JPH06147168A

JPH06147168A - 圧縮機用摺動材および圧縮機

Info

Publication number: JPH06147168A
Application number: JP29688792A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Sakai; 寿和境
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられ
る圧縮機に関するものであり、被圧縮ガスとして１、
１、１、２テトラフルオロエタンを使用し、潤滑油とし
てエステル系油及びグリコ−ル系油を使用した場合に、
摺動部の摩耗を低減しその結果潤滑油の劣化反応を抑制
し圧縮機の耐久性を向上させることを目的とした圧縮機
の摺動材仕様を提供するものである。【構成】本発明の圧縮機用摺動材は、鉄系焼結材を素
材としその空孔３内に、鉛／アンチモン合金４等の低融
点金属を含浸させた構成である。

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ＲｅｓｅａｒｃｈＤｉｓｃｌｏｓｕ
ｒｅ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Ｒ１３
４ａ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、
ＰｕｄｕｅＣＦＣＣｏｎｆｅｒａｎｃｅ１９９０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９
ａ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１
２、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
中に融点が４５０〜５５０Ｋの金属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
に融点が４５０〜５５０Ｋの金属を含浸含浸した焼結材
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、摺動部表面の
温度の上昇を抑制し、その結果油の分解、重合反応を防
止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
た鉛／アンチモン合金である。鉛とアンチモンは重量比
８７／１３の共融点混合物であり、融点約５２０Ｋのも
のを用いた。

【００１９】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、５５０Ｋで１
０時間かけて鉛／アンチモン合金を約７重量％真空含浸
した。

【００２０】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に含浸された鉛／アンチ
モン合金が融解し摺動面２の温度の上昇を抑制する。

【００２１】この結果、耐熱温度が５２０〜５５０Ｋで
あるエステル系油やグリコール系油の分解や酸化劣化及
び加水分解を防止し、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。

【００２２】以上のように本実施例によれば、鉛／アン
チモン合金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。

【００２３】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。

【００２４】また、本実施例では焼結素材の理論密度比
を０．８５、鉛／アンチモン合金の含浸量を約７重量％
としたが、理論密度比は０．８〜０．９５、含浸量は３
〜１５重量％が望ましい。

【００２５】また、本実施例では融点が５２０Ｋの鉛／
アンチモン合金を用いたが、融点が４５０〜５５０Ｋの
低融点金属であれば同様の効果が期待できる。しかし、
ナトリウムやカリウム等の活性な金属はそれ自身が潤滑
油や潤滑油中の水分と反応するため不適であることか
ら、低融点金属としてはセレン、ビスマス、鉛、錫、ア
ンチモンの群より選択するのが望ましい。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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、５５０Ｋで１０時間かけて鉛／アン
チモン合金を約７重量％真空含浸した。また、ベーン１
５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。

【００２９】ここで、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。

【００３０】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５〜８μｍＲ
Ｚ、ローラ外周摩耗量５５μｍ、ベーン先端摩耗１７５
μｍ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。

【００３１】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
鉛／アンチモン合金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１〜２μ
ｍＲＺ、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。

【００３２】以上より、ローラに含浸した低融点金属の
鉛／アンチモン合金の融解熱によりローラ自身の温度上
昇を抑えた結果、ベーンとローラの摺動面での冷凍機油
の加水分解や酸化劣化、熱劣化等の反応が抑制され冷凍
機油の変色や劣化が防止できたものと考える。また、摺
動面での冷凍機油の劣化反応を抑制することによりベー
ンとローラの接触部の摩耗も改善できることがわかっ
た。

【００３３】以上のように本実施例によれば、鉛／アン
チモン合金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。

【００３４】また、本実施例では鉛／アンチモン合金を
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。

【００３５】また、本実施例では融点が５２０Ｋの鉛／
アンチモン合金を用いたが、融点が４５０〜５５０Ｋの
低融点金属であれば同様の効果が期待できる。しかし、
ナトリウムやカリウム等の活性な金属はそれ自身が潤滑
油や潤滑油中の水分と反応するため不適であることか
ら、低融点金属としてはセレン、ビスマス、鉛、錫、ア
ンチモンの群より選択するのが望ましい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本実施例によれば、鉛／ア
ンチモン合金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、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鉛／アンチモン合金

Claims

【特許請求の範囲】

【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融点が４５０
〜５５０Ｋの金属を含浸してなる圧縮機用摺動材。
【請求項２】空孔中に含浸する金属として、セレン、
ビスマス、鉛、錫、アンチモンの群より選ばれた少なく
とも１種を３〜１５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。
【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。