WO2015068308A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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長田 淳
石園 文彦
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三菱電機株式会社
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    • F04C18/0215Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
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    • F04C29/02Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/023Lubricant distribution through a hollow driving shaft

Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor suitable as a refrigerant compressor used in a refrigeration cycle for refrigeration, air conditioning, or the like, or a gas compressor for compressing air or other gas.
  • the scroll compressor includes a fixed scroll having a spiral portion formed on a base plate, and a swing scroll having a spiral portion formed on the base plate and meshing with the spiral portion of the fixed scroll to form a compression chamber. And a main shaft for driving the orbiting scroll.
  • the orbiting scroll is provided with an orbiting bearing on the side opposite to the spiral portion of the base plate, and the eccentric pin portion of the main shaft is engaged with the cylindrical boss portion (bearing housing) of the orbiting bearing, The oscillating scroll is oscillated by rotation.
  • the cast scroll or the aluminum alloy is generally used as the material of the fixed scroll and the swing scroll.
  • a combination in which the fixed scroll is cast iron and the orbiting scroll is an aluminum alloy is also seen.
  • a scroll member in which an iron-based metal is used for an inner layer member serving as a mandrel and an aluminum alloy is used for an outer layer member surrounding the inner layer member.
  • the orbiting scroll when the orbiting scroll is made of an aluminum alloy, the weight of the orbiting scroll can be reduced, but the rigidity of the orbiting scroll is reduced and the deformation of the bearing housing due to the load acting on the orbiting bearing increases. Therefore, when the orbiting scroll is made of an aluminum alloy, it is necessary to increase the thickness of the bearing housing. For this reason, there has been a problem that the outer diameter of the bearing housing of the rocking bearing is increased, and the outer diameter of the compressor is also increased. Furthermore, if the material strength of the entire orbiting scroll is increased to support the load, there is a problem that the mass of the orbiting scroll is increased and the cost is increased.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an orbiting scroll that can be manufactured at low cost while suppressing the increase in mass while suppressing the increase in mass and suppressing thermal deformation. It aims at obtaining the scroll compressor which has.
  • the scroll compressor according to the present invention has a spiral portion whose winding directions are opposite to each other on a base plate, and a fixed scroll and an orbiting scroll which form a compression chamber by combining both the spiral portions, and is driven to rotate by an electric motor.
  • Scroll compressor comprising a main shaft to be driven and a swing bearing having a bearing housing provided on the opposite side of the compression chamber of the base plate of the swing scroll and having an eccentric pin portion formed at one end of the main shaft.
  • a cylindrical member made of a material having a larger elastic coefficient than the material of the orbiting scroll and having a smaller coefficient of thermal expansion than that of the material of the orbiting scroll is mounted on the outer periphery of the bearing housing. Is.
  • a scroll compressor having an orbiting scroll that can be manufactured at a low cost while suppressing the increase in mass while suppressing the rigidity of the orbiting bearing and suppressing thermal deformation.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of the structure of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the same reference numerals denote the same or corresponding parts, which are common throughout the entire specification.
  • the forms of the constituent elements appearing in the entire specification are merely examples and are not limited to these descriptions.
  • the scroll compressor has a function of sucking a refrigerant to be compressed, compressing it, and discharging it in a high temperature / high pressure state.
  • the scroll compressor has a compression mechanism section 8, an electric motor 9 that drives the compression mechanism section 8 via a main shaft 10, and other components, and these are housed in a sealed container 20 that forms an outer shell. It has a configuration. As shown in FIG. 1, the compression mechanism 8 is disposed on the upper side and the electric motor 9 is disposed on the lower side in the sealed container 20. An oil reservoir 19 for storing lubricating oil is provided below the sealed container 20.
  • the frame 3 and the subframe 15 are further arranged in the sealed container 20 so as to face each other with the electric motor 9 interposed therebetween.
  • the frame 3 is disposed on the upper side of the electric motor 9 and is positioned between the electric motor 9 and the compression mechanism unit 8, and the subframe 15 is positioned on the lower side of the electric motor 9.
  • the frame 3 and the subframe 15 are fixed to the inner peripheral surface of the sealed container 20 by shrink fitting, welding, or the like.
  • a main bearing 4 is provided at the center of the frame 3, and an outer ring of a secondary bearing (ball bearing) 16 is press-fitted and fixed to a bearing housing portion 15 a at the center of the subframe 15.
  • the main shaft 10 is rotatably supported by the main bearing 4 and the sub bearing 16.
  • the sub-frame 15 is provided with a positive displacement oil pump 18, and a pump shaft 10 b that transmits a rotational force to the oil pump 18 is integrally formed with the main shaft 10.
  • An oil hole 10c is provided in the center of the main shaft 10 so as to penetrate from the lower end of the pump shaft 10b to the upper end of the main shaft 10, and the oil hole 10c communicates with the oil pump 18 on the lower end side.
  • the sealed container 20 is composed of three parts: a sealed container body 20a, a sealed container lower part 20b, and a sealed container upper part 20c, and a suction pipe 21 for sucking refrigerant and a discharge pipe 22 for discharging refrigerant. And are provided.
  • the compression mechanism section 8 has a function of compressing the refrigerant sucked from the suction pipe 21 and discharging the compressed refrigerant to a high-pressure section formed above the sealed container 20.
  • the compression mechanism unit 8 includes a fixed scroll 1, an orbiting scroll 2, a thrust plate 6 serving as a thrust bearing for supporting the orbiting scroll 2 in the axial direction, and an oscillation during the eccentric orbiting motion (oscillating motion) of the orbiting scroll 2.
  • An Oldham ring 7 for preventing the scroll 2 from rotating is provided.
  • the fixed scroll 1 is disposed on the upper side and is fixed to the sealed container 20 via the frame 3, and the orbiting scroll 2 is disposed on the lower side and is supported on the main shaft 10 so as to be freely swingable.
  • the fixed scroll 1 includes a base plate 1a and a spiral portion 1b that is a spiral projection standing on one surface of the base plate 1a.
  • the orbiting scroll 2 includes a base plate 2a and a spiral portion 2b that is a spiral projection that is erected on one surface of the base plate 2a and has a winding direction opposite to the spiral portion 1b.
  • the fixed scroll 1 and the orbiting scroll 2 are disposed in the sealed container 20 in a state where the spiral part 1b and the spiral part 2b are engaged with each other. And between the spiral part 1b and the spiral part 2b, the compression chamber 23 in which a capacity
  • the discharge port 1c which discharges the refrigerant
  • the outlet opening of the discharge port 1c is provided with a discharge valve 24 made of a leaf spring that covers the outlet opening and prevents the reverse flow of the refrigerant, and when the refrigerant is compressed to a predetermined pressure in the compression chamber 23.
  • the discharge valve 24 is pushed open against the elastic force, and the discharge port 1c is opened. Then, the compressed refrigerant is discharged from the opened discharge port 1 c and discharged to the outside of the scroll compressor through the discharge pipe 22.
  • the rocking scroll 2 performs rocking motion without rotating with respect to the fixed scroll 1.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the orbiting scroll 2 of FIG.
  • the orbiting scroll 2 is made of an aluminum alloy as a lightweight non-ferrous metal, and a cylindrical bearing housing 2c is integrated with a central portion of the base plate 2a opposite to the spiral portion 2b.
  • a cylindrical bearing bush 5a is mounted on the inner peripheral portion of the bearing housing 2c, and an eccentric pin portion 10a (see FIG. 1), which will be described later, formed on the upper end portion of the main shaft 10 is rotatable in the bearing bush 5a. Is inserted.
  • a cylindrical member 5b for reinforcing the bearing housing 2c is attached to the outer peripheral portion of the bearing housing 2c by press fitting and shrink fitting.
  • the cylindrical member 5b is made of a material having a larger elastic coefficient than that of the aluminum alloy constituting the orbiting scroll 2 and having a smaller thermal expansion coefficient than that of the aluminum alloy.
  • the cylindrical member 5b is made of an iron-based metal having an elastic coefficient twice or more that of the material of the orbiting scroll 2. Examples of the iron-based metal include a steel pipe, steel, cast iron, and an iron-based sintered material.
  • fluctuation bearing 5 is comprised by the bearing housing 2c, the bearing bush 5a, and the cylindrical member 5b.
  • the electric motor 9 includes an electric motor stator 9a and an electric motor rotor 9b.
  • the motor stator 9a has a function of rotating the motor rotor 9b when energized. Further, the motor stator 9a is formed in a substantially cylindrical shape, and the outer peripheral surface is fixedly supported on the sealed container 20 by shrink fitting or the like.
  • the electric motor rotor 9b is fixed to the outer periphery of the main shaft 10, has a permanent magnet inside, and is rotatably held inside the electric motor stator 9a with a slight gap from the electric motor stator 9a.
  • the electric motor rotor 9b is rotationally driven when the electric motor stator 9a is energized to rotate the main shaft 10. That is, when the electric motor rotor 9 b rotates, the rotational power is transmitted to the compression mechanism unit 8 via the main shaft 10.
  • the main shaft 10 has an eccentric pin portion 10a at the upper end, and the eccentric pin portion 10a is fitted with the rocking bearing 5 of the rocking scroll 2, and the rocking scroll 2 is swung by the rotation of the main shaft 10. ing.
  • the sealed container 20 is provided with balancers 13 and 14 for canceling out the imbalance associated with the swing motion of the swing scroll 2.
  • the balancer 13 is attached to the main shaft 10, and the balancer 14 is attached to the motor rotor 9b.
  • the refrigerant to be compressed by this scroll compressor is a refrigerant not containing chlorine, and low-temperature and low-pressure refrigerant is sucked into the sealed container 20 from the suction pipe 21 and enters the compression chamber 23 from the suction port 3b of the frame 3.
  • the compression chamber 23 is moved from the outer side to the center of the orbiting scroll 2 by the orbiting motion of the orbiting scroll 2 and further compressed to a high-temperature and high-pressure refrigerant by reducing the volume.
  • the compressed refrigerant passes through the discharge port 1 c of the fixed scroll 1, pushes the discharge valve 24 open, passes through the high-pressure portion in the sealed container 20, and is discharged from the sealed container 20 through the discharge pipe 22.
  • the compressive load acting on the orbiting scroll 2 by the compressed refrigerant is applied to the bearing constituted by the back surface (the lower surface in FIG. 2) of the orbiting scroll 2 and the thrust plate 6 in the axial direction. Supported. Further, the resultant force of the radial compression load and the centrifugal force generated by the rotation of the swing scroll 2 acts on the swing bearing 5 as a bearing load F.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a rocking bearing 50 of a conventional scroll compressor, and is an explanatory diagram of centrifugal force acting on the rocking bearing 50.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the oscillating bearing 5 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention, and is an explanatory diagram of the centrifugal force acting on the oscillating bearing 5.
  • the bearing housing 50a of the rocking bearing 5 is formed of an aluminum alloy, and the rigidity of the bearing housing 50a is low. For this reason, when the bearing load F acts on the rocking bearing 50, the deformation
  • the iron-based metal cylindrical member 5b is press-fitted into the outer peripheral portion of the bearing housing 2c, and the cylindrical member 5b serves as a reinforcing member. Therefore, deformation can be suppressed as shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the rocking bearing 5 at the center of the rocking scroll 2 and the lower part thereof is heated to a high temperature by a high-temperature refrigerant, and the bearing housing 2c made of an aluminum alloy is thermally expanded to increase the inner diameter.
  • the cylindrical member 5b of ferrous metal having a smaller thermal expansion coefficient than that of the aluminum alloy is press-fitted into the outer peripheral portion of the bearing housing 2c, the thermal expansion of the bearing housing 2c is suppressed. Therefore, the holding force of the bearing bush 5a press-fitted into the bearing housing 2c is maintained, and the bearing bush 5a can be prevented from coming off from the bearing housing 2c.
  • the bearing housing 2c is reinforced by press-fitting the ferrous metal cylindrical member 5b into the outer periphery of the bearing housing 2c.
  • the rigidity of the orbiting scroll 2 can be improved without increasing the alloy thickness). Therefore, the rigidity of the rocking bearing 5 can be increased while suppressing an increase in mass, and the rocking scroll 2 can be manufactured at a low cost.
  • cylindrical member 5b is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the aluminum alloy, thermal deformation of the rocking bearing 5 can be suppressed.
  • Patent Document 1 it is necessary to adopt a generally difficult manufacturing method in which a metal is poured around a reinforcing member and manufactured as a casting in order to increase the rigidity of the scroll member. Then, it is only necessary to press-fit the cylindrical member 5b into the conventional bearing housing 2c. Therefore, in realizing the configuration for increasing the rigidity of the rocking bearing 5, the first embodiment can be realized more easily than the above-mentioned Patent Document 1.
  • FIG. 1 The second embodiment differs from the first embodiment in the shape of the cylindrical member 5b.
  • the other structure of the scroll compressor is the same as that of the first embodiment. In the following, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the orbiting scroll 2 of the scroll compressor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the cylindrical member 5ba of the second embodiment that is press-fitted into the outer peripheral portion of the bearing housing 2c has a so-called trapezoidal shape in which the outer diameter gradually increases toward the lower part.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the position of the center of gravity of the orbiting scroll 2 of the scroll compressor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • G is the position of the center of gravity of the orbiting scroll 2 when the cylindrical cylindrical member 5b of the first embodiment is used
  • G1 is the case of using the cylindrical member 5ba having a trapezoidal cross section of the second embodiment.
  • the barycentric position of the orbiting scroll 2 is shown. Since the cylindrical member 5ba has a trapezoidal cross section extending toward the lower part, the position of the center of gravity of the orbiting scroll 2 is a simple cylindrical shape from the position G to G1 in the case of the cylindrical member 5b of the first embodiment. Move down.
  • the centrifugal force generated by the rotation of the orbiting scroll 2 acts on the position of the center of gravity. For this reason, when the position of the center of gravity is located on the upper side, a so-called rollover phenomenon that the rocking scroll 2 is easily squeezed in the lateral direction occurs, and the behavior of the rocking scroll 2 becomes unstable. Therefore, there is a possibility that the rocking bearing 5 is inclined and the oil film is cut.
  • the position of the center of gravity of the orbiting scroll 2 moves downward, so that the overturning phenomenon can be suppressed, and the oil film of the orbiting bearing 5 can be prevented.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained, the rollover phenomenon of the orbiting scroll 2 can be suppressed, and the oil film of the orbiting bearing 5 can be prevented. can do.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the third embodiment is different from the first and second embodiments in the shape of the cylindrical member 5b.
  • the other structure of the scroll compressor is the same as in the first and second embodiments.
  • the third embodiment will be described focusing on the differences from the first and second embodiments.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the orbiting scroll 2 of the scroll compressor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the cylindrical member 5bb of the third embodiment that is press-fitted into the outer peripheral portion of the bearing housing 2c is configured in a cylindrical shape, and a concave portion 5c is provided on the outer peripheral surface.
  • the concave portion 5c is formed in a circumferential shape, and one or a plurality of the concave portions 5c are formed at intervals in the axial direction.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the recess 5c is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical member 5bb. Therefore, the following effects can be obtained. That is, since the exposed area of the cylindrical member 5bb into the compressor space is increased, heat dissipation is improved, and thermal expansion of the rocking bearing 5 in a high temperature state can be further suppressed. Moreover, when the recessed part 5c is made into several circumferential shape as shown in FIG. 7, the exposure area to the compressor space of the outer peripheral surface of cylindrical member 5bb can be increased efficiently, and high heat dissipation is obtained. be able to.
  • the shape of the recessed part 5c was made into the cyclic
  • the cylindrical members 5b, 5ba, and 5bb are made of an iron-based metal.
  • the cylindrical members 5b, 5ba, and 5bb are not limited to the iron-based metal and are higher than the material of the orbiting scroll 2.
  • a nonferrous metal having thermal conductivity may be used.
  • a copper metal having a thermal conductivity 1.5 times or more that of the material of the orbiting scroll 2 can be used.
  • a copper-type metal which has a heat conductivity 1.5 times or more than the material of the rocking scroll 2 any of copper, a copper alloy, and a copper casting can be used.
  • the entire orbiting scroll 2 is made of an aluminum alloy. In comparison, heat dissipation is improved, and thermal expansion of the rocking bearing 5 at a high temperature can be further suppressed.
  • a refrigerant that does not include a chlorine-based refrigerant is used as a refrigerant to be compressed.
  • R407C and R404A indicating the above were often used.
  • the R410A refrigerant has now become mainstream from the viewpoint of compacting the compressor and improving performance by reducing pressure loss. Since R410A has a higher pressure than the R407C and R404A refrigerants, the compression load acting on the orbiting scroll 2 is increased by the compressed refrigerant. For this reason, when R410A is used, the load acting on the rocking bearing 5 tends to increase as compared with the R407C and R404A refrigerants.
  • the scroll compressors of the first to third embodiments are effective when using R410A because the deformation prevention means against the load increase acting on the rocking bearing 5 is taken as described above.
  • R32 and HFO-1234yf which are refrigerants that have a relatively low global warming potential and do not contain chlorine, are drawing attention as next-generation refrigerants.
  • R32 is similar in pressure characteristic to R410A, but has a large temperature rise in a high pressure state. Therefore, when R32 is used, the temperature at the center of the orbiting scroll 2 becomes high.
  • the scroll compressors of the first to third embodiments are effective when the R32 refrigerant is used because it has the effect of preventing thermal deformation with respect to the temperature rise of the rocking bearing 5 as described above.
  • the capacity per unit displacement of the compressor is relatively small. Therefore, it is necessary to increase the rotational speed of the compressor in order to ensure the same capacity as before. Therefore, the centrifugal force generated in the swing scroll 2 increases, and the swing bearing load increases.
  • the scroll compressors of the first to third embodiments are effective when using the HFO-1234yf because the deformation prevention means against the increase in load acting on the rocking bearing 5 is taken as described above. .
  • the refrigerant to be compressed is a refrigerant that does not contain chlorine.
  • the refrigerant is not limited to this and may be air. That is, the present invention may be applied to a scroll type air compressor.

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Abstract

 台板1a、2a上に巻方向が互いに逆の渦巻部1b、2bを有し、この両渦巻部を組み合わせることにより圧縮室23を形成する固定スクロール1及び揺動スクロール2と、電動機9により回転駆動される主軸10と、揺動スクロール2の台板2aの圧縮室23とは反対側に設けられ、主軸10の一端に形成された偏心ピン部10aが嵌入された軸受ハウジング2cを有する揺動軸受5とを備えたスクロール圧縮機であって、揺動スクロール2の材料よりも大きい弾性係数を有し、且つ、揺動スクロール2の材料よりも小さい熱膨張率を有する材料で構成された円筒部材5bを、軸受ハウジング2cの外周部に装着したものである。

Description

スクロール圧縮機
 本発明は、冷凍用、空調用などの冷凍サイクルに使用される冷媒圧縮機、或いは空気、その他のガスを圧縮するガス圧縮機として好適なスクロール圧縮機に関する。
 スクロール圧縮機は、台板上に渦巻部が形成された固定スクロールと、台板上に渦巻部が形成され、この渦巻部が固定スクロールの渦巻部と噛み合わされて圧縮室を構成する揺動スクロールと、揺動スクロールを駆動する主軸とを備えている。揺動スクロールは、台板の渦巻部とは反対側に揺動軸受が設けられており、揺動軸受の円筒状のボス部(軸受ハウジング)に主軸の偏心ピン部が係合し、主軸の回転により揺動スクロールを揺動運動させるようになっている。
 固定スクロール及び揺動スクロールは、その材料として、一般に、鋳鉄又はアルミニウム合金が用いられている。また、固定スクロールは鋳鉄、旋回スクロールはアルミニウム合金という組み合わせも見られる。
 また、特許文献1に記載されているように、心金となる内層部材に鉄系金属を用い、該内層部材を囲む外層部材にアルミニウム合金を用いたスクロール部材が知られている。
特開2011-94552号公報(第6頁)
 上記従来技術において、揺動スクロールを鋳鉄で製作した場合、高速回転時に遠心力が大きくなり、軸受への負荷が増大する課題がある。
 また、揺動スクロールをアルミニウム合金で製作した場合、軽量化できるものの、揺動スクロールの剛性が小さくなり、揺動軸受に作用する荷重による軸受ハウジングの変形が増加する。よって、揺動スクロールをアルミニウム合金で製作した場合、軸受ハウジングの厚みを大きくする必要があった。このため、揺動軸受の軸受ハウジングの外径が大きくなり、圧縮機の外径も大きくなる課題があった。更に、揺動スクロール全体の材料強度を大きくして荷重を支えようとすると、揺動スクロールの質量増加を招き、高価になるという課題がある。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、質量増加を抑えながら、揺動軸受の剛性を高く且つ熱変形を抑制し、安価に製作することのできる揺動スクロールを有するスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
 本発明に係るスクロール圧縮機は、台板上に巻方向が互いに逆の渦巻部を有し、この両渦巻部を組み合わせることにより圧縮室を形成する固定スクロール及び揺動スクロールと、電動機により回転駆動される主軸と、揺動スクロールの台板の圧縮室とは反対側に設けられ、主軸の一端に形成された偏心ピン部が嵌入される軸受ハウジングを有する揺動軸受とを備えたスクロール圧縮機であって、揺動スクロールの材料よりも大きい弾性係数を有し、且つ、揺動スクロールの材料よりも小さい熱膨張率を有する材料で構成された円筒部材を、軸受ハウジングの外周部に装着したものである。
 本発明によれば、質量増加を抑えながら、揺動軸受の剛性を高く且つ熱変形を抑制し、安価に製作することのできる揺動スクロールを有するスクロール圧縮機を得ることができる。
本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の構成を示す構造説明図である。 図1の揺動スクロール2を示す縦断面図である。 従来のスクロール圧縮機の揺動軸受50の横断面図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の揺動軸受5の横断面図である。 本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2における重心位置の説明図である。 本発明の実施の形態3に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2を示す縦断面図である。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の構成を示す構造説明図である。図1及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
 スクロール圧縮機は、圧縮対象の冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態として吐出させる機能を有している。スクロール圧縮機は、圧縮機構部8と、圧縮機構部8を主軸10を介して駆動する電動機9と、その他の構成部品とを有し、これらが外郭を構成する密閉容器20の内部に収納された構成を有している。そして、図1に示すように、密閉容器20内において圧縮機構部8が上側に、電動機9が下側に、それぞれ配置されている。そして、密閉容器20の下方は潤滑油を貯留する油溜め19となっている。
 密閉容器20には更に、電動機9を挟んで対向するようにフレーム3とサブフレーム15とが配置されている。フレーム3は、電動機9の上側に配置されて電動機9と圧縮機構部8との間に位置しており、サブフレーム15は、電動機9の下側に位置している。フレーム3及びサブフレーム15は、焼き嵌め、溶接等によって密閉容器20の内周面に固着されている。フレーム3の中央部には主軸受4が設けられており、サブフレーム15の中央部の軸受収容部15aには副軸受(ボールベアリング)16の外輪が圧入固定されている。この主軸受4及び副軸受16に主軸10が回転自在に支持されている。
 サブフレーム15には、容積型のオイルポンプ18が備わっており、オイルポンプ18に回転力を伝達するポンプ軸10bが主軸10に一体成形されている。主軸10の中央にはポンプ軸10bの下端から主軸10の上端まで貫通する油穴10cが設けられており、油穴10cは下端側でオイルポンプ18と連通している。
 密閉容器20は、密閉容器胴部20a、密閉容器下部20b及び密閉容器上部20cの3つの部分から構成されており、冷媒を吸入するための吸入管21と、冷媒を吐出するための吐出管22とが設けられている。
 圧縮機構部8は、吸入管21から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を、密閉容器20内の上方に形成されている高圧部に排出する機能を有している。圧縮機構部8は、固定スクロール1、揺動スクロール2、揺動スクロール2を軸方向に支承するスラスト軸受となるスラストプレート6、揺動スクロール2の偏心旋回運動(揺動運動)中における揺動スクロール2の自転を防止するためのオルダムリング7等を備えている。
 固定スクロール1は上側に配置されてフレーム3を介して密閉容器20に固定されており、揺動スクロール2は下側に配置されて主軸10に揺動自在に支持されている。
 固定スクロール1は、台板1aと、台板1aの一方の面に立設された渦巻状突起である渦巻部1bとを備えている。揺動スクロール2は、台板2aと、台板2aの一方の面に立設され、巻き方向が渦巻部1bとは逆に構成された渦巻状突起である渦巻部2bとを備えている。固定スクロール1及び揺動スクロール2は、渦巻部1bと渦巻部2bとを互いに噛み合わせた状態で密閉容器20内に配置されている。そして、渦巻部1bと渦巻部2bとの間には、主軸10の回転に伴い、半径方向外側から内側へ向かうに従って容積が縮小する圧縮室23が形成されている。
 固定スクロール1の中央部には、圧縮されて高圧となった冷媒を吐出する吐出ポート1cが形成されている。吐出ポート1cの出口開口部には、この出口開口部を覆い、冷媒の逆流を防ぐ板バネ製の吐出弁24が配設されており、圧縮室23内で冷媒が所定圧力まで圧縮されると、吐出弁24がその弾性力に逆らって押し開けられて吐出ポート1cが開放される。そして、圧縮された冷媒が、開放された吐出ポート1cから吐出され、吐出管22を通ってスクロール圧縮機の外部に吐出される。
 揺動スクロール2は、固定スクロール1に対して自転することなく揺動運動を行うようになっている。
 図2は、図1の揺動スクロール2を示す縦断面図である。
 揺動スクロール2は、軽量な非鉄金属としてアルミニウム合金で形成されており、台板2aの渦巻部2bとは反対面側の中央部に、円筒状の軸受ハウジング2cが一体化されている。この軸受ハウジング2cの内周部には、円筒状の軸受ブッシュ5aが装着され、軸受ブッシュ5a内に、主軸10の上端部に形成された後述の偏心ピン部10a(図1参照)が回転自在に嵌入されている。
 また、軸受ハウジング2cの外周部には、軸受ハウジング2cを補強するための円筒部材5bが圧入、焼嵌めにより装着されている。円筒部材5bは揺動スクロール2を構成するアルミニウム合金よりも大きい弾性係数を有し、且つアルミニウム合金よりも小さい熱膨張率を有する材料で構成されている。ここでは、円筒部材5bは揺動スクロール2の材料の2倍以上の弾性係数を有する鉄系金属で構成されている。鉄系金属とは、例えば、鋼管、鉄鋼、鋳鉄及び鉄系焼結材が該当する。そして、軸受ハウジング2c、軸受ブッシュ5a及び円筒部材5bにより揺動軸受5が構成されている。
 図1の説明に戻る。
 電動機9は、電動機ステータ9aと電動機ロータ9bとを備えている。電動機ステータ9aは、通電されることによって電動機ロータ9bを回転駆動させる機能を有している。また、電動機ステータ9aは、略円筒形状に形成されており、外周面が焼き嵌め等により密閉容器20に固着支持されている。電動機ロータ9bは、主軸10の外周に固定されており、内部に永久磁石を有し、電動機ステータ9aと僅かな隙間を隔てて電動機ステータ9aの内側に回転可能に保持されている。そして、電動機ロータ9bは、電動機ステータ9aに通電がされることにより回転駆動し、主軸10を回転させる。つまり、電動機ロータ9bが回転することにより、圧縮機構部8に、主軸10を介して回転動力が伝達されることとなる。
 主軸10は、上端部に偏心ピン部10aを有し、偏心ピン部10aが揺動スクロール2の揺動軸受5と嵌め合わされ、主軸10の回転により揺動スクロール2を揺動運動させるようになっている。
 また、密閉容器20内には、揺動スクロール2の揺動運動に伴うアンバランスを相殺するためのバランサ13、14を備えている。バランサ13は主軸10に装着され、バランサ14は電動機ロータ9bに装着されている。
 次に動作について説明する。
 電動機ステータ9aに電源が印加されると、電動機ロータ9bにより主軸10が回転駆動される。すると、その回転力が偏心ピン部10aを介して揺動軸受5に伝わり、揺動軸受5から揺動スクロール2へ伝えられる。このとき、揺動スクロール2のオルダム溝2fとフレーム3のオルダム溝3fとの内で往復運動するオルダムリング7により、揺動スクロール2は自転を抑制されて揺動運動を行う。
 このスクロール圧縮機で圧縮する冷媒は塩素系を含まない冷媒であり、低温、低圧の冷媒が吸入管21から密閉容器20内に吸入され、フレーム3の吸入ポート3bから圧縮室23に入る。圧縮室23は、揺動スクロール2の揺動運動により揺動スクロール2の外側から中心へ移動し、更に体積が縮小されることにより高温、高圧の冷媒に圧縮される。圧縮された冷媒は、固定スクロール1の吐出ポート1cを通り吐出弁24を押し開けて密閉容器20内の高圧部を通り、吐出管22を介して密閉容器20から吐出される。
 このとき、圧縮された冷媒により揺動スクロール2に作用する圧縮荷重は、軸方向においては揺動スクロール2の台板2aの背面(図2の下面)とスラストプレート6とにより構成された軸受にて支えられる。また、半径方向の圧縮荷重と揺動スクロール2の回転により発生する遠心力との合力が軸受荷重Fとして揺動軸受5に作用する。
 以上のように動作するスクロール圧縮機では、主軸10が高速回転した場合、揺動スクロール2の遠心力が大きくなり、揺動軸受5に作用する軸受荷重Fが増加する。
 図3は、従来のスクロール圧縮機の揺動軸受50の横断面図で、揺動軸受50に作用する遠心力の説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の揺動軸受5の横断面図で、揺動軸受5に作用する遠心力の説明図である。
 図3に示した従来構造では、揺動軸受5の軸受ハウジング50aがアルミニウム合金で形成されており、軸受ハウジング50aの剛性が低い。このため、揺動軸受50に軸受荷重Fが作用した場合、二点鎖線に示す変形が発生する。しかし、本実施の形態1の揺動軸受5は、軸受ハウジング2cの外周部に鉄系金属の円筒部材5bが圧入されており、円筒部材5bが補強部材となる。よって、図4の二点鎖線で示すように変形を抑制することができる。
 また揺動スクロール2の中心部及びその下部にある揺動軸受5は、高温の冷媒により高温状態となり、アルミニウム合金で構成される軸受ハウジング2cは熱膨張し内径が広がる。しかし、軸受ハウジング2cの外周部には、アルミニウム合金よりも熱膨張率の小さい鉄系金属の円筒部材5bが圧入されているため、軸受ハウジング2cの熱膨張が抑制される。よって、軸受ハウジング2c内に圧入されている軸受ブッシュ5aの保持力が維持され、軸受ハウジング2cから軸受ブッシュ5aが抜けることを防止できる。
 以上説明したように、本実施の形態1によれば、軸受ハウジング2cの外周部に鉄系金属の円筒部材5bを圧入して軸受ハウジング2cを補強しているので、軸受ハウジング2cの厚み(アルミニウム合金の厚み)を大きくしなくても揺動スクロール2の剛性を向上できる。よって、質量増加を抑えながら、揺動軸受5の剛性を高くすることができ、安価に揺動スクロール2を製作することができる。
 また、円筒部材5bを、アルミニウム合金よりも熱膨張率の小さい材料で構成したため、揺動軸受5の熱変形を抑制することができる。
 また、上記特許文献1は、スクロール部材の剛性を高めるにあたり、補強部材の回りに金属を流し込み、鋳物として製作するという一般的には難しい製造方法を採用する必要があるが、本実施の形態1では、従来からある軸受ハウジング2cに円筒部材5bを圧入するだけでよい。よって、揺動軸受5の剛性を高める構成を実現するにあたり、本実施の形態1の方が、上記特許文献1に比べて容易に実現可能である。
実施の形態2.
 実施の形態2は、円筒部材5bの形状が実施の形態1と異なっている。それ以外のスクロール圧縮機の構造等については実施の形態1と同様である。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
 図5は、本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2を示す縦断面図である。
 軸受ハウジング2cの外周部に圧入されている実施の形態2の円筒部材5baは、下部にいくにつれて徐々に外径が大きくなるいわゆる断面台形状に構成されている。
 図6は、本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2における重心位置の説明図である。図6においてGは、実施の形態1の円筒状の円筒部材5bを用いた場合の揺動スクロール2の重心位置、G1は、実施の形態2の断面台形状の円筒部材5baを用いた場合の揺動スクロール2の重心位置を示している。
 円筒部材5baは、下部に向かって広がる断面台形状にしたことによって、揺動スクロール2の重心位置が、単純な円筒形状とした実施の形態1の円筒部材5bの場合のGの位置からG1まで下方へ移動する。
 スクロール圧縮機では、揺動スクロール2の回転で発生する遠心力は重心位置に作用する。このため、重心位置が上方側に位置する場合、揺動スクロール2が横方向にこけやすくなるいわゆる転覆現象が生じ、揺動スクロール2の挙動が不安定になる。よって、揺動軸受5が傾斜して油膜切れが発生する恐れがある。しかし、本実施の形態2では、揺動スクロール2の重心位置が下方へ移動するため転覆現象を抑えることができ、揺動軸受5の油膜切れを防止することができる。
 以上説明したように、本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、揺動スクロール2の転覆現象を抑えることができ、揺動軸受5の油膜切れを防止することができる。
実施の形態3.
 実施の形態3は、円筒部材5bの形状が実施の形態1、2と異なっている。それ以外のスクロール圧縮機の構造等については実施の形態1、2と同様である。以下、実施の形態3が実施の形態1、2と異なる部分を中心に説明する。
 図7は、本発明の実施の形態3に係るスクロール圧縮機の揺動スクロール2を示す縦断面図である。
 軸受ハウジング2cの外周部に圧入されている実施の形態3の円筒部材5bbは、円筒状に構成され、外周面に凹部5cが設けられている。凹部5cは円周状に構成され、軸方向に間隔を空けて1又は複数形成されている。
 実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、円筒部材5bbの外周面に凹部5cを設けたので、以下の効果が得られる。すなわち、円筒部材5bbの圧縮機空間内への露出する面積が増加するため、放熱性が向上し、揺動軸受5の高温状態における熱膨張を更に抑制することが可能となる。また、凹部5cを、図7に示すように複数の円周状とした場合、円筒部材5bbの外周面の圧縮機空間内への露出面積を効率良く増加させることができ、高い放熱性を得ることができる。なお、凹部5cの形状は、図7では環状の円周状としたが、図7の凹部5cを周方向に複数に分割した構成とする等としてもよく、放熱性を向上することができるように設けられていればよい。
 上記実施の形態1~3では、円筒部材5b、5ba、5bbが鉄系金属で構成されていると説明したが、鉄系金属に限られたものではなく、揺動スクロール2の材料よりも高い熱伝導率を有する非鉄系金属としてもよい。円筒部材5b、5ba、5bbに用いられる非鉄系金属としては、例えば、揺動スクロール2の材料よりも1.5倍以上の熱伝導率を有する銅系金属を用いることができる。そして、揺動スクロール2の材料よりも1.5倍以上の熱伝導率を有する銅系金属としては、銅、銅合金及び銅鋳物の何れかを用いることができる。
 このように、円筒部材5b、5ba、5bbの材料として、揺動スクロール2の材料であるアルミニウム合金より熱伝導率が高い材料を用いることにより、揺動スクロール2全体をアルミニウム合金で構成する場合に比べ、放熱性が向上し、揺動軸受5の高温状態における熱膨張を更に抑制することが可能となる。
 また、上記実施の形態1~3では、圧縮対象の冷媒として、塩素系を含まない冷媒を用いると説明したが、塩素系を含まない冷媒としては、フロン規制対象冷媒となったR22に近い特性を示すR407C、R404Aを使用することが一般的に多かった。しかし、圧縮機のコンパクト化、圧損低減による性能向上の観点からR410A冷媒が現在主流となってきている。R410Aは、R407C、R404A冷媒に比べて高圧化することから、圧縮された冷媒により揺動スクロール2に作用する圧縮荷重が増加する。このため、R410Aを用いると、揺動軸受5に作用する荷重がR407C、R404A冷媒に比べて増加する傾向がある。しかし、上記実施の形態1~3のスクロール圧縮機では、上述したように揺動軸受5に作用する荷重増加に対する変形防止手段が講じられているため、R410Aを使用する際に有効である。
 また、次世代冷媒として地球温暖化係数が比較的低く、塩素系を含まない冷媒である、R32、HFO-1234yfが注目されている。R32は、R410Aと圧力特性は類似しているものの高圧状態での温度上昇が大きいため、R32を使用した場合、揺動スクロール2の中心部の温度が高くなってしまう。しかし、上記実施の形態1~3のスクロール圧縮機は、上述したように揺動軸受5の温度上昇に対する熱変形を防止する効果があるため、R32冷媒を使用する際に有効である。
 HFO-1234yfの場合は、圧縮機の押しのけ量あたりに対する能力が比較的小さくなることから、従来と同様の能力を確保するには圧縮機の回転数を高速化する必要がある。そのため揺動スクロール2に発生する遠心力が増加し、揺動軸受荷重は増加する。しかし、上記実施の形態1~3のスクロール圧縮機では、上述したように揺動軸受5に作用する荷重増加に対する変形防止手段が講じられているため、HFO-1234yfを使用する際に有効である。
 また、給湯用の冷媒回路の冷媒として使用されることが多い二酸化炭素を使用する場合、R410A等のHFC冷媒に比べて圧力が高くなることから、圧縮された冷媒により揺動スクロール2に作用する圧縮荷重が増加する。このため、揺動軸受5に作用する荷重も増加する。しかし、上記実施の形態1~3のスクロール圧縮機では、上述したように揺動軸受5に作用する荷重増加に対する変形防止手段が講じられているため、冷媒として二酸化炭素を使用する際においても有効である。
 ところで上記説明では、圧縮対象の冷媒が塩素系を含まない冷媒であるとしたが、これに限られたものではなく空気でもよい。つまり、スクロール式の空気圧縮機に本発明を適用してもよい。
 1 固定スクロール、1a 台板、1b 渦巻部、1c 吐出ポート、2 揺動スクロール、2a 台板、2b 渦巻部、2c 軸受ハウジング、2d 凹状軸受、2f オルダム溝、3 フレーム、3a 主軸受、3b 吸入ポート、3f オルダム溝、4 主軸受、4a 偏心ピン部、5 揺動軸受、5a 軸受ブッシュ、5b 円筒部材、5ba 円筒部材、5bb 円筒部材、5c 凹部、6 スラストプレート、7 オルダムリング、8 圧縮機構部、9 電動機、9a 電動機ステータ、9b 電動機ロータ、10 主軸、10a 偏心ピン部、10b ポンプ軸、10c 油穴、13 バランサ、14 バランサ、15 サブフレーム、15a 軸受収容部、16 副軸受、18 オイルポンプ、19 油溜め、20 密閉容器、20a 密閉容器胴部、20b 密閉容器下部、20c 密閉容器上部、21 吸入管、22 吐出管、23 圧縮室、24 吐出弁、50 揺動軸受、50a 軸受ハウジング。

Claims (16)

  1.  台板上に巻方向が互いに逆の渦巻部を有し、この両渦巻部を組み合わせることにより圧縮室を形成する固定スクロール及び揺動スクロールと、電動機により回転駆動される主軸と、前記揺動スクロールの前記台板の前記圧縮室とは反対側に設けられ、前記主軸の一端に形成された偏心ピン部が回転自在に嵌入される軸受ハウジングを有する揺動軸受とを備えたスクロール圧縮機であって、
     前記揺動スクロールの材料よりも大きい弾性係数を有し、且つ、前記揺動スクロールの材料よりも小さい熱膨張率を有する材料で構成された円筒部材を、前記軸受ハウジングの外周部に装着した
    ことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2.  前記揺動スクロールの材料が非鉄金属であり、前記円筒部材の材料が前記揺動スクロールの材料の2倍以上の弾性係数を有する鉄系金属である
    ことを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
  3.  揺動スクロールの材料がアルミニウム合金であり、前記円筒部材の材料が鋼、鉄鋼、鋳鉄及び鉄系焼結材の何れかである
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスクロール圧縮機。
  4.  前記円筒部材は、前記揺動スクロールの材料よりも熱伝導率の高い材料で構成されている
    ことを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
  5.  前記揺動スクロールの材料が非鉄金属であり、前記円筒部材の材料が前記揺動スクロールの材料よりも1.5倍以上の熱伝導率を有する非鉄系金属である
    ことを特徴とする請求項4記載のスクロール圧縮機。
  6.  前記揺動スクロールの材料がアルミニウム合金であり、前記円筒部材の材料が銅、銅合金及び銅鋳物の何れかである
    ことを特徴とする請求項5記載のスクロール圧縮機。
  7.  前記円筒部材は圧入、焼嵌めにより前記軸受ハウジングの外周部に装着されている
    ことを特徴とする請求項1~請求項6の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  8.  前記揺動スクロールは、前記台板の上面に前記渦巻部を有し、前記台板の下面に前記軸受ハウジングを有しており、前記円筒部材は下部にいくにつれて徐々に外径が大きくなる断面台形状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1~請求項7の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  9.  前記円筒部材の外周面に凹部が設けられている
    ことを特徴とする請求項1~請求項8の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  10.  前記凹部は、円周状に設けられている
    ことを特徴とする請求項9記載のスクロール圧縮機。
  11.  前記凹部は、前記円筒部材の外周面に軸方向に間隔を空けて複数設けられている
    ことを特徴とする請求項10記載のスクロール圧縮機。
  12.  前記圧縮室で圧縮される冷媒は、塩素系を含まない冷媒である
    ことを特徴とする請求項1~請求項11の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  13.  前記圧縮室で圧縮される冷媒は、R410Aである
    ことを特徴とする請求項1~請求項11の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  14.  前記圧縮室で圧縮される冷媒は、R32である
    ことを特徴とする請求項1~請求項11の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  15.  前記圧縮室で圧縮される冷媒は、HFO-1234yfである
    ことを特徴とする請求項1~請求項11の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
  16.  前記圧縮室で圧縮される冷媒は、二酸化炭素である
    ことを特徴とする請求項1~請求項11の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
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