JP2017133466A - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】オルダムリンクのキーおよびキーが摺動するキー溝の摩耗を低減すること。【解決手段】スクロール圧縮機1は、固定スクロール2と、固定スクロール2に対して公転旋回される旋回スクロール3と、ハウジング8に固定され、旋回スクロール3を支持する軸受6と、旋回スクロール3と軸受6との間に介在して旋回スクロール3の自転を規制するオルダムリンク10とを備える。オルダムリンク10は、旋回スクロール3に備えられたキー溝20の壁21に対して回転軸5の径方向に摺動する第1キー11と、軸受6に備えられた他のキー溝30の壁31に対して回転軸5の径方向に摺動する第2キー12とを有する。キー溝20の壁21に平坦な基準面210を想定すると、キー溝20の外周側端部20Aおよび内周側端部20Bの少なくとも一方に向かうにつれて基準面210に対して漸次オフセットしているオフセット部21Aを有する。【選択図】図5

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。特に、スクロール圧縮機に備えられたオルダムリンクのキーが摺動するキー溝の壁の摩耗を低減する技術に関する。
スクロール圧縮機には、旋回スクロールの自転を規制するオルダムリンクが備えられている。オルダムリンクは、旋回スクロールの一対のキー溝に挿入される一対の第1キーと、軸受の一対のキー溝に挿入される一対の第2キーとを有しており、第1キーがキー溝に沿って径方向にスライド可能な方向と、第2キーがキー溝に沿って径方向にスライド可能な方向とが直交している。
オルダムリンクのキーが摺動するキー溝の壁の摩耗を低減するため、耐摩耗性の高い硬質な部材がキー溝の壁に配置されたり(特許文献1)、固体潤滑材からなる被膜が形成される。
特開平8−189480号公報
スクロール圧縮機の回転軸、旋回スクロール、スラストプレート、軸受、オルダムリンク等の摺動部には、ハウジング内の油貯留部から回転軸内部の給油経路を通じて汲み上げられた潤滑油が供給される。しかし、低速運転時には潤滑油の供給量が減少するため、摺動部の摩耗を低減して信頼性を確保する必要がある。
特に、潤滑油が存在する回転軸の偏心ピンと旋回スクロールとの結合部分から遠いオルダムリンクのキーと、キーが摺動するキー溝の摩耗を低減する必要がある。
本発明は、オルダムリンクのキーおよびキーが摺動するキー溝の摩耗を低減することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の発明者が、スクロール圧縮機の使用によってキー溝の壁が摩耗した状態を調べたところ、オルダムリンクのキーがキー溝に対して相対的に変位する範囲内で、例えば、キー溝の外周側端部に向かうにつれて摩耗量が漸次増加している。これは、キー溝の開放端(外周側端部)側では、キー溝の壁に対して傾斜した状態でキーが接触するため、摩耗し易いことを示している。
また、スクロール圧縮機の使用を開始すると、キーとキー溝の壁との摺動面が馴染むまで、キー溝の壁やキーの表面粗さが変化する。
したがって、使用により摩耗した状態、そして使用により表面が馴染んだ状態を模擬した形状や表面粗さを予めキー溝の壁に付与し、使用を開始したところ、摩耗が低減することが確認された。
そうした知見に基づいてなされた本発明のスクロール圧縮機は、ハウジングに固定される固定スクロールと、回転軸に偏心した状態で結合され、固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、ハウジングに固定され、旋回スクロールを支持する軸受と、旋回スクロールと軸受との間に介在して旋回スクロールの自転を規制するオルダムリンクと、を備える。
オルダムリンクは、旋回スクロールに備えられたキー溝の壁に対して回転軸の径方向に摺動する第1キーと、軸受に備えられた他のキー溝の壁に対して回転軸の径方向に摺動する第2キーと、を有する。
そして、本発明は、キー溝の壁に平坦な基準面を想定すると、キー溝の外周側端部および内周側端部の少なくとも一方に向かうにつれて基準面に対して漸次オフセットしているオフセット部を有することを特徴とする。
本発明のスクロール圧縮機では、壁においてオフセット部の表面を含む摺動面の表面粗さRaが、オルダムリンクの使用開始に先立ち、0.2μm以下であることが好ましい。
本発明に係る「表面粗さRa」は、JIS B 0601−2001に基づいている。
本発明のスクロール圧縮機において、キー溝の内周部の少なくともオフセット部を含む一部、または内周部の全部が、旋回スクロールあるいは軸受である本体とは別体のライナであることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、ライナは、背面側に位置する本体と凹凸嵌合されることで、第1キーあるいは第2キーが摺動する方向である摺動方向において位置決めされていることが好ましい。
「凹凸嵌合」は、凹部と凸部とが嵌合する構成をいう。
本発明のスクロール圧縮機において、ライナは、略U字状に形成されていることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、キー溝の底部には、ライナの縁を受け入れるライナ溝が形成されていることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、ライナは、キー溝の底面を形成し、本体に圧入されるライナ底部と、ライナ底部から立ち上がり、オフセット部を含むライナ壁部と、を有することが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機は、ハウジングに固定される固定スクロールと、回転軸に対して偏心した状態で結合され、固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、ハウジングに固定され、旋回スクロールを支持する軸受と、旋回スクロールと軸受との間に介在して旋回スクロールの自転を規制するオルダムリンクと、を備え、オルダムリンクは、旋回スクロールに備えられたキー溝の壁に対して回転軸の径方向に摺動する第1キーと、軸受に備えられた他のキー溝の壁に対して回転軸の径方向に摺動する第2キーと、を有し、キー溝の壁に、オルダムリンクの使用開始に先立ち、0.2μm以下である表面粗さRaが設定されていることを特徴とする。
上記構成において、キー溝の内周部の少なくとも表面粗さRaが設定されている部分、または内周部の全部が、旋回スクロールあるいは軸受である本体とは別体のライナであることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、本体には、ライナを収容し、第1キーあるいは第2キーが摺動する方向である摺動方向へのライナの変位を許容するライナ収容部が形成されていることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、ライナは、背面側に位置する本体に揺動可能に支持されていることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、ライナと、キー溝の内周部とのうち少なくともライナには、回転軸と旋回スクロールとの結合部分の周囲に存在する油溜まりに連通し、油溜まりから、キー溝の壁へと潤滑油を供給する油経路が形成されていることが好ましい。
本発明のスクロール圧縮機において、キー溝の壁には、潤滑性を有する被膜が施されていることが好ましい。
本発明によれば、オルダムリンクのキーが摺動するキー溝の壁にオフセット部が付与されていたり、キー溝の壁の表面粗さRaが0.2μm以下であることによる作用により、詳しくは後述するように、使用の初期段階に特有の大きな摩耗を起こさずに、キーやキー溝の摩耗を低減することができる。
スクロール圧縮機を示す縦断面図である。 図1の部分拡大図であり、オルダムリンクのキーを示している。 オルダムリンクの全体斜視図である。 (a)は、旋回スクロールのキー溝とオルダムリンクのキーとを示す図であり、(b)は、軸受のキー溝とオルダムリンクのキーとを示す図である。 第1実施形態に係るキー溝を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 第1実施形態に係る他のキー溝を示す斜視図である。 第1キーが摺動するキー溝の壁の形状を定めるにあたり確認したキー溝の摩耗の状態について説明するための図である。(a)は、キー溝の開放端側で傾斜しているキーを示す模式図であり、(b)は、キー溝の斜視図であり、(c)は、(b)の矢印方向におけるキー溝の壁の形状プロファイルのイメージを示す図である。 キー溝の壁の表面粗さと摩耗深さとの関係を示す図である。 (a)は、オフセット部を外周端側と内周端側との双方に形成した例を示す図である。(b)は、キーとキー溝の壁との間の油膜を示す模式図である。 (a)〜(c)は、第2実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 第3実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 (a)および(b)は、第2実施形態および第3実施形態の組み合わせに係るキー溝を示す斜視図である。 第2実施形態および第3実施形態の組み合わせに係るキー溝を示す斜視図である。 (a)および(b)は、第4実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 第5実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 第6実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 (a)および(b)は、第7実施形態に係るキー溝を示す斜視図である。 第7実施形態に係るキー溝を示す平面図である。 (a)〜(c)は、第8実施形態に係るキー溝の構成部品を示ず図であり、(d)は、構成部品の変形例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、図1〜図4を参照し、以下に説明する各実施形態に共通の構成を説明する。
図1および図2に示すスクロール圧縮機1は、固定スクロール2および旋回スクロール3と、旋回スクロール3の自転を規制するオルダムリンク10と、モータ4と、回転軸5と、軸受6,7と、ハウジング8とを備えている。
スクロール圧縮機1は、冷凍機や空気調和機を構成している。
ハウジング8に設けられた吸入配管91および吐出配管92は、冷凍機や空気調和機の冷媒回路に接続されている。
図示しない駆動回路部によりモータ4のステータ4Aに駆動電流が供給されると、モータ4のロータ4Bが回転し、回転駆動力が回転軸5に出力される。ハウジング8に固定された軸受6,7により、回転軸5は回転可能に支持される。
回転軸5が回転されると、回転軸5の上端に設けられた偏心ピン5Aにベアリング5Bを介して結合された旋回スクロール3が、ハウジング8に固定されている固定スクロール2に対して公転旋回される。このとき、旋回スクロール3の自転が、旋回スクロール3と軸受6との間に介在するオルダムリンク10(図3)により規制される。
旋回スクロール3の旋回により、ハウジング8内の冷媒が旋回スクロール3と固定スクロール2との間に吸入される。そして、旋回スクロール3の旋回に伴い、旋回スクロール3と固定スクロール2との間の圧縮室Rの容積が減少することにより、圧縮室R内で冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒の圧力によるスラスト荷重は、旋回スクロール3の端板3Aを支持する軸受6が受け持つ。圧縮された冷媒は、固定スクロール2の吐出ポート2Pを経て、吐出配管92により冷媒回路へと吐出される。
ハウジング8の底部には、潤滑油が貯留されている。潤滑油は、回転軸5の下端部に設けられたポンプ101により、回転軸5の内部の給油経路5C(図2)を通じて汲み上げられ、軸受6,7や、回転軸5、偏心ピン5A、旋回スクロール3、オルダムリンク10、および軸受6と旋回スクロール3との間に配置された図示しないスラストプレート等の摺動箇所へと供給される。
図2〜図4を参照し、オルダムリンク10(オルダム継手とも)について説明する。
オルダムリンク10は、図3に示すように、一対の第1キー11,11と、一対の第2キー12,12と、これらのキー11,11,12,12を連結する環状の連結部13とを備えている。
第1キー11,11,第2キー12,12、および連結部13は、アルミニウム合金等の金属材料から一体に形成されている。
オルダムリンク10と摺動する軸受6や旋回スクロール3は、アルミニウム合金等の金属材料から形成されている。
第1キー11,11は、連結部13の一面131から面外方向に突出しており、第2キー12,12は、連結部13の他面132から面外方向に突出している。
第1キー11,11を結ぶD1方向と、第2キー12,12を結ぶD2方向とは、いずれも、連結部13の径方向に沿っており、互いに直交している。
第1キー11,11は、D1方向に沿って長い直方体状に形成されている。
第2キー12,12は、D2方向に沿って長い直方体状に形成されている。
図2および図4(a)に示すように、第1キー11は、旋回スクロール3の端板3Aに形成されたキー溝20に嵌入される。端板3Aには、一対の第1キー11(図3)に対応する一対のキー溝20がそれぞれ形成されている。
第1キー11は、キー溝20に対して所定のストロークで径方向に摺動する。以下、特に言及しない限り、「径方向」は、回転軸5および軸受6の軸心を通る直径方向であるものとする。
図2および図4(b)に示すように、第2キー12は、旋回スクロール3に対向する軸受6のスラスト面6Aに形成されたキー溝30に嵌入される。軸受6には、一対の第2キー12(図3)に対応する一対のキー溝30がそれぞれ形成されている。
第2キー12は、キー溝30に対して所定のストロークで径方向に摺動する。
第1キー11がキー溝20に沿って摺動可能な方向(図3のD1方向)と、第2キー12がキー溝30に沿って摺動可能な方向(図3のD2方向)とは直交している。
回転軸5(図2)の回転力が偏心ピン5Aを介して旋回スクロール3に伝達されると、第1キー11がキー溝20に沿ってD1方向に摺動すると共に、第2キー12がキー溝30に沿ってD2方向に摺動し、オルダムリンク10全体としてはD2方向に摺動する。これによって旋回スクロール3は、自転しないで所定の軌跡を描きながら、固定スクロール2に対して公転旋回する。
図5(a)および(b)は、旋回スクロール3の端板3Aに形成されたキー溝20を端板3Aの背面側(下面側)から示している。
キー溝20は、旋回スクロール3の端板3Aの背面から所定の深さで窪んでいる。
キー溝20は、旋回スクロール3の外周縁3Bから所定の距離だけスクロール中心に向けて、径方向に沿って延びている。キー溝20の外周側端部20Aは、旋回スクロール3の外側へと開放されている。キー溝20の内周側端部20Bは、平面視で円弧状に形成されている。
キー溝20の内周部201は、キー溝20の平坦な底部202から垂直に立ち上がっている。
第1キー11(図5(b)に二点鎖線で示す)は、キー溝20により案内されながら、旋回スクロール3が1回転する間に、キー溝20の壁21を径方向に沿って往復する。第1キー11は、図4(a)に示すように、キー溝20の外周側端部20Aから内周側端部20B近傍までの範囲Rg1内で往復変位する。
第1キー11は、キー溝20の対向する二面21,22(図5(b))のうち、旋回スクロール3の回転の向きによって定まる一方の面21に対して摺動する。第1キー11が摺動する面のことをキー溝20の壁21というものとする。
キー溝20の壁21は、図5(a)に示すように、旋回スクロール3の端板3Aとは別体のライナ23により形成されていることが好ましい。
キー溝20の母材である旋回スクロール3とライナ23とが別体であるため、キー溝20の母材とは異なる材料、好ましくは、硬く摩耗し難い材料をライナ23に用いることができる。ライナ23は、少なくとも表面(摺動面)から所定の厚みにおいてキー溝20の母材よりも硬いことが好ましい。適宜な表面加工・表面処理により、ライナ23の表面の硬度を高めることができる。
また、キー溝20の母材とは別体であるライナ23により摺動面(壁21)が構成されているので、後述するクラウニング加工や研磨加工をキー溝の母材に施す場合よりも容易にライナ23に対して施すことができる。
以上は、キー溝30に配置されるライナ28(図6)についても同様である。
図6は、軸受6に形成されたキー溝30を示している。第2キー12(図3および図2)が摺動する面のことをキー溝30の壁31というものとする。
キー溝30は、軸受6のスラスト面6Aから窪んでいる。キー溝30の外周側端部30Aおよび内周側端部30Bは、平面視で円弧状に形成されている。
第2キー12(図3および図2)は、キー溝30により案内されながら、旋回スクロール3が1回転する間に、キー溝30の壁31を径方向に沿って往復する。第2キー12は、キー溝30の内周側端部30Bと外周側端部30Aとの間の範囲Rg2(図4(b))内で往復変位する。
上述した第1キー11および第2キー12がキー溝20,30に対して摺動する範囲Rg1,Rg2(図4)は一例に過ぎず、キー溝20,30の壁21,31に沿って適宜に摺動範囲が定められる。
第1キー11および第2キー12のストロークに関連して、キー溝20,30の摺動範囲Rg1,Rg2や、キー溝の外周側端部が開放されるか否か等が定められる。
〔第1実施形態〕
以下、第1キー11および第2キー12、キー溝20およびキー溝30の具体的な構成について説明する。
第1実施形態は、キー溝20の壁21の形状(後述するオフセット部21A)と、キー溝30の表面粗さRaとに主要な特徴を有する。これらの特徴はいずれも、キー11,12およびキー溝20,30の摩耗低減を目的としている。
上述したように、ハウジング8内の貯留部から潤滑油が回転軸5の上端部に供給されているものの、そこから、旋回スクロール3の端板3A、スラストプレート(図示しない)、および軸受6のスラスト面6A等の隙間を通じてオルダムリンク10にまで潤滑油を十分に供給することが難しい。
特に、低速運転時には、摺動面に沿った潤滑油の速度が小さいため、潤滑油のくさび作用による潤滑油の圧力が小さいので、油膜を十分に形成することが難しい。
しかも、キー溝20に関しては、開放されている外周側端部20Aにおいて潤滑油が保持され難い。
以上より、オルダムリンク10のキー11,12がそれぞれキー溝20,30の壁21,31に接触したとしても摩耗を低減することが重要である。
まず、キー溝20の壁21の形状を定めるにあたり、確認したキー溝40(図7)の摩耗の状態について説明する。
図7(c)は、動作確認のための試運転等を除いては未使用のスクロール圧縮機に対し、所定時間に亘る使用(運転)に相当する耐久試験を行った結果、初期状態(耐久試験前)から摩耗したキー溝40の壁41の表面形状を模式的に示している。
図7(c)の横軸は、図7(b)に矢印で示す摺動方向に対応している。図7(c)に示すように、壁41の摩耗深さ(摩耗量)は、キー溝40の内周側端部40Bから、開放されている外周側端部40Aに向かうにつれて増加する。図7(c)に示す破線は、初期状態における壁41の平坦な表面に相当する。
キー溝40の開放端(外周側端部40A)に向かうほど壁41の摩耗量が増大するのは、主として、図7(a)に示すようにキー溝40の開放端側(40A側)では、第1キー11が壁41に対して傾斜した状態で往復変位することに起因している。
第1キー11の傾斜角度が最大となるキー溝40の開放端(エッジ)において、摩耗量が最大となる。
図7(c)に示された壁41の表面形状のプロファイリングデータに基づいて、本実施形態では、図5(b)に示すように、壁21の一部を基準面210に対して漸次オフセットさせている。基準面210は、壁21の表面に想定された平坦な面であり、図7(c)に破線で示した初期状態における壁41の平坦な表面に相当する。
壁21は、外周側端部20Aに向かうにつれて基準面210に対してオフセットしているオフセット部21Aを有している。基準面210に対するオフセット部21Aのオフセット量Ofは、最大で、例えば、15〜20μm程度である。オフセット部21Aは、誇張されたオフセット量にて図示されている。また、図5(a)ではオフセット部21Aの図示が省略されている。
図5(b)に斜線で示した部分は存在しない。オフセット部21Aの表面を21Sで示す。
オフセット部21Aの表面21Sの形状は、使用により摩耗した壁21の表面形状(図7(c))を模擬している。オフセット部21Aは、基準面210に対して、滑らかに、なだらかに、基準面210に対して漸次退避している。
図5(b)に示すように、オフセット部21Aを含む壁21は、端板3Aに備えられたライナ23により形成されている。ライナ23は、矩形の板状であり、キー溝20の内周部201から窪むように端板3Aに形成された凹部3Cに配置されている。ライナ23の表面と内周部201の表面とは面一に連続している。ライナ23の板厚は、適宜に設定することができる。
ライナ23単体に対して、クラウニング加工等の機械加工によりオフセット部21Aが形成され、端板3Aの凹部3Cにライナ23が配置される。ライナ23は、端板3Aに適宜な方法によって一体化されている。例えば、端板3Aの鋳型の内部にライナ23を配置し、ライナ23を鋳ぐるむことで一体化が可能である。また、ライナ23を端板3Aに締結することもできる。
使用開始に先立ち、壁21にオフセット部21Aが形成されていることによる作用を説明する。
図5(a)に示すように、第1キー11が壁21に対して傾いているとき、なだらかに湾曲しているオフセット部21A(図5(b))に第1キー11の側面11Sが接触するので、第1キー11とキー溝20の壁21(ライナ23)との面接触が可能となり、キー溝20の外周側端部20Aの縁(エッジ)の部分でも摺動摩擦が抑えられる。
そのため、使用の初期段階に特有の大きな摩耗が起こらずに、キー溝20の壁21と第1キー11の側面11Sとがすぐに馴染み、低い摩擦で安定して摺動する。
さて、本実施形態では、キー溝30(図6)の壁31の表面粗さRaについても、使用により摩耗した壁41(図7)の表面状態を模擬しており、キー溝30の壁31の表面粗さRaは0.2μm以下である。
既存の壁41(図7)の表面粗さRaは0.2μmを超えているので、未使用のスクロール圧縮機1の使用が開始されると、第2キー12と壁41との摺動摩擦により、壁41の表面粗さRaが初期状態から次第に小さくなる。その後に、キー溝30の壁41と第2キー12との側面とが馴染むと、壁41の表面粗Raさが安定する。このときの壁41の表面粗さRaは、0.2μm以下である。
上記のような壁41の摩耗プロセスに基づいて、予め、本実施形態のキー溝30の壁31(図6)の表面粗さRaを0.2μm以下に設定する。
なお、キー溝30の壁31を摺動するキー12の側面の表面粗さRaを0.2μm以下にすることによっても、壁31の表面粗さRaを0.2μm以下にするのと同様の効果が得られるが、加工のコストや手間を考慮し、キー溝30の壁31の表面粗さRaを0.2μm以下に設定する。
壁31は、キー溝30の母材とは別体のライナ28により形成されていることが好ましい。ライナ28単体に対する研磨加工により、壁31を形成するライナ28の表面(摺動面)を所定の表面粗さ(Ra)にすることができる。
スクロール圧縮機1の使用開始に先立ち、壁31の表面粗さRaが0.2μm以下に設定されていると、キー溝30の壁31と第2キー12の側面とがすぐに馴染み、表面粗さが小さいために薄い油膜でも固体接触を低減できる。そのため、初期段階に特有の大きな摩耗が起こらずに済み、キー溝30の壁31と第2キー12の側面とが低い摩擦で安定して摺動する。
以上より、オルダムリンク10の第1キー11とキー溝20についてはオフセット部21Aの形成により、第2キー12とキー溝30については表面粗さRaの設定により、使用の初期段階で起こる摩耗が抑えられる。そのことを通じて、オルダムリンク10のキー11,12、キー溝20,30の壁21,31の摩耗を低減でき、摩擦による動力損失も抑えることができる。
本実施形態によれば、厳しい潤滑条件であったとしても、オフセット部21Aの形成や表面粗さRaの設定によりキー11,12やキー溝20,30の摩耗を抑えることができる。したがって、低速運転が続いた場合に潤滑油の欠乏を防ぐため回転速度を上げるといった運転上の制約をなくすことが可能となる。
ところで、潤滑油を十分に供給することが難しいので厳しい潤滑条件となりがちなオルダムリンク10の摺動部には、固体潤滑材を用いて被膜が形成されることが好ましい。
例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粉体をエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等に分散させた固体潤滑材等を用いて、キー11,12の側面やキー溝20,30の壁21,31の表面(ライナの表面)に被膜を形成することができる。被膜の図示は省略する。
固体潤滑材による被膜がオフセット部21Aに形成される場合は、その被膜の厚み分を考慮して、所望のオフセット量よりも大きいオフセット量にて壁21を機械加工しておくことが好ましい。その場合は、固体潤滑材による被膜の表面により最終的なオフセット量が決まる。
表面粗さRaが0.2μm以下に設定される部位に固体潤滑材による被膜を形成する場合は、母材の表面に付いている固体潤滑材被膜の表面粗さRaを0.2μm以下に加工する。例えば、グラインダや砥粒の吹き付けによる機械研磨や、薬材を用いて被膜を溶かす化学研磨により、固体潤滑材被膜を研磨することができる。
本実施形態では、オフセット部21Aの存在や表面粗さRaの設定により、使用の初期段階における大きな摩耗が起こらないので、壁21や壁31に施された固体潤滑材の被膜が、摩滅してしまわずに残存する。その被膜を維持して耐摩耗性を確保することができる。
固体潤滑材の被膜は、キー11,12およびキー溝20,30の全部、あるいは潤滑条件等に応じて選択された一部について形成することができる。
さらに、オルダムリンク10は、旋回スクロール3の自転を規制しながら端板3Aと軸受6とに摺動するので、オルダムリンク10全体の潤滑性を向上するため、固体潤滑材の被膜がオルダムリンク10の摺動面全体に亘り施されていてもよい。
〔第1実施形態の変形例〕
オフセット部21A(図5(b))の形成に加えて、キー溝20の壁21の表面粗さRaを0.2μm以下に設定することが好ましい。
表面粗さRaを適切に定めるため、表面粗さRaを振って耐久試験を行うことが好ましい。
図8に、耐久試験を行った後の、キー11の外周側先端部における摩耗深さ(摩耗量)と、壁21の表面粗さRaとの関係を黒い菱形(◆)でプロットしている。摩耗深さに関しては、複数の測定値の平均値である。キー溝20の壁21の摩耗量および表面粗さRaはそれぞれ、キー11の摩耗量および表面粗さRaに対応している。
図8より、表面粗さRaが小さいと、耐久試験後の摩耗量が減少する。
複数回の試験における測定値のばらつき(平均値を上回る摩耗深さ測定値を直線で示す)を考慮すると、許容される摩耗深さ以下に抑えるため、壁21の表面粗さRaは0.2μm以下である必要がある。
使用開始に先立ち、壁21にオフセット部21Aが備えられており、壁21の表面粗さRaが0.2μm以下であると、摩耗をより十分に低減することができる。
図9(a)は、第1実施形態の他の変形例を示す。
キー溝20の壁21には、外周側端部20Aに位置するオフセット部21Aに加えて、内周側端部20Bの近傍に位置するオフセット部21Bも備えられている。
オフセット部21Bは、内周側端部20Bに向かうにつれて、基準面210に対して漸次オフセットしていることが好ましい。
オフセット部21Aと同様、オフセット部21Bも、誇張されたオフセット量にて図示されている。
図9(a)に斜線で示した部分は存在しない。オフセット部21Aの表面を21Sで示し、オフセット部21Bの表面を21S´で示す。
オフセット部21A,21Bの各々の表面21S,21S´の形状は、使用により摩耗した壁21の表面形状を模擬している。
往復変位する第1キー11の往路および復路のいずれにおいても、図9(b)に示すように、第1キー11と壁21との間への潤滑油の流入に伴うくさび効果により、第1キー11と壁21との間に油膜100が形成される。
ここで、壁21の摺動方向における両端では、第1キー11の変位速度が遅く、そのためくさび効果を十分に得ることが難しいので、油膜100が十分に形成され難い。そうすると、壁21の両端では、壁21に対して傾斜した第1キー11との摺動摩擦により、壁21の中央部と比べて摩耗量が大きくなることに対応して、予め、壁21の外周側端部20Aおよび内周側端部20B近傍にオフセット部21A,21Bを形成している。
基準面210に対するオフセット部21Aのオフセット量Ofは、壁21の外周側(径方向外側)における摩耗量に対応しており、基準面210に対するオフセット部21Bのオフセット量Of´は、壁21の内周側(径方向内側)における摩耗量に対応している。
図9(a)に示す構成では、キー溝20の開放端側(20A側)で特に摩耗し易いことに基づいて、オフセット部21Aのオフセット量Ofをオフセット部21Bのオフセット量Of´よりも大きくしている。
図9(a)および(b)に示す構成によれば、使用による摩耗を見込んでオフセット部21A,21Bが形成されているため、初期段階に特有の大きな摩耗を起こさずに摩耗を低減することができる。
使用に先立ち、摩耗を模擬したオフセット部を形成することは、第2キー12と摺動するキー溝30の壁31(図6)にも適用することができる。
壁31に形成するオフセット部の位置およびオフセット量は、第2キー12のストロークや摺動条件に基づいて適宜に定めることができる。
例えば、第2キー12の摺動範囲Rg2(図4)に対応する壁31の領域において、範囲Rg2の中心に対称となるようにオフセット部を形成することができる。
〔第2実施形態〕
次に、図10(a)〜(c)を参照し、本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態〜第5実施形態は、キー溝にライナを位置決めする構造に特徴を有する。第2実施形態〜第5実施形態を適宜に組み合わせることが可能である。
以下、第1キー11が摺動するキー溝20に配置されるライナを例に取って説明するが、第2キー12が摺動するキー溝30に配置されるライナにも、以下で説明する構成を適用できる。
図10(a)に示すようにキー溝20の内周部201と面一に配置されるライナ24の表面には、オフセット部21Aやオフセット部21Bを形成するクラウニング加工、および表面粗さ0.2μm以下とする機械加工の少なくともいずれかが施されている。なお、オフセット部の図示は省略している。
以上は、図11〜図16にそれぞれ示すライナ(後述)についても同様である。
図10(a)に示す構成では、キー溝20の内周部201に形成された凹部211に、ライナ24に備えられた凸部241が嵌合している。凹部211は、ライナ24の板状の本体部240が配置される面3Eよりも窪んでいる。凹部211において摺動方向に離間している壁211A,211Bの間にライナ24の凸部241が嵌合している。
本明細書では、第1キー11が回転軸5の径方向に沿って摺動する方向のことを「摺動方向」と称する。第2キー12が回転軸5の径方向に沿って摺動する方向のことも「摺動方向」と称する。
図10(a)に示す構成では、凹部211および凸部241により、ライナ24とキー溝20の内周部201とが凹凸嵌合しており、それによって、ライナ24が摺動方向において旋回スクロール3に位置決めされている。そのため、ライナ24がキー溝20の内周部201から摺動方向にずれたり、離脱するのを防ぐことができる。
図10(a)に示す構成の他にも、例えば、図10(b)および図10(c)に示す構成のように、凹凸嵌合によってライナ24をキー溝20に位置決めすることができる。
図10(b)では、ライナ24の凸部241が、図10(a)と比べて径方向外側に位置している。その他は図10(a)と同様である。
図10(c)では、キー溝20の内周部201における外周側端部20Aおよび内周側端部20B近傍のそれぞれに凹部212が形成されており、それらの凹部212,212の内側に、ライナ25の板状の本体部250から背面側に突出した2つの凸部251,251が嵌合している。
図10(a)〜(c)にそれぞれ示す構成では、ライナ24,25の本体部240,250がキー溝20の開放端(外周側端部20A)にまで延在しているので、キー溝20のエッジにおける第1キー11との摺動摩擦を低減することができる。
〔第3実施形態〕
次に、図11を参照し、本発明の第3実施形態について説明する。
図11に示すように、第3実施形態のライナ26は、U字状に形成されており、キー溝20の内周部201の全体に亘り配置される。
ライナ26は、第1キー11が摺動する板状部261と、板状部261に対向する板状部262と、板状部261,262をキー溝20の内周側端部20Bで連結する連結部263とを有している。
図11に示す構成では、ライナ26およびキー溝20に凸部や凹部を形成することなく、ライナ26をキー溝20に位置決めする。
板状部261,262を結ぶ方向におけるライナ26の幅は、キー溝20の幅よりも大きく設定されているので、ライナ26は、キー溝20の内側で圧縮された状態に撓み、弾性力によってキー溝20内に固定される。
そのため、ライナ26がキー溝20の内周部201から摺動方向あるいはライナ26の幅方向にずれたり、キー溝20からライナ26が離脱するのを防ぐことができる。
第2実施形態と第3実施形態とは、適宜に組み合わせることが可能である。
図12(a)では、U字状のライナ26に形成された凸部264が、キー溝20の内周部201に形成された凹部212内に嵌合する。
図12(b)の構成は、図12(a)と同様であるが、キー溝20の内周部201において第1キー11が摺動する領域に形成された凹部213内に、ライナ26の凸部265が嵌合する。
また、図13では、キー溝20の内周部201に形成された凸部214が、U字状のライナ26に形成された凹部266に嵌合する。
図12(a)、図12(b)、および図13にそれぞれ示す構成においては、弾性力により、あるいは締まり嵌めにより、キー溝20内にライナ26を固定する必要はない。U字状に形成されたライナ26とキー溝20の内周部201との凹凸嵌合によれば、ライナ26がキー溝20の内周部201から摺動方向あるいは幅方向にずれたり、キー溝20からライナ26が離脱するのを防ぐことができる。
〔第4実施形態〕
次に、図14(a)および(b)を参照し、本発明の第4実施形態について説明する。
図14(a)に示す構成では、キー溝20の底部202に、ライナ27の周縁271を受け入れるライナ溝29が形成されている。
U字状のライナ27の周縁271全体が、キー溝20の内周部201の根元にU字状に形成されたライナ溝29の内側に嵌合する。
この構成によれば、ライナ溝29(凹部)とライナ27の周縁271(凸部)との凹凸嵌合により、ライナ27が摺動方向および幅方向のいずれにおいても旋回スクロール3のキー溝20に位置決めされる。
図14(b)に示すように、J字状のライナ27´を採用することもできる。
ライナ27´は、第1キー11が摺動する内周部201の領域に配置される板状部291と、板状部291の内周端に連なり、円弧状の内周側端部20Bに沿って湾曲している湾曲部292とを有している。
板状部291がライナ溝29の直線部分に嵌合することにより、ライナ27´が板厚方向においてキー溝20に位置決めされ、湾曲部292がライナ溝29の湾曲部分に嵌合することにより、ライナ27´が摺動方向においてキー溝20に位置決めされる。
第4実施形態の構成を第2キー12が摺動するライナ28(図6)の位置決めに利用することもできる。その場合は、例えば、ライナ28の周縁を、キー溝30の底部に形成されたライナ溝に嵌合する。そうすると、ライナ28の周縁とライナ溝との凹凸嵌合によってライナ28が板厚方向と摺動方向との双方において位置決めされる。
〔第5実施形態〕
次に、図15を参照し、本発明の第5実施形態について説明する。
図15に示すライナ50は、キー溝20の底部202に配置される底部51Aと、底部51Aから立ち上がり、キー溝20の内周部201に配置されるU字状の壁部51Bとを有している。
ライナ50の底部51Aは、キー溝20の底部202の幅よりも大きく作られており、キー溝20の底部202に圧入されてキー溝20の底面を形成する。
オフセット部(図示しない)を形成するクラウニング加工、あるいは、表面粗さを0.2μm以下にする機械加工の少なくともいずれかが、壁部51Bの内表面(摺動面)に施されている。
壁部51Bは、図14(b)のライナ27´と同様にJ字状に形成されていたり、図5に示すライナ23と同様に板状に形成されていてもよい。
底部51Aがキー溝20に圧入固定されているので、ライナ50がキー溝20の内周部201から摺動方向あるいは幅方向にずれたり、キー溝20からライナ50が離脱するのを防ぐことができる。
第5実施形態の構成を第2キー12が摺動するライナ28(図6)の位置決めに利用することもできる。
〔第6実施形態〕
次に、図16を参照し、本発明の第6実施形態について説明する。
第6実施形態では、キーの摺動方向に変位が許容されているライナをキーとキー溝の壁との間に介在させる。
図16は、第2キー12が配置されるキー溝30を示している。
キー溝30には、第2キー12と摺動する壁31を形成する板状のライナ52が配置されている。
ライナ52は、軸受6に形成されたライナ収容部53に収容されている。
摺動方向においてライナ収容部53の寸法がライナ52の寸法よりも大きいため、ライナ収容部53内には、第2キー12の摺動方向へのライナ52の変位を許容する隙間Spが存在する。
第2キー12がライナ52(壁31)に接触し、摩擦力によりライナ52を保持しながら摺動方向に変位するとき、ライナ52もライナ収容部53内で変位する(矢印参照)。
第6実施形態によれば、第2キー12がライナ52を伴って往復変位することにより、第2キー12とライナ52とが相対的に摺動変位する距離を抑えることができるので、第2キー12およびライナ52の摩耗を低減することができる。
ライナ52の背面はキー溝30の内周部301を摺動するが、摩擦力が第2キー12およびライナ52の間と、ライナ52および内周部301の間とに按分されるため、第2キー12、ライナ52、および内周部301(軸受6)のそれぞれの摩耗が抑えられている。
キー12がライナ52の端からはみ出ないようにするため、図16に示すように、キー12のストロークをd、ライナ52の可動範囲であるライナ収容部53の寸法をLn、ライナ収容部53内の隙間の長さをSpとすると、次の関係が成り立つ必要がある。
Ln/2 − d/2 > Sp
この関係によれば、ライナ52の左端と右端との間にキー12を留めながら、キー12と共にライナ52を変位させることができる。
第6実施形態では、ライナ52にオフセット部を形成したり、ライナ52の表面粗さを0.2μm以下に設定する必要は必ずしもない。上述したライナ23等と同様に、オフセット部を形成するためのクラウニング加工、および表面粗さ0.2μm以下とするための機械加工の少なくともいずれかがライナ52にも施されていれば、摩耗の低減に一層寄与できる。
〔第7実施形態〕
次に、図17および図18を参照し、本発明の第7実施形態について説明する。
第7実施形態では、キーの姿勢に倣ってライナが揺動するように構成する。
図17(a)は、第1キー11が配置されるキー溝20を示している。
キー溝20には、第1キー11と摺動する壁21を形成する板状のライナ54が配置されている。
ライナ54は、旋回スクロール3に形成された凹部55に収容されている。
ライナ54の背面側に位置する凹部55の壁には、平面視円弧状に突出した支持部551が形成されている。支持部551は、凹部55の壁における内周側端部20B近傍に位置している。この支持部551により支持されたライナ54は、ライナ54と凹部55の壁との間のクリアランスCLの範囲内で揺動可能である。
図17(b)は、凹部55にではなくライナ54の背面側に支持部541が形成されている例を示す。支持部541にて凹部55に支持されたライナ54は、ライナ54と凹部55の壁との間のクリアランスCLの範囲内で揺動可能である。
第1キー11が往復変位するとき、図18に示すように、第1キー11の姿勢に倣う角度にライナ54が揺動する(倒れる)。第1キー11の往路および復路のいずれにおいても、ライナ54は、支持部541(あるいは551)を支点として、キー溝20の軸線に平行な角度から、ライナ54の外周側端部が凹部55の壁に接触する角度までの間で搖動する。
その結果、第1キー11の側面11Sがライナ54に面接触するので、第1キー11がライナ54の表面を低い摩擦で安定して摺動する。
第7実施形態によれば、ライナ54が揺動して第1キー11の姿勢に倣うことにより、第1キー11とライナ54との摺動摩擦を抑えることができるので、第1キー11およびライナ54の摩耗を低減することができる。
第7実施形態では、ライナ54にオフセット部を形成したり、ライナ54の表面粗さを0.2μm以下に設定する必要は必ずしもない。上述したライナ23等と同様に、オフセット部を形成するためのクラウニング加工、および表面粗さ0.2μm以下とするための機械加工の少なくともいずれかがライナ54にも施されていれば、摩耗の低減に一層寄与できる。
〔第8実施形態〕
次に、図19を参照し、本発明の第8実施形態について説明する。
第8実施形態では、回転軸5の内部の給油経路5C(図2)を通じて偏心ピン5Aの周囲に供給される潤滑油を、ライナの内部を通じて摺動面に供給する。
図2に示すように、偏心ピン5Aは、ベアリング5Bを介して旋回スクロール3のボス3Fの内側に結合されている。そして、偏心ピン5A、ベアリング5B、およびボス3Fが、軸受6において回転軸5の軸周りに形成された凹部6C内に配置されている。
凹部6C内は、潤滑油が溜まる油溜まりとなっている。この凹部6Cの内側の雰囲気と、凹部6Cの外側の雰囲気との間には、圧力差が与えられており、その圧力差に従って、凹部6C内の潤滑油が凹部6Cの外へと供給されるようになっている。
以下、第1キー11が摺動するキー溝20に配置されるライナを例に取って説明するが、第2キー12が摺動するキー溝30に配置されるライナにも、以下で説明する構成を適用できる。
本実施形態のライナ56は、図19(a)および(b)に示すように、旋回スクロール3に組み付けられてキー溝20の一部を構成する部材である。
第1キー11が摺動する壁21を形成するライナ56の表面には、オフセット部を形成する加工や表面粗さを0.2μm以下にする加工が施されている。
キー溝20およびライナ56により、図19(b)および(c)に示すように、潤滑油が流れる油経路57が形成されている。
油経路57は、ライナ56の背側で摺動方向に沿って延出する第1経路571と、第1経路571からライナ56の板厚方向に延びてライナ56の摺動面(壁21)へと到達する複数の第2経路572とを有している。
第1経路571は、図19(b)に示すように、ライナ56の背面に形成された溝571Cと、ライナ56が配置される凹部3Cの壁(図19(a))との間に形成されている。
第1経路571の始端571Aは、潤滑油が溜まる凹部6C内(図2)に連通している。
複数の第2経路572は、第1経路571の始端571Aと終端571Bとの間で摺動方向に間隔をおいて配置されており、いずれもライナ56の表面に開口している。
スクロール圧縮機1の運転中、凹部6Cの内外の圧力差に基づいて、凹部6C内の潤滑油が油経路57を通じて第1キー11とキー溝20(ライナ56)との摺動面に強制的に供給される。第1キー11が摺動するライナ56の表面に開口した各第2経路572から噴出される潤滑油の圧力により、第1キー11はライナ56の表面から浮上し、第1キー11とライナ56との間に油膜が形成される。
本実施形態によれば、油経路57を流れる潤滑油によりキー溝20への潤滑油の供給量が増加し、油経路57から噴出する潤滑油により浮上した第1キー11とキー溝20の壁21との間に厚い油膜が形成される。そのため、固体接触が低減されるので、第1キー11およびキー溝20の壁21(ライナ56)の摩耗低減に寄与できる。
第8実施形態によれば、ライナ56にオフセット部が形成されたり表面粗さが0.2μm以下に設定されたりすることに加えて、油経路57を通じた摺動面への給油により、摩耗をより十分に低減することができる。
油経路57は、凹部6C内とキー溝20の壁21とを連通する限り、適宜に改変することができる。
例えば、第1経路571を構成する溝は、ライナ56ではなく、ライナ56の背面に位置する凹部3Cの壁に形成することもできる。
また、図19(d)に示すように、第1経路571をライナ56の内部に形成することもできる。
第8実施形態における油経路57の構成は、ライナ56にオフセット部を形成する加工やライナ56の表面粗さを0.2μm以下にする加工を前提とすることなく成立する。つまり、油経路57を通じた摺動面への給油により、摩耗の低減に寄与できる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明に係るオルダムリンクは、スクロール圧縮機の他にも、回転軸に対して偏心した状態で結合され回転軸に伴って回転される部材の回転運動を、当該部材の自転を規制しつつ公転旋回運動に変換する機構を備える装置に適用することができる。
1 スクロール圧縮機
2 固定スクロール
2P 吐出ポート
3 旋回スクロール(本体)
3A 端板
3B 外周縁
3C 凹部
3E 面
3F ボス
4 モータ
4A ステータ
4B ロータ
5 回転軸
5A 偏心ピン
5B ベアリング
5C 給油経路
6 軸受(本体)
6A スラスト面
6C 凹部(油溜まり)
7 軸受
8 ハウジング
10 オルダムリンク
11 第1キー
12 第2キー
13 連結部
20 キー溝
20A 外周側端部
20B 内周側端部
21 壁
21A オフセット部
21B オフセット部
21S 表面
23〜27 ライナ
28 ライナ
29 ライナ溝
30 キー溝
30A 外周側端部
30B 内周側端部
31 壁
40 キー溝
40A 外周側端部
40B 内周側端部
41 壁
50 ライナ
51A 底部(ライナ底部)
51B 壁部(ライナ壁部)
52 ライナ
53 ライナ収容部
54 ライナ
55 凹部
56 ライナ
57 油経路
91 吸入配管
92 吐出配管
100 油膜
101 ポンプ
131 一面
132 他面
201 内周部
202 底部
210 基準面
211 凹部
211A,211B 壁
212 凹部
213 凹部
214 凸部
240 本体部
241 凸部
250 本体部
251 凸部
261,262板状部
263 連結部
264 凸部
265 凸部
266 凹部
271 周縁
291 板状部
292 湾曲部
541 支持部
551 支持部
571 第1経路
571C 溝
571A 始端
571B 終端
572 第2経路
CL クリアランス
D1 方向
D2 方向
R 圧縮室
Rg1,Rg2範囲
Sp 隙間

Claims (12)

  1. ハウジングに固定される固定スクロールと、
    回転軸に偏心した状態で結合され、前記固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、
    前記ハウジングに固定され、前記旋回スクロールを支持する軸受と、
    前記旋回スクロールと前記軸受との間に介在して前記旋回スクロールの自転を規制するオルダムリンクと、を備え、
    前記オルダムリンクは、
    前記旋回スクロールに備えられたキー溝の壁に対して前記回転軸の径方向に摺動する第1キーと、
    前記軸受に備えられた他のキー溝の壁に対して前記回転軸の径方向に摺動する第2キーと、を有し、
    前記キー溝の前記壁に平坦な基準面を想定すると、
    前記キー溝の外周側端部および内周側端部の少なくとも一方に向かうにつれて前記基準面に対して漸次オフセットしているオフセット部を有する、
    ことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 前記壁において前記オフセット部の表面を含む摺動面の表面粗さRaは、
    前記オルダムリンクの使用開始に先立ち、0.2μm以下である、
    ことを特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3. 前記キー溝の内周部の少なくとも前記オフセット部を含む一部、または前記内周部の全部が、
    前記旋回スクロールあるいは前記軸受である本体とは別体のライナである、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記ライナは、
    背面側に位置する前記本体と凹凸嵌合されることで、前記第1キーあるいは前記第2キーが摺動する方向である摺動方向において位置決めされている、
    ことを特徴とする請求項3に記載のスクロール圧縮機。
  5. 前記ライナは、
    略U字状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項3または4に記載のスクロール圧縮機。
  6. 前記キー溝の底部には、
    前記ライナの縁を受け入れるライナ溝が形成されている、
    ことを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
  7. 前記ライナは、
    前記キー溝の底面を形成し、前記本体に圧入されるライナ底部と、
    前記ライナ底部から立ち上がり、前記オフセット部を含むライナ壁部と、を有する、
    ことを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
  8. ハウジングに固定される固定スクロールと、
    回転軸に対して偏心した状態で結合され、前記固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、
    前記ハウジングに固定され、前記旋回スクロールを支持する軸受と、
    前記旋回スクロールと前記軸受との間に介在して前記旋回スクロールの自転を規制するオルダムリンクと、を備え、
    前記オルダムリンクは、
    前記旋回スクロールに備えられたキー溝の壁に対して前記回転軸の径方向に摺動する第1キーと、
    前記軸受に備えられた他のキー溝の壁に対して前記回転軸の径方向に摺動する第2キーと、を有し、
    前記キー溝の前記壁に、前記オルダムリンクの使用開始に先立ち、0.2μm以下である表面粗さRaが設定されている、
    ことを特徴とするスクロール圧縮機。
  9. 前記キー溝の内周部の少なくとも前記表面粗さRaが設定されている部分、または前記内周部の全部が、
    前記旋回スクロールあるいは前記軸受である本体とは別体のライナである、
    ことを特徴とする請求項8に記載のスクロール圧縮機。
  10. 前記本体には、
    前記ライナを収容し、前記第1キーあるいは前記第2キーが摺動する方向である摺動方向への前記ライナの変位を許容するライナ収容部が形成されている、
    ことを特徴とする請求項3から7、請求項9のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
  11. 前記ライナは、
    背面側に位置する前記本体に揺動可能に支持されている、
    ことを特徴とする請求項3から7、請求項9、10のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
  12. 前記ライナと、前記キー溝の前記内周部とのうち少なくとも前記ライナには、
    前記回転軸と前記旋回スクロールとの結合部分の周囲に存在する油溜まりに連通し、前記油溜まりから、前記キー溝の前記壁へと潤滑油を供給する油経路が形成されている、
    ことを特徴とする請求項3から7、請求項9〜11のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
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