CN112112804B - 旋转式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转式压缩机，在具有叶片‑滚子结合型结构的旋转式压缩机中，通过控制叶片的材料和制造方法来提高生产率和可靠性。根据本发明提供的旋转式压缩机，包括：缸筒，包括压缩空间；环状的滚子，在所述缸筒内压缩制冷剂；以及叶片，在所述压缩空间内划分出吸入空间和压缩空间，并与所述滚子相结合，所述叶片具有白色层的表面，所述白色层包含氮化合物。

Description

旋转式压缩机
技术领域
本发明涉及一种旋转式压缩机，在具有叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中，通过控制叶片的原材料特性来提高耐磨性和可靠性。
背景技术
通常，压缩机是指压缩制冷剂的装置。压缩机可以分为往复式、离心式、叶片式、涡旋式等。
其中，旋转式压缩机是利用滚子(或称作“滚动活塞”)和叶片来压缩制冷剂的压缩机，所述滚子在缸筒的压缩空间进行偏心旋转运动，所述叶片与所述滚子的外周面相接并将所述缸筒的压缩空间划分为吸入室和吐出室。
以往的旋转式压缩机中，存在制冷剂从所述滚子和所述叶片之间泄漏而导致压缩机的性能下降的问题。
近年来，为了解决所述滚子和所述叶片之间的泄漏，介绍了将所述叶片插入并结合于所述滚子的结构、即叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机。
在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中，以往的滚子通常适用于受到轴承(shaft)或轴(axles)等的高压力的部件，并通过对所谓Ni-Cr-Mo钢的SNCM815钢(在KSD3867或者JIS G4053中规定的标准)进行热处理而制造。通常，所述SNCM815钢通过淬火和回火的热处理来调节硬度和韧性而被使用。其结果，进行淬火之后被回火的以往的滚子通常以维氏硬度为基准具有Hv为约550左右的高硬度。
但是，当所述Ni-Cr-Mo钢适用于叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的滚子时，存在用于结合叶片的滚子的结合槽部的加工变得非常困难的问题。
具体而言，如图1所示的叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中，用于结合叶片350的滚子340的结合槽部341的形状是，利用放电加工或钢丝加工来实现的。这是因为，为了滚子的耐久性而以使滚子具有高硬度的方式对所述Ni-Cr-Mo钢进行热处理，但热处理后的Ni-Cr-Mo钢的高硬度除了放电或钢丝加工之外，很难适用通常的机械加工。
用作以往的滚子原材料的所述Ni-Cr-Mo钢的高硬度也再次对与滚子的结合槽部结合的叶片产生直接影响。
通常在相互接触运动的物体之间始终发生摩擦(friction)现象。此时，在接触面上阻碍物体运动的力称为摩擦力，所述摩擦力不仅受物体质量、物体的表面粗糙度等物理因素的影响，而且还受表面硬度(hardness)这样的物体所具有的物性的影响。
作为以往滚子原材料的所述Ni-Cr-Mo钢的高硬度要求与滚子结合的叶片也具有高硬度。尤其，由于叶片350是在缸筒310内的叶片插槽312内进行往复运动的部件，因此需要比滚子340具有更高的硬度。以往的叶片350的高表面硬度使叶片的再次加工变得更难，从而产生降低压缩机的生产率的问题。
并且，以往的叶片350为了具有高表面硬度而通常在热处理之后经过淬火(quench)和回火工序。以往的叶片在所述淬火工序期间引起马氏体相变，从而基质(matrix)具有马氏体微结构。所述马氏体微结构的相变(phase transformation)伴随表面起伏(surface relief)，所述表面起伏(surface relief)再次导致叶片的形状变形。因此，以往的叶片在所述热处理之后必须经过后续加工和定型工序。结果，以往的叶片在制造工序中需要很多工序，因此不可避免地存在生产率显著降低的问题。
另外，所述叶片350的高硬度也再次对在叶片350和叶片插槽312引起摩擦的缸筒310的磨损特性产生影响。
通常，如GC250这样的灰铸铁(grey iron)主要用作旋转式压缩机的缸筒的材料。所述GC250灰铸铁是KS标准的名称，当换算为维氏(Vickers)硬度时，大致具有Hv为250左右的表面硬度。如果相对较软(soft)的缸筒和相对较硬(hard)的叶片在叶片插槽引起摩擦，则相对较硬的叶片的表面硬度成为确定相对较软的缸筒的磨损特性的主要因素。因此，现有的叶片的高表面硬度再次引起缸筒的磨损，其结果，导致降低压缩机的寿命和可靠性的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种旋转式压缩机，在滚子-叶片结合型压缩机中，通过改变叶片的材料和制造方法来控制叶片的表面硬度，从而能够提高叶片和缸筒的耐磨性。
本发明的另一目的在于，提供一种旋转式压缩机，在滚子-叶片结合型压缩机中，通过对滚子和叶片使用新的材料和制造方法来控制滚子和叶片的表面硬度，从而能够提高滚子和叶片的耐磨性。
此外，本发明的又一目的在于，提供一种制造旋转式压缩机的方法，在制造滚子和叶片时，通过使用新的材料和制造方法来使滚子和叶片的精密加工变得容易，且生产率优异。
本发明的目的并不限于在前面提及的目的，未提及的本发明的其他目的和优点通过以下说明得以理解，并通过本发明的实施例更清晰地理解。此外，可以容易理解，本发明的目的和优点是通过权利要求书中表示的手段和其结合来能够实现。
为了解决如上所述的课题，本发明的旋转式压缩机是具有白色层的表面的叶片与滚子相结合的压缩机，所述白色层包含氮化合物。
所述叶片包括：与所述滚子结合的凸头部；以及在缸筒内部往复运动的叶片杆。
在所述凸头部和/或所述叶片杆的叶片侧面部上可以设置所述白色层。
所述叶片可以由轴承钢形成，并且优选为SUJ2钢。
所述叶片侧面部和所述缸筒的维氏硬度Hv值之差优选为450～650。
所述滚子具有环形形状，并且在外周面包括与所述叶片的凸头部结合的结合槽部。
所述结合槽部包括四氧化三铁(ferrosoferric oxide,Fe3O4)膜。
所述结合槽部优选具有维氏硬度Hv为150～300的硬度。
所述叶片和所述滚子的维氏硬度Hv值之差优选为500～700。
所述滚子由通过烧结而形成的钢构成。
优选地，所述滚子的材质由SMF4040钢构成。
本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机能够确保滚子与叶片之间的面接触。其结果，本发明的旋转式压缩机能够使用与以往的滚子-叶片结构的旋转式压缩机相比具有较低硬度的叶片和滚子。
此外，本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，通过适用具有低硬度的叶片和/或转子，从而能够在叶片和缸筒之间以及叶片和转子之间具有提高的耐磨特性。由此，本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机具有显著地提高可靠性和寿命的效果。
另外，本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，通过适用具有低硬度的叶片，能够在制造叶片时防止氧化或变形，进而不需要后续加工或定型工序。其结果，本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机具有显著地提高生产率的效果。
此外，本发明的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，通过降低滚子的硬度，从而具有能够更容易地进行滚子的加工，并显著地提高生产率的效果。
伴随着如上所述的效果，本发明的具体效果在说明以下的用于实施实施例的具体事项时一并记载。
附图说明
图1是表示叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的剖视图。
图2是表示叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的压缩部的立体图。
图3是表示本发明的一实施例的滚子的端面的形状的端面图和照片。
图4是表示本发明的一实施例的叶片的形状的立体图。
图5是表示以往的SUS440钢的热处理后和本发明的一实施例的SUJ2钢的氮化处理后的从叶片表面的因深度不同而不同的硬度差。
图6是表示本发明的一实施例的滚子的制造方法的步骤的流程图。
图7是表示在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中因缸筒和叶片的硬度差而引起的缸筒和叶片的磨损量。
图8是表示在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中因叶片和滚子的硬度差而引起的叶片和滚子的磨损量。
附图标记说明
100：封闭容器 110：吸入管
120：吐出管 200：电动部
210：定子 220：转子
230：曲轴
310：缸筒 311：吸入口
312：叶片插槽 313：吐出孔
320：上部轴承(主轴承) 321：吐出口
322：径向轴承面 323：推力面
330：下部轴承(子轴承) 331：径向轴承面
332：推力面 340：滚子
341：结合槽部 350：叶片
351：叶片凸头部 352：叶片杆
352-1：叶片侧面部 352-2：叶片上下面部
P：压缩空间 S：吸入空间
具体实施方式
参照附图对前述的目的、特点以及优点进行详细说明，由此本领域的技术人员能够容易地实施本发明的技术思想。在判断为在本发明的说明中本发明的相关公知技术的具体说明不必要地混淆本发明的宗旨时，省略其详细说明。以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。在附图中相同的附图标记表示相同或者相似的构成要素。
以下，在构成要素的“上部(或者下部)”或者构成要素的“上(或者下)”配置任一构成，不仅可以表示任一构成接触配置于所述构成要素的顶面(或者底面)，而且可以表示在所述构成要素和配置于所述构成要素上(或者下)的任一构成之间介入其他构成。
另外，在记载为某一构成要素“连结”、“结合”或“连接”于其他构成要素的情况下，所述构成要素可以互相直接连结或连接，但也应理解为各自构成要素之间可以“介入”其他构成要素，或者各自构成要素通过其他构成要素“连结”、“结合”或“连接”。
以下，参照实施例对本发明的旋转式压缩机进行详细说明。
图1和图2是分别表示叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的剖视图和叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的压缩部的立体图。
如图1和图2所示，具有叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机，在封闭容器100的内部空间一同设置有电动部200和压缩部。
所述电动部200包括：定子210，卷绕有线圈并固定设置在封闭容器100；转子220，可旋转地设置在所述定子210的内侧；以及曲轴230，压入于所述转子220并与转子一同旋转。
另外，压缩部包括：以环形形成的缸筒310；上部轴承(或者主轴承)320，设置在所述缸筒310的上部；下部轴承(或者子轴承)330，覆盖所述缸筒310的下侧；滚子340，可旋转地结合在所述曲轴230的偏心部，与所述缸筒310的内周面相接，配置在所述缸筒310的压缩空间；以及叶片350，结合在所述滚子340，设置成在所述缸筒310的叶片插槽312中进行直线往复运动。
所述压缩部再次以所述叶片350为基准，图2中在叶片350的左侧部分设置有吸入空间S，在叶片350的右侧部分设置有压缩空间P。因此，所述叶片350与滚子结合，从而可以以物理方式且稳定地划分出吸入空间和压缩空间。
此时，在所述缸筒310的一侧以半径方向设置有用于朝压缩半径方向吸入制冷剂的吸入口311。并且，在所述缸筒310以半径方向设置有插入所述叶片350的叶片插槽312。另外，在上部轴承320的一侧设置有吐出口321，以使在所述压缩空间P中压缩的制冷剂向封闭容器100的内部空间吐出。
在所述上部轴承320和下部轴承330的各自中心部设置曲轴230，在所述中心部设置径向轴承面322、331，以半径方向支撑所述曲轴230。并且，在与所述径向轴承面322、331垂直的面、即构成吸入空间S和压缩空间P的面设置有推力面323、332，以朝向曲轴230的轴方向支撑所述曲轴230、滚子340以及叶片350。因此，所述滚子340的两个侧面和所述叶片350的两个侧面一同与所述上部轴承320和所述下部轴承330以具有间隔(或者间隙)的方式相接。
根据如上所述的构成，本发明的旋转式压缩机如下运转。
如果在电动部200的定子210施加电源，则通过因定子210与转子220之间形成的磁场而产生的力来使转子220旋转并向贯通转子220的中心的曲轴230传递旋转力。由此，可旋转地结合在所述曲轴230并配置在所述缸筒310的压缩空间(图2中的“P”)的滚子340以所述滚子340与所述曲轴230偏心的距离进行旋转运动。
随着所述压缩空间P通过所述滚子340的旋转运动来向中心移动的同时其体积减小，制冷气体通过吸入管110的吸入口311吸入到由叶片350以物理方式划分的吸入空间S。所述吸入的制冷气体由滚子340的旋转运动被压缩的同时，沿着吐出孔313移动之后，通过吐出口321向吐出管120吐出。
图3是表示本发明的一实施例的滚子340的端面的形状的端面图和照片。
图4是表示本发明的一实施例的叶片的形状的立体图。
如图2至图4所示，所述滚子340形成为环状(ring shape)，与所述曲轴230可偏心旋转地结合，在述滚子340的外周面一侧、即在与所述叶片350相接的部分以曲轴230的轴方向较长地设置有滚子340的结合槽部341，以便可以插入所述叶片350的凸头部351。
此外，所述叶片350与所述凸头部351一同包括叶片杆352。优选所述叶片杆352与所述凸头部351形成为一体型。所述叶片杆352与所述凸头部351连接，从而在所述滚子340的旋转运动时，所述叶片杆352插入于所述缸筒310内的叶片插槽312的内部，从而在叶片插槽312的内部进行往复运动。所述叶片杆352由叶片侧面部352-1和叶片上下面部352-2构成，所述叶片侧面部352-1与所述叶片插槽312的内部相接，所述叶片上下面部352-2与所述上部轴承(主轴承)320和下部轴承(子轴承)330相接。
如果所述滚子340因曲轴230的旋转运动而旋转运动时，所述滚子340的结合槽部341的内表面与所述叶片350的所述凸头部351的外表面之间产生摩擦。另外，随着所述叶片杆352在所述叶片插槽312的内部进行往复运动，在所述叶片侧面部352-1和所述叶片插槽312之间沿所述曲轴230的半径方向产生摩擦。
此外，在滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机中，滚子的活动受到叶片的限制。其结果，与其他结构的旋转式压缩机相比，滚子-叶片结合型结构中的滚子在高度方向(曲轴方向)上的位移非常大。其结果，滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机在叶片350的上下部面352-2与上部轴承320和下部轴承330之间也产生许多摩擦。
如图3所示，本发明的叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机的结合槽部341具有如下特征：在垂直于曲轴230的轴方向的端面上，所述结合槽部341的圆弧形成为达到180度以上。
因此，在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中，叶片350可以与滚子340的结合槽部341面接触而不是线接触。
如果叶片350与滚子340面接触，则即使滚子340的表面硬度不高，滚子340的磨损特性也不会降低。这是因为，滚子340与叶片350面接触意味着在相同的荷重下滚子340的面积实质上增加。然而，当滚子340的表面硬度改变时，与滚子340接触的叶片350的磨损特性也受到影响。另外，如果叶片350的磨损特性改变，则与所述叶片350接触的缸筒310的磨损特性受到影响，而且上部轴承320和下部轴承330的磨损特性也受到影响。
因此，考虑到如上所述的滚子340与叶片350面接触，本发明导出了耐磨性优异的滚子340和叶片350以及叶片350和缸筒310的组合。
本发明的一实施例的所述叶片350和具有所述结合槽部341的滚子340可以通过新的原材料和制造方法来具体地实现。
首先，本发明的一个技术特征在于，改变了与缸筒310和滚子340结合的叶片350的材质、制造方法以及表面硬度。
更具体而言，叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中的以往的叶片350由能够通过淬火(quench)来提高硬度的马氏体系不锈钢制成，例如STS440不锈钢(以重量％计，包含0.95～1.20％的C、1.0％以下的Si、1.0％以下的Mn、0.04％以下的P、0.03％以下的S、16.0～18.0％的Cr以及剩余的Fe和不可避免的杂质)。所述马氏体系不锈钢的基质(matrix)通过淬火工序从高温的奥氏体相变为低温的马氏体。但是，由于所述马氏体相变伴随表面起伏(surface relief)，因此导致热处理后叶片350的尺寸变形。因此，以往的叶片350存在热处理工序之后必须经过包括形状加工和定型工序的后续工序的问题。
此外，由所述马氏体基质构成的以往的叶片350不仅在表面而且在内部具有高硬度。因此，以往的叶片350存在因其高硬度而使后续加工工序和定型工序非常困难的问题。
为了改善如上所述的以往的叶片350的问题，本发明将SUJ2钢(以重量％计，包含0.95～1.10％的C、0.15～0.35％的Si、最大0.5％的Mn、0.025％以下的P、0.025％以下的S、1.30～1.60％的Cr、0.25％以下的Cu、0.25％以下的Ni、0.08％以下的Mo以及剩余的Fe和不可避免的杂质，成分由JIS G4805标准规定)适用于叶片，所述SUJ2钢由于基质本身的硬度或强度不高，因此易于加工和定型，并且用作轴承钢。
然而，本发明的叶片350的材质并不限于SUJ2钢。本发明的叶片350可以使用能够通过氮化处理来硬化表面的所有钢材。
此外，所述SUJ2钢的包括硬度的机械特性通常也像以往的马氏体不锈钢一样通过淬火和回火的热处理来控制。如上所述的热处理不仅提高了本发明的一实施例中的SUJ2钢的表面硬度，而且还提高了SUJ2钢的内部硬度，从而使得所述SUJ2钢的加工和定型非常困难。因此，在本发明中，通过表面处理而非热处理来控制所述SUJ2钢的表面硬度。
具体而言，在本发明中适用于所述SUJ2钢的表面处理是氮化处理。然而，本发明的表面处理并不限于此。本发明中的氮化处理在低于以往的包括淬火的热处理的温度下进行，因此在材料表面的氧化或基质的硬度降低等问题上具有更自由的优点。此外，本发明中的氮化处理具有另一个优点、即能够从根本上阻止淬火后发生的变形。
根据本发明的一实施例，经氮化处理的叶片350从表面到内部方向分别包括白色层和扩散层。
所述白色层是SUJ2钢的氮化处理时气氛(atmosphere)中的氮与表面的Fe原子反应而形成的氮化合物层，其组成主要由含有大量Fe2N氮化物的FexN表示。尽管氮的扩散速率很高，但基于低的氮化处理温度的所述白色层的厚度为10～20μm左右。所述白色层因相对较硬(hard)的氮化合物而具有比基质(matrix)或芯部(core)更高的硬度。
在位于叶片350的表面的白色层下方形成有扩散层。所述扩散层是指，尽管氮的扩散速率很高，但由于扩散到表面下方的氮的量受到限制，因此氮固溶于Fe基质中而形成的层，或者SUJ2钢中包含的合金元素与氮反应而形成的少量的氮化物包含在Fe基质中的层。基于固溶的氮或析出的氮化物，所述扩散层具有比芯部(core)高的硬度，或者具有比表面的白色层低的硬度。
图5是表示以往的SUS440钢的热处理后和本发明的一实施例的SUJ2钢的氮化处理后的从叶片表面的因深度不同而不同的硬度差。
如图5所示，本发明的一实施例的氮化处理后的叶片包括：白色层，位于距表面约20μm左右的深度处，包含氮化合物；以及扩散层，位于所述白色层下方，并且位于距表面约100μm左右的深度处。虽然未在所述图5中示出，但是测定出所述白色层平均以维氏硬度为基准具有Hv为约700～900的硬度值。
相反，对马氏体不锈钢进行热处理的以往的叶片从表面到芯部具有基本均匀的硬度。测定出所述以往的叶片在表面以维氏硬度为基准Hv为为约1,000的硬度值。
图6是表示本发明的另一实施例的具有所述结合槽部341的滚子340的制造方法的步骤的流程图。
本发明的另一实施例的滚子340，作为起始物质利用了粉末状态的SMF(sintermetal ferrous)4040钢。需要说明的是，本发明中的滚子340的起始物质并不限于所述SMF4040钢。本发明中的用于制造滚子340的起始物质除了所述SMF4040钢以外，可以使用能够通过烧结来控制其形状而且能够通过热处理来控制滚子340的表面硬度的所有钢材。
所述SMF4040钢的物性、成分以及组成范围由日本标准标准JIS Z2550:2000规定。更具体而言，所述SMF4040钢具有如下组成：以重量％计，包含0.2～1.0％的C、1～5％的Cu以及剩余的Fe和其他不可避免的杂质。
其次，所述粉末经过以滚子形状压制(compacting)的工序之后，通过烧结工序加工成滚子的半成品。
所述压制(conpacting)工序是在粉末冶金或者陶瓷领域中广泛使用的前处理工序，是粉末状态的原材料在常温或者高温状态下装入在期望形状的模具之后受到压力并通过物理或者化学结合来能够维持期望形状的工序。
另外，所述烧结工序是在粉末冶金或者陶瓷领域中为了从粉末状态的起始物质制造出块体(bulk)状态的产品而适用的工序。在所述烧结工序的初期，通过在本发明的所述SMF4040钢的粉末之间产生的扩散(diffusion)，在各自的所述粉末之间形成颈(neck)。然后，随着进行烧结，所述形成的颈互相结合而形成连通气孔(inter-connected pore)。之后，如果进一步进行烧结，则所述连通气孔互相分离，其结果形成存在各自气孔的形态的孤立气孔(isolated pore)。并且，在烧结工序的后期步骤，各自的所述独立气孔由粉末物质填充。其结果，本发明的一实施例的最终烧结的产品(product)可以具有接近理论密度的块体(bulk)状态的滚子形状。
此时，本发明的一实施例的烧结工序优选在800～1,200℃进行1～8小时。
如果与所述条件相比烧结温度较低或者烧结时间较短，则不能确保发生扩散的充分的温度或者时间。其结果，烧结产品在内部具有过大并过多的气孔，从而存在作为最终产品的滚子的强度和硬度无法满足所要求特性的问题。
相反，如果与所述条件相比烧结温度较高或者烧结时间较长，则完成烧结之后，在烧结产品的内部发生晶粒生长(grain growth)。其结果，最终烧结产品的强度和延伸率会降低。
所述烧结的滚子340产品为了用作滚子，经过一次加工步骤。
本发明的一实施例中的一次加工，可以首先包括一次定型和车削加工。
所述一次定型是对所述半成品的外径和结合槽部等的尺寸和形状进行加工的工序，从而使其适合于滚子340，使之前的压制和烧结的半成品可以适用于本发明的滚子-叶片结合型滚子。
所述一次定型工序之后，为了加工端面、内径以及内径的面部等，可以对所述烧结的半成品进一步进行车削加工。
此外，为了更精密的尺寸加工和表面加工，也可以包括刷子加工工序。
其次，对于所述一次定型的半成品，为了控制本发明的滚子-叶片结合型滚子340中所要求的表面特性，更准确而言，为了控制表面上的硬度(hardness)，进行蒸汽处理。
所述蒸汽处理工序是将钢产品在较高温度的500～600℃与水蒸气接触而在钢产品表面形成氧化物，从而提高表面硬度的热处理。
所述蒸汽处理的钢产品在表面发生特征变化。更具体而言，根据以下的化学式被蒸汽处理的钢产品的表面形成四氧化三铁(ferrosoferric oxide,Fe3O4)氧化膜。所述氧化膜与作为基质的钢产品的表面的粘合力非常优异，并具有固有的黑色的颜色(参照图3的照片)。
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2
所述蒸汽处理的产品、即滚子340再次根据需要可以经过二次定型工序。
本发明中的所述二次定型工序相当于所谓的尺寸工序，并且是将通过所述一系列的制造方法来制造的本发明的一实施例的滚子340，按照准确的设计尺寸进行精密加工的工序。
另外，根据需要，在所述二次定型工序之后，还可以包括抛光滚子340的端面、外径以及内径的工序。
需要说明的是，在本发明的一实施例的滚子340的外径部形成的结合槽部341，在所述二次定型工序步骤中不进一步加工。因此，本发明的一实施例的滚子，其另一主要技术特征在于，在结合槽部341的表面具有包含黑色(参照图3的照片)的四氧化三铁(ferrosoferric oxide)的氧化膜。
如上所述，通过本发明的一实施例的烧结工序和蒸汽处理工序来制造的滚子340，测定出以Hv(维氏硬度)为基准具有约150～300的硬度值。本发明的一实施例的滚子340的表面上的所述硬度值，与以往的SNCM815钢淬火之后进行回火工序而制造的滚子340的硬度值的Hv 550相比，具有非常低的特征。
以下，通过实验例对具有本发明的一实施例的滚子-叶片结合型滚子的旋转式压缩机的特性进行验证。
实验例1-测定缸筒和叶片的磨损量
以下的表1是概括具有滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机中，因缸筒和轴承的原材料的不同而变化的叶片和缸筒的磨损量的测定结果。
<表1>滚子-叶片结合型结构中的缸筒-叶片的磨损量(μm)
Figure BDA0002550351000000121
如前所述，旋转式压缩机的缸筒通常由GC250这样的灰铸铁(grey iron)制成，当换算为维氏(Vickers)硬度时，所述GC250灰铸铁大致具有Hv为250左右的表面硬度。
如本发明的旋转式压缩机这样的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机中，叶片350相对于缸筒310内的叶片插槽312进行往复运动。由此，与缸筒310产生摩擦的叶片350的构成要素为叶片杆352的叶片侧面部352-1。因此，实验例1中的叶片350的磨损特性受叶片侧面部352-1的表面状态影响较大。
首先，由利用现有的商用品STS440不锈钢制造的叶片和利用通常的GC250灰铸铁制造的缸筒构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，被测定出在叶片和缸筒中均发生相当量的磨损(分别0.5μm和3.0μm)。尤其，可知相对更软(soft)的缸筒的磨损量大于相对更硬(hard)的叶片的磨损量。
相反，由包括保持所述SUJ2钢的氮化处理后形成的白色层的叶片侧面部352-1的叶片和利用灰铸铁制造的缸筒构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，可知在叶片和缸筒中的磨损量均显著减少。尤其，被测定出包括白色层的叶片的硬度与以往的由STS440不锈钢构成的叶片相比减小，而且叶片的磨损量几乎减小到零(zero)水平。
相反，由包括去除所述SUJ2钢的氮化处理后形成的白色层的叶片侧面部352-1的叶片和利用灰铸铁制造的缸筒构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，被测定出其磨损特性与现有的利用STS440不锈钢+灰铸铁制造的缸筒的组合相比显著降低。
图7是表示在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中因缸筒和叶片的硬度差而引起的滚子和叶片的磨损量。
如图7所示，可知在滚子-叶片结合型结构中，与缸筒和叶片各自的硬度值相比，叶片和缸筒的硬度差对叶片和缸筒的磨损特性产生更大的影响。图7中明确表示，以Hv为基准叶片和缸筒的硬度差为450～650区间时，滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机的磨损特性和可靠性得到了极大的改善。
实验例2-测定滚子和叶片的磨损量
以下的表2是概括具有滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机中，因滚子和轴承的原材料的不同而变化的叶片和滚子的磨损量的评价结果。
<表2>滚子-叶片结合型结构中的滚子-叶片的磨损量(μm)
Figure BDA0002550351000000141
首先，由利用现有的商用品STS440不锈钢制造的叶片和利用SMF4040钢的经过烧结和蒸汽处理的滚子构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，被测定出在叶片和滚子中均发生相当量的磨损(分别0.6μm和2.5μm)。尤其，可知相对更软(soft)的滚子的磨损量大于相对更硬(hard)的叶片的磨损量。
此外，由包括保持所述SUJ2钢的氮化处理后形成的白色层的叶片凸头部351的叶片和SMF4040钢的经过烧结和蒸汽处理的滚子构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，可知在叶片和滚子中的磨损量均显著减少。尤其，被测定出包括白色层的叶片的硬度与现有的由STS440不锈钢构成的叶片相比减小，而且叶片的磨损量几乎减小到1/3水平。
相反，由包括去除所述SUJ2钢的氮化处理后形成的白色层的叶片凸头部351的叶片和SMF4040钢的经过烧结和蒸汽处理的滚子构成的滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机，被测定出其磨损特性与现有的STS440不锈钢+SMF4040经过烧结和蒸汽处理的滚子的组合相比显著降低。
图8是表示在叶片-滚子结合型结构的旋转式压缩机中因滚子和叶片的硬度差而引起的滚子和叶片的磨损量。
如图8所示，可知在滚子-叶片结合型结构中，与滚子和叶片各自的硬度值相比，叶片和滚子的硬度差对叶片和滚子的磨损特性产生更大的影响。图8中明确表示，以Hv为基准叶片和滚子的硬度差为500～700区间时，滚子-叶片结合型结构的旋转式压缩机的磨损特性和可靠性得到了极大的改善。
如上所述，参照例示的附图对本发明进行了说明，但是，本发明并不限定于本说明书中公开的实施例和附图，在本发明的技术思想的范围内，本领域的技术人员可以进行各种变形是显而易见的。同时，即使以上说明本发明的实施例时没有明确地记载并说明本发明构成的作用效果，也应当认可能够通过该构成来预测的效果。

Claims (8)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，包括：
缸筒，包括压缩空间；
环状的滚子，在所述缸筒内压缩制冷剂；以及
叶片，在所述压缩空间内划分出吸入空间和压缩空间，并与所述滚子相结合，
所述叶片具有白色层的表面，所述白色层包含氮化合物，
所述叶片包括与所述滚子结合的凸头部，所述凸头部具有所述白色层的表面，
所述滚子具有与所述叶片的所述凸头部结合的结合槽部，在所述结合槽部的表面包括四氧化三铁膜，
所述凸头部与所述结合槽部彼此面接触，
所述白色层具有比所述结合槽部大的硬度，
所述叶片中除所述白色层以外的部分具有比所述白色层低的硬度。
2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述叶片包括叶片侧面部，所述叶片侧面部与所述缸筒内的叶片插槽产生摩擦，
所述叶片侧面部具有所述白色层的表面。
3.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述叶片的材质为SUJ2钢，所述SUJ2钢以重量％计包含0.95～1.10％的C、0.15～0.35％的Si、最多0.5％的Mn、0.025％以下的P、0.025％以下的S、1.30～1.60％的Cr、0.25％以下的Cu、0.25％以下的Ni、0.08％以下的Mo以及剩余的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述叶片和所述缸筒的维氏硬度Hv值之差为450～650。
5.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述白色层具有维氏硬度Hv为700～900的硬度，
所述结合槽部具有维氏硬度Hv为150～300的硬度。
6.根据权利要求5所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述叶片和所述结合槽部的维氏硬度Hv值之差为500～700。
7.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述滚子的材质为烧结钢。
8.根据权利要求7所述的旋转式压缩机，其特征在于，
所述滚子的材质为SMF4040钢，所述SMF4040钢以重量％计包含0.2～1.0％的C、1～5％的Cu以及剩余的Fe和其他不可避免的杂质。
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