JP5229129B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの円軌道運動により圧縮室が外周部から中心部に容積を小さくしながら移動するのを利用して流体の吸入、圧縮、吐出を繰り返し行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの外壁側圧縮室と内壁側圧縮室との閉じ込み容積が異なる場合に、外壁側圧縮室への給油量を内壁側圧縮室への給油量より多くしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の両スクロールの相関図を示すものである。図に示すように、旋回スクロール１の外壁側圧縮室２に給油孔３が設けられている。

特開２００３−１７２２７６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、旋回スクロールの内壁側圧縮室への給油量が不足し、内壁側圧縮室を形成するラップの壁面の漏れが抑えられず、性能が低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シール性を向上し、漏れを抑えることで、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。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの外壁側に形成される圧縮室Ａと内壁側に形成される圧縮室Ｂのいずれかの圧縮室への給油量を他方の圧縮室への給油量より多くし、給油量の少ない方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接する距離（以降、ラップ壁面隙間と称する）を、給油量の多い方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間より小さくするものである。

これによって、給油量が少ない方の圧縮室を形成するラップ壁面のシール性を向上し、漏れを抑えることができる。

本発明のスクロール圧縮機は、総給油量を抑えつつ、シール性を向上させ、圧縮室の漏れを抑えることができるため、性能低下を抑えられる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における両スクロールの相関図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態２における両スクロールの相関図 従来のスクロール圧縮機の両スクロールの相関図

第１の発明は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールにより、双方間に前記旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１圧縮室と前記旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、第１圧縮室、第２圧縮室のいずれかの圧縮室への給油量を他方の圧縮室への給油量より多くし、給油量の少ない方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間を、給油量の多い方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間より小さくしたことにより、給油量が多い方の圧縮室を形成するラップ壁面の漏れはオイルのシール性により抑えられ、給油量が少ない方の圧縮室を形成するラップの壁面の漏れはラップ壁面隙間を狭くすることでシール性を向上させ抑えることができる。

第２の発明は、特に第１の発明の第１圧縮室への給油量を第２圧縮室への給油量より多くし、第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間を、第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間より小さくしたことにより、第１圧縮室の閉じ込み容積が第２圧縮室の閉じ込み容積より大きい非対称スクロール圧縮機で第１圧縮室の圧力が第２圧縮室の圧力より高い場合に、第１圧縮室から第２圧縮室への漏れや第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面の漏れは第１圧縮室に供給されたオイルのシール性により抑え、第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面の漏れはラップ壁面隙間を狭くすることで抑えることができるため、漏れによる圧縮損失を抑えることに効果的である。

第３の発明は、特に第１の発明の第２圧縮室への給油量を第１圧縮室への給油量より多くし、第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間を、第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間より小さくしたことにより、旋回スクロールのラップ先端隙間が固定スクロールのラップ先端隙間より大きく、旋回スクロールのラップ先端隙間を通じて第２圧縮室から第１圧縮室への漏れが起こる場合に、第２圧縮室から第１圧縮室への漏れや第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面の漏れは第２圧縮室に供給されたオイルのシール性により抑え、第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面の漏れはラップ壁面隙間を狭くすることで抑えることができるため、漏れによる圧縮損失を抑えることに効果的である。

第４の発明は、特に第２の発明の旋回スクロールの基礎円半径を固定スクロールの基礎円半径より小さくしたことにより、ラップの外周側にいくほど第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなり、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

第５の発明は、特に第３の発明の旋回スクロールの基礎円半径を固定スクロールの基礎円半径より大きくしたことにより、ラップの外周側にいくほど第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなり、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。また、図２は、本発明の第１の実施の形態における両スクロールの相関図を示すものである。

図１、図２に示すスクロール圧縮機においては、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランクシャフト１２の主軸受部材１３と、この主軸受部材１３上にボルト止めした固定スクロール１４との間に、固定スクロール１４と噛み合う旋回スクロール１５を挟み込んでスクロール式の圧縮機構１６が構成される。固定スクロール１４と旋回スクロール１５の双方間には、旋回スクロール１５のラップ外壁側に第１圧縮室Ａと、旋回スクロール１５のラップ内壁側に第２圧縮室Ｂとが形成され、第１圧縮室Ａの閉じ込み容積は第２圧縮室Ｂの閉じ込み容積より大きくなるよう構成される。旋回スクロール１５と主軸受部材１３との間に旋回スクロール１５の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転防止機構１７が設けられ、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａは旋回スクロール１５に設けた旋回軸受１８に嵌合している。固定スクロール１４の外周部には、冷媒ガスを吸入するための吸入室１９が設けられ、吸入室１９には密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０が嵌合されている。

クランクシャフト１２の下端は、密閉容器１１の下部のオイル溜まり２１に達しており、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２２により安定に回転できるように軸支されている。

電動機２３は、主軸受部材１３と副軸受部材２２との間に位置して、密閉容器１１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子２３ａと、クランクシャフト１２の途中の外まわりに一体に結合された回転子２３ｂとで構成される。この回転子２３ｂの上下端面の外周部分には、回転子２３ｂおよびクランクシャフト１２が安定して回転し、旋回スクロール１５を安定して円軌道運動させるため、ピン２４により止め付けられたバランスウェイト２５ａ、２５ｂが設けられている。

給油機構はクランクシャフト１２の下端で駆動されるポンプ２６によって構成されており、オイル溜まり２１内のオイルを供給するため、クランクシャフト１２には軸方向に貫通している給油通路２７が形成されている。

旋回スクロール１５の外周部には背圧室２８が固定スクロール１４と主軸受部材１３により形成され、旋回軸部１２ａと旋回スクロール１５の間に形成される旋回軸受部空間２９から半径方向に背圧室２８まで貫通した給油経路３０が旋回スクロール１５の鏡板１５ａ内に設けられている。

旋回スクロール１５の鏡板１５ａの主軸受部材１３側は、主軸受部材１３に配設した断面が矩形のシール材３１により仕切られており、内側は高圧、外側は背圧室２８となり背圧室２８と第１圧縮室Ａは背圧制御通路３２により連通し、背圧制御通路３２の第１圧縮室Ａ側開口端は閉じ込み完了後の第１圧縮室Ａに開口している。

旋回スクロール１５の基礎円半径は、固定スクロール１４の基礎円半径より小さい。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。まず、電動機２３によりクランクシャフト１２が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａが偏心駆動することにより、旋回スクロール１５は円軌道運動する。これにより、固定スクロール１４と旋回スクロール１５との間に形成される第１及び第２圧縮室Ａ、Ｂが外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０および固定スクロール１４の外周部の吸入室１９から冷媒ガスが吸入され、固定スクロール１４及び旋回スクロール１５は、吸入された冷媒ガスを圧縮していく。このとき、閉じ込み容積の大きい第１圧縮室Ａが先に圧縮を開始するため、第２圧縮室Ｂよりも圧力が高くなっている。所定圧以上になった冷媒ガスは
固定スクロール１４の中央部の吐出孔３３から吐出バルブ３４を押し開いて容器内吐出室３５に吐出される。以上の動作がスクロール圧縮機では繰り返される。

吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６を貫通する吐出ガス通路３６を通り回転子２３ｂの上部に到達し、回転子２３ｂに貫通している回転子ガス通路３７を通って密閉容器１１の下部に導かれ、固定子２３ａの外周に配した固定子ガス通路３８、圧縮機構部１６の外周に配した圧縮機構部切り欠き（図示せず）を通って密閉容器１１の上部に到達し、吐出管４０から密閉容器１１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２１内のオイルはポンプ２６によりクランクシャフト１２を軸方向に貫通している給油通路２７を通じて旋回軸受部空間２９に供給される。供給されたオイルは２系統に分岐され、１系統は旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑し、主軸部１２ｂと主軸受４１を潤滑した後、主軸受部材１３の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２１に回収される。

もう１系統は、旋回軸受部空間２９と背圧室２８との差圧により給油経路３０を通って背圧室２８に導かれる。背圧室２８に導かれたオイルは背圧制御通路３２を通り、閉じ込み完了後の第１圧縮室Ａに給油され、背圧室２８の圧力は第１圧縮室Ａの圧力により制御される。

ここで、本実施の形態では、第１及び第２圧縮室Ａ，Ｂのうち給油は第１圧縮室Ａのみに行われ、第１圧縮室Ａに供給されたオイルにより、圧力差による第１圧縮室Ａから第２圧縮室Ｂへの漏れや第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間の漏れを抑えることができる。また、旋回スクロール１５の基礎円半径は固定スクロール１４の基礎円半径より小さくされているので、ラップの外周側にいくほど第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなると共に、第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が大きくなるため、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

以上のように本実施の形態においては、第１及び第２圧縮室Ａ，Ｂのうち給油は第１圧縮室Ａのみに行われ、第１圧縮室Ａに供給されたオイルにより、圧力差による第１圧縮室Ａから第２圧縮室Ｂへの漏れや第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間の漏れを抑えることができる。また、旋回スクロール１５の基礎円半径を固定スクロール１４の基礎円半径より小さくしているので、ラップの外周側にいくほど第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなり、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

また、旋回スクロール１５と固定スクロール１４とが異材質で旋回スクロール１５の熱膨張係数の方が大きい場合、運転時に温度が上昇すると、外周側に行くほど熱膨張による伸びの差が大きくなり第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間は拡がるので、基礎円半径を適当な値に設定することで、第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間を巻き始めから巻き終わりまで均一にすることができ、より漏れ低減効果が大きくなる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。また、図４は、本発明の第２の実施の形態における両スクロールの相関図を示すものである。

図３、図４において、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランクシャ
フト１２の主軸受部材１３と、この主軸受部材１３上にボルト止めした固定スクロール１４との間に、固定スクロール１４と噛み合う旋回スクロール１５を挟み込んでスクロール式の圧縮機構１６を構成し、固定スクロール１４と旋回スクロール１５の双方間に、旋回スクロール１５のラップ外壁側に第１圧縮室Ａと、旋回スクロール１５のラップ内壁側に第２圧縮室Ｂを形成している。旋回スクロール１５と主軸受部材１３との間に旋回スクロール１５の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転防止機構１７を設け、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａを旋回スクロール１５に設けた旋回軸受１８に嵌合させている。固定スクロール１４の外周部には冷媒ガスを吸入するための吸入室１９が設けられ、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０が嵌合されている。

クランクシャフト１２の下端は密閉容器１１の下部のオイル溜まり２１に達して、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２２により安定に回転できるように軸支されている。

電動機２３は主軸受部材１３と副軸受部材２２との間に位置して、密閉容器１１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子２３ａと、クランクシャフト１２の途中の外まわりに一体に結合された回転子２３ｂとで構成され、回転子２３ｂの上下端面の外周部分には、回転子２３ｂおよびクランクシャフト１２が安定して回転し、旋回スクロール１５を安定して円軌道運動させるため、ピン２４により止め付けられたバランスウェイト２５ａ、２５ｂが設けられている。

給油機構はクランクシャフト１２の下端で駆動されるポンプ２６によって構成され、オイル溜まり２１内のオイルを供給するため、クランクシャフト１２には軸方向に貫通している給油通路２７を形成している。

旋回スクロール１５の外周部には背圧室２８が固定スクロール１４と主軸受部材１３により形成され、旋回軸部１２ａと旋回スクロール１５の間に形成される旋回軸受部空間２９から半径方向に背圧室２８まで貫通した給油経路３０が旋回スクロール１５の鏡板１５ａ内に設けられている。

旋回スクロール１５の鏡板１５ａの主軸受部材１３側は主軸受部材１３に配設した断面が矩形のシール材３１により仕切られており、内側は高圧、外側は背圧室２８となり背圧室２８と第２圧縮室Ｂは背圧制御通路３２により連通し、背圧制御通路３２の圧縮室Ｂ側開口端は閉じ込み完了後の圧縮室Ｂに開口している。

ここで、旋回スクロール１５のラップ先端隙間は固定スクロール１４のラップ先端隙間より大きく、旋回スクロール１５の基礎円半径は固定スクロール１４の基礎円半径より大きく設計されている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動機２３によりクランクシャフト１２が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａが偏心駆動することにより、旋回スクロール１５は円軌道運動する。これにより、固定スクロール１４と旋回スクロール１５との間に形成される第１及び第２圧縮室Ａ、Ｂが外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０および固定スクロール１４の外周部の吸入室１９から冷媒ガスを吸入され、固定スクロール１４及び旋回スクロール１５は、吸入された冷媒ガスを圧縮していく。所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１４の中央部の吐出孔３３から吐出バルブ３４を押し開いて容器内吐出室３５に吐出される。以上の動
作がスクロール圧縮機では繰り返される。

吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６を貫通する吐出ガス通路３６を通り回転子２３ｂの上部に到達し、回転子２３ｂに貫通している回転子ガス通路３７を通って密閉容器１１の下部に導かれ、固定子２３ａ外周に配した固定子ガス通路３８、圧縮機構部１６の外周に配した圧縮機構部切り欠きを通って密閉容器１１の上部に到達し、吐出管４０から密閉容器１１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２１内のオイルはポンプ２６によりクランクシャフト１２を軸方向に貫通している給油通路２７を通じて旋回軸受部空間２９に供給される。供給されたオイルは２系統に分岐され、１系統は旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑し、主軸部１２ｂと主軸受４１を潤滑した後、主軸受部材１３の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２１に回収される。

もう１系統は、旋回軸受部空間２９と背圧室２８との差圧により給油経路３０を通って背圧室２８に導かれる。背圧室２８に導かれたオイルは背圧制御通路３２を通り、閉じ込み完了後の第２圧縮室Ｂに給油され、背圧室２８の圧力は第２圧縮室Ｂの圧力により制御される。

ここで、本実施の形態では、第１及び第２圧縮室Ａ，Ｂのうち給油は第２圧縮室Ｂのみに行われ、第２圧縮室Ｂに供給されたオイルにより、旋回スクロール１５のラップ先端隙間を通じて漏れる圧力の高い第２圧縮室Ｂから圧力の低い第１圧縮室Ａへの漏れや、第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間の漏れを抑えることができる。また、旋回スクロール１５の基礎円半径を固定スクロール１４の基礎円半径より大きくしているので、ラップの外周側にいくほど第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなり、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

以上のように本実施の形態においては、第１及び第２圧縮室Ａ，Ｂのうち給油は第２圧縮室Ｂのみに行われ、第２圧縮室Ｂに供給されたオイルにより、旋回スクロール１５のラップ先端隙間を通じて漏れる圧力の高い第２圧縮室Ｂから圧力の低い第１圧縮室Ａへの漏れや、第２圧縮室Ｂを形成する両スクロールのラップ壁面隙間の漏れを抑えることができる。また、旋回スクロール１５の基礎円半径を固定スクロール１４の基礎円半径より大きくしているので、ラップの外周側にいくほど第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が小さくなると共に、第１圧縮室Ａを形成する両スクロールのラップ壁面隙間が大きくなるため、閉じ込み点でのシール性が向上し、体積効率を向上することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、総給油量を抑えつつ、シール性を向上することができるため、圧縮室の漏れによる性能低下を抑えることが可能となるので、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機やヒートポンプ式給湯機として、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

１１ 密閉容器
１２ クランクシャフト
１２ａ 旋回軸部
１２ｂ 主軸部
１３ 主軸受部材
１４ 固定スクロール
１５ 旋回スクロール
１５ａ 鏡板
１６ 圧縮機構
１７ 自転防止機構
１８ 旋回軸受
１９ 吸入室
２０ 吸入パイプ
２１ オイル溜まり
２２ 副軸受部材
２３ 電動機
２３ａ 固定子
２３ｂ 回転子
２４ ピン
２５ａ、２５ｂ バランスウェイト
２６ ポンプ
２７ 給油通路
２８ 背圧室
２９ 旋回軸受部空間
３０ 給油経路
３１ シール材
３２ 背圧制御通路
３３ 吐出孔
３４ 吐出バルブ
３５ 容器内吐出室
３６ 吐出ガス通路
３７ 回転子ガス通路
３８ 固定子ガス通路
３９ 圧縮機構部切り欠き
４０ 吐出管
４１ 主軸受

Claims (5)

1. 鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールにより、前記旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１圧縮室と前記旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２圧縮室とを形成するスクロール圧縮機において、第１圧縮室及び第２圧縮室のいずれか一方への給油量をいずれか他方への給油量より多くし、給油量の少ない方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離を、給油量の多い方の圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離より小さくしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記第１圧縮室への給油量を前記第２圧縮室への給油量より多くし、前記第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離を、前記第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離より小さくした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. 前記第２圧縮室への給油量を前記第１圧縮室への給油量より多くし、前記第１圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離を、前記第２圧縮室を形成する両スクロールのラップ壁面が最も近接したときの距離より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記旋回スクロールの基礎円半径を前記固定スクロールの基礎円半径より小さくしたことを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記旋回スクロールの基礎円半径を前記固定スクロールの基礎円半径より大きくしたことを特徴とする請求項３に記載のスクロール圧縮機。