JP4898162B2 - Hermetic compressor and refrigeration cycle apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置に関し、詳しくは改良した摺動部材を有する密閉形圧縮機およびこの密閉型圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置に係わる。 The present invention relates to a hermetic compressor and a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a hermetic compressor having an improved sliding member and a refrigeration cycle apparatus that constitutes a refrigeration cycle using the hermetic compressor.
冷凍サイクルは、室内を冷暖房する空気調和機、冷蔵庫、冷凍ショーケースなどの冷凍装置、さらに近年ではヒートポンプ式給湯器にも利用されている。これらの冷凍サイクルには、HFC系冷媒、その他HC系、CO2等の自然冷媒を循環させる密閉型圧縮機が組み込まれている。 The refrigeration cycle is also used in refrigeration apparatuses such as air conditioners, refrigerators, and refrigeration showcases for cooling and heating the interior of a room, and more recently in heat pump water heaters. These refrigeration cycles incorporate a hermetic compressor that circulates HFC refrigerant, other HC refrigerant, and other natural refrigerants such as CO 2 .
例えば空気調和機に備えられる一般的なロータリ式の密閉型圧縮機は、密閉ケース内に電動機部およびこの電動機部と回転軸を介して連結される圧縮機構部が収納されている。前記圧縮機構部は、シリンダに設けられるシリンダ室に偏心ローラを収容し、この偏心ローラ周面にはブレードの先端縁が弾性的に当接するよう圧縮ばねによって押圧付勢される。したがって、シリンダ室はブレードによって偏心ローラの回転方向に沿い、吸込み室と圧縮室に区画される。 For example, a general rotary-type hermetic compressor provided in an air conditioner includes an electric motor unit and a compression mechanism unit connected to the electric motor unit via a rotating shaft in a hermetic case. The compression mechanism portion accommodates an eccentric roller in a cylinder chamber provided in the cylinder, and is pressed and urged by a compression spring so that the tip edge of the blade is elastically contacted with the peripheral surface of the eccentric roller. Therefore, the cylinder chamber is divided into a suction chamber and a compression chamber along the rotation direction of the eccentric roller by the blade.
前記密閉型圧縮機は、今まで以上の高速運転や高負荷下(高圧力、高圧縮比、高温)での使用、さらには長寿命化が求められている。このため、シリンダ、ブレードのような各種摺動部材は摺動金属(母材)表面に窒化処理、浸硫窒化処理、CrNのような硬質膜のコーティング等の各種の表面処理を施して耐摩耗性の向上が図られている。 The hermetic compressor is required to be operated at a higher speed, higher load (high pressure, high compression ratio, high temperature), and longer life. For this reason, various sliding members such as cylinders and blades are subjected to various surface treatments such as nitriding treatment, nitronitriding treatment, hard film coating such as CrN on the surface of the sliding metal (base material) and wear resistance. The improvement of the property is aimed at.
しかしながら、各種の窒化処理では十分な耐摩耗性の向上を図ることが困難である。また、硬質膜のコーティングでは自身の耐摩耗性は良好であるものの、摺動の相手部材を摩耗させる問題がある。 However, it is difficult to improve the wear resistance sufficiently by various nitriding treatments. Further, although the hard film coating has good wear resistance, there is a problem that the sliding counterpart member is worn.
このようなことから、特許文献1には基材上にスパッタやCVD法により炭素、窒素および遷移金属から構成される組成の異なる化合物からなる下地層を形成し、この下地層にダイヤモンドライクカーボン皮膜を最上層から基材に向かった硬度が順次低下するように積層した固体潤滑皮膜を形成した圧縮機等に用いられる摺動部材が記載されている。
For this reason, in
また、特許文献2には母材表面に耐磨耗表面処理層(ガス窒化層、Crメッキ皮膜または窒化クロムや窒化チタンなどのイオンプレーティング皮膜)を形成し、この処理層にSi,Ti,W,Cr,Mo,Nb,Vの群から選ばれる1つまたは2つ以上の元素の炭化物が分散されたダイヤモンドライクカーボンからなる硬質皮膜を形成したピストンリングが記載されている。
In
しかしながら、前記特許文献1では基材表面に所定の化合物からなる下地層を形成し、この上にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した構成であるため、摺動部材に摺動等の高負荷が加わると、下地層が弾性変形を受け易くなり、基材と下地層の界面で剥離を生じる虞がある。
However, in
また、特許文献2に記載の窒化層は一般的に窒素化合物層(母材材料と窒素とが化学量論比で反応した窒素化合物層)が表面に形成される。このため、ピストンリングに摺動等の高負荷が加わると、前記表面処理層である窒素化合物層が弾性変形を受け易くなり、特許文献1と同様、母材と窒素化合物層の界面で剥離を生じる虞がある。
本発明は、母材に対する密着性および層間での密着性を向上し、最上層の水素含有アモルファス炭素層または金属含有アモルファス炭素層の特性を効果的に発現し得る摺動部材を有する密閉形圧縮機、およびこの密閉形圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a hermetic compression having a sliding member that improves adhesion to a base material and adhesion between layers, and can effectively exhibit the characteristics of the uppermost hydrogen-containing amorphous carbon layer or metal-containing amorphous carbon layer. And a refrigeration cycle apparatus including the hermetic compressor.
本発明によると、冷凍サイクル中に設けられ、冷媒を圧縮し、循環させ、摺動部材を有する密閉型圧縮機において、
前記摺動部材は、鉄鋼材料からなる母材と、この母材の表面に窒素を拡散して形成され、前記鉄鋼材料と窒素との窒素化合物を生成しない窒素量の窒化層と、この窒化層の少なくとも相手部材との摺動面に形成され、タングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムから選択される金属、これら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層と、この中間層上に形成された水素含有アモルファス炭素層と、この水素含有アモルファス炭素層上に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムの炭化物および酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物を含む金属含有アモルファス炭素層とを含む構成を有することを特徴とする密閉型圧縮機が提供される。
According to the present invention, in a hermetic compressor provided in a refrigeration cycle, compressing and circulating a refrigerant, and having a sliding member,
The sliding member is formed of a base material made of a steel material, a nitrogen amount nitride layer formed by diffusing nitrogen on the surface of the base material, and generating no nitrogen compound of the steel material and nitrogen, and the nitride layer Formed of at least a sliding surface with a mating member and made of a single layer or a plurality of layers selected from metals selected from tungsten, chromium, silicon, titanium, molybdenum and zirconium, and oxides, nitrides and carbides of these metals. An intermediate layer, a hydrogen-containing amorphous carbon layer formed on the intermediate layer , and at least selected from tungsten, chromium, silicon, titanium, molybdenum, zirconium carbides and oxides formed on the hydrogen-containing amorphous carbon layer. hermetic compressor provided is characterized by having a structure including a metal-containing amorphous carbon layer containing one compound That.
さらに本発明によると、前記密閉形圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a refrigeration cycle apparatus comprising the hermetic compressor, a condenser, a decompression device, and an evaporator.
本発明によれば、母材に対する密着性および層間での密着性を向上し、最上層の水素含有アモルファス炭素層または金属含有アモルファス炭素層の特性(耐摩耗性、平滑性、なじみ性、相手部材に対する低摩耗性)を効果的に発現し得る摺動部材を有し、様々な冷媒、様々な冷凍サイクルでの使用が可能で長期間の安定した運転を保証する密閉形圧縮機を提供できる。 According to the present invention, adhesion to a base material and adhesion between layers are improved, and characteristics of the uppermost hydrogen-containing amorphous carbon layer or metal-containing amorphous carbon layer (wear resistance, smoothness, conformability, mating member) It is possible to provide a hermetic compressor that has a sliding member that can effectively express (low wear resistance), can be used in various refrigerants and various refrigeration cycles, and guarantees stable operation over a long period of time.
また、前記密閉形圧縮機を備え、長期間安定した冷凍サイクル動作が可能な冷凍サイクル装置を提供できる。 In addition, a refrigeration cycle apparatus including the hermetic compressor and capable of stable refrigeration cycle operation for a long period of time can be provided.
以下、本発明の実施形態に係る密閉形圧縮機および冷凍サイクル装置を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a hermetic compressor and a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、実施形態に係る密閉形圧縮機Aの断面構造と、この密閉形圧縮機Aを備えた冷凍装置の冷凍サイクル構成図である。 FIG. 1 is a cross-sectional structure of a hermetic compressor A according to the embodiment and a refrigeration cycle configuration diagram of a refrigeration apparatus including the hermetic compressor A.
はじめに密閉形圧縮機Aから説明すると、図中1は密閉ケースであり、この密閉ケース1の内部には、回転軸2を介して後述する圧縮機構部3と電動機部4とが一体的に連結される電動圧縮機本体5が収容されている。前記回転軸2は、前記密閉ケース1の中心軸に沿って設けられ、前記圧縮機構部3は密閉ケース1の下部側に配置され、前記電動機部4は密閉ケース1の上部側に配置される。
First, the hermetic compressor A will be described. In the figure,
前記圧縮機構部3は、中間仕切り板6を挟んで2組のシリンダ7A,7Bを備えた2シリンダタイプのものである。前記電動機部4は、固定子8と、この固定子8の外径側に備えられる傘型の回転子9とからなる、いわゆるアウターロータ型電動機部である。
The compression mechanism section 3 is a two-cylinder type having two sets of
さらに、前記圧縮機構部3について詳述すると、上部側に第1のシリンダ7Aが位置し、中間仕切り板6を介して下部側に第2のシリンダ7Bが位置する。第1のシリンダ7Aの上面に主軸受け10が取付けられる。第1のシリンダ7Aの下部側開口面および第2のシリンダ7Bの上部側開口面は中間仕切り板6によって閉成され、第2のシリンダ7Bの下面に副軸受け11が取付けられる。
Further, the compression mechanism section 3 will be described in detail. The
したがって、第1のシリンダ7A内には、主軸受け10と中間仕切り板6によって囲まれる第1のシリンダ室12が形成され、第2のシリンダ7B内には中間仕切り板6と副主軸受け11によって囲まれる第2のシリンダ室13が形成される。
Therefore, a first cylinder chamber 12 surrounded by the main bearing 10 and the
前記第1、第2のシリンダ室12,13には、それぞれ前記回転軸2に一体に設けられる偏心部aが収容され、これら偏心部aにはローラbが回転自在に嵌め込まれる。各偏心部aは、回転軸2の中心軸を介して互いに対称方向で、かつ同一寸法の位置に重心があるように偏心している。
Each of the first and
それぞれのシリンダ室12,13では、回転軸2の回転にともなって偏心部aとローラbが偏心回転をなす。ローラbは偏心回転のいずれの位置においても、常に軸方向に沿う周面一部がシリンダ室12,13周面と線状に接触する。
In each of the
各シリンダ7A,7Bの側部にはブレード収納室(第2のシリンダ室側のみ概略的に図示)14が設けられ、ここにスプリング15とブレード16が収納される。スプリング15は常にブレード16の先端部がローラbの周面に接触するよう弾性的に押圧する。これにより、ブレード16はシリンダ室12,13を区分する。
A blade storage chamber (schematically shown only on the second cylinder chamber side) 14 is provided at the side of each
なお、図2に前記第2のシリンダ7Bを示す。
FIG. 2 shows the
密閉ケース1の上端部には、凝縮器Bに連通する冷媒管Pが設けられる。密閉ケース1の側部には気液分離器Eに連通する2本の冷媒管Pa,Pbが貫通し、前記圧縮機構部3に連通される。前記凝縮器Bから気液分離器Eまでの間に、膨張装置Cと蒸発器Dが冷媒管Pを介して連通される。これら密閉形圧縮機Aと、凝縮器Bと、凝縮器Cと、蒸発器Dおよび気液分離器Eとで、冷凍装置の冷凍サイクル回路Rが構成される。
A refrigerant pipe P communicating with the condenser B is provided at the upper end of the sealed
前述した密閉形圧縮機Aにおいて、電動機部4に駆動信号が入力されると、回転子9が回転駆動される。回転子9と一体に連結される回転軸2が回転して、回転軸2の偏心部aとローラbが第1のシリンダ室12および第2のシリンダ室13で偏心回転する。
In the above-described hermetic compressor A, when a drive signal is input to the
それにともなって、低圧の冷媒ガスが冷媒管Pa,Pbを介して第1、第2のシリンダ室12,13に吸込まれ、かつ圧縮されて高圧ガスとなる。各シリンダ室12,13で圧縮された高圧ガスは、密閉ケース1内へ吐出され充満する。
Accordingly, low-pressure refrigerant gas is sucked into the first and
密閉ケース1内に充満する高圧ガスは密閉ケース1から冷媒管Pへ吐出され、圧縮機A外部に接続される凝縮器Bへ導かれて凝縮し、さらに膨張装置Cに導かれて減圧膨張し、さらに蒸発器Dに導かれて蒸発する冷凍サイクル作用がなされる。そして、気液分離器Eに導かれて気液分離され、再び圧縮機Aに吸込まれて上述の径路を循環する。
The high-pressure gas filling the sealed
前記摺動部材であるブレード16は、以下に説明する図3の(A)〜(C)に示す構造を有する。
The
図3の(A)に示すブレード16は、鉄鋼材料からなる母材21を備えている。この母材21の表面には、窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層22が窒素の拡散により形成されている。この窒化層22の相手部材(ローラ、シリンダ)との摺動面、例えば先端面には、タングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムおよびこれら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層23が形成されている。この中間層23には、水素含有アモルファス炭素層24が形成されている。
The
図3の(B)に示すブレード16は、前述した図3の(A)に示す水素含有アモルファス炭素層24上にタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムの炭化物および酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物を含む金属含有アモルファス炭素層25がさらに形成された構造を有する。
The
図3の(C)に示すブレード16は、前述した図3の(A)に示す水素含有アモルファス炭素層24の代わりにタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムの炭化物および酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物を含む金属含有アモルファス炭素層25が中間層23上に形成された構造を有する。
The
前記母材21に用いられる鉄鋼材料としては、例えばSKH51のような高速度工具鋼、SUS440Cのようなステンレス鋼、FC200,FC250のようなねずみ鋳鉄、FCD600のような球状黒鉛鋳鉄を挙げることができる。特に、ブレードの母材はクロムを3重量%以上含む、例えば高速度工具鋼、ステンレス鋼のような鉄鋼材料を用いることが好ましい。クロム含有量の上限は20重量%であることが好ましい。
Examples of the steel material used for the
前記窒化層22は、例えば以下に説明する2つの方法により形成することができる。
The
(1)ガス窒化(ガス酸窒化、ガス軟窒化含む)、浸硫窒化、プラズマ窒化、液窒化、等の窒化方法により前記母材表面を窒化処理する。このとき、母材表面に生成された母材と窒素の窒素化合物層を機械的研磨等により除去して窒素化合物層が存在しない、つまり窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層を形成する。 (1) The base material surface is nitrided by a nitriding method such as gas nitriding (including gas oxynitriding and gas soft nitriding), sulfur nitriding, plasma nitriding, liquid nitriding, or the like. At this time, the base material generated on the base material surface and the nitrogen compound layer of nitrogen are removed by mechanical polishing or the like so that the nitrogen compound layer does not exist, that is, a nitride layer having a nitrogen amount smaller than the stoichiometric ratio of the nitrogen compound is formed. Form.
(2)例えばアンモニアと水素の混合ガスをグロー放電によりプラズマ化し、活性なラジカル(例えばNHラジカル)を発生させ、窒素を母材表面に拡散浸透処理して窒素化合物層が存在しない窒化層を形成する。 (2) For example, a mixed gas of ammonia and hydrogen is turned into plasma by glow discharge, active radicals (eg, NH radicals) are generated, and nitrogen is diffused and permeated into the base material surface to form a nitride layer without a nitrogen compound layer. To do.
前記窒化層22の厚さは、母材21表面の硬度を高める観点から、30μm以上にすることが好ましい。
The thickness of the
前記中間層23は、複数の層から構成されることが好ましい。例えば中間層は、上層/下層がタングステンカーバイト(WC)/クロム(Cr)のような複数層で構成されることが好ましい。
The
前記水素含有アモルファス炭素層24は、マイクロビッカース硬度(Hv)が1800〜2500であることが好ましい。また、水素含有アモルファス炭素層24は1.0〜3.0μmの厚さを有することが好ましい。
The hydrogen-containing
前記金属含有アモルファス炭素層25は、マイクロビッカース硬度(Hv)が1000〜1500であることが好ましい。
The metal-containing
図3の(B)に示すように前記金属含有アモルファス炭素層25を前記水素含有アモルファス炭素層24上に形成する場合には、その金属含有アモルファス炭素層25は0.3〜2.5μmの厚さを有することが好ましい。この場合、水素含有アモルファス炭素層24/金属含有アモルファス炭素層25の厚さ比は5〜1にすることが好ましい。
When the metal-containing
図3の(C)に示すように前記金属含有アモルファス炭素層25を中間層23上に形成する場合には、その金属含有アモルファス炭素層25は1.0〜5.0μmの厚さを有することが好ましい。
When the metal-containing
なお、前述したブレード13は窒化層22を有する母材21の先端面にのみ中間層23、水素含有アモルファス炭素層24等を形成したが、これらの層を全面に形成してもよい。
In the
以上、実施形態に係る摺動部材である図3の(A)に示すブレード16は、鉄鋼材料からなる母材21と、この母材21の表面に形成され、窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層22と、窒化層22の少なくとも相手部材(シリンダ)との摺動面、例えば先端面に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムおよびこれら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層23と、この中間層23に形成された水素含有アモルファス炭素層24とを含む構成を有する。
As described above, the
このような構成のブレード16は、母材21表面に窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層22が形成されているため、母材21、中間層23、水素含有アモルファス炭素層24間の硬度差を小さくすることができる。その結果、それらの間の密着性を向上することができる。特に、実質的に窒素化合物層が表面に存在しない窒化層22を母材21表面に形成することによって、ブレード16の先端をシリンダ内面に摺動させる際に高負荷が加わった際、母材21の硬度向上と窒素化合物層が表面に存在しないことにより母材21表面の弾性変形を軽減できる。その結果、母材1表面に対する中間層23の密着性が向上され、母材1表面から中間層23が剥離するのを防止できる。
In the
また、最上層の水素含有アモルファス炭素層24は高硬度による耐磨耗性の向上、アモルファス構造による平滑化の向上、摩擦係数が小さいことによるなじみ性の向上、さらに相手部材(例えばシリンダ)への低摩耗性を発現できる。
Further, the uppermost hydrogen-containing
したがって、実施形態に係る摺動部材である図3の(A)に示すブレード16は母材21、中間層23、水素含有アモルファス炭素層24間の高い密着性により最上層の水素含有アモルファス炭素層24の優れた特性(耐摩耗性、平滑性、なじみ性、相手部材に対する低摩耗性)を効果的に発現できる。その結果、このブレード16を有する密閉形圧縮機は様々な冷媒、様々な冷凍サイクルでの使用が可能で、長期間に亘って安定した運転を保証できる。
Therefore, the
また、実施形態に係る摺動部材である図3の(C)に示すブレード16は鉄鋼材料からなる母材21と、この母材21の表面に形成され、窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層22と、窒化層22の少なくとも相手部材(シリンダ)との摺動面、例えば先端面に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムおよびこれら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層23と、この中間層23に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムの炭化物および酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物を含む金属含有アモルファス炭素層25とを含む構成を有する。
Also, the
このようなブレードは、前述した図3の(A)に示すものと同様、母材21、中間層23、金属含有アモルファス炭素層25間の硬度差を小さくでき、それらの間の密着性を向上することができる。
Such a blade can reduce the difference in hardness between the
また、最上層の金属含有アモルファス炭素層25は耐磨耗性、アモルファス構造による平滑化の向上、摩擦係数が小さいことによるなじみ性の向上、さらに相手部材(例えばシリンダ)への低摩耗性を発現できる。特に、アモルファス炭素層25は金属の含有によって層内の内部応力を緩和する作用を有する。このため、部品同士が馴染んでいない圧縮機の初期運転時において、局所的な応力を受けても金属含有アモルファス炭素層25が中間層から剥離されるのを防止できる。
In addition, the metal-containing
したがって、実施形態に係る摺動部材である図3の(C)に示すブレード16は母材21、中間層23、金属含有アモルファス炭素層25間の高い密着性により最上層の金属含有アモルファス炭素層25の優れた特性(耐摩耗性、平滑性、なじみ性、相手部材に対する低摩耗性)を効果的に発現でき、加えて初期馴染み性を向上できる。その結果、このブレード16を有する密閉形圧縮機は様々な冷媒、様々な冷凍サイクルでの使用が可能で、初期から長期間に亘って安定した運転を保証できる。
Therefore, the
さらに、実施形態に係る摺動部材である図3の(B)に示すブレード16は、鉄鋼材料からなる母材21と、この母材21の表面に形成され、窒素化合物の化学量論比より窒素量が少ない窒化層22と、窒化層22の少なくとも相手部材(シリンダ)との摺動面、例えば先端面に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムおよびこれら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層23と、この中間層23に形成された水素含有アモルファス炭素層24と、水素含有アモルファス炭素層24上に形成された前記金属含有アモルファス炭素層25を含む構成を有する。
Further, the
このような構成のブレード16を有する密閉形圧縮機は、様々な冷媒、様々な冷凍サイクルでの使用が可能で、初期から長期間に亘ってより安定した運転を保証できる。
The hermetic compressor having the
以下,本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1)
まず、SUS440Cの鉄鋼材料を加工して一端がテーパ状に突出したベーン形状の母材を作製した。つづいて、この母材をチャンバ内に設置し、このチャンバ内にアンモニアと水素の混合ガスを導入し、グロー放電によりプラズマ化し、活性なラジカル(例えばNHラジカル)を発生させ、窒素を前記母材表面に拡散浸透処理することにより窒素化合物層が存在しない厚さ50μmの窒化層を形成した。ひきつづき、窒化層を表面に有する母材の先端面にスパッタ法により厚さ0.1μmのCr層、厚さ0.2μmのWC層をこの順序で成膜して中間層を形成した。なおWC層はCr層側から表面に向かってカーボン濃度が高くなるように濃度勾配を持たせた。次いで、前記中間層にスパッタ法により厚さ3μmの水素含有アモルファス炭素層を形成してベーンを製造した。
Example 1
First, a SUS440C steel material was processed to produce a vane-shaped base material with one end protruding in a tapered shape. Subsequently, the base material is placed in a chamber, a mixed gas of ammonia and hydrogen is introduced into the chamber, and plasma is generated by glow discharge to generate active radicals (for example, NH radicals). A nitride layer having a thickness of 50 μm without a nitrogen compound layer was formed by diffusion and permeation treatment on the surface. Subsequently, a Cr layer having a thickness of 0.1 μm and a WC layer having a thickness of 0.2 μm were formed in this order on the front end surface of the base material having a nitride layer on the surface by a sputtering method to form an intermediate layer. The WC layer was provided with a concentration gradient so that the carbon concentration increased from the Cr layer side to the surface. Next, a vane was manufactured by forming a hydrogen-containing amorphous carbon layer having a thickness of 3 μm on the intermediate layer by sputtering.
(比較例1)
実施例1と同様な母材表面にガス窒化処理を施すことにより表面に窒素化合物層を有する厚さ60μmの窒化層を形成してベーンを製造した。
(Comparative Example 1)
A vane was manufactured by performing a gas nitriding process on the surface of the base material similar to that in Example 1 to form a nitride layer having a thickness of 60 μm having a nitrogen compound layer on the surface.
(比較例2)
実施例1と同様な母材表面にH2SとNH3の混合ガスを用いる浸硫窒化処理を施すことにより厚さ60μmの浸硫窒化層を形成してベーンを製造した。
(Comparative Example 2)
A vane was manufactured by subjecting the surface of the base material similar to that of Example 1 to a nitronitriding treatment using a mixed gas of H 2 S and NH 3 to form a nitronitriding layer having a thickness of 60 μm.
(比較例3)
実施例1と同様な母材表面にスパッタ法により厚さ5μmのCrNからなる硬質膜を形成してベーンを製造した。
(Comparative Example 3)
A vane was manufactured by forming a hard film made of CrN having a thickness of 5 μm on the surface of the base material similar to that in Example 1 by sputtering.
得られた実施例1および比較例1〜3のベーンについてベーンオンディスク摩耗試験を実施した。すなわち、図4に示すMo−Ni−Cr鋳鉄からなるディスク31の中心に軸32を軸着させ、このディスク31を冷凍機油(油温;110℃)の油槽に浸漬しディスク31の上面にベーン33のテーパ状先端を当接させ、1kNの荷重をベーン33に加えながら、ディスク31を軸32で716rpmの速度で回転させた。1時間回転した後のベーンの摩耗量および相手部材であるディスクの摩耗量を測定した。ベーンの摩耗量を図5に、ディスクの摩耗量を図6にそれぞれ示す。
A vane-on-disk abrasion test was performed on the obtained vanes of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. That is, a
図5から明らかなように実施例1のベーンは、比較例1〜3のベーンに比べて摩耗量が極めて少ないことがわかる。また、図6から明らかなように実施例1のベーンを相手部材であるディスクに摺動させたときのディスクの摩耗量は、比較例1〜3のベーンを相手部材であるディスクに摺動させたときのそれに比べて低減されることがわかる。したがって、実施例1のベーンは優れた耐摩耗性と相手部材に対する低摩耗性を有することが確認された。 As is apparent from FIG. 5, the vane of Example 1 has an extremely small amount of wear compared to the vanes of Comparative Examples 1 to 3. Further, as is apparent from FIG. 6, the amount of wear of the disk when the vane of Example 1 is slid on the disk which is the mating member is the same as that of the comparative examples 1 to 3. It can be seen that it is reduced compared to that of the case. Therefore, it was confirmed that the vane of Example 1 has excellent wear resistance and low wear against the mating member.
(実施例2)
実施例1の水素含有アモルファス炭素層上に厚さ1.5μmのタングステン含有アモルファス炭素層をさらに形成してベーンを製造した。
(Example 2)
A vane was manufactured by further forming a tungsten-containing amorphous carbon layer having a thickness of 1.5 μm on the hydrogen-containing amorphous carbon layer of Example 1.
(実施例3)
最上層の水素含有アモルファス炭素層に代えて厚さ3μmのタングステン含有アモルファス炭素層を中間層に形成した以外、実施例1と同様なベーンを製造した。
(Example 3)
A vane similar to that in Example 1 was manufactured except that a tungsten-containing amorphous carbon layer having a thickness of 3 μm was formed as an intermediate layer instead of the uppermost hydrogen-containing amorphous carbon layer.
得られた実施例2,3のベーンについて実施例1と同様なベーンオンディスク摩耗試験を行った。その結果、ベーンおよび相手部材のディスクの摩耗量は実施例1と同様で、優れた耐摩耗性と相手部材に対する低摩耗性を有することが確認された。 The vane of Example 2 and 3 obtained was subjected to the same vane-on-disk wear test as Example 1. As a result, the wear amount of the vane and the disk of the mating member was the same as in Example 1, and it was confirmed that the vane and the mating member had excellent wear resistance and low wear to the mating member.
A…密閉形圧縮機、B…凝縮器、C…凝縮器、D…蒸発器、E…気液分離器、R…冷凍サイクル回路、1…密閉ケース、3…圧縮機構部、4…電動機部、7A,7B…シリンダ、12,13…シリンダ室、a…偏心部、b…ローラ、16…ブレード、21…母材、22…窒化層、23…中間層、24…水素含有アモルファス炭素層、25…金属含有アモルファス炭素層、31…ディスク、33…ベーン。
A ... Sealed compressor, B ... Condenser, C ... Condenser, D ... Evaporator, E ... Gas-liquid separator, R ... Refrigeration cycle circuit, 1 ... Sealed case, 3 ... Compression mechanism part, 4 ...
Claims (2)
前記摺動部材は、鉄鋼材料からなる母材と、この母材の表面に窒素を拡散して形成され、前記鉄鋼材料と窒素との窒素化合物を生成しない窒素量の窒化層と、この窒化層の少なくとも相手部材との摺動面に形成され、タングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムから選択される金属、これら金属の酸化物、窒化物および炭化物から選ばれる単層または複数層からなる中間層と、この中間層上に形成された水素含有アモルファス炭素層と、この水素含有アモルファス炭素層上に形成されたタングステン、クロム、シリコン、チタン、モリブデン、ジルコニウムの炭化物および酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物を含む金属含有アモルファス炭素層とを含む構成を有することを特徴とする密閉型圧縮機。 In a hermetic compressor provided in a refrigeration cycle, compressing and circulating a refrigerant, and having a sliding member,
The sliding member is formed of a base material made of a steel material, a nitrogen amount nitride layer formed by diffusing nitrogen on the surface of the base material, and generating no nitrogen compound of the steel material and nitrogen, and the nitride layer Formed of at least a sliding surface with a mating member and made of a single layer or a plurality of layers selected from metals selected from tungsten, chromium, silicon, titanium, molybdenum and zirconium, and oxides, nitrides and carbides of these metals. An intermediate layer, a hydrogen-containing amorphous carbon layer formed on the intermediate layer , and at least selected from tungsten, chromium, silicon, titanium, molybdenum, zirconium carbides and oxides formed on the hydrogen-containing amorphous carbon layer. A hermetic compressor having a configuration including a metal-containing amorphous carbon layer containing one compound .
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