(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。【解決手段】スクロール圧縮機は、ケーシングと固定スクロールと可動スクロール２６とクランクシャフトとを備える。可動スクロール２６は、球状黒鉛鋳鉄で成形される。可動スクロール２６は、第２鏡板２６ａと第２ラップ２６ｂと上端軸受２６ｃとを有する。第２ラップ２６ｂは、第２鏡板２６ａの第１主表面２６ｄから延びる。上端軸受２６ｃは、第２鏡板２６ａの第２主表面２６ｅから延び、クランクシャフトが嵌め込まれる。第２主表面２６ｅの少なくとも一部は、圧縮残留応力が第２鏡板２６ａに作用するようにショットピーニング処理されている。圧縮残留応力は、第２主表面２６ｅの径方向に沿って、第２主表面２６ｅの中心に向かって作用する応力である。【選択図】図６
2017044186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１０）と、
前記ケーシング内に収納される固定スクロール（２４）と、
前記ケーシング内に収納され、球状黒鉛鋳鉄で成形され、前記固定スクロールと噛み合わさって冷媒を圧縮する可動スクロール（２６）と、
前記ケーシング内に収納され、前記可動スクロールを駆動させるクランクシャフト（１７）と、
を備え、
前記可動スクロールは、
第１主表面（２６ｄ）および第２主表面（２６ｅ）を有する円盤状の可動鏡板（２６ａ）と、
前記第１主表面から延びる渦巻き状の可動ラップ（２６ｂ）と、
前記第２主表面から延び、前記クランクシャフトが嵌め込まれる筒状部（２６ｃ）と
を有し、
前記第２主表面の少なくとも一部は、圧縮残留応力が前記可動鏡板に作用するようにショットピーニング処理されており、
前記圧縮残留応力は、前記第２主表面の径方向に沿って、前記第２主表面の中心に向かって作用する応力である、
スクロール圧縮機（１０１）。
【請求項２】
前記圧縮残留応力は、負の平均残留応力値を有する応力であり、
前記平均残留応力値は、前記筒状部の外縁と前記第２主表面の外縁との間の前記径方向の中間ポイントに関して、前記第２主表面の周方向に沿って等間隔に位置している複数の前記中間ポイントのそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均であり、
前記残留応力値は、前記径方向において前記第２主表面の外縁から中心に向かう応力が前記可動鏡板に作用する場合に負であり、かつ、前記径方向において前記第２主表面の中心から外縁に向かう応力が前記可動鏡板に作用する場合に正である、
請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記第２主表面の全体が、ショットピーニング処理されている、
請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記可動ラップの厚み（Ｔ１）と、前記可動鏡板の厚み（Ｔ２）との比は、１０以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記球状黒鉛鋳鉄は、ＦＣＤ６００である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置等に用いられるスクロール圧縮機は、冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する。スクロール圧縮機は、固定スクロールおよび可動スクロールを備えている。固定スクロールおよび可動スクロールは、それぞれ、鏡板と、鏡板の主表面に取り付けられる渦巻き形状のラップとを有している。可動スクロールのラップは、固定スクロールのラップと噛み合って、冷媒ガスが圧縮される圧縮室を形成する。スクロール圧縮機は、クランクシャフトの回転によって可動スクロールを公転させて圧縮室の容積を変化させることで冷媒を圧縮する。可動スクロールは、クランクシャフトが嵌め込まれる軸受を有している。可動スクロールの軸受は、ラップが取り付けられる主表面の反対側の主表面の中央部に取り付けられる。
【０００３】
従来、可動スクロールの材料として、ＦＣＤ６００等の球状黒鉛鋳鉄が用いられている。球状黒鉛鋳鉄は、ＦＣ２５０等のねずみ鋳鉄に比べて強度が高いので、可動スクロールの小型化を実現でき、スクロール圧縮機の小型化を実現することができる。しかし、複雑な形状を有する可動スクロールの材料として球状黒鉛鋳鉄を用いる場合、鋳造工程における、ラップと軸受との間の凝固速度および冷却速度の違いによって、鏡板の表面に引張残留応力が発生しやすい。そのため、球状黒鉛鋳鉄で成形された可動スクロールに作用する引張残留応力は、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールに作用する引張残留応力より大きくなる傾向がある。ここで、引張残留応力は、鏡板の径方向に沿って互いに離れる方向に作用する応力である。また、スクロール圧縮機の運転時には、軸受からラップに向かって、鏡板の主表面と直交する力が可動スクロールに作用する。この力および引張残留応力は、スクロール圧縮機の運転時における可動スクロールの変形を起こさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、球状黒鉛鋳鉄で成形された可動スクロールの変形を抑制するために、可動スクロールに作用する引張残留応力を除去するための種種の方法が用いられている。例えば、特許文献１（特開昭６２−１６４８１９号公報）には、可動スクロールを５４０℃〜５７０℃で４時間〜８時間保持した後、３５０℃まで炉冷し、その後空冷する方法が開示されている。特許文献２（特開昭５４−１３３４２０号公報）には、可動スクロールを８５０℃〜１０００℃で４時間以下保持した後、２００℃〜４００℃に急冷し、その温度で３０分以上保持し、その後ショットピーニング処理を施す方法が開示されている。特許文献３（特開２０１２−１１５９２５号公報）には、可動スクロールを８００℃〜９５０℃で熱処理した後、互いに異なる粒径のショット材を用いて第１、第２および第３のショットピーニング処理を施す方法が開示されている。しかし、これらの方法は、熱処理およびショットピーニング処理に要する時間およびコストが大きいという問題点を有している。
【０００５】
本発明の目的は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができるスクロール圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係るスクロール圧縮機は、ケーシングと、固定スクロールと、可動スクロールと、クランクシャフトとを備える。固定スクロール、可動スクロールおよびクランクシャフトは、ケーシング内に収納される。可動スクロールは、球状黒鉛鋳鉄で成形される。可動スクロールは、固定スクロールと噛み合わさって冷媒を圧縮する。クランクシャフトは、可動スクロールを駆動させる。可動スクロールは、円盤状の可動鏡板と、渦巻き状の可動ラップと、筒状部とを有する。可動鏡板は、第１主表面および第２主表面を有する。可動ラップは、第１主表面から延びる。筒状部は、第２主表面から延び、クランクシャフトが嵌め込まれる。第２主表面の少なくとも一部は、圧縮残留応力が可動鏡板に作用するようにショットピーニング処理されている。圧縮残留応力は、第２主表面の径方向に沿って、第２主表面の中心に向かって作用する応力である。
【０００７】
このスクロール圧縮機では、可動スクロールを熱処理することなく、第２主表面をショットピーニング処理するだけで、可動鏡板に圧縮残留応力を作用させることができる。従って、このスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第２観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点に係るスクロール圧縮機であって、圧縮残留応力は、負の平均残留応力値を有する応力である。平均残留応力値は、筒状部の外縁と第２主表面の外縁との間の径方向の中間ポイントに関して、第２主表面の周方向に沿って等間隔に位置している複数の中間ポイントのそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均である。残留応力値は、径方向において第２主表面の外縁から中心に向かう応力が可動鏡板に作用する場合に負であり、かつ、径方向において第２主表面の中心から外縁に向かう応力が可動鏡板に作用する場合に正である。
【０００９】
このスクロール圧縮機では、第２主表面の複数の中間ポイントにおいて、第２主表面の外縁から中心に向かう径方向の応力が作用するように、第２主表面がショットピーニング処理される。従って、このスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。
【００１０】
本発明の第３観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点または第２観点に係るスクロール圧縮機であって、第２主表面の全体が、ショットピーニング処理されている。
【００１１】
このスクロール圧縮機では、第２主表面の全体をショットピーニング処理することで、可動スクロールに作用する引張残留応力が効果的に除去される。従って、このスクロール圧縮機は、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の第４観点に係るスクロール圧縮機は、第１乃至第３観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機であって、可動ラップの厚みと、可動鏡板の厚みとの比は、１０以下である。
【００１３】
このスクロール圧縮機では、可動ラップの厚みに比べて、可動鏡板の厚みが大きい。従って、このスクロール圧縮機は、可動鏡板の強度が高く、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明の第５観点に係るスクロール圧縮機は、第１乃至第４観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機であって、球状黒鉛鋳鉄は、ＦＣＤ６００である。
【００１５】
このスクロール圧縮機では、可動スクロールは、ＦＣ２５０等の鋳鉄と比較して強度が高い球状黒鉛鋳鉄であるＦＣＤ６００で成形されている。従って、このスクロール圧縮機は、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る、ケーシングが基本姿勢になっているときのスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】固定スクロールの下面図である。
【図３】可動スクロールの上面図である。
【図４】可動スクロールの第２ラップの位置および圧縮室が示された固定スクロールの下面図である。
【図５】可動スクロールの下面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩに沿って切断した可動スクロールの断面図である。
【図７】比較例としての、可動スクロールの下面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切断した可動スクロールの断面図である。
【図９】実施例に係る、可動スクロールの上面図である。
【図１０】変形例Ａに係る、可動スクロールの下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機１０１について、図面を参照しながら説明する。スクロール圧縮機１０１は、空気調和装置等の冷凍装置に用いられる。スクロール圧縮機１０１は、冷凍装置の冷媒回路を循環する冷媒ガスを圧縮する。
【００１９】
（１）スクロール圧縮機の構成
スクロール圧縮機１０１は、互いに噛み合う渦巻き形状のラップを有する２つのスクロール部材を用いて冷媒を圧縮する圧縮機である。スクロール圧縮機１０１は、高低圧ドーム型のスクロール圧縮機である。
【００２０】
図１は、スクロール圧縮機１０１の縦断面図である。スクロール圧縮機１０１は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、ハウジング２３と、オルダム継手３９と、駆動モータ１６と、下部軸受６０と、クランクシャフト１７と、吸入管１９と、吐出管２０とから構成される。次に、スクロール圧縮機１０１の各構成要素について説明する。
【００２１】
（１−１）ケーシング
ケーシング１０は、円筒状の胴部ケーシング部１１と、椀状の上壁部１２と、椀状の底壁部１３とから構成される。上壁部１２は、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される。底壁部１３は、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部および外部において圧力や温度が変化した場合に、変形および破損が起こりにくい剛性部材で成型されている。ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置される。
【００２２】
ケーシング１０の内部には、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の下方に配置されるハウジング２３と、ハウジング２３の下方に配置される駆動モータ１６と、鉛直方向に延びるように配置されるクランクシャフト１７等が収容されている。ケーシング１０の壁部には、吸入管１９および吐出管２０が気密状に溶接されている。
【００２３】
ケーシング１０の底部には、潤滑油が貯留される油溜まり空間１０ａが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機１０１の運転中において、圧縮機構１５等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
【００２４】
（１−２）圧縮機構
圧縮機構１５は、ケーシング１０の内部に収容され、低温低圧の冷媒ガスを吸引および圧縮して、高温高圧の冷媒ガス（以下、「圧縮冷媒」という。）を吐出する。圧縮機構１５は、主に、固定スクロール２４と、可動スクロール２６とから構成される。固定スクロール２４は、ケーシング１０に対して固定されている。可動スクロール２６は、固定スクロール２４に対して公転運動を行う。図２は、鉛直方向に沿って視た固定スクロール２４の下面図である。図３は、鉛直方向に沿って視た可動スクロール２６の上面図である。
【００２５】
固定スクロール２４は、ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄およびアルミニウム等から成形される。可動スクロール２６は、球状黒鉛鋳鉄から成形される。本実施形態において、可動スクロール２６に用いられる球状黒鉛鋳鉄は、ＦＣＤ６００である。
【００２６】
（１−２−１）固定スクロール
固定スクロール２４は、第１鏡板２４ａと、第１鏡板２４ａに直立して形成される渦巻き形状の第１ラップ２４ｂとを有する。第１鏡板２４ａには、主吸入孔２４ｃが形成されている。主吸入孔２４ｃは、吸入管１９と、後述する圧縮室４０とを接続する空間である。主吸入孔２４ｃは、低温低圧の冷媒ガスを吸入管１９から圧縮室４０に導入するための吸入空間を形成する。
【００２７】
第１鏡板２４ａの中央部には、吐出孔４１が形成され、第１鏡板２４ａの上面には、吐出孔４１と連通する拡大凹部４２が形成されている。拡大凹部４２は、第１鏡板２４ａの上面に凹設された空間である。固定スクロール２４の上面には、拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより固定されている。固定スクロール２４および蓋体４４は、ガスケット（図示せず）を介して密着してシールされている。拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることにより、圧縮機構１５の運転音を消音させるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール２４には、マフラー空間４５と連通し、固定スクロール２４の下面に開口する第１圧縮冷媒流路４６が形成されている。第１鏡板２４ａの下面には、図２に示されるように、Ｃ字形状の油溝２４ｅが形成されている。
【００２８】
（１−２−２）可動スクロール
可動スクロール２６は、円盤形状の第２鏡板２６ａと、渦巻き形状の第２ラップ２６ｂと、筒状の上端軸受２６ｃとを有する。第２鏡板２６ａは、第１主表面２６ｄと、第２主表面２６ｅとを有する。第１主表面２６ｄは、第２鏡板２６ａの上側の主表面である。第２主表面２６ｅは、第２鏡板２６ａの下側の主表面である。第２ラップ２６ｂは、第１主表面２６ｄから直立して形成されている。上端軸受２６ｃは、第２主表面２６ｅの中央部から直立して形成されている。可動スクロール２６には、給油細孔６３が形成されている。給油細孔６３は、第１主表面２６ｄの外周部と、第２主表面２６ｅの中央部であって上端軸受２６ｃの内側の空間とを連通している。
【００２９】
固定スクロール２４および可動スクロール２６は、第１ラップ２４ｂと第２ラップ２６ｂとが噛み合うことにより、第１鏡板２４ａと、第１ラップ２４ｂと、第２鏡板２６ａと、第２ラップ２６ｂとによって囲まれる空間である圧縮室４０を形成する。圧縮室４０の容積は、可動スクロール２６の公転運動によって徐々に減少する。可動スクロール２６の公転中に、固定スクロール２４の第１鏡板２４ａおよび第１ラップ２４ｂの下面は、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａおよび第２ラップ２６ｂの上面と摺動する。以下、可動スクロール２６と摺動する固定スクロール２４の面を、スラスト摺動面２４ｄと呼ぶ。
【００３０】
図４は、可動スクロール２６の第２ラップ２６ｂの位置および圧縮室４０が示された固定スクロール２４の下面図である。図４において、ハッチングされた領域は、固定スクロール２４のスラスト摺動面２４ｄを表す。図４において、スラスト摺動面２４ｄの外縁は、公転する可動スクロール２６の第２鏡板２６ａの外縁の軌跡を表す。図４に示されるように、固定スクロール２４の油溝２４ｅは、スラスト摺動面２４ｄに納まるように第１鏡板２４ａの下面に形成されている。
【００３１】
第２鏡板２６ａの第２主表面２６ｅは、ショットピーニング処理されている。ショットピーニング処理は、第２主表面２６ｅに向かって無数の微小な鋼球を投射して、第２主表面２６ｅに鋼球を高速で衝突させる噴射加工処理である。ショットピーニング処理によって、第２主表面２６ｅに無数の微小な凹部が形成されるように、第２主表面２６ｅが塑性変形する。これにより、第２鏡板２６ａが硬化し、第２鏡板２６ａに圧縮残留応力が付与される。
【００３２】
ショットピーニング処理で使用される鋼球の直径は、０．０５ｍｍ〜４ｍｍである。第２主表面２６ｅに向かって投射される鋼球の速度は、１０ｍ／ｓ〜２００ｍ／ｓである。第２主表面２６ｅの法線と、鋼球の投射方向との間の角度である入射角は、４０°〜９０°である。
【００３３】
図５は、可動スクロール２６の下面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩに沿って切断した可動スクロール２６の断面図である。図５および図６には、可動スクロール２６に作用する応力が矢印で示されている。図５において、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理されている領域は、ハッチングされた領域として示されている。
【００３４】
図５，６に示されるように、第２主表面２６ｅは、圧縮残留応力Ｆ１が第２鏡板２６ａに作用するようにショットピーニング処理されている。圧縮残留応力Ｆ１は、第２主表面２６ｅの径方向に沿って、第２主表面２６ｅの外周から中心に向かって作用する応力である。
【００３５】
第２主表面２６ｅのショットピーニング処理によって第２鏡板２６ａに作用する圧縮残留応力Ｆ１は、負の平均残留応力値を有する応力である。平均残留応力値は、図５に示される中間ポイントＰ１〜Ｐ４のそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均である。中間ポイントＰ１〜Ｐ４は、上端軸受２６ｃの外縁と第２主表面２６ｅの外縁との間の、第２主表面２６ｅの径方向における中間ポイントである。中間ポイントＰ１〜Ｐ４は、第２主表面２６ｅの周方向に沿って等間隔に位置している。中間ポイントの数は、任意である。残留応力値は、第２主表面２６ｅの径方向において、第２主表面２６ｅの外縁から中心に向かう応力が第２鏡板２６ａに作用する場合に負の値となる。残留応力値は、第２主表面２６ｅの径方向において、第２主表面２６ｅの中心から外縁に向かう応力が第２鏡板２６ａに作用する場合に正の値となる。
【００３６】
第２ラップ２６ｂの厚みＴ１と、第２鏡板２６ａの厚みＴ２との比は、１０以下である。図６には、厚みＴ１，Ｔ２が示されている。厚みＴ１，Ｔ２が位置によって異なる場合、図６に示されるように、厚みＴ１，Ｔ２の最大値が用いられる。
【００３７】
（１−３）ハウジング
ハウジング２３は、圧縮機構１５の下方に配置されている。ハウジング２３の外周面は、胴部ケーシング部１１の内周面に気密状に接合されている。これにより、ケーシング１０の内部空間は、ハウジング２３の下方の高圧空間Ｓ１と、ハウジング２３の上方の空間である上部空間Ｓ２とに区画されている。ハウジング２３は、固定スクロール２４を載置し、固定スクロール２４と共に可動スクロール２６を挟持している。ハウジング２３の外周部には、第２圧縮冷媒流路４８が鉛直方向に貫通して形成されている。第２圧縮冷媒流路４８は、ハウジング２３の上面において第１圧縮冷媒流路４６と連通し、ハウジング２３の下面において高圧空間Ｓ１と連通する。
【００３８】
ハウジング２３の上面には、クランク室Ｓ３が凹設されている。ハウジング２３には、ハウジング貫通孔３１が形成されている。ハウジング貫通孔３１は、クランク室Ｓ３の底面中央部から、ハウジング２３の下面中央部まで、ハウジング２３を鉛直方向に貫通している。以下、ハウジング２３の一部であり、かつ、ハウジング貫通孔３１が形成されている部分を、上部軸受３２という。ハウジング２３には、ケーシング１０の内面近傍の高圧空間Ｓ１とクランク室Ｓ３とを連通する油戻し通路２３ａが形成されている。
【００３９】
（１−４）オルダム継手
オルダム継手３９は、可動スクロール２６とハウジング２３との間に設置される環状の部材である。オルダム継手３９は、公転している可動スクロール２６の自転を防止するための部材である。
【００４０】
（１−５）駆動モータ
駆動モータ１６は、ハウジング２３の下方に配置されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、主に、ケーシング１０の内面に固定されるステータ５１と、ステータ５１の内側にエアギャップを設けて配置されるロータ５２とから構成される。
【００４１】
ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて切欠形成されている複数のコアカット部が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路５５を形成する。
【００４２】
ロータ５２は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランクシャフト１７に連結されている。ロータ５２は、クランクシャフト１７を介して、圧縮機構１５に接続されている。
【００４３】
（１−６）下部軸受
下部軸受６０は、駆動モータ１６の下方に配置される。下部軸受６０の外周面は、ケーシング１０の内面に気密状に接合されている。下部軸受６０は、クランクシャフト１７を支持する。下部軸受６０の上端には、油分離板６５が取り付けられている。油分離板６５は、ケーシング１０の内部に収容される平板状の部材である。油分離板６５は、下部軸受６０の上端面に固定されている。
【００４４】
（１−７）クランクシャフト
クランクシャフト１７は、ケーシング１０の内部に収容される。クランクシャフト１７は、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。クランクシャフト１７は、その上端部の軸心が上端部を除く部分の軸心に対してわずかに偏心している形状を有している。クランクシャフト１７は、バランスウェイト１８を有する。バランスウェイト１８は、ハウジング２３の下方かつ駆動モータ１６の上方の高さ位置において、クランクシャフト１７に密着して固定されている。
【００４５】
クランクシャフト１７は、ロータ５２の回転中心を鉛直方向に貫通してロータ５２に連結されている。クランクシャフト１７は、その上端部が上端軸受２６ｃに嵌入することで、可動スクロール２６に接続されている。クランクシャフト１７は、上部軸受３２および下部軸受６０によって支持されている。
【００４６】
クランクシャフト１７は、その軸方向に延びている主給油路６１を内部に有している。主給油路６１の上端は、クランクシャフト１７の上端面と第２主表面２６ｅとによって形成される油室６７と連通している。油室６７は、第２鏡板２６ａの給油細孔６３を介して、スラスト摺動面２４ｄおよび油溝２４ｅに連通し、圧縮室４０を介して最終的に低圧空間Ｓ２に連通する。主給油路６１の下端は、油溜まり空間１０ａに連通する。
【００４７】
クランクシャフト１７は、主給油路６１から分岐する第１副給油路６１ａ、第２副給油路６１ｂおよび第３副給油路６１ｃを有している。第１副給油路６１ａ、第２副給油路６１ｂおよび第３副給油路６１ｃは、水平方向に延びている。第１副給油路６１ａは、クランクシャフト１７と可動スクロール２６の上端軸受２６ｃとの摺動面に開口している。第２副給油路６１ｂは、クランクシャフト１７とハウジング２３の上部軸受３２との摺動面に開口している。第３副給油路６１ｃは、クランクシャフト１７と下部軸受６０との摺動面に開口している。
【００４８】
（１−８）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の外部から圧縮機構１５へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管である。吸入管１９は、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、上部空間Ｓ２を鉛直方向に貫通する。吸入管１９の内端部は、固定スクロール２４の主吸入孔２４ｃに嵌め込まれている。吸入管１９の内端部は、ケーシング１０の内部空間における吸入管１９の端部である。
【００４９】
（１−９）吐出管
吐出管２０は、高圧空間Ｓ１からケーシング１０の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管である。吐出管２０は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。吐出管２０は、高圧空間Ｓ１を水平方向に貫通する。ケーシング１０内にある吐出管２０の開口部２０ａは、ハウジング２３の近傍に位置している。
【００５０】
（２）スクロール圧縮機の動作
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１の動作について説明する。最初に、スクロール圧縮機１０１を備える冷媒回路を循環する冷媒の流れについて説明する。次に、スクロール圧縮機１０１内部における潤滑油の流れについて説明する。
【００５１】
（２−１）冷媒の流れ
最初に、駆動モータ１６が駆動することによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されているクランクシャフト１７が回転する。クランクシャフト１７の回転運動は、上端軸受２６ｃを介して可動スクロール２６に伝達される。クランクシャフト１７の上端部の軸心は、クランクシャフト１７の回転運動の軸に対して偏心している。可動スクロール２６は、オルダム継手３９を介してハウジング２３に係合されている。これにより、可動スクロール２６は、自転することなく、固定スクロール２４に対して公転運動を行う。
【００５２】
圧縮される前の低温低圧の冷媒は、吸入管１９から主吸入孔２４ｃを経由して、圧縮機構１５の圧縮室４０に供給される。可動スクロール２６の公転運動により、圧縮室４０は容積を徐々に減少させながら固定スクロール２４の外周部から中心部に向かって移動する。その結果、圧縮室４０の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮冷媒は、吐出孔４１からマフラー空間４５へ吐出された後、第１圧縮冷媒流路４６および第２圧縮冷媒流路４８を経由して、高圧空間Ｓ１へ吐出される。そして、圧縮冷媒は、モータ冷却通路５５を下降して、駆動モータ１６の下方の高圧空間Ｓ１に到達する。そして、圧縮冷媒は、流れの向きを反転させて、他のモータ冷却通路５５および駆動モータ１６のエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部に吐出される。
【００５３】
なお、可動スクロール２６の下方に位置するクランク室Ｓ３および油室６７は、高圧空間Ｓ１と連通している。一方、可動スクロール２６の上方に位置する圧縮室４０は、吐出孔４１と連通する中心部を除いて、高圧空間Ｓ１より低圧の空間である。そのため、スクロール圧縮機１０１の運転中、可動スクロール２６の上下の空間の圧力差によって、可動スクロール２６は、鉛直方向上方に向かう力を受けて、固定スクロール２４に押し付けられる。
【００５４】
（２−２）潤滑油の流れ
最初に、駆動モータ１６が駆動することによってロータ５２が回転し、これにより、クランクシャフト１７が回転する。クランクシャフト１７の回転によって圧縮機構１５が駆動し、高圧空間Ｓ１に圧縮冷媒が吐出されると、高圧空間Ｓ１内の圧力が上昇する。また、主給油路６１の上端は、油室６７および給油細孔６３を介して低圧空間Ｓ２に連通している。これにより、主給油路６１の上端と下端との間に差圧が発生する。その結果、油溜まり空間１０ａに貯留されている潤滑油は、差圧によって、油供給管９０に吸引され、主給油路６１内を油室６７に向かって上昇する。
【００５５】
主給油路６１を上昇する潤滑油のほとんどは、順に、第３副給油路６１ｃ、第２副給油路６１ｂおよび第１副給油路６１ａに分流する。第３副給油路６１ｃを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７と下部軸受６０との摺動面を潤滑した後、高圧空間Ｓ１に供給されて油溜まり空間１０ａに戻される。第２副給油路６１ｂを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７とハウジング２３の上部軸受３２との摺動面を潤滑した後、高圧空間Ｓ１およびクランク室Ｓ３に供給される。高圧空間Ｓ１に供給された潤滑油は、油溜まり空間１０ａに戻される。クランク室Ｓ３に供給された潤滑油は、ハウジング２３の油戻し通路２３ａを経由して高圧空間Ｓ１に供給され、油溜まり空間１０ａに戻される。第１副給油路６１ａを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７と可動スクロール２６の上端軸受２６ｃとの摺動面を潤滑した後、クランク室Ｓ３に供給され、高圧空間Ｓ１を経由して、油溜まり空間１０ａに戻される。
【００５６】
主給油路６１内を上端まで上昇して油室６７に到達した潤滑油は、差圧によって、給油細孔６３を流れて油溝２４ｅに供給される。油溝２４ｅに供給された潤滑油の一部は、スラスト摺動面２４ｄをシールしながら、低圧空間Ｓ２および圧縮室４０に漏れ出す。このとき、高温高圧である潤滑油は、低圧空間Ｓ２および圧縮室４０に存在する圧縮前の冷媒ガスを加熱する。また、圧縮室４０に流入した潤滑油は、微小な油滴の状態で圧縮冷媒に混入される。圧縮冷媒に混入された潤滑油は、圧縮冷媒と同じ経路を通って、圧縮室４０から高圧空間Ｓ１へ吐出される。その後、潤滑油は、圧縮冷媒と共にモータ冷却通路５５を下降した後に、油分離板６５に衝突する。油分離板６５に付着した潤滑油は、高圧空間Ｓ１を落下して油溜まり空間１０ａに戻される。
【００５７】
（３）スクロール圧縮機の特徴
本実施形態のスクロール圧縮機１０１では、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａには、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理によって圧縮残留応力Ｆ１が作用している。圧縮残留応力Ｆ１によって、可動スクロール２６に作用する引張残留応力が除去され、スクロール圧縮機１０１の運転時における可動スクロール２６の変形が抑制される。以下、その理由について説明する。
【００５８】
最初に、比較例として、球状黒鉛鋳鉄であるＦＣＤ６００で成形された可動スクロール１２６に作用する応力について説明する。図７は、可動スクロール１２６の下面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切断した可動スクロール１２６の断面図である。可動スクロール１２６は、可動スクロール２６と同じ形状を有し、図１に示される可動スクロール２６と同じ位置に設置される。
【００５９】
可動スクロール１２６は、円盤形状の第２鏡板１２６ａと、渦巻き形状の第２ラップ１２６ｂと、筒状の上端軸受１２６ｃとを有する。第２鏡板１２６ａは、第１主表面１２６ｄと、第２主表面１２６ｅとを有する。第１主表面１２６ｄは、第２鏡板１２６ａの上側の主表面である。第２主表面１２６ｅは、第２鏡板１２６ａの下側の主表面である。第２ラップ１２６ｂは、第１主表面１２６ｄから直立して形成されている。上端軸受１２６ｃは、第２主表面１２６ｅの中央部から直立して形成されている。図７および図８には、可動スクロール１２６に作用する応力が矢印で示されている。
【００６０】
本実施形態の可動スクロール２６では、第２主表面２６ｅはショットピーニング処理されているが、比較例の可動スクロール１２６では、第２主表面１２６ｅはショットピーニング処理されていない。また、可動スクロール１２６は、成形後に熱処理されていない。すなわち、可動スクロール１２６は、引張残留応力を除去するための処理が施されていない。そのため、図７，８に示されるように、第２鏡板１２６ａには、引張残留応力Ｆ１１が作用している。引張残留応力Ｆ１１は、第２鏡板１２６ａの主表面の径方向に沿って、第２鏡板１２６ａの中心から外縁に向かって作用する応力である。引張残留応力Ｆ１１は、主として、可動スクロール１２６の成形時における、第２ラップ１２６ｂと上端軸受１２６ｃの凝固速度や冷却速度の差によって生じる。
【００６１】
また、スクロール圧縮機の運転中、可動スクロール１２６は、上述したように、圧力差によって鉛直方向上方に向かう押し付け力Ｆ１２を受ける。そのため、スクロール圧縮機の運転中、可動スクロール１２６の第２鏡板１２６ａは、引張残留応力Ｆ１１と押し付け力Ｆ１２との合力を受ける。この合力は、鉛直方向上方に凸となるように第２鏡板１２６ａを変形させる力である。
【００６２】
一方、本実施形態の可動スクロール２６の第２鏡板２６ａには、図５，６に示されるように、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理によって圧縮残留応力Ｆ１が作用している。圧縮残留応力Ｆ１は、第２鏡板２６ａの主表面の径方向に沿って、第２鏡板２６ａの外縁から中心に向かって作用する。すなわち、第２鏡板２６ａに作用する圧縮残留応力Ｆ１は、比較例である第２鏡板１２６ａに作用する引張残留応力Ｆ１１と反対方向の力である。そのため、可動スクロール２６には、図８に示される引張残留応力Ｆ１１と押し付け力Ｆ１２との合力に相当する力が作用しない。すなわち、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａに作用する圧縮残留応力Ｆ１は、第２鏡板２６ａが鉛直方向上方に凸となる変形を抑制する効果を有する。これにより、スクロール圧縮機１０１の運転中における可動スクロール２６の変形が抑制される。
【００６３】
本実施形態では、可動スクロール２６の変形を抑制するために、可動スクロール２６の成形後に可動スクロール２６を熱処理することなく、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理のみを行うことで、可動スクロール２６に圧縮残留応力Ｆ１を作用させる。可動スクロール２６の熱処理は、可動スクロール２６を加熱して、高温状態を長時間保持した後に、徐々に冷却することで、可動スクロール２６に作用する引張残留応力を除去する処理である。可動スクロール２６の熱処理は、長時間を要し、コストが高い。しかし、本実施形態では、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理のみを行うことで、可動スクロール２６に作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去できる。これにより、スクロール圧縮機１０１の運転時における可動スクロール２６の変形が抑制される。
【００６４】
また、第２ラップ２６ｂの厚みＴ１と、第２鏡板２６ａの厚みＴ２との比は、１０以下である。Ｔ１とＴ２との比が小さいほど、第２ラップ２６ｂの厚みＴ１に比べて、第２鏡板２６ａの厚みＴ２がより大きくなり、第２鏡板２６ａの強度が高くなるので、第２鏡板２６ａの変形がより効果的に抑制される。そのため、スクロール圧縮機１０１の運転時において、可動スクロール２６の変形が効果的に抑制される。
【００６５】
なお、ＦＣ２５０等のねずみ鋳鉄で可動スクロールを成形する場合、可動スクロールの熱処理を行わなくても、可動スクロールには圧縮残留応力が作用することがある。しかし、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールは、球状黒鉛鋳鉄であるＦＣＤ６００で成形された本実施形態の可動スクロール２６と比べて、強度が低い。可動スクロール２６は、ＦＣＤ６００で成形され、かつ、圧縮残留応力Ｆ１が作用しているので、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールと比較して、高い強度を有し、かつ、変形しにくい。
【００６６】
以上より、スクロール圧縮機１０１は、可動スクロール２６に作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロール２６の変形を抑制することができる。
【００６７】
（４）実施例
次に、スクロール圧縮機に用いられる可動スクロールに関する、残留応力の測定結果、および、形状変化の測定結果について説明する。本実施例では、３種類の可動スクロールに関して測定を行った。以下、３種類の可動スクロールを、それぞれ、実施例、比較例１および比較例２と呼ぶ。３種類の可動スクロールは、共通の形状および寸法を有する。
【００６８】
実施例は、実施形態の可動スクロール２６である。すなわち、実施例は、球状黒鉛鋳鉄であるＦＣＤ６００で成形され、かつ、鏡板の下側の主表面（第２主表面２６ｅに相当する面）がショットピーニング処理された可動スクロールである。比較例１は、ＦＣＤ６００で成形され、かつ、熱処理およびショットピーニング処理が行われていない可動スクロールである。比較例２は、ねずみ鋳鉄であるＦＣ２５０で成形され、かつ、熱処理およびショットピーニング処理が行われていない可動スクロールである。次の表１および表２は、３種類の可動スクロールの測定結果を表す。
【００６９】
【表１】
2017044186.tif 000003
【００７０】
【表２】
2017044186.tif 000004
【００７１】
表１は、各可動スクロールの残留応力の測定結果に関する表である。表１には、図５に示される４個の中間ポイントＰ１〜Ｐ４と同じ位置で測定した残留応力値、および、その平均値が記載されている。
【００７２】
表２は、各可動スクロールの形状変化の測定結果に関する表である。形状変化の測定は、各可動スクロールを備えるスクロール圧縮機を運転させることで行われた。スクロール圧縮機の運転条件は、高圧空間圧力が４．４ＭＰａであり、低圧空間圧力が０．４ＭＰａであり、回転数が７５ｒｐｓであり、運転時間が７５時間である。可動スクロールの鏡板の上側の主表面（第１主表面２６ｄに相当する面）の高さ位置である底面位置を、圧縮機の運転開始前および運転終了後に測定し、スクロール圧縮機の運転による底面位置の変化量を求めた。可動スクロールの形状変化を表すパラメータは、底面位置の変化量である。底面位置の変化量の絶対値が大きいほど、可動スクロールの形状はより大きく変化している。図９は、可動スクロールの上面図である。図９には、底面位置の測定領域Ｒ１〜Ｒ４が示されている。
【００７３】
表１より、比較例１の可動スクロールには、引張残留応力が作用し、実施例および比較例２の可動スクロールには、圧縮残留応力が作用している。すなわち、実施形態の可動スクロール２６は、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理によって、引張残留応力が除去されて圧縮残留応力が作用していることが確認された。
【００７４】
表２より、比較例１の可動スクロールは、実施例および比較例２の可動スクロールと比較して、全ての測定領域Ｒ１〜Ｒ４において底面位置の変化量がより大きい。底面位置の変化量が大きいほど、可動スクロールの変形の程度が大きい。すなわち、実施形態の可動スクロール２６は、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理によって、スクロール圧縮機１０１の運転時における変形が抑制されることが確認された。
【００７５】
（５）変形例
本発明の実施形態に対する適用可能な変形例について説明する。
【００７６】
実施形態の可動スクロール２６では、図５に示されるように、第２主表面２６ｅの全体がショットピーニング処理されている。しかし、第２主表面２６ｅの一部のみがショットピーニング処理されていてもよい。図１０は、本変形例の可動スクロール２６の下面図である。図１０において、第２主表面２６ｅのショットピーニング処理されている領域は、ハッチングされた領域として示されている。本変形例では、第２主表面２６ｅの一部であって、上端軸受２６ｃより外周側の領域のみが、ショットピーニング処理されている。第２主表面２６ｅの一部のみがショットピーニング処理されている場合でも、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａに圧縮残留応力を作用させることができる。従って、第２主表面２６ｅの一部のみをショットピーニング処理することで、スクロール圧縮機１０１の運転時における可動スクロール２６の変形が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０      ケーシング
１７      クランクシャフト
２４      固定スクロール
２６      可動スクロール
２６ａ    第２鏡板（可動鏡板）
２６ｂ    第２ラップ（可動ラップ）
２６ｃ    上端軸受（筒状部）
２６ｄ    第１主表面
２６ｅ    第２主表面
１０１      スクロール圧縮機
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開昭６２−１６４８１９号公報
【特許文献２】特開昭５４−１３３４２０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１５９２５号公報
【図１】
2017044186.tif 000005
【図２】
2017044186.tif 000006
【図３】
2017044186.tif 000007
【図４】
2017044186.tif 000008
【図５】
2017044186.tif 000009
【図６】
2017044186.tif 000010
【図７】
2017044186.tif 000011
【図８】
2017044186.tif 000012
【図９】
2017044186.tif 000013
【図１０】
2017044186.tif 000014