(57)【要約】【課題】台板の一方の主面に設けられる渦巻き体において、引け巣の発生を抑制することが可能な圧縮機の摺動部品およびこれを備えたスクロール圧縮機を得る。【解決手段】渦巻き体３２、４２にフィン３３、４３を設けることにより、鋳造後の渦巻き体３２、４２の伝熱性および放熱性が向上し、摺動部品の他の部分よりも早く凝固するようになる。これにより、渦巻き体３２、４２で発生する凝固収縮に伴う溶湯の不足が摺動部品の他の部分の溶湯から補われ、渦巻き体３２、４２における引け巣の発生を抑制することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の台板の一方の主面に、前記主面と垂直な側面を有する渦巻き体が設けられた圧縮機の摺動部品であって、その成形に用いられる鋳型から取り出された状態において、前記渦巻き体の前記側面を起点として前記台板の前記主面と平行な方向に突出した複数のフィンを有することを特徴とする圧縮機の摺動部品。
【請求項２】
前記フィンは、前記台板の前記主面と平行な断面形状が、矩形、または略半円形、または三角形であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機の摺動部品。
【請求項３】
前記フィンは、前記渦巻き体の中心から最外周までの一部または全部を連結するように設けられることを特徴とする請求項１記載の圧縮機の摺動部品。
【請求項４】
前記フィンは、機械加工により除去されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機の摺動部品。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮機の摺動部品を備え、一対の前記摺動部品により形成される圧縮室において冷媒を圧縮することを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の摺動部品およびこれを備えたスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール圧縮機等の圧縮機の摺動部品として、円盤状の台板の一方の主面に渦巻き体が設けられた固定スクロールおよび揺動スクロールが用いられている。固定スクロールおよび揺動スクロールは、互いの渦巻き体をはめ合わせることで、スクロール圧縮機の圧縮ユニットを構成する。
【０００３】
これらの摺動部品は、アスペクト比の高い渦巻き体を有する複雑な形状であり、機械加工量を減らすため鋳造やダイキャストによって成形した後、高精度の機械加工を施すことにより形成される。素材としては、鉄にＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ等を添加したものが用いられ、特に、鉄中に分散する黒鉛の形状が球状である球状黒鉛鋳鉄は、疲労強度が高く摩擦に強いことから摺動部品の素材として好適である。
【０００４】
一方、摺動部品は形状が複雑であること、球状黒鉛鋳鉄は他の鋳造素材と比較して引け巣（鋳巣）が発生しやすい性質を有していることから、鋳造された摺動部品の内部もしくは外面に引け巣が発生することがある。この引け巣の問題に対し、特許文献１では、半溶融成形法により成形される摺動部品において、部品中央付近を薄肉に形成するための凸部を有する成形型を用い、摺動部品の肉厚部に引け巣が発生することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６３１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の摺動部品においては、金属材料、特に球状黒鉛鋳鉄を鋳造により成形する際、部品内部もしくは外面に引け巣が発生することがあり、摺動部品の強度低下や圧縮室の密閉性悪化等の原因となっていた。上記特許文献１に提示された摺動部品では、台板中心部の引け巣の発生を抑制することはできるが、渦巻き体に発生する引け巣に対しては効果がない。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、台板の一方の主面に設けられる渦巻き体において引け巣の発生を抑制することが可能な圧縮機の摺動部品を得ることを目的とする。また、この摺動部品を備えた高信頼性および高寿命なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧縮機の摺動部品は、円盤状の台板の一方の主面に、前記主面と垂直な側面を有する渦巻き体が設けられた圧縮機の摺動部品であって、その成形に用いられる鋳型から取り出された状態において、渦巻き体の側面を起点として台板の主面と平行な方向に突出した複数のフィンを有するものである。
【０００９】
また、本発明に係るスクロール圧縮機は、前記フィンが機械加工により除去された圧縮機の摺動部品を備え、一対の摺動部品により形成される圧縮室において冷媒を圧縮するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、渦巻き体にフィンを設けることにより、鋳造後の渦巻き体の伝熱性および放熱性が向上し、摺動部品の他の部分よりも早く凝固するようになるため、渦巻き体で発生する凝固収縮に伴う溶湯の不足が摺動部品の他の部分の溶湯から補われ、渦巻き体における引け巣の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明による摺動部品を備えたスクロール圧縮機は、特に摺動量の多い渦巻き体における引け巣の発生を抑制することができるため、高寿命で信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機に組み込まれた固定スクロールを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機に組み込まれた揺動スクロールを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る固定スクロールの鋳放ち品を示す下面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る揺動スクロールの鋳放ち品を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るフィンの形状例を示す拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るフィンの形状例を示す拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るフィンの別の形状例を示す拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るフィンの別の形状例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の摺動部品について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る摺動部品が用いられるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示すスクロール圧縮機に組み込まれる固定スクロールを示す（ａ）断面図、（ｂ）下面図であり、図３は、図１に示すスクロール圧縮機に組み込まれる揺動スクロールを示す（ａ）断面図、（ｂ）上面図、（ｃ）下面図である。なお、図中、同一部分には、同一符号を付している。
【００１４】
図１に示すように、スクロール圧縮機１（以下、圧縮機１と略す）は、密閉型のシェル２内の上部に、摺動部品である固定スクロール３と揺動スクロール４が配置されている。また、シェル２内の中間部には、電動機構部を構成する固定子５と回転子６が配置されている。固定子５はシェル２の内周面に固定され、回転子６は主軸７に固定されている。
【００１５】
固定スクロール３、揺動スクロール４、およびフレーム８は、圧縮機１の圧縮ユニットを構成する。固定スクロール３は、図２に示すように、円盤状の台板３１と、台板３１の一方の主面に設けられた渦巻き体３２を有する。また、揺動スクロール４は、図３に示すように、円盤状の台板４１と、台板４１の一方の主面に設けられた渦巻き体４２を有し、台板４１の他方の主面には揺動軸受け４４が設けられている。圧縮機１内においては、図１に示すように、固定スクロール３は上側に、揺動スクロール４は下側に配置される。
【００１６】
固定スクロール３の渦巻き体３２と揺動スクロール４の渦巻き体４２は、ほぼ同形状をしており、それぞれの渦巻きの中心が偏心し、位相が１８０度ずれた位置となるように圧縮機１内で組み合わされている。固定スクロール３の渦巻き体３２と揺動スクロール４の渦巻き体４２の間には、相対的に容積が変化する圧縮室９が形成される。
【００１７】
固定スクロール３の台板３１は、上端が開放されたフレーム８の開放端にボルト等によって固定されている。また固定スクロール３の中央部には、圧縮され高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート１０が形成されている。
【００１８】
揺動スクロール４の下面の中心近傍に形成された揺動軸受４４には、スライダ１１が回転自在に挿入され、さらにこのスライダ１１に主軸７が挿入されている。揺動軸受４４の内周部とスライダ１１の外周部とが潤滑油を介して密着し、揺動軸受部を構成している。揺動スクロール４は揺動軸受部を介して主軸７に軸支され、さらに主軸７は、フレーム８に形成された主軸受１２を介してフレーム８に軸支されている。
【００１９】
フレーム８の外周は、シェル２の内周面に固着されている。またフレーム８の上面中央部には、オルダムリング１３を収容する空間が形成されている。揺動スクロール４は、自転運動を阻止するためのオルダムリング１３により、固定スクロール３に対して自転運動することなく公転旋回運動（揺動運動）を行う。この際、主軸７には揺動スクロール４の偏心した回転運動に伴う遠心力が作用する。
【００２０】
また、シェル２には、外部より冷媒ガスを導入するための吸入管１４と、冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管１５が取り付けられている。シェル２の下部には、主軸７を回転自在に軸支するサブフレーム１６が固定されている。サブフレーム１６の下部には、シェル２の底部に溜まった油を主軸７内の給油通路を通してスライダ１１まで吸い上げるオイルポンプ１７が設けられている。
【００２１】
圧縮機１の駆動部は、シェル２の内周側に固定された固定子５、主軸７に固定された回転子６、および回転軸である主軸７等で構成されている。電源端子（図示省略）に通電すると、固定子５と回転子６との間にトルクが発生し、主軸７が回転する。これにより、主軸７に装着されたスライダ１１に固定された揺動スクロール４が公転運動をはじめる。
【００２２】
吸入管１４から圧縮ユニットに入った冷媒ガスは、固定スクロール３および揺動スクロール４によって形成される圧縮室９に取り込まれて圧縮され高圧となる。圧縮室９で圧縮された冷媒ガスは、吐出ポート１０を通り吐出空間１８に排出され、その後、吐出管１５を介してシェル２外へ排出される。
【００２３】
次に、固定スクロール３および揺動スクロール４の製造方法について説明する。固定スクロール３および揺動スクロール４は、砂型鋳造法もしくは金型鋳造法により製造される。本実施の形態１では、材料として球状黒鉛鋳鉄を用い、銑鉄にリターン材、鉄系スクラップ、加炭剤、接種剤、球状化剤を適宜配合する。
【００２４】
成形後の固定スクロール３および揺動スクロール４の成分は、Ｃ：２．５ｗｔ％〜４．０ｗｔ％、Ｓｉ：１．０ｗｔ％〜４．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．４ｗｔ％以下、Ｐ：０．０８ｗｔ％以下、Ｓ：０．０２ｗｔ％以下であり、残部が素材由来の合金元素と混入不可避な不純物を含む鉄である。上記の重量割合は全量に対する割合である。これらの各元素の含有量は、引張強度が４００ＭＰａ以上であること、複雑な形状である固定スクロール３および揺動スクロール４を鋳造するのに適切な流動性を備えていることの両方を満足するように決定される。
【００２５】
銑鉄、リターン材、鉄系スクラップ、加炭剤を加熱炉に適宜投入し、１４５０℃〜１６００℃の範囲まで加熱して溶解させ、溶湯を作る。この際に発生するノロ、スラグは除滓剤を用いて適宜取り除く。続いて、溶湯を取鍋に移す際に、接種剤と球状化剤を添加し球状化反応を起こす。
【００２６】
その後、固定スクロール３または揺動スクロール４を鋳造するための鋳型（砂型もしくは金型）に、上記の溶湯を１３００℃〜１４５０℃の温度で注湯すると、鋳型の内部空間形状に応じた形状に溶湯が凝固し、固定スクロール３または揺動スクロール４が鋳造される。加熱炉内の加熱温度および注湯時の温度は、固定スクロール３および揺動スクロール４を鋳造するのに適切な流動性を有するように決定される。
【００２７】
鋳造された固定スクロール３および揺動スクロール４は、鋳型から取り出され冷却された後、さらに高精度の機械加工が施され、図２および図３に示す形状となる。この機械加工を施す前の、鋳型から取り出された鋳放ち状態の固定スクロール３および揺動スクロール４を、図４および図５に示す。
【００２８】
鋳放ち状態の固定スクロール３は、図４に示すように、渦巻き体３２に複数のフィン３３を有している。渦巻き体３２は、台板３１の主面と垂直な側面を有しており、フィン３３は、渦巻き体３２の側面を起点として台板３１の主面と平行な方向に突出している。
【００２９】
また、鋳放ち状態の揺動スクロール４は、図５に示すように、渦巻き体４２に複数のフィン４３を有している。渦巻き体４２は、台板４１の主面と垂直な側面を有しており、フィン４３は、渦巻き体４２の側面を起点として台板４１の主面と平行な方向に突出している。これらのフィン３３、４３は、渦巻き体３２、４２と同時に鋳造される。
【００３０】
このように、渦巻き体３２、４２にフィン３３、４３を設けることにより、鋳造後の渦巻き体３２、４２の伝熱性および放熱性が向上し、摺動部品の他の部分よりも早く凝固するようになる。これにより、渦巻き体３２、４２で発生する凝固収縮に伴う溶湯の不足が摺動部品の他の部分の溶湯から補われ、渦巻き体３２、４２における引け巣の発生を抑制することができる。
【００３１】
本実施の形態１におけるフィン３３、４３の形状例について、図６を用いて説明する。なお、図６では、固定スクロール３の渦巻き体３２に設けられたフィン３３を示しているが、揺動スクロール４の渦巻き体４２に設けられたフィン４３についても同様であるので、ここでは図示と説明を省略する。
【００３２】
フィン３３は、台板３１の主面と平行な断面形状が矩形である。フィン３３の高さは、渦巻き体３２の高さ以下となるように形成される。また、フィン３３の長さは、フィン３３の起点となる渦巻き体３２の内周側または外周側の渦巻き体３２と接しない長さとしている。
【００３３】
ただし、フィン３３の数や配置は特に限定されるものではなく、渦巻き体３２の伝熱性および放熱性が向上するものであれば良い。図６では、フィン３３の起点となる渦巻き体３２の内周側と外周側の同位置に配置しているが、片側のみに配置しても良いし、内周側と外周側で異なる位置に配置しても良い。また、フィン３３の間隔は規則的であっても不規則であっても良いし、渦巻き体３２の先端部分に配置しても良い。
【００３４】
フィン３３、４３は、固定スクロール３および揺動スクロール４が圧縮機１に組み込まれる前に、機械加工によって除去される。具体的には、エンドミル加工等の切削や軸付砥石による研削により除去される。フィン３３、４３を除去した後は、図２および図３に示す固定スクロール３および揺動スクロール４となる。
【００３５】
なお、フィン３３、４３を有していない従来の固定スクロールおよび揺動スクロールの製造工程においても、鋳造後、所望の形状にするために粗加工と仕上げ加工が必要である
。この粗加工時の機械加工の切り込み深さや加工速度等を変更してフィン３３、４３を除去するようにすれば、従来よりも工数を増やすことなく、本実施の形態１に係る摺動部品を製造することができる。
【００３６】
本実施の形態１によれば、圧縮機１の摺動部品である固定スクロール３および揺動スクロール４の渦巻き体３２、４２にフィン３３、４３を設けることにより、鋳造後の伝熱性および放熱性を向上させ、摺動部品の他の部分よりも早く渦巻き体３２、４２の凝固が完了するようにしたので、特に摺動量の多い渦巻き体３２、４２における引け巣の発生を抑制することができる。これにより、疲労強度が高く、高寿命な摺動部品を得ることができる。また、この摺動部品を用いた圧縮機１は、高寿命で信頼性の高いものとなる。
【００３７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る圧縮機１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、説明を省略する。本実施の形態２では、上記実施の形態１で説明したフィン３３、４３の形状の変形例について、図７〜図９を用いて説明する。なお、図７〜図９では、固定スクロール３の渦巻き体３２に設けられたフィン３３ａ、３３ｂ、３３ｃを示しているが、揺動スクロール４の渦巻き体４２についても同様であるので、ここでは図示と説明を省略する。
【００３８】
図７に示す例では、渦巻き体３２に、台板３１の主面と平行な断面形状が略半円形のフィン３３ａを設けている。フィン３３ａの高さは、渦巻き体３２の高さ以下とする。また、フィン３３ａの長さは、フィン３３ａの起点となる渦巻き体３２の内周側または外周側の渦巻き体３２と接しない長さとする。このような略半円形のフィン３３ａを採用することにより、フィン３３ａの根元の面積が増加し、フィン３３ａへの溶湯の流入が容易になる。
【００３９】
また、図８に示す例では、渦巻き体３２に、台板３１の主面と平行な断面形状が三角形のフィン３３ｂを連続的に設けている。フィン３３ｂの高さは、渦巻き体３２の高さ以下とする。また、フィン３３ｂの長さは、フィン３３ｂの起点となる渦巻き体３２の内周側または外周側の渦巻き体３２と接しない長さとする。このような三角形のフィン３３ｂを連続的に設けることにより、渦巻き体３２の間隔が狭くフィン３３ｂの長さを大きくとれない場合でも、フィン３３ｂの表面積が大きくなり、渦巻き体３２の放熱を促進することができる。
【００４０】
また、図９に示す例では、渦巻き体３２の中心から最外周までを連結するフィン３３ｃを設けている。フィン３３ｃの高さは、渦巻き体３２の高さ以下とする。なお、渦巻き体３２を連結するフィン３３ｃは、中心から最外周までを全部連結するように配置しても良いし、部分的に位置を変えて連結させ、最外周まで到達するように配置しても良い。このような渦巻き体３２を連結するフィン３３ｃは、渦巻き体３２の間隔が狭い場合にも設けることができる。また、渦巻き体３２の中心部にこもった熱を最外周まで排出することができ、最外周の渦巻き体３２の放熱もフィン３３ｃにより促進される。
【００４１】
なお、図７〜図９に示すフィン３３ａ、３３ｂ、３３ｃの数や配置は、特に限定されるものではない。例えば渦巻き体３２の内周側と外周側で異なる位置に配置しても良いし、片側のみに配置しても良い。また、フィン３３ａ、３３ｂ、３３ｃの間隔は規則的であっても不規則であっても良い。
【００４２】
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、フィンの形状を工夫することにより、様々な条件の渦巻き体３２、４２に対応することが可能となる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の
形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、スクロール圧縮機の摺動部品として利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  スクロール圧縮機、２  シェル、３  固定スクロール、４  揺動スクロール、
５  固定子、６  回転子、７  主軸、８  フレーム、９  圧縮室、１０  吐出ポート、
１１  スライダ、１２  主軸受、１３  オルダムリング、１４  吸入管、１５  吐出管、１６  サブフレーム、１７  オイルポンプ、１８  吐出空間、
３１、４１  台板、
３２、４２  渦巻き体、３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、４３  フィン、
４４  揺動軸受。
【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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