JP4754988B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関し、特に騒音防止を実現する構造に関する。

空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール圧縮機は、一般に固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
スクロールの巻数を増やすことなく圧縮比を向上すべく、いわゆる段付スクロール圧縮機が提案されている。段付スクロール圧縮機は、固定スクロール、旋回スクロールともに壁体の渦巻き状の上縁を中心側が低く外周端側が高い段付き形状とされ、さらにこの上縁の段付き形状に対応して、両スクロールともに端板の側面を中心側が高く外周端側が低い段付き形状とされる。
特公昭６０−１７９５６号公報 特開２００２−５０５３号公報

ところで、上記説明の従来のスクロール圧縮機では、旋回スクロールと固定スクロールとの噛合いに起因して発生する騒音を低減するため、種々の技術的改善が図られてきているが、騒音を更に低減するためにより一層の技術的向上が望まれている。

上記事情に鑑み、本発明は、騒音を低減することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板の前記一側面には、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部が設けられ、前記段差部の境界でインボリュート曲線から円弧形の連結壁面に移行するとともに、前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方の壁体の上縁には、前記端板の段差部に対応し、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦の中心部側で低く外端側で高くなる段付部が設けられ、前記一方のスクロールの壁体の側壁には、前記段差部の近傍に、前記壁体間の幅をその上流及び下流の壁体間の幅よりも広くする肉薄部が形成されていることを特徴とする。

このようないわゆる段付スクロールを製造する際には、鋳造されたスクロールを切削工具により切削加工して渦状の壁体（ラップ）及び端板を所定形状に加工する。
端板に形成される段差部は渦の内側で底が浅く、外側で底が深く形成され、その境界には半円筒形状の連結壁面を有する。壁体は渦状のインボリュート曲線に沿って形成され、壁体間に渦状の溝を形成すべく、外側から内側に沿って切削加工を施す。その際、段差部の境界にてインボリュート曲線から段差の連結壁面に移行する点で曲率が変化するため、切削抵抗が変化し、基材が所定の形状からはみ出し、いわゆるバリ状となって残る。このバリは、特に材質が鋳鉄の場合に生じやすく、圧縮機の駆動時に他方のスクロールの壁体と接触するために、騒音が発生することが本発明者らにより知見された。さらに、接触により性能低下、および接触の際の衝撃により強度低下を招くことがわかった。
本発明においては、前記バリが発生し得る領域の壁体間を広げる肉薄部を形成することにより、スクロールを噛み合わせて相対回転運動させた際のバリと壁体との接触を抑制する。

前記肉薄部は、前記渦巻きの中心を基準として前記段差部から前記渦巻きに沿って外側に５０度の範囲に形成することができる。これにより、バリと壁体との接触を確実に抑制する。

上記のように、肉薄部を段差部近傍の壁体に形成してもよいし、段差部と噛み合う他方のスクロールに対し壁体の幅を細くする肉薄部を形成することにより、一方のスクロールに発生したバリと他方のスクロールの壁体との接触を防いでもよい。さらに、これら肉薄部と肉薄部とを組み合わせて形成してもよい。

本発明によれば、スクロールの段差部に形成されたバリと壁体との接触を防ぐことにより、スクロール圧縮機の騒音を低減することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る空気調和機を説明する概略図である。
空気調和機１は、図１に示すように、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機３と、圧縮された冷媒の熱を放熱させるコンデンサ（放熱器）５と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる第１膨張弁（高圧側減圧部）７と、減圧された冷媒を気液分離するレシーバ９と、液冷媒をさらに減圧する第２膨張弁（低圧側減圧部）１１と、減圧された液冷媒に熱を吸収させるエバポレータ（吸熱器）１３と、から概略構成されている。

図２は、図１のスクロール圧縮機の構成を説明する断面図である。
スクロール圧縮機３は、図２に示すように、密封容器であるハウジング２１と、冷媒を圧縮する固定スクロール２３および旋回スクロール２５と、旋回スクロール２５を回転駆動するモータ２７と、から概略構成されている。
ハウジング２１には、ハウジング２１内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分離するディスチャージカバー２９と、エバポレータ１３から冷媒を低圧室ＬＲに導く吸入管３１と、高圧室ＨＲから冷媒をコンデンサ５に導く吐出管３３と、固定スクロール２３および旋回スクロール２５を支持するフレーム３５と、が設けられている。

旋回スクロール２５とモータ２７との間には、モータ２７の回転力を旋回スクロールに伝える回転シャフト３７が設けられている。
フレーム３５と旋回スクロール２５との間には、旋回スクロール２５の自転を防止するオルダムリング３９が設けられている。

図３は、図２の固定スクロール２３および旋回スクロール２５の構成を説明する斜視図である。
固定スクロール２３は、図３（ａ）に示すように、端板２３ａの一側面に渦巻き状の壁体２３ｂが立設された構成となっている。旋回スクロール２５は、図３（ｂ）に示すように、固定スクロール２３と同様に端板２５ａの一側面に渦巻き状の壁体２５ｂが立設された構成となっており、特に壁体２５ｂは固定スクロール２３側の壁体２３ｂと実質的に同一形状をなしている。旋回スクロール２５は固定スクロール２３に対して相互に公転旋回半径だけ偏心し、かつ、１８０度だけ位相をずらした状態で、壁体２３ｂ，２５ｂ同士を噛み合わせて組み付けられている。

この場合、図２に示すように、旋回スクロール２５は、モータ２７で駆動される回転シャフト３７の上端に設けられて旋回運動する偏心ピン３７ａ及びオルダムリング３９の作用により、固定スクロール２３に対して公転旋回運動を行うようになっている。
一方、固定スクロール２３は、ハウジング２１に固定されており、端板２３ａの背面中央には圧縮された流体の吐出ポート３２が設けられている。

固定スクロール２３の端板２３ａには、壁体２３ｂが立設された一側面に、壁体２３ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外端側で低くなるよう形成された段差部４２を備えている。旋回スクロール２５側の端板２５ａも固定スクロール２３の端板２３ａと同様に、壁体２５ｂが立設された一側面に、壁体２５ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外端側で低くなるよう形成された段差部４３を備えている。

端板２３ａの底面は、段差部４２が形成されていることにより、中心部側に設けられた底の浅い底面２３ｆと外端側に設けられた底の深い底面２３ｇとの２つの部位に分けられている。隣り合う底面２３ｆ，２３ｇ間には、段差部４２を構成し、前記底面２３ｆ，２３ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面２３ｈが存在している。
端板２５ａの底面も上述した端板２３ａと同様に、段差部４３が形成されていることにより、中心部側に設けられた底の浅い底面２５ｆと外端側に設けられた底の深い底面２５ｇとの２つの部位に分けられている。隣り合う底面２５ｆ，２５ｇ間には、段差部４３を構成し、前記底面２５ｆ，２５ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面２５ｈが存在している。

また、固定スクロール２３側の壁体２３ｂは、旋回スクロール２５の段差部４３に対応し、その渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ、渦の中心部側で低く外端側で高い段付部４４となっている。旋回スクロール２５側の壁体２５ｂも壁体２３ｂと同様に、固定スクロール２３の段差部４２に対応し、渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ、渦の中心部側で低く外端側で高い段付部４５となっている。

具体的には、壁体２３ｂの上縁は、中心部寄りに設けられた低位の上縁２３ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁２３ｄとの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁２３ｃ，２３ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁２３ｅが形成されている。壁体２５ｂの上縁も上述した壁体２３ｂと同様に、中心部寄りに設けられた低位の上縁２５ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁２５ｄとの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁２５ｃ，２５ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁２５ｅが形成されている。

連結縁２３ｅは、壁体２３ｂを旋回スクロール２５の方向から見ると壁体２３ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体２３ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。また、連結縁２５ｅも連結縁２３ｅと同様に、壁体２５ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体２５ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。
また、連結壁面２３ｈは、端板２３ａを旋回軸方向から見ると旋回スクロールの旋回に伴って連結縁２５ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。また、連結壁面２５ｈも連結壁面２３ｈと同様に、連結縁２３ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。

固定スクロール２３の壁体２３ｂには、上縁２３ｃ，２３ｄに連結縁２３ｅの近傍で二つに分断されたチップシール２４ａ，２４ｂが設けられている。同様に、旋回スクロール２５の壁体２５ｂには、上縁２５ｃ，２５ｄに連結縁２５ｅの近傍で二つに分断されたチップシール２６ａ，２６ｂが設けられている。これらのチップシールは、旋回スクロール２５と固定スクロール２３との間において、上縁（歯先）と底面（歯底）との間に形成されるチップシール隙間をシールして圧縮したガス流体の漏れを最小限に抑えるものである。

すなわち、固定スクロール２３に旋回スクロール２５を組み付けると、低位の上縁２５ｃに設けたチップシール２６ｂが底の浅い底面２３ｆに接触し、高位の上縁２５ｄに設けたチップシール２６ａが底の深い底面２３ｇに接触する。同時に、低位の上縁２３ｃに設けたチップシール２４ａが底の浅い底面２５ｆに接触し、高位の上縁２３ｄに設けたチップシール２４ｂが底の深い底面２５ｇに接触する。
この結果、両スクロール２３，２５間には、互いに向かい合う端板２３ａ，２５ａと壁体２３ｂ，２５ｂとに区画された複数の圧縮室Ｃ（図２参照）が形成される。
なお、図３においては、固定スクロール２３の段付形状を示すため、固定スクロール２３の上下を逆にして図示されている。

次に、段差部４２、４３近傍の構成について詳細に説明する。なお、段差部４２と段差部４３とは同様の形状に構成されており、以下においては段差部４２について説明し、段差部４３の説明は省略する。
図４に段差部４２を拡大して示した。壁体２３ｂはインボリュート曲線５０に沿って形成され、壁体２３ｂ間の距離ｈは後述する肉薄部５１を除き略一定である。本実施形態では、前記段差部４２から渦の外側に向かって所定の位置まで、壁体２３ｂ間の溝幅を従来の壁体側面位置５２から僅かに広げる加工を行う。

詳細には、固定スクロール２３の中心Ｃ０を基準として、壁体２３ｂと連結壁面２３ｈとの境界である変曲点Ａ、Ｂから、５０度外側の位置Ａ’、Ｂ’までの範囲に対し、それぞれ壁体２３ｂに肉薄部５１、５１を対向して形成する。肉薄部５１は壁体２３ｂ表面と連結壁面２３ｈとを滑らかにつなぐ曲面であり、各々従来の壁体側面位置５２から数μｍ〜数十μｍの範囲の間で溝を広げる方向に形成する。図に示した肉薄形状が壁体２３ｂの高さ方向全体に渡って形成される。肉薄部５１よりも渦に沿って上流及び下流の溝幅は上記ｈとなる。
肉薄部５１の加工は、切削工具により、壁体２３ｂ及び連結壁面２３ｈの形状に沿ってワンパスで加工可能である。肉薄部５１の位置では従来の壁体側面位置５２よりも深く切削を行う。

次に上述した空気調和機１の作用について説明する。
スクロール圧縮機３により圧縮され高圧となった冷媒は、図１に示すように、コンデンサ５に向かって吐出される。コンデンサ５に流入した冷媒はその熱を外部に放出して凝縮し、第１膨張弁７に向かって流出する。冷媒は第１膨張弁７により減圧され中間圧の冷媒となりレシーバ９に流入する。冷媒はレシーバ９において液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は第２膨張弁１１に向かって流出する。液冷媒は第２膨張弁１１により減圧され低圧の冷媒となり、エバポレータ１３に流入する。低圧の冷媒はエバポレータ１３において外部の空気から熱を奪い、蒸発してガス冷媒となり、スクロール圧縮機３に流入し、再び圧縮される。

次に、スクロール圧縮機３の作用について説明する。
固定スクロール２３と旋回スクロール２５は、互いの壁体２３ｂ，２５ｂを噛み合わせた状態で、相互に相対的に公転旋回運動を行うことにより、端板２３ａ，２５ａと壁体２３ｂ，２５ｂとに区画された複数の圧縮室Ｃ０を渦方向に沿って渦の中心へ向けて圧縮して吐出する。

その際、公転旋回運動の位相が１８０度の間、段付部４４の連結縁２３ｅと連結壁面２５ｈ、連結縁２５ｅと連結壁面２３ｈとが互いに接触し、圧縮室Ｃは段差部４２、４３の外側から内側へ移動し、段差部４２、４３より内側では底面が浅くなることにより、圧縮室Ｃの体積はより一層圧縮される。

段差部４２、４３の変曲点Ａ、Ｂ近傍には、切削加工の際にバリが生じている場合がある。図６にスクロール圧縮機３において形成され得るバリを示した。切削加工によって壁体２３ｂ、２５ｂを形成する際、壁体２３ｂ、２５ｂの曲面から連結壁面２３ｈ、２５ｈへ移行する変曲点Ａ、Ｂ近傍に、約１５μｍ〜２０μｍのバリ１００が発生する。公転旋回運動の位相により段付部４４，４５が壁体２３ｂ、２５ｂに近づくとき、設計上のインボリュート曲線５０に基づいた壁体側面位置５２と肉薄部５１により画定された実際の壁体２３ｂ、２５ｂとの間に隙間が形成されているため、上記のバリが壁体２３ｂ、２５ｂと接触することが防止される。したがって、バリを介して固定スクロール２３と旋回スクロール２５とが接触することにより生ずる騒音を防止することができる。

以上のように、本実施形態のスクロール圧縮機３によれば、スクロールの段差部に形成されたバリと壁体との接触を防ぐことにより、スクロール圧縮機の騒音を低減することができるとともに、性能低下及び強度低下を抑制することができる。
また、肉薄部５１はスクロールの渦に沿って外周近傍に設けられているため、圧縮室Ｃが密閉されないことによる性能低下は抑えられる。
また、肉薄部５１は５０度の範囲で形成されているため、バリの接触を効率的に防止できると共に、性能低下を最小限に抑えることができる。

なお、上記の例においては壁体２３ｂ、２５ｂに肉薄部５１を形成したが、肉薄部５１に換えて、または肉薄部５１を形成するとともに、図５に示したように、段差部４２、４３と対応する段付部４４、４５近傍の壁体２３ｂ、２５ｂに対し、壁体２３ｂ、２５ｂの幅を細くする肉薄部６１を形成してもよい。本変形例では、連結縁２５ｅと壁体２５ｂの側面との境界である変曲点Ａ、Ｂから、５０度外側に位置する点Ａ’、Ｂ’まで肉薄部６１を形成する。この場合でも、肉薄部６１によって隙間が形成されるため、段差部４２、４３に形成されたバリが壁体２３ｂ、２５ｂと接触することが防止される。したがって、バリを介して固定スクロール２３と旋回スクロール２５とが接触することにより生ずる騒音を防止することができる。

本発明に係る空気調和装置を説明する概略図である。 図１のスクロール圧縮機の構成を説明する断面図である。 図２の固定スクロール及び旋回スクロールの構成を説明する斜視図である。 固定スクロールの段差部を拡大して示した平面図である。 変形例として示した肉薄部が形成された壁体平面図である。 バリの形成状態を示した平面図である。

符号の説明

３ スクロール圧縮機
２３ 固定スクロール
２５ 旋回スクロール
２３ａ 端板
２３ｂ 壁体
２３ｅ 連結縁
２３ｇ 底面
２３ｈ 連結壁面
２５ａ 端板
２５ｂ 壁体
２５ｅ 連結縁
２５ｈ 連結壁面
４２ 段差部
４３ 段差部
４４ 段付部
４５ 段付部
５１ 肉薄部
６１ 肉薄部

Claims (4)

1. それぞれの端板の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板の前記一側面には、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部が設けられ、前記段差部の境界でインボリュート曲線から円弧形の連結壁面に移行するとともに、
   前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方の壁体の上縁には、前記端板の段差部に対応し、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦の中心部側で低く外端側で高くなる段付部が設けられ、
   前記一方のスクロールの壁体の側壁には、前記段差部の近傍に、前記壁体間の幅をその上流及び下流の壁体間の幅よりも広くする肉薄部が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記肉薄部は、前記渦巻きの中心を基準として前記段差部から前記渦巻きに沿って外側に５０度の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. それぞれの端板の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板の前記一側面には、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部が設けられ、前記段差部の境界でインボリュート曲線から円弧形の連結壁面に移行するとともに、
   前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方の壁体の上縁には、前記端板の段差部に対応し、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦の中心部側で低く外端側で高くなる段付部が設けられ、
   前記他方のスクロールの壁体には、前記段付部の近傍に、前記壁体の幅をその上流及び下流の壁体幅よりも狭くする肉薄部が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 前記肉薄部は、前記渦巻きの中心を基準として前記段付部から前記渦巻きに沿って外側に５０度の範囲に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスクロール圧縮機。

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