JPH08326674A

JPH08326674A - 冷凍機用圧縮機

Info

Publication number: JPH08326674A
Application number: JP13769195A
Authority: JP
Inventors: Hideto Oka; 秀人岡; Shigeru Muramatsu; 繁村松; Sadayuki Yamada; 定幸山田; Hiroshi Fukuoka; 弘嗣福岡; Hiroshi Matsunaga; 寛松永
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1996-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】塩素を含まない代替冷媒およびこれに相溶性
のあるエステル油を用いても軸受による寿命低下の問題
のないものとする。【構成】塩素を含まない代替冷媒およびこれに相溶性
のあるエステル油の使用下で、圧縮機構２で冷媒を圧縮
する際にこれの駆動軸６に発生する力を支持する鋼製の
転がり軸受１２を有し、この転がり軸受１２を構成する
転動体３１と軌道輪３２、３３との両方または一方の材
質が窒化処理されたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機用圧縮機に係
り、特に冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なく
とも一種または２種以上を混合した混合冷媒、つまり代
替冷媒を使用し、冷凍機油として前記冷媒に相溶性のエ
ステル油を使用する場合に好適な冷凍機用圧縮機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍機用圧縮機は、圧縮機構の駆
動軸を支持する転がり軸受の軌道輪および転動体の材料
に、ＪＩＳＧ４８０５に示される軸受鋼として一般的な
高炭素クロム鋼、ＪＩＳＧ４４０１に示される炭素工具
鋼、ＪＩＳＧ４１０５に示されるクロムモリブデン鋼等
の各種鋼を用いている。

【０００３】一方、冷媒には特定フロンＲ１２や指定フ
ロンＲ２２を用いていた。特定フロンはそれ以前の冷媒
である二酸化硫黄やメチルクロライドと比べて、化学的
に安定で可燃性、毒性がなく、理想的な冷媒として広く
利用され、長年に亘って使用されてきた。

【０００４】ところが近時では、特定フロンが分子中に
塩素原子を含み、これがオゾン層の破壊を引き起こすこ
とが確かめられ、代替フロンの開発および使用が図られ
ている。

【０００５】実用性の高い代替冷媒として、塩素を含ま
ないＨＦＣ（ＨｙｄｒｏＦｌｕｏｒｏＣａｒｂｏ
ｎ）と云った冷媒が挙げられている「油空圧技術’９
４．６．」（日本工業出版発行）。

【０００６】また、冷凍機油はこれを冷媒の流れによっ
て圧縮機各部に持ち運んで供給する潤滑の面や、熱交換
器効率の観点等から、冷媒との相溶性が必要である。特
定フロンや指定フロンには鉱油やアルキルベンゼンが用
いられていたが、これは前記代替フロンとの相溶性が極
めて悪いために、代替冷媒に相溶性のあるエステル油を
使用することが考えられている「油空圧技術’９４．
６．」（日本工業出版発行）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エステル油は
極性基を有しているために吸湿性が高く、吸湿した水分
がエステル油を分解してカルボン酸を生成する。このカ
ルボン酸は上記のような軸受材料である鋼表面を腐食さ
せ軸受の疲労寿命を低下させる「油空圧技術’９４．
６．」（日本工業出版発行）。また、エステル油の分解
によってＨ₂が発生し、これが軸受材料である鋼に浸入
して水素脆性あるいは応力腐食を生じさせるので、これ
によっても軸受寿命が低下する。しかも、代替冷媒は塩
素を含まないので従来の特定フロンのような塩素による
極圧添加剤的な効果による潤滑性は望めない。

【０００８】したがって、従来の軸受では寿命は短く、
メンテナンスフリーでしかも長寿命で運転される密閉型
圧縮機の場合、軸受の寿命が圧縮機全体の寿命となるの
で特に問題となり、実用に耐えない。

【０００９】本発明は上記のような問題を解消すること
を課題とし、塩素を含まない代替冷媒およびこれに相溶
性のあるエステル油を組み合わせ用いても軸受による寿
命低下の問題のない冷凍機用圧縮機を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍機用圧縮機
は上記のような目的を達成するために、冷媒として弗化
炭素水素系冷媒群のうち少なくとも一種または２種以上
を混合した混合冷媒を、また、冷凍機油として前記冷媒
と相溶性のエステル油を使用し、駆動軸の回転運動によ
って冷媒を吸入圧縮する圧縮機構で冷媒を圧縮する際に
前記駆動軸に発生する力を支持する鋼製の転がり軸受を
有する冷凍機用圧縮機において、前記転がり軸受を構成
する転動体と軌道輪との両方または一方の材質が窒化処
理されたものであることを主たる特徴とするものであ
り、転動体と軌道輪との両方または一方の材質が窒化処
理に加え、浸炭処理されたものであるのが好適である。

【００１１】

【作用】本発明の冷凍機用圧縮機の主たる特徴の上記構
成では、駆動軸の回転運動により圧縮機構が働くと、冷
媒を吸入して圧縮することを繰り返し冷凍サイクルを実
行する。冷媒は弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも
一種または２種以上を混合した混合冷媒であって塩素を
含まず環境を破壊しないし、冷凍機油であるエステル油
と相溶性があり、一部で冷凍機油と同じ通路を通ってこ
れを自身の流れによって圧縮機構の転がり軸受等の必要
各部に持ち運び供給し、前記必要各部を潤滑することが
できる。

【００１２】しかも、エステル油は極性基により吸湿し
やすく吸湿した水分がエステル油を分解してカルボン酸
を生成し、これが前記潤滑によって前記転がり軸受に及
ぶことがあっても、これの転動体と軌道輪との両方また
は一方の材質が窒化処理されていて、軸受の鋼の表面は
窒化鉄の化合物層が形成され、さらにその下には窒化鉄
が分布した拡散層が形成されて、これら化合物層および
拡散層をなす窒化鉄が、鋼の酸による腐食や、エステル
油の分解によって発生する水素が鋼に浸入するのを防止
して、疲労寿命を向上させるし、鋼が窒化鉄の反応によ
り膨張して圧縮の残留応力が残って応力腐食を防止する
ので、軸受の寿命を向上することができ、塩素を含まな
い代替冷媒およびこれに相溶性のあるエステル油を用い
ても軸受による寿命低下の問題のないものとなる。

【００１３】転動体と軌道輪との両方または一方の材質
が窒化処理に加え、浸炭処理されたものである構成で
は、前記窒化による場合とほぼ同じ特性を鋼のより内側
まで発揮させながら、その内部を低炭素状態に保って全
体の粘りを確保するとともに、表面層の炭素含有量を増
大させて焼き入れによる表面硬度の向上および焼き入れ
時の焼き割れ防止と、表面の圧縮の残留応力による応力
腐食の防止効果の向上とを図ることができ、軸受寿命が
さらに向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例としての冷凍機用圧
縮機について、図面を参照しながら説明する。

【００１５】本実施例の冷凍機用圧縮機は密閉型圧縮機
であって、図１にその全体を示しているように、横設タ
イプの圧力容器を構成する密閉容器１の内部の一端側に
冷媒を吸入圧縮する圧縮機構２が設けられている。この
圧縮機構２を駆動する電動機３の固定子４が密閉容器１
の中央部に位置して密閉容器１の側周壁の内面に固定さ
れ、電動機３の前記固定子４に対応する回転子５には前
記圧縮機構２の駆動軸であるクランク軸６が結合され、
これの回転軸がほぼ水平になるように配されている。

【００１６】このクランク軸６はこれの圧縮機構２側の
一端部に有する主軸８を圧縮機構２にねじ止めして固定
された主軸受部材１０によって支承され、主軸８とは反
対側の他端部を密閉容器１の他端側に位置して密閉容器
１の側周壁内面に固定された副軸受部材１１によって支
承されている。主軸受部材１０の主軸８を支承する部分
は滑り軸受９であり、副軸受部材１１のクランク軸６の
他端部を支承する部分はラジアル型の転がり軸受１２で
ある。転がり軸受１２の転動体３１はボールであるが、
必要に応じてコロやその他のものを採用したものとする
ことができる。

【００１７】これら滑り軸受９および転がり軸受１２
は、クランク軸６の回転運動によって圧縮機構２が冷媒
を圧縮する際に前記クランク軸６に発生する力を支持す
るもので、転がり軸受１２は前記した高炭素クロム鋼、
炭素工具鋼、クロムモリブデン鋼等の各種鋼を材料とし
ている。

【００１８】前記転がり軸受１２に隣接して前記クラン
ク軸６にスナップリング１３により反主軸方向の動きを
規制されたワッシャ１４が配設されている。前記転がり
軸受１２の軌道輪３２、３３の内の内輪３２とワッシャ
１４との間には金属製の波型ワッシャ１５が配設され、
これら転がり軸受１２とワッシャ１４により波形ワッシ
ャ１５を軸線方向にチャージし弾性力を持たせている。

【００１９】密閉容器１の前記副軸受部材１１から端部
側の下部が潤滑油溜７、上部が冷媒気体の密閉容器１外
への吐出室２１となっており、副軸受部材１１の潤滑油
溜７に面する側に前記クランク軸６の他端部で駆動され
る潤滑油ポンプ１７を設けてねじ止めしている。潤滑油
ポンプ１７は前記潤滑油溜７に吸込口１７ａが開口し、
クランク軸６にこれの他端部から滑り軸受４１の部分ま
で縦通するように形成した潤滑孔６ａに吐出口１７ｂが
通じている。したがって、潤滑油ポンプ１７によって吐
出された潤滑油は先ず滑り軸受４１に供給されてこれを
潤滑する。また、滑り軸受４１の部分は通路２３や各部
の隙間を介して滑り軸受９や密閉容器１内、圧縮機構２
内にも通じており、圧縮機構２の各摺動部にも供給され
てこれらをも潤滑する。

【００２０】圧縮機構２は固定スクロール２ａと可動ス
クロール２ｂとを備え、可動スクロール２ｂの受動軸２
ｃが前記主軸８の偏心位置に前記滑り軸受４１を介し軸
受されており、固定スクロール２ａと可動スクロール２
ｂとの間に幾つかのポケット２ｄを形成する。クランク
軸６の回転によって可動スクロール２ｂが旋回運動され
ると、ポケット２ｄは固定スクロール２ａの外周に設け
られる吸込口２４に通じたときに圧縮機の吸入管１８か
らの冷媒気体を受け入れて固定スクロール２ａの中央に
設けられる吐出口１９の側に移動する。この移動によっ
てポケット２ｄは容積が次第に縮小されて受け入れてい
る冷媒気体を圧縮して行き、ポケット２ｄが吐出口１９
に通じたときこれを吐出する。吐出された冷媒気体は吐
出口１９から密閉容器１内に吐出され電動機側方通路２
０を経て吐出室２１に達し、この吐出室２１に設けられ
た吐出管２２を通り圧縮機の外に吐出される。

【００２１】これによって、クランク軸６の回転運動に
より圧縮機構２が働くと、冷媒気体を吸入して圧縮する
ことを繰り返し行い冷凍サイクルを実行することができ
る。

【００２２】冷媒気体は弗化炭素水素系冷媒群のうち少
なくとも一種または２種以上を混合した混合冷媒を採用
しており、塩素を含まないので環境を破壊しない。この
ような冷媒の具体例としては、特定フロンＨＣＦＣ２２
に近い沸点を持つＨＦＣやＦＣが考えられる。

【００２３】一方、潤滑油は前記冷媒気体と相溶性のあ
るエステル油であり、圧縮機構２に供給した潤滑油およ
び滑り軸受９の部分から密閉容器１内に出た潤滑は、前
記圧縮機構２に吸い込まれ圧縮して密閉容器１内に吐出
される冷媒気体にこれと同じ通路を経ることによって接
し、冷媒気体に溶化混合しこれに随伴する。このような
潤滑油の具体例としては、脂肪酸エステルや炭酸エステ
ルが考えられる。

【００２４】上記潤滑油の冷媒気体への随伴によって、
電動機側方通路２０を経て吐出２１へ向かう冷媒気体は
潤滑油を含んでおり、この潤滑油を自身の流れによって
持ち運び前記転がり軸受１２に供給するのでこれを適度
に潤滑することができる。吐出室２１は密閉容器１内を
邪魔板２５により区画して形成され、吐出管２２へ流入
しようとする冷媒気体が邪魔板２５に衝突することより
気液分離が行われて、冷媒気体に含んでいた潤滑油が適
度に分離され下部の潤滑油溜７に回収される。

【００２５】ところで前記したように、エステル油は極
性基を有しているために吸湿性が高く、吸湿した水分が
エステル油を分解してカルボン酸を生成し、これが上記
のような転がり軸受１２の軸受材料である鋼表面を腐食
させ軸受の疲労寿命を低下させるし、エステル油の分解
によって発生したＨ₂が鋼に浸入して水素脆性あるいは
応力腐食を生じさせることによっても軸受寿命が低下す
る。しかも、前記代替冷媒は塩素を含まないので従来の
特定フロンのような極圧添加剤的な潤滑性は望めない。

【００２６】したがって、上記のような材料からなる軸
受では寿命は短く、メンテナンスフリーでしかも長寿命
で運転される密閉型圧縮機の場合、軸受の寿命が圧縮機
全体の寿命となるので特に問題となり、実用に耐えな
い。

【００２７】これを解消するために本実施例では、前記
転がり軸受１２を構成する転動体３１と軌道輪３２、３
３との材質が窒化処理および浸炭処理されたものとして
ある。図２はこのように処理した転がり軸受の断面図を
示しており、３１ａ、３２ａ、３３ａは前記浸炭窒化処
理によって表面に形成された処理層を示している。

【００２８】したがって、エステル油が水により分解さ
れて形成するカルボン酸が前記潤滑によって転がり軸受
１２に及ぶことがあっても、これの転動体３１と軌道輪
３２、３３との材質がそれぞれ窒化処理されていること
によって、図２の各処理層３１ａ〜３３ａには、図３に
示すように窒化鉄の化合物層３１ａ１〜３３ａ１が３μ
ｍ〜５μｍ形成され、さらにその下には窒化鉄が分布し
た拡散層３１ａ２〜３３ａ２が５０μｍ〜２００μｍ形
成されて、これら化合物層３１ａ１〜３３ａ１および拡
散層３１ａ２〜３３ａ２をなす窒化鉄が、鋼の酸によ
る腐食、およびエステル油の分解によって発生する水素
が鋼に浸入して疲労寿命が低下するのを防ぐし、鋼が窒
化鉄の反応により膨張して圧縮の残留応力が残り、応力
腐食を防止するので、転がり軸受１２の寿命を向上する
ことができ、塩素を含まない前記代替冷媒およびこれに
相溶性のあるエステル油を用いても転がり軸受１２によ
る寿命低下の問題のないものとなる。

【００２９】浸炭処理によっては、前記窒化による場合
とほぼ同じ特性を鋼のより内側まで発揮させながら、そ
の内部を低炭素状態に保って転動体３１と軌道輪３２、
３３との全体の粘りを確保するとともに、表面の処理層
３１ａ〜３３ａの炭素含有量を増大させて焼き入れによ
る表面硬度の向上および焼き入れ時の焼き割れ防止と、
表面の残留応力による応力腐食の防止効果の向上とを図
ることができ、転がり軸受１２の寿命がさらに向上す
る。

【００３０】なお、本実施例では転がり軸受１２の転動
体３１と軌道輪３２、３３との両方に前記浸炭窒化処理
を施してあるが、それらの内の一方にだけ処理を施して
も、その一方の寿命が長くなる分だけ有効であり本発明
の範疇に属する。そして、転がり軸受１２の仕様や使用
条件等によって寿命が短くなる側に処理を施すようにす
るのが好適である。また、処理は少なくとも窒化処理さ
れれば有効であり、これも本発明の範疇に属する。他に
同様な転がり軸受がある場合これにも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の冷凍機用圧縮機の主たる特徴に
よれば、使用する冷媒は弗化炭素水素系冷媒群のうち少
なくとも一種または２種以上を混合した混合冷媒で塩素
を含まず環境を破壊しないし、冷凍機油であるエステル
油と相溶性がありこれを自身の流れによって圧縮機構の
転がり軸受等の必要各部に持ち運び供給し、前記必要各
部を潤滑するが、この際、エステル油が吸湿した水で分
解され発生するカルボン酸が前記転がり軸受に及んで
も、これの転動体と軌道輪との両方または一方の材料に
窒化処理されていて、軸受の鋼の表面は窒化鉄の化合物
層が形成され、さらにその下には窒化鉄が分布した拡散
層が形成されて、これら化合物層および拡散層をなす窒
化鉄が、鋼の酸による腐食、およびエステル油の分解に
よって発生する水素が鋼に浸入して疲労寿命が低下する
のを防ぐし、鋼が窒化鉄の反応により膨張して圧縮の残
留応力が残り、応力腐食を防止するので、軸受の寿命を
向上することができ、塩素を含まない代替冷媒およびこ
れに相溶性のあるエステル油を用いても軸受による寿命
低下の問題のないものとなる。

【００３２】転動体と軌道輪との両方または一方の材質
が窒化処理に加え、浸炭処理されたものである構成で
は、前記窒化による場合とほぼ同じ特性を鋼のより内側
まで発揮させながら、その内部を低炭素状態に保って全
体の粘りを確保するとともに、表面層の炭素含有量を増
大させて焼き入れによる表面硬度の向上および焼き入れ
時の焼き割れ防止と、表面の残留応力による応力腐食の
防止効果の向上とを図ることができ、軸受寿命がさらに
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての冷凍機用圧縮機を示
す断面図である。

【図２】図１の圧縮機が用いている転がり軸受の部分断
面図である。

【図３】図２に示す転がり軸受の処理層の拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

２圧縮機構６クランク軸８主軸１２転がり軸受３１転動体３２、３３軌道輪３１ａ〜３３ａ処理層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福岡弘嗣大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松永寛大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち
少なくとも一種または２種以上を混合した混合冷媒を、
冷凍機油として前記冷媒と相溶性のエステル油を使用
し、駆動軸の回転運動によって冷媒を吸入圧縮する圧縮
機構で冷媒を圧縮する際に前記駆動軸に発生する力を支
持する鋼製の転がり軸受を有する冷凍機用圧縮機におい
て、前記転がり軸受を構成する転動体と軌道輪との両方また
は一方の材質が窒化処理されたものであることを特徴と
する冷凍機用圧縮機。
【請求項２】転動体と軌道輪との両方または一方の材
質が窒化処理に加え浸炭処理されたものである請求項１
に記載の冷凍機用圧縮機。