JP2010001858A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】自転阻止機構の耐久性及び精度を容易に確保し、自転阻止機構の性能の安定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】スクロール型流体機械(1)の自転阻止機構(44)は、可動スクロール(22)側に支持されフレーム(38)側に向けて突設されるピン(46)と、フレーム側に穿設されてピンが遊嵌されるホール(50)とからなり、少なくともピン及びホールの何れか一方は、対応する可動スクロールまたはフレームに支持されたプレート(48)に形成される。
【選択図】図２

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組み込まれて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、例えば密閉型スクロール圧縮機は、固定スクロールに対する可動スクロールのフレーム上における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を備えている。
そして、当該自転阻止機構は、可動スクロールからフレームに向けて突設されるピンと、フレームに穿設されてピンが遊嵌されるホールとからなるピン＆ホール式のものや（例えば特許文献１参照）、ピンがリングを介してホールに遊嵌されるピン＆リング式のものが知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２０００−２７７７４号公報 特許第３９６３０２７号公報

ところで、上記特許文献１のピン＆ホール式の自転阻止機構において、一般に、ピンは鋼鉄などの表面硬度が比較的高い材料から形成される一方、ホールが形成されるフレームは鋳鉄などの表面硬度が比較的低い材料から形成されるため、フレームのホール部分に窒化処理を施すことにより自転阻止機構の耐久性を確保している。
しかしながら、この場合には、窒化処理後のホールの寸法や位置の精度を確保するために、窒化処理の処理温度や処理時間を厳密に管理しなければならず、当該処理に係るコストが大きいという問題がある。

そこで、上記特許文献２のピン＆リング式の自転阻止機構を採用することにより、ホールの窒化処理を行わないでも自転阻止機構の耐久性を確保することができる。
しかしながら、この場合には、リングの寸法精度のみならず、リングが配置されるホールの寸法及び位置精度を確保する必要があるため、自転阻止機構の精度を容易に確保できないとの問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、自転阻止機構の耐久性及び精度を容易に確保し、自転阻止機構の性能の安定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、固定スクロールに対する可動スクロールのフレーム上における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を備えたスクロール型流体機械であって、自転阻止機構は、可動スクロール側に支持されフレーム側に向けて突設されるピンと、フレーム側に穿設されてピンが遊嵌されるホールとからなり、少なくともピン及びホールの何れか一方は、対応する可動スクロールまたはフレームに支持されたプレートに形成されることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、可動スクロール及びフレームはピンよりも表面硬度が低い材料からなり、少なくともピン及びホールの何れか一方が形成されるプレートは、ピンと略同等の表面硬度を有する材料からなることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、少なくともピン及びホールの何れか一方が形成されるプレートは、支持される可動スクロールまたはフレームに対する位置決め手段を有することを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、プレートはピンが遊嵌されるホールプレートであって、ホールプレートはピンをその径方向にて規制する第１のホールを有することを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項４において、フレームは、ホールプレートが当接するフレームの当接面に、第１のホールを介して延びるピンをその長さ方向に非接触にて許容する第２のホールを有することを特徴としている。

更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、ホールプレートの第１のホールを形成する周縁部は、第２のホールに向けてバーリング加工される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、少なくともピン及びホールの何れか一方は、対応する可動スクロールまたはフレームに支持されるプレートに形成される。これにより、ピンやホールをそれぞれ可動スクロールまたはフレームとは別体に加工することができるため、自転阻止機構を容易にして高精度に形成することができ、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の製造コストを低減しつつ、これらの性能の安定性を容易にして確保することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、少なくともピン及びホールの何れか一方が形成されるプレートはピンと略同等の表面硬度を有する材料からなる。これにより、ピンをプレートに形成した場合には、ピンをこれと同等の表面硬度のプレートに強固に固定することができるため、自転阻止機構の耐久性を向上することができる。
一方、ホールをプレートに形成した場合には、フレームにホールを形成する場合のホールの窒化処理が不要となるため、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の製造コストを大幅に削減することができる。

しかも、ホールをプレートに形成した場合には、窒化処理によるホールの寸法及び位置精度の低下が防止されるため、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の性能の安定性を確実に確保することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、プレートが位置決め手段を有することにより、自転阻止機構のスクロール型流体機械に対する組み付けを高精度に行うことができるため、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の性能の安定性を更に確実に確保することができる。

具体的には、請求項４記載の発明によれば、プレートはピンが遊嵌されるホールプレートであって、ホールプレートはピンをその径方向にて規制する第１のホールを有している。
更にまた、請求項５記載の発明によれば、フレームは、ホールプレートが当接するフレームの当接面に、第１のホールを介して延びるピンをその長さ方向に非接触にて許容する第２のホールを有する。これにより、ホールプレートの厚みを薄く形成することができるため、ホールプレート、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の材料コストを低減することができる。

また、請求項６記載の発明によれば、ホールプレートの第１のホールを形成する周縁部は、第２のホールに向けてバーリング加工される。これにより、ホールプレートの厚みを薄くしつつ、第１のホールにおけるピンの摺動面積を大きくすることができるため、自転阻止機構、ひいてはスクロール型流体機械の性能の安定性を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、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型スクロール圧縮機の縦断面図を示しており、この圧縮機１は冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれている。当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）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はシェル２を備え、シェル２の円筒胴部をなすセンターシェル４は、その上側及び下側がトップシェル６及びボトムシェル８によってそれぞれ気密に嵌合され、センターシェル４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。センターシェル４には上記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、トップシェル６の適宜位置には、シェル２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

センターシェル４には、トップシェル６側から順にスクロールユニット１４、電動モータ１６、ポンプユニット１８が収容され、電動モータ１６内には回転軸２０が配置されており、回転軸２０は電動モータ１６への通電によって回転駆動される。
回転軸２０は、その上端側がスクロールユニット１４に、その下端側がポンプユニット１８に連結されており、回転軸２０が電動モータ１６によって回転駆動されることにより、スクロールユニット１４は、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。

詳しくは、スクロールユニット１４は可動スクロール２２及び固定スクロール２４から構成され、可動スクロール２２は鏡板２６を備え、この鏡板２６の鏡板面２６ａには固定スクロール２４の鏡板２８に向けて延びる渦巻き状のラップ３０が立設され、一方、固定スクロール２４の鏡板２８の鏡板面２８ａにも鏡板２６に向けて延びる渦巻き状のラップ３２が立設されている。

そして、これらラップ３０，３２を互いに対をなして配置し協働させることにより、鏡板２８に形成される冷媒の吸入室から吸入管１０を介して冷媒を吸入してラップ３０，３２の間に圧縮室が形成され、圧縮室は鏡板２６，２８の中心に向けてその容積を減少させながら移動する。
可動スクロール２２に公転旋回運動を付与するため、鏡板２６の背面２６ｂ側にはボス３４が形成され、ボス３４は軸受を介して回転軸２０の上端側に一体形成される偏心軸３６に回転自在に支持されている。

これに対し固定スクロール２４は、センターシェル４の内側に固定されるメインフレーム（フレーム）３８に支持、固定されており、固定スクロール２４の中央部分には圧縮室に連通する吐出孔４０が穿設されている。
一方、ポンプユニット１８は、ボトムシェル８の内側に貯油された潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸２０内に穿設された油路４２を経て回転軸２０の上端から電動モータ１６やスクロールユニット１４等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールや潤滑に寄与する。

上述した圧縮機１によれば、回転軸２０の回転に伴って可動スクロール２２がメインフレーム３８の台座面３８ａ上を自転することなく公転旋回運動することにより、吸入管１０を介してスクロールユニット１４に吸入された冷媒は圧縮室を形成し、圧縮室内の冷媒はスクロールユニット１４の中心に向けて移動されながら圧縮された後に吐出孔４０よりシェル２内に吐出され、シェル２内を循環した後に吐出管１２を介して圧縮機１外へ送出される。

ところで、可動スクロール２２の自転は自転阻止機構４４により阻止されている。
詳しくは、図２の自転阻止機構４４の拡大断面図に示されるように、自転阻止機構４４は、可動スクロール２２の背面２２ｂに突設されるピン４６と、フレーム３８に埋設固定されるリング状のホールプレート（プレート）４８とから構成されている。
ピン４６は、背面２２ｂに予め厳密に位置決め固定され、プレート４８には、ピン４６が遊嵌される第１のホール（ホール）５０が貫通して形成されている。第１のホール５０はピン４６をその径方向にて規制しており、即ち、ピン＆ホール式の自転阻止機構４４を構成する第１のホール５０はフレーム３８とは別体に形成されている。

ピン４６及びプレート４８は、一般に表面硬度が比較的高い鋼鉄などから形成されている。尚、ピン４６とプレート４８とは同一材料でなくとも略同等の高い表面硬度を有する材料であれば良い。
一方、フレーム３８は少なくとも鋼鉄などよりも表面硬度が低くて安価な鋳鉄などから形成され、フレーム３８には、台座面３８ａの外周部分を低くした環状の段差部５２が形成されている。プレート４８は２〜３ｍｍ程度の厚みｔを有しており、段差部５２にプレート４８を嵌め込むことによりプレート４８は台座面３８ａと略面一をなしてフレーム３８に埋設される。

また、段差部５２のプレート４８が当接する当接面５２ａには、第１のホール５０を介して延びるピン４６をその長さ方向に許容する第２のホール５４が形成されている。第２のホール５４は、ピン４６が接触しない程度の深さ及び内径を有して形成すれば良く、これらの寸法精度は求めない。
図３のプレート４８の斜視図に示されるように、プレート４８には、その周方向に沿って例えば６つの第１のホール５０が略等間隔に配置される他、各第１のホール５０の間には、プレート４８をフレーム３８に対して位置決め固定するための固定用孔（位置決め手段）５６がそれぞれ設けられている。

固定用孔５６には、図示しない固定ピンが挿入され、固定ピンは固定用孔５６を貫通して段差部５２の当接面５２ａに形成される図示しない固定ピン穴に嵌入される。
固定用孔５６及び固定ピン穴は、プレート４８の位置決め手段として予め高精度に加工されており、プレート４８はフレーム３８に厳密に位置決め固定される。
以上のように、本実施形態では、第１のホール５０をフレーム３８とは別体に加工することができるため、自転阻止機構４４を容易にして高精度に形成することができ、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の製造コストを低減しつつ、これらの性能の安定性を容易にして確保することができる。

また、第１のホール５０を鋼鉄などからなるプレート４８に形成することにより、鋳鉄などからなるフレーム３８にホールを形成する場合のホールの窒化処理が不要となるため、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の製造コストを大幅に削減することができる。
しかも、窒化処理によるホールの寸法及び位置精度の低下が防止されるため、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の性能の安定性を確実に確保することができる。

また、プレート４８がフレーム３８に対する位置決め手段である固定用孔５６を有することにより、自転阻止機構４４の圧縮機１に対する組み付けを高精度に行うことができるため、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の性能の安定性を更に確実に確保することができる。
更に、プレート４８が当接するフレーム３８の当接面５２ａに、第１のホール５０を介して延びるピン４６をその長さ方向に非接触にて許容する第２のホール５４を有することにより、プレート４８の厚みｔを２〜３ｍｍ程度に薄く形成することができるため、プレート４８、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の材料コストを低減することができる。

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、上記実施形態では、プレート４８の第１のホール５０を形成する周縁部は特に加工が施されていないが、図４に示されるように、この周縁部５８を第２のホール５４に向けてバーリング加工することにより、プレート４８の厚みｔを薄くしつつ、第１のホール５０におけるピン４６の摺動面積を大きくすることができるため、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の性能の安定性を向上することができる。

また、上記実施形態では、第２のホール５４を設けてプレート４８を薄く形成しているが、当接面５２ａにピン４６が接触しない程度にプレート４８を厚く形成することにより、第２のホール５４を形成しなくても良く、この場合にも、上記と同様に、自転阻止機構４４、ひいては圧縮機１の製造コストを削減し、これらの性能の安定性を確保することはできる。

更に、上記実施形態では、プレート４８の位置決め手段として固定ピンを用いているが、これに限らず、例えばプレート４８の外周面に突部を設け、この突部がフレーム３８に係止されるようにしても良い。
更にまた、上記実施形態では、自転阻止機構４４をピン４６及びホールプレート４８により構成しているが、これに限らず、例えば図５、６に示されるような、いわばピンプレートにより自転阻止機構４４を構成しても良い。

詳しくは、図５の場合には、ピン４６が厳密に位置決め固定されたリング状のピンプレート（プレート）６０が可動スクロール２２にその背面２２ｂと略面一をなすように埋設されており、ピンプレート６０は可動スクロール２２に固定ピン６２により位置決め固定される。
一方、図６では、ピン４６が厳密に位置決め固定されたリング状のピンプレート（プレート）６４が可動スクロール２２の外周面２２ｃに背面２２ｂと略面一をなすように嵌合され、嵌合の際にピンプレート６４の内周面６４ａに形成される図示しない突部を外周面２２ｃの図示しない係止部に係止することにより位置決め固定される。

また、各ピンプレート６０，６４は、ピン４６及びホールプレート４８と同様に、表面硬度が高い鋼鉄などから形成されている。
このようなピンプレート６０，６４により自転阻止機構４４を構成することにより、ピン４６を可動スクロール２２とは別体に位置決め加工することができるため、自転阻止機構４４におけるピン４６の位置精度を容易に高めることができる。

しかも、ピン４６をこれと略同等の表面硬度のピンプレート６０，６４に強固に固定するため、自転阻止機構４４の耐久性を更に向上することができる。
最後に、上記実施形態及び変形例では、冷凍空調機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二酸化炭素冷媒を使用した密閉型スクロール圧縮機について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機または膨脹機等のスクロール型流体機械に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１の自転阻止機構を示した拡大断面図である。 図２のホールプレートを示した斜視図である。 本発明の変形例に係る自転阻止機構を示した拡大断面図である。 本発明の他の変形例に係る自転阻止機構を示した拡大断面図である。 図５の変形例となるピンプレートから構成される自転阻止機構を示した拡大断面図である。

符号の説明

１ 密閉型スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
２２ 可動スクロール
２４ 固定スクロール
３８ メインフレーム（フレーム）
４４ 自転阻止機構
４６ ピン
４８ ホールプレート（プレート）
５０ 第１のホール（ホール）
５２ａ 当接面
５４ 第２のホール
５６ 固定用孔（位置決め手段）
５８ 周縁部
６０ ピンプレート（プレート）
６４ ピンプレート（プレート）

Claims (6)

1. 固定スクロールに対する可動スクロールのフレーム上における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を備えたスクロール型流体機械であって、
   前記自転阻止機構は、前記可動スクロール側に支持され前記フレーム側に向けて突設されるピンと、前記フレーム側に穿設されて前記ピンが遊嵌されるホールとからなり、
   少なくとも前記ピン及び前記ホールの何れか一方は、対応する前記可動スクロールまたは前記フレームに支持されたプレートに形成されることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記可動スクロール及び前記フレームは前記ピンよりも表面硬度が低い材料からなり、
   少なくとも前記ピン及び前記ホールの何れか一方が形成される前記プレートは、前記ピンと略同等の表面硬度を有する材料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. 少なくとも前記ピン及び前記ホールの何れか一方が形成される前記プレートは、支持される前記可動スクロールまたは前記フレームに対する位置決め手段を有する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。
4. 前記プレートは前記ピンが遊嵌されるホールプレートであって、
   前記ホールプレートは前記ピンをその径方向にて規制する第１のホールを有することを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記フレームは、前記ホールプレートが当接する前記フレームの当接面に、前記第１のホールを介して延びる前記ピンをその長さ方向に非接触にて許容する第２のホールを有することを特徴とする請求項４に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記ホールプレートの前記第１のホールを形成する周縁部は、前記第２のホールに向けてバーリング加工されることを特徴とする請求項５に記載のスクロール型流体機械。

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