媒用のスイング圧縮機。
【請求項３】ピストンブレード（１３）の硬度をＨｖ
２００〜Ｈｖ３００とし、またスイングブッシュ（１
４）の硬度をＨｖ５００以下としたことを特徴とする超
臨界冷媒用のスイング圧縮機。
【請求項４】ピストン（１２）及びシリンダ（１０）
の表面硬度をＨｖ４００以上としたことを特徴とする超
臨界冷媒用のスイング圧縮機。
【請求項５】上記ピストン（１２）及びシリンダ（１
０）に、ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化などの窒化処
理、あるいは浸ホウ素処理を施したことを特徴とする請
求項４の超臨界冷媒用のスイング圧縮機。
【請求項６】炭酸ガス冷媒を用いることを特徴とする
請求項１〜請求項５のいずれかの超臨界冷媒用のスイン
グ圧縮機。