JPH06101666A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】旋回スクロール２を駆動する旋回軸受部を鏡板
中央部の鏡板の背面側に立設したボス部内部に配置し、
ボス部の外周部に形成された背面側の圧縮室と鏡板とを
境にしてもう一方側の前面側の圧縮室と連通する連絡孔
９を旋回スクロール２の円板状鏡板に設け、連絡孔９と
係合する前面側のスクロール内周部のラップ高さを吸入
外周部のラップの高さに対して、旋回スクロール２の背
面側の圧縮室のラップ高さに相応してラップの高さを高
く設定し、前面側の固定スクロールの内周部のラップ深
さを深く設定する。 【効果】圧縮機の大容量化が図れて、さらに高速回転化
に有利となり、圧縮機の小形軽量化とともに圧縮機の性
能と信頼性を大幅に向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気用途や冷凍空調用
・冷蔵庫用等の冷媒用圧縮機として用いられるスクロー
ル圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクロール流体機械は，特開平3
−237202 号公報に開示されているように、旋回スクロ
ールの鏡板部の軸方向の両側に螺旋状のラップを直立さ
せ、各々の旋回側のラップに組合った二組の固定スクロ
ールを有するいわゆるツインスクロール式であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、旋回ス
クロールを駆動する旋回軸受部が鏡板中央部に配置され
ている。また、旋回スクロールと相対する二つの固定ス
クロール側の鏡板中央部にはガス圧荷重を支える軸受部
が備えられている。このため、スクロールラップの巻き
始め部は、これら軸受部の外周部から形成される。した
がって、圧縮機として必要な運転圧力比を得ようとする
と、スクロールラップの巻き数が増えて、冷媒ガスの圧
縮開始点となるラップ巻き終わり部は、径方向にさらに
延長することになる。このようにして、従来技術では、
圧縮機の外形がより大きくなり圧縮機の小型化と軽量化
に課題がある。

【０００４】また、この構成では、高圧ガスの流出する
固定スクロール側にもうける吐出ポートの位置の設定に
制約があり、その吐出ポートの位置の設定分スクロール
の外形が増えることになる。また、軸貫通部となるスク
ロール中央部は、最も温度の高くなる位置であり、その
部分に軸受部を備えているため、この部分に熱がこもり
やすく、軸受部では焼き付き易いという圧縮機の信頼性
の面で問題点がある。該圧縮機の駆動周波数が１８０Ｈ
ｚなどと高速回転化されると、遠心力の増大等に伴い、
各々の軸受部に作用する荷重が増大する。従って、高速
回転時では、軸受荷重の増加に伴い軸受部の温度がさら
に上昇するなど信頼性が大きく低下する。

【０００５】本発明の目的は，冷凍空調用・冷蔵庫用等
の冷媒用圧縮機として用いられるスクロール圧縮機にお
いて、圧縮機の小型化とひいては軽量化を図ること、ま
た、高速回転時における軸受摺動部での温度上昇などに
よる圧縮機の信頼性の低下を阻止することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１と図２及び図３から
図５に示すように、本発明では、旋回スクロールの円板
状鏡板の両側に立設された渦巻状のラップとそれぞれか
み合う渦巻状のラップを鏡板に立設し、旋回スクロール
を挾むようにして配置した固定スクロールを備えたスク
ロール圧縮機において、旋回スクロールを駆動する旋回
軸受部を前記鏡板中央部の鏡板の背面側に立設して設け
たボス部内部に配置し、前記ボス部の外周部に形成され
た背面側の圧縮室と該圧縮室と鏡板を境にしてもう一方
側の前面側の圧縮室と連通する連絡孔を旋回スクロール
の円板状鏡板に単数個あるいは複数個設け、この連絡孔
と係合する前面側のスクロール内周部のラップ高さを吸
入外周部のラップの高さに対して、旋回スクロール背面
側の圧縮室のラップ高さに相応してラップの高さを高く
設定し、一方前面側の固定スクロールの内周部のラップ
深さを深く設定したことを特徴としている。あるいは、
吸入外周部における前記前面側の圧縮室のラップの高さ
に対して前記背面側の吸入外周部における圧縮室のラッ
プの高さを低く設定し、圧縮途中に設けた連絡孔と係合
する前面側のスクロール内周部のラップ高さを吸入外周
部のラップの高さに対して、旋回スクロール背面側の圧
縮室のラップ高さに相応してラップの高さを高く設定す
る。このため、ラップの高さを高く設定した分、旋回ス
クロール側と噛み合う前面側の固定スクロールの内周部
のラップ深さを深く設定したことを特徴とする。すなわ
ち、スクロールの両歯方式で、片側の圧縮室側のラップ
高さを変化せしめた構造である。

【０００７】

〔数１〕

Ｈｄｏ＝Ｈｓ＋Ｈｓｏ …（数１） 〔数２〕 Ｈｄｏ≒Ｈｓ＋Ｈｓｏ …（数２） の関係とすることにより、図８に示すように、背面側の
圧縮室７ａ内の圧縮ガスが前面側の圧縮室８ａに移動
し、圧縮ガスの合流に伴う内部圧力の上昇度合いΔＰを
極小に抑えることができる。したがって、ガスの合流部
での再圧縮損失も小さくなり、性能面でも有利となる。
このように、旋回スクロール鏡板部の前面側と背面側に
圧縮室を形成する構成とすることにより、いわゆる、両
歯スクロールラップの構造が容易に実現でき、圧縮機の
組立性が向上する効果も派生する。また、ラップ高さの
変更により簡単にスクロール圧縮機の大容量化が図れ
る。さらに、本発明では、旋回スクロールの両側の鏡板
部にはスラスト荷重が作用しない構造なので、その部分
での摺動損失が零となり、圧縮機の高性能化を図ること
ができる。さらに、スラスト荷重のキャンセル構造の利
点などにより、オイルフリー圧縮機として適正な特性を
具備しているものである。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図１から図１１にわたって
示す。始めに、本発明の一実施例に係るスクロール圧縮
機の全体的な説明を図１から図３によって行う。図１と
図２は，本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧縮
機の縦断面図である。図１において、旋回スクロールの
鏡板部２ａには、渦巻状のラップ２ｂを前面側と駆動側
の背面側に直立させた構造で、背面側のラップ高さは一
様として、前面側のラップ高さのみを変化させた渦巻状
のラップ形状としている。前面側の固定スクロール１
は、円板状鏡板１ａに旋回スクロール２のラップ形状と
同じで、ラップ高さのみ変化させた渦巻状のラップ１ｂ
を直立させている。一方、背面側の固定スクロール４
は、旋回スクロール２の背面側のラップ高さと同じラッ
プ深さを備えた渦巻状のラップ部４ｂを構成している。
このように、旋回スクロール２は固定スクロール１，３
と挾み込まれるようにしてかみ合っており、圧縮室７
(７ａ)及び８（８ａ）を構成している。背面側の固定ス
クロール４は、静止部材のフレーム５と別部材であり、
両部材４，５は焼きばめやボルト締結などにより一体化
されて固定されている。なお、図３に示すように、旋回
側２と固定側１，４のスクロールラップの形状は、イン
ボリュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されて
いる。旋回スクロール２のラップ終端部となる鏡板部２
ａには吸入室１ｆとを隔絶するシール部２０を設け、そ
のシール部の外方向に旋回スクロール２の自転を防止す
る自転防止機構部１４を配し、旋回スクロール部材２を
自転することなく固定スクロール部材１と４に対し旋回
運動させ、前面側の固定スクロール部材１には中心部に
開口する吐出口１ｐと吸入室１ｆとつながる吸入孔１７
を外周部に開口している。図１において、旋回スクロー
ル２を駆動する旋回軸受部１２を鏡板２ａ中央部の鏡板
の背面側に立設して設けたボス部２ｃ内部に配置し、ボ
ス部２ｃの外周部に形成された背面側の圧縮室７ａと圧
縮室７ａと鏡板２ａを境にしてもう一方側の前面側の圧
縮室８ａと連通する連絡孔９を旋回スクロール２の円板
状鏡板２ａに単数個あるいは複数個設ける。連絡孔９と
係合する前面側のスクロール内周部のラップ高さＨｄを
吸入外周部のラップの高さＨｓに対して、旋回スクロー
ル背面側の圧縮室のラップ高さに相応してラップの高さ
を高く設定し、Ｈｄ＞Ｈｓの関係としている。このた
め、前面側の固定スクロール１の内周部のラップ深さＨ
ｄを吸入側に対して深く設定している。１７は、吸入ガ
スの吸い込み口で、１ｐは、固定スクロール１の鏡板部
１ａの中央部に設けた吐出孔である。この構成とするこ
とにより、旋回スクロール２の駆動をラップ中心部の内
周駆動法としている。旋回背面側の圧縮室７ａにはラッ
プ外縁部となる鏡板外周部にもうけた連絡孔１６（１６
ａ，１６ｂ）により吸入室１ｆから冷媒ガスが導かれ
る。吸入外周部１０における前面側の圧縮室のラップの
高さＨｓに対して背面側１１の圧縮室のラップの高さＨ
ｓｏを低く設定し、連絡孔９と係合する前面側のスクロ
ール内周部１３のラップ高さＨｄｏを吸入外周部のラッ
プの高さＨｓ，Ｈｓｏに対して、旋回スクロール背面側
の圧縮室のラップ高さに相応してラップの高さを高く設
定している。すなわち、数１あるいは、数２の関係とし
ている。なお、図８は圧縮室内部の圧力Ｐと圧縮室容積
Ｖとの関係を示す、いわゆる本発明での指圧線図の模様
を示す説明図である。本構成とすることにより、図８に
示すように、背面側の圧縮室７ａ内の圧縮ガスが前面側
の圧縮室８ａに移動し、圧縮ガスの合流に伴う内部圧力
の上昇度合いΔＰを極小に抑えることができる。したが
って、ガスの合流部での再圧縮損失も小さくなり、性能
面でも有利となる。

【０００９】図２は、吸入外周部１０における前面側の
圧縮室のラップの高さＨｓに対して背面側１１の圧縮室
のラップの高さＨｓｏとを同じ程度のラップ高さとした
実施例である。すなわち、連絡孔９と係合する前面側の
スクロール内周部１３のラップ高さＨｄｏが前面側の圧
縮室側の吸入外周部のラップの高さＨｓ，Ｈｓｏに対し
て２倍前後に高く設定している。実用的には、ラップの
高さの比は、Ｈｄｏ／Ｈｓの値として、少なくとも約
１.５ から２倍前後になろう。旋回鏡板部２ａの中央部
には、細孔２ｎを設け、鏡板背面側に高圧の吐出圧力を
導き、軸方向の荷重のバランスを図っている。クランク
軸１８の上端部にはシール機能を備えた環状の弾性体２
７を介在させてクランク軸１８の軸方向の移動を制限し
ている。図４と図５は、前面側の圧縮室８ａを形成する
旋回スクロール２と固定スクロール１側に設定したラッ
プ高さあるいはラップ深さの様子を、横軸にスクロール
ラップ巻き角度をとって示した説明図である。図４は、
旋回側のラップ２ｂの様子を、図５は、固定側１のラッ
プ１ｂの様子を示す。図４において、旋回側ではスクロ
ールラップ巻き角度にして、λ₂からλ₃の範囲でラップ
高さをステップ状あるいはテーパ状に変えている。な
お、ラップ高さの変更は噛み合い上、２π（π：円周
率）ラヂアンの範囲となる。図中のλ₁ はスクロール巻
き始め部の巻き角度で、λｅはラップ終端部となる巻き
おわり部のスクロール巻き角度である。図５において、
固定側ではスクロールラップ巻き角度にして、λ₃ の位
置から内周部となるスクロール巻き始め部λ₁ の範囲ま
でラップ高さをステップ状に変えている。なお、図２に
おいて、吸入管よりガスを吸入し、吸入室１ｆにいた
る。さらに冷媒ガスは、圧縮要素部１，２，３にて形成
される前面側と背面側の両圧縮空間７，８を中心に移動
させ容積を減少してガスを圧縮し、吐出口１ｐより圧縮
ガスを上方の吐出管を介し圧縮機の外に吐出される。図
６は、旋回スクロール鏡板外周部２ａの構造を示す部分
断面図である。また、図７は、旋回スクロール２の縦断
面図である。図６に示すように、旋回スクロール２のラ
ップ終端部となる鏡板部２ａにはオルダム機構部１４を
擁する空間部１５と吸入室１ｆとを隔絶するシール部２
０を設け、そのシール部の径方向にスラスト力を支える
鋼球体部３２（３２ａ，３２ｂ）を周状に配置してい
る。本構造により、旋回スクロール２の軸方向での挙動
の安定化を図ることができる。また、オルダム機構部１
４を旋回鏡板部の最外周部に設定することにより、オル
ダムリング部に作用する自転力が小さくなり、オルダム
機構部１４の面圧低下など信頼性の面で有利となる。

【００１０】図９はその他の実施例である。背面側の圧
縮室７ａ内の圧縮ガスが前面側の圧縮室８ａに移動し、
圧縮ガスの合流する固定側の鏡板部１ａにバイパス孔を
設定している。バイパス孔の位置は、スクロールラップ
巻き角度にして上記したλ₂からλ₃ の範囲となる。す
なわち、旋回スクロールの鏡板部に設けた連絡孔と係合
する前面側のスクロールラップの内周部と外周部のラッ
プ高さとを、スクロールラップ巻き角度にして２π
（π：円周率）の範囲でテーパ状あるいはステップ状に
調整変化させた位置にあって、ラップ高さの変化する前
面側の圧縮室８ａ側の旋回スクロールと係合する前面側
の固定スクロールの鏡板部１ａにバイパス孔５２を開口
し、そのガス出口部に弁手段からなるバイパス機構部５
３を配置したものである。なお、４７は、旋回スクロー
ルの旋回運動に伴い生じる遠心力を相殺するためのバラ
ンスウェイトである。この構成により、低い運転圧力比
において、過圧縮動力が大きく軽減されて性能向上の効
果が得られる。

【００１１】図１０はその他の実施例である。図１０で
は、旋回スクロール２を駆動する旋回軸受部１２を鏡板
２ａ中央部の背面側に立設して設けたボス部内部に埋没
させて配置し、ボス部の外周部に形成された背面側の圧
縮室７ａと圧縮室と鏡板を境にしてもう一方側の前面側
の圧縮室８ａと連通する連絡孔９ｃを旋回スクロールの
円板状鏡板２ａに単数個あるいは複数個設けている。こ
の場合、前面側のスクロールのラップ高さＨ２と旋回ス
クロール背面側のラップ高さＨ１とは各々一様に同程度
に設定している。あるいはＨ１＞Ｈ２の関係になるよう
に両スクロールラップの高さを設定してもよい。この構
成とすることにより、旋回スクロールの駆動力（軸受部
１２側）Ｒ１とラップ部に作用するガス力Ｒｇとの作用
点の相違から旋回スクロールに転覆モーメントＭｔ（＝
Ｒｇ＊Ｌ１，Ｌ１：作用点間の距離）が生じるものの、
そのモーメント値を最少な値にすることができ、旋回ス
クロールの挙動の安定化、ひいては、摺動損失の低下に
効果がある。Ｈ１＞Ｈ２の関係とすることにより、ガス
力Ｒｇの作用点を鏡板部２ａ内に位置させて、作用点間
の距離Ｌ１をより小さくすることができる。

【００１２】本発明では、スラスト荷重のキャンセル構
造の利点などにより、オイルフリー圧縮機として適正な
特性を具備しているものであり、その実施例を図１１に
示す。尚、図中実線矢印は冷媒ガスの流れ方向、破線矢
印は潤滑油の流れ方向を示す。図１１に示すように、旋
回スクロール２のラップ終端部となる鏡板部２ａには吸
入室１ｆとを隔絶するシール部２０を設け、そのシール
部２０の外方向に旋回スクロール２の自転を防止する自
転防止機構部１４を配し、自転防止機構部１４と旋回ス
クロールを駆動する旋回軸受部１２及び駆動軸１８を支
える軸受部３０，３１には各々、潤滑油を循環する給油
系統５０を構成し、シール部の内側に位置する圧縮作動
室１ｆ，８ａには作動ガスのみ循環させ、圧縮作動室の
内部を潤滑油の循環しない、いわゆるオイルフリースク
ロール圧縮機構造としている。給油系統５０には、循環
用油ポンプ５８と油冷却器６１を備えている。循環用油
ポンプ５８から送り出された冷却油は、管路５０で固定
スクロール鏡板部１ａの上方に設けたジャケット部６２
内に至り、圧縮過程における冷媒ガスの間接的な冷却を
図っている。次に、空間１５にてオルダム機構部１４を
潤滑し、更に通路孔５１を介して駆動部室２９に至り、
空間の軸受部を潤滑したあと再び、油冷却器６１及び循
環用油ポンプ５８へと戻るといった給油経路を構成して
いる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば，圧縮機の小形軽量化と
ともに圧縮機の大容量化が図れるという効果がある。ま
た、従来機に対して、旋回軸受部での温度上昇を低く抑
えられ、圧縮機の信頼性を大幅に向上できる。このこと
が圧縮機の高速回転化に有利となるなどの効果に波及す
る。さらに、旋回スクロールの鏡板部にはスラスト荷重
が作用しない構造なので、その部分での摺動損失が零と
なり、圧縮機の高性能化を図ることができる。本構造に
おけるスラスト荷重のキャンセル構造の利点などによ
り、本発明はオイルフリー圧縮機として適正な特性を具
備している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧縮
機の縦断面図。

【図２】本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧縮
機の縦断面図。

【図３】固定スクロールと旋回スクロールを組合せた場
合の横断面図。

【図４】旋回スクロールと固定スクロールの説明図。

【図５】旋回スクロールと固定スクロールの説明図。

【図６】旋回スクロール鏡板外周部の構造を示す部分断
面図。

【図７】旋回スクロールの縦断面図。

【図８】本発明の作用を示すための説明図。

【図９】本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧縮
機の縦断面図。

【図１０】本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧
縮機の縦断面図。

【図１１】本発明の全体構成を示す開放形スクロール圧
縮機の縦断面図。

【符号の説明】

１，４…固定スクロール、１ａ…固定スクロール鏡板
部、１ｂ，２ｂ…ラップ部、２…旋回スクロール、２ａ
…旋回スクロール鏡板部、５…フレーム、９…連絡孔、
１２，３０，３１…軸受部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】旋回スクロールの円板状鏡板の両側に立設
   された渦巻状のラップとそれぞれかみ合う渦巻状のラッ
   プを鏡板に立設し、前記旋回スクロールを挾むようにし
   て配置した固定スクロールを備えたスクロール圧縮機に
   おいて、前記旋回スクロールを駆動する旋回軸受部を前
   記鏡板の中央部の背面側に立設して設けたボス部内部に
   埋没させて配置し、前記ボス部の外周部に形成された背
   面側の圧縮室と前記圧縮室と鏡板を境にしてもう一方側
   の前面側の圧縮室と連通する連絡孔を前記旋回スクロー
   ルの前記円板状鏡板に単数個あるいは複数個設け、前記
   連絡孔と係合する前面側のスクロール内周部のラップ高
   さを吸入外周部のラップの高さに対して、前記旋回スク
   ロールの背面側の圧縮室のラップ高さに相応してラップ
   の高さを高く設定し、前面側の前記固定スクロールの内
   周部のラップ深さを深く設定したことを特徴とするスク
   ロール圧縮機。