JPH02197506A - スクロール翼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スクロールコンプレッサなどのスクロール流
体機械に用いられるスクロール翼の製造方法に関する。

（従来の技術） スクロールコンプレッサは、一対の鏡板に渦巻状のラッ
プをそれぞれ形成した固定側および旋回側スクロール翼
を噛み合わせた構造をなしており、両ラップが接触する
ように旋回スクロール翼を旋回させることにより、両ス
クロール翼によって形成される圧縮室を中心に向けて徐
々に減少させ、両ラップの外周部より吸込まれた流体を
圧縮させて中央部の吐出ポートより圧縮ガスを吐出させ
るものである。

従来、この種のスクロールコンプレッサの圧縮機構部を
構成する固定スクロール翼と旋回スクロール翼の材料の
組み合わせとしては、 ■　固定スクロール翼と旋回スクロール翼の両方に鋳鉄
を主とした鉄系材料を用いたもの、■　固定スクロール
翼に鉄系材料を用い、旋回スクロール翼にアルミニウム
系材料を用いたもの、などが知られている。

しかし、これらの材料の組み合わせには、以下に示すよ
うな欠点があった。

上記■の材料の組合せの場合、 （ａ）旋回スクロール翼に比重の大きい鉄系材料を用い
ると、運転時の遠心力が大きくなるために、軸受負荷が
増大したり、摺動損失が大きくなるなどの問題があった
。特に、高速運転時には遠心力が非常に大きくなること
から、主軸と軸受部間ならびに摺動面部間での摩耗が激
しくなり、焼付き現象が生じやすく、信頼性およ゛び耐
久性が著しく低下してしまう。さらに、両スクロール翼
の摺動面部間の摩耗によって圧縮ガスのリークが起こり
、圧縮性能が著しく低下してしまうという問題もあった
。

（ｂ）スクロール翼の精度を高めるためには、取り付は
面や摺動面などを精密に機械加工する必要があるが、鉄
系材料は切削性が低いために、その加工が難しく生産性
が低いという問題があった。

上記■の材料の組合せの場合、 （ｃ）アルミニウム系材料と鉄系材料では熱膨脹係数が
著しく異なるため、両スクロール間のクリアランスを大
きくしなければならず、性能低下を招いていた。

（ｄ）上記した　（ｂ）と同様に、鉄系材料の切削性が
低いことから、その精密加工が極めて難しい。

また、これら鉄系材料の欠点を補うとともに、最近のこ
の種のスクロールコンプレッサに対して要望されている
小型軽量化、高速化に応じるために、固定スクロール翼
と旋回スクロール翼の両方ともにアルミニウム系材料を
用いたものが開発されつつある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した固定スクロール翼と旋回スクロール翼の両方に
アルミニウム系材料を用いたものは、加工性に優れると
ともに、軽量であることから定常的な摺動に対しては良
好な摺動特性と耐摩耗性を示すという利点を有する半面
、極圧が負荷された場合やたとえば冷媒により潤滑油が
希釈されるなどの原因によって摺動面の潤滑油が切れた
際に、アルミニウム系材料どうしの場合には摺動面部間
に凝着摩耗が発生しやすく、信頼性が低いという問題が
あった。

そこで、このようなアルミニウム系材料どうしによる欠
点を補うために、摺動面すなわち両スクロール翼のラッ
プ頂上部表面に炭素系やモリブデン系などの固体潤滑剤
を蒸着法やスパッタ法などの薄膜形成法によって膜形成
することが試みられている。しかし、薄膜法によって形
成された固体潤滑剤層は耐久性に欠け、容易に剥離して
しまうなどの問題があり、またスクロール翼を形成した
後に別途固体潤滑剤層の形成工程を設けなければならな
いために、製造コストが増大してしまうという問題もあ
った。

本発明は、上述した従来技術の課題に対処するためにな
されたもので、機械加工に優れるとともに遠心力の影響
を抑制できるアルミニウム系材料を用いたスクロール翼
の凝着摩耗を抑制するための固体潤滑剤層の形成を容易
にするとともに、その耐久性を高めたスクロール翼の製
造方法を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明のスクロール翼の製造方法は、一対の鏡
板の相対向する板面に渦巻状のラップをそれぞれ直立形
成し、これらラップを噛合わせて気体の圧縮または膨脹
を行うスクロール翼を製造するにあたり、前記ラップの
頂上近傍部を形成する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と、前記スクロール翼本体を形
成するアルミニウム系材料とを用い、前記ラップ頂上近
傍部に前記固体潤滑剤の分散層を前記スクロール翼本体
と一体的に粉末冶金法によって同時に成型することを特
徴としている。

（作　用） 本発明のスクロール翼の製造方法においては、スクロー
ル翼本体の形成と同時にラップ頂部近傍部に固体潤滑剤
をアルミニウム中に分散埋設した固体潤滑剤分散層を形
成しているため、一連の工程で固体潤滑剤分散層が一体
に形成されたスクロール翼が得られる。

また、得られる固体潤滑剤分散層は、母材のアルミニウ
ムと強固に結合しているため、耐久性に優れたものとな
る。したがって、アルミニウム系材料による、遠心力が
小さいことによって高速運転時の摺動部分の摩ｉｔを小
さく抑えることができるなどの特性を充分にかつ安定し
て発揮させることが可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明をスクロールコンプレッサに用いるス
クロール翼の製造に適用した粉末冶金法による製造工程
を示す図である。同図において１は、スクロール翼の鏡
板部となるキャビティ１ａの底部にラップ形成部となる
渦巻状の溝部１ｂををするスクロール翼形成用金型であ
る。

まず、スクロール翼形成用金型１の溝部１ｂ内に、エア
アトマイズ法により作製した１２重量％Ｓ１含有アルミ
ニウム粉末に固体潤滑剤である炭素（グラファイト）を
３体積％混合した炭素混合アルミニウム粉末２を所定量
振動法などによって充填する（第１図−Ａ）。

次に、炭素混合アルミニウム粉末２が充填された溝部１
ｂとキャビティ１ａ内に、１２重量％Ｓ１含有アルミニ
ウム粉末３を充填する（第１図−Ｂ）。

この後、超塑性加工領域での加工を可能とする加圧成型
条件（たとえば４００℃、２００ｋｇ／　ｃ＋／　）に
よって、充填した炭素混合アルミニウム粉末２と１２重
量％Ｓ１含有アルミニウム粉末３とに対して同時にバン
チ４で圧力を加え、はぼ所望とするスクロール翼形状に
成型した後（第１図−〇）、精度を高めるために摺動面
に対して切削加工を施して、所望形状のスクロールｍ５
を得る。得られるスクロールＴＡ５は、鏡板部６の一方
の面上に渦巻状のラップ７が直立形成され、このラップ
７の頂部近傍部に固体潤滑剤分散層８が一体に形成され
て構成されている。（第１図−Ｄ）。

このようにラップ頂部近傍部を形成するアルミニウム粉
末に固体潤滑剤として炭素を混合した粉末を用い、鏡板
部と同時に粉末冶金法によってスクロール翼を形成する
ことにより、ラップ頂部近傍部に固体潤滑剤分散層をス
クロール翼本体と同時に形成でき、かつ得られる固体潤
滑剤層はスクロール翼本体と一体に形成される。また、
粉末冶金法によるアルミニウム系材料を用いていること
から、得られるスクロール翼はニアネットシエイブ成型
され、さらに快削性に富み摺動面等の機械加工も容易で
ある。

上記成型方法にしたがって、たとえば固定スクロール翼
と旋回スクロール翼それぞれの形状に応じて成型し、ス
クロールコンプレッサに用いられる一対のスクロール翼
が得られる。

ここで、この実施例ではスクロール翼形成材料として、
Ｓｌを１２１ｆｆｍ％含有するアルミニウム系材料を用
いたが、機柾により要求される機械的強度が異なるため
、適宜適当なアルミニウム系材料を選択すればよい。ま
た、固体潤滑剤材料についても炭素に限らず、ＭｏＳ２
　、ＯＮ、　ＳＩＮ　、　ＳＩＣなど各種のものを使用
することが可能である。

上記材料構成によれば、アルミニウム系材料に含まれる
Ｓｔ成分により、スクロール翼の表面に多数のハードポ
イントが形成されることから耐荷重性が向上する。しか
も、旋回スクロール翼と固定スクロール翼の各ラップ部
表面に固体潤滑剤である炭素の分散層が形成されるため
に、ラップ頂部と鏡板部のアルミニウム系材料どうしの
摺動による凝着摩耗が避けられ、低摩擦係数でかつ高摩
耗性を有する材ｐｍみ合わせとなる。

ラップ頂部近傍部に形成する固体潤滑剤分散層の厚さは
、固体潤滑剤の分散量やスクロール翼自体の使用条件に
よって異なるが、おおよそ５μｍ以上で適宜適当な厚さ
とすればよ＜、望ましくは２０μ−以上である。また、
固体潤滑剤の分散量は、使用する材質によって異なるが
、母材に対して３０体積％〜Ｉ５体積％程度が好ましい
。

次に、上記成型方法にしたがって作製した固定スクロー
ル翼と旋回スクロール翼の使用例について説明する。

第２図は、上記固定および旋回スクロール翼を用いたス
クロールコンプレッサの概略的な構成を示す断面図であ
る。図中１１は密閉容器であり、その内部はフレーム１
２により連通した２つの空間に分離されている。フレー
ム１２の中央部には円筒形の凸部１２ａが設けられてお
り、凸部１２ａ内の開口１２ｂに主軸１３が回転自在に
支持されている。この主軸１３下部にはロータ１４が取
付けられており、その外周部に位置するようにステータ
１５が密閉容器１１に圧入配置されている。

主軸１３の上部に形成されたクランク軸部１３ａには、
旋回スクロール翼１６が回転０在に支持されており、フ
レーム１２の外周突起部１２ｂには固定スクロール翼１
７が固定設置されている。

これら旋回スクロールＷ１６および固定スクロールｌＡ
１７は、上述した成型方法によってそれぞれ作製された
ものであり、鏡板部１６ａｓ　１７ａの相対向する板面
に渦巻状のラップ１６ｂ、１７ｂを直立して設けた構造
をなしており、旋回スクロール翼１６のラップ１６ｂと
固定スクロール翼１７のラップ１７ｂとが互いに噛み合
うように配置され、これらラップ１６ｂ、１７ｂによっ
て圧縮室１８が形成される。また、両ラップ１６ｂ。

１７ｂの頂部近傍部には、固体潤滑剤である炭素の分散
層１９が形成されており、この固体潤滑剤分散層１つに
よって相対するスクロール翼１６．１７の鏡板部１６ａ
、１７ａと摺接する。旋回スクロール翼１６とフレーム
１２との間には、旋回スクロール翼１６の旋回運動中の
自転を阻止するための機構、たとえばオルダムリング２
０が設けられている。

固定スクロールＷ１７の中心部には、圧縮されたガスを
密閉容器１１内に吐出させるための吐出ポート２１が形
成されており、また外周部には両ラップ１６ｂ、１７ｂ
によって形成される圧縮室１８にガスを導く吸込管２２
が形成されている。

そして吐出ポート２１から密閉容器１１内に吐出された
圧縮ガスは、密閉容器１１の側部に貫通して取付けられ
た吐出管２３から外部に導出される。

上記構成のスクロールコンプレッサの実機テストを行っ
た結果、高負荷（高荷重）運転および高速運転（１５０
Ｈｚ）の条件で良好な耐摩耗性と低振動性が得られた。

また、耐摩耗性試験機を用いて、この実施例によって作
製した固体潤滑剤分散層をラップ頂部に一体的に形成し
たアルミニウム系材料の組み合わせからなるスクロール
翼と、鉄系材料／鉄系材料の組み合わせからなるスクロ
ール翼（従来例）とに対して、トルク−荷重と摩擦係数
−荷重の関係を評価したところ、第３図および第４図に
示すような結果が得られた。

第３図から明らかなように、この実施例によって作製し
たスクロール翼は、高荷重までトルク値が小さく、かつ
摩擦係数も非常に小さい値を示し、高荷重まで焼付けな
どの問題を起こさないことが分かった。一方、比較例の
スクロール翼は初期よりトルク値、摩擦係数ともに太き
（、低荷重で焼付けを起こすことが分かった。

このように、本発明の製造方法にしたがって作製したス
クロール翼は、ラップ頂部近傍部に本体と一体に形成し
た固体潤滑剤分散層によって、アルミニウム系材料どう
しのとも材摺動を確実に防止でき、鉄系材料を使用した
従来のものに比べて摩擦係数が小さくできるために摺動
損失が低減でき、かつ耐摩耗性に優れた焼付はレベルの
高い摺動面を得ることができるため、両スクロール翼の
摺動面部間の摩耗による圧縮ガスのリークを小さく抑え
ることができ、よって耐久性と信頼性とをＩＮえたスク
ロールコンプレッサを提供することが可能となる。また
、従来のアルミニウム系材料を使用したものに比べ異常
時の安定性に優れ、このことからも信頼性が大幅に向上
したものとなる。

さらに、両スクロール翼に熱膨脹係数がほぼ同等のアル
ミニウム系材料を用いていることから、ラップの高さ方
向の熱膨脹率が等しくなるため、両スクロール翼間のク
リアランスを小さく設定することができ、運転性能の低
下を防止することができるとともに、駆動部の軽量化を
図ることで遠心力の影響が小さく高速運転が可能となり
、かつ入力の低減や低雑音化を図ることもできる。

また、アルミニウム系材料は快削性に富むため、摺動面
の精密加工が容易にでき生産性が向上し、固体潤滑剤分
散層をスクロール翼本体と一体に成型しているため、別
工程を必要としないことから製造コスト自体も単にアル
ミニウム系材料で作製したものとほぼ同等とすることが
できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
要旨を嚢更しない範囲において種々変形して実施するこ
とができる。たとえば、上記実施例では圧縮機能を有す
るスクロール流体機械に用いるスクロール翼の製造に本
発明を適用したが、膨脹機能を有するスクロール流体機
械に用いるスクロール翼などにも適用させることができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスクロール翼の製造方法に
よれば、アルミニウム系材料どうしによる凝る摩耗を確
実にかつ長期間に渡って安定して防止できるスクロール
翼を低コストで得ることができ、よって耐久性に優れ駆
動損失の小さい高信頼性のスクロール流体機械を提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造工程を示す図、第２図
は本発明の一実施例によって作製したスクロール翼を使
用したスクロールコンプレッサの概略的な構成を示す断
面図、第３図は本発明の一実施例によって作製したスク
ロール翼と従来品のトルク−荷重の関係を示すグラフ、
第４図は本発明の一実施例によって作製したスクロール
翼と従来品の摩擦係数−荷重の関係を示すグラフである
。 １・・・・・・スクロール翼形成用金型、２・・・・・
・炭素混合アルミニウム粉末、３・・・・・・Ｓ１含有
アルミニウム粉末、５・・・・・・スクロール翼、６・
・・・・・鏡板部、７・・・・・・ラップ、８・・・・
・・固体潤滑剤分散層。 出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 菊 ！ （Ｋｇｆ　） 第３図 荷 ！ （Ｋｇｆ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対の鏡板の相対向する板面に渦巻状のラップをそれぞ
   れ直立形成し、これらラップを噛合わせて気体の圧縮ま
   たは膨脹を行うスクロール翼を製造するにあたり、 前記ラップの頂上近傍部を形成する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と、前記スクロー
   ル翼本体を形成するアルミニウム系材料とを用い、前記
   ラップ頂上近傍部に前記固体潤滑剤の分散層を前記スク
   ロール翼本体と一体的に粉末冶金法によって同時に成型
   することを特徴とするスクロール翼の製造法。