CN116490693A - 滑动部件以及使用该滑动部件的压缩机和冷冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的滑动部件具有:基材(11d);至少由镍、作为基材(11d)成分的铝、和磷构成的混合层(41a);和位于混合层(41a)的上方且以镍为主成分的镍覆膜层(41b)。由此,形成于滑动部件的镍覆膜层(41b)能够实现良好的耐剥离性,因此能够长期良好地抑制滑动部件的烧蚀或磨损。
Description
技术领域
本发明涉及滑动部件和压缩机以及冷冻装置,特别涉及用于压缩机的滑动部的滑动部件、具有该滑动部件且用于空气调节机、热水器、冰箱等使用冷冻循环装置的机器等的压缩机和具有该压缩机的冷冻装置。
背景技术
专利文献1、2公开了用于空气调节机等的涡旋压缩机。该涡旋压缩机通过使固定涡旋件的固定涡旋齿与旋转涡旋件的旋转涡旋齿彼此啮合,并使旋转涡旋件旋转运动,从而对制冷剂等工作介质进行压缩。
上述固定涡旋件和旋转涡旋件是在对工作介质进行压缩时滑动的滑动部件。在各滑动部件彼此使用同种金属的情况下,采用了对任一方的表面实施阳极氧化覆膜处理或镀敷处理等表面处理来防止烧蚀的方法。
例如,专利文献1的固定涡旋件和旋转涡旋件使用以铝为主成分的合金,对至少一方的表面进行配合了氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)系硬质颗粒的镀镍。另外,专利文献2同样使用以铝为主成分的合金,对至少一方的表面进行使氮化硼(BN)分散在膜中的镀镍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本实开平3-99801号公报
专利文献2:日本特开2000-64970号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供能够有效地抑制或避免烧蚀或异常磨损的滑动部件、和使用该滑动部件且能够实现良好的运转效率或可靠性的压缩机以及冷冻装置。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题,本发明的滑动部件构成为具有:基材;至少由镍、上述基材的成分、以及磷和/或硼构成的混合层;和位于上述混合层的上方且含有镍的镍覆膜层。
利用上述构成,形成于滑动部件的镍覆膜层能够实现良好的耐剥离性,因此能够长期良好地抑制滑动部件的烧蚀或磨损。
另外,为了解决上述技术问题,本发明的压缩机和冷冻装置构成为具有:对制冷剂进行压缩的压缩机构部;驱动上述压缩机构部的电动机构部;和收纳上述压缩机构部和上述电动机构部并在底部具有贮存润滑油的贮油部的密闭容器,上述压缩机和冷冻装置包括使用上述构成的滑动部件的滑动部。
根据上述构成,由于滑动部件包括具有良好的耐剥离性的镍覆膜层,所以能够有效地抑制或避免伴随表面处理的剥离而发生的烧蚀或磨损,能够实现更好的长期可靠性。
参照附图,根据以下优选实施方式的详细说明,能够明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。
发明效果
如上所述,利用本发明,实现提供能够有效地抑制或避免烧蚀或异常磨损的滑动部件、以及使用该滑动部件且能够实现良好的运转效率或可靠性的压缩机和冷冻装置的效果。
附图说明
图1是实施方式1的涡旋压缩机的纵截面图。
图2是实施方式1的涡旋压缩机的固定涡旋件的基材界面附近的示意的放大截面示意图。
图3A、图3B是在实施方式1的代表性实施例中涡旋压缩机的固定涡旋件的基材界面附近的截面EDS元素映射图。
图4A、图4B是在代表性比较例中使用磷浓度低的镍覆膜层时的基材界面附近的截面EDS元素映射图。
图5是表示磷浓度与混合层的厚度的关系的相关图。
图6是实施方式2的涡旋压缩机的固定涡旋件的基材界面附近的放大截面示意图。
图7A、图7B是实施方式2的涡旋压缩机的固定涡旋件的基材界面附近的截面EDS元素映射图。
具体实施方式
(本发明的基础知识等)
在本发明的发明人想到本发明时,涡旋压缩机如专利文献1或专利文献2那样,对基材为铝合金的固定涡旋件和旋转涡旋件中的至少任一方的表面实施硬质覆膜处理来防止烧蚀。
然而,在铝这样的软质基材上形成镀镍这样的硬质覆膜的情况下,铝基材与硬质覆膜的硬度之差、即机械强度之差非常大。因此,因摩擦滑动而对界面作用平行方向的剪切力时,在界面会发生硬质覆膜的剥离,或者在界面正下方发生伴随基材的破坏(挤裂等),有在滑动面之间露出铝基材的可能性。
另外,当硬质覆膜剥离而铝基材彼此滑动时,由于铝是活性金属,可能会发生异常磨损或胶合所导致的烧蚀。因此,存在难以长期确保可靠性这样的技术问题。
本发明的发明人发现了这样的技术问题,为了解决这些问题,以至构成了本发明的主题。
因此,本发明通过提高硬质的镍覆膜层的密合强度、耐剥离性,提供能够长期抑制烧蚀或磨损的滑动部件。另外,通过使用本发明的滑动部件,避免伴随滑动部的硬质覆膜的剥离而发生的烧蚀或磨损,由此,提供长期具有高可靠性的压缩机和冷冻装置。
以下,参照附图对实施方式进行详细说明。但有时省略不必要的详细说明。例如,有时省略对已知事项的详细说明、或对实质上相同构成的重复说明。这是为了避免以下说明变得过于冗长,以使本领域技术人员容易理解。
其中,附图和以下说明是为了本领域技术人员充分理解本发明而提供的,没有由此限定本发明申请保护的范围所记载的主题的意图。
(实施方式1)
以下利用图1~图3B对实施方式1进行说明。
[1-1.构成]
本实施方式的涡旋压缩机如图1所示,在密闭容器1内配置对制冷剂进行压缩的压缩机构部10和驱动压缩机构部10的电动机构部20而构成。
密闭容器1具有主体部1a、下盖1b、上盖1c。主体部1a形成为沿上下方向延伸的圆筒状。下盖1b是封闭主体部1a的下部开口的盖部件。上盖1c是封闭主体部1a的上部开口的盖部件。下盖1b和上盖1c均向外侧中央部弯曲,在图1所示的构成例中,具有嵌入主体部1a的下部开口或上部开口的内侧的碗形状。
密闭容器1具有制冷剂吸入管2和制冷剂排出管3。制冷剂吸入管2向压缩机构部10导入制冷剂。制冷剂排出管3将被压缩机构部10压缩后的制冷剂排出到密闭容器1外。在密闭容器1的上部(上盖1c)连接有制冷剂排出管3和注入管19。
压缩机构部10具有固定涡旋件11、旋转涡旋件12和旋转驱动旋转涡旋件12的旋转轴13。电动机构部20具有固定于密闭容器1的定子21和配置于定子21的内侧的转子22。旋转轴13固定在转子22上。
在旋转轴13的上端形成有相对于旋转轴13偏心的偏心轴13a。在偏心轴13a上,由向偏心轴13a的上面开口的凹部形成油槽12e。
在固定涡旋件11和旋转涡旋件12的下方设置有支承固定涡旋件11和旋转涡旋件12的主轴承30。在主轴承30上形成有轴支承旋转轴13的轴承部31和凸台收纳部32。主轴承30通过焊接或热装等而固定于密闭容器1。旋转轴13的下端部13b被配置于密闭容器1的下部的副轴承18轴支承。
固定涡旋件11具有固定涡旋端板11a、固定涡旋齿11b、外周壁部11c等。固定涡旋端板11a为圆板状,固定涡旋齿11b为竖立设置于固定涡旋端板11a的涡旋状。外周壁部11c以包围固定涡旋齿11b的周围的方式竖立设置。在固定涡旋端板11a的大致中心部形成有排出口14。
旋转涡旋件12具有旋转涡旋端板12a、旋转涡旋齿12b、凸台部12c等。旋转涡旋端板12a为圆板状,旋转涡旋齿12b为竖立设置于旋转涡旋端板12a的齿侧端面的涡旋状。凸台部12c为形成于旋转涡旋端板12a的齿侧端面相反侧的圆筒状。
固定涡旋件11的固定涡旋齿11b和旋转涡旋件12的旋转涡旋齿12b相互啮合。由此,在固定涡旋齿11b与旋转涡旋齿12b之间形成多个压缩室15。凸台部12c形成于旋转涡旋端板12a的大致中央。偏心轴13a插入凸台部12c,凸台部12c收纳在凸台收纳部32内。
固定涡旋件11在外周壁部11c利用例如多个螺栓(未图示)固定在主轴承30上。另一方面,旋转涡旋件12经由奥尔德姆环(Oldham ring)等自转限制部件17被固定涡旋件11支承。在固定涡旋件11与主轴承30之间设置有自转限制部件17。自转限制部件17限制旋转涡旋件12的自转。由此,旋转涡旋件12相对于固定涡旋件11不进行自转而进行旋转运动。
在密闭容器1的底部形成有贮存润滑油的贮油部4。在图1所示的例子中,下盖1b的内部为贮油部4。在旋转轴13的下端设置有容积型的油泵5。油泵5配置为其吸入口存在于贮油部4内。油泵5被旋转轴13驱动,能够将设置于密闭容器1的底部的贮油部4内存在的润滑油与压力条件或运转速度等无关地合适地吸上来,因此能够避免断油的危险。
旋转轴13设置有旋转轴油供给孔13c。旋转轴油供给孔13c形成为从旋转轴13的下端部13b至偏心轴13a。被油泵5吸上来的润滑油通过形成于旋转轴13内的旋转轴油供给孔13c向副轴承18的轴承、轴承部31、凸台部12c内供给。
从制冷剂吸入管2吸入的制冷剂从吸入口15a导入压缩室15。压缩室15从外周侧向中央部移动逐渐缩小容积。在压缩室15内达到规定压力的制冷剂从设置于固定涡旋件11的中央部的排出口14向排出室6排出。
在排出口14设置有排出簧片阀(未图示)。在压缩室15内达到规定压力的制冷剂推开排出簧片阀向排出室6排出。排出至排出室6的制冷剂被导出至密闭容器1内的上部,从制冷剂排出管3排出。
上述构成的涡旋压缩机具有多个滑动部。例如作为滑动部,可以列举固定涡旋件11和旋转涡旋件12、或者旋转轴13的偏心轴13a和偏心衬套33等这样的滑动部件的组合。
在本实施方式中,构成滑动部件的固定涡旋件11和旋转涡旋件12例如均由具有HV50~200的硬度的非铁材料的基材(在图1中,图示固定涡旋件11的基材11d)形成。作为非铁材料的基材,具体而言,例如可以列举铝合金(例如4000系列的各种铝(Al)-硅(Si)系合金),没有特别限定。该铝合金的比重为2.6~2.8g/cm3,但不限于此。
其中,硬度HV是基于JIS Z2244所规定的维氏硬度试验―试验方法进行多点测定得到的结果。以下记述的硬度HV也相同。JIS Z2244所规定的试验方法可以用各国的国家标准或国际标准代替。
另外,在本实施方式的固定涡旋件11和旋转涡旋件12上,分别形成使表面硬质化的表面处理。例如在旋转涡旋件12为铝合金制时,在该旋转涡旋件12的表面形成比基材硬、例如具有HV200~300的硬度的阳极氧化覆膜(铝氧化膜覆膜)。硬质化的表面处理不限于此,可以根据基材的材质使用公知的方法。
在一个固定涡旋件11的基材11d上,形成有具有叠层于该基材11d表面的混合层和叠层于混合层上的镍覆膜层的表面处理膜(硬质覆膜)。其中,在本发明中,可以只将镍覆膜层视为硬质覆膜(单层硬质覆膜),也可以将镍覆膜层和下层的混合层一起视为硬质覆膜(复合硬质覆膜),复合硬质覆膜除了包含镍覆膜层和混合层以外,根据需要还可以包含公知的其他的层。
将复合硬质覆膜的代表性的一个例子示于图2。图2是在固定涡旋件11的基材11d上形成的混合层41a以及镍覆膜层41b的放大截面示意图。混合层41a至少由镍、基材11d的成分、和磷(或者如后述,磷和/或硼)构成即可。如后述,形成于镍覆膜层41b的下层的混合层41被认为是通过本发明才首次明确的层。
在本实施方式中,由于固定涡旋件11的基材11d为铝,所以混合层41a由作为基材11d的主成分的铝(Al)、镍(Ni)和磷(P)构成。形成于混合层41a的上方(表面侧,下同)的镍覆膜层41b形成以镍为主成分的单层硬质覆膜。其中,此处所谓的主成分是指全部成分中80wt%以上。另外,本说明书中的含有率或浓度不包括公知的杂质(含有公知杂质实质上能够忽略)。
在图2中,将混合层41a示意地表示为由作为基材11d的主成分的铝(Al)构成的“基材成分部位41c”与由镍(Ni)和(P)构成的“覆膜层成分部位41d”交替配置的方式。该图2的图示是为了容易理解混合层41a的示意图示,本发明的混合层41a不限于该图示。
混合层41a和镍覆膜层41b例如可以通过无电解镍-磷镀敷处理而形成。其中,在本说明书中,wt%(重量%)可以替换为mass%(质量%)。
镍覆膜层41b只要是通过无电解镍-磷镀敷处理得到的,就含有镍和磷。该镍覆膜层41b所含有的磷浓度(磷的含有率)为8~10wt%,剩余部分几乎由镍所占(镍的含有率90~92wt%)。如后述,在本实施方式的代表性实施例中,镍覆膜层41b的表面硬度为HV550~600。
图3A和图3B是在本实施方式的代表性实施例中固定涡旋件11的基材11d的界面附近的截面EDS(能量分散型X射线分析;Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)元素映射的一个例子。
根据图3A所示的EDS元素映射(镍:Ni),从上方依次能够确认稍浅的黑色部位(图中相当于镍覆膜层41b)、稍浅的黑色部位与深黑色部位混合存在的区域(图中相当于混合层41a)、其下方的深黑色部位(图中相当于11d)。在上方的稍浅的黑色部位存在镍(Ni),在下方的深黑色部位主要存在作为镍以外的元素的铝(Al)。
根据图3B所示的EDS元素映射(磷:P),上方的浅灰色所示的区域与图3B的稍浅的黑色所示的区域基本相同。在浅灰色部位存在磷(P),在下方的黑色部位同样地主要存在铝(Al)。
基于图3A和图3B,通过利用SEM(扫描型电子显微镜;Scanning ElectronMicroscope)或TEM(透射型电子显微镜;Transmission Electron Microscope)等观察固定涡旋件11的基材11d的截面,并且进行EDS元素映射,能够容易地识别出在基材11d(主要是铝)的上方形成有由镍(Ni)、作为基材11d的主成分的铝(Al)和磷(P)构成的混合层41a、和位于混合层41a的上方且以镍(Ni)为主成分的镍覆膜层41b。
另外,存在镍(Ni)、磷(P)的区域几乎不存在铝(Al)。根据这样的结果可知,混合层41a不是镍覆膜层41b的成分(镍和磷)和基材11d的成分(铝)形成化合物而构成,而是镍(Ni)、磷(P)和铝(Al)分别独立地构成。
另外,根据这样的结果,镍(Ni)和磷(P)从基材11d(铝合金)的界面11e侵蚀至基材11d的内部,呈现仿佛扎根似的分布。其中,本实施例的混合层41a的厚度最大为600nm左右。
即,根据前述的代表性实施例明确可知,在本发明的滑动部件中,在镍覆膜层的下层形成至少由镍、铝(基材11d的成分)和磷构成的混合层,该混合层如图2所示,能够模式化为由铝(基材11d的成分)构成的“基材成分部位41c”与由镍(Ni)和(P)构成的“覆膜层成分部位41d”交替配置这样的构成。
其中,上述构成的涡旋压缩机的具体构成没有特别限定,可以适用公知的各种构成。例如,涡旋压缩机也可以横置,旋转涡旋件12的基材也可以为铁系。另外,不限定于涡旋压缩机,也可以为往复压缩机或旋转压缩机等。
[1-2.动作]
关于如上所述构成的涡旋压缩机,以下对其动作、作用进行说明。
上述构成的涡旋压缩机在固定涡旋件11的由铝合金构成的基材11d的表面形成有比基材11d硬的表面处理膜。
在本实施方式中,固定涡旋件11的基材11d的镍覆膜层41b的表面硬度与基材11d的硬度相比,为4~12倍。因此,在基材的表面上直接形成硬质的表面处理膜的情况下,如上所述,铝基材与表面处理膜的硬度之差、即机械强度的差异过大。因此,因摩擦滑动而作用相对于界面平行方向的剪切力时,在界面会发生硬质的表面处理膜的剥离、伴随界面正下方的基材的“挤裂”这样的破坏。由此,有时硬质的表面处理膜脱落,在滑动面之间露出铝基材。
在本实施方式中,采用了在基材表面形成由作为基材11d的主成分的铝(Al)、镍(Ni)和磷(P)构成的混合层41a以及位于混合层41a上方且以镍(Ni)为主成分的镍覆膜层41b的构成。
由此,即使作用滑动所产生的剪切力,也由镍覆膜层41b的成分(镍、磷)浸入基材11d内而形成的混合层41a来发挥起钉子或楔子这样的功能的、所谓的锚定效应。因此,即使在基材11d与表面处理膜的硬度之差大的情况下,也能够避免、抑制基材11d的界面11e附近的覆膜的剥离或破坏,确保充分的覆膜密合性。作为其结果,通过充分发挥镍覆膜层41b的耐磨损性,能够提高压缩机的长期可靠性。
在本实施方式中,基材11d的镍覆膜层41b的表面硬度与基材11d的硬度相比,为4~12倍。根据本发明的发明人迄今为止的实验搭配能够明确,镍覆膜层41b的硬度为基材11d的6倍以上时,能够获得更加显著的锚定效应。
另一方面,由于对象侧的旋转涡旋件12的表面硬度低于固定涡旋件11的表面硬度,所以在压缩机的运转中,旋转涡旋件12的表面适度磨损而契合。即,通过滑动表面的粗糙的前端突起(山部)被截断而平坦化,能够降低局部的接触面压,缓和滑动状态。由此,能够显著抑制磨损进行至适度的磨损以上。
另外,在本实施方式中,通过无电解镍-磷镀敷处理而形成,使镍覆膜层41b中的磷浓度为8~10wt%。
其中,作为本实施方式的代表性比较例,将通过使磷浓度小于2wt%的无电解镍-磷镀敷处理而形成的镍覆膜层41b的基材界面附近的截面EDS元素映射的一个例子示于图4A和图4B。
根据图4A所示的EDS元素映射(镍:Ni),从上方有稍浅的黑色部位(图中相当于41b)、其正下方的深黑色部位(图中相当于11d)。在上方的稍浅的黑色部位存在镍(Ni),在下方的深黑色部位主要存在作为镍以外的元素的铝(Al)。
根据图4B所示的EDS元素映射(磷:P),浅灰色所示的区域与图4A的稍浅的黑色所示的区域基本相同。根据EDS元素映射(磷:P),在上方的浅灰色部位存在磷(P),在下方的黑色部位同样地主要存在铝(Al)。
根据图4A和图4B能够明确,在比较例中,无法像前述实施例那样确认到如图3A和图3B所示的混合层41a,而是能够确认在基材11d的上方直接形成了由镍(Ni)和磷(P)构成的镍覆膜层41b。
根据以上的结果,在本发明中,关于在无电解镍-磷镀敷处理工序中形成的镍覆膜层41b,明确了磷浓度低时,无法形成混合层41a。
将根据本发明的发明人迄今为止的实验搭配得到的镍覆膜层41b中的磷浓度与混合层41a的最大厚度的关系示于图5。
通过使镍覆膜层41b中的磷浓度高于3wt%,混合层41a的最大厚度成为100nm以上。由此,即使因摩擦滑动而对界面11e作用平行方向的剪切力,也由镍覆膜层41b的成分(镍、磷)浸入基材11d而形成的混合层41a发挥锚定效应。因此,即使在基材11d与表面处理膜的硬度之差大的情况下,也能够避免、抑制界面11e附近的覆膜的剥离或破坏,确保充分的覆膜密合性。
根据本发明的发明人的精心研究,在镍覆膜层41b中的磷浓度高于3wt%的情况下,该镍覆膜层41b有变得相对不硬、其耐久性也低的倾向,但有与基材11d的界面的密合性变高的倾向。另一方面,在镍覆膜层41b的磷浓度为3wt%以下这样低的情况下,该镍覆膜层41b有变得相对硬、其耐久性也高的倾向,但有与基材11d的界面的密合力变低的倾向。
在本发明中,明确了在形成于滑动部件(特别是制冷剂压缩机用滑动部件)的无电解镍-磷镀敷中,能够使基材11d的密合力更好的最少的磷浓度,并且首次明确了在基材11d与镍覆膜层41b之间形成混合层41a,利用该混合层41a,能够提高镍覆膜层41b的密合力。
由此,形成于滑动部件的镍覆膜层41b相对于基材11d,能够实现更好的密合性,并且镍覆膜层41b本身也能够保持优异的耐久性。作为其结果,本发明的滑动部件能够广泛且合适地应用于要求长期的可靠性的压缩机的领域。
为了形成混合层41a,如上所述,至少使镍覆膜层41b中的磷浓度为3wt%以上即可,为了形成这样的表面处理膜,例如可以使无电解镍-磷镀敷处理的建浴温度在例如80~100℃的范围内。
建浴温度低于80℃时,虽然也依据各条件,会存在镀敷形成速度过慢、发生析出不均匀(镀敷膜(镍覆膜层41b)只在一些部位形成的现象)的可能性。另一方面,建浴温度高于100℃时,虽然也依据根据各条件,存在镀敷形成速度过快、镀敷膜(镍覆膜层41b)的膜厚偏差变大的可能性,除此之外,还存在混合层41b的厚度超过1000nm、在混合层41b中基材11d的成分所占的比率显著降低的可能性。
这样,镀敷形成速度因建浴温度而变慢或变快时,特别可能对形成良好的混合层41a产生影响。作为其结果,在所得到的表面处理膜中,存在无法确保充分的耐剥离性的可能性。
特别是在压缩机那样要求确保长期的可靠性的领域中,也可以使建浴温度在85~95℃的范围内。虽然也依据各条件,如果建浴温度在该范围内,则容易形成更好的混合层41a,并能够使表面处理膜的耐剥离性更好。
另外,上述建浴温度的优选范围如上所述,主要为了实现良好的镀敷形成速度而设定。因此,在本发明中,为了在基材11d上形成表面处理膜(具有镍覆膜层41b和混合层41a的膜),无电解镍-磷镀敷处理的建浴温度不一定限定在上述范围内,也可以根据各条件,采用上述范围外的建浴温度。另外,在本发明中,也可以将无电解镍-磷镀敷处理中的公知的其他条件设定在合适的范围内。
这样,在本发明中,沿袭现有的无电解镍-磷镀敷处理工序,并将镍覆膜层41b内的磷浓度调配为规定的值(高于3wt%),形成该镍覆膜层41b时,能够形成本发明的表面处理膜(具有混合层41a和镍覆膜层41b的复合硬质覆膜)。因此,对于处理前的基材11d,无需追加预先使其表面粗糙的、例如喷丸等工序,并且能够利用一般的无电解镍-磷镀敷处理,因此能够廉价地形成表面处理膜,而且在形成有表面处理膜的基材11d、即本发明的滑动部件中,从其量产性的观点考虑,也非常优异。
其中,在本实施方式(本发明)中,也可以使混合层41a的厚度为100nm以上且1000nm以下。
混合层41a的厚度小于100nm时,如上所述,难以获得充分的锚定效应。另一方面,如果提高镍覆膜层41b的磷浓度,则混合层41a的厚度必然变厚。然而,磷浓度为15wt%以上时,存在镍覆膜层41b的硬度变低、难以确保高的耐磨损性的可能性。从确保耐磨损性的观点考虑,希望磷浓度为15wt%以下,磷浓度为15wt%的混合层41a的厚度为约1000nm。因此,希望混合层41a的厚度为1000nm以下。
另外,在本实施方式中,滑动部件的基材为铝(Al)-硅(Si)系合金,但即使基材的比重为3.0g/cm3以下且为具有HV50~200的硬度的软质的非铁材料,也能够获得与前述的铝-硅系合金相同的效果。
例如,只要是铝合金,即使在以铝(Al)为主成分的铝(Al)-铜(Cu)-镁(Mg)系(2000系列等)、铝(Al)-镁(Mg)系(5000系列)、铝(Al)-镁(Mg)-硅(Si)系(6000系列)、铝(Al)-锌(Zn)-镁(Mg)系(7000系列)、锂(Li)添加系铝合金(8000系列等)中,也能够获得与前述的铝-硅系合金相同的效果。
另外,只要是以镁(Mg)为主成分的镁合金,例如即使在镁(Mg)-铝(Al)-锌(Zn)系合金中,也能够获得与前述的铝-硅系合金相同的效果。
[1-3.效果等]
如上所述,在本实施方式中,滑动部件为包括以下部分的构成,即,基材11d;至少由镍、上述基材11d的成分的本实施方式中的铝、和磷构成的混合层41a;以及位于上述混合层41a的上方且以镍为主成分的镍覆膜层41b。
由此,滑动部件除了具有由硬质覆膜处理所带来的防烧蚀性以外,还能够兼具充分的覆膜密合性。由此,能够避免因基材11d与硬质覆膜(镍覆膜层41b)的硬度之差引起的在基材界面附近的破坏或覆膜的剥离。
其中,在本发明中,也包括后述实施方式2在内,滑动部件也可以包含基材11d、混合层41a、和镍覆膜层41b以外的构成。即,本发明的滑动部件只要是具有基材11d、混合层41a和镍覆膜层41b的构成即可。
另外,如本实施方式这样,上述混合层41a可以构成为上述镍覆膜层41b的成分和上述基材11d的成分独立存在。
由此,镍覆膜层41b的成分(镍、磷)浸入基材11d而形成的混合层41a充分发挥起钉子或楔子这样的功能的、所谓的锚定效应,能够显著提高覆膜密合性。
另外,如本实施方式这样,上述混合层41a可以是使厚度为100nm以上且1000nm以下的构成。
由此,能够制成兼具镍覆膜层41b的成分(镍、磷)浸入基材11d而形成的混合层41a的锚定效应和镍覆膜层41b的高耐磨损性的滑动部件。
另外,镍覆膜层41b可以构成为无电解镍-磷复合镀层。在该构成中,镍覆膜层41b可以构成为使磷浓度高于3wt%。
由此,通过沿袭将镍覆膜层41b内的磷浓度调配为规定的值(高于3wt%)的现有的无电解镍-磷镀敷处理工序,能够形成本实施方式这样的由镍覆膜层41b和混合层41a构成的表面处理膜。因此,无需追加预先使基材11d的表面粗糙等工序,能够实现优异的量产性。
另外,镍覆膜层41b的覆膜可以构成为膜厚为2μm以上。
由此,能够充分发挥镍覆膜层41b的成分(镍、磷)浸入基材11d而形成的混合层41a的锚定效应,制成长期可靠性高的滑动部件。根据用途或运转条件、运转时间等各条件,也能够选择适当的膜厚。
另外,基材可以构成为具有HV50~200的硬度且以铝为主成分的合金。由此,能够制成兼具高耐磨损性和高耐剥离性的轻质的滑动部件。
另一方面,使用上述滑动部件构成的压缩机可以构成为,具有对制冷剂进行压缩的压缩机构部、驱动上述压缩机构部的电动机构部、以及收纳上述压缩机构部和上述电动机构部并在底部具有贮存润滑油的贮油部的密闭容器,包含使用上述构成的滑动部件的滑动部、即滑动部分的至少任一部分配置有上述构成的滑动部件。
由此,通过具有兼具高的自耐磨损性和覆膜密合性的滑动部件,能够避免、抑制压缩机的滑动部因磨损或剥离而发生的性能下降或动作不良等。由此,能够使该压缩机长期在维持高性能的状态下稳定地运转。
并且,如果搭载该压缩机构成冷冻装置,则除了冷冻装置的高效率化以外,还能够显著提高可靠性。其中,本发明的冷冻装置的具体构成没有限定,只要是具有包含本发明的压缩机的公知的制冷剂回路(冷冻循环)的构成即可。冷冻装置的具体构成也没有特别限定,可以为空气调节机、热水器、冰箱等公知的冷冻装置。
另外,压缩机构部具有固定涡旋件、旋转涡旋件和旋转驱动上述旋转涡旋件的旋转轴,滑动部件可以为至少用于上述固定涡旋件、上述旋转涡旋件中的任一方的构成,即上述固定涡旋件和上述旋转涡旋件中的至少任一方的滑动部包含上述构成的滑动部件的构成。
由此,通过具有兼具高的自耐磨损性和覆膜密合性的滑动部件,能够提高涡旋压缩机的长期可靠性。另外,通过固定涡旋件或旋转涡旋件的基材使用比重轻的铝等,能够实现显著的轻质化。因此,能够提供能够向希望轻质化的领域、例如车载式等拓展的涡旋压缩机。
此外,如果使旋转涡旋件轻质化,则作用于压缩机构部的离心力降低,能够抑制运转中的压缩机的振动。因此,能够实现由高速旋转带来的冷冻能力的增加。而且,由于作用于旋转轴的径向负荷变低,能够进行使旋转轴的直径变小的设计变更。由此,能够提供实现了因输入损失降低带来的高效率化、或压缩机小型化的商品力高的涡旋压缩机。
另外,本发明的压缩机可以为使用R134a、R32、R410A、R407C、异丁烷、丙烷、二氧化碳、或碳间具有双键的制冷剂等工作介质的构成。
由此,配设于压缩机的滑动部件即使暴露于任意制冷剂,也能够有效地抑制、避免变质、变形。由此,该压缩机能够长期稳定地发挥高的自耐磨损性和覆膜密合性。
此外,配设于压缩机的滑动部件即使暴露于滑动过程中产生的制冷剂分解而生成的物质(例如碳间具有双键的制冷剂中发现的氟化物等),也能够有效地抑制变质、变形。由此,该压缩机能够长期稳定地发挥高的自耐磨损性和覆膜密合性。
(实施方式2)
以下利用图6~图7B对实施方式2进行说明。适当参照图1~图5。另外,对与图1至图5所说明的构成相同的构成标注相同的符号,并省略部分说明。
[2-1.构成]
在本实施方式中,成为滑动部件的固定涡旋件11和旋转涡旋件12例如均由具有HV50~200的硬度的非铁材料的基材形成基材。作为非铁材料的基材,具体可以列举铝合金(例如4000系列的各种铝(Al)-硅(Si)系合金),没有特别限定。该铝合金的比重为2.6~2.8g/cm3,但不限于此。
另外,在本实施方式的固定涡旋件11和旋转涡旋件12上,分别形成使表面硬质化的表面处理。例如旋转涡旋件12为铝合金制时,在该旋转涡旋件12的表面形成有比基材11d硬、例如具有HV200~300的硬度的阳极氧化覆膜(铝氧化膜覆膜)。硬质化的表面处理不限于此,可以根据基材11d的材质使用公知的方法。
在一个固定涡旋件11的基材11d上,与上述实施方式1同样,形成有具有叠层于该基材11d表面的混合层、和叠层于混合层上的镍覆膜层的表面处理膜。将本实施方式的表面处理膜的代表性的一个例子示于图6。图6是形成于固定涡旋件11的基材11d上的混合层51a、以及第一镍覆膜层51b和第二镍覆膜层51c的放大截面示意图。
在本实施方式中,固定涡旋件11的基材11d为铝,因此混合层51a由作为基材11d的主成分的铝(Al)、镍(Ni)和磷(P)构成。在混合层41a的上方形成第一镍覆膜层51b,在该第一镍覆膜层51b的再上方(最外表面侧)形成第二镍覆膜层51。
第一镍覆膜层51b和第二镍覆膜层51c均为以镍为主成分的单层硬质覆膜。这些镍覆膜层51b、51c构成了多层镍覆膜层51d。其中,多层镍覆膜层51d可以由3层以上构成,各层的成分(镍浓度或磷浓度等)也可以不同。
在图6中,也与上述实施方式1所参照的图2同样,将混合层51a示意地表示成由作为基材11d的主成分的铝(Al)构成的“基材成分部位51e”与由镍(Ni)和(P)构成的“覆膜层成分部位51f”交替配置的方式。该图6的图示与图2同样是示意的图示,本发明的混合层51a不限于该图示。
第一镍覆膜层51b和第二镍覆膜层51c均通过无电解镍-磷镀敷处理而形成。在本实施方式中,第一镍覆膜层51b的磷浓度(磷的含有率)为8~10wt%,剩余部分几乎由镍所占(镍的含有率90~92wt%),第二镍覆膜层51c的磷浓度为1~3wt%,剩余部分几乎由镍所占(镍的含量97~99wt%)。该含量中不含公知的杂质。
在本实施方式的代表性实施例中,为了稳定地形成多层结构的镀敷覆膜层,预先进行在基材11d表面形成锌覆膜的锌酸盐(zincate)处理。将通过该前处理工序形成的锌覆膜在第一镍覆膜层51b用的无电解镀敷液中置换成镍,形成第一镍覆膜层51b(镀敷覆膜)。接着,浸渍在第二镍覆膜层51c用的无电解镀敷液中,形成第二镍覆膜层51c。由此,制作(制造)如图6示意所示的多层镍覆膜层51d。
对于所制作的多层镍覆膜层51d,基于JIS Z2244,通过Hysitron公司制造的纳米压痕装置TI-950Triboindenter(商品名)进行硬度测定。第一镍覆膜层51b的硬度为HV550~600,第二镍覆膜层51c的硬度为HV650~700。
通常,已知存在磷浓度越低,镍覆膜层的硬度越硬的倾向。即,通过多次进行磷浓度不同的镀敷处理,能够形成阶段性地控制了各层硬度的多层结构的镀敷覆膜层。在本实施方式中,进行两次镀敷处理,形成了由两层构成的多层镍覆膜层51d,但如上所述,也可以形成三层以上的多层镍覆膜层。
图7A和图7B是在本实施方式的代表性实施例中固定涡旋件11的基材11d的界面11e附近的截面EDS元素映射的一个例子。
根据图7A所示的EDS元素映射(镍:Ni),从上方依次存在稍浅的黑色部位(图中相当于51b、51c)、位于其下方的稍浅的黑色部位和深黑色部位混合存在的区域(图中相当于51a)。在稍浅的黑色部位存在镍(Ni),在一个深黑色部位主要存在作为镍以外的元素的铝(Al)。
根据图7B所示的EDS元素映射(磷:P),浅灰色所示的区域与上述实施方式1中所说明的作为比较例的图4A所示的稍浅的黑色所示的区域基本相同。
在图7B所示的浅灰色部位存在磷(P),在下方的黑色部位同样主要存在铝(Al)。另外,上方的灰色部位(图中相当于51c)与下方的灰色部位(图中相当于51b)相比,色调不同。这显示了磷浓度的差异,表示上方的色调深的部位(图中相当于51c)的磷浓度比下方的部位(图中相当于51b)低。
根据图7A和图7B,通过利用SEM或TEM等观察固定涡旋件11的基材11d的截面并进行EDS元素映射,能够容易地识别出在基材11d(未图示)的上方形成有由镍(Ni)和作为基材11d的主成分的铝(Al)、磷(P)构成的混合层51a,在混合层51a的上方形成有以镍(Ni)为主成分的第一镍覆膜层51b以及第二镍覆膜层51c。
另外,在镍(Ni)、磷(P)所存在的区域不存在铝(Al)。因此可知,混合层51a不是第一镍覆膜层51b和第二镍覆膜层51c的成分(镍和磷)与基材11d的成分(铝)形成化合物而构成,而是镍(Ni)、磷(P)和铝(Al)分别独立地构成。
另外,根据这样的结果,镍(Ni)和磷(P)从基材11d(铝合金)的界面11e侵蚀至基材11d的内部,呈现仿佛扎根似的分布。混合层51a的厚度没有图示,但最大为600nm左右。
即,根据前述的代表性实施例能够明确可知,在本发明的滑动部件中,在镍覆膜层的下层形成至少由镍、铝(基材11d的成分)和磷构成的混合层,该混合层如图6所示,能够模式化为由铝(基材11d的成分)构成的“基材成分部位51e”与由镍(Ni)和(P)构成的“覆膜层成分部位51f”交替配置这样的构成。
其中,在本实施方式中,也为了形成混合层51a,如上述实施方式1那样,至少使第一镍覆膜层51b中的磷浓度为3wt%以上、优选如上所述为8~10wt%即可,这种情况下,也与上述实施方式1同样,例如可以将无电解镍-磷镀敷处理的建浴温度设定在合适的范围内。
另外,在本实施方式中,将作为最外表面(或最外面)侧的镍覆膜即第二镍覆膜51c的磷浓度设定为1~3wt%,低于与基材11d接触的第一镍覆膜51b(与混合层51a接触的镍覆膜、最内面侧的镍覆膜)。为了形成这样的低磷浓度的镍覆膜,可以使无电解镍-磷镀敷处理的建浴温度在60~100℃的范围内。
建浴温度低于60℃时,虽然也依据各条件,会存在镀敷形成速度过慢、发生析出不均匀(镀敷膜(第二镍覆膜层51c)只在一些部位形成的现象)的可能性。另一方面,建浴温度高于100℃时,虽然也依据各条件,镀敷形成速度会过快,量产时难以进行稳定的膜厚管理。另外,第二镍覆膜层51c无法良好地形成时,也可能对位于其下层的第一镍覆膜层51b或混合层51a产生影响。
特别是在如压缩机那样要求确保长期可靠性的领域中,也可以将用于形成作为最外表面侧的镍覆膜的建浴温度设为70~95℃的范围内。虽然也依据各条件,建浴温度在该范围内时,能够使具有多个镍覆膜和混合层51a的表面处理膜的物性变得更好。
[2-2.动作]
对于如上所述构成的涡旋压缩机,以下对其动作、作用进行说明。
上述构成的涡旋压缩机在由固定涡旋件11的铝合金构成的基材11d的表面形成有比基材11d硬的表面处理膜。
在本实施方式中,固定涡旋件11的基材11d的第一镍覆膜层51b的表面硬度与基材11d的硬度相比,为4~12倍。其中,在基材11d的表面上直接形成硬质的表面处理膜的情况下,铝基材与表面处理膜的硬度之差、即机械强度的差异过大。因此,因摩擦滑动而对于界面作用平行方向的剪切力时,在界面会发生硬质的表面处理膜的剥离、或者伴随界面正下方的基材的“挤裂”这样的破坏。由此,有时硬质的表面处理膜脱落,在滑动面间露出铝基材。
如本实施方式这样,采用了在基材11d的表面形成由作为该基材11d的主成分的铝(Al)、镍(Ni)和磷(P)构成的混合层51a以及在混合层51a的上方以镍为主成分的第一镍覆膜层51b的构成。
由此,即使作用因摩擦滑动所产生的剪切力,也由第一镍覆膜层51b的成分(镍、磷)浸入基材11d而形成的混合层51a发挥起钉子或楔子这样的功能的、所谓的锚定效应。因此,即使在基材11d与表面处理膜的硬度之差大的情况下,也能够避免、抑制基材11d的界面11e附近的剥离或破坏,确保充分的覆膜密合性。
而且,在本实施方式中,第二镍覆膜层51c与第一镍覆膜层51b相比,磷浓度设定得低(1~3wt%)。由此,与对象材料发生滑动的最外表面的覆膜层的硬度(HV)非常高,因此能够确保显著优异的自耐磨损性。
另一方面,对象侧的旋转涡旋件12的表面硬度低于固定涡旋件11的表面硬度,因此在压缩机的运转中,旋转涡旋件12的表面适度磨损并契合。即,通过滑动表面的粗糙的前端突起(山部)被截断而平坦化,能够降低局部的接触面压,缓和滑动状态。由此,能够显著抑制磨损进行至适度的磨损以上。
[2-3.效果等]
如上所述,在本实施方式中,滑动部件为包括以下部分的构成,即,基材11d;至少由镍、上述基材11d的成分的本实施方式中的铝、和磷构成的混合层51a;以及位于上述混合层51a的上方且以镍为主成分的本实施方式中的第一镍覆膜层51b、第二镍覆膜层51c。
由此,滑动部件能够具有避免因基材与硬质覆膜的硬度之差而导致的基材界面附近的破坏或覆膜的剥离的充分的覆膜密合性。
另外,镍覆膜层的主成分为镍,如上所述,可以为至少2层以上的多层镍覆膜层,可以设为混合层侧的镍覆膜层的磷浓度高于最外表面侧的镍覆膜层的磷浓度的构成。
进一步详细而言,可以设为如下构成,即,使上述混合层侧的镍覆膜层(在本实施方式中为第一镍覆膜层51b)的磷浓度高于3wt%,并使最外表面侧的镍覆膜层(在本实施方式中为第二镍覆膜层51c)的磷浓度为3wt%以下。
由此,滑动部件除了具有由硬质覆膜处理所带来的防烧蚀性以外,还能够兼具充分的覆膜密合性。由此,能够避免因基材与硬质覆膜的硬度之差而导致的基材界面负极的破坏或覆膜的剥离。而且,除了具有防烧蚀性和覆膜密合性以外,最外表面侧的镍覆膜层还能够兼具充分的自耐磨损性。
另外,在本实施方式和上述实施方式1中,镍覆膜层是配合了磷的构成,但根据本发明的发明人迄今为止的搭配,本发明不限于配合磷,也可以配合硼。
无论是配合了硼的镍覆膜层,还是进一步配合了磷和硼双方的镍覆膜层,都与配合了磷的镍覆膜层同样能够获得优异的密合强度和自耐磨损性。因此,混合层中除了含有镍和基材的成分以外,还可以含有磷和硼中的至少一方。
其中,关于硼向镍覆膜层的配合,通过采用无电解镍-硼(boron)复合镀敷等公知的方法,能够与前述的实施方式1或本实施方式的磷向镍覆膜层的配合同样实施。因此,只要将磷的配合替换成硼,本领域技术人员能够容易地理解含有硼的镍覆膜层的构成和形成。
另外,在镍覆膜层不含磷而含有硼的情况下,或者含有磷和硼双方的情况下,可以将上述实施方式1或本实施方式2中所说明的磷浓度替换成硼浓度。
另外,在镍覆膜层含有硼的情况下,关于无电解镍-硼镀敷处理,可以直接应用上述实施方式1或本实施方式2中所说明的各条件。代表性地可以将无电解镍-硼镀敷处理的建浴温度设定在80~100℃的范围内,或者设定在85~95℃的范围内。或者在如本实施方式2这样形成多层镍覆膜的情况下,在通过无电解镍-硼镀敷处理形成最外表面侧的镍覆膜时,可以将建浴温度设定在60~100℃的范围内,或者设定在70~95℃的范围内。由此,能够合适地形成包含混合层的表面处理膜。
另外,镍覆膜层也可以含有镍以外的成分,混合层也可以含有镍和磷、或镍和硼以外的成分。这样的其他成分的含量没有特别限定,只要在不对覆膜密合性和自耐磨损性产生影响的范围内即可。镍覆膜层或混合层可以含有技术常识上不可避免的杂质,但是,作为镍覆膜层和混合层的成分,可以忽略这种不可避免的杂质。因此,其他成分的含量下限只要是超过不可避免的杂质的量即可。
其中,在前述的各实施方式中,对于本发明的滑动部件,利用以制冷剂为工作介质并对其进行压缩的压缩机进行了说明,但也可以为对不是制冷剂的工作介质进行压缩的压缩机。或者,本发明的滑动部件不仅在压缩机中,即使用于车的发动机等,也能够获得相同的效果。因此,也能够适用于不以制冷剂为工作介质的压缩机。
这样,本发明的滑动部件能够抑制基材界面附近的破坏或覆膜的剥离,确保充分的覆膜密合性,因此在构成滑动部时,能够提高长期的可靠性。
另外,本发明的压缩机由于具有上述的滑动部件,所以可靠性和效率提高,在冰柜冰箱或温水采暖装置、空气调节装置、热水器或冷冻机等使用冷冻循环的冷冻装置中是有用的。
根据前述的说明,对本领域技术人员来说,本发明许多改良和其他实施方式是明确的。因此,前述的说明仅应被解释为例示,是为了向本领域技术人员示出实施本发明的最佳方式而提供的说明。只要不脱离本发明的主旨,就能够对其结构和/或功能的详细内容进行实质性变更。
产业上的可利用性
本发明能够广泛适用于滑动部件的领域,特别能够适用于制冷剂压缩机等压缩机的领域、或者使用该压缩机的冷冻循环的领域、以及具有与压缩机同样的滑动部的领域。
符号说明
1:密闭容器;4:贮油部;10:压缩机构部;11:固定涡旋件;11a:固定涡旋端板;11b:固定涡旋齿;11d:基材;12:旋转涡旋件;12a:旋转涡旋端板;12b:旋转涡旋齿;13:旋转轴;20:电动机构部;41a、51a:混合层;41b:镍覆膜层;51b:第一镍覆膜层;51c:第二镍覆膜层;51d:多层镍覆膜层(镍覆膜层)。
Claims (13)
1.一种滑动部件,其特征在于,具有:
基材;
至少由镍、所述基材的成分以及磷和/或硼构成的混合层;和
位于所述混合层的上方且含有镍的镍覆膜层。
2.如权利要求1所述的滑动部件,其特征在于:
所述混合层中,所述镍覆膜层的成分和所述基材的成分独立存在。
3.如权利要求1或2所述的滑动部件,其特征在于:
所述混合层的厚度为100nm以上且1000nm以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
所述镍覆膜层的磷浓度或硼浓度高于3wt%。
5.如权利要求1~3中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
在所述镍覆膜层为至少2层以上时,混合层侧的镍覆膜层的磷浓度或硼浓度高于最外表面侧的镍覆膜层的磷浓度或硼浓度。
6.如权利要求5中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
所述混合层侧的镍覆膜层的磷浓度或硼浓度高于3wt%。
7.如权利要求5或6所述的滑动部件,其特征在于:
最外表面侧的镍覆膜层的磷浓度或硼浓度为3wt%以下。
8.如权利要求1~7中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
镍覆膜层为无电解镍-磷复合镀层或无电解镍-硼复合镀层。
9.如权利要求1~8中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
镍覆膜层的覆膜的膜厚为2μm以上。
10.如权利要求1~9中任一项所述的滑动部件,其特征在于:
基材由硬度为HV50~200,且以铝为主成分的合金形成。
11.一种压缩机,其特征在于,具有:
对制冷剂进行压缩的压缩机构部;
驱动所述压缩机构部的电动机构部;和
收纳所述压缩机构部和所述电动机构部并在底部具有贮存润滑油的贮油部的密闭容器,
所述压缩机包括使用权利要求1~10中任一项所述的滑动部件的滑动部。
12.如权利要求11所述的压缩机,其特征在于:
压缩机构部具有固定涡旋件、旋转涡旋件和旋转驱动所述旋转涡旋件的旋转轴,
所述滑动部件至少用于所述固定涡旋件、所述旋转涡旋件中的任一方。
13.一种冷冻装置,其特征在于:
使用权利要求11或12中任一项所述的压缩机。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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