JP2018119517A - Refrigerant pump - Google Patents
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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
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,
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
次に、本実施形態の冷媒ポンプ10について説明する。
Next, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
(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
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
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
(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
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 |
(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
(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
(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
Claims (9)
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.
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:
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