JP2004156624A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚みが均一、かつ、潤滑性があって摩擦が少なく、さらに、摩耗しても摩耗片が小さいコーティング層を備えたスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】 可動スクロール５の表面に、無電解ニッケルメッキ層とPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層とからなるコーティング層９を設ける。この可動スクロール５を、固定スクロール１に噛合わせてハウジング１２に固定する。このスクロール圧縮機を運転すると、可動スクロール５の表面のPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層が固定スクロール１と摺動摩擦する部分が摩耗して、固定スクロール１と可動スクロール５との隙間が殆どなくなる。コーティング層９は複雑な形状であるにも拘らず均一な厚みを有し、潤滑性を有するので、可動スクロール５の摺動損失が小さい。PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の摩耗片は微粒子なので、スクロール圧縮機の内部に詰まらない。
【選択図】図１

Description

この発明は、スクロールの摺動面にコーティング層を備えるスクロール圧縮機に関する。

従来、固定スクロールおよび可動スクロールの表面にコーティング層を備えたスクロール圧縮機としては、図３の部分断面図に示すようなものがある（特許文献１：特開平８−１８９４８２号公報参照）。このスクロール圧縮機は、固定スクロール１０１のラップ部１０２および鏡板部１０３の表面と、可動スクロール１０５のラップ部１０６および鏡板部１０７の表面に、フッ素樹脂からなるコーティング層１０８を設けている。上記コーティング層１０８は、なじみ性を有し、上記固定スクロール１０１のコーティング層１０８と可動スクロール１０５のコーティング層１０８とが互いに接して摩耗することによって上記固定スクロール１０１と可動スクロール１０５との隙間を最小にして、圧縮流体の漏れを少なくしている。また、上記固定スクロール１０１は可動スクロール１０５に押圧されるので、このスクロール圧縮機の初期運転時に、上記固定スクロール１０１の鏡板部１０３のコーティング層１０８が、上記可動スクロール１０５のラップ部１０６の先端に配置されたチップシール１１０で削られて殆ど除去されると共に、上記可動スクロール１０５の鏡板部１０７のコーティング層１０８が、上記固定スクロール１０１のラップ部１０２の先端に配置されたチップシール１１１によって削られて殆ど除去される。そのため、上記チップシール１１０，１１１が鏡板部１０３，１０７表面を摺動する際に生じる摺動熱が、この鏡板部１０３，１０７周辺にこもらないので、上記固定スクロール１０１および可動スクロール１０５が異常高温にならなくて、スクロール圧縮機の故障が回避される。さらに、上記鏡板部１０３，１０７表面のコーティング層１０８が殆ど削られても、この鏡板部１０３，１０７表面の微小な凹凸には僅かにコーティング材が残っているので、上記チップシール１１０，１１１が、鏡板部１０３，１０７表面を摺動する際に、異常摩耗しないようになっている。

しかしながら、上記従来のスクロール圧縮機は、上記フッ素樹脂は、通常、吹付けによって形成されるので、形状が複雑な上記固定スクロール１０１や可動スクロール１０５においては、コーティング厚が不均一になる。そうすると、コーティング厚が過大な部分で上記可動スクロール１０５と上記固定スクロール１０１との摩擦が増えて、上記可動スクロール１０５の摺動ロスが増加して、この可動スクロール１０５を駆動するモータの損失が増えるという問題がある。さらに、上記可動スクロール１０５と固定スクロール１０１との摩擦が過大であると、コーティング層１０８が剥離するという問題がある。また、上記鏡板部１０３，１０７表面のコーティング層１０８は、スクロール圧縮機の初期運転時に削られて大量の削り片が生じるので、この削り片がスクロール圧縮機の軸受等の摺動部に噛み込み、スクロール圧縮機が故障するという問題がある。
特開平８−１８９４８２号公報

そこで、この発明の目的は、厚みが均一、かつ、潤滑性があって摩擦が少なく、さらに、摩耗しても摩耗片が小さいコーティング層を備えたスクロール圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のスクロール圧縮機は、可動スクロールまたは固定スクロールの少なくとも一方の摺動面に、PTFE（ポリ・テトラ・フルオロ・エチレン）コンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたことを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、複雑な形状を有するスクロールにおいても層厚を均一に形成できて、さらに、潤滑性を有するので、上記可動スクロールと固定スクロールが摺動する際の摩擦力が小さい。したがって、上記可動スクロールの摺動ロスが少なくなって上記スクロール圧縮機を駆動するモータの損失が少なくなる。また、上記可動スクロールと固定スクロールとの間に過大な摩擦力が生じないから、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層が剥がれることがない。さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、PTFEが微小な粒子で分散しているので、摩耗したときの摩耗片が小さいから、この摩耗片がスクロール圧縮機の軸受等の摺動部に噛み込み、スクロール圧縮機が故障することがない。したがって、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を備えるスクロール圧縮機は、性能が向上し、安定する。

また、上記スクロール圧縮機は、上記固定スクロールの鏡板面に、鋳物を露出させたことを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記可動スクロールのラップ部が上記固定スクロールの鏡板面で摺動して熱が生じる場合があるが、この固定スクロールの鏡板面には熱伝導性の良い鋳物が露出しているので、上記摺動による熱はこの鋳物を介して伝達されて消散するから、上記ラップ部は異常過熱することがなく、ラップ部の摩耗が抑えられ、性能が安定する。

１実施形態スクロール圧縮機は、上記可動スクロールのラップ部の端面にチップシールを設けたことを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記可動スクロールのラップ部端面に設けたチップシールが上記固定スクロールの鏡板面で摺動して熱が生じる場合があるが、この固定スクロールの鏡板面には熱伝導性の良い鋳物が露出しているので、上記摺動による熱はこの鋳物を介して伝達されて消散するから、上記チップシール部は異常過熱することがなく、チップシールの摩耗が抑えられ、性能が安定する。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記可動スクロールのみに、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたことを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を、固定スクロールよりも表面積および体積が小さい可動スクロールのみに設けたので、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を形成する手間と材料が少なくなる。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の下に、無電解ニッケルメッキ層を有することを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記無電解ニッケルメッキ層は、スクロール圧縮機の表面と、この表面に設けるPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層との密着性を高める。そうすると、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、さらに剥がれにくくなるので、このスクロール圧縮機の性能がさらに安定する。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記可動スクロールを上記固定スクロールに軸方向に押し付ける押し付け機構を有することを特徴としている。

このスクロール圧縮機によれば、上記可動スクロールを上記固定スクロールに押し付ける押し付け機構を備える。たとえば、可動スクロールが上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を備えるとすると、上記可動スクロールの鏡板面において上記固定スクロールに摺動接触する部分であるスラスト面のPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキが摩耗する。そうすると、上記可動スクロールは、上記スラスト面での摩耗厚さ分だけ上記固定スクロール側に押し込められるので、上記可動スクロールのラップ部端面が上記固定スクロールの鏡板部に接近する。すなわち、上記可動スクロールのラップ部端面に設けたPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層が、上記固定スクロールの鏡板部に摺動接触するようになって摩耗するので、上記可動スクロールのラップ部端面と固定スクロールの鏡板部との間の隙間が殆どなくなる。したがって、このスクロール圧縮機は圧縮流体の漏れが殆どなくなって、効率が向上する。上記固定スクロールがPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を備えた場合も同様である。

以上より明らかなように、本発明のスクロール圧縮機は、可動スクロールまたは固定スクロールの少なくとも一方の摺動面に、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたので、複雑な形状を有するスクロールにおいても均一な厚さを有する層を形成できて、さらに、上記摺動面に潤滑性を与えることができるので、上記可動スクロールと固定スクロールとが摺動する際の摩擦力を小さくできる。したがって、上記可動スクロールの摺動ロスを少なくして上記スクロール圧縮機を駆動するモータの損失を少なくして、スクロール圧縮機の効率を向上できる。また、上記可動スクロールと固定スクロールとの間の過大な摩擦力を防止できるので、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の剥離を防止できる。さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、摩耗片が小さいので、この摩耗片がスクロール圧縮機の軸受等の摺動部に噛み込むことがなく、スクロール圧縮機の性能を安定にできる。

また、上記スクロール圧縮機は、上記固定スクロールの鏡板面に、鋳物を露出させたので、可動スクロールのラップ部が上記固定スクロールの鏡板面で摺動して生じる熱を、熱伝導性の良い上記鋳物を介して消散させて、上記スクロール圧縮機の異常過熱を防止して性能を安定にできる。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記可動スクロールのラップ部の端面にチップシールを設けたので、上記チップシールが上記固定スクロールの鏡板面で摺動して生じる熱を、熱伝導性の良い上記鋳物を介して消散させて、上記スクロール圧縮機の異常過熱を防止して性能を安定にできる。

１実施形態のスクロール圧縮機は、固定スクロールよりも表面積および体積が小さい可動スクロールのみに、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたので、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を形成する手間と材料を少なくできる。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の下に、無電解ニッケルメッキ層を設けたので、スクロール圧縮機の表面と、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層との密着性を高めて、このスクロール圧縮機の性能を安定にできる。

１実施形態のスクロール圧縮機は、上記可動スクロールを上記固定スクロールに押し付ける押し付け機構を有するので、上記可動スクロールと固定スクロールとが摺動接触するスラスト面のPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキが摩耗して、この摩耗厚さ分だけ上記可動スクロールが上記固定スクロール側に押し込められる。その結果、上記可動スクロールのラップ部端面を上記固定スクロールの鏡板部に接近させて、上記ラップ部端面に設けたPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層が上記鏡板部に摺動接触するようになるので、上記可動スクロールのラップ部端面と固定スクロールの鏡板部との隙間をなくして、このスクロール圧縮機の圧縮流体の漏れを殆ど無くすことができる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は本発明によるスクロール圧縮機の断面図である。分かりやすさのため、スクロールのラップ部の渦巻数は省略して、固定スクロールと可動スクロールとの隙間と、コーティング層の厚さは誇張して示している。このスクロール圧縮機は、可動スクロールを固定スクロールに向って押し付けない固定クランク式のスクロール圧縮機で、固定スクロール１のラップ部２端部にチップシール３を備えると共に、可動スクロール５のラップ部６端部にもチップシール７を備える。上記可動スクロール５のラップ部６と鏡板部８の表面には、略５μｍの厚みを有する無電解ニッケルメッキ層と、略３０μｍの厚みを有するPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層とからなるコーティング層９が設けられている。上記固定スクロール１は鋳物からなり、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は設けていない。この固定スクロールは、上記可動スクロール５を揺動可能に収容して、ハウジング１２に固定されている。上記可動スクロール５は、ラップ部６を備えていない側である底面側にクランク軸受１３を有し、図示しないクランク軸に接続している。

上記固定スクロール１と可動スクロール５との間には、固定スクロール１および可動スクロール５の加工誤差を吸収するために、隙間Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが設けられている。すなわち、固定スクロール１のラップ部２と可動スクロール５のラップ部６との間に径方向の隙間Ｌａを、固定スクロール１の鏡板部１１と可動スクロール５のラップ部６との間に旋回軸方向の隙間Ｌｂを、固定スクロール１のラップ部２と可動スクロール５の鏡板部８との間に旋回軸方向の隙間Ｌｃを設けている。これらの隙間Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、略３０μｍの間隔に形成されている。

上記構成のスクロール圧縮機において、初期運転を行うと、上記可動スクロール５が図示しないクランク軸によって旋回動作する。そうすると、上記可動スクロール５に設けられたコーティング層９の厚さは、上記固定スクロール１と可動スクロール５との間の隙間Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃよりも僅かに厚く、上記コーティング層９の表面のPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、なじみ性を有するので、このPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の固定スクロール１と摺動接触する部分が摩耗する。したがって、上記固定スクロール１と可動スクロール５との間の隙間Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが殆ど無くなって、このスクロール圧縮機の圧縮流体が殆ど漏れなくなる。その結果、このスクロール圧縮機の効率を向上できる。

ここで、上記無電解ニッケルメッキ層およびPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、厚さが均一なので、コーティング層９の厚さは均一である。そのため、上記可動スクロール５が旋回して、上記コーティング層９が上記固定スクロール１と摺動接触して摩耗するときに、摩擦力が過大になる部分が生じない。さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキは潤滑性を有するので、上記コーティング層９と上記固定スクロール１との間の摩擦力を小さくできる。したがって、上記可動スクロール５が旋回するときの摺動ロスを小さくできて、この可動スクロール５を駆動する図示しないモータの損失も小さくできるので、このスクロール圧縮機の効率をさらに向上できる。また、上記コーティング層９と上記固定スクロール１との間に摩擦力が過大になる部分がないので、上記コーティング層９が過大な摩擦力によって剥離することがなく、その結果、このスクロール圧縮機の性能を安定にできる。

また、上記コーティング層９は、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の下に無電解ニッケルメッキ層を備えるので、スクロール圧縮機の表面と、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層との密着性を高めることができる。したがって、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を、さらに剥がれにくくできるので、このスクロール圧縮機の性能をさらに安定にできる。

さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、PTFEが粒径１μｍ以下の粒子で分散しているので、摩耗したときの摩耗片が小さい。したがって、この摩耗片が、スクロール圧縮機の図示しない軸受等の摺動部に噛み込み、スクロール圧縮機が故障することがない。したがって、このスクロール圧縮機の性能を安定して維持できる。

また、上記スクロール圧縮機は、可動スクロール５のみにコーティング層９を設けているので、コーティング層９を形成する無電解ニッケルメッキ層と、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の材料を少なくできる。また、上記コーティング層９が摩耗して生じる摩耗片を少なくできるので、この摩耗片が図示しない軸受等の摺動部に噛み込む可能性を低くできて、このスクロール圧縮機の故障を回避できる。

また、上記可動スクロール５が旋回するときに、可動スクロール５のラップ部６のチップシール７が、固定スクロール１の鏡板部１１に摺動接触して発熱する場合がある。しかし、上記固定スクロール１の鏡板部１は熱伝導率の高い鋳物が露出しているので、上記熱は上記鋳物を伝わって固定スクロール１の外部に発散されるので、このチップシール摺動部が異常高温になって故障することがない。そのため、このスクロール圧縮機の性能を安定して維持できる。

なお、この実施形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール１および可動スクロール５のいずれにもチップシール３，７を備えるが、チップシールを設けていないスクロール圧縮機であってもよい。

図２は本発明によるスクロール圧縮機の他の実施形態を示す断面図である。このスクロール圧縮機は、可動スクロールをガス圧力で固定スクロールに向って押し付ける形式のスクロール圧縮機で、固定スクロール２１のラップ部２２の間の鏡板部２３に、可動スクロール２５のラップ部２６端部に設けたチップシール２７が対向している。上記可動スクロール２５のラップ部２６と鏡板部２８の表面には、略５μｍの厚みを有する無電解ニッケルメッキ層と、略３０μｍの厚みを有するPTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層とからなるコーティング層２９が設けられている。一方、上記固定スクロール２１のラップ部２２および鏡板部２３には、この固定スクロール２１を形成する材料の鋳物が露出している。上記固定スクロール２１は、上記可動スクロール２５を揺動可能に収容して、ハウジング３２に固定されている。上記可動スクロール２５は、ラップ部２６を備えていない側である底面側にクランク軸受３３を有し、図示しないクランク軸に接続している。また、上記可動スクロール２５の底面には、シールリング３５が当接している。

上記固定スクロール２１の鏡板部２３と可動スクロール２５のラップ部２６端部との間には、旋回軸方向の隙間Ｌｆが設けられている。この隙間Ｌｆは、上記固定スクロール２１および可動スクロール２５の加工誤差を吸収するための間隔Ｌｄと、上記コーティング層２９の厚さＬｅとからなり、Ｌｄは略３０μｍ、Ｌｅは略３５μｍである。

上記構成のスクロール圧縮機において、初期運転を行うと、上記可動スクロール２５が図示しないクランク軸によって旋回動作して、上記固定スクロール２１と可動スクロール２５との間で圧縮流体が圧縮されて高圧になる。この高圧の圧縮流体は、上記可動スクロール２５の下側かつ上記シールリング３５の内側に排出されて、矢印Ｐに示す方向に可動スクロール２５を付勢する。そうすると、上記可動スクロール２５の周縁部分が上記固定スクロール２１に向って押圧されて、上記可動スクロール２５の周縁部分にスラスト面３６を形成する。このスラスト面３６のコーティング層２９ａは、上記固定スクロール２５と摺動接触して摩耗する。そして、さらに運転を継続すると、上記スラスト面３６のコーティング層２９ａが略全て摩耗して、この可動スクロール２５のスラスト面３６は、上記固定スクロール２１に摺動接触するようになる。その結果、上記可動スクロール２５は固定スクロール２１に向ってコーティング層厚Ｌｅ、すなわち略３５μｍだけ押し込められる。そうすると、上記可動スクロール２５のラップ部２６端部と固定スクロール２１の鏡板部２３との間の隙間Ｌｆも略３５μｍ縮まって、この可動スクロール２５のラップ部２６端部のコーティング層２９ｃが、固定スクロール２１の鏡板部２３に摺動接触するようになる。したがって、上記可動スクロール２５のラップ部２６端部のコーティング層２９ｃが摩耗して、固定スクロール２１の鏡板部２３との隙間が殆ど無くなって、スクロール圧縮機の圧縮流体が径方向に殆ど漏れなくなる。

一方、上記可動スクロール２５は、旋回する際に径方向にも付勢されているので、この可動スクロール２５のラップ部２６のコーティング層２９ｂと、固定スクロール２１のラップ部２２とが摺動接触して、上記スクロール２５のラップ部２６のコーティング層２９ｂが摩耗する。その結果、上記スクロール２５のラップ部２６のコーティング層２９ｂと固定スクロール２１のラップ部２２との間の隙間が殆ど無くなって、スクロール圧縮機の圧縮流体が旋回軸方向に殆ど漏れなくなる。

このように、スクロール圧縮機の圧縮流体は径方向にも旋回方向にも殆ど漏れなくすることができるので、このスクロール圧縮機の効率を確実に向上できる。

また、上記コーティング層２９の厚さは均一なので、上記可動スクロール２５が旋回して、上記コーティング層２９が上記固定スクロール２１と摺動接触して摩耗するときに、摩擦力が過大になる部分が生じなくて、さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキは潤滑性を有するので、上記コーティング層２９と上記固定スクロール２１との間の摩擦力は小さい。したがって、上記可動スクロール２５を駆動する図示しないモータの損失を小さくできるので、このスクロール圧縮機の効率をさらに向上できる。また、上記コーティング層２９と上記固定スクロール２１との間に摩擦力が過大になる部分がないので、上記コーティング層２９が剥離することがなく、その結果、このスクロール圧縮機の性能を安定にできる。

また、上記コーティング層２９は、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の下に無電解ニッケルメッキ層を備えるので、スクロール圧縮機の表面と、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層とを密着できて、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を、さらに剥がれにくくできる。したがって、このスクロール圧縮機の性能をさらに安定にできる。

さらに、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層は、摩耗したときの摩耗片が小さいので、この摩耗片が、スクロール圧縮機の図示しない軸受等の摺動部に噛み込み、スクロール圧縮機が故障することが殆どない。したがって、このスクロール圧縮機の性能を安定して維持できる。

また、上記可動スクロール２５が旋回するときに、可動スクロール２５のラップ部２６のチップシール２７が固定スクロール２１の鏡板部２３に摺動接触して発熱する場合があるが、上記固定スクロール２１の鏡板部２３は熱伝導率の高い鋳物が露出している。したがって、上記摺動接触による熱は、上記鋳物を伝わって固定スクロール２１の外部に発散されるので、このチップシール摺動部が異常高温になって故障することがない。そのため、このスクロール圧縮機の性能を安定して維持できる。

この発明の実施形態のスクロール圧縮機を示す断面図である。 この発明の他の実施形態のスクロール圧縮機を示す断面図である。 従来のスクロール圧縮機を示す断面図である。

符号の説明

１ 固定スクロール
２ 固定スクロールのラップ部
３ 固定スクロールのチップシール
５ 可動スクロール
６ 可動スクロールのラップ部
７ 可動スクロールのチップシール
８ 可動スクロールの鏡板部
９ コーティング層
１１ 固定スクロールの鏡板部
１２ ハウジング

Claims (5)

1. 可動スクロール（５，２５）または固定スクロール（１，２１）の少なくとも一方の摺動面に、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１によるスクロール圧縮機において、上記可動スクロール（５，２５）のみに、PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１または２によるスクロール圧縮機において、上記PTFEコンポジット無電解ニッケルメッキ層の下に、無電解ニッケルメッキ層を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つによるスクロール圧縮機において、上記可動スクロール（５，２５）のラップ部（６，２６）の端面にチップシール（７，２７）を設け、上記固定スクロール（１，２１）の鏡板面（１１，２３）に、鋳物を露出させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つによるスクロール圧縮機において、上記可動スクロール（２５）を上記固定スクロール（２１）に軸方向に押し付ける押し付け機構を有することを特徴とするスクロール圧縮機。

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