CN102022326B

CN102022326B - 制冷剂压缩机及制冷循环装置

Info

Publication number: CN102022326B
Application number: CN 201010290676
Authority: CN
Inventors: 渡边哲永
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: JP2011064180A; CN102022326A

Abstract

一种制冷剂压缩机，能防止设于滑动构件的硬质保护膜的缺口、剥离，此外，能提高保护膜对于与滑动构件滑动接触的对象构件的初始磨合性。该制冷剂压缩机是设于制冷循环中的、具有包括滑动构件(15b)的压缩机构部并压缩制冷剂的制冷剂压缩机，滑动构件(15b)包括：由金属材料形成的基材(24)；以及形成于该基材(24)的表面的、比基材(24)硬质的保护膜(29)，基材(24)的表面粗糙度被设定如下：最大轮廓峰高“Rp”小于等于0.5μm，算术平均粗糙度“Ra”小于等于0.2μm，简约峰高“Rpk”比简约谷深“Rvk”小。

Description

制冷剂压缩机及制冷循环装置

技术领域

本发明涉及制冷剂压缩机和制冷循环装置，特别地，涉及具有滑动构件的制冷剂压缩机和制冷循环装置，其中，滑动构件具有耐磨损性和紧贴力优良的保护膜。

背景技术

已知在制冷剂压缩机、发动机等中，使用与对象构件抵接地滑动的滑动构件，在上述滑动构件上覆盖用于提高耐磨损性的硬质的保护膜。

在下述专利文献1中，公开了覆盖非晶质硬质碳类保护膜的滑动构件，非晶质硬质碳类保护膜的表面粗糙度被设定如下：十点平均粗糙度“Rz”小于等于0.7μm，且简约峰高“Rpk”为0.07～0.14μm。

在此，十点平均粗糙度Rz被定义成：从粗糙度曲线中，在其平均线方向上以基准长度l取样，在该取样部分中，平均线至最高的波峰的标高Yp直到平均线至第五高的波峰的标高Yp的绝对值的平均值与平均线至最低的波谷的标高Yv直到平均线至第五低的波谷的标高Yv的绝对值的平均值的和。

专利文献1：日本专利特开2007-232026号公报

由于专利文献1中所记载的滑动构件的非晶质硬质碳类保护膜的表面粗糙度被设定成十点平均粗糙度“Rz”小于等于0.7μm，因此，必然地，对精抛光所要求的精度变高，精抛光费时，制品成本增加。

此外，在专利文献1中所记载的滑动构件中，并没有谈到用于防止非晶质硬质碳类保护膜的缺口、剥离的对策。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供能防止设于滑动构件的硬质保护膜的缺口、剥离，此外，能提高保护膜对于与滑动构件滑动接触的对象构件的初始磨合性的制冷剂压缩机和制冷循环装置。

为达成上述目的，本发明的制冷剂压缩机是设于制冷循环中的、具有包括滑动构件的压缩机构部并压缩制冷剂的制冷剂压缩机，其特征是，上述滑动构件包括：由金属材料形成的基材；以及形成于上述基材的表面的、比上述基材硬质的保护膜，上述基材的表面粗糙度被设定如下：最大轮廓峰高“Rp”小于等于0.5μm，算术平均粗糙度“Ra”小于等于0.2μm，简约峰高“Rpk”比简约谷深“Rvk”小。

本发明的制冷循环装置包括：本发明的制冷剂压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。

根据本发明，能防止设于滑动构件的硬质保护膜的缺口、剥离，此外，能提高保护膜对于与滑动构件滑动接触的对象构件的初始磨合性。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的制冷循环装置的示意图。

图2是表示制冷压缩机的内部结构的纵剖主视图。

图3是表示构成压缩机构部的汽缸、滚筒和叶片的立体图。

图4是表示叶片的前端部的剖视图。

图5是滚筒抛光后的基材的表面粗糙度的测定图。

图6是进行滚筒抛光前的基材的表面粗糙度的测定图。

图7是表示基材的表面粗糙度与滚筒的磨损量的关系的图表。

(符号说明)

2制冷剂压缩机

4室外热交换器(冷凝器、蒸发器)

5膨胀装置

6室内热交换器(蒸发器、冷凝器)

9旋转压缩机构部(压缩机构部)

14a、14b滚筒(对象构件)

15a、15b叶片(滑动构件)

24基材

25第一层

26第二层

27第三层

28第四层

29保护膜

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示具有制冷剂压缩机的制冷循环装置1的示意图。

制冷循环装置1是将封闭旋转式的制冷剂压缩机2、四通阀3、在制冷运转时作为冷凝器发挥作用且在制热运转时作为蒸发器发挥作用的室外热交换器4、膨胀装置5、在制冷运转时作为蒸发器发挥作用且在制热运转时作为冷凝器发挥作用的室内热交换器6、储罐7连通成环状而形成的。

在该制冷循环装置1中，在制冷运转时，从制冷剂压缩机2排出的制冷剂如实线的箭头所示，经由四通阀3，供给到室外热交换器(冷凝器)4，在此与外部气体进行热交换而被冷凝。

该被冷凝的制冷剂从室外热交换器4流出，经由膨胀装置5，流入室内热交换器(蒸发器)6，在室内热交换器6内与室内空气进行热交换而蒸发，从而冷却室内空气。从室内热交换器6流出的制冷剂经由四通阀3和储罐7，被吸入制冷剂压缩机2内。

另一方面，在制热运转时，从制冷剂压缩机2排出的制冷剂如虚线的箭头所示，经由四通阀3，供给到室内热交换器(冷凝器)6，在此与室内空气进行热交换而被冷凝，从而加热室内空气。

该被冷凝的制冷剂从室内热交换器6流出，经由膨胀装置5，流入室外热交换器(蒸发器)4，在室外热交换器4内与室外空气进行热交换而蒸发。该蒸发的制冷剂从室外热交换器4流出，经由四通阀3和储罐7，被吸入制冷剂压缩机2内。

以后，制冷剂依次同样地流动，维持制冷循环装置1的运转。作为制冷剂，使用HFC(氢氟烃)制冷剂、HC(碳氢化合物)(烃类)制冷剂、二氧化碳类制冷剂等。

如图2所示，制冷剂压缩机2是双汽缸型的，具有封闭壳体2a。在封闭壳体2a内收纳有电动机部8和作为压缩机构部的旋转压缩机构部9，电动机部8与旋转压缩机构部9经由具有偏心部10a、10b的转轴10而连结。

电动机部8具有转子8a和定子8b，可以是被逆变器驱动的无刷DC同步电动机、AC电动机或由工业电源驱动的电动机等中的任一个。

在封闭壳体2a的底部贮存有润滑旋转压缩机构部9的制冷机油11。作为制冷机油11，使用POE(多元醇脂油)、PVE(聚乙烯醚)、PAG(聚亚烷基二醇)等。

旋转压缩机构部9具有第一压缩机构部9a和第二压缩机构部9b，第一压缩机构部9a具有形成汽缸室12a的汽缸13a，第二压缩机构部9b具有形成汽缸室12b的汽缸13b。

在汽缸13b内收纳有滚筒14b和作为滑动构件的叶片15b，在汽缸13a内收纳有滚筒14a和作为滑动构件的叶片15a(未图示)。

图2中，为了明确叶片15b的状态和吸入管23的连接状态，以不同的截面表示第一压缩机构部9a和第二压缩机构部9b的一部分。

滚筒14b与转轴10的偏心部10b嵌合，随着转轴10的旋转，在汽缸室12b内旋转。滚筒14a与转轴10的偏心部10a嵌合，随着转轴10的旋转，在汽缸室12a内旋转。

滚筒14a、14b由含有钼、镍和铬的片状石墨铸铁形成。

图3是表示构成第二压缩机构部9b的汽缸13b、滚筒14b和叶片15b的立体图。第一压缩机构部9a也与第二压缩机构部9b结构相同，具有汽缸13a、滚筒14a和叶片15a。

如图3所示，叶片15b与形成于汽缸13b的槽16b嵌合成能滑动。在槽16b内收纳有对叶片15b向使叶片15b的前端与滚筒14b的外周面滑动接触方向施力的弹簧(未图示)。

第一压缩机构部9a的叶片15a也没有图示，但与形成于汽缸13a的槽嵌合成能滑动，在该槽内收纳有对叶片15a向使叶片15a的前端与滚筒14b的外周面滑动接触方向施力的弹簧。

第一压缩机构部9a的汽缸13a的两端部分被主轴承17和隔板18覆盖，内部形成有汽缸室12a。第二压缩机构部9b的汽缸13b的两端部分被副轴承19和隔板18覆盖，内部形成有汽缸室12b。

主轴承17中设有连通汽缸室12a与封闭壳体2a内的排出孔20a和开闭该排出孔20a的排出阀21a。副轴承19中设有连通汽缸室12b与封闭壳体2a内的排出孔20b和开闭该排出孔20b的排出阀21b。

在封闭壳体2a的上表面部连接有将封闭容器2a内的被压缩后的制冷剂朝四通阀3排出的排出管22。在封闭容器2a的侧面下部侧连接有将通过储罐7的制冷剂导入汽缸室12a、12b内的吸入管23。

图4是表示叶片15b的前端侧的一部分的剖视图。叶片15a也采用相同结构。叶片15b使用将金属材料即铬钼钢冷锻造而形成的基材24。

接着，对该基材24进行滚筒抛光，使得基材24的表面粗糙度如下：最大轮廓峰高“Rp”小于等于0.5μm，算术平均粗糙度“Ra”小于等于0.2μm，简约峰高“Rpk”比简约谷深“Rvk”小。

在此，算术平均粗糙度Ra被定义成：从粗糙度曲线中，以该平均线的基准长度l进行取样，合计从该取样部分的平均线到测定曲线的偏差的绝对值，然后进行平均得到的值。

图5是进行滚筒抛光后的基材24的表面粗糙度的测定图。与此相对，图6是进行滚筒抛光前的基材24的表面粗糙度的测定图。根据图5和图6的测定图，因进行滚筒抛光，突出的轮廓峰部被除去，滚筒抛光而造成的谷部的除去较少，可以确知简约峰高“Rpk”比简约谷深“Rvk”小。

对基材24进行渗碳淬火的表面硬化处理，使表面硬度变成维氏硬度650后，进行滚筒抛光。若在滚筒抛光后进行上述表面硬化处理，则滚筒抛光面的表面粗糙度有可能再次变差。

该表面硬化处理并不意味着仅使基材24的表面硬化，是指至少使基材24的表面硬化，也包括对基材24的整体进行硬化处理的情形。

在表面硬化处理后进行滚筒抛光的基材24的表面形成有因使具有铬(Cr)的单一层的第一层25、具有铬和碳化钨(WC)的合金层的第二层26、具有含有钨(W)的无定形碳层的第三层27、具有不含金属但含碳和氢的无定形碳层的第四层28层积而形成的比基材24硬质的保护膜29。

第三层27可以是不含有钨但含有碳化钨的无定形碳层，此外，也可以是含有钨和碳化钨两者的无定形碳层。

第二层26的铬的含有率在第一层25侧比在第三层27侧高，且碳化钨的含有率在第三层27侧比在第一层25侧高，以此方式使所含成分递变。

第三层27的钨的含有率在第二层26侧比在第四层28侧高，以此方式使所含成分递变。

第一层25～第四层28的厚度尺寸如下：第一层25为0.1μm，第二层26为0.2μm，第三层27为0.5μm，第四层28为2.2μm，具有各层25～28的保护膜29的整体的厚度尺寸为3μm。

图7是表示使叶片15b(15a)与滚筒14b(14a)滑动接触、制冷剂压缩机2运转时，测定滚筒14b(14a)的磨损量的结果的图表。

该图表的纵轴为滚筒14b(14a)的磨损量，此外，横轴为基材24的表面粗糙度的最大轮廓峰高“Rp”和算术平均粗糙度“Ra”，可以确知，若最大轮廓峰高“Rp”小于等于0.5μm、算术平均粗糙度“Ra”小于等于0.2μm，则能将滚筒14b的磨损量抑制在较低。

该测定是将使用不同表面粗糙度的基材24而制造的各种叶片和滚筒安装到制冷剂压缩机2的旋转压缩机构部9，将液体制冷剂强制地断续地反复吸入旋转压缩机构部9，使叶片与滚筒激烈撞击而进行的。

另外，在本实施方式中，举例说明了保护膜29仅形成于叶片15b(15a)的与作为对象构件的滚筒14b(14a)滑动接触的部分的情形，但保护膜29也可形成于叶片15b(15a)的整周。

在这种结构中，对金属材料形成的叶片15a、15b的基材24进行渗碳淬火的表面硬化处理，从而能抑制高负载作用时的基材24的弹性变形。

因此，能抑制高负载作用时的保护膜29的变形，能提高基材24与保护膜29之间、保护膜29的各层25～28之间的紧贴性。

关于构成保护膜29的四个层25～28，第一层25是铬的单一层，第二层26是铬和碳化钨的合金层，第三层27是含有钨和碳化钨中至少一方的含金属无定形碳层，第四层28是不含金属但含碳和氢的无定形碳层。

此外，第二层26的铬的含有率在第一层25侧比在第三层27侧高，且碳化钨的含有率在第三层27侧比在第一层25侧高，以此方式使所含成分递变。

此外，第三层27的钨的含有率在第二层26侧比在第四层28侧高，以此方式使所含成分递变。

因此，第一层25与第二层26之间，第二层26与第三层27之间，第三层27与第四层28之间的硬度差变小，藉此，能提高上述各层25～28之间的紧贴性，此外，能抑制保护膜29内部破裂等的发生。

由于位于保护膜29的最外侧的第四层28是不含金属但含碳和氢的无定形碳层，因此，与将含有金属的无定形碳层设于最外侧的情形相比，能实现高硬度化，能提高叶片15b的耐磨损性。

关于构成叶片15b、15a的基材24的表面粗糙度，通过滚筒抛光，能使最大轮廓峰高“Rp”小于等于0.5μm，算术平均粗糙度“Ra”小于等于0.2μm，藉此，能扩大基材24的实际接触面积。

因此，在将保护膜29形成于该基材24的表面的情形下，能抑制在基材24与保护膜29之间的应力集中，能防止因应力集中造成的保护膜29的缺口、剥离。

此外，通过滚筒抛光将基材24表面的轮廓峰部除去，从而在该基材24的表面形成保护膜29的情形下，减小产生于保护膜29的表面的轮廓峰部，提高叶片15b的保护膜29与滚筒14b的滑动接触部分的初始磨合性。

因此，通过提高叶片15b、15a的保护膜29与滚筒14b、14a的滑动接触部分的初始磨合性，防止保护膜29的缺口或剥离，能抑制滚筒14b、14a的与叶片15b、15a滑动接触部分的磨损，能获得具有耐久性和可靠性的旋转压缩机构部9。

此外，在滚筒抛光中，谷部没有被除去而残留，因此，在形成保护膜29的情形下，在该保护膜29的表面形成有与基材24的谷部对应的凹部。因此，能利用该凹部获得润滑油的油贮存效果，能提高叶片15b、15a与滚筒14b、14a的滑动接触部分的润滑性能。

Claims

1.一种制冷剂压缩机，该制冷剂压缩机设于制冷循环中，具有包括叶片的压缩机构部，对制冷剂进行压缩，

其特征在于，

所述叶片包括：由金属材料形成的基材；以及形成于所述基材的表面的、比所述基材硬的保护膜，

所述基材的表面粗糙度被设定如下：最大轮廓峰高Rp小于等于0.5μm，算术平均粗糙度Ra小于等于0.2μm，简约峰高Rpk比简约谷深Rvk小。

2.如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，

所述基材的表面粗糙度通过滚筒抛光所述基材而获得。

3.如权利要求1或2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，

所述保护膜形成于所述叶片的至少与对象构件滑动接触的部分。

4.如权利要求1或2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，

所述保护膜是将由铬的单一层构成的第一层、由铬和碳化钨的合金层构成的第二层、由含有钨和碳化钨中至少一种的含金属无定形碳层构成的第三层、由不含金属但含碳和氢的无定形碳层构成的第四层依次层积于所述基材的表面而形成的，

所述第二层的铬的含有率在所述第一层侧比在所述第三层侧高，且碳化钨的含有率在所述第三层侧比在所述第一层侧高，

所述第三层的钨或碳化钨的含有率在所述第二层侧比在所述第四层侧高。

5.一种制冷循环装置，其特征在于，

包括：权利要求1至4中任一项所述的制冷剂压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。