JPH01134086A - スクロール圧縮機用のスクロール部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、たとえば冷凍用あるいは空調用として使用さ
れるスクロール圧縮機のスクロール部材に係り、特に、
生産性および信頼性の向上を図ったスクロール部材に関
するものである。

［従来の技術］ まず、従来のスクロール圧縮機を第６図により説明する
。第６図において、１は、渦巻形状の歯１ｂを底板１ａ
上に形成してなる固定スクロール部材、２は、前記歯１
ｂと形状が同一で巻き方向が反対の歯２ｂを底板２ａ上
に形成してなる旋回スクロール部材、４は両スクロール
部材１．２間に形成される圧縮室、５は気体を吸入する
吸入口、６は旋回スクロール部材２のボス部、７はクラ
ンク軸、７ａはクランク軸７の偏心穴、８はバランサ、
９はオルダム継手、１０は軸受支え、１０ａはスラスト
受け、ｔａｂは主軸受ライナである。

このように構成したスクロール圧縮機において、電動機
（図示せず）によって、クランク軸７が回転すると、そ
の偏心穴７ａにボス部６が嵌合している旋回スクロール
部材２は旋回するが、オルダム継手９により自転を妨げ
られるので、第７図（ａ）〜（ｄ）に示す圧縮原理によ
り気体を圧縮する。そして、吸入口５から吸入された気
体は、圧縮されて固定スクロール部材１の中心部に設け
られた吐出口３から排出される。このとき発生するガス
圧縮力の軸方向分力は軸受支え１０のスラスト受け１０
ａに上って支持され、半径方向分力は主軸ライナ１０ｂ
によって支持される。

圧縮原理を第７図（ａ）〜（ｄ）を用いて説明すると、
固定スクロール部材１は空間に対して静止しており、旋
回スクロール部材２は、その姿勢を空間に対して変化さ
せることなく旋回運動を行なう。この旋回運動によって
、固定スクロール部材１と旋回スクロール部材２との間
に形成される三日月状の圧縮室４は、クランク軸回転角
が（ａ）〜（ｄ）のように０°→９０°→１８００→２
７００と変化するにつれて、その体積を減少するので、
該圧縮室４内に取込まれている気体が逐次圧縮され、所
定圧縮比になったとき吐出口３から排出される。

ところで、前記圧縮室４は歯１ｂと歯２ｂとを組合せて
形成されているので、これら歯１ｂ。

２ｂの寸法精度が充分でないときには、圧縮室４内に取
込まれた圧縮気体が室外へ漏れて圧縮比が低下したり、
あるいは、かじりによって歯１ｂ。

２ｂが破損したりするおそれがある。これを防止するた
めには、特に、歯１ｂ、２ｂが互いに接触する接触面の
良好な表面精度、および底板１ａ。

２ａに対する歯１ｂ、２ｂの直角度が要求される。材質
としては耐摩耗性が要求され、さらに高い圧縮比を得る
ためには、歯１ｂ、２ｂの疲労強度が高いことが望まし
い。このため従来の固定、旋回両スクロール部材１．２
は、耐摩耗性および疲労強度に優れた金属材料を精密機
械加工によってμｍオーダの高精度に仕上げることによ
って作られていた。しかし、このため、多くの工程と加
工時間を要し、生産性が悪いという問題点があった。

この問題点を改善するために、たとえば特開昭５８−９
１３８８号公報に記載されているように、金属製の固定
、旋回両スクロール部材の母材の互いに対向する面に、
樹脂層の被覆材料を被覆したものが提案されている。こ
のように構成することにより、スクロール部材に要求さ
れる疲労強度をスクロール母材で負担し、耐摩耗性、寸
法精度を前記樹脂層によって保持するようにしている。

他の提案としで、特開昭６２−７５０９０号公報に記載
されているように、固定スクロール部材および旋回スク
ロール部材の歯を金属の矩形状平板を渦巻状に巻回した
もので作り、これを金属の鏡板に設けた係合溝に圧入、
かしめ、ロー付加工、接着剤の使用等で固定して、スク
ロール部材を製作する方法がある。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、特開昭５８−９１３８８号公報の提案において
は、その樹脂層用の樹脂として熱可塑性樹脂などを使う
と述べられているのみで、耐摩耗性、高い寸法精度、ス
クロール母材との優れた接着性を確保するための具体的
な材質の提案がない。のみならず、前記スクロール部材
の母材の製作において機械加工を必要とし、この母材の
寸法精度が所定値以上にな）ていないと、樹脂層の厚さ
が不均一になり、スクロール部材に要求される寸法精度
が確保できないというおそれがある。また、使用される
気体、すなわちフレオンと機械油との混合気体に対する
耐フレオン性、耐油性についての配慮が述べられておら
ず、信頼性についても問題点がある。

他方、特開昭６２−７５０９０号公報の提案においても
、機械加工による仕上げをしなければ、スクロール部材
に要求されるμｍオーダの精度を得ることは不可能であ
る。

また本発明者らは、被覆用樹脂として、熱硬化性樹脂を
中心に検討を進めた結果、特開昭６１−２９４１８０号
公報に記載されているように、耐熱性が十分あり、スク
ロール部材の金属母材とも優れた接着性を示すエポキシ
樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂が被覆用樹脂と
して優れていることがわかったが、しかし特開昭８１−
２９４１８０号公報に示された被覆用樹脂組成物では、
線膨張係数が大きく、スクロール部材の母材との線膨張
係数の差により樹脂が剥離したり、割れが入るなどの信
頼性の点で問題があった。

本発明の目的は、疲労強度が高く、耐摩耗性、寸法精度
および信頼性に優れ、機械加工を要しない生産性の高い
スクロール圧縮機用のスクロール部材を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のスクロール圧縮機用のスクロール部材は、金属
製の矩形状平板を渦巻状に巻回して形成された渦巻状の
歯を金属製の底板に固着してなるスクロール母材を、エ
ポキシ樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂またはビス
マレイミド・トリアジン樹脂に球状石英ガラスのフィラ
を７７重量％以上配合してなる樹脂組成物で被覆してな
るものである。

［作　　用］ スクロール母材は、金属の矩形状平板を渦巻形状に曲げ
加工した歯を金属の底板に固着してなるものであるので
、■スクロール部材に要求される高い疲労強度を有し、
■たとえば鋳放しで作ったスクロール母材よりも寸法精
度が優れており、機械加工を施すことなくスクロール母
材の表面に均一な厚さの樹脂組成物の被覆材料を被覆す
ることができる。また、その被覆材料は、球状石英ガラ
スをポリアミノビスマレイミド樹脂あるいはビスマレイ
ミド・トリアジン樹脂あるいはエポキシ樹脂に７７ｗｔ
％以上配合した樹脂組成物であるので、■歯の寸法精度
が優れ・、寸法の経時変化もほとんどなく、■スクロー
ル母材との接着性がよくて剥離を生ずることはなく、■
耐摩耗性に優れ、■耐油・耐フレオン性に優れ、■機械
的強度が高い。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。第１図は、本実施例に
係るスクロール圧縮機の旋回スクロール部材を示す略示
断面図、第２図は、第１図における歯近傍の詳細を示す
要部拡大断面図、第３図は第１図に係る旋回スクロール
部材と固定スクロール部材との組合わせ状態を示す要部
断面図である。

本実施例において、旋回スクロール部材１１は、矩形状
平板を渦巻形状に巻回してなる歯１２を底板１３の歯形
成面１３ａに形成した係合溝１３ｃに圧入、固定して形
成されたスクロール母材１４を、底板１３の歯形成反対
面１３ｂを除いて、エポシ樹脂に無機充填フィラとして
球形石英ガラスを配合してなる樹脂組成物（詳細後述）
によって被覆して一様厚さの樹脂層１５を形成してなる
ものである。１６は、底板１３の歯形成反対面１３ｂに
形成された、オルダム継手のオルダムキー溝であり、１
７はクランク軸（図示せず）が嵌合するクランク軸受部
である。

前記スクロール母材１４を詳細に説明すると、鋼材製の
矩形状平板を渦巻形状に巻回してなる歯１２は鋳鉄また
は鋼材製の底板１３の歯形成形面１３ａに固定される。

渦巻状に巻回した歯１２は、曲げ加工後、スプリングバ
ックのため形状が広がるが、曲げ加工時、スプリングバ
ック量を見込んだ大きさに加工すれば何ら問題はなく、
渦巻の形状精度は±０．１ｍｍ程度に出来る。また、底
板１３の歯形成形面１３ａに係合溝１３ｃを設け、この
係合溝１３ｃに歯１２を圧入することによって、スクロ
ール母材の渦巻の形状精度は±０．０５ｍｍ程度にする
ことが出来る。係合溝１３ｃに圧入された歯１２と底板
１３との固定方法は、溶接、ロー付等により、スクロー
ル部材に要求される十分な強度を持たせることができる
。

歯１２の固定方法の他の実施例として、底板１３を鋳造
する場合に、その鋳型の中に渦巻形状に巻回した歯１２
の端部を臨ませて鋳型に保持させておき、底板を鋳込む
方法もある。

樹脂層１５用の樹脂組成物は、詳しくは後述するが、−
例を挙げると、エポキシ樹脂２０ｗｔ％に対して、無機
充填フィラとしての球状石英ガラス７８ｗｔ％と、内部
離型剤、硬化触媒２ｗｔ％を配合してなるものである。

そして、この樹脂組成物を、真空・射出圧縮成形（この
場合、歯１２に対する渦き状の溝を有する型を用いる）
によって、トリクレンなどの洗浄液で洗浄した前記スク
ロール母材１４の表面に精密成形することにより、樹脂
層１５（厚さ０．５〜１　ｍｍ、寸法精度±５μｍ）が
形成される。歯１２に樹脂層１５を被覆してなる外形形
状についていえば、第２図に示すにように、歯たけ方向
にθ＝２°のテーバを設けるとともに、先端および根元
に１ｍｍのＲを設けである。

前記テーパを設′けることにより、型からの離型性がよ
くなる。また、Ｒを設けることにより、圧縮室内に取込
められた圧縮気体によって樹脂層１５の隅肉部に発生す
る集中応力を緩和する。

スクロール母材を被覆する樹脂組成物に関しては以下の
ことが実験でわかった。

第４図は、エポキシ樹脂に充填した石英ガラスの重量分
率とその樹脂組成物の流動性との関係を示したものであ
る。樹脂組成物の流動性は、直径４ｍｍの円管をスパイ
ラル状に設けた金型に樹脂組成物を一定の圧力と温度で
成形したときに流れた長さ、すなわちスパイラル流動長
さで示しである。成形実験により、スクロール母材の被
覆面全面に被覆するためには、樹脂組成物はスパイラル
流動長さで１５インチ以上流れる必要があることがわか
った。第４図で明らかなように、角形石英ガラスを充填
した樹脂組成物では、その重量分率が６８ｗｔ％以上で
あると流動性が１５インチ以下となり、全面被覆が不可
能となる。これに対し、球形石英ガラスを充填した樹脂
組成物では、その重量分率を増加させても、流動性が１
５インチ以下とはならず、全面被覆が可能である。

また角形石英ガラスが６８ｗｔ％含まれる樹脂組成物の
線膨張係数は２．ＯＸ　１０−’　１／　ｔ：であり、
スクロール母材との線膨張係数の差が大きく、長時間運
転試験を行うと、スクロール母材から樹脂層が剥離して
しまう欠点があることが実験でわかった。これに対し、
球状石英ガラスを充填した樹脂舅成物は下記のように線
膨張係数をスクロール母材のそれに近くすることができ
、上記欠点を避けることができる。

第５図は、エポキシ樹脂に充填した球形石英ガラスの重
量分率とその樹脂組成物の線膨張係数の関係を示したも
のである。スクロール母材を被覆する樹脂組成物の線膨
張係数は母材の線膨張係数に合せることが望ましい。一
般の樹脂の線膨張係数は６〜８　ｘ　１０−’　ｔ／　
”Ｃであるのに対してスクロール母材のそれはＩ　Ｘ　
１０−’　１／　ｔであるから、このままの樹脂をスク
ロール母材に被覆してスクロール部材を構成した場合に
は、圧縮機の運転時の冷熱サイクルにより、樹脂に割れ
が入ってしまう。実機試験の結果、樹脂のスクロール母
材からの剥離や樹脂の割れが発生しないようにするため
には、樹脂の線膨張係数は１．５　Ｘ　１０−’　１／
　’ｅ以下であることが必要であることがわかフた。樹
脂の線膨張係数を低下させるためには、ガラス繊維や炭
素繊維等の繊維状のものを充填する手法も考えられるが
、繊維状のものを充填した場合には、繊維の配向方向に
異方性が出てしまい、それにより、線膨張係数にも異方
性が出て来る。これらのことに鑑み、本発明者らは充填
材として球形の石英ガラスを用いることを検討した。球
形石英ガラスの充填量を種々変えて実験した結果、第５
図に示すように、球形石英ガラスが７７ｗｔ％以上含ま
れる場合、樹脂組成物の線膨張係数は１．５　Ｘｌ０−
’１７℃以下となり、スクロール部材の仕様に耐えうる
ことがわかった。このような樹脂組成物で被覆したスク
ロール部材を実機に組込み長時間運転試験を行ったとこ
ろ、樹脂の割れ、剥離等は発生せず、信頼性が十分ある
ことがわかった。球形石英ガラスの粒径は１０μｍ〜５
０μｍが適当である。エポキシ樹脂１２ｗｔ％に対して
、粒径が５０μｍと１０μｍに最大分布をもつ二種類の
球状石英ガラスを同ｗｔ％づつで８６ｗｔ％充填した樹
脂組成物の線膨張係数は約１．ＯＸ　１０−’　１／　
ｔ：となり、スクロール母材の線膨張係数とほぼ一致し
た。

なお、樹脂層１５の摺動特性を向上させることを目的と
して、二硫化モリブデン、カーボングラファイトを球状
石英ガラスと併用した樹脂組成物の検討も行ったが、二
硫化モリブデンやカーボングラファイトが含まれると樹
脂組成物の強度が低下し、線膨張係数も大きくなるため
、実機における試験では短時間で樹脂層が割れ、剥離し
てしまった。

エポキシ樹脂に球形石英ガラスを７７ｗｔ％以上含有さ
せた前記の樹脂組成物は、高温における耐熱性があり、
耐油・耐フレオン性も優れている。

球状石英ガラスを配合することにより、該樹脂組成物の
機械的強度が向上し、耐摩耗性も向上する。これらを配
合してなる前記樹脂組成物のガラス転穆温度Ｔ、゛は１
８０℃、スクロール母材との接着力は２００　Ｋｇ／ｃ
ｍ２（室温）以上であり、成形収縮率が小さく、スクロ
ール圧縮機の使用温度である一２０℃〜１５０℃におい
て、■歯の寸法の経時変化がほとんどなく、■スクロー
ル母材１４との接着性がよくて剥離を生ずることはなく
、■耐摩耗性に優れ、■耐油・耐フレオン性に優れ、■
機械的強度が高い。従って、樹脂層１５の信頼性はきわ
めて高いものである。

以上は旋回スクロール部材１１について説明したもので
あるが、固定スクロール部材１８も、前記スクロール母
材１４と同様に成形したスクロール母材１９を、底板の
歯形成反対面を除いて、前記樹脂組成物によって被覆し
、樹脂層１５を形成してなるものである。

この固定スクロール部材１８と前記旋回スクロール部材
１１とを組合わせて（第３図）、これをスクロール圧縮
機に組込んで所定の過負荷試験を行ったところ、歯同士
がかじることはなく、精密機械加ニスクロール部材と同
程度の信頼性が得られた。また、この過負荷試験後、ス
クロール圧縮機を分解して旋回スクロール部材１１、固
定スクロール部材１８を点検したところ、樹脂層１５の
損傷や白化などの異常は全くみとめられなかった。

以上説明した実施例によれば、鋼の矩形状平板を渦巻形
状に巻回した歯１２を鋳鉄または鋼製の底板１３に固定
してなるスクロール母材１４゜１′９の表面に、エポキ
シ脂に無機充填フィラである球形石英ガラスを配合して
なる樹脂組成物を被覆して樹脂層１５を形成するように
したので、スクロール母材１４，１９の疲労強度が高く
、このスクロール母材１４，１９と樹脂層１５との接着
性がよく、μｍオーダの寸法精度を有し、耐油・耐フレ
オン性に優れ、且つ耐摩耗性に優れた、信頼性の高い旋
回スクロール部材１１、固定スクロール部材１８が得ら
れる。

また、従来の機械加工による精密切削されたスクロール
部材に比べて、加工時間、工程数が大幅に低減し、生産
性が向上する。

なお、樹脂層・１５用の樹脂組成物として、エポキシ樹
脂に球状石英ガラスを７７＋ｖｔ％以上配合したものを
述べたが、エポキシ樹脂の代りにポリアミノビスマレイ
ミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂を使用して
も同等の効果が得られるものである。

さらに、歯の外形形状として、テーパ角θ＝２°、Ｒ■
１ｍｍとしたが、本発明者らの研究によれば、テーパ角
は１°以上であれば離型性がよく、また、Ｒ＝０．５〜
２．０ｍｍであれば集中応力緩和の効果があり、成形性
もよい。

また、以上の実施例においては、スクロール母材を、底
板の歯形成反対面を除いて、樹脂組成物によって被覆し
たが、該歯形成反対面も被覆するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のスクロール部材において
は、スクロール母材は疲労強度が高く且つ機械加工を要
しない程の寸法精度を有しており、また、その被覆材で
ある樹脂組成物は、成形の際の流動性が良好で広面積に
亘る高い寸法精度の被覆を成し、更に、スクロール母材
の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有していてスクロール
母材との接着性が良好で剥離や割れの恐れが少く、しか
も耐摩耗性、耐熱性、耐油・耐フレオン性、機械的強度
も良好で、経時変化も少ない。このように本発明によれ
ば、機械加工を要しない優れた生産性と信頼性を併せ持
つスクロール圧縮機用のスクロール部材が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスクロール圧縮機用の
旋回スクロール部材め略示断面図、第２図は第１図にお
ける歯近傍の詳細を示す要部拡大断面図、第３図は同実
施例に係る旋回スクロール部材と固定スクロール部材と
の組合わせ状態を示す要部断面図、第４図は樹脂組成物
の石英ガラス含有量と流動性との関係を示す実験グラフ
、第５図は樹脂組成物の球形石英ガラス含有量と線膨張
係数との関係を示す実験グラフ、第６図は従来のスクロ
ール圧縮機の一例を示す要部略示断面図、第７図（ａ）
　”　（ｄ）はスクロール圧縮機の圧縮動作を説明する
ための断面図である。 １１・・・旋回スクロール部材 １２・・・歯　　　　　　　１３・・・底板１３ａ・・
・歯形成面　　　１３ｂ・・・歯形成反対面１３ｃ・・
・係合溝　　　　１４・・・スクロール母材１５・・・
樹脂層 １８・・・固定スクロール部材 １９・・・スクロール母材 第１図 す 第２図　　　第３図 Ｑ ３　杓 べ°＜　驚１１Ｓ　　ミ剰省室灼　、ミｒＯへ　　Ｓ−
？ 罎醜事き飯　− 〜　０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　金属製の矩形状平板を渦巻状に巻回して形成された渦
   巻状の歯を金属製の底板に固着してなるスクロール母材
   を、エポキシ樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂また
   はビスマレイミド・トリアジン樹脂に球状石英ガラスの
   フィラを７７重量％以上配合してなる樹脂組成物で被覆
   してなるスクロール圧縮機用のスクロール部材。