JP5342137B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、旋回スクロール部材の旋回半径を可変とする従動クランク機構と、旋回スクロール部材の自転を阻止するピンリング式自転防止機構とを備えたスクロール圧縮機に関するものである。
互いに噛合されて圧縮室を形成する一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材を備えたスクロール圧縮機においては、固定スクロール部材および旋回スクロール部材が微小な加工誤差や組み立て誤差を有する場合でも、それに追従してラップ同士を確実に接触させ、圧縮ガス漏れを最少化して圧縮効率を確保するための構成として、従来から従動クランク機構が用いられている。この従動クランク機構は、旋回スクロール部材の旋回半径を可変できる構造とし、遠心力やガスの圧縮反力等を利用して旋回スクロール部材のラップを固定スクロール部材のラップに押し付けるように旋回スクロール部材を公転旋回駆動するものである。
また、旋回スクロール部材は、固定スクロール部材の周りに上記の通り公転旋回駆動されるが、その際、旋回スクロール部材の自転を阻止するために、旋回スクロール部材と該旋回スクロール部材の支持部材との間、あるいは旋回スクロール部材と固定スクロール部材との間等に自転防止機構が設けられる。この自転防止機構の代表例としては、オルダムリング機構やピンリング機構等が挙げられる。さらに、旋回スクロール部材の駆動機構を従動クランク機構としたスクロール圧縮機にあって、自転防止機構にピンリング式自転防止機構を採用したスクロール圧縮機が特許文献1に開示されている。
一方、従動クランク機構およびピンリング式自転防止機構を組み合わせ採用したスクロール圧縮機において、複数箇所に設けられるピンリングのうちの2箇所のピンリングが同時に接触し、従動クランク機構の動作が制約されるのを防止するとともに、この2箇所の自転防止ピンのうち自転モーメント方向に位置する自転防止ピンに過大な荷重が作用するのを防止するために、旋回スクロール部材のリング穴、リング穴に組み付けられる自転防止リングと自転防止ピンとの係合により決定される旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量(旋回スクロール部材のリング穴中心と自転防止ピン中心との中心間距離)Rを旋回スクロール部材の理論旋回半径対比で従動クランク機構による旋回半径可変分を含んで大きく設定するとともに、それに合わせて自転防止ピンの設置位置をオフセットすることにより旋回スクロール部材の自転を阻止するピンリングを複数箇所に設けた構成のピンリング式自転防止機構が実用に供されている(特許文献2)。
特開平11−13657号公報 特開2007−297950号公報
しかしながら、上記のように、旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量(旋回スクロール部材のリング穴中心と自転防止ピン中心との中心間距離)Rを大きくするとともに、自転防止ピンの設置位置をオフセットしたピンリング式自転防止機構においては、複数箇所に設けられるピンリングのうちの或る一対のピンリングにて担われていた自転防止機能が、圧縮機の回転に伴い他の一対のピンリングにその機能を受け渡す際(ピンリングが切り替わる際)に衝撃音が発生する。これは、例えば、旋回スクロール部材側の4箇所にリング穴、自転防止リングを設置するとともに、これに対応して支持部材側の4箇所に自転防止ピンを設置し、両者を嵌合した構成のものでは、旋回スクロール部材のリング穴中心の軌跡が最大変位量Rを大きく設定するとともに、それに合わせて自転防止ピンの設置位置をオフセットしたことの影響によって完全な円にはならず、自転防止ピンが切り替わる際にリング穴中心の軌道が変化する。この軌道の変化(軌道折れ曲がり角度ξ)による速度変化が自転防止ピンに衝撃荷重を与え、ピンリング式自転防止機構で発生する騒音(衝撃音)の原因になっていると考えられる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ピンリング式自転防止機構において発生する騒音を低減することができると同時に、圧縮性能の改善を図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。
上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、互いに噛合されて圧縮室を形成する一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りに公転旋回駆動する従動クランク機構と、複数対の自転防止ピンと自転防止リング、あるいは複数対の自転防止ピンと自転防止リング穴、もしくは複数対の自転防止ピンと自転防止リングおよび自転防止リング穴との接触により決定される前記旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量Rを前記旋回スクロール部材の理論旋回半径対比で前記従動クランク機構による旋回半径可変分を含んで大きく設定するとともに、それに合わせて前記自転防止ピンもしくは前記自転防止リング穴を前記旋回スクロール部材の前記固定スクロール部材に対する捩れを低減する方向にオフセットすることにより前記旋回クランク部材の自転を阻止するピンリング式自転防止機構とを備えたスクロール圧縮機において、前記自転防止ピンまたは前記自転防止リング穴の少なくとも1つに、当該ピンリングが自転阻止を担う区間において前記最大変位量Rを縮小させ、前記ピンリング切り替え時の前記旋回スクロール部材の軌道変化を滑らかにする軌道補正部を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、複数対設けられるピンリング部に各ピンリング部が自転阻止を担う区間において旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量(旋回スクロール部材のリング穴中心と自転防止ピン中心との中心間距離)Rを小さくするとともに、ピンリング切り替え時の旋回スクロール部材の軌道変化を滑らかにする軌道補正部を設けているため、旋回スクロール部材の自転阻止を担うピンリングが切り替わる際の旋回スクロール部材の軌道変化(軌道折れ曲がり角度ξ)を滑らかにし、それによる速度変化がピンリング部に与える衝撃荷重を低減することができる。これによって、ピンリング式自転防止機構において発生する騒音(衝撃音)を抑制することができる。また、各ピンリング部が自転阻止を担う区間において、上記の最大変位量Rを小さくすることにより、旋回スクロール部材の自転量(捩れ量)を減少することができるため、旋回スクロール部材の捩れによるガス漏れを低減し、圧縮性能の向上を図ることができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記自転防止ピンは、前記旋回スクロール部材の支持部材に、前記自転防止リング穴は、前記旋回スクロール部材に、前記自転防止リングは、前記自転防止リング穴内にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、自転防止ピンが旋回スクロール部材のスラスト支持部材(フロントハウジング)に、自転防止リング穴が旋回スクロール部材に、自転防止リングが自転防止リング穴内にそれぞれ設けられているため、複数対の自転防止ピン、自転防止リングおよび自転防止リング穴により構成されるピンリング式自転防止機構を旋回スクロール部材のスラスト支持部材と旋回スクロール部材の背面との間に、コンパクトにまとめて設置することができる。従って、ピンリング式自転防止機構の納まりを良好にし、スクロール圧縮機の小型軽量化を図ることができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記軌道補正部は、前記旋回スクロール部材の前記自転防止リング穴に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部が旋回スクロール部材の自転防止リング穴に設けられるため、旋回スクロール部材の自転防止リング穴形状を部分的に変えるだけの簡単な構造変更によって容易に実施することができる。従って、部品点数の増加やコスト上昇を伴うことなく、騒音低減効果および性能向上効果を得ることができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記軌道補正部は、前記ピンリング部が自転阻止を担う区間において前記最大変位量Rを小さくする小円弧の前記自転防止リング穴を、当該ピンリング部が自転阻止を担わない区間において前記最大変位量Rを大きくする大円弧の前記自転防止リング穴に滑らかに繋いだリング穴形状とすることにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部が旋回スクロール部材の自転防止リング穴が最大変位量Rを小さくする小円弧と最大変位量Rを大きくする大円弧の自転防止リング穴とを滑らかに繋いだ形状とすることにより構成されているため、自転防止リング穴の加工を変えるだけで自転防止リング穴に軌道補正部を設けることができる。従って、軽微な構造変更により容易に実施することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記軌道補正部は、前記最大変位量Rを小さくする小円弧を少なくとも前記ピンリングが切り替わる理論上のポイントまで延ばした後、前記最大変位量Rを大きくする大円弧の前記自転防止リング穴に繋いだリング穴形状とすることにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部が旋回スクロール部材の自転防止リング穴が最大変位量Rを小さくする小円弧を少なくともピンリングが切り替わる理論上(幾何形状上)のポイントまで延ばした後、最大変位量Rを大きくする大円弧の自転防止リング穴に繋いだ形状とすることにより構成されているため、自転防止リング穴の加工を変えるだけで旋回スクロール部材の自転防止リング穴に軌道補正部を設けることができる。従って、軽微な構造変更により容易に実施することができる。なお、小円弧は、自転防止ピンの設置位置、その他の公差を吸収するために、ピンリングが切り替わる理論上(幾何形状上)のポイントよりも僅かに延ばすようにしてもよい。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記軌道補正部は、前記自転防止ピンのピン外径に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部が自転防止ピンのピン外径に設けられているため、自転防止ピンの外径形状を部分的に変えるだけの簡単な構造変更によって容易に実施することができる。従って、部品点数の増加やコスト上昇を伴うことなく、騒音低減効果および性能向上効果を得ることができる。また、上記効果を得る目的に対して、設計自由度を向上することができる(加工性/組立性/コスト見合いでリング穴形状変更またはピン外径形状変更のいずれかが選択可能となる)。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記軌道補正部は、前記自転防止ピンのピン外径が前記最大変位量Rを小さくする大円弧と前記最大変位量Rを大きくする小円弧とを滑らかに繋いだピン外径形状とすることにより構成されることを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部が自転防止ピンのピン外径が最大変位量Rを小さくする大円弧と最大変位量Rを大きくする小円弧のピン外径とを滑らかに繋いだ形状とすることにより構成されているため、ピン外径の加工を変えるだけで自転防止ピンに軌道補正部を構成することができる。従って、軽微な構造変更により容易に実施することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記軌道補正部を設けることにより、前記ピンリング切り替え時の前記旋回スクロール部材の軌道折れ曲がり角度ξを、ξ≦0.9degとしたことを特徴とする。
本発明によれば、軌道補正部を設けることにより、ピンリング切り替え時の旋回スクロール部材の軌道折れ曲がり角度ξを、ξ≦0.9degとしているため、圧縮機回転数が2600rpm以上となる場合に、音響パワーレベルで約Δ3dB(A)以上の騒音低減効果が得られた。これは、一般に、ほとんどの人が音の大小を聞き分けられる騒音差であり、例えば、昨今の走行音が静寂化された車両の空調装置用圧縮機に適用した場合において、その騒音低減効果を明確に確認できることを意味するものである。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記自転防止リング穴、前記自転防止リングおよび前記自転防止ピンは、4ないし6箇所、またはそれ以上の複数箇所に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、自転防止リング穴、自転防止リングおよび自転防止ピンが4ないし6箇所、またはそれ以上の複数箇所に設けられているため、ピンリング部が切り替わる際の旋回スクロール部材の軌道折れ曲がり角度ξを可及的に小さくし、それに伴い旋回スクロール部材の軌道変化をより滑らかにすることができる。これによって、ピンリング部に与える衝撃荷重を更に小さくし、騒音低減効果をより大きくすることができる。
さらに、本発明にかかるスクロール圧縮機は、互いに噛合されて圧縮室を形成する一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りに公転旋回駆動する従動クランク機構と、複数対の自転防止ピンと自転防止リングもしくは複数対の自転防止ピンと自転防止リングおよび自転防止リング穴との接触により決定される前記旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量Rを前記旋回スクロール部材の理論旋回半径対比で前記従動クランク機構による旋回半径可変分を含んで大きく設定するとともに、それに合わせて前記自転防止ピンもしくは前記自転防止リング穴を前記旋回スクロール部材の前記固定スクロール部材に対する捩れを低減する方向にオフセットすることにより前記旋回クランク部材の自転を阻止するピンリング式自転防止機構とを備えたスクロール圧縮機において、前記自転防止リングをその外周に嵌合された弾性リング部材を介して設置したことを特徴とする。
本発明によれば、ピンリング式自転防止機構の自転防止リングをその外周に嵌合された弾性リング部材を介して設置しているため、旋回スクロール部材の自転阻止を担うピンリング部が切り替わるポイントにおいて、旋回スクロール部材の軌道が変化することによってピンリング部に作用する衝撃荷重を弾性リング部材により吸収し、緩和することができる。これにより、ピンリング式自転防止機構において発生する騒音(衝撃音)を低減することができる。
本発明によると、自転防止ピンが切り替わる際のリング穴中心の軌道変化(軌道折れ曲がり角度ξ)を滑らかにし、それによる速度変化がピンリング部に与える衝撃荷重を低減することができるため、ピンリング式自転防止機構において発生する騒音(衝撃音)を抑制することができる。また、旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量Rを小さくすることにより、旋回スクロール部材の自転量(捩れ量)を減少することができるため、旋回スクロール部材の捩れによるガス漏れを低減し、圧縮性能の向上を図ることができる。
さらに、本発明によると、旋回スクロール部材の自転阻止を担うピンリングが切り替わるポイントにおいて、リング穴中心の軌道が変化することによってピンリング部に作用する衝撃荷重を弾性リング部材により吸収し、緩和することができるため、ピンリング式自転防止機構において発生する騒音(衝撃音)を低減することができる。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図8を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかるスクロール圧縮機1の縦断面図が示されている。スクロール圧縮機1は、その概略外形を構成するハウジング3を有する。このハウジング3は、フロントハウジング5とリアハウジング7とをボルト9により一体的に締め付け固定することによって構成されている。フロントハウジング5およびリアハウジング7には、各々円周上の複数箇所、例えば4箇所に等間隔で締め付け用のフランジ5A,7Aが一体に形成されている。このフランジ5A,7A同士をボルト9で締め付けることにより、フロントハウジング5とリアハウジング7とが一体に結合される。
フロントハウジング5の内部には、クランク軸(駆動軸)11がメイン軸受13およびサブ軸受15を介して軸線L回りに回転自在に支持されている。このクランク軸11の一端側(図において左側)は小径軸部11Aとされ、この小径軸部11Aは、フロントハウジング5を貫通して図1の左側に突出されている。小径軸部11Aの突出部には、公知の如く、動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、図示省略されたエンジン等の駆動源からVベルト等を介して動力が伝達されるようになっている。メイン軸受13とサブ軸受15との間には、メカニカルシール(リップシール)17が設置されており、ハウジング3内と大気との間を気密にシールしている。
クランク軸11の他端側(図において右側)には、大径軸部11Bが設けられ、この大径軸部11Bには、クランク軸11の軸線Lより所定寸法だけ偏心した状態でクランクピン11Cが一体に設けられている。クランク軸11は、上記の大径軸部11Bと小径軸部11Aがメイン軸受13と軸受15で支持されることにより、フロントハウジング5に回転自在に支持される。そして、クランクピン11Cには、偏心ブッシュ19およびドライブ軸受21を介して後述する旋回スクロール部材27が連結され、クランク軸11が回転されることにより、旋回スクロール部材27が旋回駆動されるようになっている。
偏心ブッシュ19には、旋回スクロール部材27が旋回駆動されることによって発生するアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト19Aが一体に形成され、旋回スクロール部材27の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
ハウジング3の内部には、スクロール圧縮機構23を構成する一対の固定スクロール部材25と旋回スクロール部材27が組み込まれている。固定スクロール部材25は、端板25Aと該端板25Aから立設された渦巻き状ラップ25Bとから構成され、一方、旋回スクロール部材27は、端板27Aと該端板27Aから立設された渦巻き状ラップ27Bとから構成されている。
本実施形態の固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27は、それぞれ渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面とボトム面の渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部を備えている。この段部を境に、ラップ先端面においては、軸線L方向に外周側の先端面が高く、内周側の先端面が低くされている。また、ボトム面においては、軸線L方向に外周側のボトム面が低く、内周側のボトム面が高くされている。これによって、渦巻き状ラップ25B,27Bは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされている。
この固定スクロール部材25と旋回スクロール部材27とは、それぞれの中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ25B,27Bの位相を180度ずらして噛合され、それぞれの渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面とボトム面との間に常温で僅かなラップ高さ方向の隙間(数十〜数百ミクロン)を有するように組み付けられる。これによって、図1に示されるように、両スクロール部材25,27間には、端板25A,27Aと渦巻き状ラップ25B,27Bとにより限界される一対の圧縮室29がスクロール中心に対して対称に形成されるとともに、旋回スクロール部材27が固定スクロール部材25の周りをスムーズに旋回できるようにされる。
また、圧縮室29は、その軸線L方向高さが渦巻き状ラップ25B,27Bの外周側において内周側の高さよりも高くされることによって、渦巻き状ラップ25B,27Bの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機構23を構成している。なお、固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27の渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面には、相手方スクロール部材のボトム面との間に形成されるチップシール面をシールするためのチップシール部材51,52,53,54が、先端面に設けられた溝に嵌合されて設けられている。
固定スクロール部材25は、リアハウジング7の内面にボルト31により固定設置されている。一方、旋回スクロール部材27は、端板27Aの背面に設けられているボス部27Cに、上述のとおり、クランク軸11の一端側に設けられているクランクピン11Cが偏心ブッシュ19およびドライブ軸受21を介して連結され、旋回駆動されるように構成されている。また、旋回スクロール部材27は、フロントハウジング5に形成されているスラスト受け面5Bに端板27Aの背面が支持され、このスラスト受け面5Bと端板27Aの背面との間に設置される後述のピンリング式自転阻止機構33によって、自転が阻止されながら固定スクロール部材25に対して公転旋回駆動されるように構成されている。
固定スクロール部材25の端板25A中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート25Kが開口され、該吐出ポート25Kには、端板25Aにリテーナ35を介して取り付けられる吐出リード弁37が設けられている。また、固定スクロール部材25の端板25A背面には、リアハウジング7の内面に密接されるようOリング等のシール材39が介装され、リアハウジング7との間でハウジング3の内部空間から区画される吐出チャンバー41を形成している。これによって、吐出チャンバー41を除くハウジング3の内部空間が、吸入チャンバー43として機能するように構成されている。
吸入チャンバー43には、フロントハウジング5に設けられている吸入口45を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー43を経て圧縮室29に冷媒ガスが吸い込まれるようになっている。フロントハウジング5とリアハウジング7との間の接合面には、Oリング等のシール材47が介装され、ハウジング3内に形成される吸入チャンバー43を大気から気密にシールしている。
また、上記のスクロール圧縮機1には、クランク軸11と旋回スクロール部材27のボス部27Cに嵌合された偏心ブッシュ19との間に、スイングリンク方式の従動クランク機構55が組み込まれている。この従動クランク機構55の構成を以下に説明する。
クランク軸11の大径軸部11Bには、クランク軸11の中心より所定寸法だけ偏心した位置にクランクピン11Cが一体に設けられている。また、クランクピン11Cに嵌合される偏心ブッシュ19には、ブッシュ中心より所定寸法だけ偏心した位置に偏心穴19Bが設けられている。そして、この偏心穴19Bがクランクピン11Cに嵌合されることによって、偏心ブッシュ19がクランクピン11C周りに回動可能(スイング可能)とされている。
一方、偏心ブッシュ19には、ブッシュ中心に端板27Aの中心が一致するように旋回スクロール部材27がドライブ軸受21を介して回転自在に嵌合されており、このブッシュ中心とクランク軸中心との距離が、旋回スクロール部材27の旋回半径となるように構成されている。かかる構成によって、偏心ブッシュ19がクランクピン11Cの周りにスイングし、ブッシュ中心とクランク軸中心間の距離が変化するため、旋回スクロール部材27の旋回半径が可変されるようになっている。また、偏心ブッシュ19と一体をなすバランスウェイト19Aとクランク軸11の大径軸部11Bとの間には、偏心ブッシュ19のスイング範囲を規制する規制機構57が設けられている。
この規制機構57は、バランスウェイト19A側に設けられる規制突起59と、該規制突起59が遊嵌される大径軸部11B側に設けられる規制穴61とから構成されている。この規制突起59および規制穴61は、偏心穴19Bの中心およびクランクピン11Cの中心からオフセットされた位置に設けられている。規制突起59および規制穴61は、それぞれ偏心ブッシュ19と一体をなすバランスウェイト19Aおよびクランク軸11と一体に鍛造成形または鋳造成形され、所要箇所を切削加工することによって所定の部品形状に仕上げられたものである。このような構成の従動クランク機構55は、従来から知られている。
さらに、本実施形態では、旋回スクロール部材27の自転を阻止するピンリング式自転阻止機構33を、以下のような構成としている。
ピンリング式自転阻止機構33は、フロントハウジング5に設けられているピン穴5Cに設置された自転防止ピン63と、旋回スクロール部材27に設けられているリング穴27Dに組み付けられた自転防止リング65とを嵌合することによって構成させる。自転防止ピン63は、図2ないし図5に示されるように、フロントハウジング5側の4箇所(AないしD)に設けられ、自転防止リング65は、図3ないし図5に示されるように、旋回スクロール部材27側のリング穴27Dの4箇所(AないしD)に設けられる。
また、上記のピンリング式自転阻止機構33では、図4および5に示されるように、自転モーメント支持位置(A)とθ方向(D)に位置する2箇所のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63が同時に接触し、従動クランク機構55の動作が制約されるのを防止するとともに、この2箇所の自転防止ピン63のうちθ方向(D)に位置する自転防止ピン63に過大な荷重が作用(端板27Aの中心からの距離が短くなるため過大荷重が作用)するのを防止するために、自転モーメント支持位置(A)にて、リング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63の接触により決定される旋回スクロール部材27の自転方向への最大変位量(リング穴27Dの中心Ohと自転防止ピン63の中心Opとの中心間距離)Rを旋回スクロール部材27の理論旋回半径ρth対比で大きく(拡大量ΔR)設定すると同時に、それに対応して旋回スクロール部材27の姿勢(捩れ)を調整するために、自転防止ピン63の設置位置を図示の左回りに移動(オフセット量ΔPin)した構成としている。
なお、図4に示されるように、リング穴27Dの穴径をDscr、自転防止リング65のリング板厚をTring、自転防止ピン63のピン径をDpinとしたとき、上記の最大変位量(リング穴27Dの中心Ohと自転防止ピン63の中心Opとの中心間距離)Rは、リング穴径Dscrを小さくすることにより、最大変位量Rを小さく、また板厚Tringを大きくすることにより、最大変位量Rを小さく、さらにピン径Dpinを大きくすることにより、最大変位量Rを小さくすることができることになる。
そして、上記したピンリングのオフセット機能(従動クランク機構55の動作が制約されるのを防止するとともに、過大な自転防止ピン荷重が作用するのを防止する機能)を満たすために、上記最大変位量(リング穴27Dの中心Ohと自転防止ピン63の中心Opとの中心間距離)Rは、旋回スクロール部材27の理論旋回半径ρth対比で自転防止ピン63の設置位置、その他の部品公差の集積によって生じるラップの歯面位置ずれ量Δρ(従動クランク機構55による旋回半径可変分Δρ≒オフセット量ΔPin≒ΔR)だけ大きくしなければならない。この結果、図6に示されるように、旋回スクロール部材27のリング穴27Dの中心軌跡Zは、完全な円にはならず、自転モーメントを支持するピンリング切り替えポイント(θ=45deg)Sで軌道変化を伴う軌跡となる。
上記したピンリング切り替えポイントSにて、リング穴27Dの中心Ohの幾何形状上の旋回駆動中心Or(クランク軸11の中心Ocに相当)を中心とする半径ρpinの円の接線と、自転防止ピン63(#3,4)を中心とする半径Rの円(リング穴27Dの中心軌道の一部に相当)の接線とがなす角度を、リング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξとすると、該角度ξが大きいほど軌道変化が大きく、それに伴う速度変化がピンリング部に大きな衝撃荷重として作用し、騒音発生(衝撃音)の要因となる。
そこで、本実施形態では、上記の軌道変化を滑らかにし、軌道折れ曲がり角度ξを小さくするため、図7に示されるように、旋回スクロール部材27のリング穴27Dに軌道補正部67を設けている。この軌道補正部67は、4箇所に設けたリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63が各々自転モーメントを支持して旋回スクロール部材27の自転阻止を担う区間において、各ピンリング部のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63が接触されることにより決定される自転防止ピン63の中心Opとリング穴27Dの中心Ohとの中心間距離Rを実質的にオフセット前の旋回スクロール部材27の旋回円と等しい距離とする小円弧67Aを設け、この小円弧67AをΔRだけ大きくした大円弧67Bのリング穴27Dにn次関数の滑らかな接続部67Cで繋いだリング穴形状とすることにより構成されている。
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
外部駆動源から図示省略のプーリーおよび電磁クラッチ等を介して回転駆動力をクランク軸11に伝達し、クランク軸11を回転すると、クランク軸11の偏心ピン11Cにドライブブッシュ19等により構成される従動クランク機構55を介して旋回半径が可変に連結されている旋回スクロール部材27が、ピンリング式自転阻止機構33により自転を阻止されながら、固定スクロール部材25に対して公転旋回駆動される。
この旋回スクロール部材27の公転旋回駆動により、半径方向最外方に形成される圧縮室29内に、吸入チャンバー43内の冷媒ガスが吸い込まれる。圧縮室29は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が周方向およびラップ高さ方向に減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、当該圧縮室29が吐出ポート25Kに連通する位置に達すると、吐出リード弁37が開かれて圧縮された高温高圧のガスは吐出チャンバー41内に吐き出され、吐出チャンバー41を経て圧縮機1の外部へと送出される。
この間、ピンリング式自転阻止機構33における4箇所に設けられているリング穴27D、自転防止ピン63および自転防止リング65は、各リング穴27D、自転防止ピン63および自転防止リング65が担う90deg毎の自転阻止区間において、自転防止ピン63が自転防止リング65のリング穴27Dの内周面に順次接触されることにより、旋回スクロール部材27の自転モーメントを支持する。これによって、旋回スクロール部材27の自転が阻止され、旋回スクロール部材27は公転旋回駆動されることになる。
ここで、ピンリング式自転阻止機構33を構成する旋回スクロール部材27の各リング穴27Dには、そのオフセット機能を満足しつつ、各ピンリング部により決定される自転防止ピン63とリング穴27Dとの中心間距離Rを小さくし、ピンリング切り替え時のリング穴中心Ohの軌道変化を滑らかにする軌道補正部67が設けられているため、ピンリングが切り替わるポイントSにおいて、リング穴中心Ohの軌道変化(軌道折れ曲がり角度ξ)を滑らかにし、それによる速度変化がピンリング部に与える衝撃荷重を低減することができる。図8には、HP/LP=1.5/0.2MPa(G)、Nc=2600rpmの条件下で、軌道折れ曲がり角度ξをパラメータとして騒音を計測した結果が示されている。なお、図8の右軸には、ピンリング切り替え時の衝撃エネルギーの代表値として、下記式(1)によって表される速度変化係数の二乗値が示されている。
Δv/R・ω=2・sinξ・・・・(1)
但し、上記式(1)において、Δvはピンリングが切り替わるポイントSでのリング穴中心Ohの速度変化、Rは自転防止ピン63の中心Opとリング穴27Dの中心Oh(ポイントS)との間の距離を示す(図6参照)。また、上記(1)において、軌道折れ曲がり角度ξを一定とした場合、リング穴中心Ohの速度変化Δvは、角速度ω、すなわち圧縮機の回転数に比例することがわかる。
図8から明らかなとおり、音響パワーレベルは、ピンリング切り替え時のリング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξを小さくしたことによる速度変化係数の二乗値低下に伴い低減しており、軌道折れ曲がり角度ξが、ξ≦0.9degにおいて、約Δ3dB(A)の騒音低減効果が得られた。これは、一般に、ほとんどの人が音の大小を聞き分けられる騒音差であり、例えば昨今の走行音が静寂化された車両の空調装置用圧縮機に適用した場合において、その騒音低減効果を明確に確認できることを意味するものである。なお、上記(1)式に示したとおり、前記騒音低減効果は、圧縮機回転数に比例して大きくなる(ちなみに、Nc≒4400rpmの条件下で約Δ4dB(A)の騒音低減効果がえられている)。
しかして、本実施形態によれば、ピンリング式自転阻止機構33を構成する旋回スクロール部材27のリング穴27Dに軌道補正部67を設けることによって、オフセット機能を満足しつつ、旋回スクロール部材27の自転阻止を担うピンリングが切り替わる際のリング穴中心Ohの軌道変化(リング穴27Dの中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξ)を滑らかにし、それに伴う速度変化がピンリング部に与える衝撃荷重を低減することができる。このため、ピンリング式自転防止機構33において発生する騒音(衝撃音)を抑制することができる。
同時に、自転防止ピン63と旋回スクロール部材27のリング穴27Dとの中心間距離Rを小さくしているため、旋回スクロール部材27の自転量(捩れ量)を減少することができる。従って、旋回スクロール部材27の捩れによるガス漏れを低減し、圧縮性能の向上を図ることができる。
また、軌道補正部67を旋回スクロール部材27のリング穴27Dに対し、上記中心間距離Rを小さくした小円弧67Aを、中心間距離Rを大きくする大円弧67Bのリング穴27Dにn次関数の滑らかな接続部67Cで繋いだ形状を設けることにより構成できるため、従来のリング穴27Dの加工の仕方を変え、その形状を部分的に変更するだけの軽微な構造変更によって容易に実施することができる。従って、部品点数の増加やコスト上昇を伴うことなく、ピンリング式自転阻止機構33を用いたスクロール圧縮機1の騒音低減および性能向上を図ることができる。
特に、Nc≒2600rpmの条件下での試験結果、軌道補正部67を設けてピンリングが切り替わる際のリング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξを、ξ≦0.9degとしたことにより、音響パワーレベルにおいて約Δ3dB(A)の騒音低減効果が得られることが確認できた。これは、一般に、ほとんどの人が音の大小を聞き分けられる騒音差であり、このことは、この発明を昨今の走行音が静寂化された車両の空調装置用圧縮機に適用した場合において、その騒音低減効果を明確に確認できることを意味する。
また、本実施形態では、ピンリング式自転阻止機構33を構成する旋回スクロール部材27のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63を4箇所に設けているが、リング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξを可及的に小さくするため、旋回スクロール部材27のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63を4ないし6箇所、またはそれ以上に設けることができる。このように旋回スクロール部材27のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63を4ないし6箇所、またはそれ以上の複数箇所に設けることによって、リング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξを可及的に小さくし、リング穴中心Ohの軌道変化をより滑らかにすることができる。このため、ピンリング部に与える衝撃荷重を更に小さくし、騒音低減効果をより大きくすることができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図9を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、旋回スクロール部材27のリング穴27Dに設ける軌道補正部67の形状が一部異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態において、軌道補正部67は、上記の中心間距離Rを小さくする小円弧67Aを少なくともピンリングが切り替わるポイント(θ=45deg)Sまで延ばし、そこからさらに自転防止ピン63の設置位置、その他の公差を吸収するために僅かに延ばした後、上記中心間距離Rを大きくする大円弧67Bのリング穴27Dに接続部67Dで繋いだリング穴形状とすることによって構成されている。
旋回スクロール部材27のリング穴27Dの形状を上記形状とすることによっても、複数箇所に設けられるピンリングがそれぞれ自転阻止を担う区間において、上記中心間距離Rを小さくし、ピンリング切り替え時のリング穴中心Ohの軌道変化を滑らかにすることができる。これにより、旋回スクロール部材27の自転阻止を担うピンリングが切り替わる際のリング穴中心Ohの軌道変化(リング穴中心Ohの軌道折れ曲がり角度ξ)を小さくし、その速度変化がピンリング部に与える衝撃荷重を低減することができるため、第1実施形態と同様の効果が奏される。
また、リング穴27Dの加工を変えるだけで旋回スクロール部材27のリング穴27Dに軌道補正部67を設けることができるため、軽微な構造変更によって容易に実施することができる。さらに、小円弧67Aは、ピンリングが切り替わるポイント(θ=45deg)Sよりも僅かに延ばされ、自転防止ピン63の設置位置、その他の公差を吸収できるようにされているため、上記公差の有無にかかわらず、確実に騒音低減効果を得ることができる。
参考例
次に、本発明の参考例について、図10を用いて説明する。
参考例は、上記した第1実施形態に対して、自転防止リング65の構成が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
参考例では、旋回スクロール部材27に設けるリング穴27Dを真円とし、このリング穴27Dに嵌合装着される自転防止リング65の外径を真円とするとともに、その外径と内径との差であるリング厚さを、自転阻止を担う区間にてΔRだけ厚くすることによって、自転防止リング65に軌道補正部97を設けている。なお、本実施形態における自転防止リング65の内径形状は、第1実施形態に示されたリング穴27Dの形状と同様であり、小円弧97Aと大円弧97Bとが滑らかな接続部97Cで繋がれた内径形状65Aとされている。
しかして、上記のような構成の自転防止リング65を用いることによっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この自転防止リング65によると、外径を真円のままとし、リング厚さを厚くして内径側でオフセット量を小さくすることにより軌道補正部97を構成することができるため、自転防止リング65を装着するリング穴27Dは変更する必要がなくそのまま使用でき、構造変更を自転防止リング65のみとし最小限に抑えることができる。
[第実施形態]
次に、本発明の第実施形態について、図11を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、軌道補正部77を自転防止ピン63に設けている点が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図11に示されるように、各リング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63が自転阻止を担う区間において、自転防止ピン63とリング穴27Dとの中心間距離Rを小さくし、ピンリング切り替えポイントSにおけるリング穴中心Ohの軌道変化を滑らかにして軌道折れ曲がり角度ξを小さくするための軌道補正部77を自転防止ピン63に設けた構成としている。
この軌道補正部77は、4箇所のリング穴27D、自転防止リング65および自転防止ピン63が各々自転モーメントを支持して旋回スクロール部材27の自転阻止を担う区間において、各自転防止ピン63の外径にΔRだけ外径を大きくし、上記中心間距離Rを小さくする大円弧77Aを設け、この大円弧77Aを上記の中心間距離Rを大きくする小円弧77Bの外径を有する自転防止ピン63に滑らかな接続部77Cで繋いだピン外径形状とすることによって構成されている。
しかして、上記のように、自転防止ピン63とリング穴27Dとの中心間距離Rを小さくし、ピンリング切り替え時のリング穴中心Ohの軌道変化を滑らかにして軌道折れ曲がり角度ξを小さくする軌道補正部77を自転防止ピン63側に設けることによっても、上記した第1実施形態とほぼ同等の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、軌道補正部77を自転防止ピン63のピン外径形状を部分的に変えるだけの簡単な構造変更により容易に実施することができるため、部品点数の増加やコスト上昇を伴うことなく、騒音低減効果および性能向上効果を得ることができる。
[第実施形態]
次に、本発明の第実施形態について、図12を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、自転防止リング65の構成が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、自転防止リング65や自転防止ピン63等に軌道補正部を設ける代わりに、図12に示されるように、自転防止リング65の外周にOリング等の弾性リング部材87を嵌合し、この弾性リング部材87を介して自転防止リング65をリング溝27Dに設置した構成としている。
上記のように、ピンリング式自転防止機構33の自転防止リング65をその外周に嵌合された弾性リング部材87を介して設置することにより、旋回スクロール部材27の自転阻止を担うピンリングが切り替わる際に、旋回スクロール部材27のリング穴中心Ohの軌道が変化することによりピンリング部に作用する衝撃荷重を弾性リング部材87によって吸収し、緩和することができる。これにより、ピンリング式自転防止機構33において発生する騒音(衝撃音)を低減することができる。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、開放型スクロール圧縮機1を例に説明したが、モータを内蔵している密閉型スクロール圧縮機等にも適用できることはもちろんである。また、自転防止リング65を旋回スクロール部材27側に設け、自転防止ピン63をフロントハウジング5側に設けた例について説明したが、逆に自転防止リング65をフロントハウジング5側に設け、自転防止ピン63を旋回スクロール部材27側に設けてもよい。また、ピンリング式自転防止機構33を固定スクロール部材25と旋回スクロール部材27との間に設けてもよい。
また、自転防止リング65については、旋回スクロール部材27の端板27Aにリング穴27Dを設け、そこに自転防止リング65を嵌め込むようにした構成について説明したが、自転防止リング65を設ける側の旋回スクロール部材27やフロントハウジング5等の構成材料によっては、リング穴27D自体を自転防止リング内径65A(図10参照)として構成し、これを自転防止リング65とすることによって、別体として設ける自転防止リングを省略してもよく、本発明はかかる構成をも包含するものである。同様に、自転防止ピン63も旋回スクロール部材27やフロントハウジング5等と一体に成形して構成してもよい。さらに、従動クランク機構55は、スイングリンク方式に限らず、スライド方式の従動クランク機構としてもよい。
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。 図1に示すスクロール圧縮機のフロントハウジングを図1の右方向から見た平面図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構の配置構成を示す平面図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構の1のピンリング部の部分拡大平面図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構の自転阻止動作を説明する模式図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止リングのリング穴中心軌跡図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止リング穴の穴形状を示す平面図である。 図1に示すスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構の騒音計測結果を示すグラフである。 本発明の第2実施形態に係るスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止リング穴の穴形状を示す平面図である。 本発明の参考例に係るスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止リングのリング形状を示す平面図である。 本発明の第実施形態に係るスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止ピンのピン形状を示す平面図である。 本発明の第実施形態に係るスクロール圧縮機のピンリング式自転防止機構を構成する自転防止リングの平面図である。
1 スクロール圧縮機
25 固定スクロール部材
27 旋回スクロール部材
27D リング穴
33 ピンリング式自転防止機構
55 従動クランク機構
63 自転防止ピン
65 自転防止リング
65A 自転防止リング内径
67 軌道補正部(リング穴)
67A 小円弧(リング穴)
67B 大円弧(リング穴)
67C,67D 接続部(リング穴)
77 軌道補正部(自転防止ピン)
77A 大円弧(自転防止ピン)
77B 小円弧(自転防止ピン)
77C 接続部(自転防止ピン)
87 弾性リング部材
97 軌道補正部(自転防止リング)
97A 小円弧(自転防止リング)
97B 大円弧(自転防止リング)
97C 接続部(自転防止リング)
R 最大変位量(リング穴中心Ohと自転防止ピン中心Opとの中心間距離)
S ピンリング切り替えポイント
ΔPin オフセット量
ξ 軌道折れ曲がり角
Z リング穴中心の軌道

Claims (10)

  1. 互いに噛合されて圧縮室を形成する一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りに公転旋回駆動する従動クランク機構と、複数対の自転防止ピンと自転防止リング、あるいは複数対の自転防止ピンと自転防止リング穴、もしくは複数対の自転防止ピンと自転防止リングおよび自転防止リング穴との接触により決定される前記旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量Rを前記旋回スクロール部材の理論旋回半径対比で前記従動クランク機構による旋回半径可変分を含んで大きく設定するとともに、それに合わせて前記自転防止ピンもしくは前記自転防止リング穴を前記旋回スクロール部材の前記固定スクロール部材に対する捩れを低減する方向にオフセットすることにより前記旋回クランク部材の自転を阻止するピンリング式自転防止機構とを備えたスクロール圧縮機において、
    前記自転防止ピンまたは前記自転防止リング穴の少なくとも1つに、当該ピンリング部が自転阻止を担う区間において前記最大変位量Rを縮小させ、ピンリング切り替え時の前記旋回スクロール部材の軌道変化を滑らかにする軌道補正部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 前記自転防止ピンは、前記旋回スクロール部材のスラスト支持部材に、前記自転防止リング穴は、前記旋回スクロール部材に、前記自転防止リングは、前記自転防止リング穴内にそれぞれ設けられてい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. 前記軌道補正部は、前記旋回スクロール部材の前記自転防止リング穴に設けられてい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. 前記軌道補正部は、前記ピンリング部が自転阻止を担う区間において前記最大変位量Rを小さくする小円弧の前記自転防止リング穴を、当該ピンリング部が自転阻止を担わない区間において前記最大変位量Rを大きくする大円弧の前記自転防止リング穴に滑らかに繋いだリング穴形状とすることにより構成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. 前記軌道補正部は、前記最大変位量Rを小さくする小円弧を少なくとも前記ピンリングが切り替わる理論上のポイントまで延ばした後、前記最大変位量Rを大きくする大円弧の前記自転防止リング穴に繋いだリング穴形状とすることにより構成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。
  6. 前記軌道補正部は、前記自転防止ピンのピン外径に設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のスクロール圧縮機。
  7. 前記軌道補正部は、前記自転防止ピンのピン外径が前記最大変位量Rを小さくする大円弧と前記最大変位量Rを大きくする小円弧とを滑らかに繋いだピン外径形状とすることにより構成されることを特徴とする請求項に記載のスクロール圧縮機。
  8. 前記軌道補正部を設けることにより、前記ピンリング切り替え時の前記旋回スクロール部材の軌道折れ曲がり角度ξを、ξ≦0.9degとしたことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のスクロール圧縮機。
  9. 前記自転防止リング穴、前記自転防止リングおよび前記自転防止ピンは、4ないし6箇所、またはそれ以上の複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のスクロール圧縮機。
  10. 互いに噛合されて圧縮室を形成する一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材の周りに公転旋回駆動する従動クランク機構と、複数対の自転防止ピンと自転防止リングもしくは複数対の自転防止ピンと自転防止リングおよび自転防止リング穴との接触により決定される前記旋回スクロール部材の自転方向への最大変位量Rを前記旋回スクロール部材の理論旋回半径対比で前記従動クランク機構による旋回半径可変分を含んで大きく設定するとともに、それに合わせて前記自転防止ピンもしくは前記自転防止リング穴を前記旋回スクロール部材の前記固定スクロール部材に対する捩れを低減する方向にオフセットすることにより前記旋回クランク部材の自転を阻止するピンリング式自転防止機構とを備えたスクロール圧縮機において、
    前記自転防止リングをその外周に嵌合された弾性リング部材を介して設置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
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