特許 7171892 密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/00 20060101AFI20221108BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20221108BHJP

   F04C 18/356 20060101ALI20221108BHJP

   C22C 37/04 20060101ALI20221108BHJP

   C21D 5/00 20060101ALN20221108BHJP

   C21D 9/36 20060101ALN20221108BHJP

【ＦＩ】

F04B39/00 A

F04C29/00 U

F04C18/356 W

C22C37/04 C

C21D5/00 T

C21D9/36

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021508842

(86)(22)【出願日】2020-02-26

(86)【国際出願番号】 JP2020007807

(87)【国際公開番号】W WO2020195490

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-06-17

(31)【優先権主張番号】P 2019058928

(32)【優先日】2019-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】跡部 将平

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 哲永

(72)【発明者】

【氏名】青木 俊公

(72)【発明者】

【氏名】山崎 忠之

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０３２７６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２４５２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５９７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０１１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３１８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３１８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０１２３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ３９／００

Ｆ０４Ｃ ２９／００

Ｆ０４Ｃ １８／３５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮機構部と冷凍機油とを備える密閉型圧縮機であって、
前記圧縮機構部は、相互に摺動する第１の部材と第２の部材とを備え、
前記第１の部材は、鉄系金属からなる基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有し、
前記第２の部材は、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、前記第１の部材との摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下であり、かつロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下であり、
前記第２の部材の前記鋳鉄は、０．０２重量％以上０．１重量％以下の前記マグネシウム、２．０重量％以上５．０重量％以下の炭素、および０．０５重量％以下の前記炭化物析出量を調節し得るリンを少なくとも含み、残部が鉄である密閉型圧縮機。

【請求項2】

前記冷凍機油は、極圧添加剤を含まないか、または０．５重量％以下の極圧添加剤を含む請求項１に記載の密閉型圧縮機。

【請求項3】

前記冷媒は、塩素を含まない請求項１に記載の密閉型圧縮機。

【請求項4】

前記圧縮機構部は、内径部にシリンダ室を形成するシリンダと、前記シリンダ室内に設けられたローラと、先端部が前記ローラの外周面に押し付けられ前記シリンダ室を吸入領域と圧縮領域とに区画するブレードと、前記シリンダ室を貫通し前記ローラを偏心回転させるシャフトと、前記シリンダ室を閉鎖する閉鎖部材とを備え、前記第１の部材が前記ブレードであり、前記第２の部材が前記ローラである請求項１に記載の密閉型圧縮機。

【請求項5】

前記シャフトは、球状黒鉛鋳鉄で形成され、前記閉鎖部材は片状黒鉛鋳鉄で形成される請求項４に記載の密閉型圧縮機。

【請求項6】

請求項１～５いずれか１項に記載の密閉型圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器とを備える冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

室内を冷暖房する空気調和機、冷蔵庫、冷凍ショーケース及びヒートポンプ式給湯器等の冷凍サイクル装置には、密閉型圧縮機が組み込まれ、ＨＦＣ系冷媒もしくはＨＣ系やＣＯ₂等の自然冷媒などの冷媒を循環させる。

【0003】

密閉型圧縮機は、密閉容器と、当該密閉容器に収納される電動機部及びこの電動機部と回転軸を介して連結された圧縮機構部とを備えている。圧縮機構部には、シリンダが設けられている。シリンダ内には、ローラが配置され、ブレードの先端部がローラの周面に弾性的に当接される。ローラがシャフトを介して電動機部により駆動されて回転すると、ローラとブレードとが摺動する。これらの摺動部材は、互いに摺動されるため、それらの摺動面の耐摩耗性を向上することが求められている。

【0004】

特許第５１１３９０２号公報には、圧縮機構部を備えた密閉型圧縮機が開示されている。圧縮機構部の摺動部材の少なくとも１つ、例えばブレードは、工具鋼で形成されている。ブレードの先端のローラとの摺動面には、クロムの単一層と、クロムとタングステンカーバイト合金層、タングステンを含有するアモルファス炭素層と、金属を含有せず、炭素と水素とを含むアモルファス炭素層とが工具鋼の基材表面からこの順序で積層されている。

【発明の開示】

【0005】

しかしながら、前記公報に記載の密閉型圧縮機は、例えばローラとブレードの摺動において、片当たりを生じると、耐摩耗性を十分に確保できない可能性があった。

【0006】

本発明は、圧縮機構部の相互に摺動する第１の部材と第２の部材、例えばブレードとローラ、の間の片当たり状態になる摺動環境においても、耐摩耗性を確保することが可能な密閉型圧縮機および当該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供する。

【0007】

実施形態に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮機構部と冷凍機油を備えている。圧縮機構部は、相互に摺動する第１の部材と第２の部材とを備えている。第１の部材は、鉄系金属からなる基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有している。第２の部材は、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、第１の部材との摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下であり、かつロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概略図である。

【図2】図２は、図１の第２のシリンダ室の第２のローラおよびブレードを示す斜視図である。

【図3】図３は、実施例１におけるローラとブレードとを摺動した時、ローラのブレードとの摺動面の炭化物析出量とブレードのダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）の摩耗量の関係を示す図である。

【図4】図４は、実施例２におけるローラとブレードとを摺動した時、ローラのロックウエル硬さ（ＨＲＣ）の変化とローラの摩耗量およびブレードのＤＬＣ膜の摩耗量との関係を示す図である。

【図5】図５は、実施例３および比較例１，２において、ローラとブレードとを摺動した時のブレードの被覆膜の摩耗量の変化を示す図である。

【図6】図６は、実施例５において、冷凍機油中の極圧添加剤の含有量とブレードのＤＬＣ膜の摩耗量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

【0010】

図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置１を示す概略図である。冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機２と、凝縮器３と、膨張装置４と、蒸発器５とを備える。冷媒は、密閉型圧縮機２の吐出側から凝縮器３と、膨張装置４と、蒸発器５とアキュームレータ６を経由して密閉型圧縮機２の吸入側に循環される。

【0011】

密閉型圧縮機２は、例えば縦形のロータリー型圧縮機であって、密閉容器１０、圧縮機構部１１および電動機部１２を主要な構成要素として備えている。

【0012】

密閉容器１０は、円筒状の周壁１０ａを有するとともに、鉛直方向に沿うように起立されている。密閉容器１０の上端には、吐出管１０ｂが設けられている。吐出管１０ｂは、凝縮器３に接続されている。さらに、密閉容器１０の下部には、圧縮機構部１１を潤滑する冷凍機油Ｉを蓄える油溜まり部１０ｃが設けられている。

【0013】

圧縮機構部１１は、冷凍機油Ｉに浸かるように密閉容器１０の下部に収容されている。圧縮機構部１１は、ツイン型のシリンダ構造を有し、第１のシリンダ１３、第２のシリンダ１４、回転軸（シャフト）１５、第１のローラ１６、第２のローラ１７、第１のブレード３０ａおよび第２のブレード３０ｂを主要な構成要素として備えている。

【0014】

第１のシリンダ１３は、密閉容器１０の周壁１０ａの内周面に固定されている。第２のシリンダ１４は、第１のシリンダ１３の下面に中間仕切り板１８を介して固定されている。

【0015】

第１の軸受２０が第１のシリンダ１３の上面に固定されている。第１の軸受２０は、第１のシリンダ１３の内径部を上方から覆うとともに、第１のシリンダ１３の上方に向けて突出されている。第１のシリンダ１３の内径部、中間仕切り板１８および第１の軸受２０で囲まれた空間は、第１のシリンダ室２１を構成している。中間仕切り板１８および第１の軸受２０は、第１のシリンダ室２１の閉鎖部材である。

【0016】

第２の軸受２２が第２のシリンダ１４の下面に固定されている。第２の軸受２２は、第２のシリンダ１４の内径部を下方から覆うとともに、第２のシリンダ１４の下方に向けて突出されている。第２のシリンダ１４の内径部、中間仕切り板１８および第２の軸受２２で囲まれた空間は、第２のシリンダ室２３を構成している。中間仕切り板１８および第２の軸受２２は、第２のシリンダ室２３の閉鎖部材である。第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３は、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に対し同軸状に位置されている。

【0017】

図１に示すように、第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３は、吸込管２５ａ，２５ｂを介してアキュームレータ６に接続されている。アキュームレータ６で液相冷媒から分離された気相冷媒は、吸込管２５ａ，２５ｂを通って第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３に導かれる。

【0018】

回転軸１５は、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１の上に同軸状に位置され、第１のシリンダ室２１、第２のシリンダ室２３および中間仕切り板１８を貫通している。回転軸１５は、第１のジャーナル部２７ａ、第２のジャーナル部２７ｂおよび一対の偏心部２８ａ，２８ｂを有している。第１のジャーナル部２７ａは、第１の軸受２０によって回転自在に支持されている。第２のジャーナル部２７ｂは、第２の軸受２２によって回転自在に支持されている。

【0019】

さらに、回転軸１５は第１のジャーナル部２７ａから同軸状に延長された連結部２７ｃを有している。連結部２７ｃには、電動機部１２の回転子３３が固着されている。

【0020】

偏心部２８ａ，２８ｂは、第１のジャーナル部２７ａと第２のジャーナル部２７ｂとの間に位置されている。偏心部２８ａ，２８ｂは、例えば１８０度の位相差を有するとともに、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に対する偏心量が互いに同一となっている。一方の偏心部２８ａは、第１のシリンダ室２１に収容されている。他方の偏心部２８ｂは、第２のシリンダ室２３に収容されている。

【0021】

リング状の第１のローラ１６は、一方の偏心部２８ａの外周面に嵌合されている。第１のローラ１６は、回転軸１５が回転した時に、第１のシリンダ室２１内で偏心回転するとともに、第１のローラ１６の外周面の一部が第１のシリンダ室２１の内周面に油膜を介して摺動可能に線接触する。

【0022】

リング状の第２のローラ１７は、他方の偏心部２８ｂの外周面に嵌合されている。第２のローラ１７は、回転軸１５が回転した時に、第２のシリンダ室２３内で偏心回転するとともに、第２のローラ１７の外周面の一部が第２のシリンダ室２３の内周面に油膜を介して摺動可能に線接触する。

【0023】

図２に示すように、第１のブレード３０ａが第１のシリンダ１３に支持されている。第１のブレード３０ａの先端部は、第１のローラ１６の外周面に摺動可能に押し付けられている。第１のブレード３０ａは、第１のローラ１６と協働して第１のシリンダ室２１を吸入領域と圧縮領域とに区画する。また、第１のブレード３０ａは第１のローラ１６の偏心運動に追従して第１のシリンダ室２１に突出したり、第１のシリンダ室２１から退去したりする方向に移動する。このような第１のブレード３０ａの動作により、第１のシリンダ室２１の吸入領域および圧縮領域の容積が変化し、吸込管２５ａから第１のシリンダ室２１に吸い込まれた気相冷媒が圧縮される。

【0024】

第２のブレード３０ｂは、第２のシリンダ１４に支持されている。第２のブレード３０ｂの先端部は、第２のローラ１７の外周面に摺動可能に押し付けられている。第２のブレード３０ｂおよび第２のローラ１７は、第１のブレード３０ａおよび第１のローラ１６と同様に協働するため、第２のローラ１４が第２のシリンダ室２３内で偏心運動すると、第２のシリンダ室２３の吸入領域および圧縮領域の容積が変化し、吸込管２５ｂから第２のシリンダ室２３に吸い込まれた気相冷媒が圧縮される。

【0025】

第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、図示しない吐出弁機構を介して密閉容器１０の内部に吐出される。吐出された気相冷媒は、密閉容器１０の内部を上昇する。

【0026】

電動機部１２は、図１に示すように圧縮機構部１１と吐出管１０ｂとの間に位置するように密閉容器１０の軸方向に沿う中間部に収納されている。電動機部１２は、いわゆるインナーロータ型のモータであって、回転子３３および固定子３４を備えている。

【0027】

電動機部１２の回転子３３の上端には、気相冷媒に含まれる冷凍機油Ｉを密閉容器１０の内部で分離する遠心式の油分離器３５が組み込まれている。

【0028】

次に、前述した密閉型圧縮機２の圧縮機構部１１を構成する、相互に摺動する第１の部材（例えば、第１、第２のブレード３０ａ，３０ｂ）および第２の部材（例えば、第１、第２のローラ１６，１７）、シャフト（回転軸１５）並びに閉鎖部材の材料、物性について詳述する。

【0029】

第１の部材（例えば、第１、第２のブレード３０ａ，３０ｂ）は、鉄系金属の基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を被覆した構造を有する。

【0030】

鉄系金属は、炭素を含み、さらにＣｒ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｓｉ等の鉄以外の金属を含む鉄を主成分とする金属である。好ましい鉄系金属は、高速度工具鋼（ＳＫＨ鋼）であり、具体的にはタングステン系のＳＫＨ２～ＳＫＨ４など、またはモリブデン系のＳＫＨ５０～ＳＫＨ５９などが挙げられる。また、鉄系金属はＳＫＤ１１（合金鋼鋼材、ダイス鋼）を用いることもできる。

【0031】

ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は、例えば、水素フリーＤＬＣ、水素含有ＤＬＣ、Ｓｉ含有ＤＬＣを挙げることができる。

【0032】

ＤＬＣ膜は、基材の少なくとも第２の部材との摺動面に形成されていればよい。ＤＬＣ膜は、１μｍ以上３μｍ以下の厚さを有することが好ましい。

【0033】

ＤＬＣ膜は、基材との密着性を高めるために、基材との間に下地層を介在することが好ましい。下地層は、基材の表面側からクロムの単一層からなる第１の層と、クロム－タングステンカーバイト合金層からなる第２の層と、タングステンおよびタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有した金属含有アモルファス炭素層からなる第３の層とから構成されることが好ましい。第２の層は、クロムおよびタングステンカーバイトが濃度勾配を有し、クロムの含有率が第３の層側に比べて第１の層側で高くし、タングステンカーバイトの含有率が第１の層側より第３の層側で高くすることが好ましい。第３の層は、タングステンまたはタングステンカーバイトの濃度勾配を有し、タングステンまたはタングステンカーバイトの含有率がＤＬＣ膜側より第２の層側が高くすることが好ましい。

【0034】

第２の部材（例えば、第１、第２のローラ１６，１７）は、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、第１の部材との摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下である。また、第２の部材はロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下である。

【0035】

マグネシウムの添加は、鋳鉄中の炭素を球状化する役目をなし、その添加量は０．０２重量％以上０．１重量％以下にすることが好ましい。マグネシウム添加鋳鉄は、０．０２重量％以上０．１重量％以下のマグネシウム、２．０重量％以上５．０重量％以下の炭素、および０．０５重量％以下のリンを少なくとも含み、残部が鉄であることが好ましい。

【0036】

第２の部材において、第１の部材との摺動面の炭化物析出量（面積率）とは、第１の部材との摺動面を１００倍以上２００倍以下で撮影した写真から（０．９～１．５ｍｍ）×（１．２～２．０ｍｍ）の面積の測定視野を規定し、当該視野に存在する炭化物析出量を面積率として求めた値を意味する。析出する炭化物は、例えばセメンタイトである。第２の部材の炭化物析出量が面積率で５％を超えると、第１の部材と第２の部材の摺動において、第１の部材のダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）の摩耗量が増加する虞がある。その上、第１の部材と第２の部材間の摺動面において軸方向の不均一な当たり（片当たり）が生じる虞がある。第２の部材において、第１の部材との摺動面の炭化物析出量は、面積率で２％以下であることが好ましい。

【0037】

第２の部材のロックウエル硬さ（ＨＲＣ）は、ＪＩＳ Ｇ２２４５で規定される試験で求めることができる。第２の部材のロックウエル硬さ（ＨＲＣ）を４０以上５５以下にすることによって、第１の部材のＤＬＣ膜との摺動において、馴染み摩耗が生じ易くなる。その結果、第２の部材の局部的な異常摩耗を防止でき、高い長期信頼性を実現できる。ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）を４０未満にすると、第２部材の摺動面で摩耗が進行し易くなる。一方、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が５５を超えると、第１の部材のＤＬＣ膜との摺動において、馴染み摩耗が生じ難くなるため、局部的に面圧が高くなって異常摩耗を生じる。より好ましい第２の部材のロックウエル硬さ（ＨＲＣ）は、４５以上５０以下である。

【0038】

第２の部材は、例えば、以下の熱処理を行うことにより、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）４０以上５５以下の硬さを得ることができる。すなわち、８８０℃で１時間加熱保持した後に焼入れを行い、マルテンサイト組織とする。その後、２５０℃以上５００℃以下の温度にて再加熱し、２時間保持する、焼き戻し処理を行い、マルテンサイトを焼き戻した組織とする。焼き戻し温度は、４００℃以上５００℃以下であることが好ましく、４３０℃以上４７０℃以下であることがより好ましい。また、焼入れ後にサブゼロ処理（深冷処理とも称される）を行うことも可能である。ここで、深冷処理は焼き入れ後に０℃以下の温度で冷やす処理である。

【0039】

シャフトは、黒鉛が球状に晶出し、優れた潤滑性および高い剛性（高いヤング率）を有する球状黒鉛鋳鉄から作られることが好ましい。

【0040】

閉鎖部材である中間仕切り板１８、第１の軸受２０及び第２の軸受２２は、球状黒鉛鋳鉄に比べて黒鉛が微細な片状の形態で晶出する片状黒鉛鋳鉄から作られることが好ましい。

【0041】

なお、第２の部材（例えば、ローラ）と相互に摺動する第１の部材（例えば、ブレード）、シャフト、閉鎖部材のいずれかの部材は、その摺動面に例えばリン酸マンガン、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤を施してもよい。

【0042】

圧縮機構部１１を潤滑する冷凍機油Ｉは、例えばポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、ポリアルキレングリコール油、鉱物油を挙げることができる。このような冷凍機油は、極圧添加剤を含まないことが望ましく、極圧添加剤を含む場合でも、０．５重量％以下にすることが望ましい。極圧添加剤は、例えばトリクレジルホスフェートを用いることができる。冷凍機油に極圧添加剤を含む場合、その量は少ないほどよく、好ましくは０．３重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下である。

【0043】

密閉型圧縮機で用いられる冷媒は、塩素を含まない冷媒が望ましく、例えばＲ４４８Ａ，Ｒ４４９Ａ，Ｒ４４９Ｂ，Ｒ４０７Ｇ，Ｒ４０７Ｈ，Ｒ４４９Ｃ，Ｒ４５６Ａ，Ｒ５１６Ａ，Ｒ４６０Ｂ，Ｒ４６３Ａ，Ｒ７４４，ＨＣ系冷媒を挙げることができる。

【0044】

以上説明した実施形態に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮機構部を備え、当該圧縮機構部は相互に摺動する第１の部材、例えばブレードと第２の部材、例えばローラとを備える。ブレードは、鉄系金属からなる基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）で被覆した構造を有する。ブレードのＤＬＣ膜と相互に摺動するローラは、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成し、ブレードのＤＬＣ膜との摺動面の炭化物析出量を面積率で５％以下に規定する。これらの構成によって、ブレードのＤＬＣ膜の摩耗を抑え、ローラ自体が適度な馴染み摩耗を生じ、ブレードのＤＬＣ膜に対する面圧を低減できる。さらに、ローラのロックウエル硬さ（ＨＲＣ）を４０以上５５以下に規定することによって、ブレードのＤＬＣ膜との摺動において、ＤＬＣ膜の摩耗量とローラの馴染み摩耗量（ＤＬＣ膜の摩耗量に比べて多い）との関係を適切な状態に維持できる。

【0045】

従って、相互に摺動する第１、第２の部材、例えばブレードとローラにおいて、ブレードの基材表面の被覆膜をＤＬＣ膜に特定し、ローラをマグネシウムを添加した鋳鉄から形成し、ブレードのＤＬＣ膜との摺動面の炭化物析出量（面積率）およびＨＲＣを特定の範囲に規定することにより、それらの部材間で起こる摩耗特性等を最適化し、ブレードのＤＬＣ膜とローラ間の片当たりに起因する異常摩耗を防止できる。その結果、密閉容器内の冷媒の圧縮を長期間に亘って高い安定、信頼性で実行できる密閉型圧縮機を提供できる。

【0046】

また、圧縮機構部を潤滑する冷凍機油の極圧添加剤は摩耗を防止する働きがあるため、第１の部材（ブレード）のＤＬＣ膜と相互に摺動する第２の部材（ローラ）において、第２の部材の馴染み摩耗が阻害される。一つの実施形態において、冷凍機油は極圧添加剤を含まないか、または極圧添加剤を０．５重量％以下とすることによって、ローラの馴染み摩耗が発現されて、ブレードのＤＬＣ膜とローラとの摺動面における異常摩耗を防止できる。

【0047】

冷媒に含まれる塩素は、極圧添加剤として働く、つまり摩耗を防止する働きを有するため、第１の部材（ブレード）のＤＬＣ膜と相互に摺動する第２の部材（ローラ）において、第２の部材の馴染み摩耗が阻害される。一つの実施形態において、塩素を含有しない冷媒を用いることによって、ローラの馴染み摩耗が発現されて、ブレードのＤＬＣ膜とローラとの摺動面における異常摩耗を防止できる。

【0048】

一つの実施形態において、ロータリー型圧縮機の最も潤滑環境が厳しい摺動部品として、第１の部材をブレード、第２の部材をローラに適用することによって、長期信頼性の優れた圧縮機を提供できる。

【0049】

一つの実施形態において、ローラと相互に摺動するシャフトおよびシリンダ室の閉鎖部材をさらに備え、ローラをマグネシウムを添加した鋳鉄から形成し、ブレードのＤＬＣ膜との摺動面の炭化物析出量（面積率）およびＨＲＣを特定の範囲に規定することによって、ＤＬＣ膜との摺動においてローラが適度な馴染み摩耗を生じ、面圧が低減される。また、ローラの内周面と摺動するシャフトをヤング率の高い球状黒鉛鋳鉄で形成することによって、シャフトの剛性（振れ回りの抑制）を高めて当該シャフトと係合するローラの傾きを抑制し、ブレードのＤＬＣ膜との片当たりを抑制できる。さらに、ローラの上下端面と摺動する閉鎖部材を球状黒鉛鋳鉄と比べて黒鉛が微細な状態で晶出して油保持性を高める片状黒鉛鋳鉄で形成することによって、閉鎖部材とローラとの摺接面での油膜切れを抑制し、閉鎖部材と摺接するローラ端面の摩耗を防止できる。これらの作用により、長期信頼性の優れた圧縮機を実現できる。

【0050】

次に、本発明の実施例を詳細に説明する。

【0051】

なお、以下の実施例に記載のローラの炭化物析出量（面積率）は、ブレードとの摺動面を１５０倍で撮影し、撮影写真から１．２ｍｍ×１．６ｍｍの面積の測定視野を規定し、当該視野に存在する炭化物の析出量からを求めた。
（実施例１）
ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が６３のＳＫＨ５１からなる基材と、この基材の表面にＣＶＤ法により被覆した厚さ２μｍのダイヤモンドラクカーボン膜（ＤＬＣ膜）とからなる第１の部材、例えばブレードを作製した。

【0052】

また、Ｍｇが０．０３５重量％、Ｃが３．４９重量％、Ｓｉが２．７８重量％、Ｍｎが０．４５重量％、Ｐが０．０１６重量％、Ｓが０．００７重量％および残部がＦｅからなる球状黒鉛鋳鉄からなり、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４５である第２の部材、例えばローラを作製した。このようなローラにおいて、球状黒鉛鋳鉄の成分であるＰ（リン）の配合量を調節することにより、ブレードとの摺動面の炭化物析出量を面積率で０～１１％まで変化させた。

【0053】

得られたブレードおよびローラをロータリー型圧縮機の圧縮機構部に組み込んだ。また、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてポリオールエステル油を用い、高圧縮比の条件で５００時間運転し、ブレードのＤＬＣ膜の摩耗量を求めた。ここで、高圧縮比の具体的条件は、Ｐｄ（吐出圧力）／Ｐｓ（吸い込み圧力）＝２．６ＭＰａ／０．１２ＭＰａである。その結果を図３に示す。

【0054】

図３から明らかなように炭化物析出量を面積率で５％を超えるローラを用いた場合、ブレードとローラの摺動において、ＤＬＣ膜の摩耗量が増加し、かつブレードとローラ間の摺動面において軸方向の不均一な当たり（片当たり）が見られた。

【0055】

これに対し、炭化物析出量を面積率で５％以下のローラを用いた場合、ブレードとローラの摺動において、ＤＬＣ膜の摩耗量の増加がなく、片当たりを顕著に防止できた。
（実施例２）
実施例１と同様な鋳鉄からなり、ブレードとの摺動面の炭化物析出量が面積率で２％であり、加熱条件を調節することによりロックウエル硬さ（ＨＲＣ）を３０～６５に変化させたローラを作製した。当該ローラを実施例１と同様なブレードと共にロータリー型圧縮機の圧縮機構部に組み込み、同様な運転条件でブレードのＤＬＣ膜の摩耗量およびローラの摩耗量を求めた。その結果を図４に示す。

【0056】

図４から明らかなように硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下の範囲のローラを用いることによって、ブレードとローラの摺動において、ブレードのＤＬＣ膜の摩耗量の増加およびローラの摩耗量の増加がなく、一定の状態に維持でき、片当たりを顕著に防止できることが分かる。
（実施例３）
実施例１と同様な鋳鉄からなり、ブレードとの摺動面の炭化物析出量が面積率で２％であり、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４５のローラを作製した。
（比較例１）
球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ Ｇ ５５０２：２００１）からローラを作製した。
（比較例２）
モニクロ鋳鉄、すなわち片状黒鉛鋳鉄［ＪＩＳ Ｇ ５５０１：１９９５］にＭｏ，ＮｉおよびＣｒを添加した特殊合金鋳鉄、からローラを作製した。

【0057】

得られた実施例３および比較例１，２のローラを実施例１と同様なブレードと共にロータリー型圧縮機の冷凍機部に組み込み、実施例１と同様な運転条件でブレードの基材表面に被覆されたＤＬＣ膜の摩耗量を求めた。その結果を図５に示す。なお、図５において摩耗限界値は、基材表面のＤＬＣ膜が摩耗して基材表面が露出する値である。

【0058】

図５から明らかなように実施例３のローラとブレードのＤＬＣ膜との摺動の組合せにおいて、ＤＬＣ膜の摩耗量が著しく低減され、摩耗限界値を十分に下回ることが分かる。

【0059】

これに対し、比較例２のモニクロ鋳鉄からなるローラとブレードのＤＬＣ膜との摺動の組合せにおいて、図５に示すようにＤＬＣ膜の摩耗量が高く、摩耗限界値を超えることが分かる。

【0060】

また、比較例１の球状黒鉛鋳鉄からなるローラとブレードのＤＬＣ膜との摺動の組合せにおいて、図５に示すようにＤＬＣ膜の摩耗量が極めて高く、摩耗限界値を大幅に超えていることが分かる。
（実施例４）
ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が６３のＳＫＨ５１からなる基材の表面にＣＶＤ法によりビッカース硬さ（Ｈｖ）２５００、厚さ２．５μｍのダイヤモンドラクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を被覆してブレードを作製した。
（比較例３）
ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が３６のＳＵＳ４４０Ｃからなる基材の表面を窒化処理によりビッカース硬さ（Ｈｖ）１０００、厚さ８μｍの窒化物膜を形成してブレードを作製した。
（比較例４）
ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が６３のＳＫＨ５１からなる基材の表面にＣＶＤ法によりビッカース硬さ（Ｈｖ）１２００、厚さ２μｍのＣｒＮ膜を被覆してブレードを作製した。

【0061】

得られた実施例４および比較例３，４のブレードと実施例３と同様なローラとを実施例１と同様にそれぞれロータリー型圧縮機の冷凍機部に組み込み、実施例１と同様な運転条件でブレード表面の被覆膜の耐摩耗性を評価した。

【0062】

その結果、ＳＫＨ５１の基材表面にＤＬＣ膜を被覆した実施例４のブレードは、摺動面の炭化物析出量が面積率で２％、ＨＲＣが４５のローラとの摺動において、ＤＬＣ膜の摩耗量が小さく、高い耐摩耗性を示した。

【0063】

これに対し、ＳＵＳ４４０Ｃの基材を窒化処理して窒化物膜を形成した比較例３のブレード、およびＳＫＨ５１の基材表面にＣｒＮ膜をコーティングした比較例４のブレードは、それぞれ実施例４と同様なローラとの摺動において、ブレードの窒化物膜、ＣｒＮ膜が実施例４のＤＬＣ膜に比べて摩耗が大きくなることが判明した。

【0064】

このような実施例３と比較例１，２とのブレードのＤＬＣ膜を基準とした相手材としての異なるローラ材料との対比、および実施例４と比較例３，４とのローラ材料（特定の炭化物析出量および特定のロックウエル硬さ（ＨＲＣ）を有する）を基準とした相手材としてのブレード表面の異なる被覆膜との対比、の評価結果からブレード表面に被覆したＤＬＣ膜と、マグネシウム添加鋳鉄から形成され、摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下、ロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下のローラと、の組み合わせはＤＬＣ膜の摩耗とローラの馴染み摩耗を適正化でき、ブレードのＤＬＣ膜とローラ間の片当たりに起因する異常摩耗を防止できる効果を達成できる。
（実施例５）
極圧添加剤であるトリクレジルホスフェートが０重量％、０．１重量％，０．３重量％，０．５重量％，０．６重量％，０．７重量％，０．８重量％，０．９重量％および１．０重量％含む冷凍機油であるポリオールエステル油を用い、実施例１と同様なブレードおよび実施例１と同様な鋳鉄からなり、ブレードとの摺動面の炭化物析出量が面積率で２％、かつＨＲＣが４５のローラをロータリー型圧縮機の圧縮機構部に組み込み、実施例１と同様な運転条件でブレードのＤＬＣ膜の摩耗量を求めた。その結果を図６に示す。

【0065】

図６から明らかなように極圧添加剤であるトリクレジルホスフェートの含有量が０．５重量％以下のである冷凍機油であるポリオールエステル油を用いことによって、ブレードのＤＬＣ膜の摩耗を抑制できることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明は、圧縮機構部の相互に摺動する第１の部材と第２の部材、例えばブレードとローラ、の間の片当たり状態になる摺動環境においても、耐摩耗性を確保することが可能な密閉型圧縮機を提供することができる。
以下に、本願出願の当初の請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮機構部と冷凍機油とを備える密閉型圧縮機であって、
前記圧縮機構部は、相互に摺動する第１の部材と第２の部材とを備え、
前記第１の部材は、鉄系金属からなる基材の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有し、
前記第２の部材は、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、前記第１の部材との摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下であり、かつロックウエル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下である密閉型圧縮機。
［２］前記冷凍機油は、極圧添加剤を含まないか、または０．５重量％以下の極圧添加剤を含む［１］の密閉型圧縮機。
［３］前記冷媒は、塩素を含まない［１］の密閉型圧縮機。
［４］前記圧縮機構部は、内径部にシリンダ室を形成するシリンダと、前記シリンダ室内に設けられたローラと、先端部が前記ローラの外周面に押し付けられ前記シリンダ室を吸入領域と圧縮領域とに区画するブレードと、前記シリンダ室を貫通し前記ローラを偏心回転させるシャフトと、前記シリンダ室を閉鎖する閉鎖部材とを備え、前記第１の部材が前記ブレードであり、前記第２の部材が前記ローラである［１］の密閉型圧縮機。
［５］前記シャフトは、球状黒鉛鋳鉄で形成され、前記閉鎖部材は片状黒鉛鋳鉄で形成される［４］の密閉型圧縮機。
［６］［１］～［５］いずれかの密閉型圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器とを備える冷凍サイクル装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】