JP5916419B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機等に用いられるスクロール圧縮機に関する。

空気調和機等に用いられるスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを備える。固定スクロール、旋回スクロールは、それぞれ円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップ壁が一体に形成されたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールを、ラップ壁を噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させる。そして、双方のラップ壁の間に形成される圧縮空間を外周側から内周側に移動させつつその容積を減少させることで、圧縮空間内の流体の圧縮を行う。

このようなスクロール圧縮機において、作動時の騒音を抑えることが望まれている。そこで、冷媒ガスを圧縮空間から吐出する際の脈動に起因する騒音を低減するため、固定スクロールの端板の表面に有底穴を形成することが行われていた（例えば、特許文献１参照。）。この技術においては、有底穴の深さ寸法を騒音ピーク周波数の波長に対応した値とすることで、発生する騒音を有効に低減しようとしている。

特開２０１１−４７３８３号公報

ところで、本発明者らの検討によれば、Ｒ４１０等の冷媒を使用する際、吐出脈動の、例えば４〜５ｋＨｚといった周波数成分の騒音が発生する。これは、吐出時に、圧縮空間に開口した吐出孔が開くときの、圧縮空間に連通する空間の容積によって決まる音響固有値である。
このように、４〜５ｋＨｚというように幅（帯域）を持った周波数成分の騒音を低減しようとしても、上記従来の技術においては、前述したように、有底穴の深さ寸法が騒音ピーク周波数の波長に対応した値であるため、特定周波数（騒音ピーク周波数）の騒音しか低減することができない。

これに対し、特許文献１に記載の技術では、それぞれ深さ寸法の異なる複数の有底穴を形成することで、複数の周波数の騒音を低減することが記載されている。しかし、有底穴は、吐出時に吐出孔に連通する圧縮空間内に形成する必要があり、有底穴設置エリアが限られている。したがって、幅を持った周波数の騒音を有効に低減するのは困難であるといわざるを得ない。また、この場合も、騒音を低減できるのは、それぞれの有底穴の深さに応じた周波数の騒音であり、低減できるのは断続的な周波数の騒音となる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、吐出時の騒音を、より有効に低減することのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明のスクロール圧縮機は、外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結され、円板状の旋回側端板に渦巻き状の旋回スクロール側ラップ壁が形成された旋回スクロールと、ハウジングに固定され、円板状の固定側端板に旋回スクロール側ラップ壁に対向する渦巻き状の固定スクロール側ラップ壁が形成されて、旋回スクロールと対向することで、旋回側端板、旋回スクロール側ラップ壁、固定側端板、固定スクロール側ラップ壁に囲まれて冷媒を圧縮する圧縮空間を形成する固定スクロールと、固定スクロールの固定側端板の中央部に形成された吐出孔と、固定側端板において旋回スクロール側ラップ壁に対向する側の表面に、当該表面に沿う方向に連続して形成され、旋回スクロールの旋回動作によって圧縮空間が吐出孔に連通するときのスクロール側ラップ壁の先端面に対向する位置に形成された溝と、を備え、旋回スクロールの旋回動作にともない、旋回スクロール側ラップ壁が溝を覆う面積の漸次変化に応じて、溝と旋回スクロール側ラップ壁の先端面とに囲まれた筒状空間の、固定側端板の表面に沿った方向にその長さが変化することを特徴とする。
このように、旋回スクロールの旋回動作にともなって、溝とスクロール側ラップ壁の先端面とに囲まれた筒状空間が、固定側端板の表面に沿った方向にその長さが変化することによって、幅を有した周波数帯域の騒音を吸収することができる。

本発明によれば、溝とスクロール側ラップ壁の先端面とに囲まれた筒状空間の固定側端板の表面に沿った方向の長さが可変することで、吐出時の騒音を、より有効に低減することができる。

本実施の形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す図である。 固定スクロールと旋回スクロールのかみ合い状態を示す図であって、主軸に沿った面における断面図である。 固定スクロールと旋回スクロールのかみ合い状態を示す図であって、固定スクロールの端板に形成された溝を示す要部断面図である。 図３に示した旋回スクロールがさらに旋回した状態を示す図である。 図４に示した旋回スクロールがさらに旋回した状態を示す図である。 図５に示した旋回スクロールがさらに旋回した状態を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における圧縮機の構成を説明するための断面図である。
この図１に示すように、圧縮機１０は、縦型のスクロール型で、ハウジング１１内に、主軸１２と、主軸１２とともに回転する旋回スクロール２０と、ハウジング１１に固定された固定スクロール３０と、を備える。
このような圧縮機１０においては、ハウジング１１の一端側に形成された冷媒導入ポートＰ１からハウジング１１内に冷媒が導入され、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に形成された圧縮空間において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング１１の他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

旋回スクロール２０は、円板状の端板（旋回側端板）２１に、渦巻き状で所定の高さを有したラップ壁（旋回スクロール側ラップ壁）２２が一体に形成されている。
一方、固定スクロール３０は、旋回スクロール２０に対向する端板（固定側端板）３１には、旋回スクロール２０のラップ壁２２に対向して噛み合う渦巻き状のラップ壁（固定スクロール側ラップ壁）３２が形成されている。

このようにして、旋回スクロール２０と固定スクロール３０は、ラップ壁２２とラップ壁３２を互いに組み合わせている。これにより、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に、圧縮空間５０を形成している。
これにより、旋回スクロール２０、固定スクロール３０の外周側から圧縮空間５０に導入された冷媒は、固定スクロール３０に対する旋回スクロール２０の公転により、外周側から内周側に順次送られて圧縮される。圧縮空間５０で圧縮された冷媒は、固定スクロール３０に形成された吐出孔３７、吐出孔３７に設けられたリード弁３８、固定スクロール３０を覆うように設けられた上部カバー３９に設けられたリード弁４０を介し、ハウジング１１の他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

主軸１２は、その両端部が、ハウジング１１に軸受１３、１４を介して回転自在に支持されている。主軸１２は、ハウジング１１内面に固定された固定子１５と、主軸１２の外周面に固定され、固定子１５と対向する回転子１６とからなるモータ１７によって回転駆動される。なお、主軸１２は、一端をハウジング１１を貫通して外部に突出させ、エンジンや外部に設けられたモータ等の図示しない駆動源が主軸１２の一端に連結されることで回転駆動される構成とすることもできる。

主軸１２の他端部には、主軸１２の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、ボス１８が突出形成されている。旋回スクロール２０の主軸１２側には、ボス１８を収容する凹部２３が形成されている。ボス１８が、凹部２３にドライブブッシュ（軸受）２４を介して挿入されることで、このボス１８に、旋回スクロール２０が回転自在に保持されている。これにより、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対し、予め定められた寸法だけ偏心して設けられ、主軸１２がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対して偏心した寸法を半径とした回転（公転）を行う。なお、旋回スクロール２０が公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール２０と主軸１２との間には、オルダムリング（図示無し）が介在している。
また、主軸１２には、ハウジング１１の底部のオイル溜りから吸い上げた潤滑油を主軸１２の上端部から主軸１２と凹部２３との間のドライブブッシュ２４に供給するための潤滑油流路１２ａが形成されている。

ここで、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に形成される圧縮空間５０の断面積が、外周側から内周側に向けて漸次縮小する度合いを高めるため、旋回スクロール２０の端板２１の両面側において、旋回スクロール２０と固定スクロール３０のラップ高さが外周側から内周側に向けて漸次縮小するようにすることもできる。
これには、図２に示すように、旋回スクロール２０の端板２１は、外周部２１Ａの厚さに対し内周部２１Ｂの厚さが大きくなるように形成されている。一方、固定スクロール３０の端板３１は、外周部３１Ａの厚さに対し内周部３１Ｂの厚さが大きくなるように形成されている。これに伴い、旋回スクロール２０のラップ壁２２、固定スクロール３０のラップ壁３２の高さは、外周側から内周側に漸次縮小されるように形成されている。このようにして、旋回スクロール２０と固定スクロール３０のラップ高さは、固定スクロール３０の外周側から内周側に向けて段階的に（階段状に）低くなっている。

ここで、旋回スクロール２０のラップ壁２２、固定スクロール３０のラップ壁３２において、固定スクロール３０の端板３１、旋回スクロール２０の端板２１と対向する先端部には、シール性を高めるため、セラミック系材料等からなるチップシール２８、３８が設けられている。

さて、図３に示すように、固定スクロール３０の端板３１には、固定スクロール３０と旋回スクロール２０との間に形成される圧縮空間５０が、端板３１の中央部に形成された吐出孔３７に連通する位置となったときに、旋回スクロール２０のラップ壁２２の先端部と、少なくとも一部が重なる溝６０が形成されている。
この溝６０は、固定スクロール３０の端板３１に対する旋回スクロール２０の旋回動作によりラップ壁２２が旋回移動したときに、ラップ壁２２が溝６０を覆う面積が漸次変化するよう、端板３１上に、周方向に連続して形成されている。なお、溝６０は、図３に示したように、複数個を形成しても良いし、一つのみでも良い。また、溝６０は、円弧状に形成したが、これを直線状等、他の形状としても良い。

このような構成によれば、図４〜図７に示すように、圧縮空間５０が吐出孔３７に連通して冷媒ガスが吐出されるときに、旋回スクロール２０のラップ壁２２の先端部と溝６０とに囲まれた筒状空間７０が形成される。そして、ラップ壁２２が溝６０を覆う面積が変化するにともなって、端板３１の表面に沿った方向における筒状空間７０の長さＬが変化する。
これにより、圧縮空間５０から吐出されるときに、筒状空間７０の長さＬの変化にともなって、筒状空間７０で消音できる騒音の波長が変化するため、この範囲内において、幅（帯域）を持った周波数成分の騒音を低減することができる。
しかも、溝６０は、端板３１の表面に沿って連続するよう形成されているため、その長さを調整することにより、様々な周波数帯域の騒音低減に対応することができる。これに対し、端板３１に直交する方向の有底穴の場合、端板３１の厚さにより、その長さに上限が存在する。

上述したように、端板３１の表面に沿って連続するよう形成した溝６０と、この溝６０に対向する旋回スクロール２０のラップ壁２２とにより、圧縮空間５０が吐出孔３７に連通するときに、筒状空間７０の長さが可変する。これにより、低減する騒音の周波数に応じて溝６０を複数形成する必要なく、幅を有した周波数帯域の騒音を有効に低減することができる。

なお、上記実施の形態では、圧縮機１０の全体構成を例示したが、本発明の主旨の範囲内であれば、各部をいかなる構成としても良い。例えば、旋回スクロール２０、固定スクロール３０を、端板２１、３１の厚さが外周部と内周部とで異なる構成としたが、端板２１、３１の厚さが一定な構成であっても、もちろん構わない。
また、溝６０は、湾曲した円弧状をなすようにしたが、これを直線状としたり、さらに他の形状としても良い。
溝６０を、旋回スクロール２０側に形成することも可能ではあるが、その場合、溝６０内に冷媒ガスに含まれる潤滑油が溜まってしまい、所要の機能を果たせない可能性がある。

さらに、圧縮機１０の上部カバー３９に溝６０同様の機能を有する穴８０を形成し、圧縮空間５０が吐出孔３７に連通したときに、圧縮空間５０と吐出孔３７を介して連通する外部空間の体積を大きくすることもできる。また、穴８０は吐出孔３７に向けて開口している。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０ 圧縮機
１１ ハウジング
１２ 主軸
１７ モータ
２０ 旋回スクロール
２１ 端板（旋回側端板）
２１Ａ 外周部
２１Ｂ 内周部
２２ ラップ壁（旋回スクロール側ラップ壁）
３０ 固定スクロール
３１ 端板（固定側端板）
３１Ａ 外周部
３１Ｂ 内周部
３２ ラップ壁（固定スクロール側ラップ壁）
３７ 吐出孔
３９ 上部カバー
５０ 圧縮空間
６０ 溝
７０ 筒状空間
８０ 穴

Claims (1)

1. 外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、
   前記主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結され、円板状の旋回側端
   板に渦巻き状の旋回スクロール側ラップ壁が形成された旋回スクロールと、
   前記ハウジングに固定され、円板状の固定側端板に前記旋回スクロール側ラップ壁に対向する渦巻き状の固定スクロール側ラップ壁が形成されて、前記旋回スクロールと対向することで、前記旋回側端板、前記旋回スクロール側ラップ壁、前記固定側端板、前記固定スクロール側ラップ壁に囲まれて冷媒を圧縮する圧縮空間を形成する固定スクロールと、
   前記固定スクロールの前記固定側端板の中央部に形成された吐出孔と、
   前記固定側端板において、前記旋回スクロール側ラップ壁に対向する側の表面に、当該表面に沿う方向に連続して形成され、前記旋回スクロールの旋回動作によって前記圧縮空間が前記吐出孔に連通するときの前記スクロール側ラップ壁の先端面に対向する位置に形成された溝と、を備え、
   前記旋回スクロールの旋回動作にともない、前記旋回スクロール側ラップ壁が前記溝を覆う面積の漸次変化に応じて、前記溝と前記旋回スクロール側ラップ壁の先端面とに囲まれた筒状空間の、前記固定側端板の表面に沿った方向の長さが変化することを特徴とするスクロール圧縮機。
   

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