JP6008516B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、固定スクロールの中心部位に圧縮された高圧ガスを吐き出す吐出ポートが設けられているスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップが立設されている一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを備えており、両スクロールを噛み合わせることによって形成される圧縮室を、旋回スクロールの公転旋回運動に伴い外周位置から中心側へと容積を減少させながら移動させることにより冷媒ガスを圧縮し、その高圧ガスを固定スクロールの中心部位に設けられている吐出ポートから吐出チャンバーに吐き出すように構成されている。

スクロール圧縮機は、上記したように、旋回スクロールの旋回駆動に伴って圧縮室が順次中心側に移動されつつ容積が減少されて行く構成とされており、吸入締切り時に両スクロールの最外周位置に形成される最大圧縮室容積と、固定スクロールと旋回スクロールの噛み合いが外れる直前の最小圧縮室容積との比で定義される設計容積比（圧力比）を有している。この設計容積比は、大きくした方が損失を小さくできるため、効率を高くすることができる。

設計容積比を大きくするには、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻き状ラップの巻き数を増やす手法を採るのが一般的であるが、それ以外にも、特許文献１に示されているように、吐出ポートを小径化することによって、最小圧縮室容積を可及的に小さくする手法が採用されることがある。

特許第３６２９８３６号公報

しかしながら、上記の如く、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻き状ラップの巻き数を増やすことは、圧縮機を大型化することであり、好ましくない。一方、吐出ポートを小径化することにより、圧縮機を大型化することなく、設計容積比は大きくすることができる。つまり、吐出ポートの小径化により、固定スクロールと旋回スクロールの噛み合いが外れる直前の最小圧縮室容積を可及的に小さくできることから、巻き数を増やさなくても設計容積比を大きくすることができる。しかし、この場合、吐出ポートの流路断面積が縮小し、圧力損失が増加するため、入力の増加を招くという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、渦巻き状ラップの巻き数を増やしたり、吐出ポートの径を小さくしたりすることなく、設計容積比を大きくすることによって、小型高性能化を図ったスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップが立設されている一対の固定スクロールおよび旋回スクロールが噛み合わされて圧縮室が形成され、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポートが前記固定スクロールの中心部位に設けられているスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの渦巻き状ラップの内周端部の背側壁に、該背側壁が前記吐出ポートを横切って中心側の圧縮室の１つ外側の圧縮室を吐出ポートに連通するタイミングを遅らせる出っ張り壁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、旋回スクロールの渦巻き状ラップの内周端部の背側壁に、該背側壁が固定スクロールに設けられている吐出ポートを横切って中心側の圧縮室の１つ外側の圧縮室を吐出ポートに連通するタイミングを遅らせる出っ張り壁が設けられているため、出っ張り壁によって中心側の圧縮室の１つ外側の圧縮室が吐出ポートと連通するタイミングを遅らせることができる分だけ、最小圧縮室容積を小さくし、それに相応して設計容積比を大きくすることができる。従って、渦巻き状ラップの巻き数を増やしたり、吐出ポートの径を小さくしたりすることなく、設計容積比を大きくすることが可能となり、スクロール圧縮機を小型化、高効率化することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記出っ張り壁は、前記吐出ポートの形状に沿った形状とされていることを特徴とする。

本発明によれば、出っ張り壁が、吐出ポートの形状に沿った形状とされているため、一般に円形ポートとされる吐出ポートの形状に合わせた円弧形状の出っ張り壁とすることによって、必要最小限の出っ張りで効果的に吐出ポートに対する連通タイミングを遅らせることができる。従って、材料費や重さを微増に抑えながら設計容積比を大きくし、スクロール圧縮機を小型高性能化することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記出っ張り壁は、前記渦巻き状ラップと別部品とされ、該渦巻き状ラップに一体に組み付け可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、出っ張り壁が、渦巻き状ラップと別部品とされ、該渦巻き状ラップに一体に組み付け可能とされているため、出っ張り壁を渦巻き状ラップと一体に成形・切削加工する以外にも、出っ張り壁を別部品として加工し、それをインボリュート曲線によって成形・切削加工される通常の渦巻き状ラップの内周端部の背側壁に、例えば嵌め込み方式等で一体に組み付けることによっても構成することができる。従って、出っ張り壁を有する旋回スクロールを製造する際の選択肢を拡げることができ、状況に適合した方法を採用することが可能となる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記固定スクロールの渦巻き状ラップには、前記旋回スクロールの渦巻き状ラップに設けられた前記出っ張り壁に対応して、該出っ張り壁が噛み合う範囲の腹側壁に凹み壁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、固定スクロールの渦巻き状ラップに、旋回スクロールの渦巻き状ラップに設けられた出っ張り壁に対応して、該出っ張り壁が噛み合う範囲の腹側壁に凹み壁を設けているため、旋回スクロール側に設けられている出っ張り壁を、固定スクロールの渦巻き状ラップの腹側壁に設けられている凹み壁と噛み合わせて旋回させることにより、旋回スクロールを正常に旋回させ、圧縮動作を行わせることができる。従って、渦巻き状ラップを出っ張り壁および凹み壁を設けたプロファイルに変えるだけで、渦巻き状ラップの巻き数を増やしたり、吐出ポートの径を小さくしたりすることなく、簡易に設計容積比を大きくすることができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記出っ張り壁および／または前記凹み壁は、前記渦巻き状ラップの背側壁および／または腹側壁と滑らかな円弧で接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、出っ張り壁および／または凹み壁が、渦巻き状ラップの背側壁および／または腹側壁と滑らかな円弧で接続されているため、固定スクロールの渦巻き状ラップと旋回スクロールの渦巻き状ラップとを、出っ張り壁、凹み壁および円弧に沿って滑らかに噛み合わせて旋回させることができるとともに、出っ張り壁、凹み壁および円弧を含む渦巻き状ラップをエンドミルで容易に加工することができる。従って、渦巻き状ラップのプロファイルを変える以外に、構成や加工法等を変更することなく、容易にスクロール圧縮機の設計容積比を大きくすることができる。

本発明によると、出っ張り壁によって中心側の圧縮室の１つ外側の圧縮室が吐出ポートと連通するタイミングを遅らせることができる分だけ、最小圧縮室容積を小さくし、それに相応して設計容積比を大きくすることができるため、渦巻き状ラップの巻き数を増やしたり、吐出ポートの径を小さくしたりすることなく、簡単に設計容積比を大きくすることが可能となり、スクロール圧縮機を小型化、高効率化することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機の吐出ポート周りの両スクロールの噛み合い状態図（Ａ）と、その比較例図（Ｂ）である。 本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回スクロールの渦巻き状ラップ内周端部の拡大図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図が示され、図２には、その吐出ポート周りの両スクロールの噛み合い状態図が示されている。
本実施形態では、密閉型のスクロール圧縮機１に適用した例について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。密閉型のスクロール圧縮機１は、円筒状の上下方向に長い有底の密閉ハウジング２を備えている。密閉ハウジング２の上部は、ディスチャージカバー３および上部カバー４により密閉されており、このディスチャージカバー３と上部カバー４間に、吐出チャンバー５が形成されている。

密閉ハウジング２内には、上方部位に上部軸受部材（フレーム部材）６が固定設置されており、上部軸受部材６を介してスクロール圧縮機構７が設置されるとともに、その下方部位に固定子８および回転子９からなる電動モータ１０が、固定子８を密閉ハウジング２に固定することにより設置されている。この電動モータ１０の回転子９には、クランク軸１１が固定され、該クランク軸１１の上端には、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピン１２が設けられており、該クランクピン１２をスクロール圧縮機構７に連結することによって、スクロール圧縮機構７が駆動可能とされている。

クランク軸１１は、上部軸受部材６のジャーナル軸受部６Ａに上方部が回転自在に支持されるとともに、下端部が密閉ハウジング２の下方部位に設けられているジャーナル下部軸受１３により回転自在に支持されている。この下部軸受１３とクランク軸１１の下端部との間には、容積型給油ポンプ１４が設けられ、密閉ハウジング２の底部に充填されている潤滑油１５を、吸入パイプ１６を介して吸い込み、クランク軸１１内に軸方向に沿って穿設されている給油穴１７に吐出するように構成されている。潤滑油１５は、給油穴１７を介して上部軸受部材６、スクロール圧縮機構７および下部軸受１３等の所要箇所に給油されるようになっている。

スクロール圧縮機構７は、上部軸受部材６を構成部品の１つとし、その上部軸受部材６上に固定設置される固定スクロール１８と、上部軸受部材６のスラスト軸受部６Ｂ上に摺動自在に支持され、固定スクロール１８と噛み合わされることによって圧縮室２０を形成する旋回スクロール１９と、上部軸受部材６と旋回スクロール１９との間に介在され、旋回スクロール１９の自転を阻止し、公転旋回運動を許容するオルダムリング等の自転阻止機構２１と、クランク軸１１のクランクピン１２と旋回スクロール１９の背面ボスとの間に設けられ、旋回スクロール１９にクランク軸１１の回転力を伝達するドライブブッシュ２２および旋回軸受２３等とから構成され、固定スクロール１８の端板中央部がディスチャージカバー３に嵌合された状態で上部軸受部材６上に設置されている。

スクロール圧縮機構１は、吸入配管２４を介して密閉ハウジング２（低圧ハウジング）内に吸い込まれた冷媒ガスを、密閉ハウジング２内に開口されている吸入口２５から圧縮室２０内に吸い込み、圧縮する構成とされている。この圧縮ガスは、固定スクロール１８の中心部位に設けられている吐出ポート２６およびディスチャージカバー３に設けられている吐出弁２７を経て吐出チャンバー５に吐出され、更に吐出チャンバー５に接続されている吐出配管２８を経てスクロール圧縮機１の外部へと送出されるようになっている。

固定スクロール１８および旋回スクロール１９は、各々円板形状をなす端板１８Ａ，１９Ａの一面に、インボリュート曲線によって形成される渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂが立設されたものであり、公知の如く、その中心を旋回半径分だけ離し、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂ同士を対向させ、位相を１８０度ずらした状態で噛み合わせることにより一対の圧縮室２０が形成されるように組み付けられている。

一対の圧縮室２０は、固定スクロール１８および旋回スクロール１９の最外周位置に形成された吸入締切り時の圧縮室２０が、旋回スクロール１９の公転旋回駆動と伴い容積が減少されながら中心側へと移動され、図２に示されるように、中心部で固定スクロール１８および旋回スクロール１９の噛み合いが外れて１つの中心側圧縮室２０Ａに合流される動作を連続的に繰り返すことにより圧縮動作されるように構成されている。このようにして圧縮された高圧ガスは、固定スクロール１８の中心部位に設けられている吐出ポート２６から吐出弁２７を経て吐出チャンバー５内に吐き出されるようになっている。

本実施形態において、吐出ポート２６は、図２に示されるように、固定スクロール１８の中心部位において、渦巻き状ラップ１８Ｂの腹側壁に接するように設けられた円形ポートにより構成されている。吐出ポート２６の位置、径等は、設計容積比、圧力損失、ポート容積による再圧縮ロス等を加味して決定されている。

一般的には、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂのラップ巻き始め角に対応する点、すなわちインボリュート曲線の基礎円上の基点を開始位置としたインボリュート曲線上の或る伸開点までの角度である伸開角に対応する点において、他方のスクロールの渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの内側壁から離れて（伸開角に対応する点では接触）中心側圧縮室２０Ａと１つ外側の圧縮室２０とが連通するタイミングで、旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１９Ｂの背側壁が吐出ポート２６を横切り、中心側圧縮室２０Ａの１つ外側の圧縮室２０と連通される位置に設けられている（図２（Ｂ）において、出っ張り壁３０および凹み壁３１がない状態を参照）。

このため、伸開角を小さくし、それに対応する点が渦巻き状ラップの内側壁から離れて噛み合いが外れる位置をずらしたとしても、吐出ポート２６を小さくしない限り、設計容積比を大きくすることができない。そこで、本実施形態では、吐出ポート２６の径を小さくしたり、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの巻き数を増やしたりすることなく、設計容積比を大きくするため、図２（Ａ）に示されるように、旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１９Ｂの内周端部の背側壁に、その背側壁が吐出ポート２６を横切って中心側の圧縮室２０Ａの１つ外側の圧縮室２０を吐出ポート２６に連通するタイミングを遅らせる出っ張り壁３０を設けた構成としている。

この出っ張り壁３０は、円形形状のポートである吐出ポート２６に沿った円弧形状とすることができる。また、上記の如く、旋回スクロール１９側の渦巻き状ラップ１９Ｂの内周端部の背側壁に、出っ張り壁３０を設けたことにより、この出っ張り壁３０との干渉を避けるため、固定スクロール１８側の渦巻き状ラップ１８Ｂの内周端部の腹側壁に、その出っ張り壁３０に対応して該出っ張り壁３０が噛み合う範囲に凹み壁３１を設け、旋回スクロール１９が正常に旋回されるようにしている。

さらに、上記のように、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂに対して、出っ張り壁３０および凹み壁３１を設けたとしても、両スクロール１８，１９が互いに噛み合って滑らかに旋回駆動されるように、また、両渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂをエンドミルにより通常通り加工できるようにするため、出っ張り壁３０および／または凹み壁３１と、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの背側壁および／または腹側壁とを滑らかな円弧３２，３３で接続した構成としている。

斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果が奏される。
上記スクロール圧縮機１において、吸入配管２４より密閉ハウジング２内に吸い込まれた低圧冷媒ガスは、吸入口２５を介してスクロール圧縮機構７の一対の圧縮室２０内に吸入され、該圧縮室２２が旋回スクロール１９の公転旋回駆動に伴い容積を減少しながら中心側へと移動することによって圧縮される。一対の圧縮室２０は、固定スクロール１８および旋回スクロール１９の噛み合い点が渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂのラップ巻き始め角に対応する点を通過すると、噛み合いが外れ、中心側圧縮室２０Ａに合流される。

この状態から更に圧縮動作が進み、圧縮ガスが吐出圧に到達して吐出弁２７を押し開くことにより、該圧縮ガスは中心側圧縮室２０Ａから吐出ポート２６を経て吐出チャンバー５内に吐き出される。この間、吐出ポート２６の径が大きいままだとしても、図２（Ａ）に示されるように、旋回スクロール１９側の渦巻き状ラップ１９Ｂの内周端部の背側壁に設けられている出っ張り壁３０によって、渦巻き状ラップ１９Ｂの背側壁が吐出ポート２６を横切って吐出ポート２６と、中心側圧縮室２０Ａの１つ外側の圧縮室２０とが連通するタイミングを遅らせることができる。

因みに、吐出ポート２６のポート径および位置を同一とした場合において、図２（Ｂ）に示されるように、出っ張り壁３０が設けられていない場合における上記の連通タイミングは、伸開角で表わすと、２４０度であり、この場合の設計容積比は、１．５であったのに対して、図２（Ａ）に示されるように、出っ張り壁３０を設けることによって、上記の連通タイミングを、伸開角で２００度とし、設計容積比を、２．０まで大きくすることができた。

このように、出っ張り壁３０によって中心側の圧縮室２０Ａの１つ外側の圧縮室２０が吐出ポート２６と連通するタイミングを遅らせることができる分だけ、最小圧縮室容積を小さくし、それに相応して設計容積比を大きくすることができる。このため、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの巻き数を増やしたり、吐出ポート２６の径を小さくしたりすることなく、設計容積比を大きくすることが可能となり、スクロール圧縮機１を小型化、高効率化することができる。

また、出っ張り壁３０を、円形ポートである吐出ポート２６の形状に沿った円弧形状としているため、必要最小限の出っ張りで効果的に吐出ポート２６に対する連通タイミングを遅らせることができる。このため、材料費や重さを微増に抑えながら設計容積比を可及的に大きくし、スクロール圧縮機１を小型高性能化することができる。

さらに、固定スクロール１８の渦巻き状ラップ１８Ｂに、旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１９Ｂに設けられた出っ張り壁３０に対応して、該出っ張り壁３０と噛み合う範囲の腹側壁に凹み壁３１を設けた構成としているため、旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１９Ｂの背側壁に設けられている出っ張り壁３０を、固定スクロール１８の渦巻き状ラップ１８Ｂの腹側壁に設けられている凹み壁と噛み合わせて旋回させることで、旋回スクロール１９を正常に旋回させ、圧縮動作を行わせることができる。従って、渦巻き状ラップを出っ張り壁および凹み壁を設けたプロファイルに変えるだけで、渦巻き状ラップの巻き数を増やしたり、吐出ポートの径を小さくしたりすることなく、簡易に設計容積比を大きくすることができる。

また、出っ張り壁３０および凹み壁３１を、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの背側壁および腹側壁と滑らかな円弧３２，３３により接続している。このため、固定スクロール１８の渦巻き状ラップ１８Ｂと旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１９Ｂとを、出っ張り壁３０、凹み壁３１および円弧３２，３３に沿って滑らかに噛み合わせて旋回させることができるとともに、出っ張り壁３０、凹み壁３１および円弧３２，３３を含む渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂをエンドミルによって容易に加工することができる。従って、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂのプロファイルを変える以外に、構成や加工法等を変更することなく、容易にスクロール圧縮機１の設計容積比を大きくすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、出っ張り壁３０Ａを別部品としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、出っ張り壁３０Ａを、旋回スクロール１９とは別部品とし、旋回スクロール１９側の渦巻き状ラップ１９Ｂの内周端部の背側壁に設けたＴ字溝１９Ｃに、出っ張り壁３０Ａに設けたＴ字突起３０Ｂを嵌め込むことによって、一体に組み付けした構成としている。

このように、渦巻き状ラップ１９Ｂに設ける出っ張り壁３０Ａは、渦巻き状ラップ１９Ａと一体に成形し、エンドミルで切削加工する以外にも、別部品として加工し、それをインボリュート曲線によって成形・切削加工される通常の渦巻き状ラップの内周端部の背側壁に、嵌め込み用のＴ字溝１９Ｃを設け、出っ張り壁３０Ａに設けたＴ字突起３０Ｂを嵌め込み、一体に組み付けることによっても構成することができる。これにより、出っ張り壁３０Ａを有する旋回スクロール１９を製造する際の選択肢を拡げることができ、状況に適合した方法を採用することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、密閉ハウジング２内に電動モータ８を内蔵した密閉型スクロール圧縮機１に適用した例について説明したが、ハウジング内に駆動源を内蔵していない、いわゆる開放型のスクロール圧縮機にも適用できることは云うまでもない。

また、上記実施形態では、一般的な構成のスクロール圧縮機に適用した例について説明したが、固定スクロール１８および旋回スクロール１９の渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの歯先面および歯底面に段部を設け、渦巻き状ラップ１８Ｂ，１９Ｂの高さを内周側と外周側とで異なる高さとした、いわゆる段付きスクロール圧縮機に適用してもよいことはもちろんである。

１ スクロール圧縮機
７ スクロール圧縮機構
１８ 固定スクロール
１８Ａ 端板
１８Ｂ 渦巻き状ラップ
１９ 旋回スクロール
１９Ａ 端板
１９Ｂ 渦巻き状ラップ
１９Ｃ Ｔ字溝
２０ 圧縮室
２０Ａ 中心側圧縮室
２６ 吐出ポート
３０，３０Ａ 出っ張り壁
３０Ｂ Ｔ字突起
３１ 凹み壁
３２，３３ 円弧

Claims (5)

1. 端板上に渦巻き状ラップが立設されている一対の固定スクロールおよび旋回スクロールが噛み合わされて圧縮室が形成され、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポートが前記固定スクロールの中心部位に設けられているスクロール圧縮機において、
   前記旋回スクロールの渦巻き状ラップの内周端部の背側壁に、該背側壁が前記吐出ポートを横切って中心側の圧縮室の１つ外側の圧縮室を吐出ポートに連通するタイミングを遅らせる出っ張り壁が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記出っ張り壁は、前記吐出ポートの形状に沿った形状と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. 前記出っ張り壁は、前記渦巻き状ラップと別部品とされ、該渦巻き状ラップに一体に組み付け可能とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記固定スクロールの渦巻き状ラップには、前記旋回スクロールの渦巻き状ラップに設けられた前記出っ張り壁に対応して、該出っ張り壁が噛み合う範囲の腹側壁に凹み壁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
5. 前記出っ張り壁および／または前記凹み壁は、前記渦巻き状ラップの背側壁および／または腹側壁と滑らかな円弧で接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
   
   

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