JP2010261414A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工によって表層部のシリコンはアルミニウムに覆われて最表面はアルミニウムリッチになっているので、容量が大きいシステムでは過渡運転時や高負荷運転時に潤滑油切れやそれに伴う急激な温度上昇が起きて摺動部材において焼付きが発生する恐れがあるため、摺動部材の耐焼付き性を向上して高耐久性を実現した圧縮機を提供する。
【解決手段】沸騰水浸漬処理を施したアルミニウム−シリコン系合金の摺動部材をスクロール圧縮機の旋回スクロールなどに用いたものであり、摺動部材の表面にアルミニウムの水和酸化物の被膜が形成されることになり、耐焼付き性が大幅に向上して高耐久性が実現できることとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍空調装置に使用されている圧縮機に関するものである。

図４と図５は、従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールを示すものである（例えば、特許文献１参照）。図４は旋回スクロールの外観を示す斜視図であり、図５は旋回スクロールの部分断面図である。

旋回スクロールは、円板状の鏡板１、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、および軸受部３から構成されている。ラップ部の高さは、その肉厚の約６倍程度になっている。鏡板１およびラップ部２の基材１ｂ、２ｂは一体に形成されており、材質は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および側面部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。

特開平３−２４２８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、加工によって表層部のシリコンはアルミニウムに覆われて最表面はアルミニウムリッチになっているので、容量が大きいシステムでは過渡運転時や高負荷運転時に潤滑油切れやそれに伴う急激な温度上昇が起きて摺動部材である旋回スクロールのスラスト面において焼付きが発生する恐れがあり、旋回スクロールのスラスト面の耐焼付き性向上が課題となっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、摺動部材の耐焼付き性を向上して高耐久性を実現した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、本発明の圧縮機は、沸騰水浸漬処理を施したアルミニウム−シリコン系合金の摺動部材を用いたものである。これによって、摺動部材の表面にアルミニウムの水和酸化物の被膜が形成されることになり、その結果、耐焼付き性が大幅に向上して高耐久性が実現できることとなる。

本発明の圧縮機は、摺動部材の耐焼付き性を向上して高耐久性を実現できるものである。

本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機を示す一部断面図とした正面図 同上圧縮機の旋回スクロールの縦断面図 同上圧縮機の旋回スクロールの表層部の断面組織を模式的に示した図 スクロール圧縮機の旋回スクロールの外観を示す斜視図 従来の旋回スクロールの部分断面図

第１の発明は沸騰水浸漬処理を施したアルミニウム−シリコン系合金の摺動部材を用いたことにより、耐焼付き性が大幅に向上することになり、高耐久性を有する圧縮機を実現できる。

第２の発明は、特に第１の発明の冷媒をＨＦＯ−１２３４ｙｆ、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆを一成分とする混合冷媒とすることにより、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとアルミニウムとの反応を防止することとなり、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い低ＧＷＰ圧縮機を実現できる。

第３の発明は、特に第１の発明の冷媒を二酸化炭素とすることにより、高差圧に対する耐久性が高くなり、高温用圧縮機を実現できる。

第４の発明は、特に第２の発明の混合冷媒の他成分をＨＦＯ−１２３４ｙｆより沸点が低い冷媒を用いて構成することにより、摺動部材の冷却能力が向上することになり、圧縮機の運転可能な負荷範囲を拡大できる。

第５の発明は、特に第１の発明の摺動部材を沸騰水浸漬処理後に研磨を施したことにより、油溜りが形成されて低摩擦になり、圧縮機の効率を向上できる。

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〜図３に本発明の実施の形態を示している。本実施の形態は冷凍空調装置用のスクロール圧縮機の場合で、図１に全体構成を示している。

このスクロール圧縮機は、密閉容器４内に圧縮機構部７とこれの駆動源のモータ部（図示せず）が内装されている。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、この固定スクロール９に対向配置された旋回スクロール１０と、フレーム８と旋回スクロール１０との間に設けられたオルダムリング１１と、旋回スクロール１０をモータ部に連結するクランク軸１２とを備えて構成されている。

固定スクロール９は、鏡板９ａ、羽根９ｂ、吸入ポート９ｃおよび吐出ポート９ｄを備えて構成されており、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、これの縦断面図である図２に示すように、鏡板１０ａ，１０ｂ、羽根１０ｃおよび軸受部１０ｄを備えて構成されている。この旋回スクロール１０の羽根１０ｃと固定スクロール９の羽根９ｂとは対向配置されて互いに噛み合っているが、旋回スクロール１０の羽根１０ｃの高さは固定スクロール９の羽根９ｂの高さよりも若干低く設定されている。

フレーム８には環状溝１３が形成されており、この環状溝１３には、フレーム８と旋回スクロール１０間をシールするシール部材１４が設けられ、このシール部材１４より内側が高い圧力になるように設定され、外側は中間圧力に設定されている。旋回スクロール１０は、これらの圧力によって固定スクロール９に押し付けられており、旋回スクロール１０の羽根１０ｃの先端部の隙間は潤滑油（図示せず）によってシールされている。

旋回スクロール１０の材料構成について、図３を参照しながら説明する。図３は旋回スクロール１０の表層部の断面組織を模式的に示した図である。旋回スクロール１０は、軟質基材であるアルミニウム２０に硬質粒子である微細な共晶シリコン２１を分散させてな
るアルミニウム−シリコン系合金２２を用いて鋳造することにより形成されている。さらに旋回スクロール１０を切削仕上げまたは研削仕上げした後に沸騰水に数分間浸漬し、旋回スクロール１０の表層部にアルミニウム２０の水和酸化物被膜２３を形成している。水和酸化物被膜２３の厚さは０．５μｍ〜２．５μｍであり、浸漬時間により表層部の共晶シリコン２１の平均粒子径の約１／２以下の厚さとなるようにコントロールしている。また水和酸化物被膜２３は比較的軟らかく、その表面は切削仕上げ時または研削仕上げ時の粗さが維持されているため滑らかである。

次に、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に伝達されて、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。旋回スクロール１０の羽根１０ｃと固定スクロール９の羽根９ｂとは、対向配置されて互いに噛み合っており、旋回スクロール１０の旋回運動に伴って吸入管５から吸入ポート９ｃを介して冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮する。この圧縮された冷媒は、吐出ポート９ｄからリード弁１５を押し開いて密閉容器４内に吐出されたのち、吐出管６から密閉容器４の外部に導き出される。この運転時には密閉容器４内が高圧に保持されている。

運転中、旋回スクロール１０は固定スクロール９に強く押し付けられるが、加工上避けられないうねり、粗さや段差などのために、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａおよび羽根９ｂの先端部との接触面において耐久性上好ましくない高面圧が発生する。しかし、表層部を覆うアルミニウム２０の水和酸化物被膜２３が、その固体潤滑作用を発揮しながら徐々に摩耗し、固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部との間で摺り合せが行われて旋回スクロール１０の鏡板１０ａは適度に調整される。その結果、固定スクロール９の鏡板９ａや羽根９ｂの先端部への当りが緩和されて耐焼付き性が向上し、潤滑状態が厳しい大容量で多冷媒のシステムでもスクロール圧縮機の耐久性を十分確保できる。

また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆは地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低く温暖化防止効果が大きい冷媒であるが、その反応性の抑制が課題となっている。しかし、旋回スクロール１０の表層部を覆うアルミニウム２０の水和酸化物被膜２３によってアルミニウム２０への攻撃を防止するため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆを一成分とする混合冷媒を用いることが可能となり、低ＧＷＰ用のスクロール圧縮機を実現できる。

また、二酸化炭素を用いると高差圧が発生するため、旋回スクロール１０の鏡板１０ａには高い耐久性が求められる。しかし、旋回スクロール１０の表層部を覆うアルミニウム２０の水和酸化物の被膜２３を厚くすることにより固体潤滑作用を発揮させながら徐々に水和酸化物の被膜２３を摩滅させて共晶シリコン２１主体の摺動に移行させることができるため、共晶シリコン２１の効果で耐焼付き性及び耐摩耗性が大幅に向上することになり、高温用のスクロール圧縮機を実現できる。

また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとそれより沸点が低い冷媒との混合冷媒とすることによって、低沸点側冷媒による冷却効果が発揮されて摺動部温度の上昇が抑制されるため、より高い負荷でも運転できるようになり、スクロール圧縮機の運転可能な負荷範囲を拡大できる。なお、低沸点側冷媒の沸点としては、例えば−４０℃以下、好ましくは−５０℃以下であり、その構成割合は４０％以下、好ましくは２０％以下である。

また、沸騰水処理後に研磨を施すことによって旋回スクロール１０の表面は露出した共晶シリコン２１と部分的に若干凹となったアルミニウム２０の水和酸化物被膜２３という構成になり、アルミニウム２０の水和酸化物被膜２３に油溜りが形成されて低摩擦になり、スクロール圧縮機の効率を向上できる。

なお、本実施の形態では摺動部材としてスクロール圧縮機の旋回スクロールについて説明したが、アルミニウム−シリコン系合金を用いて鋳造することにより形成された機構の摺動部材であれば、圧縮機の形態や摺動部材を限ることなく適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、摺動部材の高耐久性を実現できるものであり、自動車用空調装置や給湯装置にも適用できる。

１０ 旋回スクロール
１０ａ 鏡板
１０ｂ 鏡板
２０ アルミニウム
２１ 共晶シリコン
２２ アルミニウム−シリコン系合金
２３ 水和酸化物被膜

Claims (5)

1. 沸騰水浸漬処理を施したアルミニウム−シリコン系合金の摺動部材を用いた圧縮機。
2. 冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆ、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆを一成分とする混合冷媒を用いた請求項１に記載の圧縮機。
3. 冷媒は二酸化炭素を用いた請求項１に記載の圧縮機。
4. 混合冷媒の他の成分はＨＦＯ−１２３４ｙｆより沸点が低い冷媒を用いて構成した請求項２に記載の圧縮機。
5. 摺動部材は沸騰水浸漬処理後に研磨を施した請求項１に記載の圧縮機。