JP4032694B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機および冷凍機等に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、特開平５−１８７３６６号公報に開示されている密閉形スクロール圧縮機の断面図である。図中、スクロール圧縮機１０１は、圧縮機本体に対して固定された固定スクロール１０２と、固定スクロール１０２の中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロール１０３と、電動機構部を構成する固定子１０４及び回転子１０５と、電動機により回転駆動される主軸１０６と、揺動スクロール１０３を公転運動させるために揺動スクロール１０３を支承するスライダ１０７と、スライダ１０７が主軸１０６に対して偏心するように主軸１０６の上部に設置されたスライダ装着軸である偏心軸部１０８と、偏心軸部１０８に装着され、固定スクロール１０２や揺動スクロール１０３等からなる圧縮室および電動機構部を収容する密閉形のシェル１０９と、外部よりスクロール圧縮機１０１に冷媒ガスを導入するための吸入管１１０と、スクロール圧縮機１０１で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管１１１と、揺動スクロール１０３及び主軸１０６を支承し、固定スクロール１０２に対してボルト等で固定されたフレーム１１２と、圧縮室に底部に溜まった油を吸い上げる容積形油ポンプ１１３と、この容積形油ポンプ１１３により、底部から主軸１０６内の管路を通ってスライダ１０７まで吸い上げられた油を再び底部に落とすための油落とし１１４とを有している。
【０００３】
次に動作について説明する。スクロール圧縮機１０１に設けられた電源端子（図示せず）に通電すると、固定子１０４と回転子１０５にトルクが発生し、主軸１０６が回転する。これにより、主軸１０６の偏心軸部１０８に装着されたスライダ１０７に支承された揺動スクロール１０３が回転しはじめて、固定スクロール１０２と協動する。
【０００４】
この際、流体ガスは、吸入管１１０から吸引され、シェル１０９内の固定スクロール１０２と揺動スクロール１０３によって構成された圧縮室へ吸入され、圧縮された後、吐出管１１１を介してシェル１０９外へ排出される。
【０００５】
またシェル１０９の底部にある潤滑油は、主軸１０６が回転すると容積形油ポンプ１１３により吸引され、主軸１０６内に設けられた給油通路を通り、各軸等に給油潤滑された後、油落とし１１４から再びシェル１０９の底部に戻る。
【０００６】
図８は、一般的なスクロール圧縮機の運転時にスライダ１０７近傍に作用する力の関係を示す一部横断面図である。図中、スライダ１０７は中央近傍に略長方形の穴（以下、スリット）１１５が形成され、偏心軸部１０８の端部はこのスリット１１５に嵌合されるように略長方形の断面を有するように加工されている。このようにすることで、スライダ１０７が主軸１０６の軸方向に直角な面上の一定方向（図８での斜め方向）にしか摺動しないようになっている。
【０００７】
このようなスクロール圧縮機１０１で、主軸１０６の回転に対応して行われる揺動スクロール１０３の公転運動時に発生する揺動スクロール１０３とスライダ１０７との遠心力をＦｃ、この遠心力Ｆｃと直角方向であり揺動スクロール１０３に作用する圧縮負荷をＦｇｏ、この遠心力Ｆｃと反対方向であり揺動スクロール１０３に作用する圧縮負荷をＦｇｒ、スライダ１０７のスリット１１５とスライダ装着軸である偏心軸部１０８との接触面間の接触力Ｆｎ、スリット１１５とスライダ装着軸である偏心軸部１０８との接触面間の摩擦係数μｎ、固定スクロール１０２と揺動スクロール１０３の両渦巻体側面間の接触力（押し付け力）をＦＲ、摩擦係数をμＲ、固定スクロール１０２と両渦巻体の半径方向のすきまをＣとする。
【０００８】
こうすると、遠心力Ｆｃ、圧縮負荷Ｆｇｏ及び圧縮負荷Ｆｇｒの合力のスライド方向への分力によりスライダ１０７がスリット１１５によって規制されるスライド方向、すなわち、揺動スクロール１０３を固定スクロール１０２に接触させる方向にスライドし、固定スクロール１０２と揺動スクロール１０３の両渦巻間の半径方向の隙間Ｃを常に零にするように動作して、圧縮時の漏れ損失を低減させている。
【０００９】
このようにスクロール圧縮機１０１は偏心軸部１０８の回転により、スライダ１０７がスライドすることで、スクロール圧縮をなすものであるから、スライダ１０７にスリット形状の加工を施すことが必要であった。そのため、スライダ１０７には加工性が高く、コストを低減可能な焼結材を用いるのが一般的である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、焼結材は密度が低いため硬度もそれほど大きくなく（Ｈｖ＝４００程度）、鋼に比べて摩耗しやすく、焼結材の代わりに別の材料を用いても加工容易な材料を用いると同じように硬度が足りず摩耗しやすく、また、スリット１０７の内壁には、その形状上、研磨機が使用できないため、偏心軸部１０８からの負荷を受ける負荷面の面粗度を向上させることが難しいので摩耗しやすく、特に、潤滑材の能力が劣化し、摩擦係数が高くなりやすい低温用途で使用されるものや、低温かつ高圧のＨＦＣ系冷媒での用途で使用されるものでは、スライダ１０７の軸負荷面が摩耗しやすく、寿命が短いという問題があった。
【００１１】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、スリット形状の加工性を保ちながら耐摩耗性の高いスライダを用いたスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスクロール圧縮機は、スライダの穴の内壁に設けられ、主軸の軸方向の断面が台形であり、台形のうち電動機に近い下辺は下辺に対向する上辺よりも長い溝部と、溝部に格納され、穴に格納された主軸と穴の内壁との間に設けられ、スライダ以上の硬度を有する鋼材とを有する。
【００１３】
また、鋼材の穴の内壁と接触する面の面粗さ、または鋼材の主軸と接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する面の面粗さ以下とする。
【００１４】
また、主軸は、内部に油が流れる給油通路と、主軸の穴に格納される部分に給油通路と主軸の外部とを連通する管とを有する。
【００１５】
さらに、スライダは、焼結により作成されている。
【００１６】
冷媒は、ＨＦＣ系冷媒である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明のスクロール圧縮機の縦断面図である。図中、スクロール圧縮機１は、圧縮機本体に対して固定された固定スクロール２と、固定スクロール２の中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロール３と、電動機構部を構成する固定子４及び回転子５と、電動機により回転駆動される主軸６と、揺動スクロール３を公転運動させるために揺動スクロール３を支承するスライダ７と、スライダ７が主軸６に対して偏心するように主軸６の上部に設置されたスライダ装着軸である偏心軸部８と、偏心軸部８に装着され、固定スクロール２や揺動スクロール３等からなる圧縮室および電動機構部を収容する密閉形のシェル９と、外部よりスクロール圧縮機１に冷媒ガスを導入するための吸入管１０と、スクロール圧縮機１で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管１１と、揺動スクロール３及び主軸６を支承し、固定スクロール２に対してボルト等で固定されたフレーム１２と、圧縮室に底部に溜まった油を吸い上げる容積形油ポンプ１３と、この容積形油ポンプ１３により、底部から主軸６内の給油通路を通ってスライダ７まで吸い上げられた油を再び底部に落とすための油落とし１４とを有している。
【００１８】
次に動作について説明する。スクロール圧縮機１に設けられた電源端子（図示せず）に通電すると、固定子４と回転子５にトルクが発生し、主軸６が回転する。これにより、主軸６の偏心軸部８に装着されたスライダ７に固定された揺動スクロール３が回転運動しはじめて、固定スクロール２と協動する。
【００１９】
これら固定スクロール２と揺動スクロール３はそれぞれ渦巻形状をしており、互いに１８０度位相がずれた位置となるように組み合わされている。また、それぞれの渦巻の中心は偏心している。
【００２０】
この際、流体ガスは、吸入管１０から吸引され、シェル９内の固定スクロール２と揺動スクロール３によって構成された圧縮室へ吸入され、圧縮された後、吐出管１１を介してシェル９外へ排出される。
【００２１】
またシェル９の底部にある潤滑油は、主軸６が回転すると容積形油ポンプ１３により吸引され、主軸６内に設けられた給油通路を通り、各軸等に給油潤滑された後、再びシェル９の底部に戻る。
【００２２】
図２は、この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の運転時にスライダ７近傍に作用する力の関係を示す一部横断面図である。図中、スライダ７は中央近傍に略長方形の穴であるスリット１５が形成され、偏心軸部８の端部はこのスリット１５に嵌合されるように略長方形の横断面を有するように加工されている。このようにすることで、スライダ７が主軸６の軸方向に直角な面上の一定方向（図２での斜め方向）にしか摺動しないようにしている。
【００２３】
また、このスライダ７のスリット１５は、前述したように略長方形であるが、そのうちの偏心軸部８と主に接触する一辺に溝部１６を作成し、そこに鋼材１７を収納し偏心軸部８の軸負荷面１８と接触するようにしている。なお、図では溝部１６を明確にするため、鋼材１７との間に大きな隙間があるように記しているが、実際にはこれほどの隙間はない。
【００２４】
このようなスクロール圧縮機１で、主軸６の回転に対応して行われる揺動スクロール３の公転運動時に発生する揺動スクロール３とスライダ７との遠心力をＦｃ、この遠心力Ｆｃと直角方向であり揺動スクロール３に作用する圧縮負荷をＦｇｏ、この遠心力Ｆｃと反対方向であり揺動スクロール３に作用する圧縮負荷をＦｇｒ、スライダ７のスリット１５とスライダ装着軸である偏心軸部８との接触面間の接触力Ｆｎ、スリット１５とスライダ装着軸である偏心軸部８との接触面間の摩擦係数μｎ、固定スクロール２と揺動スクロール３の両渦巻体側面間の接触力（押し付け力）をＦＲ、摩擦係数をμＲ、固定スクロール２と両渦巻体の半径方向のすきまをＣとする。
【００２５】
こうすると、遠心力Ｆｃ、圧縮負荷Ｆｇｏ及び圧縮負荷Ｆｇｒの合力のスライド方向への分力によりスライダ７がスリット１５によって規制されるスライド方向、すなわち、揺動スクロール３を固定スクロール２に接触させる方向にスライドする動作時に、偏心軸部８の軸負荷面１５と接触するのが、鋼材１７であるため、摩擦力μｎＦｎで焼結材からなるスライダ７が摩耗することを防ぐことができる。
【００２６】
また、鋼材１７には硬度Ｈｖ＝４００以上の硬度を持つスウェーデン鋼、表面処理を施したステンレス鋼が適している。
【００２７】
さらに、鋼材１７は表面面粗度が偏心軸部８やスライダ７のスリット１５の内壁のそれよりも小さいものが適している。このようにすることで、スライド中に鋼材１７と偏心軸部８との接触により偏心軸部８に摩耗が生じることを防ぐことができるとともに、溝部１６を加工するにあたって、溝部１６を鋼材１７が完全に固定されるように寸法精度を高めなくても、焼結材で製作されたスライダ７に設けられた穴であるスリット１５の内壁が鋼材１７に削られるのを防ぐことができる。
【００２８】
このようにすることで、潤滑特性の厳しい低温用途で使用されるものや、ＨＦＣ系冷媒での用途で使用されるものにおいても、スライダの材料にコスト、生産性で有効な焼結材を使用したままで、スクロール圧縮機の寿命を延ばすことができる。
【００２９】
図３は、溝部１６に鋼材１７を圧入して固定したスクロール圧縮機の一部横断面図である。
【００３０】
図中、スライダ７のスリット１５に設けた溝部１６は、偏心軸部８の直線部分よりも長く形成している。これにより溝部１６に格納した鋼材１７の両端部はスライダ７内で固定されることになる。実際に製造する場合には、予めスライダ７に設けた溝部１６に鋼材１７を圧入して固定することになる。なお、この図では図２と異なり溝部１６と鋼材１７とを明確に区別していないが、これは、鋼材１７は溝部１６に圧入されているため、隙間がほとんどないことを示している。
【００３１】
このようにすることで、スクロール圧縮機が動作して軸に負荷が加わることで、鋼材１７が上下方向や、偏心軸部８の軸負荷面と溝部１６との間に生じる隙間内に生じた、いわゆるあそびにより、微小な動いたり、変形したりするのを防止することができるため、高い負荷能力を持った軸特性を持つ圧縮機を構成することができる。
【００３２】
図４はスクロール圧縮機１の運転時に鋼材１７が上方へ抜けないように構成した場合のスリット１５部分の斜視図である。スリット１５が偏心軸部８の負荷面１８と接触する部分に、スクロール圧縮機１の底部側（主軸の電動機が接続された側）の下辺より、それとは反対側のスクロール圧縮機１上部側の上辺のほうが短い台形形状の溝部１６を設け、そこに溝部１６とほぼ同じ形状を有した鋼材１７を格納している。
【００３３】
このようにすることで、運転時に鋼材１７が上方へ抜けないようにしている。また、スクロール圧縮機１の組み立て手順からすると、スライダ７のスリット１５に鋼材１７を取付けてから、主軸６の偏心軸部８を組み付けるため、予め略台形形状の溝部１６に、同じような形状を有した鋼材１７を嵌め込むだけで上下方向への鋼材１７の抜けが防止できるため、作業性が向上する。
【００３４】
なお、この実施の形態では、一方向への鋼材１７の抜けを防止するため、加工が簡単な略台形形状としているが、要は溝部１６に対して鋼材１７自体がくさびとしての働きを持つ形状であればよい。
【００３５】
このように溝部を設けそこに鋼材を格納する方法では溝部を加工する手間が増えるが、主軸は今までと同じ太さのものが使えるため、スクロール圧縮機を大きくせずに主軸の強度を保つことができる。
【００３６】
図５は、溝部１６を設けずに鋼材１７を固定した場合のスライダと偏心軸部の縦断面図である。
【００３７】
図中、スライダ７に設けられたスリット１５には偏心軸部８が格納され、この偏心軸部８と接触し、軸負荷面となるスリット１５の内壁には鋼材１７がねじ１９によって固定されている。この場合、鋼材１７の厚みに合わせて大きめに形成したスリット１５の内壁に直接鋼材１７を固定するため、溝部を形成する必要がなくなる。
【００３８】
こうすることで、スリット１５に鋼材１７を装着する作業の作業性が向上され、また、鋼材１７を確実に固定できる。
【００３９】
なお、この実施の形態１におけるスクロール圧縮機１の主軸６に装着された偏心軸部８の負荷面１８にはクラウニング形状部２０が設けられている。これは主軸６が軸受負荷を受けて変形しても、スライダ７と揺動スクロール３の軸面を平行に保つための措置であり、負荷面１８の縦断面形状を円弧状に加工することで、スライダ７と揺動スクロール３の軸受面を平行に保っている。
【００４０】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２におけるスライダと偏心軸部の断面図である。なお、実施の形態１と同じ機構には同じ番号を付するとともに説明を省略する。
【００４１】
図６の構成を有するスクロール圧縮機１では、本来であれば主軸６内の給油通路を通じて容積形油ポンプ１３によりスライダ７の上部まで汲み上げられる油の一部を、スリット１５の内壁と接触する偏心軸部８の負荷面１８に主軸６に設けた油管路２１から流しこみ、油落とし１４から底部に戻すものである。このようにすることで、負荷面１８に確実に油を流し込むことができ、摩擦係数を小さくすることができる。
【００４２】
なお、この図６では油管路２１を３本設けているが、スクロール圧縮機１の能力、油管路２１の径、油管路２１を設ける位置によって油管路２１の数は増減しうるものである。
【００４３】
また、負荷面１８に油を流し込むための油管路２１は主軸６内の管より分岐している構成のため、図６のように主軸６内の管と略直角に設けるよりも、主軸６内の油の流れる方向に傾けて設けた方が効率がよい。
【００４４】
また、実施の形態１において説明した鋼材１７をスライダ７の内壁と負荷面１８の間に介在させる構成と併用することで、スライダ７や偏心軸部８の耐摩耗性が著しく向上する。
【００４５】
いずれの構造でも、負荷面１８、特に、クラウニング形状部２０が確実に油で保護されることが重要である。
【発明の効果】
主軸が穴に格納される部分における主軸と穴の内壁との間にスライダ以上の硬度を有する鋼材を設けるので、主軸の回転により働く力の向きから、鋼材がスライダ側と一体となって動くので、スライダをカバーすることになり、スライダの摩耗速度を遅らせることができる。
また、スライダの穴の内壁に設けられて鋼材を格納する溝部において、主軸の軸方向の断面が台形であり、台形のうち電動機に近い下辺は下辺に対向する上辺よりも長いので、鋼材が、溝部の電動機と反対側の主軸の軸方向からは抜けない構成となり、回転中に溝内部から鋼材が抜けるのを防ぐことができる。
【００４６】
また、鋼材の穴の内壁と接触する面の面粗さ、または鋼材の主軸と接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する面の面粗さ以下とするので、
スライダと主軸が直接摺動している場合よりもスライダと主軸の摩耗速度を遅らせることができる。
【００４７】
主軸が穴に格納される部分における主軸に、給油通路と主軸外部とを連通する管を設けるので、主軸の負荷面とスリットの内壁との摩擦抵抗を低減できる。
【００４８】
さらに、スライダは、焼結により作成されているので、スライダにスリットを作成する加工は容易なまま、耐摩耗性を向上できる。
【００４９】
またさらに、冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であるので、環境問題に対応した冷媒を使用した圧縮機の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の横断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の横断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１におけるスリット部分の斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態１におけるスリット部分の縦断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２におけるスリット部分の縦断面図である。
【図７】従来のスクロール圧縮機の縦断面図である
【図８】 従来のスクロール圧縮機の横断面図である
【符号の説明】
１ スクロール圧縮機、 ２ 固定スクロール、 ３ 揺動スクロール、 ４ 固定子、 ５ 回転子、 ６ 主軸、 ７ スライダ、 ８ 偏心軸部、 ９ シェル、 １０ 吸入管、 １１ 吐出管、 １２ フレーム、 １３ 容積形油ポンプ、 １４ 油落とし、 １５ スリット、 １６ 溝部、 １７ 鋼材、 １８ 軸負荷面、 １９ ねじ、 ２０ クラウニング形状部、 ２１ 油管路。

Claims (5)

1. 電動機と、
   前記電動機に連結され回転する主軸と、
   前記主軸の一部が格納される穴を有し、前記主軸の回転により運動するスライダと、
   前記スライダに固定され渦巻形状を有する揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールに対して１８０度ずれた位相の渦巻形状を有する固定スクロールと、
   前記穴の内壁に設けられ、前記主軸の軸方向の断面が台形であり、前記台形のうち前記電動機に近い下辺は前記下辺に対向する上辺よりも長い溝部と、
   前記溝部に格納され、前記穴に格納された前記主軸と前記穴の内壁との間に設けられ、前記スライダ以上の硬度を有する鋼材とを有し、
   前記揺動スクロールと前記固定スクロールとが偏心し、冷媒を圧縮する圧縮室を形成するスクロール圧縮機。
2. 鋼材の穴の内壁と接触する面の面粗さ、または前記鋼材の主軸と接触する面の面粗さの少なくとも一方はそれぞれの接触する面の面粗さ以下とすることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 主軸は、内部に油が流れる給油通路と、前記主軸の穴に格納される部分に前記給油通路と前記主軸の外部とを連通する管とを有することを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. スライダは、焼結により作成されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
5. 冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。

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