JP2020023961A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、旋回スクロール背面と環状シール部材とのシール性を向上し、高信頼性と高効率を確保できるスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】旋回スクロール９の環状シール部材１９と摺動する背面側摺動面３３の表面粗さを固定スクロール６と摺動するラップ側摺動面３２の表面粗さより小さくした構成としてある。これにより、旋回スクロール背面と環状シール部材とのシール性を改善して高い効率のスクロール圧縮機を提供することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来の空気調和機等の冷凍サイクルに使用されるスクロール圧縮機は、例えば図１０に示すように構成されている。すなわち、両端が閉鎖された筒状の密閉容器１０１の内側に、電動機１０２と圧縮機構部１０３とが内蔵されている。圧縮機構部１０３は、主にクランク軸１０４、主軸受１０５および圧縮要素１０６で構成されている。電動機１０２は、密閉容器１０１の内壁面側に固定された固定子１０２ａと、固定子１０２ａの内側に回転自在に支持された回転子１０２ｂとからなり、回転子１０２ｂには、前記クランク軸１０４が貫通状態に結合されている。密閉容器１０１下部に収容されたオイルは、圧縮機構部１０３の各摺動部に供給された後、圧縮要素１０６にて圧縮されたガスの流れに乗り、密閉容器１０１上部に設けられた吐出管１０７より圧縮機外部へ流出するまでの間に気液分離されて、下部のオイル溜まりへと再循環される。

圧縮機構部１０３は、渦巻きラップ１０８ａ、１０９ａを形成した固定スクロール１０８と旋回スクロール１０９をかみ合わせ複数の圧縮室１１０を形成し、旋回スクロール１０９にクランク軸１０４の偏心部を連結させ、オルダムリング１１１を用いて自転を防止し旋回運動をさせることで、中心に向かって圧縮室１１０の容積を減少させながらガスを圧縮する。圧縮されたガスは、固定スクロール１０８の中心部に設けられた主吐出ポート１１２と圧縮途中の圧縮室１１０に開口するバイパス吐出ポート１１３を通って圧縮機構部１０３の外へ吐出される。

オイルは、ポンプ装置１０４ａによりオイル溜りからクランク軸１０４の内部通路１０４ａを経由して旋回スクロール１０９背面に形成された背圧室１１４へ供給され、背圧調整弁１１５を通って圧縮室１１０へと導かれる。背圧調整弁１１５は、吸入圧力よりも高めの中間圧力を維持して旋回スクロール１０９を固定スクロール１０８に押さえつける機能を持ち、旋回スクロール１０９と固定スクロール１０８の離反、いわゆる転覆現象によって生じる圧縮漏れを防止している。一方、背圧室１１４の圧力が高くなりすぎると、旋回スクロール１０９を固定スクロール１０８に押さえつけるスラスト力が過剰になり、旋回スクロール１０９と固定スクロール１０８とで形成されるスラスト軸受１１６での摺動損失が増大するため、背圧室１１４の圧力は適正に維持されている。

旋回スクロール１０９の背面側空間は樹脂製の環状シール部材１１７によって外側と内側とが仕切られ、外側の背圧室１１４を中間圧力、内側の背面室１１８を吐出圧力に維持している。

圧縮運転中、固定スクロール１０８と旋回スクロール１０９が互いに接触するラップ１０８ａ、１０９ａの壁面やスラスト軸受１１６の摺動面は大きな荷重によって潤滑状態が悪化し、焼き付きやカジリ、摩耗が発生しやすい。

そのため、この種の容積式流体圧縮装置では、固定スクロール１０８および旋回スクロール１０９の少なくとも一方の摺動面に表面硬化処理を施し、摩耗を減少させるとともに、摩擦係数を減少させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５５−８１２９５号公報

しかしながら、表面処理は、表面処理方法によっては、表面処理をしない場合よりも表面粗さが大きくなることがある。よって、前記従来の特許文献１の構成では、固定スクロールと摺動する旋回スクロール鏡板のラップ側摺動面に表面処理を施すと、摩耗は低減できるものの、以下のような課題が生じる。すなわち、特許文献１のように表面処理を施すと、環状シール部材と摺動する旋回スクロール背面側摺動面にも表面処理が施され、表面処理による表面粗さが大きいことが原因で環状シール部材と旋回スクロール背面との密着性が失われたり、高い摩擦係数に起因する温度上昇に伴い環状シール部材に変形や荒れが生じたり、合口が溶着したりする。これにより、環状シール部材本来のシール機能が低下し、背圧室の圧力が上昇して圧縮機の効率低下を招く。特に比較的低粘度のオイルを使用すると、潤滑性とシール性が低下するため、上記の課題が発生しやすい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロール背面と環状シール部材とのシール性を改善して高い効率を実現できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明のスクロール圧縮機は、上記目的を達成するため、固定スクロールと、旋回スクロールと、旋回スクロールの背面側に位置し、旋回スクロールを収容する本体フレームに装着され、旋回スクロールの背面側の空間を吐出圧力雰囲気の背面室と中間圧力雰囲気の背圧室とに仕切る環状シール部材と、を有し、環状シール部材と摺動する旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さは、固定スクロールと摺動する旋回スクロールのラップ側摺動面の表面粗さより小さい構成としてある。

これにより、旋回スクロール背面と環状シール部材とのシール性を改善して環状シール部材のシール機能を十分に発揮させそのシール性を向上させることができ、背面室から背圧室へのオイルや作動流体の漏れを防止できる。したがって、シール性が悪い場合に生じる、背圧増大に伴うスラスト軸受での摺動損失増加、圧縮室内への給油量増大に伴う粘性損失増加および作動流体の加熱、背圧室内のガス過多に伴う潤滑状態の悪化および圧縮室のシール性低下等を防ぐことができ、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機とすることができる。

本発明は、上記した構成により、旋回スクロール背面と環状シール部材とのシール性を改善して背圧室の圧力上昇を防止し、高い効率のスクロール圧縮機とすることができる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態１における別の圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態２における圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態２における別の圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態２におけるさらに別の圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態３における圧縮機構の拡大断面図 本発明の実施の形態４における環状シール部材の合口部の拡大斜視図 本発明の実施の形態４における環状シール部材の合口部の断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図 従来の環状シール部材の合口部の拡大斜視図 従来の環状シール部材の合口部の断面図

第１の発明は、固定スクロールと、旋回スクロールと、旋回スクロールの背面側に位置し、旋回スクロールを収容する本体フレームに装着され、旋回スクロールの背面側の空間を吐出圧力雰囲気の背面室と中間圧力雰囲気の背圧室とに仕切る環状シール部材と、を有し、環状シール部材と摺動する旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さは、固定スクロールと摺動する旋回スクロールのラップ側摺動面の表面粗さより小さい構成としてある。

これにより、比較的低粘度のオイルを使用した場合でも、旋回スクロール背面側摺動面と環状シール部材との密着性が上がることでシール性を向上させることができるとともに、摩擦係数を低減して摩擦による温度上昇を抑え、環状シール部材の変形や荒れ、合口の溶着を防止することができる。つまり、環状シール部材のシール機能を十分に発揮させてシール性を向上させることができ、背面室から背圧室へのオイルや作動流体の漏れを防止できる。したがって、シール性が悪い場合に生じる、背圧増大に伴うスラスト軸受での摺動損失増加、圧縮室内への給油量増大に伴う粘性損失増加および作動流体の加熱、背圧室内のガス過多に伴う潤滑状態の悪化および圧縮室のシール性低下等を防ぐことができ、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの背面側摺動面は、旋回スクロールのラップ側摺動面より表面粗さの小さい表面処理皮膜を有する構成としてある。この場合の表面処理は、例えば、多種ある表面処理のなかでも、表面粗さを低減させることができる封孔処理やエッチング、コーティング、ＤＬＣ等による表面処理を指す。

これにより、確実に旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さを低減して高効率化を実現できるとともに、表面処理によって耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させて背面側摺動面の信頼性をより向上させることが可能となる。

第３の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、表面処理が施された旋回スクロールのラップ側摺動面と、表面処理が施されていない旋回スクロールの背面側摺動面と、を備える構成としてある。

これにより、旋回スクロールのラップ側摺動面の信頼性を向上させつつ、背面側摺動面の表面粗さを低減して高効率化を実現でき、高効率と高信頼性を両立することができる。すなわち、表面処理方法によっては、表面処理をしない場合よりも表面粗さが大きくなることがあり、そのような表面処理方法を用いた場合、旋回スクロール全体に表面処理を施すと、旋回スクロールのラップ側摺動面の耐摩耗性を向上させることができるものの、旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さが大きくなってシール性が悪化し、効率の低下を招く。しかしながら、本発明では、旋回スクロールの背面側摺動面は表面処理を施さない非表面処理面としているため、ラップ側摺動面の信頼性を向上させても、背面側摺動面の表面粗さが大きくならず、効率の低下を防止して、高効率と高信頼性を両立することができる。また、ラップ側摺動面の信頼性を向上させる表面処理と、背面側摺動面のシール性を向上させる別の表面処理の二つの表面処理を施すというような必要がないため、コストアップを抑制することも可能である。

第４の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、表面処理が施された旋回スクロールのラップ側摺動面と、表面処理が施された旋回スクロールの背面側摺動面と、を備え、旋回スクロールの背面側摺動面の表面処理皮膜の厚みが、旋回スクロールのラップ側摺動面の表面処理皮膜の厚みよりも小さい構成としてある。

それを実現する手段としては、背面側摺動面の表面処理皮膜が完全に除去されない程度にラッピング等の機械加工を施す方法や、ラップ側摺動面と背面側摺動面とで異なる表面処理条件を用いる方法等があり、いずれの方法でも背面側摺動面の表面粗さをラップ側摺動面よりも小さくすることができ、環状シール部材のシール機能を十分に発揮することが可能である。

また、旋回スクロール母材と環状シール部材との摺動性が悪く、旋回スクロール母材側の摩耗が顕著となる場合でも、旋回スクロールの背面側摺動面に少なからず表面処理皮膜があり、環状シール部材に対する耐摩耗性が向上するため、背面側摺動面の異常摩耗や焼付き等を防止し、高い信頼性を実現することが可能である。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの材質はアルミ合金とし、旋回スクロールのラップ側摺動面と旋回スクロールの背面側摺動面の少なくともいずれか一方に陽極酸化皮膜を有する構成としてある。

これにより、旋回スクロールの軽量化を図って慣性モーメントを低減し効率を向上させると同時に、陽極酸化処理によってラップ側摺動面や背面側摺動面の信頼性を向上させ、更なる高効率と高信頼性を両立することが可能である。

第６の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの材質は鉄とし、旋回スクロールのラップ側摺動面と旋回スクロールの背面側摺動面の少なくともいずれか一方に酸化皮膜を有する構成としてある。

これにより、鉄系材料を用いることが一般的な固定スクロールとの組合せにおいて、旋回スクロールと固定スクロールの熱膨張率が概ね同一であり、圧縮機構の各隙間が熱時と冷時とで大きく変化することがないため、冷時の隙間設定を極小化することで効率を向上させると同時に、酸化皮膜によってラップ側摺動面や背面側摺動面の信頼性を向上させ、更なる高効率と高信頼性を両立することが可能である。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、切削加工、研削加工または研磨加工で表面仕上げした旋回スクロールの背面側摺動面を備える構成としてある。

これにより、比較的安価な工程で旋回スクロール背面側摺動面の表面粗さを低減することが可能である。すなわち、旋回スクロールラップはエンドミルで仕上げ加工を行い、背面は旋盤で仕上げ加工を行うのが一般的であり、ラップ側摺動面と背面側摺動面のいずれも切削加工であるため、表面粗さの低減には限界があるが、旋回スクロール背面を研削加工や超仕上げ、ラッピング等の研磨加工によって仕上げることにより、同じく表面粗さを低減できるバレル処理や電解研磨等に対して比較的安価な工程で背面側摺動面の表面粗さを低減することが実現できる。

また、背面側摺動面に非表面処理面よりも表面粗さが大きくなる表面処理を施す場合、切削加工や研削加工、研磨加工によって表面処理皮膜を完全に除去または表面粗さを小さくする程度まで除去することで、マスキング等の特殊な工程を追加することなく、比較的安価な工程で表面処理が施されて表面粗さの大きいラップ側摺動面に対して背面側摺動面の表面粗さを低減することが可能である。

さらに、背面側摺動面にラップ側摺動面より表面粗さの小さい表面処理を施す場合、研削加工や研磨加工によって表面処理前の母材の表面粗さを小さくしておくことによって、表面処理後の表面粗さを極限まで小さくすることができ、環状シール部材が本来のシール機能を発揮できるだけでなく、環状シール部材と背面側摺動面との摺動摩擦抵抗を減少させて摺動損失を低減することも可能である。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さがＲａ０．０１〜１．６であり、旋回スクロールのラップ側摺動面の表面粗さがＲａ０．０５〜３．２である構成としてある。

上記のような表面粗さは、特別な工法を用いることなく容易に実現できるため、コストアップを抑制することが可能である。

第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、環状シール部材は合口を有し、合口の面の少なくとも一部は、旋回スクロールの背面側摺動面と密着摺動する環状シール部材の摺動平面に対して直角でない構成としてある。

これにより、環状シール部材は、軸方向の圧力差によって合口が密着し合口での漏れも抑えてより高いシール性を発揮させ、さらなる高効率化を実現することができる。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図３を用いて、実施の形態１を説明する。

なお、本明細書では、スクロール圧縮機１００における上下方向を、図における上下方向とする。

図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。

図１において、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１と、圧縮機構２と、電動機３とを備える。密閉容器１は、内部全体が吐出管１ａに連通する吐出圧力雰囲気である。圧縮機構２は、密閉容器１の上部に配置されている。電動機３は、密閉容器１の中央部に配置されている。

圧縮機構２は、固定鏡板６ａから渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂが立ち上がる固定スクロール６と、旋回鏡板９ｂから渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａが立ち上がる旋回スクロール９と、本体フレーム５などを備える。固定スクロールラップ６ｂと旋回スクロールラップ９ａを噛み合わせて圧縮室１１が形成される。

電動機３は、固定子３ｃと、回転軸を中心に回転自在に配置された回転子３ａとから構成される。回転子３ａに固定されたクランク軸４の上端部は、本体フレーム５に支承されており、本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた主軸方向の油通路７は、下端部が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させた旋回鏡板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、主吐出ポート１２、複数の穴からなるバイパス吐出ポート１３、吸入ポート１４、吸入室１５を備える。主吐出ポート１２は、固定スクロールラップ６ｂの中央部に位置する。主吐出ポート１２の出口側には、主吐出ポート１２を開閉する逆止弁装置２６が固定スクロール６の固定鏡板６ａの反ラップ側平面上に取り付けられており、逆止弁装置２６は薄鋼板製のリード弁２６ａと弁押さえ２６ｂとから構成される。
バイパス吐出ポート１３は、圧縮途中に必要吐出圧力に到達した場合に圧縮室１１のガスを吐出させる。吸入ポート１４は、固定スクロール６の外周部に位置する。吸入室１５は、圧縮が開始されるまでの流体通路である。

偏心軸１７は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動するように構成されている。偏心軸１７は、クランク軸４の主軸１６から偏心して、クランク軸４の上端部に配置されている。

主軸１６は、本体フレーム５の主軸受１８と係合摺動し、本体フレーム５には、主軸受１８と同心で樹脂製の環状シール部材１９が遊合状態で装着されている。環状シール部材１９は、内側の概ね吐出圧力雰囲気の背面室２０と外側の中間圧力雰囲気の背圧室２１とを仕切っている。

クランク軸４の下端は密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受２７により軸受けされ、安定に回転できる。副軸受２７はジャーナル軸受構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受２７へと供給される。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルは、クランク軸４の油通路７を通り旋回スクロール９と偏心軸１７との間に形成された内部空間２２へ導かれ、一方は旋回スクロール９の旋回鏡板９ｂの背面に設けられた絞り部２３を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室２１へと通じ、背圧調整弁２４、オイル供給通路２４ａを通って圧縮室１１へと導かれる。また、もう一方のオイルは偏心軸受１０、背面室２０、主軸受１８を通り圧縮機構外部へ排出される。

背圧調整弁２４は、吸入圧力よりも高めの中間圧力を維持して旋回スクロール９を固定スクロール６に所定のスラスト力で押さえつける機能を持ち、旋回鏡板９ｂと固定スクロールラップ６ｂ端面および固定鏡板６ａとでスラスト軸受２５を形成する。

圧縮機構２にて圧縮されて主吐出ポート１２から吐出された直後のガスと、吐出管１ａから密閉容器１外へ吐出される直前のガスは、マフラー２８によって仕切られる。マフラー２８内部の吐出室２９のガスは、圧縮機構外周部付近に設けられた下向きガス流路３０を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部へと導かれる。回転子３ａ上部で主軸受１８などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｂを通って回転子３ａ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子３ｃの下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子３ｃ外周に設けられた固定子通路３ｄを通って、仕切り部材３１で回転子３ａ上部の空間と仕切られた固定子３ｃ上部の空間へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管１ａから密閉容器１外部へと吐出される。

図２は、本発明の実施の形態１における圧縮機構の拡大断面図である。ラップ側摺動面３２は固定スクロールラップ６ｂの壁面と摺動する旋回スクロールラップ９ａの壁面９ｃと、固定スクロールラップ６ｂの底面６ｃと摺動する旋回スクロールラップ９ａの上面９ｄと、および旋回スクロールラップ９ａの底面９ｅを含むスラスト軸受２５の、三つの摺動面からなる。ラップ側摺動面３２には表面処理が施されず、環状シール部材１９が摺動する背面側摺動面３３には、ラップ側摺動面３２の表面粗さＲａ０．０５〜３．２よりも小さくなる表面処理、ここでは表面粗さＲａ０．０１〜１．６となるように表面処理皮膜３４が形成されている。

なお、スクロール圧縮機１００では、オイルは、４０℃での動粘度が４５ｍｍ^２／ｓ以下、すなわち粘度グレード４５以下の比較的低粘度オイルが使用されている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１００について、以下に図２を示しながら動作、作用を説明する。

圧縮機構２は、固定スクロール６に対する旋回スクロール９の旋回運動により圧縮室１１が容積を変えながら中心に向かって移動することにより、吸入、圧縮、吐出の一連の動作を行う。

そして、旋回スクロール９の背面側摺動面３３は環状シール部材１９の平面部と密着して摺動することで、概ね吐出圧力雰囲気の背面室２０と中間圧力雰囲気の背圧室２１とを仕切り、背面室２０から背圧室２１へのオイルやガスの侵入を防いでいる。

また、低粘度オイルを使用することで、各摺動部でのオイルのせん断力に起因する摺動損失が低減され、高効率な圧縮機を実現している。この観点では、オイルはより低粘度である必要があり、圧縮機の信頼性が確保できるのであれば粘度グレード３２以下が好ましい。

各摺動部での摺動損失低減を目的とした比較的低粘度のオイルを使用していると、既述したようにシール部の油膜保持力低下によって環状シール部材１９のシール性が悪化して背圧室２１へオイルやガスが侵入しやすくなる。また、低粘度オイルによって、環状シール部材１９と背面側摺動面３３との摺動面の摩擦係数が増加して温度が上昇することで、樹脂製の環状シール部材１９が軟化や溶融し、変形やクリープ、表面荒れ、合口の溶着が生じた結果、同様に環状シール部材１９のシール性が悪化して背圧室２１へオイルやガスが侵入しやすくなる。その結果、背圧室２１の圧力が上昇し、旋回スクロール９を固定スクロール６に押し付けるスラスト力が増加して、スラスト軸受２５の信頼性悪化や摺動損失増加を招く。また、背圧が上昇することで、背圧調整弁２４を経由した圧縮室１１への給油量が増加し、オイル過多による粘性損失や冷媒加熱等の損失増大を招く。さらに、背面室２０から背圧室２１へガスが侵入した場合には、背圧室２１がオイル不足になり、スラスト軸受２５や圧縮室１１の各摺動部での潤滑状態悪化に伴う摺動損失の増加や信頼性の悪化を招くだけでなく、圧縮室１１でのシール性低下に伴う漏れ損失の増加も招く。

しかしながら、本実施の形態のスクロール圧縮機１００は、旋回スクロール９の背面側摺動面３３に表面処理皮膜３４を形成し、その表面粗さをラップ側摺動面３２の表面粗さＲａ０．０５〜３．２より小さい表面粗さＲａ０．０１〜１．６としているため、環状シール部材１９と背面側摺動面３３との密着性が向上し、低粘度オイルでもシール性が損なわれない。また、摩擦係数が低減されて温度上昇を抑制でき、環状シール部材１９の機能低下を防止してシール性を維持することが可能である。その結果、圧縮機の高効率と高信頼性を実現することができる。

図３は、本発明の実施の形態１における別の圧縮機構の拡大断面図である。図２では、旋回鏡板９ｂの反ラップ側面、すなわち背面側摺動面３３の全面に表面処理皮膜３４を形成しているが、図３に示すように、少なくとも環状シール部材１９が摺動する部分のみの背面側摺動面３３に表面処理皮膜３４を形成しておけば同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態では旋回スクロール９の背面側摺動面３３の表面粗さをラップ側摺動面３２の表面粗さより小さくするために、背面側摺動面３３に表面処理皮膜３４を形成しているが、これに限られるものではない。

例えば、旋回スクロールラップ９ａはエンドミルで切削加工を行うことが一般的であるから、背面側摺動面３３にコーティングやショットピーニング等の表面処理を施す代わりに、切削加工よりも表面粗さが小さくなる研削加工によって背面側摺動面３３を仕上げることによって背面側摺動面３３の表面粗さをラップ側摺動面３２の表面粗さより小さくしてもよい。または、背面側摺動面３３を切削加工または研削加工した後にラッピングやバフ等の機械研磨加工を施したり、あるいは、やや高価ではあるが、化学研磨加工や電解研磨加工を施したりして背面側摺動面３３の表面粗さをラップ側摺動面３２の表面粗さより小さくしてもよい。また、バニシング加工によって表面粗さを改善してもよく、いずれの場合も同様の効果が得られる。

また、背面側及びラップ側の各摺動面の粗さは、背面側摺動面３３をＲａ０．０１からＲａ１．６の範囲に相当する表面粗さに仕上げ、ラップ側摺動面３２をＲａ０．０５からＲａ３．２の範囲に相当する表面粗さに仕上げて、ラップ側摺動面３２の表面粗さよりも背面側摺動面３３の表面粗さの方を小さくしている。そのため、特別な加工法を用いることなく、安価に上記効果を発揮することができる。好ましくは、背面側摺動面３３の表面粗さをＲａ０．０１から０．２の範囲で仕上げることで、安価に、しかも確実に上記効果を発揮できる。

（実施の形態２）
以下、図４〜図６を用いて、実施の形態２を説明する。

図４は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機構拡大断面図である。

本実施の形態では、旋回スクロール９のラップ側摺動面３２にのみ表面処理皮膜３４を形成することで、背面側摺動面３３の表面粗さがラップ側摺動面３２の表面粗さよりも小さくしている。

上記の構成は、母材よりも表面粗さが大きくなる類の表面処理の場合に適用可能な構成であり、ラップ側摺動面３２での耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させるとともに、環状シール部材１９の機能低下を防止してシール性を維持することができ、高い信頼性と高い効率を両立することが可能である。

すなわち、表面処理の方法によっては、表面処理をしない場合よりも表面粗さが大きくなることがあり、そのような表面処理方法を用いた場合、旋回スクロール９のラップ側摺動面３２の耐摩耗性を向上させるべく旋回スクロール全体に表面処理を施すと、旋回スクロール９のラップ側摺動面３２の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させることができるものの、旋回スクロール９の背面側摺動面３３の表面粗さが大きくなって環状シール部材１９のシール性が悪化し、効率の低下を招く。

しかしながら、本実施の形態の構成によれば、旋回スクロール９の背面側摺動面３３は表面処理を施さない非表面処理面としているため、ラップ側摺動面３２の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上、つまり信頼性を向上させても、背面側摺動面３３の表面粗さが大きくならず、効率の低下を防止して、高効率と高信頼性を両立することができる。また、ラップ側摺動面３２の信頼性を向上させる表面処理と、背面側摺動面３３のシール性を向上させる別の表面処理の二つの表面処理を施すというような必要がないため、コストアップを抑制することが可能となる利点もある。

なお、母材よりも表面粗さが大きくなる表面処理としては、アルミ系材に施す陽極酸化皮膜処理や鉄系材に施すリューブライト処理等がある。

背面側摺動面３３は、マスキング等によって表面処理を施さないことで小さい表面粗さを確保してもよいし、背面側摺動面３３も表面処理した後、切削加工や研削加工、研磨加工によって処理皮膜を除去して小さい表面粗さを確保してもよい。

図５は、本発明の実施の形態２における別の圧縮機構の拡大断面図である。図４では、旋回鏡板９ｂの反ラップ側面に表面処理皮膜３４は形成していないが、図５のように、環状シール部材１９が摺動する部分の背面側摺動面３３以外に表面処理皮膜３４を形成している構成でも同様の効果が得られる。

図６は、本発明の実施の形態２におけるさらに別の圧縮機構の拡大断面図である。図６のように、ラップ側摺動面３２に施した表面処理とは異なる別の表面処理を背面側摺動面３３に施して、実施の形態１と略同様の表面処理皮膜３４１を形成することで、表面粗さを小さくしてもよい。上記の別の表面処理は、ラップ側摺動面３２に施した表面処理皮膜３４の上に重ねて施してもよい。

（実施の形態３）
以下、図７を用いて、実施の形態３を説明する。

図７は、本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の圧縮機構拡大断面図である。

本実施の形態では、旋回スクロール９のラップ側摺動面３２と背面側摺動面３３に表面処理皮膜３４を形成し、背面側摺動面３３の表面処理皮膜３４が完全に除去されない程度にラッピング等の機械加工を施すことによって、背面側摺動面３３の表面処理皮膜３４の厚みをラップ側摺動面３２よりも小さくしている。そのため、背面側摺動面３３の表面粗さが、ラップ側摺動面３２の表面粗さよりも小さくなる。

実施の形態２と同様、母材よりも表面粗さが大きくなる類の表面処理の場合に適用可能な構成で、ラップ側摺動面３２での耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させるとともに、環状シール部材１９の機能低下を防止してシール性を維持することができ、高い信頼性と高い効率を両立することが可能である。

加えて、特に粘度グレードが４５以下の低粘度オイルを用いた場合、背面側摺動面３３に表面処理皮膜３４が無ければ、環状シール部材１９との摺動性が悪化して摩耗が顕著となることがあるが、本実施の形態では、背面側摺動面３３に少なからず表面処理皮膜３５があり、環状シール部材１９に対する耐摩耗性が向上するため、背面側摺動面３３や環状シール部材１９の異常摩耗や焼付き等を防止し、高い信頼性を実現できる。また、低粘度オイルを使用することで、摺動損失を低減し、高効率も実現できる。

背面側摺動面３３の表面処理皮膜３４の厚みは、ラップ側摺動面３２に対して１／５から４／５の比率の範囲が適正であるが、背面側摺動面３３と環状シール部材１９との摺動が良好であったり、過渡運転時の旋回鏡板９ｂと本体フレーム５との衝突等による異常摺動を十分回避できるのであれば、上記比率が１／５を下回っても何ら問題なく、比率が０の場合は実施の形態２の構成と同等である。

背面側摺動面３３の表面処理皮膜３４の厚みをラップ側摺動面３２よりも小さくする方法として、前述のラッピングの他に、バフやショットピーニング、平面研削等の研削、研磨加工や、旋盤による切削加工等も用いることができるが、数μｍから数十μｍの厚みの非常に薄い表面処理皮膜３４を少なからず残すようにコントロールするとともに、安価に実現できるラッピングやバフがより好ましい。

また、別の方法として、表面処理皮膜３４の厚みが大きくなるにしたがって表面粗さも大きくなるという特性を利用することもできる。すなわち、ラップ側摺動面３２と背面側摺動面３３とで異なる表面処理条件、例えば処理時間や処理温度、薬液濃度、電流密度等、を用いたりすることで背面側摺動面３３の表面処理皮膜３４の厚みを比較的小さくし、その結果、背面側摺動面３３の表面粗さをラップ側摺動面３２よりも小さくできる。

なお、表面処理皮膜３４の厚みの測定方法は、簡易に実施できる渦電流式膜厚計や、詳細に分析できる金属顕微鏡を用いることが一般的である。

（実施の形態４）
以下、図８〜図１２を用いて、実施の形態４を説明する。

図８は、本発明の実施の形態４における環状シール部材１９の合口部を拡大した斜視図である。図９は、実施の形態４における環状シール部材の合口部の断面図である。図８において、二点鎖線で示した面における断面は、図９で示す通り、旋回スクロール９の背面側摺動面３３と摺接する摺動平面３６に対して合口面３７が直角ではない形状、例えば傾斜形状となっている。

環状シール部材１９は、主軸受１８に設けられた溝に挿入され、圧力差によって軸方向の旋回スクロール背面側および径方向の溝外周側壁面に押し付けられて密着することで、軸方向と径方向をシールしているが、特に、上記のように構成した環状シール部材１９は、軸方向の圧力差によって合口が密着することで、合口での漏れも抑えてより高いシール性を発揮する。

図１０は、従来の環状シール部材の合口部の拡大斜視図であり、図１１は、従来の環状シール部材の合口部の断面図である。

詳述すると、図１１および図１２に示す従来の環状シール部材１１７では、合口面１１９が直角であり、紙面左右方向、すなわち径方向の圧力差による圧縮力が加わることによって二つの合口面１１９が接して環状シール部材１１７の内外をシールしているのに対し、本発明の実施の形態４で用いる環状シール部材１９は、紙面上下方向、すなわち軸方向の圧力差による圧縮力によって合口面３７を密着させてシールしている。したがって、環状シール部材１９を本体フレーム５の主軸受１８に設けた溝へ組付けた状態に生じる合口部の隙間δが比較的大きくなった場合でも、本実施の形態４の環状シール部材１９の合口面３７は必ず密着し、確実なシール性を発揮し、圧縮機の高効率と高信頼性を実現できる。

一方で、合口面３７が常に密着しているため、高差圧運転時のような軸方向の圧縮力が大きい場合、かつ、環状シール部材１９の摺動平面３６と背面側摺動面３３との摩擦係数が特に大きい場合は、温度が上昇して合口面３７が溶着し、径方向への動きを阻害されて溝外周側壁面に密着せず、本来のシール性能を発揮できなくなることが懸念される。

しかしながら、本発明の各実施の形態で示したスクロール圧縮機は、既述した通り、背面側摺動面３３の表面粗さを小さくすることで、合口面３７の溶着を防止できるため、環状シール部材１９の持つ本来のシール性能を確実に発揮して圧縮機の高効率と高信頼性を実現できる。

本発明は、高信頼性と高効率を確保できるスクロール圧縮機に適用可能である。具体的には、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機、自然冷媒の二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機、冷凍機、ブロワなど、幅広い冷凍機器に用いられスクロール圧縮機などに本開示は適用可能である。

１ 密閉容器
１ａ 吐出管
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 回転子
３ｂ 回転子通路
３ｃ 固定子
３ｄ 固定子通路
４ クランク軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 固定鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
６ｃ 底面
７ 油通路
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ 旋回鏡板
９ｃ 壁面
９ｄ 上面
９ｅ 底面
１０ 偏心軸受
１１ 圧縮室
１２ 主吐出ポート
１３ バイパス吐出ポート
１４ 吸入ポート
１５ 吸入室
１６ 主軸
１７ 偏心軸
１８ 主軸受
１９ 環状シール部材
２０ 背面室
２１ 背圧室
２２ 内部空間
２３ 絞り部
２４ 背圧調整弁
２４ａ オイル供給通路
２５ スラスト軸受
２６ 逆止弁装置
２６ａ リード弁
２６ｂ 弁押さえ
２７ 副軸受
２８ マフラー
２９ 吐出室
３０ 下向きガス流路
３１ 仕切り部材
３２ ラップ側摺動面
３３ 背面側摺動面
３４，３４１ 表面処理皮膜
３６ 摺動平面
３７ 合口面
１００ スクロール圧縮機
１０１ 密閉容器
１０２ 電動機
１０２ａ 固定子
１０２ｂ 回転子
１０３ 圧縮機構部
１０４ クランク軸
１０４ａ ポンプ装置
１０５ 主軸受
１０６ 圧縮要素
１０７ 吐出管
１０８ 固定スクロール
１０８ａ 渦巻きラップ
１０９ 旋回スクロール
１１０ 圧縮室
１１１ オルダムリング
１１２ 主吐出ポート
１１３ バイパス吐出ポート
１１４ 背圧室
１１５ 背圧調整弁
１１６ スラスト軸受
１１７ 環状シール部材
１１８ 背面室

Claims (9)

1. 固定スクロールと、
   旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの背面側に位置し、前記旋回スクロールを収容する本体フレームに装着され、前記旋回スクロールの背面側の空間を吐出圧力雰囲気の背面室と中間圧力雰囲気の背圧室とに仕切る環状シール部材と、
   を有し、
   前記環状シール部材と摺動する前記旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さは、前記固定スクロールと摺動する前記旋回スクロールのラップ側摺動面の表面粗さより小さいスクロール圧縮機。
2. 前記旋回スクロールの背面側摺動面は、前記旋回スクロールのラップ側摺動面より表面粗さの小さい表面処理皮膜を有する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 表面処理が施された前記旋回スクロールのラップ側摺動面と、
   表面処理が施されていない前記旋回スクロールの背面側摺動面と、
   を備える請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 表面処理が施された前記旋回スクロールのラップ側摺動面と、
   表面処理が施された前記旋回スクロールの背面側摺動面と、
   を備え、
   前記旋回スクロールの背面側摺動面の表面処理皮膜の厚みが、前記旋回スクロールのラップ側摺動面の表面処理皮膜の厚みよりも小さい請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記旋回スクロールの材質はアルミ合金とし、前記旋回スクロールのラップ側摺動面と前記旋回スクロールの背面側摺動面の少なくともいずれか一方に陽極酸化皮膜を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記旋回スクロールの材質は鉄とし、前記旋回スクロールのラップ側摺動面と前記旋回スクロールの背面側摺動面の少なくともいずれか一方に酸化皮膜を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
7. 切削加工、研削加工または研磨加工で表面仕上げした前記旋回スクロールの背面側摺動面を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記旋回スクロールの背面側摺動面の表面粗さがＲａ０．０１〜１．６であり、前記旋回スクロールのラップ側摺動面の表面粗さがＲａ０．０５〜３．２である請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記環状シール部材は合口を有し、前記合口の面の少なくとも一部は、前記旋回スクロールの背面側摺動面と密着摺動する前記環状シール部材の摺動平面に対して直角でない請求項１〜８のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

Images