JP4433457B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に係わり、特に冷媒、空気、及びその他の圧縮性ガスを取扱うスクロール圧縮機に好適なものである。

スクロール圧縮機は、冷凍・空調機器用の圧縮機などの様々な分野で広く活用されている。他形態の圧縮機に比べて高効率、高信頼性、静音などの優位性を備えた圧縮機と言われている。

従来のスクロール圧縮機としては、例えば特開平７−３５０６２号公報（特許文献１）に示されたものがある。このスクロール圧縮機は、台板に渦巻き状のラップを立設した固定スクロールと、台板に渦巻き状のラップを立設すると共に、圧縮室を形成するように固定スクロールに噛み合わせて旋回運動する旋回スクロールと、旋回スクロールの台板の側面および背面の外側に吐出圧力より低い圧力を有すると共に油が供給される背圧室を形成するフレームとを備えている。このスクロール圧縮機では、旋回スクロールが旋回運動する際に旋回スクロールの台板の側面とフレームとの間に噛み込む油を攪拌することによって発生する攪拌損失を低減するため、旋回スクロールの台板の背面から側面に至る複数の放射溝が設けられている。すなわち、旋回スクロールが旋回運動する際に旋回スクロールの台板の側面とフレームとの間に噛み込む油を放射溝を通して旋回スクロールの背面側に逃すことによって攪拌損失を低減している。

特開平７−３５０６２号公報

しかし、従来のスクロール圧縮機では、旋回スクロールの台板の背面から側面に至る複数の放射溝が設けられているため、旋回スクロールの台板の剛性が低くなって変形しやすくなり、固定スクロールと接する旋回スクロールの台板の平面度を良好に確保することが難しいかった。このため、旋回スクロールの台板と固定スクロールの台板との鏡板面の接触部からのガス漏れが増加し、体積効率が低下してしまうという問題があった。特に旋回スクロールを鋳物で製作した場合には、旋回スクロールに残る残留応力が加工の際に開放されて、旋回スクロールの鏡板面の平面度を高精度に加工することが困難であった。

本発明の目的は、旋回スクロールによる油の攪拌損失を低減しつつ、簡単な構造で旋回スクロールの台板の平面度を良好に確保して体積効率の低下を抑制できるスクロール圧縮機を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、台板に渦巻き状のラップを立設した固定スクロールと、台板に渦巻き状のラップを立設すると共に、圧縮室を形成するように前記固定スクロールに噛み合わせて旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの台板の側面および背面の外側に吐出圧力より低い圧力を有すると共に油が供給される背圧室を形成する部材とを備え、前記旋回スクロールは前記旋回スクロールの台板の角部が全周にわたって残るように形成すると共に台板の側面から背面に貫通する複数の穴を形成し、前記旋回スクロールの台板の側面から背面に貫通する穴は、前記旋回スクロールの台板の背面中央側から放射状に延びる複数の放射溝に交差して前記台板の側面に円周方向に延びる円周溝を形成することにより開口される穴である構成としたことにある。

本発明のスクロール圧縮機によれば、旋回スクロールの台板の角部が全周にわたって残るように形成すると共にその台板の側面から背面に貫通する複数の穴を形成しているので、旋回スクロールによる油の攪拌損失を低減しつつ、簡単な構造で旋回スクロールの台板の平面度を良好に確保して体積効率の低下を抑制できる。

以下、本発明の幾つかの実施例のスクロール圧縮機を、図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の第１実施例のスクロール圧縮機について、図１及び図２Ａ〜図２Ｃを用いて詳細に説明する。

まず、本実施例のクロール圧縮機の全体構造に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。

スクロール圧縮機１は、圧縮機構部２と駆動部３とを密閉容器７００内に収納して構成されている。本実施例では、上から圧縮機構部２、駆動部３及び油溜り７３０の順に配設されており、回転軸３００を介して圧縮機構部２と駆動部３が連結されている縦型スクロール圧縮機である。

圧縮機構部２は、固定スクロール１００と旋回スクロール２００とフレーム４００を基本要素として構成されている。フレーム４００は密閉容器７００に固定され、転がり軸受４０１を配設する部材を構成している。固定スクロール１００は、台板１０１と渦巻き状ラップ１０２と吸込口１０３と吐出口１０４とを基本構成部分として構成され、フレーム４００にボルト４０５により固定されている。ラップ１０２は台板１０１の一側に垂直に立設されている。旋回スクロール２００は、台板２０１と渦巻き状ラップ２０２とボス２０３と背圧穴とを基本構成部分として構成されている。ラップ２０２は台板２０１の一側に垂直に立設されている。ボス２０３は台板２０１の他側（反ラップ側）に垂直に突出して形成されている。旋回スクロール２００は、鋳鉄やアルミニュームなどを材料とする鋳物から各構成部分を加工することにより形成されている。

固定スクロール１００と旋回スクロール２００を噛み合わせて構成した圧縮室１３０は、旋回スクロール２００が旋回運動することによりその容積が減少する圧縮動作が行われる。この圧縮動作では、旋回スクロール２００の旋回運動に伴って、作動流体が吸入管７１１および吸入口１０３を経由して圧縮室１３０へ吸込まれ、吸込まれた作動流体が圧縮行程を経て固定スクロール１００の吐出口１０４から密閉容器７００内に吐出され、さらに吐出管７０１を経由して密閉容器７００から吐出される。これによって、密閉容器７００内の空間は吐出圧力に保たれる。圧縮室１３０にはインジェンクションパイプ７１２が連通されるように設けられている。

密閉容器７００は、上キャップ７１０及び下キャップ７２０を有している。密閉容器７００の底面には脚部７２１が取付けられている。また、密閉容器７００の側面にはハーメ端子７０２および端子カバー７０３が設けられ、電動機部６００に電力を供給できるようになっている。

旋回スクロール２００を旋回駆動する駆動部３は、ステータ６０１及びロータ６０２からなる電動機部６００と、回転軸３００と、旋回スクロール２００の自転防止機構の主要部品であるオルダム継手５００と、フレーム４００と、転がり軸受４０１、８０３と、旋回軸受２１０とを基本要素として構成されている。

回転軸３００は主軸部３０２とクランクピン３０１とを一体に備えて構成されている。転がり軸受４０１、８０３は回転軸３００の主軸部３０２を回転自在に係合する主軸支持部を構成する。旋回軸受２１０は、回転軸３００のクランクピン３０１を回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合するように、旋回スクロール２００に備えられている。

上部の主軸支持部である転がり軸受４０１は電動機部６００の上側に配置され、下部の主軸支持部である副軸受部８００の主要部を構成する転がり軸受（副軸受）８０３は電動機部６００の下側に配置されている。密閉容器７００に固定された下フレームハウジング８０１にハウジング８０２がボルト８０５を介して固定されている。ハウジング８０２に転がり軸受８０３が上方から挿入され、その上方からさらにハウジングカバー８０４が取付けられている。ハウジング８０２の下端にポンプ部９００がボルト９１０を介して取付けられている。ポンプ部９００は、回転軸３００の下端に設けられたポンプ継手３１０を介して駆動される。

オルダム継手５００は、旋回スクロール２００の台板２０１の背面に配設されている。オルダム継手５００に形成した直交する２組のキー部分の１組がフレーム４００に構成したオルダム継手５００の受け部であるキー溝を滑動し、残りの１組が旋回スクロールラップ２０２の背面側に構成したキー溝を滑動する。これによって、旋回スクロール２００はスクロールラップ２０２の立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール１００に対して自転せずに旋回運動する。

圧縮機構部２は、電動機部６００に連結した回転軸３００の回転によりクランクピン３０１が偏心回転すると、旋回スクロール２００がオルダム継手５００の自転防止機構により固定スクロール１００に対し自転せずに旋回運動を行い、ガスを吸入管７１１および吸入口１０３を介してスクロールラップ１０２および２０２で形成される圧縮室１３０に吸入する。旋回スクロール２００の旋回運動により、圧縮室１３０は中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを吐出口１０４より吐出室に吐出する。吐出室に吐出されたガスは、圧縮機構部３および電動機部６００の周囲を循環したのち吐出管７０１から圧縮機外へ放出される。

なお、旋回スクロール２００の台板２０１には、圧縮室１３０と旋回背面の背圧室４１１とを連通させる背圧穴が設けられており、背圧室４１１の圧力を吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力（中間圧力）に保っている。旋回スクロール２００の背面側に構成される背圧室４１１は、旋回スクロール２００とフレーム４００と固定スクロール１００とで囲まれて形成される空間である。したがって、フレーム４００は背圧室４１１を形成する部材を兼ねている。

フレーム４００の溝４０９に設けられたシールリング４１０は背圧室４１１への吐出ガス流入を防いでいる。旋回スクロール２００は背圧室４１１の中間圧力とシールリング４１０の内側に作用する吐出圧力との合力で固定スクロール１００に押し付けられている。

ここで、シールリング４１０の内径は転がり軸受４０１の外径より小さくなっている。このような構成を採用できるようにするために、本実施例では、転がり軸受４０１をフレーム４００の回転駆動手段側からフレーム４００へ挿入し、挿入した転がり軸受４０１をフレームカバー４０３で固定する構成となっている。フレームカバー４０３にはスラスト軸受４０２が設けられている。フレームカバー４０３はフレーム４００と別体に形成されている。フレームカバー４０３はフレーム４００にボルト４０６により固定されている。なお、フレームカバー４０３は、フレーム４００の内側に挿入されて転がり軸受４０１の抜け落ちを防止する部分と、フレーム４００の回転駆動手段側端面に当接してこれに固定される部分とから構成されている。

また、バランスウェイト４０７の回転動作による気流の乱れを吐出管７０１付近へ作用させないためのバランスウェイトカバー４０４を設けている。このバランスウェイトカバー４０４はフレームカバー４０３の共締めでフレーム４００へボルト４０６にて固定している。バランスウェイトカバー４０４は、ステータ６０１のコイルエンドの内径より若干小径の略筒状に形成され、バランスウェイト４０７の周囲を覆ってバランスウェイト４０７の回転動作による気流の乱れを吐出管７０１付近へ作用させないようになっている。

次に、給油経路について説明する。回転軸３００が回転されると、ポンプ部９００により油溜り７３０の油が回転軸内の油通路３１１に送られる。油通路３１１に送られた油の一部は横穴３１２を通って転がり軸受である副軸受８０３に流れた後、油溜り７３０に戻る。油通路３１１を通ってクランクピン３０１の上部に到達した油は旋回軸受２１０を通り、さらには転がり軸受４０１へ流れる。転がり軸受４０１を潤滑した油は排油パイプ４０８を通り、油溜り７３０に戻る。

また、旋回スクロール２００のボス２０３の端面には給油ポケット２０５が設けられており、旋回スクロール２００が旋回運動することにより、給油ポケット２０５がシールリング４１０の外側と内側を往復し、旋回軸受２１０と軸受４０１の間にある油の一部を背圧室４１１に搬送する。搬送された油はオルダム継手５００に給油された後、固定スクロールの鏡板面１０５と旋回スクロール２００の台板２０１の摺動面に給油される。

背圧室４１１に搬送された油は、背圧穴を通って、または鏡板摺動面の微小隙間を通って圧縮室１３０に流入する。圧縮室１３０に流入した油は圧縮された冷媒ガスと共に吐出口１０４から吐出され、密閉容器７００内で冷媒ガスと分離され油溜り７３０に戻る。

次に、図１を参照しながら固定スクロール１００に関してさらに具体的に説明する。固定スクロール１００は、圧縮室１３０より外周側に旋回スクロール２００の台板２０１が接触する鏡板面１０５を有している。鏡板面１０５は、圧縮室１３０の最外周を形成するラップを含むその外周側に形成されている。

次に、旋回スクロール２００に関して図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは図１のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た図、図２Ｂは図２ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図、図２Ｃは図２ＡのＰ方向から見た図である。

旋回スクロール２００には、台板２０１の側面から背面に貫通する複数の穴２３０が設けられている。穴２３０は、台板２０１の背面中央側から放射状に斜め上方に延びて側面に開口され、オルダム継手５００を跨ぐように形成されている。また、旋回スクロール２００には台板２０１の側面からオルダム継手５００が摺動するキー溝２６０に貫通する穴２３０ａが設けられている。これらの穴２３０、２３０ａは、台板２０１の側面全周にわたってほぼ等間隔に開口されるように形成されている。

本実施例によれば、旋回スクロール２００の台板２０１の側面から背面に貫通する複数の穴２３０が設けられているので、旋回スクロール２００が旋回運動する際にその台板２０１の側面とフレーム４００との間に噛み込む油を穴２３０を通して台板２０１の背面側に逃すことができる。これによって、旋回スクロール２００による油の攪拌損失を低減することができ、圧縮機効率を向上することができる。

また、本実施例によれば、旋回スクロール２００の台板２０１の側面からオルダム継手５００が摺動するキー溝２６０に貫通する穴２３０ａが設けられているので、旋回スクロール２００が旋回運動する際にその台板２０１の側面とフレーム４００との間に噛み込む油を穴２３０ａを通してキー溝２６０に逃すことができる。これによって、旋回スクロール２００による油の攪拌損失を低減することができると共に、オルダム継手５００への給油を促進してその磨耗を低減することができる。したがって、圧縮機効率の向上と信頼性の向上を図ることができる。

そして、本実施例によれば、穴２３０、２３０ａは台板２０１の角部を全周にわたって残すように形成されているので、簡単な構造で、台板２０１の剛性低下を抑制して台板２０１の変形を防止することができ、固定スクロール１００と接する旋回スクロール２００の台板２０１の平面度を良好に確保することができる。その結果、旋回スクロール２００の台板２０１と固定スクロール１００の台板２０１との鏡板面の接触部からのガス漏れを抑制することができ、体積効率を向上することができる。しかも、旋回スクロール２００を鋳物で製作しても、旋回スクロール２００に残る残留応力が加工の際に開放されにくいため、旋回スクロール２００の鏡板面の平面度を高精度に加工することができる。

次に、本発明の第２実施例について図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは本発明の第２実施例のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た図、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図、図３Ｃは図３ＡのＰ方向から見た図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、台板２０１の側面から背面に貫通する穴２３０がＬ字型に設けられている。すなわち、穴２３０は、台板２０１の側面から水平に延びる穴部と、台板２０１の背面から垂直に延びる穴部との組み合わせで構成されている。この第２実施例によれば、前述した第１実施例のように斜めの穴２３０を設けることに比較して容易に穴２３０を設けることができる。

次に、本発明の第３実施例について図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは本発明の第３実施例のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た図、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図、図４Ｃは図４ＡのＰ方向から見た図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第３実施例では、台板２０１の背面中央側から放射状に延びる放射溝２４０に台板２０１の側面から貫通する穴２３０が設けられている。放射溝２４０の幅は穴２３０の直径より大きく形成されている。この第３実施例によれば、放射溝２４０を設けることによって、前述した第１、第２実施例に比較して旋回スクロール２００の台板２０１の側面から背面に油が逃げる際の通路抵抗を小さくすることができ、より一層旋回スクロール２００の旋回による油に攪拌損失を低減することができる。

次に、本発明の第４実施例について図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図５Ａは本発明の第４実施例のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た図、図５Ｂは図５ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図、図５Ｃは図５ＡのＰ方向から見た図である。この第４実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。

この第４実施例では、旋回スクロール２００の台板２０１の背面中央側から放射状に延びる複数の放射溝２４０に交差して台板２０１の側面に円周方向に延びる円周溝２５０を形成することにより開口される角穴２３１が設けられている。この第４実施例によれば、円周溝２５０によって、旋回スクロール２００の台板２０１の側面から背面に貫通する穴２３１を簡単に形成することができ、穴加工の手間が少なく生産性を向上することができる。さらに、円周溝２５０がキー溝２６０の底面より高く形成されると共に、旋回スクロール２００の台板２０１の側面全周にわたって形成されている。これによって、より一層の攪拌損失の低減を図ることができる。

本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のスクロール圧縮機の旋回スクロールを背面側から見た図である。 図２ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図である。 図２ＡのＰ方向から見た図である。 本発明の第２実施例の旋回スクロールを背面側から見た図である。 図３ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図である。 図３ＡのＰ方向から見た図である。 本発明の第３実施例の旋回スクロールを背面側から見た図である。 図４ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図である。 図４ＡのＰ方向から見た図である。 本発明の第４実施例の旋回スクロールを背面側から見た図である。 図５ＡのＡ−Ｏ−Ａ線に沿った旋回スクロール部分およびその周辺部の断面図である。 図５ＡのＰ方向から見た図である。

符号の説明

１…スクロール圧縮機、２…圧縮機構部、３…駆動部、１００…固定スクロール、１０１…台板、１０２…ラップ、１０３…吸入口、１０４…吐出口、１０５…鏡板面、２００…旋回スクロール、２０１…台板、２０２…ラップ、２０３…ボス、２０５…給油ポケット、２１０…旋回軸受、３００…回転軸、３０１…クランクピン、３１０…ポンプ継手、３１１…油通路、３１２…横穴、４００…フレーム、４０１…転がり軸受、４０２…スラスト軸受、４０３…フレームカバー、４０４…バランスウェイトカバー、４０７…バランスウェイト、４０８…排油パイプ、４１０…シールリング、４１１…背圧室、５００…オルダム継手、６００…電動機部、６０１…ステータ、６０２…ロータ、７００…密閉容器、７０１…吐出管、７０２…ハーメ端子、７１０…上キャップ、７１１吸入管、７２０…下キャップ、７２１…脚部、７３０…油溜り、８００…副軸受部、８０１…下フレームハウジング、８０２…ハウジング、８０３…転がり軸受（副軸受）、８０４…ハウジングカバー、８０５…ボルト、９００…ポンプ部。

Claims (2)

1. 台板に渦巻き状のラップを立設した固定スクロールと、
   台板に渦巻き状のラップを立設すると共に、圧縮室を形成するように前記固定スクロールに噛み合わせて旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの台板の側面および背面の外側に吐出圧力より低い圧力を有すると共に油が供給される背圧室を形成する部材とを備え、
   前記旋回スクロールは前記旋回スクロールの台板の角部が全周にわたって残るように形成すると共に台板の側面から背面に貫通する複数の穴を形成し、
   前記旋回スクロールの台板の側面から背面に貫通する穴は、前記旋回スクロールの台板の背面中央側から放射状に延びる複数の放射溝に交差して前記台板の側面に円周方向に延びる円周溝を形成することにより開口される穴である
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記円周溝は、前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させるためのオルダム継手を摺動させるキー溝の底面より高く形成すると共に前記旋回スクロールの台板の側面全周にわたって形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。

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