JP2007263107A - 圧縮機の摺動部品 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳巣の発生を抑制することができる圧縮機の摺動部品を提供する。
【解決手段】圧縮機１の摺動部品２６は、摺動部品２６の中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能な凸部８１ａを有する成形型８０を用いて金属材料を半溶融成形することによって製造され、中央付近に薄肉の所定の部分を備えている。
【選択図】図８

Description

本発明は、圧縮機の摺動部品に関する。

従来より、砂型鋳造法よりも高精度の成形が可能な半溶融成形法（例えば、チクソキャスティング）を採用した圧縮機の摺動部品の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３６６９３号公報

しかし、半溶融成形法では半溶融状態の金属材料を用いて型成形を行うので、成形された摺動部品における厚肉部に鋳巣が発生しやすいという問題がある。

また、成形された摺動部品の基体の内部に鋳巣が存在する状態で、その基体にさらに穴あけ加工を行った場合には、基体内部の鋳巣が穴あけ部分を通して外部に露出するおそれがある。鋳巣が摺動部品の外表面に露出した場合、露出した鋳巣の部分が摺動部品の疲労破壊の起点になりやすく、疲労強度に好ましくない影響を与えるおそれがある。

本発明の課題は、鋳巣の発生を抑制することができる圧縮機の摺動部品を提供する。

第１発明の圧縮機の摺動部品は、凸部を有する成形型を用いて金属材料を半溶融成形することによって製造されている。凸部は、摺動部品の中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能である。摺動部品は、中央付近に薄肉の所定の部分を備えている。

ここでは、凸部を有する成形型を用いて金属材料を半溶融成形することによって、中央付近に薄肉の所定の部分を有する摺動部品を成形するので、鋳巣の発生を抑制することが可能である。また、ここでは、半溶融成形により摺動部品が成形されるので、ニアネットシェイプ化できる。このため、通常の鋳造成形の場合に比べて加工代を低減することができる。さらに、はじめから抜き形状部を抜いておくことができる。

第２発明の圧縮機の摺動部品は、摺動部品の中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能な凸部を有する成形型を用いて金属材料を半溶融成形することによって中央付近に薄肉の所定の部分を備えている摺動部品の基体を成形し、基体における薄肉の所定の部分において貫通孔を形成することにより製造されている。

ここでは、凸部を有する成形型を用いて金属材料を半溶融成形することによって、中央付近に薄肉の所定の部分を有する摺動部品の基体を成形し、その基体における薄肉の所定の部分において貫通孔を形成することによって、摺動部品が製造されているので、鋳巣の発生を抑制することが可能である。また、開口予定部分において貫通孔を形成しても摺動部品内部の鋳巣が外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することも可能である。

第３発明の圧縮機の摺動部品は、第１発明または第２発明の摺動部品であって、摺動部品は、平板状の鏡板と、鏡板に形成された渦巻き状のラップとを有するスクロールからなる。所定の部分は、鏡板の中央付近の部分である。

ここでは、所定の部分がスクロールの鏡板の中央付近の部分であるので、鏡板の中央付近における鋳巣の発生を抑制することが可能である。したがって、鏡板の内部では、中央付近において鋳巣が抑制されているので、仮に鏡板内部に鋳巣が発生した場合でも、鏡板内部の中央付近以外の周囲の部分で小さな鋳巣が分かれて存在するのみである。

第４発明の圧縮機の摺動部品は、第３発明の摺動部品であって、凸部の高さは、スクロールの中央付近の所定の部分の肉厚を４ｍｍ以下にするような高さに設定されている。

ここでは、凸部の高さがスクロールの中央付近の所定の部分の肉厚を４ｍｍ以下にするような高さに設定されているので、鋳巣の発生をさらに抑制することが可能である。

第５発明の圧縮機の摺動部品は、第３発明の摺動部品であって、所定の部分は、開口予定部分である。開口予定部分は、スクロールの中央付近における吐出穴を開口する予定の部分である。

ここでは、所定の部分がスクロールの中央付近における吐出穴を開口する予定の部分である開口予定部分であるので、凸部によって開口予定部分を薄肉に形成することにより、鋳巣の発生抑制が可能である。また、開口予定部分において吐出穴を形成しても摺動部品内部の鋳巣が外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することも可能である。

第６発明の圧縮機の摺動部品は、第３発明から第５発明のいずれかの摺動部品であって、スクロールは、圧縮機の駆動軸の外側に嵌合する軸受部を有する可動スクロールである。

ここでは、スクロールが圧縮機の駆動軸の外側に嵌合する軸受部を有する可動スクロールであるので、中実丸棒の軸受部が駆動軸の内側に嵌合するインナードライブの可動スクロールと比較して鋳巣の発生を抑制することが可能である。

第７発明の圧縮機の摺動部品は、第３発明から第５発明のいずれかの摺動部品であって、スクロールは、圧縮機の駆動軸の内側に嵌合する軸受部を有する可動スクロールである。軸受部の内部の少なくとも一部は、凸部によって鋳抜かれる。

ここでは、スクロールが圧縮機の駆動軸の内側に嵌合する軸受部を有する可動スクロールであり、軸受部の内部の少なくとも一部が凸部によって鋳抜かれるので、鋳巣の発生を抑制することが可能である。しかも、可動スクロールの軽量化も可能である。

第８発明の圧縮機は、第１発明から第７発明のいずれかに係る摺動部品が組み込まれ、二酸化炭素を圧縮する。

二酸化炭素等の高圧冷媒圧縮用の圧縮機では、摺動部品の肉厚化が必要となってくる。しかし、摺動部品が肉厚化されると、より鋳巣が発生しやすくなる。しかし、第１発明から第７発明のいずれかに係る摺動部品は、凸部を有する成形型を用いて金属材料を半溶融成形されることによって、鋳巣の発生が抑制されている。このため、この圧縮機では、二酸化炭素等の高圧冷媒を圧縮する場合であっても摺動部品が高差圧による応力増大に耐えることができる。また、摺動部品がスクロール部品である場合には応力集中部（例えば、渦巻中心部や軸受部の根元部など）に鋳巣が発生しやすいが、本発明によれば鋳巣の発生が抑制されているスクロール部品を得ることができるので、このような問題も解消される。

第１発明によれば、鋳巣の発生を抑制することができる。

第２発明によれば、鋳巣の発生抑制ができる。また、開口予定部分において貫通孔を形成しても摺動部品内部の鋳巣が外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することができる。

第３発明によれば、スクロールの鏡板の中央付近における鋳巣の発生を抑制することができる。

第４発明によれば、鋳巣の発生をさらに抑制することができる。

第５発明によれば、鋳巣の発生抑制ができる。また、開口予定部分において吐出穴を形成しても摺動部品内部の鋳巣が外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することができる。

第６発明によれば、中実丸棒の軸受部が駆動軸の内側に嵌合するインナードライブの可動スクロールと比較して鋳巣の発生を抑制することができる。

第７発明によれば、鋳巣の発生を抑制することができる。しかも、可動スクロールの重量を軽くすることができる。

第８発明によれば、圧縮機が二酸化炭素等の高圧冷媒を圧縮する場合であっても摺動部品が高差圧による応力増大に耐えることができる。

〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態に係わる摺動部品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。

第１実施形態に係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。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２４と、固定スクロール２４に噛合する可動スクロール２６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２４は、図１〜図３に示されるように、主に、鏡板２４ａと、鏡板２４ａ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２４ｂとから構成されている。

鏡板２４ａ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。第１実施形態の固定スクロール２４では、後述する製造方法に示されるように、吐出穴４１を形成する開口予定部分Ｐ（図６参照）をあらかじめ薄肉に形成することによって、鋳巣ＣＮ（図６参照）の発生が抑制されている。

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２４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、第１実施形態において、ラップ２４ｂに対する肉厚ラップ２４ｂの高さの比は、１５以上とされている。ラップ２４ｂの角部および隅部は、可動スクロールのラップ２６ｂの角部および隅部にフィットするＲ形状とされている。

なお、第１実施形態において、この固定スクロール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２６は、図１、図４および図５に示されるように、主に、鏡板２６ａと、鏡板２６ａ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２６ｂと、鏡板２６ａの下面に形成された軸受部２６ｃと、鏡板２６ａの両端部に形成される溝部２６ｄ（図５参照）とから構成されている。

可動スクロール２６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２６は、駆動軸１７の外側に嵌合する軸受部２６ｃを有している。

図５に示されるように、鏡板２６ａの中心部分２６ｅの肉厚ｔ１は、他の部分（例えば鏡板２６ａの周縁に近い部分）の肉厚と比較して薄く形成されている（すなわち、第１実施形態では、軸受部２６ｃの内部空間２６ｆの底部２６ｊの高さは、既存の可動スクロールの場合よりも上方になるように設定されている）。したがって、鏡板２６ａの中心部分２６ｅにおける鋳巣ＣＮ（図７参照）の発生を抑制することが可能である。とくに、中心部分２６ｅの肉厚ｔ１は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

また、可動スクロール２６は、アウタードライブの可動スクロールであるので、インナードライブの可動スクロール、すなわち中実丸棒の軸受部が駆動軸の内側に嵌合する可動スクロールと比較して、鏡板２６ａの中心部分２６ｅの肉厚ｔ１が薄くなるので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

可動スクロール２６は、溝部２６ｄ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には駆動軸１７の上端が嵌入される。可動スクロール２６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２６のラップ２６ｂは固定スクロール２４のラップ２４ｂに噛合させられており、両ラップ２４ｂ，２６ｂ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２６の公転に伴い、両ラップ２４ｂ，２６ｂ間の容積が中心に向かって収縮する。第１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、第１実施形態において、この可動スクロール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２４の下端面と密着するように、固定スクロール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、第１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２４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２４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２６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、第１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２６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、第１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２４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〕
第１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２４、可動スクロール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、第１実施形態では、ハウジング２３、固定スクロール２４、可動スクロール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
第１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、図６に示される金型７０を用いて固定スクロール２４の基体１２４をチクソキャスティングにより成形するとともに、図８に示される金型８０を用いて可動スクロール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。

＜固定スクロール２４のチクソキャスティング＞
図６に示されるように、固定スクロール２４の基体１２４をチクソキャスティングするための金型７０は、第１型部分７１と、第２型部分７２とからなる。第１型部分７１と第２型部分７２とを組み合わせたときにできる空間部７３の形状は、成形される固定スクロール２４の外形形状に対応する。

また、第１型部分７１および第２型部分７２には、固定スクロール２４の基体１２４の中央付近における吐出穴４１を開口する予定の部分である開口予定部分Ｐを形成するために、凸部７１ａおよび凸部７２ａがそれぞれ対向するように形成されている。凸部７１ａと凸部７２ａとの間隔は、４ｍｍ以下に設定されているため、開口予定部分Ｐの肉厚ｔ２（図６および図７参照）は、４ｍｍ以下まで薄くなるので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

以上のように構成された金型７０を用いて鉄などの金属材料をチクソキャスティングすることによって、中央付近に薄肉の開口予定部分Ｐを有する固定スクロール２４の基体１２４が成形される。その後、基体１２４における薄肉の開口予定部分Ｐにおいて、従来公知のドリル加工などによって、貫通孔である吐出穴４１を形成することによって、吐出穴４１を有する固定スクロール２４（図３参照）を製造することが可能である。

このように、固定スクロール２４の基体１２４をチクソキャスティングする際に、金型７０の対向する凸部７１ａおよび７２ａを用いて開口予定部分Ｐをあらかじめ薄肉に形成することによって、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能になる。

また、固定スクロール２４の基体１２４の内部における鋳巣ＣＮの発生が抑制されているので、吐出穴４１を形成しても基体１２４の内部の鋳巣ＣＮが外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することも可能である。

ここで、比較例として、図１０に示されるチクソキャスティングにより成形された従来の固定スクロールの基体２２４を見た場合、基体２２４の中央付近の開口予定部分Ｑの肉厚は、周囲の部分の肉厚と同程度に厚い。したがって、鋳巣ＣＮは、鏡板２２４ａの中央付近にも発生しているので、鏡板２２４ａ内部に広範囲に発生している。このため、基体２２４の中央付近の開口予定部分Ｑにドリル加工によって吐出穴２４１（図１０における２本の想像線に囲まれた部分）を形成した場合に、吐出穴２４１から鋳巣ＣＮが外部に露出する。その結果、製造後の固定スクロールの疲労強度は、大幅に低下する。

＜可動スクロール２６のチクソキャスティング＞
図８に示されるように、可動スクロール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２６の外形形状に対応する。

また、第１型部分８１には、可動スクロール２６の軸受部２６ｃの内部空間２６ｆを形成する凸部８１ａが形成されている。凸部８１ａと第２型部分８２との間隔は、４ｍｍ以下に設定されているため、可動スクロール２６の中心部分２６ｅの肉厚ｔ１（図８および図９参照）は、４ｍｍ以下まで薄くなる。

以上のように構成された金型８０を用いて鉄などの金属材料をチクソキャスティングすることによって、中心部分２６ｅの肉厚ｔ１が４ｍｍ以下の可動スクロール２６を製造することが可能である。

このように、可動スクロール２６をチクソキャスティングする際に、金型８０の凸部８１ａを用いて可動スクロール２６の中心部分２６ｅを薄肉に形成することによって、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能になる。

ここで、比較例として、図１１に示されるチクソキャスティングにより成形された従来の可動スクロール２２６を見た場合、中心部分２２６ｅの肉厚は、周囲の部分の肉厚と同程度に厚い。したがって、鋳巣ＣＮは、鏡板２２６ａの中央付近にも多く発生する。このため、可動スクロール２２６の強度は低下する。とくに、中心部分２２６ｅは、圧縮機１の運転中に最も大きなガス荷重（または圧力）が発生するため、中心部分２２６ｅの強度が低下すると、鏡板２２６ａが変形するおそれがある。さらに、鏡板２２６ａが変形すれば、可動スクロール２２６と固定スクロール２４との間の摺動状態が悪化し、摩耗や焼付きの原因になる。

＜チクソキャスティング工程の詳細な手順＞
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２６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。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
第１実施形態では、固定スクロール２４は、その中央付近の開口予定部分Ｐを薄肉に形成することが可能な凸部７１ａ、７２ａを有する金型７０を用いて金属材料をチクソキャスティングすることによって中央付近に薄肉の開口予定部分Ｐを備えている固定スクロール２４の基体１２４を成形し、基体１２４における薄肉の開口予定部分Ｐにおいて吐出穴４１を形成することにより製造されている。この凸部７１ａおよび７２ａによって、固定スクロール２４の鏡板２４ａの中央付近における吐出穴４１の開口予定部分Ｐを薄肉に形成することが可能になる。したがって、成形される固定スクロール２４の基体１２４における鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。その結果、鏡板２４ａの内部では、中央付近において鋳巣ＣＮが発生していないので、鏡板２４ａ内部の中央付近以外の周囲の部分で小さな鋳巣ＣＮが分かれて存在するのみである。

（２）
しかも、凸部７１ａと凸部７２ａとの間隔は、４ｍｍ以下に設定されているため、開口予定部分Ｐの肉厚ｔ２（図６および図７参照）は、４ｍｍ以下まで薄くなるので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

（３）
また、固定スクロール２４の基体１２４の内部における鋳巣ＣＮの発生が抑制されているので、基体１２４の開口予定部分Ｐにおいて吐出穴４１を形成しても基体１２４の内部の鋳巣ＣＮが外部へ露出するおそれがなくなり、疲労強度の低下を抑制することも可能である。

（４）
第１実施形態では、可動スクロール２６は、その中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能な凸部８１ａを有する金型８０を用いて金属材料をチクソキャスティングすることによって製造され、中央付近に薄肉の所定の部分を備えている。したがって、成形される可動スクロール２６における鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。その結果、鏡板２６ａの内部では、中央付近において鋳巣ＣＮが発生していないので、鏡板２６ａ内部の中央付近以外の周囲の部分で小さな鋳巣ＣＮが分かれて存在するのみである。

（５）
とくに、鏡板２６ａの中心部分２６ｅにおける肉厚ｔ１は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

（６）
また、可動スクロール２６は、アウタードライブの可動スクロールであるので、インナードライブの可動スクロール、すなわち中実丸棒の軸受部が駆動軸の内側に嵌合する可動スクロールと比較して、鏡板２６ａの中心部分２６ｅにおける肉厚ｔ１が薄くなるので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

（７）
第１実施形態の可動スクロール２６の製造方法では、金型８０を用いて鉄などの金属材料をチクソキャスティングすることによって、薄肉の中心部分２６ｅを有する可動スクロール２６を成形するので、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。

なお、鉄以外の金属材料を用いてチクソキャスティングすることも可能である。

（８）
第１実施形態の固定スクロール２４は、金型７０を用いて鉄などの金属材料をチクソキャスティングすることによって、中央付近に薄肉の開口予定部分Ｐを有する固定スクロール２４の基体１２４を成形し、そののち、既存のドリル加工によって開口予定部分Ｐに貫通孔である吐出穴４１を形成することによって製造されているので、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。しかも、鋳巣ＣＮの発生が抑制されているので、吐出穴４１を形成しても基体１２４内部の鋳巣ＣＮが外部へ露出するおそれがなく、疲労強度の低下を招くおそれが減少する。

なお、鉄以外の金属材料を用いてチクソキャスティングすることも可能である。

（９）
第１実施形態の高低圧ドーム型圧縮機１には、上記のように欠陥が非常に少ない構成部品が採用されている。このため、この高低圧ドーム型圧縮機１は、二酸化炭素等の高圧冷媒を圧縮することもできる。

＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
第１実施形態における摺動部品を製造する場合に、チクソキャスティング工程において、薄肉の開口予定部分Ｐを有する固定スクロール２４の基体１２４を成形するときに、図６および図７に示されるように、対向する凸部７１ａおよび凸部７２ａによって鏡板２４ａを上下両側から凹ませて鏡板２４ａの肉厚を薄くするように成形している。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

第１実施形態の変形例として、例えば、図１２に示されるように鏡板２４ａを上面側からのみ凹ませたり、または、図１３に示されるように鏡板２４ａを下面側からのみ凹ませることによって鏡板２４ａの肉厚を所定の肉厚ｔ２（例えば４ｍｍ以下）まで薄くするように成形してもよく、これらの場合も、第１実施形態と同様に、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。

（Ｂ）
また、第１実施形態のチクソキャスティング工程において、薄肉の中心部分２６ｅを有する可動スクロール２６を成形する場合に、図８および図９に示されるように、軸受部２６ｃの内部空間２６ｆを形成する凸部８１ａと第２型部分８２との間隔を所定の間隔（例えば４ｍｍ以下）に設定することによって、鏡板２６ａの中心部分２６ｅにおける肉厚ｔ１を所定の肉厚（例えば４ｍｍ以下）に成形している。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

第１実施形態の他の変形例として、例えば、固定スクロール２４に吐出穴４１を形成する代わりに、図１４に示されるように、可動スクロール２６の鏡板２６ａに吐出穴２６ｈを形成する場合も考えられる。このような吐出穴２６ｈを有する可動スクロール２６を製造する場合には、上記固定スクロール２４を製造するための金型７０と同様に、金型８０（図８参照）の第１型部分８１および第２型部分８２にそれぞれ対向する凸部を設けておき、このような対向する凸部を有する金型８０を用いてチクソキャスティングをすることにより、図１５または図１６に示されるような鏡板２６ａの中央付近に薄肉の開口予定部分Ｒを有する可動スクロール２６の基体１２６を成形すればよい。これらの場合も、鋳巣ＣＮの発生を抑制することができ、しかも、ドリル加工によって開口予定部分Ｒに吐出穴を形成しても基体１２６内部の鋳巣ＣＮが外部へ露出するおそれがなくなる。

ここで、図１５の可動スクロール２６の基体１２６の場合には、鏡板２６ａの上側から凹ませるとともに鏡板２６ａの下側においても軸受部２６ｃの内部空間２６ｆの底部２６ｊの高さを既存の可動スクロールの場合よりも若干上方になるように設定することにより、開口予定部分Ｒを薄肉にしている。これにより、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。

また、図１６の可動スクロール２６の基体１２６の場合には、内部空間２６ｆの底部２６ｊの高さを既存の可動スクロールの場合と同程度に設定しておき、鏡板２６ａの上側からの凹みを大きくすることにより、開口予定部分Ｒを薄肉にしている。これにより、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。

（Ｃ）
また、さらに他の変形例として、上記の図４および図５に示される可動スクロール２６の鏡板２６ａの中心部分２６ｅの上面において、ガス荷重の応力分散のための座ぐり部分もチクソキャスティング工程であらかじめ形成してもよい。この座ぐり部分によって、最も応力が集中する部分であるラップ部２６ｂの根元部分の応力も分散することが可能である。

この場合、座ぐり部分と軸受部２６ｃの内部空間２６ｆの両方によって鏡板２６ａの中心部分２６ｅの肉厚を薄肉にすることにより、鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能である。

しかも、従来の可動スクロールの製造方法のように、チクソキャスティングの後に、エンドミル等による切削加工によって座ぐり部分を成形しなくてもよいので、工数を削減することができるとともに、切削くずも発生しない。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、アウタードライブの可動スクロール２６を例にあげて説明したが、図１７および図１８に示されるインナードライブの可動スクロール９６の場合であっても、鋳巣の発生を抑制することが可能である。以下、詳細に説明する。

＜可動スクロール９６の構成＞
可動スクロール９６は、図１７に示されるように、主に、鏡板９６ａと、鏡板９６ａ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９６ｂと、鏡板９６ａの下面に形成された軸受部９６ｃと、鏡板９６ａの両端部に形成される溝部９６ｄとから構成されている。

可動スクロール９６は、インナ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９６は、駆動軸１７の先端に形成された凹部の内側に嵌合する軸受部９６ｃを有している。

図１７に示されるように、鏡板９６ａの中心部分９６ｅにおける肉厚ｔ３は、他の部分（例えば鏡板９６ａの周縁に近い部分）の肉厚と比較して薄く形成されている。すなわち、軸受部９６ｃの内側には、チクソキャスティングの際に鋳抜かれた鋳抜き凹部９６ｆが形成されているので、中心部分９６ｅの肉厚ｔ３は、薄くなっている。したがって、鏡板９６ａにおける鋳巣ＣＮ（図１８参照）の発生を抑制することが可能である。とくに、軸受部９６ｃの中心部分９６ｅの肉厚ｔ３は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

また、軸受部９６ｃの肉厚は、鋳抜き凹部９６ｆがなければ非常に厚肉のｔ４となって軸受部９６ｃの内部にも鋳巣ＣＮが発生しやすくなるが、鋳抜き凹部９６ｆの形成により軸受部９６ｃの肉厚ｔ５は、薄くなっている。したがって、軸受部９６ｃの内部における鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能であり、軸受部９６ｃの強度が低下するのを抑制することが可能である。とくに、軸受部９６ｃの肉厚ｔ５は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮをさらに抑制することが可能である。

＜可動スクロール９６のチクソキャスティング＞
図１８に示されるように、可動スクロール９６をチクソキャスティングするための金型９０は、第１型部分９１と、第２型部分９２とからなる。第１型部分９１と第２型部分９２とを組み合わせたときにできる空間部９３の形状は、成形される可動スクロール９６の外形形状に対応する。

また、第１型部分９１には、可動スクロール９６の軸受部９６ｃの鋳抜き凹部９６ｆを形成する凸部９１ａが形成されている。凸部９１ａと第２型部分９２との間隔は、４ｍｍ以下に設定されているため、鏡板９６ａの中心部分９６ｅにおける肉厚ｔ３は、４ｍｍ以下まで薄くなる。

以上のように構成された金型９０を用いて鉄などの金属材料をチクソキャスティングすることによって、鏡板９６ａの中心部分９６ｅにおける肉厚ｔ３が４ｍｍ以下の可動スクロール９６を製造することが可能である。

＜第２実施形態の特徴＞
（１）
第２実施形態では、可動スクロール９６をチクソキャスティングする際に、金型９０の凸部９１ａを用いて、軸受部９６ｃ内部の少なくとも一部に鋳抜き凹部９６ｆを形成し、それによって、可動スクロール９６の中心部分９６ｅを薄肉に形成している。その結果、可動スクロール９６における鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能になる。

（２）
とくに、軸受部９６ｃの中心部分９６ｅの肉厚ｔ３は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

（３）
また、可動スクロール９６の軸受部９６ｃに鋳抜き凹部９６ｆを形成することによって、可動スクロール９６の重量を大幅に軽減することができ、可動スクロール９６の軽量化が可能である。

（４）
また、可動スクロール９６の軸受部９６ｃに鋳抜き凹部９６ｆを形成することによって、軸受部９６ｃを薄肉に形成している。その結果、軸受部９６ｃの内部における鋳巣ＣＮの発生を抑制することが可能になり、軸受部９６ｃの強度が低下するのを抑制することが可能になる。

（５）
とくに、軸受部９６ｃの肉厚ｔ５は、４ｍｍ以下に設定されているので、鋳巣ＣＮの発生をさらに抑制することが可能である。

本発明は、半溶融成形によって製造される圧縮機の摺動部品、例えば、可動スクロール、固定スクロールまたはその他の種々の圧縮機の摺動部品に適用することが可能である。いいかえれば、摺動部品をチクソキャスティングなどの半溶融成形をする場合に鋳巣が発生するおそれが有る場合に、本発明を採用することによって、好適に鋳巣の発生を抑制することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係わる摺動部品を備えた圧縮機の縦断面図。 図１の固定スクロールを下から見た図。 図１の固定スクロールの断面図。 図１のアウタードライブの可動スクロールを上から見た図。 図１の可動スクロールの断面図。 図１の固定スクロール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固定スクロールの基体を示す断面図。 図６の固定スクロールの基体の開口予定部分の拡大図。 図１の可動スクロール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を示す断面図。 図８の可動スクロールの中心部分の拡大図。 比較例として、従来の固定スクロールの基体を示す断面図。 比較例として、従来の可動スクロールの断面図。 本発明の第１実施形態の変形例に係わる固定スクロールの基体の開口予定部分の拡大図。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係わる固定スクロールの基体の開口予定部分の拡大図。 本発明の第１実施形態のさらに他の変形例に係わる吐出穴を有する可動スクロールの断面図。 図１４の可動スクロールの開口予定部分の拡大図。 本発明の第１実施形態のさらに他の変形例に係わる可動スクロールの開口予定部分の拡大図。 本発明の第２実施形態に係わるインナードライブの可動スクロールの断面図。 図１７の可動スクロール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を示す断面図。

符号の説明

１ 圧縮機
１７ 駆動軸
２４ 固定スクロール
２４ａ 鏡板
２４ｂ ラップ
２６ 可動スクロール
２６ａ 鏡板
２６ｂ ラップ
４１ 吐出穴
７０ 金型
７１ａ、７２ａ 凸部
８０ 金型
８１ａ 凸部
９０ 金型
９１ａ 凸部

Claims (8)

1. 圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６、９６）であって、
   前記摺動部品（２４、２６、９６）の中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能な凸部（７１ａ、７２ａ、８１ａ、９１ａ）を有する成形型（７０、８０、９０）を用いて金属材料を半溶融成形することによって製造され、中央付近に薄肉の所定の部分を備えている圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６、９６）。
2. 圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６）であって、
   前記摺動部品（２４、２６）の中央付近の所定の部分を薄肉に形成することが可能な凸部（７１ａ、７２ａ、８１ａ）を有する成形型（７０、８０）を用いて金属材料を半溶融成形することによって中央付近に薄肉の所定の部分を備えている摺動部品（２４、２６）の基体（１２４、１２６）を成形し、前記基体（１２４、１２６）における薄肉の所定の部分において貫通孔を形成することにより製造された圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６）。
3. 平板状の鏡板（２４ａ、２６ａ、９６ａ）と、前記鏡板（２４ａ、２６ａ、９６ａ）に形成された渦巻き状のラップ（２４ｂ、２６ｂ、９６ｂ）とを有するスクロール（２４、２６、９６）からなり、
   前記所定の部分は、前記鏡板の中央付近の部分である、
   請求項１または２に記載の圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６、９６）。
4. 前記凸部（７１ａ、７２ａ、８１ａ、９１ａ）の高さは、前記スクロール（２４、２６、９６）の中央付近の所定の部分の肉厚を４ｍｍ以下にするような高さに設定されている、
   請求項３に記載の圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６、９６）。
5. 前記所定の部分は、前記スクロール（２４、２６）の中央付近における吐出穴を開口する予定の部分である開口予定部分（Ｐ）である、
   請求項３に記載の圧縮機（１）の摺動部品（２４、２６）。
6. 前記スクロールは、前記圧縮機（１）の駆動軸（１７）の外側に嵌合する軸受部（２６ｃ）を有する可動スクロール（２６）である、
   請求項３から５のいずれかに記載の圧縮機（１）の摺動部品（２６）。
7. 前記スクロールは、前記圧縮機（１）の駆動軸（１７）の内側に嵌合する軸受部（９６ｃ）を有する可動スクロール（９６）であり、
   前記軸受部の内部の少なくとも一部は、前記凸部（９１ａ）によって鋳抜かれる、
   請求項３から５のいずれかに記載の圧縮機（１）の摺動部品（９６）。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の摺動部品が組み込まれ、二酸化炭素を圧縮する、
   圧縮機。

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