JP4528542B2

JP4528542B2 - コンプレッサ用軸受

Info

Publication number: JP4528542B2
Application number: JP2004067824A
Authority: JP
Inventors: 徹奥田; 直樹本岡
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP2005256062A

Description

この発明は、焼結合金で形成されるコンプレッサ用軸受、特に、相手攻撃性を小さく抑えて耐摩耗性を高めたコンプレッサ用軸受に関する。

周知の容積型コンプレッサのひとつに、図２に示すようなものがある。このコンプレッサは、ケーシング１内に回転軸２を有するロータ３を収納し、ベーン４をスプリング５で外周面に押し当てたこのロータ３を、軸受で支持された回転軸２を中心にして回転させる。回転軸２はロータ３の中心から偏心した位置にあり、ロータ３はこの回転軸２を中心にしてケーシング１の内周面上を摺動しながら回転し、これにより、吸入ポート６から吸い込まれた流体が圧縮されて吐出ポート７から吐出される。図３はコンプレッサの全体の分解斜視図である。図２に示したコンプレッサの構成要素は、回転軸２の両端をハウジング一体型軸受１０で支持してメインケース１１に組込まれる。

この種のコンプレッサは、空調用或いは冷凍冷蔵用の冷媒を圧縮するのに多用されている。

ところで、冷媒用コンプレッサの軸受材料として、これまでは、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の焼結合金、具体的には、重量比で銅：１．０〜３．０％、炭素：０．５〜０．９％を含有し、残部が鉄と不可避不純物から成る焼結合金が使用されていた。ところが、この従来材には下記の問題がある。

今日、フロンに代わる冷媒として塩素を含まない代替フロン（例えばエステル系の冷媒）が使用されだしたが、塩素を含まない冷媒はフロンに比べて潤滑性に劣り、前述の従来材で形成された軸受は摩耗が著しくて使用できない。

また、下記特許文献１は、耐摩耗性向上の要求に応えた圧縮機部品用の材料として、１０μｍ以下の微細炭化物が析出したＦｅを主成分とする第１相と、Ｆｅを主成分とする第１相よりも軟質の第２相との混合組織からなる、鉄基基地組織を主とする鉄系焼結合金材を開示している。

しかしながら、この材料、中でも、鉄基基地組織に硬質粒子を面積比で１〜２０％分散させた材料は、軸受に適用すると相手攻撃性が大きすぎてコンプレッサの回転軸を摩耗させることが懸念される。
特開平１１−１４０６０３号公報

そこで、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の従来材に代わる軸受材料として、機械部品に多用されているＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃ系の焼結合金に着目した。この材料は、Ｈｖ８００〜１０５０程度の硬さを有し、潤滑性の悪い状況下で使用する軸受にも使用できる。

しかしながら、このＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃ系の焼結合金は、原料費が高くつく欠点がある。

軸受や回転軸が摩耗すると、両者間のクリアランスが大きくなってロータががたつく。これにより、圧縮室のシール性が低下してコンプレッサの圧縮効率が低下し、運転中の騒音も大きくなる。

従って、コンプレッサ用の軸受には、耐摩耗性に優れることと併せて相手攻撃性が低いことが要求される。また、量産品のコンプレッサ用軸受は特に、安価であることも要求される。

この発明は、上記の３つの要求を同時に満たす焼結合金製のコンプレッサ用軸受を実現して提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、重量比で、Ｃ：０．５〜１．２％、Ｃｕ：１．０〜５．０％、残部Ｆｅ及び不可避不純物のパーライト基地に、Ｈｖ８００〜１１００、平均粒径２０μｍ〜１００μｍのＦｅ−Ｍｏ粒子が重量比で０．３〜３％分散している焼結合金でコンプレッサ用軸受を形成した。

さらに、この軸受は、コンプレッサのハウジングと一体に形成するものが考えられ、そのハウジング一体型の軸受については、焼結空孔の封孔処理を施しておくのがよい。

この発明で用いる焼結合金は、パーライト基地にＨｖ８００以上のＦｅ−Ｍｏ粒子を重量比で０．３〜３％分散させており、このＦｅ−Ｍｏ粒子が軸受の耐摩耗性を向上させる。

また、パーライト基地に分散させたＦｅ−Ｍｏ粒子はＨｖ１１００以下であり、そのＦｅ−Ｍｏ粒子が軸受の摺動面に面積比で０．３〜３％以下の割合で分散した状況となるので、相手攻撃性も極端に高まらない。

コンプレッサの回転軸は、一般的にＨｖ３００〜４００程度の鋳物が使用される。この回転軸に対する攻撃性を小さく抑えるためには、軸受の摺動面に現れる硬質粒子の硬度が高過ぎないこと、硬質粒子の量が多過ぎないことが重要になる。

上記特許文献１の焼結合金材は、Ｈｖ７００〜１５００の硬質粒子を面積比で１〜２０％分散させてもよいとしているが、この硬質粒子は、この発明で採用した硬質粒子に比べると、硬度の上限、分散量の上限がともに大き過ぎる。

また、特許文献１の焼結合金材は、硬度の異なる第１相と第２相がまだら模様を描いて混在し、表面が相手を攻撃性し易い状況になっている。

これに対し、この発明の軸受を構成する焼結合金は、フェライトとセメンタイトが層状
に析出した指紋状パーライト組織の中に、Ｈｖ８００〜１１００のＦｅ−Ｍｏ粒子が３％以下の割合で分散した状況になる。そのため、摺動相手がＨｖ３００〜４００程度の鋳物であっても相手を著しく攻撃することがない。

さらに、この焼結合金は、Ｎｉなどの高価な金属を含んでおらず、軸受のコスト上昇も抑えられる。

なお、この発明で採用するＦｅ−Ｍｏ粒子は、安価で硬度も適正である。

また、このＦｅ−Ｍｏ粒子は、平均粒径が２０μｍ以上では軸受の焼結時に拡散し難く、耐摩耗性向上の効果を高め易い。また、その平均粒径が１００μｍ以下では軸受の切削加工に悪影響を及ぼさず、従って、平均粒径が２０μｍ〜１００μｍのものを用いる。

さらに、コンプレッサのハウジングと一体に形成する軸受は、気密性が要求されるので、封孔処理を施したものがよい。その封孔は、焼結後に過熱水蒸気で処理するなどの方法で行える。

以下、この発明の軸受の実施の形態を説明する。図１は、図２、図３に示したコンプレッサのケーシング１の端部に取り付けるハウジング一体型軸受１０を示している。

このハウジング一体型軸受１０は、ケーシング端を封鎖するフロントハウジング８に軸受９を一体に形成しており、その軸受９で図２、図３の回転軸２を支持する。

例示のハウジング一体型軸受１０は、重量比で、Ｃ：０．５〜１．２％（より好ましくは０．７〜１．１％）、Ｃｕ：１．０〜５．０％（より好ましくは１．０〜３．０％）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物のパーライト基地に、平均粒径が２０μｍ〜１００μｍのＦｅ−Ｍｏ粒子を０．３〜３％分散させた焼結合金で形成されている。また、焼結後に蒸気による酸化封孔処理が施され、表面の各部に著しく多孔の部分がない。

封孔処理は、低融点金属を溶浸させる方法などでも行えるが、過熱水蒸気による酸化処理の方が、実施し易くて経済的にも優れる。

なお、この発明は、代替フロン以外の流体を圧縮するコンプレッサの軸受にも適用できる。

以下に、より詳細な実施例を挙げる。

重量比で、Ｃ：１．０％、Ｃｕ：２．０％、残部Ｆｅ及び不可避不純物の組成のパーライト基地に、Ｆｅ−Ｍｏ粒子を分散させた焼結合金で図１に示すハウジング一体型の軸受を作製した。材料の焼結合金に対するＦｅ−Ｍｏ粒子の添加量は、表１に示すように変化させた。また、そのＦｅ−Ｍｏ粒子は、平均粒径が５０μｍのものを用いた。

上記の割合で配合した原料を混合し、プレス成形した後、非酸化性ガス雰囲気中、１１００〜１１５０℃の温度で１０〜２５分間焼結した。

さらに、焼結後に、５６０〜６００℃の温度で８０〜１２０分間の蒸気酸化封孔処理を施した。

このようにして得られたハウジング一体型軸受１０は、各部の密度が６．６ｇ／ｃｍ³以上ある。また、蒸気酸化封孔処理により表面にＦｅ₃Ｏ₄の酸化皮膜が生じて著しく多孔の部分がなく、ハウジングに要求される気密性が確保されている。

このハウジング一体型軸受１０は、硬度がＨｖ８００〜１１００、引っ張り強度が３００ＭＰａ以上ある。

次に、この試作品について摩耗焼き付き試験を行った。相手材は、Ｈｖ３００〜４００の鋳物（ＦＣ２５０）である。この相手材と擦り合わせて耐摩耗性と相手攻撃性を評価した。

その結果を表１に併せて示す。表１に、評価結果が非常に良かったものを◎で、評価結果が良かったものを○で、評価結果が悪かったものを×で各々示す。

この試験結果から分かるように、Ｆｅ−Ｍｏ粒子の量が０．２重量％の焼結合金で形成した軸受は、相手攻撃性は小さいが耐摩耗性が良くない。

また、Ｆｅ−Ｍｏ粒子の量が５重量％以上の焼結合金で形成した軸受は、耐摩耗性は満足するが相手攻撃性が高くて満足な結果が得られていない。

これに対し、Ｆｅ−Ｍｏ粒子の量が、０．３重量％、０．５重量％、１．０重量％、２．０重量％、及び３．０重量％の焼結合金で形成した軸受は、耐摩耗性と相手攻撃性の双方の要求を共に満たしている。

また、ここで用いた焼結合金は、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の安価な材料に安価なＦｅ−Ｍｏ粒子を添加しており、軸受のコスト上昇も回避できる。

この発明の軸受の一例を示す斜視図コンプレッサの一例の要部を簡略化して示す断面図容積型コンプレッサの一例の全体の概要を示す分解斜視図

符号の説明

１ケーシング
２回転軸
３ロータ
４ベーン
５スプリング
６吸入ポート
７吐出ポート
８フロントハウジング
９軸受
１０ハウジング一体型軸受
１１メインケース

Claims

重量比で、Ｃ：０．５〜１．２％、Ｃｕ：１．０〜５．０％、残部Ｆｅ及び不可避不純物のパーライト基地に、Ｈｖ８００〜１１００、平均粒径２０μｍ〜１００μｍのＦｅ−Ｍｏ粒子が重量比で０．３〜３％分散している焼結合金によって形成されたコンプレッサ用軸受。
コンプレッサのハウジングと一体に形成されて焼結空孔の封孔処理が施されている請求
項１に記載のコンプレッサ用軸受。