JP2014190157A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、起動時における固定スクロールと旋回スクロールの離脱現象を確実に防止しつつ、通常運転時の摺動摩擦損失を軽減可能な高効率な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】密閉容器内に、電動機と、電動機の回転力を伝達する主にフレームの主軸受部で軸受される偏心部を有するシャフトと、偏心部の回転を受ける旋回軸受部を備えた旋回スクロールと、旋回スクロールと噛合って圧縮室を形成する固定スクロールと、旋回スクロールの鏡板を固定スクロールの鏡板に押付けるように圧縮室で圧縮された作動流体の圧力と、圧縮室に吸い込まれる作動流体の圧力との間の圧力を有する背圧室とを備え、吸込室から作動流体を吸込んで圧縮し、吐出口から密閉容器内に吐出して、密閉容器外に作動流体を吐出するスクロール圧縮機において、シャフトの軸方向における偏心部と旋回軸受部の空間に弾性体を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、それぞれの鏡板に渦巻状ラップを立設した固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合せて形成される圧縮室と、ステータ及びロータからなる電動機と、ロータを貫通してロータの回転力を伝達するシャフトを有する。旋回スクロールは、自転防止機構により自転を防止されながら、固定スクロールに対し旋回運動をする。固定スクロールに設置した吸込口から圧縮室へ流入した作動流体は、シャフトの回転運動に伴い、圧縮室の容積が徐々に小さくなり、作動流体を圧縮して、固定スクロールに設置した吐出口から吐き出され、密閉ケーシングに設置された吐出パイプからスクロール圧縮機と配管接続された例えば冷凍サイクルへと送られる。なお、上記圧縮工程中、圧縮室内の上昇した圧力により固定スクロール及び旋回スクロールには、互いを引き離そうとする方向の力が作用するため、圧縮室の密閉性を阻害し、作動流体の漏洩損失が増大する。そこで、圧縮室の密閉性を良好に保持し、作動流体の漏洩を抑制するために、圧縮室を密閉している両スクロールの鏡板面を密着させる方向に背面圧力を作用させる。背面圧力は主に旋回スクロールを固定スクロール側に押し付けるよう働く。この背面圧力には、各運転条件に応じた適正値が存在し、背面圧力が過大であると旋回スクロールと固定スクロールとの摺動面に発生する摺動摩擦損失が増大して、スクロール圧縮機の効率及び信頼性を悪化させる要因となる。逆に過小であると漏洩損失の増大、最悪の場合では旋回スクロールが固定スクロールから引き離され、圧縮不能となるいわゆる離脱現象が発生する。この離脱現象は特に、吸込側と吐出側の作動流体圧力がほぼ等しい状態である起動時から、目的としている圧力に至るまでの背面圧力が不安定な時に起こりやすく、一度離脱した旋回スクロールは再起動無しで復帰する可能性は低い。従って摺動摩擦損失を加味しても離脱現象を発生させない背面圧力に設定する必要があった。

摺動摩擦損失の軽減と離脱現象の防止という両立しない課題の改善には様々な工夫がされており、例えば特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、固定スクロールの鏡板面にくぼみを設け、このくぼみに吐出圧力の潤滑油を間欠的に導く供給通路を設ける構造としている。

特公昭６０−３５５５６号公報

しかしながら特許文献１に開示された技術は、通常運転時に関するものであり、前述した背面圧力が不安定、且つ潤滑油の供給も一定とはならない起動時に対する離脱現象は解決出来ていない。本発明は、従来の課題を解決するもので、起動時における固定スクロールと旋回スクロールの離脱現象を確実に防止しつつ、通常運転時の摺動摩擦損失を軽減可能な高効率なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、密閉容器内に、電動機と、前記電動機の回転力を伝達する主にフレームの主軸受部で軸受される偏心部を有するシャフトと、前記偏心部の回転を受ける旋回軸受部を備えた旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合って圧縮室を形成する固定スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板を前記固定スクロールの鏡板に押付けるように前記圧縮室で圧縮された作動流体の圧力と、前記圧縮室に吸い込まれる前記作動流体の圧力との間の圧力を有する背圧室とを備え、吸込室から前記作動流体を吸込んで圧縮し、吐出口から前記密閉容器内に吐出して、前記密閉容器外に前記作動流体を吐出するスクロール圧縮機において、前記シャフトの軸方向における前記偏心部と前記旋回軸受部の空間に弾性体を備えるものである。

本発明によれば、背面圧力が不安定な起動時に発生する旋回スクロールの離脱は弾性体により防止される。この効果により、離脱防止のため不必要に高く設定されていた背面圧力は、摺動摩擦損失を最も軽減した値に設定することが可能となる。

実施例１におけるスクロール圧縮機全体の断面図。 実施例１におけるスクロール圧縮機圧縮機構の断面図。 従来のスクロール圧縮機停止時における旋回スクロールの位置を模式的に示した図。 従来のスクロール圧縮機通常運転時における旋回スクロールの位置を模式的に示した図。 実施例１のスクロール圧縮機停止時における旋回スクロールの位置を模式的に示した図。 実施例２における離脱防止機構について模式的に示した図。 実施例３における離脱防止機構について模式的に示した図。 実施例４における離脱防止機構について模式的に示した図。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例における図の同一符号は同一物または相当物を示す。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。また、特に限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらの実施例のみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

本発明の実施例１のスクロール圧縮機１００を図１から図５を参照しながら説明する。なお、スクロール圧縮機１００は、ヒートポンプ給湯機や空気調和機など、種々のヒートポンプ機器や冷凍機器に用いることができる。

図１は、本発明の実施例１におけるスクロール圧縮機の圧縮全体の断面図である。図２は、スクロール圧縮機構の断面図である。

スクロール圧縮機１００は、圧縮工程を行う圧縮機構と、電動機を含めた駆動機構を密閉ケージング１内に収納して配設した構造となっている。圧縮機構は、固定スクロール２、旋回スクロール３、フレーム４、シャフト７を基本要素としている。固定スクロール２と旋回スクロール３とは、噛み合わされて圧縮室２０を形成する。

固定スクロール２は、旋回スクロール３と摺動する鏡板面２ａ及び圧縮室鏡板面２ｂと圧縮室鏡板面２ｂに立設された渦巻状のラップ２ｃを基本構成部分とし、この基本構成部分に鏡板面２ａに設置された背圧制御機構(図示せず)を加えたものがある。鏡板面２ａの外周部には吸込口２ｄが形成され、吸込パイプ１６が接続される。圧縮室鏡板面２ｂの中央部には吐出口２ｅが形成されている。

一方、旋回スクロール３は、固定スクロール２と摺動する鏡板面３ａ及び圧縮室鏡板面３ｂと圧縮室鏡板面３ｂに立設された渦巻状のラップ３ｃと、鏡板面３ａの背面である裏鏡板面３ｄと、裏鏡板面３ｄに立設された旋回軸受部３ｅとを基本構成部分としている。旋回軸受部３ｅ内には、旋回軸受部材３ｆが設けられている。

フレーム４は、シャフト７を回転自在に係合する主軸受部４ａと主軸受部４ａ内の主軸軸受部材４ｂと旋回スクロール３の自重を支持する支持面４ｃ備え、密閉ケーシング１に溶接等で固定されている。固定スクロール２は、フレーム４にボルト等で固定され、旋回スクロール３は、固定スクロール２とフレーム４との間に旋回可能に配置される。また、旋回スクロール３の裏鏡板面３ｄ側には背圧領域となる背圧室１３を形成し、背圧制御機構により背圧室１３の背面圧力を運転時の吐出圧力と吸込圧力との間で調整する。背面圧力の調整は固定スクロール２の鏡板面２ａに背圧制御機構と圧縮室２０が連通するバイパス孔(図示せず)を設け、運転条件に応じて容量を制御できるようにしている。この時、旋回スクロール３は運転時に背圧室１３の背面圧力により固定スクロール２側に押し付けられ、圧縮室２０の密閉性が高められる。

シャフト７は、主軸部７ａ、偏心部７ｂ、副軸部７ｃで構成され、主軸部７ａはフレーム４に回転自在に設けられている。偏心部７ｂは旋回軸受部３ｅ内に設けられた旋回軸受部材３ｆに取り付けられ、旋回スクロール３がシャフト７に回転可能に取り付けられている。また、シャフト７には軸方向に給油孔７ｄが設けられている。
副軸受部１０はシャフト７の副軸部７ｃを回転自在に軸支し、副軸受１０内には副軸受部材１０ａを備え、密閉ケーシング１に溶接等により固着され、シャフト７の安定な回転を確保している。なお、密閉ケーシング１内の下部空間には、潤滑油１５が溜められており、副軸受部１０とシャフト７の副軸部７ｃ側における下端が潤滑油１５に浸されている。

オルダムリング８は、フレーム４内に設置されている。オルダムリング８に形成した直交する２組のキー部分の１組が、フレーム４に構成したキー溝を滑動し、残りの１組が旋回スクロール３の裏鏡板面３ｄ側に構成したキー溝を滑動する。

電動機２１は誘導電動機などで構成され、環状のステータ５と、環状のロータ６とからなる。ステータ５は、焼嵌め等により密閉ケーシング１に固着されている。ロータ６は、ステータ５内に回転可能に配置されている。

電動機２１と圧縮機構とは、密閉ケーシング１の長手方向に並んで配置され、シャフト７によって連携されている。フレーム４は、電動機２１と圧縮機構との間に配置されている。シャフト７は、電動機２１のロータ６を貫通して設置され、そのロータ６の回転力を圧縮機構に伝達する円筒部材である。

旋回スクロール３を旋回駆動させる駆動機構は、回転駆動手段の一例としての電動機２１と、シャフト７と、旋回スクロール３の自転防止機構の主要部品であるオルダムリング８と、シャフト７の主軸部７ａとを回転自在に係合する主軸受部４ａと、偏心部７ｂとを回転軸方向に移動可能に、かつ、回転自在に係合する旋回軸受部３ｅと、副軸部７ｃとを回転自在に係合する副軸受部１０とを基本要素としている。シャフト７の摺動部は、主軸受部材４ｂ、旋回軸受部材３ｆ、副軸受部材１０ａなどに対する部分が相当する。

旋回スクロール３を固定スクロール２に押し付ける離脱防止弾性体２３(ここでは一例としてバネとする)はシャフト７の偏心部７ｂと旋回スクロール３の旋回軸受部３ｃとの軸方向に存在する空間２２内に備えられている。

次に、スクロール圧縮機１００の基本動作について説明する。ステータ５が発生する回転磁界によりロータ６に回転力が与えられ、このロータ６の回転に伴い、ロータ６に固定されたシャフト７が回転動作を行う。旋回スクロール３は、回転軸方向で移動可能に、かつ、回転自在にシャフト７の偏心部７ｂと係合しており、シャフト７の回転運動はオルダムリング８などの自転防止機構により旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。固定スクロール２と旋回スクロール３を噛み合せて形成した圧縮室２０の容積は、旋回スクロール３が旋回運動することにより減少する（圧縮行程）。圧縮工程では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、冷媒などの作動流体が吸込パイプ１６、吸込口２ｄを経由して圧縮室２０へと吸込まれる。吸込まれた作動流体は、圧縮室２０での圧縮行程を経て固定スクロールの吐出口２ｅへと流れ、密閉ケーシング１内の吐出空間１７を経由し、最終的に吐出パイプ１８から圧縮機外部へ吐き出される。なお、上記圧縮工程中、圧縮室２０内の上昇した圧力により固定スクロール２及び旋回スクロール３には、互いを引き離そうとする引き離し力が作用する。そこで、旋回スクロール３の裏鏡板面３ｄに吐出圧力と吸込圧力の間の圧力となる背面圧力を背圧室１３より形成し、旋回スクロール３を固定スクロール２に押し付け、引き離し力を打ち消している。また、密閉ケーシング１内の下部空間に溜められた潤滑油１５は、吐出空間１７での吐出圧力と、背圧室１３での背面圧力との差圧や、シャフト７の回転動作に伴う遠心力により、旋回軸受部材３ｆと主軸受部材ｂを潤滑したあと、背圧室１３へ供給される。その後、背圧室１３内の潤滑油１５は、圧縮室２０へ供給され、作動流体とともに固定スクロールの吐出口２ｄから吐出され、密閉ケーシング１内の吐出空間１７で油分離される。分離された潤滑油１５は、密閉ケーシング１内の下部空間に貯油される。

次に、スクロール圧縮機１００の停止時と通常運転時の相違点について説明する。図３は、従来のスクロール圧縮機停止時における旋回スクロール３の位置を模式的に示した図である。図４は、従来のスクロール圧縮機通常運転時における旋回スクロール３の位置を模式的に示した図である。図５は、本実施例のスクロール圧縮機停止時における旋回スクロール３の位置を模式的に示した図である。停止時ではスクロール圧縮機１００内の圧力はバランスしており、潤滑油１５による潤滑も行われない。また、旋回スクロール３は自重Ｍｇによりフレーム４の支持面４ｃで支持される。この時、旋回スクロール３と固定スクロール２の間には微小隙間δが存在し、離脱した状態にある。この微小隙間δは部品加工時の公差や組立て性を考慮して設けられている。一方、通常運転時では上記スクロール圧縮機１００の基本動作で説明した通り、引き離し力、背面圧力及び旋回スクロール３の自重より、引き離し力(Ｆｄ)＋自重(Ｍｇ)＜背面圧力(Ｆｒ)の関係となり、旋回スクロール３は固定スクロール２に押し付けられ完全密着状態となる。従って、旋回スクロール３は浮き上がるようにフレーム４の支持面４ｃから離れるので、微小隙間δは旋回スクロール３とフレーム４の間に存在するようになる。停止時における離脱状態から起動し、通常運転時の完全密着状態に至るまでは時間を要し、その時間内では常に旋回スクロール３の離脱現象及び本来摺動することのない支持面４ｃとの摺動摩擦による信頼性低下等の危険性を含んでいる。

本実施例ではスクロール圧縮機１００が停止した状態においても、シャフト７の偏心部７ｂと旋回スクロール３の旋回軸受部３ｅとの軸方向に存在する空間２２内に備えられた離脱防止弾性体２３の反力Ｆｋが、旋回スクロール３の自重Ｍｇを打ち消すＭｇ＜Ｆｋの関係となり、微小隙間δは通常運転時と同じく旋回スクロール３とフレーム４の間に存在するようになる。ゆえに、旋回スクロール３は固定スクロール２と完全密着状態となるので、起動時の離脱現象及び支持面４ｃとの摺動摩擦による信頼性低下を確実に防止することが出来る。また、本発明の効果により、摺動摩擦損失を加味しても不必要に高く設定されていた背面圧力は、スクロール圧縮機の効率低下及び信頼性を悪化させない最適な値に設定することが可能となる。なお、本実施例では、離脱防止弾性体２３をバネとして説明したが、弾性体であれば種類は問わず同様の効果が得られる。

次に、本発明の実施例２のスクロール圧縮機について図６を用いて説明する。この実施例２は、次に述べる点で実施例１と相違するものであり、その他の点、及び発明の効果については実施例１と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

本発明の実施例２は、離脱防止弾性体２３を旋回スクロール３に固定したものである。例えば図６では、旋回スクロール３に固定部３ｇを設け、離脱防止弾性体２３は固定部３ｇに取り付けることが可能となっている。なお、図６は一例であり、固定の方法は離脱防止弾性体２３及び旋回スクロール３の形状に適した方法として良い。

次に、本発明の実施例３のスクロール圧縮機について図７を用いて説明する。この実施例３は、次に述べる点で実施例１と相違するものであり、その他の点、及び発明の効果については実施例１と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

本発明の実施例２は、離脱防止弾性体２３をシャフト７に固定したものである。例えば図７では、偏心部７ｂの給油孔７ｄにネジ溝７ｅを設けている。また、離脱防止弾性体２３のどちらか一方の端部はネジ溝７ｅと同径及び同ピッチの圧縮巻きとなっており、ネジを締める要領でネジ溝７ｅに取り付けることが可能となっている。なお、図７は一例であり、固定の方法は離脱防止弾性体２３及びシャフト７の形状に適した方法として良い。

次に、本発明の実施例４のスクロール圧縮機について図８を用いて説明する。この実施例４は、次に述べる点で第１〜３実施形態と相違するものであり、その他の点、及び発明の効果については第１〜３実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

本発明の実施例４は、離脱防止弾性体２３を固定部材２４と組み合わせた組部材２５としたものである。例えば図８では、固定部材２４は固定部２４ａとネジ山２４ｂを設け、固定部２４ａには離脱防止弾性体２３を取り付けることが可能となっている。一方、ネジ山２４ｂはシャフト７のネジ溝７ｅに取り付けることが可能となっている。なお、図８は一例であり、固定部材２４は離脱防止弾性体２３とシャフト７に適した形状、及び組み方として良い。

1 ケーシング
2 固定スクロール
2a 鏡板面
2b 圧縮室鏡板面
2c ラップ
2d 吸込口
2e 吐出口
3 旋回スクロール
3a 鏡板面
3b 圧縮室鏡板面
3c ラップ
3d 裏鏡板面
3e 旋回軸受部
3f 旋回軸受部材
3g 固定部
4 フレーム
4a 主軸受部
4b 主軸受部材
4c 支持面
5 ステータ
6 ロータ
7 シャフト
7a 主軸部
7b 偏心部
7c 副軸部
7d 給油孔
7e ネジ溝
8 オルダムリング
10 副軸受部
10a 副軸受部材
13 背圧室
15 潤滑油
16 吸込パイプ
17 吐出空間
18 吐出パイプ
22 空間
23 離脱防止弾性体
24 固定部材
24a 固定部
24b ネジ山
25 組部材

Claims (4)

1. 密閉容器内に、電動機と、前記電動機の回転力を伝達する主にフレームの主軸受部で軸受される偏心部を有するシャフトと、前記偏心部の回転を受ける旋回軸受部を備えた旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合って圧縮室を形成する固定スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板を前記固定スクロールの鏡板に押付けるように前記圧縮室で圧縮された作動流体の圧力と、前記圧縮室に吸い込まれる前記作動流体の圧力との間の圧力を有する背圧室とを備え、吸込室から前記作動流体を吸込んで圧縮し、吐出口から前記密閉容器内に吐出して、前記密閉容器外に前記作動流体を吐出するスクロール圧縮機において、前記シャフトの軸方向における前記偏心部と前記旋回軸受部の空間に弾性体を備えることを特徴としたスクロール圧縮機。
2. 前記弾性体は前記旋回軸受部に固定されていることを特徴とした請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記弾性体は前記偏心部に固定されていることを特徴とした請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 前記弾性体は少なくとも一つ以上の部材に接続された組部材としていることを特徴とした請求項１〜３記載のスクロール圧縮機。