JP5559839B2 - 密閉スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、密閉スクロール圧縮機に関し、特に、密閉ケース内に収容される旋回スクロールに旋回運動を与える駆動軸回りの構造に関する。

スクロール圧縮機は、一般に、固定スクロールと旋回スクロールのそれぞれの端板に突設された固定スクロール翼と旋回スクロール翼とを互いに噛み合わせて複数の圧縮室を形成し、該旋回スクロールを駆動軸から軸心が偏心して形成されたクランク部によって旋回させて作動するように構成されている。
そして、固定スクロールはフレームに固定され、固定スクロールに対して旋回スクロールを自転させないで公転させるように、固定スクロールと旋回スクロールとの間にオルダム継手が介在されている。

このように旋回スクロールは、駆動軸から軸心が偏心して形成されたクランク部によって旋回させられるため、旋回スクロールの旋回運動によって駆動軸には遠心力が生じるため、この遠心力によるアンバランスを打ち消すために駆動軸にはバランスウエイトが取付けられている。
密閉形スクロール圧縮機においては、一般的に駆動軸に対して上、中、下の３箇所にバランスウエイトを取付けてこのアンバランスを抑えているものが知られている。

例えば、特開２００４−２７０４９５号公報（特許文献１）には、図５示すように、旋回スクロール０１の下面側の空間０２内に、該空間０２を略満たすような断面形状の上バランスウエイト０３が回転軸（駆動軸）０４に取付けられ、モータ０５のロータ０６上側（旋回スクロール側）には、中バランスウエイト０７が、ロータ０６下側（反旋回スクロール側）には、下バランスウエイト０８がそれぞれ回転軸０４に取付けられて、旋回スクロール０１に旋回運動によるアンバランスを打ち消している。

また、この特許文献１には、前記上バランスウエイト０３の形状が旋回スクロール０１の下面側の空間０２を略満たすようになっているため、該下面側の空間０２に出入する潤滑油を最小限に抑えて該空間０２内に潤滑油が溜まらないようにして不安定な遠心力を発生させる要因を排除して回転軸０４に生じる回転運動のアンバランスの発生をも抑えている。

また、特開２００４−２０４７４８号公報（特許文献２）においても、図６のように、旋回スクロール０２０の下面側の空間０２１内で、上バランスウエイト０２２が回転軸（駆動軸）０２３に取付けられ、モータ０２４のロータ０２５の上側には中バランスウエイト０２６が、ロータ０２５下側には下バランスウエイト０２７がそれぞれ回転軸０２３に取付けられて、旋回スクロール０２０に旋回運動によって生じる回転軸０２３のアンバランスを打ち消している。
また、この特許文献２には、各バランスウエイト０２２、０２６、０２７にそれぞれ調整部０３１を設けてバランスウエイトの微調整を可能にする構成が示されている。

特開２００４−２７０４９５号公報 特開２００４−２０４７４８号公報

前記したように特許文献１、特許文献２には、それぞれ回転軸の上、中、下の位置の３箇所にバランスウエイトを取付けて旋回スクロールの旋回運動に伴って発生する回転主軸のアンバランスを抑えている構成が示されている。
しかし、特許文献１に示される回転軸０４と上、中、下のバランスウエイト０３、０７、０８との結合、および回転軸０４を回転支持するフレーム部材０９との支持構造では、回転軸０４に上、中、下のバランスウエイト０３、０７、０８、さらにはモータ０５のロータ０６を装着した状態で、圧縮機、すなわちフレーム部材０９に組付けることができない。
すなわち、図５に示すようにフレーム部材０９の軸受部０１０の貫通孔０１１の孔径では、上バランスウエイト０３を通すことができない構造になっている。

予め、バランスウエイト０３、０７、０８およびロータ０６を回転軸０４に装着できないため、回転軸０４を軸受部０１０の貫通孔０１１に通した後にこれらバランスウエイト０３、０７、０８およびロータ０６を回転軸０４に組付けなければならず、圧縮機の組立て工数が増大するとともに、圧縮機に回転軸０４を組付けた後ロータ０６やバランスウエイト０３、０７、０８を焼嵌めや圧入を行うと、その焼嵌めや圧入の作業に伴って発生する熱による熱変形や、金属屑による摺動部の損傷などの問題が生じやすい。

また、図６に示す特許文献２の場合においても、特許文献１と同様に、回転軸０２３と回転軸０２３に上、中、下のバランスウエイト０２２、０２６、０２７、モータ０２４のロータ０２５、さらに軸受０３０を装着した状態で、フレーム部材０２８の貫通孔０２９に通過させることができない構造となっている。
従って、特許文献２においても、前記特許文献１で説明したような、圧縮機の組立て工数の増大とともに、熱変形や摺動部の損傷などの問題を生じやすい。

さらに、特許文献１、２においては、モータのロータに永久磁石が内蔵された、いわゆるＩＰＭモータによって構成されることや、モータのロータについて回転軸をフレーム部材に組付ける前に回転軸に組み付けて磁化させる場合における組立ての安定性までは示されていない。
一般に、ロータに近接して配置された中、下バランウエイトは鉄系金属によって形成されているため、ロータの磁力によって磁化されやすく、モータのロータについて回転軸をフレーム部材に組付ける前に回転軸に組み付けて磁化させると、回転軸と一体となったバランサをフレームに組付ける際の組付け作業時に、他の部品に引き付けられて効率的な安定作業ができなくなる。また、ＩＰＭモータに金属くずが付着する問題も有している。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、駆動軸に取付けられる上、中、下のバランスウエイト、モータのロータ、さらには軸受を、駆動軸に予め装着した状態で、密閉形圧縮機のフレーム部材に取付けることができるようにした密閉スクロール圧縮機を提供することを課題とする。

また、モータのロータが永久磁石を内蔵した、いわゆるＩＰＭモータの場合であって、組付け前に磁化される場合でも、磁化による引付力の影響を軽減して、安定した組立て作業ができる密閉スクロール圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、密閉ケース内に固定スクロールと旋回スクロールとからなる圧縮機構部と、前記旋回スクロールに駆動軸を介して回転駆動力を与えるモータと、前記旋回スクロールの背面側のフレーム部材に形成された旋回空間内に配置されるとともに前記駆動軸に取付けられる上バランサと、前記モータの上側で前記駆動軸やロータの回転体に取付けられる中バランサと、前記モータの下側で前記駆動軸やロータの回転体に取付けられる下バランサとを備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記駆動軸に取付けられる前記モータのロータは組付け前に着磁されている永久磁石を内蔵したロータであり、
該組付け前に着磁されているロータの上側に非磁性体材料であるステンレス鋼からなる中バランサが、前記ロータの下側に非磁性体材料であるステンレス鋼からなる下バランサが夫々配置され、更に前記上バランサが、鉄系金属で形成されていることを特徴とする。

かかる発明によれば、前記駆動軸に取付けられる前記モータのロータが永久磁石を内蔵したロータであって組付け前に着磁されていても、バランサが非磁性体材料によって形成されているため、バランサが前記ロータによって磁化されないので、前記フレーム部材へ前記駆動軸、バランサ、およびロータを取付ける際に、バランサが周りの部品に引き付けられることによる、組付け作業への悪影響が低減されて、安定した組立て作業ができる。
また、組付け前に予め着磁することで安定した高密度の磁気を着磁することが可能になるので、モータの出力を向上することができる。

更に好ましくは、前記主軸受の軸受嵌合穴の内径Ａを前記旋回空間の内径Ｂより大きく形成してなることを特徴とする。

このように構成することで、モータに近接配置される中バランサと下バランサとが非磁性体材料からなるため、前記したバランサが周りの部品に引き付けられることによる、組付け作業への悪影響が一層低減される。

本発明によれば、駆動軸に取付けられる上、中、下のバランスウエイト、モータのロータ、さらには軸受を、駆動軸に予め装着した状態で、密閉形圧縮機のフレーム部材に取付けることができるようになり、組付け性が向上し、さらに熱変形や摺動部の損傷のない、さらに動バランス性能が向上した密閉形スクロール圧縮機を得ることができる。

また、モータのロータが永久磁石を内蔵した、いわゆるＩＰＭモータで組付け前に予め磁化されている場合であっても、磁化による引付力の影響を軽減して、安定した組立て作業ができ、組付け性を向上することができるとともに、予め磁化を可能にすることによるモータ出力の向上が得られる。

本発明にかかる密閉形スクロール圧縮機の実施形態を示す全体構成断面図である。 図１の全体断面図のうちの上方の部分の拡大図である。 駆動軸の組付け状態の示す説明図である。 上バランサの説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明にかかる密閉形スクロール圧縮機の実施形態を示す全体構成断面図であり、図２は図１の全体断面図のうちの上方の部分の拡大図である。図３は駆動軸の組付け状態を示す説明図である。図４は上バランサの説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図１、図２を参照して密閉形スクロール圧縮機の全体構成について説明する。図１に示すように、密閉形スクロール圧縮機１を構成する縦長の円筒形状の密閉ケース２は、湾曲形状の下ケース３と湾曲形状の上ケース５と円筒状の中ケース６とがそれぞれ溶接接合されて形成されている。
密閉ケース２内の上方寄りに、密閉ケース２内を上下に仕切るようにフレーム部材７が中ケース６の内部に取付けられている。
そして、フレーム部材７の上方にはスクロール圧縮機構部（圧縮機構部）９が配置され、下方にはスクロール圧縮機構部９を構成する旋回スクロール１１に旋回運動の回転力を与えるモータ１３が配置されている。さらに、密閉ケース２の底部には潤滑油が収容されるようになっていて、底部に貯留された潤滑油を汲み上げる給油ポンプ１５がモータ１３の下方に配置されている。

図２に示すように、スクロール圧縮機構部９は、固定スクロール１７と、この固定スクロール１７の下方に配置された旋回スクロール１１とによって構成されている。固定スクロール１７は、円板状の端板１９と、この端板１９の一方の面の周縁部に突設された環状壁２１と、この環状壁２１で囲まれた部分に該環状壁２１とほぼ等しい高さに突設された固定スクロール翼２３と、端板１９の略中央部に設けられた吐出口２５と、端板１９の周縁部に設けられた吸入口２７とで構成されている。そして、環状壁２１の延長部分がボルト２９でフレーム部材７に固定されている。

一方、旋回スクロール１１は、円板状の旋回スクロール１１の端板３１と、この端板３１の一方の面に前記固定スクロール翼２３と等しい高さに突設された旋回スクロール翼３３と、他方の面の中央部には軸受ボス部３５が突設されて構成されている。

また、旋回スクロール１１の端板３１に螺旋状に突設され上方向を向いた旋回スクロール翼３３と、固定スクロール１７の端板１９に螺旋状に突設され下方向を向いた固定スクロール翼２３とが噛合い、それぞれの壁の間に圧縮室３７を形成している。

そして、固定スクロール１７と旋回スクロール１１との噛み合い状態を保持して旋回スクロール１１を固定スクロール１７に対して相対的に旋回運動させるために、旋回スクロール１１の端板３１とフレーム部材７との間にオルダム機構３８が設けられている。

フレーム部材７には、旋回スクロール１１の軸受ボス部３５の軸心線に対して偏心した円筒状の旋回空間３９が上下方向に貫通して設けられており、この旋回空間３９の下端部分にはモータ１３の駆動軸４１を回転自在に支持する転がり軸受ないしはすべり軸受で構成された主軸受４３が設けられている。なお、転がり軸受はコロ軸受けでも玉軸受でもよい。

駆動軸４１の上端部には、駆動軸４１の軸中心線と偏心した位置にクランク部４５が形成され、該クランク部４５が旋回スクロール１１の軸受ボス部３５に嵌入している。この軸受ボス部３５がクランク部４５の旋回軸受を形成している。
また、図１に示すように、駆動軸４１の下端部には、サブフレーム４６に支持され給油ポンプ１５が接続されていて、この給油ポンプ１５で潤滑油をパイプ４７によって汲み上げて、駆動軸４１の軸中心部を貫通して設けられた貫通油路４９を介して前記クランク部４５の上端から軸受ボス部３５内に放出するようになっている。

前記モータ１３は、複数の分割ステータ５１がモータフレーム５３の内周に沿って環状に配設された、いわゆる分割式のステータによって構成され、回転子はロータ５５の内部に永久磁石が埋め込まれるいわゆるＩＰＭモータによって構成している。そして、ロータ５５は駆動軸４１に取り付けられて着磁される。

さらに、このモータ１３の巻線は、アンモニア冷媒に対して耐食性が強く信頼性の高いアルミニウム電線によって形成されている。
なお、使用される圧縮ガスはアンモニア冷媒を用いており、吐出ガス温度の上昇を抑えるためにアンモニアの液冷媒を固定スクロール１７の端板１９に取付けられた液インジェクション配管５７から圧縮室３７内に噴射するようになっている。

また、駆動軸４１に対して偏心したクランク部４５の回転に伴うアンバランスを打ち消すために、駆動軸４１には、上から順に上バランサ５９、中バランサ６１、下バランサ６３の３つのバランサが取り付けられていて、上バランサ５９は鉄製で、中バランサ６１、下バランサ６３はそれぞれステンレス等の非磁性体材によって形成されている。また駆動軸中心からの重心の偏心方向が上バランサ５９と中バランサ６１とは同一方向となり、下バランサ６３は上バランサ５９と中バランサ６１の位置とは駆動軸中心に関して反対側に位置している。

さらに、前記固定スクロール１７の吸入口２７には、吸入管６５が上ケース５を貫通して設けられ、中ケース６にはケース内の高圧ガスを吐出する吐出管６７が設けられている。

次に、前記スクロール圧縮機構部９による冷媒ガスの圧縮動作について説明する。
まず、モータ１３に給電すると、駆動軸４１が回転を開始する。そして、回転力が旋回スクロール１１に伝えられる。
旋回スクロール１１の軸受ボス部３５は駆動軸４１に対して、偏心して設けられたクランク部４５と嵌合しており、しかもオルダム機構３８によって自転が阻止されているため、この旋回スクロール１１は自転の伴わない旋回運動を行う。
従って、旋回スクロール１１に突設された旋回スクロール翼３３も旋回運動を行い、この旋回運動に伴って、旋回スクロール翼３３と固定スクロール翼２３との間に形成された圧縮室３７が小さくなり、吸入管６５を介して吸入されたガスが圧縮されて吐出口２５から吐出されて、密閉ケース２内の上方に吐出されてからフレーム部材７の周囲に形成された図示しない連通孔を通って下方側に流れて密閉ケース２内のフレーム部材７の下方の空間内に高圧ガスが貯留され、吐出管６７から外部へ排出される。

次に、潤滑油の供給について説明する。
下ケース３の底部に収容された潤滑油を給油ポンプ１５によって汲み上げて、貫通油路４９を介してクランク部４５の上端から軸受ボス部３５の内部に放出して、クランク部４５と軸受ボス部３５との摺動部を潤滑し、その後、軸受ボス部３５の下方に形成された隙間８５、さらにフレーム部材７に径方向に形成された横穴８７から密閉ケース２内に排出され、下方の油槽に戻される。
また、隙間８５からの潤滑油の一部は上バランサ５９の遠心力によって縦壁８８に沿って上方に案内されて、旋回シール７９に向かって放出されるようになっている。そして旋回シール７９の潤滑やシールに用いられる。

この上バランサ５９は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動軸４１から径方向に突き出る円環部８６に対して該円環部８６の周縁から軸方向に伸びる半円弧状の縦壁８８を有して形成されるともに、該半円弧状の内側中央部には周方向溝８９が形成され、遠心力によって広がる潤滑油を周方向溝８９に集めて縦壁８８に沿って上方の旋回空間３９内に放出するように構成されている。

さらに具体的に説明すると、円環部８６とその円環部８６の周縁部から軸方向に突出した半円弧状の縦壁８８で形成され、その縦壁８８の外壁面は該円環部８６の外径におよそ等しい外円弧Ｒａで形成され、内壁面は外側よりの内円弧Ｒｂと中央よりの内円弧Ｒｃとから形成されている。
外円弧Ｒａの中心Ｅは駆動軸中心におよそ一致させ、内円弧Ｒｃの中心Ｆは、中心Ｅより縦壁の反対側すなわち図の右側に配置し、内円弧Ｒｂの中心Ｇは、中心Ｅより縦壁側すなわち図の左側に配置して、内円弧Ｒｂの先端が外円弧Ｒａと内円弧Ｒｃとの間で形成されるように縦壁８８の円弧が形成されている。

次に、以上のように構成された密閉形スクロール圧縮機において、図１、図３を参照して、駆動軸４１回りの詳細構成、およびその組付けについて説明する。
図３に示すように、フレーム部材７は、中央部分が下方に円筒状に突出した形状を有し、該突出部分には旋回空間３９が形成され、該旋回空間３９の下方には連続して同心円状に主軸受４３が嵌合する軸受嵌合穴１００が形成されている。
軸受嵌合穴１００の内径Ａは旋回空間３９の内径Ｂより大きく形成されている。

駆動軸４１には、上バランサ５９と、主軸受４３と、中バランサ６１と、モータ１３のロータ５５と、下バランサ６３とが、駆動軸４１の下方側から挿入されて圧入または焼嵌め等によって取り付けられている。
また、主軸受４３の下面部には環状の主軸受押板１０２が取り付けられている。主軸受押板１０２は、主軸受４３を下から支持するようにボルト１０４によってフレーム部材７の下面に締結する。
また、ボルト１０４と共締めにて主軸受押板１０２の下面側に環状のモータカバー部材（カバー部材）１０６が取付けられている。
該モータカバー部材１０６の内周縁は駆動軸４１近傍まで伸び、外周縁はモータ１３を覆うように形成されている。なお、外周縁はロータ５５の一部分を覆うものでもよい。

モータカバー部材１０６を設けることで、主軸受４３を経由して落下してきた潤滑油を下方に配置されるモータ１３に直接降りかからないようにして、潤滑油がモータ１３のロータ５５によって攪拌されて、このモータ１３の近傍に配置される密閉形スクロール圧縮機の吐出管６７から潤滑油が圧縮ガスとともに排出されることを防止している。
モータカバー部材１０６は外周縁が垂下してモータ１３に接触しても導電しないように樹脂等の非導電性材料によって形成されている。

そして、このように駆動軸４１に取り付けられた、上バランサ５９と、主軸受４３と、中バランサ６１と、モータ１３のロータ５５と、下バランサ６３と、主軸受押板１０２と、モータカバー部材１０６とが、予め一体に組立てられてから、前記フレーム部材７の下方から、駆動軸４１の先端部のクランク部４５を軸受ボス部３５内に嵌合し、上バランサ５９を旋回空間３９内に収容し、主軸受４３を軸受嵌合穴１００の内周に嵌合するとともにボルト１０４で固定して、駆動軸４１に一体に取り付けられた部品も、駆動軸４１の組み付けと同時に組付ける。

かかる実施形態によれば、軸受嵌合穴１００の内径Ａを旋回空間３９の内径Ｂより大きく形成することによって、駆動軸４１に主軸受４３、上バランサ５９、中バランサ６１、下バランサ６３、さらにロータ５５、主軸受押板１０２、モータカバー部材１０６を一体化した状態で、組付けが可能になるため、密閉形スクロール圧縮機の組立てが簡単化して、組立て工数が減少し生産効率が向上する。

さらに、駆動軸４１を組付けた後にロータ５５や各バランサ５９、６１、６３等を焼嵌めや圧入を行うと、その焼嵌めや圧入の作業に伴って発生する熱や金属屑によって熱変形や摺動部の損傷などが生じやすいという問題があるが、駆動軸に主軸受、上バランサ、中バランサ、下バランサ、さらにモータのロータを一体化した状態で、組付けが可能になるため、これら問題が解消されて熱変形や摺動部の損傷のない密閉形スクロール圧縮機を得ることができる。

さらに、駆動軸４１に取付けられるロータ５５が永久磁石を内蔵したロータであって組付け前に着磁されていても、バランサ、特に中バランサ６１、下バランサ６３が非磁性体材料のステンレスによって形成されているため、中、下バランサ６１、６３がロータ５５によって磁化されないので、駆動軸４１に主軸受４３、上バランサ５９、中バランサ６１、下バランサ６３、さらにロータ５５、主軸受押板１０２、モータカバー部材１０６を一体化した状態で、フレーム部材７への組付ける際に、中、下バランサ６１、６３が周りの部品に引き付けられることによる、組付け作業への悪影響が低減されて、安定した組立て作業ができる。

また、組付け前に予め着磁することで安定した高密度の磁気を着磁することが可能になるので、モータの出力を向上することができる。

本発明によれば、駆動軸に取付けられる上、中、下のバランスウエイト、モータのロータ、さらには軸受を、駆動軸に予め装着した状態で、密閉形圧縮機のフレーム部材に取付けることができるようなるとともに、モータのロータが永久磁石を内蔵した、いわゆるＩＰＭモータの場合であって、組付け前に磁化される場合でも、磁化による引付力の影響を軽減して、安定した組立て作業ができるので、冷凍空調用密閉形圧縮機を始めとしてモータを内蔵したカーエアコン用圧縮機、空気圧縮機及び真空ポンプ等を含むスクロール流体機械への適用に際して有益である。

１ 密閉形スクロール圧縮機
２ 密閉ケース
７ フレーム部材
９ スクロール圧縮機構部（圧縮機構部）
１１ 旋回スクロール
１３ モータ
１７ 固定スクロール
３５ 軸受ボス部
３９ 旋回空間
４１ 駆動軸
４３ 主軸受
５１ ステータ
５５ ロータ
５９ 上バランサ
６１ 中バランサ
６３ 下バランサ
８８ 上バランサの縦壁
８９ 周方向溝
１００ 軸受嵌合穴
１０６ モータカバー部材（カバー部材）
Ａ 軸受嵌合穴の内径
Ｂ 旋回空間内径

Claims (2)

1. 密閉ケース内に固定スクロールと旋回スクロールとからなる圧縮機構部と、前記旋回スクロールに駆動軸を介して回転駆動力を与えるモータと、前記旋回スクロールの背面側のフレーム部材に形成された旋回空間内に配置されるとともに前記駆動軸に取付けられる上バランサと、前記モータの上側で前記駆動軸やロータの回転体に取付けられる中バランサと、前記モータの下側で前記駆動軸やロータの回転体に取付けられる下バランサとを備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記駆動軸に取付けられる前記モータのロータは組付け前に着磁されている永久磁石を内蔵したロータであり、
   該組付け前に着磁されているロータの上側に非磁性体材料であるステンレス鋼からなる中バランサが、前記ロータの下側に非磁性体材料であるステンレス鋼からなる下バランサが夫々配置され、更に前記上バランサが鉄系金属で形成されていることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
2. 前記主軸受の軸受嵌合穴の内径Ａを前記旋回空間の内径Ｂより大きく形成してなることを特徴とする請求項１に記載の密閉形スクロール圧縮機。

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