专利名称：滑动部件和压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滑动部件，该滑动部件用于例如一种空调系统的压缩机中，并且本发明还涉及一种压缩机。
背景技术：
构造压缩机的内部机构的滑动部件的润滑通常通过使装在压缩机中的润滑油与在运转压缩机中循环的制冷剂气体(制冷剂气体例如为氯氟烃气体等)一起形成油雾并将油雾形式的润滑油带到各滑动部分而进行。然而，在压缩机长期不运转之后再起动的情况下，附着在滑动部件上的润滑油被制冷剂气体冲走。
例如在斜盘式压缩机中，各活塞通过滑履与斜盘相连，并通过斜盘的旋转或滑动而在缸孔内往复运动。斜盘和滑履在压缩机刚启动之后润滑油到达其滑动表面之前开始滑动。而且在润滑油到达斜盘和滑履之间的滑动表面之前，气态制冷剂到达滑动表面并冲洗滞留在滑动表面上的润滑油。因此，在刚刚启动压缩机之后，斜盘和滑履是在没有润滑油的干性滑动条件下相互滑动的。
因此，在制冷剂气体返回到压缩机和压缩机开始形成油雾形式之间的时间段(约1分钟)内，在压缩机处于润滑状态下需要润滑的滑动部分处于一种不充分的润滑状态。因此，传统的技术已经提出了一些用于在这种润滑油量不充分的时间段内可靠地润滑滑动部分的技术。
所提出的改进斜盘等的滑动特性的实例包括一种通过化学沉积方式在滑动表面上形成一种Ni-P镀层薄膜的方法以及一种在铁质斜盘表面上形成一种Al质喷涂薄膜的方法。而且，日本专利文献特开平11-13638披露了一种在铁质或铝质基材的斜盘表面(即与滑履接触的滑动表面)上形成一层锡、铜或类似镀层的方法，并且在在该镀层上形成一层由聚酰胺酰亚胺树酯和一种固态润滑剂(二硫化钼、石墨等)构成的滑动接触层的方法。
不过，在斜盘的滑动表面上形成Ni-P镀层薄膜或Al质喷涂薄膜的方法还是没有提供充分的滑动特性。披露于日本专利文献特开平11-13638中的、形成由聚酰胺酰亚胺树酯和固态润滑剂制成的滑动接触层的方法相对于形成Ni-P镀层薄膜而言是提供了较好的滑动特性，但是还是不够。最近，二氧化碳作为压缩机的制冷剂引起了人们的注意。不过，相对于采用氯氟烃制冷剂而言，采用二氧化碳作为制冷剂导致通过活塞作用在斜盘上的压缩负载大大增加，从而使得滑动环境恶化。因此，需要改善滑动特性。
发明内容
本发明是为解决前述问题而提出的，且本发明的第一个目的是为了提供一种滑动部件，该部件能够改善滑动特性，并且制造起来相对容易并适用于压缩机。第二个目的是为提供一种含有该滑动部件的压缩机。
为了实现前述和其它目的，并根据本发明的意图，本发明提供一种滑动部件。该滑动部件包括一具有滑动表面的金属体，以及在该滑动表面上形成的热塑性聚酰亚胺涂层。
本发明还提供了一种压缩机。该压缩机包括驱动轴、支承在该驱动轴上的斜盘、滑履、以及与带有该滑履的斜盘相连的活塞。斜盘将驱动轴的旋转运动转变成活塞的往复运动。斜盘具有第一滑动表面。滑履具有在第一滑动表面上滑动的第二滑动表面。该滑履具有第三滑动表面，该第三滑动表面在活塞上滑动。该活塞具有第四滑动表面，该第四滑动表面在第三滑动表面上滑动。在第一至第四滑动表面的其中至少一个表面上形成有热塑性聚酰亚胺涂层。
本发明还提供了一种在具有滑动表面的金属元件上形成涂层的方法。该方法包括以下步骤将热塑性聚酰亚胺粉末粘附到滑动表面上，对粘附有该粉末的滑动表面进行烘烤以便使粉末熔化，并对烘烤过的滑动表面进行淬火以便在该滑动表面上形成热塑性聚酰亚胺涂层。
发明的其它方面和优点通过结合附图以本发明的原理的示例所作出的下述说明将会变得更加清楚。
参照结合下述附图的下述优选实施例的说明，将会更好地理解本发明及其目的和优点，这些附图包括图1是解释本发明的压缩机的一个实施例的剖视图；以及图2是表示图1中压缩机中的斜盘和滑履之间关系的放大的剖视图。
具体实施例方式
下面，将参照图1和2对本发明的变排量斜盘式压缩机进行描述。
如图1所示，压缩机C包括缸体1、与该缸体1的前端相连的前部壳体元件2、以及通过阀板组件3与缸体1的后端相连的后部壳体元件4。缸体1、阀板组件3以及两个壳体元件2和4通过一些贯穿螺栓(未示出)相互连接在一起，由此构成压缩机C的壳体。图1中的左侧为压缩机C的前侧。
曲柄腔5、吸气腔6以及排气腔7被限定于该压缩机壳体内。在缸体1中形成有一些缸孔1a(仅仅示出一个)，且单头活塞8安装在各缸孔1a中以便作往复运动。吸气腔6和排气腔7通过吸气和排气阀3a和3b选择性地与各缸孔1a相连通，该吸气和排气阀形成于该阀板组件3中。
驱动轴9通过缸体1和前部壳体元件2之间的轴承以一种穿过曲柄腔5的状态被可旋转地支承。曲柄腔5内装有如凸轮盘的斜盘10。在斜盘10的中心形成有一个插入孔10a，且驱动轴9穿过该插入孔10a。作为旋转支承件的凸耳盘11固定在驱动轴9上以便在曲柄腔5内一体地旋转。斜盘10通过该凸耳盘11和铰接机构12与驱动轴9相连以便与驱动轴9一体地旋转。该斜盘10相对于该驱动轴9倾斜，同时沿着该驱动轴9的表面轴向滑动。
斜盘10具有一个相对于该铰接机构12位于该驱动轴9的相对侧的平衡配重部分10b。弹簧13缠绕在位于凸耳盘11和斜盘10之间的驱动轴9上。斜盘10在弹簧13的作用下被推向缸体1(即，沿着倾斜角减小的方向)。在倾斜角减小方向上的斜盘倾斜度受到与其接触的卡簧14的限制，并且极限值在斜盘10的最小倾斜角θmin处。斜盘10的最大倾斜角θmax由于斜盘10的配重部分10b和凸耳盘11之间接触而受到限制。倾斜角指的是垂直于驱动轴9的表面与斜盘10之间的角度。
斜盘10的周边部分通过一对前、后滑履15a和15b滑动地保持在各活塞8的端部处。因此，所有的活塞8都与斜盘10相连。斜盘10随着驱动轴9的旋转的旋转运动通过滑履15a和15b转变成活塞的往复运动。
后部壳体元件4包括用来控制曲柄压力Pc的普通的控制阀16。该控制阀16设置于气体供给通道的中间，未示出，以用于将曲柄腔5和排气腔7联通起来。该控制阀16包括通过电磁线圈的电磁力来控制气体供给通道的开启的阀机构。该曲柄压力Pc基于从排气腔7通过控制阀16供给到曲柄腔5的制冷剂气体量和从曲柄腔5通过泄放通道释放到吸气腔6的制冷剂气体量之间的平衡来进行控制，该泄放通道用于将曲柄腔5和吸气腔6连通起来。
至少在作为压缩机滑动部件的斜盘10和滑履15a、15b的滑动表面上形成一层热塑性聚酰亚胺涂层17。热塑性聚酰亚胺涂层17直接形成在作为部件主体的斜盘10和滑履15a、15b的滑动表面上。该热塑性聚酰亚胺涂层17可以含有固态润滑剂。例如可以采用聚四氟乙烯(PTFE)作为该固态润滑剂。
对于斜盘10，可以采用相对较重的铁基材料(例如FCD700铸铁等)，以便在斜盘10旋转时基于离心力而产生适当的旋转运动力矩。同样，对于滑履15a和15b，考虑到其所给定的机械强度等，可以采用铁基材料(如，轴承钢)。
当在斜盘10上形成热塑性聚酰亚胺涂层17时，首先，通过静电粉末喷涂将热塑性聚酰亚胺粉末粘附到斜盘10的滑动表面(与滑履15a和15b滑动接触的表面)上。对于热塑性聚酰亚胺，可以采用由Mitsui化学品公司制造的自然级别的Oram450(商业名称)。该Oram450的Tg设定为250℃，且熔点设定为388℃。
对于热塑性聚酰亚胺粉末，例如可以采用平均微粒尺寸为50-100μm的粉末。通过在室温下进行静电粉末喷涂，就会在滑动表面上形成均匀的粉末涂层。接着，在电烤箱中对斜盘10进行烘烤。例如，在30分钟内将温度从400℃增加到450℃，并将斜盘10保持在450℃15分钟。在该时间段内，热塑性聚酰亚胺粉末就会熔化。接着，将斜盘10从电烤箱中取出，并用水进行淬火。淬火后的热塑性聚酰亚胺涂层17基本上成为具有光滑表面的非晶态。该热塑性聚酰亚胺涂层就牢固地粘附在斜盘10的表面。随后进行退火以去除残余应力。例如可以在230℃下退火2个小时。此外，也可以进行结晶退火。为了在热塑性聚酰亚胺涂层17中含有固体润滑剂，可以通过将热塑性聚酰亚胺粉末和固体润滑剂粉末混合起来进行静电粉末喷涂。
为了将热塑性聚酰亚胺涂层17的滑动特性和传统技术的润滑特性进行对比，对尺寸与斜盘10相同的铸铁圆盘进行滑动测试，其中每个圆盘上都涂有热塑性聚酰亚胺或热塑性聚酰亚胺+PTFE或者镀有NiPB等。为了使表面光滑，对比件采用抛光进行制造，以便获得Rz＜3μm的表面粗糙度。
假设在干燥的状态下进行烘烤(没有润滑剂)，通过使其上形成有涂层的圆盘以10.4m/s的圆周速度旋转来进行滑动测试，并对一个直径为10mm的采用SUJ2制成的圆盘施加1960N的压力。在这种条件下，测量这两个圆盘直至咬合和锁定在一起为止所要的时间。所得到的结果列于表1中。
表1
*PAI为聚酰胺酰亚胺如表1中所示，其证实在圆盘具有例1的热塑性聚酰亚胺涂层的情况下，达到咬合的时间相对于现有技术的对比实例3-5要长，且作为压缩机的滑动部件展示出的性能较高。在圆盘具有例2的含PTFE的热塑性聚酰亚胺涂层的情况下，滑动特性相对于仅仅含有热塑性聚酰亚胺的涂层确实有了显著的提高。
下面，将对采用前述方式构造的压缩机的运转进行描述。
当驱动轴9旋转时，斜盘10也一体地旋转。斜盘10的这种旋转运动通过滑履15a和15b转换成各活塞8的往复运动。各活塞8随后以相应于斜盘10的倾斜角的行程进行往复运动。该驱动是连续进行的，因此，按照下列顺序重复进行如下操作，即，在各个缸孔1a内，从吸气腔6中吸入制冷剂气体，对抽吸来的制冷剂气体进行压缩，并将压缩后的制冷剂气体排出到排气腔7中。从未示出的外部制冷剂回路输送给吸气腔6的制冷剂通过吸气口被吸进到缸孔1a中，由于活塞8的运动而受到压缩，并通过排气口排放到排气腔7中。排放到排气腔7中的制冷剂通过排出孔被送到外部制冷剂回路中。
接着，根据制冷负载对控制阀16的开口进行调节，并改变排气腔7和曲柄腔5之间的连通状态。在制冷负载较高并且吸气腔6的压力较高的状态下，控制阀16的开口就会变小，且曲柄腔5的压力(曲柄压力Pc)就会变小，使得斜盘10的倾斜角增大。之后，活塞8的行程增加使得压缩机在较大的排量下运转。在制冷负载较低并且吸气腔6的压力较低的状态下，控制阀16的开口就会变大，且曲柄压力Pc就会变大，使得斜盘10的倾斜角减小。之后，活塞8的行程缩短使得压缩机在较小的排量下运转。
该实施例具有如下优点。
(1)在作为滑动部件的斜盘10以及滑履15a和15b的滑动表面上形成的热塑性聚酰亚胺涂层17具有较高的耐热性、机械强度以及耐化学腐蚀性。因此，斜盘10以及滑履15a和15b的滑动特性和寿命就得到提高，因此没有必要在热塑性聚酰亚胺涂层17和金属部件的主体之间形成任何金属粘合层。因此，便于制造。而且，所有的滑动部件不是由热塑性聚酰亚胺制成的，而是在金属部件主体的滑动表面上形成热塑性聚酰亚胺涂层17。因此，即使在通过滑履15a和15b施加有较大负载的斜盘10的滑动表面上也能够保证必要的强度。
(2)因为热塑性聚酰亚胺涂层17含有作为固态润滑剂的PTFE，相对于不含有固态润滑剂的热塑性聚酰亚胺涂层17，其摩擦系数较低。因此滑动特性得到进一步提高。
(3)斜盘10在非常恶劣的滑动环境下润滑性和寿命得到改善。因此，压缩机的寿命和可靠性得到提高。
(4)热塑性聚酰亚胺涂层17通过静电粉末喷涂方法形成。因此，容易使得热塑性聚酰亚胺涂层17表面光滑，并且相对于采用喷射形成的涂层而言，该涂层与部件主体之间的粘附强度较大。
本发明并不限于上述实施例。例如也能够采用下述结构。
·本发明可以应用到除了斜盘10以及滑履15a和15b之外的滑动部件上，例如活塞8和凸耳盘11。如果是活塞8的话，就在其与缸孔1a或前部壳体元件2以及滑履15a和15b滑动接触的表面上形成热塑性聚酰亚胺涂层17。
·热塑性聚酰亚胺涂层17需要至少在滑动部件的滑动表面上形成。除了仅仅在滑动表面上形成外，还可以在滑动表面之外的部分上形成热塑性聚酰亚胺涂层17。
·固体润滑剂并不限于PTFE，可以采用全氟烷氧基乙烯(PFA)、二硫化钼(MoS2)、石墨或类似物。除了含有一种固体润滑剂外，还可以含有多种固体润滑剂。
·斜盘10的材料不限于铁基材料，也可以采用铝基材料(铝和铝合金)、不锈钢或类似材料。
·本发明并不限于斜盘式变量压缩机。其还可以应用于双头型斜盘压缩机或定排量压缩机。本发明可以应用于一种斜盘式压缩机，其中斜盘并不与驱动轴一体旋转，但随着驱动轴的旋转摆动。而且本发明并不限于斜盘式压缩机。其可以应用于其他类型的压缩机，例如涡旋压缩机或叶片式压缩机。
·本发明可以应用与除了压缩机之外的其它装置上的滑动部件上。
·热塑性聚酰亚胺涂层17还可以通过静电粉末喷涂方式之外的方式形成。例如，热塑性聚酰亚胺涂层17可以通过喷射形成。当需要在引擎的缸孔内局部形成一种环形热塑性聚酰亚胺涂层时，就可以采用喷射较为容易地形成。
因此，本发明的实例和实施例应被看成是说明性的，而非限制性的，且本发明并不限于在此所给出的细节，而是可以在后附的权利要求书的范围和等同范围内进行改进。
权利要求
1.一种滑动部件，其特征在于，一具有滑动表面的金属体；以及在该滑动表面上形成的热塑性聚酰亚胺涂层(17)。
2.如权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，该热塑性聚酰亚胺涂层(17)含有固体润滑剂。
3.如权利要求2所述的滑动部件，其特征在于，该固体润滑剂为聚四氟乙烯。
4.如权利要求1-3中任一项所述的滑动部件，其特征在于，该热塑性聚酰亚胺涂层(17)是通过静电粉末喷涂形成的。
5.如权利要求1-3中任一项所述的滑动部件，其特征在于，该热塑性聚酰亚胺涂层(17)是通过喷射形成的。
6.如权利要求1-3中任一项所述的滑动部件，其特征在于，该滑动部件用于压缩机中。
7.如权利要求6所述的滑动部件，其特征在于，该滑动部件为斜盘(10)。
8.一种压缩机，其包括驱动轴(9)；支承在该驱动轴(9)上的斜盘(10)，其中斜盘(10)具有第一滑动表面；滑履(15a，15b)，其中该滑履(15a，15b)具有在第一滑动表面上滑动的第二滑动表面；以及与带有该滑履(15a，15b)的斜盘(10)相连的活塞(8)，其中斜盘(10)将驱动轴(9)的旋转运动转变成活塞(8)的往复运动，其中该滑履(15a，15b)具有第三滑动表面，该第三滑动表面在活塞(8)上滑动，其中该活塞(8)具有第四滑动表面，该第四滑动表面在第三滑动表面上滑动，该压缩机的特征在于，热塑性聚酰亚胺涂层(17)形成在第一至第四滑动表面的其中至少一个表面上。
9.如权利要求8所述的压缩机，其特征在于，该热塑性聚酰亚胺涂层(17)含有固体润滑剂。
10.如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，该固体润滑剂为聚四氟乙烯。
11.一种用于在具有滑动表面的金属元件上形成涂层的方法，其特征在于包括以下步骤将热塑性聚酰亚胺粉末粘附到所述滑动表面上；对其上粘附有所述粉末的滑动表面进行烘烤，以便熔化该粉末；对烘烤过的滑动表面进行淬火，以便在该滑动表面上形成热塑性聚酰亚胺涂层(17)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对淬火后的滑动表面进行退火。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过静电粉末喷涂将热塑性聚酰亚胺粉末粘附到所述滑动表面上。
14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，热塑性聚酰亚胺粉末的平均微粒尺寸在50-100μm之间。
15.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在将热塑性聚酰亚胺粉末粘附到滑动表面上时，将热塑性聚酰亚胺粉末与固体润滑剂粉末混合。
全文摘要
斜盘(10)通过凸耳盘(11)和铰接机构(12)与驱动轴(9)可操作地相连，并且通过一对前、后滑履(15a，15b)可滑动地保持在各活塞(8)的端部。斜盘(10)随着驱动轴(9)的旋转的旋转运动通过滑履(15a，15b)转变成各活塞(8)的往复运动。在作为压缩机(C)的滑动部件的斜盘(10)和滑履(15a，15b)上形成一含有固态润滑剂热塑性聚酰亚胺涂层(17)。对于该固态润滑剂，可以采用聚四氟乙烯。因此可以获得一种压缩机，该压缩机包括滑动特性得到改善的滑动部件，且制造起来相对容易。
文档编号F16C33/04GK1401898SQ0212746
公开日2003年3月12日 申请日期2002年8月2日 优先权日2001年8月3日
发明者下俊久, 村濑仁俊 申请人:株式会社丰田自动织机