JP4325611B2 - 冷凍機用圧縮機の軸受および冷凍機用圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機用圧縮機の軸受および冷凍機用圧縮機に関するものである。

これまで冷凍機用圧縮機の冷媒として、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）が用いられてきた。しかし近年、これらのＣＦＣ、ＨＣＦＣに含まれる塩素によってオゾン層が破壊されるのを防止するため、代替冷媒として塩素を含まないＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が用いられるようになってきた。

この冷媒の変更に伴って、冷凍機用圧縮機の軸受材質の変更も必要となってきた。なぜなら、これまで軸受に用いられてきたＡｌ（アルミニウム）を含む材質は、代替冷媒であるＨＦＣにより腐食しやすいからである。そこで、軸受の材質として、青銅を含む材質などを用いることが検討されている。軸受に青銅を含む材質を用いた技術としては、たとえば特開昭５９−１９４１２８号公報がある。

上記公報には、合成樹脂と潤滑剤とからなる複合物質を含浸させた多孔質青銅系合金を裏金上に焼結して形成した冷凍機用圧縮機の軸受が開示されている。そして、その軸受は、軸との接触面においてその多孔質青銅系合金と複合物質との両方が疎らに露出するように形成されている。

しかし、上記公報には、軸との接触面における多孔質青銅系合金の露出割合は全く開示されていない。このため、上記公報の軸受では、境界潤滑時などでの焼付耐力が低下することで焼付きを生じたり、また摺動による摩耗量が増加することで軸受隙間が大きくなり、こじり、焼付きなどの損傷が生じるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、境界潤滑時の焼付耐力が大きく、かつ摺動による摩耗量の少ない冷凍機用圧縮機の軸受およびそれを備えた冷凍機用圧縮機を提供することである。

本願発明者らは、鋭意検討した結果、冷凍機用圧縮機の軸受において、軸との接触面（摺動面）における多孔質青銅系合金の露出割合を変えることで、耐焼付き性および耐摩耗性が変わることを見出した。また、本願発明者らは、この露出割合を所定範囲内とすることで、冷凍機用圧縮機の軸受に適した耐焼付き性および耐摩耗性の双方を満足した軸受が得られることを見出した。

したがって本発明の冷凍機用圧縮機の軸受では、多孔質青銅系合金と、多孔質青銅系合金の孔内に含浸させた樹脂材料とが備えられ、摺動面において多孔質青銅系合金と樹脂材料とが露出しており、かつ摺動面における多孔質青銅系合金の露出面積の割合が、耐磨耗性の下限値としての５％以上、耐焼付性の上限値としての６０％以下である。

本発明の冷凍機用圧縮機の軸受において、摺動面における多孔質青銅系合金の露出面積の割合を５％以上６０％以下としたのは、５％未満では摺動による摩耗量が格段に大きくなってしまい、６０％を超えると焼付耐力が極めて低下し焼付きが生じやすくなるからである。これにより、境界潤滑時などでの焼付耐力が大きく、かつ摺動による摩耗量が小さい冷凍機用圧縮機の軸受を得ることができる。

なお、多孔質青銅系合金を用いたのは、青銅系合金が代替冷媒に対して腐食しにくく、かつ青銅系合金の熱伝達率が高いため軸受が焼けるのを防止できるからである。また青銅系合金を多孔質としたのは、孔内に樹脂が入り込むことで裏金に青銅系合金を強固に結び付け、摺動時に青銅系合金が摩擦でこぼれ落ちるのを防止するためである。また樹脂材料を用いたのは、青銅系合金だけでは焼付きが生じやすいため、焼付きを防止するためである。

また軸との接触面において多孔質青銅系合金と樹脂材料とを疎らに露出させることが好ましく、これにより、青銅系合金の耐摩耗性と樹脂材料の耐焼付き性との効果をなるべく均一に発揮させることができる。

なお、本明細書において多孔質青銅系合金とは、銅とスズとの合金である青銅のうち多孔質のものを含む材質を意味するものとし、多孔質青銅のみからなる材質、多孔質青銅だけでなくそれ以外のものを含む材質などを含むものとする。

上記の冷凍機用圧縮機の軸受では、摺動面における多孔質青銅系合金の露出面積の割合は５％以上３０％以下であることが好ましい。

摺動面における多孔質青銅系合金の露出面積の割合を３０％以下としたのは、この範囲では耐焼付き性のほぼ最大の効果が得られるからである。

上記の冷凍機用圧縮機の軸受では、裏金がさらに備えられ、裏金上に多孔質青銅系合金と樹脂材料とが形成されていることが好ましい。

これにより、多孔質青銅系合金の孔内に樹脂が入り込むことで裏金に青銅系合金を強固に結び付けることができ、摺動時に青銅系合金が摩擦でこぼれ落ちることを防止することができる。

上記の冷凍機用圧縮機の軸受では、冷凍機用圧縮機によって圧縮される冷媒は、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系の代替冷媒であることが好ましい。

この代替冷媒を用いることにより、オゾン層の破壊を防止でき、またこの代替冷媒を用いた場合でも本発明の軸受は腐食しがたい。

上記の冷凍機用圧縮機の軸受では、樹脂材料は合成樹脂と潤滑剤とからなる複合物質を含むことが好ましい。

これにより、各使用状況に応じて、樹脂材料を適宜選択することができる。
上記の冷凍機用圧縮機の軸受では、合成樹脂は四フッ化エチレンを含み、潤滑剤は鉛を含まない。

これにより、合成樹脂の材質を適切に選択することができる。鉛は潤滑性を向上させるが、潤滑剤には鉛は必須ではない。

本発明の冷凍機用圧縮機では、可動スクロールを有するスクロール型の圧縮要素と、可
動スクロールに駆動力を伝えるための駆動軸と、駆動軸との摺動部に配置された軸受とを備え、軸受は、多孔質青銅系合金と、多孔質青銅系合金の孔内に含浸させた樹脂材料とを備え、摺動面において多孔質青銅系合金と樹脂材料とが露出しており、かつ摺動面における多孔質青銅系合金の露出面積の割合が、耐磨耗性の下限値としての５％以上、耐焼付性の上限値としての６０％以下である。圧縮要素によって圧縮される冷媒は、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系の代替冷媒であり、樹脂材料は、四フッ化エチレンを含む合成樹脂と、鉛を含まない潤滑剤とからなる複合物質を含む。

これにより、境界潤滑時などでの焼付耐力が大きく、かつ摺動による摩耗量が小さい軸受を備えた冷凍機用圧縮機を得ることができる。

上記の冷凍機用圧縮機では、軸受は、可動スクロールと駆動軸との摺動部に配置された滑り軸受であることが好ましい。

これにより、可動スクロールと駆動軸との摺動部において、境界潤滑時などでの焼付耐力を大きくできるとともに、摺動による摩耗量を小さくすることができる。

上記の冷凍機用圧縮機では、軸受は、ハウジングと駆動軸との摺動部に配置された滑り軸受であることが好ましい。

これにより、ハウジングと駆動軸との摺動部において、境界潤滑時などでの焼付耐力を大きくできるとともに、摺動による摩耗量を小さくすることができる。

上記の冷凍機用圧縮機では、駆動軸に設けられた給油用孔から軸受へ油を供給できる構成を有することが好ましい。

本発明に用いられる軸受は上述したように焼付耐力が大きく、かつ摺動による摩耗量が小さい。このため、一時的に軸受部への給油が悪くなり、境界潤滑状態になった場合でも焼付・摩耗を防止できるため、上記給油経路を有する冷凍機用圧縮機に好適である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１を参照して、密閉容器２０内には、主にモータ（図示せず）と圧縮要素ＣＦとが配設されている。

モータのロータ（図示せず）に連結されたクランク軸５の上端部には、クランク軸５に対して偏心した偏心部５ａが設けられており、この偏心部５ａには、円筒状のスライドブッシュ３が遊嵌されている。このスライドブッシュ３は、可動スクロール１１のボス部１１ｂ内に受入れられている。そしてボス部１１ｂの内周面に取付けられた滑り軸受１の内周面とスライドブッシュ３の外周面とは摺動部を構成している。これにより、クランク軸５の駆動力がスライドブッシュ３を介在して可動スクロール１１に伝達されて、可動スクロール１１は公転する。

この可動スクロール１１の公転により、可動スクロール１１および固定スクロール１３の各うず巻状歯部１１ａ、１３ａによって構成された圧縮室がスクロールの外周側から内周側へと徐々に体積を減じながら移動する。これによって、圧縮室中の冷媒ガスは、徐々に圧縮されて最内周の圧縮室に至り、そこで吐出口から吐出される。

なおクランク軸５には、冷凍機用圧縮機の下方（図示せず）から偏心部５ａの端面にまで達する給油用孔５ｂが設けられている。この給油用孔５ｂにより、冷凍機用圧縮機の下方の油溜りから油が偏心部５ａの端面に導かれた後、滑り軸受１とスライドブッシュ３との摺動部へ供給される。

次に、図１における滑り軸受１の構成について詳細に説明する。
図２を参照して、滑り軸受１は、裏金１ａと、多孔質青銅１ｂと、樹脂１ｃとを有している。多孔質青銅１ｂと、その多孔質青銅１ｂの孔内に含浸させた樹脂１ｃとは、裏金１ａ上に形成されている。スライドブッシュ３との接触面（摺動面）１ｄにおいて多孔質青銅１ｂと樹脂１ｃとが疎らに露出している。そしてその接触面１ｄにおける多孔質青銅１ｂの露出面積の割合は５％以上６０％以下である。また接触面１ｄにおける多孔質青銅１ｂの露出面積の割合は５％以上３０％以下であることが好ましい。

本願発明者らは、図１および図２に示す冷凍機用圧縮機を用いて、青銅の露出面積の割合（露出率）を変化させた場合の軸受面圧と摩耗量とを測定した。その結果を図３および図４に示す。

まず図３を参照して、青銅の露出率が高くなると軸受面圧が低下することが判明した。特に、青銅の露出率が６０％を超えると、軸受面圧は３ＭＰａ程度に低くなってしまい、焼付きやすくなってしまうことがわかった。また青銅の露出率が３０％以下であれば、軸受面圧は１０ＭＰａ程度と格段に高くでき、耐焼付き性のほぼ最大の効果が得られることがわかった。

次に図４を参照して、青銅の露出率を高くすれば、摩耗量を小さくできることがわかった。また青銅の露出率が５％未満では急激に摩耗量が多くなることがわかった。

上記図３と図４との結果より、青銅の露出面積の割合が５％以上６０％以下であれば、耐焼付き性および耐摩耗性の双方に優れた冷凍機用圧縮機の軸受が得られることが判明した。また青銅露出率が５％以上３０％以下であれば、より耐焼付き性に優れた冷凍機用圧縮機の軸受の得られることもわかった。

このように本実施の形態の滑り軸受１は耐焼付性および耐摩耗性の双方に優れているため、図１に示すように給油用孔５ｂを通じて滑り軸受１とスライドブッシュ３との摺動部に油を供給する構成の冷凍機用圧縮機に特に適している。

なお本実施の形態では、多孔質青銅１ｂが用いられているが、多孔質青銅１ｂに限定されず、多孔質青銅を含む材質が用いられてもよく、その意味において多孔質青銅系合金が用いられてもよい。また樹脂１ｃが用いられているが、この部分１ｃには樹脂を含む材料、たとえば合成樹脂と潤滑剤とからなる複合物質が用いられてもよく、またＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）と鉛とを含む材質が用いられてもよい。この場合、鉛は潤滑性を向上させる働きをする。また、樹脂１ｃの材質は含油ポリアセタール樹脂を含んでいてもよい。

また図１の構成では、クランク軸５を上部ハウジング７で支持するために転がり軸受９が用いられているが、転がり軸受９の代わりに、図５に示すように裏金１ａと多孔質青銅１ｂと樹脂１ｃとからなる図２に示す構成の滑り軸受１が用いられてもよい。また図１では図示していないが、下部ハウジングとクランク軸５との間に図２に示す構成の滑り軸受が用いられてもよい。

なお図１の構成では、圧縮要素ＣＦとしてスクロール型のものについて説明したが、圧縮要素はこれに限定されるものではなく、冷凍機に用いられる圧縮機であればいかなるものでもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、耐焼付性および耐摩耗性の要求される冷凍機用圧縮機の軸受およびそれを備えた冷凍機用圧縮機に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における冷凍機用圧縮機の構成を部分的に示す概略断面図である。 滑り軸受の断面構造を示す図である。 クランク軸との接触面における青銅露出率と焼付面圧との関係を示す図である。 クランク軸との接触面における青銅露出率と摩耗量との関係を示す図である。 ハウジングとクランク軸との摺動部に滑り軸受を配置した様子を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 滑り軸受、１ａ 裏金、１ｂ 多孔質青銅、１ｃ 樹脂、５ クランク軸、１１ 可動スクロール。

Claims (4)

1. 冷凍機用圧縮機の軸受（１）において、多孔質青銅系合金（１ｂ）と、前記多孔質青銅系合金（１ｂ）の孔内に含浸させた樹脂材料（１ｃ）とを備え、摺動面（１ｄ）において前記多孔質青銅系合金（１ｂ）と前記樹脂材料（１ｃ）とが露出しており、かつ前記摺動面（１ｄ）における前記多孔質青銅系合金（１ｂ）の露出面積の割合が、耐磨耗性の下限値としての５％以上、耐焼付性の上限値としての６０％以下であり、
   前記冷凍機用圧縮機によって圧縮される冷媒は、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系の代替冷媒であり、
   前記樹脂材料（１ｃ）は、四フッ化エチレンを含む合成樹脂と、鉛を含まない潤滑剤とからなる複合物質を含む、冷凍機用圧縮機の軸受。
2. 裏金（１ａ）をさらに備え、
   前記裏金（１ａ）上に前記多孔質青銅系合金（１ｂ）と前記樹脂材料（１ｃ）とが形成されている、請求項１に記載の冷凍機用圧縮機の軸受。
3. 可動スクロール（１１）を有するスクロール型の圧縮要素（ＣＦ）と、
   前記可動スクロール（１１）に駆動力を伝えるための駆動軸（５）と、
   前記駆動軸（５）との摺動部に配置された軸受（１）とを備え、
   前記軸受（１）は、多孔質青銅系合金（１ｂ）と、前記多孔質青銅系合金（１ｂ）の孔内に含浸させた樹脂材料（１ｃ）とを備え、摺動面（１ｄ）において前記多孔質青銅系合金（１ｂ）と前記樹脂材料（１ｃ）とが露出しており、かつ前記摺動面（１ｄ）における前記多孔質青銅系合金（１ｂ）の露出面積の割合が、耐磨耗性の下限値としての５％以上、耐焼付性の上限値としての６０％以下であり、
   前記圧縮要素（ＣＦ）によって圧縮される冷媒は、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系の代替冷媒であり、
   前記樹脂材料（１ｃ）は、四フッ化エチレンを含む合成樹脂と、鉛を含まない潤滑剤とからなる複合物質を含む、冷凍機用圧縮機。
4. 前記駆動軸（５）に設けられた給油用孔（５ｂ）から前記軸受（１）へ油を供給できる構成を有する、請求項３に記載の冷凍機用圧縮機。

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