JPH0533786A - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】対称な２つの圧縮室から、同量のガスを同時に
正確にレリースし、比較的簡単な構造でレリース効率の
向上を図ったスクロール式圧縮機を提供する。 【構成】回転駆動される回転軸６の一端に偏心部６ｂを
設け、この回転軸の偏心部に鏡板部と翼部とからなる旋
回スクロール翼１３を旋回運動自在に掛合し、鏡板部と
翼部とからなる固定スクロール翼１４を旋回スクロール
翼と噛合したものにおいて、旋回スクロール翼の鏡板部
１３ｂに、同圧の圧縮空間翼底に開口する一対の導入穴
２０ａ，２０ｂを設け、これら導入穴を、鏡板部板厚内
に設けた連通路２１で連通し、固定スクロールの鏡板部
１４ｂに、一方の導入穴２０ｂが開口する圧縮空間ｂ室
と被圧縮ガスの吸込側とを必要に応じて連通するレリー
ス機構２２を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば冷凍サイクル
装置に用いられ、冷媒ガスを圧縮するスクロール式圧縮
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクル装置に使用する冷媒ガス用
のスクロール式圧縮機のうち、特に、シ―ル性を向上さ
せて効率の良い圧縮ができるとともに、弁機構を不要と
して部品点数の削減を図ったスクロール式圧縮機が多用
される傾向にある。

【０００３】上記スクロール式圧縮機の構造は、たとえ
ば、密閉ケース内に軸心を垂直方向に向けて収容され、
上下部を回転自在に枢支される回転軸と、この回転軸の
下部に設けられ冷媒ガスを吸い込んで圧縮するスクロー
ル圧縮機構部と、上記回転軸の上部に設けられ回転軸を
回転駆動する電動機部とから構成される。

【０００４】上記スクロール圧縮機構部は、回転軸下端
に偏心して掛合するボス部を有し、旋回運動自在な旋回
スクロール翼と、支持フレームに連結固定される固定ス
クロール翼との組み合わせからなる。

【０００５】これら旋回スクロール翼と固定スクロール
翼は、それぞれ渦巻状に形成される翼部と、この翼部と
一体に形成される鏡板部とからなり、互いに噛合し、か
つこれらで囲繞する圧縮空間である圧縮室を形成する。

【０００６】上記旋回スクロール翼の旋回運動にともな
って、冷媒ガスは外周側の圧縮室に吸い込まれる。この
圧縮室は徐々にその容積を狭ばめられるとともに中心部
に移動する。冷媒ガスは、圧縮室が中心部まで移動した
ところで所定圧まで圧縮され、上記旋回スクロール翼の
ボス部に設けられるガス吐出路から外部へ吐出されるよ
うになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような構成作用を
なすスクロール式圧縮機であるが、問題な点もある。す
なわち、通常の、たとえばロータリ式の圧縮機は、運転
圧縮比が運転条件に応じて変化し、常に最適な状態に自
動的に調整される。

【０００８】これに対してスクロール式圧縮機は、冷凍
サイクルの吐出圧や吸込圧等、負荷の変動に係わりなく
一定の圧縮比で運転される構造となっており、運転圧縮
比が大き過ぎたり、小さ過ぎる運転条件では圧縮損失が
多く、性能低下に繋がっている。

【０００９】たとえば、吸込圧が高く、運転圧縮比が極
めて小さい場合など、圧縮室に発生するガス圧が極めて
大になり、各スクロール翼の翼部および翼部に係わる部
分に対するストレスが増大し、信頼性に悪影響を与え
る。

【００１０】このような状態においては、圧縮室のガス
の一部をガス吸込側に直接戻す、いわゆるレリース機構
を設けることにより、圧縮室のガス圧を低減でき、不具
合がほぼ解決される。

【００１１】ところが、上記スクロール式圧縮機におい
ては、その構造上、対称な位置に一対のガス吸込側が形
成され、同時に２室の圧縮室に被圧縮ガスが吸込まれて
圧縮される特徴がある。

【００１２】したがって、レリース機構も、各圧縮室に
それぞれ専用の形で設けることが考えられ、かつ同時に
同量づつのガスをレリースしなければならない。わずか
なレリースズレがあっても、旋回スクロール翼の傾きの
原因となり、その結果、固定スクロール翼に部分的に強
く摺接し、摩耗や損傷事故を発生する恐れがある。

【００１３】したがって、上記レリース機構は比較的複
雑な構造とならざるを得ないとともに、同時に、正確に
同量のガスをレリースするのは、極めて困難な調整を必
要とする。

【００１４】本発明は、このような事情によりなされた
ものであり、その目的とするところは、同圧の圧縮空間
から、同時に、同量づつのガスを正確にレリースでき、
比較的簡単な構造で、レリース効率の向上を図ったスク
ロール式圧縮機を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、一端に偏心部が設けられ回転駆動される回転
軸、鏡板部と翼部とからなり回転軸の偏心部に掛合され
旋回運動自在な旋回スクロール翼、鏡板部と翼部とから
なり旋回スクロール翼と噛合されこれらの間に形成され
る圧縮空間に被圧縮ガスを吸い込んで圧縮する固定スク
ロール翼を備えたスクロール式圧縮機において、上記旋
回スクロール翼の鏡板部に、同圧の圧縮空間翼底に開口
する一対の導入穴を設け、これら導入穴を鏡板部板厚内
で連通する連通路を設け、上記固定スクロールの鏡板部
に、一方の導入穴が開口する圧縮空間と被圧縮ガスの吸
込側とを必要に応じて連通するレリース機構を設けたこ
とを特徴とするスクロール式圧縮機である。

【００１６】

【作用】一対の同圧の圧縮空間は、常に、導入穴と連通
路とで連通する状態にある。レリース時に、レリース機
構を開放すれば、同時に２つの圧縮空間から正確に同量
づつのガスをレリースできる。レリース機構は一式備え
ればよく、微妙な調整は不要である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。

【００１８】図１に示すように、１は一部省略する縦長
状の密閉ケ―スであって、この密閉ケース１の下部に
は、支持フレーム２が設けられ、この支持フレーム２に
主軸受３が支持される。上記密閉ケース１内周面上部に
は、図示しない副軸受が設けられる。

【００１９】これら主軸受３と副軸受とに亘って、回転
軸６が回転自在に枢支される。すなわち、回転軸６はそ
の軸方向が垂直方向に向けられ、下端部が上記主軸受３
に、かつ上端部が副軸受に、それぞれ枢支される。

【００２０】上記回転軸６の上部は、その直径が細い主
軸部６ａであって、ここに一部省略する電動機部７が設
けられる。上記電動機部７は、回転軸６に嵌着されるロ
ータ８と、このロータ８周面と狭小の間隙を存する内周
面を有し、密閉ケース１に嵌着されるステータ９とから
なり、運転周波数の制御が可能な、インバータ形式のも
のが採用される。

【００２１】上記回転軸６の主軸部６ａの下方は、下端
面から偏心穴１０が設けられる偏心部６ｂとなってい
る。この偏心部６ｂにスクロール圧縮機構部１２が連結
されている。

【００２２】上記スクロール圧縮機構部１２は、偏心穴
１０に旋回運動自在に掛合するボス部１３ｃを有する旋
回スクロール翼１３と、支持フレーム２に連結固定され
る固定スクロール翼１４との組み合わせからなる。

【００２３】これら旋回スクロール翼１３と固定スクロ
ール翼１４は、それぞれ渦巻状に形成される翼部１３
ａ，１４ａと、この翼部１３ａ，１４ａと一体に形成さ
れる鏡板部１３ｂ，１４ｂとからなり、互いに噛合し、
かつこれらで囲繞する圧縮空間である圧縮室１５を形成
する。旋回スクロール翼１３の旋回運動にともなって、
圧縮室１５は徐々にその容積を狭ばめられるとともに中
心部に移動すようになっている。

【００２４】上記圧縮室１５の中心部に対向する、旋回
スクロール翼１３の鏡板部１３ｂに吐出ポート１６が設
けられ、さらにこの吐出ポート１６に上記ボス部１３ｃ
に設けられるガス吐出路１７が連通する。このガス吐出
路１７は、回転軸６の偏心穴１０と連設されるガス案内
流路１８と連通する。

【００２５】一方、上記旋回スクロール翼１３の鏡板部
１３ｂには、一対の導入穴２０ａ，２０ｂが翼底に開口
して設けられ、かつ互いの導入穴２０ａ，２０ｂは、鏡
板部１３ｂの板厚内に設けられる連通路２１を介して連
通する。

【００２６】すなわち、スクロール圧縮機構は、一対の
同圧の圧縮空間である圧縮室１５，１５が形成されるこ
とが特徴であって、各導入穴２０ａ，２０ｂは、比較的
低圧側の圧縮室１５，１５と連通する位置に設けなけれ
ばならない。。

【００２７】固定スクロール翼１４の鏡板部１４ｂに
は、一方の導入穴２０ｂが開口する圧縮室１５と被圧縮
ガスの吸込側とを必要に応じて連通するレリース機構２
２が設けられる。このレリース機構２２が設けられる位
置は、図２に示すように、固定スクロール翼翼部１４ａ
の巻き終り端Ｚより内側で、かつ巻き終り端Ｚから３６
０°の範囲内に設定する。

【００２８】上記レリース機構２２は、図３に示すよう
に構成される。すなわち、固定スクロール翼鏡板部１４
ｂには、レリース用孔２３が貫通して設けられる。この
レリース用孔２３は、翼底開口側が小径で、このすぐ下
部が中径、他の大部分は大径に形成される。

【００２９】上記レリース用孔２３に、レリース弁２４
が収容される。レリース弁２４は、レリース用孔２３の
大径部にスプリング２５とともに収容され、大径部の範
囲内で摺動自在に嵌合しているとともに、この頭部はレ
リース用孔２３の小径部に摺動自在に嵌合し、翼底側の
開口を開閉できる。

【００３０】レリース弁２４の下部は小径になってい
て、レリース用孔２３の大径部から外部に突出する長さ
を有する。この突出部は弁受け具２６に摺動自在に、か
つ気密的に嵌合される。弁受け具２６はまた、固定スク
ロール翼鏡板部１４ｂ下面側に図示しない固定具を介し
て取着され、レリース用孔２３の大径部を閉塞する。

【００３１】また、レリース用孔２３の大径部一部に
は、逃がし穴３２が連通する。この逃がし穴３２は、固
定スクロール翼部１４ａの外周面外側の翼底に開口す
る。このことから、上記レリース弁２４の上下動変位に
ともなって、逃がし穴３２のレリース用孔２３連通面が
開閉されるようになっている。

【００３２】このようにして構成されるレリース機構２
２であるから、レリース作用をしない通常の状態では、
図３（Ａ）に示すように、レリース弁２４がスプリング
２５の弾性力に抗して押圧付勢し、レリース弁２４頭部
でレリース用孔２３小径部の翼底側の開口を閉成するの
で、圧縮容量は変わらない。

【００３３】必要に応じて、レリース弁２４に対する押
圧付勢力を除去すれば、同図（Ｂ）に示すように、スプ
リング２５の弾性力が作用してレリース弁２４を押し下
げ、レリース用孔２３の翼底側開口および逃がし穴３２
開口が開放されて、各翼部１３ａ，１４ａの歯合空間で
ある圧縮室１５はレリース用孔２３と逃がし穴３２を介
して固定スクロール翼部１４ａ外部であるガス吸込側と
連通するようになっている。

【００３４】なお、レリース弁２４に対する押圧付勢力
の付与および除去作用は、圧縮室１５圧力と固定スクロ
ール翼１４外周部圧力との差圧で動作させるようにして
もよく、あるいは、圧縮機の吸込圧力もしくは吐出圧力
を導いて制御してもよく、あるいは電磁弁を連結して動
作させるようにしてもよい。

【００３５】再び図１に示すように、旋回スクロール翼
１３の鏡板部１３ｂ背面側と上記主軸受３下面との間に
スラストリング２８が介設されている。このスラストリ
ング２８のさらに周端部で、鏡板部１３ｂ背面側と支持
フレーム２との間には、オルダムリング２９が介設され
る。

【００３６】上記密閉ケース１の側部には、冷凍サイク
ル装置の図示しない蒸発器と連通する吸込管３０が貫通
して設けられ、その開口端は旋回スクロール翼１３と固
定スクロール翼１４との噛合空間である圧縮室１５の外
周側に対向している。

【００３７】一方、上記密閉ケース１の上端部には、冷
凍サイクル装置の凝縮器と連通する図示しない吐出管が
接続される。この吐出管は、密閉ケース１内部に連通す
ることになる。

【００３８】しかして、電動機部７に通電して回転軸６
を回転駆動すると、偏心穴１０を介して掛合する旋回ス
クロール翼１３が旋回運動をなし、吸込管３０から圧縮
室１５に低圧の被圧縮ガスである冷媒ガスを吸い込んで
圧縮する。

【００３９】この圧縮室１５が中心部に移動したところ
で、冷媒ガスは所定の圧力まで上昇して吐出ポート１６
に対向し、ここからガス吐出路１７に導かれる。さら
に、ガス案内流路１１に導かれ、密閉ケース１内に放出
されて充満する。

【００４０】高圧の被圧縮ガスは、電動機部７のロータ
８とステータ９との間隙や、ステータ９に設けられる図
示しない逃がし孔を介して密閉ケース１内上部に上昇
し、最終的に、ケース１上端部の吐出管から冷凍サイク
ルの凝縮器に吐出される。

【００４１】このような圧縮作用中は、低圧側の一対の
同圧の圧縮室１５，１５は、互いに設けられる一対の導
入穴２０ａ，２０ｂと連通路２１を介して連通している
ので、同圧を確保する。ただし、レリース機構２２が作
用しない通常の状態では、圧縮作用に対する何らの影響
も与えない。

【００４２】負荷に応じて圧縮比を変える場合に、レリ
ース機構２２を作用してレリース穴２３を開口させる。
図２に、左最上段位置に示す図が、最もガス吸込側に形
成される互いに同圧となるａ室とｂ室の、それぞれ冷媒
ガス吸込完了状態である。

【００４３】以下、矢印に沿って旋回スクロール翼１３
が旋回運動をなし、この翼部１３ａが固定スクロール翼
１４の翼部１４ａに対する位置を変える。レリース機構
２２を作用させているので、翼部１３ａが６０°変位し
た位置、すなわちクランク角６０°の位置で、ｂ室のガ
スは直接レリース孔２３からガス吸込側へレリースされ
る。

【００４４】また、ａ室のガスは、一部が直接レリース
孔２３からガス吸込側へレリースされ、残りのガスは導
入穴２０ａ，連通路２１，導入穴２０ｂを順次導かれて
一旦ｂ室に入り、さらにレリース孔２３を介してガス吸
込側へレリースされる。

【００４５】クランク角１２０°の位置では、ｂ室のガ
スは直接レリース孔２３へ、ａ室のガスは、全て導入穴
２０ａ，連通路２１，導入穴２０ｂを順次導かれ、ｂ室
とレリース孔２３を介してガス吸込側へレリースされ
る。

【００４６】クランク角１８０°の位置では、クランク
角１２０°の状態と同様である。クランク角２４０°の
位置で、レリース作用が一旦完了した状態となり、両端
の吸込側に冷媒ガスの取り込みを開始し、クランク角３
００°の位置で、各翼部１３ａ，１４ａの巻き終わり端
部が対向する翼部１４ａ，１３ａに徐々に接近して、吸
込側に圧縮室を形成する直前の状態となる。各導通穴２
０ａ，２０ｂの開口端は固定スクロール翼翼部１４ａ端
面によって閉塞されており、ａ，ｂ各室におけるレリー
ス後の圧縮作用がなされる。

【００４７】クランク角３６０°の位置は、先に説明し
たクランク角０°と同一であり、再び同様の作用を繰り
返すこととなる。

【００４８】このようにしてレリース作用をなすところ
から、スクロール式圧縮機でありながら、負荷に応じた
圧縮比を変えることができ、各翼部１３ａ，１４ａに対
するストレスが低減し、圧縮性能が向上する。そしてさ
らに、圧縮比が変わるばかりでなく、能力可変ともなる
ので、低速運転や連続運転に有利である。

【００４９】なお上記実施例においては、レリース機構
２２の位置を固定スクロール翼１４の翼部１４ａの巻き
終り端Ｚより内側で、かつ３６０°の範囲内に設けたの
で、ａ室およびｂ室において、それぞれレリース作用が
完全に終了してから圧縮作用が行われる。したがって、
圧縮効率を低下させることなく、大きなレリース率を保
持できる。

【００５０】また、レリース機構２２の位置は、単に、
固定スクロール翼１４の翼部１４ａの巻き終り端Ｚ近傍
であってもよい。この場合、レリース孔２３の形成が容
易になる。その反面、圧縮空間の極めて端部寄りに設け
られることになるから、これ単独では、巻き終り端Ｚよ
り内側で、かつ３６０°の範囲内に設けた場合と比較し
て、レリース率が小さくなることは避けられない。

【００５１】図４は、固定スクロール翼１４の翼部１４
ａの巻き終り端Ｚより内側で、かつ３６０°の範囲内に
設けられる第１のレリース機構２２Ａと、翼部１４ａの
巻き終り端Ｚ近傍に設けられる第２のレリース機構２２
Ｂとを備えた例である。

【００５２】第１のレリース機構２２Ａは、先に図３で
説明したようなレリース機構２２の構成のものをそのま
ま用いる。第２のレリース機構２２Ｂは、図５（Ａ），
（Ｂ）に示すような構成となる。

【００５３】第２のレリース機構２２Ｂにおいて、レリ
ース弁２４，スプリング２５，および弁受け具２６は、
先に説明したものと同一である。レリース孔２３ｂは、
中径部がなく、小径部から大径部が直接連設され、先に
示したような逃がし穴３２は不要である。

【００５４】このような構成によれば、第１のレリース
機構２２Ａでは、先に図２において説明したレリース機
構２２と全く同一の作用をなす。なお、クランク角０°
から６０°までの間は、ｂ室が第１のレリース機構２２
Ａに対して極端に細長い形状になっているところから、
同室のガスは第１のレリース機構２２Ａに導かれ難い状
態になっている。

【００５５】そこで、新たに位置を選択して設けられる
第２のレリース機構２２Ｂが、ｂ室のガスを円滑にレリ
ースすることとなり、クランク角０°から６０°までの
範囲におけるｂ室のガス圧損を低減させ、無駄な圧縮を
防止してレリース効率を確保できる。

【００５６】そしてまた、図６および図７に示すよう
な、変形の第２のレリース機構２２０Ｂであってもよ
い。レリース弁２４，スプリング２５，および弁受け具
２６は、先に説明したものと同一である。レリース孔２
３ｂも形状そのものは変わりがないが、小径部の翼底開
口に、特にガス吸込側に延長してラップ穴３３が新たに
設けられ、互いに連通する。

【００５７】この場合、レリース作用をしない通常の状
態では、先に説明したものと同様、圧縮効率に影響を与
えない。レリース弁２４をスプリング２５の弾性力に抗
して移動させるレリース時に、圧縮室１５とガス吸込側
とが、レリース孔２３ｂおよびラップ穴３３の合計面積
分が開口するところから、圧縮室１５のガスは直ちにガ
ス吸込側に導かれることとなり、圧損の低減を図れる。

【００５８】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を越えない範囲内で種々変形実施可
能であるとともに、スクロール式圧縮機として、冷凍サ
イクル装置に用いられるばかりでなく、他の用途にも用
いることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、旋
回スクロール翼の鏡板部に、同圧の圧縮空間翼底に開口
する一対の導入穴を設け、これら導入穴を鏡板部板厚内
で連通路を介して連通し、固定スクロールの鏡板部に、
一方の導入穴が開口する圧縮空間と被圧縮ガスの吸込側
とを必要に応じて連通するレリース機構を備えたから、
同時に２つの圧縮空間から同量づつのガスを正確にレリ
ースでき、かつ１つのレリース機構だけの比較的簡単な
構造で、レリース効率の大なる向上を図れる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、スクロール式圧縮機
の一部省略した縦断側面図。

【図２】同実施例の、レリース作用を順に説明する図。

【図３】（Ａ）は、レリース機構の通常運転時の状態を
説明する図。 （Ｂ）は、レリース機構のレリース作用時の状態を説明
する図。

【図４】本発明の他の実施例における、レリース作用を
順に説明する図。

【図５】（Ａ）は、本発明の他の実施例における、レリ
ース機構の通常運転時の状態を説明する図。 （Ｂ）は、レリース機構のレリース作用時の状態を説明
する図。

【図６】さらに他の実施例の、レリース機構の平面図。

【図７】同実施例の、レリース機構の縦断面図。

【符号の説明】

６ｂ…偏心部、６…回転軸、１３ｂ…鏡板部、１３ａ…
翼部、１３…旋回スクロール翼、１４ｂ…鏡板部、１４
ａ…翼部、１４…固定スクロール翼、１５…圧縮空間
（圧縮室）、２０ａ，２０ｂ…導入穴、２１…連通路、
２２…レリース機構、２２Ａ…第１のレリース機構、２
２Ｂ…第２のレリース機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹原 豊 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東芝 富士工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に偏心部が設けられ回転駆動される回
   転軸と、鏡板部と翼部とからなり回転軸の偏心部に掛合
   され旋回運動自在な旋回スクロール翼と、鏡板部と翼部
   とからなり旋回スクロール翼と噛合されこれらの間に形
   成される圧縮空間に被圧縮ガスを吸い込んで圧縮する固
   定スクロール翼とを備えたスクロール式圧縮機におい
   て、上記旋回スクロール翼の鏡板部に設けられ同圧の圧
   縮空間翼底に開口する一対の導入穴と、これら導入穴を
   鏡板部板厚内で連通する連通路と、上記固定スクロール
   の鏡板部に設けられ一方の導入穴が開口する圧縮空間と
   被圧縮ガスの吸込側とを必要に応じて連通するレリース
   機構とを具備したことを特徴とするスクロール式圧縮
   機。
2. 【請求項２】上記レリース機構は、固定スクロールの翼
   部の巻き終り端より内側で、かつ巻き終り端から３６０
   °の範囲内に設けられることを特徴とする請求項１記載
   のスクロール式圧縮機。
3. 【請求項３】上記レリース機構は、固定スクロールの翼
   部の巻き終り端近傍位置に設けられることを特徴とする
   請求項１記載のスクロール式圧縮機。
4. 【請求項４】上記レリース機構は、固定スクロールの翼
   部の巻き終り端より内側で、かつ巻き終り端から３６０
   °の範囲内に設けられる第１のレリース機構と、固定ス
   クロールの翼部の巻き終り端近傍位置に設けられる第２
   のレリース機構からなることを特徴とする請求項１記載
   のスクロール式圧縮機。