JPH06317268A - 密閉形スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】吸入室は半周の環状形状とし、吸入室を形成す
る固定スクロール５のラップ巻き終わり端部５ｎの側壁
面の形状をスクロールラップ曲線と同じインボリュウト
曲線をなす局部的な凹部構造とした密閉形スクロール圧
縮機。 【効果】スクロール部材の鏡板部での摺動損失を低減で
き、また、吸入室での冷媒ガスの内部加熱を大幅に小さ
く出来、両者の相乗効果により圧縮機の性能が向上でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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密閉形スクロール圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉形スクロール圧縮機は、特開昭58−
67902 号や特開昭60−85285 号公報などで開示されてい
るように、スクロール圧縮機構部で圧縮された冷媒ガス
は、上部の吐出室から連通路を介して電動機室に至る。
次いで冷媒ガスは、電動機の周囲を通って、圧縮機の吐
出管から外部に流出する。引用例の圧縮機はチャンバ内
が高温・高圧の雰囲気にある縦形の密閉形圧縮機であ
る。

【０００３】図１０は、従来技術における旋回スクロー
ル部材の軸方向のラップ傾き状況を示す縦断面図であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術では、低
温の冷媒ガスは、吸入管より吸入室を経てスクロール圧
縮要素部に吸入され、スクロール部の圧縮作用により、
徐々に圧力と温度が高められ、中央部の吐出孔から上方
の吐出室に吐出される。一方、旋回軸受など各軸受部に
は、クランク軸下端の吐出圧力と背圧室の圧力との差圧
を利用して給油される。軸受から背圧室に流入した油の
一部は、旋回スクロール鏡板外周部の摺動面を介して吸
入室側に漏れる。図６に示すように、吸入管から圧縮室
に至るまでの吸入流路では、周囲が高温の状態にあるた
め、吸入ガスは加熱される。加熱の主な因子として(１)
吸入管内での熱伝達による加熱作用Ｑ₁ ，(２)吸入室を
形成する壁面からの熱伝達による加熱作用Ｑ₂ ，(３)背
圧室からの高温油の流入による加熱作用Ｑ₃，(４)油を
介して伝わる鏡板摺動面での摩擦熱による加熱作用
Ｑ₄、等がある。この公知技術では、吸入室の大きさが
割り合い大きいこと、スクロール部材のラップ高さＨｓ
とラップ厚さＴとの比が、Ｈｓ／Ｔ＝９から９.５ 以上
のスクロールラップからなるスクロール部材の場合、図
１０に示すように、スクロールラップ部に作用する転覆
モーメントＭｔのため鏡板背面部での片当たりの度合い
が顕著に大きくなり、摺動損失が増加し、両スクロール
部材のスラスト摺動部での旋回スクロールの鏡板外周部
の側部空間と吸入室とをシールする部分における、(３)
の背圧室からの高温油の流入による加熱作用の影響が大
きく表れて、結果的に圧縮機入力の増加と体積効率が低
下するという性能面での課題が生じる。圧縮機の容量が
３.７５ｋＷから７.５ｋＷへと容量が大きくなるほど圧
縮機の小型化へのニーズが高まりこの問題点が表面化し
てくる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１から図４に示すよう
に、本発明では、密閉容器内に、スクロール圧縮機と電
動機をフレームに支承した回転軸を介して連設して収納
すると共に、密閉容器室を上下室に区画し、スクロール
圧縮機は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定
スクロール部材及び旋回スクロール部材を、ラップを内
側にしてかみ合せ、旋回スクロール部材を回転軸に連設
する偏心軸部に係合し、旋回スクロール部材を自転する
ことなく固定スクロール部材に対し旋回運動させ、固定
スクロール部材には中心部に開口する吐出口と外周部に
開口する吸入口を設け、吸入口よりガスを吸入し、両ス
クロール部材で形成される圧縮空間を中心に移動させ容
積を減少してガスを圧縮し、吐出口より圧縮ガスを上部
容器室に吐出し、通路を介し下部容器室に導き、吐出管
を介して器外に吐出する密閉形スクロール圧縮機におい
て、吸入室は半周の環状とし、吸入室を形成する固定ス
クロールのラップ巻き終わり端部の側壁面の形状をスク
ロールラップ曲線と同じインボリュウト曲線をなす局部
的な凹部構造とし、吸入室を形成する壁面の形状を固定
スクロール鏡板部を中心とした円弧状曲線とインボリュ
ウト曲線を組み合わせた形状としている。また、旋回と
固定の両スクロール部材のスラスト摺動部において、旋
回スクロールの鏡板外周部の側部空間と吸入室との最小
シール長さをスクロールラップの厚さ前後となるよう
に、旋回スクロールの鏡板外形寸法Ｄｓｏとして数１を
満足するように設定したことを特徴とするものである。

【０００６】

【数１】 Ｄｓｏ≒Ｄｓｉ＋２＊ｔ＋２＊Ｅｔｈ …（数１） ここで、 Ｄｓｉ： 吸入室内径 ｔ：ラップ厚さ Ｅ
ｔｈ：旋回半径 さらに、吸入室を形成する固定スクロールのラップ巻き
終わり端部の側壁面の外側壁面と旋回スクロールラップ
の外側曲線を形成する側壁面とで微少隙間Δδroを形成
するため、旋回スクロールラップ巻き終わり端部の外側
壁面に円弧状の切欠きを設け、円弧状切欠きの半径をＲ
srとして数２を満足するように設定したことを特徴とし
ている。

【０００７】

【数２】 Ｒsr＝Ｄｓｉ／２−Ｅｔｈ−Δδro …（数２）

【０００８】

【作用】本発明の作用を図１から図４、及び、図９と図
１０をもとにして説明する。本発明では、吸入室５ｆの
大きさを決める要因となる旋回スクロールラップ終端部
と係り合い、対向した位置関係となる固定スクロール５
の吸入室内壁面５ｐの一部に局部的な凹部構造を設定し
ているため、凹部寸法分径方向に縮小することが出来
る。具体的には、図９の破線と実線で比較して示すよう
に、吸入室５ｆの大きさ、つまり図１の内壁面５ｐの直
径寸法Ｄｓｉを極力小さく設定できるようにしている。
このため、背圧室４１と連通したフレーム室１１ｍとの
シール長さＬmin を従来機より大きく設定できるため、
フレーム室１１ｍから吸入室への油の漏れ量を低下して
吸入冷媒ガスへの加熱量が低減される。このため、体積
効率などの性能が向上する。

【０００９】また、スクロール部材の小型化を図れ、本
発明の鏡板摺動部での適正なシール長さに設定すること
により、摺動面積を確保でき面圧を相対的に小さく設定
できる。また、シート面積の拡大が図れるので、旋回ス
クロールの挙動が軸方向に大きく振れることなく安定化
する。このことは、鏡板背面部の当たりが防止できるの
で圧縮機入力を低減することも出来ること、また、スク
ロールラップ間の隙間も小さくなって圧縮室間の内部漏
れも軽減できる。このように、スクロール部材の鏡板部
での摺動損失を低減できること、また、吸入室での冷媒
ガスの内部加熱を大幅に小さく出来、両者の相乗効果に
より圧縮機の性能が飛躍的に向上できる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図１から図９にわたって示
す。図１と図２は、固定スクロール５のラップ終端部５
ｎと吸入室５ｆの形状を示す。吸入室５ｆは半周の環状
形状とし、吸入室５ｆを形成する内壁面５ｐは中心点Ｏ
ｆを中心にして円弧状に設定する。また、固定スクロー
ル５のラップ巻き終わり端部５ｎの側壁面５ｍの形状を
スクロールラップ曲線と同じインボリュウト曲線をなす
局部的な凹部５ｇを設定している。このように、吸入室
を形成する壁面の形状を固定スクロール鏡板部を中心と
した円弧状曲線とインボリュウト曲線を組み合わせた形
状としている。中心点Ｏｆは、円盤状の鏡板部の中心で
あり、ラップ部のインボリュウト曲線の基礎円の中心で
もある。図中のＤｃは、歯溝寸法で、この値は(旋回半
径×２)＋ラップ厚さｔで表わされる。図１中に示した
破線は加工用カッタの軌跡を、円形状の斜線部は加工用
エンドミルカッタの大きさをそれぞれ示す。図１に示す
ように、カッタ中心はＯｃ１からＯｃ２（エンドミルカ
ッタの最終点となる位置）の位置へと、固定スクロール
部材５のラップ外終端部５ｎの外側スクロールラップ曲
線５５ｍの巻き終り点５５ｂの位置よりＤｃ寸法分外方
向に延長して吸入室の内壁部を形成している。すなわ
ち、図２に示した曲線部Ｓ１からＳ２の領域がインボリ
ュウト曲線をなす。吸入室を形成する壁面５ｐで、Ｓ２
の位置が固定スクロール鏡板部を中心とした円弧状曲線
とインボリュウト曲線との交点の位置となる。そして、
吸入室内径Ｄｓｉ寸法に対して径方向に局部的な凹部５
ｇを設定している。凹部５ｇの径方向での最大の段差量
をΔＬで表示している。なお、５ｑは、溝深さの浅い溝
部で、両圧縮室での冷媒吸い込みぐちの圧力を均等化す
るためのものである。

【００１１】図３と図４は、旋回スクロール６の平面図
と縦断面図である。旋回スクロール６のラップ巻き終わ
り端部６ｎの外側壁面５６ｍには鏡板部６ａの中心点Ｏ
ｍを中心にして円弧状の切欠きを設けている。円弧状切
欠き半径の大きさをＲsrの記号で示す。なお、中心点Ｏ
ｍは、円盤状の鏡板部の中心であり、ラップ部６ｂのイ
ンボリュウト曲線の基礎円の中心でもある。鏡板部６ａ
にはラップ側壁に沿って細孔６ｃ，６ｄを貫通し、鏡板
部６ａの背面となる背圧室４１（図６参照）に吸入圧力
と吐出圧力との中間圧力を導くためのものである。この
ため、ラップ巻き終わり端部６ｎでのラップ厚さｔ₀
は、そのほかの部分のラップ厚さｔより小さくなる。こ
の構造により、吸入室５ｆを形成する固定スクロールの
ラップ巻き終わり端部５ｎの側壁面５ｍ（外側壁面）と
旋回スクロールラップの外側曲線を形成する側壁面５６
ｍとの最小の隙間は、ラップ厚さの差(ｔ−ｔ₀）の寸法
となる。

【００１２】このため、吸入流路部での通路面積は、ラ
ップ高さを乗じて、Ｈｓ*(ｔ−ｔ₀)の大きさとなる。特
に、スクロール部材のラップ高さＨｓとラップ厚さＴと
の比（Ｈｓ／Ｔ）が９ないし９.５ 以上のスクロールラ
ップについての効果が顕著であることを実験的に究明す
ることができた。

【００１３】図５は、固定スクロール５と旋回スクロー
ル６を噛み合わせた状態を示す横断面図で、図６は、吸
入室５ｆの周辺部でのガスと油の流れの模様を示す部分
断面図である。図中、実線矢印は冷媒ガスの流れ方向、
破線矢印は油の流れ方向を示す。圧縮機部の固定スクロ
ール部材５と旋回スクロール部材６を互いに噛合せて一
対の圧縮室（密閉空間）７，７ａを形成する。固定スク
ロール部材５は、円板状の鏡板５ａと、これに直立しイ
ンボリュート曲線、あるいは、これに近似の曲線に形成
されたラップ５ｂとからなり、その中心部に吐出口１
０，外周部に吸入口１６を備えている。旋回スクロール
部材６は、図４にも示すように、円板状の鏡板６ａ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６ｂと、鏡板の反ラップ面に形成された
ボス６ｃからなっている。フレーム１１は中央部に軸受
部を形成し、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、ボス６ｃ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
ロール部材５が複数本のボルトによって固定され、旋回
スクロール部材６はオルダムリングおよびオルダムキー
よりなるオルダム機構１２によってフレーム１１に支承
され、旋回スクロール部材６は固定スクロール部材５に
対して、自転しないで旋回運動をするように形成されて
いる。回転軸１４には下部に、電動機部（図示せず）と
直結している。図６では、従来技術の吸入室の大きさで
あるＤｓｉ寸法を破線で示す。図６に示すように、本発
明ではＤｓｉ寸法を従来のＤｓｉ寸法より数mm小さく設
定できる。

【００１４】なお、密閉容器１内の上方に圧縮機部１０
０が、下方に電動機部が収納されている。そして、密閉
容器１内はフレームにより上部室１ａ（吐出室）と電動
機室１ｂとに区画されている。固定スクロール部材５の
吸入口１６には密閉容器１を貫通して垂直方向の吸入管
１７が接続され、吐出口１０が開口している上部室１ａ
は通路１８を介して上部電動機室１ｂと連通している。
また、上部電動機室１ｂは密閉容器１を貫通する吐出管
２０に連通している。

【００１５】図６を用いて簡単に油の流れを説明する。
中心縦孔１３内を上昇した潤滑油は、主軸受４０及び旋
回軸受３８へ給油される。軸受へ給油された油は、背圧
室４１に流入し、背圧室４１に流入した油は冷媒ガスと
混合し、フレーム室１１ｍに流動する。本構造により旋
回スクロール６が、軸方向に踊らなくなって、旋回スク
ロールの鏡板変位が小さくなると、内部漏れや背圧室ひ
いてはフレーム室１１ｍから吸入室への油の漏れによる
加熱量が低減される。次に背圧室４１に流入した油は背
圧孔６ｄ，６ｅなどを介して圧縮室７に流出する。圧縮
室７に至った油は、冷媒ガスとともに加圧され、固定ス
クロール５の上方の吐出室１ａさらに電動機室１ｂへと
移動する。電動機室１ｂと下方の空間１ｃで冷媒ガスと
油は分離され、油は密閉容器１の下部の油溜り部（図示
せず）に落下し、再び各摺動部に供給される。

【００１６】図７は、旋回スクロール６の平面図であ
る。図８は、図７の旋回スクロール６を適用した場合の
固定スクロール５のラップ終端部の構造を示す部分図で
ある。旋回スクロール６のラップ巻き終わり端部６ｎま
でラップ厚さｔを設定した場合のものである。このた
め、図３に示すような外側壁面５６ｍには円弧状の切欠
きを設けている。この場合、図８に示すように、吸入室
５ｆを形成する固定スクロールのラップ巻き終わり端部
５ｎの側壁面５ｍ（外側壁面）と旋回スクロールラップ
６ｂの外側曲線を形成する側壁面６６ｍとで吸入ガスの
吸入通路ともなる微少隙間Δδroを確保するため、固定
スクロールラップ巻き終わり端部の外側壁面５ｍには、
Ｄｃ寸法分よりさらにΔδro分径方向に延長した曲線を
設けている。言い替えれば、円弧状の切欠き部の円弧状
切欠き半径の大きさＲsro と吸入室の内径Ｄsiおよび、
Δδroとは、次式の関係を満足する。すなわち、

【００１７】

【数３】 Ｒsr＝Ｄｓｉ／２−Ｅｔｈ−Δδro …（数３) 図９は、旋回と固定の両スクロール部材を組み合わせた
場合の縦断面図を示す。スラスト摺動部において、旋回
スクロールの鏡板外周部の側部空間と吸入室との最小シ
ール長さＬmin を、少なくともスクロールラップの厚さ
前後となるように設定する。このため、旋回スクロール
の鏡板外形寸法Ｄｓｏは数４を満足するように設定す
る。

【００１８】

【数４】 Ｄｓｏ≒Ｄｓｉ＋２＊ｔ＋２＊Ｅｔｈ …（数４） ここで、 Ｄｓｉ： 吸入室内径 ｔ：ラップ厚さ Ｅ
ｔｈ：旋回半径 このように、背圧室４１と連通したフレーム室１１ｍと
のシール長さＬmin をより大きく設定できるため、フレ
ーム室１１ｍから吸入室への油の漏れ量を低下して吸入
冷媒ガスへの加熱量が低減される。

【００１９】なお、図６や図１０では、ラップの大きさ
と隙間の大きさは説明を分かりやすくするため、誇張し
て示している。本発明では、旋回スクロールの鏡板変位
が小さくなって、旋回スクロールの傾きが小さくなる作
用があるため、スラスト摺動面での片当たりの度合いが
低下して、その摺動部での潤滑性も改善されて摺動部の
摩耗を抑え、且つ、焼き付きを未然に防止でき、鏡板摺
動部での面圧の低下作用と相俟って、その部分での摩耗
をより小さく抑えることができる。さらに、図９に破線
と実線とで比較して示すように、従来構造より吸入室の
径を縮小できるため、圧縮機の外形をより小さくでき、
圧縮機の小型化と軽量化を達成できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば次の効果がある。

【００２１】（１）スクロール部材の鏡板部での摺動損
失を低減できること、また、吸入室での冷媒ガスの内部
加熱を大幅に小さく出来、両者の相乗効果により圧縮機
の性能が飛躍的に向上でき、省エネルギ化が図れる。

【００２２】（２）本構造により、吸入室の径を縮小で
きるため、圧縮機の外形をより小さくでき、圧縮機の小
型化と軽量化を達成できる。

【００２３】（３）（１）と関連して、旋回スクロール
の鏡板変位が小さくなって、旋回スクロールの傾きが小
さくなる。このため、スラスト摺動面での片当たりの度
合いが低下し、面圧も低下して、その摺動部での潤滑性
も改善され摺動部の摩耗を抑え、且つ、焼き付きを未然
に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固定スクロールの平面図。

【図２】固定スクロールのラップ終端部の構造を示す説
明図。

【図３】旋回スクロールの説明図。

【図４】固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせ
た状態を示す横断面図。

【図５】吸入管から吸入室へ至るガス流路部を表す部分
断面図。

【図６】旋回スクロールを示す横断面図。

【図７】図６の旋回スクロールを適用した場合の固定ス
クロールのラップ終端部の構造を示す説明図。

【図８】旋回と固定の両スクロール部材を組み合わせた
場合の縦断面図。

【図９】従来技術における旋回スクロール部材の軸方向
のラップ傾き状況を示す縦断面図。

【符号の説明】

５…固定スクロール、５ａ，６ａ…スクロール鏡板部、
５ｍ…固定スクロールラップ終端部での局部的な凹部、
５ｎ，６ｎ…スクロールラップ終端部、１１…フレー
ム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉容器内に、スクロール圧縮機と電動機
   をフレームに支承した回転軸を介して連設して収納し、
   密閉容器室を上下室に区画し、スクロール圧縮機は、固
   定スクロール部材及び旋回スクロール部材をかみ合せ、
   前記旋回スクロール部材を回転軸に連設する偏心軸部に
   係合し、前記旋回スクロール部材を自転することなく前
   記固定スクロール部材に対し旋回運動させ、前記固定ス
   クロール部材には中心部に開口する吐出口と外周部に開
   口する吸入口を設け、前記吸入口よりガスを吸入し、前
   記両スクロール部材で形成される圧縮空間を中心に移動
   させ容積を減少してガスを圧縮し、前記吐出口より圧縮
   ガスを上部容器室に吐出し、通路を介し下部容器室に導
   き、吐出管を介し器外に吐出する密閉形スクロール圧縮
   機において、 吸入室は半周の環状形状とし、前記吸入室を形成する前
   記固定スクロールのラップ巻き終わり端部の側壁面の形
   状をスクロールラップ曲線と同じインボリュウト曲線を
   なす局部的な凹部構造とし、前記吸入室を形成する壁面
   の形状を固定スクロール鏡板部を中心とした円弧状曲線
   とインボリュウト曲線とを組み合わせた形状としたこと
   を特徴とする密閉形スクロール圧縮機。