JPH0419386A - 冷媒圧縮機 - 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】 ［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、特に冷媒としてモノクロ
ロジフルオロメタン、１，１−ジフルオロメタンおよび
モノクロロ−１．２，２．２−テトラフルオロエタンの
３種混合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、図示しないアキュ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。

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９の軸受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が収容されて
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、フレーム９とサブベ
アリング１１に押付けられて若干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、フレーム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と称する）やモノクロ
ロジフロロメタン（ＨＣＦＣ２２）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、フ
ロン１２やモノクロロジフロロメタンに対して溶解性を
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か必
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
か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の代替冷媒とし
て、モノクロロジフルオロメタン（以下ＩＣＦＣ２２と
称す）　、１．１−ジフルオロメタン（以下ＨＦＣ１５
２ａと称す）およびモノクロロ−１２．２．２−テトラ
フルオロエタン（以下）ＩＣＦＣ１２４と称す）の３種
混合冷媒か開発されている。

代替冷媒としてはこの３種混合冷媒のほかにも幾つかの
種類が開発されているが、従来の冷凍機油との相溶性が
低く、実用化させるには冷凍機油の方も新たに考慮する
必要がある。

しかし、上述したＨＣＦＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＨＣ
ＦＣ１”！４の３種混合冷媒は、フロン１２の使用にお
いて用いられていた冷凍機油との相溶性を有し、従来の
機器および冷凍機油をそのまま使用することができると
いう利点を備えていることや、エネルギー効率の良さな
どから、ＣＩ原子を含んだ冷媒全廃までの段階的な削減
期間における冷媒として注目されているものである。

（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、ＨＣ
ＰＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＨＣＰＣ１２４の３種混合
冷媒を用いた場合、上述したような圧縮機構５の摺動部
材として使用されているＰｅ２５、Ｓ−１５ｃ　、　Ｓ
−１２ｃ　。

５ＷＲＣＨＩＯＡ、　５ＷＣＨ１５Ａ　、　８０Ｍ４３
５、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ＣＩ原子が、金属基材のＦｅ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、３種混合
冷媒を用いた場合には、このＣＩ原子が少ないため塩化
鉄膜の生成量が減少し、塩化鉄膜による潤滑作用か低下
することに原因の一つがある。

したがって、フロン１２に替わる新たな冷媒を使用する
場合でも、摺動部材の耐摩耗性を良好に維持することか
望まれている。

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、ＨＣＰＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＩＣＦＣＩ２４の
　３種混合冷媒の使用に際して、摺動部での耐摩耗性を
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、冷媒としてモノクロ
ロジフルオロメタン、■、■−ジフルオロメタンおよび
モノクロロ−１．２，２．２−テトラフルオロエタンの
３種混合冷媒を、冷凍機油として前記冷媒と相溶性を有
する油を使用し、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、Ｐ
ｅ系金属からなる第１の部材と、球状黒鉛鋳鉄からなる
第２の部材とを用い、前記第１の部材と前記第２の部材
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、球状黒鉛鋳鉄は、添加元素や熱処理に
よって黒鉛を球状化したものであり、球状化することに
よって、黒鉛の内部切り欠き効果は片状黒鉛に比べて極
めて小さくなり、弾性係数が高くなって機械的性質が向
上する。

球状化黒鉛とすることにより、球状化黒鉛の周辺刃部が
摺動表面に露出していると、異常摩耗を起こす場合があ
るので、このような刃部は除去することか好ましい。

本発明において、上述した球状黒鉛鋳鉄の球状化率は、
ＪＩＳＧ５０２２の算出法によって求められ、球状化率
は４０％以上であることが好ましい。

これは、第５図のグラフに示されるように、球状化率が
４０％未満であると黒鉛鋳鉄の摩耗量が大きく、耐摩耗
性の効果が得られない。球状化率は高いほど好ましく、
１００％に近付くほど耐摩耗性か向上する。

本発明において、Ｆｅ系金属としては、鋳鉄、鋼、焼結
合金などが挙げられる。

焼結合金は、多孔性であるため摺動表面の多数の空孔に
油が溜まり、潤滑油の不足した不利な運転条件となった
場合、潤滑油の自己供給が可能で、金属摺動部の材料と
して利点を有している。

しかも、封孔処理を行うことにより、焼結合金の内部組
織に介在する微小空隙からの圧力流体の漏洩を防止し、
耐圧力部品として使用することができる。より高い耐摩
耗性、耐食性が要求される場合は、部品を５００〜６０
０℃に加熱保持した水蒸気雰囲気中で処理し、部品表面
にＰｅ３　０４の被膜を形成する。

本発明において、焼結合金の気孔率は次に示す式によっ
て求められ、その値は３０％以下であることが好ましい
。

式二　気孔率−１−（ρ／ρ０） 、、（ｗ−ｗ）　　・ρＳ （Ｗ　　−Ｗ　　）−（Ｗｌ−Ｗ３） ただし、上式中、ρは粒子の密度（ｋｇ／ｍ”　）、ρ
Ｓは媒液の密度（ｋｇ／ｍ　３）　　ρ０は粒子の真密
度（ｋｇ／ｓ３）を表し、さらにＷ。は比重びんの重量
（ｋｇ）、Ｗｌは試料投入後比重びんに媒液を満たした
ときの重量（ｋｇ）、Ｗ２は比重びんに投入したときの
質量（ｋｇ）、Ｗ３は媒液だけを満たしたときの質量（
ｋｇ）を表すものである。

気孔率が３０％を越えると気密性や強度が充分でなく、
好ましくない。

さらに、本発明に使用する鋼としては、強度の点から炭
素を０．０５〜１，０重量％程度含有するものが好まし
い。たとえば亜共析炭素鋼、共析炭素鋼、過共析炭素鋼
などが挙げられる。

そして、上述した材料のうち冷媒圧縮機における摺動部
の一方の側に球状化黒鉛鋳鉄を用い、他方の摺動部に鋳
鉄、鋼、もしくは焼結合金を使用する。

摺動部材料を組合せる際、摺動部同士が同じ材料である
と容易に相手材と凝着を起こし、逆に硬度の違いすぎる
もの同士を組合せると硬度の低い一方のキイ料か摩耗し
やすくなる。

これらの組合せの例として、たとえば、Ｆｅ系金属を軸
受やピストンに使用し、球状黒鉛鋳鉄をシャフトやシリ
ンダに使用する。

これらの材料は、熱処理を施したり、炭素含有量を変化
させることにより、硬度をある程度調整することができ
る。

したがって、圧縮機構の摺動部材として、球状化黒鉛鋳
鉄を一方に使用し、この相手材として鋳鉄、鋼、もしく
は焼結合金を使用するよう組合せることにより、摺動部
材の耐摩耗性を長期に渡−一・て維持することかできる
。

（作　用） 一般に鋳鉄は遊離黒鉛を含んでおり、この遊離黒鉛か潤
滑剤として作用し、摺動部材の摩耗を低減させる。

また、黒鉛は潤滑油を保持して、良好な油膜を形成させ
やすくするため、金属摺動部材として耐摩耗性を向上さ
せる。

さらに、黒鉛の球状化によって、潤滑における異方性が
なくなり、一つの黒鉛粒子に保持される油の量が多くな
るため、潤滑性が向上する。

そして、冷媒圧縮機の摺動部位に用いる材料として、一
方の摺動部品である鉄系金属部品に対して、この相手材
として球状黒鉛鋳鉄を組合せることにより、冷凍機油中
での運転に際して、良好な耐摩耗性を得ることができる
。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 黒鉛の球状化率を１００％として、ＪＩＳ規格によるＰ
ＣＤ　６０材を用い、シャフトおよびシリンダとして所
定形状に切り出した。

一方、これらの摺動相手部品である軸受およびピストン
として、ＪＩＳ規格によるＳ−１５ｃ材を用い、所定形
状に切り出した。

これらをアセトンにて脱脂した後、第１図と同一構成の
冷媒圧縮機を組立てた。

つまり、第１図におけるシャフト８およびシリンダ１０
が球状化率１００％のＰＣＤ　６０材からなり、軸受９
およびローラ１３がＳ−１５Ｃ材からなっている。また
、第１図の冷媒圧縮機はロータリー式であるため、ピス
トンに相当するローラ１３がシリンダ〕０の内部で遊星
運動しつつ回転するようになっている。

この冷媒圧縮機に、パラフィン系鉱油の冷凍機油を供給
し、冷媒としてｔ（ＣＦＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＨＣ
ＦＣ１２４の３種混合冷媒を用いて、上記冷媒圧縮機を
５００時間運転した。

また、３種混合冷媒はＨＣＰＣ２２、ＨＦＣ１５２ａお
よびＨＣＦＣ１２４の混合割合か異なる　３種類の３種
混合冷媒を用いて、それぞれについて５００時間の運転
を行った。

その混合割合は次に示す第１表のとおりである。

なお、単位は重量％である。

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
挟み込み、■−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、ＨＣＦＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＨＣＦＣ１
２４の　３種混合冷媒を吹込みつつ、シャフトの回転を
２９０ｒｐ■とじて、シャフト３１を球状黒鉛鋳鉄とし
、■ブロック３２を鋼材として、第１表に示した冷媒１
から冷媒３までそれぞれについて試験を行った。

これらの結果を平均すると、球状黒鉛鋳鉄と鋼との組合
せでは摩耗量は１．１Ｂであった。この摩耗試験の結果
を第４図に示す。

実施例２ 摺動部材の組合せとして、シャフトおよびシリンダに球
状化率１００％の球状黒鉛鋳鉄を用い、軸受およびロー
ラにねずみ鋳鉄を用いた以外は実施例１と同一構成の冷
媒圧縮機を組立て、５００時間運転させた。

また、ＨＣＰＣ２２−ＨＦＣ１５２ａ−ＨＣＦＣ１２４
（７）　３種混合冷媒としては実施例１と同様の混合割
合である　３種類を用いた。

運転後のＳＥＭ観察の結果、シャフトの表面に摩耗痕は
ほとんど認められず、さらに、実施例１と同様の耐摩耗
性試験においても、摩耗量は２．８Ｉ１ｇと良好な結果
が得られた。この摩耗試験の結果を第４図に示す。

実施例３ 摺動部材の組合せとして、シャフトおよびシリンダに球
状化率１００％の球状黒鉛鋳鉄を用い、軸受およびロー
ラにＦｅ系焼結合金を用い、実施例１と同一構成の冷媒
圧縮機を組立て、５００時間運転させた。

運転後のＳＥＭ観察の結果、シャフトの表面に摩耗痕は
ほとんど認められず、さらに、実施例１と同様の耐摩耗
性試験においても摩耗量は３．５ｍｇと良好な結果が得
られた。

これら耐摩耗性試験の結果を第４図に示す。

比較例 ローラにクロムモリブデン鋼、シリンダにＦｅ系焼結合
金を用い、シャフトにクロムモリブデン鋼、軸受にＦｅ
系焼結合金を用いて摺動部品を組合せ、実施例１と同一
構成の冷媒圧縮機を組立てた。

この冷媒圧縮機にパラフィン系鉱油の冷凍機油を供給し
、冷媒に実施例１と同じ組成を有する　３種混合冷媒を
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と同一
条件でシャフトの耐摩耗性を評価した。

すると、３種混合冷媒の使用において、クロムモリブデ
ン鋼とＦｅ系焼結合金とを組合せた摺動部品は、摩耗量
が１５．５ｍｇと著しく、長時間の使用に耐え得ないも
のであった。

実施例４ 続いて、球状黒鉛鋳鉄の球状化率を変化させた実施例に
ついて説明する。

摺動部材の組合わせとしては実施例１と同様の球状黒鉛
鋳鉄と鋼材との組合せとし、３種混合冷媒としては第１
表において冷媒２として示した混合割合のもの、冷凍機
油としてはナフテン系鉱油を使用した。

そして、球状化率９０％および８０％の球状黒鉛鋳鉄を
用いた以外は実施例１と同一構成の冷媒圧縮機を組立て
、５００時間運転させた。

運転後のＳＥＭ観察の結果、シャフトの表面に摩耗痕は
ほとんど認められず、さらに、実施例１と同様の耐摩耗
性試験において、摩耗量は球状化率９０％の場合は２．
１ｍｇ、　８０％の場合は３．４ｍｇであった。

このように、本発明によるＦｅ系金属と球状黒鉛鋳鉄と
の組合せで摺動部材を構成することにより、３種混合冷
媒の使用における摺動部材の耐摩耗性を向上させること
ができ、従来の機器および冷凍機油をそのまま使用し、
かつ長時間の使用に耐える良好な冷媒圧縮機が得られた
。

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は上記ローラが、シ
リンダ内を往復運動するピストンとなり、このピストン
とシリンダとの材料の組合せをＦｅ系金属と球状黒鉛鋳
鉄とが摺動するよう構成すればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の冷媒圧縮機は、Ｆｅ系金
属からなる部材と、球状黒鉛鋳鉄からなる部材とを用い
、この部材同士が摺動するよう組合せて摺動部品を構成
しているので、モノクロロジフルオロメタン、１．１−
ジフルオロメタンおよびモノクロロ−１．２，２．２−
テトラフルオロエタンの３種混合冷媒の使用に際して、
耐摩耗性を大きく向上させることができる。

したがって、冷媒圧縮機の圧縮機構の耐摩耗性が長時間
安定して保たれ、長寿命の冷媒圧縮機を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータリー式の密閉型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図は摩耗試験結
果を示す図、第５図は黒鉛の球状化率と摩耗量との関係
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・・・
フレーム、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、１９・・・
吐出口、２０・・・冷凍機油。 出願人　　　　　株式会社　東芝 同　　　　　　東芝オーディオ・ビデオエンジニアリン
グ株式会社 代理人　弁理士　　須　山　佐　− ば）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、冷媒としてモノクロロジフルオロメタ
   ン、１，１−ジフルオロメタンおよびモノクロロ−１，
   ２，２，２−テトラフルオロエタンの３種混合冷媒を、
   冷凍機油として前記冷媒と相溶性を有する油を使用し、
   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、 Ｆｅ系金属からなる第１の部材と、球状黒鉛鋳鉄からな
   る第２の部材とを用い、 前記第１の部材と前記第２の部材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。
2. （２）前記球状黒鉛鋳鉄は、ＪＩＳＧ５０２２の算出法
   による球状化率が４０％以上である請求項１記載の冷媒
   圧縮機。
3. （３）前記Ｆｅ系金属は、鋳鉄、鋼および焼結合金の中
   から選ばれた１種である請求項１記載の冷媒圧縮機。