JP4749136B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、空調機および冷凍機等に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機は、フレームにオルダムリングを収容するオルダムリング収容部が形成され、オルダムリングは、オルダムリング収容部と揺動スクロールの背面にそれぞれ所定方向に摺動自在に構成されている。そして、フレームのオルダムリング収容部の底面に、オルダムリングを境に揺動スクロールの背面とオルダムリング収容部の底面との間にそれぞれ形成される内側空間と外側空間とを連通する第１の潤滑油通路を形成している（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１８９９６１号公報（段落００１６〜００１８、図１〜３）

上記のような従来スクロール圧縮機において、二酸化炭素等冷媒の物性上、圧縮時に非常に高圧となるような冷媒を用いた場合は、運転中のスラスト受けに発生するスラスト荷重が過大となるため、揺動スクロールの台板とスラスト受けが変形する。逆に、スラスト受けを支えるフレームは剛性が大きくあまり変形しないため、結果、スラスト受けは局所的にスラスト荷重を受けて、大きな面圧が発生していた。そのため、摺動抵抗の増大による大きな摩耗や凝着が発生し圧縮機の運転損失が生じたり、圧縮機に不具合が生じるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、摺動部での大きな摩耗や凝着を防ぐことができ、信頼性の高いスラスト軸受を備えたスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

この発明に係るスクロール圧縮機は、底部に油溜めを有するシェル内の上部に設けられ、台板上に渦巻歯を有する固定スクロールと、前記固定スクロールとともに圧縮機構を構成し、台板上に渦巻歯、背面に揺動軸受が形成されたボス部を有する揺動スクロールと、前記揺動軸受に回転自在に係合する偏心軸部をその上端面に形成した主軸と、前記シェルの内周面に固着され、前記揺動スクロールの前記ボス部を収納する凹部を有し、前記スクロールの背面を支承するスラスト軸受部及び前記凹部の下部に形成され、前記主軸を支承する主軸受を有するフレームと、前記揺動スクロールの自転を防止するオルダムリングとを備えたスクロール圧縮機において、前記オルダムリングを前記揺動スクロールと前記固定スクロールの各々の前記渦巻歯の外周側の前記台板間に配設し、前記揺動スクロールの背面の前記ボス部近傍から最外周部までの全面を別部材となるスラスト受けで形成し、前記スラスト受けと、前記フレームの前記スラスト軸受部の前記凹部を除くほぼ全面を摺接させるようにしたものである。

この発明によれば、オルダムリングを揺動スクロールと前記固定スクロールの各々の前記渦巻歯の外周側の前記台板間に配設し、前記揺動スクロールの背面の前記ボス部近傍から最外周部までの全面を別部材となるスラスト受けで形成し、前記スラスト受けと、前記フレームの前記スラスト軸受部の前記凹部を除くほぼ全面を摺接させるようにしたので、スラスト荷重を受けるスラスト軸受部の面積を大きくでき、揺動スクロール背面のスラスト軸受面積をその分拡張することができ、摺動部での大きな摩耗や凝着を防ぐことができ、信頼性の高いスラスト軸受を備えたスクロール圧縮機を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の要部拡大断面図、図３はスクロール圧縮機の圧縮機構部の分解斜視図である。
図１〜３において、固定スクロール１０１及び揺動スクロール１０２から構成される圧縮機構がシェル１０３内の上部に設けられている。揺動スクロール１０２はその外周近傍背面において、シェル１０３の内周面に固着されたフレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆによりスラスト方向に摺動自在に支持されている。

また、揺動スクロール１０２の中心近傍背面には揺動軸受１０２ｃが形成されており、この揺動軸受１０２ｃと周方向に摺動自在に係合する偏心軸部１０５ａを上端部に有し、フレーム１０４に形成された主軸受１０４ａにおいてラジアル方向に軸支された主軸１０５が、電動機１０６によって回転駆動自在に設けられている。

また、揺動スクロール１０２と固定スクロール１０１との間に揺動スクロールの自転を防止するオルダムリング１０７が配置されている。
図２、図３に示すように、揺動スクロール１０２と固定スクロール１０１の台板の歯面側にオルダムリング１０７の爪一対をそれぞれ収容するためのオルダムリング爪収容部１０２ｂ、１０１ｂが形成されている。

また、シェル１０３の底部には油溜め１０８が形成され、油溜め１０８の潤滑油を汲み上げて、揺動軸受１０２ｃ、主軸受１０４ａ、揺動スクロール１０２とフレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆの間等に供給するためのポンプ１０９が主軸１０５の下端に設けられている。また、主軸１０５内には、主軸油穴１０５ｂが設けられている。

次に、スクロール圧縮機の圧縮機構について図３により詳細を説明する。
圧縮機構は、固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２を、中間にオルダムリング１０７を配置して組み合わせ、揺動スクロール１０２の背面とフレーム１０４との間には、スラスト受け１１２が配置し、固定スクロール１０１が、フレーム１０４に固定されている。

固定スクロール１０１は、台板の下面にスクロール歯が形成され、クロール歯の外周の台板にオルダムリング１０７の固定スクロール１０１側の爪一対を収容するためのオルダムリング爪収容部１０１ｂが形成されている。

揺動スクロール１０２において、台板の第一の面にスクロール歯が形成され、第一の面の裏面である第二の面には、中心部に揺動軸受を有するボス部１０２ａが形成されている。また、揺動スクロール１０２の第一の面のスクロール歯の外周にオルダムリング１０７の揺動スクロール１０２側の爪一対を収容するためのオルダムリング爪収容部１０２ｂが形成されている。

オルダムリング１０７は、揺動スクロール１０２と固定スクロール１０１の各々の渦巻歯の外周側の台板間に配設され、リング形状をなし、このリングに、互いに直交する１対の固定側爪１０７ａと揺動側爪１０７ｂがそれぞれ形成されている。
オルダムリング１０７は、固定スクロール１０１のオルダムリング爪収容部１０１ｂの底面に対して所定方向に摺動自在であり、かつ、揺動スクロール１０２のオルダムリング爪収容部１０２ｂの底面に対して、オルダムリング爪収容部１０１ｂの所定方向と直交する方向に摺動自在であるように構成されている。

スラスト受け１１２には、スラスト受け油溝１１２ａが形成されている。
また、フレーム１０４は、従来のように、オルダムリング収納部がなく、揺動スクロールの背面のボス部１０２ａを除くほぼ全面と、揺動スクロール１０２のボス部１０２ａを収納する凹部１０４ｅを除くほぼ全面を摺接させるスラスト軸受部１０４ｆが形成されている。

次に、動作を図１〜３により説明する。
電動機１０６により主軸１０５が回転駆動されると、偏心軸部１０５ａおよび揺動軸受１０２ｃにおいて主軸１０５と係合する揺動スクロール１０２に伝えられる。このとき、
オルダムリング爪収容部１０１ｂ、１０２ｂ内で往復運動するオルダムリング１０７により揺動スクロール１０２の自転が防止され、揺動スクロール１０２は公転運動を行い、固定スクロール１０１と協動する。そして、冷媒ガスは、吸入管から吸入され、シェル１０３内の固定スクロール１０１と揺動スクロール１０２によって構成された圧縮室へ吸入、圧縮された後、吐出管を介してシェル１０３外へ吐出される。

運転時、圧縮ガスによるスラスト荷重によって、揺動スクロール１０２がフレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆに強く押し付けられながら公転運動をする。
なお、冷媒として、例えば、二酸化炭素等を用いるが、二酸化炭素等を冷媒に用いた場合、従来のＨＦＣ冷媒等と比べ常用密度が高いが、圧縮機運転時に発生する圧縮ガスの軸方向へのガス圧縮力（スラスト荷重）を受けるスラスト受け１１２及びフレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆの面積を大きくして面圧を低下させている。

また、主軸１０５が回転すると、ポンプ１０９により油溜め１０８内の潤滑油が吸引され、潤滑油は、主軸油穴１０５ｂを通って揺動軸受１０２ｃおよび主軸受１０４ａ、揺動スクロール１０２の背面等を潤滑し、次いで、フレーム１０４に穿設された排油穴１１３を経て油溜め１０８に戻る。
なお、オルダムリング１０７の潤滑は、冷媒中の油で行われる。

以上のように、冷媒として二酸化炭素等を用いたので、従来のＨＦＣ冷媒等と比べ常用密度が高いため、同じ冷凍能力を出す場合に従来の冷媒に比べ体積流量が少なくてよい。そのため、圧縮機行程容積を小さくでき、その結果スクロール圧縮機の場合、小さい渦巻径でも同等能力を得ることができる。
従って、圧縮機外径を大きくすること無く、オルダムリング１０７を揺動スクロール１０２と固定スクロール１０１の間に配置することができる。

また、揺動スクロール１０２の背面のボス部１０２ａを除くほぼ全面と、フレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆの凹部１０２ａを除くほぼ全面を摺接させるようにしたので、圧縮機運転時に発生する圧縮ガスの軸方向へのガス圧縮力（スラスト荷重）を受けるスラスト受け１１２の面積を大きくできると同時に面圧を低下させることができる。
それにより、二酸化炭素等従来のＨＦＣ冷媒に比べ非常に高圧となるような冷媒を用いた場合でも適正な面圧を確保することが可能となるので、スラスト受け１１２での摺動による大きな摩耗や凝着を抑制することができ、信頼性の高いスラスト軸受を備えたスクロール圧縮機を得ることができる。
なお、スラスト軸受１０４とスラスト受け１１２をまとめてスラスト軸受１０４ｆと称している。

実施の形態２．
実施の形態１では、オルダムリングが揺動スクロールと固定スクロールの間に配置されたスクロール圧縮機について示したが、本実施の形態は、さらに、フレームのスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下として面圧を低下させたものである。
図４はこの発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの変形状態の説明図であり、図４（ａ）は従来のスクロール圧縮機の場合、図４（ｂ）はこの発明の実施の形態２の場合を示す。

本実施例においては、実施の形態１と同様の機構を有し、さらに、図４（ｂ）に示すようにフレーム１０４を揺動スクロール１０２の剛性と同等以下の剛性とするため、例えば、フレーム１０４を揺動スクロール１０２の剛性と同等以下の剛性の材料としている。また、その動作については実施の形態１と同様である。

従来は、フレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆは揺動スクロール１０２の剛性より高かったので、二酸化炭素等冷媒物性上圧縮時に非常に高圧となるような冷媒を用いた場合、過大なスラスト荷重下においては図４（ａ）のように揺動スクロール１０２が変形し、局所的に面圧が高くなり大きな摩耗や局所的な凝着をが生じやすかった。
本実施の形態では、フレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆを揺動スクロール１０２の剛性と同等以下の材質としたので、図４（ｂ）に示すように、過大なスラスト荷重下においては、図４（ｂ）に示すように、フレーム４のスラスト軸受部１０４ｆが揺動スクロール１０２に倣って変形する。このため、スラスト荷重をフランジのスラスト軸受部１０４ｆの面全体で受け止めることができるためスラスト軸受部１０４ｆでの面圧が抑えられ、スラスト軸受部１０４ｆでの大きな摩耗や局所的な凝着を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、スラスト受け１１２を示してないが、スラスト受け１１２が用いられたときは、スラスト受け１１２がフレーム１０４のスラスト軸受１０４と共に揺動スクロール１０２に倣って変形し、スラスト荷重をスラスト受け１１２の面全体で受け止めることができるため、スラスト受け１１２での面圧が抑えられ、スラスト受け１１２での大きな摩耗や局所的な凝着を防ぐことができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、フレームのスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下の材質として面圧を低下させたものであるが、本実施の形態は、フレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆの背面に空洞を構成してをスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下として面圧を低下させたものである。

図５はこの発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの断面図である。
図５において、フレーム１０４の凹部１０４ｅの内周面から外周に向かって径方向に全周にわたってスラスト軸受部１０４ｆの背面に空隙１０４ｃを形成している。

この構成において、スラスト軸受部１０４ｆの背面に空隙１０４ｃを形成したので、フレームのスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下の材質としなくとも、
スラスト軸受部１０４ｆが柔構造となり、図５に示すように、フレーム４のスラスト軸受部１０４ｆが揺動スクロール１０２に倣って変形するので、スラスト荷重をスラスト軸受部１０４ｆの面全体で受け止めることができるためスラスト軸受部１０４ｆでの大きな摩耗や局所的な凝着を防ぐことができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、フレーム１０４のスラスト軸受部１０４ｆの背面に空洞を構成してをスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下として面圧を低下させたが、本実施の形態では、フレーム１０４とは別のパーツをフレーム１０４に組み合わせて空隙１０４ｃを形成したものである。

図６はこの発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの断面図である。
図６において、フレーム１０４は、凹部１０４ｅの上部の内周面から外周に向かって径方向に内周面を有する凹部１０４ｇが形成されている。また、凹部１０４ｅと同径の穴を有し、天面をスラスト軸受部１１５ｂとする有天円筒状のスラスト軸受部材１１５が凹部１０４ｇに挿着され、 スラスト軸受部１１５ｂの背面に空隙１０４ｃを形成している。

この構成において、スラスト受け部１１５ｂを、フレーム１０４と別部材とし、スラスト軸受部１１５ｂの背面に空隙１０４ｃを形成したので、フレームのスラスト軸受部を揺動スクロールの剛性と同等以下の材質としなくとも、スラスト軸受部１０４ｆが柔構造となり、図６に示すように、スラスト軸受部材１１５のスラスト軸受部１１５ｂが揺動スクロール１０２に倣って変形するので、スラスト荷重をスラスト軸受部１１５ｂの面全体で受け止めることができるためスラスト軸受部１１５ｂでの大きな摩耗や局所的な凝着を防ぐことができる。

実施の形態５．
実施の形態１では、オルダムリングが揺動スクロールと固定スクロールの間に配置されたものであり、実施の形態２〜４は、さらに、柔構造を備えたフレームを用いて構成されたスクロール圧縮機についてのものであるが、本実施の形態は、給排油経路の構成を示すものである。

図７はこの発明の実施の形態５におけるスクロール圧縮機の要部拡大図であり、図７（ａ）は、圧縮機構部の断面図、図７（ｂ）はスラスト受けの背面図である。
図７（ｂ）において、スラスト受け１１２には、背面に円周方向にスラスト受け油溝１１２ａが設けられている。図８において、フレーム１０４のスラスト面の径方向にフレーム油溝１０４ｄ、１０４ｄ´が設けられている。
図７（ａ）に示すように、主軸１０５内の軸方向に貫通する主軸油穴１０５ｂとフレーム１０４の主軸受１０４ａと揺動軸受１０２ｃを給油した後、フレーム１０４のフレーム油溝１０４ｄ、１０４ｄ´及びスラスト受け油溝１１２ａを通り、フレーム１０４にある排油穴１１３から油溜め１０８へ排油される一連の給排油経路を構成している。
上記の構成以外は、実施の形態１と同様であり、また、その動作については実施の形態１と同様である。

以上のように、主軸１０５内の軸方向に貫通する主軸油穴１０５ｂとフレーム１０４の主軸受１０４ａと揺動軸受１０２ｃを給油した後、フレーム１０４のフレーム油溝１０４ｄ、１０４ｄ´及びスラスト受け油溝１１２ａを通り、フレーム１０４にある排油穴１１３から油溜め１０８へ排油される一連の給排油経路を構成したので、スラスト受け１１２や主軸受１０４ａ等の摺動部への給油が確保でき、潤滑油不足による摺動部の発熱・焼付きを抑えることができる。

なお、スラスト受け１１２を用いない場合は、揺動スクロール１０２の第二の面に油溝が設けられる。

実施の形態６．
実施の形態５では、給排油経路を設け、摺動部の発熱・焼付きを抑えたが、スラスト受け１１２とフレーム１０４の硬度を異なるようにして摩耗を防ぐものである。
図９はこの発明の実施の形態６におけるスクロール圧縮機のフレームの摩耗状態の説明図である。

図９において、図９（ａ）は本実施の形態におけるクロール圧縮機のフレームとスラスト受けを示し、スラスト受け１１２をフレーム１０４より硬度の低い材料で構成している。図９（ｂ）は従来のフレームとスラスト受けを示し、スラスト受け１１２をフレーム１０４より硬度の高い材料で構成している。

従来のフレームとスラスト受けは、スラスト受け１１２がフレーム１０４より硬度が高い材料のため、図９（ｂ）に示すように、フレーム１０４に段付き摩耗が生じるが、本実施の形態ではスラスト受け１１２をフレーム１０４より硬度の低い材料で構成しているので、図９（ａ）に示すように、図９（ｂ）のような段付き摩耗を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の要部拡大図である。 この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の分解斜視図である。 この発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの変形状態の説明図である。 この発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの断面図である。 この発明の実施の形態４におけるスクロール圧縮機のフレームと揺動スクロールの断面図である。 この発明の実施の形態５におけるスクロール圧縮機の要部拡大図である。 この発明の実施の形態５におけるスクロール圧縮機のフランジのスラスト面の油溝を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６におけるスクロール圧縮機のフレームの摩耗状態の説明図である。

符号の説明

１０１ 固定スクロール、１０２ 揺動スクロール、１０２ａ ボス部、１０２ｃ 揺動軸受、１０２ｂ、１０３ シェル、１０４ フレーム、１０４ａ 主軸受、１０４ｃ 空隙、１０４ｄ、１０４ｄ´ フレーム油溝、１０４ｅ 凹部、１０４ｆ スラスト軸受部、１０５ 主軸、１０５ａ 偏心軸部、１０５ｂ 主軸油穴、１０７ オルダムリング、１０８ 油溜め、１１２ スラスト受け、１１２ａ スラスト受け油溝、１１３ 排油穴、１１５ スラスト軸受部材、１１５ｂ スラスト軸受部。

Claims (7)

1. 底部に油溜めを有するシェル内の上部に設けられ、台板上に渦巻歯を有する固定スクロールと、前記固定スクロールとともに圧縮機構を構成し、台板上に渦巻歯、背面に揺動軸受が形成されたボス部を有する揺動スクロールと、前記揺動軸受に回転自在に係合する偏心軸部をその上端面に形成した主軸と、前記シェルの内周面に固着され、前記揺動スクロールの前記ボス部を収納する凹部を有し、前記スクロールの背面を支承するスラスト軸受部及び前記凹部の下部に形成され、前記主軸を支承する主軸受を有するフレームと、前記揺動スクロールの自転を防止するオルダムリングとを備えたスクロール圧縮機において、
   前記オルダムリングを前記揺動スクロールと前記固定スクロールの各々の前記渦巻歯の外周側の前記台板間に配設し、前記揺動スクロールの背面の前記ボス部近傍から最外周部までの全面を別部材となるスラスト受けで形成し、前記スラスト受けと、前記フレームの前記スラスト軸受部の前記凹部を除くほぼ全面を摺接させるようにしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記フレームのスラスト軸受部の剛性を、前記揺動スクロールの剛性より小さくした
   ことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記フレームのスラスト軸受部の背面に、前記フレームの前記凹部の内周面から外周に向かって径方向の全周にわたる空隙を形成したことを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記スラスト受け部を、前記フレームと別部材としたことを特徴とする請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記フレームのスラスト軸受に対し、前記揺動スクロールの前記スラスト受けの硬度を小さくしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
6. 前記主軸内に軸方向に貫通する油穴と、
   前記フレームの主軸受と、
   前記揺動軸受と、
   前記スラスト軸受部、または、前記揺動スクロールの背面の一方または両方に設けた油溝と、
   前記フレームに設けた排油穴と、
   からなる給排油通路を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
7. 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスクロール圧縮機。

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