JP3918277B2

JP3918277B2 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP3918277B2
Application number: JP03835598A
Authority: JP
Inventors: 敏夫山中; 幸雄前田; 和弥加藤; 信雄阿部; 稔舘野; 辰雄堀江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: KR19990072729A; US6106252A; KR100316556B1; JPH11236885A; CN1226639A; CN1144951C

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機構としてオルダム継手を採用した構造のスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の対象となるスクロール圧縮機について図６を参照して説明する。図６はスクロール圧縮機の圧縮機構部の側断面図である。
【０００３】
図６において、１１は固定スクロール、１１ａはラップ、１１ｂは吐出口、１２は旋回スクロール、１２ａはラップ、１２ｂはベアリング部、１２ｃはキー溝、１３はフレーム、１３ａはベアリング部、１３ｂはキー溝、１４はオルダムリング、１４ａはキー、１５はクランクシャフト、１５ａは偏心部、１６はボルト、１７は密閉ケース、１８は吸入パイプである。
【０００４】
図６のスクロール圧縮機では、フレーム１３のベアリング部１３ａにクランクシャフト１５が挿入されており、クランクシャフト１５の偏心部１５ａは旋回スクロール１２に設けられたベアリング部１２ｂに挿入されている。フレーム１３に設けられたキー溝１３ｂと旋回スクロール１２に設けられたキー溝１２ｃにはオルダム継ぎ手を形成するオルダムリング１４のキー１４ａが挿入されており、固定スクロール１１は旋回スクロール１２と組み合わされた状態で、フレーム１３にボルト１６によって締結されている。
【０００５】
上記の構成で、クランクシャフト１５に締結されたモータ(図示せず)によってクランクシャフト１５に与えられる回転運動により、クランクシャフトの偏心部１５ａを介して旋回スクロール１２は固定スクロール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１１の渦形状のラップ１１ａと旋回スクロールの渦形状のラップ１２ａは相対運動を行い、固定スクロール１１に設けられた吸入口パイプ１８を経由してガスが吸入され、、中心部に進むにしたがってガスは圧縮されていく。圧縮が完了したガスは固定スクロールの吐出口１１ｂから吐出される。以上の構成で図６に示したスクロール圧縮機は圧縮機としての機能を果たす。
【０００６】
オルダムリング１４の役割は、表裏両面に設けたキー１４ａをフレーム１３と旋回スクロール１２のキー溝１３ｂ、１２ｃに挿入してオルダム継ぎ手構造を形成することにある。このオルダム継ぎ手構造によって、旋回スクロール１２が自転することなく固定スクロール１１に対して旋回運動を行うことが可能となっている。
【０００７】
ここで、上記の構成のスクロール圧縮機のオルダムリングの一例として、特開平１−３０５１８号公報に示されるように、素材を焼結金属成形により製作して、その後切削加工あるいは研削加工を施す構成が知られている。焼結金属は、金属粉末を金型で成形した後に加熱して、金属粉末を拡散接合させて製作される。焼結金属成形は、金型で金属を成形する技術の範疇では複雑かつ高精度な形状を得られる手法であるが、切削あるいは研削で得られる程度に高い精度までは得られない。性能の良いスクロール圧縮機を得るためには、部品精度を良好にする必要があり、焼結金属成形でオルダムリング形状を形成しても寸法と形状の精度を良好にするには切削加工あるいは研削加工を施す必要があった。
【０００８】
この一例を図７に示すオルダムリングの斜視図により説明する。
【０００９】
図７において、１４はオルダムリング、１４ａはキー、１４ｂはキー側面、１４ｃは端面、１４ｄは稜線である。
【００１０】
図７に示す例のオルダムリング１４の端面１４ｃは、組み合わされるフレーム(図７には図示せず)との接触面であるが、キー側面１４ｂとの稜線１４ｄも同一平面上にある。一方、キー１４ａはフレームのキー溝(図７には図示せず)に組み合わされる。よって、キー側面１４ｂは端面１４ｃとの稜線１４ｄ近傍まで平坦にする必要があった。すなわち、稜線１４ｄは極力シャープな隅形状に加工する必要があった。この構造では稜線１４ｄをシャープな隅形状にすることは、キー側面１４ｂのみの加工では不可能で端面１４ｃも加工する必要があった。そこで切削加工あるいは研削加工ではキー側面１４ｂと端面１４ｃの両方を加工して、この要求に対応していた。
【００１１】
また、焼結金属を製造する過程では、金型を用いて金属粉末を成形して所望の形状を得るが、稜線１４ｄの部分には金型強度を向上させるために金型に設けた面取りあるいは丸み形状によって堕肉が生じる。この稜線１４ｄの堕肉を除去するためにはキー側面１４ｂと端面１４ｃの両方を加工する必要がある。よって、この目的からもキー側面１４ｂと端面１４ｃの両方を切削加工あるいは研削加工してオルダムリングを得ていた。
【００１２】
次に、鉄系金属では表面処理方法の１種として水蒸気処理法がある。この水蒸気処理は、高温の水蒸気中で鉄を酸化させて四酸三化鉄の皮膜を形成させる方法である。目的は、酸化膜による摺動部材の耐摩耗性の向上であり、副次的に防錆の機能も得ることができる。この水蒸気処理によって四酸三化鉄の皮膜を形成させると体積が増加するが、鋭利な角部の体積増加は他の部分よりも多く、結果として水蒸気処理後は角部が盛り上がった形状になる。角部の盛り上がりが摺動部に存在すると不具合であるため、摺動部は水蒸気処理後に加工するのが通例であった。図７の例では、キー１４ａのキー側面１４ｂはキー溝(図７には図示せず)に摺動自在に係合されるため、水蒸気処理後に加工して仕上げるのが通例であった。ここで、焼結金属の場合は金属粉末を原料としているが、製造工程中で粉末を完全に溶融させる状態にはしないので、金属粉末と金属粉末の間には空孔が残っている。焼結金属の空孔は表面から内部まで連なった状態になっており、水蒸気処理によって表面部のみではなく内部まで四酸三化鉄の皮膜が形成される。よって、水蒸気処理後に表面を加工して除去しても内部の四酸三化鉄皮膜が表面に露出するため、耐摩耗性向上の目的は達成することができる。よって、焼結金属のオルダムリングに水蒸気処理を施す場合は、焼結に続いて水蒸気処理を施し、その後切削加工あるいは研削加工を行うのが通例であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような、側面と端面の両方を切削加工あるいは研削加工したオルダムリングを採用したスクロール圧縮機には以下のような問題点があった。
【００１４】
第１の問題点は以下のようである。
【００１５】
焼結金属は空孔を有するため熱伝導率が悪く、加工中に工具の温度が高くなりやすい。また、空孔の存在により断続的な加工になり振動が発生しやすい。このため、原料粉末と同等成分の鋼材などの溶製材に比べて被削性が悪い。よって、焼結金属では、最終製品に極めて近い形状を生産性に優れる金型による成形で得ることができる利点があるが、加工にあたっては工具の摩耗が著しい材料である。このような焼結金属のオルダムリングを加工する際の問題点を、加工工具としてエンドミルを用い切削加工する場合を例に説明する。エンドミルの摩耗がもっとも顕著である部分は、尖鋭な形状である切れ刃先端のコーナである。一方で、従来の焼結金属製オルダムリングの形状では、キー側面と端面の稜線部分は堕肉が形成されており、取り代が大きい。この稜線部分は、エンドミルの切れ刃先端のコーナが加工する。このため、被削性が悪い焼結金属の取り代が大きい部分を、エンドミルの最も摩耗しやすい部分で加工することになるため、エンドミルの摩耗が著しい。
【００１６】
また、従来のオルダムリングの形状では、キー側面と端面の加工が必要である。一般的に、エンドミルの底刃を用いる端面加工と外周刃を用いる側面加工を比較すると、端面加工では切れ刃先端のコーナが被削材に接触する長さが極めて長い。よって端面加工では、側面加工に比べてエンドミルが摩耗しやすい特徴がある。よって、キー側面の加工と端面の加工を両方行うと、端面の加工において著しく工具が摩耗する現象が発生する。
【００１７】
以上に述べたように、被削性の悪い焼結金属の取り代が大きい部分をエンドミルの最も摩耗しやすい角部で削ること、および工具摩耗が早い端面の加工があることから、従来の焼結合金製オルダムリングでは極めて工具寿命が短く生産性が劣悪である問題があった。砥石を用いる研削加工でも同様で、円筒形状の砥石の端面を利用してオルダムリング端面を研削した場合には砥石の角部の摩耗が激しい問題があった。このような問題があるオルダムリングを採用したスクロール圧縮機では、生産性の向上すなわちコスト低減が課題であった。
【００１８】
第２の問題点は以下のようである。
【００１９】
摺動部分の耐摩耗性を目的に施す水蒸気処理では、四酸三化鉄の生成によって体積が増加し、鋭利な角部は盛り上がる形状となる。摺動部に鋭利な角部がある形状で水蒸気処理を施した場合は、この盛り上がりを除去するために水蒸気処理後に加工を行う工程を採用していた。しかし、焼結金属に水蒸気処理を施して四酸三化鉄が形成されると、無処理状態の焼結金属に比べて工具の摩耗が顕著となり被削性が悪化する。このため、生産性は無処理状態の焼結金属を加工する場合よりさらに悪化する。この問題も第一の問題同様にスクロール圧縮機の生産性を阻害して、コストを増加させる問題であった。
【００２０】
第３の問題点は以下のようである。
【００２１】
上述した第１および第２の問題点を有するスクロール圧縮機を具備した空気調和機では、スクロール圧縮機の生産性に問題がありコストがかかるため空気調和機のコストも増大する問題がった。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の第１から第３の問題点を解決するためになされたものである。
【００２３】
まず、第１の問題点を解決するために、請求項１乃至請求項４に示した発明がなされた。ここでは被削性の悪い焼結金属を切削加工、あるいは研削加工することを前提にして、工具の摩耗が著しい工具のコーナを多用する端面加工をおこなわずに、側面加工のみでオルダムリングを入手できる焼結金属の形状と加工方法を提示した。
【００２４】
次に、第２の問題点を解決するために、請求項５に示した発明がなされた。ここでは、キーの角部を丸み形状として鋭利な角部をなくしているため、水蒸気処理によって盛り上がりが生じない。これにより、被削性を悪化させる水蒸気処理の前に加工することが可能となり、オルダムリングを安価に提供できる。
【００２５】
また、第３の問題点を解決するために請求項６に示す発明がなされた。ここでは、第１および第２の問題点が解決されたスクロール圧縮機を空気調和機に採用することで、空気調和機のコストの低減が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係わる一実施例を図面を参照して説明する。まず、請求項１乃至請求項４に係わる一実施例を図１、図２によって説明する。
【００２７】
図１は本発明によるスクロール圧縮機用オルダムリングの形状の一例を示す斜視図である。図１において、１はオルダムリング、２は円環、３は端面、３ａは第１の溝、３ｂは第２の溝、４はキー、４ａはキー側面、Ｌは加工範囲の下限である。
【００２８】
図１に示すようにオルダムリング１は、円環２にキー４が形成されており、オルダムリング１の軸方向は円環２の端面３に直行する方向である。キー側面４ａの付け根には第１の溝３ａが形成され、第１の溝に連なるように第２の溝３ｂが形成されている。第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂと端面３の軸方向の高さ関係は、第１の溝３ａが最も低く、第２の溝３ｂ、端面３の順で高くなる。これらの第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂはキー側面４ａの仕上げ加工において、摩耗しやすい工具の底面を接触させずにキー側面４ａを仕上げるために設けている。
【００２９】
図１に示したオルダムリング１は、焼結合金で製造された一例である。焼結合金は金属粉末(図示せず)を金型(図示せず)で成形した後に、加熱して金属粉末を拡散接合して製造されるが、鍛造又は鋳造等の造形法に比べ高精度な成形が可能である。第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂは加工する工具が接触しないように設けた溝であり、焼結合金では金型により成形することで精度面では十分に満足でき、第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂが効率良く製造されている。
【００３０】
また、図１に示した例のオルダムリング１では、表裏両面にキー４が形成された例である。他には、キー４は片面にしかなく、円環２の側面に平行な平面を設けて、他方のキー４の役目を担わせる例もある。この場合、キー４は片面にのみ存在し、第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂも片面にのみ存在すれば機能を果たす。図１に示した例では、キー４は表裏両面に存在するので、第１の溝３ａおよび第２の溝３ｂも両面に設けて、キー側面４ａの仕上げ加工において、摩耗しやすい工具の底面を接触させずにキー側面４ａを仕上げる機能を持たせている。
【００３１】
キー側面４ａは幅を高精度にするために切削加工が施されている。より高精度にする場合は研削加工であっても良い。キー側面４ａ以外の面は焼結金属製作過程の成形によって形成されている。角部の面取りあるいは丸みは切削加工あるいは研削加工で形成されていても良い。ここで、キー側面４ａを切削加工する範囲の下限Ｌは第２の溝３ｂより高く、端面３より低い設定となっている。研削加工の場合も同様の位置関係である。
【００３２】
ここで、上記の切削加工あるいは研削加工する範囲について図２により詳述する。図２(ａ)は、焼結後のオルダムリングの断面形状の一例を示し、図２(ｂ)はエンドミルによる切削加工の例を用いて工具の位置の一例を示している。図２においてＡはエンドミルであり、その他の記号は図１に用いた記号と同じである。図２に示す断面は、図１のＧ−Ｇ断面である。
【００３３】
図２(ａ)において、第１の溝３ａの深さＨ１は、第２の溝３ｂの深さＨ２よりも深い関係にあり、端面３が最も高い設定になっている。オルダムリング１は端面３を支持されて相対するキー溝(図２には図示せず)にキー４が摺動自在に係合される。このため、キー溝との干渉が生じないようにキー側面４ａは端面３と同等かそれよりも深い位置まで加工しておく必要がある。
【００３４】
この要求に対して、第１の溝３ａはキー側面４ａを成形する際に平坦部をより深くまで設けて加工部分に堕肉をなくし、取り代を均一にするために設定している。また、第２の溝３ｂはキー側面４ａを加工するエンドミルが底刃で加工することなくキー側面４ａを端面３より深い位置まで加工できるように設けている。
【００３５】
図２(ｂ)は、側面４ａを加工するエンドミルの位置を示している。エンドミルＡの直径Ｄは、第１の溝の幅と第２の溝の幅の合計値Ｗよりも小さい設定になっており、エンドミルが通過する深さはＨである。この設定において、エンドミルの底刃は端面３、第２の溝３ｂに接することなく、キー側面４ａのみを加工することができる。加工範囲の下限ＬはＨの深さとなり、端面３より低い位置とすることができる。また、第１の溝３ａがあることでキー側面４ａの加工範囲に堕肉の発生部分はなく、キー側面全体で取り代も均一となり、工具寿命が向上でき、また、良好な精度も得られる。
【００３６】
上述したように、本例では第１の溝３ａと第２の溝３ｂの２段階の溝を設けている。堕肉の加工を防止し、側面４ａの取り代を均一にする目的に対しては、深くて幅の広い溝を１段だけ設ける手法でも目的を達する。しかし、この場合は円環２の断面積が異なる部分が占める割合が増加する。焼結金属では断面積の変動は密度の変動につながり、ひいては円環２に強度の変動が発生して得策ではない。この観点から、本例のように２段階の溝を設ける際にも深さＨ１、Ｈ２ともに機能を満たす範囲で極力浅くし、かつ幅Ｗも極力狭くしておくことが望ましい。
【００３７】
以上に述べたように、第１の溝と第２の溝を焼結で成形し、キー側面のみを加工したオルダムリングは、被削性の悪い焼結金属を採用しながらも良好な生産性を可能にできる。ひいては、このオルダムリングを採用したスクロール圧縮機ではコスト低減が図れる。
【００３８】
以上では、焼結金属のオルダムリングを例に説明してきたが、請求項１、請求項３および請求項４に係わる内容は、焼結金属以外であることを妨げない。すなわち、鍛造あるいは射出成形等によって製作されたオルダムリングであっても良い。
【００３９】
次に請求項５に係わる一実施例を図３、図４によって説明する。
【００４０】
図３は本発明によるオルダムリングの製造工程の一例を示した説明図である。なお、図３において、キー側面加工と角部加工の順序は逆でも良いし、キー側面加工に角部加工を含める方法でも良いし、また、角部の丸みあるいは面取りを成形工程で設けて、角部加工は省略しても良い。図３に示した製造工程では、原料粉末を成形し、焼結した後にキーの側面を切削加工あるいは研削加工し、次に角部を切削加工あるいは研削加工し、続いて水蒸気処理により四酸三化鉄の皮膜を形成する。水蒸気処理する前にキーの角部に丸みを設けて、その後水蒸気処理することが特徴である。
【００４１】
図４はオルダムリングのキー部分の一例を示した斜視図であり、同図で丸み加工する部分を説明する。図４において４ｂはキー上面、４ｃはキー外面、４ｄはキー内面、４ｅは側面丸み、４ｆは上面面取りである。４ｂ乃至４ｆ以外の記号は、図１に用いた記号と同じである。
【００４２】
ここで、側面丸み４ｅは原料粉末を成形する工程で設けても良いし、面取り加工の工程で切削加工あるいは研削加工で設けても良い。このように角部を丸み形状にすることで、鋭利な角部がなくなる。よって、水蒸気処理を行ってもオルダムリング１の運動方向であるＦ方向に直行する盛り上がりが形成されることを防止することができる。上面面取り４ｆはオルダムリング１の運動方向に平行な稜線しか形成しないので、平面で形成される面取りでよい。しかし上面面取り４ｆの部分を丸みにしてもよい。
【００４３】
以上に説明したような例によれば、キー側面の両端を丸み形状にしたことで鋭利な角部がなくなり、水蒸気処理によって運動方向に直行する盛り上がりが形成されるのを防止できる。さらに、水蒸気処理の前に加工するので、工具摩耗が小さい状態で生産でき、生産性にも優れている。よって、上記のオルダムリングを採用したスクロール圧縮機は生産コストが低い。
【００４４】
続いて、請求項６に係わる一実施例を図５によって説明する。図５は空気調和機の一例であるセパレート形ルームエアコンの一例を示す斜視図である。図５において５はセパレート形のルームエアコン、５ａは室外機、５ｂは室内機、５ｃはスクロール圧縮機、５ｄ接続配管である。図５に示すルームエアコン５では室外機５ａに具備したスクロール圧縮機５ｃにより冷媒ガス(図示せず)が圧縮され、圧縮された冷媒ガスは接続配管５ｄを介して室内機５ｂに送られ、再び室外機５ａのスクロール圧縮機５ｃに戻ってくるサイクルとなっている。このサイクルの過程で冷媒による放熱と吸熱作用によって空調機としての機能を果たしている。図５に示す構成で、スクロール圧縮機５ｃは請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３に示したスクロール圧縮機であることを特徴としている。スクロール圧縮機５ｃは冷媒ガスを循環させる重要な機構部品であり、また高価な部品である。請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３に示したオルダムリングを採用することでスクロール圧縮機のコストが低減でき、ルームエアコン５のコストを低減できる効果がある。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項４に記載した発明により、従来存在していた第１の問題点が解決できる。すなわち、被削性が悪い焼結金属を用いてオルダムリングを構成しながらも、２段階の溝を設けることで加工する部分をキー側面のみにとどめ、堕肉の加工と端面の加工を省略している。これにより、加工コストが少ないオルダムリングを入手することができ、製造コストの低いスクロール圧縮機を得ることが可能となる。
【００４６】
また、請求項５に記載した発明により、従来発生していた第２の問題点が解決できる。すなわち、キー側面の両端を丸み形状としているため鋭利な角部がなく、水蒸気処理でオルダムリングの運動方向に盛り上がりが形成されることがない。これにより、安価で耐久性の良好な焼結合金製オルダムリングを入手でき、結果として信頼性が高く、安価なスクロール圧縮機を得られる効果がある。
【００４７】
請求項６に記載した発明では、従来発生していた第３の問題点を解決できる。すなわち、安価で信頼性の高いスクロール圧縮機を具備することで空気調和機の生産コスト低減と運転信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オルダムリングの構成の一例を示した斜視図。
【図２】溝の形状とエンドミルの位置を示した断面図。
【図３】オルダムリングの製造工程を示した説明図。
【図４】切削あるいは研削加工する部位を示した斜視図。
【図５】ルームエアコンの構成を示した斜視図。
【図６】スクロール圧縮機の圧縮機構部の側断面図。
【図７】従来のオルダムリングの一例を示した斜視図。
【符号の説明】
１・・・オルダムリング、２・・・円環、３・・・端面
３ａ・・・第１の溝、３ｂ・・・第２の溝、４・・・キー
４ａ・・・キー側面、４ｂ・・・キー上面、４ｃ・・・キー外面
４ｄ・・・キー内面、４ｅ・・・側面面取り、４ｆ・・・上面面取り
５・・・ルームエアコン、５ａ・・・室外機、５ｂ・・・室内機
５ｃ・・・スクロール圧縮機、Ａ・・・エンドミル

Claims

渦巻状のラップを具備する固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、該旋回スクロールの自転を防止する機構としてオルダムリングを具備したスクロール圧縮機であって、前記オルダムリングは、環状部材と該環状部材の端面に設けられたキーより成り、前記キーの側面と前記環状部材の端面の交差部に該端面から軸方向に第１の溝を有し、かつ、前記第１の溝と前記環状部材の端面の間に第２の溝を有し、第１の溝が第２の溝より深いオルダムリングであることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機のオルダムリングは、焼結合金であることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機のオルダムリングにおいて、第１の溝および第２の溝をオルダムリングの両面に設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
渦巻状のラップを具備する固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、該旋回スクロールの自転を防止する機構として、環状部材と該環状部材の端面に設けられたキーより成るオルダムリングを具備したスクロール圧縮機の該オルダムリングの製造方法において、前記オルダムリングは、前記キーの側面と前記環状部材の端面の交差部に該端面から軸方向に第１の溝を有し、かつ、前記第１の溝と前記環状部材の端面の間に第２の溝を有し、第１の溝は第２の溝より深くした形状に成形し、加工工具の底面の位置を前記環状部材の端面と前記第２の溝との間にし、前記加工工具により前記キーの側面を加工することを特徴とするオルダムリングの製造方法。
渦巻状のラップを具備する固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、該旋回スクロールの自転を防止する機構として、環状部材と該環状部材の端面に設けられたキーより成るオルダムリングを具備したスクロール圧縮機の該オルダムリングの製造方法において、前記オルダムリングは、前記キーの側面と前記環状部材の端面の交差部に該端面から軸方向に第１の溝を有し、かつ、前記第１の溝と前記環状部材の端面間に第２の溝を有し、第１の溝は第２の溝より深くした形状に原料粉末を成形して焼結し、前記オルダムリングのキーの稜線部を丸みの形状に加工し、次に水蒸気処理を施して製造することを特徴とするオルダムリングの製造方法。
請求項１乃至３いずれか記載のスクロール圧縮機を具備したことを特徴とする空気調和機。