WO2011033977A1 - 冷媒圧縮機、及び、冷凍サイクル装置 - Google Patents

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vane
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chromium
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青木　俊公
康治 里舘
和 高島
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東芝キヤリア株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant compressor and a refrigeration cycle apparatus.
  • a sliding member for example, a vane or a piston
  • a compression unit that compresses the refrigerant in the refrigerant compressor.
  • a refrigerant compressor with improved wear resistance of the sliding member a refrigerant compressor described in Patent Document 1 below is known.
  • the sliding member (vane) of the refrigerant compressor described in Patent Document 1 forms a nitrided layer on the surface of a base material (base material) to cure the base material, and an intermediate layer and a single layer or 2 A layer of an amorphous carbon layer is formed.
  • the lower layer (base material side) is a hydrogen-containing amorphous carbon layer
  • the upper layer is a metal-containing amorphous carbon layer.
  • An object of the present invention is to suppress deformation of a base material of a vane used in a refrigerant compressor, improve adhesion of a film formed on the surface of the base material, and further, a member that is in sliding contact with the vane and the vane. Is to provide a refrigerant compressor capable of suppressing the wear of the refrigeration compressor and a refrigeration cycle apparatus using the refrigeration compressor.
  • a refrigerant compressor includes a compression unit that compresses a refrigerant used in a refrigeration cycle, a vane that is slidably provided in the compression unit, and that has a metal material as a base material, and a surface of the base material.
  • the first layer is made of a single layer of chromium
  • the second layer is made of an alloy layer of chromium and tungsten carbide
  • the third layer is a metal-containing amorphous material containing at least one of tungsten and tungsten carbide.
  • the fourth layer is made of an amorphous carbon layer containing no carbon and containing carbon and hydrogen.
  • the chromium content is higher on the first layer side than on the third layer side
  • the tungsten carbide content is higher on the third layer side than on the first layer side.
  • the content of at least one of tungsten or tungsten carbide is higher on the second layer side than on the fourth layer side.
  • the roller is made of flake graphite cast iron containing molybdenum, nickel, and chromium.
  • the refrigeration cycle apparatus includes the above-described refrigerant compressor, a condenser connected to the compressor and condensing refrigerant compressed by the compressor, connected to the condenser, and condensed by the condenser.
  • An expansion device that expands the generated refrigerant
  • an evaporator that is connected to the expansion device and the compressor and evaporates the refrigerant expanded by the expansion device and then recirculates the refrigerant to the compressor.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a sealed sintered metal [sintered metal treated with a porosity sealing process] in the second embodiment. It is a graph which shows the abrasion loss of a vane and a roller.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a refrigeration cycle apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 functions as a condenser during a cooling operation and as an evaporator during a heating operation, as well as a four-way valve 3 and a closed rotary refrigerant compressor [a hermetically-sealed rotary-type refrigerant compressor] 2
  • the outdoor heat exchanger 4, the expansion device 5, an indoor heat exchanger 6 that functions as an evaporator during cooling operation and also functions as a condenser during heating operation, and an accumulator 7 are connected to each other.
  • the refrigerant circulates in the above-described apparatus of the refrigeration cycle apparatus 1.
  • the refrigerant discharged from the refrigerant compressor 2 is supplied to the outdoor heat exchanger (condenser) 4 via the four-way valve 3 as indicated by the solid arrow, It is condensed by heat exchange.
  • the condensed refrigerant flows out of the outdoor heat exchanger 4 and flows into the indoor heat exchanger (evaporator) 6 through the expansion device 5.
  • the refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 6 evaporates by heat exchange with room air, and cools the room air.
  • the refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger 6 is sucked into the refrigerant compressor 2 through the four-way valve 3 and the accumulator 7.
  • the refrigerant discharged from the refrigerant compressor 2 is supplied to the indoor heat exchanger (condenser) 6 via the four-way valve 3 and exchanges heat with room air, as indicated by broken line arrows.
  • the condensed refrigerant flows out of the indoor heat exchanger 6 and flows into the outdoor heat exchanger (evaporator) 4 through the expansion device 5.
  • the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 4 evaporates by heat exchange with the outdoor air.
  • the evaporated refrigerant flows out of the outdoor heat exchanger 4 and is sucked into the refrigerant compressor 2 through the four-way valve 3 and the accumulator 7.
  • the refrigerant flows sequentially in the same manner, and the operation of the refrigeration cycle apparatus 1 is continued.
  • the refrigerant HFC refrigerant, HC (hydrocarbon) refrigerant, carbon dioxide refrigerant or the like is used.
  • the refrigerant compressor 2 is a two-cylinder type and includes a sealed case 2a.
  • An electric motor 8 and a rotary compression unit 9 are accommodated in the sealed case 2a.
  • the electric motor 8 and the rotary compression unit 9 are connected via a rotary shaft [an ⁇ rotary shaft] 10.
  • the rotating shaft 10 has eccentric parts 10a and 10b.
  • the electric motor 8 includes a rotor 8a and a stator 8b.
  • the electric motor 8 may be any of a brushless DC synchronous motor driven by an inverter, an AC motor, a motor driven by a commercial power source, and the like.
  • Refrigerant oil 11 for lubricating the rotary compression unit 9 is stored at the bottom of the sealed case 2a.
  • refrigerating machine oil 11 POE (polyol ester), PVE (polyvinyl ether), PAG (polyalkylene glycol), or the like is used.
  • the rotary compression unit 9 includes a first compression unit 9a and a second compression unit 9b.
  • the first compression unit 9a includes a cylinder 13a that forms a cylinder chamber 12a
  • the second compression unit 9b includes a cylinder 13b that forms a cylinder chamber 12b.
  • a roller 14a and a vane (sliding member) 15a are accommodated in the cylinder 13a.
  • a roller 14b and a vane (sliding member) 15b are accommodated in the cylinder 13b.
  • a part of the second compression unit 9 b is cross-sectioned with a different cut surface [cross-sectioned with a different cross-sectional plane].
  • the roller 14a is fitted in the eccentric portion 10a of the rotating shaft 10, and rotates eccentrically in the cylinder chamber 12a as the rotating shaft 10 rotates.
  • the roller 14 b is fitted in the eccentric portion 10 b of the rotary shaft 10 and rotates eccentrically in the cylinder chamber 12 b as the rotary shaft 10 rotates.
  • the rollers 14a and 14b are made of flake graphite cast iron containing molybdenum, nickel, and chromium.
  • the 1st compression unit 9a and the 2nd compression unit 9b have the same structure.
  • the vane 15a is slidably accommodated in a slot 16a formed in the cylinder 13a.
  • a spring (not shown) that urges the vane 15a in a direction to bring the tip of the vane 15a into contact with the outer peripheral surface of the roller 14a is housed in the groove 16a.
  • the vane 15b is also slidably accommodated in a groove 16b formed in the cylinder 13b.
  • a spring 35b (see FIG. 2) that urges the vane 15b in a direction to bring the tip of the vane 15b into contact with the outer peripheral surface of the roller 14b is housed in the groove 16b.
  • Both ends of the cylinder 13a of the first compression unit 9a are covered with the main bearing 17 and the partition plate 18, respectively, and a cylinder chamber 12a is formed inside.
  • Both ends of the cylinder 13b of the second compression unit 9b are covered with the auxiliary bearing 19 and the partition plate 18, respectively, and a cylinder chamber 12b is formed inside.
  • the main bearing 17 is provided with a discharge hole 20a communicating the cylinder chamber 12a and the internal space of the sealed case 2a and a discharge valve 21a for opening and closing the discharge hole 20a.
  • the auxiliary bearing 19 is provided with a discharge hole 20b for communicating the cylinder chamber 12b and the internal space of the sealed case 2a, and a discharge valve 21b for opening and closing the discharge hole 20b.
  • a discharge pipe 22 for discharging the compressed refrigerant in the sealed case 2a toward the four-way valve 3 is connected to the upper part of the sealed case 2a.
  • a suction pipe 23 that guides the refrigerant from the accumulator 7 into the cylinder chambers 12a and 12b is connected to the lower portion of the side surface of the sealed case 2a.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the edge of the vane 15a or 15b.
  • the vanes 15a and 15b have the same structure.
  • the base material 24 of the vane 15a (15b) is formed by cold forging chrome molybdenum steel which is a metal material.
  • the base material 24 is subjected to surface hardening treatment by carburizing and quenching, and the surface hardness is set to Pickers hardness 650.
  • the surface hardening treatment does not mean that only the surface of the base material 24 is hardened, but means that at least the surface of the base material 24 is hardened, and the whole base material 24 may be hardened. Including.
  • a film 29 in which the first to fourth layers 25 to 28 are sequentially laminated is formed on the surface of the base material 24 that has been subjected to the surface hardening treatment.
  • the first layer 25 is a single layer of chromium (Cr).
  • the second layer 26 is an alloy layer of chromium and tungsten carbide (WC).
  • the third layer 27 is an amorphous carbon layer containing tungsten (W).
  • the fourth layer 28 is an amorphous carbon layer containing no carbon and containing carbon and hydrogen.
  • the third layer 27 may be an amorphous carbon layer containing tungsten carbide instead of tungsten, or an amorphous carbon layer containing both tungsten and tungsten carbide.
  • the chromium content is higher on the first layer 25 side than on the third layer 27 side, and the tungsten carbide content is higher on the third layer 27 side than on the first layer 25 side.
  • a content gradient [content gradient] is formed.
  • the third layer 27 is formed with a content gradient in which the content of tungsten is higher on the second layer 26 side than on the fourth layer 28 side.
  • the thicknesses of the layers 25 to 28 are 0.1 ⁇ m for the first layer 25, 0.2 ⁇ m for the second layer 26, 0.5 ⁇ m for the third layer 27, and 2.2 ⁇ m for the fourth layer 28, respectively.
  • the overall thickness dimension is 3 ⁇ m.
  • the graph of FIG. 5 has shown the result of having measured each wear amount of the vane 15b (15a) and the roller 14b (14a) by the driving
  • Example 1 Vane A film 29 is formed on the surface-cured substrate 24 (vanes 15a and 15b in FIG. 4). Roller: formed of flake graphite cast iron containing molybdenum, nickel and chromium (rollers 14a and 14b).
  • Comparative Example 1 Vane formed of high speed steel (SKH51). Roller: formed of flake graphite cast iron containing molybdenum, nickel and chromium.
  • Comparative Example 2 Vane: formed of high speed steel (SKH51).
  • Roller formed of flake graphite cast iron (similar to the rollers 14a and 14b).
  • Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are attached to the rotary compression unit 9 of the refrigerant compressor 2, and the liquid refrigerant is forcibly and repeatedly sucked into the rotary compression unit 9.
  • the vane struck the roller violently.
  • the condensation temperature was 65 ° C.
  • Example 5 shows that the amount of wear of the vanes and rollers of Example 1 is significantly smaller than the amount of wear of the vanes and rollers of the other comparative examples.
  • the base material 24 formed of the metal of the vanes 15a and 15b to surface hardening treatment by carburizing and quenching, the elastic deformation of the base material 24 at the time of high load action can be suppressed. For this reason, deformation of the film 29 at the time of high load action can be suppressed, and adhesion between the substrate 24 and the film 29 and between the layers 25 to 28 in the film 29 can be improved.
  • the first layer 25 is a single layer of chromium
  • the second layer 26 is an alloy layer of chromium and tungsten carbide
  • the third layer 27 is tungsten and tungsten.
  • a metal-containing amorphous carbon layer containing at least one of carbides is used
  • the fourth layer 28 is an amorphous carbon layer containing carbon and hydrogen that does not contain metal.
  • the chromium content is higher on the first layer 25 side than the third layer 27 side
  • the tungsten carbide content is higher on the third layer 27 side than the first layer 25 side.
  • a content gradient is formed.
  • a content rate gradient is formed so that the content rate of tungsten is higher on the second layer 26 side than on the fourth layer 28 side.
  • the hardness differences between the first layer 25 and the second layer 26, between the second layer 26 and the third layer 27, and between the third layer 27 and the fourth layer 28 are reduced. Since the adhesion between the layers 25 to 28 is improved, the occurrence of cracks in the film 29 can be suppressed.
  • the fourth layer 28 located on the outermost side of the coating 29 is an amorphous carbon layer containing carbon and hydrogen that does not contain a metal
  • the amorphous carbon layer containing a metal is provided on the outermost side. Can also be increased in hardness, and the wear resistance of the vanes 15a and 15b can be improved.
  • the tips of the vanes 15a and 15b having the coating 29 formed on the surface of the surface-hardened base material 24 were formed of flake graphite cast iron containing molybdenum, nickel and chromium.
  • the amount of wear of the vanes 15a and 15b and the rollers 14a and 14b can be reduced by bringing them into sliding contact with the rollers 14a and 14b, respectively. Therefore, the amount of wear of the vanes 15a and 15b and the rollers 14a and 14b is small, and a highly reliable refrigerant compressor 2 can be realized.
  • the first embodiment is performed even if the surface hardening treatment is not performed. The same effect is obtained.
  • the cylinders 13a and 13b are made of flake graphite cast iron, or are made of sintered metal whose surface is sealed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the sintered metal 30 whose surface is sealed.
  • the sintered metal 30 has a base 31 formed of iron, copper, and a carbon-based sintered alloy, and a film 32 of iron trioxide is formed on the surface of the base 31 by steam treatment. In the sintering process, pores 33 are formed on the surface of the substrate 31, and the pores 33 are filled with the coating 32. It should be noted that a slight dent 34 is likely to be formed above the air holes 33 on the surface of the film 32.
  • FIG. 7 shows the measurement of the total wear amount of the vane 15a (15b) and the cylinder 13a (13b) at the sliding contact portion between the side surface of the vane 15a (15b) and the surface of the groove 16a (16b) of the cylinder 13a (13b). It is a graph which shows a result.
  • the vane 15a (15b) is also formed with a film 29 on the side surface in sliding contact with the surface of the groove 16a (16b).
  • vanes 15a and 15b having the film 29 formed on the side surfaces in all Examples A to D were used.
  • Example A cylinders 13a and 13b formed of spheroidal graphite cast iron are used.
  • Example B cylinders 13a and 13b formed of flake graphite cast iron are used.
  • Example C vanadium and phosphorus are used. Cylinders 13a and 13b formed of added flake graphite cast iron were used.
  • Example D cylinders 13a and 13b formed of sintered metal 30 having coating 31 shown in FIG. 7 were used.
  • the above measurement is performed by attaching the vane on which the film 29 is formed and the cylinders of Examples A to D to the rotary compression unit 9 of the refrigerant compressor 2 and rotating them.
  • the liquid refrigerant was forcibly and repeatedly sucked into the compression unit 9 to make the vane violently collide with the roller.
  • Example A spheroidal graphite cast iron
  • Table 1 shows the measurement results of the relationship between the material of the rotating shaft 10, the presence or absence of the coating 29 on the rotating shaft 10, and the shaft seizure property [burnout characteristics of the shaft].
  • the seizure property may be in order of rank C, B, A.
  • the refrigerant compressor 2 is required to increase the variable rotational speed of the rotary compression unit 9.
  • the rotation shaft 10 and the bearings may be in direct contact without an oil film. is there. Therefore, the formation of the film 29 on the surface of the rotating shaft 10 can suppress seizure during the operation state at the low frequency rotation, and can reduce the wear of the sliding contact portion.
  • the end surfaces of the bearings are in sliding contact with the side surfaces of the vanes 15a and 15b, respectively.
  • the bearings 17 and 19 are made of flake graphite cast iron, and are made of sintered metal 30 (FIG. 6) whose surface is sealed as described in the second embodiment.
  • the above-described coating 29 is also formed on the side surfaces of the vanes 15a and 15b that are in sliding contact with the bearings 17 and 19.
  • the bearings 17 and 19 are formed of flake graphite cast iron, and the bearings 17 and 19 are formed of the sintered metal 30 having the film 31. ,.
  • the wear resistance of the bearings 17 and 19 was measured. The measurement results are shown in Table 2 below.
  • the measurement is performed by attaching the vanes having the coating 29 to the rotary compression unit 9 of the refrigerant compressor 2 and the bearings 17 and 19 made of different materials, and rotating the compression.
  • the liquid refrigerant was forcibly and repeatedly sucked into the unit 9 repeatedly, and the vanes 15a and 15b were violently collided with the rollers 14a and 14b.
  • the bearings 17 and 19 are both formed when the bearings 17 and 19 are made of flake graphite cast iron and when the bearings 17 and 19 are made of the sintered metal 30 having the coating 32. It can be seen that good wear resistance (rank A) can be obtained.
  • flake graphite cast iron is characterized by having a fine graphite structure, has excellent oil retention in a use environment where there is concern about running out of oil, and can improve wear resistance.
  • the oil retention is enhanced by the above-described recess 34, so that the wear resistance is improved.
  • the fifth embodiment relates to a combination of the type of refrigerating machine oil 11 stored in the sealed case 2a and the type of refrigerant.
  • an HFC refrigerant is used as the refrigerant, and POE (polyol ester) or PVE (polyvinyl ether) is used as the refrigerator oil 11.
  • the HFC-based refrigerant containing no chlorine has no lubricity, and the lubricity of the sliding part depends only on the refrigerating machine oil 11. For this reason, compared with the case where the refrigerant
  • POE polyol ester
  • PVE polyvinyl ether

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Abstract

　冷媒圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮ユニットを備えており、圧縮ユニットは、ローラ及びベーンを有している。ベーンは、金属材料からなる基材の表面上に、第１～４層を順に積層させた皮膜を有している。第１層は、クロムからなる。第２層は、クロム及びタングステンカーバイトからなる。第３層は、タングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有する金属含有アモルファス炭素層からなる。第４層は、金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層からなる。第２層では、クロム含有率が第３層側より第１の層側で高く、タングステンカーバイトの含有率が第１層側より第３層側で高い。第３層では、タングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも前記一方の含有率が第４層側より第２層側で高い。ベーンの先端が摺接するローラは、モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄よりなる。

Description

冷媒圧縮機、及び、冷凍サイクル装置
　本発明は、冷媒圧縮機、及び、冷凍サイクル装置に関する。
　冷媒圧縮機における冷媒を圧縮する圧縮ユニットには、冷媒を圧縮するための摺動部材（例えば、ベーンやピストン）が使用されている。摺動部材の耐摩耗性を向上させた冷媒圧縮機としては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
　特許文献１に記載された冷媒圧縮機の摺動部材（ベーン）は、基材（母材）の表面に窒化層を形成して基材を硬化させ、その上に中間層と単層又は２層のアモルファス炭素層とを形成して構成されている。なお、アモルファス炭素層を２層形成した場合には、下層（基材側）が水素含有アモルファス炭素層とされ、上層が金属含有アモルファス炭素層とされている。
日本国特開２００７－３２３６０号公報
　特許文献１に記載された摺動部材では、基材表面に窒化層が形成されて基材が硬化さされることで高荷重作用時における基材の変形が抑制されるので、基材と中間層との密着性が優れている。しかし、中間層とアモルファス炭素層との間の密着性や、アモルファス炭素層を２層にした場合のそれら２層のアモルファス炭素層間の密着性に問題があった。繰返し応力を受けた場合、上述した、中間層とアモルファス炭素層との間、又は、２層のアモルファス炭素層間で剥離や割れが発生する場合があった。
　本発明の目的は、冷媒圧縮機で使用されているベーンの基材の変形を抑制するとともに基材の表面に形成された皮膜の密着性の向上を図り、さらに、ベーン及びベーンと摺接する部材の磨耗を抑えることのできる冷媒圧縮機と、該冷凍圧縮機を用いた冷凍サイクル装置とを提供することにある。
　実施形態の冷媒圧縮機は、冷凍サイクルで使用される冷媒を圧縮する圧縮ユニットと、前記圧縮ユニットに摺動可能に設けられた、金属材料を基材とするベーンと、前記基材の表面に第１～４層が順に積層されて形成された皮膜と、前記圧縮ユニットに回転可能に設けられた、前記ベーンの先端が摺接するローラと、を備えている。前記第１層は、クロムの単一層からなり、前記第２層は、クロム及びタングステンカーバイトの合金層からなり、前記第３層は、タングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有する金属含有アモルファス炭素層からなり、前記第４層は、金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層からなる。前記第２層では、クロム含有率が前記第３層側より前記第１層側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が前記第１層側より前記第３層側で高い。前記第３層では、タングステン又はタングステンカーバイトの少なくとも前記一方の含有率が前記第４層側より前記第２層側が高い。前記ローラは、モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄よりなる。
　実施形態に係る冷凍サイクル装置は、上述した冷媒圧縮機と、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器に接続され、前記凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張装置と、前記膨張装置及び前記圧縮機に接続され、前記膨張装置によって膨張された冷媒を蒸発させた後に前記圧縮機に還流させる蒸発器とを備えている。
第１実施形態における、冷凍サイクル装置を示す模式図である。 冷媒圧縮機の内部構造を示す縦断正面図である。 圧縮ユニットを構成するシリンダとローラとベーンとを示す斜視図である。 ベーンの端縁部の断面図である。 ベーンとローラとの磨耗量を示すグラフである。 第２実施形態における、封孔処理された焼結金属[sintered metal treated with a porosity sealing process]を示す断面図である。 ベーンとローラとの磨耗量を示すグラフである。
　以下、実施形態を図面を用いて説明する。
　（第１実施形態）
　第１実施形態について、図１～図５に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１を示す模式図である。
　冷凍サイクル装置１は、密閉型回転式の冷媒圧縮機[a hermetically-sealed rotary-type refrigerant compressor]２と、四方弁３と、冷房運転時に凝縮器として機能するとともに暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換器４と、膨張装置５と、冷房運転時に蒸発器として機能するとともに暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交換器６と、アキュムレータ７とが接続されて構成されている。冷媒は、冷凍サイクル装置１の上述した装置を循環する。
　冷凍サイクル装置１において、冷房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出された冷媒は、実線矢印で示されるように、四方弁３を介して室外熱交換器（凝縮器）４に供給されて外気との熱交換によって凝縮される。凝縮された冷媒は、室外熱交換器４から流出し、膨張装置５を介して室内熱交換器（蒸発器）６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、室内空気との熱交換によって蒸発し、室内空気を冷却する。室内熱交換器６から流出した冷媒は、四方弁３及びアキュムレータ７を介して冷媒圧縮機２に吸入される。
　一方、暖房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出された冷媒は、破線矢印で示されるように、四方弁３を介して室内熱交換器（凝縮器）６に供給されで室内空気との熱交換によって凝縮され、室内空気を加熱する。凝縮された冷媒は、室内熱交換器６から流出し、膨張装置５を介して室外熱交換器（蒸発器）４に流入する。室外熱交換器４に流入した冷媒は、室外空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、室外熱交換器４から流出し、四方弁３及びアキュムレータ７を介して冷媒圧縮機２に吸引される。
　以後、順次同様に冷媒が流れて冷凍サイクル装置１の運転が継続される。冷媒としては、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ（炭化水素系）冷媒、二酸化炭素冷媒等が用いられる。
　冷媒圧縮機２は、図２に示されるように、２シリンダ型であり、密閉ケース２ａを備えている。密閉ケース２ａ内には、電動機８と回転圧縮ユニット９とが収納されている。電動機８と回転圧縮ユニット９とは回転軸[an rotary shaft]１０を介して連結されている。回転軸１０は、偏心部１０ａ及び１０ｂを有している。
　電動機８は、回転子８ａと固定子８ｂとからなる。電動機８は、インバータで駆動されるブラシレスＤＣ同期モータ、ＡＣモータ、商用電源で駆動されるモータ等のいずれでもよい。
　密閉ケース２ａの底部には、回転圧縮ユニット９を潤滑する冷凍機油[refrigerant oil]１１が貯留されている。冷凍機油１１としては、ＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等が用いられる。
　回転圧縮ユニット９は、第１圧縮ユニット９ａと第２圧縮ユニット９ｂとからなる。第１圧縮ユニット９ａは、シリンダ室１２ａを形成するシリンダ１３ａを備え、第２圧縮ユニット９ｂは、シリンダ室１２ｂを形成するシリンダ１３ｂを備えている。図３に示されるように、シリンダ１３ａ内には、ローラ１４ａとベーン（摺動部材）１５ａとが収納さている。同様に、シリンダ１３ｂ内には、ローラ１４ｂとベーン（摺動部材）１５ｂとが収納されている。なお、図２では、第２圧縮ユニット９ｂにおけるベーン１５ｂと吸入管２３の接続とを示すために、第２圧縮ユニット９ｂの一部は異なる切断面で断面とされている[cross-sectioned with a different cross-sectional plane]。
　ローラ１４ａは、回転軸１０の偏心部１０ａに嵌合されており、回転軸１０の回転に伴なってシリンダ室１２ａ内で偏心回転する。ローラ１４ｂは、回転軸１０の偏心部１０ｂに嵌合されており、回転軸１０の回転に伴なってシリンダ室１２ｂ内で偏心回転する。ローラ１４ａ及び１４ｂは、モリブデンとニッケルとクロムとを含む片状黒鉛鋳鉄[flake graphite cast iron]で形成されている。なお、図３に示されるように、第１圧縮ユニット９ａと第２圧縮ユニット９ｂとは同じ構成を有している。
　ベーン１５ａは、図３に示されるように、シリンダ１３ａに形成された溝[slot]１６ａに摺動可能に収納されている。ベーン１５ａの先端をローラ１４ａの外周面に接触させる方向にベーン１５ａを付勢するスプリング（図示せず）が、溝１６ａ内に収納されている。同様に、ベーン１５ｂも、シリンダ１３ｂに形成された溝１６ｂに摺動可能に収納されている。ベーン１５ｂの先端をローラ１４ｂの外周面に接触させる方向にベーン１５ｂを付勢するスプリング３５ｂ（図２参照）が、溝１６ｂ内に収納されている。
　第１圧縮ユニット９ａのシリンダ１３ａは、その両端面が主軸受１７と仕切り板１８とでそれぞれ覆われており、シリンダ室１２ａが内部に形成されている。第２圧縮ユニット９ｂのシリンダ１３ｂは、その両端面が副軸受１９と仕切り板１８とでそれぞれ覆われており、シリンダ室１２ｂが内部に形成されている。主軸受１７には、シリンダ室１２ａと密閉ケース２ａの内部空間とを連通する吐出孔２０ａと吐出孔２０ａを開閉する吐出弁２１ａとが設けられている。副軸受１９には、シリンダ室１２ｂと密閉ケース２ａの内部空間とを連通する吐出孔２０ｂと吐出孔２０ｂを開閉する吐出弁２１ｂとが設けられている。
　密閉ケース２ａの上部には、密閉ケース２ａ内の圧縮された冷媒を四方弁３に向けて吐出させる吐出管２２が接続されている。密閉ケース２ａの側面下部には、アキュムレータ７からの冷媒をシリンダ室１２ａ及び１２ｂ内に導く吸入管２３が接続されている。
　図４は、ベーン１５ａ又は１５ｂの端縁部の断面図である。なお、ベーン１５ａ及び１５ｂは同じ構造を有している。ベーン１５ａ（１５ｂ）の基材２４は、金属材料であるクロムモリブデン鋼を冷間鍛造して形成されている。基材２４は、浸炭焼入れによる表面硬化処理が施され、その表面硬さがピッカース硬さ６５０とされている。なお、上記表面硬化処理は、基材２４の表面のみが硬化されるという意味ではなく、基材２４の少なくとも表面が硬化されるという意味であり、基材２４の全体が硬化処理される場合も含む。
　さらに、表面硬化処理が施された基材２４の表面には、第１～第４層２５～２８とを順に積層した皮膜２９が形成されている。第１層２５は、クロム（Ｃｒ）の単一層である。第２層２６は、クロム及びタングステンカーバイト（ＷＣ）の合金層である。第３層２７は、タングステン（Ｗ）を含有するアモルファス炭素層である。第４層２８は、金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層である。なお、第３層２７は、タングステンに代えてタングステンカーバイトを含有するアモルファス炭素層や、タングステンとタングステンカーバイトとの双方を含有するアモルファス炭素層でもよい。
　第２層２６では、クロムの含有率が第３層２７側より第１層２５側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が第１層２５側より第３層２７側で高くなるような含有率勾配[content gradient]が形成されている。
　第３層２７は、タングステンの含有率が第４層２８側より第２層２６側が高くなるような含有率勾配が形成されている。
　各層２５～２８の厚さ寸法は、第１層２５が０．１μｍ、第２層２６が０．２μｍ、第３層２７が０．５μｍ、第４層２８が２．２μｍであり、皮膜２９全体の厚さ寸法は、３μｍである。
　図５のグラフは、冷媒圧縮機２の運転によるベーン１５ｂ（１５ａ）とローラ１４ｂ（１４ａ）との各磨耗量を測定した結果を示している。
　上記測定では、下記の条件でベーンとローラとの相対磨耗量が測定された。
（実施例１）
　　　ベーン：表面硬化させた基材２４上に皮膜２９が形成されている（図４のベーン１５ａ及び１５ｂ）。
　　　ローラ：モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄で形成されている（ローラ１４ａ及び１４ｂ）。
（比較例１）
　　　ベーン：高速度鋼[high speed steel]（ＳＫＨ５１）で形成されている。
　　　ローラ：モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄で形成されている。
（比較例２）
　　　ベーン：高速度鋼（ＳＫＨ５１）で形成されている。
　　　ローラ：片状黒鉛鋳鉄で形成されている（ローラ１４ａ及び１４ｂと同様）。
（比較例３）
　　　ベーン：表面硬化させた基材２４上に皮膜２９が形成されている（図４のベーン１５ａ及び１５ｂと同様）。
　　　ローラ：片状黒鉛鋳鉄で形成されている。
　また、上記測定では、冷媒圧縮機２の回転圧縮ユニット９に、実施例１及び比較例１～３のベーン及びローラが取付けられ、回転圧縮ユニット９に液冷媒を強制的に断続的に繰返し吸入させてベーンをローラに激しく衝突させた。なお、上記測定において、凝縮温度は６５℃とされた。
　図５に示される測定結果によれば、実施例１のベーン及びローラの磨耗量が他の比較例のベーン及びローラの磨耗量に比べて大幅に少ないことが分かる。
　このように、ベーン１５ａ及び１５ｂの金属で形成された基材２４に浸炭焼入れによる表面硬化処理することで、高荷重作用時における基材２４の弾性変形を抑制することができる。このため、高荷重作用時における皮膜２９の変形を抑制でき、基材２４と皮膜２９との間、及び、皮膜２９内の各層２５～２８間の密着性を高めることができる。
　皮膜２９を構成する４つの層２５～２８に関しては、第１層２５がクロムの単一層とされ、第２層２６がクロム及びタングステンカーバイトの合金層とされ、第３層２７がタングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有する金属含有アモルファス炭素層とされ、第４層２８が金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層とされている。さらに、第２層２６では、クロムの含有率が第３層２７側より第１層２５側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が第１層２５側より第３層２７側で高くなるような含有率勾配が形成されている。また、第３層２７では、タングステンの含有率が第４層２８側より第２層２６側が高くなるようにな含有率勾配が形成されている。
　このため、第１層２５と第２層２６との間、第２層２６と第３層２７との間、及び、第３層２７と第４層２８との間の硬度差がそれぞれ小さくなって各層２５～２８間の密着性が向上するので、皮膜２９内での割れの発生が抑制され得る。
　また、皮膜２９の最も外側に位置する第４層２８が、金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層とされているので、金属を含有するアモルファス炭素層を最も外側に設けた場合よりも高硬度化でき、ベーン１５ａ及び１５ｂの耐摩耗性を向上させることができる。
　さらに、図５の測定結果に示されるように、表面硬化された基材２４の表面に皮膜２９を形成したベーン１５ａ及び１５ｂの先端を、モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄で形成したローラ１４ａ及び１４ｂにそれぞれ摺接させることにより、ベーン１５ａ及び１５ｂ、並びに、ローラ１４ａ及び１４ｂの磨耗量を少なくすることができる。したがって、ベーン１５ａ及び１５ｂやローラ１４ａ及び１４ｂの磨耗量が少なく、信頼性の高い冷媒圧縮機２を実現できる。
　なお、ベーンの基材の硬度が十分に高い場合（例えば、ＨＲＣ６３に調質された高速度工具鋼[high-speed tool steel]）には、表面硬化処理が施されなくても上記実施例１と同じ効果が得られる。
　また、上述した皮膜２９を伴うベーン１５ａ及び１５ｂの表面粗さをＲｚ０．８、Ｒｚ１．６、Ｒｚ２．４とした試料を用いて図５に示された測定と同一条件で試験を行った。その結果、Ｒｚ０．８、Ｒｚ１．６のものは、皮膜の剥離が生じず良好な結果が得られたが、Ｒｚ２．４のものは、微細な皮膜の剥離の傾向がわずかに見られた。したがって、皮膜２９形成後のベーン１５ａ及び１５ｂの表面粗さは、Ｒｚ１．６以下にすることがより望ましい。
　（第２実施形態）
　第２実施形態を、図６及び図７に基づいて説明する。なお、第２実施形態及び以下に説明する他の実施形態において、冷媒圧縮機の基本的構造は第１実施形態の冷媒圧縮機２と同じであるので、それらの基本的構造については、図１～図４を参照して説明する。
　第２実施形態では、シリンダ１３ａ及び１３ｂが、片状黒鉛鋳鉄で形成されているか、又は、表面が封孔処理された焼結金属で形成されている。
　図６は、表面が封孔処理された焼結金属３０を示す断面図である。焼結金属３０は鉄と銅と炭素系焼結合金とにより基材３１が形成されており、水蒸気処理によって四三酸化鉄の皮膜３２が基材３１の表面に形成されている。焼結工程において基材３１の表面には空孔[porous hole]３３が形成されるが、空孔３３は皮膜３２によって埋められる。なお、皮膜３２の表面には、空孔３３の上方に僅かな凹み[dent]３４が生じやすい。
　図７は、ベーン１５ａ（１５ｂ）の側面とシリンダ１３ａ（１３ｂ）の溝１６ａ（１６ｂ）の表面との摺接部分における、ベーン１５ａ（１５ｂ）とシリンダ１３ａ（１３ｂ）との合計磨耗量の測定結果を示すグラフである。なお、ベーン１５ａ（１５ｂ）には、溝１６ａ（１６ｂ）の表面と摺接する側面にも皮膜２９が形成されている。
　上記測定では、全実施例Ａ～Ｄで側面にも皮膜２９が形成されたベーン１５ａ及び１５ｂが用いられた。また、実施例Ａでは球状黒鉛鋳鉄で形成されたシリンダ１３ａ及び１３ｂが用いられ、実施例Ｂでは片状黒鉛鋳鉄で形成されたシリンダ１３ａ及び１３ｂが用いられ、実施例Ｃではバナジウム及びリンとが添加された片状黒鉛鋳鉄で形成されたシリンダ１３ａ及び１３ｂが用いられ、実施例Ｄでは図７に示された皮膜３１を有する焼結金属３０で形成されたシリンダ１３ａ及び１３ｂが用いられた。
　また、上記測定は、第１実施形態での測定と同様に、冷媒圧縮機２の回転圧縮ユニット９に、皮膜２９が形成されたベーンと各実施例Ａ～Ｄのシリンダとが取付けられ、回転圧縮ユニット９に液冷媒を強制的に断続的に繰返吸入させてベーンをローラに激しく衝突させた。
　測定結果によれば、シリンダが球状黒鉛鋳鉄で形成された場合（実施例Ａ）、磨耗量が大きく、実施例Ａの構成は冷媒圧縮機２で使用するのに適さないことが判明した。しかし、実施例Ｂ～Ｄの場合には、磨耗量が少なく、それらの構成は冷媒圧縮機２での使用に適していることが分かる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態を、下記表１に基づいて説明する。本実施形態では、回転軸１０の表面に第１層２５～第４層２８からなる上述した皮膜２９が形成されている。
　表１は、回転軸１０の材質と、回転軸１０における皮膜２９の有無と、軸焼付き性[burnout characteristics of the shaft]との関係の測定結果を示している。表１において、焼付き性は、ランクＣ，Ｂ，Ａの順で良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　測定結果によれば、回転軸１０の材質に関わらず、皮膜２９の形成によって軸焼付き性が良くなって焼付きが生じにくくなることが分かる。
　冷媒圧縮機２に対して、回転圧縮ユニット９の可変回転数の拡大が要求される。特に、低周波回転では軸回転数による油膜圧力が十分に得られない潤滑状態であるので、回転軸１０と軸受（主軸受１７及び副軸受１９）とは油膜を介さずに直接接触する場合がある。そこで、回転軸１０の表面への皮膜２９の形成によって低周波回転での運転状態時の焼付きを抑制することができ、また、摺接部分の磨耗を少なくすることができる。
　（第４実施形態）
　第４実施形態を、表２に基づいて説明する。
　第４実施形態では、軸受（主軸受１７及び副軸受１９）の各端面がベーン１５ａ及び１５ｂの側面とそれぞれ摺接する。軸受１７及び１９は、片状黒鉛鋳鉄で形成されており、第２実施形態で説明されたように、表面が封孔処理された焼結金属３０（図６）で形成されている。なお、ベーン１５ａ及び１５ｂの軸受１７及び１９と摺接する側面にも上述した皮膜２９が形成されている。
　側面部分にも皮膜２９を形成したベーン１５ａ及び１５ｂを用い、軸受１７及び１９を片状黒鉛鋳鉄で形成した場合と、軸受１７及び１９を皮膜３１を有する焼結金属３０で形成した場合とで、。軸受１７及び１９の耐摩耗性が測定された。測定結果を下記表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、上記測定は、第１実施形態での測定と同様に、冷媒圧縮機２の回転圧縮ユニット９に皮膜２９が形成されたベーンと材質の異なる各軸受１７及び１９とが取付けられ、回転圧縮ユニット９に液冷媒を強制的に断続的に繰返し吸引させてベーン１５ａ及び１５ｂをローラ１４ａ及び１４ｂに激しく衝突させて行なった。
　測定結果によれば、軸受１７及び１９が片状黒鉛鋳鉄で形成された場合と、軸受１７及び１９が皮膜３２を有する焼結金属３０で形成された場合のいずれの場合も、軸受１７及び１９が良好な耐摩耗性（ランクＡ）を得られることがわかる。
　なお、片状黒鉛鋳鉄は、微細な黒鉛組織を有するのが特徴であり、油切れが懸念されるような使用環境下での油保持性が優れており、耐摩耗性を向上させ得る。
　また、焼結金属３０によれば、上述した凹み３４によって油保持性が高まるので、耐摩耗性が向上する。
　（第５実施形態）
　第５実施形態について説明する。第５実施形態は、密閉ケース２ａ内に貯留される冷凍機油１１の種類と冷媒の種類との組み合わせに関する。
　第５実施形態では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒が使用され、冷凍機油１１としてＰＯＥ（ポリオールエステル）又はＰＶＥ（ポリビニルエーテル）が使用されている。
　塩素を含まないＨＦＣ系冷媒には潤滑性がなく、摺動部の潤滑性は冷凍機油１１にのみ依存する。このため、塩素を含む冷媒を使用した場合に比較して、塩素を含まない冷媒を使用した場合には潤滑性が低下する。そこで、冷凍機油１１としてＰＯＥ（ポリオールエステル）又はＰＶＥ（ポリビニルエーテル）を使用することによって潤滑性を高めることができる。

Claims (5)

  1. 　冷媒圧縮機であって、
    　冷凍サイクルで使用される冷媒を圧縮する圧縮ユニットと、
    　前記圧縮ユニットに摺動可能に設けられた、金属材料を基材とするベーンと、
    　前記基材の表面に第１～４層が順に積層されて形成された皮膜と、
    　前記圧縮ユニットに回転可能に設けられた、前記ベーンの先端が摺接するローラと、を備え、
    　前記第１層は、クロムの単一層からなり、
    　前記第２層は、クロム及びタングステンカーバイトの合金層からなり、
    　前記第３層は、タングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有する金属含有アモルファス炭素層からなり、
    　前記第４層は、金属を含有しない、炭素及び水素を含むアモルファス炭素層からなり、
    　前記第２層では、クロム含有率が前記第３層側より前記第１層側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が前記第１層側より前記第３層側で高く、
    　前記第３層では、タングステン又はタングステンカーバイトの少なくとも前記一方の含有率が前記第４層側より前記第２層側が高く、
    　前記ローラは、モリブデン、ニッケル及びクロムを含む片状黒鉛鋳鉄よりなる、
    　ことを特徴とする冷媒圧縮機。
  2. 　前記圧縮ユニットが、前記ベーン及び前記ローラを収納するシリンダをさらに有しており、
    　前記シリンダが、片状黒鉛鋳鉄、又は、表面が封孔処理された焼結金属よりなる、ことを特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
  3. 　前記圧縮ユニットが、回転可能な回転軸をさらに有しており、
    　前記回転軸が、金属材料の基材と、該基材上に積層された前記第１～４層からなる前記皮膜とで形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の冷媒圧縮機。
  4. 　前記圧縮ユニットが、前記ベーンと摺接する軸受をさらに有しており、
    　前記軸受が、片状黒鉛鋳鉄、又は、表面が封孔処理された焼結金属よりなる、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機と、
    　前記圧縮機に接続され、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
    　前記凝縮器に接続され、前記凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張装置と、
    　前記膨張装置及び前記圧縮機に接続され、前記膨張装置によって膨張された冷媒を蒸発させた後に前記圧縮機に還流させる蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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