JP2014013005A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ防止と効率向上が達成できる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において、自転防止部が、複数組のピン‐ホールと、前記旋回スクロール（１０）のラップ端部における、前記固定スクロール（９）の円弧状シール部（Ｓ２）と、から構成され、該円弧状シール部（Ｓ２）が、少なくとも前記自転防止部（７）のうちの自らの受け持ち角度区間、前記旋回スクロール（１０）の自転を規制したことを特徴とする。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、固定スクロールや旋回スクロールのインボリュート端点（ラップ端）を利用した自転防止機構により、漏れ防止と効率向上が達成できるスクロール型圧縮機に関する。

固定スクロールや旋回スクロールのインボリュート端点を略円弧形状で形成したスクロール型圧縮機の例としては、特許文献１、２などに開示されている。このようなスクロール型圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールの歯側面やインボリュート端点でシールを行い、漏れを防止しながら圧縮を行っている。このため、固定スクロールと旋回スクロールとの歯側面の曲率差（以下、曲率差とは、固定スクロールと旋回スクロールとの歯側面の曲率差を指すものとする）が非常に大きくなるインボリュート端点では、シール性が悪く漏れが増大し効率を低下させるという問題があった。

特開２００４−３３２５５６号公報 特公平０７−０３０６８２号公報

本発明は、上記問題に鑑み、固定スクロールや旋回スクロールの略円弧形状で形成した、インボリュート端点を利用した自転防止機構により、漏れ防止と効率向上が達成できるスクロール型圧縮機を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、固定スクロール（９）、旋回スクロール（１０）、該旋回スクロール（１０）を、クランクシャフト（４、４’）を介して回転駆動する駆動部（５、６）、及び、前記旋回スクロール（１０）の自転防止部を具備し、固定スクロール（９）に対して旋回スクロールが公転運動して圧縮作用を行うスクロール型圧縮機において、前記自転防止部が、複数組のピン‐ホールと、前記旋回スクロール（１０）のラップ端部における、前記固定スクロール（９）の円弧状シール部（Ｓ２）と、から構成され、該円弧状シール部（Ｓ２）が、少なくとも前記自転防止部のうちの自らの受け持ち角度区間、前記旋回スクロール（１０）の自転を規制したスクロール型圧縮機である。

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。

本発明の第１実施形態の断面図である。 図１のＡ−Ａ線の関する断面図である。 図１のＢ−Ｂ線の関する断面図である。 本発明の第１実施形態の圧縮室のシールを説明する説明図である。 本発明の第１実施形態の圧縮作動を説明する説明図である。 従来技術における自転防止部の作動を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態における自転防止部の作動を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態の断面図である。 本発明の第４実施形態の断面図である。 図８のＣ−Ｃ線、及び、Ｄ−Ｄ線に関する断面図である。 本発明の第４実施形態の旋回スクロール１０の断面図と、左右の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の一実施形態を電動モータ駆動の低段、高段の２段圧縮機で説明するが、これに限定されるものではなく、通常の１段圧縮機であっても良く、駆動部がベルト伝動である場合であっても良い。また、本発明の一実施形態の自転防止機構を、ピン‐リング式の自転防止部で説明するが、これに限定されるものではなく、ピン‐リング無しホール式において、本発明は適用可能である。

（第１実施形態）
図１〜３に示すように、本実施形態のスクロール型圧縮機は、特許文献１と同様に低段、高段の２段圧縮機である。ケーシング１と左右のサイドケーシング２、３は、締結ボルトで密閉されている。内部には、クランクシャフト４が軸支されて、クランクシャフト４の端部に一体に設けたクランク部４’により、旋回スクロール１０が、固定スクロールに対して、自転が防止されて公転運動を行う。自転防止部は、ケーシング１のミドルハウジング１’に圧入固定された自転防止ピン７と、ホール８’に挿入されたリング８からなっている。リング８はない場合であっても良く、リング８がある場合とない場合を含めて、ピン‐ホール式の自転防止部という。

本実施形態では、自転防止ピン７とリング８の組は、９０°間隔で設置されている。従来技術では、９０°毎に４組設けられているが、図２Ｂに示すように、３組となっている（これらの自転防止機能については、後述する）。自転防止ピン７とリング８の組は、自転防止機能を果たす上では、従来技術では、９０°以上の間隔なら最低３組設けられていればよいものなので、本実施形態では、後述の円弧シール部Ｓ２と合わせて最低２組で成立するものである。

旋回スクロール１０は、クランクシャフト４のクランク部４’を介して公転運動するが、クランクシャフト４の回転は、ケーシング１の内面に固定された固定子６と回転子５からなる電動モータによって行われる。回転子５はクランクシャフト４のシャフト部に固定されている。３０は、釣合い重りである。

スクロール型圧縮機は、低段、高段の２段圧縮機であり、図２に示すように、外側圧縮部が低段圧縮部であり、内側圧縮部が高段圧縮部である。スクロール型圧縮機は、固定スクロール９と旋回スクロール１０のラップ（歯）１０−１，１０−２の側面でシールを行い、漏れを防止しながら圧縮を行っている。外側圧縮室１１−１や内側圧縮室１１−２は、旋回ロールの旋回に伴い、図３に示すような２種類のシールで閉鎖されて圧縮が進行する。旋回スクロール１０のインボリュート曲線部が、固定スクロール９のインボリュート曲線部でシールするインボリュートシールＳ１と、固定スクロール９の円弧部と旋回スクロール１０のラップ端部における円弧部とがシール点となる、円弧状シールＳ２の２つのタイプが存在する。

従来技術では図５に示すように、円弧状シールＳ２の場合には、固定スクロール９と旋回スクロール１０の歯側面の曲率差が非常に大きく、シール性が悪く漏れが増大し効率を低下させるという問題がある。自転防止部によって、旋回スクロールは自転が規制されているので、固定スクロール９の円弧部と旋回スクロール１０のラップ端部における円弧部に隙間が発生するためである。本実施形態では、図６に示すように、曲率差が大きい歯側面部分（円弧状シール部Ｓ２、歯先ともいう）で、旋回スクロールの自転力を受ける自転防止作用を持たせることで、確実に歯と歯を接触させることができ、漏れ低減による効率向上を達成することができる。

吸入・吐出工程については、図２Ａにおいて、外側圧縮部吸入口２１から、圧縮すべきガス（例えば、冷媒ガスなど）が吸入されて、外側圧縮室１１−１で圧縮される。中間圧となったガスは、外側圧縮部の吐出口２２から吐出され、図示しない配管経路を経て、内側圧縮室の吸入口２３から、内側圧縮室１１−２に吸入される。内側圧縮室１１−２で高圧に圧縮され、内側圧縮室の吐出口２４からリード弁部１２を経由して吐出室２５に吐出されたのち、サイドケーシング３に設置された圧縮機吐出口１６から、外部導管に圧縮ガスを供給する。

本実施形態の圧縮作動は、図４に示されている。クランクシャフトの角度をθとして、図３の左下の（１）θ＝０°から（４）へ時計回りに、圧縮が、外側圧縮室１１−１と内側圧縮室１１−２で同時に進行する。（１）θ＝０°では、外側圧縮室１１−１の吸入工程が終了して、外側圧縮室１１−１の圧縮が、（２）〜（４）へと進行する。（４）θ＝２７０°辺りから（１）にかけて、外側圧縮部の吐出口２２から内側吸入口２３を経て、内側圧縮部への吸入工程が行われる。（２）θ＝９０°で内側圧縮室１１−２での圧縮工程が開始されて、（３）〜（１）にかけて、内側圧縮室１１−２での圧縮工程が進行する。

次に、図５、６を参照して、本実施形態の自転防止機構と円弧状部Ｓ２でのシール作用について述べる。
旋回スクロール１０の公転運動は、クランクシャフト４と自転防止部により得られる。ガスを圧縮することにより旋回スクロール１０には種々の力とモーメントが作用する。クランク部４’の軸心から見て、ガス圧縮力の接線方向成分は、旋回スクロール１０の中心（基礎円中心）と固定スクロール９の中心（基礎円中心）とを結ぶ線分の中点に作用することが一般的に知られている。このため、旋回スクロール１０の中心を支持して（クランク部４’の軸心で支持）駆動する場合、旋回スクロール１０はその中心回りに回転方向と同一方向に回転力（自転力）を受ける（詳しくは、社団法人日本冷凍協会発行、新版第５版「冷凍空調便覧第２巻機器編」、４０、４１頁、図１・１・４８参照）。

旋回スクロール１０が、その中心回りに回転方向と同一方向に回転力（自転力）を受けることから、図５の従来技術の自転防止ピン７とリング８の組のうちで、自らの受け持ち角度区間ア〜エのように、荷重を受ける組が変化してゆく。この場合、自転防止ピン７とリング８の組は、９０°間隔で設置されて、９０°毎に４組設けられている。自転防止部は、必ずしもこれに限定されず、様々な形態が存在するが、各組の間隔によって、自らの受け持ち角度区間が必ず定まっている。

本実施形態では、図６に示すように、エの位置の自転防止ピン７とリング８の組を省略したものである。そうすると、図５の右下の（４）のように、図面上上方の荷重を受けることになるので、固定スクロール９の円弧部と旋回スクロール１０のラップ端部における円弧部に発生する隙間が、好都合に自転力で閉鎖されて、ちょうど吐出寸前の高圧（ここでは中間圧）となっている圧縮室の漏れを防止することができるのである。本実施形態では、９０°毎に４組設けられているので、分かりやすい実施形態であるが、必ずしも９０°毎の４組に限定されるものではない。中間圧の吐出部は、円弧状シールＳ２で構成される。旋回スクロール１０のラップ端部に対応する、固定スクロール９の円弧部は、通常、公転半径に、旋回スクロール１０の外側圧縮部のラップ端部歯厚の半分を加えた円弧で形成されている。円弧状シールＳ２には、その他の曲線（楕円など）で形成される場合を含むものである。要は、円弧状シールＳ２が、自らの受け持ち角度区間、旋回スクロール１０の自転を規制できるように、設計的に選択して構成されていれば良いのである。

自転防止ピン７とリング８の組と円弧状シールＳ２の間隔は、本実施形態のように、必ずしも９０°に限定されるものではなく、それぞれが、必ず自らの受け持ち角度区間、旋回スクロール１０の自転を規制できるように構成されていれば良い。従来技術の場合、前述したように、９０°以上の間隔なら最低３組設けられていればよいものなので、本実施形態においては、円弧状シールＳ２と２組の自転防止ピン７とリング８からなる自転防止部が構成された実施形態であっても良い。それ以上の自転防止ピン７とリング８の組は何個であっても本実施形態に含まれるものである。

円弧状シールＳ２の自らの受け持ち角度区間は、円弧状シールＳ２と各組の自転防止ピン７とリング８からなる（合わせてＮ個）自転防止部が等間隔に設置された場合には、３６０°をＮで割った角度が、最適に自転を規制できる受け持ち角度区間である。例えば等間隔配置でＮ＝３であれば１２０°、Ｎ＝４であれば９０°というようになる。等間隔でなくても実施可能であるので、その場合には、Ｎ−１組の自転防止ピン７とリング８の受け持ち角度区間を除く区間を、指すことになる。円弧状シールＳ２は通常円弧で形成され、最大１８０°であるが、そのうち自らの受け持ち角度区間だけは、最低旋回スクロール１０の自転を規制できるように配置構成されていなければならない。なお、相互間のオバーラップを含めた角度として定めたが、含めずに定めることも可能である。

以上説明したように、本実施形態は、圧縮室のインボリュート端点を略円弧形状で形成したことにより、圧縮過程の冷媒漏れを低減させることができ、さらに、自転防止ピン７とリング８の組を、通常必要とする場合より減少させることができるものである。これにより、圧縮効率の向上と、部品点数の削減によるコスト削減効果が得られるものである。

（第２、３実施形態）
図７上部の第２実施形態は、２段圧縮機ではなく、通常の１段圧縮機に本発明を適用したものである。中間圧の吐出口２２ではなく、吐出口２２からリード弁部１２を経由して、サイドケーシングに設置された圧縮機吐出口１６から、外部導管に圧縮ガスを供給する。図７下部の第３実施形態は、旋回スクロール１０の内部に、自転防止ピン７とリング８の組を設置した実施形態である。自転防止ピン７の位置は、半径方向位置においては任意に設けて良い。円周方向位置は、円弧状シール部Ｓ２が、ほぼ半円のため、円弧部で荷重を受け持つことができる位置にしなければならない（約下半分では荷重を受けることができない）。この点は、その他の実施形態でも同じである。第２、３実施形態とも第１実施形態と同様な効果が得られる。第１実施形態の場合、内側圧縮部の吐出口２４は中心部にあるので、円弧状シール部Ｓ２として機能させることはできないが、第２実施形態のように、内側圧縮部の吐出口２２が、中心から離れているような場合であれば、円弧状シール部Ｓ２として機能させることができる。

（第４実施形態）
図８の実施形態は、旋回スクロール１０の歯（ラップ）１０−１’、１０−２’を、旋回スクロールの両面（表側歯１０−２’、背面側歯１０−１’）に設置した場合の２段圧縮機である。この場合は、自転防止ピン７は、図９のＤ−Ｄ断面に示すように、２本である。その代わり、スクロールの表側歯１０−２’のラップ端部における円弧状シール部Ｓ２と、背面側歯１０−１’のラップ端部における円弧状シール部Ｓ２が、旋回スクロール１０の自転を規制する受け持ち角度区間を有している。図６で説明すると、イの位置の自転防止ピン７とホール８’の組を、さらに省略したようなものとなっている（本実施形態では内側圧縮部はない）。

このように、圧縮機構を旋回スクロールの両面に配置して、円弧状シール部Ｓ２が表面と背面の２箇所形成されるため、ピン‐ホール式、ピン-リング式の自転防止機構を、第１〜３の実施形態よりさらに廃止することが出来る。図８の実施形態では、自転防止ピン７と、スクロールの両面の２箇所の円弧状シール部Ｓ２とが、それぞれ９０°間隔に設定されているが、これに限定されるものではない。要は、それぞれの円弧状シール部Ｓ２が、旋回スクロール１０の自転を規制する受け持ち角度区間を有していればよい。

図８の実施形態では、クランクシャフト４は、低段シェル９−１と高段シェル９−２に両持ちになっており、クランク部４’により、旋回スクロール１０が公転運動を行う。吸入・吐出については、図８、９を参照して、吸入口２１（図９のＤ−Ｄ断面参照）から、圧縮すべきガスが吸入されて、背面側圧縮室１１−１（低段）で圧縮される。中間圧となったガスは、背面側圧縮部の吐出口２２（図９のＤ−Ｄ断面参照）から吐出される。そしてモータ室を通過して、中間吐出口２３−１、及び、図示しない配管経路を経て、表側圧縮室の吸入口２３−２（図９のＣ−Ｃ断面参照）から、表側圧縮室１１−２に吸入される。表側圧縮室１１−２（高段）で高圧に圧縮されたのち、表側圧縮室の吐出口２４（図９のＣ−Ｃ断面参照）からリード弁部（図示せず）を経由して、サイドケーシング３に設置された圧縮機吐出口１６から、外部導管に圧縮ガスを供給する。

４ クランクシャフト
４’ クランク部
５ 固定子
６ 回転子
７ 自転防止ピン
８ リング
８’ ホール
９ 固定スクロール
１０ 旋回スクロール

Claims (5)

1. 固定スクロール（９）、旋回スクロール（１０）、該旋回スクロール（１０）を、クランクシャフト（４、４’）を介して回転駆動する駆動部（５、６）、及び、前記旋回スクロール（１０）の自転防止部を具備し、固定スクロール（９）に対して旋回スクロールが公転運動して圧縮作用を行うスクロール型圧縮機において、
   前記自転防止部が、複数組のピン‐ホールと、前記旋回スクロール（１０）のラップ端部における、前記固定スクロール（９）の円弧状シール部（Ｓ２）と、から構成され、
   該円弧状シール部（Ｓ２）が、少なくとも前記自転防止部のうちの自らの受け持ち角度区間、前記旋回スクロール（１０）の自転を規制したスクロール型圧縮機。
2. 前記自転防止部の複数組のピン‐ホールが、少なくとも２組以上の、ピン（７）とリング（８、８’）、又は、ピン（７）とホール（８’）であ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. 前記円弧状シール部（Ｓ２）が、圧縮部の吐出口（２２）近傍に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記スクロール型圧縮機が、低段、高段の２段圧縮機の場合には、前記円弧状シール部（Ｓ２）が、外側圧縮部の吐出口（２２）近傍に設けられた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. 前記旋回スクロール（１０）の両面にラップ（１０−１’、１０−２’）が設けられ、前記円弧状シール部（Ｓ２）が、前記旋回スクロール（１０）の両面に設けられたラップ端部における前記円弧状シール部（Ｓ２）であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスクロール型圧縮機。