JP2009270461A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール型圧縮機が密閉容器に溶接固定されても、歪の発生が少なく、コンパクトなＣＯ２冷媒用スクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール型圧縮機（１１）において、可動スクロール（３１）のスラスト荷重を受けるスラスト軸受部（５５）を備えたメインハウジング（２５）は、前記スラスト軸受部（５５）と反対側に、前記電動機部（１５）側のメインハウジング端面（２５ａ）から延出する延出部を備え、延出部が、密閉容器外方から溶接固定されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明はスクロール型圧縮機構部と圧縮機ケーシングの取り付け構造に関するものであり、特にＣＯ２冷媒用のスクロール圧縮機に関する。

従来の密閉型スクロール型圧縮機では、特許文献１、特許文献２に見られる様に、ケースと圧縮機機構部の主軸軸受部を構成するメインハウジングをケース外周より数ケ所の点溶接によって固定している例が知られている。

近年、地球温暖化防止として、冷凍サイクルにおいてＣＯ２冷媒を用いたスクロール型圧縮機が注目されてきている。ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルでは、低圧側が従来の冷媒を用いた場合に比べ高くなるため、圧縮機の吐出量は小さくなる。このため、スクロール渦巻部の漏れによる損失を少なくする必要がある。

さらに、冷凍サイクルにおける高圧側と低圧側との差圧が大きいため、スクロール渦巻部の漏れが大きくなってしまう。

したがって、ＣＯ２冷媒を用いたスクロール型圧縮機では、固定スクロール渦巻部と可動スクロール渦巻部の接合部におけるクリアランス（特に、回転軸方向）は、従来の冷媒を用いた場合に比べ、非常に小さく、かつ高精度の公差で管理されている。

このようなＣＯ２冷媒を用いたスクロール型圧縮機において、メインハウジングを密閉容器に溶接する際に歪が発生すると、前記クリアランスに大きな影響を与えることになる。この歪により、クリアランスが許容値以下となると、焼付けを生じて圧縮機の信頼性が失われる。逆に、これを避けるためにクリアランスを大きくすると、洩れ増加による性能低下をきたすことになる。

特に、可動スクロール背面に吐出側の高圧を加えないスラスト軸受の場合、吸入側の低圧による可動スクロールにかかるスラスト力は、全てメインハウジングに設けたスラスト軸受面で受ける。このため、このスラスト力による歪が、メインハウジングの前記溶接による歪に加算されるので、歪の影響が大きくなってしまう。

これに対して、特許文献３において、圧縮機構部と別部材をボルト等で固定した上で、別部材をケースに溶接固定することにより、圧縮機構部の歪を防止することが公知となっている。

しかしながら、スクロール型圧縮機は、ロータリー型圧縮機に比較して大きいため、単純にこの構成をスクロール型圧縮機に適用し、メインハウジングにスラスト軸受を設けた場合、圧縮機全体の容積が大型化してしまい、これを省スペースにするという課題が生じていた。

特開昭６３−１７３８８９号公報 特開平７−１８０６８０号公報 特開昭６１−３８１８１号公報

本発明は、上記課題に鑑み案出されたものであり、スクロール型圧縮機が密閉容器に溶接固定されても、歪の発生が少なく、コンパクトなＣＯ２冷媒用スクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、 密閉容器（１３）と、前記密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮するスクロール型圧縮機構部（１７）と、前記スクロール型圧縮機構部（１７）を構成する可動スクロール（３１）のスラスト荷重を受けるスラスト軸受部（５５）を備えたメインハウジング（２５）と、前記スクロール型圧縮機構部（１７）を駆動する電動機部（１５）とを備えたスクロール型圧縮機（１１）において、前記メインハウジング（２５）は、前記スラスト軸受部（５５）と反対側に、前記電動機部（１５）側のメインハウジング端面（２５ａ）から延出する延出部を備え、前記延出部が、前記密閉容器外方から溶接固定されていることを特徴とする。

これにより、スクロール型圧縮機が密閉容器に溶接固定されても、歪の発生が少なく、コンパクトなスクロール型圧縮機を提供することができる。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のスクロール型圧縮機において、前記延出部が、前記メインハウジング（２５）と一体に構成されていることを特徴とする。これにより、溶接固定されても、延出部で歪を吸収でき、組み立てを簡略化できる。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載のスクロール型圧縮機において、前記延出部が、前記メインハウジング（２５）と別体に構成されて、締結部材（２）で締結されていることを特徴とする。これにより、溶接固定時の歪を吸収できるような延出部になるように、延出部の長さ、材質等を適宜自由に決定することができる。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載のスクロール型圧縮機において、前記延出部が、Ｌ字状のステー部材（１）であることを特徴とする。これにより、メインハウジング（２５）が簡素化、軽量化することができる。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載のスクロール型圧縮機において、前記ステー部材（１）の先端（１ａ）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₂）が、前記電動機部のコイルエンド部（５）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₁）の２倍以上であることを特徴とする。これにより、電動機のコイルエンド部（５）をメインハウジング端面（２５ａ）に極力近づけた上で、密閉容器（１３）とステー部材（１）との溶接部（３）を電動機部のコイルとオーバーラップする部位に設けることで、圧縮機全長を最小化することができる。

また、請求項６の発明は、請求項４に記載のスクロール型圧縮機において、前記ステー部材（１）と前記密閉容器（１３）との溶接点（３）の中心と、前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₃）が、前記電動機部のコイルエンド（５）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₁）の１．５倍以上であることを特徴とする。これにより、電動機のコイルエンド部（５）をメインハウジング端面（２５ａ）に極力近づけた上で、密閉容器（１３）とステー部材（１）との溶接部（３）を電動機部のコイルとオーバーラップする部位に設けることで、圧縮機全長を最小化することができる。

また、請求項７の発明は、請求項１に記載のスクロール型圧縮機（１７）において、自転防止機構（６３）が、固定スクロール（３５）と可動スクロール（３１）との間に設けられたことを特徴とする。高精度なうず巻き加工と同時に自転防止加工ができるため、高精度加工が必要な部品点数を削減し、加工コストのダウンが図れるとともに、歪を低減することができる。

また、請求項８の発明は、請求項１に記載のスクロール型圧縮機において、前記メインハウジング（２５）と前記固定スクロール（３５）とが接合する接合面（６５ｂ、６９ａ）が、前記スラスト軸受部（５５）の可動スクロール背面（４６）と対向する可動スクロール受面（６５ａ）と同一平面上に形成されたことを特徴とする。これにより、歪を低減することができるとともに、組立て時のスラストクリアランス調整の検査部品を固定スクロールと可動スクロールの２点に集中させることができ、組立てコスト削減に有効となる。

また、請求項９の発明は、請求項１から８のいずれかにに記載のスクロール型圧縮機において、前記スクロール型圧縮機構は、ＣＯ２冷媒を圧縮するものであることを特徴とする。高精度なクリアランス管理の必要なＣＯ２冷媒用のスクロール型圧縮機において、歪の低減に有効である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の一実施形態につき、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるスクロール型圧縮機１１を示す縦断面図である。図２は、図１のＩ−Ｉにおけるスクロール型圧縮機の横断面図であり、また、図３は、図２のＩＩ−ＩＩにおけるスクロール型圧縮機の縦断面図である。

以下ＣＯ２冷媒を使用し、吐出されるＣＯ２の圧力が臨界圧力を超える冷凍サイクル中で用いられる給湯機用の圧縮機を一実施態様として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、エアコン、その他ヒートポンプ等の圧縮機にも適用される。

本実施形態におけるスクロール型圧縮機１１は、密閉容器１３内に電動機部１５とスクロール型圧縮機構部１７とを同軸に収容した密閉型電動圧縮機である。

密閉容器１３は、円筒形をなす円筒ケース１３ａと、この円筒ケース１３ａの両端に組みつけられた電動機側端部ケース１３ｂ、スクロール型圧縮機構側端部ケース１３ｃとを備えている。

電動機部１５は、円筒ケース１３ａの内周面に固定された固定子１９と回転子２３とを備え、回転子２３は、電動機部１５によって回転駆動されるシャフト２１に固定されている。

メインハウジング２５は、円筒ケース１３ａ内において上記固定子１９に隣接する位置に固定されている。シャフト２１は、メインハウジング２５に設けられた主軸受２７によって支持されている。可動スクロール３１は、シャフト２１に設置されたクランク機構５１により、シャフトの中心軸に対して公転する。固定スクロール３５は、固定子１９と反対側のメインハウジング２５側において、円筒ケース１３ａに固定され、可動スクロール３１と対向して配置されている。固定スクロール３５と可動スクロール３１との間に、作動室３３を形成する。スクロール型圧縮機構部１７は、メインハウジング２５と、可動スクロール３１と、固定スクロール３５とから構成されている。

シャフト２１は、円筒ケース１３ａ内において、固定子１９と電動機側端部ケース１３ｂとの間に設けられた円盤状の支持部材３７に固定された副軸受３９と、上記主軸受２７とによって略水平に支持されている。

可動スクロール３１は、略円盤状の可動側板４１と、可動側板４１の端面から固定スクロール３５側に向かってインボリュート曲線状に立設した可動側渦巻４３と、可動側渦巻４３と反対側の端面からメインハウジング２５側に向かって円筒状に立設したボス部４５と、可動スクロール３１のメインハウジング側でボス部４５の外周に形成された可動スクロール背面４６とを備えている。

固定スクロール３５は、円筒ケース１３ａに固定された固定側板４７と、固定側渦巻４９とを備えている。固定側渦巻４９は、固定側板４７の可動スクロール３１側の端面に設けられた渦巻によって形成されている。

ここで、このスクロール型圧縮機１１は、ＣＯ２冷媒を使用し、吐出圧がＣＯ２の臨界圧を超えるように設計されている。このため、可動側渦巻４３と固定側渦巻４９の歯丈は、作動室３３に加わる高圧に耐えるよう、通常のフレオン等の冷凍サイクルで使用されるものより低く設定されている。

メインハウジング２５は、電動機部１５側から固定スクロール３５側に向かって、順次径が大きくなる２段円筒状をなしており、電動機部１５に近い最も小径の円筒２５ａは主軸受２７を構成し、大径の円筒２５ｂはクランク機構５１を収容するクランク室５３を構成し、この大径の円筒２５ｂの固定スクロール３５側から径方向外方に拡径して延びるフランジ部２５ｃは可動スクロール３１のスラスト荷重を受けるスラスト軸受部５５を構成している。そして、図３に示すように、メインハウジング２５には、環状のステー部材１がボルト２等の締結部材で締結されており、メインハウジング２５は、ステー部材１を密閉容器に、焼き嵌め、隙間嵌めにより嵌め合わせた後、図２に示すように、ボルト締結点と円周方向に同一位相にならないように、ステー部材１が、溶接点３で密閉容器１３に外部から溶接されている。メインハウジング２５の外周には、円筒ケース１３ａの内周面との間に微小の間隙が設けられている。溶接時の歪は、ステー部材１の変形により吸収される。メインハウジング２５には、フランジ部２５ｃに電動機部１５のコイルエンド５を収容する環状溝が形成されていればよく、実施態様として、様々のものが考えられる。必ずしも、メインハウジング２５は、順次径が大きくなる２段円筒状でなくてもよく、１段円筒状であっても、曲線外形であってもよい。

スラスト軸受部５５には可動スクロールのボス部が旋回する範囲で凹部Ｘが設けられている。また、スラスト軸受部５５には可動スクロール受面６５ａが設けられ固定スクロール受面６５ｂと同一平面となっており加工の簡素化が図られている。従って可動スクロール受面６５ａと固定スクロール受面６５ｂは段差のない一回の旋盤加工もしくは研削加工が施されている。

クランク機構５１は、シャフト２１のスクロール型圧縮機構部１０側の端部に一体に設けられた偏心軸５７と可動スクロール３１のボス部４５によって構成されている。偏心軸５７は、上記主軸受２７及び副軸受３９の軸中心から所定量だけ偏心するように設けられている。

図４は、自転防止機構を説明するために、固定スクロール３５を下方から見た斜視図であり、図５は、可動スクロール３１を上方から見た斜視図である。

可動スクロール３１の可動側板４１のうち可動側渦巻４３の外側の可動側板外周部５９と、固定スクロール３５の固定側板４７のうち固定側渦巻４９の外側の固定側板外周部６１との間には、自転防止機構であるオルダムカップリング６３（図４、５参照）が介装されている。このオルダムカップリング６３は、突起６３ａ、６３ｂが、それぞれ、固定スクロール３５の溝６３ａ’、可動スクロール３１の溝６３ｂ’に嵌合して摺動することにより、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して自転しないようになされている。これによって可動スクロール３１は、それ自身の中心軸に対して自転することなく、固定スクロール３５に対して公転するようになっている。このような構成において、スクロール型圧縮機構部１７は、可動側渦巻４３と固定側渦巻４９との接合によって形成される複数の作動室３３が、可動スクロール３１が固定スクロール３５に対して旋回することにより体積を縮小し、作動室３３内の冷媒を圧縮するようになっている。

スラスト軸受部５５は、その固定スクロール３５側に、単一の平面からなる固定スクロール側端面６５を有している。このスラスト軸受部５５の可動スクロール３１の可動スクロール背面４６と対向する可動スクロール受面６５ａと、可動スクロール３１との間には、環状の耐摩耗性リング６７が介装されている。

この耐摩耗性リング６７は、前述の作動室３３の高圧によって可動スクロール３１を固定スクロール３５からメインハウジング２５の方向に押圧する力を受けつつ、可動スクロール背面４６を摺動させるようになされている。

一方、固定スクロール３５の固定側板４７の外周部には、この外周部からメインハウジング２５の固定スクロール側端面６５に向かって突出する筒状の筒状突部６９が形成されている。この筒状突部６９の先端面６９ａは、可動スクロール受面６５ａの外周側の固定スクロール受面６５ｂに圧接している。このスクロール型圧縮機１１は、高圧のＣＯ２冷媒を圧縮するためのものであるため、可動側渦巻４３、固定側渦巻４９の丈は、強度保持のためフレオン等の通常の冷媒を圧縮するためのものと比較して短くなされている。

固定スクロールの加工は高精度な、所謂マシニングセンタが一般的であり段差となる筒状突部６９はワンチャック加工ででき、高精度加工が１回に集約でき、加工精度は向上する。そのため上記筒状突部６９の端面はスクロール渦巻き先端部と同種のエンドミル加工がなされている。

また、固定スクロール３５とメインハウジング２５との締結はメインハウジング２５側からボルト７０等の締結手段で締結されている。

次に、図面２、３を参照して、延出部を説明する。
メインハウジング２５は、電動機部１５側のメインハウジング端面２５ａから延出する延出部が別体で設けられている。Ｌ字状のステー部材１が、ボルト２等の締結部材でメインハウジング端面２５ａに締結されている。Ｌ字状のステー部材２の一部は、シャフト２１の軸方向に延出しており、密閉容器内周面に内接している。ステー部材１の先端１ａと前記メインハウジング端面２５ａとの距離ｌ₂が、前記電動機部のコイルエンド部５と前記メインハウジング端面２５ａとの距離ｌ₁の２倍以上とすることが好ましい。距離ｌ₁は、設計上許される限りの最小値を取るものとすると、距離ｌ₂が距離ｌ₁の２倍以上のとき、好ましい歪吸収と圧縮機全長の最小化の効果が得られるものである。

以上の距離関係を、溶接点３の位置でみる場合は、ステー部材１と前記密閉容器１３との溶接点３の中心と、メインハウジング端面２５ａとの距離ｌ₃が、電動機部のコイルエンド５とメインハウジング端面２５ａとの距離ｌ₁の１．５倍以上であることが好ましい。これにより、好ましい歪吸収と圧縮機全長の最小化の効果が得られるものである。そして、好ましくは、前記のｌ₁、ｌ₂、ｌ₃の関係を有するとき、電動機のコイルエンド部５を、メインハウジング端面２５ａに極力近づけた上で、密閉容器１３とステー部材１との溶接部３を電動機部のコイルとオーバーラップする部位に設けることで、圧縮機全長を最小化することができるとともに、所要の歪吸収が得られることになる。図６に溶接点とメインハウジングの可動スクロール受面６５ａの溶接による変形量を示す。この種のＣＯ２用圧縮機のクリアランスは２０〜３０μｍ程度に設定され、溶接変形の目標としては、この１／１０程度の２〜３μｍを設定した。歪量はｌ₃/ｌ₁をパラメータにとった結果、ｌ₃/ｌ₁＝１．５以上で目標を満足する結果となり、１．５以上を選定した。上述のｌ₂/ｌ₁を２以上に設定した理由は溶接部の径を加味したからである。
以上の説明では、ステー部材１とメインハウジング端面２５ａとは別体としたが、他の実施態様として、これらを一体の延出部としてもよい。

図２で示すように、ボルト締結点と溶接点３は円周方向に同一位相とならぬ様に配慮している。また、ステー１の肉厚ｔ_２は、ＣＯ２の高圧耐容器の歪を受けない様に、密閉容器肉厚ｔ_１に対して、ｔ₁＞ｔ₂としている。

密閉容器１３の電動機側端部ケース１３ｂには、吸入管７１が設けられており、冷凍サイクル中の配管が接続されて冷媒が吸入されるようになっている。電動機側端部ケース１３ｂと固定子１９との間に設けられた円盤状の支持部材３７には、第１の貫通孔７３が形成されており、吸入された冷媒が電動機部１５に流入できるようになっている。さらに、メインハウジング２５のスラスト軸受部５５の外周部には、電動機部１５側から可動スクロール３１の外周と固定スクロール３５の筒状突部６９の内周との間のスクロール外周空間７５に到る第２の貫通孔７７が形成されている。そして、吸入管７１から吸入された冷媒は、第１の貫通孔７３、第２の貫通孔７７を通ってスクロール外周空間７５に到達する。このスクロール外周空間７５に到達した冷媒は、可動側渦巻４３および固定側渦巻４９の外周部から吸入されて圧縮されるようになっている。

ここで、本発明の実施態様の１つとして、可動スクロール背面４６に吐出側の高圧を加えて作動室３３からの圧力とバランスさせる高圧タイプや、吸入側の低圧が可動スクロール背面４６にそのまま加わる低圧タイプが含まれる。低圧タイプを採用する場合、吸入側の冷媒が導入されるスクロール外周空間７５の圧力と、耐磨耗性リング６７が介装されている空間の圧力は基本的には同圧であり、両空間の間にはシール機構は設けられていない。このため、径方向の寸法を一層コンパクトにすることができる。

固定スクロール３５の固定側渦巻４９の中心部には、固定側板４７を可動スクロール３１側からスクロール型圧縮機構側端部ケース１３ｃ側に貫通する吐出孔７９が形成されている。また、固定スクロール３５の可動スクロール３１と反対の側の吐出孔７９が形成された部分には、吐出室８１が設けられている。吐出孔７９からこの吐出室８１に入る部分には逆止弁８３が設けられており、吐出室８１に吐出された冷媒が逆流しないようになっている。この吐出室８１には、この吐出室８１から円筒ケース１３ａを貫通して外部に突出する吐出管８５が設けられている。そして、可動スクロール３１と固定スクロール３５との間の作動室３３で高圧に圧縮された冷媒は、吐出孔７９、逆止弁８３を通って吐出室８１に圧送され、吐出管８５を通って冷媒回路中の冷媒配管に供給される。

以上説明したように、本発明のスクロール型圧縮機１１にあっては、スクロール型圧縮機が密閉容器に溶接固定されても、歪の発生が少なく、コンパクトなスクロール型圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施態様のスクロール型圧縮機を示す縦断面図である。 図１のＩ−Ｉにおけるスクロール型圧縮機の横断面図である。 図２のＩＩ−ＩＩにおけるスクロール型圧縮機の縦断面図である。 自転防止機構を説明するために、固定スクロールを下方から見た斜視図である。 自転防止機構を説明するために、可動スクロールを上方から見た斜視図である。 メインハウジングの可動スクロール受面６５ａの溶接による変形量を示す図である。

符号の説明

１ ステー部材
１ａ ステー部材の先端
２ ボルト
３ 溶接点
５ 電動機部のコイルエンド
１１ スクロール型圧縮機
１５ 電動機部
１７ 圧縮機構部
２１ シャフト
２５ メインハウジング
２７ 主軸受
３１ 可動スクロール
３５ 固定スクロール
５５ スラスト軸受部
５９ 可動側板外周部
６１ 固定側板外周部
６３ オルダムカップリング
６３ａ、６３ｂ 突起
６３ａ’、６３ｂ’ 溝
６５ 固定スクロール側端面
６５ａ 可動スクロール受面
６５ｂ 固定スクロール受面

Claims (9)

1. 密閉容器（１３）と、
   前記密閉容器（１３）内に設けられ、冷媒を圧縮するスクロール型圧縮機構部（１７）と、
   前記スクロール型圧縮機構部（１７）を構成する可動スクロール（３１）のスラスト荷重を受けるスラスト軸受部（５５）を備えたメインハウジング（２５）と、
   前記スクロール型圧縮機構部（１７）を駆動する電動機部（１５）と
   を備えたスクロール型圧縮機（１１）において、
   前記メインハウジング（２５）は、前記電動機部（１５）側のメインハウジング端面（２５ａ）から延出する延出部を備え、
   前記延出部が、前記密閉容器外方から溶接固定されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記延出部が、前記メインハウジング（２５）と一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 前記延出部が、前記メインハウジング（２５）と別体に構成されて、締結部材（２）で締結されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記延出部が、Ｌ字状のステー部材（１）であることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記ステー部材（１）の先端（１ａ）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₂）が、前記電動機部のコイルエンド（５）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₁）の２倍以上であることを特徴とする請求項４に記載のスクロール型圧縮機。
6. 前記ステー部材（１）と前記密閉容器（１３）との溶接点（３）の中心と、前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₃）が、前記電動機部のコイルエンド（５）と前記メインハウジング端面（２５ａ）との距離（ｌ₁）の１．５倍以上であることを特徴とする請求項４に記載のスクロール型圧縮機。
7. 前記スクロール型圧縮機構部（１７）において、自転防止機構（６３）が、固定スクロール（３５）と可動スクロール（３１）との間に設けられたことを特徴とする請求項１項に記載のスクロール型圧縮機。
8. 前記メインハウジング（２５）と前記固定スクロール（３５）とが接合する接合面（６５ｂ、６９ａ）が、前記スラスト軸受部（５５）の可動スクロール背面（４６）と対向する可動スクロール受面（６５ａ）と同一平面上に形成されたことを特徴とする請求項１項に記載のスクロール型圧縮機。
9. 前記スクロール型圧縮機構部（１７）は、ＣＯ２冷媒を圧縮するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。

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