(57)【要約】【課題】希薄な潤滑条件であっても早期摩耗を防止することができるスクロールコンプレッサを提供する。【解決手段】偏心軸部３の回転により偏心軸部３に装着された軸受５を介して作動する可動スクロール４を備えたスクロールコンプレッサである。偏心軸部３の外周面２５に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設ける。くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内である。Ｓｋ値が−１．６以下である。これにより、くぼみに潤滑油が保持され、軸受５とシャフトの偏心軸部３の摩耗を防止することができる。【選択図】図１
2007187023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とするスクロールコンプレッサ。
【請求項２】
端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とするスクロールコンプレッサ。
【請求項３】
端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とするスクロールコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スクロールコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロールコンプレッサは、１対の渦巻き形をした固定スクロールと可動スクロールとで構成されている。可動スクロールはシャフトの回転によって円運動をするため、可動スクロールと固定スクロールとで仕切られる空間の容積が変化し、冷媒を吸入及び圧縮する仕組みとなっている。
【０００３】
すなわち、シャフトが回転駆動することによって、偏心軸部が回転し、この回転により軸受を介して可動スクロールが回転することになる。このため、軸受とシャフトの偏心軸部とが摺接することになり、軸受と偏心軸部とが良好な潤滑状態を維持する必要があった。
【０００４】
そこで、従来には、摺動軸（偏心軸部）に固体潤滑剤を塗布したもの（特許文献１）や、鉄等と溶着しにくい表面改質を行った円筒状の滑り軸受を使用したもの（特許文献２）がある。
【特許文献１】特開２０００−３４５９８４号公報
【特許文献２】特開平１０−２３８４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、固体潤滑剤を塗布したものでは、長期使用でこの固体潤滑剤が剥離するおそれがあり、耐久性に劣っていた。また、表面改質を行った円筒状の滑り軸受を使用したものであっても、特に希薄な潤滑条件において良好な潤滑状態を得ることは困難である。
【０００６】
ところで、近年のオゾン層破壊問題に対応するため、使用される冷媒を従来のフロンガス（Ｒ１２）に替えて、地球環境に優しいクリーンなフロンガス（Ｒ１３４ａ）を用いるようになってきた。しかしながら、スクロールコンプレッサの内部の潤滑は希薄潤滑であり、特にオゾン層破壊対策によってフロンガス（Ｒ１３４ａ）を用いることによって潤滑問題が顕著になった。そこで、フロンガスの中にコンプレッサーオイルや添加剤を混合したり、軸受部分に表面処理を行ったりして磨耗防止対策を行う必要が生じる。ところが、コンプレッサーオイル等は、スラッジ問題や粘度の増大による抵抗増大の問題や表面処理が剥がれる問題などが生じやすいため、接触面での潤滑問題がより顕著となっている。
【０００７】
本発明の課題は、希薄な潤滑条件であっても早期摩耗を防止することができるスクロールコンプレッサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明のスクロールコンプレッサは、端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする。
【０００９】
パラメータＲｙniとは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。
【００１０】
また、パラメータＳｋとは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量である。ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
【００１１】
上記のように、本発明のスクロールコンプレッサでは、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、偏心軸部の外周面のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００１２】
また、本発明の他のスクロールコンプレッサは、端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、本発明の他のスクロールコンプレッサでは、偏心軸部の外周面のくぼみの平均面積を３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の別のスクロールコンプレッサは、端部に偏心軸部を有するシャフトと、孔部を有するとともに前記偏心軸部に支持される可動スクロールと、前記可動スクロールの側面に配置された渦巻き部と、前記偏心軸部の回転により偏心軸部に装着された軸受を介して作動する可動スクロールを備えたスクロールコンプレッサにおいて、前記偏心軸部の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、本発明の別のスクロールコンプレッサでは、偏心軸部の外周面のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５％≦面積率≦２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によると、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、偏心軸部の外周面が微小粗面となって油膜が形成しやすくなる。しかもこのくぼみが油溜まりとなるため、すべり面の油膜形成が確実に行える。すなわち、くぼみに潤滑油が保持されるため、希薄な潤滑条件であっても早期摩耗を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明のスクロールコンプレッサの要部断面図を示す。このスクロールコンプレッサ１は、端部に偏心軸部３を有するシャフト２（モータの出力軸）と、可動スクロール４と、偏心軸部３（この偏心軸部軸心Ｏ１がシャフト軸心Ｏに対してずれている）と可動スクロール４との間に介装される軸受（ニードル軸受）５とを備える。可動スクロール４は、孔部６を有する基部２０と、前記基部２０より大径のフランジ部２１と、渦巻き部２２とを有している。なお、この可動スクロール４は、その渦巻き部２２が固定スクロール（図示省略）の渦巻き部に嵌合している。
【００１９】
ニードル軸受５は、可動スクロール４の孔部６に挿入される偏心軸部３に外嵌され、外輪７と、この外輪７内に収納される保持器９のポケットに保持される針状ころ８とを備えている。
【００２０】
前記のように構成されたスクロールコンプレッサ１では、シャフト２がその軸心Ｏ廻りに回転することによって偏心軸部３が偏心回転する。これによって、偏心軸部３に装着された軸受５を介して可動スクロール４が作動するとになる。
【００２１】
このため、ころ８の外周面２５と、偏心軸部３の外周面とが滑り接触することになる。そこで、偏心軸部３の外周面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下に設定する。
【００２２】
また、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内とする。
【００２３】
さらに、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内とする。
【００２４】
なお、前記のような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研磨によると所望の仕上げ面を得ることができるが、これに限らず、例えばショット等を用いてもよい。
【００２５】
上記のように、本発明では、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、接触面のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００２６】
また、偏心軸部３の外周面２５のくぼみの平均面積を３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２７】
さらに、偏心軸部３の外周面２５のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５％≦面積率≦２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２８】
従って、本発明のスクロールコンプレッサ１は、偏心軸部３の外周面２５に形成された微小凹形状のくぼみが油膜を保持することで、このくぼみに潤滑油が保持され、このすべり面に滑りや高い面圧がかかっても早期摩耗を防止することができる。
【００２９】
なお、前記実施形態では、軸受５として、内輪を有さないニードル軸受を使用したが、このようなニードル軸受を使用することなく、円筒状の滑り軸受であってもよい。要は、偏心軸部３の外周面２５が軸受に対して摺接面（摺動面）を構成するものであればよい。また、シャフト２を支持している軸受２３、２４を軸受５のようなニードル軸受にて構成することも可能であり、このような場合、シャフト２の軸受２３、２４対向面に、本発明に係る表面形状を満たす表面処理を施してもよい。これによって、シャフト２の一層の長寿命化を図ることができる。
【実施例１】
【００３０】
本発明の有用性を示すために、転がり軸受の寿命評価と歯車の寿命評価を行った。転がり軸受は、インナレース（相手軸）ところとアウタレース（外輪）とで転がり及び接触をしている。歯車の歯面は相手側歯面と転がり及び接触をしている。いずれもその接触は、可動スクロールの偏心軸の外周面とそれに装着された軸受内径面の接触状態に準じた形態となる。従って、可動スクロールの偏心軸の評価は、転がり軸受と歯車の寿命評価で評価できると考えられる。以下に、パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件の一例を示す。これらのパラメータで表される表面性状を測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム  JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：対象物中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００３１】
また、くぼみの定量的測定を行うには、対象物表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化できる。さらには、特開２００１−１８３１２４に開示されている表面性状検査方法及び表面性状検査装置を用いれば、安定して精度良く測定することができる。この方法は、曲率を有する検査表面に光を照射して検査表面をカメラで撮影し、このカメラで撮影された検査表面の画像の輝度を測定して、この測定された輝度の明部と暗部のコントラストで形成される明暗パターンにより、検査表面の表面性状を検査する表面性状検査方法であって、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布がピーク値を示す位置を、カメラの光軸上に一致させるように、検査表面を位置決めすることにより、検査表面の曲率に起因するシェーディング（輝度分布）を抑制するものである。また、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布について、この輝度分布がピーク値を示す位置に相当する検査表面の部位を原点とし、曲率の対称軸を一つの軸とする直交二次元座標で、直交する各座標軸に沿う一次元の輝度分布をそれぞれ近似関数で近似し、これらの近似関数を用いて、画像の輝度分布を除去するように、輝度分布のピーク値を基準値として、座標各位置に相当する測定された画像の輝度を補正し、この補正された輝度の明暗パターンにより検査表面の表面性状を検査することにより、シェーディングのない明暗パターンで表面性状を検査することができる。測定条件はたとえば次のとおりである。また、くぼみの面積率、平均面積を転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、上記のパラメータと同様に、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
面積率：観察視野範囲で２値化閾値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積：黒の面積の合計／総数
観察視野：８２６μｍ×６２０μｍ
測定箇所：対象物中央部
測定数：２
【００３２】
図２は供試転がり軸受の一例を示しており、この転がり軸受１０は転動体として針状ころ１２を外輪１３に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ１２で相手軸１４を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図３に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ１２の直径Ｄ１＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器１５付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）、軸受Ｃ（参考例）、軸受Ｄ（参考例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図４〜図６に示す。具体的には、図４は軸受Ａの表面粗さ、図５は軸受Ｂの表面粗さ、図６は軸受Ｃ及び軸受Ｄの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、軸方向面粗さＲqni（Ｌ）と周方向面粗さＲqni（Ｃ）の比Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃ及びＤは１．５以下であり、軸受Ａは１．０前後の値である。また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
【００３３】
【表１】
2007187023.tif 000003
【００３４】
使用した試験装置は図７に概略図で示したようなラジアル荷重試験機１６で、回転軸１７の両側に試験軸受１０を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研磨仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセクオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）
【００３５】
図８に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸が寿命時間（ｈ）を表している。同図に示すように、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１０５ｈ、軸受Ｄは１２１ｈであった。このデータから明らかなように、針状ころ表面が本発明に係る表面形状を満たすように表面処理された軸受Ｃ及びＤは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。従って、偏心軸部３の外周面を上記数値範囲に設定した本発明に係るスクロールコンプレッサは、高い長寿命効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図９に示す平歯車疲労試験機を使用して歯車のピッチング試験を実施し、ピッチング強度を評価した。図９において、ドライブ側歯車３１（歯数２９枚）とドリブン側歯車３２（歯数３０枚）は各々の回転軸３３、３４の片側に取付けられており、ドライブ側の軸３３が図示しないモータにより駆動されている。また、ドライブ側の軸３３に取付けてある負荷レバー３５及び重錘３６によりトルクを負荷する構造となっている。ドライブ側歯車３１は、本発明に係る表面処理の有無で２種類を用意した。試験条件等の詳細は、表２のとおりである。
【００３７】
【表２】
2007187023.tif 000004
【００３８】
歯車ピッチング試験のデータを表３、表４及び表５に示す。表３はドライブ側及びドリブン側の何れの歯車にも表面処理を施していない場合（ａ）の結果（比較例）を示し、表４はドライブ側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｂ）の結果（実施例）を示し、表５はドライブ側歯車及びドリブン側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｃ）の結果（実施例）をそれぞれ示す。これらより、ピッチング寿命が、（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合では２倍以上向上し、（ｃ）の場合では３倍以上向上していることが確認できる。
【００３９】
【表３】
2007187023.tif 000005
【００４０】
【表４】
2007187023.tif 000006
【００４１】
【表５】
2007187023.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のスクロールコンプレッサの要部断面図である。
【図２】針状ころ軸受の断面図である。
【図３】寿命試験に用いた軸受の断面図である。
【図４】試験軸受Ａにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図５】試験軸受Ｂにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図６】試験軸受Ｃ及びＤにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図７】試験装置の部分断面図である。
【図８】寿命試験結果を示すグラフである。
【図９】平歯車試験機の部分斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
３    偏心軸部
４    可動スクロール
５    軸受（ニードル軸受）
２５  外周面
【図１】
2007187023.tif 000008
【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】
2007187023.tif 000014
【図８】
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【図９】
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