CN103890403B

CN103890403B - 涡旋式压缩机

Info

Publication number: CN103890403B
Application number: CN201280048794.8A
Authority: CN
Inventors: 堀部直树; 八田政治; 野村论; 泽本章; 正村贤生; 秋月政宪; 壶井阳郎; 壶井阳一郎; 青木真纪; 平冈明男
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: US9453509B2; RU2567486C1; EP2770211B1; AU2012319811B2; AU2012319811C1; US20140301880A1; EP2770211A4; EP3663584B1; EP3660313B1; CN103890403A; JP2012197782A; EP3663584A1; EP3660313A1; KR20140065466A; EP3346133B1; AU2012319811A1; BR112014008032A2; EP3346133A2; KR101590973B1; EP3346133A3

Abstract

将机动车上安装的涡旋式压缩机中使用的滚珠轴承替换为滑动轴承。提供具有至少与滚珠轴承相当的性能的滑动轴承。[解决手段]所述滑动轴承通过在里衬金属上焙烧滑动层而产生，所述滑动层包含5重量%～60重量%的石墨，以及余量的聚酰亚胺树脂和/或聚酰胺酰亚胺树脂，所述石墨具有5μm～50μm的平均直径，0.6以上的石墨化度。所述石墨的形状具有：(a)对颗粒定义的平均形状系数(Y_AVE)为1～4，在计算Y_AVE时不考虑为平均直径的0.5倍以下的细颗粒，以个数计70%以上的颗粒具有1～1.5的形状系数(Y)；或(b)具有0.5以上颗粒比的石墨颗粒占总数的50%以上。

Description

涡旋式压缩机

技术领域

本发明涉及机动车空调器或家用空调器中使用的压缩机，更具体而言，本发明涉及在壳体内安装有旋转轴的由滑动轴承可滑动地保持的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机使用通过在里衬金属上焙烧滑动层而获得的滑动轴承，所述滑动层在树脂中分散有具有高石墨化度和独特形状的石墨。

背景技术

常用压缩机的类型有斜板型、叶片型和涡旋型。不过，正在开发在混合动力或电动车辆中由电力驱动的涡旋式压缩机(非专利文献1：“Trends and tribology of car air-conditioning compressors”,Tribologist,Vol.55,No.9,2010,pp.603-608)。

作为汽车空调器涡旋式压缩机，包括在壳体内可旋转地设置的旋转轴、随旋转轴的旋转而转动的可动涡旋盘以及固定在所述壳体上的固定涡旋盘的压缩机已见于专利文献1：特开2004-183499号。尽管涡旋式压缩机的轴承包括可旋转地支持压缩机的中心轴的部件和可旋转地支持偏心轴的部件，但两者均使用滚动轴承。滚珠轴承、轧辊轴承和滚针轴承一般用作这种滚动轴承。

本申请人的日本专利2517604号(专利文献2)的说明书提供了冷却机压缩机作为用途实例，并提出具有以下组成的基于石墨-树脂的滑动材料：石墨：5重量%～60重量%石墨；树脂：20重量%～90重量%聚酰亚胺和/或聚酰亚胺酰胺；摩擦调节剂：0.5重量%～20重量%粘土、莫来石、氧化硅和/或氧化铝。另外，尽管该石墨为人造或天然石墨并为粒状或扁平状，但据说因为在滑动面上设置有平坦面，因此片状或鳞片状石墨是优选的。

专利文献3：特开平3-3988号公报提出使用在连带烧结的双金属上包含石墨、树脂的经焙烧的滑动轴承作为如空调器或冰箱等家用涡旋式压缩机轴承，并使用如聚酰亚胺等耐热性树脂作为赋予了自润滑性和适当强度的树脂。另外，在家用涡旋式压缩机中使用铝或青铜类滑动轴承说明于非专利文献2：“Tribology of compressor used in consumerelectronics products”,Tribologists,Vol.51,No.8,2006,pp.560-561。

在比较一般的汽车空调压缩机和家用或商用压缩机时，前者暴露于如环境温度或连接部的振动等苛刻条件下，而且，由于发动机驱动的车辆空调压缩机在转数上有很大的波动，所以传统上一直如上所述使用滚动轴承。滑动轴承和滚动轴承之间的定性关系使用非专利文献3：“Recent technology in roll bearings”,Tribologists,Vol.56,No.5,2011,p.277中的图来总结，并表示在下表中。

[表1]

评价项目	滑动轴承	滚动轴承
			功能	差	优与差之间
使用条件	宽松	宽松与严格之间
			费用	便宜	便宜与昂贵之间
需要量	少	多

另外，根据专利文献4：特开平7-223809号公报，已知中间相小球(中间相碳微球)作为具有与高度取向石墨类似的晶体结构的球状碳微粒。中间相小球经说明为在350℃～450℃热处理煤焦油、煤焦油沥青或地沥青、分离生成球状晶体并在粉碎后在1500℃～3000℃进行石墨化处理，进行球状化工序。不过，该公报的显微照片中所示的中间相小球与真球形态相比显著变形。

现有技术

专利文献

专利文献1：日本特开2004-183499号公报

专利文献2：日本特许2517604号

专利文献3：日本特开平3-3988号公报

专利文献4：日本特开平7-223809号公报

专利文献5：日本特开平5-331314号公报

非专利文献

非专利文献1：“Trends and tribology of car air-conditioningcompressor”,Tribologists,Vol.55,No.9,2010,pp.603-608。

非专利文献2：“Tribology of compressor used in consumer electronicsproducts”,Tribologists,Vol.51,No.8,2006,pp.560-561。

非专利文献3：“Recent technology in roll bearings”,Tribologists,Vol.56,No.5,2011,p.277。

非专利文献4：“Using the carbon material”,Tribologists,Vol.49,No.7,2004,p.561。

非专利文献5：“Tribology of graphite material”,Tribologists,Vol.54,No.1,2009,pp.6-7。

发明内容

要解决的问题

汽车空调器的涡旋式压缩机中使用的轴承在混合冷却剂氛围中的不良润滑和高速高负载下使用。在滚动轴承的情况中，据信为了确保滚动寿命，不可避免地将轴承形成为高精度，尽管由于加工而使成本上升。不过，虽然提高了精度，但是所需的耐久性并不能达到，不能确保滚动寿命。而且，存在当异物从轴承部外部进入时发生损伤或磨损从而进一步缩短轴承寿命的问题。另外，对于安静的压缩机的需求也逐年增加，不过，改善滚动轴承的噪音和振动很难。

表1那样的评价一般适用于经历过专利文献2中提出的石墨和树脂的浸渍焙烧工序的滑动轴承，滑动轴承不能达到与传统汽车空调器涡旋式压缩机所用的滚动轴承相当的耐咬粘性和耐磨性。在从认识现状开始的研究滑动轴承的性能改善的过程中，本发明的发明人专注于球状碳材料，例如，还考察了专利文献5：特开平5-331314号公报提出的具有高圆球度的石墨，不过，由于硬度高至800Hv～1200Hv，他们得出存在配套轴磨损的问题的结果。另外，虽然专利文献4中提出的中间相小球为球形，但是因为外部形状与球状相比严重变形，所以经确认不能期待性能改善。

而且，在近年来的如电力不足等情况中，家用涡旋式压缩机需要小型化、轻量化、高效和廉价。另外，为了使压缩机的运转高效，有必要通过减小压缩机的轴的直径来减少摩擦和减小轴承材料的摩擦系数。从此观点出发，专利文献2中考察过的鳞片状石墨就不合适，因为取向显著，并且存在配套轴磨损的趋势，这是不优选的。本发明人成功地提供了包括除了对传统技术的改善以外还具有高耐咬粘性和高耐磨性的滑动轴承的涡旋式压缩机。

解决方案

也就是说，本发明涉及涡旋式压缩机，其包括：旋转轴主体，所述旋转轴主体安装在壳体内部并围绕所述壳体的轴心旋转；偏心轴，所述偏心轴连接到所述旋转轴主体从而围绕位于相对于所述旋转轴主体轴心偏心的位置处的轴心转动：固定在所述偏心轴上的可动涡旋盘；固定在所述壳体上的固定涡旋盘；可滑动地支持所述旋转轴主体的轴主体轴承；和可滑动地支持所述偏心轴的偏心轴承，其中，所述轴主体轴承和所述偏心轴承中的至少一个为滑动轴承，其包含里衬金属和通过焙烧在所述里衬金属上形成的滑动层，所述滑动层包含5重量%～60重量%的包含石墨的颗粒，以及余量的聚酰胺酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种，所述颗粒具有5_μm～50_μm的平均直径，0.6以上的石墨化度，1～4的平均形状系数Y_AVE，以个数比例计70%以上的所述颗粒具有1～1.5的形状系数Y，平均形状系数Y_AVE定义为

Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i

在计算Y_AVE时不考虑为平均直径的0.5倍以下的细颗粒，

形状系数Y定义为

Y=PM²/4πA。

此处，PM表示一个颗粒的周长，A表示一个颗粒的截面积，i表示测量颗粒的个数，SUM表示i个颗粒的[]中的式子的总和。

此外，本发明还提供了用于具有以下结构(a)和(b)的涡旋式压缩机的滑动轴承。结构(a)：涡旋式压缩机(下文中称为“轴分离型涡旋式压缩机”)，其包括在壳体内部围绕所述壳体的轴心可旋转地设置的旋转轴主体，围绕与所述旋转轴主体分离的偏心轴转动并连接到旋转轴主体从而围绕位于相对于所述旋转轴主体的轴心偏心的位置处的轴心转动的可动涡旋盘，以及固定在所述壳体上的固定涡旋盘，其中，所述旋转轴主体和所述偏心轴由设置在所述壳体内的各轴承可滑动地支持。结构(b)：涡旋式压缩机(下文中称为“轴一体型涡旋式压缩机”)，其包括在壳体内部围绕所述壳体的轴心可旋转地设置的旋转轴主体，与所述旋转轴主体一体化从而围绕位于相对于所述旋转轴的轴心偏心的位置处的轴心转动的偏心轴，固定在所述偏心轴上的可动涡旋盘，固定在所述壳体上的固定涡旋盘，可滑动地支持所述旋转轴主体的轴主体轴承，以及可滑动地支持所述偏心轴的偏心轴承。本发明涉及涡旋式压缩机，在轴分离型涡旋式压缩机或轴一体型涡旋式压缩机中，可滑动地支持所述旋转轴主体的轴承和可滑动地支持所述偏心轴的轴承中的至少一个或两个为滑动轴承，所述滑动轴承包含下述结构，其中，在里衬金属上形成基于石墨添加树脂的滑动部，其包含具有5μm～50μm的平均直径、石墨化度为0.6以上并且颗粒比为0.5以上的石墨，该石墨包含占颗粒总数的50%以上的5重量%～60重量%的石墨，余量包括聚酰亚胺树脂和聚酰胺酰亚胺树脂中的至少一种。另外，颗粒比是石墨短轴与长轴之比。

在以下说明中，尽管主要说明了轴分离型涡旋式压缩机，但本发明可以适用于这些轴运转性连接从而使旋转轴主体的旋转传递到偏心轴的所有涡旋式压缩机。此外，本发明中的“石墨”是0027段说明的“石墨”，指的是由平均形状系数和形状系数定义的石墨和由颗粒比定义的石墨。如下文所详述的，本发明的石墨的颗粒形式变得比通常的鳞(鳞片)状石墨更接近球形。

首先，以图1所示的由汽车发动机驱动的涡旋式压缩机的实施方式来说明整个轴分离型涡旋式压缩机的结构。在图1中，1表示涡旋式压缩机，固定到发动机(未示出)上的壳体2、可旋转地安装在壳体2内的旋转轴主体3(下文中称为“旋转轴”)、通过旋转轴3隔着偏心轴旋转的可动涡旋盘4和固定在壳体2内的固定涡旋盘5是涡旋式压缩机1的基本结构部件。

比上述基本结构部件更详细的结构如下。壳体2的内部分隔成压缩室S1(安置有可动涡旋盘4和固定涡旋盘5)和排出室S2(在图中比固定涡旋盘5更靠右侧进一步形成)。压缩室S1具有吸入孔(未示出)，如制冷剂等气体由吸入孔流入压缩室S1。排出室S2具有排出孔(未示出)，气体由排出孔从排出室S2排出。

旋转轴3具有沿水平方向延伸的轴心，并包括小径部3a、大径部3b和曲轴销3c。小径部3a接收发动机的驱动力。大径部3b直接同轴地连接到小径部3a。曲轴销3c设置在相对于包含小径部3a和大径部3b的旋转轴3偏心的位置，并将旋转力传递到可动涡旋盘4。因此，当小径部3a由发动机驱动时，大径部3b与小径部3a同轴旋转。同时曲轴销3c在相对于小径部3a和大径部3b偏心的位置处转动，因此可动涡旋盘4转动，即旋转。

在这些部件中，大径部3b在轴向上由第一轴承6(即轴主体轴承)支持。也就是说，围绕大径部3b的环状部件为第一轴承6。另外，用于将旋转轴3的旋转传递到可动涡旋盘4的偏心轴衬7设置在曲轴销3c与可动涡旋盘4之间，偏心轴衬7包括在轴向上支持曲轴销3c的内周面部7a和与可动涡旋盘4一起滑动的外周面部7b，偏心轴衬7设置在相对于内周面部7a和外周面部7b偏心的位置。

可动涡旋盘4和固定涡旋盘5分别具有盘状板4a和5a以及包裹物4b和5b。包裹物4b朝向盘状板5a形成在盘状板4a上，包裹物5b朝向盘状板4a形成在盘状板5a上。在与图1的平面正交的方向上的截面图中，这些包裹物4b和5b形成螺旋状压缩室S1。也就是说，压缩室S1是由板4a和5a以及包裹物4b和5b围绕的空间。

另外，环状凸台4c形成在可动涡旋盘4的板4a中与包裹物4b相反的面上。固定在凸台4c的内周面上的第二轴承8(即偏心轴轴承)起轴心作用地支持曲轴销3c。因此，当与可动涡旋盘4一体化的第二轴承8旋转时，即围绕中心轴转动时，偏心轴衬7的外周面部7b与第二轴承8的内表面一起滑动。此外，在可动涡旋盘4的板4a与壳体2之间设置防止可动涡旋盘4围绕压缩机的中心轴旋转的机构。固定涡旋盘5固定在所述壳体2上。在板5a的中心钻取连接压缩室S1和排出室S2的连接孔5c。连接孔5c由薄板状簧片阀10开放和关闭。

根据具有上述结构的涡旋式压缩机1，当旋转轴3的小径部3a通过发动机的驱动力旋转时，旋转力通过曲轴销3c和偏心轴衬7施加到可动涡旋盘4。此时，由于可动涡旋盘4的旋转受限，可动涡旋盘4在保持其姿势的同时转动。在压缩室S1中，可动涡旋盘4和固定涡旋盘5的包裹物4b和5b相对于彼此移动，制冷剂由形成在壳体2中的吸入口吸入。被压缩的制冷剂通过包裹物4b、5b的相对移动而移动到压缩室S1的中央，穿过形成在固定涡旋盘5的板5a中的贯通孔5c和簧片阀10，流入排出室S2，并从壳体2中设置的排出孔排出。本发明提供了具有上述结构的涡旋式压缩机1，其中，滑动轴承用于第一轴承6和第二轴承8中的一个或两个。图1显示了第一轴承6和第二轴承8均为滑动轴承的实例。

接下来，参照图2说明由汽车的电动机驱动的轴分离型涡旋式压缩机的实施方式，在图2中，与图1相同的要素用相同的附图标记表示。图2所示的实例包括作为驱动涡旋式压缩机的特定电动机的电动机20和供电回路21。而且，旋转轴3在轴向上由第一轴承6(在实施方式中作为滚动轴承例示)和第三轴承22(在实施方式中作为滚动轴承例示)支持。在本发明中，第一轴承6、第二轴承和第三轴承22都可以为滑动轴承。23表示配重而24表示旋转调节机构。

尽管如上说明了汽车上安装的涡旋式压缩机，但本发明可以适用于家用或商用涡旋式压缩机。应注意，轴一体型常用于家用和商用涡旋式压缩机。图3显示了涉及本实施方式的轴一体型涡旋式压缩机。在图3中，与本申请的图1和2相同的要素用相同的附图标记表示。在图3中，38表示曲轴箱，39表示从可动涡旋盘部的板向下延伸的圆筒部，40表示轴承安装部。在与偏心轴3b一体化的轴一体型涡旋式压缩机中，旋转轴3的主体3a可以使用本发明的滑动轴承作为第一轴承6、第二轴承8和/或第三轴承22。

接下来，说明滑动轴承。滑动轴承6、8和22如图4中的截面图所示包括里衬金属11、滑动层或基于石墨添加树脂的滑动部(下文中称为“滑动层”)12。通常，里衬金属11由钢板(JIS-SPCC)制成，具有高强度的高碳钢可以用于里衬金属11。里衬金属11的厚度通常为0.5mm～2mm并且在其表面显示通过烧结形成的粗糙表面部11a。粗糙表面部可以通过刻蚀或喷丸等来形成。滑动层12包含树脂和石墨。在溶剂中分散有树脂和石墨的材料浸入粗糙表面部11a然后烧结从而形成滑动层12。滑动层12通常具有5μm～200μm的厚度。

滑动层12的表面12a可以进行研磨、磨削和切削。这些工艺单独或者组合使用。例如，组合可以为减小表面粗糙度的研磨和后续的形成沟道的切削。作为另外的选择，组合可以为切削和后续的用于修饰的研磨。

接下来，说明滑动层12的必要成分中的石墨。以石墨化度表示时，当完美石墨晶体的石墨化度为1时，本发明的石墨的结晶化度为0.6以上，其几乎与天然石墨的石墨化度范围重叠，并且润滑性和亲和性优异。优选的是，球状石墨的石墨化度为0.8以上。应注意，石墨化度以C.R.Housaka,“the use of carbon material”,Tribologists,Vol.49,No.7,2004,p.561中定义的下述表达式表示。

P₁=(d₀₀₂-3.14)/(3.54-3.44)

石墨通常分为两种，天然石墨和人造石墨，并且可以进一步分为第三种，即膨胀石墨。天然石墨分为鱗状石墨、鳞片状石墨和无定形石墨。人造石墨包括粉碎人造石墨电极。碳化的石油焦油或焦炭被称为石墨化碳，包括中间相小球等。石墨可以通过在高温下烧结石墨碳而获得。这种石墨不仅具有不同的制造方法，而且可以由产品形状而明显区别。近来，可以由球状破碎技术的开发获得球状粉碎石墨或球状石墨粉末(日本石墨工业株式会社的技术资料：产品名：CGC-100,50.20；ITO石墨的网址：http://www.graphite.co.jp/seihin.htm)。

如果石墨的平均粒径石墨小于5μm，会产生石墨凝集的问题。而且，如果石墨的平均粒径超过50μm，会产生分散性变差的问题。本发明的石墨的平均粒径范围可以为5μm～50μm。而且，优选的平均粒径为5μm～20μm。应注意，平均粒径使用Horiba Ltd.制造的激光衍生/散射型粒径分布分析仪LA-910测量。石墨的石墨化度的值越大，则结晶性改善并且润滑性变得优异。在本实施方式中，石墨化度可以为0.6以上，更优选0.8以上。

接下来，在石墨颗粒形状的测量方法中，首先说明平均形状系数Y_AVE的测量方法。石墨的平均直径MV由下式表示。

MV={SUM(V*d_i)}/SUMVi=SUM(d_i ³)/SUM(d_i ²)...(1)

此处，SUM表示括号中的值的总和或者Vi相对于i的个数的总和。d_i表示一个石墨颗粒的圆当量直径。V_i为一个石墨颗粒的体积。在计算式(2)的平均形状系数时不考虑0.5MV以下的颗粒。平均形状系数Y_AVE使用i=1～n(n：颗粒数)的测量结果计算，是通过将石墨颗粒的周长除以截面积计算出的比率，其由下式表示。

Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i...(2)

此处，PM表示一个颗粒的周长，A表示每个颗粒的截面积，SUM表示所有i的括号中的数学式的总和。石墨颗粒的圆当量直径和石墨颗粒的形状系数的测量方法如下。在任意位置切断滑动轴承。用200倍放大率和0.37mm×0.44mm的视野拍摄切断面的照片。图8显示照片的实例。使用图像分析装置将滑动层的图像二进制化。可以使用市售的分析装置(如Nireco Co.,Ltd.制造的LUZEX-FS)作为图像分析装置。

接下来，说明测量颗粒比的方法。将上述的第一滑动轴承6在任意位置切断。拍摄切断面的照片。图4显示了照片的实例。使用图像分析装置将滑动层的图像二进制化。通过将二进制图像中显示的石墨颗粒的最小直径除以最大直径得到比率。颗粒比为0.5以上的颗粒具有更接近球状的形状。

对于本发明的石墨形状有两种定义：(1)根据平均形状系数和形状系数的定义；和(2)根据颗粒比的定义。同一石墨形状可以满足这两种定义(1)和(2)。作为另外的选择，同一石墨形状可以仅满足这两个定义中的一个。在后一情况中，对于仅满足定义(1)而不满足定义(2)的石墨，不满足0.5以上的颗粒比要求的石墨颗粒的个数增多。相反，对于不满足定义(1)但满足定义(2)的石墨，对于定义(2)中的“50%以上”的剩余石墨，平均形状系数Y_AVE偏离定义(1)并且扁平石墨增多。因此，优选的是石墨形状同时满足定义(1)和(2)。在仅满足一个定义的情况下，扁平石墨颗粒的比例增多但滑动性质改善。

如图6所示，本发明的石墨整体上具有曲面，上述的直径为0.5MV以下的细石墨颗粒除外，并且以少于50%的颗粒个数比存在的颗粒比为0.5以下的石墨也除外。术语“整体上”指的是当如上一段和上上一段中说明的那样在显微观察下观察各个颗粒时，颗粒弯曲或有曲面，这意味着没有尖锐边缘。结果，本发明的石墨很少损伤配套轴(例如，钢制)。因此，滑动层的耐磨性优异并且耐咬粘性改善了配套轴的不均匀表面而不会磨坏滑动层。而且，难以使鳞状(鳞片状)石墨30a(图4)均匀地分散，因为其表面接近或触碰，或者颗粒交缠。另一方面，由于整体上由曲面形成本发明的由平均形状系数和形状系数定义或由颗粒比定义的石墨并且颗粒交缠，其易于均匀地分散在树脂32中。这也有助于改善滑动性。应注意，尽管据认为鳞状石墨的边缘(图4，12a’)凝集并附着，并且不显示润滑性(非专利文献5：“Tribology of graphite material”,Tribologist,Vol.54,No.1,2009,pp.6-7)，但边缘绝不相互接触，因为本发明的由平均形状系数和形状系数或颗粒比定义的石墨30b和30c的边缘消失或者不具有圆形边缘。

通过使用具有高石墨化度和本发明定义的形状的石墨，石墨变得易于均匀地分散在上述的如聚酰胺等树脂中，不会在树脂中取向，因此在特定方向上不再存在相对于石墨裂开的容易性。

天然石墨或接近天然石墨的球状石墨可以用作上述石墨。这些石墨具有比市售鳞状石墨、无定形石墨或鳞片状石墨等更高的石墨化度和高得多的颗粒比。另外，对于具有上述特征的石墨的含量，如果石墨的含量小于5重量%，会产生问题，此时耐咬粘性较差并且不能获得摩擦性。而且，如果含量超过60重量%，会产生另一问题，此时滑动材料的强度降低。

参照图5和6来说明石墨在滑动层中的取向，其中相同的附图标记用于与图4相同的要素。在图5和6中，30表示石墨颗粒而32表示树脂。因为鳞状(鳞片状)石墨30a占据了几乎较大的平坦区域并且具有较小厚度，因此有许多颗粒比小于0.5的石墨颗粒。另外，在滑动层12的截面测得的平均形状系数Y_AVE增大。当这些石墨颗粒分散在树脂32中时，平坦面朝向面12a的方向，反之，由于本发明的滑动层12中分散的石墨中的由平均形状系数和形状系数定义的石墨为球状30b、法棍或橄榄球状30c或勾玉状30d，同一石墨形状出现在图6所示的截面图以及沿与面12a平行的方向的截面图中。这些颗粒的平均形状系数Y_AVE较小。在所有石墨颗粒均完全为球状的情况下，平均形状系数满足Y_AVE=1。尽管难以使用球形化粉碎技术将原料石墨颗粒转变成完美球状，但平均形状系数在Y_AVE=1.2～3.0的范围内的石墨颗粒显示出足够优异的性能。

图7显示了具有相同面积的球状石墨30b和中间相小球33的实例。因为中间相小球具有较大的周长，所以平均形状系数Y_AVE的分子变得较大，结果平均形状系数Y_AVE本身变得较大。平均形状系数Y_AVE超过4的石墨颗粒或者颗粒比小于0.5的石墨颗粒具有较大的形状各向异性，这是不利的，因为它们会变得如图5所示取向。优选平均形状系数Y_AVE为2.5以下。而且，由于球状石墨30b与全体石墨之比必须是足够的，因此，除了平均形状系数Y_AVE在优选范围内以外，所有颗粒中的形状系数Y在Y=1～1.5的范围内的颗粒的比例需要为70%以上。

在本发明中，优选的是石墨颗粒为基本上球状化粉碎的石墨。球状化粉碎的石墨具有上述特征，从而整体上由曲面或弯曲构成而没有边缘。“基本上”指的是由于粉碎精度所致仍为原料石墨形状的量很小，具体而言，10重量%以下是可以接受的。

石墨量：当石墨含量小于5重量%时，不能获得低摩擦性，耐咬粘性较差，而当石墨含量超过60重量%时，滑动材料的强度降低。

在滑动层中，上述石墨的余量为聚酰亚胺(PI)和/或聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂。固体粉末或液体聚酯-酰亚胺、芳香族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和双马来酰亚胺可用作所述聚酰亚胺。芳香族聚酰胺酰亚胺树脂可以用作所述聚酰胺酰亚胺树脂。这些树脂各自具有如优异的耐热性和小摩擦系数等特性。

为了减小本发明的滑动轴承的摩擦，滑动层可以包含粒径小于10μm的粘土、莫来石和滑石中的至少一种作为摩擦调节剂。相对于整个滑动层12，可以包含0.5重量%～20重量%的摩擦调节剂。不过，优选的是摩擦调节剂和石墨的总量为5.5重量%～80重量%。可以使用莫来石和粘土来改善滑动层的耐磨性，因为其为硬质物质。由于滑石中包含的滑石层由层间相互作用的弱范德华力结合起来，因此其易于在层间剥离并混入到滑动层中。因此，可以使用包含滑石的滑动层获得摩擦调节效果。对于摩擦调节剂的含量，如果其小于0.5重量%，摩擦降低效果不足。而且，如果含量超过20重量%，配套材料可能受损并且耐磨性变得不足。因此，摩擦调节剂的含量优选为5重量%～15重量%。对于摩擦调节剂的粒径，如果其超过10μm，对于配套材料的攻击性升高。对于摩擦调节剂和球状石墨的总量，如果其小于5.5重量%，滑动层的磨损量增大。如果总量超过80重量%，会发生如耐热性和强度不足等问题。

此外，为了改善本发明的滑动轴承的润滑性，滑动层12可以包含1重量%～40重量%的固体润滑剂，所述固体润滑剂包括PTFE、MoS₂或BN中的一种以上。在此情况下，优选的是石墨、摩擦调节剂和固体润滑剂的总量为6.5重量%～80重量%。如果固体润滑剂的量小于1重量%，固体润滑剂的效果可能不足。如果固体润滑剂的量超过40重量%或者固体润滑剂、石墨和摩擦调节剂的总量超过80重量%，会发生如耐热性和强度降低等问题。类似地，滑动层可以浸渍总量为10体积%的硅油、机油、透平油和矿物油中的至少一种。在上述固体润滑剂中，MoS₂具有与石墨类似的裂开性质，优选随机取向从而使得在本发明中由于滑动方向所致发生裂开的容易性几乎恒定。因为MoS₂由于颗粒的扁平状所致而具有取向，在混合和涂布树脂时树脂的粘度较低而发生取向，所以考虑到这一点在形成滑动层时可以实现随机取向。

本发明的效果

本发明涉及的涡旋式压缩机中使用的滑动轴承与传统滚动轴承相比具有较好的耐磨性、耐咬粘性和静音性的原因在于，滑动轴承由于石墨的优异的结晶性所致而较软，并且据信石墨均匀地分散在树脂中。也就是说，由于传统鳞片状石墨中的石墨本身具有较大的各向异性的形状并且在分散在树脂中时不能均匀地分散，所以在沿不利的方向取向的石墨颗粒中容易出现磨损和咬粘。由于该磨损还产生噪声。另外，尽管如球状碳等硬质碳材料中的圆球度较高，但是配套轴变得磨损，结果容易出现咬粘和噪声。不过，由于本发明的石墨较软并且由颗粒比或平均形状系数和形状系数定义的石墨均匀地分散而无取向，因此从初次滑动开始在整个使用期间磨损状况保持恒定。

包含本发明的滑动轴承的涡旋式压缩机的耐久性得到改善。而且，静音性也得到改善。另外，本发明通过用滑动轴承替代滚动轴承使得压缩机轻量化。而且，可动涡旋盘的压入部(环毂)和配重也变得更轻，因为轴承的外径变得更小。由于配重变得更轻，所以压缩机变得更小。另外，由于滑动轴承的树脂在异物包埋性方面优异，所以可以确保本发明的滑动层的稳定性和耐久性。而且，轴承变得更便宜。

具体实施方式

为了评价涡旋式压缩机，测量与耐磨性和耐咬粘性有关的特性。在测量中，在汽车发动机驱动的涡旋式压缩机1中，使用具有滑动层12的第一滑动轴承6和第二滑动轴承8(图1)，滑动层12包含具有上述的平均形状系数Y_AVE和形状系数Y的石墨。测量运转后的磨损深度和发生咬粘时的表面压力。在本发明的滑动轴承提供在涡旋式压缩机1中的情况中，与配备分散有传统鳞片状石墨的滑动轴承的涡旋式压缩机相比，以下情况是明显的。首先，磨损量和咬粘表面压力均显示良好的平衡和良好的值。也就是说，当滑动层12中的石墨满足上述条件时，石墨的取向变得无方向，并且稳定地表现由于石墨裂开所致的低摩擦，与该取向无关。换言之，在这些情况中，当旋转轴旋转和可动涡旋盘4转动时，即使由于振动而产生各种运动，也有助于稳定的耐咬粘性。在上述滑动层设置在由汽车电动机驱动的涡旋式压缩机(图2)的第一至第三滑动轴承6、8和22上的情况中，也展现出类似的性能。

另外，上述石墨化度较高，并且由于接近球状的石墨可以均匀地分散在树脂中并且不存在较薄的部分，耐咬粘性得到改善，因为即使在石墨暴露至与配套材料的滑动部时也可以降低滑动轴承的表面粗糙度而无局部缺陷。至于涡旋式压缩机的滑动轴承的滑动，在滑动中石墨暴露至配套材料的情况中，本发明的石墨化度较高，并且由于石墨接近球状并且均匀地分散在树脂中，所以粗糙度保持恒定而无局部缺陷且不会使滑动面粗糙，滑动特性得到良好的保持。另一方面，对于具有低石墨化度或与球状相差较大的颗粒形状的石墨，在暴露至与配套材料的滑动部时石墨破裂并掉落，滑动面变得粗糙并且耐咬粘性下降，而在扁平石墨的情况中，裂开方向变得取向为朝向与滑动方向不同的方向，从而增大摩擦阻力。

接下来，说明第一和第二滑动轴承6和8的由颗粒比定义的基于石墨添加树脂的滑动部(下文中称为“基于石墨添加树脂的滑动部”)12的组成。另外，由于除此以外的结构与分散有由平均形状系数Y_AVE和平均形状系数Y定义的石墨的滑动层中第一和第二滑动轴承6和8相同，所以略去其详细说明。基于石墨添加树脂的滑动部12包含5重量%～60重量%的石墨(注：颗粒个数比例为50%以上的石墨的颗粒比为0.5以上)和20重量%～90重量%的聚酰亚胺和聚酰亚胺酰胺中的至少一种作为必要成分。而且，基于石墨添加树脂的滑动部12可以包含由0.5重量%～20重量%的粘土、莫来石、氧化硅和氧化铝中的至少一种构成的摩擦调节剂。另外，基于石墨添加树脂的滑动部12可以包含40重量%以下的固体润滑剂(包含PTFE、MoS₂或BN中的至少一种以上)和/或10体积%以下的油脂(包含硅油、机油、透平油和矿物油中的至少一种)。

人造或天然石墨可以用作上述石墨。所述石墨的粒径优选为250μm以下。对于石墨的含量，如果石墨含量小于5重量%，则摩擦系数增大而磨损量增大。而且，如果石墨含量超过60重量%，会产生与树脂或里衬金属11的结合力变弱并且磨损量增大的问题。石墨含量优选为30重量%～60重量%。

对于聚酰亚胺和聚酰亚胺酰胺的含量，如果聚酰亚胺和聚酰亚胺酰胺的含量小于20重量%，则结合力变弱，磨损量增大。而且，如果含量超过90重量%，会产生问题：摩擦系数增大，磨损量增大。含量优选为30重量%～60重量%。对于摩擦调节剂的含量，如果含量小于0.5重量%，会产生耐磨性变得不足的问题。另外，如果含量超过20重量%，会产生配套材料受损并且配套材料的耐磨性降低的问题。

对于固体润滑剂的含量，如果含量超过40重量%，会产生强度降低并且耐热性不足的问题。含量优选为5重量%～20重量%。对于油脂的含量，如果油脂含量超过10体积%，会产生强度降低和耐热性不足的问题。含量优选为0.1体积%以上，更优选1体积%～10体积%。

使用下述实施例更详细地描述本发明。为里衬金属准备140mm×1.5mm的碳钢板。为形成于里衬金属上的粗糙表面部准备青铜粉末(Sn10%，+80，-150目)。在对里衬金属脱脂后，将0.05g～0.1g每单位面积(cm²)的青铜粉末置于里衬板上。然后，将里衬金属在830℃～850℃焙烧从而形成粗糙表面部。粗糙表面部的厚度为约150μm。基于青铜的比重计算出的孔隙率为40%～80%。表2显示了实施例的滑动层的组成。将所述成分与溶剂混合并浸渍到粗糙表面部。将混合物100℃干燥。通过在冷态加压而使混合物硬化。最后，将混合物在250℃焙烧从而形成滑动层。滑动层的厚度为约80μm。于是，获得双金属材料样品。将双金属材料样品加工制造轴套。Nippon Graphite Industries Co.,Ltd.制造的球状粉碎石墨(产品名CGB10)用作表1中的“石墨”。表2的“石墨”栏显示含量(重量%)。另外，石墨的平均形状系数Y_AVE示于括号中。在本发明的实施例1～18中，形状系数在Y=1～1.5的范围内的颗粒以个数比例计80%～90%存在。

石墨的颗粒比的测量如下进行。对于表2中的实施例11，拍摄滑动面侧的烧结合金颗粒上方的滑动层的显微照片。图9显示了实施例11的截面显微照片。使用图像分析装置将显微照片二进制化。在二进制图像中鉴定出的石墨颗粒的个数在测量图中为103。测量每个石墨颗粒的最小直径/最大直径之比，具有0.5以上的该比率的颗粒个数为74，这意味着该颗粒在全部颗粒中的存在比例为72%。对于比较例2和3，发现颗粒比为0.5以上的存在比例分别为11.4%和48%。

实施例中的除石墨以外的其他成分的详细情况如下。

聚酰亚胺树脂：Toray Industries,Inc.的产品

聚酰胺酰亚胺树脂：Hitachi Chemical Industries.Inc.的产品

粘土：Shiraishi Calcium的产品；平均粒径1μm

莫来石：KCM的产品；平均粒径0.8μm

滑石：Nippon Talc Co.的产品；平均粒径1μm

PTFE：Asahi Glass Co.的产品；平均粒径9μm

MoS₂：Sumikojunkatsuzai的产品；平均粒径1.4μm

BN：Mitsui Chemicals,Inc.的产品；平均粒径1μm

表2显示了使用上述成分制造的滑动轴承的实验结果。此处，表中的石墨和鳞状的平均粒径为5μm～50μm，石墨化度为0.6。平均形状系数Y_AVE显著不同。对于鳞状石墨，形状系数Y_AVE为10以上。因此，平均形状系数Y_AVE≈10是传统石墨和本发明特征化的石墨的形状的阈值。

实验方法如下。

耐磨性实验

实验设备：板环测试实验设备

润滑：液体石蜡

负载：50kgf(固定)

速度：5m/s

实验时间：60分钟

评价方法：运转后的磨损深度

耐咬粘性测试

实验设备：推力实验设备

润滑：液体石蜡

负载：渐增负载

速度：10m/s

实验时间：60分钟

评价方法：评价咬粘发生时的表面压力。

实验结果示于表2。另外，实施例14的样品的截面照片示于图9。

[表2]

尽管比较例1使用了球状石墨，但是由于石墨化度较低，所以耐咬粘性也较差。因为实施例2～5使用鳞片状石墨，所以耐磨性和耐咬粘性都差。不过，本发明实施例的这些性质优良。

工业实用性

如上所述，由于本发明的车载涡旋式压缩机使用了滑动轴承来代替传统的滚动轴承，所以本发明在尺寸和重量、静音性和价格方面均优异。另外，在将家用涡旋式压缩机与传统使用的滑动轴承相比时，在长期使用时家用涡旋式压缩机具有优异的稳定性特性。

附图说明

图1显示了一个实施方式涉及的涡旋式压缩机的截面图。

图2显示了另一实施方式涉及的涡旋式压缩机的截面图。

图3显示了又一实施方式涉及的涡旋式压缩机的截面图。

图4显示了滑动轴承的截面图。

图5显示了在树脂中分散有传统鳞状(鳞片状)石墨的滑动轴承的示意性截面图。

图6显示了在树脂中分散有本发明的石墨的滑动轴承的示意性截面图。

图7显示了用于说明中间相小球和球状石墨的平均形状系数的视图。

图8显示了石墨颗粒形状的说明图。

图9显示了本发明的实施例14中的实验材料的滑动层的显微照片。

Claims

1.一种涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机包含：

旋转轴主体，所述旋转轴主体安装在壳体内部并围绕所述壳体的轴心旋转；

偏心轴，所述偏心轴连接到所述旋转轴主体从而围绕位于相对于所述旋转轴主体轴心偏心的位置处的轴心转动；

固定在所述偏心轴上的可动涡旋盘；

固定在所述壳体上的固定涡旋盘；

可滑动地支持所述旋转轴主体的轴主体轴承，和

可滑动地支持所述偏心轴的偏心轴承；

其中，

所述轴主体轴承和所述偏心轴承中的至少一个为滑动轴承，所述滑动轴承包含：

里衬金属，和

通过焙烧在所述里衬金属上形成的滑动层，

所述滑动层包含

5重量％～60重量％的包含石墨的颗粒，

以及余量的聚酰胺酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种，

所述颗粒具有

5μm～50μm的平均直径，

0.6以上的石墨化度，

1～4的平均形状系数Y_AVE，

以个数比例计70％以上的所述颗粒具有1～1.5的形状系数Y，

所述平均形状系数Y_AVE定义为

Y_AVE＝SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i

在计算Y_AVE时不考虑为平均直径的0.5倍以下的细颗粒，

所述形状系数Y定义为

Y＝PM²/4πA

PM表示一个颗粒的周长，

A表示一个颗粒的截面积，

i表示测量颗粒的个数，

SUM表示[]中的式子的i个颗粒的总和。

2.一种涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机包含：

可动涡旋盘，所述可动涡旋盘围绕与所述旋转轴主体分离的偏心轴转动并连接到所述旋转轴主体，从而围绕位于相对于所述旋转轴主体轴心偏心的位置处的轴心转动；

固定在所述壳体上的固定涡旋盘；和

可滑动地支持所述旋转轴主体和所述偏心轴的轴承，所述轴承安装在所述壳体内部；

其中

所述轴承中的至少一个为滑动轴承，其包含

里衬金属，和

通过焙烧在所述里衬金属上形成的滑动层，

所述滑动层包含

5重量％～60重量％的包含石墨的颗粒，

所述颗粒具有

5μm～50μm的平均直径,

0.6以上的石墨化度，并且

以个数比例计50％以上的所述颗粒具有0.5以上的颗粒比。

3.一种涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机包含：

偏心轴，所述偏心轴与所述旋转轴一体化从而围绕位于相对于所述旋转轴的轴心偏心的位置处的轴心转动；

固定在所述偏心轴上的可动涡旋盘；

固定在所述壳体上的固定涡旋盘；

可滑动地支持所述旋转轴主体的轴主体轴承，和

可滑动地支持所述偏心轴的偏心轴承；

其中

所述轴主体轴承和所述偏心轴承中的至少一个为滑动轴承，所述滑动轴承包含

里衬金属，和

通过焙烧在所述里衬金属上形成的滑动层，

所述滑动层包含

5重量％～60重量％的包含石墨的颗粒，

所述颗粒具有

5μm～50μm的平均直径，

0.6以上的石墨化度，

1～4的平均形状系数Y_AVE，

以个数比例计70％以上的所述颗粒具有1～1.5的形状系数Y，

所述平均形状系数Y_AVE定义为

Y_AVE＝SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i

在计算Y_AVE时不考虑为平均直径的0.5倍以下的细颗粒，

所述形状系数Y定义为

Y＝PM²/4πA

PM表示一个颗粒的周长，

A表示一个颗粒的截面积，

i表示测量颗粒的个数，

SUM表示[]中的式子的i个颗粒的总和。

4.一种涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机包含：

可动涡旋盘，所述可动涡旋盘围绕与所述旋转轴主体一体的偏心轴转动，从而围绕位于相对于所述旋转轴主体的轴心偏心的位置处的轴心转动；和

固定在所述壳体上的固定涡旋盘；和

可滑动地支持所述旋转轴主体和所述偏心轴的轴承，所述轴承安装在所述壳体内部，

其中

所述轴承中的至少一个为滑动轴承，其包含

里衬金属，和

通过焙烧在所述里衬金属上形成的滑动层，

所述滑动层包含

5重量％～60重量％的包含石墨的颗粒，

所述颗粒具有

5μm～50μm的平均直径，

0.6以上的石墨化度，和

以个数比例计50％以上的所述颗粒具有0.5以上的颗粒比。

5.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋式压缩机，其中，所述石墨由基本上球状化粉碎的石墨构成。

6.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机用于机动车空调器。

7.如权利要求6所述的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机由车辆的发动机驱动。

8.如权利要求6所述的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机由车辆上安装的电动机驱动。

9.如权利要求1、3或4所述的涡旋式压缩机，其中，所述压缩机用于家用和商用空调设备，并由电动机驱动。

10.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋式压缩机，其中

所述滑动层或基于石墨添加树脂的滑动部还包含0.5重量％～20重量％的摩擦调节剂，所述摩擦调节剂由粒径小于10μm的至少粘土、莫来石或滑石构成，并且

所述摩擦调节剂和所述石墨的总量为5.5重量％～80重量％。

11.如权利要求10所述的涡旋式压缩机，其中

所述滑动层包含1重量％～40重量％的固体润滑剂，所述固体润滑剂由PTFE、MoS₂或BN中的至少一种构成，并且

所述固体润滑剂、所述石墨和所述摩擦调节剂的总量为6.5重量％～80重量％。

12.如权利要求10所述的涡旋式压缩机，其中，所述滑动层包含10体积％以下的油脂，所述油脂由硅油、机油、透平油和矿物油中的至少一种构成。

13.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋式压缩机，其中，所述滑动层或基于石墨添加树脂的滑动部的表面通过研磨、磨削或切削中的至少一种进行加工。

14.如权利要求1～4中任一项所述的涡旋式压缩机，其中

通过在所述里衬金属的表面烧结青铜粉末而形成粗糙表面部，并且

在所述粗糙表面部的表面上进一步形成所述石墨添加树脂的滑动部或滑动层。