JP2012031768A

JP2012031768A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2012031768A
Application number: JP2010171295A
Authority: JP
Inventors: So Sato; 創佐藤; Hisao Mizuno; 尚夫水野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP5622473B2

Abstract

【課題】高い耐久性、信頼性を得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。
【解決手段】旋回スクロール２０、固定スクロール３０は、ラップ壁２２、３２の高さが、高壁部２２Ｈ、３２Ｈから低壁部２２Ｌ、３２Ｌへと切り替わる段差部６２において、高壁部２２Ｈ、３２Ｈと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌとの間に、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔに直交する立ち上がり壁部６３が形成されている。立ち上がり壁部６３の下端部６３ａと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔとの境界部分６４は、所定の曲率半径のＲ形状とされ、さらに、境界部分６４の曲率半径は、ラップ壁２２、３２の外周側から内周側に向けて、漸次大きくなるように形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機等に用いられるスクロール圧縮機に関する。

空気調和機等に用いられるスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを備える。固定スクロール、旋回スクロールは、それぞれ円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップ壁が一体に形成されたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールを、ラップ壁を噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させる。そして、双方のラップ壁の間に形成される圧縮空間を外周側から内周側に移動させつつその容積を減少させることで、圧縮空間内の流体の圧縮を行う。

このようなスクロール圧縮機においては、性能を高めるために、固定スクロールおよび旋回スクロールのラップ壁の高さを、外周側から内周側に向けて段階的に小さくすることで、流体の圧縮率を高めたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３６４５６０公報

しかしながら、ラップ壁の高さが外周側から内周側に向けて段階的に小さくなる固定スクロールおよび旋回スクロールを備えたスクロール圧縮機においては、以下に示すような問題が存在する。
すなわち、図８に示すように、固定スクロール１または旋回スクロール２において、ラップ壁３の高さが段階的に小さくなる段差部４において、ラップ壁３の壁頂面３ａと、壁頂面３ａに直交して立ち上がる立ち上がり壁部３ｂとの交差部４ｘに、応力が集中しやすくなっている。
そして、冷媒を、何らかの原因により液体の状態で圧縮機内に吸い込み、そのまま圧縮動作を行った場合、液体状態の冷媒は、気体の状態に比べて密度が遙かに高いため、段差部４の交差部４ｘにクラックが生じるという問題がある。また、圧縮機内に、異物を噛み込んだ場合も同様の問題が生じる。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、高い耐久性、信頼性を得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。

かかる目的のもと、本発明のスクロール圧縮機は、外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、ハウジング側に固定され、旋回スクロールに対向して、当該旋回スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成する固定スクロールと、を備え、旋回スクロールおよび固定スクロールは、それぞれ、円板状の端板に渦巻き状のラップ壁が一体に形成され、旋回スクロールのラップ壁と固定スクロールのラップ壁を噛み合わせることにより圧縮空間を形成するとともに、ラップ壁は、端板からの立ち上がり高さが、当該ラップ壁の外周側から内周側に向けて段階的に漸次小さくなり、ラップ壁は、当該ラップ壁の端板の立ち上がり高さが第一の高さを有した高壁部と、高壁部よりも小さな第二の高さを有した低壁部とを有している。そして、旋回スクロールおよび固定スクロールの少なくとも一方は、高壁部と低壁部との段差部において、低壁部の頂面と、当該低壁部から高壁部に向けて立ち上がる立ち上がり壁部との境界部分に、定められた曲率半径または面取り寸法によるＲ加工または面取り加工が施され、境界部分の曲率半径または面取り寸法は、ラップ壁の外周側から内周側に向けて漸次大きくなるよう形成されていることを特徴とする。
旋回スクロール、固定スクロールは、双方の相対的な旋回動作により、圧縮空間内の容積を漸次縮小することで圧縮動作を行う。圧縮過程の後半の、圧縮空間の圧力が高い状態においては、ラップ壁の内周側で圧縮空間をシールするため、ラップ壁の内周側には高い圧力が作用する。そこで、ラップ壁の外周側における境界部分の曲率半径をなるべく大きくすることで、立ち上がり壁部と、低壁部の頂面との境界部分にクラック等が生じるのを防ぐことができる。一方、圧縮空間の圧縮をし始める初期段階においては、ラップ壁の外周側で圧縮空間をシールする。そこで、ラップ壁の外周側における境界部分の曲率半径、面取り寸法をなるべく小さくすることで、低壁部の頂面と、当該低壁部から高壁部に向けて立ち上がる立ち上がり壁部との境界部分における噛み合い精度を高く確保し、シール性を高めることができる。

ここで、境界部分は、その曲率半径または面取り寸法が、ラップ壁の外周側から内周側に向けて連続的に大きくなるよう形成することができる。また、境界部分は、ラップ壁の外周側の一定範囲が同一寸法の曲率半径または面取り寸法とされ、ラップ壁の内周側の残る範囲が、ラップ壁の内周側に向けて曲率半径または面取り寸法が連続的に大きくなるよう形成してもよい。
また、境界部分は、ラップ壁の最外周側の曲率半径が０であるようにしても良い。

本発明によれば、ラップ壁の低壁部の頂面と、当該低壁部から高壁部に向けて立ち上がる立ち上がり壁部との境界部分の曲率半径または面取り寸法を、ラップ壁の外周側から内周側に向けて漸次大きくなるよう形成したので、圧縮空間の圧縮をし始める初期段階においては、低壁部の頂面と、当該低壁部から高壁部に向けて立ち上がる立ち上がり壁部との境界部分における噛み合い精度を高く確保し、シール性を高めることができる。一方、圧縮過程の後半の、圧縮空間の圧力が高い状態においては、立ち上がり壁部と、低壁部の頂面との境界部分にクラック等が生じるのを防ぐことができる。
これにより、スクロール圧縮機の高い耐久性、信頼性を得ることができる。

本実施の形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す図である。固定スクロールと旋回スクロールのかみ合い状態を示す図であって、主軸に沿った面における断面図である。（ａ）は固定スクロール、（ｂ）は旋回スクロールの斜視図である。スクロール壁の高壁部と低壁部の段差部の構成を示す斜視図である。スクロール壁の段差部分における固定スクロールと旋回スクロールの噛み合い状態を示す断面図である。固定スクロールと旋回スクロールのかみ合い状態の変移を示す図である。境界部分の曲率半径の分布の例を示す図である。従来のスクロール壁の高壁部と低壁部の段差部の構成を示す斜視図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるスクロール圧縮機の構成を説明するための図である。本実施形態においては、圧縮機１０を、空気調和用の冷凍サイクルシステムに用いる場合を例に挙げる。
この図１に示すように、圧縮機１０は、縦型のスクロール型で、ハウジング１１内に、主軸１２と、主軸１２とともに回転する旋回スクロール２０と、ハウジング１１側に固定された固定スクロール３０と、を備える。
このような圧縮機１０においては、ハウジング１１の一端側に形成された冷媒導入ポートＰ１からハウジング１１内に冷媒（流体）が導入され、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に形成された圧縮空間において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング１１の他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

図１、図２に示すように、旋回スクロール２０は、円板状の端板２１に、渦巻き状で所定の高さを有したラップ壁２２が一体に形成されている。
一方、固定スクロール３０は、旋回スクロール２０に対向する端板３１には、旋回スクロール２０のラップ壁２２に対向して噛み合う渦巻き状のラップ壁３２が形成されている。

図２に示すように、旋回スクロール２０のラップ壁２２、固定スクロール３０のラップ壁３２において、固定スクロール３０の端板３１、旋回スクロール２０の端板２１と対向する先端部には、シール性を高めるため、樹脂系材料等からなるチップシール２８、３８が設けられている。

このようにして、旋回スクロール２０と固定スクロール３０は、ラップ壁２２とラップ壁３２を互いに組み合わせている。これにより、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に、圧縮空間５０を形成している。

図１に示すように、これにより、旋回スクロール２０、固定スクロール３０の外周側から圧縮空間５０に導入された冷媒は、固定スクロール３０に対する旋回スクロール２０の公転により、外周側から内周側に順次送られて圧縮される。圧縮空間５０で圧縮された冷媒は、固定スクロール３０を覆うように設けられた上部カバー３９に取り付けられたリード弁４０を介し、ハウジング１１の他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

主軸１２は、その両端部が、ハウジング１１に軸受１３、１４を介して回転自在に支持されている。主軸１２は、ハウジング１１内面に固定された固定子１５と、主軸１２の外周面に固定され、固定子１５と対向する回転子１６とからなるモータ１７によって回転駆動される。なお、主軸１２は、一端をハウジング１１を貫通して外部に突出させ、エンジンや外部に設けられたモータ等の図示しない駆動源が主軸１２の一端に連結されることで回転駆動される構成とすることもできる。

主軸１２の他端部には、主軸１２の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、ボス１８が突出形成されている。旋回スクロール２０の主軸１２側には、ボス１８を収容する凹部２３が形成されている。ボス１８が、凹部２３にドライブブッシュ（軸受）２４を介して挿入されることで、このボス１８に、旋回スクロール２０が回転自在に保持されている。これにより、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対し、予め定められた寸法だけ偏心して設けられ、主軸１２がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対して偏心した寸法を半径とした旋回動作（公転）を行う。なお、旋回スクロール２０が公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール２０と主軸１２との間には、オルダムリング（図示無し）が介在している。
また、主軸１２には、ハウジング１１の底部のオイル溜りから吸い上げた潤滑油を主軸１２の上端部から主軸１２と凹部２３との間のドライブブッシュ２４等に供給するための潤滑油流路１２ａが形成されている。

さて、ここで、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に形成される圧縮空間５０の断面積を、外周側から内周側に向けて漸次縮小させて圧縮率を高めるため、旋回スクロール２０の端板２１の両面側において、旋回スクロール２０と固定スクロール３０のラップ高さが外周側から内周側に向けて漸次縮小するようにする。

これには、図２、図３に示すように、旋回スクロール２０の端板２１は、外周部の端板表面２１Ａに対し、内周部の端板表面２１Ｂが、固定スクロール３０側に位置するように形成されている。一方、固定スクロール３０の端板３１は、外周部の端板表面３１Ａに対し内周部の端板表面３１Ｂが、旋回スクロール２０側に位置するように形成されている。旋回スクロール２０、固定スクロール３０には、端板２１、３１と、渦巻き状のラップ壁２２、３２とにより、渦巻き状に連続する溝が形成され、その溝底面は、端板表面２１Ａ、２１Ｂ、３１Ａ、３１Ｂにより形成されている。そして、外周部の端板表面２１Ａ、３１Ａと、内周部の端板表面２１Ｂ、３１Ｂとの段差部７０は、溝の両側のラップ壁２２、３２の間隔を直径とした半円形に形成されている。

一方、旋回スクロール２０のラップ壁２２、固定スクロール３０のラップ壁３２の高さは、旋回スクロール２０と固定スクロール３０の外周側から内周側に向けて段階的に（階段状に）低くなっている。
図３、図４に示すように、旋回スクロール２０、固定スクロール３０は、ラップ壁２２、３２の高さが、第一の高さを有した高壁部２２Ｈ、３２Ｈから、高壁部２２Ｈ、３２Ｈよりも低い第二の高さを有した低壁部２２Ｌ、３２Ｌとが連続して形成されている。これにより、高壁部２２Ｈ、３２Ｈと低壁部２２Ｌ、３２Ｌとの間に、段差部６２を有している。段差部６２においては、高壁部２２Ｈ、３２Ｈと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌとの間に、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔに直交して立ち上がる立ち上がり壁部６３が形成され、この立ち上がり壁部６３が、高壁部２２Ｈ、３２Ｈの端部を形成している。立ち上がり壁部６３は、平面視すると、高壁部２２Ｈ、３２Ｈから、高壁部２２Ｈ、３２Ｈの厚さ寸法を直径とした半円形に突出する形状をなしている。

固定スクロール３０に対し、旋回スクロール２０が旋回しているときには、ラップ壁２２、３２において、立ち上がり壁部６３の下端部６３ａと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔとの境界部分６４が、溝底面の段差部７０に噛み合いながら動作する。
ここで、図４に示すように、立ち上がり壁部６３の下端部６３ａと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔとの境界部分６４は、所定の曲率半径のＲ形状とされている。さらに、境界部分６４の曲率半径は、ラップ壁２２、３２の外周側（端板２１、３１の外周側）２２Ｏ、３２Ｏから、内周側２２Ｉ、３２Ｉに向けて、漸次大きくなるように形成されている。

一方、段差部７０も、境界部分６４の曲率半径に合致し、外周側から内周側に向けてその曲率半径が漸次大きくなるＲ形状とされている。

ここで、図６は、圧縮過程中において、固定スクロールと旋回スクロールのかみ合い状態の変移を示す図であり、（ａ）は圧縮過程前半、（ｂ）は圧縮過程の後半の状態を示す図である。
図６（ｂ）に示すように、圧縮過程の後半の、圧縮空間５０の圧力が高い状態において、立ち上がり壁部６３および境界部分６４がその内周側において段差部７０と噛み合って圧縮空間５０をシールするため、境界部分６４の内周側には高い圧力が作用する。そこで、ラップ壁２２、３２の境界部分６４の内周側においては曲率半径を大きくすることで、境界部分６４における補強効果を高めるのが好ましい。これにより、冷媒を液状態で圧縮してしまうような場合においても、立ち上がり壁部６３の下端部６３ａと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔとの境界部分６４にクラック等が生じるのを防ぐことができる。

一方、図６（ａ）に示すように、圧縮過程の初期段階では、立ち上がり壁部６３および境界部分６４がその外周側において段差部７０と噛み合って圧縮空間５０をシールし、圧縮過程の後半に比較すれば低い圧力が作用するため、境界部分６４と段差部７０の噛み合い精度を高く確保し、この部分における冷媒のシール性を高めるのが好ましい。このため、ラップ壁２２、３２の外周側２２Ｏ、３２Ｏにおいては、境界部分６４の曲率半径を、なるべく小さくするのが好ましい。例えば、ラップ壁２２、３２の最外周側においては、曲率半径ｒ＝０ｍｍとし、立ち上がり壁部６３の下端部６３ａと、低壁部２２Ｌ、３２Ｌの頂面２２ｔ、３２ｔとを直交させる構成としても良い。

なお、境界部分６４、段差部７０においては、曲率半径は、ラップ壁２２、３２の外周側２２Ｏ、３２Ｏから内周側に向けて漸次大きくなるように形成するのであれば、いかなる構成としても良い。
例えば、図７（ａ）に示すように、境界部分６４の曲率半径を、ラップ壁２２、３２の外周側２２Ｏ、３２Ｏから内周側２２Ｉ、３２Ｉに向けて連続的に大きくなるように形成しても良い。
また、例えば、図７（ｂ）に示すように、境界部分６４の曲率半径を、ラップ壁２２、３２の外周側２２Ｏ、３２Ｏの一定範囲Ｓ１においては同一寸法とし、内周側２２Ｉ、３２Ｉの範囲Ｓ２において、曲率半径が内周側に向けて漸次大きくなるように形成してもよい。

また、境界部分６４、段差部７０は、Ｒ加工ではなく、面取り加工とすることもでき、この場合も、面取り寸法を、ラップ壁２２、３２の外周側２２Ｏ、３２Ｏから内周側２２Ｉ、３２Ｉに向けて漸次大きくなるように形成する。

なお、上記実施の形態において、圧縮機全体の構成等については、上記に挙げた構成に限定する意図はなく、適宜他の構成を採用することが可能である。
また、本発明は、冷凍サイクルシステムに組み込まれて冷媒を圧縮機で圧縮する構成に限らない。例えば、冷媒以外の流体を圧縮機で圧縮する場合をも本発明は適用可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…圧縮機、１１…ハウジング、１２…主軸、２０…旋回スクロール、２１…端板、２２…ラップ壁、２２Ｈ…高壁部、２２Ｌ…低壁部、２２ｔ…頂面、３０…固定スクロール、３１…端板、３１Ａ…端板表面、３１Ｂ…端板表面、３２…ラップ壁、５０…圧縮空間、６２…段差部、６３…立ち上がり壁部、６４…境界部分、７０…段差部

Claims

外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、
前記主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、
前記ハウジング側に固定され、前記旋回スクロールに対向して、当該旋回スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成する固定スクロールと、を備え、
前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールは、それぞれ、円板状の端板に渦巻き状のラップ壁が一体に形成され、前記旋回スクロールの前記ラップ壁と前記固定スクロールの前記ラップ壁を噛み合わせることにより前記圧縮空間を形成するとともに、前記ラップ壁は、前記端板からの立ち上がり高さが、渦巻き状の当該ラップ壁の外周側から内周側に向けて段階的に漸次小さくなり、
前記ラップ壁は、当該ラップ壁の前記端板の立ち上がり高さが第一の高さを有した高壁部と、前記高壁部よりも小さな第二の高さを有した低壁部とを有し、
前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールの少なくとも一方は、前記高壁部と前記低壁部との段差部において、前記低壁部の頂面と、当該低壁部から前記高壁部に向けて立ち上がる立ち上がり壁部との境界部分に、定められた曲率半径または面取り寸法によるＲ加工または面取り加工が施され、前記境界部分の曲率半径または面取り寸法は、前記ラップ壁の外周側から内周側に向けて漸次大きくなるよう形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記境界部分は、その曲率半径または面取り寸法が、前記ラップ壁の外周側から内周側に向けて連続的に大きくなるよう形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圧縮機。
前記境界部分は、前記ラップ壁の外周側の一定範囲が同一寸法の曲率半径または面取り寸法とされ、前記ラップ壁の内周側の残る範囲が、前記ラップ壁の内周側に向けて曲率半径または面取り寸法が連続的に大きくなるよう形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圧縮機。
前記境界部分は、前記ラップ壁の最外周側の曲率半径が０であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。