JP5039327B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒ガス等の圧縮に用いられるスクロール圧縮機に関する。

従来より、冷媒ガス等のガス流体を圧縮する圧縮機としてスクロール圧縮機が知られている。
このようなスクロール圧縮機においては、旋回スクロール部材に作用するスラスト荷重を支持するため、旋回スクロール部材の摺動面となる端板の外面と摺接するスラストすべり軸受が設けられている。このスラストすべり軸受は、摺動面に固体潤滑剤のコーティング被膜を施したリング状の薄鋼板からなるスラストプレートであり、ハウジング側に形成されたスラスト受け面に固定設置されている。（たとえば、特許文献１参照）

また、構成部材の摺動面の一方または両方に、フッ素樹脂とポリイミド樹脂とを主成分とする樹脂被膜を形成した流体機械が提案されている。すなわち、フッ素樹脂ベースの被膜を形成するために混合する主成分や成分比率を特定することにより、長期間にわたって割れや剥がれを生じない信頼性の高い樹脂被膜の形成が可能とされる。（たとえば、特許文献２参照）
特許第３３６４０１６号公報（図１） 特開２００５−３２５８４２号公報（図２）

ところで、旋回スクロール部材の摺動面を支持するスラストプレート（スラスト滑り軸受）においては、潤滑性の向上等を目的として鋼板にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等のコーティングを施すと、コーティングの剥離が問題となる。以下では、剥離の問題を図面に基づいて具体的に説明する。
図５において、図中の符号２７は旋回スクロール部材であり、低圧側となるフロントハウジング５の内部に配設されている。この旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａの背面が摺動面６１となり、フロントハウジング５のスラスト受け面５Ｂに固定設置されたスラストプレート５１に支持されて摺動する。

スラストプレート５１は、たとえば図６に示すように、リング状とした薄鋼板５１ａの表面にフッ素樹脂等のコーティング層５１ｂを形成したものである。このコーティング層５１ｂは、摺動する旋回スクロール部材２７から繰り返しのスラスト荷重を受けるため、特に両端角部の剥離が懸念される。すなわち、薄鋼板５１ａの両端角部は、均一で良好なコーティング層５１ｂの形成が困難な部分であり、たとえば図７（ａ）に示すように、コーティング層５１ｂが付着しにくいために角部で分離したり、あるいは、図７（ｂ）に示すように、分離防止のため付着量を増すなどしてコーティング層５１ｂが盛り上がった状態になりやすい。

このような背景から、スクロール圧縮機においては、スラストプレート５１に施されたコーティング層５１ｂの剥離を防止することにより、長期間にわたって所望の潤滑性を維持して信頼性や耐久性を増すことが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スラストプレートに施されたコーティング層の剥離を防止し、所望の潤滑性を長期間維持することで信頼性や耐久性を増したスクロール圧縮機を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明のスクロール圧縮機は、表面にコーティングを施したスラストプレートがハウジングのスラスト受け面に固定して取り付けられ、旋回スクロール部材の摺動面が前記スラストプレートに支持されて摺動しながら旋回するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの摺動範囲を前記スラストプレートの幅より小さく、かつ、スラストプレートの両端部を除いた幅の中央部に設定することにより、前記旋回スクロールの摺動禁止領域を設けたことを特徴とするものである。

このようなスクロール圧縮機によれば、旋回スクロールの摺動範囲をスラストプレートの幅より小さく、かつ、スラストプレートの両端部を除いた幅の中央部に設定することにより、旋回スクロールの摺動禁止領域を設けたので、スラストプレートの端部に作用する摺動圧力を０まで低減することができ、この結果、繰り返し作用する摺動圧力を原因として発生するコーティング層の剥離防止が可能となる。

上記の発明において、前記摺動面の端部と前記スラストプレートとの間に緩やかに変化する隙間が形成されていることが好ましく、これにより、均一で良好なコーティング層の形成が困難なスラストプレートの端部に対し、摺動面からスラストプレートに直接摺動圧力が作用することはなく、スラストプレートの端部に作用する摺動圧力を０まで低減することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、表面にコーティングを施したスラストプレートがハウジングのスラスト受け面に固定して取り付けられ、旋回スクロール部材の摺動面が前記スラストプレートに支持されて摺動しながら旋回するスクロール圧縮機において、可動側の前記摺動面から固定側のスラストプレートの端部に作用する摺動圧力を低減する剥離防止手段が設けられ、当該剥離防止手段は、前記スラストプレートの端部に設定された撓み領域であることを特徴とするものである。

このようなスクロール圧縮機によれば、可動側の前記摺動面から固定側のスラストプレートの端部に作用する摺動圧力を低減する剥離防止手段が設けられ、該剥離防止手段は、スラストプレートの端部に設定された撓み領域であるから、均一で良好なコーティング層の形成が困難なスラストプレート端部においては、繰り返し作用する摺動圧力の低減によりコーティング層の剥離が防止される。そして、この場合の剥離防止手段は、スラストプレートの端部に設定された摺動禁止領域であるから、均一で良好なコーティング層の形成が困難なスラストプレート端部に対し、摺動圧力が直接作用することはない。すなわち、この剥離防止手段は、スラストプレート端部に作用する摺動圧力を０まで低減することができる。

上述した本発明によれば、摺動面からスラストプレート端部に作用する摺動圧力を低減できる剥離防止手段を設けたことにより、均一で良好なコーティング層の形成が困難なスラストプレート端部においては、繰り返し作用する摺動圧力の低減が可能になる。このため、旋回スクロール部材の摺動に起因するコーティング層の剥離を防止し、長期間にわたって所望の潤滑性を維持できるようになるので、スクロール圧縮機の信頼性や耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。

以下、本発明に係る流体機械の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、冷媒ガス等の圧縮に用いられるスクロール圧縮機１の断面図である。このスクロール圧縮機１は、冷凍ないし空調装置、特に車両用の冷凍装置や空調装置に適用される横型であり、その概略外形を構成して内部の空間に圧縮機構を収納設置するハウジング３を有する。このハウジング３は、低圧側ハウジングのフロントハウジング５と高圧側ハウジングのリアハウジング７とを備え、各々に設けたフランジ部同士がボルト９により一体的に締め付けられた状態で固定される。

フロントハウジング５の内部には、クランク軸１１がメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸１１の一端側（図において左側）は小径軸部１１Ａとされ、この小径軸部１１Ａは、フロントハウジング５を貫通して図１の左側に突出されている。小径軸部１１Ａの突出部には、公知の如く、動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、図示省略されたエンジン等の駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されることとなる。
なお、メイン軸受１３とサブ軸受１５との間には、メカニカルシール（リップシール）１７が設置されており、ハウジング３内と大気との間を気密にシールしている。

クランク軸１１の他端側（図において右側）には、大径軸部１１Ｂが設けられ、さらにこの大径軸部１１Ｂには、クランク軸１１の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン１１Ｃが一体に設けられている。この大径軸部１１Ｂおよび上記小径軸部１１Ａが、それぞれメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介してフロントハウジング５に回転自在に支持される。そして、偏心ピン１１Ｃには、ドライブブッシュ１９と、ドライブ軸受２１を介して旋回スクロール部材２７とが連結され、クランク軸１１が回転されることで、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されるようになっている。

ドライブブッシュ１９には、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト１９Ａが一体に形成され、旋回スクロール部材２７の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
また、ハウジング３の内部には、スクロール圧縮機構２３を構成する一対の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７とが組み込まれる。固定スクロール部材２５は、端板２５Ａと該端板２５Ａから立設された渦巻き状ラップ２５Ｂとから構成され、一方、旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａと該端板２７Ａから立設された渦巻き状ラップ２７Ｂとから構成される。

一対の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７とは、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂ同士が１８０度位相をずらせて噛み合わせた状態で組み込まれる。これによって、両スクロール部材２５，２７間には、端板２５Ａ，２７Ａと渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂとにより限界された一対の圧縮室２９がスクロールの中心に対して対称に形成されることとなる。固定スクロール部材２５は、リアハウジング７の内面にボルト３１により固定設置され、旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａの背面に設けられているボス部に、前記したクランク軸１１の一端側に設けられている偏心ピン１１Ｃが連結され、旋回駆動されるようになっている。

また、旋回スクロール部材２７は、フロントハウジング５に形成されているスラスト受け面５Ｂにスラストプレート５１を固定設置し、このスラストプレート５１に対して、端板２７Ａの背面に設けた凸状の摺動面６１が接した状態で支持されている。旋回スクロール部材２７は、スラスト受け面５Ｂのスラストプレート５１と旋回スクロール部材２７の摺動面６１との間に介装されているピンリングやオルダムリング等の自転阻止機構３３により、自転が阻止されながら固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動されるよう構成される。
スラストプレート５１は、図６に示すように、リング状とした薄鋼板５１ａの表面にフッ素樹脂等のコーティング層５１ｂを形成した部材であり、スクロール圧縮機１の運転時には旋回スクロール部材２７の摺動面６１から主にガスの圧縮反力による摺動圧力を受ける。

固定スクロール部材２５の端板２５Ａの中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート２５Ｃが開口されており、該吐出ポート２５Ｃには、端板２５Ａにリテーナ３５を介して取付けられた吐出リード弁３７が設けられる。さらに、固定スクロール部材２５の端板２５Ａの背面側には、リアハウジング７の内面に密接されるようＯリング等のシール部材３９が介装され、リアハウジング７との間でハウジング３の内部空間から区画された吐出チャンバー４１を形成している。これにより、吐出チャンバー４１を除くハウジング３の内部空間が、吸入チャンバー４３として機能するよう構成される。吸入チャンバー４３には、フロントハウジング５に設けられている吸入口４５を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー４３を経て固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７間に形成される圧縮室２９に冷媒ガスが吸い込まれるようになっている。
なお、フロントハウジング５とリアハウジング７との間の接合面には、Ｏリング等のシール材４７が介装され、ハウジング３内に形成される吸入チャンバー４３を大気から気密にシールしている。

フロントハウジング５には、スクロール圧縮機構２３が収納設置される。このフロントハウジング５は、固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７を収容する大径の胴部５Ａと、この胴部５Ａに続く放射状方向に径が縮小された、前記スラスト受け面５Ｂを形成するためのスラスト受け部５Ｃと、スラスト受け部５Ｃに続いてさらに径が縮小された、メイン軸受１３を収納する軸受収納部５Ｄを形成するための中径の軸受支持部５Ｅと、この軸受支持部５Ｅに続くサブ軸受１５およびメカニカルシール１７を設置するための小径ボス部５Ｆとを備え、段階的に径が縮小された漏斗形状をなすものである。

リアハウジング７は、吐出チャンバー４１を形成するための凹部７Ａと、フロントハウジング５の胴部５Ａの開口端に嵌合されるインロー部７Ｂとを備えた皿形状をなすものである。インロー部７Ｂには、上記したシール材４７が介装される。このリアハウジング７は、フロントハウジング５の胴部５Ａの一端開口を蓋うように接続され、ボルト９によってフロントハウジング５とリアハウジング７のフランジ部同士が一体的に締め付けられた状態で固定される。

以上のように構成されたスクロール圧縮機は、以下のように動作する。
外部駆動源から図示省略のプーリー、電磁クラッチ等を介して回転駆動力をクランク軸１１に伝達し、クランク軸１１を回転すると、クランク軸１１の偏心ピン１１Ｃにドライブブッシュ１９およびドライブ軸受２１を介して連結されている旋回スクロール部材２７が、自転阻止機構３３により自転を阻止されながら、固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動される。これによって、半径方向最外方に形成される圧縮室２９内に、吸入チャンバー４３内の冷媒ガスが吸い込まれる。圧縮室２９は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは高圧に圧縮され、圧縮室２９が吐出ポート２５Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁３７が押し開かれて圧縮されたガスは吐出チャンバー４１内に吐き出され、さらに吐出チャンバー４１を経てスクロール圧縮機１外へと吐出される。

上述したように、表面にフッ素樹脂等のコーティングを施してコーティング層５１ｂを形成したスラストプレート５１がフロントハウジング５のスラスト受け面５Ｂに取り付けられ、旋回スクロール部材２７の摺動面６１がスラストプレート５１に支持されて摺動しながら旋回するスクロール圧縮機１には、スラストプレート５１の端部５１Ｃ（スラストプレート端部）に旋回スクロール部材２７の端板２７Ａが繰り返し乗り上げ、さらには旋回スクロール部材２７に作用するガスの圧縮反力による摺動圧力を受けることで、コーティング層が剥離することを防止することを目的として、摺動圧力を低減するための剥離防止手段が設けられている。

以下、この剥離防止手段について、図１（ｂ）を参照して第１の実施形態を具体的に説明する。
図示の剥離防止手段は、スラストプレート５１の端部５１Ｃに摺動禁止領域を設定したものである。すなわち、スクロール圧縮機１を運転することにより、旋回スクロール部材２７は自転を阻止されながら固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動し、軸線Ｌから偏心して旋回することにより、最も外側の摺動面６１から最も内側の摺動面６１′の範囲を移動する。従って、以下の説明において、摺動面６１がスラストプレート５１に接して移動する摺動範囲Ｓは、最も外側に移動した摺動面６１の外周面から最も内側に移動した摺動面６１′の内周面までとする。

そこで、旋回スクロール端板背面の摺動部について、端板２７Ａの一部分を接触させるような構造として、摺動範囲Ｓを、スラストプレート５１の幅Ｗより小さく、かつ、スラストプレート５１の両端部を除いた幅Ｗの中央部に設定することにより、摺動範囲Ｓの両側に摺動部６１が摺動することのない摺動禁止領域を形成できる。
この摺動禁止領域は、摺動部６１が全く摺動しない領域であるため、均一で良好なコーティング層５１ｂの形成が困難なスラストプレート５１の端部５１Ｃに対し、摺動圧力が直接作用することはない。従って、摺動禁止領域を設けるという剥離防止手段は、スラストプレート５１の端部５１Ｃに作用する摺動圧力を０まで低減することができるので、繰り返し作用する摺動圧力を原因として発生するコーティング層５１ｂの剥離防止が可能となる。
上記摺動範囲Ｓは、旋回スクロール部材２７の端板２７Ａの背面を一部徐肉して構成することで調整可能である。さらに言えば、直接摺動する旋回スクロール部材２７の摺動面６１については、摺動範囲Ｓの端部に丸みをもたせておくことが望ましいことは言うまでもない。

次に、上述した剥離防止手段について、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。
この剥離防止手段は、スラストプレート５１の端部５１Ｃに撓み領域を設定するものである。この撓み領域は、スラストプレート５１の両側に設けた片持ち梁状の部分であり、たとえば平坦なスラスト受け面５Ｂの支持がないため、摺動面６１から受ける摺動圧力を撓んで吸収することができる。すなわち、均一で良好なコーティング層５１ａの形成が困難なスラストプレート５１においては、端部５１Ｃの撓み領域に摺動圧力が作用すると、片持ち梁状となるスラストプレート５１の端部５１Ｃが撓んで摺動圧力を吸収することができるので、繰り返し作用する摺動圧力を原因として発生するコーティング層５１ｂの剥離防止が可能となる。

ところで、上述した撓み領域は、平坦なスラスト受け面５Ｂを支持面とするよりも、たとえば図３に示す変形例のように、スラストプレート５１との間に形成される隙間が両端部側程大きくなる曲面や傾斜面のように、スラストプレート５１との間隔が緩やかに変化するスラスト受け面５Ｂ′を支持面とすることが好ましい。すなわち、スラストプレート５１の端部５１Ｃとスラスト受け面５Ｂ′との隙間が緩やかに変化すると、スラストプレート５１の撓みも緩やかになって局部的な応力集中を回避できる。従って、旋回スクロール部材２７の旋回運動により繰り返しの摺動圧力を受けて撓みを繰り返すスラストプレート５１は、緩やかな形状変化の変形により耐久性が向上する。

最後に、上述した剥離防止手段について、第３の実施形態を図４に基づいて説明する。
この剥離防止手段は、摺動面６１の端部に形成した曲面または面取による隙間形成部６１ａである。すなわち、平坦なスラスト受け面５Ｂに固定支持されたスラストプレート５１に支持されて摺動する摺動面６１は、その両端部あるいは、内周および外周のどちらかに曲面または面取を形成することにより、摺動面６１の両端部とスラストプレート５１との間に緩やかに変化する隙間が形成される。従って、均一で良好なコーティング層５１ｂの形成が困難なスラストプレート５１の端部５１Ｃに対し、摺動面６１からスラストプレート５１に直接摺動圧力が作用することはなく、スラストプレート５１の端部５１Ｃに作用する摺動圧力を０まで低減することができる。

また、ここでスラストプレート５１の大きさについて言及すれば、スラストプレート５１を旋回スクロール旋回軌跡より大きく設定した場合、そもそもスラストプレート外径端部は、旋回スクロール部材２７の端板２７Ａと摺動しないように設定することも可能であるため、プレート外径端部よりコーティング層５１ｂが剥離するという問題には直面しないが、内径端部については本願発明が有効である。ただしその場合、スラストプレート５１を無駄に大きくしているため、スクロール圧縮機本体の外径全体が大きくなってしまうというという不利益が生じてしまう。このため、本発明は、旋回スクロール旋回軌跡より小さなスラストプレートを設置する際にはさらに好適であると共に、スクロール圧縮機本体の外径も小さくした上で、信頼性を確保できるという利点を持つ。

ところで、スラストプレート５１のコーティング膜厚にはばらつきがあるため、スクロール圧縮機構２３のスクロールチップ隙間をシム（不図示）によって微調整する必要があった。具体的には、スクロール圧縮機１の組立工程時、旋回スクロール部材２７と固定スクロール部材２５との隙間を微調整するため、フロントハウジング５とリアハウジング７との間に、薄板状の寸法調整用のシムを設置して構成していた。
しかし、上述した本発明を採用することにより、コーティング層５１ｂが剥離しにくくなって信頼性を増すため膜厚を薄くすることができる。従って、たとえばスラストプレート５１について、下記のように設定すればシムの廃止が可能となる。

すなわち、薄鋼板５１ａの板厚を０．９ｍｍ未満とし、コーティング層５１ｂの膜厚を２０μｍ未満に設定する。この場合に許容される公差は、板厚を０．７ｍｍ以上〜０．９ｍｍ未満とした薄鋼板５１ａが±０．００５ｍｍ、膜厚を２０μｍ未満としたコーティング層５１ｂが±０．００３ｍｍであるから、スラストプレート５１の薄鋼板５１ａにコーティング層５１ｂの表面処理を施したまま、シムの廃止が可能となる。換言すれば、スラストプレート５１により、スクロールチップ隙間の調整が可能になる。

このように、上述した本発明によれば、摺動面６１からスラストプレート５１の端部５１Ｃに作用する摺動圧力を低減できる剥離防止手段を設けたことにより、均一で良好なコーティング層５１ｂの形成が困難なスラストプレート５１の端部５１Ｃにおいては、繰り返し作用する摺動圧力の低減が可能になる。このため、旋回スクロール部材２７の摺動に起因するコーティング層５１ｂの剥離を防止し、長期間にわたって所望の潤滑性を維持できるようになるので、スクロール圧縮機１の信頼性や耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るスクロール圧縮機の一実施形態を示しており、（ａ）は全体構成例を示す断面図、（ｂ）は剥離防止手段の第１の実施形態を示す要部の拡大断面図である。 剥離防止手段の第２の実施形態を示す要部の拡大断面図である。 図２に示した第２の実施形態の変形例を示す要部の拡大断面図である。 剥離防止手段の第３の実施形態を示す要部の拡大断面図である。 スラストプレート及び摺動部の従来構造を示す要部拡大断面図である。 スラストプレートの構成例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 スラストプレート角部のコーティング層に生ずる剥離の問題点を示す図で、（ａ）は角部におけるコーティング層の分離を示す図、（ｂ）はコーティング層の盛り上がりを示す図である。

１ スクロール圧縮機
３ ハウジング
５ フロントハウジング
５Ａ 胴部
５Ｂ，５Ｂ′ スラスト受け面
７ リアハウジング
１１ クランク軸
２３ スクロール圧縮機構
２５ 固定スクロール部材
２７ 旋回スクロール部材
５１ スラストプレート
５１ａ 薄鋼板
５１ｂ コーティング層
５１Ｃ 端部（スラストプレート端部）
６１ 摺動面
６１ａ 隙間形成部

Claims (3)

1. 表面にコーティングを施したスラストプレートがハウジングのスラスト受け面に固定して取り付けられ、旋回スクロール部材の摺動面が前記スラストプレートに支持されて摺動しながら旋回するスクロール圧縮機において、
   前記旋回スクロールの摺動範囲を前記スラストプレートの幅より小さく、かつ、スラストプレートの両端部を除いた幅の中央部に設定することにより、前記旋回スクロールの摺動禁止領域を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記摺動面の端部と前記スラストプレートとの間に緩やかに変化する隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 表面にコーティングを施したスラストプレートがハウジングのスラスト受け面に固定して取り付けられ、旋回スクロール部材の摺動面が前記スラストプレートに支持されて摺動しながら旋回するスクロール圧縮機において、
   可動側の前記摺動面から固定側のスラストプレートの端部に作用する摺動圧力を低減する剥離防止手段が設けられ、当該剥離防止手段は、前記スラストプレートの端部に設定された撓み領域であることを特徴とするスクロール圧縮機。

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