JP4766721B1 - スクロール式流体機械の被膜形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール体のラップ部に、簡易な手段で、均一で高精度な膜厚の形成を可能とする。
【解決手段】回転台２２上に旋回スクロール体１０を固定し、旋回スクロール体１０を渦巻き中心Ｃを中心として回転させる。吹付ノズル４２を旋回スクロール体１０の渦巻き中心Ｃ又は外側端に位置決めし、ラップ部１４の側面１４ａに向け、塗料を吹き出す。塗料を吹き出しながら吹付ノズル４２を径方向に直線Ｌ上に沿って移動させる。吹付け開始位置を渦巻き中心Ｃとしたとき、吹付ノズル４２の移動に合わせて旋回スクロール体１０の回転角速度を漸減し、吹付け開始点を外側端にしたとき、吹付ノズル４２の移動に合わせて旋回スクロール体１０の回転角速度を漸増する。これによって、ラップ部側面１４ａに塗料を均一に塗布できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール式流体機械を構成する渦巻き形状のラップ部の側面に均一な被膜を形成する方法及び装置に関する。

スクロール式流体機械は、スクロール式圧縮機、スクロール式真空ポンプ、スクロール式膨張機、スクロール式送風機等として用いられている。スクロール式流体機械は、端板に渦巻き形状のラップ部が立設された固定スクロール体及び旋回スクロール体と、該旋回スクロール体を自転させず公転のみさせる駆動機構とで構成されている。そして、固定スクロール体及び旋回スクロール体の端板及びラップで囲む複数の密閉空間を形成し、被処理気体を該密閉空間に導入して圧縮、膨張又は減圧等の処理を行なっている。

スクロール式流体機械は、圧縮性能や減圧性能等を確保するため、固定スクロール体と旋回スクロール体とで形成される密閉空間では、吸入された気体の圧縮や減圧が行なわれるため、高い密封性が要求される。また、固定スクロール体と旋回スクロール体のラップ部間のかじり、摩耗、損傷等を抑えるために、固定スクロール体のラップ部と旋回スクロール体のラップ部との間にミクロン単位の微小隙間を形成する必要がある。これらの観点から、固定スクロール体及び旋回スクロール体の加工には、高精度な加工精度が要求される。

しかし、固定スクロール体や旋回スクロール体では、密閉空間で圧縮又は減圧される気体によって絶えず加熱又は冷却されるため、常に熱変形が発生している。しかもスクロール体の中央領域と外側領域とで気体の温度が異なるため、この温度差により熱歪が発生する。この熱歪を起したスクロール体が後述する特許文献２の図３に図示されている。

特許文献２の図３を図５に示す。図５において、固定スクロール体１００は、端板１０２とラップ部１０４とからなり、旋回スクロール体１１０は、端板１１２とラップ部１１４とからなる。スクロール式圧縮機では、外周部は温度、圧力が低く、中心部に向うほど温度、圧力が高くなる。そのため、旋回スクロール体１１０のラップ部１１４には、中心部から外周部に向かって応力が掛かり、花びらが開くように変形する。固定スクロール体１００の場合も、程度は少ないがこの傾向が見られる。そのため、ラップ部１０４，１１４と端板１０２、１０４との隙間１２０ａ及び１２０ｂは、中心部から外周部に向かって大きくなる。

しかし、密閉空間のシール性の保持と、ラップ部間の微小隙間の保持とを両立させるように管理することは容易ではない。ラップ部間の微小隙間を保持するためのひとつの手段として、ラップの側面又は端面にコーティングを施す手段がある。ラップ部間に潤滑性や耐摩耗性を有するコーティング膜を介在させ、このコーティング膜に緩衝機能をもたせ、さらに、運転中に該コーティング膜を削り取ることによって、ラップ部間に最適な隙間を形成させるようにする。

特許文献１には、スクロール体の少なくとも一方のラップ部の側面に、ゴム、合成樹脂材等の弾性材からなる弾性被覆層と、この弾性被覆層の上に二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を含む樹脂材料、フッ素系樹脂材料、カーボン系樹脂材料等、自己潤滑性材料からなる潤滑性被覆層を形成した構成が開示されている。

特許文献２は、スクロール型ポンプに関し、スクロール体のラップ部と端板に、ＭｏＳ_２粒子を含む耐冷媒樹脂の表面被覆剤を塗布する構成と、該表面被覆剤を塗布する方法として、該表面被覆剤を塗布した後、該表面被覆剤が硬化する前に、スクロールポンプを組み立てかつ運転し、表面被覆剤の余剰分をスクロール体の外に排出して、表面被覆剤の膜厚を適正な膜厚とする被覆方法とが開示されている。

特許文献３には、スクロール体のラップ部の側面に、特許文献１と同様の自己潤滑性材料からなる潤滑性被覆層を形成する構成が開示されている。

特開平１１−２８０６６９号公報 特開２００３−３５２８４号公報 特開２００９−５７８９７号公報

前述のように、スクロール体に形成される密閉空間の密封性を保持すると共に、ラップ部間のかじり等をなくすため、ラップ部間の隙間を精密にコントロールする必要がある。そのため、ラップ部の側面や端板にコーティング膜を形成する方法では、ラップ部の側面や端板に被覆される被覆層の膜厚を、中心領域や外側領域にかかわらず全体として均一に塗布する必要がある。しかし、簡易な手段でこれを可能にする技術は、特許文献１〜３を含め、今まで提案されていない。
特許文献２に開示された被覆方法は、硬化する前の被膜剤を取り扱うので、取り扱いが面倒であり、かつ精度が良い膜厚を得るのは困難と思われる。

そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、スクロール体のラップ部に、簡易かつ低コストな手段で、全体として均一で高精度な膜厚を得ることができる被膜形成手段を実現することを課題とする。

かかる課題を解決するため、本発明のスクロール式流体機械の被膜形成方法は、スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成方法において、
前記ラップ部と端板とからなるスクロール体を回転台上に固定してラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる前工程と、
回転中のスクロール体に対し前記吹付ノズルからラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付けながら、吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させながら、前記ラップ部の側面のみに塗装液の被膜を形成する吹付工程とからなり、そして第1の発明においては前記吹付ノズルの移動速度を一定とした状態で、前記吹付ノズルをラップの渦巻き中心から外側方向に移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸減させながら、前記ラップ部の側面のみに吹き付けた塗装液の膜厚を一定にする膜厚調整工程とからなることを特徴とする。
叉第2の発明においては、前記吹付ノズルの移動速度を一定とした状態で、前記吹付ノズルをスクロール体の外径側から中心に向かって移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸増させながら、前記ラップ部の側面のみに吹き付けた塗装液の膜厚を一定にする膜厚調整工程とからなることを特徴とする。

本発明方法では、スクロール体を回転台上で回転させながら、吹付ノズルからラップ部の側面に向けてラップ部の側面のみに塗装液を吹き付ける。この状態で、スクロール体の回転速度と吹付ノズルのスクロール体に対する径方向移動速度とを調整することにより、均一な膜厚で被膜を形成できる。これによって、かかる簡易な手段で、側面への均一な被膜形成が可能になる。

本発明方法において、吹付ノズルの移動速度を一定とすることができるので、吹付ノズルの移動速度を調整する必要がなくなる。そのため、運転中の制御対象がスクロール体の回転速度のみとなるので、制御が容易になると共に、制御装置を簡素化できる。

なお、スクロール体の回転速度が一定であるとき、スクロール体の周速度は、中心領域より外側領域のほうが大きい。そのため、一定の回転速度のもとで吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させると、中心領域の側面の膜厚が外側領域の側面の膜厚より大きくなってしまう。従って、スクロール体の径方向の塗布領域に応じて、スクロール体の回転速度を変える必要がある。

本第1の発明方法として、吹付ノズルをラップの渦巻き中心から外側方向に移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸減させるようにするとよい。これによって、スクロール体の中心領域と外側領域とで被膜の膜厚を均一にできる。

本第２の発明方法として、吹付ノズルをスクロール体の外径側から中心に向かって移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸増させるようにしてもよい。これによっても、スクロール体の中心領域と外側領域とで被膜の膜厚を均一にできる。

また、本発明方法において、前記各操作に加えて、吹付ノズルの姿勢を変えず直線状に移動させるようにすることも可能である。これによって、吹付ノズルの動作制御が容易になり、吹付ノズルの駆動系が所謂一軸系となるので、吹付ノズルの駆動装置及び制御装置を簡素かつ低コスト化できる。

また、前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明のスクロール式流体機械の被膜形成装置は、スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成装置において、
前記ラップ部と端板とからなるスクロール体を固定する回転台及び該回転台の駆動装置を備え、スクロール体をラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる回転装置と、
回転中のスクロール体に対しラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付ける吹付ノズル、及び該吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させる駆動装置を備えた塗装液吹付装置と、
前記回転台の回転速度及び吹付ノズルの移動速度を制御して、被膜の膜厚を一定にするコントローラと、を備え、
前記吹付ノズルがスリット形状の吹出口を有し、該吹出口の長辺がラップ部の側面の高さに相当する寸法を有していることを特徴とする。

本発明装置では、スクロール体を回転台上で回転させながら、吹付ノズルからラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付ける。この状態で、コントローラによって、スクロール体の回転速度と吹付ノズルのスクロール体に対する径方向移動速度とを調整することにより、均一な膜厚の被膜を形成できる。これによって、かかる簡易な構成で、側面への均一な被膜形成が可能になる。

本発明装置において、塗装液吹付装置が、吹付ノズルの姿勢を変えずに吹付ノズルを直線経路を辿って移動させる一軸系の駆動装置を備えているとよい。これによって、吹付ノズルの動作制御が容易になり、吹付ノズルの駆動系が所謂一軸系となるので、吹付ノズルの駆動装置及び制御装置を簡素かつ低コスト化できる。

本発明装置において、吹付ノズルがスリット形状の吹出口を有し、該吹出口の長辺がラップ部の側面の高さに相当する寸法を有している。これによって、吹付ノズルの長辺方向をラップ部の側面の高さ方向に合わせることにより、該側面の端板との接続部位から先端部位まで一度に塗装液を塗布できる。そのため、塗装液を一度塗りするだけで側面全体に被膜を形成できる。塗装液吹付工程に要する時間を短縮できる。

本発明方法によれば、塗装液吹付け中、スクロール体の回転速度と吹付ノズルのスクロール体に対する径方向移動速度とを調整することにより、均一な膜厚で被膜を形成できる。これによって、かかる簡易かつ低コストな手段で、スクロール体のラップ部側面のみへの均一被膜形成が可能になる。

従って、低コストな手段で、スクロール式流体機械の密閉空間の気密性能を高め、かつラップ部間のかじり、摩耗、損傷等を抑えて、スクロール式流体機械の運転効率を向上できる。

また、本発明装置によれば、スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成装置において、ラップ部と端板とからなるスクロール体を固定する回転台及び該回転台の駆動装置を備え、スクロール体をラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる回転装置と、回転中のスクロール体に対しラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付ける吹付ノズル、及び該吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させる駆動装置を備えた塗装液吹付装置と、回転台の回転速度及び吹付ノズルの移動速度を制御して、被膜の膜厚を一定にするコントローラと、を備えているので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。

本発明方法及び装置の第１実施形態で塗膜形成中を示す斜視図である。 前記第１実施形態で旋回スクロール体を断面で示す説明図である。 本発明方法及び装置の第２実施形態で塗膜形成中を示す断面図である。 前記第２実施形態の吹付ノズルの拡大斜視図である。 スクロール式圧縮機の熱変形を示す断面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施形態は、スクロール式圧縮機の旋回スクロール体１０に対し、ＭｏＳ_２粒子を含む熱可塑性樹脂からなる液状の潤滑性塗料を塗布する場合の具体例である。旋回スクロール体１０は、円板状の端板１２と、該端板１２に立設された渦巻き形状のラップ部１４と、図２に示すように、端板１２の背面側に一体に突設された多数の放熱フィン１６とで構成されている。旋回スクロール体１０を回転する回転装置２０が床面Ｆ上に載置されている。

回転装置２０は、端板１２より大径を有する円板状の回転台２２と、回転台２２の下面に連結され、回転台２２を回転させる駆動装置２６を内蔵したケーシング２４とで構成されている。回転装置２０の近傍に塗料吹付装置３０が床面Ｆ上に固定されている。塗料吹付装置３０は、図示省略の塗料貯蔵タンク及び後述するアーム３８を矢印方向に往復動させる駆動装置３２等を内蔵した本体部３１と、アーム３８が矢印方向に摺動する凹溝３６を有する案内フレーム３４とを備えている。凹溝３６は水平方向に向けて配置され、直線状の形状をもっている。

凹溝３６にはアーム３８が矢印方向に摺動自在に嵌合され、アーム３８は駆動装置３２によって駆動される。アーム３８の先端には、アーム３８に対し直角方向にノズル管４０が取り付けられている。ノズル管４０には本体部３１側から前記潤滑性塗料が供給される。ノズル管４０の下端に吹付ノズル４２が装着されている。吹付ノズル４２は、ノズル管４０から斜め下方へ曲折され、円形の吹付口が、旋回スクロール体１０のラップ部側面１４ａに向けられ、該吹出口から潤滑性塗料がラップ部側面１４ａに向けて吹き出される。

吹付ノズル４２は、同じ姿勢を保持したまま移動する。言い換えれば、吹付ノズル４２の姿勢変更機構を具備する必要がない。アーム３８が凹溝３６に沿って移動することで、アーム３８は水平方向に直線状移動経路Ｌ上を移動する。コントローラ４４は、駆動装置２６を制御して、回転台２２の回転角速度を制御すると共に、駆動装置３２を制御して、直線状移動経路Ｌに沿う方向の吹付ノズル４２の移動速度を制御する。

かかる構成において、旋回スクロール体１０のラップ部側面１４ａに潤滑性塗料を塗布するとき、旋回スクロール体１０は、回転台２２上に載置され、ラップ部１４の渦巻き中心Ｃが回転台２２の回転中心に位置するように位置決めされる。次に、吹付ノズル４２を渦巻き中心Ｃに配置し、該渦巻き中心位置で、吹出口がラップ部側面１４ａに向くように、吹付ノズル４２の姿勢を調整する。

この状態で回転台２２を矢印方向に回転すると共に、吹付ノズル４２の吹出口から潤滑性塗料を噴射して、ラップ部側面１４ａに潤滑性塗料を吹き付ける。そして、吹付ノズル４２を吹付け開始時の姿勢を保持したまま、直線状移動経路Ｌ上を旋回スクロール体１０の径方向外側へ向けて移動させる。

このとき、コントローラ４４によって、吹付ノズル４２の移動速度を一定に制御すると共に、吹付ノズル４２が渦巻き中心Ｃから旋回スクロール体１０の外側方向に移動するのに応じて、ノズル先端とラップ部側面１４ａとの距離を一定に保ちながら、回転台２２の回転角速度を漸減する。潤滑性塗料の塗布工程中、ずっと旋回スクロール体１０が同一回転角速度で回転すれば、渦巻き中心Ｃより外側方向へ行くほど、旋回スクロール体１０の周速度は大きくなる。そのため、中心領域より外側領域ほどラップ部側面１４ａに塗布される潤滑性塗料の膜厚は薄くなる。

本実施形態では、コントローラ４４によって、吹付ノズル４２の径方向移動に合わせて回転台２２の回転角速度を漸減させることで、ラップ部側面１４ａの中心領域から外側領域まで均一の膜厚となるように制御している。１回の塗装でラップ部側面１４ａの全面に塗装液を塗布できないときは、もう１度同じ操作を行なってラップ部側面全面を塗装する。塗装液の塗装は、固定スクロール体１０のラップ部１４と接触する一方のラップ部側面のみに行なえばよい。塗膜形成工程の後工程で、塗膜の焼付け乾燥を行なう。

本実施形態によれば、かかる操作でラップ部側面１４ａに渦巻き中心Ｃから外側端まで均一な潤滑性塗料の膜厚を形成できる。しかも、吹付ノズル４２の移動速度を一定としているので、回転台２２の回転角速度を制御するだけの簡単な制御でこれを実現できる。このように、複雑な制御を必要としないので、制御装置も簡素かつ低コストな制御装置で済む。

また、塗布工程中、吹付ノズル４２の姿勢を塗布開始時の姿勢を維持させたままで、直線状移動経路Ｌに沿って直線移動させるだけでよいので、吹付ノズル４２の駆動機構は、一軸系の駆動機構で済む。そのため、塗料吹付装置３０の駆動装置３２の構成を簡素化でき、低コストとすることができる。

なお、前記第１実施形態では、吹付ノズル４２の運転開始位置をラップ部１４の渦巻き中心Ｃとし、塗料吹付け開始後、吹付ノズル４２を旋回スクロール体１０の外側方向へ移動させるようにしたが、代わりに、吹付ノズル４２の開始位置をラップ部１４の外側端とし、塗料吹付け開始後、旋回スクロール体１０の渦巻き中心Ｃ側へ向かって移動させるやり方としてもよい。この場合には、吹付ノズル４２の移動速度に合わせて、回転台２２の回転角速度を漸増させるようにする。

（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置の第２実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施形態において、吹付ノズル４６の吹付口４８は、上下方向に長く延設されたスリット形状を有する。吹出口４８の長辺の寸法ｈ_２は、ラップ部側面１４ａの高さ寸法ｈ_１と略同一の寸法となるように構成されている。これによって、吹出口４８から潤滑性塗料が吹き出されたとき、端板１２との接続部から先端部まで、ラップ部側面１４ａの高さ方向の全領域に対して、１度の塗布で同時に潤滑性塗料を塗布できる。本実施形態のその他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、同一機器及び同一部位を同一符号で表している。

前記第１実施形態及び第２実施形態では、アーム３８を一軸系の駆動機構で移動させる塗装液吹付装置３０を用いたが、代わりに、アーム３８を多軸系の駆動機構を用いて３次元移動させるようにしてもよい。
また、第１実施形態及び第２実施形態は、本発明をスクロール式圧縮機の旋回スクロール体に被膜形成する場合に適用したものであるが、固定スクロール体に被膜形成する場合にも適用可能である。また、本発明をその他のスクロール式流体機械のスクロール体にも適用できる。

本発明によれば、スクロール式流体機械のラップ部に被膜を形成する場合、低コストな設備及び制御装置を用いて、簡易な手段で均一な膜厚を形成できる。

１０ 旋回スクロール体
１２ 端板
１４ ラップ部
１４ａ ラップ部側面
１６ 放熱フィン
２０ 回転装置
２２ 回転台
２４ ケーシング
２６，３２ 駆動装置
３０ 塗料吹付装置
３１ 本体部
３４ 案内フレーム
３６ 凹溝
３８ アーム
４０ ノズル管
４２，４６ 吹付ノズル
４４ コントローラ
４８ 吹付口
Ｃ 渦巻き中心
Ｆ 床面
Ｌ 直線状移動経路
ｈ_１ ラップ部側面高さ寸法
ｈ_２ 吹出口長辺寸法

Claims (5)

1. スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成方法において、
   前記ラップ部と端板とからなるスクロール体を回転台上に固定してラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる前工程と、
   回転中のスクロール体に対し前記吹付ノズルからラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付けながら、吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させながら、前記ラップ部の側面のみに塗装液の被膜を形成する吹付工程と、
   前記吹付ノズルの移動速度を一定とした状態で、前記吹付ノズルをラップの渦巻き中心から外側方向に移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸減させながら、前記ラップ部の側面のみに吹き付けた塗装液の膜厚を一定にする膜厚調整工程とからなることを特徴とするスクロール流体機械の被膜形成方法。
2. スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成方法において、
   前記ラップ部と端板とからなるスクロール体を回転台上に固定してラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる前工程と、
   回転中のスクロール体に対し前記吹付ノズルからラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付けながら、吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させながら、前記ラップ部の側面のみに塗装液の被膜を形成する吹付工程と、
   前記吹付ノズルの移動速度を一定とした状態で、前記吹付ノズルをスクロール体の外径側から中心に向かって移動させ、吹付ノズルの移動速度に対応させてスクロール体の回転速度を漸増させながら、前記ラップ部の側面のみに吹き付けた塗装液の膜厚を一定にする膜厚調整工程とからなることを特徴とするスクロール流体機械の被膜形成方法。
3. 前記吹付ノズルの姿勢を変えず直線状に移動させることを特徴とする請求項１叉は２に記載のスクロール流体機械の被膜形成方法。
4. スクロール流体機械の渦巻き形状のラップ部の側面に吹付ノズルで塗装液を吹き付け、被膜を形成する被膜形成装置において、
   前記ラップ部と端板とからなるスクロール体を固定する回転台及び該回転台の駆動装置を備え、スクロール体をラップ部の渦巻き中心を中心として回転させる回転装置と、
   回転中のスクロール体に対しラップ部の側面に向けて塗装液を吹き付ける吹付ノズル、及び該吹付ノズルをスクロール体の径方向に移動させる駆動装置を備えた塗装液吹付装置と、
   前記回転台の回転速度及び吹付ノズルの移動速度を制御して、被膜の膜厚を一定にするコントローラと、を備え、
   前記吹付ノズルがスリット形状の吹出口を有し、該吹出口の長辺がラップ部の側面の高さに相当する寸法を有していることを特徴とするスクロール式流体機械の被膜形成装置。
5. 前記塗装液吹付装置が、吹付ノズルの姿勢を変えずに吹付ノズルを直線経路を辿って移動させる一軸系の駆動装置を備えていることを特徴とする請求項４に記載のスクロール式流体機械の被膜形成装置。

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