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JP2018119517A - Refrigerant pump - Google Patents

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JP2018119517A
JP2018119517A JP2017013150A JP2017013150A JP2018119517A JP 2018119517 A JP2018119517 A JP 2018119517A JP 2017013150 A JP2017013150 A JP 2017013150A JP 2017013150 A JP2017013150 A JP 2017013150A JP 2018119517 A JP2018119517 A JP 2018119517A
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refrigerant
pump
blade portion
thin film
pump chamber
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JP2017013150A
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Japanese (ja)
Inventor
岩波 重樹
Shigeki Iwanami
重樹 岩波
田中 康太
Yasuta Tanaka
康太 田中
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

【課題】信頼性の向上と製造上のコスト低減を両立することの可能な冷媒ポンプを提供する。【解決手段】冷媒ポンプ10は、シャフト12、軸受13、ケーシング11および羽根部14を備えている。シャフト12は軸受13により回転可能に支持されている。ケーシング11は、冷媒が流れるポンプ室15を有する。羽根部14は、ポンプ室15の内側に回転可能に設けられ、シャフト12と共に回転することによりポンプ室15に冷媒を吸入し、ポンプ室15から外部へ冷媒を圧送する。羽根部摺接面141またはポンプ室摺接面151の少なくとも一方には、DLC、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜24が設けられている。【選択図】図6A refrigerant pump capable of improving reliability and reducing manufacturing costs is provided. A refrigerant pump (10) includes a shaft (12), a bearing (13), a casing (11) and vanes (14). Shaft 12 is rotatably supported by bearing 13 . The casing 11 has a pump chamber 15 through which refrigerant flows. The vane portion 14 is rotatably provided inside the pump chamber 15 and rotates together with the shaft 12 to suck the refrigerant into the pump chamber 15 and pump the refrigerant from the pump chamber 15 to the outside. At least one of the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 is provided with a hard thin film coating 24 containing DLC, nitride, carbide or carbonitride. [Selection drawing] Fig. 6

Description

本発明は、液冷媒を圧送する冷媒ポンプに関するものであり、特に、冷凍サイクルに用いられる粘度の低い液冷媒の圧送に好適なものである。   The present invention relates to a refrigerant pump that pumps liquid refrigerant, and is particularly suitable for pumping low-viscosity liquid refrigerant used in a refrigeration cycle.

従来、冷凍サイクルに用いられる液冷媒を圧送する冷媒ポンプが知られている。一般に、冷凍サイクルには、粘度が低く、潤滑性の乏しい液冷媒が用いられる。そのため、冷凍サイクルに用いられる冷媒ポンプは、摺動箇所の摩耗が問題となる。   Conventionally, a refrigerant pump that pumps liquid refrigerant used in a refrigeration cycle is known. In general, a liquid refrigerant having a low viscosity and poor lubricity is used in the refrigeration cycle. For this reason, the coolant pump used in the refrigeration cycle has a problem of wear of sliding portions.

特許文献1に記載の冷媒ポンプは、モータのシャフトに係止されたインナーロータ、及び、そのインナーロータの径方向外側の外壁に噛み合うアウターロータなどを備えている。モータのシャフトは、軸受等に回転可能に支持され、インナーロータと共に回転する。この冷媒ポンプには、シャフトの外壁のうち軸受等に摺接する箇所、および、インナーロータとアウターロータとが摺接する箇所にダイアモンド皮膜が設けられている。これにより、この冷媒ポンプは、それらの摺動箇所の摩耗を低減させている。   The refrigerant pump described in Patent Document 1 includes an inner rotor that is locked to a motor shaft, an outer rotor that meshes with an outer wall on the radially outer side of the inner rotor, and the like. The motor shaft is rotatably supported by a bearing or the like and rotates together with the inner rotor. In this refrigerant pump, a diamond coating is provided on a portion of the outer wall of the shaft that is in sliding contact with a bearing or the like, and a portion in which the inner rotor and the outer rotor are in sliding contact. Thereby, this refrigerant | coolant pump reduces the abrasion of those sliding locations.

一方、特許文献2には、燃料を圧送するウエスコポンプが記載されている。このポンプは、モータのシャフトに係止された羽根部(インペラともいう)、及び、その羽根部を収容するポンプ室を有するケーシングなどを備えている。このポンプには、羽根部の回転軸方向の面に複数の溝が設けられている。これにより、この冷媒ポンプは、羽根部の回転軸方向の面とポンプ室の内壁とが密着するリンキング現象を回避している。   On the other hand, Patent Document 2 describes a Wesco pump that pumps fuel. This pump includes a blade portion (also referred to as an impeller) locked to a motor shaft, a casing having a pump chamber for housing the blade portion, and the like. This pump is provided with a plurality of grooves on the surface of the blade portion in the direction of the rotation axis. Thereby, this refrigerant pump avoids the linking phenomenon in which the surface of the blade portion in the rotation axis direction and the inner wall of the pump chamber are in close contact.

特開平2−264188号公報JP-A-2-264188 特開平6−280776公報JP-A-6-280776

しかしながら、上述した特許文献1では、インナーロータまたはアウターロータの回転軸方向の面とポンプ室の内壁とが密着するリンキング現象について言及されていない。また、特許文献1では、シャフト、インナーロータまたはアウターロータにダイアモンド皮膜を設ける際、その母材に対する硬度向上処理等についても言及されていない。   However, Patent Document 1 described above does not mention the linking phenomenon in which the surface in the rotation axis direction of the inner rotor or the outer rotor is in close contact with the inner wall of the pump chamber. Moreover, in patent document 1, when providing a diamond membrane | film | coat in a shaft, an inner rotor, or an outer rotor, the hardness improvement process with respect to the base material is not mentioned.

一方、特許文献2のウエスコポンプは、リンキング現象を回避するために羽根部の回転軸方向の面に複数の溝が設けられているので、羽根部の構成が複雑なものとなっている。   On the other hand, in the Wesco pump of Patent Document 2, a plurality of grooves are provided on the surface of the blade portion in the rotation axis direction in order to avoid the linking phenomenon, so that the configuration of the blade portion is complicated.

ここで、ウエスコポンプにリンキング現象が発生するメカニズムについて説明する。   Here, the mechanism by which the linking phenomenon occurs in the Wesco pump will be described.

まず、ウエスコポンプの構成について図1および図2を参照して説明する。ウエスコポンプは、ポンプ室15を有するケーシング11と、そのケーシング11内で軸受13に回転可能に支持されるシャフト12と、ポンプ室15内でシャフト12と共に回転する羽根部14を備えている。   First, the configuration of the Wesco pump will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The Wesco pump includes a casing 11 having a pump chamber 15, a shaft 12 that is rotatably supported by a bearing 13 in the casing 11, and a blade portion 14 that rotates together with the shaft 12 in the pump chamber 15.

ケーシング11は、第1ケーシング部材111と第2ケーシング部材112とにより構成されている。第1ケーシング部材111と第2ケーシング部材112との間に、冷媒が流れるポンプ室15が形成されている。また、ケーシング11には、シャフト12が挿入されるシャフト穴16が形成されている。シャフト12は、柱状に形成されており、シャフト穴16の内壁に設けられた2個の軸受13に回転可能に支持されている。   The casing 11 includes a first casing member 111 and a second casing member 112. A pump chamber 15 through which refrigerant flows is formed between the first casing member 111 and the second casing member 112. The casing 11 has a shaft hole 16 into which the shaft 12 is inserted. The shaft 12 is formed in a column shape and is rotatably supported by two bearings 13 provided on the inner wall of the shaft hole 16.

シャフト12は、羽根部14の中央に設けられた中央穴17に挿通されている。羽根部14の中央穴17の内壁に設けられた溝18と、シャフト12の外壁に設けられた溝181に対し、キー部材19などのトルク伝達手段が嵌合している。これにより、シャフト12と羽根部14とは互いに係止されている。羽根部14は、略円盤状に形成され、その外周には、液冷媒を昇圧するための複数の溝部20が設けられている。これにより、シャフト12共に羽根部14が回転すると、吸入口21からポンプ室15に媒体としての液冷媒が吸入され、ポンプ室15から吐出口22を介して外部へ液冷媒が圧送される。   The shaft 12 is inserted through a central hole 17 provided at the center of the blade portion 14. Torque transmitting means such as a key member 19 is fitted into the groove 18 provided in the inner wall of the central hole 17 of the blade portion 14 and the groove 181 provided in the outer wall of the shaft 12. Thereby, the shaft 12 and the blade | wing part 14 are mutually latched. The blade portion 14 is formed in a substantially disk shape, and a plurality of groove portions 20 for increasing the pressure of the liquid refrigerant are provided on the outer periphery thereof. As a result, when the blade portion 14 of the shaft 12 rotates, the liquid refrigerant as a medium is sucked into the pump chamber 15 from the suction port 21, and the liquid refrigerant is pumped from the pump chamber 15 to the outside through the discharge port 22.

なお、図1および図2では、シャフト12と羽根部14の回転方向を実線矢印IRで示している。また、図1では、液冷媒の流れを破線矢印L1、L2、L3で示している。   In FIGS. 1 and 2, the rotation direction of the shaft 12 and the blade portion 14 is indicated by a solid line arrow IR. Further, in FIG. 1, the flow of the liquid refrigerant is indicated by broken arrows L1, L2, and L3.

図3(a)〜(d)は、上述した構成のウエスコポンプに、リンキング現象が発生する状態を示したものである。   FIGS. 3A to 3D show a state in which a linking phenomenon occurs in the Wesco pump having the above-described configuration.

図3(a)は、羽根部14の回転軸方向の面とポンプ室15の内壁との間に一定の隙間が形成された状態で、羽根部14が回転している状態を示している。   FIG. 3A shows a state where the blade 14 is rotating in a state where a certain gap is formed between the surface of the blade 14 in the rotation axis direction and the inner wall of the pump chamber 15.

図3(b)は、ポンプ室15の内壁に対して羽根部14が傾いた状態となり、羽根部14の径方向外側の一部がポンプ室15の内壁に接近した状態を示している。なお、羽根部14の中央穴17の内壁とシャフト12の外壁との間には微小隙間があるので、ポンプ室15の内壁に対してシャフト12が垂直に回転している状態であっても、ポンプ室15の内壁に対して羽根部14が傾くことがある。この状態で羽根部14が回転を続けると、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の小さい側が減圧され圧力降下が生じる。一方、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の大きい側は絶対圧力である。そのため、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の小さい側と、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の大きい側との圧力差により、ポンプ室15の内壁に羽根部14を押し付けるスラスト荷重が発生する。なお、図3(b)及び(c)では、スラスト荷重を矢印TLで示している。   FIG. 3B shows a state in which the blade portion 14 is inclined with respect to the inner wall of the pump chamber 15 and a part of the radially outer side of the blade portion 14 approaches the inner wall of the pump chamber 15. In addition, since there is a minute gap between the inner wall of the central hole 17 of the blade portion 14 and the outer wall of the shaft 12, even if the shaft 12 is rotating vertically with respect to the inner wall of the pump chamber 15, The blade portion 14 may be inclined with respect to the inner wall of the pump chamber 15. When the blade portion 14 continues to rotate in this state, the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is small is depressurized and a pressure drop occurs. On the other hand, the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is large is absolute pressure. For this reason, the blade portion 14 is placed on the inner wall of the pump chamber 15 due to a pressure difference between the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is small and the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is large. Thrust load to be pressed is generated. In FIGS. 3B and 3C, the thrust load is indicated by an arrow TL.

さらに羽根部14が回転を続けると、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の小さい側で圧力降下の増大により負圧領域が拡大し、上述したスラスト荷重が大きくなる。そして、図3(c)に示すように、羽根部14の回転軸方向の面とポンプ室15の内壁とが密着するリンキング現象が生じる。リンキング現象が生じると、羽根部14の回転軸方向の面とポンプ室15の内壁との間に液冷媒が介在しなくなり、羽根部14とポンプ室15の内壁とが面圧の高い摺動状態となる。   Further, when the blade portion 14 continues to rotate, the negative pressure region expands due to an increase in pressure drop on the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is small, and the above-described thrust load increases. Then, as shown in FIG. 3C, a linking phenomenon occurs in which the surface in the rotation axis direction of the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15 are in close contact with each other. When the linking phenomenon occurs, no liquid refrigerant is interposed between the surface of the blade portion 14 in the rotation axis direction and the inner wall of the pump chamber 15, and the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15 are in a sliding state where the surface pressure is high. It becomes.

図3(d)に示すように、リンキング現象が生じた状態で羽根部14が回転を続けると、羽根部14とポンプ室15の内壁との間に摩耗で生じた異物Mが発生する。この異物Mが羽根部14とポンプ室15の内壁との間に挟み込まれ、羽根部14とポンプ室15の内壁との隙間がなくなると、羽根部14の回転が停止する所謂ポンプロックへ至るおそれがある。   As shown in FIG. 3D, when the blade portion 14 continues to rotate in a state where the linking phenomenon has occurred, foreign matter M generated by wear is generated between the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15. If the foreign matter M is sandwiched between the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15 and there is no gap between the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15, there is a risk of reaching a so-called pump lock in which the rotation of the blade portion 14 stops. There is.

或いは、リンキング現象が生じた状態で羽根部14が回転を続けると、羽根部14とポンプ室15の内壁とが摩擦熱により羽根部14とポンプ室15の内壁を形成する材料が溶融し、それらが凝着することで焼き付きが生じた場合にも、ポンプロックへ至るおそれがある。   Alternatively, if the blade portion 14 continues to rotate while the linking phenomenon occurs, the material forming the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15 is melted by frictional heat between the blade portion 14 and the inner wall of the pump chamber 15, Even when seizure occurs due to the adhesion of, the pump may be locked.

このように、リンキング現象が発生する際、ポンプ室15の内壁と羽根部14との隙間の小さい側が負圧になる。そのため、冷媒の絶対圧力が高いほど、リンキング現象によりポンプ室15の内壁に羽根部14を押し付けるスラスト荷重が大きくなる。そのことから、発明者は、閉ループサイクル中に絶対圧力が高い状態で冷媒が封入された冷凍サイクルに用いられる冷媒ポンプは、その運転が原理的に厳しくなると予測した。   As described above, when the linking phenomenon occurs, the side where the gap between the inner wall of the pump chamber 15 and the blade portion 14 is small becomes negative pressure. Therefore, the higher the absolute pressure of the refrigerant, the greater the thrust load that presses the blade portion 14 against the inner wall of the pump chamber 15 due to the linking phenomenon. Therefore, the inventor predicted that the operation of the refrigerant pump used in the refrigeration cycle in which the refrigerant was sealed in a state where the absolute pressure was high during the closed loop cycle would be severe in principle.

そこで、発明者は、実際に冷媒ポンプを用いて、冷媒の絶対圧力に対する冷媒ポンプの運転状態について実験を行った。図4は、その実験結果を示したものである。   Therefore, the inventor actually conducted an experiment on the operation state of the refrigerant pump with respect to the absolute pressure of the refrigerant, using the refrigerant pump. FIG. 4 shows the experimental results.

この実験に使用した冷媒ポンプは、図2に示した形状と同様の形状のもので、羽根部14およびケーシング11がいずれもSUS304のステンレス鋼で形成されたものである。また、冷媒ポンプは、ポンプ室15の内壁のうち羽根部14の回転軸方向の面に対向する面と羽根部14の回転軸方向の面とのクリアランス(以下、サイドクリアランスSCという)と、羽根部14の外径Diとの関係が異なる2種類の冷媒ポンプを使用した。なお、サイドクリアランスSCは、羽根部14の回転軸方向の一方の面とポンプ室の一方の内壁とのクリアランスSC1と、羽根部14の回転軸方向の他方の面とポンプ室の他方の内壁とのクリアランスSC2との和である(すなわち、SC=SC1+SC2)。ここで、羽根部14の外径Diに対するサイドクリアランスSCを、クリアランス比(SC/Di)という。第1の冷媒ポンプは、クリアランス比が、0.0008の関係を有するものである。第2の冷媒ポンプは、クリアランス比が、0.0015の関係を有するものである。   The refrigerant pump used in this experiment has the same shape as that shown in FIG. 2, and both the blade portion 14 and the casing 11 are made of SUS304 stainless steel. In addition, the refrigerant pump has a clearance (hereinafter referred to as a side clearance SC) between a surface of the inner wall of the pump chamber 15 that faces the surface in the rotational axis direction of the blade portion 14 and a surface in the rotational axis direction of the blade portion 14, and the blade Two types of refrigerant pumps having different relationships with the outer diameter Di of the portion 14 were used. The side clearance SC includes a clearance SC1 between one surface in the rotation axis direction of the blade portion 14 and one inner wall of the pump chamber, and the other surface in the rotation axis direction of the blade portion 14 and the other inner wall of the pump chamber. And the clearance SC2 (ie, SC = SC1 + SC2). Here, the side clearance SC with respect to the outer diameter Di of the blade portion 14 is referred to as a clearance ratio (SC / Di). The first refrigerant pump has a clearance ratio of 0.0008. The second refrigerant pump has a clearance ratio of 0.0015.

実験条件は、冷媒ポンプの回転数をいずれも4000rpmとし、冷媒ポンプの吸入圧力をそれぞれ0.6MPa、1.1MPa、2.1MPaの条件とした。吸入圧力が0.6MPaと1.1MPaの条件のものについては、冷媒にR134aを使用した。吸入圧力が2.1MPaの条件のものについては、冷媒にR410Aを使用した。ポンプが冷媒を圧送するときの冷媒の圧力差(吐出圧力−吸入圧力)は、いずれも0.1MPaとした。   The experimental conditions were that the rotation speed of the refrigerant pump was 4000 rpm, and the suction pressure of the refrigerant pump was 0.6 MPa, 1.1 MPa, and 2.1 MPa, respectively. For those with suction pressures of 0.6 MPa and 1.1 MPa, R134a was used as the refrigerant. For those with a suction pressure of 2.1 MPa, R410A was used as the refrigerant. The refrigerant pressure difference (discharge pressure-suction pressure) when the pump pumps the refrigerant was 0.1 MPa.

実験結果は、クリアランス比0.0008である第1の冷媒ポンプでは、冷媒にR134aを使用し、吸入圧力が0.6MPaと1.1MPaの場合に運転可能であった。しかし、この第1の冷媒ポンプは、冷媒にR410Aを使用し、吸入圧力が2.1MPaの場合に凝着が発生し、ポンプロックへ至った。   As a result of the experiment, the first refrigerant pump having a clearance ratio of 0.0008 was operable when R134a was used as the refrigerant and the suction pressures were 0.6 MPa and 1.1 MPa. However, this first refrigerant pump used R410A as the refrigerant, and adhesion occurred when the suction pressure was 2.1 MPa, leading to a pump lock.

クリアランス比0.015である第2の冷媒ポンプは、冷媒にR134aを使用し、吸入圧力が1.1MPaの場合に運転可能であった。また、第2の冷媒ポンプは、冷媒にR410Aを使用し、吸入圧力が2.1MPaの場合にも運転可能であった。   The second refrigerant pump having a clearance ratio of 0.015 was operable when R134a was used as the refrigerant and the suction pressure was 1.1 MPa. Further, the second refrigerant pump was operable even when R410A was used as the refrigerant and the suction pressure was 2.1 MPa.

上述の実験により、発明者は、絶対圧力が高い状態にある冷媒を圧送する冷媒ポンプは、リンキング現象によるスラスト荷重が大きくなり、ポンプロックへ至る可能性があるため、運転が厳しくなることを見出した。   From the above-mentioned experiment, the inventor has found that a refrigerant pump that pumps refrigerant in a state where the absolute pressure is high increases the thrust load due to the linking phenomenon and may lead to a pump lock, so that the operation becomes severe. It was.

本発明は上記点に鑑みて、信頼性の向上と製造上のコスト低減を両立することの可能な冷媒ポンプを提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a refrigerant pump capable of achieving both improvement in reliability and reduction in manufacturing cost.

上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、閉ループサイクル中に冷媒が封入された冷凍サイクルに用いられる冷媒ポンプであって、
柱状に形成されたシャフト(12)と、
シャフトを回転可能に支持する軸受(13)と、
冷媒が流れるポンプ室(15)を有するケーシング(11)と、
ポンプ室の内側に回転可能に設けられ、シャフトと共に回転することによりポンプ室に冷媒を吸入し、ポンプ室から外部へ冷媒を圧送する羽根部(14)と、を備えている。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a refrigerant pump used in a refrigeration cycle in which a refrigerant is enclosed during a closed loop cycle,
A shaft (12) formed in a columnar shape;
A bearing (13) for rotatably supporting the shaft;
A casing (11) having a pump chamber (15) through which refrigerant flows;
A vane portion (14) is provided inside the pump chamber so as to be rotatable, sucks refrigerant into the pump chamber by rotating together with the shaft, and pumps the refrigerant from the pump chamber to the outside.

この冷媒ポンプは、羽根部の回転軸方向の面(141)、および、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面(151)の少なくとも一方に、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜(24)が設けられている。   This refrigerant pump has diamond-like carbon, nitrided on at least one of the surface (141) of the blade portion in the rotation axis direction and the surface (151) of the inner wall of the pump chamber facing the surface of the blade portion in the rotation axis direction. A hard thin film (24) containing a material, carbide or carbonitride is provided.

これによれば、羽根部の回転軸方向の面(以下、羽根部摺接面という)、または、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面(以下、ポンプ室摺接面という)の摺動に対する耐久性が向上する。そのため、この冷媒ポンプは、絶対圧力が高い状態にある冷媒の圧送に用いられた場合、リンキング現象によりスラスト荷重が大きくなり、羽根部摺接面とポンプ室摺接面との間に冷媒が介在し難くなっても、その間に摩耗による異物が発生することが抑制される。また、羽根部とポンプ室の内壁を形成する材料同士が溶融し凝着することが抑制される。したがって、この冷媒ポンプは、絶対圧力が高い状態にある冷媒の圧送に用いられた場合でも、ポンプロックに至ることが防がれるので、信頼性を向上することができる。   According to this, the surface of the blade portion in the rotation axis direction (hereinafter referred to as the blade portion sliding contact surface) or the surface of the inner wall of the pump chamber facing the surface of the blade portion in the rotation axis direction (hereinafter referred to as pump chamber sliding). The durability against sliding of the contact surface is improved. For this reason, when this refrigerant pump is used for pumping refrigerant with a high absolute pressure, the thrust load increases due to the linking phenomenon, and the refrigerant is interposed between the sliding surface of the blade portion and the sliding surface of the pump chamber. Even if it becomes difficult to do so, it is possible to suppress the generation of foreign matter due to wear during that time. Moreover, it is suppressed that the material which forms the blade | wing part and the inner wall of a pump chamber fuse | melts and adheres. Therefore, even when this refrigerant pump is used for pumping the refrigerant having a high absolute pressure, it is possible to prevent the pump from being locked, so that the reliability can be improved.

また、この冷媒ポンプは、上述した特許文献2のポンプのように羽根部摺接面の構成が複雑なものにならず、羽根部の構成を簡素にすることが可能である。したがって、この冷媒ポンプは、製造上のコストを低減することができる。   Further, this refrigerant pump does not have a complicated configuration of the blade sliding surface as in the above-described pump of Patent Document 2, and can simplify the configuration of the blade. Therefore, this refrigerant pump can reduce the manufacturing cost.

なお、上記各構成の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said structure shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

ウエスコポンプの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a Wesco pump. 図1のII―II線の断面図である。It is sectional drawing of the II-II line | wire of FIG. ウエスコポンプにポンプロックが発生する状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state which a pump lock generate | occur | produces in a Wesco pump. 冷媒の絶対圧力に応じた冷媒ポンプの運転状態に関する実験結果を示した表である。It is the table | surface which showed the experimental result regarding the driving | running state of the refrigerant | coolant pump according to the absolute pressure of a refrigerant | coolant. 一実施形態の冷媒ポンプが用いられる沸騰冷凍サイクルの構成図である。It is a block diagram of the boiling refrigeration cycle in which the refrigerant pump of one embodiment is used. 一実施形態の冷媒ポンプの断面図である。It is sectional drawing of the refrigerant | coolant pump of one Embodiment. 羽根部の表面処理方法に応じた冷媒ポンプ運転後の状態に関する実験結果を示した表である。It is the table | surface which showed the experimental result regarding the state after the refrigerant | coolant pump driving | running | working according to the surface treatment method of a blade | wing part. 一実施形態の冷媒ポンプの運転状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the driving | running state of the refrigerant pump of one Embodiment. 図8のIX部分の断面図である。It is sectional drawing of the IX part of FIG. 比較例の冷媒ポンプにおいて、シャフトの硬質薄膜皮膜に亀裂破壊が生じた状態を説明する説明図である。In a refrigerant pump of a comparative example, it is an explanatory view explaining the state where crack fracture occurred in the hard thin film coat of the shaft. シャフトの表面処理方法に応じた冷媒ポンプ運転後の状態に関する実験結果を示した表である。It is the table | surface which showed the experimental result regarding the state after the refrigerant | coolant pump driving | operation according to the surface treatment method of a shaft. 羽根部に設けられる硬質薄膜皮膜の材料に応じた冷媒ポンプ運転後の状態に関する実験結果を示した表である。It is the table | surface which showed the experimental result regarding the state after a refrigerant | coolant pump driving | running | working according to the material of the hard thin film membrane | film | coat provided in a blade | wing part.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(一実施形態)
一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の冷媒ポンプは、閉ループサイクル中に冷媒が封入された冷凍サイクルに用いられる。
(One embodiment)
An embodiment will be described with reference to the drawings. The refrigerant pump of this embodiment is used for a refrigeration cycle in which a refrigerant is enclosed during a closed loop cycle.

図5に、本実施形態の冷媒ポンプ10を備える冷凍サイクルの一例として、サーモサイフォン式のサイクル1を示す。この種のサーモサイフォン式のサイクル1は、例えば大型コンピュータが設置された基地局の室内を冷却することなどに用いられる。   FIG. 5 shows a thermosiphon cycle 1 as an example of a refrigeration cycle including the refrigerant pump 10 of the present embodiment. This type of thermosiphon type cycle 1 is used for cooling the room of a base station in which a large computer is installed, for example.

サーモサイフォン式のサイクル1は、冷媒ポンプ10、蒸発器2、凝縮器3および液貯め部4などが配管5により環状に接続され、閉ループサイクルを構成している。この閉ループサイクルには、冷媒が絶対圧力が高い状態で封入されている。   The thermosiphon type cycle 1 includes a refrigerant pump 10, an evaporator 2, a condenser 3, a liquid storage unit 4, and the like that are connected in a ring shape by a pipe 5 to form a closed loop cycle. In this closed loop cycle, the refrigerant is sealed in a state where the absolute pressure is high.

冷媒ポンプ10は、閉ループサイクルのうち重力方向の最下部となる位置に設けられている。冷媒ポンプ10は、凝縮器3で凝縮して自重により配管5を流下した液冷媒を、蒸発器2に向けて圧送することに用いられる。   The refrigerant pump 10 is provided at a position that is the lowest part in the gravity direction in the closed-loop cycle. The refrigerant pump 10 is used to pressure-feed the liquid refrigerant condensed in the condenser 3 and flowing down the pipe 5 by its own weight toward the evaporator 2.

蒸発器2は、冷却対象空間である室内6に設けられている。蒸発器2は、室内6に設けられたコンピュータ設備などにより高温となった空気と冷媒とを熱交換させる室内熱交換器である。蒸発器2では、冷媒ポンプ10から供給された液冷媒が、室内6の空気から吸熱して蒸発する。室内6の空気は、その冷媒の蒸発潜熱により冷却される。   The evaporator 2 is provided in a room 6 that is a space to be cooled. The evaporator 2 is an indoor heat exchanger for exchanging heat between air and the refrigerant that have been heated by computer equipment or the like provided in the room 6. In the evaporator 2, the liquid refrigerant supplied from the refrigerant pump 10 absorbs heat from the air in the room 6 and evaporates. The air in the room 6 is cooled by the latent heat of vaporization of the refrigerant.

蒸発器2と凝縮器3とは、配管5を通じて接続されている。凝縮器3は、室外に設けられている。凝縮器3は、室外の低温の空気と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器である。凝縮器3では、蒸発器2から供給された気相冷媒が、室外の低温の空気に放熱して凝縮する。凝縮器3で凝縮した液冷媒は、自重により配管5を流下し、液貯め部4に流入する。なお、凝縮器3では、凝縮した液冷媒が配管5を液貯め部4に向けて流下することで、凝縮器3の内側の気相冷媒側の空間が負圧になる。そのため、凝縮器3の内側の気相冷媒側の空間に、蒸発器2から気相冷媒が供給される。   The evaporator 2 and the condenser 3 are connected through a pipe 5. The condenser 3 is provided outside the room. The condenser 3 is an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the outdoor low-temperature air and the refrigerant. In the condenser 3, the gas-phase refrigerant supplied from the evaporator 2 dissipates heat to the outdoor low-temperature air and condenses. The liquid refrigerant condensed in the condenser 3 flows down the pipe 5 by its own weight and flows into the liquid storage unit 4. Note that, in the condenser 3, the condensed liquid refrigerant flows down toward the liquid storage unit 4 through the pipe 5, so that the space on the gas phase refrigerant side inside the condenser 3 becomes negative pressure. Therefore, the vapor phase refrigerant is supplied from the evaporator 2 to the space on the vapor phase refrigerant side inside the condenser 3.

液貯め部4は、凝縮器3より重力方向下側に設けられている。液貯め部4では、気相冷媒と液冷媒とが分離される。冷媒ポンプ10は、液貯め部4より重力方向下側に設けられている。冷媒ポンプ10は、液貯め部4から供給される液冷媒を、蒸発器2に向けて圧送する。このように、サーモサイフォン式のサイクル1は、コンプレッサを用いることなく、基本的には冷媒の自然循環により冷却対象空間である室内6の空気を冷却することが可能である。冷媒ポンプ10は、このサーモサイフォン式のサイクル1の配管5が、設備の構造上、重力方向上下に曲がって取り回されている場合、閉ループサイクルに冷媒を循環させることが可能である。上述したように、サーモサイフォン式のサイクル1が構成する閉ループサイクルには、絶対圧力が高い状態で冷媒が封入されている。したがって、サーモサイフォン式のサイクル1では、その冷媒を圧送するため、信頼性の高い冷媒ポンプ10を用いることが望まれる。   The liquid reservoir 4 is provided below the condenser 3 in the direction of gravity. In the liquid reservoir 4, the gas-phase refrigerant and the liquid refrigerant are separated. The refrigerant pump 10 is provided below the liquid reservoir 4 in the direction of gravity. The refrigerant pump 10 pumps the liquid refrigerant supplied from the liquid reservoir 4 toward the evaporator 2. Thus, the thermosiphon type cycle 1 can cool the air in the room 6 that is the space to be cooled basically by natural circulation of the refrigerant without using a compressor. The refrigerant pump 10 can circulate the refrigerant in a closed-loop cycle when the pipe 5 of the thermosiphon type cycle 1 is bent in the gravity direction up and down due to the equipment structure. As described above, the closed loop cycle formed by the thermosiphon type cycle 1 is filled with refrigerant in a state where the absolute pressure is high. Therefore, in the thermosiphon type cycle 1, it is desirable to use the highly reliable refrigerant pump 10 in order to pump the refrigerant.

次に、本実施形態の冷媒ポンプ10について説明する。   Next, the refrigerant pump 10 of this embodiment will be described.

図6に示すように、本実施形態の冷媒ポンプ10は、ウエスコポンプであり、モータ部7、マグネットカップリング部8およびポンプ部9から構成されている。モータ部7は、ステータ71およびロータ72などを備えている。ロータ72の中心部には、モータシャフト73が固定されている。ステータ71またはロータ72の一方には、図示していないコイルが巻かれている。そのコイルに通電されると、回転磁界が発生し、ロータ72とモータシャフト73が軸周りに回転する。   As shown in FIG. 6, the refrigerant pump 10 of the present embodiment is a Wesco pump, and includes a motor unit 7, a magnet coupling unit 8, and a pump unit 9. The motor unit 7 includes a stator 71, a rotor 72, and the like. A motor shaft 73 is fixed to the central portion of the rotor 72. A coil (not shown) is wound around one of the stator 71 and the rotor 72. When the coil is energized, a rotating magnetic field is generated, and the rotor 72 and the motor shaft 73 rotate around the axis.

マグネットカップリング部8は、アウターマグネット81、インナーマグネット82、および有底筒状のキャン83などを備えている。アウターマグネット81は、モータ部7が備えるモータシャフト73の端部に固定されている。インナーマグネット82は、ポンプ部9が備えるシャフト12の端部に固定されている。キャン83は、アウターマグネット81とインナーマグネット82との間に設けられ、ポンプ部9に充満する高圧の冷媒がモータ部7に漏れることを防いでいる。このキャン83は、非磁性体から形成されている。そのため、モータシャフト73と共にアウターマグネット81が回転すると、磁力のつれ回りにより、インナーマグネット82が回転する。これにより、モータ部7からポンプ部9にトルクが伝達される。   The magnet coupling portion 8 includes an outer magnet 81, an inner magnet 82, a bottomed cylindrical can 83, and the like. The outer magnet 81 is fixed to the end of the motor shaft 73 provided in the motor unit 7. The inner magnet 82 is fixed to the end of the shaft 12 provided in the pump unit 9. The can 83 is provided between the outer magnet 81 and the inner magnet 82, and prevents high-pressure refrigerant filling the pump unit 9 from leaking to the motor unit 7. The can 83 is made of a nonmagnetic material. For this reason, when the outer magnet 81 rotates together with the motor shaft 73, the inner magnet 82 rotates due to the rotation of the magnetic force. As a result, torque is transmitted from the motor unit 7 to the pump unit 9.

ポンプ部9は、ケーシング11、シャフト12、軸受13および羽根部14などを備えている。なお、ポンプ部9の概略構成は、図1および図2で示したウエスコポンプと、実質的に同一である。図6では、ポンプ部9の構成に対し、図1および図2を参照して説明した構成と同一の符号を付している。本実施形態のポンプ部9も、羽根部14の回転軸方向の面(以下、羽根部摺接面141という)と、ポンプ室15の内壁のうち羽根部14の回転軸方向の面に対向する面(以下、ポンプ室摺接面151という)とが面接触する構成である。   The pump unit 9 includes a casing 11, a shaft 12, a bearing 13, a blade unit 14, and the like. The schematic configuration of the pump unit 9 is substantially the same as the Wesco pump shown in FIGS. 1 and 2. In FIG. 6, the same reference numerals as those described with reference to FIGS. 1 and 2 are attached to the configuration of the pump unit 9. The pump unit 9 of the present embodiment also faces the surface in the rotation axis direction of the blade portion 14 (hereinafter referred to as the blade portion sliding contact surface 141) and the surface in the rotation axis direction of the blade portion 14 on the inner wall of the pump chamber 15. A surface (hereinafter referred to as a pump chamber sliding contact surface 151) is in surface contact.

ここで、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151とのサイドクリアランスをSC(SC=SC1+SC2)とし、羽根部14の外径をDiとする。そして、羽根部14の外径Diに対するサイドクリアランスSCを、クリアランス比(SC/Di)ということとする。本実施形態では、クリアランス比が、0.0015以下に設定されている。このようにクリアランス比を小さく設定することで、ポンプ部9による冷媒の昇圧性能が向上する。したがって、ポンプ部9により圧送される冷媒の流量が増加し、また、その圧送される冷媒の圧力が上昇するなど、ポンプ性能を向上することができる。   Here, the side clearance between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 is SC (SC = SC1 + SC2), and the outer diameter of the blade portion 14 is Di. The side clearance SC with respect to the outer diameter Di of the blade portion 14 is referred to as a clearance ratio (SC / Di). In this embodiment, the clearance ratio is set to 0.0015 or less. By setting the clearance ratio to be small in this way, the pressure increase performance of the refrigerant by the pump unit 9 is improved. Therefore, the pump performance can be improved, for example, the flow rate of the refrigerant pumped by the pump unit 9 is increased, and the pressure of the pumped refrigerant is increased.

しかし、クリアランス比を小さく設定すると、図3(a)〜(d)を参照して説明したように、リンキング現象が生じやすくなる。リンキング現象が生じると、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間に液冷媒が存在しなくなり、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151とが面圧の高い摺動状態となる。このとき、冷媒の絶対圧力が高いほど、ポンプ室摺接面151に羽根部摺接面141を押し付けるスラスト荷重が大きくなる。その状態で羽根部14が回転を続け、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間に摩耗で生じた異物が発生し、その異物が羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間に挟み込まれると、ポンプロックへ至るおそれがある。また、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151を形成する材料が摩擦熱により溶融し、それらが凝着することで焼き付きが生じた場合にも、ポンプロックへ至るおそれがある。   However, if the clearance ratio is set small, a linking phenomenon is likely to occur as described with reference to FIGS. When the linking phenomenon occurs, liquid refrigerant does not exist between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151, and the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 slide with high surface pressure. It becomes a moving state. At this time, the higher the absolute pressure of the refrigerant, the greater the thrust load that presses the blade portion sliding contact surface 141 against the pump chamber sliding contact surface 151. In this state, the blade portion 14 continues to rotate, and foreign matter generated due to wear is generated between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151, and the foreign matter is generated between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface. If it is sandwiched between the contact surface 151, the pump may be locked. In addition, even when the material forming the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 is melted by frictional heat and sticks due to the adhesion thereof, the pump may be locked.

そこで、本実施形態では、羽根部摺接面141に硬質薄膜皮膜24を施している。この羽根部摺接面141に設けられた硬質薄膜皮膜24は、特許請求の範囲に記載の第1硬質薄膜皮膜の一例に相当するものである。図6では、羽根部14を構成する母材と硬質薄膜皮膜24との境界に説明のため模式的に破線241を付している。硬質薄膜皮膜24は、ダイアモンドライクカーボン(以下、DLCと記載する)、窒化物、炭化物または炭窒化物を含むものである。窒化物、炭化物または炭窒化物として、窒化クロム(以下、CrNと記載する)、窒化チタン(以下、TiNと記載する)または窒化チタンアルミ(以下、TiAlNと記載する)等が例示される。DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜24は、摺動に対する耐力が高いという特性を有している。本実施形態の冷媒ポンプ10は、羽根部摺接面141に硬質薄膜皮膜24を設けたことで、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間で異物が発生することが抑制され、また、ポンプ室摺接面151と羽根部摺接面141との焼き付きが抑制される。したがって、本実施形態の冷媒ポンプ10は、ポンプロックを回避することができる。   Therefore, in the present embodiment, the hard thin film 24 is applied to the blade portion sliding contact surface 141. The hard thin film 24 provided on the blade sliding surface 141 corresponds to an example of the first hard thin film described in the claims. In FIG. 6, a broken line 241 is schematically attached to the boundary between the base material constituting the blade portion 14 and the hard thin film 24 for the purpose of explanation. The hard thin film 24 includes diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC), nitride, carbide or carbonitride. Examples of the nitride, carbide, or carbonitride include chromium nitride (hereinafter referred to as CrN), titanium nitride (hereinafter referred to as TiN), and titanium nitride aluminum (hereinafter referred to as TiAlN). The hard thin film 24 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN, or the like has a characteristic of high resistance to sliding. In the refrigerant pump 10 of the present embodiment, the hard thin film 24 is provided on the blade portion sliding contact surface 141, thereby suppressing the generation of foreign matter between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151. In addition, seizure between the pump chamber sliding contact surface 151 and the blade sliding contact surface 141 is suppressed. Therefore, the refrigerant pump 10 of this embodiment can avoid pump lock.

硬質薄膜皮膜24の厚さは、例えば0より大きく5μm以下に設定されている。一般に羽根部14の寸法は数ミリ単位であり、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間のサイドクリアランスSCが数十マイクロメートル単位であることから、上記の設定により、硬質薄膜皮膜24の厚さを十分に薄いものにできる。これにより、母材に対し硬質薄膜皮膜24を形成する際に、仮にその硬質薄膜皮膜24に公差による凹凸が生じたとしても、その後に研磨処理などの調整加工をする必要がない。したがって、製造上のコストを低減することができる。   The thickness of the hard thin film 24 is set to be greater than 0 and 5 μm or less, for example. In general, the size of the blade portion 14 is several millimeters, and the side clearance SC between the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 is several tens of micrometers. The thickness of the thin film 24 can be made sufficiently thin. Thereby, when the hard thin film 24 is formed on the base material, even if unevenness due to tolerance occurs in the hard thin film 24, it is not necessary to perform an adjustment process such as a polishing process thereafter. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

ところで、DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜24は、摺動に対する耐力は高いものの、膜自体が非常に薄いので、膜強度が弱く、エッジ当たりなどした場合は膜に亀裂が入ったり、膜の剥離が発生するおそれがある。しかし、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151とは密着により潤滑不良となるものの、面当たりであるので、膜に亀裂が入ったり、膜の剥離が発生することが殆どない。そこで、本実施形態では、羽根部14を構成する金属の母材に熱処理などの硬度向上処理を行うことなく、所謂生材(素材そのまま)に硬質薄膜皮膜24を設けている。仮に、羽根部14を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理を行えば、熱処理のコストが増大し、さらに、熱処理で発生した歪みの除去のために研削などの後工程によるコストが増大する。それに対し、本実施形態では、羽根部14を構成する母材に対し熱処理などの硬度向上処理を行わないことで、製造上のコストの低減と信頼性の向上を両立することが可能である。   By the way, although the hard thin film 24 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN or the like has a high resistance to sliding, the film itself is very thin, so the film strength is weak and the film cracks when it hits the edge. Or peeling of the film may occur. However, although the sliding contact surface 141 of the blade part and the sliding contact surface 151 of the pump chamber are poorly lubricated due to close contact, since they are per surface, there is almost no possibility that the film will crack or peel off. Therefore, in the present embodiment, the hard thin film 24 is provided on a so-called raw material (as it is) without performing a hardness improvement process such as a heat treatment on the metal base material constituting the blade part 14. If the base material constituting the blade portion 14 is subjected to a hardness improvement process such as a heat treatment, the cost of the heat treatment increases, and further, the cost due to a subsequent process such as grinding increases in order to remove distortion generated by the heat treatment. . On the other hand, in this embodiment, it is possible to achieve both reduction in manufacturing cost and improvement in reliability by not performing hardness improvement processing such as heat treatment on the base material constituting the blade portion 14.

上述したように、羽根部14を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理を行うことなく硬質薄膜皮膜24を設けることに関し、その有効性を確認する実験を行った結果を図7に示す。   As described above, FIG. 7 shows the result of an experiment for confirming the effectiveness of providing the hard thin film 24 on the base material constituting the blade part 14 without performing a hardness improvement process such as a heat treatment.

図7に示すように、冷媒ポンプ10の第1のサンプル仕様は、羽根部14を構成する母材にSUS304のステンレス鋼を使用し、熱処理を行うことなく、DLCを含む硬質薄膜皮膜24を施したものである。   As shown in FIG. 7, the first sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUS304 stainless steel as a base material constituting the blade portion 14 and applies a hard thin film 24 containing DLC without heat treatment. It is what.

冷媒ポンプ10の第2のサンプル仕様は、羽根部14を構成する母材にSUS304のステンレス鋼を使用し、熱処理を行うことなく、CrNを含む硬質薄膜皮膜24を施したものである。   The second sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUS304 stainless steel as a base material constituting the blade portion 14 and a hard thin film 24 containing CrN without heat treatment.

冷媒ポンプ10の第3のサンプル仕様は、羽根部14を構成する母材にSUJ2の高炭素クロム軸受鋼を使用し、QT処理による熱処理を行った上で、DLCを含む硬質薄膜皮膜24を施したものである。   The third sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUJ2 high-carbon chromium bearing steel as the base material constituting the blade portion 14 and performs a heat treatment by QT treatment, and then applies a hard thin film 24 containing DLC. It is what.

実験条件は、図4で示した実験結果においてポンプロックが生じた条件と同一とした。すなわち、その条件とは、冷媒にR410Aを使用し、冷媒ポンプ10のクリアランス比0.0008、回転数4000rpm、吸入圧力2.1MPa、吐出圧力2.2MPaとした。なお、ポンプ室15の内壁を構成するケーシング11は、SUS304のステンレス鋼を使用した。   The experimental conditions were the same as the conditions in which the pump lock occurred in the experimental results shown in FIG. That is, the conditions are as follows: R410A is used as the refrigerant, the refrigerant pump 10 has a clearance ratio of 0.0008, a rotational speed of 4000 rpm, a suction pressure of 2.1 MPa, and a discharge pressure of 2.2 MPa. The casing 11 constituting the inner wall of the pump chamber 15 was made of SUS304 stainless steel.

実験結果は、第1〜第3のサンプル仕様のいずれにおいても、図4で示した実験結果でポンプロックが生じた冷媒ポンプに対し大幅な改善が見られ、ポンプロックに至ることなく、良好な運転が可能であった。したがって、上記の通り、羽根部14を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理を行う必要はなく、母材を生材としたまま硬質薄膜皮膜24を設けることで、製造上のコストを低減し、且つ、信頼性を向上できることが実証された。   As for the experimental results, in any of the first to third sample specifications, the experimental results shown in FIG. 4 show a significant improvement over the refrigerant pump in which the pump lock is generated, and it is good without reaching the pump lock. Driving was possible. Therefore, as described above, it is not necessary to subject the base material constituting the blade part 14 to a hardness improvement process such as heat treatment, and the manufacturing cost can be reduced by providing the hard thin film 24 while using the base material as a raw material. In addition, it was proved that the reliability can be improved.

ところで、図8および図9に示すように、冷媒ポンプ10は、モータ部7からポンプ部9にトルクが伝達され、ポンプ部9のシャフト12と羽根部14とが回転するとき、2個の軸受13の中心線131に対してシャフト12が傾くことがある。そのため、本実施形態では、シャフト12の外壁に、DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜25が設けられている。硬質薄膜皮膜25は、シャフト12の外壁のうち、少なくとも軸受13と接触する部位に設けられていればよい。   By the way, as shown in FIGS. 8 and 9, the refrigerant pump 10 has two bearings when torque is transmitted from the motor unit 7 to the pump unit 9 and the shaft 12 and the blade unit 14 of the pump unit 9 rotate. The shaft 12 may be inclined with respect to the 13 center lines 131. Therefore, in the present embodiment, the hard thin film 25 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN, or the like is provided on the outer wall of the shaft 12. The hard thin film 25 should just be provided in the site | part which contacts the bearing 13 among the outer walls of the shaft 12. FIG.

なお、シャフト12の外壁に設けられた硬質薄膜皮膜25は、特許請求の範囲に記載の第2硬質薄膜皮膜の一例に相当するものである。   The hard thin film 25 provided on the outer wall of the shaft 12 corresponds to an example of a second hard thin film described in the claims.

図9では、シャフト12の外壁に設けられた硬質薄膜皮膜25と、軸受13とがエッジ当たりしている状態を示している。ポンプ部9のシャフト12と羽根部14とが回転するとき、2個の軸受13の中心線131に対してシャフト12が傾くと、シャフト12に設けられた硬質薄膜皮膜25と軸受13との摺動箇所は、エッジ当たりとなる。   FIG. 9 shows a state where the hard thin film 25 provided on the outer wall of the shaft 12 and the bearing 13 are in contact with the edge. When the shaft 12 and the blade portion 14 of the pump portion 9 are rotated, if the shaft 12 is tilted with respect to the center line 131 of the two bearings 13, the sliding between the hard thin film 25 provided on the shaft 12 and the bearing 13 will occur. The moving point is per edge.

これに対し、図10に示したものは、第1実施形態と比較するための比較例の冷媒ポンプが備えるシャフト12と軸受13の部分断面図である。この比較例の冷媒ポンプは、シャフト12を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理が行われることなく、その母材が生材のまま、硬質薄膜皮膜25が施されたものである。上述したように、DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜25は、摺動に対する耐力は高いものの、膜自体が非常に薄いので、膜強度が弱く、エッジ当たりなどした場合は膜に亀裂が入ったり、膜の剥離が発生するおそれがある。そのため、軸受13からシャフト12に印加される応力がシャフト12を構成する母材に到達すると、その母材が陥没し、それにより硬質薄膜皮膜25が破壊される(図10の符号Cで示す箇所を参照)。   On the other hand, what was shown in FIG. 10 is the fragmentary sectional view of the shaft 12 and the bearing 13 with which the refrigerant | coolant pump of the comparative example for comparing with 1st Embodiment is provided. In the refrigerant pump of this comparative example, the base material constituting the shaft 12 is not subjected to a hardness improving process such as heat treatment, and the base material remains a raw material, and the hard thin film 25 is applied. As described above, the hard thin film 25 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN or the like has a high resistance to sliding, but the film itself is very thin, so that the film strength is weak, and when it hits the edge, the film is applied to the film. There is a risk of cracking or peeling of the film. Therefore, when the stress applied to the shaft 12 from the bearing 13 reaches the base material constituting the shaft 12, the base material is depressed, and thereby the hard thin film 25 is broken (location indicated by reference numeral C in FIG. 10). See).

そこで、本実施形態では、図9に示したように、シャフト12を構成する金属の母材(例えば、SUJ2の高炭素クロム軸受鋼)に熱処理などの硬度向上処理を行った上で、硬質薄膜皮膜25を設けている。これにより、シャフト12の外壁のうち軸受13と接触する部位の耐摩耗性を確保すると共に、軸受13のエッジ当たりによる硬質薄膜皮膜25の亀裂破壊や剥離を回避することができる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the metal base material (for example, SUJ2 high-carbon chromium bearing steel) constituting the shaft 12 is subjected to hardness improvement processing such as heat treatment, and then the hard thin film is formed. A film 25 is provided. Thereby, while ensuring the abrasion resistance of the site | part which contacts the bearing 13 among the outer walls of the shaft 12, the crack destruction and peeling of the hard thin film 25 by the edge of the bearing 13 can be avoided.

なお、シャフト12のエッジ当たりによる陥没を防ぐために、軸受13を樹脂材などの軟質材とすることも考えられる。しかし、DLC等を含む硬質薄膜皮膜は自己摩耗が小さいものの、相手部材への攻撃性も強い。そのため、軸受13を樹脂材などの軟質材とすれば、軸受13の摩耗が大きくなる。したがって、本実施形態では、軸受13の材料として樹脂材などの軟質材を採用することなく、少なくとも金属、望ましくは焼き入れした金属を採用している。   In addition, in order to prevent the depression due to the edge of the shaft 12, the bearing 13 may be made of a soft material such as a resin material. However, although the hard thin film containing DLC or the like has a small self-wear, it has a strong attacking property against the mating member. Therefore, if the bearing 13 is made of a soft material such as a resin material, the wear of the bearing 13 increases. Therefore, in the present embodiment, at least a metal, desirably a hardened metal, is employed as the material of the bearing 13 without employing a soft material such as a resin material.

上述したように、シャフト12を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理を行った上で硬質薄膜皮膜25を設けることに関し、その有効性を確認する実験を行った結果を図11に示す。   As described above, FIG. 11 shows the result of an experiment for confirming the effectiveness of providing the hard thin film 25 on the base material constituting the shaft 12 after the hardness improvement treatment such as heat treatment is performed.

図11に示すように、冷媒ポンプ10の第4のサンプル仕様は、シャフト12を構成する母材にSUJ2の高炭素クロム軸受鋼を使用し、熱処理を行うことなく、DLCを含む硬質薄膜皮膜24を施したものである。   As shown in FIG. 11, the fourth sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUJ2 high carbon chrome bearing steel as a base material constituting the shaft 12, and does not perform heat treatment, and the hard thin film 24 containing DLC is used. Is given.

冷媒ポンプ10の第5のサンプル仕様は、シャフト12を構成する母材にSUJ2の高炭素クロム軸受鋼を使用し、QT処理による熱処理を行った上で、DLCを含む硬質薄膜皮膜24を施したものである。   The fifth sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUJ2 high-carbon chromium bearing steel as a base material constituting the shaft 12, heat-treated by QT treatment, and then applied a hard thin film 24 containing DLC. Is.

実験条件は、図7で示した実験条件と同一とした。すなわち、その条件とは、冷媒にR410Aを使用し、冷媒ポンプ10のクリアランス比0.0008、回転数4000rpm、吸入圧力2.1MPa、吐出圧力2.2MPaとした。なお、軸受13は、SUJ2の高炭素クロム軸受鋼にQT処理による熱処理を行ったものを使用した。また、この実験では、シャフト12と軸受13とが羽根部14のような密着状態にならないので、試験時間を100時間と長めに行った。   The experimental conditions were the same as the experimental conditions shown in FIG. That is, the conditions are as follows: R410A is used as the refrigerant, the refrigerant pump 10 has a clearance ratio of 0.0008, a rotational speed of 4000 rpm, a suction pressure of 2.1 MPa, and a discharge pressure of 2.2 MPa. In addition, the bearing 13 used what heat-processed by QT process to the high carbon chromium bearing steel of SUJ2. Moreover, in this experiment, since the shaft 12 and the bearing 13 do not come into close contact as in the blade portion 14, the test time was increased to 100 hours.

実験結果は、第4のサンプル仕様では、シャフト12の硬質薄膜皮膜25に凹状の剥離を伴う摩耗が見られた。一方、第5のサンプル仕様は、シャフト12の硬質薄膜皮膜25に異常が見られなかった。したがって、上記の通り、シャフト12を構成する母材に熱処理などの硬度向上処理を行った上で硬質薄膜皮膜25を設けることで、シャフト12の耐摩耗性を確保し、且つ、硬質薄膜皮膜25の亀裂破壊や剥離を回避できることが実証された。   As a result of the experiment, in the fourth sample specification, the hard thin film 25 of the shaft 12 was worn with concave peeling. On the other hand, in the fifth sample specification, no abnormality was found in the hard thin film 25 of the shaft 12. Accordingly, as described above, the base material constituting the shaft 12 is subjected to a hardness improvement process such as heat treatment and then provided with the hard thin film 25, thereby ensuring the wear resistance of the shaft 12 and the hard thin film 25. It was demonstrated that cracking and delamination can be avoided.

続いて、本実施形態で羽根部14に設けた硬質薄膜皮膜24を、一般的な表面処理皮膜用の材料に代えて実験を行った結果を図12に示す。   Next, FIG. 12 shows a result of an experiment conducted by replacing the hard thin film 24 provided on the blade portion 14 in this embodiment with a general material for a surface treatment film.

図12に示すように、冷媒ポンプ10の第6のサンプル仕様は、羽根部14を構成する母材にSUS304のステンレス鋼を使用し、熱処理を行うことなく、表面処理皮膜としてニッケルリン鍍金を施したものである。   As shown in FIG. 12, the sixth sample specification of the refrigerant pump 10 uses SUS304 stainless steel for the base material constituting the blade portion 14 and performs nickel phosphor plating as a surface treatment film without performing heat treatment. It is a thing.

冷媒ポンプ10の第7のサンプル仕様は、羽根部14を構成する母材にSUS304のステンレス鋼を使用し、熱処理を行うことなく、表面処理皮膜としてポリテトラフルオロエチレンコーティング(以下、PTFEコーティングという)を施したものである。   The seventh sample specification of the refrigerant pump 10 uses a stainless steel of SUS304 as a base material constituting the blade portion 14, and is subjected to polytetrafluoroethylene coating (hereinafter referred to as PTFE coating) as a surface treatment film without performing heat treatment. Is given.

実験条件は、図7で示した実験条件と同一とした。すなわち、その条件とは、冷媒にR410Aを使用し、冷媒ポンプ10のクリアランス比0.0008、回転数4000rpm、吸入圧力2.1MPa、吐出圧力2.2MPaとした。なお、ポンプ室15の内壁を構成するケーシング11は、SUS304のステンレス鋼を使用した。   The experimental conditions were the same as the experimental conditions shown in FIG. That is, the conditions are as follows: R410A is used as the refrigerant, the refrigerant pump 10 has a clearance ratio of 0.0008, a rotational speed of 4000 rpm, a suction pressure of 2.1 MPa, and a discharge pressure of 2.2 MPa. The casing 11 constituting the inner wall of the pump chamber 15 was made of SUS304 stainless steel.

実験結果は、第6のサンプル仕様では、凝着が発生し、ポンプロックへ至った。これは、ニッケルリン鍍金は羽根部14の素材と同様に金属ベースであり、融点が金属と同様であるので、溶融による凝着が発生したものと考えられる。   As a result of the experiment, in the sixth sample specification, adhesion occurred and the pump was locked. This is presumably because the nickel phosphor plating is a metal base similar to the material of the blade portion 14 and has the same melting point as that of the metal.

一方、第7のサンプル仕様では、ポンプロックには至らなかったものの、PTFEコーティングに剥離が発生し、良好とはいえないものであった。これは、PTFEコーティングは摩擦係数が小さいため、発熱が少なく、溶融凝着までは至っていないと考えられるが、膜自体の硬度や強度が低いため、高い面圧下で摩耗や剥離に至ったものと考えられる。   On the other hand, in the seventh sample specification, although the pump lock was not reached, peeling occurred in the PTFE coating, which was not good. This is because PTFE coating has a low coefficient of friction, so it generates little heat and does not reach melt adhesion, but because the film itself has low hardness and strength, it leads to wear and delamination under high surface pressure. Conceivable.

このような第6及び第7のサンプル仕様に対し、本実施形態の冷媒ポンプ10は、羽根部14に設けた硬質薄膜皮膜24がDLCまたはCrNなどを含むものである。   With respect to the sixth and seventh sample specifications, in the refrigerant pump 10 of this embodiment, the hard thin film 24 provided on the blade portion 14 includes DLC or CrN.

DLCは、カーボン系の硬質薄膜皮膜24であるので、摩擦係数が低く、且つ、膜自体の強度がPTFEコーティングなどに比べて高いため、凝着や剥離、摩耗に至り難いものと考えられる。一方、CrN、TiN、TiAlNは、セラミック系の硬質薄膜皮膜24であるので、融点が高いため、凝着に至り難いものと考えられる。   Since DLC is a carbon-based hard thin film 24, it has a low coefficient of friction, and the film itself has a higher strength than PTFE coating, so it is considered difficult to cause adhesion, peeling, and wear. On the other hand, CrN, TiN and TiAlN are ceramic-based hard thin film 24 and have a high melting point.

以上説明した本実施形態の冷媒ポンプ10は、次の作用効果を奏する。   The refrigerant pump 10 of this embodiment described above has the following effects.

(1)本実施形態では、羽根部摺接面141に、DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜24が設けられている。   (1) In the present embodiment, a hard thin film 24 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN, or the like is provided on the blade sliding surface 141.

これによれば、羽根部摺接面141の摺動に対する耐久性が向上する。そのため、この冷媒ポンプ10は、絶対圧力が高い状態にある冷媒の圧送に用いられる場合でも、ポンプロックに至ることが防がれるので、信頼性を向上することができる。   According to this, durability with respect to sliding of the blade | wing part sliding contact surface 141 improves. Therefore, even when this refrigerant pump 10 is used for pumping the refrigerant in a state where the absolute pressure is high, the refrigerant pump 10 is prevented from reaching the pump lock, so that the reliability can be improved.

また、この冷媒ポンプ10は、上述した特許文献2のポンプのように羽根部摺接面の構成が複雑なものにならず、その構成を簡素にすることが可能である。したがって、この冷媒ポンプ10は、製造上のコストを低減することができる。   Further, the refrigerant pump 10 does not have a complicated configuration of the blade sliding surface as in the above-described pump of Patent Document 2, and the configuration can be simplified. Therefore, this refrigerant pump 10 can reduce the manufacturing cost.

(2)本実施形態では、羽根部摺接面141には、母材に硬度向上処理がされることなく、硬質薄膜皮膜24が設けられている。   (2) In this embodiment, the hard thin film 24 is provided on the blade sliding surface 141 without the base material being subjected to the hardness improvement process.

これによれば、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151とは密着により潤滑不良となるものの、面当たりであるので、膜に亀裂が入ることや膜の剥離が発生することが殆どない。したがって、母材に対し熱処理などの硬度向上処理を行わないことで、製造上のコストの低減と信頼性の向上を両立することができる。   According to this, although the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 are poorly lubricated due to close contact, since they are in contact with each other, the film is often cracked or peeled off. Absent. Therefore, it is possible to achieve both reduction in manufacturing cost and improvement in reliability by not performing hardness improvement processing such as heat treatment on the base material.

(3)本実施形態では、冷媒ポンプ10は、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151とが面接触する構成を備えたウエスコポンプである。   (3) In the present embodiment, the refrigerant pump 10 is a Wesco pump having a configuration in which the blade portion sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 are in surface contact.

これによれば、本実施形態の構成をウエスコポンプに適用すると、サイドクリアランスSCを微小隙間にすることが可能となり、圧送冷媒の流量増加および圧送冷媒の圧力上昇などのポンプ性能を向上することができる。また、本実施形態では、ウエスコポンプにおけるサイドクリアランスSCを微小隙間としたときでも、その微小隙間に摩耗による異物が発生することが抑制されるので、ポンプロックが防がれ、信頼性を向上することができる。   According to this, when the configuration of the present embodiment is applied to a Wesco pump, the side clearance SC can be made a minute gap, and the pump performance such as the increase in the flow rate of the pressure-feeding refrigerant and the increase in the pressure of the pressure-feeding refrigerant can be improved. it can. Further, in this embodiment, even when the side clearance SC in the Wesco pump is a minute gap, the occurrence of foreign matter due to wear in the minute gap is suppressed, so that the pump lock is prevented and the reliability is improved. be able to.

(4)本実施形態では、クリアランス比(SC/Di)が0.0015以下である。   (4) In this embodiment, the clearance ratio (SC / Di) is 0.0015 or less.

これによれば、クリアランス比を小さくすることで、圧送冷媒の流量増加および圧送冷媒の圧力上昇などのポンプ性能を向上することができる。また、本実施形態では、クリアランス比を小さくしたときでも、その微小隙間に摩耗による異物が発生することが抑制されるので、ポンプロックが防がれ、信頼性を向上することができる。   According to this, by reducing the clearance ratio, it is possible to improve pump performance such as an increase in the flow rate of the pressure-feeding refrigerant and an increase in the pressure of the pressure-feeding refrigerant. Further, in the present embodiment, even when the clearance ratio is reduced, the occurrence of foreign matter due to wear in the minute gap is suppressed, so that the pump lock can be prevented and the reliability can be improved.

(5)本実施形態では、シャフト12の外壁のうち軸受13と接触する部位に、硬度向上処理がされた上で、DLC、CrN、TiNまたはTiAlN等を含む硬質薄膜皮膜25が設けられている。   (5) In the present embodiment, a hard thin film 25 containing DLC, CrN, TiN, TiAlN or the like is provided on the portion of the outer wall of the shaft 12 that comes into contact with the bearing 13 after being subjected to hardness improvement processing. .

これによれば、シャフト12の外壁のうち軸受13と接触する部位の耐摩耗性を確保し、且つ、軸受13のエッジ当たりによる膜の亀裂破壊や剥離を回避することができる。   According to this, it is possible to ensure the wear resistance of the portion of the outer wall of the shaft 12 that comes into contact with the bearing 13, and to avoid cracking and peeling of the film due to the edge of the bearing 13.

(6)本実施形態では、羽根部摺接面141に設けられた硬質薄膜皮膜24の厚さは0より大きく5μm以下である。   (6) In the present embodiment, the thickness of the hard thin film 24 provided on the blade sliding surface 141 is greater than 0 and 5 μm or less.

これによれば、一般に羽根部14の寸法は数ミリ単位であり、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151との間のサイドクリアランスSCが数十マイクロメートル単位であるのに対し、硬質薄膜皮膜24の厚さを十分に薄いものとすることが可能である。そのため、母材に対し硬質薄膜皮膜24を形成する際に、仮にその硬質薄膜皮膜24に公差による凹凸が生じたとしても、その後に研磨処理などの調整加工をする必要がない。したがって、製造上のコストを低減することができる。   According to this, generally the dimension of the blade | wing part 14 is a several millimeter unit, whereas the side clearance SC between the blade | wing part sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151 is a several dozen micrometer unit, It is possible to make the thickness of the hard thin film 24 sufficiently thin. Therefore, when the hard thin film 24 is formed on the base material, even if unevenness due to tolerance occurs in the hard thin film 24, it is not necessary to perform an adjustment process such as a polishing process after that. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. Further, the above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.

(1)例えば、上記実施形態では、羽根部摺接面141に硬質薄膜皮膜24を設ける構成とした。これに対し、他の実施形態では、ポンプ室摺接面151に硬質薄膜皮膜24を設ける構成としてもよい。また、羽根部摺接面141とポンプ室摺接面151の両方に硬質薄膜皮膜24を設ける構成としてもよい。   (1) For example, in the said embodiment, it was set as the structure which provides the hard thin film 24 on the blade | wing part sliding contact surface 141. FIG. On the other hand, in another embodiment, the hard thin film 24 may be provided on the pump chamber sliding contact surface 151. Moreover, it is good also as a structure which provides the hard thin film 24 on both the blade | wing part sliding contact surface 141 and the pump chamber sliding contact surface 151. FIG.

(2)また、他の実施形態では、硬質薄膜皮膜24、25は、DLC、CrN、TiNおよびTiAlN等を複数種含むものとしてもよく、または、他の材料を含むものとしてもよい。   (2) In other embodiments, the hard thin film 24, 25 may include a plurality of types of DLC, CrN, TiN, TiAlN, or the like, or may include other materials.

(3)上記実施形態では、硬質薄膜皮膜として前記4種にて説明してきたが、本発明の硬質薄膜皮膜はこの4種に限定されるわけではなく、同様に高硬度となるPVD(physical vapor deposition)等の真空中で物質を蒸着させる所謂物理蒸着法にて生成される薄膜(TiCN、WC/C、AlCrN)等も含まれることは当然である。   (3) In the above-described embodiment, the four types of hard thin film have been described. However, the hard thin film of the present invention is not limited to these four types, and PVD (physical vapor) having high hardness similarly. Naturally, a thin film (TiCN, WC / C, AlCrN) or the like produced by a so-called physical vapor deposition method in which a substance is vapor-deposited in a vacuum such as a deposition) is also included.

(まとめ)
上記各実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、冷媒ポンプは、シャフト、軸受、ケーシングおよび羽根部を備える。シャフトは、柱状に形成されている。軸受は、シャフトを回転可能に支持する。ケーシングは、冷媒が流れるポンプ室を有する。羽根部は、ポンプ室の内側に回転可能に設けられ、シャフトと共に回転することによりポンプ室に冷媒を吸入し、ポンプ室から外部へ冷媒を圧送する。羽根部の回転軸方向の面、および、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面の少なくとも一方には、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜が設けられている。
(Summary)
According to the 1st viewpoint shown by one part or all part of said each embodiment, a refrigerant | coolant pump is provided with a shaft, a bearing, a casing, and a blade | wing part. The shaft is formed in a column shape. The bearing rotatably supports the shaft. The casing has a pump chamber through which the refrigerant flows. The blade portion is rotatably provided inside the pump chamber, and rotates together with the shaft to suck the refrigerant into the pump chamber and pump the refrigerant from the pump chamber to the outside. A hard surface containing diamond-like carbon, nitride, carbide, or carbonitride is provided on at least one of the surface in the rotation axis direction of the blade portion and the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface in the rotation axis direction of the blade portion. A thin film is provided.

第2の観点によれば、硬質薄膜皮膜は、ダイアモンドライクカーボン、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタンアルミ、炭窒化チタン、炭化タングステンまたはAlCrNの少なくとも1つを含むものである。   According to the second aspect, the hard thin film includes at least one of diamond like carbon, chromium nitride, titanium nitride, titanium nitride aluminum, titanium carbonitride, tungsten carbide, or AlCrN.

第3の観点によれば、羽根部の回転軸方向の面、および、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面の少なくとも一方には、母材に硬度向上処理がされることなく、硬質薄膜皮膜が設けられている。   According to the third aspect, at least one of the surface of the blade portion in the rotation axis direction and the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface of the blade portion in the rotation axis direction is subjected to hardness improvement treatment on the base material. Without being provided, a hard thin film is provided.

これによれば、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜は、摺動に対する耐力が高い。そのため、羽根部摺接面とポンプ室摺接面とは密着により潤滑不良となるものの、面当たりであるので、膜に亀裂が入ることや膜の剥離が発生することが殆どない。そこで、母材に対し熱処理などの硬度向上処理を行わないことで、熱処理のコストの増大を防ぎ、また、熱処理で発生した歪み除去のための研削などの後工程を廃止することが可能となる。したがって、製造上のコストの低減と信頼性の向上を両立することができる。   According to this, the hard thin film containing diamond-like carbon, nitride, carbide or carbonitride has high resistance to sliding. Therefore, although the sliding contact surface of the blade portion and the sliding contact surface of the pump chamber are poorly lubricated due to the close contact, since they are per surface, the film hardly cracks or peels off. Therefore, by not performing hardness improvement processing such as heat treatment on the base material, it is possible to prevent an increase in the cost of heat treatment and to eliminate post-processing such as grinding for removing distortion generated by the heat treatment. . Therefore, it is possible to achieve both reduction in manufacturing cost and improvement in reliability.

第4の観点によれば、冷媒ポンプは、羽根部の回転軸方向の面と、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面とが面接触する構成を備えたウエスコポンプである。   According to the fourth aspect, the refrigerant pump includes a configuration in which the surface of the blade portion in the rotation axis direction and the surface of the inner wall of the pump chamber facing the surface of the blade portion in the rotation axis direction are in surface contact. It is a pump.

これによれば、ウエスコポンプは、羽根部摺接面とポンプ室摺接面との間のサイドクリアランスを微小隙間にすることが可能となり、圧送冷媒の流量増加および圧送冷媒の圧力上昇などのポンプ性能を向上することができる。また、ウエスコポンプにおいて、羽根部摺接面とポンプ室摺接面との間のサイドクリアランスを微小隙間としたときでも、その微小隙間に摩耗による異物が発生することが抑制されるので、ポンプロックが防がれ、信頼性を向上することができる。   According to this, the Wesco pump can make the side clearance between the blade portion sliding contact surface and the pump chamber sliding contact surface a minute gap, and the pump for increasing the flow rate of the pressure-feeding refrigerant and increasing the pressure of the pressure-feeding refrigerant. The performance can be improved. In addition, in the Wesco pump, even when the side clearance between the blade sliding surface and the pump chamber sliding surface is a minute gap, the generation of foreign matter due to wear in the minute gap is suppressed. Can be prevented and reliability can be improved.

第5の観点によれば、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面と羽根部の回転軸方向の面とのクリアランスをSCとし、羽根部の外径をDiとすると、SC/Di≦0.0015 の関係を有する。   According to the fifth aspect, the clearance between the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface of the blade portion in the rotational axis direction and the surface of the blade portion in the rotational axis direction is SC, and the outer diameter of the blade portion is Di. Then, the relationship SC / Di ≦ 0.0015 is established.

これによれば、クリアランス比(SC/Di)を小さくすることで、圧送冷媒の流量増加および圧送冷媒の圧力上昇などのポンプ性能を向上することができる。また、クリアランス比を小さくしたときでも、その微小隙間に摩耗による異物が発生することが抑制されるので、ポンプロックが防がれ、信頼性を向上することができる。   According to this, by reducing the clearance ratio (SC / Di), it is possible to improve pump performance such as an increase in the flow rate of the pressure-feeding refrigerant and an increase in the pressure of the pressure-feeding refrigerant. Further, even when the clearance ratio is reduced, the generation of foreign matter due to wear in the minute gap is suppressed, so that the pump lock can be prevented and the reliability can be improved.

第6の観点によれば、羽根部の回転軸方向の面、および、ポンプ室の内壁のうち羽根部の回転軸方向の面に対向する面の少なくとも一方に設けられた硬質薄膜皮膜の厚さは0より大きく5μm以下である。   According to the sixth aspect, the thickness of the hard thin film provided on at least one of the surface in the rotation axis direction of the blade portion and the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface in the rotation axis direction of the blade portion. Is greater than 0 and less than or equal to 5 μm.

これによれば、一般に羽根部の寸法は数ミリ単位であり、羽根部摺接面とポンプ室摺接面との間のサイドクリアランスが数十マイクロメートル単位であるのに対し、硬質薄膜皮膜の厚さを十分に薄いものとすることが可能である。そのため、母材に対し硬質薄膜皮膜を形成する際に、仮にその硬質薄膜皮膜に公差による凹凸が生じたとしても、その後に研磨処理などの調整加工をする必要がない。したがって、製造上のコストを低減することができる。   According to this, the size of the blade portion is generally several millimeters, and the side clearance between the blade portion sliding contact surface and the pump chamber sliding contact surface is several tens of micrometers, whereas the hard thin film coating It is possible to make the thickness sufficiently thin. Therefore, when a hard thin film is formed on the base material, even if irregularities due to tolerance occur in the hard thin film, it is not necessary to perform an adjustment process such as a polishing process after that. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

第7の観点によれば、シャフトの外壁のうち軸受と接触する部位は、母材に硬度向上処理がされた上で、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む第2硬質薄膜皮膜が設けられている。   According to the seventh aspect, the portion of the outer wall of the shaft that comes into contact with the bearing is a second hard thin film containing diamond-like carbon, nitride, carbide, or carbonitride after the base material is subjected to a hardness improvement treatment. A film is provided.

これによれば、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜は、摺動に対する耐力は高いものの、膜自体が例えば数マイクロメートルと非常に薄いので、膜強度が弱く、エッジ当たりなどした場合は膜に亀裂が入ることや膜の剥離が発生するおそれがある。そこで、シャフトの外壁のうち軸受と接触する部位には、母材に対し熱処理などの硬度向上処理による強度アップを行った上で、硬質薄膜皮膜を設けている。これにより、シャフトの外壁のうち軸受と接触する部位の耐摩耗性を確保し、且つ、軸受のエッジ当たりによる膜の亀裂破壊や剥離を回避することができる。   According to this, although the hard thin film containing diamond-like carbon, nitride, carbide or carbonitride has high resistance to sliding, the film itself is very thin, for example, several micrometers, so the film strength is weak, In the case of per edge, there is a risk that the film may crack or the film may peel off. In view of this, a portion of the outer wall of the shaft that comes into contact with the bearing is provided with a hard thin film after the base material is increased in strength by a hardness improvement process such as heat treatment. Thereby, the abrasion resistance of the site | part which contacts a bearing among the outer walls of a shaft is ensured, and the crack destruction and peeling of the film | membrane by the edge contact of a bearing can be avoided.

第8の観点によれば、第2硬質薄膜皮膜は、ダイアモンドライクカーボン、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタンアルミ、炭窒化チタン、炭化タングステンまたはAlCrNの少なくとも1つを含むものである。   According to the eighth aspect, the second hard thin film includes at least one of diamond-like carbon, chromium nitride, titanium nitride, titanium nitride aluminum, titanium carbonitride, tungsten carbide, or AlCrN.

第9の観点によれば、シャフトの外壁のうち軸受と接触する部位に設けられた第2硬質薄膜皮膜の厚さは0より大きく5μm以下である。   According to the 9th viewpoint, the thickness of the 2nd hard thin film membrane | film | coat provided in the site | part which contacts a bearing among the outer walls of a shaft is larger than 0 and is 5 micrometers or less.

10 冷媒ポンプ
11 ケーシング
12 シャフト
13 軸受
14 羽根部
15 ポンプ室
24 硬質薄膜皮膜
10 Refrigerant pump 11 Casing 12 Shaft 13 Bearing 14 Blade portion 15 Pump chamber 24 Hard thin film

Claims (9)

閉ループサイクル中に冷媒が封入された冷凍サイクルに用いられる冷媒ポンプであって、
柱状に形成されたシャフト(12)と、
前記シャフトを回転可能に支持する軸受(13)と、
冷媒が流れるポンプ室(15)を有するケーシング(11)と、
前記ポンプ室の内側に回転可能に設けられ、前記シャフトと共に回転することにより前記ポンプ室に冷媒を吸入し、前記ポンプ室から外部へ冷媒を圧送する羽根部(14)と、を備え、
前記羽根部の回転軸方向の面(141)、および、前記ポンプ室の内壁のうち前記羽根部の回転軸方向の面に対向する面(151)の少なくとも一方には、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む硬質薄膜皮膜(24)が設けられている、冷媒ポンプ。
A refrigerant pump used in a refrigeration cycle in which a refrigerant is enclosed during a closed loop cycle,
A shaft (12) formed in a columnar shape;
A bearing (13) for rotatably supporting the shaft;
A casing (11) having a pump chamber (15) through which refrigerant flows;
A vane portion (14) provided rotatably inside the pump chamber, sucking refrigerant into the pump chamber by rotating together with the shaft, and pumping the refrigerant from the pump chamber to the outside; and
At least one of the surface (141) in the rotation axis direction of the blade portion and the surface (151) of the inner wall of the pump chamber facing the surface in the rotation axis direction of the blade portion is diamond-like carbon, nitride. A refrigerant pump provided with a hard thin film (24) containing carbide or carbonitride.
前記硬質薄膜皮膜は、ダイアモンドライクカーボン、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタンアルミ、炭窒化チタン、炭化タングステンまたはAlCrNの少なくとも1つを含むものである、請求項1に記載の冷媒ポンプ。   2. The refrigerant pump according to claim 1, wherein the hard thin film includes at least one of diamond-like carbon, chromium nitride, titanium nitride, titanium aluminum nitride, titanium carbonitride, tungsten carbide, or AlCrN. 前記羽根部の回転軸方向の面、および、前記ポンプ室の内壁のうち前記羽根部の回転軸方向の面に対向する面の少なくとも一方には、母材に硬度向上処理がされることなく、前記硬質薄膜皮膜が設けられている、請求項1または2に記載の冷媒ポンプ。   At least one of the surface in the rotation axis direction of the blade portion and the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface in the rotation axis direction of the blade portion without being subjected to hardness improvement processing on the base material, The refrigerant pump according to claim 1 or 2, wherein the hard thin film is provided. 前記冷媒ポンプは、前記羽根部の回転軸方向の面と、前記ポンプ室の内壁のうち前記羽根部の回転軸方向の面に対向する面とが面接触する構成を備えたウエスコポンプである、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷媒ポンプ。   The refrigerant pump is a Wesco pump having a configuration in which a surface in the rotation axis direction of the blade portion and a surface of the inner wall of the pump chamber facing the surface in the rotation axis direction of the blade portion are in surface contact. The refrigerant pump according to any one of claims 1 to 3. 前記ポンプ室の内壁のうち前記羽根部の回転軸方向の面に対向する面と前記羽根部の回転軸方向の面とのクリアランスをSCとし、前記羽根部の外径をDiとすると、
SC/Di≦0.0015 の関係を有する、請求項4に記載の冷媒ポンプ。
The clearance between the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface of the blade portion in the rotation axis direction and the surface of the blade portion in the rotation axis direction is SC, and the outer diameter of the blade portion is Di,
The refrigerant pump according to claim 4, having a relationship of SC / Di ≦ 0.0015.
前記羽根部の回転軸方向の面、および、前記ポンプ室の内壁のうち前記羽根部の回転軸方向の面に対向する面の少なくとも一方に設けられた前記硬質薄膜皮膜の厚さは0より大きく5μm以下である、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷媒ポンプ。   The thickness of the hard thin film provided on at least one of the surface in the rotation axis direction of the blade portion and the surface of the inner wall of the pump chamber that faces the surface in the rotation axis direction of the blade portion is greater than zero. The refrigerant pump according to claim 1, wherein the refrigerant pump is 5 μm or less. 前記硬質薄膜皮膜を第1硬質薄膜皮膜としたとき、
前記シャフトの外壁のうち前記軸受と接触する部位に、母材に硬度向上処理がされた上で、ダイアモンドライクカーボン、窒化物、炭化物または炭窒化物を含む第2硬質薄膜皮膜(25)が設けられている、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の冷媒ポンプ。
When the hard thin film is the first hard thin film,
A portion of the outer wall of the shaft that comes into contact with the bearing is provided with a second hard thin film (25) containing diamond-like carbon, nitride, carbide, or carbonitride after the base material is subjected to hardness improvement treatment. The refrigerant pump according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記第2硬質薄膜皮膜は、ダイアモンドライクカーボン、窒化クロム、窒化チタン、窒化チタンアルミ、炭窒化チタン、炭化タングステンまたはAlCrNの少なくとも1つを含むものである、請求項7に記載の冷媒ポンプ。   The refrigerant pump according to claim 7, wherein the second hard thin film includes at least one of diamond like carbon, chromium nitride, titanium nitride, titanium nitride aluminum, titanium carbonitride, tungsten carbide, or AlCrN. 前記シャフトの外壁のうち前記軸受と接触する部位に設けられた前記第2硬質薄膜皮膜の厚さは0より大きく5μm以下である、請求項7または8に記載の冷媒ポンプ。   9. The refrigerant pump according to claim 7, wherein a thickness of the second hard thin film provided on a portion of the outer wall of the shaft that is in contact with the bearing is greater than 0 and equal to or less than 5 μm.
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