JP2022065799A - スクロール圧縮機、及びスクロール圧縮機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの冷却性能が向上したスクロール圧縮機、及びスクロール圧縮機の製造方法を提供する。【解決手段】スクロール圧縮機は、軸線回りに回転可能なシャフトと、シャフトに取り付けられたロータ、及びロータを外周側から覆うとともに軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、モータによって駆動される圧縮機本体と、モータ、及び圧縮機本体を覆うハウジングと、を備え、ハウジングの内周面には、円筒面に当接する当接面と、円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、凹面の表面粗さは、当接面の表面粗さよりも大きい。【選択図】図２

Description

本開示は、スクロール圧縮機、及びスクロール圧縮機の製造方法に関する。

例えば車両用空調装置に用いられる圧縮機として、スクロール圧縮機が知られている（下記特許文献１参照）。スクロール圧縮機は、モータと、モータによって駆動される圧縮機本体と、これらモータ、及び圧縮機本体を収容するハウジングと、を備えている。モータは、シャフトに固定されたロータと、ロータを外周側から覆う円環状のステータと、を有する。ステータは、ハウジングの内周面に対して焼き嵌めによって固定されている。

スクロール圧縮機の内部では、吸入ポートから流入した冷媒は、モータを通過して圧縮機本体に導かれ、当該圧縮機本体で圧縮される。モータを通過する際に、冷媒はモータを冷却する。モータに冷媒を効率的に接触させるための措置として、例えばハウジングとステータとの間に冷媒流路を形成する例が考えられる。

特許第６６０８１０１号公報

しかしながら、上記のようにハウジングとステータとの間に冷媒流路を形成するのみでは、放熱面積が十分に確保できず、モータを十分に冷却できない虞がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、モータの冷却性能が向上したスクロール圧縮機、及びスクロール圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係るスクロール圧縮機は、軸線回りに回転可能なシャフトと、前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、前記モータによって駆動される圧縮機本体と、前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、を備え、前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きい。

本開示に係るスクロール圧縮機の製造方法は、軸線回りに回転可能なシャフトと、前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、前記モータによって駆動される圧縮機本体と、前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、を備えるスクロール圧縮機の製造方法であって、前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きく、スクロール圧縮機の製造方法は、鋳造によって円筒状の前記ハウジングの素体を形成する素体形成工程と、前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面を形成する当接面形成工程と、削り出し加工によって前記凹面を形成する凹面形成工程と、を含む。

本開示に係るスクロール圧縮機の製造方法は、軸線回りに回転可能なシャフトと、前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、前記モータによって駆動される圧縮機本体と、前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、を備えるスクロール圧縮機の製造方法であって、前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きく、スクロール圧縮機の製造方法は、鋳造によって前記凹面を含む円筒状の前記ハウジングの素体を形成する素体形成工程と、前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面を形成する当接面形成工程と、を含む。

本開示によれば、モータの冷却性能が向上したスクロール圧縮機、及びスクロール圧縮機の製造方法を提供することができる。

本開示の実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における矢視断面図である。 本開示の実施形態に係るスクロール圧縮機の製造方法を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係るスクロール圧縮機の製造方法の変形例を示すフローチャートである。

（スクロール圧縮機の構成）
以下、本開示の実施形態に係るスクロール圧縮機１００について、図１から図３を参照して説明する。スクロール圧縮機１００は、例えば車両用の空調装置の冷媒を圧縮するために用いられる。図１に示すように、スクロール圧縮機１００は、シャフト１と、モータ２と、圧縮機本体３と、ハウジング４と、カバー５と、上部軸受６と、下部軸受７と、ドライブブッシュ８と、を備えている。

（シャフトの構成）
シャフト１は、軸線Ｏに沿って延びるとともに、当該軸線Ｏ回りに回転可能とされている。シャフト１は、シャフト本体１０と、小径部１１と、大径部１２と、偏芯軸部１３と、を有している。シャフト本体１０は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなしている。シャフト本体１０は、軸線Ｏ方向の全域にわたって一様な径寸法を有している。シャフト本体１０の外周面には、モータ２のロータ２１（後述）が取り付けられている。

軸線Ｏ方向におけるシャフト本体１０の一方側（下側）には、小径部１１が設けられている。小径部１１は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなすとともに、シャフト本体１０よりも小さな径寸法を有している。小径部１１は、ハウジング４に取り付けられた下部軸受７によって軸線Ｏ方向一方側（下側）から支持されている。

シャフト本体１０の軸線Ｏ方向他方側（上側）には、大径部１２が設けられている。大径部１２は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなすとともに、シャフト本体１０よりも大きな径寸法を有している。大径部１２は、ハウジング４に固定された上部軸受６によって径方向から支持されている。

大径部１２のさらに上側（軸線Ｏ方向他方側）には、偏芯軸部１３が設けられている。偏芯軸部１３は、大径部１２から軸線Ｏ方向他方側に向かって突出している。偏芯軸部１３は、軸線Ｏと平行をなすとともに、当該軸線Ｏから径方向にずれた位置に延びる偏芯軸Ａを中心とする円柱状をなしている。したがって、シャフト１が回転するとき、偏芯軸部１３は軸線Ｏ回りに公転（旋回）する。

（モータの構成）
モータ２は、シャフト１に回転駆動力を与える。モータ２は、ロータ２１と、ステータ２２と、を有している。ロータ２１は、シャフト本体１０に固定されている。ロータ２１は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。詳しくは図示しないが、ロータ２１は、複数の磁石を有している。ステータ２２は、このロータ２１を外周側から覆っている。ステータ２２は、複数の鋼板を軸線Ｏ方向に積層し、さらに銅線を巻回する（コイルを構成する）ことで形成されている。ステータ２２に通電することで、ステータ２２とロータ２１との間に電磁力が発生し、ロータ２１に軸線Ｏ回りの回転力が与えられる。これにより、シャフト１が軸線Ｏ回りに回転する。

（圧縮機本体の構成）
圧縮機本体３は、モータ２によるシャフト１の回転によって駆動する。圧縮機本体３は、固定スクロール３１と、可動スクロール３２と、を有している。固定スクロール３１は、軸線Ｏを中心とする円盤状の第一端板３１Ａと、この第一端板３１Ａの軸線Ｏ方向一方側（下側）に設けられた第一渦巻板３１Ｂと、を有している。第一渦巻板３１Ｂは、軸線Ｏを中心として渦巻状に延びている。固定スクロール３１は、ハウジング４に固定されている。

可動スクロール３２は、円盤状の第二端板３２Ａと、この第二端板３２Ａの軸線Ｏ方向他方側（上側）に設けられた第二渦巻板３２Ｂと、ボス部３２Ｃと、を有している。第二渦巻板３２Ｂは、軸線Ｏを中心として渦巻状に延びている。第二渦巻板３２Ｂの軸線Ｏ方向の寸法は、上述した第一渦巻板３１Ｂの軸線Ｏ方向の寸法と同等である。このように第一渦巻板３１Ｂと第二渦巻板３２Ｂとが軸線Ｏ方向から噛み合うことで、両者の間に圧縮室が形成されている。

ボス部３２Ｃは、第二端板３２Ａから軸線Ｏ方向一方側（下側）に向かって突出する円筒状の部分である。ボス部３２Ｃは、ドライブブッシュ８を介してシャフト１の偏芯軸部１３に取り付けられている。偏芯軸部１３が軸線Ｏ回りに旋回することで、ドライブブッシュ８を通じて旋回力が可動スクロール３２に伝達される。これにより、可動スクロール３２は軸線Ｏ回りに旋回する。なお、詳しくは図示しないが、可動スクロール３２自身の回転（自転）は、オルダムリングによって規制されている。

可動スクロール３２が旋回することによって、上述の圧縮室の容積が時間変化し、当該圧縮室内を径方向外側から内側に冷媒が送られる中途で圧縮され、圧力が上がる。高圧状態となった冷媒は、固定スクロール３１の第一端板３１Ａに形成された開口部Ｈを通じてハウジング４内に導かれる。ハウジング４は、シャフト１、モータ２、及び圧縮機本体３を収容する有底円筒状の容器である。カバー５は、ハウジング４の軸線Ｏ方向一方側（下側）に取り付けられている。詳しくは図示しないが、カバー５の内側には、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等を含む電装品が収容される。

（ステータとハウジングの関係）
図２に示すように、モータ２のステータ２２は、ハウジング４の内周面４Ｓに対して、焼き嵌めによって固定されている。つまり、ステータ２２は、ハウジング４の内周面４Ｓに対して締まり嵌めされた状態となっている。ハウジング４の内周面４Ｓには、周方向に交互に配列された当接面Ｔと、凹面Ｒと、が形成されている。当接面Ｔは、ステータ２２の外周面（円筒面２２Ｓ）に締まり嵌めされた状態で当接している。当接面Ｔの表面粗さは１．６以下の範囲内とされることが望ましい。凹面Ｒは、周方向に等間隔をあけて複数配列されている。凹面Ｒは、内周面４Ｓから径方向外側に向かって円弧状に凹む溝である。凹面Ｒの表面粗さは、２５以上１００以下の範囲内とされることが望ましい。つまり、凹面Ｒの表面粗さは、当接面Ｔの表面粗さよりも大きい。凹面Ｒは、軸線Ｏ方向に延びている。凹面Ｒとステータ２２の外周面（円筒面２２Ｓ）との間には隙間が形成されている。この隙間は、冷媒が流通するための流路とされている。つまり、凹面Ｒに沿って冷媒が流通することで、モータ２が冷却される。

（スクロール圧縮機の製造方法）
次いで、図３を参照して、スクロール圧縮機１００の製造方法について説明する。同図に示すように、この製造方法は、素体形成工程Ｓ１１と、当接面形成工程Ｓ１２と、凹面形成工程Ｓ１３と、組立工程Ｓ１４と、を含む。

素体形成工程Ｓ１１では、鋳造によってハウジング４の素体を形成する。素体は、円筒状をなしている。次に、当接面形成工程Ｓ１２を実行する。当接面形成工程Ｓ１２では、素体の内周面に切削加工や磨き加工を施す。この段階で、素体の内周面の表面粗さは上述の当接面Ｔの表面粗さの数値範囲とされる。次いで、凹面形成工程Ｓ１３を実行する。凹面形成工程Ｓ１３では、素体の内周面に上述の凹面Ｒを削り出し加工によって形成する。なお、このとき、凹面Ｒには磨き加工等を施さないことから、表面粗さは上述した数値範囲内となる。

これにより、凹面Ｒと当接面Ｔとが形成され、ハウジング４が完成する。その後、組立工程Ｓ１４では、ハウジング４の内周面にステータ２２を焼き嵌めによって固定し、モータ２、及び圧縮機本体３の各部品を組み立てる。以上により、スクロール圧縮機の製造方法の全工程が完了する。

（作用効果）
スクロール圧縮機１００の内部では、冷媒がモータ２の周囲を通過して圧縮機本体３に導かれ、当該圧縮機本体３で圧縮される。モータ２を通過する際に、冷媒はモータ２を冷却する。モータ２に冷媒を効率的に接触させるための措置として、例えばハウジング４とステータ２２との間に冷媒流路を形成する例が考えられる。しかしながら、ハウジング４とステータ２２との間に冷媒流路を形成するのみでは、放熱面積が十分に確保できず、モータを十分に冷却できない虞がある。

一方で、本実施形態に係る構成によれば、冷媒が流通する凹面Ｒの表面粗さが、当接面Ｔの表面粗さよりも大きく設定されている。一般的に、表面粗さが大きいほど、流体側の熱伝達率が向上することが知られている。したがって、上記の構成によれば、凹面Ｒが当接面Ｔと同様の表面粗さを有している場合に比べて、冷媒への熱伝達率を向上させることができる。これにより、モータ２をより効率的に冷却することができる。一方で、当接面Ｔは、表面粗さが相対的に小さいことから、ハウジング４の内周面４Ｓに対してより強固に締まり嵌めされた状態となる。これにより、より安定的にモータ２をハウジング４内で固定することができる。

さらに、上記構成によれば、凹面Ｒが周方向に等間隔をあけて複数配列されている。このため、周方向に均一にモータ２を冷却することができる。

上記構成によれば、当接面Ｔの表面粗さは１．６以下であり、凹面Ｒの表面粗さは２５以上１００以下である。これにより、凹面Ｒが当接面Ｔと同様の表面粗さを有している場合に比べて、冷媒への熱伝達率を向上させることができる。これにより、モータ２をより効率的に冷却することができる。

また、上記製造方法によれば、当接面形成工程Ｓ１２によって当接面Ｔを形成した後、凹面形成工程Ｓ１３で当該当接面Ｔに削り出し加工を施すことのみによって、表面粗さの大きい凹面Ｒを容易に形成することができる。これにより、製造工数、コストを削減することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、スクロール圧縮機１００の製造方法として、図４に示すような工程を採ることも可能である。同図の例では、素体形成工程Ｓ２１と、当接面形成工程Ｓ２２と、組立工程Ｓ２３と、を実行する。素体形成工程Ｓ２１では、上記実施形態とは異なり、凹面Ｒを含む円筒状の素体を鋳造によって形成する。つまり、凹面Ｒの表面は鋳造による鋳肌の状態となっている。この状態の素体に対して、切削加工を施すことで当接面Ｔを形成する（当接面形成工程Ｓ２２）。組立工程Ｓ２３は、上述の組立工程Ｓ１４と同様である。

上記方法によれば、素体形成工程Ｓ２１の段階で、凹面Ｒを含む素体を形成する。つまり、凹面Ｒは鋳造による表面粗さを呈している。続いて、この凹面Ｒを残存させるようにして切削加工によって当接面Ｔを形成する。これにより、切削加工に要する工数、コストを削減し、より容易にスクロール圧縮機１００を製造することができる。

＜付記＞
各実施形態に記載のスクロール圧縮機１００は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るスクロール圧縮機１００は、軸線Ｏ回りに回転可能なシャフト１と、前記シャフト１に取り付けられたロータ２１、及び前記ロータ２１を外周側から覆うとともに前記軸線Ｏを中心とする円筒面２２Ｓが形成されたステータ２２を有するモータと、前記モータ２によって駆動される圧縮機本体３と、前記モータ２、及び前記圧縮機本体３を覆うハウジング４と、を備え、前記ハウジング４の内周面４Ｓには、前記円筒面２２Ｓに当接する当接面Ｔと、前記円筒面２２Ｓから離間するように外周側に向かって凹む凹面Ｒとが形成され、前記凹面Ｒの表面粗さは、前記当接面Ｔの表面粗さよりも大きい。

上記構成によれば、冷媒が流通する凹面Ｒの表面粗さが、当接面Ｔの表面粗さよりも大きく設定されている。一般的に、表面粗さが大きいほど、流体側の熱伝達率が向上することが知られている。したがって、上記の構成によれば、凹面Ｒが当接面Ｔと同様の表面粗さを有している場合に比べて、冷媒への熱伝達率を向上させることができる。これにより、モータ２をより効率的に冷却することができる。一方で、当接面Ｔは、表面粗さが相対的に小さいことから、ハウジング４の内周面４Ｓに対してより強固に締まり嵌めされた状態となる。これにより、より安定的にモータ２をハウジング４内で固定することができる。

（２）第２の態様に係るスクロール圧縮機１００では、前記凹面Ｒは、前記軸線Ｏに対する周方向に等間隔をあけて複数配列されている。

上記構成によれば、凹面Ｒが周方向に等間隔をあけて複数配列されている。このため、周方向に均一にモータ２を冷却することができる。

（３）第３の態様に係るスクロール圧縮機１００では、前記当接面Ｔの表面粗さは１．６以下であり、前記凹面Ｒの表面粗さは２５以上１００以下である。

上記構成によれば、凹面Ｒが当接面Ｔと同様の表面粗さを有している場合に比べて、冷媒への熱伝達率を向上させることができる。これにより、モータ２をより効率的に冷却することができる。

（４）第４の態様に係るスクロール圧縮機１００の製造方法は、軸線Ｏ回りに回転可能なシャフト１と、前記シャフト１に取り付けられたロータ２１、及び前記ロータ２１を外周側から覆うとともに前記軸線Ｏを中心とする円筒面２２Ｓが形成されたステータ２２を有するモータ２と、前記モータ２によって駆動される圧縮機本体３と、前記モータ２、及び前記圧縮機本体３を覆うハウジング４と、を備えるスクロール圧縮機１００の製造方法であって、前記ハウジング４の内周面４Ｓには、前記円筒面２２Ｓに当接する当接面Ｔと、前記円筒面２２Ｓから離間するように外周側に向かって凹む凹面Ｒとが形成され、前記凹面Ｒの表面粗さは、前記当接面Ｔの表面粗さよりも大きく、スクロール圧縮機１００の製造方法は、鋳造によって円筒状の前記ハウジング４の素体を形成する素体形成工程Ｓ１１と、前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面Ｔを形成する当接面形成工程Ｓ１２と、削り出し加工によって前記凹面Ｒを形成する凹面形成工程Ｓ１３と、を含む。

上記方法によれば、当接面形成工程Ｓ１２によって当接面Ｔを形成した後、凹面形成工程Ｓ１３で当該当接面Ｔに削り出し加工を施すことのみによって、表面粗さの大きい凹面Ｒを容易に形成することができる。これにより、製造工数、コストを削減することができる。

（５）第５の態様に係るスクロール圧縮機１００の製造方法は、軸線Ｏ回りに回転可能なシャフト１と、前記シャフト１に取り付けられたロータ２１、及び前記ロータ２１を外周側から覆うとともに前記軸線Ｏを中心とする円筒面２２Ｓが形成されたステータ２２を有するモータ２と、前記モータ２によって駆動される圧縮機本体３と、前記モータ２、及び前記圧縮機本体３を覆うハウジング４と、を備えるスクロール圧縮機１００の製造方法であって、前記ハウジング４の内周面４Ｓには、前記円筒面２２Ｓに当接する当接面Ｔと、前記円筒面２２Ｓから離間するように外周側に向かって凹む凹面Ｒとが形成され、前記凹面Ｒの表面粗さは、前記当接面Ｔの表面粗さよりも大きく、スクロール圧縮機１００の製造方法は、鋳造によって前記凹面Ｒを含む円筒状の前記ハウジング４の素体を形成する素体形成工程Ｓ２１と、前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面Ｔを形成する当接面形成工程Ｓ２２と、を含む。

上記方法によれば、素体形成工程Ｓ２１の段階で、凹面Ｒを含む素体を形成する。つまり、凹面Ｒは鋳造による表面粗さを呈している。続いて、この凹面Ｒを残存させるようにして切削加工によって当接面Ｔを形成する。これにより、切削加工に要する工数、コストを削減し、より容易にスクロール圧縮機１００を製造することができる。

１００ スクロール圧縮機
１ シャフト
２ モータ
３ 圧縮機本体
４ ハウジング
４Ｓ 内周面
５ カバー
６ 上部軸受
７ 下部軸受
８ ドライブブッシュ
１０ シャフト本体
１１ 小径部
１２ 大径部
１３ 偏芯軸部
２１ ロータ
２２ ステータ
２２Ｓ 円筒面
３１ 固定スクロール
３１Ａ 第一端板
３１Ｂ 第一渦巻板
３２ 可動スクロール
３２Ａ 第二端板
３２Ｂ 第二渦巻板
３２Ｃ ボス部
Ａ 偏芯軸
Ｈ 開口部
Ｏ 軸線
Ｒ 凹面
Ｔ 当接面

Claims (5)

1. 軸線回りに回転可能なシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、
   前記モータによって駆動される圧縮機本体と、
   前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、
   前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きいスクロール圧縮機。
2. 前記凹面は、前記軸線に対する周方向に等間隔をあけて複数配列されている請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記当接面の表面粗さは１．６以下であり、前記凹面の表面粗さは２５以上１００以下である請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 軸線回りに回転可能なシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、
   前記モータによって駆動される圧縮機本体と、
   前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、
   を備えるスクロール圧縮機の製造方法であって、
   前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、
   前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きく、
   スクロール圧縮機の製造方法は、
   鋳造によって円筒状の前記ハウジングの素体を形成する素体形成工程と、
   前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面を形成する当接面形成工程と、
   削り出し加工によって前記凹面を形成する凹面形成工程と、
   を含むスクロール圧縮機の製造方法。
5. 軸線回りに回転可能なシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられたロータ、及び前記ロータを外周側から覆うとともに前記軸線を中心とする円筒面が形成されたステータを有するモータと、
   前記モータによって駆動される圧縮機本体と、
   前記モータ、及び前記圧縮機本体を覆うハウジングと、
   を備えるスクロール圧縮機の製造方法であって、
   前記ハウジングの内周面には、前記円筒面に当接する当接面と、前記円筒面から離間するように外周側に向かって凹む凹面とが形成され、
   前記凹面の表面粗さは、前記当接面の表面粗さよりも大きく、
   スクロール圧縮機の製造方法は、
   鋳造によって前記凹面を含む円筒状の前記ハウジングの素体を形成する素体形成工程と、
   前記素体の内周面に切削加工を施すことで前記当接面を形成する当接面形成工程と、
   を含むスクロール圧縮機の製造方法。

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