JP2014001678A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願発明は、従動スクロールにヤング率の高いファインセラミックを使用して製造することができ、従動スクロールの回転に伴う遠心力による変形を防止したスクロール流体機械を提供する。
【解決手段】 本願発明は、螺旋状に形成された少なくとも一つのラップ８，９を有する駆動スクロール２と、該駆動スクロール２の螺旋状のラップ８，９に噛合して圧縮空間を画成する少なくとも一つのラップ３３，３４を有する従動スクロール３とを具備し、前記駆動スクロール２及び前記従動スクロール３が回転しながら相対的に旋回運動を行い、前記圧縮空間を駆動スクロール２及び従動スクロール３の外周から中心に向けて漸次縮小して流体を吸引、圧縮、吐出を行うスクロール流体機械１において、前記従動スクロール３は、その母材をファインセラミックによって形成されること、該従動スクロール３の母材の表面に、所定の厚さの切削層を形成すること、及び前記従動スクロール３の最終形状となるように前記切削層を切削、研磨することにある。
【選択図】 なし

Description

本願発明は、駆動スクロールと従動スクロールとが回転しながら相対的に旋回運動を行い、駆動スクロールと従動スクロールとによって画成される圧縮空間を駆動スクロール及び従動スクロールの外周から中心に向けて漸次縮小して外周部分から吸引した流体を圧縮し、中心部分から吐出するスクロール流体機械に関する。

特許文献１（特開２０１１−９９３６２号公報）は、ハウジングと、ハウジングに回転自在に軸支され、外部動力によって回転する回転軸と同軸で回転する駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットに摺動自在に挟持され、前記駆動スクロールユニットと共に圧縮空間を画成し、前記駆動スクロールユニットによって該駆動スクロールユニットに対して偏心して回転する従動スクロールユニットを具備するスクロール流体機械を開示する。

例えば特許文献１に開示されるスクロール流体機械において、従動スクロールは軽量化のため現状アルミ材を使用しているが、端板がないことから内圧や遠心力が大きくなるとラップに作用する力で変形が発生し、かじりや漏れによる性能低下の原因となっていた。また、変形を少なくするため、ヤング率の大きいステンレスや鉄などの金属とすると、比重が大きいため遠心力が大きくなってしまい強度アップの効果がなくなってしまうという問題点がある。

特許文献２（特開２００１−１４０８８５号公報）は、静圧軸受の案内面に沿って摺動する摺動部品であって、セラミックスからなる母材と、母材の上に被覆され、摺動面を構成する被覆層とを備え、前記被覆層は、前記母材と比べて被削性に優れた材料からなり、母材の上にコーティングされた後、切削、研削又は研磨加工によって所定の形状に仕上げられた静圧軸受用摺動部品を開示する。また、この特許文献２は、コーティング材料として、ボロンナイトライド粉末をシリコン樹脂からなるバインダを用いて結合したもの、二硫化モリブデン粉末をエポキシ樹脂からなるバインダを用いて結合したものが開示される。

特開２０１１−９９３６２号公報 特開２００１−１４０８８５号公報

例えば、特許文献１に開示されるスクロール流体機械において、上述したように、従動スクロールの材料としては、比重が小さく且つヤング率の大きいセラミック材の使用がもっとも適しているが、従動スクロールは高精度に加工する必要があるため、セラミック材の高精度加工は機械加工ではできず研磨加工となり非常に高価な加工費用が発生することになる。

このため、本願発明は、従動スクロールにヤング率の高いファインセラミックを使用して製造することができ、従動スクロールの回転に伴う遠心力による変形を防止したスクロール流体機械を提供することにある。

したがって、本願発明は、螺旋状に形成された少なくとも一つのラップを有する駆動スクロールと、該駆動スクロールの螺旋状のラップに噛合して圧縮空間を画成する少なくとも一つのラップを有する従動スクロールとを具備し、前記駆動スクロール及び前記従動スクロールが回転しながら相対的に旋回運動を行い、前記圧縮空間を駆動スクロール及び従動スクロールの外周から中心に向けて漸次縮小して流体を吸引、圧縮、吐出を行うスクロール流体機械において、前記従動スクロールは、その母材をファインセラミックによって形成されること、該従動スクロールの母材の表面に、所定の厚さの切削層を形成すること、及び前記従動スクロールの最終形状となるように前記切削層を切削、研磨することにある。また、スクロールのラップとなるラップ形成部のみに切削層を形成するようにしても良いものである。

また、前記切削層は、真鍮、アルミ等の軟質金属によって形成されることが望ましい。また、切削層は、樹脂によって形成されることが望ましく、さらに高温で使用される場合は、耐熱コーティングされることが望ましい。

これによって、従動スクロールの母材を、金型成形後焼成したファインセラミックによって形成し、その上に軟質金属や樹脂でコーティングを施して切削層を形成した後、機械加工で必要な切削層のみを精密加工するため、高精度加工を行っても高価な加工費用が発生することがないという効果を奏するものである。

本願発明に係るスクロール流体機械の駆動スクロール及び従動スクロールを示した分解斜視図である。 本願発明に係る従動スクロールの平面図である。 本願発明に係る従動スクロールの断面図である。 本願発明の従動スクロールの製造方法を示したフローチャート図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

図１に示すように、本願発明に係るスクロール流体機械１は、図示しないハウジングに回転自在に軸支される駆動スクロール２と、該駆動スクロール２に旋回自在に挟持される従動スクロール３とを具備する。前記駆動スクロール２は、一対の端板４，５と、それぞれの両端板４，５から両方に延出する回転軸６，７と、前記一対の端板４，５に挟持される一対の螺旋状のラップ（駆動側ラップ）８，８とを有する。また、一方の端板４から軸方向に延出する一対の駆動側ラップ８，９は、他方の端板５に形成された装着溝１０，１１に嵌合して固定される。

また、従動スクロール３は、外周部分を構成する周縁ブロック３０と、周縁ブロック３０から吐出孔３２が形成された中心ブロック３１に向かって延出する一対の螺旋状のラップ（従動側ラップ）３３，３４とによって構成される。この従動スクロール３の従動側ラップ３３，３４によって画成された空間３６，３７に、前記駆動スクロール２の駆動側ラップ８，８が挿通されることによって、図示しない圧縮空間が画成されるものである。

これによって、回転軸６，７が図示しないハウジングに軸支されると共に、外部動力によって回転すると、駆動スクロール２が回転し、それに伴って従動スクロール３が回転しながら前記駆動スクロール２に対して旋回運動し、駆動側ラップ８，９と従動側ラップ３３，３４によって画成された圧縮空間が外周側から中心側に向けて漸次縮小していくので、図３に示すような外周に形成された吸入口３５から空気、水等の流体が吸引され中央の吐出孔３２を介して吐出口１２から吐出されるものである。

このように、本願発明に係るスクロール流体機械１では、図２の矢印で示すように、従動側ラップ３３，３４には従動スクロール３の回転による遠心力が働くが、本願発明に係る従動スクロール３は、その母材がファインセラミックで形成されているため、軽量化が達成できると共に所定の強度を確保できるため、遠心力による変形を防止できるものである。

さらに、従動スクロール３は、図４での製造方法のフローチャートで示すように、先ずステップ１１０において、セラミックによる母材成形が行われる。これは、最終製品よりも少し小さめに形成された金型に、セラミック粉末を入れて加圧して成形し、その後所定の温度で焼成してセラミック（ファインセラミック）で母材を形成する。

ステップ１２０では、この母材に、切削層を形成するためのコーティングを施す。コーティング方法としては、浸漬処理、蒸着処理、プラズマ処理、樹脂モールド成形、インサート成形等があり、コーティング材料としては、真鍮、アルミなどの軟質金属、樹脂であるが、スクロール流体機械１で利用される流体の特性に対応して選択されることが望ましい。また、耐熱コーティングすることによって高温上記や加熱空気などの高温媒体にも適用可能となる。また、この切削層の厚さは、従動スクロール３の最終製品よりも若干大きめとなるように設定される。また、母材に切削層を一体に成形するために、インサート成形を行っても良いものである。

そして、ステップ１３０において、機械加工によって最終製品の大きさまで切削、研磨するものである。これによって、主としてファインセラミックによって形成し、使用する流体の特性に合った切削層をコーティングにより形成した従動スクロール３を得ることができるものである。

また、従来、駆動スクロール２は、駆動側ラップ８，９が両端板によって挟持されているため、駆動側ラップ８，９の強度は十分であることから、アルミ若しくアルミ合金によって形成されるが、さらに強度を向上させるために、上述した従動スクロール３と同様に製造方法によって形成しても良いものである。

以上のようにして製造されたスクロール流体機械１は、従動スクロール３の計量化及び強度向上が達成されているため、現状よりも高圧を得ることが可能となり、また回転数をアップさせることができるため、吐出量を増大させることができるものである。

本願発明に係るスクロール流体機械は、流体の圧縮のみを行う圧縮機だけでなく、作動流体を膨張させることで動力を得る膨張機にも利用できるものである。この膨張機において、スクロールの中心部から吸気された高圧の作動流体は、スクロール壁面を押し、スクロールの回転運動を促す。このように、スクロールの回転に伴って形成される三日月状の膨張室（圧縮室に対応）は作動流体のエネルギによって増大し、外周部へ移動する。この過程において、流体の持つ内部エネルギを機械エネルギへ変換するものである。

１ スクロール流体機械
２ 駆動スクロール
３ 従動スクロール
４，５ 端版
６，７ 回転軸
８，９ 駆動側ラップ
１０，１１ 装着溝
１２ 吐出口
３０ 周縁ブロック
３１ 吐出孔
３２ 中心ブロック
３３，３４ 従動側ラップ
３５ 吸入口
３６，３７ 空間

Claims (4)

1. 螺旋状に形成された少なくとも一つのラップを有する駆動スクロールと、該駆動スクロールの螺旋状のラップに噛合して圧縮空間を画成する少なくとも一つのラップを有する従動スクロールとを具備し、前記駆動スクロール及び前記従動スクロールが回転しながら相対的に旋回運動を行い、前記圧縮空間を駆動スクロール及び従動スクロールの外周から中心に向けて漸次縮小して流体を吸引、圧縮、吐出を行うスクロール流体機械において、
   前記従動スクロールは、その母材をファインセラミックによって形成されること、
   該従動スクロールの母材の表面に、所定の厚さの切削層を形成すること、及び
   前記従動スクロールの最終形状となるように前記切削層を切削、研磨することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記切削層は、軟質金属によって形成されることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記切削層は、樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
4. 前記切削層を有する従動スクロールは、インサート成形によって製造されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスクロール流体機械。

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