JP2004027868A

JP2004027868A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2004027868A
Application number: JP2002181363A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kumazawa; 熊沢　健志
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】吐出口に配設される逆止弁の材質の硬度を、弁ハウジングの材質より硬くし、逆止弁の摩耗量を低減することができるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】固定スクロールと、旋回スクロールと、固定スクロールの中央部に形成され、圧縮室で圧縮されたガスを吐出室へ吐出する吐出口に配設され、吐出口を開閉する逆止弁と、逆止弁を収納する弁室を有し、上部中央に吐出室と弁室を連通するガス通路孔を設け、ガス通路孔の外周に弁受け面を備えた弁ハウジングとからなるスクロール圧縮機において、　逆止弁１１の厚さが弁ハウジング１４の内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、逆止弁１１と弁ハウジング１４との材質の硬度差が、ビッカース硬度で２００以上となるよう逆止弁１１の硬度を硬くした。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係り、詳しくは固定スクロールの吐出口に配設され、吐出ガスの逆流を防止する逆止弁の材質に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスクロール圧縮機について、その断面図である図１、及びその要部拡大断面図である図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
スクロール圧縮機は、密閉容器１内に上下に圧縮部２と電動機３を配置し、同圧縮部２は、渦捲き状の固定スクロール４と、同固定スクロール４と互いに噛み合わせて複数の圧縮室５を形成する旋回スクロール６と、同旋回スクロール６の自転を防止するオルダムリング７と、前記旋回スクロール６のボス部６ａに、先端に形成した旋回軸８ａを挿入して旋回駆動するシャフト８と、前記旋回軸８ａの下部に形成された主軸８ｂを支承するメインフレーム９とから構成されている。
【０００３】
前記電動機３が回転すると、シャフト８の先端に形成した旋回軸８ａによって旋回スクロール６を、オルダムリング７で自転を防止しながら旋回運動をさせる。旋回スクロール６の旋回運動によって吸入管５１から圧縮部２に吸入された低圧冷媒は、圧縮室５の外周部から中心部へ順次移動しながら圧縮され高圧冷媒ガスとなり、同冷媒ガスは吐出孔４ａを経由して吐出口４ｂから吐出室１０に吐出され、その後吐出管５２から密閉容器１の外部に放出される。
【０００４】
上記において、圧縮機が停止直後、吐出された吐出室１０の高圧冷媒ガスが高圧より低い前記圧縮室５へ逆流して、前記旋回スクロール６を逆転させ、大きな衝撃音や部品の破損を発生させてしまう。これを防止するため、固定スクロール４の吐出口４ｂに逆止弁１１を設けている。逆止弁１１は平板状に形成され、筒状の弁ハウジング１４の弁室１５内に収納されおり、ガスの流れ方向により、前記弁室１５内を上下に移動するように構成されている。
【０００５】
前記弁ハウジング１４は上部中央に前記吐出室１０と前記弁室１０を連通するガス通路孔１４ａ　を設け、同ガス通路孔１４ａ　の外周に、前記逆止弁１１の上下の移動量を規制する弁受け面１４ｂ　を備えた一体的な筒状に構成されている。
また、前記逆止弁１１は、前記吐出口４ｂの径の外周部に対応する位置に、複数のガス孔１１ａ　が設けられている。
【０００６】
上記構成において、圧縮機運転時は、圧縮された冷媒ガスは吐出孔４ａを経由して吐出口４ｂから弁室１５に噴出され、高圧により逆止弁１１は上方に押し上げられ、弁受け面１４ｂ　に受け止められると同時に、冷媒ガスは破線矢印で示すようにガス孔１１ａ　を通り吐出室１０へ流出される。また、圧縮機が停止する際には、吐出室１０から弁室１５への圧力により、逆止弁１１は下降し吐出口４ｂを閉塞し、冷媒の圧縮室５への逆流を防止する構造となっている。
【０００７】
ここで、従来の逆止弁１１の材料には鋼材、弁ハウジング１４の材料にはアルミや鋼材等を用いており、その硬度は逆止弁１１の方が弁ハウジング１４よりも硬い材料としているが、図４に示すように、その硬度差はビッカース硬度（Ｈｖ）で１００以下となっていた。前記逆止弁１１は、起動・停止を繰り返すたびに、逆止弁１１の外周面が弁ハウジング内壁面に一部接触しながら上下する。その際、逆止弁１１の厚さｈ１は弁ハウジング１４の高さｈ２よりも小さいため、逆止弁１１の摩耗量は厚さｈ１が薄くなるほど、弁ハウジング１４の内壁面の摩耗量に対し大きくなる。
【０００８】
しかしながら、従来の逆止弁１１のように、逆止弁１１と弁ハウジング１４のＨｖ差が１００以下の場合、図５（Ａ）に示すように約１０倍以上の摩耗量となる。このように逆止弁１１の外周面の摩耗量が大きいと、長期に運転した場合、逆止弁１１の外径が小さくなってしまうため、図５（Ｂ）に示すように、圧縮機停止時にガス孔１１ａ　が吐出口４ｂと重なり（ａ部分）、吐出室から高圧ガスが圧縮室内に逆流し旋回スクロールが逆転する。これによりスクロ─ルラップ等の摩耗や逆転による騒音が発生してしまうという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、逆止弁の材質の硬度を、弁ハウジングの材質より硬くし、逆止弁の摩耗量を低減することができるスクロール圧縮機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためなされたもので、鏡板に渦捲き状のラップを有する固定スクロールと、同固定スクロールと互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記固定スクロールの中央部に形成され、前記圧縮室で圧縮されたガスを吐出室へ吐出する吐出孔の吐出口に配設され、同吐出口を開閉する平板状の逆止弁と、同逆止弁を収納する弁室を有し、上部中央に前記吐出室と前記弁室を連通するガス通路孔を設け、同ガス通路孔の外周に、前記逆止弁の上下の移動量を規制する弁受け面を備えた弁ハウジングとからなるスクロール圧縮機において、
前記逆止弁の厚さが前記弁ハウジングの内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、前記逆止弁と前記弁ハウジングとの材質の硬度差が、ビッカース硬度で２００以上となるよう前記逆止弁の硬度を硬くしてなる構成となっている。
【００１１】
また、前記逆止弁に拡散・浸透処理を施し表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１２】
また、前記逆止弁に侵炭処理を施し表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１３】
また、前記逆止弁を窒化またはホウ化処理を施し表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１４】
また、前記逆止弁にクロム（Ｃｒ）または珪素（Ｓｉ）を拡散させ表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１５】
また、前記逆止弁の表面に皮膜処理を施し炭化物、窒化物、炭窒化物または酸化物の皮膜を形成し、前記逆止弁の表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１６】
また、前記逆止弁の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を皮膜形成し、前記逆止弁の表面を硬化させてなる構成となっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明（従来例も同じ）におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は本発明（従来例も同じ）における要部拡大図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は逆止弁の上面図である。図において、密閉容器１内に上下に圧縮部２と電動機３を配置し、同圧縮部２は、渦捲き状の固定スクロール４と、同固定スクロール４と互いに噛み合わせて複数の圧縮室５を形成する旋回スクロール６と、同旋回スクロール６の自転を防止するオルダムリング７と、前記旋回スクロール６のボス部６ａに、先端に形成した旋回軸８ａを挿入して旋回駆動するシャフト８と、前記旋回軸８ａの下部に形成された主軸８ｂを支承するメインフレーム９とから構成されている。
【００１８】
前記固定スクロール４の中央部に形成され、前記圧縮室５で圧縮されたガスを吐出室１０へ吐出する吐出孔４ａの吐出口４ｂに、同吐出口４ｂを開閉し、圧縮機停止時に前記吐出室１０から、前記圧縮室５に圧縮ガスの逆流を防止する逆止弁１１が配設されている。
前記逆止弁１１は、円板状に形成され、筒状の弁ハウジング１４の弁室１５内に収納されおり、ガスの流れ方向により、前記弁室１５内を上下に移動するように構成されている。また、前記逆止弁１１は、前記吐出口４ｂの径の外周部に対応する位置に、複数のガス孔１１ａ　が設けられている。
【００１９】
前記弁ハウジング１４は、上部中央に前記吐出室１０と前記弁室１０を連通するガス通路孔１４ａ　を設け、同ガス通路孔１４ａ　の外周に、前記逆止弁１１の上下の移動量を規制する弁受け面１４ｂ　を備えた一体的な円筒状に構成されている。
図３は前記逆止弁１１と前記弁ハウジング１４の材質の硬度差（Ｈｖ）に対する相対的摩耗量を表わしたもので、前記弁ハウジング１４の内壁の高さｈ２に対し、前記逆止弁１１の厚さｈ１が薄くなるほど、前記逆止弁１１の摩耗量は増加する。
ここで、前記硬度差（Ｈｖ）がビッカース硬度（Ｈｖ）で２００以上となると、前記逆止弁１１の厚さｈ１が薄くなっても摩耗量は増加しないことがわかる。
【００２０】
前記逆止弁１１の厚さｈ１と前記弁ハウジング１４の高さｈ２の比ｈ＝ｈ１／ｈ２　は０．２（１／５）〜０．７（２／３）の範囲内で設計されるため、図４に示すように、前記逆止弁１１の厚さが前記弁ハウジング１４の内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、前記逆止弁１１と前記弁ハウジング１４との材質の硬度差が、ビッカース硬度で２００以上となるよう前記逆止弁１１の硬度を硬くしてなる構成となっている。
【００２１】
上記構成において、圧縮機が運転されると、旋回スクロール６の旋回運動によって吸入管５１から圧縮部２の吸入室５ａに吸入された低圧冷媒は、圧縮室５の外周部から中心部へ順次移動しながら圧縮され高圧冷媒ガスとなり、同冷媒ガスは吐出孔４ａを経由して吐出口４ｂから圧力により逆止弁１１にぶつかり開弁して弁室１５に流入し、逆止弁１１を上方に押し上げ、更に弁受け面１４ｂ　に逆止弁１１を張り付かすと同時に、冷媒ガスは図２（Ａ）の破線矢印で示すように、前記ガス孔１１ａ　から前記ガス通路孔１４ａ　を通り吐出室１０に吐出される。そして、冷媒は吐出管５２から密閉容器１の外部に放出される。
また、圧縮機が停止する際には、吐出室１０の高圧より低い圧縮室５へ、圧力が働き、逆止弁１１は下降し、逆止弁１１はスムーズに吐出口４ｂに接して閉じ、冷媒の圧縮室５への逆流を無くすことができ、旋回スクロール６の逆転を防止することができる。
【００２２】
この結果、前記逆止弁１１は、起動・停止を繰り返すたびに、逆止弁１１の外周面が弁ハウジング内壁面に一部接触しながら上下するが、逆止弁１１の材質の硬度は、前記弁ハウジング１４の材質より硬くし、その硬度差をビッカース硬度（Ｈｖ）で２００以上とした構成となっているため、従来例に較べ逆止弁１１の摩耗量を大幅に低減することができる。
【００２３】
本発明による第一の実施例としてガス侵炭法により逆止弁１１の表面を硬化させる例について示す。一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（例えばメタンＣＨ_４）などの、炭素を含む侵炭性ガスの雰囲気中で鋼材の逆止弁１１を約８００度まで加熱し、その表面層に侵炭させる。これにより、逆止弁１１の表面は炭化鉄（　Ｆｅ_３Ｃ）となり硬度は大幅に向上するため、逆止弁１１の外周面の摩耗量は、図３に示すように、従来例の未処理品の鋼材に較べ約１／２０にまで減少する。
【００２４】
また、侵炭性ガスの代わりに窒素を含むガス（例えばアンモニアＮＨ_３）を用いれば、逆止弁１１の表面に窒素が浸透し、表面が窒化鉄（Ｆｅ_２Ｎ・Ｆｅ_４Ｎ）　となり硬化し、上記と同様に逆止弁１１の摩耗量を低減することができる。
【００２５】
また、第二の実施例として、イオンプレーディング法により逆止弁１１の表面に皮膜を形成し硬化させた例について述べる。真空中で窒化物（例えば窒化チタンＴｉＮ）を加熱蒸発させ、イオン化して逆止弁１１の表面に薄膜を形成し硬化させることにより、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また、薄膜を形成させる方法としては、他にスパッタリング法による照射、化学蒸着法などがある。窒化物としては、窒化チタン（ＴｉＮ）の代わりに、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）などを用いてもよい。また、炭窒化物としては、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、酸化物としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）　などを用いてもよい。
尚、前記逆止弁１１に表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を皮膜形成し、前記逆止弁１１の表面を硬化させてもよい。
【００２７】
また、第三の実施例として、ショットピーニング法により逆止弁１１の表面を硬化させた例について述べる。逆止弁１１の表面に鋼球などのピーニング材を高速で叩きつける（投射する）ことにより、わざと表面を加工硬化させる。これにより硬化させた逆止弁１１の表面上記と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
以上に説明したように、前記逆止弁１１を鋼材の表面に拡散・浸透処理、侵炭処理または皮膜処理などを施し、前記逆止弁１１の厚さが前記弁ハウジングの内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、逆止弁１１の材質の硬度を弁ハウジング１４の材質より、ビッカース硬度（Ｈｖ）で２００以上硬くした構成とすることにより、従来品に較べ逆止弁１１の摩耗量を大幅に低減することができるスクロール圧縮機となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、逆止弁を鋼材の表面に拡散・浸透処理、侵炭処理または皮膜処理などを施し、逆止弁の厚さが前記弁ハウジングの内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、逆止弁の硬度を弁ハウジングより、ビッカース硬度（Ｈｖ）で２００以上硬くした構成とすることにより、逆止弁の摩耗量を大幅に低減することがで、かつ信頼性向上が図れるスクロール圧縮機となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び従来例によるスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明及び従来例による要部拡大図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は逆止弁の上面図である。
【図３】本発明による逆止弁の硬度対摩耗量を表わした説明表である。
【図４】本発明と従来例との逆止弁の厚さに対する摩耗量を比較した説明表である。
【図５】（Ａ）は従来例による逆止弁と弁ハウジングの摩耗量を表わした説明表で、（Ｂ）は従来例による冷媒ガスの逆流を説明する説明図である。
【符号の説明】
１　密閉容器
２　圧縮部
３　電動機
４　固定スクロール
４ａ　　吐出孔
４ｂ　　吐出口
５　圧縮室
６　旋回スクロール
６ａ　　ボス部
７　　オルダムリング
８　シャフト
８ａ　旋回駆
９　メインフレーム
１０　　吐出室
１１　逆止弁
１１ａ　　ガス孔
１４　弁ハウジング
１４ａ　　ガス通路孔１４ａ
１４ｂ　　弁受け面
１５　弁室
５１　吸入管
５２　吐出管

Claims

鏡板に渦捲き状のラップを有する固定スクロールと、同固定スクロールと互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記固定スクロールの中央部に形成され、前記圧縮室で圧縮されたガスを吐出室へ吐出する吐出孔の吐出口に配設され、同吐出口を開閉する平板状の逆止弁と、同逆止弁を収納する弁室を有し、上部中央に前記吐出室と前記弁室を連通するガス通路孔を設け、同ガス通路孔の外周に、前記逆止弁の上下の移動量を規制する弁受け面を備えた弁ハウジングとからなるスクロール圧縮機において、
前記逆止弁の厚さが前記弁ハウジングの内壁の高さの０．２〜０．７の範囲内であって、前記逆止弁と前記弁ハウジングとの材質の硬度差が、ビッカース硬度で２００以上となるよう前記逆止弁の硬度を硬くしてなることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記逆止弁に拡散・浸透処理を施し表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁に侵炭処理を施し表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁を窒化またはホウ化処理を施し表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁にクロム（Ｃｒ）または珪素（Ｓｉ）を拡散させ表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁の表面に皮膜処理を施し炭化物、窒化物、炭窒化物または酸化物の皮膜を形成し、前記逆止弁の表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を皮膜形成し、前記逆止弁の表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記逆止弁の表面にショットピーニング処理を施し、表面を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。