JP2016205153A - スクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手 - Google Patents

Abstract

【課題】高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなくその強度を向上する。【解決手段】スクロール圧縮機は、フレームに固定された固定スクロールと、この固定スクロールとフレームとの間に配置された旋回スクロールとを備え、両スクロールを噛み合わせると共に、旋回スクロールを、オルダム継手５００により自転を阻止しつつ固定スクロールに対し旋回運動させるように構成している。また、オルダム継手は、旋回スクロール側に突出した一対の第１のキー部５０１，５０２と、この第１のキー部に直交するように配置され且つフレーム側に突出した一対の第２のキー部５０４，５０５を備え、第１のキー部の位置を０°としたとき、旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分においてオルダム継手の断面積が最大になるように構成されている。【選択図】図６

Description

本発明は冷凍空調装置等に用いられるスクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手に関する。

従来の冷凍空調用のスクロール圧縮機は、固定スクロール、旋回スクロール及びフレームなどにより構成された圧縮機構部と、回転子及び固定子を備える電動機と、前記回転子の中心に設けられた孔に挿入固定されて回転する回転軸と、前記回転軸を支持する転がり軸受と、該軸受を支持するフレームと、該フレームと前記旋回スクロールとの間に配設され、前記旋回スクロールの自転を防止して旋回運動させるためのオルダム継手とを、密閉容器内に備えている。

このスクロール圧縮機は、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回運動させることにより、両スクロールのラップ（渦巻体）間に圧縮室を形成し、該圧縮室を中心側へ移動させながらその容積を減少させて圧縮室内の作動流体を圧縮する。圧縮された作動流体は前記固定スクロールの中心に設けられている吐出口から吐出されるように構成されている。

前記旋回スクロールの自転防止機構としてのオルダム継手は、フレームに備えられたキー溝と係合されるキー部と、旋回スクロールに備えられたキー溝と係合されるキー部を備え、これらのキー溝とキー部が摺動することにより、前記旋回スクロールを、自転を防止して旋回運動させる構造になっている。この動作原理のために、特に負荷が大きくなる高速、高圧力比の運転条件時等において、キー部に過大な荷重が掛かり、キー部が折損する等の問題が発生する。

特許第３４９８５３５号公報（特許文献１）のものでは、リング幅やリング径、或いはキー幅を拡大させることなく、キー部の強度を上げることを目的として、第一の短軸と第一の長軸を持つ楕円形リングにおいて、第一の短軸からシャフトの反回転方向に回転させた軸を第二の短軸とし、第二の短軸に直交する軸を第二の長軸とし、第二の短軸と第二の長軸とで構成される楕円形リングにおいて、第一の短軸上に位置する楕円形リングから相対向する対をなすキーを設け、更に第一の長軸上に位置する楕円形リングから相対向する対をなすキーを設けたものが提案されている。

この特許文献１のものによれば、各キーの荷重を受ける側の面において、キー部根元の応力集中点からの腕の長さが短くなることで、キーの曲げモーメントを低減することができ、キー部根元の応力集中を緩和し、リング幅やリング径、或いはキー幅を拡大することなくキー部の強度を上げ、これによりオルダム継手を小型化してスクロール圧縮機全体の小型化を図ることが記載されている。

特許第３４９８５３５号公報

ところで、近年のスクロール圧縮機は、更なる小型高速化が求められている。高速化すると、旋回スクロールが旋回運動する際の慣性力が増大し、旋回スクロール側のキー部にかかる荷重が増大する。従って、オルダム継手に発生する応力も増大し、オルダム継手の破損のリスクが増大する。上記特許文献１のものでは、スクロール圧縮機の高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなく十分な強度を確保することに関して十分な配慮が為されていない。

本発明の目的は、高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなくその強度を向上することのできるスクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手を得ることにある。

上記目的を達成するために本発明は、フレームに固定された固定スクロールと、この固定スクロールと前記フレームとの間に配置された旋回スクロールとを備え、前記両スクロールを噛み合わせると共に、前記旋回スクロールを、オルダム継手により自転を阻止しつつ前記固定スクロールに対し旋回運動させるように構成しているスクロール圧縮機であって、前記オルダム継手は、旋回スクロール側に突出した一対の第１のキー部と、この第１のキー部に直交するように配置され且つフレーム側に突出した一対の第２のキー部を備え、前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において該オルダム継手の断面積が最大になるように構成されていることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、旋回スクロールを固定スクロールに対し、自転を阻止しつつ旋回運動させるように構成しているスクロール圧縮機用オルダム継手であって、旋回スクロール側に突出する一対の第１のキー部と、この第１のキー部に直交するように配置され且つフレーム側に突出する一対の第２のキー部を備え、前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において該オルダム継手の断面積が最大になるように構成されているスクロール圧縮機用オルダム継手にある。

本発明によれば、高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなくその強度を向上することのできるスクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手を得ることができる効果がある。

本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１に示すフレームの平面図。 図１に示す旋回スクロールの底面図。 図１に示すオルダム継手に関して、現在一般的に用いられている例を説明するオルダム継手の底面図。 図４に示すオルダム継手の周方向角度位置における最大主応力の変化を示す線図。 本発明の実施例１におけるオルダム継手の構成を説明する底面図。

以下、本発明のスクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手の具体的実施例を図面に基づき説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

以下、本発明のスクロール圧縮機及びスクロール圧縮機用オルダム継手の実施例１を図１〜図６を用いて説明する。
まず、図１〜図３を用いてスクロール圧縮機の全体構成を説明する。
図１は本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図、図２は図１に示すフレームの平面図、図３は図１に示す旋回スクロールの底面図である。

図１に示す本実施例１のスクロール圧縮機１は冷凍空調用のスクロール圧縮機であり、作動流体は冷凍サイクルを流れる冷媒ガスである。
前記スクロール圧縮機１は、作動流体（冷媒ガス）を圧縮する圧縮機構部２と、この圧縮機構部２を、回転軸３００を介して駆動する駆動部３を円筒状の密閉容器７００内に収納して構成されている。本実施例では、密閉容器７００内に上から順に、前記圧縮機構部２と前記駆動部３が配設され、前記駆動部３の下部には油溜り７３０が形成された縦型スクロール圧縮機としている。

前記密閉容器７００は、上キャップ７１０及び下キャップ７２０を有し、これら上キャップ７１０及び下キャップ７２０は、前記密閉容器７００の中央筒部に対して外側に被せるように嵌合され、その嵌合部が溶接トーチにより斜め下方及び斜め上方から加熱されて溶着されている。前記密閉容器７００の底面には脚部７２１が取付けられている。また、前記下キャップ７２０の内側には、マグネット７２２が取付けられていて、圧縮機内の粉塵を回収する役目を果たしている。

前記密閉容器７００の側面にはハーメ端子７０２及び端子カバー７０３が設けられ、前記駆動部３を構成する電動機６００に電力を供給できるようにしている。前記ハーメ端子７０２は前記密閉容器７００を貫通して設けられ、前記電動機６００を構成する固定子６０１のコイルエンド６０１ａと、前記圧縮機構部２を構成しているフレーム４００との間に配置されている。

前記圧縮機構部２は、固定スクロール１００、旋回スクロール２００及び前記フレーム４００を基本要素として構成されている。
前記固定スクロール１００は、台板１０１と、この台板１０１の下側に垂直に立設された渦巻体であるラップ（スクロールラップ）１０２と、前記台板１０１の外周側に設けた吸込口１０３と、前記台板の中央側に設けた吐出口１０４とを有している。また前記固定スクロール１００は、周方向に均等に配置された複数のボルト４０５により前記フレーム４００に固定されている。

前記旋回スクロール２００は、台板２０１と、この台板２０１の上側に垂直に立設されたラップ（スクロールラップ）２０２と、旋回スクロールの背面側（反ラップ側）に垂直に突出するように形成された旋回ボス部２０３と、この旋回ボス部２０３に圧入して配設された旋回軸受（すべり軸受）２１０と、前記台板２０１に形成された背圧穴（図示せず）とを有している。また、前記旋回スクロール２００は、鋳鉄やアルミニュームなどを材料とする鋳物から各構成部分を加工することにより形成されている。

前記旋回スクロール２００は、前記固定スクロール１００と前記フレーム４００との間に配置され、前記固定スクロール１００と前記旋回スクロール２００は互いに前記ラップ１０２，２０２を内側に向けて噛み合っている。また、前記旋回スクロール２００の台板２０１は、前記固定スクロール１００と前記フレーム４００の台座４３０（図２参照）との間に挟み込まれるように設けられている。前記旋回スクロール２００の背面と前記フレーム４００との間には、前記旋回スクロール２００の自転を防止して旋回運動をさせるためのオルダム継手（自転防止機構）５００が配設されている。前記旋回スクロール２００は前記駆動部３により旋回駆動される。

この駆動部３は、固定子６０１及び回転子６０２を備える電動機６００と、前記回転子６０２の中心に挿入固定され、前記回転子６０２と共に一体的に回転する回転軸３００などにより構成されている。前記回転軸３００の下端には、前記油溜り７３０の油を吸い上げるための給油ポンプ９００が圧入されて設けられている。

前記回転軸３００は、その上端側に偏心して形成され、前記旋回スクロール２００背面側の前記旋回軸受２１０に挿入されるクランクピン３０１と、その下部側の主軸部３０２と、下端側の副軸受支持部３０３で構成されている。前記主軸部３０２と前記副軸受支持部３０３とは、同一軸心に形成され、主軸部分を構成している。前記主軸部３０２の上端側（電動機の上側）は前記フレーム４００に設けた主軸受４０１に支持され、前記副軸受支持部３０３は、前記電動機６００下側の前記密閉容器７００に固定された下フレーム８０１に、副軸受ハウジング８０２を介して設けた副軸受８０３により支持されている。

これら主軸受４０１及び副軸受８０３は転がり軸受で構成され、前記回転軸３００を回転自在に支持する回転軸支持部を構成している。前記クランクピン３０１は前記旋回軸受２１０に、軸方向（スラスト方向）に移動可能で且つ回転自在に挿入して係合されている。

前記副軸受ハウジング８０２は、前記下フレーム８０１にボルト８０５を介して固定されている。前記副軸受８０３は、前記副軸受ハウジング８０２に上方から挿入され、この副軸受８０３の上方にはハウジングカバー８０４が取付けられている。

前記給油ポンプ９００は、前記回転軸３００下端に装着された遠心形ポンプであり、油溜め７３０に貯留された潤滑油を給油穴９０１を介して強制的に吸込み、回転軸３００内に軸方向に形成されている油通路３１１を通して、前記副軸受８０３、前記旋回軸受２１０及び前記主軸受４０１に供給するように構成されている。また、前記油通路３１１から供給された油は、前記固定スクロール１００と前記旋回スクロール２００との摺動部にも供給される。

前記油通路３１１は、前記回転軸３００を軸方向に貫通するように設けられ、回転軸３００の軸心に対して同心の下部給油穴と、回転軸３００の軸心に対して偏心した上部給油穴とを有している。前記副軸受８０３には、前記下部給油穴に連通する横穴３１２を介して給油される。

前記フレーム４００は、前記密閉容器７００の内周面に溶接７４０により、周方向の複数箇所で固定されている。また、このフレーム４００は、前記主軸受４０１を支持する軸受支持部４０１ａと、この軸受支持部４０１ａの上部から外方に延び前記圧縮機構部２を支持する圧縮機構支持部４０１ｂを有する。この圧縮機構支持部４０１ｂは、その下面全体が平坦状に形成されて、吐出管７０１より上方に位置されている。前記吐出管７０１は前記圧縮機構部２で圧縮された冷媒ガスを冷凍サイクルに吐出するためのものであり、前記電動機６００の上部の密閉容器７００の部分に貫通して設けられている。

また、前記フレーム４００には、図２に示すように、旋回スクロール２００のための前記台座４３０と、前記オルダム継手５００の一対のキー部５０４，５０５（図４参照）と係合して摺動する一対のキー溝４３１ａ，４３１ｂを形成している静止台座４３２が設けられている。この静止台座４３２に形成されている前記一対のキー溝４３１ａ，４３１ｂは、前記オルダム継手５００をフレーム４００に対して左右に直線運動させるように配置されている。

なお、図２において、７００は図１に示す前記密閉容器７００であり、図１，図２に示す４１０はシールリング４１０ａが収容されるシールリング溝である。また、前記フレーム４００は、前記旋回スクロール２００に適切な押付力（背圧）を与えるために、前記旋回スクロール２００の背面側及び前記固定スクロール１００との間で背圧室４１１を形成している。即ち、前記背圧室４１１は、前記旋回スクロール２００、前記フレーム４００及び前記固定スクロール１００で囲まれて形成される空間である。

図１において、１３０は、前記固定スクロール１００のスクロールラップ１０２と前記旋回スクロール２００のラップ２０２を噛み合わせることにより形成される圧縮室である。前記旋回スクロール２００の台板２０１には、前記圧縮室１３０と旋回スクロールの台板２０１背面の前記背圧室４１１とを連通させる背圧穴（図示せず）が設けられており、前記背圧室４１１の圧力を、吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力（中間圧力）に保っている。

フレーム４００上面に形成された前記シールリング溝４１０にはシールリング４１０ａが設けられており、このシールリング４１０ａにより、前記背圧室４１１へ圧縮ガスが流入するのを防止している。即ち、図３に示すように、旋回スクロール２００の旋回ボス部２０３の下端面には、周方向に複数個の給油ポケット２０５が設けられており、旋回スクロール２００が旋回運動することにより、この給油ポケット２０５が前記シールリング４１０ａの外側と内側を往復し、旋回軸受２１０と主軸受４０１の間にある油の一部を背圧室４１１に搬送する。搬送された油はオルダム継手５００に給油された後、固定スクロールの鏡板面１０５と旋回スクロール２００の台板２０１の摺動面に給油される。

前記旋回スクロール２００は、前記背圧室４１１の中間圧力と、前記シールリング４１０ａの内側に作用する吐出圧力との合力で固定スクロール１００に押し付けられる。
なお、図３に示す旋回スクロール２００において、２１０は旋回ボス部２０３の内面に圧入されている前記旋回軸受、２２１ａ及び２２１ｂは旋回スクロール２００の台板２０１背面に形成された一対のキー溝であり、これら一対のキー溝２２１ａ，２２１ｂに前記オルダム継手５００の旋回スクロール側に形成されている一対のキー部５０１，５０２（図４参照）が係合して摺動される。

前記シールリング４１０ａの内径は前記主軸受４０１の外径より小さくなっているが、このような構成を採用できるようにするために、前記主軸受４０１を前記フレーム４００の駆動部３側からフレーム４００へ挿入する構成とし、この転がり軸受４０１をフレームカバー４０３で固定する構成としている。前記フレームカバー４０３にはスラスト軸受４０２が設けられている。前記フレームカバー４０３は前記フレーム４００と別体に製作され、該フレーム４００にボルト４０６により固定されている。このようにボルト固定とすることにより、前記フレームカバー４０３と前記フレーム４００との間隙をシールすることができ、給油経路からの油漏れを抑制することができる。なお、前記フレームカバー４０３は、前記フレーム４００の内側に挿入されて前記主軸受４０１を押さえる部分と、前記フレーム４００の駆動部３側端面に当接してこれに固定される部分とから構成されている。

図１に示す４０７はバランスウェイトで、このバランスウエイト４０７は前記主軸受４０１よりも電動機側に位置するように、前記回転軸３００に固定されている。なお、本実施例では、前記バランスウェイト４０７は、前記回転軸３００とは別体に形成され、回転軸３００に圧入して固定される例を示しているが、前記バランスウェイト４０７は前記回転軸３００と一体に形成されるようにして良い。前記バランスウェイト４０７の最大外径部は前記固定子６０１のコイルエンド６０１ａの端面側に突出して設けられ、前記コイルエンド６０１ａの内径よりも大径となるように構成されている。これにより、前記回転軸３００の回転バランスを十分に確保することができる。

なお、図１において、４０８は前記主軸受４０１に供給された潤滑油を前記油溜り７３０に戻すための排油パイプ、７１１は固定スクロール１００の吸入口１０３に、冷凍サイクルからの冷媒ガスを導入するための吸入管である。

次に、スクロール圧縮機の動作を説明する。
前記圧縮機構部２は、前記電動機６００の回転子６０２に連結した回転軸３００の回転により、クランクピン３０１が偏心回転すると、旋回スクロール２００が前記オルダム継手５００により、固定スクロール１００に対し自転せずに旋回運動を行う。これに伴い、作動ガスとしての冷媒ガスは吸入管７１１及び吸入口１０３を介して、ラップ１０２と２０２で形成される圧縮室１３０に導入される。この圧縮室１３０は、前記旋回スクロール２００の旋回運動により、中央部側へ移動しながらその容積が減少することで前記冷媒ガスの圧縮動作が行われる。

圧縮された冷媒ガスは前記固定スクロール１００の中央部に設けた吐出口１０４から密閉容器７００内に吐出され、その後、この吐出された冷媒ガスは、前記フレーム４００と密閉容器７００との間に形成された通路（図示せず）を介して前記駆動部３側に流れる。これにより、前記密閉容器７００内の空間は吐出圧力に保たれ、また吐出された冷媒ガスは圧縮機構部２や電動機６００の周囲を循環した後、吐出管７０１から密閉容器７００外の冷凍サイクルに放出される。
なお、前記圧縮機構部２で圧縮される冷媒ガスとしては、地球環境に優しいＲ４１０Ａなどの冷媒が用いられる。

次に、上述したスクロール圧縮機１における給油経路について説明する。
回転軸３００が回転されると、給油ポンプ９００により、油溜り７３０の油が回転軸３００内に形成されている油通路３１１に昇圧して供給される。前記油通路３１１に送られた油の一部は、横穴３１２を通って副軸受８０３に流れた後、前記油溜り７３０に戻る。前記油通路３１１を通ってクランクピン３０１の上部に到達した油は、旋回軸受２１０を潤滑した後、主軸受４０１へ流れる。主軸受４０１を潤滑した油は、その殆どが排油パイプ４０８を通り、前記油溜り７３０に戻る。

旋回スクロール２００の旋回ボス部２０３の端面には前記給油ポケット２０５が設けられているので、旋回スクロール２００が旋回運動することにより、前記給油ポケット２０５がシールリング４１０ａを跨いで、該シールリング４１０ａの外側と内側を往復する。これにより、前記旋回軸受２１０と前記主軸受４０１の間にある油の一部は前記給油ポケット２０５を介して背圧室４１１に搬送される。背圧室４１１に搬送された油は、オルダム継手５００を潤滑した後、その一部は、前記固定スクロール１００の鏡板面１０５と前記旋回スクロール２００の台板２０１との摺動面に給油され、この摺動面の微小隙間を通って圧縮室１３０に流入する。また、前記背圧室４１１に搬送された油は、背圧穴（図示せず）を通って、前記圧縮室１３０に流入する。圧縮室１３０に流入した油は圧縮された冷媒ガスと共に吐出口１０４から吐出され、密閉容器７００内で冷媒ガスと分離され前記油溜り７３０に戻る。

次に、図１に示すオルダム継手５００に関して、まず現在一般的に用いられているオルダム継手の例を、図４を用いて説明する。図４は現在一般的に用いられているオルダム継手の底面図である。

図４に示すように、オルダム継手５００は、リング部５０３と、このリング部５０３の旋回スクロール側に形成された一対の第１のキー部（旋回スクロール側キー部）５０１，５０２と、前記リング部５０３のフレーム側に形成された一対の第２のキー部（フレーム側キー部）５０４，５０５を備えている。前記第１のキー部５０１，５０２は旋回スクロール２００の台板２０１に形成されているキー溝２２１ａ，２２１ｂ（図３参照）と係合して摺動し、前記第２のキー部５０３，５０４はフレーム４００の静止台座４３２に形成されているキー溝４３１ａ，４３１ｂ（図２参照）と係合して摺動する。

前記オルダム継手５００の作用を説明する。オルダム継手５００に形成した直交する第１、第２の２対のキー部のうち１対の第１のキー部５０１，５０２が旋回スクロール２００のキー溝２２１ａ，２２１ｂと係合して摺動し、他の１対の第２のキー部５０４，５０５が前記オルダム継手５００の受け部であるフレーム４００のキー溝４３１ａ，４３１ｂと係合して摺動する。これにより、旋回スクロール２００はスクロールラップ２０２の立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール１００に対して自転せずに旋回運動することができる。

次に、図４に示すオルダム継手５００に発生する応力について検討する。
旋回スクロール側の第１のキー部５０１，５０２に作用する荷重をＦｓ、フレーム側の第２のキー部５０４，５０５に作用する荷重をＦｆとする。また、スクロール圧縮機の圧縮動作時のガス荷重によって発生するオルダムキー部荷重をＦ１、旋回スクロール２００が旋回運動することによる慣性力により発生するオルダムキー部荷重をＦ２とする。

前記ガス荷重によって発生するオルダムキー部荷重をＦ１及び前記慣性力により発生するオルダムキー部荷重をＦ２は、以下の式（１）（２）により求めることができる。

Ｆ１＝１／２×Ｋ×Ｊ／（Ｒ／２） …（１）
Ｆ２＝１／４×Ｍ×ε×ω^２×ｓｉｎθ …（２）
ここで、Ｋは荷重係数で、実際に掛かる荷重との乖離を補正するための係数、Ｊは旋回自転モーメント（ｋｇ・ｍ）で、旋回スクロールが旋回運動する際に発生するモーメント、Ｒはオルダム継手の平均径（ｍ）、εは旋回半径（ｍ）、Ｍはオルダムリング質量（ｋｇ）、ωは角速度（rad/s）、θは旋回スクロールの回転角度（°）である。

前記第２のキー部（フレーム側キー部）には、ガス荷重による荷重Ｆ１のみが作用するのに対し、前記第１のキー部（旋回スクロール側キー部）には、前記ガス荷重による荷重Ｆ１に加え、旋回スクロール２００が旋回運動することによる慣性力によって発生する荷重Ｆ２も作用する。即ち、第１のキー部５０１，５０２に作用する荷重Ｆｓ及び第２のキー部５０４，５０５に作用する荷重Ｆｆは、次式（３）（４）で求めることができる。

Ｆｓ＝Ｆ１＋Ｆ２ …（３）
Ｆｆ＝Ｆ１ …（４）
このため、スクロール圧縮機の回転数が大きくなるほど、旋回スクロール２００の旋回運動で生じる慣性力の影響が大きくなり、前記第１のキー部５０１，５０２に作用する荷重が増大するから、前記第１のキー部近傍のリング部５０３に発生する応力も大きくなることが予想される。

そこで、図４に示すオルダム継手５００において、そのリング部５０３における各周方向角度位置で発生する最大主応力について解析した。その結果を図５に示す。図５は図４に示すオルダム継手の周方向角度位置における最大主応力の変化を示す線図である。

図５の応力解析条件は、スクロール圧縮機の動作時に、旋回スクロール側の第１のキー部５０１，５０２に荷重が掛かる結果として、フレーム側の第２のキー部５０４，５０５にも荷重が掛かることから、前記第１のキー部５０１，５０２に荷重をかけた条件として解析を実施したものである。

即ち、旋回スクロール側の第１のキー部５０１，５０２のそれぞれに荷重を掛け、この掛けた荷重を、それぞれ面圧に換算する。また、フレーム側の第２のキー部５０４，５０５と中心軸は辺拘束する。この時、内側の円柱部分もヤング率１ｋＰａ、ポアソン比０．４５の材質が満たされた条件とする。前記第１のキー部５０１，５０２に掛ける荷重については、例えば上述した式（１）〜（４）に基づいて算出した上記荷重Ｆｓを使用する。

このような条件で、オルダム継手５００の各周方向角度位置における断面の応力分布を解析して抽出し、最大値（最大主応力）を取出したものが図５の線図である。図５における横軸の角度は、図４に示す角度に対応しており、第１のキー部５０１の部分が０°（または３６０°）であり、第２のキー部５０４の位置が９０°、第１のキー部５０２の位置が１８０°、第２のキー部５０５の位置が２７０°である。

この図５に示すように、現在一般的に使用されているオルダム継手５００の最大主応力は、第１のキー部（旋回スクロール側キー部）５０１，５０２近傍に最大値となる部分があり、第２のキー部（フレーム側キー部）５０４，５０５近傍に最小値となる部分があることがわかった。

即ち、前記第１のキー部５０１の位置を０°としたとき、旋回スクロール２００の旋回方向（回転軸の回転方向）に向かって、オルダム継手５００の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分における最大主応力の値が最も大きくなっている。また、旋回スクロール２００の旋回方向に向かって、オルダム継手の周方向位置が、８０〜１２０°の部分と、２６０〜３００°の部分における最大主応力の値が最も小さくなっていることがわかった。

そこで、本実施例のスクロール圧縮機は図６に示すように構成している。図６は本発明の実施例１におけるオルダム継手の構成を説明する底面図である。なお、図６において、ｄ１は本実施例におけるオルダム継手の内径部分を示しており、二点鎖線で示すｄ２は図４に示す一般的なオルダム継手の内径部分を参考までに示したものである。

本実施例におけるスクロール圧縮機は上述した図１〜図３を用いて説明したものと同様である。また、オルダム継手５００についても、図４に示すオルダム継手と基本的には同様であり、旋回スクロール２００側に突出した一対の第１のキー部５０１，５０２と、この第１のキー部５０１，５０２に直交するように配置され、且つフレーム側に突出した一対の第２のキー部５０４，５０５を備えている。

但し、本実施例におけるオルダム継手５００は、図５の解析結果に基づいて、図６に示すように、第１のキー部５０１，５０２近傍のリング部５０３の断面積が、第２のキー部５０４，５０５近傍のリング部５０３の断面積よりも大きい構成としている。

更に詳細に説明する。一般に、「応力＝荷重／断面積」の関係となるため、オルダム継手５００の前記リング部５０３の断面積を増大させることにより、オルダム継手５００に発生する応力を低減することができる。そこで、図５の解析結果に基づいて、本実施例では、図６に示すように、前記オルダム継手５００における前記第１のキー部５０１の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向（回転軸の回転方向）に向かって、オルダム継手５００の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において、該オルダム継手５００の断面積が最大になるように構成しているものである。

即ち、オルダム継手５００の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分における前記オルダム継手の内径が、他の周方向位置におけるオルダム継手の内径より小さく構成することにより、オルダム継手の前記１０〜４０°の部分と、前記１９０〜２２０°の部分の断面積を拡大する構成としている。

また、本実施例では、図６に示すように、前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、８０〜１２０°の部分と、２６０〜３００°の部分において該オルダム継手の断面積が最小になるように構成している。

即ち、オルダム継手５００の周方向位置が、８０〜１２０°の部分と、２６０〜３００°の部分における前記オルダム継手の内径が、他の周方向位置におけるオルダム継手の内径より大きく構成することにより、オルダム継手の前記８０〜１２０°の部分と、前記２６０〜３００°の部分の断面積が最小となる構成にしている。

このように構成することにより、オルダム継手５００の第１のキー部５０１，５０２に作用する荷重によって前記リング部５０３に過大な応力が発生するのを抑制することができ、高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなく強度を十分に向上することのできるスクロール圧縮機が得られる。

更に、本実施例では、図６に示すように、オルダム継手５００の第１のキー部５０１，５０２の近傍におけるリング部から、第２のキー部５０４，５０５の近傍におけるリング部に至るまで、連続的に断面積を変化させた構成としている。

即ち、前述したオルダム継手５００の周方向位置が８０〜１２０°の部分（断面積が最小になる部分）から１９０〜２２０°の部分（断面積が最大になる部分）に至るまで、及びオルダム継手の周方向位置が、２６０〜３００°の部分（断面積が最小になる部分）から１０〜４０°の部分（断面積が最大になる部分）に至るまで、前記オルダム継手の内径が連続的に小さくなるようにして、リング部の断面積が連続的に増加するように構成している。

また、オルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分（断面積が最大になる部分）から８０〜１２０°の部分（断面積が最小になる部分）に至るまで、及びオルダム継手の周方向位置が、１９０〜２２０°の部分（断面積が最大になる部分）から２６０〜３００°の部分（断面積が最小になる部分）に至るまで、前記オルダム継手の内径が連続的に大きくなるようにして、リング部の断面積が連続的に減少するように構成している。

このように、本実施例においては、オルダム継手５００の断面積が最小になる部分から断面積が最大になる部分に至るまで連続的にリング部断面積を大きくし、且つ断面積が最大になる部分から断面積が最小になる部分に至るまで連続的にリング部断面積を小さくしている。即ち、前記リング部５０３の内径側の径をオルダム継手５００の中心に向かって次第に小さく或いは大きくなるようにすることにより、断面積が次第に変化する構成としているので、オルダム継手５００のリング部断面積が変化することによる応力集中を回避してオルダム継手の強度を更に向上することができる。

また、図５に示す解析結果から、０°〜９０°及び１８０°〜２７０°の範囲の応力変化幅が大きいのに対し、９０°〜１８０°及び２７０°〜３６０°の範囲の応力変化幅が小さいことがわかる。

そこで、本実施例ではオルダム継手５００に発生する応力分布を改善するように、前記リング部５０３の断面積を拡大或いは減少させる。応力は断面積に反比例することを考慮し、本実施例では、オルダム継手５００のリング部５０３の各部断面積を、以下の関係式（５）で求め、図５に示す最大主応力の変化に対応させて、前記リング部断面積を連続変化させるようにしている。

改善後の断面積＝改善前の断面積×（現状品の応力値／改善後の応力値） …（５）
なお、式（５）で算出した断面積にすると、形状が凸凹になることも考えられ、それによる応力集中を避けるため、本実施例では、リング部５０３の周方向各部における内径側を上記式（５）で求めた改善後の断面積に近似的に合わせた楕円形状としている。また、この楕円形状は、図５に示す各領域の応力変化幅に対応させて、図６に示すような形状としている。このように構成することにより、オルダム継手５００に発生する応力を更に低減することが可能となる。

更に、本実施例では、前記オルダム継手５００を鋳造鍛造法で製造されたものとしている。オルダム継手５００を鋳造鍛造法で製作することにより、押出し材等で製作したものと比較して、最終形状に近い形状とすることが可能となる。その結果、高い面精度が求められるオルダム継手の摺動面等、必要最小限の領域のみを機械加工することでオルダム継手５００を製作することが可能となり、製作工程を低減して、安価に製作できる。

以上説明したように、本実施例のスクロール圧縮機によれば、前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において該オルダム継手の断面積が最大になるように構成されているので、高速高負荷運転時であってもオルダム継手を大型化することなくその強度を向上することのできるスクロール圧縮機を得ることができる。従って、冷凍空調装置等に用いるスクロール圧縮機の寸法を増大することなく、高速高負荷時のオルダム継手の破損を防止して信頼性を確保することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１：スクロール圧縮機、２：圧縮機構部、３：駆動部、
１００：固定スクロール、１０１：台板、１０２：ラップ、１０３：吸入口、
１０４：吐出口、１０５：鏡板面、１３０：圧縮室、
２００：旋回スクロール、２０１：台板、２０２：ラップ、
２０３：旋回ボス部、２０５：給油ポケット、
２２１ａ，２２１ｂ：旋回スクロールのキー溝、２１０：旋回軸受（すべり軸受）、
３００：回転軸、３０１：クランクピン、３０２：主軸部、３０３：副軸受支持部、
３１１：油通路、３１２：横穴、
４００：フレーム、
４０１：転がり軸受（主軸受）、４０１ａ：軸受支持部、４０１ｂ：圧縮機構部支持部、
４０２：スラスト軸受、４０３：フレームカバー、４０５，４０６，８０５：ボルト、
４０７：バランスウェイト、４０８：排油パイプ、
４１０：シールリング溝、４１０ａ：シールリング、
４１１：背圧室、４３０：台座、４３２：静止台座、
４３１ａ，４３１ｂ：フレームのキー溝、
５００：オルダム継手、
５０１，５０２：第１のキー部（旋回スクロール側キー部）、
５０３：リング部、
５０４，５０５：第２のキー部（フレーム側キー部）、
６００：電動機、６０１：固定子、６０１ａ：コイルエンド、６０２：回転子、
７００：密閉容器、７０１：吐出管、７０２：ハーメ端子、７０３：端子カバー、
７１０：上キャップ、７１１：吸入管、７２０：下キャップ、７２１：脚部、
７２２：マグネット、７３０：油溜り、７４０：溶接部、
８０１：下フレーム、８０２：副軸受ハウジング、８０３：転がり軸受（副軸受）、
８０４：ハウジングカバー、９００：ポンプ部、９０１：給油穴。

Claims (8)

1. フレームに固定された固定スクロールと、この固定スクロールと前記フレームとの間に配置された旋回スクロールとを備え、前記両スクロールを噛み合わせると共に、前記旋回スクロールを、オルダム継手により自転を阻止しつつ前記固定スクロールに対し旋回運動させるように構成しているスクロール圧縮機であって、
   前記オルダム継手は、旋回スクロール側に突出した一対の第１のキー部と、この第１のキー部に直交するように配置され且つフレーム側に突出した一対の第２のキー部を備え、
   前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において該オルダム継手の断面積が最大になるように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、８０〜１２０°の部分と、２６０〜３００°の部分において該オルダム継手の断面積が最小になるように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項２に記載のスクロール圧縮機において、
   前記オルダム継手の断面積が最小になる部分から断面積が最大になる部分に至るまで、連続的にリング部の断面積が大きくなるように構成し、且つ前記オルダム継手の断面積が最大になる部分から断面積が最小になる部分に至るまで、連続的にリング部の断面積が小さくなるように構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   オルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分における前記オルダム継手の内径が、他の周方向位置におけるオルダム継手の内径より小さく構成することにより、オルダム継手の前記１０〜４０°の部分と、前記１９０〜２２０°の部分の断面積を、他の周方向位置における断面積よりも拡大していることを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   オルダム継手の周方向位置が、８０〜１２０°の部分から１９０〜２２０°の部分に至るまで、及びオルダム継手の周方向位置が、２６０〜３００°の部分から１０〜４０°の部分に至るまで、前記オルダム継手の内径が連続的に小さくなるようにして、リング部の断面積が連続的に増加するように構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 請求項５に記載のスクロール圧縮機において、
   オルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分から８０〜１２０°の部分に至るまで、及びオルダム継手の周方向位置が、１９０〜２２０°の部分から２６０〜３００°の部分に至るまで、前記オルダム継手の内径が連続的に大きくなるようにして、リング部の断面積が連続的に減少するように構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
7. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記オルダム継手として、鋳造鍛造法で製作したオルダム継手を使用していることを特徴としているスクロール圧縮機。
8. 旋回スクロールを固定スクロールに対し、自転を阻止しつつ旋回運動させるように構成しているスクロール圧縮機用オルダム継手であって、
   旋回スクロール側に突出する一対の第１のキー部と、この第１のキー部に直交するように配置され且つフレーム側に突出する一対の第２のキー部を備え、
   前記第１のキー部の位置を０°としたとき、前記旋回スクロールの旋回方向に向かってオルダム継手の周方向位置が、１０〜４０°の部分と、１９０〜２２０°の部分において該オルダム継手の断面積が最大になるように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機用オルダム継手。

Images