CN102022852A - 蓄冷式制冷机、其制造方法及其回转阀的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄冷式制冷机、蓄冷式制冷机用回转阀的制造方法及蓄冷式制冷机的制造方法，该蓄冷式制冷机能够长期稳定地使用。该蓄冷式制冷机具有压缩机、在一端设置膨胀空间的缸、以及回转阀，所述回转阀设置在压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从压缩机向膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从膨胀空间向压缩机侧流动的第2流道，通过膨胀空间中的工作流体的膨胀，使缸内产生寒冷，其中，回转阀具备具有第1平面的阀主体、以及具有与第1平面面接触的第2平面且在第1及第2平面面接触的状态下旋转的阀板，第1及第2平面的一方的算术平均粗糙度在0.1μm～0.9μm的范围内，第1及第2平面的另一方具有树脂。

Description

蓄冷式制冷机、其制造方法及其回转阀的制造方法

本申请主张基于2009年9月14日申请的日本专利申请第2009-212348号的优先权。其申请的全部内容通过参照援用在本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种能够使用回转阀切换向缸的工作流体的供给及来自缸的工作流体的排出的蓄冷式制冷机。

背景技术

目前为止，作为能够产生超低温的制冷机，周知有吉福特-麦克马洪(GM)制冷机。GM制冷机是利用基于在缸内往复运动的换置器的空间的体积变化，根据吉福特-麦克马洪制冷周期获得制冷效果的制冷机。

在GM制冷机中，通过向缸内供给高压工作流体(例如氦气体)，并使该工作流体在缸内绝热膨胀来产生超低温。成为该超低温的工作流体从周围吸收热的同时，与设置在缸内的蓄冷材料进行热交换而升温至室温，之后从缸内排出。由此缸内维持在超低温，冷却与缸热连接的冷却对象。从缸排出的工作流体在压缩机中压缩而成为高压的工作流体。之后，该高压的工作流体再供给到缸侧。

由于进行这种工作流体的向缸的供给及从缸的排出，所以一般的情况下GM制冷机具有如回转阀那样的切换阀。

回转阀具备圆柱状的旋转体的阀板和处于静止状态的阀主体。在使阀板旋转的状态下，将阀板的平面(滑动面)按压在阀主体的平面(滑动面)时，若两滑动面的相对位置成预定的关系，则形成从压缩机到缸的工作流体的供给流道。并且，若两滑动面的相对位置成其他预定的关系，则形成从缸向压缩机的工作流体的排出流道。从而，回转阀通过旋转1次阀板就能够交替转换工作流体的流道。

作为这种回转阀的阀板与阀主体的滑动面的组合，一直以来使用金属与树脂的组合。

作为金属通常使用铝或其合金。但是，一般铝及其合金因硬度较低，所以使用于回转阀的滑动面时，该滑动面预先通过铝阳极化处理改善表面，之后进行精抛光。并且，提案有为了提高滑动面的耐磨性，在滑动面涂覆由类金刚石(DLC)构成的薄膜的技术(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2001-280728号公报

然而，如所述的铝合金(铝阳极化处理)/树脂的组合中，存在滑动面因磨损易劣化而必须以较短的间隔进行保养或部件的更换的问题。

并且，在滑动面涂覆DLC时，虽然抑制一部分涂覆施工面本身的磨损的程度，但在与该涂覆面面接触的相对侧的滑动面中，依然残留易产生因磨损劣化的状态。从而，此方法无法成为解决问题的根本对策。

发明内容

本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种有意抑制滑动部的因磨损的劣化、且具有能够长期稳定使用的回转阀的蓄冷器式制冷机。

在本发明中，提供一种蓄冷式制冷机，具有：

压缩机，压缩工作流体；

缸，被供给被压缩的工作流体，在内部具有蓄冷材料，在一端设置有膨胀空间；以及

回转阀，设置在所述压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从所述压缩机向所述膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从所述膨胀空间向所述压缩机侧流动的第2流道；

通过所述膨胀空间中的工作流体的膨胀，使所述缸内产生寒冷，该蓄冷式制冷机的特征在于，

所述回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；以及

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转；

所述第1及第2平面的一方的算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm的范围内；

所述第1及第2平面的另一方具有树脂。

另外，在本申请中，“蓄冷式制冷机”是指如GM制冷机、脉冲管制冷机及苏尔威制冷机那样的、具有通过流入包含蓄冷材料的缸内的工作流体绝热膨胀来在缸内产生寒冷的机构的所有制冷机。

在此，根据本发明的蓄冷式制冷机中，所述第1及第2平面的一方可以具有金属添加碳膜。

并且，根据本发明的蓄冷式制冷机中，所述金属添加碳膜可以含有铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、硅(Si)及钼(Mo)中的至少一种。

并且，根据本发明的蓄冷式制冷机中，所述第1及第2平面的所述一方可以在所述金属添加碳膜的下侧具有镍(Ni)膜、铬(Cr)膜及氮化铬(CrN)膜中的至少一种。

并且，根据本发明的蓄冷式制冷机中，所述第1及第2的平面的所述一方，作为母材可以具有铝金属或铝合金。

并且，根据本发明的蓄冷式制冷机中，所述树脂可以包含聚醚砜(PES)、全芳香族聚酯(WAPE)及/或聚四氟乙烯(PTFE)。

并且，在本发明中，该蓄冷式制冷机可以是GM制冷机、脉冲管制冷机、或者苏尔威制冷机。

在此，作为所述母材具有铝金属或铝合金的所述平面可以进行铝阳极化处理。

另外，在本发明中提供一种蓄冷式制冷机用回转阀的制造方法，所述蓄冷式制冷机用回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转，该蓄冷式制冷机用回转阀的制造方法的特征在于，具备：

由铝金属或铝合金构成所述阀主体、由树脂构成所述阀板的步骤，或者由树脂构成所述阀主体、由铝金属或铝合金构成所述阀板的步骤；

铝阳极化处理所述铝金属或铝合金的表面的步骤；

将所述铝阳极化处理过的表面进行喷丸硬化处理，形成算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm范围内的平面的步骤。

另外，在本发明中提供一种蓄冷式制冷机的制造方法，所述蓄冷式制冷机具有：

压缩机，压缩工作流体；

缸，被供给被压缩的工作流体，在内部具有蓄冷材料，在一端设置有膨胀空间；以及

回转阀，设置在所述压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从所述压缩机向所述膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从所述膨胀空间向所述压缩机侧流动的第2流道；

通过所述膨胀空间中的工作流体的膨胀，使所述缸内产生寒冷，该蓄冷式制冷机的制造方法的特征在于，

所述回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；以及

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转，

所述回转阀通过上述制造方法制造。

发明效果

在本发明中，提供一种有意抑制滑动部的因磨损的劣化、且具有能够长期稳定使用的回转阀的蓄冷器式制冷机。

附图说明

图1是示意地表示根据本发明的GM制冷机的一例的剖视图。

图2是根据本发明的回转阀的分解立体图。

图3是表示铝合金制阀板的平面的算术平均粗糙度Ra与树脂制阀主体的平面的磨损量之间的关系的图表。

图4是表示例1中的铝阳极化处理后的铝合金的表面状态的图。

图5是表示例2中的喷丸硬化后的铝合金的表面状态的图。

图6是表示例2中的设置含钨的碳膜之后的铝合金的表面状态的图。

图7是表示在例1的盘与树脂环的界面产生的摩擦系数的经时变化的图表。

图8是表示在例2的盘与树脂环的界面产生的摩擦系数的经时变化的图表。

图9是表示例3中喷丸硬化后的铝合金的表面状态的图。

附图标记

100-GM制冷机，101-气体压缩机，101a-进气口，101b-排出口，102-冷头，103a、103b-换置器，104、105-蓄冷材料，106-第1级冷却台，107-第2级冷却台，110-缸部，110a-第1级缸，110b-第2级缸，111-第1级膨胀室，112-第2级膨胀室，113-上部室，114-曲柄，114a-偏心销，115-电动机，116-旋转轴承，117a、117b-滑动轴承，119-销，120-螺旋弹簧，121-气体流道，122-挡车轭，123-壳体部，124-壳体，155-回转阀，161-阀主体，165a、175a-平面，165b、165e-气体流道，165c、175d-槽，165d-端部，171-阀板，175b-气体流道。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的制冷机进行详细说明。

图1中示意地表示本发明的吉福特-麦克马洪(GM)制冷机的剖视图的一例。

根据本发明的GM制冷机100具有气体压缩机101和冷头102。冷头102具有壳体部123和缸部110。

气体压缩机101从进气口101a吸入工作流体，进行压缩而从排出口101b排出高压工作流体。作为工作流体通常使用氦气体。

缸部110成为第1级缸110a及第2级缸110b的2级结构，第2级缸110b的直径比第1级缸110a小。在两缸110a及110b内，可分别向两缸的轴向往复运动地插入有换置器103a及103b。换置器103a及103b互相连结。并且，换置器103a及103b内，分别形成有填充蓄冷材料104及105的气体流道。

在第1级缸110a的第2级缸110b侧的端部形成有第1级膨胀室111，在另一方的端部形成有上部室113。在第2级缸110b的第1级缸110a侧的相反侧的端部形成有第2级膨胀室112。

上部室113通过设置在换置器103a的上端的气体流道L1、换置器103a内的填充有蓄冷材料104的气体流道及设置在换置器103a的下端的气体流道L2与第1级膨胀室111连通。另一方面，第1级膨胀室111通过设置在换置器103b的上端的气体流道L3、换置器103b内的填充蓄冷材料105的气体流道及设置在换置器103b的下端的气体流道L4，与第2级膨胀室112连通。

第1级缸110a的外周面中，在对应于第1级膨胀室111的位置安装有由热传导性部件形成的第1级冷却台106。并且，第2级缸110b的外周面中，在对应于第2级膨胀室112的位置安装有由热传导性部件形成的第2级冷却台107。

第1级换置器103a的外周面中，在上部室113侧的端部附近配置有密封机构150。通过密封机构150密封换置器103a的外周面与第1级缸110a的内周面之间的间隙。

在第1级换置器103a上连结有挡车轭122，该挡车轭122延伸至第1级缸110a的外方(在图1中是上方)。挡车轭122通过固定在壳体124的滑动轴承117a及117b可向换置器103a、103b的轴向移动地被支承。在滑动轴承117b中，维持滑动部的气密性，因此壳体124内的空间与上部室113被隔绝。在壳体124内收容有电动机115，该电动机115的旋转运动通过曲柄114及挡车轭122传递到换置器103a。并且，由此，换置器103a、103b被往复驱动。

在工作流体的流道中，压缩机1的进气口101a及排出口101b与上部室113之间配置有回转阀155。回转阀155具有转换工作流体的流道、将从气体压缩机101的排出口101b排出的工作流体引导至上部室113内、或者将上部室113内的工作流体引导至气体压缩机101的进气口101a的作用。

回转阀155具有阀主体161及阀板171。阀板171通过旋转轴承116可在壳体124内旋转地被支承。驱动挡车轭122的曲柄114的偏心销114a以旋转轴为中心公转，由此，阀板171旋转。阀主体161通过螺旋弹簧120被按压在阀板171上。其中，阀主体161由销119限制为不旋转。

在图2表示回转阀155的分解立体图。

圆柱状的阀主体161具有平面165a。并且，在圆柱状的阀主体161上形成有气体流道165b，该气体流道165b沿着阀主体161的中心轴贯穿阀主体161。气体流道165b的一端向平面165a开口。气体流道165b的另一端与图1所示的气体压缩机101的排出口101b连接。

并且，在阀主体161的平面165a上沿以阀主体161的中心轴为中心的圆弧形成有槽165c。槽165c的端部165d在阀主体161的内部与形成为L字形的气体流道165e的一端连接。并且，气体流道165e的另一端向阀主体161的外周面开口，气体流道165e通过该开口经由图1所示的气体流道121连通至上部室113。

另一方面，阀板171具有与阀主体161的平面165a相互面接触的平面175a。在该平面175a上形成有槽175d。槽175d从平面175a的中心沿着平面175a的半径方向延伸。从而，阀板171旋转，并且槽175d的外周侧的端部与阀主体161的平面165a的槽165c局部重叠时，气体流道165b和气体流道165e通过槽175d连通。

并且，平面175a中沿着阀板171的旋转轴方向形成有气体流道175b，气体流道175b向轴向贯穿阀板171。气体流道175b在平面175a内的半径方向，在与形成在阀主体161的平面165a的槽165c几乎相同的位置开口。气体流道175b的另一端通过图1所示的壳体124内的空腔连接在气体压缩机101的进气口101a上。从而，阀板171旋转，并且气体流道175b的开口部与阀主体161的槽165c局部重叠时，连通气体流道165e与气体流道175b。并且，由此，上部室113通过气体流道121～气体流道165e～气体流道175b连通至气体压缩机101的进气口101a。

接着，简单说明使用这种GM制冷机100对冷却对象进行冷却的方法。

GM制冷机100工作时，回转阀155的阀主体161的平面165a与阀板171的平面175a面接触，阀板171的平面175a在旋转的状态下按压在阀主体161的平面165a上。

此时，若气体流道165b和气体流道165e通过槽175d连通，则从气体压缩机101向上部室113内送入工作流体。另一方面，若气体流道165e和气体流道175b连通，则上部室113内的工作流体被回收到气体压缩机101。从而，通过使阀板171旋转，能够反复进行向上部室113的工作流体的导入和从上部室113的工作流体的回收。

在此，再一次参照图1，GM制冷机工作时，若驱动电动机115，则曲柄114旋转，由此，挡车轭122向上下方向往复运动。并且，由此，与挡车轭122连结的第1级换置器103a、还有第2级换置器103b向上下方向往复运动。

若换置器103a、103b向上部室113侧移动，则上部室113的容积减少，第1级及第2级膨胀室111及112的容积增加。另一方面，若换置器103a、103b向反方向移动，则容积的增减就反过来。尤其，若膨胀室111及112的容积增加，则工作流体绝热膨胀而在膨胀室内部产生寒冷。并且，随着上部室113、膨胀室111及112的容积的变动，工作流体通过气体流道L1～L4而移动。此时，在低温的工作流体与蓄冷材料104及105之间进行热交换。

如上所述的工作流体的导入及回收的反复和换置器103a及103b的往复驱动均与曲柄114的旋转同期进行。从而，根据适当调整工作流体的导入与回收的反复的相位和换置器103a及103b的往复驱动的相位，可在第1级膨胀室111及第2级膨胀室112内连续产生寒冷。并且，由此能够冷却安装在第1级冷却台106及第2级冷却台107的冷却对象(未图示)。

作为这种回转阀155的阀主体161的平面165a和阀板171的平面175a的材料组，一直以来使用树脂和非磁性体金属的组合。使用非磁性体金属是因为使用具有磁性的金属时，存在回转阀155影响GM制冷机100及连接于此的冷却对象的动作的忧虑(尤其，冷却对象是超传导装置等利用磁特性的装置的情况较多)。

通常，作为非磁性体金属使用铝或其合金，作为树脂使用四氟乙烯(例如，NTN公司制造的精密树脂FL3000)。另外，一般铝及其合金因硬度较低，所以使用于回转阀的滑动面(平面165a或175a)时，该滑动面预先通过铝阳极化处理改善表面。并且，铝阳极化处理的表面，之后精抛光而最终获得平滑的平面。在以往，根据该方法最终获得的滑动面的算术平均粗糙度Ra不到0.1μm。

此外，还提案有为提高平面的耐磨性，在金属侧的平面进一步涂覆由类金刚石(DLC)构成的薄膜的技术。

然而，在如上所述的树脂/铝合金(铝阳极化处理)的组合中，存在阀主体及阀板的两平面由于相互磨损，在比较短时间内劣化、损耗的问题。这有可能涉及到回转阀的寿命，进一步涉及GM制冷机整体的寿命缩短的问题。并且有可能发生必须以比较短的间隔进行回转阀的保养或部件的更换的问题。

并且，例如在铝合金侧的平面涂覆DLC时，虽然多少能抑制平面本身的磨损程度，但与该平面(例如，图2的平面175a)面接触的相对侧的平面(例如，图2的平面165a)依然存在容易产生因磨损的劣化的情况。从而，该方法无法成为问题的根本对策。

另一方面，在本发明中具有如下特征：一方的平面(例如，阀板171的平面175a)的算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm的范围内，在该平面设置有金属添加碳膜。

以下，对于包含于该特征的思想及其效果进行说明。另外，在以下的说明中以如下情况为例说明本发明的效果：阀板171的平面175a为具有所述的结构的平面(即为算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm的范围，并设置有金属添加碳膜的平面)。

(1)本发明具有如下特征：阀板171的平面175a的算术平均粗糙度Ra(以下，仅称为“Ra”)在0.1μm～0.9μm的范围内。

目前为止，一直以为金属侧的平面Ra优选尽量较小。这是因为若金属侧的平面的Ra变大，则面接触的相对侧的树脂制平面由于金属侧的平面的凸部而被磨损的危险性变大。并且，磨损相对侧的树脂制平面时，金属侧的平面本身也因磨损而损耗。在以往的阀板中，对铝阳极化处理后的平面最终进行研磨处理而精加工成平滑的情况也是因为此原因。在以往的金属侧的平面中，最终精加工后的Ra最大也就抑制在不到0.10μm的范围内。

与此相反，在本发明中，阀板171的平面175a的Ra成为0.1μm以上，利用了与以往的想法完全相反的思想。这是基于如下根据本申请发明人们最初获得的试验结果的思想：在阀板171的平面175a的Ra不到0.1μm的区域内，Ra越变小，相对侧的阀主体161的平面165a的磨损量越上升。

在图3中，表示由本申请发明人们测量的、阀板171的平面175a的Ra与阀主体161的平面165a的磨损量的关系。使用于该实验中的平面175a由铝阳极化处理后最终进行研磨处理的铝合金构成。并且，平面165a由聚醚砜(PES)、全芳香族聚酯(WAPE)及聚四氟乙烯(PTFE)3种材料构成。阀板171的转速设为135rpm，实验时间设为167小时。

从该图惊奇地发现，在Ra不到0.1μm的范围内Ra越变小，阀主体161的平面165a的磨损量越上升。另外，关于获得这种举动的详细的理由，目前还不明，但是可认为是如下原因：若表面过于平滑，则平面165a及175a的两滑动面彼此之间易产生吸附，滑动反而变差(即，摩擦变大)。并且，也可以预测为如下原因：若平面175a过于平滑，棱边状的(锐利地突出的)凸部相对地加强，因该凸部在相对的平面175a易产生强烈的“划痕损伤”。

另一方面，从图3可知，平面175a的Ra为0.1μm以上时，即使Ra增加，阀主体161的平面165a的磨损量也几乎不变。这可以认为是如下原因：Ra为0.1μm以上时，与Ra不到0.1μm时相比，平面165a、175a彼此之间的滑动变得更圆滑。并且，也能考虑到在平面175a中，棱边状的凸部变得相对地不明显，在相对的平面165a变得难以产生强烈的“划痕损伤”，其结果，平面165a的磨损量不怎么增加。

总之，从该结果来看，以抑制磨损量为目的，在尽可能抑制Ra的方向(例如Ra＜0.1μm)进行表面的调整的以往的方法中，可知反而提高阀主体161的平面165a的磨损量的可能性较高。

相反，通过将阀板171的平面175a的Ra设为0.1μm以上，与以往相比更能抑制阀主体161的平面165a的磨损量。

另外，在本发明中，阀板171的平面175a的Ra的上限是0.9μm。从图3可知，这是因为若阀板171的平面175a的Ra超过0.9μm，则阀主体161的平面165a的磨损量再次开始上升。作为该举动的原因认为若平面175a的Ra变大到超过0.9μm，则如一直以来所预测的那样，基于平面175a的凸部的平面165a的损伤变得更明显。

从以上来看，在本发明中，金属侧的平面175a的Ra在0.1μm～0.9μm的范围内调整。

另外，具有这种Ra的范围的表面，例如可通过基于粒径在10～200μm的范围的陶瓷粒子的喷丸硬化处理等的应用而容易获得。

(2)在本发明中，在阀板171的平面175a中设置有“金属添加碳膜”。

另外，在本申请中，需要注意“金属添加碳膜”是指以碳膜为基体，在该基体上分散或配置金属的膜整体。金属可以在碳基体中分散为粒子状也可配置成层状。

金属添加碳膜具有提高设置有该膜的表面本身的耐磨性的作用。从而，通过在阀板171的平面175a设置金属添加碳膜来抑制平面175a本身的磨损。另外，由本申请发明人们确认了如下内容：只要不极端地加厚金属添加碳膜，在金属添加碳膜的设置前后，表面的Ra就没怎么变化。换而言之，在设置金属添加碳膜之前，将表面的Ra控制在0.1μm～0.9μm的范围内时，金属添加碳膜的设置后也维持该Ra。

作为包含在金属添加碳膜的金属材料，例如有铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、硅(Si)、钼(Mo)及它们的组合。碳膜(基体部分)也可以是DLC。

金属添加碳膜的厚度没有特别限制，但是，例如可以是1μm～15μm范围。另外，若金属添加碳膜的厚度极端地变得过厚，则存在以下可能：设置膜之前即使预先将表面的Ra控制在0.1μm～0.9μm范围，最终获得的表面的Ra也偏离该范围。此时，在设置金属添加碳膜之后精加工表面，以使表面的Ra成为0.1μm～0.9μm的范围。

金属添加碳膜可直接设置在构成阀板171的平面175a的母材(例如，铝合金或铝阳极化处理表面)上，或者也可通过中间层设置在母材上。根据通过中间层提高金属添加碳膜的紧密性。作为中间层可举出镀镍(Ni)层、镀铬(Cr)层。或者也可以通过CVD法等在母材表面设置氮化铬(CrN)层，并以此作为中间层。中间层的厚度例如为1μm～15μm的范围。

另一方面，与设置有金属添加碳膜的阀板171的平面175a面接触的、构成阀主体161的平面165a的树脂优选由工程塑料构成。

树脂例如可以包含聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚砜(ポリェ一テルェ一テルサルホン)及酚醛树脂中的至少一种。并且，树脂也可以是聚酰胺酰亚胺和聚四氟乙烯(PTFE)的混合物。或者，树脂也可以是包含聚醚砜(PES)、全芳香族聚酯(WAPE)及/或聚四氟乙烯(PTFE)的树脂。尤其将含有PES、WAPE及PTFE的树脂(以下称为“3种混合树脂”)使用在平面165a时，因为有意抑制平面165a和设置有金属添加碳膜的平面175a之间的摩擦系数，所以“3种混合树脂”可以称为特别优选的树脂。

在本发明中，通过上述(1)与(2)的2个效果，在平面165a及平面175a的各自中基于滑动的磨损被抑制。从而，根据本发明的回转阀可长期间稳定地使用，且可以抑制部件的更换次数或保养的频度。并且，通过使用这种回转阀能够提供发挥长期间稳定的特性的制冷机。

另外，在上述记载中，对于将阀板171的平面175a设为金属侧、将阀主体161的平面165a设为树脂侧的例子进行了说明。然而很明显，金属/树脂的应用也可以相反，即，也可以将阀板171的平面175a设为树脂侧，将阀主体161的平面165a设为金属侧。

并且，在上述记载中，作为应用根据本发明的回转阀的装置的例子采用了GM制冷机，并对本发明的结构及效果进行了说明。然而，根据本发明的回转阀也可以应用于1级或多级式的脉冲管制冷机及苏尔威制冷机等具有与GM制冷机相同的冷却机构的其他装置，这对本领域技术人员来说是显而易知的。

另外，本申请发明人们进一步进行研究开发的结果，发现在回转阀中，即使未必在金属侧的平面设置金属添加碳膜，也能够有意地抑制阀板和阀主体的平面的磨损量，即，仅通过将金属侧的平面的算术平均粗糙度Ra抑制在所述的范围，与以往相比磨损量也有意地减少。从而，在本申请中，进一步提供一种蓄冷式制冷机，具有：

压缩机，压缩工作流体；

缸，被供给被压缩的工作流体，在内部具有蓄冷材料，在一端设置有膨胀空间；以及

回转阀，设置在所述压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从所述压缩机向所述膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从所述膨胀空间向所述压缩机侧流动的第2流道，

通过所述膨胀空间中的工作流体的膨胀，使所述缸内产生寒冷，其特征在于，

所述回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转，

所述第1及第2平面的一方的算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm的范围，

所述第1及第2平面的另一方具有树脂。在此，优选所述第1及第2的平面的一方，作为母材具有铝金属或铝合金。

进而，铝金属或铝合金的表面优选进行铝阳极化处理。铝阳极化处理层的厚度，例如为5μm～100μm左右(例如，20μm或50μm等)。

具有这种范围的算术平均粗糙度Ra的金属平面，如上所述，可通过喷丸硬化处理容易地进行。例如，作为介质使用平均粒径为1μm～200μm左右的陶瓷粒子，对铝阳极化处理的铝金属或铝合金进行喷丸硬化处理，由此能够容易地形成算术平均粗糙度Ra在0.1μm～0.9μm的范围的表面。

作为介质的陶瓷粒子，例如可使用氧化铝、二氧化硅(包含以二氧化硅为主成分的沙或玻璃)或者氧化锆等。

【实施例】

以下，对本发明的实施例进行说明。

(例1)

准备铝合金盘(直径50mm×厚度7mm)，用一般的方法对此进行铝阳极化处理。通过铝阳极化处理铝合金盘的硬度从处理前的150Hv提高到约500Hv。接着，机械精抛光该处理表面。测量处理表面的算术平均粗糙度Ra的结果，Ra约为0.08μm。

另外，在本申请中，表面的算术平均粗糙度Ra是如下计算出来的。首先准备用同一方法制作的5片样品。在1片样本的中央部附近，在与表面的研磨方向大致平行的方向(研磨方向不清楚时是任意决定的第1方向)及相对于该研磨方向大致垂直的方向(研磨方向不清楚时是与所述第1方向大致正交的方向)各自中，各测量1次算术平均粗糙度Ra而求出平均值(称为“值1”)。在盘的周围部2个部位也进行同样的测量，对各个测量求出平均值(值1～值3)。对值1～值3平均化，获得数据A。对5片样片进行这种操作，获得数据A～数据E。最后对该5个值平均化，并将此设为对象表面的算术平均粗糙度Ra。

图4表示研磨后的表面的电子显微镜照片。上图为在低倍率(200倍)下的照片，下图为高倍率(3000倍)下的照片。从该图可知，虽然处理表面比较平滑，但是在表面的局部以线状形成有沿着同方向锋利地突出的“棱边状”凸部。

(例2)

与例1相同，铝阳极化处理铝合金盘(直径50mm×厚度7mm)后，进一步在该表面进行喷丸硬化处理。在喷丸硬化处理中使用粒径为30μm～50μm的范围的氧化铝粒子。测量处理表面的算术平均粗糙度Ra的结果，Ra约为0.79μm(通过所述的方法获得的值)。

在图5中表示所获得的表面的电子显微镜照片。上图是在低倍率(200倍)下的照片，下图是在高倍率(3000倍)下的照片。从该图中可知，处理表面具有多个比较大的凹凸。然而可知，看不到如所述图4的锋利地突出的“棱边状”的凸部，凸部为具有较圆形的形态。

其次，在喷丸硬化处理后的铝合金盘表面，用无电解法设置镀Ni膜。镀Ni膜的厚度约设为10μm。之后，在该表面进一步设置含有钨的碳膜。含钨的碳膜的成膜法中，使用一般的物理气相成膜法(PVD处理)，通过使氩离子冲撞碳和钨2个目标的溅射法而成膜。含钨的碳膜的膜厚约设为2μm。

在图6中，表示设置含有钨的碳膜后的表面的电子显微镜照片。上图是在低倍率(200倍)下的照片，下图是在高倍率(3000倍)下的照片。从该图可知，表面依然具有大的凹凸，但是未形成有如例1的棱边状的凸部。另外，从图6和图5的照片的比较可知，通过设置含有钨的碳膜，表面的凸部有带有更圆形的倾向。

测量该表面的算术平均粗糙度Ra的结果，可知Ra约为0.8μm(5次测量的平均值)，与喷丸硬化后的值几乎不变。

(评价试验)

使用例1及例2的铝合金盘和树脂环实施了磨损试验(环-盘试验)。对树脂环使用了由聚醚砜(PES)、全芳香族聚酯(WAPE)及聚四氟乙烯(PTFE)的3种材料构成的树脂。树脂环直径为37mm、厚度为6mm。

在试验中，在静止的铝合金盘上按压旋转的树脂环，监视在两者的接触面所产生的摩擦系数的经时变化。按压力设为0.25MPa，树脂环的转速设为180rpm。另外，为了模拟实际环境并未使用润滑剂。试验在氦气气氛中实施。试验时间设为168小时。并且，测量后测量了铝合金盘及树脂环的磨损量。

图7及图8中分别表示例1及例2中的摩擦系数的经时变化的测量结果。

从图7的结果可知，使用例1的铝合金盘时，铝合金盘和树脂环的界面的摩擦系数在0.18～0.30的范围内较大地变动。设想回转阀时，这种摩擦系数的变动不优选。这是因为若在回转阀的阀板的平面和阀主体的平面之间发生这种摩擦系数的变动，则旋转驱动回转阀的阀板的电动机的负载变动，由此存在电动机的寿命变短的可能。并且，电动机的负载变动有可能成为有损作为制冷机整体的工作稳定性、例如冷却特性的主要因素。

另一方面，如图8所示，可知使用例2的铝合金盘时，界面的摩擦系数抑制在0.20～0.25范围内，随时间的变动比较小。从这一点来看，用例2所示的方法，通过制作回转阀的金属侧的平面，能够更使与树脂侧平面之间的摩擦稳定化，由此能够提高作为制冷机整体的工作稳定性。

表1中表示使用各个铝合金盘时所产生的磨损量的测量结果。

【表1】

在例1的情况下，铝合金盘的磨损量为0.2mg，但是树脂环的磨损量为46.4mg这一较高值。另一方面，在例2的情况下，铝合金盘的磨损量为与例1相同的0.2mg，但是树脂环的磨损量为30.1mg，与例1相比约降低35％。

这样，在本发明中确认了金属制平面的磨损被抑制，而且与金属制平面面接触的树脂制平面的磨损量也有意地被抑制。

(例3)

与例1相同，铝阳极化处理铝合金盘(直径50mm×厚度7mm)后，还在该表面进行了喷丸硬化处理。在喷丸硬化处理中使用了粒径为30μm～50μm范围的氧化铝粒子。测量处理表面的算术平均粗糙度Ra的结果，Ra约为0.2μm(根据所述的方法获得的值)。

在图9中表示获得的表面的电子显微镜照片。上图是在低倍率(200倍)下的照片，下图是在高倍率(3000倍)下的照片。

(评价试验2)

通过根据例3及所述的例1的方法制作的铝合金盘和树脂环，实施了所述的磨损试验(环-盘试验)。对树脂环使用了由聚醚砜(PES)、全芳香族聚酯(WAPE)及聚四氟乙烯(PTFE)3种材料构成的树脂。树脂环的直径为37mm、厚度为9mm。

向静止的铝合金盘按压旋转的树脂环，经过预定时间后，测量铝合金盘及树脂环的磨损量。按压压力设为0.25MPa，树脂环的旋转速度设为135rpm。另外，为了模拟实际环境并未使用润滑剂。试验在氦气气氛中实施，试验时间为146小时。

表2中表示使用各个铝合金盘时所产生的、磨损量的测量结果。

【表2】

在例1的情况下，铝合金盘的磨损量少至1mg左右，但是树脂环的磨损量为20.5mg这一较高值。另一方面，在例3的情况下，铝合金盘的磨损量为检测界限以下，另外树脂环的磨损量为14.5mg，与例1相比约降低30％。

产业上的可利用性

本发明能够应用于GM制冷机、脉冲管制冷机、苏尔威制冷机等的回转阀。

Claims (10)

1.一种蓄冷式制冷机，具有：

压缩机，压缩工作流体；

缸，被供给被压缩的工作流体，在内部具有蓄冷材料，在一端设置有膨胀空间；以及

回转阀，设置在所述压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从所述压缩机向所述膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从所述膨胀空间向所述压缩机侧流动的第2流道；

通过所述膨胀空间中的工作流体的膨胀，使所述缸内产生寒冷；

该蓄冷式制冷机的特征在于，

所述回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；以及

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转；

所述第1及第2平面的一方的算术平均粗糙度(Ra)在0.1μm～0.9μm的范围内；

所述第1及第2平面的另一方具有树脂。

2.如权利要求1所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

所述第1及第2平面的一方具有金属添加碳膜。

3.如权利要求2所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

所述金属添加碳膜含有铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、硅(Si)及钼(Mo)中的至少一种。

4.如权利要求2或3所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

所述第1及第2平面的所述一方在所述金属添加碳膜的下侧具有镍(Ni)膜、铬(Cr)膜及氮化铬(CrN)膜中的至少一种。

5.如权利要求1或2所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

所述第1及第2平面的所述一方，作为母材具有铝金属或铝合金。

6.如权利要求1或2所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

所述树脂包含聚醚砜、全芳香族聚酯及/或聚四氟乙烯。

7.如权利要求1或2所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

该蓄冷式制冷机是GM制冷机、脉冲管制冷机或者苏尔威制冷机。

8.如权利要求5所述的蓄冷式制冷机，其特征在于，

作为所述母材具有铝金属或铝合金的所述平面进行了铝阳极化处理。

9.一种蓄冷式制冷机用回转阀的制造方法，所述蓄冷式制冷机用回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；以及

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转；

该蓄冷式制冷机用回转阀的制造方法的特征在于，具备：

由铝金属或铝合金构成所述阀主体、由树脂构成所述阀板的步骤，或者由树脂构成所述阀主体、由铝金属或铝合金构成所述阀板的步骤；

铝阳极化处理所述铝金属或铝合金的表面的步骤；

将所述铝阳极化处理过的表面进行喷丸硬化处理，形成算术平均粗糙度(Ra)在0.1μm～0.9μm范围内的平面的步骤。

10.一种蓄冷式制冷机的制造方法，所述蓄冷式制冷机具有：

压缩机，压缩工作流体；

缸，被供给被压缩的工作流体，在内部具有蓄冷材料，在一端设置有膨胀空间；以及

回转阀，设置在所述压缩机与缸之间，切换形成为工作流体从所述压缩机向所述膨胀空间侧流动的第1流道和形成为工作流体从所述膨胀空间向所述压缩机侧流动的第2流道；

通过所述膨胀空间中的工作流体的膨胀，使所述缸内产生寒冷；

该蓄冷式制冷机的制造方法的特征在于，

所述回转阀具备：

阀主体，具有第1平面；以及

阀板，具有与所述第1平面面接触的第2平面，在所述第1及第2平面面接触的状态下旋转；

所述回转阀通过权利要求9所述的制造方法制造。

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