JP2006090179A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体が二酸化炭素等の高圧流体へ移行するとともに環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部での漏れが増大し、効率低下の主要因となっていた。高圧の作動流体を使用する場合においては、環状シール部材に作用する高圧を効果的に利用して環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部での漏れを最小限に抑える必要がある。
【解決手段】旋回駆動係合部の外方側で鏡板背面にかかる圧力を、旋回駆動係合部側にかかる吐出圧力と鏡板背面の外周部側にかかる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、環状シール部材の略背面に略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、業務用または家庭用、あるいは車輛用の冷凍空調、あるいはヒートポンプ式の給湯システム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。

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、環状シール部材の切断部での漏れを最小限にするための様々な工夫が盛り込まれていた（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のものでは、環状シール部材は、軸受部品の鏡板背面と対向する面に設けた環状溝に嵌合装着しており、その環状シール部材は、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。この切断部は、スクロール圧縮機の運転時に吐出圧力による高圧が作用することにより切断部分がスライドすることにより、環状溝の外周方向へ密着勘合し環状シール部材の外周軸方向の漏れを防止する役割を果たしている。

この環状シール部材は旋回鏡板の背面と軸受部品との間の環状シール部材と旋回駆動係合部とで囲まれる空間（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り、この高圧により旋回鏡板背面に背圧（軸方向圧力）を生じ、環状シール部材を同圧力で旋回鏡板の背面側（摺動面側）に押し付けている。また旋回鏡板の旋回渦巻羽根と反対側の鏡板背面と軸受部品との間には、鏡板背面にかかる圧力とこの吐出圧力よりも低い旋回鏡板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、環状シール部材の内側すなわちクランク軸側と外側すなわち旋回渦巻羽根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。
特開平１０−１９６５６０号公報

しかしながら前記従来の構成では、作動流体が二酸化炭素等の高圧流体へ移行するとともに環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部での漏れが増大し、効率低下の主要因となっていた。二酸化炭素等の高圧流体を作動流体とする場合においては、環状シール部材に作用する高圧を効果的に利用して環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部での漏れを最小限に抑える必要があるが、前記従来の構成においてはこのような配慮がなされておらず結果として効率を低下させる要因となっていた。

環状シール部材からの高圧ガスあるいは潤滑油の漏れを完全にシールすることは非常に困難であるとともに、環状シール部材の摺動面の潤滑、信頼性の観点からこの漏れは最低限必要である。この漏れを如何に利用して必要最低限の漏れに抑えるかが重要であり、作動流体が二酸化炭素等の高圧流体へ移行する場合の最大の課題となってきている。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、環状シール部材からの漏れを低減し高効率化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、本発明は、旋回駆動係合部の外方側で鏡板背面にかかる圧力を、旋回駆動係合部側にかかる吐出圧力と鏡板背面の外周部側にかかる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、環状シール部材の略背面に略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部を設けた構成としたものである。

本構成により、環状シール部材の背面に積極的に吐出圧力の作用する高圧のガスあるいは潤滑油が供給されることとなり、環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部で押し付け力が効果的に作用しシール力を高めることができる。

本発明のスクロール圧縮機は、環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部でシール力低下を抑制することができ、圧縮機構部への高温高圧潤滑油等の漏れ込みによる圧縮損失増大、摺動損失増大、及び体積効率低下等を防止し、高効率および高信頼性を実現することができる。さらに作動流体として高圧流体である二酸化炭素等を用いた場合においても、高圧流体の特徴を活かし環状シール部材部からの漏れを効果的に抑制し高効率化、高信頼性化を実現できる。

第１の発明は、旋回駆動係合部の外方側で鏡板背面にかかる圧力を、旋回駆動係合部側にかかる吐出圧力と鏡板背面の外周部側にかかる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、環状シール部材の略背面に略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部を設けた構成としたものである。このような構成により、環状シール部材の背面に積極的に吐出圧力の作用する高圧のガスあるいは潤滑油が供給され、環状シール部材の切断部あるいは旋回渦巻羽根との摺動部で押し付け力が効果的に作用しシール力を高め高圧部から低圧部（圧縮機構部）への高温高圧潤滑油等の漏れを抑制することができる。

第２の発明は、特に第１の発明で、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、少なくとも１つ以上の連通孔で構成されたものであり、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油を確実に環状シール部材の背面に供給することができる。これにより旋回渦巻羽根との摺動部で押し付け力が高められ、効果的にシール力が向上する。

第３の発明は、特に第１の発明で、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、環状溝の内壁部を少なくとも１箇所以上切り欠いたことにより構成されたものである。本構成では、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部を連通孔で構成する場合よりも、細孔加工等の加工工数が省略でき、比較的工数をとらない機械加工あるいは素材の段階での構成が可能となり、安価に本発明の効果を奏することができる。

第４の発明は、特に第１の発明で、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、環状溝の径方向幅を環状シール部材の径方向幅に対して１０％以上大きく構成し、前記環状溝の内壁高さを外壁高さより低くした構成としている。本構成では、従来の実施の形態から、細孔加工による連通孔、環状溝の内壁切り欠き加工、素材の型変更が不要となり、従来からの加工プログラムの変更といった非常に簡易な方法で本発明の効果を奏することができる。

第５の発明は、特に第１から第４の発明で、作動流体に高圧、高差圧の二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素の場合、従来作動流体に比べ作動時の差圧が非常に大きいことから、第１から第４の発明の効果を従来作動流体よりも効果的に発揮することが可能であり、一般的に言われている二酸化炭素使用時のスクロール圧縮機の効率低下を効果的に抑制することが可能となる。

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、本発明の実施の形態における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５と、旋回駆動係合部５の内方向側に設けたクランク軸４が嵌入する偏心駆動係合部４ａ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、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４６を設け、この環状シール部材４６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４７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４６に供給されるようにしている。環状シール部材４６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いる。

環状シール部材４６の略背面には導入部１０１を設け、密閉容器１内に溜められた潤滑油６がクランク軸４に設けた貫通孔２６を通ってきて、導入部１０１を経由して直接環状シール部材４６の背面に供給される。本実施の形態では、導入部１０１は少なくとも１つ以上の連通孔により構成されている場合を示している。

図２は本発明の実施の形態における要部拡大図である。導入部１０１（連通孔１０２）は環状溝４７の底部と軸受部品１１のクランク軸４が勘入する内径部１０３に連通する形態で配置されており、導入部１０１（連通孔１０２）を経由して直接環状シール部材４６の背面に略吐出圧力の作用した潤滑油６が供給される。従来構成ではこの部分は、積極的な導入部ではなく環状シール部材４６の高温時の熱膨張を加味した必要隙間や組立て上の必要隙間で潤滑油６が導入されており、導入圧力が減圧する部分でもあった。

図３に示すように導入部１０１（連通孔１０２）は斜め孔加工による場合でもよく特に限定されるものではない。

図４は環状シール部材４６が軸受部品１１の環状溝４７に配置された様子を軸方向から見た図である。環状シール部材４６の切断部１０４は内周からの高圧力により外方へ押し広げられながら接触シールを行っているが、環状シール部材４６の背面に積極的に吐出圧力の作用する高圧のガスあるいは潤滑油６が供給されると、従来よりも効果的に切断部１０４の圧力による接触シールを行うことができる。また、旋回渦巻羽根１３との摺動部で押し付け力が効果的に作用しシール力を高め高圧部から低圧部（圧縮機構部）への高温高圧潤滑油等の漏れを抑制することができる。

環状溝４７と環状シール部材４６との密着勘合性あるいは旋回渦巻羽根１３との摺接面側の密着性が低下すると以下の理由により性能が大きく低下するため、前述の高いシール性の維持は高効率化あるいは高信頼性化には非常に重要な役割を果たす。

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４６と旋回駆動係合部５とで囲まれる空間（環状シール部材２８の内方側）に圧縮作業空間で圧縮された冷媒ガス２７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４６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４６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２８を介して差圧を生じる。この時環状シール部材４６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４６が、軸受部品１１の環状溝４７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４６に放射状に高圧が作用するため、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潤滑油油６が漏れることになる。この様な状態が発生すると、高圧部から低圧部への高温高圧の潤滑油６の漏れ、さらに高温高圧の潤滑油６が圧縮機構２の吸入部にも漏れることとなり、吸入作動流体の密度が低下し、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。

しかしながら本実施の形態を用いることにより、環状シール部材４６のシール性が高められ高い信頼性と高い圧縮機効率を維持するスクロール圧縮機を提供することができる。

なお、導入部１０１を環状溝４７の内壁部を少なくとも１箇所以上切り欠いたことにより構成してもよい。図５は導入部１０１を切り欠き部１０６により構成した要部拡大図である。図５に示すように、切り欠き部１０６は環状溝４７の内壁部１０５に設けられ、環状溝４７のほぼ底部まで切り欠き部１０６が構成されている。この場合の構成においては、略吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油６の導入部１０１を連通孔１０２で構成する場合よりも、細孔加工等の加工工数が省略でき、比較的工数をとらない機械加工あるいは軸受部品１１の素材の段階での切り欠き部１０６を構成することが可能となり、安価に本発明の効果を奏することができる。

また、導入部１０１を環状溝４７の径方向幅を環状シール部材４６の径方向幅に対して１０％以上大きく構成し、環状溝４７の内壁部１０５の高さを外壁部１０７の高さより低くした構成としてもよい。図６はこの構成を示す要部拡大図である。図６に示すように、環状溝４７の径方向幅ｂと環状シール部材４６の径方向幅ａは、ｂ≧１．１×ａの関係にあり、内壁部１０５の高さは外壁部１０７の高さよりも低く構成しており、内壁部１０５および環状溝４７と環状シール部材４６との隙間部が導入部１０１の役割を果たし、本発明の効果を発揮することができる。さらにこの構成では、従来の実施の形態から、細孔加工による連通孔、環状溝の内壁切り欠き加工、素材の型変更が不要となり、従来からの加工プログラムの変更だけで実現が可能となる。具体的には環状溝４７の径方向幅の拡大および内壁部１０５の高さ減少といった非常に簡易な方法で本発明の効果を奏することができる。

本実施の形態において作動流体に二酸化炭素を用いた場合においては、作動時の差圧はＨＦＣ系作動流体を用いた場合の５倍以上にも達する。二酸化炭素を用いたスクロール圧縮機においては、これらの高差圧の問題により従来作動流体に対して圧縮機の効率が大きく低下する問題を抱えていた。しかしながら本発明の実施の形態を用いることにより、特に環状シール部材４６周辺の漏れによる効率低下を効果的に抑制することができ、従来作動流体の圧縮機効率へ近づくスクロール圧縮機を提供することが可能であるとともに、本発明の効果をさらに効果的に高めることができる。

以上のように本発明にかかるスクロール圧縮機は、高圧の潤滑油を効果的に環状シール部材の背面に供給することにより環状シール部材部からの漏れを漏れを抑制し高性能化を実現することができる。また、作動流体を従来のＨＦＣ系冷媒に限ることなく、自然冷媒である二酸化炭素を用いたヒートポンプ式の給湯システム等にも対応することができ、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将来的に適用が可能である。

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における要部拡大図 本発明の別の実施の形態における要部拡大図 本発明の実施の形態における環状シール部材周辺の要部拡大図 本発明の別の実施の形態における環状シール部材周辺の要部拡大図 本発明の別の実施の形態における環状シール部材周辺の要部拡大図

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 偏心駆動係合部
５ 旋回駆動係合部
６ 潤滑油
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
４６ 環状シール部材
４７ 環状溝
１０１ 導入部
１０２ 連通孔
１０３ 内径部
１０４ 切断部
１０５ 内壁部
１０６ 切り欠き部
１０７ 外壁部

Claims (5)

1. 密閉容器の内部に、電動機とこの電動機により駆動されて作動流体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、前記環状シール部材の背面に吐出圧力を作用させるガスあるいは潤滑油の導入部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、少なくとも１つ以上の連通孔であることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、環状溝の内壁部を少なくとも１箇所以上切り欠いたことにより構成されることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 吐出圧力の作用するガスあるいは潤滑油の導入部が、環状溝の径方向幅を環状シール部材の径方向幅に対して１０％以上大きく構成し、前記環状溝の内壁高さを外壁高さより低く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。
5. 作動流体を二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。