JP2005201162A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高めること。
【解決手段】固定スクロール１１及び旋回スクロール１２の少なくともどちらか一方の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８と反ラップ側の背面部１９とで形成され、ラップ形成部１８は熱膨張率の小さい材料で構成し、背面部１９は熱膨張率の大きい材料で構成することにより、低温時はラップ形成部１８と背面部１９との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくても隙間が広がることが無い。また、高温時はラップ形成部１８と背面部１９の熱膨張差が大きいため、鏡板中央部が対向するスクロールから離れるように熱変形し、ラップの伸長が大きくてもラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの円軌道運動により圧縮室が外周部から中心部に容積を小さくしながら移動するのを利用して流体の吸入、圧縮、吐出を繰り返し行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、運転中、圧縮により中心部になるほど高温になり、各ラップが熱膨張により軸方向に伸長し、ラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することを防ぐため、中心部のラップ高さを外周部のラップ高さより低くなるように各ラップ先端に段差部を設けている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示すものである。図に示すように、固定スクロール１と、旋回スクロール２と、フレーム３から構成されている。
特開２００１−２２７４８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、高負荷運転等の極めて高温状態になり熱膨張によるラップの伸長が大きい場合でもラップ先端が接触しないように中心部のラップ高さを外周部の高さより低くなるように段差を設けているので、低速運転時などの比較的低温で熱膨張が少ない場合は固定スクロールと旋回スクロールのラップ先端に隙間が発生し、漏れによる性能低下が起こるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロール及び旋回スクロールの少なくともどちらか一方の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部と反ラップ側の背面部とで形成し、ラップ形成部は熱膨張率の小さい材料で構成し、背面部は熱膨張率の大きい材料で構成したものである。

これによって、低温時はラップ形成部と背面部との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくても隙間が広がることが無い。また、高温時はラップ形成部と背面部の熱膨張差が大きいため、径方向の熱膨張による応力が背面部では外径方向に向かって作用し、ラップ形成部ではそれに対抗して内径方向に向かって作用するので、鏡板外周部がラップ側に向かって変形する。一方で、スクロール中心部では外周部に対して温度が高くなっているため、ラップの熱膨張によるラップ高さ方向の寸法変化は外周部に対して中心部のほうが大きくなるので、結果としてラップ先端と対向するスクロールの鏡板との隙間は、外周部と中心部とで大きな差が出ることが無く、ラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。

本発明のスクロール圧縮機は、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な
隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることができる。

第１の発明は鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールを備え、それぞれのラップを互いに噛み合わせて双方間に圧縮室を形成する圧縮機において、前記固定スクロール及び旋回スクロールの少なくともどちらか一方の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部と反ラップ側の背面部とで形成し、ラップ形成部は熱膨張率の小さい材料で構成し、背面部は熱膨張率の大きい材料で構成したことにより、低温時はラップ形成部と背面部との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくても隙間が広がることが無い。また、高温時はラップ形成部と背面部の熱膨張差が大きいため、径方向の熱膨張による応力が背面部では外径方向に向かって作用し、ラップ形成部ではそれに対抗して内径方向に向かって作用するので、鏡板外周部がラップ側に向かって変形する。一方で、スクロール中心部では外周部に対して温度が高くなっているため、ラップの熱膨張によるラップ高さ方向の寸法変化は外周部に対して中心部のほうが大きくなるので、結果としてラップ先端と対向するスクロールの鏡板との隙間は、外周部と中心部とで大きな差が出ることが無く、ラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のラップ形成部と背面部とを溶接により一体化することにより、接合を強固にすることができ、熱変形した場合でも接合面が離れることなく構成できる。

第３の発明は、特に、第１の発明のラップ形成部の背面部との接合面側中央部に凹部を設け、背面部のラップ形成部との接合面側中央部に凸部を設け、前記凹部と前記凸部との嵌合により、ラップ形成部と背面部とを一体化することにより、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には熱膨張差により嵌合強度が増加し、嵌合部分により背面部の熱膨張による熱変形がラップ形成部に伝わりやすくなり、より容易で強固な接合が可能にすることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の背面部の接合面側にピン状の突起を少なくとも２箇所設け、ラップ形成部の接合面側に突起に対応した孔を設け、前記ピン状の突起と前記孔との嵌合により、ラップ形成部と背面部とを一体化することにより、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には熱膨張差により嵌合強度が増加し、嵌合部分により背面部の熱膨張による熱変形がラップ形成部に伝わりやすくなり、さらに、ピン状の突起を２箇所以上設けることにより嵌合の位置決めが容易に行え、より容易で強固な接合が可能にすることができ、生産性を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の流体として二酸化炭素を用いた場合、より高温で運転されることが多く、熱膨張によるラップの接触が強くなる。また、負荷もより高いため、接触による摺動損失も大きく、信頼性的にも厳しくなるため、高温時にラップ形成部と背面部の熱膨張差が大きく、鏡板中央部が対向するスクロールから離れるように熱変形し、ラップの伸長が大きくてもラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることがより有効である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部断面図を示すものである。

図１において、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロール１２を旋回運動させるため旋回軸１３を端部に形成したクランクシャフト１４と、クランクシャフト１４を軸支する主軸部を有し旋回スクロール１２を固定スクロール１１との間で摺動可能に挟持するフレーム１５と、旋回スクロール１２の背部に位置して旋回スクロール１２を固定スクロール１１側に押圧する背圧を働かせる背圧室１６とで圧縮機構部１７を構成している。

また、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２の少なくともどちらか一方の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８と反ラップ側の背面部１９とで形成し、ラップ形成部１８は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成している。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

従来の構成では、高負荷運転等の極めて高温状態になり熱膨張によるラップの伸長が大きい場合でもラップ先端が接触しないように中心部のラップ高さを外周部の高さより低くなるように段差を設けているので、低速運転時などの比較的低温で熱膨張が少ない場合は固定スクロール１１と旋回スクロール１２のラップ先端に隙間が発生し、漏れによる性能低下が起こるが、本発明では、低速運転時などの比較的低温時はラップ形成部１８と背面部１９との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくてもラップ先端の隙間が広がることが無く、また、高温時はラップ形成部１８と背面部１９の熱膨張差が大きいため、径方向の熱膨張による応力が背面部１９では外径方向に向かって作用し、ラップ形成部１８ではそれに対抗して内径方向に向かって作用するので、鏡板外周部がラップ側に向かって変形する。一方で、スクロール中心部では外周部に対して温度が高くなっているため、ラップの熱膨張によるラップ高さ方向の寸法変化は外周部に対して中心部のほうが大きくなるので、結果としてラップ先端と対向するスクロールの鏡板との隙間は、外周部と中心部とで大きな差が出ることが無く、ラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。

以上のように本実施の形態においては、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２の少なくともどちらか一方の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８と反ラップ側の背面部１９とで形成し、ラップ形成部１８は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成することにより、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることができる。

また、本実施の形態のラップ形成部１８と背面部１９の接合を溶接によって行うことにより、接合が強固になり、高温時等の熱膨張が大きく熱変形が大きい場合でも接合面が離れることがなく構成できる。

なお、本実施の形態ではスクロールのラップ形成部１８と背面部１９は別体で形成したものを溶接により接合させるものについて説明したが、両者を一体に形成しつつ部分によって材料の組成を連続的に変化させて一つの製品を部分によって性質の異なるものとする傾斜材料合金等によるものであっても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図２は、本発明第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機の旋回スクロール１２１の縦断面図である。

図２において、旋回スクロール１２１の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８１と反ラップ側の背面部１９１とで形成し、ラップ形成部１８１は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９１は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成している。

また、ラップ形成部１８１の背面部１９１との接合面側中央部に凹部２０を設け、背面部１９１のラップ形成部１８１との接合面側中央部に凸部２１を設け、前記凹部２０と前記凸部２１との嵌合により、ラップ形成部１８１と背面部１９１とを一体化している。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

低速運転時などの比較的低温時はラップ形成部１８１と背面部１９１との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくてもラップ先端の隙間が広がることが無く、また、高温時はラップ形成部１８１と背面部１９１の熱膨張差が大きいため、径方向の熱膨張による応力が背面部１９１では外径方向に向かって作用し、ラップ形成部１８１ではそれに対抗して内径方向に向かって作用するので、鏡板外周部がラップ側に向かって変形する。一方で、スクロール中心部では外周部に対して温度が高くなっているため、ラップの熱膨張によるラップ高さ方向の寸法変化は外周部に対して中心部のほうが大きくなる。この結果としてラップ先端と対向する固定スクロール１１の鏡板との隙間は、外周部と中心部とで大きな差が出ることが無く、ラップ先端が対向する固定スクロール１１の鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。

また、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には温度上昇による熱膨張差により、凹部２０より凸部２１の方が膨張するため嵌合強度が増加し、また、嵌合部分により背面部１９１の熱膨張による熱変形がラップ形成部１８１に伝わりやすくなる。

以上のように、本実施の形態においては、旋回スクロール１２１の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８１と反ラップ側の背面部１９１とで形成し、ラップ形成部１８１は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９１は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成することにより、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることができる。

また、ラップ形成部１８１の背面部１９１との接合面側中央部に凹部２０を設け、背面部１９１のラップ形成部１８１との接合面側中央部に凸部２１を設け、前記凹部２０と前記凸部２１との嵌合により、ラップ形成部１８１と背面部１９１とを一体化することにより、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には温度上昇による熱膨張差により、凹部２０より凸部２１の方が膨張するため嵌合強度が増加し、また、嵌合部分により背面部１９１の熱膨張による熱変形がラップ形成部１８１に伝わりやすくなり、より容易で強固な接合が可能にすることができる。

なお、本実施の形態では旋回スクロール１２１側のみの構成例を説明したが固定スクロール１１でも同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態のスクロール圧縮機の旋回スクロール１２２の縦断面図である。

図３において、旋回スクロール１２２の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８２と反ラップ側の背面部１９２とで形成し、ラップ形成部１８２は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９２は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成している。

また、背面部１９２の接合面側にピン状の突起部２２を少なくとも２箇所設け、ラップ形成部１８２の接合面側に突起部２２に対応した孔部２３を設け、ピン状の突起部２２と孔部２３との嵌合により、ラップ形成部１８２と背面部１９２とを一体化している。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

低速運転時などの比較的低温時はラップ形成部１８２と背面部１９２との熱膨張の差が小さいため、鏡板の熱変形が小さく、ラップの伸長が少なくてもラップ先端の隙間が広がることが無く、また、高負荷運転時等の極めて高温状態になる場合でもラップ形成部１８２と背面部１９２の熱膨張差が大きいため、鏡板中央部が対向するスクロールから離れるように熱変形し、ラップの伸長が大きくてもラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。

また、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には温度上昇による熱膨張差により、孔部２３より突起部２２の方が膨張するため嵌合強度が増加し、また、嵌合部分により背面部１９２の熱膨張による熱変形がラップ形成部１８２に伝わりやすく、さらに、ピン状の突起部２２を２箇所以上設けることにより嵌合の位置決めが容易に行える。

以上のように、本実施の形態においては、旋回スクロール１２２の鏡板を、ラップと直立一体となるラップ形成部１８２と反ラップ側の背面部１９２とで形成し、ラップ形成部１８２は熱膨張率の小さい材料、例えば鉄系材料で構成し、背面部１９２は熱膨張率の大きい材料、例えばアルミ系材料で構成することにより、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くすることができる。

また、背面部１９２の接合面側にピン状の突起部２２を少なくとも２箇所設け、ラップ形成部１８２の接合面側に突起部２２に対応した孔部２３を設け、ピン状の突起部２２と孔部２３との嵌合により、ラップ形成部１８２と背面部１９２とを一体化することにより、嵌合時には熱膨張が無いため容易に接合ができる隙間に設定しても、運転時には温度上昇による熱膨張差により、孔部２３より突起部２２の方が膨張するため嵌合強度が増加し、また、嵌合部分により背面部１９２の熱膨張による熱変形がラップ形成部１８２に伝わりやすくなり、より容易で強固な接合が可能にすることができ、さらに、ピン状の突起部２２を２箇所以上設けることにより嵌合の位置決めが容易に行え、生産性を向上することができる。

なお、本実施の形態では旋回スクロール１２２側のみの構成例を説明したが固定スクロール１１でも同様の効果が得られる。

また、冷媒として二酸化炭素を用いた場合、より高温で運転されることが多く、熱膨張によるラップの接触が強くなる。また、負荷もより高いため、接触による摺動損失も大き
く、信頼性的にも厳しくなるため、高温時にラップ形成部１８２と背面部１９２の熱膨張差が大きく、鏡板中央部が対向するスクロールから離れるように熱変形し、ラップの伸長が大きくてもラップ先端が対向するスクロールの鏡板に接触することなく隙間を一定に保つことができる。そのため、実施の形態１、２または３を施すことによって、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減し、効率が良く信頼性を高くするする効果が大きい。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、あらゆる温度状態でラップ先端の接触が無く常に最適な隙間を保つことができ、摩耗や摺動による損失を低減しつつ、漏れを低減することが可能となるので、高効率で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。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機やヒートポンプ式給湯機として、快適で且つ消費電力の少ない製品とすることが可能である。

本発明実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明実施の形態２における旋回スクロールの縦断面図 本発明実施の形態３における旋回スクロールの縦断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図

符号の説明

１１ 固定スクロール
１２ 旋回スクロール
１３ 旋回軸
１４ クランクシャフト
１５ フレーム
１６ 背圧室
１７ 圧縮機構部
１８ ラップ形成部
１９ 背面部
２０ 凹部
２１ 凸部
２２ 突起部
２３ 孔部

Claims (5)

1. 鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールを備え、それぞれのラップを互いに噛み合わせて双方間に圧縮室を形成する圧縮機であって、前記固定スクロールまたは旋回スクロールの少なくともどちらか一方を、ラップと直立一体となるラップ形成部と反ラップ側の背面部とで構成し、ラップ形成部は熱膨張率の小さい材料、背面部は熱膨張率の大きい材料としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. ラップ形成部と背面部とが溶接により一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. ラップ形成部の背面部との接合面側中央部に凹部を設け、背面部のラップ形成部との接合面側中央部に凸部を設け、前記凹部と前記凸部との嵌合により、ラップ形成部と背面部とを一体化することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 背面部の接合面側にピン状の突起を少なくとも２箇所設け、ラップ形成部の接合面側に突起に対応した孔を設け、前記ピン状の突起と前記孔との嵌合により、ラップ形成部と背面部とを一体化することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 流体として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。