JP2007154745A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工歪を最小限に留めながら締結面を確実にシールすることにより体積効率および圧縮効率の向上が可能なスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】固定スクロール６と本体フレーム５とが密着して締結される締結面２６に固定スクロール６または本体フレーム５のいずれか一方に円周方向を長手方向とする凸部２７を設け、他方に凸部２７にかみ合う相手側凹部２９を設けることにより、本体フレーム５の外側空間と内側空間との間のガスの流通を抑制し、ガス漏れによる圧縮機性能の低下を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、固定スクロールと本体フレームの締結面近傍に柔構造物を形成し、この柔構造物の弾性変形により固定スクロールと本体フレームの締結面が面接合し、有効なシールを確保する構成を採っているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機を示すものである。図６に示すように、固定スクロール２０１と本体フレーム２０４の締結面近傍に固定スクロール柔構造部２０１ｂが形成され、締結時の変形により締結面のシール性を向上させていた。
特許第２７７０６２７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、固定スクロールに固定スクロール柔構造部を加工する際、固定スクロールに加工による歪が発生し、固定スクロールラップの変形を招くことで圧縮時の漏れ増大につながる可能性がある。

さらに、作動冷媒を例えば二酸化炭素等の高圧冷媒とした場合、締結時の柔構造部の変形に加え、高差圧による各部品の圧力変形が非常に大きなものとなり、圧縮時の漏れ増大につながる可能性もある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加工歪を抑制しながら、圧縮機構部の各部品が高差圧によっていかに変形しようとも固定スクロールと本体フレームとの締結面を確実にシールすることにより、本体フレームの外側空間と内側空間との間のガスの流通を抑制し、ガス漏れによる圧縮機性能の低下を防止したスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと本体フレームとが密着して締結される締結面において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に円周方向を長手方向とする凸部を設け、他方に凸部にかみ合う相手側凹部を設けたものである。

従来の構成では固定スクロールに固定スクロール柔構造部を設ける際に固定スクロールラップに歪が発生し、圧縮室の漏れ損失が逆に増大する可能性があったものが、本構成によれば、加工歪を抑制するとともに、固定スクロールと本体フレームとの締結面を確実にシールすることができ、本体フレームの外側空間と内側空間との間のガスの流通を抑制し、ガス漏れによる漏れ損失の増大を抑制することが可能である。

本発明のスクロール圧縮機は、加工歪を最小限に留めながら締結面を確実にシールすることにより体積効率および圧縮効率の向上が可能である。

第１の発明は、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、旋回スクロールを旋回運動させるクランク軸の主軸を支承する本体フレームが固定スクロールと締結されるとともに、固定スクロールと本体フレームとが密着して締結される締結面において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に円周方向を長手方向とする凸部を設け、他方に凸部にかみ合う相手側凹部を設けることにより、固定スクロールと本体フレームとの締結面をラビリンス効果によって確実にシールすることができ、本体フレームの外側空間と内側空間との間のガスの流通を抑制し、ガス漏れによる漏れ損失の増大を抑制することが可能である。

特に、密閉容器内部空間が概ね吐出圧力である高圧型スクロール圧縮機では、吐出圧力である本体フレームの外側空間すなわち密閉容器空間から、吸入圧力または中間圧力である本体フレームの内側空間すなわち旋回スクロール鏡板背面の背圧室へのガス漏れを抑制することで、圧縮後の高圧ガスが吸入室へ再度漏れ込むことによる体積効率の減少および再圧縮動力の増加を低減させ、体積効率および圧縮効率の悪化を最小限に食い止めることが可能である。

また、シール部材を用いる必要がないため、部品点数の増加によるコストアップを抑えながら締結面のシール性を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた第一の凸部の幅よりも小さい幅の第二の凹部を第一の凸部に一つまたは複数個設け、他方の締結面に第一の凸部にかみ合う相手側凹部を設けることにより、締結面の内周側と外周側との間の漏れ経路がより一層複雑になり、更なるラビリンス効果を発揮し、シール性を向上させることが可能である。

また、凸部および凹部の断面形状は比較的単純であるため加工性が容易であり、加工コストの増加を抑制することもできる。

第３の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた第一の凸部が一つまたは複数個の第二の凸部および第二の凹部から構成され、第二の凹部に一つまたは複数個の第三の凹部を設けると同時に、第二の凸部に一つまたは複数個の第三の凸部を設けることを繰り返し、第Ｎの凸部または凹部に一つまたは複数個の第Ｎ＋１の凸部または凹部を設けて、他方の部品にＮを２以上に設定して形成された第一の凸部にかみ合う相手側凹部を設けることにより、締結面の内周側と外周側との間の漏れ経路が非常に複雑になり、高度なラビリンス効果が期待できるため、ほぼ確実に締結面における漏れを低減させることが可能である。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた凸部の断面形状を矩形の組み合わせによって形成することにより、凸部とそれにかみ合う相手側凹部との間の径方向と軸方向の隙間において、凸部の高さおよび凹部の深さの加工ばらつきによって生じる軸方向の隙間のばらつきと、凸部および凹部の幅の加工ばらつきによって生じる径方向の隙
間のばらつきとが互いに影響しあうことなく独立しているため、かみ合わせ後の径方向および軸方向の隙間管理が容易で、安定した漏れ低減を実現することが可能である。

また、凸部および凹部の高さおよび幅の寸法計測が容易で管理しやすいため、高さおよび幅の加工ばらつきを抑制でき、隙間のばらつきを最小限に抑えることで安定した漏れ低減を実現することもできる。

第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた凸部の断面形状を矩形と台形または円弧の組み合わせによって形成することにより、凸部を凹部に勘合させる際の挿入性が向上し、組み立て工数の増加を抑制可能であるとともに、勘合時の打痕等による部品不良を低減し、歩留まりを向上させることも可能である。

以下、本発明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発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部に電動機３、上部に圧縮機構が配置され、電動機３の回転子３ａに固定されたクランク軸４の一端を支承する圧縮機構の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた主軸方向の油通路７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。クランク軸４の主軸から偏心してクランク軸４の上端部に配置された偏心軸１４は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられたスラスト軸受１５との間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。ラップ支持円板９ｂには偏心軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルはクランク軸４の油通路７を通り旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受１９を通り圧縮機構外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

クランク軸４の下端は密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受け２４により軸受けされ、安定に回転することができる。副軸受け２４はジャーナル軸受け構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受け２４へと供給される。

圧縮機構にて圧縮されたガスは圧縮機構外周部付近に設けられた下向きガス流路２５を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部へと導かれる。ここで主軸受け１９などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｃを介して回転子３ａ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子３ｂ下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子３ｂ外周に設けられた固定子通路３ｄを介して電動機３上部へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管２から密閉容器１外部へと吐出される。

図２は図１における固定スクロール６と本体フレーム５との締結面２６付近拡大図で、固定スクロール６には第一の凸部２７ａが設けられ、第一の凸部２７ａにはそれよりも小さい第二の凹部２８ａが形成されている。

一方、本体フレーム５には第一の凸部２７ａとかみ合うように相手側凹部２９が設けられ、第一の凸部２７ａと相手側凹部２９との間に微小な隙間を保って勘合されている。

また、図示されていないが、固定スクロール６と本体フレーム５とはボルトによって締結されている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図１において、本体フレーム５の内側の空間である背圧室１８の圧力は背圧調整弁２２によって吸入圧力よりもやや高い中間圧力に設定され、適正なスラスト力をもって旋回スクロール９を固定スクロール６に押さえつけることで圧縮室１１でのガス漏れを抑制している。

一方、本実施例のスクロール圧縮機は密閉容器１の内部が吐出圧力となる高圧型密閉圧縮機であり、本体フレーム５の外側は高圧となっている。

固定スクロール６と本体フレーム５との締結面２６のシール性が低い場合、本体フレーム５の内外の圧力差により圧縮後のガスが背圧室１８へと漏れ込み、背圧調整弁２２を介して吸入室１３へと逆戻りしてしまう。その結果、体積効率の低下を招き、圧縮機の冷凍能力が減少するだけでなく、本来はオイル比率の高い背圧室１８の内部にガスが流入し、オイル比率が低下することによって圧縮機構部の摺動部の潤滑性が悪化し、機械効率の低下も招く。

凸部２７と相手側凹部２９とが組み合わされたとき、軸方向および径方向に微小な隙間が確保されており、締結面２６の漏れ経路が複雑化することによってラビリンス効果が生じ、締結面２６のシール性を向上させている。

したがって、本体フレーム５外部から背圧室１８へのガス漏れが低減され、体積効率および機械効率の悪化を抑制することが可能である。

同時に、締結面２６のシール性を向上させるために固定スクロール６または本体フレー
ム５の締結面２６付近の強度を低下させてお互いを倣いやすくする必要がないため、強度低下による固定スクロールラップ６ｂの変形を招く可能性がほとんどなく、ラップ形状悪化による圧縮室１１間のガス漏れを抑制することが可能である。

図３は本体フレーム５単体の正面図であり、相手側凹部２９が半円状に設けられている。本体フレーム５の外周部にはガス通路となる二つの切り欠き３０が設けられているため、切り欠き３０付近における締結面２６のシール長が短くシール性が低くなっている。そこで特にシール性の低い切り欠き３０付近にのみ半円状の相手側凹部２９を設けることで締結面２６のシール性悪化を抑制するとともに、不要な相手側凹部２９を設けないことで加工工数の増加を最小限に抑えることが可能である。

なお、相手側凹部２９を全周にわたって設ければ、より確実にシール性を向上させることができるし、固定スクロール６に設けても同様の効果が得られる。

また、相手側凹部２９はボルト締結穴３１よりも内側に設けることで、ボルト締結穴３１とボルトとの間の隙間を通るガスの漏れ流れも抑えることができるため締結面２６の明確なシール性向上を実現可能である。

なお、本実施例では背圧室１８の圧力が吸入圧力よりもやや高い中間圧力となっているが、背圧調整弁２２を設けず、背圧室１８の圧力が吸入圧力と同等である構成においては、背圧室１８と本体フレーム５外部空間との差圧がさらに拡大するためより一層効果的である。

また、高圧型圧縮機における構成を例に挙げたが、低圧型圧縮機においても背圧室１８の圧力が吸入圧力よりもやや高い中間圧力となっている場合には、中間圧力の背圧室１８から吸入圧力の本体フレーム５外部空間へのガス漏れによる体積効率の悪化を抑制することが可能である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における固定スクロール６と本体フレーム５との締結面２６付近拡大図である。

固定スクロール６に設けられた第一の凸部２７ａは第二の凹部２８ａと第二の凸部２７ｂによって構成されている。一方、第一の凸部２７ａにかみ合うように本体フレーム５には相手側凹部２９が設けられ、軸方向および径方向に微小な隙間を確保して勘合されている。

このように複雑な漏れ経路を構成することにより、ラビリンス効果がさらに発揮され、締結面２６のシール性を一層向上させることが可能となる。

なお、第二の凹部２８ａに第三、第四の凹部を設けたり、第二の凸部２７ｂに第三、第四の凸部を設けたりすることで、非常に複雑な漏れ経路が形成され、締結面２６のシール性がさらに向上する。

図４では第一の凸部２７ａを大小の矩形形状によって構成しているが、このような矩形構成により、凸部２７の高さおよび凹部２８または相手側凹部２９の深さの加工ばらつきによって生じる軸方向の隙間のばらつきと、凸部２７および凹部２８または相手側凹部２９の幅の加工ばらつきによって生じる径方向の隙間のばらつきとが互いに影響しあうことなく独立しているため、かみ合わせ後の径方向および軸方向の隙間管理が容易で、安定した漏れ低減を実現することが可能である。

また、凸部２７および凹部２８または相手側凹部２９の高さおよび幅の寸法計測が容易で管理しやすいため、高さおよび幅の加工ばらつきを抑制でき、隙間のばらつきを最小限に抑えることで安定した漏れ低減を実現することもできる。

なお、図４の例では凸部２７の断面形状が複雑で加工は困難であり、加工工数の大幅な増加が不可避であるが、図２のようにより簡略化した凸部２７断面形状とすれば加工工数の増加を抑制することができる。

一方、図５に示す本発明の実施の形態２におけるもう一つの固定スクロール６と本体フレーム５との締結面２６付近拡大図においては、固定スクロール６に設けられた第一の凸部２７ａの断面形状を台形の組み合わせによって形成し、テーパ状とすることにより、第一の凸部２７ａを相手側凹部２９に勘合させる際の挿入性が向上し、組み立て工数の増加を抑制可能であるとともに、勘合時の打痕等による部品不良を低減し、歩留まりを向上させることも可能である。

なお、第一の凸部２７ａの断面形状を円弧によって構成しても同様の効果が得られるし、円弧と台形、矩形をそれぞれ組み合わせることでシール性と組立性を両立させた最適な凸部形状を形成することも可能である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定スクロールと本体フレームとが密着して締結される締結面において、固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に円周方向を長手方向とする凸部を設け、他方に凸部にかみ合う相手側凹部を設けることにより、加工歪を最小限に留めながら締結面を確実にシールすることにより体積効率および圧縮効率の向上が可能であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ₂を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における固定スクロールと本体フレームとの締結面付近拡大図 本発明の実施の形態１における本体フレーム正面図 本発明の実施の形態２における固定スクロールと本体フレームとの締結面付近拡大図 本発明の実施の形態２におけるもう一つの固定スクロールと本体フレームとの締結面付近拡大図 従来の固定スクロールと本体フレームとの締結面付近拡大図

符号の説明

４ クランク軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ ラップ支持円板
１１ 圧縮室
１２ 吐出口
１３ 吸入室
２６ 締結面
２７ 凸部
２９ 相手側凹部

Claims (5)

1. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールを旋回運動させるクランク軸の主軸を支承する本体フレームが前記固定スクロールと締結されるとともに、前記固定スクロールと前記本体フレームとが密着して締結される締結面において、前記固定スクロールまたは前記本体フレームのいずれか一方に円周方向を長手方向とする凸部を設け、他方に前記凸部にかみ合う相手側凹部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた第一の凸部の幅よりも小さい幅の第二の凹部を前記第一の凸部に一つまたは複数個設け、他方の締結面に前記第一の凸部にかみ合う相手側凹部が設けられている請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた第一の凸部が一つまたは複数個の第二の凸部および第二の凹部から構成され、前記第二の凹部に一つまたは複数個の第三の凹部を設けると同時に、前記第二の凸部に一つまたは複数個の第三の凸部を設けることを繰り返し、第Ｎの凸部または凹部に一つまたは複数個の第Ｎ＋１の凸部または凹部を設けて、他方の部品にＮを２以上に設定して形成された前記第一の凸部にかみ合う相手側凹部を設けた請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた凸部の断面形状が矩形の組み合わせによって形成された請求項１〜３いずれかに記載のスクロール圧縮機。
5. 固定スクロールまたは本体フレームのいずれか一方に設けられた凸部の断面形状が矩形と台形または円弧の組み合わせによって形成された請求項１〜３いずれかに記載のスクロール圧縮機。

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