Rotary compressor weakened the sensitivity to lubrication

【発明の詳細な説明】 背景技術 固定ベーンもしくはローリングピストン式のコンプレッサにおいては、ベーンは、ローラもしくはピストンに接触するように付勢されている。 上記ローラもしくはピストンは、クランクシャフトの偏心部によって動かされ、かつシリンダと線接触しつつ該シリンダに沿って移動する。 これにより、ピストンとシリンダとは共働し、
三日月形の空間を形成する。 この空間は、クランクシャフトの軸を中心に回転し、かつピストンと共働するベーンによって、吸入室と圧縮室とに区画される。 縦型の高圧側コンプレッサにおいては、オイル吸い上げチューブが油溜め内に延びており、かつクランクシャフトとともに回転する。 これにより、オイルが、潤滑の必要な箇所に分配される。 非CFCもしくはHCFCでの運転の場合、例えば、HCFCのような場合に、潤滑が不十分となることがある。 不十分な潤滑に対して敏感な領域は、ベーンとピストンとの間の線接触の部分であり、過度の摩耗を招きやすい。

一つあるいは複数のモノカルボン酸からなるポリオルエステル油（POE）等のエステル油のような合成オイルが、新しい冷媒とともに使用されると、鉱物油の場合よりもはるかに早期に冷媒の溶解が生じ、その結果、過渡時に、十分な油圧を維持することが一層困難となる。 PO
E油の特性は、これが一層イオン化していることから、
鉱物油と同様に、アルミニウムやすずのようなよりイオン化した金属の表面を“湿らせる”ことがない、ということである。 この結果、よりイオン化した金属に対して、ポンプからオイルの流れ、つまりPOE油を絶えず供給する必要があり、ポンプは油膜の途切れるのが最小限となるように補給しなければならない。

従って、HFCの適用に対しては、適当なオイルを制限することが、非常に望ましい。 オイルの流動学的作用に対応して、PV指数が相対的に低いことが、POE油の不足の主要な要因であると推測されている。 従って、油膜が欠損したときに、潤滑能力の破局的な崩壊が起こり、現在のPOE油を冷凍コンプレッサ環境に使用することを伴う固有の問題を提示する。 本質的に、POE油のような合成オイルは、伝統的な潤滑剤を用いた装置に比較して、
しばしば寿命を縮め、摩耗割合を増加させる。

発明の概要 潤滑の不足もしくは欠落の一つの特徴は、接触している部材間の摩耗である。 本発明は、潤滑の不足もしくは欠落による作用を最小限にするものである。 これは、関係する部材間の摩擦係数を低減すること、並びに、一つもしくは複数の部材の耐摩耗性を高めること、によって達成される。 固定ベーンもしくはローリングピストン式のコンプレッサにおいて、ダイヤモンド状炭素（DLC）
コーティングが、局部的な温度を抑制しつつ、ベーンとロータとの間の摩擦係数を劇的に減少させることが見いだされた。 これにより、摩耗特性を悪化させようとする苛酷な条件の発生が減少する。 本発明は、潤滑の悪化による破局的な作用を遅らせるが、摩耗および破損は結局は起こり得る。 これは伝統的な潤滑剤を用いた伝統的な装置にも当てはまる。 本質的に、本発明によれば、合成潤滑剤に関連した短い寿命ではなく、伝統的な潤滑剤の使用に対応した実用的な寿命が与えられる。 特に、低PV
指数が、適度な粗さでの接触を許容し、従って、摩耗に生じるが、非常に低い割合となる。

DLCコーティングが不十分な潤滑条件下における摩耗を抑制するのであるが、その存在によって、加工公差内に高精度に加工された部材の寸法が変化することがある。 例えば、ローリングピストン式コンプレッサにおけるベーンは、吸入室と圧縮室との間の溝の中に配置されており、従って、潜在的な漏れ流路となっている。 ベーンは、単一シリンダ型装置においてはモータエンドベアリングとポンプエンドベアリングとに対し、２シリンダ型装置においてはベアリングとセパレータプレートとに対し、シールされた状態で可動接触している。 ベーンの先端は、可動ピストンに対しシール接触している。

本発明の一つの目的は、境界潤滑もしくは潤滑の破壊による摩耗を最小化もしくは除去することにある。

また本発明の他の目的は、可動部材間の摩擦係数の低減により騒音特性および性能を改善することにある。 これらの目的および後述する他の目的は、本発明によって達成される。

基本的に、通常はPOE油のような合成オイルによって潤滑され、かつ局部的な摩耗を生じるHFC冷凍コンプレッサの一部分が、DLCコーティングによって被覆され、
不十分な潤滑に対する敏感度および摩耗が低減する。

図面の簡単な説明 本発明の十分な理解のために、後述する本発明の詳細な説明が添付図面とともに参照される。

図１は、本発明に係るコンプレッサの部分断面図である。

図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。

図３は、図１のベーンの拡大水平断面図である。

図４は、図１のベーンの拡大垂直断面図である。

好ましい実施例の説明 図１および図２において、符号10は、縦型高圧側ローリングピストンコンプレッサの全体を示している。 符号
12は、シェルつまりケーシング全体を示している。 吸込チューブ16がシェル12に対しシールされているとともに、冷凍システムの吸入側アキュムレータ（図示せず）
と吸入室Ｓとの間を連通している。 吸入室Ｓは、シリンダ20のボア20−１と、ピストン22と、ポンプエンドベアリング24と、モータエンドベアリング28と、ベーン30
と、によって画成されている。

偏心シャフト40は、ポンプエンドベアリング24のボア
24−１内に受容かつ支持された部分40−１と、ピストン
22のボア22−１内に受容された偏心部40−２と、モータエンドベアリング28のボア28−１に受容かつ支持された部分40−３と、を備えている。 オイル吸い上げチューブ
34が、部分40−１の孔から油溜め36内へ延びている。 ステータ42は、焼きばめ、溶接あるいは他の適宜な手段によりシェル12に固定されている。 ロータ44は、焼きばめ等によりシャフト40に適宜に固定されており、かつステータ42のボア42−１内に位置し、該ステータ42とともにモータを構成している。 ベーン30は、ベーン溝20−２内に配置され、かつスプリング31によってピストン22に接触するように付勢されている。 このようにコンプレッサ
10自体は、通常のものである。

本発明においては、ベーン30、特に、ピストン22と接触するベーン30の先端部つまりノーズ部に、DLCコーティングを付加している。 このDLCコーティングは、アセチレンのような炭素ガスがグロー放電によってイオン化されるDCマグネトロンスパッタリングと呼ばれる物理的な蒸気被覆方法によって形成されている。 この方法では、炭素および炭化タングステンの微小層が積層したものとなり、硬い層と潤滑性の層とが交互に生じる。 この層状コーティング全体の厚さは、0.5〜5.0μｍの範囲に達し、好ましい厚さは公称で2.0μｍである。 このコーティングは、潤滑性を与えつつ、非常に硬いものとなり、ベーン先端部もしくはノーズ部のような摩擦面に設けた場合に、接触部材の摩耗特性を大きく改善する。 DL
Cコーティングの好ましい実施例としては、その微細構造が、複数の２層構造体からなるものが挙げられ、上記２層構造体は、主要成分が無定形炭素からなる潤滑性の相と、炭素と遷移金属との無定形の組み合わせ材（asse
mblage）からなる耐摩耗性の硬質の相と、からなる。 タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Zr）、ニオブ（Nb）、およびモリブデン（Mo）を含む種々の遷移金属を用いることができ、好ましい実施例としては、タングステン（Ｗ）の混合物である。 組成が調整された２層構造体の各要素の厚さは、コーティングの破損しやすいという性質を抑制すべく、コーティング内に内在する、あるいは成長する応力の大きさを減少させる上で、重要である。 ２層構造体の厚さは、１〜20nmであり、好ましい実施例は、５〜10nmの範囲である。 部３
および図４は、ベーン30の断面図であり、ベーン30の先端部のDLCコーティング100を誇張して示してある。 コーティング100は、ベーン30の先端部に隣接した側部の上に限定された範囲で延びたオーバラップ部100−１を有している。 ベーン溝20−２に関しては、ベーン30全体がベーン溝20−２内に引き込まれたときにのみ、オーバラップ部100−１は、ベーン30のストロークの一部分においてベーン溝20−２に接触しようとする。 この限定された潜在的な干渉は、圧縮室Ｃ内の流体圧がベーン30を吸入室Ｓ側に付勢するので、ベーン溝20−２の吸入側の面取りを大きくすることによって処理することができる。
モータエンドベアリング28およびポンプエンドベアリング24にそれぞれ接触するベーン30上面および底面のオーバラップ部100−２は、最も問題であるが、これらの領域におけるオーバラップ部を最小限にすることは可能である。 代わりに、ベーン30の全体をコーティングすることもできるが、高精度に加工された部分の寸法が変わってしまうこと、またコストが大幅に上昇するという、２
つの問題が生じる。

運転中には、ロータ44および偏心シャフト40は、一体となって回転し、偏心部40−２がピストン22を動かす。
潤滑油は、油溜め36からオイル吸い上げチューブ34を通してボア40−４に吸い上げられる。 このボア40−４は、
シャフト40の回転軸に対し傾斜しており、遠心ポンプとして機能する。 このポンプ作用は、シャフト40の回転速度に依存する。 図２に示されるように、ボア40−４から供給されるオイルは、部分40−１、偏心部40−２および部分40−３に半径方向に形成された一連の流路（例として偏心部40−２における孔40−５を示す）を流れることができ、ベアリング24、ピストン22およびベアリング28
を、それぞれ潤滑する。 余剰のオイルは、ボア40−４から流れ出て、ロータ44およびステータ42を下方へ通過し、油溜め36へ向かい、あるいはロータ44とステータ42
との間の環状間隙を流れるガスによって運ばれ、油溜め
36へ排出される前に、カバー12−１の内側に集められる。 ピストン22は、ベーン30と通常の方法で共働し、ガスが吸込側チューブ16を通して吸入室Ｓへ吸入される。
吸入室Ｓ内でガスは圧縮され、かつ吐出弁（図示せず）
を介してマフラ32内部へ吐出される。 圧縮されたガスは、マフラ32を通してシェル12の内部に流れ、かつ回転するロータ44とステータ42との間の環状間隙を介して流れ、さらに吐出ライン60を通して冷凍システム（図示せず）へと流れる。

上記の動作の説明では、ベーン30は、単に、冷媒中に混入した潤滑剤によって、偏心部40−２等へ供給され戻り流路でボア20−１に達した潤滑剤によって、さらにはベーン30とベーン溝20−２との間から漏洩した潤滑剤によって、潤滑される。 この欠陥は、共に譲渡された1995
年７月５日出願の米国特許出願第498,339号において取り上げられていた。 上記の出願は、1993年４月27日出願の米国特許出願第052,971号の継続出願であり、現在は放棄されている。 このものでは、油溜め36に作用する圧力がより高圧であることから、ライン50がピストン22によって覆われないときに該ライン50により圧縮室Ｃ内へオイルを噴射するようにしている。 これは、必要ならば
POE油を供給するものとなっているが、本発明のように、POE油のような合成潤滑剤が冷凍コンプレッサに用いられた場合の本質的な欠点を考慮したものではない。

本発明を縦型ローリングピストン式コンプレッサに関して図示し、かつ説明したが、当業者において他の変更を加えることも可能である。 例えば、本発明を横型コンプレッサにも適用でき、潤滑の不足による局部的な摩耗が生じる他の形式のコンプレッサにも同様に適用できる。 同様に、モータを可変速モータとするこもできる。
従って、本発明は、添付した特許請求の範囲のみによって限定されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーテル，マーティン エム. アメリカ合衆国，ニューヨーク 13027, ボールドウィンスヴィル，ヴィリッジ ブールヴァード サウス 217 (56)参考文献 特開 平７−133194（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264188（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−15793（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−47489（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁶ ，ＤＢ名) F04C 18/356 F04C 29/00