JP2009062952A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の漏れの発生がなく、体積効率の低下による性能低下が起こることなく、広範囲の運転条件において効率を良くすること。
【解決手段】固定スクロール１４における環状給油溝３３の内周から固定スクロール１４鏡板外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、旋回スクロール１５の包絡線よりも内側で、主軸受部材１３との締結面１４ｂより凸になるように摺動面１４ａを形成することにより、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部が旋回運動を行なった際にも、固定スクロール鏡板の締結面への干渉を抑制することができるため、摺動損失を低減することができる。
【選択図】図２

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、固定スクロール鏡板の旋回スクロール鏡板との摺動面に環状溝を形成している（例えば、特許文献１参照）。

図８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縦断面図を示すものである。また、図７は、従来のスクロール圧縮機の固定スクロール平面図を示すものである。図に示すように、固定スクロール２１０と、旋回スクロール２１３と、主軸受部材２２１から構成され、固定スクロール２１０鏡板の摺動面には環状給油溝２５２を形成している。
特開２００１−１５３０６８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部が環状給油溝の外周側の主軸受部材との締結面に干渉し、乗り上げることによって発生する摺動損失が起こる課題を有していた。また固定スクロール鏡板の旋回スクロール鏡板との摺動面に環状の給油溝を形成しているため、環状の給油溝により溝の内周側と圧縮室とのシール長が短くなる部分が生じ、圧縮室から締結面に向かって冷媒の漏れが発生するので、体積効率の低下による性能低下が起こるという課題も有していた。また同時に固定スクロールと軸受部材とを締結した際に固定スクロール鏡板が中凹に変形し、固定スクロール羽根底面が旋回スクロール羽根先端に接触することによって発生する摺動損失、及び入力増加が起こる課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、体積効率の低下による性能低下が起こることなく、広範囲の運転条件において高効率な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、環状給油溝の内周から固定スクロール鏡板外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、旋回スクロールの包絡線よりも内側で、主軸受部材との締結面より凸になるように固定スクロールの摺動面を形成し、且つ固定スクロールの主軸受部材との締結面断面は、固定スクロールの摺動面外周側高さＡと、締結面外周側高さＡ’が、Ａ＞Ａ’となるようになだらかなスロープを形成したものである。

これによって、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部の環状給油溝の外周側の主軸受部材との締結面への干渉を抑制することができるため、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部の過剰磨耗、及び摺動損失を低減することができる。また固定スクロール主軸受部材との締結面断面形状は、固定スクロール摺動面外周側高さＡと固定スクロール締結面外周側高さＡ’が、Ａ＞Ａ’となるようになだらかなスロープを形成しているため、軸受部材と締結した際に起こる固定スクロール鏡板の中凹変形をリセットすることがで
き、固定スクロール羽根底面と旋回スクロール羽根上面との接触から発生する摺動損失増大、及び入力増加等を抑制することが可能となる。

本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部の固定スクロールの主軸受部材との締結面への干渉を抑制することにより、摺動損失増大を抑制することが可能となる。また軸受部材と締結した際に起こる固定スクロール鏡板の中凹変形を抑制することにより、固定スクロール羽根底面と旋回スクロール羽根上面との接触から発生する摺動損失増大、及び入力増加等も抑制することが可能となり、高信頼性、及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固定スクロールにおける環状給油溝の内周から固定スクロール鏡板外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、旋回スクロールの包絡線よりも内側で、主軸受部材との締結面より凸になるように固定スクロールの摺動面を形成した構成にすることにより、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部が旋回運動を行なった際にも、固定スクロール鏡板の締結面への干渉を抑制することができるため固定スクロール鏡板と旋回スクロール鏡板との摺動面の片当りから発生する摺動損失増大、及びガス漏れによる体積効率低下等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できる。

また固定スクロール締結面断面形状を固定スクロールの摺動面外周側高さＡと締結面側高さＡ’が、Ａ＞Ａ’となるようになだらかなスロープを形成しているため、軸受部材と締結した際に起こる固定スクロール鏡板の中凹変形を抑制することができ、固定スクロール羽根底面と旋回スクロール羽根上面との接触から発生する摺動損失増大、及び入力増加等を抑制することができるため、更に高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の固定スクロール鏡板の凸部摺動面の外周中心が、旋回スクロールの旋回中心から偏心させるように形成することにより、シール長を確保し、圧縮室から締結面への冷媒漏れを低減することができ、体積効率の低下による性能低下を抑えることができる。

第３の発明は、特に第１の発明の固定スクロールの凸部摺動面外周エッジ部から締結面にかけて曲面形状を形成することにより、凸部摺動面にオイルをスムーズに供給することができ、圧縮室から凸部摺動面外周間を確実にシールすることが可能となるため、より圧縮室から締結面への冷媒漏れを低減することができ、体積効率の低下による性能低下を抑えることができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の冷媒として二酸化炭素を用いた場合、差圧が大きく冷媒の漏れが起こりやすいため、シール長を確保し、冷媒の漏れを低減することにより、体積効率の低下による性能低下を抑え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、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランクシャフト１２の主軸受部材１３と、この主軸受部材１３上にボルト止めした固定スクロール１４との間に、固定
スクロール１４と噛み合う旋回スクロール１５を挟み込んでスクロール式の圧縮機構１６を構成し、旋回スクロール１５と主軸受部材１３との間に旋回スクロール１５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防止機構１７を設け、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａを旋回スクロール１５に設けた旋回軸受１８に嵌合させている。固定スクロール１４の外周部には冷媒ガスを吸入するための吸入室１９が設けられ、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０が嵌合されている。またクランクシャフト１２の下端は密閉容器１１の下部のオイル溜まり２１に達して、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２２により安定に回転できるように軸支されている。

電動機２３は主軸受部材１３と副軸受部材２２との間に位置して、密閉容器１１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子２３ａと、クランクシャフト１２の途中の外まわりに一体に結合された回転子２３ｂとで構成され、回転子２３ｂの上下端面の外周部分には、回転子２３ｂおよびクランクシャフト１２が安定して回転し、旋回スクロール１５を安定して円軌道運動させるため、ピン２４により止め付けられたバランスウェイト２５ａ、２５ｂが設けられている。給油機構はクランクシャフト１２の下端で駆動されるポンプ２６によって構成され、オイル溜まり２１内のオイルを供給するため、クランクシャフト１２には軸方向に貫通している給油通路２７を形成している。旋回スクロール１５外周部には背圧室２８が固定スクロール１４と主軸受部材１３により形成され、旋回軸部１２ａと旋回スクロール１５の間に形成される旋回軸受部空間２９から半径方向に背圧室２８まで貫通した給油経路３０を旋回スクロール１５の鏡板１５ａ内に設け、栓にて背圧室２８への連通を閉塞させている。給油経路３０は旋回軸受部空間２９内周に旋回軸部１２ａ端部近傍に対向させるように開口しており、連通孔３１が旋回スクロール１５の鏡板１５ａの背圧室２８側から、給油経路３０に直交するよう設けられている。

旋回スクロール１５の鏡板１５ａの主軸受部材１３側は主軸受部材１３に配設した断面が矩形のシール材３２により仕切られており、内側は高圧、外側は背圧室２８となり低圧となっている。連通孔３１は、旋回スクロール１５の旋回運動により、シール材３２の内外周に交互に臨む位置に設けられている。

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。

まず、電動機２３によりクランクシャフト１２が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａが偏心駆動することにより旋回スクロール１５を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１４と旋回スクロール１５との間に形成している圧縮室３４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１１外に通じた吸入パイプ２０および固定スクロール１４の外周部の吸入室１９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１４の中央部の吐出口３５からリード弁３６を押し開いて容器内吐出室３７に吐出させることを繰り返す。

吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６を貫通する吐出ガス通路３８を通り回転子２３ｂ上部に到達し、回転子２３ｂに貫通している回転子ガス通路３９を通って密閉容器１１の下部に導かれ、固定子２３ａ外周に配した固定子ガス通路４０、圧縮機構部１６外周に配した圧縮機構部切り欠き４１を通って密閉容器１１の上部に到達し、吐出管４２から密閉容器１１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２１内のオイルはポンプ２６によりクランクシャフト１２を軸方向に貫通している給油通路２７を通じて旋回軸受部空間２９に供給される。供給されたオイルは２系統に分岐され、１系統は旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑し、主軸部１２ｂ
と主軸受４３を潤滑した後、主軸受部材１３の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２１に回収される。もう１系統は、連通孔３１がシール材３２の外周部（背圧室２８）に臨んでいる状態のとき差圧により給油経路３０、連通孔３１を通って背圧室２８に導かれる。逆に、連通孔３１がシール材３２の内周部に臨んでいる状態のときは、差圧が発生せず、給油経路３０、連通孔３１には流れない。背圧室２８に導かれたオイルは環状給油溝３３を通じて固定スクロール１４の鏡板と旋回スクロール１５の鏡板との摺動面を潤滑する。

図２は本発明の第１の実施の形態における固定スクロール１４鏡板の平面図を示すものである。

図３は本発明の第１の実施の形態における固定スクロール１４鏡板の断面図を示すものである。図のように固定スクロール１４における環状給油溝３３の内周から締結面１４ｂ外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、旋回スクロール１５の包絡線よりも内側で、主軸受部材１３との締結面１４ｂより凸になるように固定スクロール１４の摺動面１４ａを形成している。このことにより旋回スクロール１５が旋回運動を行なったとしても、固定スクロール摺動面１４ａは旋回スクロール１５が旋回運動の際に描く包絡線よりも内側に位置し、主軸受部材１３との締結面１４ｂより凸になっているため、旋回スクロール１５鏡板の摺動面外周側エッジ部が固定スクロール１４の主軸受部材１３との締結面１４ｂへ干渉することなく旋回運動を繰り返すことができる。このため旋回スクロール１５鏡板の摺動面側外周エッジ部の過剰磨耗と、摺動面の片当りから発生する摺動損失増大、及びガス漏れによる体積効率低下等を抑制することができるため、高い信頼性と、高い圧縮機性能を維持することができる。

図４は本発明の第１の実施の形態における固定スクロール１４鏡板の要部断面図を示すものである。図のように固定スクロール１４の主軸受部材１３との締結面１４ｂは、固定スクロール摺動面１４ａ外周側高さＡと締結面１４ｂ外周側高さＡ’が、Ａ＞Ａ’となるようになだらかなスロープを形成している。このことにより固定スクロール１４鏡板を主軸受部材１３に締結した際、固定スクロール１４鏡板は中凸変形するため、従来構成で発生していた固定スクロール１４鏡板の中凹変形をリセットでき、固定スクロール１４羽根底面と旋回スクロール１５羽根上面との接触から発生する摺動損失増大、及び入力増加等を抑制することができ、更に高い信頼性と高い圧縮機性能を確保することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における固定スクロール１４鏡板の平面図を示すものである。図のように固定スクロール１４の凸部摺動面１４ａ外周中心を、旋回スクロール１５の旋回中心に対して、固定スクロール凸部摺動面１４ａ外周と圧縮室３４との間のシール長が短くなる部分の方向に偏芯させるよう構成することにより、固定スクロールの凸部摺動面１４ａ外周と圧縮室３４との間のシール長を確保することができる。このことから圧縮室３４から締結面１４ｂへの冷媒漏れを抑制することが可能となり、体積効率低下による性能低下を抑えることができ、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３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における固定スクロール１４鏡板の要部断面図を示すものである。図のように固定スクロール１４の凸部摺動面１４ａ外周エッジ部から締結面１４ｂにかけて曲面形状を形成することにより、凸部摺動面１４ａにオイルをよりスムーズに供給することが可能となり、圧縮室３４から凸部摺動面１４ａ外周間を確実にシールすることができる。これにより圧縮室３４から締結面１４ｂへの冷媒漏れを抑制することが可能となり、体積効率低下による性能低下を抑えることができ、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、圧縮室間の圧力差が大きく、ガス漏れによる体積効率低下がより顕著に表れる二酸化炭素においても、シール長を確保し、冷媒の漏れを抑制し、体積効率の低下を抑えることがより有効である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定スクロールにおける旋回スクロールとの摺動面を固定スクロール鏡板外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、旋回スクロールの包絡線よりも内側で、主軸受部材との締結面より凸になるように摺動面を形成した構成とすることにより、旋回スクロール鏡板の摺動面側外周エッジ部が旋回運動を行なった際にも、固定スクロール鏡板の締結面への干渉を抑制することができる。このことにより摺動損失と冷媒漏れを低減することができることから、高信頼性で高効率な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、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの平面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの要部断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの平面図 本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの要部断面図 従来のスクロール圧縮機の固定スクロールの平面図 従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の縦断面図

符号の説明

１１ 密閉容器
１２ クランクシャフト
１２ａ 旋回軸部
１２ｂ 主軸部
１３ 主軸受部材
１４ 固定スクロール
１４ａ 凸部摺動面
１４ｂ 締結面
１５ 旋回スクロール
１５ａ 鏡板
１６ 圧縮機構
１７ 自転防止機構
１８ 旋回軸受
１９ 吸入室
２０ 吸入パイプ
２１ オイル溜まり
２２ 副軸受部材
２３ 電動機
２３ａ 固定子
２３ｂ 回転子
２４ ピン
２５ａ、２５ｂ バランスウェイト
２６ ポンプ
２７ 給油通路
２８ 背圧室
２９ 旋回軸受部空間
３０ 給油経路
３１ 連通孔
３２ シール材
３３ 給油溝
３４ 圧縮室
３５ 吐出口
３６ リード弁
３７ 容器内吐出室
３８ 吐出ガス通路
３９ 回転子ガス通路
４０ 固定子ガス通路
４１ 圧縮機構部切り欠き
４２ 吐出管
４３ 主軸受

Claims (4)

1. 密閉容器内に、圧縮機構部と電動機を配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻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と、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材で構成し、前記固定スクロールにおけるこの固定スクロールの鏡板と前記旋回スクロールの鏡板との摺動面に環状給油溝を形成したスクロール圧縮機において、前記環状給油溝の内周から前記固定スクロール鏡板外周まで凹となるように、一定量の段差を設けて、前記旋回スクロールの包絡線よりも内側で、前記主軸受部材との締結面より凸になるように前記固定スクロールの摺動面を形成し、且つ前記固定スクロールの前記主軸受部材との締結面断面形状は、前記固定スクロールの摺動面外周側高さＡと、締結面外周側高さＡ’が、Ａ＞Ａ’となるようになだらかなスロープで形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロール鏡板に凸部摺動面を形成したスクロール圧縮機において、前記凸部摺動面の外周中心が、前記旋回スクロールの旋回中心から偏心し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. 前記固定スクロール鏡板に凸部摺動面を形成したスクロール圧縮機において、凸部摺動面外周エッジ部から締結面までに曲面形状を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 冷媒を二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。

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