JP2002276567A

JP2002276567A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2002276567A
Application number: JP2001077926A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imamura; 浩幸今村; Kazuo Sakurai; 和夫櫻井; Keiji Tanaka; 慶治田中; Yasuro Oishi; 康郎大石; Kiyoshi Fukatsu; 清深津; Motoji Hayashi; 元司林; Shinya Nakamura; 真也中村; Akira Takenaka; 章竹中
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-25
Also published as: US6634875B2; CN1219155C; KR100436837B1; US20020131883A1; CN1376864A; KR20020074404A

Abstract

(57)【要約】【課題】スクロール圧縮機において、オルダム継手と
その相手部材の耐摩耗性向上を図る。【解決手段】固定スクロールと旋回スクロールを備
え、旋回スクロールに旋回運動をさせるためのオルダム
継手が設けられたスクロール圧縮機において、オルダム
継手は、その相手部材との摺動面が母材３１にシリコン
３２を含有させた材料で構成され、かつ摺動面に表出す
るシリコン３２の表面３２Ａが平面に形成されて、その
平面に形成されたシリコン３２の摺動面積に占める割合
が３〜２０％、好ましくは５〜１５％に設定されてい
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、冷媒または空気等
を圧縮するスクロール圧縮機に係り、特に、旋回スクロ
ールに旋回運動を与えるためのオルダム継手について、
その摺動部の耐摩耗性向上を図ったスクロール圧縮機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクロール圧縮機は、他形態の圧縮機に
比べて高効率、高信頼性、静音などの優位性を備えてい
るので、冷凍・空調機器やその他様々な分野で広く利用
されている。

【０００３】このようなスクロール圧縮機は、フレーム
に固定された固定スクロールと、この固定スクロールに
対向配置された旋回スクロールとを備えている。固定ス
クロールは円板状の台板を有し、この台板には渦巻状ラ
ップが形成されている。また、旋回スクロールも円板状
の台板を有し、この台板には渦巻状ラップが形成されて
いる。そして、固定スクロールと旋回スクロールはそれ
ぞれの渦巻状ラップが互いに噛み合う状態に配置され、
固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回運動させ
ることにより、流体を連続的に圧縮して吐出する。

【０００４】一般にスクロール圧縮機においては、旋回
スクロールを旋回運動させるために、旋回スクロールの
台板背面にはクランク軸を介してモータが連結され、ま
た旋回スクロールの台板背面とフレームとの間にオルダ
ム継手が設けられている。このオルダム継手はリング状
部材からなり、そのリング状部材の両面にはリング状部
材の直径方向に沿って２個の突起（キー）がそれぞれ設
けられている。なお、リング状部材の一方の面に設けら
れた２個の突起と他方の面に設けられた２個の突起は、
リング状部材の円周方向に沿って互いに９０度ずれた位
置に形成されている。

【０００５】一方、旋回スクロールの台板背面とフレー
ムには溝が形成され、リング状部材の一方の面に設けら
れた２個の突起は台板背面の溝に、リング状部材の他方
の面に設けられた２個の突起はフレームの溝にそれぞれ
摺動自在に嵌合されている。そして、モータによってク
ランク軸を回転駆動すると、オルダム継手の各突起が台
板背面やフレームの溝内を往復移動し、これによって、
旋回スクロールが旋回運動をする。

【０００６】ところで、オルダム継手の各突起は、上記
のように台板背面やフレームの溝内を往復移動するので
摩耗しやすい。特に、突起部に加わる荷重（キー荷重）
が大きい場合、台板背面やフレームの溝内を摺動する突
起部の面圧が増大し、突起部の摺動面に油膜が形成され
にくくなって、突起部が摩耗する恐れがある。

【０００７】また、近年では、インバータ制御された可
変速スクロール圧縮機によりＯＮ／ＯＦＦ頻度を少なく
し、負荷に応じて吐出量を連続的に制御することによ
り、省エネ化を図る試みがなされており、このような状
況の下で、スクロール圧縮機を低速回転させると突起部
の摺動速度が低下するので、突起部の摺動面には油膜が
更に形成されにくくなり、突起部の摩耗が加速される。

【０００８】さらに、塩素分子を含まないＨＦＣ冷媒の
場合、突起部の摺動面の潤滑性が低下するため、特にキ
ー荷重が大きく摺動速度が小さい条件下では突起部の摩
耗量が増大する。

【０００９】そこで、従来では、アルミニウム製のオル
ダム継手の場合は、突起部の摺動面にＳｉＣ分散形の電
気メッキなどの処理を施して、突起部の耐摩耗性を向上
させることが提案されている（特開平３−２０６３８３
号公報）。また、鉄系焼結製のオルダム継手の場合は、
突起部の摺動面にホウ化鉄を生成する表面処理を施し
て、突起部の耐摩耗性を向上させることが提案されてい
る（特開平６−８１７７９号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうちＳｉＣ分散形の電気メッキなどの処理を施
したものでは、電気メッキの厚さの寸法管理が必要な
上、メッキ層が剥離、脱落等した場合は突起部の摩耗を
避けることができない。

【００１１】また、突起部の摺動面にホウ化鉄を生成す
る表面処理を施したものでは、突起部の硬度は増加する
が、その突起部が摺動する相手部材、つまり旋回スクロ
ールの台板背面やフレームに形成された溝部が摩耗する
恐れがある。

【００１２】なお、突起部の摺動面積を拡大して耐摩耗
性を向上させることも考えられるが、摺動面積を拡大さ
せると、オルダム継手が大型化し、それによって、スク
ロール圧縮機の構造を大幅に変更しなければならず、現
実的ではない。

【００１３】本発明は、スクロール圧縮機において、オ
ルダム継手とその相手部材の耐摩耗性向上を図ることを
課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、台板に渦巻状ラップを有し該台板がフレ
ームに固定された固定スクロールと、台板に渦巻状ラッ
プを有し、該渦巻状ラップと固定スクロールの渦巻状ラ
ップとが互いに噛み合った状態で設置された旋回スクロ
ールと、旋回スクロールの台板背面とフレームとの間に
設けられたオルダム継手と、旋回スクロールの台板背面
にクランク軸を介して連結され、オルダム継手と協働し
て旋回スクロールに旋回運動をさせる駆動部とを備え、
オルダム継手は、少なくとも旋回スクロールの台板背面
およびフレームとの摺動面が母材にシリコンを含有させ
た材料で構成され、かつ摺動面に表出するシリコンの表
面が平面に形成されて、その平面に形成されたシリコン
の摺動面積に占める割合が３〜２０％、好ましくは５〜
１５％であることを特徴としている。

【００１５】上記構成によれば、摺動面の耐摩耗性が向
上するとともに、摺動面に表出するシリコンの表面を平
面に形成する際に、母材が僅かに削り取られるので、こ
の削り取られたへこんだ部分に油膜が形成され、潤滑油
の保持性がよくなって、オルダム継手の相手部材である
旋回スクロールの台板背面やフレームの摩耗も抑制する
ことができる。この場合、シリコンの割合が多すぎる
と、削り取られてへこんだ部分の面積が小さくなって、
潤滑油の保持性が低下し、またシリコンの割合が少なす
ぎると、摺動面の耐摩耗性を維持できない。したがっ
て、平面に形成されたシリコンの摺動面積に占める割合
を３〜２０％、好ましくは５〜１５％に設定している。

【００１６】また、本発明では、シリコンは、その最大
粒径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の初晶
ケイ素であることを特徴としている。この場合も、シリ
コンの最大粒径が大きすぎると、削り取られてへこんだ
部分の面積が小さくなって、潤滑油の保持性が低下する
ので、最大粒径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ
以下に設定している。なお、初晶ケイ素は高硬度で、耐
摩耗性に優れている。

【００１７】オルダム継手の母材はアルミニウムを含む
金属で形成することができる。

【００１８】上記オルダム継手は鍛造またはダイカスト
にて成形されたものである。このようにすれば、オルダ
ム継手のコスト低減と量産性の向上を図ることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。図１は、本発明に係るスクロール圧
縮機の構成を示している。一般にスクロール圧縮機１０
は、主要部品として、フレーム１１に固定された固定ス
クロール１２と、この固定スクロール１２に対向配置さ
れた旋回スクロール１３と、旋回スクロール１３とフレ
ーム１１との間に設けられたオルダム継手１４と、旋回
スクロール１３にクランク軸１５を介して連結され、オ
ルダム継手１４と協働して旋回スクロール１３に旋回運
動をさせる駆動部（図示省略）とを備えている。固定ス
クロール１２は円板状の台板１２Ａを有し、その台板１
２Ａには渦巻状ラップ１２Ｂが設けられている。同様
に、旋回スクロール１３も円板状の台板１３Ａを有し、
その台板１３Ａには渦巻状ラップ１３Ｂが設けられてい
る。そして、固定スクロール１２と旋回スクロール１３
は、渦巻状ラップ１２Ｂと渦巻状ラップ１３Ｂとが互い
に噛み合うよう配置され、旋回スクロール１３が旋回運
動をすることにより、吸入管１６から吸入ポート１７を
介して吸い込んだ流体を圧縮し、圧縮後の流体を台板１
２Ａ中央の吐出ポート１８から上部空間１９に吐出す
る。上部空間１９に吐出された流体は、吐出管２０から
外部に導き出される。

【００２０】旋回スクロール１３とフレーム１１との間
に設けられたオルダム継手１４は、図４に示すようにリ
ング状部材で構成され、その一方の面（上面）に２個の
突起（キー）１４Ａ，１４Ａが、他方の面（下面）に２
個の突起（キー）１４Ｂ，１４Ｂがそれぞれ設けられて
いる。突起１４Ａ，１４Ａはリングの直径方向に沿って
形成され、突起１４Ｂ，１４Ｂもリングの直径方向に沿
って形成されている。また、突起１４Ａ，１４Ａと突起
１４Ｂ，１４Ｂは、リングの円周方向に沿って互いに９
０度ずれた位置に形成されている。すなわち、図５に示
すように、突起１４Ａ，１４Ａを結ぶ直線Ｌ１と突起１
４Ｂ，１４Ｂを結ぶ直線Ｌ２の交わる角度は９０度であ
る。

【００２１】また、旋回スクロール１３の台板１３Ａの
背面には、図２に示すように、溝（キー溝）１３Ｃが形
成され、この溝１３Ｃ内にオルダム継手１４の突起１４
Ａが摺動自在に嵌合する。一方、フレーム１１には、図
３に示すように、フレーム台座１１Ａに溝（キー溝）１
１Ｂが形成され、この溝１１Ｂ内にオルダム継手１４の
突起１４Ｂが摺動自在に嵌合する。また図１に示すよう
に、旋回スクロール１３の台板１３Ａの背面には、その
偏心位置にボス部１３Ｄが形成され、クランク軸１５先
端のクランクピン１５Ａはボス部１３Ｄに僅かな遊びを
有して嵌合されている。

【００２２】なお、図１において、２１はクランク軸１
５を回転自在に支持する軸受、２２はクランク軸１５に
設けられたバランスウエイトである。また、２３は密閉
容器であり、スクロール圧縮機を構成する上記各要素は
密閉容器２３内に収納されている。

【００２３】上記構成において、旋回スクロール１３に
は、運転時、自転トルクが作用する。オルダム継手１４
は、この自転トルクをオルダム継手１４の突起１４Ａ，
１４Ｂと、相手部材であるフレーム１１に設けられた溝
１１Ｂ、及び旋回スクロール１３の台板１３Ａ背面に設
けられた溝１３Ｃとの係合で受け止めることによって、
旋回スクロール１３の自転を阻止している。このため、
オルダム継手１４の突起１４Ａ，１４Ｂには自転トルク
を受け止めるための力として、図５に示すように、ガス
荷重及び遠心荷重（図中のＦ）が突起１４Ａ，１４Ｂの
摺動方向と直角の方向に作用する。

【００２４】本実施の形態では、上記ガス荷重及び遠心
荷重が突起１４Ａ，１４Ｂに作用して、突起１４Ａ，１
４Ｂ、フレーム１１の溝１１Ｂ、または旋回スクロール
１３の溝１３Ｃが摩耗するのを抑制するために、突起１
４Ａ，１４Ｂが図６のように構成されている。すなわ
ち、突起１４Ａ，１４Ｂは、母材３１にシリコン３２を
含有させた材料で構成され、相手部材との摺動面に表出
するシリコン３２の表面３２Ａが平面に形成され、その
平面に形成されたシリコン３２の摺動面積に占める割合
が３〜２０％、好ましくは５〜１５％に設定されてい
る。摺動面に表出したシリコン３２は最大粒径が１００
μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の高硬度である初晶
ケイ素からなっている。また、母材３１はアルミニウム
とシリコンとの共晶アルミからなっている。

【００２５】摺動面に表出するシリコン３２の表面３２
Ａを平面に形成する際、母材３１はシリコンに比べて柔
らかいので、母材３１の部分が削り取られ、図６のよう
にシリコン３２の部分が母材３１よりも僅かに突出す
る。そして、母材３１が削り取られてへこんだ部分には
潤滑油を保持させることができ、突起１４Ａ，１４Ｂは
勿論、相手部材である旋回スクロール１３の溝１３Ｃ及
びフレーム１１の溝１１Ｂの摩耗も抑制できる。この場
合、シリコンの割合が多すぎると、削り取られてへこん
だ部分の面積が小さくなって、潤滑油の保持性が低下
し、またシリコンの割合が少なすぎると、摺動面の耐摩
耗性を維持できない。したがって、本実施の形態では、
平面に形成されたシリコンの摺動面積に占める割合を３
〜２０％、好ましくは５〜１５％に設定している。

【００２６】また、シリコンの最大粒径が１００μｍ以
下、好ましくは５０μｍ以下とした理由は、最大粒径が
大きすぎると、削り取られてへこんだ部分の面積が小さ
くなって、潤滑油の保持性が低下するからである。ま
た、初晶ケイ素は高硬度で、耐摩耗性に優れている。

【００２７】上記オルダム継手１４は鍛造またはダイカ
スト等の成形法を用いて製作することができる。このよ
うにすれば、材料の歩留まりを向上させ、オルダム継手
を低コストで量産できる。

【００２８】なお、上記実施の形態では、図６のような
構成をオルダム継手１４の突起１４Ａ，１４Ｂだけ適用
したが、オルダム継手１４全体を図６のような構成にし
ても良い。また、突起１４Ａ，１４Ｂのうち、相手部材
との摺動面だけを図６のような構成にしても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オルダム継手とその相手部材の耐摩耗性向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクロール圧縮機の構成図である。

【図２】旋回スクロールの縦断面図である。

【図３】図１の状態から旋回スクロールやオルダム継手
等を取り外し、フレームをＡ−Ａ線に沿って見たときの
矢視図である。

【図４】オルダム継手の斜視図である。

【図５】オルダム継手の上面図である。

【図６】オルダム継手に設けられた突起の組成を示した
拡大断面図である。

【符号の説明】

１０スクロール圧縮機１１フレーム１２固定スクロール１２Ｂ渦巻状ラップ１３旋回スクロール１３Ｂ渦巻状ラップ１４オルダム継手１４Ａ，１４Ｂ突起１５クランク軸３１母材３２シリコン３２Ａシリコンの表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者櫻井和夫静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者田中慶治静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者大石康郎静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者深津清静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者林元司愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者中村真也愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者竹中章愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA14 AB03 BB44 CC05 CC08 CC16 CC38 3H039 AA03 AA04 AA12 BB04 BB07 CC02 CC08 CC10 CC16 CC36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】台板に渦巻状ラップを有し該台板がフレ
ームに固定された固定スクロールと、台板に渦巻状ラッ
プを有し、該渦巻状ラップと前記固定スクロールの渦巻
状ラップとが互いに噛み合った状態で設置された旋回ス
クロールと、前記旋回スクロールの台板背面と前記フレ
ームとの間に設けられたオルダム継手と、前記旋回スク
ロールの台板背面にクランク軸を介して連結され、前記
オルダム継手と協働して旋回スクロールに旋回運動をさ
せる駆動部とを備え、前記オルダム継手は、少なくとも前記旋回スクロールの
台板背面および前記フレームとの摺動面が母材にシリコ
ンを含有させた材料で構成され、かつ前記摺動面に表出
するシリコンの表面が平面に形成されて、その平面に形
成されたシリコンの摺動面積に占める割合が３〜２０
％、好ましくは５〜１５％であることを特徴とするスク
ロール圧縮機。
【請求項２】請求項１に記載のスクロール圧縮機にお
いて、前記シリコンは、その最大粒径が１００μｍ以下、好ま
しくは５０μｍ以下の初晶ケイ素であることを特徴とす
るスクロール圧縮機。
【請求項３】請求項１又は２に記載のスクロール圧縮
機において、前記シリコンの表面は、母材よりも突出していることを
特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のス
クロール圧縮機において、前記オルダム継手の母材はアルミニウムを含むことを特
徴とするスクロール圧縮機。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のス
クロール圧縮機において、前記オルダム継手は鍛造にて成形されたものであること
を特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項に記載のス
クロール圧縮機において、前記オルダム継手はダイカストにて成形されたものであ
ることを特徴とするスクロール圧縮機。