JP2005069155A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工性および組立性のよいクランク軸を備えたスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】 回転駆動軸６のクランク軸６２として主軸６１に一体成型されたクランクピン６４と、クランクピン６５に対して着脱自在に取り付けられるブッシュ６５とを有し、クランクピン６４とブッシュ６５とを固定ピン７を介して固定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空気調和機などの冷凍サイクルに用いられるスクロール圧縮機に関し、さらに詳しく言えば、加工性および組立性のよいスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、鏡板に直立する螺旋状のスクロールラップを有する固定スクロールと旋回スクロールとを互いのスクロールラップ同士を噛み合わせ、内部に密閉作動室を形成してなる冷媒圧縮部が設けられている。

冷媒圧縮部は、旋回スクロールをクランク軸を備えた回転駆動軸により旋回運動させることにより、ラップ同士で形成される三日月状の空間が密閉作動室の外側から内側に向かって、その容積を減少しながら移動することで、内部に導かれた低圧冷媒を高圧冷媒へと圧縮するようになっている。

回転駆動軸は、電動機の出力軸としての主軸に対してクランク軸が偏心して配置されており、従来は偏心したクランク軸が一体となった回転駆動軸であった。この場合、アプセット鍛造や鋳造により素材を作り、クランク軸が付いた状態で切削研磨を行っていたため加工コストが高くついた。

そこで、回転駆動軸をより安価に製造する方法の一例として、例えば特許文献１がある。この回転駆動軸は、主軸の上端に主軸よりも小さいクランクピンを形成しておき、そのクランクピンに対してリング状のブッシュを嵌合することで主軸にクランク軸を形成している。

これによれば、主軸は、クランクピンを形成するだけでよいため、従来よりも加工にかかる費用を安価できる。また、クランクピンを主軸中心付近に形成した場合、ブッシュの形状を変えるだけでクランク軸の偏心量を任意に調節できる。

しかしながら、この回転駆動軸にも次にような課題が残されている。すなわち、従来の回転駆動軸は、主軸のクランクピンに対してブッシュが挿入されているため、回転駆動軸を回転させたときに、クランクピンに対してブッシュが回転摺動することがあり、摺動損失となっていた。

この摺動損失を解決する手段の一例としては、クランクピンとブッシュの間の位置精度を高くする方法もあるが、この方法だと研磨などの精密加工を必要とする分、加工コストがかかることは否めない。

特許第２７８７１４５号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、より加工性および組立性のよいクランク軸を備えたスクロール圧縮機を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１において、電動機にて生成された回転駆動力を旋回スクロールに伝達する回転駆動軸を有するスクロール圧縮機において、上記回転駆動軸は、上記電動機の出力軸である主軸と、上記主軸の上端側に回転軸に対して偏心して配置されたクランク軸とを含み、上記クランク軸は、上記主軸の上端に形成されたクランクピンと、上記クランクピンに対して着脱自在に取り付けられるブッシュとを備えており、上記クランクピンと上記ブッシュとの間には、それらを互いに係止するための係止手段が設けられていることを特徴としている。

請求項２において、上記係止手段は、上記クランクピンと上記ブッシュとの合わせ面に形成された凹溝と、同凹溝内に差し込まれる固定ピンとからなることを特徴としている。

請求項３において、上記凹溝は、上記クランクピンの外周面と上記ブッシュの内周面の互いに対向する面に設けられた一対の凹溝メンバーからなることを特徴としている。

請求項４において、上記凹溝は、上記回転駆動軸を回転させた際に上記クランク軸に加わる負荷方向に対して反負荷側に形成されていることを特徴としている。

請求項５において、上記固定ピンは、弾性を有する板体を円筒状に丸めたもの、もしくは、合成樹脂の円筒体からなることを特徴としている。

請求項６において、上記クランクピンと上記ブッシュとの間の隙間を大きく形成して、上記クランク軸の偏心量を可変としたことを特徴としている。

請求項７において、上記ブッシュの外径には、潤滑油を流すための油溝が設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、クランクピンとブッシュとの間にそれらを互いに係止する係止手段を設けたことにより、ブッシュの回転を拘束することにより、摺動損失を低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、クランクピンとブッシュとの合わせ面の間に形成された凹溝内に固定ピンを差し込むだけで、簡単にブッシュの回転を拘束でき、安価に製造することができる。

請求項３に記載の発明によれば、これによれば、クランクピンとブッシュの一部に凹溝メンバーを例えばスライス加工などによって形成することで、簡単に位置決めすることができとともに、その加工コストも安く抑えられる。

請求項４に記載の発明によれば、凹溝をクランク軸の回転時にその負荷方向に対して反負荷方向に設けたことにより、消費電力あたりの加熱能力、いわゆるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を高くでき、高効率なスクロール圧縮機が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、固定ピンを安価に製造できる。また、請求項６に記載の発明によれば、固定ピンの径を変えるだけで、クランクピンとブッシュとの間に形成される隙間の大きさが変わるため、クランク軸の偏心量を調節することができる。

請求項７に記載の発明によれば、ブッシュの外周に潤滑油を摺動部に送り込むための油溝を設けたことにより、潤滑不良などを効果的に抑えることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の内部構造を概略的に示した断面図である。このスクロール圧縮機１は、円筒状の密閉シェル２を縦置きしたものからなり、内部がメインフレーム３を挟んで圧縮室２１と、電動機室２２とに区画されている。

圧縮室２１には、固定スクロール４１および旋回スクロール４２からなる冷媒圧縮部４が設けられており、電動機室２２内には、冷媒圧縮部４を駆動するモータ（電動機）５と、その出力軸としての回転駆動軸６とが設けられている。

固定スクロール４１には、円盤状の鏡板４１１の下面に渦巻状のスクロールラップ４１２が一体的に立設されており、そのほぼ中央には、内部で生成された高圧冷媒を吐出するための吐出口４１３が設けられている。

旋回スクロール４２は、円盤状の鏡板４２１の上面に渦巻状のスクロールラップ４２２が一体的に形成されており、鏡板４２１の背面中央には、回転駆動軸６のクランク軸６２が差し込まれるボス４２３が形成されている。

この固定スクロール４１と旋回スクロール４２の各スクロールラップ４１２，４２２同士を互いに噛み合わせることにより、内部に冷媒を圧縮するための密閉作動室４３が形成される。

この例において、スクロール圧縮機１０は内部高圧型であり、密閉シェル２の上部（圧縮室２１）には、図示しない冷凍サイクルにて仕事を終えた低圧冷媒を密閉作動室４３に引き込むための冷媒吸入管２３が設けられ、密閉シェル２の電動機室２２の側部には、冷媒圧縮部４によって圧縮された高圧冷媒を電動機室２２から冷凍サイクルに送り出すための冷媒吐出管２４が設けられている。また、密閉シェル２内の底部には、潤滑油Ｏが一定量貯留されている。

なお、本発明において、メインフレーム３およびモータ５の構成は、あくまでスクロール圧縮機構を備えるに必要な構成要素を備えていればよく、その構成は従来のものと同じであってよいため、本発明では、その具体的な説明は省略する。

電動機５の回転駆動軸６は、モータ５に対して同軸的に配置される主軸６１と、主軸６１の上端側に一体的に形成され、主軸６１に対して偏心配置されたクランク軸６２とを備えている。

主軸６１は、電動機５の出力軸として電動機室２２内に同軸的に配置されており、下端側が密閉シェル２の底部に貯留する潤滑油Ｏに向けて差し込まれている。主軸６１の内部には、電動機室２２内に貯留する潤滑油Ｏを圧縮室２１の各摺動部および軸受部に供給するための潤滑油供給管６３が形成されている。

図２および図３に示すように、クランク軸６２は、主軸６１の上端に一体的に突設されたクランクピン６４と、同クランクピン６４の上端から差し込まれるブッシュ６５とからなり、その合わせ面には係止手段としての固定ピン７が差し込まれる凹溝６６が形成されている。

クランクピン６４は、主軸６１の上端に主軸６１の軸線に対して偏心して配置された円筒状を有し、その内部には主軸６１から続く潤滑油供給管６３が延在されており、天端面には、潤滑油Ｏの吐出口６３１が開口されている。

クランクピン６４の外周面（ブッシュ６５との合わせ面）の一部には、クランクピン側の凹溝６６の一部を構成する凹溝メンバー６４１が形成されている。凹溝メンバー６４１は、この実施形態において、半円弧状に切り欠かれた切欠溝からなり、軸方向に沿ってクランクピン６４の付け根から先端にかけて形成されている。

ブッシュ６５は、クランクピン６４とほぼ同じ高さを有するリング状の円筒体からなり、軸方向の高さがクランクピン６４とほぼ同じ高さとされている。ブッシュ６５の内周面（クランクピン６４との合わせ面）には、ブッシュ側の凹溝６６の一部を形成する凹溝メンバー６５１が形成されている。

凹溝面メンバー６５１は、クランクピン６４のものと同じく半円弧状に切り欠かれた切欠溝からなり、軸方向に沿ってブッシュ６５の付け根から先端にかけて形成されている。

凹溝６６は、クランクピン６４側およびブッシュ６４側の各凹溝メンバー６４１，６５１同士が互いに向き合って配置されることにより形成される円筒上の丸孔からなり、この実施形成においては、固定ピン７とほぼ同径の大きさを備えている。

凹溝６６は、回転駆動軸６を回転駆動したときに、回転駆動軸６にかかる負荷に対して反負荷側、すなわち、中心軸方向に設けられている。これによれば、反負荷側に設けられていることにより、遠心力やガス圧などによって回転駆動軸６にかかる偏心応力を小さくすることができ、結果、高いエネルギー効率（ＣＯＰ）が得られる。

この実施形態において、凹溝６６は、半円状に形成されているが、例えば図４（ａ）に示すように、Ｖ字状の凹溝メンバー６４１，６５１を互いに向き合うように配置して、断面四角状の凹溝６６としてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、多角形状（この実施形態では６角形）に形成してもよい。

再び図２および図３を参照して、ブッシュ６５の外周面側には、クランクピン６４の吐出口６３１から吐出される潤滑油Ｏを確実に各摺動部に送り出すための油溝６５２が設けられている。油溝６５２は、ブッシュ６５の外周面、この実施形態では、反凹溝６６側にブッシュ６５の軸方向に沿って切り欠かれた切欠溝からなる。

これによれば、吐出口６３１から吐出された潤滑油Ｏは、クランク軸６２の上部から油溝６５２を通ってメインフレーム３の上面側に運ばれた後、各摺動部に供給されることで確実に潤滑油Ｏを供給することができる。

この実施形態において、油溝６５２は、ブッシュ６５の外周面の一部を平坦に切り落とした形状となっているが、これ以外に、図４（ａ）に示すように、Ｖ字状に切り落としてもよいし、図４（ｂ）に示すように、多角形状に切り落としてもよく、潤滑油Ｏを確実に供給できる形状であれば、その形状は特に限定されない。

再び図２を参照して、固定ピン７は、弾性を有する金属板をＣ字状に折り曲げて円筒状にしたものからなり、この実施形態では、凹溝６６の径よりも若干大きい径とされている。この固定ピン７は、凹溝６６内に挿入されることにより、弾性変形して、凹溝６６を内側から押さえ付けることにより、クランクピン６４とブッシュ６５を互いに固定する。

この実施形態において、クランクピン７は金属板をＣ字状に折り曲げたものから構成されているが、例えば合成樹脂製であってもよい。また、その形状は図５（ａ）に示しように、単なる棒状であってもよいし、図５（ｂ）に示す円筒状であってもよい。また、図４（ａ）に示した凹溝６６のような多角形状の場合は、図５（ｃ）に示すように、角柱体であってもよく、凹溝６６の形状に応じて任意に変更可能である。

図６には、本発明の回転駆動軸の変形例が示されている。この回転駆動軸６ａは、主軸６１の上端に形成されたクランクピン６４が主軸６１に対して同軸的に突設されており、そのクランクピン６４に対して偏心した挿入孔を持つブッシュ６５が差し込まれ、固定ピン７によって固定されている。

これによれば、回転駆動軸６の駆動効率を変えることなく、主軸６１の加工コストをより抑えることができる。このような態様も本発明に含まれる。

このスクロール圧縮機１を駆動すると、図１に示すように、仕事を終えた低圧冷媒は冷媒吸入管２３から密閉作動室４３内に引き込まれ、密閉作動室４３の外周側から内周側に移動するにつれて圧縮される。圧縮された高圧冷媒は、吐出口４１３から圧縮室２１内に吐出され、固定スクロール４１とメインフレーム３に設けられた冷媒通路３７を通って電動機室２２に運ばれた後、冷媒吐出管２４から再び冷凍サイクルへと送り出される。

潤滑油Ｏは、回転駆動軸６の回転により、内部の潤滑油供給管６３を通って旋回スクロール４２のボス４２３に持ち上げられ、ブッシュ６５の油溝６５２を通りながらボス４２３や主軸受けなどの各摺動部を潤滑する。仕事を終えた潤滑油Ｏは、図示しない排油通路を通って再び電動機室２２内に引き戻される。

この実施形態において、スクロール圧縮機１は、圧縮された高圧冷媒を一旦密閉シェル内に吐出する内部高圧型であるが、本発明に記載された回転駆動軸の構造は、仕事を終えた低圧冷媒を密閉シェル内を経由して圧縮部に引き込む内部低圧型に適用してもよい。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の内部構造を概略的に示した断面図。 上記実施形態のスクロール圧縮機の回転駆動軸の拡大斜視図。 上記回転駆動軸のクランク軸の断面図。 クランクピンおよびブッシュの変形例を説明する模式図。 固定ピンの各種変形例を説明する説明図。 上記実施形態の回転駆動軸の変形例を模式的に示した縦・横断面図。

符号の説明

１ スクロール圧縮機
２ 密閉シェル
２１ 圧縮室
２２ 電動機室
３ メインフレーム
４ 冷媒圧縮部
４１ 固定スクロール
４２ 旋回スクロール
５ モータ（電動機）
６ 回転駆動軸
６１ 主軸
６２ クランク軸
６３ 潤滑油供給管
６４ クランクピン
６５ ブッシュ
６６ 凹溝
７ 固定ピン

Claims (7)

1. 電動機にて生成された回転駆動力を旋回スクロールに伝達する回転駆動軸を有するスクロール圧縮機において、
   上記回転駆動軸は、上記電動機の出力軸である主軸と、上記主軸の上端側に回転軸に対して偏心して配置されたクランク軸とを含み、上記クランク軸は、上記主軸の上端に形成されたクランクピンと、上記クランクピンに対して装着されるブッシュとを備えており、上記クランクピンと上記ブッシュとの間には、それらを互いに係止するための係止手段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. 上記係止手段は、上記クランクピンと上記ブッシュとの合わせ面に形成された凹溝と、同凹溝内に差し込まれる固定ピンとからなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 上記凹溝は、上記クランクピンの外周面と上記ブッシュの内周面の互いに対向する面に設けられた一対の凹溝メンバーからなる請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 上記凹溝は、上記回転駆動軸を回転させた際に上記クランク軸に加わる負荷方向に対して反負荷側に形成されている請求項１，２または３に記載のスクロール圧縮機。
5. 上記固定ピンは、弾性を有する板体を円筒状に丸めたもの、もしくは、合成樹脂の円筒体からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
6. 上記クランクピンと上記ブッシュとの間に形成される隙間を大きく形成して、上記クランク軸の偏心量を可変としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
7. 上記ブッシュの外径には、潤滑油を流すための油溝が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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