JP2009030514A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】メインハウジングの固定スクロール側端面の加工を容易にしてコストの削減を図るスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】このスクロール型圧縮機１１にあっては、固定スクロール３５と、この固定スクロール３５に対向配置された可動スクロール３１と、可動スクロール３１の軸方向の力を受けるスラスト軸受部５５と固定スクロール３５と当接する固定スクロール受面６５ｂとを有するメインハウジング２５と、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して自転しないようにするためのオルダムカップリング６３とを備え、オルダムカップリング６３が固定スクロール３５と可動スクロール３１との間に設けられ、固定スクロール３５との接合面とスラスト軸受部５５の受面とが同一平面上に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はスクロール型圧縮機に関する。

従来のスクロール型圧縮機としては、特許文献１に示すようなものが知られている。このスクロール型圧縮機は、固定スクロールと、この固定スクロールに対向配置されるとともに旋回する可動スクロールと、可動スクロールが受ける軸方向の圧縮反力を受ける受面と固定スクロールとの接合面とを有するメインハウジングと、を有している。このスクロール型圧縮機は、可動スクロールが固定スクロールに対して自転することなく旋回することによって両スクロール間の圧縮空間で流体を圧縮するようになっている。

しかしながら、このスクロール型圧縮機では、メインハウジングの固定スクロール側端面に段差部を設け、メインハウジングと固定スクロールとの間に形成された空間内に可動スクロールを収容し、また可動スクロールの自転防止機構がメインハウジングとの間に設けられているため、メインハウジングの固定スクロール側端面に上記段差部や可動スクロールの自転防止機構の係合凹部や係合ピンを植設するための穴を形成する必要がある。このため、メインハウジングの固定スクロール側端面の加工が複雑化し、コストの上昇を招くという問題点があった。
より具体的には、自転防止機構の加工が必要であることと、特にスクロール型圧縮機では可動スクロールが収容される空間を成す固定スクロールとメインハウジングとの間のスラスト方向のクリアランス管理が重要となる為、該空間を成す段差部の精度（特に平行度）が重要であった。また上記段差部の平行度が良好でも絶対値の交差巾が大きいとクリアランス調整の為の多数のランク分けしたスラストシムを用意する必要がありコスト削減の為にも上記段差部の高精度加工（平行度と絶対寸法）が必要となり高額な部品となっていた。更には加工のみならず組立て時にも、上記クリアランス調整の為、メインハウジングに設けられた段差部の寸法と可動スクロールの鏡板の厚さ、固定スクロールの歯丈等よりスラストクリアランスの調整作業をおこなう為、検査部品が多く、組立て上でもコスト高となっていた。

特開平０８−２１９０５３号公報

本発明は、上記問題点を解決することを課題とし、メインハウジングの形状を簡素化しメインハウジングの固定スクロール側端面の加工を容易にすることと、それによって組立て検査工程も簡略化してスクロール圧縮機全体のコストの削減を図ることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、固定スクロール（３５）と、この固定スクロール（３５）に対向配置され回転軸（２１）によって固定スクロール（３５）に対して旋回することで流体を圧縮する可動スクロール（３１）と、回転軸（２１）を軸支するラジアル軸受（２７）と、可動スクロール（３１）が受ける軸方向の力を受けるスラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）と、固定スクロール（３５）の周縁部との接合面（６５ｂ）とを有するメインハウジング（２５）と、可動スクロール（３１）が固定スクロール（３５）に対して自転しないようにするための自転防止機構（６３）とを備えたスクロール型圧縮機において、自転防止機構（６３）が固定スクロール（３５）と可動スクロール（３１）との間に設けられ、固定スクロール（３５）との接合面（６５ｂ）とスラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）とが同一平面上に形成され、固定スクロール（３５）の周縁部は、固定スクロール（３５）の渦巻状のラップ先端より高く立設し、固定スクロール（３５）とスラスト軸受（５５）との間に可動スクロール（３１）が収容される空間を形成していることを特徴とする。

これにより、メインハウジングにおける高精度の段差加工と自転防止機構の係合部の加工を廃止し、高精度の加工を歯部の加工に高精度を要求される固定スクロールと可動スクロールの２部品に集中させることができる。したがってコストの削減を図ることができる。更には組立て時のスラストクリアランス調整の検査部品を固定スクロールと可動スクロールの２点に集中させることができ、圧縮機全体のコスト削減に有効となる。

請求項２に記載の発明は、可動スクロール（３１）と固定スクロール（３５）との重ね合わせ部の外周（７５）が、圧縮機の低圧側に臨んでいることを特徴とする。これにより、重ね合わせ部の外周の圧力とスラスト軸受部の圧力を同圧にすることができ、この間のシール機構を省略することができる。それ故、装置外径を小型にすることができる。また、所謂、内部高圧の背圧方式のスクロール型では固定スクロール側がスラスト軸受となる為、固定スクロール側に自転防止機構を配置するとスラスト軸受の外周に配置することになり、外形が大型化するが、内部低圧式では、よりコンパクトに構成できる。

請求項３に記載の発明は、圧縮機はＣＯ２冷媒を圧縮するものであり、固定スクロール（３５）の歯丈が短くなされていることを特徴とする。ＣＯ２冷媒では固定スクロールの歯部、固定スクロールの外周部の加工に必要な工具の長さが短く、Ｒ１３４ａのような従来冷媒のスクロール型のように工具の長さが高く精度に余裕のないものとは異なり、加工精度に余裕があるため、メインハウジングの段差加工が固定スクロール側に移っても影響が小さく、またスクロールの高精度加工機で所謂ワンチャック加工が可能となり、従来の２部品の合体精度よりも実態は向上することができ、加工の容易化、コストの低減をはかることができる。

請求項４に記載の発明は、固定スクロール（３５）、メインハウジング（２５）と同軸に可動スクロール（３１）を旋回駆動する電動機（１５）をさらに備えたことを特徴とする。これにより、電動機の固定子に相当する、固定スクロールや可動スクロールの外周部にスペース的余裕があり自転防止機構を容易に収納することができる。

請求項５に記載の発明は、自転防止機構（６３）は、オルダムカップリング（６３）である手段を採用することができる。これにより、可動スクロールの自転を簡単な機構で確実に防止することができる。
請求項６に記載の発明は、メインハウジング（２５）の固定スクロール（３５）との接合面（６５ｂ）とスラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）は旋盤加工または研削加工が施されていることを特徴とする。これにより簡素で平面度の良好な同一平面を形成することができる。
請求項７に記載の発明は、固定スクロール（３５）の筒状突部（６９）の先端面（６９ａ）はエンドミル加工が施されていることを特徴とする。これにより高精度な段差加工面を形成することができる。
請求項８に記載の発明は、メインハウジング（２５）と固定スクロール（３５）の締結ボルト（７０）がメインハウジング（２５）側から締結されることを特徴とする。これにより段差部がなくなったことにより最も短いボルトの選定や短い加工穴ですむためコストの削減がはかられる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の一実施形態につき、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるスクロール型圧縮機１１を示す縦断面図である。以下二酸化炭素冷媒を使用し、吐出される二酸化炭素の圧力が臨界圧力を超える冷凍回路中で用いられる給湯機用の圧縮機を例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態におけるスクロール型圧縮機１１は、密閉容器１３内に電動機部１５と圧縮機構部１７とを同軸に収容した密閉型電動圧縮機である。

密閉容器１３は、円筒形をなす円筒ケース１３ａと、この円筒ケース１３ａの両端に組みつけられた電動機側端部ケース１３ｂ、圧縮機構側端部ケース１３ｃとを備えている。

電動機部１５は、円筒ケース１３ａの内周面に固定された固定子１９と、電動機部１５によって回転駆動されるシャフト２１に固定される回転子２３とを備えている。

圧縮機構部１７は、円筒ケース１３ａ内において上記固定子１９に隣接する位置に固定されたメインハウジング２５と、メインハウジング２５に設けられた主軸受２７によって支持されたクランク機構２９により公転する可動スクロール３１と、メインハウジング２５の固定子１９と反対の側において、円筒ケース１３ａに固定され、可動スクロール３１と対向配置されて共に後述する作動室３３を形成する固定スクロール３５とを備えている。

尚、シャフト２１は、円筒ケース１３ａ内において、固定子１９と電動機側端部ケース１３ｂとの間に設けられた円盤状の支持部材３７に固定された副軸受３９と、上記主軸受２７とによって略水平に支持されている。

可動スクロール３１は、略円盤状の可動側板４１と、可動側板４１の端面から固定スクロール３５側に向かってインボリュート曲線状に立設した可動側渦巻４３と、可動側渦巻４３と反対側の端面からメインハウジング２５側に向かって円筒状に立設したボス部４５と、可動スクロール３１のメインハウジング側でボス部４５の外周に形成された可動スクロール背面４６とを備えている。

固定スクロール３５は、円筒ケース１３ａに固定された固定側板４７と、固定側板４７の可動スクロール３１側の端面に設けられた渦巻状の溝によって形成された固定側渦巻４９とを備えている。

ここで、このスクロール型圧縮機１１は、二酸化炭素冷媒を使用し、吐出圧が二酸化炭素の臨界圧を超えるように設計されている。このため、可動側渦巻４３と固定側渦巻４９の歯丈は、作動室３３に加わる高圧に耐えるよう、通常のフレオン等の冷凍回路で使用されるものより低く設定されている。

メインハウジング２５は、電動機部１５側から固定スクロール３５側に向かって、順次径が大きくなる２段円筒状をなしており、電動機部１５に近い最も小径の円筒２５ａは主軸受２７を構成し、大径の円筒２５ｂはクランク機構５１を収容するクランク室５３を構成し、この大径の円筒２５ｂの固定スクロール３５側から径方向外方に拡径して延びるフランジ部２５ｃは可動スクロール３１のスラスト荷重を受けるスラスト軸受部５５を構成している。そして、スラスト軸受部５５は、円筒ケース１３ａの内周面に焼き嵌めなどの固定手段によって固定されている。スラスト軸受部５５には可動スクロールのボス部が旋回する範囲で凹部Ｘが設けられている。また、スラスト軸受部５５には可動スクロール受面６５ａが設けられ固定スクロール受面６５ｂと同一平面となっており加工の簡素化が図られている。従って可動スクロール受面６５ａと固定スクロール受面６５ｂは段差のない一回の旋盤加工もしくは研削加工が施されている。段差はなくなったとはいえ、平面度は重要なため、研削加工が望ましいが、凹部Ｘが構成されているため、必要平面範囲を限定することにより旋盤加工でも要求される平面度を満たす構成を採用している。

クランク機構５１は、シャフト２１の圧縮機構部１０側の端部に一体に設けられた偏心軸５７と可動スクロール３１のボス部４５によって構成されている。偏心軸５７は、上記主軸受２７及び副軸受３９の軸中心から所定量だけ偏心するように設けられている。

可動スクロール３１の可動側板４１のうち可動側渦巻４３の外側の可動側板外周部５９と、固定スクロール３５の固定側板４７のうち固定側渦巻４９の外側の固定側板外周部６１との間には、オルダムカップリング６３が介装されている。このオルダムカップリング６３は、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して自転しないようになされており、これによって可動スクロール３１は、固定スクロール３５に対して公転のみするようになっている。このような構成において、圧縮機構部１７は、可動側渦巻４３と固定側渦巻４９との噛み合いによって形成される複数の作動室３３が、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して旋回することによって体積を縮小し、作動室３３内の冷媒を圧縮するようになっている。

スラスト軸受部５５は、その固定スクロール３５側に、単一の平面からなる固定スクロール側端面６５を有している。このスラスト軸受部５５の固定スクロール側端面６５のうち可動スクロール３１の可動スクロール背面４６と対向する面（以下、可動スクロール受面６５ａという。）と可動スクロール３１との間には、環状の耐摩耗性リング６７が介装されている。

この耐摩耗性リング６７は、前述の作動室３３の高圧によって可動スクロール３１を固定スクロール３５からメインハウジング２５の方向に押圧する力を受けつつ、可動スクロール背面４６を摺動させるようになされている。

一方、固定スクロール３５の固定側板４７の外周部には、この外周部からメインハウジング２５の固定スクロール側端面６５に向かって突出する筒状の筒状突部６９が形成されている。この筒状突部６９の先端面６９ａは、固定スクロール側端面６５のうち、可動スクロール受面６５ａの外周側の部分（以下、固定スクロール受面６５ｂという。）と圧接している。このスクロール型圧縮機１１は、高圧の二酸化炭素冷媒を圧縮するためのものであるため、可動側渦巻４３、固定側渦巻４９の歯丈は、強度保持のためフレオン等の通常の冷媒を圧縮するためのものと比較して短くなされ、上記筒状突部６９が追加となっても精度には影響を及ぼさない。したがって、上記筒状突部６９が追加となってもこれらの部分の加工に使用する工具の長さを短くすることができ、加工の容易化を図ることができる。
固定スクロールの加工は高精度な、所謂マシニングセンタが一般的であり段差となる筒状突部６９は所謂ワンチャック加工ででき、高精度加工が１点に集約でき、合成精度は向上する。そのため上記筒状突部６９の端面はスクロール歯先と同種の所謂エンドミル加工がなされている。
また、固定スクロール３５とメインハウジング２５との締結はメインハウジング２５側からボルト７０等の締結手段で締結されている。

密閉容器１３の電動機側端部ケース１３ｂには、吸入管７１が設けられており、冷凍回路中の配管が接続されて冷媒が吸入されるようになっている。また、電動機側端部ケース１３ｂと固定子１９との間に設けられた円盤状の支持部材３７には第１の貫通孔７３が形成されており、吸入された冷媒が電動機部１５に流入できるようになっている。さらに、メインハウジング２５のスラスト軸受部５５の外周部には、電動機部１５側から可動スクロール３１の外周と固定スクロール３５の筒状突部６９の内周との間の空間（以下、スクロール外周空間７５という。）に到る第２の貫通孔７７が形成されている。そして、吸入管７１から吸入された冷媒は、第１の貫通孔７３、第２の貫通孔７７を通ってスクロール外周空間７５に到達する。このスクロール外周空間７５に到達した冷媒は、可動側渦巻４３および固定側渦巻４９の外周部から吸入されて圧縮されるようになっている。

ここで、このスクロール型圧縮機１１は、可動スクロール背面４６に吐出側の高圧を加えて作動室３３からの圧力とバランスさせるいわゆる高圧型ではなく、吸入側の低圧が可動スクロール背面４６にそのまま加わる低圧型である。したがって、吸入側の冷媒が導入されるスクロール外周空間７５の圧力と耐磨耗性リング６７が介装されている空間の圧力は基本的には同圧であり、両空間の間にはシール機構は設けられていない。したがって、径方向の寸法をコンパクトにすることができる。

固定スクロール３５の固定側渦巻４９の中心部には、固定側板４７を可動スクロール３１側から圧縮機構側端部ケース１３ｃ側に貫通する吐出孔７９が形成されている。また、固定スクロール３５の可動スクロール３１と反対の側の吐出孔７９が形成された部分には、吐出室８１が設けられている。吐出孔７９からこの吐出室８１に入る部分には逆止弁８３が設けられており、吐出室８１に吐出された冷媒が逆流しないようになっている。この吐出室８１には、この吐出室８１から円筒ケース１３ａを貫通して外部に突出する吐出管８５が設けられている。そして、可動スクロール３１と固定スクロール３５との間の作動室３３で高圧に圧縮された冷媒は、吐出孔７９、逆止弁８３を通って吐出室８１に圧送され、吐出管８５を通って冷媒回路中の冷媒配管に供給される。

以上説明したように、このスクロール型圧縮機１１にあっては、固定スクロール３５と、この固定スクロール３５に対向配置されシャフト２１によって固定スクロール３５に対して旋回することで流体を圧縮する可動スクロール３１と、シャフト２１を軸支する主軸受２７と、可動スクロール３１が受ける軸方向の力を受けるスラスト軸受部５５と、固定スクロール３５との固定スクロール受面６５ｂとを有するメインハウジング２５と、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して自転しないようにするためのオルダムカップリング６３とをを備え、オルダムカップリング６３が固定スクロール３５と可動スクロール３１との間に設けられ、スラスト軸受部５５の固定スクロール受面６５ｂと可動スクロール受面６５ａとが同一平面上に形成されているから、メインハウジング２５の高精度の段差加工とオルダムカップリングの係合部の加工を省略することができ、したがってコストの削減を図ることができる。また、オルダムカップリング６３が固定スクロール３５と可動スクロール３１との間に設けられることになるが、固定スクロール３５、可動スクロール３１はともに固定側渦巻４９、可動側渦巻４３を有しており高精度の加工を前提としているため、オルダムカップリングのための加工を追加してもそれほどコスト増加にはつながらない。このように、３つの部品に分散していた高精度加工を本来高精度加工が必要な２つの部品に集中させることによって、高精度加工が必要な部品点数を削減し加工コストの削減を図ることができる。更には組立て時のスラストクリアランス調整の検査部品を固定スクロールと可動スクロールの２点に集中させることができ、組立てコストを含め圧縮機全体のコスト削減に有効となる。

また、このスクロール型圧縮機１１は、吸入側の低圧が可動スクロール背面４６にそのまま加わる低圧型である。このため、吸入側の冷媒が導入されるスクロール外周空間７５の圧力と耐磨耗性リング６７が介装されている空間の圧力は基本的には同圧であり、両空間の間にはシール機構は設けられていない。したがって、可動側渦巻４３および固定側渦巻４９の外周側にオルダムカップリング６３の他にさらにシール機構を設ける必要がなく。装置外径を小さくすることができる。

また、このスクロール型圧縮機１１は、高圧の二酸化炭素冷媒を圧縮するためのものであるため、可動側渦巻４３、固定側渦巻４９の歯丈を短くすることができ、上記筒状突部６９が追加となっても精度に影響をおよぼさない。したがって、上記筒状突部６９が追加となっても固定スクロールの歯部の加工に必要な工具の長さを短くすることができ、加工の容易化、コストの低減をはかることができる。

また、このスクロール型圧縮機１１は、固定スクロール３５、可動スクロール３１、メインハウジング２５等を有する圧縮機構部１７を外径の大きい電動機部１５とともに密閉容器１３内に同軸に配設しているから、固定スクロール３５や可動スクロール３１の外周部にスペース的余裕があり、したがって、オルダムカップリング等を容易に収納することができる。

また、自転防止機構としてオルダムカップリング６３を採用しているから、可動スクロール３１の自転を簡単な機構で確実に防止することができる。
また、メインハウジング２５と前記固定スクロール３５の締結ボルト７０がメインハウジング２５側から締結されることによって、メインハウジングの段差部がなくなったことにより、従来段差がなかった固定スクロール側から締結するよりも、更に短いボルトの選定や短い穴加工ですむためコストの削減がはかられる。

なお、上記実施の形態においては、吸入管を７１を電動機側端部ケース１３ｂに設け、冷媒を円筒ケース１３ａ内を通過して圧縮機構部１７へ導くようにしているが、これに限る必要はなく、吸入管を円筒ケース１３ａを貫通し圧縮機構部１７の側面からスクロール外周空間７５に接続してもよい。

本発明の一実施の形態であるスクロール型圧縮機を示す縦断面図。

符号の説明

１１ スクロール型圧縮機
１５ 電動機部
１７ 圧縮機構部
２１ シャフト
２５ メインハウジング
２７ 主軸受
３１ 可動スクロール
３５ 固定スクロール
５５ スラスト軸受部
５９ 可動側板外周部
６１ 固定側板外周部
６３ オルダムカップリング
６５ 固定スクロール側端面
６５ａ 可動スクロール受面
６５ｂ 固定スクロール受面

Claims (8)

1. 固定スクロール（３５）と、
   この固定スクロール（３５）に対向配置され、回転軸（２１）によって前記固定スクロール（３５）に対して旋回することで流体を圧縮する可動スクロール（３１）と、
   前記回転軸（２１）を軸支するラジアル軸受（２７）と、前記可動スクロール（３１）が受ける軸方向の力を受けるスラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）と、前記固定スクロール（３５）の周縁部との接合面（６５ｂ）とを有するメインハウジング（２５）と、
   前記可動スクロール（３１）が前記固定スクロール（３５）に対して自転しないようにするための自転防止機構（６３）と、
   を備えたスクロール型圧縮機において、
   前記自転防止機構（６３）が前記固定スクロール（３５）と前記可動スクロール（３１）との間に設けられ、
   前記固定スクロール（３５）との接合面（６５ｂ）と前記スラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）とが同一平面上に形成され、
   前記固定スクロール（３５）の周縁部は、前記固定スクロール（３５）の渦巻状のラップ先端より高く立設し、前記固定スクロール（３５）と前記スラスト軸受（５５）との間に前記可動スクロール（３１）が収容される空間を形成していることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記可動スクロール（３１）と前記固定スクロール（３５）との重ね合わせ部の外周（７５）が、圧縮機の低圧側に臨んでいることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 圧縮機はＣＯ２冷媒を圧縮するものであり、前記固定スクロール（３５）の歯丈が短くなされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記固定スクロール（３５）、前記メインハウジング（２５）と同軸に前記可動スクロール（３１）を旋回駆動する電動機（１５）を、さらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記自転防止機構（６３）は、オルダムカップリング（６３）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。
6. 前記メインハウジング（２５）の前記固定スクロール（３５）との接合面（６５ｂ）と前記スラスト軸受（５５）の受面（６５ａ）は旋盤加工または研削加工が施されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。
7. 前記固定スクロール（３５）の筒状突部（６９）の先端面（６９ａ）はエンドミル加工が施されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。
8. 前記メインハウジング（２５）と前記固定スクロール（３５）の締結ボルト（７０）がメインハウジング（２５）側から締結されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。

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