JPH0331502A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば空気圧縮機、ポンプ、送風機等に用い
て好適なスクロール流体機械に関する。

〔従来の技術〕

一般に、この種のスクロール流体機械は、ケーシングに
固着される鏡板にうず巻状ラップ部を立設してなる固定
スクロールと、前記ケーシング内に旋回可能に設けられ
、鏡板に該固定スクロールのラップ部と重なり合って密
閉空間を形成するうず巻状ラップ部を立設してなる旋回
スクロールとを備えている。

そして、このスクロール流体機械を空気圧縮機として使
用する場合、吸込口から吸込んだ空気を固定スクロール
と旋回スクロールの各ラップ部間の密閉空間である圧縮
室内に密封し、固定スクロールの軸線に対して旋回スク
ロールを所定距離偏心した状態で自転せずに公転のみを
行う旋回運動をさせ、圧縮室を縮少することによって空
気を圧縮し、この圧縮空気を固定スクロールの中心部に
形成した吐出口から吐出するようになっている。

叙上の如（、スクロール式空気圧縮機にあっては、固定
スクロールと旋回スクロールが相対的な円運動を行うこ
とによって圧縮室を縮少し、吸込んだ空気を徐々に圧縮
するものであるから、固定スクロール及び旋回スクロー
ルにそれぞれ立設され、重なり合って旋回する間に圧縮
室を形成する各ラップ部は互いに摺接すると共に、圧縮
空気の反力を受けることになる。また、空気の圧縮熱に
よって高温に加熱され、熱膨張によりラップ部歯先が鏡
板と摺接するといった現象も生じる。

このように、固定スクロール及び旋回スクロールは厳し
い使用条件下におかれるものであるから、高い強度性、
耐久性が要求されることになる。

而して、従来技術による固定スクロール又は旋回スクロ
ールは、例えば鏡板とラップ部を一体に鋳造し、エンド
ミル等の切削工具を用いてラップ部、軸受用ボス部等を
加工成形することにより製造する方向（特開昭５７−１
７９３８１号）、或は、鏡板及びラップ部を個別に鋳造
、圧延、鍛造等の手段により成形し、溶接又は接着等の
固着手段により鏡板とラップ部を固着して製造する方法
（特開昭５６−２４８７号、特開昭５８−５９３９１号
）が行われている。

その他、ラップ部を立設した鏡板に軸受用ボス部を鋳ぐ
るみにより成形する方法、更には、旋回スクロール全体
を合成樹脂を用いて射出成形する方法（特開昭６２−１
９９９８１号）等が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題］ 然るに、上述した従来技術のうち、鋳造した固定又は旋
回スクロールを切削加工する第１の方法にあっては、加
工コストが嵩むという欠点や、切削加工によって例えば
ラップ部歯先の角部に亀裂が生じ易いために耐久性に劣
るという欠点がある。また、別個に成形した鏡板、ラッ
プ部等を溶接手段により接合する第２の方法にあっては
、鏡板にラップ部を均一に接合することは困難であると
いう欠点があり、接着剤を用いた場合には高熱によって
強度性が劣る欠点がある。

更に、鏡板、ラップ部等を鋳ぐるみにより成形する第３
の方法にあっては、溶湯の温度調節が適切でないと、鋳
ぐるみすべく鋳型内に配置しておいた他の部材が溶解し
たり或いは変形する恐れがあり、実用に供し難いという
問題がある。また、合成樹脂を用いた第４の方法によっ
て鏡板、ラップ部等を一体成型した固定又は旋回スクロ
ールにあっては耐熱性や応力変化に対する強度性が十分
でないという欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、製造コストを低減でき、しかも強度性、耐久性に優れ
た固定スクロール又は旋回スクロールを備λたスクロー
ル流体機械を提供するものである。

〔課題を解決するための手段） 上述した課題を解決するために、構成された本発明の手
段の特徴は、固定スクロール及び旋回スクロールの少な
くともいずれか一方の鏡板とラップ部を圧接手段により
接合して形成したことにある。

〔作用〕

鏡板とラップ部は圧接手段を用いることにより、直接に
又均−に接合されるから、強度性に優れた固定スクロー
ル又は旋回スクロールにすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例として空気圧縮機を例に挙げ、図
面に基づき詳述する。

第１図において、１はケーシングで、該ケーシング１は
小径筒部ＩＡと、大径筒部ＩＢと、該大径筒部ＩＢの内
側に突設されたフランジ状の軸受摺接部ｌＣとからなり
、大径筒部ＩＢ内はクランク室ＩＤになっている。

２は前記ケーシング１の大径筒部ＩＢ端面に固着された
鋳鉄性の固定スクロールで、該固定スクロール２は鏡板
３と、該鏡板３の前面３Ａに立設され、インボリュート
又はインボリュートに近い曲線に形成されたうず巻状の
ラップ部４と、該ラップ部４を囲繞するように鏡板３の
外周に立設されたフランジ５とから構成されている。そ
して、該鏡板３とラップ部４は個別に形成され、後述す
る摩擦圧接の方法によって一体的に接合されている。

一方、６は前記固定スクロール２と同一軸線０１−０＋
に位置してケーシングｌに回転自在に設けられた駆動軸
で、該駆動軸６の一端はケーシング１外に突出してモー
タ（図示せず）に接続され、その他端は大径筒部ＩＢ内
のクランク室ＩＤに突出したクランク軸６Ａになってお
り、該クランク軸６Ａの軸線０□−０２は駆動軸６の軸
線０、−０．に対して距離δだけ偏心している。

７はクランク軸６Ａと同一軸線０□−０２に位置してケ
ーシング１内に設けられた旋回スクロールで、該旋回ス
クロール７は例えばアルミニウム合金によって鏡板８と
、該鏡板８の前面８Ａに立設されたうず巻状のラップ部
９と、鏡板８の背面８Ｂ中央に突設されたボス部ｌＯと
から構成されている。そして、該ラップ部９も固定スク
ロール２のラップ部４と同様にインボリュート又はイン
ボリュートに近い曲線に形成されており、またボス部１
０と共に鏡板８とは別体に形成されて摩擦圧接法によっ
て鏡板８に一体的に接合されている。

上述の構成からなる旋回スクロール７はボス部１０内に
嵌着した旋回軸受１１を介してクランク軸６Ａに回転自
在に、しかもラップ部９が固定スクロール２のラップ部
４と所定角度ずらせて重なり合うように取付けられてお
り、旋回スクロール７が公転する際各ラップ部４．９間
は密閉空間となって複数の圧縮室１２，１２．・・・を
形成するようになっている。そして、最外周側の圧縮室
１２は固定スクロール２のフランジ５に穿設した吸込口
１３に連通し、最内周側の圧縮室１２は固定スクロール
２の鏡板３中央に穿設した吐出口１４に連通している。

また、図中１５は旋回スクロール７の鏡板８背面８Ｂと
ケーシング１の軸受摺接部ＩＧとの間に介装された環状
のスラスト軸受である。

実施例の空気圧縮機は上述の如（であるが、次に該圧縮
機の旋回スクロール７を例に挙げ、その製造方法である
摩擦溶接法を第２図ないし第９図に基づき詳述する。

まず、実施例に用いる摩擦溶接装置について第２図を参
照しつつ説明する０図において、２１は台枠で、該台枠
２１は下枠部２１Ａ、側枠部２１Ｂ、２１Ｂ及び上梓部
２１Ｃとからなっている。２２は該台枠２１の下枠部２
１Ａ上に設けられた油圧シリンダ装置で、該油圧シリン
ダ装置２２はシリンダチューブ２２Ａと、該シリンダチ
ューブ２２Ａに矢示Ａ、Ｂ方向に進退可能に設けられた
ピストンロッド２２Ｂとから構成されている。そして、
該ピストンロッド２２Ｂの上端には円板状をした鏡板固
定台２３が固着されており、その上面２３Ａには鏡板固
定用のボルト２４が回動可能に植設されている。

一方、２５は前記台枠２１の上枠部２ＩＣ上に設けられ
たモータで、該モータ２５の回転軸２５Ａ途中にはトル
クセンサ２６が設けられ、その下端にはラップ部固定台
２７が鏡板固定台２３と対面して固着されている。そし
て、該ラップ部固定台２７の下面２７Ａ側には旋回スク
ロール７のラップ部９と同様にインボリュート又はイン
ボリュートに近い曲線を有し、該ラップ部９の歯丈より
若干短い溝深さを有するラップ部嵌看溝２７Ｂがうず巻
状に穿設されている（第３図参照）。

更に、２８は台枠２１の側枠部２１Ｂ、２１Ｂ途中に架
設され、ラップ部固定台２７の上面２７Ｂに摺接するよ
うになったスラスト軸受、２９は同様に側枠部２１Ｂ、
２１Ｂ間に架設され、回転軸２５Ａの回転を停止するブ
レーキ装置である。

而して、上記装置を用いて摩擦溶接法により旋回スクロ
ール７を製造する方法について説明する。まず、第４図
に示すように油圧シリンダ装置２２のピストンロッド２
２Ｂを矢示Ｂ方向に加工しておき、鏡板固定台２３の上
面２３Ａ上に予め成形しておいた鏡板８をラップ部９と
接合面となる前面８Ａを上向きの状態にして載置し、ボ
ルト２４で固定する。一方、ラップ部固定台２７のラッ
プ部嵌着溝２７Ａには、鏡板８との接合面となる端面９
Ａを下方に若干突出させた状態で嵌装する。

次に、油圧シリンダ装置２２のピストンロッド２２Ｂを
矢示Ａ方向に上昇させ、鏡板８の前面８Ａをラップ部９
の端面９Ａに若干の軸方向の力を加えなから当接させる
。この状態でモータ２５を始動し、ラップ部固定台２７
を矢示Ｃ方向に回転させ、固定側である鏡板８の前面８
Ａに対してラップ部９の端面９Ａを回転摺動させること
により、各接合面８Ａ、９Ａを摩擦熱によって所定の温
度にまで加熱する。

以上述べた工程が予熱工程であるが、この工程における
ラップ部９の回転速度■は、 Ｖ　＝　Ｎ−Ｄ　＝　（１，２〜６．０）　Ｘ　ｌＯ’
ｒｐｍ、ｍｍ　・＝　（１）である。

ただし、Ｎは回転軸２５Ａの回転数ｒ、　ｐ、　ｍ、、
Ｄはラップ部９の最大直径ｌｌ１ｍである。

また、摩擦時における各接合面８Ａ、９Ａの面積Ｓと加
圧力Ｐとの関係は、 Ｐ／Ｓ　＝　２．５〜２５　ｋｇｆ／ｍｍ”　　−（２
）である。

ここで、各接合面８Ａ、９Ａが摩擦熱によって融点を越
えると接合面が塑性流動を起こし、摩擦係数が変化して
回転軸２５Ａのトルク値が変化するから、トルクセンサ
２６によって鏡板８とラップ部９が圧接すべく状態にな
ったことを検出できる。

そこで、モータ２５の回転を停止、ブレーキ装置２９に
よって回転軸２５Ａの回転を速やかに停止させた後、油
圧シリンダ装置２２のピストンロッド２２Ｂを更に矢示
Ａ方向に上昇させて、鏡板８とラップ部９に大きな軸方
向圧力を作用させる。この場合、鏡板８を介してラップ
部９に加わる軸方向の力はスラスト軸受２８が受承する
から、鏡板８とラップ部９を確実に圧接できる。この工
程をアブセット工程という（第６図参照）。

取上の如くして鏡板８とラップ部９を接合したら、第７
図に示すようにピストンシリンダ２２Ｂを矢示Ｂ方向に
加工せしめ、ラップ部固定台２７のラップ部嵌着溝２７
Ａからラップ部９を取外せばよい。

以上詳述した如（摩擦溶接法は、溶接棒や接着剤を用い
ずに鏡板８とラップ部９を直接固着させるものであり、
また鏡板８前面８Ａ及びラップ部９端面９Ａの各接合面
に存在する不純物は摩擦中に分解し、「ばり」となって
接合面から押し出されることになるから、均一な溶接状
態にでき、優れた強度性を得ることができる。

また、摩擦溶接法は回転装置を加圧装置だけで実施でき
るから、装置が簡単であるし、接合作業の作業性も極め
て容易であり、製造コストの低減を図ることができる。

更に、摩擦溶接法によれば、鏡板８とラップ部９の形成
方法が例えば延在、鋳造、鍛造、切削加工等、個々に異
なっていても、両者が同質ないしほぼ同質な異種材であ
れば接合が可能であるから、鏡板８とラップ部９をそれ
ぞれ独自な方法又は材料で成形でき、旋回スクロール７
の製造に自由度を与えることができる。

なお、実施例は旋回スクロール７の鏡板８とラップ部９
を接合する場合を例に挙げたが、固定スクロール２につ
いても本発明は適用できるものである。

また、実施例によれば、鏡板８はボルト２４によって鏡
板固定台２３上に固定するものとして述べたが、第８図
に示すようにビン３１を介して固定してもよいし、第９
図に示すようにＬ字状のクランプ３２を締付ボルト３３
を用いて固定するように構成してもよい。

一方、摩擦溶接を行う際、ラップ部固定台２７の下側端
面にカーボンブラック等の離型剤を塗布しておくことに
より、該ラップ部固定台２７とラップ部９又は鏡板８と
が接合するのを防止できる。

更に、実施例では本発明の圧接手段として、摩擦溶接を
例示したが、他の圧接手段、例えば鍛接、バット溶接等
の手段を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳述した如くであって、下記の諸効果を奏
する。

■　鏡板とラップ部を圧接手段により直接接合したから
、固定スクロール又は旋回スクロールの強度性を高める
ことができる。

■　鏡板とラップ部は少なくともいずれか一方を摺動回
転させた後、圧接させるだけで接合できるから、製造装
置が簡単であって、製造工程も極めて容易であり、製造
コストの低減を図ることができる。

■　予熱工程時に鏡板の前面はラップ部の端面によって
ラッピングされることによるから、当該前面の仕上り精
度が向上し、摺接するラップ部歯先のかじり等を防止で
きる。

■　本発明の圧接手段によれば、鏡板とラップ部は摩擦
熱によって極部的に加熱されるだけであり、材料の変質
、変成は極めて少ないから、材料の持つ強度性、耐摩耗
性等の特性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るスクロール圧縮機の一部
を破断した正面図、第２図は摩擦溶接法に用いる摩擦溶
接装置の構成図、第３図は第２図中の■−■矢示方向断
面図、第４図ないし第７図は旋回スクロールの鏡板とラ
ップ部の摩擦溶接工程を示し、第４図は鏡板を鏡板固定
台に固定し、ラップ部をラップ部固定台に固定した状態
の説明図、第５図は鏡板とラップ部を摩擦させる予熱工
程の説明図、第６図は加熱された鏡板とラップ部を圧接
するアブセット工程の説明図、第７図は鏡板とラップ部
を接合した状態を示す説明図、第８図は鏡板を鏡板固定
台に固定する方法の変形例を示す要部説明図、第９図は
鏡板を鏡板固定台に固定する方法の他の変形例を示す要
部説明図である。 ２・・・固定スクロール、３・・・鏡板、４・・・ラッ
プ部、７・・・旋回スクロール、８・・・鏡板、９・・
・ラップ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ケーシングに固着される鏡板にうす巻状ラップ部を立設
   してなる固定スクロールと、前記ケーシング内に旋回可
   能に設けられ、鏡板に該固定スクロールのラップ部と重
   なり合って密閉空間を形成するうず巻状ラップ部を立設
   してなる旋回スクロールとを備えたスクロール流体機械
   において、前記固定スクロール及び旋回スクロールの少
   なくともいずれか一方の鏡板とラップ部を圧接手段によ
   り接合して形成してなることを特徴とするスクロール流
   体機械。