JP3958443B2

JP3958443B2 - ロータリコンプレッサ

Info

Publication number: JP3958443B2
Application number: JP22480898A
Authority: JP
Inventors: 健治小峰; 俊公青木
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP2000054973A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータリコンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にロータリコンプレッサは、シリンダと、シリンダに対して偏心回転が与えられるローラと、シリンダ内に延長突出され、前記ローラの外周面と常時先端が接触し合うベーンとを有し、ローラの偏心回転により、吸込ポートから取入れた冷媒を、シリンダ、ローラ、ベーンとで構成される圧縮室で圧縮し、吐出ポートから吐出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロータリコンプレッサのベーンとローラについては、加工の都合から、ベーンを工具鋼（ＳＫＨ）、ローラを合金鋳鉄としたものが多い。
【０００４】
一方、近年は、オゾン層破壊による地球環境の問題からＣＦＣ冷媒の使用禁止、ＨＣＦＣ冷媒の使用制限とＨＦＣ冷媒の採用に加え、地球温暖化防止に対応したＨＣ冷媒が採用されている。新たに採用されたこれらの冷媒は、コンプレッサの摺動部において、極圧剤としての働きをする物質（塩素）がなくなり、コンプレッサの摺動部（特に、混合潤滑部、境界潤滑部）の耐摩耗性が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は、前記問題点の解消を図ったロータリコンプレッサを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の請求項１にあっては、摺動し合う複数の摺動部品を有し、摺動する２面間で、負荷の加わる部品の総面積が小さい方となる摺動密度が高い摺動部品の硬度を、摺動密度の低い摺動部品の硬度より、高くしたロータリコンプレッサにおいて、前記硬度が高い摺動部品の面粗さを、硬度の低い摺動部品の面粗さより、小さくする。
【０００７】
これにより、摺動する２面間の一方の磨耗量が著しく増大するのを回避することが可能となるので、長時間に亘り安定した運転状態が得られるようになり、高い信頼性のコンプレッサが実現できる。
【０００８】
また、この発明の請求項２にあっては、摺動密度が高い摺動部品と摺動密度が低い摺動部品の２面間の硬度差がビッカース硬さＨＶで２５０以上となる材料組合せとする。
【０００９】
これにより、摺動密度が高い摺動部品の摩耗量が著しく改善されると共に、トータルの摩耗量をさらに低減できる。
【００１０】
また、この発明の請求項３にあっては、摺動密度が高い摺動部品と摺動密度が低い摺動部品の２面間の硬度差がビッカース硬さＨＶで２５０以上となるよう摺動密度が高い摺動部品に表面処理を施す。
【００１１】
これにより、摺動密度が高い摺動部品の摩耗量が著しく改善される。
【００１２】
また、この発明の請求項４によれば、使用する冷媒は、ＨＦＣ冷媒，あるいはＨＣ冷媒，あるいはＣＯ _２と塩素を含まない冷媒とする。
これにより、摺動部品の少なくとも一方で鉄系金属となるため、塩素を含む冷媒下で発生するような鉄の塩化物が形成されないため、耐摩耗的効果が現われ、信頼性の向上が図れる。
なお、この発明によれば、摺動部品の表面処理を窒化処理して、摺動密度が高い摺動部品の摩耗量をさらに改善し、長期間に亘り安定した運転状態が得られるようにしてもよい。
【００１６】
また、窒化処理された摺動部品をベーンとし、さらに、合金鋳鉄から成る摺動部品をローラとして、各摺動部品の面とりを、Ｃ０．０１以上０．１以下として、圧縮室の気密性を向上し、性能効率のアップが図れるようにしてもよい。
【００１７】
また、表面処理を、窒化処理後、バレル処理あるいはバフ研磨あるいはショットピーニング処理を行ない、摺動密度が高い摺動部品の面粗さを、より改善するだけでなく、表面の圧縮残留応力を増加させ、摺動し合う２面間の硬度差と相俟って摩耗量を著しく低減するようにしてもよい。
【００１９】
また、ショットピーニング処理を、０．４ｍｍ以下のショット材を用い、噴出速度１００ｍ／ｓ以上で行ない、圧縮残留応力を１０００ＭＰａとして、摺動密度が高い摺動部品の表面に、一時にエネルギが負荷されるようにすると共に、１０００ＭＰａとなる圧縮残留応力により、優れた耐摩耗性が確保されるようにしてもよい。
【００２１】
また、ベーンを窒化処理した後、その上層に、周期律表ＩＶ族あるいはＶ族あるいはＶＩ族の金属あるいは、それらの複合金属の窒化物層を形成して、ベーンを、窒化処理のみの場合に比べて、さらに良好な耐摩耗性の向上が図れるようにしてもよい。
【００２３】
また、ベーンの表面粗さを、Ｒｚ＝２．０以下、相手材を合金鋳鉄としその表面粗さをＲｚ＝２．５以下として、ベーンの表面粗さと合金鋳鉄の表面粗さを改善してトータルの耐摩耗性を向上させるようにしてもよい。
【００２５】
また、ベーンの、面取りをＣ０．０１以上、０．１以下として、圧縮室の気密性を向上し良好な圧縮性能が得られるようにしてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４の図面を参照しながらこの発明の実施形態について具体的に説明する。
【００３０】
図１において、１はロータリコンプレッサ３の密閉ケースを示している。密閉ケース１は、上端部に吐出管５を有すると共に、内部には、電動機構部７と圧縮機構部９がそれぞれ配置されている。
【００３１】
電動機構部７は、密閉ケース１の内壁面に固着されたステータ１１と、シャフト１３に装着されたロータ１５とから成り、ステータ１１が通電されることでロータ１５を介して前記シャフト１３に回転動力が与えられるようになっている。
【００３２】
圧縮機構部９は、フレーム１６を介して密閉ケース１の内壁面に固着されたシリンダ１７と、シリンダ１７内に配置されたローラ１９とで構成され、この実施形態ではシングルタイプとなっているが、ツインタイプであってもよい。
【００３３】
ローラ１９は、前記シャフト１３に設けられた偏心軸部２１に嵌挿され、偏心軸部２１の回転によって偏心回転が与えられるようになっている。
【００３４】
シャフト１３は、主軸受部材２３と副軸受部材２５とにより回転自在に軸支され、主軸受部材２３には吐出ポート２７が設けられている。
【００３５】
シリンダ１７には、吸込管２９と連通し合う吸込ポート３１と、ばね等による付勢手段３２によって前記ローラ１９の外周面と常時接触し合うプレート状のベーン３３が設けられ、シリンダ１７，ローラ１９，ベーン３３とにより冷媒を圧縮する圧縮室３５が作られるようになっている。冷媒は、ＨＦＣ冷媒が用いられるが、ＨＣ冷媒，あるいはＣＯ₂と塩素を含まない冷媒であってもよい。
【００３６】
圧縮室３５は、前記吐出ポート２７と連通し、吐出ポート２７はマフラ３７により覆われると共に、吐出弁３９と吐出弁３９の開度を制限する弁ストッパ４１を有している。
【００３７】
なお、マフラ３７の周縁フランジは、ボルト４３により前記主軸受部材２３に固着され、上面には、マフラ吐出口４５が設けられている。
【００３８】
このように構成されたロータリコンプレッサ３において、負荷の加わる部分の総面積が小さい方となる摺動密度が高いベーン３３を、ステンレス鋼あるいは工具鋼に窒化処理を施し、表面硬度をＨＶ１０００以上とする一方、ベーン３３と相対摺動し合う摺動密度の低いローラ１９を、モリブデン，ニッケル，クロムを含有する硬度ＨｒＣ５０（ＨＶ５２０相当）程度の合金鋳鉄を用いると、硬度差がビッカース硬さＨＶで２５０以上となる。このため、例えば、図４に示す如く一方のベーン３３をＨｒＣ６０（ＨＶ７００相当）軸受け鋼にして硬度差が充分でない時に比較して、トータル摩耗量が著しく改善されることがわかる。また、冷媒は、一方が鉄系金属となるため、塩度を含む冷媒下で発生するような塩化物が形成されないことと相俟って確実な潤滑が確保され、信頼性の高いロータリコンプレッサが実現できる。
【００４０】
また、ステンレス鋼に窒化処理を施したベーン３３と、モリブデン，ニッケル，クロムを含有した合金鋳鉄のローラ１９とにおいて、ローラ１９の面粗さＲｚ＝２．５とし、ベーン３３の面粗さを割付耐久試験（Ｒ４１０Ａ冷媒下で、吐出圧力４．３ＭＰａ、吸込み圧力１．０ＭＰａ、吐出ガス温度１２５℃にて１０００ｈ）を行なった時の結果を図５に示す。図５に示す如くベーン３３の面粗さが、ローラ１９の面粗さＲｚ２．５より小さい２．０以下でベーンとローラのトータル摩耗量が少なく、ベーン３３の面粗さがＲｚ＝２．５以上になると、トータル摩耗量が急速に増加することがわかる。
【００４１】
前記実施形態にあっては、表面を窒化処理した手段となっているが、窒化処理後、バレル処理、バフ研磨、ショットピーニング処理を用いることにより、表面粗さを改善するだけでなく、表面の圧縮残留応力を１０００ＭＰａとなるよう増加させることが可能となり、さらに良好な耐摩耗性が得られる。
【００４２】
この場合、例えばショットピーニング処理にあっては、０．４ｍｍ以下のショット材を用い、噴出速度１００ｍ／ｓ以上で行なうことで、表面にエネルギーが負荷され、圧縮残留応力を１０００ＭＰａに出来るようになる。
【００４３】
また、窒化処理されたベーン３３について、表面粗さを向上させた後に、さらにその上層に、周期律表ＩＶ，Ｖ，ＶＩ、あるいはそれらの複合金属の窒化物層を形成し、ベーン３３の表面粗さをＲｚ＝２．５以下、ローラ１９を合金鋳鉄で表面粗さＲｚ＝２．０以下とすることで、窒化処理のみに比べて、さらに良好な耐摩耗性が得られるようになり、信頼性の高いロータリコンプレッサが実現できる。
【００４４】
また、図３に示す如く、ベーン３３及びローラ１９の面取りＲを、Ｃ０．０１以上０．１以下とすることで、圧縮室３５の良好な気密を確保し、性能向上が図れる。
【００４５】
特に、面取りＲが０．１を越えるとローラ１９、ベーン３３及びシリンダ１７とにより形成される圧縮室３５の気密性が急激に低下し、体積効率が悪化することがわかっている。これは、面取りＲを０．０１以下とすると、平面あるいは曲面加工時に発生するバリが完全に除去できないこと、また、適当な油膜が保持できない等の理由により、焼付きや異常摩耗等の信頼性問題が発生するものと考えられる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明のロータリコンプレッサによれば、摺動する２面間の耐摩耗性の向上を図ることが出来るため、長期間に亘り安定した運転状態が得られる。これにより信頼性の高いロータリコンプレッサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるロータリコンプレッサの概要切断面図。
【図２】シリンダ、ローラ、ベーンの関係を示した断面図。
【図３】ローラとベーンの斜視図。
【図４】材質によるベーンとローラのトータル摩耗量の説明図。
【図５】面粗さによるベーンとローラのトータル摩耗量の説明図。
【符号の説明】
１９ローラ（摺動部品）
３３ベーン（摺動部品）

Claims

摺動し合う複数の摺動部品を有し、摺動する２面間で、負荷の加わる部品の総面積が小さい方となる摺動密度が高い摺動部品の硬度を、摺動密度の低い摺動部品の硬度より、高くしたロータリコンプレッサにおいて、前記硬度が高い摺動部品の面粗さを、硬度の低い摺動部品の面粗さより、小さくしたことを特徴とするロータリコンプレッサ。
摺動密度が高い摺動部品と摺動密度が低い摺動部品の２面間の硬度差がビッカース硬さＨＶで２５０以上となる材料組合せとしたことを特徴とする請求項１記載のロータリーコンプレッサ。
摺動密度が高い摺動部品と摺動密度が低い摺動部品の２面間の硬度差がビッカース硬さＨＶで２５０以上となるよう摺動密度が高い摺動部品に表面処理を施したことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のロータリコンプレッサ。
使用する冷媒は、ＨＦＣ冷媒，あるいはＨＣ冷媒，あるいはＣＯ2 と塩素を含まない冷媒であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロータリコンプレッサ。