KR100856629B1 - Closed-type compressor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 탄화수소계의 냉매를 이용한 냉동 장치 등의 에너지 절약화, 소형화, 고효율화를 도모하면서 신뢰성의 향상을 도모하는 것이다.An object of the present invention is to improve the reliability while attaining energy saving, miniaturization and high efficiency of a refrigeration apparatus using a hydrocarbon refrigerant.
밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 전동 요소로 구동되는 크랭크샤프트와 피스톤이 콘로드에 의해 연결되는 밀폐형 압축기가 이용되는 냉동 장치에 있어서, 이소부탄(R600a)을 압축 요소로 압축되는 냉매로 이용하고, 분자 중에 에스테르 결합을 갖는 지방산 에스테르유를 냉동기유로 이용함으로써, 미끄럼 이동부의 윤활성을 높이고, 고효율화와 신뢰성 향상을 양립한다.A refrigeration apparatus using a hermetic compressor, in which a compression element and a transmission element are accommodated in a sealed container, and a crankshaft driven by the transmission element and a piston are connected by a cone rod, wherein the isobutane R600a is compressed by the compression element. By using as a freezer oil, the fatty acid ester oil which has an ester bond in a molecule | numerator is used as a refrigerator oil, and it improves the lubricity of a sliding part, and achieves high efficiency and reliability improvement.
실린더, 콘로드, 구체부, 평면부, 피스톤, 크랭크샤프트 Cylinder, cone rod, concrete section, flat section, piston, crankshaft
Description
도1은 본 실시예의 냉동 사이클을 도시하는 도면.1 is a diagram showing a refrigeration cycle of this embodiment.
도2는 본 실시예의 냉장고를 도시하는 개념도.Fig. 2 is a conceptual diagram showing the refrigerator of this embodiment.
도3은 본 실시예의 밀폐형 압축기의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of the hermetic compressor of the present embodiment;
도4는 피스톤의 내부 구조를 도시하는 도면.4 shows the internal structure of a piston;
도5는 콘로드의 형상을 나타내는 도면.5 shows the shape of the cone rod;
도6은 빠짐 방지 부재의 사시도.6 is a perspective view of the release preventing member.
도7은 피스톤과 콘로드의 조립 상태를 도시하는 도면.7 is a view showing an assembled state of a piston and a cone rod;
도8은 마모 추이를 나타내는 그래프.8 is a graph showing the wear trend.
도9는 마모 미끄럼 이동 시험 결과를 나타내는 그래프.9 is a graph showing the results of wear sliding movement test.
도10은 냉동기유의 소부 한계 하중을 나타내는 도면.10 is a diagram showing the baking limit load of the refrigerator oil.
도11은 면 거칠기와 소부 한계 하중과의 관계를 나타내는 도면.Fig. 11 is a diagram showing a relationship between surface roughness and baking limit load.
도12는 파렉스 시험에 있어서의 접촉점의 하중의 개념도.12 is a conceptual diagram of the load at the contact point in the Parex test.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
1 : 실린더1: cylinder
2 : 콘로드2: cone rod
2a : 구체부2a: sphere
2a' : 평면부2a ': flat part
4 : 피스톤4: piston
4a : 피스톤의 내구면4a: Durable surface of piston
4c : 홈4c: home
7 : 크랭크샤프트7: crankshaft
10 : 빠짐 방지 부재10: fall prevention member
10a : 제1 탄성부10a: first elastic portion
10b : 제2 탄성부10b: second elastic portion
10c : 지지부10c: support
10d : 회전 규제부10d: rotation control unit
10d' : 볼록 형상부10d ': convex shape
10e : 연신부10e: drawing part
100 : 밀폐형 압축기100: hermetic compressor
101 : 시험기101: tester
102 : 시험편102: test piece
110 : 응축기110: condenser
111 : 냉매 배관111: refrigerant pipe
115 : 드라이어115: dryer
120 : 캐필러리 튜브120: capillary tube
130 : 증발기130: evaporator
[문헌 1] 일본 특허 공개 평4-183788호 공보 [Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-183788
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-60952호 공보 [Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-60952
[문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-38135호 공보 [Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-38135
[문헌 4] 일본 특허 공개 제2003-184751호 공보 [Document 4] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-184751
[문헌 5] 일본 특허 공개 제2003-214343호 공보 [Document 5] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-214343
[문헌 6] 일본 특허 공개 제2004-27969호 공보[Document 6] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-27969
본 발명은 탄화수소를 냉매로서 사용하는 밀폐형 압축기 및 냉동 장치 및 냉장고에 관한 것이다.The present invention relates to a hermetic compressor, a refrigeration apparatus and a refrigerator using hydrocarbon as a refrigerant.
종래, 냉장고나 공기 조화기의 냉매에는 CFC(클로로플루오로카본)가 이용되고 있었지만, 환경 문제에의 배려로부터 국제적으로 사용이 제한되어, HFC(하이드로플루오로카본) 냉매와 같이 염소를 함유하지 않는 것으로 절환되어 오고 있다. 구체적으로는, CFC12(디클로로디플루오로메탄)와 가까운 열역학 특성을 갖는 R134a(1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄)가 냉장고에 사용되고 있다. 그 때, R134a 냉매와는 상용성이 나쁜 광유를 대신하여 에스테르유를 냉동기유에 이용하여 실용화되었다. 특허문헌 1에는, 냉매에 HFC계의 R134a를 이용하고, 냉동기유로서 에스 테르유를 이용한 예가 나타나 있다.Conventionally, CFCs (chlorofluorocarbons) have been used for refrigerants of refrigerators and air conditioners. However, due to consideration of environmental problems, their use has been restricted internationally, and they do not contain chlorine like HFC (hydrofluorocarbon) refrigerants. It has been switched to. Specifically, R134a (1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane) having thermodynamic characteristics close to CFC12 (dichlorodifluoromethane) is used in a refrigerator. At that time, ester oil was put into practical use in refrigeration oil instead of mineral oil having poor compatibility with R134a refrigerant.
그러나, HFC 냉매는 오존층 파괴에는 기여하지 않지만, 온실 효과 계수가 크고, 지구온난화 방지의 관점에서 최근에는 탄화수소계의 HC(하이드로카본) 냉매 등의 자연 냉매가 이용되고, 냉장고 등의 냉동 장치에 있어서 실용화가 진행되고 있다. 실제로, 유럽에서는 대체 냉매로 지구온난화 계수가 작은 HC 냉매를 이용한 냉장고가 제품화되고 있다.However, HFC refrigerants do not contribute to ozone layer destruction, but have a large greenhouse effect coefficient, and natural refrigerants such as hydrocarbon-based HC (hydrocarbon) refrigerants have recently been used in view of preventing global warming. Commercialization is advancing. In fact, refrigerators using HC refrigerant having a low global warming coefficient as an alternative refrigerant have been commercialized in Europe.
일본 내에서도, 1997년에 개최된 지구온난화 방지 교오또 회의(COP3)에 있어서, HFC 냉매가 온실 효과 물질로 지정된 배경도 있고, 이소부탄(R600a)을 냉매로 이용한 냉장고가 2002년경부터 제조ㆍ판매되는 것에 이르고 있다.Even in Japan, at the Global Warming Prevention Kyoto Conference (COP3) held in 1997, there are backgrounds where HFC refrigerants were designated as greenhouse substances, and refrigerators using isobutane (R600a) as refrigerants were manufactured and sold around 2002. It leads to.
프로판(R290)이나 이소부탄 등의 HC 냉매에 대해, 나프텐계 또는 파라핀계의 광유는 상용성이 높다. 또한, 입수성이나 경제성도 우수하여, HC 냉매를 사용하는 냉동 장치에 있어서는 광유가 냉동기유로서 사용되고 있다(특허문헌 2 참조). 또한, HC 냉매를 사용하는 냉동 장치의 냉동기유로서 에스테르유를 사용할 수 있는 취지도 특허문헌 3에 개시되어 있다.For HC refrigerants such as propane (R290) and isobutane, naphthenic or paraffinic mineral oils are highly compatible. Moreover, it is also excellent in availability and economical efficiency, and mineral oil is used as a refrigerator oil in the refrigeration apparatus which uses HC refrigerant (refer patent document 2). In addition, Patent Document 3 discloses that ester oil can be used as a refrigerator oil of a refrigerating device using HC refrigerant.
그런데, 냉동 장치는 냉매를 고온 고압으로 압축하기 위한 압축기와, 압축된 냉매를 응축하여 액냉매로 하는 응축기와, 응축기를 경유한 냉매를 감압하는 캐필러리 튜브 등의 감압(팽창) 기구와, 감압된 냉매가 증발하는 증발기가 직렬로 접속되어 구성된다. 냉장고나 공기 조화기에는 밀폐형 압축기가 이용되고, 특허문헌 4 내지 6에 개시된 바와 같이 밀폐 용기 내에 압축 요소와 전동 요소가 수납된 구성이 채용되어 있다.By the way, the refrigeration apparatus includes a compressor for compressing the refrigerant at high temperature and high pressure, a condenser for condensing the compressed refrigerant to form a liquid refrigerant, a decompression (expansion) mechanism such as a capillary tube for depressurizing the refrigerant via the condenser, The evaporator in which the reduced pressure refrigerant evaporates is connected in series. A hermetic compressor is used for a refrigerator and an air conditioner, and the structure in which the compression element and the transmission element were accommodated in the hermetically sealed container is employ | adopted as patent document 4 -6.
밀폐형 압축기로서는, 특허문헌 4 내지 6과 같은 왕복 운동하는 피스톤을 갖는 레시프로컬형(reciprocal)의 압축기가 알려져 있고, 레시프로컬형의 압축기는 크랭크샤프트와 피스톤을 커넥팅 로드(콘로드)로 연결하여 회전 운동하는 샤프트의 운동을 왕복 운동으로 바꾸는 구조로 되어 있다.As a hermetic compressor, a reciprocal compressor having a reciprocating piston such as
피스톤과 콘로드의 연결 방식으로서는, 구면 베어링에 의해 연결되는, 소위 볼 조인트 방식이 알려져 있고, 특허문헌 4 내지 5의 밀폐형 압축기에서도 채용되어 있다. 특허문헌 4에서는, 피스톤의 내구면의 일부와, 콘로드의 외구면의 일부가 모두 삭제되고, 콘로드의 외구 부분을 피스톤의 내구부에 삽입 후에 피스톤을 회전하여 콘로드와 피스톤을 연결시키고 있다.As a connection system of a piston and a cone rod, the so-called ball joint system connected by spherical bearing is known, and it is employ | adopted also in the hermetic compressor of patent documents 4-5. In
특허문헌 5에서는, 피스톤에 설치되는 내구면을 소성 가공에 의해 성형한 구조로 하고 있고, 콘로드의 일단부를 이루는 구체부를 둘러싸고 지지하고 있다. 그리고, 구체부와 내구면 사이에 열가소성 수지재를 개재시키고 있다.In
한편, 특허문헌 6은 피스톤과 콘로드의 연결에 피스톤 핀을 이용하고 있다. 피스톤 핀 방식에서는, 피스톤과 콘로드의 위치를 맞추고, 피스톤 핀을 크랭크샤프트의 연신 방향과 맞추도록 삽입함으로써 연결된다. 또한, 피스톤이나 피스톤 핀의 미끄럼 이동부에 윤활유를 공급하는 구조로 되어 있다.On the other hand,
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평4-183788호 공보 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-183788
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-60952호 공보 [Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-60952
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-38135호 공보 [Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-38135
[특허문헌 4] 일본 특허 공개 제2003-184751호 공보 [Patent Document 4] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-184751
[특허문헌 5] 일본 특허 공개 제2003-214343호 공보 [Patent Document 5] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-214343
[특허문헌 6] 일본 특허 공개 제2004-27969호 공보[Patent Document 6] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-27969
냉동 장치의 에너지 절약화, 소형화, 또는 고효율화의 요구가 최근 엄격해지고, 밀폐형 압축기의 내부 조건의 가혹화가 진행되고 있다. 냉동기유는 냉매 압축기 내의 미끄럼 이동부의 윤활이나 밀봉, 냉각 등의 역할을 하고 있지만, 압축기의 신뢰성 확보의 면으로부터 윤활성, 특히 내마모성이 우수한 것이 요구되고 있다.BACKGROUND ART The demand for energy saving, miniaturization, or high efficiency of a refrigeration apparatus has recently become strict, and the internal conditions of the hermetic compressor have been severely advanced. Although refrigeration oil plays a role of lubrication, sealing, cooling, etc. of the sliding parts in the refrigerant compressor, it is required to have excellent lubricity, particularly wear resistance, from the viewpoint of securing the reliability of the compressor.
특허문헌 2에서는, 나프텐계나 파라핀계 광유를 냉동기유에 이용하고 있지만, 이소부탄(R600a)과의 용해성이 지나치게 높기 때문에, 냉매/오일 혼합액에 있어서의 점도의 저하가 발생하기 쉽다. 게다가, 포밍이 일어나기 쉽기 때문에 무급유(無給油) 상태가 되기 쉬워 윤활 불량이 우려된다.In
또한, 나프텐계나 파라핀계의 광유는 분자 구조가 탄화수소로 구성되고, 거의 무극성 오일이므로, 철계의 미끄럼 이동 부재에 대해 흡착하지 않아 오일막을 형성하기 어려워지는 문제가 있다. 또한, HC 냉매 자체도 냉매 분자 중에 염소나 불소를 포함하고 있지 않으므로 냉매 자체의 윤활성은 기대할 수 없다.In addition, since naphthenic and paraffinic mineral oils are composed of hydrocarbons and are almost nonpolar oils, they do not adsorb to iron-based sliding members, making it difficult to form an oil film. In addition, since the HC refrigerant itself does not contain chlorine or fluorine in the refrigerant molecules, lubricity of the refrigerant itself cannot be expected.
특허문헌 3에는, 냉동기유에 에스테르유가 이용되는 예가 나타나 있지만, 밀폐형 압축기에 있어서의 상기한 내부 조건의 가혹화에 대응한 것은 아니었다.Patent Literature 3 shows an example in which ester oil is used as the refrigeration oil, but it does not correspond to the above-mentioned harshness of the internal condition in the hermetic compressor.
압축기 구동을 위한 전동 요소로서, 전동 모터가 이용되고 있다. 최근에는, 인버터화에 의한 전동 모터의 회전수 가변 제어에 의해 부하에 따른 제어가 도모되고 있다. 그 때에는, 고회전 영역으로부터 저회전 영역까지 안정된 운전이 요구되 고, 각각의 회전 영역에 있어서의 고효율화도 요구되고 있다.An electric motor is used as an electric element for driving a compressor. In recent years, the control according to the load is aimed by the variable-speed control of the electric motor by inverter. At that time, stable operation is required from the high rotational region to the low rotational region, and high efficiency in each rotational region is also required.
또한, 밀폐형 압축기 내에 있어서는, 밀폐 용기 내의 미끄럼 이동부의 마모가 압축기의 신뢰성에 영향을 미치고 있었다. 밀폐 용기 내의 미끄럼 이동부로서는, 실린더와 피스톤 사이, 콘로드-피스톤 연결부, 혹은 크랭크샤프트-콘로드 연결부 등의 부위를 예로 들 수 있다. 이들 중에서도, 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 미끄럼 이동의 문제가 가장 발생하기 쉽다. 레시프로컬형 압축기의 콘로드-피스톤 연결부는 크랭크샤프트의 1회전 중에 있어서의 부하가 항상 변동하기 때문에, 콘로드 또는/및 피스톤의 미끄럼 이동부에 마모가 발생하거나, 발열이 커지게 되는 등의 문제가 발생하기 쉬워, 재료 내력의 확보나 최적의 냉동기유의 선정이 필요해지고 있다.In the hermetic compressor, wear of the sliding parts in the hermetic container has affected the reliability of the compressor. As a sliding part in a sealed container, the site | part, such as a cone rod piston connection part or a crankshaft cone rod connection part, is mentioned between a cylinder and a piston. Among these, the problem of sliding movement in the cone rod-piston connection part is most likely to occur. The cone rod-piston connection of the reciprocal compressor always changes in load during one revolution of the crankshaft, causing wear and / or heat generation on the sliding parts of the cone rod and / or the piston. Is easily generated, and it is necessary to secure a material strength and to select an optimum refrigerator oil.
또한, 압축기 내부의 조건의 가혹화는 미끄럼 이동부(예를 들어 콘로드-피스톤 연결부)에 있어서의 접촉 응력의 문제나 발열에 의한 온도 상승 등을 일으킨다. 구체적으로는, 예를 들어 압축기의 형상이나 운전 조건에 기인하는 접촉 응력(접촉 면압)의 증대의 문제, 냉매 및 냉동기유의 특성이나 압축기의 운전 조건에 기인하는 소부 한계 하중의 문제 혹은 냉동기유의 포밍의 문제 등을 들 수 있다.In addition, the harshness of the conditions inside the compressor causes problems of contact stress in the sliding parts (for example, the cone rod-piston connection part), temperature rise due to heat generation, and the like. Specifically, for example, the problem of an increase in contact stress (contact surface pressure) due to the shape of the compressor or the operating conditions, the problem of the seizure limit load caused by the characteristics of the refrigerant and refrigeration oil or the operating conditions of the compressor, or the forming of the refrigeration oil. Problems may be mentioned.
미끄럼 이동부의 윤활성 향상을 위해 냉동기유에 요구되는 특성으로서는, 냉매와의 상용 상태에 있어서의 점도를 들 수 있다. 구체적으로는, 점도가 지나치게 높아지면 미끄럼 이동의 저항이 되어 냉동 장치의 효율 저하를 초래하게 되는 경향이 있다. 한편, 점도가 지나치게 낮아지면 윤활유로서의 특성이 열화되어, 미끄럼 이동부의 밀봉성의 저하나, 발열이나 마모가 진행되어 버리는 문제가 있었다.As characteristics required for the refrigeration oil in order to improve the lubricity of the sliding parts, the viscosity in a state of compatibility with the refrigerant may be mentioned. Specifically, when the viscosity is too high, it tends to be a resistance to sliding movement and cause a decrease in efficiency of the refrigerating device. On the other hand, when the viscosity is too low, the characteristics as lubricating oil deteriorate, and there is a problem in that the sealing property of the sliding part is lowered, and heat generation and wear progress.
특허문헌 4에서는, 콘로드와 피스톤이 볼 조인트 방식에 의해 연결되어 있다. 그리고, 피스톤의 내구면의 일부와, 콘로드의 외구면의 일부가 함께 삭제되어 있고, 조립성이 뛰어나 장치의 소형화를 도모하기 쉬운 구조로 되어 있다. 또한, 콘로드-피스톤 연결부에 대해 냉동기유를 공급하는 공간이 확보되어 있다. 그러나, 피스톤의 내구면의 일부와, 콘로드의 외구면의 일부가 함께 삭제되어 있기 때문에, 접촉 면적이 작아지고 미끄럼 이동부의 면압이 커지기 쉬운 것이었다.In
특허문헌 5는 볼 조인트 구조의 구면 받침 시트에 질화 처리 및 인산망간 처리의 양방 혹은 한쪽을 실시하여, 구면에 고탄소크롬강재를 사용하고, 또한 볼과 볼 받침 시트와의 사이에 PTFE, PFA 등의 열가소성 수지재로 이루어지는 버퍼링을 별도 구비하여 내마모성의 향상을 도모하고 있다. 그러나, 상기 구조는 소성 변형시켜 형상의 가공을 행하기 위해 가공성을 확보하는 것이 필요해질 뿐만 아니라, 구조상도 고비용이 되기 쉬운 것이었다. 또한, 밀폐형 압축기의 내부 조건의 가혹화에 수반하여, 미끄럼 이동부의 고부하화에 의한 마모의 증대, 혹은 포밍이나 소부 한계 하중 등과 같은 냉동기유의 특성에 대해 고려된 것은 아니었다.
특허문헌 6은 피스톤 핀에 의해 콘로드와 피스톤을 연결하는 방식을 채용하고 있다. 그리고, 냉동기유를 미끄럼 이동부에 공급하기 위한 공급 경로를 확보하는 구조로 하고 있지만, 압축기의 내부 조건의 한층 더 가혹화 등에 의해 면압이 높아지거나, 냉동기유의 점도가 저하되는 문제에 관하여 특별히 고려된 것은 아니었다.
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로, 밀폐형 압축기, 냉동 장치, 또는 이들 밀폐형 압축기나 냉동 장치를 이용한 냉장고에 있어서의 에너지 절약화, 소형화, 또는 고효율화를 도모하는 동시에, 이들 장치의 신뢰성의 향상에 기여하는 것을 그 목적으로 하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and aims to save energy, reduce size, or improve efficiency of a hermetic compressor, a refrigerating device, or a refrigerator using these hermetic compressors or freezing devices, and contribute to the improvement of reliability of these devices. The purpose is to.
상기 목적을 달성하기 위해, 밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소로 구동되는 크랭크샤프트와 피스톤이 콘로드에 의해 연결되고, 상기 콘로드와 상기 피스톤과의 연결부가 미끄럼 이동하는 구조의 밀폐형 압축기에 있어서, 본 발명의 제1 태양에서는, 이소부탄(R600a)을 상기 압축 요소로 압축되는 냉매로 이용하고, 분자 중에 에스테르 결합을 갖는 지방산 에스테르유를 냉동기유로 이용하였다. In order to achieve the above object, a compression element and a transmission element are accommodated in a sealed container, a crankshaft and a piston driven by the transmission element are connected by a cone rod, and a connection portion between the cone rod and the piston slides. In the hermetic compressor of the structure, in the first aspect of the present invention, isobutane (R600a) is used as a refrigerant compressed by the compression element, and fatty acid ester oil having an ester bond in a molecule is used as a refrigerator oil.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 제2 태양에서는, 이소부탄(R600a)을 상기 압축 요소로 압축되는 냉매로 이용하고, 파렉스(Falex) 시험에 의한 소부 한계 하중을 응력으로 환산한 값이 상기 연결부에 있어서의 접촉 응력으로서 환산된 헤르츠 응력보다도 커지는 지방산 에스테르유를 냉동기유에 이용하였다. 또한 구체적으로는, 상기 연결부에 있어서의 접촉 면압은 10 ㎫ 이상이고, 상기 연결부에 냉동기유를 공급 가능한 구조를 구비하였다.Moreover, in order to achieve the said objective, in the 2nd aspect, the value which converted the baking limit limit load by stress by the Falex test using the isobutane R600a as a refrigerant | coolant compressed with the said compression element is said Fatty acid ester oil which became larger than Hertz stress converted as contact stress in a connection part was used for refrigerator oil. Moreover, the contact surface pressure in the said connection part was specifically 10 Mpa or more, and the structure which can supply a refrigeration oil to the said connection part was provided.
또한, 상기의 각 태양에 있어서의 보다 바람직한 구조는 다음과 같다. Moreover, the more preferable structure in each said aspect is as follows.
(1) 파렉스 시험에 의한 소부 한계 하중이 3000 N 이상이 되는 냉동기유를 이용한 것.(1) Use of refrigeration oil with a stiffening limit load of 3000 N or more by the Parex test.
(2) 냉동기유의 점도가 40 ℃에 있어서의 동점성 계수로 5 내지 15 cSt로 한 것.(2) The viscosity of refrigeration oil is 5-15 cSt by the kinematic viscosity in 40 degreeC.
(3) 냉동기유로서, 기포 생성성이 50 ㎖ 이하, 기포 안정성이 10 ㎖ 이하인 지방산 에스테르유를 이용한 것.(3) As refrigeration oil, fatty acid ester oil having a bubble generation property of 50 ml or less and a bubble stability of 10 ml or less is used.
(4) 지방산 에스테르유로서, 다음의 일반식 (1) 내지 (3)(식 중, R1은 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기, R2는 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)을 이용한 것.(4) Fatty acid ester oils using the following general formulas (1) to (3), wherein R 1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 2 represents an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms. .
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
(5) 일반식 (1) 내지 (3)으로 나타나는 상기 지방산 에스테르유에는 불포화 지방산으로 이루어지는 지방산 에스테르유를 포함하고, 이 때 산화 방지제가 첨가되는 것으로 한 것.(5) The fatty acid ester oils represented by the general formulas (1) to (3) include fatty acid ester oils composed of unsaturated fatty acids, wherein an antioxidant is added.
(6) 상기 피스톤과 상기 콘로드와의 연결부는 상기 피스톤의 내부의 내구면과 상기 콘로드의 구체부(球體部)를 볼 조인트 방식에 의해 연결되어 있고, (6) The connecting portion of the piston and the cone rod is connected to the inner surface of the piston and the concrete portion of the cone rod by a ball joint method,
상기 콘로드에는 상기 크랭크샤프트의 편심부로부터 상기 연결부까지 연통하여 상기 연결부에 냉동기유를 공급하는 관통 구멍이 마련되고, The cone rod is provided with a through hole for communicating with the connecting portion from the eccentric portion of the crankshaft to supply the refrigeration oil to the connecting portion,
상기 피스톤의 내구면과 상기 콘로드의 구체부와의 접촉면에 냉동기유가 공급되는 것.Refrigerator oil is supplied to the contact surface of the inner surface of the piston and the concrete portion of the cone rod.
(7) 상기 피스톤 및 상기 콘로드에는 수증기 처리나 가스 연질화 처리가 실시된 철계의 소결재를 이용한 것.(7) An iron-based sintered material subjected to steam treatment or gas soft nitriding treatment is used for the piston and the cone rod.
또한, 상기한 어느 하나의 것에 있어서, 상기 피스톤과 상기 콘로드와의 연결부에 있어서의 상기 콘로드의 미끄럼 이동면의 십점 평균 거칠기(Rz)를 0.1 ㎛ 내지 2.2 ㎛로 한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 피스톤과 콘로드와의 연결부에 있어서의 양자의 클리어런스 치수를 3 ㎛ 내지 10 ㎛로 한 것을 특징으로 하고 있다.Moreover, in any one of the above, the ten-point average roughness Rz of the sliding surface of the said cone rod in the connection part of the said piston and the said cone rod was 0.1 micrometer-2.2 micrometers, It is characterized by the above-mentioned. Moreover, the clearance dimension of both in the connection part of a piston and a cone rod was 3 micrometers-10 micrometers, It is characterized by the above-mentioned.
또한, 본 발명의 제3 태양은, 밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소로 구동되는 크랭크샤프트와 피스톤이 콘로드에 의해 연결되고, 상기 압축 요소 내에 미끄럼 이동부를 갖는 밀폐형 압축기에 응축기, 감압 기구 및 증발기가 직접적으로 접속된 냉동 장치에 있어서, Further, the third aspect of the present invention is a hermetic compressor in which a compression element and a transmission element are accommodated in a sealed container, a crankshaft and a piston driven by the transmission element are connected by a cone rod, and have a sliding portion in the compression element. In the refrigeration apparatus directly connected to the condenser, the decompression mechanism and the evaporator,
이소부탄(R600a)을 상기 압축 요소로 압축되는 냉매로 이용하고, 분자 중에 에스테르 결합을 갖는 지방산 에스테르유를 냉동기유로 이용한 것이다.Isobutane (R600a) is used as a refrigerant compressed by the compression element, and fatty acid ester oil having an ester bond in a molecule is used as a refrigerator oil.
또한, 본 발명의 제4 태양은, 밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소로 구동되는 크랭크샤프트와 피스톤이 콘로드에 의해 연결되고, 상기 압축 요소 내에 미끄럼 이동부를 갖는 밀폐형 압축기와, Further, the fourth aspect of the present invention is a hermetic compressor in which a compression element and a transmission element are accommodated in a hermetic container, a crankshaft and a piston driven by the transmission element are connected by a cone rod, and have a sliding portion in the compression element. Wow,
상기 밀폐형 압축기와 단열벽을 사이에 둔 단열 공간 내부에 배치되고 상기 밀폐형 압축기와 함께 냉동 사이클을 구성하는 증발기를 구비하고, And an evaporator disposed in an insulation space having the hermetic compressor and the adiabatic wall interposed therebetween to form a refrigeration cycle together with the hermetic compressor.
상기 압축 요소로 압축되고, 또한 상기 증발기로 증발하는 냉매로서 이소부탄(R600a)을 이용하고,Isobutane (R600a) is used as a refrigerant compressed to the compression element and evaporated to the evaporator,
냉동기유로서, 분자 중에 에스테르 결합을 갖는 지방산 에스테르유를 이용한 것이다.As refrigeration oil, fatty acid ester oil which has an ester bond in a molecule | numerator is used.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one Embodiment of this invention is described using drawing.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉동 장치를 도시하는 도면이고, 도2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉장고를 도시하는 개념도이다.1 is a diagram showing a refrigerating device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing a refrigerator according to an embodiment of the present invention.
도1에 도시한 바와 같이, 냉동 장치는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 밀폐형의 압축기(100)와, 방열하여 냉매를 응축하기 위한 응축기(110)와, 감압 기구로서의 캐필러리 튜브(120)와, 냉매가 증발함으로써 흡열하고 냉기를 생성하는 증발기(130)가 냉매 배관(111)에 의해 직렬로 접속된 구조로 되어 있다. 도면 중 실선의 화살표는 냉매가 흐르는 방향을 나타내고, 점선의 화살표는 열의 이동을 나타내고 있다. As shown in Fig. 1, the refrigerating device includes a
냉동 장치는 단열 상자체에 조립되어 냉장고를 형성하고 있다. 도2에 도시한 바와 같이 밀폐형 압축기(100), 응축기(110), 캐필러리 튜브(120), 증발기(130)가 직렬로 접속된다. 증발기(130)는 고내에 배치되어 있고, 냉매 배관(111) 내를 흐르는 냉매의 상태 변화에 의해 고내를 냉각한다. 또한, 단열 상자체의 외주를 따라 배치된 냉매 배관(111)에 있어서도 방열이 행해져, 냉장고의 개구 주연에 발 생하는 결로를 억제하는 것으로 하고 있다. 또, 부호 115로 나타낸 것은 드라이어이다.The refrigerating device is assembled to a heat insulating box to form a refrigerator. As shown in FIG. 2, the
도3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 밀폐형 압축기(100)의 종단면도이다. 본 실시예의 밀폐형 압축기는 밀폐 용기 내에 설치된 베어링부(1a) 및 프레임(1b)이 일체로 형성된 실린더(1) 내를 피스톤(4)이 왕복 운동하여 압축 요소를 구성하는 레시프로컬형의 압축기이다. 프레임(1b)의 하부에는 전동 요소로서, 전동기를 구성하는 고정자(5) 및 회전자(6)가 구비되어 있고, 크랭크샤프트(7)의 회전 중심으로부터 편심된 위치에 크랭크 핀(7a)이 설치되어 있다.3 is a longitudinal sectional view of the
크랭크샤프트(7)는 프레임의 베어링부(1a)에 관통하여 프레임(1b)의 하부로부터 상부로 연신하고 있고, 크랭크 핀(7a)이 프레임(1b)의 상방측에 위치하도록 설치되어 있다. 크랭크샤프트(7)의 하부는 회전자(6)와 직결하고 있고, 전동기의 동력에 의해 크랭크샤프트(7)는 회전한다. 크랭크 핀(7a)과 피스톤(4) 사이는 콘로드(2)로 연결되어 있고, 크랭크 핀(7a) 및 콘로드(2)를 통해 피스톤(4)이 왕복 운동하는 구성으로 되어 있다.The
즉, 본 실시예의 밀폐형 압축기는 밀폐 용기 내에 실린더(1), 피스톤(4) 등의 압축 요소와, 전동기 등의 전동 요소가 수납되어 있고, 크랭크샤프트(7)에 의해 전동 요소로부터의 회전력을 전달하는 구성을 전제로 하고 있다. 콘로드(2)와 피스톤(4)의 연결 구조에 대해서는 후술하지만, 피스톤(4)은 크랭크샤프트(7)측으로 개방되고, 이 통로 내에 내구면을 갖고 있다.That is, in the hermetic compressor of this embodiment, a compression element such as a
그리고, 실린더(1) 내에 공급된 냉매는 피스톤(4)의 왕복 운동에 의해 압축 되고, 압축된 가스 냉매가 실린더 헤드측에 연통하는 토출관으로 보내진다. 냉매는 응축기, 감압 기구, 증발기를 경유하여 다시 압축기 내로 복귀되고, 이들 각 기구를 갖는 냉동 사이클을 형성하고 있다.The refrigerant supplied into the
밀폐 용기 내에는 냉동기유(윤활유)가 저장되어 있고, 크랭크샤프트(7)의 회전 운동에 의한 펌프 작용으로 끌어 올려져 압축 요소부로 보내지는 구조로 되어 있다. 또한, 이 냉동 장치는 프로판(R290)이나 이소부탄(R600a) 등의 탄화수소계의 냉매(HC 냉매)를 사용하고 있다. 또, 냉장고에 이용되는 냉매로서는 이소부탄(R600a)이 바람직하다.Refrigerator oil (lubricating oil) is stored in the hermetic container, and is brought up by the pump action by the rotational movement of the
다음에 피스톤(4)에 대해 도4를 이용하여 설명한다. 도4는 본 실시예의 피스톤(4)을 도시하는 도면이고, 도4의 (a)는 피스톤(4)의 내측 구조의 상세도로 피스톤(4)을 크랭크샤프트(7)측으로부터 본 도면, 도4의 (b)는 도4의 (a)의 A-A 단면도, 도4의 (c)는 도4의 (a)의 B-B 단면도이다.Next, the
피스톤(4)이 도3에 도시한 바와 같이 밀폐형 압축기에 설치된 상태에서는, 도4의 (a)의 상하 방향이 도3에 있어서의 밀폐형 압축기 상하 하방과 일치한다. 또한, 도4의 (a)의 좌우측 방향은 도3에 있어서 전방측과 안쪽을 연결하는 수평의 방향이 된다. 따라서, 도4의 (b)는 수평면의 단면인 A-A 단면을, 피스톤(4)의 상측 혹은 하측으로부터 본 상태를 도시하는 것이고, 도4의 (c)는 연직 방향의 단면인 B-B 단면을 피스톤(4)의 좌측 혹은 우측으로부터 본 상태를 도시하는 것이다. 또한, 도4의 (b)에서는 도면 중 하측이 피스톤(4)의 안쪽이 되고, 도4의 (c)에서는 도면 중 우측이 피스톤(4)의 안쪽이 된다.In the state where the
피스톤(4)의 내구면(4a)은 후술하는 바와 같이, 콘로드(2)의 선단부에 설치되는 구체부의 외구면을 받치는 베어링 구조를 구성하는 것이고, A-A 단면에서는 콘로드(2)의 외구면을 180°이상의 각도로 둘러싸는 형상으로 하고 있다. 따라서, 콘로드(2)의 외구면이 피스톤(4)의 내구면(4a)에 둘러싸여 지지되고, 콘로드(2)와 피스톤(4)이 연결된다. 한편, B-B 단면에서는 콘로드(2)의 외구면을 180°이하의 각도로 둘러싸는 형상으로 되어 있고, B-B 단면에서는 A-A 단면보다도 미끄럼 이동 면적이 적은 구조로 되어 있다.As described later, the
이와 같이, 내구면(4a)의 수평 방향(A-A 단면)에 있어서의 원호의 중심각을 연직 방향(B-B 단면)에 있어서의 원호의 중심각보다 크게 형성하는 구조로 하였으므로, 상하 방향에는 미끄럼 이동 면적이 적은 단면으로 한 볼 조인트 구조로 되어 있다. 따라서, 윤활유가 통과하기 쉽고, 또한 윤활유가 통과하는 경로 자체도 짧아져, 연결부에 윤활유의 유입 및 유출이 하기 쉬워 미끄럼 이동에 의한 마모 등을 저감시킬 수 있다. 또한, 미끄럼 이동부 내외로의 윤활유의 유출입 경로가 확보되므로, 미끄럼 이동부의 이상한 발열의 억제가 가능하다. 또한, 내구면(4a)의 안쪽에는 오목부가 있으므로, 미끄럼 이동면을 보다 작게 할 수 있다.Thus, since the center angle of the circular arc in the horizontal direction (AA cross section) of the
밀폐형 압축기가 운전하고 있는 상태에서는, 피스톤(4)은 내부와 외부에 미끄럼 이동부를 갖는다. 즉, 피스톤(4)의 외주와 실린더(1)의 내주면 사이의 미끄럼 이동과, 콘로드(2)와의 연결 부분에 있어서의 미끄럼 이동이다. 내구면(4a)은 콘로드(2)와의 사이의 미끄럼 이동부이고, 미끄럼 이동 면적이 작아지면, 마모가 발생하는 부분은 작아지지만, 접촉 면압은 커지는 경향이 있다.In the state where the hermetic compressor is operating, the
도4에 도시한 바와 같이 내구면(4a)의 안쪽에는 오목부(4a')가 있고, 또한 상하 방향의 미끄럼 이동면은 국소적으로 되어 있다. 내구면(4a)의 원호로부터 오목부(4a')를 제외한 부분을 미끄럼 이동부라 하면, 내구면(4a)의 반경(r)의 경우, 수평 방향의 미끄럼 이동부의 크기가 r × θ41 × 2인 것에 대해, 상하 방향에서는 r × θ42 × 2가 된다[도4의 (b), 도4의 (c) 참조]. θ41 ＞ θ42이므로, 피스톤(4)의 내주부의 안쪽에 위치하는 내구면(4a)의 상방 또는/및 하방으로는 공간이 존재하고 있고, 이 공간에는 빠짐 방지 부재(10)가 배치된다.As shown in Fig. 4, there is a
다음에, 피스톤(4)과 연결되는 콘로드(2)에 대해 도5를 이용하여 설명한다. 본 실시예의 콘로드(2)는 피스톤(4)의 내구면(4a)에 접속되는 구체부(2a)를 일단부로 하고, 타단부를 크랭크샤프트(7)와 접속되는 베어링부(2b)로 하고, 이들 양단부를 연결하는 로드부(2c)를 갖는 구조이며, 도5는 이 구조를 구비한 콘로드(2)의 사시도이다.Next, the
도면에 도시한 바와 같이 콘로드(2)는 피스톤(4)의 내구면(4a)에 삽입되는 구체부(2a), 크랭크 핀(7a)에 삽입되는 래디얼 베어링부(2b) 및 구체부(2a)와 래디얼 베어링부(2b)를 연결하는 로드부(2c)를 구비하여 구성되고, 구체부(2a)의 외구면은 구체의 일부가 절결된 구조로 되어 있다.As shown in the figure, the
이와 같이, 구체부(2a)의 일측과 다른 측에 평면부(2a')를 갖는 구성으로 하고 있으므로, 피스톤(4)과 콘로드(2)가 연결되어도 윤활유가 통과하는 경로가 짧고, 또한 윤활유가 흐르기 쉽기 때문에 미끄럼 이동 부분에 윤활유를 공급할 수 있는 구조가 된다.Thus, since it is set as the structure which has the
콘로드(2)와 피스톤(4)과의 연결은 콘로드(2)의 구체부(2a)에 설치된 평면부(2a')를 이용한다. 도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 피스톤(4)의 내구면(4a)은 콘로드(2)의 구체부(2a)를 180°이상의 각도로 둘러싸는 형상으로 하고 있고, A-A 단면에 있어서의 내구면(4a)의 개구 치수(L)는 구체부(2a)의 외경보다도 작은 치수로 되어 있다. 한편, 2개의 평면부(2a') 사이의 치수는 내구면(4a)의 개구 치수(L)보다도 작게 설정하고 있다. 이 개구 치수(L)의 부분이 콘로드(2)의 구체부(2a)를 삽입하기 위한 간극이 된다.The connection between the
본 실시예의 평면부는 거의 평행하게 설치되고, 양 평면부(2a')를 내구면(4a)의 통로 내로 삽입한 후, 콘로드(2)와 피스톤(4)을 상대적으로 회전시켜 양자는 연결된다.The planar portion of the present embodiment is installed almost in parallel, and after the two
이와 같이 연결된 콘로드(2)와 피스톤(4)은 양자의 상대적인 회전이 없으면 내구면(4a)의 개구 치수가 구체부(2a)의 외경보다도 작기 때문에 빠지는 일은 없고, 또한 미끄럼 이동부를 작게 할 수 있다.The
그러나, 충격 등의 어떠한 작용에 의해 양자가 상대적으로 회전하면, 콘로드(2)와 피스톤(4)과의 연결이 해제되어 버리므로, 본 실시예에서는 연결 해제 방지를 위해 빠짐 방지 부재(10)를 구비하고 있다.However, when both of them rotate relatively due to an action such as an impact, the connection between the
빠짐 방지 부재(10)에 대해 도6 및 도7을 이용하여 설명한다. 도6은 본 실시예의 빠짐 방지 부재(10)의 사시도이고, 도7은 빠짐 방지 부재(10)가 조립되어 연결된 피스톤(4)과 콘로드(2)의 상태를 도시하는 도면이다. 빠짐 방지 부재(10)는 콘로드(2)와 피스톤(4)과의 상대적인 회전을 방지하는 회전 규제 부재로서의 작 용을 함께 갖는 형상으로 하고 있고, 콘로드(2)측이 아닌 피스톤(4)측에 고정되는 것을 특징의 하나로 하고 있다.The
도6에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 빠짐 방지 부재(또한 회전 규제 부재. 이하 동일)(10)는 제1 탄성부(10a), 제2 탄성부(10b), 이들 양 탄성부를 연결하는 지지부(10c) 및 콘로드(2)의 상대적인 회전을 규제하는 회전 규제부(10d)를 구비하여 구성되어 있다. 이들 각 구성 중, 제1 탄성부(10a) 및 제2 탄성부(10b)는 피스톤(4)의 개구 내부의 내주부와 접촉하고, 탄성력에 의해 빠짐 방지 부재(10)는 지지되어 있다.As shown in Fig. 6, the release preventing member (also the rotation regulating member. The same below) of the
회전 규제부(10d)는 콘로드(2)와 피스톤(4)이 상대적으로 회전하고자 하는 경우에 이를 규제하기 위한 벽을 형성하는 것이고, 이들 벽은 서로 대향하여 설치된다. 콘로드(2)가 설치된 상태에서는, 콘로드(2)의 구체부(2a)에 설치된 평면부(2a')와 각각의 회전 규제부(10d)가 대향하여 배치된다.The
회전 규제부(10d)는 대략 평면이 되는 부분을 갖고, 또한 서로 대향하는 양 회전 규제부(10d)를 대략 평행이 되도록 설치하는 것으로 하고 있다. 즉, 서로 대향하는 양 회전 규제부(10d) 사이에 각 회전 규제부(10d)와 콘로드(2)측의 평면부가 각각 대향하도록 배치된다. 평면부(2a')와 회전 규제부(10d) 사이에는 간극이 마련되고, 통상의 운전 상태에서 양자가 접촉하지 않도록 하고 있다.The
또한, 지지부(10c)로부터 외측으로 연신된 연신부(10e)를 구비하고 있다. 연신부(10e)의 단부는 탄성부(10a, 10b)와 반대측으로 굽혀져 형성되어 있다.Moreover, the extending | stretching
도7은 이 빠짐 방지 부재(10)가 설치된 상태를 나타내는 도면이고, 도7의 (a)는 사시도, 도7의 (b)는 횡단면도이다. 빠짐 방지 부재(10)가 설치되면, 제1 탄성부(10a)가 피스톤(4)의 내주부(4b)를 누르는 힘을 발생하고, 마찰력에 의해 빠짐 방지 부재(10)를 피스톤(4)의 개구 내부에 고정한다. 마찬가지로 제2 탄성부도 내주부(4b)와 접촉시켜, 빠짐 방지 부재(10)가 피스톤(4)의 개구 내부에서 견고하게 고정된다.Fig. 7 is a view showing a state in which the
빠짐 방지 부재(10)가 이와 같이 고정됨으로써 피스톤(4)이 실린더(1) 내에서 회전하고, 콘로드(2)와 피스톤(4)이 상대적으로 회전하고자 해도, 콘로드(2)가 피스톤(4)으로부터 빠지는 위치까지는 이르지 않는 구성으로 할 수 있다.As the
또한, 연신부(10e)의 단부가 홈(4c)에 삽입된 상태에 있어서는, 연신부(10e)의 굽힘 형상 및 빠짐 방지 부재(10)가 빠지는 방향의 관계로부터, 연신부(10e)의 선단부가 지지부가 되고, 피스톤(4)으로부터의 탈락을 억제할 수 있다. 한편, 빠짐 방지 부재(10)를 설치하는 경우에는 연신부(10e)의 단부가 홈(4c)의 위치까지 압입되면 양자가 간단하게 결합하여 설치성도 양호하게 할 수 있다. 따라서, 빠짐 방지 부재(10)가 피스톤(4)으로부터 빠지는 방향으로 힘이 작용하였을 때에도 이를 억제하여 피스톤(4)과 콘로드(2)와의 연결이 해제되는 것을 방지할 수 있다.Moreover, in the state in which the edge part of the extending | stretching
다음에, 미끄럼 이동부에 윤활유(냉동기유)를 공급하기 위한 구조에 대해 설명한다. 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 콘로드(2)에는 관통 구멍(2g)이 마련되어 있다. 관통 구멍(2g)은 베어링부(2b)로부터 로드부(2c)를 경유하여 구체부(2a)의 단부까지 관통하고 있다. 밀폐 용기 내에 저장된 윤활유는 크랭크샤프트(7)가 회전함으로써 끌어 올려지고, 일부가 크랭크 핀(7a)의 상방으로부터 비산한다. 비산 된 윤활유는 실린더(1)와 피스톤(4) 사이의 미끄럼 이동부에 공급되고, 다른 일부는 관통 구멍(2g)을 통해 피스톤(4)과 콘로드(2)와의 사이의 미끄럼 이동부로 유도된다. Next, the structure for supplying lubricating oil (freezer base oil) to a sliding part is demonstrated. As shown in Fig. 7B, the
내구면(4a)의 안쪽에는 전술한 바와 같이 오목부(4a')가 마련되어 있다. 이 오목부(4a')는 관통 구멍(2g)으로부터 미끄럼 이동부에 공급된 윤활유, 혹은 크랭크 핀(7a) 상부로부터 비산하여 구체부(2a)의 상측에 설치된 평면부(2a')에 이르고, 이 상측의 평면부(2a')로부터 미끄럼 이동부로 공급되는 윤활유를 일시적으로 저장하는 작용을 한다. Inside the
또, 상술한 바와 같이, 평면부(2a')와 대향하도록 빠짐 방지 부재(10)가 설치되어 있지만, 평면부(2a')와 빠짐 방지 부재(10) 사이에는 간극이 마련되어 있으므로, 상측의 평면부(2a')를 경유한 윤활유를 미끄럼 이동부에 공급할 수 있다. Moreover, as mentioned above, although the
다음에 미끄럼 이동부에 대해 설명한다. 밀폐형 압축기에 있어서의 내부 조건의 가혹화에 의해 미끄럼 이동부의 마모의 문제가 현재화되고, 신뢰성의 저하를 초래하기 쉬워지는 과제가 발생하였다. 그리고, 실기에 입각한 조사를 거듭한 결과, 접촉 면압의 증대, 윤활유의 공급 부족, 혹은 미끄럼 이동부의 발열에 원인이 있는 것을 발견하였다.Next, the sliding part will be described. The problem of abrasion of a sliding part is brought about by the severe | several internal conditions in a hermetic compressor, and the problem which becomes easy to bring about the fall of reliability has arisen. As a result of repeated investigations based on practical skills, it was found that there was a cause of increase in contact surface pressure, insufficient supply of lubricating oil, or heat generation of the sliding portion.
특히, 상술한 가혹화하는 조건에 의해 미끄럼 이동부의 접촉 응력이 높아지는 경향이 있는 것이 판명되었다. 그래서, 연결부의 최적의 형상을 찾기 위해 다양한 형상에 대해 실기에 의한 마모 미끄럼 이동 시험을 실시한 결과, 헤르츠 응력으로 환산하여 그 값이 10 ㎫를 초과할 정도로 높아지면, 미끄럼 이동부의 마모가 현저해지고, 나아가서는 장치 전체의 신뢰성의 저하를 초래하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다. 이들 지견에 대해, 이하 상세하게 서술한다.In particular, it has been found that the contact stress of the sliding portion tends to be increased by the above-mentioned harsh conditions. Therefore, as a result of performing a wear sliding test by a practical machine on various shapes in order to find the optimum shape of the connecting part, when the value becomes higher than 10 MPa in terms of hertz stress, wear of the sliding part becomes remarkable, Furthermore, it turned out that it becomes easy to cause the fall of the reliability of the whole apparatus. These findings are described in detail below.
본 실시예와 같은 레시프로컬형 압축기에서는, 주된 미끄럼 이동부로서, 콘로드-피스톤 연결부, 피스톤-실린더 사이의 미끄럼 이동부, 크랭크샤프트-콘로드 미끄럼 이동부, 혹은 주축이 되는 크랭크샤프트와 베어링 사이의 미끄럼 이동부를 들 수 있다. 도3에 도시한 바와 같은 밀폐형 압축기에 관하여 마모 미끄럼 이동 시험을 실시한 결과, 이들 각 미끄럼 이동부 중 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 마모가 가장 현저해지는 것을 알 수 있었다.In the reciprocal compressor such as the present embodiment, the main sliding part is a cone rod-piston connection part, a sliding part between a piston-cylinder, a crankshaft-conrod sliding part, or a crankshaft and a bearing which are main shafts. The sliding part of this is mentioned. As a result of the wear sliding test performed on the hermetic compressor as shown in Fig. 3, it was found that the wear at the cone rod-piston connection was most remarkable among these sliding parts.
콘로드-피스톤 연결부의 마모량이 커지는 원인에 대해 검토한 결과, 콘로드-피스톤 연결부는 다른 미끄럼 이동부와 비교하여 미끄럼 이동 형태가 상이한 것이 판명되었다. 그리고, 그 미끄럼 이동 형태의 차이는 밀폐형 압축기의 운전시에 있어서의 미끄럼 이동부의 운동에 기인하고 있는 것을 알 수 있었다.As a result of examining the cause of the increased wear amount of the cone rod-piston connection, the cone rod-piston connection was found to be different in the form of sliding movement compared to other sliding parts. And it turned out that the difference of the sliding form is caused by the movement of a sliding part at the time of the operation of a hermetic compressor.
여기서, 각 미끄럼 이동부에 있어서의 1 사이클의 미끄럼 이동 거리를 생각한다. (A) 콘로드-피스톤 연결부는 콘로드와 피스톤의 상대 운동에 의해 생기는 미끄럼 이동부이다. 피스톤측으로부터 보면, 볼 조인트 구조 부분에서 콘로드가 소정 각도만큼 왕복 회전 운동한다. (B) 피스톤-실린더 미끄럼 이동부는 피스톤과 실린더의 상대 운동에 의해 생기는 미끄럼 이동부이고, 크랭크 핀의 편심량에 따른 거리의 왕복 운동을 행한다. (C) 크랭크샤프트-콘로드 미끄럼 이동부는 크랭크샤프트(크랭크 핀)와 콘로드의 상대 운동에 의해 생기는 미끄럼 이동부이며, 콘로드의 래디얼 베어링부에 있어서 1 사이클로 1 회전하는 운동이 된다. (D) 주축부의 미끄럼 이동부는 전동 요소에 의한 크랭크샤프트의 회전 운동에 의한 것이며, 1 사이클로 1 회전하는 운동이 된다.Here, the sliding distance of one cycle in each sliding part is considered. (A) The cone rod-piston connection is a sliding portion produced by the relative movement of the cone rod and the piston. When viewed from the piston side, the cone rod reciprocates by a predetermined angle in the ball joint structure portion. (B) The piston-cylinder sliding part is a sliding part produced by the relative motion of a piston and a cylinder, and performs the reciprocating motion of the distance according to the eccentric amount of a crank pin. (C) The crankshaft-con rod sliding part is a sliding part which arises from the relative motion of a crankshaft (crank pin) and a cone rod, and becomes the movement which rotates by one cycle in the radial bearing part of a cone rod. (D) The sliding part of a main shaft part is a rotational movement of the crankshaft by a transmission element, and becomes a movement which rotates once by 1 cycle.
이들 (A) 내지 (D)의 미끄럼 이동부에 있어서의 운동 형태를 분류하면, (A) 콘로드-피스톤 연결부가 저속의 왕복 운동인 것에 반해, (B) 피스톤-실린더 미끄럼 이동부는 고속의 왕복 운동, (C) 크랭크샤프트-콘로드 미끄럼 이동부 및 (D) 주축부의 미끄럼 이동부는 고속의 회전 운동이다. 그리고, 저속 왕복 운동이 되는 콘로드-피스톤 연결부에서는 냉매 압축시의 하중이 가해지기 쉬운 경우도 있어, 경계 윤활이 되기 쉽다. 이에 대해, 다른 미끄럼 이동부는 운동 형태 혹은 부하의 방향 등의 관계로부터 유체 윤활이 유지되기 쉽다. 이들 관계는 표1과 같이 정리된다. When the motion patterns in the sliding parts of (A) to (D) are classified, (A) the conrod-piston connection part is a low speed reciprocating motion, and (B) the piston-cylinder sliding part is a high speed reciprocating part. The movement, (C) the crankshaft-con rod sliding portion and (D) the sliding portion of the main shaft portion, is a high speed rotational movement. In addition, the load at the time of refrigerant compression may be easy to be applied at the conrod-piston connection portion which is a low-speed reciprocating motion, and is likely to become boundary lubrication. On the other hand, fluid lubrication is easy to be maintained from the relationship of other sliding parts, such as a movement form or the direction of load. These relationships are summarized in Table 1.
또, 여기서 말하는 고속/저속은 상대적인 것이지만, 본 실시예에 있어서는 미끄럼 이동 속도가 가장 작아지는 미끄럼 이동부로서 콘로드-피스톤 미끄럼 이동부를 들고 있다. 또한, 왕복 운동은 피스톤-실린더 미끄럼 이동부와 같이 원통면간의 미끄럼 이동에 의한 직선형의 왕복 운동뿐만 아니라, 콘로드-피스톤 미끄럼 이동부와 같이 구면간의 미끄럼 이동에 의한 회전형의 왕복 운동도 포함하는 것으로, 왕로와 복로가 공통되는 운동을 나타내고 있다.In addition, although the high speed / low speed mentioned here is a relative thing, in this embodiment, the cone rod-piston sliding part is shown as a sliding part which becomes the smallest sliding speed. In addition, the reciprocating motion includes not only linear reciprocating motion by sliding movement between cylindrical surfaces, such as a piston-cylinder sliding part, but also rotational reciprocating motion by sliding movement between spheres, such as a cone rod-piston sliding part. In other words, the movement of the royal path and the return path is common.
[표1]Table 1
미끄럼 이동 형태가 경계 윤활이 되면, 금속면끼리의 접촉이 우려되고, 이 때 마모나 발열이 현저해지게 된다. 따라서, 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 미끄럼 이동 형태가 경계 윤활로 되어 현저한 손상이 일어나지 않는 대책이 필요해진다. 그래서, 본 실시예의 밀폐형 압축기에 있어서, 저속 왕복 운동의 미끄럼 이동부에 관하여 한층 더 검토를 행하였다.If the sliding movement forms boundary boundary lubrication, the metal surfaces may be in contact with each other, and wear and heat generation become remarkable at this time. Therefore, it is necessary to take countermeasures in which the slipping mode at the cone rod-piston connection portion becomes boundary lubrication so that significant damage does not occur. Therefore, in the hermetic compressor of the present embodiment, further investigation was conducted regarding the sliding portion of the low speed reciprocating motion.
본 실시예의 밀폐형 압축기에 있어서는, 피스톤(4)의 내구면(4a)과 콘로드(2)의 구체부(2a)가 콘로드-피스톤 연결부에 상당한다. 상술한 바와 같이, 내구면(4a)의 안쪽에는 오목부(4a')가 마련되고, 콘로드(2)의 구체부(2a)는 일부가 절결되어 평면부(2a')로 되어 있으므로, 실제로 미끄럼 이동에 관한 부분은 작게 되어 있다. 구체적으로는, 내구면(4a)에 있어서의 미끄럼 이동부는 도4의 (b)에 도시하는 θ41 각도 부분 및 도4의 (c)에 도시하는 θ42 각도 부분이고, 구체부(2a)에 있어서의 미끄럼 이동부는 평면부(2a')를 제외한 부분이다.In the hermetic compressor of the present embodiment, the
이 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 접촉 응력이 높아지면, 경계 윤활이 발생하기 쉬워진다고 가정하고, 헤르츠 응력에 의한 평가를 행하였다.When contact stress in this cone rod-piston connection part became high, it was assumed that boundary lubrication was easy to occur, and evaluation by hertz stress was performed.
상기 구조를 갖는 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 접촉 응력(헤르츠 응력)은 접점부의 곡률ㆍ접점부의 하중(N)ㆍ재료 특성[영률(E), 푸아송비(poissons rate)(υ)]으로 부여된다. 즉, 접점부인 피스톤(4)의 내구면(4a)의 곡률(R), 상기 접점부가 되는 콘로드(2)의 구체부(2a)의 곡률(r), 접점부의 하중(P), 피스톤재의 영률(ER), 콘로드재의 영률(Er), 피스톤재의 푸아송비(υR), 콘로드재의 푸아송비 (υr)로 하면, 접촉면 반경(a1)은 하기식으로 나타난다. 이 때, 헤르츠 응력(pmax) = 3P/(2πa1 2)가 된다. 단, 오목면일 때의 곡률은 음의 값으로서 산출한다. 이하, pmax를 헤르츠 응력이라 한다.The contact stress (hertz stress) in the conrod-piston connection part having the above structure is given by the curvature of the contact part, the load (N) of the contact part, and the material properties (Young's modulus (E), poissons rate (υ)). do. That is, the curvature R of the
[수1][1]
상술한 바와 같이 본 실시예에서는, 구체부(2a)의 일부가 절결되어 있고, 또한 내구면(4a)의 내측에 오목부(4a')가 마련되어 있으므로, 그만큼 미끄럼 이동부의 접촉면이 작아지는 경향이 있다. 또한, 구체부(2a)와 내구면(4a)은 진구(眞球)에 근사하게 평가되지만, 가공 상의 오차나 조립 오차, 혹은 실제 운전 상태에 있어서의 회전의 편심량 등을 고려하면, 실기에 있어서의 콘로드-피스톤 연결부의 접촉 응력(접촉 면압)은 국부적으로는 더욱 커지는 것이 예상된다. 즉, 상기의 식으로부터 얻게 되는 이론 접촉 응력보다도, 실기에 있어서의 접촉 응력(접촉 면압)이 높아지는 것이 상정된다. As described above, in this embodiment, a part of the
신뢰성 저하의 원인에 대해, 더욱 고찰을 가한다. 도3에 도시한 바와 같이 피스톤(4)과 콘로드(2)는 볼 조인트 기구에 의해 연결된다. 이 때, 피스톤(4)의 내구면(4a)의 직경은 콘로드(2)의 구체부(2a)의 직경보다도 약간 크게 설정되고, 양자 사이에는 클리어런스가 존재한다. 이 클리어런스에는 냉동기유가 오일막을 형성함으로써 마모를 억제하는 동시에, 밀폐형 압축기의 안정적인 운전이 행해진 다.Consider the cause of the lowering of reliability further. As shown in Fig. 3, the
내구면(4a)의 직경과 구체부(2a)의 직경의 차가 작아지면, 양자의 접촉은「면 접촉」에 근접해 가므로, 헤르츠 응력이 작아진다. 한편, 클리어런스가 작아져 버리므로, 냉동기유가 유입하기 어려워지게 된다. 또한, 제조 오차 등을 고려하면, 소정 치수보다도 클리어런스를 작게 하는 것은 어렵다.When the difference between the diameter of the
내구면(4a)의 직경과 구체부(2a)의 직경의 차가 커지면, 양자의 접촉은「점 접촉」에 근접해 가므로, 헤르츠 응력이 커진다. 또한, 탁상 계산에서는, 외관상 클리어런스는 커지지만, 접촉이 국소적으로 되기 쉬워, 이 접촉 부분에 냉동기유를 충분히 공급할 수는 없다. When the difference between the diameter of the
그래서, 내구면(4a)과 구체부(2a)의 클리어런스를 양자의 반경의 차라 정의하고, 이 정의된 클리어런스를 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛로 하였을 때의 헤르츠 응력과, 상기 헤르츠 응력에 있어서의 마모 미끄럼 이동 시험에 있어서의 신뢰성 평가와의 관계에 대해 조사한 결과, 표2를 얻었다. 접촉부의 하중으로서는, 국소적인 접촉을 고려하여, 대표적인 하중으로서 411 N으로 설정하였다. 또한, 냉동기유에는 이소부탄 등의 HC 냉매와 상용성이 좋은 광유를 사용하였다.Therefore, the clearance between the
[표2][Table 2]
결과에 있어서의 기호는 각각 다음의 의미를 나타낸다. Symbols in the results indicate the following meanings, respectively.
◎ : 양호◎: Good
○ 내지 △ : 실용상 문제 없는 레벨 ○ to △: practically no problem level
× : 실용상 불가 레벨 ×: practically impossible level
이들 결과로부터, 헤르츠 응력을 10 ㎫ 이하로 하기 위해서는, 클리어런스를 1 ㎛ 정도 혹은 그 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 밀폐형 압축기 내에 존재하는 미끄럼 이동부의 마모를 억제하여 신뢰성의 향상을 도모하기 위해서는, 미끄럼 이동부의 헤르츠 응력을 10 ㎫ 이하로 억제하는 구조를 채용하는 것이 유효하다.From these results, in order to make
그러나, 일품 제조품과 같은 비양산품이면 클리어런스를 작게 하기 위해 연마하는 등이 가능하지만, 대량 생산을 행하는 것을 전제로 하는 경우에는 상술한 바와 같이 제조 오차나 조립 오차 등이 있어, 소정 치수보다도 클리어런스를 작게 하는 것은 어렵다. 또한, 미끄럼 이동면이 되는 콘로드(2)나 피스톤(4)에 수증기 처리나 질화 처리를 행하는 경우에는 질화막 등의 표면의 막두께를 컨트롤해야만 해, 제조상 매우 높은 비용이 되어 버린다. 그래서, 접촉 면압을 증대시키는 다른 요인에 대해 검토를 행하였다.However, in the case of non-volume products such as a single article, it is possible to grind in order to reduce the clearance, but in the case of premise of mass production, there is a manufacturing error or an assembly error as described above, and the clearance is smaller than the predetermined dimension. It's hard to do In addition, when steam treatment or nitriding is performed on the
이외에 접촉 면압이 증대하는 원인으로서는, 이물질의 혼입, 미끄럼 이동부의 형상에 기인하는 것이 크다고 생각된다. 그래서, 피스톤-콘로드 연결부에 있어서의 미끄럼 이동의 문제에 관해서는, 윤활유 공급 경로의 확보를 위한 구조[오목부(4a'), 관통 구멍(2g), 평면부(2a') 등]를 채용하면서도, 미끄럼 이동부의 형상의 최적화를 도모하였다. 구체적으로는, 오목부(4a')의 주위의 에지 등과 같은 마모의 원인이 되는 부위와 콘로드(2)의 구체부(2a)와의 접촉을 회피하는 구조로 하였다. 또한, 오목부(4a')에 저장되기 쉬운 이물질을 오목부의 외측으로 배출하기 위한 배출 홈을 콘로드(2)의 구체부(2a)에 설치해도 좋다.In addition, it is considered that the cause of the increase in the contact surface pressure is largely due to the mixing of foreign matter and the shape of the sliding part. Therefore, as for the problem of sliding movement in the piston-con rod connecting portion, a structure (
다음에, 윤활유에 대해 검토를 행하였다. 미끄럼 이동부로의 윤활유 공급 부족에 관해서는, 윤활유 공급 구조의 확보[상술한 오목부(4a'), 관통 구멍(2g), 평면부(2a') 등]와 함께, 포밍 발생을 회피하는 것을 검토하였다(포밍에 대해서는 후술). 또한, 발열의 문제에 관해서는, 미끄럼 이동부 재료나 냉동기유의 내력(耐力) 부족이 마모 진행의 원인으로 생각되고, 미끄럼 이동부 재료의 선정과 냉동기유의 특성에 대해 검토하였다. 냉동기유의 특성으로서는, 파렉스 소부 한계 하중(시험 방법 : ASTM D3233)에 대해 평가를 행하였다. 이하, 단순히 소부 한계 하중이라는 경우에는, 이 파렉스 시험에 의한 것을 나타내고 있다.Next, the lubricating oil was examined. As for the lack of lubricating oil supply to the sliding part, consideration is given to avoiding the formation of foaming along with securing the lubricating oil supply structure (the
대량 생산에 적합한 밀폐형 압축기에 있어서의 콘로드-피스톤 연결부(볼 조인트 연결부)의 헤르츠 응력에 대해 검토한다. 원통 형상의 피스톤(4)의 외경(직경)을 26.2 ㎜로 하고, 이 때, 피스톤(4)의 선단부에 가해지는 압력 부하의 최대치는 대략 1 ㎫에 미치고, 볼 조인트부에 가해지는 하중은 약 400 내지 500 N이 된다.The Hertz stress of the cone rod-piston connection (ball joint connection) in the hermetic compressor suitable for mass production is examined. The outer diameter (diameter) of the
대량 생산성을 고려하여 철계 재료에 의한 피스톤재와 콘로드재를 선정하는 데 있어서는, 강도나 가공성의 적합성으로부터, (A) 단조에 의한 강재(단조재), (B) 주조에 의한 주물(주조재), 혹은 (C) 소결에 의한 소결재가 고려된다. 소결재는 가공이 용이하므로 비용도 낮게 억제할 수 있지만, 마모 미끄럼 이동 특성의 관점에서는, (A) 단조재가 가장 우수하고, (C) 소결재가 가장 열화되어 있다. 따라서, 소결재를 이용해도 마모 미끄럼 이동의 내성을 확보할 수 있으면, 첫째로 저비용화가 가능하고, 둘째로 다른 재료를 이용해도 마모 억제가 가능하다고 생각된다.In selecting a piston material and a cone rod material made of iron-based materials in consideration of mass productivity, casting (A) steel casting (forging material) and (B) casting (casting material) are selected from the suitability of strength and workability. ) Or (C) sintered material by sintering is considered. Since a sintered material is easy to process, cost can also be suppressed low. However, from a viewpoint of a wear sliding property, (A) forging material is the best and (C) sintering material is the most deteriorated. Therefore, if sintered material can be used to ensure the resistance to wear and sliding movement, firstly, the cost can be reduced, and second, it is considered that wear can be suppressed even if other materials are used.
본 실시예에 있어서의 피스톤(4)은 영률(E)이 110 ㎬, 푸아송비(υ)가 0.23인 철계 소결재(JIS 규격 : SMF4040)를 이용하고, 콘로드(2)에는 영률(E)이 100 ㎬, 푸아송비(υ)가 0.21인 철계 소결재(JIS 규격 : SMF4020)를 각각 이용하고 있다. 그리고, 피스톤(4)의 내구면(4a)의 내구 직경을 13 ㎜로 하고, 클리어런스 치수를 3 ㎛ 이상으로 하였다. 즉, 헤르츠 응력은 10 ㎫ 이상이 된다.The
표2에 나타낸 바와 같이, 헤르츠 응력(이론 접촉 응력)이 10 ㎫보다도 높아지면, 마모에 의한 신뢰성 저하가 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 그래서, 10 ㎫를 초과하는 헤르츠 응력이 생기는 밀폐형 압축기에 관하여, 복수의 냉동기유를 이용하여 미끄럼 이동부의 미끄럼 이동 마모 시험을 실시하였다. 표3은 냉매의 토출 압력 1.7 ㎫로 하고, 4900 rpm의 조건에서 장기간 미끄럼 이동 마모 시험을 행한 경우의 피스톤과 콘로드간의 마모량을 측정한 결과를 나타내는 것이다.As shown in Table 2, when the hertz stress (theoretical contact stress) is higher than 10 MPa, there is a tendency that reliability deterioration due to abrasion tends to occur. Therefore, the sliding type wear test of the sliding part was performed using the several refrigeration oil about the hermetic compressor which produces a Hertz stress exceeding 10 Mpa. Table 3 shows the result of measuring the amount of wear between the piston and the cone rod when the discharge pressure of the refrigerant was set to 1.7 MPa and the sliding wear test was performed for a long time under the condition of 4900 rpm.
[표3]Table 3
냉동기유에 광유를 이용한 경우에는, 토출 압력 1.7 ㎫, 회전수 4900 rpm의 조건에 있어서 큰 마모가 발생하였으므로, 신뢰성이 우려되는 결과가 되었지만, 에스테르유(VG8, VG10)를 이용한 경우에는 눈에 띄는 마모는 확인할 수 없었다.In the case of using mineral oil in the refrigeration oil, large wear occurred under the conditions of discharge pressure of 1.7 MPa and rotational speed of 4900 rpm. However, reliability was a concern. However, in the case of using ester oil (VG8, VG10), a noticeable wear was observed. Could not be confirmed.
도8은 압력 조건을 바꾸어 시험을 실시한 경우에 있어서의 마모 추이를 나타내는 그래프이다. 냉매의 토출 압력은 미끄럼 이동부에 있어서의 하중과 밀접한 관계가 있다. 토출 압력이 커지면, 콘로드(2)가 피스톤(4)을 누르는 힘이 커지기 때문이다. 따라서, 토출 압력이 커지면, 콘로드-피스톤 연결부에 있어서의 접촉 응력이 커진다. Fig. 8 is a graph showing the wear trend in the case where the test was carried out under different pressure conditions. The discharge pressure of the refrigerant is closely related to the load on the sliding part. It is because the force which the
도8에 도시한 바와 같이, 냉동기유에 광유를 이용한 경우에는 시간과 함께 마모가 진행되어 간다. 도면에 있어서는, 토출 압력을 1.7 ㎫, 1.6 ㎫, 1.39 ㎫로 한 경우의 마모량의 시간 추이를 나타내고 있지만, 토출 압력을 작게 한 경우라도 마모의 진행이 완만해질 뿐이고, 경향으로서는 특별히 변화는 보이지 않았다. As shown in Fig. 8, when mineral oil is used as the refrigeration oil, wear progresses with time. In the figure, time evolution of the amount of wear when the discharge pressure is set to 1.7 MPa, 1.6 MPa, or 1.39 MPa is shown. However, even when the discharge pressure is reduced, the progress of wear is only gentle, and no change is particularly observed as a tendency.
한편, 냉동기유로서 에스테르유를 이용한 경우에는, 광유의 경우와 경향이 크게 달랐다. 다소 마모의 진행은 있지만, 서서히 완만해져 일정한 마모량의 범위 내에 들어가는 것을 알 수 있었다. 그리고, 클리어런스를 5 내지 10 ㎛로 한 각 시험기에 있어서도 동일한 경향을 얻을 수 있었다. 즉, 클리어런스가 5 ㎛ 이상이 되고, 헤르츠 응력이 20 ㎫를 초과하는 경우라도 마모를 억제할 수 있는 결과를 얻었다.On the other hand, when ester oil was used as a refrigeration oil, the tendency was largely different from the case of mineral oil. Although a little progress of abrasion, it turned out gradually and it turned out that it falls in the range of a certain amount of abrasion. And the same tendency was obtained also in each test machine which made clearance 5-10 micrometers. That is, even when clearance became 5 micrometers or more and hertz stress exceeds 20 Mpa, the result which can suppress abrasion was obtained.
도9는 파라핀계 광유(VG10)와 에스테르유를 이용한 경우에 있어서의 경계 윤활을 상정한 마모 미끄럼 이동 시험 결과이며, 마모 시험기에 하중을 가하여 미끄럼 이동시킨 경우에 있어서의 마찰 계수와 윤활유의 유온의 변화를 나타내고 있다. 종축은 마찰 계수(μ), 유온(℃) 및 하중(kgf)을 나타내고, 표기상의 상태로부터 하중의 단위를 kgf로 하고 있다. 피스톤재 및 콘로드재에는 상술한 것과 특별히 변함없고, JIS 규격 : SMF4040, JIS 규격 : SMF4020의 철계 소결재를 이용하여 각각의 소결 입자의 입자간 간극을 수증기 처리에 의해 사삼산화철의 형성으로 밀봉한 것, 혹은 이 수증기 처리와 가스 연질화 처리가 복합된 것을 사용하였다. Fig. 9 shows the wear sliding test results assuming the boundary lubrication in the case of using paraffinic mineral oil (VG10) and ester oil, and shows the friction coefficient and the oil temperature of the lubricating oil in the case of sliding the load by applying a load to the wear tester. It shows a change. The vertical axis represents the friction coefficient (μ), the oil temperature (° C) and the load (kgf), and the unit of load is kgf from the notation state. The piston material and the cone rod material are not particularly changed from those described above, and the gap between the particles of each sintered particle is sealed by the steam treatment to form iron trioxide using the iron-based sintered material of JIS standards: SMF4040 and JIS standards: SMF4020. Or a combination of this steam treatment and gas soft nitriding treatment was used.
도면에 있어서, 광유와 에스테르유를 비교하면, 광유의 경우에는 마찰 계수와 유온의 변동이 크고, 에스테르유는 마찰 계수와 유온이 안정되게 추이하고 있 다. 마찰 계수나 유온의 변동은 미끄럼 이동면의 표면 상태의 변화나 마찰 발열의 거동을 나타내는 것으로 생각된다.In the figure, when mineral oil and ester oil are compared, in the case of mineral oil, the friction coefficient and the oil temperature fluctuate largely, and the ester oil has a stable coefficient of friction coefficient and oil temperature. The change in the friction coefficient and the oil temperature is considered to indicate the change of the surface state of the sliding surface and the behavior of frictional heating.
즉, 광유의 예에서는, 표면 상태가 크게 변화하여 마모에 이를 가능성이 높다. 또한, 미끄럼 이동면의 윤활성이 떨어지면, 유온의 상승을 초래하게 된다. 유온이 과잉으로 상승하면, 성능면 혹은 신뢰성면에서도 바람직하지 않으므로, 이것을 회피하는 것이 필요해진다. 에스테르유의 예에서는, 하중의 부하시에 약간의 변동은 있지만, 마찰 계수ㆍ유온 모두 거의 일정한 범위에 들어가 있다. 이는 미끄럼 이동면이 충분히 윤활되어 있는 것을 나타내고 있다.In other words, in the case of mineral oil, the surface state is greatly changed and wear is likely to occur. In addition, poor lubricity of the sliding surface causes an increase in the oil temperature. If the oil temperature rises excessively, it is not preferable also in terms of performance or reliability, and thus it is necessary to avoid this. In the example of ester oil, although there are some fluctuations at the time of load, both a friction coefficient and an oil temperature fall in a substantially constant range. This shows that the sliding surface is sufficiently lubricated.
이들 결과에 대해 고찰하여 다음의 지견을 얻었다. 첫째로, 마모의 요인이라 생각되는 미끄럼 이동부의 발열은, 재료의 내력 부족과 함께, 냉동기유의 윤활성, 특히 소부 한계 하중이 기여하고 있는 것을 알 수 있었다. 둘째로, 냉동기유에는 에스테르유가 적합하고, 특히 발열하기 쉬운 미끄럼 이동부에서의 윤활성을 유지하기 위해서는 에스테르유 중에서도 열 안정성이 우수한 것이 유효한 것을 알 수 있었다. 이들 지견을 기초로, 바람직한 냉동기유에 관해서는 이하의 것을 말 할 수 있다. Considering these results, the following findings were obtained. First, it was found that the heat generation of the sliding portion, which is considered to be a factor of wear, contributed to the lack of material strength and the lubricity of the refrigeration oil, in particular, the limit load. Second, it is found that ester oil is suitable for the refrigeration oil, and in particular, in order to maintain lubricity in the sliding part which is easy to generate heat, it is effective that the ester oil has excellent thermal stability. Based on these findings, the following can be said about preferable refrigerator oil.
본 실시예에 있어서의 냉동 장치에 적합한 에스테르유로서는, 다가 알콜과 1가의 지방산으로 합성되고, 열 안정성이 우수한 힌더드 타입(hindered type)이 바람직하다. 여기서 말하는 힌더드 타입의 에스테르라 함은, 수산기의 β 탄소 상에 수소 원자를 갖지 않는 에스테르를 말한다. β 탄소 상에 수소 원자를 갖고 있는 알콜의 에스테르(비힌더드)에서는 가열에 의해 β 탄소 상의 수소 원자와 에스테르 결합의 산소 원자가 근접하여, 6원환 구조의 중간체를 형성하므로, 낮은 에너지에서 열분해를 일으키기 쉽다. 힌더드 에스테르는 β 탄소 상에 수소 원자를 갖지 않으므로 6원환 구조를 취할 수 없으므로, 낮은 에너지에서는 열분해하지 않고, 고온에서 프리 래디컬적(free radical) 열분해를 일으킨다(이나바케이이찌ㆍ히라노지로 편저:「신판 지방산 화학 제2 판」; 사이와이쇼보오). 따라서, 본 실시예에서는 열 안정성이 우수한 구조를 갖는 힌더드 에스테르를 사용하는 것으로 하였다. As ester oil suitable for the refrigerating device in this embodiment, a hindered type synthesized from a polyhydric alcohol and a monovalent fatty acid and excellent in thermal stability is preferable. The hindered type ester herein refers to an ester which does not have a hydrogen atom on the β carbon of the hydroxyl group. In esters (non-hindered) of alcohols having a hydrogen atom on the beta carbon, the hydrogen atom on the beta carbon and the oxygen atom of the ester bond are close to each other by heating to form an intermediate of a six-membered ring structure, which is likely to cause thermal decomposition at low energy. . Since the hindered ester does not have a hydrogen atom on the β carbon and cannot take a six-membered ring structure, it does not pyrolyze at low energy and causes free radical pyrolysis at high temperatures (edited by Inabakeiichi and Hiranoji: New fatty acid chemistry second edition ”; Saiwaishobo). Therefore, in this embodiment, the hindered ester having a structure excellent in thermal stability is used.
예를 들어, 다가 알콜로서는, 네오펜틸글리콜, 트리메티롤프로판, 펜타에리스리톨이 있다. 1가의 지방산으로서는, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 2-메틸부탄산, 2-메틸펜탄산, 2-메틸헥산산, 2-에틸헥산산, 이소옥탄산, 3, 5, 5-트리메틸헥산산 등이 있고, 이들 단독 또는 2종류 이상의 혼합 지방산을 이용한다.For example, examples of the polyhydric alcohol include neopentyl glycol, trimetholpropane, and pentaerythritol. As monovalent fatty acid, pentanic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, 2-methylbutanoic acid, 2-methylpentanoic acid, 2-methylhexanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, isooctanoic acid, 3, 5, 5- Trimethylhexanoic acid and the like, and these alone or two or more types of mixed fatty acids are used.
특히, 냉동기유의 기유(基油)로서, 분자 중에 에스테르 결합을 적어도 2개 보유하는 하기의 일반식 (1) 내지 (3)으로 나타내는 지방산의 에스테르유의 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.In particular, as the base oil of the refrigerator oil, at least one selected from the group of ester oils of fatty acids represented by the following general formulas (1) to (3) having at least two ester bonds in a molecule is preferable.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
단, 식 중 R1 및 R2는 하기와 같다. However, in formula, R <1> and R <2> are as follows.
R1 : H 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기R 1 : H or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
R2 : 탄소수 5 내지 12의 알킬기 R 2 : alkyl group having 5 to 12 carbon atoms
대표적인 1가 지방산과 다가 알콜의 화학 합성된 에스테르는, 표4와 같은 동점도 또는 동점성 계수(4O ℃, cSt)를 나타낸다. Typical chemically synthesized esters of monovalent fatty acids and polyhydric alcohols exhibit kinematic viscosity or kinematic viscosity (4O < 0 > C, cSt) as shown in Table 4.
[표4]Table 4
이들 지방산 에스테르는 윤활유의 기유로서, 적당량 혼합함으로써, 표준 동점도 그레이드[VG : 40 ℃일 때의 동점성 계수(cSt)]가 조제된다.These fatty acid esters are a base oil of lubricating oil, and by mixing them in an appropriate amount, a standard kinematic viscosity grade (VG: kinematic viscosity coefficient (cSt) at 40 ° C) is prepared.
예를 들어, 표준 점도(VG5)는 네오펜틸글리콜과 헵탄산의 에스테르유의 단독, 혹은 저점도유의 2에틸부탄산과 네오펜틸글리콜의 에스테르와 기타 고점도 에스테르유를 혼합 조제하고, 또한 VG8, VG10, VG15, VG22, VG32는 같은 개념을 기초로, 저점도의 네오펜틸글리콜에스테르유와 고점도의 펜타에리스리톨에스테르유를 적당량 혼합하여 원하는 점도로 매우 작게 조제할 수 있다.For example, the standard viscosity (VG5) may be prepared by mixing ester oils of neopentyl glycol and heptanoic acid alone, or a mixture of low viscosity oil of 2ethylbutanoic acid and neopentyl glycol and other high viscosity ester oils, and further, VG8, VG10, VG15. On the basis of the same concept, VG22 and VG32 can be mixed with an appropriate amount of a low viscosity neopentyl glycol ester oil and a high viscosity pentaerythritol ester oil to be prepared very small at a desired viscosity.
또, 에스테르유에 산화 방지제, 산포착제, 소포제, 금속 불활성제 등을 첨가해도 좋다. 지방산은 불포화 지방산을 포함하지만, 불포화 지방산을 이용하는 경우에는 특히 산화 방지제를 첨가하는 것이 유효하다. 냉동기유에 불포화 지방산을 이용한 것을 사용하면 윤활성이 향상되는 것이 있고, 이 때, 미끄럼 이동 특성의 향상이 도모된다.Moreover, you may add antioxidant, an acid trapping agent, an antifoamer, a metal deactivator, etc. to ester oil. Fatty acids include unsaturated fatty acids, but it is particularly effective to add antioxidants when using unsaturated fatty acids. When using what used unsaturated fatty acid for refrigerator oil, lubricity improves, At this time, improvement of a sliding-moving characteristic is aimed at.
상술한 시험 결과로부터 냉동기유의 내력이 신뢰성에 큰 영향을 미치는 것이 판명되었으므로, 각 냉동기유의 소부 한계 하중에 대해 평가를 행한 것이 표5이다.Table 5 shows the evaluation of the bake limit load of each refrigerator oil, because it has been found from the above test results that the yield strength of the refrigerator oil has a great influence on the reliability.
[표 5]TABLE 5
이 결과로부터 명백한 바와 같이, 힌더드에스테르유(VG8, VG10)의 소부 한계 하중은 광유와 비교하여 매우 높고, 미끄럼 이동 마모 시험 결과로부터 헤르츠 응력이 10 ㎫를 초과하는 밀폐형 압축기라도 신뢰성의 향상을 도모할 수 있는 것을 알 수 있었다. As apparent from these results, the bake limit load of the hindered ester oils (VG8, VG10) is much higher than that of the mineral oil, and even in a hermetic compressor with a Hertz stress exceeding 10 MPa from the sliding wear test results, the reliability is improved. I could see that I could.
그래서, 힌더드에스테르유(이하, 에스테르유로 줄임)를 냉동기유에 이용한 경우에 있어서, 더 고찰을 행하기 위해 점도 그레이드를 VG5, VG10, VG15, VG22, VG32의 범위에서 토출 압력 2.0 ㎫로서 고압 시험을 실시하였다. 이와 같은 가혹한 조건하에 있어서도 미끄럼 이동부가 소부하는 일은 없어 마모의 발생을 억제할 수 있었다. 또한, 소부 한계 하중이 다른 냉동기유를 이용한 시험 결과로부터, 소 부 한계 하중이 3000 N을 초과하는 냉동기유를 이용하면, 미끄럼 이동부의 헤르츠 응력이 10 ㎫를 초과하는 환경하에 있어서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 3000 N의 기술적 의의에 대해서는, 이후에 검토를 부가한다.Therefore, in the case where hindered ester oil (hereinafter, abbreviated to ester oil) is used for refrigeration oil, a high pressure test is performed with a discharge pressure of 2.0 MPa in the range of viscosity grades VG5, VG10, VG15, VG22, VG32 for further consideration. Was carried out. Even under such severe conditions, the sliding parts were not baked, and the occurrence of wear could be suppressed. In addition, from the test results using refrigeration oil having different baking limit loads, using refrigeration oil having a baking limit load exceeding 3000 N can maintain high reliability even in an environment where the Hertz stress of the sliding part exceeds 10 MPa. I could confirm that there is. The technical significance of this 3000 N will be added later.
다음에, 피스톤(4) 및 콘로드(2)의 재질과 소부 한계 하중에 대해 검토하였다. 도10은 피스톤(4)으로서, 수증기 처리에 의해 밀봉 처리된 철계의 소결재(JIS 규격 : SMF4040)를 이용한 경우에 있어서의 냉동기유의 소부 한계 하중을, 콘로드 시험편을 이용하여 측정한 것이다. 냉동기유로서는 파라핀계 광유(VG10)와 에스테르유에 대해 나타냈다. Next, the material of the
또, 콘로드재로서는 수증기 처리 및 가스 연질화 처리를 실시한 철계의 소결재(JIS 규격 : SMF4020)를 이용하고, 십점 평균 거칠기(Rz)가 0.1 내지 0.2 ㎛인 것을 사용하였다. 콘로드재에 가스 연질화 처리를 실시한 이유 중 하나는 경도를 높이는 데 있다. 즉, 피스톤(4)과 콘로드(2)의 미끄럼 이동계는 정지하는 피스톤에 대해 콘로드(2)가 운동하여, 이 양자의 상대적인 운동에 의한 미끄럼 이동이 생기는 것이지만, 양자의 경도가 가까우면 문제를 일으키는 경우가 많다. 그래서, 미끄럼 이동계에 있어서의 운동측 콘로드재의 경도를 높이는 것이다. As the cone rod material, an iron-based sintered material (JIS standard: SMF4020) subjected to steam treatment and gas soft nitriding treatment was used, and a ten point average roughness Rz of 0.1 to 0.2 µm was used. One of the reasons for the gas soft nitriding treatment of the cone rod material is to increase the hardness. That is, in the sliding system of the
도10에 도시한 바와 같이, 실기(actual aquipment)에 입각한 형상에 있어서도 에스테르유의 소부 한계 하중은 광유와 비교하여 매우 높고, 냉동기유로서의 내력이 우수한 것을 알 수 있다. 실제로, 압축기의 운전 환경의 가혹화에 수반하여, 미끄럼 이동부에의 하중이 증대하거나, 압축기의 고속 회전화가 되어도 충분히 윤 활 성능을 발휘할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Fig. 10, even in the shape based on the actual aquipment, the baking limit load of the ester oil is much higher than that of the mineral oil, and the yield strength as the refrigeration oil is excellent. In fact, it was confirmed that the lubrication performance could be sufficiently exerted even if the load on the sliding part increased or the compressor was rotated at high speed with the harsher operation environment of the compressor.
도11은 에스테르유를 윤활유로서 이용한 경우에 있어서의, 콘로드(2)의 미끄럼 이동면[구체부(2a)]의 면 거칠기와 소부 한계 하중과의 관계를 나타내는 것이다. 구체적으로는, 십점 평균 거칠기(Rz)가 0.1 내지 0.2 ㎛, 0.4 내지 0.6 ㎛, 1.2 내지 1.5 ㎛로 한 경우의 소부 한계 하중을 시험재를 이용하여 평가한 것이다. 도11에 나타낸 바와 같이, 콘로드의 면 거칠기에 다소의 변동이 발생해도 소부 한계 하중의 큰 차이는 확인할 수 없었다. Fig. 11 shows the relationship between the surface roughness of the sliding surface (
그래서, 미끄럼 이동면의 십점 평균 거칠기(Rz)의 값이 길들임 운전 후에 있어서 0.4 ㎛ 내지 2.2 ㎛가 되는 범위에서 흔들어 실기 시험을 실시하였다. 구체적으로는, 냉매 R600a를 180 g 봉입하고, 토출 압력 2.0 ㎫, 회전수 4900 rpm의 조건 하에서 운전하고, 그 후에 미끄럼 이동부의 마모를 확인하였다. 그 결과, 어느 쪽의 면 거칠기의 경우도 피스톤 내구면(4a) 및 콘로드 구체부(2a)에 큰 마모의 진행은 볼 수 없어, 양호한 결과를 얻었다. 이는, 에스테르유가 갖는 금속면에의 흡착성의 높이에 따라 다소의 면 거칠기의 차이가 있어도 윤활성이 확보되기 때문이라 생각된다. 이와 같이, 시험 운전 후의 십점 평균 거칠기(Rz)가 0.1 내지 2.2 ㎛에 있어서는, 마모 억제 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.Therefore, a practical test was performed by shaking in the range which the value of ten-point average roughness Rz of a sliding movement surface will be 0.4 micrometer-2.2 micrometers after a break-in operation. Specifically, 180g of refrigerant | coolant R600a was enclosed, it operated under the conditions of 2.0 MPa of discharge pressures, and 4900 rpm of rotation speed, and the wear of the sliding part was confirmed after that. As a result, even in any surface roughness, the progress of big abrasion was not seen in the piston
또, 상세한 설명은 생략하지만, 광유를 이용한 경우에는, 면 거칠기에 의해 소부 한계 하중은 크게 변화하였다. 이것으로부터, 표면 거칠기에 의해 마모 특성이 변화되는 것이 상정된다. 즉, 에스테르유를 이용함으로써, 적어도 Rz가 0.1 내지 2.2 ㎛의 범위 내에 있어서는 표면 거칠기에 의한 윤활성에의 영향을 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.In addition, although detailed description is abbreviate | omitted, when a mineral oil is used, a baking limit load changed large by surface roughness. It is assumed from this that abrasion characteristics change with surface roughness. That is, by using ester oil, it turned out that the influence on lubricity by surface roughness can be made small at least in the range of Rz in 0.1-2.2 micrometers.
이들 결과로부터, 다소의 면 거칠기의 변동은 있어도, 에스테르유에 의한 마모 억제 효과가 유지되는 것, 및 소부 한계 하중에 의한 냉동기유의 평가가 유효한 것을 알 수 있었다.From these results, it turned out that even if there are some fluctuations in surface roughness, the abrasion suppression effect by ester oil is maintained and evaluation of the refrigeration oil by baking limit load is effective.
그래서, 미끄럼 이동부의 헤르츠 응력과 냉동기유의 내력을 나타내는 소부 한계 하중과의 상관에 대해, 시험 결과를 기초로 하여 고찰을 행하였다. 지금까지의 시험 결과 등으로부터, 소결재를 이용한 경우라도 소부 한계 하중이 3000 N을 넘는 냉동기유를 이용하면, 충분한 마모 억제 효과가 발휘된다고 하는 예상을 얻을 수 있었지만, 또한 헤르츠 응력과 소부 한계 하중과의 관계로부터 고찰을 가하는 것이다.Then, the correlation between the Hertz stress of the sliding part and the baking limit load indicating the yield strength of the refrigerator oil was considered based on the test results. From previous test results and the like, even when a sintered material is used, when refrigeration oil of more than 3000 N is used, a sufficient wear suppression effect can be obtained. It is to consider from the relationship.
도12는 파렉스 시험에 있어서의 접촉점의 하중의 개념도이다. 시험기(101)에 끼워진 시험편(102)을 하중(P)으로 압박하면 4개의 점에서 시험기(101)와 시험편(102)이 접촉한다. 따라서, 이들 접촉점에 있어서는 하중(P)과 동일 방향으로 P/4의 하중이 가해지게 된다. 도12에 있어서, 대표 접촉점으로서 좌측 상부의 접촉점을 예로 설명하면 수직 방향의 하중(Pf)은 하중(P)을 이용하여 표기하면, P√2/8이 된다. 따라서, 소부 한계 하중이 3000 N인 에스테르유를 이용한 경우, 접촉점에 있어서는, 약 530 N의 부하가 가해진 상태에 상당한다.12 is a conceptual diagram of the load at the contact point in the Parex test. When the
이 검토로부터, 다음의 지견을 유도할 수 있다. 상술한 바와 같이, 볼 조인트부에 가해지는 하중은 통상의 사용 태양에 있어서는 약 400 내지 500 N이다. 따 라서, 마모 시험 결과로부터 얻어진「3000 N을 넘는 소부 한계 하중의 에스테르유를 이용하면 충분한 마모 억제 효과를 얻을 수 있다」는 예상은 다음의 사실에 의해 설명할 수 있다.From this examination, the following knowledge can be derived. As described above, the load applied to the ball joint portion is about 400 to 500 N in the normal use mode. Therefore, the expectation that the use of ester oil having a baking limit load of more than 3000 N can be obtained from the abrasion test results can be explained by the following fact.
ㆍ윤활유에 의해 유체 윤활을 확보할 수 있는 하중(= 약 530 N)이 실제의 볼 조인트부에 가해지는 하중(약 400 내지 500 N)보다 큰 것.ㆍ The load (= about 530 N) which can ensure fluid lubrication by lubricating oil is larger than the load (about 400 to 500 N) applied to the actual ball joint part.
ㆍ광유는 유체 윤활을 유지할 수 있는 정도의 소부 한계 하중보다 작았기 때문에, 마모가 진행되어 버린 것.ㆍ The mineral oil was smaller than the baking limit load to the extent that fluid lubrication could be maintained.
환언하면, 소부 한계 하중을 응력으로 환산한 값이 경계 윤활이 되기 쉬운 저속 왕복 운동이 되는 미끄럼 이동부[예를 들어, 콘로드(2)와 피스톤(4)과의 미끄럼 이동부]에 있어서의 접촉 응력으로서 환산된 헤르츠 응력보다도 커지는 냉동기유로 이용함으로써, 마모의 과잉 진행을 억제하는 것이 가능하다.In other words, in the sliding part (for example, the sliding part of the
이들은 철계의 소결재를 이용한 경우에 있어서의 평가이다. 따라서, 단조재나 주조재를 이용한 경우에는 동일 형상이라도 물성이 다르고, 마모 미끄럼 이동특성도 변화된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 소결재에 있어서도 마모의 진행이 억제되어 있는 것을 비추어 보면, 단조재나 주조재에 있어서도 당연히 마모 억제가 도모되는 것은 자명하다. 사실, 시험편을 이용한 시험 레벨에 있어서는, 다른 재료라도 마모에 대한 높은 내성을 나타내는 것을 확인하였다.These are evaluations in the case of using an iron-based sintered material. Therefore, in the case of using a forging material or a casting material, even if the same shape, the physical properties are different, and the wear sliding movement characteristics also change. However, in view of the fact that the progress of abrasion is also suppressed in the sintered material as described above, it is obvious that the abrasion suppression can be naturally achieved even in the forging material or the casting material. In fact, at the test level using the test piece, it was confirmed that other materials also exhibit high resistance to abrasion.
또, 소부 한계 하중을 향상시키기 위해서는, 에스테르유를 이용하는 것 이외에도 첨가제를 사용하는 방법을 생각할 수 있다. 예를 들어, 광유에 인계의 극압 첨가제의 인산에스테르(TCP) 등을 첨가함으로써 소부 한계 하중을 높일 수 있고, 미끄럼 이동에 대한 내력을 높이는 것이 가능하다. 또한, 폴리알킬렌글리콜(PAG)은 같은 첨가제에 의해 소부 한계 하중이 에스테르유보다도 높고, 내력이 우수하다.Moreover, in order to improve a baking limit load, the method of using an additive besides using ester oil can be considered. For example, by adding phosphate ester (TCP) or the like of a phosphorous-based extreme pressure additive to mineral oil, it is possible to increase the bake limit load and to increase the yield strength against sliding movement. In addition, the polyalkylene glycol (PAG) has a bake limit load higher than that of the ester oil by the same additives, and has excellent strength.
그러나, 에스테르유는 분자 구조 중에 에스테르 결합을 구비하고, 금속 표면에 대한 흡착 작용을 갖는 것에 대해, 첨가제를 이용한 경우에는, 냉동 장치의 사용이 계속되면 서서히 첨가제가 소비되어 버린다. 따라서, 장기 사용에 의한 신뢰성의 저하를 피할 수 없다. 또한, PAG는 윤활성이 떨어지는 난점이 있다. 모두 장기 신뢰성의 확보의 관점에서 열화되어 에스테르유의 사용이 바람직하다고 할 수 있다. 실제로, 도8에 도시한 바와 같이 운전 시간이 1000시간을 넘어도 윤활 성능의 저하는 보이지 않고, 안정된 운전을 실현할 수 있다. However, ester oil has an ester bond in the molecular structure, and has an adsorbing action on the metal surface. However, when the additive is used, the additive is gradually consumed when the refrigeration device is continued. Therefore, the fall of the reliability by long term use cannot be avoided. In addition, PAG has a difficulty in inferior lubricity. All of them deteriorate in terms of securing long-term reliability, and it can be said that the use of ester oil is preferable. In fact, as shown in Fig. 8, even if the operation time exceeds 1000 hours, the lubrication performance is not lowered and stable operation can be realized.
다음에, 냉동기유의 기포 생성에 대해 검토를 행하였다. 밀폐 용기 내에 있어서의 기포 생성으로서는, 급비등(bumping)에 의한 것 외에, 교반 작용에 의한 기포 생성을 들 수 있다. 냉동기유가 기포가 생성되어 버리면 미끄럼 이동부에 대한 윤활유의 공급이 불충분해지므로, 이것을 회피하는 것이 필요하다. 특히, 윤활유가 기포가 생성되기 쉬운 경우, 혹은 기포가 생성된 상태로부터 복귀되기 어려운 경우에는, 미끄럼 이동부에의 급유의 확보가 곤란해진다.Next, the bubble generation of refrigerator oil was examined. As bubble generation in an airtight container, in addition to bubbling, bubble formation by agitation is mentioned. When the refrigeration oil is bubbled, the supply of lubricating oil to the sliding part becomes insufficient, and it is necessary to avoid this. In particular, when lubricating oil is easy to generate | occur | produce a bubble, or it is hard to return from the state in which the bubble was produced, securing oil supply to a sliding part becomes difficult.
그래서, 기포 생성 시험(JIS K2518)의 결과로부터, 밀폐형 압축기나 냉동 장치에 있어서의 윤활성에 미치는 영향에 대해 평가 및 확인을 행하였다. 냉동기유로서, JIS K2518 시험에 있어서의 기포 생성성이 50 ㎖ 이하(24 ℃, 93.5 ℃ , 93.5 ℃ 내지 24 ℃), 기포 안정성이 10 ㎖ 이하(24 ℃, 93.5 ℃, 93.5 ℃ 내지 24 ℃)가 되는 에스테르유를 이용한 결과, 밀폐형 압축기 및 냉동 장치에 있어서의 신뢰성에 큰 영향은 확인되지 않았다. Therefore, from the results of the bubble generation test (JIS K2518), the influence on the lubricity in the hermetic compressor and the refrigerating device was evaluated and confirmed. As refrigeration oil, the foamability in JIS K2518 test was 50 ml or less (24 degreeC, 93.5 degreeC, 93.5 degreeC-24 degreeC), and bubble stability was 10 ml or less (24 degreeC, 93.5 degreeC, 93.5 degreeC-24 degreeC) As a result of using the ester oil which became into, the big influence on the reliability in a hermetic compressor and a refrigeration apparatus was not confirmed.
급비등에 관해서는, 에스테르유를 이용함으로써, 광유보다도 분명하게 억제되었다. 이 이유로서, 냉매와의 상용성의 차이를 들 수 있다. 즉, 에스테르유는 HC 냉매와 상용성이 우수하지만, 광유만큼은 용해하지 않는다. 따라서, 압축기 기동시에 있어서의 급비등를 억제할 수 있고, 이상음(異音) 발생을 방지할 수 있다. 또한, 냉매에의 용해가 광유와 비교하여 적기 때문에, 상용 상태에 있어서의 실점도를 유지할 수 있고, 신뢰성의 향상에 기여할 수 있다. 실제로, 냉동기유의 점도가 40 ℃에 있어서의 동점성 계수로 5 내지 32 cSt가 되는 에스테르유를 이용함으로써, 신뢰성의 확보를 얻을 수 있는 동시에, 바람직하게는 5 내지 15 cSt의 것은 냉동 장치의 고효율화도 가능해지는 것을 확인할 수 있었다. Regarding sudden boiling, it was suppressed more clearly than mineral oil by using ester oil. The reason for this is the difference in compatibility with the refrigerant. That is, ester oil is excellent in compatibility with HC refrigerant, but does not dissolve as much as mineral oil. Therefore, sudden rain etc. at the time of a compressor start can be suppressed, and an abnormal sound can be prevented. In addition, since dissolution in the refrigerant is less than that of mineral oil, the actual viscosity in a commercial state can be maintained, and it can contribute to the improvement of reliability. In fact, by using an ester oil having a viscosity of 5 to 32 cSt with a kinematic viscosity at 40 ° C., the reliability of the refrigerator oil can be secured, and preferably 5 to 15 cSt is a high efficiency of the refrigerating device. It could be confirmed that it becomes possible.
구체적으로는, 도1에 나타낸 바와 같은 냉동 장치에 상기에서 설명한 냉매 및 냉동기유를 이용한 밀폐형 압축기를 접속한 결과, 에스테르유의 점도가 5 cSt 미만인 것에 있어서는, 약간의 마모의 진행을 확인할 수 있지만, 5 cSt 이상의 에스테르유를 이용함으로써 특별한 문제는 생기지 않았다. 또한, 밀폐 용기 내가 저압인 소위 저압 챔버형 압축기에 있어서는, 에스테르유의 점도를 15 cSt 이하로 함으로써 냉동 장치로서의 효율이 문제가 없는 범위에 들어가는 것을 확인하였다. Specifically, as a result of connecting the hermetic compressor using the refrigerant and the refrigerator oil described above to the refrigerating device as shown in FIG. 1, when the viscosity of the ester oil is less than 5 cSt, slight progress of wear can be confirmed. There was no particular problem by using an ester oil of cSt or higher. In addition, in the so-called low-pressure chamber type compressor having a low pressure inside the sealed container, it was confirmed that the efficiency as the refrigerating device falls within a range where there is no problem by setting the viscosity of the ester oil to 15 cSt or less.
이와 같이 에스테르유의 점도가 5 내지 15 cSt라는 낮은 점도에 있어서도 신뢰성의 확보와 고효율화가 가능해진 이유로서는, 다음의 것을 생각할 수 있다. 에스테르유는 금속 표면과의 흡착성이 우수하므로, 5 cSt 정도의 낮은 점도라도 미끄 럼 이동부의 마모 억제 효과를 발휘한다. 미끄럼 이동부에 점도가 높은 윤활유가 개재하면, 미끄럼 이동의 저항이 되어 운전 효율이 저하되는 경향이 있지만, 점도가 낮은 윤활유의 경우에는 저항이 작아 효율을 높일 수 있다. 이들 검토로부터, 40 ℃에 있어서의 동점성 계수가 5 내지 15 cSt의 에스테르유를 이용함으로써, 미끄럼 이동의 저항을 작게 하면서도 마모의 억제를 행할 수 있고, 결과적으로 신뢰성 확보와 고효율화의 양립이 가능해진다.Thus, the following can be considered as a reason why securing of reliability and high efficiency was possible even in the low viscosity of 5-15 cSt of ester oil. Since ester oil has excellent adsorption property with the metal surface, even a low viscosity of about 5 cSt exhibits a wear inhibiting effect of the sliding part. When a lubricating oil with a high viscosity is interposed in a sliding part, it will become a resistance of a sliding movement, and driving efficiency will fall, but in the case of a lubricating oil with a low viscosity, since resistance is small, efficiency can be improved. From these studies, by using an ester oil having a kinematic viscosity at 5 ° C of 5 to 15 cSt, it is possible to suppress abrasion while reducing the sliding resistance, and as a result, both reliability and efficiency can be achieved. .
마찬가지로, 이들 검토의 결과로부터, 에스테르유 자체가 갖는 특성으로서, 금속 표면과의 높은 흡착성을 구비하고 있기 때문에, 광유와 혼합된 냉동기유를 이용한 경우에 있어서도 같은 작용 효과를 기대할 수 있다.Similarly, from the results of these studies, since the oil has high adsorption property with the metal surface as a property of the ester oil itself, the same effect can be expected even when a refrigeration oil mixed with mineral oil is used.
다음에 냉매의 봉입량에 대해 서술한다. 본 실시예에서 이용되는 HC 냉매는 가연성이고, 냉동 장치 내에 봉입되는 양을 저감하는 것이 요구되고 있다. 냉동기유에 에스테르유를 이용하면, 냉매 봉입량을 저감시켜 냉동 장치의 안전성을 높이는 것에도 효과가 있다. 그 이유는 이하와 같다. Next, the sealing amount of a refrigerant | coolant is demonstrated. The HC refrigerant used in the present embodiment is combustible, and it is required to reduce the amount enclosed in the refrigerating device. When ester oil is used for the refrigeration oil, it is also effective to reduce the amount of refrigerant encapsulation and to increase the safety of the refrigerating device. The reason is as follows.
이소부탄 등의 HC 냉매를 사용하는 경우에 있어서, 에스테르유는 광유보다도 용해성이 내려간다. 이 용해성의 차이에 의해, 상술한 바와 같이 포밍 억제 효과가 있지만, 그뿐만 아니라 냉매 봉입량의 저감에도 효과가 있다. 왜냐하면, 냉매가 동일한 만큼 봉입되는 경우이면, 냉동 사이클에 작용하는 정미(正味)의 냉매량이 냉동기유에 용해되지 않는 분만큼 늘어나기 때문이다. 즉, 냉동기유를 광유로부터 에스테르유로 바꾸면, 냉동 장치로서 필요해지는 능력을 발휘하기 위한 냉매의 봉입량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 가연성 냉매의 봉입량을 억제하여 안정성 이 높은 냉동 장치를 제공할 수 있다.In the case of using a HC refrigerant such as isobutane, the ester oil is less soluble than mineral oil. This difference in solubility has an effect of suppressing foaming as described above, but it is also effective in reducing the amount of refrigerant encapsulation. This is because, in the case where the refrigerant is encapsulated in the same amount, the amount of fine refrigerant acting on the refrigerating cycle is increased by the amount that does not dissolve in the refrigerator oil. In other words, by changing the refrigeration oil from the mineral oil to the ester oil, the amount of the refrigerant sealed for exerting the capability required as the refrigeration apparatus can be reduced. Therefore, it is possible to provide a refrigeration apparatus with high stability by suppressing the amount of encapsulation of the flammable refrigerant.
또한, COP(성적 계수)에 관해서도, 광유를 사용한 경우와 다름없는 레벨에 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 에스테르유를 이용한 것에 의한 효율 저하를 초래하지 않고, 같은 정도 혹은 그 이상의 효율을 실현할 수 있었다. 또한, 회전수가 가변인 소위 능력 가변형의 밀폐형 압축기에 있어서는, 운전 회전수의 변화, 즉 고회전화, 혹은 저회전화에 의한 밀폐 용기 내의 온도 변화가 커지는 경향이 있지만, 폭넓은 온도대에서 안정적인 윤활 성능을 유지할 수 있는 힌더드에스테르를 이용함으로써, 각 회전수 영역에 있어서 고효율의 운전이 가능하다.Moreover, also about COP (performance coefficient), it was confirmed that it exists in the level similar to the case of using mineral oil. That is, the same or more efficiency could be achieved without causing the efficiency fall by using ester oil. In addition, in a hermetic compressor of variable capacity, which has a variable speed, the change in operating speed, that is, the temperature change in the sealed container due to high or low rotation tends to increase, but stable lubrication performance is achieved at a wide range of temperatures. By using the maintainable hindered ester, high efficiency operation is possible in each rotational speed region.
이상 나타낸 예에서는, 볼 조인트 기구에 의해 연결되는 레시프로컬형 압축기가 이용되는 경우에 대해 설명하였지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 소위 스카치 요크식이나 피스톤 핀 방식의 왕복 운동 압축기를 이용하는 경우에 있어서도, 미끄럼 이동부(특히, 저속 왕복 운동이 되는 미끄럼 이동부)의 접촉 응력이 높아지는 경우에는 적용 가능하다.In the example shown above, although the case where the reciprocal compressor connected by the ball joint mechanism was used was demonstrated, it is not specifically limited to this. Even when a so-called Scotch yoke type or piston pin type reciprocating compressor is used, it is applicable when the contact stress of the sliding portion (particularly, the sliding portion that becomes a low speed reciprocating movement) becomes high.
본 발명에 따르면, 밀폐형 압축기, 냉동 장치, 혹은 냉장고에 있어서의 에너지 절약화, 소형화, 고효율화를 도모면서 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the reliability while achieving energy saving, miniaturization and high efficiency in a hermetic compressor, a refrigerating device or a refrigerator.
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