CN103069166B - 制冷剂压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种制冷剂压缩机，能够对轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生进行抑制，也能够提高耐磨性。具备使固定涡旋盘（100）与回旋涡旋盘（200）啮合并对制冷剂进行压缩的压缩机构部和驱动该压缩机构部的旋转轴（300），在上述旋转轴与上述压缩机构部的卡合部或对上述旋转轴进行支承的旋转支承部的至少任一个上具备滑动轴承（210、401）；上述滑动轴承使用具有使磨损粒子嵌入的异物嵌入性的无铅树脂浸渍材料构成，上述旋转轴由铁系材料构成，并且在此旋转轴的与上述滑动轴承滑动的部分上设置了硬度1000Hv以上的硬质覆膜（1000）。

Description

制冷剂压缩机
技术领域
本发明涉及冷冻、空调用的制冷剂压缩机，特别是涉及制冷剂压缩机的轴承滑动部的改良。
背景技术
在制冷剂压缩机中，为了防止作为机械部件相互滑动的滑动部的轴承的发热胶着、磨损，开发了对表面材质进行了调整的轴承材料。例如，按照RoHs指令（与电气、包含在电气设备中的特定有害物质的使用限制相关的欧盟议会及欧盟理事会指令），以PTFE为主成分、不含铅的滑动材料被用作轴承材料，以获得良好的滑动特性。
作为将此PTFE作为主成分、不含铅的滑动材料的现有技术，可列举出记载于专利文献1中的技术等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002－53673号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年，对降低能量的关心程度不断提高，在各种产业中要求提高效率。特别是在与居住环境紧密相关的空调机中，因为舆论的关注度高，所以要求开发能够达到进一步低成本化、高效率化的产品。
在空调机中，2006年的节能法修订以后，作为表示效率的基准，使用了全年能源消耗效率（APF）。APF因为是按照使用状态的空调机的效率，在比额定条件低的负荷区域中的效率被重视，所以在制冷剂压缩机中，低速旋转区域的运转频度增加。
然而，如果以低速运转制冷剂压缩机，则作为滑动部的轴承不能充分确保油膜厚度，容易向边界润滑区域转移。进而，因为制冷剂溶解进入冷冻机油中，所以油的粘度降低。其结果，诱发金属接触，容易引起卡住、发热胶着或磨损这样的问题，存在制冷剂压缩机的性能、质量降低的课题。
本发明的目的在于提供一种能够抑制轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生，也能够提高耐磨性的可靠性高的制冷剂压缩机。
为了解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明的制冷剂压缩机，具备对制冷剂进行压缩的压缩机构部和驱动该压缩机构部的旋转轴，在上述旋转轴与上述压缩机构部的卡合部或对上述旋转轴进行支承的旋转支承部的至少任一个上具备滑动轴承；上述制冷剂压缩机的特征在于：上述滑动轴承使用具有使磨损粒子嵌入的异物嵌入性的无铅树脂浸渍材料构成，上述旋转轴由铁系材料构成，并且在此旋转轴的与上述滑动轴承滑动的部分上设置了硬度1000Hv以上的硬质覆膜。
发明的效果
根据本发明，具有能够获得能够抑制轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生，也能够提高耐磨性的可靠性高的制冷剂压缩机的效果。
附图说明
图1为表示本发明的制冷剂压缩机的实施例1的纵剖视图。
图2是图1的滑动轴承部附近的放大剖视图。
图3是表示覆盖在旋转轴上的硬质覆膜的硬度与轴承磨损量的关系的图表。
图4是说明图2的变形例的图，是与图2相当的放大剖视图。
图5是对在基材上设置硬质覆膜的一例进行说明的放大剖视图。
图6是对在基材上设置硬质覆膜的另一例进行说明的放大剖视图。
图7是在基材上设置硬质覆膜的又一例进行说明的放大剖视图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
空调机的全年能源消耗效率（APF），是按照使用状态的空调机的效率，在比额定点更低的负荷区域中的效率被重视。因此，制冷剂压缩机以低速旋转进行运转的情况变多。
然而，如果以低速运转制冷剂压缩机，则如上述的那样，在低速运转中不能充分确保轴承中的油膜厚度，容易向边界润滑区域转移。其结果，诱发金属接触，容易引起卡住、发热胶着或磨损这样的问题，制冷剂压缩机的性能、质量降低。
作为制冷剂压缩机的轴承，如在专利文献1中也记载的那样，作为浸渍材料的PTFE等树脂材料等也被使用，这样的树脂材料由于具有使金属粒子等磨损粒子（异物）嵌入在该树脂材料中的异物嵌入性，所以具有能够减轻由磨损粒子导致的卡住、磨损的效果。然而，在轴承润滑油的油膜厚度在低速运转中极度地降低的状况下，已知存在被嵌入在树脂材料中的金属粒子（磨损粒子）与旋转轴产生金属接触，发展成卡住、发热胶着这样的课题。
下面基于附图对用于解决此课题的具体实施例进行说明。
实施例1
图1是表示本发明的制冷剂压缩机的实施例1的纵剖视图，是作为制冷剂压缩机将本发明适用于涡旋压缩机的例。
在密闭容器700内，在上方配设了压缩机构部，在中央配设了电动机600，在下方配设了油槽730，经由铁系材料构成的旋转轴300连接了上述压缩机构部与电动机600。上述压缩机构部，是使在台板101上直立设置了涡旋状的涡旋齿102的固定涡旋盘100与在台板201上直立设置了涡旋状的涡旋齿202的回旋涡旋盘200的涡旋齿相互啮合而形成的。在上述固定涡旋盘100上还设置了吸入口103及排出口104。上述旋转轴300，由设置在电动机上部的框架400上的滑动轴承（主轴承）401和设置在电动机下部的下框架800上的副轴承801支承。上述框架400及上述下框架800被固定在密闭容器700上。在上述旋转轴300的前端设置了由铁系材料构成的曲柄销（偏心轴）301，该曲柄销301被插入在突出设置在上述回旋涡旋盘200的台板201的下方的毂部203中卡合。在毂部203内设置了回旋滑动轴承210，其以与上述曲柄销301滑动的方式构成。另外，在上述回旋涡旋盘200的台板201的背面上配设了十字联轴器500，由该十字联轴器500，回旋涡旋盘200相对于固定涡旋盘100不会自转地进行回旋运动。
如果由上述电动机600使与其转子连结的旋转轴300旋转，则由其旋转，设置在旋转轴300的前端的曲柄销301进行偏心旋转，回旋涡旋盘200由十字联轴器500的自转防止机构相对于固定涡旋盘100不自转地进行回旋运动。由此，气体经吸入管711及吸入口103被吸入由上述涡旋状的涡旋齿102及202形成的密闭室，与上述回旋运动一起，上述密闭室一面向中心部侧移动一面减少其容积而对气体进行压缩，将被压缩的气体从排出口104向排出室710排出。被排出到排出室710中的气体，在压缩机构部、电动机部的周围循环，然后从排出管701向压缩机外放出。
下面对供油路径进行说明。在下框架800上安装了对副轴承801进行收容的轴承外壳802，在该轴承外壳802的下端设置了泵部900。此泵部900经安装在上述旋转轴300的下端部的泵接头310被驱动。如果旋转轴300旋转，则由泵部900将上述油槽730的油吸起，从泵部900经形成在旋转轴内的油通路311到达上述曲柄销301的上部。油从此曲柄销的上部对上述回旋滑动轴承210进行了润滑后，向滑动轴承401流动，对滑动轴承401进行了润滑的油通过排油管408，返回上述油槽730。
另外，对上述回旋滑动轴承210进行了润滑后的油的一部分，通过设置在回旋涡旋盘的上述毂部203下面和上述框架400之间的密封部402，流入上述回旋涡旋盘的台板201的背面，从这里经形成在回旋涡旋盘台板201上的供油路220，对固定涡旋盘100和回旋涡旋盘200的滑动部及涡旋齿102、202之间进行润滑，与压缩气体一起向排出室710排出。排出到了排出室710的油此后向密闭容器700下部的油槽730返回。
图2是图1所示回旋滑动轴承210及滑动轴承（主轴承）401附近的放大剖视图，标注了与图1相同的符号的部分是相同部分。
在本实施例中，作为上述回旋滑动轴承210、滑动轴承401等滑动轴承使用了无铅树脂浸渍材料，并且在与上述滑动轴承（主轴承）401滑动的上述旋转轴300的表面（外周面）及与上述回旋滑动轴承210滑动的上述曲柄销301的表面（外周面），设置了具有1000Hv以上（最好是1500Hv以上）的硬度的硬质覆膜1000。
作为上述无铅树脂浸渍材料，使用了PTFE（聚四氟乙烯）等具有异物嵌入性的树脂材料。作为具有异物嵌入性的树脂材料，除此以外，还可以使用POM（聚缩醛）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）、PPS（聚苯硫醚）、PEEK（聚醚醚酮）等。通过使用这样的具有异物嵌入性的树脂材料，能够使金属粒子等磨损粒子（异物）嵌入在该树脂材料中，所以能够减轻由上述磨损粒子导致的滑动轴承的卡住、磨损。
然而，在以低速运转使制冷剂压缩机运转的情况下，在轴承润滑油的油膜厚度极度地降低的状况下，有时产生油膜断开。在这样的情况下，在异物嵌入性高的无铅树脂浸渍轴承，被嵌入的金属粒子（磨损粒子）与旋转轴（也包含曲柄销）产生金属接触，存在发展成卡住、发热胶着的危险。
对于此课题，在本实施例中，由于在与滑动轴承401、回旋滑动轴承210滑动的上述旋转轴300、上述曲柄销301的表面（外周面）上，设置了具有1000Hv以上（最好是1500Hv以上）的硬度的硬质覆膜1000，所以能够显著减轻上述旋转轴、曲柄销因上述磨损粒子而磨损、发生卡住、线状伤痕的情况。即，在制冷剂压缩机中，因为嵌入在上述无铅树脂浸渍轴承中的磨损粒子的硬度几乎都不到1000Hv，所以能够大幅减轻旋转轴300（包含曲柄销）因上述磨损粒子而磨损、产生卡住、线状伤痕的情况，特别是通过做成1500Hv以上的硬质覆膜，几乎不发生旋转轴的卡住、发热胶着及磨损，这是已经知道的。
然而，在进一步提高了上述硬质覆膜的硬度的情况下，尽管相对于旋转轴的磨损、线状伤痕的效果大体相同，但如果使硬度过高，例如如果使用具有大大超过3000Hv的那样的硬度，例如4000Hv的硬度的硬质覆膜，则因为由旋转轴表面的粗糙度、波纹度的影响、硬质覆膜的剥离产生的轴表面的凹凸等，所以容易发生与其进行滑动的上述无铅树脂浸渍轴承的磨损，不理想。
图3是表示覆盖在旋转轴上的硬质覆膜的硬度与上述无铅树脂浸渍轴承的轴承磨损量的关系的图表。此图表是在以低速难以形成油膜的边界润滑区域中对制冷剂压缩机（涡旋压缩机）进行严格滑动试验进行了确认的图表，横轴是旋转轴表面的硬质覆膜的种类（硬质覆膜的硬度），无覆膜（A）是作为铁系材料使用S45C、对滑动部实施淬火处理而做成了约600Hv的硬度的没有硬质覆膜的旋转轴，DLC（B）是在铁系材料的旋转轴表面上实施了硬度3000Hv的DLC覆膜（硬质碳系覆膜）的旋转轴，DLC（C）是在铁系材料的旋转轴表面上实施了硬度4000Hv的DLC覆膜的旋转轴。另外，纵轴以在使用了无覆膜（A）的旋转轴的情况下与其滑动的具有异物嵌入性的无铅树脂浸渍轴承的轴承磨损量为基准（100），表示在使用了其它的具有硬质覆膜的旋转轴DLC（B）、DLC（C）的情况下与其滑动的具有异物嵌入性的无铅树脂浸渍轴承的轴承磨损量（比磨损量）。
根据此图3，在使用了实施了硬度3000Hv的DLC覆膜的旋转轴的情况下，与其滑动的具有异物嵌入性的无铅树脂浸渍轴承的轴承磨损量与使用了无覆膜（A）的旋转轴的情况相比降低。另外，滑动后的旋转轴及轴承的损伤状态良好，旋转轴及轴承的双方都没有发现线状伤痕。
另一方面，在使用了实施了硬度4000Hv的DLC覆膜的旋转轴的情况下，轴承磨损量与使用了无覆膜（A）的旋转轴的情况相比增大。另外，确认了在滑动后的轴承产生了线状伤痕。
从此图3所示的结果可知，通过使用实施了硬度3000Hv以下的硬质覆膜的旋转轴，能够使具有异物嵌入性的无铅树脂浸渍轴承的轴承磨损量减少，而且也能够防止线状伤痕的发生。
另外，为了旋转轴与金属粒子等磨损粒子接触也不产生卡住、发热胶着，保持良好的状态，最好是如上述的那样使用实施了硬度1000Hv以上的硬质覆膜的旋转轴。因此，在本实施例中，通过实施硬度1000Hv～3000Hv（最好是1500～3000Hv）的范围的硬质覆膜，能够对回旋滑动轴承210、滑动轴承401、旋转轴300及曲柄销301等轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生进行抑制，也能够减轻磨损，所以能够获得也能谋求耐磨性的提高的高的可靠性的制冷剂压缩机。
图4是表示图2的变形例的图，标注了与图2相同符号的部分表示相同或相当的部分。在图2所示的例中，虽然是在旋转轴（包含曲柄销）300的外周面上直接由蒸镀等形成硬质覆膜1000的，但在图4所示的例中，是通过在与回旋滑动轴承210及滑动轴承401滑动的旋转轴300及曲柄销301的表面上嵌合具备硬质覆膜1000的由铁系材料构成的圆筒构件302设置硬质覆膜的。即，是预先制作了在铁系材料的圆筒构件302的外周面上由蒸镀等形成了硬度1000Hv以上（最好是1500Hv以上）的硬质覆膜的构件，并将此圆筒构件302嵌合在与回旋滑动轴承210及滑动轴承401滑动的旋转轴300及曲柄销301的部分上而构成的，根据此例，与图2所示的例相比，可将生产性提高约5～10倍，其结果，能够谋求制冷剂压缩机的成本降低。
图5是表示图2、图4所示的基材（旋转轴300、圆筒构件302）和硬质覆膜1000的部分的结构的图。
在图5中，成为在表面上形成硬质覆膜的基材，是图2所示的旋转轴（包含曲柄销）300，或如图4所示与旋转轴嵌合的圆筒构件302。在此基材的表面上，形成了硬度例如1500Hv的硬质覆膜1000。作为此硬质覆膜1000，可使用铬系（Cr系）覆膜（例如CrN）、钛系（Ti系）覆膜（例如TiN）、硬质碳系覆膜（DLC）、含有Si硬质碳系覆膜（Si：DLC）等，这些硬质覆膜1000通过由蒸镀法等覆盖在基材上，能够在基材表面上形成硬质覆膜。另外，上述的硬质覆膜都是耐蚀性高、高硬度而且表示低摩擦系数的覆膜，适合作为与滑动轴承滑动的滑动材料。特别是作为硬质碳系覆膜的DLC（Diamond-likeCarbon），是构成金刚石的SP3键和具有石墨构造的SP2键混合，其硬度通过由覆盖条件的调整对键比进行各种改变能够调整。
因为上述的各硬质覆膜能够提高表面的平滑性，所以也难以引起物理性的磨损、摩擦，另外，能够容易地获得1500Hv以上的硬度的硬质覆膜。因此，通过将上述任一种硬质覆膜设置在与滑动轴承滑动的旋转轴表面上，能够获得对轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生进行抑制，也能够提高耐磨性的制冷剂压缩机。
图6是对在基材上设置硬质覆膜的另一例进行说明的放大剖视图，标注了与图5相同符号的部分表示相同或相当的部分。在图5的例中，在构成旋转轴300的铁系材料（基材）的硬度低的情况下，如果形成硬度高的硬质覆膜，例如硬度高的DLC覆膜，则它们的硬度差变大，在制冷剂压缩机的运转时，存在由滑动部的变形等产生硬质覆膜1000的剥离的可能性。图6所示的例，是关于在硬质覆膜1000的剥离防止方面具有效果的在基材上的硬质覆膜的形成方法进行说明的例。
此例是在硬质覆膜1000与基材（旋转轴300、圆筒构件302）之间设置了具有基材与硬质覆膜之间的中间的硬度的中间层1001的例。即，是将由铁系材料构成的旋转轴300、圆筒构件302作为基材，首先在此基材上形成由硬度1000～1500Hv左右的Cr系覆膜构成的中间层1001，在此中间层1001上形成了由硬度2000～3000Hv左右的DLC覆膜构成的硬质覆膜1000的例。根据此例，由于能够在滑动面上形成硬度更高的硬质覆膜，所以能够防止轴承滑动部的磨损、发热胶着，并且因为在上述中间层1001上设置了与铁系的基材贴紧性良好的Cr系覆膜，所以能够获得也能够防止硬质覆膜的剥离的可靠性更高的制冷剂压缩机。另外，在此例中，上述中间层1001、硬质覆膜1000可以使用蒸镀法等形成。
图7是对在基材上设置硬质覆膜的又一例进行说明的放大剖视图，标注了与图5相同符号的部分表示相同或相当的部分。此图7所示的例，在将由铁系材料构成的旋转轴300、圆筒构件302作为基材，在此基材上形成硬质覆膜1000这一方面，与图5所示的例相同，但上述硬质覆膜1000在以下方面具有特征：做成从基材侧到滑动面侧硬度逐渐变高的倾斜膜。在此例中，以如下的方式构成：作为硬质覆膜1000，使用含有Si碳系覆膜（Si：DLC），做成使此覆膜的Si量（Si浓度）从基材表面侧到滑动面侧逐渐减少的倾斜膜，硬质覆膜1000的基材侧的硬度为1000Hv左右、滑动面侧的硬度为1500Hv以上。由这样的倾斜膜构成的硬质覆膜也可由蒸镀法等形成在基材表面上。
在上述硬质覆膜1000中，在其下层（基材侧）与上层（滑动面侧）不制作组成完全相同的边界，而是形成为从滑动面侧到基材侧从DLC向DLC:Si平缓地变化的倾斜膜，作为形成该倾斜膜的方法，有离子电镀（IP）法、离子蒸镀法、溅镀法等。即使是它们以外的形成方法，只要是能够获得满足作为目的的硬度范围的覆膜硬度的方法，则也可使用。
在这里，对使用作为上述IP法的一种的电弧离子镀（AIP）法形成上述DLC：Si倾斜膜的方法进行说明。在AIP法中，在具有10-3～10-5Pa的真空度的真空室内配置上述基材（旋转轴300、圆筒构件302），对其施加负的偏压。另一方面，通过使用于制作硬质覆膜的被进行了离子化的原料电气性地加速并与上述基材冲撞，在基材表面上形成硬质覆膜。
在形成DLC:Si的硬质覆膜的情况下，为了形成DLC而导入C6H6、C2H2等烃类气体，作为是添加材料的Si的原料，导入四甲基硅烷等硅烷类气体。
在由AIP法进行的开始蒸镀时，通过将上述烃类气体及上述硅烷类气体双方导入真空室内，在基材的表面上首先形成与硅烷类气体的导入量相应的DLC:Si的覆膜。然后，通过逐渐使硅烷类气体的导入量降低，能够形成从基材侧到滑动面侧Si浓度逐渐变低的倾斜膜。在DLC:Si覆膜中，由于Si浓度越高则硬度越低，Si浓度越低则硬度越高，所以就基材侧而言做成与基材接近的硬度（例如硬度1000Hv），使得越接近滑动面侧则硬度越高，在滑动面中能够使得硬度成为2000～3000Hv。
通过这样构成，即使在初期滑动时的金属接触状态下也能获得高的滑动特性，并且因为Si量向基材平缓地增加，硬质覆膜与基材的贴紧性变好，也难以产生硬质覆膜的剥离。因此，根据此例，具有能够获得能够进一步提高可靠性的制冷剂压缩机的效果。另外，基材附近的硬质覆膜1000的Si量从与基材的贴紧性的观点出发希望作为大约20at.％。
根据以上说明的本实施例，由于滑动轴承使用具有使磨损粒子嵌入的异物嵌入性的无铅树脂浸渍材料构成，旋转轴由铁系材料构成，并且在此旋转轴的与上述滑动轴承滑动的部分上设置了硬度1000Hv以上的硬质覆膜，所以即使在制冷剂压缩机以低速旋转进行运转，滑动轴承部的油膜厚度降低的情况下，也能够获得能够防止在旋转轴与无铅树脂浸渍轴承的滑动面上发生卡住、发热胶着的可靠性高的制冷剂压缩机。
即，通过使用具有异物嵌入性的无铅树脂浸渍材料，因为磨损粒子被嵌入在无铅树脂浸渍材料中，所以不仅能够减轻在旋转轴、滑动轴承中发生卡住、磨损的情况，而且在因低速运转而不能确保油膜厚度地向边界润滑区域转移，上述被嵌入的磨损粒子与旋转轴产生了金属接触的情况下，由于在旋转轴表面上设置了与磨损粒子相比硬度高、滑动性也好的硬质覆膜，所以也能够对旋转轴的卡住、发热胶着进行抑制而确保良好的滑动性。因此，根据本实施例，在制冷剂压缩机的低速运转时，也能够获得能够对轴承滑动部中的卡住、发热胶着的发生进行抑制而获得良好的滑动性，而且也能够提高耐磨性的可靠性高的制冷剂压缩机。
符号说明：
100：固定涡旋盘（101：台板，102：涡旋齿，103：吸入口，104：排出口）
200：回旋涡旋盘（201：台板，202：涡旋齿，203：毂部，210：回旋滑动轴承，220：供油路）
300：旋转轴（301：曲柄销，302：圆筒构件，310：泵接头，311：油通路）
400：框架（401：滑动轴承，402：密封部，408：排油管）
500：十字联轴器
600：电动机
700：密闭容器（701：排出管，710：排出室，711：吸入管，730：油槽）
800：下框架（801：副轴承，802：轴承外壳）
900：泵部
1000：硬质覆膜
1001：中间层。

Claims (7)

1.一种制冷剂压缩机，具备对制冷剂进行压缩的压缩机构部和驱动该压缩机构部的旋转轴，在上述旋转轴与上述压缩机构部的卡合部或对上述旋转轴进行支承的旋转支承部的至少任一个上具备滑动轴承；上述制冷剂压缩机的特征在于：
上述滑动轴承使用具有使磨损粒子嵌入的异物嵌入性的无铅树脂浸渍材料构成，
上述旋转轴由铁系材料构成，并且在此旋转轴的与上述滑动轴承滑动的部分上设置了硬度1000Hv以上的硬质覆膜。
2.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于：上述硬质覆膜的硬度是1500～3000Hv。
3.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于：设置在上述旋转轴上的上述硬质覆膜，是通过在由铁系材料构成的圆筒构件的外周面上形成硬质覆膜，并将形成了此硬质覆膜的圆筒构件嵌合在上述旋转轴上进行设置的。
4.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于：上述硬质覆膜是铬系覆膜、钛系覆膜、硬质碳系覆膜中的至少任一种。
5.根据权利要求4所述的制冷剂压缩机，其特征在于：上述硬质覆膜是在构成上述旋转轴的铁系材料的基材表面上形成铬系覆膜，在此铬系覆膜上形成比该铬系覆膜硬度高的硬质碳系覆膜而构成的。
6.根据权利要求4所述的制冷剂压缩机，其特征在于：上述硬质覆膜是含有Si硬质碳系覆膜，此含有Si硬质碳系覆膜形成为其Si浓度从构成上述旋转轴的铁系材料的基材表面到滑动面减少的倾斜膜。
7.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于：上述压缩机构部是使在台板上具有涡旋状的涡旋齿的固定涡旋盘和回旋涡旋盘相互组合而构成的涡旋压缩机。
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