制冷剂压缩机及制冷循环装置的制作方法

专利名称：制冷剂压缩机及制冷循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷剂压缩机和制冷循环装置，特别地，涉及具有滑动构件的制冷剂 压缩机和制冷循环装置，其中，滑动构件具有耐磨损性和紧贴力优良的覆膜。
背景技术：
制冷循环装置能用于对室内进行冷暖调节的空调机、冰箱、制冷陈列柜等的制冷 装置，此外，近年来也能用于热泵式供热水器。在上述制冷循环装置中，组装制冷剂压缩机， 使HFC制冷剂或其他HC类、CO2等的自然制冷剂等制冷剂循环。作为这种制冷剂压缩机，已知有专利文献1中记载的制冷剂压缩机。在该现有的 制冷剂压缩机中，在密闭壳体内收纳有电动机部和与该电动机部通过转轴连结的压缩机构 部。此外，汽缸设于压缩机构部，偏心滚筒配置于汽缸内，作为滑动构件的叶片的前端部与 偏心滚筒的周面弹性地抵接。此外，当偏心滚筒被电动机部驱动旋转时，偏心滚筒与叶片相 对滑动。此时，为了抑制由于偏心滚筒与叶片相对滑动造成的叶片表面的磨损，将含有无 定形碳层的覆膜形成于叶片的表面。此外，在专利文献1中记载的现有的制冷剂压缩机中，作为皮膜，在叶片表面形成 单层或双层无定形碳层。此外，在无定形碳层形成双层的情形下，下层(叶片的母材侧)是 含有氢的无定形碳层，上层是含有金属的无定形碳层。此外，在叶片的母材的表面形成有氮化层，在该氮化层上形成有中间层，在中间层 上形成有无定形碳层。上述氮化层和中间层是为使叶片的母材与无定形碳层之间的硬度差 缓慢地变化而形成的。这样，通过减小氮化层与中间层之间、中间层与无定形碳层之间的硬 度差，来提高彼此之间的紧贴性。其结果是，能抑制无定形碳层从叶片表面剥离。专利文献1 日本专利特开2007-32360号公报发明的公开如上所述，专利文献1中记载的现有的制冷剂压缩机的叶片中，在叶片的母材的 表面形成氮化层，此外，在氮化层上形成中间层和无定形碳层。不过，氮化层、中间层、无定形碳层的形成分别是不同的处理。由此，为了连续处理 上述层的形成，需要与之对应的处理炉、处理程序。因此，存在制造上的限制，且成本变高。此外，由于当氮化层的表面存在氮化合物层时会导致氮化层的紧贴力大幅度降 低，因此，使氮化层的表面只形成为扩散层。使氮化层的表面只形成为扩散层的方法有除去 氮化合物层的方法和在氮化处理时不产生氮化合物层的方法。在除去氮化合物时，不易维 持零件的精度，是由于加工损失等造成的材料利用率降低的原因。另一方面，在氮化处理中 不产生氮化合物层的情形下，存在以下问题，由于氮化使得叶片的母材的表面粗糙度变差， 因此，无定形碳层的表面粗糙度也变差。本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于，在制冷剂压缩机的滑动构件表面 形成无定形碳层时，能通过廉价的结构进行无定形碳层的剥离的抑制。
本发明的第一特征所涉及的制冷剂压缩机具有对制冷循环中使用的制冷剂进行 压缩的压缩机构部，上述压缩机构部的滑动构件的至少一个由工具钢形成。此外，由铬的单 一层形成的第一层、由铬和碳化钨的合金层形成的第二层、由含有钨和碳化钨中至少一种 的含金属无定形碳层形成的第三层、不含金属但含碳和氢的无定形碳层形成的第四层依次 形成于由工具钢形成的上述滑动构件的表面。此时，上述第二层的铬的含有率在上述第一 层侧比在上述第三层侧高，且碳化钨的含有率在上述第三层侧比在上述第一层侧高。此外， 上述第三层的钨或碳化钨的含有率在上述第二层侧比在上述第四层侧高。本发明的第二特征所涉及的制冷循环装置包括本发明的第一特征所涉及的制冷 剂压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。根据本发明的特征，在制冷剂压缩机的滑动构件表面形成无定形碳层时，能通过 廉价的结构进行无定形碳层的剥离的抑制。


图1是表示使用本发明的第一实施方式的制冷剂压缩机的制冷循环装置的概略 图。图2是表示构成制冷剂压缩机的一部分的汽缸、滚筒和叶片的立体图。图3是表示叶片的前端侧的一部分的剖视图。图4是将覆膜的剥离负载与现有例进行比较表示的图表。图5是将覆膜的表面粗糙度与现有例进行比较表示的图表。图6是表示测定本发明的第二实施方式的叶片的覆膜的磨损量的装置的立体图。图7是表示进行比较的现有例的叶片的前端侧的一部分的剖视图。图8是表示将耐负载添加剂添加到制冷机油时的磨损降低率的图表。图9是表示本发明的第三实施方式中，与叶片抵接的对方构件的材质是球墨铸铁 时的覆膜的磨损量减少的图表。图10是表示本发明的第四实施方式中，由于第四层的厚度尺寸比第三层的厚度 尺寸大使得覆膜的缺口、剥离的发生率降低的图表。图11是表示本发明的第五实施方式的叶片的前端侧的一部分的剖视图。
具体实施例方式以下，根据

本发明的实施方式。第一实施方式参照图1 图5说明具有本发明的第一实施方式的制冷剂压缩机的制冷循环装置 1。如图1所示，本发明的第一实施方式的制冷循环装置1包括密闭型旋转式的制冷 剂压缩机2、冷凝器3、膨胀装置4和蒸发器5。此外，制冷循环装置1中，作为制冷剂使用 HFC制冷剂、HC (碳化氢类)制冷剂及二氧化碳制冷剂。制冷剂压缩机2是双汽缸型，具有 密闭壳体2a。在密闭壳体2a内收纳有电动机部6和作为压缩机构部的旋转压缩机构部7。 此外，电动机部6通过具有第一偏心部8a和第二偏心部8b的转轴8与旋转压缩机构部7 连结。
电动机部6由转子6a和定子6b构成。电动机部6也可以是由逆变器驱动的无电 刷DC同步电动机、AC电动机或由商业用电源驱动的电动机。制冷机油9贮存在密闭壳体2a的底部，润滑旋转压缩机构7。作为制冷机油9使 用多元醇脂油、醚类油、矿物油、烷基苯油、PAG油的单一油或混合油。旋转压缩机构部7由第一压缩机构部7a和第二压缩机构部7b构成。第一压缩机 构部7a具有形成第一汽缸室IOa的第一汽缸11a。第二压缩机构部7b具有形成第二汽缸 室IOb的第二汽缸lib。偏心旋转(公转)的第一滚筒12a设于第一汽缸室IOa内。偏心 旋转(公转)的第二滚筒12b设于第二汽缸室IOb内。第一叶片13a设于第一汽缸11a。 第二叶片13b设于第二汽缸lib。图1中只表示叶片13b。第一叶片13a与第一滚筒12a 的外周面接触地往复移动，是将第一汽缸室IOa内部隔成吸入室和压缩室的滑动构件。第 二叶片13b与第二滚筒12b的外周面接触地往复移动，是将第二汽缸室IOb内部隔成吸入 室和压缩室的滑动构件。因此，第一叶片13a的前端面与第一滚筒12a的外周面滑动接触， 侧面与形成于第一汽缸Ila的第一槽14a的侧面滑动接触。此外，第二叶片13b的前端面 与第二滚筒12b的外周面滑动接触，侧面与形成于第二汽缸lib的第二槽14b的侧面滑动 接触(图2中只表示槽14b)。第一压缩机构部7a的第一汽缸室IOa被作为盖构件的主轴承15和隔板16覆盖。 第二压缩机构部7b的第二汽缸室IOb被作为盖构件的副轴承17和隔板16覆盖。在主轴 承15上设有第一排出孔18a和第一排出阀19a。在副轴承17上设有第二排出孔18b和第 二排出阀19b (第一排出孔18a和第二排出孔18b未图示)。使压缩制冷剂气体排出的排出管20与密闭壳体2a的上表面部连接。此外，吸入 管21和储罐22与密闭壳体2a的侧面下部侧连接。如图2所示，第二压缩机构部7b由第二汽缸lib、第二滚筒12b和第二叶片13b等 构成。第一压缩机构部7a与第二压缩机构部7b采用相同的结构。第一压缩机构部7a由 第一汽缸11a、第一滚筒12a和第一叶片13a等构成。如图3所示，叶片13b中以调质成硬度HRC63的高速工具钢(SKH51)形成母材23。 此外，在母材23的前端侧的表面依次形成有由铬(Cr)的单一层形成的第一层24、由铬和碳 化钨(WC)的合金层形成的第二层25、由含有钨(W)的无定形碳层形成的第三层26、不含金 属但含碳和氢的无定形碳层形成的第四层27。第三层26可以是不含有钨但含有碳化钨的 无定形碳层，此外，也可以是含有钨和碳化钨两者的无定形碳层。第二层25的铬的含有率在第一层24侧比在第三层26侧高，且碳化钨的含有率在 第三层26侧比在第一层24侧高。第三层26的钨的含有率在第二层25侧比在第四层27侧高。各层24、25、26、27的厚度尺寸如下，第一层24为0. 2 μ m，第二层25为0. 3 μ m，第 三层26为1.25 μ m，第四层27为1.25 μ m。此外，由各层24 27形成的覆膜28的整体厚 度尺寸为3 μ m。若考虑由各层24 27形成的覆膜28的可靠性，则覆膜28的厚度最好为 2 5 μ m0此外，尽管覆膜28的表面硬度影响磨损特性，但当不满HV(0.025)2000时， 不能发挥作为无定形碳层的高硬度材料的效果。另一方面，当覆膜28的表面硬度在 HV(0. 025)4000以上时，有时会引起对方材料的磨损。因此，覆膜28的表面硬度最好在HV (0. 025)2000 4000 的范围内。图4中表示将覆膜28的剥离负载(临界负载)与现有例进行比较的划痕试验的 试验结果。在该试验中，如上所述，覆膜28的厚度尺寸为3μπι。此外，进行比较的现有例的 叶片采用专利文献1中所记载的那样的对母材进行氮化处理、进行表面改性的叶片。根据 该试验结果可确知，与现有例的叶片相比，本实施方式所涉及的叶片13b的剥离负载变大， 且不需要进行在现有例中进行的在叶片的母材的表面形成氮化层的工序。接着，图5的图表中表示将覆膜28的表面粗糙度与现有例进行比较测定的测定结 果。对形成有覆膜28的本实施方式的叶片13b、现有例中使用的叶片的母材、氮化处理现 有例中使用的叶片的母材后的材料、以及氮化处理后形成由中间层和无定形碳层构成的覆 膜的现有例的叶片进行该测定。以不产生氮化合物层的方法进行氮化处理。从现有例可明 确，由于氮化处理，叶片的母材的表面粗糙度变大，该表面粗糙度即便在形成覆膜后也依然 存在。与此相对，可明确本实施方式的叶片13b的表面粗糙度变得光滑。以上，在第一实施方式中，第一层24、第二层25、第三层26和第四层27在由高速 工具钢构成的叶片13b的母材23的表面依次形成。此外，第一层24是铬的单一层，第二层 25是铬和碳化钨的合金层，第三层26是含有钨和碳化钨中至少一种的含金属无定形碳层， 第四层27是不含金属但含碳和氢的无定形碳层。第二层25的铬的含有率在第一层24侧 比在第三层26侧高，且碳化钨的含有率在第三层26侧比在第一层24侧高。第三层26的 钨或碳化钨的含有率在第二层25侧比在第四层27侧高。因此，第一层24是与母材23的紧贴力优良的铬层，且第一层24与第二层25之间、 第二层25与第三层26之间以及第三层26与第四层27之间的硬度差变小。藉此，能提高 上述各层间的紧贴性，抑制第四层(无定形碳层)27和含有第四层27的覆膜28从叶片13b 剥离。而且，没有必要像现有例中说明的那样将氮化层形成于叶片13b的母材23，没有 与第一层24 第四层27的形成不同的处理、即形成氮化层的工序。因此，叶片能采用廉价 的结构。此外，对叶片13b的母材23不进行氮化处理。因此，不会引起母材23的表面粗糙 度随氮化处理变大的情形，能使第四层27的表面粗糙度变得平滑。在本实施方式中，以使用高速工具钢(SKH51)作为叶片13b的母材23的情形为例 进行了说明。不过，也可使用碳素工具钢、合金工具钢代替高速工具钢。(第二实施方式)参照图6 图8说明本发明的第二实施方式的制冷剂压缩机。第二实施方式的制 冷剂压缩机的基本结构与第一实施方式的制冷剂压缩机2的基本结构相同。因此，使用图 1说明第二实施方式的制冷剂压缩机的结构。第二实施方式的制冷剂压缩机使用在制冷机油9中添加有作为耐负载添加剂的 磷酸酯0. 5重量％和硫磺类化合物0. 5重量％的多元醇脂油。第二实施方式的其他结构与 第一实施方式相同。为了测定在制冷机油9中添加耐负载添加剂时和不添加耐负载添加剂时的覆膜 28的磨损量，使用图6所示的装置进行测定。在该测定中，将由高速工具钢形成的圆盘30 浸入添加有耐负载添加剂的制冷机油9中。此外，使叶片13b的形成有覆膜28的部分以一定负载(例如300N)与圆盘30抵接。在该状态下，使圆盘30绕中心线A以一定速度(例 如716rpm)沿箭头方向旋转，测定覆膜28的磨损量。测定持续进行1小时。对现有例的叶 片31也进行相同的试验。如图7所示，试验中使用的现有例的叶片31中，在叶片31的母 材32的表面扩散形成氮化层33，在氮化层33上形成中间层34，在中间层34上形成不含金 属但含碳和氢的无定形碳层27 (相当于本实施方式的第四层)，在无定形碳层27上形成含 有钨的无定形碳层26 (相当于本实施方式的第三层)。图8所示的试验结果的图表表示相对于在没有添加耐负载添加剂的制冷机油9中 进行相同的试验时的覆膜28的磨损量的降低率。根据图8的图表可明确，添加了耐负载添 加剂时的覆膜28的磨损量的降低率，本实施方式的叶片13b比图7所示的现有例的叶片31大。以上，在第二实施方式中，如第一实施方式的说明那样在母材23上依次形成有第 一层24 第四层27的叶片13b使用于添加有耐负载添加剂的制冷机油9中。根据这种结 构，能有效地发挥耐负载添加剂的作用，与在添加有耐负载添加剂的制冷机油9中使用现 有例的叶片31的情形相比，能降低覆膜28的磨损量。(第三实施方式)参照图9说明本发明的第三实施方式的制冷剂压缩机。第三实施方式的制冷剂压 缩机的基本结构与第一实施方式的制冷剂压缩机2的基本结构相同。因此，使用图1、图2 说明第三实施方式的制冷剂压缩机的结构。此外，在第三实施方式中，为了测定磨损量而使 用的装置是图6所示的装置。为了测定叶片13b与滚筒12b抵接滑动时的叶片13b的覆膜28的磨损量，使用图 6所示的装置进行测定。此时，对圆盘30由高速工具钢(SKH51)形成的情形和由球墨铸铁 (FCD600)形成的情形进行测定。图9的图表表示因与叶片13b抵接的对方构件的的材质造成的覆膜28的磨损量 的变化。将圆盘30浸入没有添加耐负载添加剂的制冷机油9中进行该磨损量的测定，对圆 盘30是高速工具钢时的叶片13b的覆膜28的磨损量和圆盘30是球墨铸铁时的叶片13b 的磨损量进行比较。假设圆盘30是高速工具钢时的叶片13b的覆膜28的磨损量为100% 时，圆盘30是球墨铸铁时的叶片13b的覆膜28的磨损量为70%。圆盘30由片状石墨铸铁(FC)形成的情形也能获得与球墨铸铁的情形相同的结 果。此外，在上述球墨铸铁或片状石墨铸铁中添加钒(V)、磷(P)、钼(M0)、镍(Ni)、铬(Cr)、 铜(Cu)等元素的铸铁也能获得同样的效果。以上，在第三实施方式中，作为用于叶片13b滑动接触的对方构件的滚筒12b是球 墨铸铁或片状石墨铸铁。根据该结构，即便在制冷机油9中不添加耐负载添加剂，也能降低 叶片13b的覆膜28的磨损量。(第四实施方式)参照图10说明本发明的第四实施方式的制冷剂压缩机。第四实施方式的制冷剂 压缩机的基本结构与第一实施方式的制冷剂压缩机2的基本结构相同。因此，使用图1、图 3说明第五实施方式的制冷剂压缩机的结构。如图3所示，在第一实施方式的制冷剂压缩机2中，以第三层26和第四层27的厚 度尺寸都是1. 25 ym的情形做了例示。与此相对，在第四实施方式中，改变第三层26和第四层27的厚度尺寸。图10的图表表示无定形碳层(第三层26和第四层27)的构成比(第四层27/第 三层26)与覆膜28的耐冲击性(缺口、剥离的产生)的倾向。覆膜28的耐冲击性表示在制冷剂压缩机2中故意形成叶片13b与滚筒12b猛烈 碰撞的特殊条件、例如以高压缩比断续地吸入液体制冷剂的状态进行试验时的覆膜28的 缺口、剥离的产生倾向。根据图10的图表可明确，通过使无定形碳层(第三层26和第四层27)的构成比 (第四层27/第三层26)比1大，但在10以下，进而在3 7之间，能抑制制冷剂压缩机2 运转中的叶片13b的覆膜28的缺口、剥离。(第五实施方式)参照图11说明作为本发明的第五实施方式的制冷剂压缩机的滑动构件的叶片 40。除叶片40以外，第五实施方式的制冷剂压缩机的基本结构与第一实施方式的制冷剂压 缩机2的基本结构相同。因此，使用图1说明第五实施方式的制冷剂压缩机的结构。在第五实施方式的制冷剂压缩机中，叶片40中，以调质成硬度HRC63的高速工具 钢(SKH51)形成母材23，在母材23的表面依次形成有由铬的单一层形成的第一层24、由铬 和碳化钨的合金层形成的第二层25、由含有钨的无定形碳层形成的第三层26、由含硅的无 定形碳层形成的第四层41。第二层25的铬的含有率在第一层24侧比在第三层26侧高，且碳化钨的含有率在 第三层26侧比在第一层24侧高。第三层26的钨的含有率在第二层25侧比在第四层41侧高。各层24、25、26、41的厚度尺寸如下，第一层24为0. 2 y m，第二层25为0. 3 y m，第 三层26为1.75iim，第四层41为1. 75 y m，整体为4 y m。通过含有硅而形成的碳化硅(SiC)具有耐热性优良的特性。因此，具有由含有硅 的无定形碳层形成的第四层41的叶片40能防止因高温造成的第四层41的破坏。工业上的可利用性在本发明的制冷剂压缩机和制冷循环装置中，能以廉价的结构在滑动构件上形成 具有耐磨损性和紧贴力优良的、不易剥离的无定形碳层的皮膜。因此，能提供高性能且廉价 的制冷剂压缩机和制冷循环装置。
权利要求
一种制冷剂压缩机，具有对制冷循环中使用的制冷剂进行压缩的压缩机构部，其特征在于，所述压缩机构部的滑动构件的至少一个由工具钢形成，由铬的单一层形成的第一层、由铬和碳化钨的合金层形成的第二层、由含有钨和碳化钨中至少一种的含金属无定形碳层形成的第三层、不含金属但含碳和氢的无定形碳层形成的第四层依次形成于所述滑动构件的表面，所述第二层的铬的含有率在所述第一层侧比在所述第三层侧高，且碳化钨的含有率在所述第三层侧比在所述第一层侧高，所述第三层的钨或碳化钨的含有率在所述第二层侧比在所述第四层侧高。
2.如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，将磷类或硫磺类的耐负载添加剂添加到润滑所述压缩机构部的制冷机油中。
3.如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，用于所述滑动构件滑动的对方材料是呈球状或片状的石墨形态的铸铁。
4.如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，形成于所述滑动构件的表面的所述第四层的厚度尺寸比形成于所述滑动构件的表面 的所述第三层的厚度尺寸大。
5.如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，形成于所述滑动构件的表面的所述第四层含有硅和碳化硅中的至少一种。
6.一种制冷循环装置，其特征在于，包括制冷剂压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器，其中，制冷剂压缩机具有对制冷循环中 使用的制冷剂进行压缩的压缩机构部，所述制冷剂压缩机中，所述压缩机构部的滑动构件的至少一个由工具钢形成， 由铬的单一层形成的第一层、由铬和碳化钨的合金层形成的第二层、由含有钨和碳化 钨中至少一种的含金属无定形碳层形成的第三层、不含金属但含碳和氢的无定形碳层形成 的第四层依次形成于所述滑动构件的表面，所述第二层的铬的含有率在所述第一层侧比在所述第三层侧高，且碳化钨的含有率在 所述第三层侧比在所述第一层侧高，所述第三层的钨或碳化钨的含有率在所述第二层侧比在所述第四层侧高。
7.如权利要求6所述的制冷循环装置，其特征在于，将磷类或硫磺类的耐负载添加剂添加到润滑所述压缩机构部的制冷机油中。
8.如权利要求6所述的制冷循环装置，其特征在于，用于所述滑动构件滑动的对方材料是呈球状或片状的石墨形态的铸铁。
9.如权利要求6所述的制冷循环装置，其特征在于，形成于所述滑动构件的表面的所述第四层的厚度尺寸比形成于所述滑动构件的表面 的所述第三层的厚度尺寸大。
10.如权利要求6所述的制冷循环装置，其特征在于，形成于所述滑动构件的表面的所述第四层含有硅和碳化硅中的至少一种。
全文摘要
一种制冷剂压缩机，在由工具钢形成的压缩机构部的滑动构件(13b)的表面依次形成有由铬的单一层形成的第一层(24)、由铬和碳化钨的合金层形成的第二层(25)、由含有钨和碳化钨中至少一种的无定形碳层形成的第三层(26)、不含金属但含碳和氢的无定形碳层形成的第四层(27)。第二层(25)的铬的含有率在第一层(34)侧比在第三层(26)侧高，碳化钨的含有率在第三层(26)侧比在第一层(24)侧高。此外，第三层(26)的钨或碳化钨的含有率在第二层(25)侧比在第四层(27)侧高。
文档编号F04B39/00GK101960143SQ20098010862
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月21日
发明者渡边哲永 申请人:东芝开利株式会社