JP4618645B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
そのため、揺動スクロールに軸方向荷重が発生してしまったり、軸方向を鉛直方向に配置することで揺動スクロールの自重が軸方向の荷重になってしまったりで、結局何らかの軸方向荷重が作用する。そうすると、揺動スクロールの渦巻の先端(以下「渦巻歯先」と称す)のみでスラスト荷重を受けることになり、過大な面圧によって摩耗が増大したり、摺動面の焼損や渦巻の破損、異常振動や異常音の発生など問題があった。
そこで、かかる軸方向荷重が揺動スクロールの渦巻歯先のみにかからないようにする目的で、揺動スクロールにスラスト軸受手段を設置する発明が開示されている(例えば、特許文献1参照。)
平面円盤からなる揺動鏡板および該揺動鏡板の両面にそれぞれ形成された揺動渦巻を具備し、前記固定スクロールに挟まれるように配置された揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを揺動する駆動要素と、
前記固定スクロール、揺動スクロールおよび駆動要素を収納する密閉容器と、を有し、
前記固定渦巻の側面と前記揺動渦巻の側面とが複数個所において当接することによって流体を圧縮する圧縮室が形成され、かつ、該圧縮室の内部容積が前記揺動スクロールの揺動によって変動するものであって、
前記揺動鏡板の片面または両面に前記揺動渦巻の高さと同一高さだけ突出する揺動スクロール側荷重支持部が設けられ、前記揺動スクロールに軸方向荷重が作用した際、前記揺動渦巻と前記揺動スクロール側荷重支持部とが前記軸方向荷重を前記軸方向荷重の作用する方向側の固定スクロールに伝達することを特徴とする。
なお、本発明において、「揺動渦巻の高さと同じ高さ」とは、文字通り「同一」であることに限定するものではなく、前記軸方向荷重が揺動ランド部と揺動渦巻との両方に分散される程度に同じである状態を意味し、揺動渦巻の高さよりも僅かに高い状態を含むものである。
(スクロール圧縮機)
図1および図2は、それぞれ本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の実施例1の主要部を示す縦断面図および圧縮要素部の縦断面図である。
図1および図2において、スクロール圧縮機100は密閉容器1を有し、密閉容器1の内部の上部には電動要素2が、下部には圧縮要素5が各々配置され、電動要素2と圧縮要素5とはクランク軸8によって連結されている。また、密閉容器1の側壁上部の電動要素2より上方には冷媒ガスを吸入するための吸入管6が側方に向けて突設されており、密閉容器1の側壁下部の圧縮要素5に対応した位置には、圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管7が突設されている。
電動要素2は密閉容器1側に固定された固定子3と、圧縮要素5を駆動するためのクランク軸8が設置された回転子4とからなる。
クランク軸8の上部は回転子4に挿入され、中央部は圧縮要素5を貫通し、下部はて密閉容器1の下方まで伸び、最下端にはオイルポンプ9が備わり、中央部から最下端にかけて給油穴8aが形成されている。
そして、オイルポンプ9は密閉容器1内の下部に封入されている潤滑油10に浸漬されている。したがって、回転子4により駆動されたクランク軸8の回転によってオイルポンプ9が駆動され、オイルポンプ9によって汲み上げられた潤滑油10は、給油穴8aを経由して圧縮要素5に供給される。
圧縮要素5は、揺動スクロール14と、揺動スクロール14を挟むように密閉容器1の内壁面に固定された一対の固定スクロール11、12(以下、説明の便宜上それぞれ「上固定スクロール11」および「下固定スクロール12」と称し、共通する内容については「固定スクロール11、12」と称す場合がある)とを有している。
上固定スクロール11の鏡板(以下「上固定鏡板」と称す)11aの上面にはホルダ13が設置され、ホルダ13を介して固定子3が密閉容器1に固定されている。
上固定鏡板11aの中央にはクランク軸8を通すための軸受(以下「上固定軸受」と称す)11bが設置され、上固定軸受11bとクランク軸8との間に円筒状の上固定軸受メタル17が嵌合されている。
また、上固定鏡板11aの下面にはインボリュート曲線により形成された渦巻(以下「上固定渦巻」と称す)11cが備わっている。そして、上固定鏡板11aの外周側には密閉容器1内から上固定渦巻11c側に向けて冷媒ガスが流れる上吸入ポート11dが設けられている。
また、下固定鏡板12aの上面にはインボリュート曲線により形成された渦巻(以下「下固定渦巻」と称す)12cが備わっている。そして、下固定鏡板12aの外周側には密閉容器1内から下固定渦巻12c側に向けて冷媒ガスが流れる下吸入ポート12dが設けられている。
揺動スクロール14は平面円盤状の鏡板(以下「揺動鏡板」と称す)14aの両面に、それぞれインボリュート曲線により形成された渦巻14c、14d(以下、説明の便宜上それぞれ「上揺動渦巻14c」および「下揺動渦巻14d」と称する)を備えている。
また、揺動鏡板14aの中央にはクランク軸8の中央部にある偏芯部8bを通すための軸受(以下「揺動軸受」と称す)14bが設置され、揺動軸受14bとクランク軸8との間に円筒状の軸受メタル(以下「揺動軸受メタル」と称す)19が嵌合されている。
そして、上下一対の固定スクロール11、12はそれぞれ渦巻側を向き合わせて配置され、固定スクロール11、12の間には、揺動スクロール14が配置されている。
したがって、揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面側では、揺動スクロール14の上揺動渦巻14cの側面(内周壁面及び外周壁面)が、上固定スクロール11の上固定渦巻11cの側面(外周壁面及び内周壁面)にインボリュート曲線にそった複数箇所で接触し、これらの接触した箇所の間で冷媒ガスを圧縮するための圧縮室(以下「上圧縮室」と称す)15が形成される。
また、同様に、揺動スクロール14の揺動鏡板14aの下面側では揺動スクロール14の下揺動渦巻14dと下固定スクロール12の下固定渦巻12cとの間で冷媒ガスを圧縮するための圧縮室(以下「下圧縮室」と称す)16が形成される。
また、クランク軸8の偏芯部8bは、揺動スクロール14の上揺動渦巻14cの内周壁面及び外周壁面と上固定スクロール11の上固定渦巻11cの内周壁面及び外周壁面がちょうど接触し、かつ、揺動スクロール14の下揺動渦巻14dの内周壁面及び外周壁面と下固定スクロール12の下固定渦巻12cの内周壁面及び外周壁面がちょうど接触するだけの長さだけクランク軸8の回転中心に対して偏芯している。
一方、上固定スクロール11の上固定渦巻11cと揺動スクロール14の上揺動渦巻14cとの外周側には、揺動スクロール14の自転を抑制し、所定の公転運動を行わせるためのオルダムツギテ22が配置されている。
したがって、後記のように、揺動スクロール14は揺動し、該揺動によって上圧縮室15および下圧縮室16の内部容積が変動する。
さらに、本実施例の特徴としては、揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面には上揺動渦巻14cの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い上揺動ランド部(揺動スクロール側荷重支持部に同じ)23が設けられ、揺動鏡板14aの下面には下揺動渦巻14dの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い下揺動ランド部24が設けられている。
そして、上揺動ランド部23には、上固定スクロール11の上吸入ポート11dから上圧縮室15(上固定渦巻11cと上揺動渦巻14cとによって形成される)への冷媒ガス流路を確保する図示しない吸入口が形成され、同様に、下揺動ランド部24には、下固定スクロール12の下吸入ポート12dから下圧縮室16(下固定渦巻12cと下揺動渦巻14dとによって形成される)への冷媒ガス流路を確保する図示しない吸入口が形成されている。
また、前記のように、クランク軸8と上固定スクロール11の上固定軸受11bとの間には円筒状の上固定軸受メタル17が嵌合され、下固定スクロール12の下固定軸受12bとの間には円筒状の下固定軸受メタル18が嵌合され、揺動スクロール14の揺動軸受14bとの間には円筒状の揺動軸受メタル19が嵌合されている。そして、上固定軸受メタル17、下固定軸受メタル18および揺動軸受メタル19にはクランク軸8に形成されている給油穴8aを経由して、オイルポンプ9によって汲み上げられた潤滑油10が供給されるようになっている。
また、クランク軸8には上固定スクロール11の上側位置と下固定スクロール12の下側位置とに、揺動スクロール14(偏心回転運動する)の静バランス、動バランスをとるための上部バランスウエイト20、下部バランスウエイト21がそれぞれ設けられている。
次に、動作について説明する。固定子3に電圧が印加され回転子4が駆動すると、クランク軸8が軸心を中心として回転し、クランク軸8の偏芯部8bは軸心(回転中心)に対して公転運動を行う。この公転運動により、偏芯部8bに嵌合している揺動スクロール14は、揺動スクロール14の自転を抑制するオルダムツギテ22のために揺動スクロール14は自転することなく、上固定スクロール11および下固定スクロール12に対して公転運動をする。
かかる公転運動に伴って、揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面では相対する上固定渦巻11cと上揺動渦巻14cとの接触箇所が中心に向かって移動するため、上圧縮室15は中心に向かって移動すると共に、その内部容積が除々に縮小する。また、同様に、揺動鏡板14aの下面では相対する下固定渦巻12cと下揺動渦巻14dとの接触箇所が中心に向かって移動するため、下圧縮室16は中心に向かって移動すると共に、その内部容積が除々に縮小する。
また、同様に、冷媒ガスは下吸入ポート12dを通り下圧縮室16に流入し、圧縮されながら下固定渦巻12cおよび下揺動渦巻14dの中心部に達した後、上圧縮室15から流入した冷媒ガス(圧縮されている)と共に、下固定鏡板12aの上ボス部14eの中央近く(下固定軸受12bの近傍に同じ)に形成された吐出ポート12eを経由して吐出管7から密閉容器1外に吐出される。
前記のように、本実施例は特徴として揺動スクロール14の揺動鏡板14aに上揺動渦巻14cおよび下揺動渦巻14dが設置されている。したがって、形状精度などが十全でないために上圧縮室15または下圧縮室16から漏れる冷媒ガスの漏れ量に差が生じて、揺動スクロール14に上方向の軸方向荷重が発生したとしても、かかる上方向の軸方向荷重は、揺動スクロール14に設けられた上揺動ランド部23の先端面および上揺動渦巻14cの歯先面と、上固定スクロール11に設けられた上固定渦巻11cの歯先面とを合計した広い面積で受け止めることができる。
よって、軸方向荷重が大きくなっても、これを受け止めることができる。また、摺動抵抗が低減するから摺動部の損傷が防止されると共に、摺動部への潤滑が簡素になる。さらに、所定の接触面圧を超えない程度に、上揺動ランド部23(下揺動ランド部24)の接触面積を減少することが可能になるから、装置の小型化を推進することができる。
次に実施例2について説明する。本例は、渦巻の歯先の形態とランド部との形態について変形例を挙げたものであり、その他の構造、作用については実施例1と同様であるので、変更した部分について説明する。なお、以下の図において、実施例1(図1、図2)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図3は本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の実施例2における圧縮要素部の縦断面図である。図3において、スクロール圧縮機200の揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面に形成された上揺動渦巻14cの歯先に揺動シール材27を設け、また、同様に、上固定スクロール11の上固定鏡板11aに形成された上固定渦巻11cの歯先に固定シール材28を設ける。
そして、揺動スクロール14の上面にはランド部を形成することなく、揺動鏡板14aの下面にのみ、下揺動渦巻14dの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い下揺動ランド部24を設けた構造とする。
さらに、下揺動ランド部24を設けた位置と略同一位相(中心から略同一半径の位置、実施例1における上揺動ランド部23の位置に相当する)で揺動鏡板14aの上面側にオルダムツギテ22を配置する。
そのため、揺動シール材27および固定シール材28を具備しない下圧縮室16よりも上圧縮室15の方が冷却ガスの圧力が高くなり、結果として、揺動スクロール14には常時下方向の軸方向荷重が発生することになる。
したがって、形状精度などが十全でない場合であっても、揺動スクロール14に上方向の軸方向荷重が発生することがないから、上揺動ランド部を設けなくても上揺動渦巻14cに軸方向荷重が作用することがない。
また、上揺動ランド部を設けない分揺動スクロール14が軽量になる。
さらに、下揺動ランド部24を設けた位置と略同一位相(中心から略同一半径の位置)で揺動鏡板14aの上面側にオルダムツギテ22を配置するから、コンパクトな渦巻構成となる。
次に実施例3について説明する。本例は、ランド部を固定側に設置した変形例を挙げたものであり、その他の構造、作用については実施例1と同様であるので、変更した部分について説明する。なお、以下の図において、実施例1(図1、図2)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図4は本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の実施例3における圧縮要素部の縦断面図である。図4において、本実施例の特徴としては、スクロール圧縮機300の上固定スクロール11の上固定鏡板11aの下面には上揺動渦巻14cの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い上固定ランド部(固定スクロール側荷重支持部に同じ)25が設けられ、下固定スクロール12の下固定鏡板12aの上面には下揺動渦巻14dの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い下固定ランド部(固定スクロール側荷重支持部に同じ)26が設けられている。
そして、上固定ランド部25には上固定スクロール11の上吸入ポート11dから上圧縮室15(上固定渦巻11cと上揺動渦巻14cとによって形成される)への冷媒ガス流路を確保する図示しない吸入口が形成され、同様に、下固定ランド部26には、下固定スクロール12の下吸入ポート12dから下圧縮室16(下固定渦巻12cと下揺動渦巻14dとによって形成される)への冷媒ガス流路を確保する図示しない吸入口が形成されている。
すなわち、本実施例は、前記実施例1における、揺動スクロール14に設置された上揺動ランド部23および下揺動ランド部24を、それぞれ上固定スクロール11側および下固定スクロール12側に移設して、それぞれ、上固定ランド部25および下固定ランド部26と称呼したものである。
さらに、揺動スクロール14には上揺動ランド部および下揺動ランド部が設置されないから、揺動スクロール14の質量を小さく構成することで、静バランス、動バランスをとるための上部バランスウエイト20、下部バランスウエイト21をそれぞれより小さく構成できる。
次に実施例4について説明する。本例は、ランド部を固定側に設置した変形例を挙げたものであり、その他の構造、作用については実施例2と同様であるので、変更した部分について説明する。なお、以下の図において、実施例2(図3)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図5は本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の実施例4における圧縮要素部の縦断面図である。図5において、スクロール圧縮機400の揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面に形成された上揺動渦巻14cの歯先に揺動シール材27を設け、また、同様に、上固定スクロール11の上固定鏡板11aに形成された上固定渦巻11cの歯先に固定シール材28を設ける。
そして、揺動スクロール14の揺動鏡板14aの上面あるいは上固定スクロール11の上固定鏡板11aの下面にランド部を形成することなく、下固定スクロール12の下固定鏡板12aの上面にのみ、下揺動渦巻14dの高さと同じか、もしくは、僅かだけ高い下固定ランド部26を設けた構造とする。
さらに、下固定ランド部26を設けた位置と略同一位相(中心から略同一半径の位置、実施例1における上揺動ランド部23の位置あるいは実施例3における上固定ランド部25の位置に相当する)で揺動鏡板14aの上面側にオルダムツギテ22を配置する。
そのため、揺動シール材27および固定シール材28を具備しない下圧縮室16よりも上圧縮室15の方が冷却ガスの圧力が高くなり、結果として、揺動スクロール14には常時下方向の軸方向荷重が発生することになる。
したがって、形状精度などが十全でない場合であっても、揺動スクロール14に上方向の軸方向荷重が発生することがないから、上揺動ランド部あるいは上固定ランド部を設けなくても上揺動渦巻14cに軸方向荷重が作用することがない。
また、揺動スクロール14には上揺動ランド部および下揺動ランド部が設置されないから、揺動スクロール14の質量を小さく構成することで、静バランス、動バランスをとるための上部バランスウエイト20、下部バランスウエイト21をそれぞれより小さく構成できる。
さらに、下固定ランド部26を設けた位置と略同一位相(中心から略同一半径の位置)で揺動鏡板14aの上面側にオルダムツギテ22を配置するから、コンパクトな渦巻構成となる。
Claims (6)
- 少なくとも一方の面が平面からなる固定鏡板および該固定鏡板の平面に形成された固定渦巻を具備する一対の固定スクロールと、
平面円盤からなる揺動鏡板および該揺動鏡板の両面にそれぞれ形成された揺動渦巻を具備し、前記固定スクロールに挟まれるように配置された揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを揺動する駆動要素と、
前記固定スクロール、揺動スクロールおよび駆動要素を収納する容器と、を有し、
前記固定渦巻の側面と前記揺動渦巻の側面とが複数個所において当接することによって流体を圧縮する作用室が形成され、かつ、該作用室の内部容積が前記揺動スクロールの揺動によって変動するスクロール圧縮機であって、
前記揺動鏡板の片面または両面に前記揺動渦巻の高さと同一高さだけ突出する揺動スクロール側荷重支持部が設けられ、前記揺動スクロールに軸方向荷重が作用した際、前記揺動渦巻と前記揺動スクロール側荷重支持部とが前記軸方向荷重を前記軸方向荷重の作用する方向側の固定スクロールに伝達することを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記揺動鏡板の両側に形成された揺動渦巻の内、一方の渦巻の先端にのみ、前記固定鏡板との間における流体の流れを防止するシール材が配設され、
前記揺動鏡板の他方の面にのみ前記揺動スクロール側荷重支持部が設けられていることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 前記揺動スクロール側荷重支持部が、前記揺動渦巻が形成された範囲の外周側に設けられていることを特徴とする請求項1または2記載のスクロール圧縮機。
- 少なくとも一方の面が平面からなる固定鏡板および該固定鏡板の平面に形成された固定渦巻を具備する一対の固定スクロールと、
平面円盤からなる揺動鏡板および該揺動鏡板の両面にそれぞれ形成された揺動渦巻を具備し、前記固定スクロールに挟まれるように配置された揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを揺動する駆動要素と、
前記固定スクロール、揺動スクロールおよび駆動要素を収納する容器と、を有し、
前記固定渦巻の側面と前記揺動渦巻の側面とが複数個所において当接することによって流体を圧縮する作用室が形成され、かつ、該作用室の内部容積が前記揺動スクロールの揺動によって変動するスクロール圧縮機であって、
前記一対の固定スクロールの一方または片方について、前記固定鏡板の平面に前記揺動渦巻の高さと同一高さだけ突出する固定スクロール側荷重支持部が設けられ、前記揺動スクロールに軸方向荷重が発生した際、前記揺動渦巻と前記固定スクロール側荷重支持部とが前記軸方向荷重を前記軸方向荷重の作用する方向側の固定スクロールに伝達することを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記揺動鏡板の両側に形成された揺動渦巻の内、一方の渦巻の先端にのみ、前記固定鏡板との間における流体の流れを防止するシール材が配設され、
前記揺動鏡板の他方の面に対峙する前記固定鏡板にのみ前記固定スクロール側荷重支持部が設けられていることを特徴とする請求項4記載のスクロール圧縮機。 - 前記固定スクロール側荷重支持部が、前記固定渦巻が形成された範囲の外周側に設けられていることを特徴とする請求項4または5記載のスクロール圧縮機。
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