JP2008309021A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品追加によるコストの増加や残留応力による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することのできるスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】固定スクロール６と本体フレーム５とが密着して締結される締結面２５において、本体フレーム側締結面２５ｂまたは固定スクロール側締結面２５ａのいずれかの表面粗さを他方の表面粗さよりも大きく設定することにより、表面粗さが大きい方の締結面に無数の微小凸部２７ａが構成され、ボルト締結力によってこの微小凸部２７ａがもう一方の締結面に食い込んで半径方向荷重による締結ずれが抑制されるとともに締結面２５のシール性も確保することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用さ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は、固定スクロールと本体フレームがボルトによって締結され、その締結力によって本体フレーム内外圧力差による冷媒ガス漏れと圧縮機転倒時等の締結ずれを防止する構成となっており、ボルト締結力が大きくなるほど締結面のシール性と固着力を向上することができる。

しかしながら、ボルト締結力を大きくしすぎると固定スクロールと本体フレームの歪みも大きくなり、固定スクロールラップ変形やクランク軸を受ける本体フレーム主軸の倒れが増大することによって圧縮過程での漏れ損失や摺動損失が増加して圧縮機効率が低下することになる。

また、本体フレームの軸方向変形によって、固定スクロールと本体フレームとの間に収納された旋回スクロールの可動範囲が縮小し、最悪の場合は可動範囲がゼロとなって圧縮機のロックや異常摩耗が発生する可能性もある。

これらの課題を解決するためにボルト締結力は適正値に設定する必要があるが、各部品の強度やボルトサイズ、冷媒の種類等によってはその最適範囲が存在しない場合がある。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、リベットによって締結ずれを抑制している。

図７は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機を示すものである。図７に示すように、固定スクロール１０１と本体フレーム１０２の締結部に形成された同心の連通孔１０３にリベット１０４を挿入することによって弱めの締結力でも締結ずれを抑制していた。

また、特許文献２では、図８に示すように、固定スクロール２０１と本体フレーム２０２の両方を密閉容器２０３に溶接固定することによって締結ずれを抑制していた。
特開平１１−１４１４７０号公報 特開平１１−１４１４６９号公報

しかしながら、前記従来のリベット固定の構成では、部品と加工工程、挿入工程等の追加によって製造コストが増加するとともに、リベット挿入時に固定スクロールおよび本体フレームに半径方向荷重が加わることで逆に締結ずれを招く可能性もある。

また、前記従来の溶接固定の構成では、溶接後に冷却された際、溶接ナゲットの収縮や密閉容器の残留応力等によって固定スクロール外周部に半径方向の大きな荷重が加わるため、固定スクロールラップ形状の変形を引き起こして旋回スクロールラップとの噛み合わせが悪化し、漏れ損失増加による圧縮機効率低下を招く可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、本体フレーム側締結面または固定スクロール側締結面のいずれかの表面粗さを他方の表面粗さよりも大きく設定することにより、
部品追加によるコストの増加や部品の変形による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することのでき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、請求項１に記載のとおり、固定スクロールと本体フレームとが密着して締結される締結面において、本体フレーム側締結面または固定スクロール側締結面のいずれかの表面粗さを他方の表面粗さよりも大きく設定したものである。

従来の構成では部品や工程の追加によるコストの増加や溶接残留応力による効率低下の可能性があったものが、本構成によれば、固定スクロールと本体フレームのいずれかの締結面うち、表面粗さが大きい方の締結面に無数の微小凸部が構成され、ボルト締結力によってこの微小凸部が他方の締結面に食い込んで半径方向荷重による締結ずれが抑制されるとともに締結面のシール性も確保されるため、部品追加によるコストの増加や部品の変形による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することが可能である。

本発明のスクロール圧縮機は、部品追加によるコストの増加や部品の変形による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することで高効率と高信頼性をコストの増加なく実現することが可能である。

第１の発明は、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、旋回スクロールを旋回運動させるクランク軸の主軸を支承する本体フレームが固定スクロールと締結されるとともに、固定スクロールと本体フレームとが密着して締結される締結面において、本体フレーム側締結面または固定スクロール側締結面のいずれかの表面粗さを他方の表面粗さよりも大きく設定することにより、表面粗さが大きい方の締結面に無数の微小凸部が構成され、ボルト締結力によってこの微小凸部が表面粗さが小さい方の締結面に食い込んで半径方向荷重による締結ずれが抑制されるとともに締結面のシール性も確保されるため、部品追加によるコストの増加や部品の変形による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することが可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、本体フレーム側締結面と固定スクロール側締結面のうち、表面粗さが大きい方の締結面の硬度を他方の硬度よりも大きく設定することにより、表面粗さが大きい方の締結面の微小凸部が他方の締結面に容易に食い込むため、より強固な締結面固着力を得ることが可能である。なお、この構成を実現させるためには本体フレームと固定スクロールのいずれか一方を他方よりも硬度の高い材質とすることが一般的かつ容易であるが、加工性や材料強度の面で構成が困難な場合は表面改質や表面皮膜等の表面処理によって硬度を高くする方法によって同様の効果が得られる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明のスクロール圧縮機において、本体フレーム側締結面と固定スクロール側締結面のうち、表面粗さが大きい方の締結面を複数の異なる
表面粗さの範囲によって構成することにより、圧縮機構部外周部のガス通路の役割を果たす切り欠き部等、締結面の中でシール長が短く冷媒ガスが漏れやすい位置がある場合、そのシール長の短い位置では表面粗さを小さくしてシール性を確保し、シール長が十分長い位置で表面粗さを大きくして締結ずれを抑制することができるため、圧縮機構部外周部の切り欠きの設計変更を行うことなく締結面のシール性と固着力を確保することが可能である。

第４の発明は、特に、第３の発明のスクロール圧縮機において、異なる表面粗さの範囲の境界線を円状とすることにより、締結面の全周にわたってシール性の高い表面粗さが小さい範囲と締結ずれを抑制する表面粗さが大きい範囲が同時に存在するため、締結面全体でシール性が高く、締結ずれを抑制することが可能である。また、旋盤、研削盤等の加工機を用いれば、工具の送り速度を変化させる等によって本体フレーム側締結面の表面粗さを自在にかつ容易に分布させることができ、加工工数が増加することはほとんどない。

第５の発明は、特に、第３または４の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールと本体フレームとがボルトによって締結され、締結面の表面粗さが大きい範囲内にボルトのタップ穴または通し穴が存在することにより、ボルトの締結力を集中的に受けるタップ穴または通し穴付近で表面粗さが大きい方の締結面の微小凸部を他方の締結面に確実に食い込ませることができ、本体フレームや固定スクロールの変形がより小さくなるような締結力で締結ずれを抑制することが可能である。

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、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部に電動機３、上部に圧縮機構が配置され、電動機３の回転子３ａに固定されたクランク軸４の一端を支承する圧縮機構の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた主軸方向の油通路７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

クランク軸４の主軸から偏心してクランク軸４の上端部に配置された偏心軸１４は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回スクロールラップ支持円板９ｂの背面９ｃと、旋回スクロール９の軸方向への移動を規制する本体フレーム５に設けられたスラスト拘束面５ａとの間は、微小な隙間が設けられている。本体フレーム５のスラスト拘束面５ａには環状シール部材１５が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１５はその内側の背面室１６と外側の背圧室１７とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルはクランク軸４の油通路７を通り旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１４との間に形成された軸方向の内部空間１８へ導
かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板背面９ｃに設けられた絞り部１９を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１７へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２０、オイル供給通路２０ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受２１を通り圧縮機構外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２２が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２２は薄鋼板製のリード弁２２ａと弁押さえ２２ｂとからなる。

クランク軸４の下端は密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受け２３により軸受けされ、安定に回転することができる。副軸受け２３はジャーナル軸受け構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受け２３へと供給される。

圧縮機構にて圧縮されたガスは圧縮機構外周部付近に設けられた下向きガス流路２４を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部へと導かれる。ここで主軸受け２１などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｂを介して回転子３ａ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子３ｃ下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子３ｃ外周に設けられた固定子通路３ｄを介して電動機３上部へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管２から密閉容器１外部へと吐出される。

図２は図１における圧縮機構部断面図で、本体フレーム５、固定スクロール６および旋回スクロール９以外の部品は省略されている。

ボルトによって締結された本体フレーム５と固定スクロール６との締結面２５のうち、固定スクロール側締結面２５ａは固定スクロールラップ上面６ｃと同一平面であり、平面研削等によって表面粗さは十分小さい。

図３は本体フレーム５の正面図と断面図で、本体フレーム側締結面２５ｂの表面粗さ境界線２６よりも外側の表面粗さが内側の表面粗さよりも大きいとともに、外側の表面粗さは固定スクロール側締結面２５ａの表面粗さよりも大きい。

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。

本体フレーム側締結面２５ｂの表面は微視的に見ると、図４の境界線２６付近の拡大図のとおり、無数の微小な凸部２７と凹部２８が存在している。表面粗さ境界線２６より左は内周側、右は外周側であり、外周側微小凸部２７ａの高さは内周側微小凸部２７ｂの高さよりも高い。

本体フレーム側締結面２５ｂの表面硬度が固定スクロール側締結面２５ａの表面硬度よりも高く、本体フレーム５と固定スクロール６とがボルトによって締結されると、図５のように本体フレーム側締結面２５ｂの外周側微小凸部２７ａが固定スクロール側締結面２５ａに食い込む。

この食い込みが半径方向荷重に対するずれ止めの役割を果たし、圧縮機の転倒、落下等の際でも固定スクロール６が本体フレーム５に対してずれず、旋回スクロールラップ９ａと固定スクロールラップ６ｂの噛み合わせ不良による漏れ損失の増大や局部的異常摺動を
回避することが可能である。

しかしながら、一般的に締結面２５の表面粗さは小さいほどシール性が向上することから、締結ずれ抑制のために表面粗さを大きくすると本体フレーム５の外周側から背圧室１７への冷媒ガスの漏れ込みが増加し、体積効率の低下や旋回スクロール９のスラスト力増加による機械効率の低下を招く。

そこで、同時に本体フレーム内周側締結面２５ｃの表面粗さを十分小さく設定することにより、本体フレーム内周側締結面２５ｃで確実にシール効果を発揮させることができ、圧縮機の効率が損なわれることはない。

さらに、表面粗さ境界線２６は円環状の本体フレーム側締結面２５ｂと同心であり、本体フレーム側締結面２５ｂの全周にわたってシール性の高い表面粗さが小さい範囲と締結ずれを抑制する表面粗さが大きい範囲が同時に存在するため、締結面２５全体でシール性が高く、圧縮機の効率低下を招くことなく締結ずれを抑制することができる。

また、旋盤、研削盤等の加工機を用いれば、工具の送り速度を変化させる等によって本体フレーム側締結面２５ｂに表面粗さ境界線２６を自在にかつ容易に設けることができるため、新たに加工設備を導入する必要はなく、加工工数が増加することもほとんどない。

なお、表面粗さ境界線２６は必ずしも本体フレーム側締結面２５ｂと同心である必要はなく、偏芯していても同様の効果が得られる。

また、固定スクロール側締結面２５ａの表面粗さを本体フレーム側締結面２５ｂの表面粗さより大きく設定しても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における本体フレーム５の正面図と断面図である。

本体フレーム側締結面２５ｂには、本体フレーム５外周に設けられた締結ボルト穴２９と同心の表面粗さ境界線２６があり、境界線内側締結面２５ｅの表面粗さは境界線外側締結面２５ｆの表面粗さよりも大きい。

ボルトの締結力を集中的に受ける締結ボルト穴２９付近に突出量の大きい微小凸部２７があるため、ボルト締結によって微小凸部２７を固定スクロール側締結面２５ａに確実に食い込ませることができる。

その結果、より小さい締結力で本体フレーム５と固定スクロール６を締結することができ、本体フレーム５と固定スクロール６の締結歪みを抑制するため、固定スクロールラップ６ｂの形状悪化による漏れ損失増加や旋回スクロール９の本体フレーム５と固定スクロール６による挟み込みに伴う圧縮機ロック等を招くことがない。

なお、必ずしも全ての締結ボルト穴２９に表面粗さの大きい領域を設ける必要はない。一部の締結ボルト穴２９に表面粗さの大きい領域を設けるだけでも、横方向荷重に対する締結ずれ耐力は低下するものの、ほぼ近い効果は得られる。

また、固定スクロール側締結面２５ａの表面粗さを本体フレーム側締結面２５ｂの表面粗さより大きく設定しても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、本体フレーム側締結面または固定スクロール側締結面のいずれかの表面粗さを他方の表面粗さよりも大きく設定することにより、部品追加によるコストの増加や部品の変形による効率低下を招くことなく締結面の固着力とシール性を両立することが可能であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ_２を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における圧縮機構部断面図 本発明の実施の形態１における本体フレームの正面図と断面図 本発明の実施の形態１における本体フレーム側締結面での境界線付近拡大図 本発明の実施の形態１における締結時の境界線付近拡大図 本発明の実施の形態２における本体フレームの正面図と断面図 従来例のスクロール圧縮機における圧縮機構部断面図 従来例のスクロール圧縮機における圧縮機構部断面図

符号の説明

４ クランク軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ ラップ支持円板
１１ 圧縮室
１２ 吐出口
１３ 吸入室
２１ 主軸受
２５ 締結面
２５ａ 固定スクロール側締結面
２５ｂ 本体フレーム側締結面
２６ 表面粗さ境界線
２９ 締結ボルト穴

Claims (5)

1. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールを旋回運動させるクランク軸の主軸を支承する本体フレームが前記固定スクロールと締結されるとともに、前記固定スクロールと前記本体フレームとが密着して締結される締結面において、前記本体フレーム側締結面または前記固定スクロール側締結面のいずれかの表面粗さが他方の表面粗さよりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 本体フレーム側締結面と固定スクロール側締結面のうち、表面粗さが大きい方の締結面の硬度が他方の硬度よりも大きい請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 本体フレーム側締結面と固定スクロール側締結面のうち、表面粗さが大きい方の締結面が複数の異なる表面粗さの範囲によって構成された請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 異なる表面粗さの範囲の境界線が円状である請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 固定スクロールと本体フレームとがボルトによって締結され、締結面の表面粗さが大きい範囲内に前記ボルトのタップ穴または通し穴が存在する請求項３または４に記載のスクロール圧縮機。

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