JP2004100660A

JP2004100660A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2004100660A
Application number: JP2002267536A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Murakami; 村上　晃啓; Kazutaka Watabe; 渡部　一孝; Atsushi Shimada; 島田　敦
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-02
Also published as: CN1287091C; CN1482363A

Abstract

【課題】スクロール圧縮機における、旋回スクロールおよび固定部材のキー溝とオルダムリングのキーとの面圧を低減して、支持構造部の寿命を向上させる。
【解決手段】キー部１８近傍にキー幅方向の拡張部２１を設けることにより、鉄系焼結合金から成るオルダムリングのキーを均一な密度で径方向に延ばすことを可能とし、摺動面積を拡げ、面圧を低減する。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として業務用および家庭用の冷凍空調に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調用の電動圧縮機としては、レシプロ式のもの、ロータリー式など多種多様のものがあるが、いずれの方式も家庭用・業務用の冷凍空調の分野で使用されてきている。中でもスクロール圧縮機については、高効率、低騒音、低振動という特長を生かして実用化されてきた。
【０００３】
スクロール圧縮機に用いられるスクロール圧縮機構は、よく知られているように、渦巻曲線をなして形成したラップを持った旋回スクロールと非旋回スクロール、例えば固定スクロールとを有している。それぞれのラップを噛み合わせることで、双方のスクロールラップ間に幾つかの圧縮室が形成される。この各圧縮室は、旋回スクロールの旋回運動に伴い、吸い込み口に通じて冷媒を吸い込む外周部から、吐出口に通じる中央部に移動しながら容積が縮小して冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒を吐出口から吐出する。
【０００４】
その旋回スクロールが冷媒の圧縮のために自転せずに旋回運動するように、支持し案内する自転規制部材をなすのがオルダムリングである。このオルダムリングは、旋回スクロールを案内するために、オルダムリングを支持する密閉容器に固定された固定部材に対しては一定方向に移動し、その一定方向と直交する方向に旋回スクロールに対しては移動する。オルダムリングと旋回スクロール及び固定部材との接合部は、オルダムリングに設けられた突起部であるキー部が、旋回スクロール及び固定部材に設けられた溝に嵌合することで相対的に移動できる構造となっている。すなわち、オルダムリングは、固定部材および旋回スクロールの双方との間で摺動する。
【０００５】
オルダムリングの構造について具体的に述べると、中心孔をもつリング本体を有し、このリング本体は、相対向する一対の第１キーと、その第１キーの各キーと直行する一対の第２キーをそれぞれ突設している。また、旋回スクロール、固定部材には、第１、第２キーを受け入れるキー溝を設けて、これら各キー溝にオルダムリングの各キーをそれぞれ摺動可能に結合させることにより、旋回スクロールを自転せずに旋回運動するようにしている。
【０００６】
ところで、上述のスクロール圧縮機において、旋回スクロールを効率よく旋回運動させるためには、旋回スクロールおよび固定部材に形成するキー溝とオルダムリングに突設するキーとの間の面圧をできるだけ少なくする必要がある。
【０００７】
また、従来のような旋回スクロールのオルダムリングを利用した支持構造では、圧縮容積を増やす際などキー部の面圧が増大する場合には、その支持構造部の寿命を低下させてしまう。密閉型圧縮機のようにメンテナンスフリーでしかも長寿命で運転される装置の場合、その支持構造部の寿命が即圧縮機全体の寿命となるので特に問題であり、実用に耐えない。
【０００８】
そこで、キー溝とオルダムリングのキーとの面圧を低減する一例として、旋回スクロールのキー溝形成部位に、オルダムリングのキーとの摺動面積を軸方向に拡げる膨出摺動部を延設したものがある（例えば、特許文献１。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−７９１４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に示される従来技術では、可動スクロールの鏡板外周部位にキー溝がある場合にのみ適用できる。つまり、鏡板のラップに対応した内周部位に従来技術を適用しようとすると、鏡板の厚みを大きくしてキー溝の深さを増さなければならない。そしてキー溝に係合するキーの高さを高くする必要もある。その結果、旋回スクロールの鏡板の厚みが大きくなるので、旋回スクロールの重量が大幅に増大し、バランス設計を行う場合の自由度が減少する問題を招くことになる。
【００１１】
本発明は上記のような問題を解消することを課題とし、面圧増大による寿命低下の問題のないスクロール圧縮機を提供することを主たる目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のスクロール圧縮機は、リング部とキー部とを備えるオルダムリングのキー部を径方向に延ばすことにより、目的を達成するものである。すなわち、オルダムリングのキー部の径方向端部をリング部の径方向の外周面よりも径方向に延張させたことにより、キー部とキー溝との摺動面積が増大して、このキー部にかかる面圧が低減する。そのため、旋回スクロールの効率的な旋回運動を行うことができ、支持構造部の寿命を向上させることができる。しかも、旋回スクロールの厚みや高さを大きくすることなく、旋回スクロールを具備するスクロール圧縮機を設計する上で不都合を招くこともない。
【００１３】
キー部の径方向端部を径方向に延張したときに、キー部近傍にキー幅方向の拡張部を設ける。この拡張部によりオルダムリングを鉄系焼結合金で形成したときには、キー部を均一な密度で焼結することができる。この拡張部は、キー部近傍にあってリング部外周から径方向外側に延長したものであってもよい。
【００１４】
オルダムリングのキー部と嵌合する旋回スクロールおよび固定部材のキー溝は、従来よりも径方向に延長した溝とする。この溝の外縁は、旋回スクロールにあっては旋回スクロールの加工時に用いられる被把持部と干渉しない位置までが望ましい。また、固定部材にあっては拡張部と干渉しない逃げ溝を伴うことで、本発明を適用したオルダムリングと係合し、目的を達成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるいくつかの好適な実施の形態について図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されず、また、特に限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらの実施の形態のみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１、図２に示される本実施の形態は、冷凍空調用横置き設置型のスクロール圧縮機の場合における一例である。
【００１７】
このスクロール圧縮機は、冷媒として弗化炭素水素系冷媒群のうち少なくとも１種または２種以上を混合した混合冷媒を使用するものである。その主な構成としては、密閉容器１の内部に、電動機２と、この電動機２により駆動される旋回スクロール３と非旋回スクロールである固定スクロール４との間で冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構５とを配してなる。さらに旋回スクロール３を固定スクロール４に対して自転させずに旋回運動させるように、固定スクロール４と密閉容器１に固定された固定部材７との間で支持案内する自転規制部材としてのオルダムリング６を有している。
【００１８】
本実施の形態は横置き設置型の圧縮機であることにより、密閉容器１内の図面上の左部にスクロール圧縮機構５が、密閉容器１内の右部に圧縮機構５を駆動する電動機２が、最右部にはオイル溜め８に潤滑油が封入された構成となっている。この圧縮機は、潤滑油を潤滑対象部、すなわち摺動部分である軸受や冷媒をシールしなくてはならないスクロール圧縮機構５へ、給油ピース９から吸い上げ、クランクシャフト１６の内部を貫通する油穴１０を介して供給する給油機構を備えている。圧縮機構５において、固定スクロール４と旋回スクロール３のラップが噛み合っている。旋回スクロール３は、電動機２の回転に伴って、オルダムリング６を介し旋回駆動され、公転運動する。
【００１９】
この旋回運動によって、旋回スクロール３および固定スクロール４の双方のラップ間にいくつか形成された圧縮室１１は、吸入口１２に通じるラップ外周側から吐出口１３に通じるラップ内周側に移動しながら容積を縮小して圧縮を行う。冷媒は密閉容器１外に延びる吐出管１４から空調用の冷凍サイクル（図示せず）に供給された後、吸入管１５に戻されてサイクル内を循環する。以上の一連の動作を連続して実行し冷凍サイクルが成立する。
【００２０】
固定部材７は密閉容器１内に固定され、固定スクロール４との間に旋回スクロール３のラップと固定スクロール４のラップを互いに噛み合わせ状態に保持する。また固定部材７は、その中心部に軸受を有し、クランクシャフト１６を保持する。クランクシャフト１６は、軸受の右方で電動機２の回転子２ａと固定されている。回転子２ａのまわりには固定子２ｂがあり電動機２を構成している。またシャフト１６は軸受に保持された部分の左方に偏心部を備え、旋回スクロール３に設けられた軸受と嵌合している。
【００２１】
図３、図４は旋回スクロール３を図示したものである。図３は、固定部材７側、すなわちラップが設けられていない側の平面図である。旋回スクロール３にはキー溝１９が設けられていて、後述するオルダムリング６のキー１７と嵌合する。このキー溝１９の中をオルダムリング６のキー１７が嵌合したまま径方向に往復移動する。後述するように、キー溝１９の径方向外側の端部は、旋回スクロール３を加工する際の被把持部である旋回スクロール３の外周部と干渉しない位置までとすることが望ましい。
【００２２】
オルダムリング６は、図５、図６に示すように、本体はリング形状をなしていて、旋回スクロール３に対向する面の直径線上２ヶ所に一対のキー１７が、また固定部材７と対向する面の直径線上２ヶ所に一対のキー１８がそれぞれ設けられている。キー１７とキー１８とは、互いに直角な方向に配置されている。換言すると、一対のキーを結ぶ直径線は互いに直交するような配置である。
【００２３】
このオルダムリング６は鉄系焼結合金で形成される。図５、図６に示すように、このオルダムリング６のキー１７、１８は、その一部である径方向端部を外径方向に延ばしたキー延出部２２を備える。従来の略正方形の断面を有するキーよりも、キー延出部２２を有するキー１７、１８は、旋回スクロール３に設けられたキー溝１９や図７で示される固定部材７に設けられたキー溝２０と摺動する面積が多くなるため、キー１７、１８の摺動面に係る面圧が低くなる。また、キー延出部２２はオルダムリング６の外径方向に延ばしてあるため、旋回スクロール３の鏡板を厚くすることなくキー溝１９を設けることができる。
【００２４】
鉄系焼結合金でオルダムリング６を形成する場合、本発明の一実施例を適用したオルダムリング６のキー１７、１８の如く、キーの一部を外径方向に延ばしたキー延出部２２を各キー部に設けようとすると、焼結時にキー部への供給粉末量がうまく調整できずに密度が不均一となる。これは、型でオルダムリングを製作する際に、図９で示すように、下型側のキー部への供給粉末量（図９の左側）と比べて、上型側のキー部への供給粉末量（図９の右側）が少なくなる傾向にあるからである。仮に供給粉末量をうまく調整できても、焼結時に重力に逆らって下型側から上型側のキー部へと粉末を供給するため、上側となるキー部に加圧によるひびや割れが発生してしまう。
【００２５】
そのため、一対のキー部１８の近傍にキー幅方向に出っ張った拡張部２１を設けることによって、キー延出部２２を含めたキー部を有するオルダムリング６を焼結させて形成することができる。つまり、拡張部２１を形成するための領域を下型に設けておくと、上型側キー部の周辺に金属粉末の供給量を増やすことができるので、キー部の粉末密度が均一となる。この拡張部２１は、キー部近傍にあってリング部外周から径方向外側に延長したものであってもよい。キー延出部２２の外径方向端部の位置は、拡張部２１の外径方向端部の位置よりも径方向で外側の方が望ましい。
【００２６】
図１０で示すようにキー部をテーパ形状２４にして、上型側のキー部へ粉末を供給しやすくすることも考えられるが、その場合にはキー部の幅方向に対する削り代が大きくなるため加工性が悪くなる。また、拡張部２１を設けずに、図１１のようにリングの径をキー部に合わせて拡げる形状も考えられるが、その際には、キー部が内径方向に拡がりクランクシャフトとの干渉を考慮しなければならず、拡張部２１を有する本形状が望ましい。
【００２７】
図３、４、７及び８に示すように、旋回スクロール３および固定部材７のキー溝１９、２０は、キー延出部２２が摺動可能なように形成する。すなわち、旋回スクロール３および固定部材７のキー溝１９、２０を従来よりも径方向に延長したものとする。言い換えるならば、キー溝１９、２０が、少なくとも、旋回スクロール３の旋回に伴い移動するオルダムリング６の移動軌跡の外縁よりも、キー延出部２２の径方向の長さ分、径方向に長い溝となる。加えて、固定部材７とオルダムリング６が摺動する際に、オルダムリング６の拡張部２１が固定部材７と干渉することを避けるため、固定部材７に逃げ部２３を設けた。
【００２８】
オルダムリング６は、成形し焼結後、その表面にスチーム処理を施し、キー１７、１８を加工して製造される。
【００２９】
以上に示した本発明の一実施形態によれば、オルダムリング６のキー１７、１８にかかる面圧を低減でき、旋回スクロール３は効率的な旋回運動を行うことができ、旋回スクロール３を支持する支持構造部の寿命を向上させることができる。しかも、旋回スクロール３の厚みや高さを大きくすることなく、旋回スクロール３および固定部材７のキー溝１９、２０を、キー延出部２２の径方向の長さ分確保することで、オルダムリング６のキー１７、１８にかかる面圧を低減できる。そのため、旋回スクロール３を具備するスクロール圧縮機を設計する上で不都合を招くこともない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、旋回スクロールの効率的な旋回運動を行うことができ、支持構造部の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すスクロール圧縮機の断面図である。
【図２】図１の要部断面図。
【図３】旋回スクロールの平面図。
【図４】図３の断面図。
【図５】オルダムリングの平面図。
【図６】図５の断面図。
【図７】固定部材の平面図。
【図８】図７の断面図。
【図９】オルダムリング製作の説明図。
【図１０】オルダムリングの断面図。
【図１１】オルダムリングの平面図。
【符号の説明】
１…密閉容器、２…電動機、２ａ…回転子、２ｂ…固定子、３…旋回スクロール、４…固定スクロール、５…圧縮機構、６…オルダムリング、７…固定部材、８…オイル溜め、９…給油ピース、１０…油穴、１１…圧縮室、１２…吸込口、１３…吐出口、１４…吐出管、１５…吸込管、１６…クランクシャフト、１７…キー、１８…キー、１９…キー溝、２０…キー溝、２１…拡張部、２２…キー延出部、２３…逃げ部、２４…テーパ形状、２５…拡張形状。

Claims

渦巻状のラップをそれぞれの鏡板に有し、それらのラップを噛み合わせることによって圧縮室を形成する旋回スクロールおよび非旋回スクロールと、前記旋回スクロールの前記ラップを設けていない鏡板面に設けられた溝に勘合するキー部とそのキー部を複数備えるリング部とを有し、前記旋回スクロールを前記非旋回スクロールに対して自転させずに旋回運動させるべく支持して案内するオルダムリングとを備え、そのオルダムリングの前記キー部は外径方向へ延びる延出部を有し、前記キー部の近傍にはキー幅方向の拡張部とを有するスクロール圧縮機。
渦巻状のラップをそれぞれの鏡板に有し、それらのラップを噛み合わせることによって圧縮室を形成する旋回スクロールおよび非旋回スクロールと、前記旋回スクロールの前記ラップを設けていない鏡板面に設けられた溝に勘合するキー部とそのキー部を複数備えるリング部とを有し、前記旋回スクロールを前記非旋回スクロールに対して自転させずに旋回運動させるべく支持して案内するオルダムリングとを備え、そのオルダムリングの前記キー部は外径方向へ延びる延出部を有し、前記キー部の近傍に、前記オルダムリングのリング部の径方向外周面と前記延出部の径方向端部との間に径方向端部を備えた拡張部とを有するスクロール圧縮機。
請求項１若しくは２記載のスクロール圧縮機において、前記オルダムリングは鉄系焼結合金からなるスクロール圧縮機。
密閉容器の中に、渦巻状のラップをそれぞれの鏡板に有し、それらのラップを噛み合わせることによって圧縮室を形成する旋回スクロールおよび非旋回スクロールと、前記旋回スクロールの前記ラップを設けていない鏡板面に設けられた溝に勘合するキー部とそのキー部を複数備えるリング部とを有し、前記旋回スクロールを前記非旋回スクロールに対して自転させずに旋回運動させるべく支持して案内するオルダムリングと、そのオルダムリングを支持する前記密閉容器に固定される固定部材とを備え、そのオルダムリングの前記キー部は外径方向へ延びる延出部を有し、前記キー部の近傍にはキー幅方向の拡張部とを有し、前記固定部材には前記オルダムリングのキー部と嵌合するキー溝とそのキー溝の近傍に前記拡張部との干渉を避ける逃げ部とを有するスクロール圧縮機。