JPH11107964A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＨＦＣ冷媒を使用する冷凍サイクルに用いら
れる密閉型圧縮機において、摺動部の耐磨耗性および冷
凍機油の安定性を向上させる。 【解決手段】 密閉型圧縮機は、例えば図１に示すよう
なロータリ圧縮機の構造を有している。圧縮機の内部に
封入された潤滑用の冷凍機油は、エステル油に添加剤と
して安定剤および油性剤を添加したものである。油性剤
の添加により、冷凍機油の油性が向上し、特に境界潤滑
摺動部における耐磨耗性向上が図られる。また、安定剤
の添加により、エステル油の加水分解が抑制され、加水
分解による酸の発生が防止される結果、耐磨耗性の向上
とともに冷凍機油の劣化防止による安定性向上が図られ
る。なお、エステル油は、鉱物油に比べて極性が強く摺
動部の表面に吸着しやすいため、極圧剤を大量に添加し
なくてはその効果が得られない一方で、極圧剤を大量に
添加するとコンタミネーションの発生によって安定性が
低下してしまうため、極圧剤は添加しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＨＦＣ（ハイドロ
フルオロカーボン）冷媒を使用した冷凍サイクルに用い
られる密閉型圧縮機に係り、とりわけ、封入される冷凍
機油による潤滑性等を改良した密閉型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＨＦＣ冷媒を使用する冷凍サイク
ルに用いられる密閉型圧縮機においては、冷凍機油とし
て、ＨＦＣ冷媒との相溶性の良いエステル油が用いられ
ている。しかし、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカ
ーボン）冷媒等と異なりＨＦＣ冷媒は塩素を含まないた
め、圧縮機の摺動部に塩素系の潤滑膜を生成することが
期待できない。このため、エステル油をそのまま使用し
たのでは、摺動部の磨耗が著しくなり、信頼性の点で問
題がある。

【０００３】そこで、エステル油に安定剤、油性剤及び
極圧剤などの各種添加剤を添加して摺動部の磨耗を防止
することが考えられた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、添加剤
としてイオウ系や塩素系の極圧剤を添加すると、エステ
ル油を分解して冷凍サイクル内にコンタミネーション
（不純物）を生成し、サイクル詰まりを引き起こすとい
う問題がある。

【０００５】また、より安定性の高いリン系の極圧剤で
は、エステル油の極性が強いため、摺動部の表面にエス
テル油の吸着する傾向が強くなる。このため、この極圧
剤は、大量に添加しなくては固体極圧膜が形成されず、
目的とする磨耗防止効果が得られない。一方、この添加
剤を固体極圧膜が形成されるよう大量に添加すると、上
述した極圧剤の場合と同様に、コンタミネーションの生
成という問題が生ずる。

【０００６】その他の摺動部の磨耗防止対策としては、
摺動部材料にＰＶＤ（物理蒸着法）等による表面処理を
行う手段もあるが、その場合は製品コストが大幅に上昇
してしまうという問題がある。

【０００７】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、ＨＦＣ冷媒を使用する冷凍サイクルに用
いられる密閉型圧縮機において、摺動部の耐磨耗性およ
び冷凍機油の安定性に優れた密閉型圧縮機を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、ＨＦＣ冷
媒を使用する冷凍サイクルに用いられ、冷凍機油を封入
された密閉型圧縮機において、前記冷凍機油は、添加剤
として安定剤および油性剤を添加するとともに極圧剤を
添加しないエステル油であることを特徴とする密閉型圧
縮機である。

【０００９】この第１の手段によれば、ＨＦＣ冷媒を使
用しているために塩素系の潤滑膜による耐磨耗性向上を
期待することはできないが、エステル油に油性剤を添加
することにより、冷凍機油の油性、すなわち分子吸着性
を向上させ、特に境界潤滑摺動部における耐磨耗性向上
を図ることができる。また、エステル油に安定剤を添加
することにより、エステル油の加水分解が抑制され、加
水分解による酸の発生が防止される結果、耐磨耗性の向
上とともに冷凍機油の劣化防止による安定性向上を図る
ことができる。また、これら油性剤および安定剤を添加
したことにより、最低限必要とする耐磨耗性の効果が得
られるので、極圧剤を添加しなくても良く、極圧剤を添
加しないことにより、コンタミネーションの発生によっ
てエステル油の安定性が低下してしまうという問題を回
避することができる。

【００１０】第２の手段は、第１の手段において、前記
安定剤をエポキシ系添加剤とし、前記油性剤をアルコー
ル系添加剤としたものである。この第２の手段によれ
ば、第１の手段において、安定剤をエポキシ系添加剤と
することにより、エステル油が分解した際に発生する酸
を捕捉するとともに、そのような分解の原因となる水分
の捕捉も同時にできる。このため、冷凍機油の安定性を
より一層向上させることができる。また、油性剤をアル
コール系添加剤とすることにより、エステル油又はＨＦ
Ｃ冷媒との相溶性を確保することができる。このため、
圧縮機の運転中の析出によるコンタミネーションの発生
を効果的に防止し、サイクル詰まりを回避することがで
きる。

【００１１】第３の手段は、第１又は第２の手段におい
て、前記冷凍機油に、添加剤としてさらに酸化防止剤ま
たは銅不活性剤を添加したものである。この第３の手段
によれば、第１又は第２の手段において、酸化防止剤の
添加によって、エステル油の酸化による劣化を抑制して
冷凍機油の安定性を高めることができると共に、摺動部
への油性剤の作用を妨げる劣化物の発生を低減させるこ
とにより、油性剤による耐磨耗性向上の効果を促進する
ことができる。また、銅不活性剤の添加によって、冷凍
サイクルに用いられている銅管からの銅イオンの発生を
抑制し、摺動面におけるカッパープレーティングを防止
することにより、油性剤による耐磨耗性向上の効果を促
進することができる。

【００１２】第４の手段は、第１乃至第３の手段のいず
れかにおいて、前記添加剤の総量を、前記冷凍機油に対
して３質量％以下としたものである。この第４の手段に
よれば、第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、冷凍
機油において添加剤の総量を３質量％以下とすることに
より、実用上問題のない大きさの体積抵抗を確保するこ
とができる。

【００１３】第５の手段は、第１乃至第４の手段のいず
れかにおいて、内部に境界潤滑摺動部を有するととも
に、この境界潤滑摺動部における一方の材料を窒化処理
されたステンレス鋼とし、他方の材料をＭｏ、Ｎｉおよ
びＣｒを含有する合金鋳鉄としたものである。

【００１４】この第５の手段によれば、第１乃至第４の
手段のいずれかにおいて、油性剤による境界潤滑摺動部
の耐磨耗性向上の効果をより一層増強させることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明によ
る密閉型圧縮機の実施の形態について説明する。 ［第１の実施形態］まず、本発明の第１の実施形態につ
いて説明する。本実施形態の密閉型圧縮機は、ＨＦＣ
（ハイドロフルオロカーボン）冷媒を使用する空調機等
の冷凍サイクルに用いられるものであり、内部に潤滑用
の冷凍機油が封入されている。また、この密閉型圧縮機
は、例えば図１に示すようなロータリ圧縮機の構造を有
している。図１において、ロータリ圧縮機は、シリンダ
１とローラ２とを備え、このローラ２が電動機（図示せ
ず）によるクランク３の回転に伴ってシリンダ１の内壁
上を転がり運動するようになっている。また、この圧縮
機は、上記ローラ２の外周面に対して先端部が摺動自在
に圧接されるベーン４を備えている。

【００１６】なお、上記ＨＦＣ冷媒としては、例えばＨ
ＦＣ３２（ジフルオロメタン）とＨＦＣ１２５（ペンタ
フルオロエタン）とを５０質量％ずつ混合したＨＦＣ４
１０Ａが用いられる。また、上記冷凍機油は、エステル
油に添加剤として安定剤および油性剤（油性向上剤）を
添加したものである。

【００１７】ここで、従来、鉱物系の冷凍機油に添加す
ることにより、高負荷時の耐磨耗性向上に効果のあった
極圧剤は、本実施形態の圧縮機における冷凍機油には添
加されていない。これは、上述したようにエステル油
は、鉱物油に比べて極性が強く摺動部の表面に吸着しや
すいため、極圧剤を大量に添加しなくてはその効果が得
られない一方で、極圧剤を大量に添加するとコンタミネ
ーションの発生によってエステル油の安定性が低下して
しまうという問題があるからである。

【００１８】次に、以上のように構成された本実施形態
の効果について説明する。本実施形態によれば、ＨＦＣ
冷媒を使用しているために塩素系の潤滑膜による耐磨耗
性向上を期待することはできないが、エステル油に油性
剤を添加することにより、冷凍機油の油性、すなわち分
子吸着性を向上させ、特に境界潤滑摺動部における耐磨
耗性向上を図ることができる。

【００１９】このような油性剤添加による耐磨耗性向上
の効果を示す実験結果が、図２に示されている。図２に
示すのは、１ＨＰ（７３５Ｗ）クラスの家庭用空気調和
機に用いられるロータリ圧縮機において、一年間の実用
テストによる境界潤滑摺動部（ここでは、図１に示すロ
ーラ２とベーン４との接触部５）のトータル磨耗量を、
油性剤の添加、無添加で比較したものである。図２に示
すように、油性剤無添加の場合の磨耗量が約１０μm で
あるのに対して、油性剤添加の場合の磨耗量は約３μm
に止まっており、油性剤添加による境界摺動潤滑部の耐
磨耗性向上の効果が実証されている。

【００２０】また、エステル油に安定剤を添加すること
により、エステル油の加水分解が抑制され、加水分解に
よる酸の発生が防止される結果、耐磨耗性の向上ととも
に冷凍機油の劣化防止による安定性向上を図ることがで
きる。

【００２１】なお、上記安定剤としては、エステル油が
分解した際に発生する酸を捕捉するとともに、そのよう
な分解の原因となる水分の捕捉も同時にできる点で、エ
ポキシ系添加剤を用いることが好ましい。そのようにす
ることで、冷凍機油の安定性をより一層向上させること
ができる。

【００２２】また、上記油性剤としては、エステル油又
はＨＦＣ冷媒との相溶性を確保する観点から、アルコー
ル系添加剤を用いることが好ましい。そのようにするこ
とで、圧縮機の運転中の析出によるコンタミネーション
の発生を効果的に防止し、サイクル詰まりを回避するこ
とができる。

【００２３】このように、油性剤および安定剤を添加し
たことにより、極圧剤を添加しなくても実用上十分な耐
磨耗性の向上が得られており、極圧剤を添加しないこと
により、コンタミネーションの発生が確実に防止でき
る。

【００２４】［第２の実施形態］次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の
実施形態の圧縮機において、冷凍機油に添加剤としてさ
らに酸化防止剤または銅不活性剤を添加したものであ
り、その他の構成は上記第１の実施形態と同様である。

【００２５】本実施形態によれば、酸化防止剤の添加に
よって、エステル油の酸化による劣化を抑制して冷凍機
油の安定性を高めることができる。また、摺動部への上
記油性剤の作用を妨げる劣化物の発生を低減させること
により、油性剤による耐磨耗性向上の効果を促進するこ
とができる。

【００２６】また、銅不活性剤の添加によって、冷凍サ
イクルに用いられている銅管からの銅イオンの発生を抑
制し、摺動面におけるカッパープレーティングを防止す
ることにより、油性剤による耐磨耗性向上の効果を促進
することができる。

【００２７】［第３の実施形態］次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１又
は第２の実施形態の圧縮機において、上記安定剤、油性
剤、酸化防止剤又は銅不活性剤等の添加剤の総量を、冷
凍機油に対して３質量％以下としたものであり、その他
の構成は上記第１又は第２の実施形態と同様である。

【００２８】上記安定剤、油性剤、酸化防止剤又は銅不
活性剤等の添加剤は、それぞれ上述したような効果を有
するが、一方では冷凍機油の体積抵抗を低下させ、ひい
ては圧縮機の電動機における電気絶縁性を低下させてし
まう。そこで、本実施形態によれば、冷凍機油において
上記添加剤の総量を３質量％以下とすることにより、実
用上問題のない大きさの体積抵抗を確保することができ
る。

【００２９】［第４の実施形態］次に、本発明の第４の
実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１乃
至第３の実施形態のいずれかの圧縮機において、その境
界潤滑摺動部（例えば図１に示す上記接触部５）におけ
る一方（例えばベーン４）の材料を窒化処理されたステ
ンレス鋼とし、他方（例えばローラ２）の材料をＭｏ、
ＮｉおよびＣｒを含有する合金鋳鉄とするものであり、
その他の構成は上記第１乃至第３の実施形態と同様であ
る。

【００３０】本実施形態によれば、上記油性剤による境
界潤滑摺動部の耐磨耗性向上の効果をより一層増強させ
ることができる。このような耐磨耗性向上の効果を示す
実験結果が、図３に示されている。図３に示すのは、１
ＨＰ（７３５Ｗ）クラスの家庭用空気調和機に用いられ
るロータリ圧縮機において、１０００時間の単体耐久テ
ストによる境界潤滑摺動部（ここでは、図１に示すロー
ラ２とベーン４との接触部５）のトータル磨耗量を、そ
の材料の組合せ、及び油性剤の添加、無添加で比較した
ものである。図３に示すように、ベーン４とローラ２と
の材料の組合せを、工具鋼と鋳鉄にした場合の磨耗量が
約９０μm （油性剤無添加）と約８５μm （同添加）で
あるのに対して、窒化処理したステンレス鋼（ＳＵＳ）
と上記合金鋳鉄にした場合の磨耗量は約１５μm （油性
剤無添加）と約５μm （同添加）に止まっており、本実
施形態のような材料選択による境界摺動潤滑部の耐磨耗
性向上の効果が実証されている。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ステル油に特定の添加剤を添加した冷凍機油によって、
摺動部の耐磨耗性を向上させることができると共に、冷
凍機油の安定性を向上させることができる。このため、
ＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクルに用いられる密閉型
圧縮機の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される密閉型圧縮機の一例を示す
要部横断面図。

【図２】油性剤添加の効果を確認するための実験結果を
示すグラフ。

【図３】図１に示すローラとベーンとの接触部（境界潤
滑摺動部）における材料選択の効果を確認するための実
験結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ローラ ３ クランク軸 ４ ベーン ５ ローラとベーンとの接触部（境界潤滑摺動部）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＨＦＣ冷媒を使用する冷凍サイクルに用い
   られ、冷凍機油を封入された密閉型圧縮機において、 前記冷凍機油は、添加剤として安定剤および油性剤を添
   加するとともに極圧剤を添加しないエステル油であるこ
   とを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 【請求項２】前記安定剤はエポキシ系添加剤であり、前
   記油性剤はアルコール系添加剤であることを特徴とする
   請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 【請求項３】前記冷凍機油に、添加剤としてさらに酸化
   防止剤または銅不活性剤を添加したことを特徴とする請
   求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
4. 【請求項４】前記添加剤の総量を、前記冷凍機油に対し
   て３質量％以下としたことを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
5. 【請求項５】内部に境界潤滑摺動部を有するとともに、
   この境界潤滑摺動部における一方の材料を窒化処理され
   たステンレス鋼とし、他方の材料をＭｏ、ＮｉおよびＣ
   ｒを含有する合金鋳鉄としたことを特徴とする請求項１
   乃至４のいずれかに記載の密閉型圧縮機。