JP2005155460A - Compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍装置や空気調和機等に使用される圧縮機に関する。 The present invention relates to a compressor used in a refrigeration apparatus, an air conditioner, and the like.
近年、冷凍冷蔵装置、空調装置等に用いられる圧縮機は、高性能化、高効率化に伴い使用条件が厳しくなってきている。
一方、オゾン層破壊等の環境問題を考慮して、従来から使用されてきたジクロロジフルオロメタンやクロロジフルオロメタン等の含塩素冷媒から、塩素を含まない1,1,1,2−テトラフルオロエタン(以下、R134aと略記する)や、炭化水素等の冷媒への変更が検討され順次実現されている。
また、R134a系冷媒等に対して使用される潤滑油としては、これらと相溶性のあるエステル系油、エーテル系油、それらの混合油などがある。
In recent years, compressors used for freezing and refrigeration apparatuses, air conditioners, and the like have become stricter in terms of use with higher performance and higher efficiency.
On the other hand, in consideration of environmental problems such as ozone depletion, chlorine-free refrigerants such as dichlorodifluoromethane and chlorodifluoromethane, which have been used in the past, 1,1,1,2-tetrafluoroethane ( Hereinafter, abbreviated as R134a) and changes to refrigerants such as hydrocarbons have been studied and sequentially realized.
In addition, examples of lubricating oils used for R134a refrigerants include ester oils, ether oils, and mixed oils that are compatible with these.
しかし、塩素を含まないR134aやR410Aなどの冷媒は、環境面では優れているが、塩素を含有しないため、鉄などを母材とするベーンなどの部材に塩化鉄の被膜が形成されず、潤滑性能が低くなったり、圧縮機の摺動材の特性を低下させることがあった。 However, refrigerants such as R134a and R410A that do not contain chlorine are superior in terms of environment, but do not contain chlorine, so iron chloride coatings are not formed on members such as vanes whose base material is iron, etc. In some cases, the performance is lowered or the characteristics of the sliding material of the compressor are deteriorated.
そこで、ローラの母材としては、鋳鉄または合金鋳鉄に焼き入れを施したものを用い、ベーンの母材にはステンレス鋼や工具鋼またはそれらに窒化処理等の表面処理を施したものを使用することが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
また、鋼製品に対する表面硬化処理として、硬質クロムめっきや物理蒸着法(PVD法)等の硬質被膜コーティングも行われている。
Therefore, as the base material of the roller, cast iron or alloy cast iron is used, and as the base material of the vane, stainless steel, tool steel, or those subjected to surface treatment such as nitriding are used. Has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
In addition, as a surface hardening treatment for steel products, hard coating such as hard chrome plating or physical vapor deposition (PVD method) is also performed.
しかし、冷媒がR134aやR410AのHFC系冷媒に代わり、潤滑油がエステル系油やエーテル系油に移行すると、以下のような問題が生じる。すなわち、従来の表面処理、例えば、イオン窒化処理の場合は、摩擦係数が高いために冷凍回路内に水分が存在し、摩擦により高温になるとエステル系油やエーテル系油が加水分解されて酸が発生する。そして、発生した酸により金属石鹸等のスラッジが形成され、このスラッジがベーンの表面の摺動部に堆積したり、腐食、摩耗するなどの問題が生じることがあった。
以上から、本発明は、上記課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒を使用しても、潤滑油の潤滑特性が劣らず、運転中にスラッジなどの発生がほとんど生じず、硬質被膜が高い密着性および耐磨耗性を有する圧縮機を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to solve the above problems. In other words, the present invention is not inferior in lubricating properties of the lubricating oil even when using a hydrocarbon hydrocarbon refrigerant that does not contain chlorine in the molecule, hardly generates sludge during operation, and has a high adhesion with a hard coating. It is an object to provide a compressor having heat resistance and wear resistance.
上記課題を解決するため、鋭意検討の結果、本発明者らは、下記本発明により当該課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、密閉容器内に圧縮要素を備えて潤滑油にて摺動部分の潤滑を行い、冷媒を圧縮する圧縮機であって、
前記潤滑油が、鉱物油、ポリオールエステル、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコールのいずれかで、40℃における動粘度が15〜80mm2/sであり、
前記冷媒が、分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒であり、
前記摺動部分に混在硬質被膜を有し、
前記混在硬質被膜が、Crと、Ti、Zr、V、Moからなる群から選択される1以上の金属とを含有する窒化物からなることことを特徴とする圧縮機である。
また、前記混在硬質被膜は、CrNとTiNとからなり、前記TiNを3〜25質量%を含有してなることが好ましい。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by the present invention described below.
That is, the present invention is a compressor that comprises a compression element in a sealed container, lubricates the sliding portion with lubricating oil, and compresses the refrigerant,
The lubricating oil is any of mineral oil, polyol ester, polyvinyl ether and polyalkylene glycol, and the kinematic viscosity at 40 ° C. is 15 to 80 mm 2 / s,
The refrigerant is a hydrocarbon fluoride refrigerant not containing chlorine in the molecule,
Having a mixed hard coating on the sliding part,
In the compressor, the mixed hard coating is made of a nitride containing Cr and one or more metals selected from the group consisting of Ti, Zr, V, and Mo.
Moreover, it is preferable that the said mixed hard film consists of CrN and TiN, and contains 3-25 mass% of said TiN.
本発明によれば、分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒を使用しても、潤滑油の潤滑特性が劣らず、運転中にスラッジなどの発生がほとんど生じず、硬質被膜が高い密着性および耐磨耗性を有する圧縮機を提供することができる。 According to the present invention, even when using a hydrocarbon hydrocarbon refrigerant that does not contain chlorine in the molecule, the lubricating properties of the lubricating oil are not inferior, sludge and the like hardly occur during operation, and the hard coating has high adhesion And a compressor having wear resistance can be provided.
本発明のロータリコンプレッサにより圧縮される冷媒としては、塩素を含まない炭化フッ化水素系冷媒(以下、単に「冷媒」ということがある)を使用する。かかる冷媒としては、R134a、R410Aなどを使用することが好ましく、実用性を考慮すると、R134aがより好ましい。 As the refrigerant compressed by the rotary compressor of the present invention, a hydrocarbon-free fluorocarbon refrigerant (hereinafter sometimes simply referred to as “refrigerant”) that does not contain chlorine is used. As such a refrigerant, R134a, R410A or the like is preferably used, and R134a is more preferable in consideration of practicality.
本発明の圧縮機に用いる潤滑油の基油は、40℃における動粘度が、15〜80mm2/sである。これは、動粘度が15mm2/s未満であると潤滑特性が悪化し、80mm2/sを超えるとオイル戻りが低下するからである。 The base oil of the lubricating oil used in the compressor of the present invention has a kinematic viscosity at 40 ° C. of 15 to 80 mm 2 / s. This is because if the kinematic viscosity is less than 15 mm 2 / s, the lubrication characteristics deteriorate, and if it exceeds 80 mm 2 / s, the oil return decreases.
潤滑油の基油としては、鉱物油、ポリオールエステル、ポリビニルエーテルまたはポリアルキレングリコール使用する。 Mineral oil, polyol ester, polyvinyl ether or polyalkylene glycol is used as the base oil of the lubricating oil.
上記ポリオールエステルやポリビニルエーテル等の潤滑油に対しては、リン酸エステル系耐摩耗剤、グリシジルエーテルからなるエポキシ、カルボジイミド等の酸捕捉剤、フェノール系酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系の銅不活性化剤などを単独あるいは2種以上を組み合わせて添加することができる。また、他の公知の添加剤を適宜配合しても差し支えない。 For lubricating oils such as the above polyol esters and polyvinyl ethers, phosphate ester antiwear agents, epoxy consisting of glycidyl ether, acid scavengers such as carbodiimide, phenolic antioxidants, benzotriazole copper deactivation An agent etc. can be added individually or in combination of 2 or more types. Further, other known additives may be appropriately blended.
リン酸エステル系耐摩耗剤の添加量は、特に限定されないが潤滑油に対して0.1〜2.0質量%添加することが好ましい。
この0.1質量%未満であるとリン酸エステル系耐摩耗剤によるリン酸被膜がうまく生成されないため、潤滑性が低下し、境界潤滑域で摩耗が起こるとともに基油の劣化が生じることがある。2.0質量%を超えるとリン酸エステル系耐摩耗剤による腐食摩耗が生じるとともにリン酸エステル系耐摩耗剤の分解物が基油に悪影響を及ぼし基油の劣化を促進することがある。
The addition amount of the phosphate ester antiwear agent is not particularly limited, but it is preferably 0.1 to 2.0% by mass with respect to the lubricating oil.
If the amount is less than 0.1% by mass, a phosphate coating with a phosphate ester-based antiwear agent is not formed well, so that the lubricity is lowered, wear may occur in the boundary lubrication region, and base oil may be deteriorated. . If it exceeds 2.0% by mass, corrosion wear due to the phosphate ester antiwear agent may occur, and a decomposition product of the phosphate ester antiwear agent may adversely affect the base oil and promote deterioration of the base oil.
グリシジルエーテルからなるエポキシ化合物、カルボジイミド化合物の添加量は、特に限定されないが潤滑油に対して0.01〜10質量%添加することが好ましい。
この0.01重量%未満であるとエポキシ化合物、カルボジイミド化合物の添加効果が現れないため、熱化学的安定性が劣ることがある。この10重量%を超えると、スラッジ化して堆積する恐れがある。
Although the addition amount of the epoxy compound and carbodiimide compound which consist of glycidyl ether is not specifically limited, It is preferable to add 0.01-10 mass% with respect to lubricating oil.
If the amount is less than 0.01% by weight, the effect of adding an epoxy compound or a carbodiimide compound does not appear, and thermochemical stability may be inferior. If it exceeds 10% by weight, it may be sludged and deposited.
潤滑油には、長期保存下の酸化劣化を防止する目的で、添加剤としてフェノール系酸化防止剤を加えることが好ましい。添加量は、0.01〜1.0質量%とすることが好ましく、0.05〜0.3質量%とすることがより好ましい。 It is preferable to add a phenolic antioxidant as an additive to the lubricating oil for the purpose of preventing oxidative deterioration under long-term storage. The addition amount is preferably 0.01 to 1.0% by mass, and more preferably 0.05 to 0.3% by mass.
また、潤滑油には、ベンゾトリアゾール系の銅不活性化剤を加えることができ、添加量は1〜100ppmとすることが好ましく、5〜50ppmとすることがより好ましい。 Further, a benzotriazole-based copper deactivator can be added to the lubricating oil, and the addition amount is preferably 1 to 100 ppm, more preferably 5 to 50 ppm.
図1に、本発明の圧縮機の例として、2シリンダ方式のロータリコンプレッサの断面構造を示す。
ロータリコンプレッサ1は、円筒状の密閉容器10と、密閉容器10内に収容された電動機20及び圧縮要素30を備える。電動機20は、密閉容器10の内壁部に固定されたステータ22とロータ24とにより構成されている。ロータ24の中心に取り付けられた回転軸25は、圧縮要素30のローラ38に嵌合している。
この圧縮要素30は、上シリンダ31、下シリンダ32と、これら上下シリンダ31、32の上下の開口部を閉鎖する上部軸受33、下部軸受け34と、前記上下シリンダ31、32間に介在する仕切板39と、上ローラ37および下ローラ38により構成されている。そして、上下ローラ37、38は、回転軸25の一部に偏心して設けられたクランク部26に嵌合している。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a two-cylinder rotary compressor as an example of the compressor of the present invention.
The rotary compressor 1 includes a cylindrical sealed
The
ここで、上シリンダ31および下シリンダ32、並びに、上ローラ37および下ローラ38は、それぞれ同様の構成であるため、下シリンダ32、下ローラ38について、図2を参照して説明する。
下シリンダ32には、冷媒の吸入口23および吐出口35が設けられており、下シリンダ32内にはリング状のローラ38が回転自在に位置している。ローラ38は、その内周面38bがクランク部26の外周面26aに接触し、ローラ38の外周面38aはシリンダ32の内周面32bに接触する。
シリンダ32には、ベーン40が摺動自在に往復動するベーンスロット41が形成され、ベーン40の後ろ(図面上、上方)に設けられた付勢部材、例えばバネ42の付勢力により、ベーン40の先端部分40aがローラ38の外周面38aに押し付けられる事となる。このようにベーン40をローラ38に向けて付勢し、また、ベーン40の背面に圧縮された冷媒を導入することにより、ベーン先端部分40aとローラ38との接触が確実となり、ベーン40とびによる圧縮漏れを極力防止できる。そして、これらベーン40、ローラ38、シリンダ32、下部軸受34、仕切板39にて圧縮室50が画成される。
Here, since the
The
The
図2の図面上、回転軸25が反時計廻り方向に回転すると、ローラ38もシリンダ32内で偏心回転する。このとき、ローラ38の偏芯回転に伴ってベーン40が摺動する事により、ベーン40が冷媒吸い込み側の低圧室と冷媒吐出側の高圧室とを仕切る事となる。このように、ローラ38の偏芯回転とベーン40の摺動により、吸入口23から吸込まれた低圧の冷媒は、圧縮されて高圧となり、吐出口35から吐出される。この吸込み(低圧)−圧縮−吐出(高圧)の工程において、ローラ38とベーン40との接触部に、押付力Fvが発生する。
In FIG. 2, when the
図3に、本発明のロータリコンプレッサ1に用いられるベーン40の概略断面図を示す。ベーン40には、少なくとも、その母材40bの先端部分40aの摺動部分、即ちローラ38との接触部分に硬質被膜40cが形成されていることが好ましい。
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the
すなわち、図4に示すように、ローラ38との接触部分のみに硬質被膜40cを形成してもよい。ベーン40の先端部分であって、且つローラ38と接触しない部分に混在硬質被膜を形成しないことで、ベーン側面がシリンダとの摺動により摩耗しても、混在硬質被膜の端部に達する事が無いので、混在硬質被膜の剥離を防止する事ができ、製品の信頼性をより向上させることができる。
That is, as shown in FIG. 4, the
ベーン先端部分の硬質被膜40cを形成しない領域(図5の未形成領域40eに相当)は、ベーン40の硬質被膜40cの両側であって、ベーン40の稜線(側面の平坦部と先端R部との境)から、シリンダ32内のローラ38のクランク角度θ90°におけるローラ38とベーン40の接点未満、および、クランク角度θ270°におけるローラ38とベーン40の接点未満の領域とすることが好ましい。
ここで、θは図6に示すように、ベーン40の中心線からローラ38とシリンダ32の接触部分までの角度を示している。
具体的には、図5において、未形成領域40eの幅X(稜線から硬質被膜40cの端部までの距離)は、10〜500μmとすることが好ましく、当該範囲とすることで、硬質被膜40cの耐磨耗性の発現を効果的なものとしながら、混在硬質被膜の剥離を防止することができる。
The region where the
Here, θ represents the angle from the center line of the
Specifically, in FIG. 5, the width X (the distance from the ridge line to the end of the
硬質被膜40cとしては、混在硬質被膜(「硬質被膜」ということがある)が挙げられる。
混在硬質被膜は、Crと、Ti、Zr、V、Moからなる群から選択される1以上の金属とを含有する窒化物からなる。
特に耐摩耗性及び密着性を考慮すると、混在硬質被膜がCrNとTiNとからなり、混在硬質被膜中にTiNが3〜25質量%含有されてなることが好ましい。
Examples of the
The mixed hard coating is made of a nitride containing Cr and one or more metals selected from the group consisting of Ti, Zr, V, and Mo.
In particular, considering the wear resistance and adhesion, the mixed hard coating is preferably composed of CrN and TiN, and the mixed hard coating preferably contains 3 to 25% by mass of TiN.
上記硬質被膜40cは、従来のCrN被膜だけの場合よりも高密着性を維持しながら、CrN被膜よりも高い耐摩耗性を発揮することができる。従って、かかる硬質被膜40cを母材40bの先端部分40aの摺動部分(先端摺動部分)、即ちローラ38との接触部分に設けることで、硬質被膜40cの剥離を生じることなく、また高い耐摩耗性を維持することができる。従って、当該ベーン40を具備するロータリコンプレッサは、長時間稼動してもベーン40の摩耗や被膜の剥離を極力防止するため、耐摩耗性が向上し、安定して使用できる点で、信頼性の向上を図る事ができる。
なお、以下、「先端部分」という場合は、少なくともローラ38との接触部分を含む領域をいう。
The
Hereinafter, the “tip portion” refers to a region including at least a contact portion with the
前記ベーン40の母材40bは、普通鋼、低合金鋼、高合金鋼、オーステナイト鋼等の鉄系材料からなることが好ましい。また、その縦弾性係数は、1.96×105〜2.45×105N/mm2であることが好ましい。縦弾性係数を上記範囲とすることで、耐摩耗性および信頼性をより向上させることができる。また、縦弾性係数が1.96×105N/mm2より小さいと、充分な耐摩耗性が得らないことがあり、2.45×105N/mm2より大きいと、適度な弾性変形が得られず応力低減が図れないので充分な耐摩耗性が得らないことがある。
The
更に、ローラ38の母材も普通鋼、低合金鋼、高合金鋼、オーステナイト鋼等の鉄系材料からなることが好ましい。その縦弾性係数は、9.81×104〜1.47×105N/mm2であることが好ましい。縦弾性係数を上記範囲とすることで、耐摩耗性および信頼性をより向上させることができる。また、縦弾性係数が9.81×104より小さいと、ローラ38としての十分な耐摩耗性が得られないことがあり、1.47×105N/mm2より大きいと、適度な弾性変形が得られずベーン40とローラ38との間の応力低減が図れないので充分な耐摩耗性が得らないことがある。
Furthermore, the base material of the
また、硬質被膜40cは、図7及び図8に示す如く、ベーン40の先端部分40aに形成しても良いし、図9に示す如く、ベーンの全面に形成しても良い。
The
図7は、母材40bを窒化処理を施して窒化層40dを形成し、その後、ベーン先端部分40aに硬質被膜40cを形成するものであり、図8は、ベーン40の先端部分40aに硬質被膜40cを形成した後、窒化処理を施して窒化層40d形成するものである。窒化層40dは、硬質被膜40c上には形成されないため、硬質被膜40cを形成した後、窒化処理すると、図8の如き層となる。
図8の場合、図面上、硬質被膜40cの左右両側に形成される傾斜面上に、この傾斜にあわせて窒化層40dが形成されるため、窒化層40dにより硬質被膜40cの脱落が抑えられ、硬質被膜40cの剥離の更なる防止効果を奏する。
また、図9に示す如く、ベーン40の全面に窒化層40dを形成した後、更にベーン40全面に硬質被膜40cを形成しても良い。この場合、ベーン40先端部分40aの耐摩耗性の向上を図ると共に、ベーン40のベーンスロット41との摺動部分も耐摩耗性の向上を図る事ができ、以って、ベーン40の耐久性向上を図る事ができる。
7 shows that the
In the case of FIG. 8, since the
Further, as shown in FIG. 9, after forming the
窒化層は、イオン窒化法やガス窒化法等の方法で母材の鉄を窒化させることで形成することができる。
窒化層を例えばガス窒化法で形成する場合、その条件としては、処理温度480℃、保持時間3Hr、アンモニアガス流量6m3/Hr、窒素と硫化水素混合ガス1L/minとする事が好ましい。この窒化層40dの厚さは20〜100μmの範囲とし、好ましくは30〜40μmとする。
The nitride layer can be formed by nitriding the base iron by a method such as ion nitriding or gas nitriding.
When the nitride layer is formed by, for example, a gas nitriding method, it is preferable that the processing temperature is 480 ° C., the holding time is 3 Hr, the ammonia gas flow rate is 6 m 3 / Hr, and the mixed gas of nitrogen and hydrogen sulfide is 1 L / min. The
硬質被膜もPVD(Physical Vapor Deposition;物理蒸着)法やCVD(Chemical Vapor Deposition;化学蒸着)法等、種々の方法で形成することができるが、成膜時の加熱により窒化層40dの表面硬化層を失うことがなく、摺動特性の向上に有効な強固な付着力を示す被膜の形成が可能なPVD法を用いることが望ましい。
The hard coating can also be formed by various methods such as a PVD (Physical Vapor Deposition) method and a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The hardened surface layer of the
具体的には、高速度工具鋼(SKH51)の母材の表面に、PVD法により、Crと、Tiとを含有する窒化物からなる混在硬質被膜(膜厚3μm、CrN:TiN=75:25〜97:3(質量比))を形成し、ベーンを作製することができる。
PVD法による硬質被膜の形成は、例えば、イオンプレーティング法によって温度400℃、圧力3.99Pa、バイアス30Vでイオンプレーティング被膜を形成することができる。即ち、窒素等の反応ガス中にCr、Tiを蒸発させ、気相状態でイオン化して、マイナスにバイアスされた母材40b表面に反応ガスと蒸発物質イオンとの反応生成物であるCrN型窒化クロムとTiN型窒化チタンとの混合物からなるイオンプレーティング被膜を形成することができる。
Specifically, a mixed hard coating (thickness 3 μm, CrN: TiN = 75: 25) made of nitride containing Cr and Ti is formed on the surface of the base material of the high-speed tool steel (SKH51) by the PVD method. ~ 97: 3 (mass ratio)) to form a vane.
The formation of the hard coating by the PVD method can be performed, for example, by an ion plating method at a temperature of 400 ° C., a pressure of 3.99 Pa, and a bias of 30 V. That is, Cr and Ti are evaporated in a reactive gas such as nitrogen, ionized in a gas phase, and CrN type nitridation, which is a reaction product of the reactive gas and evaporated substance ions on the negatively biased
イオンプレーティングは、アーク式イオンプレーティング装置によって行うことができる。アーク式イオンプレーティング装置は、アーク放電下で硬質被膜の材料を蒸発させイオン化させて、これに電界を加えて加速し、母材表面に硬質被膜の材料を蒸着させるものである。当該方法では、装置の中にセットされた母材の温度は500℃以下とすることがより好ましい。この温度は、母材の熱処理温度(焼戻し温度)に近似した温度であり、この温度管理により、母材がその熱処理温度を大きく越えて加熱されることは無いため、熱的ダメージを受けることもない。 Ion plating can be performed by an arc type ion plating apparatus. The arc ion plating apparatus evaporates and ionizes a hard coating material under an arc discharge, accelerates by applying an electric field to the material, and deposits the hard coating material on the surface of the base material. In this method, the temperature of the base material set in the apparatus is more preferably 500 ° C. or less. This temperature is a temperature that approximates the heat treatment temperature (tempering temperature) of the base material, and by this temperature control, the base material is not greatly heated beyond the heat treatment temperature, and thus may be thermally damaged. Absent.
硬質被膜の膜厚(平均厚さ)は、耐摩耗性の点から2〜10μmとすることが好ましく、3〜5μmとすることがより好ましい。 The film thickness (average thickness) of the hard coating is preferably 2 to 10 μm, more preferably 3 to 5 μm from the viewpoint of wear resistance.
以上のような硬質被膜を有するベーン等を具備するロータリコンプレッサ1は、種々の冷凍サイクルに適用することができる。
例えば、冷蔵庫などに用いられる冷凍サイクルは、図10に示す如く、冷媒として分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒を用い、圧縮機(ロータリコンプレッサ)100、凝縮器120、膨張機構140、蒸発器160とを環状に配管接続して構成されるものである。
そして、図示しないが、冷蔵庫は、断熱箱体にて被冷却物を貯蔵する庫内を画成し、この断熱箱体の外側に、前記圧縮機100及び凝縮器120、膨張機構140、例えば膨張弁やキャピラリーチューブなどを収納する機械室が形成されているものである。尚、前記蒸発器160は、断熱箱体内の適所に配置されている。
The rotary compressor 1 including a vane having a hard coating as described above can be applied to various refrigeration cycles.
For example, a refrigeration cycle used for a refrigerator or the like uses a hydrocarbon fluoride refrigerant that does not contain chlorine in the molecule as a refrigerant, as shown in FIG. 10, and includes a compressor (rotary compressor) 100, a condenser 120, an expansion mechanism 140, The evaporator 160 is configured by pipe connection in an annular shape.
And although not shown in figure, a refrigerator defines the inside which stores a to-be-cooled object in a heat insulation box, and the compressor 100, the condenser 120, and the expansion mechanism 140, for example, expansion, are outside this heat insulation box. A machine room for storing a valve, a capillary tube and the like is formed. The evaporator 160 is disposed at an appropriate position in the heat insulating box.
以上の構成により、図10中実線矢印に示す方向に冷媒が流れて冷凍サイクルを構成する。即ち、圧縮機100から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器120にて外気と熱交換する事により凝縮し、膨張機構140で絞られて蒸発器160で蒸発する。この蒸発器160の蒸発作用によって、冷蔵庫の庫内を冷却するものである。 With the above configuration, the refrigerant flows in the direction indicated by the solid line arrow in FIG. 10 to configure the refrigeration cycle. That is, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 is condensed by exchanging heat with the outside air in the condenser 120, throttled by the expansion mechanism 140, and evaporated by the evaporator 160. The inside of the refrigerator is cooled by the evaporation action of the evaporator 160.
また、図11は、自動販売機やヒートポンプ給湯器に用いられる冷凍サイクルの概念図を示しており、当該冷凍サイクルは、冷媒として分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒を用い、圧縮機100、凝縮器120、膨張機構140、蒸発器160、四方弁180を含む。また図11中、実線および破線の矢印はそれぞれ冷媒が流れる方向を示し、実線は通常の冷却を行う場合を、破線は除霜もしくは暖房を行う場合を示す。 Moreover, FIG. 11 has shown the conceptual diagram of the refrigerating cycle used for a vending machine or a heat pump water heater, The said refrigerating cycle uses the hydrocarbon fluoride refrigerant | coolant which does not contain chlorine in a molecule | numerator as a refrigerant | coolant, and is a compressor. 100, a condenser 120, an expansion mechanism 140, an evaporator 160, and a four-way valve 180. In FIG. 11, the solid line and broken line arrows indicate the direction in which the refrigerant flows, the solid line indicates the case where normal cooling is performed, and the broken line indicates the case where defrosting or heating is performed.
例えば、自動販売機の庫内を冷却する場合、圧縮機100で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁180を通り凝縮器120で冷却され、低温高圧の冷媒液となる。この冷媒液は膨張機構140(例えば、キャピラリーチューブ、温度式膨張弁など)で減圧され、僅かにガスを含む低温低圧液となって蒸発器160に至り、室内の空気から熱を得て蒸発し、再び四方弁180を通って圧縮機100に至り庫内を冷却する。 For example, when cooling the interior of a vending machine, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas compressed by the compressor 100 passes through the four-way valve 180 and is cooled by the condenser 120 to become a low-temperature and high-pressure refrigerant liquid. This refrigerant liquid is decompressed by an expansion mechanism 140 (for example, a capillary tube, a temperature expansion valve, etc.), becomes a low-temperature and low-pressure liquid containing a slight amount of gas, reaches the evaporator 160, and gains heat from the indoor air and evaporates. Then, again through the four-way valve 180, the compressor 100 is reached and the interior is cooled.
蒸発器160を除霜もしくは暖房する場合は、四方弁180を冷媒が破線を通るように切り替えて冷媒の流れを冷房の場合とは逆方向に変えればよい。冷媒の流れを逆方向に切り替えることで、蒸発器160が凝縮器120に切り替わり、除霜もしくは暖房が可能となる。 When the evaporator 160 is defrosted or heated, the four-way valve 180 may be switched so that the refrigerant passes through the broken line to change the flow of the refrigerant in the opposite direction to that in the case of cooling. By switching the flow of the refrigerant in the reverse direction, the evaporator 160 is switched to the condenser 120, and defrosting or heating becomes possible.
図1に示すような本発明のロータリコンプレッサは、前述したヒートポンプ式の給湯器以外、冷凍庫や冷蔵庫等の冷凍装置、エアコン等の空気調和機等に適用することができる。 The rotary compressor of the present invention as shown in FIG. 1 can be applied to a refrigerating apparatus such as a freezer or a refrigerator, an air conditioner such as an air conditioner, etc., in addition to the above-described heat pump type water heater.
〔実験例〕
本発明の一態様であるロータリコンプレッサに使用されるベーンについて、その有効性を以下に示す実験例1〜3および比較実験例1,2により説明する。
[Experimental example]
About the vane used for the rotary compressor which is one aspect | mode of this invention, the effectiveness is demonstrated by the Experimental examples 1-3 and the comparative experimental examples 1 and 2 which are shown below.
まず、比較実験例1では、母材の表面に、PVD法により、Crと、Tiとを含有する窒化物からなる混在硬質被膜(膜厚3μm、CrN:TiN=50:50(質量比))を形成したベーンを作製した。
PVD法による硬質被膜の形成は、イオンプレーティング法によって温度400℃、圧力3.99Pa、バイアス30Vで行った。即ち、窒素等の反応ガス中にCr、Tiを蒸発させ、気相状態でイオン化して、マイナスにバイアスされた母材表面に反応ガスと蒸発物質イオンとの反応生成物であるCrN型窒化クロムとTiN型窒化チタンとの混合物からなる硬質混在被膜を形成した。また、母材には高速度工具鋼(SKH51)を用いた。
First, in Comparative Experimental Example 1, a mixed hard coating (thickness 3 μm, CrN: TiN = 50: 50 (mass ratio)) made of a nitride containing Cr and Ti on the surface of the base material by the PVD method. A vane having formed was prepared.
Formation of the hard film by the PVD method was performed at a temperature of 400 ° C., a pressure of 3.99 Pa, and a bias of 30 V by an ion plating method. That is, Cr and Ti are evaporated in a reactive gas such as nitrogen, ionized in a gas phase, and CrN type chromium nitride which is a reaction product of the reactive gas and evaporated substance ions on the negatively biased base material surface. And a hard mixed film made of a mixture of TiN type titanium nitride. Further, high-speed tool steel (SKH51) was used as the base material.
次に実験例1では、硬質混在被膜を、CrN:TiNを75:25(質量比)とした以外は、比較実施例1と同様に形成したベーンを作製した。
実験例2では、硬質混在被膜を、CrN:TiNを95:5(質量比)とした以外は、実験例1と同様に形成したベーンを作製した。
実験例3では、硬質混在被膜のCrN:TiNを、97:3(質量比)とした以外は、実験例1と同様に形成したベーンを作製した。
Next, in Experimental Example 1, a vane formed in the same manner as in Comparative Example 1 was manufactured except that the hard mixed coating was changed to 75:25 (mass ratio) of CrN: TiN.
In Experimental Example 2, a vane formed in the same manner as in Experimental Example 1 was prepared except that the hard mixed coating was changed to 95: 5 (mass ratio) of CrN: TiN.
In Experimental Example 3, a vane formed in the same manner as in Experimental Example 1 was prepared except that CrN: TiN of the hard mixed coating was changed to 97: 3 (mass ratio).
また、比較実験例2として、母材の表面にPVD法によりCrNだけからなる層(厚さ3μm)を形成したベーンを作製した。
PVDによる当該層の形成は、窒素等の反応ガス中にCrを蒸発させ、気相状態でイオン化して、マイナスにバイアスされた母材表面に反応ガスと蒸発物質イオンとの反応生成物であるCrN型窒化クロムとCr2N型窒化クロムとの混合物からなるイオンプレーティング被膜を形成した。
As Comparative Experimental Example 2, a vane having a layer (thickness 3 μm) made of only CrN formed on the surface of the base material by the PVD method was produced.
The formation of the layer by PVD is a reaction product of reaction gas and evaporated substance ions on the negatively biased base material surface by evaporating Cr in a reaction gas such as nitrogen and ionizing it in a gas phase. An ion plating film made of a mixture of CrN type chromium nitride and Cr 2 N type chromium nitride was formed.
そして、かかる5つのベーンについて、密着性試験(スクラッチ試験)及びアムスラー摩耗試験を行い、耐摩耗性及び密着性の評価を行った。
ここで、スクラッチ試験とは、コーティング試料の表面をダイヤモンド圧子で引っかき、コーティングの剥離荷重によって密着性を評価する方法である。また、アムスラー摩耗試験とは、大気中の雰囲気で、ローラにベーンを100kgfの荷重で押し付け、ローラとベーンとの接触部分に冷凍機油を給油しながら20時間続けて摩耗量を評価する方法である。
各実験例及び比較実験例に対しての密着性試験の結果は表1に示す通りである。また、アムスラー摩耗試験の結果は表2に示す通りである。
And about these 5 vanes, the adhesiveness test (scratch test) and the Amsler abrasion test were done, and abrasion resistance and adhesiveness were evaluated.
Here, the scratch test is a method in which the surface of the coating sample is scratched with a diamond indenter and the adhesion is evaluated by the peeling load of the coating. The Amsler abrasion test is a method of evaluating the amount of wear continuously for 20 hours while pressing a vane against a roller with a load of 100 kgf and supplying refrigerating machine oil to a contact portion between the roller and the vane in an atmosphere in the air. .
The results of the adhesion test for each experimental example and comparative experimental example are as shown in Table 1. The results of the Amsler abrasion test are as shown in Table 2.
表1及び表2の評価結果を見ると、比較実験例1(CrN:TiN=50:50)では、密着性において、比較実験例2(CrN)が61Nであるのに対して、56Nと悪い結果となっており、摩耗試験でも比較実験例2が、固定片が0.31mm、回転片が2μmであるのに対して、比較実験例1では、固定片が0.36mmと悪い結果となっている。以上の結果からTiNの比率を高くしすぎるとCrN単独より悪い結果となった事がわかる。 When the evaluation result of Table 1 and Table 2 is seen, in Comparative Experiment Example 1 (CrN: TiN = 50: 50), in Comparative Experiment Example 2 (CrN) is 61 N, the adhesion is poor at 56 N. In the abrasion test, Comparative Experiment Example 2 has a fixed piece of 0.31 mm and a rotating piece has a thickness of 2 μm, whereas Comparative Experiment Example 1 has a bad result of 0.36 mm. ing. From the above results, it can be seen that if the ratio of TiN is too high, the result is worse than that of CrN alone.
次に、実験例1(CrN:TiNを75:25)では、密着性において比較実験例と同等であるが、摩耗試験において、比較実験例2の固定片が0.31mm、回転片が2μmであるのに対して、実験例1では、固定片が0.29mmと良好な結果が得られた。
実験例2(CrN:TiNを95:5)の密着性では、比較実験例2の61Nに対して、67Nと良好な結果となり、更に摩耗試験でも、比較実験例2の固定片が0.31mm、回転片が2μmであるのに対して、実験例2では固定片が0.28mm、回転片が1μmと良好な結果が得られた。
また、実験例3(CrN:TiNを97:3)の密着性も、実験例2と同等の67Nと比較実験例2の61Nに対して良好な結果が得られた。また、摩耗試験では、実験例1同様、固定片が0.29mm、回転片が2μmと良好な結果が得られた。
Next, in Experimental Example 1 (CrN: TiN is 75:25), the adhesion is equivalent to that of the Comparative Experimental Example, but in the wear test, the fixed piece of Comparative Experimental Example 2 is 0.31 mm and the rotating piece is 2 μm. On the other hand, in Experimental Example 1, a good result was obtained with a fixed piece of 0.29 mm.
In the adhesion of Experimental Example 2 (CrN: TiN 95: 5), 67N was better than 61N of Comparative Experimental Example 2, and in the wear test, the fixed piece of Comparative Experimental Example 2 was 0.31 mm. In contrast to the rotating piece of 2 μm, in Experimental Example 2, the fixed piece was 0.28 mm and the rotating piece was 1 μm.
Further, the adhesion of Experimental Example 3 (CrN: TiN of 97: 3) was also better than 67N equivalent to Experimental Example 2 and 61N of Comparative Experimental Example 2. Further, in the abrasion test, as in Experimental Example 1, a good result was obtained with the fixed piece being 0.29 mm and the rotating piece being 2 μm.
以上の結果から、実験例1〜3、即ち、TiN含有率を3%〜25%とする事により、密着性、耐摩耗性で良好な結果が得られる事が判明した。特に、実験例2のTiN含有率5%とする事により、固定片のみならず、回転片の耐摩耗性も向上する結果となった。
この結果から、TiN含有量5%前後(4%〜6%)で、密着性、固定片及び回転片の耐摩耗性のいずれも向上すると言える。
尚、Tiに代えてZr、V、MoとCrとの混在硬質被膜であっても、CrN単独に比較して良好となる。
更に、混在硬質被膜に代えて、傾斜硬質被膜や積層硬質被膜であっても良い。
以上、ロータリコンプレッサ1のベーン40を用いて説明したが、他の摺動部分、例えば回転軸25と上下部軸受33、34の摺動部分であっても良い。更に、本発明はスクロールコンプレッサの摺動部分に用いても良いし、レシプロコンプレッサの摺動部分に用いてもよい。
From the above results, it was found that favorable results were obtained in adhesion and wear resistance by setting Experimental Examples 1 to 3, that is, TiN content to 3% to 25%. In particular, by setting the TiN content of Experimental Example 2 to 5%, not only the fixed piece but also the wear resistance of the rotating piece was improved.
From this result, it can be said that when the TiN content is around 5% (4% to 6%), the adhesion and the wear resistance of the fixed piece and the rotating piece are all improved.
In addition, even if it is a mixed hard film of Zr, V, Mo and Cr instead of Ti, it is better than CrN alone.
Furthermore, instead of the mixed hard coating, an inclined hard coating or a laminated hard coating may be used.
As described above, the
31,32…シリンダ
23…吸入口
35…吐出口
26…クランク部
38…ローラ
40…ベーン
40a…ベーン先端部分
40b…母材
40c…硬質被膜
40d…窒化層
31, 32 ...
Claims (1)
前記潤滑油が、鉱物油、ポリオールエステル、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコールのいずれかで、40℃における動粘度が15〜80mm2/sであり、
前記冷媒が、分子中に塩素を含まない炭化フッ化水素冷媒であり、
前記摺動部分に、混在硬質被膜を有し、
前記混在硬質被膜が、Crと、Ti、Zr、V、Moからなる群から選択される1以上の金属とを含有する窒化物からなることを特徴とする圧縮機。 A compressor that includes a compression element in a sealed container, lubricates a sliding portion with lubricating oil, and compresses the refrigerant,
The lubricating oil is any of mineral oil, polyol ester, polyvinyl ether and polyalkylene glycol, and the kinematic viscosity at 40 ° C. is 15 to 80 mm 2 / s,
The refrigerant is a hydrocarbon fluoride refrigerant not containing chlorine in the molecule,
The sliding portion has a mixed hard coating,
The compressor characterized in that the mixed hard coating is made of a nitride containing Cr and one or more metals selected from the group consisting of Ti, Zr, V, and Mo.
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