JP6977964B2 - Compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、作動流体を吸い込んで吐出する圧縮機、及び冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a compressor that sucks in and discharges working fluid, and a refrigeration cycle device.
例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置においては、作動流体である冷媒を吸い込んで吐出する圧縮機構部を有する、冷媒圧縮機等の圧縮機が用いられている。このような圧縮機の効率を高めるには、摺動部の摩擦損失を低減することや、シール面の隙間からの作動流体の漏れ損失を低減することが重要である。圧縮機構部におけるシール面同士の隙間を小さくすれば作動流体の漏れ量を低減できるが、部品寸法あるいは組立寸法に高い精度が要求され、圧縮機の製造が困難となる。 For example, in a refrigerating cycle device such as an air conditioner, a compressor such as a refrigerant compressor having a compression mechanism unit that sucks in and discharges a refrigerant as a working fluid is used. In order to improve the efficiency of such a compressor, it is important to reduce the friction loss of the sliding portion and reduce the leakage loss of the working fluid from the gap of the sealing surface. Although the amount of leakage of the working fluid can be reduced by reducing the gap between the sealing surfaces in the compression mechanism portion, high accuracy is required for the component size or the assembly size, which makes it difficult to manufacture the compressor.
特許文献1には、ローラ、上部受軸(主軸受)、下部受軸(副軸受)、ブレード及びシリンダで構成される作動流体を圧縮する圧縮機構部において、各摺動面やシール面にショットによる微小な凹部を設けることが開示されている。圧縮機構部に供給された潤滑油が凹部に溜まって保持され、摺動面やシール面に油膜が形成されることで、シール性の向上効果や摺動抵抗の低減効果が得られる。しかし、貧潤滑な摺動面等では凹部での油溜まりの効果が充分に発揮されず、作動流体によって摺動面やシール面から潤滑油が取り除かれて減少することで、シール性の向上効果や摺動抵抗の低減効果が充分に得られない可能性があった。
本発明が解決しようとする課題は、加工精度や組立精度を過度に高くすることなく、圧縮機構部における摺動面の摩擦損失の低減やシール性向上による作動流体の漏れ量の低減を図れる圧縮機、及び前記圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is compression that can reduce the amount of leakage of the working fluid by reducing the friction loss of the sliding surface in the compression mechanism portion and improving the sealing property without excessively increasing the processing accuracy and the assembly accuracy. The present invention provides a machine and a refrigerating cycle device using the compressor.
実施形態の圧縮機は、作動流体を吸い込んで吐出する圧縮機構部をもち、かつ圧縮機構部の摺動面又はシール面の少なくとも一方にポリマーブラシが設けられている。 The compressor of the embodiment has a compression mechanism portion that sucks in and discharges the working fluid, and is provided with a polymer brush on at least one of the sliding surface or the sealing surface of the compression mechanism portion.
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「摺動面」とは、圧縮機構部を構成する複数の部品において、互いに接触した状態で摺動する面を意味する。
「シール面」とは、圧縮機構部を構成する複数の部品において、圧縮機構部内の作動流体の漏れを抑制するように、互いに接触した状態か、もしくはわずかに離間した状態で向き合わされる面を意味する。互いに向き合うシール面同士の距離は、0.05mm以下が好ましく、0.02mm以下がより好ましい。
数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
The definitions of the following terms apply throughout the specification and claims.
The “sliding surface” means a surface that slides in contact with each other in a plurality of parts constituting the compression mechanism portion.
The "sealing surface" is a surface of a plurality of parts constituting the compression mechanism that are faced to each other in a state of being in contact with each other or slightly separated from each other so as to suppress leakage of the working fluid in the compression mechanism. means. The distance between the sealing surfaces facing each other is preferably 0.05 mm or less, more preferably 0.02 mm or less.
"~" Indicating a numerical range means that the numerical values described before and after the numerical range are included as the lower limit value and the upper limit value.
実施形態の圧縮機は、作動流体を吸い込んで吐出する圧縮機構部を有し、前記圧縮機構部の摺動面又はシール面の少なくとも一方にポリマーブラシが設けられている。すなわち、圧縮機構部の摺動面とシール面の両方、又はいずれか一方にポリマーブラシが設けられている。圧縮機は、作動流体を吸い込んで吐出する圧縮機構部を有するものであればよく、圧縮機構部の摺動面又はシール面の少なくとも一方にポリマーブラシが設けられる以外は公知の態様を制限なく採用できる。
また、実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器とを備えるものであり、上記特徴を有する圧縮機を備える以外は公知の態様を採用できる。
The compressor of the embodiment has a compression mechanism portion that sucks in and discharges the working fluid, and a polymer brush is provided on at least one of the sliding surface or the sealing surface of the compression mechanism portion. That is, the polymer brush is provided on both the sliding surface and / or the sealing surface of the compression mechanism portion. The compressor may have a compression mechanism portion that sucks in and discharges the working fluid, and adopts a known embodiment without limitation except that a polymer brush is provided on at least one of the sliding surface or the sealing surface of the compression mechanism portion. can.
Further, the refrigeration cycle device of the embodiment includes a compressor, a radiator, an expansion device, and a heat absorber, and a known embodiment can be adopted except that the compressor has the above-mentioned characteristics.
以下、実施形態の圧縮機及び冷凍サイクル装置の一例を示して説明する。
本実施形態の冷凍サイクル装置1は、図1に示すように、圧縮機2と、圧縮機2に接続された放熱器である凝縮器3と、凝縮器3に接続された膨張装置4と、膨張装置4と圧縮機2との間に接続された吸熱器としての蒸発器5と、を備えている。
Hereinafter, an example of the compressor and the refrigeration cycle apparatus of the embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the refrigerating
圧縮機2は、いわゆるロータリ式の圧縮機であり、作動流体として低圧の気体冷媒を内部に取り込んで圧縮し、高温、高圧の気体冷媒とするものである。なお、圧縮機は、ロータリ式には限定されず、スクロール式、レシプロ式、斜板式等の圧縮機であってもよい。圧縮機2の具体的な構成については後述する。
凝縮器3は、圧縮機2から送り込まれる高温、高圧の気体冷媒から熱を放熱させ、高圧の液体冷媒にするものである。
The
The
膨張装置4は、凝縮器3から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、低温、低圧の液体冷媒にするものである。
蒸発器5は、膨張装置4から送り込まれる低温、低圧の液体冷媒を気化させ、低温、低圧の液体冷媒を低圧の気体冷媒にするものである。蒸発器5においては、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱が奪われ、周囲が冷却される。なお、蒸発器5を通過した低圧の気体冷媒は、圧縮機2内に取り込まれる。
このように、本実施形態の冷凍サイクル装置1では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒とに相変化しながら循環する。
The
The
As described above, in the refrigerating
圧縮機2は、圧縮機本体11と、アキュムレータ12と、を備えている。
アキュムレータ12は、いわゆる気液分離器である。アキュムレータ12は、蒸発器5と圧縮機本体11との間に設けられている。アキュムレータ12は、吸い込みパイプ21を通して圧縮機本体11に接続されている。アキュムレータ12は、蒸発器5で気化された気体冷媒、及び蒸発器5で気化されなかった液体冷媒のうち、気体冷媒のみを圧縮機本体11に供給する。
The
The
圧縮機本体11は、回転軸31と、電動機部32と、圧縮機構部33と、これら回転軸31、電動機部32及び圧縮機構部33を収納する密閉容器34と、を備えている。
密閉容器34は筒状に形成されるとともに、その軸線O方向の両端部が閉塞されている。密閉容器34内には、潤滑剤Jが収容されている。潤滑剤J内には、圧縮機構部33の一部が浸漬されている。
The compressor
The closed
潤滑剤Jとしては、特に限定されず、例えば、鉱物油、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、アルキレングリコール油、ポリアルファオレフィン油等の潤滑油が挙げられる。なお、潤滑剤Jは、潤滑油には限定されず、公知のイオン液体等であってもよい。潤滑剤Jとしては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The lubricant J is not particularly limited, and examples thereof include lubricating oils such as mineral oil, polyol ester oil, polyvinyl ether oil, alkylene glycol oil, and polyalphaolefin oil. The lubricant J is not limited to the lubricating oil, and may be a known ionic liquid or the like. As the lubricant J, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
回転軸31は、密閉容器34の軸線Oに沿って同軸上に配置されている。なお、以下の説明では、軸線Oに沿う方向を単に軸方向といい、軸方向に直交する方向を径方向といい、軸線O周りの方向を周方向という。
The rotating
電動機部32は、密閉容器34内における軸方向の第1側に配置されている。圧縮機構部33は、密閉容器34内における軸方向の第2側に配置されている。以下の説明では、軸方向に沿う電動機部32側(第1側)を上側、圧縮機構部33側(第2側)を下側とする。
The
電動機部32は、いわゆるインナーロータ型のDCブラシレスモータである。具体的に、電動機部32は、固定子35と、回転子36と、を備えている。
固定子35は、密閉容器34の内壁面に焼嵌め等により固定されている。
回転子36は、固定子35の内側に径方向に間隔をあけた状態で、回転軸31の上部に固定されている。
The
The
The
圧縮機構部33は、回転軸31が貫通する筒状のシリンダ41と、シリンダ41の軸方向の両端開口部を各別に閉塞するとともに、回転軸31を回転可能に支持する主軸受42及び副軸受43と、を備えている。シリンダ41、主軸受42、及び副軸受43により形成された空間は、シリンダ室46(図2参照)を構成している。
The compression mechanism portion 33 separately closes the
回転軸31のうち、シリンダ室46内に位置する部分には、軸線Oに対して径方向に偏心する偏心部51が形成されている。
偏心部51にはローラ53が外挿されている。ローラ53は、回転軸31の回転に伴い、外周面53aがシリンダ41の内周面41aに潤滑油膜を介して摺接しながら、軸線Oに対して偏心回転可能に構成されている。
An
A
図1、図2に示すように、シリンダ41における周方向の一部には、径方向の外側に向けて窪むブレード溝54が形成されている。ブレード溝54は、シリンダ41の軸方向(高さ方向)の全体に亘って形成されている。ブレード溝54は、径方向の外側端部において、密閉容器34内に連通している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a blade groove 54 recessed outward in the radial direction is formed in a part of the
ブレード溝54内には、図3に示すブレード55が設けられている。ブレード55は、シリンダ41に対して径方向にスライド移動可能に構成されている。図1に示すように、ブレード55は、径方向の外側端面である背面55bが付勢手段57により径方向の内側に向けて付勢されている。一方、図2に示すように、ブレード55は、径方向の内側端面である先端面55aがシリンダ室46内においてローラ53の外周面53aに当接している。これにより、ブレード55は、ローラ53の偏心回転に伴いシリンダ室46内に進退可能に構成されている。ローラ53及びブレード55により、シリンダ室46は吸込室46aと圧縮室46bとに分割される。
なお、軸方向から見た平面視において、ブレード55の先端面55aは、径方向の内側に向けて凸の円弧状とされている。
The blade 55 shown in FIG. 3 is provided in the blade groove 54. The blade 55 is configured to be slidable in the radial direction with respect to the
In a plan view seen from the axial direction, the
ブレード55とブレード溝54の内面54a,54bの間、ブレード55と主軸受42の下面42aとの間、ブレード55と副軸受43の上面43aとの間には、潤滑油Jが介在している。
Lubricating oil J is interposed between the blade 55 and the inner surfaces 54a and 54b of the blade groove 54, between the blade 55 and the lower surface 42a of the
シリンダ41における、ブレード溝54に対するローラ53の回転方向(図2中の矢印参照)前方(図2中、ブレード溝54の左側)に位置する部分には、シリンダ41を径方向に貫通する吸込孔56が形成されている。吸込孔56の径方向の外側端部は吸い込みパイプ21(図1参照)と接続されている。一方、吸込孔56の径方向の内側端部は、シリンダ室46の吸込室46a内に開口している。
シリンダ41における、ローラ53の回転方向に沿うブレード溝54の手前側(図2中、ブレード溝54の右側)に位置する部分には、吐出溝58が形成されている。吐出溝58は、軸方向から見た平面視で半円形状に形成されている。吐出溝58は、シリンダ41の少なくとも上面で開口している。
In the
A discharge groove 58 is formed in a portion of the
図1に示すように、主軸受42は、シリンダ41の上端開口部を閉塞している。主軸受42は、回転軸31のうち、シリンダ41よりも上方に位置する部分を回転可能に支持している。具体的に、主軸受42は、回転軸31が挿通された筒部61と、筒部61の下端部から径方向の外側に向けて突設されたフランジ部62と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
図1、図2に示すように、フランジ部62の周方向の一部には、フランジ部62を軸方向に貫通する吐出孔64(図2参照)が形成されている。吐出孔64は、吐出溝58を通してシリンダ室46内に連通している。なお、フランジ部62には、シリンダ室46(圧縮室46b)内の圧力上昇に伴い吐出孔64を開閉し、シリンダ室46外に冷媒を吐出する図示しない吐出弁機構が配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a discharge hole 64 (see FIG. 2) that penetrates the
図1に示すように、主軸受42には、主軸受42を上方から覆うマフラ65が設けられている。マフラ65には、マフラ65の内外を連通する連通孔66が形成されている。吐出孔64を通して吐出される高温、高圧の気体冷媒は、連通孔66を通して密閉容器34内に吐出される。
As shown in FIG. 1, the
副軸受43は、シリンダ41の下端開口部を閉塞している。副軸受43は、回転軸31のうち、シリンダ41よりも下方に位置する部分を回転可能に支持している。具体的に、副軸受43は、回転軸31が挿通される筒部71と、筒部71の上端部から径方向の外側に向けて突設されたフランジ部72と、を備えている。
The
圧縮機構部33における各部材の材質は、特に限定されない。シリンダ41、主軸受42、副軸受43の材質は、例えば、FC250等のねずみ鋳鉄、ローラ53の材質は、例えば、FC250のねずみ鋳鉄にMo、Ni、Cr等を添加した特殊合金鋳鉄(モニクロ鋳鉄)とすることができる。ブレード55の材質は、例えば、SUS440Cにガス窒化処理を施して形成したものを使用できる。
The material of each member in the compression mechanism portion 33 is not particularly limited. The material of the
圧縮機2では、電動機部32の固定子35に電力が供給されると、回転軸31が回転子36とともに軸線O周りに回転する。そして、回転軸31の回転に伴い、偏心部51及びローラ53がシリンダ室46内で偏心回転する。このとき、ローラ53の外周面53aがシリンダ41の内周面41aに潤滑油膜を介して摺接する。これにより、吸込みパイプ21を通してシリンダ室46内に気体冷媒が取り込まれるとともに、シリンダ室46内に取り込まれた気体冷媒が圧縮される。
In the
具体的には、シリンダ室46のうち、吸込室46a内に吸込孔56を通して作動流体(気体冷媒)が吸い込まれるとともに、圧縮室46bにて先に吸込孔56から吸い込まれた気体冷媒が圧縮される。圧縮された気体冷媒は、主軸受42の吐出孔64を通してシリンダ室46の外側(マフラ65内)に吐出され、その後マフラ65の連通孔66を通して密閉容器34内に吐出される。なお、密閉容器34内に吐出された気体冷媒は、凝縮器3に送り込まれる。
Specifically, in the
作動流体としては、特に限定されず、例えば、塩素を含まない炭化水素系冷媒、二酸化炭素、飽和フッ化炭化水素系冷媒、不飽和フッ化炭化水素系冷媒及び含フッ素エーテル系冷媒等が挙げられる。作動流体としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The working fluid is not particularly limited, and examples thereof include a chlorine-free hydrocarbon-based refrigerant, carbon dioxide, a saturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, an unsaturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, a fluorinated ether-based refrigerant, and the like. .. As the working fluid, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
圧縮機2の圧縮機構部33において、ブレード55の先端面55a、両側の側面55c,55d、上端面55e及び下端面55f、ローラ53の外周面53a、内周面53b、上端面及び下端面、ブレード溝54の内面54a,54b、主軸受42の下面42aと内周面、及び副軸受43の上面43aと内周面、回転軸31の外周面等は、摺動面である。
また、ブレード55の両側の側面55c,55d、上端面55e及び下端面55f、ローラ53の上端面及び下端面、主軸受42の下面42a、副軸受43の上面43a等は、シール面でもある。シリンダ41の内周面41a等は、シール面である。
In the compression mechanism portion 33 of the
Further, the side surfaces 55c and 55d on both sides of the blade 55, the
圧縮機構部33における摺動面又はシール面の少なくとも一方には、ポリマーブラシが設けられている。例えば、図4に示すように、ブレード55の先端面55a、両側の側面55c,55d、上端面55e及び下端面55fにおいて、ブレード55の基材81上にポリマーブラシ82が設けられる。
A polymer brush is provided on at least one of the sliding surface or the sealing surface of the compression mechanism portion 33. For example, as shown in FIG. 4, a
ポリマーブラシは、摺動面だけに設けられていてもよく、シール面だけに設けられていてもよく、摺動面とシール面の両方に設けられていてもよい。摺動面にポリマーブラシを設ける場合、複数ある摺動面の全てにポリマーブラシを設けてもよく、特定の摺動面にのみポリマーブラシを設けてもよい。また、摺動面の全体(全面)にポリマーブラシを設けてもよく、摺動面の一部にポリマーブラシを設けてもよい。シール面にポリマーブラシを設ける場合、複数あるシール面の全てにポリマーブラシを設けてもよく、特定のシール面にのみポリマーブラシを設けてもよい。また、シール面の全体(全面)にポリマーブラシを設けてもよく、シール面の一部にポリマーブラシを設けてもよい。
なお、ポリマーブラシは、ブレードとローラが一体構造のスイング式ロータリ圧縮機におけるブレードの進退を自在に支持する揺動ブッシュ(図示せず)等に設けてもよい。
The polymer brush may be provided only on the sliding surface, may be provided only on the sealing surface, or may be provided on both the sliding surface and the sealing surface. When the polymer brush is provided on the sliding surface, the polymer brush may be provided on all of the plurality of sliding surfaces, or the polymer brush may be provided only on a specific sliding surface. Further, a polymer brush may be provided on the entire sliding surface (entire surface), or a polymer brush may be provided on a part of the sliding surface. When the polymer brush is provided on the sealing surface, the polymer brush may be provided on all of a plurality of sealing surfaces, or the polymer brush may be provided only on a specific sealing surface. Further, a polymer brush may be provided on the entire sealing surface (entire surface), or a polymer brush may be provided on a part of the sealing surface.
The polymer brush may be provided on a swing bush (not shown) or the like that freely supports the advancement and retreat of the blade in a swing type rotary compressor in which the blade and the roller have an integrated structure.
ポリマーブラシは複数のポリマー鎖から形成されており、圧縮抵抗が大きく、摩擦抵抗が小さい等の優れた機械的特性を発現する。そのため、摺動面にポリマーブラシが設けられることで、摺動面の摩擦損失が低減される。また、シール面にポリマーブラシが設けられることで、潤滑剤がポリマーブラシで保持されやすくなり、シール性が向上する。 The polymer brush is formed of a plurality of polymer chains and exhibits excellent mechanical properties such as high compression resistance and low frictional resistance. Therefore, by providing the polymer brush on the sliding surface, the friction loss of the sliding surface is reduced. Further, by providing the polymer brush on the sealing surface, the lubricant is easily held by the polymer brush, and the sealing property is improved.
ポリマーブラシを形成するポリマーとしては、例えば、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリ(ラウリルメタクリレート)(PLMA)、ポリ(N,N−ジエチル−N−(2−メタクリロイルエチル)−N−メチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド)(PDEMM−TFSI)等が挙げられる。ポリマーブラシを形成するポリマーは、1種であってもよく、2種以上であってもよい。 Examples of the polymer forming the polymer brush include poly (methyl methacrylate) (PMMA), poly (lauryl methacrylate) (PLMA), and poly (N, N-diethyl-N- (2-methacryloylethyl) -N-methylammonium. -Bis (trifluoromethylsulfonyl) imide) (PDEMM-TFSI) and the like can be mentioned. The polymer forming the polymer brush may be one kind or two or more kinds.
ポリマーブラシにおいて各ポリマーをグラフトする態様は、公知の態様を採用できる。
ポリマーブラシを形成するポリマーが基材との結合のための反応性の官能基を有し、該官能基を用いた結合を介してグラフトされていることが好ましい。反応性の官能基としては、例えば、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基等の加水分解性シリル基が挙げられる。
As the embodiment for grafting each polymer in the polymer brush, a known embodiment can be adopted.
It is preferred that the polymer forming the polymer brush has reactive functional groups for bonding to the substrate and is grafted via a bond using the functional groups. Examples of the reactive functional group include a hydrolyzable silyl group such as a dialkoxysilyl group and a trialkoxysilyl group.
ポリマーブラシにおいては、シリコンを含む酸化物を介してポリマーがグラフトされていることが好ましい。これにより、ポリマーブラシがより効果的に形成されることで、ポリマーブラシがもつトライボロジーと強靭性を有効に発揮しやすくなる。そのため、低摩擦による摩擦損失の低減効果、及びシール性向上による漏れ損失の低減効果が得られやすく、圧縮機の効率が向上する。 In the polymer brush, it is preferable that the polymer is grafted via an oxide containing silicon. As a result, the polymer brush is formed more effectively, and it becomes easy to effectively exert the tribology and toughness of the polymer brush. Therefore, the effect of reducing the friction loss due to low friction and the effect of reducing the leakage loss due to the improvement of the sealing property can be easily obtained, and the efficiency of the compressor is improved.
より具体的には、特定の一部の摺動面及びシール面において、基材表面にシリコンを含む酸化物がコートされ、末端に加水分解性シリル基を有するポリマーがそのシリコンを含む酸化物とシロキサン結合により結合してグラフトされていることが好ましい。例えば、基材表面にコートされたシリコンを含む酸化物に、ブロモ基等の重合開始基を有するカップリング剤をカップリング反応させた後、溶液中での原子移動ラジカル重合(ATRP)を行うことでポリマーブラシを形成できる。 More specifically, on a specific part of the sliding surface and the sealing surface, the surface of the substrate is coated with an oxide containing silicon, and the polymer having a hydrolyzable silyl group at the end is the oxide containing the silicon. It is preferably bonded by binding with a siloxane bond. For example, a coupling agent having a polymerization initiator such as a bromo group is coupled to an oxide containing silicon coated on the surface of a substrate, and then atom transfer radical polymerization (ATRP) is performed in a solution. Can form a polymer brush with.
シリコンを含む酸化物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、エトキシトリメトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン、メトキシトリエトキシシラン等が挙げられる。シリコンを含む酸化物としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the oxide containing silicon include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, ethoxytrimethoxysilane, dimethoxydiethoxysilane, and methoxytriethoxysilane. As the oxide containing silicon, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
重合開始基を有するカップリング剤としては、例えば、(3−トリメトキシシリル)プロピル−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート等が挙げられる。重合開始基を有するカップリング剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the coupling agent having a polymerization initiating group include (3-trimethoxysilyl) propyl-2-bromo-2-methylpropionate. As the coupling agent having a polymerization initiating group, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
ポリマーブラシは、架橋構造を有していることが好ましい。ポリマーブラシが架橋構造を有することで、ポリマーブラシがもつトライボロジーと強靭性を有効に発揮でき、低摩擦による摩擦損失の低減効果、及びシール性向上による漏れ損失の低減効果が向上し、圧縮機の効率向上がさらに高まる。 The polymer brush preferably has a crosslinked structure. Since the polymer brush has a crosslinked structure, the tribology and toughness of the polymer brush can be effectively exhibited, the effect of reducing friction loss due to low friction and the effect of reducing leakage loss due to improved sealing performance are improved, and the compressor Efficiency improvement is further enhanced.
架橋構造を形成するための架橋基としては、アジド基、ハロゲン基(好ましくはブロモ基)等が挙げられる。ポリマーは、主鎖に架橋基を有していてもよく、分岐鎖を有する場合には分岐鎖に架橋基を有していてもよい。分岐鎖を形成する際に主鎖に生じた未反応の反応基を架橋基として用いてもよく、分岐鎖をリビングラジカル重合で形成した際に分岐鎖の末端に残る反応基を架橋基として用いてもよい。 Examples of the cross-linking group for forming the cross-linked structure include an azide group, a halogen group (preferably a bromo group) and the like. The polymer may have a cross-linking group in the main chain, and if it has a branched chain, it may have a cross-linked group in the branched chain. An unreacted reactive group generated in the main chain when forming the branched chain may be used as a cross-linking group, and a reactive group remaining at the end of the branched chain when the branched chain is formed by living radical polymerization is used as a cross-linking group. May be.
架橋構造は、物理架橋であってもよく、化学架橋であってもよい。物理架橋及び化学架橋の導入は、ポリマーブラシを形成する際の重合時(その場架橋)であってもよく、重合後であってもよい。
例えば、その場架橋で化学架橋を導入する場合、重合時にモノマー(単官能性)に加えて、ジビニルモノマー(エチレングリコールジメタクリレート等)等の2官能性モノマーを適量添加すればよい。2官能性モノマーの添加量は、適宜設定すればよく、例えばモノマーの総量に対して1mol%とすることができる。
The cross-linked structure may be a physical cross-link or a chemical cross-link. The introduction of physical cross-linking and chemical cross-linking may be performed during polymerization (in-situ cross-linking) when forming a polymer brush, or may be performed after polymerization.
For example, when chemical cross-linking is introduced by in-situ cross-linking, an appropriate amount of a bifunctional monomer such as a divinyl monomer (ethylene glycol dimethacrylate, etc.) may be added in addition to the monomer (monofunctional) at the time of polymerization. The amount of the bifunctional monomer added may be appropriately set, and may be, for example, 1 mol% with respect to the total amount of the monomers.
架橋構造を有するポリマーブラシは、基材表面から切り出しても、良溶媒(例えば、o−ジクロロベンゼン)には溶解しなくなる。これにより、ポリマーが十分に架橋が形成されていることを確認できる。また、良溶媒中、AFMコロイドプロープ法によりポリマーブラシの膨潤度を測定すると、架橋していない状態に比べて膨潤度が低下するため、これによっても十分に架橋が形成されたことを確認できる。 A polymer brush having a crosslinked structure does not dissolve in a good solvent (for example, o-dichlorobenzene) even if it is cut out from the surface of the substrate. This confirms that the polymer is sufficiently crosslinked. Further, when the swelling degree of the polymer brush is measured by the AFM colloid probe method in a good solvent, the swelling degree is lower than that in the non-crosslinked state, so that it can be confirmed that the crosslinks are sufficiently formed.
ポリマーブラシを形成するポリマーのグラフト密度は、ポリマーブラシが高い潤滑性を示すように設定することが好ましい。グラフト密度は、用いられるポリマーの種類や、溶媒の種類等によって適宜設定できる。 The graft density of the polymer forming the polymer brush is preferably set so that the polymer brush exhibits high lubricity. The graft density can be appropriately set depending on the type of polymer used, the type of solvent, and the like.
ポリマーがPMMAの場合、グラフト密度は、0.1鎖/nm2以上が好ましく、0.15鎖/nm2以上がより好ましく、0.2鎖/nm2以上がさらに好ましく、0.3鎖/nm2以上が特に好ましく、0.4鎖/nm2以上が極めて好ましく、0.45鎖/nm2以上が最も好ましい。 When the polymer is PMMA, the graft density is preferably 0.1 chain / nm 2 or more, more preferably 0.15 chain / nm 2 or more, further preferably 0.2 chain / nm 2 or more, and 0.3 chain / nm. nm 2 or more is particularly preferable, 0.4 chain / nm 2 or more is extremely preferable, and 0.45 chain / nm 2 or more is most preferable.
ポリマーがPLMAの場合、グラフト密度は、0.04鎖/nm2以上が好ましく、0.06鎖/nm2以上がより好ましく、0.08/nm2以上がさらに好ましく、0.12鎖/nm2以上が特に好ましく、0.16鎖/nm2以上が極めて好ましく、0.18鎖/nm2以上が最も好ましい。 When the polymer is PLMA, the graft density is preferably 0.04 chain / nm 2 or more, more preferably 0.06 chain / nm 2 or more, further preferably 0.08 / nm 2 or more, and 0.12 chain / nm. 2 or more is particularly preferable, 0.16 chain / nm 2 or more is extremely preferable, and 0.18 chain / nm 2 or more is most preferable.
ポリマーがPDEMM−TFSIの場合、グラフト密度は、0.02鎖/nm2以上が好ましく、0.03鎖/nm2以上がより好ましく、0.04鎖/nm2以上がさらに好ましく、0.06鎖/nm2以上が特に好ましく、0.08鎖/nm2以上が極めて好ましく、0.09鎖/nm2以上が最も好ましい。 When the polymer is PDEMM-TFSI, the graft density is preferably 0.02 chain / nm 2 or more, more preferably 0.03 chain / nm 2 or more, still more preferably 0.04 chain / nm 2 or more, 0.06. Chain / nm 2 or more is particularly preferable, 0.08 chain / nm 2 or more is extremely preferable, and 0.09 chain / nm 2 or more is most preferable.
ポリマーのグラフト密度は、公知の方法に従って測定できる。例えば、Macromolecules,31, 5934-5936 (1998)、Macromolecules,33, 5608-5612 (2000)、Macromolecules,38, 2137-2142 (2005)等に記載の方法に従って測定できる。
具体的には、グラフト密度σ(鎖/nm2)は、ポリマーブラシを形成するポリマーの量であるグラフト量(W)と、ポリマー(グラフト鎖)の数平均分子量(Mn)を測定し、下記式(1)から求めることができる。
σ(鎖/nm2)=W(g/nm2)/Mn×(アボガドロ数) ・・・(1)
The polymer graft density can be measured according to known methods. For example, it can be measured according to the method described in Macromolecules, 31, 5934-5936 (1998), Macromolecules, 33, 5608-5612 (2000), Macromolecules, 38, 2137-2142 (2005) and the like.
Specifically, the graft density σ (chain / nm 2 ) is obtained by measuring the graft amount (W), which is the amount of the polymer forming the polymer brush, and the number average molecular weight (Mn) of the polymer (graft chain). It can be obtained from the equation (1).
σ (chain / nm 2 ) = W (g / nm 2 ) / Mn × (Avogadro's number) ・ ・ ・ (1)
グラフト量(W)は、ポリマーブラシを形成する基材表面が平面の場合には、エリプソメトリー法によりポリマーブラシの乾燥状態の厚みを測定し、その測定値とバルク密度を用いて、単位面積当たりのグラフト量を算出できる。ポリマーブラシを形成する基材表面の材質がシリカである場合には、赤外吸収分光測定(IR)、熱重量損失測定(TG)、元素分析測定等によりグラフト量(W)を測定することもできる。 The amount of graft (W) is determined by measuring the dry thickness of the polymer brush by the ellipsometry method when the surface of the substrate on which the polymer brush is formed is flat, and using the measured value and bulk density, per unit area. The amount of graft can be calculated. When the material of the substrate surface on which the polymer brush is formed is silica, the graft amount (W) can be measured by infrared absorption spectroscopy (IR), heat weight loss measurement (TG), elemental analysis measurement, etc. can.
具体的には、グラフト密度σは、例えば、ポリマーブラシの乾燥状態における厚みとポリマーのMnとをプロットしたグラフの傾き(例えば、特開平11−263819号公報参照)、ポリマーブラシのポリマーのグラフト量と該ポリマーのMnとをプロットしたグラフの傾きから求めることができる。 Specifically, the graft density σ is, for example, the slope of a graph plotting the thickness of the polymer brush in a dry state and the Mn of the polymer (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-263819), and the amount of the polymer graft of the polymer brush. And Mn of the polymer can be obtained from the slope of the plotted graph.
摺動面及びシール面におけるポリマーブラシが形成された領域の面積に対する、該ポリマーブラシを形成するポリマーの占有面積率(ポリマーブラシの厚さ方向に直交する断面の断面積当たりのポリマーの占有面積率)σ*は、10%以上が好ましく、15%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。占有面積率σ*が下限値以上であれば、ポリマーブラシのトライボロジー特性が向上するうえ、強靭性(レジリエンシー)が図られるため、耐久性に優れたポリマーブラシとなる。圧縮機を様々な使用環境及び用途に適用できる。 The ratio of the occupied area of the polymer forming the polymer brush to the area of the region where the polymer brush is formed on the sliding surface and the sealing surface (the ratio of the occupied area of the polymer to the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the thickness direction of the polymer brush). ) Σ * is preferably 10% or more, more preferably 15% or more, still more preferably 20% or more. When the occupied area ratio σ * is equal to or higher than the lower limit, the tribological characteristics of the polymer brush are improved and the resiliency is achieved, so that the polymer brush has excellent durability. The compressor can be applied to various usage environments and applications.
表面占有率σ*は、摺動面及びシール面のポリマーブラシが形成された領域においてグラフト点(ポリマーの1つ目のモノマー)が占める割合を意味する。ポリマーブラシにおいて各ポリマーが最密充填された状態、すなわちこれ以上ポリマーをグラフトできない状態で表面占有率σ*は100%となる。
表面占有率σ*は、ポリマーの伸びきり形態における繰り返し単位長さ及びポリマーのバルク密度から、ポリマーブラシの厚さ方向に直交する断面の断面積を求め、これにグラフト密度σを掛けることで算出できる。
The surface occupancy rate σ * means the ratio of the graft point (the first monomer of the polymer) in the region where the polymer brush is formed on the sliding surface and the sealing surface. In the polymer brush, the surface occupancy rate σ * is 100% in the state where each polymer is tightly packed, that is, in the state where the polymer cannot be grafted any more.
The surface occupancy rate σ * is calculated by obtaining the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the thickness direction of the polymer brush from the repeating unit length in the stretched form of the polymer and the bulk density of the polymer, and multiplying this by the graft density σ. can.
ポリマーブラシを形成するポリマーのMnは、所望の潤滑性を示すように設定でき、500〜10,000,000が好ましく、100,000〜10,000,000がより好ましい。
分子量分布指数(Mw/Mn)は、所望の潤滑性を示すように設定でき、1.5以下が好ましく、1.01〜1.5がより好ましい。
The Mn of the polymer forming the polymer brush can be set to exhibit the desired lubricity, preferably 500 to 10,000,000, more preferably 100,000 to 10,000,000.
The molecular weight distribution index (Mw / Mn) can be set so as to show the desired lubricity, and is preferably 1.5 or less, more preferably 1.01 to 1.5.
ポリマーブラシを形成するポリマーの数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、基材がシリカの場合や基材表面にシリカコートしてポリマーをグラフトしている場合には、フッ化水素酸処理によりポリマー(グラフト鎖)をグラフト点から切り出した後、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。 The number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) of the polymer forming the polymer brush are hydrogen fluoride when the substrate is silica or when the substrate surface is silica-coated and the polymer is grafted. After cutting out the polymer (graft chain) from the graft point by acid treatment, it can be measured by gel permeation chromatography (GPC) method.
ポリマーブラシを形成するポリマーのMn及びMwは、ポリマーブラシを形成する際の重合と同条件で重合で得られる遊離ポリマーのMn及びMwとほぼ等しい。例えばポリマーブラシを形成する際の重合溶液に遊離開始剤を添加することで、ポリマーブラシを形成するポリマーと同等のMn及びMwを有する遊離ポリマーを得ることができる。この遊離ポリマーのMn及びMwをGPC法により測定し、ポリマーブラシを形成するポリマーのMn及びMwとしてもよい。
GPC法では、入手可能な分子量既知のポリマーを単分散した標準試料を用いた較正法、多角度光散乱検出器を用いた絶対分子量評価を行う。
The Mn and Mw of the polymer forming the polymer brush are substantially equal to the Mn and Mw of the free polymer obtained by the polymerization under the same conditions as the polymerization at the time of forming the polymer brush. For example, by adding a release initiator to the polymerization solution for forming a polymer brush, a free polymer having Mn and Mw equivalent to that of the polymer forming the polymer brush can be obtained. The Mn and Mw of this free polymer may be measured by the GPC method and used as the Mn and Mw of the polymer forming the polymer brush.
In the GPC method, a calibration method using a standard sample in which a polymer having a known molecular weight is monodispersed, and an absolute molecular weight evaluation using a multi-angle light scattering detector are performed.
ポリマーブラシを形成するポリマーの平均長さは、所望の潤滑性を示すように設定でき、0.5μm以上が好ましく、0.7μm以上がより好ましく、0.8μm以上がさらに好ましく、1μm以上が特に好ましい。ポリマーの平均長さが下限値以上であれば、ポリマーブラシのトライボロジー特性が向上するうえ、強靭性(レジリエンシー)が図られるため、耐久性に優れたポリマーブラシとなる。圧縮機を様々な使用環境及び使用用途に適用できる。
ポリマーの平均長さの上限は、圧縮機の機能を損なわない範囲で適宜設定でき、例えば、5μmとすることができる。
ポリマーの分子鎖の平均長さは、例えば、ポリマーのMn及びMw/Mnから求めることができる。
The average length of the polymer forming the polymer brush can be set to show the desired lubricity, preferably 0.5 μm or more, more preferably 0.7 μm or more, still more preferably 0.8 μm or more, and particularly preferably 1 μm or more. preferable. When the average length of the polymer is not less than the lower limit, the tribological characteristics of the polymer brush are improved and the resiliency is achieved, so that the polymer brush has excellent durability. The compressor can be applied to various usage environments and applications.
The upper limit of the average length of the polymer can be appropriately set within a range that does not impair the function of the compressor, and can be, for example, 5 μm.
The average length of the molecular chain of the polymer can be obtained from, for example, Mn and Mw / Mn of the polymer.
ポリマーブラシは、分子鎖の平均長さが0.5μm以上のポリマーで形成され、かつ摺動面及びシール面におけるポリマーの占有面積率σ*が10%以上である厚膜濃厚ポリマーブラシであることが特に好ましい。 The polymer brush shall be a thick film thick polymer brush formed of a polymer having an average length of molecular chains of 0.5 μm or more and having an occupied area ratio σ * of the polymer on the sliding surface and the sealing surface of 10% or more. Is particularly preferable.
ポリマーブラシは、圧縮機構部を潤滑する潤滑剤により膨潤されていることが好ましい。ポリマーブラシが膨潤状態となることで、柔軟性、強靭性、低摩擦等の摺動特性が向上し、摺動面における摩擦損失の低減効果、及びシール面におけるシール性の向上効果がさらに高まる。また、圧縮機構部を潤滑する潤滑剤を用いることで、潤滑剤がポリマーブラシに安定して供給され、ポリマーブラシの膨潤状態を保持しやすい。 The polymer brush is preferably swollen with a lubricant that lubricates the compression mechanism. When the polymer brush is in a swollen state, sliding characteristics such as flexibility, toughness, and low friction are improved, and the effect of reducing friction loss on the sliding surface and the effect of improving the sealing property on the sealing surface are further enhanced. Further, by using a lubricant that lubricates the compression mechanism portion, the lubricant is stably supplied to the polymer brush, and it is easy to maintain the swollen state of the polymer brush.
ポリマーブラシを膨潤させる潤滑剤としては、作動流体と潤滑剤の合計質量に対する潤滑剤の比率が60質量%以上となるように混合したときに、−10℃から60℃において、常に作動流体と相溶性を有する潤滑剤が好ましい。これにより、作動流体に潤滑剤を混合することで、作動媒体を利用してポリマーブラシに潤滑剤を安定して供給することができる。そのため、幅広い使用環境で圧縮機の効率向上と長期信頼性確保の両立が実現できる。 The lubricant that swells the polymer brush is always in phase with the working fluid at -10 ° C to 60 ° C when mixed so that the ratio of the lubricant to the total mass of the working fluid and the lubricant is 60% by mass or more. Soluble lubricants are preferred. Thereby, by mixing the lubricant with the working fluid, the lubricant can be stably supplied to the polymer brush by utilizing the working medium. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the compressor and ensure long-term reliability in a wide range of usage environments.
このような作動流体と潤滑剤との組み合わせとしては、塩素を含まない炭化水素系冷媒、二酸化炭素、飽和フッ化炭化水素系冷媒、不飽和フッ化炭化水素系冷媒及び含フッ素エーテル系冷媒からなる群から選ばれる少なくとも1種の作動流体と、鉱物油、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、アルキレングリコール油及びポリアルファオレフィン油からなる群から選ばれる少なくとも1種の潤滑剤との組み合わせが好ましい。これにより、潤滑性及び化学安定性に優れ、長期信頼性に優れたポリマーブラシが形成されやすい。 The combination of such a working fluid and the lubricant comprises a chlorine-free hydrocarbon-based refrigerant, carbon dioxide, a saturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, an unsaturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, and a fluorinated ether-based refrigerant. A combination of at least one working fluid selected from the group and at least one lubricant selected from the group consisting of mineral oils, polyol ester oils, polyvinyl ether oils, alkylene glycol oils and polyalphaolefin oils is preferred. As a result, a polymer brush having excellent lubricity and chemical stability and excellent long-term reliability can be easily formed.
作動流体の具体例としては、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、2−メチルブタン、イソブタン、冷媒用炭酸ガス(R744)、HFC23、HFC32、HFC125、HFC134a、HFC143a、HFC236fa、HFC410A、HFO1225ye、HFO1233zd、HFO1233yd、HFO1234yf、HFO1234ze、HFO1234ye、HFO1243zf、HFE245mc、HFE143m等が挙げられる。 Specific examples of the working fluid include propane, propylene, normal butane, 2-methylbutane, isobutane, carbon dioxide gas for refrigerant (R744), HFC23, HFC32, HFC125, HFC134a, HFC143a, HFC236fa, HFC410A, HFO1225ye, HFO1233zd, HFO1233yd, HFO1233yd. , HFO1234ze, HFO1234ye, HFO1243zf, HFE245mc, HFE143m and the like.
潤滑剤の具体例としては、40℃の動粘度が74mm2/s、100℃の動粘度が8.7mm2/sであるポリオールエステル油(POE)、40℃の動粘度が68mm2/s、100℃の動粘度が8mm2/sであるポリビニルエーテル油(PVE)、40℃の動粘度が105mm2/s、100℃の動粘度が20mm2/sであるポリアルキレングリコール油(PAG)、40℃の動粘度が10mm2/s、100℃の動粘度が2.3mm2/sである鉱物油等が挙げられる。 Specific examples of the lubricant include a polyol ester oil (POE) having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 74 mm 2 / s and a kinematic viscosity of 100 ° C. of 8.7 mm 2 / s, and a kinematic viscosity at 40 ° C. of 68 mm 2 / s. , polyvinyl ether oil kinematic viscosity of 100 ° C. is 8mm 2 / s (PVE), polyalkylene glycol oils kinematic viscosity of 40 ° C. kinematic viscosity 105mm 2 / s, 100 ℃ is 20mm 2 / s (PAG) , Mineral oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 10 mm 2 / s and a kinematic viscosity at 100 ° C. of 2.3 mm 2 / s.
ポリマーブラシを潤滑剤で膨潤させる場合、ポリマーブラシを形成するポリマーと潤滑剤の組み合わせは、PLMAと、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルから選ばれる冷凍機油との組み合わせが好ましい。PLMAとこれらの冷凍機油とは親和性に優れるため、ポリマーブラシを膨潤させることが容易になり、摩擦損失の低減効果及びシール性向上による漏れ損失の低減効果がより安定して得られる。 When the polymer brush is inflated with a lubricant, the combination of the polymer and the lubricant forming the polymer brush is preferably a combination of PLMA and a refrigerating machine oil selected from polyol esters and polyvinyl ethers. Since PLMA and these refrigerating machine oils have an excellent affinity, it becomes easy to swell the polymer brush, and the effect of reducing friction loss and the effect of reducing leakage loss by improving the sealing property can be obtained more stably.
ポリマーブラシを潤滑剤で膨潤させる場合、非極性の潤滑剤を適用できる点では、ポリマーブラシを形成するポリマーはPMMAが好ましい。非極性の潤滑剤は圧縮機で使用される金属材料、有機材料等への悪影響が少なく、より信頼性に優れた圧縮機とすることができる。 When the polymer brush is inflated with a lubricant, PMMA is preferred as the polymer forming the polymer brush in that a non-polar lubricant can be applied. The non-polar lubricant has less adverse effect on the metal material, organic material, etc. used in the compressor, and can be a more reliable compressor.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、圧縮機構部の摺動面又はシール面の少なくとも一方にポリマーブラシが設けられることにより、加工精度や組立精度を過度に高くすることなく、圧縮機構部における摺動面の摩擦損失の低減やシール性向上による作動流体の漏れ量の低減を図ることができる。 According to at least one embodiment described above, by providing the polymer brush on at least one of the sliding surface or the sealing surface of the compression mechanism portion, the compression mechanism portion does not excessively increase the processing accuracy and the assembly accuracy. It is possible to reduce the amount of leakage of the working fluid by reducing the friction loss of the sliding surface and improving the sealing property.
なお、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.
以下、実施例によって具体的に説明するが、以下の記載によっては限定されない。なお、以下の記載における「部」は、「質量部」を意味する。
[実施例1]
ブレードの摺動面にシリコンを含む酸化物をコートする方法の一例を説明する。図3に例示した形態のガス窒化処理を施したブレード(SUS440C)を、アセトンとヘキサンの質量比1:1の混合溶媒で30分間、次いでクロロホルムで30分間、次いで2−プロパノールで30分間、超音波洗浄し、UVオゾンクリーナーで30分処理した。洗浄したブレードをエタノール34.8部に浸漬した。
蓋付きサンプル容器でテトラエトキシシラン(TEOS)0.54部とエタノール17.8部の溶液を調製し、別のサンプル容器で28%アンモニア水1.3部とエタノール17.8部の溶液を調製し、それらを混合した。その混合液に、洗浄したブレードをエタノール34.8部とともに加え、室温(25℃)で24時間反応させた後、反応液からブレードを取り出してエタノールで超音波洗浄し、シリカコートブレードを得た。
Hereinafter, the description will be specifically described with reference to Examples, but the description is not limited to the following. In addition, "part" in the following description means "part by mass".
[Example 1]
An example of a method of coating the sliding surface of the blade with an oxide containing silicon will be described. The gas-nitrided blade (SUS440C) of the embodiment shown in FIG. 3 was subjected to a mixed solvent having a mass ratio of acetone and hexane for 30 minutes, then chloroform for 30 minutes, and then 2-propanol for 30 minutes. It was ultrasonically cleaned and treated with a UV ozone cleaner for 30 minutes. The washed blade was immersed in 34.8 parts of ethanol.
Prepare a solution of 0.54 part of tetraethoxysilane (TEOS) and 17.8 parts of ethanol in a sample container with a lid, and prepare a solution of 1.3 parts of 28% ammonia water and 17.8 parts of ethanol in another sample container. And mixed them. The washed blade was added to the mixed solution together with 34.8 parts of ethanol and reacted at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. Then, the blade was taken out from the reaction solution and ultrasonically cleaned with ethanol to obtain a silica-coated blade. ..
シリ力コートブレードをアセトンとヘキサンの質量比1:1の混合溶媒で30分間、次いでクロロホルムで30分間、次いで2−プロパノールで30分間、超音波洗浄し、UVオゾンクリーナーで30分処理した。
蓋付きサンプル容器で(3−トリメトキシシリル)プロピル−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート0.5部とエタノール22.3部の溶液を調製し、別のサンプル容器で28%アンモニア水5.7部とエタノール25.4部の溶液を調製してそれらを混合した。その混合液に、洗浄したシリカコートブレードを浸漬させ、室温(25℃)で24時間、シランカップリング反応を行った後、反応液からブレードを取り出してエタノールで超音波洗浄し、開始基固定化ブレードを得た。
The serial force coat blade was ultrasonically cleaned with a mixed solvent having a mass ratio of acetone and hexane for 30 minutes, then with chloroform for 30 minutes, then with 2-propanol for 30 minutes, and treated with a UV ozone cleaner for 30 minutes.
Prepare a solution of 0.5 part of (3-trimethoxysilyl) propyl-2-bromo-2-methylpropionate and 22.3 parts of ethanol in a sample container with a lid, and in another sample container, 28% aqueous ammonia 5 A solution of .7 parts and 25.4 parts of ethanol was prepared and mixed. The washed silica-coated blade is immersed in the mixed solution, and a silane coupling reaction is carried out at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. Then, the blade is taken out from the reaction solution and ultrasonically washed with ethanol to immobilize the starting group. Got a blade.
グローブボックス中で、テフロン(登録商標)製耐圧容器に、エチル−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート0.00026部、メチルメタクリレート(MMA)26.6部、臭化銅(I)0.12部、臭化銅(II)0.021部、4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジル0.78部、アニソール27.5部を添加した。次に、開始基固定化ブレードを耐圧容器に入れて蓋をし、600C、400MPaの条件で4時間、表面開始原子移動ラジカル重合(SI−ATRP)を行った。重合終了後、重合溶液からブレードを取り出し、テトラヒドロフラン(THF)で十分洗浄し、厚膜PMMAブラシ付ブレードを得た。 In the glove box, in a pressure vessel made of Teflon (registered trademark), 0.00026 parts of ethyl-2-bromo-2-methylpropionate, 26.6 parts of methyl methacrylate (MMA), copper (I) bromide (I) 0. Twelve parts, 0.021 parts of copper (II) bromide, 0.78 parts of 4,4'-dinonyl-2,2'-bipyridyl and 27.5 parts of anisole were added. Next, the initiating group-immobilized blade was placed in a pressure-resistant container, covered, and surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) was carried out under the conditions of 600 C and 400 MPa for 4 hours. After completion of the polymerization, the blade was taken out from the polymerization solution and thoroughly washed with tetrahydrofuran (THF) to obtain a blade with a thick film PMMA brush.
重合後の重合溶液について、1H−NMR測定とGPC法による分子量測定を行い、遊離PMMAのMn及びMw/Mnを算出したところ、Mnは1.8×106、Mw/Mnは1.14であった。
また、重合に際しては、ブレードの場合と同様の方法で重合開始基を固定化したシリコンウェーハも重合溶液に加え、膜厚測定のレファレンスとした。偏光解析法(ellipsometry)により、シリコンウェーハに形成されたPMMAブラシの乾燥膜厚を分析したところ、0.80μmであった。また、得られたデータからグラフト密度σと表面占有率σ*を算出したところ、グラフト密度σは0.32鎖/nm2、表面占有率σ*は18%であった。
The polymerization solution after polymerization, carried out molecular weight measurements by the 1 H-NMR measurement and GPC method, calculation of Mn and Mw / Mn of free PMMA, Mn is 1.8 × 10 6, Mw / Mn 1.14 Met.
In addition, at the time of polymerization, a silicon wafer on which a polymerization initiating group was immobilized by the same method as in the case of a blade was also added to the polymerization solution and used as a reference for film thickness measurement. The dry film thickness of the PMMA brush formed on the silicon wafer was analyzed by an ellipsometry method and found to be 0.80 μm. When the graft density σ and the surface occupancy σ * were calculated from the obtained data, the graft density σ was 0.32 chain / nm 2 and the surface occupancy σ * was 18%.
得られた厚膜PMMAブラシ付ブレードを用いて図1に例示した圧縮機2と同じ態様の圧縮機を作製した。シリンダ41、主軸受42、副軸受43の材質はFC250のねずみ鋳鉄、ローラ53の材質は、FC250のねずみ鋳鉄にMo、Ni、Cr等を添加した特殊合金鋳鉄(モニクロ鋳鉄)とした。
Using the obtained thick film PMMA brushed blade, a compressor having the same embodiment as the
[実施例2]
実施例1と同様の方法で開始基固定化ブレードを得た。
グローブボックスの中で、テフロン(登録商標)製耐圧容器に、エチル−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート0.00026部、ラウリルメタクリレート(SLMA、日油株式会社製ブレンマーSLMA−S)36.1部、臭化銅(I)0.21部、臭化銅(II)0.014部、4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジル1.2部、アニソール37.5部を添加した。次に、開始基固定化ブレードを耐圧容器に入れて蓋をし、600C、400MPaの条件で2時間、SI−ATRPを行った。重合終了後、重合溶液からブレードを取り出し、THFで十分洗浄し、厚膜PLMAブラシ付ブレードを得た。
[Example 2]
A starting group-immobilized blade was obtained in the same manner as in Example 1.
In the glove box, in a pressure-resistant container made of Teflon (registered trademark), 0.00026 part of ethyl-2-bromo-2-methylpropionate, lauryl methacrylate (SLMA, Blemmer SLMA-S manufactured by Nichiyu Co., Ltd.) 36. Add 1 part, 0.21 part of copper (I) bromide, 0.014 part of copper (II) bromide, 1.2 parts of 4,4'-dinonyl-2,2'-bipyridyl, and 37.5 parts of anisole. did. Next, the starting group immobilization blade was placed in a pressure-resistant container, covered, and subjected to SI-ATRP under the conditions of 600 C and 400 MPa for 2 hours. After completion of the polymerization, the blade was taken out from the polymerization solution and washed thoroughly with THF to obtain a blade with a thick film PLMA brush.
重合後の重合溶液について、1H−NMR測定とGPC法による分子量測定を行い、遊離PLMAのMn及びMw/Mnを算出したところ、Mnは4.6×106、Mw/Mnは1.23であった。
また、実施例1と同様の方法でシリコンウェーハに形成されたPLMAブラシの乾燥膜厚を分析したところ、1.02μmであった。また、得られたデータからグラフト密度σと表面占有率σ*を算出したところ、グラフト密度σは0.12鎖/nm2、表面占有率σ*は22%であった。
The polymerization solution after polymerization, carried out molecular weight measurements by the 1 H-NMR measurement and GPC method, calculation of Mn and Mw / Mn of free PLMA, Mn is 4.6 × 10 6, Mw / Mn 1.23 Met.
Moreover, when the dry film thickness of the PLMA brush formed on the silicon wafer was analyzed by the same method as in Example 1, it was 1.02 μm. When the graft density σ and the surface occupancy rate σ * were calculated from the obtained data, the graft density σ was 0.12 chains / nm 2 and the surface occupancy rate σ * was 22%.
厚膜PMMAブラシ付ブレードの代わりに厚膜PLMAブラシ付ブレードを用いる以外は、実施例1と同様にして圧縮機を作製した。 A compressor was produced in the same manner as in Example 1 except that a blade with a thick film PLMA brush was used instead of the blade with a thick film PMMA brush.
[比較例1]
ポリマーブラシを形成しないブレードを用いる以外は、実施例1と同様にして圧縮機を作製した。
[Comparative Example 1]
A compressor was produced in the same manner as in Example 1 except that a blade that did not form a polymer brush was used.
[1H−NMR測定]
1H−NMR測定では、フーリエ変換核磁気共鳴装置FT−NMR(株式会社JEOL RESONANCE製「JNM−ECA600」あるいは「ECA400」)を用いた。重溶媒として、重クロロホルム(和光純薬工業株式会社製)を用いた。
[ 1 1 H-NMR measurement]
1 In the H-NMR measurement, a Fourier transform nuclear magnetic resonance apparatus FT-NMR (“JNM-ECA600” or “ECA400” manufactured by JEOL RESONANCE Co., Ltd.) was used. Deuterated chloroform (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the deuterated solvent.
[ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)]
GPC法による分子量測定では、分子量測定装置として昭和電工株式会社製「Shodex GPC−101」を用い、カラムは昭和電工株式会社製「Shodex KF−806L」)を2本直列に接続した。溶離液としてはTHFを用いた。測定は40℃で行い、流量を0.8mL/分とした。キャリブレーション試料を分子量既知のPMMA(VARIAN社製)として得たPMMA換算の検量線を用いて、Mn及びMw/Mnをそれぞれ求めた。
[Gel Permeation Chromatography (GPC)]
In the molecular weight measurement by the GPC method, "Shodex GPC-101" manufactured by Showa Denko KK was used as the molecular weight measuring device, and two "Shodex KF-806L" manufactured by Showa Denko KK) were connected in series as the column. THF was used as the eluent. The measurement was performed at 40 ° C. and the flow rate was 0.8 mL / min. Mn and Mw / Mn were determined using a PMMA-converted calibration curve obtained by using a calibration sample as PMMA (manufactured by VARIAN) having a known molecular weight.
[ポリマーブラシの乾燥膜厚]
ポリマーブラシの乾燥膜厚の測定では、分光エリプソメーター(ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社製「M−2000U」)を用いた。光源には、重水素(Deuterium)及び石英タングステンハロゲン(Quartz Tungsten Halogen:QTH)ランプを用いた。
[Dry film thickness of polymer brush]
A spectroscopic ellipsometer (“M-2000U” manufactured by JA Woolam Japan Co., Ltd.) was used to measure the dry film thickness of the polymer brush. As a light source, a deuterium lamp and a quartz tungsten halogen (QTH) lamp were used.
[圧縮機の効率評価]
作動流体としてHFC32を用い、潤滑剤としてポリオールエステル油を用い、ASHRAE(アメリ力暖房冷凍空調学会)条件にて、ポリマーブラシを付与していない比較例1の圧縮機を基準に効率を比較した。結果を図5に示す。
[Compressor efficiency evaluation]
HFC32 was used as the working fluid, polyol ester oil was used as the lubricant, and the efficiencies were compared based on the compressor of Comparative Example 1 to which the polymer brush was not applied under ASHRAE (American Power Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Society) conditions. The results are shown in FIG.
図5に示すように、ブレードの摺動面及びシール面にポリマーブラシを設けた実施例1、2の圧縮機では、ポリマーブラシを付与していない比較例1の圧縮機を基準にした効率が100%を超えており、特に低回転域ほど効率向上が認められた。これはブレードまわりの摺動面の摩擦損失の低減や、シール性向上による漏れ損失の低減によってもたらされていると考えられる。 As shown in FIG. 5, in the compressors of Examples 1 and 2 in which the polymer brushes are provided on the sliding surface and the sealing surface of the blade, the efficiency based on the compressor of Comparative Example 1 to which the polymer brush is not applied is high. It exceeded 100%, and the efficiency was improved especially in the low speed range. It is considered that this is caused by the reduction of the friction loss of the sliding surface around the blade and the reduction of the leakage loss by improving the sealing property.
[実験例1]
作動流体として冷媒であるHFC410A、潤滑剤としてポリオールエステルの冷凍機油を用いたときの、−10℃から60℃におけるそれらの二層分離温度線図を図6に示す。
[Experimental Example 1]
FIG. 6 shows a two-layer separation temperature diagram of HFC410A, which is a refrigerant as a working fluid, and a polyol ester refrigerating machine oil as a lubricant, at -10 ° C to 60 ° C.
図6に示すように、−10℃から60℃の温度範囲において、この作動流体(冷媒)と潤滑剤(冷凍機油)は二層分離する領域があるが、作動流体と潤滑剤の合計質量に対する潤滑剤の比率が60質量%以上では、常に相溶性を有していた。 As shown in FIG. 6, in the temperature range of -10 ° C to 60 ° C, the working fluid (refrigerant) and the lubricant (refrigerator oil) have a region where the working fluid (refrigerant) and the lubricant (refrigerator oil) are separated into two layers, but with respect to the total mass of the working fluid and the lubricant. When the ratio of the lubricant was 60% by mass or more, it always had compatibility.
1…冷凍サイクル装置、2…圧縮機、3…凝縮器(放熱器)、4…膨張装置、5…蒸発器(吸熱器)、34…密閉容器、41…シリンダ、42…主軸受(閉塞板)、43…副軸受、46…シリンダ室、53…ローラ、55…ブレード、81…基材、82…ポリマーブラシ。 1 ... Refrigeration cycle device, 2 ... Compressor, 3 ... Condenser (radiator), 4 ... Expansion device, 5 ... Evaporator (heat absorber), 34 ... Sealed container, 41 ... Cylinder, 42 ... Main bearing (blocking plate) ), 43 ... Auxiliary bearing, 46 ... Cylinder chamber, 53 ... Roller, 55 ... Blade, 81 ... Base material, 82 ... Polymer brush.
Claims (11)
前記圧縮機構部における少なくともブレードの両側の側面、上端面、下端面、及びそれらの対向面は摺動面かつシール面であり、前記摺動面かつシール面の少なくとも一部にはポリマーブラシが設けられており、
前記圧縮機構部を潤滑する潤滑剤は、前記作動流体と相溶性を有している、圧縮機。 In a rotary compressor having a compression mechanism that sucks in and discharges working fluid,
At least the side surfaces, the upper end surface, the lower end surface, and the facing surfaces thereof on both sides of the blade in the compression mechanism portion are sliding surfaces and sealing surfaces, and a polymer brush is provided on at least a part of the sliding surfaces and sealing surfaces. Has been
The lubricant for lubricating the compression mechanism portion is a compressor having compatibility with the working fluid.
前記スイング式ロータリ圧縮機における前記ブレードの進退を自在に支持する揺動ブッシュに前記ポリマーブラシが設けられている、請求項1に記載の圧縮機。 The compressor according to claim 1, wherein the polymer brush is provided on a swing bush that freely supports the advancement and retreat of the blade in the swing type rotary compressor.
前記潤滑剤が、鉱物油、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、アルキレングリコール油及びポリアルファオレフィン油からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載の圧縮機。 The working fluid is at least one selected from the group consisting of a hydrocarbon-based refrigerant containing no chlorine, carbon dioxide, a saturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, an unsaturated fluorinated hydrocarbon-based refrigerant, and a fluorinated ether-based refrigerant. ,
The compressor according to claim 4 , wherein the lubricant is at least one selected from the group consisting of mineral oil, polyol ester oil, polyvinyl ether oil, alkylene glycol oil and polyalphaolefin oil.
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