JP2020045899A - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Abstract
Description
圧縮機には、ピストンの往復運動によって冷媒を圧縮する往復式と、回転運動をしながら圧縮を行う回転式とがある。往復式には、駆動源の伝達方式によって、クランクを用いて複数のピストンに伝達するクランク式、斜板が設けられたシャフトに伝達する斜板式などがあり、回転式には、回転するロータリ軸とベーンとを用いるベーンロータリ式、旋回スクロールと固定スクロールとを用いるスクロール式がある。
スクロール圧縮機は、他の種類の圧縮機に比べて相対的に高い圧縮比が得られ、かつ、冷媒の吸入、圧縮、吐出行程がスムーズに行われて安定したトルクが得られるという利点のため、空調装置などで冷媒圧縮用に広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。
図1および図2に示したとおり、従来のスクロール圧縮機は、回転力を発生させる駆動源200と、駆動源200によって回転するシャフト300と、シャフト300の一端部310が挿入されるリセス部410、およびシャフト300に偏心する偏心部420を有する偏心ブッシュ400と、偏心部420に連通して旋回運動をする旋回スクロール500と、旋回スクロール500と共に圧縮室を形成する固定スクロール600とを有す。
しかし、このような従来のスクロール圧縮機においては、例えば、シャフト300の回転速度が減速されたり、シャフト300の回転が中断される場合、図5に示したとおり、回転遊びによって偏心ブッシュ400がシャフト300を打撃して、図6に示したとおり、衝撃音が発生し、これによって圧縮機の騒音振動が悪化する問題点があった。
前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙より狭く形成されることがよい。
前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙は、前記緩衝部材のショア硬度と比例関係が成立するように形成されることがよい。
前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙をG2とし、前記緩衝部材のショア硬度をHとすれば、0<G2≦(0.02mm/ショア硬度1単位)*H−1.2mmの関係式を満たすように形成されることが好ましい。
前記緩衝部材は、ショア硬度80単位の材質で形成され、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙は、0より大きく、0.4mmより小さいか等しく形成されることができる。
前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面は、軸方向上、前記シャフトの一端部の先端面から遠くなるほど内径が減少するように形成される。前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙のうち最小値が、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙より狭く形成されることが好ましい。
前記緩衝部材の他端部の先端面は、前記緩衝部材他端部挿入溝の基底面と離隔して形成されることがよい。
前記緩衝部材の一端部の先端面は、前記緩衝部材一端部挿入溝の基底面と離隔して形成されることができる。
前記緩衝部材一端部挿入溝の内周面および前記緩衝部材の一端部の外周面の少なくとも1つには、前記緩衝部材が前記緩衝部材一端部挿入溝から離脱するのを防止する凹凸が形成されることが好ましい。
前記緩衝部材他端部挿入溝は、前記緩衝部材他端部挿入溝の中心を基準として対称に形成されることがよい。
前記緩衝部材一端部挿入溝は、前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記緩衝部材他端部挿入溝に対向し、前記緩衝部材一端部挿入溝の中心を基準として対称に形成されることができる。
図7は、本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示す断面図であり、図8は、図7のスクロール圧縮機におけるシャフト、偏心ブッシュ、緩衝部材を拡大して示す断面図であり、図9は、図7のスクロール圧縮機の正常作動時におけるシャフト、偏心ブッシュおよび緩衝部材の位置関係を示す断面図であり、図10は、図9の偏心ブッシュが回転遊びによってシャフトを基準として回転した状態を示す断面図であり、図11は、図10の偏心ブッシュが回転遊びによってシャフトを基準としてさらに回転した状態を示す断面図であり、図12は、図9および図10の緩衝部材を示す斜視図であり、図13は、図11の緩衝部材を示す斜視図であり、図14は、図7のスクロール圧縮機における測定騒音を示す図表である。
ケーシング100は、旋回スクロール500を支持するメインフレーム110を含むことができる。
メインフレーム110には、シャフト300の貫通する軸受孔112が形成される。
軸受孔112には、シャフト300を回転可能に支持するベアリングが形成される。
旋回溝114は、旋回スクロール500に対向するメインフレーム110の一面に陰刻に形成され、軸受孔112に連通して形成される。
駆動源200は、固定子210および回転子220を有するモータで形成される。ここで、駆動源200は、車両のエンジンと連動するディスクハブ組立体で形成されてもよい。
シャフト300は、一方向に延びる円筒状に形成され、シャフト300の一端部310で偏心ブッシュ400と結合され、シャフト300の他端部320で回転子220と結合される。
ここで、シャフト300と偏心ブッシュ400は、例えば、初期駆動時のような、液冷媒圧縮によるスクロールの破損を防止するために、リセス部410の内周面412とシャフト300の一端部310の外周面312との間に回転遊びが存在するように形成される。
すなわち、シャフト300と偏心ブッシュ400は、シャフト300の回転軸から偏心した位置を基準として互いに相対回転運動可能に結合される。
具体的には、シャフト300の一端部310は、円筒状に形成される。すなわち、シャフト300の一端部310の外周面312が、シャフト300の軸方向の位置に関係なく一定の外径を有するように形成される。
ヒンジピン一端部挿入溝316は、ヒンジピン800の中心軸がシャフト300の回転軸に偏心した位置に配置されるように、ヒンジピン一端部挿入溝316の中心がシャフト300の回転軸からシャフト300の半径方向に離隔した位置に形成される。
偏心ブッシュ400のリセス部410は、シャフト300の一端部310に対応して円筒状に陰刻に形成される。すなわち、リセス部410の内周面412が、リセス部410の軸方向の位置に関係なく一定の内径を有するように形成される。
そして、リセス部410は、偏心ブッシュ400がヒンジピン800を中心にシャフト300に対して相対回転可能に、リセス部410の内径がシャフト300の一端部310の外径より大きく形成される。すなわち、リセス部410の内周面412とシャフト300の一端部310の外周面312との間の間隙G1が零(0)より広く形成される。ここで、リセス部410の内周面412とシャフト300の一端部310の外周面312との間の間隙G1は、リセス部410の内周面412とシャフト300の一端部310の外周面312とが接触しないように予め決定された値以上に形成されるが、これについては後述する。
ヒンジピン他端部挿入溝416は、ヒンジピン800の中心軸がリセス部410の中心C410軸に偏心した位置に配置されるように、ヒンジピン他端部挿入溝416の中心がリセス部410の中心C410軸からリセス部410の半径方向に離隔した位置に形成される。ここで、ヒンジピン他端部挿入溝416は、偏心ブッシュ400がシャフト300に対して一方向およびその反対方向に相対回転運動可能に、リセス部410がシャフト300の一端部310と同心をなす位置に配置される時、ヒンジピン一端部挿入溝316に対向する位置に形成されることが好ましい。
そして、ヒンジピン他端部挿入溝416は、ヒンジピン800に対応するように、ヒンジピン800の外径と同等水準の内径を有する円筒状に陰刻に形成される。
具体的には、緩衝部材900は、一方向に延びる円筒状に形成される。すなわち、緩衝部材900の一端部910の外周面912と緩衝部材900の他端部920の外周面922は、それぞれ緩衝部材900の軸方向の位置に関係なく一定の外径を有するように形成される。
緩衝部材一端部挿入溝318は、緩衝部材900の一端部910に対応して円筒状に形成される。すなわち、緩衝部材一端部挿入溝318は、緩衝部材一端部挿入溝318の内周面318aが、緩衝部材一端部挿入溝318の軸方向の位置に関係なく一定の内径を有するように形成される。
緩衝部材他端部挿入溝418は、緩衝部材900の他端部920に対応して円筒状に形成される。すなわち、緩衝部材他端部挿入溝418は、緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aが、緩衝部材他端部挿入溝418の軸方向の位置に関係なく一定の内径を有するように形成される。
すなわち、駆動源200に電源が印加されると、シャフト300が回転子220と共に回転し、旋回スクロール500が偏心ブッシュ400を介してシャフト300に連動して旋回運動し、このような旋回スクロール500の旋回運動によって、冷媒は圧縮室に吸入され、圧縮室で圧縮され、圧縮室から吐出される一連の過程が繰り返される。
具体的には、緩衝部材900の弾性係数およびショア硬度が小さい場合には、偏心ブッシュ400がシャフト300に対して、図10の状態よりさらに回転する時、緩衝部材900の他端部920が相対的に容易かつ多く変形しうる。
もちろん、緩衝部材900の変形量と弾性復元力とが互いに比例関係にあり、緩衝部材900の変形量が多いほど偏心ブッシュ400の回転を阻止する力が大きくなるが、リセス部410の内周面412がシャフト300の外周面に接触するまで緩衝部材900の変形量が十分に多くなく、緩衝部材900の弾性復元力が偏心ブッシュ400の回転を阻止する程度に及ばない場合、リセス部410の内周面412がシャフト300の一端部310の外周面312を打撃することがある。
これによって、緩衝部材900の材質(ショア硬度)および緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aと緩衝部材900の他端部920の外周面922との間の間隙G2は、第1関係式を満たすように形成されてこそ、シャフト300と偏心ブッシュ400との間の衝突騒音が発生しない。
これを考慮して、緩衝部材900の材質(ショア硬度)および緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aと緩衝部材900の他端部920の外周面922との間の間隙G2は、シャフト300と偏心ブッシュ400との間の衝突騒音が防止されながら液冷媒圧縮によるスクロール破損防止効果の低下が最小化されるように、0<G2=(0.02mm/ショア硬度1単位)*H−1.2mmの関係式(以下、第3関係式)を満たすように形成されることが好ましい。
これによって、前述した特徴を総合的に考慮して、緩衝部材900は、ショア硬度70単位の材質で形成され、緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aと緩衝部材900の他端部920の外周面922との間の間隙G2は、第3関係式によって0.2mmに形成されることが好ましい。
あるいは、緩衝部材900は、ショア硬度80単位の材質で形成され、緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aと緩衝部材900の他端部920の外周面922との間の間隙G2は、第3関係式によって0.4mmに形成されることが好ましい。
これを考慮して、緩衝部材他端部挿入溝418は、図16に示したとおり、円錐状に形成される。すなわち、緩衝部材他端部挿入溝418の内周面418aは、緩衝部材他端部挿入溝418の軸方向上、シャフト300の一端部310の先端面314から遠くなるほど内径が減少するように形成される。
この場合、緩衝部材900の他端部920が緩衝部材他端部挿入溝418に押される時、図17に示したとおり変形することにより、緩衝部材900の一端部910と緩衝部材900の他端部920との間に印加される剪断応力が減少して、緩衝部材900の一端部910と緩衝部材900の他端部920との間での損傷が抑制できる。
これを考慮して、本実施形態の場合、圧縮機の停止時(緩衝部材900の熱膨張前)だけでなく、圧縮機の駆動時(緩衝部材900の熱膨張後)にも緩衝部材900の他端部920の先端面924が緩衝部材他端部挿入溝418の基底面418bに接触しないように、図7および図8に示したとおり、緩衝部材900の一端部910の先端面914が緩衝部材一端部挿入溝318の基底面318bと離隔し、緩衝部材900の他端部920の先端面924が緩衝部材他端部挿入溝418の基底面418bと離隔して形成される。
ただし、緩衝部材900が緩衝部材一端部挿入溝318に容易に挿入されながら緩衝部材900が緩衝部材一端部挿入溝318から離脱することが効果的に防止されるように、緩衝部材一端部挿入溝318の内径が緩衝部材900の一端部910の外径と同等水準に形成され、かつ、緩衝部材一端部挿入溝318の内周面318aおよび緩衝部材900の一端部910の外周面912の少なくとも1つに凹凸Uが形成されることが好ましい。
ここで、図18に示した実施形態の場合、凹凸Uは、緩衝部材900の円周方向に沿って配列される複数の突起で形成され、図19に示した実施形態の場合、凹凸Uは、緩衝部材900の円周方向に沿って延びる1つの環状突起で形成され、図20に示した実施形態の場合、凹凸Uは、緩衝部材900の円周方向に沿って延びながら、緩衝部材900の軸方向に沿って配列される複数の環状突起で形成される。
一方、緩衝部材他端部挿入溝418は、リセス部410の領域内で任意の場所に形成され、緩衝部材一端部挿入溝318は、リセス部410がシャフト300の一端部310と同心をなす位置に配置される時を基準として、緩衝部材他端部挿入溝418に対向するように形成される。
そして、回転バランスをさらに向上させるために、本実施形態のように、緩衝部材他端部挿入溝418は、緩衝部材他端部挿入溝418の中心C418を基準として対称に形成されることが好ましい。
そして、回転バランスをより一層向上させるために、緩衝部材一端部挿入溝318は、リセス部410がシャフト300の一端部310と同心をなす位置に配置される時を基準として、緩衝部材他端部挿入溝418に対向し、緩衝部材他端部挿入溝418と同心をなしつつ、緩衝部材一端部挿入溝318の中心を基準として対称に形成されることが好ましい。
110:メインフレーム
112:軸受孔
114:旋回溝
200:駆動源
210:固定子
220:回転子
300:シャフト
310:シャフトの一端部
312:(シャフトの一端部の)外周面
314:(シャフトの一端部の)先端面
316:ヒンジピン一端部挿入溝
318:緩衝部材一端部挿入溝
318a:(緩衝部材一端部挿入溝の)内周面
318b:(緩衝部材一端部挿入溝の)基底面
320:(シャフトの)他端部
400:偏心ブッシュ
410:リセス部
412:(リセス部の)内周面
414:(リセス部の)基底面
416:ヒンジピン他端部挿入溝
418:緩衝部材他端部挿入溝
418a:(緩衝部材他端部挿入溝の)内周面
418b:(緩衝部材他端部挿入溝の)基底面
420:偏心部
430:バランスウエイト
500:旋回スクロール
600:固定スクロール
800:ヒンジピン
900:緩衝部材
910:(緩衝部材の一端部
912:(緩衝部材の一端部の)外周面
914:(緩衝部材の一端部の)先端面
920:緩衝部材の他端部
922:(緩衝部材の他端部の)外周面
924:(緩衝部材の他端部の)先端面
C410:リセス部の中心
C418:緩衝部材他端部挿入溝の中心
C430:バランスウェイトの重心
G1:リセス部の内周面とシャフトの一端部の外周面との間の間隙
G2:緩衝部材他端部挿入溝の内周面と緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙
L:リセス部の中心とバランスウェイトの重心とを結ぶ仮想の直線
U:凹凸
Claims (16)
- 駆動源によって回転するシャフトと、
前記シャフトの一端部が挿入されるリセス部、および前記シャフトに偏心する偏心部を有する偏心ブッシュと、
前記偏心部に連動して旋回運動をする旋回スクロールと、
前記旋回スクロールと噛み合う固定スクロールと、
前記シャフトの一端部と前記リセス部との間に介在する緩衝部材とを含むことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記シャフトの一端部の先端面には、前記緩衝部材の一端部が挿入される緩衝部材一端部挿入溝が形成され、
前記シャフトの一端部の先端面に対向する前記リセス部の基底面には、前記緩衝部材の他端部が挿入される緩衝部材他端部挿入溝が形成され、
前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間、および前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間に回転遊びが存在するように形成され、
前記回転遊びによって、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面とが接触する前に、前記緩衝部材の他端部の外周面が前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面に接触するように形成され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。 - 前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙より狭く形成されることを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材は、前記緩衝部材一端部挿入溝および前記緩衝部材他端部挿入溝よりショア硬度(shore hardness)の小さい材質で形成され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。
- 前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙は、前記緩衝部材のショア硬度と比例関係が成立するように形成されることを特徴とする請求項4に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙をG2とし、前記緩衝部材のショア硬度をHとすれば、0<G2≦(0.02mm/ショア硬度1単位)*H−1.2mmの関係式を満たすように形成されることを特徴とする請求項5に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材は、ショア硬度70単位の材質で形成され、
前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙は、0より大きく、0.2mmより小さいか等しく形成されることを特徴とする請求項6に記載のスクロール圧縮機。 - 前記緩衝部材は、ショア硬度80単位の材質で形成され、
前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙は、0より大きく、0.4mmより小さいか等しく形成されることを特徴とする請求項6に記載のスクロール圧縮機。 - 前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面は、軸方向上、前記シャフトの一端部の先端面から遠くなるほど内径が減少するように形成され、
前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙が一定であり、前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面と前記緩衝部材の他端部の外周面との間の間隙のうち最小値が、前記リセス部の内周面と前記シャフトの一端部の外周面との間の間隙より狭く形成されることを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記緩衝部材他端部挿入溝の内周面は、軸方向上、前記シャフトの一端部の先端面から遠くなるほど内径が線形的に減少するように形成されることを特徴とする請求項9に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材の他端部の先端面は、前記緩衝部材他端部挿入溝の基底面と離隔して形成されることを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材の一端部の先端面は、前記緩衝部材一端部挿入溝の基底面と離隔して形成されることを特徴とする請求項11に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材一端部挿入溝の内周面および前記緩衝部材の一端部の外周面の少なくとも1つには、前記緩衝部材が前記緩衝部材一端部挿入溝から離脱するのを防止する凹凸が形成されることを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記偏心ブッシュは、前記リセス部を基準として前記偏心部の反対側に配置されるバランスウェイトをさらに含み、
前記バランスウェイトの重心は、前記リセス部の中心を基準として前記偏心部の中心の反対側に形成され、
前記緩衝部材他端部挿入溝は、前記緩衝部材他端部挿入溝の中心が、前記リセス部の中心と前記バランスウェイトの重心とを結ぶ仮想の直線上で前記リセス部の中心と前記バランスウェイトの重心との間に配置されるように形成されることを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記緩衝部材他端部挿入溝は、前記緩衝部材他端部挿入溝の中心を基準として対称に形成されることを特徴とする請求項14に記載のスクロール圧縮機。
- 前記緩衝部材一端部挿入溝は、前記リセス部が前記シャフトの一端部と同心をなす位置に配置される時、前記緩衝部材他端部挿入溝に対向し、前記緩衝部材一端部挿入溝の中心を基準として対称に形成されることを特徴とする請求項14に記載のスクロール圧縮機。
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