JPH03202681A

JPH03202681A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JPH03202681A
Application number: JP1339730A
Authority: JP
Inventors: Tadao Machida; 忠男町田; Shinobu Sato; 忍佐藤; Shoichiro Kitaichi; 昌一郎北市
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-09-04
Also published as: EP0438922A1; KR910012542A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、冷媒圧縮機に係り、特に４媒としてフロン１
３４ａを使用するに際して好適な冷媒圧縮機に関する〇（従来の技術）一般に、室内あるいは車内の空気調和機、あるいは冷蔵
庫などには、冷風あるいは温風を送り出すために、冷媒
圧縮機が使用されている。

この冷媒圧縮機は、例えば第８図に示す密閉型圧縮機や
、カーエアコン用の半密閉型冷媒圧縮機（図示省略）な
どがある。

第８図の、縦断面図として示した密閉型の冷媒圧縮機を
例として説明する。

同図において、密閉されたケーシング１内にはステータ
２とロータ３とで構成されるモータ機構４が設置されて
いる。

モータ機構４の下部には圧縮機構５が配設され、上記モ
ータ機構４によって圧縮装置５が駆動される。

これによって、図示しないアキュムレータを介して供給
管６から導入された冷媒が圧縮され、ケーシング１内に
一旦吐出させた後、ケーシング１の上部に設けられた吐
出管７から冷凍機側に冷媒が供給される。

このような密閉型圧縮機における圧縮機構５について、
第９図を加えて詳しく説明する。

これらの図において、ケーシング１内にはモータ４が収
容され、このモータ４により回転するシャフト８がフレ
ーム９の軸受に軸支されてシリンダ１０内を貫通し、さ
らにその下端部はサブベアリング１１の軸受に軸支され
ている。

シャフト８のシリンダ１０の内部は、クランクｇＢ１２
（偏心部）となっており、このクランク部１２とシリン
ダ１０との間にローラ１３が嵌合され、シャフト８の回
転によりローラ１３が遊星運動する。

また、シリンダ１０を貫通してブレード１４が設けられ
、スプリング１５の付勢力によりブレード１４の一端側
はローラ１３の外周に接触し、シリンダ１０内を吸込室
１６と吐出室１７に分割している。上記ローラ１３の遊
星運動に応じてブレード１４は往復運動する。

冷媒ガスはシャフト８の回転に伴うローラ１３の遊星運
動に応じて、吸込口１８から吸込まれ、圧縮され、吐出
口１つから吐出されるが、この摺動部の動作を円滑にす
るためにケーシング１内には冷凍機油２０が収容されて
いる。この冷凍機油２０は、シャフト８の回転により、
シャフト８下端に設けられている図示されないポンプに
沿って吸い上げられ、摺動部を潤滑するようになってい
る。

このような冷媒圧縮機の摩耗は、ブレード１４とシャフ
ト８を中心としたものに分けられる。

ブレード１４はシャフト８の回転に伴い往復運動するが
、この際分割されたシリンダ１０内の２室の圧力差によ
りシリンダ１０の貫通孔内面にこすりつけられブレード
１４、シリンダ１０ともに摩耗する。また、ブレード１
４はスプリング１５によりその端部がローラ１３に押付
けられているため、ローラ１３の外周も摩耗する。

一方、シャフト８は、ローラ１３を介してスプリング１
５やシリンダ１０内の圧力を受け、フレームつとサブベ
アリング１１に押付けられて若干湾曲した形状となって
高速回転するため、シャフト８の外面、フレーム９及び
サブベアリング１１の内面が同様に摩耗する。

このような密閉型冷凍圧縮機の冷媒としては、ジクロロ
ジフロロメタン（以下フロン１２と称する）やクロロジ
フロロメタンが主に用いられており、また圧縮機構５に
封入される冷凍機油としては、フロン１２やクロロジフ
ロロメタンに対して溶解性を示すナフテン系やパラフィ
ン系鉱油が用いられている。

これら冷媒や冷凍機油はケーシング１内を直接循環する
ため、圧縮機構５においては耐摩耗性を有することが必
要である。

ところで、最近、上述した冷媒などからのフロンの放出
がオゾン層の破壊につながり、人体や生物系に深刻な影
響を与えることがはっきりしてきたため、オゾン破壊係
数の高いフロン１２などは段階的に使用が削減され、将
来的には使用しない方向に決定している。

このような状況下にあって、フロン１２の代替冷媒とし
て、１１，１．２−テトラフルオロエタン（以下フロン
１３４ａと称する）や、１，１．２．２−テトラフルオ
ロエタン（以下フロン１３４と称する）が開発されてお
り、この冷媒に適した圧縮機用の材料の開発が望まれて
いる。

たとえば、フロン１３４ａは従来の冷凍機油である鉱油
にはほとんど溶解しないため、溶解性を示すポリアルキ
レングリコール系油、ポリエーテル系油、ポリエステル
系油、フッ素系油などの使用が試みられている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、冷媒としてフロン１３４ａを用い、この
フロンが溶解性を示す冷凍機油、たとえばポリアルキレ
ングリコール系油やポリエステル系油を用いた場合、上
述したような圧縮機構５の摺動部材として使用されてい
るＦｅ１２、Ｓ−１５Ｃ５Ｓ−１２ｃ　。

５ＷＲＣＩ（ＬＯＡ、　５ＶＣＦＩＩ５Ａ　Ｓ８０Ｍ４
３５Ｈ、焼結合金、ステンレス鋼などの耐摩耗性が低下
し、長期間安定して冷媒圧縮機を運転することができな
いという問題が生じている。

これは、従来冷媒としてフロン１２を用いた場合、フロ
ン１２中のＣＩ原子が、金属基材のＦｅ原子と反応して
耐摩耗性の良い塩化鉄膜を形成するのに対し、フロン１
３４ａを用いた場合には、ＣＩ原子が存在しないために
塩化鉄膜のような潤滑膜が形成されないことに原因の一
つかある。

したがって、冷媒としてフロン１３４ａを用い、この冷
媒と相溶性を有する冷凍機油として、例えばポリアルキ
レングリコール系油やポリエステル系油を使用する冷媒
圧縮機において、摺動部材の耐摩耗性を向上させ、長期
使用を可能とすることが、早急に解決すべき課題となっ
ている。

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、フロン１３４ａの使用に際して、摺動部での耐摩耗
性を向上させ、長寿命化を図った冷媒圧縮機を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のフロン１３４ａ用冷媒圧縮機は、摺動部分にｏ
、ｏｏｉ〜５０μ讃の膜厚からなる硫化鉄を主体とする
化合物層を形成した鉄系基材を摺動部品として用いたこ
とを特徴としている。

本発明において、硫化鉄を主体とする化合物層は、前記
冷媒圧縮機運転中における冷凍機油中に含まれる硫黄と
、摺動部分となる鉄系基材表面の鉄との化学反応により
形成することができる。

この方法において、冷凍機油は、 ■あらかじめ硫黄成分が添加剤として、冷媒と相溶性を
有する冷凍機油に添加されているものを使用する。

■後から冷凍機油中に、積極的に硫黄成分を添加する。

のいずれの場合でもよく、もともと硫黄を含んだ添加剤
としては、硫化セチルメチル、硫化ジセチル、硫化ββ
′−ジクロルジセチル、チオシアン酸セチル、ジアルキ
ルジチオりん酸亜鉛などが挙げられ、冷凍機油中におけ
る最終的な硫黄含有量が、０．０１〜５重量％の範囲と
なるよう添加されていることが好ましい。

また、硫黄成分を含有する添加剤を、ナフテン系鉱油、
パラフィン系舵面またはアルキルベンゼン系鉱油などに
溶解し、さらにこれをポリエーテル浦などに溶解させて
、冷凍機油として用いてもよい。

このような混合面に、さらに硫黄を加えてもよい。

このような冷凍機油を使用して冷媒圧縮機を運転させる
と、たとえば、シャフトの回転によって高い荷重が掛か
る軸受部などが局部的に高温状態となり、冷媒圧縮機内
を循環している冷凍機油がこの高温部分で熱分解を起こ
し、Ｆｅ系の基材と冷凍機油との化学反応によってシャ
フト表面に硫化鉄を主体とする化合物層が形成される。

また、上述した硫化鉄を主体とする化合物層の上にステ
アリン酸のような脂肪酸によって形成された吸着層があ
ってもよく、これは、水分の存在下で酸化鉄あるいは硫
化鉄を主体とする化合物と反応して鉄石けんを形成した
もので、長い炭化水素鎖間に働く凝集力で吸着膜の油膜
強度を向上させている。

そして、この吸着膜は、膜自身の剪断力が小さいために
低摩擦係数を与える。さらに付は加えると、下層が硫化
鉄を主体とする化合物の場合であると、ステアリン酸の
吸着熱は高く、油膜強度や耐摩耗性がさらに向上する。

したがって、フロン１３４ａと、これらと相溶性の有る
例えばポリアルキレングリコール系−とを使用する冷媒
圧縮機における圧縮機構の摺動部材の少なくとも表面に
、硫化鉄を主体とする化合物層を形成することによって
、冷媒や冷凍機油中で、摺動部の耐摩耗性を長期に渡っ
て維持することができる。

（作　用）フロン１３４ａは水溶解度が高く、ポリアルキレングリ
コール系の冷凍機油は吸湿性が非常に高い。

この様子を第１表および第２図に示した。すなわち、従
来のフロン１２は水溶解度が小さく、フロン１２と組合
せて使用する一般鉱油も吸湿性が低いため、Ｆｅ金属基
材表面に形成される塩化鉄屑は安定で、摩耗防止に充分
役立っていた。

しかし、この塩化鉄層の周囲に水分か存在すると、膜の
分解により１１Ｃ１が生成し、基材の腐食摩耗を起こし
てしまうのである。

フロン１３４ａまたはそれと相溶性のある冷凍機油、例
えばポリアルキレングリコール糸面またはポリエステル
系油を用いた系では、鉱−と比較して吸温性が非常に高
いため、塩化鉄膜が不安定となり、摩耗防止の膜として
充分に働かないのである。

そこで、本発明による硫黄含有冷凍機油を使用すること
によって摺動面に硫化鉄を主体とする化合物層を生成さ
せ、耐摩耗性を向上させることが可能となる。

なお、冷凍機油中の硫黄含有量は、第３図に示すように
５重量％以下の範囲となるよう添加剤を添加することに
より、摺動部品の摩耗量を低減させる。

５重量％を超えると耐摩耗性の効果が得られなくなる。

より効果的な添加量は０．Ｏ１〜２重量％程度である。

硫化鉄を主体とする化合物層の膜は、硬く金属接触の防
止に有効に作用し、摩耗の主因である凝着摩耗を防止す
ることができる。

さらに融点が高いため（約ｔｏｏｏ℃）、かなり高温度
まで膜が破断せず安定に維持される。

また、硫化鉄を主体とする化合物は周囲に水分が存在し
ても安定であるため、一般に水分を吸収し易いとされて
いるポリアルキレングリコール糸通およびフロン１３４
ａを用いた環境下において、膜の分解による腐食摩耗が
防止される。

冷媒圧縮機に冷媒としてフロン１３４ａを用いた場合、
冷凍機油の必要条件に相溶性を有することが挙げられる
。

これは、冷凍サイクルの配管中に冷凍機油が残留するこ
とを防止し、確実に圧縮機に冷凍機油を戻すためである
。

しかし、フロン１３４ａは水酸基を持つため極性が大き
く、従来冷凍機油として用いられてきたパラフィン系油
やナフテン系油などの鉱油、アルキルベンゼンには全く
溶けない。

相溶性を有する冷凍機油には、ポリエーテル系化合物、
エステル系化合物、フッ素糸面が挙げられる。そのうち
、エステル系化合物は、低粘度曲（＠４０℃、Ｉ　Ｏｃ
Ｓ　を以下）しか溶けず、フッ素糸面は高価であるとい
うことの改善か求められており、現在の量産レベルでの
実用化には不適当である。

それに対してポリエーテル系化合物は、高粘度浦はど相
溶性には優れていないが、そのうちのポリグリコール系
油は、粘度指数が高いことと低温流動性に優れているこ
とのためにフロン１３４ａの実用に適している。

本発明において、硫化鉄を主体とする化合物層の厚さは
、１ＸＩＯ−’μ信以上か好ましく、より好ましくは１
Ｘｌｆ）’μａ以上５０μｍ以下である。

硫化鉄を主体とする化合物層の厚さがｌＸｌ０−’μｍ
以下であると薄すぎるために耐摩耗性を向上させること
ができず、５０μ偏以上では厚すぎて寸法精度の低下を
招くため好ましくない。

このような冷凍機油を使用して硫化鉄を主体とする化合
物層を冷媒圧縮機の高荷重負荷部分に形成することによ
り、摺動部の耐摩耗性を長期に渡って維持することがで
きる。

なお、硫化鉄を主体とする化合物層には、硫化鉄のほか
に、ごく微量ではあるが、冷凍機油に含まれているリン
等と鉄との化合物ができることかある。

（実施例）次に、本発明の実施例について、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の摺動部品の断面図である
。

同図において、２１はＦｅ系金属基材であり、Ｆｅ系金
属基材２１上には硫化鉄を主体とする化合物を主体とす
る化合物層２２が形成されている。

硫化鉄を主体とする化合物を主体とする化合物層２２を
形成する方性としては、次のような方法を挙げることが
できる。

■Ｆｅ系金属基村上に、冷媒圧縮機の冷凍機油において
硫化鉄を主体とする化合物層を生成させるための冷凍機
油添加剤を添加する。そして、冷媒圧縮機運転時の摺動
によって生じる冷凍機油の化学反応を利用し、冷凍機油
添加剤の働きによって硫化鉄を主体とする化合物を生じ
させ、冷凍機油か接触する部分に硫化鉄を主体とする化
合物層を形成する。

■浸硫処理として、Ｈ２ＳとＮ１（３の混合ガスを用い
る気体法、中性もしくは還元性塩浴にイオウまたはその
化合物を加えた塩浴により処理を行う液体法、固体浸炭
法と同様の方法でＦｅＳ　、黒鉛などの固体剤中で加熱
する固体法、および硫化物を含む電解液中において処理
する電解法などを用いて、金属基村上に硫化鉄を主体と
する化合物層を形成する。

このような硫化鉄を主体とする化合物層は、マスクキン
グなどによって部分的に、あるいは全面に形成すること
が可能である。

それでは、まず■の方法を用いて冷媒圧縮機のシャフト
に硫化鉄を主体とする化合物層を形成した例について述
べる。

実施例１はじめに、８０Ｍ４１５材を所定形状に切出したシャフ
トをアセトンで脱脂した後、このシャフトを用いて、第
８図に示した冷媒圧縮機と同一構成の冷媒圧縮機を組立
て、ポリアルキレングリコール系油にＳＰ系添加剤を０
．１重量％添加した冷凍機油を供給し、冷媒にフロン１
３４ａ　（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）を
用いて、この冷媒圧縮機を５００時間運転させた。

冷媒圧縮機運転時には、シャフトの偏心された回転によ
って、このシャフトを支えている各軸受部の上下エツジ
部に高い荷重が掛かり、摺動によって局部的に高温状態
となる。

したがって、冷媒圧縮機内を循環している冷凍機油がこ
の高温部分で化学反応を起こし、冷凍機油添加剤の働き
によって硫化鉄を主体とする化合物を生じさせ、シャフ
トの表面に硫化鉄を主体とする化合物層が形成される。

この実施例において、使用する冷凍機油としては、フロ
ン１３４ａとの相溶性のある油であればよく、例えばポ
リアルキレングリコール系油が好適である。冷凍機油に
添加する冷凍機油添加剤としては、イオウ、リンなどの
ＳＰ系極圧剤や、形成される硫化鉄を主体とする化合物
層上に化学吸着をするステアリン酸などを挙げることが
できる。

なお、二硫化モリブデン、黒鉛などの固体潤滑剤やイオ
ウ系、ハロゲン系の極圧添加剤もしくは耐摩耗性向上剤
が併用されてもよい。

一方、比較例１としてポリアルキレングリコール系油の
みを供給した冷媒圧縮機と、比較例２として冷媒フロン
１２とパラフィン系冷凍機油を供給した冷媒圧縮機との
２種類について、実施例と同様に５００時間運転させた
。

運転終了後の実施例と比較例１．２の３種のシャフトに
ついて、その摺動面の化合物分析をＸ線光電子分光分析
法により解析した。この結果を第４図に示す。

第４図における実線は、実施例によるシャフトの分析結
果であり、点線は比較例１によるシャフトの分析結果、
二点鎖線は比較例２によるシャフトの分析結果である。

これらの結果から、実施例のシャフト表面には硫化鉄を
主体とする化合物層が形成されているのに対し、比較例
１のシャフトでは薄い酸化鉄層のみで、比較例２のシャ
フトでは塩化鉄層が形成されていることが明らかである
。

また、運転終了後のシャフト表面について、走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面観察を行ったところ、実
施例と比較例２のシャフトでは、摩耗痕がほとんど認め
られないのに対し、比較例１では、摩耗痕がはっきりと
認められた。

さらに、第５図に示すような摩耗試験機を用いてシャフ
トの耐摩耗性を評価した。

この装置は、シャフト２３をＶ−ブロック２４・２４で
挟み込み、■−ブロック２４の締め付けによる荷重を一
定の値に設定し、シャフト２３を回転させながら、一定
時間の摩耗量を調べるものである。

ここでは、シャフトの回転を２９Ｏｒｐｍとして、冷媒
と冷凍機油との糺合せを変え、試験を行った。

これらの結果を第６図に示す。

第６図から明らかなように、フロン１３４ａ使用時にポ
リアルキレングリコール系油のみを供給した比較利では
シャフトの摩耗が著しいのに対し、硫化鉄を主体とする
化合物層が形成された実施例では摩耗量か少ない。

つまり、ポリアルキレングリコール系油にイオウを０．
１重量％添加した冷凍機油を使用することによりシャフ
ト表面に硫化鉄を主体とする化合物層が形成され、摩耗
量が低減されているのである。

すなわち、フロン１３４ａを冷媒として用いた冷媒圧縮
機においては、硫化鉄を主体とする化合物層の形成され
た摺動部品が耐摩耗性向上に特に有効であり、長寿命化
に役立つのである。

実施例２続いて説明する実施例は、上述した■の方法の中から、
塩浴による方性を用いて硫化鉄を主体とする化合物層を
形成した例である。

まず、ＳＣＭ４１５材を所定形状に切出したシャフトを
アセトンで脱脂し、次いで、塩浴組成がＫＣＮ３２５％
、Ｎａ２　Ｓ　２０３７５％である中性塩浴（ＮａＣＩ
、ＫＣＩ、ＢａＣｌ２などの塩化物を混合）中に、処理
温度１８０〜２００℃、処理時間１０〜２０分の条件で
シャフトを浸漬し、陽極電解することにより、５〜■０
μｍの厚さの、硫化鉄を主一体とする化合物層を形成し
た。

一方、比較例としてシャフト表面に硫化鉄を主体とする
化合物層を形成しなかったものを作製した。

得られた２種のシャフトについて、その一部を切出し、
表面層についてＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ分析）を行
い、この実施例における硫化鉄を主体とする化合物層を
確認した。

さらに、実施例１で行った摩耗試験を行い、シャフトの
耐摩耗性を評価した。

その結果、実施例１と同様に、硫化鉄を主体とする化合
物層の形成されている実施例のシャフトは、摩耗量が少
なく耐摩耗性に優れていた。

この結果を第７図に示す。第７図から明らかなように表
面に硫化鉄を主体とする化合物層の存在する実施例のシ
ャフトでは、初期の摩耗量は初期なじみのために多いが
、いったんなじんだ後はほとんと摩耗量か増加せず、長
時間の使用にも少ない摩耗量て耐えることかわかる。

また、この実施例によるシャフトを用いて、第８図に示
した冷媒圧縮機を組み立て、冷媒としてフロン１３４ａ
　（Ｌ、ｌ、１．２−テトラフルオロエタン）、冷凍機
油としてポリアルキレングリコール系油を供給し、実機
テストを行ったところ、シャフトは硫化鉄を主体とする
化合物層のクラックや剥離を起こすことなく　、１００
００ｒｐ１１で良好な回転を示した。

また、運転終了後のシャフト表面について、走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面観察を行ったところ、実
施例のシャフトでは、摩耗痕かほとんど認められないの
に対し、比較例では、摩耗痕がはっきりと認められた。

このように、シャフトの金属基材の上に硫化鉄を主体と
する化合物層を形成することにより、冷媒フロン１３４
ａと冷凍機油ポリアルキレングリコール系油の条件下に
おいて、シャフトの耐摩耗性を大幅に向上させ、寿命の
長い冷媒圧縮機を得ることができた。

〔発明の効果コ以上説明したように、本発明による表面に硫化鉄を主体
とする化合物層を形成した摺動部品は、ポリアルキレン
グリコール系油またはポリエステル糸通に対して安定で
あり、フロン（３４ａの使用に際して、耐摩耗性を大き
く向上させることができる。

したがって、冷媒圧縮機の圧縮機構の耐摩耗性が長期間
安定して保たれ、フロン１３４ａの使用に対応した長寿
命の冷媒圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷媒圧縮機の摺動部品の断面図、
第２図は各種フロンの水溶解度を示す図、第３図は冷凍
機油中の硫黄含有量による摩耗量の変化を示す図、第４
図はＸ線光電子分光分析結果を示す図１、第５図は摩耗
試験機の断面図、第６図および第７図は摩耗試験結果を
示す図、第８図は密閉型ロータリー型冷媒圧縮機を破断
して示す図、第９図は第８図に示した冷媒圧縮機の圧縮
機構の横断面図である。１・・・ケーシング、２・・・ステータ、３・・・ロー
タ、４・・・モータ機構、５・・・圧縮機構、６・・・
供給管、７・・・吐出管、８・・・シャフト、９・・フ
レーム、１０・・・シリンダ、１１・・・サブベアリン
グ、１２・・・クランク、１３・・・ローラ、１４・・
・ブレード、１５・・・スプリング、１６・・・吸込室
、１７・・・吐出室、１８・・・吸込口、１つ・・・吐
出口、２０・・・冷凍機油、２１・・・Ｆｅ系金属基材
、２２・・・硫化鉄を主体とする化合物層、２３・・・シ
ャフト、２４・・・Ｖ−ブロック。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　摺動部分に０．００１〜５０μｍの膜厚からな
る硫化鉄を主体とする化合物層を形成した鉄系基材を、
摺動部品として用いたことを特徴とするフロン１３４ａ
用冷媒圧縮機。
（２）　前記化合物層は、前記冷媒圧縮機運転中におけ
る、冷凍機油中に含まれる硫黄と摺動部分表面の鉄との
化学反応により形成された層である請求項１記載のフロ
ン１３４ａ用冷媒圧縮機。
（３）　前記硫黄は、前記冷凍機油中に添加剤として含
むものである請求項２記載のフロン１３４ａ用冷媒圧縮
機。