CN106321432B - 旋转式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转式压缩机，抑制了旋转式压缩机的叶片前端部的皮膜层剥离，抑制了成本上升。在该旋转式压缩机，叶片的母材由含有铬的钢材形成，并且，在其与环状活塞的滑动面上，从所述母材的表面起按顺序作为第一层形成有铬的单一皮膜层，作为第二层形成有具有铬和碳的浓度梯度的中间皮膜层，作为第三层形成有金刚石状碳皮膜层，所述中间皮膜层，在第一层侧，铬的浓度比碳的浓度高，在第三层侧，碳的浓度比铬的浓度高。

Description

旋转式压缩机
技术领域
本发明涉及用于空调设备或制冷机等的旋转式压缩机。
背景技术
例如，专利文献1中记载有一种制冷剂压缩机，其具备：对在制冷循环中使用的制冷剂进行压缩的压缩单元、可滑动地设于上述压缩单元的以金属材料为基材的叶片、在上述基材的表面依次层叠第一～第四层而形成的皮膜、可旋转地设于上述压缩单元的、上述叶片的前端滑动接触的滚筒、设于上述压缩单元的、收纳上述叶片及上述滚筒的气缸。该制冷剂压缩机中，上述第一层由铬的单一层构成，上述第二层由铬及碳化钨的合金层构成，上述第三层由含有钨及碳化钨的至少一方的含金属的非晶碳层构成，上述第四层由不含金属、含有碳及氢的非晶碳层(金刚石状碳层)构成，在上述第二层中，相比上述第三层侧，在上述第一层侧的铬含有率高，且相比上述第一层侧，在上述第三层侧的碳化钨的含有率高。
另外，专利文献2中记载有一种滑动部件，其具备：具有滑动表面的滑动部件主体(叶片)、设于上述滑动表面上的中间层、设于上述中间层上的硬质碳皮膜(金刚石状碳皮膜)、形成于上述中间层的表面附近的上述中间层内的区域的、上述中间层的构成要素和碳的混合层。该滑动部件中，上述混合层具有接近上述混合层的表面的部分的碳浓度为比离开表面的部分高的浓度的碳浓度的梯度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特许第5543973号公报
专利文献2：(日本)特开平10－82390号公报
发明所要解决的课题
但是，专利文献1所记载的叶片由于在基材的表面的铬单一层(第一层)和作为滑动面的金刚石状碳层(第四层)之间，作为中间层形成有合金层(第二层)和含金属的金刚石状碳层(第三层)，所以中间层变厚，在层间也产生硬度差。因此，存在内部残余应力变大，作为滑动面的金刚石状碳层(第四层)容易剥离的问题。
另外，第二层及第三层中所含的钨容易被酸性物质氧化。存在被氧化后，容易被碱性物质还原而剥离这样的问题(在制冷剂压缩机中，因制冷机油(润滑油)的劣化等而存在酸性物质。另外，因零件清洗剂的残渣物还存在碱性物质)。而且，由于皮膜层多达4层，所以也可能导致成膜时间的增加带来的成本上升。
专利文献2所记载的叶片在叶片主体和第一层的混合层之间的密合性(接合性)方面存在问题。当叶片反复受到压缩应力时，存在叶片主体和第一层的混合层之间产生剥离或裂纹的问题。另外，混合层中含有作为叶片基材构成元素的钨的情况下，更容易剥离。
发明内容
本发明的目的在于，获得抑制了旋转式压缩机的叶片前端部的皮膜层剥离，且抑制了成本上升的旋转式压缩机。
用于解决课题的技术方案
本发明提供一种旋转式压缩机，其具备：密闭的立式压缩机框体，其上部设有制冷剂的排出部，下部侧面设有制冷剂的吸入部；压缩部，其配置于所述压缩机框体的下部，具备环状的气缸、具有轴承部及排出阀部且封闭所述气缸的端部的端板、嵌合于被所述轴承部支承的旋转轴的偏心部且沿着所述气缸的气缸内壁在该气缸内公转并在其与所述气缸内壁之间形成气缸室的环状活塞、从设于所述气缸的叶片槽向所述气缸室内突出并与所述环状活塞抵接而将所述气缸室区划为吸入室和压缩室的叶片，通过所述吸入部吸入制冷剂，通过所述压缩机框体内从所述排出部排出制冷剂；电动机，其配置于所述压缩机框体的上部，经由所述旋转轴驱动所述压缩部，所述旋转式压缩机的特征在于，所述叶片的母材由含有铬的钢材形成，并且，在其与所述环状活塞抵接的滑动面上，从所述母材的表面按顺序作为第一层形成铬的单一皮膜层，作为第二层形成具有铬和碳的浓度梯度的中间皮膜层，作为第三层形成金刚石状碳皮膜层，所述中间皮膜层中，在第一层侧，铬的浓度比碳的浓度高，在第三层侧，碳的浓度比铬的浓度高。
发明效果
本发明能够抑制形成于与环状活塞抵接的叶片的滑动面上的皮膜层剥离，另外，能够抑制叶片的成本上升。
附图说明
图1是表示本发明的旋转式压缩机的实施例的纵剖视图。
图2是实施例的第一压缩部及第二压缩部的从上方观察的横剖视图。
图3是表示实施例的第一环状活塞及第二环状活塞和第一叶片及第二叶片的滑动部的局部剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明用于实施本发明的方式(实施例)。
【实施例】
图1是表示本发明的旋转式压缩机的实施例的纵剖视图。图2是实施例的旋转式压缩机的第一压缩部及第二压缩部的从上方观察的横剖视图。
如图1所示，旋转式压缩机1具备：配置于立式圆筒状的密闭的压缩机框体10的下部的压缩部12、和配置于压缩机框体10的上部且经由旋转轴15驱动压缩部12的电动机11。
电动机11的定子111形成为圆筒状，且热套固定于压缩机框体10的内周面。电动机11的转子112配置于圆筒状的定子111的内部，且热套固定于将电动机11和压缩部12机械连接的旋转轴15上。
压缩部12具备第一压缩部12S和第二压缩部12T。如图2所示，第一压缩部12S具备环状的第一气缸121S。第一气缸121S具备从环状的外周突出的第一侧方突出部122S。在第一侧方突出部122S放射状地设有第一吸入孔135S和第一叶片槽128S。另外，第二压缩部12T配置于第一压缩部12S的上侧。第二压缩部12T具备环状的第二气缸121T。第二气缸121T具备从环状的外周突出的第二侧方突出部122T。在第二侧方突出部122T放射状地设有第二吸入孔135T和第二叶片槽128T。
如图2所示，在第一气缸121S，与电动机11的旋转轴15同心状地形成有圆形的第一气缸内壁123S。在第一气缸内壁123S内，配置有外径比第一气缸121S的内径小的第一环状活塞125S。在第一气缸内壁123S和第一环状活塞125S之间，形成吸入、压缩、排出制冷剂的第一气缸室130S。在第二气缸121T，与电动机11的旋转轴15同心状地形成有圆形的第二气缸内壁123T。在第二气缸内壁123T内，配置有外径比第二气缸121T的内径小的第二环状活塞125T。在第二气缸内壁123T和第二环状活塞125T之间，形成吸入、压缩、排出制冷剂的第二气缸室130T。
在第一气缸121S，从第一气缸内壁123S沿径向形成有横跨气缸高度整个区域的第一叶片槽128S。在第一叶片槽128S内滑动自如地嵌合有平板状的第一叶片127S。在第二气缸121T，从第二气缸内壁123T沿径向形成有横跨气缸高度整个区域的第二叶片槽128T。在第二叶片槽128T内滑动自如地嵌合有平板状的第二叶片127T。
如图2所示，在第一叶片槽128S的径向外侧，以从第一侧方突出部122S的外周部连通到第一叶片槽128S的方式形成有第一弹簧孔124S。在第一弹簧孔124S内插入有按压第一叶片127S的背面的第一叶片弹簧(未图示)。在第二叶片槽128T的径向外侧，以从第二侧方突出部122T的外周部连通到第二叶片槽128T的方式形成有第二弹簧孔124T。在第二弹簧孔124T内插入有按压第二叶片127T的背面的第二叶片弹簧(未图示)。
旋转式压缩机1启动时，由于该第一叶片弹簧的推斥力，第一叶片127S从第一叶片槽128S内向第一气缸室130S内突出。第一叶片127S的前端与第一环状活塞125S的外周面抵接，第一气缸室130S利用第一叶片127S划分为第一吸入室131S和第一压缩室133S。另外，同样地，由于第二叶片弹簧的推斥力，第二叶片127T从第二叶片槽128T内向第二气缸室130T内突出。第二叶片127T的前端与第二环状活塞125T的外周面抵接，第二气缸室130T利用第二叶片127T划分为第二吸入室131T和第二压缩室133T(关于第一叶片127S及第二叶片127T的详情，将在后面进行叙述)。
另外，在第一气缸121S形成有第一压力导入路129S，该第一压力导入路129S通过开口部R(参照图1)将第一叶片槽128S的径向外侧和压缩机框体10内连通，导入压缩机框体10内的被压缩的制冷剂，通过制冷剂的压力对第一叶片127S施加背压。此外，压缩机框体10内的被压缩的制冷剂也从第一弹簧孔124S被导入。另外，在第二气缸121T形成有第二压力导入路129T，该第二压力导入路129T通过开口部R(参照图1)将第二叶片槽128T的径向外侧和压缩机框体10内连通，导入压缩机框体10内的被压缩的制冷剂，通过制冷剂的压力对第二叶片127T施加背压。此外，压缩机框体10内的被压缩的制冷剂也从第二弹簧孔124T被导入。
在第一气缸121S的第一侧方突出部122S，为了从外部将制冷剂吸入第一吸入室131S而设有使第一吸入室131S和外部连通的第一吸入孔135S。在第二气缸121T的第二侧方突出部122T，为了从外部将制冷剂吸入第二吸入室131T而设有使第二吸入室131T和外部连通的第二吸入孔135T。第一吸入孔135S的截面及第二吸入孔135T的截面为圆形。
另外，如图1所示，中间隔板140配置在第一气缸121S和第二气缸121T之间，将第一气缸121S的第一气缸室130S(参照图2)和第二气缸121T的第二气缸室130T(参照图2)隔开。另外，中间隔板140将第一气缸121S的上端部和第二气缸121T的下端部封闭。
在第一气缸121S的下端部配置有下端板160S，将第一气缸121S的第一气缸室130S封闭。另外，在第二气缸121T的上端部配置有上端板160T，将第二气缸121T的第二气缸室130T封闭。下端板160S将第一气缸121S的下端部封闭，上端板160T将第二气缸121T的上端部封闭。
在下端板160S上形成有副轴承部161S，在副轴承部161S旋转自如地支承旋转轴15的副轴部151。在上端板160T上形成有主轴承部161T，在主轴承部161T旋转自如地支承旋转轴15的主轴部153。
旋转轴15具备相互错开180°相位而偏心的第一偏心部152S和第二偏心部152T。第一偏心部152S旋转自如地嵌合于第一压缩部12S的第一环状活塞125S。第二偏心部152T旋转自如地嵌合于第二压缩部12T的第二环状活塞125T。
当旋转轴15旋转时，第一环状活塞125S沿着第一气缸内壁123S在第一气缸121S内向图2的顺时针方向进行公转。追随该公转，第一叶片127S进行往复运动。通过该第一环状活塞125S及第一叶片127S的运动，第一吸入室131S及第一压缩室133S的容积连续地发生变化，由此，压缩部12连续地吸入、压缩、排出制冷剂。另外，当旋转轴15旋转时，第二环状活塞125T沿着第二气缸内壁123T在第二气缸121T内向图2的顺时针方向公转。追随该公转，第二叶片127T进行往复运动。通过该第二环状活塞125T及第二叶片127T的运动，第二吸入室131T及第二压缩室133T的容积连续地发生变化，压缩部12连续地吸入、压缩、排出制冷剂。
如图1所示，下端板盖170S配置于下端板160S的下侧，在其与下端板160S之间形成有下消音室180S。而且，第一压缩部12S朝向下消音室180S开口。即，在下端板160S的第一叶片127S附近，设有将第一气缸121S的第一压缩室133S和下消音室180S连通的第一排出孔190S(参照图2)，在第一排出孔190S中配置有防止被压缩的制冷剂的逆流的簧片阀式的第一排出阀200S。
下消音室180S是形成为环状的一个室，是使第一压缩部12S的排出侧通过贯穿下端板160S、第一气缸121S、中间隔板140、第二气缸121T及上端板160T的制冷剂通路136(参照图2)与上消音室180T内连通的连通路的一部分。下消音室180S使排出制冷剂的压力脉动减小。另外，与第一排出阀200S重叠，用于限制第一排出阀200S的弯曲开阀量的第一排出阀压板201S，与第一排出阀200S一起通过铆钉被固定。第一排出孔190S、第一排出阀200S及第一排出阀压板201S构成下端板160S的第一排出阀部。
如图1所示，上端板盖170T配置在上端板160T的上侧，在其与上端板160T之间形成有上消音室180T。在上端板160T的第二叶片127T附近，设有将第二气缸121T的第二压缩室133T和上消音室180T连通的第二排出孔190T(参照图2)。在第二排出孔190T中配置有防止被压缩的制冷剂的逆流的簧片阀式的第二排出阀200T。另外，与第二排出阀200T重叠，用于限制第二排出阀200T的弯曲开阀量的第二排出阀压板201T与第二排出阀200T一起通过铆钉被固定。上消音室180T使排出制冷剂的压力脉动减小。第二排出孔190T、第二排出阀200T及第二排出阀压板201T构成上端板160T的第二排出阀部。
下端板盖170S、下端板160S、第一气缸121S及中间隔板140，通过从下侧插通并拧入设于第二气缸121T的阴螺纹内的多个贯穿螺栓175紧固于第二气缸121T。上端板盖170T及上端板160T通过从上侧插通并拧入设于第二气缸121T的阴螺纹内的贯穿螺栓(未图示)紧固于第二气缸121T。通过多个贯穿螺栓175等紧固为一体的下端板盖170S、下端板160S、第一气缸121S、中间隔板140、第二气缸121T、上端板160T及上端板盖170T构成压缩部12。压缩部12中，上端板160T的外周部通过点焊固定连接于压缩机框体10上，将压缩部12固定于压缩机框体10上。
在圆筒状的压缩机框体10的外周壁，为了分别使第一吸入管104及第二吸入管105穿过而沿轴向分开地从下部起按顺序设有第一贯穿孔101及第二贯穿孔102。另外，在压缩机框体10的外侧部，通过储液器支架252及储液器固定带253保持由独立的圆筒状的密闭容器构成的储液器25。
在储液器25的顶部的中心，连接有与制冷剂回路的蒸发器连接的系统连接管255。在设于储液器25的底部的底部贯穿孔257中，固定安装有具有延设至储液器25的内部上方的一端、和分别与各个第一吸入管104及第二吸入管105的另一端连接的另一端的第一低压联络管31S及第二低压联络管31T。
经由储液器25将制冷剂回路的低压制冷剂导向第一压缩部12S的第一低压联络管31S，经由作为吸入部的第一吸入管104与第一气缸121S的第一吸入孔135S(参照图2)连接。另外，经由储液器25将制冷剂回路的低压制冷剂导向第二压缩部12T的第二低压联络管31T，经由作为吸入部的第二吸入管105与第二气缸121T的第二吸入孔135T(参照图2)连接。即，第一吸入孔135S及第二吸入孔135T与制冷剂回路的蒸发器并联连接。
在压缩机框体10的顶部连接有与制冷剂回路连接作为将高压制冷剂向制冷剂回路的冷凝器侧排出的排出部的排出管107。即，第一排出孔190S及第二排出孔190T与制冷剂回路的冷凝器连接。
在压缩机框体10内被封入大约到第二气缸121T的高度的润滑油。另外，润滑油通过插入旋转轴15的下部的泵叶(未图示)从安装于旋转轴15的下端部的供油管16被抽吸，在压缩部12进行循环，进行滑动零件(第一环状活塞125S及第二环状活塞125T)的润滑，并且进行压缩部12的微小间隙的密封。
接着，参照图3对实施例的旋转式压缩机1的特征性结构进行说明。图3是表示实施例的第一、第二环状活塞和第一、第二叶片的滑动部的局部剖视图。如图3所示，实施例的第一叶片127S及第二叶片127T的母材是高速工具钢(SKH51：构成元素含有铬)或高碳铬轴承钢(SUJ2)等钢材。在与第一环状活塞125S及第二环状活塞125T的滑动面127SS、127TS(所谓滑动面127SS、127TS，是指第一叶片127S及第二叶片127T与第一环状活塞125S及第二环状活塞125T抵接，通过第一环状活塞125S及第二环状活塞125T进行旋转而与第一叶片127S及第二叶片127T进行滑动的面。)上，作为第一层形成有作为母材构成元素的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1。第一层的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1的层厚为0.05μm～0.30μm。
由于母材含有铬，所以可以将第一层的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1容易地形成为0.05μm～0.30μm的薄膜。另外，由于母材的硬度足够高，所以可获得内部残余应力小的薄膜构造。
接着，在第一层的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1的外侧，作为第二层形成具有铬和碳的浓度梯度的中间皮膜层127SD2、127TD2。在第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2的外侧，作为第三层形成金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3。
在第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2中，铬含有率(浓度)在第一层侧比第三层侧高，且碳的含有率(浓度)在第三层侧比第一层侧高。第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2的层厚为0.30μm～1.20μm，第三层的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3的层厚为1.00μm～3.00μm。第三层的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3由于表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra大致为0.8，所以要比1.00μm～3.00μm更厚(如果比该厚度薄，在皮膜上就会形成孔。)。上述的第一层～第三层的各皮膜层通过高真空中的等离子工艺即离子化蒸镀法形成。
在第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2中，如果将与第一层的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1的接合面的铬的含有率设为100重量％，且将与第三层的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3的接合面的铬的含有率设为0重量％，则可获得第一层～第三层间的最大的层间接合力。
第一层的铬的单一皮膜层127SD1、127TD1使第一叶片127S及第二叶片127T的母材和第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2的接合性提高。第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2成为第三层的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3的接合层。另外，由于第一叶片127S及第二叶片127T的往复运动，冲击经由硬的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3作用于第一环状活塞125S及第二环状活塞125T，但第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2成为缓和该冲击的缓冲层。
通过采用上述的第一层～第三层的层构造，不必将第二层的中间皮膜层127SD2、127TD2复杂化、壁厚化就能够提高第三层的金刚石状碳皮膜层127SD3、127TD3的剥离强度。因此，获得内部残余应力小的层构造(如果铬的单一皮膜层127SD1、127TD1及中间皮膜层127SD2、127TD2的厚度过薄，层间的接合性就会变差。另外，如果层的厚度变厚，层间的内部残余应力就会增大，剥离及破裂强度降低)。另外，由于不含钨，所以可以进一步提高剥离强度。其结果是，可获得耐磨损性优异，可以长期稳定地使用，抑制了成本上升的第一叶片127S及第二叶片127T。
此外，在实施例的旋转式压缩机1中，第一环状活塞125S及第二环状活塞125T由含有钼、镍及铬的片状石墨铸铁形成，第一气缸121S及第二气缸121T由铸铁形成。本发明可以适用于单缸式旋转式压缩机及二级压缩式旋转式压缩机。
以上说明了实施例，但实施例不受上述的内容限定。另外，上述的构成要素包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素、所谓等同范围的要素。而且，上述的构成要素可以适当组合。而且，在不脱离实施例的宗旨的范围内可以进行构成要素的各种省略、置换及变更中的至少一种。

Claims (1)

1.一种旋转式压缩机，其具备：
密闭的立式压缩机框体，其上部设有制冷剂的排出部，下部侧面设有制冷剂的吸入部；
压缩部，其配置于所述压缩机框体的下部，具备环状的气缸、具有轴承部及排出阀部且封闭所述气缸的端部的端板、嵌合于被所述轴承部支承的旋转轴的偏心部且沿着所述气缸的气缸内壁在该气缸内公转并在其与所述气缸内壁之间形成气缸室的环状活塞、从设于所述气缸的叶片槽向所述气缸室内突出并与所述环状活塞抵接而将所述气缸室区划为吸入室和压缩室的叶片，通过所述吸入部吸入制冷剂，通过所述压缩机框体内从所述排出部排出制冷剂；
电动机，其配置于所述压缩机框体的上部，经由所述旋转轴驱动所述压缩部，
所述旋转式压缩机的特征在于，
所述叶片的母材由含有铬的钢材形成，并且，在其与所述环状活塞抵接的滑动面上，从所述母材的表面按顺序作为第一层形成铬的单一皮膜层，作为第二层以0.30μm～1.20μm的层厚形成具有铬和碳的浓度梯度的单一中间皮膜层，作为第三层形成金刚石状碳皮膜层，所述中间皮膜层中，在第一层侧，铬的浓度比碳的浓度高，在第三层侧，碳的浓度比铬的浓度高，并具有如下铬的浓度梯度：与所述第一层的铬的单一皮膜层的接合面中的铬的含有率为100重量％，且与所述第三层的金刚石状碳皮膜层的接合面中的铬的含有率为0重量％。
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