説明

圧縮機

【課題】樹脂層の表面が、対向する部材と接触して摺動した場合に、摺動による摩擦ロスを低減する。
【解決手段】圧縮機1は、圧縮室31および圧縮室31に連通したブレード収容部を有するシリンダ30と、シリンダ30の軸方向両端に配置されるフロントヘッド20およびリアヘッド50と、圧縮室31およびブレード収容部の内側に配置されるピストン40とを備えている。ピストン40は、圧縮室31に配置された環状のローラ41と、ローラ41の外周面から延在し且つブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードとを有する。ピストン40の軸方向端面と、ローラ41の外周面となる部分には、樹脂層が形成されており、この樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが0.3以上である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、圧縮機として、シリンダと、シリンダの内側に配置されるローラとを備えるロータリ圧縮機がある。このロータリ圧縮機では、ローラは、偏心回転する軸に装着されており、軸の回転に伴って、シリンダの内周面に沿って移動する。
【0003】
このようなロータリ圧縮機では、ローラの端面とこの端面に対向して配置される端板部材との間、および、ローラの外周面とシリンダの内周面との間には、摺動による焼付き防止などのために、微小な隙間が形成されている。隙間の大きさは、冷媒や潤滑油の漏れを防止する観点から、できるだけ小さいことが好ましい。このような隙間を設けていても、例えば圧縮機の高速始動時など、ローラの熱膨張量がシリンダの熱膨張量よりも大きくなった場合には、上記の隙間が無くなって、摺動による焼付きが生じる場合がある。
【0004】
また、上記のロータリ圧縮機以外の圧縮機として、渦巻き状の固定側ラップを有する固定スクロールと、固定側ラップに噛み合う渦巻き状の可動側ラップを有する可動スクロールとを備えるスクロール圧縮機がある。このスクロール圧縮機では、可動スクロールが偏心回転する軸に装着されており、軸の回転に伴って、可動スクロールは旋回運動する。
【0005】
このようなスクロール圧縮機では、ラップの端面とこの端面に対向する面との間、および、ラップの側面とこの面に対向する側面(他方のラップの側面を含む)との間には、摺動による焼付き防止などのために、微小な隙間が形成されている。しかしながら、圧縮機の運転状況によっては、上記の隙間が無くなって、焼付きが生じる場合がある。
【0006】
このような圧縮機の焼付きの問題に対して、例えば特許文献1では、樹脂コーティングによって摺動性を向上させることが提案されている。これにより、隙間の大きさを拡大することなく、焼付きを防止することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2006−275280号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、摺動が生じると、上述した焼付きの問題の他に、摩擦ロスによって圧縮機の効率が低下するという問題も生じる。
特許文献1の圧縮機では、樹脂コーティングによって摺動時の焼付きを防止できるが、この摩擦ロスによる効率低下の問題が残っている。さらに、樹脂コーティング層は、冷媒や潤滑油を吸収して膨潤するため、上述した高速始動時などの特殊な運転時だけでなく、通常の運転時であっても、隙間が無くなる場合がある。
【0009】
そこで、この発明は、樹脂層の表面が、対向する部材と接触して摺動した場合に、摺動による摩擦ロスを低減することのできる圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、第1の発明に係る圧縮機は、圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、前記シリンダの軸方向両端に配置される第1端板部材および第2端板部材と、前記圧縮室および前記ブレード収容部の内側に配置されるピストンとを備え、前記ピストンは、前記圧縮室に配置された環状のローラと、前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードとを有し、(1)前記ピストンの軸方向端面、(2)前記第1端板部材の前記ピストンの軸方向端面に対向した面、(3)前記第2端板部材の前記ピストンの軸方向端面に対向した面、(4)前記ローラの外周面、(5)前記圧縮室の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする。
【0011】
この圧縮機では、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、樹脂層によって焼付きの発生を防止することができる。
また、樹脂層の表面粗さが比較的粗いため、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機の効率の低下を抑制することができる。
【0012】
第2の発明に係る圧縮機は、圧縮室および前記圧縮室に連通したベーン収容部を有するシリンダと、前記シリンダの軸方向両端に配置される第1端板部材および第2端板部材と、前記圧縮室の内側に配置される環状のローラと、前記ローラの外周面に押圧される先端を有し且つ前記ベーン収容部の内側を進退可能に配置されたベーンとを備え、(1)前記ローラの軸方向端面、(2)前記第1端板部材の前記ローラの軸方向端面に対向した面、(3)前記第2端板部材の前記ローラの軸方向端面に対向した面、(4)前記ベーンの軸方向端面、(5)前記ローラの外周面、(6)前記圧縮室の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする。
【0013】
この圧縮機では、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、樹脂層によって焼付きの発生を防止することができる。
また、樹脂層の表面粗さが比較的粗いため、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機の効率の低下を抑制することができる。
【0014】
第3の発明に係る圧縮機は、凹部およびその底面から突出した渦巻き状の第1ラップを有する第1スクロールと、平板部から突出した渦巻き状の第2ラップを有する第2スクロールとを備え、前記第1スクロールと前記第2スクロールとは、前記凹部の底面と前記平板部とが対向し、且つ、前記第1ラップの側面と前記第2ラップの側面とが対向するように近接しており、(1)前記第1ラップの先端面、(2)前記平板部の前記第1ラップの先端面に対向した面、(3)前記第2ラップの先端面、(4)前記凹部の底面の前記第2ラップの先端面に対向した面、(5)前記第1ラップの側面、(6)前記第2ラップの側面、(7)前記凹部の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする。
【0015】
この圧縮機では、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、樹脂層によって焼付きの発生を防止することができる。
また、樹脂層の表面粗さが比較的粗いため、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機の効率の低下を抑制することができる。
【0016】
第4の発明に係る圧縮機では、第1〜第3のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記樹脂層の表面は、粗さ曲線のクルトシスRkuが、3以上であることを特徴とする。
【0017】
この圧縮機では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、先端が尖った形状である。そのため、樹脂層と他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0018】
第5の発明に係る圧縮機では、第1〜第4のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記樹脂層の表面は、粗さ曲線のスキューネスRskが、0より大きく、且つ、最大高さ粗さRzが、粗さ曲線要素の平均長さRSmよりも大きいことを特徴とする。
【0019】
この圧縮機では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、先細り形状であって、且つ、その縦幅が横幅よりも大きい。そのため、樹脂層と他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0020】
第6の発明に係る圧縮機では、第1〜第5のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記樹脂層の表面粗さを構成する凹凸は、前記樹脂層にのみ形成されていることを特徴とする。
【0021】
この圧縮機では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部が、樹脂組成物のみで形成されているため、摺動時に変形しやすい。
【0022】
第7の発明に係る圧縮機では、第1〜第6のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記樹脂層が形成された基材の表面は、算術平均表面粗さRaが0.3以上であることを特徴とする。
【0023】
この圧縮機では、基材の表面に微小な凹凸が形成されているため、樹脂層と基材との接着性が良く、樹脂層の剥離が生じにくい。
【0024】
第8の発明に係る圧縮機では、第7の発明に係る圧縮機において、前記樹脂層の表面粗さを構成する凹凸は、前記基材の表面に形成された凹凸に沿って形成されていることを特徴とする。
【0025】
この圧縮機では、樹脂層は、表面に凹凸が形成された基材に樹脂コーティングを施すだけで形成することができるため、樹脂層に凹凸を形成する加工を施さなくて済む。
【0026】
第9の発明に係る圧縮機では、第1〜第8のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記樹脂層は、前記樹脂層に対向する面よりも硬度が低いことを特徴とする。
【0027】
この圧縮機では、樹脂層は対向する面よりも硬度が低いため、樹脂層の表面が削れ易い。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【発明の効果】
【0028】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【0029】
第1〜第3の発明では、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、樹脂層によって焼付きの発生を防止することができる。
また、樹脂層の表面粗さが比較的粗いため、樹脂層の表面が他の部材と接触して摺動した場合に、表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機の効率の低下を抑制することができる。
【0030】
第4の発明では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、先端が尖った形状である。そのため、樹脂層と他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0031】
第5の発明では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、先細り形状であって、且つ、その縦幅が横幅よりも大きい。そのため、樹脂層と他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0032】
第6の発明では、樹脂層の表面粗さを構成する凸部が、樹脂組成物のみで形成されているため、摺動時に変形しやすい。
【0033】
第7の発明では、基材の表面に微小な凹凸が形成されているため、樹脂層と基材との接着性が良く、樹脂層の剥離が生じにくい。
【0034】
第8の発明では、樹脂層は、表面に凹凸が形成された基材に樹脂コーティングを施すだけで形成することができるため、樹脂層に凹凸を形成する加工を施さなくて済む。
【0035】
第9の発明では、樹脂層は対向する面よりも硬度が低いため、樹脂層の表面が削れ易い。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の第1実施形態に係る圧縮機の概略断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿った断面図であって、シリンダ内でのピストンの動作を示す図である。
【図3】図1に示した圧縮機のフロントヘッドを下方から視た図である。
【図4】図1に示した圧縮機のピストンの斜視図である。
【図5】図1の部分拡大図を模式的に示した図であって、(a)は樹脂層が膨潤していない状態を示し、(b)は樹脂層が膨潤している状態を示している。
【図6】図2の部分拡大図である。
【図7】樹脂層および基材の断面を模式的に示した拡大図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る圧縮機の概略断面図である。
【図9】図8のB−B線に沿った断面図である。
【図10】本発明の第3実施形態に係る圧縮機における、シリンダ内でのローラおよびベーンの動作を示す図である。
【図11】図10に示した圧縮機のローラおよびベーンの斜視図である。
【図12】図11のC−C線に沿った断面図である。
【図13】本発明の第4実施形態に係る圧縮機の概略断面図である。
【図14】図13のD−D線に沿った断面図であって、可動スクロールの動作を示す図である。
【図15】(a)は図13の部分拡大図であって、(b)は図14の部分拡大図である。
【図16】本発明の他の実施形態の樹脂層および基材の断面を模式的に示した拡大図である。
【図17】本発明の他の実施形態の樹脂層および基材の断面を模式的に示した拡大図である。
【図18】本発明の他の実施形態の樹脂層および基材の断面を模式的に示した拡大図である。
【図19】本発明の他の実施形態のピストンの平面図である。
【図20】本発明の他の実施形態のピストンの平面図である。
【図21】本発明の他の実施形態のフロントヘッドの図であって、図3に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
本実施形態は、1シリンダ型のロータリ圧縮機に本発明を適用した一例である。
図1に示すように、本実施形態の圧縮機1は、密閉ケーシング2と、密閉ケーシング2内に配置される圧縮機構10および駆動機構6を備えている。なお、図1は、駆動機構6の断面を示すハッチングを省略して表示している。この圧縮機1は、例えば、空調装置などの冷凍サイクルに組み込まれて使用され、吸入管3から導入された冷媒(本実施形態では、CO2)を圧縮して排出管4から排出する。図1の上下方向を単に上下方向として、圧縮機1について以下説明する。
【0038】
密閉ケーシング2は、両端が塞がれた円筒状の容器であり、その上部には、圧縮された冷媒を排出するための排出管4と、駆動機構6の後述する固定子7bのコイルに電流を供給するためのターミナル端子5が設けられている。なお、図1では、コイルとターミナル端子5とを接続する配線は省略して表示している。また。密閉ケーシング2の側部には、圧縮機1に冷媒を導入するための吸入管3が設けられている。また、密閉ケーシング2内の下部には、圧縮機構10の摺動部の動作を滑らかにするための潤滑油Lが貯留されている。密閉ケーシング2の内部には、駆動機構6と、圧縮機構10とが上下に並んで配置されている。
【0039】
駆動機構6は、圧縮機構10を駆動するために設けられており、駆動源となるモータ7と、このモータ7に取り付けられたシャフト8とから構成されている。
【0040】
モータ7は、密閉ケーシング2の内周面に固定されている略円環状の固定子7bと、この固定子7bの径方向内側にエアギャップを介して配置される回転子7aとを備えている。回転子7aは磁石(図示省略)を有し、固定子7bはコイルを有している。モータ7は、コイルに電流を流すことによって発生する電磁力によって、回転子7aを回転させる。また、固定子7bの外周面は、全周にわたって密閉ケーシング2の内周面に密着しているわけではなく、固定子7bの外周面には、上下方向に延び且つモータ7の上下の空間を連通させる複数の凹部(図示省略)が、周方向に並んで形成されている。
【0041】
シャフト8は、モータ7の駆動力を圧縮機構10に伝達するために設けられており、回転子7aの内周面に固定されて、回転子7aと一体的に回転する。また、シャフト8は、後述する圧縮室31内となる位置に、偏心部8aを有している。偏心部8aは、円柱状に形成されており、その軸心がシャフト8の回転中心から偏心している。この偏心部8aには、圧縮機構10の後述するローラ41が装着されている。
【0042】
また、シャフト8の下側略半分の内部には、上下方向に延在する給油路8bが形成されている。この給油路8bの下端部には、シャフト8の回転に伴って潤滑油Lを給油路8b内に吸い上げるための螺旋羽根形状のポンプ部材(図示省略)が挿入されている。さらに、シャフト8には、給油路8b内の潤滑油Lをシャフト8の外側に排出するための複数の排出孔8cが形成されている。
【0043】
圧縮機構10は、密閉ケーシング2の内周面に固定されるフロントヘッド(第1端板部材)20と、フロントヘッド20の上側に配置されるマフラー11と、フロントヘッド20の下側に配置されるシリンダ30と、シリンダ30の内部に配置されるピストン40と、シリンダ30の下側に配置されるリアヘッド(第2端板部材)50とを備えている。詳細は後述するが、図2に示すように、シリンダ30は、略円環状の部材であって、その中央部に圧縮室31が形成されている。シリンダ30は、リアヘッド50と共に、フロントヘッド20の下側にボルトにより固定されている。なお、図2は、シリンダ30に形成されているボルト孔は省略して表示している。
【0044】
図1および図3に示すように、フロントヘッド20は、略円環状の部材であって、その中央部に、シャフト8が回転可能に挿通される軸受け孔21が形成されている。フロントヘッド20の外周面は、密閉ケーシング2の内周面にスポット溶接などによって固定されている。フロントヘッド20の下面は、シリンダ30の圧縮室31の上端を閉塞している。フロントヘッド20には、圧縮室31において圧縮された冷媒を吐出するための吐出孔22が形成されている。吐出孔22は、上下方向から視て、シリンダ30の後述するブレード収容部33の近傍に形成されている。図示は省略するが、フロントヘッド20の上面には、圧縮室31内の圧力に応じて吐出孔22を開閉する弁機構が取り付けられている。また、フロントヘッド20のシリンダ30よりも径方向外側の部分には、複数の油戻し孔23が周方向に並んで形成されている。フロントヘッド20は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0045】
リアヘッド50は、略円環状の部材であって、その中央部にシャフト8が回転可能に挿通される軸受け孔51が形成されている。リアヘッド50は、シリンダ30の圧縮室31の下端を閉塞している。リアヘッド50は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0046】
マフラー11は、フロントヘッド20の吐出孔22から冷媒が吐出される際の騒音を低減するために設けられている。マフラー11は、フロントヘッド20の上面にボルトによって取り付けられ、フロントヘッド20との間にマフラー空間Mを形成している。また、図示は省略するが、マフラー11には、マフラー空間M内の冷媒を排出するためのマフラー吐出孔が形成されている。
【0047】
図1および図2に示すように、シリンダ30には、上述した圧縮室31と、圧縮室31内に冷媒を導入するための吸入孔32と、ブレード収容部33が形成されている。なお、図2(a)は、図1のA−A線断面図であって、フロントヘッド20の吐出孔22は本来表れないが、説明の便宜上表示している。シリンダ30は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0048】
吸入孔32は、シリンダ30の径方向に延在して形成されており、その端部(圧縮室31と反対側の端部)には、吸入管3の先端が内嵌されている。
【0049】
ブレード収容部33は、シリンダ30を上下方向に貫通しており、圧縮室31と連通している。ブレード収容部33は、圧縮室31の径方向に延在している。ブレード収容部33は、上下方向から視て、吸入孔32とフロントヘッド20の吐出孔22との間の位置に形成されている。このブレード収容部33内には、一対のブッシュ34が配置されている。一対のブッシュ34は、略円柱状の部材を半分割した形状に形成されている。この一対のブッシュ34の間にブレード42が配置されている。一対のブッシュ34は、その間にブレード42が配置された状態で、ブレード収容部33内において周方向に揺動可能となっている。
【0050】
図4に示すように、ピストン40は、円環状のローラ41と、このローラ41の外周面から径方向外側に延在するブレード42とから構成されている。図2に示すように、ローラ41は、偏心部8aの外周面に相対回転可能に装着されて、圧縮室31内に配置されている。ブレード42は、ブレード収容部33に配置された一対のブッシュ34の間に進退可能に配置されている。
【0051】
図2(b)〜図2(d)に示すように、ブレード42がブレード収容部33から圧縮室31側に出ている状態では、ローラ41の外周面と圧縮室31の周壁面との間に形成される空間は、ブレード42によって低圧室31aと高圧室31bに区画される。
【0052】
図5(a)および図6は、出荷時の圧縮機1を示している。図5(a)に示すように、出荷時のピストン40の上下方向長さH1は、圧縮室31の上下方向長さH2よりも僅かに小さく、その差は例えば5〜15μm程度である。また、図6に示すように、出荷時のローラ41の外径は、偏心部8aに装着された状態でローラ41の外周面と圧縮室31の周壁面との間に、例えば5〜30μm程度の微小な隙間d1(以下、この隙間を径方向隙間d1という)が生じるような大きさとなっている。
【0053】
図4、図5(a)および図6に示すように、本実施形態のピストン40は、金属材料からなる基材43と、基材43の表面を被覆する薄膜状の樹脂層44a〜44cとから構成されている。基材43の外形は、ほぼピストン40の外形を構成している。基材43は、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しによって製造されており、表面には研磨加工が施されている。基材43の表面は、算術平均表面粗さRaが例えば0.3未満程度である。
【0054】
樹脂層44a、44bは、それぞれ、基材43の上面と下面を被覆している。つまり、樹脂層44a、44bは、ピストンの上端面と下端面に形成されている。また、樹脂層44cは、ローラ41の外周面に形成されている。樹脂層44a〜44cを構成する樹脂材料としては、例えば、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン等、あるいはそれらの混合物が挙げられる。樹脂総44a〜44cの硬度は、シリンダ30、フロントヘッド20、およびリアヘッド50を構成する金属材料の硬度よりも低い。また、圧縮機1の出荷時には樹脂層44a〜44cはほとんど膨潤しておらず(僅かに膨潤しているか、全く膨潤していない)、このときの樹脂層44a〜44cの膜厚は、例えば、10〜20μm程度である。なお、膜厚はこの厚さに限定されるものではない。
【0055】
また、図7に示すように、樹脂層44a〜44cの表面は、算術平均表面粗さRaが0.3以上であって、比較的粗くなっている。なお、算術平均表面粗さRa、および、後述する粗さ曲線のクルトシスRku、最大高さ粗さRz、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、全てJIS B0601:2001に準拠するものとする。算術平均表面粗さRaとは、測定対象物表面の基準長さにおける粗さ曲線(山の高さ)の絶対値の平均である。なお、図7では、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する複数の凸部(凹部)の形状および大きさは、ほぼ同じになっているが、図7は、樹脂層44a〜44cの断面を模式的に表したものであって、実際には、複数の凸部(凹部)の形状および寸法は、同じでなくてもよい。
【0056】
樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する凸部の形状は、図7に示すように、先端が尖っていることが好ましい。具体的には、粗さ曲線のクルトシス(尖り度)Rkuが3以上であることが好ましい。
【0057】
また、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する凸部の形状は、図7に示すように、先細り形状であって、且つ、その縦幅が横幅よりも大きいことが好ましい。具体的には、粗さ曲線のスキューネス(歪み度)Rskが、0よりも大きく、且つ、最大高さ粗さRz(図7参照)が、粗さ曲線要素の平均長さRSm(図7参照)よりも大きいことが好ましい。
【0058】
この樹脂層44a〜44cを形成する方法の一例を説明する。まず、樹脂組成物の溶液を基材の表面に塗布して乾燥する工程を数回行った後、厚みを均一化するために研磨加工して、所定の厚みの樹脂コーティング層を形成する。この研磨加工は省略してもよい。そして、この樹脂コーティング層の表面を、専用工具で切削して、微細な凹凸を形成(粗面化)する。なお、樹脂コーティング層の表面に、レーザーを照射することで微細な凹凸を形成してもよい。また、樹脂コーティング層の表面に、微細な凹凸が形成された型を押し付けて、樹脂コーティング層を、この型に対応する形状に塑性変形させることによって、微細な凹凸を形成してもよい。樹脂層44a〜44cを形成する方法は上述した方法に限定されるものではない。
【0059】
次に、本実施形態の圧縮機1の動作について、図2(a)〜図2(d)を参照して説明する。図2(a)は、ピストン40が上死点にある状態を示しており、図2(b)〜図2(d)は、図2(a)の状態から、それぞれ、シャフト8が、90°、180°(下死点)、270°回転した状態を示している。
【0060】
吸入管3から吸入孔32を介して圧縮室31に冷媒を供給しつつ、モータ7の駆動によりシャフト8を回転させると、図2(a)〜図2(d)に示すように、偏心部8aに装着されたローラ41は、圧縮室31の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室31内で冷媒が圧縮される。冷媒が圧縮される工程について、以下、詳細に説明する。
【0061】
図2(a)の状態から偏心部8aが図中の矢印方向に回転すると、図2(b)に示すように、ローラ41の外周面と圧縮室31の周壁面とによって形成される空間が、低圧室31aと高圧室31bに区画される。さらに偏心部8aが回転すると、図2(b)〜図2(d)に示すように、低圧室31aの容積が大きくなるため、吸入管3から吸入孔32を介して低圧室31a内に冷媒が吸い込まれていく。同時に、高圧室31bの容積が小さくなるため、高圧室31bにおいて冷媒が圧縮される。
【0062】
そして、高圧室31b内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド20に設けられた弁機構が開弁して、高圧室31b内の冷媒が吐出孔22を介してマフラー空間Mに吐出される。その後、図2(a)の状態に戻り、高圧室31bからの冷媒の吐出が完了する。この工程を繰り返すことにより、吸入管3から圧縮室31に供給された冷媒が連続的に圧縮されて排出される。
【0063】
マフラー空間Mに吐出された冷媒は、マフラー11のマフラー吐出孔(図示省略)から圧縮機構10の外に吐出される。圧縮機構10から吐出された冷媒は、固定子7bと回転子7aとの間のエアギャップなどを通過した後、最終的に、排出管4から密閉ケーシング2の外に排出される。
【0064】
このとき、シャフト8の排出孔8cから圧縮室31内に供給された潤滑油Lの一部は、冷媒と共に吐出孔22からマフラー空間Mに吐出された後、マフラー11のマフラー吐出孔(図示省略)から圧縮機構10の外に吐出される。圧縮機構10の外に吐出された潤滑油Lの一部は、フロントヘッド20の油戻し孔23を通って密閉ケーシング2の下部の貯留部に戻される。また、圧縮機構10の外に吐出された潤滑油Lの他の一部は、冷媒と共に固定子7bと回転子7aとの間のエアギャップを通過した後、固定子7bの外周面に形成された凹部(図示省略)と密閉ケーシング2の内周面との間と、フロントヘッド20の油戻し孔23とを通って、密閉ケーシング2の下部の貯留部に戻される。
【0065】
上述したように、ピストン40の上下方向長さは、圧縮室31の上下方向長さよりも僅かに小さく設定されている。そのため、圧縮機1の通常運転時には、図5(a)に示すように、ピストン40の上端面とフロントヘッド20との間、および、ピストン40の下端面とリアヘッド50との間の微小な隙間D1、D2(以下、この隙間を軸方向隙間D1、D2という)に、シャフト8の排出孔8cから排出された潤滑油Lが存在する。
【0066】
また、上述したように、ローラ41の外径は、偏心部8aに装着された状態でローラ41の外周面が、圧縮室31の周壁面との間に微小な径方向隙間d1を形成するような大きさとなっている。そのため、圧縮機1の通常運転時には、図5(a)に示すように、この径方向隙間d1には、シャフト8の排出孔8cから排出された潤滑油Lが存在する。
【0067】
しかしながら、圧縮機1の高速始動時や、吐出される冷媒の温度と吸入される冷媒の温度の温度差が大きい条件での運転時などには、ピストン40の熱膨張量はシリンダ30よりも大きくなる。そのため、軸方向隙間D1、D2が無くなって、ピストン40の上下端面が、フロントヘッド20およびリアヘッド50と接触したり、径方向隙間d1が無くなって、ローラ41の外周面が、圧縮室31の周壁面と接触する場合がある。
【0068】
また、圧縮機1の使用を続けると、図5(b)に示すように、樹脂層44a〜44cは、潤滑油Lや冷媒を吸収して膨潤する。これにより、上述したような特殊な運転状況でなくても、軸方向隙間D1、D2または径方向隙間d1が無くなる場合がある。
【0069】
このように軸方向隙間D1、D2または径方向隙間d1が無くなった場合、樹脂層44a〜44cの摺動性により、焼付きが生じるのを防止することができる。
【0070】
さらに、本実施形態では、樹脂層44a〜44cの表面は、算術平均表面粗さRaが0.3以上であって、比較的粗い。そのため、樹脂層44a〜44cの表面が他の部材と接触して摺動した際に、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機1の効率の低下を抑制することができる。
【0071】
また、樹脂層44a〜44cの表面の粗さ曲線のクルトシスRkuが、3以上の場合には、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する凸部は、先端が尖った形状である。そのため、樹脂層44a〜44cと他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0072】
また、樹脂層44a〜44cの表面の粗さ曲線のスキューネスRskが、0より大きく、且つ、最大高さ粗さRzが、粗さ曲線要素の平均長さRSmよりも大きい場合には、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する凸部は、先細り形状であって、且つ、その縦幅が横幅よりも大きい。そのため、樹脂層44a〜44cと他の部材との接触時に、この凸部を削ったり変形させたりしやすい。したがって、接触面間の面圧を迅速且つ確実に低減することができる。
【0073】
また、樹脂層44a〜44cは対向する面よりも硬度が低いため、樹脂層44a〜44cの表面粗さを構成する凸部が削れ易い。
【0074】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態は、2シリンダ型のロータリ圧縮機に本発明を適用した一例である。
図8に示すように、本実施形態の圧縮機101は、シャフト108および圧縮機構110の構成が上記第1実施形態と異なっている。また、本実施形態の圧縮機101では、2本の吸入管3が、密閉ケーシング2の側部に上下に並んで設けられている。その他の構成は上記第1実施形態と同様であるため、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
【0075】
シャフト108は、2つの偏心部108a、108dを有している。2つの偏心部108a、108dの軸心は、シャフト108の回転軸を中心として180°ずれている。また、シャフト108は、上記第1実施形態のシャフト8と同じく、給油路108bと、複数の排出孔108cを有している。
【0076】
圧縮機構110は、シャフト108の軸方向に沿って上から下に向かって順に、フロントマフラー111と、フロントヘッド120と、シリンダ130およびピストン140と、ミドルプレート150と、シリンダ160およびピストン170と、リアヘッド180と、リアマフラー112とを有する。なお、フロントヘッド120およびミドルプレート150は、ピストン140の上下端に配置されており、本発明の第1端板部材および第2端板部材に相当する。また、ミドルプレート150およびリアヘッド180は、ピストン170の上下端に配置されており、本発明の第1端板部材および第2端板部材に相当する。
【0077】
フロントマフラー111は、上記第1実施形態のマフラー11と同様の構成を有し、フロントヘッド120との間にマフラー空間M1を形成している。
【0078】
フロントヘッド120には、軸受け孔121と、吐出孔122(図9参照)と、油戻し孔123とが形成されている。さらに、フロントヘッド120は、上下方向に貫通する貫通孔(図示省略)が形成されている。この貫通孔は、リアヘッド180とリアマフラー112とによって形成されるマフラー空間M2内の冷媒を、マフラー空間M1に排出するための流路の一部を構成している。フロントヘッド120は、この貫通孔を有する点以外、第1実施形態のフロントヘッド20と同様の構成である。
【0079】
図9に示すように、シリンダ130には、圧縮室131と、吸入孔132と、ブレード収容部133とが形成されている。さらに、シリンダ130には、圧縮室131の外周側部分に、後述するマフラー空間M2内の冷媒をマフラー空間M1に排出するための貫通孔135が形成されている。シリンダ130は、この貫通孔135を有する点以外、第1実施形態のシリンダ30と同様の構成である。
【0080】
ピストン140は、上記第1実施形態のピストン40と同様の構成であって、ローラ41と、ブレード42とから構成されている。ローラ41は、偏心部108aの外周面に回転可能に装着されており、ブレード42は、シリンダ130のブレード収容部133に配置された一対のブッシュ34の間に進退可能に配置されている。また、ピストン140は、上記第1実施形態のピストン40と同じく、金属材料からなる基材43と、基材43の表面を被覆する薄膜状の樹脂層44a〜44cとから構成されている。
【0081】
ミドルプレート150は、円環状の板部材であって、シリンダ130とシリンダ160との間に配置され、シリンダ130の圧縮室131の下端を閉塞すると共に、シリンダ160の圧縮室131の上端を閉塞している。また、ミドルプレート150には、後述するマフラー空間M2内の冷媒をマフラー空間M1に排出するための貫通孔(図示省略)が形成されている。ミドルプレート150は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0082】
シリンダ160は、上述したシリンダ130と同様の構成であって、圧縮室161と、吸入孔162と、一対のブッシュ34が配置されたブレード収容部(図示省略)と、貫通孔(図示省略)とを有する。
【0083】
ピストン170は、上記第1実施形態のピストン40と同様の構成であって、ローラ41と、ブレード42とから構成されている。ローラ41は、偏心部108dの外周面に回転可能に装着されており、ブレード42は、シリンダ160のブレード収容部(図示省略)に配置された一対のブッシュ34の間に進退可能に配置されている。また、ピストン170は、上記第1実施形態のピストン40と同じく、金属材料からなる基材43と、基材43の表面を被覆する薄膜状の樹脂層44a〜44cとから構成されている。
【0084】
リアヘッド180は、シリンダ160の下側に配置され、シリンダ160の圧縮室131の下端を閉塞している。リアヘッド180は、略円環状の部材であって、その中央部に、シャフト108が回転可能に挿通される軸受け孔181が形成されている。また、リアヘッド180には、シリンダ160の圧縮室161において圧縮された冷媒を、リアヘッド180とリアマフラー112との間に形成されるマフラー空間M2に吐出するための吐出孔(図示省略)が形成されている。さらに、リアヘッド180には、マフラー空間M2内の冷媒をマフラー空間M1に排出するための貫通孔(図示省略)が形成されている。また、リアヘッド180の下面には、圧縮室131内の圧力に応じて吐出孔を開閉する弁機構(図示省略)が取り付けられている。リアヘッド180は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0085】
リアマフラー112は、リアヘッド180の吐出孔(図示省略)から冷媒が吐出される際の騒音を低減するために設けられている。リアマフラー112は、リアヘッド180の下面にボルトによって取り付けられ、リアヘッド180との間にマフラー空間M2を形成している。マフラー空間M2は、リアヘッド180、シリンダ160、ミドルプレート150、シリンダ130およびフロントヘッド120にそれぞれ形成された貫通孔を介して、マフラー空間M1と連通している。
【0086】
本実施形態の圧縮機101の動作について説明する。
吸入孔132、162から圧縮室131、161に冷媒を供給しつつ、モータ7の駆動によりシャフト108を回転させると、偏心部108aに装着されたピストン140のローラ41は、圧縮室131の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室131内で冷媒が圧縮される。これと並行して、偏心部108dに装着されたピストン170のローラ41は、圧縮室161の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室161内で冷媒が圧縮される。
【0087】
圧縮室131内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド120に設けられた弁機構が開弁して、圧縮室131内の冷媒がフロントヘッド120の吐出孔22からマフラー空間M1に吐出される。
また、圧縮室161内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、リアヘッド180に設けられた弁機構が開弁して、圧縮室161内の冷媒がリアヘッド180の吐出孔(図示省略)からマフラー空間M2に吐出される。マフラー空間M2に吐出された冷媒は、リアヘッド180、シリンダ160、ミドルプレート150、シリンダ130およびフロントヘッド120にそれぞれ形成された貫通孔を介して、マフラー空間M1に吐出される。
【0088】
マフラー空間M1に吐出された冷媒は、フロントマフラー111のマフラー吐出孔(図示省略)から圧縮機構110の外に吐出されて、その後、固定子7bと回転子7aとの間のエアギャップを通過した後、最終的に、排出管4から密閉ケーシング2の外に排出される。
【0089】
本実施形態では、上記第1実施形態と同じく、ピストン140、170の上下端面およびローラ41の外周面に、粗面化された樹脂層44a〜44cが設けられているため、樹脂層44a〜44cが対向する部材と接触した際に、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0090】
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態の圧縮機は、圧縮機構210の構成が上記第1実施形態と異なっている。その他の構成は上記第1実施形態と同様であるため、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
【0091】
図10に示すように、圧縮機構210は、シリンダ230とシリンダ230の内部に配置される部材の構成が異なっており、その他の構成は上記第1実施形態と同様である。
【0092】
シリンダ230は、圧縮室231と吸入孔232を有している。また、シリンダ230は、第1実施形態のブレード収容部33に代えて、ベーン収容部233を有しており、その他の構成は、上記第1実施形態のシリンダ30と同様である。ベーン収容部233は、シリンダ230を上下方向に貫通しており、圧縮室231に連通している。また、ベーン収容部233は、圧縮室231の径方向に延在している。
【0093】
圧縮室231の内側には、円環状のローラ241が配置されている。ローラ241は、シャフト8の偏心部8aの外周面に相対回転可能に装着された状態で、圧縮室231内に配置されている。また、ローラ241の上下方向長さは、第1実施形態のピストン40の上下方向長さH1と同じである。また、ローラ241の外径は、第1実施形態のピストン40のローラ41の外径と同じである。
【0094】
ベーン収容部233の内側には、ベーン244が配置されている。図11に示すように、ベーン244は、平板状の部材であって、その上下方向長さは、ローラ241の上下方向長さと同じである。ベーン244の圧縮室231の中心側の先端部(図10中の下側の先端部)は、上方から視て先細り状に形成されている。また、ベーン244は、ベーン収容部233内に設けられた付勢バネ247によって付勢されており、圧縮室231側の先端部が、ローラ241の外周面に押し付けられている。そのため、図10(a)〜図10(d)に示すように、シャフト8の回転に伴ってローラ241が圧縮室231の周壁面に沿って移動すると、ベーン244は、ベーン収容部233内で、圧縮室231の径方向に沿って進退移動する。また、図10(b)〜図10(d)に示すように、ベーン244が、ベーン収容部233から圧縮室231側に出ている状態では、ローラ241の外周面と圧縮室231の周壁面との間に形成される空間は、ベーン244によって低圧室231aと高圧室231bに区画される。
【0095】
図11および図12に示すように、ローラ241は、金属材料からなる基材242と、基材242の表面を被覆する薄膜状の樹脂層243a〜243cとから構成されている。また、ベーン244は、金属材料からなる基材245と、基材245の表面を被覆する薄膜状の樹脂層246a、246bとから構成されている。
【0096】
図12に示すように、基材242、245の外形は、それぞれ、ほぼローラ241とベーン244の外形を構成している。基材242、245は、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しによって製造されており、表面には研磨加工が施されている。
【0097】
ローラ241の樹脂層243a、243bは、それぞれ、基材242の上面と下面を被覆している。つまり、樹脂層243a、243bは、ローラ241の上端面と下端面に形成されている。また、樹脂層243cは、ローラ241の外周面に形成されている。
また、ベーン244の樹脂層246a、246bは、それぞれ、基材245の上面と下面に形成されている。つまり、樹脂層246a、246bは、ベーン244の上端面と下端面に形成されている。
樹脂層243a〜243c、246a、246bの材料および膜厚は、第1実施形態のピストン40の樹脂層44a〜44cと同様である。また、この樹脂層243a〜243c、246a、246bの表面は、第1実施形態のピストン40の樹脂層44a〜44cの表面と同様に粗面化されている。
【0098】
次に、本実施形態の圧縮機の動作について説明する。
図10(a)は、ローラ241が上死点にある状態を示しており、図10(b)〜図10(d)は、図10(a)の状態から、それぞれ、シャフト8が、90°、180°(下死点)、270°回転した状態を示している。
【0099】
吸入管3から吸入孔232を介して圧縮室231に冷媒を供給しつつ、モータ7の駆動によりシャフト8を回転させると、図10(a)〜図10(d)に示すように、偏心部8aに装着されたローラ241は、圧縮室231の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室231内で冷媒が圧縮される。冷媒が圧縮される工程について、以下、詳細に説明する。
【0100】
図10(a)の状態から偏心部8aが図中の矢印方向に回転すると、図10(b)に示すように、ローラ241の外周面と圧縮室231の周壁面とによって形成される空間が、低圧室231aと高圧室231bに区画される。さらに偏心部8aが回転すると、図10(b)〜図10(d)に示すように、低圧室231aの容積が大きくなるため、吸入管3から吸入孔232を介して低圧室231a内に冷媒が吸い込まれていく。同時に、高圧室231bの容積が小さくなるため、高圧室231bにおいて冷媒が圧縮される。
【0101】
そして、高圧室231b内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド20に設けられた弁機構が開弁して、高圧室231b内の冷媒が吐出孔22を介してマフラー空間Mに吐出される。マフラー空間Mに吐出された冷媒は、第1実施形態の圧縮機1と同様の経路を通り、最終的に、排出管4から密閉ケーシング2の外に排出される。
【0102】
本実施形態では、ローラ241の上下端面、ローラ241の外周面、および、ベーン244の上下端面に、上記第1実施形態の樹脂層44a〜44cと同様に粗面化された樹脂層243a〜243c、246a、246bが形成されているため、樹脂層243a〜243c、246a、246bが対向する部材と接触した際に、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0103】
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態は、スクロール圧縮機に本発明を適用した一例である。
図13に示すように、本実施形態の圧縮機301は、密閉ケーシング302と、密閉ケーシング302の内部に配置される圧縮機構310および駆動機構306を備えている。図13は、駆動機構306の断面を示すハッチングを省略して表示している。図13の上下方向を単に上下方向として、圧縮機301について以下説明する。
【0104】
密閉ケーシング302は、両端が塞がれた円筒状の容器であり、その上部には、冷媒を導入するための吸入管303が設けられている。密閉ケーシング302の側部には、圧縮された冷媒を排出するための排出管304と、駆動機構306の後述する固定子307bのコイルに電気を供給するためのターミナル端子(図示省略)とが設けられている。また、密閉ケーシング302内の下部には、圧縮機構310の摺動部の動作を滑らかにするための潤滑油Lが貯留されている。密閉ケーシング302の内部には、圧縮機構310と、駆動機構306とが上下に並んで配置されている。
【0105】
駆動機構306は、駆動源となるモータ307と、このモータ307に取り付けられたシャフト308とを有する。モータ307と、モータ307の駆動力を圧縮機構310に伝達するためのシャフト308とを有する。
【0106】
モータ307は、第1実施形態のモータ7とほぼ同様の構成であって、密閉ケーシング302の内周面に固定されている略円環状の固定子307bと、この固定子307bの径方向内側にエアギャップを介して配置される回転子307aとを備えている。また、固定子307bの外周面は、全周にわたって密閉ケーシング302の内周面に密着しているわけではなく、固定子307bの外周面には、上下方向に延び且つモータ307の上下の空間を連通させる複数の凹部(図示省略)が、周方向に並んで形成されている。
【0107】
シャフト308は、モータ307の駆動力を圧縮機構310に伝達するために設けられており、固定子307bの内周面に固定されて、回転子307aと一体的に回転する。シャフト308は、その上端部に偏心部308aを有している。偏心部308aは、円柱状であって、その軸心がシャフト308の回転中心から偏心している。この偏心部308aには、可動スクロール340の後述する軸受部343が装着されている。
【0108】
また、シャフト308の内部には、上下方向にシャフト308を貫通する給油路308bが形成されている。この給油路308bの下端部には、シャフト308の回転に伴って潤滑油Lを給油路308b内に吸い上げるためのポンプ部材(図示省略)が挿入されている。さらに、シャフト308には、給油路308b内の潤滑油Lをシャフト308の外部に排出するための複数の排出孔308cが形成されている。
【0109】
圧縮機構310は、密閉ケーシング302の内周面に固定されるハウジング320と、ハウジング320の上側に配置される固定スクロール(第1スクロール)330と、ハウジング320と固定スクロール330との間に配置される可動スクロール(第2スクロール)340とを備えている。
【0110】
ハウジング320は、略円環状の部材であって、密閉ケーシング302に圧入固定されており、その外周面が全周にわたって密閉ケーシング302の内周面に密着している。
ハウジング320の中央部には、偏心部収容孔321と、この偏心部収容孔321よりも径の小さい軸受け孔322とが上下に並んで形成されている。偏心部収容孔321の内側には、シャフト308の偏心部308aが、可動スクロール340の軸受部343の内側に挿入された状態で収容されている。軸受け孔322は、筒状の軸受323を介して、シャフト308を相対回転可能に支持している。また、ハウジング320の上面の偏心部収容孔321の外周側には、環状溝324が形成されている。また、この環状溝324よりも外周側には、ハウジング320を上下方向に貫通する連通孔325が形成されている。
【0111】
図13および図14に示すように、固定スクロール330は、略円盤状の部材であって、その下面の外周側部分がハウジング320の上面と密着するように、ボルト(図示省略)でハウジング320に固定されている。固定スクロール330の下面の中央部には、略円形状の凹部331が形成されている。また、この凹部331の底面(奥面)には、下方に突出する渦巻状の固定側ラップ(第1ラップ)332が形成されている。固定スクロール330の下面(凹部331の底面を除く)と、固定側ラップ332の先端面とは略面一に形成されている。また、図14に示すように、固定側ラップ332の外周側端部(巻き終わり端部)は、凹部331の周壁面に連結されている。
【0112】
また、図13に示すように、固定スクロール330には、その上面から固定スクロール330の下面近傍まで延在する吸入路333が形成されている。吸入路333は、凹部331内に冷媒を導入するために設けられている。吸入路333の上端には、吸入管303の下端が内嵌されている。図14に示すように、この吸入路333の下端は、凹部331の底面のうち、最も径の大きい部分に形成されている。
【0113】
また、固定スクロール330の上面の略中央部には、窪み部334が形成されており、この窪み部334を覆うようにカバー部材335が固定スクロール330に取り付けられている。また、窪み部334の底面には、下方に延びて凹部331に連通する吐出孔336が形成されている。吐出孔336の下端は、凹部331の底面のほぼ中央部に形成されている。また、固定スクロール330には、窪み部334とカバー部材335とによって囲まれた空間と、ハウジング320に形成された連通孔325とを連通させるための連通孔337が形成されている。なお、図14では、固定スクロール330に形成されているボルト孔および後述する連通孔337は省略して表示している。また、固定スクロール330は、金属材料で形成されており、その製造方法としては、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しなどが挙げられる。
【0114】
可動スクロール340は、円盤状の平板部341と、この平板部341の上面から上方に突出する渦巻き状の可動側ラップ342と、平板部341の下面から下方に突出する円筒状の軸受部343とから構成されている。軸受部343の内側には、偏心部308aが相対回転可能に挿入されている。
【0115】
平板部341は、固定スクロール330の下面と、偏心部収容孔321の周壁部の上端と間に挟まれている。また、平板部341は、環状溝324内に配置されたオルダムリング350を介して、ハウジング320に支持されている。オルダムリング350は、可動スクロール340の自転運動を阻止するための部材であって、その上下面に突起(図示省略)を有している。この突起が、ハウジング320および可動スクロール340に形成された互いに直交する方向の直線状の溝(図示省略)に係合しており、これにより、オルダムリング350は、ハウジング320および可動スクロール340に対して、それぞれの溝に沿った方向(即ち、直交する2方向)に相対移動可能となっている。そのため、可動スクロール340は、その向き(角度)が一定のまま、ハウジング320に対して水平方向に移動可能となっている。平板部341がオルダムリング350を介してハウジング320に支持されていることと、軸受部343内に偏心部308aが相対回転可能に挿入されていることによって、偏心部308a(シャフト308)が回転すると、可動スクロール340は、自転することなく、シャフト308の回転軸を中心に円を描くように移動(旋回)する。
【0116】
また、平板部341には、凹部331内の圧縮された冷媒の一部を、ハウジング320の偏心部収容孔321内に導くための小孔(図示省略)が形成されている。そのため、圧縮機301の運転時に、平板部341は、偏心部収容孔321内の高圧冷媒から上向きの力を受けて、平板部341の上面は、固定スクロール330の下面に押し付けられる。これにより、凹部331内の高圧冷媒によって、可動スクロール340が下方に押圧されて、後述する軸方向隙間D3、D4が大きくなるのを防止している。
【0117】
また、図14に示すように、可動スクロール340の可動側ラップ342は、固定スクロール330の固定側ラップ332とほぼ対称な形状であって、固定側ラップ332と噛み合うように平板部341に配置されており、固定側ラップ332の側面および凹部331の周壁面と、可動側ラップ342の側面との間には、略三日月状の空間が複数個形成される。
【0118】
図15(a)および図15(b)は、出荷時の圧縮機301を示している。図15(b)に示すように、可動側ラップ342は、可動スクロール340の旋回時に、その側面が、固定側ラップ332の側面および凹部331の周壁面に複数箇所において例えば10〜30μm程度の微小な隙間d2(以下、この隙間を径方向隙間d2という)を空けて近接した状態で、固定側ラップ332の側面に沿って移動するように形成されている。また、図15(a)に示すように、可動スクロール340の平板部341の上面と、固定側ラップ332の先端面との間、および、固定スクロール330の凹部331の底面と、可動側ラップ342の先端面との間には、例えば10〜30μm程度の微小な隙間D3、D4(以下、この隙間を軸方向隙間D3、D4という)が形成されている。
【0119】
図15に示すように、本実施形態の可動スクロール340は、金属材料からなる基材345と、基材345の表面を被覆する薄膜状の樹脂層346a〜346dとから構成されている。基材345の外形は、ほぼ可動スクロール340の外形を構成している。基材345は、金属粉の焼結や、鋳造や、削り出しによって製造される。
【0120】
図15(a)に示すように、樹脂層346aは、可動側ラップ342の先端面に形成されている。また、樹脂層346bは、平板部341の上面のうち、凹部331の底面と対向する領域(固定側ラップ332の先端面と対向する領域)に形成されている。また、図15(a)および図15(b)に示すように、樹脂層346c、346dは、それぞれ、可動側ラップ342の外周面と内周面に形成されている。樹脂層346a〜346dの材料および出荷時の膜厚は、上記第1実施形態のピストン40の樹脂層44a〜44cと同様である。なお、上記第1実施形態と同じく、出荷時の樹脂層346a〜346dはほとんど膨潤していない。また、この樹脂層346a〜346dの表面は、第1実施形態のピストン40の樹脂層44a〜44cの表面と同様に粗面化されている。
【0121】
次に、本実施形態の圧縮機301の動作について、図14(a)〜図14(d)を参照して説明する。図14(b)〜図14(d)は、図14(a)の状態から、それぞれ、シャフト308が、90°、180°、270°回転した状態を示している。
【0122】
吸入管303から吸入路333を介して凹部331に冷媒を供給しつつ、モータ307の駆動によりシャフト308を回転させると、図14(a)〜図14(d)に示すように、偏心部308aに装着された可動スクロール340は、自転することなく旋回する。これに伴って、可動側ラップ342の側面と、固定側ラップ332の側面および凹部331の周壁面とによって形成される複数の略三日月状の空間は、中心に向かって移動しつつ、その容積が小さくなる。これにより、凹部331内で冷媒が圧縮される。
【0123】
図14(a)において、最も外周側に位置する略三日月状の空間(図中でドットのハッチングで表した空間)に着目して、冷媒が圧縮される工程について以下説明する。
図14(a)に示す状態では、この略三日月状空間には、吸入路333から冷媒が供給されている。この状態からシャフト308が回転すると、図14(b)に示すように、その容積が大きくなるため、吸入路333から冷媒が吸い込まれていく。この状態からシャフト308が回転すると、図14(c)および図14(d)に示すように、中心に向かって移動して、吸入路333と連通しなくなると共に、その容積が縮小する。そのため、この空間内において冷媒が圧縮される。その後も、シャフト308の回転に伴って、この空間は中心側に移動して縮小する。そして、シャフト308が2回転した時点では、図14(a)中、格子のハッチングで示した位置まで移動する。さらにシャフト308が回転すると、図14(c)に、格子のハッチングで示すように、この空間は、可動側ラップ342の内周面と、固定側ラップ332の外周面とによって囲まれる空間と合わされると共に、吐出孔336と連通する。これにより、空間内の圧縮された冷媒が吐出孔336から吐出される。
【0124】
吐出孔336から吐出された冷媒は、固定スクロール330の連通孔337と、ハウジング320の連通孔325とを通過して、ハウジング320の下方の空間に排出された後、最終的に、排出管304から密閉ケーシング302の外へ吐出される。
【0125】
上述したように、固定側ラップ332の先端面と、可動スクロール340の平板部341の上面との間、および、可動側ラップ342の先端面と、固定スクロール330の凹部331の底面との間には、軸方向隙間D3、D4が形成されている(図15参照)。そのため、圧縮機301の通常運転時には、軸方向隙間D3、D4には、シャフト308の排出孔308cから排出された潤滑油Lが存在する(図示省略。第1実施形態の図5(a)参照)。
【0126】
また、上述したように、可動側ラップ342の側面と、固定側ラップ332の側面および凹部331の周壁面との間には、複数箇所において、径方向隙間d2が形成されている(図15参照)。そのため、圧縮機301の通常運転時には、径方向隙間d2には、シャフト308の排出孔308cから排出された潤滑油Lが存在する。
【0127】
しかしながら、圧縮機301の運転状況によっては、固定スクロール330の熱膨張量と可動スクロール340の熱膨張量に違いが生じたり、固定スクロール330または可動スクロール340が高圧冷媒から受ける圧力によって変形したりすることで、軸方向隙間D3、D4または径方向隙間d2が無くなる場合がある。
【0128】
また、圧縮機301の使用を続けると、樹脂層346a〜346dは、潤滑油Lや冷媒を吸収して膨潤する。これにより、通常運転時であっても、軸方向隙間D3、D4または径方向隙間d2が無くなる場合がある。
【0129】
このように場合、軸方向隙間D3、D4または径方向隙間d2が無くなった場合、樹脂層346a〜346dの摺動性により、焼付きが生じるのを防止することができる。
【0130】
さらに、本実施形態では、樹脂層346a〜346dの表面は、算術平均表面粗さRaが0.3以上であって、比較的粗い。そのため、樹脂層346a〜346dの表面が、他の部材と接触して摺動した際に、樹脂層346a〜346dの表面粗さを構成する微小な凸部が容易に削られるか、たとえ削れなくても容易に変形する。これにより、接触面間の面圧が低減するため、摩擦ロスを低減することができ、圧縮機1の効率の低下を抑制することができる。
【0131】
また、樹脂層346a〜346dの表面の粗さ曲線のクルトシスRkuが3以上の場合の効果、および、樹脂層346a〜346dの表面の粗さ曲線のスキューネスRskが、0より大きく、且つ、最大高さ粗さRzが、粗さ曲線要素の平均長さRSmよりも大きい場合の効果は、第1実施形態と同様である。
【0132】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記第1〜第4実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。なお、以下の変更形態は、適宜組み合わせて実施することも可能である。
【0133】
樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、先端が尖っていなくてもよい。例えば、凸分の先端は、曲面状であってもよい。また、例えば、凸部の断面形状が先細りの台形状であってもよい。
【0134】
樹脂層の表面粗さを構成する凸部は、その横幅が縦幅以下であってもよい。具体的には、最大高さ粗さRzが、粗さ曲線要素の平均長さRSm以下であってもよい。
【0135】
上記実施形態では、樹脂層が形成されている基材の表面は、研磨加工によりほぼ平坦状となっているが、例えば図16および図17に示すように、樹脂層444、544が形成されている基材443、543の表面に、微細な凹凸が形成されていてもよい。具体的には、基材443、543の表面の算術平均表面粗さRaが例えば0.3以上が好ましい。この構成によると、樹脂層444、544と基材443、543との接着性が良く、樹脂層444、544の剥離が生じにくい。
なお、基材443、543の表面の微細な凹凸は、化成処理や、専用工具での切削や、レーザー照射などの粗面化加工によって形成される。
また、上記実施形態では、基材を焼結や鋳造や切り出しによって形成した後、表面に研磨加工を施しているが、この研磨加工を施さないことで、焼結や鋳造や削り出しの際に形成される表面の微小な凹凸をそのまま利用してもよい。
【0136】
また、上述した変更形態の場合、例えば図17に示すように、樹脂層544の表面粗さを構成する凹凸が、基材543の表面に形成された凹凸に沿って形成されていてもよい。この構成によると、樹脂層544は、基材543に樹脂コーティングを施すだけで形成することができるため、樹脂層に凹凸を形成する加工を施さなくて済む。
【0137】
上記実施形態では、樹脂層の表面粗さを構成する凹凸は、樹脂層にのみ形成されているが、例えば図18に示すように、樹脂層644の表面粗さを構成する凹凸が、樹脂層644と基材643とにわたって形成されていてもよい。
なお、上記実施形態の樹脂層は、樹脂組成物のみで形成されているため、摺動時に変形しやすい。この点においては、上記実施形態の樹脂層の方が好ましい。
【0138】
上記第1および第2実施形態では、粗面化された樹脂層44aは、ピストン40、140、170の上端面の全面に設けられているが、ピストンの上端面の一部にのみ設けてもよい。この場合、ピストンの上端面の残りの部分には樹脂層を全く設けなくてもよく、残りの部分の全てまたは一部に、粗面化されていないほぼ平坦状の樹脂層を設けてもよい。
【0139】
前者の一例を挙げると、例えば図19に示すピストン740のように、ブレード742の上端面と、ローラ741の上端面におけるブレード742よりも吸入孔32側の略半分(図19中の右側略半分)の領域に、粗面化された樹脂層744aを設けて、ピストン740の上端面の残りの部分には、樹脂層を設けなくてもよい。この構成によると、焼付きを防止できる範囲は狭くなるものの、樹脂層744aによって、低圧室31a側の軸方向隙間をできるだけ小さくできるため、シャフト8の外周部から高温の潤滑油Lが低圧室31a内に流入するのを抑制できる。したがって、低圧室31a内の冷媒が加熱されて圧縮効率が低下するのを抑制できる。
【0140】
また、後者の一例を挙げると、例えば図20に示すピストン840のように、ブレード842の上端面と、ローラ841の上端面におけるブレード842よりも吐出孔22側の略半分(図20中の左側略半分)の領域に、粗面化された樹脂層844aを設けて、ローラ841の上端面におけるブレード842よりも吸入孔32側(図20中の右側)の略半分の領域に、粗面化されていないほぼ平坦状の樹脂層844aを設けてもよい。この場合、粗面化された樹脂層844aの厚みは、粗面化されていない樹脂層844aの厚み以下とする。ピストン840の図20中の左側略半分の部分は、高圧室31b内の高温高圧の冷媒で加熱されるため、その熱膨張量は、ピストン840の図20中の右側略半分の部分よりも大きくなる。したがって、ピストン840の上端面の図20中の左側略半分の部分は、フロントヘッド20と接触しやすい。この接触しやすい部分に形成した樹脂層844aのみ粗面化することにより、粗面化加工の手間を減らし、接触面間の面圧を効率的に低減することができる。
【0141】
ピストン40、140、170の上端面と同様に、第1および第2実施形態のピストン40、140、170の下端面とローラ41の外周面、第3実施形態のローラ241の上下端面と外周面、ベーン244の上下端面、および、第4実施形態の可動側ラップ342の先端面と側面においても同様に、粗面化された樹脂層を、それぞれの面の一部に設けてもよい。また、第4実施形態の平板部341の上面のうち、凹部331の底面に対向する部分の一部にのみ、粗面化された樹脂層を設けてもよい。
【0142】
上記第1および第2実施形態では、ピストンに、粗面化された3つの樹脂層44a〜44cが設けられているが、これら3つの樹脂層は必ずしも全て設けられていなくてもよい。また、3つの樹脂層の少なくとも1つが粗面化されていれば、残りの樹脂層は、粗面化されていないほぼ平坦状であってもよい。
第3実施形態の樹脂層243a〜243c、246a、246b、および、第4実施形態の樹脂層346a〜346dについても同様である。
【0143】
上記第4実施形態では、可動スクロール340の平板部341の上面のうち、凹部331の底面に対向する部分にのみ、樹脂層346bが設けられているが、平板部341の上面の他の部分にも、樹脂層を設けてもよい。
【0144】
上記第1および第2実施形態では、ピストンの上下端面とローラ41の外周面にのみ、樹脂層44a〜44cが設けられているが、ピストンの上記以外の面(例えば、ブレード42の側面や、圧縮室31の周壁面)にも樹脂層を設けてもよい。第3実施形態のローラ241およびベーン244、第4実施形態の可動スクロール340についても同様である。
【0145】
上記第1〜第4実施形態では、軸方向隙間を構成する2つの面の一方にのみ、樹脂層を設けているが、他方の面にのみ樹脂層を設けてもよい。
例えば、ピストン40(140)の上端面に樹脂層44aを設ける代わりに、フロントヘッド20(120)のピストンの上端面に対向する面に、粗面化された樹脂層を設けてもよい。
なお、フロントヘッドの下面に樹脂層を設ける場合には、図21に示すフロントヘッド920のように、上下方向から視て圧縮室31と重なる領域にのみ樹脂層944aを設けてもよく、下面全体に樹脂層を設けてもよい。リアヘッド50、180およびミドルプレート150に樹脂層を設ける場合も同様である。
【0146】
また、軸方向隙間を構成する2つの面の両方に樹脂層を設けてもよい。この場合、2つの樹脂層の両方を粗面化された樹脂層としてもよく、いずれか一方のみを粗面化された樹脂層とし、他方を粗面化されていないほぼ平坦状の樹脂層としてもよい。
【0147】
上記第1〜第4実施形態では、径方向隙間を構成する2つの面の一方にのみ、樹脂層を設けているが、他方の面にのみ樹脂層を設けてもよい。
例えば、可動側ラップ342の内周面に樹脂層346dを設ける代わりに、固定側ラップ332の外周面に樹脂層を設けてもよい。
【0148】
また、径方向隙間を構成する2つの面の両方に樹脂層を設けてもよい。この場合、2つの樹脂層の両方を粗面化された樹脂層としてもよく、いずれか一方のみを粗面化された樹脂層とし、他方を粗面化されていないほぼ平坦状の樹脂層としてもよい。
【0149】
上記第1〜第3実施形態では、圧縮機構は、フロントヘッド20、120の外周部が密閉ケーシング2の内周面に固定されることで支持されているが、シリンダ30、130、160、ミドルプレート150、またはリアヘッド50、180の外周部が密閉ケーシング2の内周面に固定されることで支持される構成であってもよい。
【0150】
上記第3実施形態では、ローラ241とベーン244とを備える圧縮機構を、1シリンダ型のロータリ圧縮機に適用しているが、2シリンダ型のロータリ圧縮機に適用してもよい。
【0151】
上記第4実施形態の圧縮機301では、固定スクロール330が凹部331を有し、可動スクロール340が平板部341を有しているが、逆に、可動スクロール340が凹部を有し、固定スクロール330が平板部を有する構成であってもよい。この場合、可動スクロールが、本発明の第1スクロールに相当し、固定スクロールが、本発明の第2スクロールに相当する。
【産業上の利用可能性】
【0152】
本発明を利用すれば、樹脂層の表面が、対向する部材と接触して摺動した場合に、摺動による摩擦ロスを低減することができる。
【符号の説明】
【0153】
1、101、301 圧縮機
20、120 フロントヘッド(第1端板部材)
30、130、160 シリンダ
31、131、161 圧縮室
33、133 ブレード収容部
34 一対のブッシュ
40、140、170 ピストン
41 ローラ
42 ブレード
43 基材
44a〜44c 樹脂層
50、180 リアヘッド(第2端板部材)
150 ミドルプレート(第1端板部材、第2端板部材)
230 シリンダ
231 圧縮室
233 ベーン収容部
241 ローラ
242 基材
243a〜243c 樹脂層
244 ベーン
245 基材
246a、246b 樹脂層
330 固定スクロール(第1スクロール)
331 凹部
332 固定側ラップ(第1ラップ)
340 可動定スクロール(第2スクロール)
341 平板部
342 可動側ラップ(第2ラップ)
345 基材
346a〜346d 樹脂層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、
前記シリンダの軸方向両端に配置される第1端板部材および第2端板部材と、
前記圧縮室および前記ブレード収容部の内側に配置されるピストンとを備え、
前記ピストンは、前記圧縮室に配置された環状のローラと、前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードとを有し、
(1)前記ピストンの軸方向端面、(2)前記第1端板部材の前記ピストンの軸方向端面に対向した面、(3)前記第2端板部材の前記ピストンの軸方向端面に対向した面、(4)前記ローラの外周面、(5)前記圧縮室の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、
前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする圧縮機。
【請求項2】
圧縮室および前記圧縮室に連通したベーン収容部を有するシリンダと、
前記シリンダの軸方向両端に配置される第1端板部材および第2端板部材と、
前記圧縮室の内側に配置される環状のローラと、
前記ローラの外周面に押圧される先端を有し且つ前記ベーン収容部の内側を進退可能に配置されたベーンとを備え、
(1)前記ローラの軸方向端面、(2)前記第1端板部材の前記ローラの軸方向端面に対向した面、(3)前記第2端板部材の前記ローラの軸方向端面に対向した面、(4)前記ベーンの軸方向端面、(5)前記ローラの外周面、(6)前記圧縮室の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、
前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする圧縮機。
【請求項3】
凹部およびその底面から突出した渦巻き状の第1ラップを有する第1スクロールと、
平板部から突出した渦巻き状の第2ラップを有する第2スクロールとを備え、
前記第1スクロールと前記第2スクロールとは、
前記凹部の底面と前記平板部とが対向し、且つ、前記第1ラップの側面と前記第2ラップの側面とが対向するように近接しており、
(1)前記第1ラップの先端面、(2)前記平板部の前記第1ラップの先端面に対向した面、(3)前記第2ラップの先端面、(4)前記凹部の底面の前記第2ラップの先端面に対向した面、(5)前記第1ラップの側面、(6)前記第2ラップの側面、(7)前記凹部の内周面、となる部分の少なくとも1つの全面または一部には、樹脂層が形成されており、
前記樹脂層の表面の算術平均表面粗さRaが、0.3以上であることを特徴とする圧縮機。
【請求項4】
前記樹脂層の表面は、粗さ曲線のクルトシスRkuが、3以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項5】
前記樹脂層の表面は、
粗さ曲線のスキューネスRskが、0より大きく、且つ、
最大高さ粗さRzが、粗さ曲線要素の平均長さRSmよりも大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項6】
前記樹脂層の表面粗さを構成する凹凸は、前記樹脂層にのみ形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項7】
前記樹脂層が形成された基材の表面は、算術平均表面粗さRaが0.3以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項8】
前記樹脂層の表面粗さを構成する凹凸は、前記基材の表面に形成された凹凸に沿って形成されていることを特徴とする請求項7に記載の圧縮機。
【請求項9】
前記樹脂層は、前記樹脂層に対向する面よりも硬度が低いことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の圧縮機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【公開番号】特開2012−137012(P2012−137012A)
【公開日】平成24年7月19日(2012.7.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−289813(P2010−289813)
【出願日】平成22年12月27日(2010.12.27)
【出願人】(000002853)ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Fターム(参考)】