JP2009275645A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトに加わる荷重が増大しても、その寸法を大きくすることなく、クランクシャフトの撓みの増加を防止でき、しかも、クランクシャフトを支えるジャーナル軸受部の潤滑が良好で摩耗の少ないロータリ圧縮機を得ることである。
【解決手段】クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受と摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成されたリン酸マンガン皮膜と、リン酸マンガン皮膜の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、クランクシャフトの窒化物層の表面粗さが、ジャーナル軸受の表面粗さより小さいものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍機や空調機器に用いられるロータリ圧縮機に関するものであり、特に、小型・高性能なロータリ圧縮機に関するものである。

通常の冷凍機や空調機器に用いられているロータリ圧縮機は、密閉容器内に圧縮機構と、これを駆動する電動機とが内蔵されている。電動機のロータにはクランクシャフトの一端が連結固定され、クランクシャフトの他端には、圧縮機構のシリンダ内で偏心して回転するローリングピストンが設けられている。
そして、クランクシャフトは、圧縮機構のシリンダを挟んで設置された第１の軸受と第２の軸受とで支持されている。

ロータリ圧縮機におけるクランクシャフトを支持する軸受構造には、クランクシャフトが潤滑油の膜を介して支持されるジャーナル軸受がある。そして、クランクシャフトは、冷媒の圧縮により発生する大きな荷重により、ジャーナル軸受の内面に強く押し付けられながら回転する。
この時、クランクシャフトとジャーナル軸受との接触面が完全に平滑なら、流体潤滑理論通りの膜厚の流体膜が形成され、分子層程度の厚さになるまで連続流体膜による潤滑が行われる。しかし、実際のクランクシャフトとジャーナル軸受とは、表面に凸凹やうねりを持っている。この凸凹やうねりを持った表面同士が接近しあうと、潤滑油の平均膜厚がかなりあっても流体潤滑から混合潤滑へ、さらには境界潤滑への移行がおこり、ジャーナル軸受とクランクシャフトとの摩擦抵抗や摩耗量が増加するとの問題があった。

クランクシャフトとジャーナル軸受との接触面における潤滑（軸受特性）を評価するものとして、次の（１）式で表される油膜厚さパラメータΛ（平滑な面として求めた油膜厚さｈと合成粗さσとの比）がある。この油膜厚さパラメータΛにおいて、Λ≦１の領域では完全に境界潤滑が起こり、Λ＞１では混合潤滑から流体潤滑が期待できる。

そこで、ジャーナル軸受とクランクシャフトとの摩擦抵抗や摩耗量が増加する問題を解決するロータリ圧縮機として、主軸（クランクシャフトに相当）にネズミ鋳鉄材ＦＣ２５０や鋼材のＳ４５ＣやＳＣＭ４１５を用い、主軸を支持する軸受部品（第２の軸受に相当）に設けられたジャーナル軸受に、カーボンブッシュ材やポリイミド系ブッシュ材や裏金付き樹脂複合軸受材などを用い、主軸とジャーナル軸受との軸受特性の油膜厚さパラメータΛをΛ＞３．３とし、ジャーナル軸受部にある主軸の表面粗さＲａをＲａ≦０．２とし、ジャーナル軸受の表面粗さＲａをＲａ≦０．３としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ロータリ圧縮機は、高性能化による冷媒の高圧縮化にともない、クランクシャフトに加わる荷重が増大し、クランクシャフトの撓みが大きくなるとの問題もあった。
この、クランクシャフトの撓みの増加を防止するには、クランクシャフトの剛性を高くする必要がある。クランクシャフトの剛性を高くする一つの方法として、軸径を大きくすることが挙げられる。
しかし、この方法では、圧縮機の寸法が大きくなることにより使用材料が増加したり、クランクシャフトと軸受部との接触速度が増大し、摩擦が大きくなり摺動ロスが増加するとともに、軸受部の摩耗量が増加するとの問題があった。

この問題を解決した、軸径を大きくすることなしに、クランクシャフトの剛性を高くしたロータリ圧縮機として、上軸受（第１の軸受に相当）と下軸受（第２の軸受に相当）とに、滑り軸受タイプの簡単な軸受構造を用い、シャフト（クランクシャフトに相当）に、鋼管を用いて剛性を高くするとともに、表面にパーライトやマルテンサイトやベイナイトなどの耐摩耗層を設け、さらに、このシャフトを研削仕上げ加工後に、最終表面処理としてリン酸マンガン処理や二硫化モリブデン処理をしたものを用いたものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２８９１６９号公報 特開２０００−２２７０８３号公報

特許文献１に記載のロータリ圧縮機は、クランクシャフトに、ネズミ鋳鉄材ＦＣ２５０と鋼材のＳ４５ＣやＳＣＭ４１５が示されており、ロータリ圧縮機の高性能化にともなうクランクシャフトに加わる荷重の増大に対してもヤング率の高い鋼材を使用しクランクシャフトの撓みを防止する効果が期待できるが、軸受材としてカーボンブッシュ材やポリイミド系ブッシュ材や裏金付き樹脂複合軸受材などの部品が必要であり、コスト増加が問題となった。
また、特許文献２に記載のロータリ圧縮機は、クランクシャフトに、表面を熱処理や窒化処理や浸炭処理を施し、剛性を向上させた鋼管を用いているので、クランクシャフトの軸径を大きくしなくとも、十分な剛性を有し、クランクシャフトの撓みが小さい。また、クランクシャフトの熱処理や窒化処理や浸炭処理を施した面は、さらに、研削仕上げやバフがけを行った後に、固体潤滑性を有するリン酸マンガン処理や二硫化モリブデン処理を行い、滑り軸受に対する耐摩耗性を向上させている。

ジャーナル軸受を用いた圧縮機の実際の運転状態では、起動時や停止時は軸回転数が低速となるので、ジャーナル軸受における油膜反力が小さくなり、油膜厚さも小さくなる。特に起動時には、潤滑油の供給も遅れるため、ジャーナル軸受の表面とクランクシャフトの面との直接接触が発生する。
そのため、特許文献２に記載のロータリ圧縮機にジャーナル軸受を用いると、起動時や停止時に、ジャーナル軸受面とクランクシャフト面とが直接接触するので、クランクシャフトの表面に設けられたリン酸マンガン被膜や二硫化モリブデン被膜などが摩耗し、クランクシャフトの熱処理や窒化処理や浸炭処理を施した面が露出する。
この、クランクシャフトの熱処理や窒化処理や浸炭処理を施した面は、硬度が大きく、ジャーナル軸受との間に大きな硬度差を生じ、ジャーナル軸受の摩耗が進行する。その結果、軸受の表面粗さが増大し、流体潤滑状態から混合潤滑状態や境界潤滑状態に移行し、ジャーナル軸受が焼きつくなどの、圧縮機の信頼性が低下するとの問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高性能化にともない、クランクシャフトに加わる荷重が増大しても、クランクシャフトの寸法を大きくすることなしに、クランクシャフトの撓みの増加を防止でき、しかも、軸受部分にカーボンブッシュ材やポリイミド系ブッシュ材や裏金付き樹脂複合軸受材などの軸受部材を追加することなく、クランクシャフトを支えるジャーナル軸受部の潤滑が良好で、ジャーナル軸受の摩耗が少ないロータリ圧縮機を得ることである。

本発明に係わる第１のロータリ圧縮機は、密閉容器内に、電動機と圧縮機構とが内蔵されており、圧縮機構が、シリンダとシリンダ内に設けられたローリングピストンと、電動機のロータに連結固定されたクランクシャフトと、シリンダの上面と下面とに各々設けられたクランクシャフトを支えるジャーナル軸受とを備え、ローリングピストンがクランクシャフトに偏心して取り付けられ、ローリングピストンの外周面の一部がシリンダの内周面に摺接して、圧縮室内を回転するロータリ圧縮機であって、クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受に摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成されたリン酸マンガン皮膜と、リン酸マンガン皮膜の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、クランクシャフトのマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さが、ジャーナル軸受の表面粗さより小さいものである。

本発明に係わる第２のロータリ圧縮機は、クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受に摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、クランクシャフトのマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さが、ジャーナル軸受の表面粗さより小さいものである。

本発明に係わる第１のロータリ圧縮機は、密閉容器内に、電動機と圧縮機構とが内蔵されており、圧縮機構が、シリンダとシリンダ内に設けられたローリングピストンと、電動機のロータに連結固定されたクランクシャフトと、シリンダの上面と下面とに各々設けられたクランクシャフトを支えるジャーナル軸受とを備え、ローリングピストンがクランクシャフトに偏心して取り付けられ、ローリングピストンの外周面の一部がシリンダの内周面に摺接して、圧縮室内を回転するロータリ圧縮機であって、クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受に摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成されたリン酸マンガン皮膜と、リン酸マンガン皮膜の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、クランクシャフトのマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さが、ジャーナル軸受の表面粗さより小さいものであり、クランクシャフトに加わる荷重が増大しても、クランクシャフトの寸法を大きくすることなしに、クランクシャフトの撓みの増加を防止でき、しかも、クランクシャフトを支えるジャーナル軸受部の潤滑が良好で摩耗の少ないロータリ圧縮機を得ることができる。

本発明に係わる第２のロータリ圧縮機は、クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受に摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、クランクシャフトのマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さが、ジャーナル軸受の表面粗さより小さいものであり、クランクシャフトに加わる荷重が増大しても、クランクシャフトの寸法を大きくすることなしに、クランクシャフトの撓みの増加を防止でき、しかも、クランクシャフトを支えるジャーナル軸受部の潤滑が良好で摩耗の少ないロータリ圧縮機を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機の断面模式図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機の、図１に示す断面模式図におけるＡ―Ａ断面の模式図である。
図１と図２とに示すように、本実施の形態のロータリ圧縮機１００は、アッパーシェル１９とロワーシェル２０とで形成された密閉容器２１内に、電動機１１と圧縮機構９が内蔵されている。アッパーシェル１９には、冷媒を吐出させる吐出パイプ１０が設けられている。
圧縮機構９は、第１の軸受１３とＵシリンダ１５とミドルプレート１６とＬシリンダ１７と第２の軸受１８とが積層され、第１の軸受１３とミドルプレート１６とで形成された第１の圧縮室２５と、第２の軸受１８とミドルプレート１６とで形成された第２の圧縮室２６とを備えている。

第１の圧縮室２５内と第２の圧縮室２６内とには、各々にローリングピストン１４が設置されている。各ローリングピストン１４は、電動機１１のロータに連結固定され、且つ第１の軸受１３と第２の軸受１８とで支持されたクランクシャフト１２に偏心して取り付けられている。そして、クランクシャフト１２の回転により、各ローリングピストン１４は、その外周面の一部が対応するＵシリンダ１５とＬシリンダ１７との各内周面に摺接して、回転する。
また、Ｕシリンダ１５とＬシリンダ１７とには、半径方向に形成された溝に内側から出没できるベーン２３が設けられている。このベーン２３は、溝内に設けられたスプリング２４の作用により、ローリングピストン１４の回転時にも、ローリングピストン１４の外周面と摺接している。
また、Ｕシリンダ１５とＬシリンダ１７とには、冷媒を吸入する吸入パイプ２２が、各々設けられている。
本実施の形態のロータリ圧縮機１００では、圧縮室を２個としているが、これに限定されるものではない。

本実施の形態のロータリ圧縮機１００では、第１の軸受１３と第２の軸受１８に、ジャーナル軸受が用いられ、クランクシャフト１２には、従来のヤング率約１６０ＧＰａの球状黒鉛鋳鉄ＤＣＤ５５０に替えて、例えば、ヤング率が２１０ＧＰａの機械構造用合金であるクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５が用いられている。ＳＣＭ材は、硬度が高くまた靭性の目安となる延びが比較的小さいため、摩耗によるなじみが比較的良い。

図３は、本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの表面の構成を示す断面模式図である。
図３に示すように、本実施の形態におけるクランクシャフト１２の表面は、表面処理され、材質の異なる複数の層となっている。
すなわち、金属母材４３の表面には、表面を研磨フィルムにて超仕上げ加工を行った窒化物層４２が設けられ、窒化物層４２の表面には、バフ仕上げを行ったリン酸マンガン皮膜４１が設けられ、リン酸マンガン皮膜４１の表面には、二硫化モリブデン皮膜４０が設けられている。

本実施の形態のクランクシャフト１２の表面を構成する層および皮膜の厚さは、窒化物層４２が１０μｍ〜２０μｍ、リン酸マンガン皮膜４１が２μｍ〜５μｍ、二硫化モリブデン皮膜４０が約１μｍである。
また、本実施の形態のクランクシャフト１２では、研削加工仕上げ後の金属母材表面の表面粗さは、約１．５μｍであるが、窒化処理直後の窒化物層４２表面の表面粗さは、図４の測定結果例に示すように、約２．５μｍであった。そのため、窒化物層４２は、超仕上げ加工が行われ、その超仕上げ加工後の表面粗さは、図５の測定結果例に示すように、約０．７μｍより小さかった。
すなわち、超仕上げ加工を行なった窒化物層４２を備えたクランクシャフト１２の窒化物層４２の表面は、図６のクランクシャフトの断面模式図に示すように、かなり平滑であった。
そのため、図３に示すように、窒化物層４２の表面に形成されたリン酸マンガン皮膜４１も、さらに、リン酸マンガン皮膜４１の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜４０も、その表面粗さは、非常に小さくなっている。

次に、本実施の形態におけるクランクシャフト１２の表面を構成する層および皮膜の形成方法について説明する。
クランクシャフト１２の金属母材、すなわち、機械構造用合金であるＳＣＭ４３５材は、研削仕上げ加工を行い、表面を滑らかにする。
クランクシャフト１２の金属母材表面の耐摩耗性を向上させるための窒化物層４２の形成は、クランクシャフト１２を、４８０℃〜５８０℃の処理温度で塩浴窒化処理により行う。この処理温度は、鋼材の変態温度（９００℃以上）より十分に低温（４８０℃）であるので、クランクシャフト１２の形状精度の劣化はほとんどなく、また、クランクシャフト１２の表面硬度はビッカース硬度Ｈｖ＝８００程度になる。

塩浴窒化処理により形成された窒化物層４２の表面粗さは上記のように、約２．５μｍと大きいので、窒化物層４２は超仕上げ加工がなされる。具体的には、ワークとなるクランクシャフト１２を旋盤などに取り付けて回転させながら、研磨砥粒層が形成されたラッピングフィルムを樹脂製ローラなどによりクランクシャフト１２に押し付けてクランクシャフト１２の表面を研磨する。研磨フィルムの砥粒として、粗加工用砥粒付きフィルム２０００番（砥粒径９μｍ）、仕上げ加工用砥粒付きフィルム２０００番（砥粒径９μｍ）、仕上げ加工用砥粒付きフィルム４０００番（砥粒径３μｍ）の３種類のラッピングフィルムを段階的に用いて行う。
超仕上げ加工による窒化物層４２の研磨量は半径で約１μｍ〜約２μｍであり、窒化物層４２の厚さが１０μｍ〜２０μｍであるので、超仕上げ加工後も、窒化物層４２は十分に残っている。
本実施の形態では、ラッピングフィルムによる超仕上げ加工法を挙げたが、所定の表面粗さまで小さくできれば、その他の超仕上げ加工方法も用いることができ、ラッピングフィルムによる超仕上げ加工法に限定されるものではない。

平滑化した窒化物層４２表面へのリン酸マンガン被膜４１の形成は、リン酸マンガン液の槽に、クランクシャフト１２を浸漬させ、クランクシャフト１２表面の鉄をエッチングするとともに、リン酸マンガン結晶を析出させて行う。析出したリン酸マンガン結晶は、その大きさが約１μｍ〜約２μｍあるので、リン酸マンガン被膜４１の形成直後の表面は、凹凸が大きくなる。そのため、リン酸マンガン被膜４１の形成後に、バフなどにより表面の凹凸を滑らかにする。

二硫化モリブデン被膜４０の形成は、リン酸マンガン被膜４１の表面に、二硫化モリブデン粉末をショットブラスト法により噴きつけて行う。形成された二硫化モリブデン被膜４０は樹脂などのバインダー成分を含んでいない。また、二硫化モリブデン被膜４０は、クランクシャフト１２における、第１の軸受１３で支持される部分と、第２の軸受１８で支持される部分の２箇所のみに形成する。

次に、実施例にて、本実施の形態のロータリ圧縮機を詳細に説明する。

実施例１．
本実施例のロータリ圧縮機１００は、クランクシャフト１２の直径を、従来のロータリ圧縮機の１６ｍｍのままとして、Ｕシリンダ１５とＬシリンダ１７の高さを高くし、圧縮室の容量を、従来の１７２ｃｃから１９４ｃｃへ、約１３％増大したものである。
そして、ロータリ圧縮機１００の高圧縮化によるクランクシャフト１２への負荷増加に対応するため、クランクシャフト１２には、従来のヤング率約１６０ＧＰａの球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ５５０に替えて、ヤング率が約２１０ＧＰａと約３１％高い機械構造用合金であるクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５を用いる。
本実施例のロータリ圧縮機１００では、圧縮室の容量の増加率以上にヤング率の増加率が高い材料をクランクシャフト１２に用いているので、クランクシャフト１２の撓みを、従来のロータリ圧縮機のクランクシャフトの撓みより小さくできる。

本実施例では、ジャーナル軸受である、第１の軸受１３の有効長を３０ｍｍとし、第２の軸受１８の有効長を１９．６ｍｍとしている。また、第１の軸受１８の重心と第２の軸受１３の重心との間の距離を７６.２ｍｍとし、第２の軸受１８の重心からＬシリンダ１７の荷重点までの距離を２２．９ｍｍとし、第２の軸受１８の重心からＵシリンダ１５の荷重点までの距離を４８．２ｍｍとしている。また、クランクシャフト１２と各軸受１３，１８との隙間は、０．０１９ｍｍとしている。そして、ジャーナル軸受の軸受材は、ねずみ鋳鉄ＦＣ２５０であり、その表面の最大粗さσbは、１μｍとしている。

このような寸法のジャーナル軸受に対して、Patir＆Chengの修正レイノルズ方程式とGreenwood＆Williamsの固体接触理論を基にクランクシャフトにかかる負荷とそのときの最小油膜厚さｈｓを求めた。その結果、本実施例のロータリ圧縮機の定格運転条件における最小油膜厚さｈsとして、１．２μｍが得られた。

本実施例のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１２は、上記方法により形成された表面処理層が設けられている。表面処理層は、金属母材４３の表面に設けられ、表面を研磨フィルムにて超仕上げ加工を行い表面粗さを約０．７μｍより小さくした窒化物層４２と、窒化物層４２の表面に設けられた、バフ仕上げを行ったリン酸マンガン皮膜４１と、リン酸マンガン皮膜４１の表面に設けられた、平滑な二硫化モリブデン皮膜４０とで形成されている。

ジャーナル軸受が流体潤滑から混合潤滑の状態で動作するには、上記（１）式における油膜厚さパラメータΛが１より大きいことが必要である。つまり、本実施例のロータリ圧縮機では、ジャーナル軸受における、最小油膜厚さｈｓが合成粗さσｃより大きいことである。
すなわち、本実施例のロータリ圧縮機で、ジャーナル軸受が流体潤滑から混合潤滑の状態を維持して動作するには、クランクシャフトの表面粗さσaが、下記（２）式の関係を満たすことである。

上記（２）式に、最小油膜厚さｈsとして１．２μｍを、ジャーナル軸受の表面の最大粗さσbとして１μｍを、代入すると、クランクシャフトの表面粗さσa＜０．７μｍとなり、本実施例のロータリ圧縮機のジャーナル軸受は、クランクシャフトの表面粗さが０．７μｍより小さいと、流体潤滑から混合潤滑の状態を維持して動作すると考えられる。

本実施の形態のロータリ圧縮機では、クランクシャフトの最外表面は平滑であり、その表面粗さを０．７μｍより小さくでき、ジャーナル軸受は、流体潤滑から混合潤滑の状態を維持して動作する。
また、本実施の形態のロータリ圧縮機では、クランクシャフトの最外表面の表面粗さが、例え０．７μｍ以上であっても、最外表面層が二硫化モリブデン皮膜であるので、軸受材のＦＣ２５０に対して柔らかいため、接触により軸受の形状になじみ、定常状態においては流体潤滑状態を維持することができる。特に、二硫化モリブデン皮膜に樹脂などのバインダー成分を含まないので、固体潤滑材としての機能が高い
ロータリ圧縮機の実際の運転では、起動時や停止時に軸回転数が低速となり、ジャーナル軸受における油膜反力が小さくなり、油膜厚さが小さくなる。特に起動時には、潤滑油の供給も遅れるため、ジャーナル軸受の表面とクランクシャフトの面との直接接触が発生し、二硫化モリブデン皮膜とリン酸マンガン皮膜とが摩耗する。
このように、二硫化モリブデン皮膜とリン酸マンガン皮膜とが摩耗しても、クランクシャフトの面が、耐摩耗性を有する、表面粗さが０．７μｍより小さい窒化物層面となるので、ジャーナル軸受での潤滑が、流体潤滑から混合潤滑の状態で、ロータリ圧縮機を運転できる。

また、本実施の形態のロータリ圧縮機は、従来のロータリ圧縮機の圧縮室の容量より大きな圧縮室を有し、クランクシャフトに、そのヤング率の増加率が、圧縮室の容量増加率より大きくなる機械構造用合金鋼を用いているので、ロータリ圧縮機を高圧縮化しても、クランクシャフトの撓みが大きくならない。

すなわち、本実施の形態のツインロータリ圧縮機は、従来と同じねずみ鋳鉄ＦＣ２５０を軸受に用いて、小型高性能圧縮機の耐久性試験を行っても、ジャーナル軸受での焼付きなどの不具合の発生がなく、また軸受の摩耗損傷もほとんどなく、高圧縮運転をしても、従来の圧縮機と同等の信頼性を確保することができる。

実施の形態２．
本実施の形態のロータリ圧縮機は、クランクシャフトの表面層の構成を替えた以外、実施の形態１と同様である。
図７は、本発明の実施の形態２に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの表面の構成を示す断面模式図である。
図７に示すように、本実施の形態では、金属母材４３の表面には、表面を研磨フィルムにて超仕上げ加工を行った窒化物層４２が設けられ、窒化物層４２の表面には、二硫化モリブデン皮膜４０が設けられている。
窒化物層４２の形成方法および二硫化モリブデン皮膜４０の形成方法は、実施の形態１と同様である。また、窒化物層４２の表面粗さは、研磨フィルムにて超仕上げ加工により、約０．７μｍより小さくしている。

図８は、本発明の実施の形態２に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの二硫化モリブデン皮膜の表面粗さの測定結果例である。クランクシャフト１２の表面粗さは約１．５μｍであり、本実施の形態の軸受が流体潤滑から混合潤滑の状態を維持して動作する表面粗さより大きくなっており、クランクシャフト１２とジャーナル軸受との接触が発生する。
しかし、二硫化モリブデン被膜４０は、軸受材のＦＣ２５０に対して柔らかいため、接触により軸受の形状になじみ、定常状態においては流体潤滑状態を維持することができる。また、二硫化モリブデン被膜４０の摩耗が進行して、窒化物層４２が露出しても、その最大粗さが０．７μｍより小さいので、ジャーナル軸受での潤滑が、流体潤滑から混合潤滑の状態で、ロータリ圧縮機を運転でき、軸受の摩耗が低減できる。

実際に、本実施の形態のクランクシャフト１２を、実施の形態１と同じ設計のツインロータリ圧縮機に組み込み、小型高性能圧縮機の耐久性試験を行っても、クランクシャフトの撓みが大きくならないとともに、ジャーナル軸受での焼付きなどの不具合は発生せず、軸受摩耗も従来モデルと同等となり、高圧縮による高能率化を達成するとともに、従来機種と同等のジャーナル軸受部分の信頼性を確保することができる。

実施の形態１および２においては、耐磨耗性を向上させるために窒化物層を形成した場合について説明したが、高周波焼入れなどの加工法により焼入れ処理をおこないマルテンサイト層を４５０μｍ以上の厚みで形成し、クランクシャフトの硬度ＨＲＣ５０−６３（ビッカース硬度５１３から７７２相当）とした場合でも同様の効果が得ることができる。

本発明に係わるロータリ圧縮機は、クランクシャフトの撓みが小さく、ジャーナル軸受での潤滑性に優れているので、高性能な高圧縮タイプのロータリ圧縮機として有効に用いることができる。

本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機の、図１に示す断面模式図におけるＡ―Ａ断面の模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの表面の構成を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの窒化処理直後の窒化物層表面の表面粗さの測定結果例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの超仕上げ加工後の窒化物層表面の表面粗さの測定結果例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わるロータリ圧縮機に用いられる、窒化物層を超仕上げ加工した後のクランクシャフトの断面模式図を示す図である。 本発明の実施の形態２に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの表面の構成を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるロータリ圧縮機に用いられるクランクシャフトの二硫化モリブデン被膜の表面粗さの測定結果例を示す図である。

符号の説明

１０ 吐出パイプ、１１ 電動機、１２ クランクシャフト、１３ 第１の軸受、
１４ ローリングピストン、１５ Ｕシリンダ、１６ ミドルプレート、
１７ Ｌシリンダ、１８ 第２の軸受、１９ アッパーシェル、２０ ロワーシェル、
２１ 密閉容器、２２ 吸入パイプ、２３ ベーン、２４ スプリング、
２５ 第１の圧縮室、２６ 第２の圧縮室、４０ 二硫化モリブデン皮膜、
４１ リン酸マンガン皮膜、４２ 窒化物層、４３ 金属母材、
１００ ロータリ圧縮機。

Claims (6)

1. 密閉容器内に、電動機と圧縮機構とが内蔵されており、上記圧縮機構が、シリンダと上記シリンダ内に設けられたローリングピストンと、上記電動機のロータに連結固定されたクランクシャフトと、上記シリンダの上面と下面とに各々設けられた上記クランクシャフトを支えるジャーナル軸受とを備え、上記ローリングピストンが、上記クランクシャフトに偏心して取り付けられ、上記ローリングピストンの外周面の一部が上記シリンダの内周面に摺接して、圧縮室内を回転するロータリ圧縮機であって、
   上記クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、上記クランクシャフトの、少なくとも上記ジャーナル軸受と摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、上記マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成されたリン酸マンガン皮膜と、上記リン酸マンガン皮膜の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、上記クランクシャフトの窒化物層の表面粗さが、上記ジャーナル軸受の表面粗さより小さいことを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 密閉容器内に、電動機と圧縮機構が内蔵されており、上記圧縮機構が、シリンダと上記シリンダ内に設けられたローリングピストンと、上記電動機のロータに連結固定されたクランクシャフトと、上記シリンダの上面と下面とに各々設けられた上記クランクシャフトを支えるジャーナル軸受とを備え、上記ローリングピストンが、上記クランクシャフトに偏心して取り付けられ、上記ローリングピストンの外周面の一部が上記シリンダの内周面に摺接して、圧縮室内を回転するロータリ圧縮機であって、
   上記クランクシャフトが、機械構造用鋼からなり、上記クランクシャフトの、少なくとも上記ジャーナル軸受と摺動する部分の表面に、マルテンサイト層もしくは窒化物層と、上記マルテンサイト層もしくは窒化物層の表面に形成された二硫化モリブデン皮膜とを備え、上記クランクシャフトの窒化物層の表面粗さが、上記ジャーナル軸受の最大表面粗さより小さいことを特徴とするロータリ圧縮機。
3. クランクシャフトの、少なくともジャーナル軸受と摺動する部分のマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さσａが、下記（２）式の関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロータリ圧縮機。
   

   
4. ジャーナル軸受の表面粗さσｂが１μｍであり、クランクシャフトの、少なくとも上記ジャーナル軸受と摺動する部分のマルテンサイト層もしくは窒化物層の表面粗さσａが０．７μｍより小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロータリ圧縮機。
5. 二硫化モリブデン被膜が樹脂などのバインダー成分を含まないことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
6. クランクシャフトに、圧縮室の容量増加率よりヤング率の増加率が大きい機械構造用鋼を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

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