JP4233823B2 - スクロール圧縮装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動剛性を高めた構造、軽量な合成樹脂材料の利用で、高効率で低騒音かつ安価に圧縮空気を発生させるスクロール圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮装置について図２２、図２３、図２４を参照しながら説明する。片面に公転スクロールラップ１０１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１０１ｂとからなる、公転スクロール部材１０１と、片面に固定スクロールラップ１０２ａを立設させた固定ラップ支持円盤１０２ｂとからなる、固定スクロール部材１０２を対峙させ気体圧縮室１０７を構成させる。そして、公転スクロール部材１０１を公転させることで、気体圧縮室１０７が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤１０２ｂの吐出口１０２ｃから吐出する構造となっている。
【０００３】
また、公転スクロールラップ１０１ａの先端にはチップシール１０１ｄを設け固定スクロールラップ１０２ａの先端にはチップシール１０２ｄを設け、気体を圧縮する時の漏れを防止している。
【０００４】
駆動軸１０３の端部の偏心軸１０３ａは、公転ラップ支持円盤１０１ｂの公転軸支穴１０５に挿入し、回転自由に軸支されている。また、公転ラップ支持円盤１０１ｂは、公転スクロール部材１０１を自転阻止する為に、２ヶ所以上のクランク軸１０４で軸支されている。クランク軸１０４の公転スクロール部材１０１側には、１個の単列深溝軸受１０４ｂが嵌合され公転スクロール部材１０１に軸支され、またクランク軸１０４で単列深溝軸受１０４ｂの反対側には２個の単列深溝軸受１０４ａが嵌合され公転支持板１０９に軸支されている。
【０００５】
駆動軸１０３が駆動モータ１０６により回転すると、公転スクロール部材１０１は公転しながら、偏心軸１０３ａの周りを回転しようとするが、クランク軸１０４で回転を阻止され、公転スクロール部材１０１は駆動軸１０３の周りを公転することになる。
【０００６】
公転スクロール部材１０１が公転する時、公転スクロール部材１０１の重心には遠心力Ｐが加わり、公転ラップ支持円盤１０１ｂに曲げモーメントＭを発生させる。これを支える為に、偏心軸１０３ａは公転ラップ支持円盤１０１ｂから公転スクロールラップ１０１ａ方向に伸ばし単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂで軸支し、単列深溝軸受１０５ａの外輪は公転軸支穴１０５の軸方向に移動しないように押えリング１１１とボルト１０８で公転ラップ支持円盤１０１ｂに固定し、この２個の単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂで曲げモーメントＭを支えている。
【０００７】
また、複数のクランク軸１０４のそれぞれのスラスト方向寸法Ｌ１の製作誤差により公転ラップ支持円盤１０１ｂに不要な内部応力が発生することを防止する為に、皿ばね１０４ｃでクランク軸の軸方向に移動できるようにしてある。よって、クランク軸１０４では曲げモーメントＭを支持できない。
【０００８】
また、公転ラップ支持円板１０１ｂを固定ラップ支持円盤１０２ｂと平行に公転させるために、駆動軸１０３は偏心軸１０３ａと平行に保ち、かつ固定ラップ支持円盤１０２ｂに直角に保つようになっている。
【０００９】
また偏心軸１０３ａには、単列深溝軸受１０５ｂのラジアル方向の隙間を小さくさせるために、皿ばね１０３ｃで外輪にスラスト方向に予圧をかけている。
【００１０】
公転スクロール部材１０１は、遠心力Ｐを小さくする為に、アルミニウムのような軽質量の材料が使用されることが多い。この場合、偏心軸１０３ａに嵌合している単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂ、及び２個以上のクランク軸１０４に嵌合している単列深溝軸受１０４ｂの外輪の嵌め合わせ面の磨耗強度不足が生じる為に、鉄系のリング状部材１１０ａ、１１０ｂを挿入している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
固定スクロール部材及び、公転スクロール部材を合成樹脂で製作する場合、金型を利用した射出成形工法が多く使われている。固定スクロール部材、公転スクロール部材の製品形状から、スクロールラップの円弧面の形状誤差、及び固定ラップ支持円盤と公転ラップ支持円盤それぞれの底面の平面度の確保が重要になってくる。これらを確保する為には、溶融樹脂を注入するゲート位置、及び冷却し合成樹脂が固形化した後、金型から取り出す時の変形防止策が課題であった。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクロール圧縮装置の製造方法は上記課題を解決するために、固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップの反対方向、及び前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設し、前記固定スクロール部材と前記公転スクロール部材を前記合成樹脂成型用射出ゲートで射出成形し製作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法としたものである。また、公転ラップ支持円盤の公転スクロールラップの反対方向、及び固定ラップ支持円盤の固定スクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設する手段としたものである。
【００２６】
また、固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ側の底面、又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法としたものである。また、公転ラップ支持円盤の公転スクロールラップ側の底面、又は固定ラップ支持円盤の固定スクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押す手段、公転スクロールラップ先端、又は固定スクロールラップ先端からエジェクターピンで押す手段により金型から離型するようにしたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ラップ支持円盤のスクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを１点又は多点配設することで、射出成形時、溶融合成樹脂同士が接触するウエルド面が少なくなるなどで、所要寸法精度が確保でき、さらに高剛性の部材が得られ公転時のラップ同士の歪みによる接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００３６】
また、ラップ支持円盤のスクロールラップ側の底面からスクロールラップ根元付近をイジェクターピンで押すことにより、金型から離型する時の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００３７】
また、スクロールラップ先端からイジェクターピンで押すことにより、金型から離型する時の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００４３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
【実施例】
（参考例１）
図１、２、３、４、５、６、７、８を参照しながら説明する。
【００４５】
片面に公転スクロールラップ１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１ｂとからなる、公転スクロール部材１と、
片面に固定スクロールラップ３ａを立設させた固定ラップ支持円盤３ｂとからなる、固定スクロール部材３を対峙させ、気体圧縮室７を構成させる。
【００４６】
図３は気体圧縮室７が準じ圧縮される様子を表わしたものである。図３に示すように、公転スクロールラップ１ａを時計周りに公転させることで、気体圧縮室７が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤２ｂの吐出口３ｃから気体が吐出する構造となっている。
【００４７】
公転スクロール部材１は、遠心力Ｐを小さくする為に、質量の小さなＰＰＳ、液晶ポリマー、ＡＢＳ、または、気泡の混入した軽量な合成樹脂材料等で作られている。また、公転スクロール部材１には、公転スクロールラップ１ａの反対側に、アルミニウム合金系、鉄合金系及びチタン合金等の材質で公転円盤２を設け、公転スクロールラップ１ａ側から公転円盤２のねじ穴にボルト２０でねじ締結する。図５は、公転スクロール部材１を公転スクロールラップ１ａ側から見た図で、ボルトの配置を示している。尚、図４に示すように、ボルト２０の替わりに金属及び合成樹脂の鋲２３を公転スクロールラップ１ａ側から公転円盤２の穴に挿入し、鋲の先端を変形させ鋲が抜けないようにするカシメ締結でも良い。また、図６に示すように、合成樹脂の公転スクロール部材に突起２４を設け、公転円盤２の穴に挿入し、突起２４の先端を加熱溶融させ公転円盤２と締結させる方法でも良い。この場合ボルト２０の頭部、または鋲２３の頭部は公転ラップ支持円盤１ｂの表面より出っ張らないようにし、固定スクロールラップ３ａが摺動できるようにする。空気を圧縮するとこのボルト２０の頭部、または鋲２３の頭部のへっこみから圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、実用上は問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００４８】
駆動軸４が駆動モータ１０により回転すると、偏芯軸４ａで軸支している公転円盤２及び公転スクロール部材１は、偏心軸４ａの周りを公転しながら回転しようとするが、２個以上のクランク軸５で回転を阻止され、公転円盤２及び公転スクロール部材１は公転することになる。また、公転スクロールラップ１ａと固定スクロールラップ３ａが噛み合った状態での円弧の法線方向には０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの隙間を設け、また、公転スクロールラップ１ａと固定スクロールラップ３ａのラップ先端部は０．０３〜０．１ｍｍの隙間を設け、公転する時の摩擦抵抗し無くし摩擦損失の削減が出来るようになっている。
【００４９】
円弧の法線方向隙間０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ラップ先端部の隙間０．０３〜０．１ｍｍは、図７、図８の実験値と製作費用のバランスを考慮して決めており、隙間は小さいほどいいが、合成樹脂の射出成形で製作した場合、可能性のある範囲としている。またあまり大きくすると、漏れ風量が大きくなり製品効率がわるくなり実用的でない。
【００５０】
図２は自転阻止装置であるクランク軸の詳細断面図である。クランク軸５で公転円盤２側の第１の偏芯軸５ｅには、２個の単列深溝軸受５ａ、５ｂが嵌合されており、また単列深溝軸受５ａ、５ｂの反対側の第２の偏芯軸５ｆには２個の単列深溝軸受５ｃ、５ｄが嵌合されている。なお、単列深溝軸受とあるが、アンギュラコンタクト軸受、円錐ころ軸受でもよい。
【００５１】
単列深溝軸受５ａ、５ｂは、アルミニウム系、鉄合金系及びチタン合金系の公転円盤２のクランク軸穴２ａに嵌合される為に、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪と嵌合が、金属面で接触し、合成樹脂の穴と嵌合する場合に比べ耐摩耗が向上する。また公転スクロール部材１と公転部材２を異材質にすることで、公転スクロール部材１を合成樹脂材料で製作し軽量化ができるので、公転スクロール部材１の重心に加わる遠心力Ｐが小さくなり、かつ重心位置が比重の大きい公転円盤２側になるので、曲げモーメントＭが小さくなる。
【００５２】
単列深溝軸受５ａと５ｂの内輪は、お互いに接触するところにシム９ａを挟み込み、押えリング６ａとボルト７ａで偏芯軸５ｅに軸方向に動かないように固定されている。シム９ａの厚みは単列深溝軸受５ａ、５ｂのスラスト隙間を合計した寸法以上になっている。同様に偏芯軸５ｆにも単列深溝軸受５ｃ、５ｄが嵌合され、内輪には、シム９ｂを挟み込んで押えリング６ｂとボルト７ｂで軸方向に動かないように固定されている。シム９ｂの厚みは単列深溝軸受５ｃ、５ｄのスラスト隙間を合計した寸法以上になっている。このようにすると、単列深溝軸受５ａ、５ｂ、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの球には予圧が発生する。シム９ａ、９ｂの厚み寸法は、この予圧力の大きさを決定できる。予圧力の大きさは、曲げモーメントＭによりクランク軸５に発生する交番スラスト力の最大値より大きくなるように設定する。
【００５３】
一方、駆動軸４の公転スクロール部材１側の端部に偏心軸４ａを設け、単列深溝軸受４ｂ、４ｃを嵌合させ、公転円盤３の駆動軸穴２ｂに軸方向に移動可能にし装着する。なお、単列深溝軸受４ｂ、４ｃと２個となっているが、１個でもよい。また、単列深溝軸受となっているが、ラジアル荷重とスラスト荷重を支えられる軸受け構造であればよい。公転スクロール部材１が公転する時、公転スクロール部材１と公転円盤２を一体にした重心には遠心力Ｐが加わり、公転スクロール部材１と公転円盤を一体にした部分に曲げモーメントＭが発生する。これを支える為に、公転円盤２を単列深溝軸受５ａ、５ｂ、単列深溝軸受５ｃ、５ｄを装着した２個以上のクランク軸５でスラスト方向、ラジアル方向に剛性をもたせて軸支し、公転支持板１４上に保持し曲げモーメントＭに対抗している。
【００５４】
剛性を保ち軸支する為に、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪は、公転円盤２に公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設けたクランク軸穴２ａに装着し、押えリング８ａとボルト１１ａで公転円盤２に固定し、単列深溝軸受５ａ、５ｂの球体に予圧をかけて軸方向に微動しないようにしている。予圧力は、曲げモーメントＭを支える為にクランク軸５に発生する交番反力の最大値以上とする。また、単列深溝軸受５ａ、５ｂに軸方向に微動しないように外輪を軸方向固定しているので、公転部材２は、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪接触面ですべり回転せず摩耗が発生しない。なお、単列深溝軸受５ａ、５ｂに予圧を設けた構造としているが、偏芯軸５ｅが、公転円盤２に対して軸方向及び軸直角方向に微動しないように回転自由に枢着できる構造であればよい。例えば、スラスト軸受けと単列深溝軸受を組合わせた構造などがある。また、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪を、公転円盤２に公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設けクランク軸穴２ａに装着しているが、反公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設け単列深溝軸受５ａ、５ｂを公転円盤に嵌合させて偏芯軸方向に微動しないようにクランク軸穴２ａに装着してもよい。
【００５５】
また剛性を保ち軸支する為に、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪は、公転支持板１４にモータ１０側に貫通しないように段を設けたクランク軸穴２ｃに装着し、押えリング８ｂとボルト１１ｂで公転支持板１４に固定し、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの球体に予圧をかけて軸方向に微動しないようにしている。予圧力は、曲げモーメントＭを支える為にクランク軸５に発生する交番反力の最大値以上とする。また、単列深溝軸受５ｃ、５ｄに軸方向に微動しないように外輪を軸方向固定しているので、公転支持板１４は、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪接触面ですべり回転せず摩耗が発生しない。なお、単列深溝軸受５ｃ、５ｄに予圧を設けた構造としているが、偏芯軸５ｆが、公転支持板１４に対して軸方向及び軸直角方向に微動しないように回転自由に枢着できる構造であればよい。例えば、スラスト軸受けと単列深溝軸受軸受けを組合わせた構造などがある。また、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪を、公転支持板１４にモータ１０側に貫通しないように段を設けクランク軸穴２ｃに装着しているが、反モータ１０側に貫通しないように段を設け単列深溝軸受５ｃ、５ｄを公転支持板１４に嵌合させて偏芯軸方向に微動しないようにクランク軸穴２ｃに装着してもよい。
【００５６】
駆動軸４の中央には単列深溝軸受１２が嵌合され軸用Ｃ型止め輪１９で固定され、公転支持板１４の公転円盤３側に貫通しないように段を設けた穴に装着され、押えリング１５とボルト１６で外輪が軸方向に移動しないように固定されている。そして、バランスウエイト２１、駆動モータのローター１０、バランスウエイト２２が、軸方向に移動せず、かつ駆動軸４の周りを回転しないように嵌合されている。
【００５７】
また、単列深溝軸受１３はバランス保護カバー１７の駆動モータ側に貫通しないように段を設けた穴に装着し、この段と単列深溝軸受１３の外輪との間に皿ばね１８を設け、駆動軸４をバランス保護カバー１７側に引っ張り、単列深溝軸受１２と単列深溝軸受１３の球体に予圧が加わり、駆動軸４のスラスト剛性が向上し、騒音を小さくしている。
【００５８】
（実施例１）
図９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６を参照しながら説明する。
【００５９】
図９はスクロール部材３３の材料を合成樹脂とし射出成形で製作するもので、金型に加熱した流動樹脂を射出する時、ラップ支持円盤３０に立設したスクロールラップ３１と反対側のほぼ中央に１〜６点の射出ゲート３２を設けたものである。（図では１点を表示）なお、ラップ支持円盤３０は公転ラップ支持円盤１ｂ、固定ラップ支持円盤３ｂを示し、スクロールラップ３１は公転スクロールラップ１ａ、固定スクロールラップ３ａを示し、スクロール部材３３とは固定スクロール部材３と公転スクロール部材１を示すものとする。
【００６０】
ラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１の反対側の一定数のゲートから溶融樹脂を射出することで、樹脂の流れの先端がぶつかり合い接触してできるウエルドの発生が少なくなり、ウエルド面での引張り強度の低下を防止できる。最適ゲート数はスクロール部材の大きさにもよるが。外形１５０ｍｍでゲート数として、１〜６点ぐらいとする。特に公転スクロール部材は、公転運動による遠心力Ｐ、曲げモーメントＭにより長時間連続で繰り返し力が加わり、ウエルド部での破壊対策が必要となる。また底面３５の平面度は圧縮気体の漏れを防止する為に０．０３ｍｍ以内が必要で、射出成形時のヒケ防止対策が重要となる。図１に示すように公転ラップ支持円盤１ｂの公転スクロールラップ１ａと反対側に公転ラップ支持円盤１ｂと異材質の公転円盤２を設け、公転スクロール部材１と公転円盤２を連結部材で連結したことで、公転運動させる為のクランク軸穴２ａ及び駆動軸穴２ｂを合成樹脂製の公転スクロール部材１に設ける必要が無くなり、樹脂の偏肉化が防止できヒケが最小限に押さえられることになる。
【００６１】
また合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側からスクロール部材３３を取り出す方法として、図１１に示すように、スクロールラップ３１の先端をスクロールラップ先端と同形状したスクロール押出し部材３７でラップ全周を押し出す方法とする。これによれば、金型からスクロール部材を取り出す時の変形を少なくできる。
【００６２】
また、図９、１２は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてラップ支持円盤３０の底面３５をスクロールラップ３１側からエジェクターピン３４で押し出す方法とする。
【００６３】
図１２に示すように金型キャビティー３８側にスクロールラップ３１を設け、金型コアー３９側に射出ゲート３２を設けた構造にし、金型内に溶融樹脂を射出成形し合成樹脂が固形化するまで冷却した後、金型キャビティー側からエジェクターピン３４でスクロール部材を押し出すことになる。エジェクターピン３４のラップ支持円盤の位置は図１０に示すように、立設したスクロールラップ３１の根本近傍とし、押し出し力をスクロールラップ３１に多く加わるようにすることで、ラップ支持円盤３０の変形が小さくなる。また、合成樹脂を射出成形し金型内で固形化し所要形状精度を高める為に、金型内に冷却回路を設ける必要がある。特に、ラップ部の冷却の為に、ラップ間３６に冷却用の冷却水回路を設置する必要があるが、この冷却水回路を確保する為にも、立設したスクロールラップ３１の根本近傍とした方が都合がよい。なお、エジェクターピン位置を立設したスクロールラップ３１の根本近傍としなくても、合成樹脂の材料、ラップ高さにより変形が小さくなることもある。この場合、底面３５にエジェクターピン３４の押出し痕跡が残るので、相手側のラップ先端と接触しないように、痕跡を凹状とする。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、実用上は問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６４】
図１３は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてスクロールラップ３１の先端の全周で必要箇所を複数のエジェクターピン４０で押し出す方法とする。ラップ先端の厚みは通常２ｍｍ〜５ｍｍぐらいでありこの厚みより小さい丸径のエジェクターピン４０で押し出す。ラップ先端のエジェクターピン４０の痕跡は出っ張らないように凹状とする。図１４はエジェクターピン４０のラップ先端での配置を表わしたものである。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６５】
図１５は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてスクロールラップ３１を支えているラップ支持円盤３０の底面３５をスクロールラップ３１側からエジェクターピン３４で押し出し、さらにスクロールラップ先端の全周で複数の必要箇所をエジェクターピン４０で押し出す方法とする。図１６はエジェクターピンの配置を示したものである。エジェクターピン３４、４０の押出し痕跡は１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６６】
（参考例２）
図１７はスクロール部材の、材料を合成樹脂とし射出成形で製作するもので、金型に加熱した流動樹脂を射出する時、ラップ支持円盤３０の底面３５でスクロールラップ３１側に多点の射出ゲート４２を設ける。射出成形機の定格金型締め付け力を２０％弱くした状態で金型閉とし、金型射出ゲート４２から射出された溶融樹脂はラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１の反対面に到達し、そこで進行方向を変えスクロールラップ３１の空間に流れ、スクロールラップ先端で停止し溶融樹脂が充填される。そしてさらに金型締め付け力を射出成形機の定格で締め付け、冷却し固形化する。すると樹脂の充填密度はラップ支持円盤３０で大きくなり、ラップ支持円盤の底面３５の平面度加工精度が所要精度の０．０３ｍｍ以内となる。
【００６７】
この場合、ラップ面にウエルドが発生するが、金型温度と冷却速度をバランスさせることでウエルド面の接合強度を向上させ、また、ラップの厚さ寸法を大きくすることで対策する。また、射出成形後金型を開く時、スクロール部材と金型との接触面積がコアー側のほうが大きい為に、コアー側に引き寄せられることになるが、キャビティ側にアンダーカット部４１を設けることで対処する。
【００６８】
底面３５のゲート部の痕跡は出っ張らないように凹状とする。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。また樹脂射出後金型内で固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法はラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１と反対側からイジェクターピン４３で押し出す方法とする。これによれば、金型からスクロール部材を取り出す時の変形を少なくできる。
【００６９】
（参考例３）
図１８、１９を参照しながら説明する。
【００７０】
図１に示すように公転スクロール部材１の質量中心は、公転スクロールラップ１ａは非対称形状の為に、公転スクロール部材１を公転運動させる単列深溝軸受４ｂ、４ｃを嵌合する軸支用穴２ｂのラジアル中心とならない。よって、公転スクロール部材１が公転運動する時、アンバランス荷重が発生し、駆動軸４に振動が生じる。よって、アンバランス荷重を修正する為に錘４６を設ける必要がある。次に図１８で、公転スクロール部材４４は軽量で安価に製作する為に合成樹脂製で、金型を利用した射出成型で製作されている。このアンバランス荷重を防ぐために、あらかじめ、公転ラップ支持円盤４４ｂの必要位置に、質量中心が軸支用穴２ｂのラジアル中心と一致するように錘取り付け用凹部４５を設け錘４６を取り付ける。錘の取り付け方法は、合成樹脂製の公転ラップ支持円盤４４ｂのスクロールラップ４４ａと反対面に金属製の錘４６を取り付ける錘取り付け用凹部４５を設け、固着方法として、図６に示したように樹脂突起で先端熱溶着カシメ方法とする。なお、ねじ締結、鋲締結、接着剤締結としてもよい。
【００７１】
また、図１９で、金属材料でできている公転円盤４７の一部に、アンバランス荷重修正用の錘４８を一体で製作し、公転スクロール部材４４と公転円盤４７を結合した状態で、アンバランス荷重を修正してもよい。
【００７２】
（参考例４）
図２０は、片面に公転スクロールラップ５０ａを直立させた公転ラップ支持円盤５０ｂとからなる公転スクロール部材５０と、片面に固定スクロールラップ５１ａを直立させた固定ラップ支持円盤５１ｂとからなる固定スクロール部材５１を対峙させ気体圧縮室を構成させる。そして、公転スクロール部材５０を公転させることで、気体圧縮室が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤５１ｂの吐出口５２から吐出する構造となっている。
【００７３】
気体の圧縮比が小さく１０ｋＰａまでの場合は、スクロールの先端から気体の漏れが無視できるようになりチップシール５３が不要になるが、気体の圧縮比が大きく１０ｋＰａ以上になると、公転スクロールラップ５０ａの先端及び固定スクロールラップ５１ａの先端から気体が漏れ所要の圧力を出すことができなくなる。また、公転スクロールラップ５０ａと固定スクロールラップ５１ａが対峙する面の法線方向の隙間からの漏れは、圧縮室内部の圧力と隣接する圧縮室内部の圧力差が小さい為に影響は小さい。
【００７４】
そこで、公転スクロールラップ５０ａ先端に溝を入れ、そこにチップシール５３をいれて、圧縮気体によりチップシール５３が浮き上がり、固定ラップ支持円盤５１ｂの底に押し当てられ気体の漏れを防止し、また固定スクロールラップ５１ａ先端に溝を入れ、そこにチップシール５３をいれて、圧縮気体によりチップシール５３が浮き上がり、公転ラップ支持円盤５０ｂの底に押し当てられ気体の漏れを防止している。しかし、高効率の為に軽量化し、安価に製作する為に、公転スクロール部材５０、固定スクロール部材５１を合成樹脂で製作する。この場合、チップシール５３と樹脂材料が摺動することになり、磨耗が大きくなる。そこで、固定ラップ支持円盤５１ｂとチップシール５３が接触する面と公転ラップ支持円盤５０ｂとチップシール５３が接触する面に、０．１ｍｍから０．５ｍｍぐらいの薄い金属板５４を挿入する。この板の材質は、ステンレス系材料、または鉄系が良い。
【００７５】
（参考例５）
図２１を参照しながら説明する。
【００７６】
スクロール圧縮機で吐出風量を多くしたい場合は、公転スクロール部材の公転運動速度を大きくする、公転半径を大きくする、ラップ外形Ｄ１を大きくする、ラップ高さＨ１を大きくすることで対処する。ラップ高さＨ１は、切削加工の場合、切削刃物５５の刃物直径Ｄ２と刃物長さＬ２の関係上、大きく取れなかった。つまり、切削刃物５５の剛性の関係上、幅が小さく深い溝を切削加工で形状精度、表面粗さ精度を満足するような加工は困難だった。通常はラップ高さＨ１とラップ間隔Ｔ１の比、つまりＨ１／Ｔ１は３倍ぐらいとなっていた。しかし、公転半径、ラップ外形Ｄ１を同じにし、ラップ高さＨ１で吐出量を増加させると外形を大きくせずに風量を増加でき、設計の自由度が増大する。また製作上部品の共用化ができ、安価に製作できるようになる。公転スクロール部材、及び固定スクロール部材を合成樹脂の材料とし、金型を利用した射出成型加工で製作することによりＨ１／Ｔ１を３倍以上５倍以下に製作可能になる。ラップ形状を成型する金型は、切削刃物５５で加工するのではなく、ワイヤ放電加工機で加工するのでＨ１／Ｔ１が３倍以上５倍以下でも加工可能である。さらに、金属製に比べて、合成樹脂の場合は質量が軽減され、ラップ高さを高くしても、遠心力が小さくなり大きな振動発生を押さえることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、ラップ支持円盤のスクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設することにより、溶融樹脂が均一に金型に充填され、射出成形後の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【００８４】
また、ラップ支持円盤のスクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押すことで、金型から離型する時の、変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【００８５】
また、スクロールラップ先端からエジェクターピンで押すことで、金型から離型する時の、変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１のスクロール圧縮装置の断面図
【図２】 同クランク軸の詳細断面図
【図３】 同スクロール圧縮室の変化を表わした正面図
【図４】 同公転ラップ支持円盤と公転円盤を鋲結合した断面図
【図５】 同ボルト結合した公転ラップ支持円盤の正面図
【図６】 同公転ラップ支持円盤と公転円盤を樹脂突起溶着した断面図
【図７】 同スクロール曲面隙間と効率の関係表を示す図
【図８】 同スクロール先端隙間と効率の関係表を示す図
【図９】 本発明の実施例１の射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１０】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１１】 同スクロール同形状押し出し斜視図
【図１２】 同スクロール樹脂成形金型断面図
【図１３】 同射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１４】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１５】 同射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１６】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１７】 参考例２の射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１８】 参考例３の公転スクロール部材に錘を取り付けた斜視図
【図１９】 同公転円盤に錘を取り付けた斜視図
【図２０】 参考例４のラップ先端に金属板を挿入した断面図
【図２１】 参考例５のラップ高さをラップ溝の３倍以上５倍以下を表示した斜視図
【図２２】 従来例のスクロール圧縮装置の断面図
【図２３】 同従来例のスクロール圧縮室の変化を表した断面図
【図２４】 同従来例のクランク軸斜視図
【符号の説明】
１ 公転スクロール部材
１ａ 公転スクロールラップ
１ｂ 公転ラップ支持円盤
２ 公転円盤
２ａ、２ｃ クランク軸穴
２ｂ 駆動軸穴
３ 固定スクロール部材
３ａ 固定スクロールラップ
３ｂ 固定ラップ支持円盤
３ｃ 吐出口
４ 駆動軸
４ａ 偏心軸
４ｂ、４ｃ 単列深溝軸受
５ クランク軸
５ａ、５ｂ 単列深溝軸受
５ｃ、５ｄ 単列深溝軸受
５ｅ、５ｆ 偏心軸
６ａ、６ｂ 押えリング
７ａ、７ｂ ボルト
８ａ、８ｂ 押えリング
９ａ、９ｂ シム
１０ 駆動モータ
１１ａ、１１ｂ ボルト
１２ 単列深溝軸受
１３ 単列深溝軸受
１４ 公転支持板
１５ 押えリング
１６、２０ ボルト
１７ バランス保護カバー
１８ 皿ばね
１９ 軸用Ｃ型止め輪
２１、２２ バランスウエイト
２３ 鋲
２４ 突起
３０ ラップ支持円盤
３１ スクロールラップ
３２ 射出ゲート
３３ スクロール部材
３４ エジェクターピン
３５ 底面
３６ ラップ間
３７ スクロール押出し部
３８ 金型キャビティ
４０ エジェクターピン
４１ アンダーカット部
４２ 射出ゲート
４３ エジェクターピン
４４ 公転スクロール部材
４４ｂ 公転ラップ支持円盤
４５ 錘取付け用凹部
４６ 錘
４７ 公転円盤
４８ 錘
５０ 公転スクロール部材
５０ａ 公転スクロールラップ
５０ｂ 公転ラップ支持円盤
５１ 公転スクロール部材
５１ａ 公転スクロールラップ
５１ｂ 公転ラップ支持円盤
５２ 吐出口
５３ チップシール
５４ 金属板
５５ 切削刃物
Ｄ１ ラップ外形
Ｄ２ 刃物直径
Ｌ２ 刃物長さ
Ｔ１ ラップ間隔
Ｈ１ ラップ高さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動剛性を高めた構造、軽量な合成樹脂材料の利用で、高効率で低騒音かつ安価に圧縮空気を発生させるスクロール圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮装置について図２２、図２３、図２４を参照しながら説明する。片面に公転スクロールラップ１０１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１０１ｂとからなる、公転スクロール部材１０１と、片面に固定スクロールラップ１０２ａを立設させた固定ラップ支持円盤１０２ｂとからなる、固定スクロール部材１０２を対峙させ気体圧縮室１０７を構成させる。そして、公転スクロール部材１０１を公転させることで、気体圧縮室１０７が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤１０２ｂの吐出口１０２ｃから吐出する構造となっている。
【０００３】
また、公転スクロールラップ１０１ａの先端にはチップシール１０１ｄを設け固定スクロールラップ１０２ａの先端にはチップシール１０２ｄを設け、気体を圧縮する時の漏れを防止している。
【０００４】
駆動軸１０３の端部の偏心軸１０３ａは、公転ラップ支持円盤１０１ｂの公転軸支穴１０５に挿入し、回転自由に軸支されている。また、公転ラップ支持円盤１０１ｂは、公転スクロール部材１０１を自転阻止する為に、２ヶ所以上のクランク軸１０４で軸支されている。クランク軸１０４の公転スクロール部材１０１側には、１個の単列深溝軸受１０４ｂが嵌合され公転スクロール部材１０１に軸支され、またクランク軸１０４で単列深溝軸受１０４ｂの反対側には２個の単列深溝軸受１０４ａが嵌合され公転支持板１０９に軸支されている。
【０００５】
駆動軸１０３が駆動モータ１０６により回転すると、公転スクロール部材１０１は公転しながら、偏心軸１０３ａの周りを回転しようとするが、クランク軸１０４で回転を阻止され、公転スクロール部材１０１は駆動軸１０３の周りを公転することになる。
【０００６】
公転スクロール部材１０１が公転する時、公転スクロール部材１０１の重心には遠心力Ｐが加わり、公転ラップ支持円盤１０１ｂに曲げモーメントＭを発生させる。これを支える為に、偏心軸１０３ａは公転ラップ支持円盤１０１ｂから公転スクロールラップ１０１ａ方向に伸ばし単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂで軸支し、単列深溝軸受１０５ａの外輪は公転軸支穴１０５の軸方向に移動しないように押えリング１１１とボルト１０８で公転ラップ支持円盤１０１ｂに固定し、この２個の単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂで曲げモーメントＭを支えている。
【０００７】
また、複数のクランク軸１０４のそれぞれのスラスト方向寸法Ｌ１の製作誤差により公転ラップ支持円盤１０１ｂに不要な内部応力が発生することを防止する為に、皿ばね１０４ｃでクランク軸の軸方向に移動できるようにしてある。よって、クランク軸１０４では曲げモーメントＭを支持できない。
【０００８】
また、公転ラップ支持円板１０１ｂを固定ラップ支持円盤１０２ｂと平行に公転させるために、駆動軸１０３は偏心軸１０３ａと平行に保ち、かつ固定ラップ支持円盤１０２ｂに直角に保つようになっている。
【０００９】
また偏心軸１０３ａには、単列深溝軸受１０５ｂのラジアル方向の隙間を小さくさせるために、皿ばね１０３ｃで外輪にスラスト方向に予圧をかけている。
【００１０】
公転スクロール部材１０１は、遠心力Ｐを小さくする為に、アルミニウムのような軽質量の材料が使用されることが多い。この場合、偏心軸１０３ａに嵌合している単列深溝軸受１０５ａ、１０５ｂ、及び２個以上のクランク軸１０４に嵌合している単列深溝軸受１０４ｂの外輪の嵌め合わせ面の磨耗強度不足が生じる為に、鉄系のリング状部材１１０ａ、１１０ｂを挿入している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
固定スクロール部材及び、公転スクロール部材を合成樹脂で製作する場合、金型を利用した射出成形工法が多く使われている。固定スクロール部材、公転スクロール部材の製品形状から、スクロールラップの円弧面の形状誤差、及び固定ラップ支持円盤と公転ラップ支持円盤それぞれの底面の平面度の確保が重要になってくる。これらを確保する為には、溶融樹脂を注入するゲート位置、及び冷却し合成樹脂が固形化した後、金型から取り出す時の変形防止策が課題であった。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクロール圧縮装置の製造方法は上記課題を解決するために、固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップの反対方向、及び前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設し、前記固定スクロール部材と前記公転スクロール部材を前記合成樹脂成型用射出ゲートで射出成形し製作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法としたものである。また、公転ラップ支持円盤の公転スクロールラップの反対方向、及び固定ラップ支持円盤の固定スクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設する手段としたものである。
【００２６】
また、固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ側の底面、又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法としたものである。また、公転ラップ支持円盤の公転スクロールラップ側の底面、又は固定ラップ支持円盤の固定スクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押す手段、公転スクロールラップ先端、又は固定スクロールラップ先端からエジェクターピンで押す手段により金型から離型するようにしたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ラップ支持円盤のスクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを１点又は多点配設することで、射出成形時、溶融合成樹脂同士が接触するウエルド面が少なくなるなどで、所要寸法精度が確保でき、さらに高剛性の部材が得られ公転時のラップ同士の歪みによる接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００３６】
また、ラップ支持円盤のスクロールラップ側の底面からスクロールラップ根元付近をイジェクターピンで押すことにより、金型から離型する時の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００３７】
また、スクロールラップ先端からイジェクターピンで押すことにより、金型から離型する時の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の作用を有する。
【００４３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
【実施例】
（参考例１）
図１、２、３、４、５、６、７、８を参照しながら説明する。
【００４５】
片面に公転スクロールラップ１ａを立設させた公転ラップ支持円盤１ｂとからなる、公転スクロール部材１と、
片面に固定スクロールラップ３ａを立設させた固定ラップ支持円盤３ｂとからなる、固定スクロール部材３を対峙させ、気体圧縮室７を構成させる。
【００４６】
図３は気体圧縮室７が準じ圧縮される様子を表わしたものである。図３に示すように、公転スクロールラップ１ａを時計周りに公転させることで、気体圧縮室７が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤２ｂの吐出口３ｃから気体が吐出する構造となっている。
【００４７】
公転スクロール部材１は、遠心力Ｐを小さくする為に、質量の小さなＰＰＳ、液晶ポリマー、ＡＢＳ、または、気泡の混入した軽量な合成樹脂材料等で作られている。また、公転スクロール部材１には、公転スクロールラップ１ａの反対側に、アルミニウム合金系、鉄合金系及びチタン合金等の材質で公転円盤２を設け、公転スクロールラップ１ａ側から公転円盤２のねじ穴にボルト２０でねじ締結する。図５は、公転スクロール部材１を公転スクロールラップ１ａ側から見た図で、ボルトの配置を示している。尚、図４に示すように、ボルト２０の替わりに金属及び合成樹脂の鋲２３を公転スクロールラップ１ａ側から公転円盤２の穴に挿入し、鋲の先端を変形させ鋲が抜けないようにするカシメ締結でも良い。また、図６に示すように、合成樹脂の公転スクロール部材に突起２４を設け、公転円盤２の穴に挿入し、突起２４の先端を加熱溶融させ公転円盤２と締結させる方法でも良い。この場合ボルト２０の頭部、または鋲２３の頭部は公転ラップ支持円盤１ｂの表面より出っ張らないようにし、固定スクロールラップ３ａが摺動できるようにする。空気を圧縮するとこのボルト２０の頭部、または鋲２３の頭部のへっこみから圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、実用上は問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００４８】
駆動軸４が駆動モータ１０により回転すると、偏芯軸４ａで軸支している公転円盤２及び公転スクロール部材１は、偏心軸４ａの周りを公転しながら回転しようとするが、２個以上のクランク軸５で回転を阻止され、公転円盤２及び公転スクロール部材１は公転することになる。また、公転スクロールラップ１ａと固定スクロールラップ３ａが噛み合った状態での円弧の法線方向には０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの隙間を設け、また、公転スクロールラップ１ａと固定スクロールラップ３ａのラップ先端部は０．０３〜０．１ｍｍの隙間を設け、公転する時の摩擦抵抗し無くし摩擦損失の削減が出来るようになっている。
【００４９】
円弧の法線方向隙間０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、ラップ先端部の隙間０．０３〜０．１ｍｍは、図７、図８の実験値と製作費用のバランスを考慮して決めており、隙間は小さいほどいいが、合成樹脂の射出成形で製作した場合、可能性のある範囲としている。またあまり大きくすると、漏れ風量が大きくなり製品効率がわるくなり実用的でない。
【００５０】
図２は自転阻止装置であるクランク軸の詳細断面図である。クランク軸５で公転円盤２側の第１の偏芯軸５ｅには、２個の単列深溝軸受５ａ、５ｂが嵌合されており、また単列深溝軸受５ａ、５ｂの反対側の第２の偏芯軸５ｆには２個の単列深溝軸受５ｃ、５ｄが嵌合されている。なお、単列深溝軸受とあるが、アンギュラコンタクト軸受、円錐ころ軸受でもよい。
【００５１】
単列深溝軸受５ａ、５ｂは、アルミニウム系、鉄合金系及びチタン合金系の公転円盤２のクランク軸穴２ａに嵌合される為に、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪と嵌合が、金属面で接触し、合成樹脂の穴と嵌合する場合に比べ耐摩耗が向上する。また公転スクロール部材１と公転部材２を異材質にすることで、公転スクロール部材１を合成樹脂材料で製作し軽量化ができるので、公転スクロール部材１の重心に加わる遠心力Ｐが小さくなり、かつ重心位置が比重の大きい公転円盤２側になるので、曲げモーメントＭが小さくなる。
【００５２】
単列深溝軸受５ａと５ｂの内輪は、お互いに接触するところにシム９ａを挟み込み、押えリング６ａとボルト７ａで偏芯軸５ｅに軸方向に動かないように固定されている。シム９ａの厚みは単列深溝軸受５ａ、５ｂのスラスト隙間を合計した寸法以上になっている。同様に偏芯軸５ｆにも単列深溝軸受５ｃ、５ｄが嵌合され、内輪には、シム９ｂを挟み込んで押えリング６ｂとボルト７ｂで軸方向に動かないように固定されている。シム９ｂの厚みは単列深溝軸受５ｃ、５ｄのスラスト隙間を合計した寸法以上になっている。このようにすると、単列深溝軸受５ａ、５ｂ、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの球には予圧が発生する。シム９ａ、９ｂの厚み寸法は、この予圧力の大きさを決定できる。予圧力の大きさは、曲げモーメントＭによりクランク軸５に発生する交番スラスト力の最大値より大きくなるように設定する。
【００５３】
一方、駆動軸４の公転スクロール部材１側の端部に偏心軸４ａを設け、単列深溝軸受４ｂ、４ｃを嵌合させ、公転円盤３の駆動軸穴２ｂに軸方向に移動可能にし装着する。なお、単列深溝軸受４ｂ、４ｃと２個となっているが、１個でもよい。また、単列深溝軸受となっているが、ラジアル荷重とスラスト荷重を支えられる軸受け構造であればよい。公転スクロール部材１が公転する時、公転スクロール部材１と公転円盤２を一体にした重心には遠心力Ｐが加わり、公転スクロール部材１と公転円盤を一体にした部分に曲げモーメントＭが発生する。これを支える為に、公転円盤２を単列深溝軸受５ａ、５ｂ、単列深溝軸受５ｃ、５ｄを装着した２個以上のクランク軸５でスラスト方向、ラジアル方向に剛性をもたせて軸支し、公転支持板１４上に保持し曲げモーメントＭに対抗している。
【００５４】
剛性を保ち軸支する為に、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪は、公転円盤２に公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設けたクランク軸穴２ａに装着し、押えリング８ａとボルト１１ａで公転円盤２に固定し、単列深溝軸受５ａ、５ｂの球体に予圧をかけて軸方向に微動しないようにしている。予圧力は、曲げモーメントＭを支える為にクランク軸５に発生する交番反力の最大値以上とする。また、単列深溝軸受５ａ、５ｂに軸方向に微動しないように外輪を軸方向固定しているので、公転部材２は、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪接触面ですべり回転せず摩耗が発生しない。なお、単列深溝軸受５ａ、５ｂに予圧を設けた構造としているが、偏芯軸５ｅが、公転円盤２に対して軸方向及び軸直角方向に微動しないように回転自由に枢着できる構造であればよい。例えば、スラスト軸受けと単列深溝軸受を組合わせた構造などがある。また、単列深溝軸受５ａ、５ｂの外輪を、公転円盤２に公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設けクランク軸穴２ａに装着しているが、反公転ラップ支持円盤１ｂ側に貫通しないように段を設け単列深溝軸受５ａ、５ｂを公転円盤に嵌合させて偏芯軸方向に微動しないようにクランク軸穴２ａに装着してもよい。
【００５５】
また剛性を保ち軸支する為に、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪は、公転支持板１４にモータ１０側に貫通しないように段を設けたクランク軸穴２ｃに装着し、押えリング８ｂとボルト１１ｂで公転支持板１４に固定し、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの球体に予圧をかけて軸方向に微動しないようにしている。予圧力は、曲げモーメントＭを支える為にクランク軸５に発生する交番反力の最大値以上とする。また、単列深溝軸受５ｃ、５ｄに軸方向に微動しないように外輪を軸方向固定しているので、公転支持板１４は、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪接触面ですべり回転せず摩耗が発生しない。なお、単列深溝軸受５ｃ、５ｄに予圧を設けた構造としているが、偏芯軸５ｆが、公転支持板１４に対して軸方向及び軸直角方向に微動しないように回転自由に枢着できる構造であればよい。例えば、スラスト軸受けと単列深溝軸受軸受けを組合わせた構造などがある。また、単列深溝軸受５ｃ、５ｄの外輪を、公転支持板１４にモータ１０側に貫通しないように段を設けクランク軸穴２ｃに装着しているが、反モータ１０側に貫通しないように段を設け単列深溝軸受５ｃ、５ｄを公転支持板１４に嵌合させて偏芯軸方向に微動しないようにクランク軸穴２ｃに装着してもよい。
【００５６】
駆動軸４の中央には単列深溝軸受１２が嵌合され軸用Ｃ型止め輪１９で固定され、公転支持板１４の公転円盤３側に貫通しないように段を設けた穴に装着され、押えリング１５とボルト１６で外輪が軸方向に移動しないように固定されている。そして、バランスウエイト２１、駆動モータのローター１０、バランスウエイト２２が、軸方向に移動せず、かつ駆動軸４の周りを回転しないように嵌合されている。
【００５７】
また、単列深溝軸受１３はバランス保護カバー１７の駆動モータ側に貫通しないように段を設けた穴に装着し、この段と単列深溝軸受１３の外輪との間に皿ばね１８を設け、駆動軸４をバランス保護カバー１７側に引っ張り、単列深溝軸受１２と単列深溝軸受１３の球体に予圧が加わり、駆動軸４のスラスト剛性が向上し、騒音を小さくしている。
【００５８】
（実施例１）
図９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６を参照しながら説明する。
【００５９】
図９はスクロール部材３３の材料を合成樹脂とし射出成形で製作するもので、金型に加熱した流動樹脂を射出する時、ラップ支持円盤３０に立設したスクロールラップ３１と反対側のほぼ中央に１〜６点の射出ゲート３２を設けたものである。（図では１点を表示）なお、ラップ支持円盤３０は公転ラップ支持円盤１ｂ、固定ラップ支持円盤３ｂを示し、スクロールラップ３１は公転スクロールラップ１ａ、固定スクロールラップ３ａを示し、スクロール部材３３とは固定スクロール部材３と公転スクロール部材１を示すものとする。
【００６０】
ラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１の反対側の一定数のゲートから溶融樹脂を射出することで、樹脂の流れの先端がぶつかり合い接触してできるウエルドの発生が少なくなり、ウエルド面での引張り強度の低下を防止できる。最適ゲート数はスクロール部材の大きさにもよるが。外形１５０ｍｍでゲート数として、１〜６点ぐらいとする。特に公転スクロール部材は、公転運動による遠心力Ｐ、曲げモーメントＭにより長時間連続で繰り返し力が加わり、ウエルド部での破壊対策が必要となる。また底面３５の平面度は圧縮気体の漏れを防止する為に０．０３ｍｍ以内が必要で、射出成形時のヒケ防止対策が重要となる。図１に示すように公転ラップ支持円盤１ｂの公転スクロールラップ１ａと反対側に公転ラップ支持円盤１ｂと異材質の公転円盤２を設け、公転スクロール部材１と公転円盤２を連結部材で連結したことで、公転運動させる為のクランク軸穴２ａ及び駆動軸穴２ｂを合成樹脂製の公転スクロール部材１に設ける必要が無くなり、樹脂の偏肉化が防止できヒケが最小限に押さえられることになる。
【００６１】
また合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側からスクロール部材３３を取り出す方法として、図１１に示すように、スクロールラップ３１の先端をスクロールラップ先端と同形状したスクロール押出し部材３７でラップ全周を押し出す方法とする。これによれば、金型からスクロール部材を取り出す時の変形を少なくできる。
【００６２】
また、図９、１２は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてラップ支持円盤３０の底面３５をスクロールラップ３１側からエジェクターピン３４で押し出す方法とする。
【００６３】
図１２に示すように金型キャビティー３８側にスクロールラップ３１を設け、金型コアー３９側に射出ゲート３２を設けた構造にし、金型内に溶融樹脂を射出成形し合成樹脂が固形化するまで冷却した後、金型キャビティー側からエジェクターピン３４でスクロール部材を押し出すことになる。エジェクターピン３４のラップ支持円盤の位置は図１０に示すように、立設したスクロールラップ３１の根本近傍とし、押し出し力をスクロールラップ３１に多く加わるようにすることで、ラップ支持円盤３０の変形が小さくなる。また、合成樹脂を射出成形し金型内で固形化し所要形状精度を高める為に、金型内に冷却回路を設ける必要がある。特に、ラップ部の冷却の為に、ラップ間３６に冷却用の冷却水回路を設置する必要があるが、この冷却水回路を確保する為にも、立設したスクロールラップ３１の根本近傍とした方が都合がよい。なお、エジェクターピン位置を立設したスクロールラップ３１の根本近傍としなくても、合成樹脂の材料、ラップ高さにより変形が小さくなることもある。この場合、底面３５にエジェクターピン３４の押出し痕跡が残るので、相手側のラップ先端と接触しないように、痕跡を凹状とする。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、実用上は問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６４】
図１３は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてスクロールラップ３１の先端の全周で必要箇所を複数のエジェクターピン４０で押し出す方法とする。ラップ先端の厚みは通常２ｍｍ〜５ｍｍぐらいでありこの厚みより小さい丸径のエジェクターピン４０で押し出す。ラップ先端のエジェクターピン４０の痕跡は出っ張らないように凹状とする。図１４はエジェクターピン４０のラップ先端での配置を表わしたものである。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６５】
図１５は、合成樹脂を射出成形し金型内で樹脂が固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法としてスクロールラップ３１を支えているラップ支持円盤３０の底面３５をスクロールラップ３１側からエジェクターピン３４で押し出し、さらにスクロールラップ先端の全周で複数の必要箇所をエジェクターピン４０で押し出す方法とする。図１６はエジェクターピンの配置を示したものである。エジェクターピン３４、４０の押出し痕跡は１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。
【００６６】
（参考例２）
図１７はスクロール部材の、材料を合成樹脂とし射出成形で製作するもので、金型に加熱した流動樹脂を射出する時、ラップ支持円盤３０の底面３５でスクロールラップ３１側に多点の射出ゲート４２を設ける。射出成形機の定格金型締め付け力を２０％弱くした状態で金型閉とし、金型射出ゲート４２から射出された溶融樹脂はラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１の反対面に到達し、そこで進行方向を変えスクロールラップ３１の空間に流れ、スクロールラップ先端で停止し溶融樹脂が充填される。そしてさらに金型締め付け力を射出成形機の定格で締め付け、冷却し固形化する。すると樹脂の充填密度はラップ支持円盤３０で大きくなり、ラップ支持円盤の底面３５の平面度加工精度が所要精度の０．０３ｍｍ以内となる。
【００６７】
この場合、ラップ面にウエルドが発生するが、金型温度と冷却速度をバランスさせることでウエルド面の接合強度を向上させ、また、ラップの厚さ寸法を大きくすることで対策する。また、射出成形後金型を開く時、スクロール部材と金型との接触面積がコアー側のほうが大きい為に、コアー側に引き寄せられることになるが、キャビティ側にアンダーカット部４１を設けることで対処する。
【００６８】
底面３５のゲート部の痕跡は出っ張らないように凹状とする。凹状の深さは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでとする。この凹状により圧縮空気が漏れて圧力が上昇しないことも考えられるが、１０ｋＰａぐらいまでの圧縮の場合、効率が１〜２％悪化するだけで、まったく問題なく圧縮されることが実験で実証されている。また樹脂射出後金型内で固形化した後、金型のキャビティ側から取り出す方法はラップ支持円盤３０のスクロールラップ３１と反対側からイジェクターピン４３で押し出す方法とする。これによれば、金型からスクロール部材を取り出す時の変形を少なくできる。
【００６９】
（参考例３）
図１８、１９を参照しながら説明する。
【００７０】
図１に示すように公転スクロール部材１の質量中心は、公転スクロールラップ１ａは非対称形状の為に、公転スクロール部材１を公転運動させる単列深溝軸受４ｂ、４ｃを嵌合する軸支用穴２ｂのラジアル中心とならない。よって、公転スクロール部材１が公転運動する時、アンバランス荷重が発生し、駆動軸４に振動が生じる。よって、アンバランス荷重を修正する為に錘４６を設ける必要がある。次に図１８で、公転スクロール部材４４は軽量で安価に製作する為に合成樹脂製で、金型を利用した射出成型で製作されている。このアンバランス荷重を防ぐために、あらかじめ、公転ラップ支持円盤４４ｂの必要位置に、質量中心が軸支用穴２ｂのラジアル中心と一致するように錘取り付け用凹部４５を設け錘４６を取り付ける。錘の取り付け方法は、合成樹脂製の公転ラップ支持円盤４４ｂのスクロールラップ４４ａと反対面に金属製の錘４６を取り付ける錘取り付け用凹部４５を設け、固着方法として、図６に示したように樹脂突起で先端熱溶着カシメ方法とする。なお、ねじ締結、鋲締結、接着剤締結としてもよい。
【００７１】
また、図１９で、金属材料でできている公転円盤４７の一部に、アンバランス荷重修正用の錘４８を一体で製作し、公転スクロール部材４４と公転円盤４７を結合した状態で、アンバランス荷重を修正してもよい。
【００７２】
（参考例４）
図２０は、片面に公転スクロールラップ５０ａを直立させた公転ラップ支持円盤５０ｂとからなる公転スクロール部材５０と、片面に固定スクロールラップ５１ａを直立させた固定ラップ支持円盤５１ｂとからなる固定スクロール部材５１を対峙させ気体圧縮室を構成させる。そして、公転スクロール部材５０を公転させることで、気体圧縮室が順次外側から内側に移動し圧縮されて、固定ラップ支持円盤５１ｂの吐出口５２から吐出する構造となっている。
【００７３】
気体の圧縮比が小さく１０ｋＰａまでの場合は、スクロールの先端から気体の漏れが無視できるようになりチップシール５３が不要になるが、気体の圧縮比が大きく１０ｋＰａ以上になると、公転スクロールラップ５０ａの先端及び固定スクロールラップ５１ａの先端から気体が漏れ所要の圧力を出すことができなくなる。また、公転スクロールラップ５０ａと固定スクロールラップ５１ａが対峙する面の法線方向の隙間からの漏れは、圧縮室内部の圧力と隣接する圧縮室内部の圧力差が小さい為に影響は小さい。
【００７４】
そこで、公転スクロールラップ５０ａ先端に溝を入れ、そこにチップシール５３をいれて、圧縮気体によりチップシール５３が浮き上がり、固定ラップ支持円盤５１ｂの底に押し当てられ気体の漏れを防止し、また固定スクロールラップ５１ａ先端に溝を入れ、そこにチップシール５３をいれて、圧縮気体によりチップシール５３が浮き上がり、公転ラップ支持円盤５０ｂの底に押し当てられ気体の漏れを防止している。しかし、高効率の為に軽量化し、安価に製作する為に、公転スクロール部材５０、固定スクロール部材５１を合成樹脂で製作する。この場合、チップシール５３と樹脂材料が摺動することになり、磨耗が大きくなる。そこで、固定ラップ支持円盤５１ｂとチップシール５３が接触する面と公転ラップ支持円盤５０ｂとチップシール５３が接触する面に、０．１ｍｍから０．５ｍｍぐらいの薄い金属板５４を挿入する。この板の材質は、ステンレス系材料、または鉄系が良い。
【００７５】
（参考例５）
図２１を参照しながら説明する。
【００７６】
スクロール圧縮機で吐出風量を多くしたい場合は、公転スクロール部材の公転運動速度を大きくする、公転半径を大きくする、ラップ外形Ｄ１を大きくする、ラップ高さＨ１を大きくすることで対処する。ラップ高さＨ１は、切削加工の場合、切削刃物５５の刃物直径Ｄ２と刃物長さＬ２の関係上、大きく取れなかった。つまり、切削刃物５５の剛性の関係上、幅が小さく深い溝を切削加工で形状精度、表面粗さ精度を満足するような加工は困難だった。通常はラップ高さＨ１とラップ間隔Ｔ１の比、つまりＨ１／Ｔ１は３倍ぐらいとなっていた。しかし、公転半径、ラップ外形Ｄ１を同じにし、ラップ高さＨ１で吐出量を増加させると外形を大きくせずに風量を増加でき、設計の自由度が増大する。また製作上部品の共用化ができ、安価に製作できるようになる。公転スクロール部材、及び固定スクロール部材を合成樹脂の材料とし、金型を利用した射出成型加工で製作することによりＨ１／Ｔ１を３倍以上５倍以下に製作可能になる。ラップ形状を成型する金型は、切削刃物５５で加工するのではなく、ワイヤ放電加工機で加工するのでＨ１／Ｔ１が３倍以上５倍以下でも加工可能である。さらに、金属製に比べて、合成樹脂の場合は質量が軽減され、ラップ高さを高くしても、遠心力が小さくなり大きな振動発生を押さえることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、ラップ支持円盤のスクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設することにより、溶融樹脂が均一に金型に充填され、射出成形後の変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【００８４】
また、ラップ支持円盤のスクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押すことで、金型から離型する時の、変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【００８５】
また、スクロールラップ先端からエジェクターピンで押すことで、金型から離型する時の、変形が極小になり、公転時のラップ同士の接触がなくなり、低騒音、高効率化の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１のスクロール圧縮装置の断面図
【図２】 同クランク軸の詳細断面図
【図３】 同スクロール圧縮室の変化を表わした正面図
【図４】 同公転ラップ支持円盤と公転円盤を鋲結合した断面図
【図５】 同ボルト結合した公転ラップ支持円盤の正面図
【図６】 同公転ラップ支持円盤と公転円盤を樹脂突起溶着した断面図
【図７】 同スクロール曲面隙間と効率の関係表を示す図
【図８】 同スクロール先端隙間と効率の関係表を示す図
【図９】 本発明の実施例１の射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１０】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１１】 同スクロール同形状押し出し斜視図
【図１２】 同スクロール樹脂成形金型断面図
【図１３】 同射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１４】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１５】 同射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１６】 同エジェクターピン配置の正面図
【図１７】 参考例２の射出ゲート及びエジェクターピン位置を表わした断面図
【図１８】 参考例３の公転スクロール部材に錘を取り付けた斜視図
【図１９】 同公転円盤に錘を取り付けた斜視図
【図２０】 参考例４のラップ先端に金属板を挿入した断面図
【図２１】 参考例５のラップ高さをラップ溝の３倍以上５倍以下を表示した斜視図
【図２２】 従来例のスクロール圧縮装置の断面図
【図２３】 同従来例のスクロール圧縮室の変化を表した断面図
【図２４】 同従来例のクランク軸斜視図
【符号の説明】
１ 公転スクロール部材
１ａ 公転スクロールラップ
１ｂ 公転ラップ支持円盤
２ 公転円盤
２ａ、２ｃ クランク軸穴
２ｂ 駆動軸穴
３ 固定スクロール部材
３ａ 固定スクロールラップ
３ｂ 固定ラップ支持円盤
３ｃ 吐出口
４ 駆動軸
４ａ 偏心軸
４ｂ、４ｃ 単列深溝軸受
５ クランク軸
５ａ、５ｂ 単列深溝軸受
５ｃ、５ｄ 単列深溝軸受
５ｅ、５ｆ 偏心軸
６ａ、６ｂ 押えリング
７ａ、７ｂ ボルト
８ａ、８ｂ 押えリング
９ａ、９ｂ シム
１０ 駆動モータ
１１ａ、１１ｂ ボルト
１２ 単列深溝軸受
１３ 単列深溝軸受
１４ 公転支持板
１５ 押えリング
１６、２０ ボルト
１７ バランス保護カバー
１８ 皿ばね
１９ 軸用Ｃ型止め輪
２１、２２ バランスウエイト
２３ 鋲
２４ 突起
３０ ラップ支持円盤
３１ スクロールラップ
３２ 射出ゲート
３３ スクロール部材
３４ エジェクターピン
３５ 底面
３６ ラップ間
３７ スクロール押出し部
３８ 金型キャビティ
４０ エジェクターピン
４１ アンダーカット部
４２ 射出ゲート
４３ エジェクターピン
４４ 公転スクロール部材
４４ｂ 公転ラップ支持円盤
４５ 錘取付け用凹部
４６ 錘
４７ 公転円盤
４８ 錘
５０ 公転スクロール部材
５０ａ 公転スクロールラップ
５０ｂ 公転ラップ支持円盤
５１ 公転スクロール部材
５１ａ 公転スクロールラップ
５１ｂ 公転ラップ支持円盤
５２ 吐出口
５３ チップシール
５４ 金属板
５５ 切削刃物
Ｄ１ ラップ外形
Ｄ２ 刃物直径
Ｌ２ 刃物長さ
Ｔ１ ラップ間隔
Ｈ１ ラップ高さ
Claims (5)
- 固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、
前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップの反対方向、及び前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップの反対方向に合成樹脂成型用射出ゲートを配設し、前記固定スクロール部材と前記公転スクロール部材を前記合成樹脂成型用射出ゲートで射出成形し製作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法。 - 固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、
前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ側の底面、又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ側の底面からエジェクターピンで押すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材、又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法。 - 固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、
前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ先端、又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ先端からエジェクターピンで押すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材、又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法。 - 固定ラップ支持円盤の片面に固定スクロールラップを立設させた固定スクロール部材と、公転ラップ支持円盤の片面に公転スクロールラップを立設させた公転スクロール部材で、前記固定スクロールラップと前記公転スクロールラップを対峙させて噛み合わせ、前記公転スクロール部材を公転運動させ気体を圧縮させるスクロール圧縮装置の製造方法であって、
前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ側の底面又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ側の底面、及び前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ先端又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ先端からエジェクターピンで押すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とするスクロール圧縮装置の製造方法。 - 前記公転ラップ支持円盤の前記公転スクロールラップ側、又は前記固定ラップ支持円盤の前記固定スクロールラップ側から前記公転ラップ支持円盤又は前記固定ラップ支持円盤の表面が凹になるようにエジェクターピンで押し出すことにより金型から離型して前記固定スクロール部材又は前記公転スクロール部材を制作することを特徴とする請求項２または４記載のスクロール圧縮装置の製造方法。
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