JP2008280934A

JP2008280934A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2008280934A
Application number: JP2007126284A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakanishi; 博志中西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】部分的に負荷のかかる部位の表面処理層が剥離すると、球状黒鉛鋳鉄の基地組織が露出するため、耐焼付きに対し若干の問題を残していた。特にクランクシャフトの偏心量が大きく、モータの積厚が高い場合には振れ回りが大きく、軸受の上端部とクランクシャフトの摺動部は通常より大きく摩耗する傾向にあった。
【解決手段】軸受９、１０に鉄系焼結を使用し、クランクシャフト８の球状黒鉛鋳鉄の基地組織を構成するフェライト相２９の面積率を５０％以下とし、クランクシャフト８の回転を支持する軸受材料との摺動部の一部に高周波焼入れを施し、球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフト８の基地をマルテンサイト化させ、耐焼付き、耐磨耗性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、業務用および家庭用の冷凍空調に使用される、球状黒鉛鋳鉄のクランクシャフトおよび回転支持する軸受材料を有する冷媒圧縮機に関するものである。

従来の冷媒圧縮機としては、圧縮機の動力を伝えるクランクシャフトに片状黒鉛鋳鉄に合金を添加した材料が使用されていたが、近年圧縮機の高効率の要求仕様に対して、片状黒鉛と比較して剛性の高い球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの採用が増加してきた。球状黒鉛鋳鉄の組織は、球状黒鉛が晶出し、基地はパーライトとフェライトが分散したものとなっているが、フェライトはパーライト相に対して軟質で耐焼付き、耐摺動性に劣るとされ、従来は基地中のフェライト比率を出来るだけ小さく規定する傾向にあった。しかしながら、基地中のフェライト比率を小さくし、すなわちパーライト比率を上げると球状黒鉛鋳鉄の硬さは増加し、粗加工を含め加工性がやや困難となるものであった。
特開平１１−０２２６８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、部分的に負荷のかかる部位の表面処理層が剥離すると、球状黒鉛鋳鉄の基地組織が露出するため、耐焼付きに対し若干の問題を残していた。特にクランクシャフトの偏心量が大きく、モータの積厚が高い場合には振れ回りが大きく、軸受の上端部とクランクシャフトの摺動部は通常より大きく摩耗する傾向にあった。

本発明は、当該摺動部分の耐焼付き性を向上させ、圧縮機メカ材料の信頼性を向上することを目的とする。

本発明は球状黒鉛鋳鉄クランクシャフトの組織およびこれを指示する軸受との間での摺動耐焼付き性を向上させるためクランクシャフトに相手軸受材との間で最も摺動負荷のかかる部位のみ表面改質を行ない、圧縮機運転中の信頼性向上を図るものである。

本発明は、通常の圧縮機運転使用条件で耐摺動、耐焼付き性を確保する球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトの基地組織のフェライト率を規定するもので、さらに摺動特性の苛酷な部位に限定して表面改質を施すことにより圧縮機のメカ材摺動の信頼性を向上することができるものである。

第１の発明は、前記クランクシャフトが球状黒鉛鋳鉄であり、基地を構成するフェライトおよびパーライトの比率が、前記クランクシャフトとこれを支持する軸受との耐摩耗性を確保するため、フェライトの構成比率を５０％以下とすることにより、メカ摺動の信頼性を確保するものである。球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの摺動性および耐摩耗性は、一般に基地中のフェライトが低く、すなわちパーライト比率が高くなるほど優れているが、硬度も比例して高くなり加工性が低下するため、量産使用では基地組織と加工性のバランスを取ることが必要となる。

第２の発明は、球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトの摺動信頼性を高めるために高周波焼入れを施すものであるが、これにより球状黒鉛鋳鉄の基地はマルテンサイト化し耐摺動性を向上させるものである。クランクシャフトの高周波焼入れ部位は、相手軸受の上端部の最も厳しい摺動となる箇所に限定するものである。本処理を行ったクランクシャフトは、特に負荷の高い、シャフト偏芯量の大きい、電動機の回転子の積厚（高い）機種に最適な処理方法となる。

第３の発明は、上記第２の発明と同様に表面改質硬化をするため、球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトに鋼球によるショットピーニング処理を施し、鋼球の照射されたクランクシャフトの表面層をマルテンサイト化させるものであり、上記第２の発明と同様の効果をもたらし、軸受との最も苛酷な摺動部位の耐焼付き性、耐摺動性の向上を図るものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の機構部の縦断面図、図２はその圧縮機構の要部を示す横断面図である。

図において１は密閉容器であり、電動機部２と圧縮機構部３が配置されている。電動機部２は回転子２ａと固定子２ｂから構成され、回転子２ａには主軸受９と副軸受１０により回転自在に支持されたクランクシャフト８が圧入等の方法により固定されている。圧縮機部３は吸入孔５および径方向のシリンダ溝２３を有するシリンダ２０と、外周面をシリンダ２０の内周面に摺動しながら偏芯回転するローラ７と、ローラ７の内周面に摺動自在に挿入されたシャフト８の偏芯部と、シリンダ溝２３に往復摺動自在に収納されてスプリング２４による押圧力と背圧（吐出圧）により先端部がローラ７に押し付けられてシリンダ内部空間を吸入室２５と圧縮室２６に分割するベーン２１と、シリンダ両端面を密閉する主軸受９および副軸受１０とから構成されている。

次に、本構成によるロータリ圧縮機の動作を説明する。電動機部２に外部から通電することにより回転子が回転してシャフト８が回転駆動される。シャフト８が回転すると偏芯部に摺動自在に取り付けられたローラ７がシリンダ内周面に摺接しながら遊星運動（図２で反時計方向回転）を行う。その結果、ＨＦＣなどの冷媒ガスが吸入管４から吸入孔５を介して吸入室２５に吸い込まれ、同時に圧縮室２６で圧力を上げられた冷媒ガスが吐出切り欠き２２から吐出孔６を通して密閉容器１内に吐出される。

なお、図１では見やすくするために吐出孔６の位置を吸入孔から離れた位置に描いたが、実際には図２に示すようにベーン２１を挟んで吸入孔５の近くに配置されている。この時、吸入室２５と圧縮室２６とを仕切るベーン２１はスプリング２４とベーン背部にかかる圧力によりローラ７の外周面に押し付けられており、先端部がローラ７の外周面と、側面部がシリンダ溝２３の内壁面と摺動することになる。ベーン２１とローラ７およびシリンダ溝２３の潤滑は定常運転状態では密閉容器底部に貯留されている冷凍機油１２を使って行われるが、始動時には摺動部に十分な冷凍機油が存在しておらず、吸入された冷媒ガスに僅かながら含まれている冷凍機油１２（冷凍機油は僅かではあるが冷媒ガスと共に圧縮機から吐出され、冷凍サイクルを循環した後、再び吸入管４から圧縮機に戻ってくる）が使われることになる。

クランクシャフト８は、一般に低合金鋳鉄あるいは球状黒鉛鋳鉄が使用されているが、前述のように、密閉型ロータリ圧縮機の始動時における摺動条件は潤滑油が十分に供給されない厳しいものであり、特にクランクシャフト８と主軸受９および副軸受１０の間は回転運動となるため油膜が形成されにくいため更に厳しい摺動条件であるということがいえる。また、近年環境対策のために採用されているＨＦＣ冷媒はそれ自身に潤滑性が乏しいので、ＨＦＣ冷媒を使用したロータリ圧縮機の摺動条件は特に厳しいものであるといえる。

図３は本発明の球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフト８の組織の一例である。球状の黒鉛２７が晶出し、基地にはパーライト２８およびフェライト２９が析出しており、本発明での組織はフェライト２９の基地全体に占める面積の割合が５０％を超えないものとなっている。

一般にフェライト２９は軟質であり、パーライト２８に比較し耐磨耗性、耐摺動性では劣るが、適切な表面処理（燐酸マンガンおよび二硫化モリブデン）をほどこすことにより、通常の使用条件で問題なく運転できるものである。

図４は、球状黒鉛製クランクシャフト８の回転を支持する主軸受９との間で最も苛酷な摺動条件となる部位３０にクランクシャフト８に部分的に高周波焼入れおよびショットピーニングによる表面改質および硬化させることにより、クランクシャフトと軸受の耐焼付き性、耐摺動性を向上させるものである。

部位３０がより苛酷な負荷を受け、厳しい摺動条件となる場合として、クランクシャフト８の偏心量が大きい場合、電動機の回転子２ａの積厚が高い機種では、回転方向の振れ回りが大きくなり、部位３０の摺動が最も厳しいものとなる。

本発明のクランクシャフトは、通常の運転でも、また負荷の高い設計要素を持つ圧縮機もしくはＨＦＣ冷媒下の苛酷な運転状況でも、クランクシャフトおよび軸受間の摩耗が問題ないものが供給確保できるようになる。

本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の要部を示す横断面図本発明のクランクシャフトの金属組織図本発明のクランクシャフトの高周波焼入れおよびショットピーニング部位を模式的に示す図

符号の説明

１密閉容器
２電動機部
３圧縮機部
４吸入管
５吸入孔
６吐出孔
７ローラ
８シャフト
９主軸受け
１０副軸受け
１１締め付けボルト
１２冷凍機油
２０シリンダ
２１ベーン
２２吐出切欠き
２３シリンダ溝
２４スプリング
２５吸入室
２６圧縮室
２７球状黒鉛
２８パーライト相
２９フェライト相
３０表面硬化改質部位

Claims

動力を与えるクランクシャフトに球状黒鉛鋳鉄およびクランクシャフトの回転を支持する軸受に鉄系焼結を使用し、前記クランクシャフトの球状黒鉛鋳鉄の基地組織を構成するフェライト相の面積率を５０％以下としたもので構成された冷媒圧縮機。
クランクシャフトとクランクシャフトの回転を支持する軸受材料との摺動部の一部に高周波焼入れを施し、球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトの基地をマルテンサイト化させた請求項１に記載の冷媒圧縮機。
クランクシャフトとクランクシャフトの回転を支持する軸受材料との摺動部の一部にショットピーニング処理を施し、球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフトの基地を硬質化させた請求項１に記載の冷媒圧縮機。