JP2003239874A - スクロール圧縮機 - Google Patents

スクロール圧縮機

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浩幸 今村
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裕一 柳瀬
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泰成 飯塚
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＨＦＣ系等の塩素を含まない冷媒を作動流体
とするスクロール圧縮機において、自転防止部材、静止
部材に設けられたキーとキー溝の摺動面に潤滑油を供給
し、キーとキー溝の接触を防止してスクロール圧縮機の
信頼性を向上する。 【解決手段】 ＨＦＣ系等の塩素を含まない冷媒を作動
流体とするスクロール圧縮機において、自転防止部材の
キーの静止部材のキー溝に対して摺動する面の両端部
は、１０μｍ以上の曲率半径一定の曲線からなるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍・空調用スクロ
ール圧縮機に係わり、特に冷媒としてＨＦＣ系、ＨＣ
系、ＣＯ2、ＮＨ3等の塩素を含まない冷媒を用いた場合
の旋回スクロール自転防止機構改良に好適なスクロール
圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スクロール圧縮機の圧縮作用の原理及び
自転防止部材の構造、作動原理は特開昭６０−８８２２
６号公報、特開昭５８−１７４１０１号公報に開示され
ている。また自転防止部材のキー摺動面の潤滑性改善に
関する技術は、特開平１１−８２３３９号公報に開示さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、冷凍・空調機器
の作動流体として使用されてきたＲ２２等の冷媒は、分
子中に塩素を持つため、一たん大気中に放出されるとオ
ゾン層破壊の問題が生じる。この冷媒の代替として用い
られるＨＦＣ系等の分子中に塩素を持たない冷媒では、
オゾン層破壊の問題はなくなるが、冷媒と潤滑油である
鉱油の組合せに対し摺動部での信頼性が低下し、実用に
耐えない等の問題点を発生させることとなった。
【０００４】特に自転防止部材のキーとキー溝の摺動部
ではガス圧縮の反力を受け面圧が高く、往復運動のため
油膜が形成されにくい条件のため、ＨＦＣ系等の分子中
に塩素を持たない冷媒では、従来の冷媒のように該冷媒
中に含まれる塩素が摺動面の金属と反応して皮膜を生成
し、金属との接触を妨げる極圧効果が得られず、摺動部
の潤滑状態が厳しくなり、キーやキー溝の摩耗等の信頼
性低下の問題点が発生することとなった。
【０００５】本発明の目的は、上記のような従来技術の
問題点を解決し、塩素を含まないＨＦＣ系や自然系冷媒
環境下において、自転防止部材のキー摺動部の潤滑状態
を改善し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるスクロール圧縮機は、特許請求の範囲
の各請求項に記載されたところを特徴とするものである
が、特に独立項としての請求項１に係る第１発明による
スクロール圧縮機は、渦巻状のラップを有する固定スク
ロール及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部
と、前記旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に
設けたキー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを
備え、冷媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上
のＨＦＣ系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスク
ロール圧縮機において、前記自転防止部材の前記キーの
前記キー溝に対して摺動する面の両端部は、１０μｍ以
上の曲率半径一定の曲線からなることを特徴とするもの
である。
【０００７】同じく、請求項２に係る第２発明によるス
クロール圧縮機は、渦巻状のラップを有する固定スクロ
ール及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、
前記旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設け
たキー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを備
え、冷媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上の
ＨＦＣ系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロ
ール圧縮機において、前記自転防止部材の前記キーの前
記キー溝に対して摺動する面の両端部は、曲線で形成さ
れ、該摺動面に接する該曲線の曲率半径が１０μｍより
充分大きくて、かつ前記摺動面から端面方向に向け曲率
半径を連続的に減じ、最終的に１０μｍ以上の曲率半径
の形状からなることを特徴とするものである。
【０００８】同じく、請求項３に係る第３発明によるス
クロール圧縮機は、渦巻状のラップを有する固定スクロ
ール及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、
前記旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設け
たキー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを備
え、冷媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上の
ＨＦＣ系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロ
ール圧縮機において、前記自転防止部材の前記キーの前
記キー溝に対して摺動する面の両端部は、該摺動面から
１０μｍ以上の曲率半径の曲線で前記摺動面から１０μ
ｍ以上の高さまで形成され、さらに該曲線と自転防止部
材外周面または内周面との間が滑らかに直線で連繋され
ることを特徴とするものである。
【０００９】同じく、請求項４に係る第４発明によるス
クロール圧縮機は、渦巻状のラップを有する固定スクロ
ール及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、
前記旋回スクロールに設けたキー及び静止部材に設けた
キーに係合するキー溝部を有する自転防止部材を備え、
冷媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上のＨＦ
Ｃ系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロール
圧縮機において、前記自転防止部材の前記キー溝の前記
キーに対して摺動する面の両端部は、曲線形状からなる
ことを特徴とするものである。
【００１０】同じく、請求項５に係る第５発明によるス
クロール圧縮機は、渦巻状のラップを有する固定スクロ
ール及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、
前記旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設け
たキー溝に係合するキー部を有する自転防止部材を備
え、冷媒として塩素を含まないＨＣ系冷媒、ＣＯ2、Ｎ
Ｈ3等の自然系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられる
スクロール圧縮機において、前記自転防止部材の前記キ
ーの前記キー溝に対して摺動する面の両端部は、該摺動
面から１０μｍ以上の曲率半径の曲線で前記摺動面から
１０μｍ以上の高さまで形成され、さらに該曲線と自転
防止部材外周面または内周面との間が滑らかに直線で連
繋されることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図９により説明する。図１に本発明を実施するス
クロール圧縮機の縦断面図の例を示す。密閉容器１内の
上部に圧縮機構部、下部に電動機部８が収納され、低部
に潤滑油７を溜めた貯溜部が設けられている。圧縮機構
部は、固定スクロール２、旋回スクロール３、フレーム
４及び自転防止部材５を主要構成要素としている。
【００１２】固定スクロール２と旋回スクロール３と
は、それぞれの台板面に直立する渦巻状ラップ面をそれ
ぞれ互いに内側に向けて噛み合わせ圧縮室を形成してい
る。旋回スクロール３は、電動機部８とクランク軸６を
介して連結され旋回運動を行う。
【００１３】また、フレーム４には固定スクロール２が
ボルトにより固定され、旋回スクロール３は自転防止部
材５によりフレーム４に支承され、固定スクロール２に
対し自転することなく旋回運動を行う。
【００１４】図７は、自転防止部材５の正面図、図８
は、自転防止部材５を上方から示した図である。自転防
止部材５は、環状部材の上側に位置する旋回スクロール
３側のキー５ａが１８０°方向に対をなし、キー５ａに
対して９０°の方向で環状部材の下側に位置するフレー
ム４側の一対のキー５ｂを有する。
【００１５】自転防止機構は、旋回スクロール３のキー
溝３ａ（図１参照）と自転防止部材５のキー５ａが係合
し、フレーム４のキー溝４ａ（図１参照）と自転防止部
材５のキー５ｂが係合して構成され、キー溝とキーは直
線的な往復運動を行う。
【００１６】次に図９、図２及び図３は自転防止部材５
のキーの拡大図で、図９は従来技術、図２及び図３は本
発明の実施例を示す。
【００１７】図９に示した従来技術の自転防止部材で
は、キー５ａ，５ｂが係合するキー溝３ａ，４ａ内を往
復運動する際、自転防止部材５の外周面あるいは内周面
と摺動面とを結ぶ直線形状部５ｃと摺動面との角部によ
り、キー溝３ａ，４ａの摺動面の潤滑油７がかきとら
れ、冷媒中の塩素による極圧効果の期待できない塩素を
含まないＨＦＣ系冷媒等の冷媒環境下では、キー５ａ，
５ｂとキー溝３ａ，４ａの摺動面の接触が起こり、キー
５ａ，５ｂあるいはキー溝３ａ，４ａの摺動面の摩耗が
起こる可能性がある。
【００１８】これに対し、第１実施例である図２（ａ）
に示した自転防止部材では、キー５ａ，５ｂの摺動面端
部を摺動面から１０μｍ以上の曲率半径一定の曲線５ｄ
で円滑に連繋することにより、キー５ａ，５ｂの摺動面
端部によるキー溝３ａ，４ａの摺動面の潤滑油７のかき
とりを防ぎ、キー５ａ，５ｂの摺動面端部の曲線５ｄに
沿ってキー５ａ，５ｂとキー溝３ａ，４ａの間の摺動面
に潤滑油７を流入させることができる。潤滑油７の油膜
は、経験的に数μｍとされており、曲率半径を１０μｍ
以上とすれば摺動面の潤滑油のかきとりを防ぐことがで
きる。これにより、塩素を含まないＨＦＣ系冷媒等の冷
媒環境下においてもキー５ａ，５ｂとキー溝３ａ，４ａ
の接触を防止できる。
【００１９】第２実施例である図２（ｂ）は、キー５
ａ，５ｂの摺動面端部の曲線の曲率半径を１０μｍより
充分大きくとりかつ可変とし、キー端部に向けて曲率半
径を減じ最終的に１０μｍ以上の曲率半径の形状とした
例である。これによりキー溝３ａ，４ａの摺動面の潤滑
油７をキー５ａ，５ｂとキー溝３ａ，４ａの間の摺動面
に流入させ、キー５ａ，５ｂとキー溝３ａ，４ａの接触
を防止でき、さらにキー５ａ，５ｂの有効摺動長さを確
保できる。
【００２０】図３は、キー５ａ，５ｂの摺動面端部を摺
動面から１０μｍ以上の曲率半径の曲線で摺動面から１
０μｍ以上の高さまで形成し、該曲線と自転防止部材５
の外周面あるいは内周面とを滑らかに直線で繋いだ例で
ある。
【００２１】加工は、まず第１工程でテーパ状にカット
して直線部を形成し、第２工程で摺動面側の角部をＲ加
工する。この方法であれば、最も容易に本形状を実現す
ることができる。
【００２２】図４は、摺動面積減少による面圧上昇を抑
えるためキー５ａ，５ｂの摺動面の長さをｌ1とした場
合の摺動面両端部の曲線部分の曲率半径Ｒの最大値０．
２ｌ1を示したものである。上記の図２、図３の曲線部
分の曲率半径はこの値以下であればよい。
【００２３】図５は、固定スクロール２にキー溝を設け
た場合の自転防止部材の例で、旋回スクロール３側のキ
ー５ａと同じ自転防止部材の上側に固定スクロール２の
キー溝に設けたキー溝に係合するキー５ｅを配した構造
である。
【００２４】図６は、旋回スクロール３及びフレーム４
にキーを設けた場合の自転防止部材の例で、旋回スクロ
ール３及びフレーム４に設けたキーと係合するキー溝５
ｆを自転防止部材に設けたものである。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、潤滑条件の厳しいＨＦ
Ｃ系等の塩素を含まない冷媒下でも、自転防止部材、静
止部材に設けられたキーとキー溝の摺動面間に潤滑油を
流入させ、キーとキー溝の接触による摩擦摩耗を防止
し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することがで
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である。
【図２】本発明に係わる自転防止部材のキー説明図であ
る。
【図３】本発明に係わる自転防止部材のキー説明図であ
る。
【図４】本発明に係わる自転防止部材のキー摺動面端部
曲線の曲率半径の説明図である。
【図５】本発明に係わる自転防止部材の説明図である。
【図６】本発明に係わる自転防止部材の説明図である。
【図７】従来技術に係わる自転防止部材正面図である。
【図８】従来技術に係わる自転防止部材上面図である。
【図９】従来技術に係わる自転防止部材のキー説明図で
ある。
【符号の説明】
１…密閉容器 ２…固定スクロール ３…旋回スクロール ３ａ…キー溝 ４…フレーム ４ａ…キー溝 ５…自転防止部材 ５ａ…キー ５ｂ…キー ５ｃ，５ｄ…キー端面 ５ｅ…キー ５ｆ…キー溝 ６…クランク軸 ７…潤滑油 ８…電動機部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 慶治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 三宅 成志 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 今村 浩幸 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 柳瀬 裕一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 飯塚 泰成 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 東條 健司 東京都千代田区神田須田町一丁目23番地２ 株式会社日立空調システム内 Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA14 AB03 BB01 BB31 BB44 CC04 CC08 CC39 3H039 AA03 AA04 AA12 BB04 BB07 BB11 CC03 CC16 CC33 CC35

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
    及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、前記
    旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設けたキ
    ー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを備え、冷
    媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上のＨＦＣ
    系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロール圧
    縮機において、 前記自転防止部材の前記キーの前記キー溝に対して摺動
    する面の両端部は、１０μｍ以上の曲率半径一定の曲線
    からなることを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 【請求項２】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
    及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、前記
    旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設けたキ
    ー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを備え、冷
    媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上のＨＦＣ
    系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロール圧
    縮機において、 前記自転防止部材の前記キーの前記キー溝に対して摺動
    する面の両端部は、曲線で形成され、該摺動面に接する
    該曲線の曲率半径が１０μｍより充分大きくて、かつ前
    記摺動面から端面方向に向け曲率半径を連続的に減じ、
    最終的に１０μｍ以上の曲率半径の形状からなることを
    特徴とするスクロール圧縮機。
  3. 【請求項３】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
    及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、前記
    旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設けたキ
    ー溝に係合するキーを有する自転防止部材とを備え、冷
    媒として塩素を含まない一種あるいは二種以上のＨＦＣ
    系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロール圧
    縮機において、 前記自転防止部材の前記キーの前記キー溝に対して摺動
    する面の両端部は、該摺動面から１０μｍ以上の曲率半
    径の曲線で前記摺動面から１０μｍ以上の高さまで形成
    され、さらに該曲線と自転防止部材外周面または内周面
    との間が滑らかに直線で連繋されることを特徴とするス
    クロール圧縮機。
  4. 【請求項４】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
    及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、前記
    旋回スクロールに設けたキー及び静止部材に設けたキー
    に係合するキー溝部を有する自転防止部材を備え、冷媒
    として塩素を含まない一種あるいは二種以上のＨＦＣ系
    冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロール圧縮
    機において、 前記自転防止部材の前記キー溝の前記キーに対して摺動
    する面の両端部は、曲線形状からなることを特徴とする
    スクロール圧縮機。
  5. 【請求項５】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
    及び旋回スクロールを組み合わせた圧縮機構部と、前記
    旋回スクロールに設けたキー溝及び静止部材に設けたキ
    ー溝に係合するキー部を有する自転防止部材を備え、冷
    媒として塩素を含まないＨＣ系冷媒、ＣＯ2、ＮＨ3等の
    自然系冷媒を用い、該冷媒の圧縮に用いられるスクロー
    ル圧縮機において、 前記自転防止部材の前記キーの前記キー溝に対して摺動
    する面の両端部は、該摺動面から１０μｍ以上の曲率半
    径の曲線で前記摺動面から１０μｍ以上の高さまで形成
    され、さらに該曲線と自転防止部材外周面または内周面
    との間が滑らかに直線で連繋されることを特徴とするス
    クロール圧縮機。
  6. 【請求項６】 前記静止部材が、フレームあるいは固定
    スクロールであることを特徴とする請求項１ないし５の
    いずれかに記載のスクロール圧縮機。
  7. 【請求項７】 前記自転防止部材は、金属あるいは金属
    と樹脂の複合材にて形成されていることを特徴とする請
    求項１ないし６のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
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