(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
作動流体を内部に密閉する密閉容器と、該密閉容器内に固定されるフレームと、前記密閉容器内に固定される固定側台板上に渦巻き状に形成された固定側渦巻体が設けられる固定スクロールと、前記固定側渦巻体と噛み合わさる旋回側渦巻体が旋回側台板上に設けられて旋回移動する旋回スクロールと、を備えるスクロール圧縮機において、
前記フレームは、前記密閉容器と溶接により固定される第一の溶接部と、前記旋回側渦巻体が設けられる面とは反対側の前記旋回側台板の底面を支持する旋回スクロール受け面と、該旋回スクロール受け面と前記第一の溶接部との間であって前記密閉容器の内周に面する前記フレームの外周部に設けられるフレーム外周溝部と、を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
スクロール圧縮機は、旋回スクロールと固定スクロールの台板と渦巻体で挟み込まれて形成される圧縮室にて作動流体を圧縮する。旋回スクロールと固定スクロールの軸方向隙間が無く旋回スクロールが固定スクロールに過剰に押し付けられると、旋回スクロールの摺動抵抗が増大し、圧縮機への入力が増大し性能低下の原因となるだけでなく、旋回スクロールの旋回運動を妨げ、動作不良の原因となる恐れがあった。そのため旋回スクロールと固定スクロールは組み付け時には軸方向の隙間を確保し、運転時には旋回スクロールを固定スクロール側に押し付ける機構を設けることで軸方向の隙間を埋めて圧縮室内での作動流体の漏れを防いでいる。
【0005】
一方で、組み付け時の旋回スクロールと固定スクロールの軸方向隙間が過大となると、旋回スクロールの固定スクロールへの押し付け力が不足し、圧縮室内での作動流体の漏れが大きくなり圧縮機の性能が低下する恐れがあった。そのため、スクロールの軸方向隙間に関する寸法は、旋回スクロールが固定スクロールに過剰に押し付けられない範囲で、軸方向隙間を小さくするよう厳しく管理されている。
【0006】
フレームは、旋回スクロール受け面によって旋回スクロールを保持し、固定スクロール締結面によって固定スクロールを保持する部品であるため、フレームの固定スクロール締結面から旋回スクロール受け面までの深さは、スクロールの軸方向隙間に関わる重要な寸法である。
【0007】
しかし、密閉容器にフレームを圧入や溶接により固定する場合に、フレームには荷重や熱による変形が発生する。その変形がフレームの固定スクロール締結面から旋回スクロール受け面までの深さを変化させ、スクロールの軸方向隙間が不適正となり、上述の性能低下や動作不良を招く恐れがあった。
【0008】
特許文献1では、フレームの外周部にリング状の凸部を設け、その凸部にて圧入や溶接によって密閉容器への固定を行い、固定スクロール締結面を有する圧縮機構部側のフレーム外周面と密閉容器内壁との間に隙間を設けることで、密閉容器への圧入によるフレームの固定スクロール締結面の変形を抑制している。
【0009】
しかし、特許文献1では、圧入によるフレーム外周面の変形を抑制することができるが、溶接によってフレームが固定された場合、フレーム内面、特に固定スクロール締結面や旋回スクロール受け面が変形し、圧縮機の性能低下や動作不良を招く恐れがあった。
【0010】
そこで、本発明は、フレームが溶接で固定されるスクロール圧縮機において信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため、本発明は、作動流体を内部に密閉する密閉容器と、該密閉容器内に固定されるフレームと、前記密閉容器内に固定される固定側台板上に渦巻き状に形成された固定側渦巻体が設けられる固定スクロールと、前記固定側渦巻体と噛み合わさる旋回側渦巻体が旋回側台板上に設けられて旋回移動する旋回スクロールと、を備えるスクロール圧縮機において、前記フレームは、前記密閉容器と溶接により固定される第一の溶接
部と、前記旋回側渦巻体が設けられる面とは反対側の前記旋回側台板の底面を支持する旋回スクロール受け面と、該旋回スクロール受け面と前記第一の溶接
部との間であって前記密閉容器の内周に面する前記フレームの外周部に設けられるフレーム外周溝部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、フレームが溶接で固定されるスクロール圧縮機において信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0014】
図1に本発明を実施するための第一の形態のスクロール圧縮機を示す。スクロール圧縮機1は密閉容器2に圧縮機構部3と、駆動部4と、回転軸部5とを収納し構成される。
【0015】
圧縮機構部3は、旋回スクロール6、固定スクロール7、フレーム8、自転防止機構9を基本要素として構成される。旋回スクロール6は、旋回側台板6aと、旋回側渦巻体6bと、旋回スクロール軸受部6cと、旋回スクロール軸受部6cに設けられたすべり軸受6dとを基本要素として構成されている。旋回側渦巻体6bは、旋回側台板6aの一側に垂直に立設されている。旋回スクロール軸受部6cは、旋回側台板6aの反渦巻体側に垂直に突出して形成されている。
【0016】
固定スクロール7は、固定側台板7aと該固定側台板7aに垂直に立設される固定側渦巻体7bと吸入口7cと吐出口7dとを基本要素としてとして構成され、旋回側渦巻体6bに対し、固定側渦巻体7bを対向させて圧縮室10を形成するようフレーム8にボルトにより固定されている。
【0017】
自転防止機構9は、フレーム8内に収納され、旋回スクロール6が固定スクロール7に対し自転せず旋回運動するよう、旋回側台板6aの反渦巻体側と係合する。
【0018】
フレーム8は、固定スクロール7をボルトによって締結する固定スクロール締結面8aと、旋回側台板6aを保持する旋回スクロール受け面8bと、クランク軸11を回転可能に保持する主軸受12を収納するフレーム軸受部8cを基本要素として構成される。また、フレーム8は、クランク軸11に固定された回転子15が電動機16を構成する固定子14と一定の距離を保って回転するように、密閉容器2の内壁に圧入や溶接によって固定される。以降の説明では、フレーム8がプラグ溶接によって密閉容器2に固定される場合について示し、詳細については後述する。
【0019】
圧縮機構部3には、フレーム8と旋回側台板6aの反渦巻体側と固定スクロール7によって区画される背圧室13が設けられる。背圧室13には吐出圧力空間との連通経路(図示せず)と絞り機構(図示せず)および圧縮途中の圧縮室10との連通経路(図示せず)が設けられ、背圧室内を吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力(以下中間圧と呼称する)に保っている。
【0020】
旋回スクロール6は、背圧室13から中間圧力によって固定スクロール7に押し付けられ、圧縮室10での旋回スクロール6と固定スクロール7の軸方向におけるシール性を保っている。
【0021】
駆動部4は、固定子14、回転子15からなる電動機16を基本要素として構成する。ここで、電動機16は、電気端子17を経由した電源(図示せず)からの電気入力により駆動され、回転作用をクランク軸11へ付与する。
【0022】
回転軸部5は、クランク軸11と、主軸受12と、副フレーム18と、副軸受19と、副軸受ハウジング20を基本要素として構成される。クランク軸11は、主軸部11aと副軸部11bと、偏心ピン部11cを基本要素として構成され、主軸部11bにおいて主軸受12、副軸部11bにおいて副軸受19によって回転可能に保持される。クランク軸11は、主軸部11aと副軸部11bの間にて固定子14と接続される。偏心ピン部11cはすべり軸受6dを介して旋回スクロール6と係合される。主軸受12は、フレーム軸受部8cに設けられる。副フレーム18は、クランク軸11の軸方向において電動機16に対し反圧縮機構部側に設けられ、副軸受ハウジング20を保持する。副フレーム18は、プラグ溶接によって密閉容器2に固定される。副軸受ハウジング20は、副フレーム18に設けられ、副軸受19を保持する。
【0023】
固定子14を介して電動機16によって駆動されたクランク軸11の回転作用により、旋回スクロール6が旋回運動し、旋回側渦巻体6bと固定側渦巻体7bとの噛み合わせにより機械的に構成した圧縮室10の容積を減少させて圧縮動作を行う。
【0024】
作動流体は、密閉容器2に設けられ固定スクロール吸入口7cに接続された吸入管21を介して密閉容器2外から圧縮室10へ吸込まれ、圧縮行程を経て吐出ポート7dから密閉容器2内に吐出され、さらに密閉容器2に設けられた吐出管22から密閉容器2外へ吐出される。
【0025】
図2に本実施例におけるフレーム8と密閉容器2の溶接
部近傍の詳細図を示す。密閉容器2は、プラグ溶接穴2aを有し、プラグ溶接穴2aをプラグ溶接することによってフレーム8を固定している。プラグ溶接穴2aは、クランク軸11の軸方向において同一の位置で、略円筒形状をした密閉容器2胴体部の周方向にわたって複数の箇所に設けられる。
【0026】
フレーム8には、密閉容器2とプラグ溶接される箇所となるプラグ溶接
部8dが設けられる。このプラグ溶接
部8dは、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bよりも反スクロール側に設けられる。つまり、プラグ溶接
部8dは、固定スクロール7が配置される位置を上方向とした場合、旋回スクロール受け面8bから遠ざかる下方向であって、密閉容器2の内周面に面するフレーム8外周面の下部に設けられる。
【0027】
プラグ溶接
部8dを有するフレーム8外周面には、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bとプラグ溶接
部8dの間の位置であって密閉容器2内周面に面するフレーム8外周面の周方向にフレーム外周溝部8eが設けられる。
【0028】
このフレーム外周溝部8eを設けることにより、プラグ溶接によるフレーム8の変形がフレーム外周溝部8eに生じることになり、変形の影響がフレーム外周溝部8eより上方向へ伝播されなくなる。したがって、プラグ溶接によるフレーム8の変形をフレーム外周溝部8eより下方向のプラグ溶接部8d側に局所化することができるため、フレーム8の固定スクロール締結面8aおよび旋回スクロール受け面8bの変形を抑制することができる。
【0029】
フレーム外周溝部8eのプラグ溶接
部8dから旋回スクロール受け面8b方向(鉛直上方向)に切断した断面形状(圧縮機径方向の断面形状)は、フレーム8のプラグ溶接による変形の局所化をより促進するため、
図3に示すようにフレーム外周溝部8eの断面積が大きくなる略四角形とすることが望ましい。また、フレーム8のプラグ溶接による変形の局所化を促進し、かつフレーム外周溝部8eをフレーム8の外周部と同じ工程で加工し加工の作業性を改善するため、フレーム外周溝部8eはフレーム8外周部を一周するように環状の溝として形成することが望ましい。
【0030】
以上より、旋回スクロール6を固定スクロール7に過剰に押し付けることなく、旋回スクロールと6と固定スクロール7の軸方向隙間を小さくすることができ、圧縮機の圧縮過程での漏れによる性能低下や旋回スクロールの摺動摩擦過大による入力増大や圧縮機動作不良の可能性を低減し、圧縮機の性能および信頼性を改善することができる。
【0031】
また、R32等の密度の小さい冷媒を作動流体として用いる場合、R410A等を用いる従来の圧縮機よりも圧縮過程での漏れが大きくなる恐れがあることから、特に、R32等の密度の低い冷媒を用いる場合には大きく性能を改善することができる。
【0032】
なお、本実施例および以降の実施例では、密閉容器2とフレーム8とを固定する溶接方法にプラグ溶接を採用した場合について示すが、他の溶接方法により固定した場合も同様に、フレーム外周溝部8eを設けることによる上述した効果を奏することができる。
【実施例2】
【0033】
図4に本実施例におけるフレーム8と密閉容器2の溶接
部近傍の詳細図を示す。その他の部位は実施例1と同様であるため省略する。密閉容器2は、第一のプラグ溶接穴2aと、クランク軸11の軸方向において第一のプラグ溶接
穴2aよりもスクロール側に位置する第二のプラグ溶接穴2bを有し、第一のプラグ溶接穴2aおよび第二のプラグ溶接穴2bをプラグ溶接することによってフレーム8を固定している。
【0034】
第一のプラグ溶接穴2aは、クランク軸11の軸方向において同一の位置で、密閉容器2の周方向にわたって複数の箇所に設けられる。第二のプラグ溶接穴2bも同様に、クランク軸11の軸方向において同一の位置で、密閉容器2の周方向にわたって複数の箇所に設けられる。
【0035】
第一のプラグ溶接穴2aによって密閉容器2とプラグ溶接されるフレーム8の第一のプラグ溶接
部8d、および、第二のプラグ溶接穴2bによって密閉容器2とプラグ溶接されるフレーム8のプラグ溶接
部8d2は、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bよりも反スクロール側の下方向に設けられる。第一のプラグ溶接
部8dおよび第二のプラグ溶接
部8d2を有するフレーム8の外周面には、クランク軸11の軸方向において第一のプラグ溶接
部8dと第二のプラグ溶接
部8d2の間の位置に、周方向にフレーム外周溝部8eが設けられる。第二のプラグ溶接
部8d2は、フレーム外周溝部8eと旋回スクロール受け面8bとの間に位置することになる。
【0036】
第二の溶接
部8d2を設けることにより、圧縮室10による作動流体の圧縮等によってフレームの溶接
部に生じるせん断応力を低減し、圧縮機の信頼性を改善することができる。また、本実施例では、第一の実施例に対しフレーム8を密閉容器2により強固に固定することができるため、圧縮機の高速回転化や密閉容器2内の高圧比化の実現に有効な手段となる。
【0037】
また、フレーム外周溝部8eを設けることによって、第一の溶接
部8dをプラグ溶接することによるフレーム8の変形を、溝部8eより第一の溶接
部8d側に局所化することができ、溶接
部を増やすことによるフレーム8の固定スクロール締結面8aおよび旋回スクロール受け面8bの変形の増大を抑制することができる。
【0038】
なお、第二の溶接
部8d2は、旋回スクロール受け面8bよりもフレーム外周溝部8eに近い位置に設けることが望ましい。このような配置にすることで、第二のプラグ溶接
部8d2でプラグ溶接した場合に生じるフレーム8の変形をフレーム外周溝部8e側へ局所化し易くなる。
【0039】
以上より、旋回スクロール6を固定スクロール7に過剰に押し付けることなく、旋回スクロールと6と固定スクロール7の軸方向隙間を小さくすることができ、圧縮機の圧縮過程での漏れによる性能低下や旋回スクロールの摺動摩擦過大による入力増大や圧縮機動作不良の可能性を低減し、圧縮機の性能および信頼性を改善することができる。
【実施例3】
【0040】
図5に本実施例におけるフレーム8と密閉容器2の溶接
部近傍の詳細図を示す。その他の部位は実施例1と同様であるため省略し、実施例2と共通するフレーム8と密閉容器2の説明についても省略する。以降の実施例でも同様とする。
【0041】
本実施例では、実施例2と同様に第一のプラグ溶接穴2aよりスクロール側に第二のプラグ溶接穴2bが設けられる。そして、この第二のプラグ溶接穴2bの穴径は、第一のプラグ溶接穴2aの穴径よりも小さく設けられる。
【0042】
これについて説明すると、プラグ溶接は、密閉容器2に設けたプラグ溶接穴2aおよび2bを溶接によって塞ぐことで密閉容器2とフレーム8を溶接するため、溶接時にフレーム8に加えられる熱はプラグ溶接穴の穴径に比例し増大する。また、第一のプラグ溶接穴よりも旋回スクロール受け面8bに近い位置に設けられた第二のプラグ溶接穴の方が、プラグ溶接時に旋回スクロール受け面8bに及ぼす変形の影響が第一のプラグ溶接穴よりも大きい。そのため、溶接
部を増やす場合においては、旋回スクロール受け面8bに近い位置に配置される第二のプラグ溶接穴2bを第一のプラグ溶接穴2aに対し小径にすることで、フレーム8の固定スクロール締結面8aおよび旋回スクロール受け面8bの変形の増大を抑制することができる。これにより、クランク軸11の軸方向に複数の溶接
部をフレーム8に設けて、密閉容器2との固定力を強固にしつつも溶接による旋回スクロール受け面8bの変形を低減することができる。
【実施例4】
【0043】
図6に本実施例におけるフレーム8と密閉容器2の溶接
部近傍の詳細図を示す。その他の部位は実施例1と同様であるため省略する。本実施例におけるフレーム8は、その外周部に、クランク軸11の軸方向における反スクロール側に片持ち梁状に突出した脚部8fを有する。この脚部8fは、前記旋回スクロール受け面8bから離れる方向に、フレーム8の外周部から密閉容器2の内周面に沿って突出した形状に形成される。密閉容器2とのプラグ溶接
部8dは、脚部8fに設けられる。脚部8fのプラグ溶接
部8dを有する側面には、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bとプラグ溶接
部8dの間の位置に、周方向にフレーム外周溝部8eが設けられる。
【0044】
このように、旋回スクロール受け面8bから離れた位置にプラグ溶接
部8dを配置することができるため、旋回スクロール受け面8bの変形をより抑制することができる。また、脚部8fにフレーム外周溝部8eも設けることにより、プラグ溶接によるフレーム8の変形をフレーム外周溝部8eよりプラグ溶接部8d側に局所化することができるとともに、局所化する位置を旋回スクロール受け面8bから離れた位置とすることができ、旋回スクロール受け面8bの変形をより抑制することができる。さらに、フレーム8の外周部を突出させた形状とすることで、フレーム8の重量の増加を抑えた上で、プラグ溶接
部8dを旋回スクロール受け面8bから遠ざけることができる。
【0045】
本実施例では、実施例2の如くクランク軸11の軸方向においてフレーム外周溝部8eと旋回スクロール受け面8bとの間に、フレーム8と密閉容器2との第二のプラグ溶接
部8d2を設けても良い。また、実施例3の如く第二のプラグ溶接穴2bの穴径は、第一のプラグ溶接穴2aの穴径よりも小さく設けても良い。
図6に代表図として、実施例2と同じくクランク軸11の軸方向においてフレーム外周溝部8eと旋回スクロール受け面8bとの間に、フレーム8と密閉容器2との第二のプラグ溶接
部8d2を設けた場合の実施例を示す。
【実施例5】
【0046】
図7に本実施例におけるフレーム8と密閉容器2の溶接
部近傍の詳細図を示す。その他の部位は実施例1と同様であるため省略する。フレーム8の、密閉容器2とプラグ溶接されるプラグ溶接
部8dは、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bよりも反スクロール側に設けられる。フレーム8のプラグ溶接
部8dを有する側面には、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bとプラグ溶接
部8dの間の位置に、周方向にフレーム外周溝部8eが設けられる。フレーム8のフレーム軸受部8cには、主軸受としてすべり軸受12aが設けられる。すべり軸受は転がり軸受と比較し一般に小型であるため、主軸受12をすべり軸受にすることで、フレーム軸受部8cを小型化し、フレーム8を小型、軽量化することができる。一方、フレーム8を小型化することにより、フレーム8の大きさに対してプラグ溶接によるフレーム8の変形度合が増大する恐れがある。
【0047】
つまり、フレーム軸受部8cにすべり軸受けを採用した場合には、フレーム外周溝部8eを設けることがより効果的であり、フレーム8を小型、軽量化しつつもプラグ溶接によるフレーム8の変形を抑制することができる。
【0048】
本実施例では、実施例2の如くクランク軸11の軸方向において溝部8eと旋回スクロール受け面8bとの間に、フレーム8と密閉容器2との第二のプラグ溶接
部8d2を設けても良い。また、実施例3の如く第二のプラグ溶接穴2bの穴径は、第一のプラグ溶接穴2aの穴径よりも小さく設けても良い。また、実施例4の如くフレーム8の外周部に、クランク軸11の軸方向における反スクロール側に片持ち梁状に突出した脚部8fを設け、密閉容器2とのプラグ溶接
部8dを、脚部8fに設けても良い。その場合、溝部8eは、脚部8fのプラグ溶接
部8dを有する側面に設けられ、クランク軸11の軸方向において旋回スクロール受け面8bとプラグ溶接
部8dの間の位置に、周方向に設けられる。
図7に代表図として、実施例2と同じくフレーム8に密閉容器との第二の溶接
部8d2を設け、実施例4と同じくフレーム8に脚部8fを設けた場合の実施例を示す。