JP2004251226A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の内面に従来用いられていた鉛入り巻きブッシュを用いず、潤滑性、耐摩耗性に優れた圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機の回転軸の軸受内面に、焼結層にフッ素樹脂を含浸した表面層を備えた金属板を、表面層を内側にして巻き成形して作った巻きブッシュを装着し、表面層に研削加工などの砥粒加工を施して、フッ素樹脂の表層に青銅粉末製焼結材の研削面を５〜６０％程度露出させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍、空調用機器に用いられるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮機として特開平１１−１０７９４２号公報（特許文献１）がある。ここで、密閉容器内に電動機とこの電動機と一体に固接された回転軸によって駆動されるスクロール圧縮機構部を備えた従来のスクロール圧縮機において、例えば、回転軸と軸受の摺動面の冷媒ガスをシールする場合、冷媒ガスのシールが必要となる軸受内面は潤滑条件が悪くなるため、それに耐えられるＰＶ値の高い軸受内面として、通常図７に示すような青銅粉末製多孔質焼結層３１に、潤滑性及び耐摩耗性を有するフッ素樹脂と鉛を一部含浸させた表層３２からなる表面層２９を備えた鋼板などからなる金属板３０を、表面層２９を内側にして巻き成形して作った巻きブッシュ２８をフレーム中心部のベアリング穴と旋回スクロールのボス穴へ圧入して装着した後、適宜仕上げ加工を施して用いられていた。しかし、図７に示すこの巻きブッシュ２８の表面層２９には潤滑材として前述のように、フッ素樹脂とともに鉛その他が含浸されており、この鉛を用いることで材料費と鉛の含浸に係わるコストがアップするほか、この環境への影響が懸念されている鉛を使用している問題点を有していた。
【０００３】
更に、特許文献１では巻きブッシュの仕上げ加工の具体的な方法、即ち、フッ素樹脂と鉛の表層３２のみを仕上げるのか、表層３２と青銅粉末製多孔質層まで仕上げ範囲とするのか、更に仕上げ方法が切削か研削かなどの具体的加工プロセスに全く触れていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０７９４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来フッ素樹脂を基材とした摺動材を青銅粉末製多孔質焼結層に含浸した表面層の仕上げ加工は、切粉の排除性（切粉が仕上面から離れ易く、表面層に食い込み難い）が良い精密切削加工を適用してきたが、図８（表面模式図）に示すように、切削ではフッ素樹脂が刃先に付着して伸びを生じ、軸受面にひげ状に突出して残存し、その結果、内径寸法や面あらさ、形状精度の安定を欠き、適正な軸受クリアランスを得ることが難しく、組立のためにクリアランスを拡大すると信頼性が低下し、小さいクリアランスでは組立できないなどの問題を生じていた。
【０００６】
本発明の課題は、安価で信頼性の高い軸受を備えたスクロール圧縮機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
多孔質焼結層にフッ素樹脂を含浸させた摺動面が多孔質焼結層を砥粒加工で露出した面からなるブッシュを軸受に適用することで、課題は解決できる。
【０００８】
即ち、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器内に電動機と、この電動機によって駆動されるスクロール圧縮機構部と、前記密閉容器内に装着されて前記スクロール圧縮機構部を支持するとともに、中央に前記電動機と固接した回転軸を軸支する主軸受部を有するフレームとを備え、前記スクロール圧縮機構部は、前記フレーム側に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールに対して、前記電動機の駆動により公転する渦巻状のラップを有し、その背面の中央部に前記回転軸の軸心と偏心して前記回転軸の端部に設けられたピン部と連接する軸受部をボス部内側に有する旋回スクロールとを備え、それらのラップ同士を互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成し、前記密閉容器外から吸入した冷媒ガスをそれらの圧縮室で圧縮して前記密閉容器内に吐出し、前記スクロール圧縮機構部から吐出された冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機において、潤滑油により冷媒ガスがシールされた前記回転軸のジャーナル部と摺動する前記フレームの主軸受と、前記回転軸のピン部と摺動する前記旋回スクロールの軸受部とに、金属基部に設けられた多孔質焼結層とその多孔質焼結層に含浸させたフッ素樹脂層と備え、そのフッ素樹脂層から前記焼結層が露出した砥粒加工面を軸受摺動面としたものである。
【０００９】
また、砥粒加工面を砥石による研削加工により得るようにしてもよいし、研削加工の後、砥石を用いてホーニング加工した加工面としてもよい。
【００１０】
また、砥粒加工面を、切削加工の後、砥石を用いてホーニング加工を施した加工面としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図５に示す図面にて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例が適用されるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。図２は、図１に示したスクロール圧縮機に用いる巻きブッシュの成形及びその断面を示す説明図である。図３は、本発明の一実施例の巻きブッシュの軸受の表面層を、砥石を用いて研削加工している一例を示す側断面図である。図４は、更に図３の研削加工後、砥石を用いたホーニング加工している一例を示す側断面図である。図５は、図３或いは図４で砥粒加工を実施した軸受の仕上面の一例を示した表面模式図である。図６は、図３或いは図４で仕上げ加工が終了した後の軸受摺動面となる仕上げ加工面への青銅粉末製焼結材の加工面の露出状況を模擬的に示す斜視図である。
【００１３】
ここで、１はスクロール圧縮機、２は密閉容器、３は電動機、４は圧縮機構部、５は回転軸、６はフレーム、７は旋回スクロール、８は固定スクロール、９は圧縮室、１０は吸入管、１１は油導入管、１２は副軸受、１３は副軸受フレーム、１４はベアリング、１５は潤滑油、１６は巻きブッシュ、１７は内面研削盤のチャック、１８は軸付砥石、１９は砥石スピンドル、２０はホーニング砥石、２１はホーニング砥石ホルダ、２２は吐出管である。
【００１４】
図１は、冷蔵庫やルームエアコンなどの冷凍空調機器に使用されるスクロール圧縮機で、上端にフタチャンバ２ａ、下端にソコチャンバ２ｂを溶接し密封した円筒状の密閉容器２を備えている。この密閉容器２内には電動機３とこの電動機３によって駆動される圧縮機構部４が夫々中央部と上部に収納されている。電動機３は密閉容器２の内部に焼嵌めなどにより固定されたステータ３ａと、このステータ３ａの中央部に位置されたロータ３ｂからなり、このロータ３ｂの中心部には密閉容器２の軸心方向に向けられた回転軸５が圧入などによって貫通状態に固接されている。
【００１５】
そのジャーナル部５ａは圧縮機構部４を支持するフレーム６の中央部に設けられた主軸受６ａに貫通され回転自在に支持されている。ここで、フレーム６は密閉容器２の内壁面に溶接（図示せず）などにより結合固定されている。フレーム６を貫通した回転軸５の端部にはその中心が回転軸５の軸心と偏心して設けたピン部（クランク部）５ｂが形成されている。
【００１６】
このピン部５ｂには旋回スクロール７が連接されている。この旋回スクロール７は円盤状の鏡板７ａの一側面中央部にピン部５ｂを挿入して連接する軸受７ｃを設けるボス７ｂと、鏡板７ａの他端面に形成された渦巻状のラップ７ｄとを備えている。また、フレーム６には固定スクロール８が結合されている。この固定スクロール８は旋回スクロール７のラップ７ｄに互い違い状態に位置して複数の圧縮室９を形成する渦巻状のラップ８ａが形成されている。
【００１７】
そして、固定スクロール８の吸入ポート８ｂには密閉容器２に貫通された吸入管１０が接続されている。また、固定スクロール８の中央部には圧縮された冷媒ガスを密閉容器２内吐出する吐出ポート８ｃが設けられている。
【００１８】
そして、吸入管１０から吸入される冷媒ガスのスクロール圧縮機構部４の吸入側と旋回スクロール７の背面（鏡板７ａのボス７ｂのある側の端面）とフレーム６の間は旋回スクロール７の鏡板７ａの周縁部において連通させてあるのでこの間の圧力は上記冷媒ガス吸入側とほぼ同じに低く、密閉容器２内の圧力より低い。
【００１９】
回転軸５の下端部には油導入管１１を圧入した差圧式給油部５ｃが設けられている。この給油部５ｃは、密閉容器２内に装着されて回転軸５の一端を軸支する副軸受１２を備えた副軸受フレーム１３を図１のように密閉容器２下部に備えている。
【００２０】
この副軸受フレーム１３と回転軸５の間にはベアリング１４を介在させてある。
【００２１】
回転軸５中にはその一端から他端に通じる油通路５ｄが穿設されており、回転軸５が主軸受６ａに軸支されているジャーナル部５ａの中央部と、電動機３側寄りに油通路５ｄから主軸受６ａの摺動面に通じる小穴５ｅが設けられている。また、回転軸５の一端部から出た潤滑油は旋回スクロール７の軸受７ｃと回転軸５のピン部５ｂの摺動面の冷媒ガスをシールし、小穴５ｅを通過した潤滑油はフレーム６の主軸受６ａと回転軸５のジャーナル部５ａの摺動面を潤滑するとともにこの摺動面の冷媒ガスをシールするようになっている。
【００２２】
前記の密閉容器２には所定のレベルまで潤滑油１５が収容されており、この潤滑油１５は上述した差圧によって給油部５ｃの油導入管１１から吸い上げられて回転軸５の中に設けた油通路５ｄを経て主軸受６ａを含む各摺動部へ送られ循環して使用されるようになっている。
【００２３】
本実施例においては、ＰＶ値の高い巻きブッシュ１６が、フレーム６のベアリング穴６ｂと旋回スクロール７のボス穴７ｅ内径に圧入のよって装着されて用いられている。
【００２４】
図２に示すように、この巻きブッシュ１６は潤滑性及び耐摩耗性に優れた表面層１６ａを備えた金属板１６ｂを、表面層１６ａを内側にして巻き成形して作られる。この巻きブッシュ１６の断面は外側から順に金属板１６ｂ、青銅粉末製多孔質焼結層１６ｃ、フッ素樹脂または潤滑性向上等を目的とした添加剤を添加したフッ素樹脂を含浸させた表層１６ｄからなっている。１６ｅは青銅粉末を示す。
【００２５】
ここで図２は、図６に示す従来例の巻きブッシュの形状と同じ図象であるが、その表面層は前述したようにフッ素樹脂または潤滑性向上等を目的とした添加剤を添加したフッ素樹脂を青銅粉末製多孔質焼結層に含浸したことにより形成されており、従来のフッ素樹脂と鉛粉その他を含浸させた表面層とは異なり、公害上使用規制物質である鉛を用いていない特長を有している。このような巻きブッシュ１６はフレーム６のベアリング穴６ｂと旋回スクロール７のボス穴７ｅに圧入した後、図３或いは図４のように砥粒加工で精密に仕上げることによって、フレーム６の主軸受６ａ、旋回スクロール７の軸受７ｃとして、回転軸５のジャーナル部５ａとピン部５ｂとの高信頼性の摺動面として長期にわたり使用される。
【００２６】
図３は、本発明に係わる軸受部内径の仕上げ加工方法一例を、フレーム６を例にとり説明するものである。即ち、ベアリング穴６ｂに巻きブッシュ１６を圧入したフレーム６を、内面研削盤の主軸（図示せず）に設けたチャック１７に取り付け、比較的緩やかにこれを回転させる。一方、軸付砥石１８は砥石スピンドル１９に取り付けこれを比較的高速で回転させ、フレーム６の軸心と砥石スピンドル１９の軸心を適宜偏心させ、軸付砥石１８と巻きブッシュ１６内径を線接触させ、砥石スピンドル１９に軸心と直角方向に適宜切り込みを与えるとともに、軸心方向に往復運動を付加し研削加工を行う。このとき研削によって発生する切粉は、スピンドル１９側から噴射するクーラント（図示せず）の噴射方向及び噴射圧力を調整して研削面に残存或いは食い込まないように配慮している。
【００２７】
図４は、図３で研削加工が終了した軸受６ａ内径面に、研削条件のばらつきなどによって、若干であるが従来公知切削加工時に見られるひげ状のフッ素樹脂の伸びが生じる場合があり、これを除去するために実施するホーニング加工の一例を説明するものである。即ち、軸受６ａ内径にホーニングホルダ２１に弾性的に取付けたホーニング砥石２０を挿入し、ホーニング砥石２０の内径方向に拡張圧を負荷しながらホーニングホルダに軸心方向に往復動と回転を与え、軸受６ａ内径を超仕上げ加工して軸受内面の品質を向上させる方法である。
尚、旋回スクロール７は、ボス穴が貫通してないので研削及びホーニング加工が、貫通穴のフレーム６の場合と砥石の大きさや往復動に工夫が必要であるが、原理的には同じように仕上加工を適用する。
【００２８】
図５は、以上の本発明の一実施例の研削加工やホーニング加工などの砥粒加工で得られた巻きブッシュ１６の内表面の仕上状況を説明するもので、即ち、図８に示す従来の切削仕上げ加工で見られたフッ素樹脂のひげ状の繊維状の伸びは認められず、寸法と面あらさや形状精度の良好な軸受面６ａが得られる。
図６は、図３及び図４の砥粒による仕上げ加工によって巻きブッシュ１６の表層１６ｄと表面層１６ａの状態が変化し、軸受性能を安定維持させることをできなくなる場合があるので、主軸受６ａ面、軸受７ｃ面のフッ素樹脂の表層に青銅粉末焼結材研削面１６ｆの露出の状態を模擬的に示したものである。
【００２９】
即ち、全面がフッ素樹脂の表層の場合は回転軸の摺動によってフッ素樹脂面が早期に摩耗し、軸受部の摺動クリアランスが拡大し、旋回スクロール７、固定スクロール８の夫々のラップ７ｄ、８ａが運転中に当りを生じ異常音を発生する場合があるので、仕上げ加工面に図５のように軸受強度を維持するため青銅粉末焼結材研削面１６ｆを最低５％程度露出させる。また、青銅粉末焼結材研削面１６ｆの露出が多すぎる場合は摺動部の冷媒ガスのシール機能との兼ね合いで潤滑条件が厳しく焼き付きを発生することがあるので、自社の経験的から青銅粉末焼結材研削面１６ｆの最大露出を６０％程度上限として規定する。
【００３０】
上記のように構成した本発明のスクロール圧縮機１の運転を開始すると、冷媒ガスは吸入管１０からスクロール圧縮機構部４の外周部に吸入されて漸次圧縮室９の中心に移動してゆくことで圧縮され、固定スクロール８の中央部に設けた吐出ポート８ｂから密閉容器２内に吐出され、この空間で同伴した潤滑油１５が分離され、脈動が低減される。
【００３１】
吐出された冷媒ガスは白矢印で示したように固定スクロール８とフレーム６のガス流通穴８ｄ、６ｃなどを通り、ロータ３ｂの回転による遠心力などで更に冷媒ガスから潤滑油を分離し、フレーム６のフランジ部６ｄの下部に設けた吐出管２２から密閉容器２外に吐出される。また、分離された潤滑油１５は黒矢印に示すようにガス流通穴８ｄ、６ｃを含む図示されていない固定スクロール８、フレーム６と密閉容器２のあらゆる隙間を通り、密閉容器２の底部に流れて溜り循環して使用される。
【００３２】
以上、本発明のスクロール圧縮機は縦形で説明したが、本発明のスクロール圧縮機は縦形に限定されるものでなく、特許文献１に見られる横置き形スクロール圧縮機や、その他の圧縮機にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のスクロール圧縮機は、軸受面圧への耐力と、摺動潤滑性を高めることが出来ることから、高信頼性のスクロール圧縮機を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクロール圧縮機の一実施例を示す側断面図。
【図２】図１に示す本発明スクロール圧縮機に用いる巻きブッシュの説明図。
【図３】図１に示す本発明スクロール圧縮機に用いる巻きブッシュの研削加工の一実施例を示す側断面図。
【図４】図３に示す本発明スクロール圧縮機に用いる巻きブッシュの研削加工後または切削加工後に追加するホーニング加工の一実施例を示す側断面図。
【図５】本発明の砥粒加工で得られた軸受表面の加工状態の一例を示す模式図。
【図６】図３、図４で砥粒加工した軸受面の青銅粉末製焼結材のフッ素樹脂面への露出状況を模擬的に示した斜視図。
【図７】従来スクロール圧縮機に用いる巻きブッシュを示す説明図。
【図８】従来スクロール圧縮機の巻きブッシュの内径を切削加工面の状態の一例を示す模式図。
【符号の説明】
１…スクロール圧縮機、２…密閉容器、２ａ…フタチャンバ、２ｂ…ソコチャンバ、３…電動機、３ａ…ステータ、３ｂ…ロータ、４…圧縮機構部、５…回転軸、５ａ…ジャーナル部、５ｂ…ピン部、５ｃ…給油部、５ｄ…油通路、５ｅ…小穴、６…フレーム、６ａ…主軸受、６ｂ…ベアリング穴、６ｃ…ガス流通穴、６ｄ…フランジ部、７…旋回スクロール、７ａ…鏡板、７ｂ…ボス、７ｃ…軸受、７ｄ…ラップ、７ｅ…ボス穴、８…固定スクロール、８ａ…ラップ、８ｂ…吸入ポート、８ｃ…吐出ポート、８ｄ……ガス流通穴、９…圧縮室、１０…吸入管、１１…油導入管、１２…副軸受、１３…副軸受フレーム、１４…ベアリング、１５…潤滑油、１６…巻きブッシュ、１６ａ…表面層、１６ｂ…金属板、１６ｃ…青銅粉末製多孔質焼結層、１６ｄ…表層、１６ｅ…青銅粉末、１６ｆ…青銅粉末製焼結材研削面、１７…内面研削盤のチャック、１８…軸付砥石、１９…砥石スピンドル、２０…ホーニング砥石、２１…ホーニング砥石ホルダ、２２…吐出管。

Claims (1)

1. 密閉容器内に電動機と、この電動機によって駆動されるスクロール圧縮機構部と、前記密閉容器内に装着されて前記スクロール圧縮機構部を支持するとともに、中央に前記電動機と固接した回転軸を軸支する主軸受部を有するフレームとを備え、前記スクロール圧縮機構部は、前記フレーム側に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールに対して、前記電動機の駆動により公転する渦巻状のラップを有し、その背面の中央部に前記回転軸の軸心と偏心して前記回転軸の端部に設けられたピン部と連接する軸受部をボス部内側に有する旋回スクロールとを備え、それらのラップ同士を互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成し、前記密閉容器外から吸入した冷媒ガスをそれらの圧縮室で圧縮して前記密閉容器内に吐出し、前記スクロール圧縮機構部から吐出された冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機において、潤滑油により冷媒ガスがシールされた前記回転軸のジャーナル部と摺動する前記フレームの主軸受と、前記回転軸のピン部と摺動する前記旋回スクロールの軸受部とに、金属基部に設けられた多孔質焼結層とその多孔質焼結層に含浸させたフッ素樹脂層と備え、そのフッ素樹脂層から前記焼結層が露出した砥粒加工面を軸受摺動面とするブッシュを設けたスクロール圧縮機。

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