(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと、前記固定スクロールに組み合わされて揺動する揺動スクロールと、を組み合わせた圧縮機構を備え、
前記固定スクロールは、
固定台板と、
前記固定台板の一方の面に前記揺動スクロールに向かって立設され、渦巻形状の固定スクロールラップと、を備え、
前記揺動スクロールは、
揺動台板と、
前記揺動台板の一方の面に前記固定スクロールに向かって立設され、渦巻形状の揺動スクロールラップと、を備え、
前記固定スクロールラップ及び前記揺動スクロールラップの先端であるラップ先端は、
凸曲面を備え、
前記固定スクロールラップの間に位置する前記固定台板の表面及び前記揺動スクロールラップの間に位置する前記揺動台板の表面である台板底面は、
前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップの間に極値を有する凹曲面を備え、
前記ラップ先端の前記凸曲面の断面形状の曲率半径Ｒ１、前記台板底面の前記凹曲面の断面形状の曲率半径Ｒ２、並びに前記固定スクロールラップ及び前記揺動スクロールラップのピッチ間隔ｔは、
Ｒ１≦Ｒ２≦３５ｔ
の関係を満たし、
前記台板底面の前記凹曲面は、
前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップの間の中央部から前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップと前記台板底面との角部まで続くように形成されている、スクロール圧縮機。
【請求項２】
前記揺動スクロール及び前記固定スクロールのうち少なくとも一方の前記ラップ先端、及び前記揺動台板及び前記固定台板のうち少なくとも一方の前記台板底面は、
表面にコーティングを有し、
前記コーティングのビッカース硬度は、
前記揺動スクロール及び前記固定スクロールの母材のビッカース硬度よりも小さい、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記固定スクロールラップの間に位置する前記固定台板の表面及び前記揺動スクロールラップの間に位置する前記揺動台板の表面である台板底面は、
表面にコーティングを有し、
前記コーティングのビッカース硬度は、
前記揺動スクロール及び前記固定スクロールの母材のビッカース硬度よりも小さい、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記台板底面は、
前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップの間に極値を有する凹曲面を備える、請求項３に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記コーティングは、
ビッカース硬度がＨＶ５０以下、かつ鉛筆硬度が６Ｈ以上である、請求項２〜４の何れか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記揺動スクロール及び前記固定スクロールの少なくとも一方の前記台板底面は、
前記母材の表面が平面である、請求項２〜５の何れか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記台板底面は、
前記母材の表面に前記コーティングが形成され、
前記コーティングの前記ラップ先端と接触する接触面は、
前記凹曲面となるように構成されている、請求項６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】
本開示は、スクロール圧縮機に関し、特に圧縮機構の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとによって構成された圧縮機構部、及び揺動スクロールを動かす電動機を備える。固定スクロール及び揺動スクロールは、密閉容器の内側に配置された台板に直立する渦巻き状のラップを有し、互いに一方のラップを他方に向けて組み合わされている。圧縮機構部が吐出する高圧のガスが密閉容器の内部に充満する高圧シェルタイプのスクロール圧縮機においては、揺動スクロールのラップが立設されていない側である背面側に、吸入圧よりも高く、吐出圧より低い中間圧の空間を設ける構造が知られている。電動機の回転力は、駆動軸を介して揺動スクロールを揺動させる力として伝達される。一般に、揺動スクロールの背面側にボス部が形成され、このボス部に駆動軸の一端に設けられた偏心軸が挿入されて、偏心軸の偏心回転によって揺動スクロールが揺動する。【０００３】
特許文献１に示されるスクロール圧縮機では、揺動スクロールの台板背面、即ちラップがある面の反対側に圧力を作用させて、固定スクロール及び揺動スクロールのラップと台板を当接させ、ラップ先端の隙間を０にし、ラップ先端と台板との間からの冷媒漏れを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０５２４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているスクロール圧縮機においては、固定スクロール及び揺動スクロールの各ラップ先端と台板とを摺接させる。このとき、揺動スクロールの背面に作用する圧力及び温度の変化に伴って、揺動スクロールの台板が撓む場合、又は固定スクロール及び揺動スクロールの各ラップの歯高が伸びる場合がある。これにより、各ラップ先端と台板とが相対的に傾いて、ラップ先端と台板とが部分接触し、接触部に発生する応力が過大になり、圧縮機構の耐久性が低下するという課題があった。【０００６】
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ラップ先端と台板との部分接触による接触部に発生する応力を抑制し、耐久性を向上させたスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、前記固定スクロールに組み合わされて揺動する揺動スクロールと、を組み合わせた圧縮機構を備え、前記固定スクロールは、固定台板と、前記固定台板の一方の面に前記揺動スクロールに向かって立設され、渦巻形状の固定スクロールラップと、を備え、前記揺動スクロールは、揺動台板と、前記揺動台板の一方の面に前記固定スクロールに向かって立設され、渦巻形状の揺動スクロールラップと、を備え、前記固定スクロールラップ及び前記揺動スクロールラップの先端であるラップ先端は、凸曲面を備え、前記固定スクロールラップの間に位置する前記固定台板の表面及び前記揺動スクロールラップの間に位置する前記揺動台板の表面である台板底面は、前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップの間に極値を有する凹曲面を備え、前記ラップ先端の前記凸曲面の断面形状の曲率半径Ｒ１、前記台板底面の前記凹曲面の断面形状の曲率半径Ｒ２、並びに前記固定スクロールラップ及び前記揺動スクロールラップのピッチ間隔ｔは、Ｒ１≦Ｒ２≦３５ｔの関係を満たし、前記台板底面の前記凹曲面は、前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップの間の中央部から前記固定スクロールラップ又は前記揺動スクロールラップと前記台板底面との角部まで続くように形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係るスクロール圧縮機によれば、圧力及び温度等が台板に作用して固定スクロール及び揺動スクロールが変形する場合において、少なくとも駆動後には固定スクロール及び揺動スクロールのラップ先端面と台板底面とを互いに曲面同士で当接、摺動させることができる。そして、固定スクロール及び揺動スクロールのラップ先端面と台板底面とが局所的に接触した場合においても接触応力を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１のスクロール圧縮機１００の構成を説明する断面図である。
【図２】実施の形態１のスクロール圧縮機１００の固定スクロール１の平面図及び背面図である。
【図３】実施の形態１のスクロール圧縮機１００の揺動スクロール２の平面図及び背面図である。
【図４】実施の形態１のスクロール圧縮機１００の自転防止機構３の平面図及び側面図である。
【図５】実施の形態１のスクロール圧縮機１００の主要部を拡大した部分断面図である。
【図６】実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の圧縮機構７の比較例である圧縮機構１０７の拡大断面図である。
【図７】実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００の圧縮機構２０７を拡大した部分断面図である。
【図８】実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００の圧縮機構２０７を拡大した部分断面図である。
【図９】図８に示される固定スクロールラップ１ｂと台板底面１ｄとの角部Ａの拡大図である。
【図１０】実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００とコーティング２２０が施されていない従来のスクロール圧縮機の性能比較の図である。
【図１１】実施の形態３に係るスクロール圧縮機３００の圧縮機構３０７を拡大した部分断面図である。
【図１２】実施の形態４に係るスクロール圧縮機４００を説明する圧縮機構７を拡大した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態に係るスクロール圧縮機について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置或いは部品の配置及び向きを限定するものではない。
【００１２】
実施の形態１．
（スクロール圧縮機１００の構成）
図１は、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の構成を説明する断面図である。図２は、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の固定スクロール１の平面図及び背面図である。図３は、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の揺動スクロール２の平面図及び背面図である。図４は、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の自転防止機構３の平面図及び側面図である。図１において、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１０と、密閉容器１０の上部に配置された圧縮機構７と、図１の上下方向において密閉容器１０の中央部に配置されて圧縮機構７を動作させる電動機１９とを有している。密閉容器１０は、圧縮機構７と電動機１９とを内部に収容する。実施の形態１においては、圧縮機構７が密閉容器１０の上部に配置され、下部に電動機１９が配置されている。圧縮機構７と電動機１９とは、駆動軸４で連結されている。駆動軸４は、圧縮機構７の下方にあるガイドフレーム５の中央部と、密閉容器１０の下部にあるサブフレーム６の中央部とにより回転自在に支持されている。また、駆動軸４の下端部には、スラスト軸受９が設けられており、サブフレーム６により軸方向に支持されている。
【００１３】
図１に示される様に、圧縮機構７は、密閉容器１０に固定された固定スクロール１と揺動スクロール２とを組み合わされて構成され、ガスを圧縮する機構である。圧縮機構７は、圧縮したガスを密閉容器１０の内部に吐出する。密閉容器１０は、内部に圧縮機構７が圧縮した高圧のガスが吐出される高圧室を有する。電動機１９は、密閉容器１０に固定された固定子１７と固定子１７の内部に回転自在に配置された回転子１８とで構成される。電動機１９は、端子３４から電力を供給されることにより回転力を発生し、駆動軸４を介して揺動スクロール２を動かす。密閉容器１０には圧縮する低圧のガスが流入する吸入管３１と圧縮された高圧のガスが流出する吐出管３２とが接続される。また、電動機１９に電力を供給する際に電気が通る端子３４が密閉容器１０に取り付けられている。
【００１４】
圧縮機構７の固定スクロール１は、円盤状の固定台板１ａの外周部がガイドフレーム５にボルト（図示せず）によって締結されて密閉容器１０に固定されている。固定スクロール１の固定台板１ａの一方の面（図１において下側の面）には、図２に示すような渦巻形状の固定スクロールラップ１ｂが形成されている。固定スクロールラップ１ｂは、固定台板１ａから図１の下方向に向かって延びる板状の部分である。また、固定台板１ａの固定スクロールラップ１ｂが立設されている側の面には、キー溝１ｊが形成されており、自転防止機構３のキー３ｂが往復運動自在に嵌合する。キー溝１ｊは、固定台板１ａの外周側の部分に、固定台板１ａの中心について対称な位置に設けられている。また、固定台板１ａの中央部には、吐出ポート１ｆが設けられている。吐出ポート１ｆは、固定スクロールラップ１ｂの中央部において固定台板１ａを貫通するように設けられている。
【００１５】
揺動スクロール２は、円盤状の揺動台板２ａの一方の面（図１において上側の面）に、図３に示される様に固定スクロールラップ１ｂと同様な渦巻形状の揺動スクロールラップ２ｂが形成されている。揺動スクロールラップ２ｂは、固定台板１ａから図１の上方向に向かって延びる板状の部分である。
【００１６】
また、揺動台板２ａの揺動スクロールラップ２ｂが設けられた面と反対側（図１において下側）の面である背面２ｋの中心部には、有底円筒状のボス部２ｅが形成され、ボス部２ｅの内側面には揺動軸受２ｈが形成されている。ボス部２ｅは、駆動軸４の回転力が揺動する力として伝達される結合部である。固定スクロール１の固定台板１ａの一方の面（図１において下側の面）には、図２（ａ）に示す平面図のような渦巻形状の固定スクロールラップ１ｂが形成されている。さらに背面２ｋには、キー溝２ｊが形成されており、後述する自転防止機構３のキー３ｃが往復運動自在に嵌合する。キー溝２ｊは、揺動台板２ａの外周側の部分に、揺動台板２ａの中心について対称な位置に設けられている。
【００１７】
圧縮機構７は、固定スクロール１の固定スクロールラップ１ｂと揺動スクロール２の揺動スクロールラップ２ｂと互いに対向するように向けて組み合わされている。そして、固定スクロールラップ１ｂと揺動スクロールラップ２ｂとが接する部位の間に閉じた空間が形成され、圧縮室となっている。
【００１８】
揺動スクロール２とガイドフレーム５との間には、自転防止機構３が配置されている。図３に示される様に、自転防止機構３は、リング３ａに揺動スクロール２を揺動回転させるために、長短二対のキー３ｂ、３ｃが設けられている。長いキー３ｂは、固定スクロール１の固定スクロールラップ１ｂが設けられた面に形成された２つのキー溝１ｊにそれぞれ往復移動自在に嵌合する。短いキー３ｃは、揺動スクロール２の背面２ｋに設けられたキー溝２ｊに往復移動自在に嵌合する。自転防止機構３により、揺動スクロール２は、固定スクロール１に対し相対回転せずに揺動することができる。
【００１９】
固定スクロール１に対して揺動スクロール２が揺動運動することにより、圧縮室が圧縮機構７の外周側から内周側に移動し、徐々に圧縮室の体積が減少することで圧縮動作が行われる。圧縮機構７の外周には、密閉容器１０を貫通して設けられた吸入管３１が設けられている。吸入管３１は、圧縮機構７に冷媒を導入する。吸入管３１から流入した低圧のガス状冷媒は、圧縮室の体積縮小に伴い圧縮され、高圧のガスとして固定スクロール１の中央付近の吐出ポート１ｆから密閉容器１０内の上部空間１０ａに吐出される。密閉容器１０の上下方向の中央部には吐出管３２が密閉容器１０を貫通して設けられている。上部空間１０ａは、隙間１０ｃにより密閉容器１０の中央部空間１０ｂに連通している。よって、密閉容器１０内部の中央部空間１０ｂも高圧室である。圧縮された冷媒は、高圧室から吐出管３２を経て外部に流出する。
【００２０】
圧縮機構７で圧縮された高圧のガスは、吐出ポート１ｆから圧縮機構７のすぐ上の上部空間１０ａである高圧室に吐出される。高圧室に吐出された高圧のガスは、密閉容器１０と固定スクロール１及びガイドフレーム５等の間に形成された隙間１０ｃを通り、電動機１９が設置されている密閉容器１０の中央部空間１０ｂ及び下部空間１０ｄに至る。密閉容器１０の下部空間１０ｄは、底部に油が貯蔵される空間として油貯蔵部１０ｅを有している。圧縮機構７が吐出したガスは、ほとんど減圧されずに中央部空間１０ｂ及び油貯蔵部１０ｅに入る。このため、油貯蔵部１０ｅは上部空間１０ａと同程度の高圧を保つ高圧室の一部となり、貯蔵される油も高圧に保たれる。上部空間１０ａ、隙間１０ｃ、中央部空間１０ｂ、下部空間１０ｄ、下部空間１０ｄに含まれる油貯蔵部１０ｅは、それぞれが吐出されたガスと同程度の高圧に保たれる高圧室である。
【００２１】
実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０に壁内側の大半を占める空間が高圧となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機１００である。揺動スクロール２の揺動台板２ａの固定スクロール１が位置する側とは反対側、つまり電動機１９が配置されている側には密閉容器１０の高圧より低く、かつ、吸入するガスの低圧より高い、中間圧の圧力に保たれる空間として中間圧室８が形成されている。中間圧室８は、ガイドフレーム５と揺動スクロール２の背面２ｐとボス部２ｅと駆動軸４とにより形成される空間である。更に説明すると、中間圧室８は、図２において揺動スクロール２のボス部２ｅの外側にあり、ボス部２ｅと揺動スクロール２を支えるガイドフレーム５とに挟まれた空間である。
【００２２】
圧縮機構７において、圧縮室の圧力は、吸入するガスの圧力である低圧から、吐出される圧力である高圧までの間で変化する。揺動スクロール２の固定スクロール１が位置する側とは反対側に中間圧の圧力を保つ中間圧室８を設けることにより、揺動スクロール２の揺動スクロールラップ２ｂの先端と固定スクロール１の固定台板１ａとが接触する荷重、及び固定スクロール１の固定スクロールラップ１ｂのラップ先端１ｃと揺動スクロール２の揺動台板２ａとが接触する荷重を適切に保つ。中間圧の圧力は、圧縮室からのガス漏れを低減し、固定スクロールラップ１ｂと揺動スクロールの揺動台板２ａとが摩擦する部分及び揺動スクロールラップ２ｂと固定スクロール１の固定台板１ａとが摩擦する部分を適切な圧力とすることができる。
【００２３】
図５は、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の主要部を拡大した部分断面図である。実施の形態１において、圧縮機構７は、固定スクロール１及び揺動スクロール２のラップ先端１ｃ及び２ｃに曲率半径Ｒ１の凸形状の曲面を備える。そして、圧縮機構７は、固定スクロール１及び揺動スクロール２の各ラップ間にある台板底面１ｄ及び２ｄに曲率半径Ｒ２の凹み形状の曲面を備える。台板底面１ｄ及び２ｄの曲面は、それぞれ駆動軸４の軸方向に見て最も高くなる最高地点、又は最も低くなる最低地点となる極値部１ｄａ及び２ｄａを有する。これらの台板底面１ｄ及び２ｄの曲面は、ラップ先端１ｃ及び２ｃと台板底面２ｄ及び１ｄとを凹凸の関係で当接させることにある。極値部１ｄａ及び２ｄａは、ラップ先端１ｃ及び２ｃの中央部に位置する。換言すると極値部１ｄａ及び２ｄａは、台板底面１ｄ及び２ｄの中央部に位置する。
【００２４】
一般に、円柱面と円柱面が当接する時に作用する応力ｐは、ヘルツの接触応力の式として下式で表される。応力ｐが材料の許容値を超えると、焼付き等の破損に至る。
【００２５】
【数１】
0006937968.tif 000002
【００２６】
ここで、ｐ：応力［Ｐａ］、Ｆ：荷重［Ｎ］、Ｌ：円柱長（ラップ長さ）［ｍ］、Ｒ１：一方の円柱面の曲率半径［ｍ］、Ｒ２：他方の円柱面の曲率半径［ｍ］、Ｅ：ヤング率［Ｐａ］、ν：ポアソン比［−］である。式（１）によれば、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が大きいほど応力ｐを小さくできることがわかる。なお、実施の形態１においては曲率半径Ｒ１が、ラップ先端１ｃ及び２ｃの曲率半径に相当し、曲率半径Ｒ２が、台板底面１ｄ及び２ｄの曲率半径に相当するものとして説明する。
【００２７】
図６は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の圧縮機構７の比較例である圧縮機構１０７の拡大断面図である。圧縮機構１０７は、固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２とを組み合わせて構成されている。固定スクロール１０１及び揺動スクロール１０２のラップ先端１０１ｃ及び１０２ｃは、それぞれ平面を備えており、断面において角部のＲが非常に小さい。また、固定スクロール１０１及び揺動スクロール１０２の台板底面１０１ｄ及び１０２ｄは、平坦になっている。
【００２８】
図６（ａ）は、比較例の圧縮機構１０７が変形していない状態を示しており、図６（ｂ）は、比較例の圧縮機構１０７の揺動スクロール１０２が変形し、ラップ先端１０１ｃ及び１０２ｃが、台板底面１０２ｄ及び１０１ｄに傾斜して当接した状態を示している。このとき、例えば台板底面１０１ｄにラップ先端１０２ｃが傾いて当接しており、ラップ先端２ｃの角部のＲは非常に小さいため、接触面に発生する応力ｐが過大となる。つまり、式（１）において、Ｒ１が極めて小さく、Ｒ２が極めて大きい場合に相当するため、ラップ先端１０２ｃと台板底面１０１ｄとの接触面に発生する応力ｐは、極めて大きくなる。
【００２９】
一方、実施の形態１の圧縮機構７においては、台板底面１ｄが凹面であり曲率半径Ｒ２が負の値をとり、ラップ先端２ｃの曲率半径Ｒ１をなるべく大きく正の値をとる様に設定される。つまり、図５に示される様に、ラップ先端２ｃが凸の曲面であり、台板底面１ｄが凹の曲面であり、それらの曲面が凹凸の関係で組み合わされている。式（１）によれば、図５に示されるラップ先端２ｃと台板底面１ｄとの組み合わせの場合、接触面に発生する応力を大きく低下させることができる。これは、ラップ先端１ｃと台板底面２ｄとの間でも同様に成立する。つまり、実施の形態１の圧縮機構７においては、揺動台板２ａが変形した際に、ラップ先端１ｃと台板底面２ｄとの接触面、及びラップ先端２ｃと台板底面１ｄとの接触面において発生する応力を抑えることができる。従って、スクロール圧縮機１００は、耐久性及び信頼性が向上する。
【００３０】
なお、台板底面の凹量が過度に大きくなると、ラップ先端１ｃ又は２ｃと台板底面１ｄ又は２ｄとの隙間から冷媒が漏れ、スクロール圧縮機１００の性能低下を生じるため、ラップ間のピッチ間隔ｔと、ラップ先端１ｃ又は２ｃの曲率半径Ｒ１と、台板底面１ｄ又は２ｄの曲率半径Ｒ２との関係を次式とすることが望ましい。
【００３１】
【数２】
0006937968.tif 000003
【００３２】
なお、上記式（２）の関係を満たせば、台板底面１ｄ及び２ｄの断面形状は、単純な円で構成されていなくてもよい。例えば、台板底面１ｄ及び２ｄの断面形状は、中央で曲率半径大、つまり平坦に近い形状とし、固定スクロールラップ１ｂ及び２ｂに近いほど曲率半径小としてもよい。また、曲率半径Ｒ１＜曲率半径Ｒ２のようにラップ先端１ｃ及び２ｃのほうの曲率半径Ｒ１を台板底面１ｄ及び２ｄの曲率半径Ｒ２より小さくしてもよい。例えば、揺動スクロールラップ２ｂが固定スクロールラップ１ｂ間の中央にある時は、台板底面１ｄ及び２ｄの極値部１ｄａ及び２ｄａと、ラップ先端１ｃ及び２ｃの曲面の中央部とが接触する。また、揺動スクロールラップ２ｂが固定スクロールラップ１ｂに近づくと、台板底面１ｄの端の凹曲面と、ラップ先端２ｃの凸曲面のうち中央部から端に近づいた部分とが接触する。このように曲率半径Ｒ１＜曲率半径Ｒ２とすると、揺動スクロール２の揺動に応じて、ラップ先端１ｃ又は２ｃと台板底面１ｄ又は２ｄとの間で最も強く接触する位置が連続的に移動する。このため、ラップ先端１ｃ及び２ｃの表面のうち特定の位置が摩耗することを抑制できる。また、揺動スクロール２が揺動運動した際の揺動スクロールラップ２ｂの軸方向の変位も少なく抑えられる。
【００３３】
なお、実施の形態１においては、ラップ先端１ｃ及び２ｃのうち少なくとも台板底面１ｄ又は２ｄに接触する部分は、平坦面を備えておらず、曲面のみで構成されている。さらに、実施の形態１において、揺動スクロール２は、揺動スクロール２の揺動運動によって軸方向に微小な距離移動を繰り返す。揺動スクロール２は、各圧縮室の面積及び圧力の変化から１回転中に軸方向に微小な距離移動を繰り返す際に、軸方向にある隙間により上下の微小移動を許容できるように構成されている。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００について説明する。スクロール圧縮機２００は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の圧縮機構７の構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
図７及び図８は、実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００の圧縮機構２０７を拡大した部分断面図である。実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００の圧縮機構２０７は、固定スクロール２０１及び揺動スクロール２０２の台板底面２０１ｄ、２０２ｄを平面で形成している。そして、台板底面２０１ｄ及び２０２ｄは、表面にコーティングを施している。なお、図７は、スクロール圧縮機２００が駆動する前の状態を示しており、図８は、スクロール圧縮機２００が駆動された後の状態を示している。
【００３６】
コーティング２２０は、固定スクロール２０１及び揺動スクロール２０２の材質よりも軟い材料であり、ラップ先端２０１ｃ又は２０２ｃと摺動した際にはコーティング２２０が摩耗する。コーティング２２０が摩耗すると、ラップ先端２０１ｃ又は２０２ｃとコーティング２２０との当接状態は、凸曲面と平面との当接から凸曲面と凹曲面との当接に変化する。よって、ラップ先端２０１ｃ又は２０２ｃとコーティング２２０との接触面に作用する応力ｐは次第に低下する。これにより、コーティング２２０の摩耗速度は、スクロール圧縮機２００が駆動されるに従い０に近づく。すなわち、実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００の圧縮機構２０７は、ラップ先端２０１ｃ及び２０２ｃとの摺動により台板底面２０１ｄ及び２０２ｄの曲率を自動的に形成できる。なお、図７及び図８に示される様に、台板底面２０１ｄ及び２０２ｄは、母材の表面が平面となっており、その表面にコーティング２２０が形成されている。
【００３７】
図９は、図８に示される固定スクロールラップ１ｂと台板底面１ｄとの角部Ａの拡大図である。コーティング２２０は、ラップ先端２０１ｃ又は２０２ｃに倣って摩耗するため、固定スクロールラップ１ｂと台板底面１ｄとの角部Ａに形成される隙間を小さくできる。つまり、揺動スクロールラップ２ｂのラップ先端２ｃと固定スクロールラップ１ｂ及び台板底面１ｄとの間に生じる隙間を最小にできる。これは、揺動スクロールラップ２ｂと台板底面２ｄとの角部においても同様である。
【００３８】
図１０は、実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００とコーティング２２０が施されていない従来のスクロール圧縮機の性能比較の図である。図７に示される様に、冷暖房能力が小さい場合、即ち最小冷房運転及び最小暖房運転においてスクロール圧縮機２００は、従来のスクロール圧縮機に対する性能向上が大きく、動作係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）及び期間効率ＡＰＦ（Ａｎｎｕａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆａｃｔｏｒ）も向上することが確認できた。スクロール圧縮機２００の回転周波数が低い状態においては揺動スクロール２の背面２ｋに掛かる中間圧が低い。このとき、ラップ先端１ｃと台板底面２ｄとの間及びラップ先端２ｃと台板底面１ｄとの間は隙間が生じ易く、隙間からの冷媒漏れ量が大きくなり易い。実施の形態２に係るスクロール圧縮機２００は、冷暖房能力が小さい場合に冷媒の漏れ量を抑えることができ、従来のスクロール圧縮機よりも性能が向上する。
【００３９】
なお、コーティング２２０は、前述のように形状を自動的に形成するために固定スクロール１及び揺動スクロール２を形成する材料よりも硬度が低いことと、ラップ先端１ｃと摺動する際に生じるせん断力で剥がれない強い密着力が求められる。具体的には、ＩＳＯ  ４５１６  ２００２「金属及びその他無機コーティング」で規定されるビッカース硬度試験において、コーティング２２０のビッカース硬度がＨＶ５０以下、かつ、ＪＩＳ  Ｋ５６００「塗料一般試験方法」で規定される引っかき硬度（鉛筆法）において、鉛筆硬度が６Ｈ以上、又はこれらの硬度に相当する硬度であることが必要である。また、コーティング２２０の摩耗進行速度が飽和する、即ち摩耗進行速度がほぼ０になる前に、コーティング２２０が摩滅してしまうと上記のスクロール圧縮機の性能向上の効果を得られない。そのため、コーティング２２０の摩耗進行速度が飽和できるように、コーティング２２０の膜厚は、１５μｍ以上に設定すると良い。
【００４０】
また、実施の形態２に係る圧縮機構２０７によれば、コーティング２２０により母材の摺動耐力を向上させることができる。これにより、固定台板１ａ又は揺動台板２ａの変形が大きく、かつラップ先端１ｃ及び２ｃと台板底面１ｄ及び２ｄに形成された曲面の曲率だけでは摺動耐力を確保できない圧力での条件においても運転が可能となる。そして、圧縮機構２０７の母材としてアルミ材等の軽量、低剛性材量の適用を可能にする。なお、固定スクロール１及び揺動スクロール２のコーティング工程において、母材に角部を有すると、角部にコーティング材料が集中しやすく、突起等の異物が生じる場合がある。しかし、実施の形態２に係る固定スクロール１及び揺動スクロール２は、予めラップ先端１ｃ及び２ｃ等に曲面にすることで、突起等の異常な形状が形成されるのを抑制できる。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態３に係るスクロール圧縮機３００について説明する。スクロール圧縮機３００は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の圧縮機構７の構造を変更したものである。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
図１１は、実施の形態３に係るスクロール圧縮機３００の圧縮機構３０７を拡大した部分断面図である。スクロール圧縮機３００の圧縮機構３０７は、実施の形態２に係る圧縮機構２０７に、固定スクロールラップ１ｂ及び揺動スクロールラップ２ｂにもコーティング２２０を施したことが異なる。
【００４３】
実施の形態３に係るスクロール圧縮機３００によれば、コーティング２２０を設ける箇所を選択する必要がないため、製造時に固定スクロール１及び揺動スクロール２にディップ処理（薬液どぶ付け）等の簡易的な工程によりコーティング２２０を形成でき、製造し易くなるという利点がある。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態４に係るスクロール圧縮機４００について説明する。スクロール圧縮機４００は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の圧縮機構７の構造を変更したものである。なお、実施の形態１〜実施の形態３と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図１２は、実施の形態４に係るスクロール圧縮機４００を説明する圧縮機構７を拡大した部分断面図である。実施の形態４に係るスクロール圧縮機４００の圧縮機構４０７は、固定スクロール４０１及び揺動スクロール４０２の台板底面４０１ｄ及び４０２ｄを実施の形態１の台板底面１ｄ及び２ｄと同様に凹曲面で構成し、その凹曲面にコーティング２２０を施している。台板底面４０１ｄ及び４０２ｄに予め曲面が形成されることで、運転開始直後のラップ先端４０１ｃ及び４０２ｃとの摺動によるコーティング２２０の摩耗速度を低く抑えることができる。これにより、コーティング２２０の必要膜厚の低減や長寿命化が図れる。
【００４６】
以上に本開示を実施の形態に基づいて説明したが、本開示は上述した実施の形態の構成のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、各実施の形態に記載した構成要素の組み合わせは適宜変更することができる。例えば、実施の形態２において、コーティング２２０は、台板底面１ｄ又は２ｄの何れか一方のみに設けられ、他方はコーティング２２０が施されていない凹曲面であっても良い。また、実施の形態３において、コーティング２２０は、ラップ先端１ｃ又は２ｃの何れか一方のみに設けられていてもよい。さらに、実施の形態４において、台板底面１ｄ又は２ｄの母材の表面は、平面であっても良い。つまり、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本開示の要旨（技術的範囲）に含むことを念のため申し添える。
【符号の説明】
【００４７】
１  固定スクロール、１ａ  固定台板、１ｂ  固定スクロールラップ、１ｃ  ラップ先端、１ｄ  台板底面、１ｄａ  極値部、１ｆ  吐出ポート、１ｊ  キー溝、２  揺動スクロール、２ａ  揺動台板、２ｂ  揺動スクロールラップ、２ｃ  ラップ先端、２ｄ  台板底面、２ｅ  ボス部、２ｈ  揺動軸受、２ｊ  キー溝、２ｋ  背面、２ｐ  背面、３  自転防止機構、３ａ  リング、３ｂ  キー、３ｃ  キー、４  駆動軸、５  ガイドフレーム、６  サブフレーム、７  圧縮機構、８  中間圧室、９  スラスト軸受、１０  密閉容器、１０ａ  上部空間、１０ｂ  中央部空間、１０ｃ  隙間、１０ｄ  下部空間、１０ｅ  油貯蔵部、１７  固定子、１８  回転子、１９  電動機、３１  吸入管、３２  吐出管、３４  端子、１００  スクロール圧縮機、１０１  固定スクロール、１０１ｃ  ラップ先端、１０１ｄ  台板底面、１０２  揺動スクロール、１０２ｃ  ラップ先端、１０２ｄ  台板底面、１０７  圧縮機構、２００  スクロール圧縮機、２０１  固定スクロール、２０１ｃ  ラップ先端、２０１ｄ  台板底面、２０２  揺動スクロール、２０２ｄ  台板底面、２０７  圧縮機構、２２０  コーティング、３００  スクロール圧縮機、３０７  圧縮機構、４００  スクロール圧縮機、４０１  固定スクロール、４０１ｃ  ラップ先端、４０１ｄ  台板底面、４０２  揺動スクロール、４０７  圧縮機構、Ａ  角部、Ｆ  押付力、Ｒ１  曲率半径、Ｒ２  曲率半径、ｐ  応力、ｔ  ピッチ間隔。
【要約】
ラップ先端と台板との部分接触による接触部に発生する応力を抑制し、耐久性を向上させたスクロール圧縮機を得ることを目的とする。本開示に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールに組み合わされて揺動する揺動スクロールと、を組み合わせた圧縮機構を備える。固定スクロールは、固定台板と、固定台板の一方の面に揺動スクロールに向かって立設され、渦巻形状の固定スクロールラップと、を備え、揺動スクロールは、揺動台板と、揺動台板の一方の面に固定スクロールに向かって立設され、渦巻形状の揺動スクロールラップと、を備える。固定スクロールラップ及び揺動スクロールラップの先端であるラップ先端は、凸曲面を備え、固定スクロールラップの間に位置する固定台板の表面及び揺動スクロールラップの間に位置する揺動台板の表面である台板底面は、固定スクロールラップ又は揺動スクロールラップの間に極値を有する凹曲面を備える。【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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