JP2006009576A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】環状シール部材の切断部によりシール力低下が低下し、高温高圧油が圧縮機構の吸入部に漏れ込み、吸入冷媒の膨脹分量を増加させ、圧縮機構の体積効率の悪化による圧縮性能の低下を引き起こしており、本願発明はこれを防止することが出来る圧縮機を提供する。
【解決手段】環状シール部材外周側に半径方向の長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線部とで構成し、半径方向の直線部ｔ２の長さを、環状シール部材幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成することで、切断部でのシール力低下を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡板から渦巻ラップが立ち上がる固定渦巻羽根及び旋回渦巻羽根を噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回渦巻羽根を自転拘束部品による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を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の環状シール部材としては、例えば図６および図７に記載されているようなものがあった。

図５はスクロール圧縮機の断面図、図６は従来の環状シール部材の平面断面図、図７は従来の環状シール部材２８の要部平面断面図である。

環状シール部材２８０は、軸受部品１１の旋回鏡板１３ａ背面と対向する面に設けた環状溝２９に嵌合装着しており、その環状シール部材２８０は、通常切断箇所を有するリング状であり、略半径方向に略一直線状の切断面をもつ切断部１００を設け、切断面に略平行な方向と環状シール部材の周方向とのなす角度を２０°〜６０°としたものであり、またその断面形状は長方形としている。この環状シール部材２８０は、旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間の環状シール部材２８０と旋回駆動係合部１０とで囲まれる空間（環状シール部材の内方側）に圧縮作業空間で圧縮された冷媒ガスの吐出圧力による高圧がかかる。この高圧により旋回鏡板１３ａ背面に背圧（軸方向圧力）を生じ、環状シール部材２８０を同圧力で旋回鏡板１３ａの背面側（摺動面側）に押し付けている。

また旋回鏡板１３ａの旋回渦巻羽根１３ｂと反対側の旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間には、旋回鏡板１３ａ背面にかかる圧力とこの吐出圧力よりも低い旋回鏡板１３ａの外周側の背面にかかる圧力とに仕切っており、この環状シール部材２８０は相対して摺動する摺動部品との密着により、環状シール部材２８０の内側すなわちクランク軸４側と外側すなわち旋回渦巻羽根１３鏡板との外周側との差圧を維持することができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１９６５６０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、スクロール圧縮機を駆動させることにより、環状シール部材には吐出圧力が放射状に作用することによって、環状シール部材の切断部の外周側切断端が吐出圧力よりも低い圧力で構成された旋回鏡板背面の外周側へ変形することになる。このように環状シール部材が変形することにより、シール力が低下し高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れが生じることとなる。

また、環状シール部材に切断部を設けない場合においては、切断部の外周側切断端が存在しない構成となるため、放射状に作用する吐出圧力による切断部の外周側切断端の変形が無くなり、切断部からの変形による高温高圧油の漏れは存在しなくなる。

しかしながら、前記構成では高負荷運転時に環状シール部材の温度が上昇すると、環状シール部材は熱膨脹による変形を起こし、旋回鏡板との間には隙間が生じる。結果として高圧部から低圧部へ高温高圧油の漏れを生じることとなる。

上記のことが原因で、高温高圧油が圧縮機構の吸入部に漏れることにより、吸入冷媒の膨脹分量が増え、圧縮機構の体積効率も悪くなり圧縮性能の低下を招くことになる。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、環状シール部材外周側に半径方向に設けられたの第１の直線部と、半径方向に対して角度αをもった第２の直線部とで構成し、第１の直線部の長さを環状シール部材幅の半分以下となるように構成したものである。このような環状シール部材の切断箇所を設けることによって、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制するものである。

本発明のスクロール圧縮機は、環状シール部材のシール力低下を抑制することにより、圧縮機構部への高温高圧油の漏れによる摺動損失増大、及び体積効率低下等を抑制させ、高信頼性および高効率を実現することができる。

第１の発明は、スクロール圧縮機の軸受部品に設けられた環状溝に構成する環状シール部材の切断箇所を幅ｔ１からなる前記環状シール部材の前記切断面を外周側に半径方向の長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線とで構成することにより、環状シール部材の切断部の外周側切断端が放射状に働く吐出圧力によって、吐出圧力よりも低い圧力で構成された旋回鏡板背面の外周側への変形を抑制し、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の半径方向の直線部ｔ２の長さを、環状シール部材幅ｔ１の長さの半分以下となるよう構成することにより、半径方向に対して角度αをもった直線部のシール長を確保しながら、環状シール部材の切断部の外周側切断端が放射状に働く吐出圧力によって、吐出圧力よりも低い圧力で構成された旋回鏡板背面の外周側への変形も抑制でき、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。

第３の発明は、特に第２の発明の切断部形状を、内周側に半径方向の直線部ｔ３を設け、直線部ｔ２と直線部ｔ３を足し合わせた長さが、前記環状シール部材幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成することにより、特に高負荷運転時の内周側切断端の変形による切断面への凝着を効果的に防いで、切断部のシール性を常に確保し、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制することができる。

第４の発明は、特に第３の発明の環状シール部材の断面形状を外周側厚みｂ１、内周側厚みｂ２とした時、内周側厚みｂ２は外周側厚みｂ１よりも小さくなるように構成にすることにより、旋回鏡板背面への押付け力を確保でき、また外周側肉厚増大から環状シール部材の強度を増加させて、切断部の変形を抑制し、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れをより効果的に抑制することができる。

第５の発明は、特に第１から第４の発明の冷媒に高差圧の二酸化炭素を用いた場合でも、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制することができる。

以下、本発明実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、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５はスクロール圧縮機の断面図を示すものである。圧縮機構２とこれを駆動する電動機３の固定子３ａを固定し、この電動機３の回転子３ｂに圧縮機構２を駆動するクランク
軸４を結合している。圧縮機構２は、固定鏡板１２ａに一体に形成した固定渦巻羽根１２ｂを有する固定渦巻羽根部品１２と、この固定渦巻羽根１２ｂと噛み合って複数個の圧縮作業空間を形成する旋回渦巻羽根１３ｂを旋回鏡板１３ａの上に形成した旋回渦巻羽根部品１３と、この旋回渦巻羽根部品１３の自転を防止して旋回のみをさせる自転拘束部品１４と、旋回鏡板１３ａの旋回渦巻羽根１３ｂの反対側に設けた旋回駆動係合部１０と、旋回駆動係合部１０の内方向側に設けたクランク軸４の主軸４ａが嵌入する偏心駆動係合部３０と、クランク軸４を支承する軸受部品１１とによって構成されている。本発明では、旋回鏡板１３ａの旋回渦巻羽根１３ｂと反対側の背面（鏡板背面）と軸受部品１１との間には、旋回鏡板１３ａ背面にかかる圧力を、旋回鏡板１３ａの中心部側の背面にかかる吐出圧力とこの吐出圧力よりも低い旋回鏡板１３ａの外周側の背面にかかる圧力とに仕切る環状シール部材２８１を設け、この環状シール部材２８１を軸受部品１１の旋回鏡板１３ａ背面と対向する面に設けた環状溝２９に嵌合装着している。密閉容器１内に溜められた潤滑油６はクランク軸４に設けた貫通孔２６を通って環状シール部材２８１の内方に供給されるようにしている。環状シール部材２８１は、略長方形断面の耐熱、耐磨耗性のよい柔軟性のある例えばフッ素系合成樹脂材等からなっており、一ヶ所に切断部を有している。

図１は本発明の実施の形態における環状シール部材２８１の平面断面図を示すものである。図２は本発明の実施の形態における切断部１０１の拡大図を示すものであり、切断箇所を幅ｔ１からなる環状シール部材２８１の切断面を外周側に半径方向の長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線部とで構成し、その半径方向の直線部ｔ２の長さを、環状シール部材２８幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成している。

スクロール圧縮機の駆動に伴って旋回鏡板１３ａの背面と軸受部品１１との間の環状シール部材２８１と旋回駆動係合部１０とで囲まれる空間（環状シール部材２８１の内方側）に圧縮作業空間で圧縮された冷媒ガスの吐出圧力による高圧が働く。この高圧により旋回鏡板１３ａ背面に背圧（軸方向圧力）が生じ、環状シール部材２８１を同圧力で旋回鏡板１３ａの背面側（摺動面側）に押し付ける形となり、環状シール部材２８１で仕切られた吐出圧力よりも低い圧力の外周側に環状シール部材２８１を介して差圧を生じる。この時環状シール部材２８１は、旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間に存在する隙間を塞ぐ形となる。これは環状シール部材２８１が、軸受部品１１の環状溝２９よりも旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間に存在する隙間分、突出していることになる。この状態で環状シール部材に放射状に高圧が作用するため、従来の環状シール部材では切断部の外周側切断端が、吐出圧力よりも低い圧力で構成された旋回鏡板１３ａ背面の外周側へ変形が生じることとなる。これに伴って、切断部の密着性が悪くなり、シール力の低下を招き、低い圧力で構成している旋回鏡板１３ａ背面の外周側へ高温高圧の油が漏れることになる。このことにより環状シール部材のシール力低下が発生し、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れが生じると同時に、高温高圧油が圧縮機構２の吸入部にも漏れることとなり、吸入冷媒の膨脹分量が増え、圧縮機構２の体積効率も悪くなり圧縮性能の低下を招くことになる。

しかしながら本発明では環状シール部材２８１の切断部１０１を幅ｔ１からなる前記環状シール部材の前記切断面を外周側に半径方向の長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線とで構成することにより、環状シール部材２８１の切断部１０１の外周側切断端の変形を抑制することができる。また切断部１０１を構成する半径方向の直線部ｔ２の長さを、環状シール部材２８１幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成することにより、半径方向に対して角度αをもった直線部のシール長を確保することができる。このことにより切断部１０１のシール性低下に伴う高温高圧油の漏れが無くなり、吸入部への漏れも抑制できるため、吸入冷媒の膨脹分量増加による圧縮機構の体積効率の悪化を防ぐことができるため、高い信頼性と高い圧縮機性能を維持することができる。

（実施の形態２）
図３は本発明第２の実施の形態における環状シール部材の切断部１０２の拡大図を示すものである。図のように内周側に半径方向の直線部ｔ３を設け、直線部ｔ２と直線部ｔ３を足し合わせた長さが、環状シール部材２８２の幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成することにより、特に高負荷運転時において、内周側切断端に放射状に働く吐出圧力による変形を抑制することが出来るため、変形による切断面の凝着することを効果的に防ぐことが出来、切断部１０２のシール性を常に確保出来る。その結果、切断部１０２からの低い圧力で構成している旋回鏡板１３ａ背面の外周側へ高温高圧油の漏れを抑制することになり、圧縮機構２の吸入部に漏れることからの吸入冷媒の膨脹分量増加による圧縮機構の体積効率の悪化を抑制出来る。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態における環状シール部材２８３の断面図を示すものである。環状シール部材２８３の断面形状を外周側厚みｂ１、内周側厚みｂ２とした時、内周側厚みｂ２は外周側厚みｂ１よりも小さくなるよう構成することにより、環状シール部材２８３の環状溝２９底面側端面と環状溝２９底面との間に形成する隙間に吐出圧力がに入り込みやすくなる。このことにより旋回鏡板１３ａ背面へ環状シール部材２８３を確実に押付けることができることから、環状シール部材２８３の旋回鏡板１３ａへの密着性をより高めることが出来る。また外周側肉厚が増大していることから、環状シール部材２８３の強度が増加するため、高圧による変形を抑制することが出来る。このことから、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制することができ、高い信頼性と高性能を同時に確保することが出来る。

（実施の形態４）
本発明の第１から第３の実施の形態において、冷媒に高圧冷媒の二酸化炭素を用いた場合も上記実施の形態の構成を用いることにより、このような内外差圧増加があっても、環状シール部材２８と環状溝２９及び旋回鏡板１３ａ背面の摺動面との密着性を確保することができることから、安定した圧縮機性能を維持することができる。

以上のように本発明にかかるスクロール圧縮機は、環状シール部材の強度を増加し、耐圧力をもたせる構成にすることにより、シール性を常に確保することができ、高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れを抑制することができることから、高い信頼性と高性能を同時に確保することが可能となるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における環状シール部材の平面断面図 本発明の実施の形態１における環状シール部材の要部平面断面図 本発明の実施の形態２における環状シール部材の要部平面断面図 本発明の実施の形態３における環状シール部材の要部側面断面図 スクロール圧縮機の断面図 従来の環状シール部材の平面断面図 従来の環状シール部材の要部平面断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮機機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
４ クランク軸
４ａ 主軸
６ 潤滑油
１０ 旋回駆動係合部
１１ 軸受部品
１２ 固定渦巻羽根部品
１２ａ 固定鏡板
１２ｂ 固定渦巻羽根
１３ 旋回渦巻羽根部品
１３ａ 旋回鏡板
１３ｂ 旋回渦巻羽根
２６ 貫通孔
２８０ 環状シール部材
２８１ 環状シール部材
２８２ 環状シール部材
２８３ 環状シール部材
２９ 環状溝
３０ 偏心駆動系合部
１００ 切断部
１０１ 切断部
１０２ 切断部
１０３ 切断部

Claims (5)

1. 密閉容器の内部に、電動機とこの電動機を駆動して冷媒を圧縮する圧縮機構とを備え、前記圧縮機構を、固定鏡板上に固定渦巻羽根を形成した固定渦巻羽根部品と、前記固定渦巻羽根部品と噛み合い複数個の圧縮作業空間を形成する旋回渦巻羽根を旋回鏡板上に形成した旋回渦巻羽根部品と前記旋回渦巻羽根部品の自転を防止して旋回のみを行わせる自転拘束部品と、前記旋回渦巻部品を旋回駆動するクランク軸と、前記クランク軸に形成した主軸を支承する主軸受を有する軸受部品と、前記旋回鏡板の旋回渦巻羽根と反対側の鏡板背面に、前記クランク軸に設けた偏心駆動係合部に係合して前記旋回渦巻羽根部品を旋回駆動する旋回駆動係合部とで構成し、旋回渦巻羽根部品のスラスト力は固定渦巻羽根部品に支持されると共に、前記旋回駆動係合部の外方側で前記鏡板背面にかかる圧力を、前記旋回駆動係合部側にかかる吐出圧力と前記鏡板背面の外周部側にかかる前記吐出圧力よりも低い圧力とに仕切るための環状シール部材を前記軸受部品に形成した環状溝に設けたスクロール圧縮機において、外周側に半径方向長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線部とで構成された切断面を持つ、幅ｔ１からなる前記環状シール部材を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 切断部を構成する半径方向の直線部ｔ２の長さを、環状シール部材幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 外周側に半径方向長さｔ２からなる直線部と、半径方向に対して角度αをもった直線部と、内周側に半径方向の直線部ｔ３を設け、直線部ｔ２と直線部ｔ３を足し合わせた長さが、環状シール部材幅ｔ１の長さの半分以下となるように構成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 環状シール部材の外周側厚みｂ１、内周側厚みｂ２とした時、内周側厚みｂ２は外周側厚みｂ１よりも小さくなるように構成にしたことを特徴とする請求項１〜３記載のスクロール圧縮機。
5. 冷媒を二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４記載のスクロール圧縮機。