JP2935579B2 - スクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置に
関し、特に、予め定められた部分に背圧穴を形成するこ
とにより背圧室における圧力を一定に維持できるスクロ
ール型圧縮機用の軸線方向密閉装置に関し、この軸線方
向密閉装置では、圧縮されたガスが放出される前は背圧
穴が開放され、圧縮されたガスが実質的に放出された後
は背圧穴が閉鎖されるため、スクロール型圧縮機の全作
動時間にわたり軸線方向における安定した密閉が得られ
る。

背景技術 図１は従来のスクロール型圧縮機に示しており、この
スクロール型圧縮機は、圧縮機の主要本体１の内側上方
部分に設けられた圧縮機構部分30と、圧縮機の主要本体
１の内側下方部分に設けられたモータ機構部分70とを有
する。

圧縮機構部分30は、固定スクロール２と、この固定ス
クロール２の下方部分と係合する回転スクロール３とを
有し、これらスクロールの間には圧縮室が形成され、ま
た、圧縮機構部分30は、回転スクロール３の下方部分に
配置され且つ固定スクロール２を支持するようにされた
主要フレーム４とを有する。

ここで図２を参照すると、ボルト12により主要フレー
ム４へ係合されたリーフスプリング（leaf spring）11
と固定スクロール２とが係合した状態においては、固定
スクロール２は回転軸５の方へ移動できる。

一方、モータ機構部分40は、回転軸５上につきにく嵌
挿されたステータ７と該ステータ７の外面から離間した
ロータ６とを有する。

回転軸５はステータ７とロータ６との間の電磁気作動
により回転される。

一方、回転軸５の上方部分は回転スクロール３と偏心
して係合する。

図面において、参照番号８は回転スクロール３の回転
を防止する働きをする旧型のハムカップリング（ham co
upling）であり、参照番号10は冷媒ガスを導入するため
の吸引チューブである。

図3A〜図3Cに示したように、従来のスクロール型圧縮
機は、回転スクロール３が回転されたときに、回転スク
ロール３と固定スクロール２との間に形成された二つの
三日月形状の圧縮室25および26内へ吸引チューブ10から
該スクロール型圧縮機へ吸引された冷媒ガスを導入する
ようになっている。

続いて圧縮室25および26の容積が減少し、冷媒ガスが
圧縮室25および26の中心部へ向かって流れると冷媒ガス
が圧縮される。

このとき、放出作動を行う嵌込み（built−in）型の
スクロール型圧縮機では、回転スクロール３が回転せし
められると二つの圧縮室25および26の両端部分が互いに
密閉接触し、放出穴15が開かれ、それから、圧縮された
冷媒ガスがその放出穴15を通って放出されるときに、冷
媒ガスの放出サイクル中にバルブなしで予め定められた
容積が得られる。

従って、概して様々な作動状態で作動するスクロール
型圧縮機では、放出の開始まで圧縮されたガスの圧力が
放出圧よりも高いときに放出が行われる。しかしなが
ら、放出の開始まで圧縮されたガスの圧力が放出圧より
も低いときには、ガスが逆に圧縮室25および26へ流れ込
むため、圧縮室25および26内の圧力が急激に上昇し、そ
れから、放出圧よりも高くなる。

従って、図4Bに示すように、予め定められた作動状態
によって様々な圧縮曲線が得られる。

一方、従来のスクロール型圧縮機の圧縮工程中では、
冷媒ガスの漏れが生じる。この漏れは概して二つに分類
される。一つは、図２に示したように、固定スクロール
２のスクロール渦巻き部２′と回転スクロール３のスク
ロール渦巻き部３′との側面周りで接線方向において生
じる接線方向漏れと呼ばれる。もう一つは、固定スクロ
ール２と回転スクロール３との間における軸線方向の空
隙のためにインボリューム曲線のスクロール渦巻き部
２′および３′の端部分で生じる径方向漏れと呼ばれ
る。

上述の二つの漏れのうち後者の漏れは、この漏れが長
さ方向において生じるため、圧縮機の効率を決める深刻
な問題となる。

従って、上記軸線方向漏れを防止するために、固定ス
クロール２または回転スクロール３の後側に背圧室13を
形成し、従って、圧縮室25および26から放出された圧縮
ガスを導入し、圧縮ガスの圧力で回転スクロール３に向
かって固定スクロール２を押すようにされたスクロール
型圧縮機用の軸線方向密閉装置が業界に導入された。

ガス圧を用いて軸線方向におけるガス漏れを密封する
ための構成では、供給される力はガス圧とガス作用面積
とに比例するが、作用面積が一定であるため、力は圧力
変化に従って変化する。

しかしながら、圧縮機は図4Aに示したように台形領域
内で作動し、圧縮機にとっては様々な状態は欠くことが
できない。

即ち、圧縮されているガス圧は、吸引圧および放出圧
が蒸発器および凝縮器の温度変化に従って変化するため
変化することとなる。

従って、軸線方向における安定した密閉力を得るため
には、スクロールの裏面に供給するガス圧が圧縮室のガ
ス圧の二分の一に達したとき、いかなる作動状態におい
ても軸線方向密閉力が一定となる。

しかしながら、バルブを備えていない嵌入み容積（bu
ilt−in−volume）型の圧縮機では、圧縮機は、放出開
始角前ではいかなる圧力状態においても同様の圧縮工程
を有し、それから、図4Bに示すように所定の放出圧に従
って様々なタイプの圧縮工程を有するため、半分の圧力
を正確に供給することができるように、スクロールの裏
側において圧縮室のガス圧の二分の一である予め定めら
れた圧力に対して放出開始前と放出開始後との間の平均
圧力を背圧室に供給すべきである。

従って、従来の技術では、背圧穴24を形成し、この背
圧穴24により、吸引圧に近いレベルの予め定められたガ
ス圧をスクロール裏面に供給し、放出圧および吸引圧を
適切に分散するような予め定められた構成を提供する必
要がある。ガス圧がスクロール裏面へ供給されたとき、
作動状態に関係のない常に高い供給力が存在するよう
に、背圧面を増大する必要がある。

即ち、詳細には、図２に示したように、従来のスクロ
ール型圧縮機用の軸線方向密閉装置は、固定スクロール
２の後側に背圧室13を形成し、システムの圧縮サイクル
中に得られる圧力の中間レベルの圧力の冷媒ガスを固定
スクロール２の予め定められた部分に形成された背圧穴
14を介して背圧室13へ導入し、背圧室におけるガス圧と
圧縮室で圧縮されて圧縮室から放出されるガスにより生
成されるガス圧との間の相乗効果を受け、固定スクロー
ル２を回転スクロール３の方へ動かすことにより軸線方
向におけるガス漏れを防止するようにされている。

更に、回転スクロールの後側に背圧室を形成した他の
タイプの従来におけるスクロール型圧縮機用の軸線方向
密閉装置がある。

即ち、従来のスクロール型圧縮機用の他の軸線方向密
閉装置は、圧縮室内で圧縮された予め定められた圧力を
有する冷媒ガスを回転スクロールの予め定められた部分
に形成された背圧室へ導入し、圧縮されたガスの中間レ
ベルの圧力と圧縮室で圧縮されて圧縮室から放出される
ガスにより得られる圧力との間の圧力差を適切に制御す
ることにより、圧縮されたガスの軸線方向漏れを防止す
るようにされている。

従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置の上
記構成での背圧室13におけるガス圧は、背圧穴14が開放
され始めたときのガス圧と背圧穴14が閉鎖され始めたと
きのガス圧との間の平均ガス圧である。

このとき、図4Bに示すように、従来のスクロール型圧
縮機用の軸線方向密閉装置の背圧穴14は、圧縮室と放出
穴15とが互いに連通するときには閉鎖されている、即
ち、放出開始前に閉鎖される。

背圧室13の圧力と放出圧とを同時に用いて軸線方向に
おける漏れを防止するようにした構成では、背圧室13の
位置を変えずに放出ガス圧を加えるために、背圧室13の
面積を増大する必要がある。即ち、図4Cに示すように、
異なる作動状態によって大きく変わる軸線方向の密閉力
を得ることができる。

この場合、軸線方向密閉力“F"は次のようになる。

Ｆ＝（PB−PO）×AB−（PC−PO）×AC …式１ ここで、PBは背圧室の圧力を示し、POは吸引ガスの圧
力を示し、PCは圧縮室の圧力を示し、ABは背圧室の面積
を示し、ACは圧縮室の面積を示す。

更に、背圧穴の直径が非常に小さいため、背圧PBは圧
縮室の圧力に従って大きくは変化せず、圧縮室の平均圧
力となり、次の式が得られる。即ち、上記工程が定熱圧
縮工程（PV^k＝constant）である仮定すると、 PB＝PO［（V₀/V₁）^ｋ＋（V₀/V₂）^ｋ］/2 …式２ ここで、小さい添字１は背圧穴14が開放されたときを
示し、小さい添字２は背圧穴14が閉鎖されたときを示
す。

従って、式２に示されるように、背圧室の圧力PBは吸
引ガス圧の変化に従って変化するので、図4Bに示したよ
うに、吸引圧に比較して様々な放出圧を有する作動状態
のもとで安定した密閉力を得ることは困難である。

ここで、密閉力“F"は、固定スクロール２と回転スク
ロール３との間において最小限の軸線方向の空隙を維持
するように実質的に大きくなければならない。しかしな
がら、密閉力Ｆが大きすぎるときには、固定スクロール
２と回転スクロール３との間の機械損失が増大するた
め、適切な加重をここに提供すべきである。

更に、密閉力“F"が放出ガス圧と中間ガス圧とを同時
に受けるため、そこに供給された二つの圧力を適切に配
分することが重要である。

詳細には、圧縮率が高いときには放出ガスの圧力が高
いため、単位面積当たりの力は同じ面積に対して非常に
大きい。

一方、圧縮室から供給された中間圧は、圧縮室および
背圧室が開かれたときの圧力とこれらが閉鎖されたとき
の圧力との間の平均圧であるため、圧縮率に従った急激
な変化はない。

従って、図4Cに示すように、スクロール型圧縮機の作
動状態に基づいた密閉力を算出するときに、放出圧と中
間圧とを用いる構成での密閉力は、放出圧が最も高いと
きに増大する。

従来の技術では、放出ガス圧が更に供給されるため、
圧縮率に従った実質的な差がある。更に、様々な作動状
態における圧縮率で安定した密閉力を生成することはで
きず、効率が低下する。

更に、圧縮室内で過剰な圧縮が行われたときには、圧
縮率における高い圧力によって、圧縮室内におけるガス
漏れが増大するため、圧縮機の部品の摩擦が生じ、これ
により、システムの信頼性が低下する。

一方、図4Aに示したような従来の他のスクロール型圧
縮機用の軸線方向密閉装置では、軸線方向密閉力は、図
4Cに示したように、圧縮機の様々な作動状態のもとで吸
引ガス圧の変化に従って大きく変化する。

即ち、この場合、背圧穴14の開放と閉鎖とのタイミン
グが重要な要素である。図3Aおよび図3Cに示したよう
に、放出が開始される前に中間圧縮ガス圧が作動される
と、従来の圧縮機の背圧穴14が低い圧縮ガス圧を有する
圧縮室と連通するため、軸線方向漏れの防止力は吸引ガ
ス圧の関数に基づく。吸引ガス圧が低いときには漏れ防
止力は低い。逆に、吸引ガス圧が高いときには漏れ防止
力は高くなる。

従って、漏れ防止力は作動状態に従って不安定とな
る。

発明の開示 従って、本発明の目的は、スクロール型圧縮機用の従
来の軸線方向密閉装置における問題を解決するスクロー
ル型圧縮機用の軸線方向密閉装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、予め定められた部分に背圧穴を
形成することにより背圧室内の圧力を一定に維持するこ
とができ、圧縮ガスが放出される前は背圧穴が開放さ
れ、圧縮ガスが実質的に閉ざされた後は背圧穴が閉鎖さ
れ、これにより、スクロール型圧縮機の全作動時間にわ
たり安定した軸線方向における密閉を得ることができる
スクロール型圧縮機用の改良型の軸線方向密閉装置を提
供することにある。

上記目的を達成するために、固定スクロールと、回転
スクロールの下方部分に係合する回転スクロールとを具
備し、これらスクロールの間に圧縮室が形成され、予め
定められた位置に形成された背圧穴を有する背圧室を具
備し、背圧穴が開放され、これにより、圧縮室内で圧縮
された冷媒ガスが放出室へ放出される前に圧縮室および
背圧室が互いに連通状態となり、冷媒ガスが放出室へ放
出された後において背圧穴が閉鎖され、これにより、吸
引ガス圧よりも大きい圧力と放出ガス圧よりも小さい圧
力とを有する中間圧が背圧室へ導入されるスクロール型
圧縮機を軸線方向において密閉する装置を提供する。

例示のみを目的として提供するものであるので本発明
を限定するものではない以下の詳細な説明および図面か
ら本発明をより理解できるであろう。

図面の簡単な説明 図１は従来のスクロール型圧縮機の鉛直断面図であ
り、 図２は従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装
置の断面図で、軸線方向密閉装置の圧力の軸線方向にお
ける作動を示す図であり、 図3Aは圧縮室の平面図で、従来のスクロール型圧縮機
の軸線方向密閉装置の背圧穴の位置と、冷媒ガスの吸引
作動が終了した状態とを示す図であり、 図3Bは圧縮室の平面図で、従来のスクロール型圧縮機
の軸線方向密閉装置の背圧穴の位置と、冷媒ガスが放出
され始まる直前の状態とを示す図であり、 図3Cは従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装
置の冷媒ガスが放出される工程のスクロールおよび圧縮
室の形状を示す平面図であり、 図4Aは従来のスクロール型圧縮機の作動状態を示すグ
ラフであり、 図4Bは図4Aの作動状態におけるP1、P7およびP14の作
動状態に従ったPV図と背圧穴の開放／閉鎖の間隔とを示
すグラフであり、 図4Cは放出圧＋中間圧構成と、放出が開始される前に
背圧穴が連通する中間圧構成と、本発明に従った図4Aの
中間圧を採用した構成の軸線方向密閉力を示すグラフで
あり、 図５は本発明のスクロール型圧縮機用における背圧構
成を示す略図であり、 図6Aは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装
置の平面図で、背圧穴の位置と、冷媒ガスの吸引作動が
終了した状態とを示す図であり、 図6Bは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装
置の平面図で、背圧穴の位置と、冷媒ガスが放出され始
まる直前の状態とを示す図であり、 図6Cは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装
置の平面図で、本発明のスクロールの位置と圧縮室の位
置とを示す図である。

発明を実施するための最良の形態 図５および図６を参照すると、本発明のスクロール型
圧縮機用の軸線方向密閉装置は、固定スクロール61の内
部に形成され且つ圧縮された冷媒ガスが放出される際に
通る放出穴71と連通する放出路62を有する。

放出路62は固定スクロール61の上方部分に接続され、
放出室64は上方遮蔽部材63の周辺に固定スクロール61か
ら離間して設けられる。

更に、背圧室66は固定スクロール61と上方遮蔽部材63
との間に形成され、中間圧は、固定スクロール61に形成
された背圧穴65を介して圧縮室75および76から背圧室66
へ供給される。

放出穴67が上方遮蔽部材63の両側部に形成されている
ため、固定スクロール61の内部に形成された放出路62を
通る圧縮された冷媒が放出室64へ放出される。

一方、冷媒ガスを案内するための固定スクロール61の
放出路62と上方遮蔽部材63の放出穴67との間には補助フ
レーム68が配置される。

本発明の実施形態では、基本的には、圧縮された冷媒
ガスの放出前／後において圧縮室75および76を開放／閉
鎖するために、圧縮室75および76の圧力を固定スクロー
ル61の裏部分に形成された背圧室66の方へ案内するため
の背圧穴65の位置を固定スクロール61の内側部分の方へ
動かし、吸引ガス圧よりも高くて放出ガス圧よりも低い
予め定められたレベルの圧力を背圧室66へ供給するよう
にした。

即ち、図４に示したように、圧縮室75および76と背圧
室66とが互いに連通し始めるときは、圧縮された冷媒ガ
スが放出される前におけるこれらの間の連通、および圧
縮された冷媒ガスが放出された後におけるこれらの間の
閉鎖動作である。

一方、本発明の他の実施形態では、背圧室66と背圧穴
65とを固定スクロール61ではなく回転スクロール55に形
成する。

詳細には、背圧室66が回転スクロール55の裏側に形成
され、背圧穴65が回転スクロール55に形成され、従って
固定スクロールにより、背圧穴65の開放／閉鎖が行われ
る。

このとき、背圧穴65の直径は背圧室66の面積に比べて
比較的小さく、背圧室66のガス圧は圧縮室75および76の
圧力に従っては変化せず、開放／閉鎖時の背圧穴65の圧
力は圧縮室75および76の間の平均圧力になる。

背圧穴65の直径を大きくしたとき、圧縮室75および76
の圧力は背圧室66へ直接供給され、圧縮室75および76の
圧力が低いときには、背圧室66の圧力が低く、圧縮室75
および76の圧力が高いときには、背圧室66の圧力が高
く、従って、より安定した漏れ防止力が得られる。

本発明の一実施形態に従ったスクロール型圧縮機用の
軸線方向密閉装置の作用および効果を添付の図面を参照
しつつ以下で説明する。

固定スクロール61と回転スクロール55とにより形成さ
れた圧縮室75および76において、回転スクロール55の回
転により冷媒ガスが圧縮されたとき、ガス漏れを防止す
るための背圧穴65の開放／閉鎖作動が、圧縮室75および
76により圧縮されたガスの放出開始前／後で行われる。

従って、背圧室66に供給されるガス圧は吸引ガス圧と
放出ガス圧との間の平均圧力値となる。

詳細には、様々な作動状態のもとで、即ち、吸引ガス
と放出ガスとの圧縮状態が異なるとき、所定の作動状態
に対応した安定した漏れ防止力が背圧室66に形成され、
これにより、スクロール型圧縮機の安定した軸線方向に
おける漏れ防止が達成される。

更に、放出されているガスが放出穴71から放出され、
それから、背圧室66と圧縮室75および76との中間部分に
形成された放出路62を通って左方向および右方向へ導入
され、それから、上方遮蔽部材63と補助フレーム68と密
閉材69との間に形成された密閉空間を通って上方遮蔽部
材に形成された放出穴67へ導入される。

従って、放出ガスは放出穴67の上方の上方部分へ直接
供給される。従来に比べて供給する加重を低減でき、ま
た、固定スクロール61が上下運動においていかなる影響
も受けないので、放出穴67の大きさを小さくしたとき、
背圧室66の中間圧だけが固定スクロール61の上方部分へ
供給され、これにより、固定スクロール61を下方へより
安定して押すようにされた中間圧および背圧構成が達成
される。

上述したように、本発明のスクロール型圧縮機用の軸
線方向密閉装置では、放出開始角を通り過ぎた後におい
て高い圧力を有する圧縮されたガスと連通する改良型の
背圧穴を提供することにより、様々な作動状態のもとで
の安定したガス漏れ防止力が得られるようにし、これに
より、放出ガス圧と吸引ガス圧との間の中間ガス圧だけ
が背圧室へ供給される。更に、過剰な圧縮が行われ、放
出ガス圧が増大したときには、漏れ防止力が放出ガスの
増大と共に増大するため、圧縮機の効率損失やシステム
の摩擦が防止され、従って、圧縮機の信頼性が増す。

本発明の好適な実施形態を例示を目的として開示した
が、添付の請求の範囲に記載された本発明の範囲および
精神を逸脱することなく様々な修正、追加および代替が
可能であることは当業者には明らかである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定スクロールと該固定スクロールに係合
   する回転スクロールとを具備し、これら固定スクロール
   と回転スクロールとの間に圧縮室が形成され、該圧縮室
   内に冷媒ガスを導入するための導入口と該圧縮室内にて
   圧縮された冷媒ガスを放出するための放出路とをさらに
   具備し、前記固定スクロールが遮蔽部材により覆われた
   スクロール型圧縮機において、前記放出路が前記圧縮機
   から前記回転スクロールの回転軸線と略平行な方向へ前
   記固定スクロール内で延び、その後、前記回転軸線に対
   して略垂直な方向へ前記固定スクロール内で延び、前記
   固定スクロールの外側中央壁面に凹部が形成され、該凹
   部に嵌挿される突出部が前記遮蔽部材に形成され、これ
   ら凹部と突出部との間に前記圧縮室から背圧穴を介して
   冷媒ガスが導入される背圧室が形成され、前記背圧穴は
   前記圧縮室から前記放出路に冷媒ガスが放出される前に
   前記背圧室を前記圧縮室に連通すると共に前記圧縮室か
   ら前記放出路に冷媒ガスが放出された後に遮断されるこ
   とを特徴とするスクロール圧縮機用軸線方向密封装置。