JP3703326B2 - スクロール圧縮機の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回スクロールの自転防止のためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機の圧縮機構は、図４に示すように、フレーム３３の軸受３３ａにクランクシャフト３５が挿入されており、このクランクシャフト３５の偏心部３５ａは旋回スクロール３２に設けられた軸受３２ｂに挿入されている。フレーム３３に設けられたキー溝３３ｂおよび旋回スクロール３２に設けられたキー溝３２ｃには、オルダム継ぎ手を構成するオルダムリング３４のキー３４ａが挿入されており、固定スクロール３１のスクロールラップ３１ａと旋回スクロール３２のスクロールラップ３２ａとが組み合わされた状態で、フレーム３３にボルト３６によって固定されている。
【０００３】
上記の構成で、クランクシャフト３５に固定された電動機（図示せず）によってクランクシャフト３５に与えられる回転運動により、クランクシャフト３５の偏心部３５ａを介して旋回スクロール３２は固定スクロール３１に対して旋回運動する。この旋回運動によって固定スクロール３１の渦巻状のスクロールラップ３１ａと旋回スクロールの渦巻状のスクロールラップ３２ａとは相対運動を行い、固定スクロール３１に設けられた吸入管３８を通して冷媒ガスが吸入され、中心部に進むにしたがって冷媒ガスは圧縮される。圧縮が完了した冷媒ガスは固定スクロール３１の吐出口３１ｂから吐出される。
【０００４】
以上の回転運動により、スクロール圧縮機は連続した圧縮作用をする。
【０００５】
回転運動において、オルダムリング３４の果たす役割は、図示上下両面に設けたキー３４ａをフレーム３３および旋回スクロール３２のそれぞれのキー溝３３ｂ、３２ｃに挿入してオルダム継ぎ手を構成することにある。このオルダム継ぎ手によって、旋回スクロール３２が自転することなく固定スクロール３１に対して旋回運動を行う。
【０００６】
材質としては、一般に旋回スクロール３２およびフレーム３３は鋳鉄で形成され、また、オルダムリング３４は省資源化の目的から鉄系焼結合金で形成されている。
【０００７】
ここで、冷媒としては長年、フロンＲ２２もしくはフロンＲ１２が用いられてきたが、分子構造中に含有される塩素原子がオゾン層を破壊する問題が取り上げられ、塩素を含まない代替フロンと称される弗化炭素水素系冷媒に転換が進められている。この代替フロンは潤滑の効果を発揮する塩素を含有していないため、塩素を含有する従来のフロンに比べて摺動部材の潤滑作用が低下する。よって、旋回スクロール３２、フレーム３３およびオルダムリング３４のいずれも鉄系金属で形成されている場合は、塩素を含有しないことによって潤滑作用が低下したうえに同種金属の摺り合わせになることから、凝着摩耗が生じやすくなる。
【０００８】
このような摩耗の対策をとったオルダムリングの一例として、特開平１０−８２８３８号公報に示される技術がある。この技術は、オルダムリングの摺動面を加工後にスチーム処理（水蒸気処理）を行い、摺動面の特性の改質と硬さの増大とから、耐摩耗特性の向上を図っているものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０ー８２３８２号公報に示される従来技術では、オルダムリングに表面処理によって化合物の結晶が形成される。ここでは、スチーム処理とガス軟窒化とが取り上げられているが、いずれの処理方法も表面に生成される酸化鉄結晶の粒子が大きく、結果として表面の粗さが粗雑となる。この現象に関連し、次の２点について考慮されていない。
【００１０】
第１点は、高い精度が要求されるオルダムリングの表面が粗雑となるため、表面処理後に精密な寸法測定が困難になることである。このために、高精度な寸法管理はむつかしく、嵌合相手である旋回スクロールやフレームへの挿入が組立て工程で困難となり、生産効率が低下することである。
【００１１】
第２点は、表面処理後の表面が粗雑であり硬さが増大しているために、摺動相手を損傷する。すなわち、耐摩耗性を向上させる目的の表面処理が逆効果となる。特に、硬さの増大が大きいガス軟窒化で、表面酸化膜の薄い場合に発生する。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたもので、塩素を含まない弗化炭素水素系の代替冷媒を用いても、オルダムリングの寿命の低下がなく、また、生産効率のよいスクロール圧縮機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、渦巻状のスクロールラップを形成した固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの自転防止のために回スクロールおよびフレームに摺動自在に係合するオルダムリングを備えるスクロール圧縮機の製造方法において、前記オルダムリングを鉄系焼結合金で焼結成形した後、前記オルダムリングのキー側面を切削もしくは研削加工し、続いて前記オルダムリングのキー側面にスチーム処理を施し、その後、砥粒加工によりこのスチーム処理層の範囲内で表面加工仕上げをするようにしたことにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３によって説明する。
図１は、縦形スクロール圧縮機の実施例の縦断面図である。このスクロール圧縮機は、冷媒に、たとえばフロンＲ４１０ａなどの弗化炭素水素系冷媒を使用するもので、密閉容器１の内部には電動機２と、この電動機２により駆動される旋回スクロール３と、この旋回スクロール３と固定スクロール４との間で前記冷媒を圧縮する圧縮機構５とを配置されている。回転子２ａのまわりには固定子２ｂがあり前記電動機２を構成している。また、旋回スクロール３を固定スクロール４に対して自転させずに旋回運動させるように支持するオルダムリング６の摺動表面は、このオルダムリング６を前記支持のために移動できるように支持するフレーム７および旋回スクロール３の双方の摺動表面と、異種の表面で形成されている。
【００１７】
図に示すスクロール圧縮機は縦形であることから、密閉容器１の上部には圧縮機構５が、また、この圧縮機構５の下方には圧縮機構５を駆動する電動機２が配置されている。密閉容器１の最下部の油溜めには潤滑油８が封入されている。この潤滑油８はオルダムリング６の摺動面および後述する軸受などの潤滑対象部へクランクシャフト１６の内部を貫通する油穴１０を介して供給される構造になっている。クランクシャフト１６の下端には潤滑油８の吸い込みを円滑にするための給油ピース９が取り付けられている。
【００１８】
圧縮機構５は、上側の固定スクロール４と、この固定スクロール４の下方に位置する下側の旋回スクロール３とを噛み合わせて構成され、旋回スクロール３が電動機２の回転とともに前記オルダムリング６を介し旋回駆動される。
【００１９】
フレーム７は、このフレーム７と固定スクロール４との間にある旋回スクロール３を固定スクロール４に噛み合わせた状態で保持しており、さらに、固定スクロール４は密閉容器１にボルト１７によって固定されている。このフレーム７は、その中心部に軸受３ａを有しており、また、電動機２の回転子２ａを下部に固定し、上部の偏心部１６ａに軸受７ａを係合したクランクシャフト１６を保持している。
【００２０】
上記構成により、圧縮機構５が旋回駆動すると、旋回スクロール３および固定スクロール４の双方間に形成される圧縮室１１はその外周側から、冷媒ガスを吸入口１２を通して吸い込む。吸い込まれた冷媒ガスは、吐出口１３に通じる内周側に移動しながら容積を縮小して圧縮される。圧縮された冷媒ガスは吐出口１３から密閉容器１内に吐出され、密閉容器１外に延びる吐出管１５から空調用の冷凍サイクル（図示せず）を循環した後、再び、吸入管１４に戻ってくる。
【００２１】
図２は、圧縮機構を構成する要部の分解斜視図である。
オルダムリング６は、旋回スクロール３に対向する側の面の直径線上の２カ所にキー１８が設けられ、またフレーム７と対向する側の面の直径線上の２カ所にキー１９が設けられており、これらキー１８、１９の配列は互いに直角な方向を向くように配置されている。このキー１８、１９の側面で旋回スクロール３およびフレーム７と摺動する両面は、焼結成形した後、切削もしくは研削加工し、続いてスチーム処理を施し、その後、このスチーム処理層の消滅しない範囲で砥粒仕上げされる。
【００２２】
オルダムリング６のキー１８は、旋回スクロール３の直径線上の２カ所に設けられた半径方向のキー溝２０と嵌合し、キー１８が並ぶ方向に移動できるように支持され、キー１９はフレーム７の直径線上の２カ所に設けられた半径方向のキー溝２１と嵌合しており、したがって、オルダムリング６はそれぞれキー１８、１９の並ぶ方向に移動できるように支持されている。このため、旋回スクロール３は自転せずに旋回運動できる。すなわち、クランクシャフト１６が回転すると旋回スクロール３はオルダムリング６を介して自転せずに旋回駆動する。
【００２３】
図３に、本実施例に係わるオルダムリング６の製作法を示す。
図３(ａ)は、エンドミル２３によりキー１８を切削加工している状況を示す。本実施例では工具としてエンドミルを用いているが、工具として砥石を用いる研削(図示せず)であってもよい。
【００２４】
(ｂ)は、スチーム処理を施した後の状態を模式的に示している。表面にはスチーム層と称する四三酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）の結晶２４が析出し、最表面は突起２４ａが発生して凹凸な面になっている。
【００２５】
(ｃ)は、砥粒を用いた仕上げの例として、バレル研磨をしている状況を示している。本研磨法は、回転する筒型のバレル２５内に砥粒２６を入れ、砥粒２６を流動状態にしてバレル２５内にあるオルダムリング６を研磨する。
【００２６】
(ｄ)は、(ｃ)に示したバレル研磨が終了した後の状態を模式的に示している。図示のように、上記(ｂ)に示した表面の突起２４ａが除去され、スチーム層２４は平滑な状態となっている。このように、表面が平滑になることで精密な寸法測定が可能となり、また、表面の突起により摺動相手を損傷することがなくなる。
【００２７】
なお、図３(ｃ)では、砥粒を用いる仕上げの一例としてバレル研磨砥粒をあげたが、ブラシ研磨、ショットブラストなどの仕上げであってもよい。
オルダムリング６の表面の改質は、本実施例では比較的に容易なスチーム処理で対処できるので、鋳鉄製の旋回スクロール３およびフレーム７と同種の鉄系焼結合金のオルダムリング６の既成部品を使用して対処できる利点がある。
【００２８】
オルダムリング６のスチーム処理は５００〜６００℃の温度のスチームで約１時間の時間で実施される。このようにしてできたスチーム層２４は酸化被膜特有の性質で硬度が向上し、旋回スクロール３およびフレーム７との機械摺動部が潤滑不良によって凝着することを防止でき、そのため、メンテナンスフリーで冷凍空調機器に使用した場合のスクロール圧縮機の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
すなわち、オルダムリングと旋回スクロールおよびオルダムリングとフレームの双方の間に、オルダムリングに施したスチーム処理により酸化被膜が形成され、この酸化被膜の存在によりオルダムリングの耐摩耗性が向上し、境界潤滑状態での凝着を回避でき、塩素を含まない代替冷媒を用いても支持構造部による寿命低下はなくなる。
【００３０】
また、スチーム処理後に表面加工仕上げを行っているので寸法精度が向上して組み立てが容易になり、生産性が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、平滑にした表面によって摺動相手を損傷することがなく、平滑なスチーム処理層を形成することで、オルダムリングと旋回スクロールおよびフレームの双方の摺動部間に境界潤滑状態が生じても凝着を生じることがなく、そのため、メンテナンスフリーで冷凍空調機器に使用した場合のスクロール圧縮機の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、オルダムリングを鉄系焼結合金で焼結成形した後、鉄系焼結合金のオルダムリングに切削あるいは研削を行い、続いてスチーム処理を施し、その後、砥粒加工によりこのスチーム処理層の範囲内で表面加工仕上げをすることで、スチーム処理後の突起を除去でき、この結果、オルダムリングの耐摩耗性の向上とともに、旋回スクロールおよびフレームのキー溝と嵌合するオルダムリングのキー幅の寸法を高精度に管理でき、組み立てが容易になり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縦形スクロール圧縮機の実施例の縦断面図である。
【図２】図１の縦形スクロール圧縮機の要部の分解斜視図である。
【図３】図２の縦形スクロール圧縮機に使用するオルダムリングのスチーム処理の状態を示す図である。
【図４】従来のスクロール圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
１…密閉容器
２…電動機
２ａ…回転子
２ｂ…固定子
３、３２…旋回スクロール
３ａ…軸受
４、３１…固定スクロール
５…圧縮機構
６、３４…オルダムリング
７、３３…フレーム
７ａ…軸受
９…給油ピース
１０…油穴
１１…圧縮室
１２…吸入口
１３…吐出口
１４…吸入管
１５…吐出管
１６、３５…クランクシャフト
１６ａ…偏心部
１７…ボルト
１８、１９…キー
２０、２１…キー溝
２３…エンドミル
２４…スチーム層
２５…バレル
２６…砥粒

Claims (1)

1. 渦巻状のスクロールラップを形成した固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの自転防止のために回スクロールおよびフレームに摺動自在に係合するオルダムリングを備えるスクロール圧縮機の製造方法において、
   前記オルダムリングを鉄系焼結合金で焼結成形した後、
   前記オルダムリングのキー側面を切削もしくは研削加工し、
   続いて前記オルダムリングのキー側面にスチーム処理を施し、
   その後、砥粒加工によりこのスチーム処理層の範囲内で表面加工仕上げをする
   ことを特徴とするスクロール圧縮機の製造方法。

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