СПИРАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F04C18/02 F04C29/00 F16C17/02 F16C33/00 

Настоящее изобретение относится к компрессору, используемому в автомобильных кондиционерах или бытовых кондиционерах, и, в частности, настоящее изобретение относится к спиральному компрессору, поддерживаемому с возможностью скольжения посредством подшипника скольжения с вращающимся валом, установленным в корпусе, причем спиральный компрессор использует подшипник скольжения, образованный спеканием на металле подкладки слоя скольжения (скользящего слоя), в котором графит, имеющий высокую степень графитизации и специальную форму, диспергирован в полимере.

Компрессоры с поворотной шайбой, лопастные и спиральные, представляет собой обычно используемые типы компрессоров. Однако разрабатывается спиральный компрессор, который электрически управляется в гибридном или электрическом транспортном средстве (см. непатентный документ 1: "Особенности и трибология компрессоров автомобильных кондиционеров", Tribologist, том 55, №9, 2010, стр. 603-608).

Компрессор, включающий в себя вращающийся вал, вращающийся в пределах корпуса, подвижную спираль, которая поворачивается шарнирно с вращением вращающегося вала, и неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу, известен из патентного документа 1: выложенная заявка на патент Японии №2004-183499, как спиральный компрессор автомобильного кондиционера. Хотя подшипник спирального компрессора включает в себя компоненту для вращающейся поддержки центральной оси компрессора и компоненту для вращающейся поддержки эксцентрикового вала, оба используют роликовые подшипники. Шарикоподшипник, роликовый подшипник и игольчатый роликовый подшипник обычно используются как роликовый подшипник такого типа.

Описание японского патента №2517604 (патентный документ 2) раскрывает в качестве примера использование холодильного компрессора и предлагает скользящий материал на основе графит-полимера, имеющего следующий состав. Графит: от 5 до 60% по весу графита, полимер: 20-90% по весу полиимида и/или полиимидамида, модификатор трения: от 0,5 до 20% по весу глины муллита, кварца и/или оксида алюминия. Кроме того, хотя этот графит представляет собой искусственный или естественный графит и имеет гранулированную или чешуйчатую форму, чешуи, или чешуйчатый графит, считается предпочтительным, поскольку на скользящей поверхности обеспечивается плоская поверхность.

Патентный документ 3: выложенная заявка на патент Японии Н3-3988 предлагает использовать подшипник скольжения с наложением полимера, с включенным в него графитом, на совместно спеченный биметалл в качестве подшипника бытового спирального компрессора, например воздушного кондиционера или холодильника, и использовать термостойкий полимер, например полимер полиимида, обеспечивающий самосмазку и надлежащую прочность. Кроме того, использование подшипника скольжения на основе алюминия или на основе бронзы в бытовом спиральном компрессоре рассматривается в непатентном документе 2: "Трибология компрессора, используемого в продуктах бытовой электроники", Tribologists, том 51, №8, 2006, стр. 560-561.

Если сравнивать обычный компрессор автомобильного кондиционера и бытовой, или коммерческий, компрессор, то оказывается, что первый находится в жестких условиях, например изменение окружающей температуры или вибрация монтажной части, и, кроме того, поскольку управляемый двигателем компрессор автомобильного кондиционера имеет большие флуктуации числа оборотов, то традиционно используется роликовый подшипник, как указано выше. Качественное соотношение между подшипником скольжения и роликовым подшипником приводится с использованием графика в непатентном документе 3: "Современная технология роликовых подшипников", Tribologists, том 56, №5, 2011, стр. 277, и приводится в следующей таблице.

Кроме того, в соответствии с патентным документом 4: публикация выложенной заявки на патент Японии Н7-223809, известны мезофазные сферулы (мезоуглеродные микрошарики), так же как сферические углеродные мелкие частицы, имеющие кристаллическую структуру, подобную высокоориентированному графиту. Мезофазные сферулы получаются термической обработкой каменноугольной смолы, каменноугольного пека или асфальта при 350-450°С, изолируя произведенные сферические кристаллы, и выполняя обработку графитизацией при 1500-3000°С, когда после дробления происходит процесс сфероидизации. Однако показанные в этой публикации на микрофотографии мезофазные сферулы значительно искажены относительно истинной сферической формы.

Также из JP 2004293331 А известен компрессор, в котором подшипник эксцентрика представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя металл подкладки и скользящий слой.

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентный документ 1: выложенная заявка на патент Японии №2004-183499

Патентный документ 2: японский патент №2517604

Патентный документ 3: выложенная заявка на патент Японии № Н3-3988

Патентный документ 4: выложенная заявка на патент Японии № Н7-223809

Патентный документ 5: выложенная заявка на патент Японии № Н5-331314.

НЕПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Непатентный документ 1: "Тенденции и трибология компрессора автомобильного кондиционера", Tribologists, том 55, №9, 2010, стр. 603-608.

Непатентный документ 2: "Трибология компрессора, используемого в изделиях бытовой электроники", Tribologists, том 51, №8, 2006, стр. 560-561.

Непатентный документ 3: "Современная технология в роликовых подшипниках", Tribologists, том 56, №5, 2011, стр. 277.

Непатентный документ 4: "Использование углеродного материала", Tribologists, том 49, №7, 2004, стр. 561.

Непатентный документ 5: "Трибология материала графита", Tribologists, том 54, №1, 2009, стр. 6-7.

Подшипник спирального компрессора автомобильного кондиционера используется при плохой смазке в смешанной охлаждающей атмосфере и высокой скорости и большой нагрузке. В случае роликового подшипника предполагается, что для обеспечения долговечности ролика необходимо изготавливать подшипник с высоким уровнем точности, хотя при этом увеличиваются затраты на механическую обработку. Однако требуемая долговечность не достигается, несмотря на возрастающую точность, и долговечность ролика не может быть обеспечена. Кроме того, имеется проблема повреждения или появления износа, когда с внешней части подшипника попадает инородное тело, что дополнительно сокращает срок службы подшипника. Кроме того, возрастают требования к малой шумности компрессора, хотя улучшение шумовых и вибрационных параметров в роликовом подшипнике затруднительно.

Оценка, такая как в таблице 1, обычно применяется к подшипнику скольжения, который подвергся процессу наложения полимера с внедрением графита, предложенному в патентном документе 2, и сопротивление схватыванию и сопротивление истиранию, сопоставимые с роликовым подшипником, используемым для обычного спирального компрессора автомобильного кондиционера, не могут быть достигнуты. При изучении возможностей усовершенствования параметров подшипника скольжения на основании текущей ситуации авторы настоящего изобретения сфокусировали свое внимание на сферическом углеродном материале, например, был изучен графит с высокой степенью шарообразности, предложенный в патентном документе 5, однако, поскольку твердость достигала значений 800-1200 Hv, авторы заключили, что имеется проблема изнашивания сопрягаемого вала. Кроме того, хотя мезофазные сферулы, предложенные в патентном документе 4, и являются сферическими, но поскольку внешняя форма значительно искажается относительно сферической формы, то было определено, что усовершенствования параметров нельзя ожидать.

Кроме того, бытовые спиральные компрессоры должны быть компактными, легкими, эффективными и дешевыми, особенно с учетом характерной для последнего времени дефицита питающей мощности. Кроме того, для эффективной работы компрессора необходимо уменьшить трение, уменьшая диаметр вала компрессора и уменьшая коэффициент трения материала подшипника. В этом смысле чешуйчатый графит, исследованный в патентном документе 2, не является подходящим, поскольку ориентация существенна, и имеется тенденция износа сопрягаемого вала, что не является предпочтительным. Настоящие авторы успешно создали спиральный компрессор, включающий в себя подшипник скольжения, имеющий большую устойчивость к схватыванию и высокую износостойкость, в дополнение к усовершенствованию обычной технологии.

Таким образом, настоящее изобретение относится к спиральному компрессору, включающему в себя: вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса; эксцентриковый вал, соединенный с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала; подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу; неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу; подшипник главного вала, с возможностью скольжения поддерживающий вращающийся главный вал, и подшипник эксцентрика, с возможностью скольжения поддерживающий эксцентриковый вал, причем, по меньшей мере, один из подшипника главного вала и подшипника эксцентрика представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя металл подкладки и скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, причем скользящий слой включает в себя от 5 до 60% по весу включенных частиц графита, при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, причем частицы имеют средний диаметр от 5 до 50 мкм, степень графитизации 0,6 или более, средний коэффициент формы Y_AVE от 1 до 4, 70% или более частиц в числовом отношении имеют коэффициент формы Y от 1 до 1,5, причем средний коэффициент формы Y_AVE определяется как

Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i

мелкие частицы с диаметром, меньшим или равным 0,5 от среднего диаметра, не рассматриваются при вычислении Y_AVE,

коэффициент формы Y определяется как

Y=PM²/4πA.

Здесь РМ обозначает длину периметра отдельной частицы, А обозначает площадь сечения отдельной частицы, i обозначает число измеренных частиц и SUM обозначает суммирование формулы в скобках [] для i частиц.

Кроме того, настоящее изобретение предоставляет подшипник скольжения, используемый в спиральном компрессоре со следующими структурами (а) и (b). Структура (а): спиральный компрессор (далее называемый "спиральный компрессор с отдельным валом"), включающий в себя вращающийся главный вал, размещенный как вращающийся вокруг оси корпуса внутри корпуса, подвижная спираль, вращающаяся вокруг эксцентрикового вала, отдельного от вращающегося главного вала, и соединенная с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала, и неподвижная спираль, прикрепленная к корпусу, причем вращающийся главный вал и эксцентриковый вал поддерживаются с возможностью скольжения каждым подшипником, размещенным в пределах корпуса. Структура (b): спиральный компрессор (далее называемый "спиральный компрессор с объединенным валом"), включающий в себя вращающийся главный вал, размещенный как вращающийся вокруг оси корпуса внутри корпуса, эксцентриковый вал, объединенный с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала, подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу, неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу, подшипник главной оси с возможностью скольжения поддерживающий вращающийся главный вал, и подшипник эксцентрика, с возможностью скольжения поддерживающий эксцентриковый вал. Изобретение относится к спиральному компрессору, и в спиральном компрессоре с отдельным валом или в спиральном компрессоре с объединенным валом, по меньшей мере, один из или оба из подшипника, с возможностью скольжения поддерживающего вращающийся главный вал, и подшипника, с возможностью скольжения поддерживающего эксцентриковый вал, представляют собой подшипник скольжения, причем подшипник скольжения включает в себя структуру, в которой на металле подкладки сформирована часть скольжения (скользящая часть) на основе полимера с добавлением графита, включающего в себя графит со средним диаметром от 5 до 50 мкм, степень графитизации 0,6 или более и отношение пропорций частиц 0,5 или более, который включает в себя от 5 до 60% по весу графита, составляющего 50% или более от общего количества частиц, и остаток, включающий в себя, по меньшей мере, один из полимеров - полимер полиимида и полимер полиамидимида. Кроме того, отношение пропорций частиц представляет собой отношение между меньшей осью и большей осью графита.

В нижеследующем рассмотрении, хотя, прежде всего, и рассматривается спиральный компрессор с отдельным валом, настоящее изобретение может быть применено ко всем спиральным компрессорам, в которых эти валы функционально связываются так, чтобы вращение вращающегося главного вала передавалось на эксцентриковый вал. Кроме того, "графит" в настоящем изобретении представляет собой "графит", рассматриваемый далее и относящийся как к графиту, заданному средним коэффициентом формы, так и к графиту с коэффициентом формы, заданному отношением пропорций частиц. Как описано подробно ниже, форма частиц графита в настоящем изобретении становится ближе к сферической форме, чем для обычного пластинчатого (чешуйчатого) графита.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан спиральный компрессор, содержащий:

вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;

эксцентриковый вал, связанный с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала;

подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу;

неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу;

подшипник главного вала, с возможностью скольжения, поддерживающий вращающийся главный вал, и

подшипник эксцентрика с возможностью скольжения, поддерживающий эксцентриковый вал, причем

по меньшей мере, один из подшипника главного вала и подшипника эксцентрика, представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя

металл подкладки, и

скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания,

при этом скользящий слой включает в себя

от 5 до 60% по весу частиц с графитом,

при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида,

частицы имеют

средний диаметр от 5 до 50 мкм,

степень графитизации 0,6 или более,

средний коэффициент формы Y_AVE от 1 до 4,

70% или более частиц в числовом отношении имеют коэффициент формы Y от 1 до 1,5,

при этом средний коэффициент формы Y_AVE определяется как

Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i

мелкие частицы с диаметром, меньшим или равным 0,5 от среднего диаметра, не рассматриваются при вычислении Y_AVE,

коэффициент формы Y определяется как

Y=PM²/4πA,

РМ обозначает длину периметра отдельной частицы,

А обозначает площадь сечения отдельной частицы,

i обозначает число измеренных частиц и

SUM обозначает суммирование формулы в скобках [] для i частиц.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан спиральный компрессор, содержащий:

вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;

подвижную спираль, вращающуюся вокруг эксцентрикового вала отдельно от вращающегося главного вала и соединенную с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращения главного вала;

неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу; и

подшипник, который с возможностью скольжения поддерживает вращающийся главный вал и эксцентриковый вал, причем подшипник установлен внутри корпуса, при этом:

по меньшей мере, один из подшипников представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя

металл подкладки, и

скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, причем скользящий слой включает в себя

от 5 до 60% по весу частиц с графитом,

при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют

средний диаметр от 5 до 50 мкм,

степень графитизации 0,6 или более, и

50% или более частиц в числовом отношении имеют отношение пропорций, больше или равное 0,5, причем отношение пропорций представляет собой отношение между меньшей осью и большей осью графита.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан спиральный компрессор, содержащий:

вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;

эксцентриковый вал, объединенный с вращающимся валом так, чтобы вращаться вокруг оси вала в положении с эксцентриситетом относительно оси вала для вращающегося вала;

подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу;

неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу;

подшипник главного вала, с возможностью скольжения, поддерживающий вращающийся главный вал, и

подшипник эксцентрика, с возможностью скольжения, поддерживающий эксцентриковый вал,

причем, по меньшей мере, один из подшипника главного вала и подшипника эксцентрика представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя

металл подкладки, и

скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, причем скользящий слой включает в себя

от 5 до 60% по весу частиц с графитом,

при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют

средний диаметр от 5 до 50 мкм,

степень графитизации 0,6 или более,

средний коэффициент формы Y_AVE от 1 до 4,

70% или более частиц в числовом отношении имеют коэффициент формы Y от 1 до 1,5,

при этом средний коэффициент формы Y_AVE определяется как

Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i

мелкие частицы с диаметром, меньшим или равным 0,5 от среднего диаметра, не рассматриваются при вычислении Y_AVE,

коэффициент формы Y определяется как

Y=PM²/4πA,

РМ обозначает длину периметра отдельной частицы,

А обозначает площадь сечения отдельной частицы,

i обозначает число измеренных частиц и

SUM обозначает суммирование формулы в скобках [] для i частиц.

Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан спиральный компрессор, содержащий:

вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;

подвижную спираль, вращающуюся вокруг эксцентрикового вала и объединенную с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала;

неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу; и

подшипник, который с возможностью скольжения поддерживает вращающийся главный вал и эксцентриковый вал и который установлен внутри корпуса,

причем, по меньшей мере, один из подшипников представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя металл подкладки, и

скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, при этом скользящий слой включает в себя

от 5 до 60% по весу частиц с графитом,

при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют

средний диаметр от 5 до 50 мкм,

степень графитизации 0,6 или более, и

50% или более частиц в числовом отношении имеют отношение пропорций частиц, больше или равное 0,5, причем отношение пропорций представляет собой отношение между меньшей осью и большей осью графита.

Предпочтительно, графит состоит из по существу сфероидизированного измельченного графита.

Предпочтительно, спиральный компрессор используется для автомобильного воздушного кондиционера.

Предпочтительно, спиральный компрессор приводится в действие двигателем транспортного средства.

Предпочтительно, спиральный компрессор приводится в действие электрическим двигателем, установленным на транспортном средстве.

Предпочтительно, компрессор используется в бытовом и коммерческом оборудовании воздушного кондиционирования и приводится электрическим двигателем.

Предпочтительно, скользящий слой или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита дополнительно включает в себя от 0,5 до 20% по весу модификатора трения, состоящего, по меньшей мере, из глины, муллита или талька с диаметром частиц менее 10 мкм, и общее количество модификатора трения и графита находится в пределах от 5,5 до 80% по весу.

Предпочтительно, скользящий слой включает в себя от 1 до 40% по весу твердой смазки, состоящей, по меньшей мере, из одного из - PTFE, MoS₂ или BN, и общее количество твердой смазки, графита и модификатора трения находится в пределах от 6,5 до 80% по весу.

Предпочтительно, скользящий слой включает в себя 10% по объему или меньше, масла, состоящего, по меньшей мере, из одного из: силиконового масла, машинного масла, турбинного масла и минерального масла.

Предпочтительно, поверхность скользящего слоя или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита обрабатывается, по меньшей мере, посредством одного из - полировки, размалывания или измельчения.

Предпочтительно, шероховатая поверхностная часть сформирована спеканием бронзового порошка на поверхности металла подкладки, и скользящий слой или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита дополнительно сформирована на поверхности шероховатой поверхностной части.

Причины, по которым подшипник скольжения, используемый в спиральном компрессоре, относящемся к настоящему изобретению, имеет лучшую износостойкость, сопротивление схватыванию и малую шумность по сравнению с обычным роликовым подшипником, заключаются в том, что он оказывается мягким из-за очень высокой кристалличности графита, и предполагается, что графит однородно диспергирован в полимере. То есть, поскольку графит сам по себе в обычном чешуйчатом графите имеет большую анизотропную форму и не может быть однородно диспергирован при диспергировании в полимере, изнашивание и схватывание происходят легко в частицах графита, ориентированных в неблагоприятном направлении. Вследствие этого изнашивания также возникает шум. Кроме того, хотя в твердом углеродном материале шарообразность высока, например в сферическом углероде, сопрягаемый вал становится изношенным, и, в результате, схватывание и шумность легко возникают. Однако поскольку графит настоящего изобретения мягок, и графит, определяемый отношением пропорций частиц или средним коэффициентом формы и коэффициентом формы, диспергирован однородно без ориентации, условие изнашивания остается постоянным от начального скольжения в течение всего периода использования.

Долговечность спирального компрессора, включающего в себя подшипник скольжения настоящего изобретения, повышается. Кроме того, понижается также и шумность. Кроме того, настоящее изобретение позволяет облегчить компрессор, заменяя роликовый подшипник подшипником скольжения. Кроме того, часть тугой посадки (кольцевой выступ) на орбитальную спираль и противовес также становится легче, поскольку внешний диаметр подшипника становится меньшим. Поскольку противовес становится легче, компрессор становится меньшим. Кроме того, поскольку высокие качества полимера подшипника скольжения обеспечиваются высоким качеством вводимых составляющих материалов, то стабильность и долговечность скользящего слоя настоящего изобретения могут быть обеспечены. Кроме того, подшипник становится более дешевым.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид в сечении спирального компрессора, относящегося к одному варианту реализации;

Фиг. 2 - вид в сечении спирального компрессора, относящегося к другому варианту реализации;

Фиг. 3 - вид в сечении спирального компрессора, относящегося еще к одному варианту реализации;

Фиг. 4 - вид в сечении подшипника скольжения;

Фиг. 5 - схематический вид в сечении подшипника скольжения, имеющего обычный пластинчатый (чешуйчатый) графит, диспергированный в полимере;

Фиг. 6 - схематический вид в сечении подшипника скольжения с графитом настоящего изобретения, диспергированным в полимере;

Фиг. 7 - диаграмма для объяснения среднего коэффициента формы мезофазных сфер и сферического графита;

Фиг. 8 - поясняющая диаграмма относительно формы частицы графита и

Фиг. 9 - микрофотография скользящего слоя экспериментального материала в примере 14 настоящего изобретения.

Структура всего спирального компрессора с отдельным валом рассматривается с вариантом реализации спирального компрессора, управляемого двигателем транспортного средства, как показано на фиг. 1. На фиг. 1 обозначенный позицией 1 спиральный компрессор и корпус 2, установленный на двигатель (не показан), вращающийся главный вал 3 (далее называемый "вращающийся вал"), установленный как вращающийся в пределах корпуса 2, подвижная спираль 4, которая вращается через эксцентриковый вал посредством вращающегося вала 3, и неподвижная спираль 5, установленная в пределах корпуса 2, представляют собой основные конструктивные компоненты спирального компрессора 1.

Дополнительные детали конструкции, помимо описанных выше основных конструктивных компонентов, являются следующими. Внутренняя область корпуса 2 разделена на камеру S1 сжатия, в которой расположены подвижная спираль 4 и неподвижная спираль 5, и камеру S2 выпуска, сформированную дополнительно с правой стороны на чертеже относительно неподвижной спирали 5. Камера S1 сжатия имеет отверстие всасывания (не показано), через которое газ, например охлаждающий газ, течет в камеру S1 сжатия. Камера S2 выпуска имеет отверстие выпуска (не показано), через которое газ выпускается из камеры S2 выпуска.

Вращающийся вал 3 имеет ось, которая проходит в горизонтальном направлении и включает в себя часть 3а малого диаметра, часть 3b большого диаметра и палец 3с кривошипа. Часть 3а малого диаметра принимает приводное усилие двигателя. Часть 3b большого диаметра непосредственно коаксиально соединяется с частью 3а малого диаметра. Палец 3с кривошипа размещен с эксцентриситетом относительно вращающегося вала 3, включающего в себя часть 3а малого диаметра и часть 3b большого диаметра, и передает вращательное усилие на подвижную спираль 4. Поэтому когда часть 3а малого диаметра управляется двигателем, часть 3b большого диаметра коаксиально вращается с частью 3а малого диаметра. Следовательно, палец 3с кривошипа вращается с эксцентриситетом относительно части 3а малого диаметра и части 3b большого диаметра, и, соответственно, подвижная спираль 4 поворачивается, то есть вращается.

Среди этих компонентов часть 3b большого диаметра аксиально поддерживается первым подшипником 6 (то есть подшипником главной оси). То есть кольцевой элемент, окружающий часть 3b большого диаметра, является первым подшипником 6. Кроме того, эксцентричная втулка 7, для передачи вращения вращающегося вала 3 на подвижную спираль 4, размещается между пальцем 3с кривошипа и подвижной спиралью 4, эксцентричная втулка 7 включает в себя часть 7а внутренней периферической поверхности, которая аксиально поддерживает палец 3с кривошипа, и часть 7b внешней периферической поверхности, которая скользит с подвижной спиралью 4, и эксцентричная втулка 7 размещается с эксцентриситетом относительно части 7а внутренней периферической поверхности и части 7b внешней периферической поверхности.

Подвижная спираль 4 и неподвижная спираль 5 имеют дисковые пластины 4а и 5а и оболочки 4b и 5b соответственно. Оболочки 4b сформированы на дисковых пластинах 4а навстречу дисковым пластинам 5а, и оболочки 5b сформированы на дисковых пластинах 5а навстречу дисковым пластинам 4а соответственно. На виде сечения в направлении, ортогональном плоскости фиг. 1, эти оболочки 4b и 5b формируют спиральную камеру S1 сжатия. Таким образом, камера S1 сжатия представляет собой пространство, окруженное пластинами 4а и 5а и оболочками 4b и 5b.

Кроме того, кольцевой выступ 4с сформирован на противоположной поверхности оболочки 4b в пластине 4а в подвижной спирали 4. Второй подшипник 8 (то есть подшипник эксцентричного вала), прикрепленный к внутренней периферийной поверхности выступа 4с, шарнирно поддерживает палец 3с кривошипа. Поэтому когда второй подшипник 8, объединенный с подвижной спиралью 4, вращается, то есть поворачивается вокруг центральной оси, часть 7b внешней периферийной поверхности эксцентричной втулки 7 скользит с внутренней поверхностью второго подшипника 8. Кроме того, механизм для предотвращения вращения подвижной спирали 4 вокруг центральной оси компрессора размещается между пластиной 4а подвижной спирали 4 корпуса 2. Неподвижная спираль 5 прикрепляется к корпусу 2. Связывающее отверстие 5с, которое связывает камеру S1 сжатия и камеру S2 выпуска, просверлено в центре пластины 5а. Связывающее отверстие 5с открывается и закрывается пластинчатым клапаном 10.

В соответствии со спиральным компрессором 1, имеющим упомянутую конструкцию, когда часть 3а малого диаметра вращающегося вала 3 вращается посредством приводного усилия двигателя, вращательная сила прикладывается к подвижной спирали 4 через палец 3с кривошипа и эксцентричную втулку 7. В это время, поскольку вращение подвижной спирали 4 ограничено, подвижная спираль 4 поворачивается, поддерживая ее положение. В камере S1 сжатия подвижная спираль 4 и оболочки 4b и 5b неподвижной спирали 5 перемещаются друг относительно друга, и охладитель всасывается из впускного окна, сформированного в корпусе 2. Сжатый охладитель перемещается в центр камеры S1 сжатия относительным движением оболочек 4b, 5b, проходит через сквозное отверстие 5с и пластинчатый клапан 10, сформированный в пластине 5а неподвижной спирали 5, втекает в камеру S2 выпуска и выпускается из отверстия выпуска, размещенного в корпусе 2. Настоящее изобретение предоставляет спиральный компрессор 1, имеющий рассмотренную выше конструкцию, в которой подшипник скольжения используется для одного или обоих подшипников первого подшипника 6 и второго подшипника 8. На фиг. 1 показан пример, где как первый подшипник 6, так и второй подшипник 8 представляют собой подшипники скольжения.

Далее вариант реализации спирального компрессора с отдельным валом, управляемый электрическим двигателем транспортного средства, рассматривается в связи с фиг. 2, на котором элементы, общие с фиг. 1, обозначены теми же самыми ссылочными позициями. Показанный на фиг. 2 пример включает в себя электрический двигатель 20 и схему 21 электропитания для спирального компрессора с приводом от электрического двигателя. Кроме того, вращающийся вал 3 аксиально поддерживается первым подшипником 6 (показанным как роликовый подшипник в варианте реализации) и третьим подшипником 22 (показанным как роликовый подшипник в варианте реализации). В настоящем изобретении все, первый подшипник 6, второй подшипник 8 и третий подшипник 22, могут быть подшипниками скольжения. Позицией 23 обозначен противовес, а позицией 24 - механизм регулировки вращения.

Хотя выше рассматривался спиральный компрессор, установленный на транспортном средстве, настоящее изобретение может быть применено к бытовым или коммерческим спиральным компрессорам. Следует отметить, что объединенный вал часто используется в бытовых и коммерческих спиральных компрессорах. На фиг. 3 показан спиральный компрессор с объединенным валом, относящийся к данному варианту реализации. На фиг. 3 - те же самые элементы, что и на фиг. 1 и 2 настоящей заявки обозначены теми же самыми ссылочными позициями. На фиг. 3 позицией 38 обозначена кривошипная камера, 39 - цилиндрическая часть, расширяющаяся вниз от пластины подвижной части спирали, и 40 - часть установки подшипника. В спиральном компрессоре с объединенным валом, объединенным с эксцентричным валом 3b, главная часть 3а вращающегося вала 3 может использовать подшипник скольжения настоящего изобретения в качестве первого подшипника 6, второго подшипника 8 и/или третьего подшипника 22.

Далее рассматривается подшипник скольжения. Подшипники скольжения 6, 8 и 22 включают в себя металл 11 подкладки, слой скольжения или часть скольжения на основе полимера с добавкой графита (далее обозначаемый как "скользящий слой") 12, как показано на виде сечения на фиг. 4. Обычно металл 11 подкладки выполняется из стального листа (JIS-SPCC), причем для металла 11 подкладки может быть использована пластина высокоуглеродистой стали, имеющая большую прочность. Толщина металла 11 подкладки обычно составляет от 0,5 до 2 мм, и крупнозернистая поверхностная часть 11а, которая сформирована спеканием, показана на его поверхности. Крупнозернистая поверхностная часть может быть сформирована травлением или пескоструйной обработкой или чем-то подобным. Скользящий слой 12 включает в себя полимер и графит. Материал с полимером и графитом, диспергированным в растворителе, внедряется в крупнозернистую поверхностную часть 11а и затем спекается, чтобы сформировать скользящий слой 12. Скользящий слой 12 обычно имеет толщину в пределах 5-200 мкм.

Поверхность 12а скользящего слоя 12 может быть отполирована, отшлифована и подрезана. Эти процессы могут быть применены по отдельности или в комбинации. Например, комбинацией может быть полировка для снижения поверхностной шероховатости и последующая подрезка, чтобы сформировать углубления. Как вариант, комбинацией может быть подрезка и последующая полировка в завершение.

Далее графит рассматривается среди основных компонентов скользящего слоя 12. Охарактеризованный в выражении степени графитизации, когда степень графитизации для совершенного кристалла графита составляет 1, степень кристалличности графита настоящего изобретения составляет 0,6 или более, что почти перекрывается с диапазоном степени графитизации естественного графита, и смазочные свойства и сродство оказываются очень хорошими. Предпочтительно степень графитизации сферического графита составляет 0,8 или более. Следует отметить, что степень графитизации выражается нижеследующим выражением, определенном в работе С.R. Housaka "Использование углеродного материала", Tribologists, том 49, №7, 2004, стр. 561:

P₁=(d₀₀₂-3,14)/(3,54-3,44).

Графит обычно классифицируется по двум типам - естественный графит и искусственный графит и может быть дополнительно классифицирован в третий тип - вспученный графит. Естественный графит подразделяется на пластинчатый графит, чешуйчатый графит и аморфный графит. Искусственный графит включает в себя измельченные искусственные графитовые электроды. Нефтяной гудрон, или карбонизированный кокс, считается графитизированным углеродом и включает в себя мезофазные сферы и т.п. Графит может быть получен спеканием графитированного углерода при высокой температуре. Этот графит не только имеет различные технологические способы производства, но также может быть и ясно отличаемым по форме продукта. Недавно оказалось возможным получить сферически измельченный графит, или сферический порошок графита, в результате развития технологии сферического дробления (техническая документация Nippon Graphite Industries Co., Ltd.: название продукта: CGC-100, 50.20; вебсайт ITO GRAPHITE / <http://www.graphite.co.jp/seihin.htm>).

Если средний диаметр частиц графита составляет меньше чем 5 мкм, то возникает проблема агрегации графита. Кроме того, если средний диаметр частиц графита превышает 50 мкм, то возникает проблема ухудшения диспергируемости. Пределы возможного среднего диаметра графита настоящего изобретения могут составлять от 5 до 50 мкм. Кроме того, предпочтительный средний диаметр находится в пределах 5-20 мкм. Следует отметить, что средний диаметр частиц был измерен, используя лазерный анализатор LA-910 распределения частиц по размерам по дифракции/рассеянию, изготовленный Horiba Ltd. Чем больше значение степени графитизации графита, тем лучше становится кристалличность, и смазочные свойства становятся очень хорошими. В настоящем варианте реализации степень графитизации может составлять 0,6 или более, предпочтительно 0,8 или более.

Далее среди способов измерения формы частиц графита сначала рассматривается способ измерения среднего коэффициента Y_AVE формы. Средний диаметр MV графита выражается следующим уравнением.

Здесь SUM означает суммирование значений в круглых скобках, или суммирование V_i относительно числа i. Величина d_i обозначает окружность эквивалентного диаметра для одной частицы графита. Величина V_i - объем одной частицы графита. Частицы 0,5 MV или менее не рассматриваются при вычислении среднего коэффициента формы в уравнении (2). Средний коэффициент Y_AVE формы вычисляется, используя результаты измерений от i=1 до n (n - число частиц) и представляет собой отношение, вычисленное делением периферической длины частиц графита на площадь сечения, что выражается следующим соотношением.

Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i (2)

Здесь РМ обозначает периферическую длину одной частицы, А обозначает площадь сечения на частицу, и SUM обозначает суммирование формулы в скобках для всех i. Способ измерения диаметра эквивалентной окружности для частиц графита и коэффициента формы частиц графита указан ниже. Подшипник скольжения срезан в произвольном положении. Фотография поверхности среза выполнена с увеличением 200 раз и полем видимости 0,37 мм × 0,44 мм. На фиг. 8 показан пример фотографии. Изображение скользящего слоя бинаризовано с использованием устройства анализа изображения. Коммерчески доступное устройство анализа, например LUZEX-FS, изготовленное Nireco Co., Ltd., может быть использовано как устройство анализа изображения.

Далее рассматривается способ измерения отношения пропорций частиц. Первый подшипник 6 скольжения, описанный выше, срезан в произвольном положении. Взята фотография поверхности среза. На фиг. 4 показан пример фотографии. Изображение скользящего слоя бинаризовано с использованием устройства анализа изображения. Отношение пропорций получено делением минимального диаметра на максимальный диаметр частицы графита, показанной на бинаризованном изображении. Частица, имеющая отношение пропорций 0,5 или более, имеет форму ближе к сферической форме.

Имеется два определения для формы графита настоящего изобретения: (1) определение в соответствии со средним коэффициентом формы и с коэффициентом формы; и (2) определение в соответствии с отношением пропорций частиц. Одна форма графита может удовлетворять этим двум определениям (1) и (2). Альтернативно одна форма графита может удовлетворять только одному из этих двух определений. В последнем случае относительно графита, удовлетворяющего только определению (1) и не удовлетворяющего определению (2), число частиц графита, которые не удовлетворяют требованию отношения 0,5 или более для пропорций частиц, увеличивается. И напротив, относительно графита, не удовлетворяющего определению (1), но удовлетворяющего определению (2), относительно остающегося графита "50% или более" в определении (2), средний коэффициент Y_AVE формы отклоняется от определения (1), и доля плоского графита увеличивается. Поэтому предпочтительно, чтобы форма графита удовлетворяла обоим определениям (1) и (2). В случае, когда только одно определение удовлетворяется, пропорция плоских частиц графита увеличивается, но скользящие свойства улучшаются.

Как показано на фиг. 6, графит настоящего изобретения имеет изогнутую поверхность в целом, за исключением мелких частиц графита, диаметр которых составляет 0,5 MV или менее описанных выше, и за исключением графита с отношением пропорций частиц 0,5 или меньше, имеющихся в числовом отношении частиц меньше чем 50%. Выражение "в целом" означает, что, когда каждая частица наблюдается под микроскопом, как объясняется в предыдущем параграфе и параграфе перед этим, частицы скруглены или изогнуты, что означает, что нет острых краев. В результате, графит настоящего изобретения редко повреждает сопрягаемый вал (выполненный из стали, например). В результате этого износостойкость скользящего слоя очень хорошая, и сопротивление схватыванию улучшает шероховатую поверхность сопрягаемого вала без истирания скользящего слоя. Кроме того, затруднительно однородно диспергировать пластинчатый (чешуйчатый) графит 30а (фиг. 4), поскольку его поверхностные контакты или касания, или частицы, переплетаются. С другой стороны, поскольку графит, определенный средним коэффициентом формы и коэффициентом формы или определенный отношением пропорций частиц настоящего изобретения, формируется повсюду из изогнутой поверхности, и частицы сплетаются, то его легко однородно диспергировать в полимере 32. Это также вносит вклад в улучшение скользящих свойств. Следует отметить, что хотя и кажется, что края (фиг. 4, фиг. 12а′) пластинчатого графита агрегируют и сцепляются и не демонстрируют смазочные свойства (непатентный документ 5: "Трибология материала графита", Tribologist, том 54, №1, 2009, стр. 6-7), края никогда не входят в контакт друг с другом, поскольку края графита 30b и с, задаваемые средним коэффициентом формы и коэффициентом формы, или отношением пропорций частиц настоящего изобретения, исчезают или не имеют округленных граней.

При использовании графита, имеющего высокую степень графитизации, и форму, определенную в соответствии с настоящим изобретением, становится просто однородно диспергировать графит в полимере, например, в полиимиде, описанном выше, без ориентации в пределах полимера, и поэтому уже не возникает легкого скалывания графита в определенном направлении.

Естественный графит, или сфероидальный графит, близкий к естественному графиту, может быть использован как описанный выше графит. Этот графит имеет более высокую степень графитизации и намного более высокое отношение пропорций частиц, чем коммерчески доступный чешуйчатый графит, аморфный графит или графит, подобный чешуйчатому, или другой подобный графит. Кроме того, относительно содержания графита, имеющего такие характеристики, как описано выше, возникает проблема, если содержание графита меньше чем 5% по весу, где сопротивление схватыванию плохое, и фрикционные свойства не получены. Кроме того, возникает другая проблема, если содержание превышает 60% по весу, когда снижается прочность скользящего материала.

Ориентация графита в пределах скользящего слоя рассматривается в связи с фиг. 5 и 6, на которых те же самые ссылочные позиции используются для тех же самых элементов, что и на фиг. 4. На фиг. 5 и 6 позицией 30 обозначены частицы графита, а 32 - полимер. Поскольку пластинчатый (чешуйчатый) графит 30а занимает большую, почти плоскую область, и имеет малую толщину, то имеется много частиц графита, имеющих отношение пропорций меньше чем 0,5. Кроме того, средний коэффициент Y_AVE формы, измеренный в сечении скользящего слоя 12, увеличивается. Когда эти частицы графита диспергированы в полимере 32, плоская поверхность обращена к направлению поверхности 12а, тогда как, поскольку графит задается средним коэффициентом формы и коэффициентом формы, среди графита, диспергированного в скользящем слое 12 в настоящем изобретении, имеется сферическая форма 30b, багет или форма мяча регби 30с или форма капли 30d, та же самая форма графита появляется на виде сечения, показанного на фиг. 6, и также на виде сечения в направлении, параллельном поверхности 12а. Средний коэффициент Y_AVE формы этих частиц мал. Средний коэффициент формы может удовлетворять соотношению Y_AV=1 в случае, когда все частицы графита имеют вполне сферическую форму. Хотя трудно превратить частицу сырого графита в совершенную сферическую форму, используя технологию сфероидального размалывания, частицы графита, имеющие средний коэффициент формы в пределах диапазона Y_AVE=1,2-3,0, демонстрируют достаточно хорошую функциональность.

На фиг. 7 показан пример сферического графита 30b и мезофазных маленьких сфер 33, имеющих ту же самую площадь. Поскольку мезофазные маленькие сферы имеют большую периферическую длину, числитель среднего коэффициента Y_AVE формы становится больше, и, в результате, средний коэффициент Y_AVE формы становится больше. Частицы графита со средним коэффициентом Y_AVE формы, который превышает 4, или частицы графита с отношением пропорций меньше чем 0,5, имеет большую анизотропию формы, которая оказывается нежелательной, поскольку они становятся ориентированными, как показано на фиг. 5. Предпочтительный средний коэффициент Y_AVE формы находится в пределах 2,5 или менее. Кроме того, поскольку необходимо, чтобы отношение пропорций сферического графита 30b ко всему графиту было достаточным, в дополнение к наличию среднего коэффициента Y_AVE формы в предпочтительном диапазоне, пропорция частиц, имеющих коэффициент формы Y в пределах Y=1-1,5 относительно всех частиц, должна быть 70% или более.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы частицы графита были по существу сфероидизированным размолотым графитом. Сфероидизированный размолотый графит имеет описанные выше признаки, то есть полностью состоит из скругленных или изогнутых частиц без краев. "По существу" означает, что остающееся количество, в виде сырого графита, мало благодаря точности размалывания, и, в частности, количество 10% по весу или менее оказывается приемлемым.

Количество графита: свойства малого трения не могут быть получены, когда содержание графита меньше, чем 5% по весу, и сопротивление схватыванию плохое, тогда как прочность скользящего материала снижается, когда содержание графита превышает 60% по весу.

В скользящем слое описанный выше остаток графита представляет собой полимер полиимида (PI) и/или полиамидимида (PAI). Твердый порошок или жидкий полиэстер-имид, ароматический полиимид, полиэфиримид и бисмалеимид могут быть использованы как полиимид. Ароматический полимер полиамидимид может быть использован как полимер полиамидимид. Каждый из этих полимеров имеет такие признаки, как очень хорошая термостойкость и малый коэффициент трения.

Для уменьшения трения подшипника скольжения настоящего изобретения, скользящий слой может включать в себя, по меньшей мере, одно из: глина, муллит и тальк, с диаметром частиц меньше чем 10 мкм, в качестве модификатора трения. Модификатор трения может быть включен от 0,5 до 20% по весу относительно всего скользящего слоя 12. Однако предпочтительно, чтобы общее количество модификатора трения и графита находилось в пределах от 5,5 до 80% по весу. Муллит и глина используются для улучшения износостойкости скользящего слоя, поскольку это твердое вещество. Поскольку слои талька, включенные в тальк, объединены слабым Ван-дер-Ваальсовым взаимодействием между слоями, слои легко отслаиваются и смешиваются в скользящем слое. Поэтому могут быть получены эффекты регулировки трения при использовании скользящего слоя, включающего в себя тальк. Относительно количества модификатора трения, если оно меньше чем 0,5% по весу, эффект уменьшения трения недостаточен. Кроме того, если содержание превышает 20% по весу, сопрягаемый материал может быть поврежден, и износостойкость становится недостаточной. Поэтому содержание модификатора трения предпочтительно должно быть 5-15% по весу. Относительно размера частиц модификатора трения, если он превышает 10 мкм, агрессивность по отношению к сопрягаемым материалам увеличивается. Относительно общего количества модификатора трения и сфероидального графита, если его меньше, чем 5,5% по весу, степень изнашивания скользящего слоя увеличивается. Если общее количество превышает 80% по весу, то возникают проблемы, например недостаточные термостойкость и прочность.

Кроме того, для улучшения смазочных свойств подшипника скольжения настоящего изобретения скользящий слой 12 может включать в себя от 1 до 40% по весу твердой смазки, которая включает в себя одно или более из PTFE, MoS₂ или BN. В таком случае предпочтительно, чтобы общее количество графита, модификатора трения и твердой смазки было бы в пределах от 6,5 до 80% по весу. Если количество твердой смазки меньше чем 1% по весу, то эффекты от твердой смазки могут быть недостаточными. Если количество твердой смазки превышает 40% по весу, или общее количество твердой смазки, графита и модификатора трения превышает 80% по весу, возникают такие проблемы, как снижение термостойкости и прочности. Аналогично скользящий слой может быть пропитан общим количеством 10% по объему, по меньшей мере, одного из силиконового масла, машинного масла, турбинного масла и минерального масла. Среди описанных выше твердых смазок MoS₂ имеет свойства скола, подобные графиту, и случайная ориентация предпочтительна для получения легкости скола, происходящего почти постоянно вследствие направления скольжения в настоящем изобретении. Поскольку MoS₂ имеет ориентацию из-за плоской формы частиц, поскольку ориентация происходит, когда вязкость полимера низка во время перемешивания и применения полимера, то с учетом этого случайная ориентация может быть достигнута, когда скользящий слой формируется.

ПРИМЕРЫ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для оценки спирального компрессора измерены характеристики, относящиеся к износостойкости и устойчивости к заклиниванию. В измерениях первый подшипник 6 скольжения и второй подшипник 8 скольжения (фиг. 1), имеющий скользящий слой 12, включающий в себя графит, имеющий средний коэффициент Y_AVE формы и коэффициент формы Y, описанные выше, используются в спиральном компрессоре 1, управляемом двигателем транспортного средства. Глубина изнашивания после эксплуатации и поверхностное давление в тот момент, когда происходит схватывание, измерена. В случае, когда подшипник скольжения, относящийся к изобретению, предоставляется в спиральном компрессоре 1, следующее очевидно по сравнению со спиральным компрессором, предоставленным подшипником скольжения, диспергированным с обычным чешуйчатым графитом. Во-первых, степень изнашивания и поверхностное давление схватывания демонстрируют хороший баланс и хорошие значения. То есть, когда графит в скользящем слое 12 удовлетворяет описанным выше условиям, ориентация графита становится ненаправленной, и низкое трение, обусловленное плоскостью спайности графита, наблюдается устойчиво, независимо от этой ориентации. Другими словами, при этих обстоятельствах, когда вращающийся вал вращается, и подвижная спираль 4 поворачивается, стимулируется устойчивое сопротивление схватыванию, даже если возникают различные движения вследствие вибрации. Подобные параметры наблюдаются в случае, когда описанный выше скользящий слой размещен на подшипниках от первого до третьего подшипников скольжения 6, 8 и 22 спирального компрессора (фиг. 2), управляемого электрическим двигателем транспортного средства.

Кроме того, степень графитизации, как описано выше, высока, и, поскольку графит приблизительно сферической формы может быть диспергирован однородно в полимере, и нет тонких частей, сопротивление схватыванию улучшается, поскольку можно уменьшить поверхностную шероховатость подшипника скольжения без локальных дефектов, даже когда на графит воздействуют скользящие части сопрягаемого материала. Относительно скольжения подшипника скольжения спирального компрессора в случае, когда на графит воздействует сопрягаемый материал во время скольжения, степень графитизации в соответствии с изобретением высока, и, поскольку графит приблизительно сферический и однородно диспергирован в полимере, шероховатость поддерживается постоянной без локальных дефектов, и не делая скользящую поверхность шероховатой, характеристики скольжения успешно поддерживаются. С другой стороны, графит, имеющий низкую степень графитизации или далекую от сферической форму частиц, раскалывается и отваливается, когда на него воздействует скользящая часть с сопрягаемым материалом, скользящая поверхность становится шероховатой, и сопротивление схватыванию уменьшается, и в случае плоского графита направление плоскости спайности становится ориентированным к грани другого направления от направления скольжения, и, тем самым, фрикционное сопротивление увеличивается.

Далее рассматривается состав скользящей части 12 на основе полимера с добавкой графита (называемая далее "скользящая часть на основе полимера с добавкой графита"), задаваемой отношением пропорций частиц первого и второго подшипников 6 и 8 скольжения. Кроме того, поскольку структура, отличная от этой, такая же, что и первый, и второй подшипники 6 и 8 скольжения в скользящем слое с диспергированным графитом, определяемым средним коэффициентом Y_AVE формы и средним коэффициентом формы Y, подробное объяснение опущено. Скользящая часть 12 на основе полимера с добавкой графита включает в себя от 5 до 60% по весу графита (следует отметить, что графит с числовым отношением частиц 50% или более является графитом с отношением пропорций частиц 0,5 или более) и, по меньшей мере, 20-90% по весу одно из полиимида и полиимидамида как существенных компонентов. Кроме того, скользящая часть 12 на основе полимера с добавкой графита может включать в себя модификатор трения, состоящий, по меньшей мере, от 0,5 до 20% по весу одного из глины, муллита, кварца и оксида алюминия. Кроме того, скользящая часть 12 на основе полимера с добавкой графита может включать в себя 40% по весу или меньше твердой смазки, включающей в себя, по меньшей мере, одно или более из PTFE, MoS₂ или BN, и/или 10% по объему или меньше масла, включающего в себя, по меньшей мере, одно из силиконового масла, машинного масла, турбинного масла и минерального масла.

Искусственный или естественный графит может быть использован как графит, описанный выше. Диаметр частиц графита предпочтительно составляет 250 мкм или меньше. Относительно содержания графита, если содержание графита меньше чем 5% по весу, коэффициент трения увеличивается, и увеличивается степень изнашивания. Кроме того, если содержание графита превышает 60% по весу, то возникает проблема в том, что сила сцепления с полимером или металлом 11 подкладки становится слабой, и увеличивается степень изнашивания. Содержание графита предпочтительно составляет в пределах 30-60% по весу.

Относительно содержания полиимида и полиимидамида, если содержание полиимида и полиимидамида меньше чем 20% по весу, сила сцепления становится слабой, и степень изнашивания увеличивается. Кроме того, если содержание превышает 90% по весу, то возникает проблема в том, что коэффициент трения увеличивается, и степень изнашивания увеличивается. Содержание предпочтительно составляет в пределах 30-60% по весу. Относительно содержания модификатора трения, если содержание меньше чем 0,5% по весу, то возникает проблема в том, что износостойкость становится недостаточной. Кроме того, если содержание превышает 20% по весу, то возникает проблема в том, что сопрягаемый материал повреждается, и износостойкость сопрягаемого материала уменьшается.

Относительно содержания твердой смазки, если содержание превышает 40% по весу, то возникает проблема того, что уменьшается прочность, и термостойкость недостаточна. Содержание предпочтительно составляет в пределах 5-20% по весу. Относительно содержания масла, если содержание масла превышает 10% по объему, то возникает проблема в том, что уменьшается прочность, и термостойкость недостаточна. Содержание предпочтительно составляет 0,1% по объему или еще более предпочтительно 1-10% по объему.

Изобретение описывается более подробно на приведенных далее примерах. Лист углеродистой стали 140 мм × 1,5 мм приготавливался для металла подкладки. Бронзовый порошок (Sn 10%, +80, -150 мелкости) приготавливался для шероховатой поверхностной части, которая формируется на металле подкладки. После обезжиривания металла подкладки от 0,05 до 0,1 г на единицу площади (см²) бронзового порошка было помещено на пластину подкладки. Затем металл подкладки был обожжен при температуре от 830 до 850°С для формирования шероховатой поверхностной части. Толщина шероховатой поверхностной части составляла приблизительно 150 мкм. Пористость, вычисленная на основе удельной массы бронзы, составляла 40-80%. В таблице 2 показан состав скользящего слоя для примеров. Компоненты были смешаны с растворителем и внедрены в часть шероховатой поверхности. Смесь была высушена при 100°С. Смесь была отверждена под давлением в холодном состоянии. Наконец, смесь была обожжена при 250°С, чтобы сформировать скользящий слой. Толщина скользящего слоя составляла приблизительно 80 мкм. Таким образом, были получены биметаллические образцы материала. Биметаллические образцы материала были обработаны, чтобы произвести втулки. Сферический измельченный графит, изготовленный Nippon Graphite Industries Co., Ltd. (название продукта CGB10), был использован как "графит" в таблице 1. Столбец "графит" в таблице 2 показывает содержание (% по весу). Кроме того, средний коэффициент формы Y_AVE графита показан в круглых скобках. В примерах 1-18 настоящего изобретения частицы с коэффициентом формы в пределах Y=1-1,5 были представлены числовым отношением 80-90%.

Измерение отношений пропорций частиц графита было выполнено следующим образом. Относительно примера 11 в таблице 2 была выполнена микрофотография скользящего слоя выше частиц спеченного сплава на стороне скользящей поверхности. На фиг. 9 показана микрофотография сечения примера 11. Микрофотография была бинаризована с использованием аппарата анализа изображений. Число частиц графита, идентифицированных в бинаризованном изображении, составляет 103 на измеренном виде. Измеряя отношение минимального/максимального диаметра для каждой частицы графита, число частиц, имеющих отношение пропорций 0,5 или более, составляло 74, что означает, что частицы имеют отношение наличия 72% среди всех частиц. Относительно сравнительных примеров 2 и 3 было найдено, что при отношении пропорций 0,5 или более отношение наличия составляло 11,4% и 48% соответственно.

Детали компонентов в примерах, помимо графита, были следующими.

Полимер полиимид: продукт от Toray Industries, Inc.

Полимер полиамидимид: продукт от Hitachi Chemical Industries. Inc.

Глина: продукт от Shiraishi Calcium; средний диаметр частиц 1 мкм

Муллит: продукт от КСМ; средний диаметр частиц 0,8 мкм

Тальк: продукт от Nippon Talc Co.; средний диаметр частиц 1 мкм

PTFE: продукт от Asahi Glass Co.; средний диаметр частиц 9 мкм

MoS₂: продукт от Sumikojunkatsuzai; средний диаметр частиц 1,4 мкм

BN: продукт от Mitsui Chemicals, Inc.; средний диаметр частиц 1 мкм.

В таблице 2 показаны экспериментальные результаты для подшипников скольжения, которые были изготовлены с указанными выше компонентами. Здесь графит и пластинчатая форма в таблице имеют средний диаметр частицы от 5 до 50 мкм и степень графитизации 0,6. Средний коэффициент Y_AVE формы значительно различается. Относительно графита масштабной формы коэффициент Y_AVE формы составляет 10 или более. Поэтому средний коэффициент формы Y_AVE≈10 является пороговым для формы обычного графита и графита, отличающегося в соответствии с настоящим изобретением.

Способ эксперимента следующий.

Эксперимент на сопротивление истиранию

Экспериментальный аппарат: экспериментальный аппарат тестирования пластины на кольце

Смазка: жидкий парафин

Нагрузка: 50 кгс (фиксированная)

Скорость: 5 м/с

Время эксперимента: 60 минут

Способ оценки: глубина износа после работы

Тестирование на устойчивость к заклиниванию

Экспериментальный аппарат: толчковый экспериментальный аппарат

Смазка: жидкий парафин

Нагрузка: Прогрессивная нагрузка

Скорость: 10 м/с

Время эксперимента: 60 минут

Способ оценки: оценка поверхностного давления, когда произошло схватывание.

Результаты эксперимента показаны в таблице 2. Кроме того, фотография сечения образца примера 14 показана на фиг. 9.

Хотя сравнительный пример 1 использует сферический графит, поскольку степень графитизации мала, сопротивление схватыванию плохое. Поскольку сравнительные примеры 2-5 используют чешуйчатый графит, износостойкость и сопротивление схватыванию плохие. Однако эти свойства лучше в примерах настоящего изобретения.

Как рассмотрено выше, поскольку установленный на транспортном средстве спиральный компрессор настоящего изобретения использует подшипник скольжения вместо обычного роликового подшипника, настоящее изобретение превосходно в отношении размера и веса, малой шумности и стоимости. Кроме того, когда бытовой спиральный компрессор сравнивается с традиционно используемым подшипником скольжения, бытовой спиральный компрессор имеет превосходные параметры стабильности при использовании в течение длительного периода времени.

Группа изобретений относится к компрессору, используемому в автомобильных кондиционерах или бытовых кондиционерах, и, в частности, к спиральному компрессору. Спиральный компрессор 1 поддерживается с возможностью скольжения посредством подшипника скольжения с вращающимся валом 3, установленным в корпусе 2. Компрессор использует подшипник скольжения, образованный спеканием на металле подкладки слоя скольжения, в котором графит, имеющий высокую степень графитизации и определенную форму, диспергирован в полимере. Группа изобретений направлена на повышение долговечности и облегчение компрессора, понижение шума. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 ил.

1. Спиральный компрессор, содержащий:
вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;
эксцентриковый вал, связанный с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала;
подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу;
неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу;
подшипник главного вала, с возможностью скольжения, поддерживающий вращающийся главный вал, и
подшипник эксцентрика с возможностью скольжения, поддерживающий эксцентриковый вал, причем
по меньшей мере, один из подшипника главного вала и подшипника эксцентрика, представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя
металл подкладки, и
скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания,
при этом скользящий слой включает в себя
от 5 до 60% по весу частиц с графитом,
при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида,
частицы имеют
средний диаметр от 5 до 50 мкм,
степень графитизации 0,6 или более,
средний коэффициент формы Y_AVE от 1 до 4,
70% или более частиц в числовом отношении имеют коэффициент формы Y от 1 до 1,5,
при этом средний коэффициент формы Y_AVE определяется как
Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i
мелкие частицы с диаметром, меньшим или равным 0,5 от среднего диаметра, не рассматриваются при вычислении Y_AVE,
коэффициент формы Y определяется как
Y=PM²/4πA,
РМ обозначает длину периметра отдельной частицы,
А обозначает площадь сечения отдельной частицы,
i обозначает число измеренных частиц и
SUM обозначает суммирование формулы в скобках [] для i частиц.

2. Спиральный компрессор, содержащий:
вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;
подвижную спираль, вращающуюся вокруг эксцентрикового вала отдельно от вращающегося главного вала и соединенную с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращения главного вала;
неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу; и
подшипник, который с возможностью скольжения поддерживает вращающийся главный вал и эксцентриковый вал, причем подшипник установлен внутри корпуса, при этом:
по меньшей мере, один из подшипников представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя
металл подкладки, и
скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, причем скользящий слой включает в себя
от 5 до 60% по весу частиц с графитом,
при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют
средний диаметр от 5 до 50 мкм,
степень графитизации 0,6 или более, и
50% или более частиц в числовом отношении имеют отношение пропорций, больше или равное 0,5, причем отношение пропорций представляет собой отношение между меньшей осью и большей осью графита.

3. Спиральный компрессор, содержащий:
вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;
эксцентриковый вал, объединенный с вращающимся валом так, чтобы вращаться вокруг оси вала в положении с эксцентриситетом относительно оси вала для вращающегося вала;
подвижную спираль, прикрепленную к эксцентриковому валу;
неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу;
подшипник главного вала, с возможностью скольжения, поддерживающий вращающийся главный вал, и
подшипник эксцентрика, с возможностью скольжения, поддерживающий эксцентриковый вал,
причем, по меньшей мере, один из подшипника главного вала и подшипника эксцентрика представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя
металл подкладки, и
скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, причем скользящий слой включает в себя
от 5 до 60% по весу частиц с графитом,
при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют
средний диаметр от 5 до 50 мкм,
степень графитизации 0,6 или более,
средний коэффициент формы Y_AVE от 1 до 4,
70% или более частиц в числовом отношении имеют коэффициент формы Y от 1 до 1,5,
при этом средний коэффициент формы Y_AVE определяется как
Y_AVE=SUM[{PMi²/4πAi}]/i,
мелкие частицы с диаметром, меньшим или равным 0,5 от среднего диаметра, не рассматриваются при вычислении Y_AVE,
коэффициент формы Y определяется как
Y=PM²/4πA,
РМ обозначает длину периметра отдельной частицы,
А обозначает площадь сечения отдельной частицы,
i обозначает число измеренных частиц, и
SUM обозначает суммирование формулы в скобках [] для i частиц.

4. Спиральный компрессор, содержащий:
вращающийся главный вал, который установлен в корпусе и вращается вокруг оси корпуса;
подвижную спираль, вращающуюся вокруг эксцентрикового вала и объединенную с вращающимся главным валом для вращения вокруг оси в положении с эксцентриситетом относительно оси вращающегося главного вала;
неподвижную спираль, прикрепленную к корпусу; и
подшипник, который с возможностью скольжения поддерживает вращающийся главный вал и эксцентриковый вал и который установлен внутри корпуса,
причем, по меньшей мере, один из подшипников представляет собой подшипник скольжения, включающий в себя металл подкладки, и
скользящий слой, сформированный на металле подкладки посредством спекания, при этом скользящий слой включает в себя
от 5 до 60% по весу частиц с графитом,
при балансе, по меньшей мере, одного из полимера полиамидимида и полимера полиимида, частицы имеют
средний диаметр от 5 до 50 мкм,
степень графитизации 0,6 или более, и
50% или более частиц в числовом отношении имеют отношение пропорций частиц, больше или равное 0,5, причем отношение пропорций представляет собой отношение между меньшей осью и большей осью графита.

5. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором графит состоит из по существу сфероидизированного измельченного графита.

6. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, используемый для автомобильного воздушного кондиционера.

7. Спиральный компрессор по п. 6, приводимый в действие двигателем транспортного средства.

8. Спиральный компрессор по п. 6, приводимый в действие электрическим двигателем, установленным на транспортном средстве.

9. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором компрессор используется в бытовом и коммерческом оборудовании воздушного кондиционирования и приводится электрическим двигателем.

10. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором
скользящий слой или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита дополнительно включает в себя от 0,5 до 20% по весу модификатора трения, состоящего, по меньшей мере, из глины, муллита или талька с диаметром частиц менее 10 мкм, и
общее количество модификатора трения и графита находится в пределах от 5,5 до 80% по весу.

11. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором
скользящий слой включает в себя от 1 до 40% по весу твердой смазки, состоящей, по меньшей мере, из одного из - PTFE, MoS₂ или BN, и
общее количество твердой смазки, графита и модификатора трения находится в пределах от 6,5 до 80% по весу.

12. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором скользящий слой включает в себя 10% по объему или меньше, масла, состоящего, по меньшей мере, из одного из - силиконового масла, машинного масла, турбинного масла и минерального масла.

13. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором поверхность скользящего слоя или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита обрабатывается, по меньшей мере, посредством одного из - полировки, размалывания или измельчения.

14. Спиральный компрессор по любому из пп. 1-4, в котором
шероховатая поверхностная часть сформирована спеканием бронзового порошка на поверхности металла подкладки, и
скользящий слой или скользящая часть на основе полимера с добавкой графита дополнительно сформирована на поверхности шероховатой поверхностной части.