旋转式压缩机 本发明涉及在冷冻循环中对HFC(液体氟代烃油)制冷剂进行压缩的旋转式压缩机，尤其涉及组成压缩机构的叶片等的滑动部件。
旋转式压缩机一般在其缸体内设有偏心转动的转子，同时在缸体上设有叶片槽，该叶片槽内嵌装有可往复运动的叶片。该叶片通过压缩弹簧使其顶端部与转子外周面弹性抵接且可自由滑动，并通过叶片将缸体内部一分为二。
因此，叶片其侧面与叶片槽滑动接触，且顶端部与转子的外周面滑动接触，所以要求叶片有良好的耐磨性。
在这种旋转式压缩机中，例如如日本发明专利公开1985年228794号公报所述，叶片向来是用主要含有钨的高速工具钢(相当于JIS SKH—51)材或含有铬的钢经氮化处理后的钢材这类较耐磨材料来制成的。
然而近年来，由于空调机和电冰箱等的长时间运转及最大、最小输出幅度的增大，其运转条件变得过于严酷，叶片和转子间及叶片和缸体间的磨损出现增大的倾向，其结果产生旋转式压缩机出故障、性能下降等的问题。
尤其是，当用作空调机及电冰箱用的压缩机时，到目前为止一直被用作制冷剂的R12及R22等含有氯地制冷剂因为很可能要破坏臭氧层，故不久的将来将会被禁止使用，但代替这些制冷剂的R32、R125、R134a、R143a等的HFC制冷剂液体氟代烃油(ハィドロフルオロカ—ボン)，因不含氯元素，所以，特别是在铁系材料的滑动部件中，不会形成作为磨合层的氯化铁层，容易引起磨损及发热粘附。因此，本发明的目的在于，消除上述存在的问题，提供一种即使在因使用HFC制冷剂而变得更苛酷的运转条件下，也能有出色的耐磨性的滑动部件，并提供一种能承受长时间运转及对压缩机马达的最大至最小运转转速的变化幅度增加也能承受的、高度可靠的压缩机。
为了达到上述目的，本发明的旋转式压缩机，缸体内装有偏心的可自由转动的转子，并设有其顶端部与该转子弹性抵接且滑动自由地嵌装在设于上述缸体上的叶片槽内、由弥散有氧化铝的氧化锆烧结体构成的叶片，缸体内被压缩的制冷剂使用HFC制冷剂，其特征在于，令所述叶片硬度为Hv1350—1550、线膨胀系数为8.5—9.4×10-6〔1/℃〕，同时，使从正方晶格(t相)相变为单斜晶格(m相)的比例量为不到50％。此外，最好使上述叶片的比重为4.8—6.0，叶片表面气孔的直径为1—100μm。
此外，本发明的旋转式压缩机，缸体内装有偏心的可自由转动的转子，并设有其顶端部与该转子弹性抵接且滑动自由地嵌装在设于上述缸体上的叶片槽内、由弥散有氧化铝的氧化锆烧结体构成的叶片，缸体内被压缩的制冷剂使用HFC制冷剂，其特征在于，叶片的传热系数为0.010〔cal/cm·sec·℃％〕以上。
如上所述的本发明，因为令叶片的硬度为Hv1350—1550，所以叶片切削加工时无豁口、裂纹，在精加工的磨削加工中容易磨削。又因为比传统的被用作叶片材料的氮化铁的硬度Hv800—1300更硬，所以即使用HFC制冷剂进行压缩机的实用试验，磨损量也极少，在1μm以下。因为线膨胀系数在8.5—9.4×10-6〔1/℃〕，所以叶片和叶片槽间的间隙变小，制冷剂的泄漏变少，故压缩机的排出压力稳定。因为从正方晶格(t相)变为单斜晶格(m相)的相变量不到50％，所以叶片不会产生龟裂。若令该叶片的比重为4.8—6.0，则比铁的比重还轻，故能减小起动转矩，提高最高转速，提高压缩机的运转效率，由于减轻了重量，振动、噪声也能降低。
此外，若使该叶片表面气孔的直径为1—100μm，则叶片的实际接触面不会过小，所以可使与之相配合的部件及叶片本身的磨损很少。
并且已知道，还能防止叶片变形，叶片的贮油性也良好。
还有，因为本发明使叶片的传热系数在0.010〔cal/cm·sec·℃％〕以上，所以可避免叶片本身过热，即使让使用HFC制冷剂的旋转式压缩机在高负载下高速连续运转，叶片也不会发生发热胶着现象。
通过对叶片进行各向压力相等的各向流体等静压加压处理(HIP处理)，减少内部缺陷，防止发生龟裂。再有，在相对叶片顶端的滑动方向成直角的方向上磨削叶片，抑制制冷剂从缸体压缩室至吸入室的泄漏，可使低速运转下的压缩机的排出压力及吸入压力稳定。与该叶片相配合的转子或缸体若以含Cr—Mo—Ni的合金铸铁为材料，则转子、缸体的磨损会减轻。又，润滑油用4价的酯系合成油，叶片、转子、缸体的磨损量可以极少，为1μm以下。
以下参照附图说明本发明的实施例。附图中：
图1：旋转式压缩机压缩机构重要部分的立体图。
图2：叶片的立体图。
图3：示出叶片磨削方向的叶片的立体图。
图4：旋转式压缩机的剖视图。
图1是立体图，示出了如图4所示的具有电动机构A和压缩机构B的旋转式压缩机中的压缩机构B的重要部分，图2是叶片的立体图，图中的缸体1内装有转子2并设有叶片槽3，叶片槽3内装有叶片4。此外，叶片4通过其两个侧面4a可自由滑动地设在叶片槽内。上述转子2由未图示的偏心轴带动作偏心转动，叶片4由未图示的弹簧施加作用力，其曲面状的顶端部4b与转子2的外周面滑动接触。
叶片为了制成组成为氧化锆占50—98.5重量％、氧化铝占1—49.5重量％、余下部分稳定剂占0.5—10重量％的烧结体，采用预先将氧化锆、氧化铝及稳定剂混合干燥后的原料粉末，通过橡胶模液体静压加压成型、注射模塑成形或浇铸成形而成形，将其脱脂后，在1200—1700℃下进行1—3小时的烧结。
然后，根据需要，在惰性气体氛围中以1300—1700℃、10—100MPa的条件进行各向流体等静压热加压处理。
如上所述在本实施例中，因为对叶片进行了各向流体等静压加压处理(HIP处理)，从所有方向进行加压，所以内部缺陷很少，与此相比，进行简单的加压时，会出现退避，故容易产生内部缺陷。
以下参照表1—表6，对当叶片的硬度、线膨胀系数、比重、传热系数、气孔直径及相变量等取不同的特性值时，并且，与其配合的转子和缸体采用含Cr—Mo—Ni的合金铸铁并在高负载下连续运转了4000小时时的噪声、加工性、叶片的余隙量、贮油性、与之配合部件的磨损、龟裂、叶片过热、叶片内部缺陷、泄漏等的程度进行说明。
此外，压缩机压缩的制冷剂，考虑到氟制冷剂引起的环境破坏的问题，制冷剂本身采用R134a作为不含氯的液体氟代烃油制冷剂(以下称为HFC制冷剂)，而供给压缩机构滑动部分的润滑油(冷冻机油)则采用4价的酯系合成油。
表1维氏硬度125013501450155016501750加工性◎◎◎○△×配合部件的损伤◎◎◎○△×叶片磨损△○◎◎◎◎◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表1示出了叶片硬度多次变化时相应的加工性能和配合部件的损伤及叶片本身的磨损程度，关于精加工即磨削加工的加工性能，维氏硬度在Hv1250至Hv1550之间时加工时间短，能高精度加工，加工性好，但维氏硬度一旦超过Hv1650，叶片材质过硬，加工很费时间，加工性差。此外，配合部件的磨损程度，维氏硬度到Hv1550是良好的，但一超过Hv1650，叶片就过硬，磨损量增加，不实用。
另一方面，叶片本身的磨损程度，当维氏硬度在Hv1250以下时，叶片硬度不够，磨损量多，而维氏硬度在Hv1350以上时，磨损量可以减少。
这样，若对加工性、配合部件的磨损、叶片本身的磨损进行综合考虑，则叶片的硬度如本发明所示，取维氏硬度Hv1350—1550为宜。
表2线膨胀系数7.58.08.59.09.4制冷剂泄漏△△○◎◎
◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表2示出了叶片的线膨胀系数多次改变时，从叶片和叶片槽的间隙产生的压缩工序中制冷剂相应的泄漏程度，若线膨胀系数在8.0×10-6以下，则上述泄漏使排出压下降，压缩效率变差。
与此相比，如本发明所述使线膨胀系数为8.5×10-6—9.4×10-6〔1/℃〕时，制冷剂不易产生泄漏，所以排出压力不会下降，能使压缩效率稳定。
尤其是，当线膨胀系数为9.4×10-6〔1/℃〕时，因为与金属材料的线膨胀系数非常接近，所以，即使与铸铁或钢制的缸体或转子组合，也不易发生因材料线膨胀系数不同引起间隙增大而导致压缩损失这样的问题。
表3传热系数0.0030.0050.010.015叶片过热×△○◎叶片磨损×△○◎油的劣化△○◎◎
◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表3示出了多次改变叶片的传热系数时相应的叶片的过热、叶片的磨损及冷冻机油劣化的程度，传热系数为0.005时，冷冻机油的劣化程度对实际应用是无问题的，但叶片容易发生过热、磨损量增多。此外，叶片的传热系数为0.003时，叶片发生过热，磨损更多，冷冻机油易劣化，实际应用上存在问题。
与此相比，若如本发明所述使传热系数为0.010—0.015，则叶片本身的过热减少，冷冻机油的劣化也能降低。因此，即使使用HFC制冷剂，也能降低叶片的磨损，且能防止叶片发热胶着，所以，可以在高负载下连续高速运转。
尤其是，当传热系数为0.015时，能最大程度地降低叶片的过热、磨损及冷冻机油的劣化。
表4铁 散布有氧化铝的氧化锆比重7.94.64.85.36.07.0维氏硬度100012501350145015501650压缩效率△◎◎◎○△叶片磨损量×△○◎○△振动、噪声△◎◎◎○△
◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表4示出了多次改变叶片比重时相应的起动转矩、噪声的高低程度，当使用散布有氧化铝的氧化锆时，其比重比铁的比重7.9要低，与传统的铁质材料的叶片相比，起动转矩降低，最高转速提高，压缩机的运转效率提高。再有，由于减轻了重量，振动、噪声也降低。
但是，为了抑制叶片的磨损，必需把叶片硬度控制在维氏硬度Hv1350—1550的范围内，与此相对应的比重范围是4.8—6.0。
因此，通过使叶片的硬度为维氏硬度Hv1350—1550，并使比重为4.8—6.0，就可以既将磨损量抑减为很少，又可提高压缩机的运转效率及降低振动和噪声。
表5气孔直径不到0.5150100200300贮油性×△○◎◎◎◎叶片磨损△○◎◎◎△×叶片变形◎◎◎◎◎○△
◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表5示出了多次改变叶片气孔直径时相应的叶片贮油性、叶片磨损及叶片变形的程度，气孔直径不到1μm，叶片无变形，叶片本身的磨损量也少，但存在贮油性差、高负载下高速运转时润滑油不易贮留在滑动部分，会出现叶片的发热胶着、破损等问题。
另一方面，当气孔直径超过100μm时，贮油性良好，但存在的问题是，叶片的磨损量开始增加，一旦气孔直径超过200μm，会发生叶片变形增大、长期运转后叶片出现损伤、破损等的问题。
与此相对照，当如本发明所示使气孔直径为1—100μm时，叶片的贮油性良好，并且因为实际接触面并不过小，所以能减少配合部件及叶片本身的磨损，可在高负载下高速运转。
又，通过如上述实施例所述，使叶片硬度为维氏硬度Hv1350—1550，能在从低频到高频的宽广范围频率区内保证有可靠的耐磨损性能。
表6相变量 10 20 30 40 50 60龟裂 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ △
◎：实际应用最佳、良好、○：实际应用无问题
△：实际应用有问题、×：不可实际应用
表6示出了多次改变从正方晶格(t相)至单斜晶格(m相)的相变量时，相应龟裂发生的程度，若相变量超过50％，则内部应力大，会发生龟裂，但若如本发明所示，使相变量不到50％，则相变时发生的体积变化引起的内部应力小，不会发生龟裂。
此外，在上述实施例中，通过对叶片进行各向流体等静压加压处理(HIP处理)，可减少内部缺陷，提高叶片的刚性，实现小型化、薄壁化，再通过使相变量不到50％，能更可靠地防止龟裂的发生。
如上所述，在上述的本发明实施例中，对叶片的硬度、线膨胀系数、传热系数、比重、气孔直径及相变量等特性值进行了设定，从而使压缩机即使在近几年来的长时间运转、最大和最小输出幅度增大这样严酷的运转条件下，并且即使使用不含氯的R134a之类的HFC制冷剂，对其噪声、加工性、叶片的余隙、贮油性、配合部件的磨损、龟裂、叶片过热、泄漏等的影响也很小，能保证实际应用上的可靠性，因此，能提供在综合方面可靠性高的、能适应HFC制冷剂的压缩机。
在上述实施例中，可以通过在如下重量百分比的范围内改变混和比例，即，氧化锆在50—98.5重量％，氧化铝在1—49.5重量％、余部稳定剂在0.5—10重量％的范围内，即能设定硬度、线膨胀系数、传热系数、比重、气孔直径及相变量。
另外，对于这样设定了特性值的旋转式压缩机，为了进一步防止在叶片和转子的滑动面处制冷剂气体从缸体压缩室漏向吸入室，可以如图3所示，在相对叶片顶端的滑动方向成直角的方向上磨削叶片。
若在与叶片顶端的滑动方向平行的方向进行磨削时，磨削形成的磨削痕经过叶片的顶端从叶片的压缩室侧的面伸展到吸入室侧的面，所以制冷剂气体会通过该磨削痕从缸体的压缩室漏入吸入室。但是，若如上所述，若在相对叶片顶端的滑动方向成直角的方向进行磨削，则不会形成从叶片的压缩室侧的面伸展到吸入室侧的面的磨削痕，所以，能通过叶片顶端可靠阻断气体的泄漏。
又因为在本实施例中，作为叶片的配合部件的转子或缸体采用含有Cr-Mo-Ni的合金铸铁，而润滑油采用4价的酯系合成油，所以，能使叶片、转子、缸体的磨损量极少，在1μm以下。
如上所述，本发明的旋转式压缩机对于长时间运转及最大、最小输出幅度增大这样严酷的运转条件，以及对于不含氯的R134a之类HFC制冷剂的使用，能有充分的耐久性。特别是，因为使用硬度为Hv1350—1550的叶片，所以，叶片切削加工时无豁口、裂纹，精加工的磨削加工易于进行，制造性好，叶片的磨损量极少；因为线膨胀系数为8.5—9.4×10-6〔1／℃〕，所以，叶片和叶片槽的间隙小，能抑制制冷剂的泄漏；又因为从正方晶格(t相)向单斜晶格(m相)的相变量不到50％，所以叶片无龟裂。
若使该叶片的比重为4.8—6.0，则低于作为传统叶片材料使用的铁的比重7.4，减轻了重量，起动转矩减小，最高转速提高，压缩机的运转效率提高。又因重量减轻，振动、噪声也降低。此外，若使该叶片表面气孔的直径为1—100μm，则叶片的实际接触面不至过小，所以，配合部件及叶片本身的磨损可以极少，还能防止叶片变形，叶片的贮油性也良好。
在本发明中，因为将叶片传热系数设定为0.010〔cal/cm·sec·℃％〕以上，所以可避免叶片本身的过热，即使让使用HFC制冷剂的旋转式压缩机在高负载下高速连续运转，也不会发生叶片的发热胶着。
通过对叶片进行各向流体等静压加压处理(HIP处理)，可减少内部缺陷，防止发生龟裂。再有，对叶片在与叶片顶端的滑动方向成直角的方向进行磨削，抑制制冷剂从缸体的压缩室漏入吸入室，低速运转下的压缩机的排出压力和吸入压力稳定。若该叶片的配合部件转子或缸体采用含Cr-Mo-Ni的合金铸铁，则转子、缸体的磨损可减轻。又，润滑油采用4价的酯系合成油，使叶片、转子、缸体的磨损量极少，在1μm以下。