JPH07305680A - 圧縮機とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられ
る圧縮機に関するものであり、被圧縮ガスとして冷媒
１、１、１、２テトラフルオロエタンを使用し、コンロ
ッドをシリコンを１４〜３０重量％含有するアルミニウ
ム合金で形成した構成において、ピストンピンの母材を
焼入鋼とし、硬さがＨＶ１０００以上からなるセラミッ
ク皮膜をその表面に施すことにより、コンロッドとピス
トンピンの接触部のアブレシブ摩耗を防止し、かつ高い
剛性を得ることができ、圧縮機の耐久性を向上させるこ
とを目的とした圧縮機を提供するものである。 【構成】 圧縮機を構成する要素において、コンロッド
５をシリコンを１４〜３０重量％含有するアルミニウム
合金で形成し、ピストンピンの母材を焼入鋼とし、その
表面にセラミック皮膜を施したものから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等
に用いられる圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍冷蔵装置や空調機は、オゾン
層の破壊などの環境問題のために従来使用してきた分子
内に塩素を含む冷媒ジフルオロジクロロメタン（以下Ｃ
ＦＣ−１２と称する）やジフルオロクロロメタン（以下
ＨＣＦＣ−２２と称する）等から分子内に塩素を含まな
い冷媒１、１、１、２テトラフルオロエタン（以下ＨＦ
Ｃ−１３４ａと称する）への変更が検討されている。と
ころが、分子内に塩素を含まない前記冷媒は、潤滑性能
が悪く圧縮機の摺動材料の特性を向上する必要がある。

【０００３】以下図５を参照しながら従来の圧縮機の一
例について説明する。１は圧縮機である。２はシャフ
ト、３はロータ、４はステータでありロータ３とステー
タ４は一対でモータを形成する。また５はコンロッド、
６はシリンダ、７はピストン、８はピストンピンであ
る。ロータ３とステータ４により形成されるモータによ
り、ロータ３に圧入されたシャフト２が回転する。この
時、シャフト２の偏心部に取り付けられたコンロッド５
及び、コンロッド５の他端に取り付けられかつピストン
７に固定されたピストンピン８を介して、シャフト２の
回転運動が伝達されピストン７がシリンダ６内を往復運
動する。そして、ピストン７とシリンダ６により形成さ
れる空間９内において、冷媒ガスＣＦＣ−１２が吸入、
圧縮される。

【０００４】ここで、往復運動のエネルギ損失を低減す
るためコンロッド５を軽量部材であるアルミニウム合金
（ＪＩＳ：ＡＤＣ１２）で形成し、また軸受面積が小さ
く厳しい摺動条件となるコンロッド５とピストンピン８
の接触部の耐久性を向上させるため、ピストンピン８を
焼入鋼で形成していた。

【０００５】ここで、従来の焼入鋼で形成されたピスト
ンピンの製造方法は、まず無垢の丸棒の中心に穴加工を
施し、摺動面の粗加工を行い、シームレス状の長尺の鋼
管にする。その後、所定の長さに切断し、熱処理を加え
所定の硬度に調整してから摺動面の研磨を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成は、潤滑性能の高い従来の冷媒ＣＦＣ−１２や
ＨＣＦＣ−２２が圧縮機の潤滑油中に溶解していること
を前提に考えられている。分子内に塩素を含まず潤滑性
能が劣る冷媒ＨＦＣ−１３４ａを使用した場合には特に
コンロッドとピストンピンの接触部においてピストンピ
ンの表面にコンロッドの材料であるアルミニウム合金が
凝着し、その結果コンロッドの摩耗が増大し十分な耐久
性が得られない。

【０００７】そこで、往復運動のエネルギ損失を低減す
る目的のためコンロッド５を軽量部材であるアルミニウ
ム合金で形成することを前提とし、アルミニウム合金内
に含有するシリコンを従来の１０〜１２重量％から１６
〜１８重量％とすることによる耐摩耗性の向上で解決を
図ろうとした。

【０００８】コンロッドをシリコンを１６〜１８重量％
含有するアルミニウム合金とした結果、従来のアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ：ＡＤＣ１２）に比べてコンロッドの
硬さが増加し、耐摩耗性が著しく向上した。また、耐力
が大きくなるために剛性が強くなり、コンロッドの変形
量が小さい。そのためコンロッドとピストンピンのクリ
アランスが小さくなる危険性がなくなる。しかし、その
反面シリコンを１６〜１８重量％含有することにより、
シリコンがアルミニウムより先に凝固して比較的大きな
シリコン粒子が析出する。摺動面にそのシリコン粒子が
析出した場合、相手材であるピストンピンを激しく攻撃
する。すなわち、アブレシブ摩耗が発生するために、逆
にピストンピンの摩耗が増大し、圧縮機の十分な耐久性
が得られない。

【０００９】つまり、コンロッドの材料であるアルミニ
ウム合金の強度だけを向上しただけでは、圧縮機自体の
耐久性は得られないということである。

【００１０】したがって、この点について材料側から見
た場合、これらの問題はピストンピンの材料そのものが
非常に硬く、耐アブレシブ摩耗性に優れていれば解決で
きるものと考えられるが、例えば高クロムオーステナイ
ト鋳鉄やＷＣ複合合金がある。しかしながら、これらの
材料は、従来のように焼入鋼を素材とするのに比べて素
材費や加工費が非常に高くなり、全体的に大幅にコスト
アップにつながる。また、量産性にも優れない。すなわ
ち、単に素材を硬くすれば良いというわけではない。

【００１１】そこで、上記の塩素を含まない冷媒に対し
て新たに摺動材料の最適化及びその製造方法の最適化を
図る必要がある。

【００１２】本発明は上記課題に鑑み、冷媒ＨＦＣ−１
３４ａを使用する圧縮機に対して摺動材料の最適化を図
り圧縮機の耐久性を向上させるものである。

【００１３】本発明は上記課題に鑑み、冷媒ＨＦＣ−１
３４ａを使用する圧縮機におけるピストンピンの製造方
法にあって、安価かつ量産性にも優れたものである。

【００１４】

【課題を解決させるための手段】上記課題を解決するた
めに本発明の圧縮機は、被圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３
４ａとし、コンロッドをシリコンを１６〜１８重量％含
有したアルミニウム合金で形成した構成において、ピス
トンピンを焼入鋼で形成し、その表面に硬さがＨＶ１０
００以上からなるセラミック皮膜を形成させたものであ
る。

【００１５】上記課題を解決するために本発明の圧縮機
におけるピストンピンの製造方法は、シームレスパイプ
状の長尺の焼入鋼管の摺動面を研磨した後に、セラミッ
ク皮膜処理を行い、これを所定の長さに切断しピストン
ピンを製造することを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明は非圧縮ガスを冷媒ＨＦＣ−１３４ａと
し、コンロッドをシリコンを１６〜１８重量％含有した
アルミニウム合金で形成した構成により高い剛性を得た
上で、ピストンピンを焼入鋼で形成し、その表面にシリ
コン粒子よりも硬い、ＨＶ１０００以上からなるセラミ
ック皮膜を施すことにより、コンロッドとピストンピン
の接触部のアブレシブ摩耗を防止し、その結果圧縮機の
耐久性を向上させるものである。

【００１７】本発明は上記ピストンピンの製造方法にお
いて、一般にシームレスパイプ状の長尺の焼入鋼管を所
定の長さに切断した後、摺動面の研磨加工を実施し、セ
ラミック皮膜を行う方法が考えられるが、その方法に対
して、シームレスパイプ状の長尺の焼入鋼管の摺動面を
研磨した後に、長尺の管状のままセラミック皮膜処理を
行い、これを所定の長さに切断する方法を実施すること
により、均一な膜厚を施したピストンピンを大量に、そ
して前者の一般的な方法に比べて工数が減らせるから安
価に作成することができるものである。

【００１８】

【実施例】以下本発明の第１の実施例について図面を参
照しながら説明する。

【００１９】図１に本発明の圧縮機の断面図を示す。１
は圧縮機である。２はシャフト、３はロータ、４はステ
ータでありロータ３とステータ４は一対でモータを形成
する。また、５はコンロッド、６はシリンダ、７はピス
トン、１０はピストンピンである。ロータ３とステータ
４により形成されるモータにより、ロータ３に圧入され
たシャフト２が回転する。この時、シャフト２の偏心部
に取り付けられかつピストン７に固定されたピストンピ
ン１０を介して、シャフト２の回転運動が伝達されピス
トン７がシリンダ６内を往復運動する。そして、ピスト
ン７とシリンダ６により形成される空間９内において、
冷媒ＨＦＣ−１３４ａが吸入、圧縮される。

【００２０】ここで、コンロッド５はシリコンを１６〜
１８重量％含有してなるアルミニウム合金である。その
組織は共晶組織であり、初晶シリコンが比較的大きな粒
径を有している。

【００２１】図２に本実施例のピストンピン１０の断面
図を示す。ピストンピン１０は母材１０ａをクロムモリ
ブデン鋼（ＪＩＳ：ＳＣＭ４１５）とし加工後、イオン
プレーティング法により母材１０ａ基材上に窒化クロム
皮膜１０ｂを形成した。イオンプレーティング法による
窒化クロム皮膜１０ｂの形成方法について説明する。ま
ず、真空槽内は、１０^-3Ｔｏｒｒ程度の圧力にしてお
く。蒸発源は、電子銃を用いてクロムを蒸発させる。イ
オン化電極には４０〜５０Ｖの正電圧をバイアスしてお
き、蒸発したクロムはイオン化する。イオン化したクロ
ムは負の電圧をバイアスした母材１０ａへ向かって加速
されるので、高い運動エネルギーを持って母材１０ａへ
衝突する。反応ガスとして窒素ガスを用いれば、ＣｒＮ
ｘを主成分とする皮膜１０ｂが形成される。

【００２２】コンロッドをシリコン１６〜１８重量％含
有したアルミニウム合金で形成したことにより、耐摩耗
性が向上し、高い剛性が得られ、なおかつ作成された窒
化クロム皮膜は、硬さＨＶ１８００〜２０００となり、
シリコン粒子よりも硬くなり、耐アブレシブ摩耗性が著
しく向上する。

【００２３】以上のように本実施例においては、被圧縮
ガスとしてＨＦＣ−１３４ａを使用し、コンロッドをシ
リコンを１６〜１８重量％含有したアルミニウム合金で
形成した構成において、ピストンピンを焼入鋼で形成
し、その表面にシリコン粒子よりも硬い、ＨＶ１０００
以上からなる窒化クロム皮膜を施すことにより、コンロ
ッドとピストンピンの接触部のアブレシブ摩耗を防止
し、その結果圧縮機の耐久性を向上させることができ
る。

【００２４】以下本発明の第２の実施例について図面を
参照しながら説明する。図３に示すようにシームレスパ
イプ状の長尺のクロムモリブデン鋼管を母材とし、長尺
の鋼管のまま前記真空槽内に設置し、これを真空槽内で
一定速度で回転させながら窒化クロム皮膜処理を行っ
た。その結果、図４に示すようなエッジ部のダレ１２、
盛り上がり１３を防止することができ、後加工を不要と
することができる。その後、シームレスパイプ状のクロ
ムモリブデン鋼管を所定の長さに切断するので、均一な
膜厚を施したピストンピンを大量に作成することが可能
である。

【００２５】また、一般的にパイプ状のものにセラミッ
ク皮膜処理を行う方法として、従来から真空槽内で一定
速度で回転させながら皮膜処理を行う方法がよく用いら
れている。したがって、シームレスパイプ状の長尺の焼
入鋼管を所定の長さに切断した後、摺動面の研磨加工を
実施し、セラミック皮膜を行う方法に比べて、本実施例
における製造方法は工数が減らせる、またピストンピン
の形状に合った固定用治具の開発に関わるコストなどの
点から、本実施例の方が安価にピストンピンを作成する
ことができる。

【００２６】以上のように本実施例によれば、上記ピス
トンピンの製造方法において、一般にシームレスパイプ
状の長尺の焼入鋼管を所定の長さに切断した後、摺動面
の研磨加工を実施し、セラミック皮膜を行う方法がある
が、その方法に対して、シームレスパイプ状の長尺の焼
入鋼管の摺動面を研磨した後に、長尺の管状のままセラ
ミック皮膜処理を行い、これを所定の長さに切断する方
法を実施することにより、均一な膜厚を施したピストン
ピンを大量に、そして前者の一般的な方法に比べて工数
が減らせるから安価に作成することができる。

【００２７】なお、窒化クロム皮膜の膜厚は、１〜１０
μｍとするのが好ましい。膜厚が１μ以下であれば密着
性、強度、耐摩耗性に不足が生じる。また、膜厚が１０
μｍ以上であれば摺動材料部品としての寸法制御に問題
が生じる。

【００２８】また、窒化クロム皮膜の作成方法として、
高周波イオンプレーティング法、真空や放電を用いる方
法などを用いても同様の効果が得られる。

【００２９】また、本実施例によれば立方晶系の窒化ク
ロム皮膜としたが、六方晶系の窒化クロム皮膜、あるい
は硬さはＨＶ１０００以上有するセラミック皮膜を用い
ても同様の効果が得られる。

【００３０】また、コンロッドをシリコンを１６〜１８
重量％含有するアルミニウム合金としたが、シリコンを
１４〜３０重量％含有するアルミニウム合金としても同
等の効果が得られる。シリコンが１４重量％未満であれ
ばアルミニウム合金の硬さが低くなりセラミック皮膜を
施したピストンピンの攻撃性が高くなり、コンロッドの
摩耗量が増加する。一方、シリコンが３０重量％以上で
あればアルミニウム合金が硬すぎるために加工性が悪く
なる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、被圧縮ガスとしてＨＦＣ−１
３４ａを使用し、コンロッドをシリコンを１６〜１８重
量％含有したアルミニウム合金で形成した構成におい
て、ピストンピンを焼入鋼で形成し、その表面にシリコ
ン粒子よりも硬い、ＨＶ１０００以上からなる窒化クロ
ム皮膜を施すことにより、コンロッドとピストンピンの
接触部のアブレシブ摩耗を防止し、その結果圧縮機の耐
久性を向上させることができる。

【００３２】本発明は、上記ピストンピンの製造方法に
おいて、一般にシームレスパイプ状の長尺の焼入鋼管を
所定の長さに切断した後、摺動面の研磨加工を実施し、
セラミック皮膜を行う方法があるが、その方法に対し
て、シームレスパイプ状の長尺の焼入鋼管の摺動面を研
磨した後に、長尺の管状のままセラミック皮膜処理を行
い、これを所定の長さに切断する方法を実施することに
より、均一な膜厚を施したピストンピンを大量に、そし
て前者の一般的な方法に比べて工数が減らせるから安価
に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を用いた圧縮機の断面図

【図２】本発明の実施例におけるピストンピンの拡大断
面図

【図３】ピストンピンの製造方法を示す斜視図

【図４】ピストンピンに施した窒化クロム皮膜不良の状
態を示す断面図

【図５】従来の圧縮機の断面図

【図６】従来におけるピストンピンの拡大断面図

【符号の説明】

２ シャフト ５ コンロッド １０ ピストンピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被圧縮ガスを冷媒１、１、１、２テトラ
   フルオロエタンとし、電動モータと連結するシャフト
   と、シリコンを１４〜３０重量％含有するアルミニウム
   合金で形成されその一端の軸受部が前記シャフトに取り
   付けられたコンロッドと、前記コンロッドの他端の軸受
   部に取り付けられたピストンピンと、前記ピストンピン
   に固定されたピストンと、前記ピストンと一体で圧縮室
   を形成するシリンダとを備えてなる圧縮機の構成要素に
   おいて、前記ピストンピンの母材を焼入鋼とし、硬さが
   ＨＶ１０００以上からなるセラミック皮膜をその表面に
   施していることを特徴とする圧縮機。
2. 【請求項２】 シームレスパイプ状の長尺の焼入鋼管の
   摺動面を研磨した後、セラミック皮膜処理を行い、これ
   を所定の長さに切断しピストンピンを製造することを特
   徴とする請求項１記載の圧縮機の製造方法。