JP2009002288A - Sliding member of compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、業務用や非業務用を問わず各種用途での冷凍サイクルや空調システムなどに使用される圧縮機、主として、スクロール圧縮機の摺動部材に関するものである。 The present invention relates to a compressor used for a refrigeration cycle, an air conditioning system, and the like for various uses regardless of business use or non-business use, and mainly relates to a sliding member of a scroll compressor.
従来、この種の圧縮機の摺動部材は、基材と表層部の二層構造にして表層部を基材と同じ粉末焼結材で構成しているものであり、基材にシリコン等の偏析部が存在しても、表層部がシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い構成になっている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a sliding member of this type of compressor has a two-layer structure of a base material and a surface layer part, and the surface layer part is composed of the same powder sintered material as the base material. Even if there is a segregation part, the surface layer part is a powder sintered material that is uniformly dispersed in silicon, etc., so the cutting finish surface is good, and the surface does not have a silicon drop-off part that can cause fatigue failure It has a high configuration (see, for example, Patent Document 1).
図4、図5は特許文献1に記載された従来の圧縮機の摺動部材を示すものであり、すなわちスクロール圧縮機の旋回スクロールを示すものである。図に示すように、旋回スクロールは、円板状の鏡板1、その上面部1cから渦巻状に直立して形成されるラップ部2、および軸受部3から構成されている。ラップ部の高さは、その肉厚の約6倍程度になっている。鏡板1およびラップ部2の基材1b、2bは一体に形成されており、材質は30%のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板1の上面部1cおよび側面部1dとラップ部2のラップ表層部2aとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
しかしながら、上記旋回スクロールは、表層部1a,1d,2aがアルミニウム合金の粉末焼結体で形成されているが、この表層部1a,1d,2aが、上述したようにインサート成形により基材部1b,2bを被覆するように形成されたのちにバインダを除去して焼結する工程を経て構成されることから、この表層部1a,1d、2aの最表面に部分的に薄いアルミニウムリッチ層が形成されており、この薄いアルミニウムリッチ層の存在によって以下のような課題がある。
However, in the orbiting scroll, the
すなわち、スクロール圧縮機では、過度運転時、特に除霜運転の開始時に液戻りが激しいために、旋回スクロールの回りにおいて一時的に潤滑油が不足する事態が発生する。また、除霜が進行するに従って吐出圧力が上昇するが、その吐出圧力の上昇によって旋回スクロールのスラスト面が固定スクロールに強く押し付けられるために、スラスト面で油膜切れが起こり易い。さらに、除霜運転に際しては、短時間で除霜を完了させることを目的として高速運転されるために、摩擦熱によってスラスト面の温度が高くなる。また、上記除霜などの過度運転時では、吸入温度と吐出温度との温度差が拡がることから、旋回スクロールの中央部の羽根が大きく熱膨張して伸び、この羽根の先端部が固定スクロールと接触して潤滑油が切れ、これに伴う摩擦熱によって摺動温度が高くなって熱膨張が更に促進され、潤滑状態が一層厳しくなる。 That is, in the scroll compressor, since the liquid return is severe at the time of excessive operation, particularly at the start of the defrosting operation, a situation where the lubricating oil temporarily becomes insufficient around the orbiting scroll occurs. Further, the discharge pressure increases as the defrosting progresses. However, since the thrust surface of the orbiting scroll is strongly pressed against the fixed scroll by the increase of the discharge pressure, the oil film is easily cut off on the thrust surface. Further, since the defrosting operation is performed at a high speed for the purpose of completing the defrosting in a short time, the temperature of the thrust surface is increased by the frictional heat. In addition, during excessive operation such as defrosting, the temperature difference between the suction temperature and the discharge temperature widens, so that the blade at the center of the orbiting scroll expands greatly and expands, and the tip of this blade is fixed to the fixed scroll. When the oil comes into contact and the lubricating oil is cut off, the frictional heat accompanying this increases the sliding temperature, further promoting thermal expansion, and the lubrication state becomes more severe.
上述のように潤滑状態が厳しくなったときには、旋回スクロールのスラスト面におけるシリコンを覆っている最表面の薄いアルミニウムリッチ層のシリコンに対する密着性が低いことから、このアルミニウムリッチ層が剥離する可能性があり、剥離した場合に焼付きを起こすおそれがある。そのため、上記旋回スクロールを備えたスクロール圧縮機は十分な信頼性を確保することができない。 As described above, when the lubrication state becomes severe, the adhesion of the thin aluminum-rich layer on the outermost surface covering the silicon on the thrust surface of the orbiting scroll to the silicon is low. Yes, there is a risk of seizure when peeled off. For this reason, the scroll compressor provided with the orbiting scroll cannot ensure sufficient reliability.
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、軽量化と高速回転による高効率化を達成しながらも、潤滑状態が厳しくなる過度運転時においても焼付きが発生するおそれのない高い信頼性を有する圧縮機の摺動部材を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and achieves high weightlessness and high efficiency by high-speed rotation, and is high in that there is no risk of seizure even during excessive operation where the lubrication state becomes severe. An object of the present invention is to provide a compressor sliding member having reliability.
上記のような目的を達成するために、本発明の圧縮機の摺動部材は、表面側に不揃いで不均一な組織を有し、基材側に均一な柱状組織を有する表面改質層を少なくとも摺動面に設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the sliding member of the compressor of the present invention has a surface-modified layer having an uneven and uneven structure on the surface side and a uniform columnar structure on the substrate side. It is provided at least on the sliding surface.
このような構成では、摺動面に形成された不揃いで不均一な組織が長時間馴染み性を発揮することになり、当りの強いところでも徐々に摩耗が進み、運転しながら摺り合せが行われて摺動面は相手摺動部材によく馴染むため、耐焼付き性が高い摺動面が得られることとなる。 In such a configuration, the irregular and non-uniform structure formed on the sliding surface will show familiarity for a long time, and wear gradually progresses even in a strong contact, and the sliding is performed while driving. Since the sliding surface is well adapted to the mating sliding member, a sliding surface with high seizure resistance can be obtained.
本発明の圧縮機の摺動部材は、潤滑状態が厳しい大容量で多冷媒のシステムに適合する信頼性の高い圧縮機を提供することができる。 The sliding member of the compressor of the present invention can provide a highly reliable compressor that is suitable for a multi-refrigerant system having a large capacity and a severely lubricated state.
第1の発明は表面側に不揃いで不均一な組織を有し、基材側に均一な柱状組織を有する表面改質層を少なくとも摺動面に設けたことにより、長時間持続する馴染み性により摺動面の耐焼付き性が高くなり、大容量で多冷媒のシステムに適合する信頼性の高い圧縮機を提供できる。 The first invention has an uneven and uneven structure on the surface side, and a surface modification layer having a uniform columnar structure on the substrate side is provided on at least the sliding surface, so that the long-lasting familiarity The seizure resistance of the sliding surface is increased, and a highly reliable compressor that is compatible with a large capacity and multi-refrigerant system can be provided.
第2の発明は、特に、第1の発明の不揃いで不均一な組織と基材側の均一な柱状組織の間に傾斜層を設けたことにより、深さ方向に摩擦摩耗特性が連続的に変化することになり、摺動面の耐衝撃性を向上できる。 In the second invention, in particular, by providing an inclined layer between the uneven and non-uniform structure of the first invention and the uniform columnar structure on the substrate side, the frictional wear characteristics are continuously increased in the depth direction. The impact resistance of the sliding surface can be improved.
第3の発明は、特に、第1の発明の不揃いで不均一な組織を多孔質としたことにより、摺動面に油溜りが形成されることになり、摺動面の油切れを防止できる。 In the third invention, in particular, by making the irregular and non-uniform structure of the first invention porous, an oil pool is formed on the sliding surface, and it is possible to prevent the sliding surface from running out of oil. .
第4の発明は、特に、第1の発明の基材を硬質粒子が分散する軟質材料としたことにより、相手摺動部材との接触面積が増えることになり、摺動面の面圧を小さくできる。 In the fourth invention, in particular, by making the base material of the first invention a soft material in which hard particles are dispersed, the contact area with the mating sliding member is increased, and the surface pressure of the sliding surface is reduced. it can.
第5の発明は、特に、第4の発明の均一な柱状組織を硬質粒子の間に介在させたことにより、硬質粒子による相手摺動部材の支持に移行して高面圧摺動が可能になり、圧縮機の運転範囲を拡大できる。 In the fifth invention, in particular, the uniform columnar structure of the fourth invention is interposed between the hard particles, so that it is possible to move to support of the mating sliding member by the hard particles and to perform high surface pressure sliding. Thus, the operating range of the compressor can be expanded.
第6の発明は、特に、第4の発明の均一な柱状組織を硬質粒子より低硬度にしたことにより、摺動面の硬質粒子間に油膜が形成されることになり、圧縮機の摺動ロスを低減できる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, the uniform columnar structure of the fourth aspect of the invention is made harder than the hard particles, so that an oil film is formed between the hard particles on the sliding surface, and the compressor slides. Loss can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
本発明の圧縮機の摺動部材の実施の形態1につき、図1〜図3を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
The first embodiment of the sliding member of the compressor of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の一実施の形態に係る摺動部材を旋回スクロール10に適用して構成した
スクロール圧縮機を示す一部破断した正面図である。このスクロール圧縮機は、密閉容器4内に圧縮機構部7とこれの駆動源のモータ部(図示せず)が内装されている。圧縮機構部7は、フレーム8に固定された固定スクロール9と、この固定スクロール9に対向配置された旋回スクロール10と、フレーム8と旋回スクロール10との間に設けられたオルダムリング11と、旋回スクロール10をモータ部に連結するクランク軸12とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a partially broken front view showing a scroll compressor configured by applying a sliding member according to an embodiment of the present invention to a turning
固定スクロール9は、鏡板9a、羽根9b、吸入ポート9cおよび吐出ポート9dを備えて構成されており、吸入ポート9cには吸入管5が接続されている。旋回スクロール10は、これの縦断面図である図2に示すように、鏡板10a,10b、羽根10cおよび軸受部10dを備えて構成されている。この旋回スクロール10の羽根10cと固定スクロール9の羽根9bとは対向配置されて互いに噛み合っているが、旋回スクロール10の羽根10cの高さは固定スクロール9の羽根9bの高さよりも若干低く設定されている。
The
フレーム8には環状溝13が形成されており、この環状溝13には、フレーム8と旋回スクロール10間をシールするシール部材14が設けられ、このシール部材14における環状溝13に対する内側が高い圧力になるように設定され、環状溝13に対する外側は中間圧力に設定されている。旋回スクロール10は、上記圧力によって固定スクロール9に押し付けられており、旋回スクロール10の羽根10cの先端部の隙間は潤滑油(図示せず)によってシールされている。
An
上記旋回スクロール10の構成について、図3を参照しながら説明する。図3は旋回スクロール10の表層部の断面組織を模式的に示した模式図である。旋回スクロール10は、軟質基材であるアルミニウム20に硬質粒子である微細な共晶シリコン21を分散させてなるアルミニウム−シリコン系合金22を用いて鋳造することにより形成されている。さらに、旋回スクロール10における摺動面、つまり鏡板10aと羽根10cの表層部には、表面改質層23が形成されている。この表面改質層23は、不揃いで不均一な組織を有する表面側の酸化アルミニウム層24と、均一で緻密な柱状組織を有する基材側の酸化アルミニウム層25と、不揃いで不均一な組織を有する表面側の酸化アルミニウム層24と均一で緻密な柱状組織を有する基材側の酸化アルミニウム層25が混在する傾斜層26より構成されている。表面側の酸化アルミニウム層24は多孔質であり、また微細な亀裂27を有するものである。また、基材側の酸化アルミニウム層25は均一で緻密な柱状組織が共晶シリコン21の間に介在し、その硬度は共晶シリコン21より低く設定されているものである。
The configuration of the orbiting
次に、上記スクロール圧縮機の動作について説明する。 Next, the operation of the scroll compressor will be described.
モータ部の回転は、クランク軸12を介して旋回スクロール10に伝達されて、オルダムリング11と協働して旋回スクロール10を旋回運動させる。旋回スクロール10の羽根10cと固定スクロール9の羽根9bとは、対向配置されて互いに噛み合っており、旋回スクロール10の旋回運動に伴って吸入管5から吸入ポート9cを介して冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮する。この圧縮された冷媒は、吐出ポート9dからリード弁15を押し開いて密閉容器4内に吐出されたのち、吐出管6から密閉容器4の外部に導き出される。この運転時には密閉容器4内が高圧に保持されている。
The rotation of the motor unit is transmitted to the
運転中、旋回スクロール10は固定スクロール9に強く押し付けられるが、加工上避けられないうねり、粗さや段差などのために、旋回スクロール10の鏡板10aと固定スクロール9の鏡板9aおよび羽根9bの先端部との接触面において信頼性上好ましくない高面圧が発生する。しかし、表面側の酸化アルミニウム層25が不揃いで不均一であるがために脆い部分から徐々に摩滅しながら固定スクロール9の鏡板9aや羽根9bの先端部と
の間で摺り合せが行われて旋回スクロール10の鏡板10aは適度に調整される。その結果、固定スクロール9の鏡板9aや羽根9bの先端部への当りが緩和されて耐焼付き性が向上し、潤滑状態が厳しい大容量で多冷媒のシステムでもスクロール圧縮機の信頼性を十分確保できる。
During operation, the orbiting
また、低温時の暖房運転では、着霜が激しくなると、除霜運転に強制的に切り換えられるが、その際に、スクロール圧縮機への激しい液戻りが発生して旋回スクロール10の鏡板10aと羽根10cに残留していた潤滑油が洗い流されてしまう。しかし、多孔質である表面側の酸化アルミニウム層22やそこに形成された微細な亀裂27が油溜りとして働き、そこに保持されていた潤滑油が摺動面に新に供給されるため、旋回スクロール10の鏡板10aの油切れを防止する。その結果、液戻り時でも摺動面に潤滑油が確保され、過渡運転におけるスクロール圧縮機の耐久性を向上できる。
Further, in the heating operation at a low temperature, when frosting becomes intense, the operation is forcibly switched to the defrosting operation. At that time, a severe liquid return to the scroll compressor occurs, and the
また、上記除霜運転によって除霜効果が進むのに伴い短時間で吐出圧力が上昇するが、それに伴う温度変化も大きくて固定スクロール9が変形し、旋回スクロール10との摺動は一層厳しくなる。しかし、基材がアルミニウム−シリコン系合金22であるため旋回スクロール9は変形しやすく、旋回スクロール10の鏡板10aが変形して固定スクロール9の鏡板9aとはね9bの先端に全体的に当る様になり、旋回スクロール10の鏡板10aにおける接触面圧の上昇を抑制することができる。その結果、除霜運転におけるスクロール圧縮機の耐久性を向上できる。
Further, as the defrosting effect is advanced by the defrosting operation, the discharge pressure rises in a short time, but the accompanying temperature change is large, the fixed
また、高負荷運転では、表面側の酸化アルミニウム層23が摩滅して基材側の酸化アルミニウム層25に至り、柱状組織の中で共晶シリコン21が露出してくる。固定スクロール9の支持は旋回スクロール10の鏡板10aの表面に露出した共晶シリコン21による支持に移行する。硬度が高く、かつ非凝着性が高い共晶シリコン21が固定スクロール9を支持するため摩耗の進行は抑制されるが、更に高負荷での運転が可能になり、スクロール圧縮機の運転範囲を拡大できる。
Further, in a high load operation, the
また、高負荷運転では、固定スクロール9が旋回スクロール10の鏡板10aの共晶シリコン21に支持されている状態で、基材側の酸化アルミニウム層25を形成する柱状組織はその硬度が共晶シリコン21より低いため、固定スクロール9との摺動により摩耗し、共晶シリコン21の間には浅い凹部が形成される。そこに油膜が形成されて油圧が発生して旋回スクロール10の鏡板10aと固定スクロール9の摺動は低摩擦になり、スクロール圧縮機の摺動ロスを低減できる。
In a high load operation, the columnar structure forming the
また、液戻り時に発生する液圧縮や異物噛みなどによって、スクロール圧縮機の旋回スクロール10はフレーム8や固定スクロール9などに衝突して大きな衝撃荷重が発生する。しかし、旋回スクロール10の表面改質層23は、傾斜層26によって摩擦摩耗特性が深さ方向に順次変化していく構成になっているので、幅広い衝撃荷重の大きさに対して焼き付くことなく摺動できる。すなわち、旋回スクロール10の耐衝撃性が向上し、液圧縮や異物噛みに強いスクロール圧縮機が得られる。
Further, the
以上のように、本発明にかかる圧縮機の摺動部材は、表面改質層によって耐焼付き性を向上するものであり、業務用、および非業務用を問わず各種用途での冷凍空調や給湯等の圧縮機や各種流体機械にも適用できる。 As described above, the sliding member of the compressor according to the present invention improves the seizure resistance by the surface modification layer, and is used for refrigeration air conditioning and hot water supply in various applications regardless of business use or non-business use. It can also be applied to compressors such as these and various fluid machines.
10 旋回スクロール
10a 鏡板
10b 鏡板
20 アルミニウム
21 共晶シリコン
22 アルミニウム−シリコン系合金
23 表面改質層
24 表面側の酸化アルミニウム層
25 基材側の酸化アルミニウム層
26 傾斜層
27 微細な亀裂
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