JP2006077633A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機のように酸素量が厳しく管理されている動作環境でも、鉄系コーティング層を用いてＦｅＯと潤滑油の相互作用によって摺動面に潤滑油を確保して信頼性の高い圧縮機を実現する。
【解決手段】少なくとも摺動部にＦｅＯが分散している鉄系コーティング層を設けた摺動部材と、ポリアルキレングリコール、エステル、エーテルなどの極性を有する潤滑油を用いたものである。これによって、鉄系コーティング層の活性なＦｅＯは酸化されずにそのまま摺動面に露出し、極性を有する潤滑油を吸着して摺動部材の摺動面に潤滑油が確保される。
【選択図】図１

Description

本発明は、業務用および家庭用の主として空気調和装置に使用される圧縮機に関するものである。

摺動部材のコーティングとして、燃焼機関のエンジンブロックのシリンダー摺動面として機能する基板に、プラズマ溶射操作により設けられた、１〜４重量％の含量の結合酸素を有している第１鉄コーティングが開示されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２１２７１７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、燃焼機関の様に動作環境に十分空気がある場合は、第１鉄コーティング中のＦｅＯが酸化されてＦｅ３Ｏ４に移行できるため、摺動面におけるＦｅ３Ｏ４が増し、その固体潤滑作用が発揮されて高い耐久性が得られている。しかし、空気調和装置に使用される圧縮機の様に酸素量が厳しく管理されている動作環境では、酸素不足のためＦｅＯはＦｅ３Ｏ４に移行できず、第１鉄コーティングはその効果を発揮できない。すなわち、表面改質は部分的な改質による耐久性を向上できる重要な技術ではあるが、圧縮機の信頼性向上に向けて摺動部材に対してはより効果的な新たな表面改質が求められている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、鉄系コーティング層を用いた信頼性の高い圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、少なくとも摺動部にＦｅＯが分散している鉄系コーティング層を設けた摺動部材と、ポリアルキレングリコール、エステル、エーテルなどの極性を有する潤滑油を用いたものである。

これによって、酸素量が厳しく管理された動作環境おいて、鉄系コーティング層のＦｅＯは酸化されずにそのまま摺動面に露出されるが、ＦｅＯは構造的に不安定であり、活性であるがため、極性を有する潤滑油を吸着し、摺動部材の摺動面に潤滑油が確保されることになる。

本発明の圧縮機は、一時的な潤滑油不足が発生する場合がある過渡運転時における耐久性を大幅に向上できるものである。

第１の発明は、少なくとも摺動部にＦｅＯが分散している鉄系コーティング層を設けた摺動部材と、ポリアルキレングリコール、エステル、エーテルなどの極性を有する潤滑油を用いたことにより、ＦｅＯと潤滑油が相互に作用することになり摺動部材の摺動面に潤滑油を吸着することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の鉄系コーティング層にＦｅＯが５〜３０ｗｔ％分散していることにより、摺動部材の摺動面に吸着される潤滑油量を確保することになり圧縮機の信頼性を大幅に向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の鉄系コーティング層に１０〜５０μｍ径の鉄系粒子が混在していることにより、鉄系粒子が鉄系コーティング層の層内剥離に対する強度を高めることになり鉄系コーティング層の機械強度および信頼性を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の鉄系コーティング層にＭｏ粒子が混在していることにより、摺動部材の摩擦摩耗特性が高くなり相手材料に対する攻撃性を抑制することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の潤滑油に油性剤や極圧添加剤などの極性を有する摩耗防止剤が添加されていることにより、ＦｅＯと摩耗防止剤が相互に作用することになり摺動部材の耐焼付き性を向上することができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の圧縮機はスライディングベーン型ロータリ圧縮機であり、摺動部材はアルミニウム系材料を基材とするシリンダまたはベーンであることにより、摺動部材の機械強度が向上することになり圧縮機を軽量化することができる。

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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態におけるスライディングベーン型ロータリ圧縮機の断面図を示すものである。

図に示すように、圧縮機１は、シリンダ２と、ロータ３と、ベーン４と、前部側板５と、後部側板６と、駆動軸７で構成されている。シリンダ２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２は前部側板５と後部側板６との間にボルトで固定されている。駆動軸６は前部側板５の軸受８と後部側板６の軸受９によって支持されている。この駆動軸７には円柱状のロータ３が軸着されている。ロータ３にはベーン溝１０が形成され、ベーン溝１０には、ベーン４が摺動自在に収納されている。背圧室１１の圧力によってベーン４はベーン溝１０から突出する方向に付勢されている。そして、ベーン４の先端はシリンダ２の内周面に摺接しながらロータ３とともに回転し、隣り合うベーン４の間に吸入室１２と圧縮室１３が形成される。吸入室１２は、シリンダ２に設けられた吸入口１４に連通し、上記圧縮室１３はシリンダ２に設けられた吐出口１５に連通している。吐出口１５はリアケース１６に通じ、高圧となっているリアケース１６内の下部には潤滑油１７が貯留されている。

上記実施例の圧縮機で圧縮する冷媒は、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒のような塩素を含まない冷媒である。なおＣＯ２を用いてもよい。また本実施例の圧縮機内の潤滑油１７としては、ポリアルキレングリコール、エステル、エーテル、カーボネイトなどの極性を有する合成油を用いる。潤滑油１７には極性を有する、多価アルコールなどの油性剤やりん酸エステルなどの極圧添加剤が摩耗防止剤として添加されている。

またシリンダ２、ロータ３、前部側板５、後部側板６及びベーン４をアルミニウム合金で構成する。アルミニウム合金として焼結材を用いることもできる。シリンダ２の内周面には鉄系コーティング層１８が形成されている。Ｍｏ粒子を含む鉄系粉末材料をアルミニウム合金２０の上に溶射したものである。

図３にこの鉄系コーティング層１８の断面図を示す。２０はＦｅＯであり層状なって分散し、５〜１５ｗｔ％含まれている。２１は鉄系粒子であり、１０〜５０μｍ径の大きさのものが混在している。また２２はＭｏ粒子であり、微細な粒子で混在している。鉄系コーティング層の厚さは３０〜３００μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。

以下に本実施例による圧縮機の動作について説明する。

エンジンからベルトを介して圧縮機１の駆動軸７に動力が伝達されロータ３が回転する。この回転による遠心力と背圧室１１の圧力によってベーン４はベーン溝１０から突出し、ベーン４の先端はシリンダ２の内周面に摺接しながらロータ３とともに回転する。ロータ３の回転に伴って、冷媒は吸入口１４から吸入室１２に吸入され、その後圧縮室１３で圧縮されて吐出口１５そしてリアケース１６を経て外部に吐出される。

一方、潤滑油１７は、その一部がシリンダ２に供給され、前部側板５、後部側板６とロータ３との隙間やシリンダ２内周面の潤滑が行われる。

上記のように、シリンダ２の内周面に形成された鉄系コーティング層１８の表面ではＦｅＯ２０が露出しているが、酸素量が厳しく管理されているので酸化されることなくＦｅＯ２０のままで表面に分散している。その結果、シリンダ２の内周面に供給された潤滑油１７はその極性のため活性なＦｅＯ２０に吸着され、シリンダ２の内周面は潤滑油１７が確保されることになり、圧縮機の耐久性を大幅に向上できる。更に、空気調和装置の始動や除霜などの過渡運転では圧縮機内部で潤滑油不足が発生する場合があり、そのため圧縮機保護の制御がなされているが、その制御を大幅に緩和でき、立ち上がり性能を向上できる。

また鉄系粒子２１により鉄系コーティング層１８は層内剥離に対する強度が高くなり、鉄系コーティング層１８の機械強度および信頼性を向上できる。

またＭｏ粒子２２によりシリンダ２の内周面の摩擦摩耗特性が高くなり、シリンダ２の耐摩耗性を向上できるだけでなく、ベーン４に対する攻撃性も抑制することができる。

また摩耗防止剤によりシリンダ２内周面やベーン４先端の温度が高い条件で摩耗防止剤との反応が起きることになり、高負荷におけるシリンダやベーンの耐焼付き性を向上できる。

また鉄系コーティング層によってシリンダ２の機械強度が向上することになり、その分シンダを薄くでき圧縮機を軽量化できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態のスライディングベーン型ロータリ圧縮機におけるベーンの断面図を示すものである。

ベーン４をアルミニウム合金で構成する。アルミニウム合金として焼結材を用いることもできる。ベーン４の先端には鉄系コーティング層１８ａが形成されている。

鉄系コーティング層１８ａは、Ｍｏ粒子を含む鉄系粉末材料をアルミニウム合金２０の上に溶射したものである。鉄系コーティング層１８ａ内に、ＦｅＯが層状で分散し、５〜１５ｗｔ％含まれている。また鉄系粒子は１０〜５０μｍ径の大きさのものが混在している。更にＭｏ粒子は微細な粒子で混在している。なお、鉄系コーティング層の厚さは３０〜３００μｍ、表面粗さはＲｍａｘ８μｍ以下とすることが好ましい。

実施の形態１と同様の作用効果が得られるが、更にベーン４先端のみに鉄系コーティング層を形成しているので、低価格で信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、ＦｅＯと潤滑油の相互作用によって摺動面に潤滑油を確保して高い信頼性を得るものであり、冷凍設備または給湯設備並びに自動車用空調機にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスライディングベーン型ロータリ圧縮機の断面図 同実施例におけるスライディングベーン型ロータリ圧縮機の圧縮機構部の断面図 本発明の実施の形態１におけるシリンダの断面組織図 本発明の実施の形態２におけるスライディングベーン型ロータリ圧縮機におけるベーンの断面図

符号の説明

１ 圧縮機
２ シリンダ
４ ベーン
１７ 潤滑油
１８ 鉄系コーティング層
１８ａ 鉄系コーティング層
２０ ＦｅＯ
２１ 鉄系粒子
２２ Ｍｏ粒子

Claims (6)

1. 少なくとも摺動部にＦｅＯが分散している鉄系コーティング層を設けた摺動部材と、ポリアルキレングリコール、エステル、エーテルなどの極性を有する潤滑油を用いた圧縮機。
2. 鉄系コーティング層にＦｅＯが５〜３０ｗｔ％分散している請求項１に記載の圧縮機。
3. 鉄系コーティング層に１０〜５０μｍ径の鉄系粒子が混在している請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 鉄系コーティング層にＭｏ粒子が混在している請求項１乃至３記載の圧縮機。
5. 潤滑油に油性剤や極圧添加剤などの極性を有する摩耗防止剤が添加されている請求項１乃至４記載の圧縮機。
6. 圧縮機はスライディングベーン型ロータリ圧縮機であり、摺動部材はアルミニウム系材料を基材とするシリンダまたはベーンである請求項１乃至５記載の圧縮機。