JP2012097646A - スクロール型圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スクロール型圧縮機は、可動スクロールの鏡板部の背面に固定スクロール60側への押し付け力を作用させる押し付け機構と、固定スクロール60から可動スクロールを離反させる押し返し力を可動スクロールの鏡板部の正面に作用させる押し返し機構80と、圧縮機構の吐出圧よりも低い圧力の流体で満たされる低圧部12aと、可動スクロールの転覆モーメントを低減するための第1回転角度範囲において低圧部12aと連通し、第1回転角度範囲以外の第2回転角度範囲において、低圧部12aと遮断するように、固定スクロール60の外縁部62の摺動面に形成される連通溝90とを有する調整機構120とを備えている。
【選択図】図3
Description
実施形態1に係るスクロール型圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路に接続されている。つまり、冷凍装置では、スクロール型圧縮機(10)で圧縮された冷媒が、冷媒回路を循環することで、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
まず、スクロール型圧縮機(10)の基本的な圧縮機動作について説明する。
ケーシング(20)の下部空間(24)は、吐出される高圧の冷媒の圧力状態に保持され、油溜まり部(21)の潤滑油も高圧状態に保持される。油溜まり部(21)の高圧の潤滑油は、駆動軸(11)の給油路(16)の下端から上端に向かって流れ、駆動軸(11)の偏心部(15)の上端開口から可動スクロール(70)のボス部(73)の内部に流出する。該ボス部(73)に供給された油は、ボス部(73)と駆動軸(11)の偏心部(15)との摺動面を潤滑する。したがって、ボス部(73)の内部から背圧部(42)が吐出圧力に相当する高圧雰囲気になる。この高圧圧力によって可動スクロール(70)が固定スクロール(60)側に押し付けられる。
上記の押し付け機構によって可動スクロール(70)を固定スクロール(60)側に押し付けると、可動スクロール(70)の押し付け力が過剰となる場合がある。例えば、冷凍装置の運転条件によって、冷媒回路の高低差圧が大きな条件では、高圧圧力に起因する可動スクロール(70)の押し付け力が過剰となり易い。このようにして、可動スクロール(70)の押し付け力が過剰になると、可動スクロール(70)と固定スクロール(60)との間の摺動抵抗が増大し、機械動力の損失が大きくなったり、摺動部の摩耗が促進されたりする、という不具合が生じてしまう。そこで、本実施形態では、このような過剰な押し付けを回避すべく、押し返し機構を設けている。
更に、圧縮機構(40)では、上述した高圧側油溝(80)による押し返し力や、圧縮室(41)の内圧に起因するスラスト荷重、ラジアル荷重等に起因して、可動スクロール(70)がある回転角度に至ると、可動スクロール(70)の転覆モーメントが増大してしまう。本実施形態では、可動スクロール(70)の偏心中心が図3における点Pとなる状態(即ち、可動スクロール(70)が図3において最も上側寄りに位置する状態)を基準(回転角度=0°)として、可動スクロール(70)が図3の反時計回り方向に公転するとした場合に、可動スクロール(70)の転覆モーメントを低減するための回転角度の範囲(第1回転角度範囲θ1)が、45°〜135°の範囲に設定されている。つまり、この圧縮機構(40)では、上述の押し返し力、スラスト荷重、ラジアル荷重等に起因して、特に回転角度が90°付近の位置で転覆モーメントが最大になるようなっている。そこで、本実施形態では、この回転角度90°を基準とする所定の角度範囲(±45°)において、調整機構(120)により、転覆モーメントを低減し、残りの回転角度の範囲(第2回転角度範囲(回転角度0°〜45°、及び135°〜360°)では、転覆モーメントを低減しないようにしている。
以上のように、実施形態1によれば、可動スクロール(70)の転覆モーメントが増大し易くなる第1回転角度範囲θ1において、低圧溝(90)と吸入ポート(12a)とを連通させるようにしたため、この角度範囲θ1において、低圧溝(90)の内圧を低下させることができる。これにより、可動スクロール(70)を低圧溝(90)側に引き寄せることができ、転覆モーメントを低減することができる。よって、可動スクロール(70)の転覆を回避して、隙間からの冷媒漏れや、冷媒の吸入過熱等も回避できる。
実施形態2に係るスクロール型圧縮機(10)は、上述した実施形態1と、調整機構の構成が異なるものである。具体的に、図6〜図9に示す実施形態2の調整機構では、高圧側油溝(80)の外周側に中間圧溝(96)が形成されている。中間圧溝(96)は、上記実施形態1と同様の小径溝(91)と大径溝(92)に加えて、径方向外側に延びる開口溝(97)とを有している。開口溝(97)は、大径溝(92)の他端と連通しており、可動スクロール(70)の鏡板(71)側に向かって開口している。実施形態2では、可動スクロール(70)の鏡板(71)の外周端部が、開口溝(97)を開閉自在に変位する閉塞部(71a)を構成している。
実施形態3に係るスクロール型圧縮機(10)は、上述した実施形態1及び2と、調整機構の構成が異なるものである。具体的に、図10〜図13に示す実施形態3の調整機構では、可動スクロール(70)の鏡板(71)に貫通孔(98)が軸方向に延びて形成されている。貫通孔(98)は、鏡板(71)の径方向外側寄りに形成され、固定スクロール(60)の外縁部(62)の下面(摺動面)に臨んでいる。貫通孔(98)は、可動スクロール(70)と共に偏心回転する。ここで、この貫通孔(98)の偏心回転の軌跡t上に、連通溝を成す中間圧溝(96)が位置している。
上記実施形態3については、以下のような各変形例の構成とすることもできる。
図14に模式的に示す変形例1では、連通溝を成す中間圧溝(96)(又は低圧溝(90))と断続的に連通する貫通孔(98a,98b)を2つ設けるようにしている。具体的に、変形例1では、大径溝(92)の一端側に第1貫通孔(98a)を形成、大径溝(92)の他端側に第2貫通孔(98b)を形成している。各貫通孔(98a)は、軸方向の一端側が大径溝(92)と断続的に連通し、軸方向の他端側は低圧の空間(例えば可動側圧力部(44))と連通している。変形例1では、可動スクロール(70)の公転運動に伴って、所定の第1回転角度範囲において、可動側圧力部(44)と大径溝(92)とが第1貫通孔(98a)や第2貫通孔(98b)と連通し、中間圧溝(96)(又は低圧溝(90))の圧力が低下する。これにより、上記実施形態3と同様、可動スクロール(70)を引き寄せて転覆モーメントを低減できる。なお、第1貫通孔(98a)と連通溝(90,96)とを連通させるタイミングと、第2貫通孔(98b)と連通溝(90,96)とを連通させるタイミングとは、必ずしも一致させる必要はなく、発生する転覆モーメントに応じて、これらのタイミングをずらすように各貫通孔(98a,98b)の位置を設定することもできる。
図15に模式的に示す変形例2では、可動スクロール(70)の鏡板(71)に、軸直角断面視において楕円形状となる貫通孔(98)が形成されている。このように貫通孔(98)の形状を縦長とすることで、連通溝(90,96)と貫通孔(98)との連通する継続時間を延ばすことが可能となる。その結果、連通溝(90,96)の内圧の低下を促進できる。
図16に模式的に示す変形例3では、連通溝(90,96)の大径溝(92)の端部(図16における右側端部)に、拡張円弧溝(100)が形成されている。拡張円弧溝(100)は、貫通孔(98)の偏心軌跡tをなぞるように、該偏心軌跡tの一部と軸方向に重複する円弧状に形成されている。変形例3では、この拡張円弧溝(100)を形成することにより、貫通孔(98)と連通溝(90,96)との連通時間を容易に延ばすことができる。その結果、連通溝(90,96)の内圧の低下を促進できる。
上記実施形態については、以下のような構成としても良い。
11 駆動軸
20 ケーシング
40 圧縮機構
42 背圧部(押し付け機構)
43 低圧部(中間圧部)
44 低圧部(可動側圧力部)
60 固定スクロール
61 鏡板(鏡板部)
62 外縁部
63 ラップ
70 可動スクロール
71 鏡板部(鏡板)
71a 閉塞部
72 ラップ
80 高圧側油溝(押し返し機構)
90 低圧溝(連通溝)
94 連通凹部(凹部)
96 中間圧溝(連通溝)
98 貫通孔
98a 貫通孔(第1貫通孔)
98b 貫通孔(第2貫通孔)
100 拡張円弧溝
101 連通溝
102 連通溝
120 調整機構
実施形態1に係るスクロール型圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路に接続されている。つまり、冷凍装置では、スクロール型圧縮機(10)で圧縮された冷媒が、冷媒回路を循環することで、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
まず、スクロール型圧縮機(10)の基本的な圧縮機動作について説明する。
ケーシング(20)の下部空間(24)は、吐出される高圧の冷媒の圧力状態に保持され、油溜まり部(21)の潤滑油も高圧状態に保持される。油溜まり部(21)の高圧の潤滑油は、駆動軸(11)の給油路(16)の下端から上端に向かって流れ、駆動軸(11)の偏心部(15)の上端開口から可動スクロール(70)のボス部(73)の内部に流出する。該ボス部(73)に供給された油は、ボス部(73)と駆動軸(11)の偏心部(15)との摺動面を潤滑する。したがって、ボス部(73)の内部から背圧部(42)が吐出圧力に相当する高圧雰囲気になる。この高圧圧力によって可動スクロール(70)が固定スクロール(60)側に押し付けられる。
上記の押し付け機構によって可動スクロール(70)を固定スクロール(60)側に押し付けると、可動スクロール(70)の押し付け力が過剰となる場合がある。例えば、冷凍装置の運転条件によって、冷媒回路の高低差圧が大きな条件では、高圧圧力に起因する可動スクロール(70)の押し付け力が過剰となり易い。このようにして、可動スクロール(70)の押し付け力が過剰になると、可動スクロール(70)と固定スクロール(60)との間の摺動抵抗が増大し、機械動力の損失が大きくなったり、摺動部の摩耗が促進されたりする、という不具合が生じてしまう。そこで、本実施形態では、このような過剰な押し付けを回避すべく、押し返し機構を設けている。
更に、圧縮機構(40)では、上述した高圧側油溝(80)による押し返し力や、圧縮室(41)の内圧に起因するスラスト荷重、ラジアル荷重等に起因して、可動スクロール(70)がある回転角度に至ると、可動スクロール(70)の転覆モーメントが増大してしまう。本実施形態では、可動スクロール(70)の偏心中心が図3における点Pとなる状態(即ち、可動スクロール(70)が図3において最も上側寄りに位置する状態)を基準(回転角度=0°)として、可動スクロール(70)が図3の反時計回り方向に公転するとした場合に、可動スクロール(70)の転覆モーメントを低減するための回転角度の範囲(第1回転角度範囲θ1)が、45°〜135°の範囲に設定されている。つまり、この圧縮機構(40)では、上述の押し返し力、スラスト荷重、ラジアル荷重等に起因して、特に回転角度が90°付近の位置で転覆モーメントが最大になるようなっている。そこで、本実施形態では、この回転角度90°を基準とする所定の角度範囲(±45°)において、調整機構(120)により、転覆モーメントを低減し、残りの回転角度の範囲(第2回転角度範囲(回転角度0°〜45°、及び135°〜360°)では、転覆モーメントを低減しないようにしている。
以上のように、実施形態1によれば、可動スクロール(70)の転覆モーメントが増大し易くなる第1回転角度範囲θ1において、低圧溝(90)と吸入ポート(12a)とを連通させるようにしたため、この角度範囲θ1において、低圧溝(90)の内圧を低下させることができる。これにより、可動スクロール(70)を低圧溝(90)側に引き寄せることができ、転覆モーメントを低減することができる。よって、可動スクロール(70)の転覆を回避して、隙間からの冷媒漏れや、冷媒の吸入過熱等も回避できる。
実施形態2に係るスクロール型圧縮機(10)は、上述した実施形態1と、調整機構の構成が異なるものである。具体的に、図6〜図9に示す実施形態2の調整機構では、高圧側油溝(80)の外周側に中間圧溝(96)が形成されている。中間圧溝(96)は、上記実施形態1と同様の小径溝(91)と大径溝(92)に加えて、径方向外側に延びる開口溝(97)とを有している。開口溝(97)は、大径溝(92)の他端と連通しており、可動スクロール(70)の鏡板(71)側に向かって開口している。実施形態2では、可動スクロール(70)の鏡板(71)の外周端部が、開口溝(97)を開閉自在に変位する閉塞部(71a)を構成している。
実施形態3に係るスクロール型圧縮機(10)は、上述した実施形態1及び2と、調整機構の構成が異なるものである。具体的に、図10〜図13に示す実施形態3の調整機構では、可動スクロール(70)の鏡板(71)に貫通孔(98)が軸方向に延びて形成されている。貫通孔(98)は、鏡板(71)の径方向外側寄りに形成され、固定スクロール(60)の外縁部(62)の下面(摺動面)に臨んでいる。貫通孔(98)は、可動スクロール(70)と共に偏心回転する。ここで、この貫通孔(98)の偏心回転の軌跡t上に、連通溝を成す中間圧溝(96)が位置している。
上記実施形態3については、以下のような各変形例の構成とすることもできる。
図14に模式的に示す変形例1では、連通溝を成す中間圧溝(96)(又は低圧溝(90))と断続的に連通する貫通孔(98a,98b)を2つ設けるようにしている。具体的に、変形例1では、大径溝(92)の一端側に第1貫通孔(98a)を形成、大径溝(92)の他端側に第2貫通孔(98b)を形成している。各貫通孔(98a)は、軸方向の一端側が大径溝(92)と断続的に連通し、軸方向の他端側は低圧の空間(例えば可動側圧力部(44))と連通している。変形例1では、可動スクロール(70)の公転運動に伴って、所定の第1回転角度範囲において、可動側圧力部(44)と大径溝(92)とが第1貫通孔(98a)や第2貫通孔(98b)と連通し、中間圧溝(96)(又は低圧溝(90))の圧力が低下する。これにより、上記実施形態3と同様、可動スクロール(70)を引き寄せて転覆モーメントを低減できる。なお、第1貫通孔(98a)と連通溝(90,96)とを連通させるタイミングと、第2貫通孔(98b)と連通溝(90,96)とを連通させるタイミングとは、必ずしも一致させる必要はなく、発生する転覆モーメントに応じて、これらのタイミングをずらすように各貫通孔(98a,98b)の位置を設定することもできる。
図15に模式的に示す変形例2では、可動スクロール(70)の鏡板(71)に、軸直角断面視において楕円形状となる貫通孔(98)が形成されている。このように貫通孔(98)の形状を縦長とすることで、連通溝(90,96)と貫通孔(98)との連通する継続時間を延ばすことが可能となる。その結果、連通溝(90,96)の内圧の低下を促進できる。
図16に模式的に示す変形例3では、連通溝(90,96)の大径溝(92)の端部(図16における右側端部)に、拡張円弧溝(100)が形成されている。拡張円弧溝(100)は、貫通孔(98)の偏心軌跡tをなぞるように、該偏心軌跡tの一部と軸方向に重複する円弧状に形成されている。変形例3では、この拡張円弧溝(100)を形成することにより、貫通孔(98)と連通溝(90,96)との連通時間を容易に延ばすことができる。その結果、連通溝(90,96)の内圧の低下を促進できる。
上記実施形態については、以下のような構成としても良い。
11 駆動軸
20 ケーシング
40 圧縮機構
42 背圧部(押し付け機構)
43 低圧部(中間圧部)
44 低圧部(可動側圧力部)
60 固定スクロール
61 鏡板(鏡板部)
62 外縁部
63 ラップ
70 可動スクロール
71 鏡板部(鏡板)
71a 閉塞部
72 ラップ
80 高圧側油溝(押し返し機構)
90 低圧溝(連通溝)
94 連通凹部(凹部)
96 中間圧溝(連通溝)
98 貫通孔
98a 貫通孔(第1貫通孔)
98b 貫通孔(第2貫通孔)
100 拡張円弧溝
101 連通溝
102 連通溝
120 調整機構
Claims (7)
- ケーシング(20)と、
前記ケーシング(20)に収容され、鏡板部(61)と、該鏡板部(61)の外周に形成される外縁部(62)と、該外縁部(62)の内部に立設するラップ(63)とを有する固定スクロール(60)と、該固定スクロール(60)の外縁部(62)及びラップ(63)の先端部に摺接する鏡板部(71)、及び該鏡板部(71)に立設するラップ(72)とを有する可動スクロール(70)とを含む圧縮機構(40)と、
前記可動スクロール(70)の鏡板部(71)の背面に前記固定スクロール(60)側への押し付け力を作用させる押し付け機構(42)と、
前記固定スクロール(60)から前記可動スクロール(70)を離反させる押し返し力を該可動スクロール(70)の鏡板部(71)の正面に作用させる押し返し機構(80)と、
前記圧縮機構(40)の吐出圧よりも低い圧力の流体で満たされる低圧部(12a,43,44)と、前記可動スクロール(70)の転覆モーメントを低減するための第1回転角度範囲において、前記低圧部(12a,43,44)と連通し、前記第1回転角度範囲以外の第2回転角度範囲において、前記低圧部(12a,43,44)と遮断するように、前記固定スクロール(60)の外縁部(62)の摺動面に形成される連通溝(90,96,101,102)とを有する少なくとも1つの調整機構(120)と、を備えていることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項1において、
前記押し返し機構(80)は、前記固定スクロール(60)の外縁部(62)の摺動面に形成されて、前記圧縮機構(40)の吐出圧に対応した高圧の潤滑油が流入する高圧溝(80)を含み、
前記連通溝(90,96)は、高圧溝(80)の径方向外側に形成されることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項2において、
前記高圧溝(80)は、固定スクロール(60)の周方向に延びる円弧状に形成され、
前記連通溝(90,96)は、前記高圧溝(80)に沿うような円弧状に形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、
前記調整機構(120)は、前記可動スクロール(70)の鏡板部(71)における前記外縁部(62)に対する摺動面に形成される凹部(94)と、前記圧縮機構(40)に流体を吸入させる前記低圧部としての吸入口(12a)とを含み、前記可動スクロール(70)が前記第1回転角度範囲になると、前記凹部(94)の内部が前記吸入口(12a)と前記連通溝(90)との双方に跨る位置になり、前記可動スクロール(70)が前記第2回転角度範囲になると、前記凹部(94)の内部が前記吸入口(12a)及び連通溝(90)のいずれか一方又は両方と遮断される位置になるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項1乃至第3のいずれか1つにおいて、
前記調整機構(120)は、前記可動スクロール(70)の鏡板部(71)の外周端部に形成されて前記連通溝(96)を開閉するように変位する閉塞部(71a)と、該閉塞部(71a)の周囲に形成される前記低圧部(43)とを含み、前記可動スクロール(70)が前記第1回転角度範囲になると、前記連通溝(96)が前記閉塞部(71a)から開放されて該連通溝(96)が前記低圧部(43)と連通し、前記可動スクロール(70)が前記第2回転角度範囲になると、前記連通溝(96)が前記可動スクロール(70)の閉塞部(71a)に覆われるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、
前記調整機構(120)は、前記可動スクロール(70)の鏡板部(71)を軸方向に貫通する貫通孔(98)と、該貫通孔(98)における鏡板部(71)の背面側の開口端に連通する前記低圧部(44)とを含み、前記可動スクロール(70)が前記第1回転角度範囲になると、前記連通溝(90,96,101,102)が前記貫通孔(98)を通じて前記低圧部(44)と連通し、前記可動スクロール(70)が前記第2回転角度範囲になると、前記連通溝(90,96,101,102)と前記貫通孔(98)とが遮断されるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。 - 請求項6において、
前記連通溝(90,96)は、前記貫通孔(98)の偏心軌跡の一部と軸方向に重なるような形状の拡張円弧溝(100)を含み、
前記低圧部(44)は、前記貫通孔(98)の軸直角断面視について、前記拡張円弧溝(100)を含む範囲に形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
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