WO2017208455A1

WO2017208455A1 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: WO2017208455A1
Application number: PCT/JP2016/066656
Authority: WO
Inventors: 政哉岡本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2018-12-03

Abstract

スクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内に設けられ、第１渦巻突起部を有する固定スクロールと、密閉容器内に設けられ、第２渦巻突起部を有し、固定スクロールとの間に冷媒を圧縮する圧縮室を形成する揺動スクロールと、揺動スクロールを揺動運動させる偏心軸部を有する主軸と、揺動スクロールと偏心軸部との間に介在するスライダと、スライダに設けられたバランスウェイトと、揺動スクロールに作用する荷重を支持する円環状のスラスト摺動面を有する筒状のフレームと、スラスト摺動面上に設置され、スラスト摺動面の外径に相当する外径を有し、かつスラスト摺動面の内径よりも小さい内径を有する円環状の金属部材と、を備えている。

Description

スクロール圧縮機

　本発明は、空調又は冷凍等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

　従来、空調又は冷凍等に用いられる圧縮機としてスクロール圧縮機が知られている。例えば、特許文献１に開示されたスクロール圧縮機では、板状渦巻き歯を有する固定スクロールと、固定スクロールの板状渦巻き歯に対向して噛み合う板状渦巻き歯を有する揺動スクロールとを備えている。また、このスクロール圧縮機には、揺動スクロールの揺動半径を可変とするスライダと、揺動運動により発生する揺動スクロールの遠心力を相殺するバランスウェイトと、固定スクロール、揺動スクロール及びバランスウェイトを収納すると共に揺動スクロールのスラスト軸受面をスラスト摺動面で揺動自在に支持するフレームと、を備えている。このスクロール圧縮機は、偏心軸を有する主軸が回転することにより、揺動スクロールを旋回運動させ、圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮が行われるものである。

特開２０１４－２２７９０８号公報

　特許文献１に開示されたスクロール圧縮機のように、スライダにバランスウェイトを備えたスクロール圧縮機では、バランスウェイトを回転させるためのスペースが必要となるため、フレームのスラスト摺動面の内径が大きくなる。そのため、このスクロール圧縮機は、フレームのスラスト摺動面の面積が減少し、揺動スクロールの単位面積当たりのスラスト荷重が大きくなるので、揺動スクロールスラスト軸受面が異常摩耗し、又は焼付くおそれがある。

　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、フレームのスラスト摺動面の面積を確保して、揺動スクロールスラスト軸受面の異常摩耗及び焼付きを低減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、第１渦巻突起部を有する固定スクロールと、前記密閉容器内に設けられ、第２渦巻突起部を有し、前記固定スクロールとの間に冷媒を圧縮する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を揺動運動させる偏心軸部を有する主軸と、前記揺動スクロールと前記偏心軸部との間に介在するスライダと、前記スライダに設けられたバランスウェイトと、前記揺動スクロールに作用する荷重を支持する円環状のスラスト摺動面を有する筒状のフレームと、前記スラスト摺動面上に設置され、前記スラスト摺動面の外径に相当する外径を有し、かつ前記スラスト摺動面の内径よりも小さい内径を有する円環状の金属部材と、を備えたものである。

　本発明に係るスクロール圧縮機は、スラスト摺動面上に設置され、スラスト摺動面の外径に相当する外径を有し、かつスラスト摺動面の内径よりも小さい内径を有する円環状の金属部材を備えているので、バランスウェイトを有していたとしても、円環状の金属部材でスラスト摺動面の面積を確保することができる。つまり、本発明に係るスクロール圧縮機は、スラスト荷重を円環状の金属部材で支持することにより、揺動スクロールの単位面積当たりのスラスト荷重を小さくできるので、揺動スクロールスラスト摺動面の異常摩耗及び焼付きを低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の主要部を拡大して示した断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のフレームと円環状の金属部材との関係を拡大して示した横断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の主要部の異なる形態を拡大して示した断面図である。本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の円環状の金属部材の構成を拡大して示した横断面図である。

　実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を図１～図４に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の主要部を拡大して示した断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のフレームと円環状の金属部材との関係を拡大して示した横断面図である。なお、ここで説明するスクロール圧縮機１００は、縦置き型の例を示すが、横置き型のものにも本発明を適用できるものである。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

　実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置又は給湯器等の各種産業機械に用いられる冷凍サイクルの構成要素の一つとなるものである。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し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる。スクロール圧縮機１００は、図１に示すように、密閉ドーム型の密閉容器である本体シェル１の内部に固定スクロール２と固定スクロール２に対して揺動する揺動スクロール３を組み合わせた圧縮機構が実装されている。また、スクロール圧縮機１００は、本体シェル１の内部に電動回転機械等からなる電動機２２を備えている。本体シェル１の内部において、圧縮機構が上側に、電動機２２が下側に、それぞれ配置されている。

　本体シェル１は、図１に示すように、密閉空間を有する円筒形状に形成されたものであって耐圧性を有している。本体シェル１の側面には冷媒を本体シェル１内に取り込むための吸入管１４が接続されており、上面には圧縮した冷媒を本体シェル１から吐き出す吐出管１５が接続されている。本体シェル１の上部側には、圧縮機構を収納するとともに揺動スクロール３を揺動自在に支持するフレーム９が固定されている。フレーム９は、スラスト摺動面９ａを備え、そのスラスト摺動面９ａ上で揺動スクロール３を支持している。また、本体シェル１の下部側には、電動機２２の回転駆動により回転する主軸５を保持するサブフレーム２４が固定されている。更に、本体シェル１の底部には潤滑油１１を貯留する油溜め１２が形成されている。

　固定スクロール２は、図１及び図２に示すように、固定スクロール台板２ａと、固定スクロール台板２ａの下面に立設された渦巻突起である第１渦巻突起部２ｂと、で構成されている。揺動スクロール３は、揺動スクロール台板３ａと、揺動スクロール台板３ａの上面に立設された渦巻突起である第２渦巻突起部３ｂと、で構成されている。揺動スクロール３は、固定スクロール２に対して偏心させて設置されており、固定スクロール２の第１渦巻突起部２ｂと揺動スクロール３の第２渦巻突起部３ｂとが組み合わされて冷媒を圧縮する圧縮室２３が形成されている。なお、揺動スクロール台板３ａの第２渦巻突起部３ｂが形成されていない側の面（図示例の場合は下面）は、揺動スクロールスラスト軸受面１６として作用する。

　固定スクロール２は、フレーム９の上面にボルト３０で固定されている。固定スクロール２は、固定スクロール台板２ａの中央部に、圧縮され、高温、高圧となった冷媒を吐出する吐出ポート１７が形成されている。圧縮された高温、高圧冷媒は、吐出ポート１７から固定スクロール２上部の高圧室１８に排出され、吐出管１５を通り、本体シェル１外へ吐出される。吐出ポート１７には、冷媒の逆流を防ぐ吐出弁１９が設けられている。

　揺動スクロール３は、自転運動を阻止するためのオルダムリング６により、固定スクロール２に対して自転運動することなく揺動運動を行うようになっている。また、揺動スクロール３の第２渦巻突起部３ｂが形成されていない側の面（図示例の場合は下面）の中心部には、中空円筒形状のボス部２０が形成されている。揺動スクロール３は、ボス部２０に挿入された主軸５の上端に設けた偏心軸部５ａが回転することで、フレーム９のスラスト摺動面９ａ上で揺動運動する。

　オルダムリング６は、上方に向かって突出したオルダム爪が揺動スクロール３の揺動スクロールスラスト軸受面１６に形成されたオルダム溝（図示は省略）に摺動可能に収納され、下方に向かって突出したオルダム爪がフレーム９に形成されたオルダムキー溝６ａに、摺動できるように収納され設置されている。なお、オルダムリング６は、揺動スクロール台板３ａの揺動スクロール３の第２渦巻突起部３ｂの形成面側に設置するようにしてもよい。

　フレーム９は、図１及び図２に示すように、下方に向かって段階的に先細る円筒状で構成されており、揺動スクロール３を摺動自在に収納するものである。フレーム９内側のスラスト摺動面９ａと、揺動スクロール台板３ａの下面とで摺動面が形成されている。フレーム９には、図２及び図３に示すように、スラスト摺動面９ａ上であって、揺動スクロール３の揺動スクロールスラスト軸受面１６との間に円環状の金属部材１０が設置されている。円環状の金属部材１０は、スラスト荷重に耐えうる耐摩耗性に優れた金属として、例えば、鋳物、鉄系、アルミ系の材料を使用することができる。円環状の金属部材１０は、スラスト摺動面９ａの外径Ｒに相当する外径を有し、かつスラスト摺動面９ａの内径ｒよりも小さい内径を有している。なお、スラスト摺動面９ａの外径Ｒに相当する外径とは、スラスト摺動面９ａの外径Ｒとほぼ同じ寸法である。

　円環状の金属部材１０には、スラスト摺動面９ａに向かって貫通する第１ネジ孔２８が形成されている。一方、フレーム９のスラスト摺動面９ａには、第１ネジ孔２８と共通する位置に第２ネジ孔２９が形成されている。円環状の金属部材１０は、第１ネジ孔２８に通したネジ部材２６を第２ネジ孔２９にねじ込んでフレーム９にネジ固定された固定部２７を有している。なお、第１ネジ孔２８は、ネジ部材２６の頭部が第１ネジ孔２８の内部に完全に収まる大きさ及び形状であり、揺動スクロール３の揺動運動を阻害しない構成としている。

　円環状の金属部材１０をフレーム９へ固定する手段としては、上記したネジ固定した固定部２７に限定されない。例えば、円環状の金属部材１０は、その外周面をフレーム９の内周面に焼きばめられて固定された構成でもよい。要するに、円環状の金属部材１０をフレーム９に固定することができれば、種々の態様で実施することができる。

　電動機２２は、本体シェル１の内壁面に焼き嵌め等により固着支持された円環状の固定子２１と、固定子２１の内側面に対向して回転可能に取り付けられた回転子４とで構成されており、主軸５を介して連結された圧縮機構を駆動させるものである。

　主軸５は、上端部に揺動スクロール３のボス部２０に挿入されて回転自在に支持され、主軸５の回転中心から偏心した偏心軸上で揺動スクロール３に係合する偏心軸部５ａが形成されている。主軸５は、回転子４の回転に伴って回転し、偏心軸部５ａで揺動スクロール３を旋回させる構成である。主軸５の上部（偏心軸部５ａ近傍）は、フレーム９の中央部に設けられた主軸受２５ａに回転自在に支持されている。一方、主軸５の下部は、副軸受２５ｂによって回転自在に支持されている。副軸受２５ｂは、本体シェル１の下部に設けられたサブフレーム２４の中央部に形成された軸受収納部２４ａに圧入固定されている。また、サブフレーム２４には、オイルポンプ１３が設けられている。このオイルポンプ１３で吸引された潤滑油１１は、主軸５の内部に形成された主軸内給油穴５ｂを介して各摺動部に送られる。

　また、主軸５には、揺動運動により発生する揺動スクロール３の遠心力を相殺するバランスウェイト８が設けられている。バランスウェイト８は、揺動スクロール３に働く遠心力の方向と反対側に配置され、スライダ７と一体で形成されている。バランスウェイト８は、第２渦巻突起部３ｂが、第１渦巻突起部２ｂに押し付けられることを軽減することができる。

　スライダ７は、ボス部２０に回転自在に挿入され、スライド面には主軸５の上端に設けられた主軸５の偏心軸部５ａが挿入されている。つまり、スライダ７は、揺動スクロール３と主軸５の偏心軸部５ａとの間に介在され、揺動スクロール３の揺動半径を可変とすると共に、揺動スクロール３を公転運動させるために揺動スクロール３を支承するものである。

　次に、実施の形態１のスクロール圧縮機１００の動作について説明する。上記のように構成されたスクロール圧縮機１００において、電動機２２に通電すると、回転子４にトルクが発生して主軸５が回転する。これにより、主軸５の偏心軸部５ａに支持された揺動スクロール３が回転運動を始め、オルダムリング６により回転運動が抑制され、揺動運動を行う。この時、円環状の金属部材１０は、上面全体が揺動スクロール３の下面と接してスラスト荷重を支える。そして、揺動スクロール３と固定スクロール２とからなる圧縮室２３が外周側から中央部に移動しながら圧縮室容積が次第に小さくなり、冷媒を圧縮する。圧縮される冷媒は吸入管１４から流入し、フレーム９に設けられた吸入口（図示省略）から圧縮室２３に取り込まれ、圧縮されて、固定スクロール台板２ａの中央部の吐出ポート１７から高圧室１８を介し吐出管１５を経て本体シェル１の外部へ排出される。

　潤滑油１１は、本体シェル１の底部の油溜め１２からオイルポンプ１３を介して主軸内給油穴５ｂを流れて各軸受、摺動部側の空間などへ供給され、フレーム９内に形成されている排油穴（図示省略）から油溜め１２に戻るようになっている。

　スクロール圧縮機１００は、スライダ７にバランスウェイト８を設けたことにより、スラスト摺動面９ａの内径ｒが大きくなる。即ち、スクロール圧縮機１００は、揺動スクロール３のスラスト摺動面９ａの面積が小さくなるので、揺動スクロール３の単位面積当りのスラスト荷重が増加し、揺動スクロールスラスト軸受面１６が異常摩耗又は焼付きを起こすおそれがある。

　そこで、実施の形態１のスクロール圧縮機１００では、上記したようにスラスト摺動面９ａ上に、スラスト摺動面９ａの外径Ｒに相当する外径を有し、かつスラスト摺動面９ａの内径ｒよりも小さい内径である円環状の金属部材１０が設置されている。つまり、スラスト摺動面９ａ上にスラスト摺動面９ａの面積より大きい面積を有する円環状の金属部材１０が設置されているので、バランスウェイト８を有していても、円環状の金属部材１０でスラスト摺動面９ａの面積を確保することができる。よって、実施の形態１のスクロール圧縮機１００は、揺動スクロール３の単位面積当たりのスラスト荷重を小さくすることができ、揺動スクロールスラスト軸受面１６の異常摩耗及び焼付きを低減することができる。

　また、円環状の金属部材１０は、第１ネジ孔２８及び第２ネジ孔２９にネジ部材２６が共通に挿入された状態で、フレーム９に固定されているので、揺動スクロール３の揺動運動に対して決して回転することがなく、揺動スクロールスラスト軸受面１６の異常摩耗及び焼付きの防止効果を高めることができる。或いは、円環状の金属部材１０は、外周面がフレーム９の内周面に焼きばめられて固定されることで、揺動スクロールスラスト軸受面１６の異常摩耗及び焼付きの防止効果を高めることができる。

　なお、図４は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の主要部の異なる形態を拡大して示した断面図である。円環状の金属部材１０は、図４に示すように、内径の中心が外径の中心から偏心した位置にある構成でもよい。つまり、揺動スクロール３のスラスト荷重が特に作用する箇所（図４の場合は左側）の摺動面積を増加させて、効果的にスラスト荷重を小さくすることができる。

　更に、詳細に図示することは省略したが、円環状の金属部材１０は、揺動スクロールスラスト軸受面１６と対向する面を、外周から内周に向かって下る傾斜面とし、揺動スクロール３の揺動運動による揺動スクロールスラスト軸受面１６の撓みに対応させた構成としてもよい。

　実施の形態２．
　次に、実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００を図５に基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の円環状の金属部材の構成を拡大して示した横断面図である。なお、実施の形態１で説明したスクロール圧縮機と同一の構成については、その説明を適宜省略する。

　実施の形態２のスクロール圧縮機１００では、上記実施の形態１の構成に加えて、円環状の金属部材１０の揺動スクロールスラスト軸受面１６と対向する面に、円環状の第１給油溝１０ａと、円環状の金属部材１０の内周面から外周面に向かって径方向に延びる第２給油溝１０ｂとが形成されていることを特徴とする。第１給油溝１０ａは、間隔をあけて形成した小径の給油溝と大径の給油溝の２つで構成されている。一方、第２給油溝１０ｂは、略１８０度の間隔をあけて２つ形成されており、第１給油溝１０ａとは交差している。

　実施の形態２のスクロール圧縮機１００では、油溜め１２からオイルポンプ１３で吸い上げられ、フレーム９の内部に溜まっている潤滑油１１が、第１給油溝１０ａ及び第２給油溝１０ｂを経由して、揺動スクロールスラスト軸受面１６に行き渡る。したがって、実施の形態２のスクロール圧縮機１００は、スラスト面への給油量を増やすことができるので、スラスト摺動を円滑に行うことができ、揺動スクロールスラスト軸受面１６の異常摩耗及び焼付きの防止効果を高めることができる。

　なお、図５に示した実施の形態２では、第１給油溝１０ａと第２給油溝１０ｂを両方形成した構成を示したが、例えば第１給油溝１０ａ又は第２給油溝１０ｂのどちらか一方のみ設けた構成でもよい。また、第１給油溝１０ａは、図示した２つに限定されず、１つ又は３つ以上形成してもよい。更に、第２給油溝１０ｂは、例えば略９０度の間隔をあけて４つ設ける等、個数、間隔及び径方向の長さは、実施の態様に応じて適宜変更して設けるものとする。

　以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、図示したスクロール圧縮機１００の内部構成は、一例であって、上述した内容に限定されるものではなく、他の構成要素を含んだスクロール圧縮機であっても同様に実施することができる。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨（技術的範囲）に含むことを念のため申し添える。

　１　本体シェル、２　固定スクロール、２ａ　固定スクロール台板、２ｂ　第１渦巻突起部、３　揺動スクロール、３ａ　揺動スクロール台板、３ｂ　第２渦巻突起部、４　回転子、５　主軸、５ａ　偏心軸部、５ｂ　主軸内給油穴、６　オルダムリング、６ａ　オルダムキー溝、７　スライダ、８　バランスウェイト、９　フレーム、９ａ　スラスト摺動面、１０　円環状の金属部材、１０ａ　第１給油溝、１０ｂ　第２給油溝、１１　潤滑油、１２　油溜め、１３　オイルポンプ、１４　吸入管、１５　吐出管、１６　揺動スクロールスラスト軸受面、１７　吐出ポート、１８　高圧室、１９　吐出弁、２０　ボス部、２１　固定子、２２　電動機、２３　圧縮室、２４　サブフレーム　、２４ａ　軸受収納部、２５ａ　主軸受、２５ｂ　副軸受、２６　ネジ部材、２７　固定部、２８　第１ネジ孔、２９　第２ネジ孔、３０　ボルト、１００　スクロール圧縮機。

Claims

　密閉容器と、
　前記密閉容器内に設けられ、第１渦巻突起部を有する固定スクロールと、
　前記密閉容器内に設けられ、第２渦巻突起部を有し、前記固定スクロールとの間に冷媒を圧縮する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を揺動運動させる偏心軸部を有する主軸と、
　前記揺動スクロールと前記偏心軸部との間に介在するスライダと、
　前記スライダに設けられたバランスウェイトと、
　前記揺動スクロールに作用する荷重を支持する円環状のスラスト摺動面を有する筒状のフレームと、
　前記スラスト摺動面上に設置され、前記スラスト摺動面の外径に相当する外径を有し、かつ前記スラスト摺動面の内径よりも小さい内径を有する円環状の金属部材と、を備えた、スクロール圧縮機。
　前記円環状の金属部材は、内径の中心が外径の中心から偏心した位置にある請求項１に記載のスクロール圧縮機。
　前記円環状の金属部材には、前記スラスト摺動面に向かって貫通する第１ネジ孔が形成され、
　前記スラスト摺動面には、第２ネジ孔が形成されており、
　前記円環状の金属部材は、前記第１ネジ孔及び第２ネジ孔にネジ部材が挿入された状態で、前記フレームに固定されている請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
　前記円環状の金属部材は、外周面が前記フレームの内周面に焼きばめられた状態で固定されている請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
　前記円環状の金属部材には、前記揺動スクロールと対向する面に、円環状の第１給油溝が形成されている請求項１～４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
　前記円環状の金属部材には、前記揺動スクロールと対向する面に、径方向に延びる第２給油溝が形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。