JP6000228B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関するものである。

一般的なスクロール圧縮機は、密閉容器すなわちシェル内に圧縮機構を有している。スクロール圧縮機の圧縮機構は、それぞれ台板上に板状渦巻歯を有する固定スクロール及び揺動スクロールと、静止台座を設けたフレームと、揺動スクロールの自転を防止するオルダム機構とを備えている。固定スクロール及び揺動スクロールは、お互いの板状渦巻歯が噛み合い、冷媒ガスを圧縮する複数の圧縮室が形成されるように組み合わされている。揺動スクロールは、固定スクロールとフレームとで保持されている。また、揺動スクロールは、フレームにより支持されている揺動軸から伝達される駆動力により、フレームの背面に設けられたスラスト軸受を介して揺動運動を行う。なお、揺動軸を支持するフレームは、密閉容器に固定されている。

オルダム機構は、オルダムリングと、オルダムリングに設けられた２対のオルダムキーとを有している。オルダムリングの１対のオルダムキーは、密閉容器に直接締結されている部材、あるいは別の何らかの方法によって固定スクロールに対して回転運動をしない部材に形成されたオルダム案内溝に挿入され、一方向に摺動自在となっている。オルダムリングのもう１対のオルダムキーは、揺動スクロールに設けられたオルダム案内溝に挿入され、上記の一方向と直交する方向に摺動自在となっている。この構成により、揺動スクロールは自転せずに揺動運動を行うことができる。

ところで、大容量型のスクロール圧縮機においては、圧縮室を大きく確保する必要があるため、揺動スクロールの外径は必然的に大きくなる。固定側のオルダム案内溝が固定スクロールに設けられている場合、当該オルダム案内溝と圧縮室とが干渉しないように、オルダム案内溝を圧縮室の半径方向外側に配置しなければならないため、オルダム機構の径も大きくしなければならない。また、大型のスクロール圧縮機においては、圧縮室で圧縮されるガスによって発生する荷重等により、揺動スクロールに作用する自転トルクが大きくなる。自転トルクは自転の中心に発生するため、自転トルクを受けるオルダムキーを可能な限り外周側に設けることで、オルダムキーが受ける自転トルクを小さくすることができ、オルダム機構の信頼性を高めることができる。

特許文献１（図３及び図４等）には、オルダムキーがより外周側に設けられたスクロール圧縮機が記載されている。このスクロール圧縮機では、フレームの外周部に逃げ部を設けることにより、オルダム溝を外周側に延長させるようになっている。これにより、圧縮機の外径を維持しつつ、オルダムキーをより外周側に配置することができる。

特開２０１１−１４９３３９号公報

特許文献１に記載されたスクロール圧縮機では、フレームの内周部に、主軸を支持する主軸受が設けられている。このため、逃げ部が設けられることによってフレームの外周部に肉厚の薄い部分が形成されていると、運転中の振動やフレームに作用する力によってフレームに歪みや傾きが生じやすくなってしまう。したがって、主軸受の軸受信頼性が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、オルダム機構の信頼性を保ちつつ、軸受信頼性の低下を抑えることができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールを旋回駆動する主軸と、前記主軸を半径方向に支持するコンプライアントフレームと、前記コンプライアントフレームを半径方向に支持し、前記密閉容器に固定されたガイドフレームと、前記揺動スクロールと前記コンプライアントフレームとの間に配置されるとともに前記ガイドフレーム内に収容され、前記揺動スクロールの自転を防止するオルダム機構と、を備え、前記オルダム機構は、リング部と、前記リング部の一方の面側に突出して設けられ、前記固定スクロールに形成されたオルダム案内溝に往復摺動自在に係合する固定側キー部と、前記リング部の前記一方の面側に突出して設けられ、前記揺動スクロールに形成されたオルダム案内溝に往復摺動自在に係合する揺動側キー部と、を有しており、前記固定側キー部は、前記リング部から半径方向外側に配置されており、前記ガイドフレームの内周面のうち前記固定側キー部と対向する位置には、前記固定側キー部と接触させない逃げ部が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、固定側キー部を半径方向外側にシフトすることにより、固定側キー部が受ける自転トルクを小さくすることができ、オルダム機構の信頼性を高めることができる。

また、本発明によれば、逃げ部が設けられるガイドフレームと、主軸を半径方向に支持するコンプライアントフレームとが別部品に分割されているため、逃げ部が設けられることによりガイドフレームの強度が低下したとしても、コンプライアントフレームに歪みや傾きが生じるのを防ぐことができる。したがって、軸受信頼性の低下を抑えることができる。

本発明の実施の形態１の前提となるスクロール圧縮機の構成を示す縦断面図である。 一般的な現行のオルダム機構及びガイドフレームの構成を示す部分的な平面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のオルダム機構及びガイドフレームの構成を示す平面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機について説明する。図１は、本実施の形態の前提となるスクロール圧縮機１００の構成を示す縦断面図である。このスクロール圧縮機１００は、コンプライアントフレーム機構を搭載した高圧シェル型のスクロール圧縮機である。また、スクロール圧縮機１００は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、又は給湯装置等の用途に用いられる冷凍サイクル装置の構成要素の１つとなるものである。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

スクロール圧縮機１００は、高圧容器である密閉容器１０を有している。密閉容器１０内には、密閉容器１０に対して固定して設けられた固定スクロール１と、固定スクロール１に対して揺動自在に設けられ、固定スクロール１と共に圧縮機構を構成する揺動スクロール２と、揺動スクロール２を旋回駆動する主軸６と、主軸６を半径方向に支持するとともに、密閉容器１０に対して軸方向に移動可能に設けられたコンプライアントフレーム３と、コンプライアントフレーム３を半径方向に支持するとともに、密閉容器１０に対して固定して設けられたガイドフレーム４と、揺動スクロール２とコンプライアントフレーム３との間に配置され、揺動スクロール２の自転を防止するオルダム機構９と、主軸６を回転駆動する電動機５と、が収容されている。また、スクロール圧縮機１００には、冷媒回路の上流側から低圧の冷媒ガスを吸入して圧縮室に導入する吸入管１１と、圧縮室で圧縮されて吐出口１ｄから密閉容器１０内に吐出された高圧の冷媒ガスを冷媒回路の下流側に吐出する吐出管１２と、が取り付けられている。

固定スクロール１の外周部は、密閉容器１０に固定されたガイドフレーム４の外周部（外周円筒部４ｅ）に不図示のボルトによって締結されている。固定スクロール１の台板部１ａの一方の面（図１において下面）には、板状渦巻歯１ｂが形成されている。また、当該一方の面の外周部には、２個１対のオルダム案内溝１ｃがほぼ一直線上に形成されている。各オルダム案内溝１ｃには、オルダム機構９のリング部９ｃの一方の面（図１において上面）に形成された２個１対の固定側キー部９ａがそれぞれ往復摺動自在に係合されている。

揺動スクロール２の台板部２ａの一方の面（図１において上面）には、固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂと同一形状の板状渦巻歯２ｂが形成されている。固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂと揺動スクロール２の板状渦巻歯２ｂとは、互いに噛み合うように組み合わされている。これにより、冷媒ガスを圧縮する複数の圧縮室が形成され、各圧縮室は、板状渦巻歯１ｂ又は板状渦巻歯２ｂによって隔てられる。

また、台板部２ａにおいて、板状渦巻歯２ｂが形成された面とは反対側の面（図１において下面）の中心部には、中空円筒状のボス部２ｄが形成されている。ボス部２ｄの内側面には、揺動軸受２ｅが設けられている。また、ボス部２ｄと同じ側の面の外周部には、コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａと圧接摺動可能なスラスト面２ｆが形成されている。また、揺動スクロール２の台板部２ａの外周部（スラスト面２ｆよりも半径方向外側）には、固定スクロール１のオルダム案内溝１ｃとほぼ９０度の位相差を持つ２個１対のオルダム案内溝２ｃがほぼ一直線上に形成されている。各オルダム案内溝２ｃには、オルダム機構９の一方の面（図１において上面）に形成された２個１対の揺動側キー部９ｂがそれぞれ往復摺動自在に係合されている。上記のように構成されたオルダム機構９によって、揺動スクロール２は自転することなく揺動運動（旋回運動）を行うことができる。

揺動スクロール２の台板部２ａには、固定スクロール１側の面（図１において上側の面）の圧縮室と、コンプライアントフレーム３側の面（図１において下側の面）とを連通する細い穴である抽気孔２ｇが形成されている。そしてこの抽気孔２ｇの、コンプライアントフレーム３側の面の開口部、すなわち下開口部２ｈは、通常運転時にはその円軌跡がコンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａの内部に常時収まるように配置されている。

コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａの外側には、オルダム機構９のリング部９ｃが往復摺動運動する摺動面３ｂが形成されている。コンプライアントフレーム３の中心部には、電動機５によって回転駆動される主軸６を半径方向に支持する主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｄが設けられている。

また、コンプライアントフレーム３には、揺動スクロール２の下開口部２ｈと対向する位置に、スラスト軸受３ａからフレーム下部空間４ｂに連通する連通穴３ｅが形成されている。さらに、コンプライアントフレーム３の摺動面３ｂには、台板外周部空間２ｋとフレーム上部空間４ａとを連通する連通穴３ｆがオルダム機構９のリング部９ｃの内側に連通するように形成されている。また、コンプライアントフレーム３には、ボス部外側空間２ｎの圧力を調整する中間圧調整弁３ｇ、中間圧調整弁押さえ３ｈ、中間圧調整スプリング３ｋを収納するための中間圧調整弁空間３ｎが設けられている。そして中間圧調整スプリング３ｋは自然長より縮められて収納されている。ボス部外側空間２ｎは、揺動スクロール２のボス部２ｄの外周面、台板部２ａ面、主軸６の外側面及びコンプライアントフレーム３の内側面で囲まれたコンプライアントフレーム空間である。

コンプライアントフレーム３は、圧力差によって軸方向に移動可能となるようにガイドフレーム４内に収容されている。ガイドフレーム４の内側面の固定スクロール１側（図１において上側）には、上嵌合円筒面４ｃが形成されている。上嵌合円筒面４ｃは、コンプライアントフレーム３の外周面に形成された上嵌合面３ｐと係合されている。一方、ガイドフレーム４の内側面の電動機側（図１において下側）には、下嵌合円筒面４ｄが形成されている。下嵌合円筒面４ｄは、コンプライアントフレーム３の外周面に形成された下嵌合円筒面３ｓと係合されている。

ガイドフレーム４の内側面とコンプライアントフレーム３の外側面とによって形成されるフレーム下部空間４ｂは、その上下を上部リング状シール材７ａ及び下部リング状シール材７ｂで仕切られている。ここでは、上部リング状シール材７ａ及び下部リング状シール材７ｂを収納するリング状のシール溝がコンプライアントフレーム３の外周面の２ヶ所に形成されているが、これらのシール溝はガイドフレーム４の内周面に形成されていてもよい。また、上下を揺動スクロール２の台板部２ａとコンプライアントフレーム３で囲われたスラスト軸受３ａの外周側の空間、すなわち台板外周部空間２ｋは吸入ガス雰囲気（吸入圧）の低圧空間となっている。

主軸６のうち揺動スクロール２側（図１において上側）の端部には、揺動スクロール２の揺動軸受２ｅと回転自在に係合する揺動軸部６ａが形成されている。また、主軸６のうち揺動軸部６ａの下側には、コンプライアントフレーム３の主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｄと回転自在に係合する主軸部６ｂが形成されている。また、主軸６の他端部（図１において下端部）には、サブフレーム８の副軸受８ａと回転自在に係合する副軸部６ｃが形成されている。主軸６のうち副軸部６ｃと主軸部６ｂとの間には、電動機回転子５ａが焼嵌めにより取り付けられている。また、密閉容器１０の底部には、冷凍機油１３が貯油されている油だめが設けられている。油だめ内の冷凍機油１３は、主軸６に設けられた給油機構により主軸６の下端面すなわち給油口６ｄから吸い上げられ、スクロール圧縮機１００の各摺動部に供給される。

図２は、一般的な現行のオルダム機構及びガイドフレームの構成を示す部分的な平面図である。図２に示すように、オルダム機構９は、例えば円環状のリング部９ｃと、一対の固定側キー部９ａ（図２では１つの固定側キー部９ａのみを示している）と、一対の揺動側キー部９ｂ（図２では図示せず）と、を有している。一対の固定側キー部９ａ及び一対の揺動側キー部９ｂは、いずれもリング部９ｃの上面側（揺動スクロール２側）に突出して形成されている。オルダム機構９は、ガイドフレーム４のうち、密閉容器１０の内周面に密着した外周円筒部４ｅ内に収容されている。オルダム機構９は、揺動スクロール２の旋回運動に伴って、摺動面（コンプライアントフレーム３の摺動面３ｂ）上を一方向（固定側キー部９ａの配列方向。図２では左右方向）に往復摺動する。したがって、オルダム機構９の外径は、外周円筒部４ｅの内径（より正確には、外周円筒部４ｅの内径からオルダム機構９の往復摺動範囲の長さを減じた値）によって規制される。

また、揺動スクロール２は、オルダム機構９の一対の固定側キー部９ａの間に配置される。したがって、揺動スクロール２の外径は、オルダム機構９の内径（一対の固定側キー部９ａの間隔）Ｄ１によって規制される。図２に示す構成において、揺動スクロール２の外径の最大値となる寸法Ｄ１は、密閉容器１０の内径（≒外周円筒部４ｅの外径）から、一方の固定側キー部９ａの内側面から外周円筒部４ｅの外周面までの距離Ｌ１と、他方の固定側キー部９ａの内側面から外周円筒部４ｅの外周面までの距離（図示せず）とを減じた値となる。

図３は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機のオルダム機構及びガイドフレームの構成を示す平面図である。図３では、オルダム機構９が往復摺動範囲の一端側（図３では右端側）に位置している状態を示している。図３に示すように、オルダム機構９は、例えば円環状のリング部９ｃと、一対の固定側キー部９ａと、一対の揺動側キー部９ｂと、を有している。一対の固定側キー部９ａ及び一対の揺動側キー部９ｂは、いずれもリング部９ｃの上面側（揺動スクロール２側）に突出して形成されている。固定側キー部９ａは、固定スクロール１に形成されたオルダム案内溝１ｃに往復摺動自在に係合しており、揺動側キー部９ｂは、揺動スクロール２に形成されたオルダム案内溝２ｃに往復摺動自在に係合している。固定側キー部９ａは、リング部９ｃから半径方向外側にシフトして配置されている。本実施の形態では、固定側キー部９ａの少なくとも一部（例えば全体）は、リング部９ｃのうち固定側キー部９ａの形成部分以外の部分の外径を示す外径線（図３中の破線）よりも外側に位置している。一方、揺動側キー部９ｂはリング部９ｃ上に配置されている。このため、２つの固定側キー部９ａの間隔Ｄ２は、２つの揺動側キー部９ｂの間隔よりも広くなっている。

ガイドフレーム４の外周円筒部４ｅの内周面のうち固定側キー部９ａと対向する位置には、オルダム機構９の往復摺動時における固定側キー部９ａとの干渉（接触干渉）を避ける一対の逃げ部４ｆ（凹部）が設けられている。逃げ部４ｆが設けられた部分での外周円筒部４ｅの肉厚は、他の部分での外周円筒部４ｅの肉厚よりも薄くなっている。

本実施の形態の構成では、固定側キー部９ａを半径方向外側にシフトすることにより、固定側キー部９ａの内側面から外周円筒部４ｅの外周面までの距離Ｌ２、Ｌ３を、図２に示す現行の構成よりもそれぞれ小さくすることができる。これにより、揺動スクロール２の外径の最大値となる寸法Ｄ２を寸法Ｄ１よりも大きくすることができる。したがって、スクロール圧縮機１００の外径を維持しつつ、揺動スクロール２の外径を大きくすることができ、圧縮室の容量を拡大することができる。また、固定側キー部９ａを半径方向外側にシフトさせることによって、固定側キー部９ａが受ける自転トルクを小さくすることができ、オルダム機構９の信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態の構成では、逃げ部４ｆが設けられるガイドフレーム４と、主軸受３ｃが設けられるコンプライアントフレーム３とが、互いに固定されていない別部品に分割されている。したがって、逃げ部４ｆが設けられることによりガイドフレーム４の強度が低下したとしても、主軸受３ｃが設けられるコンプライアントフレーム３に歪みや傾きが生じるのを防ぐことができる。したがって、主軸受３ｃの軸受信頼性の低下を抑えることができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、縦置き型のスクロール圧縮機を例に挙げたが、本発明はこれに限られず、横置き型のスクロール圧縮機にも適用できる。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ 固定スクロール、１ａ、２ａ 台板部、１ｂ、２ｂ 板状渦巻歯、１ｃ、２ｃ オルダム案内溝、１ｄ 吐出口、２ 揺動スクロール、２ｄ ボス部、２ｅ 揺動軸受、２ｆ スラスト面、２ｇ 抽気孔、２ｈ 下開口部、２ｋ 台板外周部空間、２ｎ ボス部外側空間、３ コンプライアントフレーム、３ａ スラスト軸受、３ｂ 摺動面、３ｃ 主軸受、３ｄ 補助主軸受、３ｅ、３ｆ 連通穴、３ｇ 中間圧調整弁、３ｈ 中間圧調整弁押さえ、３ｋ 中間圧調整スプリング、３ｎ 中間圧調整弁空間、３ｐ 上嵌合面、３ｓ 下嵌合円筒面、４ ガイドフレーム、４ａ フレーム上部空間、４ｂ フレーム下部空間、４ｃ 上嵌合円筒面、４ｄ 下嵌合円筒面、４ｅ 外周円筒部、４ｆ 逃げ部、５ 電動機、５ａ 電動機回転子、６ 主軸、６ａ 揺動軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、６ｄ 給油口、７ａ 上部リング状シール材、７ｂ 下部リング状シール材、８ サブフレーム、８ａ 副軸受、９ オルダム機構、９ａ 固定側キー部、９ｂ 揺動側キー部、９ｃ リング部、１０ 密閉容器、１１ 吸入管、１２ 吐出管、１３ 冷凍機油、１００ スクロール圧縮機。

Claims (3)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールを旋回駆動する主軸と、
   前記主軸を半径方向に支持するコンプライアントフレームと、
   前記コンプライアントフレームを半径方向に支持し、前記密閉容器に固定されたガイドフレームと、
   前記揺動スクロールと前記コンプライアントフレームとの間に配置されるとともに前記ガイドフレーム内に収容され、前記揺動スクロールの自転を防止するオルダム機構と、を備え、
   前記オルダム機構は、リング部と、前記リング部の一方の面側に突出して設けられ、前記固定スクロールに形成されたオルダム案内溝に往復摺動自在に係合する固定側キー部と、前記リング部の前記一方の面側に突出して設けられ、前記揺動スクロールに形成されたオルダム案内溝に往復摺動自在に係合する揺動側キー部と、を有しており、
   前記固定側キー部は、前記リング部から半径方向外側に配置されており、
   前記ガイドフレームの内周面のうち前記固定側キー部と対向する位置には、前記固定側キー部と接触させない逃げ部が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記揺動側キー部は、前記リング部上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記固定側キー部は、前記リング部の外周よりも半径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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