JP2010084583A - Sliding member and compressor - Google Patents

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Sukeki Yoshimi
祐基 吉見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable sliding member for a compressor with increased adhesiveness of phosphate coating and with high oil retaining capability, and to provide an highly reliable and highly efficient compressor. <P>SOLUTION: Iron phosphate 128 is formed to the depth of 0.5 μm from a surface of material of a sliding part, wherein weight percent of phosphorus is within a range of 5-15%, weight percent of manganese is within a range of 5-20%, and weight percent of iron is within a range of 70-85%. The adhesiveness between the material of the sliding member and the phosphate coating 127 is improved by forming the phosphate coating 127 with coating thickness of 0.5 to 2.5 μm and particle diameter of 5 μm or less, the oil retaining capability is improved, and abrasion resistance is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、鉄鋼製品例えばピストンやクランクシャフト等の摺動面に、耐摩耗性、初期なじみ性の優れたりん酸塩皮膜を形成した摺動部材と、冷蔵庫やエアーコンデンサー等に使用される圧縮機に関するものである。   The present invention relates to a sliding member in which a phosphate film having excellent wear resistance and initial conformability is formed on a sliding surface of a steel product such as a piston or a crankshaft, and a compression used for a refrigerator or an air condenser. Related to the machine.

近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を減らすために高効率の圧縮機の開発が進められている。   In recent years, high-efficiency compressors have been developed to reduce the use of fossil fuels from the viewpoint of protecting the global environment.

従来、圧縮機のピストンやクランクシャフトなどの摺動面に、りん酸塩皮膜を形成することで機械加工仕上げの加工面の凹凸を消し、摺動部部材同士の初期なじみを良好にした摺動部材および圧縮機についての記載がある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a phosphate coating is formed on the sliding surfaces of compressor pistons, crankshafts, etc. to eliminate irregularities on the machined surface and improve the initial familiarity between the sliding parts. There is a description about a member and a compressor (for example, refer to patent documents 1).

以下、図面を参照しながら上記従来の摺動部材および圧縮機を説明する。   The conventional sliding member and compressor will be described below with reference to the drawings.

図8は、特許文献1に記載された従来の圧縮機の縦断面図、図9は特許文献1に記載された従来の摺動部材の要部断面図である。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional compressor described in Patent Document 1, and FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a conventional sliding member described in Patent Document 1.

図8に示すように、密閉容器1は底部にオイル2を貯留するとともに、固定子3および回転子4からなる電動要素5と、電動要素5によって駆動される往復式の圧縮要素6を収容している。   As shown in FIG. 8, the sealed container 1 stores oil 2 at the bottom, and houses an electric element 5 including a stator 3 and a rotor 4, and a reciprocating compression element 6 driven by the electric element 5. ing.

次に圧縮要素6の詳細を以下に説明する。   Next, details of the compression element 6 will be described below.

クランクシャフト7は、回転子4を圧入固定した主軸部8および、主軸部8に対し偏心して形成された偏心軸9を備え、さらに給油ポンプ10を設けている。   The crankshaft 7 includes a main shaft portion 8 into which the rotor 4 is press-fitted and fixed, an eccentric shaft 9 formed eccentric to the main shaft portion 8, and an oil supply pump 10.

また、シリンダーブロック11は略円筒形のボアー12からなる圧縮室13を形成するとともに、主軸部8を軸支する軸受部14を設けている。   Further, the cylinder block 11 forms a compression chamber 13 composed of a substantially cylindrical bore 12 and is provided with a bearing portion 14 that supports the main shaft portion 8.

ボアー12に遊嵌されたピストン15は、ピストンピン16を介して、偏心軸9との間を連結手段であるコンロッド17によって連結されている。   The piston 15 loosely fitted to the bore 12 is connected to the eccentric shaft 9 via a piston pin 16 by a connecting rod 17 as a connecting means.

ボアー12の端面はバルブプレート18で封止されている。   The end face of the bore 12 is sealed with a valve plate 18.

また、ヘッド19は高圧室(図示せず)と低圧室(図示せず)を形成し、バルブプレート18の反ボアー12側に固定される。   The head 19 forms a high pressure chamber (not shown) and a low pressure chamber (not shown), and is fixed to the valve plate 18 on the side opposite to the bore 12.

サクションチューブ20は、密閉容器1に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側(図示せず)に接続され、冷媒ガスを密閉容器1内に導く。サクションマフラー21は、バルブプレート18とヘッド19に挟持される。   The suction tube 20 is fixed to the sealed container 1 and connected to the low-pressure side (not shown) of the refrigeration cycle, and guides the refrigerant gas into the sealed container 1. The suction muffler 21 is sandwiched between the valve plate 18 and the head 19.

クランクシャフト7の主軸部8と軸受部14、ピストン15とボアー12、ピストンピン16とコンロッド17、クランクシャフト7の偏心軸9とコンロッド17とは、相互に摺動部を形成し、摺動部を構成する摺動部材は、どちらか一方の摺動部表面に多孔質結晶体からなる不溶解性のりん酸塩皮膜22を形成している。   The main shaft portion 8 and the bearing portion 14 of the crankshaft 7, the piston 15 and the bore 12, the piston pin 16 and the connecting rod 17, and the eccentric shaft 9 and the connecting rod 17 of the crankshaft 7 form a sliding portion. Is formed with an insoluble phosphate film 22 made of a porous crystal on the surface of one of the sliding portions.

図9では、摺動部の一例として、ピストン15とボアー12で形成される摺動部を示しており、ピストンの摺動部表面に多孔質結晶体からなる不溶解性のりん酸塩皮膜22を形成している。   In FIG. 9, a sliding part formed by the piston 15 and the bore 12 is shown as an example of the sliding part, and an insoluble phosphate film 22 made of a porous crystal is formed on the sliding part surface of the piston. Is forming.

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。   The operation of the compressor configured as described above will be described below.

商用電源(図示せず)から供給される電力は電動要素5に供給され、電動要素5の回転子4を回転させる。回転子4はクランクシャフト7を回転させ、偏心軸9の偏心運動が連結手段であるコンロッド17からピストンピン16を介してピストン15に伝達されてピストン15はボアー12内を往復運動し、サクションチューブ20を通じて密閉容器1内に導かれた冷媒ガスは、サクションマフラー21から吸入され、圧縮室13内で連続して圧縮される。   Electric power supplied from a commercial power source (not shown) is supplied to the electric element 5 to rotate the rotor 4 of the electric element 5. The rotor 4 rotates the crankshaft 7, and the eccentric movement of the eccentric shaft 9 is transmitted from the connecting rod 17, which is a connecting means, to the piston 15 via the piston pin 16. The piston 15 reciprocates in the bore 12, and the suction tube The refrigerant gas introduced into the sealed container 1 through 20 is sucked from the suction muffler 21 and continuously compressed in the compression chamber 13.

オイル2はクランクシャフト7の回転に伴い、給油ポンプ10から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン15とボアー12の摺動部においては、多孔質結晶体であるりん酸塩皮膜22によりオイル2が保持され、シールの役割を果たす。   As the crankshaft 7 rotates, the oil 2 is supplied to the sliding portions from the oil pump 10 to lubricate the sliding portions, and at the sliding portions of the piston 15 and the bore 12, phosphorus, which is a porous crystal body, is provided. The oil 2 is held by the acid salt film 22 and serves as a seal.

ここでピストン15とボアー12とは、漏れ損失を小さくするために非常に狭いクリアランスで遊嵌されている。その結果、ピストン15とボアー12の形状、精度のばらつきによっては、部分的に相互接触を起こす部位が生ずることもある。   Here, the piston 15 and the bore 12 are loosely fitted with a very narrow clearance in order to reduce leakage loss. As a result, depending on the variations in the shape and accuracy of the piston 15 and the bore 12, there may be a portion that causes partial mutual contact.

しかしながら、りん酸塩皮膜22をピストン15の摺動面に形成することで、ピストン15が上死点ならびに下死点において速度が零となった場合においても、ピストン15の表面に形成したりん酸塩皮膜22により、ボアー12との金属接触を防止することができる。
特開平7−238885号公報
However, by forming the phosphate coating 22 on the sliding surface of the piston 15, the phosphoric acid formed on the surface of the piston 15 even when the speed of the piston 15 becomes zero at the top dead center and the bottom dead center. The salt coating 22 can prevent metal contact with the bore 12.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-238885

しかしながら、上記従来の摺動部材をオイルの粘度が高い環境下で使用する場合は、りん酸塩皮膜の多孔質結晶体の形状を生かしてオイルの保持性を得ることができたが、近年の圧縮機の高効率化に伴うオイルの低粘度化により、りん酸塩皮膜の多孔質結晶体形状によるオイルを保持する能力が低下し、その結果、オイルによるピストンとボアー間のシール性の低下や、りん酸塩皮膜に対する負荷が増大することによる耐摩耗性の低下が生じるという課題を有していた。   However, when the conventional sliding member is used in an environment where the viscosity of the oil is high, the retainability of the oil can be obtained by taking advantage of the shape of the porous crystalline body of the phosphate film. Due to the lower viscosity of the oil due to the higher efficiency of the compressor, the ability to retain the oil due to the porous crystal shape of the phosphate film decreases, resulting in a decrease in the sealing performance between the piston and the bore due to the oil. However, there is a problem that the wear resistance is lowered due to an increase in the load on the phosphate film.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、素材とりん酸塩皮膜との密着性を高め、りん酸塩皮膜の形状を制御することによりオイルの保持力を向上させる摺動部材を提供し、信頼性の高い高効率の圧縮機を提供することを目的としている。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a sliding member that improves the adhesion between the material and the phosphate coating and improves the oil retention by controlling the shape of the phosphate coating. The object is to provide a highly reliable and highly efficient compressor.

上記従来の課題を解決するために、本発明の摺動部材は、摺動部素材の表面から内部にかけてのりん酸鉄塩の構成比を制限することで、りん酸塩皮膜と摺動部素材との密着性を良化させ、りん酸塩皮膜の膜厚および粒子径を制限することで、オイルの保持力を高めることができるという作用を有する。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the sliding member of the present invention has a phosphate film and a sliding part material by limiting the composition ratio of iron phosphate from the surface to the inside of the sliding part material. By improving the adhesion with the oil and limiting the film thickness and particle diameter of the phosphate film, it has the effect of increasing the oil retention.

本発明の摺動部材および圧縮機は、摺動部素材の表面にりん酸塩皮膜を形成し、摺動部素材の表面から0.5μmまでの深さにおいて、りんの重量構成比が5〜15%の範囲で、マンガンの重量構成比5〜20%の範囲内で、鉄の重量構成比が70〜85%の範囲内とし、摺動部表面に膜厚が0.5から2.5μmの範囲内であり、粒子径が5μm以下としたもので、りん酸塩皮膜と摺動部材との密着性を高め、りん酸塩皮膜によるオイルの保持力を高めた高性能でかつ高信頼性の摺動部材および、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。   The sliding member and the compressor of the present invention form a phosphate film on the surface of the sliding part material, and the weight composition ratio of phosphorus is 5 to 5 μm from the surface of the sliding part material to 0.5 μm. In the range of 15%, the weight composition ratio of manganese is in the range of 5 to 20%, the weight composition ratio of iron is in the range of 70 to 85%, and the film thickness is 0.5 to 2.5 μm on the sliding surface. With a particle diameter of 5 μm or less, improved adhesion between the phosphate coating and the sliding member, and increased oil retention by the phosphate coating, with high performance and high reliability. And a highly reliable and highly efficient compressor.

請求項1に記載の発明は、摺動部素材の表面にりん酸塩皮膜を形成し、少なくとも前記摺動部素材の表面から0.5μmまでの深さにおいて、りんの重量構成比が5〜15%の範囲内で、マンガンの重量構成比が5〜20%の範囲内で、鉄の重量構成比が70〜85%の範囲内であるりん酸鉄塩で構成されたもので、摺動部素材とりん酸塩皮膜との反応性を高めることにより摺動部素材とりん酸塩皮膜との密着性を高めるため、信頼性の高い摺動部材を形成することができる。   According to the first aspect of the present invention, a phosphate film is formed on the surface of the sliding part material, and the weight composition ratio of phosphorus is 5 to 5 at least at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material. It is composed of iron phosphate salt in which the weight composition ratio of manganese is in the range of 5-20% and the weight composition ratio of iron is in the range of 70-85% within the range of 15%. Since the adhesiveness between the sliding part material and the phosphate film is increased by increasing the reactivity between the part material and the phosphate film, a highly reliable sliding member can be formed.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、りん酸塩皮膜の膜厚が0.5から2.5μmの範囲内であり、かつ前記りん酸塩皮膜の粒子径は5μm以下としたもので、不溶解性皮膜で多孔質結晶体であるりん酸塩皮膜により金属接触を防ぎ、また、オイルの保持力を高め、摺動部の摩耗を防止するため、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性の高い摺動部材を形成することができる。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the thickness of the phosphate film is in the range of 0.5 to 2.5 μm, and the particle diameter of the phosphate film is 5 μm. In order to prevent metal contact with a phosphate film, which is an insoluble film and a porous crystal, and to increase the oil retention and prevent the sliding part from being worn, In addition to the effects of the described invention, a highly reliable sliding member can be formed.

請求項3に記載の発明は、密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、一方が前記クランクシャフトに一体に形成され、他方が軸受部に一体に形成されたスラスト部と、前記主軸を回転自在に軸支する前記軸受部と、圧縮室を形成するシリンダーブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、前記偏心軸と前記ピストンを連携するコンロッドとを備えレシプロ型の圧縮要素を形成し、前記クランクシャフト、前記スラスト部、前記シリンダーブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、前記コンロッドの少なくともひとつに、請求項1または2に記載の発明の摺動部材を用いた圧縮機としたもので、摺動部素材とりん酸塩皮膜との密着性を高め、また、摺動部表面のりん酸塩皮膜の膜厚を厚くし、粒子を細かくすることにより、りん酸塩皮膜とオイルとのぬれ性を良化させ、オイルの保持性を高めることができるため、ピストンとボアー間等の摺動部におけるシール性や耐摩耗性に優れた信頼性の高い圧縮機を提供することができる。   According to a third aspect of the present invention, oil is stored in a sealed container and a compression element is accommodated, and the compression element is formed integrally with the crankshaft having a main shaft and an eccentric shaft, and one of the compression shaft and the crankshaft. A thrust portion integrally formed on the bearing portion, the bearing portion rotatably supporting the main shaft, a cylinder block forming a compression chamber, a piston reciprocating in the compression chamber, and the eccentricity A reciprocating type compression element comprising a piston pin arranged in parallel to a shaft and fixed to the piston, and a connecting rod for linking the eccentric shaft and the piston, the crankshaft, the thrust portion, the cylinder block, The sliding member according to claim 1 or 2 is used for at least one of the piston, the piston pin, and the connecting rod. By reducing the particle size of the phosphoric acid by increasing the film thickness of the phosphate film on the surface of the sliding part and making the particles finer. Since the wettability between the salt film and oil can be improved and the oil retention can be improved, a highly reliable compressor with excellent sealing and wear resistance in sliding parts such as between the piston and bore Can be provided.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、粘度グレードVG10以下のオイルを用いたもので、低粘度オイルにおいても摺動部表面のりん酸塩皮膜によるオイルの保持力を高めることができ、摺動部間のリーク量を少なくできるため、請求項3に記載の発明の効果に加えてさらに、耐摩耗性に優れるとともに冷凍能力の高い圧縮機を提供することができる。   The invention according to claim 4 uses the oil of viscosity grade VG10 or less in the invention according to claim 3, and even in a low viscosity oil, the retention of oil by the phosphate coating on the surface of the sliding portion is achieved. Since the amount of leakage between the sliding portions can be reduced, it is possible to provide a compressor having excellent wear resistance and high refrigeration capacity in addition to the effect of the invention of claim 3.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、圧縮機構を駆動する電動要素を備え、前記電動要素は少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバーター駆動するもので、摺動部表面のりん酸塩皮膜によるオイルの保持力が高いことにより、駆動スピードが遅い場合においても流体潤滑状態を保つことができるため、請求項4に記載の発明の効果に加えてさらに、耐摩耗性に優れるとともに、冷凍能力の高い圧縮機を提供することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, the electric element for driving the compression mechanism is provided, and the electric element is inverter-driven at a plurality of operation frequencies including at least an operation frequency equal to or lower than a power supply frequency. In addition to the effects of the invention according to claim 4, since the oil retaining force by the phosphate film on the surface of the sliding portion is high, the fluid lubrication state can be maintained even when the driving speed is slow. Furthermore, it is possible to provide a compressor having excellent wear resistance and high refrigerating capacity.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における圧縮機の縦断面図、図2は図1におけるA部拡大図、図3は図2におけるB部拡大図、図4は同実施の形態における膜厚と摩耗量の関係図であり、りん酸塩皮膜の膜厚と摺動摩耗量の関係を示している。
(Embodiment 1)
1 is a longitudinal sectional view of a compressor according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of part A in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged view of part B in FIG. 2, and FIG. It is a relationship diagram of thickness and the amount of wear, and shows the relationship between the film thickness of the phosphate film and the amount of sliding wear.

また、図5は同実施の形態における粒子径と摩耗量の関係図であり、りん酸塩皮膜の粒子径と摺動摩耗量の関係を示している。図6は、同実施の形態におけるりん酸鉄塩深さと摩耗量の関係図であり、りん酸塩皮膜の密着性を示している。図7は同実施の形態におけるレシプロ型圧縮機の特性図である。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the particle diameter and the amount of wear in the same embodiment, and shows the relationship between the particle size of the phosphate coating and the amount of sliding wear. FIG. 6 is a relationship diagram between the iron phosphate salt depth and the wear amount in the same embodiment, and shows the adhesion of the phosphate coating. FIG. 7 is a characteristic diagram of the reciprocating compressor according to the embodiment.

図1から図3において、密閉容器101内にはR134aからなる冷媒ガス102を充填するとともに、底部にはVG10のエステル系からなるオイル103を貯留し、固定子104および回転子105からなる電動要素106と、これによって駆動される往復式の圧縮要素107を収容している。   In FIG. 1 to FIG. 3, the airtight element 101 is filled with the refrigerant gas 102 made of R134a, and the oil 103 made of the ester system of VG10 is stored at the bottom, and the electric element made of the stator 104 and the rotor 105 is stored. 106 and a reciprocating compression element 107 driven thereby are accommodated.

次に圧縮要素107の詳細を以下に説明する。   Next, details of the compression element 107 will be described below.

クランクシャフト108は、回転子105を圧入固定した主軸109および主軸109に対し偏心して形成された偏心軸110からなり、下端にはオイル103に連通する給油ポンプ111を設けている。鋳鉄からなるシリンダーブロック112は、略円筒形のボアー113と主軸109を軸支する軸受部114とを形成している。   The crankshaft 108 includes a main shaft 109 in which the rotor 105 is press-fitted and fixed, and an eccentric shaft 110 formed eccentric to the main shaft 109, and an oil supply pump 111 communicating with the oil 103 is provided at the lower end. The cylinder block 112 made of cast iron forms a substantially cylindrical bore 113 and a bearing portion 114 that supports the main shaft 109.

また、回転子105にはフランジ面115が形成され、軸受部114の上端面はスラスト部116になっている。フランジ面115と軸受部114のスラスト部116の間にはスラストワッシャ117が挿入されている。そして、フランジ面115、スラスト部116および、スラストワッシャ117でスラスト軸受部118を構成している。   Further, the rotor 105 is formed with a flange surface 115, and the upper end surface of the bearing portion 114 is a thrust portion 116. A thrust washer 117 is inserted between the flange surface 115 and the thrust portion 116 of the bearing portion 114. A thrust bearing portion 118 is configured by the flange surface 115, the thrust portion 116, and the thrust washer 117.

漏れ損失を小さくするために、ある一定量のクリアランスを保ってボアー113に遊嵌されたピストン119は、鋳鉄または鉄系の材料からなり、ボアー113とともに圧縮室120を形成し、ピストンピン121を介して連結手段であるコンロッド122によって偏心軸110と連結されている。ピストン119とボアー113は、例えば直径の差で5〜15μm程度のクリアランス寸法で遊嵌されている。   In order to reduce leakage loss, the piston 119 loosely fitted into the bore 113 while maintaining a certain amount of clearance is made of cast iron or an iron-based material, forms a compression chamber 120 together with the bore 113, and the piston pin 121 is The connecting shaft 122 is connected to the eccentric shaft 110 through a connecting means. The piston 119 and the bore 113 are loosely fitted with a clearance of about 5 to 15 μm, for example, due to a difference in diameter.

ボアー113の端面はバルブプレート123で封止されている。また、ヘッド124は高圧室(図示せず)と低圧室(図示せず)を形成し、バルブプレート123の反ボアー113側に固定される。サクションチューブ125は、密閉容器101に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側(図示せず)に接続され、冷媒ガス102を密閉容器101内に導く。サクションマフラー126は、バルブプレート123とヘッド124に挟持される。   The end surface of the bore 113 is sealed with a valve plate 123. The head 124 forms a high pressure chamber (not shown) and a low pressure chamber (not shown), and is fixed to the valve plate 123 on the side opposite to the bore 113. The suction tube 125 is fixed to the sealed container 101 and connected to the low-pressure side (not shown) of the refrigeration cycle, and guides the refrigerant gas 102 into the sealed container 101. The suction muffler 126 is sandwiched between the valve plate 123 and the head 124.

ピストン119とボアー113、主軸109と軸受部114、スラスト部116とスラストワッシャ117、ピストンピン121とコンロッド122、偏心軸110とコンロッド122は相互に摺動部を形成するとともに、それぞれの摺動部材の少なくとも一方に、りん酸塩皮膜127を形成している。   The piston 119 and the bore 113, the main shaft 109 and the bearing portion 114, the thrust portion 116 and the thrust washer 117, the piston pin 121 and the connecting rod 122, the eccentric shaft 110 and the connecting rod 122 form a sliding portion, and each sliding member A phosphate film 127 is formed on at least one of the above.

ここではピストン119を例にとって詳しく述べることにする。   Here, the piston 119 will be described in detail as an example.

ピストン119とボアー113が相互に形成する摺動部のうち、ピストン119の摺動面に、不溶解性皮膜で多孔質結晶体であるりん酸塩皮膜127を形成している。   Among the sliding portions formed by the piston 119 and the bore 113, a phosphate film 127, which is a porous crystal body, is formed of an insoluble film on the sliding surface of the piston 119.

本発明の実施の形態においては、りん酸塩皮膜127は、膜厚が0.5μm以上で、粒子径を5μm以下としたものである。また、摺動部におけるりん酸塩皮膜127とピストン素材との密着性を高めるため、摺動部素材の表面から0.5μmまでの深さにおいて、りんの重量構成比が5〜15%の範囲内で、マンガンの重量構成比が5〜20%の範囲内で、鉄の重量構成比が70〜85%の範囲内であるりん酸鉄塩128で構成することにより、摺動部表面にりん酸塩皮膜127を形成したものである。   In the embodiment of the present invention, the phosphate film 127 has a film thickness of 0.5 μm or more and a particle diameter of 5 μm or less. Further, in order to improve the adhesion between the phosphate coating 127 and the piston material in the sliding part, the weight composition ratio of phosphorus is in the range of 5 to 15% at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material. In which the weight composition ratio of manganese is in the range of 5 to 20% and the weight composition ratio of iron is in the range of 70 to 85%. An acid salt film 127 is formed.

以上のピストン119を組み混んだレシプロ型の圧縮機について、以下その動作を説明する。   The operation of the reciprocating compressor in which the above-described piston 119 is mixed will be described below.

商用電源(図示せず)から供給される電力は電動要素106に供給され、電動要素106の回転子105を回転させる。回転子105はクランクシャフト108を回転させ、偏心軸110の偏心運動が連結手段であるコンロッド122からピストンピン121を介してピストン119を駆動することで、ピストン119はボアー113内を往復運動し、サクションチューブ125を通じて密閉容器101内に導かれた冷媒ガス102は、サクションマフラー126から吸入され、圧縮室120内で圧縮される。   Electric power supplied from a commercial power source (not shown) is supplied to the electric element 106 to rotate the rotor 105 of the electric element 106. The rotor 105 rotates the crankshaft 108, and the eccentric movement of the eccentric shaft 110 drives the piston 119 from the connecting rod 122, which is a connecting means, via the piston pin 121, so that the piston 119 reciprocates in the bore 113, The refrigerant gas 102 introduced into the sealed container 101 through the suction tube 125 is sucked from the suction muffler 126 and compressed in the compression chamber 120.

オイル103はクランクシャフト108の回転に伴い、給油ポンプ111から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン119とボアー113の間においてはシールの役割を果たす。   As the crankshaft 108 rotates, the oil 103 is supplied to each sliding portion from the oil supply pump 111 to lubricate the sliding portion, and also serves as a seal between the piston 119 and the bore 113.

圧縮室120内で圧縮された冷媒ガス102は、ディスチャージチューブ(図示せず)を通って冷凍サイクル(図示せず)内に排出され、冷凍サイクル(図示せず)内を循環して、再びサクションチューブ125より密閉容器101内に導かれる。   The refrigerant gas 102 compressed in the compression chamber 120 passes through a discharge tube (not shown), is discharged into a refrigeration cycle (not shown), circulates in the refrigeration cycle (not shown), and sucks again. It is guided into the sealed container 101 from the tube 125.

ピストン119がボアー113内で往復圧縮運動をする際、ピストン119とボアー113のクリアランスが非常に狭いため、ピストン119とボアー113の形状、精度のばらつきによっては、部分的に相互接触を起こす部位が生ずることもある。   When the piston 119 reciprocates in the bore 113, the clearance between the piston 119 and the bore 113 is very narrow. Sometimes it happens.

こういった場合においても、りん酸鉄塩128によりピストン素材との密着性を高めた不溶解性皮膜であるりん酸塩皮膜127により金属接触を防ぎ、また、多孔質結晶体であるりん酸塩皮膜127の粒子形状によりオイル103の保油力を高めることができるため、ピストン119とボアー113の摺動部は常に流体潤滑状態となり摩耗しにくく、圧縮した冷媒ガス102がピストン119とボアー113のクリアランスから漏れることを低減することができるため、高効率で高信頼性の圧縮機を提供することができる。   Even in such a case, metal phosphate is prevented by the phosphate film 127 which is an insoluble film whose adhesion to the piston material is enhanced by the iron phosphate salt 128, and the phosphate which is a porous crystal is also used. Since the oil retaining force of the oil 103 can be increased by the particle shape of the coating 127, the sliding portion between the piston 119 and the bore 113 is always in a fluid lubrication state and is not easily worn, and the compressed refrigerant gas 102 flows between the piston 119 and the bore 113. Since leakage from the clearance can be reduced, a highly efficient and highly reliable compressor can be provided.

以上の圧縮機としての効率については、詳細は後述する。   Details of the efficiency of the compressor will be described later.

次に、りん酸塩皮膜による摺動特性について、R134aからなる冷媒ガスとVG10のエステル系からなるオイルの共存下で、りん酸塩皮膜処理が施された鉄系試験片を1.0m/sの速度で回転させ、鋳鉄のリングを100Nで押付けることによる環境摩耗試験にて評価をおこなった。りん酸塩皮膜形状と摺動摩耗量の関係を図4および図5、りん酸鉄塩深さと摺動摩耗量の関係を図6を参照しながら説明する。   Next, regarding the sliding characteristics of the phosphate film, an iron-based test piece that has been subjected to a phosphate film treatment in the presence of refrigerant gas composed of R134a and oil composed of ester of VG10 is 1.0 m / s. Evaluation was performed by an environmental wear test by rotating the cast iron ring at a speed of 100 N. The relationship between the phosphate film shape and the sliding wear amount will be described with reference to FIGS. 4 and 5, and the relationship between the iron phosphate salt depth and the sliding wear amount will be described with reference to FIG.

図4において、横軸にりん酸塩皮膜の膜厚を示し、縦軸に摺動摩耗量を示している。この試験におけるりん酸塩皮膜の粒子径を3.0μmとし、摺動部素材の表面から0.5μmの深さにおいて、りんの重量構成比が7%、マンガンの重量構成比が8%、鉄の重量構成比が85%であるりん酸塩で構成した。   In FIG. 4, the horizontal axis indicates the thickness of the phosphate film, and the vertical axis indicates the amount of sliding wear. The particle diameter of the phosphate coating in this test was 3.0 μm, and at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material, the weight composition ratio of phosphorus was 7%, the weight composition ratio of manganese was 8%, iron Was composed of a phosphate having a weight composition ratio of 85%.

図4より、膜厚が0.5μm以上になることによって、摺動時の摩耗量が減少することがわかる。   FIG. 4 shows that the amount of wear during sliding is reduced when the film thickness is 0.5 μm or more.

図5において、横軸にりん酸塩皮膜の粒子径を示し、縦軸に摺動摩耗量を示している。この試験におけるりん酸塩皮膜の膜厚を1.0μmとし、摺動部素材の表面から0.5μmの深さにおいて、りんの重量構成比が7%、マンガンの重量構成比が8%、鉄の重量構成比が85%であるりん酸塩で構成した。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the particle diameter of the phosphate coating, and the vertical axis represents the sliding wear amount. In this test, the thickness of the phosphate film is 1.0 μm, and at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material, the weight composition ratio of phosphorus is 7%, the weight composition ratio of manganese is 8%, iron Was composed of a phosphate having a weight composition ratio of 85%.

図5より、粒子径が5μm以下になることによって、摺動時の摩耗量が減少することがわかる。   FIG. 5 shows that the amount of wear during sliding is reduced when the particle size is 5 μm or less.

これらのことから、りん酸塩皮膜の膜厚を厚くし、粒子を細かくすることにより、りん酸塩皮膜表面の表面積が大きくなり、その結果、りん酸塩皮膜とオイルとのぬれ性を良化させ、オイルの保持性を高めたものと推察する。   Therefore, by increasing the thickness of the phosphate coating and making the particles finer, the surface area of the phosphate coating increases, resulting in improved wettability between the phosphate coating and the oil. It is assumed that the oil retention was improved.

図6において、横軸にりん酸鉄塩の深さを示し、縦軸に摺動摩耗量を示している。この試験におけるりん酸塩皮膜の膜厚を1.0μm、粒子径を3.0μmとした。   In FIG. 6, the horizontal axis indicates the depth of iron phosphate, and the vertical axis indicates the amount of sliding wear. The thickness of the phosphate film in this test was 1.0 μm and the particle diameter was 3.0 μm.

図6より、摺動部素材表面から0.5μmまでの深さにおいてりん酸鉄塩が構成されることにより、摺動時の摩耗量が少ないことがわかる。これは、摺動素材とりん酸塩皮膜との密着性を高めた結果であると推察する。また、りん酸鉄塩のりんの重量構成が5〜15%の範囲で、マンガンの重量構成比が5〜20%の範囲内で、鉄の重量構成比が70〜85%の範囲内で、同様な結果が得られることがわかった。   FIG. 6 shows that the amount of wear during sliding is small because the iron phosphate salt is formed at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding portion material. This is presumed to be a result of improving the adhesion between the sliding material and the phosphate film. Further, the weight composition of phosphorus in the iron phosphate salt is in the range of 5 to 15%, the weight composition ratio of manganese is in the range of 5 to 20%, and the weight composition ratio of iron is in the range of 70 to 85%. It was found that similar results were obtained.

次に、本発明の実施の形態におけるりん酸塩皮膜を形成させた摺動部材を組み込んだ圧縮機の特性について説明する。   Next, characteristics of the compressor incorporating the sliding member on which the phosphate film is formed in the embodiment of the present invention will be described.

本発明の実施の形態における摺動部材を用いた圧縮機と従来の圧縮機の特性比較を図7に示す。   FIG. 7 shows a characteristic comparison between the compressor using the sliding member in the embodiment of the present invention and the conventional compressor.

本発明の実施の形態におけるピストン119を圧縮機に組み込んでおり、ピストン119とボアー113のクリアランスは従来の圧縮機と同一にしている。   The piston 119 in the embodiment of the present invention is incorporated in the compressor, and the clearance between the piston 119 and the bore 113 is the same as that of the conventional compressor.

図7より、本発明の実施の形態における摺動材を用いた圧縮機の方が従来例の圧縮機に比べて効率のばらつきが小さく、平均値で効率が高いことが判る。   From FIG. 7, it can be seen that the compressor using the sliding material in the embodiment of the present invention has less variation in efficiency than the compressor of the conventional example, and the efficiency is high on average.

レシプロ型の圧縮機においては、ピストン119が上死点ならびに下死点に位置したときには速度が零となり論理的に油圧が発生せず油膜が形成されなくなるため、この上死点ならびに下死点において金属接触が生じることが多い。   In the reciprocating type compressor, when the piston 119 is located at the top dead center and the bottom dead center, the speed becomes zero and no hydraulic pressure is generated and no oil film is formed. Metal contact often occurs.

またピストン119が上死点付近にあるときは、ピストン119が圧縮された高圧冷媒により大きな圧縮荷重を受け、この圧縮荷重はピストンピン121、コンロッド122を介してクランクシャフト108に伝わり、クランクシャフト108が反ピストン119方向へ傾斜する。クランクシャフト108が傾斜すると、ボアー113の中でピストン119が傾斜し、その結果、ピストン119がボアー113と接触し摩耗が生ずる。   When the piston 119 is near top dead center, the piston 119 receives a large compression load by the compressed high-pressure refrigerant, and this compression load is transmitted to the crankshaft 108 via the piston pin 121 and the connecting rod 122. Tilts in the direction of the anti-piston 119. When the crankshaft 108 is inclined, the piston 119 is inclined in the bore 113. As a result, the piston 119 comes into contact with the bore 113 and wear occurs.

しかしながら、本実施の形態においてはりん酸塩皮膜127の膜厚や粒子径、および摺動部素材の表面から0.5μmまでの深さにおけるりん酸塩の構成を制御することにより、りん酸塩皮膜127の密着性やオイルの保持力を高めることができ、オイル103によるピストン119がボアー113との接触や摩耗が低減されるため、高信頼性の圧縮機を提供することができる。   However, in this embodiment, the phosphate film 127 is controlled by controlling the film thickness and particle diameter of the phosphate film 127 and the phosphate composition at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material. The adhesion of the film 127 and the oil holding force can be increased, and the contact and wear of the piston 119 by the oil 103 with the bore 113 are reduced, so that a highly reliable compressor can be provided.

なお、本発明の実施の形態においては、一定速度のレシプロ型の圧縮機について述べたが、インバーター化に伴って圧縮機の低速化が進む中、特に20Hzを切るような超低速運動に於いても流体潤滑を成立することができるので、本発明の効果が顕著になる。   In the embodiment of the present invention, the reciprocating compressor of a constant speed has been described. However, as the speed of the compressor is reduced along with the inverter, particularly in an ultra-low speed motion of less than 20 Hz. Since the fluid lubrication can be established, the effect of the present invention becomes remarkable.

また本発明の実施の形態においては、ピストン119の摺動部表面にりん酸塩皮膜127を形成されたものを例にとって詳しく述べたが、相互に摺動部を形成しているクランクシャフト108の主軸109と軸受部114、回転子105のフランジ面115とスラストワッシャ117、軸受部114の上端面のスラスト部116とスラストワッシャ117、ピストンピン121とコンロッド122、偏心軸110とコンロッド122の摺動部においても、相当の作用効果が得られるものである。   Further, in the embodiment of the present invention, the example in which the phosphate film 127 is formed on the surface of the sliding portion of the piston 119 has been described in detail, but the crankshaft 108 that forms the sliding portion mutually is described in detail. Slide of main shaft 109 and bearing 114, flange surface 115 and thrust washer 117 of rotor 105, thrust portion 116 and thrust washer 117 on the upper end surface of bearing 114, piston pin 121 and connecting rod 122, eccentric shaft 110 and connecting rod 122 In this part, a considerable effect can be obtained.

さらに、本発明の実施の形態においては、スラスト軸受部118をフランジ面115、スラスト部116及びスラストワッシャ117にて構成したものを例にとって説明したが、クランクシャフト108の主軸109と偏心軸110との間のフランジ部131の反偏心軸110側に設けられたクランクシャフト108のスラスト面132と軸受部114のスラスト部116でスラスト軸受を構成した場合においても、相当の作用効果が得られる。   Further, in the embodiment of the present invention, the thrust bearing portion 118 is configured by the flange surface 115, the thrust portion 116, and the thrust washer 117. However, the main shaft 109 and the eccentric shaft 110 of the crankshaft 108 are described. Even when a thrust bearing is constituted by the thrust surface 132 of the crankshaft 108 provided on the side opposite to the eccentric shaft 110 of the flange portion 131 and the thrust portion 116 of the bearing portion 114, a considerable effect can be obtained.

なお、冷媒ガス102はR600a、R290及びこれらを含んだ混合冷媒、R134a、R152、R407C、R404A、R410であれば同等の効果が得られる。   In addition, if the refrigerant gas 102 is R600a, R290 and a mixed refrigerant including these, R134a, R152, R407C, R404A, and R410, the same effect can be obtained.

以上のように、高い信頼性を持った摺動部材とすることが可能であり、その摺動部材を組み込んだ高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。   As described above, a sliding member having high reliability can be obtained, and a highly reliable and highly efficient compressor incorporating the sliding member can be provided.

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、摺動部品の摺動部素材とりん酸塩皮膜との密着性を高め、摺動面に粒子形状を制御させたりん酸塩皮膜を形成することによりオイルの保油性を高めることができ、摺動時の摩擦係数の低減が図れ、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することが可能となるので、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。   As described above, the compressor according to the present invention enhances the adhesion between the sliding part material of the sliding part and the phosphate film, and forms a phosphate film in which the particle shape is controlled on the sliding surface. As a result, the oil retention of oil can be increased, the friction coefficient during sliding can be reduced, and a highly reliable and highly efficient compressor can be provided. Applicable.

本発明の実施の形態1における圧縮機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the compressor in Embodiment 1 of this invention 図1におけるA部拡大図Part A enlarged view in FIG. 図2におけるB部拡大図Part B enlarged view in FIG. 同実施の形態における膜厚と摩耗量の関係図Relationship between film thickness and amount of wear in the same embodiment 同実施の形態における粒子径と摩耗量の関係図Relationship diagram between particle size and amount of wear in the same embodiment 同実施の形態におけるりん酸鉄塩深さと摩耗量の関係図Relationship diagram between iron phosphate salt depth and wear amount in the same embodiment 同実施の形態におけるレシプロ型圧縮機の特性図Characteristics of reciprocating compressor in the same embodiment 従来の圧縮機における縦断面図Longitudinal sectional view of a conventional compressor 従来の摺動部材の要部断面図Cross section of the main part of a conventional sliding member

符号の説明Explanation of symbols

101 密閉容器
103 オイル
107 圧縮要素
108 クランクシャフト
109 主軸
110 偏心軸
112 シリンダーブロック
114 軸受部
116 スラスト部
119 ピストン
120 圧縮室
121 ピストンピン
122 コンロッド
127 りん酸塩皮膜
128 りん酸鉄塩
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Airtight container 103 Oil 107 Compression element 108 Crankshaft 109 Main shaft 110 Eccentric shaft 112 Cylinder block 114 Bearing part 116 Thrust part 119 Piston 120 Compression chamber 121 Piston pin 122 Connecting rod 127 Phosphate film 128 Iron phosphate salt

Claims (5)

摺動部素材の表面にりん酸塩皮膜を形成し、少なくとも前記摺動部素材の表面から0.5μmまでの深さにおいて、りんの重量構成比が5〜15%の範囲内で、マンガンの重量構成比が5〜20%の範囲内で、鉄の重量構成比が70〜85%の範囲内であるりん酸鉄塩で構成されていることを特徴とした摺動部材。   A phosphate film is formed on the surface of the sliding part material, and at least at a depth of 0.5 μm from the surface of the sliding part material, the weight composition ratio of phosphorus is within a range of 5 to 15%. A sliding member characterized by being composed of an iron phosphate salt having a weight composition ratio of 5 to 20% and an iron weight composition ratio of 70 to 85%. りん酸塩皮膜の膜厚が0.5から2.5μmの範囲内であり、かつ前記りん酸塩皮膜の粒子径は5μm以下であることを特徴とした請求項1に記載の摺動部材。   The sliding member according to claim 1, wherein the thickness of the phosphate coating is in the range of 0.5 to 2.5 µm, and the particle size of the phosphate coating is 5 µm or less. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、一方が前記クランクシャフトに一体に形成され、他方が軸受部に一体に形成されたスラスト部と、前記主軸を回転自在に軸支する前記軸受部と、圧縮室を形成するシリンダーブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結するコンロッドとを備えレシプロ型の圧縮要素を形成し、前記クランクシャフト、前記スラスト部、前記シリンダーブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、前記コンロッドの少なくともひとつに請求項1または2に記載の摺動部材を用いた圧縮機。   Oil is stored in a sealed container and a compression element is accommodated. The compression element is formed integrally with the crankshaft having a main shaft and an eccentric shaft, and the other is formed integrally with the crankshaft. The thrust portion, the bearing portion that rotatably supports the main shaft, a cylinder block that forms a compression chamber, a piston that reciprocates in the compression chamber, and a piston that is arranged in parallel to the eccentric shaft. A reciprocating compression element comprising a fixed piston pin, a connecting rod connecting the eccentric shaft and the piston, and the crankshaft, the thrust part, the cylinder block, the piston, the piston pin, and the connecting rod; A compressor using the sliding member according to claim 1 or 2 at least one. 粘度グレードVG10以下のオイルを用いた請求項3に記載の圧縮機。   The compressor according to claim 3, wherein an oil having a viscosity grade VG of 10 or less is used. 圧縮機構を駆動する電動要素を備え、前記電動要素は少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバーター駆動される請求項4に記載の圧縮機。   5. The compressor according to claim 4, further comprising: an electric element that drives the compression mechanism, wherein the electric element is inverter-driven at a plurality of operation frequencies including an operation frequency that is at least a power supply frequency or less.
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