JP2006090137A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室へ冷媒が流入することによる体積効率の低下を防止し、旋回スクロールの鏡板の外周角部の摺動損失や振動の問題を低減しながら、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを防止して高効率を実現するスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】固定スクロール１２の旋回スクロール１３との摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材１２ａを設けたものである。これによって、旋回スクロール１２の鏡板の外周角部の摺動損失や振動の問題を低減しながら、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを防止して高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構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は、圧縮機運転時の旋回スクロールの偏心量が最大になったときに、固定スクロールの鏡板に配置した溝の外周角部が旋回スクロールの鏡板の外周角部と非接触となるとともに、溝の内周部角部よりも内側に位置する摺動面と接触する状態となるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−００４５７６号公報

スクロール圧縮機の性能を左右する圧縮機構部の密閉度を確保するためには、旋回スクロールの鏡板、および固定スクロールの鏡板の摺動部の平面度を確保し、前記鏡板を基準に渦巻きラップの高さを管理することによって、圧縮途中の漏れを効果的に防ぐことができるので高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

しかしながら、量産性を高めるために加工速度を増加させると、切削による加工力が増大し、旋回スクロールの鏡板の外周角部に凸形状を生じる可能性が高くなる。この外周角部の凸形状が、固定スクロールの鏡板に形成された給油溝と衝突して摺動抵抗を増加させないために、図４に示すように、圧縮機運転時の旋回スクロール１０の偏心量が最大になったときに、固定スクロール２０の鏡板に配置した溝２１の外周角部１１が旋回スクロール１０の鏡板の外周角部１１と非接触となるとともに、溝２１の内周部角部よりも内側に位置する摺動面と接触する状態となるようにしたものがある。

この構成によれば、旋回スクロール１０の鏡板の外周角部が、固定スクロール２０の溝２１の外周角部と非接触の状態となるとともに、溝２１の内周側角部よりも内側に位置する摺動面と接触する状態となるように、旋回スクロール１０の鏡板の外周角部１１が遥動運動する。これによって、摺動損失や振動の問題が低減可能である。

しかしながら、高差圧運転時や、高圧冷媒、例えば二酸化炭素を用いた場合を考えると、上記構成では、溝２１の内周側角部よりも内側の摺動面の面積だけでは、冷媒の漏れ込みを防ぐための十分な長さを確保できず、圧縮室５へと冷媒が流入することによる体積効率の低下といった問題を有していた。また、溝２１の内周側角部よりも内側の摺動面の面積を大きくすると、旋回スクロール１０の鏡板を大きくする必要があり、それらに関連する部品も大きくすることでコストの増大を招くといった問題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールの鏡板の外周角部の摺動損失や振動の問題を低減しながら、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを防止して高効率を実現する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、固定スクロールの旋回スクロールとの摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材を設けたものである。これによって、旋回スクロールの鏡板の外周角部の摺動損失や振動の問題を低減しながら、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを防止して高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明のスクロール圧縮機は、特に高圧・低圧縮比冷媒である二酸化炭素冷媒を用いた場合に、高効率化を実現することができる。

第１の発明は、固定スクロールの旋回スクロールとの摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材を設けたものである。これによって、旋回スクロールの鏡板の外周角部がリング状部材と接触して、かつリング状部材は回転自在に支持されているので、摺動することなく回転するので、摺動損失を低減することができる。また、リング状部材自体も圧縮室へのシール部材としても作用するので、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを効果的に防止して高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、固定スクロールと旋回スクロールとの摺動面と反対側に、弾性体を取り付けたものである。これによって、リング状部材と旋回スクロールをより密着させることができるので、圧縮室への冷媒の漏れこみを効果的に防止してより高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

第３の発明は、固定スクロールと旋回スクロールとの摺動面と反対側に、非環状溝を設けたものである。これによって、リング状部材が回転すると、この非環状溝によって動圧が発生してリング状部材と旋回スクロールをより密着させることができるので、高速運転時において圧縮室への冷媒の漏れこみを効果的に防止してより高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の、固定スクロールを鉄系金属、旋回スクロールをアルミニウム系金属、リング状部材をアルミニウム系金属で形成したものである。これによって、リング状部材を軽量に形成できて、且つ、固定スクロールとの摺動特性を向上させることができるので、より摺動損失を低減させて、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４の発明の、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、二酸化炭素の場合は、ＨＦＣ系冷媒と比較して３〜４倍ほど差圧が大きいので、圧縮室への冷媒の漏れこみをより効果的に防止して高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

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、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示す。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。

図２は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機構部の拡大図を示す。固定スクロール１２の旋回スクロール１３との摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材１２ａを設けたものである。これによって、旋回スクロール１３の鏡板の外周角部がリング状部材１２ａと接触して、且つリング状部材１２ａは回転自在に支持されているので、外周角部で一番凸な場所を基点として（ひっかかって）、リング状部材１２ａは回転することとなる。このとき、外周角部が局所的に異常摺動することがないので、摺動損失を低減することができる。また、リング状部材１２ａ自体も回転することによって、摺動面近辺に存在するシールオイルを周方向に回転させて、圧縮室５への冷媒の漏れこみに対してシール性を高めることになる。また、リング状部材１２ａそのものも圧縮室へのシール部材としても作用するので、高差圧運転時においても、圧縮室５への冷媒の漏れこみを効果的に防止して高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との摺動面と反対側に、弾性体１２ｂを取り付けたものである（図示せず）。これによって、リング状部材１２ａは旋回スクロール１３に適度に押付けられるので、旋回スクロール１３とリング状部材１２ａをより密着させることができ、シール部材としての効果を高め圧縮室５への冷媒の漏れこみを効果的に防止してより高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるリング状部材１２ａの拡大図を示す。前述したように、リング状部材１２ａは回転自在に支持されているので、外周角部で一番凸な場所を基点として（ひっかかって）、リング状部材１２ａは回転することとなる。このとき、非環状溝１２ｃによって、動圧が発生して、リング状部材１２ａは旋回スクロール１３に押付けられることとなる。特に高速回転時においては、旋回スクロール１３とリング状部材１２ａより密着させることができるので、シール部材としての効果を高め圧縮室５への冷媒の漏れこみを効果的に防止してより高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。なお、非環状溝１２ｃは、図示される形状に限られるものではなく、回転することによって動圧を発生しうる溝形状を設けてもよい。

なお、固定スクロール１２を鉄系金属、旋回スクロール１３をアルミニウム系金属、リング状部材１２ａをアルミニウム系金属で形成する（図示せず）ことによって、リング状部材１２ａを軽量に形成できるので、リング状部材１２ａを回転させる力を小さくするとこができ、且つ、固定スクロール１２とリング状部材１２ａは異材質なので、異常磨耗等が発生することなく摺動特性を向上させることができるので、より摺動損失を低減させて、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、ＨＦＣ系冷媒と比較して３〜４倍ほど差圧が大きいので、リング状部材１２ａが回転することによるシール性の向上効果によって、圧縮室への冷媒の漏れこみをより効果的に防止して高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定スクロールの旋回スクロールとの摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材を設けたものである。これによって、旋回スクロールの鏡板の外周角部の摺動損失や振動の問題を低減しながら、高差圧運転時においても、圧縮室への冷媒の漏れこみを防止して高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、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におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機構部の拡大図 本発明の実施の形態２におけるリング状部材の拡大図 従来のスクロール圧縮機における旋回スクロールと非旋回スクロールの溝部の関係を示す図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮機構
４ クランク軸
４ａ 主軸部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ａ リング状部材
１２ｂ 弾性体
１２ｃ 非環状溝
１３ 旋回スクロール
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１６ 吸入パイプ
１７ 吸入口
１８ 吐出口
１９ リード弁

Claims (5)

1. 鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構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おいてにおいて、前記固定スクロールの前記旋回スクロールとの摺動面に、回転自在に支持されたリング状部材を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記リング状部材の、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの摺動面と反対側に、弾性体を取り付けた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. 前記リング状部材の、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの摺動面と反対側に、非環状溝を設けた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. 前記固定スクロールを鉄系金属、前記旋回スクロールをアルミニウム系金属、前記リング状部材をアルミニウム系金属で形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。