JP2000097174A

JP2000097174A - 外周駆動型スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2000097174A
Application number: JP10267703A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osanawa; 尚長縄; Yuji Yoshitomi; 雄二吉富; Shigeru Machida; 茂町田; Tatsuo Natori; 達雄名取; Kazuaki Shiiki; 和明椎木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮機の温度上昇等によるチップシールの耐摩
耗性の低下を防止し、長寿命化を図る。【解決手段】スクロールラップの側面及び底面に陽極酸
化皮膜処理を施し、ラップ底面には高分子材料膜を形成
してチップシール材の耐摩耗性を向上した。【効果】高温になりがちなダブルスクロール型オイルフ
リー圧縮機の信頼性や性能を高く維持することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮作動室の容積
を減じて気体を圧縮する旋回運動形容積式圧縮機に係
り、特に、渦巻状に構成された旋回スクロールと固定ス
クロール部材によって三日月状の圧縮室が形成され、そ
の三日月状の圧縮室が旋回スクロールの旋回運動によっ
て容積を減じて気体を圧縮するスクロール流体機械に関
する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール圧縮機の基本的な動作原理
は、鏡板にインボリュート曲線などの連続した曲線で渦
巻き状に形成されたラップを直立して設けた旋回、固定
の両スクロール部材を互いに噛み合わせ、一方のスクロ
ール部材を他方のスクロール部材に対して自転しないよ
うに拘束しながら相対的に旋回運動させ、スクロール部
材の外周部から中央部に向かって気体を圧縮させるもの
である。

【０００３】この種のスクロール圧縮機の一例として特
開平８−１２８３９５号公報にはオイルフリー式の空気
圧縮機が開示されている。また、特開平８−８６２９３
号公報には、空調機用スクロール圧縮機が開示されてい
る。

【０００４】前述のスクロール圧縮機では、旋回、固定
両スクロールを形成する部材は軽量化のためアルミニウ
ム合金を用いることが有効であると考えられている。ア
ルミニウム合金化を図る上で次に挙げるような技術を採
用した例がある。

【０００５】特開平０６−２５２１０２号公報には、密
閉型圧縮機において、一方の摺動部材が炭素鋼、他方が
アルマイト処理したアルミニウム材で形成し、アルミニ
ウム部材の摺動面の耐摩耗性を向上している。

【０００６】特開平８−２６１１７１号公報では、スク
ロール型圧縮機において、スクロールラップ先端部に溝
を設け、この溝に高分子材料で形成したチップシールを
設け、スクロールラップ先端に設けたチップシールが相
手スクロールの鏡板面を摺動することによって、圧縮気
体の漏れを防止している。

【０００７】また、アルミニウム部材の摩耗とは異な
る、耐食性の向上を図ったものとして特開昭６１−１９
７７９４号公報に記載の技術がある。これによれば、オ
イルフリー式ポンプにおいて、作動ガスの接触部位にポ
リイミドと四フッ化エチレンとを主成分とするコーティ
ングを施し、素材の耐食性を向上している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記、特開平６−２５
２１０２号公報に記載されている技術では、アルマイト
処理を施してはいるが、同公報に記載されていないよう
な運転をすると摺動部は摩耗し、長期的な運転によりア
ルミニウム部材まで摩耗が達する懸念がある。

【０００９】また、特開平８−２６１１７１号公報に記
載されている技術では、更なる高面圧及び高温の状況下
で運転をすると、チップシールの摩耗量が多くなって、
短期間でのチップシールの交換が必要であると予想され
る。

【００１０】また、特開昭６１−１９７７９４号公報に
記載されている技術は作動ガスに対する被覆であり、チ
ップシールを採用していないため、チップシールの耐摩
耗性については十分な配慮がなされていない。

【００１１】本発明の目的は、チップシールの高面圧及
び高温下での耐摩耗性の向上を図ることにある。特に、
スクロール流体機械の内でも、高性能のオイルフリース
クロール空気圧縮機に対して、スクロールラップ先端に
設けた、チップシールの摩耗を未然に避けることにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、アルミニウム合金で形成した固定スクロ
ール及び旋回スクロールのスクロールラップ部の側面及
び底面に、陽極酸化皮膜処理等のアルミニウム合金に適
合する表面処理を施す。また、スクロールラップ先端部
には溝を設け、この溝に熱伝導性の良い金属の粉末及び
耐摩耗性の良い球状炭素または炭素繊維を配合した高分
子材料で形成したチップシールを設ける。

【００１３】さらに、チップシールが接触する陽極酸化
皮膜処理等を施したラップの底面に、高分子材料を主成
分とする高分子材料膜を形成する。これにより、径方向
でラップが接触した場合の耐摩耗性は陽極酸化皮膜で図
り、チップシールとラップ底面との摺動部における耐摩
耗性は高分子材料膜で向上を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の圧縮機の一実施例の構成
を、図１から図４を用いて説明する。図１は、外周駆動
型圧縮機の全体構造を表す縦断面図である。図２は、固
定スクロール２の平面図である。図３は、旋回スクロー
ル３の平面図である。図４は、図１のラップの噛み合い
状態を示す断面図で旋回スクロールと固定スクロールの
ラップによって圧縮作動室が形成される様子や駆動軸の
配置の様子を表したものである。

【００１５】図１の外周駆動型スクロール圧縮機は、渦
巻き状に形成されたスクロールラップ１ｂを有する固定
スクロール１と、同じように形成されたスクロールラッ
プ２ｂを有する固定スクロール２とが平行に配置されて
いる。両固定スクロール間に放熱孔３ｆを有する鏡板３
ａの両側に、同じく渦巻き状に形成されたスクロールラ
ップ３ｂ，３ｃを有する旋回スクロール３が配置されて
いる。それぞれの固定スクロール１、２に噛み合って、
旋回スクロール３の鏡板３ａの両側に圧縮作動室１４と
１５を形成している。

【００１６】これらの圧縮作動室１４、１５は、図４に
示すように両スクロールラップで三日月状に形成され
る。スクロール圧縮機では、三日月状の圧縮作動室が中
心軸に対して対称に一対の部屋が同じ体積で構成され
る。この圧縮作動室は、外周部から中心に向かって順次
その体積が小さくなるように構成されている。また、こ
の圧縮作動室は旋回スクロール３の旋回運動に伴って、
連続的に中心に移動するように構成されている。

【００１７】固定スクロール１と固定スクロール２及
び、旋回スクロール３のそれぞれのラップ先端部には、
図１に示すように高分子材料を主成分とする複合材料で
形成されたチップシール１ｃ、２ｃ、３ｄ、３ｅが、そ
れぞれ渦巻きに沿って複数個に分割されて設けられてい
る。分割することにより、チップシールの成形性、組立
性に優れ、さらにはメンテナンスコストの低減を図るこ
とができる。また、圧縮作動室１４と圧縮作動室１５と
が、鏡板３ａのほぼ中央部で連通するように流路８が設
けられている。

【００１８】図１に示したように、旋回スクロール３の
鏡板３ａの外周部には、偏心部を有する駆動軸４と、同
じ偏心量の偏心部を有する補助駆動軸５とが配置されて
いる。本実施例では、補助駆動軸５の偏心部分に弾性支
持部１３を有する軸受１１ｂが、駆動軸４の偏心部分に
は直接軸受１１ａが設けられている。

【００１９】なお、この弾性支持部１３を有する軸受１
１ｂは駆動軸４に設けてもよく、少なくともいずれか一
方の軸に設ければよい。駆動軸４や補助駆動軸５は、旋
回スクロール３に設けられた軸受１１ａ及び１１ｂを介
して回転可能な構造になっている。一方、旋回スクロー
ル３は、駆動軸４と補助駆動軸５が同時に回転すること
によって、自転を阻止された状態で旋回運動が行われる
ようになっている。

【００２０】固定スクロール１には、そのほぼ中央部に
吐出ポート９と外表面全体に放熱フィン１ｄが設けられ
ている。そのフィン周りは冷却風の流路になっており、
放熱フィン１ｄの放熱効果を高めている。他方の固定ス
クロール２も、その外表面に放熱フィン２ｄが設けれて
おり、固定スクロール１と同様に冷却風の流路が構成さ
れている。また、旋回スクロール３には冷却風の流路と
なる放熱孔３ｆを有し、旋回スクロール３の放熱効果を
高めている。

【００２１】図２に示すように、固定スクロール２のフ
ランジ部を貫通するように吸入孔１０が設けられ、旋回
スクロール全体を覆うように構成されている吸込み室の
空間に連通している。また、図３に示すように、旋回ス
クロール３の鏡板３ａには、図１に示した圧縮作動室１
４と圧縮作動室１５とを互いに連通するように、小さな
直径の連通孔３ｇが渦巻きに沿って１８０度間隔で複数
個設けられている。

【００２２】図１に示した固定スクロール１の外周部に
は、フランジ部１ｅを有し、固定スクロール２の外周部
にはボルト穴１２を有するフランジ部２ｅを有する。そ
して、互いの固定スクロール１と２とが、このフランジ
部１ｅ、２ｅにおいてボルト締結されている。

【００２３】固定スクロール１と２、それに旋回スクロ
ール３は、それぞれアルミニウム合金に代表されるよう
に軽量で熱伝導性のよい材料で構成されている。無潤滑
式圧縮機を提供するためには、特にシリコンが含有され
たアルミニウム合金を適用することが望ましい。本実施
例では固定スクロール１、２及び旋回スクロール３をア
ルミニウム合金で構成した。なお、固定スクロールに比
べ旋回スクロール３の方が温度が高くなるため、高温下
での機械的強度を保つために、旋回スクロール３はシリ
コン含有量の多いアルミニウム合金で構成した。

【００２４】次に、本発明の他の実施例について図５と
図６を用いて説明する。図５は旋回スクロール３と固定
スクロール１のラップ先端部が相互に接触する状態を表
わす拡大縦断面図である。図６は旋回スクロール３と固
定スクロール１のスクロールラップ３ｂと１ｂの噛み合
い状態を示す鳥瞰図で、説明のため固定スクロール１の
スクロールラップ３を切り欠いて表示している。

【００２５】図５に示すように、固定スクロール１と２
（固定スクロール２は図示せず）及び旋回スクロール３
は、アルミニウム合金で形成されている。旋回スクロー
ル３と固定スクロール１のラップ先端には、チップシー
ルの嵌入用の溝３ｈ、１ｆが形成されており、チップシ
ール３ｄ、１ｃが嵌入されている。チップシール３ｄ、
１ｃには圧力浮上形の高分子材料が用いられている。逐
次形成される圧縮室により、スクロール中心部側の圧縮
室が高圧側となって、ラップを隔てた隣の圧縮室との圧
力差が生じる。このため、チップシール３ｄ、１ｃが浮
上して、それぞれラップ底面１ａ、３ｊに押さえ付けら
れ、シール性を保つ。

【００２６】固定スクロール１と旋回スクロール３のラ
ップ部の側面及び底面には、二硫化モリブデン含侵陽極
酸化皮膜（潤滑アルマイト）処理又は陽極酸化皮膜（ア
ルマイト）処理が施されている。この処理により、スク
ロールラップ側面部の潤滑性、耐摩耗性が向上し、スク
ロールの旋回運動によってラップ部側面が接触した場合
でも円滑に動作させることができ、長期寿命化を図るこ
とができる。本実施例では、陽極酸化皮膜処理を施し、
陽極酸化皮膜６を形成しているが、アルミニウム合金に
適合する陽極酸化皮膜以外の表面処理を施すこともでき
る。

【００２７】図６に示すように、スクロールラップ３ｂ
に設けたラップ溝３ｈ、３ｉは、溝区切り３ｋを境に周
方向に２つに分割されている。それぞれのラップ溝３
ｈ、３ｉにチップシール３ｄ、３ｅ（図１参照）が嵌入
される構造となっている。チップシールの周方向の長さ
は、嵌入されるラップ溝の長さより短くしている。これ
により、空気圧縮時に発生する熱によってチップシール
３ｄ及び３ｅが膨張しても、周方向の隙間長さ分だけ膨
張可能である。このため、チップシール３ｄ、３ｅ及び
ラップ溝３ｈ、３ｉに過大な負荷をかけることなく動作
させることができる。

【００２８】本実施例では、チップシールに四フッ化エ
チレン樹脂を主成分とする複合樹脂材料を用い、耐熱
性、耐摩耗性を高めている。さらに、チップシールはラ
ップ底面との摺動摩擦によって発熱及び摩耗するため、
熱伝導性の良い金属の粉末及び耐摩耗性の良い球状炭素
粒または炭素繊維を配合し、伝熱冷却の促進及び耐摩耗
性の向上を図っている。

【００２９】図５に示したように、固定スクロール１と
旋回スクロール３のラップ部の側面及び底面に陽極酸化
皮膜処理を施し、高分子材料皮膜７をラップ底面に形成
した。本実施例における陽極酸化皮膜の厚さは３０から
４０μｍ、その表面の十点平均粗さは１０〜２０μｍで
ある。高分子材料皮膜７を形成することによって、ラッ
プ底面の十点平均粗さは５μｍ以下である。これによ
り、チップシール３ｄと１ｃは、それぞれラップ溝底面
に形成した高分子材料皮膜７とが摺動することになり、
相互間の摩耗係数が低下し、チップシール３ｄ、１ｃの
長寿命化が図れる。

【００３０】本実施例では、高分子材料皮膜７を四フッ
化エチレン樹脂を主成分とする高分子膜で形成すること
により、チップシール３ｄ、１ｃの寿命は対陽極酸化皮
膜に比較して１０倍以上になった。万一、ラップ底面に
形成した高分子材料皮膜７がチップシール３ｄ、１ｃと
の摩擦によって摩耗し、高分子材料皮膜７がなくなった
としても、その下に形成されている陽極酸化皮膜６と摩
擦することとなり、高分子材料皮膜７との耐摩耗性には
及ばないが、高い耐摩耗性を維持し、円滑に動作するこ
とができる。

【００３１】上記では、チップシールが摺動するラップ
底面の全域に設けた場合ついて説明したが、スクロール
中心部付近のラップ底面に、高分子膜を形成した実施例
について以下に説明する。

【００３２】本外周駆動型スクロール圧縮機は、外周側
から空気を吸入して圧縮するため、スクロール中央部に
行くに従い圧力が大きくなる。そのため、隣接の圧縮室
の圧力差も大きくなり、浮上形のチップシールに負荷さ
れる面圧が大きくなる。また、空気が断熱圧縮されるた
め、スクロール中心部付近の温度が最も高くなる。面圧
及び温度の上昇はチップシールが摩耗し易くなる原因と
なる。そこで、チップシールが摩耗し易いスクロール中
心部付近のラップ底面のみに高分子材料皮膜７を形成し
てもよい。本実施例では図６に示す溝仕切り３ｋより内
側のラップ底面に高分子材料皮膜７を形成した。

【００３３】以上、固定スクロール１のラップ底面と旋
回スクロール３に設けたチップシール３ｄの実施例を述
べたが、旋回スクロール３のラップ底面と固定スクロー
ル１のラップ底面も同様の構造である。また、固定スク
ロール２と旋回スクロール３との関係も同様の構造であ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム合金で形
成した旋回スクロールと固定スクロールに二硫化モリブ
デン含浸陽極酸化皮膜または陽極皮膜酸化膜を形成する
ことにより、旋回スクロールと固定スクロールのそれぞ
れのスクロールラップ部側面が運転条件の変化によって
万一接触しても滑らかに接触し、接触部の潤滑性、耐摩
耗性及び寿命を向上させることができる。

【００３５】また、旋回スクロールと固定スクロールの
それぞれのスクロールラップ先端部に設けた溝に、熱伝
導性の良い金属の粉末及び耐摩耗性の良い球状炭素また
は炭素繊維を配合した高分子材料で形成したチップシー
ルを設けることにより、スクロール圧縮機の寿命を向上
させることができる。

【００３６】また、チップシールが接触する陽極酸化皮
膜処理等を施した旋回スクロールと固定スクロールのそ
れぞれのスクロールラップの底面に、高分子材料をコー
ティングして高分子材料膜を形成し事前に転写が行われ
るため、さらにチップシールの長寿命化が図れ、かつ、
スクロール圧縮機の寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す外周駆動形スクロール
圧縮機の全断面図。

【図２】本発明の一実施例で固定スクロールを示す平面
図。

【図３】本発明の一実施例で旋回スクロールを示す平面
図。

【図４】本発明の一実施例で旋回スクロールに固定スク
ロールのラップ部を噛み合わせた様子を示す平面図。

【図５】本発明の一実施例で旋回スクロールに固定スク
ロールのラップ部を噛み合わせた様子を示す拡大縦断面
図。

【図６】本発明の一実施例で旋回スクロールに固定スク
ロールのラップ部を噛み合わせた様子を示す鳥瞰図。

【符号の説明】

１…固定スクロール、１ａ…ラップ底面、１ｂ…スクロ
ールラップ、１ｃ…チップシール、１ｄ…放熱フィン、
１ｅ…フランジ部、１ｆ…ラップ溝、２…固定スクロー
ル、２ａ…ラップ底面、２ｂ…スクロールラップ、２ｃ
…チップシール、２ｄ…放熱フィン、２ｅ…フランジ
部、３…旋回スクロール、３ａ…鏡板、３ｂ、３ｃ…ス
クロールラップ、３ｄ、３ｅ…チップシール、３ｆ…放
熱孔、３ｇ…連通孔、３ｈ…ラップ溝、３ｉ…ラップ
溝、３ｊ…ラップ底面、３ｋ…溝区切り、４…駆動軸、
５…補助駆動軸、６…陽極酸化皮膜、７…高分子材料皮
膜、８…流路、９…吐出ポート、１０…吸入孔、１１…
軸受、１２…ボルト穴、１３…弾性支持部材、１４、１
５…圧縮作動室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者町田茂茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者名取達雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者椎木和明静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内Ｆターム(参考） 3H039 AA02 AA10 AA14 BB04 CC05 CC08 CC36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡板の両側に渦巻き形のラップを構成した
旋回スクロールと、前記旋回スクロールの両方の渦巻き
形のラップに噛み合って圧縮作動室を形成する一対の固
定スクロールとを配設し、旋回運動する旋回スクロール
の鏡板の両側で気体を圧縮する外周駆動型スクロール圧
縮機において、前記旋回スクロールと固定スクロールをアルミニウム合
金で形成し、前記旋回スクロールと固定スクロールのラ
ップ先端部に溝を形成し前記溝に高分子材料を主成分と
する材料で形成したチップシールを設け、前記ラップ側
面とラップ底面に陽極酸化皮膜あるいは二硫化モリブデ
ン含浸陽極酸化皮膜を形成し、前記旋回スクロールもし
くは固定スクロールのラップ底面で、少なくとも前記チ
ップシールが当接する部分に、高分子材料の皮膜を形成
したことを特徴とする外周駆動型スクロール圧縮機。
【請求項２】請求項１記載の外周駆動型スクロール圧縮
機において、前記旋回スクロールもしくは固定スクロー
ルのラップ底面で、少なくとも前記チップシールが当接
する部分に形成した高分子材料の皮膜が、前記チップシ
ールと異なる材料で形成されていることを特徴とする外
周駆動型スクロール圧縮機。
【請求項３】請求項１記載の外周駆動型スクロール圧縮
機において、前記旋回スクロールもしくは固定スクロー
ルのラップ底面で、少なくとも前記チップシールが当接
する部分に形成した高分子材料の被膜が、四フッ化エチ
レン樹脂を主成分とする高分子材料であることを特徴と
する外周駆動型スクロール圧縮機。
【請求項４】鏡板の両側に渦巻き形のラップを構成した
旋回スクロールと、前記旋回スクロールの両方の渦巻き
形のラップに噛み合って圧縮作動室を形成する固定スク
ロールとを配設し、旋回運動する旋回スクロールの鏡板
の両側で気体を圧縮する外周駆動型スクロール圧縮機に
おいて、前記旋回スクロールと固定スクロールをアルミニウム合
金で形成し、少なくともラップ側面及びラップ底面に陽
極酸化皮膜あるいは二硫化モリブデン含浸陽極酸化皮膜
を形成し、かつ前記ラップ底面に高分子材料の皮膜を形
成し、前記ラップ底面の面粗さを、前記陽極酸化皮膜あ
るいは二硫化モリブデン含浸陽極酸化皮膜の表面の面粗
さより小さくしたことを特徴とする外周駆動型スクロー
ル圧縮機。
【請求項５】鏡板の両側に渦巻き形のラップを構成した
旋回スクロールと、前記旋回スクロールの両方の渦巻き
形のラップに噛み合って圧縮作動室を形成する固定スク
ロールとを配設し、旋回運動する旋回スクロールの鏡板
の両側で気体を圧縮する外周駆動型スクロール圧縮機に
おいて、前記旋回スクロールと固定スクロールをアルミニウム合
金で形成し、少なくとも前記両スクロールのラップ側面
及びラップ底面に陽極酸化皮膜あるいは二硫化モリブデ
ン含浸陽極酸化皮膜を形成し、少なくとも渦巻き形の中
心部近傍で両スクロールもしくは少なくともいずれか一
方スクロールのラップ底面に高分子材料の皮膜を形成し
たことを特徴とする外周駆動型スクロール圧縮機。
【請求項６】鏡板の両側に渦巻き形のラップを構成した
旋回スクロールと、前記旋回スクロールの両方の渦巻き
形のラップに噛み合って圧縮作動室を形成する一対の固
定スクロールとを配設し、旋回運動する旋回スクロール
の鏡板の両側で気体を圧縮する外周駆動型スクロール圧
縮機において、前記旋回スクロールを構成するアルミニ
ウム合金と前記固定スクロールを構成するアルミニウム
合金は、シリコンの含有量の差があることを特徴とする
外周駆動型スクロール圧縮機。
【請求項７】鏡板の両側に渦巻き形のラップを構成した
旋回スクロールと、前記旋回スクロールの両方の渦巻き
形のラップに噛み合って圧縮作動室を形成する一対の固
定スクロールとを配設した外周駆動型スクロール圧縮機
において、前記旋回スクロールと固定スクロールをアルミニウム合
金で形成し、前記旋回スクロールと固定スクロールのラ
ップの先端部に形成した溝に、高分子材料を主成分とす
る材料で形成したチップシールを設け、前記チップシー
ルを周方向に複数個分割して配置したことを特徴とする
外周駆動型スクロール圧縮機。