JP2007263104A - 圧縮機のスクロール部材およびそれを用いた圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】、素材の無駄をなくすことができる圧縮機のスクロール部材およびそれを用いた圧縮機を提供する。
【解決手段】 圧縮機１のスクロール部材２６は、材料を成形型８０に注入して成形される圧縮機１のスクロール部材２６である。スクロール部材２６は、平板状の鏡板２６ａと、ラップ２６ｂとを備えている。ラップ２６ｂは、鏡板２６ａに形成されている。ラップ２６ｂは、渦巻き形状を有する。成形型８０に対する抜き勾配は、ラップの巻き角に応じて変化している。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧縮機のスクロール部材およびそれを用いた圧縮機に関する。

従来より、圧縮機のスクロール部材の製造方法として、金属材料を金型に注入する成形法（例えばチクソキャスティング等）を用いた製造方法が提案されている（特許文献１参照）。スクロール部材は、平板状の鏡板と、渦巻き形状を有するラップとを備えている。
特開２００５−３６６９３号公報

しかし、従来のスクロール部材では、ラップの抜き勾配がないか、または一定であるので、強度や品質に応じてラップ形状が決められておらず、スクロール部材の製造時において素材の無駄が生じるという問題がある。

また、スクロール部材の形状を見た場合、ラップの曲率が渦巻き形状を有するラップの中心部ほど小さいため、金型は、スクロール部材を金型から分離するときに応力を受けやすくなる。このため、金型の寿命を長くすることは困難である。

本発明の課題は、素材の無駄をなくすことができる圧縮機のスクロール部材およびそれを用いた圧縮機を提供する。さらに、成形型の寿命を長くすることができる圧縮機のスクロール部材およびそれを用いた圧縮機を提供する。

第１発明の圧縮機のスクロール部材は、材料を成形型に注入して成形される圧縮機のスクロール部材である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、ラップとを備えている。ラップは、鏡板に形成されている。ラップは、渦巻き形状を有する。成形型に対する抜き勾配は、ラップの巻き角に応じて変化している。

ここでは、ラップにおける成形型に対する抜き勾配がラップの巻き角に応じて変化しているので、強度や品質に応じてラップ形状が決められ、素材の無駄をなくすことが可能である。

第２発明の圧縮機のスクロール部材は、第１発明の圧縮機のスクロール部材であって、材料を成形型に注入して成形される圧縮機のスクロール部材である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、ラップとを備えている。ラップは、鏡板に形成されている。ラップは、渦巻き形状を有する。渦巻き形状は、中心に近い巻き始めの部分における成形型に対する抜き勾配が外側の巻き終わりの部分の抜き勾配よりも大きくなっている。

ここでは、ラップの渦巻き形状が、ラップの中心に近い巻き始めの部分における抜き勾配が外側の巻き終わりの部分の抜き勾配よりも大きくなっているので、材料を成形型に注入することによってスクロール部材を成形する際に、スクロール部材を成形型から分離する離型時に渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレス（応力）が小さくなる。その結果、成形型の寿命を長くすることが可能になる。

第３発明の圧縮機のスクロール部材は、第１発明の圧縮機のスクロール部材であって、材料を成形型に注入して成形される圧縮機のスクロール部材である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、ラップとを備えている。ラップは、鏡板に形成されている。ラップは、渦巻き形状を有する。渦巻き形状は、外側の巻き終わりの部分における成形型に対する抜き勾配が中心に近い巻き始めの部分の抜き勾配よりも大きくなっている。

ここでは、ラップの渦巻き形状が、ラップの外側の巻き終わりの部分における抜き勾配が中心に近い巻き始めの部分の抜き勾配よりも大きくなっているので、ラップの外周部分の肉厚が薄く、加工時の精度が出にくい場合に有効であり、ラップの肉厚が薄くなってもラップの外周部分の精度を保つことができる。

第４発明の圧縮機のスクロール部材は、第２発明または第３発明の圧縮機のスクロール部材であって、ラップは、巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されている。

ここでは、ラップが巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されているので、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の寿命を長くすることが可能になる。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第５発明の圧縮機のスクロール部材は、第２発明または第３発明の圧縮機のスクロール部材であって、ラップが巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が段階的に変化するように設定されている。

ここでは、ラップが巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が段階的に変化するように設定されているので、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の寿命を長くすることが可能になる。それとともに、ラップの個々の角度範囲における抜き勾配の設定が容易である。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第６発明の圧縮機のスクロール部材は、第２発明または第３発明の圧縮機のスクロール部材であって、ラップは、巻き始めと巻き終りとの間のうちの所定の角度範囲において、抜き勾配を他の角度範囲における抜き勾配よりも大きくなるように設定されている。

ここでは、ラップが巻き始めと巻き終りとの間のうちの所定の角度範囲において、抜き勾配を他の角度範囲における抜き勾配よりも大きくなるように設定されているので、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の寿命を長くすることが可能になる。それとともに、ラップ全体におけるニアネットシェイプ化に対する弊害をさらに小さくすることが可能である。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第７発明の圧縮機のスクロール部材は、第２発明または第３発明の圧縮機のスクロール部材であって、
少なくともラップが樹脂でコーティングされている。

ここでは、少なくともラップが樹脂でコーティングされているので、圧縮機で圧縮される媒体の漏れを低減し、かつ騒音を低減することが可能である。

第８発明の圧縮機は、第１発明から第７発明のいずれかのスクロール部材を備えている。圧縮機は、冷媒にＣＯ₂を使用している。

ここでは、圧縮機が冷媒としてＣＯ₂を使用しているので、高負荷となる高圧冷媒で特に有効である。

第１発明によれば、強度や品質に応じてラップ形状が決められ、素材の無駄をなくすことができる。

第２発明によれば、スクロール部材を成形型から分離する離型時において渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスを小さくすることができ、その結果、成形型の寿命を長くすることができる。

第３発明によれば、ラップの肉厚が薄くなってもラップの外周部分の精度を保つことができる。

第４発明によれば、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の長寿命化を達成することができる。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第５発明によれば、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の長寿命化を達成することができる。それとともにラップの個々の角度範囲における抜き勾配の設定が容易になる。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第６発明によれば、離型時の渦巻きの中心付近における成形型にかかるストレスが小さくなり、成形型の長寿命化を達成することができる。それとともにラップ全体におけるニアネットシェイプ化に対する弊害をさらに小さくすることができる。また、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

第７発明によれば、圧縮機で圧縮される媒体の漏れを低減することができる。しかも、騒音を低減することができる。

第８発明によれば、高負荷となる高圧冷媒で特に有効である。

〔実施形態〕
以下、実施形態のスクロール部材から製造された固定スクロールおよび可動スクロールを用いた圧縮機について、高低圧ドーム型圧縮機１を例に挙げて説明する。

実施形態に係る冷媒としてＣＯ₂を使用している高低圧ドーム型圧縮機１は、蒸発器や、凝縮器、膨張機構などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中のガス冷媒を圧縮する役割を担うものであって、図１に示されるように、主に、縦長円筒状の密閉ドーム型のケーシング１０、スクロール圧縮機構１５、オルダムリング３９、駆動モータ１６、下部主軸受６０、吸入管１９、および吐出管２０から構成されている。スクロール圧縮機構１５は、スクロール部材として、後述する固定スクロール１２４および可動スクロール１２６を備えている。以下、この高低圧ドーム型圧縮機１の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

〔高低圧ドーム型圧縮機の構成部品の詳細〕
（１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とを有する。そして、このケーシング１０には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構１５と、スクロール圧縮機構１５の下方に配置される駆動モータ１６とが収容されている。このスクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６とは、ケーシング１０内を上下方向に延びるように配置される駆動軸１７によって連結されている。そして、この結果、スクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６との間には、間隙空間１８が生じる。

（２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構１５は、図１に示されるように、主に、ハウジング２３と、ハウジング２３の上方に密着して配置される固定スクロール１２４と、固定スクロール１２４に噛合する可動スクロール１２６とから構成されている。以下、このスクロール圧縮機構１５の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

ａ）固定スクロール
固定スクロール１２４は、図１〜図３に示す素材である固定スクロール部材２４の形状と同じく、主に、鏡板１２４ａと、鏡板１２４ａの下面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ１２４ｂとから構成されている。

鏡板１２４ａには、後述する圧縮室４０に連通する吐出穴４１と、吐出穴４１に連通する拡大凹部４２とが形成されている。吐出穴４１は、鏡板２４ａの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。

実施形態の固定スクロール１２４は、素材である固定スクロール部材２４を加工して製造される。すなわち、固定スクロール１２４を実際に圧縮機１に搭載する際は、固定スクロール部材２４のラップ側面２４ｂの抜き勾配を無くす加工（切削加工または後述する樹脂コーティング）をすることによって得られる固定スクロール１２４が使用される。

固定スクロール部材２４の、ラップ２４ｂの渦巻き形状が、後述する可動スクロール部材２６のラップ２６ｂと同様に、ラップ２４ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｐ０における抜き勾配（図７の可動スクロール部材２６の抜き勾配θ１、θ２参照）が外側の巻き終わりの部分Ｐ４の抜き勾配よりも大きくなっている。したがって、固定スクロール部材２４をチクソキャスティングにより成形する際に、固定スクロール部材２４を金型から分離する離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなる。

しかも、ラップ２４ｂは、図２および図３に示されるように、後述する可動スクロール部材２６のラップ２６ｂと同様に、巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されている。具体的には、ラップ２４ｂの巻き始めの部分Ｐ０の抜き勾配は、最大に設定され、途中の部分（Ｐ１〜Ｐ３）における抜き勾配は、巻き角（図４の可動スクロール部材２６の巻き角α参照）が変化するにつれて連続的に小さくなるように設定され、巻き終わりの部分Ｐ４の抜き勾配は、最小に設定されている。したがって、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなる。

また、２４ｂは、図２および図３に示されるように、後述する可動スクロール部材２６のラップ２６ｂと同様に、ラップ２４ｂにおける成形型に対する抜き勾配がラップ２４ｂの巻き角に応じて変化しているので、強度や品質に応じてラップ形状が決められ、素材の無駄をなくすことが可能である。

拡大凹部４２は、鏡板２４ａの上面に凹設された水平方向に広がる凹部により構成されている。そして、固定スクロール１２４の上面には、この拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより締結固定されている。そして、拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることによりスクロール圧縮機構１５の運転音を消音させる膨張室からなるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール部材２４と蓋体４４とは、図示しないパッキンを介して密着させることによりシールされている。

なお、実施形態において、この固定スクロール部材２４は、新規かつ特殊な製造方法により製造される。この製造方法については、下記「摺動部品の製造方法」の欄で詳述する。

ｂ）可動スクロール
可動スクロール１２６は、図１および図４、図５に示す素材である可動スクロール部材２６の形状と同じく、主に、鏡板１２６ａと、鏡板１２６ａの上面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ１２６ｂと、鏡板１２６ａの下面に形成された軸受部１２６ｃと、鏡板１２６ａの両端部に形成される溝部２６ｄ（図５の可動スクロール部材２６の溝部２６ｄ参照）とから構成されている。可動スクロール１２６は、アウタードライブの可動スクロールである。すなわち、可動スクロール１２６は、駆動軸１７の外側に嵌合する軸受部２６ｃを有している。

実施形態の可動スクロール１２６は、素材である可動スクロール部材２６を加工して製造される。すなわち、可動スクロール１２６を実際に圧縮機１に搭載する際は、可動スクロール部材２６のラップ側面２６ｂの抜き勾配を無くす加工（切削加工または後述する樹脂コーティング）をすることによって得られる可動スクロール１２６が使用される。

可動スクロール部材２６の、図４および図５に示されるように、ラップ２６ｂの渦巻き形状が、ラップ２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｑ０における抜き勾配（図７の可動スクロール部材２６の抜き勾配θ１、θ２参照）が外側の巻き終わりの部分Ｑ４の抜き勾配よりも大きくなっている。したがって、可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する際に、可動スクロール部材２６を金型から分離する離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなる。

また、ラップ２６ｂにおける成形型に対する抜き勾配がラップ２６ｂの巻き角に応じて変化しているので、強度や品質に応じてラップ形状が決められ、素材の無駄をなくすことが可能である。

しかも、ラップ２６ｂは、図４および図５に示されるように、巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されている。具体的には、ラップ２６ｂの巻き始めの部分Ｑ０は、抜き勾配を最大（例えば２度）に設定され、途中の部分（Ｑ１〜Ｑ３）における抜き勾配は、巻き角αが変化するにつれて連続的に小さくなるように設定され、巻き終わりの部分Ｑ４の抜き勾配は、最小（例えば０．５度）に設定されている。すなわち、ラップの巻き角αと抜き勾配θの関係は、図８のグラフに示されるように、抜き勾配θは、巻き角αが巻き始めの角度のときには最大値の２度であり、巻き角αの増加に比例して抜き勾配θは減少し、巻き角αが巻き終わりの角度のときには最小値の０．５度である。このようにラップ２６ｂの抜き勾配θを連続的に徐々に小さくなるように設定することによって、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなり、金型の寿命を長くすることが可能になる。

可動スクロール１２６は、溝部２６ｄ（図５参照）にオルダムリング３９（図１参照）が嵌め込まれることによりハウジング２３に支持される。また、軸受部２６ｃ（図５の可動スクロール部材２６の軸受部２６ｃ参照））には駆動軸１７の上端が嵌入される。可動スクロール１２６は、このようにスクロール圧縮機構１５に組み込まれることによって駆動軸１７の回転により自転することなくハウジング２３内を公転する。そして、可動スクロール１２６のラップ１２６ｂは固定スクロール１２４のラップ１２４ｂに噛合させられており、両ラップ１２４ｂ、１２６ｂの接触部の間には圧縮室４０が形成されている。そして、この圧縮室４０では、可動スクロール１２６の公転に伴い、両ラップ１２４ｂ、１２６ｂ間の容積が中心に向かって収縮する。実施形態に係る高低圧ドーム型圧縮機１では、このようにしてガス冷媒を圧縮するようになっている。

なお、実施形態において、この可動スクロール部材２６は、新規かつ特殊な製造方法により製造される。この製造方法については、下記「摺動部品の製造方法」の欄で詳述する。

ｃ）ハウジング
ハウジング２３は、その外周面において周方向の全体に亘って胴部ケーシング部１１に圧入固定されている。つまり、胴部ケーシング部１１とハウジング２３とは全周に亘って気密状に密着されている。このため、ケーシング１０の内部は、ハウジング２３下方の高圧空間２８とハウジング２３上方の低圧空間２９とに区画されていることになる。また、このハウジング２３には、上端面が固定スクロール部材２４の下端面と密着するように、固定スクロール部材２４がボルト３８により締結固定されている。また、このハウジング２３には、上面中央に凹設されたハウジング凹部３１と、下面中央から下方に延設された軸受部３２とが形成されている。そして、この軸受部３２には、上下方向に貫通する軸受孔３３が形成されており、この軸受孔３３に駆動軸１７が軸受３４を介して回転自在に嵌入されている。

なお、実施形態において、このハウジング２３は、新規かつ特殊な製造方法により製造される。この製造方法については、下記「摺動部品の製造方法」の欄で詳述する。

ｄ）その他
また、このスクロール圧縮機構１５には、固定スクロール１２４とハウジング２３とに亘り、連絡通路４６が形成されている。この連絡通路４６は、固定スクロール１２４に切欠形成されたスクロール側通路４７と、ハウジング２３に切欠形成されたハウジング側通路４８とが連通するように形成されている。そして、連絡通路４６の上端、即ちスクロール側通路４７の上端は拡大凹部４２に開口し、連絡通路４６の下端、即ちハウジング側通路４８の下端はハウジング２３の下端面に開口している。つまり、このハウジング側通路４８の下端開口により、連絡通路４６の冷媒を間隙空間１８に流出させる吐出口４９が構成されていることになる。

（３）オルダムリング
オルダムリング３９は、上述したように、可動スクロール１２６の自転運動を防止するための部材であって、ハウジング２３に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、ハウジング２３において互いに対向する位置に配設されている。

（４）駆動モータ
駆動モータ１６は、実施形態において直流モータであって、主に、ケーシング１０の内壁面に固定された環状のステータ５１と、ステータ５１の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）をもって回転自在に収容されたロータ５２とから構成されている。そして、この駆動モータ１６は、ステータ５１の上側に形成されているコイルエンド５３の上端がハウジング２３の軸受部３２の下端とほぼ同じ高さ位置になるように配置されている。

ステータ５１には、ティース部に銅線が巻回されており、上方および下方にコイルエンド５３が形成されている。また、ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り且つ周方向に所定間隔をおいて複数個所に切欠形成されているコアカット部が設けられている。そして、このコアカット部により、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間に上下方向に延びるモータ冷却通路５５が形成されている。

ロータ５２は、上下方向に延びるように胴部ケーシング部１１の軸心に配置された駆動軸１７を介してスクロール圧縮機構１５の可動スクロール１２６に駆動連結されている。また、連絡通路４６の吐出口４９を流出した冷媒をモータ冷却通路５５に案内する案内板５８が、間隙空間１８に配設されている。

（５）下部主軸受
下部主軸受６０は、駆動モータ１６の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受６０は、胴部ケーシング部１１に固定されるとともに駆動軸１７の下端側軸受を構成し、駆動軸１７を支持している。

なお、実施形態において、この下部主軸受６０は、新規かつ特殊な製造方法により製造される。この製造方法については、下記「摺動部品の製造方法」の欄で詳述する。

（６）吸入管
吸入管１９は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮機構１５に導くためのものであって、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、低圧空間２９を上下方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール１２４に嵌入されている。

（７）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０内の冷媒をケーシング１０外に吐出させるためのものであって、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。そして、この吐出管２０は、上下方向に延びる円筒形状に形成されハウジング２３の下端部に固定される内端部３６を有している。なお、吐出管２０の内端開口、即ち流入口は、下方に向かって開口されている。

〔摺動部品の製造方法〕
実施形態に係る高低圧ドーム型圧縮機１において、駆動軸１７、ハウジング２３、固定スクロール部材２４、可動スクロール部材２６、オルダムリング３９、および下部主軸受６０は摺動部品であり、実施形態では、ハウジング２３、固定スクロール部材２４、可動スクロール部材２６、および下部主軸受６０の摺動部品が下記製造方法により製造される。

（１）原材料
ａ）鉄素材
実施形態に係る鉄素材としては、Ｃ：２．３〜２．４ｗｔ％、Ｓｉ：１．９５〜２．０５ｗｔ％、Ｍｎ：０．６〜０．７ｗｔ％、Ｐ：＜０．０３５ｗｔ％、Ｓ：＜０．０４ｗｔ％、Ｃｒ：０．００〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ：０．５０〜１．００ｗｔ％が添加されているビレットが採用される。なお、ここにいう重量割合は全量に対する割合である。また、ここに「ビレット」とは、一端、上記成分の鉄素材が溶融炉において溶融された後に、連続鋳造装置により円柱形状等に成形された最終成形前の素材を意味する。なお、ここで、ＣおよびＳｉの含有量は、引張強度および引張弾性率が片状黒鉛鋳鉄より高くなること、および複雑な形状の摺動部品基体を成形するのに適切な流動性を備えていることの両方を満足するように決定される。また、Ｎｉの含有量は、金属組織の靭性を向上させて成形時の表面クラックを防止するのに適切な金属組成を構成するように決定されている。

ａ）チクソキャスティング工程
半溶融成形法の一種であるチクソキャスティング工程では、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する。

例えば、図６に示される金型８０を用いて可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する。具体的には、以下の通りである。

図６に示されるように、可動スクロール部材２６をチクソキャスティングするための金型８０は、第１型部分８１と、第２型部分８２とからなる。第１型部分８１と第２型部分８２とを組み合わせたときにできる空間部８３の形状は、成形される可動スクロール部材２６の外形形状に対応する。

また、金型８０は、ラップ成形部分８２ａを備えている。ラップ成形部分８２ａは、可動スクロール部材２６のラップ２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｑ０（図４参照）の抜き勾配が外側の巻き終わりの部分Ｑ４の抜き勾配よりも大きくなるように外形形状が設定されている。

例えば、図６および図７に示されるように、ラップ成形部分８２ａの側面８２ｂおよび側面８２ｃは、ラップ２６ｂの部分Ｑ１と部分Ｑ３の間では、部分Ｑ１の方が部分Ｑ３よりも中心に近いので、部分Ｑ１の抜き勾配θ１が外側の部分Ｑ３の抜き勾配θ３よりも大きくなるように設定されている。

以上のような金型８０を用いて可動スクロール部材２６をチクソキャスティングによって成形することによって、渦巻き形状のラップ２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｑ０における抜き勾配が外側の巻き終わりの部分Ｑ４の抜き勾配よりも大きい可動スクロール部材２６を製造することができる。その後に、可動スクロール部材２６を金型から分離する離型時には、渦巻きの中心付近における金型８０にかかるストレスが小さくなる。

なお、チクソキャスティング工程の詳細な手順は次の通りである。先ず、ビレットを高周波加熱することにより半溶融状態とする。次いで、その半溶融状態のビレットを所定の金型に注入する際に、ダイキャストマシンで所定圧力を加えながらビレットを所望の形状に成形し摺動部品基体を得る。そして、摺動部品基体を金型から取り出して急冷させると、その摺動部品基体の金属組織は、全体的に白銑化したものとなる。その後、この摺動部品基体を熱処理すると、この摺動部品基体の金属組織は、白銑化組織からパーライト／フェライト基地、粒状黒鉛から成る金属組織へと変化する。なお、この白銑化組織の黒鉛化、パーライト化については熱処理温度、保持時間、冷却速度などを調節することにより調節することができる。例えば、Honda R&D Technical Review の Vol.14 No.1 の論文「鉄の半溶融成形技術の研究」にあるように、９５０℃で６０分保持した後に０．０５〜０．１０℃／ｓｅｃの冷却速度で炉中にて徐冷することにより、５００ＭＰａ〜７００ＭＰａ程度の引張強度、１５０〜２００程度のブリネル硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織はフェライト中心であるために軟らかく被削性に優れるが、機械加工時に構成刃先を形成して刃具寿命を低下させる可能性がある。また、１０００℃で６０分保持した後に空冷し、さらに最初の温度より少し低い温度で所定時間保持した後に空冷することにより、６００ＭＰａ〜９００ＭＰａ程度の引張強度、２００〜３５０程度のブリネル硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織において、片状黒鉛鋳鉄と同等の硬度を有するものは、片状黒鉛鋳鉄と同等の被削性を有し、同等の延性・靭性を有する球状黒鉛鋳鉄と比較すると被削性に優れている。また、１０００℃で６０分保持した後に油冷し、さらに最初の温度より少し低い温度で所定時間保持した後に空冷することにより、８００ＭＰａ〜１３００ＭＰａ程度の引張強度、２５０〜３５０程度のブリネル硬度を有する金属組織を得ることができる。このような金属組織はパーライト中心であるために硬く、被削性に劣るが、耐摩耗性に優れている。ただし、硬すぎることによる摺動相手材への攻撃性を有する可能性がある。

〔高低圧ドーム型圧縮機１の運転動作〕
つぎに、高低圧ドーム型圧縮機１の運転動作について簡単に説明する。まず、駆動モータ１６が駆動されると、駆動軸１７が回転し、可動スクロール１２６が自転することなく公転運転を行う。すると、低圧のガス冷媒が、吸入管１９を通って圧縮室４０の周縁側から圧縮室４０に吸引され、圧縮室４０の容積変化に伴って圧縮され、高圧のガス冷媒となる。そして、この高圧のガス冷媒は、圧縮室４０の中央部から吐出穴４１を通ってマフラー空間４５へ吐出され、その後、連絡通路４６、スクロール側通路４７、ハウジング側通路４８、吐出口４９を通って間隙空間１８へ流出し、案内板５８と胴部ケーシング部１１の内面との間を下側に向かって流れる。そして、このガス冷媒は、案内板５８と胴部ケーシング部１１の内面との間を下側に向かって流れる際に、一部が分流して案内板５８と駆動モータ１６との間を円周方向に流れる。なお、このとき、ガス冷媒に混入している潤滑油が分離される。一方、分流したガス冷媒の他部は、モータ冷却通路５５を下側に向かって流れ、モータ下部空間にまで流れた後、反転してステータ５１とロータ５２との間のエアギャップ通路、または連絡通路４６に対向する側（図１における左側）のモータ冷却通路５５を上方に向かって流れる。その後、案内板５８を通過したガス冷媒と、エアギャップ通路又はモータ冷却通路５５を流れてきたガス冷媒とは、間隙空間１８で合流して吐出管２０の内端部３６から吐出管２０に流入し、ケーシング１０外に吐出される。そして、ケーシング１０外に吐出されたガス冷媒は、冷媒回路を循環した後、再度吸入管１９を通ってスクロール圧縮機構１５に吸入されて圧縮される。

＜特徴＞
（１）
実施形態における固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６では、ラップ２４ｂ、２６ｂにおける成形型に対する抜き勾配がラップ２４ｂ、２６ｂの巻き角に応じて変化しているので、強度や品質に応じてラップ形状が決められ、素材の無駄をなくすことが可能である。

（２）
実施形態における固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６は、ラップ２４ｂ、２６ｂの渦巻き形状が、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｐ０、Ｑ０における抜き勾配が外側の巻き終わりの部分Ｐ４、Ｑ４の抜き勾配よりも大きくなっている。したがって、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する際に、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなる。その結果、金型の寿命を長くすることが可能になる。

（３）
また、実施形態では、チクソキャスティング等の半溶融成形法によって、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６を成形しており、成形型を用いた他の成形法（例えば、鋳造など）と比較して、金型にかかる圧力が高くなるが、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｐ０、Ｑ０における抜き勾配が大きくなっているので、チクソキャスティングの場合でも金型の変形を抑制して金型の長寿命化が可能になる。

（４）
また、実施形態では、チクソキャスティングにおける金型の変形を抑制することができるので、成形される固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６の割れの発生も抑制することが可能である。

（５）
さらに、実施形態では、金型の長寿命化が可能になるので、金型にかかる費用を低減でき、それに関連して、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６の製造コストを低減することが可能になる。

（６）
また、実施形態では、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６のラップ２４ｂ、２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｐ０、Ｑ０における抜き勾配が外側の巻き終わりの部分Ｐ４、Ｑ４の抜き勾配よりも大きくなっているので、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心部における抜き勾配を大きくしても、ラップ全体におけるニアネットシェイプ化（すなわち、最終形状に近い成形）に対する弊害を小さくすることが可能である。

すなわち、ラップ２４ｂ、２６ｂの全体について抜き勾配を大きくすれば、離型時のラップ２４ｂ、２６ｂ全体における金型にかかるストレスが小さくなる一方でニアネットシェイプ化に対する弊害が大きくなる。しかし、実施形態では、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心付近の抜き勾配を外側の巻き終わりの部分の抜き勾配よりも大きくすることによって、ニアネットシェイプ化に対する弊害が小さくなっている。

（７）
さらに、実施形態では、ラップ２４ｂ、２６ｂにおける巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されているので（図８参照）、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなり、金型の寿命を長くすることが可能になる。

（８）
さらに、実施形態では、高低圧ドーム型圧縮機１が冷媒としてＣＯ₂を使用しているので、高負荷となる高圧冷媒で特に有効である。

＜変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６のラップ２４ｂ、２６ｂにおける巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、図９のグラフに示されるように、ラップ２４ｂ、２６ｂの巻き角αに対する抜き勾配θの変化を、巻き始めに近い範囲では抜き勾配θの減少度合いが大きくなるように設定し、巻き終わりに近い範囲では抜き勾配θの減少度合いが小さくなるように設定してもよい（なお、抜き勾配θの最大値は２度、最小値は０．５度である）。この場合も、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する際に、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなり、金型の寿命が長くなる。

また、図９のグラフに示されるラップ２４ｂ、２６ｂの巻き角αに対する抜き勾配θの変化の場合、図８のグラフ（抜き勾配θが巻き角α増加に対して比例して直線的に減少する変化）の場合と比較して、巻き始めと巻き終わりの部分以外の部分では、抜き勾配θが小さく設定されているので、ラップ２４ｂ、２６ｂの全体におけるニアネットシェイプ化に対する弊害をさらに小さくすることが可能である。

（Ｂ）
また、本発明のさらに変形例として、図１０のグラフに示されるように、ラップ２４ｂ、２６ｂの巻き角αに対する抜き勾配θの変化を、巻き始めから巻き終わりにかけて抜き勾配θを段階的に減少していくように設定してもよい（なお、抜き勾配θの最大値は２度、最小値は０．５度である）。この場合も、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する際に、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなり、金型の寿命が長くなる。また、ラップ２４ｂ、２６ｂの個々の巻き角αの範囲における抜き勾配θの設定が容易になる。

（Ｃ）
また、本発明のさらに変形例として、図１１のグラフに示されるように、ラップ２４ｂ、２６ｂの巻き角αに対する抜き勾配θの変化を、巻き始めに近い所定の巻き角αの範囲の抜き勾配θを最大値（２度）に設定し、その他の角度範囲における抜き勾配θを最小値（０．５度）に設定している。この場合も、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６をチクソキャスティングにより成形する際に、離型時の渦巻きの中心付近における金型にかかるストレスが小さくなり、金型の寿命が長くなる。また、ラップ２４ｂ、２６ｂの全体におけるニアネットシェイプ化に対する弊害をさらに小さくすることが可能である。

（Ｄ）
また、本発明のさらに他の変形例として、スクロール部材の表面を樹脂でコーティングして固定スクロール１２４および可動スクロール１２６を製造してもよい。例えば、図１２に示されるように可動スクロール部材２６の表面全体を樹脂Ｒでコーティングして可動スクロール１２６を製造することによって、圧縮機１で圧縮されるガス冷媒の漏れが低減されるとともに騒音を低減することが可能になる。なお、可動スクロール部材２６の少なくともラップ２６ｂを樹脂Ｒでコーティングすればガス冷媒の漏れ低減および騒音低減が可能である。

このように、スクロール部材を樹脂コーティングして固定スクロール１２４および可動スクロール１２６を製造する場合、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心に近い巻き始めの部分の抜き勾配を大きくすることによって、必要部位のみ、樹脂コーティング内部のスクロール部材の強度を向上することが可能になる。

さらに、可動スクロール部材２６のラップ２６ｂを樹脂Ｒでコーティングしたのち、樹脂Ｒの表面を切削加工すれば、可動スクロール部材２６を樹脂Ｒでコーティングすることにより製造された可動スクロール１２６を所定の外形形状に精度良く加工することが可能になる。

なお、可動スクロール部材２６と同様に、固定スクロール部材２４についても樹脂Ｒでコーティングすることによって固定スクロール１２４を製造してもよい。この場合も、固定スクロール部材２４の少なくともラップ２４ｂを樹脂Ｒでコーティングすればガス冷媒の漏れ低減および騒音低減が可能である。

（Ｅ）
実施形態では、チクソキャスティングなどの半溶融成形法によって圧縮機のスクロール部材を製造しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明では材料を成形型に注入して成形される圧縮機のスクロール部材であれば、成形型の寿命を延ばすことが可能である。本発明のさらに他の変形例として、例えば、金属材料の高温の湯を成形型に注入することによって鋳造されるスクロール部材の場合でも、スクロール部材のラップの中心に近い巻き始めの部分における抜き勾配を外側の巻き終わりの部分の抜き勾配よりも大きくすることによって、成形型の寿命を延ばすことが可能である。
（Ｆ）
上記実施形態では、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６は、ラップ２４ｂ、２６ｂの渦巻き形状が、ラップ２４ｂ、２６ｂの中心に近い巻き始めの部分Ｐ０、Ｑ０における抜き勾配が外側の巻き終わりの部分Ｐ４、Ｑ４の抜き勾配よりも大きくなっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、外側の抜き勾配を大きくしてもよい。

すなわち、本発明のさらに他の変形例として、図１３および図１４に示されるように、固定スクロール部材２４および可動スクロール部材２６のそれぞれのラップ２４ｂ、２６ｂの渦巻き形状が、ラップ２４ｂ、２６ｂの外側の巻き終わりの部分Ｐ１３、Ｑ１４における抜き勾配が中心に近い巻き始めの部分Ｐ１１、Ｑ１１の抜き勾配よりも大きくなっていてもよい。

この場合、ラップ２４ｂ、２６ｂの外周部分の肉厚が薄く、加工時の精度が出にくい場合に有効である。例えば、ラップ２４ｂ、２６ｂの外周端は片持ち形状なので、ラップ２４ｂ、２６ｂ全体の肉厚を薄くするとラップ２４ｂ、２６ｂの外周部分の強度が弱くなるので、加工時にラップ２４ｂ、２６ｂの外周部分が変形しやすくなる。そこで、ラップ２４ｂ、２６ｂの外周部分を中心部分よりも抜き勾配を大きくすることにより精度を保つことが可能になる。

また、上記実施形態と同様に、ラップ２４ｂ、２６ｂにおける巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が連続的に徐々に変化（すなわち、中心に近い巻き始めの部分から外側の巻き終わりの部分にかけて連続的に大きくする）するように設定されていてもよい。この場合、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

さらに、上記実施形態の変形例（Ｂ）と同様に、ラップ２４ｂ、２６ｂは、巻き始めから巻き終りにかけて抜き勾配が段階的に変化する（すなわち、中心に近い巻き始めの部分から外側の巻き終わりの部分にかけて段階的に大きくする）ように設定されていてもよい。この場合、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

さらに、上記実施形態の変形例（Ｃ）と同様に、ラップ２４ｂ、２６ｂは、巻き始めと巻き終りとの間のうちの所定の角度範囲（すなわち、巻き終わりの部分に近い所定の範囲）において、抜き勾配を他の角度範囲における抜き勾配よりも大きくなるように設定されていてもよい。この場合、素材の無駄をより効果的になくすことが可能である。

さらに、上記実施形態の変形例（Ｄ）と同様に、少なくともラップ２４ｂ、２６ｂが樹脂でコーティングされていてもよい。この場合も、ガス冷媒の漏れ低減および騒音低減が可能である。

本発明は、材料を金型に注入して成形される圧縮機のスクロール部材およびその金型に適用することが可能である。さらに、スクロール部材を備えたスクロール式圧縮機にも本発明を利用することが可能である。

本発明のスクロール部材の実施形態に係わる固定スクロール部材および可動スクロール部材から製造された固定スクロールおよび可動スクロールを備えた圧縮機の縦断面図。 図１の固定スクロールの素材である固定スクロール部材を下から見た図。 図１の固定スクロールの素材である固定スクロール部材の断面図。 図１のアウタードライブの可動スクロールの素材である可動スクロール部材を上から見た図。 図１の可動スクロールの素材である可動スクロール部材の断面図。 図５の可動スクロール部材を製造するための金型およびチクソキャスティングにより成型された可動スクロール部材の断面図。 図６のラップ成形部分の拡大図。 図５の可動スクロール部材の巻き角αと抜き勾配θとの関係を示すグラフ。 本発明の実施形態の変形例に係わる可動スクロール部材の巻き角αと抜き勾配θとの関係を示すグラフ。 本発明の実施形態の他の変形例に係わる可動スクロール部材の巻き角αと抜き勾配θとの関係を示すグラフ。 本発明の実施形態のさらに他の変形例に係わる可動スクロール部材の巻き角αと抜き勾配θとの関係を示すグラフ。 本発明の実施形態のさらに他の変形例に係わる可動スクロール部材を樹脂コーティングすることにより製造された可動スクロールの断面図。 本発明の実施形態のさらに他の変形例に係わる固定スクロール部材の断面図。 本発明の実施形態のさらに他の変形例に係わる可動スクロール部材の断面図。

符号の説明

１ 圧縮機
１７ 駆動軸
２４ 固定スクロール部材
２４ａ 鏡板
２４ｂ ラップ
２６ 可動スクロール部材
２６ａ 鏡板
２６ｂ ラップ
４１ 吐出穴
８０ 金型
８２ａ ラップ成形部分
１２４ 固定スクロール
１２６ 可動スクロール

Claims (8)

1. 材料を成形型に注入して成形される圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）であって、
   平板状の鏡板（２４ａ、２６ａ）と、
   前記鏡板（２４ａ、２６ａ）に形成された渦巻き形状を有するラップ（２４ｂ、２６ｂ）であって、前記ラップにおける前記成形型に対する抜き勾配が前記ラップ（２４ｂ、２６ｂ）の巻き角に応じて変化しているラップ（２４ｂ、２６ｂ）と
   を備えている圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
2. 材料を成形型に注入して成形される圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）であって、
   平板状の鏡板（２４ａ、２６ａ）と、
   前記鏡板（２４ａ、２６ａ）に形成され、中心に近い巻き始めの部分における前記成形型に対する抜き勾配が外側の巻き終わりの部分の抜き勾配よりも大きい渦巻き形状を有するラップ（２４ｂ、２６ｂ）と
   を備えている請求項１に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
3. 材料を成形型に注入して成形される圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）であって、
   平板状の鏡板（２４ａ、２６ａ）と、
   前記鏡板（２４ａ、２６ａ）に形成され、外側の巻き終わりの部分における前記成形型に対する抜き勾配が中心に近い巻き始めの部分の抜き勾配よりも大きい渦巻き形状を有するラップ（２４ｂ、２６ｂ）と
   を備えている請求項１に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
4. 前記ラップ（２４ｂ、２６ｂ）は、巻き始めから巻き終りにかけて前記抜き勾配が連続的に徐々に変化するように設定されている、
   請求項２または３に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
5. 前記ラップ（２４ｂ、２６ｂ）は、巻き始めから巻き終りにかけて前記抜き勾配が段階的に変化するように設定されている、
   請求項２または３に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
6. 前記ラップ（２４ｂ、２６ｂ）は、巻き始めと巻き終りとの間のうちの所定の角度範囲において、前記抜き勾配を他の角度範囲における抜き勾配よりも大きくなるように設定されている、
   請求項２または３に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
7. 少なくとも前記ラップ（２４ｂ、２６ｂ）が樹脂でコーティングされている、
   請求項２または３に記載の圧縮機（１）のスクロール部材（２４、２６）。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のスクロール部材（２４、２６）を備えている圧縮機（１）であって、
   冷媒にＣＯ₂を使用している圧縮機（１）。

Images