JP2003106270A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トップクリアランスボリュームを最小限にし
て高圧力比運転となった場合における運転効率の低下を
防止したスクロール型流体機械を提供する。 【解決手段】 固定スクロールの背面に低圧室ＬＲと高
圧室ＨＲとを仕切るディスチャージカバー３０が配置さ
れているスクロール型流体機械において、固定スクロー
ル９に、吐出弁機構１５を備えた吐出通路４１が形成さ
れている接続部材４０を直接取り付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば空気調和
装置や冷凍装置に使用されるスクロール型圧縮機等のス
クロール型流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スクロール型圧縮機などのス
クロール型流体機械においては、固定スクロール、旋回
スクロール及び自転阻止機構を具備することでスクロー
ル型圧縮機構を構成している。このスクロール型圧縮機
構において、一方の固定スクロールは、吸入管及び吐出
管を接続したハウジング内に固定支持された不動のスク
ロールである。他方の旋回スクロールは、固定スクロー
ルと上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置さ
れ、自転阻止機構により自転を阻止されると共に、電動
モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対
し公転旋回運動を行うものである。この旋回スクロール
は、固定スクロールと複数の接触点で接触して三日月状
の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少さ
せながら内側へ移動することにより、吸入・圧縮・吐出
を同時に行うことができる。

【０００３】以下、従来例として密閉縦型のスクロール
型圧縮機の構成を図５ないし図７に基づいて簡単に説明
する。図５に上部断面構造を示した第１従来例のスクロ
ール型圧縮機は、固定スクロール背面に高圧室と低圧室
との間を仕切る部材としてディスチャージカバーを備え
ている。このスクロール型圧縮機１は、高圧ヘッド２ａ
を備えた有底筒形状の低圧ハウジング２と、該低圧ハウ
ジング２内部の上部にフレーム３で支持されたスクロー
ル型圧縮機構４と、該スクロール型圧縮機構４の下方、
すなわちハウジング２内部の下部にフレーム３などで支
持して配設された駆動手段のモータ（図示省略）とを備
え、該モータの回転シャフト６が、スクロール型圧縮機
構４の下部に連結されている。なお、図中の符号８は、
圧縮された流体の出口となる吐出管である。

【０００４】スクロール型圧縮機構４は、フレーム３に
固定された固定スクロール９と、フレーム３と固定スク
ロール９との間にスラスト軸受を介して公転旋回運動が
可能に支持された旋回スクロール１０と、該旋回スクロ
ール１０の外面に設けられ旋回スクロール１０の公転旋
回運動を許容しながらその自転を阻止する周知のオルダ
ムリンク等よりなる自転阻止機構（図示省略）とを備え
ている。

【０００５】固定スクロール９は、固定側端板９ａと、
該固定側端板９ａの内面に立設された渦巻き状の固定側
渦巻体（スクロール）９ｂと、固定側端板９ａの周縁部
に形成された円筒状の周壁部９ｃとを備え、該固定側渦
巻体９ｂの先端面にはチップシールが嵌装されている。
固定側端板９ａには、その中央部に吐出通路１２が上下
に貫通状態に形成されるとともに、その上面（背面側）
には低圧ハウジング２を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分
割する仕切部材として、ディスチャージカバー１３が配
設されている。すなわち、ディスチャージカバー１３と
高圧ヘッド２ａとにより囲まれた上部の空間が高圧室Ｈ
Ｒとなる。また、ディスチャージカバー１３の中央部に
は吐出ポート１４が開口し、同吐出ポート１４を所定圧
力以上で開閉するため、吐出弁機構１５が設けられてい
る。この吐出弁機構１５は、実際に揺動して開閉する弁
体１５ａと、その最大開度を規制するストッパ１５ｂと
を具備して構成される。なお、高圧室ＨＲには、吐出管
８の開口端が貫通状態に固定され、吐出管８と高圧室Ｈ
Ｒとが連通状態に接続されている。

【０００６】また、フレーム３の外周部には、吸入管
（図示省略）から低圧ハウジング２内に導入してこれか
ら圧縮しようとする流体（以下、圧縮流体と呼ぶ）を固
定スクロール９の固定側端板９ａ及び固定壁９ｃの内面
側に導く吸入口（図示省略）が形成されている。この吸
入口は、固定スクロール９と旋回スクロール１０との間
に形成される吸入室１６に接続されており、これら吸入
口及び吸入室１６により圧縮流体の吸入流路が形成され
て、吸入管から低圧ハウジング２内に導入した圧縮流体
がスクロール型圧縮機構４へと吸入されていく。

【０００７】旋回スクロール１０は、上述した固定側端
板９ａに対向状態に配された旋回側端板１０ａと、該旋
回側端板１０ａの内面に立設されて固定側渦巻体９ｂと
噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体（スクロール）
１０ｂとを備え、該旋回側渦巻体１０ｂの先端面にもチ
ップシールが嵌装されている。旋回側端板１０ａには、
その外面に円筒形状のボス１７が軸線を同じくして立設
され、該ボス１７の内部には、ブッシュ１８が旋回軸受
１９を介して回転可能に嵌装されている。また、該ブッ
シュ１８には、その内部に軸線から偏心した貫通孔１８
ａが形成されている。

【０００８】固定スクロール９と旋回スクロール１０と
は、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻
体９ｂと旋回側渦巻体１０ｂとの互いの側面が複数個所
で線接触するように１８０度の位相差をもって噛み合わ
されている。また、この状態で、固定側渦巻体９ｂ及び
旋回側渦巻体１０ｂのチップシールがそれぞれ旋回側端
板１０ａ及び固定側端板９ａの内面に密接して、図６に
示すように、固定側渦巻体９ｂと旋回側渦巻体１０ｂの
中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密閉空
間となる圧縮室Ｐが形成される。なお、旋回スクロール
１０は、周知のオルダムリンクを備えた自転阻止機構に
よって、フレーム３及び同フレーム３に固定された固定
スクロール９に対して、自転が阻止された状態で公転旋
回運動可能に配されている。

【０００９】また、図中の符号２０は、回転シャフト６
の上端部に形成された偏心ピンであり、ブッシュ１８の
貫通孔１８ａに挿入され、ブッシュ１８を回転可能に支
持している。

【００１０】続いて、第２従来例を図７に基づいて簡単
に説明する。なお、図５と同一の部分には同じ符号を付
してある。このスクロール型圧縮機１′は、上述した図
５の圧縮機と基本的には同じであるが、吐出通路１２の
出口側にリリーフ弁２１を設けた点が異なっている。こ
のリリーフ弁２１は、圧縮室Ｐの適所から固定スクロー
ル９の端板９ａ上面に連通する貫通孔２２の出口を開閉
する機能を有するもので、圧縮室Ｐ内が所定圧力以上の
高圧となった場合に開くようになっている。なお、図中
の符号５はモータ、７は吸入管、１１は自転阻止機構、
１３ａはディスチャージカバー１３の上面に設けられた
弁座面である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、固定
スクロール９の背面（上面）に高圧室ＨＲと低圧室ＬＲ
とを仕切る部材（ディスチャージカバー１３）を備えた
第１従来例のスクロール型圧縮機においては、吐出弁機
構１５が吐出ポート１４の出口に設けられているので、
圧縮できない容積、すなわち吐出通路１２、吐出ポート
１４及び空間部２３の三箇所を合計した容積であるトッ
プクリアランスボリューム（以下、ＴＣＶと略す）が大
きくなるという問題がある。

【００１２】この空間部２３は、圧縮ガスの流路確保及
び吐出弁機構１５を取り付けなどのために必要となるも
のである。運転圧力比がスクロールの設計圧力比以下の
場合、ＴＣＶ内の圧力は運転時の設定圧力と同等もしく
はそれ以上となるため、吐出弁のＴＣＶの面と高圧室Ｈ
Ｒの面に負荷される圧力はＴＣＶの方が同等もしくは大
きくなり、常にＴＣＶ内の圧縮ガスは高圧室ＨＲに排出
されることとなる。しかし、設計圧力比より大きい運転
圧力比となった場合、ＴＣＶ内の圧力は１工程の圧縮で
は高圧室ＨＲの圧力まで達しないため、吐出弁にかかる
力は高圧室ＨＲの面の方が大きく、ＴＣＶ内の圧縮ガス
は排出されない。そして、ＴＣＶ内の圧力は高圧室ＨＲ
の圧力、すなわち運転時の設定圧力に上昇するまで、圧
縮室内に逆流し再度圧縮される。また、ＴＣＶが大きい
と再圧縮するガスの体積が増える。このような運転状況
では、動力損失が増加して運転（圧縮）効率が低下する
という解決すべき課題がある。

【００１３】また、第２従来例に示したように、固定ス
クロール９とディスチャージカバー１３との間に、すな
わち吐出通路１２の出口にリリーフ弁２１を取り付け
て、設計圧力以上の高圧まで圧縮されないよう配慮した
構造もあるが、リリーフ弁２１の取付スペースが限られ
ているため、適正なリリーフ弁形状を自由に設定するの
は困難であった。このため、運転効率のよいリリーフ弁
２１の弁形状を容易に設定できる圧縮機構造が望まれ
る。なお、このようなリリーフ弁２１を設けると、大き
な弁設置スペース（空間部２３）を確保する都合上、上
述したＴＣＶも大きくなる。

【００１４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、第１の目的は、ＴＣＶを最小限にして高圧力比運
転となった場合における運転効率の低下を防止すること
にあり、第２の目的は、リリーフ弁を取り付ける場合に
おいては、弁形状の設計自由度を増して運転効率を向上
させることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
スクロール型流体機械は、閉空間を形成し吸入管及び吐
出管を接続したハウジングと、該ハウジング内に固定支
持された固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合
わされ、同固定スクロールに対し自転を阻止されて公転
旋回運動を行う旋回スクロールと、前記旋回スクロール
の駆動手段とを具備し、前記固定スクロールと前記旋回
スクロールとが複数の接触点で接触して三日月状の圧縮
室を形成し、該圧縮室が外周側より容積を減少させなが
ら内側へ移動して吸入・圧縮・吐出を同時に行うと共
に、前記固定スクロールの背面に低圧室と高圧室とを仕
切る仕切部材が配置されているスクロール型流体機械に
おいて、前記固定スクロールに、吐出弁機構を備えた吐
出通路が形成されている接続部材を直接取り付けたこと
を特徴とするものである。

【００１６】このようなスクロール型流体機械によれ
ば、吐出弁機構を備えた吐出通路が形成されている接続
部材を固定スクロールに直接取り付ける構造としたの
で、固定スクロールと仕切部材との間に形成される空間
部をなくし、あるいは、最小にしてＴＣＶを最小限にす
ることができる。

【００１７】請求項１記載のスクロール型流体機械にお
いては、前記接続部材が、前記固定スクロールの吐出口
に挿入されて圧縮ガスの吐出通路を形成する筒部と、該
筒部の出口を開閉する吐出弁を取り付ける弁座面と、を
具備したものが好ましく、これにより、圧縮ガスの吐出
通路を形成する筒部を固定スクロールの吐出口に挿入す
るので、実質的に空間部をなくすことができる。この場
合、前記接続部材と前記固定スクロールとの間にリリー
フ弁を設けたものが好ましく、これにより、リリーフ弁
の設計自由度を増すことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスクロール型
流体機械の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１
に示す第１の実施形態において、符号の１Ａはスクロー
ル型圧縮機、２は低圧ハウジング、３はフレーム、４は
スクロール圧縮機構、６は回転シャフト、８は吐出管、
９は固定スクロール、１０は旋回スクロール、１２Ａは
吐出口、３０はディスチャージカバー、４０は接続部材
である。

【００１９】このスクロール型圧縮機１Ａは、固定スク
ロール９の背面に高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとの間を仕切
る部材としてディスチャージカバー３０を備えている。
低圧ハウジング２は、高圧ヘッド２ａを備えた有底筒形
状の部材である。低圧ハウジング２の内部には、フレー
ム３で支持されたスクロール型圧縮機構４と、該スクロ
ール型圧縮機構４の下方、すなわちハウジング２内部の
下部にフレーム３などで支持して配設された駆動手段の
モータ（図示省略）とを備えている。スクロール型圧縮
機構４の下部には、図示省略のモータを駆動源とする回
転シャフト６が連結されている。

【００２０】スクロール型圧縮機構４は、フレーム３に
固定された固定スクロール９と、フレーム３と固定スク
ロール９との間にスラスト軸受を介して公転旋回運動が
可能に支持された旋回スクロール１０と、該旋回スクロ
ール１０の外面に設けられ旋回スクロール１０の公転旋
回運動を許容しながらその自転を阻止する周知のオルダ
ムリンク等よりなる自転阻止機構（図示省略）とを備え
ている。固定スクロール９は、固定側端板９ａと、該固
定側端板９ａの内面に立設された渦巻き状の固定側渦巻
体（スクロール）９ｂと、固定側端板９ａの周縁部に形
成された円筒状の周壁部９ｃと、固定側端板９ａの中央
部を突出させた中央凸部９ｄとを備えている。

【００２１】固定側端板９ａには、中央凸部９ｄを上下
に貫通して吐出口１２Ａが形成されている。固定側端板
９ａの上面（背面側）には、低圧ハウジング２を高圧室
ＨＲと低圧室ＬＲとに分割する仕切部材となるディスチ
ャージカバー３０が配設されている。ディスチャージカ
バー３０の中央には連通口３１が設けられ、この連通口
３１と固定スクロール９の中央凸部９ｄとを密封状態に
嵌合させて組み立てられている。すなわち、ディスチャ
ージカバー３０と高圧ヘッド２ａとにより囲まれた上部
の空間が高圧室ＨＲとなる。

【００２２】固定スクロール９の吐出口１２Ａには、吐
出弁機構１５を備えた吐出通路４１が形成されている接
続部材４０を直接取り付けてある。この接続部材４０
は、図２に示すように、固定スクロール９の吐出口１２
Ａに挿入されて圧縮ガスの吐出通路４１を形成する筒部
４２と、該筒部４２の出口を開閉する吐出弁機構１５を
取り付ける弁座面４３とを具備した部材である。なお、
図中の符号４４は吐出弁機構１５を固定するためのボル
ト穴、４５は接続部材４０を固定スクロール９の中央凸
部９ｄに固定するためのボルト穴である。

【００２３】上述した接続部材４０には、吐出通路４１
を所定圧力以上で開閉するため、吐出弁機構１５が設け
られている。この吐出弁機構１５は、実際に揺動して開
閉する弁体１５ａと、その最大開度を規制するストッパ
１５ｂとを具備して構成される。弁体１５ａは、ボルト
４６をもってストッパ１５ｂと共に弁座面４３上に取り
付けられる。なお、図１における符号の４７は、接続部
材４０を固定するボルトである。

【００２４】また、吐出弁機構１５の出口側には上述し
た高圧室ＨＲが形成され、同高圧室ＨＲには、高圧ヘッ
ド２ａを貫通して固定されている吐出管８の一端が開口
している。なお、スクロール圧縮機構４及びその駆動機
構については、上述した従来技術と実質的に同様である
ため、ここでは図中に同じ符号を付してその詳細な説明
は省略する。

【００２５】このような構成とすれば、従来のディスチ
ャージカバー１３と固定スクロール９との間に形成され
ていた空間部２３（図５参照）の容積が実質的になくな
るので、ＴＣＶは吐出口１２Ａ及び吐出通路４１の２箇
所を合計した容積のみと従来よりもかなり小さなものと
なる。すなわち、スクロール圧縮機構４で圧縮された高
圧の圧縮流体は、設計圧力比より大きな運転圧力比とな
っても、ＴＣＶで膨張する割合が減少するので、その分
再圧縮されるガス量も少なくなり、結果として動力損失
を低減して運転効率を向上させることができる。

【００２６】続いて、本発明の第２の実施形態を図３及
び図４に基づいて説明する。なお、図１と同一の部分に
は同じ符号を付してある。このスクロール型圧縮機１
Ａ′は、上述した第１の実施形態の圧縮機と基本的な構
成は同じであり、接続部材４０と固定スクロール９との
間にリリーフ弁５０を設けた点が異なっている。このリ
リーフ弁５０は、圧縮室Ｐの適所から固定スクロール９
の中央凸部９ｄ（端板９ａ）上面まで連通するよう設け
た貫通孔２２の出口を開閉する機能を有するもので、圧
縮室Ｐ内が所定圧力以上の高圧となった場合に開くよう
になっている。すなわち、リリーフ弁５０は、設計圧力
よりも大きい運転圧力となった場合に、圧縮行程におい
て最も圧力の高くなる吐出口１２Ａの手前に開口させた
貫通孔２２をバイパス流路として、圧縮途中のガスを高
圧室ＨＲへ直接流す機能を有している。

【００２７】また、本発明におけるリリーフ弁５０は、
接続部材４０を固定スクロール９に固定するボルト４７
を用いて、接続部材４０と中央凸部９ｄとの間に挟み込
むように設置する構造としている。このため、従来の空
間部２３に設置する構造と比較して設置位置や弁形状の
設計自由度が増し、貫通孔２２の位置選択についても自
由度が増すので、より一層効率のよいリリーフ弁５０の
設計及び取り付けが可能になる。そして、リリーフ弁５
０を設置するために、上述した空間部２３を設ける必要
もなくなるので、ＴＣＶを小さくしての運転効率向上に
も有効である。

【００２８】なお、本発明の構成は上述した実施形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において適宜変更することができる。

【００２９】

【発明の効果】上述した本発明のスクロール型流体機械
によれば、吐出弁を備えた吐出通路が形成されている接
続部材を固定スクロールに直接取り付ける構成としたの
で、トップクリアランスボリューム（ＴＣＶ）を増す要
因となっていた空間部をなくすことができる。このた
め、再圧縮するガス量を最小限として、特に高圧力比運
転での運転効率向上に大きな効果を奏する。また、接続
部材と固定スクロールとの間にリリーフ弁を挟み込むよ
うにして設置する構成としたので、リリーフ弁の取付位
置や弁形状の設計自由度が増し、より一層効率のよいリ
リーフ弁の設計および取り付けが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るスクロール型流体機械の一実施
形態として、スクロール型圧縮機の構成例（第１の実施
形態）を示す要部断面図である。

【図２】 図１の接続部材を示す図で、（ａ）平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 本発明に係るスクロール型流体機械の一実施
形態として、スクロール型圧縮機の構成例（第２の実施
形態）を示す図で、（ａ）は高圧ヘッドを取り外した状
態を示す平面図、（ｂ）は全体構成を示す断面図であ
る。

【図４】 図２（ａ）におけるリリーフ弁の取付構造を
拡大して示した平面図である。

【図５】 スクロール型圧縮機の第１従来例を示す要部
断面図である。

【図６】 固定側渦巻体及び旋回側渦巻体の関係を示す
説明図である。

【図７】 スクロール型圧縮機の第２従来例を示す図
で、（ａ）は高圧ヘッドを取り外した状態を示す平面
図、（ｂ）は全体構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ａ′ スクロール型圧縮機（スクロール型流
体機械） ２ ハウジング ２ａ 高圧ヘッド ４ スクロール圧縮機構 ９ 固定スクロール １０ 旋回スクロール １２Ａ 吐出口 １５ 吐出弁機構 ２２ 貫通孔 ３０ ディスチャージカバー（仕切部材） ４０ 接続部材 ４１ 吐出通路 ４２ 筒部 ４３ 弁座面 ５０ リリーフ弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉空間を形成し吸入管及び吐出管を接
   続したハウジングと、該ハウジング内に固定支持された
   固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わされ、
   同固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋回運動
   を行う旋回スクロールと、前記旋回スクロールの駆動手
   段とを具備し、前記固定スクロールと前記旋回スクロー
   ルとが複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成
   し、該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ
   移動して吸入・圧縮・吐出を同時に行うと共に、前記固
   定スクロールの背面に低圧室と高圧室とを仕切る仕切部
   材が配置されているスクロール型流体機械において、前
   記固定スクロールに、吐出弁機構を備えた吐出通路が形
   成されている接続部材を直接取り付けたことを特徴とす
   るスクロール型流体機械。
2. 【請求項２】 前記接続部材が、前記固定スクロール
   の吐出口に挿入されて圧縮ガスの吐出通路を形成する筒
   部と、該筒部の出口を開閉する吐出弁を取り付ける弁座
   面と、を具備してなることを特徴とする請求項１記載の
   スクロール型流体機械。
3. 【請求項３】 前記接続部材と前記固定スクロールと
   の間にリリーフ弁を設けたことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のスクロール型流体機械。