JP5348003B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機器等に使用される圧縮機で、特に自然冷媒等を用いる場合における圧縮室内部に高差圧が存在し、漏れ隙間を低減することにより高効率を可能とするスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機としては、鏡板に渦巻き状のスクロールラップを直立形成した固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて円弧状の圧縮室を形成し、旋回スクロールを固定スクロールに対して自転を拘束した状態で旋回運動させることによって、圧縮室を外周側から内周に向かって移動させながら容積を減じることで、圧縮動作を行わせるものがある。

このスクロール圧縮機は旋回スクロールと固定スクロールとの噛み合わせ部から圧縮ガスが漏洩して効率低下の原因となるという問題点を有しており、従来から様々な対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は前記特許文献１に記載された従来の密閉型スクロール圧縮機を示すものである。

図７において２は固定スクロール部品、４ａは旋回スクロール部品であり、前記固定スクロールラップ底面と前記旋回スクロールラップ上面に微小な隙間を設け、圧縮機潤滑油による油膜により、洩れ損失を低減させている。

特開平６−２８８３６１号公報

しかしながら、近年の環境保護の観点より自然冷媒Ｒ７４４を用いたスクロール圧縮機が要望されている。その冷媒の特性上圧縮室内部は従来よりも高い差圧状態が存在しており、微小な隙間であっても洩れ損失が大きくなり効率が大きく低下してしまうため、固定スクロールと旋回スクロールの密着性を向上させることで隙間を最小化しているが、高圧であることや自然冷媒の特性上、潤滑油膜が保持できない場合が存在するため、旋回スクロールに表面処理を用いることで耐久性を確保しつつ漏れを微小化している。

固定スクロールと旋回スクロールを構成する材料の熱膨張率が異なる場合には多種多様な運転条件を考慮すると金属接触の可能性があり、特に旋回スクロールラップ上面については表面処理を残したままであると接触した場合の摩擦力が逆に増大してしまい、性能、耐久性の面を考慮すると旋回スクロールのラップ上面のみは除去することが望ましい。また、表面処理工程を考慮すると、一旦処理を施した後に再度加工により剥離する方法が望ましい。

しかし、硬質な表面層を剥離するために平面度等の精度を維持することが困難となり、一方では圧縮機構部径方向の漏れを極小化するためには圧縮開始工程の直前に十分なシール性を確保できるような潤滑油を供給する方法が必要である。

特に自然冷媒を用い且つ潤滑油が高圧雰囲気中に存在する高圧型密閉圧縮機においては
供給量により、圧縮機の効率・耐久性面に大きく影響を与えてしまうため、旋回スクロールのラップ上面に給油経路を設ける場合にはより高精度の寸法管理が求められる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給油孔を圧縮開始前のラップ上面の終端部に設ける構成の圧縮機における給油経路の高精度化工を目的としたものであり、最適な給油量を設定することが可能となり、圧縮機の効率を向上させつつ、耐久性を確保できる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、前記旋回スクロールの圧縮開始前に存在するラップ終端部の上面に終端部からスロープ形状による微小な隙間によって給油量を調整する給油通路を設ける構成とし、より高精度が求められる給油経路近傍の寸法精度を高めるために問題となる表面処理の剥離加工を行う際の工具のビビリなどにより数μｍのうねりが発生しても許容できるように斜度の異なる２段階以上に構成する。

本構成によって、ラップ上面の表面処理を剥離加工する場合に給油量を決定する隙間寸法の要精度部分の高精度加工が可能となり、圧縮機の効率を向上させると共に、耐久性も向上させることができる。

本発明のスクロール圧縮機は圧縮室に供給する潤滑油を安定的に供給することが可能となり、洩れを低減させ圧縮機の効率を向上させると共に、耐久性も向上させることができる。

本発明の実施の形態１を示すスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１を示す旋回スクロール部品斜視図 本発明の実施の形態１を示す旋回スクロール部品側面図 本発明の実施の形態２を示す旋回スクロール部品図 本発明の実施の形態２を示す旋回スクロール部品平面図 本発明の実施の形態２を示す旋回スクロール部品斜視図 従来のスクロール圧縮機を示す断面図

第１の発明は、自然冷媒Ｒ７４４向けで圧縮室内部に高差圧が発生するため、耐久性の観点から前記旋回スクロールに表面処理を行っており、且つ前記旋回スクロールのラップ上面にシール材を設けずに前記旋回スクロールのラップ上面と前記固定スクロールのラップ底面の間に生ずる漏れ隙間を選択組み合わせ寸法と潤滑油膜のみにより軽減させ、且つ前記旋回スクロールと前記固定スクロールを異材料により構成し、且つ前記旋回スクロール部品の熱膨張率が大きい場合において、前記旋回スクロールラップ上面と前記固定スクロールラップ底面が異常な状態で接触した場合においても焼きつきが発生しないように、前記旋回スクロールのラップ上面に施した表面処理を剥離加工により除去するスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロール部品のラップ上面の終端部に潤滑油の給油経路を設け、且つ前記給油経路を２段階以上の傾斜を持つスロープ形状とすることで給油量を決定する隙間寸法を満足する高精度加工を実現し、最適な給油量を設定することが可能となり、圧縮機の効率を向上させつつ、耐久性を確保できる。

第２の発明は特に第１の発明の剥離加工を行う工具径よりも前記給油経路の前記ラップ終端部のスロープ長を長く設定することにより、給油量を決定する隙間寸法を満足する高精度加工を実現可能となり、最適な給油量を設定することが可能となり、圧縮機の効率を
向上させつつ、耐久性を確保できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の離加工を行う工具をバネにより支持することにより、給油量を決定する隙間寸法を満足する高精度加工を実現可能となり、最適な給油量を設定することが可能となり、圧縮機の効率を向上させつつ、耐久性を確保できる。

第４の発明は、特に、第１から第３の発明において前期給油経路のラップ上面に設けた開口部がラップ厚みの大半を占め、加工上の面圧が上昇しやすいため精度確保が困難な構成にあっても給油量を決定する隙間寸法を満足する高精度加工を実現可能となり、最適な給油量を設定することが可能となり、圧縮機の効率を向上させつつ、耐久性を確保できる。

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はスクロール圧縮機断面図である。吸入管１より吸い込まれた冷媒ガスは、固定スクロール部品２の吸入室３を経て、旋回スクロール部品４とかみ合わさって形成される圧縮室５に閉じ込められ、中心に向かって容積を減少させながら圧縮され吐出ポート６より吐出される。自然冷媒を用いる圧縮機においては容積減少に伴う圧力上昇が非常に大きく、最高到達圧力は１４Ｍｐａにもなるため、旋回スクロール部品４と固定スクロール部品２との組み合わせによる設定隙間が従来の圧縮機と同等であれば、中心部からの漏れが発生し、従来よりも大きな効率低下を招くため、隙間設定をより微小化させている。

例えば熱膨張率の異なる材料により旋回スクロール部品４と固定スクロール部品２が形成されている場合、多種多様な運転条件により、金属接触が想定されるため、旋回スクロール部品４に表面処理を施しているが、旋回スクロール部品４のラップ上面については異常運転の際に設定した隙間では許容できないような変形や熱膨張により固定スクロール２のラップ底面に金属接触した場合には表面処理を施したままであれば逆に摺動摩擦が増加し、耐久性や効率に不具合を生じる可能性があるため、処理後の工程で剥離加工を施す。

潤滑油はクランクシャフト８により回転運動を与えられるトロコイドポンプ７により圧縮機下部から吸い上げられ、クランクシャフト８内部にある潤滑油供給用の穴９を通り旋回スクロール部品４の偏心軸受内部空間１０へと導かれる。

ここから、給油経路が二方向に分かれ、一方は旋回スクロール部品４の鏡板背面に設けられた絞り部１１を経由して固定スクロール部品２と軸受１２に囲まれて形成される背圧室１３へと導かれる。

この背圧室１３の潤滑油は再び旋回スクロール部品４に設けられた背圧調整用穴１４へ導かれ、背圧調整用穴１４が固定スクロール部品２に設けられた背圧調整用窪み１５と連通する際に圧縮室へと流入する。そのため背圧室１３の圧力は背圧調整用穴１４が連通する圧縮室の圧力となり、運転条件の圧縮比により動的に変化する。

図２は旋回スクロールの終端部に設けるもう一方の給油経路についての斜視図、図３は同側面図である。旋回スクロール部品４のラップ終端部に給油経路１６が設けられ、、潤滑油は圧縮開始前の吸入室３へと供給され、旋回運動とともに圧縮室５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。

この給油量については旋回スクロール部品４のラップ上面と固定スクロール部品２のラップ底面に設定する微小な隙間寸法と給油経路１６の開口部１７が存在するラップ終端部に設けたスロープ１８の量によって規定される隙間により決定される。

このスロープ１８の形状を高精度に加工することによりバラつきの少ない隙間定義が可能となり、圧縮室５の油膜形成が安定化することにより漏れ隙間の低減が図れ、圧縮機の効率向上を図れると共に、摺動による摩耗、カジリ、焼き付き等を防止することができるが、ラップ終端部から加工具がアプローチする場合に発生するビビリなどによりうねり等が発生する可能性があり、そのうねりを許容できるような斜度を持つスロープ部１８ｂを設けることにより開口部１７を設けるスロープ部１８ａの精度を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
図４に示すような剥離加工に用いられる円筒状の研削工具１９はバネ１９ｂによって加工する面に対しての面圧を一定に保ちつつ高精度研削加工を実現することが可能であり、ビビリ等も数μｍに低減することが可能となるが、特に旋回スクロール部品４のラップ上面に、図５、図６に示すような開口部１７を設けてある場合、極端な面圧の変化が発生するため、加工アプローチの設定により精度を確保する必要があり、工具がラップ上面の加工部に完全に接触し面圧が安定した後に開口部１７周辺に工具が到達するよう、スロープ１８に設けた予備スロープ部１８ｂ長さを研削工具径１９ａよりも長くすることにより、開口部１７を設けるスロープ部１８ａの精度を向上させることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる密閉型スクロール圧縮機は、従来の圧縮機に対してより高精度の加工部品の組み合わせによる組立て隙間の安定化と給油量の安定化を図ることが可能となり、高性能化を実現しつつ、旋回スクロールおよび固定スクロールの耐久性を損なうことのない圧縮機を提供することができる。

１ 吸入管
２ 固定スクロール部品
３ 吸入室
４ 旋回スクロール部品
５ 圧縮室
６ 吐出ポート
７ トロコイドポンプ
８ クランクシャフト
９ 内部の穴
１０ 偏心軸受け内部空間
１１ 絞り部
１２ 軸受
１３ 背圧室
１４ 背圧調整用穴
１５ 背圧調整用窪み
１６ 給油経路
１７ ラップ上面給油開口部
１８ 給油用終端部スロープ
１８ａ スロープ要精度部
１８ｂ 加工アプローチ用スロープ
１９ 剥離加工用研削工具
１９ａ 研削工具径
１９ｂ 研削工具保持用バネ

Claims (3)

1. 旋回スクロールと固定スクロールとを備え、自然冷媒Ｒ７４４向けで圧縮室内部に高差圧が発生するスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールに表面処理を行っており、且つ前記旋回スクロールのラップ上面にシール材を設けず、且つ前記旋回スクロールと前記固定スクロールを異材料により構成し、前記旋回スクロールのラップ上面に施した表面処理を剥離加工により除去して形成されているスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールのラップ上面の終端部に潤滑油の給油経路となる開口部を設け、且つ開口部が設けられる終端部に２段階以上の傾斜を持つスロープ形状を設けているスクロール圧縮機。
2. 前記給油経路の前記ラップ終端部のスロープ長は、前記剥離加工を行う工具径よりも長く形成されている請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記剥離加工を行う工具はバネにより支持されている請求項２に記載のスクロール圧縮機。