JPH04116278A

JPH04116278A - 冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機

Info

Publication number: JPH04116278A
Application number: JP23421890A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Oginoya; 萩野谷　三男; Yusaku Nakagawa; 雄策中川; Hidenori Machimura; 英紀町村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-04-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は空気調和装置等の冷媒圧縮に用いるレシプロ型
圧縮器に関する。

〔従来の技術〕

従来、一般的に、空気調和装置等に用いられているレシ
プロ型圧縮器のシリンダブロック材にはＳｔを１２重量
％程度含有したＡｌ−Ｓｔ系合金の鋳造材が用いられ、
ピストンリング材には金属粉末、ガラス粉等が含有され
た四フッ化エチレン系等の合成樹脂が用いられていた。

しかし、シリンダボア及びピストンリングの耐摩耗性が
十分ではなく、効率が低下する等の問題があった。これ
らを改善するため種々の提案がなされている。例えば、
特開昭６１−２６５３６６号広報には、シリンダブロッ
ク材としてＳｉを１６〜２０重量％含有したＡｌ−Ｓｉ
合金を用い、ピストンリングを合成樹脂にする提案がな
されている。この提案は含有するＳｉ量を多くして耐摩
耗性を向上させるものである。これら従来の圧縮機の冷
媒としては、Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ１１３等が用いられ、
潤滑油としては冷凍機用の鉱油が用いられていた。

上記冷媒はいずれもＣＩを含むフロンであり、このＣＩ
が特にＡｌ材の耐摩耗、耐焼付性を向上する働きをして
いた。また潤滑油に用いられている鉱油は圧力粘度指数
が高く、油膜の形成が比較的良好で耐摩耗性、耐焼付性
を向上せしめていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ＣＩｌを含有するフロンはオゾン層の破壊等
の環境問題から使用が制限されつつあり、代替冷媒の開
発が急がれている。これら代替冷媒はＣＩを含まないも
のであることが必要とされており、１３４ａ等が候補に
挙がっている。したがって、この場合は、ＣＩによる耐
摩耗性、耐焼付性の向上は望めない。

また、潤滑油として用いられている鉱油は代替冷媒に対
して不溶性であり、潤滑油も合成油に変更せざるを得な
い。この合成油は圧力粘度指数が低く、耐摩耗性、耐焼
付性の問題が生ずる。さらに、合成油は吸湿性があり、
耐腐食性の問題が生ずる。

すなわち、鉱油は圧力粘度指数が高く、部材同志間に油
膜が形成され、摩耗を小さくすることができた。また、
冷媒であるＲ２２．Ｒ１１３等はＣ／基を含有している
ため、このＣ／基が活性な摺動面に作用して塩化物を形
成し、この塩化物が潤滑性を高めていた。しかし、代替
冷媒である１３４ａ等は前述したようにオゾン層破壊原
因であるＣ／基を含まないため、塩化物による潤滑効果
は望めない。また、合成油は圧力粘度指数が低く、油膜
切れを起こし易い。更に、合成油は吸湿性が非常に大き
く、油中の水分による腐食が生じ易く、特に摺動面は活
性になっており、腐食され易い。

すなわち、合成油の飽和水分量は鉱油の数十ｐｐｍに比
べ致方ｐｐｍのオーダーになる。この水分が活性な摺動
面に作用して摺動面が腐食され、腐食生成物が摺動によ
って取り去られると再び活性な面になり、活性な面は再
び腐食されるという繰返になり、摩耗が促進される。

上述した従来技術は、冷媒としてＲ１２，Ｒ２２、Ｒ１
１３等のＣ／基を含むフロン及び潤滑油として鉱油を用
いた場合を前提とした技術である。

したがって、代替冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ１５２ａ等
のＨＦＣ系のようなＣ／基を含まないフロン及び潤滑油
に合成油を用いた場合の配慮がなされておらず、シリン
ダブロック材をＳｉ含有量１６〜２０重量％としたＡ／
金合金用いたとしても、耐摩耗性、耐焼付性、耐腐食性
は十分なものとは言えない。また、ＡＩ基地中に硬質（
Ｈｖ１００程度）のＳｉ品が分散しているため、相手材
であるピストンリングを引掻いてピストンリングの摩耗
を促進させる。このように摩耗や腐食が生じてシリンダ
ボアとピストンリング間にギャップが生ずると圧縮効率
の低下、ピストンのシリンダへの接触等の問題が生ずる
。

本発明の目的は、代替フロン及び合成油使用下でも耐摩
耗性、耐焼付性、耐腐食性に優れ、圧縮効率の低下の少
ない冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明は、シリンダブロックをＡｌ系合金で
構成し、該シリンダブロックのボア内周面に固体潤滑剤
を析出したＮｉ−Ｐ被覆層を形成し、前記ピストン側の
該シリンダボア内周面との摺動面を炭素繊維を含有した
合成樹脂で形成したことを特徴とする。

空気調和装置用のレシプロ型圧縮機はシリンダボア内を
ピストンが往復運動して冷媒を吸入、圧縮する構造にな
っているが、シリンダボアの内周面及びピストン側摺動
面、即ち、シリンダボアとの機密を保つためにピストン
リング溝に嵌合したピストンリング又はピストン外周面
に塗布、焼付けした合成樹脂被覆層の摩耗が大きい場合
、ボアとピストン側摺動面間にギャップが生じて圧縮効
率が低下する。したがって、シリンダボア内周面及びピ
ストン側摺動面を構成する材料の最適組合せによる耐摩
耗性が重要となる。

シリンダボア内周面の耐摩耗性を向上させるために種々
提案がされているが、代替フロン及び合成油の環境下で
は十分なものではない。例えば、前述したようにＡｌ−
３ｉ系合金のＳｉ量を増加して過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金
としても、Ａｌ基地はＨｖｌＯＯ〜１５０程度であり、
かつＡｌ基地表面の酸化物（Ａ１２０３）が摺動時に除
去されて活性になり腐食され易い。腐食が進行すると前
述したように摩耗が促進される。したがって、Ａｌ基地
を摺動面に露出させないことが望ましい。

一方、シリンダボア内周面と摺動するピストン側部材、
例えばピストンリング材も代替フロン及び合成油に対す
る耐腐食性、潤滑性、耐摩耗性に優れた材質が望ましい
。

上述した構成の本発明のレシプロ型圧延機は、シリンダ
ボア及びピストン側摺動面、例えばピストンリングの耐
摩耗性、潤滑性、耐腐食性を同時に兼ね備え、両部材間
の摩擦係数が小さく、エンジの負荷ができるため低減、
燃費向上にも寄与できるものである。

即ち、本発明ではＡＩ系合金で構成したシリンダブロッ
クの摺動面であるボア内周面に被覆層を形成している。

その被覆層は、Ｎｉ−Ｐ基地（Ｈｖ５００〜８００）中
に軟質で潤滑性の優れたＢＮ等の固体潤滑剤を分散、析
出したもので、摺動面がＮｉ−Ｐ基地からなる被覆層で
覆われているために耐腐食性が良好になる。また、被覆
層の基地はＡＩに比べて硬質であり、かつ硬質被膜中に
は固体潤滑剤が分散、析出されており、耐摩耗性、潤滑
特性に優れる。すなわち、固体潤滑剤が摺動面に常に存
在するため、潤滑油不足になった場合にも、この固体潤
滑剤が摩擦係数を低減する働きをする。

一方、シリンダブロックを構成するＡ／系合金としては
Ａｌ−Ｓｉ系合金が望ましい。Ａｌ−Ｓｉ系合金はＡＡ
’基地中にＳｔ晶が分散しており、Ｎｉ−Ｐを被覆する
表面に露出しているｓｉ晶を前処理により予め除去する
ことにより、ｓｉ晶が除去された空隙にＮｉ−Ｐが侵入
した被覆層となり、５ｉ−Ｐ被覆層の密着力が向上する
からである。Ａｊ！−Ｓｉ系合金のＳｉ量であるが、４
〜２０重量％が望ましい。４重量％以下では表面近傍の
Ｓｉ晶が少なく、Ｎｉ−Ｐ被覆層の密着力が十分でなく
、２０重量％以上ではシリンダブロック自体の強度が低
くなり、脆くかつ切削性も悪くなる。好ましくは、１２
重量％前後である。

被覆層のＮｉ−Ｐ基地であるが、Ｎｉ中に含有されるＰ
量としては０．５〜１０重量％の範囲が好ましく、望ま
しくは１重量％前後である。Ｐ量が０．５重量％以下で
は望む硬さが得られず、１０重量％以上では非晶質とな
り硬さが低下する。

また、Ｎｉ−Ｐ基地中に分散、析出させる固体潤滑剤で
あるが、ＢＮ、黒鉛、Ｍｏ８２等六方品系のものが好ま
しく、潤滑油の黒変を避ける等の理由からＢＮが望まし
い。これら固体潤滑剤がＮｉ−Ｐ基地中に占める割合と
しては１〜１０体積％が好ましく、望ましくは５体積％
程度が望ましい。

１体積％以下では固体潤滑剤の潤滑効果が少なく、１０
体積％以上では基材との密着強度が低下し、剥離し易く
なる。

次に、シリンダボア内周面に形成する被覆層を形成する
方法であるが、電解による電気めっき法が望ましい。無
電解めっきでは被覆層の形成に長時間を要し、密着力も
十分でない。密着力及び硬さ向上を計るため、３００°
Ｃ前後で加熱する方法もあるが、シリンダはＡＩ系合金
であり、加熱による基材硬さの低下あるいは変形が生ず
る。また、被覆層形成後に仕上げ加工を施すことは、被
覆層の厚さ管理、コスト面からも得策ではない。

一方、電気めっき法では６０°Ｃ前後でコーティングす
ることができ、密着力も高く、加熱することもないため
、変形が少なく、後加工の必要がない。

一方、ピストン側摺動面は炭素繊維を含有した合成樹脂
で形成する。合成樹脂は摩擦係数が低いが、軟質で耐摩
耗性が十分でなく、耐荷重性も低い。したがって、これ
らの耐摩耗性を改善するために、金属粉、ガラス粉、セ
ラミックス粒子等を含有させた樹脂も提案されている。

しかし、金属粉は耐腐食性に難があり、かつシリンダと
の凝着を起こし易い。ガラス粉、セラミックス粒子は耐
腐食性に優れるが硬質であるために、シリンダ内周面に
傷を付け、摩耗が促進される。したがって、耐腐食性に
優れ、シリンダ内周面を攻撃しない程度の硬さを持つも
のとして炭素繊維（Ｈｖ３５０〜５５０）がある。また
、炭素繊維は潤滑性も良好でシリンダ内周面と凝着する
こともない。この炭素繊維を短く切断して樹脂中に分散
することにより方向性がなく、耐荷重性が向上する。

合成樹脂としては潤滑性、耐腐食性に優れ、耐荷重性も
比較的良好な四フッ化エチレンあるいはフェノール系樹
脂を主成分とするものが好ましい。

ピストン側摺動面は、好ましくは、ピストンの外周面の
溝に嵌合したピストンリングであり、この場合、炭素繊
維を含有した合成樹脂をピストンリングに成形する。ま
た、ピストンの外周面を直接摺動面にしてもよく、この
場合、その外周面に炭素繊維を含有した合成樹脂を塗布
、焼付けしてコーティングする。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例ＩＪＩＳ：ＡＣ−１２Ａを第２図に示すようにＤ１＝φ３
０＋ａｍ、Ｄ２＝φ２０ｍｍＳＬ＝１５ｍｍの円筒に加
工し、表面にＮｉ７Ｐ基地中にＢＮが析出した電気ニッ
ケルめっき層を約２０μの厚さに形成した（試料１）。

Ｎｉ−Ｐ基地のＰ量は約１重量％、ＢＮの析出量は約５
体積％である。この試料を絵本式摩耗試験機を用いて摩
擦係数と摩耗量の測定を行った。なお、Ｊ　ＩＳ　：Ａ
ＤＣ１２（試料２）、Ｂ５９０　（試料３）、ＡＣ２Ａ
　（試料４）の無処理材についても同様の形状に加工し
て試験を行った。

相手材は四フッ化エチレン樹脂中に約φ２０μｍ×４０
μｍ〜３００μｍの炭素繊維を約２０重量％分散したも
の（試料５）と、青銅粉末を分散した四フッ化エチレン
樹脂（試料６）を、それぞれ第２図に示すように、ｄｌ
＝φ２７ｍｍ、ｄ２＝φ２３ｍｍ、　Ｉ　＝　３ｍｍの
円筒に加工し、５ＵＳ３０４製リングに接着して試験片
とした。

上記試料を第２図に示すように端面接触させ、試験条件
は摺動速度：６ｍ／ｓ、荷重５０　ｋ　ｇ。

試験時間：１０ｈｒ、潤滑油：ポリアルキル系合成油で
あり、油中試験である。

第３図の表は試験後の摩擦係数測定結果である。

賦香１は本発明のＮｉ−Ｐ−ＢＮコーティング材（試料
１）と炭素繊維入門フッ化エチレン樹脂（試料５）の組
合せ、賦香２はＮｉ−Ｐ−ＢＮコーティング材（試料１
）と青銅粉末入門フッ化エチレン樹脂（試料６）の組合
わせ、賦香３はＡＣ２Ａ（試料４）と青銅粉末入門フッ
化エチレン樹脂（試料６）の組合わせ、賦香４はＡＤＣ
１２（試料２）と青銅粉末入門フッ化エチレン樹脂（試
料６）の組合わせ、賦香５はＢ５９０　（試料３）と青
銅粉末入門フッ化エチレン樹脂（試料６）の組合せであ
る。

第３図の表を見ても明らかなように、本発明のＮｉ−Ｐ
−ＢＮコーティング材と炭素繊維入りの四フッ化エチレ
ン樹脂の組合せの摩擦係数が一番低く、シリンダボアと
ピストンリングに用いた場合、駆動源の負担が軽くなり
、省エネルギーになることが容易に推察できる。

第４図の表は摩耗試験結果であり、賦香１〜試番５の試
料の組合わせは第３図の場合と同じである。本発明の組
合せであるＮｉ−Ｐ−ＢＮコーティング材と炭素繊維入
門フッ化エチレン樹脂の摩耗量は双方とも極めて小さく
、最適な組合せであることが分かる。この組合せをシリ
ンダボアとピストンリングに用いることにより、圧縮効
率の低下のない耐久性に優れた圧縮機が得られることが
推察できる。

実施例２ＪＩＳ：ＡＤＣ１２合金を斜板式圧縮機のシリンダブロ
ック形状に加工し、シリンダボアの内周面（ピストンリ
ング摺動面）にＮｉ−Ｐ基地中にＢＮが析出した電気ニ
ッケルめっき層を実施例１と同様に約２０μｍ厚さに形
成した。一方、ピストンリング材は実施例１と同様に四
フッ化エチレン樹脂中に炭素繊維が分散したものをリン
グ状に形成し、ピストンに形成された溝に嵌合した。こ
れらの斜板式圧縮機に組込んで耐久試験を行った。

なお、比較材として、シリンダブロックをＪＩＳ：Ｂ５
９０合金とし、青銅粉末を充填した四フッ化エチレン樹
脂製ピストンリングとした耐久試験も行った。

試験条件は回転数：　５５００　ｒ、ｐｌｍｌ、吐出側
ガス圧：２０ｋｇ／ｃｄ、吸入側ガス圧：０．５ｋｇ／
ａｌ。

試験時間：３００ｈｒ、潤滑油：冷凍機用ポリグリコー
ル油、冷媒ガス：１３４ａである。

第１図は本実施例のシリンダブロックとピストンリング
を組入んだ状態の概略拡大断面図であり、シリンダブロ
ック１のシリンダボア２の内周面にＮｉ−Ｐ−ＢＮの電
気めっき層３が施しである。

一方、ピストン４の外周溝には炭素繊維を含有した四フ
ッ化エチレン樹脂からなるピストンリング５が嵌合され
ており、ピストンリング５の往復運動によりシリンダボ
ア２とピストンリング５で冷媒を吸入、圧縮する。

第５図は耐久試験を行った斜板式圧縮機の構造の概略を
示す。この圧縮機は回転軸６に斜めに固定された斜板７
を有し、この斜板７と左右のピストン４とが、それらの
間に嵌合されたシュー８とボール９とで連結されており
、回転軸６の回転に伴って斜板７が揺動運動し、ピスト
ン４はシリンダボア２内を往復運動して冷媒を吸入、圧
縮する構造となっている。

第６図の表は耐久試験後のシリンダボア摩耗量とピスト
ンリング摩耗量を示す。シリンダボアとピストンリング
との摩耗は相対摩耗量が重要であり、どちらか一方の摩
耗量が大きくても圧縮効率に影響する。第６図の表を見
ても明らかなように、本実施例のシリンダ及びピストン
リングの組合せは、シリンダボア及びピストンリングの
双方とも摩耗量が小さく、従来の組合せよりも優れてい
ることが分かる。

なお、ピストンリング材に炭素繊維入りフェノール樹脂
を用いて耐久試験を行った結果、同様の結果が得られた
。

実施例３実施例２において、ピストンリング材の代わりに、ピス
トンの外周面に四フッ化エチレン樹脂中に炭素繊維が分
散したものを塗布、焼付して、樹脂層を形成した。他の
構造、組成は実施例２と同じである。第７図にその時の
シリンダブロックとピストンリングを組入んだ状態を示
す。１０がピストン外周面に形成した樹脂層である。こ
の組合わせで耐久試験を行った結果、実施例２と同様の
結果が得られた。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではなく、例えば片斜板式、ローリ
ングピストン式等にも採用できることは言うまでもなく
、シリンダボア内をピストンが摺動して冷媒の吸入、圧
縮を行う圧縮機であれば、本発明を適用して同様の効果
を得ることができるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機において
、ＡＩ系合金で構成したシリンダブロッりのボア内周面
に固体潤滑剤を析出したＮｉ−Ｐ被覆層を形成し、ピス
トン側摺動面を炭素繊維を含有した合成樹脂で形成した
ので、代替フロン及び合成油使用下でも耐摩耗性、耐焼
付性、耐腐食性に優れ、圧縮効率の低下の少ない耐久性
に優れたレシプロ型圧縮機とすることができる。また、
摺動面間の摩擦係数が小さく、トルクが低減するので、
燃費向上の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるシリンダブロックとピ
ストンを組み込んだ状態を示す概略拡大断面図であり、
第２図は摩擦係数と摩耗量の測定に使用する試料の形状
と試験時の配置を示す図であり、第３図は試験後の摩擦
係数の測定結果を示し、第４図は試験後の摩耗量の測定
結果を示し、第５図は耐久試験を行った斜板式圧縮機の
構造概略図であり、第６図は耐久試験後の摩耗量の測定
結果を示し、第７図は他の実施例によるシリンダブロッ
クとピストンを組み込んだ状態を示す概略拡大断面図で
ある。符号の説明１・・・シリンダブロック２・・・シリンダボア３・・・Ｎｉ−Ｐ−ＢＮ電気メツキ局層）４・・・ピストン５・・・ピストンリング１０・・・ピストン外周面被覆層 −Ｐ被覆

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１つのボアを有するシリンダブロック
の該ボア内をピストンが往復運動して冷媒を圧縮する冷
媒圧縮用レシプロ型圧縮機において、前記シリンダブロ
ックをＡｌ系合金で構成し、該シリンダブロックのボア
内周面に固体潤滑剤を析出したＮｉ−Ｐ被覆層を形成し
、前記ピストン側の該シリンダボア内周面との摺動面を
炭素繊維を含有した合成樹脂で形成したことを特徴とす
る冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機。
（２）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記Ａｌ系合金が４〜２０重量％のＳｉを含有す
るＡｌ−Ｓｉ系合金からなることを特徴とする冷媒圧縮
用レシプロ型圧縮機。
（３）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記固体潤滑剤がＢＮからなることを特徴とする
冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機。
（４）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記Ｎｉ−Ｐ被覆層のＮｉ−Ｐ基地中に占める前
記固体潤滑剤の割合が１〜１０体積％であることを特徴
とする冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機。
（５）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記Ｎｉ−Ｐ被覆層のＮｉ−Ｐ基地中におけるＰ
量が０．５〜１０重量％であることを特徴とする冷媒圧
縮用レシプロ型圧縮機。
（６）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記炭素繊維を含有した合成樹脂が四フッ化エチ
レンあるいはフェノール系樹脂を主成分とすることを特
徴とする冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機。
（７）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記ピストン側の摺動面は、該ピストンの外周面
に形成された溝に嵌合したピストンリングであり、この
ピストンリングが前記炭素繊維を含有した合成樹脂の成
形品であることを特徴とする冷媒圧縮用レシプロ型圧縮
機。
（８）請求項１記載の冷媒圧縮用レシプロ型圧縮機にお
いて、前記ピストン側の摺動面は該ピストンの外周面で
あり、この外周面に前記炭素繊維を含有した合成樹脂を
塗布、焼付けしたことを特徴とする冷媒圧縮用レシプロ
型圧縮機。