(57)【要約】  スクロール圧縮機は、揺動スクロールを支持する揺動軸受とクランクシャフトの偏心ピンとの間に配置された軸部と、軸部の外周に焼嵌固定されたバランスウェイト部とを有するブッシュを備える。軸部は、揺動軸受に嵌め込まれ、且つクランクシャフトの偏心ピンが挿入される円筒形状の本体部と、本体部の軸方向の端部から外方に延出し、バランスウェイト部が接合される円筒形状の連結部とを備える。そして、ブッシュは、以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たす。  （ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６  （ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５  ここで、Ｄ１：本体部の外径、Ｄ２：連結部の外径、Ｄ３：本体部の内径、Ｄ４：バランスウェイト部の外径、Ｅ１：軸部のヤング率、Ｅ２：バランスウェイト部のヤング率
2017138098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと揺動スクロールとを互いに組合せて圧縮室を形成し、前記揺動スクロールを駆動して前記圧縮室内の流体を圧縮する圧縮部と、
前記揺動スクロールに回転力を伝える偏心ピン部を有し、前記揺動スクロールを駆動するクランクシャフトと、
前記揺動スクロールを支持する揺動軸受と、
前記揺動軸受と前記クランクシャフトの偏心ピンとの間に配置された軸部と、前記軸部の外周に焼嵌固定されたバランスウェイト部とを有するブッシュとを備え、
前記軸部は、前記揺動軸受に嵌め込まれ、且つ前記クランクシャフトの偏心ピンが挿入される円筒形状の本体部と、前記本体部の軸方向の端部から外方に延出し、前記バランスウェイト部が接合される円筒形状の連結部とを備え、
前記ブッシュは以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすスクロール圧縮機。
（ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６
（ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５
ここで、
Ｄ１：本体部の外径
Ｄ２：連結部の外径
Ｄ３：本体部の内径
Ｄ４：バランスウェイト部の外径
Ｅ１：軸部のヤング率
Ｅ２：バランスウェイト部のヤング率
【請求項２】
前記連結部は、前記バランスウェイト部との接合時の前記軸部の変形を吸収する柔構造を備えた請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記柔構造は、前記連結部の前記軸方向両端面のうち前記本体部側の端面に形成された１又は複数の凹部である請求項２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記凹部は、
平面的に見て前記本体部の中心軸を中心とした環状若しくは円弧状、又は平面的に見て円形状である請求項３記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記ブッシュは鉄系材料でありヤング率が１４０［ＧＰａ］≦Ｅ１≦２２０［ＧＰａ］、
前記バランスウェイト部は鉄系材料でありヤング率が１１０［ＧＰａ］≦Ｅ２≦１７０［ＧＰａ］である請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記ブッシュ及び前記バランスウェイト部は、前記圧縮部、前記クランクシャフトを収納するシェル内の低圧空間に配置される請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記流体は、分子式がＣ３ＨｍＦｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され、且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又は、前記冷媒を含む混合冷媒である請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記流体は、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主に冷凍機、空気調和機、給湯機等に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固定スクロールの渦巻体と揺動スクロールの渦巻体とをかみ合わせて複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機がある。この種のスクロール圧縮機において、揺動スクロールの台板において渦巻体とは反対側には円筒状のボス部が形成されており、このボス部と、揺動スクロールを回転させるクランクシャフトの上端部に設けられた偏心ピン部との間に、揺動軸受を介してブッシュの軸部が嵌め合わされ、軸部にバランスウェイト部が焼嵌固定されたスクロール圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
バランスウェイト部は、揺動スクロールの遠心力を打ち消して圧縮要素の振動を抑えるために設けられている。また、軸部は、揺動スクロールの公転時に常に固定スクロールの渦巻体と揺動スクロールの渦巻体とが互いに接した状態となるように設けられたものであり、偏心ピン部に対してスライド自在に嵌め合わされ、揺動スクロールの公転半径を自動的に調整するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０２６６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のスクロール圧縮機では、軸部とバランスウェイト部と焼嵌め又は圧入で接合しており、接合時に互いに押圧し合う圧力が生じ、この圧力により、軸部が径方向内側に縮小するように変形することがある。このような変形が生じると、軸部の外周面と軸部の外側に位置する揺動軸受との間に必要以上の隙間が生し、この隙間から潤滑油が漏れて油膜厚さが薄くなり、摩耗、焼付き等が発生して信頼性が低下するという問題があった。【０００６】
この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、軸部の径方向の変形量を抑えることができ、信頼性を向上したスクロール圧縮機を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとを互いに組合せて圧縮室を形成し、揺動スクロールを駆動して圧縮室内の流体を圧縮する圧縮部と、揺動スクロールに回転力を伝える偏心ピン部を有し、揺動スクロールを駆動するクランクシャフトと、揺動スクロールを支持する揺動軸受と、揺動軸受とクランクシャフトの偏心ピンとの間に配置された軸部と、軸部の外周に焼嵌固定されたバランスウェイト部とを有するブッシュとを備え、軸部は、揺動軸受に嵌め込まれ、且つクランクシャフトの偏心ピンが挿入される円筒形状の本体部と、本体部の軸方向の端部から外方に延出し、バランスウェイト部が接合される円筒形状の連結部とを備え、ブッシュは以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすものである。
（ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６
（ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５
ここで、Ｄ１：本体部の外径、Ｄ２：連結部の外径、Ｄ３：本体部の内径、Ｄ４：バランスウェイト部の外径、Ｅ１：軸部のヤング率、Ｅ２：バランスウェイト部のヤング率
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、軸部の径方向の変形量を抑えることができ、信頼性を向上したスクロール圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦概略断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のブッシュの構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のブッシュの構造を示す平面図である。
【図４】ブッシュの軸部にバランスウェイト部を焼嵌固定した際に生じる軸部の変形を説明するための模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の軸部の径方向の変形量を示すグラフである。
【図６】「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」と、軸部の径方向の最大変形量との関係を示す図である。
【図７】「Ｄ２／Ｄ１」と「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機のブッシュ７０の断面図である。
【図９】図８のブッシュの平面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の軸部の径方向の変形量を示すグラフである。
【図１１】柔構造の変形例１を示す平面図である。
【図１２】柔構造の変形例２を示す断面図である。
【図１３】図１２の柔構造の平面図である。
【図１４】柔構造の変形例３を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ及び配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
【００１１】
実施の形態１．
以下、実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦概略断面図である。
このスクロール圧縮機は、冷媒等の流体を吸入し、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１０と、駆動機構部２０と、この圧縮機構部１０と駆動機構部２０とを連結し、駆動機構部２０の発生する回転力を圧縮機構部１０に伝達するクランクシャフト３０と、その他の構成部品とを有し、これらが外郭を構成するシェル４０の内部に収納された構成を有している。そして、シェル４０の下部には、潤滑油を貯留する油溜り４１が設けられている。油溜り４１内には、クランクシャフト３０の下端部に固着されたオイルポンプ４２が浸漬しており、クランクシャフト３０の回転に伴って潤滑油がクランクシャフト３０内の油流路３１内を通り、圧縮機構部１０の各摺動部に供給されるようになっている。
【００１２】
また、シェル４０の側面には冷媒を吸入するための吸入管４３が設けられ、シェル４０の上面には圧縮した冷媒を吐出するための吐出管４４が設けられている。
【００１３】
圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と揺動スクロール１２とを備えている。固定スクロール１１は、第１台板１１ａと、第１台板１１ａの一方の面に立設された第１渦巻体１１ｂと、で構成されている。揺動スクロール１２は、第２台板１２ａと、第２台板１２ａの一方の面に立設された第２渦巻体１２ｂと、で構成されている。固定スクロール１１及び揺動スクロール１２は、第１渦巻体１１ｂと第２渦巻体１２ｂとを互いに噛み合わせた状態でシェル４０内に配置されている。そして、第１渦巻体１１ｂ及び第２渦巻体１２ｂとの間には、クランクシャフト３０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１３が形成されている。
【００１４】
固定スクロール１１は、フレーム５０を介してシェル４０内に固定されている。固定スクロール１１の中央部には、圧縮されて高圧となった流体を吐出する吐出ポート１４が形成されている。吐出ポート１４の出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製の弁１５が配設されている。弁１５の一端側には、弁１５のリフト量を制限する弁押さえ１６が設けられている。つまり、圧縮室１３内で流体が所定圧力まで圧縮されると、弁１５が、その弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された流体が吐出ポート１４から高圧空間１７内に吐出され、吐出管４４を通ってスクロール圧縮機の外部に吐出される。
【００１５】
揺動スクロール１２は、オルダムリング６０によって固定スクロール１１に対して自転することなく偏心公転運動を行うようになっている。このオルダムリング６０は揺動スクロール１２とフレーム５０との間に配設されている。また、揺動スクロール１２の第２台板１２ａにおいて第２渦巻体１２ｂ形成面とは反対側の面の略中心部には、中空円筒形状のボス部１２ｃが形成されている。ボス部１２ｃの内側には、滑り軸受で構成された揺動軸受１８が嵌め合わされており、クランクシャフト３０の上端部に形成された後述の偏心ピン部３０ａが、後述のブッシュ７０の軸部７１を介して揺動軸受１８に連結されている。
【００１６】
駆動機構部２０は、ステータ２１と、ステータ２１の内周面側に回転可能に配設され、クランクシャフト３０に固定されたロータ２２とを備えている。ステータ２１は、通電されることによってロータ２２を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ２１は、外周面が焼き嵌め等によりシェル４０に固着支持されている。ロータ２２は、ステータ２１に通電がされることにより回転駆動し、クランクシャフト３０を回転させる機能を有している。
【００１７】
シェル４０には更に、駆動機構部２０を挟んで対向するようにフレーム５０とサブフレーム５１とが配置されている。フレーム５０は、駆動機構部２０の上側に配置されて駆動機構部２０と圧縮機構部１０との間に位置しており、サブフレーム５１は、駆動機構部２０の下側に位置している。フレーム５０及びサブフレーム５１は、焼き嵌め、溶接等によってシェル４０の内周面に固着されている。フレーム５０の中央部には主軸受５０ａが設けられ、また、サブフレーム５１の中央部には副軸受５１ａが設けられており、この主軸受５０ａ及び副軸受５１ａにクランクシャフト３０が回転自在に支持されている。
【００１８】
クランクシャフト３０は、上端部に、クランクシャフト３０の軸心から偏心した偏心ピン部３０ａを有している。偏心ピン部３０ａは、上述したようにブッシュ７０の軸部７１を介してボス部１２ｃに連結されており、クランクシャフト３０の回転により揺動スクロール１２を偏心回転させるようになっている。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のブッシュの構造を示す断面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のブッシュの構造を示す平面図である。図２及び図３におけるＤ１〜Ｄ４については後述の図４で説明する。  ブッシュ７０は、略円筒形状の軸部７１とバランスウェイト部７２とを有している。軸部７１は、略円筒形状の本体部７１ａと、本体部７１ａの軸方向の一端側（図２では下端側）で外方に延出した略円筒形状の連結部７１ｂとが一体に形成された構成を有する。バランスウェイト部７２は貫通孔７２ａを有し、貫通孔７２ａ内に軸部７１の連結部７１ｂが挿入された状態で、連結部７１ｂ部分で軸部７１とバランスウェイト部７２とが焼嵌め接合されている。
【００２０】
軸部７１の本体部７１ａは、揺動スクロール１２を支持する揺動軸受１８に回転可能に嵌め込まれ、また、軸部７１の中央部に形成されたスライド穴７３に、偏心ピン部３０ａがクランクシャフト３０の径方向にスライド自在に挿入される。よって、クランクシャフト３０が回転すると、その回転力が軸部７１を介して揺動スクロール１２に伝達され、揺動スクロール１２が公転するようになっている。このとき、バランスウェイト部７２に対する遠心力の作用により、ブッシュ７０がスライド穴７３の平面部７３ａに沿って径方向に移動し、この移動に伴って揺動スクロール１２も移動して揺動スクロール１２の第２渦巻体１２ｂが固定スクロール１１の第１渦巻体１１ｂに押し付けられる。これにより圧縮室１３のシール性を向上させる従動クランク機構が構成されている。
【００２１】
ここで、スクロール圧縮機の動作について簡単に説明する。
シェル４０に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ２１とロータ２２とにトルクが発生し、クランクシャフト３０が回転する。クランクシャフト３０の回転力はブッシュ７０を介して揺動スクロール１２に伝えられ、揺動スクロール１２はオルダムリング６０により自転を規制されて偏心公転運動する。
【００２２】
吸入管４３からシェル４０内に吸入されたガス冷媒は、圧縮室１３内に取り込まれる。そして、ガスを取り込んだ圧縮室１３は、揺動スクロール１２の偏心公転運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。そして、圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１１に設けた吐出ポート１４から弁１５及び弁押さえ１６に逆らって吐出され、吐出管４４からシェル４０外に排出される。
【００２３】
揺動スクロール１２の偏心公転運転時、揺動スクロール１２は自身の遠心力により、ブッシュ７０と共に径方向に移動し、第１渦巻体１１ｂと第２渦巻体１２ｂとが密接する。従って、圧縮室１３において高圧側から低圧側への冷媒漏れを防止し、効率の良い圧縮が行われる。
【００２４】
第１渦巻体１１ｂと第２渦巻体１２ｂとが密接するとき、揺動スクロール１２の重量、公転半径及びクランクシャフト３０の回転数によっては、第２渦巻体１２ｂの第１渦巻体１１ｂに対する押し付け力が過大となる。この場合、第１渦巻体１１ｂと第２渦巻体１２ｂとの摺動に伴う摺動ロスが増加し、スクロール圧縮機の効率が低下する。しかし、ブッシュ７０のバランスウェイト部７２に、揺動スクロール１２の遠心力方向と１８０°反対方向の遠心力が作用することで、ブッシュ７０を、クランクシャフト３０の偏心ピン部３０ａに対して前記１８０°反対方向の径方向へスライドさせて押し付け力を調整し、摺動ロスの増加を防止している。
【００２５】
クランクシャフト３０が回転しているとき、軸部７１の本体部７１ａは揺動スクロール１２のボス部１２ｃに揺動軸受１８を介して摺動するため、本体部７１ａの外周面７１ａａは可能な限りうねりが小さく、平坦な平面とすることが求められる。しかし、軸部７１にバランスウェイト部７２を焼嵌固定する際に、焼嵌めによる相互圧力により軸部７１が外径を縮小する方向に変形する。この変形について次の図４を用いて説明する。
【００２６】
図４は、ブッシュの軸部にバランスウェイト部を焼嵌固定した際に生じる軸部の変形を説明するための模式図である。図４において実線は変形前、点線は変形後を示している。
図４に示すように、本体部７１ａは連結部７１ｂとの境界部分が径方向内側に縮小するように変形する。また、連結部７１ｂも、外径が径方向内側に縮小するように変形を生じる。つまり、軸部７１は本体部７１ａ及び連結部７１ｂの両方において外径が径方向内側に縮小するように変形を生じる。一方、バランスウェイト部７２は、焼嵌めによる相互圧力で、内径が拡大する方向に変形を生じる。図４における位置Ｐ０、Ｐ１、距離Ｌ及び変形量ξについては後述する。
【００２７】
そこで、この軸部７１の径方向の変形量の抑制を図ることを目的として、この実施の形態１では、ブッシュ７０を以下（ａ）、（ｂ）の条件を満たすように設計した。この条件におけるＤ１〜Ｄ４は図２及び図３を参照されたい。
【００２８】
（ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６
（ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５
ここで、
Ｄ１：本体部７１ａの外径
Ｄ２：連結部７１ｂの外径
Ｄ３：本体部７１ａの内径
Ｄ４：バランスウェイト部７２の外径
Ｅ１：軸部７１のヤング率
Ｅ２：バランスウェイト部７２のヤング率
【００２９】
以下、（ａ）、（ｂ）の条件を設定した理由について説明する。
焼嵌め時において、ブッシュ７０の軸部７１が径方向内側に縮小するのは、上述したように、軸部７１とバランスウェイト部７２との間で互いに押圧する圧力が生じるからである。よって、本体部７１ａに、本体部７１ａよりも外径の大きい連結部７１ｂを設け、バランスウェイト部７２に焼嵌めされる部分の肉厚を増して剛性を高めることで、本体部７１ａに連結部７１ｂを設けずに直接、バランスウェイト部７２を接合する場合に比べて、軸部７１の径方向の変形量を抑制することができる。
【００３０】
軸部７１の剛性は、本体部７１ａの外径Ｄ１が連結部７１ｂの外径Ｄ２より小さくなる程、つまり「Ｄ２／Ｄ１」の値が大きくなるほど上昇する。連結部７１ｂの外径Ｄ２を本体部７１ａの外径Ｄ１よりもどの程度、大きくするかの条件が上記（ａ）の条件である。そして、軸部７１の剛性が高くなる程、バランスウェイト部７２が焼嵌められたときの変形量ξを小さくできる。しかし、「Ｄ２／Ｄ１」の値を大きくし過ぎると、収納性の観点からフレーム５０も合わせて拡大する必要が生じ、スクロール圧縮機の大きさそのものを変えなければならずコスト増加となる。
【００３１】
また、連結部７１ｂの外径Ｄ２、本体部７１ａの内径Ｄ３、バランスウェイト部７２の外径Ｄ４の関係において、「Ｄ２−Ｄ３」が「Ｄ４−Ｄ２」より大きいほど、つまり「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）」の値が大きいほど、軸部７１の剛性が高くなる。よって、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）」の値が大きいほど、焼嵌めによる相互圧力が小さくなるため、変形量ξを抑えられる。しかし、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）」の値を大きくし過ぎると、収納性の観点からフレーム５０も合わせて拡大する必要がありコスト増加となる。
【００３２】
また更に、軸部７１のヤング率Ｅ１がバランスウェイト部７２のヤング率Ｅ２より高いほど、つまりＥ１／Ｅ２の値が大きいほど、軸部７１の剛性は上がり、バランスウェイト部７２が焼嵌められたときの変形量ξを抑えることができる。しかし、ヤング率は素材によって変わるため圧縮機に使用できる選択肢としては限りがある。
【００３３】
また、ブッシュ７０の本体部７１ａと揺動軸受１８との互いの接触面の表面の凹凸は、信頼性を確保するため、加工精度にも依存するがそれぞれ１．５μｍ以内とされる。一般的に軸受は、金属接触による信頼性低下を防止するという観点から、最小油膜厚さが３〜５μｍ程度となるように設計される。従って、軸部７１の変形量ξは最小油膜厚さの３μｍ未満に収めることが望ましい。
【００３４】
そこでこの実施の形態１では、変形量ξを３μｍ以下に抑えることができ、また、収納性の観点からフレーム５０の拡大を行う必要の無いことを設計条件として、上記（ａ）、（ｂ）のそれぞれの条件を設定した。これにより、連結部７１ｂの外径Ｄ２を必要以上に大きくしたり、軸部７１のヤング率Ｅ１を必要以上に高くしたりすることによる製造性悪化、コスト増加を防止しつつ、変形量ξの抑制が可能で、また信頼性の高いブッシュ７０を構成できる。
【００３５】
上記（ａ）の条件を満たしたスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機の軸部７１の径方向の変形量をシミュレーション等により計測した結果を次の図５に示す。
【００３６】
図５は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の軸部の径方向の変形量を示すグラフである。図５において横軸は、図４に示したように、焼嵌上端の高さ位置Ｐ０から外周面７１ａａにおける計測位置Ｐ１までの距離（以下、「焼嵌上端からの距離」という）Ｌ［ｍｍ］であり、縦軸は計測位置Ｐ１での軸部７１の径方向の変形量ξ［μｍ］である。図５において（１）は、上記（ｂ）の条件を満たす実施の形態１のグラフを示しており、特に「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２＝１．５」のグラフを示している。（２）は、比較例として、上記（ｂ）の条件範囲外である「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２＝０．４」のグラフを示している。
【００３７】
実施の形態１及び比較例のどちらの場合においても、焼嵌上端からの距離Ｌが短いほど変形量ξが大きくなっている。具体的には、Ｐ０において比較例のときは変形量ξが−７μｍ程度あるのに対し、実施の形態１のときは変形量ξが−２μｍ程度まで抑えられて、変形量許容範囲である３μｍ未満に収まっていることがわかる。変形量ξが小さいほど揺動軸受１８の油膜も確保し易くなるため、潤滑不足を抑制できる。よって、比較例に比べて実施の形態１の方が揺動軸受１８の信頼性を高めることが確認できた。
【００３８】
ところで、バランスウェイト部７２と連結部７１ｂとの焼嵌固定部には、クランクシャフト３０の回転時にバランスウェイト部７２が連結部７１ｂから分離することを避ける保持力が求められる。この保持力は、焼嵌め代が大きくなる程、大きくなるが、焼嵌め代を大きくし過ぎると、その分、変形量ξも大きくなる。よって、焼嵌め代の下限値は、必要保持力を確保することを条件として設定し、焼嵌め代の上限値は、上述したように変形量ξを３μｍ未満に抑えることを条件として設定する。焼嵌め代の下限値は加工精度を考慮すると例えば３０μｍ程度となる。
【００３９】
次に、上記（ａ）、（ｂ）のそれぞれに条件における数値範囲の根拠について説明する。
【００４０】
図６は、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」と、軸部の径方向の最大変形量との関係を示す図である。図６において横軸は、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」の算出値、縦軸は軸部７１の径方向の最大変形量［μｍ］である。図６は、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」の値を変えたブッシュ７０で焼嵌めを行った場合の、軸部７１の径方向の変形量を軸方向に渡ってシミュレーション等で計測し、計測して得られた各変形量のうち最大変形量を、３μｍとの大小関係に応じて記号を代えてプロットしたものである。「○」は最大変形量３μｍ未満、「△」は最大変形量が３μｍ、「×」は最大変形量３μｍ超となる検証ポイントを示している。
【００４１】
図６より、軸部７１の径方向の最大変形量を３μｍ未満に抑えることができ、軸受の信頼性を確保するには、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≧１．０」を満たす必要があることがわかる。
【００４２】
軸部７１の材質としては、高強度と摺動性を確保するためクロムモリブデン鋼又は高強度の焼結材などが用いられ、ヤング率Ｅ１は１４０〜２２０ＧＰａ程度である。一方、バランスウェイト部７２は、遠心力による強度と製造性を考慮してねずみ鋳鉄又は黒鉛鋳鉄などが用いられ、ヤング率Ｅ２は１１０〜１７０ＧＰａ程度である。
【００４３】
また、本発明者らは、圧縮機に使用できるヤング率Ｅ１、Ｅ２の材質の制約と圧縮機への収納性とを考慮すると、「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５」であれば構成可能なことを確認した。
【００４４】
以上より、上記（ｂ）の条件の数値範囲を決定した。
【００４５】
図７は、「Ｄ２／Ｄ１」と「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」との関係を示す図である。図７において横軸は「Ｄ２／Ｄ１」の算出値、縦軸は「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」の算出値である。図７は、「Ｄ２／Ｄ１」と「（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２」との組み合わせを変えたブッシュ７０で焼嵌めを行った場合の、軸部７１の径方向の変形量を軸方向に渡ってシミュレーション等で計測し、計測して得られた各変形量のうち最大変形量を、３μｍとの大小関係に応じて記号を代えてプロットしたものである。「○」は最大変形量３μｍ未満、「△」は最大変形量が３μｍ、「×」は最大変形量３μｍ超となる検証ポイントを示している。
【００４６】
図７において太枠で囲った領域は、軸部７１の径方向の最大変形量を３μｍ未満に収めることが可能な使用可能範囲を示している。図７より、軸部７１の剛性を高めて軸部７１の径方向の最大変形量を３μｍ未満に収めるには、「Ｄ２／Ｄ１≧１．２」とすればよい。また、シェル４０内への収納性の観点から「Ｄ２／Ｄ１≦１．６」とした。
【００４７】
以上より、上記（ａ）の条件の数値範囲を決定した。
【００４８】
なお、軸部７１には、強度を向上させるための焼入れ、焼き戻しや、摺動性を向上させるための窒化処理、りん酸マンガン処理、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）処理等の表面処理を行っても良い。
【００４９】
軸部７１とバランスウェイト部７２には共に鉄系の材質を用いるが、全く同一の材質でない場合、線膨張係数が異なる。ブッシュ７０の雰囲気温度が高温になった場合、線膨張係数の違いにより軸部７１とバランスウェイト部７２との間に隙間が生じ、焼嵌めが外れてしまい圧縮機が破損してしまう可能性がある。従って、この実施の形態１のブッシュ７０は、温度が高くならない低圧空間にブッシュ７０が配置される構成となる、低圧シェルタイプの圧縮機に搭載することが望ましい。
【００５０】
ブッシュ７０を搭載する必要のある圧縮機は、揺動スクロール１２の遠心力が過大となる圧縮機である。揺動スクロール１２の遠心力が過大となるのは、圧縮機の回転数が高い条件まで運転する場合か、揺動スクロール１２の重量が重い場合かのどちらかである。何れの場合も、冷凍能力や暖房、給湯能力を確保するための対応である。
【００５１】
現在、地球温暖化を防止するため、従来のＨＦＣ冷媒から地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い冷媒への転換が要求されており、低ＧＷＰの冷媒としては、Ｃ３Ｈ２Ｆ４で表される２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンに代表されるＨＦＯ冷媒がある。この冷媒は単位体積あたりの冷凍能力が低い。このため、ＨＦＯ冷媒単体又はＨＦＯ冷媒を含む混合冷媒で従来のＨＦＣ冷媒と同等の冷凍能力、暖房、給湯能力を確保するためには、圧縮機を高い回転数で運転して単位時間当たりの吐出流量を増やすか、圧縮機構部１０を大きくして１回転当たりの吐出流量を増やす必要がある。どちらにしても、ＨＦＯ冷媒を用いる場合の揺動スクロール１２の遠心力は、ＨＦＣ冷媒を用いる場合に比べて過大となることから、ブッシュ７０を搭載して揺動スクロール１２が固定スクロール１１に押し付けられる力を低減することが求められる。
【００５２】
この発明のブッシュ７０を用いれば、軸部７１の変形量を抑えて揺動軸受１８の信頼性を確保できるため、冷媒としてＨＦＯ冷媒単体もしくは混合冷媒を用いる場合に有効である。なお、この発明で用いる冷媒は上記に限られたものではなく、分子式がＣ３ＨｍＦｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又は、この冷媒を含む混合冷媒でもよい。
【００５３】
以上説明したように実施の形態１によれば、ブッシュ７０の軸部７１が略円筒形状の本体部７１ａと、本体部７１ａの軸方向の一端側で外方に延出した略円筒形状の連結部７１ｂとが一体に形成された構成を有しており、連結部７１ｂを設けない構成に比べて軸部７１の剛性を高めた構造としている。そして、「１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６」と、「１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５」の両方の条件を満たすことで、焼嵌め時の軸部７１の径方向の変形量を３μｍ未満に収めることができる。
【００５４】
また、ブッシュ７０はシェル４０内の低圧空間に配置され、ブッシュ７０の雰囲気温度が高温とならないため、線膨張係数の違いにより軸部７１とバランスウェイト部７２との間に隙間が生じ、接合が外れるという不都合を防止できる。
【００５５】
実施の形態２．
実施の形態２は、ブッシュ７０の形状が実施の形態１と異なるものであり、それ以外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。
【００５６】
図８は、この発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機のブッシュの断面図である。図９は、図８のブッシュの平面図である。
実施の形態２のスクロール圧縮機のブッシュ７０Ａは、図２に示した実施の形態１のブッシュ７０の連結部７１ｂに、焼嵌め時の軸部７１の変形を吸収する柔構造８０を設けたものである。柔構造８０は、連結部７１ｂの軸方向両端面のうち本体部７１ａ側の表面に設けられた凹部で構成されている。凹部は、本体部７１ａの中心軸を中心とした環状に形成されている。
【００５７】
このように柔構造８０を設けたことにより、焼嵌め時のブッシュ７０Ａの軸部７１の変形が吸収され、図１に示した実施の形態１よりも変形量ξを小さくすることができる。具体的には、軸部７１の径方向の変形量を３μｍから更に抑えることができるようになる。
【００５８】
図１０は、この発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の軸部の径方向の変形量を示すグラフである。図１０において横軸は、焼嵌上端の高さ位置Ｐ０から外周面７１ａａにおける計測位置Ｐ１までの距離Ｌ［ｍｍ］であり、縦軸は計測位置Ｐ１での径方向の変形量ξ［μｍ］である。なお、Ｐ０、Ｐ１、ξは図４を参照されたい。図１０において、（１）は、実施の形態１のグラフを示しており、（２）は、実施の形態２のグラフを示している。
【００５９】
図１０に示したように、実施の形態２の方が、実施の形態１よりも変形量ξを小さくすることが可能になっている。
【００６０】
以上説明したように、この実施の形態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、柔構造８０を設けたことで、更に変形量ξを小さくできる。また、柔構造８０の溝の深さ、幅を変えることで軸部７１の径方向の変形量を調整することができる。
【００６１】
ところで、スクロール圧縮機の使われ方によっては油溜り４１に液冷媒が返ってくる液バックと呼ばれる現象が生じる場合がある。液バックが生じると、潤滑油の粘度が低下して過渡的に揺動軸受１８の油膜厚さが３μｍ未満となり、揺動軸受１８が焼付きを起こす可能性がある。しかし、この実施の形態２では、柔構造８０を設けたことで変形量ξをより小さくできるため、液バック時など過渡的に揺動軸受１８の油膜厚さが薄くなった場合でも、油膜厚さを３μｍ以上に保つことができ、高い信頼性を確保することが可能となる。
【００６２】
なお、上記実施の形態１、２では、ブッシュ７０の軸部７１の連結部７１ｂとバランスウェイト部７２との接合を焼嵌めで行うとして説明したが、圧入で接合してもよく、その場合でも、上記構成を採用することで、変形量ξを抑えることができる。
【００６３】
また、この発明のブッシュは、上記の各図に構造に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。
【００６４】
図８では、柔構造８０が、全体が連なった一つの環状の凹部で形成した構成を図示して説明したが、凹部が複数に分割されて円弧状に形成され、全体として環状に形成されていてもよい。
【００６５】
図１１は、柔構造の変形例１を示す平面図である。
この変形例では、平面的に見て円形状の複数の凹部８０ａを環状に配置して柔構造８０を構成している。
【００６６】
図１２は、柔構造の変形例２を示す断面図である。図１３は、図１２の柔構造の平面図である。
上記図８、図９及び図１１では、柔構造８０を３６０°に亘って設けていた。これに対し、図１２及び図１３に示す変形例２では、バランスウェイト部７２があることで剛性が高く、焼嵌めによる変形が大きい範囲にのみ、柔構造８０を設けた構造とした。ここでは、図１３に示したように連結部７１ｂにおいてバランスウェイト部７２が接合される側の例えば１８０゜の範囲に凹部で構成した柔構造８０を設けた。なお、柔構造８０を設ける角度範囲は１８０゜に限られたものではなく、更に大きくてもよいし、小さくてもよい。また、図１３には柔構造８０が平面的に見て円弧状の凹部で構成された例を示しているが、図１１に示したように平面的に見て円形状の複数の凹部を円弧状に配置した構成としてもよい。
【００６７】
図１４は、柔構造の変形例３を示す平面図である。
変形例３の柔構造８０は、図１３に示した変形例２の柔構造８０を複数（ここでは２つ）に分割した構成としたものである。
【００６８】
以上の図１１〜図１４に示した変形例の柔構造８０を用いた場合も、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  圧縮機構部、１１  固定スクロール、１１ａ  第１台板、１１ｂ  第１渦巻体、１２  揺動スクロール、１２ａ  第２台板、１２ｂ  第２渦巻体、１２ｃ  ボス部、１３  圧縮室、１４  吐出ポート、１５  弁、１６  弁押さえ、１７  高圧空間、１８  揺動軸受、２０  駆動機構部、２１  ステータ、２２  ロータ、３０  クランクシャフト、３０ａ  偏心ピン部、３１  油流路、４０  シェル、４１  油溜り、４２  オイルポンプ、４３  吸入管、４４  吐出管、５０  フレーム、５０ａ  主軸受、５１  サブフレーム、５１ａ  副軸受、６０  オルダムリング、７０  ブッシュ、７０Ａ  ブッシュ、７１  軸部、７１ａ  本体部、７１ａａ  外周面、７１ｂ  連結部、７２  バランスウェイト部、７２ａ  貫通孔、７３  スライド穴、７３ａ  平面部、８０  柔構造、８０ａ  凹部、Ｄ１  本体部の外径、Ｄ２  連結部の外径、Ｄ３  本体部の内径、Ｄ４  バランスウェイト部の外径、Ｌ  距離、Ｐ０  高さ位置、Ｐ１  計測位置。
【図１】
2017138098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月1日(2017.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとを互いに組合せて圧縮室を形成し、揺動スクロールを駆動して圧縮室内の流体を圧縮する圧縮部と、揺動スクロールに回転力を伝える偏心ピン部を有し、揺動スクロールを駆動するクランクシャフトと、揺動スクロールを支持する揺動軸受と、揺動軸受とクランクシャフトの偏心ピンとの間に配置された軸部と、軸部の外周に固定されたバランスウェイト部とを有するブッシュとを備え、軸部は、揺動軸受に嵌め込まれ、且つクランクシャフトの偏心ピンが挿入される円筒形状の本体部と、本体部の軸方向の端部から外方に延出し、バランスウェイト部が接合される円筒形状の連結部とを備え、ブッシュは以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすものである。
（ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６
（ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５
ここで、Ｄ１：本体部の外径、Ｄ２：連結部の外径、Ｄ３：本体部の内径、Ｄ４：バランスウェイト部の外径、Ｅ１：軸部のヤング率、Ｅ２：バランスウェイト部のヤング率
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと揺動スクロールとを互いに組合せて圧縮室を形成し、前記揺動スクロールを駆動して前記圧縮室内の流体を圧縮する圧縮部と、
前記揺動スクロールに回転力を伝える偏心ピン部を有し、前記揺動スクロールを駆動するクランクシャフトと、
前記揺動スクロールを支持する揺動軸受と、
前記揺動軸受と前記クランクシャフトの偏心ピンとの間に配置された軸部と、前記軸部の外周に固定されたバランスウェイト部とを有するブッシュとを備え、
前記軸部は、前記揺動軸受に嵌め込まれ、且つ前記クランクシャフトの偏心ピンが挿入される円筒形状の本体部と、前記本体部の軸方向の端部から外方に延出し、前記バランスウェイト部が接合される円筒形状の連結部とを備え、
前記ブッシュは以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすスクロール圧縮機。
（ａ）１．２≦Ｄ２／Ｄ１≦１．６
（ｂ）１．０≦（Ｄ２−Ｄ３）／（Ｄ４−Ｄ２）×Ｅ１／Ｅ２≦３．５
ここで、
Ｄ１：本体部の外径
Ｄ２：連結部の外径
Ｄ３：本体部の内径
Ｄ４：バランスウェイト部の外径
Ｅ１：軸部のヤング率
Ｅ２：バランスウェイト部のヤング率
【請求項２】
前記連結部は、前記バランスウェイト部との接合時の前記軸部の変形を吸収する柔構造を備えた請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記柔構造は、前記連結部の前記軸方向両端面のうち前記本体部側の端面に形成された１又は複数の凹部である請求項２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記凹部は、
平面的に見て前記本体部の中心軸を中心とした環状若しくは円弧状、又は平面的に見て円形状である請求項３記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記ブッシュは鉄系材料でありヤング率が１４０［ＧＰａ］≦Ｅ１≦２２０［ＧＰａ］、
前記バランスウェイト部は鉄系材料でありヤング率が１１０［ＧＰａ］≦Ｅ２≦１７０［ＧＰａ］である請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記ブッシュ及び前記バランスウェイト部は、前記圧縮部、前記クランクシャフトを収納するシェル内の低圧空間に配置される請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記流体は、分子式がＣ３ＨｍＦｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され、且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又は、前記冷媒を含む混合冷媒である請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記流体は、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンであ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。
【請求項９】
前記軸部と前記バランスウェイト部とが焼嵌めで固定されている請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１０】
前記軸部と前記バランスウェイト部とが圧入で固定されている請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【国際調査報告】
2017138098.tif 000017
2017138098.tif 000018