专利名称：涡旋压缩机及其制造方法
技术领域：
本发明涉及涡旋压缩机，更确切地说，是适于用作压缩空气的涡旋压缩机及制造这种涡旋压缩机的方法，该压缩机具有公转涡旋件，公转涡旋件带有在端板一侧或相对两侧上形成的涡卷。
传统的涡旋压缩机，如日本未审查专利公开公报平2-173472/1990号、未审查专利公开公报平1-237376/1989号、未审查专利公开公报昭64-80785/1989号等专利文献所公开的那样，为了减少各涡卷和端板之间或相对涡卷之间所产生的磨损，防止这些部位之间发生卡死现象，在固定涡旋件和公转涡旋件的涡卷表面进行表面处理，形成良好的润滑特性。另外，日本未审查专利公开公报平8-261171/1996号揭示了一种涡旋压缩机，为了延长该涡旋压缩机的使用寿命，对固定涡旋件和公转涡旋件都进行了一种同样的表面处理。
在涡旋压缩机中，公转涡旋件和固定涡旋件设置成这样的形式使它们的涡卷互相配合，随着公转涡旋件的公转运动，减少在公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷之间形成的压缩工作室的容积，从而压缩该工作室中的气体。从改善涡旋压缩机运转性能的观点看，希望尽可能地消除涡旋压缩机运转期间涡卷之间的间隙，进而能减少来自压缩工作室的泄漏。因此，通过估算运转过程中的涡卷温度来确定涡卷之间的间隙。然而，实际中涡旋压缩机的结构是十分复杂的，所以很难估算出涡卷之间的间隙，因为该间隙在运转过程中只有几微米(μm)。如果涡卷之间的间隙太窄，在运转过程中会产生涡卷彼此接触的缺陷，导致因卡死而停机。
因此，日本未审查专利公开公报平2-173472/1990号、未审查专利公开公报平1-237376/1989号、未审查专利公开公报昭62-199982/1987号、未审查专利公开公报昭64-80785/1989号等专利文献所记载的涡旋压缩机中，在涡卷上涂敷着有良好润滑特性的材料，以阻止涡卷彼此间的接触。虽然这种涂层在运转的初始阶段有比较理想的作用，然而随着运转时间的延续会逐渐产生磨损，由于涡卷的基层材料主要由铝组成，最终使该基层材料相互接触，就有可能产生卡死等现象。
再者，日本未审查专利公开公报平8-261171/1996号中所揭示的涡旋压缩机，在固定涡旋件和公转涡旋件上涂敷有同一材料，在润滑性能差的情况下也有可能产生卡死或类似缺陷。
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的一个目的是提供一种能延长压缩机使用寿命的无油涡旋压缩机。
本发明的另一目的是提供一种即使在涡旋压缩机的涡卷彼此接触的状态下也能长期稳定地运转的涡旋压缩机。
本发明的再一目的是提供一种能可靠地防卡死或类似现象发生、运转性能高的无油涡旋压缩机及其制造这种涡旋压缩机的方法。
本发明的再一目的是提供一种用于无油涡旋压缩机的可靠性高的表面处理方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种涡旋压缩机，包括带有端板并且至少在端板的一侧形成有涡卷的公转涡旋件以及带有适于与公转涡旋件配合的涡卷的固定涡旋件，所述固定涡旋件与公转涡旋件中的一个具有经过Ni-P-B表面处理的端板表面和涡卷表面，而固定涡旋件与公转涡旋件中的另一个具有经过阳极氧化镀层处理的端板表面和涡卷表面。
进一步，在本发明的最佳实施例中，分别在公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷尖部表面上形成有槽，在所述的槽中分别装有主要由四氟乙烯树脂制成的密封元件。
为了实现上述目的，本发明另一方面提供一种涡旋压缩机，包括带有在端板的两侧面形成的涡卷的公转涡旋件；一对基本互相平行地设置且在二者之间配置所述公转涡旋件的固定涡旋件；在公转涡旋件端板的两侧形成的压缩室，通过公转涡旋件的公转运动在该压缩室中压缩气体；由聚合物材料组成的以便具有弹性的、分别安装到每一涡旋件涡卷的尖部所形成的槽中的弹性密封元件，其中，固定涡旋件的涡卷表面包括端板表面涂有阳极氧化薄膜，而公转涡旋件的涡卷表面包括端板表面具有经过Ni-P-B处理的表面。
进一步，上述聚合物材料包括作为主成分的四氟乙烯树脂。
再者，在其中一个实施例中，工作气体最好是空气，Ni-P-B薄膜的厚度为10～30μm。最好是约20μm。还有Ni-P-B薄膜的表面硬度具有700～900的维氏硬度时比较合适。
为了完成上述目的，根据本发明的再一方面，在制造涡旋压缩机的过程中，对于面对着固定涡旋件的公转涡旋件表面进行形成Ni-P-B薄膜的镀层处理，对于面对着公转涡旋件的固定涡旋件表面进行形成阳极氧化镀层的镀层处理。
最好是，在公转涡旋件和固定涡旋件的部件尖部预先形成槽，然后分别对涡旋件进行所述的表面处理。
图1是本发明双涡旋压缩机一实施例的涡卷的详细剖视图。
图2是本发明双涡旋压缩机实施例的外部透视图。
图3是本发明双涡旋压缩机实施例的横剖视图。
图4是本发明双涡旋压缩机一实施例的公转涡旋件的前视图。
图5是本发明双涡旋压缩机实施例的固定旋件的前视图。
图6是单涡旋压缩机一实施例的涡卷的详细剖视图。
首先，叙述本发明的背景。在无油涡旋压缩机中，固定涡旋件和公转涡旋件作相对运动，在它们彼此的涡卷之间以及涡卷和端板之间形成微小的间隙。顺便说，为了使无油涡旋压缩机具有较高的效率，理想的是希望消除上述间隙。因此，将主要由四氟乙烯树脂组成的尖部密封件用于固定涡旋件和公转涡旋件的涡卷端表面。采用这种尖部密封件，能减少端板和涡卷之间间隙的大小，这样，也减少了泄漏损失。
同时，由于在运转过程中产生热量，会使以两维方式形成的涡卷产生三维的变形，所以很难控制固定涡旋件和公转涡旋件各涡卷之间的间隙。因此，即使设计中考虑了经过高精度分析的涡卷的变形，涡卷有时也会彼此接触，产生卡死现象。通常，为了避免这种现象的发生，在涡卷表面涂敷有润滑性良好的材料，使涡卷以较低的摩擦运转，即使相互接触时磨损也比较小。使用这种润滑方法时，在比较短的运转时间内压缩机呈现出满意的运转性能，但随着运转时间的延续，涡卷的磨损量会逐渐增加，结果导致涡卷基层材料相互接触。
在传统的涡旋压缩机中，一味地强调压缩机的效率，所以要尽可能地抑制在涡旋件的涡卷和端板之间形成的压缩元件的外形变形。相反，根据本发明，使一个涡旋件的涡卷表面硬度高于其它涡旋件涡卷的表面硬度，这样，如果公转涡旋件的涡卷与固定涡旋件的涡卷彼此相接触时，具有高硬度的涡卷会刮去表面硬度相对低的涡卷的表面。结果，通过这种剃刮会使涡卷之间的间隙基本为零，有可能减少涡卷之间形成的间隙中的泄漏损失。简言之，在现有技术中要抑制因涡卷之间接触所引起的磨损，而根据本发明，确实允许有这种磨损，从而能够在涡卷之间形成最佳的间隙。
下面参照附图对本发明的几个实施例进行详细描述。图1～图5示出了本发明的第1实施例，图1用剖视图详细示出了涡旋压缩机(下文称为双涡旋压缩机)的涡卷，其中涡卷在公转涡旋件端板的两侧形成，从而在端板的两侧形成压缩工作室，由压缩气体所产生的推力相互抵消。图2是双涡旋压缩机涡卷的外部透视图，图3是垂直于压缩机轴线的横剖视图，图4是公转涡旋件的详细结构图，而图5是固定涡旋件的详细结构图。
参照图2，双涡旋压缩机包括作为主要元件的由铝铸造而成并用作壳体的固定涡旋件9、11以及图中未示的公转涡旋件和旋转轴。其中一个固定涡旋件11上形成有吸入口20和排出口21。通过该吸入口20把外界的气体导入压缩机内，被导入的一部分气体用来冷却涡旋压缩机，另一部分气体作为工作气体。
图3是表示图2中公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷相互配合的双涡旋压缩机的横剖示图。曲轴(未示)借助轴承保持在旋转轴保持孔25、26中。当来自驱动机构(也未示)的驱动力传送到该曲轴上时，端板两侧面上形成有螺旋状涡卷的公转涡旋件10作不绕其轴线转动的公转运动。由于公转涡旋件的公转运动，通过吸入口20吸入的部分气体进入压缩室24，该压缩室24处在固定涡旋件9、11上形成的涡卷与公转涡旋件10上形成的涡卷之间。
当公转涡旋件10转动时，压缩室24的容积减少，由此使压缩室24中的气体压缩并作为高压气体通过涡卷中心部位所形成的的排出口23排到压缩机的外部。在涡卷的轴向端面形成有若干槽，尖部密封12安装在这些槽中。这些尖部密封阻止工作气体从固定涡旋件涡卷和公转涡旋件的端板30之间以及公转涡旋件涡卷和固定涡旋件涡卷之间的泄漏。
固定涡旋件9、11具有如图5所示的涡卷27及端板31。防尘涡卷28在端板31上形成，并设置在涡卷27的最外圆周部分的外圆周区域。防尘涡卷28防止灰尘进入压缩室。在该实施例中，吸入口分别配置在两个位置，因此，用于把工作气体导入压缩室的通道也设置在轴向对称位置。
接着，参照上述图1所示的涡卷的纵断面图详细描述双涡旋压缩机涡卷的结构。螺旋状涡卷10a分别在公转涡旋件的端板32的两侧面形成。同时，螺旋状固定涡卷9a、11a在固定涡旋件9、11上形成，并与公转涡旋件的涡卷10a相配合。而且，固定涡旋件1和公转涡旋件2互相啮合。
在公转涡旋件涡卷10a的尖部形成用于容纳密封元件12的槽13，密封元件12安装在槽13中，并对涡卷10a和端板9b、11b之间的间隙进行密封。类似地，在固定涡旋件涡卷9a、11a的尖部形成用于容纳密封元件12a、12b的槽13a、13b，密封元件12a、12b对涡卷9a、11a和公转涡旋件的端板32之间的间隙进行密封。顺便说，密封元件是用四氟乙烯系树脂制成的。
为了减轻重量、便于制造，固定涡旋件和公转涡旋件可用铝合金制成。一般地，固定涡旋件由铝铸造而成并且其表面硬度低，这样才有可能容许公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷相互接触。根据以上理由，固定涡旋件9、11的涡卷表面15、17和端板表面14、16都进行了阳极氧化渡层处理。而且，公转涡旋件10的涡卷表面19和端板表面18均进行了Ni-P-B处理，与阳极氧化渡层处理相比，后者具有足够的镀层硬度。
这种Ni-P-B处理类似于日本未审查专利公开公报平8-158058/1996号所公开的技术。但值得注意的是，该文献中公开的处理是用来减少摩擦及磨损的表面处理方法，而本发明镀层的目的是保护公转涡旋件涡卷表面和固定涡旋件涡卷表面并容许正面磨损。另外，对固定涡旋件的外表面进行阳极氧化镀层处理的理由是为了减少装配到槽13a、13b中的密封元件的磨损。因此，如果允许密封元件磨损，就可以省去这种镀层处理。上述阳极氧化镀层处理和Ni-P-B处理相结合所提供的摩擦系数大约是0.1～0.2。
在固定涡旋件9、11和公转涡旋件10的表面经过了表面处理、具有不同镀层硬度的这种涡旋压缩机的实际运转期间，即使出现不希望的超出原来估计的热变形、使涡卷相互接触，具有足够高硬度的公转涡旋件10的涡卷10a也能逐渐地研磨具有较低硬度的固定涡旋件9、11的涡卷表面15、17及端板表面14、16。所以，可避免固定涡旋件9、11和公转涡旋件10的涡卷卡死，能使压缩机平稳地运转。当涡卷接触时，具有较低镀层硬度的固定涡旋件9、11的涡卷表面15、17被磨掉部分的厚度，基本相当于公转涡旋件10的涡卷10a和固定涡旋件9、11的涡卷9a、11a之间相互干涉部分的厚度。那么，当这些相互干涉部分被完全磨掉后，压缩机可以在涡卷9a、11a和涡卷10a之间能确保所需要的微小间隙的状态下运转。这样，按照压缩机的运转性能，能够保证所需要的微小间隙，防止了压缩气体的泄漏，能提供高运转性能的压缩机。
本发明经过Ni-P-B处理所获镀层的厚度为10-30μm，最好是20μm。而且，这种镀层处理的优点在于，即使在比较低的温度下进行处理，所得到的表面硬度也不会太低。特别是，在公转涡旋件由铝合金制成、其处理温度的上限大约为200℃的条件下，与经过阳极氧化镀层处理、包括镀层厚度约为50μm的情况相比较，通过这种处理能够得到维氏表面硬度(VikersSurface Hardness)大约为700～900的足够高的硬度。在该实施例中，当镀层含镍为98wt.％或更多、磷为1～2wt.％、硼为1wt.％或更少时能得到更理想的效果。
下文参照图6描述本发明的第2实施例，这里，与图1相同的部件标有相同的序号。根据本发明第2实施例的涡旋压缩机，仅在公转涡旋件端板的一侧形成涡卷。所以，公转涡旋件和固定涡旋件通过由涡卷所产生的压缩机内气体压力的作用彼此分离。这种结构的压缩机叫做单涡旋压缩机，其中，公转涡旋件2和固定涡旋件1互相配合。各自的涡卷1a、2a的尖部形成有槽4，在槽4中装有密封元件3。固定涡旋件1的涡卷表面6和端板表面5经过阳极氧化镀层处理。公转涡旋件2的涡卷表面8和端板表面7经过Ni-P-B处理，与给固定涡旋件1进行的阳极氧化镀层处理所得到的硬度相比较，能提供足够的镀层硬度。在固定涡旋件1和公转涡旋件2均经过了表面处理、形成镀层硬度基本不同的镀层硬度的这种涡旋压缩机的实际运转过程中，即使出现不希望的超出原来估计的热变形、使涡卷相互接触，具有足够高硬度的公转涡旋件2的涡卷2a也能逐渐地研磨具有较低硬度的固定涡旋件1的涡卷表面6及端板表面5。所以，可避免固定涡旋件1和公转涡旋件2的涡卷卡死，能使压缩机平稳地运转。当涡卷接触时，具有较低硬度的固定涡旋件1的涡卷表面6被磨掉部分的厚度，基本相当于公转涡旋件2的涡卷2a和固定涡旋件1的涡卷1a之间相互干涉部分的厚度。那么，当这些相互干涉部分被完全磨掉后，压缩机可以在涡卷1a和涡卷2a之间能确保所需要的微小间隙的状态下运转，这样，按照压缩机的运转性能，能够保证所需要的微小间隙，防止了压缩气体的泄漏，能提供高性能的压缩机。
当对固定涡旋件进行能形成较低硬度的表面处理、对公转涡旋件进行能形成较高硬度的表面处理时，固定涡旋件和公转涡旋件分别经过了表面处理，使固定涡旋件具有较高的硬度而公转涡旋件具有较低的硬度。
另外，在涡卷尖部形成的槽的表面也经过了Ni-P-B处理，这有助于这种表面处理。所以，虽然至少在一个槽的表面和装配到槽中的密封元件的磨损是不利的，但是，对于主要由四氟乙烯树脂制成的密封元件来说，经过这种处理会呈现出较低的磨损，这样，能在长时间内保证良好的密封性能。
根据本发明的，对公转涡旋件和固定涡旋件分别进行了表面处理，能够形成基本不同的镀层硬度，这样，能避免在涡卷互相接触时涡旋件的卡死现象，保证了涡旋压缩机的平稳运转。而且，通过涡卷的研磨形成微小的又是所需要的间隙，由此，能够阻止压缩气体的泄漏，改善压缩机的运转性能。
进一步，由于可以减少装入涡卷尖部形成的槽中的密封元件与涡卷的磨损，因此，能得到长期工作的良好的密封性能，提高了涡旋压缩机的可靠性。
在不脱离本发明精神和基本特征的前提下，可以做出各种变形。因此，上述的实施例仅作为例子，并不构成对本发明的限定。本发明的范围由权利要求所限定，并不局限于本说明书的内容。在与由权利要求限定的范围等同的范围内所作出的各种变形和修改都将落入本发明所限定的范围。
权利要求
1.一种涡旋压缩机，包括带有端板并且至少在端板的一侧形成有涡卷的公转涡旋件以及带有适于与公转涡旋件配合的涡卷的固定涡旋件，其特征是，所述固定涡旋件与公转涡旋件中的一个具有经过Ni-P-B表面处理的端板表面和涡卷表面，而固定涡旋件与公转涡旋件中的另一个具有经过阳极氧化镀层处理的端板表面和涡卷表面。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，分别在所述的公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷端表面上形成有槽。
3.根据权利要求2所述的涡旋压缩机，其特征是，在所述的槽中分别装有主要由四氟乙烯树脂制成的密封元件。
4.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，所述工作气体是空气。
5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的Ni-P-B镀层厚度为10～30μm。
6.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的Ni-P-B镀层的维氏表面硬度为700～900。
7.一种涡旋压缩机，包括带有在端板的两侧面形成的涡卷的公转涡旋件；一对基本互相平行地设置且在二者之间配置所述公转涡旋件的固定涡旋件；在公转涡旋件端板的两侧形成的压缩室，通过公转涡旋件的公转运动在该压缩室中压缩气体；由聚合物材料组成的、分别安装到在每一涡旋件涡卷的尖部所形成的槽中的弹性密封元件，其特征是，所述固定涡旋件的涡卷表面和其端板表面具有阳极氧化镀层，而所述的公转涡旋件的涡卷表面及其端板表面具有经过Ni-P-B处理的表面。
8.根据权利要求7所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的聚合物材料包括作为主成分的四氟乙烯树脂。
9.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的工作气体是空气。
10.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的Ni-P-B镀层的厚度为10～30μm。
11.根据权利要求8所述的涡旋压缩机，其特征是，所述的Ni-P-B镀层的维氏硬度为700～900。
12.一种制造涡旋压缩机的方法，包括对于面对着固定涡旋件的公转涡旋件表面进行形成Ni-P-B薄膜的镀层处理，对于面对着公转涡旋件的固定涡旋件表面进行形成阳极氧化镀层的镀层处理。
13.根据权利要求12所述的制造涡旋压缩机的方法，其特征是，在公转涡旋件和固定涡旋件的涡卷尖部预先形成槽，然后分别对涡旋件进行所述的表面处理。
全文摘要
一种涡旋压缩机,包括带有螺旋性涡卷或形成在端板一侧或两侧的涡卷的公转涡旋件,以及带有一个涡卷或数个涡卷的易于和公转涡旋件配合的固定涡旋件,以形成一个和数个压缩室。分别在涡卷的尖部形成有若干槽,弹性密封件插入该槽中以阻止涡卷和端板之间的压缩气体的泄漏。公转涡旋件和固定涡旋件的这些表面或涡旋件的表面,形成一个和数个压缩室。固定涡旋件或涡旋件均经过阳极氧化镀层处理而公转涡旋件经过Ni－P－B表面处理。
文档编号F04C18/02GK1212332SQ98118449
公开日1999年3月31日 申请日期1998年8月18日 优先权日1997年9月19日
发明者椎木和明, 川野勇, 川端夏树, 铃木明, 名取达雄, 水本宗男, 町田茂 申请人:株式会社日立制作所