特開 2015-232322 圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-232322(P2015-232322A)

(43)【公開日】2015年12月24日

(54)【発明の名称】圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/32 20060101AFI20151201BHJP

   F04C 18/356 20060101ALI20151201BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20151201BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/32

   F04C18/356 W

   F04C29/00 U

   F04C18/356 P

   F04C18/356 H

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2015-94666(P2015-94666)

(22)【出願日】2015年5月7日

(31)【優先権主張番号】特願2014-98447(P2014-98447)

(32)【優先日】2014年5月12日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】西村 公佑

(72)【発明者】

【氏名】古庄 和宏

(72)【発明者】

【氏名】大川 剛義

【テーマコード（参考）】

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H129AA01

3H129AA04

3H129AA14

3H129AA32

3H129AB03

3H129BB44

3H129CC03

3H129CC05

3H129CC38

(57)【要約】      （修正有）

【課題】軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる圧縮機を提供する。
【解決手段】ロータリ圧縮機は、シリンダ２４と、ピストン２１と、ブッシュ２２とを備える。シリンダ２４は、シリンダ孔２４ａを有する。ピストン２１は、シリンダ孔２４ａにおいて、シリンダ２４に対して移動する。ブッシュ２２は、シリンダ孔２４ａにおいて、シリンダ２４およびピストン２１と摺動する。シリンダ２４およびピストン２１は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有するＡｌ‐Ｓｉ合金から成形される。ブッシュ２２は、鋼から成形され、シリンダ２４およびピストン２１と摺動する摺動面を含む表層を有する。表層は、Ａｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い硬度を有するように改質されている。そして、表層は、摺動面において、Ｈｖ１０００以上の硬度を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ室（２４ａ）を有するシリンダ（２４,１２４）と、
前記シリンダ室において、前記シリンダに対して移動するピストン（２１,１２１）と、
前記シリンダ室において、前記シリンダおよび前記ピストンと摺動する摺動部材（２２，１２２）と、
を備える圧縮機であって、
前記シリンダおよび前記ピストンは、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有するＡｌ‐Ｓｉ合金から成形され、
前記摺動部材は、鋼から成形され、前記シリンダおよび前記ピストンと摺動する摺動面（２２ａ）を含む表層を有し、
前記表層は、前記Ａｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い硬度を有するように改質されており、前記摺動面においてＨｖ１０００以上の硬度を有する、
圧縮機（１０１）。

【請求項2】

前記表層は、窒化処理によって改質されている、
請求項１に記載の圧縮機。

【請求項3】

前記摺動面のうち前記シリンダあるいは前記ピストンから受ける荷重が最も大きい線状の部分である線状最大荷重部の、単位長さ１ｍｍ当たりにかかる最大荷重である単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）と、
前記線状最大荷重部と前記シリンダあるいは前記ピストンとの摺動の速度の平均値である平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）と、
から
式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重×平均摺動速度
によって演算される前記設計指標（ＤＶ）が、６７未満であり、
前記改質は、ＤＬＣ薄膜のコーティングである、
請求項１に記載の圧縮機。

【請求項4】

前記表層は、前記摺動面において、Ｈｖ１２００以上の硬度を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機。

【請求項5】

前記シリンダおよび前記ピストンは、同じ材質から成形される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮機。

【請求項6】

前記ピストンは、ローラと、前記ローラの外周面に固定されたブレードと、を有し、
前記ローラの外周面形状が非円形に形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧縮機。

【請求項7】

前記摺動部材は、工具鋼から成形される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧縮機。

【請求項8】

Ｒ３２を冷媒として用いる、
請求項１から７のいずれか１項に記載の圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シリンダ室を有するシリンダと、シリンダ室に収納されるピストンとが相対的に移動することで冷媒を圧縮するロータリ式の圧縮機が用いられている。ロータリ式の圧縮機では、シリンダ室が２つの圧縮室に区画され、各圧縮室の容積が周期的に増減することによって冷媒が圧縮される。

【0003】

ロータリ式の圧縮機の例として、特許文献１（特開２００４−２９３５５８号公報）には、ブレードを有するピストンを備える圧縮機が開示されている。ブレードは、ピストンと一体形成され、シリンダ室を２つの圧縮室に区画する。ブレードは、シリンダのブッシュ孔に設けられた略半円形状の断面を有する一対のブッシュに挟まれている。一対のブッシュの間でブレードが進退運動することで、ブッシュは、シリンダおよびブレードと摺動しながらブッシュ孔内を揺動する。

【0004】

この圧縮機において、シリンダとピストンとは、ブッシュを介して相対的に移動するので、シリンダとブッシュとの摺動部分、および、ピストンとブッシュとの摺動部分は、優れた摺動性および耐摩耗性が要求される。また、従来、摺動部分を構成するシリンダおよびピストンの材料として、主として鉄系材料が用いられてきたが、近年、アルミニウム系材料を用いることが検討されている。シリンダおよびピストンは、ブッシュとの間の隙間を最小化するために高精度な加工が要求される。鉄系材料は、高精度な加工を行うために、切削加工および研磨工程が必要である。一方、アルミニウム系材料は、切削加工のみで高精度な加工が可能であり、加工費を抑えることができる。さらに、鉄系材料からアルミニウム系材料に変更することで、シリンダおよびピストンを軽量化できる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、アルミニウム系材料からなるシリンダおよびピストンと、鉄系材料からなるブッシュとが摺動する場合は、鉄系材料からなる部材同士が摺動する場合と比較して、摺動性および耐摩耗性が著しく劣るという問題点がある。また、シリンダおよびピストンの材料としてアルミニウム系材料としてＡｌ−Ｓｉ合金を用いる場合、Ｓｉ含有量が低く共晶Ｓｉ組織を有する合金を用いると、シリンダおよびピストンの磨耗量が増加し、Ｓｉ含有量が高い合金を用いると、合金に含まれる初晶Ｓｉによってブッシュの磨耗量が増加するおそれがある。そして、摺動部分を構成するシリンダ、ピストンおよびブッシュの磨耗量が増加すると、圧縮機の信頼性が低下するおそれがある。

【0006】

本発明の目的は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１観点に係る圧縮機は、シリンダと、ピストンと、摺動部材とを備える。シリンダは、シリンダ室を有する。ピストンは、シリンダ室において、シリンダに対して移動する。摺動部材は、シリンダ室において、シリンダおよびピストンと摺動する。シリンダおよびピストンは、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有するＡｌ‐Ｓｉ合金から成形される。摺動部材は、鋼から成形され、シリンダおよびピストンと摺動する摺動面を含む表層を有する。表層は、Ａｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い硬度を有するように改質されている。そして、表層は、摺動面において、Ｈｖ１０００以上の硬度を有する。

【0008】

この圧縮機では、シリンダおよびピストンと摺動する摺動部材の表面の硬度は、シリンダおよびピストンの材料であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高く、摺動面において、Ｈｖ１０００以上の硬度を有する。そのため、初晶Ｓｉによる摺動部材の磨耗が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量が高いので、シリンダおよびピストンの磨耗が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のようなアルミニウム系材料は、鉄系材料に比べて軽量である。従って、本発明の第１観点に係る圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【0009】

本発明の第２観点に係る圧縮機は、第１観点に係る圧縮機であって、表層は、窒化処理によって改質されている。

【0010】

本発明の第３観点に係る圧縮機は、第１観点または第２観点に係る圧縮機であって、改質は、ＤＬＣ薄膜のコーティングである。そして、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が、６７未満である。単位最大荷重は、線状最大荷重部の単位長さ１ｍｍ当たりにかかる最大荷重である。線状最大荷重部は、摺動面のうちシリンダあるいはピストンから受ける荷重が最も大きい線状の部分である。平均摺動速度は、線状最大荷重部とシリンダあるいはピストンとの摺動の速度の平均値である。

【0011】

本発明の第４観点に係る圧縮機は、第３観点に係る圧縮機であって、表層は、摺動面において、Ｈｖ１２００以上の硬度を有する。

【0012】

本発明の第５観点に係る圧縮機は、第１観点乃至第４観点のいずれか１つに係る圧縮機であって、シリンダおよびピストンは、同じ材質から成形される。

【0013】

この圧縮機では、シリンダの磨耗量とピストンの磨耗量とが同程度になるので、シリンダの寿命とピストンの寿命とが同程度になる。従って、本発明の第５観点に係る圧縮機は、寿命の低下を抑えることができる。

【0014】

本発明の第６観点に係る圧縮機は、第１観点乃至第５観点のいずれか１つに係る圧縮機であって、ピストンは、ローラと、ローラの外周面に固定されたブレードとを有する。そして、ローラの外周面形状が、非円形に形成されている。

【0015】

本発明の第７観点に係る圧縮機は、第１観点乃至第６観点のいずれか１つに係る圧縮機であって、摺動部材は、工具鋼から成形される。

【0016】

本発明の第８観点に係る圧縮機は、第１観点乃至第７観点のいずれか１つに係る圧縮機であって、Ｒ３２を冷媒として用いる。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図である。

【図2】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける圧縮機構の断面図である。

【図3】図２のブッシュの近傍の拡大図である。

【図4】摩擦評価試験方法の概略図である。

【図5】ブレードの外観図である。

【図6】ブッシュの線状最大荷重部を説明するための図である。

【図7】製品における、１回転中に線状最大荷重部にかかる荷重の変動、及び１回転中のブレードの摺動速度の変動を説明するための図である。

【図8】変形例Ｄにおける、圧縮機構の断面図である。

【図9】変形例Ｅにおける、圧縮機構の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態に係るロータリ圧縮機について、図面を参照しながら説明する。ロータリ圧縮機は、シリンダの内部でピストンを偏心回転させて、シリンダの内部の空間の容積を変化させることにより、空気調和装置等の冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する圧縮機である。

【0020】

（１）ロータリ圧縮機の構成
図１は、本実施形態に係るロータリ圧縮機１０１の縦断面図である。ロータリ圧縮機１０１は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、駆動モータ１６と、クランク軸１７と、吸入管１９と、吐出管２０とを備える。ロータリ圧縮機１０１は、１シリンダタイプの圧縮機である。ロータリ圧縮機１０１で使用される冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２、Ｒ３２および二酸化炭素である。次に、ロータリ圧縮機１０１の各構成要素について説明する。

【0021】

（１−１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とを有する。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部および外部において圧力や温度が変化した場合に、変形および破損が起こりにくい剛性部材で成型されている。ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の略円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置されている。ケーシング１０の底部には、潤滑油が貯留される油貯留部１０ａが設けられている。潤滑油は、ロータリ圧縮機１０１内部の摺動部を潤滑するために用いられる冷凍機油である。

【0022】

ケーシング１０は、主として、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の上方に配置される駆動モータ１６と、鉛直方向に延びるように配置されるクランク軸１７とを収容している。圧縮機構１５は、駆動モータ１６と、クランク軸１７によって連結されている。ケーシング１０の壁部には、吸入管１９および吐出管２０が気密状に溶接されている。

【0023】

（１−２）圧縮機構
図２は、図１の線分ＩＩ―ＩＩにおける圧縮機構１５の断面図である。圧縮機構１５は、主として、フロントヘッド２３と、シリンダ２４と、リアヘッド２５と、ピストン２１と、ブッシュ２２とから構成されている。フロントヘッド２３、シリンダ２４、およびリアヘッド２５は、ボルトによって一体的に締結されている。圧縮機構１５の上方の空間は、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒が吐出される高圧空間Ｓ１である。

【0024】

圧縮機構１５は、油貯留部１０ａに貯留されている潤滑油に浸漬されている。油貯留部１０ａの潤滑油は、差圧等によって、圧縮機構１５の摺動部に供給される。次に、圧縮機構１５の各構成要素について説明する。

【0025】

（１−２−１）シリンダ
シリンダ２４は、主として、シリンダ孔２４ａと、吸入孔２４ｂと、吐出路２４ｃと、ブッシュ収容孔２４ｄと、ブレード収容孔２４ｅと、断熱孔２４ｆとを有している。シリンダ２４は、フロントヘッド２３およびリアヘッド２５と連結されている。シリンダ２４の上側の端面は、フロントヘッド２３の下面と接している。シリンダ２４の下側の端面は、リアヘッド２５の上面と接している。シリンダ２４は、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。シリンダ２４の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。

【0026】

シリンダ孔２４ａは、シリンダ２４の上側の端面から下側の端面に向かって、鉛直方向にシリンダ２４を貫通している円柱状の孔である。シリンダ孔２４ａは、シリンダ２４の内周面によって囲まれる空間である。吸入孔２４ｂは、シリンダ２４の外周面からシリンダ２４の内周面に向かって、シリンダ２４の径方向に沿って貫通している孔である。吐出路２４ｃは、シリンダ２４の内周面の一部が切り欠かれることによって、鉛直方向にシリンダ２４を貫通することなく形成される空間である。ブッシュ収容孔２４ｄは、鉛直方向にシリンダ２４を貫通し、かつ、鉛直方向に沿って見た場合において吸入孔２４ｂと吐出路２４ｃとの間に配置される孔である。ブレード収容孔２４ｅは、鉛直方向にシリンダ２４を貫通し、かつ、ブッシュ収容孔２４ｄと連通する孔である。断熱孔２４ｆは、シリンダ２４の外周面とシリンダ２４の内周面との間において、鉛直方向にシリンダ２４を貫通する孔である。シリンダ２４は、複数の断熱孔２４ｆを有する。

【0027】

シリンダ孔２４ａは、クランク軸１７の偏心軸部１７ａ、および、ピストン２１のローラ２１ａを収容する。ブッシュ収容孔２４ｄは、ピストン２１のブレード２１ｂおよびブッシュ２２を収容する。ブレード収容孔２４ｅにピストン２１のブレード２１ｂが収容されている状態において、吐出路２４ｃは、フロントヘッド２３側に形成されている。

【0028】

（１−２−２）ピストン
ピストン２１は、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入される。ピストン２１は、略円筒状のローラ２１ａと、ローラ２１ａの径方向外側に突出するブレード２１ｂとを有する。ピストン２１は、ローラ２１ａおよびブレード２１ｂが一体となっている部材である。ピストン２１の上側の端面は、フロントヘッド２３の下面と接している。ピストン２１の下側の端面は、リアヘッド２５の上面と接している。ピストン２１は、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。ピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。ピストン２１の材質は、シリンダ２４の材質と同じである。

【0029】

ローラ２１ａは、クランク軸１７の偏心軸部１７ａに嵌合された状態で、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入される。これにより、ローラ２１ａは、クランク軸１７の軸回転によって、クランク軸１７の回転軸を中心とする公転運動を行う。ローラ２１ａは、圧縮機構１５を上面視した場合に、時計回りに公転する。

【0030】

ブレード２１ｂは、シリンダ２４のブッシュ収容孔２４ｄおよびブレード収容孔２４ｅに収容される。ブレード２１ｂは、ブッシュ２２と摺動しながら揺動する。ブレード２１ｂは、その長手方向に沿って進退運動を行う。

【0031】

圧縮機構１５は、シリンダ２４と、ピストン２１と、フロントヘッド２３と、リアヘッド２５とによって囲まれる空間である圧縮室を有している。圧縮室は、ピストン２１によって、吸入孔２４ｂと連通する吸入室４０ａと、吐出路２４ｃと連通する吐出室４０ｂとに区画されている。図２において、吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂは、シリンダ２４の内周面と、ピストン２１の外周面とによって囲まれている領域として示されている。吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂの容積は、ピストン２１の位置に応じて変化する。

【0032】

（１−２−３）ブッシュ
ブッシュ２２は、一対の略半円柱状の部材である。ブッシュ２２は、ピストン２１のブレード２１ｂを挟み込むようにして、シリンダ２４のブッシュ収容孔２４ｄに収容される。ブッシュ２２は、工具鋼から成形される。

【0033】

図３は、図２のブッシュ２２の近傍の拡大図である。ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１と摺動する摺動面２２ａを有している。ブッシュ２２は、摺動面２２ａを含む表層を有している。ブッシュ２２の表層は、窒化処理によって改質されている。窒化処理は、ガス窒化およびイオン窒化等による処理である。表層の厚みは、例えば、１０μｍ〜２０μｍである。摺動面２２ａにおけるブッシュ２２の表層の硬度は、Ｈｖ１０００以上である。ブッシュ２２の表層の硬度は、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い。

【0034】

（１−２−４）フロントヘッド
フロントヘッド２３は、シリンダ２４の上側の端面を覆う部材である。フロントヘッド２３は、ボルト等によって、ケーシング１０に締結されている。フロントヘッド２３は、クランク軸１７を支持するための上部軸受部２３ａを有する。フロントヘッド２３は、吐出ポート２３ｂを有している。吐出ポート２３ｂは、吐出路２４ｃおよび高圧空間Ｓ１と連通している。吐出ポート２３ｂは、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒を、吐出室４０ｂから高圧空間Ｓ１に送るための流路である。フロントヘッド２３の上面には、吐出ポート２３ｂの上側の開口部を塞ぐ吐出弁２３ｃが取り付けられている。吐出弁２３ｃは、高圧空間Ｓ１から吐出室４０ｂへの冷媒の逆流を防ぐための弁である。吐出弁２３ｃは、吐出ポート２３ｂ内部の冷媒の圧力によって上方に持ち上げられる。これにより、吐出ポート２３ｂは、高圧空間Ｓ１と連通する。

【0035】

（１−２−５）リアヘッド
リアヘッド２５は、シリンダ２４の下側の端面を覆う部材である。リアヘッド２５は、クランク軸１７を支持するための下部軸受部２５ａを有する。シリンダ２４のシリンダ孔２４ａは、フロントヘッド２３およびリアヘッド２５によって閉塞されている。

【0036】

（１−３）駆動モータ
駆動モータ１６は、ケーシング１０の内部に収容され、圧縮機構１５の上方に設置されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、主として、ケーシング１０の内壁面に固定されるステータ５１と、ステータ５１の内側にエアギャップを設けて回転自在に収容されるロータ５２とから構成される。

【0037】

ステータ５１は、ステータコア６１と、ステータコア６１の鉛直方向の両端面に取り付けられる一対のインシュレータ６２とを有する。ステータコア６１は、円筒部と、円筒部の内周面から径方向内側に向かって突出している複数のティース（図示せず）とを有する。ステータコア６１のティースは、一対のインシュレータ６２と共に、導線が巻き付けられている。これにより、ステータコア６１の各ティースには、コイル７２ａが形成されている。

【0038】

ステータ５１の外側面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて、切欠形成されている複数のコアカット部（図示せず）が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路を形成する。

【0039】

ロータ５２は、鉛直方向に積層された複数の金属板から構成される。ロータ５２は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランク軸１７に連結されている。ロータ５２は、クランク軸１７を介して、圧縮機構１５と接続されている。

【0040】

ロータ５２は、鉛直方向に積層された複数の金属板から構成されるロータコア５２ａと、ロータコア５２ａに埋め込まれている複数の磁石５２ｂとを有する。磁石５２ｂは、ロータコア５２ａの周方向に沿って、等間隔に配置されている。

【0041】

（１−４）クランク軸
クランク軸１７は、ケーシング１０の内部に収容され、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。クランク軸１７は、駆動モータ１６のロータ５２、および、圧縮機構１５のピストン２１に連結されている。クランク軸１７は、偏心軸部１７ａを有している。偏心軸部１７ａは、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入されるピストン２１のローラ２１ａと連結されている。クランク軸１７の上側の端部は、駆動モータ１６のロータ５２と連結している。クランク軸１７は、フロントヘッド２３の上部軸受部２３ａ、および、リアヘッド２５の下部軸受部２５ａによって支持されている。

【0042】

（１−５）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１を貫通する管である。ケーシング１０の内部にある吸入管１９の端部は、シリンダ２４の吸入孔２４ｂに嵌め込まれている。ケーシング１０の外部にある吸入管１９の端部は、冷媒回路に接続されている。吸入管１９は、冷媒回路から圧縮機構１５に冷媒を供給するための管である。

【0043】

（１−６）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０の上壁部１２を貫通する管である。ケーシング１０の内部にある吐出管２０の端部は、駆動モータ１６の上方の空間に位置している。ケーシング１０の外部にある吐出管２０の端部は、冷媒回路に接続されている。吐出管２０は、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒を冷媒回路に供給するための管である。

【0044】

（２）ロータリ圧縮機の動作
ロータリ圧縮機１０１の動作について説明する。駆動モータ１６が始動すると、クランク軸１７の偏心軸部１７ａは、クランク軸１７の回転軸を中心に偏心回転する。これにより、偏心軸部１７ａに連結されているピストン２１のローラ２１ａは、シリンダ孔２４ａにおいて公転する。ピストン２１の外周面がシリンダ２４の内周面と接しながら、ローラ２１ａは公転する。ローラ２１ａの公転によって、ピストン２１のブレード２１ｂは、その両側面をブッシュ２２に挟まれながら進退する。ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１のブレード２１ｂと摺動しながらブッシュ収容孔２４ｄで揺動する。

【0045】

ローラ２１ａの公転に伴い、吸入孔２４ｂと連通する吸入室４０ａは、徐々に容積を増加させる。このとき、ケーシング１０の外部から吸入管１９を経由して、吸入室４０ａに低圧の冷媒が流入する。ローラ２１ａの公転に伴い、吸入室４０ａは、吐出路２４ｃと連通する吐出室４０ｂとなり、吐出室４０ｂは、徐々に容積を減少させて、再び吸入室４０ａとなる。これにより、吸入管１９から吸入孔２４ｂを経由して吸入室４０ａに吸入された低圧の冷媒は、吐出室４０ｂで圧縮される。吐出室４０ｂで圧縮された高圧の冷媒は、吐出路２４ｃおよび吐出ポート２３ｂを経由して、高圧空間Ｓ１に吐出される。高圧空間Ｓ１に吐出された冷媒は、駆動モータ１６のモータ冷却通路を通過して上方に向かって流れた後、吐出管２０からケーシング１０の外部に吐出される。

【0046】

（３）特徴
本実施形態に係るロータリ圧縮機１０１では、シリンダ２４およびピストン２１と摺動するブッシュ２２の摺動面２２ａの硬度は、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い。これにより、シリンダ２４およびピストン２１に含まれる初晶Ｓｉによる、ブッシュ２２の摺動面２２ａの磨耗が抑制される。また、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量は、共晶点である１２．６ｗｔ％より大きい。このように、Ａｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量が高いので、シリンダ２４およびピストン２１の磨耗が抑制される。そして、シリンダ２４、ピストン２１およびブッシュ２２の磨耗量が抑制されることにより、ロータリ圧縮機１０１の信頼性の低下が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のようなアルミニウム系材料は、鉄系材料に比べて軽量である。そのため、シリンダ２４およびピストン２１の重量を抑えることができ、ロータリ圧縮機１０１全体を軽量化することができる。従って、ロータリ圧縮機１０１は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【0047】

また、ロータリ圧縮機１０１では、シリンダ２４およびピストン２１は、同じ材質から成形される。これにより、シリンダ２４の磨耗量は、ピストン２１の磨耗量と同程度になるため、シリンダ２４の寿命は、ピストン２１の寿命と同程度になる。従って、ロータリ圧縮機１０１全体の寿命の低下が抑えられる。

【0048】

（４）実施例
（４−１）実施例１
次に、ロータリ圧縮機１０１のシリンダ２４、ピストン２１およびブッシュ２２の磨耗量の評価のために行った磨耗評価試験について説明する。

【0049】

図４は、摩擦評価試験方法の概略図である。この試験では、ブレード９１およびディスク９２からなる２種類の試験片が用いられる。ブレード９１は、ブッシュ２２に対応し、ディスク９２は、シリンダ２４およびピストン２１に対応する。図５は、ブレード９１の外観図である。ブレード９１は、Ｒ形状の上面を有している。ブレード９１は、円筒形状のリング９３の上面の３箇所に固定されている。３つのブレード９１は、リング９３の円周方向に沿って等間隔に配置されている。ディスク９２は、円筒形状を有している。ディスク９２は、リング９３の上方に配置されている。ディスク９２の下面は、ブレード９１のＲ形状の上面と対向している。

【0050】

この試験では、最初に、リング９３を２．０ｍ／ｓの一定速度で回転させた。次に、リング９３の回転軸９３ａの方向に沿って、リング９３に向かう荷重９４をディスク９２に加えた。これにより、リング９３の上面に固定されている３つのブレード９１に対してディスク９２を押し付けて、ブレード９１とディスク９２とを互いに摺動させた。このとき、ディスク９２に加えられた荷重は６００Ｎであった。ディスク９２に加えられた荷重は、１時間保持された。この試験は、冷媒Ｒ４１０Ａと冷凍機油としてのエーテル油ＦＶＣ６８Ｄとを２０：３０の割合で混合した雰囲気中で行われた。このとき、ブレード９１とディスク９２との摺動面における摩擦係数を測定した。また、試験終了後、ブレード９１およびディスク９２の磨耗量を測定した。次の表１は、磨耗評価試験の測定結果である。

【0051】

【表1】

【0052】

上の表１において、「１７Ｓｉ／Ａｌ」は、Ｓｉ含有量が１７％であるＡｌ‐Ｓｉ合金であり、例えば、昭和電工株式会社のＡ３９０合金である。「１１Ｓｉ／Ａｌ」は、Ｓｉ含有量が１１％であるＡｌ‐Ｓｉ合金であり、例えば、昭和電工株式会社のＡＨＳ２合金である。「ＦＣ２５０」は、ねずみ鋳鉄である。「ＳＣＭ４３５」は、炭素量０．３３％〜０．３８％のクロムモリブデン鋼である。「ＳＫＨ５１」は、工具鋼の一種であるモリブデン系高速度工具鋼である。「ＳＫＨ５１＋ＤＬＣ」は、ＳＫＨ５１材の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティングが形成された部材である。「ＳＫＨ５１＋窒化」は、ＳＫＨ５１材の表面が窒化処理された部材である。

【0053】

サンプルＡとサンプルＨとを比較すると、Ｓｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）と鋼との組み合わせ（サンプルＡ）は、鋳鉄と鋼との組み合わせ（サンプルＨ）より、ブレード９１の磨耗量が大きかった。

【0054】

サンプルＡとサンプルＢとを比較すると、鋼にＤＬＣをコーティングすることで、摩擦係数は低下したが、ブレード９１の磨耗量は増加した。これは、ディスク９２の材質であるアルミニウム合金に含まれる硬質粒子である初晶Ｓｉによって、ブレード９１の表面が磨耗したことによると考えられる。

【0055】

サンプルＡとサンプルＣとを比較すると、初晶Ｓｉによるブレード９１の表面の磨耗量を低減するために、Ｓｉ含有量が共晶点より低いアルミニウム合金（１１Ｓｉ／Ａｌ）を使用した結果、摩擦係数が増加し、焼き付きが発生した。サンプルＢとサンプルＤとを比較すると、同様の傾向が確認された。

【0056】

サンプルＡとサンプルＦ，Ｇとを比較すると、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることで、摩擦係数、および、ディスク９２の磨耗量がほとんど変化せずに、ブレード９１の磨耗量が低下した。また、サンプルＦとサンプルＧとの比較から、鋼の表面の硬度が高いほど、ブレード９１の磨耗量が低下した。

【0057】

なお、サンプルＥとサンプルＦ，Ｇとを比較すると、鋼に窒化処理を行った場合であっても、Ｓｉ含有量が共晶点より低いアルミニウム合金（１１Ｓｉ／Ａｌ）を使用すると、摩擦係数が増加し、かつ、ディスク９２およびブレード９１の磨耗量も増加した。

【0058】

以上の結果より、ディスク９２の材質としてＳｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）を使用し、かつ、ブレード９１の材質として表面が窒化処理された鋼を使用することにより、摩擦係数、および、ディスク９２およびブレード９１の磨耗量を抑えることができることが確認された。また、ブレード９１の材質である鋼の表面の硬度が高いほど、ブレード９１の磨耗量が低下することが確認された。

【0059】

（４−２）実施例２
図６は、本評価試験のブッシュ２２における線状最大荷重部Ｐの寸法Ｈを説明するための図である。図７は、製品ａにおける（ａ）１回転中に線状最大荷重部Ｐにかかる荷重の変動、及び（ｂ）１回転中のブレード２１ｂの摺動速度の変動を示している。なお、図６中の線状最大荷重部Ｐは、図２、図８及び図９中にも示されている。

【0060】

実施例２では、ロータリ圧縮機１０１のブッシュ２２の材質と、ブッシュ２２が受ける荷重とがブッシュ２２の摩耗量に与える影響を評価するための評価試験を行った。

【0061】

【表2】

【0062】

表２において、要素試験（６００Ｎ）とあるものは、実施例１と同じ条件で試験を行った結果を示している。また、表２において、要素試験（４００Ｎ）とあるものは、ディスク９２に加える荷重を６００Ｎから４００Ｎとした以外は、要素試験（６００Ｎ）と同様の条件で試験を行った結果を示している。

【0063】

また、表２において、単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）とは、次式で表される。

【0064】

単位最大荷重＝最大荷重（単位：Ｎ）／線状最大荷重部Ｐの寸法Ｈ（単位：ｍｍ）
ここで、線状最大荷重部とは、ブッシュ２２又はブッシュ２２に相当するブレード９１の摺動面のうち荷重が最も大きい線状の部分、言い換えると、摺動面のうち荷重を最も大きく受ける線状の部分である。なお、要素試験における４００Ｎに相当する単位最大荷重は３３であり、６００Ｎに相当する単位最大荷重は５０である。また、製品では、図７（ａ）に示すように、回転角度に応じて線状最大荷重部Ｐにかかる荷重が変動する。例えば、製品ａでは、単位最大荷重が３０となる。

【0065】

表２において、平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）とは、線状最大荷重部とシリンダ２４あるいはピストン２１との摺動速度の平均値であって、製品（図２に示されるような圧縮機構１５を備えるロータリ圧縮機１０１）ではブッシュ２２とブレード２１ｂとの摺動速度の平均値である。なお、要素試験では、リング９３を２．０ｍ／ｓの一定速度で回転させているため、平均摺動速度は２．０となる。一方、製品では、図７（ｂ）に示すように、回転角度に応じてブレードの摺動速度は変動する。例えば、製品ａでは、平均摺動速度は１．８となる。

【0066】

要素試験（４００Ｎ）では、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブレード９１の摩耗量を抑えることができた。

【0067】

要素試験（６００Ｎ）では、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としてもブレード９１の磨耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブレード９１の摩耗量を抑えることができた。

【0068】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ａとを比較すると、単位最大荷重及び平均摺動速度のいずれもが要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも小さい製品ａでは、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0069】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｂとを比較すると、要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも、単位最大荷重が小さく、平均摺動速度が大きい製品ｂでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0070】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｃとを比較すると、平均摺動速度が要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも小さく、単位最大荷重が要素試験（４００Ｎ）より大きくかつ要素試験（６００Ｎ）より小さい製品ｃでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0071】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｄとを比較すると、平均摺動速度が要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも大きく、単位最大荷重が要素試験（４００Ｎ）より大きくかつ要素試験（６００Ｎ）より小さい製品ｄでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0072】

以上の結果より、ロータリ圧縮機１０１のシリンダ２４及びピストン２１の材質としてＳｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）を使用する場合であって、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が６７未満であれば、ブッシュ２２の材質として表面にＤＬＣ皮膜がコーティングされた鋼を使用しても、ブッシュ２２の磨耗量を抑えることができることが確認された。

【0073】

（５）変形例
本実施形態の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本実施形態に適用可能な変形例について説明する。

【0074】

（５−１）変形例Ａ
本実施形態では、ブッシュ２２の摺動面２２ａを含む表層は、摺動面２２ａの硬度がＨｖ１０００以上となるように、窒化処理によって改質されている。しかし、ブッシュ２２の表層は、摺動面２２ａの硬度がより高くなるように、窒化処理によって改質されてもよい。例えば、ブッシュ２２の表層は、摺動面２２ａの硬度がＨｖ１２００以上となるように、窒化処理によって改質されてもよい。

【0075】

（５−２）変形例Ｂ
本実施形態では、ブッシュ２２は、工具鋼から成形されるが、表面の硬度がＨｖ１０００以上である他の材料から成形されてもよい。例えば、ブッシュ２２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）および窒化ホウ素（ＢＮ）等のセラミックスから成形されてもよい。

【0076】

（５−３）変形例Ｃ
本実施形態では、圧縮機構１５は、１シリンダタイプの圧縮機構であるが、２シリンダタイプの圧縮機構であってもよい。

【0077】

（５−４）変形例Ｄ
本実施形態では、圧縮機構１５は、ピストン２１およびシリンダ２４と摺動するブッシュ２２を有している。この圧縮機構１５では、ピストン２１のブレード２１ｂは、その両側面をブッシュ２２に挟まれながら進退し、ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１のブレード２１ｂと摺動しながら揺動する。

【0078】

しかし、ロータリ圧縮機１０１は、図８に示されるように、ローラ１２１とベーン１２２とを有する圧縮機構１１５を備えてもよい。図８は、図２と同様の、圧縮機構１１５の断面図である。図８において、図２と同じ構成要素は、同じ参照符号で示されている。圧縮機構１１５は、主として、ローラ１２１と、ベーン１２２と、バネ１２３と、シリンダ１２４とから構成される。ベーン１２２およびバネ１２３は、ベーン収容孔１２４ｄに収容される。ローラ１２１の回転によって、ベーン１２２はベーン収容孔１２４ｄにおいて進退し、バネ１２３は、ベーン１２２をローラ１２１に押し付ける。これにより、圧縮機構１１５は、吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂを形成する。

【0079】

本変形例では、ベーン１２２は、ローラ１２１およびシリンダ１２４と摺動する。ベーン１２２は、本実施形態のブッシュ２２に相当し、工具鋼から成形される。ベーン１２２の表層は、ベーン１２２の表面の硬度がＨｖ１０００以上となるように、改質されている。具体的には、ベーン１２２の表層が、窒化処理によって改質されている、或いは、ＤＬＣ薄膜でコーティングされている。なお、ベーン１２２の表層がＤＬＣ薄膜でコーティングされている場合には、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が６７未満である必要がある。なお、図８に示されるような圧縮機構１１５を備えるロータリ圧縮機１０１において、単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）を算出するための線状最大荷重部とは、ベーン１２２の摺動面のうち荷重が最も大きい線状の部分であり、平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）とは、ベーン１２２とシリンダ１２４との摺動速度の平均値である。ローラ１２１およびシリンダ１２４は、本実施形態のピストン２１およびシリンダ２４にそれぞれ相当し、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。このＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。

【0080】

（５−５）変形例Ｅ
本実施形態の圧縮機構１５では、ピストン２１のローラ２１ａの外周面形状が、真円形に形成されている。

【0081】

しかし、ロータリ圧縮機１０１の圧縮機構２１５が、図９に示されるように、ローラ２２１ａの外周面形状が非円形に形成されていてもよい。この場合、シリンダ２２４の内周面形状についても非円形に形成される。なお、ローラ２２１ａの形状については、クランク軸１７の中心Ｏを通りかつクランク軸１７に直交する線Ｌに沿って延びるようにピストン２２１のブレード２２１ｂが位置した場合に、線Ｌに対してローラ２２１ａの外周面形状が対称であっても（図９参照）、線Ｌに対してローラ２２１ａの外周面形状が非対称であってもよい。このように、ローラ２２１ａの外周面形状が非円形に形成されていることで、ローラ２１ａの外周面形状が真円形に形成されているよりも、ブッシュ２２がシリンダ２２４およびピストン２２１のブレード２２１ｂと摺動する際にブッシュ２２が受ける荷重を減らすことができる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明に係る圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0083】

２１ ピストン
２２ ブッシュ（摺動部材）
２２ａ 摺動面
２４ シリンダ
２４ａ シリンダ孔（シリンダ室）
１０１ ロータリ圧縮機（圧縮機）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0084】

【特許文献1】特開２００４−２９３５５８号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2015年9月30日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ室（２４ａ）を有するシリンダ（２４,１２４）と、
前記シリンダ室において、前記シリンダに対して移動するピストン（２１,１２１）と、
前記シリンダ室において、前記シリンダおよび前記ピストンと摺動する摺動部材（２２，１２２）と、
を備えるロータリ圧縮機であって、
前記シリンダおよび前記ピストンは、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有するＡｌ‐Ｓｉ合金から成形され、
前記摺動部材は、鋼から成形され、前記シリンダおよび前記ピストンと摺動する摺動面（２２ａ）を含む表層を有し、
前記表層は、前記Ａｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い硬度を有するように改質されており、前記摺動面においてＨｖ１０００以上の硬度を有する、
ロータリ圧縮機（１０１）。

【請求項2】

前記表層は、窒化処理によって改質されている、
請求項１に記載のロータリ圧縮機。

【請求項3】

前記摺動面のうち前記シリンダあるいは前記ピストンから受ける荷重が最も大きい線状の部分である線状最大荷重部の、単位長さ１ｍｍ当たりにかかる最大荷重である単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）と、
前記線状最大荷重部と前記シリンダあるいは前記ピストンとの摺動の速度の平均値である平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）と、
から
式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重×平均摺動速度
によって演算される前記設計指標（ＤＶ）が、６７未満であり、
前記改質は、ＤＬＣ薄膜のコーティングである、
請求項１に記載のロータリ圧縮機。

【請求項4】

前記表層は、前記摺動面において、Ｈｖ１２００以上の硬度を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

【請求項5】

前記シリンダおよび前記ピストンは、同じ材質から成形される、
請求項１から４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

【請求項6】

前記ピストンは、ローラと、前記ローラの外周面に固定されたブレードと、を有し、
前記ローラの外周面形状が非円形に形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

【請求項7】

前記摺動部材は、工具鋼から成形される、
請求項１から６のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

【請求項8】

Ｒ３２を冷媒として用いる、
請求項１から７のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シリンダ室を有するシリンダと、シリンダ室に収納されるピストンとが相対的に移動することで冷媒を圧縮するロータリ式の圧縮機が用いられている。ロータリ式の圧縮機では、シリンダ室が２つの圧縮室に区画され、各圧縮室の容積が周期的に増減することによって冷媒が圧縮される。

【0003】

ロータリ式の圧縮機の例として、特許文献１（特開２００４−２９３５５８号公報）には、ブレードを有するピストンを備える圧縮機が開示されている。ブレードは、ピストンと一体形成され、シリンダ室を２つの圧縮室に区画する。ブレードは、シリンダのブッシュ孔に設けられた略半円形状の断面を有する一対のブッシュに挟まれている。一対のブッシュの間でブレードが進退運動することで、ブッシュは、シリンダおよびブレードと摺動しながらブッシュ孔内を揺動する。

【0004】

この圧縮機において、シリンダとピストンとは、ブッシュを介して相対的に移動するので、シリンダとブッシュとの摺動部分、および、ピストンとブッシュとの摺動部分は、優れた摺動性および耐摩耗性が要求される。また、従来、摺動部分を構成するシリンダおよびピストンの材料として、主として鉄系材料が用いられてきたが、近年、アルミニウム系材料を用いることが検討されている。シリンダおよびピストンは、ブッシュとの間の隙間を最小化するために高精度な加工が要求される。鉄系材料は、高精度な加工を行うために、切削加工および研磨工程が必要である。一方、アルミニウム系材料は、切削加工のみで高精度な加工が可能であり、加工費を抑えることができる。さらに、鉄系材料からアルミニウム系材料に変更することで、シリンダおよびピストンを軽量化できる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、アルミニウム系材料からなるシリンダおよびピストンと、鉄系材料からなるブッシュとが摺動する場合は、鉄系材料からなる部材同士が摺動する場合と比較して、摺動性および耐摩耗性が著しく劣るという問題点がある。また、シリンダおよびピストンの材料としてアルミニウム系材料としてＡｌ−Ｓｉ合金を用いる場合、Ｓｉ含有量が低く共晶Ｓｉ組織を有する合金を用いると、シリンダおよびピストンの磨耗量が増加し、Ｓｉ含有量が高い合金を用いると、合金に含まれる初晶Ｓｉによってブッシュの磨耗量が増加するおそれがある。そして、摺動部分を構成するシリンダ、ピストンおよびブッシュの磨耗量が増加すると、圧縮機の信頼性が低下するおそれがある。

【0006】

本発明の目的は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１観点に係るロータリ圧縮機は、シリンダと、ピストンと、摺動部材とを備える。シリンダは、シリンダ室を有する。ピストンは、シリンダ室において、シリンダに対して移動する。摺動部材は、シリンダ室において、シリンダおよびピストンと摺動する。シリンダおよびピストンは、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有するＡｌ‐Ｓｉ合金から成形される。摺動部材は、鋼から成形され、シリンダおよびピストンと摺動する摺動面を含む表層を有する。表層は、Ａｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い硬度を有するように改質されている。そして、表層は、摺動面において、Ｈｖ１０００以上の硬度を有する。

【0008】

このロータリ圧縮機では、シリンダおよびピストンと摺動する摺動部材の表面の硬度は、シリンダおよびピストンの材料であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高く、摺動面において、Ｈｖ１０００以上の硬度を有する。そのため、初晶Ｓｉによる摺動部材の磨耗が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量が高いので、シリンダおよびピストンの磨耗が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のようなアルミニウム系材料は、鉄系材料に比べて軽量である。従って、本発明の第１観点に係るロータリ圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【0009】

本発明の第２観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点に係るロータリ圧縮機であって、表層は、窒化処理によって改質されている。

【0010】

本発明の第３観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点または第２観点に係るロータリ圧縮機であって、改質は、ＤＬＣ薄膜のコーティングである。そして、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が、６７未満である。単位最大荷重は、線状最大荷重部の単位長さ１ｍｍ当たりにかかる最大荷重である。線状最大荷重部は、摺動面のうちシリンダあるいはピストンから受ける荷重が最も大きい線状の部分である。平均摺動速度は、線状最大荷重部とシリンダあるいはピストンとの摺動の速度の平均値である。

【0011】

本発明の第４観点に係るロータリ圧縮機は、第３観点に係るロータリ圧縮機であって、表層は、摺動面において、Ｈｖ１２００以上の硬度を有する。

【0012】

本発明の第５観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点乃至第４観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機であって、シリンダおよびピストンは、同じ材質から成形される。

【0013】

このロータリ圧縮機では、シリンダの磨耗量とピストンの磨耗量とが同程度になるので、シリンダの寿命とピストンの寿命とが同程度になる。従って、本発明の第５観点に係るロータリ圧縮機は、寿命の低下を抑えることができる。

【0014】

本発明の第６観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点乃至第５観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機であって、ピストンは、ローラと、ローラの外周面に固定されたブレードとを有する。そして、ローラの外周面形状が、非円形に形成されている。

【0015】

本発明の第７観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点乃至第６観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機であって、摺動部材は、工具鋼から成形される。

【0016】

本発明の第８観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点乃至第７観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機であって、Ｒ３２を冷媒として用いる。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図である。

【図2】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける圧縮機構の断面図である。

【図3】図２のブッシュの近傍の拡大図である。

【図4】摩擦評価試験方法の概略図である。

【図5】ブレードの外観図である。

【図6】ブッシュの線状最大荷重部を説明するための図である。

【図7】製品における、１回転中に線状最大荷重部にかかる荷重の変動、及び１回転中のブレードの摺動速度の変動を説明するための図である。

【図8】変形例Ｄにおける、圧縮機構の断面図である。

【図9】変形例Ｅにおける、圧縮機構の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態に係るロータリ圧縮機について、図面を参照しながら説明する。ロータリ圧縮機は、シリンダの内部でピストンを偏心回転させて、シリンダの内部の空間の容積を変化させることにより、空気調和装置等の冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する圧縮機である。

【0020】

（１）ロータリ圧縮機の構成
図１は、本実施形態に係るロータリ圧縮機１０１の縦断面図である。ロータリ圧縮機１０１は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、駆動モータ１６と、クランク軸１７と、吸入管１９と、吐出管２０とを備える。ロータリ圧縮機１０１は、１シリンダタイプの圧縮機である。ロータリ圧縮機１０１で使用される冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２、Ｒ３２および二酸化炭素である。次に、ロータリ圧縮機１０１の各構成要素について説明する。

【0021】

（１−１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とを有する。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部および外部において圧力や温度が変化した場合に、変形および破損が起こりにくい剛性部材で成型されている。ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の略円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置されている。ケーシング１０の底部には、潤滑油が貯留される油貯留部１０ａが設けられている。潤滑油は、ロータリ圧縮機１０１内部の摺動部を潤滑するために用いられる冷凍機油である。

【0022】

ケーシング１０は、主として、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の上方に配置される駆動モータ１６と、鉛直方向に延びるように配置されるクランク軸１７とを収容している。圧縮機構１５は、駆動モータ１６と、クランク軸１７によって連結されている。ケーシング１０の壁部には、吸入管１９および吐出管２０が気密状に溶接されている。

【0023】

（１−２）圧縮機構
図２は、図１の線分ＩＩ―ＩＩにおける圧縮機構１５の断面図である。圧縮機構１５は、主として、フロントヘッド２３と、シリンダ２４と、リアヘッド２５と、ピストン２１と、ブッシュ２２とから構成されている。フロントヘッド２３、シリンダ２４、およびリアヘッド２５は、ボルトによって一体的に締結されている。圧縮機構１５の上方の空間は、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒が吐出される高圧空間Ｓ１である。

【0024】

圧縮機構１５は、油貯留部１０ａに貯留されている潤滑油に浸漬されている。油貯留部１０ａの潤滑油は、差圧等によって、圧縮機構１５の摺動部に供給される。次に、圧縮機構１５の各構成要素について説明する。

【0025】

（１−２−１）シリンダ
シリンダ２４は、主として、シリンダ孔２４ａと、吸入孔２４ｂと、吐出路２４ｃと、ブッシュ収容孔２４ｄと、ブレード収容孔２４ｅと、断熱孔２４ｆとを有している。シリンダ２４は、フロントヘッド２３およびリアヘッド２５と連結されている。シリンダ２４の上側の端面は、フロントヘッド２３の下面と接している。シリンダ２４の下側の端面は、リアヘッド２５の上面と接している。シリンダ２４は、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。シリンダ２４の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。

【0026】

シリンダ孔２４ａは、シリンダ２４の上側の端面から下側の端面に向かって、鉛直方向にシリンダ２４を貫通している円柱状の孔である。シリンダ孔２４ａは、シリンダ２４の内周面によって囲まれる空間である。吸入孔２４ｂは、シリンダ２４の外周面からシリンダ２４の内周面に向かって、シリンダ２４の径方向に沿って貫通している孔である。吐出路２４ｃは、シリンダ２４の内周面の一部が切り欠かれることによって、鉛直方向にシリンダ２４を貫通することなく形成される空間である。ブッシュ収容孔２４ｄは、鉛直方向にシリンダ２４を貫通し、かつ、鉛直方向に沿って見た場合において吸入孔２４ｂと吐出路２４ｃとの間に配置される孔である。ブレード収容孔２４ｅは、鉛直方向にシリンダ２４を貫通し、かつ、ブッシュ収容孔２４ｄと連通する孔である。断熱孔２４ｆは、シリンダ２４の外周面とシリンダ２４の内周面との間において、鉛直方向にシリンダ２４を貫通する孔である。シリンダ２４は、複数の断熱孔２４ｆを有する。

【0027】

シリンダ孔２４ａは、クランク軸１７の偏心軸部１７ａ、および、ピストン２１のローラ２１ａを収容する。ブッシュ収容孔２４ｄは、ピストン２１のブレード２１ｂおよびブッシュ２２を収容する。ブレード収容孔２４ｅにピストン２１のブレード２１ｂが収容されている状態において、吐出路２４ｃは、フロントヘッド２３側に形成されている。

【0028】

（１−２−２）ピストン
ピストン２１は、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入される。ピストン２１は、略円筒状のローラ２１ａと、ローラ２１ａの径方向外側に突出するブレード２１ｂとを有する。ピストン２１は、ローラ２１ａおよびブレード２１ｂが一体となっている部材である。ピストン２１の上側の端面は、フロントヘッド２３の下面と接している。ピストン２１の下側の端面は、リアヘッド２５の上面と接している。ピストン２１は、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。ピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。ピストン２１の材質は、シリンダ２４の材質と同じである。

【0029】

ローラ２１ａは、クランク軸１７の偏心軸部１７ａに嵌合された状態で、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入される。これにより、ローラ２１ａは、クランク軸１７の軸回転によって、クランク軸１７の回転軸を中心とする公転運動を行う。ローラ２１ａは、圧縮機構１５を上面視した場合に、時計回りに公転する。

【0030】

ブレード２１ｂは、シリンダ２４のブッシュ収容孔２４ｄおよびブレード収容孔２４ｅに収容される。ブレード２１ｂは、ブッシュ２２と摺動しながら揺動する。ブレード２１ｂは、その長手方向に沿って進退運動を行う。

【0031】

圧縮機構１５は、シリンダ２４と、ピストン２１と、フロントヘッド２３と、リアヘッド２５とによって囲まれる空間である圧縮室を有している。圧縮室は、ピストン２１によって、吸入孔２４ｂと連通する吸入室４０ａと、吐出路２４ｃと連通する吐出室４０ｂとに区画されている。図２において、吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂは、シリンダ２４の内周面と、ピストン２１の外周面とによって囲まれている領域として示されている。吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂの容積は、ピストン２１の位置に応じて変化する。

【0032】

（１−２−３）ブッシュ
ブッシュ２２は、一対の略半円柱状の部材である。ブッシュ２２は、ピストン２１のブレード２１ｂを挟み込むようにして、シリンダ２４のブッシュ収容孔２４ｄに収容される。ブッシュ２２は、工具鋼から成形される。

【0033】

図３は、図２のブッシュ２２の近傍の拡大図である。ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１と摺動する摺動面２２ａを有している。ブッシュ２２は、摺動面２２ａを含む表層を有している。ブッシュ２２の表層は、窒化処理によって改質されている。窒化処理は、ガス窒化およびイオン窒化等による処理である。表層の厚みは、例えば、１０μｍ〜２０μｍである。摺動面２２ａにおけるブッシュ２２の表層の硬度は、Ｈｖ１０００以上である。ブッシュ２２の表層の硬度は、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い。

【0034】

（１−２−４）フロントヘッド
フロントヘッド２３は、シリンダ２４の上側の端面を覆う部材である。フロントヘッド２３は、ボルト等によって、ケーシング１０に締結されている。フロントヘッド２３は、クランク軸１７を支持するための上部軸受部２３ａを有する。フロントヘッド２３は、吐出ポート２３ｂを有している。吐出ポート２３ｂは、吐出路２４ｃおよび高圧空間Ｓ１と連通している。吐出ポート２３ｂは、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒を、吐出室４０ｂから高圧空間Ｓ１に送るための流路である。フロントヘッド２３の上面には、吐出ポート２３ｂの上側の開口部を塞ぐ吐出弁２３ｃが取り付けられている。吐出弁２３ｃは、高圧空間Ｓ１から吐出室４０ｂへの冷媒の逆流を防ぐための弁である。吐出弁２３ｃは、吐出ポート２３ｂ内部の冷媒の圧力によって上方に持ち上げられる。これにより、吐出ポート２３ｂは、高圧空間Ｓ１と連通する。

【0035】

（１−２−５）リアヘッド
リアヘッド２５は、シリンダ２４の下側の端面を覆う部材である。リアヘッド２５は、クランク軸１７を支持するための下部軸受部２５ａを有する。シリンダ２４のシリンダ孔２４ａは、フロントヘッド２３およびリアヘッド２５によって閉塞されている。

【0036】

（１−３）駆動モータ
駆動モータ１６は、ケーシング１０の内部に収容され、圧縮機構１５の上方に設置されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、主として、ケーシング１０の内壁面に固定されるステータ５１と、ステータ５１の内側にエアギャップを設けて回転自在に収容されるロータ５２とから構成される。

【0037】

ステータ５１は、ステータコア６１と、ステータコア６１の鉛直方向の両端面に取り付けられる一対のインシュレータ６２とを有する。ステータコア６１は、円筒部と、円筒部の内周面から径方向内側に向かって突出している複数のティース（図示せず）とを有する。ステータコア６１のティースは、一対のインシュレータ６２と共に、導線が巻き付けられている。これにより、ステータコア６１の各ティースには、コイル７２ａが形成されている。

【0038】

ステータ５１の外側面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて、切欠形成されている複数のコアカット部（図示せず）が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路を形成する。

【0039】

ロータ５２は、鉛直方向に積層された複数の金属板から構成される。ロータ５２は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランク軸１７に連結されている。ロータ５２は、クランク軸１７を介して、圧縮機構１５と接続されている。

【0040】

ロータ５２は、鉛直方向に積層された複数の金属板から構成されるロータコア５２ａと、ロータコア５２ａに埋め込まれている複数の磁石５２ｂとを有する。磁石５２ｂは、ロータコア５２ａの周方向に沿って、等間隔に配置されている。

【0041】

（１−４）クランク軸
クランク軸１７は、ケーシング１０の内部に収容され、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。クランク軸１７は、駆動モータ１６のロータ５２、および、圧縮機構１５のピストン２１に連結されている。クランク軸１７は、偏心軸部１７ａを有している。偏心軸部１７ａは、シリンダ２４のシリンダ孔２４ａに挿入されるピストン２１のローラ２１ａと連結されている。クランク軸１７の上側の端部は、駆動モータ１６のロータ５２と連結している。クランク軸１７は、フロントヘッド２３の上部軸受部２３ａ、および、リアヘッド２５の下部軸受部２５ａによって支持されている。

【0042】

（１−５）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１を貫通する管である。ケーシング１０の内部にある吸入管１９の端部は、シリンダ２４の吸入孔２４ｂに嵌め込まれている。ケーシング１０の外部にある吸入管１９の端部は、冷媒回路に接続されている。吸入管１９は、冷媒回路から圧縮機構１５に冷媒を供給するための管である。

【0043】

（１−６）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０の上壁部１２を貫通する管である。ケーシング１０の内部にある吐出管２０の端部は、駆動モータ１６の上方の空間に位置している。ケーシング１０の外部にある吐出管２０の端部は、冷媒回路に接続されている。吐出管２０は、圧縮機構１５によって圧縮された冷媒を冷媒回路に供給するための管である。

【0044】

（２）ロータリ圧縮機の動作
ロータリ圧縮機１０１の動作について説明する。駆動モータ１６が始動すると、クランク軸１７の偏心軸部１７ａは、クランク軸１７の回転軸を中心に偏心回転する。これにより、偏心軸部１７ａに連結されているピストン２１のローラ２１ａは、シリンダ孔２４ａにおいて公転する。ピストン２１の外周面がシリンダ２４の内周面と接しながら、ローラ２１ａは公転する。ローラ２１ａの公転によって、ピストン２１のブレード２１ｂは、その両側面をブッシュ２２に挟まれながら進退する。ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１のブレード２１ｂと摺動しながらブッシュ収容孔２４ｄで揺動する。

【0045】

ローラ２１ａの公転に伴い、吸入孔２４ｂと連通する吸入室４０ａは、徐々に容積を増加させる。このとき、ケーシング１０の外部から吸入管１９を経由して、吸入室４０ａに低圧の冷媒が流入する。ローラ２１ａの公転に伴い、吸入室４０ａは、吐出路２４ｃと連通する吐出室４０ｂとなり、吐出室４０ｂは、徐々に容積を減少させて、再び吸入室４０ａとなる。これにより、吸入管１９から吸入孔２４ｂを経由して吸入室４０ａに吸入された低圧の冷媒は、吐出室４０ｂで圧縮される。吐出室４０ｂで圧縮された高圧の冷媒は、吐出路２４ｃおよび吐出ポート２３ｂを経由して、高圧空間Ｓ１に吐出される。高圧空間Ｓ１に吐出された冷媒は、駆動モータ１６のモータ冷却通路を通過して上方に向かって流れた後、吐出管２０からケーシング１０の外部に吐出される。

【0046】

（３）特徴
本実施形態に係るロータリ圧縮機１０１では、シリンダ２４およびピストン２１と摺動するブッシュ２２の摺動面２２ａの硬度は、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金に含まれる初晶Ｓｉの硬度よりも高い。これにより、シリンダ２４およびピストン２１に含まれる初晶Ｓｉによる、ブッシュ２２の摺動面２２ａの磨耗が抑制される。また、シリンダ２４およびピストン２１の材質であるＡｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量は、共晶点である１２．６ｗｔ％より大きい。このように、Ａｌ‐Ｓｉ合金のＳｉ含有量が高いので、シリンダ２４およびピストン２１の磨耗が抑制される。そして、シリンダ２４、ピストン２１およびブッシュ２２の磨耗量が抑制されることにより、ロータリ圧縮機１０１の信頼性の低下が抑制される。また、Ａｌ‐Ｓｉ合金のようなアルミニウム系材料は、鉄系材料に比べて軽量である。そのため、シリンダ２４およびピストン２１の重量を抑えることができ、ロータリ圧縮機１０１全体を軽量化することができる。従って、ロータリ圧縮機１０１は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【0047】

また、ロータリ圧縮機１０１では、シリンダ２４およびピストン２１は、同じ材質から成形される。これにより、シリンダ２４の磨耗量は、ピストン２１の磨耗量と同程度になるため、シリンダ２４の寿命は、ピストン２１の寿命と同程度になる。従って、ロータリ圧縮機１０１全体の寿命の低下が抑えられる。

【0048】

（４）実施例
（４−１）実施例１
次に、ロータリ圧縮機１０１のシリンダ２４、ピストン２１およびブッシュ２２の磨耗量の評価のために行った磨耗評価試験について説明する。

【0049】

図４は、摩擦評価試験方法の概略図である。この試験では、ブレード９１およびディスク９２からなる２種類の試験片が用いられる。ブレード９１は、ブッシュ２２に対応し、ディスク９２は、シリンダ２４およびピストン２１に対応する。図５は、ブレード９１の外観図である。ブレード９１は、Ｒ形状の上面を有している。ブレード９１は、円筒形状のリング９３の上面の３箇所に固定されている。３つのブレード９１は、リング９３の円周方向に沿って等間隔に配置されている。ディスク９２は、円筒形状を有している。ディスク９２は、リング９３の上方に配置されている。ディスク９２の下面は、ブレード９１のＲ形状の上面と対向している。

【0050】

この試験では、最初に、リング９３を２．０ｍ／ｓの一定速度で回転させた。次に、リング９３の回転軸９３ａの方向に沿って、リング９３に向かう荷重９４をディスク９２に加えた。これにより、リング９３の上面に固定されている３つのブレード９１に対してディスク９２を押し付けて、ブレード９１とディスク９２とを互いに摺動させた。このとき、ディスク９２に加えられた荷重は６００Ｎであった。ディスク９２に加えられた荷重は、１時間保持された。この試験は、冷媒Ｒ４１０Ａと冷凍機油としてのエーテル油ＦＶＣ６８Ｄとを２０：３０の割合で混合した雰囲気中で行われた。このとき、ブレード９１とディスク９２との摺動面における摩擦係数を測定した。また、試験終了後、ブレード９１およびディスク９２の磨耗量を測定した。次の表１は、磨耗評価試験の測定結果である。

【0051】

【表1】

【0052】

上の表１において、「１７Ｓｉ／Ａｌ」は、Ｓｉ含有量が１７％であるＡｌ‐Ｓｉ合金であり、例えば、昭和電工株式会社のＡ３９０合金である。「１１Ｓｉ／Ａｌ」は、Ｓｉ含有量が１１％であるＡｌ‐Ｓｉ合金であり、例えば、昭和電工株式会社のＡＨＳ２合金である。「ＦＣ２５０」は、ねずみ鋳鉄である。「ＳＣＭ４３５」は、炭素量０．３３％〜０．３８％のクロムモリブデン鋼である。「ＳＫＨ５１」は、工具鋼の一種であるモリブデン系高速度工具鋼である。「ＳＫＨ５１＋ＤＬＣ」は、ＳＫＨ５１材の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティングが形成された部材である。「ＳＫＨ５１＋窒化」は、ＳＫＨ５１材の表面が窒化処理された部材である。

【0053】

サンプルＡとサンプルＨとを比較すると、Ｓｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）と鋼との組み合わせ（サンプルＡ）は、鋳鉄と鋼との組み合わせ（サンプルＨ）より、ブレード９１の磨耗量が大きかった。

【0054】

サンプルＡとサンプルＢとを比較すると、鋼にＤＬＣをコーティングすることで、摩擦係数は低下したが、ブレード９１の磨耗量は増加した。これは、ディスク９２の材質であるアルミニウム合金に含まれる硬質粒子である初晶Ｓｉによって、ブレード９１の表面が磨耗したことによると考えられる。

【0055】

サンプルＡとサンプルＣとを比較すると、初晶Ｓｉによるブレード９１の表面の磨耗量を低減するために、Ｓｉ含有量が共晶点より低いアルミニウム合金（１１Ｓｉ／Ａｌ）を使用した結果、摩擦係数が増加し、焼き付きが発生した。サンプルＢとサンプルＤとを比較すると、同様の傾向が確認された。

【0056】

サンプルＡとサンプルＦ，Ｇとを比較すると、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることで、摩擦係数、および、ディスク９２の磨耗量がほとんど変化せずに、ブレード９１の磨耗量が低下した。また、サンプルＦとサンプルＧとの比較から、鋼の表面の硬度が高いほど、ブレード９１の磨耗量が低下した。

【0057】

なお、サンプルＥとサンプルＦ，Ｇとを比較すると、鋼に窒化処理を行った場合であっても、Ｓｉ含有量が共晶点より低いアルミニウム合金（１１Ｓｉ／Ａｌ）を使用すると、摩擦係数が増加し、かつ、ディスク９２およびブレード９１の磨耗量も増加した。

【0058】

以上の結果より、ディスク９２の材質としてＳｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）を使用し、かつ、ブレード９１の材質として表面が窒化処理された鋼を使用することにより、摩擦係数、および、ディスク９２およびブレード９１の磨耗量を抑えることができることが確認された。また、ブレード９１の材質である鋼の表面の硬度が高いほど、ブレード９１の磨耗量が低下することが確認された。

【0059】

（４−２）実施例２
図６は、本評価試験のブッシュ２２における線状最大荷重部Ｐの寸法Ｈを説明するための図である。図７は、製品ａにおける（ａ）１回転中に線状最大荷重部Ｐにかかる荷重の変動、及び（ｂ）１回転中のブレード２１ｂの摺動速度の変動を示している。なお、図６中の線状最大荷重部Ｐは、図２、図８及び図９中にも示されている。

【0060】

実施例２では、ロータリ圧縮機１０１のブッシュ２２の材質と、ブッシュ２２が受ける荷重とがブッシュ２２の摩耗量に与える影響を評価するための評価試験を行った。

【0061】

【表2】

【0062】

表２において、要素試験（６００Ｎ）とあるものは、実施例１と同じ条件で試験を行った結果を示している。また、表２において、要素試験（４００Ｎ）とあるものは、ディスク９２に加える荷重を６００Ｎから４００Ｎとした以外は、要素試験（６００Ｎ）と同様の条件で試験を行った結果を示している。

【0063】

また、表２において、単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）とは、次式で表される。

【0064】

単位最大荷重＝最大荷重（単位：Ｎ）／線状最大荷重部Ｐの寸法Ｈ（単位：ｍｍ）
ここで、線状最大荷重部とは、ブッシュ２２又はブッシュ２２に相当するブレード９１の摺動面のうち荷重が最も大きい線状の部分、言い換えると、摺動面のうち荷重を最も大きく受ける線状の部分である。なお、要素試験における４００Ｎに相当する単位最大荷重は３３であり、６００Ｎに相当する単位最大荷重は５０である。また、製品では、図７（ａ）に示すように、回転角度に応じて線状最大荷重部Ｐにかかる荷重が変動する。例えば、製品ａでは、単位最大荷重が３０となる。

【0065】

表２において、平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）とは、線状最大荷重部とシリンダ２４あるいはピストン２１との摺動速度の平均値であって、製品（図２に示されるような圧縮機構１５を備えるロータリ圧縮機１０１）ではブッシュ２２とブレード２１ｂとの摺動速度の平均値である。なお、要素試験では、リング９３を２．０ｍ／ｓの一定速度で回転させているため、平均摺動速度は２．０となる。一方、製品では、図７（ｂ）に示すように、回転角度に応じてブレードの摺動速度は変動する。例えば、製品ａでは、平均摺動速度は１．８となる。

【0066】

要素試験（４００Ｎ）では、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブレード９１の摩耗量を抑えることができた。

【0067】

要素試験（６００Ｎ）では、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としてもブレード９１の磨耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブレード９１の摩耗量を抑えることができた。

【0068】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ａとを比較すると、単位最大荷重及び平均摺動速度のいずれもが要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも小さい製品ａでは、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0069】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｂとを比較すると、要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも、単位最大荷重が小さく、平均摺動速度が大きい製品ｂでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0070】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｃとを比較すると、平均摺動速度が要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも小さく、単位最大荷重が要素試験（４００Ｎ）より大きくかつ要素試験（６００Ｎ）より小さい製品ｃでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0071】

要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）と製品ｄとを比較すると、平均摺動速度が要素試験（４００Ｎ）及び要素試験（６００Ｎ）よりも大きく、単位最大荷重が要素試験（４００Ｎ）より大きくかつ要素試験（６００Ｎ）より小さい製品ｄでは、鋼にＤＬＣをコーティングして鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上としても、ブッシュ２２の摩耗量を抑えることができなかったが、鋼に窒化処理を行って鋼の表面の硬度をＨｖ１０００以上とすることでブッシュ２２の摩耗量を抑えることができた。

【0072】

以上の結果より、ロータリ圧縮機１０１のシリンダ２４及びピストン２１の材質としてＳｉ含有量が共晶点より高いアルミニウム合金（１７Ｓｉ／Ａｌ）を使用する場合であって、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が６７未満であれば、ブッシュ２２の材質として表面にＤＬＣ皮膜がコーティングされた鋼を使用しても、ブッシュ２２の磨耗量を抑えることができることが確認された。

【0073】

（５）変形例
本実施形態の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本実施形態に適用可能な変形例について説明する。

【0074】

（５−１）変形例Ａ
本実施形態では、ブッシュ２２の摺動面２２ａを含む表層は、摺動面２２ａの硬度がＨｖ１０００以上となるように、窒化処理によって改質されている。しかし、ブッシュ２２の表層は、摺動面２２ａの硬度がより高くなるように、窒化処理によって改質されてもよい。例えば、ブッシュ２２の表層は、摺動面２２ａの硬度がＨｖ１２００以上となるように、窒化処理によって改質されてもよい。

【0075】

（５−２）変形例Ｂ
本実施形態では、ブッシュ２２は、工具鋼から成形されるが、表面の硬度がＨｖ１０００以上である他の材料から成形されてもよい。例えば、ブッシュ２２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）および窒化ホウ素（ＢＮ）等のセラミックスから成形されてもよい。

【0076】

（５−３）変形例Ｃ
本実施形態では、圧縮機構１５は、１シリンダタイプの圧縮機構であるが、２シリンダタイプの圧縮機構であってもよい。

【0077】

（５−４）変形例Ｄ
本実施形態では、圧縮機構１５は、ピストン２１およびシリンダ２４と摺動するブッシュ２２を有している。この圧縮機構１５では、ピストン２１のブレード２１ｂは、その両側面をブッシュ２２に挟まれながら進退し、ブッシュ２２は、シリンダ２４およびピストン２１のブレード２１ｂと摺動しながら揺動する。

【0078】

しかし、ロータリ圧縮機１０１は、図８に示されるように、ローラ１２１とベーン１２２とを有する圧縮機構１１５を備えてもよい。図８は、図２と同様の、圧縮機構１１５の断面図である。図８において、図２と同じ構成要素は、同じ参照符号で示されている。圧縮機構１１５は、主として、ローラ１２１と、ベーン１２２と、バネ１２３と、シリンダ１２４とから構成される。ベーン１２２およびバネ１２３は、ベーン収容孔１２４ｄに収容される。ローラ１２１の回転によって、ベーン１２２はベーン収容孔１２４ｄにおいて進退し、バネ１２３は、ベーン１２２をローラ１２１に押し付ける。これにより、圧縮機構１１５は、吸入室４０ａおよび吐出室４０ｂを形成する。

【0079】

本変形例では、ベーン１２２は、ローラ１２１およびシリンダ１２４と摺動する。ベーン１２２は、本実施形態のブッシュ２２に相当し、工具鋼から成形される。ベーン１２２の表層は、ベーン１２２の表面の硬度がＨｖ１０００以上となるように、改質されている。具体的には、ベーン１２２の表層が、窒化処理によって改質されている、或いは、ＤＬＣ薄膜でコーティングされている。なお、ベーン１２２の表層がＤＬＣ薄膜でコーティングされている場合には、式：設計指標（ＤＶ）＝単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）×平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）によって演算される設計指標（ＤＶ）が６７未満である必要がある。なお、図８に示されるような圧縮機構１１５を備えるロータリ圧縮機１０１において、単位最大荷重（単位：Ｎ／ｍｍ）を算出するための線状最大荷重部とは、ベーン１２２の摺動面のうち荷重が最も大きい線状の部分であり、平均摺動速度（単位：ｍ／ｓ）とは、ベーン１２２とシリンダ１２４との摺動速度の平均値である。ローラ１２１およびシリンダ１２４は、本実施形態のピストン２１およびシリンダ２４にそれぞれ相当し、Ａｌ‐Ｓｉ合金から成形される。このＡｌ‐Ｓｉ合金は、共晶点である１２．６ｗｔ％を超えるＳｉ含有量を有する。

【0080】

（５−５）変形例Ｅ
本実施形態の圧縮機構１５では、ピストン２１のローラ２１ａの外周面形状が、真円形に形成されている。

【0081】

しかし、ロータリ圧縮機１０１の圧縮機構２１５が、図９に示されるように、ローラ２２１ａの外周面形状が非円形に形成されていてもよい。この場合、シリンダ２２４の内周面形状についても非円形に形成される。なお、ローラ２２１ａの形状については、クランク軸１７の中心Ｏを通りかつクランク軸１７に直交する線Ｌに沿って延びるようにピストン２２１のブレード２２１ｂが位置した場合に、線Ｌに対してローラ２２１ａの外周面形状が対称であっても（図９参照）、線Ｌに対してローラ２２１ａの外周面形状が非対称であってもよい。このように、ローラ２２１ａの外周面形状が非円形に形成されていることで、ローラ２１ａの外周面形状が真円形に形成されているよりも、ブッシュ２２がシリンダ２２４およびピストン２２１のブレード２２１ｂと摺動する際にブッシュ２２が受ける荷重を減らすことができる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明に係る圧縮機は、軽量化でき、かつ、信頼性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0083】

２１ ピストン
２２ ブッシュ（摺動部材）
２２ａ 摺動面
２４ シリンダ
２４ａ シリンダ孔（シリンダ室）
１０１ ロータリ圧縮機（圧縮機）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0084】

【特許文献1】特開２００４−２９３５５８号公報