(57)【要約】【課題】ローラとシリンダ間のクリアランスから流体が漏れるのを低減し性能のよいヘリカル式流体機械を提供する。【解決手段】本ヘリカル式流体機械はローラ２２のブレード溝２２ａには樹脂をバインダとして用い金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓが形成され、ブレード２４はフッ素樹脂を５０重量％以上含む部材で形成され、被膜ｓはブレード溝２２ａの一部分のみに形成されるかあるいは、一部の膜厚が他の部分の膜厚より薄く形成される。【選択図】  図４
2006258000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内に偏心配置され金属材料からなるローラと、このローラの外周面に形成された螺旋状のブレード溝に摺動可能に嵌められかつ複数の作動室を形成する螺旋状のブレードを備えたヘリカル式流体機械において、前記ローラのブレード溝には樹脂をバインダとして用い自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成され、前記ブレードはフッ素樹脂を５０重量％以上含む部材で形成され、前記被膜は前記ブレード溝の一部分のみに形成されるかあるいは、一部の膜厚が他の部分の膜厚より薄く形成されることを特徴とするヘリカル式流体機械。
【請求項２】
前記被膜が形成されない部分あるいは、前記被膜の膜厚が他の部分より薄く形成される部分は、前記ブレードの吐出側あるいは吸込側の１巻の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘリカル式流体機械。
【請求項３】
前記被膜が形成されない部分あるいは、前記被膜の膜厚が他の部分より薄く形成される部分は、ブレードの螺旋傾き最大部分近傍を除いた部分であることを特徴とする請求項１に記載のヘリカル式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘリカル式流体機械に係り、特にローラに設けられたブレード溝とブレードとの摺動部の改良を図ったヘリカル式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機あるいは真空ポンプ等のヘリカル式流体機械の摺動部に用いられる部材において、比較的高信頼性のものとしては、フッ素樹脂を含む樹脂と、金属または金属に硬質表面処理をしたもの、あるいは高硬度のセラミック等との組合せがある。
【０００３】
このように樹脂と金属（あるいは金属と同等以上の硬質表面）が直接摺動するような構成では、特に圧縮運転の初期段階において、局所的な高い接触面圧が発生し、金属が樹脂を削ることで樹脂側部材が局所的に大きく摩耗する場合があった。摺動部が摩耗すると部品ガタの増加につながり、機器の運転時の異常振動や異常音が発生する問題があった。また、摺動すると同時にシールする可動シール部の場合、一部でも摩耗すると流体の洩れにつながり、その機能を果たせなくなるため、この局所的摩耗は、このようなシールを構造として持つ流体機械の信頼性を低下させる問題点があった。
【０００４】
そこで本発明者らは、固定部材と可動部材間に設けられた摺動部が、樹脂材をバインダとして用い、金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成された一側部材と、フッ素樹脂を５０重量％以上含む他側部材との組み合わせからなり、長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械の提案を行っている（特許文献１）。
【０００５】
この特許文献１に記載の固体潤滑被膜をヘリカル式流体機械に適用する場合、固体潤滑被膜をローラ摺動部に形成するが、ブレード溝内近傍のみに形成しようとすると、固体潤滑被膜成分がローラ外周面に回り込み、外周面に盛り上がりを作る。この盛り上がりはこの部分とシリンダとの接触による異音発生、入力増加を引き起こすため、異音や入力増加を避け、ローラとシリンダ間のクリアランスを大きくとっていたが、この場合漏れによる性能低下を引き起こすおそれがあり、改良の余地がある。
【０００６】
従来のように固体潤滑被膜が形成されるとその部分が膜厚分寸法変化するが、図９及び図１０に示すように、この被膜ｓをローラ２２とブレード摺動部であるブレード溝２２ａ内の全体にわたって形成する場合、被膜形成をブレード溝２２ａ内だけに限定しローラ外周面にはみ出さないようにするのは、製造技術上困難である。被膜がローラ外摺面にはみ出した場合、外周面は、被膜部分のみが部分的に盛り上がってしまい、形状精度の悪い形状となる。このような状態では、ローラとシリンダ間のクリアランスを小さくしすぎると、盛り上がり部分の接触による異音発生、入力増加を引き起こし、逆に大きめに設定すると盛り上がっていない部分の隙間が大きくなりすぎ、漏れによる性能低下を引き起こし、高性能を実現するのが困難となる。
【０００７】
クリアランス部をシールするために油を使うことも考えられるが、多量のシール油の存在は入力増加につながるため、この場合でも、シール油使用量を極小に抑えるためにクリアランスは極小に保つ必要がある事情に変わりはない。
【０００８】
また、外周面盛り上がりを避けるために、図１１に示すように、ブレード溝以外に外周面全面に被膜を形成し全体を膜厚分寸法アップすることによって、ローラとシリンダ間のクリアランスを小さく保つ方法も考えられるが、この場合、成膜面積が非常に大きくなり、広大な外周面成腹部分全てにおいて膜厚ばらつきの管理が必要になり、製造性に問題がある。例えば、塗布によって被膜を形成する場合、大きな外周面に被膜を塗布する場合にはこの部分での液垂れによる盛り上がりを防止することは非常に困難である。
【０００９】
また、固体潤滑膜とブレードの摺動においては、ブレードと共に固体潤滑膜も摩滅し消費されていくことがわかった。この固体潤滑膜の消費量もブレードにかかる負荷が大きいほうが多い。さらに、固体潤滑膜が摩滅により全量消費されてしまうと、摺動材料組合せがブレードとローラ下地材料との組合せに変わり、摩耗進行が速くなる。
【特許文献１】特開２００４−１９０６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ローラとシリンダ間のクリアランスから流体が漏れるのを低減し性能のよいヘリカル式流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係るヘリカル式流体機械は、シリンダと、このシリンダ内に偏心配置され金属材料からなるローラと、このローラの外周面に形成された螺旋状のブレード溝に摺動可能に嵌められかつ複数の作動室を形成する螺旋状のブレードを備えたヘリカル式流体機械において、前記ローラのブレード溝には樹脂をバインダとして用い自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成され、前記ブレードはフッ素樹脂を５０重量％以上含む部材で形成され、前記被膜は前記ブレード溝の一部分のみに形成されるかあるいは、一部の膜厚が他の部分の膜厚より薄く形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るヘリカル式流体機械によれば、ローラとシリンダ間のクリアランスから流体が漏れるのを低減し性能のよいヘリカル式流体機械を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るヘリカル式流体機械の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るヘリカル式流体機械の一実施形態としての横型ヘリカル圧縮機の縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように、ヘリカル式圧縮機１は、ケーシングレスの圧縮機であり、ヘリカル機構部としてのヘリカル圧縮機構部２と、このヘリカル圧縮機構部２を駆動させる駆動部３と、この駆動部３とヘリカル圧縮機構部２間に設けられ駆動部３の動力をヘリカル圧縮機構部２に伝達するクランクシャフト４と、ヘリカル圧縮機構部２のローラ２２が自転するのを防止するための自転防止機構を構成するオルダムリング５を有している。
【００１６】
ヘリカル圧縮機構部２は、固定部材としてのシリンダ２１内に、旋回（公転）自在に偏心配置された可動部材としての環状のローラ２２と、このローラ２２とシリンダ２１間に軸方向に次第に容積が小さくなる圧縮室２３を区画する不等ピッチのブレード２４とを有している。ローラ２２の外周面には、所定寸法のブレード溝２２ａが図１中左端の吸込口２１ａ側端から右端の吐出口２１ｂ端に向けてピッチが徐々に小さくなるように形成されており、このブレード溝２２ａ内には弾性を有する螺旋状のブレード２４が出没かつ摺動可能に嵌め込まれている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、ヘリカル式圧縮機１はローラ２２と、ヘリカルブレード２４とが組合わされて摺動部が形成されており、互いに摺動しつつシールする可動シール部を形成している。なお、図２は被膜ｓが施されたブレード溝２２ａとブレード２４の嵌合状態を示し、図３は非被膜部分ａにおけるブレード溝２２ａとブレード２４の嵌合状態を示す。
【００１８】
また、非被膜部分ａは、例えばブレード２４の端部近傍であってブレード２４の螺旋傾き最大部分近傍を除いた部分であるのが好ましい。
【００１９】
図４に示すように、ローラ２２は例えば中空円筒状のアルミニウム合金製ローラ基材からなり、ブレード溝２２ａには樹脂をバインダとして用い自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓが形成されている。
【００２０】
この被膜ｓはブレード溝２２ａの一部分のみに形成され、被膜が被覆されていない非被膜部分あるいは被膜ｓに比べて膜厚が薄い薄膜部分ａは、ブレード２４の吐出側の１巻の少なくとも一部を含むことがこのましい。これにより、ブレードにかかる負荷の大きいところには、膜厚にして、十分な固体潤滑膜を形成し、逆に負荷の軽いところでは、膜消費が遅いので、膜厚を薄くし、効率的にヘリカル式流体機械の長寿命化を図る。
【００２１】
また、上記のようにブレードの吐出側に形成することに加えてあるいは、図５に示すように、吸込側１巻にのみ非被膜部分あるいは被膜ａに比べて膜厚が薄い薄膜部分を形成するようにしてもよい。これにより、吐出側に設けた場合と同様の効果が得られる。
【００２２】
また、吐出側１巻近傍は、ヘリカル螺旋設計では通常隣の溝との距離が近く、固体潤滑被膜をスプレー塗布で形成する場合に、外周回り込み部分を２度塗ることとなり、図６に示すように、特に外周面での盛り上がりが大きくなりやすい部分であるが、この部分を被膜形成しないあるいは、膜厚を薄くすることは、ローラ外周の盛り上がりをもっとも大きい部分で低減することとなりローラとシリンダ間のクリアランスを小さく保ち、寿命を確保しつつ高性能を図ることができる。
【００２３】
また、被膜が被覆されていない非被膜部分あるいは被膜ｓに比べて膜厚が薄い薄膜部分ａは、ブレード２４の螺旋傾き最大部分近傍を除いた部分すなわちブレード溝２２ａの吐出側あるいは吸込側に設けられる。
【００２４】
また、ローラの金属基材がアルミニウム合金であるので、機器の軽量化、基材の熱伝導率が高いことにより、摺動部で発生する摩擦熱の放熱をより有効に行え、摺動部の発熱による激しい摩耗をより有効に防止でき、信頼性を向上できる。金属基材は、硬度がＨＲＢ（ロックウェル硬さ）６０以上である。これにより、基材の強度が保たれ、異常振動や異常音の発生、あるいはシールの洩れ等を防止できる。
【００２５】
また、上記バインダとしての樹脂材は、エポキシ樹脂またはポリアミドイミド樹脂が好ましい。これにより、バインダ樹脂は、いずれの基材に対しても密着性に優れ剥離しにくく、耐熱性に優れ摩擦熱による劣化が少なく、さらには材料自身の機械強度に優れるので、バインダ樹脂自身が耐摩耗性をもつため、高信頼性の摺動部を実現できる。
【００２６】
さらに、上記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ボロン、酸化アンチモン、雲母の中から１種以上選択されるのが好ましい。これにより、その固体潤滑効果が、自身の結晶構造が層状であり、層間がすべることによって潤滑効果を示すと同時に、摺動相手を削るような攻撃性が非常に低く、高信頼性の摺動部を構成するのに好適である。
【００２７】
また、ブレード２４を形成する部材は、５０重量％以上のフッ素樹脂を含む外、繊維状強化材あるいはその他充填材を含むのが好ましい。これにより、ブレードの変形は防止され、耐漏れ性向上、熱伝導性が向上して、摺動部温度を低下させることができ、摩耗低減、さらに、潤滑性付与による耐磨耗性の向上を達成でき、結果としてさらに高信頼性、長寿命の摺動部を実現できる。
【００２８】
次に本実施形態のヘリカル式圧縮機の圧縮作用について説明する。
【００２９】
図１に示すようなヘリカル式圧縮機１の駆動部３を付勢して、クランクシャフト４を介してローラ２２を偏心回転（公転）させる。このローラ２２の偏心回転により、ローラ２２はシリンダ２１の内周面に内接しながら摺動し、公転される。上記ローラ２２の偏心回転によりシリンダ２１とローラ２２との間にブレード２４により形成される各圧縮室２３はシリンダ軸方向にヘリカル状に移動しながら容積が次第に小さくなるように体積変化する。各圧縮室２３は体積変化により吸込管２１ａを経て吸込まれた冷媒が順次圧縮されて高圧化され、吐出管２１ｂを経て吐出される。
【００３０】
このような圧縮行程において、ローラ２２は、シリンダ２１に対し、一定の偏心量をもって円運動する機構となっているため、高性能実現のためには、ローラ外周とシリンダ内面の、真円度、円筒度等の部品形状精度を良好に保ちローラ２２とシリンダ２１間のクリアランスを高精度に小さく保つことが重要になる。
【００３１】
本実施形態では非被膜部分あるいは薄膜部分ａでは、ローラの一部の外周盛り上がりが低減し、ローラ外周面の形状精度が向上するためローラとシリンダ間クリアランスを小さく保つことができる。これによってローラとシリンダ間のクリアランスから流体が漏れるのを低減し高性能を発揮する。
【００３２】
また、圧縮行程において、ブレード２４にかかる負荷には、ブレードで仕切る圧縮室２２ａの室間圧力差による負荷及び、ブレード２４がブレード溝２２ａに出没する際に溝内に当たることによる負荷等があるが、この負荷のうち、前者の負荷を考えると、ブレード吐出側１巻が仕切るのは、吐出圧力の空間とその前の圧縮室の圧力であり、ヘリカルの圧縮原理から、どのような螺旋設計をしても、この吐出側１巻の少なくとも１部は、前者の負荷が他の部分より軽い部分となる（図７参照）。
【００３３】
従って、このようにブレードが摩耗しやすい高負荷のところの膜厚を確保したまま、軽負荷の部分を被膜形成しない、あるいは他より膜厚を薄くすることにより、被膜形成部分の最小化を図り、従来の広範な成膜に伴う問題の発生を回避しつつ、潤滑性が必要な部分に確実に潤滑膜を形成し、製造性向上（膜厚管理容易化、工程スピードアップ）、原材料使用量を低減することによる原価低減を実現することができる。
【００３４】
さらに、圧縮行程において、上記後者の負荷すなわちブレード２４がブレード溝２２ａに出没する際に溝内に当たることによる負荷は、ブレード螺旋の傾きに依存する（図８参照）。これは、幾何学的な理由により、螺旋の傾きが大きいほど、ブレード２４の出入りの際にブレード２４がシリンダと摺動する距離が大きくなり、従って、ブレードのブレード溝との出没の際に、ブレードがシリンダとの摩擦に抗して動くためにローラに押し付けられて発生する負荷も、螺旋傾きが大きいほど大きくなるからである。この負荷がもっとも大きくなる部分、すなわちブレードの螺旋傾き最大部分近傍部分は規定の厚さの被膜を形成し、長寿命化を図る。
【００３５】
上記実施形態によれば、非被膜部分あるいは薄膜部分では、ローラの一部の外周盛り上がりが低減し、結果ローラ外周面の形状精度が向上するためローラとシリンダ間クリアランスを小さく保つことができる。これによってクリアランスから流体が漏れるのを低減し性能のよいヘリカル式流体機械が実現される。
【００３６】
なお、上記実施形態では横型ヘリカル圧縮機を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係るヘリカル式流体圧縮機は他の圧縮機、真空ポンプなどに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のヘリカル式流体機械の一実施形態に係る横型ヘリカル圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明のヘリカル式流体機械の一実施形態に係る横型ヘリカル圧縮機の摺動部の縦断面図。
【図３】本発明のヘリカル式流体機械の一実施形態に係る横型ヘリカル圧縮機の摺動部の縦断面図。
【図４】本発明のヘリカル式流体機械の一実施形態に係る横型ヘリカル圧縮機に用いられるローラの斜視図。
【図５】本発明のヘリカル式流体機械の一実施形態に係る横型ヘリカル圧縮機に用いられるローラの他の実施形態の斜視図。
【図６】一般的な横型ヘリカル式流体機械に用いられるブレード溝と被膜を示す概念図。
【図７】一般的なヘリカル式流体機械の螺旋回転角度と圧縮室間圧力差の関係を示す線図。
【図８】一般的なヘリカル式流体機械の螺旋回転角度と螺旋の軸方向変位を示す線図。
【図９】従来の横型ヘリカル圧縮機に用いられるローラの斜視図。
【図１０】従来の横型ヘリカル圧縮機に用いられるローラの斜視図。
【図１１】従来の横型ヘリカル圧縮機に用いられるローラの斜視図。
【符号の説明】
【００３８】
１…ヘリカル式圧縮機、２…ヘリカル圧縮機構部、３…駆動部、２１…シリンダ、２１ａ…吸込口、２１ｂ…吐出口、２２…ローラ、２２ａ…ブレード溝、２３…圧縮室、２４…ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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