JP2005002923A - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で旋回スクロールを構成し、硬質粒子のブリッジ作用によって旋回スクロールの軸受における焼付きを防止し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【選択図】 図1
【解決手段】旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調に使用されているスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの構成を図5、図6に示す(例えば特許文献1)。図5は旋回スクロールの要部断面図、図6は旋回スクロールの外観を示す斜視図である。
旋回スクロールは、円板状の鏡板1と、その上面部1cから渦巻状に直立して形成されるラップ部2と、軸受部3から構成されている。ラップ部2の高さは、鏡板1の肉厚の約6倍程度になっている。鏡板1及びラップ部2は一体に形成されており、鏡板1の基材1b及びラップ部2の基材2bは30%のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板1の上面部1c及び側面部1dとラップ部2のラップ表層部2aとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
このように構成された旋回スクロールは、軽量であるため毎分1万回転前後の高速回転においても軸受機構等に対する面圧などのダメージが小さい。また、基材1b、2bには偏析部が存在しても、表層部1a、2aがシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い旋回スクロール部材が形成される。
したがって、この旋回スクロールを搭載すればスクロール圧縮機は高速回転が可能となり、小形、軽量、かつ高効率、高信頼性が達成できる。
【0003】
【特許文献1】
特公平11−2915047号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表層部1a、2aはアルミニウム合金の粉末燒結体で形成されているが、加工によって表層部1a、2aのSiはアルミニウムに覆われてしまい、最表面は薄いがアルミニウムリッチになっている。
一方、大容量で多冷媒となるシステムでは、液冷媒の戻りが激しい過渡運転時や差圧が大きくなる高負荷時に、旋回スクロールの軸受において潤滑油切れやそれに伴う急激な温度上昇が発生する。その結果、旋回スクロールのスラスト面において最表面のアルミニウムが起点となり焼付きに至る恐れがある。すなわち、十分な信頼性を保証するためには、旋回スクロールの軸受、特に片当り部における最表面のアルミニウムの処理が重要な課題となっている。
【0005】
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で旋回スクロールを構成し、硬質粒子のブリッジ作用によって旋回スクロールの軸受における焼付きを防止し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項2記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の前記硬質粒子を他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてAlを、前記硬質粒子としてSiを用いて、前記旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項3に記載のスクロール圧縮機において、前記Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項3又は請求項4に記載のスクロール圧縮機において、前記Siを、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項3から請求項5のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてFe系材料を用いたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてMg合金を用いたことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材として樹脂を用いたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項7から請求項9のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明における第1の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、エッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により摺動面での高い信頼性が得られる。
本発明における第2の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、エッジ部の硬質粒子を、研磨によって他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
本発明における第3の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてAlを、硬質粒子としてSiを用いて、旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第4の実施の形態は、第3の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第5の実施の形態は、第3又は第4の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Siを、面積率で4.7%以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第6の実施の形態は、第3から第5の実施の形態によるスクロール圧縮機において、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第7の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてFe系材料を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの軸受又は軸の機械強度が高くなる。
本発明における第8の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてMg合金を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
本発明における第9の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材として樹脂を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
本発明における第10の実施の形態は、第7から第9の実施の形態によるスクロール圧縮機において、硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
【0008】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施例によるスクロール圧縮機の断面図、図2は本実施例によるスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図である。
図1において、密閉容器4は、冷媒を吸入する吸入管5と、圧縮した冷媒を吐出する吐出管6を有している。密閉容器4内には、圧縮機構部7とモータ部(図示せず)が内蔵されている。圧縮機構部7は、フレーム8に固定された固定スクロール9と、固定スクロール9に対向して配置された旋回スクロール10と、旋回スクロール10とフレーム8との間に設けられたオルダムリング11と、モータ部に連結されているクランク軸12より構成されている。
【0009】
固定スクロール9は、鏡板9a、はね9b、吸入ポート9c、及び吐出ポート9dから構成され、吸入ポート9cには吸入管5が接続されている。
旋回スクロール10は、鏡板10a、10b、はね10c、及び軸受10dから構成され、はね10cの高さは、固定スクロール9のはね9bの高さより低く設定されている。また、フレーム8の旋回スクロール10との摺動面には環状溝13が形成され、この環状溝13にはリング状のシール部材14が設けられている。ここで、シール部材14の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール10は固定スクロール9に押付けられ、旋回スクロール10と固定スクロール9の軸方向の隙間がシールされている。
旋回スクロール10は、軟質基材であるAlに硬質粒子である微細な共晶Siを分散させたAl−Si系合金よりなる。そして、クランク軸12と摺動する旋回スクロール10の軸受10dにおいて鏡板10bとは反対側のエッジ部は、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨が施され、表層部の共晶Siを覆っているAlを除去し、その部分の共晶Siを他の部分より多く、面積率で4.7%以上露出させている。
【0010】
ここで、表面に露出している共晶Siの面積率と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図3に示す。図3は、共晶Siの面積率に対する焼付き試験結果を示す表である。
図3に示す試験結果から、共晶Siの面積率は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには、共晶Siの面積率は4.7%以上必要であることがわかる。
【0011】
次に、本実施例によるスクロール圧縮機の動作について説明する。
モータ部の回転は、クランク軸12を介して旋回スクロール10に伝達され、オルダムリング11と協働して旋回スクロール10を旋回運動させる。この旋回運動によって、互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール10のはね10cと固定スクロール9のはね9bは、吸入管5から吸入ポート9cを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は、吐出ポート9dから密閉容器4内に吐出され、吐出管6から密閉容器4外に導き出される。密閉容器4内は高圧になっている。
さて、大容量で多冷媒となるシステムでは、始動や除霜などの過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発生する。旋回スクロール10の軸受10dには液冷媒によって希釈されて粘度が低下した潤滑油が供給されるため潤滑状態は厳しくなる。更にクランク軸12と軸受10dとの軸受隙間のためにクランク軸12は傾き、旋回スクロール10の軸受10dのエッジ部で接触して片当りが発生し、摺動は更に厳しくなるが、エッジ部では微細な共晶Siが適度に露出されており、その共晶Siがクランク軸12を支えて摺動し、そのブリッジ作用によってクランク軸12と軸受10dとの焼付きが防止され、信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。その結果、高圧型スクロール圧縮機における高速運転が可能となり、始動や除霜などの過渡運転時間を短縮できる。
また、表層部の共晶Si量を、EPMAによる平均Si強度で17カウント以上に分布させても、同様の作用効果が得られる。
【0012】
ここで、表面から2μm深さまでの共晶Si量と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図4に示す。図4は、平均Si強度に対する焼付き試験結果を示す表である。
表面から2μm深さまでの共晶Si量については、EPMAで相対的な量として把握した。すなわち、Al−Si系合金に対して加速電圧を15kVに設定し、電子ビームを2μm深さまで入射させ、SC電流を10nAに設定して電子ビーム径を極力絞り、0.512×0.512mmの面積における平均Si強度を測定した。
図4に示す試験結果から、平均Si強度は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには平均Si強度が17カウント以上必要であることがわかる。
また、軟質基材としてFe系材料を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に旋回スクロール10の機械強度が高くなり、はね10cの高さを上げるだけでスクロール圧縮機を大型化できる。
また、軟質基材としてMg合金を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上できる。
また、軟質基材として樹脂を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同様の作用効果が得られるが、スクロール圧縮機を更に小型化ができる。また空気圧縮機、真空ポンプやファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
【0013】
以上述べた作用効果は、旋回スクロールが軸を有する場合、その軸の少なくともエッジ部に対しても同様に得られるが、熱処理などのプロセスによってSiを分布させたり、Si量の違うAl−Si系合金を複合化させることによっても同様に得られる。
【0014】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により信頼性の高いスクロール圧縮機が実現できる。
また本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものであり、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
また本発明は、軟質基材としてAlを、硬質粒子としてSiを用いて、旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Siを、面積率で4.7%以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、軟質基材としてFe系材料を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの軸受又は軸の機械強度が高くなる。
また本発明は、軟質基材としてMg合金を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
また本発明は、軟質基材として樹脂を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
また本発明は、硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図2】本実施例のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図
【図3】共晶Siの面積率に対する焼付き試験結果を示す表
【図4】平均Si強度に対する焼付き試験結果を示す表
【図5】従来例の旋回スクロールを示す要部断面図
【図6】従来例の旋回スクロールの外観を示す斜視図
【符号の説明】
10 旋回スクロール
10d 軸受
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調に使用されているスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの構成を図5、図6に示す(例えば特許文献1)。図5は旋回スクロールの要部断面図、図6は旋回スクロールの外観を示す斜視図である。
旋回スクロールは、円板状の鏡板1と、その上面部1cから渦巻状に直立して形成されるラップ部2と、軸受部3から構成されている。ラップ部2の高さは、鏡板1の肉厚の約6倍程度になっている。鏡板1及びラップ部2は一体に形成されており、鏡板1の基材1b及びラップ部2の基材2bは30%のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板1の上面部1c及び側面部1dとラップ部2のラップ表層部2aとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
このように構成された旋回スクロールは、軽量であるため毎分1万回転前後の高速回転においても軸受機構等に対する面圧などのダメージが小さい。また、基材1b、2bには偏析部が存在しても、表層部1a、2aがシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い旋回スクロール部材が形成される。
したがって、この旋回スクロールを搭載すればスクロール圧縮機は高速回転が可能となり、小形、軽量、かつ高効率、高信頼性が達成できる。
【0003】
【特許文献1】
特公平11−2915047号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表層部1a、2aはアルミニウム合金の粉末燒結体で形成されているが、加工によって表層部1a、2aのSiはアルミニウムに覆われてしまい、最表面は薄いがアルミニウムリッチになっている。
一方、大容量で多冷媒となるシステムでは、液冷媒の戻りが激しい過渡運転時や差圧が大きくなる高負荷時に、旋回スクロールの軸受において潤滑油切れやそれに伴う急激な温度上昇が発生する。その結果、旋回スクロールのスラスト面において最表面のアルミニウムが起点となり焼付きに至る恐れがある。すなわち、十分な信頼性を保証するためには、旋回スクロールの軸受、特に片当り部における最表面のアルミニウムの処理が重要な課題となっている。
【0005】
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で旋回スクロールを構成し、硬質粒子のブリッジ作用によって旋回スクロールの軸受における焼付きを防止し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項2記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の前記硬質粒子を他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてAlを、前記硬質粒子としてSiを用いて、前記旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項3に記載のスクロール圧縮機において、前記Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項3又は請求項4に記載のスクロール圧縮機において、前記Siを、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項3から請求項5のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてFe系材料を用いたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてMg合金を用いたことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材として樹脂を用いたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項7から請求項9のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明における第1の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、エッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により摺動面での高い信頼性が得られる。
本発明における第2の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、エッジ部の硬質粒子を、研磨によって他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
本発明における第3の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてAlを、硬質粒子としてSiを用いて、旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第4の実施の形態は、第3の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第5の実施の形態は、第3又は第4の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Siを、面積率で4.7%以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第6の実施の形態は、第3から第5の実施の形態によるスクロール圧縮機において、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第7の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてFe系材料を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの軸受又は軸の機械強度が高くなる。
本発明における第8の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてMg合金を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
本発明における第9の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材として樹脂を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
本発明における第10の実施の形態は、第7から第9の実施の形態によるスクロール圧縮機において、硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
【0008】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施例によるスクロール圧縮機の断面図、図2は本実施例によるスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図である。
図1において、密閉容器4は、冷媒を吸入する吸入管5と、圧縮した冷媒を吐出する吐出管6を有している。密閉容器4内には、圧縮機構部7とモータ部(図示せず)が内蔵されている。圧縮機構部7は、フレーム8に固定された固定スクロール9と、固定スクロール9に対向して配置された旋回スクロール10と、旋回スクロール10とフレーム8との間に設けられたオルダムリング11と、モータ部に連結されているクランク軸12より構成されている。
【0009】
固定スクロール9は、鏡板9a、はね9b、吸入ポート9c、及び吐出ポート9dから構成され、吸入ポート9cには吸入管5が接続されている。
旋回スクロール10は、鏡板10a、10b、はね10c、及び軸受10dから構成され、はね10cの高さは、固定スクロール9のはね9bの高さより低く設定されている。また、フレーム8の旋回スクロール10との摺動面には環状溝13が形成され、この環状溝13にはリング状のシール部材14が設けられている。ここで、シール部材14の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール10は固定スクロール9に押付けられ、旋回スクロール10と固定スクロール9の軸方向の隙間がシールされている。
旋回スクロール10は、軟質基材であるAlに硬質粒子である微細な共晶Siを分散させたAl−Si系合金よりなる。そして、クランク軸12と摺動する旋回スクロール10の軸受10dにおいて鏡板10bとは反対側のエッジ部は、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨が施され、表層部の共晶Siを覆っているAlを除去し、その部分の共晶Siを他の部分より多く、面積率で4.7%以上露出させている。
【0010】
ここで、表面に露出している共晶Siの面積率と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図3に示す。図3は、共晶Siの面積率に対する焼付き試験結果を示す表である。
図3に示す試験結果から、共晶Siの面積率は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには、共晶Siの面積率は4.7%以上必要であることがわかる。
【0011】
次に、本実施例によるスクロール圧縮機の動作について説明する。
モータ部の回転は、クランク軸12を介して旋回スクロール10に伝達され、オルダムリング11と協働して旋回スクロール10を旋回運動させる。この旋回運動によって、互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール10のはね10cと固定スクロール9のはね9bは、吸入管5から吸入ポート9cを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は、吐出ポート9dから密閉容器4内に吐出され、吐出管6から密閉容器4外に導き出される。密閉容器4内は高圧になっている。
さて、大容量で多冷媒となるシステムでは、始動や除霜などの過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発生する。旋回スクロール10の軸受10dには液冷媒によって希釈されて粘度が低下した潤滑油が供給されるため潤滑状態は厳しくなる。更にクランク軸12と軸受10dとの軸受隙間のためにクランク軸12は傾き、旋回スクロール10の軸受10dのエッジ部で接触して片当りが発生し、摺動は更に厳しくなるが、エッジ部では微細な共晶Siが適度に露出されており、その共晶Siがクランク軸12を支えて摺動し、そのブリッジ作用によってクランク軸12と軸受10dとの焼付きが防止され、信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。その結果、高圧型スクロール圧縮機における高速運転が可能となり、始動や除霜などの過渡運転時間を短縮できる。
また、表層部の共晶Si量を、EPMAによる平均Si強度で17カウント以上に分布させても、同様の作用効果が得られる。
【0012】
ここで、表面から2μm深さまでの共晶Si量と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図4に示す。図4は、平均Si強度に対する焼付き試験結果を示す表である。
表面から2μm深さまでの共晶Si量については、EPMAで相対的な量として把握した。すなわち、Al−Si系合金に対して加速電圧を15kVに設定し、電子ビームを2μm深さまで入射させ、SC電流を10nAに設定して電子ビーム径を極力絞り、0.512×0.512mmの面積における平均Si強度を測定した。
図4に示す試験結果から、平均Si強度は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには平均Si強度が17カウント以上必要であることがわかる。
また、軟質基材としてFe系材料を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に旋回スクロール10の機械強度が高くなり、はね10cの高さを上げるだけでスクロール圧縮機を大型化できる。
また、軟質基材としてMg合金を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上できる。
また、軟質基材として樹脂を用い、硬質粒子を面積率で4.7%以上露出させると、上記と同様の作用効果が得られるが、スクロール圧縮機を更に小型化ができる。また空気圧縮機、真空ポンプやファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
【0013】
以上述べた作用効果は、旋回スクロールが軸を有する場合、その軸の少なくともエッジ部に対しても同様に得られるが、熱処理などのプロセスによってSiを分布させたり、Si量の違うAl−Si系合金を複合化させることによっても同様に得られる。
【0014】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により信頼性の高いスクロール圧縮機が実現できる。
また本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものであり、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
また本発明は、軟質基材としてAlを、硬質粒子としてSiを用いて、旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Siを、面積率で4.7%以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、軟質基材としてFe系材料を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの軸受又は軸の機械強度が高くなる。
また本発明は、軟質基材としてMg合金を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
また本発明は、軟質基材として樹脂を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
また本発明は、硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図2】本実施例のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図
【図3】共晶Siの面積率に対する焼付き試験結果を示す表
【図4】平均Si強度に対する焼付き試験結果を示す表
【図5】従来例の旋回スクロールを示す要部断面図
【図6】従来例の旋回スクロールの外観を示す斜視図
【符号の説明】
10 旋回スクロール
10d 軸受
Claims (10)
- 旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
- 旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの軸受又は軸における少なくともエッジ部に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該エッジ部の前記硬質粒子を他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
- 前記軟質基材としてAlを、前記硬質粒子としてSiを用いて、前記旋回スクロールの軸受又は軸をAl−Si系合金としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記Siを、共晶Si又は微細化された初晶Siとしたことを特徴とする請求項3に記載のスクロール圧縮機。
- 前記Siを、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のスクロール圧縮機。
- 加速電圧15kV、SC電流10nAでのEPMAによる平均Si強度が17カウント以上としたことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
- 前記軟質基材としてFe系材料を用いたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記軟質基材としてMg合金を用いたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記軟質基材として樹脂を用いたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記硬質粒子を、面積率で4.7%以上露出させたことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
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