JP2007023984A - Sliding member of compressor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍空調に使用されている圧縮機の摺動部材とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a sliding member of a compressor used for refrigeration and air conditioning in various applications regardless of business use and non-business use, and a manufacturing method thereof.
従来の圧縮機の摺動部材とその製造方法は、基材と表層部の二層構造にして表層部を基材と同じ粉末焼結材で構成しているものであり、基材に偏析部が存在しても、表層部がシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い旋回スクロール部材を形成している(例えば、特許文献1参照)。 A conventional sliding member of a compressor and a manufacturing method thereof have a two-layer structure of a base material and a surface layer part, and the surface layer part is composed of the same powder sintered material as that of the base material. Even if there is, the surface layer part is a powder sintered material that is uniformly dispersed, such as silicon, so the cutting finish surface is also good, and there is no reliability where the silicon drop-off part that causes fatigue fracture occurs on the surface. A high turning scroll member is formed (see, for example, Patent Document 1).
図6、図7は特許文献1に記載された従来の圧縮機の摺動部材とその製造方法を示すものである。図に示すように、旋回スクロールは、円板状の鏡板1、その上面部1cから渦巻状に直立して形成されるラップ部2、および軸受部3から構成されている。ラップ部の高さは、その肉厚の約6倍程度になっている。鏡板1およびラップ部2の基材1b、2bは一体に形成されており、材質は30%のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板1の上面部1cおよび側面部1dとラップ部2のラップ表層部2aとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
しかしながら、前記従来の構成では、軟らかいアルミニウムをベースとして硬いシリコンを30%も含有しているため、表層部1a、2aは粗く、その表面粗さを十分小さくできないという問題を有する。その結果、高負荷運転時、特にCO2冷媒における高差圧運転では高面圧となり、粗さの山が相手材料と接触して金属接触に至る可能性があり、摺動損失が増加して効率の低下を招く恐れがある。 However, since the conventional structure contains 30% of hard silicon based on soft aluminum, the surface layer portions 1a and 2a are rough and the surface roughness cannot be sufficiently reduced. As a result, during high load operation, especially in high differential pressure operation with CO2 refrigerant, the surface pressure becomes high, and there is a possibility that the crest of roughness will come into contact with the mating material and lead to metal contact, increasing the sliding loss and increasing the efficiency. There is a risk of lowering.
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、軟質基材に硬質粒子を分散してなる材料で構成され、油膜形成能力が高い圧縮機の摺動部材とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and provides a sliding member of a compressor which is made of a material obtained by dispersing hard particles in a soft base material and has a high oil film forming ability, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明の圧縮機の摺動部材とその製造方法は、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で摺動部材を構成し、摺動部材の少なくとも摺動表面に硬質微粒子を噴射した後に、弾性体で構成し少なくとも表層部に砥粒を分散させた研摩材を摺動部材の少なくとも摺動表面に投射し、摺動部材の表層部を形成する塑性変形層を加工して硬質粒子を露出させるとともに軟質基材にディンプルと浅く細かい凹部を形成させたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the sliding member of the compressor and the manufacturing method thereof according to the present invention include a sliding member made of a material in which hard particles are dispersed in a soft substrate, and at least the sliding surface of the sliding member. After the hard fine particles are sprayed onto the plastic deformation layer, an abrasive material composed of an elastic body and having abrasive grains dispersed at least on the surface layer portion is projected onto at least the sliding surface of the sliding member to form the surface layer portion of the sliding member Are processed to expose hard particles and to form dimples and shallow fine recesses on a soft base material.
これによって、軟質基材の表面にはその一部にディンプル、すなわち油溜りが形成され、残りには研摩材の投射によって平滑化されているが、浅く細かい凹部が多数形成されている。そして適度に露出された硬質粒子によって相手材料と軟質基材表面の浅い凹部との間に適度な隙間が形成され、ディンプルから補給される潤滑油も加わって潤滑油の楔効果が発揮されて十分厚い油膜が形成される。従って、油膜形成能力が高い摺動部材が得られるものである。 As a result, dimples, that is, oil reservoirs are formed on a part of the surface of the soft base material, and the rest are smoothed by the projection of the abrasive, but many shallow and fine concave portions are formed. Then, moderately exposed hard particles form an appropriate gap between the counterpart material and the shallow concave portion on the surface of the soft substrate, and the lubricating oil replenished from the dimples is also added to exert the wedge effect of the lubricating oil. A thick oil film is formed. Therefore, a sliding member having a high oil film forming ability can be obtained.
本発明の圧縮機の摺動部材とその製造方法は、摺動によるロスが少なく、かつ耐久性の高い圧縮機の摺動部材を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The sliding member of the compressor and the manufacturing method thereof according to the present invention can provide the sliding member of the compressor with little loss due to sliding and high durability.
第1の発明は、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で摺動部材を構成し、摺動部材の少なくとも摺動表面に硬質微粒子を噴射した後に、弾性体で構成し少なくとも表層部に砥粒を分散させた研摩材を摺動部材の少なくとも摺動表面に投射し、摺動部材の表層部を形成する塑性変形層を加工して硬質粒子を露出させるとともに軟質基材にディンプルと浅く細かい凹部を形成させることにより、油膜形成能力が高い摺動表面となり、摺動によるロスが少ない圧縮機の摺動部材が得られる。 1st invention comprises a sliding member with the material which disperse | distributed the hard particle | grains to the soft base material, and sprays a hard fine particle on at least the sliding surface of a sliding member, Then, it comprises with an elastic body and at least in a surface layer part Abrasive material in which abrasive grains are dispersed is projected onto at least the sliding surface of the sliding member, the plastic deformation layer forming the surface layer portion of the sliding member is processed to expose the hard particles, and the soft base material is dimple and shallow. By forming fine concave portions, a sliding surface having a high oil film forming ability is obtained, and a sliding member for a compressor with little loss due to sliding can be obtained.
第2の発明は、第1の発明の硬質粒子の露出高さを1μm以下とし、かつ硬質粒子の露出量を面積率で4.7%以上としたことにより、潤滑油の油性効果が大きくなり、耐焼付き性が高い圧縮機の摺動部材が得られる。 In the second invention, the oily effect of the lubricating oil is increased by setting the exposed height of the hard particles of the first invention to 1 μm or less and the exposed amount of the hard particles to 4.7% or more in area ratio. A sliding member for a compressor having high seizure resistance can be obtained.
第3の発明は、第1または第2の発明の軟質基材を固体潤滑材で被服したことにより、固体潤滑作用によって相手材との馴染み性が発揮されるようになり、始動運転や過渡運転に適した圧縮機の摺動部材が得られる。 According to the third invention, the soft base material of the first or second invention is covered with the solid lubricant, so that the familiarity with the counterpart material is exhibited by the solid lubricating action, and the starting operation and the transient operation are performed. A compressor sliding member suitable for the above can be obtained.
第4の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明の軟質基材をAlとし、硬質粒子をSiとしたことにより、軽くかつ耐焼付き性が高くなり、軽量化に適した高い圧縮機の摺動部材が得られる。 According to a fourth aspect of the present invention, the soft base material of any one of the first to third aspects is made of Al and the hard particles are made of Si, so that light and seizure resistance is improved and high compression suitable for weight reduction is achieved. A sliding member of the machine is obtained.
第5の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明の軟質基材をFe系材料とし、硬質粒子を炭化物としたことにより、靭性が高くなり、機械強度が高い圧縮機の摺動部材が得られる。 According to a fifth aspect of the present invention, the soft base material of any one of the first to third aspects is made of an Fe-based material, and the hard particles are made of carbide. A member is obtained.
第6の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明の軟質基材をMg合金としたことにより、更に軽量になり、高速運転に適した圧縮機の摺動部材が得られる。 In the sixth invention, the soft base material of any one of the first to third inventions is made of an Mg alloy, so that the weight of the soft base material can be further reduced, and a compressor sliding member suitable for high-speed operation can be obtained.
第7の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明の軟質基材を樹脂としたことにより、小型化が可能となり、低圧な空気圧縮機などに適した圧縮機の摺動部材が得られる。 In the seventh invention, since the soft base material of any one of the first to third inventions is made of resin, it is possible to reduce the size, and a compressor sliding member suitable for a low-pressure air compressor or the like is provided. can get.
第8の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明の圧縮機をスクロール圧縮機とし、摺動部材を旋回スクロールとしたことにより、摺動によるロスが少なくなり、効率の高いスクロール圧縮機が得られる。 In an eighth aspect of the present invention, the compressor according to any one of the first to seventh aspects is a scroll compressor and the sliding member is an orbiting scroll, so that loss due to sliding is reduced and scroll compression is highly efficient. A machine is obtained.
第9の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明の圧縮機をスライディングベーン型ロータリ圧縮機とし、摺動部材をシリンダとし、シリンダの内周面の少なくとも吐出切欠きの開始位置から上死点までの範囲に研摩材を投射したことにより、シリンダの重量が軽くなり、軽量なスライディングベーン型ロータリ圧縮機が得られる。 In a ninth aspect of the invention, the compressor according to any one of the first to seventh aspects is a sliding vane type rotary compressor, the sliding member is a cylinder, and at least the discharge notch starting position on the inner peripheral surface of the cylinder. By projecting the abrasive to the top dead center, the weight of the cylinder is reduced, and a lightweight sliding vane type rotary compressor is obtained.
第10の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明の圧縮機をスライディングベーン型ロータリ圧縮機とし、摺動部材をベーンとしたことにより、ベーンの耐摩耗性が高くなり、耐久性の高いスライディングベーン型ロータリ圧縮機が得られる。 In the tenth invention, the compressor of any one of the first to seventh inventions is a sliding vane type rotary compressor, and the sliding member is a vane. High sliding vane type rotary compressor.
第11の発明は、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で摺動部材を構成し、摺動部材の少なくとも摺動表面に硬質微粒子を噴射した後に、弾性体で構成しかつ少なくとも表層
部に砥粒を分散させた研摩材を摺動部材の少なくとも摺動表面に投射し、摺動部材の表層部で硬質粒子を覆う塑性変形層を加工することにより、摺動部材の部分的な加工が可能となり、低価格な圧縮機の摺動部材が得られる。
In an eleventh aspect of the invention, the sliding member is made of a material in which hard particles are dispersed in a soft base material, the hard fine particles are injected onto at least the sliding surface of the sliding member, and then made of an elastic body and at least the surface layer portion. Abrasive material in which abrasive grains are dispersed is projected onto at least the sliding surface of the sliding member, and the plastic deformation layer covering the hard particles is processed on the surface layer portion of the sliding member, thereby partially processing the sliding member. Thus, a low-cost compressor sliding member can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施例によるスクロール圧縮機の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a scroll compressor according to a first embodiment of the present invention.
図1において、4は密閉容器、5は吸入管、6は吐出管である。密閉容器4内には圧縮機構部7とモータ部(図示せず)が内蔵されている。圧縮機構部7はフレーム8に固定された固定スクロール9と、固定スクロール9に対向配置された旋回スクロール10と、旋回スクロール10とフレーム8との間に設けられたオルダムリング11と、モータ部に連結されているクランク軸12より構成されている。
In FIG. 1, 4 is a sealed container, 5 is a suction pipe, and 6 is a discharge pipe. A
固定スクロール9は鏡板9a、はね9b、吸入ポート9c、吐出ポート9dから構成され、吸入ポート9cには吸入管5が接続されている。図2に旋回スクロール10の断面図を示す。旋回スクロール10は鏡板10a、10b、はね10c、軸受10dから構成され、はね10cの高さは固定スクロール9のはね9bの高さより低く設定されている。また、フレーム8には環状溝13にシール部材14が設けられ、シール部材14の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール10は固定スクロール9に押付けられ、旋回スクロール10と固定スクロール9の軸方向の隙間がシールされている。
The fixed scroll 9 includes an
図3に旋回スクロール10の鏡板10a付近の断面組織を示す。旋回スクロール10は軟質基材であるAl15aに硬質粒子である平均粒子径が3〜5μmの微細な共晶Si15dが分散しているAl−Si合金より構成されている。固定スクロール9の鏡板9a、特にはね9bの先端に押付けられて摺働する旋回スクロール10の鏡板10aの少なくともシール部材14の内側で高圧のかかる部分は、始めに、平均粒子径が10〜100μmのシリカやアルミナなどの硬質微粒子が空気や水とともに噴射され、次に、少なくとも表層部に平均粒子径が0.1〜10μmのSiCやアルミナなどの砥粒が分散された平均粒子径が0.1〜10mmのゴムよりなる研摩材が投射されて表層部の塑性変形層が加工されている。すなわち、Al地は、その山が除去されて平滑化されているが、その一部にはφ5〜30μmのディンプル15bが形成され、残りには浅く細かい深さ1μm以下、好ましくは0.5μm以下の凹部、すなわち傷15cが多数形成されている。また、共晶Si15dを覆う表層部のAlは除去されて共晶Si15dは露出されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure in the vicinity of the
次に、動作について説明する。 Next, the operation will be described.
モータ部の回転はクランク軸12を介して旋回スクロール10に伝達され、オルダムリング11と協働して旋回スクロール10を旋回運動させる。この旋回運動によって互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール10と固定スクロール9のはね10c、9bは吸入管5から吸入ポート9cを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は吐出ポート9dから密閉容器4内に吐出され、吐出管6から密閉容器4外に導き出される。密閉容器4内は高圧になっている。
The rotation of the motor unit is transmitted to the
さて、HFC冷媒における高負荷運転時や特にCO2冷媒による高差圧運転時において摺動状態が厳しくなる旋回スクロール10の鏡面10aのディンプル15bに溜まっている潤滑油は固定スクロール9のはね9bの先端との摺動に伴い傷15cに供給され、そこで潤滑油の楔効果が発揮され、十分厚い油膜が形成される。従って、金属接触を防止でき
、摺動によるロスを小さくできる。
Now, the lubricating oil accumulated in the
また、共晶SiをAl地より1μm以下、好ましくは0.5μm以下で凸とし、その露出量を面積率で4.7%以上にすることにより、共晶Si15dのエッジ部が適度に丸められ、潤滑油は共晶Si15dに吸着されて油性効果を発揮し、共晶Si15dの非凝着性の効果も加わって、耐焼付き性を大幅に向上できる。なお、Si面積率4.7%は実験的に求めた、耐焼付き性を確保するのに必要な露出量である。
Further, the eutectic Si is made convex at 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less from the Al base, and the exposed amount is set to 4.7% or more in area ratio, so that the edge portion of the
また、シール部材14の内側に過大な圧力が発生するが、適度に露出された非凝着性の高い微細な共晶Si15dの粒子が固定スクロール9のはね9bの先端を支えるため、また共晶Si15dに吸着された潤滑油の油性効果によって焼付きは防止され、運転可能な負荷範囲が広いスクロール圧縮機が得られる。
In addition, an excessive pressure is generated inside the
また、固体潤滑材を旋回スクロール10の鏡板10aに塗布すると、馴染み性が向上し、始動時や過渡運転時の運転特性を向上できる。
In addition, when a solid lubricant is applied to the
また、軟質基材をFe系材料とし硬質粒子を炭化物とすると、旋回スクロール10の靭性が高くなり、はね10cの高さを上げることができ、能力の大きいスクロール圧縮機が得られる。
If the soft base material is Fe-based material and the hard particles are carbide, the toughness of the orbiting
また、軟質基材をMg合金を用いると、大幅に軽くなり、高速化によって能力制御巾が大きいスクロール圧縮機が得られる。 In addition, when an Mg alloy is used as the soft substrate, a scroll compressor having a large capability control width can be obtained by increasing the speed.
また、軟質基材として樹脂を用いると、射出成形などによる小型化できるようになり、低圧な空気圧縮などに適したスクロール圧縮機が得られる。 Further, when a resin is used as the soft base material, it becomes possible to reduce the size by injection molding or the like, and a scroll compressor suitable for low-pressure air compression or the like can be obtained.
また、この製造方法によって、摺動表面のみの加工が可能となり、摺動部材全体を加工する必要がないので、短時間かつ低コストで摺動部材の加工ができるものである。 In addition, this manufacturing method makes it possible to process only the sliding surface, and it is not necessary to process the entire sliding member, so that the sliding member can be processed in a short time and at low cost.
(実施の形態2)
図4、図5は本発明の第2の実施例によるスライディングベーン型ロータリ圧縮機の断面図である。
(Embodiment 2)
4 and 5 are sectional views of a sliding vane type rotary compressor according to a second embodiment of the present invention.
図に示すように、圧縮機21は、シリンダ22と、ロータ23と、ベーン24と、前部側板25と、後部側板26と、駆動軸27で構成されている。シリンダ22は内周面を摺接面とした筒状に形成されている。このシリンダ22は前部側板25と後部側板26との間にボルトで固定されている。駆動軸27は前部側板25の軸受28と後部側板26の軸受29によって支持されている。この駆動軸27には円柱状のロータ23が軸着されている。ロータ23にはベーン溝30が形成され、ベーン溝30には、ベーン24が摺動自在に収納されている。背圧室31の圧力によってベーン24はベーン溝30から突出する方向に付勢されている。そして、ベーン24の先端はシリンダ22の内周面に摺接しながらロータ23とともに回転し、隣り合うベーン24の間に吸入室32と圧縮室33が形成される。吸入室32は、シリンダ22に設けられた吸入口34に連通し、上記圧縮室33はシリンダ22に設けられた吐出切欠き36を介して吐出口35に連通している。吐出口35はリアケース37に通じ、高圧となっているリアケース37内の下部には潤滑油38が貯留されている。なお、36aは吐出切欠き36の開始位置であり、39は上死点の位置であり、シリンダ22とロータ23の隙間が最も小さく設定されている。
As shown in the drawing, the
シリンダ22は、軟質基材であるAlに硬質粒子で平均粒子径が30〜50μmと比較的大きな初晶Siと平均粒子径が3〜5μmの微細な共晶Siが分散しているAl−Si合
金より構成されている。シリンダ22の内周面の少なく吐出切欠36の開始位置36aと上死点位置39の範囲は、始めに、平均粒子径が10〜100μmのシリカやアルミナなどの硬質微粒子が空気や水とともに噴射され、次に、少なくとも表層部に平均粒子径が0.1〜10μmのSiCやアルミナなどの砥粒を分散させた平均粒子径が0.1〜1.0mmのゴムよりなる研摩材が投射されて表面の塑性変形層が加工されている。
The
すなわち、Al地は、その山が除去されて平滑化されているが、その一部にはφ5〜30μmのディンプルが形成され、残りには浅く細かい深さ1μm以下、好ましくは0.5μm以下の凹部、すなわち傷が多数形成されている。また、Siはそれを覆うAlが除去されてAl地より1μm以下、好ましくは0.5μm以下の凸とし、面積率で4.7%以上露出されている。なお、ベーン24の先端にはNi−P系メッキ層が形成されている。
That is, the Al ground is smoothed by removing the peaks, but a part thereof is formed with dimples of φ5 to 30 μm, and the rest is shallow and fine depth of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. Many concave portions, that is, scratches are formed. Further, Si is removed from the Al covering it, and has a convex of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less from the Al ground, and is exposed at an area ratio of 4.7% or more. Note that a Ni-P plating layer is formed on the tip of the
以下に本実施例による圧縮機の動作について説明する。 The operation of the compressor according to this embodiment will be described below.
エンジンからベルトを介して圧縮機21の駆動軸27に動力が伝達されロータ23が回転する。この回転による遠心力と背圧室31の圧力によってベーン24はベーン溝30から突出し、ベーン24の先端はシリンダ22の内周面に摺接しながらロータ23とともに回転する。ロータ23の回転に伴って、冷媒は吸入口34から吸入室32に吸入され、その後圧縮室33で圧縮されて吐出口35そしてリアケース16を経て外部に吐出される。潤滑油38は、その一部がシリンダ22に供給され、前部側板25、後部側板26とロータ23との隙間やシリンダ22内周面の潤滑が行われる。
Power is transmitted from the engine to the
さて、高負荷運転時においては、ベーン24が吐出切欠き36の開始位置36aを通過すると吐出ポート35と吐出切欠き36が形成するデッドボユ−ムの再膨張によってベーン24の先端に作用する圧力が急激に下がり、ベーン24をシリンダ22の内周面に押付ける力が急増する。しかし、ベーン24の摺動によってディンプルに溜まっている油が浅い凹部である傷に供給されて潤滑油の楔効果が現れ、また、適度に露出された非凝着性の高いSiの適度に丸められたエッジに吸着された潤滑油が油性効果を発揮するため、耐焼付き性が高い、そして軽量なスライディングベーン型ロータリ圧縮機が得られる。
During high load operation, when the
また、シリンダ22を鋳鉄とし、ベーン24を初晶Siをガスアトマイズによって平均粒子径が3〜5μmと微細にしたAl−Si合金で構成し、ベーン24の摺動表面に、始めに平均粒子径が10〜100μmのシリカやアルミナなどの硬質微粒子が空気や水とともに噴射し、次に少なくとも表層部に平均粒子径が0.1〜10μmのSiCやアルミナなどの砥粒を分散させた平均粒子径が0.1〜1.0mmのゴムよりなる研摩材が投射して表面の塑性変形層を加工することによって、Al地は、その山が除去されて平滑化されているが、その一部にφ5〜30μmのディンプルが形成され、残りには浅く細かい深さ1μm以下、好ましくは0.5μm以下の凹部、すなわち傷が多数形成され、Siはそれを覆うAlが除去されてAl地より1μm以下、好ましくは0.5μm以下の凸となり、面積率で4.7%以上露出される。その結果、ベーン24の摺動表面において潤滑油の楔効果や油性効果が発揮され、また露出されたSiによって非凝着性も加わって、ベーン24の耐久性はあがり、長寿命のスライディングベーン型ロータリ圧縮機が得られる。
Further, the
以上のように、本発明にかかる圧縮機の摺動部材とその製造方法は、摺動によるロスが少なく、耐久性の高い圧縮機の摺動部材が得られるので、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍空調や給湯等の圧縮機や各種流体機械にも適用できる。 As described above, since the sliding member of the compressor and the manufacturing method thereof according to the present invention have a low loss due to sliding and a highly durable sliding member of the compressor is obtained, it is used for business and non-business purposes. It can be applied to compressors and various fluid machinery such as refrigeration air conditioning and hot water supply for various purposes.
10 旋回スクロール
10a、10b 鏡板
15a Al地
15b ディンプル
15c 浅く細かい傷
15d 共晶Si
10
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