JP2007518022A - アブレイダブルコーティングが施されたラップ壁部および半径方向外側部分における荷重支持表面を備えたスクロールコンプレッサ - Google Patents

Abstract

アブレイダブルコーティングは、スクロールコンプレッサのラップの側壁の一部分に形成される。側壁部の半径方向外側部分は、コーティングが施されないままであり、スクロールラップ間の力を支持することができる。このように、荷重は、コーティングされた部分からではなく、コーティングされていない部分から伝えられる。スクロールラップがならしの際に互いに対して移動すると、アブレイダブルコーティングが摩耗して、半径方向内側部分における側壁部間に密接な接触が生じる。

Description

スクロールコンプレッサは、旋回および非旋回スクロールの対向する壁部間におけるラップ間漏洩を排除するように、アブレイダブルコーティングが施された少なくとも１つのラップ壁部を備える。コーティングは半径方向内側部分だけに施され、半径方向外側部分は、コーティングが施されずに、旋回スクロールと非旋回スクロールとの間の荷重を支持する。

スクロールコンプレッサは、冷媒圧縮の用途に広く用いられている。スクロールコンプレッサにおいて、互いに係合する一対の部材は、ベースと、該ベースから延びる実質的にらせん状のラップと、をそれぞれ備える。ラップは、圧縮室を画定するように互いに係合する。２つのラップの一方は、他方のラップに対して旋回する。旋回が生じると、ラップの壁部が互いに接触し、かつラップの先端部が、対向するスクロールのベースの床部と接触する。旋回が生じると、圧縮室の容積が減少して、内部の冷媒が圧縮される。

図１には、従来のスクロールコンプレッサ２０が図示されている。旋回スクロール２２は、非旋回スクロール２４に隣接して配置されている。旋回スクロール２２は、ベースの床部２７から延びる実質的にらせん状のラップ２６を有する。非旋回スクロール２４は、ベース２９から延びる実質的にらせん状のラップ２８を有する。

図２に図示されているように、従来のコンプレッサでは、圧縮室を画定するように、スクロールラップ２６，２８の側壁部間に接触が生じる。例えば、ラップ２６，２８間の意図された接触点が符号３０，３２で示されている。これらの接触点により、圧縮室１００，１０２などの圧縮室が画定される。他の接触点は、符号Ｃで示されている。しかし、図３に示されているように、接触点３０，３２の間にギャップ３４などのギャップが生じてしまう場合がある。ギャップが生じると、圧縮室１００，１０２の間に潜在的な漏洩が生じて、圧縮プロセスの効率が低下してしまう。ギャップ３４は、機械加工の偏差、熱による歪曲や他の原因により生じる。一般的に、このようなスクロールコンプレッサは、「半径方向の追従性」を有しており、これにより、ラップの一方が少なくとも１つの接触点において他方と当接するように移動することが可能となる。しかし、図２から分かるように、いくつかの接触点Ｃにおいて接触することが好ましい。作動中に各接触点が確実に接触することは、前述した公差などの問題によりやや困難であり、また、これにより、効率が低下してしまう。

スクロールコンプレッサのラップに対するコーティングが提案されているが、そのようなコーティングは、通常、ラップの全長に亘っている。全長に亘ってコーティングを施すことにより、望ましくない特性が生じ得る。

本発明の開示された実施例においては、コーティングは、２つのスクロール部材の少なくとも一方のラップの半径方向内側つまり中央部分の近傍に施される。コーティングは、アブレイダブルもしくはコンフォーマブル（適合可能な）コーティングからなることが好ましく、スクロール部材のならしの後、特定のスクロールエレメントにおける特定の公差などに適応するのに必要な程度までコーティングが確実に摩耗することにより、従来のギャップ（図３の符号３４）などのギャップを排除するのに十分な厚さを有するコーティングであることが望ましい。

コーティングは、ラップの始点からやや半径方向内側に間隔を隔てた箇所に形成されることが望ましい。ラップの半径方向外側部分により、２つのラップ部材間の半径方向の荷重が支持される。荷重が全体的にコーティング部分により支持されることは、コーティングが摩耗してしまうために望ましくない。

本発明の上記および他の特徴は、以下の明細書および添付の図面から明らかになるであろう。

図４では、ラップ１２６が図示されている。好ましくは、本発明は旋回および非旋回スクロールのラップの双方に用いられることを理解されたい。２つのラップの一方だけがコーティングを有することが本発明の範囲内にある。図示されているように、ラップは、半径方向外側部分３６を有しており、該外側部分３６は、望ましくは少なくとも３６０°に亘って延びている。図４と図２を比較して参照することにより、コーティングされていない部分３６が、複数の接触点Ｃを備えていることが分かる。このように、荷重は、これらの半径方向外側の接触点により支持され得る。この部分は、コーティングが施されないままであり、スクロールラップを形成するために通常用いられる金属により形成される。溝は部分３８を始点とし、終点４２まで延びる深さ３９を有する。コーティングは、溝３９内に適用される。明らかなように、溝の終点４２の半径方向内側にコーティングされていない部分４４が含まれる。内側端部にコーティングが施されていてもよい。スクロールコンプレッサにはこのようにコーティングが施されており、コーティングによってスクロールコンプレッサが機械加工の偏差や公差などによる図３のギャップなどのギャップが「ならし」で排除され得るように、コーティングは十分な厚さを有する。例えば、図３に示された問題点は、圧縮された冷媒がより高い圧力に達するラップに沿った半径方向内側部分において顕著であることを理解されたい。適切なあらゆるコーティングを適用してもよいが、適切なアブレイダブルコーティングまたはコンフォーマブル（適合可能な）コーティングの例には、リン酸鉄コーティング、リン酸マグネシウムコーティング、ニッケルポリマーアマルガム、および力が加わったときに摩耗または塑性変形する他の材料などが含まれる。コーティングが施されたスクロール１２２は、旋回スクロールまたは非旋回スクロールであってもよいし、その両方であってもよい。

ならしの間、コーティング４０は、特定のスクロールコンプレッサに対する所望の形状に理想的に適合するように摩耗する。

コーティングされていない外側部分３６により、２つのスクロール部材間の半径方向の荷重が支持されており、したがって、コーティングが施された部分によって半径方向の荷重は支持されない。

ならしの後、コーティングは、図４に示された表面４０からコーティングが取り除かれた表面５０を有する。したがって、このコーティングにより、図３に示されたようなシール漏洩が排除される。

図６では、他の実施例のスクロールコンプレッサ２００が図示されており、ここでは、コーティング材料２０２は、スクロールラップの半径方向外側面における溝２０４に形成される。このような実施例においては、コーティング材料２０２は、ラップの先端部２０６まで延在することが望ましい。明らかなように、コーティング材料は、ラップの最も外側のエッジ２０７から測定して少なくとも３６０°に亘って施されていない。

本用途に最も適したコーティングは、コーティングが施されたスクロール部材が接触面と接触する際に移動するコーティングとして一般的に説明することができる。本用途の目的においては、これは、スクロールラップが対向かつ接触するラップに接触すると、対向するラップによって画定される形状をなすようにコーティングが移動して、ギャップが排除されることを意味している。コーティングは、対向かつ接触するスクロールラップの相対的な動きおよび圧力の影響下で、接触するラップによって画定される形状をなす「コンフォーマブル（適合可能な）」コーティングとすることができる。コーティングは、通常、対向するスクロール部材の接触するラップのバルク硬度つまり強度、およびコーティングが堆積するスクロールラップを形成するように用いられる材料のバルクの硬度つまり強度と比べてやや低いバルク硬度つまり強度を有する。２つまたは複数の機械的に結合した構成材料からなる複合コーティングを用いてもよい。例えば、カーボンファイバーフィル樹脂があるが、この特定の例は、あまり用いられない。そのような複合材では、１つまたは複数のコーティングの構成材料は、スクロール部材と同様またはそれ以上の硬度つまり強度を備えている場合があるが、２つの材料の凝集体は、スクロール部材よりも低い硬度つまり強度を有するコーティングとなる。

コンフォーマブルコーティングの他の例は、押出し可能つまり変形可能なコーティングである。このコーティングは、接触面と接触するときに圧力および相対的な動きの影響下で、接触面によって画定される形状となるまで、塑性変形して押し出されるかあるいは流れ出るタイプのコンフォーマブルコーティングである。このタイプのコーティングは、通常、摩耗または剥離しない。コーティング材は、コーティングが施されたラップに付着したままである。そのようなコーティングは、構造的な完全性をもたらすより堅いマトリックス材料と、バルクの硬度を低下させかつ材料が流れることを許容するより軟らかい充填材と、を備えた複合材の種類からなることが多い。そのような材料は、例えば、スクリューコンプレッサに用いられ、その周知のコーティングはニッケルポリマー凝集体である。そのようなコーティングにおいては、ニッケルの「フォーム（発泡体）」は、軟質のポリマー材料で充填される。本用途においては、連続気泡のメタルフォームが望ましい場合もある。しかし、そのようなフォームでは、メタルフォームの一部分が壊れる場合があり、その結果、望ましくない研磨くずが生じてしまう場合がある。周知のニッケルポリマー凝集体においては、ポリマーノジュールにより、金属マトリックスが著しく局所的に曲がらないように内部で静水圧型の支持がもたらされ、これにより、変形した金属を所定の位置に保持する良好な結合強度の利点がもたされる。

本発明の範囲内にある他の種類のコーティングは、アブレイダブルコーティングである。このコーティングは、対向するスクロール部材の接触するラップの圧力および形状の影響下で摩耗および剥離するタイプのコーティングである。そのようなコーティングは、軟質である傾向にあり、コーティングが複合材により形成される場合には、通常、全ての構成材料が軟質である。摩耗くずは、コンプレッサ機構の他の部分を循環する。そのようなアブレイダブルコーティングによりもたらされる過度の研磨の「グリット」を有することは望ましくない。

本用途の目的においては、前述の複数のコーティングは、通常、対向するスクロール部材の対向かつ接触するラップの影響下で形状が変化するコーティングを示している。そのため、コーティングの材料は、対向するスクロール部材のラップと接触すると移動する。この「変化」および「移動」は、摩耗の形とすることができ、またはコンフォーマブルコーティングによりもたらされる摩耗しない移動の形とすることができる。

本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者であれば、ある種の変更形態が本発明の範囲内にあることを理解されよう。そのため、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を決定するために検討されたい。

従来技術のスクロールコンプレッサの断面図。 従来技術のスクロールコンプレッサの問題点を示す図。 従来技術の問題点を示す図２の一部分の拡大図。 本発明のスクロールコンプレッサを形成する第１のステップを示す図。 本発明によるスクロールコンプレッサの最終形態を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。

Claims (10)

1. ベースと、前記ベースから延びる実質的にらせん状のラップと、を有する第１のスクロール部材と、
   ベースと、前記ベースから延びる実質的にらせん状のラップと、を有するとともに、前記第１のスクロール部材に対して旋回する第２のスクロール部材と、
   を備え、
   前記ラップの各々が、接触点において互いに接触する側壁部を有し、
   前記第１および第２のスクロール部材の少なくとも一方の前記ラップは、前記実質的にらせん状のラップの内周側部分でかつ前記側壁部上にコーティングを備え、前記コーティングされた実質的にらせん状のラップは、コーティングが施されない外周側部分を備え、
   前記コーティングは、前記第１および第２のスクロール部材の他方の接触面に接触すると形状が変化するコーティング材から構成されており、これにより、前記第２のスクロール部材が前記第１のスクロール部材に対して旋回する際に、前記コーティングが、前記第１および第２のスクロール部材の前記実質的にらせん状のラップの前記側壁部間に密接な接触が生じるように移動し、かつ前記ラップの外周側部分によって前記第１および第２のスクロール部材間の荷重が支持されることを特徴とするスクロールコンプレッサ。
2. 前記第１および第２のスクロール部材は、内周側のコーティングされた部分および外周側のコーティングされていない部分を備えた実質的にらせん状のラップをそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載のスクロールコンプレッサ。
3. 前記ラップは、前記ラップの表面まで延びている溝を有し、前記溝に前記コーティングが堆積することを特徴とする請求項１に記載のスクロールコンプレッサ。
4. 前記コーティングが、アブレイダブルコーティングであることを特徴とする請求項３に記載のスクロールコンプレッサ。
5. 前記コーティングが、コンフォーマブルコーティングであることを特徴とする請求項１に記載のスクロールコンプレッサ。
6. 半径方向内側および半径方向外側の接触点を備え、前記コーティングされていない部分は、少なくとも１セットの前記半径方向外側の接触点を備え、前記コーティングされた部分は、少なくとも１セットの前記半径方向内側の接触点を備えることを特徴とする請求項１に記載のスクロールコンプレッサ。
7. 前記コーティングが、側壁部の半径方向外側部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロールコンプレッサ。
8. スクロールコンプレッサを形成する方法であって、
   （１）ベースと、前記ベースから延びる実質的にらせん状のラップと、をそれぞれ有する第１および第２のスクロール部材を提供するステップであって、前記ラップが、接触点において互いに接触する側壁部を有する第１および第２のスクロール部材を提供するステップと、
   （２）前記第１および第２のスクロール部材の少なくとも一方の前記ラップにおける前記側壁部上にコーティングを施すステップであって、前記コーティングは、前記第１および第２のスクロール部材の他方の接触面と接触すると形状が変化するコーティング材であり、前記実質的にらせん状のラップの半径方向外側部分はコーティングされずに、半径方向内側部分においてのみコーティングが形成されるコーティングを施すステップと、
   （３）アブレイダブルコーティングが前記第１および第２のスクロール部材の他方の前記側壁部に適合するように移動して、前記スクロールラップ側壁部間に密接な接触が生じるように、コーティングが施された前記側壁部が前記第１および第２のスクロール部材の前記他方の前記側壁部に沿って移動する状態で、前記第１のスクロール部材に対して前記第２のスクロール部材を旋回させるステップと、
   を含むスクロールコンプレッサ形成方法。
9. 前記実質的にらせん状のラップの半径方向内側部分において前記第１および第２のスクロール部材に前記コーティングが施されることを特徴とする請求項８に記載のスクロールコンプレッサ形成方法。
10. 前記接触点の半径方向内側および半径方向外側のセットを備え、前記側壁部の前記コーティングされていない半径方向外側部分が前記半径方向外側の接触点を形成し、前記側壁部の前記コーティングされた部分が前記半径方向内側の接触点を形成することを特徴とする請求項８に記載のスクロールコンプレッサ形成方法。
    

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