JPWO2018042507A1 - Compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Abstract
冷凍サイクル装置の圧縮機において、電動機は、クランク軸を回転させる。圧縮機構は、クランク軸の回転によって駆動されることで冷媒を圧縮する。クランク軸の一部は、固体潤滑剤被膜(70)で覆われている。固体潤滑剤被膜(70)は、二硫化モリブデン(71)と樹脂(72)とを含んでいる。樹脂(72)は、具体的には、PAI(ポリアミドイミド)である。固体潤滑剤被膜(70)は、グラファイト(73)をさらに含んでいる。圧縮機構の軸受は、クランク軸の固体潤滑剤被膜(70)で覆われた部分に摺動自在に嵌められている。 In the compressor of the refrigeration cycle apparatus, the electric motor rotates the crankshaft. The compression mechanism compresses the refrigerant by being driven by rotation of the crankshaft. A part of the crankshaft is covered with a solid lubricant film (70). The solid lubricant film (70) contains molybdenum disulfide (71) and a resin (72). Specifically, the resin (72) is PAI (polyamideimide). The solid lubricant film (70) further includes graphite (73). The bearing of the compression mechanism is slidably fitted to a portion of the crankshaft covered with the solid lubricant film (70).
Description
本発明は、圧縮機および冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a compressor and a refrigeration cycle apparatus.
特許文献1に記載のロータリ圧縮機は、機械構造用鋼からなるクランク軸を備える。このクランク軸の軸受と摺動する部分の表面には、リン酸マンガン被膜および二硫化モリブデン被膜が設けられている。
The rotary compressor described in
省エネルギーおよび省資源化のために、高効率な圧縮機が求められている。 In order to save energy and resources, a highly efficient compressor is required.
クランク軸径を小さくすれば、摺動損失が軽減され、圧縮機の高効率化が可能となる。しかし、一般的に普及している圧縮機においては、材質がFCD(Ferrum Casting Ductile)550またはFCD700等の鋳造材で被膜がリン酸マンガン被膜のみのクランク軸が使用されている。FCD550またはFCD700等の鋳造材のヤング率は164ギガパスカル程度である。すなわち、鋳造材の剛性は高くない。よって、鋳造材からなるクランク軸の直径を小さくすると、圧縮室内のガス負荷荷重によるクランク軸の撓みの量が増加する。クランク軸の撓み量が増加すると、クランク軸が軸受に焼き付きやすくなり、圧縮機の信頼性が損なわれる。 If the crankshaft diameter is reduced, the sliding loss is reduced and the efficiency of the compressor can be increased. However, in a compressor that is widely used, a crankshaft having a cast material such as FCD (Ferrum Casting Ductile) 550 or FCD700 and having only a manganese phosphate coating is used. The Young's modulus of a cast material such as FCD550 or FCD700 is about 164 gigapascal. That is, the rigidity of the cast material is not high. Therefore, when the diameter of the crankshaft made of the cast material is reduced, the amount of bending of the crankshaft due to the gas load in the compression chamber increases. When the amount of bending of the crankshaft increases, the crankshaft tends to seize on the bearing, and the reliability of the compressor is impaired.
クランク軸の材質を剛性の高いものに変更すれば、クランク軸の撓み量の増加を抑えることが可能となる。S45C等の鍛造材のヤング率は205ギガパスカル程度またはそれよりも高い。すなわち、鍛造材の剛性は高い。しかし、材質が鍛造材で被膜がリン酸マンガン被膜のみのクランク軸の焼付耐力は、材質が鋳造材で被膜がリン酸マンガン被膜のみのクランク軸の焼付耐力に対して10%程度劣る。よって、クランク軸の材質を鋳造材から鍛造材に変更すると、クランク軸の撓み量が増加しなくても、クランク軸が軸受に焼き付きやすくなり、圧縮機の信頼性が損なわれる。 If the material of the crankshaft is changed to a material having high rigidity, an increase in the amount of bending of the crankshaft can be suppressed. The Young's modulus of the forging material such as S45C is about 205 gigapascal or higher. That is, the forging material has high rigidity. However, the seizure strength of the crankshaft made of the forged material and the coating only of the manganese phosphate coating is inferior to the seizure resistance of the crankshaft made of the cast material and the coating only of the manganese phosphate coating by about 10%. Therefore, when the material of the crankshaft is changed from the cast material to the forged material, the crankshaft is easily seized on the bearing even if the amount of bending of the crankshaft does not increase, and the reliability of the compressor is impaired.
特許文献1に記載のロータリ圧縮機のように、材質が機械構造用鋼で被膜がリン酸マンガン被膜および二硫化モリブデン被膜のクランク軸を使用したとしても、クランク軸の焼付耐力は十分に向上しない。
Like the rotary compressor described in
本発明は、圧縮機のクランク軸の焼付耐力を十分に向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to sufficiently improve the seizure resistance of a crankshaft of a compressor.
本発明の一態様に係る圧縮機は、
二硫化モリブデンと樹脂とを含む固体潤滑剤被膜で一部が覆われたクランク軸と、
前記クランク軸を回転させる電動機と、
前記クランク軸の前記固体潤滑剤被膜で覆われた部分に摺動自在に嵌められた軸受を有し、前記クランク軸の回転によって駆動される圧縮機構とを備える。A compressor according to an aspect of the present invention is provided.
A crankshaft partially covered with a solid lubricant film containing molybdenum disulfide and a resin;
An electric motor for rotating the crankshaft;
A compression mechanism that has a bearing slidably fitted to a portion of the crankshaft covered with the solid lubricant film and that is driven by rotation of the crankshaft.
本発明では、圧縮機のクランク軸に、二硫化モリブデンだけでなく樹脂も含む被膜を採用している。このため、クランク軸の焼付耐力が十分に向上する。 In the present invention, a coating containing not only molybdenum disulfide but also resin is employed on the crankshaft of the compressor. For this reason, the seizure resistance of the crankshaft is sufficiently improved.
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。装置、器具、部品等の構成について、材質、形状、大きさ等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds in each figure. In the description of the embodiments, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate. The material, shape, size, and the like of the configuration of the apparatus, instrument, component, etc. can be changed as appropriate within the scope of the present invention.
実施の形態1.
本実施の形態について、図1から図7を用いて説明する。
This embodiment will be described with reference to FIGS.
***構成の説明***
図1および図2を参照して、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置10の構成を説明する。*** Explanation of configuration ***
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the refrigerating
図1は、冷房運転時の冷媒回路11を示している。図2は、暖房運転時の冷媒回路11を示している。 FIG. 1 shows the refrigerant circuit 11 during cooling operation. FIG. 2 shows the refrigerant circuit 11 during heating operation.
冷凍サイクル装置10は、本実施の形態では空気調和機であるが、冷蔵庫、ヒートポンプサイクル装置といった空気調和機以外の装置であってもよい。
The
冷凍サイクル装置10は、冷媒が循環する冷媒回路11を備える。冷凍サイクル装置10は、圧縮機12と、四方弁13と、室外熱交換器である第1熱交換器14と、膨張弁である膨張機構15と、室内熱交換器である第2熱交換器16とをさらに備える。圧縮機12と、四方弁13と、第1熱交換器14と、膨張機構15と、第2熱交換器16は、冷媒回路11に接続されている。
The
圧縮機12は、冷媒を圧縮する。四方弁13は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を切り換える。第1熱交換器14は、冷房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機12により圧縮された冷媒を放熱させる。すなわち、第1熱交換器14は、圧縮機12により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第1熱交換器14は、暖房運転時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張機構15で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張機構15は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。第2熱交換器16は、暖房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機12により圧縮された冷媒を放熱させる。すなわち、第2熱交換器16は、圧縮機12により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第2熱交換器16は、冷房運転時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張機構15で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。
The
冷凍サイクル装置10は、制御装置17をさらに備える。
The
制御装置17は、具体的には、マイクロコンピュータである。図1および図2では、制御装置17と圧縮機12との接続しか示していないが、制御装置17は、圧縮機12だけでなく、冷媒回路11に接続された圧縮機12以外の要素に接続されてもよい。制御装置17は、制御装置17に接続されている要素の状態を監視したり、制御したりする。
Specifically, the
冷媒回路11を循環する冷媒としては、R32、R125、R134a、R407C、R410A等のHFC(HydroFluoroCarbon)系冷媒が使用される。あるいは、R1123、R1132(E)、R1132(Z)、R1132a、R1141、R1234yf、R1234ze(E)、R1234ze(Z)等のHFO(HydroFluoroOlefin)系冷媒が使用される。あるいは、R290(プロパン)、R600a(イソブタン)、R744(二酸化炭素)、R717(アンモニア)等の自然冷媒が使用される。あるいは、その他の冷媒が使用される。あるいは、これらの冷媒のうち2種類以上の混合物が使用される。 As the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 11, HFC (HydroFluoroCarbon) refrigerants such as R32, R125, R134a, R407C, and R410A are used. Alternatively, HFO (HydroFluoroOlefin) refrigerants such as R1123, R1132 (E), R1132 (Z), R1132a, R1141, R1234yf, R1234ze (E), R1234ze (Z) are used. Alternatively, natural refrigerants such as R290 (propane), R600a (isobutane), R744 (carbon dioxide), R717 (ammonia) are used. Alternatively, other refrigerants are used. Alternatively, a mixture of two or more of these refrigerants is used.
図3を参照して、本実施の形態に係る圧縮機12の構成を説明する。
With reference to FIG. 3, the structure of the
図3は、圧縮機12の縦断面を示している。
FIG. 3 shows a longitudinal section of the
圧縮機12は、本実施の形態では密閉型圧縮機である。圧縮機12は、具体的には、単シリンダのロータリ圧縮機であるが、多シリンダのロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、あるいは、レシプロ圧縮機であってもよい。
In the present embodiment, the
圧縮機12は、密閉容器20と、圧縮機構30と、電動機40と、クランク軸50とを備える。
The
密閉容器20の底部には、冷凍機油25が貯留されている。密閉容器20には、冷媒を吸入するための吸入管21と、冷媒を吐出するための吐出管22とが取り付けられている。
Refrigerating
電動機40は、密閉容器20に収納されている。具体的には、電動機40は、密閉容器20の内側上部に設置されている。電動機40は、本実施の形態では集中巻のモータであるが、分布巻のモータであってもよい。
The
圧縮機構30は、密閉容器20に収納されている。具体的には、圧縮機構30は、密閉容器20の内側下部に設置されている。すなわち、圧縮機構30は、密閉容器20の内部で電動機40の下方に配置されている。
The
電動機40と圧縮機構30は、クランク軸50によって連結されている。クランク軸50は、冷凍機油25の給油路と電動機40の回転軸とを形成している。
The
冷凍機油25は、クランク軸50の回転に伴い、クランク軸50の下部に設けられたオイルポンプによって汲み上げられる。そして、冷凍機油25は、圧縮機構30の各摺動部へ供給され、圧縮機構30の各摺動部を潤滑する。冷凍機油25としては、合成油であるPOE(ポリオールエステル)、PVE(ポリビニルエーテル)、AB(アルキルベンゼン)等が使用される。
The refrigerating
電動機40は、クランク軸50を回転させる。圧縮機構30は、クランク軸50の回転によって駆動されることで冷媒を圧縮する。すなわち、圧縮機構30は、クランク軸50を介して伝達される電動機40の回転力によって駆動されることで冷媒を圧縮する。この冷媒は、具体的には、吸入管21に吸入された低圧のガス冷媒である。圧縮機構30で圧縮された高温かつ高圧のガス冷媒は、圧縮機構30から密閉容器20内に吐出される。
The
クランク軸50は、偏心軸部51と、主軸部52と、副軸部53とを有する。これらは、軸方向において主軸部52、偏心軸部51、副軸部53の順に設けられている。すなわち、偏心軸部51の軸方向一端側に主軸部52、偏心軸部51の軸方向他端側に副軸部53が設けられている。偏心軸部51、主軸部52および副軸部53は、それぞれ円柱状である。主軸部52および副軸部53は、互いの中心軸が一致するように、すなわち、同軸に設けられている。偏心軸部51は、中心軸が主軸部52および副軸部53の中心軸からずれるように設けられている。主軸部52および副軸部53が中心軸周りに回転すると、偏心軸部51は偏心回転する。
The
クランク軸50の一部には、固体潤滑剤が塗布されて被膜が形成されている。クランク軸50の固体潤滑剤が塗布された部分、すなわち、固体潤滑剤塗布部37における被膜の構造については後述する。
A solid lubricant is applied to a part of the
以下では、電動機40の詳細を説明する。
Below, the detail of the
電動機40は、本実施の形態ではブラシレスDC(Direct Current)モータであるが、誘導電動機等、ブラシレスDCモータ以外のモータであってもよい。
The
電動機40は、固定子41と、回転子42とを有する。
The
固定子41は、円筒状であり、密閉容器20の内周面に接するように固定されている。回転子42は、円柱状であり、固定子41の内側に幅が0.3ミリメートル以上1.0ミリメートル以下の空隙を介して設置されている。
The
固定子41は、固定子鉄心43と、巻線44とを有する。固定子鉄心43は、鉄を主成分とする、厚さが0.1ミリメートル以上1.5ミリメートル以下の複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメにより固定して製作される。固定子鉄心43は、外径が密閉容器20の中間部の内径よりも大きく、密閉容器20の内側に焼き嵌めされて固定されている。巻線44は、固定子鉄心43に巻かれている。具体的には、巻線44は、固定子鉄心43に絶縁部材を介して集中巻で巻かれている。巻線44には、図示していないリード線の一端が接続されている。巻線44は、芯線と、芯線を覆う少なくとも一層の被膜とからなる。本実施の形態において、芯線の材質は、銅である。被膜の材質は、AI(アミドイミド)/EI(エステルイミド)である。絶縁部材の材質は、PET(ポリエチレンテレフタレート)である。
The
なお、固定子鉄心43の電磁鋼板同士を固定する方法は、カシメに限らず、溶接等、他の方法であってもよい。固定子鉄心43を密閉容器20の内側に固定する方法は、焼き嵌めに限らず、圧入であってもよい。巻線44の芯線の材質は、アルミニウムであってもよい。絶縁部材の材質は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、LCP(液晶ポリマー)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、または、フェノール樹脂であってもよい。
In addition, the method of fixing the electromagnetic steel plates of the stator core 43 is not limited to caulking, and other methods such as welding may be used. The method for fixing the stator core 43 to the inside of the sealed
回転子42は、回転子鉄心45と、図示していない永久磁石とを有する。回転子鉄心45は、固定子鉄心43と同じように、鉄を主成分とする、厚さが0.1ミリメートル以上1.5ミリメートル以下の複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメにより固定して製作される。永久磁石は、回転子鉄心45に形成された複数個の挿入孔に挿入されている。永久磁石は、磁極を形成する。永久磁石としては、フェライト磁石、または、希土類磁石が使用される。 The rotor 42 has a rotor core 45 and a permanent magnet (not shown). As with the stator core 43, the rotor core 45 is formed by punching a plurality of electrical steel sheets mainly composed of iron and having a thickness of 0.1 mm or more and 1.5 mm or less into a certain shape and axially. It is manufactured by laminating and fixing with caulking. The permanent magnet is inserted into a plurality of insertion holes formed in the rotor core 45. The permanent magnet forms a magnetic pole. As the permanent magnet, a ferrite magnet or a rare earth magnet is used.
なお、回転子鉄心45の電磁鋼板同士を固定する方法は、カシメに限らず、溶接等、他の方法であってもよい。 The method of fixing the electromagnetic steel plates of the rotor core 45 is not limited to caulking, and other methods such as welding may be used.
回転子鉄心45の平面視中心には、クランク軸50の主軸部52が焼き嵌めまたは圧入される軸孔が形成されている。すなわち、回転子鉄心45の内径は、主軸部52の外径よりも小さくなっている。図示していないが、回転子鉄心45の軸孔の周囲には、軸方向に貫通する複数個の貫通孔が形成されている。それぞれの貫通孔は、後述する吐出マフラ35から密閉容器20内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の1つになる。それぞれの貫通孔は、密閉容器20の上部に導かれた冷凍機油25を密閉容器20の下部に落とすための通路の1つにもなる。
A shaft hole into which the
図示していないが、電動機40が誘導電動機として構成される場合には、回転子鉄心45に形成された複数個のスロットにアルミニウムまたは銅等で形成される導体が充填または挿入される。そして、導体の両端をエンドリングで短絡したかご形巻線が形成される。
Although not shown, when the
密閉容器20の頂部には、インバータ装置等の外部電源と接続する端子24が取り付けられている。端子24は、具体的には、ガラス端子である。本実施の形態において、端子24は、溶接により密閉容器20に固定されている。端子24には、前述したリード線の他端が接続されている。これにより、端子24と電動機40の巻線44とが電気的に接続されている。
A terminal 24 connected to an external power source such as an inverter device is attached to the top of the sealed
密閉容器20の頂部には、さらに、軸方向両端が開口した吐出管22が取り付けられている。圧縮機構30から吐出されるガス冷媒は、密閉容器20内の空間から吐出管22を通って外部の冷媒回路11へ吐出される。
A
以下では、図3だけでなく図4も参照して、圧縮機構30の詳細を説明する。
Hereinafter, details of the
図4は、図3のA−A線、すなわち、クランク軸50の軸方向と垂直な平面で圧縮機構30を切断した場合の切断面を示している。なお、図4において、断面を表すハッチングは省略している。
FIG. 4 shows a cut surface when the
圧縮機構30は、シリンダ31と、ローラ32と、主軸受33と、副軸受34と、吐出マフラ35とを有する。
The
シリンダ31の内周は、平面視円形である。シリンダ31の内部には、平面視円形の空間であるシリンダ室61が形成されている。シリンダ31の外周面には、冷媒回路11からガス冷媒を吸入するための吸入口が設けられている。吸入口から吸入された冷媒は、シリンダ室61で圧縮される。シリンダ31は、軸方向両端が開口している。
The inner circumference of the
ローラ32は、リング状である。よって、ローラ32の内周および外周は、平面視円形である。ローラ32は、シリンダ室61内で偏心回転する。ローラ32は、ローラ32の回転軸となるクランク軸50の偏心軸部51に摺動自在に嵌められている。
The
シリンダ31には、シリンダ室61につながり、半径方向に延びるベーン溝62が設けられている。ベーン溝62の外側には、ベーン溝62につながる平面視円形の空間である背圧室63が形成されている。ベーン溝62内には、シリンダ室61を低圧の作動室である吸入室と高圧の作動室である圧縮室とに仕切るためのベーン64が設置されている。ベーン64は、先端が丸まった板状である。ベーン64は、ベーン溝62内で摺動しながら往復運動する。ベーン64は、背圧室63に設けられたベーンスプリングによって常にローラ32に押し付けられている。密閉容器20内が高圧であるため、圧縮機12の運転が開始すると、ベーン64の背圧室63側の面であるベーン背面に密閉容器20内の圧力とシリンダ室61内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリングは、主に密閉容器20内とシリンダ室61内の圧力に差がない圧縮機12の起動時に、ベーン64をローラ32に押し付ける目的で使用される。
The
主軸受33は、側面視逆T字状の軸受である。主軸受33は、クランク軸50の偏心軸部51よりも上の部分である主軸部52に摺動自在に嵌められている。クランク軸50の内部には、給油路となる貫通孔54が軸方向に沿って設けられており、主軸受33と主軸部52との間には、この貫通孔54を介して吸い上げられた冷凍機油25が供給されることで油膜が形成されている。主軸受33は、シリンダ31のシリンダ室61およびベーン溝62の上側を閉塞している。すなわち、主軸受33は、シリンダ31内の2つの作動室の上側を閉塞している。
The
副軸受34は、側面視T字状の軸受である。副軸受34は、クランク軸50の偏心軸部51よりも下の部分である副軸部53に摺動自在に嵌められている。副軸受34と副軸部53との間には、クランク軸50の貫通孔54を介して吸い上げられた冷凍機油25が供給されることで油膜が形成されている。副軸受34は、シリンダ31のシリンダ室61およびベーン溝62の下側を閉塞している。すなわち、副軸受34は、シリンダ31内の2つの作動室の下側を閉塞している。
The
主軸受33と副軸受34は、それぞれボルト等の締結具36によってシリンダ31に固定され、ローラ32の回転軸であるクランク軸50を支持している。主軸受33は、主軸受33と主軸部52との間の油膜の流体潤滑によって主軸部52に接触せずに主軸部52を支持している。副軸受34は、主軸受33と同様に、副軸受34と副軸部53との間の油膜の流体潤滑によって副軸部53に接触せずに副軸部53を支持している。
The
図示していないが、主軸受33には、シリンダ室61で圧縮された冷媒を冷媒回路11に吐出するための吐出口が設けられている。吐出口は、シリンダ室61がベーン64によって吸入室と圧縮室とに仕切られているときに圧縮室につながる位置にある。主軸受33には、吐出口を開閉自在に閉塞する吐出弁が取り付けられている。吐出弁は、圧縮室内のガス冷媒が所望の圧力になるまで閉じ、圧縮室内のガス冷媒が所望の圧力になると開く。これにより、シリンダ31からのガス冷媒の吐出タイミングが制御される。
Although not shown, the
吐出マフラ35は、主軸受33の外側に取り付けられている。吐出弁が開いたときに吐出される高温かつ高圧のガス冷媒は、一旦吐出マフラ35に入り、その後吐出マフラ35から密閉容器20内の空間に放出される。
The
なお、吐出口および吐出弁は、副軸受34、あるいは、主軸受33と副軸受34との両方に設けられていてもよい。吐出マフラ35は、吐出口および吐出弁が設けられている軸受の外側に取り付けられる。
The discharge port and the discharge valve may be provided in the
密閉容器20の横には、吸入マフラ23が設けられている。吸入マフラ23は、冷媒回路11から低圧のガス冷媒を吸入する。吸入マフラ23は、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ31のシリンダ室61に入り込むことを抑制する。吸入マフラ23は、シリンダ31の外周面に設けられた吸入口に吸入管21を介して接続されている。吸入口は、シリンダ室61がベーン64によって吸入室と圧縮室とに仕切られているときに吸入室につながる位置にある。吸入マフラ23の本体は、溶接等により密閉容器20の側面に固定されている。
A
クランク軸50の偏心軸部51、主軸部52、および、副軸部53の材質は、鋳造材でもよいが、本実施の形態ではS45C等の鍛造材である。これに対し、主軸受33および副軸受34の材質は、鋳造材および焼結材のいずれかであり、具体的には、焼結鋼、ねずみ鋳鉄、または、炭素鋼である。シリンダ31の材質も、焼結鋼、ねずみ鋳鉄、または、炭素鋼である。ローラ32の材質は、鋳造材であり、具体的には、モリブデン、ニッケル、および、クロムを含有する合金鋼、または、鉄系鋳造材である。ベーン64の材質は、高速度工具鋼である。
The material of the
図示していないが、圧縮機12がスイング式のロータリ圧縮機として構成される場合には、ベーン64が、ローラ32と一体に設けられる。クランク軸50が駆動されると、ベーン64は、ローラ32に回転自在に取り付けられた支持体の溝に沿って往復運動する。ベーン64は、ローラ32の回転に従って揺動しながら半径方向へ進退することによって、シリンダ室61の内部を圧縮室と吸入室とに区画する。支持体は、横断面が半円形状の2個の柱状部材で構成される。支持体は、シリンダ31の吸入口と吐出口との中間部に形成された円形状の保持孔に回転自在に嵌められる。
Although not shown, when the
***動作の説明***
図3および図4を参照して、本実施の形態に係る圧縮機12の動作を説明する。圧縮機12の動作は、本実施の形態に係る冷媒圧縮方法に相当する。*** Explanation of operation ***
The operation of the
端子24からリード線を介して電動機40の固定子41に電力が供給される。これにより、固定子41の巻線44に電流が流れ、巻線44から磁束が発生する。電動機40の回転子42は、巻線44から発生する磁束と、回転子42の永久磁石から発生する磁束との作用によって回転する。具体的には、回転子42は、固定子41の巻線44に電流が流れることで発生する回転磁界と回転子42の永久磁石の磁界との吸引反発作用によって回転する。回転子42の回転によって、回転子42に固定されたクランク軸50が回転する。クランク軸50の回転に伴い、圧縮機構30のローラ32が圧縮機構30のシリンダ31のシリンダ室61内で偏心回転する。シリンダ31とローラ32との間の空間であるシリンダ室61は、ベーン64によって吸入室と圧縮室とに分割されている。クランク軸50の回転に伴い、吸入室の容積と圧縮室の容積とが変化する。吸入室では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ23から低圧のガス冷媒が吸入される。圧縮室では、徐々に容積が縮小することにより、中のガス冷媒が圧縮される。圧縮され、高圧かつ高温となったガス冷媒は、吐出マフラ35から密閉容器20内の空間に吐出される。吐出されたガス冷媒は、さらに、電動機40を通過して密閉容器20の頂部にある吐出管22から密閉容器20の外へ吐出される。密閉容器20の外へ吐出された冷媒は、冷媒回路11を通って、再び吸入マフラ23に戻ってくる。
Electric power is supplied from the terminal 24 to the
***詳細な構成の説明***
図3および図5を参照して、クランク軸50の固体潤滑剤塗布部37の詳細を説明する。*** Detailed explanation of the structure ***
The details of the solid
図5は、固体潤滑剤被膜70、リン酸マンガン被膜80、および、クランク軸50の基材55の3層の断面の一部を示している。
FIG. 5 shows a part of a cross section of the three layers of the
固体潤滑剤被膜70は、二硫化モリブデン71と樹脂72とを含んでいる。樹脂72は、具体的には、PAI(ポリアミドイミド)である。本実施の形態において、固体潤滑剤被膜70は、グラファイト73をさらに含んでいる。
The
なお、樹脂72は、PAIであることが望ましいが、PTFE、PPS、PES(ポリエーテルサルフォン)、PI(ポリイミド)、または、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)でもよい。 The resin 72 is preferably PAI, but may be PTFE, PPS, PES (polyethersulfone), PI (polyimide), or PEEK (polyetheretherketone).
クランク軸50の一部は、上記のような構成の固体潤滑剤被膜70で覆われている。そして、クランク軸50の固体潤滑剤被膜70で覆われた部分には、圧縮機構30の主軸受33および副軸受34が摺動自在に嵌められている。すなわち、本実施の形態では、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分、および、副軸部53の副軸受34が嵌められている部分が、上記のような構成の固体潤滑剤被膜70で覆われている。固体潤滑剤被膜70に二硫化モリブデン71だけでなく樹脂72も含めることで、クランク軸50の焼付耐力を十分に高めることができる。よって、主軸部52が主軸受33に焼き付きにくくなる。副軸部53も副軸受34に焼き付きにくくなる。
A part of the
前述したように、本実施の形態では、主軸部52および副軸部53の材質が鍛造材であるのに対し、主軸受33および副軸受34の材質は鋳造材および焼結材のいずれかであるが、主軸部52および副軸部53の材質と、主軸受33および副軸受34の材質は、同種金属であってもよい。具体例として、主軸部52および副軸部53の材質と、主軸受33および副軸受34の材質との両方が鉄系材料であってもよい。一般的に、同種金属同士が摺動すると、「共金」による焼付耐力の低下が引き起こされる。しかし、本実施の形態では、固体潤滑剤被膜70によって、「共金」による主軸部52および副軸部53の焼付耐力の低下を抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, the material of the
本実施の形態では、偏心軸部51のローラ32が嵌められている部分も、上記のような構成の固体潤滑剤被膜70で覆われている。よって、偏心軸部51がローラ32に焼き付きにくくなる。
In the present embodiment, the portion of the
前述したように、本実施の形態では、偏心軸部51の材質が鍛造材であるのに対し、ローラ32の材質は鋳造材であるが、偏心軸部51の材質とローラ32の材質は、同種金属であってもよい。具体例として、偏心軸部51の材質とローラ32の材質との両方が鉄系材料であってもよい。本実施の形態では、固体潤滑剤被膜70によって、「共金」による偏心軸部51の焼付耐力の低下も抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, the material of the
本実施の形態において、主軸部52の回転子鉄心45に焼き嵌めまたは圧入される部分は、固体潤滑剤被膜70で覆われていない。よって、主軸部52を回転子鉄心45の軸孔に焼き嵌めまたは圧入しやすくなる。
In the present embodiment, the portion of the
グラファイト73は必須ではないが、固体潤滑剤被膜70にグラファイト73を含めることで、クランク軸50の焼付耐力をより一層高めることができる。
Although the graphite 73 is not essential, the seizure resistance of the
クランク軸50の固体潤滑剤被膜70で覆われた部分において、固体潤滑剤被膜70は、リン酸マンガン被膜80の上に重ねられている。リン酸マンガン被膜80の固体潤滑剤被膜70に接する表面81は、凹凸のある面である。すなわち、リン酸マンガン被膜80の表面81には、多数の凹部82および凸部83が形成されている。リン酸マンガン被膜80の表面81が平坦でないため、固体潤滑剤被膜70がリン酸マンガン被膜80の表面81に密着しやすく、剥がれにくくなる。よって、クランク軸50の焼付耐力がさらに向上する。
In the portion of the
リン酸マンガン被膜80の固体潤滑剤被膜70に接する表面81の粗さが1.5z以上であれば、固体潤滑剤被膜70がリン酸マンガン被膜80の表面81に密着しやすくなるという効果が得られる。より高い効果を得るためには、リン酸マンガン被膜80の表面81の粗さが2.0z以上であることが望ましく、3.0z以上であることがより望ましい。なお、1.5z、2.0z、2.0zといったパラメータ値は、リン酸マンガン被膜80の表面81の粗さを十点平均高さで表した値である。
If the roughness of the
リン酸マンガン被膜80は、クランク軸50の基材55に対してリン酸マンガン下地処理が施されることで形成される。リン酸マンガン下地処理の後、従来技術のようにバフ処理が施されると、リン酸マンガン被膜80の凹部82および凸部83が取り除かれ、リン酸マンガン被膜80の表面81が滑らかになってしまう。そのため、本実施の形態では、バフ処理が省かれる。その結果、前述したようなリン酸マンガン被膜80の表面81の粗さが得られる。そして、クランク軸50の焼付耐力が、リン酸マンガン下地処理の後にバフ処理が施される場合に対して70%程度向上する。
The
固体潤滑剤被膜70は、リン酸マンガン下地処理の後、リン酸マンガン被膜80に対してデフリックコーティング処理が施されることで形成される。固体潤滑剤をディッピングにより塗布する場合、二硫化モリブデン71がリン酸マンガン被膜80に浸透するおそれがある。そのため、本実施の形態では、デフリックコーティング処理の際に、固定潤滑剤がスプレーによりリン酸マンガン被膜80の表面81に塗布される。その結果、二硫化モリブデン71がリン酸マンガン被膜80に浸透せず、図5に示した構造の固体潤滑剤被膜70が得られる。そして、クランク軸50の焼付耐力が十分に向上する。
The
図6は、クランク軸径に対する被膜厚さの比率と従来品に対する焼付荷重の比率との関係を示している。 FIG. 6 shows the relationship between the ratio of the film thickness to the crankshaft diameter and the ratio of the seizure load to the conventional product.
「クランク軸径」とは、クランク軸50の軸受が嵌められている部分の直径のことである。本実施の形態では、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分の直径が「クランク軸径」に該当する。副軸部53の副軸受34が嵌められている部分の直径も「クランク軸径」に該当する。
The “crankshaft diameter” is the diameter of the portion of the
「被膜厚さ」とは、固体潤滑剤被膜70の最小厚さのことである。本実施の形態では、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分における、リン酸マンガン被膜80の最も高さのある凸部83の頂点から、固体潤滑剤被膜70の主軸受33に対向する摺動面74までの距離が「被膜厚さ」に該当する。副軸部53の副軸受34が嵌められている部分における、リン酸マンガン被膜80の最も高さのある凸部83の頂点から、固体潤滑剤被膜70の副軸受34に対向する摺動面74までの距離も「被膜厚さ」に該当する。
The “film thickness” is the minimum thickness of the
「クランク軸径に対する被膜厚さの比率」とは、被膜厚さをクランク軸径で割った値のことである。 The “ratio of the film thickness to the crankshaft diameter” is a value obtained by dividing the film thickness by the crankshaft diameter.
「従来品に対する焼付荷重の比率」とは、被膜がリン酸マンガン被膜のみの従来品の焼付耐力に対する、本実施の形態に係るクランク軸50の焼付耐力の比率のことである。固体潤滑剤被膜70とリン酸マンガン被膜80との厚さの合計は、従来品の被膜の厚さと同じであるとする。
The “ratio of seizure load with respect to the conventional product” is the ratio of the seizure strength of the
図6に示すように、クランク軸径に対する被膜厚さの比率が0.8×10−3を超えると、従来品に対する焼付荷重の比率が100%を下回る。これは、クランク軸径に対する被膜厚さの比率が0.8×10−3を超えると、固体潤滑剤被膜70が剥がれやすくなるからである。よって、クランク軸径に対する被膜厚さの比率は、0.8×10−3以下であることが望ましい。As shown in FIG. 6, when the ratio of the film thickness to the crankshaft diameter exceeds 0.8 × 10 −3 , the ratio of the seizure load to the conventional product is less than 100%. This is because if the ratio of the film thickness to the crankshaft diameter exceeds 0.8 × 10 −3 , the
図示していないが、耐久試験の結果によれば、クランク軸径に対する被膜厚さの比率が0.3×10−3を下回ると、圧縮機12を10年といった長期間運転した後の被膜厚さが十分に得られない。これは、圧縮機12を運転する期間が長いほど、固体潤滑剤被膜70の摩耗量が増加するからである。よって、クランク軸径に対する被膜厚さの比率は、0.3×10−3以上であることが望ましい。Although not shown, according to the result of the durability test, when the ratio of the film thickness to the crankshaft diameter is less than 0.3 × 10 −3 , the film thickness after operating the
以上説明したように、固体潤滑剤被膜70の剥離および摩耗による焼付耐力の低下を防ぐため、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分において、主軸部52の直径に対する固体潤滑剤被膜70の最小厚さの比率は、0.0003以上0.0008以下であることが望ましい。副軸部53の副軸受34が嵌められている部分においても、副軸部53の直径に対する固体潤滑剤被膜70の最小厚さの比率は、0.0003以上0.0008以下であることが望ましい。
As described above, the
図7は、被膜および軸受の間のクリアランスに対する被膜厚さ変動の比率と従来品に対する油膜厚さの比率との関係を示している。 FIG. 7 shows the relationship between the ratio of film thickness variation to the clearance between the coating and the bearing and the ratio of oil film thickness to the conventional product.
「被膜および軸受の間のクリアランス」とは、固体潤滑剤被膜70と軸受との間の距離のことである。本実施の形態では、固体潤滑剤被膜70と主軸受33との間の距離の最大値が「被膜および軸受の間のクリアランス」に該当する。固体潤滑剤被膜70と副軸受34との間の距離の最大値も「被膜および軸受の間のクリアランス」に該当する。
“Clear between coating and bearing” refers to the distance between the
「被膜厚さ変動」とは、固体潤滑剤被膜70の軸受に対向する摺動面74の高低差のことである。本実施の形態では、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分における、主軸部52の基材55の外周面から、固体潤滑剤被膜70の主軸受33に対向する摺動面74までの距離の最大値と最小値との差が「被膜厚さ変動」に該当する。副軸部53の副軸受34が嵌められている部分における、副軸部53の基材55の外周面から、固体潤滑剤被膜70の副軸受34に対向する摺動面74までの距離の最大値と最小値との差が「被膜厚さ変動」に該当する。
The “film thickness variation” is a difference in height of the sliding
「被膜および軸受の間のクリアランスに対する被膜厚さ変動の比率」とは、被膜厚さ変動を被膜および軸受の間のクリアランスで割った値のことである。 The “ratio of film thickness variation to the clearance between the coating and the bearing” is a value obtained by dividing the variation in film thickness by the clearance between the coating and the bearing.
「従来品に対する油膜厚さの比率」とは、被膜がリン酸マンガン被膜のみの従来品における油膜の厚さに対する、本実施の形態に係るクランク軸50における主軸受33と主軸部52との間の油膜の厚さ、または、副軸受34と副軸部53との間の油膜の厚さの比率のことである。
“The ratio of the oil film thickness to the conventional product” refers to the distance between the
図7に示すように、被膜および軸受の間のクリアランスに対する被膜厚さ変動の比率が0.15を超えると、従来品に対する油膜厚さの比率が1.0を下回る。これは、被膜および軸受の間のクリアランスに対する被膜厚さ変動の比率が0.15を超えると、固体潤滑剤被膜70と軸受との間の隙間が広すぎて、油膜が形成されにくくなるからである。よって、被膜および軸受の間のクリアランスに対する被膜厚さ変動の比率は、0.15以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 7, when the ratio of the film thickness variation to the clearance between the coating and the bearing exceeds 0.15, the ratio of the oil film thickness to the conventional product is less than 1.0. This is because if the ratio of the variation in film thickness to the clearance between the coating and the bearing exceeds 0.15, the gap between the
以上説明したように、十分な油膜厚さを確保して摺動耐力の低下を防ぐため、主軸部52の主軸受33が嵌められている部分において、固体潤滑剤被膜70と主軸受33との間のクリアランスに対する固体潤滑剤被膜70の主軸受33に対向する摺動面74の高低差の比率は、0.15以下であることが望ましい。副軸部53の副軸受34が嵌められている部分においても、固体潤滑剤被膜70と副軸受34との間のクリアランスに対する固体潤滑剤被膜70の副軸受34に対向する摺動面74の高低差の比率は、0.15以下であることが望ましい。
As described above, in order to ensure a sufficient oil film thickness and prevent a decrease in sliding strength, the portion of the
***実施の形態の効果の説明***
本実施の形態では、圧縮機12のクランク軸50に、二硫化モリブデン71だけでなく樹脂72も含む被膜を採用している。このため、クランク軸50の焼付耐力が十分に向上する。具体的には、クランク軸50の焼付耐力が従来品に対して10%から20%程度向上する。よって、クランク軸50の材質に鍛造材を採用したとしても、クランク軸50が軸受に焼き付きにくくなる。したがって、圧縮機12の信頼性を損なわずにクランク軸50の直径を小さくすることができ、高効率な圧縮機12が得られる。*** Explanation of the effect of the embodiment ***
In the present embodiment, a coating including not only molybdenum disulfide 71 but also resin 72 is employed on the
多量の液冷媒が圧縮機12の密閉容器20内に流入し、冷凍機油25の粘度が下がり、主軸部52と主軸受33との間、および、副軸部53と副軸受34との間の油膜厚さが著しく薄くなる場合がある。本実施の形態では、そのような場合でも、クランク軸50が焼き付くことがなく、信頼性の高い圧縮機12が得られる。
A large amount of liquid refrigerant flows into the sealed
***他の構成***
固体潤滑剤被膜70は、樹脂72とは別の種類の樹脂をさらに含んでいてもよい。具体的には、固体潤滑剤被膜70は、PAI、PTFE、PPS、PES、PI、および、PEEKのうち2種類以上の樹脂を含んでいてもよい。*** Other configurations ***
The
前述したように、圧縮機12は、多シリンダのロータリ圧縮機であってもよい。ここでは、本実施の形態の変形例として、圧縮機12が多シリンダのロータリ圧縮機として構成される例を説明する。
As described above, the
図示していないが、この変形例において、圧縮機構30は、複数個のシリンダ31と、複数個のローラ32と、シリンダ31の個数よりも1枚少ない枚数の仕切板とを有する。シリンダ31の個数が2個であれば、ローラ32の個数は2個、仕切板の枚数は1枚である。
Although not illustrated, in this modification, the
クランク軸50は、ローラ32の個数と同じ個数の偏心軸部51を有する。それぞれの偏心軸部51には、対応するローラ32が摺動自在に嵌められている。複数の偏心軸部51の間の部分の軸径は、主軸部52の直径と同程度である。
The
それぞれのシリンダ31の内部には、平面視円形の空間であるシリンダ室61が形成されている。それぞれのローラ32は、対応するシリンダ室61内で偏心回転する。すなわち、圧縮機構30には、冷媒を圧縮するための空間である複数のシリンダ室61が形成されている。これら複数のシリンダ室61は、仕切板によってクランク軸50の軸方向に区分されている。つまり、仕切板は、仕切板の直上のシリンダ室61と、仕切板の直下のシリンダ室61とを閉塞している。
A
仕切板は、クランク軸50が貫通する1枚の板から構成されていてもよいが、その場合、クランク軸50の軸方向の一端から複数の偏心軸部51の間の部分までを仕切板の貫通孔に通さなければ、仕切板を所望の位置に設置することができない。すなわち、仕切板には、クランク軸50の軸方向の一端に近い側の偏心軸部51を通すことができる大きさの貫通孔が形成されていなければならない。一方、この変形例においては、仕切板は、クランク軸50の周囲に配置された複数の分割板から構成されている。そのため、複数の偏心軸部51の間の部分を複数の分割板で囲み、分割板同士をボルト等の固定具によって固定すれば、仕切板を所望の位置に設置することができる。すなわち、仕切板には、複数の偏心軸部51の間の部分を通すことができる大きさの貫通孔が形成されていればよい。それぞれの分割板には、すべての分割板を組み合わせたときに形成される貫通孔の一部に相当する切り欠きが設けられている。分割板の枚数が2枚であれば、それぞれ直線部分に小さな半円形の切り欠きが設けられた半円形状の分割板が組み合わされることで、円形の貫通孔が形成されたドーナツ形状の仕切板が構成されることになる。
The partition plate may be composed of a single plate through which the
この変形例においても、圧縮機12のクランク軸50に、二硫化モリブデン71だけでなく樹脂72も含む被膜を採用している。したがって、前述したように、圧縮機12の信頼性を損なわずにクランク軸50の直径を小さくすることができ、高効率な圧縮機12が得られる。クランク軸50の直径を小さくするということは、具体的には、偏心軸部51の直径を変えずに主軸部52の直径を小さくするということ、すなわち、偏心量を増加させるということである。主軸部52の直径を変えずに偏心軸部51の直径を大きくしても、偏心量は増加する。この変形例では、仕切板が分割されているため、偏心軸部51の直径を大きくしても、仕切板の貫通孔の大きさを変える必要がない。よって、仕切板の貫通孔が大きすぎて、仕切板がシリンダ室61を閉塞できなくなるという事態を回避できる。したがって、圧縮機12の信頼性を損なわずに偏心量を増加させることができ、高効率な圧縮機12が得られる。
Also in this modified example, a film including not only molybdenum disulfide 71 but also resin 72 is employed on the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態を部分的に実施しても構わない。なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, you may implement this embodiment partially. In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various change is possible as needed.
10 冷凍サイクル装置、11 冷媒回路、12 圧縮機、13 四方弁、14 第1熱交換器、15 膨張機構、16 第2熱交換器、17 制御装置、20 密閉容器、21 吸入管、22 吐出管、23 吸入マフラ、24 端子、25 冷凍機油、30 圧縮機構、31 シリンダ、32 ローラ、33 主軸受、34 副軸受、35 吐出マフラ、36 締結具、37 固体潤滑剤塗布部、40 電動機、41 固定子、42 回転子、43 固定子鉄心、44 巻線、45 回転子鉄心、50 クランク軸、51 偏心軸部、52 主軸部、53 副軸部、54 貫通孔、55 基材、61 シリンダ室、62 ベーン溝、63 背圧室、64 ベーン、70 固体潤滑剤被膜、71 二硫化モリブデン、72 樹脂、73 グラファイト、74 摺動面、80 リン酸マンガン被膜、81 表面、82 凹部、83 凸部。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記クランク軸を回転させる電動機と、
前記クランク軸の前記固体潤滑剤被膜で覆われた部分に摺動自在に嵌められた軸受を有し、前記クランク軸の回転によって駆動される圧縮機構と
を備える圧縮機。A crankshaft partially covered with a solid lubricant film containing molybdenum disulfide and a resin;
An electric motor for rotating the crankshaft;
A compressor having a bearing slidably fitted in a portion of the crankshaft covered with the solid lubricant film and driven by rotation of the crankshaft.
前記軸受は、前記主軸部および前記副軸部のそれぞれに摺動自在に嵌められており、
前記主軸部および前記副軸部の前記軸受が嵌められている部分は、前記固体潤滑剤被膜で覆われており、
前記主軸部および前記副軸部の材質が鍛造材であるのに対し、前記軸受の材質は鋳造材および焼結材のいずれかである請求項1から9のいずれか1項に記載の圧縮機。The crankshaft has a main shaft portion and a sub shaft portion provided coaxially,
The bearing is slidably fitted to each of the main shaft portion and the sub shaft portion,
The portions where the bearings of the main shaft portion and the sub shaft portion are fitted are covered with the solid lubricant film,
The compressor according to any one of claims 1 to 9, wherein a material of the main shaft portion and the sub shaft portion is a forged material, whereas a material of the bearing is either a cast material or a sintered material. .
前記圧縮機構は、前記偏心軸部に摺動自在に嵌められたローラを有し、
前記偏心軸部の前記ローラが嵌められている部分は、前記固体潤滑剤被膜で覆われており、
前記偏心軸部の材質が鍛造材であるのに対し、前記ローラの材質は鋳造材である請求項1から10のいずれか1項に記載の圧縮機。The crankshaft has an eccentric shaft portion that rotates eccentrically,
The compression mechanism has a roller slidably fitted to the eccentric shaft portion,
The portion of the eccentric shaft portion where the roller is fitted is covered with the solid lubricant film,
The compressor according to any one of claims 1 to 10, wherein a material of the eccentric shaft portion is a forged material, whereas a material of the roller is a cast material.
前記仕切板は、前記クランク軸の周囲に配置された複数の分割板から構成されている請求項1から10のいずれか1項に記載の圧縮機。The compression mechanism is a space for compressing the refrigerant, and is formed with a plurality of cylinder chambers partitioned by a partition plate in the axial direction of the crankshaft.
The compressor according to any one of claims 1 to 10, wherein the partition plate includes a plurality of divided plates arranged around the crankshaft.
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