WO2017158665A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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悠介 今井
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Abstract

本開示に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画する仕切板と、低圧空間に設けられた非旋回スクロールと、非旋回スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、回転軸と、を備えている。さらに、旋回スクロールを支持する主軸受と、非旋回スクロールと旋回スクロールを離間させる方向に、いずれか一方を付勢する弾性体と、一端側が固定、他端側が移動自在に、かつ、周方向に配設される複数の柱状部材と、を備えている。弾性体によって付勢された非旋回スクロールおよび旋回スクロールのいずれか一方は、仕切板と主軸受との間で、回転軸の軸方向に移動自在である。弾性体は、周方向において複数の柱状部材の間に配置されている。

Description

スクロール圧縮機
 本開示は、スクロール圧縮機に関する。
 近年、密閉容器の内部に設けられた仕切板と、当該仕切板で仕切られた低圧空間に固定スクロール及び旋回スクロールを有する圧縮機構部と、当該旋回スクロールを旋回駆動させる電動機と、を備えた密閉型スクロール圧縮機が知られている。このような圧縮機では、固定スクロールが有するボス部が仕切板に備えられた保持孔に嵌合されている。そして、圧縮機構部で圧縮された冷媒は、固定スクロールに備えられた吐出ポートを介して、仕切板で仕切られた高圧空間に吐出される(例えば、特許文献1参照)。
 このような圧縮機では、圧縮機構部が低圧空間に配置されているため、圧縮機の運転中には、固定スクロール及び旋回スクロールに、互いに離間する方向に力が加わる。
 このため、固定スクロールと旋回スクロールとの間のシール面にチップシールを設け、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成される圧縮室の密閉性を高めることが提案されている。
 しかし、圧縮機を高効率化するには、チップシールを廃止し、旋回スクロールまたは固定スクロールに背圧を加えることが好ましい。このため、固定スクロールに背圧を加えて、旋回スクロールに固定スクロールを押し付けることで、圧縮機の運転中における圧縮室の密閉性を高めることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
 図11は、特許文献2に記載されたスクロール圧縮機の縦断面図である。圧縮機111は、固定スクロール301と旋回スクロール401と電動機801とを備えている。圧縮室501は、固定スクロール301と旋回スクロール401との間に形成される。
 しかし、従来の圧縮機111では、固定スクロール301は、自重でも旋回スクロール401に押し付けられる。このため、圧縮機111の停止時や始動時においても圧縮室501の密閉性は高い。
 これによって、始動直後から、圧縮室501で完全な圧縮が始まり、電動機801に大きな圧縮荷重が掛かる。その結果、電動機801として始動トルクの小さい単相モータを用いた場合には、圧縮機111の始動が困難であるという課題がある。
特開平11-182463号公報 特許第3068906号公報
 本開示は、始動性を向上させたスクロール圧縮機を提供する。
 上記従来の課題を解決するために、本開示のスクロール圧縮機は、密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画する仕切板と、低圧空間に設けられ、仕切板に隣接して配置される非旋回スクロールと、非旋回スクロールと噛み合わされ、非旋回スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備えている。さらに、スクロール圧縮機は、旋回スクロールを旋回させる回転軸と、旋回スクロールを支持する主軸受と、非旋回スクロールと旋回スクロールを離間させる方向に、非旋回スクロールおよび旋回スクロールのいずれか一方を付勢する弾性体と、主軸受と非旋回スクロールに対して、一端側が固定、他端側が移動自在に、かつ、周方向に複数配設された柱状部材と、を備えている。弾性体によって付勢された非旋回スクロールおよび旋回スクロールのいずれか一方は、仕切板と主軸受との間で、回転軸の軸方向に移動自在である。弾性体は、周方向において複数の柱状部材の間に配設されている。
 これにより、圧縮機の始動時に、非旋回スクロールと旋回スクロールとの間に隙間が形成されるため、始動直後は完全な圧縮が行われず、圧縮荷重を低減できる。その結果、圧縮機の始動性を向上できる。
 本開示のスクロール圧縮機によれば、弾性体によって、固定スクロールと旋回スクロールとが離間する方向に付勢されているので、始動時の圧縮荷重を低減できる。これにより、圧縮機の始動性を向上できる。
図1は、本開示の実施の形態1にかかるスクロール圧縮機の縦断面図である。 図2Aは、同スクロール圧縮機の旋回スクロールの側面図である。 図2Bは、図2Aの2B-2B線断面図である。 図3は、同スクロール圧縮機の固定スクロールの底面図である。 図4は、同スクロール圧縮機の固定スクロールを上面側から見た分解斜視図である。 図5は、同スクロール圧縮機の主軸受を上面側から見た斜視図である。 図6は、同スクロール圧縮機のオルダムリングの上面図である。 図7は、同スクロール圧縮機の要部断面図である。 図8は、同スクロール圧縮機の要部断面斜視図である。 図9は、図3の9-9線断面図である。 図10は、同実施の形態にかかるスクロール圧縮機の固定渦巻きラップの高さに対する、固定渦巻きラップの先端と旋回スクロール端板との隙間の比率の経時変化図である。 図11は、従来のスクロール圧縮機の縦断面図である。
 第1の態様に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画する仕切板と、低圧空間に設けられ、仕切板に隣接して配置される非旋回スクロールと、非旋回スクロールと噛み合わされ、非旋回スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備えている。さらに、スクロール圧縮機は、旋回スクロールを旋回させる回転軸と、旋回スクロールを支持する主軸受と、非旋回スクロールと旋回スクロールを離間させる方向に、非旋回スクロールおよび旋回スクロールのいずれか一方を付勢する弾性体と、主軸受と非旋回スクロールに対して、一端側が固定、他端側が移動自在に、かつ、周方向に配設される複数の柱状部材と、を備えている。弾性体によって付勢された非旋回スクロールおよび旋回スクロールのいずれか一方は、仕切板と主軸受との間で、回転軸の軸方向に移動自在である。弾性体は、周方向において複数の柱状部材の間に配置されている。
 これにより、圧縮機の始動時に、非旋回スクロールと旋回スクロールとの間に隙間が形成されるため、始動直後は完全な圧縮が行われず、圧縮荷重を低減できる。その結果、圧縮機の始動性を向上できる。
 第2の態様は、第1の態様において、弾性体は複数配設される。複数の柱状部材のそれぞれは、周方向に互いに等しい第1の間隔で配設されている。複数の弾性体のそれぞれは、周方向に互いに等しい第2の間隔で配設されている。
 柱状部材および弾性体が、それぞれ等ピッチで配置されているため、安定して非旋回スクロールと旋回スクロールとの間の隙間を形成できる。これにより、圧縮荷重を安定して低減でき、圧縮機の始動性を向上できる。
 第3の態様は、第2の態様において、第1の間隔と第2の間隔とが等しい。
 第4の態様は、第2の態様において、複数の弾性体のそれぞれと複数の柱状部材のそれぞれの一端は、近接して主軸受に配設されている。
 これにより、柱状部材と弾性体とを支持する主軸受の支持部の半径方向の長さを小さくすることができる。その結果、軽量化が図れ、低コスト化を実現できる。
 第5の態様は、第2または第3の態様において、複数の弾性体のそれぞれの端面は非旋回スクロールと主軸受とに配置されている。端面は非旋回スクロールおよび主軸受の少なくとも一方に設けられた凹部に配置されている。
 これにより、弾性体の配設時に凹部により位置決めができるため、組立作業性を向上することができる。さらに、圧縮機運転時の弾性体の離脱を防止できる。
 第6の態様は、第5の態様において、端面には平板が設けられている。
 これにより、弾性体の端面に耐摩耗性の高い平板を設置することで、信頼性が向上する。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本開示が限定されるものではない。
 (実施の形態1)
 図1は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の縦断面図である。なお、図1は、図3における1-1線での断面を示している。圧縮機1は、図1に示すように、上下方向に長手方向を有する円筒状の密閉容器10を、外殻として備えている。なお、本明細書において、上下方向とは、図1から図9の各図におけるZ軸方向である。
 圧縮機1は、密閉容器10の内部に、冷媒を圧縮するための圧縮機構部170と、圧縮機構部170を駆動するための電動機80を備えた密閉型スクロール圧縮機である。圧縮機構部170は、少なくとも、非旋回スクロールである固定スクロール30、旋回スクロール40、主軸受60及びオルダムリング90で構成される。
 密閉容器10の内部上方には、密閉容器10の内部を上下に仕切る仕切板20が設けられている。仕切板20は、密閉容器10の内部を、高圧空間11と低圧空間12とに区画している。高圧空間11は、圧縮機構部170で圧縮された後の高圧の冷媒で満たされる空間である。低圧空間12は、圧縮機構部170で圧縮される前の低圧の冷媒で満たされる空間である。
 密閉容器10は、密閉容器10の外部と低圧空間12とを連通させる冷媒吸込管13と、密閉容器10の外部と高圧空間11とを連通させる冷媒吐出管14とを備えている。圧縮機1は、冷媒吸込管13を介して、密閉容器10の外部に設けられた冷凍サイクル回路(図示せず)から、低圧空間12に低圧の冷媒を導入する。また、圧縮機構部170で圧縮された高圧の冷媒は、まず、高圧空間11に導入される。その後、高圧の冷媒は高圧空間11から冷媒吐出管14を介して、冷凍サイクル回路に吐出される。低圧空間12の底部には、潤滑油が貯留される油溜まり15が形成されている。
 圧縮機1は、低圧空間12に、固定スクロール30と、旋回スクロール40とを備えている。固定スクロール30は、本開示における非旋回スクロールである。固定スクロール30は、仕切板20の下方に隣接して配置されている。旋回スクロール40は、固定スクロール30の下方に、固定スクロール30と噛み合わされて、配置されている。
 固定スクロール30は、円板状の固定スクロール端板31と、固定スクロール端板31の下面に立設された渦巻状の固定渦巻きラップ(Fixed scroll lap)32とを備えている。
 旋回スクロール40は、円板状の旋回スクロール端板41と、旋回スクロール端板41の上面に立設された渦巻状の旋回渦巻きラップ(Orbitting scroll lap)42と、下方ボス部43とを備えている。下方ボス部43は、旋回スクロール端板41の下面の略中央に形成された円筒状の突起である。
 固定スクロール端板31は、本開示における第1の端板であり、固定渦巻きラップ32は、本開示における第1の渦巻体である。また、旋回スクロール端板41は、本開示における第2の端板であり、旋回渦巻きラップ42は、本開示における第2の渦巻体である。
 旋回スクロール40の旋回渦巻きラップ42と固定スクロール30の固定渦巻きラップ32とが噛み合わされることで、旋回スクロール40と固定スクロール30との間に、圧縮室50が形成される。圧縮室50は、旋回渦巻きラップ42の内壁(後述する)側と、外壁(後述する)側とに形成される。
 固定スクロール30及び旋回スクロール40の下方には、旋回スクロール40を支持する主軸受60が設けられている。主軸受60は、上面の略中央に設けられたボス収容部62と、ボス収容部62の下方に設けられた軸受部61とを備えている。ボス収容部62は、下方ボス部43を収納するため凹部である。軸受部61は、上端がボス収容部62で開口し、下端が低圧空間12に開口する貫通孔を備えている。
 主軸受60は、上面で旋回スクロール40を支持するとともに、軸受部61で回転軸70を軸支する。
 回転軸70は、図1において上下方向に長手方向を有する軸である。回転軸70の一端側は軸受部61により軸支され、他端側は副軸受16で軸支される。副軸受16は、低圧空間12の下方、望ましくは、油溜まり15内に設けられた軸受である。回転軸70の上端には、回転軸70の軸心に対して偏心した偏心軸71が設けられている。偏心軸71は、スイングブッシュ78及び旋回軸受79を介して、下方ボス部43に摺動自在に挿入されている。下方ボス部43は、偏心軸71によって旋回駆動される。
 回転軸70の内部には、潤滑油が通過する油路72が形成されている。油路72は、回転軸70の軸方向に形成された貫通孔である。油路72の一端は、回転軸70の下端に設けられた吸込口73として、油溜まり15内に開口している。吸込口73の上部には、吸込口73から油路72に潤滑油を汲み上げるパドル74が設けられている。
 また、回転軸70の内部には、第1分岐油路751と、第2分岐油路761とが形成されている。第1分岐油路751の一端は、第1給油口75として、軸受部61の軸受面で開口し、他端側は油路72に連通する。また、第2分岐油路761の一端は、第2給油口76として、副軸受16の軸受面で開口し、他端側は油路72に連通する。
 さらに、油路72の上端は、第3給油口77として、ボス収容部62の内部に開口する。
 回転軸70は、電動機80に連結されている。電動機80は、主軸受60と副軸受16の間に配置されている。電動機80は、単相交流電力で駆動される単相交流モータである。電動機80は、密閉容器10に固定されたステータ81と、ステータ81の内側に配置されたロータ82とを備えている。
 回転軸70は、ロータ82に固定されている。回転軸70は、ロータ82の上方に設けられたバランスウェイト17aと、下方に設けられたバランスウェイト17bとを備えている。バランスウェイト17aとバランスウェイト17bとは、回転軸70の周方向に180°ずれた位置に配置されている。
 回転軸70は、バランスウェイト17a及びバランスウェイト17bによる遠心力と、旋回スクロール40の公転運動により発生する遠心力とで、バランスを取って回転する。なお、バランスウェイト17a及びバランスウェイト17bはロータ82に設けてもよい。
 旋回スクロール40と主軸受60との間には、自転抑制部材(オルダムリング)90が設けられている。オルダムリング90は、旋回スクロール40の自転を防止する。これにより、旋回スクロール40は、固定スクロール30に対して自転することなく、旋回運動をする。
 固定スクロール30、旋回スクロール40、電動機80、オルダムリング90及び主軸受60は、低圧空間12に配置されている。また、固定スクロール30及び旋回スクロール40は、仕切板20と主軸受60との間に配置されている。
 そして、少なくとも、固定スクロール30、旋回スクロール40、主軸受60及びオルダムリング90で構成される圧縮機構部170には、弾性体160が設けられている。
 具体的には、弾性体160は、固定スクロール30と主軸受60とを付勢するように設けられており、固定スクロール30と旋回スクロール40を離間させる作用を有している。
 仕切板20及び主軸受60は、密閉容器10に固定されている。固定スクロール30は、仕切板20と主軸受60との間の少なくとも一部、より詳細には、固定スクロール30と主軸受60との間を、軸方向に移動自在に設けられている。
 より具体的には、固定スクロール30は、主軸受60に設けられた柱状部材100に対して、軸方向(図1において上下方向)に移動自在に設けられている。柱状部材100は、下端部が軸受側孔部102(後述する図5参照)に挿入され固定される一方、上端部がスクロール側孔部101(後述する図3及び図4参照)に摺動自在に挿入されている。
 柱状部材100は、固定スクロール30の自転と半径方向の動きを規制し、固定スクロール30の軸方向の動きを許容する。つまり、固定スクロール30は、柱状部材100によって主軸受60で支持され、仕切板20と主軸受60との間の一部、より詳細には、仕切板20と旋回スクロール40との間で軸方向に動くことができる。
 圧縮機1の動作、作用について説明する。電動機80の駆動により、ロータ82とともに回転軸70が回転する。偏心軸71とオルダムリング90とによって、旋回スクロール40は自転することなく、回転軸70の中心軸を中心に旋回運動する。これによって、圧縮室50の容積が縮小し、圧縮室50の冷媒は圧縮される。
 冷媒は、冷媒吸込管13から低圧空間12に導入される。そして、低圧空間12の冷媒は、旋回スクロール40外周から圧縮室50に導かれる。圧縮室50で圧縮された冷媒は、高圧空間11を経由して、冷媒吐出管14から吐出される。
 また、油溜まり15に貯留された潤滑油は、回転軸70の回転によって、吸込口73からパドル74に沿って、油路72の上方へと汲み上げられる。汲み上げられた潤滑油は、第1給油口75、第2給油口76及び第3給油口77から、軸受部61、副軸受16及びボス収容部62にそれぞれ供給される。また、ボス収容部62まで汲み上げられた潤滑油は、主軸受60と旋回スクロール40との摺動面に導かれるとともに、返送経路63(後述する図5参照)を通じて排出されて、再び油溜まり15に戻る。
 圧縮機1の詳細な構成について、さらに説明する。図2Aは、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の旋回スクロールの側面図である。図2Bは、図2Aの2B-2B線断面図である。
 旋回渦巻きラップ42は、旋回スクロール端板41の中心側に位置する始端42aを巻き始めとし、外周側に位置する終端42bに向けて徐々に半径を拡大する、インボリュート曲線状の断面を備える壁である。旋回渦巻きラップ42は、所定の高さ(上下方向の長さ)と所定の壁厚(旋回渦巻きラップ42の径方向の長さ)とを備えている。
 旋回スクロール端板41の下面の両端には、外周側から中心側へ長手方向を有する一対の第1のキー溝91が設けられている。
 図3は、本実施形態にかかるスクロール圧縮機の固定スクロールを示す底面図である。図4は、同固定スクロールを上面側から見た分解斜視図である。
 図3及び図4に示すように、固定渦巻きラップ32は、固定スクロール端板31の中心側に位置する始端32aを巻き始めとし、外周側に位置する終端32cに向けて徐々に半径を拡大する、インボリュート曲線状の断面を備える壁である。固定渦巻きラップ32は、旋回渦巻きラップ42と等しい所定の高さ(上下方向の長さ)と、所定の壁厚(固定渦巻きラップ32の径方向の長さ)とを備えている。
 固定渦巻きラップ32は、始端32aから中間部32bにかけては、内壁(中心側の壁面)と外壁(外周側の壁面)とを備え、中間部32bから終端32cにかけては、内壁のみを備えている。
 固定スクロール端板31の略中心部には、第1吐出ポート35が形成されている。また、固定スクロール端板31には、バイパスポート36と中圧ポート37とが形成されている。バイパスポート36は、第1吐出ポート35近傍で、圧縮完了直前の高圧圧力の冷媒が存在する領域に配置されている。バイパスポート36は、3つの小孔を1セットとしている。バイパスポート36は、旋回渦巻きラップ42の外壁側に形成される圧縮室50と連通するバイパスポートと、旋回渦巻きラップ42の内壁側に形成される圧縮室50と連通するバイパスポートとの2セットから構成されている。中圧ポート37は、中間部32b近傍で、圧縮途中の中間圧力の冷媒が存在する領域に配置されている。
 固定スクロール30の外周部には、周壁33から外周側に突出する一対の第1フランジ34aと、一対の第2フランジ34bとが備えられている。第1フランジ34a及び第2フランジ34bは、固定スクロール端板31よりも下方(旋回スクロール40側)に設けられている。第2フランジ34bは、第1フランジ34aよりも下方に設けられ、その下面(旋回スクロール40側の面)は、固定渦巻きラップ32の先端面と略同一平面上に位置している。
 一対の第1フランジ34aのそれぞれは、所定の間隔をあけて、回転軸70の周方向にほぼ均等に配置されている。また、一対の第2フランジ34bのそれぞれは、所定の間隔をあけて、回転軸70の周方向にほぼ均等に配置されている。
 固定スクロール30の周壁33には、冷媒を圧縮室50に取り込むための吸入部38が形成されている。
 また、第1フランジ34aには、柱状部材100の上端部が挿入されるスクロール側孔部101が設けられている。スクロール側孔部101は、一対の第1フランジ34aに、それぞれ1つずつ設けられている。スクロール側孔部101は、本開示における受部である。2つのスクロール側孔部101は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。望ましくは、2つのスクロール側孔部101は、周方向に180度均等に配置されている。
 それにより、柱状部材100は、周方向に180度間隔で配置された2本を一対、もしくは、周方向に180度間隔に配置された2本を二対で構成されている。また、スクロール側孔部101は、貫通孔でなくてもよく、下面側から窪む凹部であってもよい。
 スクロール側孔部101は、連通孔(図示せず)によって、固定スクロール30の外部、つまり、低圧空間12と連通している。
 第2フランジ34bには、第2のキー溝92が設けられている。第2のキー溝92は、一対の第2フランジ34bに、それぞれ1つずつ設けられた、外周側から中心側へ長手方向を有する一対の溝である。
 また、弾性体160の上端部が配置されるスクロール側凹部103は、スクロール側孔部101と離間して、かつ、その近傍に設けられている。換言すると、スクロール側凹部103は、スクロール側孔部101と周方向に近接して設けられている。2つのスクロール側凹部103は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。望ましくは、2つのスクロール側凹部103は、周方向に180度均等に配置されている。
 それにより、弾性体160は、周方向に180度間隔で配置された2本を一対、もしくは、周方向に180度間隔に配置された2本を二対で構成されている。
 また、対を成すスクロール側孔部101のピッチと、対を成すスクロール側凹部103のピッチとは、等しいピッチで配置されている。ここで「等しいピッチ」とは「略等しいピッチ」を含む。また、一対のスクロール側孔部101とスクロール側凹部103とは、同心円状に配置されている。
 これにより、固定スクロール30の第1フランジ34aの半径方向の長さを短くすることができ、固定スクロール30の軽量化が図れ、低コスト化を実現できる。また、固定スクロール30の中心を基準として、スクロール側孔部101とスクロール側凹部103のとの間の角度を15度程度とすることで、固定スクロール30の第1フランジ34aの周方向の長さも小さくすることができ、固定スクロール30の軽量化が図れ、低コスト化を実現できる。
 図4に示すように、固定スクロール30の上面(仕切板20側の面)には、中央に上方ボス部39が設けられている。上方ボス部39は、固定スクロール30の上面から突出する円柱状の突起である。第1吐出ポート35とバイパスポート36とは、上方ボス部39の上面で開口する。上方ボス部39の上面側は、仕切板20との間で吐出空間30Hを形成する(後述する図7参照)。第1吐出ポート35およびバイパスポート36は、吐出空間30Hと連通する。
 また、固定スクロール30の上面には、上方ボス部39の外周側に、リング状凸部310が設けられている。上方ボス部39とリング状凸部310とによって、固定スクロール30の上面には凹部が形成される。この凹部は中圧空間30Mを形成する(後述する図7参照)。中圧ポート37は、固定スクロール30の上面(凹部の底面)に開口し、中圧空間30Mと連通する。
 中圧ポート37の孔径は、旋回渦巻きラップ42の壁厚より小さい。これにより、旋回渦巻きラップ42の内壁側に形成される圧縮室50と、旋回渦巻きラップ42の外壁側に形成される圧縮室50との連通を防止できる。
 上方ボス部39の上面には、バイパスポート36を開閉自在とするバイパス逆止弁121と、バイパス逆止弁121の過度な変形を防止するバイパス逆止弁ストップ122とが設けられている。バイパス逆止弁121に、リードバルブを用いることで高さ方向の大きさをコンパクトにできる。また、バイパス逆止弁121に、V字型のリードバルブを用いることで、旋回渦巻きラップ42の外壁側に形成される圧縮室50と連通するバイパスポート36と、旋回渦巻きラップ42の内壁側に形成される圧縮室50と連通するバイパスポート36とを、1つのリードバルブで開閉することができる。
 固定スクロール30の上面(凹部の底面)には、中圧ポート37を開閉自在とする中圧逆止弁(図示せず)と、中圧逆止弁の過度な変形を防止する中圧逆止弁ストップ(図示せず)とが設けられている。中圧逆止弁に、リードバルブを用いることで高さ方向の大きさをコンパクトにできる。また、中圧逆止弁は、ボールバルブとバネとで構成することもできる。
 図5は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の主軸受を上面側から見た斜視図である。
 主軸受60の外周部には、柱状部材100の下端部が挿入される軸受側孔部102が設けられている。軸受側孔部102は、2つ設けられており、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。望ましくは、2つの軸受側孔部102は、周方向に180度均等に配置されている。なお、軸受側孔部102は、貫通孔でなくてもよく、上面側から窪む凹部であってもよい。
 また、弾性体160の下端部が配置される軸受側凹部104は、軸受側孔部102と離間して、かつ、その近傍に設けられている。換言すると、軸受側凹部104は、軸受側孔部102と周方向に近接して設けられている。また、軸受側凹部104は、複数設けられており、周方向に所定の間隔が設けられて配置されている。望ましくは、弾性体160は、周方向に180度間隔で配置された2本を一対、もしくは、周方向に180度間隔に配置された2本を二対で構成できるように、軸受側凹部104は設けられている。
 また、対を成す軸受側孔部102のピッチと、対を成す軸受側凹部104のピッチとは等しいピッチで配置されている。ここで、「等しいピッチ」とは「略等しいピッチ」も含まれる。また、一対の軸受側孔部102と軸受側凹部104とは、同心円状に配置されている。
 これにより、軸受側孔部102と軸受側凹部104の周辺の半径方向の、主軸受60の外周部の長さWを小さくすることができ、主軸受60の軽量化が図れ、低コスト化を実現できる。また、軸受側孔部102と軸受側凹部104の周辺の主軸受60の外周部を、鋳物肌の状態で機械加工せずに形成できることで加工費を低減できる。
 また、主軸受60の中心を基準として、軸受側孔部102と軸受側凹部104との間の角度を15度とすることで、軸受側孔部102と軸受側凹部104の周辺の周方向の長さLも小さくすることができ、主軸受60の軽量化が図れ、低コスト化を実現できる。
 すなわち、固定スクロール30に設けたスクロール側凹部103と主軸受60に設けた軸受側凹部104とに、弾性体160を配置する構成としたことで、弾性体160の位置決めが容易となる。このため、組立作業性を向上できる。なお、例えば、スクロール側凹部103や軸受側凹部104の深さを、弾性体160の自由高さの1/5以上確保することで、弾性体160の配置時の安定性が高まり、組立作業性をより向上できる。
 主軸受60には、一端がボス収容部62に開口し、他端が主軸受60の下面で開口する返送経路63が形成されている。なお、返送経路63の一端は、主軸受60の上面に開口してもよい。また、返送経路63の他端は、主軸受60の側面に開口してもよい。
 返送経路63は、軸受側孔部102とも連通している。従って、軸受側孔部102には、返送経路63によって潤滑油が供給される。
 上述したように、本実施の形態では、弾性体160は周方向において柱状部材100の間に配設されている。より、具体的には、周方向に沿って、柱状部材100と弾性体160とが交互に配置されている。
 また、上述した実施の形態においては、柱状部材100および弾性体160がそれぞれ2個配設されている場合について説明したが、これに限られない。すなわち、弾性体160が1個配設されている形態であってもよいし、柱状部材100が4個配設されている形態であってもよい。
 弾性体160が複数配設され、柱状部材100が複数配設されている形態において、複数の柱状部材100のそれぞれは、周方向に互いに等しい第1の間隔で配設され、複数の弾性体160のそれぞれは、周方向に互いに等しい第2の間隔で配設されていることが好ましい。さらに好ましくは、第1の間隔と第2の間隔が等しい。ここで、等しいとは略等しい場合も含む。
 図6は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機のオルダムリングを示す上面図である。
 オルダムリング90は、略円環状のリング部95と、リング部95の上面から突出する一対の第1のキー93及び一対の第2のキー94とを備えている。第1のキー93及び第2のキー94は、2つの第1のキー93を結ぶ直線と、2つの第2のキー94を結ぶ直線とが直交するように設けられている。
 第1のキー93は、旋回スクロール40の第1のキー溝91と係合し、第2のキー94は、固定スクロール30の第2のキー溝92と係合する。これによって、旋回スクロール40は、固定スクロール30に対して自転することなく旋回運動が可能となる。
 本実施の形態では、回転軸70の軸方向に、上方から固定スクロール30、旋回スクロール40及びオルダムリング90の順に配設されている。このため、第1のキー93と第2のキー94とは、リング部95の同一平面に形成されている。これによれば、オルダムリング90の製作時に、第1のキー93と第2のキー94を同一方向から加工することが可能となり、加工装置からオルダムリング90を脱着する回数を減らすことができる。このため、オルダムリング90の加工精度の向上及び加工費の削減効果を得ることができる。
 図7は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の要部断面図である。図8は、本実施の形態にかかる密閉型スクロール圧縮機の要部断面斜視図である。
 仕切板20の中心部には、第2吐出ポート21が設けられている。仕切板20の上面には、第2吐出ポート21を開閉自在とする吐出逆止弁131と、吐出逆止弁131の過度な変形を防止する吐出逆止弁ストップ132とが設けられている。
 仕切板20と固定スクロール30との間には、吐出空間30Hが形成される。吐出空間30Hは、第1吐出ポート35及びバイパスポート36によって圧縮室50と連通し、第2吐出ポート21によって高圧空間11と連通する。
 吐出空間30Hは、第2吐出ポート21を介して高圧空間11と連通しているため、固定スクロール30の上面側には背圧が加わる。つまり、吐出空間30Hに高圧圧力が加わることで、固定スクロール30は、旋回スクロール40に押し付けられる。このため、固定スクロール30と旋回スクロール40との隙間を無くすことができ、圧縮機1は、高効率な運転を行うことができる。
 また、第1吐出ポート35とは別に、圧縮室50と吐出空間30Hとを連通させるバイパスポート36と、バイパスポート36に設けたバイパス逆止弁121とを備えているため、吐出空間30Hからの逆流を防止しつつ、圧縮室50が所定の圧力に到達した時点で圧縮室50から吐出空間30Hへと冷媒を導くことができる。これによって、圧縮室50での過度な冷媒の圧縮を抑制でき、圧縮機1は広い運転範囲で高効率な運転ができる。
 吐出逆止弁131の板厚は、バイパス逆止弁121の板厚よりも厚い。これによって、吐出逆止弁131がバイパス逆止弁121より先に開くことを防止できる。
 第2吐出ポート21の容積は、第1吐出ポート35の容積よりも大きい。これによって、圧縮室50から吐出される冷媒の圧力損失を低減できる。
 また、第2吐出ポート21の流入側にテーパを形成してもよい。これによって、より圧力損失を低減できる。
 仕切板20の下面には、第2吐出ポート21の周りに、円環状に突出する突出部22が設けられている。突出部22には、閉塞部材150(後述する)の一部が挿入される複数の孔221が設けられている。
 突出部22には、第1シール部材141と、第2シール部材142とが設けられている。第1シール部材141は、突出部22から仕切板20の中心側に突出するリング状のシール部材である。第1シール部材141の先端は、上方ボス部39の側面に接している。つまり、第1シール部材141は、仕切板20と固定スクロール30との間であって、吐出空間30Hの外周に位置する隙間に配置されている。
 第2シール部材142は、突出部22から仕切板20の外周側に突出するリング状のシール部材である。第2シール部材142は、第1シール部材141の外側に配置されている。第2シール部材142の先端は、リング状凸部310の内側面に接している。つまり、第2シール部材142は、仕切板20と固定スクロール30との間であって、中圧空間30Mの外周に位置する隙間に配置されている。
 換言すると、第1シール部材141及び第2シール部材142によって、仕切板20と固定スクロール30との間には、吐出空間30Hと、中圧空間30Mとが形成される。吐出空間30Hは、上方ボス部39の上面側に形成される空間であり、中圧空間30Mは、上方ボス部39の外周側に形成される空間である。
 第1シール部材141は、吐出空間30Hと中圧空間30Mとを区画するシール部材であり、第2シール部材142は、中圧空間30Mと低圧空間12とを区画するシール部材である。
 第1シール部材141及び第2シール部材142には、例えばフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレンが、シール性と組み立て性の面で適している。さらに、第1シール部材141及び第2シール部材142を、フッ素樹脂に繊維材を混合させたものとすることで、シールの信頼性が向上する。
 第1シール部材141及び第2シール部材142は、閉塞部材150と突出部22との間に挟み込まれている。このため、仕切板20に、第1シール部材141、第2シール部材142及び閉塞部材150を組み立てた後に、密閉容器10内に配置できる。これによって、少ない部品点数にできるとともに、スクロール圧縮機の組み立てが容易となる。
 より詳細には、閉塞部材150は、仕切板20の突出部22に対向するように配置されるリング状部151と、リング状部151の一面から突出する複数の突出部152とを備えている。
 第1シール部材141の外周側は、リング状部151の上面の内周側と突出部22の下面とで挟み込まれる。また、第2シール部材142の内周側は、リング状部151の上面の外周側と突出部22の下面とで挟み込まれる。
 つまり、リング状部151は、第1シール部材141と第2シール部材142とを介して、仕切板20の突出部22の下面に対向している。
 複数の突出部152は、突出部22に形成された複数の孔221に挿入されている。そして、リング状部151が突出部22の下面に押圧した状態となるように、突出部152の上端はかしめられている。つまり、突出部152の上端を平板状に変形させて、リング状部151が突出部22の下面に押圧した状態となるように、閉塞部材150を仕切板20に固定している。閉塞部材150を、アルミニウム材とすることで、容易に仕切板20にかしめることができる。
 仕切板20に第1シール部材141及び第2シール部材142を取り付けた状態では、第1シール部材141の内周部はリング状部151から仕切板20の中心側に突出し、第2シール部材142の外周部はリング状部151から仕切板20の外周側に突出する。
 そして、第1シール部材141及び第2シール部材142を取り付けた仕切板20を、密閉容器10内に装着することで、第1シール部材141の内周部は、固定スクロール30の上方ボス部39の外周面に押圧される。また、第2シール部材142の外周部は、固定スクロール30のリング状凸部310の内周面に押圧される。
 中圧空間30Mは、中圧ポート37によって、圧縮室50の圧縮途中の中間圧力の冷媒が存在する領域と連通している。このため、中圧空間30Mの圧力は、吐出空間30Hの圧力より低く、低圧空間12の圧力よりも高い。
 このように、仕切板20と固定スクロール30との間に、吐出空間30H以外に、中圧空間30Mを形成することで、固定スクロール30の旋回スクロール40への押し付け力の調整が容易となる。
 また、第1シール部材141と第2シール部材142とで、中圧空間30Mを形成するため、吐出空間30Hから中圧空間30Mへの冷媒の漏れや、中圧空間30Mから低圧空間12への冷媒の漏れを低減できる。
 図9は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の要部断面図である。図9に示すように、固定スクロール30の第1フランジ34aの下面と主軸受60の上面との間には、弾性体160が設けられている。弾性体160は、固定スクロール30を、旋回スクロール40から離間させる方向(図9において上方)に付勢している。
 また、本実施の形態においては、固定スクロール30の固定渦巻きラップ32の高さHに対する、固定スクロール30の固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール40の旋回スクロール端板41の上面との隙間Eの比率E/Hを、圧縮機1の停止時において、0.03としている(図10参照)。
 また、圧縮機1の停止時には、固定スクロール30の少なくとも一部、例えば、リング状凸部310の先端は、弾性体160によって、仕切板20の下面に接触した状態となる。
 本実施の形態によれば、圧縮機1の停止時には、弾性体160の反力で、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との間に、隙間が形成される。
 このため、圧縮機1の始動直後は、圧縮室50で完全な圧縮が行われず、圧縮荷重を低減できる。これによって、圧縮機1の始動性を向上できる。具体的には、電動機80に始動トルクの小さい単相モータを用いても、圧縮機1を容易に始動できる。
 圧縮機1の始動後は、徐々に圧縮室50から吐出空間30H及び高圧空間11へ吐出される冷媒の圧力が上昇する。そして、固定スクロール30が旋回スクロール40に押し付けられる力が弾性体160の反力よりも大きくなると、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間がなくなる。
 これによって、圧縮機1の始動後、所定時間経過すると、圧縮室50での完全な圧縮が行われる。そのため、弾性体160を設けても、圧縮機1の効率が低下することはない。
 また、弾性体160を複数配置することで、圧縮機1の停止中に、固定スクロール30が旋回スクロール40に対して不均一に離れることを防ぐことができる。これによって、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間を、確実且つ安定的に確保できる。これにより、圧縮機1の始動性をより改善することができる。
 また、弾性体160の端面には、平板105が配置されている。これにより、弾性体160と固定スクロール30及び主軸受60との接触面の異常磨耗を抑制することができる。
 例えば、平板105をビッカース硬さ(HV)200以上の鋼材とすることで、異常磨耗を最小限に抑えることができ、信頼性がさらに向上する。
 また、弾性体160は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。望ましくは、弾性体160は、周方向に均等に配置されていることが好ましい。このため、固定スクロール30の全周に亘って、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との間に、隙間を形成することができる。これにより、圧縮機1の始動性をより改善できる。
 また、複弾性体160を、周方向に所定の間隔をあけて配置することで、弾性体160の反力を分散させることができるので、軸方向の力のバランスがとりやすい。このため、圧縮機1の運転中に、弾性体160による転覆現象、つまり、固定スクロール30が旋回スクロール40に対して傾く現象の発生も抑制できる。
 弾性体160は、板ばねであってもよいが、コイルばねであることが望ましい。コイルばねは、一般的に板ばね等に比べて、ばね定数が低い。そのため、圧縮機構部170の組み立て寸法のばらつきにより、弾性体160の設置時のコイルばねの長さが異なっても、弾性体160の反力のばらつきを低減できる。これにより、安定的に始動性を改善することができる。
 また、弾性体160は、樹脂性のゴム等に比べ耐久性に優れる金属製のばねとすることで、信頼性を向上できる。
 また、圧縮機1の停止時には、固定スクロール30の少なくとも一部は、弾性体160によって、仕切板20の下面に接触した状態である。
 これにより、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41の上面との隙間Eを、組立寸法として規制することできる。このため、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間のばらつきを小さくできる。
 図10は、本実施の形態にかかるスクロール圧縮機の固定渦巻きラップの高さHに対する固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間Eの比率E/Hの経時変化図である。図10の横軸は、圧縮機1の始動からの経過時間tを示し、縦軸は、比率E/Hを示している。
 図10において、実線は、圧縮機1の停止時において、比率E/Hを0.03とした本実施の形態における圧縮機1の結果を示している。一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれ、圧縮機1の停止時において、比率E/Hを0.11及び0.002とした比較例を示している。
 図10に示すように、圧縮機1の停止時における比率E/Hを0.03とした場合には、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との間には、適度な隙間が形成される。そのため、圧縮機1の始動直後には、圧縮室50で完全な圧縮が行われない。圧縮機1の始動後、圧縮室50から高圧空間11に吐出される冷媒の圧力が高まるにしたがい、徐々に、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間が減少する。
 これによって、圧縮室50の圧力がさらに上昇し、固定スクロール30が旋回スクロール40に押し付けられる力が、弾性体160の反力よりも大きくなった以降(圧縮機1の始動から所定時間t2経過後)では、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間がなくなり、圧縮室50で完全な圧縮が行われる。
 このため、圧縮機1の始動後、所定時間t2が経過するまでは、圧縮室50の密閉性が低く、圧縮荷重が低くなるので、電動機80の始動トルクを低減できる。一方、所定時間t2経過後は、圧縮室50の密閉性が高くなり、効率のよい圧縮が可能である。
 比率E/Hが0.1以上の場合、より具体的には、比率E/Hが0.11である場合には、圧縮機1の始動から所定時間t2が経過しても、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間が減少しない。このため、圧縮室50の密閉性が低く、効率のよい圧縮ができない。
 この現象は、次の理由によると考えられる。圧縮機1の停止時における比率E/Hが大きすぎると、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間が、圧縮室50の密閉性を高める程度に十分に減少しない。そのため、圧縮室50の圧力が、時間経過とともに上昇することがない。これは、圧縮機1の起動後、十分な時間が経過しても、固定スクロール30が旋回スクロール40に押し付けられる力が、弾性体160の反力よりも大きくならないことによる。
 また、比率E/Hが0.005以下の場合、より具体的には、比率E/Hが0.002である場合には、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間が形成されている時間が、圧縮機1の始動から所定時間t1までと短い。このため、始動直後から、完全な圧縮が始まり、圧縮機1に大きな圧縮荷重が掛かり、始動トルクの小さい単相モータでは始動できない。
 この現象は、次の理由によると考えられる。圧縮機1の停止時における比率E/Hが小さすぎると、固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール端板41との隙間、及び、旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール端板31との隙間が、圧縮機1の始動直後から減少してしまう。このため、圧縮機1の始動直後に、固定スクロール30が旋回スクロール40に押し付けられる力が、弾性体160の反力よりも大きくなる。
 本実施の形態では、背圧、つまり、高圧空間11の圧力によって、固定スクロール30を旋回スクロール40に押し付けることで、圧縮室50の密閉性を高める構成としている。なお、旋回スクロール40を固定スクロール30に押し付ける構成でも、同等の始動性の改善効果が得られる。ただし、固定スクロール30を旋回スクロール40に押し付ける構成とした方が、広い運転範囲で、過不足ない押し付け力を設定できる。このため、始動性を改善しつつ、さらに圧縮機1の効率も向上させることができる。
 なお、本実施の形態では、比率E/Hを、固定スクロール30の固定渦巻きラップ32の高さHに対する、固定スクロール30の固定渦巻きラップ32の先端と旋回スクロール40の旋回スクロール端板41の上面との隙間Eの比率としているが、旋回スクロール40の旋回渦巻きラップ42の高さに対する、旋回スクロール40の旋回渦巻きラップ42の先端と固定スクロール30の固定スクロール端板31の下面との隙間の比率としてもよい。
 本開示は、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などの電気製品に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。
 1 圧縮機
 10 密閉容器
 11 高圧空間
 12 低圧空間
 13 冷媒吸込管
 14 冷媒吐出管
 15 油溜まり
 16 副軸受
 20 仕切板
 21 第2吐出ポート
 22 突出部
 30 固定スクロール(非旋回スクロール)
 30H 吐出空間
 30M 中圧空間
 31 固定スクロール端板
 32 固定渦巻きラップ
 33 周壁
 34a 第1フランジ
 34b 第2フランジ
 35 第1吐出ポート
 36 バイパスポート
 37 中圧ポート
 38 吸入部
 39 上方ボス部
 40 旋回スクロール
 41 旋回スクロール端板
 42 旋回渦巻きラップ
 43 下方ボス部
 50 圧縮室
 60 主軸受
 61 軸受部
 62 ボス収容部
 63 返送経路
 70 回転軸
 71 偏心軸
 72 油路
 73 吸込口
 74 パドル
 75 第1給油口
 76 第2給油口
 77 第3給油口
 78 スイングブッシュ
 79 旋回軸受
 80 電動機
 81 ステータ
 82 ロータ
 90 自転抑制部材(オルダムリング)
 91 第1のキー溝
 92 第2のキー溝
 93 第1のキー
 94 第2のキー
 95 リング部
 100 柱状部材
 101 スクロール側孔部
 102 軸受側孔部
 103 スクロール側凹部
 104 軸受側凹部
 105 平板
 121 バイパス逆止弁
 122 バイパス逆止弁ストップ
 131 吐出逆止弁
 132 吐出逆止弁ストップ
 141 第1シール部材
 142 第2シール部材
 150 閉塞部材
 151 リング状部
 152 突出部
 160 弾性体
 170 圧縮機構部
 221 孔
 310 リング状凸部
 751 第1分岐油路
 761 第2分岐油路

Claims (6)

  1.  密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画する仕切板と、
     前記低圧空間に設けられ、前記仕切板に隣接して配置される非旋回スクロールと、
     前記非旋回スクロールと噛み合わされ、前記非旋回スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、
     前記旋回スクロールを旋回させる回転軸と、
     前記旋回スクロールを支持する主軸受と、
     前記非旋回スクロールと前記旋回スクロールを離間させる方向に、前記非旋回スクロールおよび前記旋回スクロールのいずれか一方を付勢する弾性体と、
     前記主軸受と前記非旋回スクロールに対して、一端側が固定、他端側が移動自在に配設され、かつ、周方向に配設される複数の柱状部材と、
    を備え、
     前記弾性体によって付勢された前記非旋回スクロールおよび前記旋回スクロールのいずれか一方は、前記仕切板と前記主軸受との間で、前記回転軸の軸方向に移動自在であり、
     前記弾性体は、周方向において前記複数の柱状部材の間に配置されているスクロール圧縮機。
  2.  前記弾性体は複数備えられ、
     前記複数の柱状部材のそれぞれは、周方向に互いに等しい第1の間隔で配設され、
     前記複数の弾性体のそれぞれは、周方向に互いに等しい第2の間隔で配設されている、請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3.  前記第1の間隔と前記第2の間隔とが等しい、請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  4.  前記複数の弾性体のそれぞれと前記複数の柱状部材のそれぞれの一端は、近接して前記主軸受に配設されている請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  5.  前記複数の弾性体のそれぞれの端面は、前記非旋回スクロールと前記主軸受とに配置され、かつ、前記端面は前記非旋回スクロールおよび前記主軸受の少なくとも一方に設けられた凹部に配置されている、請求項2または3に記載のスクロール圧縮機。
  6.  前記端面には、平板が設けられている請求項5に記載のスクロール圧縮機。
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