スクロール型圧縮機
【課題】流体潤滑域から混合潤滑域又は境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持することができ、とくに次世代機種に要求される高速域での使用においても焼付き等を生じることのない軸支承部を備えたスクロール型圧縮機を提供すること。
【解決手段】含油円筒状巻きブッシュ３１は、金属製の裏金２８と、裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９とからなる複層焼結摺動板材３０を、銅系多孔質金属焼結層２９を内側にして円筒状に捲回して得られる円筒状巻きブッシュに含油処理を施して冷凍機油を含浸してなる。
【解決手段】含油円筒状巻きブッシュ３１は、金属製の裏金２８と、裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９とからなる複層焼結摺動板材３０を、銅系多孔質金属焼結層２９を内側にして円筒状に捲回して得られる円筒状巻きブッシュに含油処理を施して冷凍機油を含浸してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調冷凍機等に搭載されるスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍空調圧縮機においては、回転速度、圧力等の運転範囲の拡大及びマルチエアコンの出現により高い信頼性が強く要求されてきている。とくにマルチエアコンでは、空調機への冷媒ガス封入量が増大するため多量の冷媒ガスが回転軸と軸支承部との摺動面を潤滑する潤滑油に溶け込み、潤滑油の粘度が極端に低下し、給油経路や軸受部位での冷媒ガスの発砲に起因する瞬時の潤滑不良等の問題を生じ、回転軸を円滑に支承する軸受の損傷に繋がる虞がある。
【０００３】
従来、冷凍空調圧縮機の回転軸を支承する軸受としては、裏金に黒鉛を含浸させた多孔質青銅系合金を焼結し、回転軸との摺動面に多孔質青銅系合金と黒鉛との両方をまばらに露出させた軸受（特許文献１参照）、回転軸との摺動面に潤滑性及び耐摩耗性を有する表面層を備えた金属板を、表面層を内側にして巻き成形して作った巻きブッシュであって、表面層を有する金属板が、四ふっ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略称する）及び鉛を含浸させた青銅粉末製多孔質焼結層を有する鋼板である軸受（特許文献２参照）、裏金に合成樹脂と潤滑材とからなる複合物質を含浸させた多孔質青銅系合金を焼結し、軸との接触面に多孔質青銅系合金と複合物質との両方がまばらに露出する軸受（特許文献３参照）、金属基部に設けられた多孔質層とその多孔質層に含浸させたふっ素樹脂層とを備え、そのふっ素樹脂層から焼結層が露出した砥粒加工面を軸受摺動面とした軸受（特許文献４参照）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２０００１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１０７９４２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１９４１２８号公報
【特許文献４】特開２００４−２５１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
密閉容器内に電動機とこの電動機の出力回転軸によって駆動されるスクロール型圧縮機構部とを備えた従来のスクロール型圧縮機において、密閉容器内の圧力や温度により相当量の冷媒ガスが潤滑油中に溶解するため、潤滑油の粘度が極度に低下する場合がある。このため、油膜厚さが薄くなり流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行し、局部的な金属同士の接触により焼付きや異常摩耗を生ずることがある。
【０００６】
このように潤滑状態が不安定になる条件下での使用では、例えば上記特許文献２ないし４に開示された複層軸受は優れた軸受特性を備えている。とくに上記特許文献３及び４に開示された複層軸受は、使用中における軸受の内周面と回転軸の外周面との軸受隙間（所謂クリアランス）の変動が少ないという観点から賞用されているが、焼結金属部位の露出率の変動や、使用中の温度上昇により焼結層の孔隙に配された合成樹脂に熱膨張をきたし、やはり使用中における軸受隙間に変動を生じ、結果として局部的な金属同士の接触による焼付きや異常摩耗を生ずるという問題は依然解決されていない。
【０００７】
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体潤滑域から混合潤滑域又は境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持することができ、とくに次世代機種に要求される高速域での使用においても焼付き等を生じることのない軸支承部を備えたスクロール型圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるスクロール型圧縮機は、密閉容器内に、出力回転軸を有する電動機と、電動機の出力回転軸の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部と、電動機の出力回転軸を回転自在に支持する軸支承部と、軸支承部に供給される潤滑油を溜める貯留部とを備えており、スクロール型圧縮機構部は、密閉容器に固定されていると共に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、密閉容器に対して回転自在に配されていると共に固定スクロールのラップに対して電動機の出力回転軸の回転により公転する渦巻き状のラップを有する旋回スクロールと、固定スクロール及び旋回スクロールのラップ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室を備えており、駆動により密閉容器外から吸入した冷媒ガスを圧縮室で圧縮して密閉容器内に吐出するようになっており、固定スクロールは、渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に固定されている固定スクロール基部を有しており、旋回スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部を有しており、電動機の出力回転軸は、電動機のロータに固定された回転軸本体と、回転軸本体の一端に連結されていると共に当該回転軸本体の軸心に対して偏心している偏心軸とを有しており、軸支承部は、固定スクロール基部に設けられていると共に回転軸本体の一端側が挿通されている貫通孔と、この貫通孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体の一端側を回転自在に支承する滑り軸受と、旋回スクロール基部に設けられていると共に偏心軸が配されている貫通孔又は凹所と、この貫通孔又は凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸を回転自在に支承する滑り軸受と、密閉容器に固定されている支持フレームと、この支持フレームに設けられていると共に内周面で回転軸本体の他端側を回転自在の支承する軸受とを具備しており、該滑り軸受は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に被着形成された黒鉛を含有する銅系含油多孔質焼結層とを備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸を回転自在に支承する円筒状巻きブッシュからなり、銅系含油多孔質焼結層は、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のスクロール型圧縮機によれば、滑り軸受は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に被着形成された錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％及び残部銅からなる銅系含油多孔質焼結層を備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸をそれぞれ回転自在に支承する円筒状巻きブッシュから形成されているので、軸支承部が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、とくに次世代機種に要求される、例えば９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することができる。
【００１０】
本発明のスクロール型圧縮機において、軸支承部を形成する滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの銅系含油多孔質焼結層の相対密度は、７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％に形成されている。
【００１１】
銅系含油多孔質焼結層の相対密度が７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％に形成されているので、滑り軸受としての耐荷重性が向上される。
【００１２】
本発明のスクロール型圧縮機において、軸支承部を形成する滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの銅系含油多孔質焼結層に含有される黒鉛は、天然黒鉛及び／又は人造黒鉛が使用される。天然黒鉛は、黒鉛自体の自己潤滑性に優れており、また人造黒鉛は、自己潤滑性に加え、多孔質であることから潤滑油の保持体としての役割を果たす。
【００１３】
銅系多孔質焼結層に含浸される潤滑油は、例えばエステル結合を有するエステル油、カーボネート油、エーテル結合（−Ｏ−）を有するポリアルキレングリコール油（略称ＰＡＧ）、ポリビニールエーテル油（略称ＰＶＥ）等のエステル、エーテル系冷凍機油あるいはアルキルベンゼン、α−オレフィン・オリゴマー等の合成炭化水素系冷凍機油が使用される。
【００１４】
これら冷凍機油は、冷媒雰囲気下では一般の潤滑油よりも潤滑性に劣るが、本発明のスクロール型圧縮機においては、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％及び残部銅からなる銅系多孔質焼結層に含浸されることにより、焼結層及び黒鉛との相乗効果により油膜の保持性がよく潤滑性能の低下は極力防止され、焼付き等の不具合を生じることはない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転軸本体及び偏心軸は、軸支承部において金属製の裏金に一体的に被着形成された錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなる銅系含油多孔質焼結層を含む円筒状巻きブッシュに回転自在に支承されており、当該円筒状巻きブッシュの潤滑条件が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても円筒状巻きブッシュに焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することのできるスクロール型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のスクロール型圧縮機の断面図である。
【図２】図２は、複層焼結摺動板材の断面図である。
【図３】図３は、円筒状巻きブッシュの斜視図である。
【図４】図４は、図３の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【００１８】
図１において、スクロール型圧縮機１は、両端が閉塞された筒状の密閉容器２を備えており、密閉容器２内において、その上部にはスクロール型圧縮機構部３が、下部には電動機４が配設されており、これらは出力回転軸５を介して互いに連動連結されている。電動機４はロータ４ａとステータ４ｂとからなり、ロータ４ａは出力回転軸５に固定され、ステータ４ｂは密閉容器２に固定されている。スクロール型圧縮機構部３は、互いに噛合する固定スクロール６と旋回スクロール７とを備えている。固定スクロール６は、端板６ａとその下面に立設されたうず巻き状のラップ６ｂとを備えている。端板６ａの中央部には吐出ポート６ｃが設けられていると共に吐出ポート６ｃを開閉する吐出弁８が設けられており、固定スクロール６は、密閉容器２内の上方位置に設けられた支持部９を介して密閉容器２に固定されている。旋回スクロール７は、端板７ａとその上面に立設されたうず巻き状のラップ７ｂとを備えており、端板７ａの下面に筒状ボス部７ｃが形成されている。固定スクロール６と旋回スクロール７とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ１８０°だけ角度をずらせてラップ６ｂ及び７ｂを噛合させることによって、複数個の密閉空間からなる圧縮室２７が形成される。
【００１９】
出力回転軸５は、回転軸本体５ａと、回転軸本体５ａの上端に出力回転軸本体５ａの軸心に対して偏心した軸心を有する偏心軸５ｂとを一体に有している。回転軸本体５ａは、その下方部位で密閉容器２内の下方位置に設けられた支持部１０に固定されたハウジング１１に転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２を介して回転自在に支承され、その上方部位で支持部９の筒状ボス部９ａの内面９ｃに嵌合固定された滑り軸受１３に回転自在に支承されており、回転軸本体５ａと一体の偏心軸５ｂは、旋回スクロール７の端板７ａの下面に立設された筒状ボス部７ｃの内面７ｄに嵌合固定された滑り軸受１４に回転自在に支承されている。
【００２０】
出力回転軸５の内部には、一方の端部が回転軸本体５ａの端面で開口し、他方の端部が偏心軸５ｂの上端で開口すると共に滑り軸受１２及び１３の摺動面である内周面に潤滑油を供給する導油孔１５が形成されており、出力回転軸５には、導油孔１５に連通すると共に導油孔１５からの潤滑油が供給される通油孔１５ａが形成されている。出力回転軸５に形成された導油孔１５の開口部には差圧式給油部１６が設けられており、差圧式給油部１６は密閉容器２の底部に設けられた潤滑油の貯留部１７に通じている。
【００２１】
旋回スクロール７の端板７ａの背面には、端板７ａと支持部９とで囲まれた空間からなる背圧室１８が形成されている。背圧室１８には旋回スクロール７の端板７ａに穿設された細孔１９を通して吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力が導入されるようになっている。出力回転軸５の回転により旋回スクロール７の筒状ボス部７ｃが背圧室１８内を旋回することにより旋回スクロール７は旋回運動を行い、旋回スクロール７のうず巻き状のラップ７ｂと固定スクロール６のうず巻き状のラップ６ｂの互いの接点の移動により、吸入管２０より吸入された冷媒ガスはうず巻き状の外側室から内側室にかけて圧縮され、固定スクロール６の中央部に設けた吐出ポート６ｃより密閉容器２内に吐出され、固定スクロール６の外周部に設けた通路２１、支持部９の外周通路２２を通り吐出管２３を介して機外に送出される。
【００２２】
固定スクロール６と旋回スクロール７との両ラップ６ｂ及び７ｂ、端板６ａ及び７ａにより形成される圧縮室２７の容積は、外側から内側に向うにつれて減少している結果、圧縮室２７の空気は外側から内側への移動と共にその圧力が上昇する。而して、旋回スクロール７と支持部９とで形成される背圧室１８は細孔１９により吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力に保持されている。そこで、この中間圧力と圧縮部内圧力との差圧により、旋回スクロール７を固定スクロール６に押し付け、ラップ６ｂ及び７ｂの先端と端板６ａ及び７ａとの隙間のシール部の密着を保持する。
【００２３】
密閉容器２内の底部の貯留部１７に溜められた潤滑油は、密閉容器２内の高圧圧力と背圧室１８の中間圧力との差圧により出力回転軸５の導油孔１５を上昇し、導油孔１５の上端開口から偏心軸５ｂを回転自在に支承する滑り軸受１４に供給されると共に導油孔１５に連通する通油孔１５ａを介して出力回転軸５の下方部位を回転自在に支承する転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２及び出力回転軸５の上方部位を回転自在に支承する滑り軸受１３に供給される。
【００２４】
このようにスクロール型圧縮機１は、密閉容器２内に、出力回転軸５を有する電動機４と、電動機４の出力回転軸５の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部３と、電動機４の出力回転軸５を回転自在に支持する軸支承部２５と、軸支承部２５に供給される潤滑油を溜める貯留部１７とを備えており、スクロール型圧縮機構部３は、密閉容器２に固定されていると共にうず巻き状のラップ６ｂを有する固定スクロール６と、密閉容器２に対して回転自在に配されていると共に固定スクロール６のラップ６ｂに対して電動機４の出力回転軸５の回転により公転するうず巻き状のラップ７ｂを有する旋回スクロール７と、固定スクロール６及び旋回スクロール７のラップ６ｂ及び７ｂ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室２７とを備えており、駆動により密閉容器２外から吸入した冷媒ガスを圧縮室２７で圧縮して密閉容器２内に吐出すると共に密閉容器２内に吐出した冷媒ガスを密閉容器２外に吐出するようになっており、固定スクロール６は、端板６ａと支持部９とからなっており、端板６ａにおいてうず巻き状のラップ６ｂが一体的に設けられていると共に密閉容器２に固定されている固定スクロール基部６ｄを有しており、旋回スクロール７は、端板７ａと筒状ボス部７ｃとからなっており、端板７ａにおいてうず巻き状のラップ７ｂが一体的に設けられていると共に密閉容器２に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部７ｅを有しており、電動機４の出力回転軸５は、電動機４のロータ４ａに固定された回転軸本体５ａと、回転軸本体５ａの一端に連結されていると共に当該回転軸本体５ａの軸心に対して偏心している偏心軸５ｂとを有しており、軸支承部２５は、固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔と、筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体５ａの一端側を回転摺動自在に支持する滑り軸受１３と、旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所と、筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸５ｂを回転摺動自在に支持する滑り軸受１４と、密閉容器２に固定されていると共に支持部１０及びハウジング１１からなる支持フレーム２６と、支持フレーム２６のハウジング１１に設けられていると共に回転軸本体５ａの他端側が配されている貫通孔又は凹所としての円孔１１ａと、円孔１１ａに嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体５ａの他端側を回転摺動自在に支持する転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２とを具備している。
【００２５】
回転軸本体５ａの一端側及び偏心軸５ｂを回転自在に支持する滑り軸受１３及び１４は、金属製の裏金２８と、裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９とからなる複層焼結摺動板材３０を、銅系多孔質金属焼結層２９を内側にして円筒状に捲回して得られる円筒状巻きブッシュに含油処理を施して冷凍機油を含浸した含油円筒状巻きブッシュ３１からなる。
【００２６】
金属製の裏金２８としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）が使用されて好適である。
【００２７】
金属製の裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９は、錫成分０．５〜２０質量％とマンガン成分０．１〜３５質量％と黒鉛成分５〜２５質量％と残部銅成分からなる。
【００２８】
銅系多孔質金属焼結層２９を形成する錫成分は、主成分をなす銅成分と合金化して銅−錫合金（青銅合金）を形成する。錫成分は、銅−錫合金マトリックスの固溶を強化して、その強度及び硬度などの機械的強度を高め、滑り軸受としての耐荷重性、耐摩耗性及び耐焼付き性を向上させる。錫成分の含有量は、０．５〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％である。錫成分の含有量が０．５質量％未満では、銅−錫合金マトリックスを強化させる効果が乏しく、また、含有量が２０質量％を超えて含有すると銅−錫合金マトリックスが脆くなるという欠点が表れる。
【００２９】
マンガン成分は、主成分をなす銅成分に対し全率固溶体を形成する。マンガン成分は、主として銅−錫合金マトリックスの固溶強化に寄与し、機械的強度及び耐摩耗性の向上に効果を発揮する。このマンガン成分の効果は、その含有量が０．１質量％で銅−錫合金マトリックスを強化する作用及び耐摩耗性を高める作用が表れはじめ、含有量が０．５質量％でこれらの作用が顕著にとなり、３５質量％の含有量までこれらの作用が発揮される。一方、マンガン成分の含有量が１０質量％を超えると、銅−錫合金マトリックスに硬質の銅−錫−マンガン相が析出し、当該硬質相は、黒鉛との共存下において耐摩耗性を向上させる作用を示すが、マンガン成分の含有量が３５質量％を超えると、この硬質相の析出量が多くなりすぎ、黒鉛の含有量を多量にしても耐摩耗性が悪化し、相手材を損傷させる虞がある。したがって、マンガン成分の含有量は、０．１〜３５質量％、好ましくは０．５〜２０質量％である。
【００３０】
黒鉛成分は、銅−錫−マンガン合金マトリックスに分散含有されることにより、滑り軸受としての自己潤滑性を高める効果を発揮し、耐荷重性及び耐摩耗性を一層向上させる。黒鉛成分としては、天然黒鉛及び人造黒鉛の少なくとも一方が使用される。天然黒鉛は、黒鉛自体の自己潤滑性に優れており、また人造黒鉛は、自己潤滑性に加え、多孔質であることから潤滑油の保持体としての役割を果たす。黒鉛成分の含有量は、前記マンガン成分の含有量に基づく銅−錫合金マトリックス中の硬質相の析出割合に応じて決定され、５〜２５質量％、好ましくは１０〜２０質量％である。５質量％未満の含有量では、自己潤滑性を付与し難く、また２５質量％を超えて含有すると、焼結層の機械的強度を低下させる虞がある。
【００３１】
銅成分は、銅系多孔質金属焼結層の主成分をなし、その含有量は、銅系多孔質金属焼結層の全体量から錫成分、マンガン成分及び黒鉛成分を除いた残余の量である。
【００３２】
次に、上記構成からなる滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの製造方法について説明する。
【００３３】
金属製の裏金として、厚さ０．５〜２．５ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を準備する。
【００３４】
粒径が７５μｍ以下、好ましくは４５μｍ以下の電解銅粉末と、粒径が７５μｍ以下、好ましくは４５μｍ以下のアトマイズ錫粉末と、粒径が４５μｍ以下のマンガン粉末と、粒径が１５０μｍ以下の天然黒鉛粉末及び人造黒鉛粉末を準備し、錫粉末とマンガン粉末と天然黒鉛及び人造黒鉛粉末のうちの少なくとも一方と銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、２０〜４０分間混合して、錫粉末０．５〜２０質量％とマンガン粉末０．１〜３５質量％と天然黒鉛及び人造黒鉛粉末のうちの少なくとも一方５〜２５質量％と残部銅粉末からなる混合粉末を作製する。
【００３５】
前記冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に前記混合粉末を一様な厚さに散布し、これをアンモニア分解ガス、窒素ガス、窒素・水素混合ガスなどの還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気に調整された加熱炉内で７００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結して該裏金の表面に銅系多孔質焼結層を一体的に被着形成する。ついで、該銅系多孔質焼結層の厚さが０．２〜１．０ｍｍとなるようにロール圧下で圧延した後、再度上記雰囲気に調整された加熱炉内で７００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結し、該銅系多孔質焼結層の相対密度が７０〜９０％を呈する複層焼結摺動板材を作製する。
【００３６】
この複層焼結摺動板材を、銅系多孔質焼結層を内側にして捲回し、所望の寸法を有する円筒状巻きブッシュを作製する。この円筒状巻きブッシュにおいては、必要に応じて切削加工あるいは研削加工等の機械加工を施し、寸法精度を高めた円筒状巻きブッシュとすることもできる。
【００３７】
ついで、この円筒状巻きブッシュに、エステル又はエーテル系冷凍機油あるいは合成炭化水素系冷凍機油の含油処理を施し、該銅系多孔質焼結層に該冷凍機油を含浸した含油円筒状巻きブッシュを作製する。銅系多孔質焼結層に含浸される上記冷凍機油の含油量は、２０〜３０容積％とされる。
【００３８】
このように作製された滑り軸受１３としての含油円筒状巻きブッシュ３１は、前記固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に圧入嵌合され、該含油円筒状巻きブッシュ３１の内周面の銅系含油多孔質焼結層２９で回転軸本体５ａの一端側を回転摺動自在に支持し、また滑り軸受１４としての含油円筒状巻きブッシュ３１は、前記旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所に圧入嵌合され、該含油円筒状巻きブッシュ３１の内周面の銅系含油多孔質焼結層２９で偏心軸５ｂを回転摺動自在に支持する。
【００３９】
次に、滑り軸受１３及び１４としての含油円筒状巻きブッシュ３１と、従来の円筒状巻きブッシュについて、冷凍機油中での摩擦挙動、冷凍機油抜き試験及び耐荷重性について比較試験を行った。
【００４０】
供試体Ｉとして、０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、錫成分１０質量％とマンガン成分１２質量％と黒鉛（人造黒鉛）成分１２質量％と残部銅成分（６６質量％）からなる銅系多孔質焼結層が０．３ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結摺動板材（厚さ１．０ｍｍ）を、該銅系多孔質焼結層を内側にして捲回した円筒状巻きブッシュに冷凍機油として、エーテル系冷凍機油を２０容量％含浸した含油円筒状巻きブッシュを使用した。この含油円筒状巻きブッシュにおいて、銅系多孔質焼結層の相対密度は８５％であった。
【００４１】
供試体ＩＩとして、０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、多孔質青銅合金焼結層が０．２ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結板に四ふっ化エチレン樹脂系組成物が０．１ｍｍの厚さをもって含浸被覆された複層摺動板（厚さ１．０ｍｍ）を、該四ふっ化エチレン樹脂系組成物を内側にして捲回して円筒状巻きブッシュの内周面に機械加工を施し、該内周面に該多孔質青銅合金焼結層が２０％の面積割合で露出した円筒状巻きブッシュを使用した。
【００４２】
＜冷凍機油中での摩擦挙動について＞
＜試験条件＞
【００４３】
上記試験条件による試験により、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、回転数５００ｒｐｍを超え１００００ｒｐｍに至る領域で摩擦係数が０．０２以下という極めて低い値を示したのに対し、供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、回転数５００ｒｐｍの領域で摩擦係数が０．０１〜０．０６と変動し、回転数７０００ｒｐｍの領域において焼付きを生じた。また、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュにおいては、摩耗量が０．００１ｍｍ、相手材摩耗量が０．００１ｍｍを示したのに対し、供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、当該ブッシュ及び相手材ともに表面損傷が大きく、測定できなかった。
【００４４】
＜冷凍機油抜き試験＞
供試体Ｉ及び供試体ＩＩからなる巻きブッシュと冷凍機油との親和性を確認するべく、ジャーナル試験において冷凍機油抜き試験を実施した。
【００４５】
＜試験条件＞
速度 ５．６５ｍ／ｓ（３６００ｒｐｍ）
荷重 ２．９ＭＰａ（１９１４Ｎ）
冷凍機油 エーテル系冷凍機油〔動粘度（４０℃）：６６．６ｍｍ２／ｓ〕
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）高周波焼入れ（硬さＨＲｃ５０）
クリアランス ０．０３ｍｍ
試験方法 油浴中に設置されたジャーナル試験機にそれぞれ供試体Ｉ及び供試体ＩＩか らなる円筒状巻きブッシュと相手材（回転軸）を設置し、油浴中に冷凍機油 が円筒状巻きブッシュと相手材とが半分浸漬された状態で該円筒状巻きブッ シュに荷重を負荷し、相手材が冷凍機油中で回転している状態から油浴中の 冷凍機油を抜き取り、摩擦係数が上昇するまでに要する時間を比較する。
【００４６】
前記含油円筒状巻きブッシュと同様の供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、試験開始から１０分間経過した時点においては摩擦係数が０．０１以下という低い値で推移し、１０分間経過後、冷凍機油が抜かれた状態では摩擦係数は０．０１以下という低い値を示して推移し、試験開始後４０分間（冷凍機油を抜いた状態から３０分経過後）経過時点において摩擦係数が上昇したのに対し、前記円筒状巻きブッシュと同様の供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、試験開始から１０分間経過した時点においては摩擦係数が供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュと同様０．０１以下という低い値で推移し、１０分間経過後、冷凍機油が抜かれた状態では摩擦係数は０．０１以下という低い値を示して推移し、試験開始後２５分間（冷凍機油を抜いた状態から１５分経過後）経過時点において摩擦係数が上昇した。
【００４７】
上記冷凍機油抜き試験ではその試験結果から、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、冷凍機油との親和性が良好であることを示している。
【００４８】
＜耐荷重性について＞
スクロール型圧縮機においては、冷媒の影響や長時間の稼働停止により、ドライ（乾燥摩擦）状態を生じることが懸念されるため、ドライ条件における耐荷重性を検証する。
【００４９】
供試体Ｉ ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、錫成分１０質量％とマ
ンガン成分１２質量％と黒鉛（人造黒鉛）成分１２質量％と残部銅成分（
６６質量％）からなる銅系多孔質焼結層が０．３ｍｍの厚さをもって一体
的に被着形成された複層焼結摺動板材（厚さ１．０ｍｍ）を、一辺の長さ
が３０ｍｍの方形状に切断した複層摺動板に冷凍機油として、エーテル系
冷凍機油を含浸した含油複層摺動板を使用した。
供試体ＩＩ ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、多孔質青銅合金焼結層
が０．２ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結板に四ふっ
化エチレン樹脂系組成物が０．１ｍｍの厚さをもって含浸被覆された複層
摺動板（厚さ１．０ｍｍ）を、一辺の長さが３０ｍｍの方形状に切断した
複層摺動板の表面に機械加工を施し、該表面に該多孔質青銅合金焼結層が
２０％の面積割合で露出した複層摺動板を使用した。
【００５０】
＜試験条件＞
速度 １．２ｍ／ｓ
荷重 １０ｍｉｎ毎に荷重を累積負荷
雰囲気 常温（２３℃）大気中
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）調質材からなるスリーブ
運動形態 相手材の端面を複層摺動板の表面に当接させると共に相手材を連続回転運動
させる。
【００５１】
供試体ＩＩからなる複層摺動板は、荷重が７ＭＰａの耐荷重性であったのに対し、供試体Ｉからなる複層摺動板は、荷重が１０ＭＰａの耐荷重性を示した。そして、試験後の供試体Ｉからなる複層摺動板の摩耗量は０．０１９ｍｍ、相手材の摩耗量は０．００２ｍｍであったのに対し、供試体ＩＩからなる複層摺動板の摩耗量は０．０６１ｍｍ、相手材の摩耗量は０．００３ｍｍであった。
【００５２】
以上の試験結果から、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュ及び複層摺動板は、冷凍機油との親和性がよく、油膜の保持性が良好で耐摩耗性が向上し、合成樹脂を含まないので、内径面の加工時の寸法安定性に優れており、ドライ条件において優れた耐荷重性を示す。
【００５３】
以上のように、含油円筒状巻きブッシュを、スクロール型圧縮機１における固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に、また旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所にそれぞれ圧入嵌合されることにより、当該含油円筒状巻きブッシュの潤滑条件が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても円筒状巻きブッシュに焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することのできるスクロール型圧縮機を提供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ スクロール型圧縮機
２ 密閉容器
３ スクロール型圧縮機構部
４ 電動機
５ 出力回転軸
５ｂ 偏心軸
６ 固定スクロール
６ｂ、７ｂ ラップ
７ 旋回スクロール
１３、１４ 滑り軸受
２８ 裏金
２９ 銅系多孔質金属焼結層
３１ 含油円筒状巻きブッシュ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調冷凍機等に搭載されるスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍空調圧縮機においては、回転速度、圧力等の運転範囲の拡大及びマルチエアコンの出現により高い信頼性が強く要求されてきている。とくにマルチエアコンでは、空調機への冷媒ガス封入量が増大するため多量の冷媒ガスが回転軸と軸支承部との摺動面を潤滑する潤滑油に溶け込み、潤滑油の粘度が極端に低下し、給油経路や軸受部位での冷媒ガスの発砲に起因する瞬時の潤滑不良等の問題を生じ、回転軸を円滑に支承する軸受の損傷に繋がる虞がある。
【０００３】
従来、冷凍空調圧縮機の回転軸を支承する軸受としては、裏金に黒鉛を含浸させた多孔質青銅系合金を焼結し、回転軸との摺動面に多孔質青銅系合金と黒鉛との両方をまばらに露出させた軸受（特許文献１参照）、回転軸との摺動面に潤滑性及び耐摩耗性を有する表面層を備えた金属板を、表面層を内側にして巻き成形して作った巻きブッシュであって、表面層を有する金属板が、四ふっ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略称する）及び鉛を含浸させた青銅粉末製多孔質焼結層を有する鋼板である軸受（特許文献２参照）、裏金に合成樹脂と潤滑材とからなる複合物質を含浸させた多孔質青銅系合金を焼結し、軸との接触面に多孔質青銅系合金と複合物質との両方がまばらに露出する軸受（特許文献３参照）、金属基部に設けられた多孔質層とその多孔質層に含浸させたふっ素樹脂層とを備え、そのふっ素樹脂層から焼結層が露出した砥粒加工面を軸受摺動面とした軸受（特許文献４参照）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２０００１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１０７９４２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１９４１２８号公報
【特許文献４】特開２００４−２５１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
密閉容器内に電動機とこの電動機の出力回転軸によって駆動されるスクロール型圧縮機構部とを備えた従来のスクロール型圧縮機において、密閉容器内の圧力や温度により相当量の冷媒ガスが潤滑油中に溶解するため、潤滑油の粘度が極度に低下する場合がある。このため、油膜厚さが薄くなり流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行し、局部的な金属同士の接触により焼付きや異常摩耗を生ずることがある。
【０００６】
このように潤滑状態が不安定になる条件下での使用では、例えば上記特許文献２ないし４に開示された複層軸受は優れた軸受特性を備えている。とくに上記特許文献３及び４に開示された複層軸受は、使用中における軸受の内周面と回転軸の外周面との軸受隙間（所謂クリアランス）の変動が少ないという観点から賞用されているが、焼結金属部位の露出率の変動や、使用中の温度上昇により焼結層の孔隙に配された合成樹脂に熱膨張をきたし、やはり使用中における軸受隙間に変動を生じ、結果として局部的な金属同士の接触による焼付きや異常摩耗を生ずるという問題は依然解決されていない。
【０００７】
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体潤滑域から混合潤滑域又は境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持することができ、とくに次世代機種に要求される高速域での使用においても焼付き等を生じることのない軸支承部を備えたスクロール型圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるスクロール型圧縮機は、密閉容器内に、出力回転軸を有する電動機と、電動機の出力回転軸の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部と、電動機の出力回転軸を回転自在に支持する軸支承部と、軸支承部に供給される潤滑油を溜める貯留部とを備えており、スクロール型圧縮機構部は、密閉容器に固定されていると共に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、密閉容器に対して回転自在に配されていると共に固定スクロールのラップに対して電動機の出力回転軸の回転により公転する渦巻き状のラップを有する旋回スクロールと、固定スクロール及び旋回スクロールのラップ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室を備えており、駆動により密閉容器外から吸入した冷媒ガスを圧縮室で圧縮して密閉容器内に吐出するようになっており、固定スクロールは、渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に固定されている固定スクロール基部を有しており、旋回スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部を有しており、電動機の出力回転軸は、電動機のロータに固定された回転軸本体と、回転軸本体の一端に連結されていると共に当該回転軸本体の軸心に対して偏心している偏心軸とを有しており、軸支承部は、固定スクロール基部に設けられていると共に回転軸本体の一端側が挿通されている貫通孔と、この貫通孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体の一端側を回転自在に支承する滑り軸受と、旋回スクロール基部に設けられていると共に偏心軸が配されている貫通孔又は凹所と、この貫通孔又は凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸を回転自在に支承する滑り軸受と、密閉容器に固定されている支持フレームと、この支持フレームに設けられていると共に内周面で回転軸本体の他端側を回転自在の支承する軸受とを具備しており、該滑り軸受は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に被着形成された黒鉛を含有する銅系含油多孔質焼結層とを備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸を回転自在に支承する円筒状巻きブッシュからなり、銅系含油多孔質焼結層は、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のスクロール型圧縮機によれば、滑り軸受は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に被着形成された錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％及び残部銅からなる銅系含油多孔質焼結層を備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸をそれぞれ回転自在に支承する円筒状巻きブッシュから形成されているので、軸支承部が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、とくに次世代機種に要求される、例えば９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することができる。
【００１０】
本発明のスクロール型圧縮機において、軸支承部を形成する滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの銅系含油多孔質焼結層の相対密度は、７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％に形成されている。
【００１１】
銅系含油多孔質焼結層の相対密度が７０〜９０％、好ましくは８０〜９０％に形成されているので、滑り軸受としての耐荷重性が向上される。
【００１２】
本発明のスクロール型圧縮機において、軸支承部を形成する滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの銅系含油多孔質焼結層に含有される黒鉛は、天然黒鉛及び／又は人造黒鉛が使用される。天然黒鉛は、黒鉛自体の自己潤滑性に優れており、また人造黒鉛は、自己潤滑性に加え、多孔質であることから潤滑油の保持体としての役割を果たす。
【００１３】
銅系多孔質焼結層に含浸される潤滑油は、例えばエステル結合を有するエステル油、カーボネート油、エーテル結合（−Ｏ−）を有するポリアルキレングリコール油（略称ＰＡＧ）、ポリビニールエーテル油（略称ＰＶＥ）等のエステル、エーテル系冷凍機油あるいはアルキルベンゼン、α−オレフィン・オリゴマー等の合成炭化水素系冷凍機油が使用される。
【００１４】
これら冷凍機油は、冷媒雰囲気下では一般の潤滑油よりも潤滑性に劣るが、本発明のスクロール型圧縮機においては、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％及び残部銅からなる銅系多孔質焼結層に含浸されることにより、焼結層及び黒鉛との相乗効果により油膜の保持性がよく潤滑性能の低下は極力防止され、焼付き等の不具合を生じることはない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転軸本体及び偏心軸は、軸支承部において金属製の裏金に一体的に被着形成された錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなる銅系含油多孔質焼結層を含む円筒状巻きブッシュに回転自在に支承されており、当該円筒状巻きブッシュの潤滑条件が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても円筒状巻きブッシュに焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することのできるスクロール型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のスクロール型圧縮機の断面図である。
【図２】図２は、複層焼結摺動板材の断面図である。
【図３】図３は、円筒状巻きブッシュの斜視図である。
【図４】図４は、図３の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【００１８】
図１において、スクロール型圧縮機１は、両端が閉塞された筒状の密閉容器２を備えており、密閉容器２内において、その上部にはスクロール型圧縮機構部３が、下部には電動機４が配設されており、これらは出力回転軸５を介して互いに連動連結されている。電動機４はロータ４ａとステータ４ｂとからなり、ロータ４ａは出力回転軸５に固定され、ステータ４ｂは密閉容器２に固定されている。スクロール型圧縮機構部３は、互いに噛合する固定スクロール６と旋回スクロール７とを備えている。固定スクロール６は、端板６ａとその下面に立設されたうず巻き状のラップ６ｂとを備えている。端板６ａの中央部には吐出ポート６ｃが設けられていると共に吐出ポート６ｃを開閉する吐出弁８が設けられており、固定スクロール６は、密閉容器２内の上方位置に設けられた支持部９を介して密閉容器２に固定されている。旋回スクロール７は、端板７ａとその上面に立設されたうず巻き状のラップ７ｂとを備えており、端板７ａの下面に筒状ボス部７ｃが形成されている。固定スクロール６と旋回スクロール７とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ１８０°だけ角度をずらせてラップ６ｂ及び７ｂを噛合させることによって、複数個の密閉空間からなる圧縮室２７が形成される。
【００１９】
出力回転軸５は、回転軸本体５ａと、回転軸本体５ａの上端に出力回転軸本体５ａの軸心に対して偏心した軸心を有する偏心軸５ｂとを一体に有している。回転軸本体５ａは、その下方部位で密閉容器２内の下方位置に設けられた支持部１０に固定されたハウジング１１に転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２を介して回転自在に支承され、その上方部位で支持部９の筒状ボス部９ａの内面９ｃに嵌合固定された滑り軸受１３に回転自在に支承されており、回転軸本体５ａと一体の偏心軸５ｂは、旋回スクロール７の端板７ａの下面に立設された筒状ボス部７ｃの内面７ｄに嵌合固定された滑り軸受１４に回転自在に支承されている。
【００２０】
出力回転軸５の内部には、一方の端部が回転軸本体５ａの端面で開口し、他方の端部が偏心軸５ｂの上端で開口すると共に滑り軸受１２及び１３の摺動面である内周面に潤滑油を供給する導油孔１５が形成されており、出力回転軸５には、導油孔１５に連通すると共に導油孔１５からの潤滑油が供給される通油孔１５ａが形成されている。出力回転軸５に形成された導油孔１５の開口部には差圧式給油部１６が設けられており、差圧式給油部１６は密閉容器２の底部に設けられた潤滑油の貯留部１７に通じている。
【００２１】
旋回スクロール７の端板７ａの背面には、端板７ａと支持部９とで囲まれた空間からなる背圧室１８が形成されている。背圧室１８には旋回スクロール７の端板７ａに穿設された細孔１９を通して吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力が導入されるようになっている。出力回転軸５の回転により旋回スクロール７の筒状ボス部７ｃが背圧室１８内を旋回することにより旋回スクロール７は旋回運動を行い、旋回スクロール７のうず巻き状のラップ７ｂと固定スクロール６のうず巻き状のラップ６ｂの互いの接点の移動により、吸入管２０より吸入された冷媒ガスはうず巻き状の外側室から内側室にかけて圧縮され、固定スクロール６の中央部に設けた吐出ポート６ｃより密閉容器２内に吐出され、固定スクロール６の外周部に設けた通路２１、支持部９の外周通路２２を通り吐出管２３を介して機外に送出される。
【００２２】
固定スクロール６と旋回スクロール７との両ラップ６ｂ及び７ｂ、端板６ａ及び７ａにより形成される圧縮室２７の容積は、外側から内側に向うにつれて減少している結果、圧縮室２７の空気は外側から内側への移動と共にその圧力が上昇する。而して、旋回スクロール７と支持部９とで形成される背圧室１８は細孔１９により吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力に保持されている。そこで、この中間圧力と圧縮部内圧力との差圧により、旋回スクロール７を固定スクロール６に押し付け、ラップ６ｂ及び７ｂの先端と端板６ａ及び７ａとの隙間のシール部の密着を保持する。
【００２３】
密閉容器２内の底部の貯留部１７に溜められた潤滑油は、密閉容器２内の高圧圧力と背圧室１８の中間圧力との差圧により出力回転軸５の導油孔１５を上昇し、導油孔１５の上端開口から偏心軸５ｂを回転自在に支承する滑り軸受１４に供給されると共に導油孔１５に連通する通油孔１５ａを介して出力回転軸５の下方部位を回転自在に支承する転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２及び出力回転軸５の上方部位を回転自在に支承する滑り軸受１３に供給される。
【００２４】
このようにスクロール型圧縮機１は、密閉容器２内に、出力回転軸５を有する電動機４と、電動機４の出力回転軸５の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部３と、電動機４の出力回転軸５を回転自在に支持する軸支承部２５と、軸支承部２５に供給される潤滑油を溜める貯留部１７とを備えており、スクロール型圧縮機構部３は、密閉容器２に固定されていると共にうず巻き状のラップ６ｂを有する固定スクロール６と、密閉容器２に対して回転自在に配されていると共に固定スクロール６のラップ６ｂに対して電動機４の出力回転軸５の回転により公転するうず巻き状のラップ７ｂを有する旋回スクロール７と、固定スクロール６及び旋回スクロール７のラップ６ｂ及び７ｂ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室２７とを備えており、駆動により密閉容器２外から吸入した冷媒ガスを圧縮室２７で圧縮して密閉容器２内に吐出すると共に密閉容器２内に吐出した冷媒ガスを密閉容器２外に吐出するようになっており、固定スクロール６は、端板６ａと支持部９とからなっており、端板６ａにおいてうず巻き状のラップ６ｂが一体的に設けられていると共に密閉容器２に固定されている固定スクロール基部６ｄを有しており、旋回スクロール７は、端板７ａと筒状ボス部７ｃとからなっており、端板７ａにおいてうず巻き状のラップ７ｂが一体的に設けられていると共に密閉容器２に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部７ｅを有しており、電動機４の出力回転軸５は、電動機４のロータ４ａに固定された回転軸本体５ａと、回転軸本体５ａの一端に連結されていると共に当該回転軸本体５ａの軸心に対して偏心している偏心軸５ｂとを有しており、軸支承部２５は、固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔と、筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体５ａの一端側を回転摺動自在に支持する滑り軸受１３と、旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所と、筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸５ｂを回転摺動自在に支持する滑り軸受１４と、密閉容器２に固定されていると共に支持部１０及びハウジング１１からなる支持フレーム２６と、支持フレーム２６のハウジング１１に設けられていると共に回転軸本体５ａの他端側が配されている貫通孔又は凹所としての円孔１１ａと、円孔１１ａに嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体５ａの他端側を回転摺動自在に支持する転がり軸受又はすべり軸受等の軸受１２とを具備している。
【００２５】
回転軸本体５ａの一端側及び偏心軸５ｂを回転自在に支持する滑り軸受１３及び１４は、金属製の裏金２８と、裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９とからなる複層焼結摺動板材３０を、銅系多孔質金属焼結層２９を内側にして円筒状に捲回して得られる円筒状巻きブッシュに含油処理を施して冷凍機油を含浸した含油円筒状巻きブッシュ３１からなる。
【００２６】
金属製の裏金２８としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）が使用されて好適である。
【００２７】
金属製の裏金２８の一方の表面に一体的に被着形成された銅系多孔質金属焼結層２９は、錫成分０．５〜２０質量％とマンガン成分０．１〜３５質量％と黒鉛成分５〜２５質量％と残部銅成分からなる。
【００２８】
銅系多孔質金属焼結層２９を形成する錫成分は、主成分をなす銅成分と合金化して銅−錫合金（青銅合金）を形成する。錫成分は、銅−錫合金マトリックスの固溶を強化して、その強度及び硬度などの機械的強度を高め、滑り軸受としての耐荷重性、耐摩耗性及び耐焼付き性を向上させる。錫成分の含有量は、０．５〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％である。錫成分の含有量が０．５質量％未満では、銅−錫合金マトリックスを強化させる効果が乏しく、また、含有量が２０質量％を超えて含有すると銅−錫合金マトリックスが脆くなるという欠点が表れる。
【００２９】
マンガン成分は、主成分をなす銅成分に対し全率固溶体を形成する。マンガン成分は、主として銅−錫合金マトリックスの固溶強化に寄与し、機械的強度及び耐摩耗性の向上に効果を発揮する。このマンガン成分の効果は、その含有量が０．１質量％で銅−錫合金マトリックスを強化する作用及び耐摩耗性を高める作用が表れはじめ、含有量が０．５質量％でこれらの作用が顕著にとなり、３５質量％の含有量までこれらの作用が発揮される。一方、マンガン成分の含有量が１０質量％を超えると、銅−錫合金マトリックスに硬質の銅−錫−マンガン相が析出し、当該硬質相は、黒鉛との共存下において耐摩耗性を向上させる作用を示すが、マンガン成分の含有量が３５質量％を超えると、この硬質相の析出量が多くなりすぎ、黒鉛の含有量を多量にしても耐摩耗性が悪化し、相手材を損傷させる虞がある。したがって、マンガン成分の含有量は、０．１〜３５質量％、好ましくは０．５〜２０質量％である。
【００３０】
黒鉛成分は、銅−錫−マンガン合金マトリックスに分散含有されることにより、滑り軸受としての自己潤滑性を高める効果を発揮し、耐荷重性及び耐摩耗性を一層向上させる。黒鉛成分としては、天然黒鉛及び人造黒鉛の少なくとも一方が使用される。天然黒鉛は、黒鉛自体の自己潤滑性に優れており、また人造黒鉛は、自己潤滑性に加え、多孔質であることから潤滑油の保持体としての役割を果たす。黒鉛成分の含有量は、前記マンガン成分の含有量に基づく銅−錫合金マトリックス中の硬質相の析出割合に応じて決定され、５〜２５質量％、好ましくは１０〜２０質量％である。５質量％未満の含有量では、自己潤滑性を付与し難く、また２５質量％を超えて含有すると、焼結層の機械的強度を低下させる虞がある。
【００３１】
銅成分は、銅系多孔質金属焼結層の主成分をなし、その含有量は、銅系多孔質金属焼結層の全体量から錫成分、マンガン成分及び黒鉛成分を除いた残余の量である。
【００３２】
次に、上記構成からなる滑り軸受としての円筒状巻きブッシュの製造方法について説明する。
【００３３】
金属製の裏金として、厚さ０．５〜２．５ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を準備する。
【００３４】
粒径が７５μｍ以下、好ましくは４５μｍ以下の電解銅粉末と、粒径が７５μｍ以下、好ましくは４５μｍ以下のアトマイズ錫粉末と、粒径が４５μｍ以下のマンガン粉末と、粒径が１５０μｍ以下の天然黒鉛粉末及び人造黒鉛粉末を準備し、錫粉末とマンガン粉末と天然黒鉛及び人造黒鉛粉末のうちの少なくとも一方と銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、２０〜４０分間混合して、錫粉末０．５〜２０質量％とマンガン粉末０．１〜３５質量％と天然黒鉛及び人造黒鉛粉末のうちの少なくとも一方５〜２５質量％と残部銅粉末からなる混合粉末を作製する。
【００３５】
前記冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に前記混合粉末を一様な厚さに散布し、これをアンモニア分解ガス、窒素ガス、窒素・水素混合ガスなどの還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気に調整された加熱炉内で７００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結して該裏金の表面に銅系多孔質焼結層を一体的に被着形成する。ついで、該銅系多孔質焼結層の厚さが０．２〜１．０ｍｍとなるようにロール圧下で圧延した後、再度上記雰囲気に調整された加熱炉内で７００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結し、該銅系多孔質焼結層の相対密度が７０〜９０％を呈する複層焼結摺動板材を作製する。
【００３６】
この複層焼結摺動板材を、銅系多孔質焼結層を内側にして捲回し、所望の寸法を有する円筒状巻きブッシュを作製する。この円筒状巻きブッシュにおいては、必要に応じて切削加工あるいは研削加工等の機械加工を施し、寸法精度を高めた円筒状巻きブッシュとすることもできる。
【００３７】
ついで、この円筒状巻きブッシュに、エステル又はエーテル系冷凍機油あるいは合成炭化水素系冷凍機油の含油処理を施し、該銅系多孔質焼結層に該冷凍機油を含浸した含油円筒状巻きブッシュを作製する。銅系多孔質焼結層に含浸される上記冷凍機油の含油量は、２０〜３０容積％とされる。
【００３８】
このように作製された滑り軸受１３としての含油円筒状巻きブッシュ３１は、前記固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に圧入嵌合され、該含油円筒状巻きブッシュ３１の内周面の銅系含油多孔質焼結層２９で回転軸本体５ａの一端側を回転摺動自在に支持し、また滑り軸受１４としての含油円筒状巻きブッシュ３１は、前記旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所に圧入嵌合され、該含油円筒状巻きブッシュ３１の内周面の銅系含油多孔質焼結層２９で偏心軸５ｂを回転摺動自在に支持する。
【００３９】
次に、滑り軸受１３及び１４としての含油円筒状巻きブッシュ３１と、従来の円筒状巻きブッシュについて、冷凍機油中での摩擦挙動、冷凍機油抜き試験及び耐荷重性について比較試験を行った。
【００４０】
供試体Ｉとして、０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、錫成分１０質量％とマンガン成分１２質量％と黒鉛（人造黒鉛）成分１２質量％と残部銅成分（６６質量％）からなる銅系多孔質焼結層が０．３ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結摺動板材（厚さ１．０ｍｍ）を、該銅系多孔質焼結層を内側にして捲回した円筒状巻きブッシュに冷凍機油として、エーテル系冷凍機油を２０容量％含浸した含油円筒状巻きブッシュを使用した。この含油円筒状巻きブッシュにおいて、銅系多孔質焼結層の相対密度は８５％であった。
【００４１】
供試体ＩＩとして、０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、多孔質青銅合金焼結層が０．２ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結板に四ふっ化エチレン樹脂系組成物が０．１ｍｍの厚さをもって含浸被覆された複層摺動板（厚さ１．０ｍｍ）を、該四ふっ化エチレン樹脂系組成物を内側にして捲回して円筒状巻きブッシュの内周面に機械加工を施し、該内周面に該多孔質青銅合金焼結層が２０％の面積割合で露出した円筒状巻きブッシュを使用した。
【００４２】
＜冷凍機油中での摩擦挙動について＞
＜試験条件＞
【００４３】
上記試験条件による試験により、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、回転数５００ｒｐｍを超え１００００ｒｐｍに至る領域で摩擦係数が０．０２以下という極めて低い値を示したのに対し、供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、回転数５００ｒｐｍの領域で摩擦係数が０．０１〜０．０６と変動し、回転数７０００ｒｐｍの領域において焼付きを生じた。また、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュにおいては、摩耗量が０．００１ｍｍ、相手材摩耗量が０．００１ｍｍを示したのに対し、供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、当該ブッシュ及び相手材ともに表面損傷が大きく、測定できなかった。
【００４４】
＜冷凍機油抜き試験＞
供試体Ｉ及び供試体ＩＩからなる巻きブッシュと冷凍機油との親和性を確認するべく、ジャーナル試験において冷凍機油抜き試験を実施した。
【００４５】
＜試験条件＞
速度 ５．６５ｍ／ｓ（３６００ｒｐｍ）
荷重 ２．９ＭＰａ（１９１４Ｎ）
冷凍機油 エーテル系冷凍機油〔動粘度（４０℃）：６６．６ｍｍ２／ｓ〕
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）高周波焼入れ（硬さＨＲｃ５０）
クリアランス ０．０３ｍｍ
試験方法 油浴中に設置されたジャーナル試験機にそれぞれ供試体Ｉ及び供試体ＩＩか らなる円筒状巻きブッシュと相手材（回転軸）を設置し、油浴中に冷凍機油 が円筒状巻きブッシュと相手材とが半分浸漬された状態で該円筒状巻きブッ シュに荷重を負荷し、相手材が冷凍機油中で回転している状態から油浴中の 冷凍機油を抜き取り、摩擦係数が上昇するまでに要する時間を比較する。
【００４６】
前記含油円筒状巻きブッシュと同様の供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、試験開始から１０分間経過した時点においては摩擦係数が０．０１以下という低い値で推移し、１０分間経過後、冷凍機油が抜かれた状態では摩擦係数は０．０１以下という低い値を示して推移し、試験開始後４０分間（冷凍機油を抜いた状態から３０分経過後）経過時点において摩擦係数が上昇したのに対し、前記円筒状巻きブッシュと同様の供試体ＩＩからなる円筒状巻きブッシュは、試験開始から１０分間経過した時点においては摩擦係数が供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュと同様０．０１以下という低い値で推移し、１０分間経過後、冷凍機油が抜かれた状態では摩擦係数は０．０１以下という低い値を示して推移し、試験開始後２５分間（冷凍機油を抜いた状態から１５分経過後）経過時点において摩擦係数が上昇した。
【００４７】
上記冷凍機油抜き試験ではその試験結果から、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュは、冷凍機油との親和性が良好であることを示している。
【００４８】
＜耐荷重性について＞
スクロール型圧縮機においては、冷媒の影響や長時間の稼働停止により、ドライ（乾燥摩擦）状態を生じることが懸念されるため、ドライ条件における耐荷重性を検証する。
【００４９】
供試体Ｉ ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、錫成分１０質量％とマ
ンガン成分１２質量％と黒鉛（人造黒鉛）成分１２質量％と残部銅成分（
６６質量％）からなる銅系多孔質焼結層が０．３ｍｍの厚さをもって一体
的に被着形成された複層焼結摺動板材（厚さ１．０ｍｍ）を、一辺の長さ
が３０ｍｍの方形状に切断した複層摺動板に冷凍機油として、エーテル系
冷凍機油を含浸した含油複層摺動板を使用した。
供試体ＩＩ ０．７ｍｍの冷間圧延鋼板からなる裏金の表面に、多孔質青銅合金焼結層
が０．２ｍｍの厚さをもって一体的に被着形成された複層焼結板に四ふっ
化エチレン樹脂系組成物が０．１ｍｍの厚さをもって含浸被覆された複層
摺動板（厚さ１．０ｍｍ）を、一辺の長さが３０ｍｍの方形状に切断した
複層摺動板の表面に機械加工を施し、該表面に該多孔質青銅合金焼結層が
２０％の面積割合で露出した複層摺動板を使用した。
【００５０】
＜試験条件＞
速度 １．２ｍ／ｓ
荷重 １０ｍｉｎ毎に荷重を累積負荷
雰囲気 常温（２３℃）大気中
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）調質材からなるスリーブ
運動形態 相手材の端面を複層摺動板の表面に当接させると共に相手材を連続回転運動
させる。
【００５１】
供試体ＩＩからなる複層摺動板は、荷重が７ＭＰａの耐荷重性であったのに対し、供試体Ｉからなる複層摺動板は、荷重が１０ＭＰａの耐荷重性を示した。そして、試験後の供試体Ｉからなる複層摺動板の摩耗量は０．０１９ｍｍ、相手材の摩耗量は０．００２ｍｍであったのに対し、供試体ＩＩからなる複層摺動板の摩耗量は０．０６１ｍｍ、相手材の摩耗量は０．００３ｍｍであった。
【００５２】
以上の試験結果から、供試体Ｉからなる含油円筒状巻きブッシュ及び複層摺動板は、冷凍機油との親和性がよく、油膜の保持性が良好で耐摩耗性が向上し、合成樹脂を含まないので、内径面の加工時の寸法安定性に優れており、ドライ条件において優れた耐荷重性を示す。
【００５３】
以上のように、含油円筒状巻きブッシュを、スクロール型圧縮機１における固定スクロール基部６ｄに設けられていると共に回転軸本体５ａの一端側が挿通されている貫通孔としての筒状ボス部９ａの内面９ｃで規定される円孔に、また旋回スクロール基部７ｅに設けられていると共に偏心軸５ｂが配されている貫通孔又は凹所としての筒状ボス部７ｃの内面７ｄで規定される円形凹所にそれぞれ圧入嵌合されることにより、当該含油円筒状巻きブッシュの潤滑条件が流体潤滑域から混合潤滑域ないし境界潤滑域に移行した際においても低摩擦性、耐摩耗性及び耐荷重性等の軸受特性を維持させることができるばかりでなく、９０００〜１００００ｒｐｍの高速域での使用においても円筒状巻きブッシュに焼付きを生じることなく低摩擦係数で安定した回転を維持することのできるスクロール型圧縮機を提供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ スクロール型圧縮機
２ 密閉容器
３ スクロール型圧縮機構部
４ 電動機
５ 出力回転軸
５ｂ 偏心軸
６ 固定スクロール
６ｂ、７ｂ ラップ
７ 旋回スクロール
１３、１４ 滑り軸受
２８ 裏金
２９ 銅系多孔質金属焼結層
３１ 含油円筒状巻きブッシュ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、出力回転軸を有する電動機と、この電動機の出力回転軸の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部と、電動機の出力回転軸を回転自在に支持する軸支承部と、この軸支承部に供給される潤滑油を溜める貯留部とを備えており、スクロール型圧縮機構部は、密閉容器に固定されていると共に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、密閉容器に対して回転自在に配されていると共に固定スクロールのラップに対して電動機の出力回転軸の回転により公転する渦巻き状のラップを有する旋回スクロールと、固定スクロール及び旋回スクロールのラップ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室とを備えており、駆動により密閉容器外から吸入した冷媒ガスを圧縮室で圧縮して密閉容器内に吐出するようになっており、固定スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に固定されている固定スクロール基部を有しており、旋回スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部を有しており、電動機の出力回転軸は、電動機のロータに固定された回転軸本体と、回転軸本体の一端に連結されていると共に当該回転軸本体の軸心に対して偏心している偏心軸とを有しており、軸支承部は、固定スクロール基部に設けられていると共に回転軸本体の一端側が挿通されている貫通孔と、この貫通孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体の一端側を回転自在に支承する滑り軸受と、旋回スクロール基部に設けられていると共に偏心軸が配されている貫通孔又は凹所と、この貫通孔又は凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸を回転自在に支承する滑り軸受と、密閉容器に固定されている支持フレームと、この支持フレームに設けられていると共に内周面で回転軸本体の他端側を回転自在に支承する軸受とを具備しており、該滑り軸受の夫々は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に形成された黒鉛を含有する銅系含油多孔質焼結層とを備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸の夫々を回転自在に支承する円筒状巻きブッシュからなり、銅系含油多孔質焼結層は、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
銅系含油多孔質焼結層は、相対密度が７０〜９０％である請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
銅系含油多孔質焼結層に含有される黒鉛は、天然黒鉛及び人造黒鉛のうちの少なくとも一方からなる請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
銅系含油多孔質焼結層に含浸される潤滑油は、冷凍機油である請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１】
密閉容器内に、出力回転軸を有する電動機と、この電動機の出力回転軸の回転によって駆動されるスクロール型圧縮機構部と、電動機の出力回転軸を回転自在に支持する軸支承部と、この軸支承部に供給される潤滑油を溜める貯留部とを備えており、スクロール型圧縮機構部は、密閉容器に固定されていると共に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、密閉容器に対して回転自在に配されていると共に固定スクロールのラップに対して電動機の出力回転軸の回転により公転する渦巻き状のラップを有する旋回スクロールと、固定スクロール及び旋回スクロールのラップ同士を互いに噛合させて形成された圧縮室とを備えており、駆動により密閉容器外から吸入した冷媒ガスを圧縮室で圧縮して密閉容器内に吐出するようになっており、固定スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に固定されている固定スクロール基部を有しており、旋回スクロールは、その渦巻き状のラップが一体的に設けられていると共に密閉容器に対して回転自在に配されている旋回スクロール基部を有しており、電動機の出力回転軸は、電動機のロータに固定された回転軸本体と、回転軸本体の一端に連結されていると共に当該回転軸本体の軸心に対して偏心している偏心軸とを有しており、軸支承部は、固定スクロール基部に設けられていると共に回転軸本体の一端側が挿通されている貫通孔と、この貫通孔に嵌合固定されていると共に内周面で回転軸本体の一端側を回転自在に支承する滑り軸受と、旋回スクロール基部に設けられていると共に偏心軸が配されている貫通孔又は凹所と、この貫通孔又は凹所に嵌合固定されていると共に内周面で偏心軸を回転自在に支承する滑り軸受と、密閉容器に固定されている支持フレームと、この支持フレームに設けられていると共に内周面で回転軸本体の他端側を回転自在に支承する軸受とを具備しており、該滑り軸受の夫々は、金属製の裏金と該裏金の表面に一体的に形成された黒鉛を含有する銅系含油多孔質焼結層とを備えていると共に該銅系含油多孔質焼結層において回転軸本体の一端側及び偏心軸の夫々を回転自在に支承する円筒状巻きブッシュからなり、銅系含油多孔質焼結層は、錫５〜２０質量％とマンガン５〜１５質量％と黒鉛５〜２０質量％と残部銅からなることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
銅系含油多孔質焼結層は、相対密度が７０〜９０％である請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
銅系含油多孔質焼結層に含有される黒鉛は、天然黒鉛及び人造黒鉛のうちの少なくとも一方からなる請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
銅系含油多孔質焼結層に含浸される潤滑油は、冷凍機油である請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３７２１１（Ｐ２０１２−２３７２１１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５７０２（Ｐ２０１１−１０５７０２）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
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