專利名稱：冷凍機用壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷凍機用壓縮機，尤其涉及具有滾柱活塞和隨之從動的葉片的旋轉(zhuǎn)式冷凍機用壓縮機。
制冷劑歷來使用特定氟利昂R12或指定氟利昂R22。特定氟利昂化學(xué)性能穩(wěn)定、不可燃、無毒性，被廣泛用作理想制冷劑而被長期使用。
然而近來，已確認(rèn)特定氟利昂分子中含有氯原子，這會破壞臭氧層，正在力圖開發(fā)和使用替代氟利昂。
作為實用性高的替代制冷劑，例如有不含氯的HFC(Hydro FluoroCarbon)制冷劑(日本《油空壓技術(shù)》1994年6月號，日本工業(yè)出版發(fā)行)。
另外，該HFC替代氟利昂因為不含有氯，所以不具有含有氯的特定氟利昂R12或指定氟利昂R22那樣的潤滑性。因此，使用HFC替代氟利昂時，非常重視通過制冷劑的流動運至供給壓縮機各部分的潤滑面，并從熱交換器效率的觀點來看，冷凍機油與制冷劑也必須有相溶性。對特定氟利昂及指定氟利昂使用礦物油或烷基苯，但因為這與上述替代氟利昂的相溶性極差，故在考慮使用與替代制冷劑有相溶性的酯油(《油空壓技術(shù)》1994年6月號，日本工業(yè)出版發(fā)行)。
但是，若采用這些替代氟利昂HFC及與之有相溶性的酯油，則滾柱活塞及葉片等滑動接觸構(gòu)件所使用的、例如FC25等的鑄鐵、S-15C等的碳鋼、SWRCH10A等的冷鍛鋼、SCM435等的合金鋼(均為JIS標(biāo)準(zhǔn))、燒結(jié)合金及不銹鋼之類的金屬材料的耐磨性會下降，使冷凍機不能長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
這是因為，替代氟利昂HFC不含有氯，潤滑性差，并且酯油含有極性基故吸濕性強，吸入的水分分解酯油生成羧酸，該羧酸使如上所述的葉片材料即鋼表面發(fā)生腐蝕而使其疲勞壽命降低(《油空壓技術(shù)》1994年6月號，日本工業(yè)出版發(fā)行)，此外，因酯油分解而產(chǎn)生酸、酸浸入葉片等的鐵系金屬材料而使其發(fā)生應(yīng)力腐蝕等因素，也使葉片等的壽命下降。
此外，因為替代制冷劑潤滑性差，所以滾柱活塞和葉片的滑動狀態(tài)容易呈局部油膜斷開的邊界潤滑狀態(tài)，若在該呈邊界潤滑狀態(tài)的部分，雙方呈鋼相互之間的同一組織結(jié)構(gòu)，雙方間即發(fā)生粘附，磨損加速壽命下降。
如上所述，一旦滾柱活塞或葉片等的壽命短，對于不進行維護保養(yǎng)且長壽命運轉(zhuǎn)的密封型壓縮機，葉片等壽命即成為整個壓縮機的壽命，所以特別成問題，不實用。
日本發(fā)明專利公開1993年第084357號公報公開了一種冷凍機用壓縮機，其滑動構(gòu)件一方為鑄鐵，另一方為表面有用PVD法形成的以CrN為主要成分的化合物保護膜的鐵系金屬材料。
此外，日本發(fā)明專利公開1995年第145787號公報公開的一種冷凍機用壓縮機，其葉片由含有鉻的鐵系合金鋼或鐵系燒結(jié)材料構(gòu)成，至少對其頂端部進行滲氮處理而形成鐵和鉻和氮的化合物層之后，僅在其頂端部表面施加氮化鉻的陶瓷涂層作為保護膜。
上述公報所示的以CrN為主要成份的保護膜，即使在使用不含氯的替代制冷劑及與其相溶的冷凍機油的環(huán)境下也能發(fā)揮出色的耐磨性能。但是，其保護膜有時也會發(fā)生早期剝離，不能保證充分的壽命。對此反復(fù)進行實驗已確認(rèn)，其剝離方式如下如圖8(a)、(b)所示，施加于葉片a頂端的保護膜b由于與滾柱活塞間發(fā)生滑動，故首先沿葉片a頂端的長度方向發(fā)生裂紋c。接著，因為與滾柱活塞之間的箭頭所示滑動方向的摩擦力作用于該裂紋c的邊緣，故裂紋c受到寬度方向外力F而邊向?qū)挾确较驍U展，邊發(fā)生早期剝離。
葉片a經(jīng)過高精度研磨加工，以使其與滾柱活塞之間的滑動部不產(chǎn)生間隙。但用顯微鏡來看，則保護膜b的表面如圖8(a)、(b)所示，在寬度方向呈波形的凹部和凸部沿葉片a頂端的長度方向線狀地連續(xù)。其原因在于，用離子鍍法可形成尺寸精度特好的均勻厚度的保護膜b，保護膜忠實地沿著葉片a頂端研磨精加工面的凹凸形狀而形成，這樣的葉片a坯料頂端的凹凸，如圖所示，是邊將葉片a頂端緊靠在砂輪j的成形用R形槽k上邊使其沿頂端長度方向移動進行研磨而形成的。
因此，當(dāng)葉片a與滾柱活塞相滑動時，保護膜b的該波形凸部b1與滾柱活塞最強地線狀地滑動接觸，且其背部的葉片a頂端部坯料形成的凸部a1與滾柱活塞之間也受到最強的壓迫。因此可以認(rèn)為，硬質(zhì)CrN因這些強的滑動接觸和壓迫產(chǎn)生的應(yīng)力，會沿保護膜b的凸部b1的棱線產(chǎn)生葉片a頂端部的長度方向的裂紋，成為發(fā)生剝離的原因。
上述情況不管是保護膜b僅在葉片a頂端部形成，還是在整個表面形成，都同樣會發(fā)生。
另一方面，如上所述的保護膜b例如可用PVD法形成。PVD法中包括使用真空或放電的方法，或利用氣相分解的方法等?？梢岳闷渲腥我环N方法，但離子鍍法特別易操作，且離子化的粒子及氣體入射后可在基材上發(fā)生反應(yīng)，結(jié)晶化發(fā)展，故保護膜b的緊貼性良好，情況更佳。離子鍍法中有反應(yīng)性離子鍍法和高頻離子鍍法，兩者都適合用于保護膜b的形成。


圖11示出了采用反應(yīng)性離子鍍法的PVD裝置。
該裝置的真空槽d內(nèi)保持10-3乇左右的壓力。使用電子槍e使鉻蒸發(fā)作為蒸氣源。對離子電極f偏置約50V的正電壓，使蒸發(fā)后的鉻離子化。離子化后的鉻向著偏置為負(fù)電壓的基材g加速，故以很高的動能與基材g相撞。若反應(yīng)氣體使用氮氣N，則在基材g的表面生成以CrNx為主要成分的化合物層。
但是用離子鍍法，當(dāng)以葉片a為基材在其表面形成保護膜b時，電荷會集中在葉片a的拐角部a2處，在拐角部a2，反應(yīng)和結(jié)晶化比其他部分進行得快，如圖12所示，會在保護膜之上生成微米單位的隆起部b2。葉片a與缸體i之間是以微米單位的間隙進行滑動的，如上所述的隆起部b2如圖13所示，會損傷缸體i及滾柱活塞h等，導(dǎo)致早期的制冷劑泄漏，使制品壽命縮短。
本發(fā)明以解決如上所述的問題為課題，目的在于提供如下一種冷凍機用壓縮機，該壓縮機設(shè)于葉片等滑動構(gòu)件的耐磨性保護膜不會因與其他構(gòu)件滑動而早期剝離，也不會因保護膜在滑動構(gòu)件的拐角部隆起而損傷其他構(gòu)件，不會發(fā)生滑動構(gòu)件引起的壽命下降的問題。
為了達到上述目的，技術(shù)方案1所述發(fā)明的冷凍機用壓縮機，具有滾柱活塞和隨其運動的葉片，葉片的至少與滾柱活塞滑動接觸的頂端部的坯料表面形成有耐磨性的保護膜，其特征在于，形成有保護膜的葉片頂端部的坯料表面在與滾柱活塞滑動接觸方向上施加了磨削等的精加工。
葉片的至少與滾柱活塞滑動接觸的頂端部所設(shè)的耐磨性保護膜，即使如技術(shù)方案6所述，在使用不含氯的替代制冷劑及與之相溶的冷凍機油環(huán)境下與滾柱活塞滑動，也能發(fā)揮充分的耐磨性，且具有防止在邊界潤滑狀態(tài)下發(fā)生粘附的材質(zhì)方面的特性。由于葉片的與滾柱活塞滑動的頂端部的坯料表面在與滾柱活塞滑動接觸方向上施加了磨削等的精加工，故在顯微鏡下見到的凹凸呈在與滾柱活塞滑動接觸方向上連續(xù)的狀態(tài)，施加于該表面的保護膜的凹凸也同樣地呈在與滾柱活塞滑動接觸方向上連續(xù)的狀態(tài)。在此情況下，即使因保護膜的凸部與滾柱活塞最強地壓接且受到位于背部的葉片凸部與滾柱活塞的壓迫而產(chǎn)生沿保護膜凸部棱線的裂紋，該裂紋的方向也是保護膜的凸部連續(xù)的與滾柱活塞滑動接觸的方向。因此，因保護膜與滾柱活塞滑動引起的摩擦阻力這一外力以裂紋為起點作用于保護膜時的方向是裂紋的長度方向，不會是使裂紋向?qū)挾确较驍U開的方向，所以不會引起保護膜的早期剝離，包括如技術(shù)方案2所述的葉片是鐵系金屬且保護膜是由PVD法形成的冷凍機用壓縮機，及如技術(shù)方案3所述的非鐵金屬層是以CrN化合物為主要成分的冷凍機用壓縮機，都能長期發(fā)揮保護膜的上述保護功能和防粘附功能，延長葉片和滾柱活塞的壽命，能解決因滾柱活塞和葉片引起的冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
技術(shù)方案4所述發(fā)明的冷凍機用壓縮機，具有滾柱活塞和隨其運動的葉片，在滾柱活塞及葉片之一的坯料表面形成有利用離子鍍法的耐磨性保護膜，其特征在于，形成有保護膜的滾柱活塞及葉片的坯料拐角部形成有倒角。
采用如上所述的結(jié)構(gòu)，滾柱活塞及葉片之一表面所設(shè)的耐磨性保護膜是通過離子鍍法形成的，即使是如技術(shù)方案5所述以CrN化合物為主要成分的高耐磨性材料構(gòu)成的，也能以很高的密合性形成膜，且因為滾柱活塞及葉片的設(shè)有保護膜的坯料拐角部有倒角，所以，可防止用離子鍍法形成保護膜時電荷向拐角部集中，因電荷集中而容易在拐角部產(chǎn)生的保護膜的隆起部就不會產(chǎn)生，防止因保護膜的隆起部損傷缸體之類與之滑動的其他構(gòu)件等引起的早期制冷劑泄漏，從而能充分利用如上所述保護膜獲得很高的密合性且長壽命這一特點，即使如技術(shù)方案6所述，在使用不含氯的替代制冷劑及與之相溶的冷凍機油環(huán)境下與滾柱活塞滑動，由于出色的耐磨性和邊界潤滑狀態(tài)下的防粘附性能，也能消除因滾柱活塞及葉片引起冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
附圖簡介圖1是本發(fā)明冷凍機用壓縮機實施形態(tài)1的示意剖視圖。
圖2是圖1所示壓縮機所用葉片局部的立體圖。
圖3是圖2中葉片的局部放大剖視圖。
圖4是圖2中的葉片的加工狀態(tài)說明圖。
圖5是本發(fā)明冷凍機用壓縮機實施形態(tài)2中的葉片局部的立體圖。
圖6是將圖5中的葉片方向變?yōu)閮蓚€方向經(jīng)剖切后的剖面圖。
圖7是本發(fā)明冷凍機用壓縮機實施形態(tài)3中的滾柱活塞的剖視圖。
圖8是現(xiàn)有葉片的局部立體圖和剖視圖。
圖9是示出圖8中的葉片加工方法的立體圖。
圖10是示出圖8中的葉片加工方法的剖視圖。
圖11是示出用離子鍍法的保護膜形成狀態(tài)的模式圖。
圖12是示出現(xiàn)有的用離子鍍法形成的葉片保護膜狀態(tài)的立體圖。
圖13是圖12所示葉片的使用狀態(tài)的剖視圖。
以下對本發(fā)明冷凍機用壓縮機的幾個實施形態(tài)，參照附圖予以說明。
本實施形態(tài)1的冷凍機用壓縮機如圖1所示，具有滾柱活塞1和隨之運動的葉片2，在缸體3內(nèi)，滾柱活塞1隨著葉片2的滑動作偏心轉(zhuǎn)動，從而將低溫低壓的氣體制冷劑吸入缸體3內(nèi)進行壓縮，將其變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w制冷劑送出，反復(fù)提供給冷凍循環(huán)。
滾柱活塞1及葉片2可以是歷來所采用的鐵系金屬，例如鑄鐵、碳鋼、冷鍛鋼、合金鋼、燒結(jié)合金及不銹鋼之類，滾柱活塞1特別適合采用高速鋼或鑄鐵熱處理品。
葉片2在與滾柱活塞1滑動接觸的頂端部2a的坯料表面形成有耐磨性的保護膜4，但當(dāng)然也可以在葉片2的整個表面形成保護膜4。葉片2的形成有保護膜4的頂端部2a的坯料表面在如圖2中箭頭A所示的與滾柱活塞1滑動接觸的方向上施加有磨削之類的精加工。
如上所述的精加工如圖4所示，將葉片2的基材21頂端部21a緊貼在平砂輪11的圓筒面上，使后方側(cè)沿圖中箭頭B所示方向作擺動，即磨削加工出在寬度方向彎曲的一定的彎曲面。要將彎曲面做成圓弧面時，例如如圖4所示，將葉片2的基材21插入并保持在能以軸12為中心作擺動的殼體13內(nèi)，將基材21的頂端部抵靠在平砂輪11的圓筒面上，并使殼體13以軸12為中心作擺動，，即能磨削加工出正確的圓弧面。當(dāng)然，這樣的加工或采用其他的保持機構(gòu)及導(dǎo)向件，或不用這樣的機構(gòu)而用人手進行操作等，都可以完成。
葉片2頂端部2a的坯料經(jīng)這樣的加工，在顯微鏡下看加工后的表面，即可看到如圖2和圖3所示的凹凸。該凹凸呈在與滾柱活塞1的滑動接觸方向上連續(xù)的狀態(tài)，施加于該表面的保護膜4的凹凸也同樣地呈在與滾柱活塞1滑動接觸的方向上連續(xù)的狀態(tài)。
葉片2的至少與滾柱活塞1滑動的頂端部2a所設(shè)的耐磨性保護膜4以CrN化合物為宜，但不受此限，能發(fā)揮同樣性能的其他金屬材料也行。該保護膜4即使在使用不含氯的替代制冷劑及與之相溶的冷凍機油即酯油的環(huán)境下與滾柱活塞1滑動，也具有充分的耐磨性，以及具有在與滾柱活塞1的邊界潤滑狀態(tài)下能發(fā)揮防止粘附功能的材質(zhì)上的特性。
此外，葉片2的與滾柱活塞1滑動的頂端部2a的坯料表面如上所述，因在與滾柱活塞1滑動接觸方向上進行磨削等加工而生成的凹凸，以及其上形成的保護膜4的凹凸，因為分別在與箭頭A所示的滾柱活塞1滑動接觸方向上連續(xù)，故保護膜4的凸部4a與滾柱活塞1最強壓接，并受到位于背部的葉片2的凸部2a1和滾柱活塞1的壓迫，所以，有時會產(chǎn)生如圖2和圖3所示的沿凸部2a1棱線的裂紋31。
但是，該裂紋31的長度方向是保護膜4的凸部4a的連續(xù)方向，即與滾柱活塞1滑動接觸的方向。因此，保護膜4與滾柱活塞1滑動引起的摩擦阻力即外力F對保護膜4的以裂紋31為起點的作用力方向是與圖2所示的裂紋31的長度方向一致的，不會成為使裂紋31向?qū)挾确较驍U開的方向，所以不會引起保護膜4的早期剝離，即使葉片2是鐵系金屬，如前所述保護膜是以質(zhì)硬容易發(fā)生裂紋31的CrN化合物為主要成分的保護膜，也能使其長期發(fā)揮保護膜4的上述耐磨性及邊界潤滑狀態(tài)下的防止粘附的保護功能，延長滾柱活塞1及葉片2的壽命，消除因葉片2而使冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
保護膜4若用PVD法來形成，則裝置及操作簡單成本低。尤其是用離子鍍法來形成可獲得高的密合性，可充分利用保護膜4具有的耐磨性及邊界潤滑狀態(tài)下的防止粘附的保護功能。
現(xiàn)說明一個實施例。將葉片2的形成保護膜4的頂端部2a的表面粗糙度設(shè)定為Rmax 0.1-0.5μm左右，用PVD法形成的保護膜4的厚度設(shè)定為約0.5-6μm，獲得了很好的結(jié)果。但根據(jù)情況也可以超過該范圍。
圖5示出了本發(fā)明冷凍機用壓縮機實施形態(tài)2，與實施形態(tài)1不同之處在于，在葉片2的整個表面通過離子鍍法形成有保護膜4，并在葉片2的拐角部有倒角2b。其他的構(gòu)成及收到的作用效果與實施形態(tài)1相同。因此，在相同構(gòu)件上標(biāo)上相同的符號并省略對其的重復(fù)說明。倒角2b通過拋光研磨、NC加工及成形砂輪等加工可容易地形成。但本發(fā)明并不受此限，可以采用其他種種方法。
如上所述，葉片2表面的耐磨性保護膜4是通過離子鍍法形成的，能將如實施形態(tài)1所述的以CrN化合物為主要成分的高耐磨性材料構(gòu)成的保護膜以高的密合性形成，并且葉片2的坯料的拐角部設(shè)有倒角2b，所以，能防止用離子鍍法形成保護膜4時電荷向拐角部集中，可制成無因電荷集中而容易在拐角部產(chǎn)生的保護膜隆起部的葉片。
因此，防止了保護膜4的隆起部損傷缸體及滾柱活塞1這樣與之滑動的其他構(gòu)件等而引起早期制冷劑泄漏，充分利用如上所述保護膜4獲得高的密合性且長壽命這一點，即使在使用不含氯的替代制冷劑及將與之相溶的酯油用作冷凍機油的環(huán)境下與滾柱活塞1滑動，也能消除因葉片2而使冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
現(xiàn)說明一實施例。倒角2b的半徑R設(shè)定為約0.05mm-0.5mm為宜。但有時也可超過該范圍。
另外，本實施形態(tài)2中的保護膜和拐角部的倒角若不設(shè)在葉片2上而設(shè)在滾柱活塞上，也能發(fā)揮同樣的作用效果。
圖7示出了本實施形態(tài)3，這是在滾柱活塞1的表面利用離子鍍法形成有保護膜4的例子，在拐角部設(shè)有倒角1a。因此，保護膜4能收到在與葉片之間有良好耐磨性及防止在邊界潤滑狀態(tài)下發(fā)生粘附的功能，并且，對于葉片及缸體等與之滑動的其他構(gòu)件，能發(fā)揮與實施形態(tài)2的葉片2對于與之滑動的其他構(gòu)件所起作用效果相同的作用效果，能防止因滾柱活塞1及葉片而縮短冷凍機用壓縮機的壽命。
若采用本發(fā)明技術(shù)方案1所述的冷凍機用壓縮機，則在葉片的至少與滾柱活塞滑動的頂端部所設(shè)的耐磨性保護膜即使在如技術(shù)方案6所述、即在使用不含氯的替代制冷劑和與之相溶的冷凍機油的環(huán)境下與滾柱活塞滑動，也能發(fā)揮充分的耐磨性和邊界潤滑狀態(tài)下的粘附防止功能，葉片的與滾柱活塞滑動的頂端部的坯料表面以及設(shè)于該表面的保護膜在顯微鏡下看到的凹凸呈沿與滾柱活塞滑動的方向連續(xù)的狀態(tài)，即使保護膜的凸部因為與滾柱活塞以最強力壓接且受到位于背部的葉片凸部與滾柱活塞的壓迫而發(fā)生沿凸部棱線的裂紋，該裂紋方向也是保護膜的凸部連續(xù)的與滾柱活塞滑動接觸的方向，因保護膜與滾柱活塞滑動而產(chǎn)生的摩擦阻力作用于裂紋的長度方向，而不會是使裂紋向?qū)挾确较驍U開的方向，所以不會導(dǎo)致早期剝離，包括如技術(shù)方案2所述的葉片是鐵系金屬且保護膜是由PVD法形成的冷凍機用壓縮機，及如技術(shù)方案3所述的非鐵金屬層是以CrN化合物為主要成分的冷凍機用壓縮機，都能長期發(fā)揮保護膜的上述耐磨性和防粘附帶來的保護功能，延長葉片的壽命，能解決因葉片引起的冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
若采用技術(shù)方案4所述的冷凍機用壓縮機，則滾柱活塞表面或葉片表面所設(shè)的耐磨性保護膜是通過離子鍍法形成的，即使是如技術(shù)方案5所述以CrN化合物為主要成分的高耐磨性材料構(gòu)成的，也能獲得良好的密合性，且因為滾柱活塞及葉片的設(shè)有保護膜的坯料拐角部有倒角，所以，不會發(fā)生用離子鍍法形成保護膜時電荷集中于拐角部的現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生因電荷集中而容易在拐角部產(chǎn)生的保護膜的隆起部，防止因保護膜的隆起部損傷缸體及滾柱活塞等引起的早期制冷劑泄漏，即使如技術(shù)方案6所述，在使用不含氯的替代制冷劑及與之相溶的冷凍機油環(huán)境下與滾柱活塞滑動，由于滾柱活塞與葉片之間的充分的耐磨性和邊界潤滑狀態(tài)下的防粘附性能，也能消除因滾柱活塞及葉片引起冷凍機用壓縮機壽命縮短的問題。
權(quán)利要求
1.一種冷凍機用壓縮機，具有滾柱活塞和隨其運動的葉片，葉片的至少與滾柱活塞滑動接觸的頂端部的坯料表面形成有耐磨性的保護膜，其特征在于，葉片的形成有保護膜的頂端部坯料表面在與滾柱活塞滑動接觸方向上施加過磨削等的精加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍機用壓縮機，其特征在于，所述葉片是鐵系金屬，所述保護膜是用PVD法形成的非鐵金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷凍機用壓縮機，其特征在于，所述非鐵金屬層是以CrN化合物為主要成分的保護膜。
4.一種冷凍機用壓縮機，具有滾柱活塞和隨其運動的葉片，在滾柱活塞及葉片之一的坯料表面形成有用離子鍍法形成的耐磨性保護膜，其特征在于，滾柱活塞及葉片的形成有保護膜的坯料拐角部形成有倒角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷凍機用壓縮機，其特征在于，所述保護膜是以CrN為主要成分的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的冷凍機用壓縮機，其特征在于，所述制冷劑使用HFC系的制冷劑，冷凍機油使用與制冷劑有相溶性的酯油。
全文摘要
一種具有滾柱活塞和隨之運動的葉片的冷凍機用壓縮機,由于在葉片2的形成有保護膜4的頂端部2a的坯料表面沿與滾柱活塞1滑動接觸的方向施加磨削等的精加工,并在滾柱活塞1或葉片2的用離子鍍法形成有保護膜的坯料拐角部形成倒角,所以,設(shè)于葉片等滑動構(gòu)件上的耐磨性保護膜不會因與其他構(gòu)件滑動而早期剝離,保護膜也不會在滑動構(gòu)件的拐角部向上隆起而損傷其他構(gòu)件,解決了因滑動構(gòu)件引起壓縮機壽命下降的問題。
文檔編號F04C18/356GK1171495SQ9711363
公開日1998年1月28日 申請日期1997年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月19日
發(fā)明者松永寬, 村松繁 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社