JP6747109B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。
外周側から内周側に向かって深くなるように段差が形成された歯底部を有する固定側ラップおよび旋回側ラップを備えるスクロール圧縮機が知られている(特許文献1(国際公開番号WO2014/155646)参照)。
この種のスクロール圧縮機では、運転中の圧縮室内の温度は外周側から内周側に向かって一次関数的に上昇するというよりも指数関数的に上昇することを、本願の発明者達は見出した。したがって、例えば、特許文献1のスクロール圧縮機のように、歯底部において外周側から内周側に向かって深くなるように段差が形成されたとしても、段差が十分でなく、結果として、固定スクロールと旋回スクロールとが接触する恐れがある。特に、低負荷条件で高い圧縮効率が要求されている場合には、固定側ラップおよび旋回側ラップの容積は、より小さく設計される。このような構成においては、高負荷条件で冷媒が過圧縮され易い、すなわち、より温度が上昇し易いので、上述の課題は、より顕著になる。
本発明の課題は、固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制する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、固定スクロールと旋回スクロールを備える。固定スクロールは、第1ベースと第1ラップを有する。第1ラップは、第1ベースに渦巻状に形成されている。旋回スクロールは、固定スクロールと共に圧縮室を形成する。旋回スクロールは、第2ベースと第2ラップを有する。第2ラップは、第2ベースに渦巻状に形成されている。スクロール圧縮機は、第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たす。第1条件は、第1ラップの先端と第2ベースとの第1隙間が第1ラップの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの第1隙間の変化率が第1ラップの途中から第1ラップの外周端までの第1隙間の変化率よりも大きい、という条件である。第2条件は、第2ラップの先端と第1ベースとの第2隙間が第2ラップの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの第2隙間の変化率が第2ラップの途中から第2ラップの外周端までの第2隙間の変化率よりも大きい、という条件である。
本発明の第1観点に係るスクロール圧縮機では、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの第1隙間の変化率が、第1ラップの途中から第1ラップの外周端までの第1隙間の変化率よりも大きい場合に、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの第1隙間は、局所的に大きくなる。したがって、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの部分において、第1ラップの先端と第2ベースとの接触を抑制することができる。
同様に、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの第2隙間の変化率が、第2ラップの途中から第2ラップの外周端までの第2隙間の変化率よりも大きい場合に、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの第2隙間は、局所的に大きくなる。したがって、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの部分において、第2ラップの先端と第1ベースとの接触を抑制することができる。
以上のように、第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たすことにより、固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本発明の第2観点に係るスクロール圧縮機においては、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの部分は第1ラップの中心部であり、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの部分は第2ラップの中心部である。
本発明の第2観点に係るスクロール圧縮機では、特に高温となり得る、圧縮室の中心部において、熱による第1ラップの膨張を見越して、第1ラップの中心部の第1隙間が局所的に大きくなるように設定されている。したがって、圧縮室の中心部での固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
同様に、特に高温となり得る、圧縮室の中心部において、熱による第2ラップの膨張を見越して、第2ラップの中心部の第2隙間が局所的に大きくなるように設定されている。したがって、圧縮室の中心部での固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本発明の第3観点に係るスクロール圧縮機においては、第1隙間は、第1ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第2隙間は、第2ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。
本発明の第3観点に係るスクロール圧縮機では、第1隙間および第2隙間が圧縮室の中心部に向かって徐々に変化するので、固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第4観点に係るスクロール圧縮機においては、第1ラップおよび第2ベースの少なくとも一方が段差状に形成されることにより、第1隙間は第1ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第2ラップおよび第1ベースの少なくとも一方が段差状に形成されることにより、第2隙間は第2ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第1ラップおよび第2ベースの少なくとも一方は、第1ラップの中心部の範囲に少なくとも1つの段差部を含む。第2ラップおよび第1ベースの少なくとも一方は、第2ラップの中心部の範囲に少なくとも1つの段差部を含む。
本発明の第4観点に係るスクロール圧縮機では、第1ラップおよび第2ベースの少なくとも一方が段差状に形成されるので、例えばスロープ状に形成される場合に比べて、第1隙間の形成のための加工が容易になる。同様に、第2ラップおよび第1ベースの少なくとも一方が段差状に形成されるので、例えばスロープ状に形成される場合に比べて、第2隙間の形成のための加工が容易になる。また、第1ラップの中心部の範囲に含まれる段差部によって、第1隙間を容易に局所的に大きくすることができる。同様に、第2ラップの中心部の範囲に含まれる段差部によって、第2隙間を容易に局所的に大きくすることができる。
本発明の第5観点に係るスクロール圧縮機においては、第1ラップの中心部は、第1ラップの中心から540°までの範囲である。第2ラップの中心部は、第2ラップの中心から540°までの範囲である。
本発明の第5観点に係るスクロール圧縮機では、特に高温になり得る、第1ラップの中心から540°までの範囲の第1隙間および第2ラップの中心から540°までの範囲の第2隙間が局所的に大きくなる。したがって、固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第6観点に係るスクロール圧縮機においては、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの第1隙間の変化率は、第1ラップの途中から第1ラップの外周端までの第1隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。第2ラップの中心から第2ラップの途中までの第2隙間の変化率は、第2ラップの途中から第2ラップの外周端までの第2隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。
本発明の第6観点に係るスクロール圧縮機では、第1ラップの中心から第1ラップの途中までの第1隙間の変化率は、第1ラップの途中から第1ラップの外周端までの第1隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲であり、第2ラップの中心から第2ラップの途中までの第2隙間の変化率は、第2ラップの途中から第2ラップの外周端までの第2隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲であるので、固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第7観点に係るスクロール圧縮機においては、固定スクロールおよび旋回スクロールは、冷媒としてR32を50重量%よりも多く含む冷媒を圧縮する。
R32を50重量%よりも多く含む冷媒とR410A冷媒が同条件により圧縮された場合には、R32を50重量%よりも多く含む冷媒は、R410A冷媒よりも高温になる。すなわち、第1ラップおよび第2ラップが、より変形し易くなる。このような場合であっても、本発明の第7観点に係るスクロール圧縮機は、第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たすので、固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本発明の第1観点に係るスクロール圧縮機では、第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たすことにより、固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本発明の第2観点に係るスクロール圧縮機では、圧縮室の中心部での固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本発明の第3観点に係るスクロール圧縮機では、固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第4観点に係るスクロール圧縮機では、第1隙間および第2隙間の形成のための加工が容易になる。また、第1ラップの中心部での第1隙間および第2ラップの中心部での第2隙間を容易に局所的に大きくすることができる。
本発明の第5観点に係るスクロール圧縮機では、特に高温になり得る部分での固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第6観点に係るスクロール圧縮機では、固定スクロールと旋回スクロールの接触を効果的に抑制することができる。
本発明の第7観点に係るスクロール圧縮機では、R32を50重量%よりも多く含む冷媒が圧縮されることにより、第1ラップおよび第2ラップがより変形し易くなる場合であっても、固定スクロールと旋回スクロールの接触を抑制することができる。
本実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 固定スクロールの下面図である。 旋回スクロールの上面図である。 第1ラップと第2鏡板の間の隙間である第1隙間を説明する図である。 第1鏡板と第2ラップの間の隙間である第2隙間を説明する図である。 第1隙間の高さの変化を説明する図である。 第2隙間の高さの変化を説明する図である。
本発明の実施形態を以下に示す。なお、以下の実施形態は、具体例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態に係るスクロール圧縮機101の縦断面図である。スクロール圧縮機101は、空気調和装置等の冷凍装置に用いられる。スクロール圧縮機101は、冷凍装置の冷媒回路を循環する冷媒ガスを圧縮する。冷媒としてR32を50重量%よりも多く含む冷媒を用いることができる。
(1)スクロール圧縮機の構成
スクロール圧縮機101は、主として、ケーシング10と、圧縮機構15と、ハウジング23と、オルダム継手39と、駆動モータ16と、下部軸受60と、クランクシャフト17と、吸入管19と、吐出管20とを備える。
(1−1)ケーシング
ケーシング10は、円筒状の胴部ケーシング部11と、椀状の上壁部12と、椀状の底壁部13とから構成されている。上壁部12は、胴部ケーシング部11の上端部に気密状に溶接されている。底壁部13は、胴部ケーシング部11の下端部に気密状に溶接されている。胴部ケーシング部11の円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように、ケーシング10は設置されている。
ケーシング10の内部には、圧縮機構15、ハウジング23、駆動モータ16、およびクランクシャフト17等が収容されている。ケーシング10の底部には、潤滑油が貯留される油溜まり空間10aが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機101の運転中において、圧縮機構15等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
(1−2)圧縮機構
圧縮機構15は、低温低圧の冷媒ガスを吸引および圧縮して、高温高圧の冷媒ガスである圧縮冷媒を吐出する。圧縮機構15は、主に、固定スクロール24と旋回スクロール26とから構成されている。固定スクロール24は、ケーシング10に対して固定されている。旋回スクロール26は、固定スクロール24に対して公転運動を行う。
(1−2−1)固定スクロール
固定スクロール24は、第1ベースとしての第1鏡板24aと、第1ラップ24bとを有する。第1ラップ24bは、第1鏡板24aに直立して形成されている。第1ラップ24bは、渦巻き形状である。第1ラップ24bの高さは、好ましくは、20〜40mmである。第1ラップ24bの巻き数は、後述の第2ラップ26bの巻き数よりも長い。具体的には、約1/2巻き分だけ長い。第1ラップ24bの最外周には、外周面が形成されていない。第1ラップ24bの最外周は、固定スクロール24の縁部につながっている。第1鏡板24aには、主吸入孔24cが形成されている。主吸入孔24cは、吸入管19と後述する圧縮室40とを接続する空間である。主吸入孔24cは、吸入空間を形成する。吸入空間は、低温低圧の冷媒ガスを吸入管19から圧縮室40に導入するための空間である。
第1鏡板24aの中央部には、吐出孔41が形成されている。第1鏡板24aの上面には、吐出孔41と連通する拡大凹部42が形成されている。拡大凹部42は、第1鏡板24aの上面に凹設された空間である。固定スクロール24の上面には、拡大凹部42を塞ぐように蓋体44がボルト44aにより固定されている。固定スクロール24および蓋体44は、ガスケット(図示せず)を介して密着してシールされている。拡大凹部42に蓋体44が覆い被せられることにより、圧縮機構15の運転音を消音させるマフラー空間45が形成されている。固定スクロール24には、マフラー空間45と連通し、固定スクロール24の下面に開口する第1圧縮冷媒流路46が形成されている。第1鏡板24aの下面には、油溝24eが形成されている。
(1−2−2)旋回スクロール
旋回スクロール26は、第2ベースとしての第2鏡板26aと、第2ラップ26bとを有する。第2鏡板26aは、円盤形状である。第2鏡板26aの下面中央部には、上端軸受26cが形成されている。第2ラップ26bは、第2鏡板26aに直立して形成されている。第2ラップ26bは、渦巻き形状である。第2ラップ26bの高さは、好ましくは、20〜40mmである。旋回スクロール26には、給油細孔63が形成されている。給油細孔63は、第2鏡板26aの上面外周部と、上端軸受26cの内側の空間とを連通している。
第1ラップ24bと第2ラップ26bとが噛み合うことにより、固定スクロール24および旋回スクロール26は圧縮室40を形成する。圧縮室40は、第1鏡板24aと、第1ラップ24bと、第2鏡板26aと、第2ラップ26bとによって囲まれる空間である。圧縮室40の容積は、旋回スクロール26の公転運動によって徐々に減少する。旋回スクロール26の公転中に、固定スクロール24の第1鏡板24aおよび第1ラップ24bの下面は、旋回スクロール26の第2鏡板26aおよび第2ラップ26bの上面と摺動する。本明細書において、旋回スクロール26と摺動する固定スクロール24の面を、摺動面24dと呼ぶ。
詳しくは後述するが、第1ラップ24bの先端(すなわち、第1ラップ24bのうち第2鏡板26aに対向する部分)と第2鏡板26aとの間には、第1隙間が形成されている。第2ラップ26bの先端(すなわち、第2ラップ26bのうち第1鏡板24aに対向する部分)と第1鏡板24aとの間には、第2隙間が形成されている。本実施形態においては、第1隙間および第2隙間に関して、次に示す第1条件および第2隙間の両方が満たされる。
第1条件は、第1隙間が第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、第1ラップ24bの中心24p(図2参照)から第1ラップ24bの途中までの範囲での第1隙間の変化率が、第1ラップ24bの途中から第1ラップ24bの外周端までの範囲での第1隙間の変化率よりも大きいという条件である。本実施形態においては、第1ラップ24bの中心24pから第1ラップ24bの途中までの範囲は、第1ラップ24bの中心24pから540°までの範囲である。第1ラップ24bの途中から第1ラップ24bの外周端までの範囲は、第1ラップ24bの540°から1080°までの範囲である。
詳しくは後述するが、第1ラップ24bの中心24pから540°までの範囲での第1隙間の変化率は、第1ラップ24bの中心24pから540°までの範囲での第1隙間の高さの変化量を、第2鏡板26aのうち第1ラップ24bの中心24pから540°までの範囲に相当する部分に含まれる段差数で除した値である。第1ラップ24bの540°から1080°までの範囲での第1隙間の変化率は、第1ラップ24bの540°から1080°までの範囲での第1隙間の高さの変化量を、第2鏡板26aのうち第1ラップ24bの540°から1080°までの範囲に相当する部分に含まれる段差数で除した値である。
第2条件は、第2隙間が第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、第2ラップ26bの中心26p(図3参照)から第2ラップ26bの途中までの範囲での第2隙間の変化率が、第2ラップ26bの途中から第2ラップ26bの外周端までの範囲での第2隙間の変化率よりも大きいという条件である。本実施形態においては、第2ラップ26bの中心26pから第2ラップ26bの途中までの範囲は、第2ラップ26bの中心26pから540°までの範囲である。第2ラップ26bの途中から第2ラップ26bの外周端までの範囲は、第2ラップ26bの540°から900°までの範囲である。
詳しくは後述するが、第2ラップ26bの中心26pから540°までの範囲での第2隙間の変化率は、第2ラップ26bの中心26pから540°までの範囲での第2隙間の高さの変化量を、第1鏡板24aのうち第2ラップ26bの中心26pから540°までの範囲に相当する部分に含まれる段差数で除した値である。第2ラップ26bの540°から900°までの範囲での第2隙間の変化率は、第2ラップ26bの540°から900°までの範囲での第2隙間の高さの変化量を、第1鏡板24aのうち第2ラップ26bの540°から900°までの範囲に相当する部分に含まれる段差数で除した値である。
(1−3)ハウジング
ハウジング23は、圧縮機構15の下方に配置されている。ハウジング23の外周面は、胴部ケーシング部11の内周面に気密状に接合されている。これにより、ケーシング10の内部空間は、ハウジング23の下方の高圧空間S1と、ハウジング23の上方の空間である低圧空間S2とに区画されている。ハウジング23は、固定スクロール24を載置し、固定スクロール24と共に旋回スクロール26を挟持している。ハウジング23の外周部には、第2圧縮冷媒流路48が鉛直方向に貫通して形成されている。第2圧縮冷媒流路48は、ハウジング23の上面において第1圧縮冷媒流路46と連通し、ハウジング23の下面において高圧空間S1と連通する。
ハウジング23の上面には、クランク室S3が凹設されている。ハウジング23には、ハウジング貫通孔31が形成されている。ハウジング貫通孔31は、クランク室S3の底面中央部から、ハウジング23の下面中央部まで、ハウジング23を鉛直方向に貫通している。本明細書において、ハウジング23の一部であり、かつ、ハウジング貫通孔31が形成されている部分を、上部軸受32という。ハウジング23には、ケーシング10の内面近傍の高圧空間S1とクランク室S3とを連通する油戻し通路23aが形成されている。
(1−4)オルダム継手
オルダム継手39は、旋回スクロール26とハウジング23との間に設置される環状の部材である。オルダム継手39は、公転している旋回スクロール26の自転を防止するための部材である。
(1−5)駆動モータ
駆動モータ16は、ハウジング23の下方に配置されるブラシレスDCモータである。駆動モータ16は、主に、ケーシング10の内面に固定されるステータ51と、ステータ51の内側にエアギャップを設けて配置されるロータ52とから構成される。
ステータ51の外周面には、ステータ51の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて切欠形成されている複数のコアカット部が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部11とステータ51との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路55を形成する。
ロータ52は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランクシャフト17に連結されている。ロータ52は、クランクシャフト17を介して、圧縮機構15に接続されている。
(1−6)下部軸受
下部軸受60は、駆動モータ16の下方に配置されている。下部軸受60の外周面は、ケーシング10の内面に気密状に接合されている。下部軸受60は、クランクシャフト17を支持する。
(1−7)クランクシャフト
クランクシャフト17は、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。クランクシャフト17は、その上端部の軸心が上端部を除く部分の軸心に対してわずかに偏心している形状を有している。クランクシャフト17は、バランスウェイト18を有する。バランスウェイト18は、ハウジング23の下方かつ駆動モータ16の上方の高さ位置において、クランクシャフト17に密着して固定されている。
クランクシャフト17は、ロータ52の回転中心を鉛直方向に貫通してロータ52に連結されている。クランクシャフト17は、その上端部が上端軸受26cに嵌入することで、旋回スクロール26に接続されている。クランクシャフト17は、上部軸受32および下部軸受60によって支持されている。
クランクシャフト17は、その軸方向に延びている主給油路61を内部に有している。主給油路61の上端は、クランクシャフト17の上端面と第2鏡板26aの下面とによって形成される油室67と連通している。油室67は、第2鏡板26aの給油細孔63を介して、摺動面24dおよび油溝24eに連通し、圧縮室40を介して最終的に低圧空間S2に連通する。主給油路61の下端は、油溜まり空間10aに貯留される潤滑油を圧縮機構15に供給するための管である油供給管に接続されている。
クランクシャフト17は、主給油路61から分岐する第1副給油路61a、第2副給油路61bおよび第3副給油路61cを有している。第1副給油路61a、第2副給油路61bおよび第3副給油路61cは、水平方向に延びている。第1副給油路61aは、クランクシャフト17と旋回スクロール26の上端軸受26cとの摺動面に開口している。第2副給油路61bは、クランクシャフト17とハウジング23の上部軸受32との摺動面に開口している。第3副給油路61cは、クランクシャフト17と下部軸受60との摺動面に開口している。
(1−8)吸入管
吸入管19は、ケーシング10の外部から圧縮機構15へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管である。吸入管19は、ケーシング10の上壁部12に気密状に嵌入されている。吸入管19は、低圧空間S2を鉛直方向に貫通する。
(1−9)吐出管
吐出管20は、高圧空間S1からケーシング10の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管である。吐出管20は、ケーシング10の胴部ケーシング部11に気密状に嵌入されている。吐出管20は、高圧空間S1を水平方向に貫通する。
(2)固定スクロールおよび旋回スクロールの詳細
図2は、鉛直方向に沿って視た固定スクロール24の下面図である。固定スクロール24のうちの主吸入孔24cから吐出孔41までの冷媒流路部分24fには、複数の領域が形成されている。本実施形態においては、4つの領域が形成されている。すなわち、第1領域34a、第2領域34b、第3領域34c、および第4領域34dが形成されている。
第1領域34aは、冷媒流路部分24fのうち最も内周側の領域である。本実施形態においては、第1領域34aは、第1ラップ24bの中心24p(すなわち巻き始め)から540°までの範囲に対応する領域である。本実施形態においては、第1ラップ24bの中心24pから540°までの範囲を第1ラップ24bの中心部と定義し、第1領域34aを第1鏡板24aの中心部と定義する。第1ラップ24bおよび第1鏡板24aの中心部は、圧縮室40の中心部を形成する。
第2領域34bは、第1領域34aに続く領域である。第2領域34bは、第1領域34aと第3領域34cの間の領域である。本実施形態においては、第2領域34bは、第1ラップ24bの540°から720°までの範囲に対応する領域である。
第3領域34cは、第2領域34bに続く領域である。第3領域34cは、第2領域34bと第4領域34dの間の領域である。本実施形態においては、第3領域34cは、第1ラップ24bの720°から900°までの範囲に対応する領域である。
第4領域34dは、第3領域34cに続く領域である。第4領域34dは、冷媒流路部分24fのうち最も外周側の領域である。本実施形態においては、第4領域34dは、第1ラップ24bの900°から外周端(1080°)までの範囲に対応する領域である。
本実施形態においては、第1ラップ24bの540°から外周端までの範囲を第1ラップ24bの非中心部と定義し、第2領域34b、第3領域34c、および第4領域34dを第1鏡板24aの非中心部と定義する。第1ラップ24bおよび第1鏡板24aの非中心部は、圧縮室40の非中心部を形成する。
図3は、鉛直方向に沿って視た旋回スクロール26の上面図である。旋回スクロール26のうちの第2ラップ26bの中心26pから外周端に囲まれた冷媒流路部分26fには、複数の領域が形成されている。本実施形態においては、4つの領域が形成されている。すなわち、第1領域36a、第2領域36b、第3領域36c、および第4領域36dが形成されている。
第1領域36aは、冷媒流路部分26fのうち最も内周側の領域である。本実施形態においては、第1領域36aは、第2ラップ26bの中心26p(すなわち巻き始め)から540°までの範囲に対応する領域である。本実施形態においては、第2ラップ26bの中心26pから540°までの範囲を第2ラップ26bの中心部と定義し、第1領域36aを第2鏡板26aの中心部と定義する。第2ラップ26bおよび第2鏡板26aの中心部は、圧縮室40の中心部を形成する。
第2領域36bは、第1領域36aに続く領域である。第2領域36bは、第1領域36aと第3領域36cの間の領域である。本実施形態においては、第2領域36bは、第2ラップ26bの540°から660°までの範囲に対応する領域である。
第3領域36cは、第2領域36bに続く領域である。第3領域36cは、第2領域36bと第4領域36dの間の領域である。本実施形態においては、第3領域36cは、第2ラップ26bの660°から780°までの範囲に対応する領域である。
第4領域36dは、第3領域36cに続く領域である。第4領域36dは、冷媒流路部分26fのうち最も外周側の領域である。本実施形態においては、第4領域36dは、第2ラップ26bの780°から外周端(900°)までの範囲に対応する領域である。
本実施形態においては、第2ラップ26bの540°から外周端までの範囲を第2ラップ26bの非中心部と定義し、第2領域36b、第3領域36c、および第4領域36dを第2鏡板26aの非中心部と定義する。第2ラップ26bおよび第2鏡板26aの非中心部は、圧縮室40の非中心部を形成する。
図4Aは、第1ラップ24bと第2鏡板26aの間の隙間である第1隙間を説明する図である。図4Aにおいては、横軸は第2ラップ26bの中心26pからの角度を示す。縦軸は第1隙間の高さを示す。すなわち、縦軸は第1ラップ24bの先端と第2鏡板26a(特に冷媒流路部分26f)との距離を示す。隙間高さh1は、第1ラップ24bの先端と第1領域36aとの距離を示す。隙間高さh2は、第1ラップ24bの先端と第2領域36bとの距離を示す。隙間高さh3は、第1ラップ24bの先端と第3領域36cとの距離を示す。隙間高さh4は、第1ラップ24bの先端と第4領域36dとの距離を示す。
図4Aに示されるように、冷媒流路部分26fの高さは、外周側から内周側に向かって変化している。冷媒流路部分26fの高さは、外周側から内周側に向かって低くなっている。すなわち、冷媒流路部分26fの厚みが薄くなっている。本実施形態においては、外周側から内周側に向かって段差状に低くなっている。より詳細には、第4領域36d、第3領域36c、第2領域36b、第1領域36aの順に低くなっている。
冷媒流路部分26fが段差状に低くなることによって、冷媒流路部分26fには、3つの段差部66が形成されている。すなわち、第2領域36bと第1領域36aの境界に段差部66aが形成され、第3領域36cと第2領域36bの境界に段差部66bが形成され、第4領域36dと第3領域36cの境界に段差部66cが形成されている。
一方、第1ラップの24bの高さは一定である。結果として、第1隙間の高さは、第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって変化している。第1隙間の高さは、第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって広くなっている。第1隙間の高さは、段差状に変化している。隙間高さh1が最も大きく、隙間高さh4が最も小さい。
以上のように、冷媒流路部分26fの高さが変化している一方、第1ラップ24bの高さは一定である。したがって、冷媒流路部分26fの高さの変化量をそのまま第1隙間の変化量とみなすことができる。
本実施形態においては、第2鏡板26aの中心部は段差部66aを含む。したがって、第2鏡板26aの中心部の外周端(すなわち段差部66a)と内周端の隙間高さは異なる。具体的には、隙間高さh1と隙間高さh2の差だけ異なる。段差部66aの高さはh1−h2である。
本実施形態においては、第2鏡板26aの非中心部は2つの段差部を含む。すなわち、段差部66bおよび段差部66cを含む。段差部66bの高さはh2−h3であり、段差部66cの高さはh3−h4である。
図4Bは、第1鏡板24aと第2ラップ26bの間の隙間である第2隙間を説明する図である。図4Bにおいては、横軸は第1ラップ24bの中心24pからの角度を示す。縦軸は第2隙間の高さを示す。すなわち、縦軸は第1鏡板24a(特に冷媒流路部分24f)と第2ラップ26bの先端との距離を示す。隙間高さh5は、第2ラップ26bの先端と第1領域34aとの距離を示す。隙間高さh6は、第2ラップ26bの先端と第2領域34bとの距離を示す。隙間高さh7は、第2ラップ26bの先端と第3領域34cとの距離を示す。隙間高さh8は、第2ラップ26bの先端と第4領域34dとの距離を示す。
図4Bに示されるように、冷媒流路部分24fの高さは、外周側から内周側に向かって変化している。冷媒流路部分24fの高さは、外周側から内周側に向かって低くなっている。すなわち、冷媒流路部分24fの厚みが薄くなっている。本実施形態においては、外周側から内周側に向かって段差状に低くなっている。より詳細には、第4領域34d、第3領域34c、第2領域34b、第1領域34aの順に低くなっている。
冷媒流路部分24fが段差状に低くなることによって、冷媒流路部分24fには、3つの段差部64が形成されている。すなわち、第2領域34bと第1領域34aの境界に段差部64aが形成され、第3領域34cと第2領域34bの境界に段差部64bが形成され、第4領域34dと第3領域34cの境界に段差部64cが形成されている。
一方、第2ラップの26bの高さは一定である。結果として、第2隙間の高さは、第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって変化している。第2隙間の高さは、第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって広くなっている。第2隙間の高さは、段差状に変化している。隙間高さh5が最も大きく、隙間高さh8が最も小さい。
以上のように、冷媒流路部分24fの高さが変化している一方、第2ラップ26bの高さは一定である。したがって、冷媒流路部分24fの高さの変化量をそのまま第2隙間の変化量とみなすことができる。
本実施形態においては、第1鏡板24aの中心部は段差部64aを含む。したがって、第1鏡板24aの中心部の外周端(すなわち段差部64a)と内周端の隙間高さは異なる。具体的には、隙間高さh5と隙間高さh6の差だけ異なる。段差部64aの高さはh5−h6である。
本実施形態においては、第1鏡板24aの非中心部は2つの段差部を含む。すなわち、段差部64bおよび段差部64cを含む。段差部64bの高さはh6−h7であり、段差部64cの高さはh7−h8である。
図5Aは、第1隙間の高さの変化を説明する図である。図5Aにおいて、横軸は第2ラップ26bの角度を示し、縦軸は第1隙間の高さを示す。ここでは、隙間高さh4を隙間高さの基準として定義する。また、一例として、段差部66cの高さを1μm、段差部66bの高さを9μm、段差部66aの高さを26μmと定義する。そうすると、隙間高さh3をh4+1、隙間高さh2をh4+10、隙間高さh1をh4+36と表すことができる。
本実施形態においては、第2鏡板26aの中心部での変化量は、h1−h2=26μmである。第2鏡板26aの中心部の段差数は1であるので、第2鏡板26aの中心部での変化率は、26である。第2鏡板26aの非中心部での変化量は、h2−h4=10μmである。第2鏡板26aの非中心部の段差数は2であるので、第2鏡板26aの非中心部での変化率(段差当たりの変化量の平均)は10/2=5である。
以上のように、第2鏡板26aの中心部での第1隙間の変化率は、第2鏡板26aの非中心部での第1隙間の変化率よりも大きい。より詳細には、第2鏡板26aの中心部での第1隙間の変化率は、第2鏡板26aの非中心部での第1隙間の変化率の5.2倍である。第1隙間は、第2鏡板26aの中心部の範囲において局所的に大きくなる。なお、好ましくは、第2鏡板26aの中心部での第1隙間の変化率は、第2鏡板26aの非中心部での第1隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。
図5Bは、第2隙間の高さの変化を説明する図である。図5Bにおいて、横軸は第1ラップ24bの角度を示し、縦軸は第2隙間の高さを示す。ここでは、隙間高さh8を隙間高さの基準として定義する。また、一例として、段差部64cの高さを1μm、段差部64bの高さを9μm、段差部64aの高さを26μmと定義する。そうすると、隙間高さh7をh8+1、隙間高さh6をh8+10、隙間高さh5をh8+36と表すことができる。
本実施形態においては、第1鏡板24aの中心部での変化量は、h5−h6=26μmである。第1鏡板24aの中心部の段差数は1であるので、第1鏡板24aの中心部での変化率は、26である。第1鏡板24aの非中心部での変化量は、h6−h8=10μmである。第1鏡板24aの非中心部の段差数は2であるので、第1鏡板24aの非中心部での変化率(段差当たりの変化量の平均)は10/2=5である。
以上のように、第1鏡板24aの中心部での第2隙間の変化率は、第1鏡板24aの非中心部での第2隙間の変化率よりも大きい。より詳細には、第1鏡板24aの中心部での第2隙間の変化率は、第1鏡板24aの非中心部での第2隙間の変化率の5.2倍である。第2隙間は、第1鏡板24aの中心部の範囲において局所的に大きくなる。なお、好ましくは、第1鏡板24aの中心部での第2隙間の変化率は、第1鏡板24aの非中心部での第2隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。
(3)スクロール圧縮機の動作
最初に、駆動モータ16が駆動することによって、ロータ52が回転する。これにより、ロータ52に固定されているクランクシャフト17が回転する。クランクシャフト17の回転運動は、上端軸受26cを介して旋回スクロール26に伝達される。クランクシャフト17の上端部の軸心は、クランクシャフト17の回転運動の軸に対して偏心している。旋回スクロール26は、オルダム継手39を介してハウジング23に係合されている。これにより、旋回スクロール26は、自転することなく、固定スクロール24に対して公転運動を行う。
圧縮される前の低温低圧の冷媒は、吸入管19から主吸入孔24cを経由して、圧縮機構15の圧縮室40に供給される。旋回スクロール26の公転運動により、圧縮室40は容積を徐々に減少させながら固定スクロール24の外周部から中心部に向かって移動する。その結果、圧縮室40の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮室40が固定スクロール24の外周部から中心部に向かって移動する場合に、圧縮室40の温度は移動に伴い上昇する。特に、冷媒が高負荷条件で圧縮される場合には、温度がより上昇する。温度の上昇に伴い、固定スクロール24および旋回スクロール26は膨張する。
ここで、本実施形態のスクロール圧縮機101では、熱による影響をより受け易い、圧縮室40の中心部において、第1隙間および第2隙間が局所的に大きい。したがって、固定スクロール24および旋回スクロール26が熱により膨張したとしても、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を抑制することができる。
圧縮冷媒は、吐出孔41からマフラー空間45へ吐出された後、第1圧縮冷媒流路46および第2圧縮冷媒流路48を経由して、高圧空間S1へ吐出される。そして、圧縮冷媒は、モータ冷却通路55を下降して、駆動モータ16の下方の高圧空間S1に到達する。そして、圧縮冷媒は、流れの向きを反転させて、他のモータ冷却通路55および駆動モータ16のエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管20からスクロール圧縮機101の外部に吐出される。
(4)スクロール圧縮機の特徴
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第2鏡板26aの中心部での第1隙間の変化率は、第2鏡板26aの非中心部での第1隙間の変化率よりも大きい。第2鏡板26aの中心部の範囲での第1隙間は、局所的に大きくなる。したがって、第2鏡板26aの中心部において、第1ラップ24bの先端と第2鏡板26aとの接触を抑制することができる。特に高温となり得る、圧縮室40の中心部において、熱による第1ラップ24bの膨張を見越して、第1ラップ24bの中心部の第1隙間が局所的に大きくなるように設定されているので、圧縮室40の中心部での固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を抑制することができる。
同様に、第1鏡板24aの中心部での第2隙間の変化率は、第1鏡板24aの非中心部での第2隙間の変化率よりも大きい。第1鏡板24aの中心部の範囲での第2隙間は、局所的に大きくなる。したがって、第1鏡板24aの中心部において、第2ラップ26bの先端と第1鏡板24aとの接触を抑制することができる。特に高温となり得る、圧縮室40の中心部において、熱による第2ラップ26bの膨張を見越して、第2ラップ26bの中心部の第2隙間が局所的に大きくなるように設定されているので、圧縮室40の中心部での固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を抑制することができる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第1隙間は、第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第2隙間は、第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第1隙間および第2隙間が圧縮室40の中心部に向かって徐々に変化するので、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を効果的に抑制することができる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第2鏡板26aは、第1ラップ24bの中心部の範囲に段差部66aを含み、第1鏡板24aは、第2ラップ26bの中心部の範囲に段差部64aを含む。段差部66aによって、第2鏡板26aの中心部での第1隙間を容易に局所的に大きくすることができる。同様に、段差部64aによって、第1鏡板24aの中心部での第2隙間を容易に局所的に大きくすることができる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第2鏡板26aが段差状に形成されることにより、第1隙間が第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。第1鏡板24aが段差状に形成されることにより、第2隙間が第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって段差状に変化している。よって、例えばスロープ状に形成される場合に比べて、第1隙間および第2隙間の形成のための加工が容易になる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第1ラップ24bの中心部は、第1ラップ24bの中心から540°までの範囲である。第2ラップ26bの中心部は、第2ラップ26bの中心から540°までの範囲である。特に高温になり得る、第1ラップ24bの中心から540°までの範囲の第1隙間および第2ラップ26bの中心から540°までの範囲の第2隙間を局所的に大きくしているので、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を効果的に抑制することができる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、第2鏡板26aの中心部での第1隙間の変化率は、第2鏡板26aの非中心部での第1隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。第1鏡板24aの中心部での第2隙間の変化率は、第1鏡板24aの非中心部での第2隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲である。以上により、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を効果的に抑制することができる。
本実施形態のスクロール圧縮機101においては、固定スクロール24および旋回スクロール26は、冷媒としてR32を50重量%よりも多く含む冷媒を圧縮する。R32を50重量%よりも多く含む冷媒とR410A冷媒が同条件により圧縮された場合には、R32を50重量%よりも多く含む冷媒は、R410A冷媒よりも高温になる。すなわち、第1ラップ24bおよび第2ラップ26bが、より変形し易くなる。この場合であっても、スクロール圧縮機101は、第1条件および第2条件を満たすので、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を抑制することができる。
<変形例>
本発明の実施形態に適用可能な変形例を説明する。
(1)変形例A
以上の説明では、第2鏡板26aが段差状に形成されたが、第1隙間が第1ラップ24bの外周側から内周側に向かって段差状に変化する形態は、これに限られない。第1ラップ24bが段差状に形成されてもよいし、第1ラップ24bおよび第2鏡板26aが段差状に形成されてもよい。すなわち、第1ラップ24bおよび第2鏡板26aの少なくとも一方が段差状に形成されていればよい。第1ラップ24bおよび第2鏡板26aの少なくとも一方が第1ラップ24bの中心部の範囲に段差部を含めばよい。
同様に、以上の説明では、第1鏡板24aが段差状に形成されたが、第2隙間が第2ラップ26bの外周側から内周側に向かって段差状に変化する形態は、これに限られない。第2ラップ26bが段差状に形成されてもよいし、第2ラップ26bおよび第1鏡板24aが段差状に形成されてもよい。すなわち、第2ラップ26bおよび第1鏡板24aの少なくとも一方が段差状に形成されていればよい。第2ラップ26bおよび第1鏡板24aの少なくとも一方が第2ラップ26bの中心部の範囲に段差部を含めばよい。
(2)変形例B
以上の説明では、冷媒流路部分24fおよび冷媒流路部分26fのそれぞれに、3つの段差部が形成されていたが、2つの段差部が形成されてもよいし、4つ以上の段差部が形成されてもよい。
(3)変形例C
以上の説明では、第1鏡板24aの中心部が第1ラップ24bの中心から540°までの範囲であったが、第1鏡板24aの中心部の範囲はこれに限られない。第1鏡板24aの中心部の範囲は、段差部の数に応じて変化してもよい。例えば、4つの段差部が冷媒流路部分24fに形成されている場合には、第1鏡板24aの中心部は第1ラップ24bの中心から360°までの範囲としてもよい。
同様に、第2鏡板26aの中心部が第2ラップ26bの中心から540°までの範囲であったが、第2鏡板26aの中心部の範囲はこれに限られない。第2鏡板26aの中心部の範囲は、段差部の数に応じて変化してもよい。例えば、4つの段差部が冷媒流路部分26fに形成されている場合には、第2鏡板26aの中心部は第2ラップ26bの中心から360°までの範囲としてもよい。
(4)変形例D
以上の説明では、第1鏡板24aの中心部および第2鏡板26aの中心部のそれぞれは、1つの段差部を有したが、第1鏡板24aの中心部および第2鏡板26aの中心部の形態はこれに限られない。第1鏡板24aの中心部および第2鏡板26aの中心部のそれぞれは、2つ以上の段差部を有してもよい。すなわち、第1鏡板24aの中心部および第2鏡板26aの中心部のそれぞれは、少なくとも1つの段差部を含めばよい。
(5)変形例E
以上の説明では、第1隙間および第2隙間が段差状に変化したが、第1隙間および第2隙間の形態は段差状に限られない。第1隙間および第2隙間は、スロープ状に変化してもよい。
(6)変形例F
以上の説明では、スクロール圧縮機101が第1条件および第2条件の両方を満たしたが、第1条件のみを満たしてもよいし、第2条件のみを満たしてもよい。すなわち、第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たせばよい。より詳細には、圧縮室40の中心部での第1隙間のみが局所的に大きくてもよいし、圧縮室40の中心部での第2隙間のみが局所的に大きくてもよい。すなわち、第1隙間および第2隙間の少なくとも一方において、圧縮室40の中心部の隙間が局所的に大きくなっていればよい。第1条件および第2条件の少なくとも一方を満たすことにより、固定スクロール24と旋回スクロール26の接触を抑制することができる。
(7)変形例G
以上の説明では、第1隙間の高さの変化は、第2隙間の高さの変化と同一であったが、第2隙間の高さの変化とは異なってもよい。
以上のように、本発明は実施形態を用いて説明されたが、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の範囲に限定されない。多様な変更または改良を上記の実施形態に加えることが可能であることは、当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
24 固定スクロール
24a 第1鏡板
24b 第1ラップ
26 旋回スクロール
26a 第2鏡板
26b 第2ラップ
40 圧縮室
101 スクロール圧縮機
国際公開番号WO2014/155646

Claims (4)

  1. 第1ベース(24a)と、前記第1ベースに形成された渦巻状の第1ラップ(24b)とを有する固定スクロール(24)と、
    前記固定スクロールと共に圧縮室(40)を形成し、第2ベース(26a)と、前記第2ベースに形成された渦巻状の第2ラップ(26b)とを有する旋回スクロール(26)と、
    を備え、
    前記第1ラップの先端と前記第2ベースとの第1隙間は、前記第1ラップの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、前記第1ラップの中心から前記第1ラップの途中までの前記第1隙間の変化率は、前記第1ラップの途中から前記第1ラップの外周端までの前記第1隙間の変化率よりも大きく、前記第1ラップの途中から前記第1ラップの外周端までの前記第1隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲であるという第1条件、
    および、
    前記第2ラップの先端と前記第1ベースとの第2隙間は、前記第2ラップの外周側から内周側に向かって変化し、かつ、前記第2ラップの中心から前記第2ラップの途中までの前記第2隙間の変化率は、前記第2ラップの途中から前記第2ラップの外周端までの前記第2隙間の変化率よりも大きく、前記第2ラップの途中から前記第2ラップの外周端までの前記第2隙間の変化率の4.5倍から5.5倍の範囲であるという第2条件
    の少なくとも一方を満たし、
    前記第1ラップの中心から前記第1ラップの途中までの部分は、前記第1ラップの中心部であり、
    前記第2ラップの中心から前記第2ラップの途中までの部分は、前記第2ラップの中心部であり、
    前記第1ラップの中心部は、前記第1ラップの中心から540°までの範囲であり、
    前記第2ラップの中心部は、前記第2ラップの中心から540°までの範囲である、
    スクロール圧縮機(101)。
  2. 前記第1隙間は、前記第1ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化し、前記第2隙間は、前記第2ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化している、
    請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3. 前記第1ラップおよび前記第2ベースの少なくとも一方が段差状に形成されることにより、前記第1隙間は、前記第1ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化し、
    前記第2ラップおよび前記第1ベースの少なくとも一方が段差状に形成されることにより、前記第2隙間は、前記第2ラップの外周側から内周側に向かって段差状に変化し、
    前記第1ラップおよび前記第2ベースの少なくとも一方は、前記第1ラップの中心部の範囲に少なくとも1つの段差部(66a)を含み、
    前記第2ラップおよび前記第1ベースの少なくとも一方は、前記第2ラップの中心部の範囲に少なくとも1つの段差部(64a)を含む、
    請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールは、冷媒としてR32を50重量%よりも多く含む冷媒を圧縮する、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。
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