JP2010196608A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールのスラスト面と旋回鏡板の摺動面での摺動損失を低減し、高効率および高信頼性を図ったスクロール流体機械を提供すること。
【解決手段】旋回鏡板６の固定スクロールのスラスト面と接する面が、旋回スクロール７が旋回したときに、この旋回スクロール７側から見て前記固定スクロールのスラスト面に形成された固定渦巻羽根が描く軌跡の外側包絡線にシール長ａだけ外側にオフセットした形状とすることにより、旋回鏡板６の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくして不要な摺動面１９を小さくすることができるので、摺動損失を低減することができ、また、摺動面での摩耗進行を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機器やヒートポンプ式給湯機などに用いられるスクロール流体機械に関するものである。

従来からあるスクロール流体機械について、その構造および動作原理は広く公知である。以下、スクロール流体機械の一例として、スクロール圧縮機を用いて図面とともに説明する（例えば、特許文献１参照）。

図４は、スクロール圧縮機の流体機構部の縦断面図、図５は、図４のＸ−Ｘ’位置での横断面図である。流体機構部１は、スラスト面１０２に固定渦巻羽根１０３を形成した固定スクロール１０４と、この固定スクロール１０４の固定渦巻羽根１０３と噛み合わせて複数個の流体空間８を形成する旋回渦巻羽根１０５を旋回鏡板１０６上に形成した旋回スクロール１０７と、この旋回スクロール１０７の自転を防止し旋回運動させるための自転防止機構９と、前記旋回スクロール１０７に電動機（図示せず）からの駆動力を伝達させる偏心軸部１０を有するクランク軸１１と、前記旋回スクロール１０７を前記固定スクロール１０４とにより挟む位置に設けられ、前記クランク軸１１を支持する軸受部材１２と、この軸受部材１２に設置され前記旋回スクロール１０７の旋回鏡板１０６の背面１１３に異なる圧力を付勢させるためのシール部材１４とで構成されている。

上記構成により、駆動力が前記クランク軸１１を介して伝達されると、流体機構部１の外周側に設けられた吸入孔１５から吸入された低温低圧の流体は、複数個の流体空間８で外周側から中央部に移動しながら順次圧縮され、吐出孔１６から高温高圧の流体となって吐出され、これを繰り返す。

従来より、この種のスクロール圧縮機では、前記圧縮動作に伴い、流体空間８の圧力が旋回鏡板１０６に働くため、旋回スクロール１０７が固定スクロール１０４から離れようとする力、いわゆる、転覆力が作用し、旋回スクロール１０７の転覆現象が発生することが知られている。この転覆現象が発生すると正常なシールが保持されないために、大幅な性能低下を招いたり、片当たりによる異常音の発生などが生じる。

そのため、旋回鏡板１０６の背面１１３側に設けられたシール部材１４より中心側に吐出圧力に近い圧力のオイルを作用させるとともに、旋回スクロール１０７に設けられた絞り弁１７と、固定スクロール１０７に設けられた背圧制御機構１８とにより、前記吐出圧力と吸入圧力との間の適度な中間圧力のオイルを前記背面１１３のシール部材１４より外周側の中間圧室２０に作用させ、圧縮動作中、常に旋回スクロール１０７を固定スクロール１０４に押し付ける力が作用する構成としていた。

しかしながら、スクロール圧縮機が搭載される空調機器やヒートポンプ給湯機などは、いろいろな条件で運転される必要がため、それに伴い、圧縮機の吸入圧力や吐出圧力は大幅に変動する。そのため、圧縮動作中、常に前記転覆力に打ち勝つような中間圧力に設定する必要があるが、運転される条件によっては、必要以上な過大な中間圧力の設定になる場合があった。特に、固定スクロール１０４のスラスト面１０２と、旋回スクロール１０７の旋回鏡板１０６との接触面のうち、渦巻羽根１０３、１０５が形成されていない摺動面１１９周りでは、大きな摺動損失が発生し、場合によっては、オイル膜切れにより、スラスト面１０２や旋回鏡板１０６の大幅な摩耗進行を招いていた。

そのため、従来のスクロール圧縮機では、例えば図５に示したように、旋回鏡板１０６の、固定スクロール１０７のスラスト面１０２と接触する側に溝１２４を設けて、中間圧室２０のオイルを導いて前記摺動面１１９の潤滑の改善を図っていた。
特開２００８−１５７１２２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、旋回スクロール１０７の旋回鏡板１０６の形状は、主に加工性により円形（円盤形状）としているために、摺動面１１９が必要以上に大きくなっており、旋回鏡板１０６の外周側の一部に圧縮動作になんら必要ない部分が存在していた。その理由を以下に説明する。

図６は、旋回スクロール１０７がある位置における、旋回鏡板１０６を背面１１３側から見た図であり（旋回渦巻羽根は図示せず）、固定スクロール１０４のスラスト面１０２に形成された固定渦巻羽根１０３を隠線（破線）で示している。

旋回スクロール１０７は、自転拘束部品９により、圧縮動作に伴って旋回運動を行う。このとき、この旋回スクロール１０７側から見て前記固定渦巻羽根１０３の曲線の描く軌跡の外側包絡線２２は、内側の二点鎖線で示される曲線となる。すなわち、旋回スクロール１０７がどの位置にあっても、この外側包絡線２２よりも外側に固定渦巻羽根１０３が位置することはない。さらに、スラスト面１０２で必要なシール長を幅ａとして、前記外側包絡線２２を外側にオフセットさせると、外側の二点鎖線で示される包絡線２３となる。すなわち、固定渦巻羽根１０３の曲線は、旋回スクロール１０７がどの位置にあっても、この包絡線２３に対して、少なくともシール長ａで内側に位置することになる。

つまり、旋回スクロールにおいて、必要な旋回鏡板の形状は、前記で説明した包絡線２３の形状であり、旋回鏡板１０６のうち、斜線部の範囲は圧縮動作になんら必要ない。特に、旋回渦巻羽根の外周側巻き終わりの仮想延長部分付近の摺動面１１９は、図６でも分かるように、比較的大きな面積を占めている。

そのため、前記従来技術でも説明した通り、特に、固定スクロールのスラスト面と、旋回スクロールの旋回鏡板との接触面のうち、固定渦巻羽根が形成されていない摺動面での摺動損失を低減させるために、旋回スクロール７に溝１２４を設けるいったことが必要であり、その分、加工工数が増加するという課題があった。

さらに、従来より、部品の軽量化による、高速運転時の不釣り合い力による軸受け部負荷低減や圧縮機自体のさらなる振動低減が望まれていた。また、材料削減にさらなる低コスト化が望まれていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、固定スクロールのスラスト面と旋回鏡板の摺動面での摺動損失を低減し、高効率および高信頼性を図るとともに、旋回スクロールの軽量化により振動低化、さらには材料削減による低コスト化を図ったスクロール流体機械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、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面が、旋回スクロールが旋回したときに、この旋回スクロール側から見て前記固定スクロールのスラスト面に形成された固定渦巻羽根が描く軌跡の外側包絡線にシール長だけ外側にオフセットした形状としたものである。

これにより、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくすることができ、不要な摺動面を小さくすることができるので、摺動損失を低減することができる。また、オイル膜切れが起こりにくくなるためスラスト面や旋回鏡板の摩耗進行を抑えることができる。

また、旋回鏡板の大きさを従来よりも小さくすることができるので、旋回スクロールの軽量化にもつながり、特に、電動機をインバーター電源で駆動して高速運転するような場合、不釣り合い力による軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑えることもできる。

また、同じく、旋回鏡板の大きさを従来よりも小さくすることができるので、旋回スクロールの材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能である。

さらに、旋回渦巻羽根の巻き終わり側に近い部分より中心に近い側のシール長が大きくすることにより、不要な摺動面をできるだけ小さくすることができるとともに、より圧力の高い流体空間に近い位置のスラスト面でのシール長を確保することができ、より漏れ損失を低減することができる。

本発明によるスクロール流体機械は、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくして不要な摺動面を小さくすることができるので、摺動損失を低減し、また、摺動面での摩耗進行を抑えることにより、効率および信頼性の向上を図ることができる。さらに、旋回スクロールの軽量化により、不釣り合い力による軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑え、また、材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能である。

第１の発明は、流体機構部を、スラスト面に固定渦巻羽根を形成した固定スクロールと、この固定スクロールの固定渦巻羽根と噛み合わせて複数個の流体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スクロールと、この旋回スクロールの自転を防止し旋回運動させるための自転防止機構と、前記旋回スクロールに駆動力を伝達させる偏心軸部を有するクランク軸と、前記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、前記クランク軸を支持する軸受部材と、この軸受部材に設置され前記旋回スクロールの旋回鏡板の背面に異なる圧力を付勢させるためのシール部材とで構成したスクロール流体機械において、前記旋回鏡板の前記固定スクロールのスラスト面と接する面が、前記旋回スクロールが旋回したときに、この旋回スクロール側から見て前記固定スクロールのスラスト面に形成された固定渦巻羽根が描く軌跡の外側包絡線にシール長だけ外側にオフセットした形状としたものである。これにより、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくすることができ、不要な摺動面を小さくすることができるので、摺動損失を低減することができる。また、オイル膜切れが起こりにくくなるためスラスト面や旋回鏡板の摩耗進行を抑えることができる。また、旋回鏡板の大きさを従来よりも小さくすることができるので、旋回スクロールの軽量化にもつながり、不釣り合い力による軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑えることもできる。また、旋回スクロールの材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能である。

第２の発明は、第１の発明において、旋回渦巻羽根の巻き終わり側に近い部分より中心に近い側のシール長が大きくしたものである。これにより、不要な摺動面をできるだけ小さくすることができるとともに、より圧力の高い流体空間に近い位置のスラスト面でのシール長を確保することができ、より漏れ損失を低減することができる。

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
態によって本発明は限定されるものではない。

また、図４ないし図６で説明した従来例と同一の構成については、同一番号を使用し、その作用の説明は省略する。

（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旋回スクロールの旋回渦巻羽根側から見た平面図、図２は、同じくスクロール圧縮機の旋回スクロールの動作を説明する要部横断面図である。

図１において、旋回スクロール７の旋回鏡板６は、発明が解決しようとする課題でも説明した通り、旋回スクロール７が旋回したときに、この旋回スクロール７側から見て固定スクロール４のスラスト面２に形成された固定渦巻羽根５が描く軌跡の外側包絡線２２にシール長ａだけ外側にオフセットした形状としている。ただし、旋回渦巻羽根５の外周側巻き終わり近くの不連続になる部分は、加工性上、適当なＲ部２１を設けている。

図２は、固定スクロール４に対して、旋回スクロール７が最も吸入孔１５側に位置するときをθ＝０°とし、旋回スクロール７が順次旋回して、θ＝９０°、１８０°、２７０°のときをそれぞれ示している。図２において、旋回スクロール７の旋回鏡板６が破線で示されており、旋回スクロール７がどの位置にあっても、旋回スクロール７が偏心している反対側の旋回鏡板６と固定渦巻羽根３の最外周とのシール長は常にａだけ保たれていることが分かる。もちろん、θが前記４通りの場合以外でも同様である。

すなわち、この構成により、旋回鏡板６の固定スクロール４のスラスト面２と接する面積を小さくすることができる。従って、摺動面１９を小さくすることができるので、摺動損失を低減することができる。また、オイル膜切れや摺動発熱などによるスラスト面２や旋回鏡板６の摩耗進行を抑えることができる。

また、図からも明らかなように、旋回鏡板６の大きさが従来より小さくすることができるので、旋回スクロール７の軽量化にもつながり、特に、電動機をインバーター電源で駆動して高速運転するような場合、不釣り合い力による軸受部材１２の軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑えることもできる。

また、同じく、旋回鏡板６の大きさを従来よりも小さくすることができるので、予め旋回スクロールの素材自体を小さくしておけば、材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールの旋回渦巻羽根側から見た平面図である。

図３において、旋回スクロール７の旋回鏡板６は、前記実施の形態１に加えて、旋回渦巻羽根５の巻き終わり側に近い部分よりも、中心に近い側のシール長を大きくしている。すなわち、旋回渦巻羽根５の巻き終わりに近い部分では、シール長は、ほぼａとしているが、中心に近い側でのシール長は、ａ＋ｂとしている。

上記構成により、前記実施の形態１の作用、効果に加えて、圧縮動作に伴って旋回渦巻羽根のより中心側で形成される流体空間の圧力が高くなるが、スラスト面でのシール長を大きくしているので、漏れ損失を低減することができる。

なお、一定のシール長ａに加えて、増加させるシール長ｂは、旋回渦巻羽根５の巻き終わり側に近い部分よりも、中心に近い側のシール長を大きくすればよいが、流体空間の圧力が近似的に直線上に上昇するような場合は、一定の割合で増加させるのがより最適である。

以上説明したように、本発明の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくして不要な摺動面を小さくすることができるので、摺動損失を低減し、また、摺動面での摩耗進行を抑えることにより、効率および信頼性の向上を図ることができる。さらに、旋回スクロールの軽量化により、不釣り合い力による軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑え、また、材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能である。

なお、上記実施の形態において、スクロール圧縮機を用いて説明したが、スクロール膨張機でも同様の作用、効果が得られる。

また、上記実施の形態において、Ｒ部２１を適当なアールで加工すると説明したが、摺動面積の増加が比較的小さければ、なめらかにつなぐ任意の曲線や直線であってもほぼ同様の作用、効果が得られる。

以上のように、本発明に係るスクロール流体機械は、旋回鏡板の固定スクロールのスラスト面と接する面積を小さくして不要な摺動面を小さくすることにより摺動損失を低減し、摺動面での摩耗進行を抑えることにより、効率および信頼性の向上を図ることができ、さらに、旋回スクロールの軽量化により、不釣り合い力による軸受け部負荷や圧縮機自体の振動増加を抑え、また、材料費を抑えることができ、低コスト化を図ることが可能となるので、空気調和機や冷蔵庫などの冷凍機器のほか、除湿機や乾燥機、ヒートポンプ式給湯機等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旋回スクロールの旋回渦巻羽根側から見た平面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールの動作を説明する要部横断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールの旋回渦巻羽根側から見た平面図 従来のスクロール圧縮機の流体機構部の縦断面図 従来のスクロール圧縮機の要部横断面図 従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た説明図

２ スラスト面
３ 固定渦巻羽根
４ 固定スクロール
５ 旋回渦巻羽根
６ 旋回鏡板
７ 旋回スクロール
８ 流体空間
１５ 吸入孔
１６ 吐出孔
１９ 摺動面
２１ Ｒ部
２２ 固定渦巻羽根が描く軌跡の外側包絡線

Claims (2)

1. 流体機構部を、スラスト面に固定渦巻羽根を形成した固定スクロールと、この固定スクロールの固定渦巻羽根と噛み合わせて複数個の流体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スクロールと、この旋回スクロールの自転を防止し旋回運動させるための自転防止機構と、前記旋回スクロールに駆動力を伝達させる偏心軸部を有するクランク軸と、前記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、前記クランク軸を支持する軸受部材と、この軸受部材に設置され前記旋回スクロールの旋回鏡板の背面に異なる圧力を付勢させるためのシール部材とで構成したスクロール流体機械において、前記旋回鏡板の前記固定スクロールのスラスト面と接する面が、前記旋回スクロールが旋回したときに、この旋回スクロール側から見て前記固定スクロールのスラスト面に形成された固定渦巻羽根が描く軌跡の外側包絡線にシール長だけ外側にオフセットした形状であることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 旋回渦巻羽根の巻き終わり側に近い部分より中心に近い側のシール長が大きいことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。