JPH1150802A

JPH1150802A - 容積型流体機械及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1150802A
Application number: JP21036997A
Authority: JP
Inventors: 雄二 ▲吉▼冨; Yuji Yoshitomi; Tsutomu Nozaki; 務野崎; Kiju Endo; 喜重遠藤; Hirokatsu Kosokabe; 弘勝香曽我部; Koichi Inaba; 恒一稲場; Nobuo Abe; 信雄阿部; Yukio Maeda; 幸男前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の容積型流体機械のディスプレーサおよび
シリンダは、鋳造、鍛造等で成形するため、成形後２〜
３工程の機械加工仕上げが必要となるため、量産には適
していないという課題があった。【解決手段】上記課題は、容積型流体機械のディスプレ
ーサおよび／またはシリンダを鉄系粉末冶金で成形する
ことで解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポンプ、圧
縮機、膨張機等に係り、特に容積形流体機械及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】容積形の流体機械の一つに、端板上に直
立した渦巻状のラップを有する一対の固定スクロール及
び旋回スクロールを噛み合わせ、旋回スクロールを旋回
運動させることにより作動流体を移動させるスクロール
式流体機械がある。そして、このスクロール式圧縮機の
主要部材である固定及び旋回スクロールは、特開平５−
７９４７８号公報に記載のように鋳造による鋳鉄で成形
されており、特開昭５９−１３５４１号公報に記載の冷
間鍛造法及び特開昭６４−５４８０６号公報に記載の熱
間鍛造法が一般的に用いられている。

【０００３】一方、固定及び旋回スクロールの成形に粉
末冶金法を適用した例として、特開平５−１１３１８１
号公報に記載のように旋回スクロールを２０重量％〜３
０重量％のシリコンを含むアルミニウム粉末を用いて粉
末冶金法で成形する方法、特開平２−１９７５０６号公
報に記載のように渦巻き状のラップの頂上近傍部にアル
ミニウム系材料中に固体潤滑剤を分散させた混合粉末を
用い、アルミニウム系材料からなるスクロール本体とと
もに一体で粉末冶金法により成形する方法、特開昭６４
−１２０９０号公報に記載のようにスクロールラップな
どを焼結する際に成形用のグラファイト型を誘導加熱又
は通電加熱して放電焼結する方法などが考案されてい
る。さらに、特開昭６４−３７９号公報及び特開平５−
３３２２７０号公報に記載のように熱硬化性及び熱可塑
性樹脂で射出成形されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】固定及び旋回スクロー
ルを鋳造で成形した場合、砂型鋳物などでは冷却速度と
の関係で表面にチル層が生じる。このため、成形後、荒
加工−中仕上げ−上仕上げの３工程の機械加工（精度約
５μｍ）で製品寸法に仕上げなければならない問題があ
った。同様に金型を用いて成形する冷間及び熱間鍛造法
においても、金型の加工精度、成形条件の変動要因から
成形精度は０．３〜０．５ｍｍで、２〜３工程の機械加
工仕上げが必要であった。

【０００５】固定及び旋回スクロールをアルミニウム系
粉末材料を用いて粉末冶金法で成形した場合、渦巻状の
ラップと円板状の鏡板が組み合わされたスクロール部材
では、焼結よる鏡板の膨張・収縮がラップの寸法変化に
大きく影響し、ラップ部分が倒れ、後工程として必ず荒
加工−中仕上げ−上仕上げの３工程の機械加工が必要で
あった。

【０００６】さらに、熱硬化性及び熱可塑性樹脂の射出
成形で一体成形する方法では、成形精度が０．２〜０．
３ｍｍであり、このままスクロール部材として用いるこ
とはできず、切削性が悪いので機械加工で仕上げるのも
困難である。

【０００７】以上述べたように、いずれの従来技術で部
材を成形しても成形後の機械加工代が大きくなり、加工
時間が長いことなどの理由から製造コストが高価になる
問題があった。また、部材の機械加工時間が長くなる
と、加工機の占有時間が長くなり、量産品のスクロール
を生産する場合には、膨大な台数の加工機が必要とな
り、設備投資が多大になる問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決した容積型流体機械およびその製造方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本願発明は、端板間にディスプレーサとシリンダと
を配置し、回転軸の回転中心にディスプレーサ中心を合
わせたときシリンダ内壁面及びディスプレーサ外壁面に
より１つの空間が形成され、ディスプレーサ及びシリン
ダとの位置関係を旋回位置においたときは複数の空間が
形成される容積型流体機械において、次の構成を備えた
ことを特徴とする。

【００１０】（１）ディスプレーサを鉄系粉末冶金で成
形すること。このようにすれば、粉末冶金はその密度を
任意に調整できるため、ディスプレーサの密度を必要に
応じた密度に成形することができる。

【００１１】従来この部材には鋳鉄(FC250)が用いられ
るが鋳鉄の密度が７.３g/cm³なので、例えばディスプレ
ーサをＦｅ−Ｃｕ−Ｃの混合粉末で成形したものは従来
の鋳鉄製のものに較べて１０〜１５％の軽量化が図れ
る。そのため、旋回ピストンを駆動するモータの動力が
１０〜１５％低減できる。また、鉄系粉末冶金はアルミ
ニウム系粉末材料と異なり焼結よる膨張・収縮の寸法変
化が少ないため、最小限の仕上げ加工で製品形状が形成
できる。さらに、粉末冶金で形成した旋回ピストンの表
面には微細な凹凸が形成されるため、この微細な凹凸が
油保持機能を発揮し摺動性能が大幅に向上する。

【００１２】（２）ディスプレーサの線膨張係数をシリ
ンダの線膨張係数よりも大きくすること。このようにす
れば、ディスプレーサとシリンダとの相対すき間は運転
時の熱膨張の関係から初期段階では大きく取れるので組
み立てを容易に行うことができる。また、運転時に温度
が上昇すると、旋回ピストンの熱膨張がシリンダに比べ
て大きいので相対すき間が小さくなり、流体機械の性能
を向上させることができる。

【００１３】（３）ディスプレーサの外周壁にディスプ
レーサの下面側から上面側に向かって広がるような傾斜
を設け、シリンダの内周壁にはディスプレーサの外周壁
の傾斜に沿う方向の傾斜を設けること。このようにすれ
ば、作動ガス圧の軸方向分力によって旋回ピストンが浮
上し、副軸受側と主軸側のすき間のバランスとれるた
め、旋回ピストンが自重により副軸受側に沈み込むこと
により生じる主軸受側のすき間が防止でき、すき間から
の作動ガスの漏れによる性能が低下できる。

【００１４】（４）ディスプレーサのシリンダとの摺動
面にはディスプレーサの素材が露出した領域とディスプ
レーサの素材よりも軟質な被膜が形成された領域とを存
在させること。すなわち、ディスプレーサのシリンダと
の摺動面のうち、シリンダとの接触圧力が高い部分のみ
を仕上げ加工し、他の部分をディスプレーサの素材より
も軟質な被膜で構成することにより最小限の仕上げ加工
で容積型流体機械が製作できる。

【００１５】上記の目的を達成するため、本願発明の容
積型流体機械の製造方法は、端板間にディスプレーサと
シリンダとを配置し、回転軸の回転中心にディスプレー
サ中心を合わせたときシリンダ内壁面及びディスプレー
サ外壁面により１つの空間が形成され、ディスプレーサ
及びシリンダとの位置関係を旋回位置においたときは複
数の空間が形成される容積型流体機械の製造方法におい
て、次の工程を有することを特徴とする。

【００１６】（５）軸受穴および貫通穴を基準としてデ
ィスプレーサの素形材の外形を製品形状に仕上げ加工す
る工程。これによれば、ディスプレーサの素形材形成時
に形成した軸受穴および貫通穴を加工治具への取付けの
位置決め基準としているため、正確な位置決めが可能に
なるとともに、切削・研削加工時の変形等も防止され、
輪郭形状の寸法精度を向上させることができる。

【００１７】（６）ディスプレーサの素形材を仕上げ用
の型に入れ軸受および貫通穴を基準としてディスプレー
サの素形材を加圧することにより旋回ピストンを製品形
状に仕上げる工程。これによれば、ディスプレーサの外
周壁を機械加工をすることなく仕上げることができるの
で、短時間で、かつ高精度に成形することができる。

【００１８】（７）ディスプレーサの外周壁摺動面にデ
ィスプレーサの素形材よりも軟質な被膜を形成する工程
および被膜が形成されたディスプレーサを製品形状に仕
上げ加工する工程。これによれば、ディスプレーサのシ
リンダとの摺動面のうち、シリンダとの接触圧力が高い
部分のみを仕上げ加工し、他の部分をディスプレーサの
素材よりも軟質な被膜で構成することにより最小限の仕
上げ加工で容積型流体機械が製作できる。

【００１９】（８）ディスプレーサの外周壁摺動面にデ
ィスプレーサの素形材よりも軟質な被膜を形成する工程
およびディスプレーサとシリンダを摺動させて被膜をす
り合わせ加工してディスプレーサを製品形状に仕上げる
工程。これによれば、すり合わせ加工により余分な皮膜
が削れるため、結果として最良の形状となり、ディスプ
レーサとシリンダが接触することなく、また、大きな漏
れ損失を発生することなくなめらかに摺動することがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の特徴は以下
の実施形態によりさらに明確になる。以下、本発明の一
実施の形態を図を用いて説明する。まず、本発明に係る
旋回形流体機械の構造を図１乃至図３を用いて説明す
る。図１(a)は本発明に係る容積型流体機械を圧縮機と
して用いた場合における密閉型圧縮機の縦断面図（(b)
のA-A断面図）、(b)は(a)のB-B断面図、図２容積型圧縮
要素の作動原理図、図３は本発明に係る容積型流体機械
を圧縮機として用いた場合における密閉型圧縮機の縦断
面図である。

【００２１】図１において、密閉容器３内には、本発明
に係る容積型圧縮要素１及びこれを駆動する電動要素２
（図示なし）が収納されている。容積型圧縮要素１の詳
細を説明する。図１(b)には同一輪郭形状が３組組み合
わされた３条ラップが示されている。シリンダ４の内周
形状は、いちょうの葉のような形状をした中空部が１２
０°（中心ｏ’）毎に同一の形状が表れるように形成さ
れている。この個々のいちょうの葉状をした中空部の端
部には、内方に向かって突出する複数（この場合は３条
ラップであるので３つ存在する）の略円弧形状のベ−ン
４ｂを有する。旋回ピストン５は、このシリンダ４の内
側に配設されシリンダ４の内周壁４ａ（ベーン４ｂより
も曲率が大きい部分）及びベ−ン４ｂと噛み合うように
構成されている。尚、シリンダ４の中心ｏ’と旋回ピス
トン５の中心ｏを一致させると、両者の輪郭形状の間に
は基本形状として一定幅の隙間が形成される。

【００２２】次に、容積型圧縮要素１の作動原理を図１
及び図２により説明する。記号ｏはデイスプレ−サであ
る旋回ピストン５の中心、記号ｏ’はシリンダ４（ある
いは駆動軸６）の中心である。記号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆはシリンダ４の内周壁４ａ及びベ−ン４ｂと旋回
ピストン５の噛み合いの接点を表す。ここで、シリンダ
４の内周輪郭形状をみると、同じ曲線の組合せが３箇所
連続して滑らかに接続されている。このうちの１箇所に
着目すると、内周壁４ａ、ベ−ン４ｂを形作る曲線を、
厚みのある一つの渦曲線（ベーン４ｂの先端を渦の巻始
めと考える）とみることができ、その内壁曲線（ｇ−
ａ）は巻き角がほぼ３６０°（設計上は３６０°である
が製造誤差のため丁度その値にはならないという意味で
ある。以下、同様。尚、この巻角については詳細を後述
する）の渦曲線で、外壁曲線（ｇ−ｂ）は巻き角がほぼ
３６０°の渦曲線である。そして、上記１箇所の内周輪
郭形状は、内壁曲線及び外壁曲線から形成されている。
これら２つの曲線円周上にほぼ等ピッチ（３条ラップで
あるので１２０°）に配設し、隣合う渦巻体の外壁曲線
と内壁曲線とは円弧等の滑らかな接続曲線（ｂ−ｂ’）
で結ぶことによって、シリンダ４の内周輪郭形状が構成
されている。旋回ピストン５の外周輪郭形状も上記シリ
ンダ４と同じ原理で構成されている。

【００２３】なお、３つの曲線からなる渦巻体を円周上
にほぼ等ピッチ（１２０°）に配設するとしたが、これ
は後述する圧縮動作に伴う荷重を均等に分散させる目的
と製造のし易さを配慮したためで、特に、これらのこと
が問題にならない場合は、不等ピッチでもよい。

【００２４】さて、このように構成されたシリンダ４と
旋回ピストン５による圧縮動作を図２を用いて説明す
る。７ａは吸入ポートであり、８ａは吐出ポートであ
り、夫々３か所に設けられている。駆動軸６を回転させ
ることにより、旋回ピストン５が固定側であるシリンダ
４の中心ｏ’の周りを自転することなしに旋回半径ε
（＝ｏｏ’）で公転運動し、旋回ピストン５の中心ｏ周
りに複数の作動室１５（シリンダ内周輪郭（内壁）とピ
ストン外周輪郭（側壁）とにより囲まれて密閉された複
数の空間のうち、吸入が終了し圧縮（吐出）行程となっ
ている空間をいう。すなわち吸入終了から吐出終了まで
の期間となっている空間。前述の巻角が３６０゜の場合
に限ると、圧縮終了時点ではこの空間は無くなるが、そ
の瞬間に吸入も終了するのでこの空間を１つと勘定す
る。但し、ポンプとして用いる場合は、吐出ポートを介
して外部と連通している空間をいう）が形成される（本
実施の形態では常時３個の作動室）。接点ａと接点ｂで
囲まれハッチングが施された１つの作動室（吸入終了時
点では２つに別れているが、圧縮行程が開始されると直
ぐにこの２つの作動室はつながって１つになる）に着目
して説明する。図２（１）が吸入ポ−ト７ａからこの作
動室への作動ガスの吸入が終了した状態である。この状
態から９０°駆動軸６が回転した状態が図２（２）で、
回転が進み最初から１８０°回転した状態が図２（３）
で、さらに回転が進み最初から２７０°回転した状態が
図２（４）である。図２（４）から９０°回転すると最
初の図２（１）の状態に戻る。これより、回転が進むに
従って作動室１５はその容積を縮少し、吐出ポ−ト８ａ
は吐出弁９（図１に示す）で閉じられているため作動流
体の圧縮作用が行われることになる。そして、作動室１
５内の圧力が外部の吐出圧力よりも高くなると圧力差で
吐出弁９が自動的に開き、圧縮された作動ガスは吐出ポ
−ト８ａを通って吐き出される。吸入終了（圧縮開始）
から、吐出終了までの軸回転角は３６０°で、圧縮、吐
出の各行程が実施されている間に次の吸入行程が準備さ
れており、吐出終了時が次の圧縮開始となる。例えば、
接点ａとｄによって形成される空間に着目すると、図２
（１）の段階で既に吸入ポート７ａから吸入が開始され
ており、回転が進むにつれてその容積が増し、図２
（４）の状態になると、この空間は分断される。この分
断された量に相当する流体は接点ｂとｅによって形成さ
れる空間から補われる。

【００２５】詳述する。図２（１）の状態の接点ａとｂ
とにより形成された作動室に着目すると、隣の接点ａと
ｄによって形成された空間は吸入が始まっており、この
中の流体が軸回転角３６０°後に接点ａとｂによって形
成される空間によって圧縮される筈であるが、この空間
は、一旦図２（３）に示されるように広がった後、図２
（４）になると分断されてしまうので、接点ａとｄによ
って形成された空間の全ての流体が接点ａとｂによって
形成される空間で圧縮される訳ではない。分断されて接
点ａとｄによって形成された空間に取り込まれなかった
流体体積と同量の流体は、図２（４）において吸入過程
にある接点ｂとｅによって形成される空間が、図２
（１）に示されるように分断されて、吐出ポート付近の
接点ｅと接点ｂとにより形成される空間に流入している
流体によって充当される。これは、前述したように、不
均等ピッチで配置したのではなく均等ピッチで配置した
ことによる。即ち、旋回ピストンおよびシリンダの形状
が同一輪郭形状の繰返しにより形成されているため、い
ずれの作動室も異なる空間から流体を得てもほぼ同量の
流体を圧縮することができるのである。なお、不均等ピ
ッチであっても各空間に形成される容積が等しくなるよ
うに加工を施すことは可能であるが製作性が悪い。前出
のいずれの従来技術においても吸込過程にある空間が閉
じられてそのまま圧縮され吐出されるのに対して、この
ように作動室に隣合う吸入過程にある空間が分断されて
圧縮動作を行うことは本実施形態の特徴の一つでであ
る。

【００２６】以上説明したように、連続的な圧縮動作と
なる作動室が旋回ピストン５の中心部に位置する駆動軸
受５ａの周りにほぼ等ピッチで分散して配設され、各作
動室は各々位相がずれて圧縮が行われる。すなわち、一
つの空間に着目すると吸入から吐出までは軸回転角で３
６０°ではあるが、本実施形態の場合３個の作動室が形
成され、これらが１２０°ずれた位相で吐出をするの
で、圧縮機として軸回転角で３６０°間に３回冷媒を吐
出することになる。このように冷媒の吐出脈動を小さく
し得る点がレシプロ式、ロータリ式及びスクロール式に
ない点である。

【００２７】さて、圧縮動作を終了した瞬間の空間（接
点ａとｂによって囲まれた空間）を一つの空間として見
做すと、本実施形態の如く巻角が３６０゜の場合、いず
れの圧縮機動作状態においても、吸入行程となっている
空間と圧縮行程となっている空間とが交互になるように
設計されており、このため、圧縮行程が終了した瞬間直
ちに次の圧縮行程に移行することができ、滑らかで連続
的に流体を圧縮することができる。

【００２８】次に、このような形状をした容積型圧縮要
素１を組み込んだ圧縮機を図１及び図３を用いて説明す
る。図３において、容積型圧縮要素１は、上記詳述した
シリンダ４及び旋回ピストン５に加えて、旋回ピストン
５の中心部の軸受にクランク部６ａが嵌合して旋回ピス
トン５を駆動する駆動軸６、前記シリンダ４の両端開口
部を閉塞する端板と駆動軸６を軸支する軸受を兼ねた主
軸受７と副軸受８、前記主軸受７の端板に形成された吸
入ポ−ト７ａ、前記副軸受８の端板に形成された吐出ポ
−ト８ａ、この吐出ポ−ト８ａを開閉するリ−ド弁形式
（差圧で開閉する）の吐出弁９を有する。５ｂは旋回ピ
ストン５に形成された貫通穴である。また、１０は主軸
受７に取り付けられた吸入カバ−、１１は副軸受８に一
体的に吐出室８ｂを形成するための吐出カバ−である。

【００２９】電動要素２は、固定子２ａと回転子２ｂか
らなり、回転子２ｂは駆動軸６の一端に焼き嵌め等で固
定されている。この電動要素２は、電動機効率向上のた
め、ブラシレスモータで構成され、３相インバータによ
り駆動制御される。ただし、他の電動機形式、例えば、
直流電動機や誘導電動機でも差し支えない。

【００３０】１２は密閉容器３の底部に溜められた潤滑
油で、この中に駆動軸６の下端部が浸かっている。１３
は吸入パイプ、１４は吐出パイプ、１５はシリンダ４の
内周壁４ａ及びベ−ン４ｂと旋回ピストン５の噛み合い
によって形成される前述した作動室である。また、吐出
室８ｂはＯリング等のシ−ル部材１６により密閉容器３
内の圧力と区画されている。

【００３１】作動ガス（冷媒）の流れを図１により説明
する。図中に矢印で示すように、吸入パイプ１３を通っ
て密閉容器３に入った作動ガスは、主軸受７に取り付け
られた吸入カバ−１０内に入り吸入ポ−ト７ａを通って
容積型圧縮要素１に入り、ここで駆動軸６の回転によっ
て旋回ピストン５が旋回運動を行い作動室の容積が縮少
することにより圧縮される。圧縮された作動ガスは、副
軸受８の端板に形成された吐出ポ−ト８ａを通り吐出弁
９を押し上げて吐出室８ｂ内に入り、吐出パイプ１４を
通って外部に流出する。尚、吸入パイプ１３と吸入カバ
ー１０との間に隙間が形成されている理由は、作動ガス
を電動機要素２内にも流通させることによって電動機要
素を冷却するためである。

【００３２】ここで、本発明の容積型圧縮要素１を構成
する主要部品である旋回ピストン５及びシリンダ４の輪
郭形状の構成方法を図４乃至図６を用いて説明する（３
条ラップの場合を例にあげる）。図４（ａ）（ｂ）は、
一例として平面形状が円弧の組合せにより構成された旋
回ピストンの形状の一例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。図５（ａ）（ｂ）は、図４に示した旋回
ピストンの対となって噛み合うシリンダ形状の一例で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図６
は、図４に示した旋回ピストンの中心ｏと図５示したシ
リンダの中心ｏ’とを重ねて描いた図である（一組部
分）。

【００３３】図４（ａ）において、旋回ピストンの平面
形状は中心ｏ（正三角形ＩＪＫの図心）の周りに同一の
輪郭形状が３箇所連続して接続されている。その輪郭形
状は、半径Ｒ１から半径Ｒ７までの全部で７つの円弧で
形成されており、点ｐ，ｑ，ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗは
夫々異なる半径の円弧の接点である。曲線ｐｑは、正三
角形の一辺ＩＪ上に中心を持つ半径Ｒ１の半径、ここ
で、点ｐは頂点ＩよりＲ７の距離にある。曲線ｑｒは辺
ＩＪに中心を持つ半径Ｒ２の半円、曲線ｒｓは辺ＩＪ上
に中心を持つ半径Ｒ３の半円、曲線ｓｔは同様に辺ＩＪ
上に中心を持つ半径Ｒ４（＝２・Ｒ３＋Ｒ２）の円弧で
ある。曲線ｔｕは接点ｔと半径Ｒ２の中心を結ぶ直線の
延長線上に中心を持つ半径Ｒ５の円弧、曲線ｕｖは図心
ｏを中心とする半径Ｒ６の円弧、曲線ｖｗは頂点Ｊを中
心とする半径Ｒ７の円弧である。尚、半径Ｒ４，Ｒ５，
Ｒ６の夫々の円弧の角度は接点において滑らかに接続す
る（接点での接線の傾きが同一）という条件により決め
られる。点ｐから点ｗに至る輪郭形状を図心ｏを中心に
反時計周りに１２０°回転させると点ｗに点ｐが重な
り、さらに１２０°回転させると全周の輪郭形状が完成
する。これにより旋回ピストンの平面形状（厚みｈ）が
得られる。

【００３４】旋回ピストンの平面形状が決まると、この
旋回ピストンが旋回半径εで旋回運動したときにこれに
噛み合うシリンダの輪郭形状は、図６に示されるように
旋回ピストンの輪郭形状を構成する曲線の外側の法線距
離がεのオフセット曲線となる。

【００３５】図５によりシリンダの輪郭形状を説明す
る。三角形ＩＪＫは図４と同一の正三角形である。輪郭
形状は、旋回ピストンと同様に全部で７つの円弧で形成
されており、点ｐ’，ｑ’，ｒ’，ｓ’，ｔ’，ｕ’，
ｖ’，ｗ’は夫々異なる半径の円弧の接点である。曲線
ｐ’ｑ’は、正三角形の一辺ＩＪ上に中心を持つ半径
（Ｒ１−ε）の半円、ここで、点ｐ’は頂点Ｉより（Ｒ
７＋ε）の距離にある。曲線ｑ’ｒ’は辺ＩＪに中心を
持つ半径（Ｒ２−ε）の半円、曲線ｒ’ｓ’は辺ＩＪ上
に中心を持つ半径（Ｒ３＋ε）の半円、曲線ｓ’ｔ’は
同様に辺ＩＪ上に中心を持つ半径（Ｒ４＋ε）の円弧で
ある。曲線ｔ’ｕ’は接点ｔ’と半径（Ｒ２−ε）の中
心を結ぶ直線の延長線上に中心を持つ半径（Ｒ５＋ε）
の円弧、曲線ｕ’ｖ’は図心ｏ’を中心とする半径（Ｒ
６＋ε）の円弧、曲線ｖ’ｗ’は頂点Ｊを中心とする半
径（Ｒ７＋ε）の円弧である。尚、半径（Ｒ４＋ε），
（Ｒ５＋ε），（Ｒ６＋ε）の夫々の円弧の角度は旋回
ピストン同様、夫々の接点において滑らかに接続する
（接点での接線の傾きが同一）という条件により決めら
れる。点ｐ’から点ｗ’に至る輪郭形状を図心ｏ’を中
心反時計周りに１２０°回転させると点ｗ’に点ｐ’が
一致し、さらに１２０°回転させると全周の輪郭形状が
完成する。これによりシリンダの平面形状が得られる。
シリンダの厚みＨは、旋回ピストンの厚みｈよりわずか
に厚くなっている。

【００３６】図６は旋回ピストンの中心ｏとシリンダの
中心ｏ’を重ねた図である。図からも理解されるよう
に、旋回ピストンとシリンダとの間に形成される隙間は
旋回半径に等しいεとなる。尚、この隙間は、全周にお
いてεであることが望ましいが、旋回ピストンの外周輪
郭とシリンダの内周輪郭とにより形成される作動室が正
常な動作をする範囲において、何らかの理由によって、
この関係が崩れる箇所があっても差し支えない。

【００３７】尚、ここでは旋回ピストン及びシリンダの
輪郭形状の構成方法として多円弧の組合せによる方法を
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく任
意の（高次）曲線の組合せによっても同様の輪郭形状を
構成することができる。

【００３８】次に圧縮作用を行う主部材の構造及びその
製造方法を説明する。圧縮作用を行う主部材としてシリ
ンダ４と旋回ピストン５があるが、これらの素形材は同
様な成形方法で形成されるので、ここでは旋回ピストン
５を例にして以下に詳述する。

【００３９】〔実施例１〕図７に粉末冶金法で成形した
旋回ピストン５の素形材の鳥瞰図を示す。該旋回ピスト
ンの素形材の外周壁５ｅはシリンダ４と噛み合って作動
室を形成するように略円弧形状のプロファイルになって
いる。また、この素形材には、駆動軸６が嵌入される駆
動軸受５ａと貫通穴５ｂ，５ｂ’が形成されている。該
貫通穴５ｂ’は圧縮行程における旋回ピストンの上面５
ｄ側と下面５ｄ’側の圧力を均一にするための均圧穴で
あり、貫通穴５ｂは前記略円弧形状のプロファイルの回
転方向の位置決めの基準穴と均圧穴を兼ねたものであ
る。該貫通穴５ｂは、他の２個の貫通穴５ｂ’と区別す
るために穴径を小さくしている。さらに、旋回ピストン
の上面５ｄと下面５ｄ’に作動ガス中に混入した潤滑油
が循環する流路となる油溜まり５ｃが形成されている。

【００４０】以上述べた旋回ピストン５は２次元形状で
あり、３次元的な形状をしている旋回スクロール（従来
のスクロール圧縮機の主要部品）に比べて非常に単純な
形状である。つまり、渦巻状のラップと円板状の鏡板と
円筒状のボスが組み合わされた旋回スクロールでは、素
形材の成形法も限定され、且つその成形精度も０．５ｍ
ｍ程度であるが、本実施例の旋回ピストン２の素形材は
成形の自由度もあり、且つ成形精度も大幅に向上する。

【００４１】また、本実施例の旋回ピストンは粉末冶金
で成形されているのでその密度を任意に調整できる。具
体的には粉末を圧縮成形する際の負荷荷重を調整し、必
要に応じた密度（６.２〜６.７g/cm³）で成形してい
る。従来この部材には鋳鉄(FC250)が用いられるが鋳鉄
の密度が７.３g/cm³なので、本実施例のものは従来の鋳
鉄製のものに較べて１０〜１５％の軽量化が図れる。そ
のため、旋回ピストンを駆動するモータの動力が１０〜
１５％低減できる。さらに、粉末冶金で形成した旋回ピ
ストンの表面には微細な凹凸が形成されるため、この微
細な凹凸が油保持機能を発揮し摺動性能が大幅に向上す
る。

【００４２】図７に示した旋回ピストン５の素形材は、
Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃの混合粉末５０に黒鉛やステアリン酸亜
鉛などのような潤滑剤を混合して、図８に示すような構
造の装置で圧縮成形した。本装置は、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃの
混合粉末５０（以下、粉末ともいう）を充填するダイス
５１、ダイス５１に嵌入された下パンチ５２、下パンチ
５２の中心部に嵌挿され、且つスライドするコアロッド
Ａ５３、下パンチ５２に嵌挿され、コアロッドＡ５３の
周囲に等分に配設された３本のコアロッドＢ５４ａ〜５
４ｃ、ダイス５１に嵌入して、粉末５０を圧縮する上パ
ンチ５５から構成されている。なお、ダイス内周壁５１
ａのプロファイルは図７に示した旋回ピストン５のプロ
ファイルに略一致し、その寸法は粉末を圧縮成形する際
のダイスの弾性変形及び焼結時の寸法変化を見込んで設
計している。

【００４３】該装置を用いて旋回ピストン５を圧縮成形
する方法は、まずダイス５１に下パンチ５２とコアロッ
ドＡ１０，コアロッドＢ１１を所定の位置に嵌入した状
態で、ダイス５１のキャビティに粉末５０を充填する。
その後、上パンチ５５を上ラム(図示せず)により所定位
置まで下降させ、粉末５０を圧縮成形する。この時、粉
末５０には成形圧力として３．５〜４．０ｔ／ｃｍ２が
負荷され、密度比率（成形品密度／理論密度）が０．８
５〜０．９になる旋回ピストンの素形材が圧縮成形され
る。

【００４４】成形された旋回ピストンの素形材は、次の
ような手順でダイス５１から取り出される。

【００４５】まず、上パンチ５５を上ラムにより上昇さ
せ、ダイスから抜き取る。その後、コアロッドＡ１０，
コアロッドＢ１１を下降させ、前記素形材から抜き取
る。さらに、下パンチ５２を上昇させることにより、素
形材をダイスから取り出す。

【００４６】以上のようにして圧縮成形された旋回ピス
トンの素形材は、その後、還元ガス雰囲気中で１０００
℃〜１３００℃に一定時間加熱されて焼結される。上記
のような工程で成形した旋回ピストンの素形材は、駆動
軸受５ａと貫通穴５ｂを機械加工で所定精度に仕上げ、
その後、上面５ｄと下面５ｄ’を研削により仕上げ加工
する。さらに、駆動軸受５ａを基準にして略円弧形状の
プロファイルの中心を割り出し、また、貫通穴５ｂを基
準にして回転方向の位置決めをして、前記プロファイル
を切削又は研削で仕上げ加工して旋回ピストンとして用
いる。

【００４７】一方、旋回ピストン５は主軸受７の端板と
副軸受８の端板に挟み込まれて旋回運動する。この時、
旋回ピストンの上面５ｄと主軸受端板、下面５ｄ’と副
軸受端板とは微少すき間を設けてある。しかし、該すき
間に作動ガス中に混入した潤滑油が循環しなければ、作
動ガスが高圧側から低圧側に漏れ込み、圧縮機としての
性能が低下する。また、旋回ピストンと各端板との摺動
損出が大きくなり効率が低下する。そのために図７に示
したように旋回ピストンの上下面２ｄ、２ｄ’に旋回ピ
ストンの外周壁に形成している略円弧形状のプロファイ
ルを相似的に小さくしたプロファイルの油溜まり２ｃ’
を設けている。

【００４８】図７に示した油溜まりは、上パンチ並びに
下パンチに油溝の形状通りに加工した突起を設け、圧縮
成形時に該形状を転写することにより、同時に形成して
いる。なお、上下パンチに設ける突起は、各パンチに一
体に形成しても良いし、別体で形成して各パンチに固定
しても良い。

【００４９】本実施例によれば粉末の圧縮成形時に、旋
回ピストンの外周壁に形成される略円弧形状のプロファ
イルの中心並びに回転方向の基準となる駆動軸受５ａと
貫通穴５ｂを同時に形成するので、機械加工時の基準が
明確になり、高精度に加工できる。また、粉末を圧縮成
形するダイスは弾性変形及び焼結時の寸法変化を見込ん
で設計しているので、旋回ピストンは機械加工代が０．
１ｍｍ程度で成形することができ、機械加工が短時間に
なる。また、旋回ピストンの上下面に任意の形状の油溜
まりを粉末の圧縮成形時に同時に成形することができる
ので、油溜まりの機械加工が省略できる。

【００５０】〔実施例２〕実施例１では旋回ピストンの
素形材を粉末冶金法で成形した後、駆動軸穴５ａ及び貫
通穴５ｂを基準にして外周壁に形成された略円弧形状の
プロファイルを機械加工で仕上げている。本実施例で
は、機械加工工程を省略する工程を述べる。

【００５１】まず、実施例１と同様にＦｅ−Ｃｕ−Ｃの
混合粉末を図８に示すような構造の装置で圧縮成形し、
焼結を行って旋回ピストンの素形材を得る。この場合、
旋回ピストンの外周壁のプロファイルは、設計寸法に対
して小さく成形している。上記のような工程で成形した
旋回ピストンの素形材は、駆動軸受５ａと貫通穴５ｂを
機械加工で所定精度に仕上げた後、図９に示すような方
法でサイジングを行う。図９において５６はサイジング
用ダイス、５７はサイジング用下パンチ、５８はサイジ
ング用上パンチ、５９はコアロッドＡ、６０ａ〜６０ｃ
はコアロッドＢである。なお、ダイス５６の内周壁のプ
ロファイルは旋回ピストンの設計形状に仕上げてある。
図のように焼結した旋回ピストン５をサイジング用ダイ
ス５６に挿入する。この際、機械加工で所定精度に仕上
げてある旋回ピストンの駆動軸受５ａをコアロッドＡ５
９に、貫通穴５ｂをコアロッドＢ６０ａに挿入して中心
及び回転方向の位置決めを行う。この状態で上パンチを
下降させて軸方向に圧縮して半径方向に塑性変形させる
ことによりダイス内周面のプロファイルを旋回ピストン
の外周面に転写し高精度に成形している。本実施例によ
れば、旋回ピストンの外周壁を機械加工をすることなく
仕上げることができるので、短時間で、かつ高精度に成
形することができる。

【００５２】〔実施例３〕実施例２では焼結した旋回ピ
ストンの素形材を軸方向に圧縮して半径方向に塑性変形
させることにより高精度に成形したが、図１０に示す方
法でさらに高精度に成形することができる。旋回ピスト
ンの素形材を実施例１と同様な工程で成形する。その
後、実施例２と同様に旋回ピストンの中心及び回転方向
の位置決めの基準となる駆動軸受５ａと貫通穴５ｂは機
械加工で所定精度に仕上げる。

【００５３】図１０において６１は整形用金型、６２は
下プレート、６３は上プレート、６４はロッドＡ、６５
ａ〜６５ｃはロッドＢである。なお、整形用金型６１の
内周壁のプロファイルは旋回ピストンの設計形状通りに
仕上げられており、下プレート６２と上プレート６３の
突起部６２ａ、６３ａは旋回ピストンの上下面５ｄ、５
ｄ’に形成している油溜まり５ｃの形状に略一致してい
る。まず、下プレート６２に組み付けられた整形用金型
６１に旋回ピストンの素形材５を挿入する。この時、実
施例２と同様に機械加工で所定精度に仕上げてある旋回
ピストンの駆動軸受５ａをロッドＡ６４に、貫通穴５ｂ
をロッドＢ６５ａに挿入して中心及び回転方向の位置決
めを行う。その後、上プレート６３を締め付け、整形用
金型と上下プレートで密封されたキャビティ６１ａを形
成する。この状態で四ふっ化エチレンや二硫化モリブデ
ンなどを主成分とする自己潤滑性を有する材料を前記キ
ャビティ内に圧入する。圧入した際、油溜まり５ｃの部
分は上下プレートの突起部でシールされているので、潤
滑性材料が流入することはない。その後、整形用金型か
ら旋回ピストンを取り出し、所定の温度で焼き付けて被
膜を形成する。なお、本実施例においては上下プレート
の締め付けをボルトで行っているが、プレス機械を用い
ることにより処理時間を短縮できる。

【００５４】本発明によれば、旋回ピストンの素形材の
表面に自己潤滑性を有する被膜を形成して旋回ピストン
の外周壁プロファイル及び厚さを設計寸法通りに仕上げ
ることができるので、機械加工に比べて短時間で、かつ
高精度に成形することができる。また、シリンダ及び主
軸受や副軸受の端板と摺動する部分に、自己潤滑性を有
する被膜を形成しているので、摺動特性が大幅に向上す
る。

【００５５】〔実施例４〕図２に示したように容積型流
体機械は旋回ピストンと噛み合うシリンダとの接点で作
動ガスを閉じ込め、前記旋回ピストンをシリンダに対し
て旋回運動させることによって作動ガスを圧縮してい
る。したがって、実働時の旋回ピストンとシリンダとの
相対すき間が流体機械の性能に大きく影響する。この相
対すき間を小さくすることにより、圧縮機の性能は向上
するが、あまり小さくすると、各部材を超精密に加工す
る必要があり、また、組み立ても困難になる。運転時に
おいて、この相対すき間に影響する要因の１つとして、
旋回ピストンとシリンダとの熱膨張がある。つまり、容
積型圧縮機は通常１２０〜１５０℃の温度雰囲気で運転
され、この時の旋回ピストンとシリンダとの熱膨張差に
よって相対すき間が大きくなったり、小さくなったりす
る。

【００５６】この課題を解決する実施例を以下に示す。
旋回ピストンは実施例１と同様に混合粉末を図８に示す
ような構造の装置で圧縮成形し、焼結を行って素形材を
得る。一方、シリンダは図１１に示すような形状に混合
粉末を用いて圧縮成形し、焼結を行って素形材を得る。
ここで、旋回ピストンの線膨張係数は、シリンダより大
きくなるように各々粉末材料を調整しており、例えば旋
回ピストンにはＦｅ−Ｃｕの混合粉末を、シリンダには
Ｆｅ−Ｍｏの混合粉末を用いる。なお、旋回ピストンの
線膨張係数がシリンダより大きければシリンダは鋳鉄で
あっても良い。

【００５７】以上のようにして成形した各部材を図１
（ｂ）に示すように駆動軸６を基準に噛み合わせて組み
立て旋回型流体機械として用いる。この時、旋回ピスト
ン５とシリンダ４との相対すき間は運転時の熱膨張の関
係から初期段階では大きく取れるので組み立てが容易に
行える。また、運転時に温度が上昇すると、旋回ピスト
ンの熱膨張がシリンダに比べて大きいので相対すき間が
小さくなり、流体機械の性能が向上する。

【００５８】〔実施例５〕実施例１に示した旋回ピスト
ンの外周壁５ｅ及び実施例４に示したシリンダの内周壁
４ａは軸方向端面に対して直角に成形されている。本実
施例では図１１に示すように各部材の内外周壁に傾斜面
を設けており、旋回ピストン５は傾斜面が該断面におい
て逆台形になるように配置し、シリンダ４は傾斜面が該
断面において台形になるように組み合わせ、両者の傾斜
面が相対して噛み合うようにしている。このように各部
材の内外周壁に傾斜を設けることは、粉末を圧縮成形す
る際のダイスからの離型を容易にするだけでなく、次の
ような効果がある。

【００５９】図１１に示したように旋回ピストンとシリ
ンダを組み立てた際、旋回ピストンは自重により、副軸
受８側に沈み込む。そのため、主軸受７側のすき間が大
きくなり、該すき間からの作動ガスの漏れにより流体機
械の性能が低下する。しかし、本実施例のように旋回ピ
ストンの傾斜面が逆台形となるように組み付けると、作
動ガス圧の軸方向分力によって旋回ピストンが浮上し、
副軸受側と主軸側のすき間がバランスとれ、漏れ損出が
低減できる。

【００６０】〔実施例６〕本実施例では、旋回ピストン
及びシリンダの製造方法、特に前記した接触圧力が大き
い部分の仕上げ方法を踏まえた容積型流体機械の製造方
法について説明する。図１２は本実施例の工程図であ
る。まず、図１２の工程１、２に示すように粉末冶金法
により成形を行い焼結を行う。次に工程３に示すように
サイジングを行った。金属粉末を成形する際の金型及び
サイジングを行うための金型形状のプロファイル形状
は、サイジング後の再圧体が前記した接触圧力が高い部
分は機械加工しろを残す程度の大きさになりその他の部
分は製品の外周輪郭から１０μｍ程度小さくなるように
設計した。この外周輪郭から小さくする大きさは、次の
工程で施されるりん酸マンガン処理、錫酸塩処理により
作られる表面皮膜の厚さにより０〜１００μｍ程度の大
きさに可変する事ができる。なお、粉末冶金法におい
て、焼結を行った時点で、りん酸マンガン処理、錫酸塩
処理により成形精度を保証できる程度の成形精度で焼結
体が成形されている場合はサイジングを行う必要はな
い。次に、図１２の工程４に示すように旋回ピストン及
びシリンダの表面に酸化膜を生成させ、旋回ピストン、
シリンダの表面が摺動した際に磨耗することがないよう
にした。なお、酸化膜を生成させる代わりに樹脂を含浸
させても良い。また、ここまでのプロセスは粉末冶金法
以外に精密鋳造法を用いても同等の素形材ができる。

【００６１】次に図１２の工程５に示すように旋回ピス
トン及びシリンダの表面にりん酸マンガン処理を施し、
膜厚１０μｍ程度のりん酸マンガンの皮膜を表面に形成
させた。なお、皮膜を形成させる手法としては他に錫酸
塩皮膜処理を行う方法、りん酸マンガン処理後に錫酸塩
処理を行う方法がある。

【００６２】なお、このようにして生成させる皮膜はり
ん酸マンガン、錫酸塩以外でも、母材（粉末冶金法、精
密鋳造法等により成形した素形材）よりも柔らかいもの
であれば良い。さらに図１２の工程６に示すように接触
圧力が高い部分のみ機械加工により仕上げ加工を行う。
この機械加工法について図１３及び図１４を用いて説明
する。図１３はこの説明図であり、図１４は旋回ピスト
ン外周加工状態の断面図である。図１３において７０は
加工治具でベ−ス７０ａとこのベ−ス７０ａに固定され
た複数のピン部７０ｂ及び工作物を固定するクランプ７
０ｃよりなる。７１は加工工具で研削用工具７１ａ、切
削用工具７１ｂ等からなる。粉末冶金あるいは精密鋳造
等で作られた旋回ピストン５の素材はまず、位置決め用
の貫通穴５ｂ及び駆動軸受５ａを高精度に位置決めする
ために追加工される。次に、図１４に示すように前記貫
通穴５ｂを基準に加工治具７０のピン部７０ｂに沿って
嵌合され、クランプ７０ｃによりベ−ス７０ａにねじあ
るいは機械力で締め付け固定される。この取り付け状態
（図１３）で、マシニングセンタ等を用い、研削用工具
７１ａ、切削用工具７１ｂ等により接触圧力が高い部分
の仕上げ加工が行われる。このように、旋回ピストン５
の中心部の駆動軸受５ａ周りに複数の貫通穴５ｂを形成
し、この貫通穴５ｂを加工治具７０への取付けの位置決
め基準としているため、正確な位置決めが可能になると
ともに、切削・研削加工時の変形等も防止され、輪郭形
状の寸法精度を向上することができる。また、この貫通
穴は組立て及び検査用治具の位置決めと共通化すること
により効率的に組立てや検査作業を行うことができる。
さらに、旋回ピストン５の重量軽減にも効果がある。一
方、シリンダ４の内周輪郭の加工はシリンダ４の外周を
取付け治具に固定しマシニングセンタ等を利用して加工
される。なお、シリンダ４のベ−ン４ｂ部の剛性を高め
るために、シリンダ４を主軸受７の端板面に固着しても
よいし、シリンダ４と主軸受７を一体で構成してもよ
い。

【００６３】このようにして製作した旋回ピストン及び
シリンダを圧縮機に組み込むことで最良の形状の旋回ピ
ストン及びシリンダを得ることができる。旋回ピストン
側面とに生成させたりん酸マンガン及び錫酸塩の皮膜が
局部的に厚い場合は、運転中に旋回ピストン、シリンダ
が摺動することで皮膜が所定の厚さより余分な量だけ削
れるため、結果として最良の形状となり、旋回ピストン
とシリンダが接触することなく、また、大きな漏れ損失
を発生することなく、なめらかに摺動できるようにな
る。

【００６４】〔実施例７〕図１５は本実施例の工程図で
ある。本実施例と実施例６との違いは工程５において形
成させる被膜の膜厚である。すなわち、実施例６では被
膜の膜厚を所定の厚さ（１０μｍ程度）に制御している
のに対して本実施例では所定の厚さよりも厚い膜を生成
させている。

【００６５】本実施例においても表面に膜を生成させた
後図１５の工程６に示すように局部的に機械加工を加え
る。そして機械加工後の旋回ピストン及びシリンダを圧
縮機に組み込み（図１５の工程７）、旋回ピストンを旋
回させ、擦り合わせ加工を行い、旋回ピストンの側面と
シリンダの内周輪郭を摺動させる（図１５の工程８）。
接触する部分は表面の錫酸塩皮膜及びりん酸マンガン皮
膜が削れることにより、旋回ピストンとシリンダが接触
することなく、また、大きな漏れ損失を発生することな
く、なめらかに摺動できるようになる。

【００６６】〔実施例８〕図１６は本実施例の工程図で
ある。本実施例は実施例７において、表面に膜を生成さ
せる工程と機械加工を行う工程の順序を逆にしたもので
ある。このような工程においても、接触圧力が高い部分
の表面皮膜は擦り合わせ加工時に削れてなくなるため
に、第２の実施例と同じ加工結果が得られる。

【００６７】図１７に実施例６〜８により製作した旋回
ピストンを示す。切削・研削加工を加えた部分７３は、
実稼働時は旋回ピストンとシリンダが強い力で接触する
部分であり、側面に皮膜が付いていない状態となる。一
方、その他の部分は表面に生成させた膜が残り、膜厚が
所定の厚さよりも厚い場合はシリンダと摺動することで
最適な形状に成形される。

【００６８】〔実施例９〕本実施例で製造した旋回ピス
トンを図１８に示す。本実施例は実施例６の工程のうち
表面の被膜処理（図１２の工程５）を省いたものであ
る。まず、図１８の工程１、２に示すように粉末冶金に
よる成形、焼結を行い、外周輪郭のずれが設計値に対す
る許容値に入らない場合のみサイジング（図１８の工程
３）を行う。そして表面に酸化膜を生成または樹脂の含
浸（図１８の工程４）、その後局部的な機械加工（図１
８の工程５）を行う。この方法は、局部的には高い加工
精度が必要とされる一方で、その他の部分は機械加工を
良好にしなくても容積型流体機械の性能が十分発揮され
る場合に適用できる。

【００６９】〔実施例１０〕図１９に、本発明の一実施
例である容積型圧縮機を適用した空調システムを示す。
このサイクルは冷暖房が可能なヒ−トポンプサイクル
で、前述の図３で説明した本発明の容積型圧縮機３０、
室外熱交換器３１とそのファン３１ａ、膨張弁３２、室
内熱交換器３３とそのファン３３ａ、４方弁３４から構
成されている。一点鎖線３５は室外ユニット、３６は室
内ユニットである。

【００７０】容積型圧縮機３０は、図２に示した作動原
理図に従って動作し、圧縮機を起動することによりシリ
ンダ４と旋回ピストン５間で作動流体（例えばフロンＨ
ＣＦＣ２２やＲ４０７Ｃ，Ｒ４１０Ａ等）の圧縮作用が
行われる。

【００７１】冷房運転の場合、圧縮された高温・高圧の
作動ガスは破線矢印で示すように吐出パイプ１４から４
方弁３４をとおり室外熱交換器３１に流入して、ファン
３１ａの送風作用で放熱、液化し、膨張弁３２で絞ら
れ、断熱膨張して低温・低圧となり、室内熱交換器３３
で室内の熱を吸熱してガス化された後、吸入パイプ１３
を経て容積型圧縮機３０に吸入される。一方、暖房運転
の場合は、実線矢印で示すように冷房運転とは逆に流
れ、圧縮された高温・高圧の作動ガスは吐出パイプ１４
から４方弁３４を通り室内熱交換器３３に流入して、フ
ァン３３ａの送風作用で室内に放熱して、液化し、膨張
弁３２で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、室外
熱交換器３３で外気から熱を吸熱してガス化された後、
吸入パイプ１３を経て容積型圧縮機３０に吸入される。

【００７２】図２０は、本発明の容積型圧縮機を搭載し
た冷凍システムを示す。このサイクルは冷凍（冷房）専
用のサイクルである。図において、３７は凝縮器、３７
ａは凝縮器ファン、３８は膨張弁、３９は蒸発器、３９
ａは蒸発器ファンである。

【００７３】容積型圧縮機３０を起動することによりシ
リンダ４と旋回ピストン５間で作動流体の圧縮作用が行
われ、圧縮された高温・高圧の作動ガスは実線矢印で示
すように吐出パイプ１４から凝縮器３７に流入して、フ
ァン３７ａの送風作用で放熱、液化し、膨張弁３８で絞
られ、断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器３９で吸
熱ガス化された後、吸入パイプ１３を経て容積型圧縮機
３０に吸入される。ここに、図１９、図２０ともに本発
明の容積型圧縮機を搭載しているので、エネルギ効率に
優れ、低振動・低騒音で信頼性の高い冷凍・空調システ
ムが得られる。なお、ここでは容積型圧縮機３０として
低圧タイプを例にあげて説明したが、高圧タイプでも同
様に機能し、同様の効果を奏することができる。

【００７４】以上、固定側部材４０の端板部４０ｂ上に
巻き角が実質的にほぼ３６０°の固定渦巻体４０ａを３
箇所もつ旋回型流体機械について説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、前述した実施例と
同様に、固定渦巻体４０ａの数が２個以上Ｎ個（多条）
の旋回型流体機械に拡張できる（Ｎの値も前述した実施
例と同様、実用上は８〜１０以下となる）。

【００７５】これまでに述べた実施例では、旋回型流体
機械として圧縮機及びポンプを例に挙げて説明したが、
本発明はこれ以外に膨張機や動力機械にも応用すること
ができる。また、本発明では運動形態として、一方（シ
リンダ側）が固定しもう一方（旋回ピストン）がほぼ一
定の旋回半径で自転せずに公転運動を行う形式とした
が、相対的に上記の運動と等価な運動形態となる両回転
式の旋回型流体機械にも適用することができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、摺動部材の仕上げ加工
を最小限におさえ、しかも摺動部の摺動性能を大幅に向
上させた容積型流体機械が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る旋回型流体機械を圧縮機に適用
した密閉型圧縮機の圧縮要素の縦断面図及び平面図

【図２】本発明に係る容積型流体機械の作動原理説明図

【図３】本発明に係る容積型流体機械の縦断面図

【図４】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストンの
輪郭構成法を示す図

【図５】本発明に係る容積型流体機械のシリンダの輪郭
構成法を示す図

【図６】図４及び図５に示される旋回ピストンとシリン
ダを重ねあわせた図

【図７】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストンの
鳥瞰図

【図８】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストンの
素形材の粉末圧縮成形装置の縦断面図

【図９】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストンの
素形材のサイジング加工装置の縦断面図

【図１０】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
の表面被膜形成装置の縦断面図

【図１１】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
の内周壁に傾斜面を設けた断面図

【図１２】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
及びシリンダの製造工程図

【図１３】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
の仕上げ加工説明図

【図１４】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
外周加工状態の断面図

【図１５】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
及びシリンダの製造工程図

【図１６】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
及びシリンダの製造工程図

【図１７】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
の加工終了時の状態を示す図

【図１８】本発明に係る容積型流体機械の旋回ピストン
及びシリンダの製造工程図

【図１９】本発明に係る容積型流体機械を適用した冷凍
システムを示す図

【図２０】本発明に係る容積型流体機械をポンプとして
用いた要部縦断面図

【符号の説明】

１…容積型圧縮要素、２…電動要素、３…密閉容器、４
…シリンダ、４ａ…内周壁、４ｂ…ベ−ン、５…旋回ピ
ストン、５ａ…駆動軸受、５ｂ…貫通穴、６…駆動軸、
６ａ…クランク部、７…主軸受、７ａ…吸入ポ−ト、８
…副軸受、８ａ…吐出ポ−ト、８ｂ…吐出室、９…吐出
弁、１０…吸入カバ−、１１…吐出カバ−、１２…潤滑
油、１３…吸入パイプ、１４…吐出パイプ、１５…作動
室、１６…シ−ル部材、３０…容積型圧縮機、３１…室
外熱交換器、３２…膨張弁、３３…室内熱交換器、３４
…４方弁、３７…凝縮器、３８…膨張弁、３９…蒸発
器、５０…混合粉末、５１…ダイス、５２…下パンチ、
５３…コアロッドＡ、５４…コアロッドＢ、５５…上パ
ンチ、５６…サイジング用ダイス、５７…サイジング用
下パンチ、５８…サイジング用上パンチ、５９…コアロ
ッドＡ、６０…コアロッドＢ、６１…成型用金型、６２
…下プレート、６３…上プレート、６４…ロッドＡ、６
５…ロッドＢ、７０…加工治具、７１…加工工具、ｏ…
旋回ピストン中心、ｏ’…シリンダ中心、Ｏｍ…旋回側
部材中心、Ｏｆ…固定側部材中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者香曽我部弘勝茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者稲場恒一栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者阿部信雄栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者前田幸男神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械において、
前記ディスプレーサが鉄系の粉末冶金で成形されている
容積型流体機械。
【請求項２】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械において、
前記ディスプレーサが鉄系の粉末冶金で成形されてお
り、前記ディスプレーサの線膨張係数が前記シリンダの
線膨張係数よりも大きくなっている容積型流体機械。
【請求項３】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械において、
前記ディスプレーサおよび前記シリンダが鉄系の粉末冶
金で成形されており、前記ディスプレーサの外周壁には
前記容積型流体機械が前記回転軸が略鉛直方向になるよ
うに設置された状態において前記ディスプレーサの下面
側から上面側に向かって広がるような傾斜が設けられて
おり、前記シリンダの内周壁には前記ディスプレーサの
外周壁の傾斜に沿う方向に傾斜が設けられている容積型
流体機械。
【請求項４】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械において、
前記ディスプレーサが鉄系の粉末冶金で成形されてお
り、前記ディスプレーサの前記シリンダとの摺動面には
前記ディスプレーサの素材が露出した領域と前記ディス
プレーサの素材よりも軟質な被膜が形成された領域とが
存在する容積型流体機械。
【請求項５】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械の製造方法
において、次の工程を有する容積型流体機械の製造方
法。（１）成形用型に入れた鉄系の混合粉末を加圧すること
により前記回転軸用の軸受穴と位置決め用の貫通穴とを
備えた前記ディスプレーサの素形材を形成する工程。（２）前記軸受穴および前記貫通穴を仕上げ加工する工
程。（３）前記軸受穴および前記貫通穴を基準として前記デ
ィスプレーサの素形材の外形を製品形状に仕上げ加工す
る工程。
【請求項６】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械の製造方法
において、次の工程を有する容積型流体機械の製造方
法。（１）成形用型に入れた鉄系の混合粉末を加圧すること
により前記回転軸用の軸受穴と位置決め用の貫通穴とを
備えた前記ディスプレーサの素形材を形成する工程。（２）前記軸受穴および前記貫通穴を仕上げ加工する工
程。（３）前記ディスプレーサの素形材を仕上げ用の型に入
れ前記軸受および前記貫通穴を基準として前記ディスプ
レーサの素形材を加圧することにより前記旋回ピストン
を製品形状に仕上げる工程。
【請求項７】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械の製造方法
において、次の工程を有する容積型流体機械の製造方
法。（１）成形用型に入れた鉄系の混合粉末を加圧すること
により前記回転軸用の軸受穴と位置決め用の貫通穴とを
備えた前記ディスプレーサの素形材を形成する工程。（２）前記軸受穴および前記貫通穴を仕上げ加工する工
程。（３）前記ディスプレーサの外周壁摺動面に前記ディス
プレーサの素形材よりも軟質な被膜を形成する工程。（４）前記被膜が形成された前記ディスプレーサを製品
形状に仕上げ加工する工程。
【請求項８】端板間にディスプレーサとシリンダとを配
置し、回転軸の回転中心に前記ディスプレーサ中心を合
わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレーサ
外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレー
サ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においたと
きは複数の空間が形成される容積型流体機械の製造方法
において、次の工程を有する容積型流体機械の製造方
法。（１）成形用型に入れた鉄系の混合粉末を加圧すること
により前記回転軸用の軸受穴と位置決め用の貫通穴とを
備えた前記ディスプレーサの素形材を形成する工程。（２）前記軸受穴および前記貫通穴を仕上げ加工する工
程。（３）前記軸受穴および前記貫通穴を基準として前記デ
ィスプレーサの素形材の外形を機械加工する工程。（４）前記ディスプレーサの外周壁摺動面に前記ディス
プレーサの素形材よりも軟質な被膜を形成する工程。（５）前記ディスプレーサと前記シリンダを摺動させて
前記被膜をすり合わせ加工して前記ディスプレーサを製
品形状に仕上げる工程。