JP2005133586A - 密閉型冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い耐焼付き性と耐磨耗性を有する軸受材及び低価格の軸受材を使用した高信頼性かつ長寿命な密閉型冷媒圧縮機、及びその軸受材を提供する。
【解決手段】 回転軸のクランクにより駆動される圧縮手段により冷媒を圧縮し、液化と蒸発を繰り返す冷凍サイクルの密閉型冷媒圧縮機において、前記回転軸及びクランクに対する少なくとも一方の軸受は平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を、所定の長さに切断して円筒形状に成形した軸受ブッシュを軸受部材に圧入後、表面を仕上加工した部材を用いる。
【効果】 密閉型冷媒圧縮機の軸受部において環境性の良い材料を用いて磨耗や焼付きを防止し、圧縮機としても耐久性を著しく高めることができる。また、空調機、冷凍機及び給湯機の信頼性向上に極めて有用である。更に、量産適合性が良好なためコスト低減が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば空調、冷凍、給湯機に搭載されるスクロール型圧縮機、及びロータリ型圧縮機に関するものである。さらに詳しくは、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせによって圧縮された圧縮ガスを密閉容器内に吐出した後、密閉容器外へ吐出するようにしたスクロール型圧縮機、及びシリンダ内を偏心回転するローラによって圧縮された圧縮ガスを密閉容器内に吐出した後、密閉容器外へ吐出するようにしたロータリ型圧縮機に関するものである。

空気調和機、冷蔵庫、給湯機に用いられる冷媒圧縮機としては様々なものがあるが、最近では振動や騒音が小さく性能が優れたスクロール型圧縮機が多く使用されるようになってきている。

図３に一般的なスクロール型圧縮機の構成を示す。図３において(4)は固定スクロールであり、鏡板(4a)の一方の面に略インボリュート形状のラップ(4b)が直立して形成されており、中央に吐出口(4d)が配置されている。(3)は旋回スクロールであり、鏡板(3a)の一方の面に略インボリュート形状のラップ(3b)が直立して形成されており、鏡板(3a)のもう一方の面には軸受部(3c)を有している。固定スクロール(4)と旋回スクロール(3)は互いにラップ(4b)，(3b)を内側に向けて噛み合わせ、三日月型の圧縮室を形成している。旋回スクロール(3)は、フレーム(5)とオルダムリング(7)を介して結合されることにより自転を阻止され、かつ軸受部(3c)がクランクシャフト(6)のクランク(6a)に軸受材(3f)を介して係合されている。クランクシャフト(6)は、モータ(8)の回転子に固定されており回転子と共に回転するが、旋回スクロール(3)はクランクシャフト(6)に対して偏心して係合されており、かつ自転を拘束されているので、固定スクロール(4)に対して自転を伴わない公転運動（旋回運動）を行なうことになる。この結果、固定スクロール(4)と旋回スクロール(3)で形成された三日月型の圧縮室はクランクシャフト(6)の回転に伴い、外周側から中心方向に向かって次第に容積を縮小させながら移動して冷媒を圧縮するようになっている。クランクシャフト(6)は縦方向に配置されており、旋回スクロールの軸受部(3C)、フレームの軸受部(5a)は軸受材(3f)，(5d)で支持され、クランク(6a)には流体圧力によりその偏心方向と直角の半径方向に荷重が作用する。一方、クランクシャフト(6)は軸受材(3f)，(5d)との間に存在する隙間の範囲で半径方向に微小量移動可能なように構成されている。このような状態で前記の流体圧力による半径方向の荷重が作用すると、クランクシャフト(6)は旋回スクロールの軸受部(3c)を支持する上側の軸受材(3f)とフレームの軸受部(5a)を支持する下側の軸受材(5d)の中で傾き、それぞれの軸受材(3f)，(5d)に片当たり状態で強く押し付けられながら回転することになる。その結果、軸受材(3f)，(5d)には潤滑油による油膜反力を上回る荷重が加わり、クランクシャフト(6)との間に潤滑油が存在しない状態で摺動することが起こりうる。また、クランクシャフト(6)と軸受材(3f)，(5d)との隙間寸法は、大きすぎると圧縮ガスの漏洩による性能低下や振動騒音の増大を、小さすぎると摺動部の摩擦損失の増大といった悪影響を及ぼすので最適な寸法に設定する必要がある。さらに、軸受や回転軸の表面状態（表面粗さ等）も信頼性や性能に影響を与える。このため軸受材(3f)，(5d)は厳しい潤滑条件下でも焼付きや磨耗が発生しない耐磨耗性、最適な隙間寸法を実現するための加工性が要求される。

一方、ロータリ型圧縮機においても、冷媒がＨＦＣ冷媒化、自然冷媒化へと移行するに伴い、軸受に加わる荷重が増大するため耐磨耗性が良好な軸受材を軸受部材に使用する必要がでてきた。このような要求を満足し、かつ安価であることから現在多くの冷媒圧縮機において、金属性の基板（裏金）に耐磨耗性及び自己潤滑性に優れた樹脂材料を結合させたものを円筒形状に成形した巻ブッシュがすべり軸受材として採用されている。

密閉型冷媒圧縮機では、地球環境対応として冷媒のＨＦＣ化及び自然冷媒化に伴い、圧縮機運転雰囲気で圧縮機内部は高圧となり軸受の負荷が増大してきており、潤滑油による潤滑膜が途切れ軸受と回転軸とが局部的に直接接触するゆえ、境界潤滑状態になりやすくなっている。また、圧縮機の起動時や過大な冷媒の混入によっても境界潤滑状態となる。こういった境界潤滑状態において、従来の金属軸受、樹脂軸受、表面処理シャフト等は焼付き、カジリが発生しやすかった。軸受の負荷を軽減する方法として軸受の内径を大きくし、または軸受の長さを延長する手段があるが、電動機を内蔵する密閉型の圧縮機では軸受に要する空間に制限があるため限界があった。

軸受部の耐磨耗、耐焼付き性向上の手段として、スクロール型圧縮機の旋回スクロールを支持する軸受部についてであるが、以下のような例が知られている。起動時の油切れを解決手段として特開昭６２−７０６８２号公報においては、メタル軸受への給油を速くするために保油部を設けることが示されている。また、特開昭６３−２６８９９３号公報には油含浸させたセラミック材で軸受を構成する方法が示されているが、セラミックでブッシュタイプの軸受を構成する場合、その脆性により薄い形状に出来ないこと、また加工が困難であること、高価である等の欠点を持つ。さらに同公報には従来例として銅、アルミ、錫、鉛をベースとした金属系の軸受表面に四弗化エチレンや二硫化モリブデン等の自己潤滑剤を塗布または含浸する方法が示されているが、ベースが金属であるため油切れが発生した場合、金属同士が接触することとなり耐磨耗、耐焼付き性が十分とはいえない。また、自己潤滑剤は表面に塗布したり表面から含浸させたりするため摺動により脱落しやすく、長期間にわたって十分な効果を発揮しがたいという欠点があった。

また、実開昭５９−１１４４７７号公報には旋回スクロールを駆動する偏心ブッシュ機構の材料として、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）系樹脂等の自己潤滑性材料を使用して構成し、金属接触を回避し焼付きを生じさせない手段が示されている。しかしながら、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）は高温において熱変形クリープを起こしやすいという課題がある。圧縮機の軸受周囲温度は１００℃前後であるが、ブッシュ自身は摺動による発熱のため、周囲温度よりもかなり高い温度となり、この温度で負荷を受けるとクリープを起こすことになる。変形強度を増すために、焼結合金にＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）を含浸する手段も示されているが、この方法では先に述べたように金属接触が避けられない。

また、特開２００２−２１３３５６号公報には境界潤滑状態においても焼付きにくい炭素質基材の気孔に潤滑油中で油膜を形成されやすくするために青銅合金を含浸し、更に青銅合金の組成及び組織、含浸量を摩擦係数の低減並びに耐磨耗性が得られるように調整することで、摺動特性に優れた軸受が得られ、信頼性の高い冷媒圧縮機を得ることが出来る。さらには無潤滑或いは過酷な摺動条件に曝される冷媒圧縮機において、無潤滑或いは過酷な摺動状態においても摩擦係数が小さく耐磨耗性も良好な炭素質基材と潤滑油中で用いられる場合に、炭素を含む炭素質基材に残存する気孔を通じて潤滑油が排出され油膜の形成が困難になることを防止するため、炭素質基材に青銅合金を溶融含浸した部材を用いて冷媒圧縮機の軸受部を構成し、無潤滑或いは過酷な摺動条件において摩擦係数を小さく保ち、かつ磨耗も最小限に抑えることで高信頼性かつ長寿命な冷媒圧縮機を提供できるとあるが、軸受材料費ＵＰとなり材料コストの問題が生じる。

特開昭６２−７０６８２号公報 特開昭６３−２６８９９３号公報 実開昭５９−１１４４７７号公報 特開２００２−２１３３５６号公報

本発明の目的は、以下に示す如くである。
（１）一時的に潤滑油が供給されない可能性のあるＨＦＣ系冷媒、自然系冷媒用圧縮機の軸受部において磨耗や焼付きを防止し、高い耐磨耗性と耐焼付き性を有する軸受材を用いた高信頼性かつ長寿命な密閉型冷媒圧縮機を提供すること。
（２）ＰＲＴＲ法（Pollutant Release and Transfer Register：環境汚染物質排出・移動登録）に該当しない材料による軸受材を使用することにより、地球環境対応の密閉型冷媒圧縮機を提供すること。
（３）コストアップになるカーボン軸受を用いず、軸受内面に潤滑性及び耐磨耗性に優れるとともに加工が容易で安価な軸受を装着した密閉型冷媒圧縮機を提供すること。

本発明者等はかかる問題について鋭意研究した結果、潤滑性及び耐磨耗性を有する表面層を内側に有する、ＰＲＴＲ法に該当しない材料を使用した、カーボン軸受より安価な巻ブッシュを用いることにより課題を解決できることを見い出し、本発明を成すに至った。

すなわち、本発明の請求項１の発明は、密閉容器内に電動要素と電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素と、前記密閉容器内に装着されて前記スクロール圧縮要素を支持すると共に中央に前記電動要素の回転軸を軸支するための軸受部を設けたフレームで構成されており、圧縮室は、前記密閉容器内に収容されかつ各摺動部に供給される潤滑油を備え、前記スクロール圧縮要素は背面に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールに対して前記電動要素の駆動により公転する渦巻き状のラップを有し、背面の中央部に前期回転軸の軸心と偏心して前記回転軸の端部に設けられたピン部が連接されたボス穴部が形成された旋回スクロールを互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成するという圧縮機構であり、前記密閉容器外から吸入した冷媒ガスをこの圧縮室にて圧縮して前記密閉容器内に吐出した後、前記密閉容器外に吐出するようにしたスクロール圧縮機であって、フレームが有する軸受部及び旋回スクロールが有する軸受部を含む前記回転軸の軸受内面に、平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を所定の長さに切断し、潤滑性、耐磨耗性を有する表面層を内側にして巻成形して作った巻ブッシュを圧入して装着しかつ表面を仕上加工したことを特徴とするスクロール型圧縮機である。

本発明の請求項２の発明は、密閉容器内に電動要素と電動要素によって駆動されるロータリ圧縮要素と、前記密閉容器内に装着されて前記ロータリ圧縮要素を支持すると共に中央に前記電動要素の回転軸を軸支するための軸受部を設けた上ベアリング及び下ベアリングから構成されており、圧縮室は前記密閉容器内に収容されかつ各摺動部に供給される潤滑油を備え、前記電動要素の駆動により前記回転軸のピン部が連接されたローラがシリンダ内を偏心回転することにより形成され、前記密閉容器外から吸入した冷媒ガスをこの圧縮室にて圧縮して前記密閉容器内に吐出した後、前記密閉容器外に吐出するようにしたロータリ型圧縮機であって、ローラが有する軸受部、上ベアリングが有する軸受部及び下ベアリングが有する軸受部を含む前記回転軸の軸受内面に、平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を所定の長さに切断し、潤滑性、耐磨耗性を有する表面層を内側にして巻成形して作った巻ブッシュを圧入して装着かつ表面を仕上加工したことを特徴とするロータリ型圧縮機である。

本発明の請求項３及び４は、巻ブッシュ材の耐磨耗性、耐焼付き性、潤滑性等向上の手段として、巻ブッシュ材を構成する表面層の合金焼結層に青銅（銅−錫）合金を使用した密閉型冷媒圧縮機である。巻ブッシュ材を構成する表面層に用いる自己潤滑性材として耐焼付き性良好な炭素質基材があるが、炭素質基材には気孔が存在するため潤滑油がこの気孔に流入し、これによって油膜が消失する。これを防止するため気孔部に金属を含浸する。含浸金属としては鉛やアンチモンが有名であるが、これらはＰＲＴＲ法該当物質であることから環境および人体に対する影響が少ない銅を含浸金属として選定した。しかし、銅のみでは含浸部が軟質であり摩擦によって銅の部分が融着しやすいので、錫を含浸して融着さらには磨耗の防止を図る。さらには、炭素質基材との化合物形成防止、耐磨耗性や耐焼付き性向上、含浸の作業性を考慮すると、合金焼結層は重量で銅９０〜９５％、錫５〜１０％であることが望ましい。

本発明の請求項５は、巻ブッシュ材の耐磨耗性、耐焼付き性、潤滑性等向上の手段として、巻ブッシュ材を構成する表面層の自己潤滑性材料にグラファイトを混入させたポリイミド系樹脂を使用したことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機である。圧縮機の圧縮時の流体圧力の作用で回転軸が傾き軸受で片当たり状態となり、油膜が形成できない状態においても軸受が樹脂でできているため、回転軸の表面と軸受ブッシュ表面とは金属同士の接触とならず焼付きが発生しにくくなる。また、樹脂の中にはグラファイトが一様に分布しているため、その固体潤滑作用で磨耗、焼付きを防止することができる。また、樹脂の耐熱性が２５０℃以上と高いため起動時等の無潤滑状態など摺動条件が厳しい場合、摺動熱によりブッシュが高温状態になっても、変形、劣化を生じることなく信頼性の高い軸受を提供できる。

本発明の請求項６は、巻ブッシュ材の耐磨耗性、耐焼付き性、潤滑性等向上の手段として、巻ブッシュ材を構成する表面層の自己潤滑性材料にＰＴＦＥ系樹脂を使用したことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機である。圧縮機の圧縮時の流体圧力の作用で回転軸が傾き軸受で片当たり状態となり油膜が形成できない状態においても、軸受が樹脂でできているため回転軸の表面と軸受ブッシュの表面とは、金属同士の接触とはならず焼付きが発生しにくくなる。

本発明の請求項７及び８は、巻ブッシュ材を構成する表面層にＰＴＦＥ系樹脂を使用した巻ブッシュ材の、高温時における変形、劣化を防止を図る手段として表面層を研削して青銅（銅−錫）合金からなる合金層を露出させたことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機である。圧縮機の軸受の周囲温度は１００℃前後であるが起動時等の無潤滑状態など摺動条件が厳しい場合、摺動熱によりブッシュが高温となりＰＴＦＥ系樹脂がクリープ変形を起こし変形劣化が考えられるため、表面を研削して耐熱性の高い青銅（銅−錫）合金層を露出させて変形強度向上を図り、軸受信頼性を向上させる。露出の割合は面積で青銅（銅―錫）合金焼結層が４０〜５０％、自己潤滑性材料が５０〜６０％が望ましい。

本発明の請求項９は、巻ブッシュ材の耐磨耗性、耐焼付き性、潤滑性等向上の手段として巻ブッシュ表面を軸受部材に圧入後に仕上加工したことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機である。巻ブッシュ表面を仕上加工することにより軸受の精度を向上することができると共に、グラファイトが一様に分布した摺動面を提供でき、より耐磨耗性、耐焼付き性、潤滑性等を向上することができる。加工精度はＲｚ≦５μｍが望ましい。

本発明の請求項１０は、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＦＣ及び自然系冷媒の一方を冷媒として使用し、上記巻ブッシュ材を使用したことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機である。ＨＦＣ冷媒のように塩素を含まない冷媒は特に冷媒自体の摩擦軽減作用が低いこと、自然系冷媒は圧縮機運転中に高圧となることから境界潤滑になりやすい。よって、境界潤滑においても十分な低摩擦、耐磨耗性を有する軸受を用いた密閉型冷媒圧縮機が提供される。

本発明の請求項１１，１２、及び１３は、上述した密閉型冷媒圧縮機を用いた空調機、冷凍機及び給湯機である。

本発明によれば、潤滑油の供給が困難若しくは一時的に潤滑油が供給されない可能性のある密閉型冷媒圧縮機の軸受部において、環境性の良い材料を用いて磨耗や焼付きを防止し圧縮機としても耐久性を著しく高めることができる。また、突発的な給油不足にも対応し空調機、冷凍機及び給湯機の信頼性向上に極めて有用である。更に、機械加工性が良好なため量産性に対応でき、コストの低下を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
<実施例１〜２>
図１はスクロール型圧縮機の縦断面模式図である。まず密閉型圧縮機の一種であるスクロール型圧縮機を例に検討した。スクロール型圧縮機は密閉容器(1)の内部に圧縮機構を上方に、モータ(8)を下方に配置してクランクシャフト(6)を介して連設される。圧縮機部は鏡板(4a)に渦巻状のラップ(4b)を直立した固定スクロール(4)と、鏡板(3a)に渦巻状のラップ(3b)を直立した旋回スクロール(3)をラップを互いに噛み合わせて配置し、固定スクロール(4)の外周部に吸入口(4C)及び中央部に吐出口(4d)を配置している。クランクシャフト(6)はフレーム(5)の中央の軸受部(5a)に支承され、クランクシャフト(6)の先端に突出したクランク(6a)が旋回スクロール(3)の軸受部(3c)の挿入され係合している。自転防止機構としてオルダム継手(7a)は、旋回スクロール(3)が固定スクロール(4)に対し自転することなく旋回運動させる継手で、旋回スクロール(3)の鏡板(3a)の背面キー溝(3d)とフレーム(5)のキー溝(5c)に係合している。そこで下方のモータ(8)によりクランクシャフト(6)が回転すると、クランク(6a)の偏心回転により旋回スクロール(3)は自転することなく固定スクロール(4)に対し旋回運動を行ない、吸入口(4c)より吸い込んだ冷媒ガスは圧縮され吐出口(4d)より圧縮ガスを吐出することになる。旋回スクロール(3)には軸受部(3c)、及びフレーム(5)には軸受部(5a)が各々設けられて、いずれも循環する潤滑油が供給されているが、起動時や冷媒の吐出圧力が高い場合には潤滑油の供給が不足して磨耗や焼付きなどの損傷が発生しやすい。次にロータリ型圧縮機について検討した。

図２はロータリ型圧縮機の縦断面模式図である。ロータリ型圧縮機は密閉容器(1)の内部に、圧縮機構を下方にモータ(8)を上方に配置してクランクシャフト(6)を介して連設される。圧縮機部は、シリンダ(9)、上ベアリング(10)、下ベアリング(11)、ローラ(12)、ベーン(13)より構成される。上記クランクシャフト(6)は上ベアリング(10)及び下ベアリング(11)により軸支され、クランク(6a)は摺動してローラ(12)に偏心回転を与える。上記ローラ(12)の外周面とに摺接されたベーン(13)が摺動自在に設けられている。そこで、上方のモータ(8)によりクランクシャフト(6)が回転するとクランク(6a)の偏心回転によりローラ(12)は自転することなくシリンダ(9)に対し旋回運動を行ない、吸入口(4c)より吸い込んだ冷媒ガスは圧縮され、吐出口(4d)より圧縮ガスを吐出することとなる。上ベアリングの軸受部(10a)、下ベアリングの軸受部(11a)及びローラの軸受部(12a)にはいずれも循環する潤滑油が供給されているが、起動時や冷媒の吐出圧力が高い場合には潤滑油の供給が不足して磨耗や焼付きなどの損傷が発生しやすい。しかし、本発明の巻ブッシュは軸受部(3C)，(5a)，(10a)，(11a)及び(12a)に各々圧入されることで固定され、スクロール型及びロータリ型圧縮機の信頼性及び耐久性を向上させることができる。したがって、旋回スクロール(3)、フレーム(5)、上ベアリング(10)、下ベアリング(11)及びローラ(12)には本発明の軸受が一体に形成され、それらはいずれも鋳鉄または焼結金属によって構成される。
<実施例３>
図３に示すように本発明の軸受ブッシュ材は、裏金(14a)の表面に合金焼結層として青銅粉末(14b)を連帯焼結したバイメタル(14)上に自己潤滑性材料(15)を含浸焼結した構造となっている。このような構成の軸受ブッシュ素材は円筒形状に加工されて巻ブッシュ(3e)，(5b)，(10b)，(11b)，(12b)となり、旋回スクロール(3)、フレーム(5)、上ベアリング(10)、下ベアリング(11)及びローラ(12)に圧入後、研削加工によりその表面を適量除去され、所定の寸法精度に仕上げられる。前記巻ブッシュ(3e)，(5b)，(10b)，(11b)，(12b)は、その摺動面は樹脂であるため固体接触した場合でも回転軸の表面と巻ブッシュ(3e)，(5b)，(10b)，(11b)，(12b)の表面とは金属接触とならず、焼付きが発生しにくくなる。また、本発明の軸受はバイメタル(14)上に自己潤滑性材料(15)を含浸焼成した構造となっているため、板厚も１．５〜３．０ｍｍで構成できるし圧入時のカケや割れもない。したがって、軸受ブッシュをセラミックやカーボンのむく材で構成した場合に比べ薄く構成できる。
<実施例４>
図４は合金焼結層である青銅粉末(14b)の性能評価を目的として炭素質基材に各種合金を含浸したもの（表１参照）について、Ｒ４１０Ａ冷媒＋ＰＯＥ油の混合潤滑中において１．２ｍ／ｓの摺動速度、面圧を１００ＭＰａまで０．１５ＭＰａ／ｓの負荷速度で負荷した耐荷重試験後の磨耗量を示すものである。

焼結金属を青銅（銅９０％、錫１０％）を用いたものが磨耗量が最も少ない。他にもＳｂや青銅＋Ｖ、Ｔｉがあるが、ＳｂはＰＲＴＲ法の該当物質であること、Ｖ及びＴｉはコスト高となることから、合金焼結層は青銅合金が望ましいと考えられる。

<実施例５>
図５は本発明の軸受ブッシュ素材(16)の一実施例を示すものである。本発明の軸受ブッシュ素材(16)は、裏金(14a)の表面に合金焼結層として青銅粉末(14b)を連帯焼結したバイメタル(14)上にグラファイト(15a)を混入させたポリイミド系樹脂(15b)を含浸焼成した構造となっている。密閉型冷媒圧縮機の軸受周囲温度は１００℃前後で、実際の軸受部は周囲温度より数十℃高く１２０〜１６０℃であり、ＰＴＦＥ系樹脂等の自己潤滑性のある樹脂が軸受に使用されている。しかし圧縮機の起動時のように無潤滑状態で高い面圧がかかると軸受部の温度は２００℃以上となり、ＰＴＦＥ系等の樹脂では熱変形により軸受強度は著しく低下する。本発明の軸受ブッシュは、２５０℃以上の耐熱性（ポリイミド系樹脂の熱変形温度は２７０℃〜３６０℃）と自己潤滑性をもつ樹脂にグラファイトを混入させ、これを含浸焼成しているので起動時の無潤滑状態でも磨耗したり焼付いたりしないだけでなく、熱変形も起こさない。すなわち、ポリイミド系樹脂(15b)の耐熱性が２５０℃以上と高いため、起動時の無潤滑状態など摺動条件が厳しい場合、摺動熱により軸受ブッシュ材が高温状態になっても変形や劣化を生じることがなく、信頼性の高い軸受を提案できる。

図６は、自己潤滑性材料(15)の耐焼付き性及び耐磨耗性を評価するために、本実施例として自己潤滑性材料(15)にポリイミド系樹脂(15b)を用いたものと、比較例としてＰＴＦＥ樹脂を使用した軸受ブッシュ材について面圧：１４９Ｎ／ＳＴＥＰで荷重漸増、周速：２ｍ／ｓ、冷媒：Ｒ４０７Ｃ及び冷凍機油：ＰＯＥ油の条件での耐焼付き試験と面圧：１０ＭＰａ、周速：２ｍ／ｓ、冷媒：Ｒ４０７ｃ及び冷凍機油：ＰＯＥ油の条件での耐磨耗試験結果を示したものである。本実施例と比較例とを比較すると、焼付き面圧では約２倍、磨耗量では約１／６となっており、本実施例のポリイミド樹脂(15b)を用いた自己潤滑性材料(15)を有する軸受ブッシュ素材(16)は、信頼性の高い軸受を提供できるといえる。
<実施例６>
図７は、軸受ブッシュ素材(16)形状の一実施例を示す。裏金(14a)の表面に青銅粉末(14b)を連帯焼結したバイメタル(14)上にＰＴＦＥ系樹脂(15c)を含浸したものの表面を研削して、青銅粉末(14b)の焼結層を露出させた構成となっている。表面に耐熱性を有する青銅粉末(14b)の焼結層を露出させることにより、ＰＴＦＥ系樹脂(15C)の熱変形による強度低下が防止できる。

図８は、青銅粉末(15b)の焼結層露出の効果を検証するために、露出率を面積で４５％とした本実施例の軸受ブッシュ素材(16)と露出率を２０％とした比較例の軸受ブッシュについて面圧：９．８ＭＰａ、周速：１．２ｍ／ｓ及び冷媒：ＣＯ_２の条件で耐磨耗試験を行なった結果を示したものである。本試験は潤滑油を用いないため、無潤滑状態であるため摺動面は金属接触となり高温となる。比較例の軸受ブッシュでは試験後約５時間経過すると摩擦係数が著しく上昇するのに対し、本実施例の軸受ブッシュ材では摩擦係数は一定である。これより露出率を４５％とすることで、耐磨耗性が改善できるといえる。よって、ＰＴＦＥ系樹脂(15C)を使用する場合、表面層を削って青銅粉末(15b)の焼結層を面積で約４０〜５０％露出させることで信頼性の高い軸受を提供できる。
<実施例７>
図９は、軸受ブッシュ材の表面粗さと摩擦係数との関係を示したものである。本実施例である表面をＲｚ≦５μｍに仕上加工した巻ブッシュ材は、比較例である仕上加工をしない切削品と比較すると、摩擦係数が約１／３となり耐磨耗性が向上する。よって、巻ブッシュ(3e)，(5b)，(10b)，(11b)及び(12b)を軸受け部材に圧入後に表面をＲｚ≦５μｍに仕上加工することで、信頼性の高い軸受を提供できる。

以上、上述した軸受ブッシュ材を軸受材として使用すればＣＦＣ冷媒及びＨＣＦＣ冷媒は勿論、塩素を含まないために潤滑性が劣るＨＦＣ冷媒や超高圧状態となる自然系冷媒を使用する密閉型冷媒圧縮機への適用が可能であり、かつ圧縮機の高性能及び高信頼性化を提供できる。さらに、上述の密閉型冷媒圧縮機を用いた空調機、冷凍機及び給湯機への適用が可能であると共に、高性能及び高信頼性化を提供できる。

本発明の軸受ブッシュ材を使用した圧縮機の一例であるスクロール型圧縮機の縦断面模式図である。 本発明の軸受ブッシュ材を使用した圧縮機の一例であるロータリ型圧縮機の縦断面模式図である。 一般的な軸受ブッシュ材を使用したスクロール型圧縮機の縦断面模式図である。 本発明の軸受ブッシュ材の内部構成を示す部分断面図である。 本発明の軸受ブッシュ材を構成する青銅粉末の耐磨耗性を確認するため、各種金属及び合金材料について実施した磨耗試験結果を示した図である。 耐焼付き性及び耐磨耗性を向上させた本発明の軸受ブッシュ材の一実施例として、自己潤滑性材料にグラファイトを混入させたポリイミド系樹脂を使用した軸受ブッシュ材の内部構成を示す部分断面図である。 本発明の一実施例である軸受ブッシュ材の耐焼付き性及び耐磨耗性を評価するために実施した、耐焼付き性試験及び耐磨耗試験の結果を示した図である。 本発明の一実施例として、自己潤滑性材料にＰＴＦＥ系樹脂を使用した軸受ブッシュ材の内部構成を示す部分断面図である。 本発明の一実施例である自己潤滑性にＰＴＦＥ系樹脂を使用した軸受ブッシュ材の耐磨耗性向上のため、軸受ブッシュ表面を研削して合金焼結層を露出させた軸受ブッシュ材について、露出率と耐磨耗性との関係を示した図である。 耐磨耗性向上のため軸受ブッシュ材表面層を仕上加工した本発明の軸受ブッシュ材について、耐磨耗試験を実施した結果を示した図である。

符号の説明

１…密閉容器、２…バランスウエイト、３…旋回スクロール、３ａ…鏡板、３ｂ…ラップ、３ｃ…軸受部、３ｄ…キー溝、３ｅ…巻ブッシュ、３ｆ…軸受け材、４…固定スクロール、４ａ…鏡板、４ｂ…ラップ、４ｃ…吸入口、４ｄ…吐出口、５…フレーム、５ａ…軸受部、５ｂ…巻ブッシュ、５ｃ…キー溝、５ｄ…軸受材、６…クランクシャフト、６ａ…クランク、７…オルダムリング、７ａ…オルダム継手、８…モータ、９…シリンダ、１０…上ベアリング、１０ａ…軸受部、１０ｂ…巻ブッシュ、１１…下ベアリング、１１ａ…軸受部、１１ｂ…巻ブッシュ、１２…ローラ、１２ａ…軸受部、１２ｂ…巻ブッシュ、１３…ベーン、１４…バイメタル、１４ａ…裏金、１４ｂ…青銅粉末、１５…自己潤滑性材料、１５ａ…グラファイト、１５ｂ…ポリイミド系樹脂、１５ｃ…ＰＴＦＥ系樹脂、１６…軸受ブッシュ素材。

Claims (13)

1. 回転軸のクランクにより駆動される圧縮手段により冷媒を圧縮し、液化と蒸発を繰り返す冷凍サイクルの冷媒圧縮機において、前記回転軸及びクランクに対する少なくとも一方の軸受は、平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を、所定の長さに切断して円筒形状に成形した巻ブッシュを軸受部材に圧入した後、表面を仕上加工した巻ブッシュを軸受材として用いたことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
2. 互いに摺動する部分が貫通孔であり、該貫通孔に平板状の裏金に鉛を含まない合金焼結層と自己潤滑性材料を結合させた複合体を、所定の長さに切断して円筒形状に成形した巻ブッシュを軸受部材に圧入した後、表面を仕上加工した巻ブッシュを軸受材として用いたことを特徴とする密閉型冷媒圧縮機。
3. 前記合金焼結層は、鉛を含まず銅及びスズからなる合金で形成されたこと特徴とする請求項１及び２記載の密閉型冷媒圧縮機。
4. 前記合金焼結層は、重量で銅９０〜９５％、スズ５〜１０％からなる銅合金で形成されたことを特徴とする請求項１〜３記載の密閉型冷媒圧縮機。
5. 前記自己潤滑性材料は、グラファイトを混入させたポリイミド系樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１〜４記載の密閉型冷媒圧縮機。
6. 前記自己潤滑性材料は、ＰＴＦＥ系樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１〜４記載の密閉型冷媒圧縮機。
7. 前記軸受は、平板状の裏金に銅及びスズからなる合金焼結層とＰＴＦＥ系樹脂で形成された自己潤滑性材料とを結合させた複合体の表面を研削し、合金焼結層を露出させたことを特徴とする請求項１〜４及び６記載の密閉型冷媒圧縮機。
8. 前記軸受は、平板状の裏金に銅及びスズからなる合金焼結層とＰＴＦＥ系樹脂で形成された自己潤滑性材料とを結合させた複合体の表面を研削し、面積で合金焼結層４０〜５０％及び自己潤滑性材料５０〜６０％としたことを特徴とする請求項１〜４、６及び８記載の密閉型冷媒圧縮機。
9. 前記軸受は、軸受部材に圧入した後、表面をＲｚ≦５μｍに仕上加工をした巻ブッシュを用いたことを特徴とする請求項１〜８記載の密閉型冷媒圧縮機。
10. 冷媒としてＣＦＣ冷媒、ＨＣＦＣ冷媒、ＨＦＣ冷媒及び自然系冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜９記載の密閉型冷媒圧縮機。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の密閉型冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする空調機。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の密閉型冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍機。
13. 請求項１〜１０のいずれかに記載の密閉型冷媒圧縮機を用いたことを特徴とする給湯機。

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