JP2008128477A - Method of manufacturing bearing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a bearing for a refrigerant compressor, which has improved friction wear property in boundary lubrication, mixing lubrication and fluid lubrication while securing the almost uniform structure of a completed product without releasing reactive gas which is produced during firing. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the bearing comprises using a powder molding machine as a vertical uniaxial press for compressing and molding kneaded material containing carbon graphite aggregate and binder into a cylindrical or columnar shape (N-Step 5), wherein a carbon graphite base material formed by firing an obtained molded product (N-Step 6) has a degree of graphite crystallinity of 15-50% with X-ray diffraction and a radial crushing strength of 18.6 MPa or more. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、軸受の製造方法に関する。   The present invention relates to a bearing manufacturing method.

冷凍装置に使用されるスクロール型冷媒圧縮機の軸受(カーボン軸受、巻ブッシュ)は、主軸受、および旋回軸受として用いられている。この軸受は、定常運転では流体潤滑状態となるように設計されている。しかし、この軸受は、特に過渡的に厳しい運転環境においては、主軸受の上側の端部に局部的な荷重が集中するために、境界潤滑の摩耗痕に酷似した摩擦摩耗現象を生じる。   A scroll type refrigerant compressor bearing (carbon bearing, wound bush) used in a refrigeration apparatus is used as a main bearing and a swivel bearing. This bearing is designed to be in a fluid lubrication state in steady operation. However, this bearing generates a frictional wear phenomenon that closely resembles the wear mark of boundary lubrication because a local load concentrates on the upper end portion of the main bearing, particularly in a transiently severe operating environment.

この軸受の現行材としては、等方性炭素黒鉛質基材に青銅(BC3)を充填した青銅充填カーボン材や、青銅を焼結した鋼鈑にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂をコーティングした複合材が円筒形に成形された巻ブッシュ材が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。   Current materials for this bearing include bronze-filled carbon material filled with bronze (BC3) on an isotropic carbon graphite base material, and a composite of PTFE (polytetrafluoroethylene) resin coated on a steel plate sintered with bronze A wound bush material in which the material is formed into a cylindrical shape is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

等方性炭素黒鉛質基材を使用した前記軸受は、摺動部が境界潤滑状態でも耐摩耗性が良好であり、かつ市場実績もある。この軸受は、ブロック成形体からその多数を切り出すことによって得られるために、製造に2ヶ月以上を要すること、ブロック成形体の材質自体の硬度が高いために切削が困難となって、軸受加工に時間を要すること、軸受加工の際に素材ロスが多くなることから材料の製造コストが高くなるとともに、素材ロス分の材料の供給が多くなるという問題があった。   The bearing using the isotropic carbon graphite base material has good wear resistance even when the sliding portion is in a boundary lubrication state, and has a track record in the market. Since this bearing is obtained by cutting a large number of block molded bodies, it takes more than two months to manufacture, and the hardness of the block molded body itself is difficult to cut. There is a problem that time is required and material loss increases during bearing processing, so that the manufacturing cost of the material increases and the supply of material corresponding to the material loss increases.

一方、巻ブッシュ材を使用した軸受は、低価格であるものの摺動部が無潤滑状態になると、摩擦発熱によって摺動面の温度が上昇してPTFE樹脂が軟化変形する。そのため、この軸受は、軸受の摩耗特性が悪くなるという問題があった。
以上のことから、冷媒圧縮機の軸受としては、無給油の無潤滑状態の境界潤滑においても信頼性を維持できる高耐力であって低価格の炭素黒鉛質基材を使用したカーボン軸受の開発が望まれている。
特開2002−213356号公報 特開2003−314448号公報
On the other hand, although a bearing using a wound bush material is inexpensive, when the sliding portion becomes unlubricated, the temperature of the sliding surface rises due to frictional heat, and the PTFE resin softens and deforms. Therefore, this bearing has a problem that the wear characteristics of the bearing are deteriorated.
Based on the above, as bearings for refrigerant compressors, the development of carbon bearings that use carbon graphite base materials with high strength and low cost that can maintain reliability even in boundary lubrication without lubrication and without lubrication has been developed. It is desired.
JP 2002-213356 A JP 2003-314448 A

ところで、従来提案されている炭素材軸受の製造方法としては、等方圧縮成形方法によってブロック成形体を成形し、ブロック成形体から多数個の軸受を切出す方式が知られている。ここで、等方圧縮成形方法とは、粉末を予め成形したゴム型に入れ、それを圧力容器に入れて蓋をして静水圧を全周からかけるようにした静水圧成形法である。
等方圧縮成形方法によれば、圧力容器に入る粉末の量は炭素材軸受に換算すると500〜1000個分に相当し、一度に大量の炭素材軸受を成形することができる。
しかしながら、こうして作られるブロック成形体は、段取りに多大な時間を必要とするといった課題があった。
また、成形後のブロック成形体は、高強度、高耐摩耗性であることから、硬くて削り難い。そのため、機械加工において刃物の損耗が大であることはもちろん、加工費が多大になるという課題があった。
さらに、炭素材軸受はポーラスであるため、湿式加工を行うと、加工用に用いた切削油がポーラス内に残る。そして、ポーラス内に切削油が残った炭素材軸受を冷媒圧縮機に用いると、冷媒圧縮機内の冷媒を含む冷凍機油に切削油が溶出し、冷凍機油と化学反応することで冷凍機油の劣化を促進するといった課題があった。また、膨張弁やキャピラリチューブの詰まりの原因ともなるという課題があった。
さらにまた、前記したように、大量の炭素材軸受の成形原料を圧力容器に入れるため、焼成時における反応ガスの放出、出来上がり品の均一な組織の確保、内部と外部の温度差による内部応力(歪)の除去、廃棄材料が多いという点でも課題があった。
つまり、従来の製造方法では、軸受の製造コストがかかるといった課題があった。
By the way, as a conventionally proposed method for manufacturing a carbon material bearing, there is known a method in which a block molded body is formed by an isotropic compression molding method, and a large number of bearings are cut out from the block molded body. Here, the isotropic compression molding method is a hydrostatic pressure molding method in which a powder is put in a pre-molded rubber mold, put in a pressure vessel and covered, and hydrostatic pressure is applied from the entire circumference.
According to the isotropic compression molding method, the amount of powder entering the pressure vessel is equivalent to 500 to 1000 when converted to carbon material bearings, and a large amount of carbon material bearings can be molded at a time.
However, the block molded body produced in this way has a problem that it takes a lot of time for setup.
Moreover, since the block molded body after molding has high strength and high wear resistance, it is hard and difficult to cut. For this reason, there has been a problem that the machining cost becomes large as well as the wear of the blade in machining is large.
Further, since the carbon material bearing is porous, the cutting oil used for processing remains in the porous when wet processing is performed. If a carbon material bearing with cutting oil remaining in the porous is used in a refrigerant compressor, the cutting oil will elute into the refrigerating machine oil containing the refrigerant in the refrigerant compressor and chemically react with the refrigerating machine oil, thereby deteriorating the refrigerating machine oil. There was a problem of promotion. Further, there is a problem that the expansion valve and the capillary tube are clogged.
Furthermore, as described above, since a large amount of molding material for the carbon material bearing is put into the pressure vessel, the reaction gas is released during firing, the uniform structure of the finished product is secured, and the internal stress due to the temperature difference between the inside and outside ( There was also a problem in terms of removal of distortion) and a large amount of waste material.
In other words, the conventional manufacturing method has a problem that the manufacturing cost of the bearing is high.

一方、炭素材軸受の製造方法として、等方圧縮成形方法以外にも、一般的なプレス成形方法が知られている。しかしながら、一般的なプレス成形方法は、片側加圧方法であり、反加圧側の隅部にまで加圧力が到達しない為に低密度領域を作るといった課題がある。更に低密度領域により、強度不足となって使用に耐えられないという課題があった。   On the other hand, as a method for manufacturing a carbon material bearing, a general press molding method is known in addition to the isotropic compression molding method. However, a general press molding method is a one-side pressurizing method, and there is a problem that a low-density region is formed because the pressurizing force does not reach the corner portion on the non-pressurizing side. Furthermore, due to the low density region, there has been a problem that the strength is insufficient and cannot be used.

また、従来は機械加工する前の炭素材軸受に金属を充填していたため、均一に金属を充填することが困難であった。そのため、空孔の金属充填率にムラができてしまい、金属充填率の少ない炭素材軸受では油膜保持性が低下し、境界潤滑を起こしやすくなるといった課題があった。   Further, conventionally, since the carbon material bearing before machining has been filled with metal, it has been difficult to uniformly fill the metal. As a result, the metal filling rate of the pores becomes uneven, and a carbon material bearing with a low metal filling rate has a problem that oil film retention is lowered and boundary lubrication is likely to occur.

本発明は、上記課題を解決することを目的としてなされたものである。換言すると、すぐれた摩擦摩耗特性を有した軸受の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made for the purpose of solving the above problems. In other words, the present invention provides a method for manufacturing a bearing having excellent friction and wear characteristics.

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものである。
即ち、炭素黒鉛質骨材および結合剤を含む混捏物を円筒状または円柱状に上下方向の一軸プレスである粉末成形機で圧縮成形し、得られた成形物を焼成した炭素黒鉛質基材のX線回折による黒鉛結晶化度を15〜50%とし、かつ圧環強さを18.6MPa以上としたことを特徴とする軸受の製造方法である。
The present invention has been made to solve the above problems.
That is, a carbon graphite base material obtained by compression-molding a kneaded material containing a carbon graphite aggregate and a binder in a cylindrical or columnar shape with a powder molding machine that is a uniaxial press in the vertical direction, and firing the obtained molded product. A bearing manufacturing method characterized in that the crystallinity of graphite by X-ray diffraction is 15 to 50% and the crushing strength is 18.6 MPa or more.

本発明の軸受の製造方法は、従来の軸受と比較して、耐摩耗性が良好であって、軸受加工に要する時間の短縮、および製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明の軸受の製造方法は、耐摩耗性が良好となるので、軸受の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の軸受の製造方法は、上下方向の一軸プレスによって成形圧力を均一に伝達させているので、隅部にまで加圧力が到達し、低密度領域を作らない。その結果、強度不足を解消することができる。
The bearing manufacturing method of the present invention has better wear resistance than conventional bearings, and can shorten the time required for bearing processing and reduce manufacturing costs.
In addition, since the bearing manufacturing method of the present invention has good wear resistance, the reliability of the bearing can be improved.
Further, in the bearing manufacturing method of the present invention, the molding pressure is uniformly transmitted by the uniaxial press in the vertical direction, so that the pressurizing force reaches the corner and does not create a low density region. As a result, the lack of strength can be resolved.

空調機や冷凍装置で使用する圧縮機の一例には、容積型冷媒圧縮機がある。この容積型冷媒圧縮機は、モータ駆動部と圧縮機械部を一本の軸で結合し、軸受が荷重を支持する構造となっている。軸と軸受は、冷媒と冷凍機油の共存する潤滑油の環境下において機械的および化学的な実用強度が要求される。例えば、摩擦係数(μ)が大きくなると機械損失が増加し、摩耗量(ΔW)が大きいと音や振動の発生の原因となり、ミスアライメントによる圧縮機室のシール性が悪くなると容積効率が低下する。   One example of a compressor used in an air conditioner or a refrigeration apparatus is a positive displacement refrigerant compressor. This positive displacement refrigerant compressor has a structure in which a motor drive unit and a compression machine unit are coupled by a single shaft, and a bearing supports a load. The shaft and the bearing are required to have mechanical and chemical practical strength in an environment of lubricating oil in which refrigerant and refrigeration oil coexist. For example, when the friction coefficient (μ) increases, the mechanical loss increases, and when the wear amount (ΔW) is large, noise and vibration are generated. When the sealability of the compressor chamber due to misalignment deteriorates, the volume efficiency decreases. .

また、冷媒圧縮機の軸および軸受の運転には、一般にインバータ制御方式や多冷媒封入方式が採用されており、潤滑油の粘度(η)と軸の周速(V)と軸荷重(P)とが広範囲に変動し、急速始動した場合には、給油遅れ現象が生じる。そのために、軸および軸受の潤滑モードは、定常時の流体潤滑から中位の混合潤滑、最も厳しい境界潤滑へ移行する。したがって、前記潤滑モードに対応して長時間にわたって高い信頼性を持つ冷媒圧縮機が求められる。
本発明は、これらの過酷な潤滑モードに対して対応可能な軸受材および軸受ならびにこれを用いた冷媒圧縮機,冷凍装置,空調機を提供するものである。
In general, an inverter control method or a multi-refrigerant sealing method is employed for the operation of the shaft and bearing of the refrigerant compressor. The viscosity (η) of the lubricating oil, the peripheral speed (V) of the shaft, and the axial load (P). When the engine speed fluctuates over a wide range and starts up rapidly, an oil supply delay phenomenon occurs. Therefore, the lubrication mode of the shaft and the bearing shifts from fluid lubrication at steady state to medium mixed lubrication and the most severe boundary lubrication. Therefore, a refrigerant compressor having high reliability for a long time corresponding to the lubrication mode is required.
The present invention provides a bearing material and a bearing that can cope with these severe lubrication modes, and a refrigerant compressor, a refrigeration apparatus, and an air conditioner using the same.

以下に、本発明の実施例について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、スクロール型冷媒圧縮機の断面模式図である。図2は、図1の一点鎖線で囲んだ箇所の部分拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a scroll type refrigerant compressor. FIG. 2 is a partially enlarged view of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG.

スクロール型冷媒圧縮機SCは、図1に示すように、スクロール用密閉容器1の内部に後記する圧縮機構部を上方に、電動機構部たるモータ7を下方に配置して、圧縮機構部を構成する固定スクロール部材3と、電動機構部たるモータ7とは、クランクシャフト5を介して連接されている。   As shown in FIG. 1, the scroll type refrigerant compressor SC has a compression mechanism portion in which a compression mechanism portion, which will be described later, is disposed above and a motor 7 as an electric mechanism portion is disposed below. The fixed scroll member 3 and the motor 7 which is an electric mechanism portion are connected via a crankshaft 5.

前記圧縮機構部は、台板3aに渦巻状のラップ3bを直立させた固定スクロール部材3と、台板2aに渦巻状のラップ2bを直立させた旋回スクロール部材2とを備えている。そして、固定スクロール部材3と旋回スクロール部材2とは、渦巻状のラップ3bと渦巻状のラップ2bとが互いに噛み合うように配置されている。固定スクロール部材3の外周部には、吸入口3cが形成されており、中央部には、吐出口3dが形成されている。   The compression mechanism includes a fixed scroll member 3 in which a spiral wrap 3b is erected on a base plate 3a, and a revolving scroll member 2 in which a spiral wrap 2b is erected on a base plate 2a. The fixed scroll member 3 and the orbiting scroll member 2 are arranged so that the spiral wrap 3b and the spiral wrap 2b mesh with each other. A suction port 3c is formed in the outer peripheral portion of the fixed scroll member 3, and a discharge port 3d is formed in the central portion.

クランクシャフト5は、図2に示すように、フレーム4の中央部に配置された軸受4a(主軸受)に支持されている。クランクシャフト5の先端に突出したクランク5aは、旋回スクロール部材2の軸受2c(旋回軸受)に挿入されて旋回スクロール部材2と係合している。   As shown in FIG. 2, the crankshaft 5 is supported by a bearing 4 a (main bearing) disposed at the center of the frame 4. A crank 5 a protruding from the tip of the crankshaft 5 is inserted into a bearing 2 c (orbiting bearing) of the orbiting scroll member 2 and engaged with the orbiting scroll member 2.

また、自転防止機構としてのオルダム継ぎ手6は、旋回スクロール部材2が固定スクロール部材3に対して自転することなく旋回運動させる継ぎ手である。オルダム継ぎ手6は、旋回スクロール部材2の台板2aの背面キー溝2dと係合するとともに、フレーム4の台座キー溝4dと係合している。   The Oldham joint 6 serving as a rotation prevention mechanism is a joint that allows the orbiting scroll member 2 to perform a revolving motion without rotating relative to the fixed scroll member 3. The Oldham joint 6 engages with the rear key groove 2 d of the base plate 2 a of the orbiting scroll member 2 and with the base key groove 4 d of the frame 4.

このようなスクロール型冷媒圧縮機SCの動作を図1および図2を参照しながら説明する。
このスクロール型冷媒圧縮機SCでは、モータ7によってクランクシャフト5が回転すると、クランク5aの偏心回転により、旋回スクロール部材2は、自転することなく固定スクロール部材3に対して旋回運動を行う。その結果、吸入口3cより吸い込んだ冷媒ガスは、渦巻状のラップ3bと渦巻状のラップ2bとが噛み合うことで形成された圧縮室3eで圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、吐出口3dから固定スクロール部材3の上方に吐出される。そして、この圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール部材3の上方から連通孔3g(図1参照)を介してフレーム4の下方に至って排出口3fからスクロール用密閉容器1の外側に排出される。
The operation of such a scroll type refrigerant compressor SC will be described with reference to FIGS.
In this scroll-type refrigerant compressor SC, when the crankshaft 5 is rotated by the motor 7, the orbiting scroll member 2 performs the orbiting motion with respect to the fixed scroll member 3 without rotating due to the eccentric rotation of the crank 5a. As a result, the refrigerant gas sucked from the suction port 3c is compressed in the compression chamber 3e formed by meshing the spiral wrap 3b and the spiral wrap 2b. The compressed refrigerant gas is discharged above the fixed scroll member 3 from the discharge port 3d. Then, the compressed refrigerant gas reaches from the upper side of the fixed scroll member 3 to the lower side of the frame 4 through the communication hole 3g (see FIG. 1) and is discharged from the discharge port 3f to the outside of the scroll sealed container 1.

以上のようなスクロール型冷媒圧縮機SCは、前記したように、台板2aに軸受2cが設けられるとともに、フレーム4に軸受4aが各々設けられている。そして、軸受2cおよび軸受4aのいずれにも、循環する潤滑油(冷媒を含む冷凍機油)が供給されている。このような軸受2cおよび軸受4aにおいては、スクロール型冷媒圧縮機SCの起動時や冷媒の吐出圧力が高い場合に、潤滑油の供給が不足して摩耗や焼付きなどの損傷が発生しやすい。
しかしながら、本実施例の軸受2c,4aは、図2に示すように、旋回スクロール部材2の台板2aおよびフレーム4の所定の箇所に各々圧入されて固定されることによって、スクロール型冷媒圧縮機SCの信頼性および耐久性を向上させることができる。
もちろん、この際、軸受2c,4aは、台板2aおよびフレーム4の所定の箇所に各々焼嵌、冷し嵌、ネジ嵌、嵌合、接着剤等の手段で取り付けられてもよい。そして、圧入される際の圧環強さ(圧環荷重)については、18.6MPa(150N)以上が必要とされているので、軸受2c,4aの圧環強さは、これ以上の荷重に耐える強度に設定されている。なお、ここでいう圧環強さとは、JIS Z 2507に示される焼結軸受−圧環強さ試験方法で求められるものある。具体的には、図1に示すスクロール型冷媒圧縮機SC等に使用される軸受2c,4aでは、その大きさが、例えば、外径Φ19mm、内径Φ16mm、および高さ14.3mmであると、軸受2c,4aの圧環荷重は、150N以上となり、圧環強さは、18.6MPa以上となる。
As described above, the scroll type refrigerant compressor SC as described above is provided with the bearing 2c on the base plate 2a and the bearing 4a on the frame 4 respectively. And the circulating lubricating oil (refrigerating machine oil containing a refrigerant | coolant) is supplied to both the bearing 2c and the bearing 4a. In such a bearing 2c and bearing 4a, when the scroll-type refrigerant compressor SC is started or when the discharge pressure of the refrigerant is high, supply of lubricating oil is insufficient and damage such as wear and seizure is likely to occur.
However, as shown in FIG. 2, the bearings 2c and 4a of the present embodiment are press-fitted and fixed to predetermined portions of the base plate 2a and the frame 4 of the orbiting scroll member 2, respectively, so that the scroll type refrigerant compressor The reliability and durability of the SC can be improved.
Of course, at this time, the bearings 2c and 4a may be attached to predetermined positions of the base plate 2a and the frame 4 by means of shrink fitting, cold fitting, screw fitting, fitting, adhesive, or the like. Since the pressure crushing strength (crushing load) at the time of press-fitting is required to be 18.6 MPa (150 N) or more, the crushing strength of the bearings 2c and 4a is sufficient to withstand a load higher than this. Is set. The crushing strength referred to here is determined by the sintered bearing-crushing strength test method shown in JIS Z 2507. Specifically, in the bearings 2c and 4a used in the scroll-type refrigerant compressor SC shown in FIG. 1, for example, the size is an outer diameter Φ19 mm, an inner diameter Φ16 mm, and a height 14.3 mm. The crushing load of the bearings 2c and 4a is 150 N or more, and the crushing strength is 18.6 MPa or more.

次に、前記したスクロール型冷媒圧縮機SCとは異なるロータリ型冷媒圧縮機に本実施形態の軸受を使用した例について適宜図面を参照しながら説明する。図3は、ロータリ型冷媒圧縮機の断面模式図である。図4は、図3の一点鎖線で囲んだ箇所の部分拡大図である。   Next, an example in which the bearing of the present embodiment is used in a rotary type refrigerant compressor different from the scroll type refrigerant compressor SC described above will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a rotary type refrigerant compressor. 4 is a partially enlarged view of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG.

ロータリ型冷媒圧縮機RCは、図3に示すように、スクロール型冷媒圧縮機SC(図1参照)と異なって、圧縮機構部9が、ロータリ用密閉容器8内でフレーム14の下方に配置されるとともに、電動機構部たるモータ部10がフレーム14の上方に配置されている。そして、モータ部10で駆動されるクランクシャフト12に偏心して取り付けられたローリングピストン13が、冷媒ガスを吸入圧縮するように構成されている。   As shown in FIG. 3, the rotary type refrigerant compressor RC is different from the scroll type refrigerant compressor SC (see FIG. 1) in that the compression mechanism portion 9 is disposed below the frame 14 in the rotary sealed container 8. In addition, the motor unit 10 as an electric mechanism unit is disposed above the frame 14. And the rolling piston 13 eccentrically attached to the crankshaft 12 driven by the motor unit 10 is configured to suck and compress the refrigerant gas.

圧縮された冷媒ガスは、吐出口(図示せず)より吐出されて高温高圧のガス状冷媒となり、吐出管11を介して冷凍サイクルを構成する熱交換器側(凝縮器,蒸発器)に吐出される。熱交換された前記冷媒は、吸入口13aよりローリングピストン13内に吸入され、再びローリングピストン13で圧縮される。   The compressed refrigerant gas is discharged from a discharge port (not shown) to become a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant, and is discharged to the heat exchanger side (condenser and evaporator) constituting the refrigeration cycle via the discharge pipe 11. Is done. The heat-exchanged refrigerant is sucked into the rolling piston 13 through the suction port 13a and is compressed again by the rolling piston 13.

図4に示すように、軸受15は、前記クランクシャフト12の軸受であって、フレーム14に対して圧入、焼嵌、冷し嵌、ネジ嵌、嵌合、結合、接着剤等の手段で取り付けられている。   As shown in FIG. 4, the bearing 15 is a bearing of the crankshaft 12 and is attached to the frame 14 by means such as press fitting, shrink fitting, cold fitting, screw fitting, fitting, bonding, and adhesive. It has been.

そして、軸受15は、圧入時の圧環強さ(圧環荷重)で18.6MPa(150N)以上の荷重に耐える強度に設定されている。
以上のようなスクロール型冷媒圧縮機SC(図1参照)、およびロータリ型冷媒圧縮機RC(図3参照)に使用される軸受2c,4a(図2参照)および軸受15(図4参照)〔以下、単に「軸受」という場合がある〕は、後記するこの軸受の製造方法で説明するように、異方性炭素黒鉛質基材に後記する所定の金属を充填したものである。
The bearing 15 is set to a strength that can withstand a load of 18.6 MPa (150 N) or more in terms of the pressure ring strength (pressure ring load) at the time of press-fitting.
Bearings 2c, 4a (see FIG. 2) and bearing 15 (see FIG. 4) used in the scroll type refrigerant compressor SC (see FIG. 1) and the rotary type refrigerant compressor RC (see FIG. 3) [ Hereinafter, it may be simply referred to as “bearing”] is a material in which an anisotropic carbon graphite base material is filled with a predetermined metal as described later, as will be described later in the method of manufacturing the bearing.

このようなスクロール型冷媒圧縮機SCおよびロータリ型冷媒圧縮機RC(以下、併せて単に「冷媒圧縮機」ということがある)は、冷凍サイクル中の冷媒と冷凍機油の熱媒体の移動(循環)により室内等を冷房、あるいは暖房を行うために利用される。このとき、前記した冷媒圧縮機に用いられる冷媒および冷凍機油の種類は、軸受との関係で非常に重要なものとなる。具体的には、冷媒および冷凍機油からなる混合物に軸受から、更に具体的には、軸受の構成要素となる後記する炭素黒鉛質基材から溶出する物質が1質量%以下であって、フロック点で前記混合物中に析出物が析出しないことが望ましい。   Such a scroll-type refrigerant compressor SC and a rotary-type refrigerant compressor RC (hereinafter, sometimes simply referred to as “refrigerant compressor”) move (circulate) the refrigerant in the refrigeration cycle and the heat medium of the refrigeration oil. Is used to cool or heat the room. At this time, the kind of refrigerant and refrigerating machine oil used in the refrigerant compressor described above is very important in relation to the bearing. Specifically, the material eluted from the bearing into the mixture comprising the refrigerant and the refrigerating machine oil, more specifically, the carbon graphite base material to be described later, which is a component of the bearing, is 1% by mass or less, and the flock point It is desirable that no precipitate is deposited in the mixture.

ここで「混合物中に析出物が析出しない」とは、フロック点試験で析出物が目視で検出されない状態を意味する。なお、このフロック点試験は、ASTMまたはJIS K 2211に準拠して行われ、例えば、冷媒90質量%,冷凍機油10質量%の中に試験片を入れて、規定の条件で加熱抽出し、加熱処理後に−40℃まで冷却し、析出物質の有無を評価する試験である。   Here, “the precipitate does not precipitate in the mixture” means a state in which the precipitate is not visually detected in the flock point test. The flock point test is performed in accordance with ASTM or JIS K 2211. For example, a test piece is placed in 90% by mass of refrigerant and 10% by mass of refrigerating machine oil, and is extracted by heating under specified conditions. This is a test for cooling to −40 ° C. after the treatment and evaluating the presence or absence of the precipitated substance.

このような組み合わせを実現する冷媒としては、ハロゲン化炭化水素系冷媒、炭化水素系冷媒、および自然系冷媒から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。つまり、これらの冷媒は、それぞれ単独で、または適宜に組み合わせて使用することができる。
前記ハロゲン化炭化水素系冷媒としては、例えば、フッ化炭化水素系冷媒、フッ化臭化炭化水素系冷媒、フッ化ヨウ化炭化水素系冷媒等が挙げられる。
このような冷媒の中でも好ましいものは、R410A、R404A、R407C、R134a、等のフッ化炭化水素(HFC)系冷媒、CF3I等のフッ化ヨウ化炭化水素系冷媒、R600a、R290等の炭化水素系冷媒、R744、R717等の自然系冷媒等が挙げられる。特に、フッ化ヨウ化炭化水素系冷媒は、環境負荷が小さい点で好ましい。
Examples of the refrigerant that realizes such a combination include at least one selected from a halogenated hydrocarbon refrigerant, a hydrocarbon refrigerant, and a natural refrigerant. That is, these refrigerant | coolants can be used individually or in combination as appropriate.
Examples of the halogenated hydrocarbon refrigerant include a fluorinated hydrocarbon refrigerant, a fluorinated bromide hydrocarbon refrigerant, a fluorinated iodohydrocarbon refrigerant, and the like.
Among these refrigerants, preferred are fluorinated hydrocarbon (HFC) refrigerants such as R410A, R404A, R407C, and R134a, fluorinated iodohydrocarbon refrigerants such as CF3I, and hydrocarbons such as R600a and R290. Examples of the refrigerant include natural refrigerants such as R744 and R717. In particular, a fluoroiodohydrocarbon refrigerant is preferable in that it has a low environmental load.

そして、このような組み合わせを実現する冷凍機油としては、例えば、鉱油、ポリオールエステル(POE)油、ポリアルキレングリコール(PAG)油、ポリビニルエーテル(PVE)油、ポリアルファオレフィン(PAO)油、およびハードアルキルベンゼン(HAB)油から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。つまり、これらの冷凍機油は、それぞれ単独で、または適宜に組み合わせて使用することができる。
なお、より好ましくは、抽出溶媒R141bに対して、炭素黒鉛質基材から溶出する物質が1質量%以下であることが望ましい。
The refrigerating machine oil that realizes such a combination includes, for example, mineral oil, polyol ester (POE) oil, polyalkylene glycol (PAG) oil, polyvinyl ether (PVE) oil, polyalphaolefin (PAO) oil, and hard oil. Examples thereof include at least one selected from alkylbenzene (HAB) oils. That is, these refrigerating machine oils can be used alone or in appropriate combination.
More preferably, the amount of the substance eluted from the carbon graphite base material is 1% by mass or less with respect to the extraction solvent R141b.

次に、軸受の製造方法について主に図5を参照しながら説明する。図5は、本実施例に係る軸受の製造方法を説明するための工程図である。なお、図5には、本実施例との差別化を明確にするために従来工程との比較も説明する。ちなみに、図5中、従来工程は、一点鎖線で囲んだ「現行材の製造方法」として示す。   Next, a bearing manufacturing method will be described mainly with reference to FIG. FIG. 5 is a process chart for explaining the bearing manufacturing method according to the present embodiment. In FIG. 5, a comparison with the conventional process is also described in order to clarify the differentiation from the present embodiment. Incidentally, in FIG. 5, the conventional process is shown as “current material manufacturing method” surrounded by a one-dot chain line.

この製造方法では、図5に示すように、まず、骨材となる無機充填剤、黒鉛(人造黒鉛,天然黒鉛等)、およびコークス(石炭,石油等)と、バインダとなる結合剤(石炭や石油から得られるコールタールピッチ等)とが、例えば骨材7質量部に対してバインダ3質量部の割合で混合される(Step1)。なお、この混合に際しては、図示しないが無機充填剤を均一に分散させるためのカップリング剤(シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤等)が添加されることが望ましい。   In this manufacturing method, as shown in FIG. 5, first, an inorganic filler serving as an aggregate, graphite (artificial graphite, natural graphite, etc.), coke (coal, petroleum, etc.) and a binder serving as a binder (coal or For example, coal tar pitch obtained from petroleum is mixed at a ratio of 3 parts by mass of binder to 7 parts by mass of aggregate (Step 1). In this mixing, although not shown, it is desirable to add a coupling agent (a silane coupling agent, a titanium coupling agent, etc.) for uniformly dispersing the inorganic filler.

このStep1では、骨材を構成する無機充填剤、黒鉛、およびコークスがミキサ等で混合される。なお、この混合の際に、前記したカップリング剤がミキサ等に投入される。このカップリング剤は、例えば、Si、Ti、Zr、Al、Cr、Moなどの炭化物易形成元素を含むものであり、具体的には、前記したシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤等が挙げられる。
このカップリング剤は、固体物質(コークス、黒鉛、無機充填剤)の表面をコーティングすることで結合剤(石油ピッチ等)の中に固体物質を均一に分散させることができる。このように固体物質が均一に分散されると、後記する混捏機のトルクは抵抗が小さくなり、作業性は一段と改善される。
In Step 1, the inorganic filler, graphite, and coke constituting the aggregate are mixed with a mixer or the like. In this mixing, the above coupling agent is put into a mixer or the like. This coupling agent contains, for example, carbide easily forming elements such as Si, Ti, Zr, Al, Cr, and Mo. Specifically, the above-described silane coupling agent, titanium coupling agent, etc. Is mentioned.
The coupling agent can uniformly disperse the solid substance in the binder (petroleum pitch, etc.) by coating the surface of the solid substance (coke, graphite, inorganic filler). When the solid material is uniformly dispersed in this way, the torque of the kneader described later becomes less resistant and the workability is further improved.

また、無機質を適度に配合することにより、高荷重時の耐摩耗性を改善できる。無機質が少ない時には、Fe系の軸に対して軸受が軟らか過ぎ、軸受が摩耗しやすくなる。逆に多い時には、Fe系の軸に対して軸受が硬過ぎて軸を削ってしまう。このために、本実施例の軸受は、適度な無機質の配合範囲を規定するものである。また、Fe系の軸に対して適度な硬さとなるよう、無機質を適度に配合することにより、高荷重時の耐摩耗性を改善できる。すなわち、硬さが低いと軸の荷重で軸受が損傷する。逆に硬さが高いと軸が引掻かれて摩耗する。
このために、本実施例では、前記したように、骨材に無機充填剤を配合している。
Moreover, the abrasion resistance at the time of a heavy load can be improved by mix | blending an inorganic substance moderately. When the inorganic content is small, the bearing is too soft for the Fe-based shaft, and the bearing is likely to be worn. On the other hand, when the amount is large, the bearing is too hard for the Fe-based shaft and the shaft is shaved. For this reason, the bearing of a present Example prescribes | regulates the moderate inorganic compounding range. In addition, wear resistance at high loads can be improved by appropriately blending an inorganic material so as to have an appropriate hardness with respect to the Fe-based shaft. That is, if the hardness is low, the bearing is damaged by the load of the shaft. Conversely, if the hardness is high, the shaft is scratched and worn.
For this reason, in this embodiment, as described above, an inorganic filler is blended in the aggregate.

この無機充填剤としては、例えば、Si、Fe、Mg、Al、およびCaから選ばれる少なくとも1種の酸化物を含むものが挙げられる。そして、この無機充填剤は、これを含む前記原料が焼成されて炭素黒鉛質基材となった際に、無機充填剤の焼成物のモース硬さは、3以下、好ましくは1〜3となっている。   Examples of the inorganic filler include those containing at least one oxide selected from Si, Fe, Mg, Al, and Ca. And when the said raw material containing this is baked and this inorganic filler becomes a carbon graphite base material, the Mohs hardness of the baked product of an inorganic filler becomes 3 or less, Preferably it becomes 1-3. ing.

Step2では、このStep1で混合された骨材と、バインダを構成する前記した結合剤と、前記したカップリング剤とが混捏される。この混合は、例えば150℃〜160℃の温度で行われる。その結果、骨材に結合剤が分散混合されることで、バルク状の混捏混合物が得られる。
次いで、Step3では、前記バルク状の混捏混合物が粉砕機および造粒機にかけられて粒度分級され、原料ペレットが得られる。
そして、Step4では、粒度分級した粒(原料ペレット)の大小が適当となるように混合される。このことによって、流動性および型充填性に合う原料ペレット(以下、単に「原料」という場合がある)が得られる。
次いで、N−Step5では、次の金型粉末成形が行われる。つまり、このN−Step5では、前記原料を、本発明となる軸受の単品、例えば、軸受として使用される形状に近い形に成形した成形物が得られる。なお、ここでの「使用される形状に近い形状」は、いわゆる「ニアネットシェイプ」を含んで意味し、目的の軸受の形状に近い形状であってもよいし、目的の軸受の複数分が連なった長尺の原材に近い形状であってもよい。なお、長尺の場合は、この原材から所定長さが切り出されて軸受は製造されることとなる。また、「使用される形状に近い形状」には、軸受が円筒状の場合に、円柱状のものであってもよく、この場合には、後の機械加工仕上げで中心が刳り貫かれて円筒状に形成されることとなる。
ちなみに、本実施例での製造方法では、原料が、例えば外径Φ20.5mm、内径Φ11.5mm、および高さ25mmの円筒形状となるように、粉末成形機を使用して一個ごとに金型成形される。この成形には、例えば、上下パンチを有するエジェクション方式成形法、ウイズドローウォール方式成形法等が用いられる。このような上下パンチを有するエジェクション方式成形法、ウイズドローウォール方式等が採用される粉末成形機は、特許請求の範囲に記載された「一軸プレスである粉末成形機」に相当する。
In Step 2, the aggregate mixed in Step 1, the above-described binder constituting the binder, and the above-described coupling agent are mixed. This mixing is performed at a temperature of 150 ° C. to 160 ° C., for example. As a result, the binder is dispersed and mixed with the aggregate to obtain a bulk kneaded mixture.
Next, in Step 3, the bulk kneaded mixture is subjected to a pulverizer and a granulator to be subjected to particle size classification to obtain raw material pellets.
And in Step4, it mixes so that the magnitude | size of the particle | grains (raw material pellet) which carried out the particle size classification may become suitable. As a result, raw material pellets suitable for fluidity and mold filling (hereinafter, simply referred to as “raw material”) are obtained.
Next, in N-Step 5, the following mold powder molding is performed. That is, in this N-Step 5, a molded product obtained by molding the raw material into a shape close to a shape used as a single bearing of the present invention, for example, a bearing, is obtained. The “shape close to the shape used” here includes a so-called “near net shape”, and may be a shape close to the shape of the target bearing, or a plurality of target bearings may be included. The shape may be close to a continuous long raw material. In the case of a long length, a predetermined length is cut out from the raw material, and the bearing is manufactured. Further, the “shape close to the shape to be used” may be a columnar shape when the bearing is cylindrical. It will be formed in a shape.
By the way, in the manufacturing method in this embodiment, the raw materials are molds one by one using a powder molding machine so that the raw material has a cylindrical shape with an outer diameter of Φ20.5 mm, an inner diameter of Φ11.5 mm, and a height of 25 mm, for example. Molded. For this molding, for example, an ejection method molding method having upper and lower punches, a withdraw wall molding method or the like is used. A powder molding machine employing such an ejection method molding method having a vertical punch, a withdraw wall method, or the like corresponds to a “powder molding machine that is a uniaxial press” recited in the claims.

これらの両成形法は、圧粉成形体の密度分布を改善する。これらの両成形法は、従来の一方向金型油圧プレスの問題であった反パンチ側コーナ部の低密度化を防止するために、上下パンチを利用したものである。ここで、上下パンチを利用した場合における黒鉛結晶の配向について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図6は、軸受に含まれる黒鉛多結晶集合モデルの説明図であり、(a)は、従来のランダム黒鉛集合体を示す図、(b)は、整列板状黒鉛集合体を示す図である。   Both of these molding methods improve the density distribution of the green compact. Both of these molding methods utilize upper and lower punches in order to prevent a decrease in density of the corner portion on the side opposite to the punch, which was a problem with conventional unidirectional die hydraulic presses. Here, the orientation of the graphite crystal when the upper and lower punches are used will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 6 to be referred to is an explanatory view of a graphite polycrystalline aggregate model included in the bearing, (a) is a diagram showing a conventional random graphite aggregate, and (b) is a diagram showing an aligned plate-like graphite aggregate. It is.

図6(a)に示すように、上下パンチを利用しない従来のものでは、黒鉛結晶の向きがランダムに配置されたランダム黒鉛集合体を形成している。これに対して、前記した上下パンチを利用すると、ランダム黒鉛集合体は、図6(b)に示すように、黒鉛結晶の向きが揃って(配向して)整列した整列板状黒鉛集合体となる。この配向の方向をうまく利用することにより、後記する軸受の性能は一段と向上する。ここで参照する図7は、黒鉛結晶構造を示す斜視図である。   As shown in FIG. 6 (a), the conventional one that does not use the upper and lower punches forms a random graphite aggregate in which the orientations of the graphite crystals are randomly arranged. On the other hand, when the above-described upper and lower punches are used, the random graphite aggregate is an aligned plate-like graphite aggregate in which the orientations of the graphite crystals are aligned (aligned) as shown in FIG. Become. By making good use of the orientation direction, the performance of the bearing described later is further improved. FIG. 7 referred to here is a perspective view showing a graphite crystal structure.

図7に示すように、黒鉛結晶は、六方晶体で表される集合体である。そして、この結晶の網平面[(004)面]は、摩擦係数が小さく、固体潤滑剤の作用をする。なお、摩擦係数が小さくなる理由は結晶間の隙間が広く、結晶同士がすべり易いためである。一方、六方晶体の(004)面に直交する(110)面は、逆に硬く、高強度の化学結合を有する。したがって、本実施例に係る後記する軸受は、この(110)面を軸受の摺動面(スラスト面)として利用するものである。   As shown in FIG. 7, the graphite crystal is an aggregate represented by a hexagonal crystal. The net plane [(004) plane] of this crystal has a small friction coefficient and acts as a solid lubricant. The reason why the friction coefficient is small is that the gaps between the crystals are wide and the crystals easily slip. On the other hand, the (110) plane orthogonal to the (004) plane of the hexagonal crystal is hard and has a high-strength chemical bond. Therefore, the bearing described later according to the present embodiment uses the (110) surface as a sliding surface (thrust surface) of the bearing.

次に、図5に示すN−Step6では、N−Step5で得られた前記成形物である金型粉末成形体(グリーン成形体)が焼成される。この焼成は、非酸化性雰囲気中で、例えば1000℃×0.5ヶ月間行われる。この焼成によって前記した炭素黒鉛質基材が得られる。この炭素黒鉛質基材は、焼成前の金型粉末成形体が軸受の形状に近い形状であったことから、軸受と略同じ形状を呈している。また、炭素黒鉛質基材は、薄肉であるので焼成工程において内外の温度差が付かない。このことによって歪みによる割れや、欠けがない。そして、例えば、炭素と無機充填剤とが反応することによって生成する反応物質が炭素黒鉛質基材に取り残されない。また、焼成に要する時間が従来に比較して半減する。   Next, in N-Step 6 shown in FIG. 5, the mold powder molded body (green molded body) which is the molded product obtained in N-Step 5 is fired. This firing is performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, at 1000 ° C. for 0.5 months. The above-described carbon graphite base material is obtained by this firing. This carbon graphite base material has substantially the same shape as the bearing because the mold powder compact before firing has a shape close to the shape of the bearing. Further, since the carbon graphite base material is thin, there is no temperature difference between inside and outside in the firing process. As a result, there is no cracking or chipping due to distortion. And, for example, the reactive substance produced by the reaction between carbon and the inorganic filler is not left on the carbon graphite base material. In addition, the time required for firing is halved compared to the prior art.

このようにして得られた炭素黒鉛質基材は、結合剤(バインダ)が化学的に炭化反応を完結し、固定炭素90〜99質量%、および灰分0.5〜10質量%となる。なお、焼成前のバインダには、固定炭素が36〜60質量%含まれている。
また、炭素黒鉛質基材の揮発分は、1質量%以下となる。
ちなみに、固定炭素は、JIS R 7212、またはJIS K 2425に準拠して測定することができる。灰分は、JIS R 7223、JIS M 8812、JIS M 8511、またはJIS K 2425に準拠して測定することができる。炭素黒鉛質基材の揮発分は、JIS R 7212、JIS M 8812、またはJIS M 8511に準拠して測定することができる。
In the carbon graphite base material thus obtained, the binder (binder) chemically completes the carbonization reaction, and becomes 90 to 99% by mass of fixed carbon and 0.5 to 10% by mass of ash. The binder before firing contains 36 to 60% by mass of fixed carbon.
Further, the volatile content of the carbon graphite base material is 1% by mass or less.
Incidentally, the fixed carbon can be measured in accordance with JIS R 7212 or JIS K 2425. Ash content can be measured according to JIS R 7223, JIS M 8812, JIS M 8511, or JIS K 2425. The volatile content of the carbon graphite base material can be measured according to JIS R 7212, JIS M 8812, or JIS M 8511.

前記した灰分は、黒鉛およびコークス等に含まれている無機物質と、機能向上のために配合した無機充填剤の灰分とで主に構成されている。   The above-mentioned ash is mainly composed of an inorganic substance contained in graphite, coke and the like, and an ash of an inorganic filler blended for improving the function.

この灰分の調節は、例えば、原料として用いるコークスや黒鉛の灰分、および無機充填剤の灰分を予め見積もって調節することができる。このような見積もりは、前記した無機充填剤の酸化物で換算した灰分が、0.5〜10質量%となるようにすればよい。
ちなみに、コークスの灰分は0.19質量%であり、人造黒鉛の灰分は0.1質量%以下であり、鱗状黒鉛の灰分は1.12質量%であり、土状黒鉛の灰分は19.6質量%であり、高結晶黒鉛の灰分は0.1質量%以下であり、非結晶黒鉛の灰分は0.33質量%である。なお、これらの黒鉛は、それぞれ単独で、または複数を任意に配合して用いられる。
The ash content can be adjusted, for example, by estimating in advance the ash content of coke or graphite used as a raw material and the ash content of the inorganic filler. Such estimation may be performed so that the ash content converted from the oxide of the inorganic filler is 0.5 to 10% by mass.
Incidentally, the ash content of coke is 0.19% by mass, the ash content of artificial graphite is 0.1% by mass or less, the ash content of scaly graphite is 1.12% by mass, and the ash content of earthy graphite is 19.6%. The ash content of the highly crystalline graphite is 0.1% by mass or less, and the ash content of the amorphous graphite is 0.33% by mass. These graphites may be used alone or in any combination.

一方、積極的に無機充填剤を配合することによって炭素黒鉛質基材(または軸受)の機械的強度および摩擦摩耗特性が改善される。換言すると、固定炭素以外の未分解原料が炭素黒鉛質基材に極めて微量残存した場合に、冷媒圧縮機に組み込まれた軸受では、未分解原料が軟化膨潤してその強度が低下する。そして、未分解原料は、冷凍機油および冷媒に溶出するとともに、冷媒流路に析出して冷媒の流れを阻害する。以上のことから、本実施例の軸受においては、炭素黒鉛質基材中の未分解原料を減少させることが重要となり、本実施例の軸受に使用される炭素黒鉛質基材は、前記した範囲の固定炭素と灰分とからなっている。   On the other hand, the mechanical strength and frictional wear characteristics of the carbon graphite base material (or bearing) are improved by positively blending the inorganic filler. In other words, when a very small amount of undecomposed raw material other than fixed carbon remains in the carbon graphite base material, in the bearing incorporated in the refrigerant compressor, the undecomposed raw material softens and swells and the strength thereof decreases. The undecomposed raw material is eluted into the refrigerating machine oil and the refrigerant, and is precipitated in the refrigerant flow path to obstruct the refrigerant flow. From the above, in the bearing of this example, it is important to reduce the undecomposed raw material in the carbon graphite base material, and the carbon graphite base material used for the bearing of this example has the above-mentioned range. It consists of fixed carbon and ash.

更に、石油ピッチ、石炭ピッチ等が原料となる前記結合剤は、概ね炭素と水素の化合物であって、JIS K 2425に準拠して測定された固定炭素が55質量%であり、残りが水素等である。そして、軟化点は73〜92℃である。
このような結合剤の焼成後における結合剤の未分解物は、冷媒圧縮機の使用環境で軟化し、そして冷凍機油および冷媒に溶出することによって、軸受の強度を低下させるとともに、溶出したものが析出したことによる冷媒配管の詰まり等の障害を起こす。
In addition, the binder from which petroleum pitch, coal pitch or the like is a raw material is generally a compound of carbon and hydrogen, the fixed carbon measured in accordance with JIS K 2425 is 55% by mass, and the rest is hydrogen or the like. It is. And a softening point is 73-92 degreeC.
Such binder undecomposed material after firing is softened in the usage environment of the refrigerant compressor and eluted into the refrigeration oil and refrigerant, thereby reducing the strength of the bearing and It causes troubles such as clogging of refrigerant piping due to deposition.

本実施例の軸受の製造方法におけるN−Step6では、これらの障害の発生を抑制するために、前記した結合剤を含む原料は、400℃以上で徐々に昇温されつつ熱分解されるとともに、最終的には800〜2000℃までに昇温されることによって焼成されて完全にコークス化される。   In N-Step 6 in the bearing manufacturing method of the present embodiment, in order to suppress the occurrence of these obstacles, the raw material containing the above-described binder is thermally decomposed while being gradually heated at 400 ° C. or higher, Finally, it is baked by being heated up to 800-2000 ° C. and completely coked.

この製造方法では、800〜2000℃まで昇温されることで、原料としての前記無機充填剤と炭素とが反応して炭素黒鉛質基材の特性を阻害する物質を生成しないようにすることができる。ちなみに、炭素黒鉛質基材の特性を間接的に評価する方法としては、例えば、フロック点試験を行う方法や、シールドチューブテストによる低温析出試験を行う方法が挙げられる。
そして、このようにして得られた炭素黒鉛質基材は、異方性を有する炭素黒鉛質基材となっている。つまり、N−Step5で得られる金型粉末成形体(グリーン成形体)には、黒鉛結晶の向きが配向した整列板状黒鉛集合体となっているので、これを焼成して得られた炭素黒鉛質基材は、黒鉛結晶が異方性を有するものとなる。
In this production method, the temperature is raised to 800 to 2000 ° C., so that the inorganic filler as a raw material reacts with carbon to prevent generation of a substance that impairs the characteristics of the carbon graphite base material. it can. Incidentally, as a method for indirectly evaluating the characteristics of the carbon graphite base material, for example, a method of performing a flock point test or a method of performing a low temperature precipitation test by a shield tube test can be cited.
And the carbon graphite base material obtained in this way is a carbon graphite base material having anisotropy. In other words, the mold powder molded body (green molded body) obtained in N-Step 5 is an aligned plate-like graphite aggregate in which the orientation of the graphite crystals is oriented. In the porous substrate, the graphite crystal has anisotropy.

本実施例での炭素黒鉛質基材における黒鉛結晶は、その配向が、次式(1)で示される異方比(Ra)で1.2以上となっている。
Ra=I/I・・・(1)
(ただし、前記式(1)中、Iは、前記軸受の軸との摺動面における黒鉛結晶の(004)面と(110)面のX線回折による積分強度比((110)面の積分強度/(004)面の積分強度)を表し、Iは、前記摺動面に直交する面における黒鉛結晶の(004)面と(110)面のX線回折による積分強度比((110)面の積分強度/(004)面の積分強度)を表す)
なお、異方比1.2以上の根拠については後記する。
The orientation of the graphite crystals in the carbon graphite substrate in this example is 1.2 or more in terms of the anisotropic ratio (Ra) represented by the following formula (1).
Ra = I 1 / I 2 (1)
(In the above formula (1), I 1 is the integral intensity ratio ((110) plane of the (004) plane and (110) plane) of the graphite crystal on the sliding surface with the shaft of the bearing. Integrated intensity / integrated intensity of (004) plane), and I 2 is an integrated intensity ratio ((110) by X-ray diffraction of the (004) plane and (110) plane of the graphite crystal in a plane orthogonal to the sliding plane. ) Represents the integral intensity of the plane / (004) integral intensity of the plane))
The basis for the anisotropic ratio of 1.2 or more will be described later.

そして、本実施例での炭素黒鉛質基材は、X線回折による結晶化度が、15〜50%となっている。
以上のような炭素黒鉛質基材は、曲げ強さが50MPa以上であり、圧縮強さが180MPa以上であるものが望ましく、その細孔の顕微鏡で求めた面積空隙率が、平均で15%以下であることが望ましい。
And the crystallinity degree by X-ray diffraction of the carbon graphite base material in a present Example is 15 to 50%.
The carbon graphite base material as described above preferably has a flexural strength of 50 MPa or more and a compressive strength of 180 MPa or more, and the average area porosity determined with a microscope of the pores is 15% or less. It is desirable that

次いで、N−Step7では、炭素黒鉛質基材が真空高圧充填炉内に投入される。この際、溶融金属(銅のα固溶体)が入れられた真空高圧充填炉内が真空引きされた後に、炭素黒鉛質基材は溶融金属に浸漬される。次いで、真空高圧充填炉内には、窒素ガスが導入されるとともに真空高圧充填炉内が1〜20MPaに加圧される。その結果、炭素黒鉛質基材の空隙部(細孔)には、溶融金属が充填される。なお、溶融金属の充填率は、製品(後記する軸受)の10〜50質量%が望ましい。   Next, in N-Step 7, the carbon graphite base material is put into a vacuum high-pressure filling furnace. At this time, after the vacuum high-pressure filling furnace containing the molten metal (copper α solid solution) is evacuated, the carbon graphite base material is immersed in the molten metal. Next, nitrogen gas is introduced into the vacuum high-pressure filling furnace and the inside of the vacuum high-pressure filling furnace is pressurized to 1 to 20 MPa. As a result, the voids (pores) of the carbon graphite base material are filled with molten metal. In addition, as for the filling rate of a molten metal, 10-50 mass% of a product (bearing mentioned later) is desirable.

次いで、N−Step8では、充填後の炭素黒鉛質基材が製品の最終形状に仕上げ加工される。この仕上げ加工は、図5中、「軸受加工1」と記される。
このとき、充填前の炭素黒鉛質基材の形状は、前記したように、軸受の形状と略同じ形状を呈しているので、この仕上げ加工に際しては、素材ロスが少ない。そして、このような仕上げ加工を経て冷媒圧縮機の軸受が得られる。
Next, in N-Step 8, the carbon graphite base material after filling is finished into the final shape of the product. This finishing process is described as “bearing process 1” in FIG.
At this time, since the shape of the carbon graphite base material before filling is substantially the same as the shape of the bearing as described above, there is little material loss in this finishing process. And the bearing of a refrigerant compressor is obtained through such finishing.

次に、従来の軸受の製造方法(現行材の製造方法)、つまり、ブロック成形体から多数個の軸受を切出す方式の製造方法について図5を参照しながら説明する。なお、図5中のStep1〜Step4は共用するものであるが、従来は黒鉛の配合量を規定するのみである。したがって、従来の軸受の製造方法でStep1〜Step4に対応する工程では、無機充填剤やバインダ(カップリング剤含む)が使用されていない。つまり、本発明の特徴としている物質の化学変化による新たな特性(固定炭素が99.0質量%以上で圧縮機の使用環境下で強度の低下や、冷凍機油,冷媒による軟化や膨潤,或いは抽出物を生成しない特性)を生起させるものではない。換言すると、本実施例の骨材、バインダ、カップリング剤の投入は、焼成(N−Step6)段階で前記特性を生み出し、N−Step8で軸受を加工したときに、軸受性能および信頼性が改善される。   Next, a conventional method for manufacturing a bearing (current material manufacturing method), that is, a method for manufacturing a large number of bearings from a block molded body will be described with reference to FIG. Note that Step 1 to Step 4 in FIG. 5 are shared, but conventionally, only the amount of graphite is specified. Therefore, inorganic fillers and binders (including coupling agents) are not used in the processes corresponding to Step 1 to Step 4 in the conventional bearing manufacturing method. In other words, new characteristics due to the chemical change of the substance that is the feature of the present invention (fixed carbon is 99.0% by mass or more, the strength decreases under the use environment of the compressor, softening, swelling, or extraction with refrigerating machine oil or refrigerant) It does not give rise to a property that does not produce a product). In other words, the introduction of the aggregate, binder, and coupling agent of the present example produces the above characteristics at the firing (N-Step 6) stage, and the bearing performance and reliability are improved when the bearing is processed at N-Step 8. Is done.

図5に示すように、この現行材の製造方法におけるO−Step5では、CIP成形が行われる。このO−Step5では、Step4で粒度分級した粒の大小を適当に混合し流動性および型充填性に合うようにした原料が、例えば200mm×400mm×800mm位のブロック材を作るゴム型に充填される。この原料が充填されたゴム型は、液中に浸漬されるとともに、液圧が全方位から掛けられて等方圧縮成形が行われる。その結果、ブロック材の前駆体が形成される。   As shown in FIG. 5, CIP molding is performed in O-Step 5 in the present method for producing a material. In this O-Step5, the raw materials that are appropriately mixed with the size of the particles classified in Step4 and matched to the fluidity and mold filling properties are filled into a rubber mold that makes a block material of about 200 mm x 400 mm x 800 mm, for example. The The rubber mold filled with this raw material is immersed in the liquid and is subjected to isotropic compression molding by applying hydraulic pressure from all directions. As a result, a block material precursor is formed.

次に、O−Step6では、ブロック材の前駆体が焼成されることで、ブロック材が形成される。この焼成の温度および時間は、例えば1000℃×1ヶ月である。このようにして得られたブロック材に含まれる黒鉛結晶は、図6(a)に示すランダム黒鉛集合体となっており、いわゆる等方性の炭素黒鉛質基材となっている。   Next, in O-Step 6, the block material is baked to form the block material. The firing temperature and time are, for example, 1000 ° C. × 1 month. The graphite crystal contained in the block material thus obtained is a random graphite aggregate shown in FIG. 6A, which is a so-called isotropic carbon graphite base material.

次に、O−Step7では、ブロック材が断面視で矩形のバー材に加工される。このとき使用される設備は鋸盤等の切断機である。また、バー材は、例えば、23mm×23mm×300mmに切断したものを、軸受最終形状に近づけるために表面仕上げすることによって21mm×21mm×300mmとした。   Next, in O-Step7, the block material is processed into a rectangular bar material in cross-sectional view. The equipment used at this time is a cutting machine such as a sawing machine. In addition, the bar material was cut to 23 mm × 23 mm × 300 mm, for example, and surface-finished so as to approximate the final shape of the bearing to 21 mm × 21 mm × 300 mm.

次に、O−Step8では、前記N−Step7で使用した炭素黒鉛質基材に代えて前記バー材を使用した以外は、前記N−Step7と同様に真空高圧充填炉で溶融金属の充填工程処理が行われる。
次に、O−Step9の軸受加工1、O−Step10の軸受加工2、およびO−Step11の軸受加工3を経て軸受が完成する。なお、軸受加工1では、バー材がNC旋盤等の加工装置で円柱形状に加工される。また、軸受加工2では、円柱形状となったバー材が円筒形状に加工される。また、軸受加工3では、円筒形状となったバー材が仕上げ装置で仕上加工されて目的の軸受となる。
Next, in O-Step8, a molten metal filling process is performed in a vacuum high-pressure filling furnace as in N-Step7 except that the bar material is used instead of the carbon graphite base material used in N-Step7. Is done.
Next, the bearing is completed through bearing processing 1 of O-Step 9, bearing processing 2 of O-Step 10, and bearing processing 3 of O-Step 11. In the bearing processing 1, the bar material is processed into a cylindrical shape by a processing device such as an NC lathe. Further, in the bearing processing 2, the columnar bar material is processed into a cylindrical shape. Further, in the bearing processing 3, the bar material having a cylindrical shape is finished by a finishing device to become a target bearing.

以上のように、一点鎖線で囲んだ現行の軸受成形法は工程数が多いことはもちろん、バー材からの切り出し加工で軸受材を作っているものであるから、加工分数はもちろん、材料取りが悪く、素材ロスが多い等の問題があった。また、焼成段階で黒鉛結晶配向を考慮していないので、軸受の性能および信頼性が本実施例の軸受と異なって不充分となっている。   As described above, the current bearing molding method surrounded by the alternate long and short dash line has many processes, and the bearing material is made by cutting out from the bar material. There were problems such as bad material loss. Further, since the graphite crystal orientation is not taken into consideration in the firing stage, the performance and reliability of the bearing are insufficient unlike the bearing of this embodiment.

次に、図8(a)、図8(b)および図10を参照して本実施例の軸受に使用される炭素黒鉛質基材の空隙率および黒鉛結晶の配向等について説明する。ここでは、まず、図8(a)、および図8(b)について説明する。図8(a)は、本実施例の炭素黒鉛質基材の顕微鏡組織図、図8(b)は、空孔径の分布を示す図である。   Next, with reference to FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 10, the porosity of the carbon graphite base material used in the bearing of this embodiment, the orientation of the graphite crystals, and the like will be described. Here, first, FIG. 8A and FIG. 8B will be described. FIG. 8A is a microscopic structure diagram of the carbon graphite base material of this example, and FIG. 8B is a diagram showing a distribution of pore diameters.

ここで、図8(a)に示す、符号16は、Al、Si等を含む無機充填剤の焼成物を示し、符号17は開空孔を示し、符号18は閉空孔を示し、符号19は炭素黒鉛を示す。ちなみに、無機充填剤(焼成物)16は、軸受の硬度と耐摩耗性を上げるために配合されたものと、黒鉛等の原料の中に不純物として含まれるものとがある。   Here, reference numeral 16 shown in FIG. 8A indicates a fired product of an inorganic filler containing Al, Si, etc. Reference numeral 17 indicates an open hole, reference numeral 18 indicates a closed hole, and reference numeral 19 indicates a closed hole. Carbon graphite is shown. Incidentally, the inorganic filler (baked product) 16 includes those blended to increase the hardness and wear resistance of the bearing, and those contained as impurities in raw materials such as graphite.

本実施例の軸受では、前記したように、灰分は、これらの無機充填剤の灰分と前記不純物の灰分を総称して灰分(無機充填剤の酸化物換算で0.5〜10質量%)という。
開空孔17は、結合剤が熱分解して生成したガスが抜けた孔と、金属型粉末成形を行った際(図5のN−Step8参照)に、原料の粒子間に形成された隙間が焼結時に残った孔とがある。これらの孔は、連続空孔となる。これらの連続空孔は、図8(b)に示すように、直径が約1〜15μmの範囲で分布している。これらの空孔に対して金属が50質量%以上充填されることとなる。
次に、粉末成形機の成形圧力と面積空隙率との関係を表1に示す。
In the bearing of the present embodiment, as described above, the ash is collectively referred to as the ash of these inorganic fillers and the ash of the impurities as ash (0.5 to 10% by mass in terms of oxide of the inorganic filler). .
The open pores 17 are a gap through which a gas generated by thermal decomposition of the binder is released, and a gap formed between the raw material particles when metal powder molding is performed (see N-Step 8 in FIG. 5). There are holes left during sintering. These holes are continuous holes. As shown in FIG. 8B, these continuous holes are distributed in a diameter range of about 1 to 15 μm. These holes are filled with 50% by mass or more of metal.
Next, Table 1 shows the relationship between the molding pressure of the powder molding machine and the area porosity.

表1に示すように、静水圧成形方式による成形圧力が100%である場合に得られた等方性炭素黒鉛質基材は、100倍の顕微鏡視野における平均面積空隙率が10.86%となり、成形圧力が100%である場合に得られた異方性炭素黒鉛質基材は、平均面積空隙率が9.07%となっている。
また、成形圧力が97%である場合に得られた異方性炭素黒鉛質基材は、平均面積空隙率が14.13%、95%の成形圧力では平均面積空隙率が17.36%となっている。これは、原料の粒子の接触面に成形荷重が伝達するとともに、更に下部の原料の粒子に伝達されることを示している。
As shown in Table 1, the isotropic carbon graphite base material obtained when the molding pressure by the hydrostatic molding method is 100% has an average area porosity of 10.86% in a 100-fold microscope field of view. The anisotropic carbon graphite base material obtained when the molding pressure is 100% has an average area porosity of 9.07%.
Further, the anisotropic carbon graphite base material obtained when the molding pressure is 97% has an average area porosity of 14.13% and an molding area pressure of 95% has an average area porosity of 17.36%. It has become. This indicates that the molding load is transmitted to the contact surface of the raw material particles and further transmitted to the lower raw material particles.

ここで図9(a)は、粉末成形の金型における上部パンチのみで原料を圧縮成形した際の成形圧力分布と、それによる密度分布(焼成後の空隙率)を示す分布図である。   Here, FIG. 9A is a distribution diagram showing a molding pressure distribution when a raw material is compression-molded only by an upper punch in a powder molding die, and a density distribution (porosity after firing) thereby.

上部パンチのみで原料を圧縮成形すると、原料の粒子が金型の壁面のすべり抵抗を受けて十分な圧力伝達を示さない。その結果、図9(a)に示すように、底部コーナ部は、圧力作用の小さい低密度で多孔質な部分となっている。低密度で多孔質な部分は、後記する機械的強度や耐摩擦摩耗特性を悪くすることになる。   When the raw material is compression-molded only with the upper punch, the raw material particles do not exhibit sufficient pressure transmission due to slip resistance of the mold wall surface. As a result, as shown in FIG. 9A, the bottom corner portion is a low-density and porous portion with a small pressure action. The porous portion having a low density deteriorates the mechanical strength and frictional wear resistance characteristics described later.

図9(b)は、粉末成形の金型における上部パンチと下部パンチの双方にて原料を圧縮成形した際の成形圧力分布と、それによる密度分布(焼成後の空隙率)を示す分布図である。
上部パンチと下部パンチの双方にて原料を圧縮成形すると、上部パンチのみで圧縮成形した際に生じた低密度で多孔質の部分、つまり脆弱部が解消されて、図9(b)に示すように、健全な空隙率分布となっている。つまり、後記する軸受の機械的強度や耐摩擦摩耗特性の品質が大幅に改善されることとなる。特に軸受のような上部と下部はパンチの圧力効果が得られるので、圧縮機構部の組立圧入に係る強度や圧縮機の軸荷重の集中荷重が求められるような部品には、空隙率や機械的強度の分布が有効に作用するものである。この部分に後記する金属が高圧で充填される。
FIG. 9B is a distribution diagram showing a molding pressure distribution when a raw material is compression-molded by both an upper punch and a lower punch in a powder molding die, and a density distribution (porosity after firing) thereby. is there.
When the raw material is compression-molded by both the upper punch and the lower punch, the low-density porous portion, that is, the fragile portion generated when compression molding is performed only by the upper punch is eliminated, as shown in FIG. 9B. In addition, the porosity distribution is sound. In other words, the mechanical strength and frictional wear resistance quality of the bearing described later are greatly improved. In particular, the upper and lower parts, such as bearings, provide the punch pressure effect. For parts that require the strength required for assembly press-fitting of the compression mechanism and the concentrated load of the axial load of the compressor, the porosity and mechanical The intensity distribution works effectively. This part is filled with a metal described later at high pressure.

また、閉空孔18(図8(a)参照)は、バインダとなる結合剤(例えば、コールタールピッチ、石炭ピッチ、石油ピッチ)とカップリング剤(例えば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング)等が焼成時に熱分解して生成したガスが組織中に残留したもので、独立空孔となる。この独立空孔には、充填時に金属が充填しにくくなっている。   Further, the closed hole 18 (see FIG. 8A) includes a binder (for example, coal tar pitch, coal pitch, petroleum pitch) and a coupling agent (for example, a silane coupling agent, a titanium coupling) serving as a binder. ) And the like are gases generated by thermal decomposition during firing and remain in the structure, and become independent vacancies. This independent hole is difficult to be filled with metal during filling.

炭素黒鉛19(図8(a)参照)は、原料の黒鉛、コークス、結合剤(バインダ)、カップリング剤等からなる混捏物が焼成された後の組織を示すもので、焼成後の黒鉛面積率はラマン分光分析により計測される。この部分の黒鉛結晶化度は、X線回折により特定可能である。ここで参照する図10は、炭素黒鉛質基材におけるX線回折による黒鉛結晶化度とラマン分析によるマトリックスの黒鉛面積比との関係を示すグラフである。なお、黒鉛面積率は、RENISHAW社製レーザラマン分光分析装置を使用して計測した。この計測は、He−Neレーザを使用して、レーザ出力25mV、波長682.8mm−1、波長分解能0.2cm−1、空間分解能1μm(最大200μm)の条件で行った。また、黒鉛結晶化度は、リガク社製X線回折装置(RINT2500HL)を使用して測定された。この測定は、CuX線源を使用するとともにX線出力50kV(250mA)の条件で行った。X線回折装置における光学系としてはモノクロメータ付き集中ビームが使用され、スリットDSは0.5deg、スリットRSは0.15mm、スリットSSは0.5degに設定された。 Carbon graphite 19 (see FIG. 8 (a)) shows the structure after the mixture of raw material graphite, coke, binder (binder), coupling agent, etc. is fired, and the graphite area after firing. The rate is measured by Raman spectroscopy. The graphite crystallinity of this part can be specified by X-ray diffraction. FIG. 10 referred to here is a graph showing the relationship between the graphite crystallinity by X-ray diffraction in a carbon graphite base material and the graphite area ratio of the matrix by Raman analysis. The graphite area ratio was measured using a laser Raman spectroscopic analyzer manufactured by RENISHAW. This measurement was performed using a He—Ne laser under the conditions of a laser output of 25 mV, a wavelength of 682.8 mm −1 , a wavelength resolution of 0.2 cm −1 , and a spatial resolution of 1 μm (maximum 200 μm). The graphite crystallinity was measured using an Rigaku X-ray diffractometer (RINT2500HL). This measurement was performed using a Cu X-ray source and an X-ray output of 50 kV (250 mA). As an optical system in the X-ray diffraction apparatus, a concentrated beam with a monochromator was used, the slit DS was set to 0.5 deg, the slit RS was set to 0.15 mm, and the slit SS was set to 0.5 deg.

炭素黒鉛質基材の結晶化度は、X線回折によって結晶質の黒鉛ピークと非結晶質のコークス等のピークとの比で予め既知の原料により標準サンプルを作成することによって比較して求めることが可能である。これにより、軸受の特性に必要となる黒鉛の量と特性を規定することが可能となる。これにより、軸受特性に必要となる黒鉛の量と特性を規定することが可能となる。   The degree of crystallinity of the carbon-graphite base material is obtained by comparison by preparing a standard sample with a known raw material in advance by the ratio of the crystalline graphite peak to the peak of amorphous coke, etc. by X-ray diffraction. Is possible. Thereby, it becomes possible to prescribe | regulate the quantity and characteristic of graphite which are required for the characteristic of a bearing. Thereby, it becomes possible to prescribe | regulate the quantity and characteristic of graphite which are required for a bearing characteristic.

本実施例では、図10に示すように、炭素黒鉛質基材の結晶化度が15〜50%となっている。この結晶化度が15%未満では軸受の潤滑性に乏しく、相手軸材を摩耗させ、50%を越える場合では軸受としての摩耗特性が劣り、冷媒圧縮機の軸受として好ましくない場合がある。
また、ラマン分光分析による炭素黒鉛質基材のマトリックスの面積比は、二種類のピーク波形の大きさによって非晶質のコークス質と結晶質の黒鉛質を識別することができる。この面積比は、既知の標準サンプルによって黒鉛の面積率を推測したものである。以上のことにより、本実施例に用いる軸受の炭素黒鉛質基材中の黒鉛が特定される。これは、面積率に換算すると45〜68%に相当するものである。
In this example, as shown in FIG. 10, the degree of crystallinity of the carbon graphite base material is 15 to 50%. If the degree of crystallinity is less than 15%, the lubricity of the bearing is poor, the mating shaft material is worn, and if it exceeds 50%, the wear characteristics as a bearing are inferior, which is not preferable as a bearing for a refrigerant compressor.
Moreover, the area ratio of the matrix of the carbon graphite base material by Raman spectroscopic analysis can distinguish amorphous coke and crystalline graphite by the magnitude | size of two types of peak waveforms. This area ratio is obtained by estimating the area ratio of graphite using a known standard sample. From the above, the graphite in the carbon graphite base material of the bearing used in this example is specified. This corresponds to 45 to 68% in terms of area ratio.

次に、このような炭素黒鉛質基材を使用して得られた軸受の摩擦摩耗試験で評価すると、図11から図13に示すようになる。
図11は、黒鉛結晶化度と摩耗量との関係を示す図である。図12は、平均面積空隙率と摩耗量との関係を示す図である。図13は、異方比と摩耗量との関係を示す図である。
Next, when evaluated by a frictional wear test of a bearing obtained by using such a carbon graphite base material, it becomes as shown in FIGS.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the degree of graphite crystallinity and the amount of wear. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the average area porosity and the wear amount. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the anisotropic ratio and the amount of wear.

図11に示すように、黒鉛結晶化度が15%未満(例えば、黒鉛組織の面積率で45%)の場合には、硬度が高く相手軸材(焼入れ後の硬度:Hv450以上)の材料に損傷を与えて望ましくない。一方、結晶化度が50%(例えば、黒鉛組織の面積率で58%)を超えると軟らかく摩耗量が基準値を超えることとなる。   As shown in FIG. 11, when the degree of graphite crystallinity is less than 15% (for example, 45% by area ratio of the graphite structure), the material of the mating shaft material (hardness after quenching: Hv450 or more) is high. Damaged and undesirable. On the other hand, when the degree of crystallinity exceeds 50% (for example, 58% in terms of the area ratio of the graphite structure), the wear amount is soft and exceeds the reference value.

図12に示すように、面積空隙率が15%以上になる場合には、軸受の摩耗量が増してなお且つ軸の摩耗量が増すこととなる。これは、空隙率が増すと軸との実試験面圧が増すこと、および軸受材の粒子同士の結合強度が小さくなることに起因するものと考えられる。したがって本実施例では、面積空隙率が15%以下となるように規定した。なお、この図12の中で○印で示したものは、従来形の等方性炭素黒鉛質基材の値を示したものである。   As shown in FIG. 12, when the area porosity is 15% or more, the wear amount of the bearing is increased and the wear amount of the shaft is also increased. This is thought to be due to the fact that the actual test surface pressure with the shaft increases as the porosity increases, and the bond strength between the particles of the bearing material decreases. Therefore, in this embodiment, the area porosity is specified to be 15% or less. In FIG. 12, the circles indicate the values of the conventional isotropic carbon graphite base material.

冷媒R410Aでの境界潤滑における摩擦摩耗試験は、空調機などの冷凍装置の冬期暖房運転などにおいて、冷媒が高温側の室内機から低温側の室外機の冷媒圧縮機の底部に偏在し、いわゆる寝込み状態が発生することを想定している。また、急速な始動運転や除霜運転において、冷媒または多量の冷媒を溶解した冷凍機油が若干の遅れをもって軸受部へ供給されることを想定している。
以上のような運転条件(試験条件)において、図23の従来例6は、使用実績のある軸受材料である。この摩耗量は、27μm/2h(13.5μm/h)であった。軸受の摩耗量は、ロータリ型冷媒圧縮機のシリンダとピストンとの隙間におけるシール性(耐洩れ性)や、スクロール型冷媒圧縮機の軸と軸受のシール性、つまり圧縮室のシール性に関係している。
そこで、今般は、より過酷な運転条件に対応し、より高効率、高信頼度を目指すべく、20μm/2h(10μm/h)を目標値とする。これが、シリンダ内の容積効率や圧縮室の容積効率を長期に亘って継続的に維持するために必要であるという目標値である。つまり、前記のような摩耗試験が想定している、短時間の過渡的な過酷な運転条件に対して、軸受の摩耗量が20μm/2h(10μm/h)以下、すなわち試験荷重9.8MPaにおいて、10μm/h以下であることを目標値とする。
したがって、摩耗量が10μm/hに対応する異方比は、図13に示すように、1.2が必要となる。
In the frictional wear test in boundary lubrication with the refrigerant R410A, in the winter heating operation of a refrigeration apparatus such as an air conditioner, the refrigerant is unevenly distributed from the high temperature side indoor unit to the bottom of the refrigerant compressor of the low temperature side outdoor unit. Assume that a condition occurs. Further, in rapid start-up operation and defrosting operation, it is assumed that refrigerant or refrigeration oil in which a large amount of refrigerant is dissolved is supplied to the bearing portion with a slight delay.
Under the above operating conditions (test conditions), Conventional Example 6 in FIG. 23 is a bearing material that has been used. The amount of wear was 27 μm / 2h (13.5 μm / h). The amount of bearing wear is related to the sealing performance (leakage resistance) in the gap between the cylinder and piston of the rotary refrigerant compressor, the sealing performance of the shaft and bearing of the scroll type refrigerant compressor, that is, the sealing performance of the compression chamber. ing.
Therefore, this time, 20 μm / 2h (10 μm / h) is set as a target value in order to cope with severer operating conditions and aim for higher efficiency and higher reliability. This is a target value that is necessary for continuously maintaining the volumetric efficiency in the cylinder and the volumetric efficiency of the compression chamber over a long period of time. In other words, the wear amount of the bearing is 20 μm / 2h or less (10 μm / h) or less, that is, a test load of 9.8 MPa with respect to the short-term transient severe operating condition assumed by the wear test as described above. The target value is 10 μm / h or less.
Therefore, the anisotropic ratio corresponding to the wear amount of 10 μm / h requires 1.2 as shown in FIG.

図13に示すように、異方比1.2以上を本実施例は選択したものであるが、従来周知の等方性炭素黒鉛質基材は異方比1.0である。図13から判るように、異方比1.5の試験品は摩耗量5.4μm/hに対し、従来の異方比1.0のものは13.6μm/hとなり約1/2.5倍の摩耗量となる。また、異方比1.8のものは摩耗量2.95μm/hとなることにより、約1/4.6倍の摩耗量となることが判った。前記のとおり、本実施例においては異方比を1.2以上と規定したものである。   As shown in FIG. 13, the present embodiment selects an anisotropic ratio of 1.2 or more, but the conventionally known isotropic carbon graphite base material has an anisotropic ratio of 1.0. As can be seen from FIG. 13, the specimen with an anisotropic ratio of 1.5 has a wear amount of 5.4 μm / h, whereas the conventional specimen with an anisotropic ratio of 1.0 becomes 13.6 μm / h, which is about 1 / 2.5. Double the amount of wear. Further, it was found that the one with an anisotropic ratio of 1.8 has a wear amount of about 1 / 4.6 times when the wear amount is 2.95 μm / h. As described above, in this embodiment, the anisotropic ratio is defined as 1.2 or more.

次に、炭素黒鉛試験材のX線回折による黒鉛結晶の配向を示す異方比の測定を行った。その結果を表2に示す。なお、この測定は、リガク社製X線回折装置(RINT2500HL)を使用して行った。この測定は、CuX線源を使用してX線出力50kV(250mA)の条件で行った。X線回折装置における光学系としてはモノクロメータ付き集中ビームが使用され、スリットDSは0.5deg、スリットRSは0.3mm、スリットSSは0.5degに設定された。
ここで参照する、図14は、プレス成形される時にできる黒鉛結晶の(110)面を最大限に活用した試験片の斜視図である。
Next, the anisotropic ratio indicating the orientation of the graphite crystal by X-ray diffraction of the carbon graphite test material was measured. The results are shown in Table 2. This measurement was performed using an Rigaku X-ray diffractometer (RINT2500HL). This measurement was performed under the condition of an X-ray output of 50 kV (250 mA) using a CuX ray source. As an optical system in the X-ray diffraction apparatus, a concentrated beam with a monochromator was used, the slit DS was set to 0.5 deg, the slit RS was set to 0.3 mm, and the slit SS was set to 0.5 deg.
FIG. 14 referred to here is a perspective view of a test piece that makes the best use of the (110) plane of the graphite crystal formed when press molding.

ここでの異方比とは、X線回折で(004)面と(110)面のピーク積分強度および積分強度比に依って摺動試験面とその直角面の積分強度比を求めた時のそれぞれの比率を異方比と定義したものである。つまり、異方比は、前記した式(1)で求められる。   The anisotropic ratio here is the X-ray diffraction when the integrated intensity ratio between the sliding test surface and its right-angle plane is determined by the peak integrated intensity and the integrated intensity ratio of the (004) plane and the (110) plane. Each ratio is defined as an anisotropic ratio. That is, the anisotropic ratio is obtained by the above-described formula (1).

表2に示すように、従来例1の等方性炭素黒鉛質基材からなるブロック形状のものは、異方比が1.025に対し、実施例1の円柱状成形体のものは1.791であることが判った。   As shown in Table 2, the block shape made of the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 1 has an anisotropic ratio of 1.025, whereas the cylindrical shaped product of Example 1 has 1. It was found to be 791.

次に、本実施例の軸受に使用される炭素黒鉛質基材からなる円柱体基材より採取された試験片について摩擦摩耗特性、および機械的特性が、従来の等方性炭素黒鉛質基材と対比された。
ここでは、まず試験片について説明する。図15は、円柱体基材における試験片の採取位置を示した模式図である。図15に示すように、試験面を暗色で示す横方向のA面はプレス成形に依って黒鉛結晶の網面が高密度に配向している面で、X線回折による(004)面が集中的に配向している面である。
一方、試験面を暗色で示す縦方向のB面は前記A面の直角方向に当り、(004)面が最も少なく(110)面が最も多く配向している面である。
Next, the frictional wear characteristics and the mechanical characteristics of the test piece collected from the cylindrical base material made of the carbon graphite base material used for the bearing of this example are the conventional isotropic carbon graphite base material. Contrast with
Here, the test piece will be described first. FIG. 15 is a schematic diagram showing the sampling position of the test piece on the cylindrical base material. As shown in FIG. 15, the lateral A surface indicating the test surface in a dark color is a surface in which the network surface of the graphite crystal is oriented with high density by press molding, and the (004) surface by X-ray diffraction is concentrated. Oriented surface.
On the other hand, the vertical B surface indicating the test surface in a dark color corresponds to the direction perpendicular to the A surface, and the (004) surface is the least and the (110) surface is the most oriented.

次に、このような試験片Tについて前記した摩擦摩耗特性、および機械的特性が評価された。まず、それぞれの試験片Tの斜線面を摺動面として相手材(SCM)を円筒状に作り、冷媒R410Aのガス中で摩擦摩耗試験が行われた。その結果を表3に示す。なお、R410Aのガス中での摩擦摩耗試験の試験法は、後記する金属充填炭素黒鉛質基材の摩擦摩耗評価試験法と同じである。   Next, the friction and wear characteristics and mechanical characteristics described above were evaluated for such a test piece T. First, a mating material (SCM) was formed in a cylindrical shape with the oblique line surface of each test piece T as a sliding surface, and a frictional wear test was performed in the gas of refrigerant R410A. The results are shown in Table 3. In addition, the test method of the friction wear test in the gas of R410A is the same as the friction wear evaluation test method of the metal-filled carbon graphite base material described later.

表3に示すように、実施例3(成形圧−3%)でB面を摺動面とした場合、試験片Tの摩耗量は従来例2の等方性炭素黒鉛質基材の試験片Tと同等で相手材の摩耗量は従来例2の等方性炭素黒鉛質基材の1/3以下となるが、実施例4でA面を摺動面とした場合、試験片Tの摩耗量は従来例2の1.65倍に増大する。   As shown in Table 3, when the B surface is a sliding surface in Example 3 (molding pressure -3%), the wear amount of the test piece T is the test piece of the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 2. The wear amount of the counterpart material is equal to or less than 1/3 of that of the isotropic carbon graphite base material of the conventional example 2, but when the A surface is a sliding surface in Example 4, the wear of the test piece T The amount increases 1.65 times that of Conventional Example 2.

また、成形圧−5%でB面を摺動面とした実施例5は、試験片Tの摩耗量は従来例2の2.2倍、相手材の摩耗量は2.5倍に増大する。なお、この時の実施例5の摩擦係数は従来例2より1.4倍に増大している。これは、図12で説明したように、空隙率の関係で生じるものである。すなわち、成形圧を−3%から−5%に落とすと圧粉密度が落ち、空隙率が拡大し機械的強度の低下や実試験の試験面圧上昇と、黒鉛結晶の強制配向度とが小さくなるためと考えられる。   Further, in Example 5 in which the molding surface is 5% and the B surface is a sliding surface, the wear amount of the test piece T is 2.2 times that of the conventional example 2, and the wear amount of the counterpart material is 2.5 times. . In addition, the friction coefficient of Example 5 at this time is 1.4 times larger than that of Conventional Example 2. As described with reference to FIG. 12, this occurs due to the porosity. That is, when the molding pressure is lowered from -3% to -5%, the density of the green powder decreases, the porosity increases, the mechanical strength decreases, the test surface pressure increases in the actual test, and the forced orientation degree of the graphite crystal decreases. It is thought to be.

また、実施例3のB面の熱伝導率(W/m・K)は、実施例4のA面と比較して約1.16倍良くなる。これは、黒鉛の異方比をマクロ的に表している。更に実施例2(成形圧−0%)は、従来例2の等方性炭素黒鉛質基材の試験片Tと比較して試験片Tの摩耗量が1/1.5で、相手材の摩耗量が1/3となり、優れていることが確認できた。これは、本実施例における黒鉛結晶の配向の効果である。   Further, the thermal conductivity (W / m · K) of the B surface of Example 3 is about 1.16 times better than that of Example A. This macroscopically represents the anisotropic ratio of graphite. Further, in Example 2 (molding pressure -0%), the wear amount of the test piece T is 1 / 1.5 compared with the test piece T of the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 2, The amount of wear was 1/3, confirming that it was excellent. This is an effect of the orientation of the graphite crystal in this example.

また、実施例2(成形圧−0%)の機械的特性は、従来例2の等方性炭素黒鉛質基材と圧環荷重(圧環強さ)が同等で、曲げ強さ、硬さはやや低いが、実用上問題ないレベルであることが判った。また、軸受として必要とする曲げ強さ、圧縮強さの規制が、従来のものでは明確化されていない。すなわち、圧入時に軸受にかかる曲げ強さ50MPa以上は圧環荷重150N(圧環強さ18.6MPa)以上に相当し、本実施例はこれを規定するものである。また、圧縮強さ180MPa以上は、軸受とシャフトの耐荷重性に相当するもので、すなわち、この圧縮強さが弱いとシャフト(軸)が破壊されて異常摩耗の発生原因となる。強い場合、その損傷が極めて小さく維持できるので信頼性が確保できることが判った。   Further, the mechanical properties of Example 2 (molding pressure-0%) are the same as the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 2 and the crushing load (crushing strength) is the same, and the bending strength and hardness are slightly higher. Although it was low, it turned out that it was a level which is satisfactory practically. Moreover, the regulation of bending strength and compressive strength required for the bearing is not clarified in the conventional one. That is, a bending strength of 50 MPa or more applied to the bearing during press-fitting corresponds to a crushing load of 150 N (compression crushing strength of 18.6 MPa) or more, and this embodiment defines this. Further, the compressive strength of 180 MPa or more corresponds to the load resistance of the bearing and the shaft. That is, if the compressive strength is weak, the shaft (shaft) is broken and abnormal wear occurs. When strong, it was found that the damage can be kept very small, so that reliability can be secured.

次に、本実施例の軸受に使用される炭素黒鉛質基材の熱化学安定性試験の結果について説明する。
空気調和機、冷蔵庫および給湯機などに使用する代表的な冷媒と冷凍機油(粘度グレード)の組合せにおいて、シールドチューブテスト(150℃ 40日)が実施された。そして、外観、溶出物の低温析出性(−40℃)、冷凍機油の劣化による全酸価の上昇、および炭素黒鉛質基材の曲げ強さの変化が検討された。その結果を表4に示す。
Next, the result of the thermochemical stability test of the carbon graphite base material used for the bearing of a present Example is demonstrated.
A shield tube test (150 ° C., 40 days) was performed on a combination of a typical refrigerant used in an air conditioner, a refrigerator, a water heater, and the like and a refrigerating machine oil (viscosity grade). And the appearance, the low temperature precipitation property (−40 ° C.) of the eluate, the increase in the total acid value due to the deterioration of the refrigerating machine oil, and the change in the bending strength of the carbon graphite base material were studied. The results are shown in Table 4.

表4に示すように、R410A、R134a、R407C、R404AのHFC冷媒と、エステル系油(POE)およびポリビニルエーテル油(PVE油)の適合性評価において、冷凍機油、低温析出性、曲げ強さとも異常が認められない。また、R600aやR290の炭化水素系冷媒と鉱油(MO)の組合せにおいても、前述と同様に異常が認められなかった。更に、R744(CO)、R717(NH)とPAG、MOの組合せで高圧容器を用いて同様な試験を実施し、試験後に取り出した後に新たにR134aを封入し低温析出性試験を実施したものにおいても異常は認められず良好なことが判明した。これらのことから、前記冷媒と冷凍機油の共存下で用いられる冷媒圧縮機の軸受材として、実用的に適合していることが明らかになった。
なお、表4には示していないが、抽出溶媒R141bの適合性評価においても、冷凍機油、低温析出性、曲げ強さとも異常が認められなかった。
As shown in Table 4, in the evaluation of the compatibility of the HFC refrigerants of R410A, R134a, R407C, and R404A with ester oil (POE) and polyvinyl ether oil (PVE oil), both refrigeration oil, low temperature precipitation, and bending strength No abnormality is observed. In addition, no abnormality was observed in the combination of the hydrocarbon refrigerant of R600a or R290 and mineral oil (MO) as described above. Furthermore, a similar test was performed using a high-pressure vessel with a combination of R744 (CO 2 ), R717 (NH 3 ), PAG, and MO, and after taking out after the test, R134a was newly enclosed and a low-temperature precipitation test was performed. No abnormalities were found in the samples, which proved to be good. From these, it became clear that it is practically suitable as a bearing material for a refrigerant compressor used in the coexistence of the refrigerant and refrigeration oil.
Although not shown in Table 4, in the suitability evaluation of the extraction solvent R141b, no abnormality was observed in the refrigerating machine oil, the low temperature precipitation, and the bending strength.

また、焼成した炭素黒鉛質基材は、空孔が存在するため、摩擦摩耗特性と機械的強度特性が過酷な運転状態となると低下する課題があった。これは、潤滑油が前記空孔より浸透して油圧分布が低下するためと考えられる。   Moreover, since the baked carbon graphite base material has voids, there is a problem that the frictional wear characteristic and the mechanical strength characteristic are lowered when the operation state is severe. This is presumably because the lubricating oil permeates through the holes and the hydraulic pressure distribution decreases.

以下、この点の改善について図16から図18を用いて説明する。なお、図16は、多孔質炭素黒鉛質基材の軸受モデルを示す概念図で、(a)は金属充填前のモデルを示す概念図であり、(b)は金属充填後のモデルを示す概念図であり、(c)はジャーナル軸受の潤滑モデルを表す図である。図17は、充填金属の状態図および機械的特性を表す図である。(a)は銅−スズ系の固溶体における機械的特性(引張強さ:σ、硬さ:H、伸び:δ)の関係を示す図であり、(b)は銅−スズ−リンの3元系の金属状態を示すもので、本実施例のα固溶体の面積範囲とα+CuPの面積範囲を示す図である。図18は代表的な充填金属の電極電位を示す図である。 Hereinafter, the improvement of this point will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG. 16 is a conceptual diagram showing a bearing model of a porous carbon graphite base material, (a) is a conceptual diagram showing a model before metal filling, and (b) is a concept showing a model after metal filling. It is a figure, (c) is a figure showing the lubrication model of a journal bearing. FIG. 17 is a diagram illustrating a state diagram and mechanical properties of the filled metal. (A) is a copper - Mechanical properties of the solid solution of tin (tensile strength: sigma B, Hardness: H B, elongation: [delta]) is a diagram showing the relation, (b) copper - phosphorus - tin It shows a ternary metallic state, and is a diagram showing an area range of an α solid solution and an area range of α + Cu 3 P in this example. FIG. 18 is a diagram showing the electrode potential of a typical filled metal.

まず、図16(a)に示すように、軸受20は、金属充填前の多孔質空孔を有する炭素黒鉛質基材を加工して作られた軸受であり、軸21は、焼入れ硬化した軸であり、時計方向(右回り)に前記軸受20内を低速から高速の範囲(図16中、Nで示される回転速度が、例えば、800〜8000rpm)で回転する。符号22は、冷凍機油と冷媒で混合された潤滑油で、この潤滑油22は、軸21の回転によって軸21と軸受20との間に引き込まれてクサビ作用が働いて、軸21を図16(a)に示すように持ち上げる。この持ち上げる力が軸荷重Pに打ち勝てば、いわゆる流体潤滑となり金属接触を防ぐことができる。つまり、接触による軸受の摩耗を防ぐことができる。ところが、軸荷重Pが高かったり潤滑油粘度が低かったりすると、クサビ作用による油圧が軸受に浸透し、油圧分布が低下する。この状態では十分な流体潤滑が維持できなくなる。つまり、図16(c)に示すように、境界潤滑領域と流体潤滑領域が混在する、いわゆる混合潤滑領域に入ってしまう。この状態は、前記したように、過酷な運転状態等により発生するもので、通常運転時では問題とならない。本実施例に係る図16(b)に示す軸受20は、多孔質孔に金属で充填した後のものである。この軸受20を使用すると、潤滑油の浸透を極めて小さく抑制することができる。つまり、油圧分布Bは、充填前の油圧分布A(図16(a)参照)に比較して大きく改善される。これを示したのが油圧分布A、および油圧分布Bの大きさである(図16(a)(b)参照)。   First, as shown in FIG. 16 (a), the bearing 20 is a bearing made by processing a carbon graphite base material having porous holes before metal filling, and the shaft 21 is a quench-hardened shaft. The bearing 20 rotates in the clockwise direction (clockwise) in a range from a low speed to a high speed (the rotation speed indicated by N in FIG. 16 is, for example, 800 to 8000 rpm). Reference numeral 22 denotes a lubricating oil mixed with refrigerating machine oil and a refrigerant, and this lubricating oil 22 is drawn between the shaft 21 and the bearing 20 by the rotation of the shaft 21 and has a wedge action, so that the shaft 21 is shown in FIG. Lift as shown in (a). If this lifting force overcomes the axial load P, so-called fluid lubrication occurs and metal contact can be prevented. That is, wear of the bearing due to contact can be prevented. However, when the axial load P is high or the lubricating oil viscosity is low, the hydraulic pressure due to the wedge action penetrates into the bearing, and the hydraulic pressure distribution decreases. In this state, sufficient fluid lubrication cannot be maintained. That is, as shown in FIG. 16C, a boundary lubrication region and a fluid lubrication region are mixed, and a so-called mixed lubrication region is entered. As described above, this state occurs due to a severe operation state or the like, and does not cause a problem during normal operation. The bearing 20 shown in FIG. 16 (b) according to the present embodiment is one after the porous holes are filled with metal. When this bearing 20 is used, the penetration of the lubricating oil can be suppressed extremely small. That is, the hydraulic pressure distribution B is greatly improved as compared with the hydraulic pressure distribution A before filling (see FIG. 16A). This is shown in the hydraulic pressure distribution A and the hydraulic pressure distribution B (see FIGS. 16A and 16B).

次に、冷媒圧縮機を急速に高速回転に上げる、いわゆる過酷運転について説明する。冷媒圧縮機は、給油方式が異なっていても、運転開始時には、軸受21と軸20との間には油膜が形成されていない状態である。この油膜がない状態(タイムラグ)で軸21を回転させると金属接触を起こして発熱し、摩耗やカジリ現象に到達する。また、冬場の暖房運転モードにおいては冷媒が空調機の室外機に凝縮して偏在するために、圧縮機の中の低部(底部)に集まって所謂寝込み状態を形成する。この底部に存在する冷媒は、軸21を通じて軸20と軸受21の間に給油される。この冷媒を多量に含む潤滑油は、粘度が極めて低く油膜の形成が極めて小さく境界潤滑となる。この状態において運転すると、金属接触をおこして発熱に伴い冷媒や冷凍機油が分解し、いわゆる腐蝕摩耗やカジリ現象が発生する。これらの摩耗やカジリ現象を無くすために、本実施例においては図16(b)に示す軸受20aでは、炭素黒鉛質基材の空孔部に耐摩耗性および耐腐蝕性を考慮し、長期信頼性を確保した最適な金属を選定し、充填を図ったものである。なお、従来の軸受は、炭素黒鉛にIB族、Feを除くVIII族およびSnから選ばれる1種の金属、またはこれらの金属を主にした合金を充填させたものである。   Next, a so-called severe operation that rapidly raises the refrigerant compressor to a high speed will be described. The refrigerant compressor is in a state in which no oil film is formed between the bearing 21 and the shaft 20 at the start of operation even if the oil supply method is different. When the shaft 21 is rotated in the absence of this oil film (time lag), metal contact occurs and heat is generated, and wear and galling are reached. In the winter heating operation mode, since the refrigerant is condensed and unevenly distributed in the outdoor unit of the air conditioner, the refrigerant gathers at the lower part (bottom part) of the compressor to form a so-called sleeping state. The refrigerant present at the bottom is supplied between the shaft 20 and the bearing 21 through the shaft 21. Lubricating oil containing a large amount of this refrigerant has extremely low viscosity and extremely small oil film formation, resulting in boundary lubrication. When operating in this state, metal contact is caused and the refrigerant and refrigerating machine oil are decomposed as heat is generated, so-called corrosive wear and galling phenomenon occur. In order to eliminate such wear and galling phenomenon, in this embodiment, in the bearing 20a shown in FIG. 16B, long-term reliability is considered in consideration of wear resistance and corrosion resistance in the pores of the carbon graphite base material. The optimal metal that secures the properties is selected and filled. The conventional bearing is obtained by filling carbon graphite with one metal selected from Group IB, Group VIII excluding Fe, and Sn, or an alloy mainly composed of these metals.

次に、長期信頼性を確保して耐摩耗性および耐腐蝕性を改善する充填金属の選定について説明する。
炭素黒鉛は貴なる物質で、卑なる金属との間では冷凍サイクルおよび冷媒圧縮機のように微量の水分が存在する場合には、電気化学作用によって腐蝕や冷媒の分解が加速されることが考えられる。充填金属の選定は、各種充填候補金属を水分100ppm含む冷凍機油(エステル系)中に浸漬し、250℃、1時間保持した場合の冷凍機油の化学的変化を検討して行った。その結果を表5に示す。
Next, selection of a filling metal that ensures long-term reliability and improves wear resistance and corrosion resistance will be described.
Carbon graphite is a precious substance, and in the presence of trace amounts of moisture with base metals, such as refrigeration cycles and refrigerant compressors, it is thought that corrosion and refrigerant decomposition are accelerated by electrochemical action. It is done. Selection of the filling metal was conducted by examining chemical changes in the refrigerating machine oil when immersed in a refrigerating machine oil (ester type) containing 100 ppm of various filling candidate metals and kept at 250 ° C. for 1 hour. The results are shown in Table 5.

表5に示すように、Pb(鉛)、活性物質(フラックス)を含むSn(スズ)ハンダは、脂肪酸濃度が異常に高くなり使用不可であることが判った。一方、Al(アルミニウム)は脂肪酸が少ないが充填時に基材と反応して複合炭化物を生成するため、充填金属としては適さない。また、Cu(銅)は脂肪酸が少ないが軟質であるために補強による機械的強度の改善が乏しい。更に、Zn(亜鉛)およびSn(スズ)はCu(銅)の2倍ほどに脂肪酸濃度が上昇する。   As shown in Table 5, it was found that Sn (tin) solder containing Pb (lead) and an active substance (flux) cannot be used due to an abnormally high fatty acid concentration. On the other hand, Al (aluminum) has a small amount of fatty acid, but reacts with the base material at the time of filling to produce a composite carbide. Further, Cu (copper) has a small amount of fatty acid but is soft, so that improvement in mechanical strength due to reinforcement is poor. Furthermore, Zn (zinc) and Sn (tin) have a fatty acid concentration that is about twice that of Cu (copper).

また、油中溶質金属はPb(鉛)が36ppm、Snハンダが16ppm、その他の金属は何れも0.1ppm以下(検出限度外)であり、短時間の試験では0.1ppm以下の金属間での有意差を見付けることはできなかった。   Also, solute metals in oil are 36 ppm for Pb (lead), 16 ppm for Sn solder, and all other metals are 0.1 ppm or less (out of detection limit). No significant difference could be found.

本実施例は、Cuの欠点である機械的強度を上昇させ、なお且つ炭素黒鉛質基材と化学反応を起こさせないためにSn(スズ)、Zn(亜鉛)、Si(ケイ素)等の金属を合金化すると共に、脂肪酸の生成を抑制するためにα固溶体の範囲を特定し充填することにした。α固溶体としては、Cu(銅)−2.3%Be(ベリリウム)、Cu(銅)−5.0%Si(ケイ素)、Cu(銅)−9.7%Al(アルミニウム)、Cu(銅)−12%Sn(スズ)、Cu(銅)−29%Zn(亜鉛)等があるが、Be(ベリリウム)、Si(ケイ素)およびAl(アルミニウム)は高温で炭素黒鉛質基材と反応性があり、充填時には反応を最小限に食い止める工夫が必要となる。Cu(銅)とSn(スズ)およびZn(亜鉛)は、融点近傍の充填作業温度では反応が極めて少なく、作業に適している。したがって、ここではCu(銅)−Sn(スズ)系の合金で述べる。   In this example, in order to increase the mechanical strength, which is a defect of Cu, and to prevent a chemical reaction with the carbon graphite base material, a metal such as Sn (tin), Zn (zinc), Si (silicon) or the like is used. In addition to alloying, in order to suppress the production of fatty acids, the range of α solid solution was specified and filled. As the α solid solution, Cu (copper) -2.3% Be (beryllium), Cu (copper) -5.0% Si (silicon), Cu (copper) -9.7% Al (aluminum), Cu (copper) ) -12% Sn (tin), Cu (copper) -29% Zn (zinc), etc., but Be (beryllium), Si (silicon) and Al (aluminum) are reactive with carbon graphite base materials at high temperatures. Therefore, it is necessary to devise a method to minimize the reaction when filling. Cu (copper), Sn (tin), and Zn (zinc) have very little reaction at the filling temperature near the melting point, and are suitable for work. Therefore, here, a Cu (copper) -Sn (tin) based alloy will be described.

ここで参照する図17は、充填金属の状態図および機械的特性を表す図であり、(a)は銅-スズ系の固溶体における機械的特性(引張強さ:σ、硬さ:H、伸び:δ)の関係を示す図、(b)は銅-スズ-リンの3元系の金属状態を示すものであって、本実施例のα固溶体の面積範囲とα+CuPの面積範囲を示す図である。図18は、代表的な充填金属の電極電位を示す図である。 FIG. 17 referred to here is a diagram showing a phase diagram and mechanical properties of the filled metal, and (a) is a mechanical property (tensile strength: σ B , hardness: H B in a copper-tin based solid solution. (B) shows the copper-tin-phosphorus ternary metal state, the area range of the α solid solution and the area range of α + Cu 3 P in this example. FIG. FIG. 18 is a diagram showing the electrode potential of a typical filled metal.

Cu(銅)−Sn(スズ)系の合金は、図17(a)および(b)に示す金属状態図と機械的特性との関係になり、α固溶体はSn(スズ)が約12%の範囲となる。この時の引張強さσは約1.8倍となり、硬さが約1.6倍となり空孔を充填することによる改善効果が得られる。一方、Cu(銅)のα固溶体は先に述べた溶出Zn(亜鉛)、Sn(スズ)、Si(ケイ素)等の卑金属がCu(銅)の組織の中に固溶しているため、このものの腐蝕電位は、図18に示すように、見掛け上は純銅と同じレベルの電極電位となる。すなわち、α固溶体は機械的強度が大幅に改善すると共に純銅並みの耐蝕性を有することが可能であり、特に冷媒圧縮機や冷凍装置において炭素黒鉛質基材の電極電位とCu(銅)のα固溶体の電位差を小さくすることが可能となり、腐蝕を伴う信頼性を大幅に改善することができる。 The Cu (copper) -Sn (tin) alloy has a relationship between the metal phase diagram shown in FIGS. 17A and 17B and the mechanical properties, and the α solid solution has about 12% Sn (tin). It becomes a range. At this time, the tensile strength σ B is about 1.8 times, the hardness is about 1.6 times, and an improvement effect is obtained by filling the holes. On the other hand, since the α solid solution of Cu (copper) has a base metal such as elution Zn (zinc), Sn (tin), Si (silicon), etc. described above, dissolved in the structure of Cu (copper). As shown in FIG. 18, the corrosion potential of the object apparently becomes an electrode potential at the same level as that of pure copper. In other words, the α solid solution can greatly improve the mechanical strength and have the same corrosion resistance as that of pure copper. Especially in the refrigerant compressor and the refrigerating apparatus, the electrode potential of the carbon graphite substrate and the α of Cu (copper) The potential difference of the solid solution can be reduced, and the reliability with corrosion can be greatly improved.

また、表5に示すように、本実施例の軸受に使用することができる青銅[Cu(銅)+Sn(スズ)]、リン青銅[Cu(銅)+Sn(スズ)+P(リン)]、リン銅[Cu(銅)+P(リン)]は、純銅に近似した低レベルの脂肪酸濃度に留めることが可能である。更に、α固溶体の機械的強度を増強する手段として、P(リン)をCuPの形で固溶若しくは部分的に析出させることにより、炭素黒鉛質基材の特性を損なうことなく機械的強度および耐摩擦摩耗特性を改善することが可能であり、本実施例の一つの目的である。なお、充填実験に用いた代表的な銅合金は、JIS(日本工業規格)のBC3、PBC3、BCuP2である。なお、組織を強くする金属を10〜50質量%充填させたことを検証するには、例えば、後記する金属充填前および金属充填後の軸受(図20(a)および(b)参照)の一個当りの質量を、充填後の質量から充填前の質量を差し引いて金属量を求め、これを充填後の質量で除せば良い。ここで10〜50質量%に規定する理由は、作業性の最も良い所を選んだ結果であり、50質量%を超えるもの、および10質量%以下のものを作ることは現状の充填炉では難しいためである。また、10質量%以下になると作業性が悪くなることはもちろん、機械的強度或いは摩擦摩耗特性が大幅に低下するためである。 Further, as shown in Table 5, bronze [Cu (copper) + Sn (tin)], phosphor bronze [Cu (copper) + Sn (tin) + P (phosphorus)], phosphorus, which can be used for the bearing of this example. Copper [Cu (copper) + P (phosphorus)] can be kept at a low fatty acid concentration that approximates that of pure copper. Furthermore, as a means of enhancing the mechanical strength of the α solid solution, mechanical strength is obtained without impairing the properties of the carbon graphite base material by dissolving or partially depositing P (phosphorus) in the form of Cu 3 P. Further, it is possible to improve the friction and wear resistance characteristics, which is one object of this embodiment. Note that typical copper alloys used in the filling experiments are JIS (Japanese Industrial Standards) BC3, PBC3, and BCuP2. In order to verify that 10 to 50% by mass of a metal that strengthens the structure is filled, for example, one bearing before and after metal filling described later (see FIGS. 20A and 20B) The amount of metal may be obtained by subtracting the mass before filling from the mass after filling to determine the amount of metal, and dividing this by the mass after filling. Here, the reason for prescribing 10 to 50% by mass is the result of selecting the best workability, and it is difficult to make a product exceeding 50% by mass and 10% by mass or less in the current filling furnace. Because. Further, when the amount is 10% by mass or less, not only the workability is deteriorated, but also the mechanical strength or the friction and wear characteristics are significantly lowered.

次に、Cu(銅)のα固溶体を形成する銅合金を炭素黒鉛質基材に充填させる手段および充填後の材料特性を説明する。
図19は、Cu(銅)のα固溶体を形成する合金を真空高圧充填装置内で溶融し、炭素黒鉛質基材の空孔を高圧充填する一例を示す模式図である。図20(a)は、ブロック状の等方性炭素黒鉛質基材より切り出した断面が矩形状バー材を示す模式図、図20(b)は円柱または円筒状の異方性炭素黒鉛質基材を示す模式図である。図21(a)は、異方性炭素黒鉛質基材の金属充填前の顕微鏡組織図、図21(b)は、異方性炭素黒鉛質基材の金属充填後の顕微鏡組織図である。
Next, means for filling a carbon graphite base material with a copper alloy that forms an α solid solution of Cu (copper) and material characteristics after filling will be described.
FIG. 19 is a schematic view showing an example in which an alloy forming an α solid solution of Cu (copper) is melted in a vacuum high-pressure filling device, and the pores of the carbon graphite base material are high-pressure filled. FIG. 20 (a) is a schematic diagram showing a cross-section cut out from a block-shaped isotropic carbon graphite base material, and FIG. 20 (b) is a columnar or cylindrical anisotropic carbon graphite base. It is a schematic diagram which shows a material. FIG. 21A is a microstructural view before filling the metal of the anisotropic carbon graphite base material, and FIG. 21B is a microscopic structure view after the metal filling of the anisotropic carbon graphite base material.

まず、ここでは銅合金を炭素黒鉛質基材に充填する真空高圧充填装置について説明する。
図19に示すように、真空高圧充填装置23は、真空容器24内に金属溶融炉25と、吊カゴ26と、昇降機27を有するものである。そして、吊カゴ26内に被充填炭素黒鉛質基材をセットした後に真空高圧充填装置23内が真空引きされてガスが排出される。次いで、金属溶融炉25内のCu(銅)のα固溶体で銅合金が加熱溶融される。そして、この加熱溶融した銅合金の浴中に昇降機27を使って吊カゴ26内に被充填炭素黒鉛質基材が浸漬される。なお、加熱溶融した銅合金は、特許請求の範囲に記載の「金属溶融体」に相当する。
First, a vacuum high pressure filling apparatus for filling a carbon graphite base material with a copper alloy will be described here.
As shown in FIG. 19, the vacuum high-pressure filling device 23 has a metal melting furnace 25, a hanging basket 26, and an elevator 27 in a vacuum container 24. Then, after setting the carbon graphite base material to be filled in the hanging cage 26, the vacuum high pressure filling device 23 is evacuated and the gas is discharged. Next, the copper alloy is heated and melted with an α solid solution of Cu (copper) in the metal melting furnace 25. Then, the carbon graphite base material to be filled is immersed in the suspension basket 26 using the elevator 27 in this heated and melted copper alloy bath. The heat-melted copper alloy corresponds to the “metal melt” described in the claims.

次に、注入口28より窒素ガス等の不活性ガスを注入し、金属溶融炉25内圧力が、例えば10MPaの高圧に加圧され、この高圧が保持される。その結果、被充填炭素黒鉛質基材の空孔部分には、強制的に銅合金が充填されることとなる。加圧充填する圧力としては、図8(b)の空孔分布図に対応して、例えば直径1μmでは20MPa、2μmでは10MPaが必要とされる。通常の実績では、10MPaで空孔充填率が62〜90%となる。成形圧力が小さく、空孔も大きい場合は、1MPaでも約50%の充填が可能となる。   Next, an inert gas such as nitrogen gas is injected from the injection port 28, and the pressure in the metal melting furnace 25 is increased to a high pressure of, for example, 10 MPa, and this high pressure is maintained. As a result, the vacant portion of the filled carbon graphite base material is forcibly filled with the copper alloy. As the pressure for pressurization and filling, for example, 20 MPa for a diameter of 1 μm and 10 MPa for 2 μm are required, corresponding to the hole distribution diagram of FIG. In normal performance, the hole filling rate is 62 to 90% at 10 MPa. When the molding pressure is small and the pores are large, about 50% filling is possible even at 1 MPa.

その後、吊カゴ26を上昇させて銅合金の固相線以下の温度まで冷却させて金属の凝固が完了する。その後、高圧のガスを大気放出させて真空高圧充填装置23内が常圧化される。この状態で、金属充填炭素黒鉛質基材は、真空高圧充填装置23内から取り出される。   Thereafter, the hanging cage 26 is raised and cooled to a temperature below the solidus of the copper alloy, and the solidification of the metal is completed. Thereafter, high-pressure gas is discharged to the atmosphere, and the inside of the vacuum high-pressure filling device 23 is brought to normal pressure. In this state, the metal-filled carbon graphite base material is taken out from the vacuum high-pressure filling device 23.

ここで、本実施例においては、炭素黒鉛質基材を、使用する形状に近い円筒状に成形したうえで銅合金の充填を行っているため、最終使用形態の軸受に仕上げ加工を行った炭素黒鉛質基材の内周面と外周面の全周の銅合金の金属濃度はほぼ均一である。これは、以下の理由による。
円筒状の炭素黒鉛質基材に溶融された銅合金を充填した場合、外周面及び内周面から銅合金が充填されるため、内周面及び外周面の全周の金属濃度がほぼ均一となっている。したがって、機械加工仕上げ工程を行った場合であっても、内周面及び外周面の全周の金属濃度がほぼ均一となっている最終使用形態の軸受が得られる。
一方、円柱状の炭素黒鉛質基材の場合、外周面から円柱の中心に向かって金属が充填されるため、円柱体内での銅合金の金属濃度は中心から外周面の距離に応じて、ほぼ均一である。したがって、機械加工仕上げ工程により、円柱体から円筒体に加工した場合であっても、内周面及び外周面の全周の金属濃度はほぼ均一となっている。また、金属充填前に円柱状の炭素黒鉛質基材を円筒体に加工した場合であっても、前記したように外周面及び内周面から銅合金が充填されるため、内周面及び外周面の全周の金属濃度がほぼ均一となっている。したがって、機械加工仕上げ工程を行った場合であっても、内周面及び外周面の全周の金属濃度がほぼ均一となっている最終使用形態の軸受が得られる。
Here, in this example, the carbon graphite base material is formed into a cylindrical shape close to the shape to be used, and then filled with a copper alloy. The metal concentration of the copper alloy around the inner and outer peripheral surfaces of the graphite base material is almost uniform. This is due to the following reason.
When the molten copper alloy is filled in the cylindrical carbon graphite base material, the copper alloy is filled from the outer peripheral surface and the inner peripheral surface, so that the metal concentration on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is almost uniform. It has become. Therefore, even in the case where the machining finishing process is performed, it is possible to obtain the bearing of the final use form in which the metal concentration on the entire inner peripheral surface and the outer peripheral surface is substantially uniform.
On the other hand, in the case of a columnar carbon graphite base material, since the metal is filled from the outer peripheral surface toward the center of the cylinder, the metal concentration of the copper alloy in the cylindrical body is almost equal to the distance from the center to the outer peripheral surface. It is uniform. Therefore, even if it is a case where it processes from a cylindrical body to a cylindrical body by a machining finishing process, the metal concentration of the perimeter of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface is substantially uniform. In addition, even when the columnar carbon graphite base material is processed into a cylindrical body before filling the metal, the copper alloy is filled from the outer peripheral surface and the inner peripheral surface as described above. The metal concentration on the entire circumference of the surface is almost uniform. Therefore, even in the case where the machining finishing process is performed, it is possible to obtain the bearing of the final use form in which the metal concentration on the entire inner peripheral surface and the outer peripheral surface is substantially uniform.

冷媒圧縮機に使用する軸受は、図20(a)および(b)に示すように、例えば外径Φを19mm、内径Φを16.0mm、図示しない高さを15mmに設定したときに、バー材および円筒材から作製される。図20(b)に示す場合には、軸受は、前記円筒材が加工されて外径Φ20.5mm、内径Φ11.5mm、高さ25mmに作製される。なお、前記寸法は、クランプ代を含むために最終形状にプラスαされている例である。ちなみに、図20(a)に示す例では、バー材より円柱に加工する工程(図5のO−Step9参照)、円柱より円筒に加工する工程(図5のO−Step10参照)、および円柱を仕上げる工程(図5のO−Step10参照)を経て最終仕上り寸法とする例が示している。つまり、図20(a)中の一点鎖線で示す仮想線は、最終仕上り寸法を表している。   As shown in FIGS. 20 (a) and (b), for example, the bearing used for the refrigerant compressor is a bar when the outer diameter Φ is set to 19 mm, the inner diameter Φ is set to 16.0 mm, and the height (not shown) is set to 15 mm. Made from wood and cylindrical material. In the case shown in FIG. 20 (b), the bearing is fabricated by processing the cylindrical material so that the outer diameter is 20.5 mm, the inner diameter is 11.5 mm, and the height is 25 mm. In addition, the said dimension is the example added to the final shape in order to include a clamp margin. Incidentally, in the example shown in FIG. 20A, the step of processing a bar material into a column (see O-Step 9 in FIG. 5), the step of processing from a column into a cylinder (see O-Step 10 in FIG. 5), and the column An example is shown in which the final finished dimensions are obtained through a finishing step (see O-Step 10 in FIG. 5). That is, the phantom line shown with the dashed-dotted line in Fig.20 (a) represents the final finishing dimension.

図20(a)に示すバー材と、図20(b)に示す円筒材とを比較すると、図20(b)に示す円筒材は、金属充填比で図20(a)に示すバー材の1/5となり、体積比で2/5となり、充填金属の炭素黒鉛質基材における有効面積比が13/60となっている。そして、図20(a)に示すバー材と、図20(b)に示す円筒材とを比較すると、浸漬時の熱汲出量、充填金属の持出量、充填時間、生産能力等で、本実施例の軸受の製造方法(図5参照)が優れていることが実証された。   When the bar material shown in FIG. 20 (a) is compared with the cylindrical material shown in FIG. 20 (b), the cylindrical material shown in FIG. 20 (b) has a metal filling ratio of the bar material shown in FIG. 20 (a). 1/5, the volume ratio is 2/5, and the effective area ratio of the filled metal in the carbon graphite base material is 13/60. And when comparing the bar material shown in FIG. 20 (a) and the cylindrical material shown in FIG. 20 (b), the amount of heat drawn out during immersion, the amount of metal taken out, the filling time, the production capacity, etc. It was demonstrated that the bearing manufacturing method of the example (see FIG. 5) is excellent.

次に、金属が充填された炭素黒鉛質基材の機械的および物性的特性について、表6を用いて説明する。表6は、金属が充填された炭素黒鉛質基材の機械的および物性的特性をまとめた表である。   Next, the mechanical and physical properties of the carbon graphite base material filled with metal will be described with reference to Table 6. Table 6 summarizes the mechanical and physical properties of the carbon graphite base material filled with metal.

表6における従来例3は、表1に示されている、面積空隙率が平均10.86%の等方性炭素基材に青銅(BC3:P含有量0)を充填したものであって、面積充填率が7.66%、未充填に相当する面積空隙率が0.86%となった。そして、面積空孔充填率は90%となる。   Conventional Example 3 in Table 6 is one in which isotropic carbon base material with an average area porosity of 10.86% shown in Table 1 is filled with bronze (BC3: P content 0), The area filling rate was 7.66%, and the area porosity corresponding to unfilled was 0.86%. The area hole filling rate is 90%.

以下、本実施例に係る炭素黒鉛質基材として、表1に示される平均面積空隙率が9.07%で、円柱体の異方性炭素黒鉛質基材に金属を充填した実施例について説明する。
実施例6は、青銅(BC3)を充填したものであって、面積充填率が6.49%、面積空隙率が1.31%となった。そして、面積空孔充填率は83%となる。
実施例7は、リン青銅(PBC3:Pの含有量0.05〜0.5質量%)を充填したものであって、面積充填率が4.82%、面積空隙率が2.98%となった。そして、面積空孔充填率は62%となる。
実施例8は、リン銅(BCuP2:Pの含有量6.8〜7.5質量%)を充填したものであって、面積充填率が6.10%、面積空隙率が1.54%となった。そして、面積空孔充填率は80%となる。
Hereinafter, as the carbon graphite base material according to this example, an example in which the average area porosity shown in Table 1 is 9.07% and a cylindrical anisotropic carbon graphite base material is filled with metal will be described. To do.
Example 6 was filled with bronze (BC3) and had an area filling rate of 6.49% and an area porosity of 1.31%. The area hole filling rate is 83%.
Example 7 was filled with phosphor bronze (PBC3: P content 0.05 to 0.5 mass%), with an area filling factor of 4.82% and an area porosity of 2.98%. became. The area hole filling rate is 62%.
Example 8 was filled with phosphoric copper (BCuP2: P content 6.8 to 7.5% by mass), with an area filling factor of 6.10% and an area porosity of 1.54%. became. The area hole filling rate is 80%.

次に、本実施例に係る炭素黒鉛質基材として、表1に示される平均面積空隙率が9.07%で、円筒体の異方性炭素黒鉛質基材に金属を充填した実施例について説明する。
実施例9は、青銅(BC3)を充填したものであって、面積充填率が6.13%、面積空隙率が1.70%となった。そして、面積空孔充填率は78%となる。
実施例10は、リン青銅(PBC3)を充填したものであって、面積充填率が7.40%、面積空隙率が0.98%となった。そして、面積空孔充填率は88%となる。
実施例11は、リン銅(BCuP2)を充填したものであって、面積充填率が6.52%、面積空隙率が1.63%となった。そして、面積空孔充填率は80%となる。
Next, as a carbon graphite base material according to this example, the average area porosity shown in Table 1 is 9.07%, and a cylindrical anisotropic carbon graphite base material is filled with metal. explain.
Example 9 was filled with bronze (BC3), and had an area filling rate of 6.13% and an area porosity of 1.70%. The area hole filling rate is 78%.
Example 10 was filled with phosphor bronze (PBC3) and had an area filling rate of 7.40% and an area porosity of 0.98%. The area hole filling rate is 88%.
Example 11 was filled with phosphor copper (BCuP2), and the area filling rate was 6.52% and the area porosity was 1.63%. The area hole filling rate is 80%.

また、表6に示されるように、実施例6〜実施例11の曲げ強さ、圧縮強さ、圧環強さ(圧環荷重)は、従来例3と比較して各項目とも強度差が小さく(ほぼ±5%以内)、軸受基材としての目標である、曲げ強さ50MPa以上、圧縮強さ180MPa以上が確保されていることが確認できる。さらに、圧環強さ(圧環荷重)として、外径Φ19mm、内径16mm、高さ14.3mmの円筒形の試験品で18.6MPa(圧環荷重で150N)以上が確保されることも確認できる。   Further, as shown in Table 6, the bending strength, compressive strength, and crushing strength (crushing load) of Examples 6 to 11 are smaller in each item compared to Conventional Example 3 ( It can be confirmed that a bending strength of 50 MPa or more and a compressive strength of 180 MPa or more, which are targets for the bearing base material, are secured. Furthermore, it can also be confirmed that a crushing strength (crushing load) of 18.6 MPa (150 N by crushing load) or more is secured in a cylindrical test product having an outer diameter of Φ19 mm, an inner diameter of 16 mm, and a height of 14.3 mm.

図21は、表6における、異方性炭素黒鉛質基材の実施例7において、金属を充填する前(a)と充填した後(b)の顕微鏡組織図である。図21に於いて、黒い部分は空孔を示し灰色の海の部分は炭素黒鉛質基材を示している。なお、金属を充填する前の状態を示す図21(a)の組織図は、表3の実施例2で説明する成形圧を100%とした時の異方性炭素黒鉛質基材のB面を示している。そして、金属の充填後を示す、図21(b)の組織図は、表3の実施例2で説明する成形圧を100%としたときの異方性炭素黒鉛質基材のB面の空孔部分に金属を充填したときの顕微鏡写真を示す。白色部は充填された金属を示し、黒色部は未充填部を示している。即ち、機械的強度や潤滑油膜に関して支障を来している空孔に対して金属が62〜90%充填されている様子を示している。   FIG. 21 is a microstructure diagram of Example 6 of the anisotropic carbon graphite substrate in Table 6 before (a) and after (b) filling with metal. In FIG. 21, black portions indicate pores and gray sea portions indicate carbon graphite base materials. In addition, the organization chart of Fig.21 (a) which shows the state before filling with a metal is B surface of an anisotropic carbon graphite base material when the shaping | molding pressure demonstrated in Example 2 of Table 3 is set to 100%. Is shown. FIG. 21 (b) shows the structure after filling with the metal, and the blank on the B surface of the anisotropic carbon graphite base material when the molding pressure described in Example 2 in Table 3 is 100%. The micrograph when a hole is filled with metal is shown. The white part indicates a filled metal, and the black part indicates an unfilled part. That is, it shows a state in which 62 to 90% of the metal is filled in the holes that are hindered with respect to the mechanical strength and the lubricating oil film.

以上のように、本実施例に係る異方性炭素黒鉛質基材(表6に示す実施例6〜実施例11)は、面積空孔充填率が62〜90%であって、機械的強度や潤滑油膜に関して支障をしている空孔の62〜90%に金属が充填されることから、機械的強度や潤滑油膜に対する性能の改善を図ることができる。そして、機械的強度(曲げ強さ、圧縮強さ、圧環強さ)に関しては、軸受に要求される強度を満たしていることが確認された。   As described above, the anisotropic carbon graphite base material according to this example (Examples 6 to 11 shown in Table 6) has an area vacancy filling rate of 62 to 90%, and has a mechanical strength. In addition, since 62 to 90% of the holes that are hindering the lubricating oil film are filled with metal, the mechanical strength and the performance against the lubricating oil film can be improved. It was confirmed that the mechanical strength (bending strength, compressive strength, crushing strength) satisfies the strength required for the bearing.

表7および表8は金属が充填された炭素黒鉛質基材の、冷媒と冷凍機油の混合物に対する熱化学安定性を評価したものである。   Tables 7 and 8 evaluate the thermochemical stability of the carbon-graphite base material filled with metal against a mixture of refrigerant and refrigerating machine oil.

表7および表8に示される試験条件は、JIS K 2211(冷凍機油)で規定されるシールドチューブテストに準拠するものである。すなわち、水分が100ppm含まれる冷凍機油(エステル油)5mLと、冷媒(R410A)0.5gと、予めガラス管に入る大きさ(縦3mm×横4mm×長さ50mm)に作られた炭素黒鉛質基材とをガラス管に封入し、冷媒圧縮機における軸受の使用環境に想定した150℃×40日間の加熱試験を実施した。そして、加熱試験後の熱化学安定性にかかる信頼性を評価する。表7における実施例12は、リン青銅(PBC3)を充填した異方性炭素黒鉛質基材であって、実施例13はリン銅(BCuP2)を充填した異方性炭素黒鉛質基材である。そして、室温の状態および−40℃の環境に4時間放置した状態で目視によって外観チェックする溶質物の析出性試験、冷媒等によって冷凍機油が化学分解されたときの生成物である酸性物質量を確認する全酸価試験、冷凍機油中に存在する遊離脂肪酸量をガスクロマトグラフィで分析する脂肪酸試験、の各試験を加熱試験の前後に行った。その結果、加熱試験の前後で全ての試験結果に有意差がないことが確認できた。これは、従来例4(青銅(BC3)を充填した等方性炭素黒鉛質基材)と同等である。また、実施例12、13にかかる炭素黒鉛質基材を用いた曲げ試験においても、加熱試験前後で有意差がないことが確認できた。以上のことより、本実施例に係る炭素黒鉛質基材を軸受の素材として使用することに、問題がないことが確認できた。   The test conditions shown in Table 7 and Table 8 conform to the shield tube test specified by JIS K 2211 (refrigeration machine oil). That is, 5 mL of refrigerating machine oil (ester oil) containing 100 ppm of water, 0.5 g of refrigerant (R410A), and carbon graphite produced in a size (length 3 mm × width 4 mm × length 50 mm) that can be placed in a glass tube in advance. The base material was enclosed in a glass tube, and a heating test at 150 ° C. for 40 days, which was assumed as the usage environment of the bearing in the refrigerant compressor, was performed. And the reliability concerning the thermochemical stability after a heating test is evaluated. Example 12 in Table 7 is an anisotropic carbon graphite base material filled with phosphor bronze (PBC3), and Example 13 is an anisotropic carbon graphite base material filled with phosphor copper (BCuP2). . And, the amount of acidic substance which is a product when the refrigeration oil is chemically decomposed by a refrigerant, etc., a precipitation test of a solute that visually checks the appearance at room temperature and in a condition of being left in an environment of −40 ° C. for 4 hours. Each test of the total acid value test to be confirmed and the fatty acid test in which the amount of free fatty acid present in the refrigerating machine oil was analyzed by gas chromatography were performed before and after the heating test. As a result, it was confirmed that there was no significant difference in all test results before and after the heating test. This is equivalent to Conventional Example 4 (isotropic carbon graphite base material filled with bronze (BC3)). Moreover, also in the bending test using the carbon graphite base material concerning Examples 12 and 13, it has confirmed that there was no significant difference before and behind a heating test. From the above, it has been confirmed that there is no problem in using the carbon graphite base material according to the present example as a bearing material.

また、異方性金属充填炭素基材(縦3mm×横4mm×長さ50mm)と、HFC冷媒R134a、R407C、R404Aもしくは炭化水素(HC)冷媒R600a、R290(0.5g)の1種と、水分100ppmもしくは500ppmを含む冷凍機油(エステル油)5mLと、をガラス管に封入し、冷媒圧縮機における軸受の使用環境に想定した150℃×40日間の加熱試験を実施した。そして、加熱試験後の熱化学安定性にかかる信頼性を評価した結果を表8に示す。表8において、実施例14〜実施例27は、溶浸金属の欄に記載される金属を充填した異方性炭素黒鉛質基と、冷媒の欄に記載される冷媒と、冷凍機油の欄に記載される冷凍機油と、を組み合わせて試験することを示している。これらの結果においても、色相の変化、外観析出物の有無、曲げ強さ、全酸価とも、加熱試験後において異常が認められず、軸受として実用可能であることが確認できた。また、表7及び表8に示される評価と同じタイミングで行った、冷凍機油中の金属の分析において、Cu(銅)、Sn(スズ)、P(リン)は検出限度以下(<0.01ppm)であり、良好な耐蝕性が確認できた。これは、冷凍機油に含まれる水分量の差(100ppm、500ppm)による有意差はなく、いずれの水分量においても同等の耐蝕性を示すことが確認できた。   Also, an anisotropic metal-filled carbon substrate (length 3 mm × width 4 mm × length 50 mm) and one of HFC refrigerants R134a, R407C, R404A or hydrocarbon (HC) refrigerants R600a, R290 (0.5 g), Refrigerating machine oil (ester oil) 5 mL containing 100 ppm or 500 ppm of water was sealed in a glass tube, and a heating test at 150 ° C. × 40 days assumed for the use environment of the bearing in the refrigerant compressor was performed. And the result of having evaluated the reliability concerning the thermochemical stability after a heating test is shown in Table 8. In Table 8, Examples 14 to 27 are in the anisotropic carbon graphite group filled with the metal described in the infiltrated metal column, the refrigerant described in the refrigerant column, and the refrigerator oil column. The combination of the described refrigeration oil and the test is shown. Also in these results, no abnormality was observed after the heating test in terms of hue change, presence / absence of appearance precipitates, bending strength, and total acid value, and it was confirmed that the bearing was practical. Moreover, in the analysis of the metal in refrigerating machine oil performed at the same timing as the evaluation shown in Table 7 and Table 8, Cu (copper), Sn (tin), and P (phosphorus) are below the detection limit (<0.01 ppm). And good corrosion resistance was confirmed. This was not significantly different due to the difference in the amount of water contained in the refrigerating machine oil (100 ppm, 500 ppm), and it was confirmed that the same corrosion resistance was exhibited at any moisture content.

以上をまとめると、本実施例に係る炭素黒鉛質基材はR410Aで代表されるHFC系冷媒(R134a、R404A、R407C等)とエステル系冷凍機油やR600a、R290で代表されるHC冷媒と鉱油(MO)との化学安定性に於いて、実用面で高い信頼性を有する。
なお、表8には示していないが、抽出溶媒であるR141bとの化学安定性においても、実用面で高い信頼性を有することを確認している。すなわち、抽出溶媒R141bの使用環境において溶出する物質が1質量%以下で、フロック点試験で析出物が目視で検出されない状態であった。
To summarize the above, the carbon graphite base material according to the present example is an HFC refrigerant (R134a, R404A, R407C, etc.) represented by R410A, an ester refrigerant oil, an HC refrigerant represented by R600a, R290, and mineral oil ( MO) has high practical reliability in chemical stability.
Although not shown in Table 8, it has been confirmed that the chemical stability with the extraction solvent R141b has high reliability in practical use. That is, the substance eluted in the usage environment of the extraction solvent R141b was 1% by mass or less, and no precipitate was visually detected in the flock point test.

次に、CO冷媒(R744)とPAG系冷凍機油(水分150ppm)と充填金属炭素黒鉛質基材の試験片を金属製圧力容器に入れて、冷媒圧縮機の使用環境に於ける熱化学安定性に係る信頼性を評価した。なお、この時に使用したCO冷媒の量は40g、冷凍機油の量は40mLであり、試験は150℃×40日間の加熱試験である。この試験においても、色相、曲げ強さ、全酸価等の試験項目において先に説明したブランクと比較して異常が認められなかった。なお、外観チェックの目視試験は前記金属容器中ではできないので、前述した硬質ガラスチューブに試験後の冷凍機油と冷媒(R134a)を封入し、溶出した物質を目視判定したものである。ここでも、室温と−40℃において析出物がないことを確認した。また、アンモニア冷媒は銅との反応性が高いため、外観および低温析出性が悪く実用性がないことが判明した。 Next, put CO 2 refrigerant (R744), PAG refrigerating machine oil (water content 150ppm), and filled metal carbon graphite base material specimen into a metal pressure vessel, and thermochemical stability in the usage environment of the refrigerant compressor The reliability related to sex was evaluated. The amount of CO 2 refrigerant used at this time was 40 g, the amount of refrigerating machine oil was 40 mL, and the test was a heating test at 150 ° C. × 40 days. Also in this test, no abnormality was observed in the test items such as hue, bending strength, total acid value, etc., compared with the blank described above. In addition, since the visual test of an external appearance check cannot be performed in the said metal container, the refrigerating machine oil and refrigerant | coolant (R134a) after a test are enclosed with the hard glass tube mentioned above, and the eluted substance is visually determined. Again, it was confirmed that there was no precipitate at room temperature and -40 ° C. Further, it has been found that the ammonia refrigerant has high reactivity with copper, and thus has poor appearance and low temperature precipitation and is not practical.

以下、図22から図25を参照して前記金属充填した炭素黒鉛質基材を空気調和機および冷凍装置等の冷媒圧縮機の使用環境を想定した摩擦摩耗特性について説明する。
図22は、摩擦摩耗試験片の配置を示す図である。図23は、気体冷媒としてのR410Aを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された摩耗量を従来例と本実施例とで比較した図である。図24は、気体冷媒としてのR410Aを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された平均摩擦係数を従来例と本実施例とで比較した図である。図25は、気体冷媒としてのCOを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された摩耗量を従来例と本実施例とで比較した図である。
Hereinafter, with reference to FIGS. 22 to 25, the friction and wear characteristics of the metal-filled carbon graphite base material assuming the use environment of a refrigerant compressor such as an air conditioner and a refrigeration apparatus will be described.
FIG. 22 is a diagram showing the arrangement of the frictional wear test pieces. FIG. 23 is a diagram in which a frictional wear test using R410A as a gas refrigerant was performed, and the wear amount measured in this test was compared between the conventional example and this example. FIG. 24 is a diagram in which a frictional wear test using R410A as a gaseous refrigerant was performed, and the average friction coefficient measured in this test was compared between the conventional example and this example. FIG. 25 is a diagram in which a frictional wear test using CO 2 as a gaseous refrigerant was performed, and the wear amount measured in this test was compared between the conventional example and this example.

摩擦摩耗試験片は、図22に示すように、固定片29と、可動片30とで構成されている。そして、固定片29は、軸受を想定し、可動片30は軸(H450以上の鋼:例えばSCM415の浸炭焼入れ、面精度Rz=1.2μm以下)を想定している。また、固定片29と可動片30とを使用して評価試験を行うときには、冷媒圧縮機の運転雰囲気を想定し、冷媒の高圧雰囲気下で摩擦摩耗評価試験を行うことができる形状および大きさに固定片29および可動片30は形成されている。
前記固定片29および可動片30の評価試験の試験条件を表9に示す。
The frictional wear test piece is composed of a fixed piece 29 and a movable piece 30 as shown in FIG. The fixed piece 29 is assumed to be a bearing, and the movable piece 30 is assumed to be a shaft (steel of H V 450 or higher: for example, carburizing and quenching of SCM415, surface accuracy Rz = 1.2 μm or lower). In addition, when performing an evaluation test using the fixed piece 29 and the movable piece 30, the shape and size of the frictional wear evaluation test can be performed under the high-pressure atmosphere of the refrigerant assuming the operating atmosphere of the refrigerant compressor. The fixed piece 29 and the movable piece 30 are formed.
Table 9 shows the test conditions for the evaluation test of the fixed piece 29 and the movable piece 30.

この試験条件は、無潤滑油状態を想定した境界潤滑運転下での過酷な加速試験条件としている。つまり、この試験条件は、試験面圧が軸受面圧に相当し、試験速度が軸の周速に相当する冷媒圧縮機の運転条件の中で、冷媒が圧縮機内に寝込み底部に貯留され、急速立上げ始動等で潤滑油が軸と軸受部に到達しない条件となっている。   This test condition is a severe acceleration test condition under boundary lubrication operation assuming a non-lubricating oil state. In other words, the test conditions are such that the test surface pressure corresponds to the bearing surface pressure, and the test condition is equivalent to the peripheral speed of the shaft. It is a condition that the lubricating oil does not reach the shaft and the bearing portion at the start-up or the like.

次に、図23に示すように、実施例28〜34の異方性炭素黒鉛の円筒および円柱基材に、青銅(BC)、リン青銅(PBC)、リン銅(BCuP)を充填したものは、何れの場合においても従来例5の等方性炭素黒鉛質基材に青銅(BC)を充填したものに比較して摩耗量が約1/2に改善されていることが判った。また、実施例33および34の等方性炭素黒鉛質基材のブロック成形体にリン青銅(PBC)、リン銅(BCuP)を充填したものにおいても、従来例5の等方性炭素黒鉛質基材に青銅(BC)を充填したものに比較して摩耗量が低いことが確認できた。これは、リン(CuP)が含まれている銅合金の配合効果である。すなわち、従来例5は、同じ等方性炭素黒鉛質基材であるがリンが入っていないため、軸受で摩耗量が6μm/2hであるのに対し、実施例33は5.1μm/2hである。また、実施例34は3.4μm/2hであった。したがって、実施例33、34においても従来例5、6に比較して摩耗量が改善されていることが判った。更にまた、従来例6は先に述べた黒鉛結晶化度が86%(実施例28〜34の黒鉛結晶化度は15〜50%)と大きく、機械的強度が低いので実施例28〜34と摩耗量の差が出たものである。 Next, as shown in FIG. 23, the anisotropic carbon graphite cylinders and columnar substrates of Examples 28 to 34 filled with bronze (BC), phosphor bronze (PBC), and phosphor copper (BCuP) In any case, it was found that the amount of wear was improved to about ½ as compared with the case where the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 5 was filled with bronze (BC). Further, the isotropic carbon graphite base material of Conventional Example 5 was also obtained by filling the block molded body of the isotropic carbon graphite base material of Examples 33 and 34 with phosphor bronze (PBC) and phosphor copper (BCuP). It was confirmed that the amount of wear was lower than that of a material filled with bronze (BC). This is a compounding effect of the copper alloy containing phosphorus (Cu 3 P). That is, Conventional Example 5 is the same isotropic carbon graphite base material but does not contain phosphorus, so that the wear amount of the bearing is 6 μm / 2 h, whereas Example 33 is 5.1 μm / 2 h. is there. In addition, Example 34 was 3.4 μm / 2h. Therefore, it was found that the abrasion amount was improved in Examples 33 and 34 as compared with Conventional Examples 5 and 6. Furthermore, Conventional Example 6 has the above-described graphite crystallinity of 86% (Examples 28 to 34 have a graphite crystallinity of 15 to 50%) and a low mechanical strength. There is a difference in the amount of wear.

次に、図24に示すように、従来例5の等方性炭素黒鉛質基材に青銅(BC)を充填したものと比較して、等方性炭素黒鉛質基材にリン青銅(PBC)を充填した実施例34、リン銅(BCuP)を充填した実施例33、異方性炭素黒鉛質基材の円筒成形体に青銅(BC)を充填した実施例32、リン青銅(PBC)を充填した実施例31、リン銅(BCuP)を充填した実施例30、異方性炭素黒鉛質基材の円柱成形体に青銅(BC)を充填した実施例29、およびリン青銅(PBC)を充填した実施例28は、摩擦係数が充填金属のP(リン)の含有量に比例して小さくなっている。したがって、P(リン)入りでCu(銅)のα固溶体は炭素黒鉛質基材の網目状空孔に充填されて材料強度が上昇し、摩擦係数を低減する効果があることがわかる。   Next, as shown in FIG. 24, the isotropic carbon graphite base material is phosphor bronze (PBC) as compared with the conventional example 5 in which the isotropic carbon graphite base material is filled with bronze (BC). Example 34 filled with phosphor, Example 33 filled with phosphor copper (BCuP), Example 32 filled with bronze (BC) in a cylindrical molded body of anisotropic carbon graphite base material, Filled with phosphor bronze (PBC) Example 31, Example 30 filled with phosphor copper (BCuP), Example 29 filled with a cylindrical molded body of anisotropic carbon graphite base material and bronze (BC), and phosphor bronze (PBC) In Example 28, the friction coefficient decreases in proportion to the content of P (phosphorus) in the filling metal. Therefore, it can be understood that the α solid solution of Cu (copper) containing P (phosphorus) is filled in the network pores of the carbon graphite base material, the material strength is increased, and the friction coefficient is reduced.

次に、図25に示すように、気体冷媒としてのCO冷媒を使用した摩擦摩耗試験では、従来例の等方性炭素黒鉛質基材は、摩耗量が2μm/h以下となる。本実施例の異方性炭素黒鉛質基材の摩耗量も2μm/h以下となる。また、等方性炭素黒鉛質基材に青銅を充填したもの(溶浸品)は、異方性炭素黒鉛質基材に青銅を充填したもの(溶浸品)とほぼ同じで、摩耗量が異常に増大する。この摩擦摩耗試験の条件としての試験面圧が20MPaになると、摩擦面で冷媒と充填金属でトライボケミカル反応を起こして摩耗が進行するので、この場合は無充填の基材単独の方がすぐれていることが判った。したがって、CO冷媒中の摩耗に関しては基材、充填品とも等方性、異方性の有意差がなく、実用に供することができることが判った。 Next, as shown in FIG. 25, in the frictional wear test using the CO 2 refrigerant as the gas refrigerant, the wear amount of the conventional isotropic carbon graphite base material is 2 μm / h or less. The wear amount of the anisotropic carbon graphite base material of this example is also 2 μm / h or less. In addition, an isotropic carbon graphite base material filled with bronze (infiltrated product) is almost the same as an anisotropic carbon graphite base material filled with bronze (infiltrated product), and the amount of wear is the same. Abnormally increases. When the test surface pressure as a condition of this friction and wear test is 20 MPa, a tribochemical reaction occurs between the refrigerant and the filled metal on the friction surface, and wear progresses. In this case, the unfilled base material alone is superior. I found out. Accordingly, it has been found that there is no significant difference in isotropicity and anisotropy between the base material and the filled product in terms of wear in the CO 2 refrigerant, and it can be put to practical use.

次に、本実施例の異方性炭素黒鉛質基材を固定片29(図22参照)とし、試験面圧を変えて摩耗試験を行った試験結果について適宜図面等を参照しながら説明する。図26は、試験面圧を5〜15MPaの範囲で変えて、気体冷媒としてのR410A中で摩耗試験を行った結果を示す図である。なお、本実施例が対象としている冷媒としては、前記したようにR134a、R410A、R407C、R404A等が挙げられるが、構成元素がC(炭素)、F(弗素)、H(水素)であり、環境下でのトライボケミカル反応に係わる腐蝕摩耗は、本試験で冷媒として使用されたR410Aに代表される。   Next, test results obtained by performing an abrasion test by changing the test surface pressure using the anisotropic carbon graphite base material of this example as a fixed piece 29 (see FIG. 22) will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 26 is a diagram showing a result of a wear test performed in R410A as a gaseous refrigerant by changing the test surface pressure in a range of 5 to 15 MPa. In addition, as described above, R134a, R410A, R407C, R404A, and the like can be given as the refrigerant targeted in this embodiment, but the constituent elements are C (carbon), F (fluorine), and H (hydrogen). Corrosion wear related to the tribochemical reaction under the environment is represented by R410A used as a refrigerant in this test.

また、本実施例が対象としている冷凍機油としては、前記したように、POE(エステル油)、PVE(エーテル油)等が挙げられるが、本試験では冷凍機油としてPOEが使用された。
前記した気中摩耗試験(図23、図24参照)では、気体冷媒としてのR410A中で、一定の速度1.2m/s、試験面圧9.8MPaで行ったものであるが、ここでは、前記した気中摩耗試験の前後となる5MPaと15MPaで気中摩耗試験が行われた。その他の条件は、表10に示すように設定した。
In addition, as described above, the refrigerating machine oil targeted by this example includes POE (ester oil), PVE (ether oil), and the like. In this test, POE was used as the refrigerating machine oil.
In the above-described air wear test (see FIGS. 23 and 24), the test was performed at a constant speed of 1.2 m / s and a test surface pressure of 9.8 MPa in R410A as a gas refrigerant. The air wear test was performed at 5 MPa and 15 MPa before and after the above air wear test. Other conditions were set as shown in Table 10.

また、耐荷重試験では、冷媒R410Aとポリオールエステル系冷凍機油(VG68)の混合潤滑油に試験片が浸漬され、試験面圧が1.8〜98MPaの範囲で連続的に増圧された。そして、試験面圧が98MPa(Max圧)となったところで耐荷重試験を終了して摩耗量が測定された。その他の条件は、表10に記載の通りである。   In the load resistance test, the test piece was immersed in a mixed lubricating oil of refrigerant R410A and polyol ester refrigerating machine oil (VG68), and the test surface pressure was continuously increased in the range of 1.8 to 98 MPa. Then, when the test surface pressure reached 98 MPa (Max pressure), the load resistance test was finished and the amount of wear was measured. Other conditions are as described in Table 10.

図26に示すように、従来例7では、試験面圧9.8MPaが試験面圧15MPaになると、急激に摩耗が上昇し16μm/hに至る。また、従来例8では、試験面圧が9.8MPaでの摩耗量が12μm/hであったものが、試験面圧が15MPaでは摩耗量が20μm/hに上昇する。実施例35では、試験面圧が9.8MPaでの摩耗量が2μm/h以下であったものが、試験面圧が15MPaでの摩耗量が14μm/hになる。また、実施例36では、試験面圧が9.8MPaでの摩耗量が2μm/h以下であったものが、試験面圧が15MPaでの摩耗量が3.7μm/hとなって実施例35の1/3以下になる。   As shown in FIG. 26, in Conventional Example 7, when the test surface pressure becomes 9.8 MPa and the test surface pressure becomes 15 MPa, wear increases rapidly and reaches 16 μm / h. Further, in Conventional Example 8, the wear amount when the test surface pressure was 9.8 MPa was 12 μm / h, but when the test surface pressure was 15 MPa, the wear amount increased to 20 μm / h. In Example 35, the wear amount when the test surface pressure was 9.8 MPa was 2 μm / h or less, but the wear amount when the test surface pressure was 15 MPa was 14 μm / h. In Example 36, the wear amount at a test surface pressure of 9.8 MPa was 2 μm / h or less, but the wear amount at a test surface pressure of 15 MPa was 3.7 μm / h. 1/3 or less.

図27は、面圧を1.8〜98MPaに変えて、冷媒および冷凍機油の混合液中での混合潤滑を想定して摩耗試験した結果を示す図であり、(a)は等方性炭素黒鉛(ブロック)の面圧と摩擦係数との関係を測定した図、(b)は異方性炭素黒鉛(円筒)の面圧と摩擦係数との関係を測定した図である。図28(a)および(b)は金属を充填した本実施例の異方性炭素黒鉛の面圧と摩擦係数の関係を示す図、図28(c)は、金属を充填した従来の等方性炭素黒鉛の面圧と摩擦係数の関係を示す図である。図29は、図28(a)の試験結果における軸、軸受の摩耗量比較試験結果を示す図である。   FIG. 27 is a diagram showing a result of an abrasion test assuming mixed lubrication in a mixed liquid of refrigerant and refrigerating machine oil with the surface pressure changed from 1.8 to 98 MPa, (a) isotropic carbon. The figure which measured the relationship between the surface pressure of graphite (block), and a friction coefficient, (b) is the figure which measured the relationship between the surface pressure of anisotropic carbon graphite (cylinder), and a friction coefficient. 28 (a) and 28 (b) are diagrams showing the relationship between the surface pressure and the friction coefficient of the anisotropic carbon graphite of this example filled with metal, and FIG. 28 (c) is a conventional isotropic filled with metal. It is a figure which shows the relationship between the surface pressure of a conductive carbon graphite, and a friction coefficient. FIG. 29 is a diagram showing a comparison test result of shaft and bearing wear amounts in the test result of FIG.

図27(a)は、等方性炭素黒鉛質基材の耐荷重性を示しており、図27(a)に示すように、この摩耗試験では、試験面圧が23MPaから摩擦係数が急激に立上がり、摩擦面の破壊が生じて試験面圧60MPaで試験片自体が破断した。   FIG. 27 (a) shows the load resistance of the isotropic carbon graphite base material. As shown in FIG. 27 (a), in this wear test, the friction coefficient increases rapidly from the test surface pressure of 23 MPa. As a result, the friction surface was broken, and the test piece itself was broken at a test surface pressure of 60 MPa.

図27(b)は、異方性炭素黒鉛質基材の耐荷重性を示しており、図27(b)に示すように、この摩耗試験では、試験荷重75MPaで試験片自体が破断した。この図27(b)の摩耗試験では、等方性炭素黒鉛質基材と同様な特性を示している。   FIG. 27 (b) shows the load resistance of the anisotropic carbon graphite base material. As shown in FIG. 27 (b), in this wear test, the test piece itself was broken at a test load of 75 MPa. In the wear test of FIG. 27B, the same characteristics as the isotropic carbon graphite base material are shown.

図28(a)(b)および(c)は、異方性炭素黒鉛基材に金属を充填した場合の耐荷重性を示しており、図28(a)(b)および(c)に示すように、この摩耗試験では、異方性炭素黒鉛+リン青銅、および異方性炭素黒鉛+リン銅、ならびに等方性炭素黒鉛+青銅共に摩擦係数が、おおよそ0.1以下を推移した。そして、この摩耗試験では、油膜面の存在によって耐荷重性が飛躍的に向上することが判った。   FIGS. 28 (a), (b) and (c) show load resistance when an anisotropic carbon graphite substrate is filled with a metal, and are shown in FIGS. 28 (a), (b) and (c). As described above, in this wear test, the friction coefficient of the anisotropic carbon graphite + phosphorus bronze, the anisotropic carbon graphite + phosphorus copper, and the isotropic carbon graphite + bronze was about 0.1 or less. In this abrasion test, it was found that the load resistance is drastically improved by the presence of the oil film surface.

図29は、図28(a)の試験完了時の摩耗量の代表例を示すものであり、図29に示すように、従来例9は固定片の摩耗量が80μm/2hであり、可動片の摩耗量が1.5μm/2hであり、従来例10は固定片の摩耗量が352μm/2hであり、可動片の摩耗量が3.2μm/2hである。
また、実施例37は固定片の摩耗量が5μm/2hで可動片の摩耗量が1.2μm/2hであり、実施例38は固定片の摩耗量が13μm/2hで可動片の摩耗量が2.5μm/2hとなった。
FIG. 29 shows a representative example of the amount of wear at the completion of the test of FIG. 28 (a). As shown in FIG. 29, in the conventional example 9, the amount of wear of the fixed piece is 80 μm / 2h, and the movable piece Wear amount of the fixed piece is 352 μm / 2h, and wear amount of the movable piece is 3.2 μm / 2h.
In Example 37, the wear amount of the fixed piece is 5 μm / 2h and the wear amount of the movable piece is 1.2 μm / 2h. In Example 38, the wear amount of the fixed piece is 13 μm / 2h and the wear amount of the movable piece is It was 2.5 μm / 2h.

以上の試験結果により、冷媒圧縮機の過酷な運転条件下の混合潤滑状態および境界潤滑状態において、異方性炭素黒鉛質基材に青銅(BC)およびリン青銅(PBC)を充填したものは特に優れていることが確認された。   From the above test results, in the mixed lubrication state and boundary lubrication state under severe operating conditions of the refrigerant compressor, those in which the anisotropic carbon graphite base material is filled with bronze (BC) and phosphor bronze (PBC) are particularly It was confirmed to be excellent.

以上をまとめると、炭素黒鉛質基材の円柱若しくは円筒等の成形体のB面にP(リン)を含むCu(銅)のα固溶体が原料粒子の隙間の部分に充填し、この部分は機械的強度が高く、例えば青銅(BC)がH117、リン青銅(PBC)がH128、リン銅(BCuP)がH105であり、これらが硬く脆い炭素黒鉛質基材(H146〜211)を包み込む形となって炭素黒鉛質基材を補強しているものと思われる。 To summarize the above, a solid solution of Cu (copper) containing P (phosphorus) is filled in the gap between the raw material particles on the B surface of a molded body such as a column or cylinder of a carbon graphite base material. strength is high, for example bronze (BC) is H V 117, phosphor bronze (PBC) is H V 128, copper-phosphorus (BCuP) is H V 105, these hard and brittle carbon graphite substrate (H V 146 ˜211) is believed to reinforce the carbon graphite substrate.

次に、以上の試験結果を有する実施例品を冷凍装置等のR410A冷媒圧縮機に組込み、冷媒を多量に封入しインバータ起動の高速断続運転による圧縮機限界耐力試験を行なった時の試験結果について説明する。試験結果では、従来品(等方性炭素黒鉛ブロック成形基材+青銅(BC)充填)および実施例(異方性炭素黒鉛円筒成形基材+リン青銅(PBC)充填)は、軸および軸受の各々の摩擦面に摺動の痕跡がほとんど認められず、摩耗量および油の劣化等において良好な結果を示した。同様にして冷蔵庫のおいては、レシプロ形圧縮機を用いてR600aと鉱油の組合せ、およびR134aとエステル油の組合せにおいて長期信頼性評価の結果、異常は認められなかった。更に給湯機においては、スクロール形圧縮機を用いてR744とPAG油の組合せにおいて長期信頼性評価の結果、異常は認められなかった。換言すると、通常の使用状態では本実施例の軸受は従来実績のある冷凍装置或いは圧縮機の運転条件を満足し、更に前記のような過酷な試験で従来品より優れた特性を有することが確認できたものである。   Next, about the test results when the example products having the above test results are incorporated into an R410A refrigerant compressor such as a refrigeration system, and a compressor is subjected to a limit strength test by a high-speed intermittent operation of inverter startup with a large amount of refrigerant enclosed. explain. In the test results, the conventional product (isotropic carbon graphite block molding base material + bronze (BC) filling) and the example (anisotropic carbon graphite cylindrical base material + phosphor bronze (PBC) filling) were used for shafts and bearings. Almost no trace of sliding was observed on each friction surface, and good results were shown in terms of wear amount and oil deterioration. Similarly, in the refrigerator, no abnormality was found as a result of the long-term reliability evaluation of the combination of R600a and mineral oil and the combination of R134a and ester oil using a reciprocating compressor. Furthermore, in the hot water heater, no abnormality was found as a result of long-term reliability evaluation in the combination of R744 and PAG oil using a scroll compressor. In other words, it is confirmed that the bearing of this embodiment satisfies the operating conditions of the conventional refrigeration apparatus or compressor under normal use conditions, and further has characteristics superior to those of the conventional product in the severe test as described above. It was made.

次に、通常の低荷重領域における軸受特性を明確にするため、図30(a)および(b)を参照しながら、図16(c)に示される特性を有する冷媒圧縮機内に貯留されている冷媒が溶解している冷凍機油の所定の温度での粘度(η)と、軸と軸受の試験面圧(P)と、周速(V)とを変えたときのゾンマーフェルト(Sommerfeld)数に対する摩擦係数の関係(ストライベック曲線)を、従来の炭素黒鉛質基材と本実施例での炭素黒鉛質基材との比較で説明する。   Next, in order to clarify the bearing characteristics in the normal low load region, the refrigerant is stored in the refrigerant compressor having the characteristics shown in FIG. 16C while referring to FIGS. 30A and 30B. Sommerfeld number when the viscosity (η) at a predetermined temperature of the refrigeration oil in which the refrigerant is dissolved, the test surface pressure (P) of the shaft and the bearing, and the peripheral speed (V) are changed. The relationship of the friction coefficient with respect to (Stribeck curve) will be described by comparison between the conventional carbon graphite substrate and the carbon graphite substrate in this example.

図30(a)は、異方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図、図30(b)は、等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図である。
前記ストライベック曲線を求める本試験では、40℃、冷媒(R410A)、冷凍機油(エステル系)の混合実用雰囲気中(粘度η:26×10−3Pa・s)で試験荷重が1MPa、2MPa、3MPaにおけるストライベック曲線が求められた。図30(a)および(b)から明らかなように、1MPaの低い試験荷重の場合には、ηv/Pが等方性炭素黒鉛質基材より異方性炭素黒鉛質基材が優れていることが判る。これは、基材の平均空隙率が、等方性が10.86%、異方性が9.07%(図8参照)であることに由来するものと考えられる。
Fig. 30 (a) is a diagram showing a Stribeck curve of an anisotropic carbon graphite substrate, and Fig. 30 (b) is a diagram showing a Stribeck curve of an isotropic carbon graphite substrate.
In this test for obtaining the Stribeck curve, the test load is 1 MPa, 2 MPa in a mixed practical atmosphere (viscosity η: 26 × 10 −3 Pa · s) of 40 ° C., refrigerant (R410A), and refrigerating machine oil (ester type). A Stribeck curve at 3 MPa was determined. As is clear from FIGS. 30 (a) and 30 (b), in the case of a test load as low as 1 MPa, ηv / P is superior to the isotropic carbon graphite base material than the isotropic carbon graphite base material. I understand that. This is considered to be derived from the fact that the average porosity of the substrate is 10.86% isotropic and 9.07% anisotropy (see FIG. 8).

次に、図31(a)および(b)を参照しながら、図16(c)に示される特性を有する冷媒圧縮機内の冷媒圧縮機内に貯留されている冷媒が溶解している冷凍機油の所定の温度での粘度(η)と、および軸と軸受の試験面圧(P)と、周速(V)とを変えた時のゾンマーフェルト数と摩擦係数との関係(ストライベック曲線)を、従来の炭素黒鉛質基材と本実施例での炭素黒鉛質基材との比較で説明する。   Next, with reference to FIGS. 31 (a) and 31 (b), a predetermined refrigerating machine oil in which refrigerant stored in the refrigerant compressor in the refrigerant compressor having the characteristics shown in FIG. 16 (c) is dissolved is dissolved. The relationship between the Sommerfeld number and the coefficient of friction (Stribeck curve) when the viscosity at the temperature of (η), the test surface pressure (P) of the shaft and the bearing, and the peripheral speed (V) are changed. The comparison is made between the conventional carbon graphite substrate and the carbon graphite substrate in this example.

図31(a)は、従来の等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図、図31(b)は、従来の等方性炭素黒鉛質基材+青銅(BC)の金属充填等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図である。
前記ストライベック曲線を求める本試験は、前記した従来の等方性炭素黒鉛質基材、または従来の金属充填等方性炭素黒鉛質基材で形成された軸受と軸を、HFC冷媒と冷凍機油とを代表したR410Aの所定量とともに封入した場合を想定して行った。
FIG. 31 (a) is a diagram showing a Stribeck curve of a conventional isotropic carbon graphite base material, and FIG. 31 (b) is a conventional isotropic carbon graphite base material + bronze (BC) metal filling. It is a figure which shows the Stribeck curve of an isotropic carbon graphite base material.
This test for obtaining the Stribeck curve is based on the above-mentioned conventional isotropic carbon graphite base material, or a bearing and shaft formed of a conventional metal-filled isotropic carbon graphite base material, and HFC refrigerant and refrigerating machine oil. This was performed assuming the case of sealing together with a predetermined amount of R410A representing the above.

この際、冷凍機油の温度は40℃、60℃、および80℃に限定し、試験面圧は1MPa、2MPa、および3MPaに限定し、周速は0.012m/s〜1.2m/sの範囲に限定し、冷媒圧縮機内の実用粘度(η)9.5×10−3〜26×10−3Pa・sの範囲に限定した場合を想定して行った。そして、この試験では、図22に示す固定片29と可動片30とが使用された。求められた各ストライベック曲線を評価した結果は次の通りであった。 At this time, the temperature of the refrigerating machine oil is limited to 40 ° C., 60 ° C., and 80 ° C., the test surface pressure is limited to 1 MPa, 2 MPa, and 3 MPa, and the peripheral speed is 0.012 m / s to 1.2 m / s. It was carried out on the assumption that the viscosity was limited to the range, and the practical viscosity (η) in the refrigerant compressor was limited to a range of 9.5 × 10 −3 to 26 × 10 −3 Pa · s. In this test, the fixed piece 29 and the movable piece 30 shown in FIG. 22 were used. The results of evaluating each obtained Stribeck curve were as follows.

図31(a)に示すように、等方性炭素黒鉛質基材は、ηv/Pが10[(Pa・s・m/s)/(GPa)]以下になると、摩擦係数は急激に増大し、このもの単独では高試験面圧、低速、低粘度の環境条件では軸受の摩擦による機械損失が大きい。このものは、ηv/Pが10[(Pa・s・m/s)/(GPa)]以上での使用が望ましい。   As shown in FIG. 31 (a), the coefficient of friction of the isotropic carbon graphite substrate increases rapidly when ηv / P becomes 10 [(Pa · s · m / s) / (GPa)] or less. However, the mechanical loss due to the friction of the bearing is large under the environmental conditions of high test surface pressure, low speed and low viscosity. It is desirable that ηv / P is 10 [(Pa · s · m / s) / (GPa)] or more.

図31(b)に示すように、金属充填等方性炭素黒鉛質基材は、図31(a)と同様にηv/Pが1.2[(Pa・s・m/s)/(GPa)]以上での使用が望ましい。   As shown in FIG. 31 (b), the metal-filled isotropic carbon graphite base material has ηv / P of 1.2 [(Pa · s · m / s) / (GPa) as in FIG. 31 (a). )] Use above is desirable.

図32(a)は、本実施例に係るものであり、異方性炭素黒鉛質基材+リン青銅(PBC)の金属充填異方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図である。
図32(a)に示すように、この金属充填異方性炭素黒鉛質基材は、軸荷重が1MPaおよび2MPaにおいてηv/Pが0.9[(Pa・s・m/s)/(GPa)]で低摩擦領域を維持し、いわゆる流体潤滑状態となり軸および軸受の機械的損失を低減できるものである。したがって、初期なじみ性および潤滑油膜保持性が優れ、低粘度、低速回転(例えば1000rpm)、高荷重での使用に十分耐えられるものである。
FIG. 32 (a) relates to the present example and is a diagram showing a Stribeck curve of an anisotropic carbon graphite base material + phosphorus bronze (PBC) metal-filled anisotropic carbon graphite base material. .
As shown in FIG. 32 (a), this metal-filled anisotropic carbon graphite base material has an ηv / P of 0.9 [(Pa · s · m / s) / (GPa) at axial loads of 1 MPa and 2 MPa. )] Maintains a low friction region and enters a so-called fluid lubrication state to reduce the mechanical loss of the shaft and the bearing. Therefore, it is excellent in initial conformability and lubricating oil film retention, and can sufficiently withstand use under low viscosity, low speed rotation (for example, 1000 rpm) and high load.

図32(b)は、図32(a)のストライベック曲線を求めた試験条件のうち、温度60℃を温度80℃に変更し、粘度14×10−3Pa・sを粘度9.5×10−3Pa・sに変更した場合に求められたストライベック曲線を示す図である。これらの図31(b)、図32(a)および(b)の測定結果よりわかるように、冷媒と冷凍機油の共存する作動流体の潤滑条件が軸および軸受のゾンマーフェルト数の少なくともη(粘度または粘性係数)V(周速)/P(荷重)が0.8[(Pa・s・m/s)/(GPa)]以上にすることが望ましく、本試験においては軸受機械損失が小さいことが確認できた。また、冷媒と冷凍機油が共存する作動流体の潤滑条件の軸および軸受のゾンマーフェルト数の平均面圧(軸荷重)が、少なくとも0.15〜20MPaの範囲で、軸受の摩耗量が小さいことが判る。以上の結果を踏まえて作製される軸受を備えた冷媒圧縮機であると、軸受の摩擦による機械損失が小さくなり、かつ摩耗量も減少する。そのため、この軸受によれば、冷媒圧縮機の音や振動が小さくなるとともに、ミスアライメントによる圧縮機室のシール性が良くなって、容積効率(ηV)の低下を防止することができる。この結果、この軸受によれば、省電力および信頼性の確保が可能となる冷媒圧縮機および冷凍装置が得られる。 FIG. 32 (b) shows that, among the test conditions for obtaining the Stribeck curve in FIG. 32 (a), the temperature 60 ° C. was changed to the temperature 80 ° C., and the viscosity 14 × 10 −3 Pa · s was changed to the viscosity 9.5 ×. It is a figure which shows the Stribeck curve calculated | required when it changes to 10 <-3 > Pa * s. As can be seen from the measurement results of FIGS. 31 (b), 32 (a) and 32 (b), the lubricating condition of the working fluid in which the refrigerant and the refrigerating machine oil coexist is at least η (the Sommerfeld number of the shaft and the bearing). Viscosity or viscosity coefficient) V (peripheral speed) / P (load) is desirably 0.8 [(Pa · s · m / s) / (GPa)] or more, and in this test, bearing mechanical loss is small. I was able to confirm. In addition, the average surface pressure (axial load) of the Sommerfeld number of the shaft and the bearing in the lubrication condition of the working fluid in which the refrigerant and the refrigerating machine oil coexist is at least 0.15 to 20 MPa, and the amount of wear of the bearing is small. I understand. In the refrigerant compressor including the bearing manufactured based on the above results, the mechanical loss due to the friction of the bearing is reduced, and the amount of wear is also reduced. Therefore, according to this bearing, the sound and vibration of the refrigerant compressor are reduced, the sealing performance of the compressor chamber due to misalignment is improved, and the reduction in volumetric efficiency (ηV) can be prevented. As a result, according to this bearing, it is possible to obtain a refrigerant compressor and a refrigeration apparatus that can ensure power saving and reliability.

図33は、炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を模式化した図である。図33に示すように、金属の充填品は、無充填品に比較して、ηv/Pが同一の場合は摩擦係数が著しく改善され、特に摩擦係数の低い流体潤滑領域ができる。
なお、本実施例での軸受を使用した冷凍装置には家庭および業務用空気調和機、冷蔵庫、除湿機、給湯機、洗濯乾燥機、ショーケース、冷凍ユニット、自動車用空気調和機等がある。
FIG. 33 is a diagram schematically showing the Stribeck curve of the carbon graphite base material. As shown in FIG. 33, the metal-filled product has a significantly improved friction coefficient when ηv / P is the same as that of the unfilled product, and a fluid lubrication region having a particularly low friction coefficient can be formed.
Note that the refrigeration apparatus using the bearing in this embodiment includes home and commercial air conditioners, refrigerators, dehumidifiers, water heaters, washing and drying machines, showcases, refrigeration units, automobile air conditioners, and the like.

本実施例に係る軸受は、以上説明した構成を有するものであるから、次のような効果が得られるものである。
すなわち、炭素黒鉛質骨材および結合剤を含む混捏物を上下方向の一軸プレスである粉末成形機で円筒状または円柱状に圧縮成形し、得られた成形物を焼成した炭素黒鉛質基材のX線回折による黒鉛結晶化度を15〜50%とし、かつ圧環強さを18.6MPa以上とした軸受の製造方法である。詳説するならば、混捏混合した炭素黒鉛質骨材原料を、造粒と分級により適度な粒度分布をもたせたものを円筒成形金型に容積充填し、上パンチと下パンチによって成形圧力を均一に伝達させて、原料粒子間に生じる空孔を小さく緻密になるように圧粉成形する。このグリーン成形体(金型粉末成形工程でできた成形体)を、適度の温度と時間をかけてコークス化、焼成と、黒鉛結晶化率が15〜50質量%におさまるように黒鉛化反応の生産管理が行われ、本実施例の異方性炭素黒鉛質基材で提供することができる。また、圧環強さが18.6MPa以上であることから、実用強度を十分に満足する軸受を提供することができる。
Since the bearing according to the present embodiment has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
That is, a carbon graphite base material obtained by compressing a mixture containing a carbon graphite aggregate and a binder into a cylindrical shape or a columnar shape by a powder molding machine that is a uniaxial press in the vertical direction, and firing the obtained molded product. This is a bearing manufacturing method in which the crystallinity of graphite by X-ray diffraction is 15 to 50% and the crushing strength is 18.6 MPa or more. To explain in detail, a mixture of carbon graphite aggregate material mixed with kneading and having an appropriate particle size distribution by granulation and classification is filled into a cylindrical mold, and the molding pressure is made uniform by the upper and lower punches. This is compacted so that the pores generated between the raw material particles are small and dense. The green molded body (molded body formed by the mold powder molding process) is coked and fired over a suitable temperature and time, and the graphitization reaction is performed so that the graphite crystallization rate falls within a range of 15 to 50% by mass. Production management is performed, and the anisotropic carbon graphite base material of this embodiment can be provided. Moreover, since the crushing strength is 18.6 MPa or more, it is possible to provide a bearing that sufficiently satisfies the practical strength.

また、混捏物が、さらに無機充填剤を含む軸受の製造方法としたものである。したがって、前記した効果が得られる他、高荷重時の耐摩耗性をさらに改善することができる。すなわち、軸の荷重で軸受が損傷したり、軸が引掻かれて摩耗したりすることを防止することのできる提供することができる。   Further, the kneaded material is a method for manufacturing a bearing further including an inorganic filler. Therefore, the above-described effects can be obtained, and the wear resistance at high loads can be further improved. That is, it can be provided that the bearing can be prevented from being damaged by the load of the shaft, or the shaft can be scratched and worn.

また、炭素黒鉛質基材は、曲げ強さが50MPa以上であり、圧縮強さが180MPa以上である。したがって、炭素黒鉛質基材は、原料粒子間の焼結結合と空隙分布を小さく製作管理することにより基材特性を改善し、金属充填後の曲げ強さや圧縮強さを規定値以上にした軸受を提供することができる。   Further, the carbon graphite base material has a bending strength of 50 MPa or more and a compressive strength of 180 MPa or more. Therefore, the carbon graphite base material improves the base material characteristics by manufacturing and controlling the sintering bond and void distribution between the raw material particles, and the bending strength and compressive strength after filling the metal exceed the specified values. Can be provided.

また、炭素黒鉛質基材が円筒状であって、この炭素黒鉛質基材に金属溶融体を充填し、機械加工仕上げ工程により、内周面及び外周面の全周の金属濃度をほぼ均一にした。したがって、真空充填装置に円筒状の炭素黒鉛質基材を導入し、真空排気後、充填金属を液相線を上まわる温度で溶融し、浸漬後に高圧にして空孔部に充填させ、次に引上げて固相線温度以下の温度にまで冷却した後、常圧に戻して取出す製造方法は、軸受の内外周からの充填距離が短く均等に作用することから、軸受内外周面は安定した組織と18.6MPa以上の圧環強さを確保できる軸受を提供することができる。   In addition, the carbon graphite base material is cylindrical, and the carbon graphite base material is filled with a metal melt, and the metal concentration on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is made substantially uniform by a machining finishing process. did. Therefore, a cylindrical carbon graphite base material is introduced into a vacuum filling device, and after evacuation, the filled metal is melted at a temperature above the liquidus, filled with high pressure after immersion, and then filled into the pores. The manufacturing method of pulling up and cooling to a temperature below the solidus temperature, and then returning to normal pressure and taking out is a short filling distance from the inner and outer circumferences of the bearing and acts evenly. And a bearing capable of securing a crushing strength of 18.6 MPa or more can be provided.

また、炭素黒鉛質基材が円柱状であって、この炭素黒鉛質基材の中心を刳り貫いて円筒状に形成し、得られた円筒状の炭素黒鉛質基材に金属溶融体を充填し、機械加工仕上げ工程により、内周面及び外周面の全周の金属濃度をほぼ均一にした。したがって、真空充填装置に円筒状の炭素黒鉛質基材を導入し、真空排気後、充填金属を液相線を上まわる温度で溶融し、浸漬後に高圧にして空孔部に充填させ、次に引上げて固相線温度以下の温度にまで冷却した後、常圧に戻して取出す製造方法は、軸受の内外周からの充填距離が短く均等に作用することから、軸受内外周面は安定した組織と18.6MPa以上の圧環強さを確保できる軸受を提供することができる。   In addition, the carbon graphite base material has a columnar shape, is formed in a cylindrical shape through the center of the carbon graphite base material, and the obtained cylindrical carbon graphite base material is filled with a metal melt. By the machining finishing process, the metal concentration on the entire inner peripheral surface and outer peripheral surface was made substantially uniform. Therefore, a cylindrical carbon graphite base material is introduced into a vacuum filling device, and after evacuation, the filled metal is melted at a temperature above the liquidus, filled with high pressure after immersion, and then filled into the pores. The manufacturing method of pulling up and cooling to a temperature below the solidus temperature, and then returning to normal pressure and taking out is a short filling distance from the inner and outer circumferences of the bearing and acts evenly. And a bearing capable of securing a crushing strength of 18.6 MPa or more can be provided.

また、顕微鏡で求めた面積空隙率が15%以下である前記炭素黒鉛質基材に、1〜20MPaの圧力で金属溶融体を高圧浸透させた。したがって、炭素黒鉛質基材の空孔分布は約1〜15μmの範囲であり、充填金属の表面張力と炭素黒鉛質基材との接触角により空孔径約1μmに対しては浸透圧力が20MPa以上、約2μmに対しては同様に10MPa以上の高圧を必要とすることが推算され、少なくとも空孔の50%以上の面積空孔充填率が得られる軸受を提供することができる。これにより、軸受としての油膜保持性が改善され、境界潤滑を起こしにくくすることができる。   In addition, a metal melt was high-pressure infiltrated at a pressure of 1 to 20 MPa into the carbon graphite base material having an area porosity of 15% or less determined with a microscope. Therefore, the pore distribution of the carbon graphite base material is in the range of about 1 to 15 μm, and the osmotic pressure is 20 MPa or more for the pore diameter of about 1 μm due to the surface tension of the filled metal and the contact angle with the carbon graphite base material. Similarly, it is estimated that a high pressure of 10 MPa or more is required for about 2 μm, and it is possible to provide a bearing capable of obtaining an area hole filling rate of at least 50% of the holes. Thereby, the oil film retainability as a bearing is improved, and boundary lubrication can be made difficult to occur.

また、冷凍機の冷媒圧縮機用の軸受に使用されるものであって、抽出溶媒R141bに溶出する物質が1質量%以下である。したがって、原料のコークス化が固定炭素で99質量%以上、充填にフラックスなど、機械加工に加工液を使用しないことから、溶出冷媒R141b試験において、軸受部品から溶出冷媒への溶出物質が1質量%以下になるような製造管理ができる。また、溶出に伴う冷媒配管障害の極めて少ない軸受を提供することができる。   Moreover, it is used for the bearing for refrigerant | coolant compressors of a refrigerator, Comprising: The substance eluted to extraction solvent R141b is 1 mass% or less. Therefore, since coking of the raw material is 99% by mass or more with fixed carbon, no flux is used for machining, such as flux for filling, and in the elution refrigerant R141b test, 1% by mass of the elution substance from the bearing components to the elution refrigerant is obtained. Manufacturing management can be as follows. Further, it is possible to provide a bearing with extremely few obstacles to the refrigerant piping accompanying elution.

本実施例に係る軸受が組み込まれるスクロール型冷媒圧縮機の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the scroll-type refrigerant compressor in which the bearing which concerns on a present Example is integrated. 図1の一点鎖線で囲んだ箇所の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the location enclosed with the dashed-dotted line of FIG. 本実施例に係る軸受が組み込まれるロータリ型冷媒圧縮機の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the rotary type refrigerant compressor in which the bearing which concerns on a present Example is integrated. 図3の一点鎖線で囲んだ箇所の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the part enclosed with the dashed-dotted line of FIG. 本実施例に係る軸受の製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the bearing which concerns on a present Example. 軸受に含まれる黒鉛多結晶集合モデルの説明図であり、(a)は、従来のランダム黒鉛集合体を示す図、(b)は、整列板黒鉛集合体を示す図である。It is explanatory drawing of the graphite polycrystal aggregate | assembly model contained in a bearing, (a) is a figure which shows the conventional random graphite aggregate | assembly, (b) is a figure which shows an alignment plate graphite aggregate | assembly. 黒鉛結晶構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a graphite crystal structure. (a)は、本実施例の炭素黒鉛質基材の顕微鏡組織図、(b)は、空孔径の分布を示す図である。(A) is a microscope organization chart of the carbon graphite base material of a present Example, (b) is a figure which shows distribution of a hole diameter. (a)は、粉末成形の金型における上部パンチのみで原料を圧縮成形した際の成形圧力分布と、それによる密度分布(焼成後の空隙率)を示す分布図、(b)は、粉末成形の金型における上部パンチと下部パンチの双方にて原料を圧縮成形した際の成形圧力分布と、それによる密度分布(焼成後の空隙率)を示す分布図である。(A) is a distribution diagram showing a molding pressure distribution when a raw material is compression-molded only with an upper punch in a powder molding die, and a density distribution (porosity after firing) thereby, (b) is a powder molding It is a distribution map which shows the molding pressure distribution at the time of carrying out the compression molding of the raw material by both the upper punch and lower punch in this metal mold | die, and the density distribution (void ratio after baking) by it. 炭素黒鉛質基材の結晶化度とラマン分析による黒鉛組織の面積率を示す図である。It is a figure which shows the crystallinity of a carbon graphite base material, and the area ratio of the graphite structure | tissue by a Raman analysis. 黒鉛結晶化度と摩耗量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between graphite crystallinity and the amount of wear. 平均面積空隙率と摩耗量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an average area porosity and an abrasion loss. 異方比と摩耗量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an anisotropic ratio and the amount of wear. プレス成形される時にできる黒鉛結晶の(110)面を最大限に活用した試験片の斜視図である。It is a perspective view of the test piece which utilized the (110) surface of the graphite crystal | crystallization formed when it press-molds to the maximum. 円柱体基材における試験片の採取位置を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the collection position of the test piece in a cylindrical body base material. 多孔質炭素黒鉛質基材の軸受モデルを示す概念図で、(a)は金属充填前のモデルを示す概念図であり、(b)は金属充填後のモデルを示す概念図であり、(c)はジャーナル軸受の潤滑モデルを表す図である。It is a conceptual diagram which shows the bearing model of a porous carbon graphite base material, (a) is a conceptual diagram which shows the model before metal filling, (b) is a conceptual diagram which shows the model after metal filling, (c ) Is a diagram showing a lubrication model of a journal bearing. 充填金属の状態図および機械的特性を表す図である。(a)は銅−スズ系の固溶体における機械的特性(引張強さ:σ、硬さ:H、伸び:δ)の関係を示す図であり、(b)は銅−スズ−リンの3元系の金属状態を示すもので、本実施例のα固溶体の面積範囲とα+CuPの面積範囲を示す図である。It is a figure showing the phase diagram and mechanical characteristic of a filling metal. (A) is a copper - Mechanical properties of the solid solution of tin (tensile strength: sigma B, Hardness: H B, elongation: [delta]) is a diagram showing the relation, (b) copper - phosphorus - tin It shows a ternary metallic state, and is a diagram showing an area range of an α solid solution and an area range of α + Cu 3 P in this example. 代表的な充填金属の電極電位を示す図である。It is a figure which shows the electrode potential of a typical filling metal. Cu(銅)のα固溶体を形成する合金を真空高圧充填装置内で溶融し、炭素黒鉛質基材の空孔を高圧充填する一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example which melts the alloy which forms alpha solid solution of Cu (copper) in a vacuum high-pressure filling apparatus, and carries out high-pressure filling of the hole of a carbon graphite base material. (a)は、ブロック状の等方性炭素黒鉛質基材より切り出した断面が矩形状バー材を示す模式図、(b)は円柱または円筒状の異方性炭素黒鉛質基材を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing a rectangular bar material with a cross section cut out from a block-like isotropic carbon graphite base material, and (b) is a schematic diagram showing a columnar or cylindrical anisotropic carbon graphite base material. FIG. (a)は、異方性炭素黒鉛質基材の金属充填前の顕微鏡組織図、(b)は、異方性炭素黒鉛質基材の金属充填後の顕微鏡組織図である。(A) is the microstructural view before the metal filling of the anisotropic carbon graphite base material, (b) is the microstructural view after the metal filling of the anisotropic carbon graphite base material. 摩擦摩耗試験片の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of a friction abrasion test piece. 気体冷媒としてのR410Aを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された摩耗量を従来例と本実施例とで比較した図である。It is the figure which performed the friction abrasion test using R410A as a gaseous refrigerant | coolant, and compared the abrasion loss measured by this test with a prior art example and a present Example. 気体冷媒としてのR410Aを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された平均摩擦係数を従来例と本実施例とで比較した図である。It is the figure which performed the friction abrasion test using R410A as a gaseous refrigerant | coolant, and compared the average friction coefficient measured by this test with a prior art example and a present Example. 気体冷媒としてのCOを使用した摩擦摩耗試験を行い、この試験で測定された摩耗量を従来例と本実施例とで比較した図である。Perform frictional wear test using CO 2 as a gaseous refrigerant, a diagram comparing with the wear amount measured in this test with a conventional example and the present embodiment. 試験面圧を5〜15MPaの範囲で変えて、気体冷媒としてのR410A中で摩耗試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having changed the test surface pressure in the range of 5-15 MPa, and having done the abrasion test in R410A as a gaseous refrigerant. 面圧を1.8〜98MPaに変えて、冷媒および冷凍機油の混合液中での混合潤滑を想定して摩耗試験した結果を示す図であり、(a)は等方性炭素黒鉛(ブロック)の面圧と摩擦係数との関係を測定した図、(b)は異方性炭素黒鉛(円筒)の面圧と摩擦係数との関係を測定した図である。It is a figure which shows the result of the wear test supposing mixed lubrication in the liquid mixture of a refrigerant | coolant and refrigerating machine oil, changing a surface pressure to 1.8-98 MPa, (a) is isotropic carbon graphite (block) The figure which measured the relationship between the surface pressure of this, and a friction coefficient, (b) is the figure which measured the relationship between the surface pressure of anisotropic carbon graphite (cylinder) and a friction coefficient. (a)および(b)は金属を充填した本実施例の異方性炭素黒鉛の面圧と摩擦係数の関係を示す図、(c)は、金属を充填した従来の等方性炭素黒鉛の面圧と摩擦係数の関係を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the relationship between the surface pressure of the anisotropic carbon graphite of a present Example filled with a metal, and a friction coefficient, (c) is the conventional isotropic carbon graphite filled with a metal. It is a figure which shows the relationship between a surface pressure and a friction coefficient. 図28(a)の試験結果における軸、軸受の摩耗量比較試験結果を示す図である。It is a figure which shows the abrasion amount comparison test result of the axis | shaft and bearing in the test result of Fig.28 (a). (a)は、異方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図、(b)は、等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図である。(A) is a figure which shows the Stribeck curve of an anisotropic carbon graphite base material, (b) is a figure which shows the Stribeck curve of an isotropic carbon graphite base material. (a)は、従来の等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図、(b)は、従来の等方性炭素黒鉛質基材+青銅(BC)の金属充填等方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図である。(A) is a figure which shows the Stribeck curve of the conventional isotropic carbon graphite base material, (b) is the metal filling isotropic carbon of the conventional isotropic carbon graphite base material + bronze (BC). It is a figure which shows the Stribeck curve of a graphite base material. (a)は、本実施例に係るものであり、異方性炭素黒鉛質基材+リン青銅(PBC)の金属充填異方性炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を示す図、(b)は、(a)のストライベック曲線を求めた試験条件のうち、温度60℃を温度80℃に変更し、粘度14×10−3Pa・sを粘度9.5×10−3Pa・sに変更した場合に求められたストライベック曲線を示す図である。(A) is based on a present Example, The figure which shows the Stribeck curve of the metal filling anisotropic carbon graphite base material of an anisotropic carbon graphite base material + phosphor bronze (PBC), (b) Among the test conditions for obtaining the Stribeck curve in (a), the temperature was changed from 60 ° C. to 80 ° C., and the viscosity was changed from 14 × 10 −3 Pa · s to 9.5 × 10 −3 Pa · s. It is a figure which shows the Stribeck curve calculated | required when it changed. 炭素黒鉛質基材のストライベック曲線を模式化した図である。It is the figure which modeled the Stribeck curve of a carbon graphite base material.

符号の説明Explanation of symbols

1 スクロール用密閉容器
2 旋回スクロール部材
2a 台板
2b ラップ
2c 軸受
2d 背面キー溝
3 固定スクロール部材
3a 台板
3b ラップ
3c 吸入口
3d 吐出口
4 フレーム
4a 軸受
5 クランクシャフト
5a クランク
6 オルダム継ぎ手
7 モータ
8 ロータリ用密閉容器
9 圧縮機部
10 モータ部
11 吐出管
12 クランクシャフト
13 ローリングピストン
13a 吸入口
14 フレーム
15 軸受
SC スクロール型冷媒圧縮機
RC ロータリ型冷媒圧縮機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scroll sealed container 2 Orbiting scroll member 2a Base plate 2b Wrap 2c Bearing 2d Back keyway 3 Fixed scroll member 3a Base plate 3b Wrap 3c Suction port 3d Discharge port 4 Frame 4a Bearing 5 Crankshaft 5a Crank 6 Oldham joint 7 Motor 8 Sealed container for rotary 9 Compressor part 10 Motor part 11 Discharge pipe 12 Crankshaft 13 Rolling piston 13a Suction port 14 Frame 15 Bearing SC Scroll type refrigerant compressor RC Rotary type refrigerant compressor

Claims (7)

炭素黒鉛質骨材および結合剤を含む混捏物を上下方向の一軸プレスである粉末成形機で円筒状または円柱状に圧縮成形し、得られた成形物を焼成した炭素黒鉛質基材のX線回折による黒鉛結晶化度を15〜50%とし、かつ圧環強さを18.6MPa以上としたことを特徴とする軸受の製造方法。   X-ray of a carbon graphite base material obtained by compressing a kneaded material containing carbon graphite aggregate and a binder into a cylindrical shape or a cylindrical shape with a powder molding machine that is a uniaxial press in the vertical direction, and firing the obtained molded product A method for producing a bearing, characterized in that a graphite crystallinity by diffraction is 15 to 50% and a crushing strength is 18.6 MPa or more. 前記混捏物は、さらに無機充填材を含むことを特徴とする請求項1に記載の軸受の製造方法。   The bearing manufacturing method according to claim 1, wherein the kneaded material further includes an inorganic filler. 前記炭素黒鉛質基材は、曲げ強さが50MPa以上であり、圧縮強さが180MPa以上であることを特徴とした請求項1または請求項2に記載の軸受の製造方法。   The bearing manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the carbon graphite base material has a bending strength of 50 MPa or more and a compressive strength of 180 MPa or more. 前記炭素黒鉛質基材が円筒状であって、この炭素黒鉛質基材に金属溶融体を充填し、機械加工仕上げ工程により、内周面及び外周面の全周の金属濃度をほぼ均一にしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の軸受の製造方法。   The carbon graphite base material is cylindrical, and the carbon graphite base material is filled with a metal melt, and the metal concentration on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is made substantially uniform by a machining finishing process. The manufacturing method of the bearing as described in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. 前記炭素黒鉛質基材が円柱状であって、この炭素黒鉛質基材の中心を刳り貫いて円筒状に形成し、得られた円筒状の炭素黒鉛質基材に金属溶融体を充填し、機械加工仕上げ工程により、内周面及び外周面の全周の金属濃度をほぼ均一にしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の軸受の製造方法。   The carbon graphite base material is cylindrical, and is formed in a cylindrical shape through the center of the carbon graphite base material. The obtained cylindrical carbon graphite base material is filled with a metal melt, The bearing manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal concentration in the entire circumference of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface is made substantially uniform by a machining finishing step. 顕微鏡で求めた面積空隙率が15%以下である前記炭素黒鉛質基材に、1〜20MPaの圧力で金属溶融体を充填させたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の軸受の製造方法。   4. The metal melt is filled at a pressure of 1 to 20 MPa into the carbon graphite base material having an area porosity of 15% or less determined by a microscope. 5. The manufacturing method of the bearing of description. 前記炭素黒鉛質基材は、冷凍機の冷媒圧縮機用の軸受に使用されるものであって、抽出溶媒R141bに溶出する物質が1質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の軸受の製造方法。   The carbon graphite base material is used for a bearing for a refrigerant compressor of a refrigerator, and the amount of the substance eluted in the extraction solvent R141b is 1% by mass or less. The manufacturing method of the bearing as described in any one of claim | item 6.
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