JPS6213784A

JPS6213784A - ヒ−トポンプ式ル−ムエアコン

Info

Publication number: JPS6213784A
Application number: JP60152240A
Authority: JP
Inventors: Yukio Serizawa; 芹沢　幸男; Shigeo Hashida; 橋田　栄夫; Tadashi Iizuka; 飯塚　董; Kazuji Fukuda; 和司福田; Nobuo Abe; 信雄阿部; Takao Abe; 阿部　孝男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1987-01-22
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: KR950001868B1; KR870001407A; JPH066943B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、ヒートポンプ式ルームエアコンに係り、特に
暖房運転に好適なヒートポンプ式ルームエアコンに関す
る。

〔発明の背景〕

一般にルームエアコンに封入される冷媒はフレオン２２
　（ＣＨ（ｌｌＦ２）でコンプレッサの潤滑油として主
に使用されるナフテン系冷凍機油によく溶解し潤滑油が
希釈され粘度のかなり低い状態（普通冷房運転状態で２
〜１０センチストークス）で運転されている。従来より
冷媒圧縮機に摺動部の摩耗、焼付き、など潤滑の問題が
多い理由はここにあると言われている。さて従来のルー
ムエアコンは冷房専用機が主流であったが、近年暖房運
転可能なヒートポンプ式ルームエアコンが増加の傾向に
ある。更に最近は負荷に応じてコンプレッサの回転速度
を変化させ部屋の温度の立上り時間や霜取り時間の短縮
改善を図った可変速度機種が著しい伸びを見せている。

ヒートポンプ機種は冷房専用機に比ベコンプレッサの使
用条件は一段と厳しくなる。その理由は以下の如くであ
る。即ち、１、暖房運転の始動時、それまで外気温度が
低い状態（０度Ｃ以下）に放置されていた可能性が高く
、低温はど冷媒は潤滑油に溶解するため、粘度が著しく
低下（１センチストークス以下）した状態である。従っ
て軸と軸受間に油膜が非常に形成しにくく金属接触を回
避することが困難である。また始動後は除々に潤滑油の
温度は上がるものの外気温が低いためその速度は遅く金
属接触が回避されるまでには数十分必要である。

２、　定常運転に入ると次第に室外機に着霜が開始し熱
交換能力が低下するためコンプレッサへ除１　　　　。

１ｏ□、ヵ、５！カ。。えゎ１゜１．１□カ、粘度が再
び低下する。除霜運転は一般に潤滑油の粘度は著しく低
下しないものの吸込み圧力が異常に低下しシャフトへの
給油量が減少する問題点がある。除霜運転完了後は一般
に予熱運転が行なわれ室内機の送風機が停止した状態で
コンプレッサが運転されるため激しい液戻りをしながら
吐出圧力が急激に上昇する、非常に苛酷な状態に陥る。

即ち、潤滑油が低粘度状態での高負荷条件が発生してい
るのである。

３、　可変速度機種は従来の商品電源である６ＣＩＨｚ
（ヘルツ）に比べ２０Ｈｚ〜１５０）１ｚ程度まで負荷
に応じてコンプレッサの回転速度を変化させるもので、
特に上述した苛酷条件下で高速運転が要求されることに
なる。従って苛酷度は更に激しくなりそれに耐え得る摺
動部構造が必要となる。

以上の理由によりヒートポンプ機種のコンプレッサの使
用条件は非常に厳しい状態にあり、従来より種々の耐久
性向上の検討がされてきた。たとえば従来のロータリコ
ンプレッサのシャフトは鋳鉄や炭素鋼又は合金鋼にリン
酸マンガン系の化成被膜を形成する方法やリン酸マンガ
ン被膜の上に固体潤滑材である二硫化モリブデンの被膜
をコーティングにより形成する方式があるが、これらの
被膜は初期的ななじみには効果があるものの継続的な境
界潤滑の発生するヒートポンプ機種においては短期間に
剥離し消耗してしまうため鉄素地が露出してしまい、耐
久時間に問題がある。また素材自身を熱処理により材質
を調整したり、窒化処理により硬さを増加する方法があ
るが、双方とも耐摩耗性は向上するが相手材とのなじみ
性が悪く相手ベアリング材に軟いメタルを挿入する必要
性がある。以上の如〈従来のいずれの方法も特性。

経済性ともに満足するものはなかった。

［発明の目的］本発明の目的は暖房運転時の耐久性に優れたロータリコ
ンプレッサを用いたヒートポンプ式ルームエアコンを提
供することにある。

〔発明の概要〕

金属接触率が高く、かつ、その状態が繰返し継続的に発
生せざるを得ないヒートポンプ式ルームエアコン用ロー
タリコンプレッサのシャフトに浸硫窒化処理を施すこと
により、その表層部に高温強度の大きい窒素化合物と自
己潤滑性、極圧性を有する硫黄化合物の混合物を主成分
とする多孔質層を生成させ、この多孔質層の下側に窒素
化合物を主体とする緻密で高硬度の単一層を生成する。

更にその下層には母材に窒素が拡散して硬さの上昇した
拡散層が生成される。前記多孔質層の保油性及びなじみ
性により初期的な焼付き、咬りを防止し、多孔質層が脱
落、消耗してシャフトと軸受がなじんだ後は前記高硬度
の窒素化合物の単一層と拡散層により長時間接触した場
合でも異常摩耗に至らないよう耐摩耗性を改善させたも
のである。

〔発明の実施例〕

第１図は、一般的なローリングピストン式ロータリコン
プレッサの縦断面図である。第２図は第１図のＡ−Ａ断
面である。図において、上部に固定子１と回転子３とか
ら成る電動部１を、下部にシリンダ２．上ベアリング５
．下ベアリング６、ピストン８．仕切板９からなる圧縮
機構部２を配ドアで連結し、それをケーシングｔｏ、ｔ
ｏ’、ｉ０″で形成された密閉室１０２に収納し固着し
た構造となっている。ピストン８はクランクシャフト７
の偏心部７′に固転自在に嵌入され、吸込孔１００より
吸入された冷媒は仕切板９とピストン８及びシリンダ２
、上ベアリング５、下ベアリング６によって形成さ九る
圧縮室１０１に閉じ込められ偏心部デの回転とともに圧
縮され、圧縮室１０１内の圧力が密閉室１０２の圧力よ
り多少高くなると吐出弁１１が開放し、密閉室１０２内
に流出する。密閉室１０２の下部には潤滑油１２が貯溜
し、クランクシャフト７の回転に伴い給油ピース１２及
びひねり板１３のポンピング作用により揚油しクランク
シャフト７の給油穴１４，１５．１６により双々の摺動
部へ潤滑油を輸送している。本実施例のクランクシャフ
ト７の材料はフェライト地の共晶黒鉛鋳鉄、上ベアリン
グ５．下ベアリング６はパーライト地の片状黒鉛鋳鉄で
ある。従来はシャフト７にリン酸マンガン処理、上ベア
リング５、下ベアリング６は無処理で使用するのが一般
的であった。第３図に一般的なヒートポンプ式ルームエ
アコンの冷凍サイクルを示す。図において、３２は上述
した各部品から構成された圧縮機である。３３は第１の
熱交換器で、暖房時は放熱を行なう。３４は第２の熱交
換器で、暖房時は蒸発を行なう。３５は切換弁で、冷房
、又は暖房に切換える時使用するものである。第４図・
第５図は本実施例のクランクシャフト７の構造で第５図
はクランクシャフト７の表面近傍の拡大図である。

５６５℃に保持した硫黄を含むシアン酸塩を基本塩とし
たアルカリ金属塩の溶融塩浴の中に３０分から１２０分
程度機械加工完了したクランクシャフトを浸漬すること
により処理が実施される。本浸硫窒化処理されたクラン
クシャフトの最表面には硫黄化合物と窒素化合物の混在
した微細な多孔質層２０が形成される。この多孔質層２
ｏは自己潤滑性と極圧作用を有する他、多孔質であるた
め油溜作用により保油性に優れ摩擦係数が小さく相手ベ
アリング材に対するなじみ性が良好である。

多孔質層２０の下部には窒素化合物の単−相２１が存在
する。この単−相は硬さがマイクロビッカーススケール
で４５０〜１２００と非常に硬く、かつ、摩擦係数が低
く、しかも高融点であるため境界潤滑の状態でも摩擦熱
により温度上昇しても強度が低下しないという優れた耐
摩耗特性を示す。

単−相２１の下側には窒素の拡散層２２が存在する。拡
散層２２は母材の内部に進む種母材との硬度差は縮まる
ものの最表面より０．０５程度まではマイクロビッカー
ススケールで母材に対し１６０％（母材１７５に対し２
７５）程度に硬さが増加しており、クランクシャフト全
体の剛性を向上させるものである。

次に本浸硫窒化処理の効果の一例について述べる。

第６図は従来のリン酸マンガン処理と浸硫窒化処理の耐
摩耗強度を示すものである。横軸は試験開始からの時間
、縦軸はテストピースへ印加されている荷重である。第
７図は本試験の方法を説明したもので表面処理したピン
３１を両側のブロック３０で挟み、２００ｋｇｆからス
タートＬ／　２５ｋｇｆ　／　ｓｅｃの速度で荷重Ｗを
増加させる。ピンは３００ＲＰＭで回転させ、潤滑油は
塗布しない絶乾状態とした。ブロック３０は調質した合
金鋳鉄、ピン３１はフェライト地の共晶黒鉛鋳鉄にリン
酸マンガン処理したものと浸硫窒化処理を約６０分施し
、化合物層Ａの厚さが約１０μｍにしたものである。第
５図によれば焼きつきまでの時間は約５００％、荷重は
約３００％浸硫窒化処理の方が優れていることが解る。

また本実施例によれば化合物層Ａの厚さを２〜２０μｍ
に押えており、その理由は鋳鉄のように熱伝導性の不良
な材料の場合、母材と処理層の熱膨張係数の差により処
理層に割れが入る恐れがあるためである。また本実施例
の場合クランクシャフト７に浸硫窒化処理を施したので
相手材である上ベアリング５．下ベアリング６、ピスト
ン８は無処理の鋳鉄や焼結合金などが使用でき経済性に
富む。

更に、シャフトの材質として共晶黒鉛鋳鉄、相手ベアリ
ング材として片状黒鉛鋳鉄または鉄系焼結合金を使用し
たので加工性の良好な材料をそのまま使用でき、メタル
などの追加部品も不必要なので多量産に適用する場合、
経済性良好である。

一方、クランクシャフトとベアリングとの摩耗係数が小
さくなるのでモータ効率が高くなる。従って消費電力が
著しく小さなヒートポンプ式ルームエアコンを提供でき
るものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フレオン（ＣＨＣＱＦ２　）を使用し
冷房及び暖房に切替使用するヒートポンプ式ルームエア
コンにおいて、圧縮機カッのシャフトの軸に硫化物と窒
化物とからなる多孔質層と。

この多孔質層の下部に浸硫窒化処理によって形成された
窒化物からなる単一層とを有するものであるから、暖房
運転時の耐久性に優れたロータリコンプレッサを用いた
ヒートポンプ式ルームエアコンを提供できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータリコンプレッサの縦断面図、第４　　　
　２図は第１図の断面Ａ−Ａ、第３図はヒートポンプ式
ルームエアコンの暖房時の冷凍サイクル図、第４図はク
ランクシャフトの縦断面図、第５図はクランクシャフト
の表面近傍の拡大図、第６図は摩耗試験の時間−荷重の
変化を示す図、第７図は摩耗試験法の説明図である。１・・・電動部、２・・・圧縮機構部、１・・・固定子
、２・・・シリンダ、３・・・回転子、５・・・上ベア
リング、６・・・下ベアリング、７・・・クランクシャ
フト、８・・・ピストン、９・・・仕切板、１０，１０
．１０・・・ケーシング、１１・・・吐出弁、１２・・
・潤滑油、１３・・・ひねり板、１４，１５．１６・・
・給油穴。７・・・偏心部、１００・・・吸込穴、１０１・・・圧
縮室、１０２・・・密閉室、１２・・・給油ピース、２
０・・・多孔質層、２１・・・単−相、２２・・・拡散
層、３０・・・ブロック、３１・・・ピン、３２・・・
圧縮機、３３・・・第１の熱交換器、３４・・・第２の
熱交換器、３５・・・切換弁。￥−２１］￥、３　口茎４　面

Claims

【特許請求の範囲】１、熱交換器、減圧器、圧縮機などによって構成され、
冷媒としてフレオンを使用し冷房及び暖房に切替使用す
るヒートポンプ式ルームエアコンにおいて、上記圧縮機
が、そのシャフトの軸に硫化物と窒化物とからなる多孔
質層と、この多孔質層の下部に浸硫窒化処理によって形
成された窒化物からなる単一層とを有することを特徴と
するヒートポンプ式ルームエアコン。２、上記多孔質層と単一層との合計の厚さの層が２〜２
０μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のヒートポンプ式ルームエアコン。３、上記単一層の硬さが４００マイクロビッカーススケ
ールであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のヒートポンプ式ルームエアコン。４、上記シャフトの材質が共晶黒鉛鋳鉄であり、上記シ
ャフトの軸受材が片状黒鉛鋳鉄又は鉄系焼結合金である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒートポ
ンプ式ルームエアコン。