滑動部件和壓縮機的製作方法
2023-05-03 17:31:01 1
專利名稱：滑動部件和壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種滑動部件，該滑動部件用於例如一種空調系統的壓縮機中，並且本發明還涉及一種壓縮機。
背景技術：
構造壓縮機的內部機構的滑動部件的潤滑通常通過使裝在壓縮機中的潤滑油與在運轉壓縮機中循環的製冷劑氣體(製冷劑氣體例如為氯氟烴氣體等)一起形成油霧並將油霧形式的潤滑油帶到各滑動部分而進行。然而，在壓縮機長期不運轉之後再起動的情況下，附著在滑動部件上的潤滑油被製冷劑氣體衝走。
例如在斜盤式壓縮機中，各活塞通過滑履與斜盤相連，並通過斜盤的旋轉或滑動而在缸孔內往復運動。斜盤和滑履在壓縮機剛啟動之後潤滑油到達其滑動表面之前開始滑動。而且在潤滑油到達斜盤和滑履之間的滑動表面之前，氣態製冷劑到達滑動表面並衝洗滯留在滑動表面上的潤滑油。因此，在剛剛啟動壓縮機之後，斜盤和滑履是在沒有潤滑油的乾性滑動條件下相互滑動的。
因此，在製冷劑氣體返回到壓縮機和壓縮機開始形成油霧形式之間的時間段(約1分鐘)內，在壓縮機處於潤滑狀態下需要潤滑的滑動部分處於一種不充分的潤滑狀態。因此，傳統的技術已經提出了一些用於在這種潤滑油量不充分的時間段內可靠地潤滑滑動部分的技術。
所提出的改進斜盤等的滑動特性的實例包括一種通過化學沉積方式在滑動表面上形成一種Ni-P鍍層薄膜的方法以及一種在鐵質斜盤表面上形成一種Al質噴塗薄膜的方法。而且，日本專利文獻特開平11-13638披露了一種在鐵質或鋁質基材的斜盤表面(即與滑履接觸的滑動表面)上形成一層錫、銅或類似鍍層的方法，並且在在該鍍層上形成一層由聚醯胺醯亞胺樹酯和一種固態潤滑劑(二硫化鉬、石墨等)構成的滑動接觸層的方法。
不過，在斜盤的滑動表面上形成Ni-P鍍層薄膜或Al質噴塗薄膜的方法還是沒有提供充分的滑動特性。披露於日本專利文獻特開平11-13638中的、形成由聚醯胺醯亞胺樹酯和固態潤滑劑製成的滑動接觸層的方法相對於形成Ni-P鍍層薄膜而言是提供了較好的滑動特性，但是還是不夠。最近，二氧化碳作為壓縮機的製冷劑引起了人們的注意。不過，相對於採用氯氟烴製冷劑而言，採用二氧化碳作為製冷劑導致通過活塞作用在斜盤上的壓縮負載大大增加，從而使得滑動環境惡化。因此，需要改善滑動特性。
發明內容
本發明是為解決前述問題而提出的，且本發明的第一個目的是為了提供一種滑動部件，該部件能夠改善滑動特性，並且製造起來相對容易並適用於壓縮機。第二個目的是為提供一種含有該滑動部件的壓縮機。
為了實現前述和其它目的，並根據本發明的意圖，本發明提供一種滑動部件。該滑動部件包括一具有滑動表面的金屬體，以及在該滑動表面上形成的熱塑性聚醯亞胺塗層。
本發明還提供了一種壓縮機。該壓縮機包括驅動軸、支承在該驅動軸上的斜盤、滑履、以及與帶有該滑履的斜盤相連的活塞。斜盤將驅動軸的旋轉運動轉變成活塞的往復運動。斜盤具有第一滑動表面。滑履具有在第一滑動表面上滑動的第二滑動表面。該滑履具有第三滑動表面，該第三滑動表面在活塞上滑動。該活塞具有第四滑動表面，該第四滑動表面在第三滑動表面上滑動。在第一至第四滑動表面的其中至少一個表面上形成有熱塑性聚醯亞胺塗層。
本發明還提供了一種在具有滑動表面的金屬元件上形成塗層的方法。該方法包括以下步驟將熱塑性聚醯亞胺粉末粘附到滑動表面上，對粘附有該粉末的滑動表面進行烘烤以便使粉末熔化，並對烘烤過的滑動表面進行淬火以便在該滑動表面上形成熱塑性聚醯亞胺塗層。
發明的其它方面和優點通過結合附圖以本發明的原理的示例所作出的下述說明將會變得更加清楚。
參照結合下述附圖的下述優選實施例的說明，將會更好地理解本發明及其目的和優點，這些附圖包括圖1是解釋本發明的壓縮機的一個實施例的剖視圖；以及圖2是表示圖1中壓縮機中的斜盤和滑履之間關係的放大的剖視圖。
具體實施例方式
下面，將參照圖1和2對本發明的變排量斜盤式壓縮機進行描述。
如圖1所示，壓縮機C包括缸體1、與該缸體1的前端相連的前部殼體元件2、以及通過閥板組件3與缸體1的後端相連的後部殼體元件4。缸體1、閥板組件3以及兩個殼體元件2和4通過一些貫穿螺栓(未示出)相互連接在一起，由此構成壓縮機C的殼體。圖1中的左側為壓縮機C的前側。
曲柄腔5、吸氣腔6以及排氣腔7被限定於該壓縮機殼體內。在缸體1中形成有一些缸孔1a(僅僅示出一個)，且單頭活塞8安裝在各缸孔1a中以便作往復運動。吸氣腔6和排氣腔7通過吸氣和排氣閥3a和3b選擇性地與各缸孔1a相連通，該吸氣和排氣閥形成於該閥板組件3中。
驅動軸9通過缸體1和前部殼體元件2之間的軸承以一種穿過曲柄腔5的狀態被可旋轉地支承。曲柄腔5內裝有如凸輪盤的斜盤10。在斜盤10的中心形成有一個插入孔10a，且驅動軸9穿過該插入孔10a。作為旋轉支承件的凸耳盤11固定在驅動軸9上以便在曲柄腔5內一體地旋轉。斜盤10通過該凸耳盤11和鉸接機構12與驅動軸9相連以便與驅動軸9一體地旋轉。該斜盤10相對於該驅動軸9傾斜，同時沿著該驅動軸9的表面軸向滑動。
斜盤10具有一個相對於該鉸接機構12位於該驅動軸9的相對側的平衡配重部分10b。彈簧13纏繞在位於凸耳盤11和斜盤10之間的驅動軸9上。斜盤10在彈簧13的作用下被推向缸體1(即，沿著傾斜角減小的方向)。在傾斜角減小方向上的斜盤傾斜度受到與其接觸的卡簧14的限制，並且極限值在斜盤10的最小傾斜角θmin處。斜盤10的最大傾斜角θmax由於斜盤10的配重部分10b和凸耳盤11之間接觸而受到限制。傾斜角指的是垂直於驅動軸9的表面與斜盤10之間的角度。
斜盤10的周邊部分通過一對前、後滑履15a和15b滑動地保持在各活塞8的端部處。因此，所有的活塞8都與斜盤10相連。斜盤10隨著驅動軸9的旋轉的旋轉運動通過滑履15a和15b轉變成活塞的往復運動。
後部殼體元件4包括用來控制曲柄壓力Pc的普通的控制閥16。該控制閥16設置於氣體供給通道的中間，未示出，以用於將曲柄腔5和排氣腔7聯通起來。該控制閥16包括通過電磁線圈的電磁力來控制氣體供給通道的開啟的閥機構。該曲柄壓力Pc基於從排氣腔7通過控制閥16供給到曲柄腔5的製冷劑氣體量和從曲柄腔5通過洩放通道釋放到吸氣腔6的製冷劑氣體量之間的平衡來進行控制，該洩放通道用於將曲柄腔5和吸氣腔6連通起來。
至少在作為壓縮機滑動部件的斜盤10和滑履15a、15b的滑動表面上形成一層熱塑性聚醯亞胺塗層17。熱塑性聚醯亞胺塗層17直接形成在作為部件主體的斜盤10和滑履15a、15b的滑動表面上。該熱塑性聚醯亞胺塗層17可以含有固態潤滑劑。例如可以採用聚四氟乙烯(PTFE)作為該固態潤滑劑。
對於斜盤10，可以採用相對較重的鐵基材料(例如FCD700鑄鐵等)，以便在斜盤10旋轉時基於離心力而產生適當的旋轉運動力矩。同樣，對於滑履15a和15b，考慮到其所給定的機械強度等，可以採用鐵基材料(如，軸承鋼)。
當在斜盤10上形成熱塑性聚醯亞胺塗層17時，首先，通過靜電粉末噴塗將熱塑性聚醯亞胺粉末粘附到斜盤10的滑動表面(與滑履15a和15b滑動接觸的表面)上。對於熱塑性聚醯亞胺，可以採用由Mitsui化學品公司製造的自然級別的Oram450(商業名稱)。該Oram450的Tg設定為250℃，且熔點設定為388℃。
對於熱塑性聚醯亞胺粉末，例如可以採用平均微粒尺寸為50-100μm的粉末。通過在室溫下進行靜電粉末噴塗，就會在滑動表面上形成均勻的粉末塗層。接著，在電烤箱中對斜盤10進行烘烤。例如，在30分鐘內將溫度從400℃增加到450℃，並將斜盤10保持在450℃15分鐘。在該時間段內，熱塑性聚醯亞胺粉末就會熔化。接著，將斜盤10從電烤箱中取出，並用水進行淬火。淬火後的熱塑性聚醯亞胺塗層17基本上成為具有光滑表面的非晶態。該熱塑性聚醯亞胺塗層就牢固地粘附在斜盤10的表面。隨後進行退火以去除殘餘應力。例如可以在230℃下退火2個小時。此外，也可以進行結晶退火。為了在熱塑性聚醯亞胺塗層17中含有固體潤滑劑，可以通過將熱塑性聚醯亞胺粉末和固體潤滑劑粉末混合起來進行靜電粉末噴塗。
為了將熱塑性聚醯亞胺塗層17的滑動特性和傳統技術的潤滑特性進行對比，對尺寸與斜盤10相同的鑄鐵圓盤進行滑動測試，其中每個圓盤上都塗有熱塑性聚醯亞胺或熱塑性聚醯亞胺+PTFE或者鍍有NiPB等。為了使表面光滑，對比件採用拋光進行製造，以便獲得Rz＜3μm的表面粗糙度。
假設在乾燥的狀態下進行烘烤(沒有潤滑劑)，通過使其上形成有塗層的圓盤以10.4m/s的圓周速度旋轉來進行滑動測試，並對一個直徑為10mm的採用SUJ2製成的圓盤施加1960N的壓力。在這種條件下，測量這兩個圓盤直至咬合和鎖定在一起為止所要的時間。所得到的結果列於表1中。
表1
*PAI為聚醯胺醯亞胺如表1中所示，其證實在圓盤具有例1的熱塑性聚醯亞胺塗層的情況下，達到咬合的時間相對於現有技術的對比實例3-5要長，且作為壓縮機的滑動部件展示出的性能較高。在圓盤具有例2的含PTFE的熱塑性聚醯亞胺塗層的情況下，滑動特性相對於僅僅含有熱塑性聚醯亞胺的塗層確實有了顯著的提高。
下面，將對採用前述方式構造的壓縮機的運轉進行描述。
當驅動軸9旋轉時，斜盤10也一體地旋轉。斜盤10的這種旋轉運動通過滑履15a和15b轉換成各活塞8的往復運動。各活塞8隨後以相應於斜盤10的傾斜角的行程進行往復運動。該驅動是連續進行的，因此，按照下列順序重複進行如下操作，即，在各個缸孔1a內，從吸氣腔6中吸入製冷劑氣體，對抽吸來的製冷劑氣體進行壓縮，並將壓縮後的製冷劑氣體排出到排氣腔7中。從未示出的外部製冷劑迴路輸送給吸氣腔6的製冷劑通過吸氣口被吸進到缸孔1a中，由於活塞8的運動而受到壓縮，並通過排氣口排放到排氣腔7中。排放到排氣腔7中的製冷劑通過排出孔被送到外部製冷劑迴路中。
接著，根據製冷負載對控制閥16的開口進行調節，並改變排氣腔7和曲柄腔5之間的連通狀態。在製冷負載較高並且吸氣腔6的壓力較高的狀態下，控制閥16的開口就會變小，且曲柄腔5的壓力(曲柄壓力Pc)就會變小，使得斜盤10的傾斜角增大。之後，活塞8的行程增加使得壓縮機在較大的排量下運轉。在製冷負載較低並且吸氣腔6的壓力較低的狀態下，控制閥16的開口就會變大，且曲柄壓力Pc就會變大，使得斜盤10的傾斜角減小。之後，活塞8的行程縮短使得壓縮機在較小的排量下運轉。
該實施例具有如下優點。
(1)在作為滑動部件的斜盤10以及滑履15a和15b的滑動表面上形成的熱塑性聚醯亞胺塗層17具有較高的耐熱性、機械強度以及耐化學腐蝕性。因此，斜盤10以及滑履15a和15b的滑動特性和壽命就得到提高，因此沒有必要在熱塑性聚醯亞胺塗層17和金屬部件的主體之間形成任何金屬粘合層。因此，便於製造。而且，所有的滑動部件不是由熱塑性聚醯亞胺製成的，而是在金屬部件主體的滑動表面上形成熱塑性聚醯亞胺塗層17。因此，即使在通過滑履15a和15b施加有較大負載的斜盤10的滑動表面上也能夠保證必要的強度。
(2)因為熱塑性聚醯亞胺塗層17含有作為固態潤滑劑的PTFE，相對於不含有固態潤滑劑的熱塑性聚醯亞胺塗層17，其摩擦係數較低。因此滑動特性得到進一步提高。
(3)斜盤10在非常惡劣的滑動環境下潤滑性和壽命得到改善。因此，壓縮機的壽命和可靠性得到提高。
(4)熱塑性聚醯亞胺塗層17通過靜電粉末噴塗方法形成。因此，容易使得熱塑性聚醯亞胺塗層17表面光滑，並且相對於採用噴射形成的塗層而言，該塗層與部件主體之間的粘附強度較大。
本發明並不限於上述實施例。例如也能夠採用下述結構。
·本發明可以應用到除了斜盤10以及滑履15a和15b之外的滑動部件上，例如活塞8和凸耳盤11。如果是活塞8的話，就在其與缸孔1a或前部殼體元件2以及滑履15a和15b滑動接觸的表面上形成熱塑性聚醯亞胺塗層17。
·熱塑性聚醯亞胺塗層17需要至少在滑動部件的滑動表面上形成。除了僅僅在滑動表面上形成外，還可以在滑動表面之外的部分上形成熱塑性聚醯亞胺塗層17。
·固體潤滑劑並不限於PTFE，可以採用全氟烷氧基乙烯(PFA)、二硫化鉬(MoS2)、石墨或類似物。除了含有一種固體潤滑劑外，還可以含有多種固體潤滑劑。
·斜盤10的材料不限於鐵基材料，也可以採用鋁基材料(鋁和鋁合金)、不鏽鋼或類似材料。
·本發明並不限於斜盤式變量壓縮機。其還可以應用於雙頭型斜盤壓縮機或定排量壓縮機。本發明可以應用於一種斜盤式壓縮機，其中斜盤並不與驅動軸一體旋轉，但隨著驅動軸的旋轉擺動。而且本發明並不限於斜盤式壓縮機。其可以應用於其他類型的壓縮機，例如渦旋壓縮機或葉片式壓縮機。
·本發明可以應用與除了壓縮機之外的其它裝置上的滑動部件上。
·熱塑性聚醯亞胺塗層17還可以通過靜電粉末噴塗方式之外的方式形成。例如，熱塑性聚醯亞胺塗層17可以通過噴射形成。當需要在引擎的缸孔內局部形成一種環形熱塑性聚醯亞胺塗層時，就可以採用噴射較為容易地形成。
因此，本發明的實例和實施例應被看成是說明性的，而非限制性的，且本發明並不限於在此所給出的細節，而是可以在後附的權利要求書的範圍和等同範圍內進行改進。
權利要求
1.一種滑動部件，其特徵在於，一具有滑動表面的金屬體；以及在該滑動表面上形成的熱塑性聚醯亞胺塗層(17)。
2.如權利要求1所述的滑動部件，其特徵在於，該熱塑性聚醯亞胺塗層(17)含有固體潤滑劑。
3.如權利要求2所述的滑動部件，其特徵在於，該固體潤滑劑為聚四氟乙烯。
4.如權利要求1-3中任一項所述的滑動部件，其特徵在於，該熱塑性聚醯亞胺塗層(17)是通過靜電粉末噴塗形成的。
5.如權利要求1-3中任一項所述的滑動部件，其特徵在於，該熱塑性聚醯亞胺塗層(17)是通過噴射形成的。
6.如權利要求1-3中任一項所述的滑動部件，其特徵在於，該滑動部件用於壓縮機中。
7.如權利要求6所述的滑動部件，其特徵在於，該滑動部件為斜盤(10)。
8.一種壓縮機，其包括驅動軸(9)；支承在該驅動軸(9)上的斜盤(10)，其中斜盤(10)具有第一滑動表面；滑履(15a，15b)，其中該滑履(15a，15b)具有在第一滑動表面上滑動的第二滑動表面；以及與帶有該滑履(15a，15b)的斜盤(10)相連的活塞(8)，其中斜盤(10)將驅動軸(9)的旋轉運動轉變成活塞(8)的往復運動，其中該滑履(15a，15b)具有第三滑動表面，該第三滑動表面在活塞(8)上滑動，其中該活塞(8)具有第四滑動表面，該第四滑動表面在第三滑動表面上滑動，該壓縮機的特徵在於，熱塑性聚醯亞胺塗層(17)形成在第一至第四滑動表面的其中至少一個表面上。
9.如權利要求8所述的壓縮機，其特徵在於，該熱塑性聚醯亞胺塗層(17)含有固體潤滑劑。
10.如權利要求9所述的壓縮機，其特徵在於，該固體潤滑劑為聚四氟乙烯。
11.一種用於在具有滑動表面的金屬元件上形成塗層的方法，其特徵在於包括以下步驟將熱塑性聚醯亞胺粉末粘附到所述滑動表面上；對其上粘附有所述粉末的滑動表面進行烘烤，以便熔化該粉末；對烘烤過的滑動表面進行淬火，以便在該滑動表面上形成熱塑性聚醯亞胺塗層(17)。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，對淬火後的滑動表面進行退火。
13.如權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，通過靜電粉末噴塗將熱塑性聚醯亞胺粉末粘附到所述滑動表面上。
14.如權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，熱塑性聚醯亞胺粉末的平均微粒尺寸在50-100μm之間。
15.如權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，在將熱塑性聚醯亞胺粉末粘附到滑動表面上時，將熱塑性聚醯亞胺粉末與固體潤滑劑粉末混合。
全文摘要
斜盤(10)通過凸耳盤(11)和鉸接機構(12)與驅動軸(9)可操作地相連，並且通過一對前、後滑履(15a，15b)可滑動地保持在各活塞(8)的端部。斜盤(10)隨著驅動軸(9)的旋轉的旋轉運動通過滑履(15a，15b)轉變成各活塞(8)的往復運動。在作為壓縮機(C)的滑動部件的斜盤(10)和滑履(15a，15b)上形成一含有固態潤滑劑熱塑性聚醯亞胺塗層(17)。對於該固態潤滑劑，可以採用聚四氟乙烯。因此可以獲得一種壓縮機，該壓縮機包括滑動特性得到改善的滑動部件，且製造起來相對容易。
文檔編號F16C33/04GK1401898SQ0212746
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月2日 優先權日2001年8月3日
發明者下俊久, 村瀨仁俊 申請人:株式會社豐田自動織機