(57)【要約】【課題】スクロール圧縮機のフレーム６と旋回スクロール２とボス２３との間の空間９７（旋回スクロール背面空間）に存在する潤滑油９６が旋回運動することにより発生するアンバランスを無くす。【解決手段】フレーム６と旋回スクロール２とボス２３との間の旋回スクロール背面空間９７に存在する潤滑油９６による不安定なアンバランスを、旋回スクロール背面空間に潤滑油が溜まらなくする事によって、従来よりもバランスがとれ、スクロール圧縮機の振動が小さくなる。【選択図】  図１
2004270495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に吐出ポートを有する鏡板上に渦巻  状ラップを形成した固定スクロールをハウジングに固定し、鏡板上に渦巻状ラップを形成し該鏡板の反渦巻状ラップ側面の中央に円筒形状のボスを有する旋回スクロールを前記固定スクロールと渦巻状ラップどうしが噛み合うように組み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロールは前記固定スクロールとフレームにより自転を拘束された旋回運動可能に狭持され、前記ボスには旋回スクロールを駆動する回転シャフトが摺動自在に結合されてなると同時にその外周側には旋回運動を許容する旋回スクロール背面空間が形成されてなるスクロール圧縮機構を有し、前記ボスおよび回転シャフトを潤滑した潤滑油が前記旋回スクロール背面空間に流れ込むスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロール背面空間は前記回転シャフトと共に回転するバランスウェイトによってほぼ満たされていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係わり、特にそのバランスウエイトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機としては、旋回スクロール背面空間に流れ込んだ潤滑油を該背面空間に貯留し、旋回スクロールの背面とフレーム間の潤滑に使用する経路と、ハウジング底部に排出させる経路とを設けたものがあった（例えば特許文献１参照）。図６は、前記特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機を示す要部断面図である。
【０００３】
図６において、密閉ハウジング８は回転シャフト５によって電動モータＭに連結されたスクロール圧縮機構Ｃを内部に収納している。
【０００４】
スクロール圧縮機構Ｃは固定スクロール１、旋回スクロール２、オルダムリング３、フレーム６、上部軸受７１、旋回軸受７３、ドライブブッシュ５４等から構成され、旋回スクロール２は固定スクロール１とフレーム６とで挟持されながらフレーム６との間に配置されたオルダムリング３により自転が拘束された旋回運動可能に保持されている。
【０００５】
固定スクロール１は、中央部に吐出ポート１３が設けられた鏡板１１の一方の端面に渦巻き状ラップ１２を備えている。旋回スクロール２は鏡板２１の一方の端面に渦巻き状ラップ２２を備え、鏡板２１のもう一方の端面には中空円筒形状のボス２３が設けられている。ボス２３の内周にはドライブブッシュ５４が旋回軸受７３を介して回転自在に嵌挿されている。ドライブブッシュ５４に穿設されたスライド孔５５内には回転シャフト５の上端から突出する偏心ピン５９が嵌合されている。偏心ピン５９の側面の一部は、回転シャフト５の回転中心と旋回スクロール２の駆動中心とを結ぶ直線と平行にカットされており、また、スライド孔５５の内側面の一部も上記カット部に摺接するよう直線状に形成されている。ドライブブッシュ５４は、スライド孔５５の直線状内側面の摺動によって、偏心ピン５９の直線状側面に沿ってスライドするようになっている。また、このドライブブッシュ５４のスライド運動に追随して旋回スクロール２がスライドするようになっている。固定スクロール１と旋回スクロール２とを相互に所定距離、即ち旋回半径ｒだけ偏心させ、かつ、１８０度だけ角度をずらせて噛み合わせることによって複数個の密閉空間２４が形成されている。
【０００６】
電動モータを駆動することによって回転シャフト５、偏心ピン５９、ドライブブッシュ５４、ボス２３等からなる公転旋回機構を介して旋回スクロール２が駆動され、旋回スクロール２はオルダムリング３によって自転を阻止されながら旋回半径ｒを半径とする円軌道上を公転旋回運動する。この結果、ガスが吸入通路１５を経て密閉空間２４内に吸入され、旋回スクロール２の公転旋回運動により密閉空間２４の容積が減少するのに伴って、圧縮されながら中央部に至り、吐出ポート１３より逆止弁１７を押し開いて吐出キャビティ１４内に入り、ここから吐出管８３を経て外部に吐出される。
【０００７】
また、回転シャフト５の回転により、密閉ハウジング８の底部に貯留された潤滑油９６はポンプ９５により汲み上げられ、回転シャフト５内に設けた給油通路９４を介してスクロール圧縮機構Ｃに供給される。スクロール圧縮機構Ｃに供給された潤滑油９６はボス２３の内部に収納された偏心ピン５９、ドライブブッシュ５４、偏心軸受７３の隙間を通ってそれぞれの摺動部を潤滑しながら旋回スクロール２の背面空間９７に吐き出され、一部分は旋回スクロール２とフレーム６とのスラスト摺動面等に供給され、残りは排油通路９３を通って密閉容器底部へと排出される。
【０００８】
一方、スクロール圧縮機においては旋回スクロールを初めとして偏心運動を行う可動部材が存在する為、回転シャフト５若しくはロータＭａにバランスウエイトをを付加して、可動部材の運動によるアンバランスを相殺するようにする必要がある。
【０００９】
図９は従来のスクロール圧縮機における潤滑油等を考慮に入れないバランス釣り合いを示す図である。図６及び図９において、旋回スクロール部材２を含む可動部材の不釣り合い量を相殺するように、ロータＭａの両端にバランスウエイト９０、９１を設置している。ここで、可動部材の不釣り合い量をｍ１、ロータＭ上側のバランスウエイト９０の質量をｍ２、下側のバランスウエイト９１の質量をｍ３とし、可動部材重心の回転半径をｒ１、バランスウエイト９０の重心の回転半径をｒ２、バランスウエイト９１の重心の回転半径をｒ３とし、さらにスラスト面９８から、可動部材重心までの軸方向距離をＬ１、バランスウエイト９０重心までの軸方向距離をＬ２、バランスウエイト９１重心までの軸方向の距離をＬ３とすると、軸に直角な方向のモーメントの釣り合い、つまり、動的な釣り合いは、
【００１０】
【数１】
2004270495.tif 000003
【００１１】
で表され、さらに軸にかかる遠心力の釣り合い、つまり、静的な釣り合いは、
【００１２】
【数２】
2004270495.tif 000004
【００１３】
で表される。ここで、可動部材の不釣合い量ｍ１、重心の回転半径ｒ１及びスラスト面９８からの軸方向距離Ｌ１は既知であるので、例えば、上側バランスウエイト９０重心の回転半径ｒ２、下側バランスウエイト９１重心の回転半径ｒ３及び、それらの重心のスラスト面９８からの軸方向距離Ｌ２，Ｌ３を適当に設定してやれば、２つの式を連立させて解くことにより、ｍ２，ｍ３を求めることができる。この様にして算出したバランスウエイトの位置、質量としてやることによりアンバランスは最小となり、圧縮機の振動を防止することができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭５７−１４８０９１号公報（第１−５頁、第１図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、旋回スクロール２の背面に形成された背面空間９７に存在する潤滑油の質量によるアンバランスが考慮されておらず、圧縮機の振動を充分に低減することは困難であった。すなわち、背面空間９７は旋回スクロールの固定スクロールに対する偏心方向とは逆方向に偏心して配置されているので、そこに存在する潤滑油は回転アンバランスを生じることになり、その結果潤滑油の質量を考慮に入れた従来のスクロール圧縮機のバランス釣り合いは図８に示されるようなものになる。
【００１６】
また、背面空間９７に流れ込む潤滑油の量は、回転シャフト５で駆動されるオイルポンプ９５で汲み上げられている為、回転軸５の回転数により変化する。すなわち、潤滑油の質量による回転アンバランスは、潤滑油の質量自体が運転中に変化するので、予めバランスウエイトを設けて相殺することが困難であり、特に回転数が広範囲に変化するインバーター制御圧縮機において、アンバランスによる振動を充分に低減させることが出来ないという課題を有していた。
【００１７】
本発明は、潤滑油による不安定なアンバランスを無くす為に、バランスウエイトを背面空間内に設け、潤滑油が背面空間に溜まらないようにし、不規則なアンバランスの発生を防止して、振動が少ないスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの背面空間内をほぼ満たす大きさのバランスウェイトを設けることにより、潤滑油が背面空間内に出入りすることによる不安定なアンバランスの発生を防止するものである。そして、背面空間内にアンバランスウェイトを設けた分、ロータ端面に設けるアンバランスウェイト質量を小さくしたものである。
【００１９】
本構成によって、背面空間に出入りする潤滑油を最小限に抑えて不安定な遠心力を発生させる要因を排除することができ、その結果、圧縮機の振動を低減させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
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は同じく実施の形態１におけるドライブブッシュの斜視図、図３は実施の形態１における旋回スクロールとバランスウェイトのバランス図を示す。図において図６乃至図９と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２２】
図１において密閉ハウジング８はその内部に、ステータＭｂとロータＭａから成る電動モータＭと、電動モータＭによって駆動される圧縮機構部Ｃと、電動モータＭからの回転駆動力を圧縮機構部Ｃに伝達するための回転シャフト５とを収納している。圧縮機構部Ｃはフレーム６と、固定スクロール羽根を有する固定スクロール１と、この固定スクロール羽根と噛み合わせて複数個の圧縮作業空間を形成するように旋回スクロール羽根を旋回スクロール鏡板２１（端板）上に配設した旋回スクロール２と、旋回スクロール２の自転を防止するためのオルダムリング３とで構成されている。旋回スクロール２を含む可動部材の旋回運動によるアンバランスを相殺するためにロータＭａ上側にバランスウエイト９０を設置し、ロータＭａ下側にもバランスウエイト９１を設置している。また、密閉ハウジング８内の底面には、潤滑油９６が貯溜されている。潤滑油９６はオイルポンプ９５で汲み上げられ、回転シャフト５内に設置されているオイル通路９４を通り、フレーム６と旋回スクロール２とボス２３との間の旋回スクロール背面空間９７に吐き出される。この旋回スクロール背面空間９７には、該背面空間９７をほぼ満たすバランスウエイト９２を設けることにより、背面空間９７内に潤滑油９６が溜まることはなくなる、しかも、バランスウエイトなので、体積、質量は一定である。これにより、旋回スピードの変化による、旋回スクロール周辺の遠心力は一定になる。
【００２３】
ここで、図４，図５を参照してさらに詳細に説明する。図４は旋回スクロール背面空間９７内の様子を模式的に表したもので、旋回スクロール背面空間９７に設けたバランスウエイト９２によって生じる遠心力Ｆｏが、旋回スクロール２の遠心力Ｆｐと回転シャフト５中心Ｏに対して反対に作用するので、ＦｐとＦｏを合成した遠心力Ｆｐ’はＦｐよりも小さくなる。
【００２４】
したがって、釣り合いを示す図５における可動部材の不釣り合い量ｍ１’と可動部材の回転半径ｒ１’の積ｍ１’・ｒ１’は、図９の可動部材の不釣り合い量ｍ１と可動部材の回転半径ｒの積ｍ１・ｒ１よりも小さくなる。
【００２５】
このアンバランスの分、前記可動部材のアンバランス量がかわるので、バランスウエイトを設定し直す必要がある。
【００２６】
図５に示す動的な釣り合いの式は、ロータＭａ上側のバランスウエイト９０の質量をｍ２’、ロータＭａ下側のバランスウエイト９１の質量をｍ３’、  さらに、可動部材不釣り合い量重心のスラスト面９８からの軸方向の距離をＬ１、ロータＭａ上端のバランスウエイト９０重心のスラスト面９８からの軸方向の距離をＬ２、ロータＭａ下側のバランスウエイト９１重心のスラスト面９８からの軸方向の距離をＬ３とすると、
【００２７】
【数３】
2004270495.tif 000005
【００２８】
で表される。
【００２９】
さらに、静的な釣り合いは、
【００３０】
【数４】
2004270495.tif 000006
【００３１】
で表される。ここで、数１乃至数４よりｍ２’およびｍ３’はそれぞれ、
【００３２】
【数５】
2004270495.tif 000007
【００３３】
【数６】
2004270495.tif 000008
【００３４】
となる。したがって、ロータ上側のバランスウエイトを、
【００３５】
【数７】
2004270495.tif 000009
【００３６】
ロータ下側のバランスウエイトを、
【００３７】
【数８】
2004270495.tif 000010
【００３８】
だけ小さく設定し直す。これにより従来の潤滑油による不安定なアンバランスを想定したものよりも圧縮機本体のバランスがよくなり、圧縮機の振動を低減することができる。
【００３９】
また、旋回スクロール背面空間９７に設けたバランスウエイト９２の遠心力Ｆｏは次のように計算される。図４において仮に旋回スクロール背面空間９７が斜線部であり、ここに比質量ρｏのバランスウエイトが設けられているとする。旋回スクロール背面空間９７の部屋の直径をＤ、旋回スクロール２のボスの直径をｄとし、背面空間９７の高さは旋回スクロール２のボス高さとほぼ同じｈとし、このｈ分の高さの斜線部のバランスウエイトがドライブブッシュ５４の旋回運動とともに回転するとする。Ｏを中心とする回転バランスを考えると、斜線部の重心の位置Ｏｏ、およびアンバランス質量ｍｏは、旋回スクロール背面空間９７にバランスウエイト９２で満たし、その反対側に旋回スクロール２のボスと同じ大きさでバランスウエイト９２と同じ比質量ρｏの円板を置いたのと同じことになるので、
【００４０】
【数９】
2004270495.tif 000011
【００４１】
【数１０】
2004270495.tif 000012
【００４２】
となる。
【００４３】
したがって、回転角速度をωとすると、
【００４４】
【数１１】
2004270495.tif 000013
【００４５】
となる。
【００４６】
一方ボス２３の遠心力Ｆｐはその重心位置がｒ１で、アンバランス量ｍｐは、旋回スクロール２のボスの比質量をρ１とすれば、
【００４７】
【数１２】
2004270495.tif 000014
【００４８】
となる。
【００４９】
したがって、
【００５０】
【数１３】
2004270495.tif 000015
【００５１】
となり、旋回スクロール２のボスと回転するバランスウエイト９２の回転アンバランスＦｏを考慮するということは、
【００５２】
【数１４】
2004270495.tif 000016
【００５３】
となり、旋回スクロール２のボスの比質量を（ρ１−ρｏ）で計算し、バランスウエイトを設定すればバランスウエイト９２の回転のアンバランスを考慮したバランスウエイトの設定が可能となる。
【００５４】
以上、密閉型の電動圧縮機で説明したが、本発明は開放型のスクロール圧縮機にも適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
前記実施例から明らかなように、請求項１に記載の発明は、吸入口と吐出口を有するハウジングと、端板上に形成された渦巻体を有し、前記ハウジング内に設けられた固定スクロールと、端板上に形成された渦巻体を有し、前記固定スクロールと中心をずらして噛み合うように組み込まれた可動スクロールと、前記ハウジングに回転自在に支持された回転シャフトと、前記回転シャフト端部に偏心して配置され、前記可動スクロールに公転運動を与えるドライブブッシュと、前記可動スクロールの公転のみを許容し、自転を阻止するオルダムリングとを有し、前記可動スクロールの公転運動によって、前記可動スクロールと前記固定スクロール間の密閉空間が容積を減少しながら渦巻体の中心方向へ移動し、前記密閉空間内の流体の圧縮が行われるスクロール型圧縮機において、前記フレームと前記旋回スクロールとボスとの間の空間（旋回スクロール背面空間）をほぼ満たすバランスウエイトを設ける圧縮機は、旋回スクロール背面空間９７をほぼ満たすバランスウエイト９２を設けるもので、この構成によれば上記潤滑油９６による不安定なアンバランスが無くなるので、圧縮機本体のバランスがよくなり、圧縮機本体の振動を低減することができる。
【００５６】
記請求項２又は前記請求項３のバランスウエイトを安価な焼結材料で構成することにより、コストを低減できる。
【００５７】
また、請求項５に記載に発明は、前記請求項２又は前記請求項３のバランスウエイトを旋回スクロールの比重より大きい材料で構成することにより、ローターに設けるバランスウエイトの大きさを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクロール圧縮機の縦断面図
【図２】本発明のドライブブッシュの斜視図
【図３】本発明のバランス図
【図４】旋回スクロール背面空間の模式図
【図５】本発明の実施例を示す回転シャフトのバランス図
【図６】従来のスクロール圧縮機の縦断面図
【図７】潤滑油の質量を考慮しない従来例のスクロール圧縮機のバランス図
【図８】潤滑油の質量を考慮した従来のスクロール圧縮機のバランス図
【図９】従来の回転シャフトのバランス図
【符号の説明】
１      固定スクロール
２      旋回スクロール
３      オルダムリング
５      回転シャフト
６      フレーム
８      密閉ハウジング
１１    固定スクロール鏡板
１２    固定スクロールの渦巻状ラップ
１３    吐出ポート
１４    吐出キャビティ
１５    吸入通路
１７    逆止弁
２１    旋回スクロール鏡板
２２    旋回スクロールの渦巻状ラップ
２３    ボス
２４    密閉空間
５４    ドライブブッシュ
５５    スライド孔
５９    偏心ピン
７１    上部軸受
７２    下部軸受
７３    旋回軸受
８２    吸入管
８３    吐出管
９０    バランスウエイト
９１    バランスウエイト
９２    バランスウエイト
９３    オイル排出溝
９４    オイル通路
９５    オイルポンプ
９６    潤滑油
９８    スラスト面
９７    旋回スクロール背面空間
Ｃ      圧縮機構
Ｍ      電動モータ
Ｍａ    ロータ
Ｍｂ    ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004270495.tif 000020
【図５】
2004270495.tif 000021
【図６】
2004270495.tif 000022
【図７】
2004270495.tif 000023
【図８】
2004270495.tif 000024
【図９】
2004270495.tif 000025