JP7433697B2

JP7433697B2 - スクロール圧縮機及び当該スクロール圧縮機を使用した冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP7433697B2
Application number: JP2019091221A
Authority: JP
Inventors: 慎一伊藤; 浩平達脇; 文昭安田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2039-05-14
Also published as: JP2020186672A

Description

本願は、空調機、冷凍機等に利用されるスクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。

従来のスクロール圧縮機においては、インボリュート等の渦巻突起を台板面から突出させた固定スクロールと揺動スクロールを互いに組み合わせ、揺動スクロールを旋回させて両スクロールの渦巻突起と台板面とで形成される圧縮室で流体を圧縮する圧縮機構を備えたものがあった。又圧縮機構を作動するモータ部と、圧縮機構にモータ部の駆動力を伝達する偏心軸部を有する主軸を有していた。更にシェルに嵌着され、固定スクロールを固定支持する外周側支持面部および揺動スクロールを旋回可能に支持する内周側スラスト支持面を有するフレームを有している。このようなスクロール圧縮機においては、フレームはシェル内を高圧空間と低圧空間に区画し、シェルへの装着により高圧空間と低圧空間をシールすると共に、フレームの内周側スラスト支持面における径方向外方の外周側支持面との境界近傍に円周溝を形成している（特許文献１参照）。

また別のスクロール圧縮機は、クランクシャフトと、ケーシングと、ハウジングと、溶接部とを備えるものがあった。そしてクランクシャフトは、圧縮機構に回転力を与え、ケーシングは、クランクシャフトを収容し、ハウジングは、クランクシャフトを軸支し、ハウジングは、圧接部と、対向部とを有し、圧接部は、ケーシングに圧接され、対向部は、圧接部から離れた位置でケーシングに対し隙間を介して対向し、溶接部は、対向部とケーシングが溶接されてなるものである（特許文献２参照）。

特許第２７１２７７７号特開２０１７－２５７６２号公報

上記特許文献１のスクロール圧縮機においては、フレームの外周に、軸方向に伸びる円環を形成し、円環の先端でセンタシェルと焼嵌めしている。ただし、このような構造では、固定スクロールおよび揺動スクロールからなる圧縮機構を円環の内側で構成する必要があるため、揺動スクロールの外径サイズが制約され、圧縮機の出力が抑制されてしまうという問題点があった。さらにフレームの焼嵌め部（保持部）が先端にあり、フレームのスラスト支持面と円環の境界近傍に円周溝を形成しているため、圧縮機動作時に、保持部を基点にフレームが振れたり、あるいは騒音が発生する等の問題点があった。さらに円環部を形成する材料が増え、製造時の金型が複雑になり、コストが上昇するという問題点があった。

又特許文献２のスクロール圧縮機においても、特許文献１と同様に、ケーシングに保持したハウジングの内側に圧縮機構を構成する必要があるため、揺動スクロールの外径サイズが制約され、圧縮機の出力が抑制されてしまうという問題点があった。さらにハウジングをケーシングに圧接し、圧接部と別の位置で隙間を介して溶接固定するため、ハウジングが変形するという問題点があった。さらに溶接箇所が３ヶ所となるので、特に１８０度対称に形成されるオルダム溝の形状が非対称関係になるという問題点があった。

本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フレーム（固定部材）の変形、振動を抑えるひずみの小さな保持構造を採用することにより、性能、品質に優れたスクロール圧縮機を得ることを目的としている。

本願に開示されるスクロール圧縮機は、第１渦巻体を有する固定スクロールと、前記第１渦巻体と互いに噛み合わせられることにより圧縮室を形成する第２渦巻体を有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに設けられた一対の第２オルダム溝に収容される第２キー部が設けられたオルダムリングと、前記オルダムリングに設けられた一対の第１キー部を収容するための一対の第１オルダム溝が設けられたメインフレームと、前記固定スクロール、前記揺動スクロール及び前記メインフレームを内側に収容するシェルを備えたものであって、
前記メインフレームの外周面に前記シェルの内周面と接触するような第１突起、第２突起、第３突起、第４突起を設け、一対をなす前記第３突起及び前記第４突起を一対の２個の前記第１オルダム溝の２つの中心を結ぶ直線である一直線からなるオルダム中心軸に対して軸対称の関係になるよう配置するとともに、他の一対をなす前記第１突起及び前記第２突起を前記オルダム中心軸と直交しかつ前記メインフレームの中心を通る直線であるオルダム対称軸に対して軸対称の関係になるよう配置し、前記メインフレームを前記シェルの前記内周面に圧入又は焼嵌めで固定し、
更に前記第３突起と一方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、前記第４突起と一方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、前記第３突起と他方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、及び前記第４突起と他方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間のそれぞれに前記オルダム中心軸に沿って平行な第１溝、第２溝、第３溝及び第４溝を形成すると共に、前記第１溝、第２溝、第３溝及び第４溝と前記メインフレームにおける収納空間とを連通させたものである。

本願に開示されるスクロール圧縮機によれば、メインフレームの固定範囲を全周から一部に減らすことができるため、メインフレームの保持荷重が減り、メインフレームの変形を抑えることができる。従って高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。また、メインフレームを固定する突起を第１オルダム溝の中心軸、対称軸に対して軸対称になるように配置することで、第１オルダム溝に、メインフレームの保持力が均等に付加されるため、２つの第１オルダム溝が不均等に変形することを防ぐことができる。

実施の形態１によるスクロール圧縮機を示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機を示す縦方向概略断面図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機のメインシェルを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機のメインフレームを示す要部斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機の固定スクロールを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機の揺動スクロールを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機の揺動スクロールを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機のオルダムリングを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機のクランクシャフトを示す斜視図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機のブッシュを示す斜視図である。図２の点線Ｈで囲まれた部分を示す拡大図である。図１０ＡのＣ部を示す拡大図である。図１０ＡのＤ部を示す拡大図である。実施の形態１によるスクロール圧縮機を構成するメインフレームを示す平面図である。スクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を示す概念図である。実施の形態２によるスクロール圧縮機を構成するメインフレームを示す斜視図である。実施の形態２によるスクロール圧縮機を構成するメインフレームを示す平面図である。図１４のＥ方向から見た拡大図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１によるスクロール圧縮機を示す斜視図、図２は実施の形態１によるスクロール圧縮機の縦方向概略断面図である。更に図３はメインシェルを示す斜視図、図４はメインフレームを示す斜視図、図５は固定スクロールを示す斜視図、図６Ａ、図６Ｂは揺動スクロールを示す斜視図、図７はオルダムリングを示す斜視図、図８はクランクシャフトを示す斜視図、図９はブッシュを示す斜視図、図１０Ａは図２の点線Ｈで囲まれた部分を示す拡大図、図１０Ｂは図１０ＡのＣ部を示す拡大図、図１０Ｃは図１０ＡのＤ部を示す拡大図、図１１はメインフレームを示す平面図である。なお、図１に示された圧縮機はクランクシャフトの中心軸が地面に対して略垂直の状態で使用されるいわゆる縦型のスクロール圧縮機である。

図１から図４に示すように、スクロール圧縮機は、シェル１と、メインフレーム２と、圧縮機構部３（固定スクロール３１等により構成）と、駆動機構部４と、サブフレーム５と、クランクシャフト６と、ブッシュ７と、給電部８とを備えている。以下ではメインフレーム２を基準として、圧縮機構部３が設けられている側（上側）を一端側、駆動機構部４が設けられている側（下側）を他端側と定義して説明する。

シェル１は、金属からなる両端が閉塞された筐体であり、メインシェル１１と、アッパーシェル１２と、ロアシェル１３を備えている。メインシェル１１は円筒状をなし、その側壁に吸入管１４がロウ付け等により接続されている。吸入管１４は冷媒をシェル１内に導入する管であり、メインシェル１１内と連通している。アッパーシェル１２は略半球状で形成されており、その側壁の一部がメインシェル１１の上端部において溶接等により接続され、メインシェル１１の上側の開口を覆っている。アッパーシェル１２の上部には、吐出管１５がロウ付け等により接続されている。吐出管１５は冷媒をシェル１の外に吐出する管であり、メインシェル１１の内部空間と連通している。

ロアシェル１３は略半球状で形成されており、その側壁の一部がメインシェル１１の下端部において溶接等により接続され、メインシェル１１の下側の開口を覆っている。なおシェル１は、複数のネジ穴を備える固定台１６によって支持されている。固定台１６には複数のネジ穴が形成されており、それらのネジ穴にネジをねじ込むことによって、スクロール圧縮機を室外機の筐体等の他の部材に固定できるようになっている。メインフレーム２は例えば鋳鉄等の金属からなり、空洞が形成された中空状のフレームであり、シェル１の内部に設けられている。メインフレーム２は本体部２１と、主軸受部２２と、返油管２３を備えている。本体部２１はメインシェル１１の一端側の内壁面に固定されており、その中央にはシェル１の長手方向に沿って収容空間２１１が形成されている。収容空間２１１は一端側が開口しているとともに、他端側に向かって空間が狭くなる段差状になっている。

本体部２１の一端側には、収容空間２１１を囲むように環状の平坦面２１２が形成されている。平坦面２１２には、バルブ鋼などの鋼板系材料からなるリング状のスラストプレート２４が配置されている（図１０Ａ参照）。よって本実施の形態では、スラストプレート２４がスラスト軸受として機能する。なおスラストプレート２４がスラスト軸受として機能するため、回転を抑制する回り止めが必要になる。ここでは図示しないが、例えばメインフレーム２の平坦面２１２に、スラストプレート２４の厚みよりも薄い突起を設け、スラストプレート２４の回転を抑制することができる。あるいはメインフレーム２に溝を設けると共にスラストプレート２４に突起を形成し、両部品を嵌合させる等の構造を採用しても良い。

メインフレーム２の平坦面２１２の外端側であってスラストプレート２４と重ならない位置には、吸入ポート２１３が形成されている。吸入ポート２１３は、本体部２１の上下方向、すなわちアッパーシェル１２側とロアシェル１３側において貫通する空間である。図４においては、吸入ポート２１３を２個、返油管２３を２本設けた場合を示しているが、数はこれに限定するものではない。また吸入ポート２１３を切欠き形状としているが、貫通孔形状であってもよい。

メインフレーム２の平坦面２１２よりも他端側の段差部分には、オルダム収容部２１４が形成されている。オルダム収容部２１４には第１オルダム溝２１５が形成されている。そして一対を形成する２個の第１オルダム溝２１５は軸に対して点対称となるよう対向するように形成されている。第１オルダム溝２１５を加工し易くするため、平坦面２１２にオルダム溝の外形よりも大きなざぐり２１５ａを形成している。本体部２１の他端側に軸受を支持する主軸受部２２を形成しており、その内部には軸受を挿入するための軸孔２２１が形成されている。軸孔２２１は主軸受部２２の上下方向に貫通し、その一端側が収容空間２１１と連通している。返油管２３は収容空間２１１に溜まった潤滑油をロアシェル１３の内側の油溜めに戻すための管であり、メインフレーム２の内側と外側とを貫通して形成された排油孔に挿入固定されている。

潤滑油は例えばエステル系合成油を含む冷凍機油である。潤滑油はシェル１の下部、すなわちロアシェル１３に貯留されており、後述するオイルポンプ５２で吸い上げられて、クランクシャフト６内の通油路６３を通り、圧縮機構部３等の機械的に接触する部品同士の摩耗を低減し、摺動部の温度を調節し、更にはシール性を改善するために用いられる。潤滑油としては、潤滑特性、電気絶縁性、安定性、冷媒溶解性、低温流動性などに優れるとともに、適度な粘度を有する油が好適である。

圧縮機構部３は冷媒を圧縮するための圧縮機構である。圧縮機構部３は固定スクロール３１と、揺動スクロール３２を備えたスクロール圧縮機構である。図５は固定スクロールを示す斜視図であり、他端側（下側）から見た図である。固定スクロール３１は、鋳鉄等の金属からなり、第１基板３１１と、第１渦巻体３１２を備えている。第１基板３１１は円板状をなしており、その中央には上下方向に貫通した吐出ポート３１３が形成されている。第１渦巻体３１２は、第１基板３１１の他端側の面から突出して渦巻状の壁を形成しており、その先端は他端側に突出している。

図６Ａ、Ｂは揺動スクロールを示す斜視図であり、図６Ａは一端側（上側）から見た図、図６Ｂは図６ＡのＸ方向から見た図である。揺動スクロール３２は、アルミニウム等の金属からなり、第２基板３２１と、第２渦巻体３２２と、筒状部３２３と、第２オルダム溝３２４を備えている。第２基板３２１は、第２渦巻体３２２が形成された一方の面と、外周領域の少なくとも一部が摺動面３２１１となる他方の面と、径方向最外部に位置するとともに、一方の面と他方の面とを接続する側面３２１２を備えた円板形状をなしており、摺動面３２１１がスラストプレート２４に対し摺動可能となるようメインフレーム２に支持（支承）されている。第２渦巻体３２２は、第２基板３２１の一方の面から突出して渦巻状の壁を形成しており、その先端は一端側に突出している。

なお固定スクロール３１の第１渦巻体３１２の先端部と、揺動スクロール３２の第２渦巻体３２２の先端部には、冷媒の漏れを抑制するためのシール部材が設けられている。筒状部３２３は、第２基板３２１の他方の面の略中央から他端側（下側）に突出して形成された円筒状のボスである。筒状部３２３の内周面には、後述するスライダ７１を回転自在に支持する揺動軸受、いわゆるジャーナル軸受が、その中心軸がクランクシャフト６の中心軸と平行になるように設けられている。第２オルダム溝３２４は、第２基板３２１の他端側の面に形成された端部が円弧形状の長方形状に形成された溝である。そして一対を形成する２個の第２オルダム溝３２４は、軸に対して点対称となるよう対向するように設けられている。一対を形成する２個の第２オルダム溝３２４の中心を結ぶ線は、一対を形成する２個の第１オルダム溝２１５の中心を結ぶ線に対して、直交するように設けられている。

メインフレーム２のオルダム収容部２１４には、オルダムリング３３が設けられている。図７においてオルダムリング３３は、リング部３３１と、第１キー部３３２と、第２キー部３３３とを備えている。第１キー部３３２はリング部３３１の他端側（下側）の面において一対の２個の第１キー部３３２が対向するように形成されており、メインフレーム２の一対の第１オルダム溝２１５に収容される。第２キー部３３３は、リング部３３１の一端側（上側）の面において一対の２個の第２キー部３３３が対向するように形成されており、揺動スクロール３２の一対の第２オルダム溝３２４に収容される。クランクシャフト６の回転によって揺動スクロール３２が公転旋回する際に、第１キー部３３２は第１オルダム溝２１５に対しスライドし、更に第２キー部３３３は第２オルダム溝３２４に対しスライドすることにより、オルダムリング３３は揺動スクロール３２が自転することを防止する。

これら固定スクロール３１の第１渦巻体３１２と、揺動スクロール３２の第２渦巻体３２２を互いに噛み合わせることにより圧縮室３４が形成される。圧縮室３４は半径方向において、外側から内側へ向かうに従って容積が縮小するものであるため、冷媒を渦巻体の外端側から取り入れて、中央側に移動させることで徐々に圧縮される。圧縮室３４は固定スクロール３１の中央部において、吐出ポート３１３と連通する。固定スクロール３１の一端側（上側）の面には、吐出孔３５１を有するマフラー３５が設けられるとともに、吐出孔３５１を開閉し、冷媒の逆流を防止する吐出弁３６が設けられている。

冷媒としては、例えば、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、炭素の二重結合を有しないハロゲン化炭化水素、炭化水素、又はそれらを含む混合物からなる。炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素としては、オゾン層破壊係数がゼロであるＨＦＣ冷媒、フロン系低ＧＷＰ冷媒であり、化学式がＣ３Ｈ２Ｆ４で表されるＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＨＦＯ１２４３ｚｆ等のテトラフルオロプロペン等がある。炭素の二重結合を有しないハロゲン化炭化水素としては、ＣＨ２Ｆ２で表されるＲ３２（ジフルオロメタン）、Ｒ４１等が混合された冷媒等がある。炭化水素としては、自然冷媒であるプロパン又はプロピレン等がある。混合物としては、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＨＦＯ１２４３ｚｆ等に、Ｒ３２、Ｒ４１等を混合した混合冷媒がある。

駆動機構部４は、シェル１内部において、メインフレーム２の他端側（下側）に設けられている。駆動機構部４はステータ４１とロータ４２を備えている。ステータ４１は例えば電磁鋼板を複数積層してなる鉄心に、絶縁層を介して巻線を巻回してなる固定子であり、リング状に形成されている。ステータ４１は焼き嵌め等によりメインシェル１１内部に固着支持されている。ロータ４２は電磁鋼板を複数積層してなる鉄心の内部に永久磁石を内蔵するとともに、中央に上下方向に貫通する貫通穴を有する円筒状の回転子であり、ステータ４１の内部空間に配置されている。

サブフレーム５は、例えば鋳鉄等の金属からなるフレームであり、シェル１内部に設けられた駆動機構部４の他端側（下側）に設けられている。サブフレーム５は焼き嵌め、または溶接等によってメインシェル１１の他端側（下側）の内周面に固着支持されている。サブフレーム５は副軸受部５１と、オイルポンプ５２を備えている。副軸受部５１はサブフレーム５の中央部上側に設けられたボールベアリングであり、中央に上下方向に貫通する孔を有している。オイルポンプ５２はサブフレーム５の中央部下側に設けられており、シェル１の油溜めに貯留された潤滑油に少なくとも一部が浸漬するように配置されている。なお図２において、副軸受部５１としてボールベアリングを例示しているが、これが例えばジャーナル軸受であってもよい。

クランクシャフト６は、長い金属製の棒状部材であり、シェル１の内部に設けられている。クランクシャフト６は、主軸部６１と、偏心軸部６２と、通油路６３とを備えている。主軸部６１は、クランクシャフト６の主要部を構成する軸であり、その中心軸がメインシェル１１の中心軸と一致するように配置されている。主軸部６１の外表面にはロータ４２が接触固定されている。偏心軸部６２は、その中心軸が主軸部６１の中心軸に対して偏心するように主軸部６１の一端側（上側）に設けられている。通油路６３は主軸部６１および偏心軸部６２の内部に上下に貫通して設けられている。このクランクシャフト６は主軸部６１の一端側（上側）がメインフレーム２の主軸受部２２内に挿入され、他端側（下側）がサブフレーム５の副軸受部５１に挿入固定される。これにより偏心軸部６２は揺動スクロール３２の筒状部３２３の筒内に配置される。又ロータ４２はその外周面がステータ４１の内周面と所定の隙間を保って配置される。また主軸部６１の一端側（上側）には第１バランサ６４、他端側（下側）には第２バランサ６５が、揺動スクロール３２の搖動によるアンバランスを相殺するために設けられている。

図９はブッシュを示す斜視図である。ブッシュ７は鉄等の金属からなり、揺動スクロール３２とクランクシャフト６を接続するための接続部材である。ブッシュ７は本実施形態では２つの部分で構成され、スライダ７１と、バランスウエイト７２を備える。スライダ７１は鍔が形成された筒状の部材であり、偏心軸部６２および筒状部３２３のそれぞれに嵌入されている。バランスウエイト７２は一端側（上側）から見た形状が略Ｃ形状を有するウエイト部７２１を備えたドーナツ状の部材であり、揺動スクロール３２の遠心力を相殺するために回転中心に対して偏芯して設けられている。バランスウエイト７２は例えばスライダ７１の鍔に焼嵌め等の方法により嵌合されている。
なおブッシュ７については、例えば機械加工によりスライダ７１とバランスウエイト７２を一体で削りだした１パーツ品としてもよい。

給電部８はスクロール圧縮機に給電するための給電部材であり、シェル１のメインシェル１１の外周面に形成されている。給電部８はカバー８１と、給電端子８２と、配線８３とを備えている。カバー８１は有底開口のカバー部材である。給電端子８２は金属部材からなり、一方がカバー８１の内部に設けられ、他方がシェル１の内部に設けられている。配線８３は一方が給電端子８２と接続され、他方がステータ４１と接続されている。

次に本実施形態の要点を構成するメインフレーム２、固定スクロール３１をメインシェル１１に保持する保持構造を図２～図１１に基づいて説明する。先ずメインシェル１１とメインフレーム２、およびメインシェル１１と圧縮機構部３の関係について、図２～図１０に基づき詳細に説明する。なお図１０Ａは、図２の点線Ｈで囲まれた部分を示す拡大図である。又図１０Ｂは図１０ＡのＣ部を示す拡大図、図１０Ｃは図１０ＡのＤ部を示す拡大図である。ただし説明のために形状を修正しており、現物と寸法関係が異なっている。

図２、図３、図１０Ａ～Ｃに示すように、メインシェル１１は、第１内壁面１１１から径方向内側に突出する第１突出部１１２と、第１突出部１１２のアッパーシェル１２の側（固定スクロール側）に向いた端面であって、固定スクロール３１の第１基板３１１と接触して固定スクロール３１の軸方向位置を決める第１位置決め面１１３と、第１突出部１１２の内壁面となる第２内壁面１１４と、第１突出部１１２からさらに径方向内側に突出する第２突出部１１５と、第２突出部１１５のアッパーシェル１２の側（固定スクロール側）に向いた端面であって、メインフレーム２の本体部２１（突起２１６）と接触してメインフレーム２の軸方向位置を決める第２位置決め面１１６と、第２突出部１１５の内壁面となる第３内壁面１１７を有している。つまりメインシェル１１は、他端側（下側）に向かって内径が小さくなる段状の部分を備えている。この際第１位置決め面１１３と第２位置決め面１１６は、クランクシャフト６の中心軸に対して略垂直になるよう構成されており、かつ第１位置決め面１１３と第２位置決め面１１６の法線ベクトルが同一方向を向くように形成している。第１位置決め面１１３と第１内壁面１１１が交差した角部、および第２位置決め面１１６と第２内壁面１１４が交差した角部に、それぞれ凹み１１３１と凹み１１６１を設けている。これにより各位置決め面に固定スクロール３１及びメインフレーム２を確実に接触させることができる。

更に図２、図４、図１１に示すように、メインフレーム２には、本体部２１の外径から径方向外側に突出する突起２１６を複数個形成している。メインフレーム２の突起２１６の軸方向端面をメインシェル１１に形成した第２位置決め面１１６に接触させることで、メインフレーム２の軸方向位置を決めている。さらにこの状態で、メインフレーム２をメインシェル１１の第２内壁面１１４に圧入、焼嵌め等で固定することで中心位置を決めている。この際突起２１６を設けた範囲が本体部２１の全周でなく一部であるため、メインシェル１１から受ける保持力を下げ、メインフレーム２の変形を抑えることができる。これにより高性能、高品質のスクロール圧縮機を得ることができる。なお保持力が足りない場合に、メインシェル１１と突起２１６の接触面にさらにアークスポット溶接等を施してもよい。上記のようにして、メインフレーム２の中心位置及び軸方向高さの位置を決めた状態で、メインシェル１１に保持することができる。

なお、突起２１６をメインフレーム２の平坦面２１２（揺動スクロール３２の摺動面３２１１とスラストプレート２４を介して設置する面）よりもロアシェル１３側（下側）に形成している。即ち突起２１６を平坦面２１２を基準にして、揺動スクロール３２から離れる側に形成する。これにより平坦面２１２が保持力を受けて変形することを抑制することができる。従って損失の少ない高性能のスクロール圧縮機を得ることができる。

次に図１１に基づいてメインフレーム２の突起２１６と１対の２個の第１オルダム溝２１５の位置関係を説明する。１対の第１オルダム溝２１５の中心を結ぶ直線をオルダム中心軸Ｙとし、オルダム中心軸Ｙと直交し、かつ１対の第１オルダム溝２１５との距離が等しくなる（メインフレーム２の中心を通る）直線をオルダム対称軸Ｚとする。１対の第１オルダム溝２１５に、オルダムリング３３の第１キー部３３２が挿入され、第１オルダム溝２１５に沿って摺動する。一対をなす２個の突起２１６ｃ、２１６ｄをオルダム中心軸Ｙに対して軸対称の関係になるよう配置する。又一対をなす２個の突起２１６ａ、２１６ｂをオルダム対称軸Ｚに対して軸対称の関係になるよう配置する。これによりメインフレーム２が保持力を受ける際に、１対の第１オルダム溝２１５にも荷重が均等に負荷される。これにより１対の第１オルダム溝２１５に軸ずれ及び溝幅の相違が生じないため、オルダムリング３３の摺動抵抗を小さくした高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。さらに図１１に示すように、突起２１６をオルダム中心軸Ｙとオルダム対称軸Ｚ上に配置すると、オルダム中心軸Ｙ上に負荷される荷重により、第１オルダム溝２１５の溝幅が広がり、オルダム対称軸Ｚ上に負荷される荷重により第１オルダム溝２１５の溝幅が狭まるため、第１オルダム溝２１５の変形そのものを抑えることができるので、高性能のスクロール圧縮機を得ることができる。更に４つの突起２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄの中心２１６ａ１、２１６ｂ１、２１６ｃ１、２１６ｄ１をオルダム中心軸Ｙ、およびオルダム対称軸Ｚ上に配置することができる。尚図１１においては、メインフレーム２の中心に対して点対称の関係にある一対の２個の突起２１６を２組、即ち合計で４個の突起２１６を設けた場合を示しているが、４個以外の複数個の突起を設けるようにしても良い。

図２、図５、図１０Ａ、Ｂ、Ｃに示すように固定スクロール３１の第１基板３１１の第１渦巻体３１２を形成する側の面を、メインシェル１１に形成した第１位置決め面１１３に当てることで、固定スクロール３１の軸方向位置を決めている。さらにこの状態でメインシェル１１の第１内壁面１１１に第１基板３１１の側面３１１１を焼嵌めで固定することで、固定スクロール３１の中心位置が決まる。そして側面３１１１は第１内壁面１１１の全周に亘り接触することとなる。上記のように固定スクロール３１の中心位置及び軸方向高さ位置を決めた状態で、メインシェル１１に固定スクロール３１を保持することができる。ここでは図示しないが、固定スクロール３１の位相を例えば位置決めピンを使用して合わせることで、固定スクロール３１の位置を完全に拘束することができる。
なお、本実施の形態において、シェル１内部の高圧及び低圧の分離機能を、固定スクロール３１に持たせている。

次にスクロール圧縮機の動作について説明する。給電部８の給電端子８２に通電すると、ステータ４１とロータ４２にトルクが発生し、これに伴ってクランクシャフト６が回転する。クランクシャフト６の回転は、偏心軸部６２およびブッシュ７を介して揺動スクロール３２に伝えられる。回転駆動力が伝達された揺動スクロール３２は、オルダムリング３３により自転を規制され、固定スクロール３１に対して偏心公転運動する。その際揺動スクロール３２の他方の面が、スラストプレート２４と摺動する。

揺動スクロール３２の揺動運動に伴い、吸入管１４からシェル１の内部に吸入された冷媒は、メインフレーム２の吸入ポート２１３を通って冷媒取込空間３７に到達し、固定スクロール３１と揺動スクロール３２とで形成される圧縮室３４に取り込まれる。そして冷媒は揺動スクロール３２の偏心公転運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら体積を減じられて圧縮される。揺動スクロール３２の偏心公転運転時、揺動スクロール３２は自身の遠心力により、ブッシュ７と共に径方向に移動し、第２渦巻体３２２と第１渦巻体３１２の側壁面同士が密接する。圧縮された冷媒は、固定スクロール３１の吐出ポート３１３から固定スクロール３１の吐出孔３５１に至り、吐出弁３６に逆らってシェル１の外部に吐出される。

次に本実施形態のスクロール圧縮機の製造方法について説明する。まず板状鋼材をロールあるいはプレスによって管状に成形後、継目を溶接で接続して鋼管とした溶接鋼管を製作し、これに吸入管１４を溶接し、給電部８を取り付けて、メインシェル１１を製作する。続いてメインシェル１１の内壁面を厚み方向に所定の深さだけ切削加工することで、第２内壁面１１４および第２突出部１１５による段差を形成する。メインシェル１１の厚みは、例えば４～６ｍｍであり、突出部の高さ、すなわち切削加工による削り深さは例えば０．５ｍｍ前後である。次に第２突出部１１５からアッパーシェル１２の方向（上側）に所定距離離れた内壁面を厚み方向に所定の深さだけ切削加工することで、第１内壁面１１１および第１突出部１１２による段差を形成する。このため第１内壁面１１１の内径は、第２内壁面１１４の内径よりも大きくなる。また第１突出部１１２は第２突出部１１５よりもアッパーシェル１２の方向（上側）に形成され、その内壁面は第２内壁面１１４となる。なお第１突出部１１２を形成した後で、第２突出部１１５を形成するようにしても良い。

続いて第１突出部１１２における第１内壁面１１１との接続部分（第１位置決め面１１３の第１内壁面１１１の側）、および第２突出部１１５における第２内壁面１１４との接続部分（第２位置決め面１１６の第２内壁面１１４の側）を加工することにより、ロアシェル１３の方向（下側）に凹んだ形状の凹み１１３１、１１６１をそれぞれ形成する。凹み１１３１、１１６１は切削加工によって上記接続部分に生じ易い曲面を除去する、いわゆるヌスミ加工により形成する。すなわち切削加工の結果、第１内壁面１１１と第１位置決め面１１３との接続部分が直角ではなく、円弧状に形成されることがある。当該部分に円弧部分が形成されると、固定スクロール３１を第１突出部１１２に配置しても、第１位置決め面１１３に接触せずに浮いてしまい、位置決めの精度が低くなる。これに対して凹み１１３１を形成することで、固定スクロール３１が第１位置決め面１１３に確実に接触するため、位置決め精度を高めることができる。これは第２内壁面１１４と第２位置決め面１１６との接続部分についても同様で、メインフレーム２の位置決め精度を高めることができる。

次に上記のように形成されたメインシェル１１の一端側（上側）から、メインフレーム２を挿入する。メインフレーム２は第２突出部１１５の第２位置決め面１１６に面で接触し、高さ方向の位置決めがされる。その状態でメインフレーム２の突起２１６を第２内壁面１１４に焼嵌め又はアークスポット溶接等により固定する。そしてメインフレーム２の軸孔２２１にクランクシャフト６を挿入したのち、偏心軸部６２にブッシュ７を取り付け、さらにオルダムリング３３及び揺動スクロール３２等を配置する。
次いでメインシェル１１の一端側（上側）から、固定スクロール３１を挿入する。固定スクロール３１は第１突出部１１２の第１位置決め面１１３に対し面接触し、高さ方向の位置決めがされる。その状態で固定スクロール３１の第１基板３１１の側面３１１１を第１内壁面１１１に対して焼嵌めで固定する。
最後にメインシェル１１の一端側（上側）からアッパーシェル１２を挿入したのち、メインシェル１１とアッパーシェル１２を溶接又はアークスポット溶接等により固定する。

以上のような製造方法により、先行例のように、メインフレームと固定スクロールをネジ等で接続する方法と同等に、メインフレーム、固定スクロールおよび揺動スクロールを組み立て、更に冷媒取込空間３７を拡大することができる。また本実施形態では、ネジ等を使わないため、部品を削減し、かつ製造を容易に行うことができる。

次に本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、揺動スクロール３２を摺動自在に保持するメインフレーム２と、揺動スクロール３２とともに圧縮室３４を形成する固定スクロール３１と、メインフレーム２、固定スクロール３１、揺動スクロール３２を収容したメインシェル１１を備えている。そしてメインシェル１１は、第１内壁面１１１から径方向内側に突出する第１突出部１１２と、第１突出部１１２のアッパーシェル１２側（上側）に向いた端面であって固定スクロール３１の第１基板３１１と接触して固定スクロール３１の軸方向位置を決める第１位置決め面１１３を有している。

又メインシェル１１は、第１突出部１１２の内壁面となる第２内壁面１１４と、第１突出部１１２からさらに径方向内側に突出する第２突出部１１５を有している。更にメインシェル１１は、第２突出部１１５のアッパーシェル１２側（上側）に向いた端面で、メインフレーム２の突起２１６と接触して、メインフレーム２の軸方向位置を決める第２位置決め面１１６と、第２突出部１１５の内壁面となる第３内壁面１１７を有している。以上のように構成することにより、メインシェル１１の第１内壁面１１１に固定スクロール３１の第１基板３１１の側面３１１１を焼嵌めで固定することで、ボルト等の締結部材を使用せずに、固定スクロール３１を保持することができる。従って組立が簡易になり、かつ部品点数が低減するため、スクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。

また第１内壁面１１１に固定スクロール３１を焼嵌めすることで、第１基板３１１の側面３１１１を全周に亘って加圧することができるため、Ｏリング等のシール材を使用することなく、シェル１内部を高圧空間と低圧空間に分けることができる。従ってスクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。さらに固定スクロール３１を焼嵌めでメインシェル１１に保持するので、特に調整することなく、中心を合わせることができる。従って組立が簡易になり、スクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。さらにスクロール圧縮機の性能を向上させることができる。

またメインフレーム２を圧入、または焼嵌めでメインシェル１１に保持することで、特に調整することなく中心をあわせることができるため、組立が簡易になり、スクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。さらにスクロール圧縮機の性能を向上させることができる。またメインシェル１１の第２内壁面１１４にメインフレーム２の本体部２１の外径から径方向外側に向かって突出する複数個所の突起２１６を圧入、焼嵌め等することによりメインフレーム２を固定することで、メインフレーム２を加圧する範囲を全周から一部領域に減らすことができる。これによりメインフレーム２が受ける保持力を小さくし、メインフレーム２の変形を抑制することができるため、スクロール圧縮機の品質、および性能を向上させることができる。

また突起２１６をメインフレーム２の平坦面２１２（揺動スクロール３２の摺動面３２１１とスラストプレート２４を介して設置する面）よりもロアシェル１３側（下側）に形成している。これにより平坦面２１２が保持力を受けて変形することを抑制することができるため、スクロール圧縮機の品質、および性能を向上させることができる。
また突起２１６をオルダム中心軸Ｙ、およびオルダム対称軸Ｚ上に配置することにより、１対の第１オルダム溝２１５に均等に荷重を付加することができるため、第１オルダム溝２１５の軸ずれを抑えることができ、更には溝幅が不均等化になることを抑えることができる。これによりオルダムリング３３の摺動抵抗が減り、スクロール圧縮機の品質、および性能を向上させることができる。

また固定スクロール３１は、第１内壁面１１１に固定されているため、揺動スクロール３２の径方向の最外部に位置する側面３２１２とメインシェル１１の内壁面とが対向し、メインフレーム２が第２基板３２１の側面３２１２とメインシェル１１の内壁面との間に介在しない構造となる。したがって特許文献１で示したように固定スクロール３１を固定するための周壁をメインフレーム２に形成することなく、固定スクロール３１をシェル１内へ配置し、揺動スクロール３２を配置する冷媒取込空間３７を拡大することができる。従って例えば固定スクロール３１の第１渦巻体３１２と揺動スクロール３２の第２渦巻体３２２を拡大することができ、スクロール圧縮機のサイズに対する吐出容量を増やすことができる。

また揺動スクロール３２の大型化とあわせて、スラストプレート２４の直径を大きくすることができ、摺動面積を大きくしスラスト荷重による面圧を低減することが可能となる。これによりスクロール圧縮機の信頼性を向上させることができる。またスラスト荷重を下げることで、環境負荷が低いが、スラスト軸受にかかる負担が大きくなる高圧冷媒（例えばＲ３２など）を使用することが可能となり、スクロール圧縮機の環境負荷を低減させることができる。またメインフレーム２に固定スクロール３１を固定するための壁が不要となるため、メインフレーム２の加工時間を短縮化することができるとともに、軽量化をはかることもできる。従ってスクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。

また固定スクロール３１において、第１基板３１１の第１渦巻体３１２を形成する側の面で、メインシェル１１の第１位置決め面１１３に接触させている。これにより固定スクロール３１の第１基板３１１に高圧がかかった場合であっても、第１位置決め面１１３に押さえ付けられるため、固定スクロール３１がより強固に保持され、固定スクロール３１の移動を抑制できる。またメインシェル１１の第１位置決め面１１３と第２位置決め面１１６の向きを同一（上側）としているため、メインフレーム２が揺動スクロール３２からスラスト荷重を受けても、第２位置決め面１１６に押さえつけられるため、メインフレーム２がより強固に保持され、メインフレーム２の移動を抑制できる。これによりスクロール圧縮機の信頼性を向上させることができる。

またメインシェル１１の第１位置決め面１１３と第２位置決め面１１６の加工を１方向（一端側、上側）から連続して行うことができる。これにより第１位置決め面１１３と第２位置決め面１１６の平行度を向上させることができる。従ってメインフレーム２と固定スクロール３１の組立精度、位置精度が向上し、スクロール圧縮機の性能を向上させることができる。また１方向からの加工のため、加工が容易になり、加工時間が短縮するため、スクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。さらにメインフレーム２を一端側（上側）からメインシェル１１に挿入固定後、メインシェル１１をそのままの体勢で揺動スクロール３２及び固定スクロール３１を順次挿入固定することができる。すなわち１方向組立が可能となるため、組立が容易となり、スクロール圧縮機の低コスト化を図ることができる。また図１２に示すように、本実施形態のスクロール圧縮機１０００を、凝縮器１００１、膨張弁１００２、および蒸発器１００３と組み合わせることにより、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置を構成することができる。図１２においてＦは冷媒の流れを示している。これにより大容量、高効率、低コストの冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るスクロール圧縮機の構造を、図１３、図１４に基づいて説明する。図１３は実施の形態２に係るスクロール圧縮機を構成するメインフレームを示す斜視図、図１４は実施の形態２によるメインフレームを示す平面図である。本実施形態によるスクロール圧縮機において、実施の形態１と実質的に同じ構成部品に対しては同じ符号を付し、説明を省略する。なお実施の形態２に係るスクロール圧縮機は、メインフレーム２のオルダム収容部２１４に溝２１７を形成したことのみ実施の形態１と異なる。

図１３、図１４に示すように、溝２１７をオルダム収容部２１４の第１オルダム溝２１５と突起２１６（２１６Ａ、Ｂ）の間に形成している。溝２１７を形成しておくと、メインフレーム２をメインシェル１１により保持する際に受ける保持力で溝２１７が変形する。これにより第１オルダム溝２１５の変形を抑制することができるため、摺動抵抗を小さくした高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。図１５は図１４のＥ方向から見た拡大図である。さらに、図１５に示すように、溝２１７の深さを第１オルダム溝２１５の深さよりも深くすることで、第１オルダム溝２１５全体の変形を抑えることができる。従って第１オルダム溝２１５の変形を抑制することができるため、更に摺動抵抗を小さくした高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。さらに、図１３に示す通り、溝２１７の内周側を、溝２１７とメインフレーム２における収容空間２１１を連通させることで、圧縮機構部に溜まった余分な潤滑油を抜く油抜きとしての機能をもたせることができるため、油が溜まることによるスクロール圧縮機の性能低下並びに圧縮機構部の破損を抑制できるため、信頼性を向上させた高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。

次に本実施形態の効果について説明する。オルダム収容部２１４における第１オルダム溝２１５と突起２１６の間に溝２１７を形成すると、メインフレーム２をメインシェル１１により保持する際に溝２１７が変形する。これにより第１オルダム溝２１５の変形を抑制することができるため、摺動抵抗の小さな高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。また溝２１７の深さを第１オルダム溝２１５の深さよりも深くすることで、第１オルダム溝２１５全体の変形を抑えることができるので、より効果が高くなる。
さらに溝２１７の内周側を削り、溝２１７と収容空間２１１を連通させることで、圧縮機構部に溜まった余分な潤滑油を抜く油抜きとしての機能をもたせることができる。これにより信頼性を向上させた高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。なお実施の形態２においては実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

更に溝２１７が、第１オルダム溝２１５の長手方向Ｌに沿って形成されている。このように溝２１７を、第１オルダム溝２１５の長手方向に形成することで、第１オルダム溝２１５全体の変形を抑えることができ、オルダムリング３３動作時の摩擦損失を減らすことができる。これによりスクロール圧縮機の品質、および効率を向上させることができる。

その他上記した構成部品の数、寸法及び材料等について適宜変更することができる。
更に本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

例えば上記実施の形態では、縦型スクロール圧縮機について説明したが、横型のスクロール圧縮機にも適用できる。その際横型のスクロール圧縮機においても、メインフレームを基準として、圧縮機構部が設けられている側を一端側、駆動機構部が設けられている側を他端側と方向づけて見ることができる。また低圧シェル方式のスクロール圧縮機に限らず、駆動機構部が配置されたメインシェル内の空間の圧力が冷媒取込空間の圧力よりも高くなる高圧シェル方式のスクロール圧縮機にも適用できる。
更に部品の位置、個数、寸法については、図面に示したものと必ずしも一致する必要はない。

１シェル、１１１第１内壁面、１１２第１突出部、１１３第１位置決め面、
１１５第２突出部、１１６第２位置決め面、２メインフレーム、
２１５第１オルダム溝、２１６突起、２１７溝、３１固定スクロール、
３１２第１渦巻体、３２揺動スクロール、３２２第２渦巻体、
３２４第２オルダム溝、３３オルダムリング、３３２第１キー部、
３３３第２キー部、３４圧縮室、１０００スクロール圧縮機、
１００１凝縮器、１００２膨張弁、１００３蒸発器。

Claims

第１渦巻体を有する固定スクロールと、前記第１渦巻体と互いに噛み合わせられることにより圧縮室を形成する第２渦巻体を有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに設けられた一対の第２オルダム溝に収容される第２キー部が設けられたオルダムリングと、前記オルダムリングに設けられた一対の第１キー部を収容するための一対の第１オルダム溝が設けられたメインフレームと、前記固定スクロール、前記揺動スクロール及び前記メインフレームを内側に収容するシェルを備えたスクロール圧縮機であって、
前記メインフレームの外周面に前記シェルの内周面と接触するような第１突起、第２突起、第３突起、第４突起を設け、一対をなす前記第３突起及び前記第４突起を一対の２個の前記第１オルダム溝の２つの中心を結ぶ直線である一直線からなるオルダム中心軸に対して軸対称の関係になるよう配置するとともに、他の一対をなす前記第１突起及び前記第２突起を前記オルダム中心軸と直交しかつ前記メインフレームの中心を通る直線であるオルダム対称軸に対して軸対称の関係になるよう配置し、前記メインフレームを前記シェルの前記内周面に圧入又は焼嵌めで固定し、
更に前記第３突起と一方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、前記第４突起と一方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、前記第３突起と他方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間、及び前記第４突起と他方の前記第１オルダム溝との前記揺動スクロール側から見た周方向における間のそれぞれに前記オルダム中心軸に沿って平行な第１溝、第２溝、第３溝及び第４溝を形成すると共に、前記第１溝、第２溝、第３溝及び第４溝と前記メインフレームにおける収納空間とを連通させたスクロール圧縮機。
前記第１溝と、前記第２溝は前記オルダム中心軸に対して軸対称になるよう配置されるとともに、
前記第３溝と、前記第４溝は前記オルダム中心軸に対して軸対称になるよう配置された請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記第１溝、第２溝、第３溝及び第４溝の深さを前記第１オルダム溝の深さより大きく形成した請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
前記第１突起、前記第２突起、前記第３突起、前記第４突起を前記メインフレームの前記揺動スクロールを設置する面を基準にして、前記揺動スクロールから離れる側に形成する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
前記シェルは、第１内壁面から径方向内側に突出する第１突出部と、
前記第１突出部の前記固定スクロール側に向いた端面であって、前記固定スクロールの軸方向位置を決める第１位置決め面と、
前記第１突出部径方向内側に突出する第２突出部と、
前記第２突出部の前記固定スクロール側に向いた端面であって、前記第１突起、前記第２突起、前記第３突起、前記第４突起と接触することにより前記メインフレームの軸方向位置を決める第２位置決め面を備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
前記シェルの内壁面に対し前記固定スクロールの側面を焼嵌め固定した請求項５に記載のスクロール圧縮機。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機と、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を組み合わせることにより構成される冷凍サイクル装置。