特許 7378932 スクロール流体機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】スクロール流体機械

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/02 20060101AFI20231107BHJP

【ＦＩ】

F04C18/02 311F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019001918

(22)【出願日】2019-01-09

(65)【公開番号】P2020112062

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-12-10

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】宮本 善彰

(72)【発明者】

【氏名】洞口 典久

(72)【発明者】

【氏名】石本 孝生

【審査官】田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】実開平０４－０７９９８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０８２８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１５９０５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１３３４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３５８７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０４０１０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平１－１５７２９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１１－１７３２８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ １８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体側に固定された固定スクロールと、
前記固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、
前記旋回スクロールを支持する軸受と、
前記旋回スクロールと前記軸受との間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止しつつ公転旋回させるオルダムリンクと、
を備え、
前記オルダムリンクは、キー溝に対して往復動方向に往復動するキーを備え、
前記キー溝を形成する壁部には、該壁部に形成された凹所に収納されるとともに前記キーに対して摺動する摺動部材が設けられ、
前記摺動部材は、前記キーと摺動する摺動面が平面とされ、該摺動面と反対側の裏面が前記往復動方向にわたって連続して形成された転動面とされ、
前記転動面は、前記往復動方向にわたって連続して形成された前記凹所の被転動面に対して転動し、
前記キーが往復動することによって前記摺動部材が転動して最も傾斜した場合であっても、前記摺動面が前記壁部の前記キー側に最も近い面よりも該キー側に位置するように出っ張るスクロール流体機械。

【請求項2】

前記転動面は、前記凹所の被転動面側に凸となる凸形状とされ、
前記被転動面は、平面、又は、前記凸形状の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する凹形状とされている請求項１に記載のスクロール流体機械。

【請求項3】

前記摺動部材の前記摺動面の前記往復動方向の長さは、キー長さよりも前記旋回スクロールの旋回半径の２倍以上長い寸法を有している請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。

【請求項4】

前記摺動部材は、前記凹所内にて、前記往復動方向に変位可能とされている請求項１から３のいずれかに記載のスクロール流体機械。

【請求項5】

前記摺動部材は、前記摺動面に、前記キーとの摩擦係数を低減する摩擦係数低減層が形成されている請求項１から４のいずれかに記載のスクロール流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オルダムリンクを備えたスクロール流体機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固定スクロールと旋回スクロールとを備えたスクロール流体機械は、旋回スクロールの自転を防止しつつ公転旋回運動を行わせるためにオルダムリンクを備えている（例えば下記特許文献１参照）。オルダムリンクは、キーを備えており、キーは、旋回スクロールの背面や旋回スクロールを支持する軸受に形成されたキー溝内を往復動する。特許文献１に開示されたオルダムリンクは、キーが摺動するパッド部材をキー溝に設け、パッド部材のピボットを支点としてパッド部材が揺動して傾斜するようになっている。このようにオルダムリンクのキーの往復動に応じてパッド部材が傾斜することで、キーの片当たりを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平４－４０１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１では、パッド部材にピボットが設けられているため、ピボットを支点としてパッド部材が揺動する際にピボットに繰り返し応力や応力集中が生じ、パッド部材の耐久性が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、オルダムリンクのキー及びキー溝の耐久性を向上させることができるスクロール流体機械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】

【0006】

本発明の一態様に係るスクロール流体機械は、本体側に固定された固定スクロールと、前記固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、前記旋回スクロールを支持する軸受と、前記旋回スクロールと前記軸受との間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止しつつ公転旋回させるオルダムリンクと、を備え、前記オルダムリンクは、キー溝に対して往復動方向に往復動するキーを備え、前記キー溝を形成する壁部には、該壁部に形成された凹所に収納されるとともに前記キーに対して摺動する摺動部材が設けられ、前記摺動部材は、前記キーと摺動する摺動面が平面とされ、該摺動面と反対側の裏面が前記往復動方向にわたって連続して形成された転動面とされ、前記転動面は、前記往復動方向にわたって連続して形成された前記凹所の被転動面に対して転動し、前記キーが往復動することによって前記摺動部材が転動して最も傾斜した場合であっても、前記摺動面が前記壁部の前記キー側に最も近い面よりも該キー側に位置するように出っ張る。

【0007】

摺動部材の摺動面が平面とされているので、キーは往復動方向に摺動する際に摺動部材に対して面接触する。そして、摺動面と反対側の裏面が転動面とされているので、摺動部材が凹所の被転動面に対して転動する。摺動部材はキーの往復動に追随して転動することによって傾斜し、面接触を維持しつつ片当たりを防止して面圧を低下させることができる。さらに、往復動方向にわたって連続して形成された転動面を摺動部材に設けることで、摺動部材が傾斜する際に応力集中が生じる形状を回避することとした。これにより、摺動部材及びキーの耐久性を向上させることができる。

【0008】

さらに、本発明の一態様に係るスクロール流体機械では、前記転動面は、前記凹所の被転動面側に凸となる凸形状とされ、前記被転動面は、平面、又は、前記凸形状の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する凹形状とされている。

【0009】

転動面を凸形状とし、転動面が転動する被転動面を平面又は凹形状とすることとした。これにより、摺動部材を被転動面に対して円滑に転動させることができる。

【0010】

さらに、本発明の一態様に係るスクロール流体機械では、前記摺動部材の前記摺動面の往復動方向の長さは、キー長さよりも前記旋回スクロールの旋回半径の２倍以上長い。

【0011】

摺動面の往復動方向の長さを、キー長さよりも旋回スクロールの旋回半径の２倍以上長いので、旋回スクロールが旋回する全行程にわたってキーを摺動部材に接触させることができる。これにより、摺動部材を保持する凹所に隣接する壁面にキーが接触することを回避できるので、耐久性を向上させることができる。

【0012】

さらに、本発明の一態様に係るスクロール流体機械では、前記摺動部材は、前記凹所内にて、前記往復動方向に変位可能とされている。

【0013】

摺動部材を凹所内にて往復動方向に変位可能とすることで、摺動部材と凹所との間に貯留された潤滑油を摺動部材の往復動方向の変位に伴い凹所の外部へと押し出すことができる。これにより、キーと摺動部材との潤滑を促し、さらに耐久性を向上させることができる。

【0014】

さらに、本発明の一態様に係るスクロール流体機械では、前記摺動部材は、前記摺動面に、前記キーとの摩擦係数を低減する摩擦係数低減層が形成されている。

【0015】

摺動部材の摺動面に摩擦係数低減層を形成することによって、摩擦損失の低減および耐摩耗性を向上させることができる。摩擦係数低減層は、コーティングによって形成しても良いし、摺動部材を摩擦係数低減材料で形成しても良い。摩擦係数低減層を構成する材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）、芳香性ポリイミド等の樹脂や、炭素系膜（ＳＰ２やＳＰ２とＳＰ３混在）、二硫化モリブデン、油含浸銅合金などが挙げられる。

【発明の効果】

【0016】

摺動部材の転動面をキーの往復動方向にわたって連続して形成することとしたので、摺動部材が傾斜する際に摺動部材に応力集中が生じる形状を回避し、オルダムリンクのキー及びキー溝の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示した縦断面図である。

【図2】図１のオルダムリンクと上部軸受を示した平面図である。

【図3】図２オルダムリンクのキーの位置で切断した縦断面図である。

【図4】キー溝に設けられた摺動板を示した横断面図である。

【図5】摺動板が傾斜した状態を示した横断面図である。

【図6】図４の変形例を示した横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態について説明する。
＜スクロール圧縮機１の全体構成＞
スクロール圧縮機（スクロール流体機械）１は、空気調和装置の冷媒回路に設けられ、蒸発器から供給されたガス冷媒を圧縮して凝縮器へと高圧ガス冷媒を供給するものである。スクロール圧縮機は、図１に示すように、ハウジング２内に、固定スクロール３と、固定スクロール３に対して公転旋回される旋回スクロール４とを備えている。

【0019】

固定スクロール３は、ハウジング２に対して固定されており、端板３１上に立設されたスクロール形状の壁体３３を備えている。旋回スクロール４は、端板４１上に立設されたスクロール形状の壁体４３を備えている。固定スクロール３の壁体３３と旋回スクロール４の壁体４３とは略同一形状となっている。固定スクロール３に対して旋回スクロール４を１８０°回転させて壁体３３，４３同士を噛み合わせることによって複数の密閉された圧縮空間Ｒ１が形成されるようになっている。

【0020】

旋回スクロール４は、オルダムリンク２３により自転が規制された状態で、固定スクロール３に対して公転旋回運動するようになっている。

【0021】

旋回スクロール４は、駆動させるモータ６によって回転させられる。モータ６によって回転させられる回転軸５は、クランクピン２７を介して旋回スクロール４に接続されている。クランクピン２７は、回転軸５の中心軸線に対して偏心して設けられている。クランクピン２７は、ドライブブッシュやニードルベアリング等のドライブ軸受５２を介して、旋回スクロール４の端板４１の裏面（図において下面）に形成されたボスに対して回転可能に接続されている。回転軸５は、ハウジング２に固定された上部軸受２１と下部軸受２４により回転可能に支持されている。

【0022】

ハウジング２の下部には、潤滑油Ｏを貯留する貯留領域２６が設けられている。潤滑油Ｏは、回転軸５の下端に設けられたポンプ５４により、回転軸５の内部の給油経路５３を通じて汲み上げられ、上部軸受２１、下部軸受２４、クランクピン２７周りに設けられたドライブ軸受５２、旋回スクロール４、オルダムリンク２３などの他の部品と摺動する箇所へと供給される。

【0023】

ハウジング２には、低圧ガス冷媒を吸入する吸入配管２８と、圧縮後の高圧ガス冷媒を吐出する吐出配管２９とが設けられている。吸入配管２８及び吐出配管２９は、図示しない空気調和機の冷媒回路に接続されている。

【0024】

上述したスクロール圧縮機１は、以下のように動作する。
図示しない電源よりモータ６のステータ６１に駆動電流が供給されると、モータ６のロータ６２が回転して、駆動力が回転軸５に出力される。
回転軸５が回転されると、回転軸５の上端に回転軸５の中心軸から径方向の外側の一方向（偏心方向）に偏心して設けられたクランクピン２７を介して駆動力が旋回スクロール４に伝達される。これにより、旋回スクロール４は、オルダムリンク２３の作用によって、固定スクロール３に対して自転を阻止されつつ公転旋回される。

【0025】

旋回スクロール４の旋回により、吸入配管２８から流入した冷媒が旋回スクロール４と固定スクロール３の間に吸入される。そして、旋回スクロール４の旋回に伴い、旋回スクロール４と固定スクロール３の間の圧縮空間Ｒ１の容積が減少することにより、圧縮空間Ｒ１内で冷媒が圧縮される。

【0026】

圧縮された冷媒は、固定スクロール３の吐出ポート３２及びディスチャージカバー３７の吐出ポート３８を経て、吐出配管２９により冷媒回路へと吐出される。固定スクロール３にはマルチポート３２Ａが形成されており、マルチポート３２Ａには、固定スクロール３の端板３１にリテーナ３５を介して取り付けられたリード弁３６が設けられている。ディスチャージカバー３７の吐出ポート３８にも、ディスチャージカバー３７にリテーナ３７Ａを介して取り付けられたリード弁３７Ｂが設けられている。圧縮された冷媒の圧力が所定値に達すると、リード弁３６，３７Ｂを押し開いた冷媒が冷媒回路の凝縮器側へと吐出される。

【0027】

＜オルダムリンク２３＞
図２及び図３には、図１に示したオルダムリンク２３が示されている。オルダムリンク２３は、上部軸受２１の上方に設けられている。また、図１に示したように、オルダムリンク２３は、旋回スクロール４の端板４１の裏面側に設けられている。

【0028】

図２に示したように、オルダムリンク２３は、平面視した場合に略リング形状とされている。図２のように平面視した場合に、左右の両側すなわち３時と９時の位置には、下方（上部軸受２１側）に突出するキー２３Ａが設けられている。また、図２のように平面視した場合に、上下の両側すなわち６時と１２時の位置には、上方（旋回スクロール４側）に突出するキー２３Ｂが設けられている。すなわち、２つのキー２３Ａが設けられた方向と、２つのキー２３Ｂが設けられた方向は、直交するように設けられている。下方へ突出する各キー２３Ａは、図３に示すように、上部軸受２１に形成されたキー溝２１Ａに挿入されている。上方へ突出する各キー２３Ｂは、図示しないが、旋回スクロール４の端板４１に形成されたキー溝に挿入されている。

【0029】

キー溝２１Ａには、摺動板（摺動部材）３０が設けられている。摺動板３０は、キー２３Ａの側面に対して接触する位置に設けられている。なお、図２では、キー溝２１Ａの両側に摺動板３０が設けられているが、旋回スクロール４の回転方向を考慮した場合にキー２３Ａが接触する一方の側面のみに設けることとしても良い。また、ここでは下方に突出するキー２３Ａに対して摺動する摺動板３０について説明するが、上方に突出するキー２３Ｂに対応する旋回スクロール４のキー溝にも同様に摺動板３０を設けることができる。

【0030】

摺動板３０は、キー２３Ａとの摩擦係数を低減する材料で形成されている。摩擦係数を低減する材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）、芳香性ポリイミド等の樹脂や、炭素系膜（ＳＰ２やＳＰ２とＳＰ３混在）、二硫化モリブデン、油含浸銅合金などが挙げられる。なお、摺動板３０の摺動面３０Ａに摩擦低減層として、摩擦係数を低減する材料をコーティングすることとしても良い。

【0031】

図４に示すように、摺動板３０は、キー溝２１Ａを形成する壁部２１Ｂに形成した凹所４０に収容されている。凹所４０は、壁部２１Ｂのキー２３Ａ側に最も近い面から退避する方向に形成された凹所側面４０Ａと、両側の凹所側面４０Ａを接続する凹所底面４０Ｂとによって形成されている。凹所側面４０Ａ及び凹所底面４０Ｂとは平面とされている。各凹所側面４０Ａと凹所底面４０Ｂとは互いに直交している。

【0032】

摺動板３０は、キー２３Ａ側に摺動面３０Ａが形成されている。摺動面３０Ａは、平面とされたキー２３Ａの側面に対応するように平面とされている。

【0033】

摺動板３０の摺動面３０Ａと反対側の裏面には転動面３０Ｂが設けられている。転動面３０Ｂは、往復動方向Ｄ１にわたって連続して形成されている。すなわち、転動面３０Ｂには、往復動方向Ｄ１にわたって突出部が存在していない。ここで、往復動方向Ｄ１は、旋回スクロール４の公転旋回運動に伴いオルダムリンク２３が往復動する方向を意味する。

【0034】

摺動板３０の転動面３０Ｂは、凹所底面４０Ｂ側に向かって凸となるように形成されている。転動面３０Ｂは、好ましくは、図４に示すように断面視した場合に円弧状に形成され、往復動方向Ｄ１に対象となる形状とされている。すなわち、転動面３０Ｂの凸形状の頂点が往復動方向Ｄ１の中央位置となるようになっている。

【0035】

摺動板３０の往復動方向Ｄ１の寸法は、キー２３Ａが往復動方向Ｄ１に往復動した場合であってもキー２３Ａの側面の全体に対して常に接触することができる寸法とされている。より具体的には、摺動板３０の往復動方向Ｄ１の寸法は、少なくとも、キー長さよりも旋回スクロール４の旋回半径の２倍以上長い寸法とされている。

【0036】

摺動板３０の往復動方向Ｄ１の寸法は、凹所４０の往復動方向Ｄ１の寸法（両側の凹所側面４０Ａ間の距離）よりも小さくされている。より好ましくは、摺動板３０の側部と凹所側面４０Ａとの間には、キー２３Ａの往復動に伴って摺動板３０が凹所４０内で往復動方向Ｄ１に変位して所定距離移動することができる程度の隙間が形成されている。

【0037】

摺動板３０の摺動面３０Ａは、壁部２１Ｂのキー２３Ａ側に最も近い面よりもキー２３Ａ側に位置するように凹所４０内に出っ張るように設けられている。より具体的には、図５に示すように、キー２３Ａが往復動することによって摺動板３０が転動して最も傾斜した場合であっても、壁部２１Ｂのキー２３Ａ側に最も近い面（摺動板３０に隣接する壁部２１Ｂ）よりもキー２３Ａ側に位置するように設けられている。これにより、キー２３Ａが摺動板３０の側方の壁部２１Ｂに衝突しないようになっている。

【0038】

上述した摺動板３０は、以下のように動作する。
キー２３Ａが旋回スクロール４の公転旋回運動に伴い往復動方向Ｄ１に往復動すると、摺動板３０の摺動面３０Ａがキー２３Ａの側面に面接触した状態でキー２３Ａが摺動することになる。キー２３Ａと摺動板３０との相対位置に応じて、摺動板３０の転動面３０Ｂが凹所底面４０Ｂ上を転動する。これにより、摺動板３０の摺動面３０Ａがキー２３Ａの側面に常に面接触することになる。

【0039】

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
摺動板３０の摺動面３０Ａが平面とされているので、キー２３Ａは往復動方向Ｄ１に摺動する際に摺動板３０に対して面接触する。そして、摺動面３０Ａと反対側の裏面が転動面３０Ｂとされているので、摺動板３０が凹所４０の被転動面である凹所底面４０Ｂに対して転動する。摺動板３０はキー２３Ａの往復動に追随して転動することによって傾斜し、面接触を維持しつつ片当たりを防止して面圧を低下させることができる。さらに、往復動方向Ｄ１にわたって連続して形成された転動面３０Ｂを摺動板３０に設けることで、摺動板３０が傾斜する際に応力集中が生じる形状を回避することとした。これにより、摺動板３０及びキー２３Ａの耐久性を向上させることができる。

【0040】

摺動板３０の摺動面３０Ａの往復動方向Ｄ１の長さを、キー長さよりも旋回スクロール４の旋回半径の２倍以上長くしたので、旋回スクロール４が旋回する全行程にわたってキー２３Ａを摺動板３０に接触させることができる。これにより、摺動板３０を保持する凹所４０に隣接する壁部２１Ｂにキー２３Ａが接触することを回避できるので、耐久性を向上させることができる。

【0041】

摺動板３０を凹所４０内にて往復動方向Ｄ１に変位可能とすることで、摺動板３０の側部と凹所側面４０Ａとの間に貯留された潤滑油を摺動板３０の往復動方向Ｄ１の変位に伴い凹所４０の外部へと押し出すことができる。これにより、キー２３Ａと摺動板３０との潤滑を促し、さらに耐久性を向上させることができる。

【0042】

摺動板３０として摩擦係数を低減する材料を用いることとした。これにより、耐摩耗性を向上させることができる。

【0043】

＜変形例＞
図６に示すように、凹所４０の凹所底面４０Ｂ’を凹形状としてもよい。凹所底面４０Ｂ’の曲率半径は、摺動板３０の転動面３０Ｂの凸形状の曲率半径よりも大きくされている。これにより、摺動板３０が円滑に凹所底面４０Ｂ’上を転動できるようになっている。

【0044】

なお、本実施形態では、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機として説明したが、冷媒以外の流体を圧縮する圧縮機であってもよい。また、圧縮機に代えて膨張機としても良い。

【符号の説明】

【0045】

１ スクロール圧縮機（スクロール流体機械）
２ ハウジング
３ 固定スクロール
４ 旋回スクロール
２１ 上部軸受
２１Ａ キー溝
２１Ｂ 壁部
２３ オルダムリンク
２３Ａ キー
２３Ｂ キー
２４ 下部軸受
２６ 貯留領域
２７ クランクピン
２８ 吸入配管
２９ 吐出配管
３０ 摺動板（摺動部材）
３０Ａ 摺動面
３０Ｂ 転動面
３１ 端板
３３ 壁体
３５ リテーナ
３６ リード弁
３７ ディスチャージカバー
３７Ａ リテーナ
３７Ｂ リード弁
３８ 吐出ポート
４０ 凹所
４０Ａ 凹所側面
４０Ｂ 凹所底面
４０Ｂ’ 凹所底面
４１ 端板
４３ 壁体
５２ ドライブ軸受
Ｄ１ 往復動方向
Ｒ１ 圧縮空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】