(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを備え、この圧縮要素は容器内に取り付けられた支持フレームに固定されている固定スクロールと、前記電動要素のロータに軸着された駆動軸の偏心カム部に装着された揺動スクロールとの組み合わせから構成されているスクロール圧縮機において、
前記揺動スクロールと当接する前記支持フレームの接触面にスラスト荷重を調節するための負荷調節手段を設け、
前記負荷調節手段は、前記支持フレームの、前記揺動スクロールと当接するスラスト受け面を構成する接触面に、複数の円筒形状の穴からなる凹部を設けるとともに、これらの凹部内にそれぞれスプリングを介して円柱形状を呈する玉受け部材を摺動可能に設け、かつ、前記各玉受け部材に球体を回転自在に嵌装した、構成のものからなり、
重負荷時における前記玉受け部材は、外面が前記揺動スクロールに非接触となるように前記凹部の内部に没入しているとともに、
前記玉受け部材が前記支持フレームの接触面から、前記揺動スクロールの対向面に向けて突出する、軽負荷時における、前記支持フレームの接触面からの前記球体の突出高さは、前記固定スクロールと揺動スクロールとの間のクリアランス以下であって、前記軽負荷時における揺動スクロールは、負荷調節手段の球体）により前記揺動スクロールの対向面が押上げられても、前記揺動スクロールは前記固定スクロールに接触しないように構成した、
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機に係るもので、特に揺動スクロールと当接する支持フレームの接触面にスラスト荷重を調節するための負荷調節手段を設けたスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は周知のものであって、円盤の一面側に渦巻状の凹溝が形成されている固定スクロールと、これに対向する円盤の一面側に渦巻状の突起が形成されている揺動スクロールとから構成され、これら一対のスクロールにおける渦巻状凹溝と突起を組み合わせて圧縮室を形成して圧縮作用を行う。即ち、固定スクロールは静止させ、揺動スクロールはその中心軸回りには自転しない旋回運動をさせ、前記渦巻状凹溝と突起により形成される圧縮室が揺動スクロールの旋回運動によって回転しながら中央部に移動し、次第にその容積を減じる。そして、圧縮要素の外側部から圧縮室内に吸入された気体は、圧縮室の容積変化により等エントロピー変化等に従って圧力が上昇するのである。
【０００３】
縦型のスクロール圧縮機においては、通常容器本体内に取り付けられた支持フレームに固定スクロールが固定され、電動要素のロータに軸着されている駆動軸の上端部には偏心カム部が設けられ、この偏心カム部に揺動スクロールが取り付けられており、固定スクロールの渦巻状凹溝と揺動スクロールの渦巻状突起とが組み合わされて圧縮室が形成されると共に、揺動スクロールの下面は支持フレームの上面にスラスト軸受けされる構造になっている。そして、揺動スクロールと支持フレームの当接面には、容器本体の底部に設けられたオイル溜めからオイルを吸い上げて、駆動軸の内部に設けられた油通路及びこの油通路に連通して設けられている偏心カム部の油通路を介して給油される。これにより、圧縮要素のスラスト軸受け面が潤滑され、揺動スクロールの旋回運動を円滑に保持すると共に、摩擦による磨耗を極力防ぐようにしている(特許文献１、特許文献２、特許文献３)。
【特許文献１】特開平５−１４９２７７号公報
【特許文献２】特開平９−１０５３９１号公報
【特許文献３】特開２０００−１６１２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１には、スラスト軸受けの表面に設けた円周溝にオイルを供給する構成が開示され、特許文献２には、オイルポンプの給油量が減少した場合でも、支持フレームのスラスト面に焼き付きが生じないように、スラスト面に連通する窪みよりなる油溜り部を設けた構成が開示され、特許文献３には、揺動スクロールの旋回運動に伴ってオイルがスラスト受け面を旋回して外部に流出せず、圧縮室に過剰なオイルを供給することなく体積効率を向上することができる構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、従来のスクロール圧縮機では、スラスト軸受けは最大負荷を考慮しているため、支持フレームのスラスト受け面の面積が広くなり、軽負荷運転時でも摩擦抵抗が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、軽負荷時には揺動スクロールと接触する支持フレームのスラスト受け面の接触面積を減少させることにより、摩擦抵抗を小さく抑えられるようにしたスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを備え、この圧縮要素は容器内に取り付けられた支持フレームに固定されている固定スクロールと、前記電動要素）のロータに軸着された駆動軸の偏心カム部に装着された揺動スクロールとの組み合わせから構成されているスクロール圧縮機において、前記揺動スクロールと当接する前記支持フレームの接触面にスラスト荷重を調節するための負荷調節手段を設け、前記負荷調節手段は、前記支持フレームの、前記揺動スクロールと当接するスラスト受け面を構成する接触面）に、複数の円筒形状の穴からなる凹部を設けるとともに、これらの凹部内にそれぞれスプリングを介して円柱形状を呈する玉受け部材を摺動可能に設け、かつ、前記各玉受け部材に球体を回転自在に嵌装した、構成のものからなり、重負荷時における前記玉受け部材は、外面が前記揺動スクロールに非接触となるように前記凹部の内部に没入しているとともに、前記玉受け部材が前記支持フレームの接触面から、前記揺動スクロールの対向面に向けて突出する、軽負荷時における、前記支持フレームの接触面からの前記球体の突出高さは、前記固定スクロールと揺動スクロールとの間のクリアランス以下であって、前記軽負荷時における揺動スクロールは、負荷調節手段の球体により前記揺動スクロールの対向面が押上げられても、前記揺動スクロールは前記固定スクロールに接触しないように構成した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記請求項１の発明によれば、スクロール圧縮機において、前記揺動スクロールと当接する支持フレームの接触面にスラスト荷重を調節するための負荷調節手段を設けたので、支持フレームの接触面に対する負荷の大小に応じてスラスト荷重を調節することができる。これにより、軽負荷時には支持フレームの接触面が受ける摩擦抵抗を小さく抑えることができる。
また、上記請求項１の発明によれば、負荷調節手段は、前記支持フレームの、前記揺動スクロールと当接するスラスト受け面を構成する接触面に、複数の円筒形状の穴からなる凹部を設けるとともに、これらの凹部内にそれぞれスプリングを介して円柱形状を呈する玉受け部材を摺動可能に設け、かつ、前記各玉受け部材に球体を回転自在に嵌装した構成であるため、軽負荷時には揺動スクロールが複数の球体により押し上げられて、支持フレームとの接触面積が減少し又は支持フレームの接触面から離れる。これにより、軽負荷時には支持フレームの接触面が受ける摩擦抵抗を小さく抑えることができる。
さらに、上記請求項１の発明によれば、軽負荷時における支持フレームの接触面からの球体の突出高さは、固定スクロールと揺動スクロールとの間のクリアランス以下であるため、軽負荷時に揺動スクロールが押し上げられても固定スクロールに接触することはない。これにより、軽負荷時においても揺動スクロールの旋回運動を確実に保持できると共に、固定スクロールに対する噛み付きを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るスクロール圧縮機の一実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るスクロール圧縮機の一実施形態を示す概略縦断面図である。図中、１は円筒形の容器本体であり、内部に電動要素２とこの電動要素２により駆動される圧縮要素３とが収納・配設され、容器本体１の上端部には仕切り円盤４を介して上部キャップ５が取り付けられ、容器本体１の下端部には下部キャップ６が取り付けられることにより密閉容器として構成されている。
【００１４】
上記電動要素２は電動機であって、外周部が容器本体１のほぼ中央部の内壁に固定されているステータ２aと、このステータ２aの中央部に回転自在に配設されたロータ２bとから構成され、ロータ２bの中央部には駆動軸７が貫通して軸着されている。
【００１５】
上記圧縮要素３は公知のスクロール形式のものであって、ほぼ円盤状の下面側に渦巻状の凹溝が形成されている固定スクロール３aと、ほぼ円盤状の上面側に渦巻状の突起が形成されている揺動スクロール３bとから構成され、これら一対のスクロールの渦巻状凹溝と突起を組み合わせて圧縮室を形成して圧縮作用を行う。即ち、固定スクロール３aは静止させ、揺動スクロール３bはその中心軸回りには自転しない旋回運動をさせ、前記凹溝と突起により形成される圧縮室が揺動スクロール３bの旋回運動によって回転しながら中央部に移動し、次第にその容積を減じる。そして、圧縮要素３の外側部から圧縮室内に吸入された気体は、圧縮室の容積変化により等エントロピー変化等に従って圧力が上昇する。
【００１６】
前記容器本体１の上部の内壁には上部支持フレーム８が固定され、この上部支持フレーム８の上面外周部に前記固定スクロール３aが複数のボルト９を介して固定され、中央部に形成されている軸受部８aには前記駆動軸７の上端部が貫通して軸支されている。又、上部支持フレーム８の上面側中央部には円形の凹部８bが形成されており、軸受部８aを貫通した駆動軸７の上端部に設けられている偏心カム部７aが凹部８b内に突出し、この偏心カム部７aに前記揺動スクロール３bの下面側突出円筒部がベアリング１０を介して嵌着され、揺動スクロール３bが前記固定スクロール３aに組み合わされている。そして、上部支持フレーム８と揺動スクロール３bは、この揺動スクロールの自転を規制するためにオルダムリング１１によって継ぎ手接続されている。これにより、駆動軸７の軸回転に伴って偏心カム部７aが偏心回転し、この偏心カム部７aにより揺動スクロール３bは自転することなく固定スクロール３aに対して旋回運動をする。
【００１７】
上部支持フレーム８の上面は、揺動スクロール３bの下面に対するスラスト受け面８cになっており、そのスラスト受け面８cには図２及び図３に示すように複数の凹部８dが円周方向に沿って間隔をあけて設けられ、この凹部８dにはスラスト荷重を調節するための負荷調節手段１２がそれぞれ装着されている。この場合、負荷調節手段１２は、凹部８d内にスプリング１２aを介して玉受け部材１２bをそれぞれ摺動可能に設け、この玉受け部材１２bに例えば鋼球からなる球体１２cを回転自在にそれぞれ嵌装した構成である。尚、負荷調節手段１２は上記構成のものに限定されず、その数も６個に限定されない。
【００１８】
これにより、軽負荷時には図３(a)のように負荷調節手段１２の球体１２cが凹部８dより若干上方に突出して揺動スクロール３bの下面を上部支持フレーム８の上面から離してスラスト受け面８cの摩擦抵抗を減少させることができる。スラスト受け面８cからの球体１２cの突出高さt(最大値)は、図１に示す揺動スクロール３bと固定スクロール３aとのクリアランスt１(通常１００ミクロン程度)、t２(通常８０ミクロン程度)より小さく設定される。このため、軽負荷時に揺動スクロール３aが負荷調節手段１２の球体１２cにより押し上げられても、固定スクロール３aに接触することはない。従って、軽負荷時においても揺動スクロール３bの旋回運動を確実に保持できると共に、固定スクロール３aに対する噛み付きを防ぐことができる。一方、重負荷時には図３(b)のように負荷調節手段１２の球体１２cが凹部８d内に没入し、揺動スクロール３bの下面を上部支持フレーム８のスラスト受け面８cに当接させるようにしてある。
【００１９】
前記仕切り円盤４は、図１のように中央部に通孔４aが設けられ、この通孔４aは固定スクロール３aの中央部に設けられた吐出ポート３c及びこの吐出ポート３cに続く凹部３dに連通している。これにより、圧縮要素３にて圧縮された気体は、固定スクロール３aの吐出ポート３cから吐出されると共に、凹部３d及び通孔４aを通って仕切り円盤４により仕切られている上部空間領域に流入し、上部キャップ５に取り付けられている吐出管１３から外部に吐出される。仕切り円盤４の中央部と、固定スクロール３aの上面側に形成されている円筒部との取付部にはシール材１４が装着されており、これにより上部空間領域(高圧領域)に流入した高圧の圧縮気体が、仕切り円盤４より下方の下部空間領域(低圧領域)に漏れないようにシールしてある。尚、凹部３dには吐出ポート３cを開閉する圧力開閉弁(図略)が取り付けられる。
【００２０】
前記容器本体１の下部の内壁には下部支持フレーム１５が固定され、この下部支持フレーム１５の中央部に形成されている軸受部１５aにはベアリング１６が装着され、前記駆動軸７の下端部が貫通して軸支されている。これにより、駆動軸７は上下端部が上部支持フレーム８の軸受部８a及び下部支持フレーム１５の軸受部１５aによりそれぞれ軸支されているため、前記ロータ２bの回転に伴う軸回転が安定し、且つステータ２aに対するロータ２bの適正位置を保持することができる。
【００２１】
前記容器本体１の底部には潤滑用オイルを収納したオイル溜め１７が設けられ、前記下部キャップ６の上面中央部にオイルカップ１８が固定され、このオイルカップ１８の側壁下部には円周方向に沿って複数の通孔１８aが等間隔で形成され、これらの通孔１８aを介してオイルカップ１８の内部がオイル溜め１７と連通している。
【００２２】
オイルポンプ１９は、駆動軸７の下端部に取り付けられており、オイルポンプ１９の下端部には吸込口１９aが形成され、この吸込口１９aの近傍にパドル１９bが設けられると共に、内壁に沿って複数の抑制板１９cを取り付けてある。これにより、オイルポンプ１９は駆動軸７の回転によってオイルカップ１８内のオイルを吸い上げることができる。上記抑制板１９cはオイルカップ１８内のオイルが遠心力によって回転するのを抑制するためのものである。
【００２３】
オイルポンプ１９により吸い上げられたオイルは、遠心力によって駆動軸７の内部に軸線方向に沿って形成されている油通路７bの内壁に沿って上昇し、この油通路７bの途中に設けられている複数の給油孔７cから圧縮要素３の摺動部や、駆動軸７の軸受部８a、１５a等に供給される。
【００２４】
駆動軸７の油通路７bの上端は、前記偏心カム部７aの内部に軸線方向に沿って形成されている油通路７dに連通しており、この油通路７dは揺動スクロール３bの内部に形成されている複数の給油孔３eと連通している。偏心カム部７aの油通路７dから上方に出たオイルは、偏心カム部７aを軸受けしているベアリング１０部分に給油されると共に、揺動スクロール３bの給油孔３eに流入したオイルは、給油孔３eの上端部から揺動スクロール３bの外周面を下降して下面側に回り込み、揺動スクロール３bと上部支持フレーム８との摺動面に給油される。そして、駆動軸７の回転が停止すると、油通路７b、７d内のオイルは内壁に沿って下降し、オイルポンプ１９の下端部からオイルカップ１８内に落下してオイル溜め１７に戻される。揺動スクロール３bの摺動部や、駆動軸７及び偏心カム部７aの軸受部に供給されたオイルの一部も落下してオイル溜め１７に戻る。
【００２５】
前記容器本体１の側壁上部にはターミナル２０が取り付けられ、その内部側端子と前記電動要素２のステータ２aとが図示しない内部リード線により接続されると共に、外部側端子には図示しない外部電源からのリード線が接続される。これにより、外部電源から給電すると、ターミナル２０を通じて電動要素２を作動させることができる。
【００２６】
又、容器本体１の側壁要所には吸入管２１が取り付けられ、この吸入管２１の内側端部と前記圧縮要素３の図示しない吸入ポートとが連結管を介して接続されると共に、吸入管２１の外側端部には図示しない気体供給源からの配管が接続される。これにより、例えば冷媒ガスを吸入管２１から供給すると、圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室内に吸入され、揺動スクロール３bの旋回運動によって冷媒ガスは圧縮される。そして、圧縮された冷媒ガスは、前記固定スクロール３aの吐出ポート３cから吐出されると共に、吐出管１３から外部に吐出される。
【００２７】
本実施形態に係るスクロール圧縮機は上記のように構成されており、前記外部電源から給電すると電動要素２が作動してロータ２bが回転し、このロータ２bの回転と共に駆動軸７が軸回転し、偏心カム部７aを介して圧縮要素３の揺動スクロール３bが旋回し、吸入管２４から供給される気体例えば冷媒ガスを、吸入ポートから圧縮室に吸入して圧縮運転が開始される。
【００２８】
圧縮要素３の圧縮運転において、揺動スクロール３ｂの下面は上部支持フレーム８のスラスト受け面８ｃに当接した状態で旋回運動するが、前記のようにスラスト受け面８ｃには負荷調節手段１２が設けられているため、スラスト荷重に応じてスラスト受け面８ｃに掛かる負荷を調節することができる。特に、軽負荷時には負荷調節手段１２の球体１２ｃが凹部８ｄより突出することで、揺動スクロール３ｂの下面はスラスト受け面８ｃより若干押し上げられ、スラスト受け面８ｃに対する接触面積を減少させる。これにより、上部支持フレーム８のスラスト受け面８ｃが受ける摩擦抵抗を小さく抑えることができる。球体１２ｃの突出高さが最大値tになった場合には、揺動スクロール３ｂの下面は複数の球体１２ｃにより受け止されてスラスト受け面８ｃには接触しなくなる。
【００２９】
本実施形態では、前記のように球体１２ｃの最大突出高さtは、揺動スクロール３ｂと固定スクロール３ａとのクリアランスt１、t２より小さく設定してあるため、軽負荷時に揺動スクロール３ｂが固定スクロール３ａに接触することはない。このため、軽負荷時においても揺動スクロール３ｂの旋回運動を確実に保持できると共に、固定スクロール３ａに対する噛み付きを防ぐことができる。一方、重負荷時には前記のように負荷調節手段１２の球体１２ｃはスプリング１２ａに抗して凹部８ｄ内に没入し、揺動スクロール３ｂの下面を上部支持フレーム８のスラスト受け面８ｃに当接させることができる。
【００３０】
圧縮運転中に、前記オイルポンプ１９が駆動軸７と共に軸回転し、遠心力によってオイルカップ１８内のオイルを吸込口１９aから吸い上げる。オイルポンプ１９により吸い上げられたオイルは、前記のように駆動軸７の油通路７b内に流入し、内壁に沿って上昇しながら下部支持フレーム１５の軸受部１５aに対応する給油孔７cから当該軸受部１５aに給油され、次いで上部支持フレーム８の軸受部８aに対応する給油孔７cから当該軸受部８aに給油される。更に、オイルは上昇を続けて偏心カム部７aの油通路７d内に流入し、この油通路７dの上端から出て偏心カム部７aを軸受けしているベアリング１０部分に給油されると共に、揺動スクロール３bの給油孔３eを経て揺動スクロール３bの外周面を下降し、下面側に回り込んで揺動スクロール３bと上部支持フレーム８との摺動面に給油される。そして、駆動軸７の回転が停止すると、油通路７b、７d内のオイルは内壁に沿って下降し、オイルポンプ１９の下端部からオイルカップ１８内に落下してオイル溜め１７に戻される。
【００３１】
前記圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室に吸入された冷媒ガスは、前記のように揺動スクロール３bの旋回運動によって圧縮された後、固定スクロール３aの吐出ポート３cから凹部３d及び仕切り円盤４の通孔４aを通って上部空間領域に流入すると共に、吐出管１３から外部に吐出され、吐出管１３に接続された図示しない配管を介して冷凍サイクルに送り込まれる。冷凍サイクルを循環した後、冷媒ガスは図示しない配管を介して吸入管２１から容器本体１に戻され、連絡管を経て圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室に吸入されるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、スクロール圧縮機に有効利用することができ、揺動スクロールと当接する支持フレームの接触面にスラスト荷重を調節するための負荷調節手段を設けることにより、支持フレームの接触面に対する負荷の大小に応じてスラスト荷重を調節することができる。特に、軽負荷時には支持フレームの接触面が受ける摩擦抵抗を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るスクロール圧縮機の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るスクロール圧縮機において、揺動スクロールと接触する上部支持フレームのスラスト受け面を示す概略平面図である。
【図３】図２におけるX−X線に沿う概略断面図を示すもので、(a)は軽負荷時での状態、(b)は重負荷時での状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
【００３４】
１  容器本体
２  電動要素
２a  ステータ
２b  ロータ
３  圧縮要素
３a  固定スクロール
３b  揺動スクロール
４  仕切り円盤
５  上部キャップ
６  下部キャップ
７  駆動軸
７a  偏心カム部
７b、７d  油通路
７c  給油孔
８  上部支持フレーム
８a  軸受部
８b  凹部
８c  スラスト受け面
８d  凹部
１０  ベアリング
１１  オルダムリング
１２  負荷軽減手段
１２a  スプリング
１２b  玉受け部材
１２c  球体
１３  吐出管
１５  下部支持フレーム
１５a  軸受部
１６  ベアリング
１７  オイル溜め
１８  オイルカップ
１９  オイルポンプ
２０  ターミナル
２１  吸入管
【図１】
0004660329.tif 000002
【図２】
0004660329.tif 000003
【図３】
0004660329.tif 000004