JP2009057854A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】可動スクロールにおける圧入変形を簡易にして抑制し、スクロールユニットのシール性を向上することができるスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】台座部(20a)に形成される円筒穴(40)、背面(32b)に形成される圧入穴(42)に圧入固定されると共に円筒穴に遊嵌されるピン(38)からなり、可動スクロール(32)の公転旋回運動を妨げることなく可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構(36)とを備え、自転阻止機構は、ピンの圧入穴に対する圧入固定によってピンと圧入穴との間に形成される空間(56)をハウジング(2)内に開口させる連通路(58)を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に好適なスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、例えばスクロール型圧縮機は、ハウジング内を延びる回転軸によって駆動されて公転旋回運動することにより、固定スクロールと協働して作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う可動スクロールを有するスクロールユニットがハウジング内に収容され、また、可動スクロールの鏡板の背面に対向する台座部において可動スクロールを公転旋回可能に支持するフレームがハウジングに固定されている。

そして、回転軸周りの可動スクロールの公転を妨げることなく可動スクロールの自転を阻止するために、フレームの台座部に形成されるリング穴と、リング穴に遊嵌されると共に可動スクロールの背面に圧入固定される自転阻止ピンとからなるピン−リング式の自転阻止機構を設けた圧縮機が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１８３５２７号公報

しかしながら、上記従来技術では、可動スクロールに対するピンの圧入固定によってピンとピンが圧入される圧入穴との間に圧縮空間が形成され、この空間の圧力により可動スクロールがたわんで変形し、スクロールユニットのシール性が低下するおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、可動スクロールにおける圧入変形を簡易にして抑制し、スクロールユニットのシール性を向上することができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、ハウジング内に収容され、ハウジング内を延びる回転軸によって駆動されて公転旋回運動することにより、固定スクロールと協働して作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを行う可動スクロールを有するスクロールユニットと、ハウジングに固定され、可動スクロールの鏡板の背面に対向する台座部において可動スクロールを公転旋回可能に支持するフレームと、台座部に形成される円筒穴、背面に形成される圧入穴に圧入固定されると共に円筒穴に遊嵌されるピンからなり、可動スクロールの公転旋回運動を妨げることなく可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構とを備え、自転阻止機構は、ピンの圧入穴に対する圧入固定によってピンと圧入穴との間に形成される空間をハウジング内に開口させる連通路を有することを特徴としている。

具体的に請求項１における連通路は、請求項２記載の発明では、圧入穴の底部から圧入穴の開口部にかけて圧入穴の外周面に形成される溝部であり、また、請求項３記載の発明では、ピンの両端面に亘ってピンの内部に穿設される貫通孔であり、また、鏡板の側面から空間にかけて鏡板の内部に穿設される連通孔であることを特徴としている。
更に、請求項５記載の発明では、請求項２において、ピンは可動スクロールよりも高い材料硬度を有し、圧入穴は、溝部と溝部に沿って形成される凸部とからなるスプライン形状をなすことを特徴としている。

請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、自転阻止機構がピンの圧入穴に対する圧入固定によってピンと圧入穴との間に形成される空間をハウジング内に開口させる連通路を有することにより、ピンの圧入固定により形成される圧縮された空間の圧力を開放させることができる。これにより、圧縮空間の圧力による可動スクロールの圧入変形を抑制することができるため、スクロールユニットにおける作動流体の漏洩が防止され、スクロールユニットのシール性を向上することができる。

具体的には、請求項２記載の発明によれば、圧入穴の底部から圧入穴の開口部にかけて圧入穴の外周面に溝部を形成し、または、請求項３記載の発明によれば、ピンの両端面に亘ってピンの内部に貫通孔を穿設し、または、請求項４記載の発明によれば、可動スクロールの鏡板の側面から空間にかけて鏡板の内部に連通孔を穿設することにより、ピンの圧入固定により形成される圧縮された空間の圧力を容易にして開放させることができるため、可動スクロールの圧入変形を抑制して、スクロールユニットのシール性を向上することができる。

更にまた、請求項５記載の発明によれば、圧入穴が溝部と溝部に沿って形成される凸部とからなるスプライン形状をなす。ここで、ピンが可動スクロールよりも高い材料硬度を有することにより、圧縮空間の圧力によってピンを介し可動スクロールが圧入変形する前に凸部が潰れて変形する。これにより、溝部によって圧縮空間の圧力が開放されるのに加え、可動スクロールを圧入変形させる力を凸部で緩衝させて低減することができるため、可動スクロールの圧入変形をより一層確実に抑制することができ、ひいてはスクロールユニットのシール性を確実に向上することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る流体機械の一例である密閉型のスクロール圧縮機の縦断面図を示している。この圧縮機１は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１は密閉容器（ハウジング）２を備え、密閉容器２は両端が開口した筒状の胴部４と、胴部４の上端、下端にそれぞれ気密に内嵌される上蓋部６、及び下蓋部８とから構成され、これより胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には冷凍回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、一方、上蓋部６の適宜位置には密閉容器２内の圧縮冷媒を冷凍回路へ吐出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内にはスクロールユニット１４と、当該ユニット１４の下方に配され、回転軸１６を介してユニット１４を駆動する電動モータ１８とが収容されている。
回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム（フレーム）２０に回転自在に支持され、主軸フレーム２０は胴部４に固定されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持され、オイルポンプ２４が装着されており、このポンプ２４は下蓋部８の内側に形成された貯油室２６内の潤滑油を吸引している。吸引された潤滑油は、回転軸１６内を軸線方向に穿孔される給油路２８を上昇し、回転軸１６の上端からユニット１４、モータ１８、軸受等に供給される。副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油の導入口３０が形成され、圧縮機１の各摺動部分や軸受等に供給された潤滑油は導入口３０を介して貯油室２６に貯留される。

ユニット１４は、可動スクロール３２及び固定スクロール３４から構成され、これらスクロール３２，３４が互いに協働し、吸入管１０から冷媒を吸入して圧縮室を形成している。圧縮室は、固定スクロール３４に対する可動スクロール３２の公転旋回運動により、ユニット１４の中心に向けて移動しながら、その容積を減少させて、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施している。

可動スクロール３２は、例えばアルミニウム合金等の軽金属材料から形成され、その鏡板３２ａの背面３２ｂと対向する主軸フレーム２０の台座面（台座部）２０ａにおいて公転旋回運動可能に支持され、その自転が自転阻止機構３６により阻止されている。
自転阻止機構３６は、例えば６組の自転阻止ピン（ピン）３８、及びホール（円筒穴）４０とから構成され、ホール４０は台座面２０ａに有底円筒状に形成されている。

一方、当該ピン３８は、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）等の高硬度材料から形成され、円柱状の径方向には所定の圧入しろを有しており、一端側が背面３２ｂに形成される有底円筒状の圧入穴４２に圧入固定され、他端側がホール４０に遊嵌されることにより、可動スクロール３２の公転旋回運動を妨げることなく可動スクロール３２の自転が阻止されている。

可動スクロール３２に公転旋回運動を付与するため、可動スクロール３２の背面３２ｂ側にはボス４４が突出して形成され、それに対向する回転軸１６の上端側には偏心軸４６が一体形成されており、ボス４４は軸受を介して偏心軸４６に回転自在に支持されている。
一方、固定スクロール３４は、胴部４に固定されると共に、固定スクロール３４の鏡板３４ａの背面３４ｂ側に形成される冷媒の吐出室４８を圧縮室と区画している。

詳しくは、固定スクロール３４の中央部分の適宜位置には、吐出孔５０が穿設されており、吐出孔５０は吐出室４８側に配置された吐出弁５２により開閉される。吐出弁５２は吐出カバー５４で覆われ、吐出カバー５４によって圧縮室と吐出室４８とが区画されると共に、吐出弁５２の開弁時における音が抑制される。
上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い可動スクロール３２が主軸フレーム２０に対して公転旋回運動し、これにより吸入管１０を介して吸入された冷媒がユニット１４の内方に向けて流動しながら圧縮され、圧縮された高圧冷媒が吐出孔５０から吐出されて密閉容器２内を循環し、循環した冷媒が吐出室４８から吐出管１２を介して圧縮機１の外部へ送出される。

ところで、ピン３８の圧入穴４２に対する圧入固定によってピン３８と圧入穴４２との間に圧縮された空間５６が形成されている。
そして、図２の可動スクロール３２を鏡板３２ａの背面３２ｂ側からみた平面図を参照すると、圧入穴４２の外周面４２ａには、この空間５６を密閉容器２内に開口させる２つの溝部（連通路）５８が圧入穴４２の底部４２ｂから圧入穴４２の開口部４２ｃにかけて形成されている。即ち、溝部５８はピン３８の圧入固定によって形成される圧縮された空間５６の圧力を解放する圧力解放手段として機能している。

なお、溝部５８は、圧入穴４２の形成前に、ドリル等により小穴を所定の位置に予め形成し、その後に小穴と重なる位置に圧入穴４２を形成することによって溝部５８を容易に形成することが可能である。また、溝部５８は、１つの圧入穴４２につき、１つ、または３つ以上形成しても良い。
以上のように、本実施形態では、自転阻止機構３６が空間５６を密閉容器２内に開口させる溝部５８を有することにより、ピン３８の圧入固定により形成される圧縮された空間５６の圧力を容易に開放させることができるため、空間５６の圧力による可動スクロール３２の圧入変形を抑制することができ、ひいてはユニット１４における冷媒漏洩を防止してユニット１４のシール性を向上することができる。

ここで、圧入穴４２の穴形状の変形例として図３に示されるように、キー溝の如く矩形状の溝部（連通路）６０を１つの圧入穴４２につき多数形成することにより、圧入穴４２の外周面４２ａを溝部６０と溝部６０に沿って形成される凸部６２とからなるスプライン形状に形成することもできる。そして、ピン３８が可動スクロール３２よりも高い材料硬度を有することにより、圧縮された空間５６の圧力によってピン３８を介し可動スクロール３２が圧入変形する前に凸部６２が潰れて変形する。これにより、溝部６０によって圧縮された空間５６の圧力が開放されるのに加え、可動スクロール３２を圧入変形させる、いわば圧入力を凸部６２で緩衝させて低減することができるため、可動スクロール３２の圧入変形をより一層確実に抑制することができ、ひいてはユニット１４のシール性を確実に向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記変形例では、圧入穴４２の外周面４２ａをスプライン形状に形成しているが、圧入力を凸部６２で緩衝させて低減できれば良く、外周面４２ａにセレーション加工を施して凸部６２を略三角状に形成しても良く、または、外周面４２ａにローレット加工を施して凸部６２を格子状に形成しても良い。これらの場合にも、圧入力を低減してユニット１４のシール性を向上することができる。

また、上記実施形態及び変形例では、圧入穴４２の外周面４２ａに溝部５８や溝部６０を形成しているが、ピン３８の圧入固定により形成される圧縮された空間５６の圧力を解放することができれば良い。
例えば、図４に示されるように、ピン３８の両端面３８ａ,３８ｂに亘ってピン３８の内部に貫通孔（連通路）６４を穿設し、または、図５に示されるように、可動スクロール３２の鏡板３２ａの側面３２ｃから空間５６にかけて鏡板３２ａの内部に連通孔（連通路）６６を穿設することにより、空間５６の圧力を容易にして開放させることができるため、これらの場合にも可動スクロール３２の圧入変形を抑制して、ユニット１４のシール性を向上することができる。

更に、上記実施形態及び変形例では、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる密閉型のスクロール圧縮機１について説明しているが、これに限らず、種々の作動流体や、種々の分野における密閉型以外の圧縮機又は膨脹機等の流体機械に適用可能である。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１の可動スクロールを鏡板の背面側から示した平面図である。 図２の圧入穴の変形例を拡大して示した平面図である。 本発明の変形例に係るスクロール圧縮機を示した縦断面図の要部である。 本発明の別の変形例に係るスクロール圧縮機を示した縦断面図の要部である。

符号の説明

２ 密閉容器（ハウジング）
１４ スクロールユニット
１６ 回転軸
２０ 主軸フレーム（フレーム）
２０ａ 台座面（台座部）
３２ 可動スクロール
３２ａ 鏡板
３２ｂ 背面
３２ｃ 側面
３４ 固定スクロール
３６ 自転阻止機構
３８ 自転阻止ピン（ピン）
４０ ホール（円筒穴）
４２ 圧入穴
４２ａ 外周面
４２ｂ 底部
４２ｃ 開口部
５６ 空間
５８ 溝部（連通路）
６０ 溝部（連通路）
６２ 凸部
６４ 貫通孔（連通路）
６６ 連通孔（連通路）

Claims (5)

1. ハウジング内に収容され、該ハウジング内を延びる回転軸によって駆動されて公転旋回運動することにより、固定スクロールと協働して作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを行う可動スクロールを有するスクロールユニットと、
   前記ハウジングに固定され、前記可動スクロールの鏡板の背面に対向する台座部において該可動スクロールを公転旋回可能に支持するフレームと、
   前記台座部に形成される円筒穴、前記背面に形成される圧入穴に圧入固定されると共に前記円筒穴に遊嵌されるピンからなり、前記可動スクロールの公転旋回運動を妨げることなく該可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構とを備え、
   前記自転阻止機構は、前記ピンの前記圧入穴に対する圧入固定によって前記ピンと前記圧入穴との間に形成される空間を前記ハウジング内に開口させる連通路を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記連通路は、前記圧入穴の底部から該圧入穴の開口部にかけて該圧入穴の外周面に形成される溝部からなることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記連通路は、前記ピンの両端面に亘って該ピンの内部に穿設される貫通孔からなることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記連通路は、前記鏡板の側面から前記空間にかけて鏡板の内部に穿設される連通孔からなることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記ピンは前記可動スクロールよりも高い材料硬度を有し、
   前記圧入穴は、前記溝部と該溝部に沿って形成される凸部とからなるスプライン形状をなすことを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。

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