JP4640365B2 - 圧縮機のスクロール部品及びスクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機のスクロール部品及びスクロール圧縮機に関する。

通常、スクロール圧縮機の摺動部品の摺動性を確保するために、摺動部品にはルブライト処理などの表面被膜形成処理が施されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５８−５７００２号公報

ところで、冷凍コンテナ用や冷蔵コンテナ用の冷凍装置の中にはスクロール圧縮機を搭載するものが存在する。通常、このようなスクロール圧縮機は、コンテナの保管時や輸送時において縦向きになるように、つまり、クランク軸が鉛直方向に沿っており且つ可動スクロールが電動機の上に配置されるように設置されることが多い。かかる場合、冷凍コンテナや冷蔵コンテナが長期間使用されないと、スクロール圧縮機内では、外気温の変化によって冷媒が蒸発と凝縮とを繰り返す場合がある。すると、特に低圧ドーム型のスクロール圧縮機において、可動スクロールに設けられる自転防止部材嵌合用のキー溝の付近の潤滑油が枯渇してしまうことが多い。そして、スクロール圧縮機がこのような状態にあるときに、可動スクロールの表面被膜が完全に失われていると、スクロール圧縮機の起動時に自転防止部材のキー部と上記キー溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じやすい。

本発明の課題は、可動スクロールの表面被膜が完全に失われている場合であっても、スクロール圧縮機の起動時に自転防止部材のキー部と上記キー溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることにある。

第１発明に係るスクロール部品は、平板部、渦巻部、一対の翼部、貫通溝及び幌部を備える。渦巻部は、平板部の第１平面から第１平面に垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる。翼部は、平板部の外周から外側に向かって延びる。貫通溝は、平板部及び翼部の少なくとも翼部に形成される。また、この貫通溝は、第１平面に垂直な方向に貫通する。幌部は、貫通溝を跨ぐように渦巻部側に設けられる。なお、この幌部は、このスクロール部品がスクロール圧縮機に組み込まれた状態において、自転防止部材のキー部の一部を収容する（つまり、キー部の高さは、貫通溝の深さよりも長いこととなる）。なお、キー部が直方体又は立方体である場合、キー部の上端面から幌部までの最短距離は４ｍｍ以下とされるのが好ましく、２．５ｍｍ以下とされるのがより好ましく、１．５ｍｍとされるのがさらに好ましい。また、かかる場合、キー部の側面から幌部までの最短距離は０．５以下とされるのが好ましい。

このスクロール部品では、幌部が、貫通溝を跨ぐように渦巻部側に設けられる。このため、このようなスクロール部品が可動スクロールとして組み込まれたスクロール圧縮機では、自転防止部材のキー部が幌部によって覆われる。したがって、このようなスクロール圧縮機では、自転防止部材のキー部周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。この結果、このようなスクロール圧縮機では、可動スクロールの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時に自転防止部材のキー部と可動スクロールの貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

第２発明に係るスクロール圧縮機は、可動スクロール及び自転防止部材を備える。可動スクロールは、第１平板部、第１渦巻部、一対の翼部、貫通溝及び幌部を有する。第１渦巻部は、第１平板部の第１平面から第１平面に垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる。翼部は、平板部の外周から外側に向かって延びる。貫通溝は、平板部及び翼部の少なくとも翼部に形成される。また、この貫通溝は、第１平面に垂直な方向に貫通する。幌部は、貫通溝を跨ぐように渦巻部側に設けられる。自転防止部材は、キー部を有する。そして、このキー部は、先端部が幌部に収容されるように貫通溝に嵌め込まれる。なお、キー部が直方体又は立方体である場合、キー部の上端面から幌部までの最短距離は４ｍｍ以下とされるのが好ましく、２．５ｍｍ以下とされるのがより好ましく、１．５ｍｍ以下とされるのがさらに好ましい。また、かかる場合、キー部の側面から幌部までの最短距離は０．５ｍｍ以下とされるのが好ましい。

このスクロール圧縮機では、キー部の先端部が幌部に収容されるようにキー部が貫通溝に嵌め込まれる。このため、このスクロール圧縮機では、自転防止部材のキー部周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。したがって、このスクロール圧縮機では、可動スクロールの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時に自転防止部材のキー部と可動スクロールの貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

第１発明に係るスクロール部品は、可動スクロールとしてスクロール圧縮機に組み込まれた場合、自転防止部材のキー部を幌部によって覆う。したがって、このスクロール部品は、可動スクロールとしてスクロール圧縮機に組み込まれた状態において自転防止部材のキー部周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。この結果、このようなスクロール部品は、可動スクロールとしてスクロール圧縮機に組み込まれた状態において、可動スクロールの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時に自転防止部材のキー部と可動スクロールの貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

第２発明に係るスクロール圧縮機では、自転防止部材のキー部周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。したがって、このスクロール圧縮機では、可動スクロールの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時に自転防止部材のキー部と可動スクロールの貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

−第１実施形態−
本発明の第１実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１は、蒸発器や、凝縮器、膨張機構等と共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中のガス冷媒を圧縮する役割を担うものであって、図１に示されるように、主に、円筒状の密閉ドーム型のケーシング１０、スクロール圧縮ポンプユニット１５、駆動モータ１６、下部主軸受６０、吸入管１９及び吐出管２０から構成されている。なお、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１は、縦置き式の圧縮機であって、スクロール圧縮ポンプユニット１５が駆動モータ１６よりも上に位置するようにして設置される。以下、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

＜低圧ドーム型スクロール圧縮機の構成部品の詳細＞
（１）ケーシング
ケーシング１０は、主に、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とから構成される。そして、このケーシング１０には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮ポンプユニット１５と、スクロール圧縮ポンプユニット１５の下方に配置される駆動モータ１６とが収容されている。このスクロール圧縮ポンプユニット１５と駆動モータ１６とは、ケーシング１０内を上下方向に延びるように配置されるクランク軸１７によって連結されている。

（２）スクロール圧縮ポンプユニット
スクロール圧縮ポンプユニット１５は、図１に示されるように、主に、ハウジング２３と、ハウジング２３の上方に密着して配置される固定スクロール２４と、固定スクロール２４に噛合する可動スクロール２６と、可動スクロール２６の自転運動を防止するオルダムリング３９から構成されている。以下、このスクロール圧縮ポンプユニット１５の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

ａ）ハウジング
ハウジング２３は、胴部ケーシング部１１に圧入固定されている。そして、このハウジング２３には、上端面が固定スクロール２４の下端面と密着するように、固定スクロール２４がボルト（図示せず）により締結固定されている。また、このハウジング２３には、上面中央に凹設されたハウジング凹部３１と、下面中央から下方に延設された軸受部３２とが形成されている。そして、この軸受部３２には、上下方向に貫通する軸受孔が形成されており、この軸受孔にクランク軸１７が回転自在に嵌入されている。

ｂ）固定スクロール
固定スクロール２４は、主に、鏡板２４ａと、鏡板２４ａの下面から下方に延びる渦巻き状（インボリュート状）のラップ２４ｂとから構成されている。鏡板２４ａには、圧縮室４０（後述）に連通する吐出通路（図示せず）が形成されている。吐出通路は、鏡板２４ａの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。

ｃ）可動スクロール
可動スクロール２６は、図１〜図４に示されるように、主に、鏡板２６ａと、鏡板２６ａの上面から上方に向かって延びる渦巻き状（インボリュート状）のラップ２６ｂと、鏡板２６ａの外周から外側に向かって延びる一対の翼部２６ｃと、主に翼部２６ｃに形成され上下方向に貫通する貫通溝２６ｄと、貫通溝２６ｄを跨ぐように翼部２６ｃの渦巻部側に設けられる幌部２６ｅと、鏡板２６ａの下面から下方に延びる軸受部２６ｆとから構成されている。なお、本実施の形態において、幌部２６ｅは、ボルトＢＴによって翼部２６ｆに固定されている。また、この可動スクロール２６では、翼部２６ｃにルブライト処理が施されている。そして、この可動スクロール２６は、貫通溝２６ｄにオルダムリング３９（後述）が嵌め込まれることによりハウジング２３に支持される。なお、幌部２６ｅは、貫通溝２６ｄにオルダムリング３９が嵌め込まれた状態において、天板ＵＰ（図４参照）の下面ＵＳから可動スクロール側キー部３９ａ（後述）の上端面ＡＳ（図５参照）までの最短距離が４ｍｍ以下となり、側板ＳＰ（図４参照）の内面ＩＳから可動スクロール側キー部３９ａの側面ＳＳまでの最短距離が０．５ｍｍ以下となるように設計されている。なお、天板ＵＰ（図４参照）の下面ＵＳから可動スクロール側キー部３９ａ（後述）の上端面ＡＳ（図５参照）までの最短距離は、２．５ｍｍ以下に設計されるのがより好ましく、１．５ｍｍ以下に設計されるのがさらに好ましい。また、軸受部２６ｆにはクランク軸１７の上端が嵌入される。可動スクロール２６は、このようにスクロール圧縮ポンプユニット１５に組み込まれることによってクランク軸１７の回転により自転することなくハウジング２３内を公転する。そして、可動スクロール２６のラップ２６ｂは固定スクロール２４のラップ２４ｂに噛合させられており、両ラップ２４ｂ，２６ｂの接触部の間には圧縮室４０が形成されている。そして、この圧縮室４０では、可動スクロール２６の公転に伴い、両ラップ２４ｂ，２６ｂ間の容積が中心に向かって収縮する。本実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１では、このようにしてガス冷媒を圧縮するようになっている。

ｄ）オルダムリング
オルダムリング３９は、可動スクロール２６の自転運動を防止するための部材であって、図５に示されるように、主に、本体３９ｃ、可動スクロール側キー部３９ａ及びハウジング側キー部３９ｂから構成されている。本体３９ｃは、図５に示されるように、略円環状の成形体である。可動スクロール側キー部３９ａは、本体３９ｃの軸を挟んで対向し本体３９ｃの半径方向外周側に延びる突起部から軸方向に沿って片側に延びる一対の突起であり、可動スクロール２６の貫通溝２６ｄに嵌め込まれる。ハウジング側キー部３９ｂは、本体３９ｃの軸を挟んで対向し本体３９ｃの半径方向外周側に延びる突起部から軸方向に沿って可動スクロール側キー部３９ａの反対側に延びる一対の突起であり、軸を中心として可動スクロール側キー部３９ａから略９０°傾いた位置に配置されている。そして、このハウジング側キー部３９ｂは、ハウジング２３に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれる。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝である。

（３）駆動モータ
駆動モータ１６は、本実施の形態において直流モータであって、主に、ケーシング１０の内壁面に固定された環状のステータ５１と、ステータ５１の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）をもって回転自在に収容されたローター５２とから構成されている。

ステータ５１には、ティース部に銅線が巻回されており、上方および下方にコイルエンド５３が形成されている。

ローター５２は、上下方向に延びるように胴部ケーシング部１１の軸心に配置されたクランク軸１７を介してスクロール圧縮ポンプユニット１５の可動スクロール２６に駆動連結されている。

なお、クランク軸１７には内部に長手方向に交差する方向に沿って上下に貫通して形成される給油孔１８が存在する。このため、この駆動モータ１６によりクランク軸１７が回転させられると、遠心ポンプの作用により油溜めＳから可動スクロール２６の軸受部２６ｆに潤滑油が供給される。そして、可動スクロール２６の軸受部２６ｆに供給された潤滑油は、可動スクロール２６とハウジング２３とのスラスト面などに供給された後に、再度、油溜めＳに戻る。

（４）下部主軸受
下部主軸受６０は、駆動モータ１６の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受６０は、胴部ケーシング部１１に固定されるとともにクランク軸１７の下端側軸受を構成し、クランク軸１７を支持している。

（５）吸入管
吸入管１９は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮ポンプユニット１５に導くためのものであって、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。

（６）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０内の冷媒をケーシング１０外に吐出させるためのものであって、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。

＜低圧ドーム型スクロール圧縮機の運転動作＞
駆動モータ１６が駆動されると、クランク軸１７が回転し、可動スクロール２６が自転することなく公転運転を行う。すると、低圧のガス冷媒が、吸入管１９を通って圧縮室４０の周縁側から圧縮室４０に吸引され、圧縮室４０の容積変化に伴って圧縮され、高圧のガス冷媒となる。そして、この高圧のガス冷媒は、圧縮室４０の中央部から吐出通路を通って吐出管２０へ吐出され、ケーシング１０外に吐出される。そして、ケーシング１０外に吐出されたガス冷媒は、冷媒回路を循環した後、再度吸入管１９を通ってスクロール圧縮ポンプユニット１５に吸入されて圧縮される。

＜低圧ドーム型スクロール圧縮機の特徴＞
本発明の第１実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１では、オルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａの先端部が可動スクロール２６の幌部２６ｅに収容されるようにオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａが可動スクロール２６の貫通溝２６ｄに嵌め込まれる。そして、幌部２６ｅは、貫通溝２６ｄにオルダムリング３９が嵌め込まれた状態において、天板ＵＰ（図４参照）の下面ＵＳから可動スクロール側キー部３９ａ（後述）の上端面ＡＳ（図５参照）までの最短距離が４ｍｍ以下となり、側板ＳＰ（図４参照）の内面ＩＳから可動スクロール側キー部３９ａの側面ＳＳまでの最短距離が０．５ｍｍ以下となるように設計されている。このため、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１では、オルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａ周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。したがって、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１では、可動スクロール２６の翼部２６ｃの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時にオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａと可動スクロール２６の貫通溝２６ｄを形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

＜変形例＞
第１実施形態に係る可動スクロール２６では、幌部２６ｅがボルトＢＴにより翼部２６ｃに固定されていたが、図６に示されるように幌部２６ｅは圧入固定されてもよい。

−第２実施形態（参考例）−
第２実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機は、固定スクロール、可動スクロール及びオルダムリング以外は第１実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１と同一である。このため、第２実施形態では、固定スクロール、可動スクロール及びオルダムリングについてのみ説明を行う。

第２実施形態に係る固定スクロール１２４は、図７に示されるように、鏡板の下面からラップを囲むように下方に延びる囲い壁部１２４ｃの端面ＵＳ２がオルダムリング１３９のキー部１３９ａの上端面ＡＳ２と対向するように形成されている。

第２実施形態に係る可動スクロール１２６は、第１実施形態に係る可動スクロール２６から幌部２６ｅを除去したものである。なお、図７中、符号１２６ｃは、本実施形態に係る可動スクロール１２６の翼部を示している。

第２実施形態に係るオルダムリング１３９では、可動スクロール側キー部１３９ａは、図７に示されるように、第１実施形態に係るオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａよりも短く設計されている。なお、具体的には、この可動スクロール側キー部１３９ａは、スクロール圧縮機１０１に組み込まれた状態において、上端面ＡＳ２から固定スクロール１２４の囲い壁部の端面ＵＳ２までの最短距離が４ｍｍ以下となるように設計されている。また、上端面ＡＳ２から固定スクロール１２４の囲い壁部の端面ＵＳ２までの最短距離は、２．５ｍｍ以下に設計されるのがより好ましく、１．５ｍｍ以下に設計されるのがさらに好ましい。

＜低圧ドーム型スクロール圧縮機の特徴＞
第２実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１０１では、可動スクロール側キー部１３９ａは、スクロール圧縮機１０１に組み込まれた状態において、上端面ＡＳ２から固定スクロール１２４の囲い壁部の端面ＵＳ２までの最短距離が４ｍｍ以下となるように設計されている。このため、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１０１では、オルダムリング１３９の可動スクロール側キー部１３９ａ周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。したがって、この低圧ドーム型スクロール圧縮機１０１では、可動スクロール１２６の翼部１２６ｃの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時にオルダムリング１３９の可動スクロール側キー部１３９ａと可動スクロール１２６の貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

−第３実施形態（参考例）−
第３実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機は、固定スクロール及びオルダムリング以外は第２実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機１０１と同一である。このため、第３実施形態では、固定スクロール及びオルダムリングについてのみ説明を行う。

第３実施形態に係る固定スクロール２２４は、図８に示されるように、鏡板の下面からラップを囲むように下方に延びる囲い壁部２２４ｃの端面に開口する環状溝Ｇを有している。なお、この環状溝Ｇには、後述するオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａの先端部が収容される。なお、具体的には、この環状溝Ｇは、固定スクロール２２４がスクロール圧縮機２０１に組み込まれた状態において、底面ＵＳ３からオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａの上端面ＡＳまでの最短距離が４ｍｍ以下となるように設計されている。また、底面ＵＳ３からオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａの上端面ＡＳまでの最短距離は、２．５ｍｍ以下に設計されるのがより好ましく、１．５ｍｍ以下に設計されるのがさらに好ましい。

第３実施形態に係るオルダムリング３９は第１実施形態に係るオルダムリング３９と同一物である。このオルダムリング３９では、可動スクロール側キー部３９ａは、可動スクロール１２６の貫通溝にオルダムリング３９が嵌め込まれた状態において、可動スクロール１２６の翼部１２６ｃのラップ側の端面から突出する（図８参照）。

＜低圧ドーム型スクロール圧縮機の特徴＞
第３実施形態に係る低圧ドーム型スクロール圧縮機２０１では、固定スクロール２２４の環状溝Ｇは、固定スクロール２２４がスクロール圧縮機２０１に組み込まれた状態において、底面ＵＳ３からオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａの上端面ＡＳまでの最短距離が４ｍｍ以下となるように設計されている。このため、この低圧ドーム型スクロール圧縮機２０１では、オルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａ周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができる。したがって、この低圧ドーム型スクロール圧縮機２０１では、可動スクロール１２６の翼部１２６ｃの表面被膜が完全に失われている場合であっても、起動時にオルダムリング３９の可動スクロール側キー部３９ａと可動スクロール１２６の貫通溝を形成する壁との間で焼付や異常摩耗が生じにくくすることができる。

本発明に係るスクロール圧縮機は、自転防止部材のキー部周辺の潤滑油が枯渇してしまうまでの時間を遅らせることができるという特徴を有し、特に低圧ドーム型のスクロール圧縮機として有用である。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る可動スクロールの上面図である。 本発明の第１実施形態に係る可動スクロールのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る可動スクロールのＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態に係るオルダムリングの斜視図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る可動スクロールの部分断面図である。 第２実施形態に係るスクロール圧縮機の部分断面図である。 第３実施形態に係るスクロール圧縮機の部分断面図である。

１，１０１，２０１ 低圧ドーム型スクロール圧縮機（スクロール圧縮機）
２６，１２６ 可動スクロール（可動スクロール部品，可動スクロール）
２６ａ 鏡板（平板部）
２６ｂ ラップ（渦巻部）
２６ｃ，１２６ｃ 翼部
２６ｄ 貫通溝
２６ｅ 幌部
３９，１３９ オルダムリング（自転防止部材）
３９ａ，１３９ａ 可動スクロール側キー部（キー部）
１２４，２２４ 固定スクロール
１２４ｃ，２２４ｃ 囲い壁部
Ｇ 固定スクロールの環状溝

Claims (2)

1. 平板部（２６ａ）と、
   前記平板部の第１平面から前記第１平面に垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる渦巻部（２６ｂ）と、
   前記平板部の外周から外側に向かって延びる一対の翼部（２６ｃ）と、
   前記平板部及び前記翼部の少なくとも翼部に形成され、前記第１平面に垂直な方向に貫通する貫通溝（２６ｄ）と、
   前記貫通溝を跨ぐように前記渦巻部側に設けられる幌部（２６ｅ）と
   を備える圧縮機のスクロール部品（２６）。
2. 第１平板部（２６ａ）と、前記第１平板部の第１平面から前記第１平面に垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる第１渦巻部（２６ｂ）と、前記平板部の外周から外側に向かって延びる一対の翼部（２６ｃ）と、前記平板部及び前記翼部の少なくとも翼部に形成され、前記第１平面に垂直な方向に貫通する貫通溝（２６ｄ）と、前記貫通溝を跨ぐように前記渦巻部側に設けられる幌部（２６ｅ）とを有する可動スクロール（２６）と、
   先端部が前記幌部に収容されるように前記貫通溝に嵌め込まれるキー部（３９ａ）を有する自転防止部材（３９）と
   を備えるスクロール圧縮機（１）。

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