JP2005133634A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を損なわず、低粘度オイルが使用可能な高効率冷媒圧縮機を提供することを目的としている。
【解決手段】冷媒圧縮機のシリンダボアー１１３やピストン１１５などの摺動部品の摺動面に、二硫化モリブデンを固着させた混合層１２３を形成することにより、二硫化モリブデンが低い摩擦係数でへき開することで固体潤滑作用を発揮するため異常摩耗の発生を防ぐので信頼性を維持しながら低粘度オイルが使用可能となり、摺動損失を低減して高効率の冷媒圧縮機を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫等に使用される冷媒圧縮機に関するものである。

近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を少なくする高効率の冷媒圧縮機の開発が進められている。

従来の圧縮機としては、摺動部を構成する摺動部材は一方が窒化処理した鉄系材料にリン酸マンガン処理した摺動材料にて形成され、他方の摺動部材は陽極酸化処理したアルミニウムダイキャストにて形成されている（例えば特許文献１参照）。

以下図面を参照しながら上記従来の回転式圧縮機について説明する。

図９は従来技術の密閉型電動冷媒圧縮機の断面図である。密閉容器１は底部にオイル２を貯留するとともに、固定子３、および回転子４からなる電動要素５とこれによって駆動される往復式の圧縮機構６を収容している。

次に圧縮機構６の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト７は回転子４を圧入固定した主軸部８および主軸部８に対し偏心して形成された偏心部９からなり、給油ポンプ１０を設けている。シリンダーブロック１１は略円筒形のボアー１２からなる圧縮室１３を有するとともに主軸部８を軸支する軸受け１４を有している。

ボアー１２に遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して偏心部９との間を連結手段であるコンロッド１７によって連結されている。ボアー１２の端面はバルブプレート１８で封止されている。

ヘッド１９は高圧室を形成し、バルブプレート１８の反ボアー１２側に固定される。サクションチューブ２０は密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。サクションマフラー２１は、バルブプレート１８とヘッド１９に挟持される。

クランクシャフト７の主軸部８と軸受け１４、ピストン１５とボアー１２、ピストンピン１６とコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心部９とコンロッド１７は相互に摺動部を形成する。そして、摺動部を構成する摺動部材は一方が窒化処理した鉄系材料にリン酸マンガン処理した摺動材料にて形成され、他方の摺動部材は陽極酸化処理したアルミニウムダイキャストにて形成されている。

次に以上のような構成における一連の動作について説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に供給され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４はクランクシャフト７を回転させ、偏心部９の偏心運動が連結手段のコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５を駆動することでピストン１５はボアー１２内を往復運動し、サクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた前記冷媒ガスはサクションマフラー２１から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。

オイル２はクランクシャフト７の回転に伴い、給油ポンプ１０から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１５とボアー１２の間においてはシールを司る。
特開平６−１１７３７１号公報

しかしながら、従来の摺動材料の仕様では、粘性抵抗を下げるため、オイル２の粘度を低くすると、摺動部同士の固体接触が増え、摺動部に硬度が低いリン酸マンガン処理を用いていることから、異常摩耗が発生する可能性があった。

加えて、従来の摺動材料の仕様では、オイル２の粘度を低くすると摺動部でのオイル２の保持性が悪くなり、冷媒圧縮機の停止時にオイル２が摺動部から流出してしまい、再起動時、摺動部に油膜が発生しない状態で運転を開始してしまい、異常摩耗のきっかけになりやすいという問題が有った。

さらに、ピストン１５とボアー１２間ではオイル２の粘度を低くすると圧縮した高圧の冷媒ガスがオイル２を吹き飛ばし、シール性が低下して冷媒ガスの漏れが増加し、ピストン１５とボアー１２の隙間からの冷媒ガスの漏れ量が大幅に増加することにより、かえって効率が低下することがあった。

本発明は、従来の問題を解決するもので、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内にオイルを貯留するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を収容し、前記圧縮機構を構成する金属材料からなる摺動部品の摺動面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層を形成するとともに、前記オイルはＶＧ１０未満ＶＧ１以上の粘度としたものであり、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の組織が稠密六方晶であることから、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）が低い摩擦係数でへき開することで固体潤滑作用を発揮することにより、異常摩耗の発生を防ぐという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてさらに二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層の摺動部表面に微細くぼみをほぼ均一に形成したものであり、摺動部表面のくぼみにオイルが溜まり、摺動面にオイルを保持できるとともに摺動時に摺動部間の隙間が微小に変化することにより摺動部間に動圧が発生して油膜が保持されやすく、固体接触の頻度が少なくなるとともに、シール部においてはシール性を向上させるという作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、微細くぼみの大きさを直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍとしたものであり、摺動部間の動圧が均一化されることで隙間が一定となり、さらに、微細くぼみの体積が小さいことにより、微細くぼみ部での体積変動が小さくなり、冷媒を含んだオイルが微細くぼみに供給される際に発生する隙間部での圧力低下が少なく、オイル中での発泡現象が抑えられ油膜が破断しにくいという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、冷媒がＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらの混合物でオイルがアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物としたものであり、オイルに溶け込みやすく、オイルの粘度を低下させやすい冷媒との組合せにおいても、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の持つ固体潤滑作用により摺動部の異常摩耗の発生を防ぐという作用を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記圧縮機構が往復式の圧縮機構であり、前記摺動部品がクランクシャフト、軸受け、ピストン、シリンダー、ピストンピンの少なくともいずれかひとつとしたものであり、往復式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用を得られるものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機構が回転式の圧縮機構であり、前記摺動部品がシャフト、軸受け、ローリングピストンの少なくともいずれかひとつとしたものであり、回転式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用を得られるものである。

以上説明したように請求項１に記載の発明は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）が固体潤滑作用を発揮することにより、異常摩耗の発生を防ぐことで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明は、摺動部表面のくぼみにオイルが溜まり、摺動部間に動圧が発生して油膜が保持されやすく、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、請求項３に記載の発明は、微細くぼみ部での体積変動が小さくなり、オイル中での発泡現象が抑えられ油膜が破断しにくく、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、請求項４に記載の発明は、オイルの粘度を低下させやすい冷媒との組合せにおいても、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の持つ固体潤滑作用により摺動部の異常摩耗の発生を防ぐことで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、請求項５に記載の発明は、往復式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用が得れることで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、請求項６に記載の発明は、回転式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用を得られることで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内にオイルを貯留するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を収容し、前記圧縮機構を構成する金属材料からなる摺動部品の摺動面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層を形成するとともに、前記オイルはＶＧ１０未満ＶＧ１以上の粘度としたものであり、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の組織が稠密六方晶であることから、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）が低い摩擦係数でへき開することで固体潤滑作用を発揮することにより異常摩耗の発生を防ぐことで、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてさらに二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層の摺動部表面に微細くぼみをほぼ均一に形成したものであり、摺動部表面のくぼみにオイルが溜まり、摺動面にオイルを保持できるとともに摺動時に摺動部間の隙間が微小に変化することにより摺動部間に動圧が発生して油膜が保持されやすく、固体接触の頻度が少なくなるとともに、シール部においてはシール性を向上させることで、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、微細くぼみの大きさを直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍとしたものであり、摺動部間の動圧が均一化されることで隙間が一定となり、さらに、微細くぼみの体積が小さいことにより、微細くぼみ部での体積変動が小さくなり、冷媒を含んだオイルが微細くぼみに供給される際に発生する隙間部での圧力低下が少なく、オイル中での発泡現象が抑えられ油膜が破断しにくいことで、低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、冷媒がＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらの混合物でオイルがアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物としたものであり、オイルに溶け込みやすく、オイルの粘度を低下させやすい冷媒との組合せにおいても、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の持つ固体潤滑作用により摺動部の異常摩耗の発生を防ぐことで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記圧縮機構が往復式の圧縮機構であり、前記摺動部品がクランクシャフト、軸受け、ピストン、シリンダー、ピストンピンの少なくともいずれかひとつとしたものであり、往復式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用が得れることで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機構が回転式の圧縮機構であり、前記摺動部品がシャフト、軸受け、ローリングピストンの少なくともいずれかひとつとしたものであり、回転式の圧縮機構において各摺動部で請求項１から請求項４の作用を得られることで低粘度オイルを用いながら信頼性が高く、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

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１による、冷媒圧縮機の断面図である。図２は、同実施の形態のＡ部拡大図である。図３は、同実施の形態における摺動時のオイルの流れを示した図である。図４は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させて形成した混合層とリン酸マンガン層との摩擦係数の特性図である。図５は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させて形成した混合層とリン酸マンガン層とをほどこしたコンプレッサーにおける冷凍能力の特性図である。図６は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させて形成した混合層とリン酸マンガン層とをほどこしたコンプレッサーにおける効率の特性図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内にはＲ６００ａからなる冷媒ガス１０２を充填するとともに、底部には鉱油からなりＶＧ１０未満ＶＧ１以上の粘度のオイル１０３を貯留し、固定子１０４、および回転子１０５からなる電動要素１０６とこれによって駆動される往復式の圧縮機構１０７を収容している。

次に圧縮機構１０７の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト１０８は回転子１０５を圧入固定した主軸部１０９および主軸部１０９に対し偏心して形成された偏心部１１０からなり、下端にはオイル１０３に連通する給油ポンプ１１１を設けている。鋳鉄からなるシリンダーブロック１１２は略円筒形のボアー１１３と主軸部１０９を軸支する軸受け１１４を形成している。

ボアー１１３に遊嵌されたピストン１１５は鉄系の材料からなり、ボアー１１３と共に圧縮室１１６を形成し、ピストンピン１１７を介して連結手段であるコンロッド１１８によって偏心部１１０と連結されている。ボアー１１３の端面はバルブプレート１１９で封止されている。

ヘッド１２０は高圧室を形成し、バルブプレート１１９の反ボアー１１３側に固定される。サクションチューブ１２１は密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス１０２を密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１２２は、バルブプレート１１９とヘッド１２０に挟持される。

主軸部１０９と軸受け１１４、ピストン１１５とボアー１１３、ピストンピン１１７とコンロッド１１８、偏心部１１０とコンロッド１１８は相互に摺動部を形成する。

そして上記摺動部表面は、母材である鉄系材料の表面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３を形成している。そして更に、表面に直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍの大きさの微細くぼみ１２４をほぼ均一に形成している。

一般に、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を摺動部表面に形成する方法としてはイミド基等の熱硬化性の機能をもつ樹脂をバインダーとして用い、ジメチルアセトアミド等の溶剤に上記バインダー溶け込ませた溶液に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の粒子いれた溶液を摺動部表面に塗布した後、数百度で焼き付ける方法等がある。

本実施の形態においては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３を表面に形成する方法として、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の粒をある速度以上で摺動部品の母材である鉄（Ｆｅ）系ならびにアルミニウム系（Ａｌ）等の金属の摺動面に衝突させる方法を用い、衝突の際に生じる熱エネルギーにより二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の一部が母材に溶け込み金属結合することにより固着させた混合層１２３ならびに衝突の際に衝撃力により微細くぼみ１２４を同時に形成している。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させ、偏心部１１０の偏心運動が連結手段のコンロッド１１８からピストンピン１１７を介してピストン１１５を駆動することでピストン１１５はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ１２１を通して密閉容器１０１内に導かれた前記冷媒ガス１０２はサクションマフラー１２２から吸入され、圧縮室１１６内で連続して圧縮される。

オイル１０３はクランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１１５とボアー１１３の間においてはシールを司る。

ここで主軸部１０９と軸受け１１４、ピストン１１５とボアー１１３、ピストンピン１１７とコンロッド１１８、偏心部１１０とコンロッド１１８の各摺動部材間に形成された各摺動部における動作について説明する。

上記各摺動部間においてはオイル１０３の粘度がＶＧ１０未満ＶＧ１以上と低いため、摺動部品同士が固体接触を起こしやすく、さらには冷媒がＲ６００ａであることからオイル１０３に溶け込みやすく、オイル１０３の粘度は低下することで、さらに固体接触を起こしやすくなる。特に摺動部がピストン１１５とボアー１１３、ピストンピン１１７とコンロッド１１８である場合、１圧縮工程当たり２回、相互摺動速度が０ｍ／ｓとなるため、油圧がゼロとなり、固体接触が生じる。

しかしながら、ピストン１１５の表面層に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３を形成することから二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の持つ固体潤滑作用により異常摩耗を防ぐとともに、摩擦係数が低下して摺動損失が低下する。

加えて図３に示すように、摺動部が摺動する際に生じる油膜を発生させるオイル１０３の流れが微細くぼみ１２４の中でうず流を形成し易くなり、その結果油圧が発生することで固体接触を防止し、耐摩耗性が向上する。

ここで、図４を用いて本実施の形態による二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）とリン酸マンガン層とにおけるオイル粘度を変えた際の摩擦係数について説明する。

図４において本実施の形態による二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）は鉄（Ｆｅ）系材料に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３の表面に直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍの大きさの微細くぼみ１２４をほぼ均一に形成したものである。この測定は、ＨＦＣ１３４ａ冷媒の雰囲気圧力０．４ＭＰａのもと、ＶＧ４からＶＧ２２のエステルオイル、ＶＧ１相当のエタノールを使用し、摺動速度を１．０ｍ／ｓ、面圧：０．５ＭＰａという条件において試験した結果である。

この結果からはリン酸マンガン層はオイル粘度をＶＧ１０未満にすると摩擦係数が上昇するが、鉄（Ｆｅ）系材料に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３はＶＧ１までオイル粘度を低下させても摩擦係数の上昇は認められず、リン酸マンガン処理に比べ摩擦係数が低下していることがわかる。

これは、混合層１２３を形成している二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の分子の大きさが約６×１０^-4μｍであることから、鉄（Ｆｅ）系材料、アルミニウム（Ａｌ）等の相手材に接触した場合、低い摩擦係数でへき開することにより、固体接触が生じている摺動部の摩擦係数が低下し、さらに鉄（Ｆｅ）系材料に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３に直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍの大きさの微細くぼみ１２４を均一に設けることにより、形成されるくさび形油膜の油圧が増加することで、固体接触部にかかる荷重が低減され摩擦係数が低下したことによると考えられる。

さらに発明者らは、オイル粘度をパラメータに、往復式冷媒圧縮機の冷凍能力並びに冷媒圧縮機の成績係数（ＣＯＰ）の変化を測定した。

図５および６は鉄（Ｆｅ）系材料のピストン１１５に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３に直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍの大きさの微細くぼみ１２４を均一に設け、Ｒ６００ａ冷媒とＶＧ５とＶＧ１０の鉱油を用い、凝縮温度／蒸発温度：５４．４℃／−２３．３℃、吸入ガス、膨張弁前温度：３２．２℃の条件にて測定しその結果をリン酸マンガン処理と比較したものである。

この結果からは図５において、リン酸マンガン処理がオイル１０３の粘度をＶＧ１０からＶＧ５に低下させた際大きく冷凍能力が低下しているのに較べ、本実施の形態では冷凍能力の低下が極めて少ないことが分かる。

このことは、ピストン１１５がボアー１１３内を往復運動して冷媒ガス１０２を圧縮する際、オイル１０３の粘度が非常に低いため、シール性が低下し、圧縮室１１６で圧縮された冷媒ガス１０２がピストン１１５とボアー１１３の隙間から密閉容器１０１内に漏出し冷凍能力が低下し易いにもかかわらず、ピストン１１５に設けた微細くぼみ１２４により、くさび形油膜形成され、ピストン１１５とボアー１１３の隙間から漏出する冷媒ガスの量が低減されたことによると推定できる。

すなわち、ピストン１１５とボアー１１３の隙間の前記漏出した冷媒ガス１０２が微細くぼみ１２４に達すると、微細くぼみ１２４においてピストン１１５とボアー１１３の隙間の体積が増加することからラビリンスシールと同様の作用が生じ、漏出した冷媒ガス１０２の流速は急速に低下することで冷媒ガス１０２の漏れ量が減少し、その結果冷媒圧縮機の冷凍能力の低下を極めて少さく抑えることができたものと考える。

同様に図６においてはリン酸マンガン処理に較べて圧縮機の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）が上昇しているが、これは図５に示したとおり、冷媒圧縮機の冷凍能力の低下を極めて小さく抑えることができたことによる体積効率の維持に加えて、図４に示したように摺動部における摩擦係数の上昇が無いことでの入力の低減、またＶＧ１０からＶＧ５へのオイル粘度の低下に伴う粘性抵抗の低減が冷媒圧縮機の入力の低減に大きく寄与した結果であると考えられる。

以上、本実施の形態においては一定速度の圧縮機についてのべたが、インバーター化に伴い冷媒圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを切るような超低速運転に於いてはさらにオイル１０３の低粘度化における課題が大きくなり、本発明の効果が顕著になることはいうまでもない。

また、今回Ｒ６００ａと鉱油の組合せを例に挙げて説明をしたが、使用する冷媒を同じハイドロカーボン系冷媒であるＲ２９０した場合においても、また、使用するオイル１０３をアルキルベンゼン、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール等のオイル１０３にした場合においてもオイル１０３中に冷媒が溶け込み更に粘度を低下させることから同様の効果が得られる。

なお本実施の形態においては摺動部の双方に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層１２３を設けたが、摺動部のいずれか一方に施してもよく、同様の作用効果が得られる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２による、冷媒圧縮機の断面図である。図８は、同実施の形態のＢ部拡大図である。

図７、図８において、密閉容器２０１には固定子２０２と回転子２０３からなる電動要素２０４と、電動要素２０４によって駆動されるローリングピストン型の圧縮機構２０５が収納されており，ＶＧ１０未満ＶＧ１以上の粘度のオイル２０６とＲ６００ａからなる冷媒ガス（図示せず）が封入されている。

圧縮機構２０５は偏心部２０７、主軸部２０８、副軸部２０９を有するシャフト２１０と、圧縮室２１１を形成するシリンダー２１２と、シリンダー２１２の両端面を封止するとともに各々主軸部２０８と副軸部２０９を軸支する主軸受２１３と副軸受２１４と、偏心部２０７に遊嵌され圧縮室２１１内を転動するローリングピストン２１５と、ローリングピストン２１５に挿圧され、圧縮室２１１を高圧側と低圧側に仕切る板状のベーン２１６とを備えており、主軸部２０８には回転子２０３が固定されている。偏心部２０７とローリングピストン２１５、主軸部２０８と主軸受２１３、副軸部２０９と副軸受２１４は相互に摺動部を形成する。

副軸受２１４に固定されたオイルポンプ２１７は一端がオイル２０６に、他端が記各摺動部に連通している。

そして上記各摺動部の表面は、母材である鉄系材料の表面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層２１８を形成し、表面に直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍの大きさの微細くぼみ２１９をほぼ均一に形成している。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素２０４に供給され回転子２０３を回転させることでシャフト２１０は回転し、偏心部２０７に遊嵌されたローリングピストン２１５が圧縮室２１１内を転動し、ベーン２１６が圧縮室２１１を高圧側と低圧側に仕切ることで、冷媒ガスは圧縮室２１１内で連続して圧縮される。

また、シャフト２１０の回転に伴ってオイルポンプ２１７はオイル２０６を連続的に、上記各摺動部へ給油する。そして微細くぼみ２１９をほぼ均一に形成することにより各摺動部の隙間にオイル２０６が引き込まれ、くさび形油膜が形成される。

ここで、ローリングピストン型の冷媒圧縮機はローリングピストン２１５が偏心部２０７に回転自在に遊嵌されていることから、ローリングピストン２１５と偏心部２０７間の相対速度は主軸部２０８と主軸受２１３、副軸部２０９と副軸受２１４間の相対速度に比較して小さくなる。このことは軸受半径Ｒと半径すきまＣと速度Ｎとオイル粘度μと面圧Ｐから求められるジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓ（数１）が小さくなることであり、摺動潤滑上固体接触が発生しやすい不利な条件である。
Ｓ＝μ×Ｎ／Ｐ×（Ｒ／Ｃ）² …（数１）
しかしながら偏心部２０７の摺動部表面を二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層２１８とすることにより、固体接触が発生しても二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の組織が稠密六方晶で、分子の大きさが約６×１０^-4μｍと小さくことから低い摩擦係数でへき開することにより、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下する。

さらにローリングピストン型の冷媒圧縮機は一般に密閉容器２０１内が凝縮圧力となるため、内圧が高く、オイル２０６の冷媒が溶け込みやすい。このことはオイル２０６の粘度を低下させることであり、上述したジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓ（数１）が小さくなることであり、摺動潤滑上不利な条件である。

しかしながら、微細くぼみ２１９が微細であることから冷媒が溶け込んだオイル２０６が微細くぼみ２１９内に供給されてもくぼみでの体積変化が小さく雰囲気圧力の低下が少なくなり、圧縮された冷媒ガスの圧力が高圧のまま保たれることから、オイル２０６中に溶け込み可能な冷媒量の低下が抑えられ、オイル２０６中の冷媒の発泡現象が少なくなり、発泡により摺動部に形成された油膜の破断により生じる固体接触の発生が減少し、摩擦係数の上昇が防止できる。

さらに、インバーター等により摺動速度を変化させた場合、特に２０Ｈｚを切るような低速運転に於いて大きな効果が得られることは容易に推定できる。

また、今回Ｒ６００ａと鉱油の組合せを例に挙げて説明をしたが、使用する冷媒を同じハイドロカーボン系冷媒であるＲ２９０した場合においても、また、使用するオイル２０６をアルキルベンゼン、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール等のオイル２０６にした場合においてもオイル２０６中に冷媒が溶け込み更に粘度を低下させることから同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる冷媒圧縮機は、信頼性が高く、高い効率を備えた圧縮機を提供することが可能となるので、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１の冷媒圧縮機の断面図 図１におけるＡ部拡大図 本発明の実施の形態１における摺動時のオイルの流れを示した図 本発明の実施の形態１における摩擦係数の特性図 本発明の実施の形態１における冷凍能力の特性図 本発明の実施の形態１における効率の特性図 本発明の実施の形態２の冷媒圧縮機の断面図 図８におけるＢ部拡大図 従来の冷媒圧縮機の断面図

符号の説明

１０１，２０１ 密閉容器
１０２ 冷媒ガス
１０３，２０６ オイル
１０７，２０５ 圧縮機構
１０８ クランクシャフト
１１３ ボアー
１１４ 軸受け
１１５ ピストン
１１６ ピストンピン
１２３，２１８ 混合層
１２４，２１９ 微細くぼみ
２１０ シャフト
２１３ 主軸受
２１４ 副軸受
２１５ ローリングピストン

Claims (6)

1. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を収容し、前記圧縮機構を構成する金属材料からなる摺動部品の摺動面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を固着させた混合層を形成するとともに、前記オイルはＶＧ１０未満ＶＧ１以上の粘度とした冷媒圧縮機。
2. 混合層の摺動部表面に微細くぼみをほぼ均一に形成した請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 微細くぼみの大きさを直径２μｍ〜５０μｍ、深さを０．５μｍ〜１０μｍとする請求項１または請求項２に記載の冷媒圧縮機。
4. 冷媒がＲ６００ａ、Ｒ２９０のいずれかひとつ、またはこれらの混合物でオイルがアルキルベンゼン、鉱油、エステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合物である請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記圧縮機構が往復式の圧縮機構であり、前記摺動部品がクランクシャフト、軸受け、ピストン、ボアー、ピストンピンの少なくともいずれかひとつである請求項１から４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記圧縮機構が回転式の圧縮機構であり、前記摺動部品がシャフト、主軸受、副軸受、ローリングピストンの少なくともいずれかひとつである請求項１から４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。

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