JP2012137000A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールと旋回スクロールの噛み合わせ隙間部からの漏れ損失を極小化しつつ、性能・耐久性に問題を生じるラップ側面の接触を回避することができるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明のスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、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により複数の圧縮室を形成し、旋回スクロールの旋回運動により圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、旋回スクロールのラップ外周側上端部には、面取り１６が形成されており、固定スクロールのラップ外壁側底面部にはくぼみ部１７が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機器等に使用される圧縮機に関するものであり、特に、スクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機は、鏡板に渦巻き状のスクロールラップを直立形成した固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて円弧状の圧縮室を形成する。旋回スクロールを固定スクロールに対して自転を拘束した状態で旋回運動させることによって圧縮室を外周側から内周に向かって移動させながら容積を減じることで圧縮動作を行う。このスクロール圧縮機は、旋回スクロールと固定スクロールとの噛み合わせ部から圧縮ガスが漏洩して効率が低下する原因となっていた。この課題を解決するためには、噛み合せ部の隙間を数μｍ程度に設定すればよいが、微小な凹凸に起因する品質上の問題が新たに発生する。このため、従来から様々な対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２６９５１７７号公報

近年、環境保護の観点よりＲ７４４などの自然冷媒を用いたスクロール圧縮機が要望されている。自然冷媒の特性上、圧縮室内部は従来よりも高い差圧状態が存在しており、微小な隙間であっても洩れ損失が大きくなり効率が大きく低下してしまう。このため、固定スクロールと旋回スクロールの密着性を向上させる必要があり、両スクロールの隙間を最小化している。具体的には、高圧であることや自然冷媒の特性上、潤滑油膜が保持できない場合が存在するため、旋回スクロールに表面処理を用いることで耐久性を確保しつつ漏れを微小化している。

しかし、固定スクロールと旋回スクロールを構成する材料の熱膨張率が異なる場合には多種多様な運転条件を考慮すると金属接触の可能性がある。特に、旋回スクロールの方が熱膨張率は高く、旋回スクロールの表面処理等を施す場合において、ラップ先端部や両端側面部に加工によるバリ等の盛り上がり部を残したまま表面処理をすると、盛り上がり部が硬化してしまう。この盛り上がり部が接触すると従来よりも逆に摩擦力が増大してしまい、性能・耐久性が低下してしまう。このため、盛り上がりを必ず除去するようにラップ両端側面部に面取り加工を施すことが望ましい。

高精度のスクロール形状を加工する一般的な方法として部材を回転させながら加工する際に、面取りを、たとえば漏れによる性能低下を最小にすべく、０．１ｍｍ以下程度に設定しようとすると、複雑な曲率を持つインボリュート形状であることにより、特に両端部の内側すなわちインボリュート内壁側の曲率の大きくなる中心部分周辺においては面取り刃等の加工工具の負荷が上手く調整できないためにチッピングが生じてしまい、加工精度を確保することが困難となる。その結果、逆にラップ側面に盛り上がりを発生する要因となる。その結果、非常に生産性を低下させることになり、性能・耐久性を重視しつつ生産性を両立させることが困難となっている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加工精度を調整確保することが比較的安易なスクロールラップ外壁側に逃げ部を設けることにより、微小な逃げを高精度に設ける
ことが可能となり、漏れ損失を極小化しつつ、性能・耐久性に問題を生じるラップ側面の接触を回避することが可能となり、圧縮機の効率を維持しつつ、耐久性を確保でき、かつ生産性も向上させ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。

上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、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ外壁側上端部には、面取り部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外壁側底面部にはくぼみ部が形成されている。

また、本発明のスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ両側上端部には、ランド部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外壁側底面部には、くぼみ部が形成されている。

本構成により、スクロールラップ形状を高精度に保ちつつ、微小な逃げを高精度に設けることが可能となり、漏れ損失を極小化しつつ、性能・耐久性に問題を生じるラップ側面の接触を回避することが可能となり、圧縮機の効率を維持しつつ、耐久性を確保でき、かつ生産性も向上させることが可能となる。

本発明のスクロール圧縮機は高精度加工により生産性が向上するとともに、漏れ隙間や部品の異常な接触を回避することが可能となり、圧縮機の生産性、性能、耐久性を両立させることができる。

実施の形態１に係るスクロール圧縮機の断面図 実施の形態１に係る固定および旋回スクロールの組立断面図 実施の形態１に係る固定および旋回スクロール要部の拡大断面図 実施の形態１に係る旋回スクロールの斜視図 実施の形態２に係る固定および旋回スクロール要部の断面図 実施の形態２に係る固定および旋回スクロール要部の拡大断面図

本発明のスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ外壁側上端部には、面取り部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外壁側底面部には、くぼみ部が形成されている。

これにより、表面処理を施した突起がラップ側面に盛り上がることにより前記固定スクロールと接触して摺動により入力の増大や耐久性が低下することが回避でき、圧縮機の生産性・性能・耐久性を両立することが可能となる。

また、本発明のスクロール圧縮機は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロール
と、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ両側上端部には、ランド部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外壁側底面部には、くぼみ部が形成されている。

これにより、表面処理を施した突起がラップ側面に盛り上がることにより前記固定スクロールと接触して摺動により入力の増大や耐久性が低下することが回避でき、圧縮機の生産性・性能・耐久性を両立することが可能となる。

ある実施形態において、面取り部およびくぼみ部は、アップカットにより加工を行う工程で形成される。

これにより、ラップ形状に対して非常に高精度に微小な面取り加工を施すことが可能となる。

ある実施形態において、冷媒として自然触媒を用いる。

ある実施形態において、面取り部を形成する際に、Ｃ０．１以下の微小面取り加工を施す。

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この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図である。吸入管１より吸い込まれた冷媒は、固定スクロール２の吸入室３を経て、旋回スクロール４とかみ合わさって形成される圧縮室５に閉じ込められ、中心に向かって容積を減少させながら圧縮され吐出ポート６より吐出される。自然冷媒を用いる圧縮機においては容積減少に伴う圧力上昇が非常に大きく、最高到達圧力は１４Ｍｐａにもなる。このため、旋回スクロール４と固定スクロール２との組み合わせによる設定隙間が従来の圧縮機と同等であれば、中心部からの漏れが発生し、従来よりも大きな効率低下を招く。そこで、隙間設定をより微小化させているが、例えば熱膨張率の異なる材料により旋回スクロール４と固定スクロール２が形成されている場合、多種多様な運転条件により、通常は存在するはずの潤滑油が無くなり、金属接触状態となり、部品の損傷が発生する可能性があるので、旋回スクロール４に表面処理を施している。

潤滑油はクランクシャフト８により回転運動を与えられるトロコイドポンプ７により圧縮機下部から吸い上げられ、クランクシャフト８内部にある潤滑油供給用の穴９を通り旋回スクロール４の偏心軸受け内部空間１０へと導かれる。ここから、給油経路が二方向に分かれ、一方は旋回スクロール４の鏡板背面に設けられた絞り部１１を経由して固定スクロール２と軸受１２に囲まれて形成される背圧室１３へと導かれる。この背圧室１３の潤滑油は再び旋回スクロール４に設けられた背圧調整用穴１４へ導かれ、背圧調整用穴１４が固定スクロール２に設けられた背圧調整用窪み１５と連通する際に圧縮室へと流入する。そのため背圧室１３の圧力は背圧調整用穴１４が連通する圧縮室の圧力となり、運転条件の圧縮比により動的に変化する。

図２は、実施の形態１に係る固定および旋回スクロールの組立断面図である。図３は、実施の形態１に係る固定および旋回スクロール要部の拡大断面図である。

固定スクロール２のラップ部分２ａと旋回スクロール４のラップ部分４ａとは連続的にかみ合いながら圧縮を行っており、ラップ真直度やラップ先端および根元部分の加工精度が悪いとその部分において圧縮ガスの漏れが発生し、効率低下を招く。

また旋回スクロール４のラップ先端４ｂについてはラップ先端に微小な斜面形状やオイル穴等の追加工を施すことが多く、ラップ側面側にバリ・盛り上がりを発生させる可能性も高く、また旋回スクロール４加工はラップ厚みによる剛性に頼った加工を行わざるを得ないため、真直度やラップ先端のバリ・盛り上がりを微調整により修正することは非常に困難である。

一般には、加工性を確保するために旋回スクロール４をアルミニウム等の被切削性の良い材料にすることで精度を向上させているが、ラップ先端の盛り上がり数μｍまでを管理することが困難である。また旋回スクロール４のラップ上面については異常運転の際に前述の斜面形状などの加工により設定した隙間で許容できないような変形や熱膨張により固定スクロール２のラップ先端２ｂに金属接触した場合には表面処理を施したままであれば逆に摺動摩擦が増加し、耐久性や効率に不具合を生じる可能性があるため、処理後の工程で剥離加工を施す場合もあり、加工時にラップ上面が押しつぶされ、ラップ側面側へ微小な盛り上がりを発生させることもある。なお、２ｂはラップ先端、２ｃはラップ底面、４ｂはラップ先端、４ｃはラップ底面である。

図４は旋回スクロール４の斜視図である。スクロールの羽形状は中心に近づくほど曲率が大きくなっているが、形状としては理想形状に対して数μｍ以内であり、非常に高精度を要求されている。そのためＮＣなどで加工される際にはワークを回転させ、加工ツール自体は一軸のみの移動を行う加工法を用いることが多い。このような加工法を用いた場合においてラップ上面に面取り加工等を高精度に施すためには同一加工機の工程上で加工することにより加工部材と加工機の原点が完全に一致するために望ましい。しかしながら図２の中心部分、特にラップ内周４ｅ側の中心部分については非常に曲率が大きく、部品を回転させて加工する場合には回転数と面取り刃の一軸移動の調整が非常に困難であり、刃が細かく部品と接触離合を繰返すチッピングと呼ばれる状態になりやすい。

そこで、図３にあるように旋回スクロール４のラップ外周４ｄと固定スクロール２のラップ底面２ｃのラップ外周２ｄにそれぞれ０．０３〜０．１ｍｍの面取り１６およびくぼみ部１７を設けることにより加工性をはじめとする生産性を向上させるとともに、圧縮機完成時の性能・耐久性の低下を防ぐことが可能となる。

（実施の形態２）
旋回スクロール４のラップ先端４ｂに剥離加工を施す際に押しつぶしの盛り上がりによる品質低下を防ぎ、かつ固定スクロール２のスクロールラップ形状を研磨加工などによって高精度に加工する際に発生しやすいラップ根元の加工残りを回避するために旋回スクロール４のラップ先端４ｂの両端に微小なランド部４ｆを設けることがある。

図５に、固定および旋回スクロール要部の断面図を示す。図６に、固定および旋回スクロール要部の拡大断面図を示す。

このような形状を施す場合にはランド加工については羽形状を加工するツールにより加工するためチッピング等の加工問題発生を回避することが可能であるが、数十μｍのランドであるため、加工ツールの摩耗等により切削ではなく押しつぶしてしまうとラップ側面に盛り上がりが発生してしまう。そのため、ランド加工後に再度微小な面取り加工をほどこす必要があり、０．０１〜０．０５程度の高精度が求められる。このような場合においては旋回スクロール４についてはラップ外側のランド底部に微小なランド部４ｆを形成す
る。固定スクロール２についてはラップ外側にランドの高さと相対する部分に微小なくぼみ部１７を形成する。これにより加工性をはじめとする生産性の向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、従来の圧縮機に対して高精度の加工部品の組み合わせにより漏れ隙間を低減する必要がある場合においても、生産性を確保しつつ部品供給することが可能となり、高性能・高耐久性を保持する圧縮機を提供することができる。

１ 吸入管
２ 固定スクロール
２ａ ラップ部分
２ｂ ラップ先端
２ｃ ラップ底面
２ｄ ラップ外周
３ 吸入室
４ 旋回スクロール
４ａ ラップ部分
４ｂ ラップ先端
４ｃ ラップ底面
４ｄ ラップ外周
４ｅ ラップ内周
４ｆ ランド部
５ 圧縮室
６ 吐出ポート
７ トロコイドポンプ
８ クランクシャフト
９ 穴
１０ 偏心軸受け内部空間
１１ 絞り部
１２ 軸受
１３ 背圧室
１４ 背圧調整用穴
１５ 背圧調整用窪み
１６ 面取り
１７ くぼみ部

Claims (5)

1. 鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ外周側上端部には、面取り部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外周底面部にはくぼみ部が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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により複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室の中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ両側上端部には、ランド部が形成されており、前記固定スクロールのラップ外周側底面部には、くぼみ部が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 前記面取り部および前記くぼみ部は、アップカットにより加工を行う工程で形成される請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 冷媒として、自然触媒を用いた請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記面取り部を形成する際に、Ｃ０．１以下の微小面取り加工を施すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。