JP2021073404A - 密閉型冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍・冷蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より粘度の低い潤滑油を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を提供する。【解決手段】密閉型冷媒圧縮機は、密閉容器内に、４０℃での動粘度が１〜９ｍｍ2／Ｓであって、硫黄または硫黄を有する化合物を摺動性改質剤として含有する潤滑油を貯留する。圧縮要素は、軸部として主軸１０９および偏心軸１１０を有するクランクシャフト１０８を備える。軸部の摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、軸部の摺動面が複数の面に分割される場合には、摺動面の最少の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、単一摺動長さＬと軸部の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー等に使用される密閉型の冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍・冷蔵装置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密閉型冷媒圧縮機の開発が進められている。例えば、高効率化を図るために、密閉型冷媒圧縮機が備える摺動部材において、その摺動面に種々の被膜を形成するとともに、より低粘度の潤滑油を用いることが提案されている。

密閉型冷媒圧縮機は、密閉容器内に潤滑油が貯留されるとともに、電動要素および圧縮要素が収容されている。圧縮要素は、摺動部材として、例えば、クランクシャフト、ピストン、連結手段のコンロッド等を備えており、クランクシャフトの主軸および主軸受、ピストンおよびボアー、ピストンピンおよびコンロッド、クランクシャフトの偏心軸およびコンロッド等は、いずれも互いに摺動部を形成している。

例えば、特許文献１には、低粘度の潤滑油を用いた往復圧縮機（密閉型冷媒圧縮機）において、摺動部材のうちピストンおよびコンロッドを鉄系焼結材とした上で、これらにスチーム処理を施すとともに、ピストンの表面については切削によりスチーム層を除去し、コンロッドはスチーム処理後に窒化処理を施す構成が開示されている。この構成の往復圧縮機で用いられる潤滑油としては、その粘度が、４０℃の動粘度で３ｍｍ² ／Ｓ〜１０ｍｍ² ／Ｓの範囲内のものが挙げられている。

潤滑油が低粘度であると油膜が形成されにくくなるが、特許文献１に開示される密閉型冷媒圧縮機では、摺動部を構成する摺動部材の表面に対して特殊な処理を施している。これにより低粘度の潤滑油を用いても、ピストンおよびコンロッドにおける摩耗または焼付きの防止を図っている。

特許２０１１−０２１５３０号公報

ところで、密閉型冷媒圧縮機が備えるクランクシャフトは、電動要素により駆動される圧縮要素の軸部を構成しており、この軸部は軸受部により回転可能に軸支されている。ここで、軸部および軸受部（軸支部位）の摺動面積を低下させることで、さらなる高効率化を図ることが可能であるものの、摺動面積の低下は、耐摩耗性を低下させる。

前述した特許文献１に開示される往復圧縮機（密閉型冷媒圧縮機）では、４０℃の動粘度で３ｍｍ² ／Ｓ〜１０ｍｍ² ／Ｓの範囲内という低粘度の潤滑油を用いているが、耐摩耗性を向上させる対象は、ピストンおよびコンロッドであり、クランクシャフトのように軸受部による軸支がなされる構成でなく、クランクシャフトのように高効率化のために軸支部位の摺動面積を低下させるようなことはない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、より粘度の低い潤滑油を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る密閉型冷媒圧縮機は、前記の課題を解決するために、密閉容器内に、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの潤滑油を貯留するとともに、電動要素および当該電動要素により駆動され冷媒を圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、軸部として、主軸および偏心軸を備えるクランクシャフトと、前記軸部を軸支する軸受部として、主軸を軸支する主軸受および前記偏心軸を軸支する偏心軸受と、を備え、前記主軸における前記主軸受との摺動面は、単一面であるか複数の面に分割されており、前記摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、または、前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、当該単一摺動長さＬと前記主軸の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、さらに、前記潤滑油には、摺動性改質剤として、硫黄または硫黄を有する化合物を含有する構成である。

前記構成によれば、潤滑油が低粘度であるとともに、主軸の摺動面が単一面であっても複数面であっても、単一摺動長さＬと外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、かつ、潤滑油に硫黄系の摺動性改質剤が含有されている。これにより、潤滑油を低粘度化するとともに、比率Ｌ／Ｄが０．５１以下となるように摺動面積を低下させても、硫黄系の摺動性改質剤により摺動部において良好な耐摩耗性を実現することができる。その結果、より粘度の低い潤滑油を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を得ることができる。

また、本発明に係る冷凍・冷蔵装置は、前記構成の密閉型冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含み、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備える構成である。

前記構成によれば、密閉型冷媒圧縮機が、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させたものであり、かつ、良好な軸部の信頼性を有するものである。冷凍・冷蔵装置が、このように高効率かつ良好な信頼性を有する密閉型冷媒圧縮機を備えることによって、その消費電力を低減することができるとともに、信頼性も高いものとすることができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明では、以上の構成により、より粘度の低い潤滑油を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を提供することができる、という効果を奏する。

本開示の実施の形態に係る冷媒圧縮機の構成の一例を示す模式的断面図である。 図１に示す冷媒圧縮機が備えるクランクシャフトの構成の一例を示す模式的側面図である。 図３Ａは、図２に示すクランクシャフトにおいて、摺動面が単一面である場合の構成の一例を示す模式図であり、図３Ｂ，図３Ｃは、図２に示すクランクシャフトにおいて、摺動面が複数の面に分割されている場合の構成の一例を示す模式図である。 図１に示す冷媒圧縮機を備える冷凍・冷蔵装置の構成の一例を示す模式図である。

本開示に係る密閉型冷媒圧縮機は、密閉容器内に、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの潤滑油を貯留するとともに、電動要素および当該電動要素により駆動され冷媒を圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、軸部として、主軸および偏心軸を備えるクランクシャフトと、前記軸部を軸支する軸受部として、主軸を軸支する主軸受および前記偏心軸を軸支する偏心軸受と、を備え、前記主軸における前記主軸受との摺動面は、単一面であるか複数の面に分割されており、前記摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、または、前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、当該単一摺動長さＬと前記主軸の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、さらに、前記潤滑油には、摺動性改質剤として、硫黄または硫黄を有する化合物を含有する構成である。

前記構成によれば、潤滑油が低粘度であるとともに、主軸の摺動面が単一面であっても複数面であっても、単一摺動長さＬと外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、かつ、潤滑油に硫黄系の摺動性改質剤が含有されている。これにより、潤滑油を低粘度化するとともに、比率Ｌ／Ｄが０．５１以下となるように摺動面積を低下させても、硫黄系の摺動性改質剤により摺動部において良好な耐摩耗性を実現することができる。その結果、より粘度の低い潤滑油を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を得ることができる。

前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、さらに、複数の前記摺動面の軸方向長さの合計を全摺動長さＬｔとしたときに、当該全摺動長さＬｔと前記外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下である構成であってもよい。

前記構成によれば、摺動面が複数面である場合には、前記比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であることに加え、さらに全摺動長さＬｔと外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下となるように、摺動面積を低下させる。これにより、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させた状態において、硫黄系の摺動性改質剤に由来する摺動部の耐摩耗性をより一層良好なものとすることができる。

また、前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記比率Ｌ／Ｄは０．１５以上である構成であってもよい。

前記構成によれば、比率Ｌ／Ｄが０．１５以上であれば、摺動面積を過剰に低下させることがない。そのため、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させた状態において、硫黄系の摺動性改質剤により摺動部の耐摩耗性を好適に実現することができる。

また、前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記比率Ｌｔ／Ｄは０．３以上である構成であってもよい。

前記構成によれば、比率Ｌｔ／Ｄが０．３以上であれば、摺動面が複数面に分割されている場合であっても摺動面積を過剰に低下させることがない。そのため、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させた状態において、硫黄系の摺動性改質剤により摺動部の耐摩耗性を好適に実現することができる。

また、前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記摺動性改質剤の含有量は、硫黄元素重量に換算したときに１００ｐｐｍ以上である構成であってもよい。

前記構成によれば、硫黄元素重量に換算したときに１００ｐｐｍ以上となるように、硫黄系の摺動性改質剤を潤滑油に添加する。これにより、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させた状態において、硫黄系の摺動性改質剤に由来する摺動部の耐摩耗性を好適に実現することができる。

また、前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記潤滑油は、さらにリン系の極圧添加剤を含有する構成であってもよい。

前記構成によれば、潤滑油に対して、硫黄系の摺動性改質剤に加えてリン系の極圧添加剤を添加することで、摺動部において良好な摩耗低減等を実現することができる。

また、前記構成の密閉型冷媒圧縮機においては、前記電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動される構成であってもよい。

前記構成によれば、インバータ駆動における低速運転時または高速運転時においても、摺動部では、硫黄系の摺動性改質剤に由来する耐摩耗性を実現することができる。それゆえ、密閉型冷媒圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本開示に係る冷凍・冷蔵装置は、前記構成の密閉型冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含み、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備える構成であればよい。

前記構成によれば、密閉型冷媒圧縮機が、低粘度の潤滑油を用いて摺動面積を低下させたものであり、かつ、良好な軸部の信頼性を有するものである。冷凍・冷蔵装置が、このように高効率かつ良好な信頼性を有する密閉型冷媒圧縮機を備えることによって、その消費電力を低減することができるとともに、信頼性も高いものとすることができる。

以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
［冷媒圧縮機の構成］
まず、本開示の実施の形態１に係る密閉型冷媒圧縮機の代表的な構成例について、図１および図２を参照して具体的に説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る密閉型冷媒圧縮機１００（以下、冷媒圧縮機１００と略す場合がある）の構成の一例を示す模式的断面図である。図２は、冷媒圧縮機１００が備える軸部であるクランクシャフト１０８の構成の一例を示す模式的側面図である。

図１に示すように、冷媒圧縮機１００は、密閉容器１０１内に冷媒として、例えばＲ６００ａを充填するとともに、底部には、潤滑油１０３として鉱油を貯留している。潤滑油１０３は、本開示においては、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの範囲内のものが用いられている。なお、本実施の形態１では、潤滑油１０３は、低粘度の鉱油であるが、後述するように潤滑油１０３はこれに限定されない。また、潤滑油１０３には、後述するように、少なくとも硫黄系の摺動性改質剤（あるいは摩耗抑制剤）を含有しているが、さらに極圧添加剤を含有してもよい。

また、密閉容器１０１内には、電動要素１０６および圧縮要素１０７が収容されている。電動要素１０６は、固定子１０４および回転子１０５から構成される。圧縮要素１０７は、電動要素１０６によって駆動される往復式の構成であり、クランクシャフト１０８、シリンダーブロック１１２、ピストン１２０等を備えている。

クランクシャフト１０８は、図２にも示すように、回転子１０５を圧入固定した主軸１０９と、この主軸１０９に対して偏心して形成された偏心軸１１０とから構成される。本実施の形態１では、クランクシャフト１０８の主軸１０９の外周面は、第一摺動面１１１ａ、第二摺動面１１１ｂ、および非摺動外周面１１１ｃを含んでいる。また、クランクシャフト１０８の下端には、図示しない給油ポンプが設けられている。

シリンダーブロック１１２は、本実施の形態１では、例えば、鋳鉄で構成され、略円筒形のボアー１１３を形成するとともに、クランクシャフト１０８の主軸１０９を軸支する主軸受１１４を備えている。主軸受１１４の内周面は、主軸１０９の外周面のうち第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂに摺動可能に接しているが、非摺動外周面１１１ｃには接していない。

なお、図１に示すように、クランクシャフト１０８のうち偏心軸１１０は冷媒圧縮機１００の上側に位置し、主軸１０９は冷媒圧縮機１００の下側に位置する。それゆえ、クランクシャフト１０８の位置を説明する場合にも、この上下の位置関係（方向）を利用する。例えば、偏心軸１１０の上端は密閉容器１０１の内側上面に向かっており、偏心軸１１０の下端は主軸１０９につながっている。主軸１０９の上端は偏心軸１１０につながっており、主軸１０９の下端は密閉容器１０１の内側下面に向かっており、主軸１０９の下端部は、潤滑油１０３に浸漬している。

本開示においては、「摺動面」とは、軸部の外周面のうち軸受部の内周面と摺動可能に接する面のことを意味する。非摺動外周面１１１ｃは、主軸１０９の外周面の一部を構成するが、第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂとは異なり、軸受部の内周面に接しないように、摺動面（第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂ）から凹んだ（あるいは窪んだ）面となっている。言い換えると、主軸１０９における摺動面となる部位の直径または半径は、非摺動外周面１１１ｃとなる部位の直径または半径よりも大きいものとなっている。

ボアー１１３には、ピストン１２０が往復可能に挿入されており、これにより、圧縮室１２１が形成される。ピストンピン１１５は、例えば略円筒形状を有し、偏心軸１１０と平行に配置されている。ピストンピン１１５は、ピストン１２０に形成されたピストンピン孔に回転不能に係止されている。

連結手段１１７は、例えばアルミ鋳造品で構成され、偏心軸１１０を軸支する偏心軸受１１９を備え、ピストンピン１１５を介して偏心軸１１０とピストン１２０とを連結している。ボアー１１３の端面はバルブプレート１２２で封止されている。

なお、本開示においては、クランクシャフト１０８が備える主軸１０９および偏心軸１１０は、まとめて「軸部」と称する。また、主軸１０９を軸支するシリンダーブロック１１２の主軸受１１４と、偏心軸１１０を軸支する連結手段１１７の偏心軸受１１９とは、まとめて「軸受部」と称する。

シリンダーヘッド１２３は、図示しない高圧室を形成し、バルブプレート１２２におけるボアー１１３の反対側に固定されている。図示しないサクションチューブは、密閉容器１０１に固定されているとともに、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスを密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１２４は、バルブプレート１２２とシリンダーヘッド１２３とに挟持されている。

ここで、クランクシャフト１０８の主軸１０９および主軸受１１４、ピストン１２０およびボアー１１３、ピストンピン１１５および連結手段１１７のコンロッド、クランクシャフト１０８の偏心軸１１０および連結手段１１７の偏心軸受１１９等は、いずれも互いに摺動部を形成する。

このような構成の冷媒圧縮機１００においては、まず、図示しない商用電源から供給される電力が電動要素１０６に供給されるので、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、偏心軸１１０の偏心運動が連結手段１１７からピストンピン１１５を介してピストン１２０を駆動する。ピストン１２０はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブを通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガスをサクションマフラー１２４から吸入し、圧縮室１２１内で圧縮する。

なお、冷媒圧縮機１００の具体的な駆動方法は特に限定されない。例えば、冷媒圧縮機１００は単純なオンオフ制御で駆動されてもよいが、複数の運転周波数でインバータ駆動されてもよい。インバータ駆動では、冷媒圧縮機１００の動作制御を好適化するために、各摺動部に給油量が少なくなるような低速運転時、あるいは、電動要素１０６の回転数が増加する高速運転時が発生する。ここで、冷媒圧縮機１００においては、後述するように、主軸１０９の耐摩耗性をより良好なものにできるので、冷媒圧縮機１００の信頼性を向上させることができる。

冷媒圧縮機１００が備える複数の摺動部のうち、クランクシャフト１０８の主軸１０９は、主軸受１１４に対して回転可能に嵌合されて摺動部を構成している。それゆえ、説明の便宜上、主軸１０９および主軸受１１４により構成される摺動部を「主軸摺動部」と称する。同様に、クランクシャフト１０８の偏心軸１１０は、偏心軸受１１９に対して回転可能に嵌合されて摺動部を構成している。それゆえ、説明の便宜上、偏心軸１１０および偏心軸受１１９により構成される摺動部を「偏心軸摺動部」と称する。また、「主軸摺動部」および「偏心軸摺動部」をまとめて「軸部摺動部」と称する。

クランクシャフト１０８の回転に伴って、給油ポンプから潤滑油１０３が各摺動部に給油される。これにより各摺動部は潤滑される。なお、潤滑油１０３は、ピストン１２０およびボアー１１３の間においてシールをつかさどる。

［軸部摺動部の構成］
次に、本開示に係る軸部摺動部の具体的な構成の一例について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して具体的に説明する。図３Ａは、図２に示すクランクシャフト１０８において、摺動面が単一面である場合の構成の一例を示す模式図であり、図３Ｂおよび図３Ｃは、図２に示すクランクシャフト１０８において、摺動面が複数の面に分割されている場合の構成の一例を示す模式図である。

図２に示す例では、軸部であるクランクシャフト１０８の主軸１０９は、第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂを有する構成であるので、主軸１０９の摺動面が複数の面に分割されている、ということができる。図２に示す主軸１０９の構成すなわち摺動面が２つの面に分割されている構成は、図３Ｂに示す模式図に対応する。本開示に係る軸部はこれに限定されず、単一面であってもよい。例えば、図３Ａに示すように、主軸１０９の外周面は複数の摺動面に分割されておらず、単一摺動面１１１のみを有する構成であってもよい。

摺動面を複数に分割する具体的な構成は特に限定されないが、代表的には、複数の摺動面の間に、摺動面よりも中心軸側に凹んだ（窪んだ）凹部を形成すればよい。この凹部は、図２および図３Ｂに示すように、非摺動外周面１１１ｃを構成する。凹部の具体的な形状も特に限定されず、例えばその深さは主軸１０９の剛性、強度等に影響が生じなければどのような深さであってもよい。同様に、凹部の幅（すなわち、複数の摺動面同士の間隔）も特に限定されず、摺動面の広さ（摺動面積）を狭くする（低下または減少させる）程度に応じて適宜設定することができる。

摺動面を複数に分割する場合、具体的な摺動面の数は特に限定されない。図２および図３Ｂに示すように、第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂの合計２つの面に分割されてもよいし、図３Ｃに示すように、第一摺動面１１１ｄ、第二摺動面１１１ｅ、および第三摺動面１１１ｆの合計３つの面に分割されてもよいし、４つ以上の面に分割されてもよい。図３Ｃに示す構成では、第一摺動面１１１ｄと第二摺動面１１１ｅとの間に、非摺動外周面１１１ｃと同様の凹部である第一非摺動外周面１１１ｇが位置し、第二摺動面１１１ｅと第三摺動面１１１ｆとの間に、第二非摺動外周面１１１ｈが位置する。

ここで、本開示に係る軸部においては、摺動面となる部位の外径（直径）に対する当該摺動面の軸方向長さの比率を所定値以下とすることで、耐摩耗性に実質的に影響を及ぼすことなく摺動面積を小さくすることができる。具体的には、摺動面が単一面である場合（例えば、図３Ａ参照）には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとし、摺動面が複数の面に分割されている場合（例えば、図３Ｂまたは図３Ｃ）には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとする。そして、軸部における摺動面となる部位の外径（直径）を外径Ｄとしたときに、当該単一摺動長さＬと軸部の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下となるように、軸部が設計される。

図３Ａでは、外径Ｄおよび単一摺動長さＬを説明する便宜上、外径Ｄに対して単一摺動面１１１の長さＬ（単一摺動長さＬ）を大きく図示しており、この図３Ａの通りであれば、比率Ｌ／Ｄは０．５１を超える。しかしながら、実際には、例えば、単一摺動面１１１から見て主軸１０９の上部（偏心軸１１０側）あるいは下部（潤滑油１０３側）に凹部（非摺動外周面）を形成することで、比率Ｌ／Ｄを０．５１以下（Ｌ／Ｄ≦０．５１）に設定することができる。

図３Ｂでは、摺動面は、第一摺動面１１１ａおよび第二摺動面１１１ｂに分割されている。このうち図３Ｂに示す例では、上側の第一摺動面１１１ａの軸方向長さＬａが、下側の第二摺動面１１１ｂの軸方向長さＬｂよりも小さい（Ｌａ＜Ｌｂ）。この場合、第一摺動面１１１ａが「長さが最少の摺動面」となるので、その長さＬａが単一摺動長さＬに該当する（Ｌ＝Ｌａ）。この例では、第一摺動面１１１ａにおいてＬａ／Ｄが０．５１以下であればよい。

なお、図３Ｂにおいても、図３Ａと同様に、外径Ｄおよび第一摺動面１１１ａの長さＬａを説明の便宜上、外径Ｄに対して長さＬａを大きく図示している。この場合も、非摺動外周面１１１ｃの軸方向長さを大きくしたり、第一摺動面１１１ａの上側に図示しない非摺動外周面（凹部）を設けたりすることで、比率Ｌ／Ｄを０．５１以下に設定することができる。

図３Ｃでは、摺動面は、第一摺動面１１１ｄ、第二摺動面１１１ｅ、および第三摺動面１１１ｆに分割されている。このうち図３Ｃに示す例では、中央部の第二摺動面１１１ｅの長さＬｅが、上側の第一摺動面１１１ｄの軸方向長さＬｄよりも小さく、長さＬｄは、下側の第三摺動面１１１ｆの長さＬｆよりも小さくなっている（Ｌｅ＜Ｌｄ＜Ｌｆ）。この場合、第二摺動面１１１ｅが「長さが最少の摺動面」となるので、その長さＬｅが単一摺動長さＬに該当する（Ｌ＝Ｌｅ）。この例では、第二摺動面１１１ｅにおいてＬｅ／Ｄが０．５１以下であればよい。

本開示においては、比率Ｌ／Ｄの下限値は特に限定されないが、好ましい下限値の一例としては、０．１５以上を挙げることができる。したがって、本開示における比率Ｌ／Ｄの好ましい範囲としては、０．１５〜０．５１の範囲内を挙げることができる。また、比率Ｌ／Ｄのより好ましい下限としては０．３０を挙げることができ、さらに好ましい下限としては０．４２を挙げることができる。

比率Ｌ／Ｄが０．５１を超える場合には、潤滑油１０３として低粘度（４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの範囲内）のものを用いた場合、後述する硫黄系の摺動性改質剤を潤滑油１０３に添加しても、十分な耐摩耗性が得られなくなる。一方、比率Ｌ／Ｄが０．１５未満であれば、軸部の諸条件にもよるが、摺動面が狭くなり過ぎる可能性がある。一般的には、比率Ｌ／Ｄが０．１５以上であれば、摺動面積を過剰に低下させることがないため、潤滑油１０３として低粘度のものを用いても、硫黄系の摺動性改質剤により軸部摺動部の耐摩耗性を好適に実現することができる。

本開示においては、摺動面が複数面に分割されている場合には、前記比率Ｌ／Ｄが０．５１以下という条件に加えて、複数の摺動面の軸方向長さの合計を全摺動長さＬｔとしたときに、当該全摺動長さＬｔと外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下（Ｌｔ／Ｄ≦１．２６）である条件を満たすことが好ましい。

例えば、図３Ｂに示す例では、第一摺動面１１１ａの長さＬａと第二摺動面１１１ｂの長さＬｂとの和が全摺動長さＬｔとなる（Ｌｔ＝Ｌａ＋Ｌｂ）。それゆえ、この例では、Ｌａ＋Ｌｂ≦１．２６であればよい。また、図３Ｃに示す例では、第一摺動面１１１ｄの長さＬａと第二摺動面１１１ｅの長さＬｅと第三摺動面１１１ｆの長さＬｆとの和が全摺動長さＬｔとなる（Ｌｔ＝Ｌｄ＋Ｌｅ＋Ｌｆ）。それゆえ、この例では、Ｌｄ＋Ｌｅ＋Ｌｆ≦１．２６であればよい。

このように、摺動面が複数面である場合には、比率Ｌ／Ｄが０．５１以下、かつ、比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下であれば、潤滑油１０３として低粘度のものを用いて摺動面積を低下させた状態において、硫黄系の摺動性改質剤に由来する軸部摺動部の耐摩耗性をより一層良好なものとすることができる。

本開示において、比率Ｌｔ／Ｄの下限値は特に限定されないが、好ましい下限値の一例としては、０．３以上を挙げることができる。したがって、本開示における比率Ｌｔ／Ｄの好ましい範囲としては、０．３〜１．２６の範囲内を挙げることができる。また、比率Ｌｔ／Ｄのより好ましい下限としては０．６０を挙げることができ、さらに好ましい下限としては０．９９を挙げることができる。一般的には、比率Ｌｔ／Ｄが０．３以上であれば、摺動面が複数面に分割されている場合であっても摺動面積を過剰に低下させることがない。そのため、潤滑油１０３として低粘度のものを用いても、硫黄系の摺動性改質剤により軸部摺動部の耐摩耗性を好適に実現することができる。

なお、図３Ａ〜図３Ｃに示す例では、軸部としては、クランクシャフト１０８の主軸１０９について、比率Ｌ／Ｄまたは比率Ｌｔ／Ｄを説明しているが、本開示はこれに限定されず、偏心軸１１０においても同様である。つまり、偏心軸１１０における偏心軸受１１９との摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、または、偏心軸１１０における摺動面が複数の面に分割されている場合には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、当該単一摺動長さＬと偏心軸１１０の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であればよい。また、偏心軸１１０における複数の摺動面の軸方向長さの合計を全摺動長さＬｔとしたときに、当該全摺動長さＬｔと偏心軸１１０の外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下であればよい。

したがって、本開示に係る冷媒圧縮機１００においては、軸部である主軸１０９および偏心軸１１０の少なくとも一方において、比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であればよく、比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下であることについても、主軸１０９および偏心軸１１０の少なくとも一方が満たしていればよい。

［潤滑油の構成］
次に、密閉容器１０１内に貯留されている潤滑油１０３のより具体的な構成について具体的に説明する。

本開示に係る潤滑油１０３としては、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの範囲内のものであれば特に限定されない。代表的な潤滑油１０３としては、例えば、鉱油、アルキルベンゼン油、およびエステル油からなる群から選択される少なくとも１種の油状物質を好適に用いることができる。これら油状物質は、１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。ここでいう２種類以上の油状物質の組合せとは、例えば、鉱油に該当する異なる油状物質を２種類以上組み合わせる場合だけでなく、例えば、鉱油に該当する油状物質を１種類以上、アルキルベンゼン油に該当する油状物質を１種類以上（もしくはエステル油に該当する油状物質を１種類以上）組み合わせる場合も含む。

本開示に係る潤滑油１０３は、前述した油状物質以外に、硫黄系の摺動性改質剤を含有している。硫黄系の摺動性改質剤としては、軸部に用いられる材料（軸部材料）と硫黄とが反応可能なものであればよい。したがって、摺動性改質剤は、硫黄そのものであってもよいし、硫黄を含有し軸部材料と反応可能な硫黄化合物であってもよい。例えば、軸部の材料が鉄系材料であれば、摺動性改質剤として使用可能な硫黄化合物としては、硫化オレフィン、サルファイド系化合物（例えば、ジベンジル（ジ）サルファイド（ＤＢＤＳ）等）、キザンテート、チアジアゾール、チオカーボネート、硫化油脂、硫化エステル、ジチオカーバメート、硫化テルペン等を挙げることができる。

潤滑油１０３における硫黄系の摺動性改質剤の含有量は特に限定されないが、好ましくは、硫黄元素重量に換算したときに１００ｐｐｍ以上となるように、摺動性改質剤を潤滑油１０３に添加すればよい。硫黄元素重量に換算して１００ｐｐｍという、摺動性改質剤の添加量（含有量）の下限値は、後述する硫黄系の極圧添加剤の一般的な添加量の上限値よりも多い量である。

摺動性改質剤の含有量（添加量）が、硫黄元素重量に換算したときに１００ｐｐｍ未満であれば、諸条件にもよるが、潤滑油１０３として低粘度のものを用いて、軸部摺動部の摺動面積を低下させた状態において、当該軸部摺動部の好適な耐摩耗性を実現できなくなる場合がある。また、硫黄系の摺動性改質剤の好ましい含有量の下限としては、例えば、硫黄元素重量に換算したときに１５０ｐｐｍ以上を挙げることができる。また、硫黄系の摺動性改質剤の好ましい含有量の上限としては、例えば、硫黄元素重量に換算したときに１０００ｐｐｍ以下が挙げられ、より好ましくは５００ｐｐｍ以下が挙げられる。

本開示において用いられる硫黄系の摺動性改質剤は、公知の硫黄系の極圧添加剤と同様の化合物を用いることが可能であるが、公知の極圧添加剤よりも軸部材料との反応性が相対的に高いものを用いたり、公知の極圧添加剤で一般的な添加量（含有量）よりも多い量を潤滑油１０３に添加したりすることができる。

一般に、極圧添加剤は、硫黄、ハロゲン元素、リン等の活性な元素を含む化合物であり、摺動部を構成する材料面（摺動面）と化学的に反応して被膜を形成し、この被膜により摺動部材の摩耗、焼付、融着等が抑制される。

ここで、硫黄を含有する化合物は、銅と反応しやすいことも知られている。例えば、参考文献１：特開２００６−１１７７２０には、鉛を含有する摺動材料の腐食摩耗を防止する上では、硫黄含有摩耗防止剤が有効であるものの、鉛以外の非鉄卑金属含有摺動材、例えば、銅等に対して硫化腐食を起こしやすいことが開示されている（段落［０００６］〜［０００７］）。

冷媒圧縮機１００内では、電動要素１０６の巻線として銅線が用いられている。また、冷媒圧縮機１００を用いた冷凍・冷蔵装置では、一般的には、冷媒用配管として銅管が用いられることが多い。前記の通り、銅は硫黄を含有する化合物と反応して腐食しやすいため、硫黄系の極圧添加剤を使用する際には、冷媒圧縮機１００または冷凍・冷蔵装置が備える銅製部材（または銅含有部材）の腐食を回避または抑制し、その信頼性を低下させないようにする対策が必要となる。

本出願人は、参考文献２：特許５６７１６９５に開示するように、冷凍・冷蔵装置の冷凍機油に極圧添加剤として硫黄系のものを用いる場合には、冷媒循環経路内の銅と反応することがないように、硫黄架橋数が３以下の硫黄系極圧添加剤を用いており、好ましくは、金属不活性化剤を併用している。

これに対して、実験的な検証も含めた本発明者らの鋭意検討の結果、潤滑油１０３として低粘度のものを用いるとともに、前述した比率Ｌ／Ｄが０．５１以下となるように軸部摺動部の摺動面積を低下させた場合には、摺動性改質剤として、より反応性が高い硫黄系の化合物を用いたり、添加量（含有量）を増加させたりすることで、良好な耐摩耗性が実現できるだけでなく、銅製部材（または銅含有部材）の腐食も実質的に回避できることが明らかとなった。

さらに、本開示に係る冷媒圧縮機１００においては、潤滑油１０３に対して、硫黄系の摺動性改質剤以外に、公知の極圧添加剤を添加してもよい。具体的な極圧添加剤としては、公知のものを好適に用いることができ、特に限定されないが、例えば、リン酸エステル等のリン系化合物、塩素系炭化水素またはフッ素系炭化水素等のハロゲン化化合物等を挙げることができる。これら極圧添加剤は、１種類のみを潤滑油組成物に添加してもよいし２種類以上を適宜組み合わせて添加してもよい。

これら極圧添加剤の中でも、リン系化合物を好ましく用いることができる。代表的なリン系化合物としては、トリクレジルホスフェイト（ＴＣＰ）、トリブチルホスフェイト（ＴＢＰ）、トリフェニルホスフェイト（ＴＰＰ）を挙げることができ、中でもＴＣＰをより好ましく用いることができる。潤滑油１０３に対して、硫黄系の摺動性改質剤に加えてリン系の極圧添加剤を添加することで、軸部摺動部において良好な摩耗低減等を実現することができる。

極圧添加剤の潤滑油組成物に対する添加量は特に限定されないが、例えば、潤滑油１０３（油状物質）が鉱油またはアルキルベンゼン油のような低極性物質である場合には、好適な添加量として、０．５〜８．０重量％の範囲内を挙げることができ、１〜３重量％をより好ましい範囲内として挙げることができる。

加えて、本開示に係る冷媒圧縮機１００においては、潤滑油１０３に対して、摺動性改質剤および極圧添加剤以外に、公知の種々の添加剤を添加してもよい。このような添加剤としては、潤滑油１０３の分野で公知の様々なものを好適に用いることができるが、代表的には、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤、金属不活性剤、消泡剤、腐食防止剤、または分散剤等を挙げることができる。言い換えれば、本開示に係る冷媒圧縮機１００に用いられる潤滑油１０３は、少なくとも油状物質と摺動性改質剤とから構成される潤滑油組成物であり、この潤滑油組成物は、極圧添加剤（特にリン系の極圧添加剤）を含有してもよく、その他の添加剤を含有してもよい。

このように、本開示に係る冷媒圧縮機１００においては、（１）潤滑油１０３として、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの範囲内のものを用いるという条件と、（２）単一摺動長さＬと軸部の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であるという条件と、（３）硫黄系の摺動性改質剤を用いるという条件とを満たしており、摺動面が複数面に分割されている場合には、好ましくは（４）全摺動長さＬｔと外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下という条件を満たしている。これら条件を満たすことにより、軸部と軸受部とを良好に潤滑することができるので、軸部摺動部の摩耗を良好に抑制することができる。その結果、冷媒圧縮機１００の信頼性をより一層良好なものとすることができる。

なお、本開示に係る冷媒圧縮機１００は、前記の通り、複数の運転周波数でインバータ駆動されるものであってもよい。インバータ駆動では、電動要素１０６が低回転数で運転される場合（低速運転）と高回転数で運転される場合（高速運転）とが発生するが、低回転数での運転では、軸部摺動部に対する潤滑油１０３の供給量が低下する。本開示では、軸部摺動部の摺動面積が小さくなっているが、潤滑油１０３の供給量が低下しても良好な耐摩耗性を実現することができる。

また、低回転数から高回転数に移行するとき（電動要素１０６の回転数が増加するとき）であっても、良好な耐摩耗性を実現することができる。それゆえ、インバータ駆動における低速運転時または高速運転時においても、軸部摺動部においては、硫黄系の摺動性改質剤に由来する耐摩耗性を実現することができる。その結果、冷媒圧縮機１００の信頼性を向上できるとともに、運転効率もより良好なものとすることができる。

このように、本開示に係る冷媒圧縮機１００においては、潤滑油１０３が低粘度であるとともに、軸部の摺動面が単一面であっても複数面であっても、単一摺動長さＬと外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、かつ、潤滑油１０３に硫黄系の摺動性改質剤が含有されている。これにより、潤滑油１０３を低粘度化するとともに、比率Ｌ／Ｄが０．５１以下となるように摺動面積を低下させても、硫黄系の摺動性改質剤により摺動部において良好な耐摩耗性を実現することができる。その結果、より粘度の低い潤滑油１０３を用いても、軸受部により軸支される軸部の信頼性を良好なものとすることが可能な、密閉型冷媒圧縮機を得ることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００を備える冷凍・冷蔵装置の一例について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００を備える冷凍・冷蔵装置の概略構成を模式的に示している。そのため、本実施の形態２では、冷凍・冷蔵装置の基本構成の概略についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施の形態２に係る冷凍・冷蔵装置は、本体２７５、区画壁２７８、および冷媒回路２７０等を備えている。本体２７５は、断熱性の箱体および扉体等により構成されており、箱体はその一面が開口した構成であり、扉体は箱体の開口を開閉する構成である。本体２７５の内部は、区画壁２７８により物品の貯蔵空間２７６と機械室２７７とに区画される。貯蔵空間２７６内には、図示しない送風機が設けられている。なお、本体２７５の内部は、貯蔵空間２７６および機械室２７７以外の空間等に区画されてもよい。

冷媒回路２７０は、貯蔵空間２７６内を冷却する構成であり、例えば、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００と、放熱器２７２と、減圧装置２７３と、吸熱器２７４とを備え、これらが環状に配管で接続された構成となっている。吸熱器２７４は、貯蔵空間２７６内に配置されている。吸熱器２７４の冷却熱は、図４の破線の矢印で示すように、図示しない送風機によって貯蔵空間２７６内を循環するように撹拌される。これにより貯蔵空間２７６内は冷却される。

冷媒回路２７０が備える冷媒圧縮機１００は、前記実施の形態１で説明したように、（１）潤滑油１０３として、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの範囲内のものを用いるという条件と、（２）単一摺動長さＬと軸部の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であるという条件と、（３）硫黄系の摺動性改質剤を用いるという条件とを満たしており、摺動面が複数面に分割されている場合には、好ましくは（４）全摺動長さＬｔと外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下という条件を満たしている。これにより、冷媒圧縮機１００の信頼性をより一層良好なものとすることができる。

このように、本実施の形態２に係る冷凍・冷蔵装置は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００を搭載している。この冷媒圧縮機１００では、低粘度の潤滑油１０３を用いて軸部摺動部の摺動面積を低下させたものであり、かつ、良好な軸部の信頼性を有するものである。冷凍・冷蔵装置が、このように高効率かつ良好な信頼性を有する密閉型冷媒圧縮機を備えることによって、その消費電力を低減することができるとともに、信頼性も高いものとすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

以上のように、本発明によれば、低粘度の潤滑油を用いながら信頼性に優れた冷媒圧縮機と、この冷媒圧縮機を用いた冷凍・冷蔵装置を提供することが可能となる。そのため、本発明は、冷凍サイクルを用いた各種機器に幅広く適用することができる。

１００：冷媒圧縮機
１０１：密閉容器
１０３：潤滑油
１０６：電動要素
１０７：圧縮要素
１０８：クランクシャフト
１０９：主軸（軸部）
１１０：偏心軸（軸部）
１１１：単一摺動面
１１１ａ：第一摺動面
１１１ｂ：第二摺動面
１１１ｃ：非摺動外周面
１１１ｄ：第一摺動面
１１１ｅ：第二摺動面
１１１ｆ：第三摺動面
１１１ｇ：第一非摺動外周面
１１１ｈ：第二非摺動外周面
１１２：シリンダーブロック
１１４：主軸受（軸受部）
１１９：偏心軸受（軸受部）
２７０：冷媒回路
２７２：放熱器
２７３：減圧装置
２７４：吸熱器

Claims (9)

1. 密閉容器内に、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの潤滑油を貯留するとともに、電動要素および当該電動要素により駆動され冷媒を圧縮する圧縮要素を収容し、
   前記圧縮要素は、軸部として、主軸および偏心軸を備えるクランクシャフトと、前記軸部を軸支する軸受部として、主軸を軸支する主軸受および前記偏心軸を軸支する偏心軸受と、を備え、
   前記主軸における前記主軸受との摺動面は、単一面であるか複数の面に分割されており、
   前記摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、または、前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、当該単一摺動長さＬと前記主軸の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、
   さらに、前記潤滑油には、摺動性改質剤として、硫黄または硫黄を有する化合物を含有
   することを特徴とする、
   密閉型冷媒圧縮機。
2. 密閉容器内に、４０℃での動粘度が１ｍｍ² ／Ｓ〜９ｍｍ² ／Ｓの潤滑油を貯留するとともに、電動要素および当該電動要素により駆動され冷媒を圧縮する圧縮要素を収容し、
   前記圧縮要素は、軸部として、主軸および偏心軸を備えるクランクシャフトと、前記軸部を軸支する軸受部として、主軸を軸支する主軸受および前記偏心軸を軸支する偏心軸受と、を備え、
   前記偏心軸における前記偏心軸受との摺動面は、単一面であるか複数の面に分割されており、
   前記摺動面が単一面である場合には、当該摺動面の軸方向長さを単一摺動長さＬとしたとき、または、前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、軸方向長さが最少である摺動面の当該軸方向長さを単一摺動長さＬとしたときに、当該単一摺動長さＬと前記偏心軸の外径Ｄとの比率Ｌ／Ｄが０．５１以下であり、
   さらに、前記潤滑油には、摺動性改質剤として、硫黄または硫黄を有する化合物を含有
   することを特徴とする、
   密閉型冷媒圧縮機。
3. 前記摺動面が複数の面に分割されている場合には、さらに、複数の前記摺動面の軸方向長さの合計を全摺動長さＬｔとしたときに、当該全摺動長さＬｔと前記外径Ｄとの比率Ｌｔ／Ｄが１．２６以下であることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の密閉型冷媒圧縮機。
4. 前記比率Ｌ／Ｄは０．１５以上であることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
5. 前記比率Ｌｔ／Ｄは０．３以上であることを特徴とする、
   請求項３に記載の密閉型冷媒圧縮機。
6. 前記摺動性改質剤の含有量は、硫黄元素重量に換算したときに１００ｐｐｍ以上であることを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
7. 前記潤滑油は、さらにリン系の極圧添加剤を含有することを特徴とする、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
8. 前記電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動されることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の密閉型冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含み、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備えることを特徴とする、
   冷凍・冷蔵装置。

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