JPH04311695A - 圧縮機用摺動材および圧縮機 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等
に用いられる圧縮機およびその摺動材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、クロロフルオロカーボン（以下Ｃ
ＦＣと称する）の影響によるオゾン層破壊及び地球の温
暖化等の環境問題が注目されている。このような観点よ
り、冷媒であるＣＦＣの使用量削減が、極めて重要なテ
ーマとなってきている。従来、ＣＦＣとして使用されて
来た完全ハロゲン化炭素化合物は、少なくとも水素を１
個以上含むハロゲン化炭素化合物に代替化が図られつつ
ある。

【０００３】さらに具体的には、代表的なＣＦＣ冷媒で
あるジクロロジフルオロメタン（以下Ｒ１２と称する）
は、オゾン破壊に対する影響の少ない水素を２個含むハ
ロゲン化炭素化合物である１、１、１、２テトラフルオ
ロエタン（以下Ｒ１３４ａと称する）への変更が検討さ
れている。

【０００４】ところが、Ｒ１３４ａを適用する場合種々
の課題が発生する。例えば、１９７８年１０月発行のＤ
ｕＰｏｎｔ社の　　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　　Ｄｉｓｃｌｏ
ｓｕｒｅの記載によれば、Ｒ１３４ａは従来のどのよう
な油とも相溶性が悪く全ての温度域で二層分離を生じ、
唯一グリコール系油にのみ溶解する。しかし、グリコー
ル系油は電気絶縁性が劣るためモータ部を内蔵する冷蔵
庫用圧縮機等の密閉型圧縮機への適用が困難である。

【０００５】そこで、その後エステル系油を中心に検討
が進んでいる。例えば、米国特許４８５１１４４号　　
においてエステル系油とグリコール系油の混合物がＲ１
３４ａに溶解することが示されている。そして、最近の
研究ではエステル系油単品でもＲ１３４ａに溶解するも
のが見出され、その適用検討が推進されている。例えば
、Ｐｕｄｕｅ　ＣＦＣ　Ｃｏｎｆｅｒａｎｃｅ１９９０
年７月開催の予稿集ｐ１９０〜１９５で報告されている
。さらに、エステル系油での問題点であった加水分解特
性の改善のために、加水分解しても二酸化炭素しか発生
しないようなカーボネート構造を有するような新種のエ
ステル系油も提案されつつある。

【０００６】ここで、図面を参照しながら従来の冷媒Ｒ
１２用圧縮機およびその摺動材の一例について説明する
。図５に従来の圧縮機の断面図を示す。５は圧縮機であ
る。６は密閉シェル、７は密閉シェル６に焼ばめされた
ステータ、８はステータ７と一対でモータを構成するロ
ータ、９はロータ８に焼ばめされたシャフトである。 また１８はシャフト９の偏心部に組み込まれたローラ、
１１はローラ１８を収納するシリンダ、１２はシャフト
９の主軸受、１３はシャフト９の副軸受、１４は副軸受
１３に圧入されまた密閉シェル６に溶接された吸入管で
ある。図６は図５のＢ−Ｂ断面図であり、ベーン１５が
シリンダ１１の溝内に収納されかつその先端部がローラ
１８の外周部と摺接している。

【０００７】次にその動作について説明する。ステータ
７とロータ８で構成するモータによりシャフト９が回転
し、これに伴ってローラ１８が偏心回転することにより
、吸入管１４を通ってシリンダ１１内に導入された冷媒
ガスＲ１２が圧縮される。また、シャフト９が回転する
ことによりシャフト９の外周に形成されたらせん溝９ａ
のポンプ効果で密閉シェル６の底部にある潤滑油（鋼油
）１９が給油管１７を通ってシャフト９、主軸受１２、
副軸受１３に供給され、さらに各部のクリアランスを通
って機械部全体へ供給される。

【０００８】また、従来の圧縮機に用いられた摺動材は
次のとおりである。ベーン１５は硬度がロックウェルＣ
スケールで５５〜６５の高速度工具鋼、ローラ１８は硬
度がロックウェルＣスケールで４５〜５５の鋳鉄、シャ
フト９および主軸受１２、副軸受１３、シリンダ１１は
硬度がビッカースで１６０〜２５０の鋳鉄より形成して
いる。図４に従来の鋳鉄製摺動材の断面図を示す。２０
は鋳鉄製摺動材、２１は摺動面、２２は摺動材２０の内
部に分散している黒鉛である。この構成により摺動面２
１に露出する黒鉛２２自身の個体潤滑作用や、黒鉛２２
に若干含浸している潤滑油１９の潤滑作用により摺動面
の潤滑を助けている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な構成は、従来の冷媒Ｒ１２とナフテン系鉱油を前提
に考えられており、冷媒Ｒ１３４ａとエステル系油やグ
リコール系油を使用した場合は次の様な問題が生じる。 エステル系油やグリコール系油は、水との親和性が高く
ナフテン系鉱油の数十から数百倍の水分を含む。また、
これら油は含酸素極性基であるエステル結合やエーテル
結合をもつ。従って、圧縮機が高温で使われ、油が加水
分解あるいは熱分解の化学反応を起こした場合、有機酸
が発生し易い。そして、その反応で生じた酸が触媒作用
を持ち、さらに多量の酸や有害物質を生じさせる（参照
文献：潤滑第２３巻第１号　　ｐ３０　　平野他、およ
び冷凍第６５巻７５６号　　ｐ１０４７　　銅屋他）。

【００１０】そして、これらの多量の有機酸が機械部、
特に厳しい金属接触を伴うベーン先端部とローラ外周の
摺動面で、摺動面を形成する金属と直接反応し、有機酸
塩やこれらの重合物が生成する。この結果、有機酸塩お
よびこれらの重合物が冷凍システム配管中で析出分離し
、流路抵抗となりシステム性能を低下させるなどの耐久
性低下を招く。

【００１１】一方、生成した有機酸等はエステル系油や
グリコール系油に比べて吸着性が高いため、摺動面に付
着して潤滑効果を示す場合もあるが、面圧等の負荷条件
が厳しくなると有機酸等は容易に摺動面より脱落し、有
機酸等の吸着により活性となった金属同志が接触して著
しい凝着摩耗が生じる。この結果、厳しい摺動に伴う発
熱により前記有機酸の発生が促進され、冷凍システム配
管中での有機酸塩およびこれらの重合物の詰まり現象が
顕著になる。

【００１２】従って、このような反応性、吸着性の高い
有機酸等が多量に発生する環境下では、金属面への吸着
性の低い黒鉛や黒鉛に含浸された潤滑油では効果がなく
、摺動部の著しい凝着摩耗や油の劣化過程で生じる有機
酸塩およびこれらの重合物の詰まり現象を防ぐことはで
きない。

【００１３】そこで、このような摩耗や油の劣化が生じ
難い圧縮機仕様が望まれていた。本発明は上記課題に鑑
み、冷媒Ｒ１３４ａを使用する圧縮機に対してベ−ンと
ロ−ラの摩耗を抑制する摺動材仕様を提案し圧縮機の耐
久性を向上させるものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の圧縮機用摺動材は、理論密度比が０．８〜０
．９５であり、硬度がロックウェルＣスケールで１０〜
４５である鉄系焼結材を素材とし、前記焼結材の気孔中
にリン酸エステル系極圧剤を含浸してなるものである。

【００１５】また、本発明の圧縮機は、圧縮機の構成要
素としてシャフトとローラとシリンダとベーンとからな
り、前記ローラを本発明の圧縮機用摺動材である空孔中
にリン酸エステル系極圧剤を含浸した焼結材より形成し
たものである。

【００１６】

【作用】本発明は上記した構成によって、摺動部の摩耗
を防止し、その結果、凝着等の異常発熱による油の分解
、重合反応を抑制し圧縮機の耐久性を向上させるもので
ある。

【００１７】

【実施例】以下本発明の第一の実施例について図面を参
照しながら説明する。

【００１８】図１に本発明の第一の実施例の圧縮機用摺
動材の断面図を示す。１は圧縮機用摺動材、２は摺動面
、３は摺動材１の内部の空孔、４は空孔３に含浸された
リン酸トリクレジルである。ここで、摺動材１はニッケ
ル４重量％、銅２重量％、モリブデン０．５重量％、炭
素０．８重量％を含む理論密度比０．８５の鉄系焼結材
より形成されており、焼き入れ焼き戻し処理により硬度
をロックウェルＣスケールで３５に調整している。また
、１００℃で１０時間かけてリン酸トリクレジル４を約
１重量％真空含浸した。

【００１９】この構成により、摺動面２で摩耗を伴う厳
しい摺動が発生した時、空孔３に含浸されたリン酸エス
テル系極圧剤であるリン酸トリクレジル４が摺動面２に
浸み出ることによって、摺動面２に供給されリン酸トリ
クレジル４およびその分解物であるリン酸系化合物や塩
素系化合物が摺動面２を形成する金属の表面と直接反応
して吸着し潤滑効果を発揮する。従って、エステル系油
やグリコール系油およびこれらの分解物である有機酸よ
りも強固に摺動面２を保護し、金属同志の接触を回避し
正常な摺動を維持するとともに、有機酸と金属の反応を
抑え有機酸塩等の発生を防止する。

【００２０】以上のように本実施例によれば、リン酸エ
ステル系極圧剤を空孔内部に含浸した鉄系焼結材で形成
された摺動材は、反応性、吸着性の高い有機酸等が多量
に発生する場合や、供給されている潤滑油が切れた場合
や、潤滑油の潤滑性能が低い場合等の摩耗防止に有効で
ある。

【００２１】なお、本実施例では硬度をロックウェルＣ
スケールで３５としたが、これは面圧や相手材との相性
によりロックウェルＣスケールで１０〜４５の範囲で調
整すれば良い。

【００２２】また、本実施例では焼結素材の理論密度比
を０．８５、リン酸エステル系極圧剤の含浸量を約１重
量％としたが、理論密度比は０．８〜０．９５、含浸量
は０．５〜３重量％が望ましい。リン酸エステル系極圧
剤は０．５重量％程度の小量でも摩耗防止効果があるの
で、焼結材の理論密度比を小さくして含浸量を３重量％
以上としても焼結材の硬度が低下するだけで良い結果は
得られない。

【００２３】また、本実施例ではＲ１２やＲ１３４ａ等
のフロン系ガスや鉱油およびグリコール系合成油、エス
テル系合成油とのコンパチビリティに優れている点より
、リン酸エステル系極圧剤としてリン酸トリクレジルを
選択した。しかし、リン酸トリクレジルに比べて１００
℃での粘度の低いリン酸トリ−２−エチルヘキシル、リ
ン酸ジ−２−エチルヘキシルフェニル、リン酸２−エチ
ルヘキシルジフェニルをの群より選ばれた少なくとも１
種を用いれば、同じ効果を保ちながらより容易に含浸さ
せることができる。

【００２４】以下本発明の他の実施例について図面を参
照しながら説明する。図２に本発明の他の実施例を示す
圧縮機の断面図を示す。５は圧縮機である。６は密閉シ
ェル、７は密閉シェル６に焼ばめされたステータ、８は
ステータ７と一対でモータを構成するロータ、９はロー
タ８に焼ばめされたシャフトである。また１０はシャフ
ト９の偏心部に組み込まれたローラ、１１はローラ１０
を収納するシリンダ、１２はシャフト９の主軸受、１３
はシャフト９の副軸受、１４は副軸受１３に圧入されま
た密閉シェル６に溶接された吸入管である。図３は図２
のＡ−Ａ断面図であり、ベーン１５がシリンダ１１の溝
内に収納されかつその先端部がローラ１０の外周部と摺
接している。

【００２５】次にその動作について説明する。ステータ
７とロータ８で構成するモータによりシャフト９が回転
し、これに伴ってローラ１０が偏心回転することにより
、吸入管１４を通ってシリンダ１１内に導入された冷媒
ガスＲ１３４ａが圧縮される。また、シャフト９が回転
することによりシャフト９の外周に形成されたらせん溝
９ａのポンプ効果で密閉シェル６の底部にある潤滑油（
エステル系油）１６が給油管１７を通ってシャフト９、
主軸受１２、副軸受１３に供給され、さらに各部のクリ
アランスを通って機械部全体へ供給される。

【００２６】ここで、ローラ１０は銅３重量％、モリブ
デン０．５重量％、炭素１．１重量％を含む理論密度比
０．９の鉄系焼結材より形成されており、高周波焼き入
れ処理により硬度をロックウェルＣスケールで３５に調
整している。また、１００℃で８時間かけてリン酸トリ
クレジルを約０．５重量％真空含浸した。また、ベーン
１５は高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１）により形成
されており、焼き入れ焼き戻し処理により硬度をロック
ウェルＣスケールで６０に調整している。

【００２７】従って、圧縮機の耐久性試験を実施したの
で以下に説明する。耐久性試験条件は、被圧縮ガスＲ１
３４ａ、エステル系合成冷凍機油、圧縮機上部温度１３
０℃、絶対圧力約０．２ＭＰａの吸入圧力、絶対圧力約
２ＭＰａの吐出圧力であり、約６ケ月間連続運転した後
ローラ外周の摩耗量を測定し実機での効果を確認した。

【００２８】高速度工具鋼（ＪＩＳ：ＳＫＨ５１、硬度
ＨＲＣ６０）で形成した従来のベーンと鋳鉄（ＪＩＳ：
ＦＣ３０、硬度ＨＲＣ５０）で形成した従来のローラと
を用いた仕様では、ローラ外周部とベーン先端部の摺動
面で凝着摩耗が発生し、摺動面の面粗度５〜８μｍＲＺ
、ローラ外周摩耗量５５μｍ、ベーン先端摩耗１７５μ
ｍの著しい摩耗を示した。また、エステル系合成冷凍機
油は黒変し、全酸価上昇等の著しい劣化や冷凍システム
配管詰まりの原因となる多量の有機酸鉄の存在が確認さ
れた。従って、この結果は適用不可と判断する。

【００２９】一方、本実施例である高速度工具鋼（ＪＩ
Ｓ：ＳＫＨ５１、硬度ＨＲＣ６０）で形成したベーンと
リン酸トリクレジルを含浸した焼結材で形成したのロー
ラとを用いた仕様では、ローラ外周部とベーン先端部の
摺動面に凝着摩耗は発生せず、摺動面の面粗度０．５〜
１μｍＲＺ、ローラ外周摩耗量３〜５μｍ、ベーン先端
摩耗５〜７μｍの正常摩耗を示した。また、他の摺動部
にも異常は認められず、エステル系合成冷凍機油も比較
的変色、劣化が少ないことから、この結果は良好である
と判断する。

【００３０】この結果より、エステル系合成冷凍機油の
加水分解や酸化劣化、熱劣化の反応の過程、あるいはこ
れらの分解物と金属イオンとの反応物の生成の過程に、
摺動部の摩耗が関与していることがわかる。これは、異
常摩耗により発熱量が増大したり、触媒活性の強い金属
面が露出する等によるものと考える。従って、エステル
系合成油等に比べて金属面への吸着能力の高いリン酸系
の極圧剤が有効に働いたものと推定する。また、特にベ
ーンとローラの接触部の摩耗を防止することが前記油劣
化の改善に効果が大きいこともわかった。

【００３１】以上のように本実施例によれば、リン酸ト
リクレジルを空孔内部に含浸した鉄系焼結材で形成され
たローラを用いることにより、Ｒ１３４ａを被圧縮ガス
とするような潤滑性の低い雰囲気下で摺動する場合の摩
耗防止に有効であり、圧縮機の耐久性を向上させること
がわかった。

【００３２】また、本実施例ではリン酸トリクレジルを
空孔内部に含浸した鉄系焼結材で形成されたローラを用
いたが、他の摺動部品、例えばベーンを同じ摺動材で形
成しても同様の効果が期待できる。

【００３３】また、本実施例で使用したリン酸トリクレ
ジルは、極圧添加剤としてエステル系合成冷凍機油に添
加することにより同様の効果が期待できるが、冷凍機油
に薄めて使用するため本実施例に比べると多量の添加が
必要であり、Ｒ１３４ａとの相溶性が悪いためにシステ
ム内で分離する等の問題が生じる可能性がある。

【００３４】また、本実施例ではリン酸エステル系極圧
剤としてリン酸トリクレジルを選択したが、リン酸トリ
クレジルに比べて１００℃での粘度の低いリン酸トリ−
２−エチルヘキシル、リン酸ジ−２−エチルヘキシルフ
ェニル、リン酸２−エチルヘキシルジフェニルをの群よ
り選ばれた少なくとも１種を用いれば、同じ効果を保ち
ながらより容易に含浸させることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本実施例によれば、リン酸
エステル系極圧剤を空孔内部に含浸した鉄系焼結材で形
成された摺動材は、反応性、吸着性の高い有機酸等が多
量に発生する場合や、供給されている潤滑油が切れた場
合や、潤滑油の潤滑性能が低い場合等の摩耗防止に有効
である。

【００３６】また、リン酸エステル系極圧剤を空孔内部
に含浸した鉄系焼結材で形成されたローラを用いること
により、Ｒ１３４ａを被圧縮ガスとするような潤滑性の
低い雰囲気下で摺動する場合の摩耗防止に有効であり、
油の劣化反応の抑制及び有機酸塩等の析出の抑制を図り
、圧縮機の耐久性を向上させるものである。

【００３７】なお、本実施例では潤滑油としてエステル
系合成油を使用した場合の効果を説明したが、前記した
ようにグリコ−ル系油も同様な劣化反応が起こることか
ら、ほぼ同じ効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における摺動材の断面図

【図２】本発明の第二の実施例における圧縮機の断面図

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図

【図４】従来例における摺動材の断面図

【図５】従来例
における圧縮機の断面図

【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図

【符号の説明】

１　　　　　　圧縮機用摺動材 ３　　　　　　空孔 ４　　　　　　リン酸トリクレジル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　理論密度比が０．８〜０．９５であり
   、硬度がロックウェルＣスケールで１０〜４５である鉄
   系焼結材を素材とし、前記焼結材の空孔中にリン酸エス
   テル系極圧剤を含浸してなる圧縮機用摺動材。
2. 【請求項２】　　リン酸エステル系極圧剤として、リン
   酸トリクレジル、リン酸トリ−２−エチルヘキシル、リ
   ン酸ジ−２−エチルヘキシルフェニル、リン酸２−エチ
   ルヘキシルジフェニルの群より選ばれた少なくとも１種
   を０．５〜３重量％含浸することを特徴とする請求項１
   記載の圧縮機用摺動材。
3. 【請求項３】　　冷媒１、１、１、２テトラフルオロエ
   タンからなる被圧縮ガスと、圧縮機の構成要素としてシ
   ャフトと、請求項１記載の圧縮機用摺動材で形成され前
   記シャフトの偏心部に取り付けられたローラと、前記ロ
   ーラを収納するシリンダと、前記シリンダの溝内に収納
   されかつその先端部が前記ローラの外周と摺接するベー
   ンとを備えてなる圧縮機。