JP2023160095A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低温時におけるシール性を維持できる圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機構２００を軸線Ｘの周りに包囲している筒状のモータケース１１０と、モータケース１１０の開口１１１を閉塞するとともにモータケース１１０の内周面に嵌合して、冷媒が導入される収容室Ｃ１をモータケース１１０との間で画定しているロワケース１３０と、嵌合されたモータケース１１０とロワケース１３０とが面で対向する対向箇所において軸線Ｘの周りに設けられた第１Ｏリング１５１と、対向箇所において軸線Ｘの周りに設けられた第２Ｏリング１５２と、を備え、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも、対向箇所の収容室Ｃ１側の始点に近い位置に設けられ、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、第２Ｏリング１５２は、－２０℃以下の温度において第１Ｏリング１５１よりもシール性に優れている。【選択図】図１

Description

本開示は、圧縮機に関する。

複数のケースから１つのケーシングが構成される電動圧縮機において、一のケースと他のケースとの間にＯリング等のシール部材を設けることでケース間のシール性を確保することがある。
例えば特許文献１には、一のケースと他のケースとの間に軸線方向に並んだ２つのＯリングが設けられている。

特開２０２０－１４３６５０号公報

冷媒に触れやすい位置に配置されたシール部材には耐冷媒性及び／又は耐油性が要求されるが、このような要求を満たすシール部材の中には、低温時（例えば－２０℃以下の温度環境に晒されたとき）にシール性が低下するものもある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低温時におけるシール性を維持できる圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係る圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構を軸線の周りに包囲している筒状のメインケースと、前記軸線の方向における前記メインケースの開口を閉塞するとともに前記メインケースの内周面又は外周面に嵌合して、冷媒が導入される空間を前記メインケースとの間で画定しているサブケースと、嵌合された前記メインケースと前記サブケースとが面で対向する対向箇所において前記軸線の周りに設けられた環状の第１シール部材と、前記対向箇所において前記軸線の周りに設けられた環状の第２シール部材と、を備え、前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも、前記対向箇所の前記空間側の始点に近い位置に設けられ、前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、前記第２シール部材は、－２０℃以下の温度において前記第１シール部材よりもシール性に優れている。

本開示によれば、低温時におけるシール性を維持できる。

本開示の一態様に係る圧縮機の縦断面図である。 図１に示すＡ部の部分拡大図である。 図１に示すＡ部の変形例１である。 図１に示すＡ部の変形例２である。 図１に示すＡ部の変形例３である。

以下、本開示の一実施形態に係る圧縮機について、図面を参照して説明する。

［圧縮機の概要について］
圧縮機１０は、冷凍機油（例えばＰＯＥ油）を含む冷媒（例えばＲ１２３４ｙｆ）を圧縮する機器である。
なお、以下の説明では、圧縮機１０として、圧縮機構２００及び駆動部としての電動機４００が密閉空間とされたケーシング１００の内部空間に収容されたスクロール圧縮機を例にしているが、駆動部が密閉空間の外部に配置されたいわゆる開放型のスクロール圧縮機であってもよい。

図１に示すように、圧縮機１０は、ケーシング１００、圧縮機構２００、クランク軸３１０及び電動機４００を備えている。

ケーシング１００は、モータケース（メインケース）１１０、アッパーケース１２０及びロワケース（サブケース）１３０を有している。

モータケース１１０は、軸線Ｘの方向に沿って延在するとともに、両端が開口した筒状の部材である。
モータケース１１０は、圧縮機構２００、クランク軸３１０及び電動機４００を軸線Ｘの周りに包囲している。

アッパーケース１２０は、モータケース１１０の一方の開口を閉塞する部材である。
アッパーケース１２０は、ボルト５３０でモータケース１１０に対して固定されている。

ロワケース１３０は、モータケース１１０の他方の開口（以下、「開口１１１」という。）を閉塞する部材である。
ロワケース１３０は、図示しないボルトでモータケース１１０に対して固定されている。モータケース１１０とロワケース１３０とが嵌め合わされた部分の詳細な構成については後述する。
ロワケース１３０には、インバータカバー１４０がネジ５４０で取り付けられる。ロワケース１３０及びインバータカバー１４０によって画定された空間には、図示しないインバータが収容されている。

以上のように構成されたケーシング１００（モータケース１１０、アッパーケース１２０及びロワケース１３０）によって画定された密閉空間には、圧縮機構２００、クランク軸３１０、電動機４００及びその他の各種部品が収容されている。

圧縮機構２００は、ケーシング１００の外部から吸入ポート１１６を介して取り込まれた低圧のガス冷媒を圧縮する機構である。
圧縮機構２００は、固定スクロール２１０及び旋回スクロール２２０を有している。

固定スクロール２１０は、固定側端板及び端板から立設した渦巻状の固定側壁体を有した部材とされている。
固定スクロール２１０は、ボルト５５０でアッパーケース１２０に対して固定されている。また、固定スクロール２１０の固定側端板の外周面は、シール性を保った状態でモータケース１１０の内周面及びアッパーケース１２０の内周面と接触している。これによって、ケーシング１００の内部の密閉空間は、固定スクロール２１０、モータケース１１０及びロワケース１３０によって画定された収容室Ｃ１と、固定スクロール２１０及びアッパーケース１２０によって画定された吐出チャンバＣ２と、に分けられる。
なお、固定スクロール２１０とモータケース１１０との間のシール性及び固定スクロール２１０とアッパーケース１２０との間のシール性は、例えばＯリングによって確保されている。

旋回スクロール２２０は、旋回側端板及び端板から立設した渦巻状の旋回側壁体を有した部材とされている。
旋回スクロール２２０は、軸線Ｘの周りに回転するクランク軸３１０（詳細には、軸線Ｘの周りに公転するクランクピン３１２）及び既知の自転防止機構によって固定スクロール２１０に対して公転旋回運動するように構成されている。

固定スクロール２１０及び旋回スクロール２２０は、それぞれの壁体同士が噛み合わされることで圧縮室Ｃ３を形成している。

クランク軸３１０は、駆動力を電動機４００から旋回スクロール２２０へ伝達するための部材である。
クランク軸３１０は、軸本体３１１及びクランクピン３１２を有している。

軸本体３１１は、軸線Ｘに沿って延在する軸状の部材である。軸本体３１１は、電動機４００によって、軸線Ｘの周りに回転駆動される。
軸本体３１１は、アッパーケース１２０側に配置されるとともにモータケース１１０に対して固定されたメイン軸受５１０及びロワケース１３０側に配置されるとともにロワケース１３０に対して固定されたサブ軸受５２０によって、軸線Ｘの周りに回転自在に支持されている。

クランクピン３１２は、軸本体３１１のアッパーケース１２０側の端部に設けられた軸状の部材である。
クランクピン３１２は、軸線Ｘに対して偏心した他の軸線に沿って延在している。これによって、軸本体３１１が軸線Ｘの周りに回転したときに、クランクピン３１２が軸線Ｘの周りに公転することになる。
クランクピン３１２は、旋回スクロール２２０に形成されたボス部２２１に対して軸受２２２を介して接続されている。

以上ように構成された圧縮機１０は、次のように駆動する。
すなわち、クランク軸３１０の軸本体３１１が電動機４００によって軸線Ｘの周りに回転駆動されることで、クランクピン３１２と接続された旋回スクロール２２０が駆動される。
吸入ポート１１６を介してロワケース１３０側の収容室Ｃ１に取り込まれたガス冷媒は、モータケース１１０の内周面と電動機４００（ステータ）の外周面との間に形成された冷媒通路等を通って圧縮機構２００側の収容室Ｃ１に導かれる。
圧縮機構２００側の収容室Ｃ１に導かれた冷媒は、圧縮室Ｃ３に吸入される。このとき、圧縮室Ｃ３は旋回スクロール２２０の公転旋回運動によって容積が漸次減少するように構成されているので、それに伴ってガス冷媒が圧縮される。
圧縮された高温高圧のガス冷媒は、固定スクロール２１０の固定側端板の略中心部に形成された吐出口２１１ａ及び吐出口２１１ａの出口に設けられた吐出弁（図示せず）を介して吐出チャンバＣ２に導かれる。
吐出チャンバＣ２に導かれたガス冷媒は、アッパーケース１２０に設けられた図示しない吐出ポートを介して圧縮機１０の外部に吐出される。

［モータケースとロワケースとの嵌合部分について］
図１及び図２に示すように、ロワケース１３０には、環状凸部１３１が形成されている。
環状凸部１３１は、モータケース１１０の開口１１１に対向するロワケース１３０に形成された部分である。
環状凸部１３１は、軸線Ｘの方向に沿って突出するとともに軸線Ｘの周りに環状に形成されており、開口１１１の内周面に嵌め合わされる。つまり、環状凸部１３１の外径は開口１１１の内径に対応していることになる。

モータケース１１０とロワケース１３０とが嵌め合わされた状態において、モータケース１１０とロワケース１３０とが面で対向する箇所、詳細には、モータケース１１０の開口１１１側の部分とロワケース１３０の環状凸部１３１とが面で対向する箇所（以下、「対向箇所Ｌ」という。）のいずれかの範囲には、２つのシール部材（第１Ｏリング１５１及び第２Ｏリング１５２）が設けられている。

第１Ｏリング１５１は、軸線Ｘの周りに環状とされたゴム弾性を有するシール部材である。また、第２Ｏリング１５２は、軸線Ｘの周りに環状とされたゴム弾性を有するシール部材である。
ただし、第１Ｏリング１５１と第２Ｏリング１５２とは、異なる材質の材料から形成されている。詳細については後述する。

第１Ｏリング１５１は、例えば、環状凸部１３１の外周面に形成された第１環状溝１３３に設けられている。また、第２Ｏリング１５２は、例えば、環状凸部１３１の外周面に形成された第２環状溝１３４に設けられている。
なお、第１Ｏリング１５１及び第２Ｏリング１５２は、圧縮機１０に組み付けられた状態において、それぞれモータケース１１０及びロワケース１３０と密着しており、モータケース１１０とロワケース１３０との間で圧縮されて潰れた状態となっている。

ここで、第１環状溝１３３は、第２環状溝１３４よりも、対向箇所Ｌの始点Ｌｓに近い位置（対向箇所Ｌの終点Ｌｅから離間した位置）に形成されている。言い換えれば、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも、対向箇所Ｌの始点Ｌｓに近い位置（対向箇所Ｌの終点Ｌｅから離間した位置）に設けられている。
ここで、対向箇所Ｌの始点Ｌｓとは、収容室Ｃ１に接するように隣り合う対向箇所Ｌの点（部分）である。また、対向箇所Ｌの終点Ｌｅとは、圧縮機１０の外部に接するように隣り合う対向箇所Ｌの点（部分）である。

図２の場合、対向箇所Ｌの始点Ｌｓは、環状凸部１３１の端面１３１ａ側に位置している。すなわち、第１環状溝１３３は、第２環状溝１３４よりも環状凸部１３１の端面１３１ａに近い位置に形成されている。

この配置によって、仮に収容室Ｃ１から始点Ｌｓを介して対向箇所Ｌに沿ってガス冷媒が浸入した場合、まず、第１Ｏリング１５１に冷媒が触れることになる。そして、仮にガス冷媒が第１Ｏリング１５１とモータケース１１０の内周面との間を通過した場合にのみ、第２Ｏリング１５２に冷媒が触れることになる。

ここで、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れたものが採用される。
また、第２Ｏリング１５２は、例えば－２０℃以下の温度において第１Ｏリング１５１よりもシール性に優れたものが採用される。

耐冷媒性は、例えば冷媒（Ｒ１２３４ｙｆ）による浸せき試験によって評価される（ＪＩＳ Ｋ ６２５８、「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム－耐液性の求め方」）。
また、浸せき試験に加えて、耐冷媒性は、発泡試験によって評価される。発泡試験とは、Ｏリングを冷媒に浸せきした後に空気加熱をして、Ｏリングの１０箇所をカットして断面の割れを確認する試験である。

耐油性は、例えば冷凍機油（ＰＯＥ油）による浸せき試験によって評価される（ＪＩＳ Ｋ ６２５８、「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム－耐液性の求め方」）。

シール性は、例えばＴＲ試験によって評価される（ＪＩＳ Ｋ ６２６１、「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム－低温特性の求め方」）。具体的には、ＴＲ１０値（収縮率が１０％となる温度）で評価される。この温度が低いほど、低温時におけるシール性が優れていることになる。なお、ＴＲ１０値の温度より低い温度でＯリングを使用する場合、Ｏリングのゴム弾性の低下によってシール性が確保できない可能性がある。

以上の評価によって選定された第１Ｏリング１５１の材料としては、ＨＮＲＢが例示され、第２Ｏリング１５２の材料としては、ＥＰＤＭが例示される。

なお、第１Ｏリング１５１及び第２Ｏリング１５２において、それぞれの色を互いに異ならせることで、視覚によって容易に第１Ｏリング１５１と第２Ｏリング１５２とを区別することができるようになる。
これによって、各Ｏリングを誤って組み付けてしまうことを防止できる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
嵌め合わされたモータケース１１０とロワケース１３０とが面で対向する対向箇所Ｌにおいて軸線Ｘの周りに設けられた環状の第１Ｏリング１５１と、対向箇所Ｌにおいて軸線Ｘの周りに設けられた環状の第２Ｏリング１５２と、を備え、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも、対向箇所Ｌの始点Ｌｓに近い位置に設けられ、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、第２Ｏリング１５２は、－２０℃以下の温度において第１Ｏリング１５１よりもシール性に優れているので、圧縮機１０の運転によって第１Ｏリング１５１及び第２Ｏリング１５２が－２０℃以下の温度の環境に晒される場合でも、冷媒に触れやすい位置に設けられた第１Ｏリング１５１については、その優れた耐冷媒性及び／又は耐油性によって冷媒（潤滑油を含む）による劣化を抑制しながら一定のシール性を確保することができ、また、第２Ｏリング１５２については、その優れた低温時のシール性によって－２０℃の温度環境においても高いシール性を確保することができる。このとき、第２Ｏリング１５２は、第１Ｏリング１５１よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に劣るものの、冷媒によって劣化しにくい（冷媒の影響を受けにくい）。なぜなら、第２Ｏリング１５２よりも低温時のシール性に劣るものの耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ一定のシール性を発揮する第１Ｏリング１５１を通過する冷媒は少量だからである。すなわち、第２Ｏリング１５２と触れる可能性のある冷媒が少量だからである。
このように、材質の異なる第１Ｏリング１５１及び第２Ｏリング１５２との組合せによって、長期間にわたって低温時におけるシール性を維持できる。

また、第１Ｏリング１５１の色と第２Ｏリング１５２の色とを異ならせることで、各Ｏリングを誤って組み付けてしまうことを防止できる。

［変形例１］
図３に示すように、第２Ｏリング１５２をモータケース１１０の開口１１１の端面１１１ａに設けてもよい。
この場合、環状凸部１３１の外周面に第１環状溝１３３が形成され、モータケース１１０の開口１１１の端面１１１ａに第２環状溝１１４が形成される。

［変形例２］
図４に示すように、ロワケース１３０の内周面がモータケース１１０の外周面に嵌め合わされてもよい。
この場合、モータケース１１０の端面１１１ａ側の部分の外周面に第１環状溝１１３及び第２環状溝１１４が形成される。
また、対向箇所Ｌの始点Ｌｓは、開口１１１の端面１１１ａ側に位置している。このため、第１環状溝１３３は、第２環状溝１３４よりも開口１１１の端面１１１ａに近い位置に形成されている。すなわち、第１Ｏリング１５１は、第２Ｏリング１５２よりも開口１１１の端面１１１ａに近い位置に設けられている。

［変形例３］
図５に示すように、第２Ｏリング１５２を、モータケース１１０の端面１１１ａと接続された面取り部１１１ｂに設けてもよい。なお、面取り部１１１ｂは、モータケース１１０の内周面の一部とされる。
この場合、環状凸部１３１の外周面に第１環状溝１３３が形成され、面取り部１１１ｂが第２環状溝１１４又は第２環状溝１３４に対応する。

なお、いずれの実施形態（変形例を含む）においても、２つのＯリングが設けられる環状溝等が形成される部品は、モータケース１１０及びロワケース１３０から任意に選択できる。
また、モータケース１１０の端面１１１ａ及び／又は端面１１１ａに対向するロワケース１３０の面に２つの環状溝を形成して、そこに２つのＯリングを設けてもよい。

以上の通り説明した本実施形態に係る圧縮機は、例えば、以下のように把握される。
すなわち、本開示の第１態様に係る圧縮機（１０）は、冷媒を圧縮する圧縮機構（２００）を軸線（Ｘ）の周りに包囲している筒状のメインケース（１１０）と、前記軸線の方向における前記メインケースの開口（１１１）を閉塞するとともに前記メインケースの内周面又は外周面に嵌合して、冷媒が導入される空間（Ｃ１）を前記メインケースとの間で画定しているサブケース（１３０）と、嵌合された前記メインケースと前記サブケースとが面で対向する対向箇所（Ｌ）において前記軸線の周りに設けられた環状の第１シール部材（１５１）と、前記対向箇所において前記軸線の周りに設けられた環状の第２シール部材（１５２）と、を備え、前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも、前記対向箇所の前記空間側の始点（Ｌｓ）に近い位置に設けられ、前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、前記第２シール部材は、－２０℃以下の温度において前記第１シール部材よりもシール性に優れている。

本態様に係る圧縮機によれば、嵌合されたメインケースとサブケースとが面で対向する対向箇所において軸線の周りに設けられた環状の第１シール部材と、対向箇所において軸線の周りに設けられた環状の第２シール部材と、を備え、第１シール部材は、第２シール部材よりも、対向箇所の空間側の始点に近い位置に設けられ、第１シール部材は、第２シール部材よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、第２シール部材は、－２０℃以下の温度において第１シール部材よりもシール性に優れているので、圧縮機の運転によって第１シール部材及び第２シール部材が－２０℃以下の温度の環境に晒される場合でも、冷媒に触れやすい位置に設けられた第１シール部材については、その優れた耐冷媒性及び／又は耐油性によって冷媒（潤滑油を含む）による劣化を抑制しながら一定のシール性を確保することができ、また、第２シール部材については、その優れた低温時のシール性によって－２０℃の温度環境においても高いシール性を確保することができる。このとき、第２シール部材は、第１シール部材よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に劣るものの、冷媒によって劣化しにくい（冷媒の影響を受けにくい）。なぜなら、第２シール部材よりも低温時のシール性に劣るものの耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ一定のシール性を発揮する第１シール部材を通過する冷媒は少量だからである。すなわち、第２シール部材と触れる可能性のある冷媒が少量だからである。
このように、材質の異なる第１シール部材及び第２シール部材との組合せによって、長期間にわたって低温時におけるシール性を維持できる。

また、本開示の第２態様に係る圧縮機は、前記第１態様において、前記第１シール部材が、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、前記第２シール部材が、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置されていてもよい。

本態様に係る圧縮機によれば、第１シール部材は、メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、第２シール部材は、メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置されているので、メインケースの内周面又は外周面によってシールすることができる。

また、本開示の第３態様に係る圧縮機は、前記第１態様において、前記第１シール部材が、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、前記第２シール部材が、前記メインケースの開口端面に接触するように配置されいてもよい。

本態様に係る圧縮機によれば、第１シール部材は、メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、第２シール部材は、メインケースの開口端面に接触するように配置されているので、メインケースの内周面又は外周面、及び、メインケースの開口端面によってシールすることができる。

また、本開示の第４態様に係る圧縮機は、前記第１態様において、前記第１シール部材が、前記メインケースの開口端面に接触するように配置され、前記第２シール部材が、前記メインケースの開口端面に接触するように配置されいてもよい。

本態様に係る圧縮機によれば、第１シール部材は、メインケースの開口端面に接触するように配置され、第２シール部材は、メインケースの開口端面に接触するように配置されているので、メインケースの開口端面によってシールすることができる。

また、本開示の第５態様に係る圧縮機は、前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおいて、前記第１シール部材と前記第２シール部材とは、色が異なっている。

本態様に係る圧縮機によれば、第１シール部材と第２シール部材とは、色が異なっているので、各シール部材を誤って組み付けてしまうことを防止できる。

１０ 圧縮機
１００ ケーシング
１１０ モータケース（メインケース）
１１１ 開口
１１１ａ 端面
１１１ｂ 面取り部
１１３ 第１環状溝
１１４ 第２環状溝
１１６ 吸入ポート
１２０ アッパーケース
１３０ ロワケース（サブケース）
１３１ 環状凸部
１３１ａ 端面
１３３ 第１環状溝
１３４ 第２環状溝
１４０ インバータカバー
１５１ 第１Ｏリング（第１シール部材）
１５２ 第２Ｏリング（第２シール部材）
２００ 圧縮機構
２１０ 固定スクロール
２１１ａ 吐出口
２２０ 旋回スクロール
２２１ ボス部
２２２ 軸受
３１０ クランク軸
３１１ 軸本体
３１２ クランクピン
４００ 電動機
５１０ メイン軸受
５２０ サブ軸受
５３０ ボルト ：ｆｏｒアッパーケース
５４０ ネジ ：ｆｏｒインバータカバー
５５０ ボルト ：ｆｏｒ固定スクロール
Ｃ１ 収容室
Ｃ２ 吐出チャンバ
Ｃ３ 圧縮室
Ｘ 軸線

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構を軸線の周りに包囲している筒状のメインケースと、
   前記軸線の方向における前記メインケースの開口を閉塞するとともに前記メインケースの内周面又は外周面に嵌合して、冷媒が導入される空間を前記メインケースとの間で画定しているサブケースと、
   嵌合された前記メインケースと前記サブケースとが面で対向する対向箇所において前記軸線の周りに設けられた環状の第１シール部材と、
   前記対向箇所において前記軸線の周りに設けられた環状の第２シール部材と、
   を備え、
   前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも、前記対向箇所の前記空間側の始点に近い位置に設けられ、
   前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも耐冷媒性及び／又は耐油性に優れ、
   前記第２シール部材は、－２０℃以下の温度において前記第１シール部材よりもシール性に優れている圧縮機。
2. 前記第１シール部材は、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、
   前記第２シール部材は、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置されている請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１シール部材は、前記メインケースの内周面又は外周面に接触するように配置され、
   前記第２シール部材は、前記メインケースの開口端面に接触するように配置されている請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記第１シール部材は、前記メインケースの開口端面に接触するように配置され、
   前記第２シール部材は、前記メインケースの開口端面に接触するように配置されている請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記第１シール部材と前記第２シール部材とは、色が異なっている請求項１から４のいずれかに記載の圧縮機。