JP2003172264A

JP2003172264A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2003172264A
Application number: JP2001371171A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hirano; 秀夫平野; Takeo Kitamura; 武男北村; Toru Adachi; 徹足立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: CN1276183C; CN1423057A; JP3961274B2

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動部における潤滑の確保と低摩擦係数化を
図って耐久性を高める。【解決手段】冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又
はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油としてエステル
油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキル
ベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用
いる圧縮機であって、圧縮機構部３０の摺動し合いかつ
冷媒に触れる少なくとも１組の部材３１と３２またはお
よび３２と３５の少なくとも１つをＡｌ合金で形成し、
Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面に鉄系
硬質膜を形成して、上記の目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒としてＨＦＣ系冷
媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、潤滑油としてはそれ
ら冷媒と相溶性のあるエステル油、エーテル油、ＰＡＧ
油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系
鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和装置や冷却装置に使われ
ているＲ２２に代表されるＨＣＦＣ系冷媒は、その物性
の安定性からオゾン層を破壊すると言われている。従っ
て、現在、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒として、ＨＦＣ系
冷媒が利用され始めている。

【０００３】この種の圧縮機としては特開平０７―２９
３４６８号公報に記載のものが知られている。このもの
は、図７に示すように圧縮機８０として圧縮機構８３を
用い、容器８１内に電動機８２とともに収納したいわゆ
るメンテナンスフリーなものとしている。圧縮機構８３
で圧縮する冷媒にはＨＦＣ冷媒を用い、圧縮機構８３の
摺動部を潤滑する冷凍機油８４に前記冷媒と相溶性のあ
る４価以上のエステル油を用いている。冷凍機油８４は
容器８１の底部に貯留され、圧縮機構８３の駆動に伴っ
てその吐出圧、あるいは容積ポンプによって圧縮機構８
３やその軸受部などの摺動部の潤滑に供された後、貯留
部に戻って以降循環を繰り返す。一方、冷凍機油８４は
冷媒との相溶性によって持ち運ばれることによっても各
部を潤滑する。しかし、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、Ｃ
Ｏ２は塩素を含まないものであることによって、塩素を
含むＨＣＦＣ系冷媒のように冷媒自体に潤滑性がないか
低いことが影響して潤滑が不足しがちで、耐久性に乏し
い。

【０００４】これに対処するのに図７に示す圧縮機で
は、圧縮機構８３の摺動部をなす例えばコンロッド８５
とクランクシャフト８６の組において、コンロッド８５
はアルミニウム材料を主体として表面をアルマイト処理
することにより、クランクシャフト８６は炭素鋼等の金
属材料を用いることにより、それぞれ耐摩耗性を上げ、
ＨＦＣ系の冷媒下でメンテナンスフリーに対応する長期
間安定した運転を保証しようとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成は、以下に示す問題点を有している。

【０００６】（１）アルマイト処理による酸化物層の表
面には亀裂が多く、摺動部に供給された油は、その一部
が酸化物層表面の亀裂に逃げるため軸受の負荷容量が低
下する。

【０００７】（２）アルマイト処理によって表面には酸
化物層が形成されるが、この酸化物層は親油性が低く、
特に極性の高いエステル油は酸化物層の表面に吸着され
にくく、摺動部の表面では潤滑油不足が起きやすい。

【０００８】これらの結果、高負荷運転では高摩擦にな
り、アルマイト処理による脆い酸化物層は破壊される恐
れがあり、また潤滑油不足が起きやすい始動時などの過
渡運転においても大幅な耐久性低下が発生すると予測さ
れる。

【０００９】本発明の目的は、圧縮機構部の摺動部にお
ける潤滑油の確保と低摩擦係数化を図って、耐久性の高
い圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の圧縮機は、冷媒としてＨＦＣ系冷
媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油
としてエステル油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイ
ト油、アルキルベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフ
ィン系鉱油を用いる圧縮機であって、圧縮機構部の摺動
し合う少なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合
金で形成し、Ａｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の
摺動面に鉄系硬質膜を形成していることを主たる特徴と
する。

【００１１】このような構成では、塩素を含まないＨＦ
Ｃ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用いるのでオゾン層
を破壊しない。また、これに相溶なエステル油、エーテ
ル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン
油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を潤滑油に用
いるので、それ自体が供給されることによる潤滑に加
え、冷媒によって持ち運ばれることによる潤滑も行え
る。特に、圧縮機構部の摺動し合う少なくとも１組の部
材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成するので、Ａｌ合
金化した部材の数に比例した軽量化が図れる上、Ａｌ合
金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面にて、アルマ
イト処理層のように脆くない安定な鉄系硬質膜の硬質性
による低摩擦係数化と優れた油吸着性による高潤滑性と
を確保し、この摺動面が臨む摺動部での耐摩耗性を長期
に高められるのに併せ、前記鉄系硬質膜がＡｌ合金部材
の疲労強度をも長期に高められるので、長寿命化が図れ
る。また、前記高潤滑性は高シール性をも発揮するので
高い圧縮性能が長期に安定して得られる。また、前記高
潤滑性は潤滑油が不足しがちな始動時の過渡運転に特に
有効である。

【００１２】前記鉄系硬質膜の表面に再溶融処理層を設
けている構成では、Ａｌ合金部材の表面硬度がさらに増
すので、その分だけＡｌ合金部材の耐摩耗性および耐久
性が向上する。

【００１３】前記再溶融処理層に固体潤滑剤が分散して
いる構成では、この固体潤滑剤がＡｌ合金部材の摺動面
と他方の摺動面との間の潤滑を図るので、潤滑油の供給
がないドライ状態でも運転ができ、何らかの理由で潤滑
油が供給されない場合や不足する場合、あるいは、潤滑
油を供給し難い個所や供給しない方がよい個所において
特に有効である。

【００１４】前記１組の部材は、スクロール圧縮機にお
いて、相互間に圧縮室を形成する固定側スクロールと可
動側スクロール、あるいは、固定側スクロールとの間に
圧縮室を形成する可動側スクロールとこれの自転を拘束
して円軌道運動させる自転拘束手段の部材、の各組合せ
で代表され、１組の部材の双方がＡｌ合金により形成さ
れている構成では、１組の部材の一方の摺動面にのみ前
記鉄系硬質膜を形成することによって異種金属間の摺動
構造が実現し、同一材質どうしの間で潤滑が不足したと
きに生じやすい凝着の問題を回避することができる。も
っとも、１組の部材の双方に鉄系硬質膜を形成して双方
間の高い潤滑性、耐摩耗性、およびシール性を確保する
ようにもできるが、一方に設けるだけでよい分コストが
低減する。

【００１５】１組の部材は、ロータリ圧縮機におけるシ
リンダと、このシリンダ内で回動するピストンと、これ
らシリンダおよびピストンによって形成される空間を圧
縮空間および吸入空間に分離するシリンダ側のベーン
と、シリンダおよびピストンの両端面を閉塞する上下軸
受部材と、前記ピストンに駆動力を伝達するクランク軸
とであり、ピストンがＡｌ合金で形成され、このピスト
ンに前記鉄系硬質膜を形成した構成では、ピストン１つ
を鉄系硬質膜を形成したＡｌ合金部材とするだけで、こ
のピストンと摺動し合うシリンダ、ベーン、上下軸受部
材およびクランク軸との間の全摺動部において、異種金
属どうしの摺動構造の実現と、前記鉄系硬質膜による高
い潤滑性と耐摩耗性とシール性を確保し、かつ、ピスト
ンの疲労強度を高めることができ、しかも、偏心回転す
るピストンの軽量化が図れた分だけピストンが偏心回転
することに対するバランサの小型化、軽量化も同時に図
ることができ、この結果、さらに高速での運転が可能と
なり、能力制御幅を拡大できる。

【００１６】１組の部材は、ベーン型ロータリ圧縮機に
おける、シリンダと、このシリンダの内部に配設された
ロータと、このロータを軸支し前記シリンダの前後両端
を閉塞する前部側板および後部側板と、前記ロータに形
成されたベーン溝内に摺動自在に収容されたベーンとで
あり、前記シリンダ、前部側板、後部側板およびベーン
をＡｌ合金で形成し、シリンダに前記鉄系硬質膜を形成
した構成では、ロータが偏心回転しないことを利用し、
他の部材をＡｌ合金部材として大幅な軽量化を図りなが
ら、シリンダのみの摺動面に鉄系硬質膜を設けるだけ
で、摺動の激しいシリンダとロータおよびベーンとの間
で鉄系硬質膜による高い潤滑性、耐摩耗性およびシール
性を確保し、かつ圧力容器となるシリンダの疲労強度を
鉄系硬質膜にて高めて運転可能な最大負荷をさらに大き
くすることができる。

【００１７】１組の部材は、リニア圧縮機における、シ
リンダと、このシリンダにその軸線方向に沿って摺動自
在に支持されるピストンとであり、これらシリンダおよ
びピストンをＡｌ合金で形成し、その少なくとも一方に
前記鉄系硬質膜を形成した構成では、シリンダおよびピ
ストンの双方で軽量化を図りながら、リニア圧縮機の場
合、通常、始動時や停止時のピストンとシリンダとの片
当たりが摩耗や焼付きの原因になりやすく潤滑油量を多
く設定するところを、ピストンとシリンダとの少なくと
も一方に形成した鉄系硬質膜により高い潤滑性、耐摩耗
性およびシール性を得て始動時および停止時のための必
要潤滑油量を少なく抑えられる。しかも、圧力容器とな
るシリンダ側に鉄系硬質膜を形成して疲労強度を高める
と、運転可能な最大負荷をさらに大きくすることができ
る。

【００１８】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以
下の詳細な説明および図面の記載によって明らかにな
る。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限
り種々な組み合わせで複合して採用することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る圧縮機の実施の形態
について図１〜図６を参照しながら詳細に説明し、本発
明の理解に供する。以下の説明は本発明の具体例を示す
もので、特許請求の範囲の記載を限定するものではな
い。

【００２０】本実施の形態では図１に示す例、図２、図
３に示す例、および図６に示す例のように、圧縮機構部
３０、５０、７０がそれらを駆動する電動機部２０、７
３とともに容器１０内に収容したいわゆる密閉型のメン
テナンスフリーな圧縮機の場合と、図４、図５に示す例
のように、圧縮機構部６０単独で構成した場合とを示し
たが、本発明はこれらに限られることはなく、摺動部を
持つ圧縮機全般に適用して有効であり、いずれも本発明
の範疇に属する。本実施の形態の各圧縮機はいずれも冷
媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用い、
圧縮機構部の潤滑油４２としてエステル油、エーテル
油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、
ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用いる。これに
より、物性がＨＣＦＣのように安定していないＨＦＣ系
冷媒、ＨＣ系冷媒又はＣＯ２を用いるのでオゾン層を破
壊しない。また、これに相溶なエステル油、エーテル
油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキルベンゼン油、
ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を潤滑油４２とし
て用いるので、それ自体が供給されることによる潤滑に
加え、冷媒によって持ち運ばれることによる潤滑も行え
る。

【００２１】特に、圧縮機構部３０、５０、６０、７０
における摺動し合う少なくとも１組の部材の少なくとも
１つをＡｌ合金で形成し、Ａｌ合金よりなる少なくとも
１つの部材の摺動面に鉄系硬質膜を形成する。これによ
り、圧縮機構部３０、５０、６０、７０におけるＡｌ合
金化した部材の数に比例した軽量化が図れる上、摺動し
合う１組の部材におけるＡｌ合金よりなる少なくとも１
つの部材の摺動面にて、アルマイト処理層のように脆く
ない安定な鉄系硬質膜の硬質性による低摩擦係数化と優
れた油吸着性による高潤滑性とを確保し、この摺動面が
臨む摺動部での耐摩耗性を長期に高められるのに併せ、
前記鉄系硬質膜がＡｌ合金部材の疲労強度をも長期に高
められるので、圧縮機構部３０、５０、６０、７０の長
寿命化が図れる。また、前記高潤滑性は高シール性をも
発揮するので高い圧縮性能が長期に安定して得られる。

【００２２】この場合、前記鉄系硬質膜の表面に再溶融
処理層を設けるのが好ましい。これによると、Ａｌ合金
部材の表面硬度がさらに増すので、その分だけＡｌ合金
部材の耐摩耗性および耐久性が向上する。また、前記再
溶融処理層に固体潤滑剤が分散しているようにするとさ
らに好適である。これによると、この固体潤滑剤がＡｌ
合金部材の摺動面と他方の摺動面との間の潤滑を図るの
で、潤滑油の供給がないドライ状態でも運転ができ、何
らかの理由で潤滑油が供給されない場合や不足する場
合、あるいは、潤滑油を供給し難い個所や供給しない方
がよい個所において特に有効である。

【００２３】図１（ａ）（ｂ）に示す例はスクロール圧
縮機の場合の一例である。図１（ａ）に示すように容器
１０は吸入管１１と吐出管１２とを備え、外部サイクル
と接続されることによって密閉状態となる。電動機部２
０は、容器１０の内周に固定されたステータ２１とこれ
の内側に位置するロータ２２とから構成され、ロータ２
２は圧縮機構部３０を駆動するクランク軸３３が貫通す
る状態で一体化され、クランク軸３３が圧縮機構部３０
側の主軸受３４と反圧縮機構部３０側の副軸受３４ａと
によって軸受けされ、電動機部２０の作動によってロー
タ２２と一体に回転する。

【００２４】圧縮機構部３０は圧縮室３０Ａを形成する
固定側スクロール３１と可動側スクロール３２とで構成
され、可動側スクロール３２がクランク軸３３によって
電動機部２０からの駆動力を主軸３３Ａ、旋回軸受３３
Ｂ、自身の旋回軸３２Ｆを介して伝達されて固定側スク
ロール３１に対し円軌道上を旋回運動し、圧縮室３０Ａ
が例えば外周側から中央部に移動しながら容積が小さく
なっていくことにより、冷媒を外部サイクルから吸入し
て圧縮し、圧縮後の冷媒を容器１０内の空間を経て外部
サイクルに供給することを繰り返す。

【００２５】固定側スクロール３１は前記主軸受３４を
持ち容器１０の内周に固定された支持部材としての主軸
受部材２９の一面にボルトなどにより取り付けられ、主
軸受部材２９と固定側スクロール３１との間に可動側ス
クロール３２が挟み込まれている。主軸受部材２９と可
動側スクロール３２との間に可動側スクロール３２の自
転を拘束し円軌道運動だけするように案内する自転拘束
手段としての一例であるオルダムリング３５を設けてあ
る。オルダムリング３５は一面側に形成した第１の直径
線上２箇所の突起によって可動側スクロール３２とこの
第１の直径線方向に摺動し合うように係合し、他面側に
形成した前記第１の直径線と直交する第２の直径線上の
２箇所の突起によって主軸受部材２９とこの第２の直径
線方向に摺動し合うように係合している。

【００２６】固定側スクロール３１は、渦巻状に形成さ
れた固定側羽根部材３１Ａと、この固定側羽根部材３１
Ａを形成するための溝の底面を構成する固定側鏡板３１
Ｂと、固定側羽根部材３１Ａの外周部に形成されて可動
側スクロール３２と当接する固定側スラスト面３１Ｃ
と、固定側鏡板３１Ｂの中央部に形成された吐出孔３１
Ｄとを有している。可動側スクロール３２は、渦巻状に
形成された可動側羽根部材３２Ａと、この可動側羽根部
材３２Ａを形成するための溝の底面を構成する可動側鏡
板３２Ｂと、可動側羽根部材３２Ａの外周部に形成され
て固定側スクロール３１と当接する可動側スラスト面３
２Ｃと、背面３２Ｅと、この背面３２Ｅ側の中央部に突
出して形成された前記旋回軸３２Ｆと、固定側スラスト
面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃとの間に潤滑油を供
給する給油路３２Ｇとを有している。

【００２７】クランク軸３３の前記副軸受３４ａは容器
１０の内周に固定された支持部材としての副軸受部材３
４ｂに保持され、この副軸受部材３４ｂを利用して潤滑
ポンプの一例としての容積ポンプ４１が取り付けけられ
てクランク軸３３によって圧縮機構部３０とともに駆動
される。容積ポンプ４１は駆動されると容器１０内の下
部に貯留された潤滑油４２を給油管４３を通じ吸入し
て、クランク軸３３の中央に軸線方向に形成した給油管
４３を経て旋回軸受３３Ｂおよび主軸受３４に供給しそ
れらを潤滑するとともに冷却する。旋回軸受３３Ｂと主
軸受３４との間の高圧液溜め部に達した潤滑油４２の一
部は、可動側スクロール３２の給油路３２Ｇを通じて固
定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃとの間
に供給され圧縮機構部３０の摺動部を潤滑するとともに
シールをする一方、可動側スクロール３２の可動側鏡板
３２Ｂの外周背部の背圧室２８へ絞りを経て所定の減圧
を受けた後に達し、可動側スクロール３２をバックアッ
プして固定側スクロール３１から離れたり転覆したりし
ないようにする。また、背圧室２８は前記オルダムリン
グ３５の設置空間にも通じていて、オルダムリング３５
と可動側スクロール３２および主軸受部材２９との間の
摺動部も潤滑する。圧縮機構部３０を潤滑した潤滑油４
２は冷媒とともに容器１０内に吐出される。以上のよう
な潤滑油４２の働きは圧縮機構部３０から一旦容器１０
内に吐出される冷媒の吐出圧を貯留されている潤滑油４
２に働かせ、この吐出圧によってクランク軸３３を通じ
て給油することによっても行える。

【００２８】以上のような構成を有し運転に振動が少な
く比較的静かなスクロール式の圧縮機において、摺動し
合う１組の部材は相互間に圧縮室３０Ａを形成する固定
側スクロール３１と可動側スクロール３２、あるいは、
可動側スクロール３２とこれの自転を拘束して円軌道運
動させる自転拘束手段の部材としてのオルダムリング３
５、の各組合せで代表される。これらの組における少な
くとも１組の部材の双方がＡｌ合金により形成されてい
るようにすると、それらによる軽量化が図れる上、一方
の摺動面にのみ形成した前記鉄系硬質膜により異種金属
間の摺動構造が実現するので、同一材質どうしの間で潤
滑が不足したときに生じやすい凝着の問題を回避するこ
とができる。もっとも、１組の部材の双方に鉄系硬質膜
を形成して双方間の高い潤滑性、耐摩耗性、およびシー
ル性を確保するようにもできるが、一方に設けるだけで
よい分コストが低減する。

【００２９】本例では、固定側スクロール３１、可動側
スクロール３２、およびオルダムリング３５をＡｌ合金
部材としてあり、特に、図１（ｂ）に示すように可動側
スクロール３２に鉄系硬質膜１００として鉄メッキが施
されている。この鉄メッキの表面は固体潤滑剤と共にシ
ョットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・冷却され
た鉄メッキの表層部には固体潤滑剤が分散された再溶融
処理層を形成している。鉄メッキの厚さは５〜１００μ
ｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表面粗さはＲ
ｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。この鉄メッキ
は、可動側スクロール３２の可動側羽根部材３２Ａ、可
動側鏡板３２Ｂ、可動側スラスト面３２Ｃ、背面３２
Ｅ、オルダムリング３５の突起と係合する係合溝、旋回
軸３２Ｆに形成されている。つまり全面に形成されてい
る。

【００３０】固定側羽根部材３１Ａと可動側羽根部材３
２Ａとの側面は、可動側スクロール３２の駆動中常に複
数箇所において接触する。この接触個所は、可動側スク
ロール３２が円軌道運動する公転にともなって移動す
る。これが圧縮室３０Ａの外周部から中央部への移動と
なって徐々に狭くなる。このときの容積変化によって前
記した吸入、圧縮、吐出の作用が行われる。

【００３１】一方、容器１０内底部にある潤滑油４２
は、容積ポンプ４１によって給油管４３から吸い上げら
れ、クランク軸３３に設けられた給油管４３を通って、
旋回軸受３３Ｂ、旋回軸３２Ｆに供給され、その後可動
側スクロール３２に形成された給油路３２Ｇを通って固
定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト面３２Ｃに供給
される。この固定側スラスト面３１Ｃと可動側スラスト
面３２Ｃとの間に供給された潤滑油４２は、冷媒ととも
に圧縮室３０Ａ内に吸入され、固定側羽根部材３１Ａや
可動側羽根部材３２Ａに供給される。

【００３２】上記のように、原理的に低振動であるスク
ロール圧縮機の可動側スクロール３２に鉄メッキが施さ
れて鉄系硬質膜１００を形成しているため、低摩擦、高
耐摩耗またドライ状態での運転が可能であるが、さらに
可動側羽根部材３２Ａに吸着された潤滑油４２によって
圧縮室３０Ａのシールが確保されるため、潤滑油４２が
不足になりがちな始動などの過渡運転における漏れも低
減でき、圧縮機の性能を向上できる。またオルダムリン
グ３５の突起と係合する係合溝においては、潤滑油４２
不足になる始動などの過渡運転でも固体潤滑剤の作用で
高速始動ができ、その結果立上り性能を向上できる。

【００３３】なお、上記実施例では可動側スクロール３
２に鉄メッキを設けたが、固定側スクロール３１とオル
ダムリング３５に鉄メッキを設けても同じ作用および効
果が得られる。また鉄系硬質膜１００として鉄溶射を用
いても同じ作用および効果が得られる。また再溶融処理
層をレーザで形成しても同じ作用および効果が得られ、
レーザによる場合ではさらに表面がポーラスになり、保
油性は高く、更なる低摩擦かつ高耐摩耗が期待できる。
また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボン
などがあげられる。

【００３４】図２、図３に示す例はロータリ圧縮機の場
合の一例である。図２に示すように圧縮機構部５０が図
１の場合と同様な電動機部２０と共に容器１０に収容さ
れ、容器１０はその吸入管１１と吐出管１２とが外部サ
イクルに接続されて密閉状態になり、メンテナンスフリ
ーな圧縮機を構成している。なお、図１に示す場合と共
通する部材などには同一の符号を付し重複する説明は省
略する。

【００３５】圧縮機構部５０は、シリンダ５１と、シリ
ンダ５１内を回動するピストン５２と、シリンダ５１と
ピストン５２によって形成される空間を図３に示すよう
に圧縮空間５０Ａおよび吸入空間５０Ｂに分離するベー
ン５３と、シリンダ５１およびピストン５２の両端面を
閉塞する図２に示すような上下軸受部材５４、５５と、
ピストン５２に駆動力を伝達するクランク軸５６とを備
えている。

【００３６】シリンダ５１には図３に示すように、ベー
ン５３を装着するベーン溝５１Ａと、冷媒を吸入する吸
入孔５１Ｂと、冷媒を吐出する吐出孔５１Ｃを設けてい
る。ベーン５３は図３に示すように背部に配した弾性体
５３Ａにより常にピストン５２側に押圧されている。ク
ランク軸５６は図２、図３に示すようにクランク部５６
Ａを有し、ピストン５２はこのクランク部５６Ａの外ま
わりに設けられている。

【００３７】上軸受部材５４には図示しないが吐出孔５
１Ｃと連通する吐出ポートを設けている。容器１０の下
部には、潤滑油４２が貯留され、この潤滑油４２は、吐
出圧またはクランク軸５６の下端部に設けた図示しない
潤滑ポンプによって汲み上げられ、ないしは吐出圧によ
って圧縮機構部５０の摺動部に供給される。

【００３８】上軸受部材５４と下軸受部材５５は、シリ
ンダ５１内にピストン５２を装着した状態で、シリンダ
５１を上下両端から挟み込んでボルトなどによって固定
されそれらを閉塞している。

【００３９】このような部品点数の少ない簡単な構造の
ロータリ圧縮機で、摺動し合う１組の部材は、シリンダ
５１と、このシリンダ５１内で回動するピストン５２
と、これらシリンダ５１およびピストン５２によって形
成される空間を圧縮空間５０Ａおよび吸入空間５０Ｂに
分離するシリンダ５１側のベーン５３と、シリンダ５１
およびピストン５２の両端面を閉塞する上下軸受部材５
４，５５と、前記ピストン５２に駆動力を伝達するクラ
ンク軸５６とし、ピストン５２をＡｌ合金で形成し、こ
のピストン５２に図に示すような前記鉄系硬質膜１００
を形成する。これによると、ピストン５２の１つを鉄系
硬質膜１００を形成したＡｌ合金部材とするだけで、こ
のピストン５２と摺動し合うシリンダ５１、ベーン５
３、上下軸受部材５４、５５およびクランク軸５６との
間の全摺動部において、前記鉄系硬質膜による異種金属
どうしの摺動構造の実現と、高い潤滑性と耐摩耗性とシ
ール性を確保し、かつ、ピストン５２の疲労強度を高め
ることができ、しかも、偏心回転するピストンの軽量化
が図れた分だけピストン５２が偏心回転することに対す
るバランサの小型化、軽量化も同時に図れる。

【００４０】本例では特に、圧縮機構部５０を構成する
シリンダ５１およびピストン５２をＡｌ合金で形成す
る。Ａｌ合金として焼結材を用いることもできる。ピス
トン５２には鉄系硬質膜１００として鉄メッキが施され
同じＡｌ合金部材であるシリンダ５１との摺動部を異種
金属構造にしている。この鉄メッキの表面は固体潤滑剤
と共にショットピーニングがかけられ、瞬間的に溶融・
冷却された鉄メッキの表層部には固体潤滑剤が分散され
た再溶融処理層が形成されている。鉄メッキの厚さは５
〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３０μｍ、表
面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。こ
の鉄メッキは、ピストン５２の外周面に形成されてい
る。

【００４１】電動機部２０によってクランク軸５６が回
転するのに伴いピストン５２はシリンダ５１内を偏心回
動する。ピストン５２はベーン５３が当接したままで、
シリンダ５１内を図３の矢印の方向に回動する。この回
動に伴って、吸入空間５０Ｂは、吸入孔５１Ｂが連通状
態にある間、冷媒の吸入を続ける。そしてピストン５２
のシリンダ５１との接触位置が、吸入孔５１Ｂを通過し
たときに冷媒の吸入を終了する。その後は、圧縮空間５
０Ａとして冷媒を圧縮する。ピストン５２のシリンダ５
１との接触位置が吐出孔５１Ｃに近づき、冷媒が所定圧
まで圧縮される時点で、圧縮空間５０Ａ内の冷媒を吐出
孔５１Ｃから容器１０内に吐出する。

【００４２】一方、容器１０内の下部にある潤滑油４２
は吐出圧またはクランク軸５６の回転に伴う潤滑ポンプ
の働きによって吸い上げられ、クランク軸５６に設けら
れた給油路を通じ上下軸受部材５４、５５やピストン５
２の摺動面に供給される。圧縮空間５０Ａや吸入空間５
０Ｂに供給された潤滑油４２は、冷媒とともに容器１０
内に吐出される。

【００４３】このように、スクロール圧縮機に比べ部品
点数が少なくて低価格であるロータリ圧縮機において、
Ａｌ合金部材としたピストン５２の外周面に鉄メッキが
形成されているため、低摩擦、高耐摩耗またドライ状態
での運転が可能であるが、さらにピストン５２がＡｌ合
金で軽量であるためその偏心回転に対応するためロータ
２２に設けるバランスウェイトを小型化、軽量化がで
き、その結果、さらに高速での運転が可能となり、能力
制御幅を拡大できる。

【００４４】なお、上記実施例ではピストン５２の外周
面のみに鉄メッキを設けたが、表面全体に鉄系硬質膜１
００を設けてもシリンダ５１以外の部材との摺動部を含
め同じ作用および効果が得られるし、ピストン５２の疲
労強度の向上に有効である。また鉄系硬質膜１００とし
て鉄溶射を用いても同じ作用および効果が得られる。ま
た再溶融処理層をレーザで形成しても同じ作用および効
果が得られる。ただし、レーザでは表面がポーラスにな
り、保油性が高く、さらなる低摩擦かつ高耐摩耗が期待
できる。また固体潤滑剤としては、ＭｏＳ２、ＷＳ２、
カーボンなどがあげられる。

【００４５】図４、図５に示す例は開放型でベーン型の
ロータリ圧縮機の場合の一例であり、図に示すように圧
縮機構部６０は、シリンダ５７と、ロータ５８と、ベー
ン５９と、前部側板６１ａと、後部側板６１と、駆動軸
６２で構成されている。シリンダ５７は内周面を摺接面
とした筒状に形成されている。このシリンダ５７は前部
側板６１ａと後部側板６１との間にボルトで固定されて
いる。

【００４６】駆動軸６２の両端は前部側板６１ａの軸受
６３と後部側板６１の軸受６３Ａによって支持されてい
る。この駆動軸６２の中間部分には円柱状のロータ５８
が取り付けられている。ロータ５８にはベーン溝６４が
形成され、ベーン溝６４にはベーン５９が摺動自在に収
納されている。背圧室６５に供給される潤滑油４２の油
圧によってベーン５９はベーン溝６４から突出する方向
に付勢されている。そして、ベーン５９の先端はシリン
ダ５７の内周面に摺接しながらロータ５８とともに回転
し、隣り合うベーン５９の間に吸入室６６と圧縮室６７
が形成される。吸入室６６は、シリンダ５７に設けられ
た吸入口６８に通じ、圧縮室６７はシリンダ５７に設け
られた吐出口６９に通じている。吐出口６９はリアケー
ス６１ｂに通じ、高圧となっているリアケース６１ｂ内
の下部には潤滑油４２が貯留され、例えば吐出圧によっ
て圧縮機構部６０の摺動部と前記背圧室６５に供給され
る。

【００４７】本例では、シリンダ５７、前部側板６０、
後部側板６１およびベーン５９をＡｌ合金としてある。
Ａｌ合金として焼結材を用いることもできる。シリンダ
５７の内周には図に実線で示すように鉄系硬質膜１００
として鉄メッキが施されている。この鉄メッキの表面は
固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけられ、瞬間
的に溶融・冷却された鉄メッキの表層部には固体潤滑剤
が分散された再溶融処理層が形成されている。鉄メッキ
の厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さは２〜３
０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好
ましい。この鉄メッキは、シリンダ５７の内周面に形成
されている。

【００４８】本例のロータリ圧縮機は例えば、エンジン
からベルトを介して駆動軸６２に動力が伝達されロータ
５８が回転する。この回転による遠心力と背圧室６５の
油圧によってベーン５９はベーン溝６４から突出し、ベ
ーン５９の先端はシリンダ５７の内周面に摺接しながら
ロータ５８とともに回転する。ロータ５８の回転に伴っ
て、冷媒を吸入口６８から吸入室６６に吸入し、その後
圧縮室６７で圧縮して吐出口６９、リアケース６１ｂを
経て外部に吐出する。一方、潤滑油４２はその一部がシ
リンダ５７に供給され、前部側板６０、後部側板６１と
ロータ５８との隙間やシリンダ５７内周面の潤滑を行
う。

【００４９】以上のように、シリンダ５７の内周面に鉄
メッキが形成されているため、低摩擦、高耐摩耗またド
ライ状態での運転が可能であるが、さらにヤング率が大
きくなるので疲労強度は高くなる。その結果、Ａｌ合金
のみの場合に比べより高負荷での運転が可能となり、運
転可能な最大負荷をさらに大きくできる。そこで、鉄系
硬質膜１００は図に仮想線で示すように内外周面双方、
あるいは全面に設けるほど疲労強度を高められる。全面
ではメッキ操作が簡単な浸漬方式でよくなる。

【００５０】なお、上記実施例では鉄メッキを設けた
が、鉄系硬質膜として鉄溶射を用いても同じ作用および
効果が得られる。また再溶融処理層をレーザで形成して
も同じ作用および効果が得られる。ただし、レーザでは
表面がポーラスになり、保油性が高く、更なる低摩擦か
つ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤としては、Ｍ
ｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。

【００５１】図６に示す例はリニアモータを利用したレ
シプロ式のリニア圧縮機の場合の一例である。図に示す
ように、容器１０内にシリンダ７１、ピストン７２、リ
ニアモータ７３、バネ機構部８３を収容している。容器
１０は吸入管１１と吐出管１２とにより外部サイクルと
接続されて密閉状態になる。

【００５２】リニアモータ７３はアウターヨーク７４に
埋設されるステータ７５と、ステータ７５と相対向する
内側に配置されインナーヨーク７６に固持されるマグネ
ット７７とで構成されている。シリンダ７１はピストン
７２を摺動自在に嵌め合わせ支持するシリンダ孔７１Ａ
とフランジ部７１Ｂを有し、フランジ部７１Ｂにはアウ
ターヨーク７４が連結されている。

【００５３】一方、ピストン７２はその前端側の開口部
７２Ａに自身の進退に伴い開閉するように保持した吸入
バルブ７８を持ち、後端のフランジ部７２Ｂにはインナ
ーヨーク７６が連結されている。なお、インナーヨーク
７６はシリンダ７１の外周に摺動可能に支持され、前記
したようにマグネット７７を固持している。また、ピス
トン７２は冷媒を導入するための吸入孔７９を有してい
る。シリンダ７１の前面側は、吐出バルブ支持体８０に
より閉止され、ピストン７２の前端面との間に圧縮室８
１を形成している。また、吐出バルブ支持体８０内の中
心部には、吐出バルブ（図示せず）が収納されている。
また吐出バルブ支持体８０は、消音室を形成するマフラ
８２を介して螺旋状の吐出管１２に接続されている。

【００５４】アウターヨーク７４およびピストン７２の
後端側にはバネ機構部８３の共振バネ８４が固定されて
いる。この共振バネ８４は支持バネ８５を介して容器１
０に保持されている。また、容器１０の前側に保持され
る支持バネ８５Ａはマフラ８２を保持している。容器１
０の下部には、潤滑油４２が貯留されている。

【００５５】本例ではシリンダ７１およびピストン７２
をＡｌ合金で形成してある。Ａｌ合金として焼結材を用
いることもできる。ピストン７２の外周面には鉄系硬質
膜１００として鉄メッキが施されている。この鉄メッキ
の表面は固体潤滑剤と共にショットピーニングがかけら
れ、瞬間的に溶融・冷却された鉄メッキの表層部には固
体潤滑剤が分散された再溶融処理層が形成されている。
鉄メッキの厚さは５〜１００μｍ、再溶融処理層の厚さ
は２〜３０μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とする
ことが好ましい。

【００５６】リニアモータ７３のステータ７５に通電す
ることによってマグネット７７との間に渦流電流が流れ
る。この結果、ピストン７２が吐出管１２側と反対の方
向に移動する（すなわち、後退する）。このため、吸入
孔７９から導入された冷媒が吸入バルブ７２Ａを開放
し、圧縮室８１内に吸入される。なお、ピストン７２の
後退により共振バネ８４や支持バネ８５がチャージされ
てエネルギーが蓄積される。

【００５７】この状態でステータ７５の通電を停止する
と、共振バネ８４等に蓄積されたエネルギーが放出さ
れ、ピストン７２が吐出管１２の方向に移動する（すな
わち、前進する）。これにより、吸入バルブ７８が閉止
し、圧縮室８１内の冷媒が圧縮される。そして圧縮され
た冷媒は、吐出バルブ支持体８０の中央部に設けられて
いる吐出バルブを押し開き、マフラ８２内に吐出されて
消音され、螺旋状の吐出管１２内を流れ外部サイクルに
供給される。一方、潤滑油４２は共振バネ８４および支
持バネ８５の攪拌作用により飛散して冷媒とともに圧縮
機構部７０におけるシリンダ７１およびピストン７２の
摺動部に搬送され、摺動部を潤滑する。

【００５８】以上のように、リニアモータ７３の内部に
圧縮機構部７０が収納されているので超小型となるリニ
ア圧縮機において、ピストン７２には鉄メッキが形成さ
れ、低摩擦、高耐摩耗またドライでの運転が可能であ
る。さらに始動時や停止時に発生するピストン７２とシ
リンダ７１との片当りによる摩耗や焼付きを防止できる
ため、必要な潤滑油量を減らすことができ、少潤滑油量
が可能である。

【００５９】なお、上記実施例ではピストン７２の外周
面のみに鉄メッキを設けたが、表面全体に鉄メッキを設
けても同じ作用および効果が得られ、疲労強度を高める
のに好適となり、メッキ操作が簡単な浸漬方式でよくな
る。また鉄系硬質膜として鉄溶射を用いても同じ作用お
よび効果が得られる。また再溶融処理層をレーザで形成
しても同じ作用および効果が得られる。ただし、レーザ
では表面がポーラスになり、保油性が高く、更なる低摩
擦かつ高耐摩耗が期待できる。また固体潤滑剤として
は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、カーボンなどがあげられる。

【００６０】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、塩素を含まない代替冷媒又はＣ
Ｏ２を用いるのでオゾン層を破壊しない。また、これに
相溶な潤滑油に用いるので、それ自体が供給されること
による潤滑に加え、冷媒によって持ち運ばれることによ
る潤滑も行える。特に、摺動し合いかつ冷媒に触れる少
なくとも１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成
して、Ａｌ合金化した部材数に比例した軽量化が図れる
上、Ａｌ合金部材の少なくとも１つの摺動面にて、アル
マイト処理層のように脆くない安定な鉄系硬質膜の硬質
性による低摩擦係数化と優れた油吸着性による高潤滑性
とを確保し、この摺動面が臨む摺動部での耐摩耗性を長
期に高められるのに併せ、前記鉄系硬質膜がＡｌ合金部
材の疲労強度をも長期に高められるので、長寿命化が図
れる。また、前記高潤滑性は高シール性をも発揮するの
で高い圧縮性能が長期に安定して得られる。

【００６１】請求項２記載の発明によれば、請求項１に
記載の発明に加え、さらに、鉄系硬質膜の表面に再溶融
処理層を設けているものであり、耐摩耗性をさらに向上
できる。

【００６２】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明に加え、さらに、再溶融処理層に固体潤滑剤を
分散しているものであり、ドライ運転ができる。

【００６３】請求項４または５記載の発明によれば、請
求項１〜３記載の発明のいずれか１つに加え、さらに、
スクロール圧縮機の１組の部材である固定側スクロール
と可動側スクロール、またはおよび可動側スクロールと
自転拘束手段の部材、の組における双方をＡｌ合金部材
としてさらなる軽量化を図りながら、その一方の摺動面
にのみ前記鉄系硬質膜を形成することによって異種金属
間の摺動構造が実現し、同一材質どうしの間で潤滑が不
足したときに生じやすい凝着の問題を回避することがで
き、潤滑油不足になる始動などの過渡運転でも高速始動
ができ、その結果立上り性能を向上できる。

【００６４】請求項６記載の発明によれば、請求項１〜
３記載の発明のいずれか１つに加え、さらに、部品点数
が少なく簡単な構造のロータリ圧縮機におけるピストン
１つを鉄系硬質膜を形成したＡｌ合金部材とするだけ
で、このピストンと摺動し合うシリンダ、ベーン、上下
軸受部材およびクランク軸との間の全摺動部において、
異種金属どうしの摺動構造の実現と、前記鉄系硬質膜に
よる高い潤滑性と耐摩耗性とシール性を確保し、かつ、
ピストンの疲労強度を高めることができ、しかも、偏心
回転するピストンの軽量化が図れた分だけピストンが偏
心回転することに対するバランサの小型化、軽量化も同
時に図ることができ、この結果、さらに高速での運転が
可能となり、能力制御幅を拡大できる。

【００６５】請求項７記載の発明によれば、部品点数が
少なく簡単な構造のベーン型のロータリ圧縮機における
ロータが偏心回転しないことを利用し、他の部材をＡｌ
合金部材として大幅な軽量化を図りながら、シリンダの
みの摺動面に鉄系硬質膜を設けるだけで、摺動の激しい
シリンダとロータおよびベーンとの間で鉄系硬質膜によ
る高い潤滑性、耐摩耗性およびシール性を確保し、かつ
圧力容器となるシリンダの疲労強度を高めて運転可能な
最大負荷をさらに大きくすることができる。

【００６６】請求項８記載の発明によれば、請求項１〜
３記載の発明のいずれか１つにおいて、さらに、リニア
圧縮機のシリンダとピストンをＡｌ合金部材として双方
で軽量化を図りながら、レスプロ式の圧縮機の場合、通
常、始動時や停止時のピストンとシリンダとの片当たり
が摩耗や焼付きの原因になりやすく潤滑油量を多く設定
するところを、ピストンとシリンダとの少なくとも一方
に形成した鉄系硬質膜により高い潤滑性、耐摩耗性およ
びシール性を得て始動時および停止時のための必要潤滑
油量を少なく抑えられる。しかも、圧力容器となるシリ
ンダ側に鉄系硬質膜を形成して疲労強度を高めると、運
転可能な最大負荷をさらに大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の
場合の例を示し、（ａ）は全体の断面図、（ｂ）は固定
側、可動側各スクロールの一部拡大断面図。

【図２】本発明の実施の形態に係るロータリ圧縮機の場
合の例を示す断面図。

【図３】図２の圧縮機における圧縮機構部の断面図。

【図４】本発明の実施の形態に係るベーン型のロータリ
圧縮機の場合の例を示す断面図。

【図５】図４の圧縮機における圧縮機構部の断面図。

【図６】本発明の実施の形態に係るリニア圧縮機の場合
の例を示す断面図。

【図７】従来のレシプロ圧縮機の場合の例を示す断面
図。

【符号の説明】

１０容器２０電動機部３０、５０、６０、７０圧縮機構部３１固定側スクロール３２可動側スクロール３３クランク軸３５オルダムリング４２潤滑油５１シリンダ５２ピストン５３ベーン５４上軸受部材５５下軸受部材５６クランク軸５７シリンダ５８ロータ５９ベーン６０前部側板６１後部側板６２駆動軸７１シリンダ７２ピストン７３リニアモータ８３バネ機構部８４共振バネ８５支持バネ１００鉄系硬質膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｃ 29/00 Ｆ０４Ｃ 29/00 Ｕ (72)発明者足立徹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AB01 AC03 AD01 BD00 CB00 CD03 3H029 AA02 AA04 AA05 AB03 BB44 CC03 CC05 CC38 3H039 AA06 BB04 BB11 CC04 CC35 3H040 AA09 BB01 CC01 CC08 CC14 DD02 DD07 DD36 3H076 AA02 BB17 CC04 CC30 CC34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒としてＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒又
はＣＯ２を用い、圧縮機構部の潤滑油としてエステル
油、エーテル油、ＰＡＧ油、カーボネイト油、アルキル
ベンゼン油、ナフテン系鉱油又はパラフィン系鉱油を用
いる圧縮機であって、圧縮機構部の摺動し合う少なくと
も１組の部材の少なくとも１つをＡｌ合金で形成し、Ａ
ｌ合金よりなる少なくとも１つの部材の摺動面に鉄系硬
質膜を形成していることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】前記鉄系硬質膜の表面に再溶融処理層を
設けていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】前記再溶融処理層に固体潤滑剤が分散し
ていることを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
【請求項４】１組の部材は、スクロール圧縮機におい
て、相互間に圧縮室を形成する固定側スクロールと可動
側スクロールとであり、双方がＡｌ合金により形成され
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の圧縮機。
【請求項５】１組の部材は、スクロール圧縮機におい
て、固定側スクロールとの間に圧縮室を形成する可動側
スクロールとこれを自転を拘束して円軌道運動させる自
転拘束手段の部材であり、双方がＡｌ合金により形成さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の圧縮機。
【請求項６】１組の部材は、ロータリ圧縮機における
シリンダと、このシリンダ内で回動するピストンと、こ
れらシリンダおよびピストンによって形成される空間を
圧縮空間および吸入空間に分離するシリンダ側のベーン
と、シリンダおよびピストンの両端面を閉塞する上下軸
受部材と、前記ピストンに駆動力を伝達するクランク軸
とであり、ピストンがＡｌ合金で形成され、このピスト
ンに前記鉄系硬質膜を形成したことを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項７】１組の部材は、ベーン型のロータリ圧縮
機における、シリンダと、このシリンダの内部に配設さ
れたロータと、このロータを軸支し前記シリンダの前後
両端を閉塞する前部側板および後部側板と、前記ロータ
に形成されたベーン溝内に摺動自在に収容されたベーン
とであり、前記シリンダ、前部側板、後部側板およびベ
ーンをＡｌ合金で形成し、シリンダに前記鉄系硬質膜を
形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の圧縮機。
【請求項８】１組の部材は、リニア圧縮機における、
シリンダと、このシリンダにその軸線方向に沿って摺動
自在に支持されるピストンとであり、これらシリンダお
よびピストンをＡｌ合金で形成し、その少なくとも一方
に前記鉄系硬質膜を形成したことを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。