JP6089913B2 - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍空調機器に用いる冷媒圧縮機に関するものであり、特に、冷媒として、エチレン系のフッ化炭化水素、またはそれを含む混合物を用いた冷媒圧縮機に関するものである。

カーエアコンの分野において、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）冷媒として、プロピレン系フッ化炭化水素であるＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ₃ＣＦ＝ＣＨ₂）がある。

一般的に、組成中に二重結合を有するプロピレン系フッ化炭化水素では、二重結合の存在により、分解や重合が発生しやすい特徴を有する。このため、例えば特許文献１には、圧縮機の中で高温となりプロピレン系フッ化炭化水素の分解や重合が発生しやすい摺動部の表面を非金属部品で構成することで冷媒の分解や重合を抑制する方法が示されている。

また、特許文献２には、テトラフルオロエチレンは、耐熱性、耐薬品性等の優れたフッ素樹脂、含フッ素エラストマー製造用のモノマーとして有用であるが、極めて重合しやすい物質なので、その重合を抑制するためにテトラフルオロエチレンの生成時から重合禁止剤を加える必要があり、その技術が示されている。

特開２００９−２９９６４９号公報 特開平１１−２４６４４７号公報

プロピレン系フッ化炭化水素であるＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒では、標準沸点が−２９℃と高く、従来、定置式の空気調和機に用いられていたＲ４１０Ａ冷媒（標準沸点−５１℃）等に比べて、動作圧力が低く吸入容積当たりの冷凍能力が小さい。定置式の空気調和機にて、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒を使用しＲ４１０Ａ冷媒と同等の冷凍能力を得るには、冷媒の体積流量を増大しなければならず、圧縮機の押しのけ量増大のための課題や、体積流量増大に伴う圧力損失増加、効率低下の課題があった。

したがって、定置式の空気調和機用に低ＧＷＰ冷媒を適用するためには、標準沸点の低い低ＧＷＰ冷媒が適当であり、一般的に、炭素数の少ない方が低沸点の冷媒となる傾向がある。したがって、従来の炭素数３のプロピレン系フッ化炭化水素より炭素数２のエチレン系フッ化炭化水素の方が低沸点な化合物すなわち冷媒を得ることができる。

しかし、エチレン系フッ化炭化水素は、プロピレン系フッ化炭化水素に比べて反応性が高く、熱的・化学的に不安定で分解や重合を発生しやすいため、特許文献１に示される方法だけでは分解や重合を抑制することが困難である。
また、エチレン系フッ化炭化水素を冷媒とするものは、冷媒生成直後から分解や重合を起こし易く、保管時であっても、分解や重合が発生する。保管時からの冷媒の分解、重合を抑制するために、エチレン系フッ化炭化水素を冷媒とするものには、冷媒生成時から特許文献２に示されるような冷媒の重合を抑制する重合禁止剤が添加される。したがって、冷媒に重合禁止剤が含有されているので、冷凍機油等に重合禁止剤を添加する必要は無かった。しかしながら、冷媒に重合禁止剤が添加されていたとしても、冷凍回路内で液体、気体と相変化を繰り返しながら循環するので、高温となり重合を起こしやすい圧縮機の摺動部やモータの巻線部では、冷媒は気化する。重合禁止剤は気化した冷媒に添加され運び出されるので、圧縮機の摺動部やモータの巻線部に行渡らず、冷媒の重合を防止する効果を十分に得ることが困難であった。
特に、摺動部が互いに金属で構成されているとき、摺動動作により、摺動面が高温となり、摺動面の金属が活性化する。エチレン系フッ化炭化水素は、活性化した金属が反応触媒として作用し、分解が促進されるので、重合禁止剤が不十分であると、分解物が重合され生成される重合物も生成が促進されるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、エチレン系フッ化炭化水素、またはそれを含む混合物を冷媒として用いた冷媒圧縮機において、圧縮要素の摺動部での冷媒の分解を抑制するとともに、冷媒の分解物の重合を抑制した冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係る冷媒圧縮機は、エチレン系フッ化炭素水素、またはそれを含む混合物を冷媒として用い、冷媒を圧縮する圧縮要素と、圧縮要素に設けられ摺動部を構成する摺動部品と、摺動部品に供給され摺動部を潤滑する冷凍機油と、を備え、摺動部品の少なくとも一方の摺動する表面を非金属で構成し、冷媒とともに冷凍機油に冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を含有させたことを特徴とする。

この発明に係る冷媒圧縮機は、エチレン系フッ化炭素水素、またはそれを含む混合物を冷媒として用い、冷媒を圧縮する圧縮要素と、圧縮要素に設けられ摺動部を構成する摺動部品と、摺動部品に供給され摺動部を潤滑する冷凍機油と、を備え、摺動部品の少なくとも一方の摺動する表面を非金属で構成し、冷媒とともに冷凍機油に冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を含有させたので、圧縮要素の摺動部の温度上昇を抑え、摺動面の金属の活性化を抑制し、活性化した金属による冷媒の分解を抑制するとともに、冷凍機油の重合禁止剤にて冷媒の分解物の重合を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機の図１のＡ−Ａ断面図。 この発明の実施の形態６に係る圧縮要素部品の斜視図である。 この発明の実施の形態７に係る主軸受け４の斜視図（主軸受け４の一部を省いている）である。

実施の形態１．
以下、冷媒圧縮機の一例として、ロータリ圧縮機にて、本発明の実施の形態を説明する。なお、ここでは、１シリンダのロータリ圧縮機について説明するが、多気筒のロータリ圧縮機で実施しても構わない。

図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１はロータリ圧縮機２００の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

ロータリ圧縮機２００の全体構成を簡単に説明する。

図１に示すロータリ圧縮機２００の一例は、密閉容器２０内が高圧の縦型のものである。密閉容器２０内の下部に圧縮要素１０１が収納される。密閉容器２０内の上部で、圧縮要素１０１の上方に圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２が収納される。

密閉容器２０内の底部に、圧縮要素１０１の各摺動部を潤滑する冷凍機油３０が貯留されている。

先ず、圧縮要素１０１の構成を説明する。内部に圧縮室が形成されるシリンダ１は、外周が平面視略円形で、内部に平面視略円形の空間であるシリンダ室１ｂを備える。シリンダ室１ｂは、軸方向両端が開口している。シリンダ１は、側面視で所定の軸方向の高さを持つ。

シリンダ１の略円形の空間であるシリンダ室１ｂに連通し、シリンダ１の半径方向に延びる平行なベーン溝１ａが軸方向に貫通して設けられる。

また、ベーン溝１ａの背面（外側）に、ベーン溝１ａに連通する平面視略円形の空間である背圧室１ｃが設けられる。

シリンダ１には、外部の冷凍回路からの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）が、シリンダ１の外周面からシリンダ室１ｂに貫通している。

シリンダ１には、略円形の空間であるシリンダ室１ｂを形成する円の縁部付近（電動要素１０２側の端面）を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。

シリンダ１の材質は、ねずみ鋳鉄、焼結、炭素鋼等である。

ローリングピストン２が、シリンダ室１ｂ内を偏心回転する。ローリングピストン２はリング状で、ローリングピストン２の内周がクランク軸６の偏心軸部６ａに摺動自在に嵌合する。

ローリングピストン２とシリンダ１は、ローリングピストン２の外周とシリンダ１のシリンダ室１ｂの内壁との間に、常に一定の隙間があるように組立てられる。

ローリングピストン２の材質は、クロム等を含有した合金鋼等である。

ベーン３がシリンダ１のベーン溝１ａ内に収納され、背圧室１ｃに設けられるベーンスプリング８でベーン３が常にローリングピストン２に押し付けられている。ロータリ圧縮機２００は、密閉容器２０内が高圧であるから、運転を開始するとベーン３の背面（背圧室１ｃ側）に密閉容器２０内の高圧とシリンダ室１ｂの圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリング８は主にロータリ圧縮機２００の起動時（密閉容器２０内とシリンダ室１ｂの圧力に差がない状態）に、ベーン３をローリングピストン２に押し付ける目的で使用される。

ベーン３の形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。

ベーン３の材料には、高速度工具鋼が主に用いられている。

主軸受け４は、クランク軸６の主軸部６ｂ（偏心軸部６ａより上の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室１ｂ（ベーン溝１ａも含む）の一方の端面（電動要素１０２側）を閉塞する。

主軸受け４は、吐出弁（図示せず）を備える。但し、主軸受け４、副軸受け５のいずれか一方、または、両方に付く場合もある。

主軸受け４は、側面視略逆Ｔ字状である。

副軸受け５が、クランク軸６の副軸部６ｃ（偏心軸部６ａより下の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室１ｂ（ベーン溝１ａも含む）の他方の端面（冷凍機油３０側）を閉塞する。

副軸受け５は、側面視略Ｔ字状である。

主軸受け４、副軸受け５の材質は、シリンダ１の材質と同じで、ねずみ鋳鉄、焼結、炭素鋼等である。

主軸受け４には、その外側（電動要素１０２側）に吐出マフラ７が取り付けられる。主軸受け４の吐出弁から吐出される高温・高圧の吐出ガスは、一端吐出マフラ７に入り、その後吐出マフラ７から密閉容器２０内に放出される。但し、副軸受け５側に吐出マフラ７を持つ場合もある。

密閉容器２０の横に、冷凍回路からの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ１のシリンダ室に吸入されるのを抑制する吸入マフラ２１が設けられる。吸入マフラ２１は、シリンダ１の吸入ポートに吸入管２２を介して接続する。吸入マフラ２１本体は、溶接等により密閉容器２０の側面に固定される。

次に、電動要素１０２の構成を説明する。電動要素１０２には、ブラシレスＤＣモータが使用されるが、誘導電動機の場合もある。

電動要素１０２は、固定子１２と回転子１３とを備える。固定子１２は密閉容器２０の内周面に嵌合して固定され、固定子１２の内側に空隙を介して回転子１３が配置される。

固定子１２は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される固定子鉄心１２ａと、固定子鉄心１２ａの複数のティース部（図示せず）に集中巻線方式で巻回される三相の巻線１２ｂとを備える。巻線１２ｂは、絶縁部材１２ｃを介してティース部に巻回される。巻線１２ｂの材料は、ＡＩ（アミドイミド）／ＥＩ（エステルイミド）等の被膜を施した銅線である。絶縁部材１２ｃとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化））、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール樹脂等が主に用いられている。

巻線１２ｂは、固定子鉄心１２ａの軸方向両端（図１では軸方向上下端部）から、一部が突出している。この突出している部分を、コイルエンドという。図１で符号（１２ｂ）が指している部分が、巻線１２ｂの一方（反圧縮要素１０１側）のコイルエンドである。リード線２３は、絶縁部材１２ｃに取り付けられる端子（図示せず）に接続される。

固定子鉄心１２ａの外周には、略等間隔に配置される切欠き（図示せず）が複数箇所に設けられている。この切欠きは吐出マフラ７から密閉容器２０内へ放出される吐出ガスの通路の一つであり、また、冷凍機油３０が電動要素１０２の上から密閉容器２０底部に戻る通路にもなる。

固定子１２の内側に空隙（通常０．３〜１ｍｍ程度）を介して配置される回転子１３は、固定子鉄心１２ａと同様、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される回転子鉄心１３ａと、回転子鉄心１３ａに形成される永久磁石挿入孔（図示せず）に挿入される永久磁石（図示せず）とを備える。永久磁石には、フェライトや希土類のマグネットを使用している。

永久磁石挿入孔に挿入される永久磁石が軸方向に抜けないようにするために、回転子１３の軸方向両端（図１では軸方向上下端部）に端板が設けられる。回転子１３の軸方向上端部に上端板１３ｂ、回転子１３の軸方向下端部に下端板１３ｃが設けられる。

上端板１３ｂと下端板１３ｃは、回転バランサーを兼ねる。上端板１３ｂと下端板１３ｃは、複数の固定用リベット（図示せず）等にて一体にかしめて固定されている。

回転子鉄心１３ａには、吐出ガスのガス流路となる略軸方向に貫通する貫通孔（図示せず）が複数開けられている。

密閉容器２０には、電力の供給源である電源に接続する端子２４（ガラス端子という）が、溶接により固定されている。図１の例では、密閉容器２０の上面に端子２４が設けられる。端子２４には、電動要素１０２からのリード線２３が接続される。

密閉容器２０の上面に、両端が開口した吐出管２５が嵌挿されている。圧縮要素１０１から吐出される吐出ガスは、密閉容器２０内から吐出管２５を通って外部の冷凍回路へ吐出される。

尚、電動要素１０２が誘導電動機で構成される場合には、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される回転子鉄心１３ａと、回転子鉄心１３ａに形成されるスロットにアルミニウムや銅で構成される導体が充填または挿入され、その導体の両端をエンドリングで短絡したかご形巻線とを備える。

密閉容器２０内の底部に貯留される冷凍機油３０には、合成油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニールエーテル）、ＡＢ（アルキルベンゼン）等を使用する。油の粘度は、油中への冷媒溶け込みも含めてロータリ圧縮機２００の潤滑に十分かつロータリ圧縮機２００の効率を低減させないものが選ばれており、一般的に、基油の動粘度（４０℃における）は、５〜３００［ｃＳｔ］程度である。

冷凍機油中には、冷媒の重合禁止剤として、リモネンが０．１％〜５％含有されている。

この圧縮機に使用する冷媒としては、Ｒ４１０Ａと同様に低沸点冷媒であるトランス−１，２，ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｅ））を用いる。

ロータリ圧縮機２００の一般的な動作について説明する。端子２４、リード線２３から電動要素１０２の固定子１２に電力が供給されることにより、回転子１３が回転する。すると回転子１３に固定されたクランク軸６が回転し、それに伴いローリングピストン２はシリンダ１のシリンダ室１ｂ内で偏心回転する。シリンダ１のシリンダ室１ｂとローリングピストン２との間の空間は、ベーン３によって２分割されている。クランク軸６の回転に伴い、それらの２つの空間の容積が変化し、片側はだんだん容積が広がることにより吸入マフラ２１より冷媒を吸入し、他側は容積が除々に縮小することにより、中の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された吐出ガスは、吐出マフラ７から密閉容器２０内に一度吐出され、更に電動要素１０２を通過して密閉容器２０の上面にある吐出管２５より密閉容器２０外へ吐出される。

電動要素１０２を通過する吐出ガスは、電動要素１０２の回転子１３の貫通孔、固定子鉄心１２ａのスロットオープニング（図示せず、スロット開口部ともいう）含む空隙、固定子鉄心１２ａの外周に配置された切欠き等を通る。

ロータリ圧縮機２００が上記運転動作を行う場合、部品同士が摺動する摺動部が以下に示すように複数ある。
（１）第１の摺動部：ローリングピストン２の外周２ａとベーン３の先端３ａ（内側）；
（２）第２の摺動部：シリンダ１のベーン溝１ａとベーン３の側面部３ｂ（両側面）；
（３）第３の摺動部：ローリングピストン２の内周２ｂとクランク軸６の偏心軸部６ａ；
（４）第４の摺動部：主軸受け４の内周とクランク軸６の主軸部６ｂ；
（５）第５の摺動部：副軸受け５の内周とクランク軸６の副軸部６ｃ。

圧縮要素１０１に設けられる、摺動部を構成する部品をまとめる。
（１）シリンダ１；
（２）ローリングピストン２；
（３）ベーン３；
（４）主軸受け４；
（５）副軸受け５；
（６）クランク軸６。

また、図示しないが、駆動軸が駆動されると、ローリングピストン２に一体に設けたベーン３の突出先端部が支持体の受入溝に沿って出入すると同時に、支持体が旋回する。つまり、ベーン３は、ローリングピストン２の公転にしたがって揺動しながら径方向へ進退動することによって、シリンダ室１ｂの内部を常に圧縮室と吸入室とに区画するスイング式のロータリ圧縮機がある。

このスイング式のロータリ圧縮機では、ベーン３の突出先端部と支持体の受入溝とが摺動部となる。

また、シリンダ１の吸入口と吐出口との中間部に、円筒形の筒状保持孔が形成され、この筒状保持孔には、横断面が半円形状の２つの半円柱状部材で構成する支持体が回転自在に嵌合しているので、支持体の外周面とシリンダの筒状保持孔とが他の摺動部となる。

本実施の形態は、トランス−１，２，ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｅ））を冷媒として用いているため、冷媒は、熱的・化学的に不安定であり、化学反応による分解や重合が発生しやすい。冷媒の重合が発生し重合物が生成されると、その重合物が圧縮機内や冷凍回路中で詰まりが発生する可能性がある。特に高温となる部分で冷媒の化学反応は促進され重合が発生しやすい。よって、冷媒の重合を抑制するため、例えば、高温部に重合禁止剤を付着させるなどの対策が必要となる。

前述の圧縮要素の摺動部や電動要素の巻線部は、圧縮機の中でも高温となる部分である。圧縮要素の摺動部は、圧縮要素を構成する部品どうしが摺動することで発熱し、電動要素の巻線部は、回転子１３を回転させるために巻線に電流を流すことで発熱する。

エチレン系フッ化炭化水素は、反応性が高く、常温で保管中でも、分解や重合を起こす。そのため、エチレン系フッ化炭化水素を冷媒とするものには、冷媒生成時から冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を添加し、例え、保管時であっても、常にエチレン系フッ化炭化水素には重合禁止剤を混合させている。エチレン系フッ化炭化水素と重合禁止剤とが分離される状態では使用・保管はしていない。しかしながら、圧縮機内では金属同士の摺動によって冷媒の分解が進むため、分解物が重合する機会が高く、冷媒に重合禁止剤が添加されていたとしても、高温の圧縮要素の摺動部や電動要素の巻線部では、冷媒が気化し、気体となった冷媒とともに重合禁止剤も運び出されて、高温の圧縮要素の摺動部や電動要素の巻線部に残らず、重合禁止剤の十分な効果が発揮できない。

一方、圧縮機の各摺動部には、密閉容器２０に貯留されている冷凍機油３０を圧縮要素に設けられた給油機構（図示せず）によって、各摺動部に供給し摺動部の潤滑を行なっている。一般的には、冷媒と冷凍機油は別々に保管・運搬されるもので、空気調和機組立時に、冷媒と冷凍機油を圧縮機および冷凍回路に封入するものである。したがって、冷凍機油に、例えばリモネンなどの冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を添加しても、冷凍機油と冷媒が混合することはないので、保管時の冷媒に重合禁止剤が作用し重合を抑制することはなく、冷凍機油に重合禁止剤を添加する必要は無かった。また、冷媒と冷凍機油を圧縮機および冷凍回路に封入した後でも、圧縮機が停止状態では、冷凍回路内を気体となって自由に移動できる冷媒に対し、密閉容器の底部に貯留され自由に移動できない冷凍機油では、重合禁止剤を添加しても、冷凍機油と冷媒が混合することはないので、重合禁止剤が冷媒に作用し重合を抑制することはなく、冷媒に添加されていることで十分であり、冷凍機油に重合禁止剤を添加する必要は無かった。しかしながら、圧縮機の動作時には、冷凍機油に重合禁止剤が添加されることにより、冷凍機油とともに重合禁止剤を摺動部に供給することができ、十分な重合禁止剤が摺動部に保持することができるようになる。これにより、摺動部が高温になっても、冷媒の重合を抑制することができ、重合禁止剤が発揮するようになる。また、圧縮要素にて圧縮された高温の冷媒は、前述のように電動要素１０２を通過して密閉容器２０の上面にある吐出管２５より密閉容器２０外へ吐出される。このとき、冷媒の流れが速いためリモネンを含有した冷凍機油の一部も冷媒に溶け込んだまま、電動要素部に運ばれる。電動要素部に運ばれた冷媒は、電動要素部に衝突し、そのとき、冷媒と冷凍機油は分離され、冷媒は上方の吐出管２５の側へ流れ、冷凍機油は冷凍機油を貯留している密閉容器の底部に戻って行く。分離された冷凍機油の一部は、電動要素部に衝突したときに電動要素の巻線に付着し、一時的に保持される。これによって、巻線が高温となっても冷媒の重合を抑制することができ、重合禁止剤が効果を発揮するようになる。

上記より、圧縮機の中で高温となる圧縮要素の摺動部や電動要素の巻線部分には、重合禁止剤であるリモネンを含有した冷凍機油を供給することにより、十分な重合禁止剤を保持することができる。
また、気化された冷媒には冷媒に含有された重合禁止剤が作用し、冷媒の重合抑制に効果を発揮する。

これにより、重合を発生しやすい高温部ではリモネンを含有した冷凍機油により重合を防止することができ、重合を発生しやすい冷媒を用いても十分な信頼性を維持することができる。

一方、圧縮要素の摺動部は、互いに金属で構成された場合、金属同士の摺動により摺動面が高温となり、摺動面の金属が活性化する。熱的・化学的に不安定な冷媒は、摺動部の活性化された金属表面が反応触媒として作用し、分解を誘起する。さらに、分解された分解物は、露出した金属活性表面が重合触媒となって、重合物の生成が促進される。重合禁止剤は、分解物の重合を抑制するが、冷媒の分解を抑制することによって、重合禁止剤の作用をさらに高めることができる。すなわち、圧縮要素の摺動部にて、活性化した金属表面の露出を抑制することによって、触媒作用を抑制することができる。

以下に示すように、摺動部を構成する２部品のうち少なくとも片方を非金属材料で構成する。摺動部の一方を比熱の大きいな非金属材料とすることにより、金属同士の摺動に比べ、温度上昇を抑えることができ、摺動部の金属表面の活性化を抑制することができる。これにより、冷媒の分解と重合を抑制することができる。

先ず、第１の摺動部であるローリングピストン２の外周とベーン３の先端３ａにおいては、ベーン３の表面に炭素系のＤＬＣ−Ｓｉ（ダイヤモンドライクカーボン−シリコン）コーティング（非金属の一例）を施した構成となっている。このため、ローリングピストン２の外周とベーン３の先端３ａとの間の摺動は金属同士の直接的な接触を避けることができ、高温条件となりにくく、また金属表面も活性化されにくいので、冷媒の重合を抑制することができる。

ＤＬＣ−Ｓｉコーティングは、シリコンを含有したアモルファスカーボンであり、表層硬度は２０００〜２５００Ｈｍｖ、膜厚さは３μｍ程度である。

第２の摺動部であるシリンダ１のベーン溝１ａとベーン３の側面部３ｂにおいても、上述のベーン３の表面にＤＬＣ−Ｓｉコーティングを施すことにより、金属同士の直接的な接触を避けることができ、金属表面も活性化されにくく、また高温条件となりにくいので、冷媒の重合を抑制することができる。

第３の摺動部であるローリングピストン２の内周２ｂとクランク軸６の偏心軸部６ａにおいては、クランク軸６の表面にリン酸マンガン皮膜（非金属の一例）を形成することで、金属同士の直接的な接触を避けることができ、金属表面も活性化されにくく、また高温条件となりにくいので、冷媒の重合を抑制することができる。尚、ローリングピストン２の内周２ｂにリン酸マンガン皮膜を形成してもよい。

第４の摺動部である主軸受け４の内周とクランク軸６の主軸部６ｂ及び第５の摺動部である副軸受け５の内周とクランク軸６の副軸部６ｃにおいても、クランク軸６の表面にリン酸マンガン皮膜を形成することで、金属同士の直接的な接触を避けることができ、金属表面も活性化されにくく、また高温条件となりにくいので、冷媒の重合を抑制することができる。尚、主軸受け４及び副軸受け５の内周にリン酸マンガン皮膜を形成してもよい。

上記のように構成することで、ロータリ圧縮機２００内の各摺動部において、金属同士の直接的な接触を防止することができ、摺動面である金属表面も活性化と摺動部の高温化を抑制できるので、冷媒の分解、重合を抑制し、冷媒の重合物による、ロータリ圧縮機２００の故障や冷凍回路内の詰まりを抑制し、長期にわたる信頼性を得ることが可能となる。
なお、上記に挙げた摺動部全てにおいて、非金属化を行わなくても構わない。金属表面も活性化は、摺動部の面圧が大きく、摺動速度が速く、潤滑の状態の悪い箇所ほど、起こりやすいので、そのような条件の箇所を非金属化することで、冷媒の分解、重合を抑制できるとともに、非金属化のための工作工程を省くことができる。摺動部の面圧が小さかったり、摺動速度が遅かったり、潤滑の状態が良好な箇所では、摺動部が互いに金属であっても摺動面の金属は活性化されにくいので、必ずしも非金属化の必要はない。
また、金属同士の直接的な接触を防止することで、冷媒の分解が促進されることを抑制するとともに、冷凍機油に含まれた重合禁止剤にて分解された分解物が重合することを抑制するので、より重合物の生成を抑制し、高い信頼性を得ることができる。

上記の説明において、冷媒として、トランス−１，２，ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｅ））を用いる例を示したが、フルオロエチレン（Ｒ１１４１）、シス−１，２ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｚ））、１，１ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２ａ）、１，１，２トリフルオロエチレン（Ｒ１１２３）等を用いても同様の効果がある。

上記の説明において、冷凍機油に含有する重合禁止剤として、リモネンを用いているが、ピカン、カンフェン、シメン、テルピネン等のテルペン炭化水素、あるいは、シトロネロール、チルピネオール、ボルネオール等のテルペンアルコールであってもよい。

実施の形態２．
実施の形態１においては、高温となる部分において、重合禁止剤を含有させた冷凍機油が十分に存在することにより冷媒の重合を防止する方法を示したが、摺動部品にあらかじめ重合禁止剤を含有させておくこともできる。その方法について、説明する。

実施の形態１に示す、シリンダ１、主軸受け４、副軸受け５は、多孔質である焼結部品で構成することが可能である。これらの焼結部品にあらかじめ重合禁止剤または重合禁止剤を含有する冷凍機油を含浸させておいてから圧縮機を組み立てる。これにより、高温となりやすい圧縮機シリンダ内や摺動部において、焼結部品から重合禁止剤が染み出して冷媒の重合を抑制する効果を更に高める効果がある。

これによって、圧縮要素の摺動部への冷凍機油が十分ではない状態で、冷媒の重合条件が揃ったとしても、保持されている重合禁止剤により、冷媒の重合を抑制することができる。

実施の形態３．
摺動部以外で高温となりやすい電動要素の巻線部においても、実施の形態２同様、あらかじめ重合禁止剤を含有させておくこともできる。その方法について、説明する。

電動要素の巻線部１２ｂにおいて、断面が円形の巻線では、巻線と巻線の間には隙間が生じる。巻線間の隙間は、焼結部品の多孔質と同様に、重合禁止剤あるいは重合禁止剤を含有する冷凍機油を含有、保持させることができる。例えば巻線工程において使用する加工油に重合禁止剤を含有させたり、あるいは巻線を重合禁止剤に浸漬させたりする。これにより巻線部１２ｂ中の重合禁止剤が重合の発生する巻線部に充分供給されることにより、冷媒の重合を抑制する効果を高めることができる。

これによって、電動要素の巻線部摺動部への冷凍機油が十分ではない状態で、冷媒の重合条件が揃ったとしても、保持されている重合禁止剤により、冷媒の重合を抑制することができる。

実施の形態４．
実施の形態１では、５箇所の摺動部に対し、それぞれ金属同士の接触を避け、金属表面も活性化と摺動部の高温化を抑制する方法の一例を示したが、同様の効果を得る方法として、実施の形態１の方法以外にも数種類の方法がある。実施の形態４では、第１の摺動部であるローリングピストン２の外周２ａとベーン３の先端３ａにおけるその他の実施例を示す。

実施の形態１では、ベーン３にＤＬＣ−Ｓｉコーティングを施す方法を示したが、ベーン３に施すコーティングとしては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミ）、ＷＣ／Ｃ（タングステンカーバイドコーティング）、ＶＣ（バナジウムカーバイド）等を用いてもよく、ベーンの摺動面に金属が露出しないため、これらのコーティングにおいても実施の形態４と同様の効果を示す。

また、ベーン３においては、上述のように金属の表面を非金属のコーティングで覆う方法のほかに、ベーン３そのものをセラミック系の材料とする方法もある。材質としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＺｒＯ₂（二酸化ジルコニウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）等があり、これらを用いることで、ベーン３の摺動面に金属が露出しないため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態１においては、ベーン３の表面に金属面を露出しない方法を示したが、ローリングピストン２の外周２ａにおいて同様の方法を実施してもよい。ローリングピストン２の外周２ａを含む表面にＤＬＣ−Ｓｉ，ＤＬＣ、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＷＣ／Ｃ、ＶＣ等のコーティングを施すことにより、ローリングピストン２の外周２ａの摺動面に金属が露出しないため、実施の形態１と同様の効果がある。

また、ローリングピストン２においても、金属の表面を非金属系のコーティングで覆う方法だけでなく、ローリングピストン２の材質そのものをセラミック系の材料とする方法もある。材質としては、ＳｉＣ、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等が適用可能であり、ローリングピストン２の外周２ａの摺動面に金属が露出しないため、実施の形態１と同様の効果がある。

実施の形態５．
実施の形態４同様に、実施の形態５として、第２の摺動部であるシリンダ１のベーン溝１ａとベーン３の側面部３ｂにおける例を示す。実施の形態４のとおり、ベーン３にＤＬＣ、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＷＣ／Ｃ、ＶＣ等のコーティングを施すことができる。これにより、第２の摺動部においてもベーン３の摺動面に金属が露出することを防止できるため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、ベーン３の材質を、ＳｉＣ、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミックとすることによっても第２の摺動部においてもベーン３の摺動面に金属が露出しないため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
実施の形態６として、第３の摺動部であるローリングピストン２の内周２ｂとクランク軸６の偏心軸部６ａにおけるその他の実施例を示す。

図３は実施の形態６を示す図で、ローリングピストン２の斜視図である。

実施の形態１では、クランク軸６の表面にリン酸マンガン皮膜を形成する方法を示したが、ローリングピストン２側に対策を施してもよく、例えば、図３に示すように、ローリングピストン２の内径部に軸受け材９を用いる方法もある。

この軸受け材９には、金属系と樹脂系（非金属系）の２種類があるが、本実施の形態の主旨に合うものは、樹脂系の軸受け材９（非金属の一例）である。

樹脂系の軸受け材９として具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）を主成分とした軸受け材９を用いることが望ましい。これにより、ローリングピストン内径側の摺動部に金属が露出しないため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

尚、クランク軸６の偏心軸部６ａに、軸受け材９（非金属の一例）を用いてもよい。

実施の形態７．
実施の形態７として、第４の摺動部である主軸受け４の内周とクランク軸６の主軸部６ｂと、第５の摺動部である副軸受け５の内周とクランク軸６の副軸部６ｃとにおけるその他の実施例を示す。

図４は実施の形態７を示す図で、主軸受け４の斜視図（主軸受け４の一部を省いている）である。

実施の形態１では、クランク軸６の表面に、リン酸マンガン皮膜を形成する方法を示したが、主軸受け４及び副軸受け５側に対策を施してもよく、例えば、図４に示すように、主軸受け４の内径部に軸受け材１０（非金属の一例）を用いる方法もある。

この軸受け材１０には、金属系と樹脂系の２種類があるが、本実施の形態の主旨に合うものは、樹脂系の軸受け材１０である。

樹脂系の軸受け材１０として具体的には、ＰＴＦＥ、ＰＯＭを主成分とした軸受け材１０を用いることが望ましい。これにより、主軸受け４の内径側の摺動部に金属が露出しないため、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

尚、クランク軸６の主軸部６ｂと副軸部６ｃに、軸受け材１０を用いることもできる。

以上の説明では、摺動部を構成する部品のいずれか一方を、少なくともその摺動する表面を非金属で構成する例を説明したが、摺動部を構成する部品の両方を少なくともその摺動する表面を非金属で構成するようにしてもよい。

実施の形態８．
以上の実施の形態において使用される冷凍機油の中には、通常摩耗防止剤が含有されることが一般的である。摩耗防止剤は、自身が分解することで摺動部品の摩耗を防止する機能を有するが、この摩耗防止剤の分解物が、重合、分解しやすいエチレン系フッ素炭素水素あるいはその混合物の分解物と反応し固形物を生成することが知られている。この固形物は冷凍サイクル内の膨張弁、キャピラリーチューブなどの径の細い流路で堆積し、つまりを生じ、冷却不良を引き起こす恐れがある。この実施例においては、冷凍機油を適切に選定し、摩耗防止剤を含まないようにしたので、摩耗部防止剤の分解物とエチレン系フッ化炭化水素およびその混合物の分解物との反応による固形物の発生がなく、冷凍回路上の詰まりのない、長期にわたって良好な性能を保つことのできる冷媒圧縮機を得ることができる。

１ シリンダ、１ａ ベーン溝、１ｂ シリンダ室、１ｃ 背圧室、２ ローリングピストン、２ａ 外周、２ｂ 内周、３ ベーン、３ａ 先端、３ｂ 側面部、４ 主軸受け、５ 副軸受け、６ クランク軸、６ａ 偏心軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、７ 吐出マフラ、８ ベーンスプリング、９ 軸受け材、１０ 軸受け材、１２ 固定子、１２ａ 固定子鉄心、１２ｂ 巻線、１２ｃ 絶縁部材、１３ 回転子、１３ａ 回転子鉄心、１３ｂ 上端板、１３ｃ 下端板、２０ 密閉容器、２１ 吸入マフラ、２２ 吸入管、２３ リード線、２４ 端子、２５ 吐出管、３０ 冷凍機油、１０１ 圧縮要素、１０２ 電動要素、２００ ロータリ圧縮機。

Claims (17)

1. エチレン系フッ化炭化水素、またはそれを含む混合物を冷媒として圧縮する冷媒圧縮機において、
   前記冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素に設けられ摺動部を構成する摺動部品と、
   前記摺動部品に供給され前記摺動部を潤滑する冷凍機油と、を備え、
   前記摺動部品の少なくとも一方の摺動する表面を非金属で構成するとともに、前記冷凍機油に前記冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を含有させたことを特徴とする冷媒圧縮機。
2. エチレン系フッ化炭化水素、またはそれを含む混合物を冷媒として圧縮する冷媒圧縮機において、
   前記冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素に設けられ摺動部を構成する摺動部品と、を備え、
   前記摺動部品は焼結部品にて構成し、前記焼結部品に前記冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を含有させるとともに、前記摺動部品の少なくとも一方の摺動する表面を非金属で構成したことを特徴とする冷媒圧縮機。
3. エチレン系フッ化炭化水素、またはそれを含む混合物を冷媒として圧縮する冷媒圧縮機において、
   前記冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素を駆動する電動要素と、
   前記圧縮要素に設けられ摺動部を構成する摺動部品と、を備え、
   前記電動要素は巻線を有し、前記巻線の隙間に前記冷媒の重合を抑制する重合禁止剤を含有させるとともに、前記摺動部品の少なくとも一方の摺動する表面を非金属で構成したことを特徴とする冷媒圧縮機。
4. 前記エチレン系フッ化炭化水素は、フルオロエチレン（Ｒ１１４１）、トランス−１，２ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｅ））、シス−１，２ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｚ））、１，１ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２ａ）、１，１，２トリフルオロエチレン（Ｒ１１２３）のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
5. 前記重合禁止剤は、テルペン化合物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
6. 前記テルペン化合物は、リモネン、ピネン、カンフェン、シメン、テルピネン、シトロネロール、チルピネオール、ボルネオールのうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載の冷媒圧縮機。
7. 前記非金属は、前記摺動部品の表面に施されたコーティングであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
8. 前記コーティングは、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＤＬＣ−Ｓｉ（ダイヤモンドライクカーボン−シリコン）、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミ）、ＷＣ／Ｃ（タングステンカーバイドコーティング）、ＶＣ（バナジウムカーバイド）のいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の冷媒圧縮機。
9. 前記非金属を、非金属系の軸受け材で構成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
10. 前記非金属系の軸受け材は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）を主成分とすることを特徴とする請求項９に記載の冷媒圧縮機。
11. 前記摺動部を構成する部品の少なくとも一方は、セラミック系の材料で構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
12. 前記セラミック系の材料は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＺｒＯ₂（二酸化ジルコニウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載のロータリ圧縮機。
13. 前記非金属を、リン酸マンガン皮膜で構成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
14. 前記圧縮要素は、シリンダのシリンダ室内を偏心回転するリング状のローリングピストンと、前記シリンダのベーン溝内に収納され、前記ローリングピストンに押し付けられて前記ベーン溝内を摺動するベーンと、を備え、
    前記摺動部は、前記ベーンの先端と前記ローリングピストンの外周であることを特徴とする請求項１から８、１１、１２のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
15. 前記圧縮要素は、ベーン溝を有するシリンダと、前記シリンダの前記ベーン溝内に収納され、前記ベーン溝内を摺動するベーンと、を備え、
    前記摺動部は、前記ベーン溝と前記ベーンであることを特徴とする請求項１から８、１１、１２のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
16. 前記圧縮要素は、シリンダのシリンダ室内を偏心回転するリング状のローリングピストンと、主軸部から偏心した偏心軸部を有するクランク軸と、を備え、
    前記摺動部は、前記ローリングピストンの内周と前記クランク軸の前記偏心軸部であることを特徴とする請求項１から６、９、１０、１３のいずれかに記載の冷媒圧縮機。
17. 前記圧縮要素は、主軸部と副軸部とを有するクランク軸と、前記クランク軸の前記主軸部に摺動自在に嵌合する主軸受けと、前記クランク軸の前記副軸部に摺動自在に嵌合する副軸受けと、を備え、
    前記摺動部は、前記主軸受け及び前記副軸受けと前記クランク軸であることを特徴とする請求項１から６、９、１０、１３のいずれかに記載の冷媒圧縮機。

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