JP4872483B2 - Compressor - Google Patents
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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に関するものである。 The present invention relates to a compressor used for refrigerating and air-conditioning for various uses regardless of business use and non-business use.
従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールは、特許文献1に開示されており、その構成を図5と図6に示す。図5は旋回スクロールの部分断面図であり、図6に旋回スクロールの外観を示す斜視図である。
A conventional orbiting scroll of a scroll compressor is disclosed in
旋回スクロールは、円板状の鏡板21、その上面部21cから渦巻状に直立して形成されるラップ部22、および軸受部23から構成されている。ラップ部の高さは、その肉厚の約3倍程度になっている。鏡板21およびラップ部22の基材21b、22b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21の上面部21cおよび側面部21dとラップ部22のラップ表層部22aとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
The orbiting scroll is composed of a disc-
このように構成された旋回スクロールは、軽量であるため毎分1万回転前後の高速回転においても軸受機構等に対する面圧などのダメージが小さい。また、基材21b、22bには偏析部が存在しても、表層部21a、22a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が形成される。
Since the orbiting scroll configured in this way is lightweight, damage such as surface pressure on the bearing mechanism or the like is small even at a high speed of about 10,000 revolutions per minute. In addition, even if there are segregated parts in the
したがって、この旋回スクロールを搭載すればスクロール圧縮機は高速回転が可能となり、小形、軽量、かつ高効率、高信頼性が達成できる。
冷凍空調用の冷媒としてはR410A、R407CやR134aなどのHFC冷媒が使われているが、GWPが1300〜1700と高く、地球温暖化を抑制するために低GWP冷媒への変更が強く求められている。候補冷媒としては、例えば二酸化炭素が挙げられる。 HFC refrigerants such as R410A, R407C, and R134a are used as refrigerants for refrigeration and air conditioning, but GWP is as high as 1300 to 1700, and there is a strong demand for changing to low GWP refrigerants to suppress global warming. Yes. An example of the candidate refrigerant is carbon dioxide.
冷凍空調の温度範囲では二酸化炭素の圧力は非常に高く、旋回スクロールのスラスト部は面圧が上昇して摺動状態はより厳しくなる。また二酸化炭素は極性が小さく、合成油では拡散しにくくなり、潤滑油に粘度むらができやすくなる。そのため、旋回スクロールのスラスト部では油膜形成が安定せず、油膜が部分的に切れて潤滑性の低下を招く恐れがある。従って、摺動部の表層部がアルミニウム合金の粉末燒結体で形成されていても摩耗が増大する可能性があり、摩耗の抑制が二酸化炭素による低GWP化の課題となっている。 In the temperature range of the refrigeration and air conditioning, the pressure of carbon dioxide is very high, and the thrust portion of the orbiting scroll increases in surface pressure, making the sliding state more severe. In addition, carbon dioxide has a small polarity and is difficult to diffuse with synthetic oil, and uneven viscosity is likely to occur in the lubricating oil. For this reason, the oil film formation is not stable in the thrust part of the orbiting scroll, and the oil film may be partially cut to cause a decrease in lubricity. Therefore, even if the surface layer portion of the sliding portion is formed of an aluminum alloy powder sintered body, wear may increase, and suppression of wear is an issue of low GWP due to carbon dioxide.
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、低GWP冷媒に適した圧縮機を提供することを目的とする。 This invention solves such a conventional problem, and it aims at providing the compressor suitable for a low GWP refrigerant | coolant.
上記課題を解決するために、本発明は、GWPが150以下でR134aより極性が低い冷媒を用い、軟質基材に硬質粒子が分散している材料で摺動部材を構成するとともに、
摺動部材の表層部に傾斜層を設けて表面を軟質基材リッチにしたものである。
In order to solve the above problem, the present invention uses a refrigerant having a GWP of 150 or less and a polarity lower than that of R134a, and constitutes a sliding member with a material in which hard particles are dispersed in a soft substrate.
An inclined layer is provided on the surface layer of the sliding member to make the surface rich with a soft base material.
これによって、摺動部材の摺動面が平滑化されて摺動面における油膜形成能力は向上することになり、低GWPで極性の低い冷媒による潤滑性への影響が抑制され、摺動部材の摩耗は防止されることとなる。 As a result, the sliding surface of the sliding member is smoothed and the oil film forming ability on the sliding surface is improved, and the influence on the lubricity due to the low GWP and low polarity refrigerant is suppressed. Wear is prevented.
本発明の圧縮機は、低GWPに適したものであり、冷凍空調装置が及ぼす地球温暖化への影響を十分抑制できる。 The compressor of the present invention is suitable for low GWP, and can sufficiently suppress the influence of the refrigeration air conditioner on global warming.
請求項1に記載の発明は、R134aより極性が低くかつGWPが150以下である冷媒を用い、軟質基材に硬質粒子が分散している材料で摺動部材を構成するとともに、摺動部材の表層部に傾斜層を設けて表面を軟質基材リッチにすることにより、摺動面における油膜形成能力が向上することになり、低GWP冷媒に適した圧縮機が得られる。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、摺動部材の表層部の傾斜層は、少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分は表層部の軟質基材を除去して根の深い硬質粒子を露出させることにより、過渡運転における摺動部材の耐久性能が高くなり、多冷媒に強い圧縮機が得られる。
In the invention according to
請求項3に記載の発明は、硬質粒子はエッジを丸めてその露出高さを1μm以下とし、硬質粒子の周辺にある軟質基材には圧縮の残留応力を付与するとともに、酸素濃度が3〜30wt%の酸化被膜を形成させることにより、高負荷における摺動部材の油膜形成能力が高くなり、高負荷における消費電力が少ない高効率な圧縮機が得られる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明は、硬質粒子は面積率で4.7%以上露出させることにより、摺動部材の耐荷重性能が高くなり、運転可能な負荷範囲が広い圧縮機が得られる。
In the invention according to
請求項5に記載の発明は、摺動部材の材料をAl−Si系合金とすることにより、摺動部材が軽くて運転可能な回転数が高くなり、能力制御幅が広い圧縮機が得られる。
In the invention according to
請求項6に記載の発明は、Siを共晶Si又は微細化された初晶Siとすることにより、摺動部材の非凝着性が高くなり、潤滑油切れに強い高い圧縮機が得られる。 In the invention according to claim 6, when Si is eutectic Si or refined primary crystal Si, the non-adhesiveness of the sliding member is increased, and a high compressor resistant to lubricating oil is obtained. .
請求項7に記載の発明は、摺動部材を旋回スクロールとし、圧縮機をスクロール圧縮機とすることにより、トルク変動が小さくて低振動かつ低騒音となり、集合住宅用空調装置に適した静粛な圧縮機が得られる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the sliding member is the orbiting scroll and the compressor is the scroll compressor, the torque fluctuation is small, and the vibration and noise are low. A compressor is 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、1は密閉容器、2は吸入管、3は吐出管である。密閉容器1内には圧縮機構部4とモータ部(図示せず)が内蔵されている。圧縮機構部4はフレーム5に固定された固定スクロール6と、固定スクロール6に対向配置された旋回スクロール7と、旋回スクロール7とフレーム5との間に設けられたオルダムリング8と、モータ部に連結されているクランク軸9より構成されている。
In FIG. 1, 1 is a sealed container, 2 is a suction pipe, and 3 is a discharge pipe. A
固定スクロール6は鏡板6a、はね6b、吸入ポート6c、吐出ポート6dから構成され、吸入ポート6cには吸入管2が接続されている。図2に旋回スクロール7の断面図を示す。旋回スクロール7は鏡板7a、7b、はね7c、軸受7dから構成され、はね7cの高さは固定スクロール6のはね6bの高さより低く設定されている。また、フレーム5には環状溝10にシール部材11が設けられ、シール部材11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7は固定スクロール6に押付けられ、旋回スクロール7と固定スクロール6の軸方向の隙間がシールされている。
The fixed scroll 6 includes an
図3に旋回スクロール7の表層部の断面組織の模式図を示す。旋回スクロール7は軟質基材であるAl12に硬質粒子である微細な共晶Si13を分散させたAl−Si系合金14よりなり、表層部には傾斜層15が形成されている。表面に近づくに従って共晶Si13の量が減少し、表面はAl12リッチになっている。Al12は延性の効果で表面は平滑化されて粗さがRmax1.0以下と小さく、非常に滑らかになっている。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a cross-sectional structure of the surface layer portion of the
冷媒は二酸化炭素であり、GWPは1.0であり、極性に関する双極子モーメントは分子構造が対称なので0デバイである。一方、R134aの双極子モーメントは2.06デバイである。なお、潤滑油は合成油である。 The refrigerant is carbon dioxide, GWP is 1.0, and the dipole moment with respect to polarity is 0 debye because the molecular structure is symmetric. On the other hand, the dipole moment of R134a is 2.06 debye. The lubricating oil is a synthetic oil.
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9を介して旋回スクロール7に伝達され、オルダムリング8と協働して旋回スクロール7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7のはね7cと固定スクロール6のはね6bは吸入管2から吸入ポート6cを介して二酸化炭素を吸入し圧縮する。圧縮された二酸化炭素は吐出ポート6dから密閉容器1内に吐出され、吐出管3から密閉容器1外に導き出される。従って、密閉容器1内は高圧になっている。
The rotation of the motor unit is transmitted to the orbiting
さて、シール部材11の内側は吐出圧力であり、旋回スクロール7は固定スクロール6に強く押付けられ、旋回スクロール7の鏡板7aは、固定スクロール6の鏡板6a及び固定スクロール6のはね6bの先端と摺動する。そして、その摺動部には潤滑油が介在するが、二酸化炭素の潤滑油への溶解にむらがあるため油膜が切れやすくなっている。しかし、旋回スクロール7の鏡板7aが平滑であるため摺動部に介在する潤滑油は油膜圧力が高くなるので、十分な油膜厚さを確保することができる。従って、摺動部の摩耗は抑制され、二酸化炭素に適したスクロール圧縮機が得られる。
The inside of the
また、旋回スクロール7の表面が滑らかになっているため、旋回スクロール7のはね7c周り、特にその先端やその他のシール部分の隙間を極力詰めることができるので、シール部からの漏れが十分抑制された高効率なスクロール圧縮機が得られる。
In addition, since the surface of the
更にスクロール圧縮機はトルク変動が小さくて低振動で低騒音となるので、静粛性の要求が強い集合住宅用冷凍空調装置として用いることができる。 Furthermore, since the scroll compressor has a small torque fluctuation, low vibration and low noise, it can be used as a refrigerating and air-conditioning apparatus for an apartment house where there is a strong demand for quietness.
(実施の形態2)
図4は本発明の第2の実施例によるスクロール圧縮機の旋回スクロールにおける表層部の断面組織の模式図である。第1の実施例と同じものには同一符号を付して、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic view of the cross-sectional structure of the surface layer portion in the orbiting scroll of the scroll compressor according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
旋回スクロール7は軟質基材であるAl12に硬質粒子である微細な共晶Si13を分散させたAl−Si系合金14よりなる。旋回スクロール7の鏡板7aは研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、またはエッチングなどによる化学的研磨、またはそれ
らの複合研磨が施され、傾斜層のAlが除去されて平均粒子径が3〜10μmである共晶Si13が露出している。共晶Si13の露出量は面積率で4.7%以上であり、共晶Si13は露出部のエッジは丸められて露出高さは1μm以下に抑制されている。共晶Si13の露出率は面積率で4.7%未満になると共晶Si13が少なすぎて非凝着性を十分付与できない。また、露出している共晶Si13周辺のAl12には圧縮の残留応力が付与されているとともに、酸素濃度が3〜30wt%の酸化被膜16も形成されている。酸化被膜16は、酸素濃度が5wt%未満では酸化被膜の効果が得られず、30wt%を超えると酸化被膜16の粗さが増大する。より適切な酸素濃度範囲は5〜20wt%である。
The
次に、動作について説明する。 Next, the operation will be described.
一般に冷凍空調装置における始動運転や除霜運転などの過渡運転においては、スクロール圧縮機への激しい液戻りが発生する。二酸化炭素の液冷媒によって潤滑油が洗われ、旋回スクロール7の鏡板7aにおける潤滑状態は一層厳しくなる。特に、大容量で多冷媒となる冷凍空調装置では、その傾向が強くなる。しかし、旋回スクロール7の鏡板7aに分布する微細な共晶Si13は相手部材である固定スクロールに対して高い非凝着性を発揮するため、旋回スクロール7は過渡運転における耐久性能が高くなり、多冷媒に強いスクロール圧縮機が得られる。
In general, in transient operations such as start-up operation and defrosting operation in a refrigeration air conditioner, severe liquid return to the scroll compressor occurs. The lubricating oil is washed by the liquid refrigerant of carbon dioxide, and the lubrication state on the
また、共晶Si13が面積率で4.7%以上露出してブリッジ作用が強化されるため、旋回スクロール7の耐荷重性能が高くなり、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。
Further, since
また、共晶Si13の周辺にはAl12によって油溜りが形成され、また共晶Siの露出部にはEHLにより油膜が形成されるため、高負荷における旋回スクロール7の油膜形成能力が高くなり、高負荷における消費電力が少ない高効率なスクロール圧縮機が得られる。
In addition, an oil reservoir is formed by Al12 around the eutectic Si13, and an oil film is formed by EHL on the exposed part of the eutectic Si. Therefore, the oil film forming ability of the
また、微細な共晶Si13は周辺のAl12にしっかりと固定され、また周辺のAl12は非凝着性によって耐荷重性能が高くなり、長期間未使用で放置されて潤滑油切れが起きている状態での始動、すなわち一時的なドライ運転でも、スムーズに始動できるスクロール圧縮機が得られる。 In addition, the fine eutectic Si13 is firmly fixed to the surrounding Al12, and the surrounding Al12 has a high load-bearing performance due to non-adhesion, and is left unused for a long period of time, resulting in running out of lubricating oil. A scroll compressor can be obtained that can be started smoothly even when the engine is started, that is, during a temporary dry operation.
また、Al−Si系合金によって旋回スクロール7は軽くて高速回転が可能となり、能力制御幅が広いスクロール圧縮機が得られる。
Moreover, the
以上述べた作用効果は、初晶Siをアトマイズによって微細化させてなるAl−Si系合金を用いたり、Si量の違うAl−Si系合金を用いて複合構成にしたりしても、同様に得られるものである。 The effects described above can be obtained in the same way even when an Al-Si alloy obtained by atomizing primary Si by atomization or an Al-Si alloy having a different Si content is used as a composite structure. It is what
また、冷媒としては、R134aより極性が低くかつGWPが150以下であればよく、HFCをベースにして不燃化したもの、例えば二重結合を有する化合物や臭素やヨウ素や酸素などを組み合わせたものでもよい。また、混合冷媒で、少なくとも一つがR134aより極性が低いものを含むものであってもよい。 The refrigerant may be less polar than R134a and GWP is 150 or less, and may be nonflammable based on HFC, for example, a combination of a compound having a double bond, bromine, iodine, oxygen, or the like. Good. Further, the mixed refrigerant may include at least one having a polarity lower than that of R134a.
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、摺動面における油膜形成能力によって低GWP冷媒が使用可能となるので、冷凍サイクルを用いた給湯装置や洗濯機にも適用できる。 As mentioned above, since the low GWP refrigerant | coolant can be used for the compressor concerning this invention by the oil film formation capability in a sliding surface, it can be applied also to the hot-water supply apparatus and washing machine using a refrigerating cycle.
7 旋回スクロール
7a、7b 鏡板
12 Al基材
13 共晶Si
14 Al−Si系合金
15 傾斜層
16 酸化被膜
7
14 Al-
Claims (2)
前記傾斜層の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分は、前記表層部の前記軟質基材を除去して前記硬質粒子が露出されており、
前記硬質粒子の露出高さを1μm以下とし、
前記摺動部材の表面には、酸素濃度が5〜20wt%の酸化被膜が形成されている圧縮機。 A sliding member is made of a material having a GWP of 150 or less and a polarity lower than that of R134a, and a hard base material dispersed in a soft base material. A compressor rich in base material ,
The sliding part that receives at least a thrust load of the inclined layer has the hard particles exposed by removing the soft base material of the surface layer part,
The exposed height of the hard particles is 1 μm or less,
A compressor in which an oxide film having an oxygen concentration of 5 to 20 wt% is formed on the surface of the sliding member.
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