JP2007023819A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】オルダムリングの衝撃音を発生させスクロール圧縮機の運転騒音を増大を防止すること。
【解決手段】鉄系材料のオルダムリング５７キー部の巾をｔとし、アルミニウム合金の旋回スクロール１２の鏡板１２ａ背面旋回キー溝巾１９およびアルミニウム合金の主軸受部材５１のスラスト面固定側キー溝巾３２をｓとしたとき、ｓ−ｔで生ずる隙間ｄをオルダムリングのキーピッチＬに対して、６×１０^−５ｄ／Ｌ≦３．５×１０^−４に設定したもので、これによって、オルダムリングがキー溝内で振動してもキー溝との衝突力が弱まり、オルダムリング衝撃音が小さくなりスクロール圧縮機の運転騒音の低減が図れる。
【選択図】図５

Description

本発明は、空調及び冷凍装置に適用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来この種のスクロール圧縮機は、多くの製造業者等から同様の圧縮機に関するさまざまな出願がなされ公開されていると共に、家庭用ルームエアコン用や冷蔵庫用の圧縮機として種々の圧縮機が実際に利用されている。また、最近は自動車用の空気調和装置用の圧縮機としても利用され始めている。

近年、エンジンとモータとを使い分けて走行するハイブリッド自動車が実用化され急速に普及しつつある。ハイブリッド自動車では、エンジンによる環境への影響を軽減するという本来の目的から、自動車が信号などで一時停止する場合にはエンジンを止め、圧縮機のみが運転されるケースが頻繁に起こりうる。このような場合、従来エンジン音に埋もれていた圧縮機の微小な振動や作動音でも、車体のフレームを伝わって、ドライバや乗員への不快音として生じるという課題があった。

このような車両搭載を目的とした圧縮機の低騒音化対策の一つとして、軸受部と支持部材の間に弾性部材を介在させることで、振動および騒音を吸収し低騒音化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

図６は従来の電動圧縮機の断面図で、主支持部材４５に主転がり軸受け３を嵌合するにおいて、主転がり軸受け３のアウターレース３ａの外周に樹脂リング４８を嵌め付けて圧入することにより、アウターレース３ａと主支持部材４５との相互間に樹脂リング４８の弾性力が働いて、振動および騒音を吸収し、運転の安定性と静音性とを高めることができるものである。

また、旋回防止部材である一般的なオルダムリングについて図１〜図５で説明する。図２において、オルダムリング５７はリング部６０を有し、リング部６０の一つの端面には突起状の固定側キー５８を有し、反対側の端面で固定側キー５８に直交した位置には旋回側キー５９を有して一体に形成した構造が採用されている。そして、図３〜図５に示すように、固定側キー５８は主軸受部材５１のスラスト面側に径方向に延びる固定側キー溝３２に摺動自在に嵌合され、旋回側キー５９は旋回スクロール１２の鏡板１２ａ背面に径方向に延びる旋回側キー溝１９に摺動自在に嵌合されている。

これにより駆動軸１４が回転駆動を行うと、通常、旋回スクロール１２の自転力によって、固定側キー５８及び旋回側キー５９それぞれのキー面を、それぞれ対応するキー溝側面に押し付けた状態で、固定側キー５８が固定側キー溝３２をＡ方向に往復運動し、旋回側キー５９が旋回側キー溝１９をＢ方向に往復運動して、旋回スクロール１２の自転を防止して旋回運動させるようにしている。
特開平１１−４４２９６号公報

ここで、従来のスクロール圧縮機のオルダムリング、旋回スクロール、及び主軸受部材はいずれも鉄系材料により形成されている。ハイブリッド自動車等の車両への搭載を考慮して軽量化を図ろうとすると、各部の材料を軽量化する必要がある。そのためには、旋回スクロールや主軸受部材、及び容器等をアルミニウム系材料で形成することが考えられる
。

しかしながら、これらの部品をアルミニウム系材料としてもオルダムリングは強度等の面から鉄系材料のままであり、スクロール圧縮機の運転時に高温になると、材料の違いによる膨張率の違いから、摺動部の隙間が大きくなる傾向があり、それぞれの寸法管理をより厳密に行う必要がある。すなわち、旋回スクロールに発生する自転力は、圧縮機の圧縮運動によって生じる圧縮ガス力や旋回スクロールの遠心力等によって１回転中に大きく変動するため、固定側キー及び旋回側キーのそれぞれ固定側キー溝及び旋回側キー溝への押し付け力が変動するが、摺動部の隙間が大きいと旋回スクロールの挙動が不安定となり、それぞれのキーがキー溝内で振動して衝撃音を発生させてスクロール圧縮機の運転騒音を増大させるという不具合を生じてしまうものであった。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、容器内に収納されたモータと、前記モータによって駆動される、鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した旋回スクロールと、前記旋回スクロールと組み合わされ鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した固定スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板と主軸受部材のスラスト面との間に前記旋回スクロールの自転を防止しながら旋回運動をさせるオルダムリングにより構成される圧縮機構部とを備え、前記旋回スクロールと前記主軸受部材はアルミニウム系材料からなり、前記オルダムリングは鉄系材料からなり、前記オルダムリングの両面に互いに直交する突起状のキーを形成し、前記キーに嵌合して摺動させるキー溝を、それぞれ前記旋回スクロールの鏡板背面および前記主軸受部材のスラスト面側に互いに直交させて形成してなるスクロール圧縮機において、前記オルダムリングキー部の巾をｔとし、前記旋回スクロールの鏡板背面キー溝巾および前記主軸受部材のスラスト面側キー溝巾をｓとしたとき、ｓ−ｔで生ずる隙間ｄを前記オルダムリングのキーピッチＬに対して、６×１０^−５≦ｄ／Ｌ≦３．５×１０^−４に設定したものである。

これによって、オルダムリングがキー溝内で振動してもキー溝との衝突力が弱まり、オルダムリング衝撃音が小さくなりスクロール圧縮機の運転騒音の増大は防がれる。

本発明の圧縮機は、信頼性を損なうことなく、運転騒音の増大を防止することができる。

第１の発明は、本発明の圧縮機は、容器内に収納されたモータと、前記モータによって駆動される、鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した旋回スクロールと、前記旋回スクロールと組み合わされ鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した固定スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板と主軸受部材のスラスト面との間に前記旋回スクロールの自転を防止しながら旋回運動をさせるオルダムリングにより構成される圧縮機構部とを備え、前記旋回スクロールと前記主軸受部材はアルミニウム系材料からなり、前記オルダムリングは鉄系材料からなり、前記オルダムリングの両面に互いに直交する突起状のキーを形成し、前記キーに嵌合して摺動させるキー溝を、それぞれ前記旋回スクロールの鏡板背面および前記主軸受部材のスラスト面側に互いに直交させ形成してなるスクロール圧縮機において、前記オルダムリングキー部の巾をｔとし、前記旋回スクロールの鏡板背面キー溝巾および前記主軸受部材のスラスト面側キー溝巾をｓとしたとき、ｓ−ｔで生ずる隙間ｄを前記オルダムリングのキーピッチＬに対して、６×１０^−５≦ｄ／Ｌ≦３．５×１０^−４に設定したことにより、圧縮機運転時において、オルダムリングがキー溝内で振動してもキー溝との衝突力が弱まり、オルダムリング衝撃音が小さくなりスクロール圧縮機の運転騒音の増大を防ぐことができる。

第２の発明は、少なくとも、オルダムリングの摺動部、又は旋回スクロールのオルダムリングとの摺動部、又は主軸受部材のオルダムリングとの摺動部のうちいずれかに耐磨耗性表面処理を施したものであり、摺動部が滑らかになって運転騒音の増大を防ぐことがでるとともに、信頼性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の断面図を示すものである。図１において、スクロール圧縮機１の胴部の周りにある取付け脚２によって横向きに設置される横型のスクロール圧縮機の場合の１つの例を示しており、スクロール圧縮機１はアルミニウム合金からなる本体ケーシング３内に圧縮機構部４およびこれを駆動するモータ５を内蔵し、圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に供する液を貯留する貯液部６を備え、モータ５を図示しないモータ駆動回路部によって駆動するようにしている。取り扱う冷媒はガス冷媒であり、各摺動部の潤滑や圧縮機構部４の摺動部のシールに供する液としては潤滑油７などの液を採用している。また、潤滑油７は冷媒に対して相溶性のあるものである。しかし、本発明はこれらに限られることはない。基本的には、液体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部４と、この圧縮機構部４を駆動するモータ５と、圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に供する液を貯留する貯液部６を本体ケーシング３に内蔵し、モータ５をモータ駆動回路部により駆動するスクロール圧縮機１であればよく、以下の説明は特許請求の範囲の記載を限定するものではない。

本実施の形態のスクロール圧縮機１の圧縮機構部４は、図１に示すように、共にアルミニウム合金からなる固定スクロール１１と旋回スクロール１２とを噛み合わせて形成した圧縮空間１０が、旋回スクロール１２をモータ５により駆動軸１４を介して固定スクロール１１に対し旋回運動をさせたときに、移動を伴い容積を変化させることにより外部サイクルから帰還する冷媒の吸入、圧縮および外部サイクルへの吐出を、サブケーシング８０に設けた吸入口８および本体ケーシング３に設けた吐出口９を通じて行う。

これに併せ、本体ケーシング３の貯液部６に貯留されている潤滑油７が容積型ポンプ１３などを駆動軸１４にて駆動するか本体ケーシング３内の差圧を利用するなどして、駆動軸１４の給油路１５を通じ旋回スクロール１２の旋回運動に伴い旋回スクロール１２の背面の液溜り２１および液溜り２２、図に示す例では液溜り２１に供給し、この液溜り２１に供給した潤滑油７の一部は旋回スクロール１２の外周部の側背面に、旋回スクロール鏡板１２ａを通じ、絞り２３などによる所定の制限の基に供給して旋回スクロール１２をバックアップしながら、潤滑油７を旋回スクロール１２を通じ旋回スクロール１２の渦巻状ラップにおける先端の固定スクロール１１との間のシール部材の一例であるチップシール２４を保持する保持溝２５に供給して固定、旋回スクロール１１、１２間のシールおよび潤滑を図る。また、液溜り２１に供給した潤滑油７の別の一部は、偏心ベアリング４３、液溜り２２、主ベアリング４２を経ながら、それらベアリング４２、４３を潤滑した後、モータ５側に流出し、貯液部６へと回収される。

さらに、本体ケーシング３内の軸線方向の一方の端部壁３ａ側からポンプ１３、副ベアリング４１、モータ５、主ベアリング４２を持った主軸受部材５１を配置してある。主軸受部材５１もアルミニウム合金により形成されている。ポンプ１３は端部壁３ａの外面から収容してその後に嵌め付けた蓋体５２との間に保持し、蓋体５２の内側に貯液部６に通じるポンプ室５３を形成して吸上げ通路５４を介して貯液部６に通じるようにしてある。副ベアリング４１は端部壁３ａにて支持し、駆動軸１４のポンプ１３に連結している側を
軸受するようにしてある。モータ５は固定子５ａを本体ケーシング３の内周に焼き嵌めなどして固定し、駆動軸１４の途中まわりに固定した回転子５ｂとによって駆動軸１４を回転駆動できるようにしている。主軸受部材５１はサブケーシング８０の内周にボルト１７などにて固定し、駆動軸１４の圧縮機構部４側を主ベアリング４２により軸受している。主軸受部材５１の外面には固定スクロール１１を図示しないボルトなどによって取付け、これら主軸受部材５１と固定スクロール１１との間に旋回スクロール１２を挟み込んでスクロール圧縮機を構成している。主軸受部材５１と旋回スクロール１２との間には旋回スクロール１２の自転を防止して旋回運動させるためのオルダムリング５７が設けられている。オルダムリング５７は焼結合金又はクロムモリブデン鋼からなり、図２に示すようにリング部６０を有し、リング部６０の端面には突起状の固定側キー５８を有し、固定側キー５８に直交し、反対側の端面から旋回側キー５９を一体に形成した構造が採用されている。固定側キー５８は図３に示すように主軸受け部材５１のスラスト面側に径方向に延びる固定側キー溝３２に摺動自在に嵌合され、旋回側キー５９は図４に示すように旋回スクロール１２の鏡板１２ａ背面に径方向に延びる旋回側キー溝１９に摺動自在に嵌合されている。

これにより駆動軸１４が回転駆動を行うと、通常、旋回スクロール１２の自転力によって、キー面をキー溝側面に押し付けた状態で、固定側キー５８が固定側キー溝３２をＡ方向に往復運動し、旋回側キー５９が旋回側キー溝１９をＢ方向に往復運動して、旋回スクロール１２の自転を防止して旋回運動させるようにしている。

駆動軸１４の端面には偏心軸１４ａが一体形成されており、偏心軸１４ａにはブッシュ３０が嵌合して支持されている。ブッシュ３０には旋回スクロール１２が固定スクロール１１と対向するように偏心ベアリング４３を介して旋回運動可能に支持されている。旋回スクロール１２の旋回スクロール鏡板１２ａの背面には筒部１２ｂが突設されており、偏心ベアリング４３は筒部１２ｂ内に収容されている。偏心ベアリング４３の内輪４３ａは、ブッシュ３０に嵌合されており、偏心ベアリング４３の外輪４３ｂは、筒部１２ｂに嵌合されている。

圧縮機構部４のサブケーシング８０からの露出部分は、サブケーシング８０と開口どうしを突き合わせてボルト１８にて固定した本体ケーシング３により覆い、端部壁３ａと軸線方向に反対側の端部壁８０ａを形成している。圧縮機構部４はサブケーシング８０の吸入口８と本体ケーシング３の吐出口９との間に位置し、自身の吸入口１６がサブケーシング８０の吸入口８と接続され、自身の吐出口３１がリード弁３１ａを介して端部壁８２ａの側に開口して相互間を吐出室６２としている。吐出室６２は固定スクロール１１および主軸受部材５１ないしはこれらと本体ケーシング３との間に形成した連絡通路６３を通じて圧縮機構部４と端部壁３ａとの間の、吐出口９を持ったモータ５側に通じている。

以上によって、モータ５はモータ駆動回路部によって駆動され、駆動軸１４を介して圧縮機構部４を旋回運動させるとともに、ポンプ１３を駆動する。このとき圧縮機構部４はポンプ１３により貯液部６の潤滑油７を供給されて潤滑およびシール作用を受けながら、サブケーシング８０の吸入口８さらに自身の固定スクロール１１に設けた吸入口１６を通じ冷凍サイクルからの帰還冷媒を吸入して、圧縮し、自身の吐出口３１から吐出室６２に吐出する。吐出室６２に吐出された冷媒は連絡通路６３を通じてモータ５側に入り、モータ５を冷却しながら本体ケーシング３の吐出口９から吐出されるまでの過程で、冷媒は衝突、絞りなどの気液分離を図って潤滑油７の分離を受けながらも、随伴している一部潤滑油７によって副ベアリング４１の潤滑も行う。

ここで、本実施の形態では、図５に示すように、オルダムリング５７キー部の巾をｔと旋回スクロール１２の鏡板１２ａ背面旋回キー溝巾１９および主軸受部材５１のスラスト
面固定側キー溝巾３２をｓとしたとき、ｓ−ｔで生ずる隙間ｄをオルダムリングのキーピッチＬに対して、６×１０^−５≦ｄ／Ｌ≦３．５×１０^−４に設定したものである。ちなみに、旋回スクロール１２や主軸受部材５１がともに鉄系材料であれば、３．５×１０^−４＜ｄ／Ｌ≦７×１０^−４程度であり、これほど厳密な精度管理は不要である。

隙間ｄをオルダムリング５７のキーピッチＬに対して、変化させながらスクロール圧縮機を運転し、衝撃音の増大を調査したところ、オルダムリング５７のキーピッチＬがｄ／Ｌが３．５×１０^−４超えると衝撃音発生の可能性が大きくなり、オルダムリング５７のキーピッチＬがｄ／Ｌが３．０×１０^−４以下で衝撃音が発生せず、より好ましいことが確認できた。これはｄ／Ｌが３．５×１０^−４以下では、オルダムリング５７がキー溝内で振動してもキー溝との衝突力が弱まり、オルダムリング５７の衝撃音が小さくなると考えられる。この結果、スクロール圧縮機の運転騒音の増大は防止することが出来る。

なお、隙間ｄについては小さいほど振動による騒音については良好であるが、摩擦抵抗やそれに伴う騒音が発生するほど小さくすることは適当ではなく、６×１０^−５以上が好ましいことが確認できた。

さらに、少なくとも、オルダムリング５７の摺動部、又は旋回スクロール１２のオルダムリング５７との摺動部、又は主軸受部材５１のオルダムリング５７との摺動部のうちいずれかに、陽極酸化処理などの耐磨耗性表面処理を施すようにすれば、より信頼性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、オルダムリングキー部の巾と旋回スクロールの鏡板背面キー溝および主軸受部材のスラスト面側キー溝との隙間を規制することにより、圧縮機運転時におけるオルダムリングキーとキー溝との衝撃音を小さくでき、スクロール圧縮機の運転騒音の増大は防がれるので、モータを内蔵しない圧縮機にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 同スクロール圧縮機のオルダムリングの斜視図 同スクロール圧縮機の主軸受部材の正面図 同スクロール圧縮機の旋回スクロール鏡板背面の正面図 同スクロール圧縮機のオルダムリング摺動部を示す要部断面図 従来の電動圧縮機の断面図

符号の説明

１ スクロール圧縮機
３ 本体ケーシング
４ 圧縮機構部
５ モータ
１１ 固定スクロール
１２ 旋回スクロール
１２ａ 旋回スクロール鏡板
１９ 旋回側キー溝
３２ 固定側キー溝
５１ 主軸受部材
５７ オルダムリング
５８ 固定側キー
５９ 旋回側キー
６０ リング部

Claims (2)

1. 容器内に収納されたモータと、前記モータによって駆動される、鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した旋回スクロールと、前記旋回スクロールと組み合わされ鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した固定スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板と主軸受部材のスラスト面との間に前記旋回スクロールの自転を防止しながら旋回運動をさせるオルダムリングにより構成される圧縮機構部とを備え、前記旋回スクロールと前記主軸受部材はアルミニウム系材料からなり、前記オルダムリングは鉄系材料からなり、前記オルダムリングの両面に互いに直交する突起状のキーを形成し、前記キーに嵌合して摺動させるキー溝を、それぞれ前記旋回スクロールの鏡板背面および前記主軸受部材のスラスト面側に互いに直交させて形成してなるスクロール圧縮機において、前記オルダムリングキーの巾をｔとし、前記旋回スクロールの鏡板背面のキー溝巾および前記主軸受部材のスラスト面側のキー溝巾をｓとしたとき、ｓ−ｔで生ずる隙間ｄを前記オルダムリングのキーピッチＬに対して、６×１０^−５≦ｄ／Ｌ≦３．５×１０^−４に設定したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 少なくとも、オルダムリングの摺動部、又は旋回スクロールのオルダムリングとの摺動部、又は主軸受部材のオルダムリングとの摺動部のうちいずれかに耐磨耗性表面処理を施したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。