JPH02305391A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はスクロール圧縮機に係り、特にスクロール圧縮
機の熱的特性および材料力学的特性の改善に関する。

［従来の技術］ 従来スクロール圧縮機において固定スクロール、旋回ス
クロールおよびオルダムリングのすべての材質組み合わ
せについて規定した公知例はなく、これに最も近い例と
して、特願昭６２−２０４６２０の提案技術がある。

上記従来技術では、旋回スクロールおよびオルダムリン
グについて材質組み合わせを改善し、スクロール圧縮機
の小形化および軽量化に有効で、かつ、オルダムリング
の摺動特性および摺動耐久性を向上して性能、信頼性を
向上させる方法を提示している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記提案技術は、スクロール圧縮機の圧縮要素がおかれ
ている熱的環境やそれから受ける影響などについて考慮
されておらず、吸入ガスの加熱や部材の熱変形などの問
題が残されていた。

特に、圧縮要素が高圧ガス（圧縮された吐出ガス）の雰
囲気におかれる高圧容器方式のスクロール圧縮機では、
固定スクロールおよびそれを支持するフレームが高温高
圧の雰囲気にさらされており、固定スクロールやフレー
ム等の部材を通じた熱伝導により内部の吸入ガスの加熱
が促進され、さらに、部材の温度分布や作用する圧力に
より部材が変形し、ガスの比容積が増加したり、漏れが
増加して、圧縮機の性能に悪影響を与えていた。

本発明は、スクロール圧縮機の構成要素のうち、運動す
る部品の軽量化をＲ１るとともに、圧縮機部の内部への
熱の侵入を少なくして吸入ガスの加熱量を少なくし、さ
らに温度分布のむらを少なくして部材の変形量を少なく
し、ガスの比容積の増大や漏れの増大を防止して圧縮機
の性能を向上させることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は特許請求の範囲の各項に夫々記載の構成によ
って達成することができる。

［作　　　用〕 固定スクロールを剛性の高い材料で構成することにより
、外圧による変形を小さく抑えることができる。したが
って、固定スクロールのラップの変形量も小さく、シー
ル部分（ラップの側面と先端の部分）の隙間が増大した
り、強く接触することがない。また、固定スクロールの
熱伝導率を小さくしたので外壁が高温のガスに接してい
ても内部に伝わる熱量を少なくすることができる。

一方、旋回スクロールとオルダムリングは密度が小さい
（即ち軽い）ので慣性荷重が小さい。また、熱伝導率の
高い材料で構成したので、温度分布のむらが少なく、変
形量もノＪＸさくなる。

以上の構成により、吸入ガスの内部加熱量が少なく、比
容積の増大が少ない。圧縮部のシール性が高く、圧縮室
間の漏れが少ない。また、無理な応力を生ずる変形が起
きないから接触荷重や軸受は荷重も小さくなる。したが
って、体積効率が高く、動力損失が少ない高性能の圧縮
機を実現することができる。

旋回スクロールとオルダムリングにアルミ合金を使用し
た場合、オルダムリングと旋回スクロールとが係合する
キー溝部には、アルミ合金材と摺動性の良い鋳鉄材料を
用いることにより、摩耗や焼き付きの心配がない。

加うるに、高温になる固定スクロールには、熱膨張率の
低い材料を使用し、比較的低温の旋回スクロールには、
熱膨張率の高い材料を使用することにより、運転時にも
適正なラップ間隙間を保つことができる。

固定スクロール、旋回スクロール、オルダムリングをと
もに鉄材とした従来のスクロール圧縮機の場合に比べて
、本発明では、圧縮機の電動機の駆動周波数を、上記従
来の圧縮機の駆動周波数×（固定スクロールの密度／旋
回スクロールの密度）とした場合に旋回スクロールやオ
ルダムリングの慣性荷重あるいは遠心力が従来のものと
同等になる。よって、最高駆動周波数を従来のものより
高くすることができる。

また、本発明の加工方法によれば、固定スクロールおよ
び旋回スクロールの加工を常温に近い温度で行って、運
転時の高い温度下で適切な刈７ム・プロフィルを得るこ
とができる。

［実　施　例コ 以下本発明の実施例を第１図乃至第６図を参照して説明
する。

第３図に示すスクロール圧縮機は、密閉容器１内に、圧
縮機部２と電動機部３が収納されている。

圧縮機部２では固定スクロール４と旋回スクロール５を
互に噛合わせて圧縮室（密閉空間）９が形成される。固
定スクロール４は、円盤状の鏡板４ａと、これに直立し
たインボリウＩ−曲線あるいはこれに近似の曲線に形成
されたラップ４ｂとからなり、その中心部に吐出口１０
、外周部に吸入ロアを備えている。旋回スクロール５は
円盤状の鏡板５ａと、これに直立し、固定スクロールの
ラップと同一形状に形成されたラップ５ｂとボス５ｃと
からなっている。フレーム１１は中央部に軸受部１１ａ
を形成し、この軸受部に回転軸１４が支承され、回転軸
先端の偏心軸１４ａは、上記ボス５Ｇに旋回運動が可能
なように挿入されている。またフレーム１１には固定ス
クロール４が複数本のボルトによって固定され、旋回ス
クロール５とフレーム１１との間にはオルダムリング１
２およびオルダムキーよりなるオルダム機構が介在し、
旋回スクロール５は固定スクロール４に対して、自転し
ないで旋回運動をするように構成されている。回転軸１
４には下部に電動機部３を直結している。

固定スクロール４の吸入ロアには密閉容器１を貫通して
吸入管１７が接続され、前記吐出口１０が開口する吐出
室１ａは通路１８ａ、１８ｂを介して下部室１ｂと連通
し、さらに密閉容器１を貫通する吐出口１９に連通して
いる。

旋回スクロール５の背面とフレーム１１で囲まれた空間
（以下背圧室と称す）２０には、旋回、固定画スクロー
ルで形成される複数の圧縮室９内のガス圧によるスラス
１一方向のガス力（この力は、旋回スクロール５を下方
に押し下げようとする離反力となる。）に対抗するため
吸入圧力（低圧側圧力）と吐出圧力の中間の圧力が作用
する。この中間圧力の設定は、旋回スクロール５の鏡板
５ａに細孔（図示せず）を設け、この細孔を介して圧縮
室内部のガスを背圧室２０に導き、旋回スクロールの背
面に該ガスを作用させて行う。

回転軸１４及び偏心軸１４ａには、各軸受部へ給油を行
うための給油孔（図示せず）が回転軸１４の下端に突出
した給油管１４ｂから偏心軸１４ａの上端面まで穿設さ
れ、給油管１４ｂは密閉容器１底部の潤滑油溜６内に浸
漬されている。

上記構造のスクロール圧縮機において、電動機３を直結
した回転軸１４の回転により、偏心軸１４ａが偏心回転
することにより、ボス５ｃを介し、旋回スクロール５は
旋回運動をする。この旋回運動により、圧縮室９は次第
に中心に移動して容積が減少する。低温低圧のガスは吸
入管１７から吸入ロアを経て固定スクロール内の外周部
の吸入室８に入り、圧縮されて圧力を高め、中央の吐出
口１０から吐出室１ａに吐出される。この吐出された高
温高圧のガスは通ｇ１８ａ、１８ｂを介し下部室１ｂに
流入し、次いで吐出管１９から外部へ吐出される。

さて、本発明実施例においては、固定スクロール４およ
びフレーム１１は剛性が高く且つ熱伝導率が低い月料で
作られており、他方、旋回スクロール５およびオルダム
リング］２は密度が低く（即ち軽い）且つ熱伝導率が高
い材料で作られでいる。

第１図に運転時の固定スクロール４の様子を示す。本発
明実施例のものを実線で、本発明でない比較例のものを
破線でそれぞれ強調して示している。鏡板４ａの外部は
吐出ガスの雰囲気であり、高温高圧となっている。吐出
圧力Ｐｄと圧縮圧力との圧力差により、鏡板４ａは図の
下向きに撓もうとする。

もし、比較例の如く、固定スクロールの材質が、剛性が
低く、熱伝導率が高いものであったとすると、差圧によ
る変形量が大きく、温度分布が均一となるため熱応力が
発生せず、変形を抑える効果はない。また内部に熱が伝
わりやすいため、圧縮部に吸入されたガスの加熱ＪｉＱ
が大きくなる。さらに、ラップ４ｂの温度が高くなるた
め熱膨張による伸びが大きくなる。その結果、部材の変
形は図の破線のように内側へ大きく撓み、ラップ先端が
内側へ迫り出すようになる。したがって圧縮室のシール
部分のギャップ（固定・旋回両スクロールのラップの側
面および先端部）が大きくなりすぎて圧縮室間の漏れ損
失が多くなったりラップ先端が強く接触して摩擦損失が
増えたりする。また吸入ガスの温度が高くなり、比容積
が増大するため単位時間に吸入されるガスの旦が少なく
なり、体積効率が低下する。

一方、本発明実施例においては、固定スクロール４の剛
性が高く、熱伝導率が低いため、端板４ａの上面と下面
には温度差が生じ、上面が高温で、下面が低温になるた
め、熱応力が生じ、鏡板４ａを上に撓ませるように作用
する。その結果、圧力差による変形を相殺する効果が生
じる。また、内部に熱が伝わりにくいため、ラップ４ｂ
の温度が低く、その伸びが小さくなる。したがって、圧
縮室のシール部分の隙間が大きくなりすぎたり、ラップ
先端が強く接触したりすることがなく、漏れ損失や摩擦
損失が小さい。また、圧縮部に吸入されたガスの加熱量
Ｑも小さくなるので、比容積の増大も少なく、単位時間
に吸入されるガス量が多くなり、体積効率が高くなる。

更に、第２図は運転時の旋回スクロール５およびオルダ
ムリング１２を分離して示す。本発明実施例のものを実
線で、本発明でない比較例のものを破線でそれぞれ強調
して示している。

もし、比較例の如く、旋回スクロール５およびオルダム
リング１２の材質が、密度が高いものであったとすると
、旋回スクロール５の遠心力Ｆｃおよびオルダムリング
１２の慣性力Ｆｉは図の破線のように大きくなる。その
結果、旋回スクロール５の軸受やオルダムリング１２の
キーにかかる荷重が大きくなり、摩擦損失が増加したり
、摺動面の焼き付きを起こしたりする。旋回スクロール
５の背面には背圧ｐｂが作用している。ｐｂと圧縦置圧
力との圧力差により、鏡板５ａは図の」−向きに撓もう
とする。もし、旋回スクロール部材の熱伝導率が低いと
、鏡板５ａの上下面の温度差が大きく、上向きに凸にな
るような変形を生じる。

その結果、圧縮室のシール部分の隙間が大きくなったり
、ラップ先端が強く接触したりして、漏れ損失や摩擦損
失が増加する。また、オルダムリング１２の熱伝導率が
低いと、キ一部に発生した摩擦熱の発散がよく行われず
、部材に温度むらを生じて、オルダムリングはやはり上
向きに凸になるような変形を生じる。オルダムリング１
２は狭いクリアランスをもって装着されているため、変
形が大きいと旋回スクロールの鏡板５ａとフレーム１１
の上面とで挟み込まれて摩擦損失が増加したり、端面に
焼き付きを生じたりする。また旋回スクロールとオルダ
ムリングの摺動部の過度の温度上昇のため潤滑油の炭化
が生じたりする。

一方、本発明実施例においては、旋回スクロールおよび
オルダムリングは密度が低いので、旋回スクロールの遠
心力Ｆｃおよびオルダムリング慣性力Ｆｉが小さく、軸
受やキーにかかる荷重が小さいので摩擦損失が小さく、
焼き付きも発生しにくい。また、熱伝導率が高いため、
それぞれの温度分布が均一化され、熱変形が小さくなる
ため、シール部分の隙間が増加して漏れ損失が増大した
りラップやオルダムリングの端面が強く接触して摩擦損
失が増加したりすることはない。

本実施例では旋回スクロール５とオルダムリング１２は
熱伝導率の高い材料で構成したが、これらを取り囲む固
定スクロール４とフレーム１１を熱伝導率の低い材料で
構成したので、密閉容器内の高温ガスから内部への熱移
動は少なく、圧縮部に吸入されたガスの過熱を増大させ
ることはない。

また旋回スクロールとオルダムリングの摺動部の温度上
昇が小さいので潤滑油の炭化が生じることはない。

以上の材質組み合わせによれば、体積効率が高く、漏れ
損失や摩擦損失が小さく、高性能の圧縮機を実現するこ
とができる。また、摺動部の荷重も小さくなり、焼き付
きを起こすことも少なくなる。

具体的には固定スクロール４およびフレーム１１にＦＣ
（鋳鉄）材を使用し、旋回スクロール５およびオルダム
リング１２にハイシリコンアルミ合金を使用すれば強度
的にも満足で、本発明に適合したものとすることができ
る。

旋回スクロールとオルダムリングに同じアルミ合金を使
用したので、オルダムキーと旋回スクロールのキー溝で
は同種材の摺動となるので１Ｍ耗特性上好ましくない可
能性がある。これを改善する本発明の一実施例を第４図
に示す。旋回スクロール５の鏡板５ａのキー溝部分に予
めＦＣ材などの別部材５ｃを鋳込むか、埋め込んでおき
、該部材５ｃにキー溝を加工する。このようにす才しば
、同種材の摺動は避けることができ、摩耗特性」二の心
配はない。なお、この様なキー溝を旋回スクロール側に
設ける代りにオルダムリング側に設ける実施例も可能で
ある。

第５図にさらに改善を加えた実施例を示す。本実施例で
は固定スクロール４の材料として、前記性質の他に更に
熱膨張率が比較的低いという性質を有する材質を使用し
、旋回スクロール５の材料として前記性質の他に更に比
較的熱膨張率が高いという性質を有する材料を使用する
。具体的には、固定スクロールをＦ　Ｃ材で、他方、旋
回スクロールおよびオルダムリングをハイシリコンアル
ミ合金で構成すれば、上記要件を充足することができる
。固定スクロール４は高温ガスに露出しているため全体
的に高温になっている。一方、旋回スクロール５は固定
スクロール４とフレーム１１に囲まれた内部にあり、比
較的低温である。もし両者を同じ熱膨張率の材質で構成
すると、旋回スクロールラップ５ｂの伸びが固定スクロ
ールラップ４ｂの伸びより小さく、破線で示すように先
端に隙間を生じる。本実施例では前記のように熱膨張率
を異ならしめているので、どちらのラップ先端にも隙間
を生じず、漏れの増加を防ぐことができる。

本発明による各実施例では、旋回スクロール５およびオ
ルダムリング１２を密度の低い（即ち軽い）材質で構成
したので、従来の如くそのどちらか一方あるいは両方に
固定スクロール４と同じ密度の高い材料を使用した場合
に比べて、旋回スクロールの遠心力およびオルダムリン
グ１２の慣性力が小さい。したがって、圧縮機の電動機
の駆動周波数を従来の駆動周波数より高くすることがで
きる。その概念を第６図により説明する。例えば本発明
の実施例において、固定スクロール４をＦＣ材、旋回ス
クロール５とオルダムリング１２をアルミ合金相とした
場合、ＦＣ材の密度を７３００ｋｇ　／　ｒｒ？、アル
ミ材の密度を２７’００ｋｇ　／　ｒｒ？とすると、従
来の設計駆動周波数に対して、本発明実施例において駆
動周波数を密度比（７３００／　２７００　＝　２．７
）倍にしたとき、遠心力や慣性力が従来と同等になる。

例えば従来の五距動周波数が商用周波数５０１（ｚであ
るとすると、本発明では５０Ｘ２，７．＝１３５土、ま
た従来のが商用周波数６０Ｈｚであるとすると、本発明
では６０ｘ２．７＝１６２七となる。

すなわち本発明実施例で駆動周波数を約１５０１１ｚに
したとき、荷重的には従来の圧縮機を商用周波数で駆動
したときと同等である。これらの関係を式で表すと、 本発明実施例での最高駆動周波数 となる。

次に、加工法について述べる。本発明では固定スクロー
ルと旋回スクロールの材質が異なり、熱膨張率が異なる
ため、常温における相対寸法と、運転時の高温状態にお
ける相対寸法が異なる。加工時に、温度変化による相対
寸法の変化を考慮して常温における加工寸法を算出する
こともできるが、非常に複雑になる。そこで、運転時に
望ましい寸法諸元となるような加工をする方法として、
最も単純にはそれぞれの部材を運転時と同じ温度にして
加工する方法もあるが、温度が高すぎて加工が容易でな
いこともあるので、次のような加工温度にすることによ
り、比較的常温に近い加工温度で目標の寸法諸元を得る
ことができる。

すなわち、運転時の標準的温度を’ｒＯＰとし、加エす
るときの固定スクロールの温度をＴＦＸ、加工するとき
の旋回スクロールの温度をＴ。Ｄ、熱膨張率をそれぞれ
αＦＫ、α。、とするとき、ＴＯＰ−ＴＯＢ　　　　α
ＦＸ Ｔ、Ｐ−Ｔ、、　　　　αＯＢ とすればよい。このような加工温度を選べば、加工温度
Ｔ。Ｂ、ＴＦｘを運転温度よりは常温に近い温度にする
ことができる。

［発明の効果コ 本発明の材質組み合わせによれば、スクロール部材の変
形を小さく抑えることができ、圧縮室のシール部の隙間
を適正に保ち、漏れ損失を少なくできるとともに、摩擦
損失も少なくできる。

各部材の熱伝導率を適正に選んだので、圧縮部に吸入さ
れたガスの加熱量を少なくすることができ、比容積の増
加を抑えることができるので、体積効率を高めることが
できる。

旋回スクロールとオルダムリングの摺動部に異種材を埋
め込んで同種材の摺動をなくすことにより、摩耗特性上
も好ましい結果を得ることができる。

本発明のスクロール圧縮機では駆動周波数を従来の駆動
周波数に比べて、軸受や摺動部の信頼性を損なうことな
く、飛躍的に高速化でき、圧縮機を小形化することがで
きる。

さらに、本発明の加工方法によれば、運転時に適正とな
る部材寸法・プロフィルを常温に近い加工温度にて得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のうち固定スクロールを比較例
の変形と対比して示した断面図、第２図は同実施例のう
ち旋回スクロールとオルダムリングを分離して比較例の
変形と対比してそれぞれ示す断面図、第３図は本発明の
実施例に係るスクロール圧縮機の全体を示す縦断面図、
第４図（ａ）ｌ（ｂ）は旋回スクロールのキー溝部を示
す下面図およびＡ−Ａ断面をとった立面図、第５図は固
定スクロールラップと旋回スクロールラップの熱膨張の
様子を示す部分断面図、第６図は月質の違いによる荷重
の違いを示す概念グラフである。 ４・・・固定スクロール　　５・・・旋回スクロール１
１・・・フレーム　　　　１２・・・オルダムリング第
１図 第２図 第３図 ５ｂ　　　ｔｏ　　４ａ４ｂ４ 旧０　　　　７　　　　　　　　　　　　　　　　　５
゜＋８ｂ　　　　　　　　　　　　戸夕　　　、。 Ｃ 第４図 （ａ　） ｌ′盲≧Ｉ硝“°Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　夫々鏡板に渦巻き状のラップを直立させてなる固定
   スクロールおよび旋回スクロールをラップを互いに内側
   にして噛み合わせ、自転防止機構としてオルダムリング
   を使用し、旋回スクロールを自転することなく固定スク
   ロールに対して旋回運動させてガスを吸入・圧縮・吐出
   するスクロール圧縮機において、固定スクロールには比
   較的剛性が高く且つ熱伝導率が低い材料を用い、旋回ス
   クロールとオルダムリングには、密度が低く且つ熱伝導
   率の高い材料を使用したことを特徴とするスクロール圧
   縮機。 ２　固定スクロールを鉄製、旋回スクロールをアルミ合
   金製、オルダムリングをアルミ合金製とした特許請求の
   範囲第１項記載のスクロール圧縮機。 ３　オルダムリング又は旋回スクロールに設けたキー溝
   部が、あらかじめ鋳込まれた又は埋め込まれた鋳鉄片に
   キー溝を加工したものからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載のスクロール圧縮機。 ４　固定スクロールには熱膨張率の低い材料を用い、旋
   回スクロールとオルダムリングには熱膨張率の高い材料
   を使用した特許請求の範囲第１項記載のスクロール圧縮
   機。 ５　運転時の標準的温度をＴ＿Ｏ＿Ｐとし、加工すると
   きの固定スクロールの温度をＴ＿Ｆ＿Ｘ、加工するとき
   の旋回スクロールの温度をＴ＿Ｏ＿Ｂ、熱膨張率をそれ
   ぞれα＿Ｆ＿Ｘ、α＿Ｏ＿Ｂとするとき、　（Ｔ＿Ｏ＿
   Ｐ−Ｔ＿Ｆ＿Ｘ）／（Ｔ＿Ｏ＿Ｐ−Ｔ＿Ｏ＿Ｂ）＝（α
   ＿Ｏ＿Ｂ）／　（α＿Ｆ＿Ｘ） となるように加工時の温度Ｔ＿Ｏ＿Ｂ、Ｔ＿Ｆ＿Ｘを設
   定することを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
   スクロール圧縮機の固定スクロールおよび旋回スクロー
   ルの加工方法。