(57)【要約】【課題】近年の冷凍空調機器の高効率化に伴い、スクロール圧縮機における固定スクロールと旋回スクロールの鏡板が摺動する面での摺動損失低減が課題となっていた。【解決手段】二酸化炭素を冷媒とし、かつ、固定スクロール１２を鉄系金属材料で、旋回スクロール１３をアルミニウム系金属材料で形成し、固定スクロール１２の旋回スクロール１３と摺動する面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ〜０．２μｍとし、これによって、過大な押し付け力が発生する固定スクロール１２と旋回スクロール１３との摺動面での摩擦係数を低減し、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができ、圧縮効率向上および高信頼性化を実現することができる。【選択図】図２
2006226210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合せて双方間に圧縮室を形成し、前記旋回スクロールを自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたときに前記圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行い、前記旋回スクロールとこれの鏡板背面側を略支持する軸受部材にリング状の溝部を設け、前記軸受部材と前記鏡板背面側の中央部に潤滑用オイルにより高圧を与える高圧部と、この高圧部とは前期溝部に装着された合口部を有するリング状の摺動仕切り環によって仕切られ、前記旋回スクロール鏡板背面の外周部に前記高圧部より低い所定の圧力を印加する背圧空間とを設けたスクロール圧縮機において、
二酸化炭素を冷媒とし、前記固定スクロールを鉄系金属材料で形成するとともに、前記旋回スクロールをアルミニウム系金属材料で形成し、前記旋回スクロールと摺動する前記固定スクロールの面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上０．２μｍ以下としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロールと摺動する固定スクロールの面を、少なくともラッピング処理又はバフ又はバレル研磨したことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合せて双方間に圧縮室を形成し、前記旋回スクロールを自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたときに前記圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行い、前記旋回スクロールとこれの鏡板背面側を略支持する軸受部材にリング状の溝部を設け、前記軸受部材と前記鏡板背面側の中央部に潤滑用オイルにより高圧を与える高圧部と、この高圧部とは前期溝部に装着された合口部を有するリング状の摺動仕切り環によって仕切られ、前記旋回スクロール鏡板背面の外周部に前記高圧部より低い所定の圧力を印加する背圧空間とを設けたスクロール圧縮機において、
二酸化炭素を冷媒とし、かつ、前記固定スクロールを鉄系金属材料で形成するとともに、前記旋回スクロールをアルミニウム系金属材料で形成し、前記旋回スクロールの前記固定スクロールと摺動する前記旋回スクロールの面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上０．２μｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
旋回スクロールにおいて、少なくとも固定スクロールと摺動する面にアルマイト皮膜処理、ＰＶＤ処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかの表面処理を施したことを特徴とする請求項３記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
旋回スクロールにおいて、表面処理後、固定スクロールと摺動する面を、少なくともラッピング処理又はバフ又はバレル研磨したことを特徴とする請求項４記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房、あるいは冷蔵庫等の冷却装置あるいは、あるいは乗り物用の冷凍空調、ヒートポンプ式の給湯装置に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスクロール圧縮機として、圧縮機構部の信頼性を向上するために、固定スクロールおよび旋回スクロールのどちらか一方もしくは、両方に硬質アルマイトを施し、その表面に複数の凹部を設けたものがる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の（Ａ）固定スクロールの平面図、（Ｂ）固定スクロールの断面図、（Ｃ）旋回スクロールの平面図、（Ｄ）旋回スクロールの断面図である。図５に示すように、固定スクロール１２および旋回スクロール１３の硬質アルマイトを施した両ラップ１２ｂ、１３ｂの先端面、および両鏡板１２ａ、１３ａの摺動面に、複数の凹部１０１を設け、凹部に油膜を確保することにより、摺動面の焼き付きを防ぎ、耐摩耗性および信頼性を向上するものである。
【特許文献１】特開２００１−３０４１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧力が通常のＨＦＣ冷媒の約３倍となるため、旋回スクロールの鏡板と固定スクロールの鏡板が摺動する面には過大な押し付け力が発生し、固定スクロールおよび旋回スクロールの摺動面に形成した凹部で油膜を確保することは困難である。そのため、摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。また、大容量で多冷媒となるシステムでは液冷媒の戻りが激しい過渡運転時に、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒により、旋回スクロールのスラスト面においてオイル切れや温度上昇が発生して焼付きに至る恐れがある。また、凹部を形成するためには、アルマイト処理を行い、さらに、マスキングを行うことにより、工程数増加およびコスト増加を伴う。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールの鏡板と固定スクロールの鏡板の摺動面における摺動損失を低減し、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、二酸化炭素を冷媒とし、旋回スクロールと摺動する固定スクロールの面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上０．２μｍ以下としたものである。
【０００７】
以上の構成により、過大な押し付け力が発生する固定スクロールと旋回スクロールの摺動面での摩擦係数を低減し、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスクロール圧縮機は、高差圧運転下で、摺動損失低減により、圧縮効率を向上でき、冷凍空調機器の高効率化および高信頼性化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、固定スクロール部品を鉄系金属材料で、旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、固定スクロールの旋回スクロールと摺動する面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上０．２μｍ以下としたものである。これによって、過大な押し付け力が発生する固定スクロールと旋回スクロールの摺動面での摩擦係数を低減し、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。
【００１０】
第２の発明は、特に第１の発明で、固定スクロールの旋回スクロールと摺動する面を、少なくともラッピング処理又はバフ又はバレル研磨したものである。これによって、固定スクロールの旋回スクロールと摺動する面を比較的安価なコストで、確実に、平均表面粗さ０．０１〜０．２μｍにすることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に第１〜２の発明で、二酸化炭素を冷媒とし、固定スクロール部品を鉄系金属材料で形成するとともに、旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、固定スクロールと摺動する旋回スクロールの面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上０．２μｍ以下としたものである。これによって、第１〜２の発明よりさらに、過大な押し付け力が発生する固定スクロールと旋回スクロールの摺動面での摩擦係数を低減し、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に第３の発明で、旋回スクロールにおいて、少なくとも固定スクロールと摺動する面にアルマイト皮膜処理、ＰＶＤ処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかの表面処理を施したものである。これによって、大容量で多冷媒となるシステムにおける液冷媒の戻りが激しい過渡運転時に、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒により旋回スクロールと固定スクロールの摺動面において潤滑油切れや温度上昇が発生し、アルミニウム表面が起点となり焼付きに至る恐れが大きい条件でも焼き付くことなく運転できる。
【００１３】
第５の発明は、特に第４の発明で、旋回スクロールにおいて、表面処理後、固定スクロールと摺動する面を、少なくともラッピング処理又はバフ又はバレル研磨したものである。これによって、固定スクロールと摺動する旋回スクロールの面を比較的安価なコストで、確実に、平均表面粗さ０．０１μｍ以上０．２μｍ以下にすることができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図、図２は、圧縮機構部の断面図である。
【００１６】
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６
および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００１８】
ここで、固定スクロール１２は鉄系金属材料で形成し、旋回スクロール１３はアルミニウム系金属材料にて形成している。
【００１９】
旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている摺動仕切り環７８があり、旋回運動を行いながら摺動仕切り環７８により、摺動仕切り環７８の内側領域である高圧部と、外側領域である高圧と低圧の中間圧に設定された背圧空間２９とに仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。
【００２０】
さらに、固定スクロール１２には、旋回スクロール１３の背面の背圧空間２９の圧力を制御する背圧調整弁９を備えている。
【００２１】
クランク軸４の下向きの他端にはポンプ２５が設けられ、圧縮機運転中はスクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ２５は、密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げてクランク軸４内を縦貫しているオイル供給穴２６を通じて背圧空間２９に供給する。このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧とほぼ同等であり、旋回スクロール１３の外周に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は圧縮によっても固定スクロール１２から離れたり転覆したりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。
【００２２】
背圧空間２９に供給されたオイル６の一部は、前記供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。背圧空間２９に供給されたオイル６の別の一部は、通路５４を通って固定スクロール１２と旋回スクロール１３との噛み合せによる摺動部と、旋回スクロール１３の外周部まわりにあって自転規制機構１４が位置している環状空間８とに分岐して進入し、前記噛み合せによる摺動部および自転規制機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、環状空間８にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。
【００２３】
環状空間８に進入するオイル６は、絞り５７での絞り作用によって前記背圧と圧縮室１５の低圧側との圧力の中間となる中圧に設定される。環状空間８は背圧空間２９の高圧側との間が環状仕切り環７８によってシールされていて、進入してくるオイルが充満するにつれて圧力を増し、所定の圧力を超えると、背圧調整弁９が作用して、圧縮室１５の吸入室に戻され進入する。
【００２４】
このオイル６の進入は所定の周期で繰り返され、この繰り返しのタイミングは前記吸入、圧縮、吐出の繰り返しサイクル、絞り５７による減圧設定と背圧調整機構９での圧力設定との関係の組み合わせによって決まり、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との噛み合せによる摺動部への意図的な潤滑となる。この意図的な潤滑は連絡路１０の凹部１０５への開口によって常時保証される。こうして吸入口１７へも供給されたオイル６は旋回スクロール１３の旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室１５間の漏れ防止に役立っている。
【００２５】
図３は固定スクロールの平面図、図４は旋回スクロールのラップ側から見た平面図である。
【００２６】
固定スクロール１２においては、旋回スクロール１３との摺動面である図３の斜線で示した部分は、ラッピング処理やバフおよびバレル研磨等により、平均表面粗さ（Ｒａ）０．０１μｍ〜０．２μｍとすることが好適である。平均表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とすることにより、過大な押し付け力が発生する固定スクロール１２と旋回スクロール１３との摺動面での摩擦係数を低減し、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。また、平均表面粗さ（Ｒａ）を０．０１μｍ以上とすることにより、低負荷運転時で、油膜を保持することができ、摺動損失低減を実現できる。
【００２７】
また、旋回スクロール１３においては、図４の斜線で示した固定スクロール１２と摺動する面に少なくとも硬化層であるアルマイト皮膜処理、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかの表面処理を施すのが良い。
【００２８】
これによって、大容量で多冷媒となるシステムにおける液冷媒の戻りが激しい過渡運転時に、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒により、旋回スクロール１３と固定スクロール１２との摺動面において潤滑油切れや温度上昇が発生してアルミニウム表面が起点となり焼付きに至る恐れが大きい条件においても、焼き付くことなく運転でき、信頼性の高いスクロール圧縮機を実現できる。
【００２９】
また、旋回スクロール１３においても固定スクロール１２と同様に、固定スクロール１２との摺動面を、表面処理後、ラッピング処理やバフおよびバレル研磨等により、平均表面粗さ（Ｒａ）０．０１μｍ〜０．２μｍとしている。これによって、過大な押し付け力が発生する固定スクロール１２と旋回スクロール１３との摺動面での摩擦係数をさらに低減でき、摺動損失を低減するとともに、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。
【００３０】
以上の構成により、摺動損失低減により、高効率で、高信頼性のスクロール圧縮機を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、圧縮効率向上を実現することがき、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの平面図
【図４】本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールの平面図
【図５】従来のスクロール圧縮機の（Ａ）固定スクロールの平面図、（Ｂ）同断面図、（Ｃ）同旋回スクロールの平面図、（Ｄ）同断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  密閉容器
２  圧縮機構
６  オイル
１１  主軸受部材
１２  固定スクロール
１２ａ  鏡板
１２ｂ  ラップ
１２ｃ  溝
１３  旋回スクロール
１３ａ  鏡板
１３ｂ  ラップ
１４  自転規制機構
１５  圧縮室
２９  背圧空間
３１  高圧空間
５４  通路
５７  絞り
７８  摺動仕切り環
１０１  凹部
１０５  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006226210.tif 000006
【図５】
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