JPH05172066A - スクロール流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋回スクロールのボス部摺動面、およびそれ
と相対するシャフトのクランク部摺動面の耐摩耗性を向
上させ、初期摺動特性を改善すると共になじみ時間を短
縮する。 【構成】 固定スクロールのうず巻状のラップに、旋回
スクロールのうず巻状のラップをかみ合わせ、旋回スク
ロールの下端部に形成されるボス部とモータ機構のシャ
フトクランク部とを連結した状態で、旋回スクロールを
固定スクロールに対して旋回運動させるスクロール流体
圧縮機において、ボス部の摺動面がアルミニウム合金基
材の表面にジチオりん酸亜鉛を主成分とする極圧添加剤
を含浸させた陽極酸化層を形成されてなり、シャフトク
ランク部が鉄系金属基材で形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回スクロールの摺動
部表面を改良し初期摺動特性に優れたスクロール流体圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】室内あるいは車内の空気調和機、あるい
は冷蔵庫などには、冷風あるいは温風を送り出すため
に、冷媒圧縮機が使用されている。この冷媒圧縮機の中
でも、スクロール流体圧縮機は近年注目され用途が拡大
すると共に、その初期摺動特性の向上が要求されてい
る。

【０００３】以下図１を参照してスクロール流体圧縮機
の構造を説明する。

【０００４】密閉容器１の内部はフレーム２により連通
した２つの空間に分けられる。

【０００５】フレーム２の中央部には円形の開口２ａが
あり、この開口に接触するようにシャフト３が支えられ
ている。シャフト３には密閉容器１の底部に貯えられて
いる潤滑油を圧縮機構部にくみ上げるための遠心ポンプ
３ａが設けられている。

【０００６】旋回スクロール４は、アルミニウム合金
（ＡＣ８Ｃ）を用いて作製され、鏡板４ａとその表面に
直立するインボリュート曲線のラップ４ｂと鏡板４ａの
裏面に直立するボス部４ｃより構成されている。さら
に、鏡板４ａの裏面の一部がフレーム２と旋回スクロー
ル４の間に設けられたスラストリング２ｂに支持され、
ボス部４ｃがシャフト３のクランク部３ｂと連結してい
る。

【０００７】固定スクロール５は、鋳鉄（ＦＣ２５０）
を用いて作製され、鏡板５ａと鏡板５ａの表面に直立す
るインボリュート曲線のラップ５ｂより構成されてい
る。さらに、鏡板５ａの裏面は、フレーム２の外周突起
部２ｃと接触して固定されている。

【０００８】旋回スクロール４のラップ４ｂと固定スク
ロール５のラップ５ｂとは、お互いにかみ合っている。

【０００９】旋回スクロール４とフレーム２との間に
は、旋回スクロール４の旋回運動中の自転を防止するた
めのオルダムリング６が旋回スクロール４とフレーム２
にかみ合って設けられており、オルダムキー（図示せ
ず）が鏡板４ａ裏面に設けられたキー溝４ｄの中を運動
するようになっている。

【００１０】フレーム２の側面には吸込孔があり、吸込
パイプ７が取付けられている。

【００１１】シャフト３の下部にはロータ８が取付けら
れており、ロータ８の外周部にはステータ９が密閉容器
１内に圧入されモータ機構を構成している。そして密閉
容器１の側面には吐出パイプ１０が取付けられている。

【００１２】スクロール流体圧縮機が運転を開始する
と、ロータ８の回転により主軸３が回転を始め、旋回ス
クロール４が旋回運動を始める。

【００１３】吸込パイプ７より圧縮機構部に入った冷媒
は、圧縮され固定スクロール５の中央開口部（図示せ
ず）より密閉容器１内に吐出され、その一部は、図示し
ない連通管によりスラストリング２ｂの内周面と鏡板４
ａの裏面との間にしきられた空間に導かれ、スラストリ
ング２ｂの内周面と外周面との差圧により、旋回スクロ
ールに働くスラスト力を制御し、旋回スクロール４が泳
動するのを防止している。そして密閉容器１内に吐出さ
れた冷媒は、吐出パイプ１０より密閉容器１の外に出
る。密閉容器１の底部に貯えられている潤滑油は、主軸
３内の遠心ポンプにより汲み上げられ、圧縮機構部摺動
面の潤滑をする。

【００１４】このようなスクロール流体圧縮機の旋回ス
クロールボス部には以下の摩耗が発生する。

【００１５】フレーム２に支持されたシャフト３は、ロ
ータ８の回転に伴って僅かながら偏心して回転するた
め、シャフトのクランク部３ｂに連結された旋回スクロ
ール４のボス部４ｃは、僅かながら傾いた状態でクラン
ク部３ｂ内面を摺動する。

【００１６】このため、特に稼働時はクランク部３ｂ内
面に極圧（大荷重）が発生しやすく、摺動面の塑性的変
形や潤滑油の破断が発生して金属接触を起こし、ボス部
４ｃとクランク部３ｂの内面がともに摩耗する。そして
摩耗が進行すると摺動面において、カジリ（焼付き）現
象が発生し旋回スクロールが回転不能となる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スクロール流体圧縮機においては、固定スクロールのう
ず巻状のラップと、旋回スクロールのうず巻状のラップ
とのかみ合わせ摺動部分の耐摩耗性の向上が主に課題と
されてきた。その後、ボス部摺動面の耐摩耗性の向上が
スクロール流体圧縮機の初期摺動特性およびなじみ時間
の短縮を図るうえで極めて重要であることがわかった。

【００１８】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、旋回スクロールのボス部摺動面、お
よびそれと相対するシャフトのクランク部摺動面の耐摩
耗性を向上させ、初期摺動特性を改善すると共になじみ
時間の短縮を図ることのできるスクロール流体圧縮機を
提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によるスクロール
流体圧縮機は、固定スクロールのうず巻状のラップに、
旋回スクロールのうず巻状のラップをかみ合わせ、旋回
スクロールの下端部に形成されるボス部とシャフトクラ
ンク部を連結した状態で、旋回スクロールを固定スクロ
ールに対して旋回運動させるスクロール流体圧縮機にお
いて、ボス部の摺動面がアルミニウム合金基材の表面に
ジチオりん酸亜鉛（以下、ＺＤＴＰと称する。）を主成
分とする極圧添加剤を含浸させた陽極酸化層より形成さ
れてなり、モータ機構のシャフトクランク部が鉄系金属
基材で形成されてなることを特徴とする。

【００２０】本発明に係わるボス部の摺動面の最下層を
形成するアルミニウム合金基材は、通常圧縮機の摺動部
品に用いられるアルミニウム合金材料であれば特に制限
がなく、例えば、ＪＩＳ規格で定められているＡＣ８
Ａ，ＡＣ８Ｃなどが挙げられる。アルミニウム合金基材
の表面に形成される陽極酸化層は、通常圧縮機の摺動部
品に用いられる陽極酸化法で形成されたものであれば特
に制限がなく、電解液として硫酸を使用する硫酸法、シ
ュウ酸を使用するシュウ酸法などが挙げられる。陽極酸
化層の厚さはアルミニウム合金基材の種類や陽極酸化処
理条件によって異なるが、本発明においては、 1μｍ〜
80μｍの範囲にあることが好ましい。特に好ましい範囲
は 5μｍ〜50μｍである。

【００２１】アルミニウム合金基材の陽極酸化層に含浸
させるＺＤＴＰを主成分とする極圧添加剤は、通常冷凍
機油の極圧添加剤として使用されているものである。ま
た含浸方法は陽極酸化層をＺＤＴＰを主成分とする極圧
添加剤の溶液に浸漬させるか、陽極酸化層に直接塗布す
る方法等があり、特に制限がない。

【００２２】本発明に係わるモータ機構のシャフトクラ
ンク部の鉄系金属基材は、通常圧縮機の摺動部品に用い
られる鉄系金属材料であれば特に制限がなく、例えば、
炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、焼結合金、ステンレス鋼などが
挙げられる。

【００２３】

【作用】一般にアルミニウム合金基材表面は、バリヤー
層と呼ばれる薄くて緻密な自然酸化物層で覆われている
が、摺動の厳しい条件下では容易に破壊されてしまい、
摩耗を防止するほどの効果はない。しかし、硫酸やシュ
ウ酸などの水溶液中でアルミニウム合金基材表面に強い
電場を与えることにより、ポーラス層と呼ばれる硬くて
多孔質な層をバリヤー層の上に生成させることができ
る。これらバリヤー層とポーラス層を含めて陽極酸化層
と呼ぶが、この陽極酸化層は厚さ10μｍ以上にも達し、
耐摩耗性、耐蝕性、耐熱性に優れる。また最表層である
ポーラス層は、多孔質で表面積が大きく活性であるた
め、潤滑油等を容易に吸着し、その保持性が高い。

【００２４】ところで、ＺＤＴＰなどの極圧添加剤は、
摩耗防止剤として冷凍機油などに添加されるが、その働
きは、金属どうしの接触などで発生する高い熱により金
属面と反応し、金属無機化合物の被膜を速やかに生成し
て焼付きや摩耗を防ぐというものである。

【００２５】そこで、この極圧添加剤をアルミニウム合
金基材の陽極酸化層表面に含浸させるなどして保持させ
れば、長期にわたって高い摩耗防止効果を得ることがで
きる。

【００２６】以上のような表面処理を施した摺動部材
は、摺動面において下記のような作用を発揮する。

【００２７】第１に、摺動面への極圧（大荷重）負荷時
は、その硬質な陽極酸化層の存在による部品表面の耐力
向上により、相対する双方の摺動部材の塑性的変形が防
止される。

【００２８】第２に、極圧（大荷重）のかかる部分で潤
滑油膜が破断して金属どうしの接触を起こした場合、局
部的金属凝着に伴う発熱により、陽極酸化層に含浸され
た極圧添加剤が金属面と反応し、金属無機化合物の被膜
を速やかに生成して焼付きや摩耗を防止する。

【００２９】また、この摺動部材は、アルミニウム合金
金属基材上に基材表面部を酸化した陽極酸化層と、この
陽極酸化層表面に含浸させた極圧添加剤から構成されて
いるため、表面酸化層とアルミニウム合金金属基材の界
面の密着性に優れ、クラックやハクリが発生するなどの
問題がない。

【００３０】このような摺動部材を、スクロール流体圧
縮機において、旋回スクロールの少なくともボス部に用
いることにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させること
ができる。したがって前記スクロール流体圧縮機の初期
摺動特性の向上およびなじみ時間の短縮をはかることが
できる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００３２】本発明に係わるボス部の断面図を図２に示
す。

【００３３】図２において、アルミニウム合金金属基材
１１の表面には陽極酸化層１２が形成され、この陽極酸
化層１２にＺＤＴＰを主成分とする極圧添加剤１３が含
浸されている。

【００３４】次に、図３に示すような装置を用いて、本
発明に係わるボス部の耐焼付性、動摩擦係数を評価し
た。この装置は、本発明に係わるボス部と同じ材質のピ
ン１４を鋳鉄（ＦＣ２５０）製ディスク１５に対向させ
て、ピン１４を回転させて所定の摺動速度に設定しなが
らディスク１５の後方から圧力発生装置により荷重を発
生させて摺動するような構造を有する。この荷重値を連
続的に変化させ、このときの動摩擦係数の変化と焼付を
発生する荷重値を調べる装置である。

【００３５】耐焼付性試験では、摺動速度を 4m/s 一
定、荷重上昇速度を10kgf/cm² /2min.として、最大荷重
350kgf/cm² の設定条件で、荷重と動摩擦係数の関係お
よび焼付荷重値を調べた。この試験条件は、摺動速度の
高速化により、潤滑油膜の破断を促進させるための条件
である。

【００３６】なお特性の比較を行うため、ピン１４の材
料として、アルミニウム合金（ＡＣ８Ｃ）製ピンを比較
例１、アルミニウム合金（ＡＣ８Ｃ）に陽極酸化処理の
みを行ったピンを比較例２として用いた。

【００３７】耐焼付性、動摩擦係数の評価結果を図４に
示す。この図４においては、荷重を上昇させても摩擦力
が増加せず、かつ焼付を発生しない特性を示す右下の領
域にあるほど摺動部材として良好な特性を有するもので
ある。

【００３８】図４からわかるように比較例の材料は、比
較例１で60kgf/cm² ，比較例２で80kgf/cm² で焼付を発
生し、耐焼付性に劣ることが認められた。一方、実施例
では、比較例に比して動摩擦係数が全荷重範囲で小さ
く、かつ焼付荷重値も比較例１に比しても 2倍に向上す
る。

【００３９】さらに、同装置を用いて、70kgf/cm² の一
定荷重条件下での摩耗試験においても実施例は比較例１
に比して、摩耗量が20％以下と良好な耐摩耗性を示し、
実施例の摺動部材が耐摩耗性向上に寄与することが明ら
かになった。

【００４０】さらに、実施例および比較例１それぞれの
摺動部材を図１に示すスクロール流体圧縮機の旋回スク
ロールボス部４ｃに適用し、図１に示すスクロール流体
圧縮機を組み立て、冷媒としてHCFC22および冷凍機油と
して鉱油を用いて実機試験を行った。周波数をパラメー
タとして測定したスクロール流体圧縮機の入力損失と荷
重の関係を図５に示す。図５に示すように、実施例は比
較例１に比して全ての周波数に対して入力損失が小さ
く、良好な摺動特性を示すことがわかる。またその後、
荷重を上昇させてもモータ入力値は上昇することなく、
ある一定値で安定し、なじみ時間の短縮が図れることが
認められた。

【００４１】なお、本実施例では、旋回スクロールのボ
ス部表面を改質した例を示したが、他の摺動部品にも応
用することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明のスクロール流体圧縮機は、ボス
部の摺動面がアルミニウム合金基材の表面にＺＤＴＰを
主成分とする極圧添加剤を含浸させた陽極酸化層を形成
されてなり、シャフトクランク部が鉄系金属基材で形成
されてなるので、摺動部品の初期摺動特性が向上し、な
じみ時間の早いスクロール流体圧縮機が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクロール流体圧縮機の断面図である。

【図２】本発明に係わるボス部の断面図である。

【図３】摩擦摩耗試験機の概要図である。

【図４】耐焼付性、動摩擦係数の評価結果を示す特性図
である。

【図５】本発明によるスクロール流体圧縮機の入力損失
と荷重の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１………密閉容器、２………フレーム、２ｂ………スラ
ストリング、２ｃ………外周突起部、３………シャフ
ト、３ａ………遠心ポンプ、３ｂ………クランク部、４
………旋回スクロール、４ａ………鏡板、４ｂ………ラ
ップ、４ｃ………ボス部、４ｄ………キー溝、５………
固定スクロール、５ａ………鏡板、５ｂ………ラップ、
６………オルダムリング、７………吸込パイプ、８……
…ロータ、９………ステータ、１０………吐出パイプ、
１１………アルミニウム合金金属基材、１２………陽極
酸化層、１３………極圧添加剤、１４………ピン、１５
………ディスク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定スクロールのうず巻状のラップに、
   旋回スクロールのうず巻状のラップをかみ合わせ、前記
   旋回スクロールの下端部に形成されるボス部とモータ機
   構のシャフトクランク部とを連結した状態で、前記旋回
   スクロールを前記固定スクロールに対して旋回運動させ
   るスクロール流体圧縮機において、前記ボス部の摺動面
   がアルミニウム合金基材の表面にジチオりん酸亜鉛を主
   成分とする極圧添加剤を含浸させた陽極酸化層より形成
   されてなり、前記シャフトクランク部が鉄系金属基材よ
   り形成されてなることを特徴とするスクロール流体圧縮
   機。