JP6305552B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機及び冷凍機等に利用されるスクロール圧縮機、特にスクロールのオルダム機構に関するものである。

一般的に、スクロール圧縮機は、圧縮機容器のフレームに固定された固定スクロールと、固定スクロールの中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロールと、ステータ及びロータにより構成される電動機構部と、電動機構部により回転駆動される主軸とを有している。また、スクロール圧縮機は、揺動スクロールを公転運動させるために揺動スクロールを支承するスライダーと、スライダーが主軸に対して偏心するように、主軸の上部に設置され、かつ、スライダーとの装着軸としての働きを有する偏心軸部とを有している。

さらに、スクロール圧縮機は、固定スクロール及び揺動スクロール等から構成され、偏心軸部に装着された圧縮部と、電動機構部を収容する密閉形のシェルと、外部からスクロール圧縮機に冷媒ガスを導入するための吸入管と、スクロール圧縮機で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管とを有している。加えて、スクロール圧縮機は、揺動スクロールとスラストプレートから構成されるスラスト軸受と、揺動スクロールの自転防止装置であるオルダムリングと、主軸を支承し、固定スクロールに対してボルト等で固定されたフレームと、圧縮機下部で主軸を回転自在に支えるサブフレームと、圧縮機の底部に溜まった油を主軸内の給油通路を通ってスライダーまで吸い上げる容積型の油ポンプとを有している。

そして、従来のオルダムリングには、オルダムリングの上側及び下側のそれぞれに２個のオルダムキーが設けられており、上側のオルダムキーは揺動スクロールの背面に設けられたオルダムキー溝内で摺動可能に係合し、下側のオルダムキーはフレームの上面に設けられたオルダムキー溝内で摺動可能に係合する（例えば特許文献１参照）。

上記オルダムリングは、フレームに設けられたオルダムキー溝に沿って往復運動し、その往復運動範囲を含めた全体の構造が、上記スラスト軸受のスラスト軸受面の内側部に収納されるように配設されている。

特許第４０３２２８１号公報（第５頁〜第６頁）

上述した通り、従来のスクロール圧縮機のオルダムリング（特許文献１参照）は、オルダムリングの上側及び下側にオルダムキーが設けられており、上側のオルダムキーは揺動スクロール背面に設けられたオルダムキー溝内で摺動し、下側のオルダムキーはフレームの上面に設けられたオルダムキー溝内で摺動する。

よって、スクロール圧縮機の運転中にオルダムリングが揺動スクロールから受ける荷重は、オルダムリングの上側のオルダムキーで受けることになる。ここで、オルダムリングの上側のオルダムキーは、オルダムリングの軸方向の重心位置から離れた位置に設けられている。このため、揺動スクロールから受ける荷重は、オルダムリングを傾けるモーメントを発生させる。仮に、このモーメントが、オルダムリングの自重によるモーメントより大きくなると、オルダムリングが傾く場合がある。そして、オルダムリングの環状部の傾きが最も大きくなったときに、オルダムキーの角部が、オルダムキー溝を抉ることによってオルダムリングが破損してしまうという問題点があった。

特にスクロール圧縮機が高速で運転されているときは、オルダムリングにかかる荷重が大きく、荷重の方向が頻繁に変化する。このため、オルダムキーの角部が、オルダムキー溝を抉ることによってオルダムリングが、さらに破損しやすくなるという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、オルダムキーの角部が、オルダムキー溝を抉ることを低減させることによって、オルダムリングが破損することがないスクロール圧縮機を得ることにある。

本発明に係るスクロール圧縮機は、フレームに固定され、渦巻状突起である第一のラップ部が下側の面に立設されている固定スクロールと、渦巻状突起である第二のラップ部が上側の面に立設され、前記固定スクロールと互いに向き合うように組み合わせることで前記第一のラップ部と前記第二のラップ部との間に圧縮室を形成する揺動スクロールと、前記揺動スクロールの下側の面と前記フレーム上面との間に設けられ、前記揺動スクロールを揺動運動させるオルダムリングと、を有し、前記オルダムリングは、上側に第一のオルダムキー溝を有し、前記揺動スクロールは、前記第一のオルダムキー溝を摺動する第一のオルダムキーを有し、前記フレームは、上面に第二のオルダムキー溝を有し、前記オルダムリングは、下側に設けられ、前記第二のオルダムキー溝を摺動する第二のオルダムキーを有し、前記第一のオルダムキーと前記第一のオルダムキー溝とは、互いに平行な平坦面で対向し、前記第二のオルダムキーと前記第二のオルダムキー溝とは、互いに平行な平坦面で対向し、前記第一のオルダムキー及び前記第二のオルダムキーの先端の角部のみに、先端の角部のみを丸く面取りしたＲ加工部が設けられているものである。

本発明によれば、オルダムリングの上側及び下側にオルダムキーを設置せず、揺動スクロールの背面及びフレームの上面にオルダムキーを設置する。そして、オルダムリングのリング部にオルダムキー溝を設置する。このような構造とすることで、スクロール圧縮機の運転中にオルダムリングが揺動スクロールから受ける荷重は、揺動スクロール背面のオルダムキーからオルダムリングに設置されたオルダムキー溝に作用することになり、荷重が作用する位置は、オルダムリングの軸方向重心位置に近くなる。そのため、オルダムリングを傾けるモーメントは小さくなる。よって、オルダムキーの角部が、オルダムキー溝を抉ることを低減させることによって、オルダムリングが破損することがないスクロール圧縮機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機全体の縦断面の模式図である。 本発明の実施の形態１に係るオルダム機構の縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係るオルダム機構の縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係るオルダムキー及びオルダムキー溝の拡大図である。

実施の形態１．
（スクロール圧縮機の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機全体の縦断面の模式図である。
図１に示されるように、スクロール圧縮機１００の外郭は、中間部に設けられた中間部容器１ａ、上部に設けられた上部容器１ｃ及び下部に設けられた下部容器１ｂからなり、これらは互いに接続され、密閉された容器１を構成している。
容器１内の中間部容器１ａには、主に固定スクロール９及び揺動スクロール１０等からなる圧縮部と、電動回転機械７等からなる駆動部とが備えられている。

最初に、スクロール圧縮機１００の圧縮部について、図１を参照しながら説明する。
図１に示されるように、圧縮部は、固定スクロール９、揺動スクロール１０、及びフレーム１１等で構成されている。揺動スクロール１０は、固定スクロール９の下側に設けられ、固定スクロール９は、揺動スクロール１０の上側に設けられている。また、揺動スクロール１０の下側にはフレーム１１が設けられ、揺動スクロール１０とフレーム１１との間には、揺動スクロール１０を支承するスラストプレート１４が設けられている。揺動スクロール１０とスラストプレート１４とは、潤滑油を介して密着することにより、スラスト軸受を構成する。

固定スクロール９の下側の面には、渦巻状突起であるラップ部９ａが立設されている。同様に、揺動スクロール１０の上側の面にも、上記ラップ部９ａと実質的に同一形状の渦巻状突起であるラップ部１０ａが立設されている。揺動スクロール１０及び固定スクロール９は、ラップ部１０ａとラップ部９ａとを互いに向き合うように組み合わせた状態で、容器１内に装着されている。

固定スクロール９及び揺動スクロール１０が互いに向き合うように組み合わされた状態では、ラップ部９ａとラップ部１０ａの巻方向が互いに逆向きとなる。そして、ラップ部９ａとラップ部１０ａとの間には、揺動スクロール１０が公転旋回運動（揺動運動）することで相対的に容積が変化する圧縮室２６が形成される。固定スクロール９には、ラップ部９ａの先端面からの冷媒漏れを低減するため、ラップ部９ａの先端面にシール２８を配設している。同様に、揺動スクロール１０には、ラップ部１０ａの先端面からの冷媒漏れを低減するため、ラップ部１０ａの先端面にシール２７を配設している。

固定スクロール９は、フレーム１１にボルト等（図示せず）によって固定されている。固定スクロール９の中央部には、上述した揺動スクロール１０の公転旋回運動によって圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート９ｂが形成されている。そして、圧縮され、高圧となった冷媒ガスは、固定スクロール９の上部に設けられている吐出空間３３に排出される。

図２は、本発明の実施の形態１に係るオルダム機構の縦断面図である。
図２に示されるように、揺動スクロール１０とフレーム１１との間に設けられたオルダム機構のオルダムリング１５の上側には、２個のオルダムキー溝１５ｂが設けられている。また、オルダムリング１５の下側には、上側のオルダムキー溝１５ｂに対して、ほぼ９０度の位相差を持つ２個のオルダムキー溝１５ｂが設けられている。

揺動スクロール１０の下側の面（背面）には、オルダムリング１５の上側に設けられたオルダムキー溝１５ｂと係合するように、オルダムキー１５ａが設けられている。また、フレーム１１の上面にも、上側のオルダムキー１５ａに対して、ほぼ９０度の位相差を持つオルダムキー１５ａが設けられている。揺動スクロール１０の下側の面（背面）のオルダムキー１５ａは、オルダムリング１５の上側に設けられたオルダムキー溝１５ｂ内で摺動可能に係合されている。同様に、フレーム１１の上面のオルダムキー１５ａは、下側に設けられたオルダムキー溝１５ｂ内で摺動可能に係合されている。
このように、揺動スクロール１０は、自転運動を阻止するためのオルダム機構のオルダムリング１５と、後述する揺動軸受部とにより、固定スクロール９に対して自転運動することなく公転旋回運動（揺動運動）を行うようになっている。

次に、上述した揺動軸受部について説明する。図１に示されるように、揺動スクロール１０のラップ部１０ａの形成面とは反対側の面（以下、スラスト面と称する）の略中心部には、中空円筒形状の揺動軸受１３が設けられている。この揺動軸受１３には、スライダー１６が回転自在に挿入され、このスライダー１６のスライド面には、主軸４の上端に設けられた偏心軸部４ａが挿入されている。このように、揺動軸受１３の内周部とスライダー１６の外周部とが潤滑油を介して密着し、揺動軸受部を構成している。

続いて、スクロール圧縮機１００の駆動部について説明する。
図１に示されるように、駆動部は、主軸４に固定されたロータ３、ステータ２、及び回転軸である主軸４等で構成されている。ロータ３は、主軸４に固定され、ステータ２への通電が開始することにより回転駆動し、主軸４を回転させる。すなわち、ステータ２及びロータ３で電動回転機械７を構成している。

主軸４は、ロータ３の回転に伴って回転し、揺動スクロール１０を旋回させるようになっている。この主軸４の上部（偏心軸部４ａ近傍）は、フレーム１１に設けられた主軸受１２によって支持されている。この主軸受１２と主軸４との間には、主軸４を円滑に回転運動させるため、スリーブ１７が設けられている。

一方、主軸４の下部は、ボールベアリング２１によって回転自在に支持されている。このボールベアリング２１は、容器１の下部に設けられたサブフレーム２０の中央部に形成された軸受収納部２０ａに圧入固定されている。また、サブフレーム２０には、容積型のオイルポンプ２２が設けられている。このオイルポンプ２２に回転力を伝達するポンプ軸４ｂは主軸４と一体形成されている。オイルポンプ２２で吸引された潤滑油は、主軸４の内部形成された油穴４ｃ等を介して各摺動部に送られる。

下部容器１ｂは、上述した潤滑油を貯留する油溜め２３となっている。なお、中間部容器１ａには、冷媒ガスを吸入するための吸入管２４が接続されている。上部容器１ｃには、冷媒ガスを吐出するための吐出管２５が接続されている。スクロール圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入管２４から吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出管２５から冷媒を吐出させる。

（スクロール圧縮機１００の動作）
次に、スクロール圧縮機１００の動作について説明する。図１に示されるように、電動回転機械７に電圧が印加されると、ステータ２の電線部に電流が流れ磁界が発生する。この磁界はロータ３を回転させるように働き、ロータ３と共に主軸４が回転駆動される。主軸４が回転駆動されると、偏心軸部４ａを介してスライダー１６も揺動軸受１３内で回転する。そして、オルダムリング１５により自転を抑制された揺動スクロール１０は、揺動運動を行う。これにより、冷媒ガスの一部はフレーム１１の吸入ポート（図示せず）を介して圧縮室２６内へ流れ、冷媒ガスの吸入過程が開始される。また、冷媒ガスの残りの一部は、ステータ２の鋼板の切り欠きを通って、電動回転機械７と潤滑油を冷却する。

固定スクロール９及び揺動スクロール１０が組み合わされることで形成された圧縮室２６内の冷媒ガスは、揺動スクロール１０の揺動運動により、冷媒ガスの体積が縮小されながら、揺動スクロール１０の中心へ移動する。この工程により、圧縮室２６に吸入された冷媒ガスは圧縮される。このとき、圧縮される冷媒ガスの圧力により固定スクロール９と揺動スクロール１０は、軸方向に互いに離れようとする荷重が働く。しかし、この荷重は、スラストプレート１４（スラスト軸受）で支持されるため、互いに離れることはない。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール９の吐出ポート９ｂを通り、吐出弁２９を押し開けて吐出空間３３に流入する。そして、吐出管２５を介して容器１から吐出される。

以上のように、スクロール圧縮機１００において、揺動スクロール１０の背面にオルダムキー１５ａを設け、フレーム１１の上面にもオルダムキー１５ａを設ける。そして、オルダムリング１５に上記のオルダムキー１５ａが係合されるようにオルダムキー溝１５ｂを設ける。このような構造にすることで、スクロール圧縮機１００の運転中にオルダムリング１５が揺動スクロール１０から受ける荷重は、揺動スクロール背面のオルダムキー１５ａからオルダムリング１５に設置されたオルダムキー溝１５ｂに作用することになる。つまり、従来のオルダムキー１５ａとオルダムキー溝１５ｂとが係合する高さと比較して、本実施の形態におけるオルダムキー１５ａとオルダムキー溝１５ｂとが係合する高さは、低くなる。したがって、オルダムリング１５が揺動スクロール１０から受ける荷重が作用する位置は、オルダムリング１５の軸方向の重心位置に近くなるため、オルダムリング１５を傾けるモーメントは小さくなる。よって、オルダムキー１５ａの角部が、オルダムキー溝１５ｂを抉ることによってオルダムリング１５が破損することがないスクロール圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態２におけるスクロール圧縮機１００の基本的な構成は、上記の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００と同様である。したがって以下、実施の形態１との相違点を中心に本実施の形態２を説明する。

図３は、本発明の実施の形態２に係るオルダム機構の縦断面図である。
図３に示されるように、オルダムリング１５の下面にオルダムキー１５ａを設置し、オルダムリング１５上面にはオルダムキー溝１５ｂを設置する。そして、フレーム１１の上面にはオルダムキー溝１５ｂを設置し、揺動スクロール１０の背面にはオルダムキー１５ａを設置する。
このようにして、オルダムリング１５の下面のオルダムキー１５ａを、フレーム１１の上面のオルダムキー溝１５ｂ内で摺動可能に係合させる。また、揺動スクロール１０の背面のオルダムキー１５ａを、オルダムリング１５のオルダムキー溝１５ｂ内で摺動可能に係合させる。

以上のようにすることでも、実施の形態１で述べたように、スクロール圧縮機１００の運転中にオルダムリング１５が揺動スクロール１０から受ける荷重が作用する位置が、オルダムリング１５の軸方向の重心の位置に近くなるため、オルダムリング１５を傾けるモーメントは小さくなる。よって、オルダムキー１５ａの角部が、オルダムキー溝１５ｂを抉ることによってオルダムリング１５が破損することがないスクロール圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３におけるスクロール圧縮機１００の基本的な構成は、上記の実施の形態１及び２と同様であるが、オルダムキー１５ａの先端に曲面加工（Ｒ加工）を施した点で相違する。以下、実施の形態１及び２との相違点を中心に本実施の形態３を説明する。

図４は、本発明の実施の形態３に係るオルダムキー及びオルダムキー溝の拡大図である。
図４に示されるように、オルダムキー１５ａの先端には、曲面加工（Ｒ加工）が施され、曲面１５ｃが形成されている。オルダムリング１５が揺動スクロールから受ける荷重は、オルダムリング１５を傾けるモーメントを発生させる。このモーメントが、オルダムリング１５の自重によるモーメントより大きくなると、オルダムリング１５が傾く場合がある。そして、オルダムリング１５の環状部の傾きが大きくなったときに、オルダムキー１５ａの角部が、オルダムキー溝１５ｂを抉ることによってオルダムリング１５が破損してしまうことがある。そこで、本実施の形態３においては、オルダムキー１５ａの先端に曲面１５ｃ（Ｒ加工）を設けることとした。以上のようにすることで、オルダムキー１５ａの角部が、オルダムキー溝１５ｂと接触した場合にも、オルダムキー溝１５ｂを抉ることによってオルダムリング１５が破損することがないスクロール圧縮機１００を得ることができる。

１ 容器、１ａ 中間部容器、１ｂ 下部容器、１ｃ 上部容器、２ ステータ、３ ロータ、４ 主軸、４ａ 偏心軸部、４ｂ ポンプ軸、４ｃ 油穴、７ 電動回転機械、８ 第２バランサカバー、９ 固定スクロール、９ａ ラップ部、９ｂ 吐出ポート、１０ 揺動スクロール、１０ａ ラップ部、１１ フレーム、１１ａ 排油パイプ、１２ 主軸受、１３ 揺動軸受、１４ スラストプレート、１５ オルダムリング、１５ａ オルダムキー、１５ｂ オルダムキー溝、１５ｃ 曲面、１６ スライダー、１７ スリーブ、１８ 第１バランサ、１９ 第２バランサ、２０ サブフレーム、２０ａ 軸受収納部、２１ ボールベアリング、２２ オイルポンプ、２３ 油溜め、２４ 吸入管、２５ 吐出管、２６ 圧縮室、２７ シール（揺動）、２８ シール（固定）、２９ 吐出弁、３３ 吐出空間、４０ オルダムリング重心、４１ オルダムリング自重、１００ スクロール圧縮機。

Claims (1)

1. フレームに固定され、渦巻状突起である第一のラップ部が下側の面に立設されている固定スクロールと、
   渦巻状突起である第二のラップ部が上側の面に立設され、前記固定スクロールと互いに向き合うように組み合わせることで前記第一のラップ部と前記第二のラップ部との間に圧縮室を形成する揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールの下側の面と前記フレーム上面との間に設けられ、前記揺動スクロールを揺動運動させるオルダムリングと、を有し、
   前記オルダムリングは、上側に第一のオルダムキー溝を有し、
   前記揺動スクロールは、前記第一のオルダムキー溝を摺動する第一のオルダムキーを有し、
   前記フレームは、上面に第二のオルダムキー溝を有し、
   前記オルダムリングは、下側に設けられ、前記第二のオルダムキー溝を摺動する第二のオルダムキーを有し、
   前記第一のオルダムキーと前記第一のオルダムキー溝とは、互いに平行な平坦面で対向し、
   前記第二のオルダムキーと前記第二のオルダムキー溝とは、互いに平行な平坦面で対向し、
   前記第一のオルダムキー及び前記第二のオルダムキーの先端の角部のみに、先端の角部のみを丸く面取りしたＲ加工部が設けられている
   スクロール圧縮機。

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