JP3935872B2 - 回転式スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は冷凍、空調、給湯用流体機器の回転式スクロール圧縮機に関し、特にラジアル方向のシールの改良に関する。

第１の従来例として、特開平４−８８８８号公報のスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図を図５（Ａ）に、図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図を図５（Ｂ）に示し、その概略を説明する。

１は密閉容器で、この容器内には下側に電動要素２が、上側にスクロール圧縮要素３が夫々収納されている。電動要素２は固定子４とこの固定子の内部に配置した回転子５とで構成されている。固定子４と回転子５との間にはエアギャップ６が形成されている。

そして、固定子４の外周には一部切欠されて通路７が形成されている。８は密閉容器１の内壁に圧接して取付けられた主フレームで、この主フレームには中央に主軸受９が設けられている。１０は同じく密閉容器１の内壁に圧接して取付けられた補助フレームで、この補助フレームには長孔の摺動溝１１が設けられている。

主フレーム８と補助フレーム１０とは内部に中空室１２を形成するようにボルト１３で固定されている。スクロール圧縮要素３は電動要素２によって駆動される第１のスクロール１４と、この第１のスクロールと同じ方向に回転する第２のスクロール１５とで構成されている。第１のスクロール１４は円筒状の鏡板１６と、この鏡板の一方の面に立設されたインボリュート状の曲線からなる渦巻状のラップ１７と、鏡板１６の他方の面の中央に突出させて回転子５に挿入固定された主駆動軸１８とで構成されている。

そして、第１のスクロール１４は駆動側スクロールを構成している。第２のスクロール１５は円筒状の鏡板１９と、この鏡板の一方の面周縁に突出されて第１のスクロール１４の鏡板１６に摺動する環状壁２０と、この環状壁で囲まれ鏡板１９に立設されたインボリュート角度補正歯形の曲線からなる渦巻状のラップ２１と、鏡板１９の他方の面の中央に突出された従動軸２２とで構成されている。

そして、第２のスクロール１５は従動側スクロールを構成している。第１、第２のスクロール１４，１５はラップ１７，２１を中空室１２内で互いに向かい合わせて噛み合うようにして内部に複数の圧縮空間２３を形成するようにしている。

主フレーム８と補助フレーム１０とは密閉容器１内を低圧室２４と高圧室２５とに区画している。２６は駆動装置で、この駆動装置は第１のスクロール１４の鏡板１６の外周に突出して設けられた駆動ピン２７と、この駆動ピンを嵌め合わせる第２のスクロール１５の環状壁２０に径方向に設けられた案内溝２８とで構成されている。

この案内溝は外方を切り欠いてＵ字状に形成されている。
案内溝２８の外周端の円軌道は駆動ピン２７の中心の円軌道の外側に形成されている。

２９は補助フレーム１０の摺動溝１１内に摺動可能に嵌め合わされる偏心軸受部材で、この偏心軸受部材は内部に第２のスクロール１５の従動軸２２を回転可能に挿入する孔３０を有する偏心ブッシュ３１と、このブッシュを両側から保持するばね３２，３３とで構成されている。主駆動軸１８には圧縮空間２３内で圧縮された冷媒を高圧室２５に吐出する吐出孔３４が設けられている。

この吐出孔には電動要素２の上側と下側とで夫々高圧室２５に開口する吐出口３５，３６が２個設けられている。従動軸２２には低圧室２４内の冷媒を圧縮空間２３に導く吸込孔３７が設けられている。３８は鏡板１９に設けた連絡通路で、この通路は吸込孔３７に連通し、外側から圧縮空間２３内に冷媒を導くようにしている。

３９は第１のスクロール１４の鏡板１６に設けた小孔で、この小孔は圧縮途中の圧縮空間２３と中空室１２とを連通している。中空室１２と低圧室２４とは補助フレーム１０と第２のスクロール１５の鏡板１９の摺動面に設けられたシール部材４０で密封されている。中空室１２と高圧室２５とは主フレーム８の主軸受９と主駆動軸１８との摺動面に設けられたシール部材４１で密封されている。

４２は吸込管で、この吸込管は低圧室２４内に連通している。４３は吐出管で、この吐出管は高圧室２５内に連通している。このように構成されたスクロール圧縮機において、電動要素２を回転させると、その回転力が主駆動軸１８を介して第１のスクロール１４に伝えられる。

この第１のスクロールに伝えられた回転力は駆動装置２６を介して第２スクロール１５に伝えられ、この第２のスクロールを第１のスクロール１４と同じ方向に回転させる。そして、第１のスクロール１４の主駆動軸１８の中心に対して第２のスクロール１５は従動軸２２を摺動溝１１内に嵌め合わせた偏心軸受部材２９でこの従動軸の中心をずらせた位置で回転するようにしている。

第１のスクロール１４と第２のスクロール１５とはこれらのスクロールで形成された圧縮空間２３を外方から内方へ向かって次第に縮小させ、吸込管４２から低圧室２４内に流入した冷媒を従動軸２２の吸入孔３７から鏡板１９の連絡通路３８を通って外方の圧縮空間２３内に流入させて圧縮している。

この圧縮された冷媒は第１のスクロール１４の主駆動軸１８に設けられた吐出孔３４を通って吐出口３５，３６から高圧室２５内に吐出され、吐出管４３から密閉容器１外に吐出される。また、圧縮途中の中間圧力の冷媒は小孔３９から中空室１２内に吐出し、第１・第２のスクロール１４，１５の背圧として作用するようにさせ、これらのスクロールのラップ１７，２１の先端が互いに一定のクリアランスを保って鏡板１６，１９を摺動するようにしている。

第１のスクロール１４と一緒に第２のスクロール１５を同じ方向に回転させる駆動装置２６は案内溝２８の外周端の円軌道を駆動ピン２７の中心の円軌道の外側に形成することにより、駆動ピン２７が案内溝２８内から外れないようにし、一本の駆動ピン２７で第１のスクロール１４の回転方向と同じ方向に第２のスクロール１５を回転させて圧縮空間２３で圧縮を行えるようにしている。

また、第１のスクロール１４と第２のスクロール１５とは、第１のスクロール１４のラップ１７をインボリュート状の曲線からなる渦巻、第２のスクロール１５のラップ２１をインボリュート角度補正歯形の曲線からなる渦巻に形成することにより、互いに同じ方向に回転させたときに、ラップ１７，２１の接触部が離れたり、異常接触しないようにし、圧縮空間２３で圧縮を行えるようにしている。

また、中空室１２はシール部材４０，４１で低圧室２４及び高圧室２５と夫々密封することにより、低圧の冷媒や高圧の冷媒が侵入しないようにし、圧力を一定の中間圧力に保持できるようにして第１・第２のスクロール１４，１５の軸方向密封力を適正な圧力にできるようにしている。

圧縮空間２３内で圧縮された冷媒は吐出孔３４を通り電動要素２の上側の吐出口３５と下側の吐出口３６から夫々高圧室２５内に吐出させることにより、高圧室２５内に吐出される冷媒の圧力低下を抑えられ、かつ、一方の吐出口３６から吐出された冷媒は電動要素２のエアギャップ６と通路７とを通って吐出管４３に流れ、電動要素２を効果的に冷却し、かつ、この電動要素の熱を有効に利用できるようにしている。

偏心軸受部材２９は補助フレーム１０の摺動溝１１内に第２のスクロール１５の従動軸２２を孔３０内に嵌め合わせる偏心ブッシュ３１とこの偏心ブッシュを両側から保持するばね３２，３３とで構成することにより、従動軸２２の中心を主駆動軸１８の中心からずらして設けられるようにしている。

また、偏心弾性部材は両側のばね３２，３３で偏心ブッシュ３１を保持することにより、圧縮空間２３内で異常高圧が発生したときに長孔の摺動溝１１内で偏心ブッシュ３１をばね３２，３３の弾性力に打ち勝って移動させ、第２のスクロール１５のラップ２１を第１のスクロール１４のラップ１７から離すことができるようにしている。

さらに、偏心軸受部材２９は回転しないので、偏心ブッシュ３１を保持するばね３２，３３に遠心力が作用することがなく、ばね定数が変化しないようにしている。上記の構成により、第１のスクロールと一緒に同じ方向に回転する第２のスクロールが圧縮空間での異状高圧時に、第１のスクロールと第２のスクロールとのラップの径方向の隙間が拡げられるようにしたものである。

又、第２の従来例として特開平４−１２１８２号公報のスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図を図９に示し、前記第１の従来例と同じ部品は同じ符号を付し、異なる点を説明する。

第２のスクロール１５の従動軸２２は補助フレーム１０ａに対して回転するだけで、半径方向には摺動せず、シール部材４０ａは従動軸２２と補助フレーム１０ａとの間に配置され、主駆動軸１８にある吐出口３５，３６にはそれぞれ主駆動軸１８に取り付けられたホルダ４４，４５、ばね４６，４７、質量の大きい弁体４８，４９で形成される逆止弁５０，５１が設けられる。

上記の構成により、運転時に逆止弁に遠心力を作用させてこの逆止弁を常時開放させ、吐出孔内と高圧室内との圧力差により逆止弁の開閉を防止するとともに、停止時にスクロール圧縮機が逆転しないようにしたものである。

又、第３の従来例として特開昭５０−３２５１２号公報のスクロール形流体吐出装置のスクロール部の横断面図を図１０に示し、その概略を説明する。

１４０，１４１が固定スクロール部材の２個のインボリュート渦巻ラップ、１４２，１４３が可動スクロール部材の２個のインボリュート渦巻ラップであり、両ラップの外側に固定スクロール部材と可動スクロール部材とを結合する手段としてリング１４４が設けられ、固定スクロール部材のラジアル方向突起１５５，１５６がリング１４４の下面の溝に、又、ラップ１４０，１４１に固定されたラジアル方向の突起１５７，１５８がリング１４４の上面の溝にそれぞれ摺動可能に係合される構造を有し、運転中、圧縮空間のラジアル方向のシールは、可動ラップ１４２，１４３が遠心力で固定ラップ１４０，１４１に押し付けられて保持されるようになっている。

スクロールの圧縮空間におけるラジアル方向のシール技術は、上記の従来例に示すように揺動式の場合は遠心力が利用されるが、回転式では両ラップが共に回転して遠心力を利用できないので、高効率化のためラジアル方向の隙間を最小にするために、従来の固定偏心方式では組立精度のみに頼っていた。

前記課題に対しては、本発明の請求項１に記載の回転式スクロール圧縮機は、密閉容器内に電動要素とスクロール圧縮要素とを収納し、このスクロール圧縮要素は、鏡板に渦巻状のラップを立設させて電動要素によって駆動される駆動スクロール部材と、この駆動スクロール部材の中心軸線と偏心した中心軸線を有し、鏡板に前記駆動スクロール部材のラップと対向して噛み合う渦巻状のラップを立設させた従動スクロール部材とを有し、噛み合いによって生ずる圧縮空間の容積を連続的に減少させて流体の圧縮を行う回転式スクロール圧縮機において、前記従動スクロール部材の軸受部材をばね等の弾性要素によって前記偏心量が大きくなる方向に押し付けることで、前記駆動及び従動スクロール部材のそれぞれのラップの側壁同士を接触させてラジアル方向のシールを行い、前記軸受部材の移動方向軸線に垂直な互いに反対向きの二平面にそれぞれ押付力を発生する弾性要素を設け、前記従動スクロール部材のラップに近い方の前記弾性要素は偏心方向に前記軸受部材を押し、遠い方の前記弾性要素は偏心方向と反対方向に前記軸受部材を押すようにした。

本発明の回転式スクロール圧縮機は、上述のように構成したために、一方のスクロールを支持する軸が、他方のスクロールを支持する軸受に対して圧縮流体の荷重に応じてラジアル方向に移動し、ラジアル方向の隙間を容易に零にして高能率化が得られ、従来のように組立精度に依存する必要を解消することができる。

以下、本発明による回転式スクロール圧縮機の実施例について図１〜図４を参照して説明する。

図１は本発明による回転式スクロール圧縮機の第１実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はスクロール部材にかかる荷重の説明図である。
全体としては図５（Ａ）及び図５（Ｂ）と大体において同様で、同じ部品には同じ符号を付け、異なる点のみを説明する。

主軸受９に対し軸受部材２９が、補助ハウジング１０の摺動溝１１により、両方のスクロール部材１４，１５の回転中心軸線Ｂ，Ａを結んだ偏心方向Ｂ→Ａに対しθだけ(図１（Ｂ）参照)傾いた方向に直線移動が可能で、図１（Ｃ）に示すように、Ｂ→Ａに対しほぼ直角に働くラジアル方向の荷重ＦG のスライド方向分力 ＦGｓｉｎθ の力で、従動スクロール部材１５は、そのラップ２１の側壁２１ａが駆動スクロール部材１４のラップ１７の側壁１７ａに接触するまで押され、ラジアル方向のシールが行われる。

図２は本発明による回転式スクロール圧縮機の第２実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。全体としては図１と大体において同様で、異なる点は、軸受部材２９ａは上部が閉じられた室６１が設けられ、従動軸２２に開けられた小孔６０により圧縮空間２３から圧縮途中あるいは圧縮後の高圧を導き、従動スクロール１５に背圧を与えることで従動スクロール１５のスラスト方向の荷重を軽減したものである。

図３は本発明による回転式スクロール圧縮機の第３実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

全体としては図１（Ａ）及び図１（Ｂ）と大体において同様で、異なる点は、主軸受９に対し軸受部材２９が補助ハウジング１０の摺動溝１１により移動可能で、ばね５９により偏心量ｅ（図３（Ｂ）参照）が大きくなる方向に軸受部材２９及び従動スクロール部材１５を押し付けている。

従動スクロール部材１５はラップ２１が駆動スクロール部材１４のラップ１７に接触するまで押され、それぞれのラップの側壁２１ａ，１７ａのシールを行う。

ばね５８は、ばね５９により従動スクロール部材１５が押されたときに、ラップの接触点からばね５９までの距離ｌ1 によるモーメントにより従動スクロール部材１５が傾くのを防止するために、ばね５９と反対方向に軸受部材２９を押している。ここで従動スクロール部材１５が傾かないためのばね５８の力Ｆ58と、ばね５９の力Ｆ59とは、ラップ１７，２１の接触力をＦとした場合、次のように決められる。

Ｆ59ｌ1 ＝Ｆ58ｌ2 … （１）
Ｆ＝Ｆ59−Ｆ58 … （２）
（１）及び（２）の式から Ｆ59＝Ｆ／（１−ｌ1／ｌ2），Ｆ58＝Ｆ59−Ｆ

図４は本発明による回転式スクロール圧縮機の第４実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ断面である。この場合は前記図２に示すものに前記図３に示すものを適用したもので、重複を避けて詳細説明を省略する。

本発明による回転式スクロール圧縮機の第１実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はスクロール部材にかかる荷重の説明図である。 本発明による回転式スクロール圧縮機の第２実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明による回転式スクロール圧縮機の第３実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 本発明による回転式スクロール圧縮機の第４実施例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 従来のスクロール圧縮機を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 従来のもう一つのスクロール圧縮機の縦断面図である。 従来のスクロール形流体吐出装置のスクロール部の横断面図である。

符号の説明

１：密閉容器
２：電動要素
３：スクロール圧縮要素
９，９ｂ：主軸受
１０：補助フレーム
１０ｂ：軸受部材
１４：駆動スクロール部材
１５：従動スクロール部材
１６，１９：鏡板
１７，２１：ラップ
１８：回転軸部
２２：回転軸部
２３：圧縮空間
２９：軸受部材
５３：補助軸受部材
５５：中圧室
５６：ボルト
５８，５９：弾性要素

Claims (1)

1. 密閉容器内に電動要素とスクロール圧縮要素とを収納し、このスクロール圧縮要素は、鏡板に渦巻状のラップを立設させて電動要素によって駆動される駆動スクロール部材と、この駆動スクロール部材の中心軸線と偏心した中心軸線を有し、鏡板に前記駆動スクロール部材のラップと対向して噛み合う渦巻状のラップを立設させた従動スクロール部材とを有し、噛み合いによって生ずる圧縮空間の容積を連続的に減少させて流体の圧縮を行う回転式スクロール圧縮機において、前記従動スクロール部材の軸受部材をばね等の弾性要素によって前記偏心量が大きくなる方向に押し付けることで、前記駆動及び従動スクロール部材のそれぞれのラップの側壁同士を接触させてラジアル方向のシールを行い、前記軸受部材の移動方向軸線に垂直な互いに反対向きの二平面にそれぞれ押付力を発生する弾性要素を設け、前記従動スクロール部材のラップに近い方の前記弾性要素は偏心方向に前記軸受部材を押し、遠い方の前記弾性要素は偏心方向と反対方向に前記軸受部材を押すようにしたことを特徴とする回転式スクロール圧縮機。

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