(57)【要約】【課題】摺動部材に設けられた硬質な皮膜の欠けや剥離を防止し、及び、摺動部材が摺接する相手部材に対する皮膜の初期なじみ性の向上を図る。【解決手段】冷凍サイクル中に設けられ、摺動部材１５ｂを備えた圧縮機構部を有して冷媒を圧縮する冷媒圧縮機において、摺動部材１５ｂは、金属材料で形成された基材２４と、この基材２４の表面に形成された基材２４より硬質な皮膜２９とを有し、基材２４の表面粗さは、最大山高さ“Ｒｐ”が０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”が０．２μｍ以下、及び、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が油溜り深さ“Ｒｖｋ”より小さく設定されている。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクル中に設けられ、摺動部材を備えた圧縮機構部を有して冷媒を圧縮する冷媒圧縮機において、
前記摺動部材は、金属材料で形成された基材と、この基材の表面に形成された前記基材より硬質な皮膜とを有し、
前記基材の表面粗さは、最大山高さ“Ｒｐ”が０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”が０．２μｍ以下、及び、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が油溜り深さ“Ｒｖｋ”より小さく設定されている、
ことを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項２】
前記基材の表面粗さは、前記基材をバレル研磨することにより得られていることを特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
【請求項３】
前記皮膜は、前記摺動部材における少なくとも相手部材と摺接する部分に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
前記皮膜は、クロムの単一層からなる第１の層と、クロムとタングステンカーバイトとの合金層からなる第２の層と、タングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有した金属含有アモルファス炭素層からなる第３の層と、金属を含有せず炭素と水素とを含むアモルファス炭素層からなる第４の層とを前記基材の表面に順に積層して形成され、
前記第２の層は、クロム含有率が前記第３の層側より前記第１の層側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が前記第１の層側より前記第３の層側で高くなるように形成され、
前記第３の層は、タングステン又はタングステンカーバイトの含有率が前記第４の層側より前記第２の層側が高くなるように形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒圧縮機及び冷凍サイクル装置に関し、特に、耐摩耗性と密着性とに優れた皮膜を有する摺動部材を備えた冷媒圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒圧縮機やエンジン等においては、相手部材に当接しながら摺動する摺動部材が使用されており、これらの摺動部材では、耐摩耗性を向上させるために硬質の皮膜を被服したものが知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、非晶質硬質炭素皮膜を被覆した摺動部材が開示されており、非晶質硬質炭素皮膜の表面粗さは、十点平均粗さ“Ｒｚ”が０．７μｍ以下で、かつ、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が０．０７〜０．１４μｍに設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された摺動部材は、非晶質硬質炭素皮膜の表面粗さは、“Ｒｚ”を０．７μｍ以下としているため、必然的に仕上げ研磨に求められる精度が高くなり、仕上げ研磨に手間がかかり、製品コストが高くなっている。
【０００６】
また、特許文献１に記載された摺動部材では、非晶質硬質炭素皮膜の欠けや剥離を防止するための対策は講じられていない。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、摺動部材に設けられた硬質な皮膜の欠けや剥離を防止し、及び、摺動部材が摺接する相手部材に対する皮膜の初期なじみ性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、冷凍サイクル中に設けられ、摺動部材を備えた圧縮機構部を有して冷媒を圧縮する冷媒圧縮機において、前記摺動部材は、金属材料で形成された基材と、この基材の表面に形成された前記基材より硬質な皮膜とを有し、前記基材の表面粗さは、最大山高さ“Ｒｐ”が０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”が０．２μｍ以下、及び、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が油溜り深さ“Ｒｖｋ”より小さく設定されていることである。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、冷凍サイクル装置において、第１の特徴に係る冷媒圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、摺動部材に設けられた硬質な皮膜の欠けや剥離を防止することができ、及び、摺動部材が摺接する相手部材に対する皮膜の初期なじみ性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態における、冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図２】冷媒圧縮機の内部構造を示す縦断正面図である。
【図３】圧縮機構部を構成するシリンダとローラとベーンとを示す斜視図である。
【図４】ベーンの先端部を示す断面図である。
【図５】バレル研磨した基材の表面粗さの測定図である。
【図６】バレル研磨を行なう前の基材の表面粗さの測定図である。
【図７】基材の表面粗さとローラの磨耗量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、冷媒圧縮機を備える冷凍サイクル装置１を示す模式図である。
【００１３】
冷凍サイクル装置１は、密閉型回転式の冷媒圧縮機２と、四方弁３と、冷房運転時に凝縮器として機能するとともに暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換器４と、膨張装置５と、冷房運転時に蒸発器として機能するとともに暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交換器６と、アキュムレータ７とをサイクル状に連通して形成されている。
【００１４】
この冷凍サイクル装置１において、冷房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出された冷媒は、実線の矢印で示すように、四方弁３を介して室外熱交換器（凝縮器）４に供給され、ここで外気と熱交換して凝縮される。この凝縮された冷媒は、室外熱交換器４から流出して膨張装置５を介して室内熱交換器（蒸発器）６に流入し、室内熱交換器６内で室内空気と熱交換して蒸発し、室内空気を冷却する。室内熱交換器６から流出した冷媒は、四方弁３及びアキュムレータ７を介して冷媒圧縮機２内に吸い込まれる。
【００１５】
一方、暖房運転時には、冷媒圧縮機２から吐出された冷媒は、破線の矢印で示すように、四方弁３を介して室内熱交換器（凝縮器）６に供給され、ここで室内空気と熱交換して凝縮され、室内空気を加熱する。この凝縮された冷媒は、室内熱交換器６から流出して膨張装置５を介して室外熱交換器（蒸発器）４に流入し、室外熱交換器４内で室外空気と熱交換して蒸発する。この蒸発した冷媒は、室外熱交換器４から流出し、四方弁３及びアキュムレータ７を介して冷媒圧縮機２内に吸い込まれる。
【００１６】
以後、順次同様に冷媒が流れて冷凍サイクル装置１の運転が継続される。冷媒としては、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ（炭化水素系）冷媒、二酸化炭素冷媒等が用いられる。
【００１７】
冷媒圧縮機２は、図２に示すように２シリンダ型であり、密閉ケース２ａを備えている。密閉ケース２ａ内には、電動機部８と圧縮機構部である回転圧縮機構部９とが収納され、電動機部８と回転圧縮機構部９とは偏心部１０ａ、１０ｂを有する回転軸１０を介して連結されている。
【００１８】
電動機部８は、回転子８ａと固定子８ｂとからなり、インバータで駆動されるブラシレスＤＣ同期モータ、ＡＣモータ、若しくは商用電源で駆動されるモータ等のいずれでもよい。
【００１９】
密閉ケース２ａの底部には、回転圧縮機構部９を潤滑する冷凍機油１１が貯留されている。冷凍機油１１としては、ＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等が用いられる。
【００２０】
回転圧縮機構部９は、第１の圧縮機構部９ａと第２の圧縮機構部９ｂとからなり、第１の圧縮機構部９ａは、シリンダ室１２ａを形成するシリンダ１３ａを備え、第２の圧縮機構部９ｂは、シリンダ室１２ｂを形成するシリンダ１３ｂを備えている。シリンダ１３ｂ内には、ローラ１４ｂと摺動部材であるベーン１５ｂとが収納され、シリンダ１３ａ内には、ローラ１４ａと摺動部材であるベーン１５ａ（図示せず）とが収納されている。なお、図２は、ベーン１５ｂの状態と吸込み管２３の接続状態が分かるように、第１の圧縮機構部９ａと第２の圧縮機構部９ｂの一部を異なる断面で示している。
【００２１】
ローラ１４ｂは回転軸１０の偏心部１０ｂに嵌合され、回転軸１０の回転に伴なってシリンダ室１２ｂ内で回転する。ローラ１４ａは回転軸１０の偏心部１０ａに嵌合され、回転軸１０の回転に伴なってシリンダ室１２ａ内で回転する。ローラ１４ａ、１４ｂは、モリブデンとニッケルとクロムとを含む片状黒鉛鋳鉄で形成されている。
【００２２】
図３は、第２の圧縮機構部９ｂを構成するシリンダ１３ｂとローラ１４ｂとベーン１５ｂとを示す斜視図である。なお、第１の圧縮機構部９ａは第２の圧縮機構部９ｂと同じ構成であり、シリンダ１３ａとローラ１４ａとベーン１５ａとを備えている。
【００２３】
ベーン１５ｂは、図３に示すように、シリンダ１３ｂに形成された溝１６ｂに摺動可能に嵌合されている。溝１６ｂ内には、ベーン１５ｂの先端がローラ１４ｂの外周面に摺接する向きにベーン１５ｂを付勢するスプリング（図示せず）が収納されている。ベーン１５ａは、シリンダ１３ａに形成された溝（図示せず）に摺動可能に嵌合され、この溝内には、ベーン１５ａの先端をローラ１４ｂの外周面に摺接する向きにベーン１５ａを付勢するスプリング（図示せず）が収納されている。
【００２４】
第１の圧縮機構部９ａのシリンダ１３ａは、その両端部分が主軸受１７と仕切り板１８とで覆われ、内部にシリンダ室１２ａが形成されている。第２の圧縮機構部９ｂのシリンダ１３ｂは、その両端部分が副軸受１９と仕切り板１８とで覆われ、内部にシリンダ室１２ｂが形成されている。主軸受１７には、シリンダ室１２ａと密閉ケース２ａ内とを連通する吐出孔２０ａとこの吐出孔２０ａを開閉させる吐出弁２１ａとが設けられている。副軸受１９には、シリンダ室１２ｂと密閉ケース２ａ内とを連通する吐出孔２０ｂとこの吐出孔２０ｂを開閉させる吐出弁２１ｂとが設けられている。
【００２５】
密閉ケース２ａの上面部には、密閉ケース２ａ内の圧縮された冷媒を四方弁３に向けて吐出させる吐出管２２が接続されている。密閉ケース２ａの側面下部側には、アキュムレータ７を経由した冷媒をシリンダ室１２ａ、１２ｂ内に導く吸込み管２３が接続されている。
【００２６】
図４は、ベーン１５ｂの先端側の一部を示す断面図である。なお、ベーン１５ａも同じ構造である。ベーン１５ｂは、金属材料であるクロムモリブデン鋼を冷間鍛造して形成した基材２４を用い、この基材２４に対してバレル研磨を行い、基材２４の表面粗さを、最大山高さ“Ｒｐ”が０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”が０．２μｍ以下、及び、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が油溜り深さ“Ｒｖｋ”より小さくしている。
【００２７】
図５は、バレル研磨を行なった基材２４の表面粗さの測定図である。また、図６は、バレル研磨を行なう前の基材２４の表面粗さの測定図である。図５と図６との測定図によれば、バレル研磨を行なうことにより突出した山部が除去され、バレル研磨による谷部の除去は少なく、初期磨耗高さ“Ｒｐｋ”が油溜り深さ“Ｒｖｋ”より小さくなっていることが判明した。
【００２８】
なお、基材２４は、浸炭焼入れによる表面硬化処理を行い、表面硬さをビッカース硬さで６５０とした後にバレル研磨を行っている。バレル研磨後に上記表面硬化処理を行うと、バレル研磨面の面粗さが再度悪化する可能性がある。なお、この表面硬化処理は、基材２４の表面のみを硬化するという意味ではなく、少なくとも基材２４の表面を硬化するという意味であり、基材２４の全体を硬化処理した場合も含まれる。
【００２９】
表面硬化処理後にバレル研磨を行った基材２４の表面には、クロム（Ｃｒ）の単一層からなる第１の層２５と、クロムとタングステンカーバイト（ＷＣ）との合金層からなる第２の層２６と、タングステン（Ｗ）を含有するアモルファス炭素層からなる第３の層２７と、金属を含有せず炭素と水素とを含むアモルファス炭素層からなる第４の層２８とを順に積層することにより、基材２４より硬質な皮膜２９が形成されている。なお、第３の層２７は、タングステンに代えてタングステンカーバイトを含有するアモルファス炭素層としてもよく、又は、タングステンとタングステンカーバイトとの双方を含有するアモルファス炭素層としてもよい。
【００３０】
第２の層２６は、クロムの含有率が第３の層２７より第１の層２５側で高く、かつ、タングステンカーバイトの含有率が第１の層２５側より第３の層２７側で高くなるように含有成分を傾斜させて形成されている。
【００３１】
第３の層２７は、タングステンの含有率が第４の層２８側より第２の層２６側が高くなるように含有成分を傾斜させて形成されている。
【００３２】
各層２５〜２８の厚さ寸法は、第１の層２５が０．１μｍ、第２の層２６が０．２μｍ、第３の層２７が０．５μｍ、第４の層２８が２．２μｍであり、各層２５〜２８からなる皮膜２９の全体の厚さ寸法が３μｍとされている。
【００３３】
図７は、ベーン１５ｂ（１５ａ）をローラ１４ｂ（１４ａ）に摺接させて冷媒圧縮機２を運転した場合における、ローラ１４ｂ（１４ａ）の磨耗量を測定した結果を示すグラフである。このグラフの横軸は、最大山高さ“Ｒｐ”と算術平均粗さ“Ｒａ”とをとったものであり、最大山高さ“Ｒｐ”が０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”が０．２μｍ以下であれば、ローラ１４ｂの磨耗量を低く抑えられることが判明した。この測定は、異なる表面粗さの基材２４を用いて製造した各種のベーンとローラとを冷媒圧縮機２の回転圧縮機構部９に取付け、回転圧縮機構部９に液冷媒を強制的に断続的に繰返し吸い込ませ、ベーンをローラに激しく衝突させて行なったものである。
【００３４】
なお、本実施の形態では、皮膜２９をベーン１５ｂ（１５ａ）における相手部材となるローラ１４ｂ（１４ａ）に摺接する部分にのみ形成した場合を例に挙げて説明したが、このような皮膜２９をベーン１５ｂ（１５ａ）の全周に形成してもよい。
【００３５】
このような構成において、金属材料で形成したベーン１５ａ、１５ｂの基材２４を、浸炭焼入れによる表面硬化処理を行うことにより、高荷重作用時における基材２４の弾性変形を抑制することができる。このため、高荷重作用時における皮膜２９の変形を抑制することができ、基材２４と皮膜２９との間、及び、皮膜２９における各層２５〜２８間の密着性を高めることができる。
【００３６】
皮膜２９を構成する４つの層２５〜２８に関しては、第１の層２５をクロムの単一層とし、第２の層２６をクロムとタングステンカーバイトの合金層とし、第３の層２７をタングステン及びタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有した金属含有アモルファス炭素層とし、第４の層２８を金属を含有せず炭素と水素とを含むアモルファス炭素層としている。さらに、第２の層２６を、クロムの含有率が第３の層２７より第１の層２５側で高くなるように、かつ、タングステンカーバイトの含有率が第１の層２５側より第３の層２７側で高くなるように含有成分を傾斜させて形成している。また、第３の層２７を、タングステンの含有率が第４の層２８側より第２の層２６側が高くなるように含有成分を傾斜させて形成している。
【００３７】
このため、第１の層２５と第２の層２６との間、第２の層２６と第３の層２７との間、及び、第３の層２７と第４の層２８との間の硬度差が小さくなり、これによって、これらの各層２５〜２８間の密着性を向上させることができ、及び、皮膜２９内部での割れなどの発生を抑制することができる。
【００３８】
また、皮膜２９の最も外側に位置する第４の層２８が、金属を含有せず炭素と水素とを含むアモルファス炭素層であるため、金属を含有するアモルファス炭素層を最も外側に設けた場合よりも高硬度化を図ることができ、ベーン１５ｂの耐摩耗性を向上させることができる。
【００３９】
ベーン１５ｂ、１５ａを構成する基材２４の表面粗さについては、バレル研磨により、最大山高さ“Ｒｐ”を０．５μｍ以下、及び、算術平均粗さ“Ｒａ”を０．２μｍ以下とすることにより、基材２４の真実接触面積を拡大することができる。このため、この基材２４の表面に皮膜２９を形成した場合、基材２４と皮膜２９との間での応力集中を抑えることができ、応力集中が原因となる皮膜２９の欠けや剥離を防止することができる。
【００４０】
また、バレル研磨によって基材２４表面の山部が除去されることにより、この基材２４の表面に皮膜２９を形成した場合に皮膜２９の表面に生じる山部も小さくなり、ベーン１５ｂの皮膜２９とローラ１４ｂとの摺接部分の初期なじみ性が向上する。
【００４１】
したがって、ベーン１５ｂ、１５ａの皮膜２９とローラ１４ｂ、１４ａとの摺接部分における初期なじみ性の向上や、皮膜２９の欠けや剥離の防止により、ローラ１４ｂ、１４ａにおけるベーン１５ｂ、１５ａとの摺接部分の磨耗を抑制することができ、耐久性及び信頼性のある回転圧縮機構部９を得ることができる。
【００４２】
また、バレル研磨においては、谷部は除去されずに残るため、皮膜２９を形成した場合にその皮膜２９の表面に基材２４の谷部に対応する凹部が形成される。このため、この凹部によって潤滑油の油溜り効果を得ることができ、ベーン１５ｂ、１５ａとローラ１４ｂ、１４ａとの摺接部分における潤滑性能を高めることができる。
【符号の説明】
【００４３】
２  冷媒圧縮機、４  室外熱交換器（凝縮器、蒸発器）、５  膨張装置、６  室内熱交換器（蒸発器、凝縮器）、９  回転圧縮機構部（圧縮機構部）、１４ａ、１４ｂ  ローラ（相手部材）、１５ａ、１５ｂ  ベーン（摺動部材）、２４  基材、２５  第１の層、２６  第２の層、２７  第３の層、２８  第４の層、２９  皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011064180.tif 000007
【図６】
2011064180.tif 000008
【図７】
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