JP5984377B2 - スクロール型圧縮機 - Google Patents
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Description
図9に示すように、固定スクロール110の端板111の一側面には対をなす第1バイパスポート112a,112bが設けてある。また、固定スクロール110の端板111の一側面であって、第1バイパスポート112a,112bの位置よりもラップ114の外終端側に、対をなす第2バイパスポート113a,113bが設けてある。
以上の固定スクロール110及び旋回スクロール120を備えるスクロール型圧縮機は、旋回スクロール120の公転旋回運動に伴い外終端から中心部に向け圧縮室の移動途中において、第1バイパスポート112a,112bおよび第2バイパスポート113a,113bは、端板11の一側面に向く開口部分からラップ122の端縁123が外れ、かつ、端板111の他側面に向く開口部分での弁が開動作にあるとき、圧縮室と吸入室とを連通する。また、第1バイパスポート112a,112bは、弁が閉動作にあるとき圧縮室と吸入室とを分離する。この結果、必要に応じて弁を開状態にすれば、第1バイパスポート112a,112bおよび第2バイパスポート113a,113bの一側面に向く開口部分が開放している圧縮室で圧縮が行われないので、圧縮容積を小さくして旋回スクロール120を駆動する駆動源の負担を軽減することが可能になる。このように、第1バイパスポート112a,112bおよび第2バイパスポート113a,113bを通じて、圧縮室の容量制御を行うことができる。
ラップに亀裂が入り、ラップを破損させるおそれがある。
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、応力集中を抑制することで、バイパスポートを基点とするラップの破損を回避できるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。
本発明のスクロール型圧縮機は、円板状の旋回側端板に渦巻き状の旋回側ラップが形成された旋回スクロールと、円板状の固定側端板に渦巻き状の固定側ラップが形成され、かつ、前記圧縮室を外部に連通可能にするバイパスポートが固定側端板に設けられた固定スクロールと、を備え、旋回側ラップと固定側ラップが噛合うことで冷媒を圧縮する圧縮室を形成するものである。
そして本発明のスクロール型圧縮機は、固定スクロールの固定側ラップ、及び、前記旋回スクロールの旋回側ラップのなくとも固定側ラップに、バイパスポートに対応する領域に、他の領域より減肉された控えを形成し、固定側ラップに形成される控えは、固定側ラップの先端から、固定側ラップの歯丈の80%以下の範囲に形成されることを特徴とする。
そしてこの場合、控えは、第1バイパスポートから第2バイパスポートに向けて、その控え量を減少させることができる。
同様に、固定側ラップに形成される控えは、固定側ラップの先端から、固定側ラップの歯丈の80%以下の範囲に形成されることが好ましい。旋回側ラップに形成される控えは、旋回側ラップの歯丈の全域に形成するのが好ましい。
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に示すように、縦型の圧縮機10は、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側に固定された固定スクロール30と、を備える。なお、本実施形態においては、圧縮機10を、空気調和用の冷凍サイクルシステムに用いる場合を例に挙げる。
このような圧縮機10においては、ハウジング11の側面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(流体)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室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の上端に設けられた冷媒吐出ポートP2から吐出される。
一方、固定スクロール30は、図1及び図2に示すように、旋回スクロール20に対向する端板31の一側面には、旋回スクロール20のラップ22に対向して噛み合う渦巻き状のラップ32が形成されている。ラップ32の内周面IS及び外周面OSもまたインボリュート曲線に沿って形成される。
旋回スクロール20、固定スクロール30は、通常、鉄合金あるいはアルミニウム合金を鋳造してスクロール中間体を得た後に、切削加工を施すことにより、必要な最終形状が得られる。
なお、旋回スクロール20のラップ22、固定スクロール30のラップ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、樹脂系材料等からなるチップシールが設けられている(図示は省略)。
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25との間のドライブブッシュ24等に供給するための潤滑油流路12aが形成されている。
第1バイパスポート33aは、ラップ32の外周面OSに沿って設けられており、第1バイパスポート33bは、ラップ32の内周面ISに沿って設けられている。なお、ラップ32の外周面OSに沿って設けられていることを、以下、ラップ32の背側に設けられている、ということがあるとともに、ラップ32の内周面ISに沿って設けられていることを、以下、ラップ32の腹側に設けられている、ということがある。
図2に示すように、控え35は、第1バイパスポート33aが形成された領域に対応してラップ32に設けられている。同様に、第2バイパスポート34aが形成された領域に対応してラップ32に設けられている。控え35,36は、それが設けられている領域において、旋回スクロール20が公転旋回運動する過程で、ラップ32が旋回スクロール20のラップ22と接触するのを避けるために設けられる。そのために、控え35,36はラップ22の外周面OSから内周面ISに向けて後退することで、ラップ22の他の部位よりも減肉されている。なお、図2(b)は理解を容易にするために、旋回スクロール20と固定スクロール30を離して示している。
旋回スクロール20が公転旋回運動する過程で、固定スクロール30のラップ32がラップ22と所定の噛合い開始位置から噛合いを開始する。しかし、ラップ22に控え35,36が設けられているので、控え35,36が設けられている領域では、ラップ22とラップ32は接触しないか、接触したとしても相互に負荷される荷重は小さい。したがって、第1バイパスポート33a及び第2バイパスポート34aが設けられているラップ32の歯元に作用する応力を低減できるから、ラップ32が当該歯元、特に第1バイパスポート33a及び第2バイパスポート34aを起点として亀裂が生ずるのを防ぐことができる。
控え35は、例えばラップ22の外周面OSを切削工具で加工する過程で、切り込み深さを他の部分に比べて大きくすることで容易に形成することができる。
図3は、圧縮機10を駆動させたときの、ラップ32の周方向の位置(deg)とラップ32の歯元に作用する応力に対する安全率fとを対応して示すグラフである。なお、控え35,36は設けていない。また、図3は第2バイパスポート34aの周囲を示している。
このグラフより、2つの第2バイパスポート34aの中間地点M1を中心にして±35°の範囲で安全率fが概ね1を下回ることが判る。
以上の結果に基づいて、控え36は、2つの第2バイパスポート34aの中間地点M1を中心として、ラップ32の周方向に±35°(合計で70°)の範囲に設けることが推奨される。
なお、第1バイパスポート33aに対応する領域についても安全率fは同様の傾向を示すので、2つの第1バイパスポート33aの中間地点M2を中心にして、ラップ32の周方向に±35°の範囲に控え35設けることが推奨される。
控え35,36は、少なからずとも冷媒の漏洩の原因になる。したがって、控え35,36は、第1バイパスポート33a,第2バイパスポート34aに対応する歯元への応力集中を避けるのに必要な範囲に限定して設けることが推奨される。
図4は、ラップ32の先端(歯先)から距離L1の位置Pに任意の荷重を負荷したときの、位置Pと安全率fとを対比して示すグラフである。なお、また、位置PはL1/L(%)で示してあり、Lはラップ32の歯元から先端(歯先)までの長さ、つまり歯丈である。
ただし、控え35を形成する領域は、ラップ32の厚さを含め、圧縮機10の仕様に基づいて、適宜設定することが必要である。
他の領域よりも控え35が減肉される量(控え量)は、ラップ32とラップ22の接触を避けるのに足りる量とすることが要求される。加工精度をも考慮すると、控え量は10μm以上とすることが望ましい。一方、控え量が40μmを超えると旋回スクロール20と固定スクロール30の間の気密性が低下して冷媒が漏洩することで、圧縮機10の効率を低下させる懸念がある。好ましい控え量は、15〜35μmである。もっとも、控え量は旋回スクロール20、固定スクロール30の寸法、形状などの仕様に影響されるので、上述した範囲から最適な値を個別に設定すべきである。なお前述したように、ラップ22の内周面IS及び外周面OSはインボリュート曲線に沿って形成されるが、控え35の部分はインボリュート曲線に沿って形成される必要はない。
控え量は、加工上の観点から、典型的には高さ方向で一定にするが、例えば、歯先側を大きくするというように、控え量を高さ方向の位置に応じて変動させてもよい。
また、第1バイパスポート33a又は第2バイパスポート34aが1つの場合には、中間地点
第1実施形態は、第1バイパスポート33aに対応する控え35と第2バイパスポート34aに対応する控え36とを個別に設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図5に示すように、第1バイパスポート33aから第2バイパスポート34aにかけて連続的にラップ32に控え37を設けることができる。このように控え37を一括して設けても、第1実施形態と同様に、ラップ32の歯元への応力集中を避けることができる。
控え37を設ける周方向の範囲は、第1バイパスポート33aから第2バイパスポート34aを越えて設けることができる。つまり、第1実施形態にて説明したように、2つの第1バイパスポート33aが設けられる範囲を越えて、中間地点Mを中心にして±35°の範囲で控え35を設けるのを推奨したことを第2実施形態に適用することができる。したがって、外終端OTに近い側の第2バイパスポート34aを例えば10°程度超える範囲まで控え37を設けることが好ましい。内終端ITに近い側の第1バイパスポート33aについても同様である。
図6の例によると、応力集中の影響を最も受ける第1バイパスポート33aに対応する領域の控え量を大きくすることで、第1バイパスポート33aを基点とする亀裂の発生を防止するとともに、その他の領域の控え量を小さくすることで、冷媒の漏洩による圧縮機10の効率低下を抑制することができる。
なお、図6の例は、控え量を比例的に減少させているが、減少の仕方は任意であり、例えば、段階的に減少させてもよいし、二次曲線的に減少させてもよい。
図7に示すように、等価控え量が大きくなると、圧縮機10の効率が低下する。しかし、吐出冷媒量に対するそれに含まれる潤滑油量の割合である油循環率を微小量、例えば0.5〜1.0%だけ高くすることで、控えを設けることによる効率の落ち込みを十分に補うことができる。なお、図6に示した控え量を周方向で変動させた例は、図7の「控え量変動」に相当する。
第1、第2実施形態は、第1バイパスポート33a(または第2バイパスポート34a)に起因するラップ32の損傷を抑制するために、ラップ32に控えを設ける例を示した。しかし、本発明は、図8に示すように、旋回スクロール20のラップ22に控え38を設けることで、ラップ32の損傷を抑制する効果を同様に得ることができる。ラップ32の歯元に生ずる応力集中は、ラップ32とラップ22の接触に基づくものだからである。
なお、固定スクロール30のラップ32と旋回スクロール20のラップ22の両者に控えを設けることを本発明は排除するものでない。
また、本発明が適用されるスクロール型圧縮機の具体的な構成は問わず、固定スクロールにバイパスポートが形成されるスクロール型圧縮機に広く適用することができる。
以上以外にも、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。
11 ハウジング
12 主軸
12a 潤滑油流路
13,14 軸受
15 固定子
16 回転子
17 モータ
18 ボス
20 旋回スクロール
21 端板
22 ラップ
24 ドライブブッシュ
25 凹部
30 固定スクロール
31 端板
32 ラップ
33a,33b 第1バイパスポート
34a,34b 第2バイパスポート
35,36,37,38 控え
39 上部カバー
40 リード弁
50 圧縮室
IS 内周面
OS 外周面
P1 冷媒導入ポート
P2 冷媒吐出ポート
Claims (5)
- 円板状の旋回側端板に渦巻き状の旋回側ラップが形成された旋回スクロールと、
円板状の固定側端板に渦巻き状の固定側ラップが形成され、前記固定側端板に、前記圧縮室を外部に連通可能にするバイパスポートが設けられた固定スクロールと、を備え、前記旋回側ラップと前記固定側ラップが噛合うことで冷媒を圧縮する圧縮室を形成するスクロール型圧縮機であって、
前記固定スクロールの前記固定側ラップ、及び、前記旋回スクロールの前記旋回側ラップの少なくとも前記固定側ラップに、
前記バイパスポートに対応する領域に、他の領域より減肉された控えが形成され、
前記固定側ラップに形成される前記控えは、
前記固定側ラップの先端から、前記固定側ラップの歯丈の80%以下の範囲に形成される、
ことを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 前記バイパスポートが、
前記固定側ラップの外終端に近い側に形成される第1バイパスポートと、前記第1バイパスポートよりも前記固定側ラップの内終端に近い側に形成される第2バイパスポートとを備え、
前記固定側控えは、
前記第1バイパスポートに対応する領域から前記第2バイパスポートに対応する領域にかけて連続的に形成される、
請求項1に記載のスクロール型圧縮機。 - 前記固定側控えは、前記第1バイパスポートから前記第2バイパスポートに向けて、控え量が減少される、
請求項2に記載のスクロール型圧縮機。 - 前記控えは、
前記バイパスポートの中心を基準にして、位置角が±35°の範囲内で、前記固定側ラップ又は前記旋回スクロールの周方向に沿って形成され、かつ、
控え量が10〜40μm、である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。 - 前記旋回側ラップに形成される前記控えは、
前記旋回側ラップの歯丈の全域に形成される、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。
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