JP2004316592A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト力が旋回スクロールの鏡板と固定スクロールとの間の摺動面で支持され場合等には、スラスト摺動部分での摺動損失を効果的に低減することは難しく、高効率化に向けての妨げとなっていた。
【解決手段】旋回スクロール１３が旋回運動する際のスラスト力は旋回スクロールの鏡板１０５ａと固定スクロール１２との間の摺動面で支持されるスクロール圧縮機において、旋回スクロール１３のラップ形成面側の鏡板外周部に斜面を設け、固定スクロール１２との間にくさび状に形成される微小隙間８２を設ける。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、業務用または家庭用、あるいは乗り物用の冷凍空調、あるいは冷蔵庫などに用いられるスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスクロール圧縮機は、旋回スクロールが旋回運動する際のスラスト力を支持するスラスト軸受け部分での摺動損失が大きく、摺動損失低減のために低摩擦係数を実現するための表面処理や潤滑油を積極的にスラスト軸受け部に供給する構成が用いられていることが多い。例えば、特許文献１に記載されているようなものがあり、図６は特許文献１に記載された従来の構成例を示したものである。
【０００３】
図６において旋回スクロールの鏡板１０５ａに傾斜面１０５ｄを設け、固定スクロールの鏡板１０４ａとの間にくさび状隙間１１５を構成している。くさび状隙間１１５を設けることにより、旋回スクロール１０５が旋回運動する度にこの部分から潤滑油が供給されることとなり、旋回スクロールの鏡板１０５ａ面のスラスト部での潤滑性能を向上させている。これは単純に潤滑油の供給性を向上させている構成であり、くさび状隙間１１５部分でくさび効果により動圧を発生させるといった複雑な構成ではなかった。また一般的には、旋回スクロールの鏡板の外周エッジ部分は、少なからず曲線あるいは直線で構成される面取り部が設けられており、特許文献１記載のもの以外の従来の構成においても同様の効果が得られている。
【０００４】
また、特許文献１に記載された従来の構成例では、旋回スクロールのラップ１０５ｂの形成される面とは反対面の旋回スクロールの鏡板１０５ａでスラスト力が支持される構成をとっており、くさび状隙間１１５が構成されるスラスト面の摺動負荷は比較的小さいかあるいはほとんどない構成のものであり、潤滑油が流入しやすい構成にするだけで、摺動状態を改善することができていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−１６５５８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、スラスト力が比較的大きな場合、例えば旋回スクロールが旋回運動する際のスラスト力が旋回スクロールの鏡板と固定スクロールとの間の摺動面で支持される場合等には、スラスト摺動部分での摺動損失を効果的に低減することは難しく、このような構成のスクロール圧縮機での高効率化の課題となっていた。
【０００７】
また、近年冷媒ガスとして用いられるものは、ＨＣＦＣ系冷媒からＨＦＣ系冷媒へと移行しつつあり、作動圧力としても高くなる傾向が強い。さらに、自然冷媒系の二酸化炭素等が用いられる場合は、作動圧力はさらに高圧化される。冷媒ガスが高圧化するにしたがって、スラスト軸受け部の摺動損失の割合も非常に大きくなり、これらの損失低減が必要不可欠となっている。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、従来の冷媒が用いられるスクロール圧縮機だけではなく、作動圧力として高圧の冷媒ガスが用いられた場合においても、スラスト損失を低減し高効率なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、渦巻き状のラップを有する固定スクロールと鏡板および渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとは、互いにラップを内側にして噛み合うとともに、旋回スクロールは自転を阻止された状態で旋回運動し、旋回スクロールが旋回運動する際のスラスト力は旋回スクロールの鏡板と固定スクロールとの間の摺動面で支持されるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのラップ形成面側の鏡板外周部に斜面を設け、固定スクロールとの間にくさび状に形成される微小隙間を設ける構成としたものである。
【００１０】
上記構成により、前記くさび状に形成される微小隙間に、旋回スクロールの旋回運動に伴って潤滑油が供給され、くさび効果により動圧が発生し、スラスト摺動部での摺動損失を低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる縦型のスクロール圧縮機の縦断面図の一例であり、圧縮対象は冷媒ガスである。
【００１３】
図１に示すように、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある主軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００１４】
クランク軸４の下端は密閉容器１の下端部のオイル溜め２０に達して、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２１により軸受され、安定に回転することができる。電動機３は主軸受部材１１と副軸受部材２１との間に位置して、密閉容器１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子３ａと、クランク軸４の途中の外まわりに一体に結合された回転子３ｂとで構成され、回転子３ｂの上下端面の外周部分にはピン２２により止め付けられたバランスウエイト２３、２４が設けられ、これにより回転子３ｂおよびクランク軸４が安定して回転し、旋回スクロール１３を安定して円軌道運動させることができる。
【００１５】
旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている環状摺動仕切帯７８があり、旋回運動を行いながら環状摺動仕切帯７８により高圧部分と低圧部分に仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。
【００１６】
給油機構７はクランク軸４の下端で駆動されるポンプ２５によってオイル溜め２０内のオイル６をクランク軸４を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２の各部の軸受部６６や圧縮機構２の各摺動部に供給する。オイル供給穴２６を通じて供給されたオイル６は、主軸受部材１１に配置されている環状摺動仕切帯７８内側に供給されることとなり、旋回スクロール１３の背面部には吐出圧力が作用しているオイル６が安定的に作用する。供給後のオイル６は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部６６を通じ主軸受部材１１の下に流出して滴下し、最終的にオイル溜め２０に回収される。
【００１７】
圧縮機構２から吐出される冷媒ガス２７の流れは以下のようになっている。圧縮機構２の上部の容器内吐出室３１、この容器内吐出室３１と圧縮機構２の下部を連通させる圧縮機構連通路３２、この圧縮機構連通路３２から回転子上部室３３に続く連絡路３４、回転子上部室３３と回転子下部室３５を連通させるように回転子３ｂに設けた回転子通路３６、回転子下部室３５、を順次経て電動機３の下に至り、さらに固定子３ａの下部と上部とを連通させるように固定子３ａまたは固定子３ａと密閉容器１との間に設けられた固定子通路３７を通って前記連絡路３４の外まわりの固定子上部室３８に抜けた後、圧縮機構２に設けられた圧縮機構連通路４３を経て、密閉容器１の固定子上部室３８の位置以上の部分に設けられた外部吐出口３９を通って密閉容器１外に吐出されるようにする容器内ガス通路Ａを設けてある。
【００１８】
図２を用いて、本発明の実施の形態１に係わるスクロール圧縮機についてさらに詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１に係わるスクロール圧縮機の要部拡大縦断面図である。図２に詳示するように、旋回スクロール１３の鏡板８３のラップ形成面側の外周部には全周にわたって斜面８１が設けられている。この斜面８１により、固定スクロール１２の旋回スクロール１３との摺動面との間に微少隙間であるくさび状隙間８２が形成されている。明確化するため図２は誇張して描写しているが、図６に示す従来の実施例のような大きなくさび状隙間８２は形成していない。
【００１９】
圧縮機構２へ供給されたオイル６の一部は、旋回スクロール１３に付着あるいは周辺に滞留しているため、旋回スクロール１３の旋回運動によりくさび状隙間８２へ流動し、くさび状隙間８２が微少に形成されているため、くさび効果により動圧が発生する。この動圧が有効的に作用するためには、くさび状隙間８２が微少に形成されていることが必要であり、あまり大きなくさび状隙間８２を設けた場合には、これらの効果は期待できない。
【００２０】
旋回スクロール１３のスラスト力が支えられている鏡板８３部での運動としては回転運動ではなく旋回運動であるため、オイル６の油膜形成力として見た場合は高いとは言い難い。ＨＦＣ系の高圧冷媒が冷媒ガス２７として用いられる場合は、図１中の環状摺動仕切帯７８の最適設計等を行いスラスト力の最適化を図っても、スラスト摺動損失の占める割合は比較的大きく、高効率化の課題となっている。これらもスラスト摺動部でのオイル６の油膜形成力に関係している可能性が高い。さらに高圧の二酸化炭素が冷媒ガス２７として用いられた場合は、さらなる悪化が予想される。くさび状隙間８２で発生した動圧はこれらを補助するものであり、スラスト摺動部でのスラスト損失低減等に効果を発揮する。
【００２１】
このくさび状隙間８２で発生する動圧は旋回スクロール１３の旋回速度にも関係し、旋回速度が高いほど動圧は効果的に作用する。近年、スクロール圧縮機は小型、高速化の方向で開発が進んでおり、この方向性においても本実施の形態１は適した形態となっている。
【００２２】
この実施の形態によれば、旋回スクロール１３の旋回運動を利用して、旋回スクロール１３のスラスト力が支えられている鏡板８３部で動圧を発生させることができ、スラスト摺動部でのスラスト損失を低減することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
本実施の形態１について説明した図２を用いて、本実施の形態２について説明する。
【００２４】
斜面８１と固定スクロール１２間の傾斜角をθ１とする。ここで、ｔａｎθ１＝１／１００００〜１／５００に構成している。微少なくさび状隙間８２としては、大きくて数１０μｍのオーダーの構成である。最適に動圧を発生させる観点からいえば、θ１はかなり小さい値、ｔａｎθ１＝１／１００００程度に設定しなければならない。しかしながら、実際の加工等においては数μｍ以下の精度を要求する結果となり、コストアップにつながる等の課題や加工ができないといった課題が発生する。このような観点で、実用上効果のある範囲で動圧を発生し、かつ加工性も考慮すると、ｔａｎθ１＝１／１００００〜１／５００程度に構成することが好適である。
【００２５】
この実施の形態によれば、くさび状隙間８２で実用上効果的に動圧を発生させることができ、加工性も良好なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２６】
（実施の形態３）
本実施の形態１について説明した図２を用いて、本実施の形態３について説明する。図２において、斜面８１は直線により形成されている。直線加工は加工として最も単純な加工である。
【００２７】
この実施の形態によれば、斜面８１の加工は切削加工等により比較的容易に形成することができ、旋回スクロール１３の鏡板８４部の加工工数の増加を抑制することができる。
【００２８】
（実施の形態４）
図３は本実施の形態４に係わるスクロール圧縮機の要部拡大縦断面図である。図３を用いて、本実施の形態４について説明する。図３において、斜面８１は緩やかな曲率を持つ曲線部８５により形成されている。曲線部８５により形成されているため切削加工等による加工は困難になる。しかしながら、斜面８１が加工されていない従来の旋回スクロール１３に表面仕上げ加工の追加工を施すことにより、形成は比較的容易になる。くさび状隙間８２は微少隙間で良いため、比較的単純な追加工により斜面８１を形成することができる。
【００２９】
この実施の形態によれば、斜面８１はバフ加工やラッピング加工といった単純な表面仕上げ加工で形成することができる。
【００３０】
（実施の形態５）
図４は本実施の形態５に係わるスクロール圧縮機の要部拡大縦断面図である。図４を用いて、本実施の形態５について説明する。図４において、斜面８１は緩やかな曲率を持つ曲線部８６とこれに連続する直線部８７により形成されている。斜面８１が直線部８７だけで形成された場合、鏡板８３の最外周部でのエッジ処理に注意をはらう必要が生じる。しかしながら、最外周部が曲線部８６で形成されているため、直線部８７を加工した後でバフ加工等の曲線部８６の加工を施すことにより、エッジ処理を同時に行うことができる。
【００３１】
この実施の形態によれば、斜面８１は鏡板８３の最外周部でのエッジ処理に加工工数をとられることなく、斜面８１の形成が可能となる。
【００３２】
（実施の形態６）
図５は本実施の形態６に係わるスクロール圧縮機の要部拡大縦断面図である。図５を用いて、本実施の形態６について説明する。図５に詳示するように、旋回スクロール１３の鏡板８３のラップ形成面側の外周部には全周にわたって斜面８１が設けられている。この斜面８１により、固定スクロール１２の旋回スクロール１３との摺動面との間に微少隙間であるくさび状隙間８２が形成されている。また、鏡板８３の最外周部には第２の斜面８８が形成され、第２の斜面８８の傾斜角度をθ２とした場合、以下の関係が成立している。 θ２≫θ１、ここでθ１は、斜面８１と固定スクロール１２間の傾斜角である。したがって、第２の斜面８８は斜面８１に対してかなり大きな斜面となり、くさび状隙間８２の入り口部分が大きく広がった構成となる。くさび状隙間８２の入り口部分が大きく広がったことにより、旋回スクロール１３の旋回運動にともなうオイル６の流入がより効果的に行われることになり、くさび状隙間８２でのオイル６により動圧の発生がより有効的に行われる。
【００３３】
この実施の形態によれば、旋回スクロール１３の旋回運動を利用して旋回スクロール１３のスラスト力が支えられている鏡板８３部での動圧発生をより有効的に行うことができ、スラスト摺動部でのスラスト損失をさらに低減することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明は、渦巻き状のラップを有する固定スクロールと鏡板および渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとは、互いにラップを内側にして噛み合うとともに、前記旋回スクロールは自転を阻止された状態で旋回運動し、前記旋回スクロールが旋回運動する際のスラスト力は前記旋回スクロールの前記鏡板と前記固定スクロールとの間の摺動面で支持されるスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールのラップ形成面側の前記鏡板外周部に斜面を設け、前記固定スクロールとの間にくさび状に形成される微小隙間を設けた構成としたもので、この構成によれば、旋回スクロールの旋回運動を利用して旋回スクロールのスラスト力が支えられている鏡板部分で動圧を発生させることができ、スラスト摺動部でのスラスト損失を低減することができ、作動圧力として高圧の冷媒ガスが用いられた場合においても高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３５】
また、本発明は、斜面と固定スクロール間の傾斜角をθ１とし、ｔａｎθ１＝１／１００００〜１／５００に構成したもので、この構成によれば、くさび状隙間で実用上効果的に動圧を発生させることができ、加工性も良好なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３６】
また、本発明は、斜面が直線で形成される構成としたもので、この構成によれば、斜面の加工は切削加工等により比較的容易に形成することができ、低コストで高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３７】
また、本発明は、斜面が緩やかな曲率をもつ曲線で形成される構成としたもので、この構成によれば、斜面はバフ加工やラッピング加工といった単純な表面仕上げ加工で形成することができ、低コストで高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３８】
また、本発明は、斜面が緩やかな曲率をもつ曲線とこれに連続する直線で形成される構成としたもので、この構成によれば、鏡板の最外周部でのエッジ処理に加工工数をとられることなく斜面の形成が可能となり、低コストで高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３９】
また、本発明は、くさび状の微小隙間を形成する斜面の傾斜角に対し、傾斜角が大きい第２の斜面を鏡板最外周部に設けた構成としたものであり、この構成によれば、スラスト力が支えられている鏡板部での動圧発生をより有効的に行うことができ、スラスト摺動部でのスラスト損失をさらに低減することが可能となり、さらに高効率な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】本発明の第１の実施形態を示すスクロール型圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の第１乃至第３の実施形態を示すスクロール型圧縮機の要部拡大縦断面図
【図３】本発明の第４の実施形態を示すスクロール型圧縮機の要部拡大縦断面図
【図４】本発明の第５の実施形態を示すスクロール型圧縮機の要部拡大縦断面図
【図５】本発明の第６の実施形態を示すスクロール型圧縮機の要部拡大縦断面図
【図６】従来のスクロール圧縮機を示す図
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
４ クランク軸
６ オイル
７ 給油機構
１７ 吸入口
１８ 吐出口
２０ オイル溜め
２３ バランスウエイト
２４ バランスウエイト
２７ 冷媒ガス
３１ 容器内吐出室
３２ 圧縮機構連通路
３３ 回転子上部室
３４ 連絡路
３５ 回転子下部室
３６ 回転子通路
３７ 固定子通路
３８ 固定子上部室
３９ 外部吐出口
４２ 圧縮機構上部室
４３ 圧縮機構上昇通路
７２ 固定子連通路
７８ 環状摺動仕切帯
８１ 斜面
８２ くさび状隙間
８３ 鏡板
８５ 曲線部
８６ 曲線部
８７ 直線部
８８ 第２の斜面
１０４ａ 固定スクロールの鏡板
１０５ａ 旋回スクロールの鏡板
１０５ｂ 旋回スクロールのラップ
１０５ｄ 傾斜面
１１５ 楔状隙間

Claims (6)

1. 渦巻き状のラップを有する固定スクロールと鏡板および渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとは、互いにラップを内側にして噛み合うとともに、前記旋回スクロールは自転を阻止された状態で旋回運動し、前記旋回スクロールが旋回運動する際のスラスト力は前記旋回スクロールの前記鏡板と前記固定スクロールとの間の摺動面で支持されるスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールのラップ形成面側の前記鏡板外周部に斜面を設け、前記固定スクロールとの間にくさび状に形成される微小隙間を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール圧縮機であって、斜面と固定スクロール間の傾斜角をθ１が、ｔａｎθ１＝１／１００００〜１／５００であることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１または２記載のスクロール圧縮機であって、斜面が直線で形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１または２記載のスクロール圧縮機であって、斜面が緩やかな曲率をもつ曲線で形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１または２記載のスクロール圧縮機であって、斜面が緩やかな曲率をもつ曲線とこれに連続する直線で形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 請求項１乃至５記載のスクロール圧縮機であって、くさび状の微小隙間を形成する傾斜角の小さな第１の斜面と、鏡板最外周部に設けた傾斜角が大きい第２の斜面とを設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。

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