(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板と、この端板に立設する渦巻体を有し渦巻体の立設する方向の軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、
端板とこの端板に立設する渦巻体を有し軸線方向に垂直な面内方向における運動が規制される固定スクロールとを備え、
前記旋回スクロールを旋回駆動するための偏心量を固定したクランク機構を設け、
前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの渦巻体を噛み合わせ両スクロール間を閉塞して形成される容積を縮小もしくは膨張させるスクロール形流体機械の製作方法において、
前記両渦巻体を組み合わせ、固定ボルトで前記固定スクロールをフレームに緩めにしてかり止めし、
前記クランク機構を構成するクランク軸によって前記旋回スクロールの渦巻体を公転運動させながら、かり止めしている前記固定ボルトを徐々に締めることで、前記両渦巻体間に形成される側面隙間を、中央の巻き始め点から中央寄りの区間において、この中央寄り区間から外周寄り区間よりも小さくし、前記旋回スクロール側の対偶部である旋回軸と前記中央より区間が、軸方向からみて重なる部分がある状態にして前記固定ボルトの締め付けを完了する
ことを特徴とするスクロール形流体機械の製作方法。
【請求項２】
前記渦巻体のいずれか一方もしくは両方の壁厚を、中央の巻き始め点から中央寄り区間において、この中央寄り区間から外周寄り区間よりも厚肉化したことを特徴とする請求項１記載のスクロール形流体機械の製作方法。
【請求項３】
前記厚肉化した渦巻体の壁厚を、前記外周寄り区間において、徐々に薄くして厚肉化前の壁厚に戻すことを特徴とする請求項２記載のスクロール形流体機械の製作方法。
【請求項４】
前記中央寄り区間は、中央の巻き始め点から２５０°以上４５０°以下の範囲とすることを特徴とする請求項１もしくは２記載のスクロール形流体機械の製作方法。
【請求項５】
前記中央寄り区間において、両渦巻体により形成される側面隙間を概略一定にすることを特徴とする請求項１もしくは２記載のスクロール形流体機械の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積形流体機械の一種であるスクロール形流体機械の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏心量が固定される固定クランク方式のスクロール流体機械は、旋回スクロールの旋回半径が定まっているため、固定スクロール自体もしくは固定スクロールの位置を規定する部材をチャンバの圧縮機ベース本体に固定している。固定スクロールを固定する方法として、たとえば、クランク軸を低速で回転させながら徐々に固定用のネジを締めるという極めて簡便な方法がある。この場合、オイルフリー機以外では、潤滑油を隙間に注入して油膜を形成し、渦巻体同士の過度の接触を回避している。
【０００３】
そしてこの方法によれば、組み立て完了時にはクランク軸が回転する組み立て状態にあるため、理想的な位置からの固定スクロールのずれは、両渦巻体間の側面隙間の大きさ以下となり、平均性能レベルは低くならない。
【０００４】
これに対し、偏心量が可変の可変クランク方式では、上記の組み立て手法が採用できないために高精度の組み立て治具等が必要となり、製作、加工に高コストを要する。
【０００５】
なお、旋回軸受部が旋回渦巻体の中央寄りに配置されず、運転時の熱変形を吸収するものとして、たとえば特開平８−２５４１９１号公報に記載のものが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固定クランク方式のスクロール形流体機械は、可変クランク方式と比較して組み立て精度が向上するため、平均性能レベルが向上するという利点を有するものの、以下の点に対し配慮が必要であった。
【０００７】
スクロール形流体機械は、両スクロール間で流体の膨張、圧縮の断熱変化に近い変化が生じているため、運転時の両スクロールの温度レベルは他の部分と異なり他の部分と熱膨張量に差が生じる。固定スクロールは、旋回スクロールと比較して、旋回スクロール以外の部分との接触部が多く、接触部において自由な熱膨張が妨げられている。このため運転時に、旋回スクロールのみが相対的に大きさが変化する。旋回軸受または旋回軸が渦巻体の中央寄りにある固定クランク方式では、クランク軸の偏心部に旋回軸受または旋回軸が組み合わされ、旋回スクロールの中央部の位置が規定されることから、熱膨張で両スクロールは図７及び図８に示すような噛み合い状態となる。
【０００８】
すなわち、温度が上昇して旋回スクロール１が相対的に熱膨張する圧縮機（図７参照）では、偏心側のＸ渦巻部の旋回側渦巻体の外側側面と固定側渦巻体の内側側面との間の隙間で、また、温度が低下して旋回スクロール１が相対的に熱収縮する膨張機（図８参照）では、反偏心側のＹ渦巻部の旋回側渦巻体の内側側面と固定側渦巻体の外側側面との間の隙間で、減少量が渦巻体の外周にいくに従って大きくなり、すなわち外周にいくに従って側面隙間が小さくなり、渦巻体が干渉する危険性も考慮される。
【０００９】
このため、従来、この干渉の危険性を回避するため、固定クランク軸の偏心量を渦巻体の形状から決まる量よりも小さく設定していた。その結果、熱変形のない組み立て時では、渦巻体側面の隙間が拡大してしまい、この隙間の大きさで決定される固定スクロールの組み立て時の位置決め誤差の増大することに対し配慮されていなかった。すなわち、旋回スクロール１と固定スクロール４との組み立て精度にバラツキが生じてしまい、平均性能レベルを低下させることに対し配慮されていなかった。
【００１０】
本発明の目的は、組み立て精度を向上させることで性能向上を図るスクロール形流体機械の製作方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスクロール形流体機械は、上記目的を達成するため、端板と、この端板に立設する渦巻体を有し渦巻体の立設する方向の軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板とこの端板に立設する渦巻体を有し軸線方向に垂直な面内方向における運動が規制される固定スクロールとを備え、前記旋回スクロールを旋回駆動するための偏心量を固定したクランク機構を設け、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの渦巻体を噛み合わせ両スクロール間を閉塞して形成される容積を縮小もしくは膨張させるスクロール形流体機械の製作方法において、前記両渦巻体を組み合わせ、固定ボルトで前記固定スクロールをフレームに緩めにしてかり止めし、前記クランク機構を構成するクランク軸によって前記旋回スクロールの渦巻体を公転運動させながら、かり止めしている前記固定ボルトを徐々に締めることで、前記両渦巻体間に形成される側面隙間を、中央の巻き始め点から中央寄りの区間において、この中央寄り区間から外周寄り区間よりも小さくし、前記旋回スクロール側の対偶部である旋回軸と前記中央より区間が、軸方向からみて重なる部分がある状態にして前記固定ボルトの締め付けを完了することである。
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記渦巻体のいずれか一方もしくは両方の壁厚を、中央の巻き始め点から中央寄り区間において、この中央寄り区間から外周寄り区間よりも厚肉化したこと。
（２）前記厚肉化した渦巻体の壁厚を、前記外周寄り区間において、徐々に薄くして厚肉化前の壁厚に戻すこと。
（３）前記中央寄り区間は、中央の巻き始め点から２５０°以上４５０°以下の範囲とすること。
（４）前記中央寄り区間において、両渦巻体により形成される側面隙間を概略一定にすること。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図１ないし図４を参照して説明する。
図１は本発明に係るスクロール形流体機械の実施例の断面図、図２（ａ）はスクロールの渦巻体の全体平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の渦巻体の巻き始め部の詳細図、図３は渦巻体の厚肉部を示す平面図、図４はスクロール形流体機械を圧縮機として用いた場合の、両渦巻体の位置関係と作動原理とを示す平面図である。
【００１８】
図１及び図２（ａ）において、１は旋回スクロールで、旋回側渦巻体２と端板３とより構成され、旋回側渦巻体２は旋回外側曲線２ａと旋回内側曲線２ｂとから形成されている。４は固定スクロールで、固定側渦巻体５と端板６とより構成され、固定側渦巻体５は固定外側曲線５ａと固定内側曲線５ｂとから形成されている。これら両渦巻体２，５により形成される側面隙間は、中央寄り区間の側面隙間をそれ以外の区間の外周寄り区間の側面隙間よりも小さくしている。
【００１９】
７は、旋回側渦巻体２と固定側渦巻体５との間に形成される作動室、８は、圧縮された流体が流出する吐出ポートである。Ｏは旋回スクロール１の中心、Ｏ′は固定スクロール４の中心である。９は制御弁装置で、中間圧室１０の圧力を吸込圧力に対して一定の圧力差となるように制御するためのものである。この中間圧室１０は、旋回スクロール１と固定スクロール４との間の摺動による機械的摩擦損失及び洩れ損失の少ない作動室７を形成するため、旋回スクロール１の背面から適正な圧力を加えている。
【００２０】
旋回スクロール１の背面に形成されている旋回軸受１ａには、フレーム１１により支持されたクランク軸１２の旋回軸１２ａが挿入されている。また、フレーム１１と旋回スクロール１との間に、旋回スクロール１の公転運動は許容し自転運動を防止するオルダムリング１３が配置されている。１４はモータで、固定子１４ａと回転子１４ｂとから構成されており、クランク軸１２を駆動するためのものである。１５は吸入パイプで、冷媒ガスなどの流体を取入れるためのものであり、１６は吐出パイプであり、圧縮した流体を吐出するためのものである。１７は固定ボルトで、固定スクロール４をフレーム１１に固定するためのものである。１８は密閉ケースで、旋回スクロール１、固定スクロール４及びモータ１４が密閉して収納している。
【００２１】
上記構成のスクロール形流体機械の作用は、次のとおりである。モータ１４に通電することによりクランク軸１２が回転し、旋回スクロール１はオルダムリング１３により自転することなく公転運動をし、吸込パイプ１５から流入された流体は、図５に示すように、旋回スクロール１，固定スクロール４間で圧縮作用が行われる。
【００２２】
すなわち、両渦巻体２，５間の作動室７の容積は、流体の吸い込みが終了した状態（ａ）０゜から、９０゜（ｂ），１８０゜（ｃ），２７０゜（ｄ）と公転が進むに従って、作動室７の容積は縮小して流体の圧縮作用が行われる。
【００２３】
圧縮された流体は、吐出ポート８から圧縮機の密閉ケース１８内に吐き出され、最終的に流体は吐出パイプ１６から圧縮機外へ吐出される。この圧縮作用において、両渦巻体２，５の側面隙間のうちで中央寄り区間の側面隙間をそれ以外の区間の外周寄り区間の側面隙間よりも小さくしているため、内部圧力差が大きい渦巻体の中央部付近で生じる流体の内部漏れを抑制することができ、圧縮機の性能が向上する。
【００２４】
以下、両渦巻体による中央寄り区間の側面隙間をそれ以外の区間の外周寄り区間の側面隙間よりも小さくすることにより、内部圧力差が大きい渦巻体の中央部付近で生じる流体の内部漏れを抑制することができ、圧縮機の組み立て性能が向上する（第１の目的）理由について、詳細に説明する。
【００２５】
まず、渦巻体に関し、旋回側渦巻体２及び固定側渦巻体５の巻き始め部、巻き始め点について、図２（ａ）（ｂ）により説明する。
旋回側渦巻体２の巻き始め部（破線で囲む部分）２ｄにおいて、外側曲線２ａは巻き始め点２ｅから巻き始められ、内側曲線２ｂは巻き始め点２ｆから巻き始められる。斜線で示した固定側渦巻体５の巻き始め部（破線で囲む部分）５ｄにおいて、外側曲線５ａは巻き始め点５ｆから巻き始められ、内側曲線５ｂは巻き始め点５ｅから巻き始められる。
【００２６】
図３により、渦巻体の厚肉部について説明する。
同図は旋回側渦巻体２を示すものであるが、固定側渦巻体５についても同様であるので、旋回側渦巻体２を例にとって説明する。
基本渦巻曲線は、極座標で動径をｒ，偏角をθ，代数螺線の係数をａ，代数螺線の指数をｋとするとき、数式１で表せる。
ｒ＝ａ・θk                            …（数１）
この基本渦巻曲線またはこの基本渦巻曲線をオフセットした曲線の包絡線により、渦巻体の内側曲線及び外側曲線を形成する。旋回側渦巻体２の中央部から外周へ向かって壁厚を徐々に減らして薄くする。
【００２７】
すなわち、斜線で示す厚肉部を、渦巻体の外側曲線２ａでは破線２ａ１で示すように、また、内側曲線２ｂでは破線２ｂ１で示すように、巻き始め点から３６０°の範囲でそれぞれ厚肉化（通常、数μｍから数百μｍ程度）する。さらに、外側曲線２ａ及び内側曲線２ｂをそれぞれ破線２ａ２，２ｂ２で示すように、前記３６０°から５４０°（巻き始め点を基準に、１周目を３６０°、２周目を７２０°として測る）、すなわち１周目からさらに概ね１８０°で徐々に厚肉量を減らして壁厚を、厚肉前の元の厚さにする。
【００２８】
かりに、側面隙間の中央寄り区間を３６０°よりも大幅に延長して厚肉化すると、クランク軸１２のある回転位相で、渦巻体２の両側面において位置調整作用となりうる部分が３６０°の区間ごとに発生し、実際に位置調整作用として働く部分は、これらのうちの一個所であり、渦巻体２の形状精度や組み立て時の固定スクロール４もしくは固定スクロール位置決め部材をネジ止めする時のネジの止め具合等の調整条件により決定されるため、どの部分となるかを予測することは事実上不可能である。このため、クランク軸１２の回転にともなって、位置調整作用の作用部が不連続的に移動する可能性が高くなり、衝撃力が発生し易く、固定スクロール４の不要な振動を増大させ、組み立て精度の低下を招く。
【００２９】
したがって、前記範囲よりも広い範囲、たとえば巻き始め部から４５０°の範囲程度であれば、その部分の渦巻体の形状は巻き始め部から３６０°の範囲と大差ないため、良好な組み立て精度が得られる。
【００３０】
逆に、側面隙間の中央寄り区間を３６０°よりも大幅に狭くすると、クランク軸１２のある回転位相で、側面隙間の中央寄り区間から外れた位置に位置調整作用の作用部となりうる部分が全て集まる場合が生じる。このため、クランク軸１２の回転にともなって、位置調整作用の作用部が不連続的に移動する可能性が高くなり、同様に衝撃的な力が発生しやすく、固定スクロール４の不要な振動を増大させ、組立精度の低下を招く。
【００３１】
したがって、３６０°の範囲よりも若干狭い範囲、たとえば巻き始め部から２５０°の範囲程度であれば、厚肉量を減らし元の厚さに戻す過程で変化率を大きくしない限り良好な組み立て精度が得られる。
さらに、元の厚さに減らす範囲を１８０°でなく、巻き終り部まで徐々に厚肉量を減らしても所期の効果が得られる。
【００３２】
なお、図３は、旋回スクロール側の対偶部である旋回軸１２ａと渦巻体２の中央より区間とが、軸方向からみて重なる部分があること、すなわち、実線の円で示す旋回軸１２ａ内に旋回側渦巻体２の巻き始め部２ｄがあることを示している。
【００３３】
ここで、壁厚とは旋回側渦巻体２を例にとって説明すると、図４に示すように、渦巻体２の外側曲線２ａと内側曲線２ｂとのなす角α、βが等しくなる線分Ａ１，Ｂ１の長さのことである。
【００３４】
要するに、上記第１の目的を両渦巻体間に形成される中央の巻き始め部から中央寄り区間の側面隙間を、この中央寄り区間から外周寄り区間の側面隙間よりも小さくするもので、中央の巻き始め部から中央寄り区間のより好ましい範囲は、中央の巻き始め部から２５０°以上４５０°以下の範囲とし、さらにより好ましくは、中央の巻き始め部から３６０°の範囲とし、かつ、この側面隙間を概略一定とし、それ以外の区間である外周寄り区間の側面隙間よりも小さくするものである。
【００３５】
さらに、渦巻体に強度を付与して信頼性の向上を図る（上記第２の目的）ため、壁厚と側面隙間との関係を、次のようにする。
【００３６】
前記両渦巻体の外周寄り区間における巻き終わり部を除いた壁厚の平均と、両渦巻体の中央寄り区間における巻き始め部を除いた壁厚の平均との差が、外周寄り区間と、中央寄り区間における側面隙間との差より、十分大きくなるようにする。すなわち、
外周寄り区間における壁厚の平均（ただし、巻き終わり部を除く）を…Ａ、
中央寄り区間における壁厚の平均（ただし、巻き始め部を除く）を  …Ｂ、
外周寄り区間における側面隙間を                                …Ｃ、
中央寄り区間における側面隙間を                                …Ｄ、
とするとき、
Ｂ−Ａ≫Ｃ−Ｄ
とするものである。
【００３７】
旋回スクロール１と固定スクロール４との組み立ては次のようにして行なわれる。
まず、固定側渦巻体５と旋回側渦巻体２との間に潤滑油を注入して組み合わせ、固定ボルト１７で固定スクロール４とをフレーム１１に緩めにしてかり止めし、クランク軸１２によって、旋回スクロールの中心Ｏが固定スクロール中心Ｏ′の周りに自転することなしに旋回半径ｅ（＝ＯＯ′）で公転運動をするようにする。固定側渦巻体５がかりに所定の最適位置にない場合でも、中央寄り区間において、油膜を介して固定側渦巻体５に旋回側渦巻体２から位置調整作用が働く。
【００３８】
次に、旋回側渦巻体２を公転運動させながら、かり止めしている固定ボルト１７を徐々に締めることで、固定側渦巻体５と旋回側渦巻体２との最適位置からのずれが最小になる位置で組み立てが完成する。
また、中央寄り区間で両渦巻体２，５が油膜を介し圧接して噛み合うようになった場合には摺動摩擦により性能低下が生じるが、これを回避するため、少なくとも渦巻体２，５のいずれか一方の摺動面になじみ性のよい被膜で被覆することで圧接が緩和され、これにより、加工精度の差による性能及び信頼性のバラツキを抑えることができる。
【００３９】
さらにまた、外周より区間よりも大きな力が作用しあう中央寄り区間における壁厚が厚いため渦巻体の強度が向上する。
【００４０】
さらにまた、圧力差の大きい作動室が形成される渦巻体の中央寄り区間において壁厚が厚いため、渦巻体歯先と歯底間との流路長さが大きくなるためシール性が向上して内部漏れを抑制できる。
【００４１】
さらにまた、旋回側渦巻体の中央側の両側を３６０°の範囲だけ概略一様に厚肉化しているため、旋回スクロールと固定スクロールの組み立て精度が向上し、圧縮機の性能レベルが向上する。
【００４２】
本実施例によれば、性能のバラツキを抑え平均して性能レベルの低下を防ぎ、性能及び信頼性に優れた圧縮機を提供することができる。
【００４３】
なお、旋回側渦巻体２の中央よりの区間のみを厚肉化しているが、固定側渦巻体５を厚肉化してもよく、また両者とも厚肉化してももちろんよい。
【００４４】
また、旋回側渦巻体２もしくは固定側渦巻体５の中央寄りの区間の厚肉化でなく、外周寄りの区間を薄肉化してもよい。
【００４５】
さらに、旋回スクロール及び固定スクロールのどちらか一方もしくは両方とも熱膨張率の高い材質で構成されている場合、渦巻体の外周寄りの区間で干渉する危険性があるが、上記渦巻体を適用することにより、干渉の危険性が緩和され、両渦巻体の組み立て精度の向上が図れる。
【００４６】
さらにまた、スクロール形流体機械として高圧チャンバ方式の圧縮機を例に挙げて説明したが、これ以外に膨張機、ポンプにも適用することができ、低圧チャンバ方式のスクロール形流体機械にも適用することができる。
【００４７】
さらにまた、渦巻体の基本渦巻曲線として数１式で表される代数螺線を用いたが、インボリュートあるいはその他の曲線により構成される渦巻体にも適用することができる。
【００４８】
図６は、円のインボリュート曲線を用いる渦巻体の例で、旋回側渦巻体２の中央よりの区間の外側及び内側を厚肉化（斜線部）する。すなわち、旋回側渦巻体２の外側曲線２ａ１、内側曲線２ｂ１を巻き始め点から２５０°の範囲で厚肉化し、その後、外側曲線２ａ２、内側曲線２ｂ２で示す範囲（１８０°）で徐々に厚肉量を減らし元の壁厚の厚さにする。
【００４９】
円のインボリュート曲線を用いる渦巻体では、その曲線の特徴から、厚肉化しない形状の場合は、ワークを一定回転速度で廻しながら、その回転中心から基礎円半径に等しい加工オフセット値だけずれた直線上にエンドミルを一定速度で移動させる方法により加工できるため、側面隙間が変化する形状は、加工オフセット値のみを変化させることで加工でき、加工用ＮＣ機械のソフト変更も容易になる。
【００５０】
なお、図３と同様に、旋回スクロール側の対偶部である旋回軸１２ａと渦巻体２の中央より区間とが、軸方向からみて重なる部分があること、すなわち、実線の円で示す旋回軸１２ａ内に旋回側渦巻体２の巻き始め部２ｄがあることを示している。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、旋回スクロールと固定スクロールの両渦巻体をほぼ最適な位置関係となるように、組み立てることができて組み立て誤差による性能のバラツキを抑え、平均して性能ベルの向上するスクロール形流体機械の製作方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクロール形流体機械の実施例の断面図である。
【図２】図１で示すスクロール形流体機械のスクロールの平面図で、（ａ）はスクロールの渦巻体の全体平面図、（ｂ）は（ａ）の渦巻体の巻き始め部詳細図である。
【図３】渦巻体の厚肉部を示す平面図である。
【図４】渦巻体の厚肉部の説明図である。
【図５】スクロール形流体機械を圧縮機として用いた場合の両渦巻体の位置関係と作動原理とを示す平面図である。
【図６】渦巻体に円のインボリュート曲線を用いる例を示す図である。
【図７】旋回スクロールが相対的に熱膨張する圧縮機において、渦巻体の干渉を説明する図である。
【図８】旋回スクロールが相対的に熱収縮する膨張機において、渦巻体の干渉を説明する図である。
【符号の説明】
１…旋回スクロール
２…旋回側渦巻体  ２ａ…旋回外側曲線  ２ｂ…旋回内側曲線
３、６…端板
４…固定スクロール
５…固定側渦巻体
５ａ…固定外側曲線
５ｂ…固定内側曲線
７…作動室
８…吐出ポート
９…圧力弁制御装置
１０…中間圧室
１１…フレーム
１２…クランク軸  １２ａ…旋回軸
１３…オルダムリング
１４…モータ
１５…吸入パイプ
１６…吐出パイプ
１７…固定ボルト
１８…密閉ケース
【図１】
0003747358.tif 000002
【図２】
0003747358.tif 000003
【図３】
0003747358.tif 000004
【図４】
0003747358.tif 000005
【図５】
0003747358.tif 000006
【図６】
0003747358.tif 000007
【図７】
0003747358.tif 000008
【図８】
0003747358.tif 000009