JPH07259761A - スクロール装置及びその製造方法 - Google Patents

スクロール装置及びその製造方法

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JPH07259761A
JPH07259761A JP7031916A JP3191695A JPH07259761A JP H07259761 A JPH07259761 A JP H07259761A JP 7031916 A JP7031916 A JP 7031916A JP 3191695 A JP3191695 A JP 3191695A JP H07259761 A JPH07259761 A JP H07259761A
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JP7031916A
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Vincent C Nardone
シー.ナーダン ヴィンセント
Karl M Prewo
エム.プリウォ カール
James R Strife
アール.ストライフ ジェイムズ
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Carrier Corp
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チップシールが不要で、かつアルミニウムマ
トリクス組成物や鋳鉄よりなる固定スクロールとともに
使用可能な旋回スクロールを提供する。 【構成】 セラミックパーティクル強化アルミニウムメ
タルマトリクス組成物よりなるスクロール部材を提供す
る。この部材は、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が鋳鉄に
近い。チップシールが不要なので軽量化がはかれる。加
圧鋳造によって出来る限り所望の最終形状に近い形状と
した後に、最終形状に機械加工して製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスクロール装置に関し、
特に軽量なスクロール装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ポンプ、コンプレッサ、膨張器等
のようなスクロール部材を用いる機器においては、2つ
のスクロールエレメント(部材)間での基本的な相関動
作がある。つまり、一方の部材は、必ず、他方の部材に
対して相対的に一定軌道上を動かねばならない。
【0003】コンプレッサにおいては、圧縮された流体
は、双方のスクロール部材に対して、その中心軸に沿っ
た方向に力を及ぼし、また、スクロール部材の上下のラ
ップ部材に対しては、上記中心軸から放射状にのびる方
向に力を及ぼす。
【0004】コンプレッサを動作させるために必要なシ
ーリングを行うためには、何らかの圧力緩和(complianc
e)が必要となる。軸方向の圧力緩和の一例としては、旋
回スクロールのプレート(鏡盤)上にかかる圧力を減圧
するか中圧とすることで、旋回スクロール部材のラップ
チップを偏らせて固定スクロール部材とのかみ合う力に
変換させる方法が挙げられる。
【0005】また、軸方向の他の圧力緩和手法として
は、ラップチップの溝部(groove)にチップシールを設け
ることが挙げられる。チップシールは、一方のスクロー
ル部材のラップのチップと、対向するスクロール部材の
底部と、の両者が接触しないようにするために用いられ
る場合もある。
【0006】慣性が及ぼす影響を考慮すると、旋回スク
ロールをできるだけ軽量化することも望ましい。重量の
点からは、旋回スクロールの材質としてはアルミニウム
が好ましい。
【0007】アルミニウムの磨耗特性の点から、焼き付
きを抑えるだけでなくラップのチップ損傷を避けるため
にもチップシールを用いることが好ましい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、チップシール
を用いると、チップシールを受ける溝部を形成する必要
があり、また、チップシールを用いると漏洩が生じるこ
とから、チップシールは使用しないことが好ましい。
【0009】一方、従来技術においては、アルミニウム
材からなるスクロール部材でチップシールを不要とする
ことは非常に困難である。
【0010】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、チップシールが不要で、アルミニウムマトリクス組
成物や鋳鉄よりなる固定スクロールとともに用いること
が可能な旋回スクロールを提供することを目的とする。
なお、この旋回スクロールの材質としては、アルミニウ
ムマトリクス組成物を用いる。
【0011】また、本発明は、旋回スクロールの慣性負
荷を減少させることでスクロール速度の許容範囲を広く
し、種々の速度で稼働することが求められる装置に適し
たスクロールを提供することも目的とする。
【0012】更に、本発明は、初期磨耗時間を向上し、
かつ流体の漏洩を少なくすることをも目的とする。
【0013】更にまた、本発明は熱膨張率及び弾性係数
の値が鋳鉄と近い値であるアルミニウムマトリクス組成
物よりなる旋回スクロールを提供することを目的とす
る。これらの目的、及び後述される他の目的は、本発明
によって解決される。
【0014】基本的には、鋳鉄またはアルミニウムメタ
ルマトリクス組成物よりなる固定スクロールとともに用
いるという用途に合わせて、鋳鉄の所望の物理特性をこ
のような用途に近づけ、または調整することで、炭化珪
素強化アルミニウムメタルマトリクス組成物よりなる旋
回スクロールが得られる。
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明は、側面部及びチップを備えたラッ
プ23と、鏡盤と、を有してセラミックパーティクル強
化アルミニウムメタルマトリクス組成物よりなる第1ス
クロール部材21と、側面部及びチップを備えたラップ
22と、鏡盤と、を有する第2スクロール部材20と、
前記第1及び第2のスクロール部材が密接するように前
記第1スクロール部材を駆動する駆動手段60と、前記
第1スクロール部材の前記チップが前記第2スクロール
部材の前記鏡盤と直に密接し、かつ前記第2スクロール
部材の前記チップが前記第1スクロール部材の前記鏡盤
と直に密接するように軸方向の圧力を緩和させる手段2
8、40と、を有するスクロール装置100を提供す
る。
【0016】好ましくは、前記セラミックパーティクル
強化アルミニウムメタルマトリクス組成物は、炭化珪素
を10〜25(vol%)含有する。
【0017】また、前記第2スクロール部材を鋳鉄製で
あることが好ましく、前記第2スクロール部材はアルミ
ニウムメタルマトリクス組成物を材質とすることが好ま
しい。
【0018】更に、10〜25(vol%)の炭化珪素とア
ルミニウムとの混合物を加熱溶解する工程と、前記溶解
混合物を加圧鋳造して所望の最終形状にできるだけ近い
形状の鋳造体を得る工程と、前記鋳造体を所望の形状に
機械成形する工程と、を有するセラミックパーティクル
強化メタルマトリクス部材の製造方法も提供される。
【0019】セラミックパーティクル強化アルミニウム
マトリクス組成物は、ダイ鋳造(型鋳造)やスクィーズ
鋳造のような圧力鋳造プロセスによって、ほぼ最終形状
と同じ形状とされる。
【0020】上記ダイ鋳造を終えた後に、上記製造され
た部品は所望の最終形状に形成される。このセラミック
パーティクル添加物を用いることで、スクロールの強度
や耐磨耗性が向上し、また、対をなすスクロールが鋳鉄
製の場合には、鉄の熱膨張率の値に近い熱膨張率が得ら
れるようになり、スクロールの性能が向上する。
【0021】このような特性は、固定スクロール及び旋
回スクロールの双方が同種のセラミックパーティクル強
化アルミニウムからなる場合には共に一致し、異なる合
金が用いられている場合には非常に近い特性が得られ
る。
【0022】このことにより多くの利点が得られるとと
もに、固定スクロールの軽量化が図れる。更に、セラミ
ックパーティクル強化アルミニウムを用いることによっ
て、チップシール及びベアリングインサートや軸受け筒
を用いる必要はなくなる。
【0023】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。図
1に本発明で用いられる密封スクロールコンプレッサの
垂直部分断面図を示す。図2に旋回スクロールの製造工
程のフローチャートを示す。
【0024】図1において、100は密封スクロールコ
ンプレッサを示す。加圧された流体はブリードホース2
8、29を通じて環状チャンバ40に供給される。通常
は減圧した流体と中圧とした流体を混合した流体を用い
る。この環状チャンバは、旋回スクロール21の背面、
環状シール32、34及びクランクケース36によって
形成される。
【0025】チャンバ40内の加圧された流体は、図示
されるように、旋回スクロール21を固定スクロール2
0とかみ合わせるように作用する。これにより旋回スク
ロール21にかかる圧力は緩和される。その度合いは、
チャンバ40が旋回スクロール21の背面に接する領域
と、チャンバ40内の圧力と、の両者によって決まる。
【0026】特に、ラップ22、23のチップは、それ
ぞれスクロール21、20の対向する底面に直接接触す
る。旋回スクロール21のフロア、つまり鏡盤(プレー
ト)110の外周部は、チャンバ40内の圧力をバイア
スした効果によって、固定スクロール20の外表面27
とかみ合う。
【0027】従来法と同様に、旋回スクロール21はオ
ルダムカップリング50によって所定の軌道に維持され
る。旋回スクロール21はスライダブロック52に受け
られるハブ26を有し、ベアリングは不要である。ま
た、旋回スクロール21は図示省略したモータのロータ
に締結されたクランクシャフト60によって駆動され
る。スライダブロック52はクランクシャフト60に対
して往復運動可能となっており、これによって旋回スク
ロール21は放射方向に圧力が緩和されるようになり、
流体スラッグその他のオーバーライディング(overridin
g)が可能となるうえに、ラップ22、23の側面部(fla
nk)は密接する。つまり、旋回スクロール及び固定スク
ロール間の流体が漏洩しないように接触する。
【0028】クランクシャフト60はそのY−Y軸を中
心として回転する。Y−Y軸は固定スクロール20の軸
でもあり、Z−Z軸を有する旋回スクロール21は、こ
のY−Y軸を中心として回転する。圧縮ガスはディスチ
ャージポート25を通じてシェル内に流通し、その後に
図示省略した冷却または空調システムに流出する。
【0029】旋回スクロール21は、アルミニウムメタ
ル強化炭化珪素パーティクルマトリクス組成物からな
る、という点で従来のスクロールとは異なり、また、チ
ップシールまたはウェアプレートを用いずに鋳鉄製の固
定スクロール20と共に用いることが可能であるという
点でも異なる。しかし、固定スクロールを炭化珪素パー
ティクル強化アルミニウムメタルマトリクス製としても
よい。加えて、ハブ26とスライダブロック52との間
にセパレートベアリングを設ける必要もない。
【0030】セラミックパーティクル強化アルミニウム
メタルマトリクス組成物には10〜25(vol%)の炭化
珪素パーティクルが含まれる。380アルミニウムを用い
る場合、炭化珪素20(vol%)を混合することが好まし
い。この混合物においては、弾性係数[(106lb/in2)=(1
09×6.89476Pa)]は16.5であり、鋳鉄においては15.5で
ある。同様に、熱膨張係数[(×10-6/°F)=(×10-6×
1.4/℃)]は9.2であり、鋳鉄においては6.0である。
【0031】図2のステップ200に示されるように、
この混合物を加熱して溶解する。ステップ210に示さ
れるように、溶解物はダイキャスト等の加圧鋳造がなさ
れ、最終形状とほぼ同様の形状の旋回スクロールが得ら
れる。
【0032】アルミニウムメタルマトリクスは耐磨耗性
を有するので、機械成形は困難である。従って、加圧鋳
造工程で最終形状にできるだけ近い形状の鋳造体を得る
ことで、機械成形工程で除去が必要となる部分を小さく
抑えることが重要である。ステップ220に示されるよ
うに、鋳造を終えた後に、この製造された部品は最終形
状に機械成形される。その後、この部品はコンプレッサ
100に組み込まれることとなる。
【0033】以上、本発明を旋回スクロールを例にとっ
て説明したが、本発明は、材質としてはアルミニウムが
好ましいが、その特性に関しては、鋳鉄の特性が好まし
い場合及び/または耐磨耗性が要求される場合に、本発
明を適用することができる。
【0034】また、セラミックパーティクルマテリアル
として炭化珪素を用いて説明したが、他の物質、例えば
炭化チタン、アルミナ、チタン窒化物、アルミナ窒化物
その他のパーティクルを用いても良い。これらのパーテ
ィクルは、所望の特性に応じていずれかを適宜選択して
良い。従って、本発明は実施例により限定される物では
なく、請求の範囲にのみ限定されるものである。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウムマトリクス組成物よりなる旋回スクロール
が提供される。この旋回スクロールにおいては、チップ
シールを用いる必要はないうえ、アルミニウムマトリク
ス組成物や鋳鉄よりなる固定スクロールとともに用いる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いられる密封スクロールコンプレッ
サの垂直部分断面図。
【図2】旋回スクロールの製造工程のフローチャート。
【符号の説明】
100…スクロールコンプレッサ 20…固定スクロール 21…旋回スクロール 22、23…ラップ 25…ディスチャージポート 26…ハブ 27…外表面 28、29…ブリードホース 40…チャンバ 50…オルダムカップリング 52…スライダブロック 60…クランクシャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ アール.ストライフ アメリカ合衆国,コネチカット,サウス ウインザー,ストウンフィールド トレイ ル 56

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 側面部及びチップを備えたラップ(2
    3)と、鏡盤と、を有してセラミックパーティクル強化
    アルミニウムメタルマトリクス組成物よりなる第1スク
    ロール部材(21)と、 側面部及びチップを備えたラップ(22)と、鏡盤と、
    を有する第2スクロール部材(20)と、 前記第1及び第2のスクロール部材が密接するように前
    記第1スクロール部材を駆動する駆動手段(60)と、 前記第1スクロール部材の前記チップが前記第2スクロ
    ール部材の前記鏡盤と直に密接し、かつ前記第2スクロ
    ール部材の前記チップが前記第1スクロール部材の前記
    鏡盤と直に密接するように軸方向の圧力を緩和させる手
    段(28,40)と、を有するスクロール装置(10
    0)。
  2. 【請求項2】 前記セラミックパーティクル強化アルミ
    ニウムメタルマトリクス組成物は、炭化珪素を10〜2
    5(vol%)含有することを特徴とする請求項1記載のス
    クロール装置。
  3. 【請求項3】 前記第2スクロール部材は鋳鉄製である
    ことを特徴とする請求項1記載のスクロール装置。
  4. 【請求項4】 前記第2スクロール部材はアルミニウム
    メタルマトリクス組成物よりなることを特徴とする請求
    項1記載のスクロール装置。
  5. 【請求項5】 10〜25(vol%)の炭化珪素とアルミ
    ニウムとの混合物を加熱溶解する工程と、 前記溶解混合物を加圧鋳造して所望の最終形状にできる
    だけ近い形状の鋳造体を得る工程と、 前記鋳造体を所望の形状に機械成形する工程と、を有す
    るセラミックパーティクル強化メタルマトリクス部材の
    製造方法。
JP7031916A 1994-02-22 1995-02-21 スクロール装置及びその製造方法 Pending JPH07259761A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US200,088 1988-05-27
US08/200,088 US5478219A (en) 1994-02-22 1994-02-22 Lightweight scroll element and method of making

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US (1) US5478219A (ja)
EP (1) EP0668433A1 (ja)
JP (1) JPH07259761A (ja)
KR (1) KR0177012B1 (ja)
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