JPWO2015155802A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

揺動スクロールに鋳鉄を用い、その背面に鋼板のスラストプレートを配置したスラスト構造において、揺動スクロールとスラストプレートの摩耗・傷つきを防止して信頼性の高いスクロール圧縮機を得ること。密閉容器である本体容器と、本体容器内の上部に固定された固定スクロールと、固定スクロールの下方に配備された鋳鉄系材料製の揺動スクロール１０２と、軸内部に上下連通する通油穴を有する回転駆動軸と、揺動スクロール１０２を摺動自在に支持するために本体容器の内周面に固定されたフレームと、揺動スクロール１０２の下面とフレームのスラスト支持面との間に配備された鋼板系材料製のスラストプレートと、フレーム内に収容されたオルダムリングと、オルダムリングを案内する揺動側オルダム溝１０２ｄと、を備えていて、揺動スクロール１０２の下面に、揺動側オルダム溝１０２ｄと連通する円周溝１０２ｆが形成されているものである。

Description

この発明は、主に冷凍機、空気調和機、給湯機などの冷媒回路に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機としては、揺動スクロールの素材が鋳鉄製である場合、揺動スクロールと、揺動スクロールを支持するバイメタル素材のスラスト軸受と、スウェーデン鋼のスラストプレートとを摺動させて、スラスト軸受を構成させたものが知られている。
あるいは、スラスト荷重が大きい場合、または摺動特性が十分でない場合には、揺動スクロールのボス部から揺動スクロールのスラスト面へつながる給油穴を設けて給油量を増やすことで、揺動スクロールとスラスト軸受との間の摩耗や焼付きを防止するようにしたものも知られている（例えば特許文献１参照）。
また、揺動スクロールを支持するスラスト軸受面に、複数のスパイラル溝付き機構もしくは複数のテーパランド軸受機構を形成して油膜圧力を発生させ、スラスト軸受部の耐摩耗性を向上させるようにしたものも知られている（例えば参考文献２参照）。

特開平５−１４９２７７号公報（段落［００１１］〜［００１６］、図１） 特開平８−３１９９５９号公報（段落［００１８］〜［００３９］、図１〜図３）

従来のスラスト軸受構成は、鋳鉄素材の揺動スクロールとスウェーデン鋼等のスラストプレートとを摺動させる簡単なものであり、バイメタル素材のスラスト軸受を用いていないため、スラスト荷重が高くなる条件下では、揺動スクロールとスラストプレートの摺動性が悪化し、揺動スクロール背面（下面）が摩耗や焼付き等を生じさせるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高価なバイメタル素材製のスラスト軸受を用いていない簡単な構成であるにも拘わらず、揺動スクロール下面の摩耗や焼付けを抑制することのできるスクロール圧縮機を得ることを目的としている。

この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器である本体容器と、本体容器内の上部に固定された固定スクロールと、固定スクロールの下方に配備されて当該固定スクロールとともに圧縮室を形成し下面中央部にボス部を有する鋳鉄系材料製の揺動スクロールと、揺動スクロールのボス部の揺動軸受に回転自在に支持される偏芯軸部が上端部に形成されていて軸内部に上下連通する通油穴を有する回転駆動軸と、揺動スクロールを受けるスラスト支持面、スラスト支持面よりも容器半径方向内側に形成されて揺動スクロールのボス部を収納する凹部、および、凹部の下部に形成されて回転駆動軸を回動自在に支持する主軸受部を有するとともに本体容器の内周面に固定されたフレームと、揺動スクロールの下面とフレームのスラスト支持面との間に配備されて揺動スクロールの下面を摺動自在に支持するリング板状で鋼板系材料製のスラストプレートと、フレームの凹部内に収容されて揺動スクロールにおける回転駆動軸心回りの回転を規制するオルダムリングと、ボス部の外方で揺動スクロールの下面に形成されていてオルダムリングを案内する揺動側オルダム溝と、を備えていて、揺動スクロールの下面に、揺動側オルダム溝と連通する円周溝が形成されているものである。

この発明のスクロール圧縮機は、揺動側オルダム溝と連通する円周溝を揺動スクロールの下面に形成しているので、揺動スクロールとスラストプレートとの間に十分な量の潤滑油を供給でき、くさび効果による油膜圧力を生じさせることができる。その結果、揺動スクロール下面の摩耗防止と焼付き抑制を図れるという効果が得られる。

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。 前記スクロール圧縮機の揺動スクロールを示す図であって、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ）は底面図である。 前記スクロール圧縮機のフレームを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 前記スクロール圧縮機のフレーム内にオルダムリングを装着した状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の揺動スクロールおよびフレームを示す縦断面図である。

実施の形態１．
この実施の形態１は揺動スクロールのスラスト面の摩耗や焼付けを抑制するようにしたものである。
図１は本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は前記スクロール圧縮機の揺動スクロールを示す図、図３は前記スクロール圧縮機のフレームを示す図、図４は前記スクロール圧縮機のフレーム内にオルダムリングを装着した状態を示す平面図である。
各図において、この実施形態に係るスクロール圧縮機は、冷媒回路を循環する冷媒を吸入し高温高圧の状態に圧縮して冷媒回路へ吐出させるものである。このスクロール圧縮機は、密閉容器である本体容器１００と、本体容器１００内の上部に固定配備された固定スクロール１０１と、固定スクロール１０１の下方に配備されて下面にボス部１０２ｃを有する揺動スクロール１０２と、軸内部に上下連通する通油穴１１４ａを有する回転駆動軸１１４と、本体容器１００の中間部容器の内周面に固定配備されたフレーム１０５と、揺動スクロール１０２を摺動自在に支持するリング板状のスラストプレート１０４と、回転駆動軸１１４の下部に連結されたオイルポンプ１０８と、を備えている。本体容器１００の上部には冷媒ガスを吐出するための吐出管１１３が接続されており、本体容器１００の胴部には冷媒ガスを吸入するための吸入管１１２が接続されている。前記のオイルポンプ１０８は、本体容器１００の底部に溜まっている潤滑油（冷凍機油）１０９を汲み上げて通油穴１１４ａに送るようになっている。

前記のフレーム１０５は、揺動スクロール１０２を支持するスラスト支持面１０５ｃ、スラスト支持面１０５ｃよりも容器半径方向内側に形成されて揺動スクロール１０２のボス部１０２ｃを収納するための凹部１０５ｂ、および、凹部１０５ｂ内の下部に形成されて回転駆動軸１１４を回動自在に支持する主軸受部１０５ａを有している。前記の回転駆動軸１１４の上端部には、揺動スクロール１０２のボス部１０２ｃの揺動軸受１０２ａに回転自在に支持される偏芯軸部１１０が形成されている。また、揺動スクロール１０２における回転駆動軸１１４の軸心Ｃ回りの回転を規制するオルダムリング１０３が、フレーム１０５の凹部１０５ｂ内に収容されている。フレーム１０５の凹部１０５ｂ内には、オルダムリング１０３を案内するためのフレーム側オルダム溝１０５ｄが半径方向に長く延びて形成されている（図３および図４参照）。

スクロール１０２下面のスラスト面１０２ｅとフレーム１０５のスラスト支持面１０５ｃとの間には、揺動スクロール１０２を摺動自在に支持する鋼板系材料製のスラストプレート１０４が配備されている。フレーム側オルダム溝１０５ｄと対面する位置のスラストプレート１０４には、フレーム側オルダム溝１０５ｄと連通する切り欠き１０４ｂが形成されている。この切り欠き１０４ｂは、フレーム側オルダム溝１０５ｄよりもわずかに大きな形状に形成されている。これらの揺動スクロール１０２とスラストプレート１０４が潤滑油１０９を介して密着することにより、スラスト軸受部を構成している。前記のスラストプレート１０４は、圧縮室１１１における回転駆動軸心Ｃ方向の隙間を調整する機能も有している。

固定スクロール１０１には、台板の下面（背面）に立設された渦巻歯１０１ａが形成されている。また、揺動スクロール１０２にも、台板の上面に立設されていて渦巻歯１０１ａと実質的に同一形状である渦巻歯１０２ｂが形成されている。揺動スクロール１０２および固定スクロール１０１は鋳鉄系材料製であり、渦巻歯１０２ｂと渦巻歯１０１ａとが互いに組み合わせられた状態で本体容器１００内に装着されている。揺動スクロール１０２および固定スクロール１０１が組み合わされた状態において、渦巻歯１０１ａと渦巻歯１０２ｂの巻方向は互いに逆となる。そして、渦巻歯１０ａと渦巻歯９ａとの間には、相対的に容積が変化していく圧縮室１１１が形成される。

固定スクロール１０１は、フレーム１０５の上面開口縁部にボルト等（図示省略）によって固定されている。一方、揺動スクロール１０２の下面の略中心部には、中空円筒形状のボス部１０２ｃが垂設され、ボス部１０２ｃの内周面は揺動軸受１０２ａとなっている。そして、揺動スクロール１０２の下面におけるボス部１０２ｃの外方位置に、オルダムリング１０３の上面突起１０３ａを案内する揺動側オルダム溝１０２ｄが、半径方向に長く形成されている（図２参照）。この揺動スクロール１０２は、自転運動を阻止するためのオルダムリング１０３により、固定スクロール１０１に対し自転運動を行なうことなく公転旋回運動（いわゆる揺動運動）を行なうようになっている。

前記の揺動軸受１０２ａには、回転駆動軸１１４の上端に設けられた偏芯軸部１１０が回転自在に装入される。揺動軸受１０２ａの内周部と偏芯軸部１１０の外周部とが潤滑油１０９を介して摺動自在に密着することにより、揺動軸受部を構成している。電動機１１５は、回転駆動軸１１４に固定された回転子１０６と、中間部容器の内周面に固定された固定子１０７とから構成されている。回転子１０６は、固定子１０７への通電が開始されることにより回転駆動し、回転駆動軸１１４を回転させる。

回転駆動軸１１４は、回転子１０６の回転に伴って回転し、揺動スクロール１０２を旋回させる。この回転駆動軸１１４の上部（偏芯軸部１０近傍位置）は、フレーム１０５に設けられた主軸受部１０５ａによって支持されている。本体容器１００の下部内周面に固定されたサブフレーム１１６の中央部にはボールベアリング１１７が取り付けられており、このボールベアリング１１７により回転駆動軸１１４の下部が回転自在に支持されている。また、サブフレーム１１６には、容積型のオイルポンプ１０８が取り付けられている。このオイルポンプ１０８は回転駆動軸４と連結されて回転力を受けるようになっている。このオイルポンプ１０８で吸引された潤滑油１０９は、回転駆動軸１１４の通油穴１１４ａ等を通って各摺動部に送られるようになっている。

次に動作について説明する。
このように構成されたスクロール圧縮機において、電動機１１５に電圧が印加されると、回転駆動軸１１４が回転駆動され、偏芯軸部１１０が揺動軸受１０２ａ内で回転する。そして、オルダムリング１０３により自転を抑制された揺動スクロール１０２が揺動旋回運動を行う。これにより、冷媒ガスの一部はフレーム１０５の吸入ポートを介して圧縮室１１１内へ流れ込み、吸入過程が開始される。また、冷媒ガスの残りの一部は、固定子１０６の切り欠き部分を通り抜けて電動機１１５と潤滑油１０９を冷却する。

圧縮室１１１は、揺動スクロール１０２の揺動運動により揺動スクロール１０２の中心へ徐々に移動し、さらに体積がいっそう縮小される。この過程により、圧縮室１１１に吸入された冷媒ガスが圧縮される。このとき、圧縮された冷媒ガスにより揺動スクロール１０２には固定スクロール１０１から軸芯Ｃ方向に離れようとする荷重が働くが、この荷重はスラストプレート１０４の上面１０４ａで受けられる。圧縮された冷媒は、固定スクロール１０１の吐出ポートを通り吐出管２５を経て本体容器１００から冷媒回路へ吐出される。また、オイルポンプ１０８によって偏芯軸部１１０まで吸い上げられた潤滑油１０９は、揺動スクロール１０２の軸受メタルの摺動部や、揺動スクロール１０２のスラスト面１０２ｅとスラストプレート１０４の上面１０４ａとの摺動部を潤滑する。その後、潤滑油１０９は、一部が揺動スクロール１０２の外周縁から溯上し圧縮室１１１内に入り込んで渦巻歯１０１ａおよび渦巻歯１０２ｂの摺動部を潤滑し、残りはフレーム１０５内から下方へ流下して本体容器１００底部の油溜めに戻る。

上記のように構成されたスクロール圧縮機では、揺動スクロール１０２が揺動側オルダム溝１０２ｄに沿って往復運動する度に揺動スクロールオルダム溝１０２ｄから円周溝１０２ｆへ潤滑油１０９が流れ、この円周溝１０２ｆからスラスト面１０２ｅへ十分な量の潤滑油１０９が供給される。また、スラストプレート１０４は切り欠き１０４ｂを有しているので、オルダムリング１０３がフレーム側オルダム溝１０５ｄに沿って往復運動する度に、フレーム側オルダム溝１０５ｄからスラスト面１０２ｅへ潤滑油１０９を供給する流路が確保される。従来技術では、前記のような切り欠き１０４ｂがスラストプレートに形成されていなかったため、フレーム側オルダム溝からスラスト面への潤滑油供給の障害を生じていたのである。

以上のように、この実施形態のスクロール圧縮機によれば、潤滑油１０９のスラスト面１０２ｅへの供給量を増やすことができ、これによって生じるくさび効果により大きな油膜圧力を生じさせることができる。その結果、揺動スクロール１０２のスラスト面１０２ｅの摩耗、焼付きを抑制することができる。

実施の形態２．
尚、上記の実施形態１では、揺動スクロールの下面を傾斜させることなく水平な面に形成したが、本発明のスクロール圧縮機はそれに限定されるものでない。例えば、図５に示すように、スラストプレート１０４の上面１０４ａで支持される揺動スクロール１０２Ａのスラスト面１０２ｇを、半径方向外向きに下降する傾斜面に形成した実施形態２も、本発明に含まれる。

前記のように傾斜したスラスト面１０２ｇを有する揺動スクロール１０２Ａによれば、更に大きなくさび効果が奏せられるので、いっそう大きな油膜圧力を発生させることができる。これにより、揺動スクロール１０２のスラスト面１０２ｅの摩耗、焼付きを確実に防ぐことができる。

１００ 本体容器
１０１ 固定スクロール
１０２，１０２Ａ 揺動スクロール
１０２ａ 揺動軸受
１０２ｃ ボス部
１０２ｄ 揺動側オルダム溝
１０２ｅ，１０２ｇ スラスト面
１０２ｆ 円周溝
１０３ オルダムリング
１０４ スラストプレート
１０４ｂ 切り欠き
１０５ フレーム
１０５ａ 主軸受部
１０５ｂ 凹部
１０５ｃ スラスト支持面
１０５ｄ フレーム側オルダム溝
１０８ オイルポンプ
１０９ 潤滑油
１１０ 偏芯軸部
１１１ 圧縮室
１１４ 回転駆動軸
１１４ａ 通油穴
Ｃ 軸心

この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器である本体容器と、本体容器内の上部に固定された固定スクロールと、固定スクロールの下方に設けられ、固定スクロールとともに圧縮室を形成し、下面の中央部にボス部を有する揺動スクロールと、揺動スクロールのボス部の揺動軸受に回転自在に支持される偏芯軸部が上端部に形成されていて、軸内部に上下連通する通油穴を有する回転駆動軸と、揺動スクロールを受けるスラスト支持面、スラスト支持面よりも容器半径方向内側に形成されて揺動スクロールのボス部を収納する凹部、および、凹部の下部に形成されて回転駆動軸を回動自在に支持する主軸受部を有するとともに本体容器の内周面に固定されたフレームと、揺動スクロールの下面とフレームのスラスト支持面との間に設けられ、揺動スクロールの下面を摺動自在に支持するスラストプレートと、フレーム内に収容されて揺動スクロールにおける回転駆動軸心回りの回転を規制するオルダムリングと、ボス部の外方で揺動スクロールの下面に形成されていてオルダムリングの一部が収容される揺動側オルダム溝と、を備えていて、揺動スクロールの下面に、揺動側オルダム溝と連通する円周溝が形成されているものである。

Claims (3)

1. 密閉容器である本体容器と、
   前記本体容器内の上部に固定された固定スクロールと、
   前記固定スクロールの下方に配備されて当該固定スクロールとともに圧縮室を形成し下面中央部にボス部を有する鋳鉄系材料製の揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールのボス部の揺動軸受に回転自在に支持される偏芯軸部が上端部に形成されていて軸内部に上下連通する通油穴を有する回転駆動軸と、
   前記揺動スクロールを受けるスラスト支持面、前記スラスト支持面よりも容器半径方向内側に形成されて前記揺動スクロールのボス部を収納する凹部、および、前記凹部の下部に形成されて前記回転駆動軸を回動自在に支持する主軸受部を有するとともに前記本体容器の内周面に固定されたフレームと、
   前記揺動スクロールの下面と前記フレームのスラスト支持面との間に配備されて前記揺動スクロールの下面を摺動自在に支持するリング板状で鋼板系材料製のスラストプレートと、
   前記フレームの凹部内に収容されて前記揺動スクロールにおける前記回転駆動軸心回りの回転を規制するオルダムリングと、
   前記ボス部の外方で前記揺動スクロールの下面に形成されていて前記オルダムリングを案内する揺動側オルダム溝と、を備えていて、
   前記揺動スクロールの下面に、前記揺動側オルダム溝と連通する円周溝が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. スラストプレートの上面で支持される揺動スクロールのスラスト面が、半径方向外向きに下降する傾斜面に形成さ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. フレームの凹部内に、オルダムリングを案内するフレーム側オルダム溝が形成され、前記フレーム側オルダム溝と対面する位置のスラストプレートに、前記フレーム側オルダム溝と連通する切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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