JPH04136493A

JPH04136493A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JPH04136493A
Application number: JP25940290A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Kitaichi; 昌一郎北市
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-11

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］（産業上の利用分野）本発明は、冷媒圧縮機に係り、特に冷媒として１．１．
ｌ、２−テトラフルオロエタンまたは１．１−ジフルオ
ロエタンの冷媒を使用するに際して好適な冷媒圧縮機に
関する。

（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１図に示すロータリー式の
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１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、図示しないアキユ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２図を加えて詳しく説明する。第２図は圧縮機構５の
横断面図である。

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
ームの軸受９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、クランク部１２（
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１９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か収容されて
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、軸受９とサブベアリ
ング１１に押付けられて寺子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、軸受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　（ＣＰＣ１２）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、ＣＰＣ
Ｉ２やクロロジフロロメタン（ＨＣＰＣ２２）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、人体や生態系に深刻な影
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　（ＣＦＣＩ２
）の代替冷媒として、１．１，１．２−テトラフルオロ
エタン（以下フロン１３４ａ　（）ＩＦｃ　１３４ａ）
と称す）や、１゜ｌ−ジフルオロエタン（以下フロン１
５２ａ（ＨＦＣ１５２ａ）と称す）等が開発されている
。

ところで、これらフロン１３４ａまたはフロン１５２ａ
の冷媒は、オゾン破壊係数が低い反面、フロン１２の使
用において用いられていた冷凍機油である鉱油にはほと
んど溶解しない。このため、フロン１３４ａまたはフロ
ン１５２ａを冷媒圧縮機の冷媒として使用する場合は、
冷凍機油としてこ°れらの冷媒と相溶性を有するエーテ
ル系油、エステル系油、フッ素系油等の使用が試みられ
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１２に代わってＲＰＣ
１３４ａまたはＲＰＣ１５２ａを用い、冷凍機油として
これらの冷媒と相溶性を有する、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冷媒圧縮
機の場合、上述した圧縮機構５の摺動部材として使用さ
れているＦｅ１２、Ｓ−１５Ｃ、Ｓ−１２Ｃ、５ＷＲＣ
ＨＩＯＡ、　５ＷＣ）１１５Ａ　、　９０Ｍ４３５、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中の塩素（Ｃ１）原子が、金属基材のＰｅ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１３４ａあるいはフロン１５２ａを用いた場合は
、これらの化合物中に０１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ず、潤滑作用が低下する
ことに原因の一つがある。

摺動部材として多用されている炭素鋼は、通常、冷間加
工などの塑性加工が施されたビッカース硬度が３００を
超えて５００程度までの硬さの部材であり、塑性加工後
の炭素鋼は加工硬化するとともに各結晶粒が加工方向に
長く伸びた冷間圧延組織となっている。このような低炭
素鋼の冷間圧延組織の顕微鏡写真（日本金属学会　金属
組織写真集鉄鋼材料編ｐａｇ、　（１９７９）から引用
）の模式図を第６図に示す。

第６図において、圧延方向に長く伸びた白く見える結晶
粒がフェライト、この隙間を埋めるように黒く見える部
分かパーライトである。

さらに、従来の鉱油系冷凍機油には環状化合物が含まれ
ており油膜形成能力が比較的高かったのに対し、フロン
１３４ａあるいはフロン１５２ａと相溶性を有する冷凍
機油は鎖状化合物が主体であり、厳しい摺動条件下では
適切な油膜厚さを保つことができないことも耐摩耗性の
低下を促進させる要因となっている。

したがって、フロン１２　（ＣＦＣ１２）に替わる新た
な冷媒であるフロン１３４ａ　（ＩＰＣ１３４ａ）ある
いはフロン１５２ａ　（ＲＰＣ１５２ａ）を用い、これ
らの冷媒と相溶性を有する冷凍機油を使用した冷媒圧縮
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、重要な課題となっている。

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またはフロン１５２ａの使用に際し
て、摺動部位で用いる部材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）本発明の冷媒圧縮機は、密閉された容器内にモータ機構
および圧縮機構が収容され、かつ、冷媒としてｌ　、　
１．　、１　、２−テトラフルオロエタンまたは１゜１
−ジフルオロエタンの冷媒を、冷凍機油として前記冷媒
と相溶性を有する冷凍機油を使用し、前記冷媒が前記容
器内を循環する冷媒圧縮機において、前記圧縮機構にお
ける摺動部品は、ビッカース硬度が２００〜３００であ
る鋳鉄と、ビッカース硬度が２００〜３００である炭素
鋼とを用い、前記鋳鉄と前記炭素鋼とが摺動するよう組
合せて構成されたことを特徴としている。

本発明において、冷媒として使用するフロン１３４ａま
たはフロン１５２ａは、両者ともＣ１原子を含まないた
めオゾン破壊係数が０であり、環境保全に有用である。

フロン１３４ａはエネルギー効率がそれほど高くないも
のの、現行システムとの互換が可能であるという長所を
有している。また、フロン１５２ａは可燃性を有するも
のの、エネルギー効率が非常に高いという長所を有して
いる。

これらの冷媒を使用する冷媒圧縮機では、冷凍機油とし
て１３４ａまたはフロン１５２ａと相溶性を有するもの
を用いる必要があり、たとえば、エーテル系油、エステ
ル系油、フッ素系油等が挙げられる。

冷媒と冷凍機油との相溶性は、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
機油を戻すために必要な条件である。

上述したエーテル系油、エステル系油、フッ素系油の中
でも、エーテル系油の１種であるポリアルキレングリコ
ール系油は粘度指数が高く、低温流動性に優れているた
め、フロン１３４ａまたはフロン１５２ａに対する冷凍
機油として適している。

また、エステル系油は吸湿性の低さにおいて優れている
。

本発明において、冷媒圧縮機の圧縮機構における摺動部
品の一方の部材である鋳鉄は、ビッカース硬度が２００
〜３００である。

ビッカース硬度が２００未満であると機械的強度が充分
でなく、３００を超えると摩耗量が急激に増大するため
である。

これに対する摺動部品の他方の部材である炭素鋼は、ビ
ッカース硬度が２００〜３００である。

そして、鋳鉄の硬度が炭素鋼の硬度よりも多少高い組合
せで両者を用いることが好ましく、耐摩耗性の向上によ
り効果的である。

本発明において、ビッカース硬度が２００〜３００であ
る鋳鉄は、一般に炭素量またはケイ素量を調節すること
により得られる。これは、鋳鉄の硬度が、次式で示され
る共晶度（Ｓｃ）の値が大きいほど黒鉛量か多く硬度が
小さくなる関係にあるためである。

式：５ｃ−Ｃ％／［４，２３−ｔ／３　　（Ｓｔ％＋Ｐ
％）］また、上記炭素鋼は、加工後の熱処理条件によっ
てビッカース硬度をコントロールすることができ、たと
えば次のような方法を挙げることができる。

塑性加工した炭素鋼を、その炭素量に応じて適切な温度
で焼きなます。加工によって硬化したものを、軟化させ
るだけでなく組織的にも加工の影響を除去するためには
、−様なオーステナイト組織まで加熱してから徐冷すれ
ばよい。

なお、このような熱処理によって寸法の変化が生じた場
合は、必要に応じて最終的に寸法精度を調整する。

硬度については、焼きなましのような熱処理を施さない
場合、通常、ビッカース硬度で３００を超える硬度とな
る。したがって、焼きなましのような熱処理を行うこと
によって、ビッカース硬度が２００〜３００である炭素
鋼を得ることができる。

本発明の冷媒圧縮機は、上述した鋳鉄と炭素鋼とが摺動
するよう摺動部位に組合せて用いる。

これらの組合せの例として、たとえば、鋳鉄をシャフト
やシリンダに使用し、炭素鋼を軸受やピストンに使用す
る。

このような摺動部材の組合せで冷媒圧縮機を構成するこ
とにより、摺動部材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やフロン１５２ａは水溶解度が高く、し
たがってこれらと相溶性を有する冷凍機油、たとえばポ
リアルキレングリコール系の冷凍機油は強い極性基を有
することから吸湿性が非常に高いものとなっている。

冷凍機油の吸湿性について第１表に示し、フロン１３４
ａの水溶解度について第７図に示した。

（以下余白）このように、かなりの量の水分が存在すると、摺動部材
表面の潤滑膜が分解され、部材の腐蝕摩耗が生じ、しか
もその進展が加速されるのである。

本発明では、ビッカース硬度が２００〜３００である鋳
鉄と、ビッカース硬度が２００〜３００である炭素鋼と
を組合せて摺動部材とすることにより、塩素原子による
潤滑膜が形成されない場合、あるいは冷凍機油の油膜保
持力が低い場合でも、摺動部位での摩擦熱に対する抵抗
力を高め、優れた耐摩耗性を維持している。

（実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ビッカース硬度２８０の鋳鉄Ｆｅ２５材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、この摺動相手部品である軸受として、炭素鋼Ｓ−
１５Ｇ　　（炭素含有量０．１３　ｖｔ％）を所定形状
に切り出し、焼きなまし温度８６６℃で熱処理を施した
。

この熱処理によって、ビッカース硬度が２３６である炭
素鋼部材を得た。

これらの摺動部材を用いて第１図に示した冷媒圧縮機を
組立て、エステル系油の冷凍機油を供給し、冷媒として
肝Ｃ１３４ａを用いて５００時間の運転を行った。

運転終了後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてシャフ
トの表面観察を行ったところ、摩耗痕はほとんど認めら
れなかった。

さらに、第３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３１をＶ−ブロック３２・３２で
挾み込み、■−ブロック３２の締め付けによる荷重を一
定の値に設定し、シャフト３１を回転させて冷媒を吹込
みながら、一定時間の摩耗量を調べるものである。

ここでは、フロン１３４ａを吹込みつつ、シャフトの回
転を２９Ｏｒｐｍとして、シャフト３１を鋳鉄ＰＣ２５
とし、■−ブロック３２をこの実施例で得た炭素鋼とし
て、試験を行った。

この結果、ビッカース硬度２８０の鋳鉄Ｆｅ１２材と、
ビッカース硬度２３６の炭素＃ｉｉ　Ｓ−１５Ｃ材との
組合せでは摩耗量は２Ｂと非常に少なく、優れた耐摩耗
性を有していた。

実施例２ビッカース硬度２８０の鋳鉄Ｆｅ１２材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、この摺動相手部品である軸受として、炭素＠Ｓ−
１５Ｃ（炭素含有量０．ＩＢ　ｗｔ％）を所定形状に切
り出し、焼きなまし温度６００℃で熱処理を施した。

この熱処理によって、ビッカース硬度が２８８である炭
素鋼部材を得た。

これらの摺動部材を用いて第１図に示した冷媒圧縮機を
組立て、ポリアルキレングリコール系油の冷凍機油を供
給し、冷媒としてＨＦＣ１５２ａを用いて５００時間の
運転を行った。

さらに、実施例１と同様の耐摩耗性試験を行った結果、
この実施例による鋳鉄と炭素鋼との組合せでは摩耗量は
２．９ｍｇと少なく、優れた耐摩耗性を有していた。

実施例３ビッカース硬度２４０の鋳鉄Ｆｅ１２材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、二〇摺動相手部品である軸受として、炭素鋼Ｓ−
１５０（炭素含有量０．１３　ｗｔ％）を所定形状に切
り出し、焼きなまし温度８６６℃で熱処理を施した。こ
の熱処理によってビッカース硬度が２２０である炭素鋼
部材を得た。

これらの摺動部材を用いて、実施例１と同じ冷媒圧縮機
を組立て、エステル系油の冷凍機油を供給し、冷媒とし
てＲＰＣ１３４ａを用いて５００時間の運転を行った。

運転終了後、実施例１と同様にシャフトの表面観察を行
ったところ、摩耗痕はほとんど認められず、シャフトの
耐摩耗性評価においても摩耗量は１．７ｍｇと良好な結
果が得られた。

実施例４ビッカース硬度２６０の鋳鉄Ｆｅ１２材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、この摺動相手部品である軸受として、炭素鋼Ｓ−
１５０（炭素含有量０．１３νｔ％）を所定形状に切り
出し、焼きなまし温度８６６℃で熱処理を施した。

この熱処理によって、ビッカース硬度が２５０である炭
素鋼部材を得た。

これらの摺動部材を用いて、実施例１と同じ冷媒圧縮機
を組立て、ポリアルキレングリコール系油の冷凍機油を
供給し、冷媒としてフロン１５２ａを用いて５００時間
の運転を行った。

運転終了後、実施例１と同様にシャフトの表面観察を行
ったところ、摩耗痕はほとんど認められず、シャフトの
耐摩耗性評価においても摩耗量は２．２Ｂと良好な結果
が得られた。

比較例１ビッカース硬度３２０の鋳鉄Ｆｅ１２材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、この摺動相手部品である軸受として、炭素ｊｆｌ
ｓ−１５０（炭素含有量０１．３　ｖｔ％）を焼なまし
の熱処理なしで所定形状に切り出し、ビッカース硬度が
３１０である炭素鋼部材を得た。

これらの摺動部材を用いて実施例１と同一構成の冷媒圧
縮機を組立て、エステル系油の冷凍機油を供給し、冷媒
に実施例１と同じＨＰＣ１３４ａを用いて、上記冷媒圧
縮機を５００時間運転した。

運転終了後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてシャフ
トの表面観察を行ったところ、摺動によって生じた摩耗
痕がはっきりと認められた。

さらに、第３図に示す摩耗試験機を用いて実施例１と同
一条件でシャフトの耐摩耗性を評価した。

比較例２ビッカース硬度１５０の鋳鉄Ｆｅ２５材を用い、シャフ
トとして所定形状に切り出した。

一方、この摺動相手部品である軸受として、炭素鋼Ｓ−
１５ｃ　　（炭素含有量０．１１　ｗｔ％）を切り出し
、焼きなまし温度９５０℃の熱処理によってビッカース
硬度１７０である炭素鋼部材を得た。

これらの摺動部材を用いて実施例１と同一構成の冷媒圧
縮機を組立て、エステル系油の冷凍機油を供給し、冷媒
に実施例１と同じフロン１３４ａを用いて、上記冷媒圧
縮機を５００時間運転した。

すると、摺動部材の硬度が小さいために機械的強度が不
足し、運転終了後のシャフトにはクラックが発生してい
た。

これまで述べてきた実施例および比較例の結果を併せて
第４図にグラフとして示す。第４図は炭素鋼のビッカー
ス硬度と摩耗量との関係を表したものである。

このグラフから、炭素鋼のビッカース硬度が３００を超
える付近で摩耗量が飛躍的に増大していることがわかる
。

すなわち、本発明のように、ビッカース硬度が２００〜
３００である鋳鉄と、ビッカース硬度が２００〜３００
である炭素鋼とが摺動するよう摺動部材を組合せること
により、これら摺動部材の耐摩耗性を大きく向上させ、
このような摺動部材を用いることによって冷媒圧縮機の
長寿命化を図ることができた。

参考例ここでは、フロン１２　（ＣＰＣＩ２）を用いた従来の
システムの冷媒圧縮機の場合における、摺動部材の耐摩
耗性について述べる。

ＣＦＣ１２使用のシステムにおいては、冷凍機油として
パラフィン系冷凍機油を用い、摺動部材として通常の炭
素鋼（ビッカース硬度３０６）と鋳鉄（ビッカース硬度
２７８）とを組合せて用い、実施例と同様に５００時間
の運転を行った。

運転終了後のシャフトの表面観察によれば、摩耗痕はほ
とんど認められず、シャフトの耐摩耗性評価においても
摩耗量は５ｉｇと低い値であった。

第５図に、これまで説明した実施例、比較例および参考
例による各組合せの摺動部材の摩耗量の結果を示す。

第５図から明らかなように、冷媒としてフロン１２が使
用される場合においては、ビッカース硬度が３００を超
える部材を用いても同等問題はなかったのであるが、Ｃ
ＦＣ１２に替わるＣＩ原子を含まない冷媒を使用すると
き、それまでの摺動部材では、比較例１に示されるよう
に耐摩耗性が大きく低下し、ＣＩ原子を含まない冷媒で
あるＨＰＣ１３４ａやＨＰＣ１５２ａに適した摺動部材
が必要となったのである。

そして、本発明によるビッカース硬度や結晶粒数、結晶
形状を有する鋳鉄と炭素鋼との組合せによって、従来の
フロン１２使用のシステムと同等あるいはそれ以上に摺
動部材の耐摩耗性を向上させることができた。

なお、ここではロータリー式の冷媒圧縮機について説明
したが、往復式の冷媒圧縮機の場合でも摺動部材として
本発明のような組合せを行うことにより、耐摩耗性向上
の優れた効果を得ることができる。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明の冷媒圧縮機は、ビッカー
ス硬度が２００〜３００である鋳鉄と、と・ソカース硬
度が２００〜３００である炭素鋼とを用い、これらの部
材同士が摺動するよう組合せて冷媒圧縮機の摺動部品を
構成しているので、１，１，１．２−テトラフルオロエ
タンまたは１．１−ジフルオロエタンの冷媒使用に際し
て、摺動部材の耐摩耗性を大きく向上させることができ
る。

したがって、信頼性の高い長寿命な冷媒圧縮機を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷媒圧縮機の縦断面図、第
２図は第１図に示した冷媒圧縮機の圧縮機構の横断面図
、第３図は摩耗試験機の断面図、第４図は炭素鋼の硬度
と摩耗量との関係を示す図、第５図は各種組合せの摺動
部材の摩耗量を示す図、第６図は一般的な炭素鋼の冷間
圧延組織の顕微鏡写真の模式図、第７図は各種冷媒の水
溶解度を示す図である。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・・・
軸受、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、９・・・吐出口
、０・・・冷凍機油。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）密閉された容器内にモータ機構および圧縮機構が
収容され、かつ、冷媒として１，１，１，２−テトラフ
ルオロエタンまたは１，１−ジフルオロエタンの冷媒を
、冷凍機油として前記冷媒と相溶性を有する冷凍機油を
使用し、前記冷媒が前記容器内を循環する冷媒圧縮機に
おいて、前記圧縮機構における摺動部品は、ビッカース硬度が２００〜３００である鋳鉄と、ビッカ
ース硬度が２００〜３００である炭素鋼とを用い、前記鋳鉄と前記炭素鋼とが摺動するよう組合せて構成さ
れたことを特徴とする冷媒圧縮機。