(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスを圧縮するための固定スクロール部材及び旋回スクロール部材と、旋回スクロール部材を旋回運動自在に支持する台板を有するフレーム部材と、を備え、両スクロール部材の鏡板面間もしくは鏡板面とラップ面間で、また、旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台板面間で摺動部を構成し、該摺動部を構成する少なくとも一方の部材の母材金属表面に膜厚が１μｍないし２０μｍ程度のリン酸マンガン表面皮膜を形成してなるスクロール圧縮機において、
摺動部を構成する前記少なくとも一方の部材の母材金属表面には、表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの凹凸となる表面粗さ加工を施し、他方の部材の母材金属表面には、前記一方の部材の表面粗さＲｚより小さい値の表面粗さＲｚの凹凸となる表面粗さ加工を施すと共に、前記少なくとも一方の部材を、その母材の一部が露出するまで研磨し、母材に対してリン酸マンガンの面積比率が３０％ないし８０％の範囲内にあるようにしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記固定スクロール部材、旋回スクロール部材及びフレーム部材の母材金属が、いずれも鉄系の材料であり、炭素鋼または鋳鉄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３】
摺動部を構成する前記少なくとも一方の部材が、固定スクロール部材及びフレーム部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
摺動部を構成する前記少なくとも一方の部材が、旋回スクロール部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動ガスとして例えば冷媒ガスを用いた冷凍空気調和機に関するもので、特に、冷凍空気調和機の主機であるスクロール圧縮機における固定または旋回スクロール部材及びフレーム部材、摺動部の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール圧縮機は、作動ガスを圧縮するための固定スクロール部材及び旋回スクロール部材と、旋回スクロール部材を旋回運動自在に支持する台板を有するフレーム部材と、を備えており、旋回スクロール部材が自転することなく旋回運動するに当って、両スクロール部材の鏡板面間もしくは鏡板面とラップ面間で、また、旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台板面間で摺動部を構成している。
【０００３】
従来のスクロール圧縮機の前記した摺動部に関して、特開昭５８−５７００２号公報には、摺動部の耐摩耗性となじみ性とを満足させる方法として、高周波焼き入れと化成処理(リューブライト処理)との組合せを実施するという方法が開示されている。また、特開平２００１−３０４１４９号公報には、スクロールの鏡板摺動面に複数の凹部を設け、この凹部に油膜を確保することにより、摺動面の焼付きを防ぎ、耐摩耗性及び信頼性を向上させる方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特開平９−１２６１６６号公報には、隙間を縮小させる表面処理の効果を充分発揮させ、取扱いガスの洩れを低減し、高性能のスクロール圧縮機を提供することを目的として、旋回スクロール部材と固定スクロール部材の両方にリン酸マンガン塩処理を施し、その処理層の厚さを固定スクロール部材側より旋回スクロール部材側でより厚くするという技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクロール圧縮機のスクロール部材の鏡板面にリン酸マンガン皮膜を施した場合、比較的平滑な面に皮膜を施すことになるため、被覆材料の洗浄等が不十分であると、皮膜の密着性が弱くなるおそれがあり、また、皮膜が摩耗して母材が露出するようになるとその露出の程度如何によっては摩擦係数が高くなるおそれもある。さらに、前記特開２００１−３０４１４９号公報に開示の技術のように、鏡板部に凹部を設けるためには、アルミニウム合金に硬質アルマイト処理を行い、さらにマスキングを行うことから、マスキング工程、エッチング工程等が必要になり、工程数が増加してしまうという問題が生じる。
【０００６】
最近の冷凍空気調和機では、使用する冷媒混合油の変化により、冷媒自体の有する潤滑効果が期待できなくなっていることに加えて、圧縮機も高速摺動性能の要求が高くなってきている関係上、スクロール部材における摺動部に関し、より一段と高い摺動面の低摩擦化及び耐焼付き性能の向上が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記した実状に鑑みてなされたもので、その目的は、スクロール圧縮機の信頼性向上の意図のもとに、密着性の優れた摺動状態を改善する表面皮膜を有するスクロール部材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によるスクロール圧縮機は、請求項１ないし４に記載されたところを特徴とするものであるが、独立項としての請求項１に係る発明によるスクロール圧縮機は、作動ガスを圧縮するための固定スクロール部材及び旋回スクロール部材と、旋回スクロール部材を旋回運動自在に支持する台板を有するフレーム部材と、を備え、両スクロール部材の鏡板面間もしくは鏡板面とラップ面間で、また、旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台板面間で摺動部を構成し、該摺動部を構成する少なくとも一方の部材の母材金属表面に膜厚が１μｍないし２０μｍ程度のリン酸マンガン表面皮膜を形成してなるスクロール圧縮機において、摺動部を構成する前記一方の部材の母材金属表面には、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１−１９９４に定義される、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さ８ｍｍだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和である１０点平均粗さＲｚ（以下単に「表面粗さＲｚ」と呼称する）の値が１μｍないし１０μｍの凹凸となる表面粗さ加工を施し、他方の部材の母材金属表面には、前記一方の部材の表面粗さＲｚより小さい値の表面粗さＲｚの凹凸となる表面粗さ加工を施すと共に、母材金属表面にリン酸マンガン皮膜を形成してなる前記少なくとも一方の部材を、その母材の一部が露出するまで研磨し、母材に対してリン酸マンガンの面積比率が３０％ないし８０％の範囲内にあるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
同じく、従属順としての請求項２に係る発明によるスクロール圧縮機は、請求項１に記載のものにおいて、固定スクロール部材、旋回スクロール部材及びフレーム部材の部材金属が、いずれも鉄系の材料であり、炭素鋼または鋳鉄であることを特徴とするものである。
【００１２】
同じく、従属項としての請求項３に係る発明によるスクロール圧縮機は、請求項１または２に記載のものにおいて、摺動部を構成する前記少なくとも一方の部材が、固定スクロール部材及びフレーム部材であることを特徴とするものである。
【００１３】
同じく、従属項としての請求項４に係る発明によるスクロール圧縮機は、請求項１または２に記載のものにおいて、摺動部を構成する前記少なくとも一方の部材が、旋回スクロール部材であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１に示されるスクロール圧縮機に基づいて説明する。固定スクロール部材または旋回スクロール部材の少なくとも一方にリン酸マンガン皮膜を施したスクロール圧縮機において、前記リン酸マンガン処理を施した母材の摺動面の表面粗さを、相対する摺動面の表面粗さよりも大きくする。具体的には、固定スクロール部材と旋回スクロール部材の鏡板及びラップの摺動面、または旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台座面の摺動面において、例えば、旋回スクロール部材の摺動面である鏡板面やラップ面に表面粗さＲｚが１〜１０μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を行い、リン酸マンガン皮膜を施して、固定スクロール部材の摺動面である鏡板面やラップ面には表面粗さＲｚを、前記旋回スクロール部材の表面粗さＲｚよりも小さい値となる構成とする。また、旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台板面間での摺動部においても、前記と同様の表面粗さ加工やリン酸マンガン皮膜を形成した構成とする。このように、摺動面の一方の表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの凹凸となるように表面粗さ加工を施すことにより、該表面粗さが有する凹凸のアンカー効果によって、該表面粗さ上に施すリン酸マンガン皮膜の密着性が向上する。
【００１５】
図７に示すように、一方の表面粗さＲｚを０．８μｍとして、もう一方の表面粗さＲｚの値を変化させると、表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの範囲内にあるとき摩擦係数は低くなる。リン酸マンガン皮膜を施す母材金属の表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの範囲内であれば、リン酸マンガン皮膜は母材の有する凹凸に倣って形成されるため、リン酸マンガン皮膜を施した表面には、母材の表面粗さによる凹凸が存在する。その凹凸とリン酸マンガンの有する凹凸によって、潤滑油の保油効果、冷却効果及び弾性流体潤滑効果が得られることから、摩擦係数が低減され、耐焼付き性能の向上が認められた。なお、リン酸マンガン皮膜が摩耗した場合においても、母材の有する表面粗さによる凹凸内にリン酸マンガンが存在することによって、潤滑油の保油効果が得られ、摩擦係数の低減効果が長期に渡り得られる。
【００１６】
前記表面粗さＲｚの値が固定スクロール部材の摺動面と、旋回スクロール部材の摺動面との間で差が小さく、しかも両部材ともその表面粗さＲｚの値が１μｍよりも小さい場合は、リン酸マンガン皮膜を設ける前工程の洗浄等が不十分であると、リン酸マンガン皮膜の密着性が弱くなるおそれがある。また、表面に凹凸が少ないために、弾性流体潤滑効果が得られにくく、上記の摩擦係数低減や耐焼付き性能の向上効果が少ない。また、表面粗さＲｚの値が１０μｍをこえるような場合は、凹部が深くなるため、摺動面に均一な油膜が得られにくくなってしまう。
【００１７】
所定の表面粗さＲｚの表面粗さ加工を施した母材金属表面に、リン酸マンガン皮膜を形成した部材については、あらかじめリン酸マンガン皮膜を機械加工等により母材の一部が露出するまで削り取ってもよい。その際、リン酸マンガンの占める母材との面積比率が３０％ないし８０％の範囲内にあるようにすることが望ましい。リン酸マンガンの面積比率が３０％よりも少ない場合は、潤滑油の保持効果が得られにくく、８０％よりも多い場合はなじみが進行するまでに母材の露出部分に応力が集中しやすくなってしまう。
【００１９】
図１は、固定スクロール部材１１、旋回スクロール部材１２及びフレーム部材１３を有する本発明に係るスクロール圧縮機１の断面模式図である。図２は、固定スクロール部材１１の鏡板面２１とラップ面２５及び旋回スクロール部材１２の鏡板面２２とラップ面２６における両スクロール部材の鏡板面間もしくは鏡板面とラップ面間で、また、旋回スクロール部材１２の鏡板背面２３とフレーム部材１３の台板面２４間で構成される摺動部を示す図である。各摺動部における母材金属の表面粗さＲｚの一例を下記の表１に示す。なお、本発明における表面粗さＲｚは、株式会社東京精密製Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ａを用いて測定したものである。
【表１】
0003972326.tif 000002
【００２０】
摩擦係数及び焼付き荷重を測定するために、図３に示す試験片を作成して、冷媒と冷凍機油を混合して、実際のスクロール圧縮機の環境を模擬した摩擦試験機によって摩擦係数及び焼付き荷重を測定した。この実施例では、固定スクロール部材及びフレーム部材を模擬したディスク状試験片３１には、表面粗さＲｚの値が０．５μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施し、旋回スクロール部材を模擬したリング状試験片３２には、表面粗さＲｚの値が４．２μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施した。リング状試験片３２には、前記表面粗さ加工を施した後に、リン酸マンガン皮膜を約５μｍの膜厚で形成した。
全ての試験片にはＦＣ２５０を用いた。
【００２１】
比較例として、ディスク状試験片３１には、表面粗さＲｚの値が０．８μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施し、リング状試験片３２には、表面粗さＲｚの値が０．４μｍの凹凸となるような比較的表面粗さの差が小さいものを用いて、両試験片に対しリン酸マンガン皮膜を５μｍの膜厚で形成した。摩擦試験は、毎分回転数５５０ｒｐｍで、荷重ステップ０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、保持時間３ｍｉｎで行い、摩擦トルクの急激な上昇をもって焼付きとして実験を中止した。
【００２２】
図４は、上記試験片及び試験機を用いて摩擦係数を測定した結果を示すものである。本実施例の表面粗さの組合せ例では、ＰＶ値が７ＭＰａ・ｍ／ｓにおいても摩擦係数は０．０１以下と非常に小さい摩擦係数を示した。試験終了後のリン酸マンガン皮膜を形成したリング状試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果、母材であるＦＣ２５０は部分的に露出しているが、表面粗さによる凹み部分にはリン酸マンガン皮膜が多く残存しており、良好な密着性が得られるものであった。
【００２３】
比較例である両試験片ともに表面粗さが１μｍより小さい値で、かつ、表面粗さの差が小さい場合は、ＰＶ値が５ＭＰａ・ｍ／ｓにおいて摩擦係数が高くなり、信頼性の点で劣ってしまう。試験終了後のリング状試験片を上記と同様にＳＥＭにより観察すると、初期の表面粗さが小さいためにリン酸マンガン皮膜の残存が非常に少なく、母材であるＦＣ２５０がほぼ全面に露出してしまっており、密着性の点で劣ってしまうものであった。
【００２４】
また、ディスク状試験片３１の摺動面の表面粗さＲｚの値が８．３μｍの凹凸となり、ディスク状の試験片３２の摺動面の表面粗さＲｚの値が３．２μｍの凹凸となるように、それぞれ表面粗さ加工を施し、摺動面の形状を図５に示すように、表面粗さＲｚの値が小さい方にリン酸マンガン皮膜１５を設け、前記実施例と同様の試験を行った結果、表面粗さＲｚの値が大きい方の表面粗さによる弾性流体潤滑効果によって、前記実施例と同等の摩擦係数及び耐焼付き性を示した。
【００２５】
もう一つの実施例として、図６に示すように、一方のディスク状試験片３１の摺動面に表面粗さＲｚの値が６．０μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施した後、膜厚が５μｍのリン酸マンガン皮膜１５を設け、リン酸マンガンと母材の面積比率がリン酸マンガン４０％、母材６０％となるように母材の一部が露出するまで研磨を行い、他方のリング状試験片３２には０．５μｍの凹凸となるように、それぞれ表面粗さ加工を施し、前記実施例と同様の試験を行った結果、初期のなじみを速やかに進行させることができ、該表面粗さの凹部に存在するリン酸マンガンの油保持効果によって前記実施例と同等の摩擦係数及び耐焼付き性が得られた。
【００２６】
前記した試験片で実施したような表面粗さの組合わせは、固定スクロール部材と旋回スクロール部材との間で構成される摺動部についても、旋回スクロール部材の鏡板背面とフレーム部材の台板面間で構成される摺動部についても、何ら変更を加えることなく、そのまま適用できるものである。
【００２７】
図１は、本発明の実施対象である固定スクロール部材、旋回スクロール部材及びフレーム部材を用いたスクロール圧縮機の構造を示す断面模式図である。旋回スクロール部材鏡板における母材金属の表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施し、固定スクロール部材鏡板における母材金属の表面粗さＲｚの値が前記旋回スクロール部材鏡板における母材金属の表面粗さＲｚの値が小さいものとして、旋回スクロール部材にリン酸マンガン皮膜を施すことで、リン酸マンガン皮膜の密着性が向上し、リン酸マンガン皮膜が摩耗した場合においても摩擦係数が低減され、耐焼付き性能が極めて良好なスクロール部材を有するスクロール圧縮機が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スクロール圧縮機における摺動部を構成するところの固定スクロール部材及び旋回スクロール部材の鏡板面またはラップ面並びに旋回スクロール部材鏡板背面またはフレーム部材の台板面の少なくとも一方に表面粗さＲｚの値が１μｍないし１０μｍの凹凸となるような表面粗さ加工を施し、摺動状態を改善する膜厚が１μｍないし２０μｍ程度のリン酸マンガン表面皮膜を設け、他方は前記表面粗さＲｚの値よりも小さい値の表面粗さ加工を施すと共に、前記部材の母材金属表面にリン酸マンガン皮膜を形成してなる前記少なくとも一方の部材を、その母材の一部が露出するまで研磨し、母材に対してリン酸マンガンの面積比率が３０％ないし８０％の範囲内にあるようにしたことで、摺動状態を改善する表面皮膜の密着性に優れ、該表面皮膜が摩耗しても摩擦係数の低く耐焼付き性の優れたスクロール部材を備えたスクロール圧縮機が実現された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の対象であるスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のスクロール部材及びフレーム部材が構成している摺動部を示す要部断面図である。
【図３】本発明の実施例を模擬するディスク状試験片及びリング状試験片の説明図である。
【図４】本発明の一実施例に係る摩擦係数測定結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の一実施例に係る表面粗さの組合わせ例である。
【図６】本発明の一実施例に係る表面粗さの組合わせ例である。
【図７】本発明の一実施例に係る表面粗さと摩擦係数の関係図である。
【符号の説明】
１  スクロール圧縮機
１１  固定スクロール部材
１２  旋回スクロール部材
１３  フレーム部材
２１  固定スクロール部材鏡板
２２  旋回スクロール部材鏡板
２３  旋回スクロール部材鏡板背面
２４  フレーム部材代板面
２５  固定スクロール部材ラップ
２６  旋回スクロール部材ラップ
３１  ディスク状試験片
３２  リング状試験片
１５  リン酸マンガン皮膜
【図１】
0003972326.tif 000003
【図２】
0003972326.tif 000004
【図３】
0003972326.tif 000005
【図４】
0003972326.tif 000006
【図５】
0003972326.tif 000007
【図６】
0003972326.tif 000008
【図７】
0003972326.tif 000009