JP2005307903A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機のスラスト摺動面の高い信頼性を実現すること。
【解決手段】可動スクロール３の表面にショットを圧縮空気で吹き付けて形成することにより微少な窪み４１が形成され、潤滑油９が貯留され可動スクロール３が運転することにより潤滑油９がスラスト面４２ににじみ出るのでかじりや焼き付きの無い高い信頼性を持つスクロール圧縮機となる。
【選択図】図１

Description

本発明は業務用、および非業務用を問わず、各種用途での冷凍空調に使用されているスクロール圧縮機に関するものである。

冷凍空調用の圧縮機としては、圧縮機構の方式がレシプロ式、ローリングピストン式およびスクロール式のものがあり、いずれの方法も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されている。いずれの方式の圧縮機も、密閉容器内に、圧縮機構部と、その駆動用のシャフト、及び電動機等を収容して構成されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された密閉圧縮機には、空調機用のスクロール圧縮機について動作等が詳細に説明されている。

ここでは、ＨＣＦＣ系冷媒Ｒ２２を作動ガスに使用している場合のスクロール圧縮機を例にとり、従来の技術を説明する。

図５に従来のスクロール圧縮機の縦断面図を示す。

図５において、密閉容器１の内部には、固定スクロール２ａと可動スクロール３とから構成された圧縮機構部２、オルダム継手４を介して可動スクロール３を固定スクロール２ａに対して旋回運動させるシャフト５と、固定スクロール２ａを固定されシャフト５を回転自在に支持する軸受部材６を設けている。

シャフト５には電動機７の回転子７ａが取り付けられており、胴シェル２１に焼き嵌め固定された固定子７ｂとともに軸受部材６の下部に配設されている。

密閉容器１の下方底部には潤滑油９を貯溜する油溜め１０が設けられており、シャフト５の貫通穴１３の下端より油溜め１０の潤滑油９をシャフト５の回転に伴いオイルポンプ１７で吸い上げ、ジャーナル軸受６ａ、偏芯軸受３ａ、および固定スクロール２ａと可動スクロール３などの各摺動面へ供給する。

次に、以上のような構成を有する従来のスクロール圧縮機における、冷媒ガスの圧縮サイクルを説明する。空調機の熱交換器（図示せず）などを循環してきた低圧の冷媒ガスは吸入管１１より圧縮機構部２に吸入される。

吸入された冷媒ガスは、固定スクロール２ａと可動スクロール３との間に形成された三日月状の圧縮空間（図示せず）に入り、可動スクロール３の旋回運動により三日月状の圧縮空間が外側から中央に向かって次第に縮小することで、冷媒ガスは圧縮され高圧ガスとなり吐出孔１２より吐出される。

吐出孔１２より吐出された高圧ガスは、一旦密閉容器１内の固定スクロール２ａの上方の吐出空間１ａへ吐出され、ガス通路１４を通じ、電動機７が収容された下部空間１ｂに流れ、回転子７ａ内に設けられたガス通路１８ａから密閉容器１の底部空間１ｃへ、さらに固定子７ｂの外周に設けられた通路１８ｂを通じ上方に流れ、通路１４とは別に設けられたガス通路１５を通じ、固定スクロール２ａより上方の空間１ｃに流れ、吐出管１６より、外部の図示しない熱交換器などの空調システムへ吐出される。そして、高圧ガスは該空調システムにおいて空調機の熱交換器などを循環し低圧ガスとなり、再び吸入管１１より圧縮機に戻る周知の圧縮サイクルを構成する。

次に、従来のスクロール圧縮機における、各摺動部へ潤滑油９を供給する潤滑油の循環サイクルを説明する。油溜め１０からオイルポンプ１７で吸い上げられた潤滑油９は、シャフト５の貫通穴１３の中を上昇し、偏心軸受３ａ、ジャーナル軸受６ａおよび各摺動部を潤滑、冷却して、ジャーナル軸受６ａの下部の油排出口から可動子７ａ上部へ排出され、可動子７ａ内の通路１８ｂを通って底部の油溜め１０に戻る潤滑油の循環サイクルを形成している。

また、偏心軸受３ａを通った潤滑油９の一部も、可動スクロール３の下方のボス部空間２１から、オルダム継手４が設置された背圧空間２２、そして背圧空間２２の圧力を調整する吸入背圧調整弁２３を通じて吸入側の圧縮室２４に導かれ、可動スクロール３の旋回運動により圧縮された冷媒ガスとともに吐出孔１２よりでてガス通路１４、１８ａを通じ、底部の油溜め１０に戻る潤滑油の循環サイクルを形成している。この循環サイクルの過程で、オルダム継手４および可動スクロール３、固定スクロール２ａ等の各摺動部を潤滑、冷却する。

しかしながら、地球環境への問題へ対応から、従来用いられていたＲ１２等のＣＦＣ系やＲ２２などのＨＣＦＣ系冷媒より地球温暖化抑制に適した、高効率で地球温暖化係数の小さいＨＦＣ系冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ、またはＲ３２等を、主成分としたＨＦＣ系冷媒等）、あるいは地球温暖化係数がさらに小さい自然冷媒（例えば、二酸化炭素（以後ＣＯ２と記す）等）を冷媒に用いた機器の利用が進められている。

これらの冷媒の多くは、冷媒の特性上、機器のシステム効率を高めるために、従来冷媒Ｒ２２等より作動圧力が高くする必要があり、その圧力に応じて摺動部は大きい力を受けながら摺動する。

例えば、図５に示す上記圧縮機の構成の場合、ボス部空間２１及び背圧空間２２の圧力により可動スクロール３は、固定スクロール２ａに押付けられながら旋回運動しているが、その際図７に示すように、固定スクロール２ａの圧縮室スラスト面３２ｂと可動スクロール３のラップ端面３３ａ（図中では上面側）、同様に固定スクロール２ａのラップ端面３２ａ（図中では下面側）と可動スクロール３の圧縮室スラスト面３３ｂが、上記荷重を受けながら互いに摺動している。

またオルダム継手４のキー部４ａと可動スクロール３のキー溝部３ｂも、上記同様に荷重を受け互いに摺動している。

これらの摺動部では、過酷な運転条件や従来フロンＨＣＦＣの代替用冷媒ガス（潤滑作用を有していた塩素がないＨＦＣ系冷媒Ｒ４１０Ａ、自然冷媒ＣＯ２等）での高差圧の運転条件において、運転時には過大な荷重が発生し摺動部の潤滑油膜が非常に薄くなり、部分的に接触する（境界潤滑に近い）混合潤滑状態となる。この（境界潤滑に近い）混合潤滑状態が続いた場合には、摺動部の表面に摩耗が発生し、信頼性を損なう課題が生じていた。

この課題に対応するため、摺動部の表面に耐摩耗性の高い、材料や表面処理を有する構成が考案、実施されている。

従来、この種の表面処理はＰＴＦＥなどの固体潤滑剤に皮膜を形成している（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献２に記載された従来の可動スクロールの断面を示すものである。図６に示すように、渦巻き部３ａの上部と、鏡板３ｂの底面に固体潤滑剤３０の皮膜が形成されている。
特開２００２−１６１８５６号公報 特開２００２−０５４５８５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮ガスの漏洩を少なくするために隙間を詰めた場合、面同士の接触圧力がきつくなり固体潤滑剤３０の剥離が発生し、固定スクロール２ａと可動スクロール３が固着するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、可動スクロールの表面に微少な窪み形状を配設し保油性を向上し信頼性を向上させたスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、可動スクロール部材の表面に多数の微少な窪みを設けたものである。

これによって、潤滑油の保油性が高くなり、面同士の接触圧力が高くなっても潤滑油が切れることが無いので高い信頼性を実現することが出来る。

また、本発明のスクロール圧縮機は、二酸化炭素ガスを圧縮するスクロール圧縮機で、可動スクロールの部材の表面にスズメッキを施したものである。このことにより、固定スクロールとのなじみ性が良くなり、焼き付きが回避され高い信頼性の圧縮機を提供することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、高い信頼性の圧縮機を実現することが出来る。

第１の発明は、鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に多数の微少な窪みを設けることにより、多数の潤滑油溜まりが表面に形成されるので保油性が高くなり面同士の接触圧力が高くなっても潤滑油が切れることが無いので高い信頼性を実現することが出来る。

第２の発明は、鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に更に多数の微少な窪みと固体潤滑剤の浸入層を形成することにより、多数の潤滑油溜まりが表面に形成されるので保油性が高くなりさらに、固体潤滑剤の被膜が有るので面同士の接触圧力が高くなった時に、金属接触することが無く保油性も確保されるので、さらに信頼性の高い圧縮機を提供することが出来る。

第３の発明は、特に、第２の発明の固体潤滑剤を二硫化モリブデンとすることにより、そのすべり性が非常に良好であるため、接触圧力が高くなっても固体潤滑剤が剥離することなく、多数の微少な窪みに保たれた潤滑油と共に潤滑効果が更に高くなるので、信頼性の高い圧縮機を提供することが出来る。

第４の発明は、特に、第２の発明の固体潤滑剤をショットピーニング工法で表面に打ちつけることにより、母材表面に固体潤滑剤の薄い皮膜と内部に浸入した層とが形成され、表面の皮膜は薄いので固体潤滑剤を打ち付けることにより形成された多数の微少な窪み形状はほとんどそのまま維持されるので、固体潤滑剤の持つ滑り性と窪みの持つ保油性の効果が発揮され、非常に信頼性の高い圧縮機を提供することが出来る。

第５の発明は、鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に多数の微少な窪みを設け、さらにその表層に固体潤滑剤の皮膜を成膜することにより、固体潤滑剤が剥離しても多数の潤滑油溜まりが表面に形成されるので保油性が高くなり面同士の接触圧力が高くなっても潤滑油が切れることが無いので高い信頼性を実現することが出来る。また、固体潤滑剤が剥離することを前提に、数マイクロメートルの厚さで薄く塗布した場合でも、多数の微少な窪みの中に固体潤滑剤が残留し、油と固体潤滑剤の溜まり部分となるので接触面への潤滑油と固体潤滑剤の供給が途切れることなく行われるので、高い信頼性を確保することが出来る。

第６の発明は、特に第５の発明の固体潤滑剤を二硫化モリブデンとすることにより、そのすべり性が非常に良好であるため、接触圧力が高くなっても固体潤滑剤が剥離することなく、多数の微少な窪みに保たれた潤滑油と共に潤滑効果が更に高くなるので、信頼性の高い圧縮機を提供することが出来る。

第７の発明は、特に第５の発明でショットピーニングで多数の微少な窪みを形成した後、更に、二硫化モリブデンをショットピーニング工法で打ち付けた表面は多数の微少な窪み形状はそのまま維持され、さらに、固体潤滑剤の浸入層の持つ滑り性と窪みの持つ保油性の効果が発揮され、非常に信頼性の高い圧縮機を提供することが出来る。

第８の発明は、特に第５の発明でショットピーニングで多数の微少な窪みを形成した後、更に、二硫化モリブデンを浸漬または噴霧で成膜するので、接触面の二硫化モリブデンが剥離した場合でも多数の微少な窪みの中には二硫化モリブデンが残存するので、窪みに保油された油と主に焼き付くことのない、高い信頼性の圧縮機を実現することが出来る。

第９の発明は、鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、二酸化炭素ガスの圧縮を行い、ＰＡＧ、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼン、または鉱油の少なくとも１種類を潤滑油として使用するスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面にスズメッキを施したものである。このスズメッキを施すことにより、固定スクロールとの接触面のなじみ性が向上し、焼き付く事無く、運転を継続することが出来るようになり、高い信頼性を確保することが出来る。

第１０の発明は、特に第１乃至第８の発明で、潤滑油がＰＡＧ、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼン、または鉱油を使用したスクロール圧縮機である。微少な多数の窪みとこれらの固体潤滑剤の効果から、高い信頼性をもったスクロール圧縮機を提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の可動スクロールの表面の断面を示すものである。

図１において、可動スクロール３の表面には多数の微少な窪み４１が形成されている。これは、４０μｍから２００μｍの直径を有する粒状の例えば、鉄、ガラス等の物質をショットピーニングを使用して、圧縮空気で可動スクロール３に吹き付けることにより形成される。微少な窪み４１の大きさは、直径が１０μｍから３０μｍで、深さが１μｍから３μｍである。

以上のように構成された表面の多数の微少な窪み４１について、以下その動作、作用を説明する。

まず、この表面の多数の微少な窪み４１に潤滑油９が供給されると窪み４１は潤滑油９を貯留し、可動スクロール３が旋回運動を開始すると、固定スクロール２ａまたは軸受１４と接触するスラスト面４２では潤滑油が相対的な動きに引かれて、スラスト面４２ににじみ出て行く事により、潤滑がスムーズとなり、高い信頼性を実現することが出来る。潤滑油９はにじみ出ると同時に、冷媒と共に吸入された際に窪み４１に貯留されるので、スラスト面４２への供給が続けられることになり、高い信頼性を確保することが出来る。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機の可動スクロールの表面の断面を示すものである。

図２において、可動スクロール３の表面には多数の更に微少な窪み５１が形成されており、さらに、深さが１〜３０マイクロメートルの固体潤滑剤の侵入層５２が形成されており、固体潤滑剤の侵入層５２はスラスト面５３の表面にも形成されている。これは、粒径が２０μｍから２００μｍの固体潤滑剤である二硫化モリブデンを造粒したものをショットピーニングを使用して圧縮空気で可動スクロール３に吹き付けることにより形成される。更に微少な窪み５１の大きさは、直径が２μｍから１０μｍで、深さが０．２μｍから１．５μｍである。

以上のように構成された表面の多数の更に微少な窪み５１について、以下その動作、作用を説明する。

まず、この表面の多数の更に微少な窪み５１に潤滑油９が供給されると窪み５１は潤滑油９を貯留し、可動スクロール３が旋回運動を開始すると、固定スクロール２ａまたは軸受１４と接触するスラスト面５３では潤滑油９が相対的な動きに引かれて、スラスト面５３ににじみ出て行く事により、スラスト面５３の潤滑がスムーズとなり、高い信頼性を実現することが出来る。さらに、運転直後に潤滑油９が相対的な運動に引かれてスラスト面５３ににじみ出る前や潤滑油９が洗い流されるような運転状態の時でも二硫化モリブデンの侵入層５２が相手スラスト面と接触することにより、スラスト面の表面及び侵入層に有る二硫化モリブデンの固体潤滑作用で、さらに高い信頼性を実現することとなる。潤滑油９はにじみ出ると同時に、冷媒と共に吸入された際に窪み５１に貯留されるので、スラスト面５３への供給が続けられることになり、さらに高い信頼性を確保することが出来る。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態におけるスクロール圧縮機の可動スクロールの表面の断面を示すものである。

図３において、可動スクロール３の表面には多数の微少な窪み６１が形成されている。これは、４０μｍから２００μｍの直径を有する粒状の例えば、鉄、ガラス等の物質をショットピーニングを使用して、圧縮空気で可動スクロール３に吹き付けることにより形成される。さらにその上に二硫化モリブデンを主剤とする固体潤滑被膜６２を１〜３ミクロンの厚さで塗布、焼き付けしたものである。ここで、塗布とは浸漬、噴霧の手段を含むものである。また、ここで焼き付けとは、固体潤滑被膜６２を固着させるための意味である。微少な窪み６１の大きさは、直径が５μｍから３０μｍで、深さが０．２μｍから２μｍである。

以上のように構成された表面の多数の微少な窪み６１について、以下その動作、作用を説明する。

まず、この表面の多数の微少な窪み６１に潤滑油９が供給されると窪み６１は潤滑油９を貯留し、一部は固体潤滑剤の被膜６２に含油される。可動スクロール３が旋回運動を開始すると、固定スクロール２ａや軸受１４と接触するスラスト面６３では潤滑油９が相対的な動きに引かれて、スラスト面６３ににじみ出て行く事により、スラスト面６３の潤滑がスムーズとなり、高い信頼性を実現することが出来る。更に、動き始めや、潤滑油９が洗い流されるような運転状態の時でも潤滑油９を含んだ固体潤滑剤の皮膜６２が相手スラスト面と接触摺動することにより、固体潤滑剤の固体潤滑作用と潤滑油９の潤滑作用とで、高い信頼性を確保することが出来る。潤滑油９はにじみ出ると同時に、冷媒と共に吸入された際に窪み６１と固体潤滑被膜６２に貯留されるので、スラスト面６３への供給が続けられることになり、高い信頼性を確保することが出来る。

（実施の形態４）
図４において、二酸化炭素を圧縮するスクロール圧縮機に於いて、可動スクロール３の固定スクロール２ａと摺動する表面には金属粉体スズを圧縮空気で吹き付けることによりスズメッキ層７２と共に微少な窪み７１が形成されている。ここで、具体的な形成方法は前述の実施の形態２と同様の方法である。

以上のように構成されたスズメッキ層７２について、以下その動作、作用を説明する。

まず、スズメッキ層７２は相手スラスト軸受との接触を潤滑油９と一緒に行うことにより、スラスト面７３の初期のなじみ性が高くなり、高い信頼性を実現することが出来る。更に、ショットブラスト工法で金属粉体スズを吹き付けているため、表面は微少な多数の窪み７１が形成されているため、さらに潤滑油９の保油性が高まり、二酸化炭素ガスの圧縮を行い、ＰＡＧ、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼン、または鉱油の少なくとも１種類を潤滑油として使用するスクロール圧縮機の信頼性を更に高めることが出来る。

なお、前述の実施の形態において、窪みの形状は段付き軸受け、およびテーパードランド軸受けの形状となっているものでも良い。

以上のように、本発明にかかるスクロール部材の表面処理は、表面の多数の微少な窪みによる潤滑油の貯留と相対運動によるにじみ出しが可能となるので、潤滑油が供給されるあらゆる摺動面を持つ機構部品の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の可動スクロール表面の断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の可動スクロール表面の断面図 本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の可動スクロール表面の断面図 本発明の実施の形態４におけるスクロール圧縮機の可動スクロール表面の断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図 従来のスクロール圧縮機における可動スクロールの縦断面図 従来のスクロール圧縮機におけるスクロールの要部縦断面図

符号の説明

３ 可動スクロール
９ 潤滑油
４１、６１ 微少な窪み
４２、５３、６３、７３ スラスト面
５１、７１ 更に微少な窪み
５２ 固体潤滑剤の侵入層
６２ 固体潤滑剤の皮膜
７２ スズメッキ層

Claims (10)

1. 鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に多数の微少な窪みを設けたスクロール圧縮機。
2. 鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に更に多数の微少な窪みと固体潤滑剤の浸入層を形成したスクロール圧縮機。
3. 固体潤滑剤が二硫化モリブデンを主剤とした請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 固体潤滑剤をショットピーニングで打付けた請求項２に記載のスクロール圧縮機。
5. 鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、ガスの圧縮を行うようにしたスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面に多数の微少な窪みを設け、その表層に固体潤滑剤の被膜を成膜したスクロール圧縮機。
6. 固体潤滑剤が二硫化モリブデンを主剤とした請求項５に記載のスクロール圧縮機。
7. 固体潤滑剤をショットピーニングで打付けた請求項５に記載のスクロール圧縮機。
8. 固体潤滑剤を浸漬または噴霧で成膜した請求項５に記載のスクロール圧縮機。
9. 鏡板上に渦巻き部を有する固定スクロール部材と鏡板上に渦巻き部を有する可動スクロール部材を、前記両スクロール部材の渦巻き部がお互いに噛み合わせた状態で配設し前記両スクロール部材間に圧縮室を形成し、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りで公転させることにより前記圧縮室を渦巻き部の外周側から中心部に移動させて、二酸化炭素ガスの圧縮を行い、ＰＡＧ、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼン、または鉱油の少なくとも１種類を潤滑油として使用するスクロール圧縮機において、前記可動スクロール部材の表面にスズメッキを施したスクロール圧縮機。
10. 二酸化炭素を圧縮し、潤滑油がＰＡＧ、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼン、または鉱油の少なくとも１種類を使用する請求項１乃至８に記載のスクロール圧縮機。

Images