Working method of scroll compressor and scroll lap

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍、空調装置等に使用するスクロール圧縮機およびスクロールラップの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧縮機は主として図１２、図１３に示すように、スクロール状のラップａ、ｂが鏡板ｃ１、ｄ１からほぼ直角に立ち上がった固定スクロールｃおよび旋回スクロールｄをそれらのラップａ、ｂどうし噛み合わせて相互間に圧縮室ｅを形成し、旋回スクロールｄの円軌道運動によって圧縮室ｅが吸入口ｆに通じる外周側から吐出口ｇに通じる中央部に移動しながら容積を縮小して行き流体の吸入、圧縮、吐出を行なう。
【０００３】
ところで、このような固定スクロールや旋回スクロールは従来、鉄系やアルミニウム系金属材料により鋳造などして形成した後、各ラップの摺動し合う側面を２〜１０枚の切り刃を持ったエンドミルｈによる切削加工にて仕上げ加工し、必要な性能を確保するようにされている。
【０００４】
インボリュート曲線形状のスクロールラップをエンドミルで仕上げ加工する加工法に関しては、エンドミルの送り速度をインボリュート曲線の曲率半径に応じて制御するものが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。 これらいずれの方法も加工面の面粗さを確保するためのものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０４−２８４５０９号公報【特許文献２】
特開平０７−１６４２３１号公報【特許文献３】
特開２０００−２０５１５５号公報【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のラップのエンドミルによる切削仕上げ加工でのラップ側壁の精度は、エンドミルの加工精度だけでなくエンドミルの取り付け誤差による振れや加工条件にも依存し、安定して良好な精度を確保および管理することが困難であり、表面粗さも粗い。 固定スクロールと旋回スクロールが噛み合わさった状態で側面どうし間の隙間を小さくして圧縮ガスの漏れを防止するには側面の精度を向上させる必要がある。
【０００７】
また、鏡板もラップの側面加工とともにエンドミルにより切削加工されるものであるため表面粗さが大きく、表面粗さにおける山の先端形状の尖りがシャープであるため、摺動損失や圧縮ガスの漏れ損失が発生し、圧縮機の効率がまだ十分でないし、経時的に悪化しやすいという問題がある。
【０００８】
さらに、エンドミルの回転数は刃先の摩耗を抑えるために２万回転以下で加工するのが一般的であるのに対し、加工能率の面からすると一回転当たりの送り量を多くせざるを得ない。 このようにすると、エンドミルの切り刃のある部分と無い部分とによる周期的な加工むらが切り刃の数の少なさに比例したピッチで生じるし、エンドミルの取り付け誤差による周期的な振れも生じ、これらがラップの側面に長手方向のうねりが発生する原因になり、スクロール圧縮機運転中に旋回スクロールに微少振動が発生し騒音が高くなるという問題がある。
【０００９】
また、ラップ側面と鏡板面との境界部のコーナ形状が、エンドミルの先端外周コーナ部の摩耗により変化するため、噛み合わさった相手ラップ上端面の内外コーナ部の面取りを大きく取る必要があるので、この間に形成される空間も大きくなり、従って圧縮ガスの漏洩が多くなるのでスクロール圧縮機の効率が悪化するという課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決することにあり、加工精度の高いスクロール状ラップを持ったスクロール圧縮機およびこれに用いるスクロールラップの加工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】
上記の目的を達成するため、本発明の代表的なスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび旋回スクロールの各鏡板から立ち上がるスクロール状のラップどうしを噛み合わせて相互間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの円軌道運動によって圧縮室が吸入口に通じる外周側から吐出口に通じる中央部に移動しながら容積を縮小して行き流体の吸入、圧縮、吐出を行うものにおいて、前記各ラップの摺動し合う少なくともいずれかの側面が非回転工具での切削加工面であるスクロール状のラップの側面をヘール加工で仕上げたものであることを特徴とし、エンドミルの場合のような刃のあるところとないところでの周期的な加工むらがなく、取り付け精度上若干の傾きがあっても加工物の表面への馴染み性がよいので、ラップの側面にヘール加工による長手方向のうねりができないか、できても小さいし、ヘール加工による表面はきめが細かいため、固定スクロールおよび旋回スクロールの各ラップの摺動し合う側面間で圧縮ガスが漏洩するのを防止することができ圧縮効率が向上する。 しかも、ラップ側面の周方向のうねりが小さく表面が平滑であることにより運転中に旋回スクロールが微少振動することなく円軌道運動を行うので運転音が従来に増してより静かなスクロール圧縮機を実現することができる。
【００１２】
本発明の代表的なスクロールラップの加工方法としては、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールおよび旋回スクロールの鏡板から立ち上がるスクロール状のラップの、摺動し合う少なくともいずれか一方の側面を、ラップの鏡板からの立ち上がり高さよりも寸法が大きい長さの非回転工具でヘール加工することを特徴とし、ラップの側面の立ち上がり高さ全域につきその長手方向に亘って一挙にヘール加工していけるので、加工を数回に分けて行なう手間と時間が要らないので作業能率がよく製品コストが低減するし、加工精度も確保しやすい利点がある。 さらに、非回転工具であるので工具を回転せしめるスピンドル装置が不要となり、工場の省エネルギー及び、設備購入コスト削減が可能となり、製品コストが低減する。
【００１３】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。 本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な範囲で種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の本実施の形態に係るスクロール圧縮機およびスクロールラップの加工方法につき、図１〜図１１を参照しながら詳細に説明し、本発明の理解に供する。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態は図１および図１１で１つの実施の形態を示しているように、固定スクロール１および旋回スクロール２の各鏡板１ａ、２ａから立ち上がるスクロール状のラップ１ｂ、２ｂどうしを噛み合わせて相互間に圧縮室３を形成し、旋回スクロール２の円軌道運動によって圧縮室３が吸入口４に通じる外周側から吐出口５に通じる中央部に移動しながら容積を縮小して行き流体の吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機６で、図１１に示す密閉容器７内に旋回スクロール２を駆動する電動機８とともに収容したメンテナンスフリーな空調用のものとした場合の一例である。 従って、吸入、圧縮、吐出を行なう流体は冷媒である。 しかし、本発明はこれに限られることなく、スクロール状のラップを持った固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロールの円軌道運動により流体の吸入、圧縮、吐出を行なうものであれば有効であり、取扱う流体の種類も特に問うものではない。
【００１６】
図１１に示すスクロール圧縮機６は、密閉容器７の内周に電動機８の固定子８ａが固定され、これに対応する電動機８の回転子８ｂが旋回スクロール２を駆動するクランク軸１６に固定されている。 クランク軸１６は密閉容器７の内周に固定された主軸受部材１８および副軸受部材２０によって回転できるように軸受されている。 本実施例が示す横置きタイプとは異なる縦置きタイプなど、ものによっては一点支持のものでもよい。 密閉容器７の下部が潤滑油溜１７となっている。
【００１７】
スクロール圧縮機６の固定スクロール１は主軸受部材１８にボルト止めなどして取り付けられ、この固定スクロール１と噛み合う旋回スクロール２と主軸受部材１８との間に、旋回スクロール２の自転を防止して旋回運動、つまり円軌道運動のみをさせるオルダム継ぎ手１９が設けられている。 旋回スクロール２の背面に旋回駆動のために設けられた旋回軸２５は、クランク軸１６の一端に形成したジャーナル軸１６ａの内方の偏心軸受２６に挿入され、クランク軸１６が回転するときのジャーナル軸１６ａの回転に従って、偏心軸受２６および旋回軸２５を介し旋回スクロール２が円軌道運動される。 副軸受部材２０にはクランク軸１６の端部に給油機構２７が設けられ、その油吸い込み管２７ａが潤滑油溜１７に没入している。
【００１８】
一方、クランク軸１６内には送油路２８が形成されており、潤滑油溜１７の潤滑油は給油機構２７のクランク軸１６による駆動で油吸い込み管２７ａより吸い込まれ、送油路２８を通してスクロール圧縮機６の各摺動部を潤滑した後密閉容器７内に排出され、電動機８と密閉容器７の隙間を通って油吸い込み管２７ａに戻る。 また、スクロール圧縮機６が吸入管２９から吸入した冷媒は、圧縮室３で圧縮し吐出口５を経て、密閉容器７に設けられた吐出管３０を通り密閉容器７外へ吐出される。
【００１９】
本実施の形態のスクロール圧縮機６は、特に、各ラップ１ｂ、２ｂの摺動し合う側面１ｂ１、２ｂ２どうしの少なくとも一方、および側面１ｂ２、２ｂ１どうしの少なくとも一方、例えば固定スクロール１のラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２が、図２の（ａ）、図３に１つの実施例として示した非回転工具９などでヘール加工された切削加工面として使用されるものである。 従って、ヘール加工仕上げされれば足り、それ以前の加工工程は特に問うものではない。 鉄やアルミニウムなどの金属材料で鋳造などして基礎形状を与えたものをエンドミルにて切削加工した後、非回転工具９などによりヘール加工して仕上げてもよいし、エンドミルでの切削加工を省略することもできる。
【００２０】
このように、スクロール状のラップ１ｂ、２ｂの摺動し合う側面１ｂ１、２ｂ２どうしの少なくとも一方、および１ｂ２、２ｂ１どうしの少なくとも一方がヘール加工で仕上げたものであると、図２の（ｂ）に固定スクロール１のラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２で代表して示しているように、長手方向のうねりがないか、あるにしても、図２の（ｂ）に旋回スクロール２の側面２ｂ１、２ｂ２で代表して示すヘール加工仕上げせずエンドミルで加工したままの場合のようなうねりに比して極く小さい。 これはエンドミルによる研削加工では刃のあるところとないところでの周期的な加工むらがなく、取り付け精度上若干の傾きがあっても加工物の表面への馴染み性がよいため、研削加工した側面にヘール加工による長手方向のうねりができないことによる。 また、ヘール加工による表面はきめが細かいため、固定スクロール１および旋回スクロール２の各ラップ１ｂ、２ｂの摺動し合う側面１ｂ１、２ｂ２どうしの間、および側面１ｂ２、２ｂ１どうしの間で、それぞれの一方がヘール加工されていれば、図２の（ｂ）に示すように双方のラップ１ｂ、２ｂどうしはその立ち上り方向の摺動部全域で圧縮ガスが漏洩するような隙間が生じないので、そのような圧縮ガスの漏洩を防止することができ圧縮効率が向上する。 しかも、ラップ１ｂ、２ｂのヘール加工した側面の周方向のうねりがないか小さく、表面は平滑であることにより運転中に旋回スクロールが微少振動することなく円軌道運動を行うので運転音が従来に増してより静かなスクロール圧縮機を実現することができる。 また、摩耗も低減する。 図４の（ｂ）に示すようにエンドミル加工による場合の表面粗さが２μｍであるのに対し、図４の（ａ）に示すようにヘール加工仕上げした場合の表面粗さは１μｍと半減し、エンドミル加工による場合の表面粗さの山２１よりも、ヘール加工による場合の表面粗さの山２２の方が尖り度は小さく、山どうしの接触で起こる発熱による局部的な溶解を基点とする摩耗の可能性がほとんど解消されるし、摺動抵抗が小さく耐摩耗性が向上する。 同じに、表面粗さの谷２２ａがエンドミル加工の場合の谷２１ａよりも浅いことにより、圧縮ガスの漏洩をより抑えることができるので、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２１】
従って、メンテナンスフリーな図１１に示す密閉型のスクロール圧縮機での１０年といった長期に亘っての機能保証を行なうのに好都合である。 以上のようなヘール加工による性能の向上は、摺動し合う側面１ｂ１、２ｂ２の双方、および側面１ｂ２、２ｂ１の双方をヘール加工面とするのがより好適である。
【００２２】
このようなスクロール状のラップ１ｂ、２ｂのヘール加工方法としては、図２に１つの実施例を示しているように、非回転工具９を移動を制御される加工軸１１の先端にチャッキングすることにより非回転切削工具として用い、非回転工具９の中心軸線１２が固定スクロール１や旋回スクロール２の中心軸線１３に平行になる姿勢にて、ラップ１ｂ、２ｂのヘール加工対象となる側面１ｂ１などに図１に示すように当てがいながらラップ１ｂなどの長手方向に沿って移動させていくことにより非回転工具９によるヘールの加工を行えばよい。 しかし、どのようにヘール加工をするかの具体的な方法は自由に選択することができる。 しかし、ヘール加工による表面粗さとしては上記のようなヘール加工による利点を活かす上で１μｍ以下に抑えるのが好適である。
【００２３】
ヘール加工するのに、図２の（ａ）、図３に示す実施例のように、非回転工具９として、側面をヘール加工するラップ１ｂ、２ｂの立ち上がり高さＨよりも大きな長さ寸法Ｌを持ったものを採用すると、ラップ１ｂ、２ｂの立ち上がり高さＨの全範囲に非回転工具９を一度に当てがえるので、後はヘール加工するラップ１ｂ、２ｂの長手方向に移動されれば、ヘール加工の対象となる側面のスクロール形状を一挙に仕上げ加工できる。 従って、複数回に分けて切削加工を行なうような手間と調整が不要になり、加工精度が高いにも拘わらず加工時間の短縮が図られ、コストの安いスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２４】
また、このような加工に際し、非回転工具９は工具中心軸線１２の方向に進退されない仕上げ加工操作が行なわれるなどにより、鏡板１ａ、２ａに直角なラップ１ｂ、２ｂの立ち上り方向にできる図２の（ｃ）に示すような微視的な凹凸が、非回転工具９とこれによりヘール加工されたラップ１ｂ、２ｂなどの側面との相対移動方向に沿った、ラップ１ｂ、２ｂの長手方向に連続して、加工痕３１を形成することになり、このような方向の加工痕３１はラップ１ｂ、２ｂのヘール加工した側面におけるラップ長手方向のうねりを非常に小さく抑えることができ、旋回スクロール２は固定スクロール１との間で微小振動も起こすことなく旋回運動、つまり円軌道運動することができ、より低騒音のスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２５】
このような加工痕３１は多くの場合、非回転工具９の側面切れ刃の形状が転写したものとして得られるが、非回転工具９の側面切れ刃の切れ刃製作による形状付けを行なえば加工痕３１を思い通りの形状に形成することができる。 このようなヘール加工による特徴を十分に発揮できるようにするには、ヘール加工面に下地の加工方式は問わないものの、下地面の状態の影響が残らないだけのヘール加工による仕上げ代を設定する必要がある。 また、設定した仕上げ代は１回のヘール加工によって満足するのが上記のように好適である。
【００２６】
（実施の形態２）
また、図５に模式的に示す実施の形態は、非回転工具９の側面切れ刃形状を必要に応じた切れ刃研削加工などにより形状管理して、それがヘール加工する固定スクロール１の側面１ｂ１、１ｂ２などの立ち上り方向、つまり鏡板１ａに直角な向きの形状として転写するように加工したものである。 このようにすると、非回転工具９の形状管理によってヘール加工する固定スクロール１のラップ１ｂなどの側面の鏡板１ａに直角な、つまり中心軸線１３の方向の形状を管理することができる。 これによって、運転時に熱と圧力が加わった状態での最適形状を容易に、安定して形成することができ、運転中の圧縮ガスの漏洩が減少し、効率の高いスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２７】
もっとも、前記のような加工痕３１は非回転工具９によるヘール加工以外の切削加工でも達成され、加工方法の違いにかかわらず加工痕３１の状態に応じてラップ１ｂ、２ｂの長手方向のうねりを小さくできる効果は発揮される。
【００２８】
（実施の形態３）
図６に示す実施の形態は加工方法の一例で、固定スクロール１のラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２と鏡板１ａとの境界部のコーナ部１ｃを曲面で形成したスクロール圧縮機６とした実施例を示している。 これにより、旋回スクロール２におけるラップ２ｂの先端の内外コーナ部面取り部３３と、固定スクロール１のコーナ部１ｃとで形成される空間３４を、曲面でない旋回スクロール２のコーナ部２ｃと固定スクロール１におけるラップ１ｂの先端の内外面取り部３５との間に形成される空間３６に比し数分の１に小さくすることができるので、圧縮ガスの漏洩が少ない効率の高いスクロール圧縮機を実現することができる。 なお、本実施の形態では固定スクロール１で代表して説明したが、旋回スクロール２でも同様にして好適である。
【００２９】
（実施の形態４）
図７に示す実施の形態は加工方法の一例で、研削対象となる例えば固定スクロール１をチャッキング装置４１により、チャッキングテーブル４２上で少なくともまわり２箇所からチャッキング部材４３によりチャッキングして固定し、この状態でエンドミル４４により切削代だけ切削加工して、鋳造などによる下地の状態から所定の均一な切削加工面とした後、前記チャッキング装置４１から外すこと無くエンドミル４４による加工時のチャッキング状態のまま、非回転工具９によるヘール加工を行っている。
【００３０】
これにより、非回転工具９によるヘール加工での仕上げ代Ｓ０．０１ｍｍ程度に小さくしてもエンドミル４４により切削加工した下地である前加工面４５の残りを無くすことができるので、品質の高い部品を得ることができる。 特にラップ１ｂは通常インボリュート等の複雑な形状を採用していることが多いため、仕上げ加工工程前にチャッキング装置４１から一度離してしまうと中心ずれや角度ずれが生じてしまい、仕上げ代Ｓを０．０５ｍｍ程度よりも小さくすると前加工面４５が残ってしまい、品質不良となる。 また、チャッキング装置４１から外さないでヘール加工するため、仕上げ代Ｓが均一になり非回転工具９への負荷が安定するので加工精度が安定し、また、仕上げ代Ｓが微小であるため非回転工具９への負荷が小さくなり、非回転工具９の寿命を長くすることができる。 従って、高品質で低コストの製品を供給することができる。 なお、本実施の形態では固定スクロール１で説明したが、旋回スクロール２でも同様である。
【００３１】
（実施の形態５）
図８に示す実施の形態は加工方法の一例で、固定スクロール１におけるラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２および鏡板１ａの面を非回転工具９によって同時にヘール加工し、仕上げ加工している。 これにより、ラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２と鏡板１ａとの間の境界部にできるコーナ部１ｃは微小曲面に形成されるので、ラップ１ｂの強度を向上させることができる。 したがって、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。 なお、本実施例では固定スクロール１で説明したが、旋回スクロール２でも同様である。
【００３２】
（実施の形態６）
図９に示す実施の形態は加工方法の一例で、固定スクロール１におけるラップ１ｂの側面１ｂ１、１ｂ２と鏡板１ａの面１ａ１を、実線と仮想線とで示すように、同一の非回転工具９により別々の工程でヘール仕上げ加工をしている。 これにより、非回転工具９の加工面はラップ１ｂ用の側面切れ刃９ｂと鏡板１ａの側の先端面切れ刃９ｃとの異時に加工を行なう２つの加工面に分割されるので、１つの非回転工具９による２面の加工でありながら、加工時の負荷が蓄積されにくく非回転工具９の長寿命化を図ることができる。 もちろん、ラップ１ｂの加工用と鏡板１ａの加工用の各専用非回転工具で別々に加工しても同様な効果がある。 なお、本実施の形態では固定スクロール１で説明したが、旋回スクロール２でも同様である。
【００３３】
（実施の形態７）
図１０に示す実施の形態は加工方法の一例で、固定スクロール１におけるラップ１ｂをヘール加工仕上げするのに、まず実線で示すように内側の側面１ｂ１につき先に加工を行ない、その後、仮想線で示すように外側の側面１ｂ２につき同一の非回転工具９により加工している。 これにより、固定スクロール１の上記した場合と同様に同一のチャッキング状態にて、さらに同一の非回転工具９にて内側面、外側面とも、それぞれ最適なスクロール形状に仕上げることができるため、効率が高いスクロール圧縮機を実現することができる。 また、固定スクロール１および旋回スクロール２の摺動し合う側面１ｂ１、２ｂ２の少なくとも一方と、１ｂ２、２ｂ１の少なくとも一方とをヘール加工仕上げするのに、固定スクロール１のラップ１ｂの内側面と外側面とをヘール加工するので、ワークおよび非回転工具９の着脱や位置調整が不要で作業能率が向上する。 なお、本実施の形態では固定スクロール１で説明したが、旋回スクロール２でも同様である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明から明らかなように、ラップの側面にヘール加工による長手方向のうねりができないか小さいし、ヘール加工による表面はきめが細かいため、固定スクロールおよび旋回スクロールの各ラップの摺動し合う側面間で圧縮ガスが漏洩するのを防止することができ圧縮効率が向上する。 しかも、ラップ側面の周方向のうねりが小さく表面が平滑であることにより運転中に旋回スクロールが微少振動することなく円軌道運動を行うので運転音が従来に増してより静かなスクロール圧縮機を実現することができる。 また、非回転工具にて加工するので、工具を回転せしめるスピンドル装置が不要となるため、工場原動費用及び設備購入費用が削減でき、スクロール圧縮機の生産コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロール及び旋回スクロールの断面図【図２】（ａ）本発明一実施の形態における圧縮機固定スクロールの加工方法を示す断面図（ｂ）本発明一実施の形態におけるラップ長手方向うねりの状態を示す断面図（ｃ）本発明一実施の形態におけるラップ長手方向に続く加工痕の状態を示す斜視図【図３】（ａ）本発明一実施の形態における圧縮機固定スクロールの加工方法を示す模式断面図（ｂ）本発明一実施の形態におけるヘール加工工具を示す図【図４】（ａ）ヘール加工による場合の表面粗さを示す模式図（ｂ）エンドミル加工による場合の表面粗さを示す模式図【図５】本発明実施の形態２における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図６】本発明実施の形態３における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図７】本発明実施の形態４における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図８】本発明実施の形態５における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図９】本発明実施の形態６における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図１０】本発明実施の形態７における固定スクロールの加工方法を示す模式断面図【図１１】本発明実施の形態における密閉型スクロール圧縮機の全体構成を示す断面図【図１２】従来のスクロール圧縮機とその加工方法を示す固定スクロール及び旋回スクロールの横断面図【図１３】図１２の固定スクロール及び旋回スクロールの縦断面図【符号の説明】
１ 固定スクロール２ 旋回スクロール１ａ 鏡板２ａ 鏡板１ａ１ 鏡板の面２ａ１ 鏡板の面１ｂ ラップ２ｂ ラップ１ｂ１ 側面１ｂ２ 側面２ｂ１ 側面２ｂ２ 側面１ｃ コーナ部２ｃ コーナ部３ 圧縮室４ 吸入口５ 吐出口６ スクロール圧縮機９ 非回転工具９ａ コーナ部９ｂ 側面切れ刃９ｃ 先端面切れ刃１２ 工具中心軸線１３ 中心軸線３１ 加工痕４１ チャッキング装置４４ エンドミルＳ 仕上げ代