JP2001107882A

JP2001107882A - スクロール型流体機械及びこれに用いるスクロールの加工方法

Info

Publication number: JP2001107882A
Application number: JP29022199A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Goto; 利行後藤; Kazuhiro Sato; 和弘佐藤; Hiroaki Bito; 宏明尾藤; Nobufumi Shinohara; 伸史篠原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】加工縞による加震力の発生を抑制して、発生
する騒音を低減したスクロール流体機械を提供する。ま
た、こうしたスクロール圧縮機械に用いるスクロールの
加工方法を提供する。【解決手段】旋回スクロール３３の渦巻状ラップ３３
ｂの歯面３３ｃに形成された加工縞３４を、端板から傾
斜して形成し、従来の固定スクロールと噛み合ったとき
に、互いに非平行になるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクロール型流体
機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型流体機械は、高効率かつ低
騒音で稼動できるため、最近では空調用途や冷凍用途の
圧縮機に多用されるようになってきている。従来のスク
ロール型流体機械の一例を、図１に示す。このスクロー
ル型流体機械は、ボディハウジング１と、このボディハ
ウジング１内に設置されたスクロール圧縮機構Ｃと、こ
のスクロール圧縮機構Ｃの下部においてフレーム４１に
固定された電動モータＭとを備えている。また、電動モ
ータＭの回転軸５１が、スクロール圧縮機構Ｃの下部に
連結されている。

【０００３】スクロール圧縮機構Ｃには、フレーム４１
に固定された固定スクロール（第１のスクロール）２１
と、この固定スクロール２１と噛み合わされ、固定スク
ロール２１に対して公転旋回する旋回スクロール（第２
のスクロール）３１が設けられている。固定スクロール
２１は、端板と、この端板の一方の面に立設された渦巻
状ラップ２１ｂからなる。また、旋回スクロール３１
は、端板３１ａと、端板３１ａの一方の面に立設された
渦巻状ラップ３１ｂからなる。

【０００４】旋回スクロール３１は、回転軸５１を介し
て電動モータＭによって、固定スクロール２１に対して
公転旋回する。前記電動モータＭの回転軸５１は、その
軸心から所定量偏心された偏心ピン５２が上端に突出状
に設けられている。偏心ピン５２は、旋回スクロール３
１の下部に軸線を同じくして立設された円筒形のボス５
３内に挿入されており、回転軸５１が回転すると偏心ピ
ン５２を介して、旋回スクロール３１が固定スクロール
２１の軸心回りを偏心して回転する。吸入したガスを複
数の圧縮室３に密閉し、この圧縮室３が外側から中心部
の吐出ポート２にかけて移動する間に次第に容積を減少
し、圧縮仕事をする。

【０００５】この圧縮仕事において、旋回スクロール３
１が旋回運動する過程で、固定スクロール２１と接触す
る。その際、この接触は他方のスクロールに加振力を与
え、振動を発生させる。この振動はフレーム４１を経
て、ボディハウジング１に伝播される。その後、最終的
には音響エネルギーとして空気中に放射される。このよ
うにしてスクロールの加振力は騒音となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうしたス
クロール型流体機械においては、渦巻状ラップ２１ｂ、
３１ｂの加工を、マシニングセンタにて行っている。マ
シニングセンタによる加工では通常エンドミルを用いて
いるが、その加工の進行に伴い、渦巻状ラップ２１ｂの
歯面には加工縞（第１の加工縞）２２が、渦巻状ラップ
３１ｂの歯面３１ｃには加工縞（第２の加工縞）３２
が、各々形成される。図８に、渦巻状ラップ３１ｂの歯
面３１ｃに形成された加工縞３２の一例を示す。図中Ｌ
（一点鎖線）は、加工で目的とする寸法ライン（理想ラ
イン）であるが、実際には実線のように加工によるうね
り、すなわち凸部３２ａと凹部３２ｂとが交互に連続し
て現れる現象が生ずる。このうねりが加工縞３２であ
る。この加工縞３２は、歯の回転速度、送り速度、切削
抵抗等により様々な形態となるが、通常は歯の長手方向
に平行に形成されることとなる。図７に、従来の旋回ス
クロール３１を示す。端板３１ａと垂直方向から歯を当
てて渦巻状ラップ３１ｂを加工しているため、この図に
示すように、端板３１ａと垂直方向に加工縞が形成され
ている。なお、詳しくは後述するが、固定スクロール２
１の渦巻状ラップ２１ｂの歯面にも同様の加工縞２２が
形成されており、凸部２２ａと凹部２２ｂが交互に連続
して現れる。

【０００７】圧縮作用に伴う固定スクロール２１と旋回
スクロール３１の相対旋回時においては、互いの歯面
は、互いに平行である加工縞２２と加工縞３２をなぞる
ようにして線状に接触する。図９（ａ）に、固定スクロ
ール２１と旋回スクロール３１が噛み合ったときの凸部
２２ａと凸部３２ａの状態を示す。こうした凹部と凸部
をなぞる運動に伴い、互いの歯面の接触力は変動し、こ
の接触力変動が、それぞれのスクロールの振動を励起す
る加振力となる。その振動がフレーム４１を経由してボ
ディハウジング１に伝搬し、騒音として放射される。さ
らには、加工縞２２及び加工縞３２の凹凸の度合いがひ
どい場合には、加工縞同士が相対移動することによる抵
抗が増大し、また、落ち込み、跳ね上がり等による衝撃
が発生する場合がある。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、加工縞による加震力の発生を抑制して、発生する
騒音を低減したスクロール流体機械を提供することを目
的とする。また、こうしたスクロール圧縮機械に用いる
スクロールの加工方法を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
端板と渦巻状ラップを各々有する第１のスクロール及び
第２のスクロールが、第１のスクロール側の渦巻状ラッ
プの歯面と第２のスクロール側の渦巻状ラップの歯面を
接触させて噛み合い、互いに相対旋回するスクロール型
流体機械において、前記第１のスクロール側の渦巻状ラ
ップの歯面に形成された第１の加工縞と、前記第２のス
クロール側の渦巻状ラップの歯面に形成された第２の加
工縞は、互いに非平行であることを特徴とする。

【００１０】このスクロール型流体機械においては、第
１の加工縞と第２の加工縞のうち少なくとも一方が傾斜
するようにしている。そのため、スクロールの相対旋回
時において、第１のスクロール側の歯面と第２のスクロ
ール側の歯面とは、互いの歯面に形成された凸部のみで
点接触する。そのため、接触力変動がなくなり、発生す
る加振力を抑制でき、発生する騒音を低減できる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のス
クロール型流体機械であって、前記第１の加工縞と前記
第２の加工縞の少なくとも一方は、前記端板から前記相
対旋回の方向に向けて傾斜していることを特徴とする。

【００１２】このスクロール型流体機械においては、傾
斜させた第１又は第２の加工縞を、第１のスクロールと
第２のスクロールの噛み合い時に、端板側から相対旋回
方向、すなわち、スクロールが噛み合う方向に傾斜する
ようにしている。渦巻状ラップは、歯底側がたわみにく
く、歯先側がたわみやすくなっているので、加工におけ
る加工誤差や加工縞の凹凸は、歯底側が小さく、歯先側
が大きくなる。そのため、加工縞を相対旋回方向に傾斜
しておけば、加工縞の凹凸が小さい歯底側から噛み合い
を開始するため、噛み合い開始時の衝撃は著しく小さく
できる。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載のスクロール型流体機械であって、前記第１の加
工縞と前記第２の加工縞の双方は、互いに同一方向に且
つ異なる角度で傾斜していることを特徴とする。

【００１４】第１の加工縞と第２の加工縞を非平行にす
ると互いの凸部同士が点接触するが、こうした接触点以
外の部分は間隙部分となる。この間隙部分の容積が大き
いと、ガスを圧縮する際にその漏れ量が大きくなる。そ
のため、このスクロール流体機械においては、第１の加
工縞と第２の加工縞の双方を同一方向に且つ異なる角度
で傾斜しているので、間隙部分の容積は小さくなり、ガ
スの漏れ量を小さくでき、スクロール流体機械の性能低
下を抑制できる。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１または２
に記載のスクロール型流体機械であって、前記第１の加
工縞と前記第２加工縞の双方は、互いに逆方向に傾斜し
ていることを特徴とする。

【００１６】このスクロール圧縮機においては、第１の
加工縞と第２の加工縞を互いに逆方向に傾斜するように
しているので、互いに同一方向に傾斜した場合に比べ
て、接触点の数を増加させることができる。第１及び第
２のスクロールの相対旋回に伴いこの接触点の数が変化
し、接触力も変化する。接触点の数が多ければ接触力の
変化を小さくでき、加振力の発生をさらに抑制できる。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１から４い
ずれか記載のスクロール型流体機械に用いるスクロール
の加工方法であって、工具を前記端板に対して傾斜させ
て前記歯面を切削することを特徴とする。

【００１８】このスクロールの加工方法においては、工
具を傾けることで第１又は第２のスクロールの渦巻状ラ
ップを加工し、第１又は第２の加工縞を傾斜させる。加
工縞は、材料変化やロットによるばらつきによって、微
妙に変化してしまう場合があり、安定した加工縞を形成
しようとすると、マシニングセンタの各種パラメータを
微調整しなくてはならず、多大な時間、手間を要する。
しかし、工具を傾斜させる方法で傾斜した加工縞を形成
させれば、材料変更・加工条件等の変更時の調整も容易
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る第一乃至第五
の実施形態を、図面に基づいて説明する。

【００２０】［第一の実施の形態］図２において、本発
明を適用した旋回スクロール３３を示す。この旋回スク
ロール３３は、端板３３ａと、端板３３ａの一方の面か
ら立設する渦巻状ラップ３３ｂを有する。渦巻状ラップ
３３ｂの両側面部は固定スクロール２１の渦巻状ラップ
２１ｂと接触する歯面３３ｃを形成しており、この歯面
３３ｃには、加工縞３４が形成されている。この加工縞
３４は、凸部３４ａと図示しない凹部とが交互にかつ互
いに平行な縞をなすことにより形成される。

【００２１】加工縞３４は、端板３３ａに対して、傾斜
角θ１（０°＜θ１＜９０°）をもって傾斜している。
加工縞３４ａを傾斜させるのは、マシニングセンタの各
種パラメータ（工具の回転数・振動数・ねじれ角・直径
・送り速度など）をコントロールすることによって可能
である。傾斜の角度に応じて上記の各種パラメータをコ
ントロールする。

【００２２】加工縞２２の凸部２２ａと加工縞３４の凸
部３４ａを重ね合わせた状態を、図９（ｂ）に示す。こ
の図に示すように、加工縞３４が傾斜されることによ
り、渦巻状ラップ３３ｂと渦巻状ラップ２１ｂとは、互
いの凸部３４ａと２２ａのみが点接触によって噛み合う
こととなる。

【００２３】本実施形態においては、凸部３４ａ及び２
２ａは、互いに他方の凹部（図示せず）と噛み合うこと
がなくなる。従って、凸部と凹部が噛み合うことによる
落ち込みが無くなり、加工縞２２と３４の相対移動によ
る抵抗が少なくなる。これにより、固定スクロール２１
の歯面と旋回スクロール３３の歯面の歯面接触力の変動
を少なくでき、振動が励起されにくくなる。その結果と
して、騒音は低減される。図１０に、本実施形態に係る
スクロール流体機械と従来のスクロール流体機械の音響
パワーレベル（騒音）の比較を示す。図中、（ａ）が本
実施形態に係るスクロール流体機械を、（ｂ）が従来の
スクロール流体機械を示している。この図に示すよう
に、特に８００Ｈｚ以上の周波数において、顕著な効果
が現れている。

【００２４】［第二の実施の形態］本実施形態は、第一
の実施形態と比較して、加工縞の傾斜方向を限定してい
る点のみが異なっているので、この点について説明す
る。旋回スクロール３３の渦巻状ラップ３３ｂは、固定
スクロール２１の渦巻状ラップ２１ｂと接触する歯面３
３ｃを形成しており、この歯面３３ｃには、加工縞３６
が形成されている。この加工縞３６は、端板３３ａに対
して旋回スクロール３３が旋回する方向に、傾斜角θ１
（０°＜θ１＜９０°）をもって傾斜して形成されてい
る。この加工縞３６は、凸部３６ａと図示しない凹部と
が交互にかつ互いに平行な縞をなすことにより形成され
る。

【００２５】加工縞２２の凸部２２ａと加工縞３６の凸
部３６ａを重ね合わせた状態を、図３に示す。この図に
おいて、歯面３３ｃは、旋回スクロール３３の回転に伴
い、図中Ｒ方向に回転する。

【００２６】本実施形態においては、固定スクロール２
１と旋回スクロール３３の噛合い時の接触力も低減する
ことができる。すなわち、渦巻状ラップ３３ｂは、歯底
側がたわみにくく、歯先側がたわみやすくなっているの
で、加工における加工誤差や加工縞の凹凸は、歯底側が
小さく、歯先側が大きくなる。そのため、加工縞を相対
旋回方向に傾斜しておけば、加工縞の凹凸が小さい歯底
側から噛み合いを開始するため、噛み合い開始時の衝撃
を著しく小さくできる。

【００２７】［第三の実施の形態］本実施形態は、第二
の実施形態と比較して、固定スクロールの加工縞も傾斜
している点のみが異なる。そのため、この点について説
明し、旋回スクロール３３についての説明は省略する。

【００２８】固定スクロール２４は、端板と、この端板
の一方の面から立設する渦巻状ラップ２４ｂを有する。
渦巻状ラップ２４ｂの両側面部は旋回スクロール３３の
渦巻状ラップ３３ｂと接触する歯面を形成しており、こ
の歯面には加工縞が形成されている。この加工縞は、凸
部２５ａと図示しない凹部とが交互にかつ互いに平行な
縞をなすことにより形成される。この凸部２５ａと加工
縞３６の凸部３６ａを重ね合わせた状態を、図４に示
す。この図に示すように、加工縞２４は、端板に対し
て、傾斜角θ２（０°＜θ２＜９０°）をもって傾斜し
て形成されている。この傾斜角θ２は、旋回スクロール
３３の加工縞３６の傾斜角θ１と同一方向であって異な
る角度（θ１≠θ２）としている。

【００２９】本実施形態においては、固定スクロール２
４の加工縞と加工縞３６の双方を同一方向に且つ異なる
角度で傾斜しているので、互いの歯面の間に形成される
間隙部分の容積は小さくなり、ガスの漏れ量を小さくで
き、スクロール流体機械の性能低下を抑制できる。

【００３０】［第四の実施の形態］本実施形態は、第三
の実施形態と比較して、固定スクロール２４の加工縞の
傾斜角のみが異なっているので、この点について説明す
る。

【００３１】固定スクロール２４の渦巻状ラップ２４ｂ
の歯面には、加工縞が形成されている。この加工縞は、
端板に対して傾斜角θ３（０°＜θ３＜９０°）をもっ
て傾斜して形成されている。この傾斜角θ３は、旋回ス
クロール３３の加工縞３４の傾斜角θ１とは逆方向であ
る。この加工縞は、凸部２７ａと図示しない凹部とが交
互に連続して現れている。

【００３２】凸部２７ａと加工縞３６の凸部３６ａを重
ね合わせた状態を、図４に示す。この図において、凸部
２７ａと凸部３４ａとの接触点の数（接触点数）は凸部
２７ａと凸部３４ａの交点部分であるが、第三の各実施
形態の場合と比較して、大幅に増加している。図１１
に、接触点数の変化と接触力の関係の一例を示す。図
中、（ａ）は第三の実施形態における接触点数の変化に
よる各接触点での接触力の変化の一例を、（ｂ）は本実
施形態における接触点数の変化による各接触点での接触
力の変化の一例を示す。第三の実施形態における一例で
は、１回転中の接触点数は１と２の間で変化する。この
場合、（ａ）に示すように、接触点が２のときの接触力
は、１のときと比べて凡そ０．５倍となる。一方、本実
施形態における一例では、１回転中の接触点数は３と４
の間で変化する。この場合、（ｂ）に示すように、接触
点が４のときの接触力は、４のときと比べて凡そ０．７
５倍となる。このように、接触点数が多いと、接触点数
の変化による接触力変化も小さく、スクロール加振力を
より低減できる。また、加工縞のピッチ、傾きの調整に
より接触点数を一定にすることで接触力の変化を無く
し、変動の小さい加振力を得ることが出来、さらに騒音
は低減できる。

【００３３】本実施形態においては、接触点の数を多く
しているので、固定スクロール２４と旋回スクロール３
３の相対旋回に伴う接触点の数の変化を小さくでき、加
振力の発生ををさらに抑制できる。

【００３４】［第五の実施の形態］本実施形態は、第一
乃至第四の実施形態において用いられる、旋回スクロー
ル３３の加工方法についてのものである。旋回スクロー
ル３３の渦巻状ラップ３３ｂの歯面３３ｃを加工する際
に、エンドミル３７を傾けて加工を行う。図１２に、こ
のときの状態を示す。この図に示すように、端板３３ａ
は、正規の垂直方向からの加工よりも不必要に削られる
ことになり、これによる溝３５が形成される。この溝３
５は、このままにしておくと渦巻状ラップ３３ｂの強度
低下やガス漏れを引き起こすため、図６に示すように、
その上にプレート３８を設け、歯丈の高さを調整する。
また、エンドミル３７の傾斜により、厳密には歯丈方向
には埋想的な同一のインボリュート曲線とはならなくな
るため、あまり大きな工具角度を設けるとラップ漏れが
増大するので留意を要する。

【００３５】このスクロールの加工方法においては、エ
ンドミル３７を傾斜させることで旋回スクロール３３の
渦巻状ラップ３３ｂを加工し、加工縞３４を傾斜させる
ようにしており、歯丈の高さを調整するようにしてい
る。渦巻状ラップ３３ｂの傾斜加工は、マシニングセン
タの各種パラメータ（工具の回転数・振動数・ねじれ角
・直径・送り速度など）をコントロールすることによっ
て可能であることは上述の通りであるが、加工縞は、材
料変化やロットによるばらつきによって、微妙に変化し
てしまう場合がある。そのため、安定した加工縞を形成
しようとすると、マシニングセンタの各種パラメータを
微調整しなくてはならず、多大な時間、手間を要する。
しかし、エンドミル３７を傾斜させる方法で傾斜した加
工縞を形成させれば、材料変更・加工条件等の変更時の
調整も容易である。

【００３６】なお、本実施形態においては、旋回スクロ
ールに関する加工方法についてのみ記載したが、固定ス
クロールについても適用できることは言うまでもない。
また、工具の例としてエンドミルについてのみ説明した
が、これに限定されるものでなく、他の工具であっても
差し支えない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスク
ロール流体機械によれば、第１のスクロール側の渦巻状
ラップの歯面に形成された第１の加工縞と、第２のスク
ロール側の渦巻状ラップの歯面に形成された第２の加工
縞を、互いに非平行となるようにしている。そのため、
加工縞による加震力の発生を抑制して、発生する騒音を
低減したスクロール流体機械を提供することができる。
また、本発明に係るスクロールの加工方法によれば、工
具を傾けることで第１又は第２のスクロールの渦巻状ラ
ップを加工し、第１又は第２の加工縞を傾斜させるよう
にしている。そのため、発生する騒音を低減したスクロ
ール流体機械を構成するスクロールを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスクロール型流体機械の構造を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る旋回スクロールを示す斜視図
である。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す概略図であ
って、固定スクロールの加工縞の凸部と旋回スクロール
の加工縞の凸部を重ね合わせた状態を示す側断面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施形態を示す概略図であ
って、固定スクロールの加工縞の凸部と旋回スクロール
の加工縞の凸部を重ね合わせた状態を示す側断面図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施形態を示す概略図であ
って、固定スクロールの加工縞の凸部と旋回スクロール
の加工縞の凸部を重ね合わせた状態を示す側断面図であ
る。

【図６】本発明の第５の実施形態を示す概略図であ
って、旋回スクロールの側断面図である。

【図７】従来の旋回スクロールを示す斜視図であ
る。

【図８】スクロール加工縞による騒音への影響説明
補助図であり、旋回スクロールの断面図である。

【図９】本発明の原埋を説明する概略図である。
（ａ）は従来の固定スクロールの加工縞の凸部と旋回ス
クロールの加工縞の凸部を重ね合わせた状態を示す側断
面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における
固定スクロールの加工縞の凸部と旋回スクロールの加工
縞の凸部を重ね合わせた状態を示す側断面図である。

【図１０】スクロール加工縞による騒音への影響説
明補助図であり、音響パワーレベルと周波数の関係を示
すグラフ図である。

【図１１】接触点数の変化と接触力の関係の一例を
示すグラフ図である。（ａ）は第三の実施形態における
接触点数の変化による各接触点での接触力の変化の一例
を、（ｂ）は本実施形態における接触点数の変化による
各接触点での接触力の変化の一例を示す。

【図１２】本発明の第五の実施形態を示す側断面図
であって、旋回スクロールを加工している図である。

【符号の説明】

１ボディハウジング２吐出ポート３圧縮室２１、２４固定スクロール（第１のスクロール）２１ｂ、２４ｂ渦巻状ラップ２２加工縞（第１の加工縞）２２ａ、２５ａ、２７ａ凸部３１、３３旋回スクロール（第２のスクロール）３１ａ、３３ａ端板３１ｂ、３３ｂ渦巻状ラップ３１ｃ、３３ｃ歯面３２、３４加工縞（第２の加工縞）３２ａ、３４ａ、３６ａ凸部３５溝３７エンドミル（工具）３８プレート４１フレーム５１回転軸５２偏心ピン５３ボスＣスクロール圧縮機構Ｍ電動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾藤宏明愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内 (72)発明者篠原伸史愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内Ｆターム(参考） 3H039 AA03 AA04 AA12 BB02 BB07 CC02 CC03 CC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端板と渦巻状ラップを各々有する第１
のスクロール及び第２のスクロールが、第１のスクロー
ル側の渦巻状ラップの歯面と第２のスクロール側の渦巻
状ラップの歯面を接触させて噛み合い、互いに相対旋回
するスクロール型流体機械において、前記第１のスクロール側の渦巻状ラップの歯面に形成さ
れた第１の加工縞と、前記第２のスクロール側の渦巻状
ラップの歯面に形成された第２の加工縞は、互いに非平
行であることを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】前記第１の加工縞と前記第２の加工縞
の少なくとも一方は、前記端板から前記相対旋回の方向
に向けて傾斜している請求項１記載のスクロール型流体
機械。
【請求項３】前記第１の加工縞と前記第２の加工縞
の双方は、互いに同一方向に且つ異なる角度で傾斜して
いる請求項１または２に記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】前記第１の加工縞と前記第２加工縞の
双方は、互いに逆方向に傾斜している請求項１または２
に記載のスクロール型流体機械。
【請求項５】請求項１から４いずれか記載のスクロ
ール型流体機械に用いるスクロールの加工方法であっ
て、工具を前記端板に対して傾斜させて前記歯面を切削
することを特徴とするスクロールの加工方法。