JP2005155653A - Rotary compressor - Google Patents

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JP2005155653A JP2005059827A JP2005059827A JP2005155653A JP 2005155653 A JP2005155653 A JP 2005155653A JP 2005059827 A JP2005059827 A JP 2005059827A JP 2005059827 A JP2005059827 A JP 2005059827A JP 2005155653 A JP2005155653 A JP 2005155653A
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roller
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cylinder
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Kenzo Matsumoto
兼三 松本
Takashi Sunaga
高史 須永
Masaru Matsuura
大 松浦
Yasuki Takahashi
康樹 高橋
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary compressor with high reliability by preventing rollers and vanes from being abnormally worn by using polyalkylene glycol or polyalphaolefin as the base oil of lubricating oil in the compressor in which carbon dioxide as natural refrigerant is used for refrigerant. <P>SOLUTION: In this rotary compressor, carbon dioxide is used as the refrigerant, and polyalkylene glycol (nominal name) or polyalphaolefin (nominal name) or a mineral oil is used as the base oil of the lubricating oil. The rotary compressor uses the vanes having a radius of curvature Rv (cm) at its slidable contact part with the rollers of the vanes expressed by the following expression 1. The expression 1 is shown by T<Rv<Rr, where, in the expression 1, T is the thickness (cm) of the vanes, and Rr is the radius of curvature (cm) on the outer periphery of the rollers in slidable contact with the vanes. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ローラとベーンの異常な摩耗を防止し、信頼性の高い回転圧縮機を提供するに好適な、ローラとベーンの構成に関するものである。   The present invention relates to a configuration of a roller and a vane suitable for preventing abnormal wear of the roller and the vane and providing a highly reliable rotary compressor.

冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用の圧縮機や家庭用・業務用エアコン使用される圧縮機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン(R12)やモノクロロジフルオロメタン(R22)を多く使用していた。このR12やR22は、オゾン破壊の潜在性により、大気中に放出されて地球上空のオゾン層に到達すると、このオゾン層を破壊する問題からフロン規制の対象となっている。このオゾン層の破壊は冷媒中の塩素基(Cl)により引き起こされる。そこで、この塩素基を含有しない冷媒、例えばR32、R125やR134aなどのHFC系冷媒、あるいはプロパン、ブタンなどの炭化水素類系冷媒、炭酸ガス、アンモニアなどの自然冷媒が代替冷媒として考えられている。   Refrigerators, vending machines, compressors for showcases, and compressors used for household and commercial air conditioners have conventionally used dichlorodifluoromethane (R12) and monochlorodifluoromethane (R22) as refrigerants. R12 and R22 are subject to Freon regulation due to the problem of destroying the ozone layer when released into the atmosphere and reaching the ozone layer over the earth due to the potential of ozone destruction. This destruction of the ozone layer is caused by chlorine groups (Cl) in the refrigerant. Therefore, refrigerants that do not contain chlorine groups, for example, HFC refrigerants such as R32, R125, and R134a, hydrocarbon refrigerants such as propane and butane, and natural refrigerants such as carbon dioxide and ammonia are considered as alternative refrigerants. .

図1は本発明を適用する2シリンダ方式の回転圧縮機の断面構造を示すものであり、図2はシリンダ、ローラ、ベーンなどの関係を示す断面説明図であり、図3はベーンの説明図であり、全体を符号1で示す回転圧縮機は、円筒状の密閉容器10と、密閉容器10内に収容された電動機20及び圧縮装置30を備える。電動機20は、密閉容器10の内壁部に固定されたステータ22とロータ24を有し、ロータ24の中心にとりつけられた回転軸25は、シリンダ31、32の開口部を閉鎖する2枚のプレート33、34に回転自在に軸支される。回転軸25の一部には偏心して設けられるクランク部26が形成される。2枚のプレート33、34の内部に、シリンダ31、32が配設される。このシリンダ31、32(以下、シリンダ32について述べる)は、回転軸25の軸線と同一の軸線を有する。このシリンダ32の周壁部には、冷媒の吸入口23と吐出口35が設けてある。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a two-cylinder rotary compressor to which the present invention is applied, FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing the relationship among cylinders, rollers, vanes, etc., and FIG. The rotary compressor denoted by reference numeral 1 as a whole includes a cylindrical sealed container 10, and an electric motor 20 and a compression device 30 accommodated in the sealed container 10. The electric motor 20 includes a stator 22 and a rotor 24 fixed to the inner wall portion of the hermetic container 10, and a rotating shaft 25 attached to the center of the rotor 24 includes two plates that close the openings of the cylinders 31 and 32. 33 and 34 are rotatably supported. A crank portion 26 provided eccentrically is formed on a part of the rotating shaft 25. Cylinders 31 and 32 are disposed inside the two plates 33 and 34. The cylinders 31 and 32 (hereinafter referred to as the cylinder 32) have the same axis as the axis of the rotary shaft 25. A refrigerant suction port 23 and a discharge port 35 are provided in the peripheral wall portion of the cylinder 32.

シリンダ32内にはリング状のローラ38が装備され、このローラ38は、その内周面38Bがクランク部26の外周面26Aに接触し、ローラ38の外周面38Aはシリンダ32の内周面32Bに接触する。シリンダ32には、ベーン40が摺動自在に設けられ、ベーン40の先端はローラ38の外周面38Aに接触する。ベーン40をローラ38に向けて付勢し、また、ベーン40の背面に圧縮された冷媒を導入することによりベーン先端とローラ38とのシールを確実にする。このベーン40と、ローラ38と、シリンダ32と、シリンダ32を閉塞するプレート34などに囲まれて圧縮室50が形成される。該回転圧縮機1には、例えば潤滑油としてポリオールエステル、または、ポリビニルエーテル等が基油として使用されている。   A ring-shaped roller 38 is provided in the cylinder 32, and the inner peripheral surface 38 B of the roller 38 is in contact with the outer peripheral surface 26 A of the crank portion 26, and the outer peripheral surface 38 A of the roller 38 is the inner peripheral surface 32 B of the cylinder 32. To touch. A vane 40 is slidably provided on the cylinder 32, and the tip of the vane 40 comes into contact with the outer peripheral surface 38 </ b> A of the roller 38. The vane 40 is urged toward the roller 38, and the compressed refrigerant is introduced into the back surface of the vane 40 to ensure the seal between the vane tip and the roller 38. A compression chamber 50 is formed by being surrounded by the vane 40, the roller 38, the cylinder 32, the plate 34 that closes the cylinder 32, and the like. In the rotary compressor 1, for example, a polyol ester or polyvinyl ether is used as a base oil as a lubricating oil.

そこで、回転軸25が図2で反時計廻り方向に回転すると、ローラ38もシリンダ32内で偏心回転し、吸入口23から吸込まれた冷媒ガスは圧縮され、吐出口35から吐出される。この吸込み−圧縮−吐出行程において、ローラ38とベーン40の接触部に、押付力Fvが発生する。   Therefore, when the rotating shaft 25 rotates counterclockwise in FIG. 2, the roller 38 also rotates eccentrically in the cylinder 32, and the refrigerant gas sucked from the suction port 23 is compressed and discharged from the discharge port 35. In this suction-compression-discharge stroke, a pressing force Fv is generated at the contact portion between the roller 38 and the vane 40.

従来は、このベーン40の先端のローラ38の外周面38Aとの接触面40Aを曲率半径Rvを有する円弧状に形成していた。この曲率半径Rvは、ベーン40の幅寸法Tとほぼ等しい値を有し、ローラ38の半径寸法に対して1/10〜1/3程度のものであった。そして、ローラ38の材料として、鋳鉄あるいは合金鋳鉄に焼き入れを施したもの、ベーン40の材料にはステンレス鋼あるいは工具鋼またはそれらに窒化処理等の表面処理を施したものが主に用いられ、特にベーン材に高い硬度と靭性を持たせるのが一般的であった。(特許文献1、特許文献2参照)
特開平10−141269号公報 特開平11−217665号公報
Conventionally, the contact surface 40A with the outer peripheral surface 38A of the roller 38 at the tip of the vane 40 is formed in an arc shape having a curvature radius Rv. The radius of curvature Rv has a value substantially equal to the width dimension T of the vane 40 and is about 1/10 to 1/3 of the radial dimension of the roller 38. And, as the material of the roller 38, cast iron or alloy cast iron is subjected to quenching, and as the material of the vane 40, stainless steel or tool steel or those subjected to surface treatment such as nitriding treatment are mainly used. In particular, it was common to impart high hardness and toughness to the vane material. (See Patent Document 1 and Patent Document 2)
JP-A-10-141269 JP 11-217665 A

ローラ38とベーン40の接触状態は、図4に示すように、異なる曲率を有する円筒同志の接触問題に置き換えることができる。このような状態では、ベーン40の押付力Fvにより、ローラ38とベーン40の2つの弾性体が押し付けられると、一般にそれらは点や線接触ではなく面接触をし、その時の弾性接触面長さdは前記式(7)で計算され、そして接触部に、次式(9)で表わされるヘルツ応力Pmax(kgf/cm2 )が発生する(ヘルツの弾性接触理論)。 The contact state between the roller 38 and the vane 40 can be replaced by a contact problem between cylinders having different curvatures, as shown in FIG. In such a state, when the two elastic bodies of the roller 38 and the vane 40 are pressed by the pressing force Fv of the vane 40, they generally make surface contact instead of point or line contact, and the elastic contact surface length at that time d is calculated by the above formula (7), and a Hertz stress Pmax (kgf / cm 2 ) expressed by the following formula (9) is generated at the contact portion (hertz elastic contact theory).

Pmax=4/π・Fv/L/d 式(9)
(式(9)中のFv、L、dは式(6)、式(7)のものと同じである)
このように面接触をし、ヘルツ応力が増大すると、分子中に塩素を含まない冷媒を用い、潤滑油としてポリオールエステル、またはポリビニルエーテルを基油として用いた回転圧縮機のベーンは、耐磨耗性の向上のため窒化処理やCrNのイオンコーティングなどの表面処理が行われているが、窒化処理はその耐力が十分でなく、また、CrNのイオンコーティングは、コーティング層の剥離の危険性があるとともに生産コスト高になるなどの欠点があった。
Pmax = 4 / π · Fv / L / d Equation (9)
(Fv, L, and d in Formula (9) are the same as those in Formula (6) and Formula (7))
When the surface contact is increased and the Hertz stress is increased in this manner, the vane of the rotary compressor using the refrigerant not containing chlorine in the molecule and using the polyol ester or the polyvinyl ether as the base oil as the lubricating oil is resistant to wear. Surface treatment such as nitriding and CrN ion coating is performed to improve the properties, but the nitriding treatment does not have sufficient strength, and CrN ion coating has a risk of peeling of the coating layer At the same time, there were drawbacks such as high production costs.

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、ローラとベーンの異常な摩耗を防止し、信頼性の高い回転圧縮機を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a highly reliable rotary compressor that prevents abnormal wear of rollers and vanes.

解題を解決するために鋭意研究した結果、従来はベーンの先端のローラの外周面との接触面の曲率半径をベーンの幅寸法とほぼ等しい値としていたのを改め、特に、代替冷媒として自然冷媒を用いた回転圧縮機においてはベーンとローラとの摺接部における摺接面を確保する範囲において曲率半径をベーンの幅寸法より大きくすると共に潤滑油としてポリアルキレングリコール、又は、ポリアルファーオレフィン、若しくは、鉱油を基油として用いることにより、ヘルツ応力を低減させられると共に摺動距離が大きくなって応力が分散しベーンとローラとの摺接部における温度を低下させられるので、ベーンに高価なコーティング処理を行わず、安価な窒化処理(NV窒化、浸硫窒化、ラジカル窒化)でも充分にローラの外周面やベーンの摩耗を軽減させる効果があり、ローラとベーンの異常な摩耗を防止し、信頼性の高いロータリ圧縮機を提供できることを見いだし本発明を成すに到った。   As a result of diligent research to solve the problem, the curvature radius of the contact surface with the outer peripheral surface of the roller at the tip of the vane has been changed to a value almost equal to the width dimension of the vane. In the rotary compressor using the above, the radius of curvature is made larger than the width dimension of the vane within a range in which the sliding contact surface at the sliding contact portion between the vane and the roller is secured, and polyalkylene glycol, or polyalpha-olefin as the lubricating oil, or By using mineral oil as the base oil, the Hertzian stress can be reduced and the sliding distance is increased to disperse the stress and lower the temperature at the sliding contact portion between the vane and the roller. Even with inexpensive nitriding treatment (NV nitriding, nitrosulphurizing, radical nitriding), the outer peripheral surface of the roller and the vane Is effective to reduce the to prevent abnormal wear of the roller and the vane, was led to form a present invention found that can provide a highly reliable rotary compressor.

課題を解決するための本発明の請求項1の発明の回転圧縮機は、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器などを順次配管で接続してなる冷凍回路を備え、分子中に塩素を含まないHFC系冷媒を用いたものであって、吸入口と吐出口を有するシリンダと、シリンダの軸線上に配設されるクランク部を有する回転軸と、クランク部とシリンダの間に配設されて偏心回転するローラと、シリンダに設けられる溝内を往復動してローラの外周面に摺接するベーンを有し、窒化処理により、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成させる窒化処理により処理されていることを特徴とする。   In order to solve the problems, the rotary compressor according to claim 1 of the present invention includes a refrigeration circuit in which a compressor, a condenser, an expansion device, an evaporator, and the like are sequentially connected by piping, and chlorine is contained in the molecule. An HFC-based refrigerant not included is used, and is disposed between a cylinder having a suction port and a discharge port, a rotating shaft having a crank portion disposed on the axis of the cylinder, and between the crank portion and the cylinder. A roller that rotates eccentrically and a vane that reciprocates in a groove provided in the cylinder and slidably contacts the outer peripheral surface of the roller. By nitriding, a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane. And a nitriding treatment for forming a diffusion layer mainly composed of Fe—N thereunder.

また、請求項2の発明の回転圧縮機は、窒化処理により、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成する窒化処理を行ない、ベーンの少なくとも側面のFeとSを主成分とする化合層を除去したことを特徴とする。   In the rotary compressor according to the second aspect of the present invention, a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane by nitriding, and a diffusion layer mainly composed of Fe-N is formed thereunder. A nitriding treatment is performed to remove a compound layer mainly composed of Fe and S on at least the side surface of the vane.

また、ベーンのローラとの摺接部における摺接面を確保するため、回転軸の回転中心(O1)とローラ中心(O2)の偏心量(cm)をEとし、ベーンの曲率半径(Rv)の中心(O3)とローラ中心(O2)とを結ぶ直線(L1)が中心(O3)と回転中心(O1)とを結ぶ直線(L2)となす角度をαとし、直線(L1)がローラの外周面に交わる点と直線(L2)がローラの外周面に交わる点との間の摺動距離をevとした時、T、Rv、Rr、E、α、evが次式(2)〜(4)で表される関係にあっても良い。   Further, in order to secure a sliding surface at the sliding contact portion of the vane with the roller, the eccentric amount (cm) of the rotation center (O1) and the roller center (O2) of the rotation shaft is set to E, and the curvature radius (Rv) of the vane. The angle between the straight line (L1) connecting the center (O3) and the roller center (O2) and the straight line (L2) connecting the center (O3) and the rotation center (O1) is α, and the straight line (L1) is the roller When the sliding distance between the point intersecting the outer peripheral surface and the point where the straight line (L2) intersects the outer peripheral surface of the roller is ev, T, Rv, Rr, E, α, ev are expressed by the following equations (2) to ( It may be in the relationship represented by 4).

T>2・Rv・E/(Rv+Rr) 式(2)
sinα=E/(Rv+Rr) 式(3)
ev=Rv・E/(Rv+Rr) 式(4)
また、高負荷運転時の弾性接触を考慮し、ベーンのローラとの摺接部における摺接面を確保するため、ベーンの高さをL(cm)とし、ベーンとローラの縦弾性係数をそれぞれE1、E2(kgf/cm2 )とし、ベーンとローラのポアソン比をそれぞれν1、ν2とし、設計圧力をΔP(kgf/cm2)とし、式(5)で計算される等価半径(cm)をρとし、式(6)で計算されるベーンの押付力をFv(kgf)とし、これらを用いて式(7)で計算される弾性接触面長さをd(cm)とした時、T、Rv、Rr、E、dが次式(8)で表される関係にあっても良い。
T> 2 · Rv · E / (Rv + Rr) Formula (2)
sin α = E / (Rv + Rr) Formula (3)
ev = Rv · E / (Rv + Rr) Formula (4)
In addition, in consideration of elastic contact during high-load operation, the height of the vane is set to L (cm) and the longitudinal elastic modulus of the vane and roller is set to ensure a sliding surface at the sliding contact portion of the vane with the roller. E1 and E2 (kgf / cm 2 ), vane and roller Poisson's ratios ν1 and ν2, respectively, design pressure ΔP (kgf / cm 2 ), and the equivalent radius (cm) calculated by equation (5) where ρ is the pressing force of the vane calculated by the equation (6) is Fv (kgf), and the elastic contact surface length calculated by the equation (7) is d (cm) using these, T, Rv, Rr, E, d may be in a relationship represented by the following formula (8).

T>[2・Rv・E/(Rv+Rr)]+d 式(8)
[但し、式(8)中、T、Rv、Rr、Eは式(1)、式(2)と同じものを表す。]
T> [2.Rv.E / (Rv + Rr)] + d Formula (8)
[However, in Formula (8), T, Rv, Rr, and E represent the same as Formula (1) and Formula (2). ]

また、ベーンが縦弾性係数1.96×105 〜2.45×105 N/mm2 の鉄系材料で形成されている。 Further, the vane is formed of an iron-based material having a longitudinal elastic modulus of 1.96 × 10 5 to 2.45 × 10 5 N / mm 2 .

また、ベーンの最表面にFeとNを主成分の化合物層を形成させ、その下にFeとNを主成分とする拡散層を形成させた窒化処理により処理しても良い。   Alternatively, the treatment may be performed by a nitriding treatment in which a compound layer mainly composed of Fe and N is formed on the outermost surface of the vane and a diffusion layer mainly composed of Fe and N is formed thereunder.

また、ベーンの表面がFeとNを主成分とする拡散層のみを形成してなる窒化処理により処理しても良い。   Alternatively, the vane surface may be treated by a nitriding process in which only a diffusion layer mainly composed of Fe and N is formed.

また、ベーンの最表面にFeとNを主成分の化合物層を形成させ、その下にFeとNを主成分とする拡散層を形成する窒化処理を行ない、ベーンのすくなくとも側面のFeとNを主成分とする化合物層を除去しても良い。   Further, a nitriding treatment is performed in which a compound layer mainly composed of Fe and N is formed on the outermost surface of the vane, and a diffusion layer mainly composed of Fe and N is formed thereon, and at least the Fe and N on the side surface of the vane are formed. The compound layer containing the main component may be removed.

また、ベーンと摺接するローラの材質は、縦弾性係数9.81×104 〜1.47×105 N/mm2 の鉄系材料で形成されている。 The material of the roller that is in sliding contact with the vane is formed of an iron-based material having a longitudinal elastic modulus of 9.81 × 10 4 to 1.47 × 10 5 N / mm 2 .

また、基油の動粘度は40℃で30〜120mm2 /sである。 The kinematic viscosity of the base oil is 30 to 120 mm 2 / s at 40 ° C.

本発明の請求項1記載の回転圧縮機は、分子中に塩素を含まないHFC系冷媒を用いても、ベーンとローラとの摺接部における摺接面を確保しつつヘルツ応力を減少でき、摺動距離(ev)が大きくなって応力が分散しベーンとローラとの摺接部における温度が低下し、ローラとベーンの異常な摩耗を防止できる。   The rotary compressor according to claim 1 of the present invention can reduce Hertzian stress while ensuring a sliding contact surface at the sliding contact portion between the vane and the roller, even when using an HFC-based refrigerant not containing chlorine in the molecule. The sliding distance (ev) is increased, the stress is dispersed, the temperature at the sliding contact portion between the vane and the roller is lowered, and abnormal wear of the roller and the vane can be prevented.

本発明の請求項1記載の回転圧縮機は、ベーンに高価なコーティング処理を行なわず、安価な窒化処理(NV窒化、浸硫窒化、ラジカル窒化)でも充分にローラの外周面やベーンの摩耗を軽減させる効果があり、信頼性が高い。   The rotary compressor according to claim 1 of the present invention does not perform an expensive coating process on the vane, and can sufficiently wear the outer peripheral surface of the roller and the vane even by an inexpensive nitriding process (NV nitriding, nitrosulphurizing, radical nitriding). There is an effect to reduce, and high reliability.

本発明の請求項2記載の回転圧縮機は、ベーンの摩耗耐力を向上できる。   The rotary compressor according to claim 2 of the present invention can improve the wear resistance of the vane.

以下本発明を詳細に説明する。   The present invention will be described in detail below.

図6に、ポリアルキレングリコール、またはポリアルファーオレフィンを潤滑油基油として用い、蒸発気化した分子中に塩素分子を含まないHFC系冷媒や、自然冷媒である炭酸ガス、即ち二酸化炭素を圧縮する本発明の回転圧縮機a、同冷媒を凝縮液化する凝縮器b、同冷媒の圧力を減じる膨張装置c、液化冷媒を蒸発させる蒸発器dなどを順次冷媒管でつないで形成した冷凍回路の例を示す。   FIG. 6 shows an HFC refrigerant that does not contain chlorine molecules in evaporated molecules and carbon dioxide that is a natural refrigerant, that is, carbon dioxide, using polyalkylene glycol or polyalphaolefin as a lubricating base oil. An example of a refrigeration circuit in which a rotary compressor a of the invention, a condenser b for condensing the refrigerant, an expansion device c for reducing the pressure of the refrigerant, an evaporator d for evaporating the liquefied refrigerant, and the like are sequentially connected by a refrigerant pipe. Show.

図5は本発明の回転圧縮機のローラとベーンの関係を示す断面説明図である。   FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view showing the relationship between the rollers and the vanes of the rotary compressor of the present invention.

図5において、回転軸25の回転中心(O1)とローラ38のローラ中心(O2)の偏心量(cm)をEとし、ベーン40の曲率半径(Rv)の中心(O3)とローラ中心(O2)とを結ぶ直線(L1)が中心(O3)と回転軸25の回転中心(O1)とを結ぶ直線(L2)となす角度をαとし、直線(L1)がローラ38の外周面38Aに交わる点と直線(L2)がローラ38の外周面38Aに交わる点との間の摺動距離をevとした時、evは前記式(4)で計算される。   In FIG. 5, the eccentricity (cm) between the rotation center (O1) of the rotating shaft 25 and the roller center (O2) of the roller 38 is E, and the center (O3) of the curvature radius (Rv) of the vane 40 and the roller center (O2). ) Is a line (L2) connecting the center (O3) and the rotation center (O1) of the rotary shaft 25 to α, and the straight line (L1) intersects the outer peripheral surface 38A of the roller 38. When the sliding distance between the point and the point where the straight line (L2) intersects the outer peripheral surface 38A of the roller 38 is ev, ev is calculated by the above equation (4).

ベーン40のローラ38との摺接部における曲率半径(Rv)、ベーン40の厚さ(T)、ベーン40と摺接するローラ38の外周曲率半径(Rr)、偏心量(E)、ベーン40とローラ38の縦弾性係数をそれぞれE1、E2、ベーン40とローラ38のポアソン比をそれぞれν1、ν2、設計圧力ΔPを具体的に設定すると、
ρは前記式(5)で、ベーンの押付力Fvは前記式(6)で、弾性接触面長さdは前記式(7)で、ヘルツ応力Pmaxは前記式(9)で計算される。
The curvature radius (Rv) of the vane 40 at the sliding contact portion with the roller 38, the thickness (T) of the vane 40, the outer peripheral curvature radius (Rr) of the roller 38 slidingly contacting the vane 40, the amount of eccentricity (E), Specifically, when the longitudinal elastic modulus of the roller 38 is E1, E2, the Poisson's ratio of the vane 40 and the roller 38 is respectively set as ν1, ν2, and the design pressure ΔP,
ρ is calculated by the equation (5), the vane pressing force Fv is calculated by the equation (6), the elastic contact surface length d is calculated by the equation (7), and the Hertz stress Pmax is calculated by the equation (9).

例えば、シリンダ内径39mm×高さ14mm、偏心量(E)2.88mm、排除容積4.6cc×2の2シリンダ方式の回転圧縮機について、T、Rr、E1、E2、ν1、ν2、ΔPを表1に示した値とし、Rvを3.2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、16.6mm(Rrと同じ)と変化させた場合のρ、Fv、d、ev、(T−ev−d)/2、Pmaxなどの計算結果を表1に示す。   For example, T, Rr, E1, E2, ν1, ν2, and ΔP are set for a two-cylinder rotary compressor having a cylinder inner diameter of 39 mm × height of 14 mm, an eccentricity (E) of 2.88 mm, and an excluded volume of 4.6 cc × 2. Ρ, Fv, d, ev, (T-ev-d) when Rv is changed to 3.2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 16.6 mm (same as Rr) with the values shown in Table 1. ) / 2, Pmax and other calculation results are shown in Table 1.

表1から、ヘルツ応力Pmaxは、T=Rvの場合を100%とすると、Rvを増加するにつれて減少し、一方、ev(摺動距離)は増加し、Rv=10mmでヘルツ応力Pmaxは66%となり、evは約2.3倍になる。しかし、Rv=16.6mm=Rrとすると、ヘルツ応力Pmaxは57%となるが、(T−ev−d)/2≒0.16となってベーンとローラとの摺接部における摺接面の確保が困難となることが判る。 From Table 1, the Hertzian stress Pmax decreases with increasing Rv, assuming that T = Rv is 100%, while ev (sliding distance) increases, and when Rv = 10 mm, the Hertzian stress Pmax is 66%. Thus, ev is about 2.3 times. However, when Rv = 16.6 mm = Rr, the Hertz stress Pmax is 57%, but (T−ev−d) /2≈0.16 and the sliding contact surface at the sliding contact portion between the vane and the roller. It can be seen that it is difficult to ensure the above.

以上の結果から、Rvが、前記式(1)で表されるT<Rv<Rrの範囲にあると、ベーンとローラとの摺接部における摺接面を確保しつつヘルツ応力を減少でき、摺動距離(ev)が大きくなって応力が分散しベーンとローラとの摺接部における温度が低下し、ローラとベーンの異常な摩耗を防止できることが判る。 ベーンに高価なコーティング処理を行なわず、安価な窒化処理(NV窒化、浸硫窒化、ラジカル窒化)でも充分にローラの外周面やベーンの摩耗を軽減させる効果があり、信頼性の高いロータリ圧縮機を提供できる。   From the above results, when Rv is in the range of T <Rv <Rr represented by the above formula (1), Hertzian stress can be reduced while ensuring a sliding surface at the sliding contact portion between the vane and the roller, It can be seen that the sliding distance (ev) is increased, the stress is dispersed, the temperature at the sliding contact portion between the vane and the roller is lowered, and abnormal wear of the roller and the vane can be prevented. A highly reliable rotary compressor that does not perform expensive coating treatment on the vane, and has an effect of sufficiently reducing the wear of the outer peripheral surface of the roller and the vane even by inexpensive nitriding treatment (NV nitriding, nitrosulphurizing, radical nitriding) Can provide.

Tが前記式(2)で表されるT>2・Rv・E/(Rv+Rr)の範囲にあると、ベーンのローラとの摺接部における摺接面を安全に確保できる。   When T is in the range of T> 2 · Rv · E / (Rv + Rr) expressed by the above formula (2), the sliding contact surface at the sliding contact portion of the vane with the roller can be secured safely.

Tが前記式(8)で表されるT>[2・Rv・E/(Rv+Rr)]+dの範囲にあると、高負荷運転時であっても、ベーンのローラとの摺接部における摺接面を安全に確保できる。   When T is in the range of T> [2 · Rv · E / (Rv + Rr)] + d expressed by the above formula (8), the sliding at the sliding contact portion of the vane with the roller is possible even during high load operation. The contact surface can be secured safely.

ベーンを縦弾性係数1.96×105 〜2.45×105 N/mm2 の鉄系材料で形成するが、弾性係数が小さすぎるとベーンの摩耗耐力が不足であり、大きすぎると弾性変形を期待できず、応力低減が図れず耐摩耗耐力が得られない。 The vane is formed of a ferrous material having a longitudinal elastic modulus of 1.96 × 10 5 to 2.45 × 10 5 N / mm 2 , but if the elastic modulus is too small, the wear resistance of the vane is insufficient. Deformation cannot be expected, stress reduction cannot be achieved, and wear resistance cannot be obtained.

ベーンの表面がFeとNを主成分とする拡散層のみを形成してなる窒化処理により処理されていたり、ベーンの最表面にFeとNを主成分の化合物層を形成させ、その下にFeとNを主成分とする拡散層を形成させた窒化処理により処理されていたり、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成させる窒化処理により処理されているようなベーンが、ベーンの摩耗耐力に有効であることが、特開平10−141269号公報、特開平11−217665号公報、特開平5−73918号公報などに開示されている。しかし、HFC冷媒下では、その摩耗耐力が十分ではない。   The surface of the vane is treated by nitriding treatment that forms only a diffusion layer mainly composed of Fe and N, or a compound layer mainly composed of Fe and N is formed on the outermost surface of the vane, and Fe And a nitriding treatment in which a diffusion layer mainly composed of N is formed, or a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane, and diffusion mainly composed of Fe—N is formed thereunder. JP-A-10-141269, JP-A-11-217665, JP-A-5-73918 disclose that vanes treated by nitriding to form a layer are effective in wear resistance of the vanes. And the like. However, the wear resistance is not sufficient under HFC refrigerant.

そこで本発明においては、ベーンとローラとの摺動部におけるベーンの曲率半径(Rv)を前記式(1)〜(8)により計算されるものとし、そのような曲率半径(Rv)などを有する形状のベーンに上記処理を行なうことと併用することにより、より高摩耗耐力が得られる。   Therefore, in the present invention, the curvature radius (Rv) of the vane in the sliding portion between the vane and the roller is calculated by the above formulas (1) to (8), and has such a curvature radius (Rv). Higher wear resistance can be obtained by using the vane having the shape in combination with the above treatment.

また、ベーンの最表面にFeとNを主成分とする化合物層を形成させ、その下にFeとNを主成分とする拡散層を形成する窒化処理により、ベーンのすくなくとも側面のFeとNを主成分とする化合物層を除去したものや、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成させる窒化処理を行ない、ベーンの少なくとも側面のFeとSを主成分とする化合層を除去したものは、処理による結晶構造の変化がもたらす寸法変化に対応し、寸法の再調整のための研磨などにより、その化合物層を除去しても高摩耗耐力が得られる。   Further, a compound layer mainly composed of Fe and N is formed on the outermost surface of the vane, and a diffusion layer mainly composed of Fe and N is formed thereunder, so that at least Fe and N on the side surface of the vane are formed. Nitriding treatment in which a compound layer mainly composed of the main component is removed, a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane, and a diffusion layer mainly composed of Fe-N is formed thereunder, The one in which the compound layer mainly composed of Fe and S on the side surface of the vane is removed corresponds to the dimensional change caused by the change in the crystal structure due to the treatment. Even if removed, high wear resistance can be obtained.

ベーンと摺接するローラの材質は、縦弾性係数9.81×104 〜1.47×105 N/mm2 の鉄系材料で形成するが、縦弾性係数が小さすぎるとローラの摩耗耐力が不足であり、大きすぎると弾性変形を期待できず、ベーンとローラ間の応力低減が図れず耐摩耗耐力が得られない。 The material of the roller that is in sliding contact with the vane is formed of an iron-based material having a longitudinal elastic modulus of 9.81 × 10 4 to 1.47 × 10 5 N / mm 2 , but if the longitudinal elastic modulus is too small, the wear resistance of the roller is reduced. If it is insufficient and too large, elastic deformation cannot be expected, the stress between the vane and the roller cannot be reduced, and the wear resistance cannot be obtained.

本発明では基油の動粘度は特に限定されるものではない。しかし、基油の動粘度が40℃で30〜120mm2 /sであることが好ましい。基油の動粘度が30mm2/s未満では摺接部における摩耗を防止できない恐れがあり、120mm2 /sを超えると消費電力が大きくなるなど不経済となる恐れがある。 In the present invention, the kinematic viscosity of the base oil is not particularly limited. However, the kinematic viscosity of the base oil is preferably 30 to 120 mm 2 / s at 40 ° C. If the kinematic viscosity of the base oil is less than 30 mm 2 / s, there is a possibility that abrasion at the sliding contact portion cannot be prevented, and if it exceeds 120 mm 2 / s, there is a possibility that it becomes uneconomical such as an increase in power consumption.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、冷媒として、塩素基を含有しない冷媒、例えばR32、R125やR134aなどのHFC系冷媒、あるいはプロパン、ブタンなどの炭化水素類系冷媒、炭酸ガス、アンモニアなどの自然冷媒などの代替冷媒であっても良いし、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the refrigerant does not contain a chlorine group, for example, HFC refrigerants such as R32, R125 and R134a, or hydrocarbon refrigerants such as propane and butane, Alternative refrigerants such as natural refrigerants such as carbon dioxide and ammonia may be used, and various modifications may be made without departing from the scope of the claims.

本発明を適用する2シリンダ方式の回転圧縮機の断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-section of the 2 cylinder type rotary compressor to which this invention is applied. 図1に示した回転圧縮機のシリンダ、ローラ、ベーンなどの関係を示す断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing the relationship among cylinders, rollers, vanes, etc. of the rotary compressor shown in FIG. 1. 図1に示した回転圧縮機のベーンの説明図である。It is explanatory drawing of the vane of the rotary compressor shown in FIG. 図1に示した回転圧縮機のローラとベーンの関係を示す断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing a relationship between rollers and vanes of the rotary compressor shown in FIG. 1. 図1に示した回転圧縮機の回転軸の回転中心、ローラ中心とベーンの曲率半径の中心などの関係を示す断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing the relationship between the rotation center of the rotary shaft of the rotary compressor shown in FIG. 1, the center of the roller and the center of curvature radius of the vane. 図1に示した回転圧縮機の冷凍回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the refrigerating circuit of the rotary compressor shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

a 回転圧縮機
b 凝縮器
c 膨張装置
d 蒸発器
1 回転圧縮機
31、32 シリンダ
23 吸入口
35 吐出口
26 クランク部
38 ローラ
40 ベーン
a rotary compressor b condenser c expansion device d evaporator 1 rotary compressors 31 and 32 cylinder 23 suction port 35 discharge port 26 crank part 38 roller 40 vane

Claims (2)

分子中に塩素を含まないHFC系冷媒を用いた回転圧縮機において、
吸入口と吐出口を有するシリンダと、シリンダの軸線上に配設されるクランク部を有する回転軸と、クランク部とシリンダの間に配設されて偏心回転するローラと、シリンダに設けられる溝内を往復動してローラの外周面に摺接するベーンを有し、窒化処理により、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成させる窒化処理により処理されていることを特徴とする回転圧縮機。
In a rotary compressor using an HFC refrigerant that does not contain chlorine in the molecule,
A cylinder having a suction port and a discharge port, a rotary shaft having a crank portion disposed on the axis of the cylinder, a roller disposed between the crank portion and the cylinder and rotating eccentrically, and a groove provided in the cylinder And a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane by nitriding, and a diffusion mainly composed of Fe-N is formed thereunder. A rotary compressor characterized by being treated by a nitriding treatment for forming a layer.
窒化処理により、ベーンの最表面にFeとSを主体とした化合物層を形成させ、その下にFe−Nを主体とした拡散層を形成する窒化処理を行ない、ベーンの少なくとも側面のFeとSを主成分とする化合層を除去したことを特徴とする請求項1記載の回転圧縮機。 By nitriding, a compound layer mainly composed of Fe and S is formed on the outermost surface of the vane, and a diffusing layer mainly composed of Fe—N is formed thereunder, and Fe and S on at least the side surface of the vane are performed. The rotary compressor according to claim 1, wherein the compound layer mainly composed of is removed.
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