(57)【要約】      （修正有）【課題】スライダ、プレートおよび主軸の摩耗速度が小さく、長寿命のスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】揺動スクロールと固定スクロールとが偏心し、冷媒を圧縮する圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、偏心軸部がスライダのスリット内に挿入されて揺動スクロールを固定スクロールに対して揺動させて冷媒を圧縮するスクロール圧縮機に於いて、主軸の偏心軸部とスライダとを同一または同等の表面硬度を有する材料で形成し、偏心軸部とスリットの内壁との間に偏心軸部及びスライダと同等、または偏心軸部及びスライダよりも低い表面硬度を有するプレートを設けた。プレートは、スリット内壁に固定する。各摺動部の面粗さや表面高度の調整は、熱処理、金属めっき、炭素含有薄膜により実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
前記電動機に連結され、偏心軸部を有する回転する主軸と、
前記主軸の前記偏心軸部が格納される穴を有し、前記主軸の回転により運動するスライダと、
前記スライダに固定され渦巻形状を有する揺動スクロールと、
前記揺動スクロールに対して１８０度ずれた位相の渦巻形状を有する固定スクロールとを有し、
前記揺動スクロールと前記固定スクロールとが偏心し、冷媒を圧縮する圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、
前記主軸と前記スライダが同一または同等の表面硬度を有する材料で形成され、
前記主軸の前記偏心軸部と前記穴の内壁との間に前記偏心軸部及び前記スライダと同等、または前記偏心軸部及び前記スライダよりも低い表面硬度を有するプレートを設けることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
プレートは、穴の内壁に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
プレートの穴の内壁に接触する面の面粗さ、及びプレートの偏心軸部に接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれが接触する相手の面の面粗さ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
主軸の偏心軸部およびスライダの表面硬度は、Ｈｖ６００以上７００以下であり、プレートの表面硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
主軸の偏心軸部およびスライダは、鉄系材料で構成され、熱処理が施されていることを特徴とする請求項４記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
主軸の偏心軸部は、鉄系材料で構成され、熱処理が施されており、スライダは、焼結材料で形成され、熱処理が施されていることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
プレートは、表面に電解めっきまたは無電解めっきを施した金属で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
プレートは、表面に炭素を含有する薄膜を形成した金属で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空調機および冷凍機等に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、特許文献１に開示されている密閉形スクロール圧縮機がある。このスクロール圧縮機は、圧縮機本体に対して固定された固定スクロールと、固定スクロールの中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロールと、電動機構部を構成する固定子及び回転子と、電動機により回転駆動される主軸と、揺動スクロールを公転運動させるために揺動スクロールを支承するスライダと、スライダが主軸に対して偏心するように主軸の上部に設置されたスライダ装着軸である偏心軸部と、偏心軸部に装着され、固定スクロールや揺動スクロール等からなる圧縮室および電動機構部を収容する密閉形のシェルと、外部よりスクロール圧縮機に冷媒ガスを導入するための吸入管と、スクロール圧縮機で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管と、揺動スクロール及び主軸を支承し、固定スクロールに対してボルト等で固定されたフレームなどで構成されている。
【０００３】
スライダには中央近傍に略長方形の穴であるスリットが形成され、偏心軸部の端部はこのスリットに嵌合されるように略長方形の横断面を有するように加工されている。このようにすることで、スライダが主軸の軸方向に直角な面上の一定方向にしか摺動できない構造となっている。
【０００４】
また、このスライダのスリットは、前述したように略長方形であるが、そのうちの偏心軸部と主に接触する一辺に溝部を作成し、そこにプレートを収納してプレートが偏心軸部の軸負荷面と接触するようにしている。
【０００５】
このようなスクロール圧縮機では、主軸の回転に対応して行われる揺動スクロールの公転運動時に発生する揺動スクロールとスライダとの遠心力、この遠心力と直角方向であり揺動スクロールに作用する圧縮負荷及びこの遠心力と反対方向であり揺動スクロールに作用する圧縮負荷の合力のスライド方向への分力によりスライダがスリットによって規制されるスライド方向、すなわち、揺動スクロールを固定スクロールに接触させる方向にスライドする動作時に、偏心軸部の軸負荷面と接触するのが、プレートであるため、摩擦力で焼結材からなるスライダが摩耗することを防ぐことができる。
【０００６】
また、このプレートは表面硬度がＨｖ４００以上のスウェーデン鋼、表面処理を施したステンレス鋼により形成されていた。
【０００７】
さらに、このプレートは表面面粗度を偏心軸部やスライダのスリットの内壁のそれよりも小さく形成することで、スライド中にプレートと偏心軸部との接触により偏心軸部に発生する摩耗を防止することができた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２９９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしかしながら、たとえば自然冷媒の１つである炭酸ガスを冷媒とするスクロール圧縮機では、吐出ガス圧力が１０ＭＰａを上回る高圧となるため、ＨＦＣ系冷媒で最も高圧となるＲ４１０Ａを冷媒とするスクロール圧縮機と比較すると、吐出ガス圧力が３倍以上となる。これに伴って、主軸とスライダ、及び主軸とスライダの間に収納されたプレートに作用する荷重も３倍以上に増大するため、摩耗を起こす場合があった。
【００１０】
また、炭酸ガスとは異なる自然冷媒としてたとえばプロパンなどの炭化水素系の冷媒やアンモニア冷媒などが挙げられる。自然冷媒が適用される以前の主流冷媒であったＨＣＦＣ系冷媒やＨＦＣ系冷媒は分子を構成する元素として、塩素やフッ素を有していたため、主軸とスライダの表面、及び主軸とスライダの間に収納されたプレートの表面に固体潤滑性に優れる塩化物やフッ化物の被膜を形成することによって摩耗を防止することができていたが、炭化水素系の冷媒やアンモニア冷媒などには構成元素として塩素やフッ素が含まれていないため、炭化水素系の冷媒やアンモニアなどはＨＣＦＣ系冷媒やＨＦＣ系冷媒よりも低い吐出ガス圧力であっても塩化物やフッ化物の固体潤滑膜が形成されないため、摩耗を起こす場合があった。
【００１１】
また、ＨＦＣ系冷媒を使用する機器であっても潤滑特性の厳しい低温用途で使用されるスクロール圧縮機では、圧縮機の吸入ガス圧力に対する吐出ガス圧力の比である圧縮比が大きくなるために、主軸とスライダ、及び主軸とスライダの間に収納されたプレートにおいて、摩耗を起こす場合があった。
【００１２】
従ってこの発明の目的は、圧縮比が大きく高圧であっても、あるいは摺動面に固体潤滑性に優れた被膜が形成されないような場合にも、スライダ、プレートおよび主軸の摩耗速度が小さく、長寿命のスクロール圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従ってこの発明は、主軸の偏心軸部とスライダが同一または同等の表面硬度を有する材料で形成され、スライダの穴に格納される偏心軸部と穴の内壁との間に偏心軸部及びスライダと同等、または偏心軸部及びスライダよりも低い表面硬度を有するプレートを設けることを特徴とするスクロール圧縮機である。
【００１４】
プレートは、穴の内壁に固定されていてもよい。
【００１５】
プレートの穴の内壁と接触する面の面粗さ、及びプレートの偏心軸部と接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する相手の面の面粗さ以下としてもよい。
【００１６】
偏心軸部およびスライダの表面硬度は、Ｈｖ６００以上７００以下であり、プレートの表面硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下であってもよい。
【００１７】
偏心軸部およびスライダは、鉄系材料で構成され、熱処理が施されていてもよい。
【００１８】
偏心軸部は、鉄系材料で構成され、熱処理が施されており、スライダは、焼結材料で形成され、熱処理が施されていてもよい。
【００１９】
プレートは、表面に電解めっきまたは無電解めっきを施した金属で構成されていてもよい。
【００２０】
プレートは、表面に炭素を含有する薄膜を形成した金属で構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
主軸の偏心軸部とスライダを同一材料、または表面硬度が同等の材料によって形成し、表面硬度が偏心軸部やスライダと同等、または偏心軸部やスライダよりも低硬度のプレートを設けるので、偏心軸部の回転により働く力の向きから、プレートがスライダ側と一体となって動くので、スライダの穴の内壁の摩耗速度を遅らせることができる。
【００２２】
また、プレートの穴の内壁と接触する面の面粗さ、及び、プレートの偏心軸部と接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する面の面粗さ以下とするので、スライダと偏心軸部が直接摺動している場合よりもスライダと偏心軸部の摩耗速度を遅らせることができる。
【００２３】
また、主軸の偏心軸部が炭素鋼やクロムモリブデン鋼等のような鉄系材料で形成され、熱処理等によって表面硬度をＨｖ６００から７００程度とし、スライダを主軸と同じ材料または焼結材等で形成し、熱処理などによって表面硬度を偏心軸部と同等のＨｖ６００から７００程度とすること、及び偏心軸部とスライダの間に金属材料の表面にクロムめっきやニッケル燐めっき等の無電解めっきを施し、必要に応じて熱処理を施すことによって表面硬度をＨｖ５００からＨｖ６００に確保したプレートまたは金属材料の表面に炭素を含有する薄膜をイオンプレーティングなどによって形成し、表面硬度をＨｖ５００からＨｖ６００に確保したプレートを挿入することによって、主軸とスライダの摩耗を遅らせることができ、かつプレートの摩耗量も抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
本発明のスクロール圧縮機１の断面図を図１に示す。スクロール圧縮機１は、圧縮機本体に対して固定された固定スクロール２と、固定スクロール２の中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロール３と、固定子４ａ及び回転子４ｂを持つ電動機４、電動機４により回転駆動される主軸６と、揺動スクロール３を公転運動させるために揺動スクロール３を支承するスライダ７と、スライダ７が主軸６に対して偏心するように主軸６の上部に設置されてスライダ７のスリット１３に摺動可能に嵌合したスライダ装着軸である偏心軸部８とを備えている。スクロール圧縮機１はまた、偏心軸部８に装着された固定スクロール２や揺動スクロール３等からなる圧縮室５および電動機４を収容する密閉形のシェル９と、外部よりスクロール圧縮機１に冷媒ガスを導入するための吸入管１０と、スクロール圧縮機１で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管１１と、揺動スクロール３及び主軸６を支承し、固定スクロール２に対してボルト等で固定されたフレーム１２とを備えている。
【００２５】
このように本発明のスクロール圧縮機１は、電動機４と、この電動機４に連結されて回転し、端部に偏心軸部８を有する主軸６と、主軸６の一部である偏心軸部８が格納される穴であるスリット１３を有し、主軸６の回転により運動するスライダ７と、スライダ７に固定されて渦巻形状を有する揺動スクロール３と、揺動スクロール３に対して１８０度ずれた位相の渦巻形状を有する固定スクロール２とを備え、揺動スクロール３と固定スクロール２とが偏心していて、間に冷媒を圧縮する圧縮室５を形成している。
【００２６】
図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って主軸６の偏心軸部８とスライダ７との関係を他の部分は省略して示す一部横断面図であり、本発明のスクロール圧縮機１の運転時にスライダ７近傍に作用する力の関係を示してある。スライダ７には中央近傍に略長方形の穴であるスリット１３が形成され、このスリット１３内には、主軸６の端部に設けられた偏心軸部８が嵌合されている。偏心軸部８は、スリット１３内で摺動可能であるようにスリット１３より長さが短い略長方形の横断面を有するように加工されていて、平行な２つの平坦面が形成されている。このようにすることで、スライダ７が主軸６の軸方向に直角な面上で長方形の長軸方向（図２で右上がりの斜め方向）にしか摺動しないようにしてある。図示の例では、後に説明するように、２つの平行な面のうち図２の左上方向の面が軸負荷面１６である。
【００２７】
また、このスライダ７のスリット１３は、前述したように略長方形であるが、そのうちの偏心軸部８と主に接触する一辺に溝部１４が形成されていて、この溝部１４内にプレート１５が挿入されていて偏心軸部８の軸負荷面１６と接触するようにしてある。なお、図２では溝部１４を明確にするため、溝部１４とプレート１５と間の隙間が誇張されて描かれているが、プレート１５は溝部１４の加工精度を高めて溝部１４内で移動できないように、またスリット１３の内周面よりも僅かに突出して偏心軸部８に接触するように保持されている。このような構造のため、プレート１５は、穴であるスリット１３の内壁１３ａの一部である溝部１４に固定されているということができる。プレート１５は、後に説明するように、溝部１４内で僅かに移動できるように保持することもできる。
【００２８】
このようなスクロール圧縮機１で、主軸６の回転に対応して行われる揺動スクロール３の公転運動時に発生する力の関係は図２に示す通りである。即ち、揺動スクロール３とスライダ７との遠心力はＦｃで示され、この遠心力Ｆｃと直角方向であり揺動スクロール３に作用する圧縮負荷はＦｇｏであり、この遠心力Ｆｃと反対方向であり揺動スクロール３に作用する圧縮負荷はＦｇｒであり、スライダ７のスリット１３とスライダ装着軸である偏心軸部８の軸負荷面１６との間の接触面間の接触力がＦｎであり、スリット１３のプレート１５とスライダ装着軸である偏心軸部８の軸負荷面１６との間の摩擦係数μｎとして示されている。なお、図示はされてないが、一般には固定スクロール２と揺動スクロール３の両渦巻体側面間の接触力（押し付け力）はＦＲ、その間の摩擦係数をμＲ、固定スクロール２と両渦巻体の半径方向のすきまをＣとする。
【００２９】
このような構成により、遠心力Ｆｃ、圧縮負荷Ｆｇｏ及び圧縮負荷Ｆｇｒの合力のスライド方向への分力によりスライダ７がスリット１３によって規制されるスライド方向、すなわち、揺動スクロール３を固定スクロール２に接触させる方向にスライドする動作時に、偏心軸部８の軸負荷面１６と接触するのが、プレート１５となる。このため、偏心軸部８の摺動による摩擦力μｎ・Ｆｎはスライダ７には作用せずにプレート１５に作用することになり、スライダ７が摩耗することを防ぐことができる。
【００３０】
本発明によれば、主軸６とスライダ７とは同一の材料で製作されている。あるいは、少なくとも表面の硬度が同等の材料で政策されている。具体的には、主軸６の材料としは炭素鋼やクロムモリブデン鋼の焼入れ鋼が用いられ、スライダ７の材料としては主軸６と同等の炭素鋼やクロムモリブデン鋼の焼入れ鋼、または焼結材料に熱処理を施した材料などが用いられる。表面硬度は主軸６の材料に炭素鋼やクロムモリブデン鋼の焼入れ鋼を適用すると、Ｈｖ６００から７００程度であり、スライダ７の表面硬度も主軸６と同等であることが望ましい。
【００３１】
また、プレート１５には硬度Ｈｖ５００から６００程度の表面硬度を有する材料が適しており、具体的には、金属材料の表面にクロムめっきやニッケルめっきなどの電解めっきやニッケル燐めっきなどの無電解めっきを施した材料を用いることができ、めっきを施した後に熱処理などを加えることにより所要の硬度を確保した材料が適している。また、プレート１５には、金属材料の表面にたとえばダイアモンドライクカーボンなどのような炭素を含有する薄膜をコーティングなどによって形成して所要の表面硬度を確保した材料も適している。
【００３２】
プレート１５の表面硬度をたとえばＨｖ４００程度あるいはそれより低くした場合には、プレート１５の表面の摩耗が早く実用的でない。また、プレート１５の表面硬度をＨｖ８００程度あるいはそれより高くした場合には、逆に主軸６やスライダ７の表面が摩耗を起こすことになり不都合である。
【００３３】
さらに、プレート１５は表面の面粗度が偏心軸部８やスライダ７のスリット１３の内壁１３ａの溝部１４のそれよりも小さいものが適している。このようにすることで、スライド中にプレート１５と偏心軸部８の軸負荷面１６との接触により偏心軸部８に摩耗が生じることを防ぐことができるとともに、溝部１４を加工するにあたって、溝部１４をプレート１５が完全に固定されるように寸法精度を高めなくても、炭素鋼やクロムモリブデン鋼の焼入れ鋼、または焼結材料に熱処理を施した材料などで製作されたスライダ７に設けられた穴であるスリット１３の内壁１３ａがプレート１５に削られるのを防ぐことができる。
【００３４】
このように、プレート１５のスリット１３の内壁１３ａと接触する面の面粗さ、及びプレート１５の主軸６の偏心軸部８と接触する軸負荷面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する面の面粗さ以下とすることができる。また、主軸６の少なくとも偏心軸部８の軸負荷面１６およびスライダ７のスリット１３の内壁１３ａの表面硬度は、Ｈｖ６００以上７００以下であり、プレート１５の表面硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下であると望ましい。
【００３５】
例えば、圧縮媒体として冷媒を用いずに空気を使用し、主軸６に表面硬度がＨｖ６５０となるような焼入れ処理を施したクロムモリブデン鋼を適用し、スライダ７に表面硬度が主軸６と同等になるように熱処理を加えた焼結材料を適用し、プレート１５に表面硬度がＨｖ６００となるような無電解ニッケル燐めっきを施した材料を使用したスクロール圧縮機を運転した場合、主軸６に表面硬度がＨｖ６５０となるような焼入れ処理を加えたクロムモリブデン鋼を適用し、スライダ７に表面硬度が主軸６と同等になるように熱処理を加えた焼結材料を適用し、プレート１５にＨｖ８００となるような表面処理を施したステンレス鋼材料を使用したスクロール圧縮機に対して、主軸６やスライダ７の摩耗量を約５０％抑制することができ、プレート１５の摩耗量を約９０％抑制することができた。
【００３６】
したがって、主軸６とスライダ７の表面硬度を同等としてＨｖ６００から７００の範囲とし、プレート１５に表面硬度がＨｖ５００から６００となるような表面処理を施した材料を適用することによって、スクロール圧縮機の主軸６、スライダ７、プレート１５のすべての摩耗量を抑制することができるため、冷媒が高圧化することによって主軸６、スライダ７、プレート１５のそれぞれの部材に作用する荷重が大きくなるために摩耗量が増加する炭酸ガスや冷媒の固体潤滑効果が喪失されることによって摩耗量が増加する炭化水素、アンモニアなどを使用する機器においても摩耗の絶対量を抑制することが可能であり、スクロール圧縮機の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
実施の形態２．
図３は、溝部１４を設けずにプレート１５をスリット１３の内壁１３ａに溝部を用いずにネジ１７によって直接固定した場合のスライダ７と偏心軸部８の部分縦断面図である。スライダ７に設けられたスリット１３には偏心軸部８が格納され、この偏心軸部８と接触し、軸負荷面となるスリット１３の内壁１３ａにはプレート１５がねじ１７によって固定されている。この場合、プレート１５の厚みに合わせて大きめに形成したスリット１３の内壁１３ａに直接プレート１５を固定するため、溝部を形成する必要がなくなる。この構成により、スリット１３にプレート１５を装着する作業の作業性が向上され、また、プレート１５を確実に固定できる。
【００３８】
なお、先に説明した図１および２の実施形態に於いても図３の実施形態に於いても、スクロール圧縮機１の主軸６に設けられた偏心軸部８の軸負荷面１６に、クラウニング形状部１８が設けられている。これは主軸６が軸受負荷を受けて変形しても、スライダ７と揺動スクロール３の軸面を平行に保つため手段であり、軸負荷面１６の縦断面形状を円弧状に加工することで、スライダ７と揺動スクロール３の軸受面を平行に保つことができる。その他の構成は図１および図２に示す実施の形態と同様である。
【００３９】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３におけるスライダ７と偏心軸部８の縦断面図である。図４の構成を有するスクロール圧縮機１では、本来であれば主軸６内の給通路を通じて図１に示した容積形油ポンプ２１によりスライダ７の上部まで汲み上げられる油の一部を、スリット１３の内壁と接触する偏心軸部８の軸負荷面１６に主軸６に設けた油管路１９から流しこみ、図１に示した油落とし２０から底部に戻すものである。このようにすることで、軸負荷面１６に確実に油を流し込むことができ、摩擦係数を小さくすることができる。
【００４０】
なお、この図４では油管路１９を３本設けているが、スクロール圧縮機１の能力、油管路１９の径、油管路１９を設ける位置によって油管路１９の数は増減しうるものである。また、軸負荷面１６に油を流し込むための油管路１９は主軸６内の管より分岐している構成のため、図示のように主軸６内の管と略直角に設けるよりも、主軸６内の油の流れる方向に傾けて設けた方が効率がよい。
【００４１】
この実施の形態３に於ける油管路１９の特徴は、それ自体で有用で大きな効果があるが、実施の形態１および２において説明したプレート１５をスライダ７の内壁と軸負荷面１６の間に介在させる構成と併用することで、スライダ７や偏心軸部８の耐摩耗性を著しく向上させることができる。いずれの構造でも、軸負荷面１６、特に、クラウニング形状部１８が確実に油で保護されることが重要である。
【００４２】
本発明のスクロール圧縮機は、媒体を冷媒とした空調機および冷凍機用途だけでなく、圧縮媒体を空気や窒素などの流体とすることにより、ポンプとして使用することが可能である。圧縮された空気や窒素などは、たとえば、空気工具やエアモータ、エアシリンダなどの駆動エネルギー源などとして使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態によるスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿ったスライダ部分の横断面図である。
【図３】この発明の別の実施の形態によるスライダ部分の縦断面図である。
【図４】この発明の更に別の実施の形態によるスライダ部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  スクロール圧縮機、２  固定スクロール、３  揺動スクロール、４  電動機、４ａ  固定子、４ｂ  回転子、５  圧縮室、６  主軸、７  スライダ、８  偏心軸部（主軸の部分）、９  シェル、１０  吸入管、１１  吐出管、１２  フレーム、１３  スリット（穴）、１３ａ  内壁、１４  溝部、１５  プレート、１６  軸負荷部。
【図１】
2007162475.tif 000003
【図２】
2007162475.tif 000004
【図３】
2007162475.tif 000005
【図４】
2007162475.tif 000006