(57)【要約】【課題】塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒とした冷凍装置の圧縮機の場合、冷媒と水分や酸素と反応した場合にフッ化水素を生成し、摺動部材の中でも特に摺動の厳しいベーンやピストンに対して摩耗を促進したり冷凍機油を劣化させたりして信頼性低下を招く課題があった。【解決手段】一方の摺動部材であるベーン１０などの母材に鋼を用いて窒化処理を行い、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、対応する他方の摺動部材であるピストン９にモニクロ鋳鉄を用いたもので、これにより摺動の厳しいベーン先端部１０ａとピストン９外周部などの摺動部材における摺動の摩擦による温度上昇を抑えて冷媒の分解を緩和し、水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となり、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部における一方の摺動部材の母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、対応する他方の摺動部材にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部はシリンダー内にピストンとベーンとを有し、前記ベーンの母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、前記ピストンの材料にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、前記密閉容器内にモータを配し、前記モータで駆動されるシャフトを有する圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダーの両端面に軸受けを配し、前記シリンダー内に前記シャフトにより偏心回転するピストンを配し、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切り先端部が前記ピストンの外周に圧接するベーンとを有し、前記ベーンの母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、前記ピストンの材料にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
ベーンの先端部のＰＶＤ処理によるＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜の膜厚を５〜１５μｍとしたことを特徴とする請求項２又は３記載の圧縮機。
【請求項５】
ＰＶＤ処理による膜形成をベーンの先端部のみに行った請求項２〜４のうちいずれか一項記載の圧縮機。
【請求項６】
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒とした請求項１〜３のうちいずれか一項記載の圧縮機。
【請求項７】
ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのうちいずれか一方又は両方とし、冷凍機油をポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類のうちいずれかとしたことを特徴とする請求項６記載の圧縮機。
【請求項８】
冷凍油には極圧添加剤を含んでいないことを特徴とする請求項１〜３及び７のうちいずれか一項記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒としたルームエアコン、冷蔵庫、その他の空気調和装置等の冷却サイクルに組み込まれる圧縮機の信頼性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍装置では、作動冷媒としてオゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系に移行してきているがこのＨＦＣ系冷媒は一方では地球温暖化係数が非常に高いため近年問題になってきている。そこで塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒の冷凍装置が考えられて来ている。従来のＨＦＣ系冷媒に使用されているこの種の圧縮機の摺動部材、例えばロータリ圧縮機のベーン材質およびピストン材質に関しては、信頼性を確保するために色々な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒下で使用されるロータリ圧縮機の横断面図である。シリンダー３１の内面にピストン３３が挿入されシャフト３２の回転と共に回転し、ベーン３４で仕切られた吸入室３７および圧縮室３８で冷媒ガスを吸入および圧縮する構成になっている。ロータリ圧縮機の機構構成上摩耗の厳しいところはベーン３４の先端とピストン３３の外周との接触場所であり、ベーン３４の背面より吐出圧力と吸入圧力の差圧により大きな力でベーン３４先端がピストン３３外周に押し付けられるため境界摩耗になっている。
【０００４】
そこで、ベーンに窒化処理を行ったり、その表面にＣｒＮあるいはＴｉＮイオンプレーティングを施したりして耐摩耗性を向上させて信頼性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３６８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒とした冷凍装置の圧縮機を考えた場合、前記冷媒と水分や酸素と反応した場合にフッ化水素を生成し、摺動部材の中でも特に摺動の厳しいベーンやピストンに対して摩耗を促進したり冷凍機油を劣化させたりして信頼性低下を招く課題があった。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、厳しい摺動を抑えて前記冷媒の分解により発生するフッ酸の発生を抑えて信頼性確保を行うことを目的としている
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、一方の摺動部材であるベーンなどの母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、対応する他方の摺動部材であるピストンにモニクロ鋳鉄を用いたもので、こ
れにより摺動の厳しい摺動部材、例えばベーン先端部とピストン外周部における摺動の摩擦による温度上昇を抑えて冷媒の分解を緩和し、水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、圧縮機の摺動部材に窒化処理を行い、その表面にＰＶＤ処理を施すことにより、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒と水分や酸素とが反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となり、耐摩耗性を向上した信頼性の高い圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機のベーンの横断面図
【図４】２成分を混合した混合冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図
【図５】従来例のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明の圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部における一方の摺動部材の母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、対応する他方の摺動部材にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とするものである。これにより摺動の厳しい摺動部材の摩擦による温度上昇を抑えて冷媒の分解を緩和し、水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となる。
【００１２】
第２の発明の圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部はシリンダー内にピストンとベーンとを有し、前記ベーンの母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、前記ピストンの材料にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とするものである。これにより摺動の厳しいベーン先端部とピストン外周部における摺動の摩擦による温度上昇を抑えて冷媒の分解を緩和し、水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となる。
【００１３】
第３の発明の圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、前記密閉容器内にモータを配し、前記モータで駆動されるシャフトを有する圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダーの両端面に軸受けを配し、前記シリンダー内に前記シャフトにより偏心回転するピストンを配し、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切り先端部が前記ピストンの外周に圧接するベーンとを有し、前記ベーンの母材に鋼を用いて窒化処理を行ない、その表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜を形成し、前記ピストンの材料にはモニクロ鋳鉄を用いたことを特徴とするものである。これにより摺動の厳しいベーン先端部とピストン外周部における摺動の摩擦による温度上昇を抑えて冷媒の分解を緩和し、水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を抑制することが可能となる。
【００１４】
第４の発明の圧縮機は、第２又は３の発明において、ベーンの先端部のＰＶＤ処理によるＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜の膜厚を５〜１５μｍとしたことを特徴とするものである。ベー
ン先端部のＰＶＤ処理によるＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜の膜厚を厚くしているため、厳しい摺動条件においても長期間にわたって信頼性を確保することができる。
【００１５】
第５の発明の圧縮機は、第２〜４のうちいずれかの発明において、ＰＶＤ処理による膜形成をベーンの先端部のみに行ったことを特徴とするものである。ＰＶＤ処理が高価であるため、摺動面で一番厳しいベーン先端部のみに行いコストを低減することができる。
【００１６】
第６の発明の圧縮機は、第１〜３のうちいずれかの発明において、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒としたことを特徴とするものである。これによりハイドロフルオロオレフィン単品と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して作動冷媒として使用しやすくすることができる。
【００１７】
第７の発明の圧縮機は、第６の発明において、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方とし、冷凍機油をポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類のうちいずれかとしたことを特徴とするものである。これにより、混合冷媒としても地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低く、比容積が小さく冷凍能力が高い冷媒を作動冷媒とすることができ、さらに前記冷媒と相容性のある冷凍機油を使用することで容易に回収できるので、圧縮機の信頼性を確保することができる。
【００１８】
第８の発明の圧縮機は、第１〜３及び７のうちいずれかの発明において、冷凍油には極圧添加剤を含んでいないことを特徴とするものである。これにより、冷媒に冷凍機油に含まれる極圧添加剤が作用して冷媒の分解を早めることを防止することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の縦断面図を示している。図１に示されるように、密閉容器１の上部にモータ２の固定子２ａが固定され回転子２ｂで駆動されるシャフト４を有する圧縮機構部５が密閉容器１の下部に固定されている。圧縮機構部５のシリンダー６の上端に主軸受け７下端に副軸受け８がボルト等で固定されている。シリンダー６内にはシャフト４の偏心部４ａにピストン９が挿入され偏心回転を行う。
【００２１】
また、密閉容器１の底部には、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆ）の単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボン（例えば、ＨＦＣ３２又はＨＦＣ１２５）と混合した冷媒（以降、単一冷媒を含めて混合冷媒Ｒと称する）と相溶性のある極圧添加剤を含まないポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類の冷凍機油３が溜められている。
【００２２】
図２は、本発明にかかるロータリ圧縮機の圧縮機構部５の横断面図である。図２に示されるように、シリンダー６のベーン溝６ａにベーン１０が挿入されベーン１０の背面部１０ｂにはベーンバネ１１が設置されており、ベーン１０の先端部１０ａをピストン９の外周に当接するように付勢している。なお、ベーン１０の母材にはＳＫＨ，ＳＫＤ，ＳＵＳ，ＳＣＭなどの鋼を用いて窒化処理を行ない、ベーン１０の先端部１０ａの表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜あるいはＤＬＣ膜を形成している。また、ピストン９の材料にはモニクロ鋳鉄（Ｍｏ、Ｎｉ，Ｃｒ成分を含む）を用いている。
【００２３】
図３はベーン１０の横断面図である。図３に示されるようにベーン１０の母材２１の表面に窒化処理により窒化層２２が形成され、さらにその表面にＰＶＤ処理によりＣｒＮ膜２３又はＤＬＣ膜２３が形成されている。また、摺動が激しい先端部１０ａのＣｒＮ膜２３又はＤＬＣ膜２３の膜厚は、一般的なＰＶＤ処理による膜厚１μｍ〜５μｍよりも厚くして、５μｍ〜１５μｍになるようにＰＶＤ処理が施されている。
【００２４】
本実施の形態１に係るロータリ圧縮機に使用される作動冷媒である混合冷媒Ｒは、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）をベース成分に、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは３００以下となるように、それぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。
【００２５】
図４は、ＨＦＯ１２３４ｙｆとＨＦＣ３２又はＨＦＣ１２５との２成分を混合した混合冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。図４に示すように、ＨＦＯ１２３４ｙｆとＨＦＣ３２とを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはＨＦＯ１２３４ｙｆが５６ｗｔ％以上とする必要がある。また、ＨＦＯ１２３４ｙｆとＨＦＣ１２５とを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはＨＦＯ１２３４ｙｆが７８．７ｗｔ％以上、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはＨＦＯ１２３４ｙｆが９１．６ｗｔ％以上とする必要がある。
【００２６】
これによって、万一回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。また、図４の比率で混合された混合冷媒Ｒは非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくできて擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。
【００２７】
また、作動冷媒をＨＦＯ１２３４ｙｆの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。従って、作動冷媒において、単一冷媒を含めてＨＦＯ１２３４ｙｆの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。
【００２８】
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。まず、シリンダー６に設けられた吸入口１２より混合冷媒Ｒの冷媒ガスが吸入室１３に吸入される。また、圧縮室１４にある冷媒ガスはピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され、吐出切り欠き１５を通って吐出口（図示せず）より密閉容器１内に吐出される。密閉容器１内に吐出された圧縮冷媒ガスはモータ２のすき間を通って密閉容器１の上部にある吐出管１６より吐出され、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒に吐出される。
【００２９】
ベーン１０の背部１０ｂにはベーンバネ１１以外に高圧の吐出圧力がかかりシリンダー内の圧力との差圧による大きな力が働いているため、ベーン１０の先端部１０ａとピストン９の外周との接触は境界摩擦となり高温の厳しい環境下にある。また、混合冷媒Ｒの冷媒ガスは高温の状態ではより水分や酸素と反応してフッ化水素を発生し、高温の厳しい環境下にあるベーン１０の先端部１０ａとピストン９の外周部に対して摩耗を促進してしまう。
【００３０】
本発明では、この厳しい環境下にあるベーン１０とピストン９の信頼性を確保するために、ベーン１０の母材にはＳＫＨ，ＳＫＤ，ＳＵＳ，ＳＣＭなどの鋼を用いて窒化処理を
行ない、ベーン１０の先端部１０ａの表面にＰＶＤ処理を施してＣｒＮ膜あるいはＤＬＣ膜を形成し、さらにピストン９の材料にはモニクロ鋳鉄（Ｍｏ、Ｎｉ，Ｃｒ成分を含む）を用いている。このためベーン１０とピストン９との摺動抵抗を低減して摩擦による温度上昇を低く抑えることができるため、フッ化水素の発生を押さえてベーン１０などの摺動部材の信頼性を確保することができる。
【００３１】
さらに、特にベーン１０の先端部１０ａの表面のＰＶＤ処理によるＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜の膜厚を一般的な厚さより厚い５μｍ〜１５μｍとしているので、厳しい摺動条件においても長期間にわたって信頼性を確保することができる。
【００３２】
また、高価なＰＶＤ処理をベーン先端部１０ａだけに行なうため、コストにおいて全面など広範囲にＰＶＤ処理を行うことと比較して廉価なベーンを得ることができる。さらに、冷凍機油に極圧添加剤を含まないため冷媒自身の分解も抑えることができる。また、冷凍機油として混合冷媒Ｒと相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類の冷凍機油を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油をロータリ圧縮機に回収することができ、信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態１ではローリングピストン型のロータリ圧縮機の摺動部材であるベーン１０とピストン９について説明したが、スライディングベーン型など他のロータリ圧縮機や、スクロール圧縮機のスクロール、あるいはシャフトと軸受けなどの他の摺動部材にも本発明を適用して、混合冷媒Ｒを使用した時の摺動抵抗を低減して信頼性を向上することができるのは同様である。
【００３４】
また、本実施の形態１では圧縮機構部の駆動装置として密閉容器内にモータを配設したが、これに限定するものではなく、モータを密閉容器の外に配設したり、エンジンで駆動したりしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
上述したように、本発明にかかる圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒下でも圧縮機の信頼性を確保することができるため、給湯器用圧縮機、カーエアコン用圧縮機、冷凍冷蔵庫用圧縮機、除湿機用圧縮機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  密閉容器
２  モータ
２ａ  固定子
２ｂ  回転子
３  冷凍機油
４  シャフト
４ａ  偏心部
５  圧縮機構部
６  シリンダー
７  主軸受け
８  副軸受け
９  ピストン
１０  ベーン
１０ａ  先端部
１０ｂ  背面部
１１  ベーンバネ
１２  吸入孔
１３  吸入室
１４  圧縮室
１５  吐出切り欠き
１６  吐出管
２１  ベーンの母材
２２  ベーンの窒化層
２３  ベーンのＣｒＮ膜又はＤＬＣ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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