JP2017044186A - Scroll compressor - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール圧縮機に関する。 The present invention relates to a scroll compressor.
冷凍装置等に用いられるスクロール圧縮機は、冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する。スクロール圧縮機は、固定スクロールおよび可動スクロールを備えている。固定スクロールおよび可動スクロールは、それぞれ、鏡板と、鏡板の主表面に取り付けられる渦巻き形状のラップとを有している。可動スクロールのラップは、固定スクロールのラップと噛み合って、冷媒ガスが圧縮される圧縮室を形成する。スクロール圧縮機は、クランクシャフトの回転によって可動スクロールを公転させて圧縮室の容積を変化させることで冷媒を圧縮する。可動スクロールは、クランクシャフトが嵌め込まれる軸受を有している。可動スクロールの軸受は、ラップが取り付けられる主表面の反対側の主表面の中央部に取り付けられる。 A scroll compressor used in a refrigeration apparatus or the like compresses refrigerant circulating in a refrigerant circuit. The scroll compressor includes a fixed scroll and a movable scroll. Each of the fixed scroll and the movable scroll has an end plate and a spiral wrap attached to the main surface of the end plate. The movable scroll wrap meshes with the fixed scroll wrap to form a compression chamber in which the refrigerant gas is compressed. The scroll compressor revolves the movable scroll by the rotation of the crankshaft and changes the volume of the compression chamber to compress the refrigerant. The movable scroll has a bearing into which the crankshaft is fitted. The movable scroll bearing is attached to the central portion of the main surface opposite to the main surface to which the wrap is attached.
従来、可動スクロールの材料として、FCD600等の球状黒鉛鋳鉄が用いられている。球状黒鉛鋳鉄は、FC250等のねずみ鋳鉄に比べて強度が高いので、可動スクロールの小型化を実現でき、スクロール圧縮機の小型化を実現することができる。しかし、複雑な形状を有する可動スクロールの材料として球状黒鉛鋳鉄を用いる場合、鋳造工程における、ラップと軸受との間の凝固速度および冷却速度の違いによって、鏡板の表面に引張残留応力が発生しやすい。そのため、球状黒鉛鋳鉄で成形された可動スクロールに作用する引張残留応力は、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールに作用する引張残留応力より大きくなる傾向がある。ここで、引張残留応力は、鏡板の径方向に沿って互いに離れる方向に作用する応力である。また、スクロール圧縮機の運転時には、軸受からラップに向かって、鏡板の主表面と直交する力が可動スクロールに作用する。この力および引張残留応力は、スクロール圧縮機の運転時における可動スクロールの変形を起こさせる。 Conventionally, spheroidal graphite cast iron such as FCD600 has been used as a material for the movable scroll. Since spheroidal graphite cast iron has higher strength than gray cast iron such as FC250, the size of the movable scroll can be reduced and the size of the scroll compressor can be reduced. However, when spheroidal graphite cast iron is used as the material of the movable scroll having a complicated shape, tensile residual stress tends to be generated on the surface of the end plate due to the difference in the solidification rate and cooling rate between the lap and the bearing in the casting process. . For this reason, the tensile residual stress acting on the movable scroll formed of spheroidal graphite cast iron tends to be larger than the tensile residual stress acting on the movable scroll formed of gray cast iron. Here, the tensile residual stress is a stress acting in a direction away from each other along the radial direction of the end plate. Further, during operation of the scroll compressor, a force orthogonal to the main surface of the end plate acts on the movable scroll from the bearing toward the lap. This force and tensile residual stress cause the movable scroll to deform during operation of the scroll compressor.
従来、球状黒鉛鋳鉄で成形された可動スクロールの変形を抑制するために、可動スクロールに作用する引張残留応力を除去するための種種の方法が用いられている。例えば、特許文献1(特開昭62−164819号公報)には、可動スクロールを540℃〜570℃で4時間〜8時間保持した後、350℃まで炉冷し、その後空冷する方法が開示されている。特許文献2(特開昭54−133420号公報)には、可動スクロールを850℃〜1000℃で4時間以下保持した後、200℃〜400℃に急冷し、その温度で30分以上保持し、その後ショットピーニング処理を施す方法が開示されている。特許文献3(特開2012−115925号公報)には、可動スクロールを800℃〜950℃で熱処理した後、互いに異なる粒径のショット材を用いて第1、第2および第3のショットピーニング処理を施す方法が開示されている。しかし、これらの方法は、熱処理およびショットピーニング処理に要する時間およびコストが大きいという問題点を有している。 Conventionally, in order to suppress the deformation of the movable scroll formed of spheroidal graphite cast iron, various methods for removing the tensile residual stress acting on the movable scroll have been used. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 62-164819) discloses a method in which a movable scroll is held at 540 ° C. to 570 ° C. for 4 hours to 8 hours, cooled to 350 ° C., and then air cooled. ing. In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 54-133420), the movable scroll is held at 850 ° C. to 1000 ° C. for 4 hours or less, then rapidly cooled to 200 ° C. to 400 ° C., and held at that temperature for 30 minutes or more. Thereafter, a method of performing shot peening is disclosed. In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-115925), first, second and third shot peening treatments are performed using shot materials having different particle diameters after heat-treating the movable scroll at 800 ° C. to 950 ° C. Is disclosed. However, these methods have a problem that the time and cost required for heat treatment and shot peening are large.
本発明の目的は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができるスクロール圧縮機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a scroll compressor capable of removing tensile residual stress acting on a movable scroll in a short time and at a low cost and suppressing deformation of the movable scroll during operation.
本発明の第1観点に係るスクロール圧縮機は、ケーシングと、固定スクロールと、可動スクロールと、クランクシャフトとを備える。固定スクロール、可動スクロールおよびクランクシャフトは、ケーシング内に収納される。可動スクロールは、球状黒鉛鋳鉄で成形される。可動スクロールは、固定スクロールと噛み合わさって冷媒を圧縮する。クランクシャフトは、可動スクロールを駆動させる。可動スクロールは、円盤状の可動鏡板と、渦巻き状の可動ラップと、筒状部とを有する。可動鏡板は、第1主表面および第2主表面を有する。可動ラップは、第1主表面から延びる。筒状部は、第2主表面から延び、クランクシャフトが嵌め込まれる。第2主表面の少なくとも一部は、圧縮残留応力が可動鏡板に作用するようにショットピーニング処理されている。圧縮残留応力は、第2主表面の径方向に沿って、第2主表面の中心に向かって作用する応力である。 A scroll compressor according to a first aspect of the present invention includes a casing, a fixed scroll, a movable scroll, and a crankshaft. The fixed scroll, the movable scroll and the crankshaft are accommodated in the casing. The movable scroll is formed of spheroidal graphite cast iron. The movable scroll meshes with the fixed scroll to compress the refrigerant. The crankshaft drives the movable scroll. The movable scroll includes a disk-shaped movable mirror plate, a spiral movable wrap, and a cylindrical portion. The movable end plate has a first main surface and a second main surface. The movable wrap extends from the first main surface. The cylindrical portion extends from the second main surface, and a crankshaft is fitted therein. At least a part of the second main surface is shot peened so that compressive residual stress acts on the movable end plate. The compressive residual stress is a stress that acts toward the center of the second main surface along the radial direction of the second main surface.
このスクロール圧縮機では、可動スクロールを熱処理することなく、第2主表面をショットピーニング処理するだけで、可動鏡板に圧縮残留応力を作用させることができる。従って、このスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。 In this scroll compressor, the compressive residual stress can be applied to the movable end plate only by subjecting the second main surface to shot peening without heat-treating the movable scroll. Therefore, this scroll compressor can remove the tensile residual stress acting on the movable scroll in a short time and at a low cost, and can suppress the deformation of the movable scroll during operation.
本発明の第2観点に係るスクロール圧縮機は、第1観点に係るスクロール圧縮機であって、圧縮残留応力は、負の平均残留応力値を有する応力である。平均残留応力値は、筒状部の外縁と第2主表面の外縁との間の径方向の中間ポイントに関して、第2主表面の周方向に沿って等間隔に位置している複数の中間ポイントのそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均である。残留応力値は、径方向において第2主表面の外縁から中心に向かう応力が可動鏡板に作用する場合に負であり、かつ、径方向において第2主表面の中心から外縁に向かう応力が可動鏡板に作用する場合に正である。 A scroll compressor according to a second aspect of the present invention is the scroll compressor according to the first aspect, wherein the compressive residual stress is a stress having a negative average residual stress value. The average residual stress value is a plurality of intermediate points located at equal intervals along the circumferential direction of the second main surface with respect to the radial intermediate point between the outer edge of the cylindrical portion and the outer edge of the second main surface. It is the average of the residual stress value which acts in each of these. The residual stress value is negative when the stress from the outer edge of the second main surface in the radial direction acts on the movable mirror plate, and the stress from the center of the second main surface in the radial direction toward the outer edge is movable. Positive when acting on
このスクロール圧縮機では、第2主表面の複数の中間ポイントにおいて、第2主表面の外縁から中心に向かう径方向の応力が作用するように、第2主表面がショットピーニング処理される。従って、このスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。 In this scroll compressor, the second main surface is shot peened so that radial stress from the outer edge of the second main surface toward the center acts at a plurality of intermediate points on the second main surface. Therefore, this scroll compressor can remove the tensile residual stress acting on the movable scroll in a short time and at a low cost, and can suppress the deformation of the movable scroll during operation.
本発明の第3観点に係るスクロール圧縮機は、第1観点または第2観点に係るスクロール圧縮機であって、第2主表面の全体が、ショットピーニング処理されている。 The scroll compressor which concerns on the 3rd viewpoint of this invention is a scroll compressor which concerns on a 1st viewpoint or a 2nd viewpoint, Comprising: The whole 2nd main surface is shot-peened.
このスクロール圧縮機では、第2主表面の全体をショットピーニング処理することで、可動スクロールに作用する引張残留応力が効果的に除去される。従って、このスクロール圧縮機は、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。 In this scroll compressor, the tensile residual stress acting on the movable scroll is effectively removed by performing shot peening on the entire second main surface. Therefore, this scroll compressor can effectively suppress the deformation of the movable scroll during operation.
本発明の第4観点に係るスクロール圧縮機は、第1乃至第3観点のいずれか1つに係るスクロール圧縮機であって、可動ラップの厚みと、可動鏡板の厚みとの比は、10以下である。 The scroll compressor which concerns on the 4th viewpoint of this invention is a scroll compressor which concerns on any one of the 1st thru | or 3rd viewpoint, Comprising: The ratio of the thickness of a movable wrap and the thickness of a movable end plate is 10 or less It is.
このスクロール圧縮機では、可動ラップの厚みに比べて、可動鏡板の厚みが大きい。従って、このスクロール圧縮機は、可動鏡板の強度が高く、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。 In this scroll compressor, the thickness of the movable end plate is larger than the thickness of the movable wrap. Therefore, this scroll compressor has high strength of the movable end plate, and can effectively suppress deformation of the movable scroll during operation.
本発明の第5観点に係るスクロール圧縮機は、第1乃至第4観点のいずれか1つに係るスクロール圧縮機であって、球状黒鉛鋳鉄は、FCD600である。 The scroll compressor which concerns on the 5th viewpoint of this invention is a scroll compressor which concerns on any one of the 1st thru | or 4th viewpoint, Comprising: Spheroidal graphite cast iron is FCD600.
このスクロール圧縮機では、可動スクロールは、FC250等の鋳鉄と比較して強度が高い球状黒鉛鋳鉄であるFCD600で成形されている。従って、このスクロール圧縮機は、運転時における可動スクロールの変形を効果的に抑制することができる。 In this scroll compressor, the movable scroll is formed of FCD600, which is spheroidal graphite cast iron having higher strength than cast iron such as FC250. Therefore, this scroll compressor can effectively suppress the deformation of the movable scroll during operation.
本発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。 The scroll compressor according to the present invention can remove the tensile residual stress acting on the movable scroll in a short time and at low cost, and can suppress the deformation of the movable scroll during operation.
本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機101について、図面を参照しながら説明する。スクロール圧縮機101は、空気調和装置等の冷凍装置に用いられる。スクロール圧縮機101は、冷凍装置の冷媒回路を循環する冷媒ガスを圧縮する。
A
(1)スクロール圧縮機の構成
スクロール圧縮機101は、互いに噛み合う渦巻き形状のラップを有する2つのスクロール部材を用いて冷媒を圧縮する圧縮機である。スクロール圧縮機101は、高低圧ドーム型のスクロール圧縮機である。
(1) Configuration of Scroll Compressor The
図1は、スクロール圧縮機101の縦断面図である。スクロール圧縮機101は、主として、ケーシング10と、圧縮機構15と、ハウジング23と、オルダム継手39と、駆動モータ16と、下部軸受60と、クランクシャフト17と、吸入管19と、吐出管20とから構成される。次に、スクロール圧縮機101の各構成要素について説明する。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the
(1−1)ケーシング
ケーシング10は、円筒状の胴部ケーシング部11と、椀状の上壁部12と、椀状の底壁部13とから構成される。上壁部12は、胴部ケーシング部11の上端部に気密状に溶接される。底壁部13は、胴部ケーシング部11の下端部に気密状に溶接される。ケーシング10は、ケーシング10の内部および外部において圧力や温度が変化した場合に、変形および破損が起こりにくい剛性部材で成型されている。ケーシング10は、胴部ケーシング部11の円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置される。
(1-1) Casing The
ケーシング10の内部には、圧縮機構15と、圧縮機構15の下方に配置されるハウジング23と、ハウジング23の下方に配置される駆動モータ16と、鉛直方向に延びるように配置されるクランクシャフト17等が収容されている。ケーシング10の壁部には、吸入管19および吐出管20が気密状に溶接されている。
Inside the
ケーシング10の底部には、潤滑油が貯留される油溜まり空間10aが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機101の運転中において、圧縮機構15等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
An
(1−2)圧縮機構
圧縮機構15は、ケーシング10の内部に収容され、低温低圧の冷媒ガスを吸引および圧縮して、高温高圧の冷媒ガス(以下、「圧縮冷媒」という。)を吐出する。圧縮機構15は、主に、固定スクロール24と、可動スクロール26とから構成される。固定スクロール24は、ケーシング10に対して固定されている。可動スクロール26は、固定スクロール24に対して公転運動を行う。図2は、鉛直方向に沿って視た固定スクロール24の下面図である。図3は、鉛直方向に沿って視た可動スクロール26の上面図である。
(1-2) Compression Mechanism The
固定スクロール24は、ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄およびアルミニウム等から成形される。可動スクロール26は、球状黒鉛鋳鉄から成形される。本実施形態において、可動スクロール26に用いられる球状黒鉛鋳鉄は、FCD600である。
The fixed
(1−2−1)固定スクロール
固定スクロール24は、第1鏡板24aと、第1鏡板24aに直立して形成される渦巻き形状の第1ラップ24bとを有する。第1鏡板24aには、主吸入孔24cが形成されている。主吸入孔24cは、吸入管19と、後述する圧縮室40とを接続する空間である。主吸入孔24cは、低温低圧の冷媒ガスを吸入管19から圧縮室40に導入するための吸入空間を形成する。
(1-2-1) Fixed Scroll The fixed
第1鏡板24aの中央部には、吐出孔41が形成され、第1鏡板24aの上面には、吐出孔41と連通する拡大凹部42が形成されている。拡大凹部42は、第1鏡板24aの上面に凹設された空間である。固定スクロール24の上面には、拡大凹部42を塞ぐように蓋体44がボルト44aにより固定されている。固定スクロール24および蓋体44は、ガスケット(図示せず)を介して密着してシールされている。拡大凹部42に蓋体44が覆い被せられることにより、圧縮機構15の運転音を消音させるマフラー空間45が形成されている。固定スクロール24には、マフラー空間45と連通し、固定スクロール24の下面に開口する第1圧縮冷媒流路46が形成されている。第1鏡板24aの下面には、図2に示されるように、C字形状の油溝24eが形成されている。
A
(1−2−2)可動スクロール
可動スクロール26は、円盤形状の第2鏡板26aと、渦巻き形状の第2ラップ26bと、筒状の上端軸受26cとを有する。第2鏡板26aは、第1主表面26dと、第2主表面26eとを有する。第1主表面26dは、第2鏡板26aの上側の主表面である。第2主表面26eは、第2鏡板26aの下側の主表面である。第2ラップ26bは、第1主表面26dから直立して形成されている。上端軸受26cは、第2主表面26eの中央部から直立して形成されている。可動スクロール26には、給油細孔63が形成されている。給油細孔63は、第1主表面26dの外周部と、第2主表面26eの中央部であって上端軸受26cの内側の空間とを連通している。
(1-2-2) Movable Scroll The
固定スクロール24および可動スクロール26は、第1ラップ24bと第2ラップ26bとが噛み合うことにより、第1鏡板24aと、第1ラップ24bと、第2鏡板26aと、第2ラップ26bとによって囲まれる空間である圧縮室40を形成する。圧縮室40の容積は、可動スクロール26の公転運動によって徐々に減少する。可動スクロール26の公転中に、固定スクロール24の第1鏡板24aおよび第1ラップ24bの下面は、可動スクロール26の第2鏡板26aおよび第2ラップ26bの上面と摺動する。以下、可動スクロール26と摺動する固定スクロール24の面を、スラスト摺動面24dと呼ぶ。
The fixed
図4は、可動スクロール26の第2ラップ26bの位置および圧縮室40が示された固定スクロール24の下面図である。図4において、ハッチングされた領域は、固定スクロール24のスラスト摺動面24dを表す。図4において、スラスト摺動面24dの外縁は、公転する可動スクロール26の第2鏡板26aの外縁の軌跡を表す。図4に示されるように、固定スクロール24の油溝24eは、スラスト摺動面24dに納まるように第1鏡板24aの下面に形成されている。
FIG. 4 is a bottom view of the fixed
第2鏡板26aの第2主表面26eは、ショットピーニング処理されている。ショットピーニング処理は、第2主表面26eに向かって無数の微小な鋼球を投射して、第2主表面26eに鋼球を高速で衝突させる噴射加工処理である。ショットピーニング処理によって、第2主表面26eに無数の微小な凹部が形成されるように、第2主表面26eが塑性変形する。これにより、第2鏡板26aが硬化し、第2鏡板26aに圧縮残留応力が付与される。
The second
ショットピーニング処理で使用される鋼球の直径は、0.05mm〜4mmである。第2主表面26eに向かって投射される鋼球の速度は、10m/s〜200m/sである。第2主表面26eの法線と、鋼球の投射方向との間の角度である入射角は、40°〜90°である。
The diameter of the steel ball used in the shot peening process is 0.05 mm to 4 mm. The speed of the steel ball projected toward the second
図5は、可動スクロール26の下面図である。図6は、図5のVI−VIに沿って切断した可動スクロール26の断面図である。図5および図6には、可動スクロール26に作用する応力が矢印で示されている。図5において、第2主表面26eのショットピーニング処理されている領域は、ハッチングされた領域として示されている。
FIG. 5 is a bottom view of the
図5,6に示されるように、第2主表面26eは、圧縮残留応力F1が第2鏡板26aに作用するようにショットピーニング処理されている。圧縮残留応力F1は、第2主表面26eの径方向に沿って、第2主表面26eの外周から中心に向かって作用する応力である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the second
第2主表面26eのショットピーニング処理によって第2鏡板26aに作用する圧縮残留応力F1は、負の平均残留応力値を有する応力である。平均残留応力値は、図5に示される中間ポイントP1〜P4のそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均である。中間ポイントP1〜P4は、上端軸受26cの外縁と第2主表面26eの外縁との間の、第2主表面26eの径方向における中間ポイントである。中間ポイントP1〜P4は、第2主表面26eの周方向に沿って等間隔に位置している。中間ポイントの数は、任意である。残留応力値は、第2主表面26eの径方向において、第2主表面26eの外縁から中心に向かう応力が第2鏡板26aに作用する場合に負の値となる。残留応力値は、第2主表面26eの径方向において、第2主表面26eの中心から外縁に向かう応力が第2鏡板26aに作用する場合に正の値となる。
The compressive residual stress F1 acting on the
第2ラップ26bの厚みT1と、第2鏡板26aの厚みT2との比は、10以下である。図6には、厚みT1,T2が示されている。厚みT1,T2が位置によって異なる場合、図6に示されるように、厚みT1,T2の最大値が用いられる。
The ratio between the thickness T1 of the
(1−3)ハウジング
ハウジング23は、圧縮機構15の下方に配置されている。ハウジング23の外周面は、胴部ケーシング部11の内周面に気密状に接合されている。これにより、ケーシング10の内部空間は、ハウジング23の下方の高圧空間S1と、ハウジング23の上方の空間である上部空間S2とに区画されている。ハウジング23は、固定スクロール24を載置し、固定スクロール24と共に可動スクロール26を挟持している。ハウジング23の外周部には、第2圧縮冷媒流路48が鉛直方向に貫通して形成されている。第2圧縮冷媒流路48は、ハウジング23の上面において第1圧縮冷媒流路46と連通し、ハウジング23の下面において高圧空間S1と連通する。
(1-3) Housing The
ハウジング23の上面には、クランク室S3が凹設されている。ハウジング23には、ハウジング貫通孔31が形成されている。ハウジング貫通孔31は、クランク室S3の底面中央部から、ハウジング23の下面中央部まで、ハウジング23を鉛直方向に貫通している。以下、ハウジング23の一部であり、かつ、ハウジング貫通孔31が形成されている部分を、上部軸受32という。ハウジング23には、ケーシング10の内面近傍の高圧空間S1とクランク室S3とを連通する油戻し通路23aが形成されている。
A crank chamber S <b> 3 is recessed in the upper surface of the
(1−4)オルダム継手
オルダム継手39は、可動スクロール26とハウジング23との間に設置される環状の部材である。オルダム継手39は、公転している可動スクロール26の自転を防止するための部材である。
(1-4) Oldham Joint
(1−5)駆動モータ
駆動モータ16は、ハウジング23の下方に配置されるブラシレスDCモータである。駆動モータ16は、主に、ケーシング10の内面に固定されるステータ51と、ステータ51の内側にエアギャップを設けて配置されるロータ52とから構成される。
(1-5) Drive Motor The drive motor 16 is a brushless DC motor disposed below the
ステータ51の外周面には、ステータ51の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて切欠形成されている複数のコアカット部が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部11とステータ51との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路55を形成する。
The outer peripheral surface of the
ロータ52は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランクシャフト17に連結されている。ロータ52は、クランクシャフト17を介して、圧縮機構15に接続されている。
The rotor 52 is connected to the
(1−6)下部軸受
下部軸受60は、駆動モータ16の下方に配置される。下部軸受60の外周面は、ケーシング10の内面に気密状に接合されている。下部軸受60は、クランクシャフト17を支持する。下部軸受60の上端には、油分離板65が取り付けられている。油分離板65は、ケーシング10の内部に収容される平板状の部材である。油分離板65は、下部軸受60の上端面に固定されている。
(1-6) Lower Bearing The
(1−7)クランクシャフト
クランクシャフト17は、ケーシング10の内部に収容される。クランクシャフト17は、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。クランクシャフト17は、その上端部の軸心が上端部を除く部分の軸心に対してわずかに偏心している形状を有している。クランクシャフト17は、バランスウェイト18を有する。バランスウェイト18は、ハウジング23の下方かつ駆動モータ16の上方の高さ位置において、クランクシャフト17に密着して固定されている。
(1-7) Crankshaft The
クランクシャフト17は、ロータ52の回転中心を鉛直方向に貫通してロータ52に連結されている。クランクシャフト17は、その上端部が上端軸受26cに嵌入することで、可動スクロール26に接続されている。クランクシャフト17は、上部軸受32および下部軸受60によって支持されている。
The
クランクシャフト17は、その軸方向に延びている主給油路61を内部に有している。主給油路61の上端は、クランクシャフト17の上端面と第2主表面26eとによって形成される油室67と連通している。油室67は、第2鏡板26aの給油細孔63を介して、スラスト摺動面24dおよび油溝24eに連通し、圧縮室40を介して最終的に低圧空間S2に連通する。主給油路61の下端は、油溜まり空間10aに連通する。
The
クランクシャフト17は、主給油路61から分岐する第1副給油路61a、第2副給油路61bおよび第3副給油路61cを有している。第1副給油路61a、第2副給油路61bおよび第3副給油路61cは、水平方向に延びている。第1副給油路61aは、クランクシャフト17と可動スクロール26の上端軸受26cとの摺動面に開口している。第2副給油路61bは、クランクシャフト17とハウジング23の上部軸受32との摺動面に開口している。第3副給油路61cは、クランクシャフト17と下部軸受60との摺動面に開口している。
The
(1−8)吸入管
吸入管19は、ケーシング10の外部から圧縮機構15へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管である。吸入管19は、ケーシング10の上壁部12に気密状に嵌入されている。吸入管19は、上部空間S2を鉛直方向に貫通する。吸入管19の内端部は、固定スクロール24の主吸入孔24cに嵌め込まれている。吸入管19の内端部は、ケーシング10の内部空間における吸入管19の端部である。
(1-8) Suction Pipe The
(1−9)吐出管
吐出管20は、高圧空間S1からケーシング10の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管である。吐出管20は、ケーシング10の胴部ケーシング部11に気密状に嵌入されている。吐出管20は、高圧空間S1を水平方向に貫通する。ケーシング10内にある吐出管20の開口部20aは、ハウジング23の近傍に位置している。
(1-9) Discharge Pipe The
(2)スクロール圧縮機の動作
本実施形態に係るスクロール圧縮機101の動作について説明する。最初に、スクロール圧縮機101を備える冷媒回路を循環する冷媒の流れについて説明する。次に、スクロール圧縮機101内部における潤滑油の流れについて説明する。
(2) Operation of Scroll Compressor The operation of the
(2−1)冷媒の流れ
最初に、駆動モータ16が駆動することによって、ロータ52が回転する。これにより、ロータ52に固定されているクランクシャフト17が回転する。クランクシャフト17の回転運動は、上端軸受26cを介して可動スクロール26に伝達される。クランクシャフト17の上端部の軸心は、クランクシャフト17の回転運動の軸に対して偏心している。可動スクロール26は、オルダム継手39を介してハウジング23に係合されている。これにより、可動スクロール26は、自転することなく、固定スクロール24に対して公転運動を行う。
(2-1) Flow of refrigerant First, when the drive motor 16 is driven, the rotor 52 rotates. As a result, the
圧縮される前の低温低圧の冷媒は、吸入管19から主吸入孔24cを経由して、圧縮機構15の圧縮室40に供給される。可動スクロール26の公転運動により、圧縮室40は容積を徐々に減少させながら固定スクロール24の外周部から中心部に向かって移動する。その結果、圧縮室40の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮冷媒は、吐出孔41からマフラー空間45へ吐出された後、第1圧縮冷媒流路46および第2圧縮冷媒流路48を経由して、高圧空間S1へ吐出される。そして、圧縮冷媒は、モータ冷却通路55を下降して、駆動モータ16の下方の高圧空間S1に到達する。そして、圧縮冷媒は、流れの向きを反転させて、他のモータ冷却通路55および駆動モータ16のエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管20からスクロール圧縮機101の外部に吐出される。
The low-temperature and low-pressure refrigerant before being compressed is supplied from the
なお、可動スクロール26の下方に位置するクランク室S3および油室67は、高圧空間S1と連通している。一方、可動スクロール26の上方に位置する圧縮室40は、吐出孔41と連通する中心部を除いて、高圧空間S1より低圧の空間である。そのため、スクロール圧縮機101の運転中、可動スクロール26の上下の空間の圧力差によって、可動スクロール26は、鉛直方向上方に向かう力を受けて、固定スクロール24に押し付けられる。
The crank chamber S3 and the
(2−2)潤滑油の流れ
最初に、駆動モータ16が駆動することによってロータ52が回転し、これにより、クランクシャフト17が回転する。クランクシャフト17の回転によって圧縮機構15が駆動し、高圧空間S1に圧縮冷媒が吐出されると、高圧空間S1内の圧力が上昇する。また、主給油路61の上端は、油室67および給油細孔63を介して低圧空間S2に連通している。これにより、主給油路61の上端と下端との間に差圧が発生する。その結果、油溜まり空間10aに貯留されている潤滑油は、差圧によって、油供給管90に吸引され、主給油路61内を油室67に向かって上昇する。
(2-2) Flow of Lubricating Oil First, when the drive motor 16 is driven, the rotor 52 rotates, whereby the
主給油路61を上昇する潤滑油のほとんどは、順に、第3副給油路61c、第2副給油路61bおよび第1副給油路61aに分流する。第3副給油路61cを流れる潤滑油は、クランクシャフト17と下部軸受60との摺動面を潤滑した後、高圧空間S1に供給されて油溜まり空間10aに戻される。第2副給油路61bを流れる潤滑油は、クランクシャフト17とハウジング23の上部軸受32との摺動面を潤滑した後、高圧空間S1およびクランク室S3に供給される。高圧空間S1に供給された潤滑油は、油溜まり空間10aに戻される。クランク室S3に供給された潤滑油は、ハウジング23の油戻し通路23aを経由して高圧空間S1に供給され、油溜まり空間10aに戻される。第1副給油路61aを流れる潤滑油は、クランクシャフト17と可動スクロール26の上端軸受26cとの摺動面を潤滑した後、クランク室S3に供給され、高圧空間S1を経由して、油溜まり空間10aに戻される。
Most of the lubricating oil that moves up the main
主給油路61内を上端まで上昇して油室67に到達した潤滑油は、差圧によって、給油細孔63を流れて油溝24eに供給される。油溝24eに供給された潤滑油の一部は、スラスト摺動面24dをシールしながら、低圧空間S2および圧縮室40に漏れ出す。このとき、高温高圧である潤滑油は、低圧空間S2および圧縮室40に存在する圧縮前の冷媒ガスを加熱する。また、圧縮室40に流入した潤滑油は、微小な油滴の状態で圧縮冷媒に混入される。圧縮冷媒に混入された潤滑油は、圧縮冷媒と同じ経路を通って、圧縮室40から高圧空間S1へ吐出される。その後、潤滑油は、圧縮冷媒と共にモータ冷却通路55を下降した後に、油分離板65に衝突する。油分離板65に付着した潤滑油は、高圧空間S1を落下して油溜まり空間10aに戻される。
The lubricating oil that has moved up to the upper end in the main
(3)スクロール圧縮機の特徴
本実施形態のスクロール圧縮機101では、可動スクロール26の第2鏡板26aには、第2主表面26eのショットピーニング処理によって圧縮残留応力F1が作用している。圧縮残留応力F1によって、可動スクロール26に作用する引張残留応力が除去され、スクロール圧縮機101の運転時における可動スクロール26の変形が抑制される。以下、その理由について説明する。
(3) Features of the scroll compressor In the
最初に、比較例として、球状黒鉛鋳鉄であるFCD600で成形された可動スクロール126に作用する応力について説明する。図7は、可動スクロール126の下面図である。図8は、図7のVIII−VIIIに沿って切断した可動スクロール126の断面図である。可動スクロール126は、可動スクロール26と同じ形状を有し、図1に示される可動スクロール26と同じ位置に設置される。
Initially, the stress which acts on the
可動スクロール126は、円盤形状の第2鏡板126aと、渦巻き形状の第2ラップ126bと、筒状の上端軸受126cとを有する。第2鏡板126aは、第1主表面126dと、第2主表面126eとを有する。第1主表面126dは、第2鏡板126aの上側の主表面である。第2主表面126eは、第2鏡板126aの下側の主表面である。第2ラップ126bは、第1主表面126dから直立して形成されている。上端軸受126cは、第2主表面126eの中央部から直立して形成されている。図7および図8には、可動スクロール126に作用する応力が矢印で示されている。
The
本実施形態の可動スクロール26では、第2主表面26eはショットピーニング処理されているが、比較例の可動スクロール126では、第2主表面126eはショットピーニング処理されていない。また、可動スクロール126は、成形後に熱処理されていない。すなわち、可動スクロール126は、引張残留応力を除去するための処理が施されていない。そのため、図7,8に示されるように、第2鏡板126aには、引張残留応力F11が作用している。引張残留応力F11は、第2鏡板126aの主表面の径方向に沿って、第2鏡板126aの中心から外縁に向かって作用する応力である。引張残留応力F11は、主として、可動スクロール126の成形時における、第2ラップ126bと上端軸受126cの凝固速度や冷却速度の差によって生じる。
In the
また、スクロール圧縮機の運転中、可動スクロール126は、上述したように、圧力差によって鉛直方向上方に向かう押し付け力F12を受ける。そのため、スクロール圧縮機の運転中、可動スクロール126の第2鏡板126aは、引張残留応力F11と押し付け力F12との合力を受ける。この合力は、鉛直方向上方に凸となるように第2鏡板126aを変形させる力である。
Further, during the operation of the scroll compressor, the
一方、本実施形態の可動スクロール26の第2鏡板26aには、図5,6に示されるように、第2主表面26eのショットピーニング処理によって圧縮残留応力F1が作用している。圧縮残留応力F1は、第2鏡板26aの主表面の径方向に沿って、第2鏡板26aの外縁から中心に向かって作用する。すなわち、第2鏡板26aに作用する圧縮残留応力F1は、比較例である第2鏡板126aに作用する引張残留応力F11と反対方向の力である。そのため、可動スクロール26には、図8に示される引張残留応力F11と押し付け力F12との合力に相当する力が作用しない。すなわち、可動スクロール26の第2鏡板26aに作用する圧縮残留応力F1は、第2鏡板26aが鉛直方向上方に凸となる変形を抑制する効果を有する。これにより、スクロール圧縮機101の運転中における可動スクロール26の変形が抑制される。
On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6, compressive residual stress F1 is applied to the
本実施形態では、可動スクロール26の変形を抑制するために、可動スクロール26の成形後に可動スクロール26を熱処理することなく、第2主表面26eのショットピーニング処理のみを行うことで、可動スクロール26に圧縮残留応力F1を作用させる。可動スクロール26の熱処理は、可動スクロール26を加熱して、高温状態を長時間保持した後に、徐々に冷却することで、可動スクロール26に作用する引張残留応力を除去する処理である。可動スクロール26の熱処理は、長時間を要し、コストが高い。しかし、本実施形態では、第2主表面26eのショットピーニング処理のみを行うことで、可動スクロール26に作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去できる。これにより、スクロール圧縮機101の運転時における可動スクロール26の変形が抑制される。
In the present embodiment, in order to suppress the deformation of the
また、第2ラップ26bの厚みT1と、第2鏡板26aの厚みT2との比は、10以下である。T1とT2との比が小さいほど、第2ラップ26bの厚みT1に比べて、第2鏡板26aの厚みT2がより大きくなり、第2鏡板26aの強度が高くなるので、第2鏡板26aの変形がより効果的に抑制される。そのため、スクロール圧縮機101の運転時において、可動スクロール26の変形が効果的に抑制される。
The ratio between the thickness T1 of the
なお、FC250等のねずみ鋳鉄で可動スクロールを成形する場合、可動スクロールの熱処理を行わなくても、可動スクロールには圧縮残留応力が作用することがある。しかし、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールは、球状黒鉛鋳鉄であるFCD600で成形された本実施形態の可動スクロール26と比べて、強度が低い。可動スクロール26は、FCD600で成形され、かつ、圧縮残留応力F1が作用しているので、ねずみ鋳鉄で成形された可動スクロールと比較して、高い強度を有し、かつ、変形しにくい。
Note that when the movable scroll is formed of gray cast iron such as FC250, compressive residual stress may act on the movable scroll without heat treatment of the movable scroll. However, the movable scroll formed of gray cast iron has a lower strength than the
以上より、スクロール圧縮機101は、可動スクロール26に作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロール26の変形を抑制することができる。
As described above, the
(4)実施例
次に、スクロール圧縮機に用いられる可動スクロールに関する、残留応力の測定結果、および、形状変化の測定結果について説明する。本実施例では、3種類の可動スクロールに関して測定を行った。以下、3種類の可動スクロールを、それぞれ、実施例、比較例1および比較例2と呼ぶ。3種類の可動スクロールは、共通の形状および寸法を有する。
(4) Example Next, the measurement result of a residual stress and the measurement result of a shape change regarding the movable scroll used for a scroll compressor are demonstrated. In this example, measurement was performed on three types of movable scrolls. Hereinafter, the three types of movable scrolls are referred to as an example, comparative example 1, and comparative example 2, respectively. The three types of movable scrolls have a common shape and dimensions.
実施例は、実施形態の可動スクロール26である。すなわち、実施例は、球状黒鉛鋳鉄であるFCD600で成形され、かつ、鏡板の下側の主表面(第2主表面26eに相当する面)がショットピーニング処理された可動スクロールである。比較例1は、FCD600で成形され、かつ、熱処理およびショットピーニング処理が行われていない可動スクロールである。比較例2は、ねずみ鋳鉄であるFC250で成形され、かつ、熱処理およびショットピーニング処理が行われていない可動スクロールである。次の表1および表2は、3種類の可動スクロールの測定結果を表す。
An example is the
表1は、各可動スクロールの残留応力の測定結果に関する表である。表1には、図5に示される4個の中間ポイントP1〜P4と同じ位置で測定した残留応力値、および、その平均値が記載されている。 Table 1 is a table relating to the measurement result of the residual stress of each movable scroll. Table 1 lists the residual stress values measured at the same positions as the four intermediate points P1 to P4 shown in FIG. 5 and the average values thereof.
表2は、各可動スクロールの形状変化の測定結果に関する表である。形状変化の測定は、各可動スクロールを備えるスクロール圧縮機を運転させることで行われた。スクロール圧縮機の運転条件は、高圧空間圧力が4.4MPaであり、低圧空間圧力が0.4MPaであり、回転数が75rpsであり、運転時間が75時間である。可動スクロールの鏡板の上側の主表面(第1主表面26dに相当する面)の高さ位置である底面位置を、圧縮機の運転開始前および運転終了後に測定し、スクロール圧縮機の運転による底面位置の変化量を求めた。可動スクロールの形状変化を表すパラメータは、底面位置の変化量である。底面位置の変化量の絶対値が大きいほど、可動スクロールの形状はより大きく変化している。図9は、可動スクロールの上面図である。図9には、底面位置の測定領域R1〜R4が示されている。
Table 2 is a table regarding the measurement result of the shape change of each movable scroll. The shape change was measured by operating a scroll compressor provided with each movable scroll. The operating conditions of the scroll compressor are a high pressure space pressure of 4.4 MPa, a low pressure space pressure of 0.4 MPa, a rotation speed of 75 rps, and an operation time of 75 hours. The bottom surface position, which is the height position of the upper main surface (the surface corresponding to the first
表1より、比較例1の可動スクロールには、引張残留応力が作用し、実施例および比較例2の可動スクロールには、圧縮残留応力が作用している。すなわち、実施形態の可動スクロール26は、第2主表面26eのショットピーニング処理によって、引張残留応力が除去されて圧縮残留応力が作用していることが確認された。
From Table 1, the tensile residual stress acts on the movable scroll of Comparative Example 1, and the compressive residual stress acts on the movable scroll of Example and Comparative Example 2. That is, in the
表2より、比較例1の可動スクロールは、実施例および比較例2の可動スクロールと比較して、全ての測定領域R1〜R4において底面位置の変化量がより大きい。底面位置の変化量が大きいほど、可動スクロールの変形の程度が大きい。すなわち、実施形態の可動スクロール26は、第2主表面26eのショットピーニング処理によって、スクロール圧縮機101の運転時における変形が抑制されることが確認された。
From Table 2, the amount of change in the bottom surface position of the movable scroll of Comparative Example 1 is larger in all measurement regions R1 to R4 than the movable scroll of Example and Comparative Example 2. The greater the amount of change in the bottom surface position, the greater the degree of deformation of the movable scroll. That is, it was confirmed that the
(5)変形例
本発明の実施形態に対する適用可能な変形例について説明する。
(5) Modifications Modifications applicable to the embodiment of the present invention will be described.
実施形態の可動スクロール26では、図5に示されるように、第2主表面26eの全体がショットピーニング処理されている。しかし、第2主表面26eの一部のみがショットピーニング処理されていてもよい。図10は、本変形例の可動スクロール26の下面図である。図10において、第2主表面26eのショットピーニング処理されている領域は、ハッチングされた領域として示されている。本変形例では、第2主表面26eの一部であって、上端軸受26cより外周側の領域のみが、ショットピーニング処理されている。第2主表面26eの一部のみがショットピーニング処理されている場合でも、可動スクロール26の第2鏡板26aに圧縮残留応力を作用させることができる。従って、第2主表面26eの一部のみをショットピーニング処理することで、スクロール圧縮機101の運転時における可動スクロール26の変形が抑制される。
In the
本発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する引張残留応力を短時間かつ低コストで除去して、運転時における可動スクロールの変形を抑制することができる。 The scroll compressor according to the present invention can remove the tensile residual stress acting on the movable scroll in a short time and at low cost, and can suppress the deformation of the movable scroll during operation.
10 ケーシング
17 クランクシャフト
24 固定スクロール
26 可動スクロール
26a 第2鏡板(可動鏡板)
26b 第2ラップ(可動ラップ)
26c 上端軸受(筒状部)
26d 第1主表面
26e 第2主表面
101 スクロール圧縮機
DESCRIPTION OF
26b Second lap (movable wrap)
26c Top end bearing (cylindrical part)
26d 1st
Claims (5)
前記ケーシング内に収納される固定スクロール(24)と、
前記ケーシング内に収納され、球状黒鉛鋳鉄で成形され、前記固定スクロールと噛み合わさって冷媒を圧縮する可動スクロール(26)と、
前記ケーシング内に収納され、前記可動スクロールを駆動させるクランクシャフト(17)と、
を備え、
前記可動スクロールは、
第1主表面(26d)および第2主表面(26e)を有する円盤状の可動鏡板(26a)と、
前記第1主表面から延びる渦巻き状の可動ラップ(26b)と、
前記第2主表面から延び、前記クランクシャフトが嵌め込まれる筒状部(26c)と
を有し、
前記第2主表面の少なくとも一部は、圧縮残留応力が前記可動鏡板に作用するようにショットピーニング処理されており、
前記圧縮残留応力は、前記第2主表面の径方向に沿って、前記第2主表面の中心に向かって作用する応力である、
スクロール圧縮機(101)。 A casing (10);
A fixed scroll (24) housed in the casing;
A movable scroll (26) housed in the casing, formed of spheroidal graphite cast iron, and meshed with the fixed scroll to compress the refrigerant;
A crankshaft (17) housed in the casing and driving the movable scroll;
With
The movable scroll is
A disc-shaped movable end plate (26a) having a first main surface (26d) and a second main surface (26e);
A spiral movable wrap (26b) extending from the first main surface;
A cylindrical portion (26c) extending from the second main surface and into which the crankshaft is fitted,
At least a part of the second main surface is shot peened so that compressive residual stress acts on the movable end plate,
The compressive residual stress is a stress acting toward the center of the second main surface along the radial direction of the second main surface.
Scroll compressor (101).
前記平均残留応力値は、前記筒状部の外縁と前記第2主表面の外縁との間の前記径方向の中間ポイントに関して、前記第2主表面の周方向に沿って等間隔に位置している複数の前記中間ポイントのそれぞれにおいて作用する残留応力値の平均であり、
前記残留応力値は、前記径方向において前記第2主表面の外縁から中心に向かう応力が前記可動鏡板に作用する場合に負であり、かつ、前記径方向において前記第2主表面の中心から外縁に向かう応力が前記可動鏡板に作用する場合に正である、
請求項1に記載のスクロール圧縮機。 The compressive residual stress is a stress having a negative average residual stress value,
The average residual stress values are located at equal intervals along the circumferential direction of the second main surface with respect to the radial intermediate point between the outer edge of the cylindrical portion and the outer edge of the second main surface. An average of residual stress values acting at each of the plurality of said intermediate points,
The residual stress value is negative when stress toward the center from the outer edge of the second main surface in the radial direction acts on the movable mirror plate, and the outer edge from the center of the second main surface in the radial direction. Is positive when the stress toward
The scroll compressor according to claim 1.
請求項1または2に記載のスクロール圧縮機。 The entire second main surface is shot peened,
The scroll compressor according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。 The ratio between the thickness (T1) of the movable wrap and the thickness (T2) of the movable mirror plate is 10 or less.
The scroll compressor according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。 The spheroidal graphite cast iron is FCD600.
The scroll compressor according to any one of claims 1 to 4.
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