JPH06159242A

JPH06159242A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JPH06159242A
Application number: JP10430492A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tsuda; 達也津田; Shinobu Sato; 佐藤　　忍; Shoichiro Kitaichi; 昌一郎北市
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】 1,1,1,2-テトラフルオロエタンまたは1,1-ジ
フルオロエタンを使用する冷媒圧縮機の摺動部、または
スクロール型冷媒圧縮機のスラストリングとオルダムリ
ングの摺動部の耐摩耗性を向上させると共に冷媒圧縮機
の長寿命化を図る。【構成】冷媒圧縮機またはスラストリングとオルダム
リングの摺動部を、鉄系金属基材上にビッカース硬度が
400以上で、かつ厚さが 2μｍ以上の表面硬化層と、そ
の表面硬化層上に厚さが0.01μｍ以上のＦｅ₃Ｏ₄から
なる酸化鉄層とを連続的に形成した摺動部材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒圧縮機の摺動部材
の改良に係り、特に冷媒として1,1,1,2-テトラフルオロ
エタン（以下、HFC134a と略称する。）または1,1-ジフ
ルオロエタン（以下、HFC152a と略称する。）を使用す
る冷媒圧縮機、およびスクロール型冷媒圧縮機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】室内あるいは車内の空気調和機、あるい
は冷蔵庫などには、冷風あるいは温風を送り出すため
に、冷媒圧縮機が使用されている。例えば図１および図
２に示す密閉型冷媒圧縮機や、図３に示すスクロール型
冷媒圧縮機、カーエアコン用の半密閉型冷媒圧縮機（図
示省略）などの冷媒圧縮機が使用されている。これらの
冷媒圧縮機は、その用途が拡大すると共に、耐久性の向
上が要求されている。

【０００３】一例として図１に縦断面図を示した代表的
な密閉型回転式冷媒圧縮機を説明する。図１において、
ケーシング１内には図示しない駆動モータが収容され、
このモータにより回転するシャフト２がフレーム３の軸
受に支持されシリンダ４内を貫通し、更にその下端部は
サブベアリング５の軸受に支持されている。前記シャフ
ト２のシリンダ４内の部分はクランク部（偏心部）とな
っており、このクランク部とシリンダ４との間にローラ
６が嵌合され、シャフト２の回転によりローラ６は遊星
運動する。また、シリンダ４を貫通してブレード７が設
けられ、スプリング８の付勢力によりブレード７の一端
側はローラ６の外周に接触し、シリンダ４内を吸込室と
吐出室に分割している。ブレード７はローラ６の遊星運
動に応じて往復運動する。冷媒ガスはローラ６の遊星運
動に応じて、吸込口（図示せず）から吸込まれ、圧縮さ
れ、吐出口（図示せず）から吐出されるが、この摺動部
の動作を円滑にするためケーシング１内には冷凍機油９
が収容されている。この冷凍機油９はシャフト２の回転
により、シャフト２下端に設けられているポンプ１０に
沿って吸い上げられ、摺動部を潤滑する。

【０００４】上記のような構成を有する冷媒圧縮機内に
発生する摩耗は、ブレード７とシャフト２を中心とした
2種類の原因により発生する。第１の原因は、ブレード
７はシャフト２の回転に伴い往復運動するが、この際分
割されたシリンダ４内の２室の圧力差によりシリンダ４
の貫通孔内面にこすりつけられながら往復運動する点に
ある。すなわち、この往復運動においては、ブレード７
はシリンダ４の貫通孔とのクリアランス分だけ片あたり
しながら摺動するため、ブレード７とシリンダ４の貫通
孔の摺動面部に極圧（大荷重）が発生し、また、ブレー
ド７の往復摺動は、摺動速度が 0になる 2か所の停止点
が発生する。この 2つの要因により、摺動部品表面の塑
性的変形や潤滑油膜の破断が発生して、摺動部品どうし
は金属接触を起こし易くなる。従って、ブレード７、シ
リンダ４はともに摩耗し易い。また、ブレード７はスプ
リング８によりその端部がローラ６に押付けられている
ためローラ６の外周も摩耗し易い。第２の原因は、シャ
フト２は、ローラ６を介してスプリング８やシリンダ４
内の圧力を受け、フレーム３とサブベアリング５に押付
けられて若干湾曲した形状となって高速回転する点にあ
る。すなわち、このとき潤滑油膜の破断が発生して、シ
ャフト２の表面がフレーム３やサブベアリング５と金属
接触を起こし易くなる。従って、シャフト２の外面、フ
レーム３およびサブベアリング５の内面が同様に摩耗し
易い。

【０００５】ところで、このような密閉型冷媒圧縮機に
は従来から冷媒としてジクロロジフルオロメタン（以下
CFC12 と略称する。）やモノクロロジフルオロメタン
（以下CFC22 と略称する。）が主に用いられており、ま
た封入される冷凍機油としては、CFC12 やCFC22 に相溶
性を示すナフテン系やパラフィン系鉱油が用いられてい
る。冷媒としてCFC12 を用いた場合、CFC12 中の塩素
（Ｃｌ）原子は金属基材の鉄（Ｆｅ）原子と反応して塩
化鉄からなる潤滑膜を形成する。この塩化鉄からなる潤
滑膜は、自己潤滑性を有し耐摩耗性に優れ、極圧（大荷
重）負荷時や摺動速度が 0となる時にも金属接触を防止
して摩耗防止に有効に作用する。加えて従来の冷媒CFC1
2 と従来の冷凍機油はともに無極性であるため、吸湿性
が低い。従って、鉄系金属基材上に形成される塩化鉄層
は加水分解を起こさずに安定した膜としての存在が可能
であった。

【０００６】ところで、最近、上述したCFC 系冷媒など
からのフロンの放出がオゾン層の破壊に繋がり人体や生
物系に深刻な影響を与えることが明らかになったため、
オゾン破壊係数（ＯＤＰ）の高いCFC12 などは段階的に
使用が削減され、将来的には使用しない方針が国際的に
決定している。

【０００７】このような状況に対応するため、CFC12 の
代替冷媒として、HFC134a やHFC152a 等の冷媒が開発さ
れており、これらの冷媒に適した圧縮機用材料の開発が
望まれている。HFC134a やHFC152a は、いずれもその分
子内に塩素（Ｃｌ）原子を含んでおらずオゾン破壊係数
（ＯＤＰ）が 0であり、しかも熱的特性がCFC12 に近似
しているため圧縮機構部の設計を大幅に変更する必要が
ない。従って、CFC12の代替冷媒として非常に有用であ
る。

【０００８】また、冷媒圧縮機の運転中は、冷凍サイク
ル内に冷凍機油の残留を防止し、確実に冷凍機油を冷媒
圧縮機の圧縮機構部に戻し、機構部の潤滑および冷却を
保持する必要がある。このため、冷媒圧縮機の冷媒とし
てHFC134a やHFC152a を用いる場合、冷媒との相溶性を
有することが冷凍機油の特性として必要である。しか
し、HFC134a およびHFC152a は従来の冷凍機油である鉱
油にはほとんど溶解しない。そこで、HFC134a およびHF
C152a と相溶性を有するポリエーテル系油、ポリエステ
ル系油、フッ素系油などの使用が試みられている。

【０００９】一方、近年注目されているスクロール型冷
媒圧縮機の構造と摩耗部位について図３を参照して説明
する。密閉容器１１の内部はフレーム１２により連通し
た 2つの空間に分けられる。フレーム１２の中央部には
円形の開口１２ａがあり、この開口に接触するように主
軸１３が支えられている。主軸１３には密閉容器１１の
底部に貯えられている潤滑油を圧縮機構部にくみ上げる
ための遠心ポンプ１３ａが設けられている。旋回スクロ
ール１４は、アルミニウム合金（ＡＣ８Ｃ）を用いて作
製され、鏡板１４ａとその表面に直立するインボリュー
ト曲線のラップ１４ｂと鏡板１４ａの裏面に直立する環
体１４ｃより構成されている。さらに、鏡板１４ａの裏
面の一部がフレーム１２と旋回スクロール１４の間に設
けられたスラストリング１２ｂに支持され、環体１４ｃ
が主軸１３の上部と環合している。固定スクロール１５
は、鋳鉄（ＦＣ２５）を用いて作製され、鏡板１５ａと
鏡板１５ａの表面に直立するインボリュート曲線のラッ
プ１５ｂより構成されている。さらに、鏡板１５ａの裏
面は、フレーム１２の外周突起部１２ｃと接触して固定
されている。旋回スクロール１４のラップ１４ｂと固定
スクロール１５のラップ１５ｂとは、お互いにかみ合っ
ている。旋回スクロール１４とフレーム１２との間に
は、旋回スクロール１４の旋回運動中の自転を防止する
ためのオルダムリング１６が旋回スクロール１４とフレ
ーム１２にかみ合って設けられており、オルダムキー
（図示せず）が鏡板１４ａ裏面に設けられたキー溝１４
ｄの中を運動するようになっている。フレーム１２の側
面には吸込孔があり、吸込パイプ１７が取付けられてい
る。主軸１３の下部にはロータ１８が取付けられてお
り、ロータ１８の外周部にはステータ１９が密閉容器１
１内に圧入されている。そして密閉容器１１の側面には
吐出パイプ２０が取付けられている。

【００１０】スクロール型冷媒圧縮機が運転を開始する
と、ロータ１８の回転により主軸１３が回転を始め、旋
回スクロール１４が旋回運動を始める。吸込パイプ１７
より圧縮機構部に入った冷媒は、圧縮され固定スクロー
ル１５の中央開口部（図示せず）より密閉容器１１内に
吐出され、その一部は、図示しない連通管によりスラス
トリング１２ｂの内周面と鏡板１４ａの裏面との間にし
きられた空間に導かれ、スラストリング１２ｂの内周面
と外周面との差圧により、旋回スクロールに働くスラス
ト力を制御し、旋回スクロール１４が泳動するのを防止
している。そして密閉容器１１内に吐出された冷媒は、
吐出パイプ２０より密閉容器１１の外に出る。密閉容器
１１の底部に貯えられている潤滑油は、主軸１３内の遠
心ポンプにより汲み上げられ、圧縮機構部摺動面の潤滑
をする。

【００１１】このようなスクロール型冷媒圧縮機のスラ
ストリングまたはオルダムリングにそれぞれ以下の摩耗
が発生する。第１に、スラストリング１２ｂは吐出ガス
の一部により鏡板１４ａの裏面に押付けられながら、旋
回スクロール１４が旋回運動するのを支持している。こ
のため潤滑油が供給されにくく、潤滑油膜が破断して金
属接触を起こし、鏡板１４ａの裏面およびスラストリン
グ１２ｂが共に摩耗しやすい。第２に、オルダムリング
１６は、旋回スクロール１４を固定スクロール１５に対
して一定半径で旋回運動させるために、オルダムリング
１６のオルダムキー１６ａが鏡板１４ａの裏面に設けら
れたキー溝１４ｄの中を往復運動する。このためオルダ
ムキー１６ａの摺動面部に極圧（大荷重）が発生するこ
とと、往復運動が 2か所の停止点（摺動速度が 0とな
る）を有するために、摺動部品表面の塑性的変形や潤滑
油膜の破断が発生して金属接触を起こし、キー溝１４
ｄ、オルダムキー１６ａが共に摩耗しやすい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たHFC134a およびHFC152a のようなHFC 系冷媒と、この
HFC 系冷媒との相溶性を有するポリエーテル系油やポリ
エステル系油とを用いた冷媒圧縮機においては、前述し
た圧縮機構の摺動部材として使用されている鋳鉄、炭素
鋼、合金鋼、焼結合金、ステンレス鋼などの耐摩耗性が
低下し、長期間安定して冷媒圧縮機を運転することがで
きないという問題が生じている。

【００１３】この原因として次の 2点が考えられる。第
１に、冷媒としてCFC12 を用いた場合、CFC12 中の塩素
（Ｃｌ）原子が、金属基材の鉄（Ｆｅ）原子と反応して
塩化鉄膜を形成する。この塩化鉄膜は、自己潤滑性を有
し、耐摩耗性に優れる。一方、HFC134a あるいはHFC152
a を用いた場合には、塩素（Ｃｌ）原子が存在しないた
めに塩化鉄膜からなる潤滑膜が形成されない。第２に、
鉱油系冷凍機油には、環状化合物が含まれており油膜形
成能力が高い。一方、HFC134a またはHFC152a と相溶性
を有する冷凍機油は、環状化合物を含まない鎖状化合物
であるため油膜形成能力が低く、厳しい摺動条件では油
膜を保持できない。従って、冷媒としてHFC134a または
HFC152a を用い、これらの冷媒と相溶性を有する冷凍機
油として、例えばポリアルキレングリコール系油やポリ
エステル系油を使用する冷媒圧縮機においては極圧（大
荷重）負荷時や摺動速度が 0となった時に摺動部材間の
摩耗を防止し、冷媒圧縮機を長期間使用可能とすること
が、早急に解決すべき課題となっている。

【００１４】一方、スクロール型冷媒圧縮機において
は、固定スクロールのうず巻状のラップと、旋回スクロ
ールのうず巻状のラップとのかみ合わせ摺動部分の耐摩
耗性の向上が、従来から主に課題とされてきた。その
後、スラストリングまたはオルダムリングのオルダムキ
ー、およびそれぞれと相対する摺動面の耐摩耗性の向上
がスクロール型冷媒圧縮機の耐久性の向上、長寿命化を
図るうえで極めて重要であることがわかった。

【００１５】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、HFC134a およびHFC152a のようなHFC
系冷媒と、このHFC 系冷媒との相溶性を有するポリエー
テル系油やポリエステル系油とを用いた冷媒圧縮機にお
いて、摺動部の耐摩耗性を向上させ、耐久性の向上、長
寿命化を図ることのできる冷媒圧縮機を提供することを
目的とする。

【００１６】また、本発明は、スクロール型冷媒圧縮機
において、スラストリングまたはオルダムリングのオル
ダムキー、およびそれぞれと相対する摺動部の耐摩耗性
を向上させ、耐久性の向上、長寿命化を図ることのでき
るスクロール型冷媒圧縮機を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の冷媒圧縮機は、
密閉された容器内に圧縮機構が収容され、かつ冷媒とし
てHFC134a またはHFC152a の冷媒を使用し、冷凍機油と
して前記冷媒と相溶性を有する冷凍機油を使用する冷媒
圧縮機において、圧縮機構の相対する摺動部材の少なく
とも一方の表面部が、鉄系金属基材上にビッカース硬度
が 400以上で、かつ厚さが 2μｍ以上の表面硬化層と、
その表面硬化層上に厚さが0.01μｍ以上のＦｅ₃Ｏ₄を
主成分とする多孔質酸化鉄層とを連続的に形成した摺動
部材を用いることを特徴とする。

【００１８】また、本発明のスクロール型冷媒圧縮機
は、固定スクロールのうず巻状のラップに、旋回スクロ
ールのうず巻状のラップをかみ合わせ、前記旋回スクロ
ールの下部に、この旋回スクロールを支持するスラスト
リングと旋回スクロールの自転を防止するオルダムリン
グを設け、旋回スクロールを固定スクロールに対して旋
回運動させるスクロール型冷媒圧縮機において、スラス
トリングまたはオルダムリングの表面部が、鉄系金属基
材上にビッカース硬度が 500以上で、かつ厚さが2μｍ
以上の表面硬化層が形成され、さらに表面硬化層上に厚
さ0.01μｍ以上のＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化
鉄層が連続的に形成されてなる摺動部材を用いることを
特徴とする。

【００１９】本発明に係わる冷媒圧縮機の摺動部材や、
スクロール型冷媒圧縮機のスラストリングまたはオルダ
ムリングに使用する鉄系金属基材は、通常の冷媒圧縮機
の摺動部材に用いられる鉄系材料であれば使用できる。
例えば、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、焼結合金、ステンレス
鋼などがある。

【００２０】前記鉄系金属基材上に形成する表面硬化層
は、通常の冷媒圧縮機の摺動部品に用いられる表面硬化
層であれば特に制限がない。この表面硬化層は、例え
ば、窒化法、浸炭法、浸硫法、ホウ化法、金属拡散法等
の各種の方法により形成される。前記各種の表面硬化
方法の中で、特に窒化法は表面処理速度が大で均一な表
面硬化層が多数の部品について得られるために好適であ
る。窒化法により形成される表面硬化層は窒化鉄を主成
分とする。また、アンモニアガスによる窒化法、塩浴に
よる窒化法、イオン窒化法等の窒化鉄を形成するいづれ
の窒化方法も使用できる。

【００２１】表面硬化層の硬さは、ビッカース硬度が 4
00以上必要である。ビッカース硬度が 400未満である
と、表面の耐摩耗性が低下するため好ましくない。

【００２２】また、スクロール型冷媒圧縮機のスラスト
リングまたはオルダムリングに使用する鉄系金属基材の
表面硬化層の硬さは、特に耐摩耗性が要求されるため、
ビッカース硬度が 500以上必要である。

【００２３】さらに、表面硬化層の厚さは 2μｍ以上必
要である。 2μｍ未満であると、部品表面の耐力が向上
しない。好ましくは厚さ 5μｍ以上必要である。

【００２４】前記表面硬化層上に形成するＦｅ₃Ｏ₄を
主成分とする多孔質酸化鉄層は、酸化鉄を形成させるい
かなる方法で形成させてもよい。前記方法のなかで、溶
融塩酸化法と酸皮処理（加熱水蒸気処理）法は、本発明
の実施にあたり特に適した方法である。溶融塩酸化法
は、前記表面硬化層を有する鉄系金属基材を、ＮＯ₃イ
オンを含み酸化性を有する溶融塩中に所定の条件下（例
えば、 380℃で10分間）に浸漬する方法である。また、
酸皮処理（加熱水蒸気処理）法は、前記表面硬化層を有
する鉄系金属基材上に加熱水蒸気を約 500℃以下の温度
条件下に吹き付ける方法である。

【００２５】上記の二つの方法は、表面硬化層が窒化鉄
を主成分とするものである場合、窒素原子と酸素原子が
連続的に置換され、窒化鉄表面にＦｅ₃Ｏ₄を主成分と
する多孔質酸化鉄層が、約500 ℃以下の比較的低い温度
で連続して形成されるため、寸法精度が特に優れた摺動
部材を得ることができる。また、上記の二つの方法は、
多数の部品について均一な処理が可能でもある。Ｆｅ₃
Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化鉄は、潤滑油等を含浸す
ることが可能となっている。

【００２６】前記多孔質酸化鉄層の厚さは0.01μｍ以上
必要である。 0.01 μｍ未満であると、潤滑油の含浸特
性を広い摺動条件領域で安定して維持することができな
い。また、多孔質酸化鉄層の厚さが厚くなり過ぎると、
摺動面でガスリーク等を起こすため好ましくない。好ま
しい多孔質酸化鉄層の厚さは 0.1μｍから 2μｍの範囲
である。

【００２７】本発明に係わる、HFC134a およびHFC152a
のようなHFC 系冷媒と、このHFC 系冷媒との相溶性を有
するポリエーテル系油やポリエステル系油とを用いた冷
媒圧縮機の摺動部材の一断面図を図４に示す。また、ス
クロール型冷媒圧縮機のスラストリングの一断面図を図
５に、オルダムリングの一断面図を図６に示す。図４、
図５および図６において、鉄系金属基材２１の表面には
表面硬化層２２が形成され、この表面硬化層２２の表面
にＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化鉄層２３が連続
して形成されている。

【００２８】本発明の摺動部材を形成する方法として、
表面硬化層２２を数10μｍと比較的厚く形成し、所定の
厚さに切削後、多孔質酸化鉄層２３を形成することもで
きる。この場合、寸法精度が特に優れた摺動部材を得る
ことができる。なお、寸法精度は冷媒圧縮機の摺動部材
にとって特に重要であるため、多孔質酸化鉄層２３は約
500℃以下の温度で形成することが好ましい。

【００２９】

【作用】上述したような２層構造とした摺動部材は、圧
縮機構部摺動面において下記のような作用をする。第１
に、摺動面への極圧（大荷重）負荷時はその硬化層の存
在による部品表面の耐力向上により相対する双方の摺動
部材の塑性的変形が防止される。第２に、摺動速度が 0
の時に潤滑油膜が破断しても、Ｆｅ₃Ｏ₄からなる多孔
質酸化鉄層内に含浸した冷凍機油が表面に滲みでて潤滑
状態を保持することが可能となる。すなわち部品表面に
硬質な潤滑油層を具備することとなり、Ｆｅ系金属基材
よりなる部品間の金属接触を防止することができる。ま
た主成分であるＦｅ₃Ｏ₄は、自己潤滑性を有していな
いが、ビッカース硬度が1400と高く、また高融点材料で
あるため、前記潤滑油の含浸特性を広い摺動条件領域で
安定して維持することができる。

【００３０】またこの摺動部材はＦｅ系金属基材上に基
材そのものを改質した表面硬化層とこの表面硬化層自体
の表面部を酸化して 2層構造の処理層を有する摺動部品
を形成していることから、多孔質酸化鉄層と表面硬化層
および表面硬化層とＦｅ系金属基材の界面の密着性に優
れ、クラックの発生やはくりの問題が発生することがな
い。

【００３１】このような摺動部材を、冷媒としてHFC134
a またはHFC152a およびそれと相溶性のある冷凍機油、
例えばポリエーテル系油、ふっ素系油、ポリエステル系
油等を使用する冷媒圧縮機に用いることにより、摺動部
材の耐摩耗性を向上することができる。従って前記の冷
媒圧縮機の耐摩耗性を長期に亘って保持することができ
る。

【００３２】また、このような摺動部材を、スクロール
型冷媒圧縮機のスラストリングまたはオルダムリングに
用いることにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させるこ
とができる。したがって前記のスクロール型冷媒圧縮機
の耐摩耗性を長期に亘って保持することができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。実施例１本発明の摺動部材を図１に示した密閉型回転式冷媒圧縮
機のブレード７に適用した実施例について説明する。な
お、この実施例の密閉型回転式冷媒圧縮機の構造は図１
に示した従来の密閉型回転式冷媒圧縮機と同一構造であ
るので、図１を援用しながら説明する。

【００３４】この実施例におけるブレード７は、次のよ
うにして製造された。すなわち、クロムモリブデン鋼
（ＳＣＭ４３５）基材を所定形状に切り出し、シアン化
ナトリウム（ＮａＣＮ）を主成分とする 550℃の溶融塩
浴中に30分間浸漬し、その表面に約 5μｍの窒化鉄層を
形成した。次いでこのブレードを 350〜450 ℃に加熱
し、ブレード温度が安定した後水蒸気を吹き付け、ブレ
ード表面に約 0.2μｍのＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔
質酸化鉄層を形成した。

【００３５】得られたブレードについて、その一部を切
出して断面方向において走査型オージェ電子分光分析法
（ＡＥＳ）とＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）による解
析を行い、本実施例における表面構造を調べた。図７は
本実施例における走査型オージェ電子分光分析の深さ方
向におけるプロファイル、図８は本実施例におけるＸ線
光電子分光分析のＦｅ_{2 p}光電子のスペクトルである。
図７において、ブレード表面に窒化鉄層と酸化鉄層との
2層構造よりなる表面処理層が、図８においてブレード
表面のＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化鉄層が確認
され、この実施例が図４に示すような鉄系金属基材２１
上に、表面硬化層２２と多孔質酸化鉄層２３とが連続し
て存在する表面構造を有することが認められた。

【００３６】さらに図９に示す装置を用いて、本実施例
の耐焼付性、摩擦力（動摩擦係数）を評価した。この装
置は、ブレード２４をＦＣ２５製ディスク２５に対向さ
せて、ディスク２５を回転させて所定の摺動速度に設定
しながらブレード２４の後方から圧力発生装置により荷
重を発生させて摺動するよう構成されており、この荷重
値を連続的に変化させ、このときの摩擦力（動摩擦係
数）の変化と焼付を発生する荷重値を計測するようにな
っている。耐焼付性試験では、摺動速度を 4m/s 一定、
荷重上昇速度を10kgf/cm²/2min.として、最大荷重350k
gf/cm ²の設定条件で、荷重と摩擦力（動摩擦係数）の
関係および焼付荷重値を調べた。この試験条件は、摺動
速度の高速化により、潤滑油膜の破断を促進させるため
の条件である。

【００３７】耐焼付性、摩擦力（動摩擦係数）の評価結
果を図１０に示す。なお、図１０に示されている比較例
は、実施例１と同一の密閉型回転式冷媒圧縮機のブレー
ド７の材料を以下のように代えたものである。比較例１
はＳＣＭ４３５に、比較例２はＳＣＭ４３５に窒化処理
のみを施したものに、比較例３はＳＣＭ４３５に酸化処
理のみを施したものにブレード７の材料を代えたもので
ある。図１０において、摩擦力（動摩擦係数）の評価
は、荷重を増加させても摩擦力が増大しないものが良好
である。また、耐焼付性の評価は、曲線が右下の領域に
あるものほど焼付を発生しないため、摺動部材として良
好である。図１０から比較例のブレード材は、比較例１
で40kgf/cm²、比較例２で 100kgf/cm²、比較例３で 6
0 kgf/cm²で焼付を発生し、耐焼付性に劣ることが認め
られた。一方、実施例１では、比較例に比して摩擦力
（動摩擦係数）が全荷重範囲で小さく、かつ焼付荷重値
も比較例２に比べても２倍以上に向上している。

【００３８】さらに、同装置を用いて 70 kgf/cm²の一
定荷重条件下での摩耗試験を行った。その結果、実施
例１は比較例２に比して、摩耗量が10％以下と大幅に良
好な耐摩耗性を示し、実施例１の摺動部材が耐摩耗性向
上に寄与することが明らかになった。

【００３９】さらに実施例１の摺動部材を用いて図１に
示す冷媒圧縮機を組み立て、冷媒としてHFC134a および
冷凍機油としてHFC134a と相溶性のあるポリエステル系
冷凍機油を用いて実機試験を行ったところ、4000時間の
長時間運転を行った後でも摩耗傾向は認められず、良好
な耐摩耗性を示した。

【００４０】実施例２本発明の摺動部材を図２に示す密閉型往復式圧縮機のピ
ストン２６に適用した実施例について説明する。なお、
この実施例の密閉型往復式冷媒圧縮機の構造は図２に示
した従来の密閉型往復式冷媒圧縮機と同一構造であるの
で、図２を援用しながら説明する。このピストン２６は
相対するＦＣ２５製シリンダ２７に対してピストン２６
のトップ面に変動する圧力を受けながら往復運動する部
品であり、ピストン２６とシリンダ２７のクリアランス
内で実施例１と同様に片あたりを発生させながら摺動す
る。ピストン２６は、Ｓ１５Ｃ鋼材を基材として、実施
例１と同じ方法で表面処理が施されている。

【００４１】この冷媒圧縮機に、冷媒としてHFC134a お
よび冷凍機油としてHFC134a と相溶性のあるポリエステ
ル系冷凍機油を用いて実機試験を行った。その結果、20
00時間の長時間運転を行った後でも摩耗は認められず良
好な耐摩耗性を示した。

【００４２】また、実施例１における比較例２と同一の
材質のピストンを用いて前記の実機試験を行った。その
結果、潤滑性の不足からピストン２６とシリンダ２７の
摺動面に摩耗の発生が認められた。

【００４３】実施例３本発明の摺動部材を図３に示すスクロール型冷媒圧縮機
のスラストリング１２ｂに適用した実施例について説明
する。なお、この実施例のスクロール型冷媒圧縮機の構
造は図３に示した従来のスクロール型冷媒圧縮機と同一
構造であるので、図３を援用しながら説明する。スラス
トリング１２ｂは、鋳鉄（ＦＣ２５）を所定の形状に切
出し、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）を主成分とする
550℃の溶融塩浴中に30分間浸漬し、その表面に約 5μ
ｍの窒化鉄層を形成した。ついでこのスラストリング１
２ｂを 350〜450 ℃に加熱し、スラストリング１２ｂの
温度が安定した後水蒸気を吹き付け、スラストリング１
２ｂ表面に約 0.2μｍのＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔
質酸化鉄層を形成した。

【００４４】得られたスラストリング１２ｂについて、
その一部を切出して断面方向において走査型オージェ電
子分光分析法（ＡＥＳ）とＸ線光電子分光分析法（ＸＰ
Ｓ）による解析を実施例１と同様の条件で行い、本実施
例における表面構造を調べた。その結果、スラストリ
ング１２ｂ表面にＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化
鉄層が確認され、この実施例が図５に示すような鉄系金
属基材２１上に、表面硬化層２２と多孔質酸化鉄層２３
とが連続して存在する表面構造を有することが認められ
た。

【００４５】さらに、実施例１と同一の装置を用い、同
一の測定条件で本実施例の耐焼付性、動摩擦係数を評価
した。なお特性比較ピン材料として、鋳鉄（ＦＣ２５）
製ピンを比較例４、鋳鉄（ＦＣ２５）に窒化処理のみを
おこなったピンを比較例５、鋳鉄（ＦＣ２５）に酸化処
理のみをおこなったピンを比較例６として用いた。この
結果を図１１に示す。図１１からわかるように比較例の
ブレード材は、比較例４で40kgf/cm²、比較例５で 100
kgf/cm²、比較例６で60kgf/cm²で焼付を発生し、耐焼
付性に劣ることが認められた。一方、実施例３では、比
較例に比して動摩擦係数が全荷重範囲で小さく、かつ焼
付荷重値も比較例５に比しても 2倍以上に向上する。

【００４６】さらに、同装置を用いて 70 kgf/cm²の一
定荷重条件下での摩耗試験を行った。その結果、実施
例３は比較例５に比して、摩耗量が10％以下と大幅に良
好な耐摩耗性を示し、実施例３の摺動部材が耐摩耗性向
上に寄与することが明らかになった。

【００４７】さらに実施例３の摺動部材を用いて、図３
に示すスクロール型冷媒圧縮機を組み立て、冷媒として
HCFC22および冷凍機油として鉱油を用いて実機試験を行
ったところ、4000時間の長時間運転を行った後でも摩耗
傾向は認められず、良好な耐摩耗性を示した。

【００４８】実施例４本発明の摺動部材を図３に示すスクロール型冷媒圧縮機
のオルダムリング１６に適用した実施例について説明す
る。なお、実施例３と同様、図３を援用する。このオル
ダムリング１６のオルダムキー１６ａも相対するアルミ
ニウム合金（ＡＣ８Ｃ）製鏡板１４ａのキー溝１４ｄに
対して、極圧を受けながら往復運動する部品であり、偏
摩耗を発生させながら摺動する。この図３に示すスクロ
ール型冷媒圧縮機に、冷媒としてHCFC22および冷凍機油
として鉱油と、実施例３の比較例５のオルダムリングを
用いて実機試験を行うと、潤滑性の不足からオルダムリ
ング１６のオルダムキー１６ａとキー溝１４ｄの摺動面
に摩耗の発生が認められた。このオルダムリング１６に
鋳鉄（ＦＣ２５）を基材として、実施例３と同様の処理
を行ったオルダムリングを作成し、図３に示すスクロー
ル型冷媒圧縮機を組み立て、冷媒としてHCFC22および冷
凍機油として鉱油を用いて実機試験を行ったところ、20
00時間の長時間運転を行った後でも摩耗傾向は認められ
ず、良好な耐摩耗性を示した。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、以上の実施例からも明らかな
ように、冷媒としてHFC134a またはHFC152a を、冷凍機
油として前記冷媒と相溶性を有する冷凍機油を使用する
冷媒圧縮機の圧縮機構の相対する摺動部材の少なくとも
一方の表面部を、鉄系金属基材上にビッカース硬度が 4
00以上で、かつ厚さが 2μｍ以上の表面硬化層と、その
表面硬化層上に厚さが 0.01 μｍ以上のＦｅ₃Ｏ₄を主
成分とする多孔質酸化鉄層とを連続的に形成したので、
冷媒圧縮機の圧縮機構の耐摩耗性が長時間に亘って安定
して保たれ、耐久性に優れた冷媒圧縮機が得られる。

【００５０】また、スクロール型冷媒圧縮機において、
旋回スクロールを支持するスラストリングと旋回スクロ
ールの自転を防止するオルダムリングを、鉄系金属基材
上にビッカース硬度が 500以上で、かつ厚さが 2μｍ以
上の表面硬化層と、その表面硬化層上に厚さ0.01μｍ以
上のＦｅ₃Ｏ₄を主成分とする多孔質酸化鉄層とを連続
的に形成した摺動部材を用いたので、スラストリングや
オルダムリングの耐摩耗性が長期間にわたって安定して
保たれ、耐久性に優れたスクロール型冷媒圧縮機が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉型回転式冷媒圧縮機の縦断面を一部破断し
て示す図である。

【図２】密閉型往復式冷媒圧縮機の縦断面を示す図であ
る。

【図３】スクロール型冷媒圧縮機の断面を示す図であ
る。

【図４】本発明に係わる冷媒圧縮機の摺動部材の一断面
を示す図である。

【図５】本発明に係わるスラストリング摺動部材の一断
面を示す図である。

【図６】本発明に係わるオルダムリング摺動部材の一断
面を示す図である。

【図７】実施例１における走査型オージェ電子分光分析
の深さ方向におけるプロファイルを示す図である。

【図８】実施例１におけるＸ線光電子分光分析のＦｅ
_{2 p}光電子のスペクトルを示す図である。

【図９】耐焼付性、摩擦力（動摩擦係数）を評価する装
置の概要図である。

【図１０】実施例１における耐焼付性、摩擦力（動摩擦
係数）の評価結果を示す図である。

【図１１】実施例３における耐焼付性、動摩擦係数の評
価結果を示す図である。

【符号の説明】

１……ケーシング、２……シャフト、３……フレーム、
４……シリンダ、５……サブベアリング、６……ロー
ラ、７……ブレード、８……スプリング、９……冷凍機
油、１０……ポンプ、１１……密閉容器、１２……フレ
ーム、１２ａ……開口、１２ｂ……スラストリング、１
２ｃ……外周突起部、１３……主軸、１３ａ……遠心ポ
ンプ、１４……旋回スクロール、１４ａ……鏡板、１４
ｂ……ラップ、１４ｃ……環体、１４ｄ……キー溝、１
５……固定スクロール、１５ａ……鏡板、１５ｂ……ラ
ップ、１６……オルダムリング、１７……吸込パイプ、
１８……ロータ、１９……ステータ、２０……吐出パイ
プ、２１……鉄系金属基材、２２……表面硬化層、２３
……多孔質酸化鉄層、２４……ブレード、２５……ディ
スク、２６……ピストン、２７……シリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北市昌一郎神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉された容器内に圧縮機構が収容さ
れ、かつ冷媒として1,1,1,2-テトラフルオロエタンまた
は1,1-ジフルオロエタンの冷媒を使用し、冷凍機油とし
て前記冷媒と相溶性を有する冷凍機油を使用する冷媒圧
縮機において、前記圧縮機構の相対する摺動部材の少
なくとも一方の表面部が、鉄系金属基材上にビッカース
硬度が 400以上で、かつ厚さが 2μｍ以上の表面硬化層
と、前記表面硬化層上に厚さが0.01μｍ以上のＦｅ₃Ｏ
₄を主成分とする多孔質酸化鉄層とを連続的に形成した
摺動部材を用いることを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】固定スクロールのうず巻状のラップに、
旋回スクロールのうず巻状のラップをかみ合わせ、前記
旋回スクロールの下部に、前記旋回スクロールを支持す
るスラストリングと前記旋回スクロールの自転を防止す
るオルダムリングを設け、前記旋回スクロールを前記固
定スクロールに対して旋回運動させるスクロール型冷媒
圧縮機において、前記スラストリングまたは前記オルダ
ムリングの表面部が、鉄系金属基材上にビッカース硬度
が 500以上で、かつ厚さが 2μｍ以上の表面硬化層と、
前記表面硬化層上に厚さが0.01μｍ以上のＦｅ₃Ｏ₄を
主成分とする多孔質酸化鉄層とを連続的に形成した摺動
部材を用いることを特徴とするスクロール型冷媒圧縮
機。