JP3566791B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に係り、特に冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒、つまり代替冷媒を使用する場合に好適な密閉型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、密閉型圧縮機は、密閉容器の内部に前記混合冷媒と相溶性のあるオイルを封入し、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構と、前記オイルを各機械摺動部に供給するオイルポンプと、これらを駆動軸によって駆動する電動機とが配されている。また、圧縮機構で冷媒を圧縮するときに駆動軸に発生する力を支持するラジアル型の転がり軸受や滑り軸受の外、駆動軸の軸方向のガタツキを防止する程度のスラスト負荷を支持するスラスト受部も設けられている。
【０００３】
ラジアル軸受は特に大きな負荷が掛かるので、駆動軸の軸線方向の複数箇所に設けられる。駆動軸の圧縮機構と連結されない側の端部を支持するラジアルタイプの転がり軸受は、駆動軸上に設けた鉄系金属の支持部材によって固定部材との間に支持されて、必要な支持機能を発揮している。
【０００４】
一方、冷媒には特定フロンＲ１２や指定フロンＲ２２を用いていた。特定フロンはそれ以前の冷媒である二酸化硫黄やメチルクロライドと比べて、化学的に安定で可燃性、毒性がなく、理想的な冷媒として広く利用され、長年に亘って使用されてきた。
【０００５】
ところが近時では、特定フロンが分子中に塩素原子を含み、これがオゾン層の破壊を引き起こすことが確かめられ、代替フロンの開発および使用が図られている。
【０００６】
実用性の高い代替冷媒として、塩素を含まないＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）と云った冷媒が挙げられている「油空圧技術’９４．６．」（日本工業出版発行）。
【０００７】
ところで、代替冷媒は塩素を含まないので従来の特定フロンのような潤滑性は望めない。このため、密閉容器に封入するオイルは、代替冷媒と相溶性のあるものが特に要求される。密閉容器に封入されているオイルは、圧縮機構から密閉容器内に吐出されてくる代替冷媒によって攪拌されるし、電動機の回転子によっても攪拌される。このとき、オイルは代替冷媒と相溶性があることによって、密閉容器内に吐出される冷媒によく随伴し各機械摺動部の細部にまでよく及ぶので、オイルポンプによるオイルの供給と相まって、潤滑性能が向上する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような条件にて密閉型圧縮機を運転し冷凍サイクルを実行していると、前記した転がり軸受の支持部材が腐食してスラッジが生じることがときとしてある。このようなことがあると運転不良の原因になり、メンテナンスフリーな密閉型圧縮機では信頼性の上で特に問題である。
【０００９】
これにつき、種々に実験し検討した結果、代替冷媒と相溶性のあるオイルとしてエステル油を用いているのが原因していることが判明した。密閉容器の密閉時に水分が侵入していたり、密閉後に何らかの理由で水分が発生するようなことがあると、エステル油はこの水分により加水分解されて脂肪酸を生成する。支持部材はこの脂肪酸によって腐食されてスラッジを生じる。
【００１０】
本発明は上記のような問題を解消することを課題とし、代替冷媒をこれに相溶なエステル油とともに用いても、軸受の支持部材が腐食せず信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１１】
請求項１、６の発明は、冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を使用し、密閉容器の内部に前記混合冷媒と相溶性のあるオイルを封入し、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構と、前記オイルを各機械摺動部に供給するオイルポンプと、これらを駆動軸によって駆動する電動機とが配され、前記駆動軸の圧縮機構と連結しない側の端部を支持する軸受が、駆動軸上に設けられて前記軸受を圧縮機構と反対側から受止める支持部材と、前記軸受を嵌め合せて圧縮機構側から受止める固定部材と、の間に支持されている密閉型圧縮機において、
請求項１の発明は特に、前記支持部材は冷媒気体の循環経路に配し、鉄系金属でその表面に耐酸性処理層を形成したものであり、代替冷媒と相溶性のあるオイルがエステル油であって加水分解により脂肪酸を生成し、これが前記軸受の支持部材に触れても、支持部材の表面が耐酸性処理層を有していることにより腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来通りの材質である鉄系金属の支持部材にて必要強度も満足するので、信頼性の高いものとなる。
【００１２】
請求項６の発明は特に、前記支持部材をセラミック製としたものであり、代替冷媒と相溶性のあるオイルがエステル油であって加水分解により脂肪酸を生成し、これが前記軸受の支持部材に触れても、支持部材が耐酸性を有するセラミックであるので腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来の金属製支持部材に劣らない機械的強度が得られるので、信頼性の高いものとなる。また、型成形によって容易に低コストで部品を製作することができるし、種々の形状に形成したい場合に有利である。
【００１３】
請求項１の発明において、支持部材の表面に形成する耐酸性処理層は、
請求項２の発明では窒化層であり、
請求項３の発明では窒化クロム層であり、
請求項４の発明は樹脂材料層であり、
請求項５の発明はセラミックス層であり、
いずれの発明も請求項１の発明を達成する。
【００１４】
【実施の形態】
以下、本発明の密閉型圧縮機の幾つかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１〜図３に示す本発明の第１の実施の形態は冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機である。図１にその全体を示しているが、冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を使用し、密閉容器１の内部に前記混合冷媒と相溶性のあるオイルとしてのエステル油７を封入し、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構２と、前記オイル７を各機械摺動部に供給するオイルポンプ１７と、これらを駆動軸であるクランク軸６によって駆動する電動機３とが配され、前記クランク軸６の圧縮機構２と連結しない側の端部を支持する軸受としての転がり軸受１２が、図２に示すようにクランク軸６上に設けた例えば鉄系金属の支持部材としてのワッシャ４３、４４によって固定部材である副軸受部材１１との間に支持されている。特に、前記ワッシャ４３、４４の表面には図３に示すように耐酸性処理層としての窒化層４５を形成してある。転がり軸受１２は他のタイプのものを採用してもよいし、支持部材はワッシャ４３、４４以外のものでも必要な支持を達成し、本願発明の課題を有しているものであれば本発明の対象となる。
【００１６】
このような支持構造は図１に示す本実施の形態のように横設タイプの圧力容器を構成する密閉容器１の場合に好適である。しかし、特に横設タイプのものに限られることはなく、縦向き設置型のものにも適用できる。
【００１７】
具体的には横設型であることに対応して、密閉容器１の内部の一端側に圧縮機構２が設けられている。この圧縮機構２を駆動する電動機３の固定子４が密閉容器１の中央部に位置して密閉容器１の側周壁の内面に固定され、電動機３の前記固定子４に対応する回転子５にはクランク軸６が結合され、これの軸線がほぼ水平になるように配されている。密閉容器１の前記副軸受部材１１から端部側の下部がオイル溜７ａ、上部が冷媒気体の密閉容器１外への吐出室２１となっており、副軸受部材１１の潤滑油溜７に面する側に前記クランク軸６の他端部で駆動されるオイルポンプ１７を設けてねじ止めしている。オイルポンプ１７は前記潤滑油溜７ａに吸込口１７ａが開口し、クランク軸６に縦通形成された潤滑孔６ａに吐出口１７ｂが通じている。
【００１８】
クランク軸６の圧縮機構２と連結される側の端部に主軸８を有し、この主軸が密閉容器１内に固定された主軸受部材１０によって滑り軸受９を介し支承され、主軸受部材１０の外側に圧縮機構２を配してこれをねじで固定している。副軸受部材１１は板金加工して形成した凹部１１ａ内に転がり軸受１２を嵌め合わせてこれの外輪１２ａの外周を保持し、かつ外輪１２ａを圧縮機構２の側から受止めている。これに対し前記ワッシャ４３、４４は、クランク軸６の環状溝６ｂに嵌め付けたスナップリング１３の圧縮機構２の側に当接して転がり軸受１２の内輪１２ｂを圧縮機構２と反対側から受止めている。この外輪１２ａと内輪１２ｂとの互いに反対側からの受止めによって、転がり軸受１２をクランク軸６の軸線方向に保持している。
【００１９】
ワッシャ４３、４４は前記のような軸受保持のためには１つでもよい。本実施の形態では、２つのワッシャ４３、４４を設けることにより双方の間に金属製の波型ワッシャ１５を挟み込んで、この波形ワッシャ１５を軸線方向にチャージし弾性力を持たせてある。
【００２０】
以上の滑り軸受９および前記転がり軸受１２は、クランク軸６の回転運動によって圧縮機構２が冷媒を圧縮する際に前記クランク軸６に発生する力を支持するもので、転がり軸受１２は特に大きな負荷を受けるが、前記支持構造によって安定な回転を保証し、前記波型ワッシャ１５の弾性力によってクランク軸６の軸線方向の振動を抑える。
【００２１】
クランク軸６の主軸８には圧縮機構２を旋回駆動するための半径方向に摺動する摺動子４６が設けられ、潤滑孔６ａは吐出口１７ｂからこの摺動子４６の部分にまで達している。オイルポンプ１７によって吐出されたオイルは潤滑孔６ａを通じて先ず滑り軸受９や摺動子４６の部分に供給されてその部分を潤滑する。また、滑り軸受９の部分は通路２３や各部の隙間を介して密閉容器１内と圧縮機構２内とに通じており、圧縮機構２の各摺動部にも供給されてこれらをも潤滑する。
【００２２】
オイルポンプ１７のケーシング１７ｃのクランク軸６の他端部が貫通している部分のまわりには、図１、図２の（ａ）および（ｂ）に示すようなクランク軸６に対するスラスト受部４１を設け、クランク軸６に軸方向のガタツキが生じないようにしている。
【００２３】
なお、電動機３の回転子５はこれの中心が固定子４の中心よりも潤滑油ポンプ１７の側に所定量偏って位置するように設けることにより、回転子５に対する固定子４からの磁気作用によって回転子５と一体化されているクランク軸６を圧縮機構２の側に引き寄せ、前記スラスト受部４１に働くクランク軸６のスラスト負荷をより軽減することができ、クランク軸６がスラスト受部側に自重が働くような縦向き設置型のものでは特に有効である。しかし、このようにするかどうかは自由である。
【００２４】
圧縮機構２は固定スクロール２ａと可動スクロール２ｂとを備え、固定スクロール２ａが前記主軸受部材１０にねじ固定されて鏡板をなし、この固定スクロール２ａと主軸受部材１０との間に可動スクロール２ｂを収容して固定スクロール２ａと噛み合わせるとともに、可動スクロール２ｂと主軸受部材１０との間に設けたオルダムリング４７によって可動スクロール２ｂを自転せずに旋回運動できるように支持されている。そして可動スクロール２ｂは自身に一体形成した受動軸２ｃを前記摺動子４６に嵌め合わされて、クランク軸６が回転したとき摺動子４６とオルダムリング４７とを介して旋回駆動される。
【００２５】
固定スクロール２ａと可動スクロール２ｂとは前記互いの噛合いによって相互間に幾つかのポケット２ｄを形成するようにしている。可動スクロール２ｂが旋回運動されると、ポケット２ｄは固定スクロール２ａの外周に設けられる吸込口２４に通じたときに圧縮機の吸入管１８からの冷媒気体を受け入れて固定スクロール２ａの中央に設けられる吐出口１９の側に移動する。この移動によってポケット２ｄは容積が次第に縮小されて受け入れている冷媒気体を圧縮して行き、ポケット２ｄが吐出口１９に通じたときこれを吐出する。吐出された冷媒気体は吐出口１９から密閉容器１内に吐出され電動機側方通路２０を経て吐出室２１に達し、この吐出室２１に設けられた吐出管２２を通り圧縮機の外に吐出される。
【００２６】
これによって、クランク軸６の回転運動により圧縮機構２が働くと、冷媒気体を吸入して圧縮することを繰り返し行い冷凍サイクルを実行することができる。
【００２７】
冷媒気体は弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を代替冷媒として採用しており、塩素を含まないので環境を破壊しない。このような冷媒の具体例としては、特定フロンＨＣＦＣ２２に近い沸点を持つＨＦＣやＦＣが考えられる。
【００２８】
一方、オイル７は前記冷媒気体と相溶性のあるエステル油であり、圧縮機構２に供給したオイル７および滑り軸受９の部分から密閉容器１内に出たオイルは、前記圧縮機構２に吸い込まれ圧縮して密閉容器１内に吐出される冷媒によって攪拌され、かつ電動機３の回転子５によっても攪乱されて、冷媒に随伴する。このようなエステル油の具体例としては、脂肪酸エステルや炭酸エステルが考えられる。
【００２９】
上記オイル７の冷媒への随伴によって、電動機側方通路２０を経て吐出室２１へ向かう冷媒はオイル７を含んでおり、このオイル７を自身の流れによって持ち運び前記転がり軸受１２に供給するのでこれを適度に潤滑することができる。吐出室２１は密閉容器１内を邪魔板２５により区画して形成され、吐出管２２へ流入しようとする冷媒が邪魔板２５に衝突することより気液分離が行われて、冷媒に含んでいたオイル７が適度に分離され下部のオイル溜７ａに回収される。
【００３０】
ところでオイル７はエステル油であり、密閉容器１の密閉時に水分が侵入していたり、密閉後に何らかの理由で水分が発生するようなことがあると、この水分によってオイル７が加水分解を受けて脂肪酸を生成し、これが前記支持部材であるワッシャ４３、４４の表面にも触れることがある。
【００３１】
しかし、この表面には前記したように耐酸処理層としての窒化層４５を形成してあり耐酸性を有するので、脂肪酸と触れても腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来通りの材質、例えば本実施の形態の場合のように鉄系金属の支持部材にて必要強度も満足するので、信頼性の高いものとなる。
【００３２】
窒化層４５を形成するには、例えばアンモニアガス雰囲気中で、５００℃〜６００℃の温度で、１時間〜１００時間加熱して処理するとよい。処理温度は高い程窒化層４５の硬度が向上し、これによっても長寿命化が図れる。従って、処理温度の設定によって表面硬度を調節することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態を示している。このものは、第１の実施の形態と同様な構造を有する密閉型圧縮機において、支持部材であるワッシャ４３、４４の表面に窒化クロム層５１を形成している。この窒化クロム層５１も耐酸性を有しているので第１の実施の形態のものと同様な作用効果を発揮する。また、窒化クロム層５１は硬度および耐摩耗性にも優れるので、この面でもさらなる長寿命化が達成される。
【００３４】
窒化クロム層５１の形成は物理蒸着によって行うことができる。
【００３５】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３の実施の形態を示している。このものは、第１の実施の形態と同様な構造を有する密閉型圧縮機において、支持部材であるワッシャ４３、４４の表面にセラミックス層５３を形成している。このセラミックス層５３も耐酸性を有しているので第１の実施の形態のものと同様な作用効果を発揮する。また、セラミックス層５３は高硬度で耐摩耗性に優れているので、この面でもさらなる長寿命化が達成される。セラミックス層５３の形成は物理蒸着によって行える。
【００３６】
（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態を示している。このものは、第１の実施の形態と同様な構造を有する密閉型圧縮機において、支持部材であるワッシャ４３、４４の表面に樹脂材料層５４を形成している。この樹脂材料層５４も耐酸性を有しているので、第１の実施の形態のものと同様な作用効果を発揮する。また、樹脂材料層５４は塗布やインサート成形によって容易にかつ安価に形成でき、低コスト化に有利である。
【００３７】
なお、各実施の形態では、ワッシャ４３、４４のみに耐酸性処理層を設けたり、その全体を耐酸性材料としたが、必要に応じて、他の部材例えば波型ワッシャ等にも同様な対策を実施することができる。
【００３８】
図７は本発明の第４の実施の形態を示している。このものは、第１の実施の形態と同様な構造を有する密閉型圧縮機において、支持部材であるワッシャ４３、４４をセラミック製のものと代替している。従って、ワッシャ４３、４４自体が耐酸性を有しているので、腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来の金属製支持部材に劣らない機械的強度が得られるので、信頼性の高いものとなる。また、型成形によって容易に低コストで部品を製作することができるし、種々の形状に形成したい場合に有利である。
【００３９】
なお、各実施の形態では、ワッシャ４３、４４のみに耐酸性処理層を設けたり、その全体を耐酸性材料としたが、必要に応じて、他の部材例えば波型ワッシャ等にも同様な対策を実施することができる。
【００４０】
請求項１の発明によれば、代替冷媒と相溶性のあるオイルがエステル油であって加水分解により脂肪酸を生成し、これが前記軸受の支持部材に触れても、支持部材の表面が耐酸性処理層を有していることにより腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来通りの材質である鉄系金属の支持部材にて必要強度も満足するので、信頼性の高いものとなる。
【００４１】
上記支持部材の表面に形成する耐酸性処理層は、
請求項２の発明では窒化層であり、
請求項３の発明では窒化クロム層であり、
請求項４の発明は樹脂材料層であり、
請求項５の発明はセラミックス層であり、
いずれの発明も請求項１の発明を達成する。
【００４２】
請求項６の発明は、代替冷媒と相溶性のあるオイルがエステル油であって加水分解により脂肪酸を生成し、これが前記軸受の支持部材に触れても、支持部材が耐酸性を有するセラミックであるので腐食されることはなく、スラッジは生じないし、従来の金属製支持部材に劣らない機械的強度が得られるので、信頼性の高いものとなる。また、型成形によって容易に低コストで部品を製作することができるし、種々の形状に形成したい場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての密閉型圧縮機を示す断面図である。
【図２】図１の圧縮機の要部拡大図である。
【図３】図２のワッシャの拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す密閉型圧縮機のワッシャの拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す密閉型圧縮機のワッシャの拡大断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す密閉型圧縮機のワッシャの拡大断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す密閉型圧縮機のワッシャの拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
６ クランク軸
７ オイル
１１ 副軸受部材
１２ 転がり軸受
１７ オイルポンプ
４４、４５ ワッシャ
４６ 窒化層
５１ 窒化クロム層
５３ セラミックス層
５４ 樹脂材料層

Claims (6)

1. 冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を使用し、密閉容器の内部に前記混合冷媒と相溶性のあるオイルを封入し、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構と、前記オイルを各機械摺動部に供給するオイルポンプと、これらを駆動軸によって駆動する電動機とが配され、前記駆動軸の圧縮機構と連結しない側の端部を支持する軸受が、駆動軸上に設けられて前記軸受を圧縮機構と反対側から受止める支持部材と、前記軸受を嵌め合せて圧縮機構側から受止める固定部材と、の間に支持されている密閉型圧縮機において、
   前記支持部材は冷媒気体の循環経路に配し、鉄系金属でその表面に耐酸性処理層を形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 耐酸性処理層は、窒化層である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 耐酸性処理層は、窒化クロム層である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
4. 耐酸性処理層は、樹脂材料層である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 耐酸性処理層は、セラミックス層である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
6. 冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を使用し、密閉容器の内部に前記混合冷媒と相溶性のあるオイルを封入し、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構と、前記オイルを各機械摺動部に供給するオイルポンプと、これらを駆動軸によって駆動する電動機とが配され、前記駆動軸の圧縮機構と連結しない側の端部を支持する軸受が、駆動軸上に設けられて前記軸受を圧縮機構と反対側から受止める支持部材と、前記軸受を嵌め合せて圧縮機構側から受止める固定部材と、の間に支持されている密閉型圧縮機において、
   前記支持部材は冷媒気体の循環経路に配し、セラミックス製としたことを特徴とする密閉型圧縮機。

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