JP6409910B1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】差圧に起因してスクロールが変形を受けた場合に動作異常を抑制する。【解決手段】スクロール圧縮機は、固定スクロールラップ５２を有する固定スクロール５０と、可動スクロールラップ６２を有する可動スクロール６０を備える。固定スクロールラップ５２の厚みである第２厚Ｔ２は、可動スクロールラップ６２の厚みである第１厚Ｔ１よりも大きい。第１側面隙間Ｇ１は、可動スクロールラップ内線６３と固定スクロールラップ外線５４とによって形成される。第２側面隙間は、可動スクロールラップ外線６４と固定スクロールラップ内線５３とによって形成される。第２側面隙間は、第１側面隙間Ｇ１よりも大きい。【選択図】図５

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機では、圧縮室は渦巻状のスクロールラップを有する固定スクロールおよび可動スクロールによって規定される。スクロールは各部が異なる圧力の流体に接触しているので、差圧に起因して変形することがある。このような変形が生じても動作異常が発生しないように、特許文献１（特開２０１５−７１９４７号公報）が開示するスクロール圧縮機では、可動スクロールラップの内側と固定スクロールラップの外側の隙間を大きく設定している。これは、変形によって可動スクロールラップが内側に傾倒し、内側の固定スクロールラップと干渉しやすいという認識を前提としている。

スクロールラップが傾倒しやすい方向は様々な条件によって変わるので、可動スクロールラップは外側に傾倒する場合もある。このとき、特許文献１が提案する構成はかえってスクロールの変形の影響を受けやすくなり、固定スクロールラップと可動スクロールラップの干渉による騒音などの動作異常を引き起こすおそれがある。高温になりうる種類の冷媒を圧縮する場合には、スクロールラップは熱膨張を起こすので、動作異常はさらに発生しやすくなる。

本発明の課題は、差圧に起因してスクロールが変形を受けた場合に動作異常が発生しにくいスクロール圧縮機を提供することである。

本発明の第１観点に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールラップを有する固定スクロールと、可動スクロールラップを有する可動スクロールと、を備える。第１スクロールラップおよび第２スクロールラップは、それぞれ固定スクロールラップおよび可動スクロールラップのうちの一方および他方であり、かつ、第２スクロールラップの厚みである第２厚は、第１スクロールラップの厚みである第１厚よりも大きい。第１側面隙間は、第１スクロールラップの内線と第２スクロールラップの外線とによって形成される。第２側面隙間は、第１スクロールラップの外線と第２スクロールラップの内線とによって形成される。第２側面隙間は、第１側面隙間よりも大きい。

この構成によれば、第１スクロールラップの外線側の第２側面隙間が、第１スクロールラップの内線側の第１側面隙間よりも大きい。スクロールの内周側は外周側に比べて高圧の流体を収容するので、厚みの小さい第１スクロールラップは外側に傾倒しやすい。したがって、第１スクロールラップの傾倒分は相対的に大きな第２側面隙間に収容されるので、第１スクロールラップと第２スクロールラップの干渉が抑制され、動作異常が起こりにくくなる。

本発明の第２観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点に係るスクロール圧縮機において、第２厚が、第１厚の１３０％以上である。

この構成によれば、第２厚は第１厚の１３０％以上である。３０％以上厚い第２スクロールラップに比べて、第１スクロールラップの方が傾倒する確率が高い。第１スクロールラップの傾倒分は第２側面隙間に収容できる。したがって、スクロールラップの傾倒時により確実に干渉が抑制される。

本発明の第３観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点または第２観点に係るスクロール圧縮機において、第２側面隙間が、第１側面隙間の１１０％以上である。

この構成によれば、第２側面隙間は第１側面隙間の１１０％以上である。したがって、第２側面隙間は１０％の差分によって第１スクロールラップの傾倒分をより収容することができる。

本発明の第４観点に係るスクロール圧縮機は、第３観点に係るスクロール圧縮機において、第２側面隙間が、第１側面隙間の１２０％以上である。

この構成によれば、第２側面隙間は第１側面隙間の１２０％以上である。したがって、第２側面隙間は、さらに大きな２０％の差分によって第１スクロールラップの傾倒分をより収容することができる。

本発明の第５観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、第１スクロールラップの高さが、第１厚の７倍以上である。

この構成によれば、第１スクロールラップの高さは厚みの７倍以上である。高さの厚みに対する比率が大きいスクロールラップほど、流体の差圧によって傾倒しやすい。したがって、スクロールラップの傾倒が起こりやすい構成において、より確実にスクロールラップどうしの干渉が抑制される。

本発明の第６観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、第２スクロールラップが、内周側ラップ部分と外周側ラップ部分とを有する。第１スクロールラップは、内周側ラップ部分と外周側ラップ部分との間を相対的に往復する往復ラップ部分を有する。第１側面隙間は、内周側ラップ部分と往復ラップ部分が形成する間隙である。第２側面隙間は、外周側ラップ部分と往復ラップ部分が形成する間隙である。第１厚は往復ラップ部分の厚みである。第２厚は外周側ラップ部分の厚みである。

この構成によれば、第１スクロールラップの往復ラップ部分は、第２スクロールラップの内周側ラップ部分と外周側ラップ部分に挟まれている。第１側面隙間は、往復ラップ部分と内周側ラップ部分によって形成される。第２側面隙間は、往復ラップ部分と外周側ラップ部分によって形成される。したがって、第１スクロールラップおよび第２スクロールラップの厚みが場所によって異なる場合において、第１厚、第２厚、第１側面隙間、および第２側面隙間をスクロールラップのどの部位から得るべきかを判断できる。

本発明の第７観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第６観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、第１スクロールラップが可動スクロールラップである。第２スクロールラップは固定スクロールラップである。

この構成によれば、第１スクロールラップは可動スクロールラップであるので、可動スクロールが小さい厚みを有し、重量が軽い。したがって、可動スクロールを公転させる回転駆動力が少なくて済むので、スクロール圧縮機のエネルギー効率を高めやすい。

本発明に係るスクロール圧縮機によれば、スクロールラップの傾倒時に干渉が抑制され、動作異常が起こりにくい。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機１０の断面図である。 圧縮機構４０の固定スクロール５０の断面図である。 圧縮機構４０の可動スクロール６０の断面図である。 圧縮機構４０の水平面に沿った断面図である。 圧縮機構４０の断面を示す模式図である。 圧縮機構４０の断面を示す模式図である。

（１）全体構成
図１は本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機１０を示す。スクロール圧縮機１０は、流体である冷媒を圧縮するために空気調和装置などに搭載されるものである。スクロール圧縮機１０は、ケーシング２０、モータ３０、クランク軸３５、圧縮機構４０、フレーム部材７０、７５を有する。

スクロール圧縮機１０の圧縮対象の冷媒は、例えば、圧縮機構４０の固定スクロール５０や可動スクロール６０の周辺が、比較的、高温高圧になりやすい冷媒である。言い換えれば、スクロール圧縮機１０の圧縮対象の冷媒は、凝縮圧力が比較的高い冷媒である。具体的には、スクロール圧縮機１０の圧縮対象の冷媒は、例えば、Ｒ３２（Ｒ３２単体）、Ｒ３２を５０％以上含む混合冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４５２Ｂ、Ｒ４５４Ｂ等）、Ｒ１１２３とＲ３２との混合冷媒等である。なお、ここでのスクロール圧縮機１０の圧縮対象の冷媒は、特に、Ｒ３２や、Ｒ１１２３とＲ３２との混合冷媒等、Ｒ４１０Ａよりも凝縮圧力が高い冷媒である。ただし、スクロール圧縮機１０の圧縮対象の冷媒は、上記冷媒に限定されるものではない。

（２）詳細構成
（２−１）ケーシング２０
ケーシング２０は、スクロール圧縮機１０の各種構成要素および冷媒を収容する。ケーシング２０は、冷媒の高い圧力に耐えることができる。ケーシング２０は、互いに接合された本体部２１、上部２２、下部２３を有する。上部２２には低圧ガス冷媒を吸入するための吸入管１５が設けられている。本体部２１には高圧ガス冷媒を吐出するための吐出管１６が設けられている。ケーシング２０の下部には、各種構成要素において摺動する箇所を潤滑するための潤滑油Ｌが封入されている。

（２−２）モータ３０
モータ３０は、電力の供給を受けて、冷媒を圧縮する動力を生み出すためのものである。モータ３０は、ステータ３１およびロータ３２を有する。ステータ３１はケーシング２０の本体部２１に固定されている。ステータ３１は図示しない巻線を有している。巻線は電力を受け取って交流磁界を発生させる。ロータ３２はステータ３１の中央の空洞内に回転可能に設置されている。ロータ３２には図示しない永久磁石が埋設されている。永久磁石が交流磁界から力を受けることにより、ロータ３２は回転し、動力を生み出す。

（２−３）クランク軸３５
クランク軸３５は、モータ３０が生み出す動力を圧縮機構４０に伝達するためのものである。クランク軸３５は、主軸部３６と偏心部３７を有する。主軸部３６は、ロータ３２を貫通するように固定されており、ロータ３２と同心である。偏心部３７は、ロータ３２に対して偏心しており、圧縮機構４０に接続されている。

（２−４）圧縮機構４０
圧縮機構４０は、低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒を作るためのものである。圧縮機構４０は、固定スクロール５０および可動スクロール６０を有する。固定スクロール５０は、直接的または間接的にケーシング２０に固定されている。可動スクロール６０は、クランク軸３５の偏心部３７と接続されており、固定スクロール５０に対して公転可能である。固定スクロール５０と可動スクロール６０は圧縮室４１を規定している。可動スクロール６０の公転により、圧縮室４１の容積が変化し、それによって低圧ガス冷媒が圧縮されて高圧ガス冷媒になる。高圧ガス冷媒は吐出口４２から圧縮機構４０の外へ吐出される。

（２−５）フレーム部材７０、７５
フレーム部材７０、７５は、クランク軸３５を回転可能に支持する。一方のフレーム部材７０は主軸部３６の上方を支持する。他方のフレーム部材７５は主軸部３６の下方を支持する。フレーム部材７０、７５は、直接的または間接的にケーシング２０に固定されている。

（３）スクロール圧縮機１０の動作
外部から供給された電力により、図１に示すモータ３０のロータ３２が回転する。ロータ３２の回転はクランク軸３５の主軸部３６に伝達される。クランク軸３５の偏心部３７から伝達される動力により、可動スクロール６０は固定スクロール５０に対して公転する。吸入管１５から取り込まれた低圧ガス冷媒は、圧縮機構４０の外周側の圧縮室４１に入る。圧縮室４１は可動スクロール６０の公転によって、容積を減少させながら圧縮機構４０の中央へ移動する。その過程で低圧ガス冷媒は圧縮されて高圧ガス冷媒になる。高圧ガス冷媒は、吐出口４２から圧縮機構４０の外へ吐出され、ケーシング内部空間へ移動する。その後、高圧ガス冷媒は吐出管１６からケーシング２０の外へ吐出される。

（４）圧縮機構４０の詳細構成
図２は、固定スクロール５０を示す。固定スクロール５０は、固定スクロール鏡板５１と、固定スクロール鏡板５１に立設された固定スクロールラップ５２とを有する。固定スクロールラップ５２は渦巻状であり、例えばインボリュート曲線の形状を有する。

図３は、可動スクロール６０を示す。可動スクロール６０は、可動スクロール鏡板６１と、可動スクロール鏡板６１に立設された可動スクロールラップ６２とを有する。可動スクロールラップ６２は渦巻状であり、例えばインボリュート曲線の形状を有する。

図４は、圧縮機構４０の水平面における断面図である。固定スクロールラップ５２と可動スクロールラップ６２は複数の箇所において相互に近接している。これらの近接箇所は潤滑油によって塞がれるなどによりシールポイントを形成する。これにより、互いに隔離された複数の圧縮室４１が規定されている。固定スクロールラップ５２は、中央側の辺である固定スクロールラップ内線５３と、外周側の辺である固定スクロールラップ外線５４とを有する。可動スクロールラップ６２は、中央側の辺である可動スクロールラップ内線６３と、外周側の辺である可動スクロールラップ外線６４とを有する。

可動スクロールラップ６２は、固定スクロールラップ５２の隣接する２つの部分の間に配置されている。すなわち、可動スクロールラップ６２の任意の部分を往復ラップ部分６２５と呼ぶこととすると、往復ラップ部分６２５は、固定スクロールラップ５２の内周側ラップ部分５２１と外周側ラップ部分５２２の間に配置されている。可動スクロール６０の公転によって、往復ラップ部分６２５は、内周側ラップ部分５２１と外周側ラップ部分５２２の間を往復する。

図５および図６は、固定スクロールラップ５２の内周側ラップ部分５２１と外周側ラップ部分５２２、および、可動スクロールラップ６２の往復ラップ部分６２５を示している。内周側ラップ部分５２１は圧縮機構４０の中心側Ｃに位置している。外周側ラップ部分５２２は圧縮機構４０の外周側Ｐに位置している。往復ラップ部分６２５は、内周側ラップ部分５２１と外周側ラップ部分５２２の間に位置している。ここで、往復ラップ部分６２５の厚みを第１厚Ｔ１と呼び、外周側ラップ部分５２２の厚みを第２厚Ｔ２と呼ぶこととする。さらに、可動スクロールラップ６２の高さを第１高Ｈ１と呼ぶこととする。

図５は、往復ラップ部分６２５が内周側ラップ部分５２１に最も近接したときを示している。このときの、内周側ラップ部分５２１と往復ラップ部分６２５によって形成される間隙を第１側面隙間Ｇ１と呼ぶこととする。第１側面隙間Ｇ１は、可動スクロールラップ内線６３と固定スクロールラップ外線５４とによって形成されている。

図６は、往復ラップ部分６２５が外周側ラップ部分５２２に最も近接したときを示している。このときの、外周側ラップ部分５２２と往復ラップ部分６２５によって形成される間隙を第２側面隙間Ｇ２と呼ぶこととする。第２側面隙間Ｇ２は、可動スクロールラップ外線６４と固定スクロールラップ内線５３とによって形成されている。

本実施形態に係るスクロール圧縮機１０の圧縮機構４０では、寸法が以下のように設定されている。

第２側面隙間Ｇ２は、第１側面隙間Ｇ１よりも大きく設定されている。具体的には、第２側面隙間Ｇ２は、第１側面隙間Ｇ１の１１０％以上であり、好ましくは１２０％以上である。さらに、第２側面隙間Ｇ２は、第１側面隙間Ｇ１の１０００％以下に設定してもよく、好ましくは５００％以下である。

第２厚Ｔ２は、第１厚Ｔ１の１３０％以上となるように設定されている。さらに、第２厚Ｔ２は、第１厚Ｔ１の１０００％以下に設定してもよく、好ましくは５００％以下である。

第１高Ｈ１は、第１厚Ｔ１の７倍以上となるように設定されている。さらに、第１高Ｈ１は、第１厚Ｔ１の１００倍以下に設定してもよく、好ましくは５０倍以下である。

（５）特徴
（５−１）
可動スクロールラップ外線６４の側にある第２側面隙間Ｇ２が、可動スクロールラップ内線６３の側にある第１側面隙間Ｇ１よりも大きい。圧縮機構４０の中心側Ｃは外周側Ｐに比べて高圧の冷媒を収容するので、第１厚Ｔ１という小さい厚みを有する可動スクロールラップ６２の往復ラップ部分６２５は外側に傾倒しやすい。したがって、往復ラップ部分６２５の傾倒分は相対的に大きな第２側面隙間Ｇ２に収容されるので、可動スクロールラップ６２と固定スクロールラップ５２の干渉が抑制され、動作異常が起こりにくくなる。

（５−２）
第２厚Ｔ２は第１厚Ｔ１の１３０％以上である。３０％以上厚い固定スクロールラップ５２に比べて、可動スクロールラップ６２の方が傾倒する確率が高い。可動スクロールラップ６２の傾倒分は第２側面隙間Ｇ２に収容できる。したがって、可動スクロールラップ６２の傾倒時により確実に干渉が抑制される。

（５−３）
第２側面隙間Ｇ２は第１側面隙間Ｇ１の１１０％以上であり、好ましくは１２０％以上である。したがって、第２側面隙間は１０％または２０％の差分によって可動スクロールラップ６２の傾倒分をより収容することができる。

（５−４）
可動スクロールラップ６２の高さである第１高Ｈ１は、可動スクロールラップ６２の厚みである第１厚Ｔ１の７倍以上である。高さの厚みに対する比率が大きいスクロールラップほど、流体の差圧によって傾倒しやすい。したがって、可動スクロールラップ６２の傾倒が起こりやすい構成において、より確実に可動スクロールラップ６２と固定スクロールラップ５２の干渉が抑制される。

（５−５）
可動スクロールラップ６２の往復ラップ部分６２５は、固定スクロールラップ５２の内周側ラップ部分５２１と外周側ラップ部分５２２に挟まれている。第１側面隙間Ｇ１は、往復ラップ部分６２５と内周側ラップ部分５２１によって形成される。第２側面隙間Ｇ２は、往復ラップ部分６２５と外周側ラップ部分５２２によって形成される。したがって、可動スクロールラップ６２および固定スクロールラップ５２の厚みが場所によって異なる場合において、第１厚Ｔ１、第２厚Ｔ２、第１側面隙間Ｇ１、および第２側面隙間Ｇ２をスクロールラップのどの部位から得るべきかを判断できる。

（５−６）
可動部品である可動スクロール６０は、その可動スクロールラップ６２が小さい厚みである第１厚Ｔ１を有するので、重量が軽い。したがって、可動スクロール６０を公転させる回転駆動力が少なくて済むので、スクロール圧縮機１０のエネルギー効率を高めやすい。

（６）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（６−１）変形例Ａ
上述の実施形態では、第１厚Ｔ１を往復ラップ部分６２５の厚みとするとともに、第２厚Ｔ２を外周側ラップ部分５２２の厚みとしている。これに代えて、第１厚Ｔ１を往復ラップ部分６２５の厚みとするとともに、第２厚Ｔ２を外周側ラップ部分５２２ではなく内周側ラップ部分５２１の厚みとし、その上ですでに説明した第１厚Ｔ１と第２厚Ｔ２の比率を適用してもよい。

この構成によれば、可動スクロールラップ６２と固定スクロールラップ５２の干渉が抑制されるという効果を得ながら、設計上の制約条件を変更することができる。

（６−２）変形例Ｂ
上述の実施形態で説明してきた各種寸法の条件について、固定スクロール５０と可動スクロール６０を入れ替えてもよい。すなわち、往復ラップ部分６２５、第１厚Ｔ１、第１高Ｈ１は固定スクロール５０に関するものとし、内周側ラップ部分５２１、外周側ラップ部分５２２、第２厚Ｔ２は可動スクロール６０に関するものとしてよい。その上で、第１側面隙間Ｇ１および第２側面隙間Ｇ２の大小関係、第１厚Ｔ１と第２厚Ｔ２の比率、その他の、各種寸法の条件を適用してもよい。

この構成によれば、固定スクロールラップ５２が小さい厚みである第１厚Ｔ１を有するので、固定スクロールラップ５２がより傾倒しやすい。その条件下で、可動スクロールラップ６２と固定スクロールラップ５２の干渉が抑制されるという効果を得ることができる。

１０ スクロール圧縮機
２０ ケーシング
３０ モータ
４０ 圧縮機構
５０ 固定スクロール
５１ 固定スクロール鏡板
５２ 固定スクロールラップ
５３ 固定スクロールラップ内線
５４ 固定スクロールラップ外線
６０ 可動スクロール
６１ 可動スクロール鏡板
６２ 可動スクロールラップ
６３ 可動スクロールラップ内線
６４ 可動スクロールラップ外線

特開２０１５−７１９４７号公報

Claims (7)

1. 固定スクロールラップ（５２）を有する固定スクロール（５０）と、
   可動スクロールラップ（６２）を有する可動スクロール（６０）と、
   を備え、
   第１スクロールラップ（６２）および第２スクロールラップ（５２）は、それぞれ前記固定スクロールラップおよび前記可動スクロールラップのうちの一方および他方であり、かつ、前記第２スクロールラップの厚みである第２厚（Ｔ２）は、前記第１スクロールラップの厚みである第１厚（Ｔ１）よりも大きく、
   第１側面隙間（Ｇ１）は、前記第１スクロールラップの内線（６３）と前記第２スクロールラップの外線（５４）とによって形成され、
   第２側面隙間（Ｇ２）は、前記第１スクロールラップの外線（６４）と前記第２スクロールラップの内線（５３）とによって形成され、
   前記第２側面隙間（Ｇ２）は、前記第１側面隙間（Ｇ１）よりも大きい、
   スクロール圧縮機（１０）。
2. 前記第２厚（Ｔ２）は、前記第１厚（Ｔ１）の１３０％以上である、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第２側面隙間（Ｇ２）は、前記第１側面隙間（Ｇ１）の１１０％以上である、
   請求項１または請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記第２側面隙間（Ｇ２）は、前記第１側面隙間（Ｇ１）の１２０％以上である、
   請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記第１スクロールラップの高さ（Ｈ１）は、前記第１厚（Ｔ１）の７倍以上である、
   請求項１から４のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
6. 前記第２スクロールラップ（５２）は内周側ラップ部分（５２１）と外周側ラップ部分（５２２）とを有し、
   前記第１スクロールラップ（６２）は、前記内周側ラップ部分と前記外周側ラップ部分との間を相対的に往復する往復ラップ部分（６２５）、を有し、
   前記第１側面隙間（Ｇ１）は、前記内周側ラップ部分（５２１）と前記往復ラップ部分（６２５）が形成する間隙であり、
   前記第２側面隙間（Ｇ２）は、前記外周側ラップ部分（５２２）と前記往復ラップ部分（６２５）が形成する間隙であり、
   前記第１厚（Ｔ１）は前記往復ラップ部分（６２５）の厚みであり、
   前記第２厚（Ｔ２）は前記外周側ラップ部分（５２２）の厚みである、
   請求項１から５のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第１スクロールラップ（６２）は前記可動スクロールラップ（６２）であり、
   前記第２スクロールラップ（５２）は前記固定スクロールラップ（５２）である、
   請求項１から６のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。

Images