JP2014202076A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】オルダムリングのキー部がキー溝に片当たりすることによる摩耗を抑制し、信頼性の高いスクロール圧縮機を得る。【解決手段】オルダムリング２０の両面に形成されたキー部２２、２３は、オルダムリング２０の円環部２１から軸方向に突出する円環上突出部２２ａ、２３ａと、円環上突出部２２ａ、２３ａから径方向外方へ突出する径方向突出部２２ｂ、２３ｂとを有し、径方向突出部２２ｂ、２３ｂには、クランクシャフト４の回転時にキー溝３０Ａ、３０Ｂと摺動する荷重受け部２２ｃ、２３ｃを残して切り欠き部２２ｄ、２３ｄが形成され、キー部２２、２３は以下を満足する構成を有する。Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０、且つ、Ｌ３＜Ｌ４、Ｌ０：円環突出部と荷重受け部との合計の径方向の長さ、Ｌ１：オルダムリングの円環部の幅、Ｌ２：切り欠き部の径方向の長さ、Ｌ３：荷重受け部の外径側の周方向の幅、Ｌ４：揺動側キー部の内径側の周方向の幅。【選択図】図３

Description

本発明は、主に冷凍機、空気調和機、給湯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、揺動スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えている。オルダムリングは全体略円環状に構成され、上下面にキー部を備えており、キー部を、揺動スクロールのキー溝部及びフレームのキー溝部に嵌合させることで自転を防止している。このように構成、配置されるオルダムリングは、運転時にキー部に作用する荷重によりキー部が傾き、キー部とキー溝部とが片当たりして摩耗するという課題があった。

この課題を解決する技術として、キー部のキー溝との摺動面に、潤滑油を保持する油保持部を設けているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、キー部のキー溝との摺動面のうち、オルダムリングの外径側の摺動面を含む角部に曲面状摺動面を設け、キー部とキー溝との間から潤滑油が掻き出されることによる摩耗を防止する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３４９４５７号公報（第４頁、第３図） 特開２００４−１９４８８号公報（第７頁、第３図）

上記特許文献１、２では、オルダムリングのキー部がキー溝部に片当たりすることによる摩耗の改善面において一定の効果は期待できるものの、更なる改良が求められている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、オルダムリングのキー部がキー溝に片当たりすることによる摩耗を抑制し、信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、揺動スクロール及び固定スクロールを噛み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部をクランクシャフトを介して駆動する駆動機構部と、圧縮機構部と駆動機構部との間に設けられ、圧縮機構部を密閉容器に固定するフレームと、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、オルダムリングの両面に形成されたキー部が揺動スクロール及びフレームにそれぞれ形成されたキー溝を往復摺動するスクロール圧縮機であって、キー部は、オルダムリングの円環部から軸方向に突出している円環上突出部と、円環上突出部から径方向外方へ突出する径方向突出部とを有し、径方向突出部は、クランクシャフトの回転時にキー溝と摺動する荷重受け部を残して切り欠き部が形成された構成を有し、キー部は以下を満足するように構成されているものである。
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０、且つ、Ｌ３＜Ｌ４
ここで、
Ｌ０：円環突出部と荷重受け部との合計の径方向の長さ
Ｌ１：オルダムリングの円環部の幅
Ｌ２：径方向突出部の切り欠き部の径方向の長さ
Ｌ３：荷重受け部の外径側の周方向の幅
Ｌ４：揺動側キー部の内径側の周方向の幅

本発明によれば、オルダムリングのキー部がキー溝に片当たりすることによる摩耗を抑制することができ、信頼性の高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における密閉型のスクロール圧縮機１００の概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００のオルダムリング２０の全体図である。 図２のオルダムリング２０の揺動側キー部２２の部分拡大平面図である。 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００のオルダムリング２０の変形模式図である。 従来例におけるキー部２２０の変形模式図である。 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００の揺動側キー部２２の変形模式図である。 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機１０１の概略断面図である。

実施の形態１．
本実施の形態１を以下、図１から図６により説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における密閉型のスクロール圧縮機１００の概略断面図である。
このスクロール圧縮機１００は、冷媒等の流体を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態として吐出させる機能を有している。スクロール圧縮機１００は、圧縮機構部３５と、圧縮機構部３５をクランクシャフト４を介して駆動する駆動機構部３６と、その他の構成部品とを有し、これらが外郭を構成するシェル８の内部に収納された構成を有している。そして、図１に示すように、シェル８内において圧縮機構部３５が上側に、駆動機構部３６が下側に、それぞれ配置されている。そして、シェル８の下方は、潤滑油を貯留する油溜り１２となっている。

シェル８には更に、圧縮機構部３５を挟んで対向するようにフレーム３とサブフレーム１６とが配置されている。フレーム３は、圧縮機構部３５の上側に配置されて圧縮機構部３５と駆動機構部３６との間に位置しており、サブフレーム１６は、圧縮機構部３５の下側に位置している。フレーム３及びサブフレーム１６は、焼き嵌めや溶接等によってシェル８の内周面に固着されている。フレーム３及びサブフレーム１６の中央部には貫通孔４ｂ、１６ｂが設けられており、この貫通孔４ｂ、１６ｂに設けた主軸受３ａ及び副軸受１６ａにクランクシャフト４が回転自在に支持されている。

シェル８には、流体を吸入するための吸入管５と、流体を吐出するための吐出管１３とが設けられている。

圧縮機構部３５は、吸入管５から吸入した流体を圧縮し、シェル８内の上方に形成されている高圧空間１４に排出する機能を有している。圧縮機構部３５は、固定スクロール１と揺動スクロール２とを備えている。固定スクロール１は上側に配置されてフレーム３を介してシェル８に固定されており、揺動スクロール２は下側に配置されてクランクシャフト４に揺動自在に支持されている。

固定スクロール１は、第１台板１ｃと、第１台板１ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第１渦巻体１ｂとを備えている。揺動スクロール２は、第２台板２ｃと、第２台板２ｃの一方の面に立設された渦巻状突起である第２渦巻体２ｂとを備えている。第１渦巻体１ｂ及び第２渦巻体２ｂは、インボリュート曲線にならって創設されている。固定スクロール１及び揺動スクロール２は、第１渦巻体１ｂと第２渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせた状態でシェル８内に装着されている。そして、第１渦巻体１ｂと第２渦巻体２ｂとの間には、クランクシャフト４の回転に伴い、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小する圧縮室９が形成されている。

固定スクロール１の中央部には、圧縮され高圧となった流体を吐出する吐出ポート１ａが形成されている。吐出ポート１ａの出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製の弁１１が配設されている。弁１１の一端側には、弁１１のリフト量を制限する弁押さえ１０が固定されている。つまり、圧縮室９内で流体が所定圧力まで圧縮されると、弁１１がその弾性力に逆らって持ち上げられて吐出ポート１ａが開放される。そして、圧縮された流体が、開放された吐出ポート１ａから高圧空間１４内に吐出され、吐出管１３を通ってスクロール圧縮機１００の外部に吐出される。

揺動スクロール２は、固定スクロール１に対して自転することなく偏心旋回運動を行なうようになっている。また、揺動スクロール２の第２渦巻体２ｂ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、駆動力を受ける中空円筒形状の凹状軸受２ｄが形成されている。この凹状軸受２ｄには、クランクシャフト４の上端に設けられた後述の偏心ピン部４ａが嵌入（係合）されている。

駆動機構部３６は、ステータ７とロータ６とを備えている。ステータ７は、通電されることによってロータ６を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ７は、略円筒形状に形成されており、外周面が焼き嵌め等によりシェル８に固着支持されている。ロータ６は、クランクシャフト４の外周に固定されており、内部に永久磁石を有し、ステータ７と僅かな隙間を隔ててステータ７の内側に回転可能に保持されている。そして、ロータ６は、ステータ７に通電がされることにより回転駆動し、クランクシャフト４を回転させる。つまり、ロータ６が回転することにより、圧縮機構部３５に、クランクシャフト４を介して回転動力が伝達されることとなる。

クランクシャフト４は、上側がフレーム３に設けた主軸受３ａで回転可能に支持され、下側がサブフレーム１６に設けた副軸受１６ａで回転可能に支持されている。また、クランクシャフト４は、上端部に偏心ピン部４ａを有し、偏心ピン部４ａが揺動スクロール２の凹状軸受２ｄと嵌め合わされ、クランクシャフト４の回転により揺動スクロール２を偏心旋回運動させるようになっている。

そして、シェル８内には、揺動スクロール２の偏心旋回運動中における揺動スクロール２の自転を防止するためのオルダムリング２０が揺動スクロール２とフレーム３との間に配置されている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１００では、シェル８に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ７とロータ６とにトルクが発生し、クランクシャフト４が回転する。そして、クランクシャフト４の回転により揺動スクロール２が偏心旋回運動し、これに伴い圧縮室９が中心に向かって容積を減少させながら移動する。これにより圧縮室９内の冷媒が圧縮される。

次に、本実施の形態１のスクロール圧縮機１００における特徴部分であるオルダムリング２０について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００のオルダムリング２０の全体図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２において細矢印はクランクシャフト４の回転方向を示している。
オルダムリング２０は、円環状の円環部２１を有し、その両表面に一対のキー部２２、２３が突設された構成を有している。一対のキー部２２は円環部２１の上面側において略直線上に配置されており、また、一対のキー部２３は円環部２１の下面側において略直線上に配置されている。

そして、揺動スクロール２側の一対のキー部２２とフレーム３側の一対のキー部２３とは、ほぼ９０°の位相差を持つように形成されている。以下、揺動スクロール２側のキー部２２を揺動側キー部２２といい、フレーム３側のキー部２３をフレーム側キー部２３という。なお、揺動側キー部２２とフレーム側キー部２３とを特に区別しない場合には、単にキー部ということがある。

オルダムリング２０の配置について更に詳しく説明する。揺動スクロール２の第２台板２ｃのスラスト面には、一対のキー溝３０Ａがほぼ一直線上に形成されており、この一対のキー溝３０Ａにオルダムリング２０の一対の揺動側キー部２２が半径方向に往復摺動自在に係合されている。他方、フレーム３にも、一対のキー溝３０Ｂがほぼ一直線上に形成されており、この一対のキー溝３０Ｂに、オルダムリング２０の一対のフレーム側キー部２３が半径方向に往復摺動自在に係合されている。このようにオルダムリング２０のキー部２２、２３がキー溝３０Ａ、３０Ｂに係合することにより、揺動スクロール２の自転が阻止され、冷媒の圧縮が可能となる。

図３は、図２のオルダムリング２０の揺動側キー部２２の部分拡大平面図である。図３において細矢印はクランクシャフト４の回転方向を示している。
揺動側キー部２２は、円環部２１から揺動スクロール２側に突出している円環上突出部２２ａと、円環上突出部２２ａから径方向外方へ突出する径方向突出部２２ｂとを有している。径方向突出部２２ｂは、クランクシャフト４の回転時にキー溝３０Ａと摺動する荷重受け部２２ｃを残して切り欠き部２２ｄが形成された構成となっている。荷重受け部２２ｃは、径方向突出部２２ｂにおいてクランクシャフト４の回転方向側に位置しており、荷重受け部２２ｃと円環上突出部２２ａとのそれぞれの回転方向側の端面が、キー溝３０Ａと摺動する摺動面となる。

そして、揺動側キー部２２は、Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０、且つ、Ｌ３＜Ｌ４となるよう構成している。
ここで、
Ｌ０：円環上突出部２２ａと荷重受け部２２ｃとの合計の径方向の長さ
Ｌ１：オルダムリング２０の円環部２１の幅
Ｌ２：径方向突出部２２ｂの切り欠き部２２ｄの径方向の長さ
Ｌ３：荷重受け部２２ｃの外径側の周方向の幅
Ｌ４：揺動側キー部２２の内径側（図３の下側）の周方向の幅（円環上突出部２２ａの周方向の幅に同じ）

ここでは、揺動側キー部２２について説明したが、フレーム側キー部２３においても同様の構成を有し、フレーム側キー部２３は、円環上突出部２３ａと径方向突出部２３ｂとから構成され、径方向突出部２３ｂは荷重受け部２３ｃ及び切り欠き部２３ｄを有した構成となっている。なお、フレーム側キー部２３においては、以下詳述するが揺動側キー部２２とクランクシャフト４の回転時の荷重のかかり方が逆になるため、荷重受け部２３ｃは、図２に示すように径方向突出部２３ｂにおいてクランクシャフト４の回転方向と反対側に位置している。

次に、スクロール圧縮機１００の駆動時においてオルダムリング２０に作用する荷重によるオルダムリング２０の変形について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００のオルダムリング２０の変形模式図で、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後を示している。図４において細矢印はクランクシャフト４の回転方向を示している。図４において実線白抜き矢印は、オルダムリング２０の揺動側キー部２２に作用する荷重、点線白抜き矢印はフレーム側キー部２３に作用する荷重である。なお、図４において径方向突出部２２ｂ、２３ｂの図示は省略している。

揺動スクロール２には、冷媒が圧縮される反力によって自転しようとする荷重が発生する。その自転しようとする荷重をオルダムリング２０の両面に備える揺動側キー部２２及びフレーム側キー部２３が支える。このようにオルダムリング２０は、自転しようとする荷重を揺動側キー部２２及びフレーム側キー部２３で支えるため、円環部２１が図４（ｂ）に示すように楕円形状に変形する。

図５は、従来例におけるキー部２２０の変形模式図で、（ａ）が変形前、（ｂ）が変形後を示している。図６は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機１００の揺動側キー部２２の変形模式図で、（ａ）が変形前、（ｂ）が変形後を示している。図５及び図６において細矢印はクランクシャフト４の回転方向を示している。

図５に示す従来例では、キー部２２０に荷重が作用することにより、キー部２２０とオルダムリング２００の円環部２１０が変形し、キー部２２０が、図５（ｂ）に示すようにキー溝３００の側面部３００ａに対して傾いて片当たりする。これによりキー部２２０の摩耗が生じやすくなる。一方、本実施の形態１においても同様に、図６に示すように円環部２１が変形する。

しかし、本実施の形態１では揺動側キー部２２の径方向突出部２２ｂが切り欠き部２２ｄを有しており、揺動側キー部２２の外径側の剛性が内径側に比べて小さく構成されている。このため、図６（ｂ）に示すように荷重受け部２２ｃがキー溝３０Ａの側面部３０ａに追従して変形し、片当たりし難くなる。つまり、揺動側キー部２２がキー溝３０Ａの側面部３０ａに面接触して接触面積が大きくなる。このように荷重を受ける面積が増加することで面圧が低下し、揺動側キー部２２の摩耗を防止できる。このため、信頼性の高いスクロール圧縮機１００を得ることができる。

そして、上述の片当たり抑制効果により、揺動側キー部２２とキー溝３０Ａの側面部３０ａとの間の潤滑油の掻き出しが抑制され、揺動側キー部２２とキー溝３０Ａの側面部３０ａとの間に油膜が発生しやすい状態になると考えられる。

ここでは、揺動側キー部２２について説明したが、フレーム側キー部２３においても同様の作用効果を得ることができる。

次に、オルダムリング２０にアルミニウム材を用いた場合の効果を説明する。
オルダムリング２０は径方向に往復運動を繰り返すため、径方向重心位置が１回転中に変化し、完全にバランスを取ることが困難である。従って、オルダムリング２０の往復運動に伴うアンバランス量に起因して、振動が大きくなり騒音が増大する。よって、アンバランス量を小さくするために、金属としては密度の小さいアルミニウム材が近年よく用いられている。

しかしながら、アルミニウム材はヤング率が金属としては小さく、強度が低いため、キー部に荷重が作用した場合の変形量が、他の鉄材と比較して大きくなる。よってキー部が傾く角度が大きくなり、キー溝との片当たりする面積がより小さくなり摩耗が大きくなりやすい。しかし、本発明を用いれば、キー部２２、２３とキー溝３０Ａ、３０Ｂとの摺動面の面圧を低下させることができるため、より効果が大きいと考える。

次に、冷媒にＲ３２を用いた場合の効果を説明する。
近年、地球温暖化防止の観点から特にエアコン分野でＲ４１０Ａ冷媒から、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低いＲ３２冷媒への切り替えが検討されている。Ｒ３２を用いた場合、Ｒ４１０Ａと比較して圧力が上昇するため、オルダムリング２０のキー部２２、２３に作用する荷重は増加する。しかしながら、本発明を用いれば、キー部２２、２３における面圧を下げることができるため、効果は特に大きくなる。

実施の形態２．
実施の形態１は、オルダムリング２０を揺動スクロール２とフレーム３との配置した構成であったが、実施の形態２は、オルダムリング２０を揺動スクロール２と固定スクロール１との間に配置した構成である。

図７は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機１０１の概略断面図である。図７は、図１に示した実施の形態１のスクロール圧縮機１００とオルダムリング２０の配置位置が異なるのみで、それ以外の構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態２のスクロール圧縮機１０１では、揺動スクロール２の第２台板２ｃの上面側（第２渦巻体２ｂ形成面側）に一対のキー溝３０Ｂが設けられ、固定スクロール１の第１台板１ｃの下面側（第１渦巻体１ｂ形成面側）に一対のキー溝３０Ｃが設けられている。そして、この一対のキー溝３０Ｂと一対のキー溝３０Ｃとの間にオルダムリング２０が配置されている。

スクロール圧縮機１００、１０１では、シェル８の底部に貯留された潤滑油がクランクシャフト４の回転によって駆動するオイルポンプ（図示せず）で吸い上げられた後、クランクシャフト４の中を通り、揺動スクロール２の下面（スラスト面）へと供給される。このため、実施の形態１のスクロール圧縮機１００では、オルダムリング２０は潤滑油に浸されている。しかし、実施の形態２のスクロール圧縮機１０１ではオルダムリング２０が揺動スクロール２の上面に配置されるため、冷媒による巻き上げによってしかオルダムリング２０に潤滑油が供給されない。つまり、キー部２２、２３に対し、潤滑油がより少ない状態での信頼性が要求される。ここで、本発明を用いれば、キー部２２、２３の面圧を下げることができるため、揺動スクロール２の上面にオルダムリング２０を配置した場合においても、十分な信頼性を確保できる。

１ 固定スクロール、１ａ 吐出ポート、１ｂ 第１渦巻体、１ｃ 第１台板、２ 揺動スクロール、２ｂ 第２渦巻体、２ｃ 第２台板、２ｄ 凹状軸受、３ フレーム、３ａ 主軸受、４ クランクシャフト、４ａ 偏心ピン部、４ｂ 貫通孔、５ 吸入管、６ ロータ、７ ステータ、８ シェル、９ 圧縮室、１０ 弁押さえ、１１ 弁、１２ 油溜り、１３ 吐出管、１４ 高圧空間、１６ サブフレーム、１６ａ 副軸受、１６ｂ 貫通孔、２０ オルダムリング、２１ 円環部、２２ キー部（揺動側キー部）、２２ａ 円環上突出部、２２ｂ 径方向突出部、２２ｃ 荷重受け部、２２ｄ 切り欠き部、２３ キー部（フレーム側キー部）、２３ａ 円環上突出部、２３ｂ 径方向突出部、２３ｃ 荷重受け部、２３ｄ 切り欠き部、３０Ａ キー溝、３０Ｂ キー溝、３０Ｃ キー溝、３０ａ 側面部、３５ 圧縮機構部、３６ 駆動機構部、１００ スクロール圧縮機、１０１ スクロール圧縮機、２００ オルダムリング、２１０ 円環部、２２０ キー部、３００ キー溝、３００ａ 側面部。

Claims (4)

1. 密閉容器内に、揺動スクロール及び固定スクロールを噛み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部をクランクシャフトを介して駆動する駆動機構部と、前記圧縮機構部と前記駆動機構部との間に設けられ、前記圧縮機構部を前記密閉容器に固定するフレームと、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、前記オルダムリングの両面に形成されたキー部が前記揺動スクロール及び前記フレームにそれぞれ形成されたキー溝を往復摺動するスクロール圧縮機であって、
   前記キー部は、前記オルダムリングの円環部から軸方向に突出している円環上突出部と、前記円環上突出部から径方向外方へ突出する径方向突出部とを有し、前記径方向突出部は、前記クランクシャフトの回転時に前記キー溝と摺動する荷重受け部を残して切り欠き部が形成された構成を有し、
   前記キー部は以下を満足す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。
   Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０、且つ、Ｌ３＜Ｌ４
   ここで、
   Ｌ０：円環突出部と荷重受け部との合計の径方向の長さ
   Ｌ１：オルダムリングの円環部の幅
   Ｌ２：径方向突出部の切り欠き部の径方向の長さ
   Ｌ３：荷重受け部の外径側の周方向の幅
   Ｌ４：揺動側キー部の内径側の周方向の幅
2. 密閉容器内に、揺動スクロール及び固定スクロールを噛み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部をクランクシャフトを介して駆動する駆動機構部と、前記圧縮機構部と前記駆動機構部との間に設けられ、前記圧縮機構部を前記密閉容器に固定するフレームと、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、前記オルダムリングの両面に形成されたキー部が前記揺動スクロール及び前記固定スクロールにそれぞれ形成されたキー溝を往復摺動するスクロール圧縮機であって、
   前記キー部は、前記オルダムリングの円環部から軸方向に突出している円環上突出部と、前記円環上突出部から径方向外方へ突出する径方向突出部とを有し、前記径方向突出部は、前記クランクシャフトの回転時に前記キー溝と摺動する荷重受け部を残して切り欠き部が形成された構成を有し、
   前記キー部は以下を満足す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。
   Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０、且つ、Ｌ３＜Ｌ４
   ここで、
   Ｌ０：円環突出部と荷重受け部との合計の径方向の長さ
   Ｌ１：オルダムリングの円環部の幅
   Ｌ２：径方向突出部の切り欠き部の径方向の長さ
   Ｌ３：荷重受け部の外径側の周方向の幅
   Ｌ４：揺動側キー部の内径側の周方向の幅
3. 前記オルダムリングはアルミニウム材で構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記冷媒はＲ３２である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。

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