JP4321220B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は冷凍・空調装置などに使用される冷媒圧縮機に関わるものである。

図５は従来のスクロール圧縮機の要部断面図である。図において、吸入冷媒ガスは固定スクロール１の鏡板外周から半径方向に貫通して設けた吸入通路１ａより、固定スクロール１と揺動スクロール２とにより形成される圧縮室１ｃの外周部（圧縮室外周空間１ｇ）に流入する。

吸入冷媒ガスは電動機から駆動軸を介して与えられる回転を利用して圧縮され、高圧状態となって吐出口１ｆより密閉容器内に排出される。電動機部の配置される密閉容器内は高圧雰囲気で満たされ、この高圧冷媒ガスはやがて密閉容器の胴部に配置された吐出パイプより密閉容器外に排出される。

ここで、固定スクロール１に設けられた吸入通路１ａは２つの径からなる同軸円筒面１１、１２で構成されている。小径の円筒面１１には、圧縮室外周空間と連通する切り欠き１１ａが設けられているとともに、小径の円筒面１１の内部には円筒面にガイドされて移動可能な円筒形の弁１３と、この弁１３を付勢するバネ１４が収納されている。

一方大径の円筒面１２には密閉容器の外側より挿入された銅などの低剛性材料からなる外側パイプ１５が、小径の円筒面１１との段部１ｂに突き当てられて取り付けられるとともに、高剛性材料からなる内側パイプ１６が外側パイプ１５内周に圧入して取り付けられている。この圧入により押し広げられた外側パイプ１５の外周は、大径の円筒面１２の内周に固着することにより、吸入通路１ａと密閉容器との気密は保たれている。

圧縮機の運転が開始されると圧縮室１ｃが吸入冷媒ガスを取り込むため負圧となり、この負圧が小径の円筒面１１に設けられた切り欠き１１ａを通じて弁１３背面に作用するため、弁１３はバネ力に打ち勝って圧縮機半径方向の中心側に移動し、内側パイプ１６と弁１３の端面間に形成された流路から冷媒ガスが流入して、切り欠き１１ａを通じて圧縮室外周空間に取り込まれて圧縮される構造となっている。

圧縮機が運転を停止すると、弁１３はバネ１４の発生する力により内側パイプ１６側に移動してその端面間で密着し、吐出孔１ｆより逆流した高圧の冷媒ガスや、駆動軸の給油穴４ａを通じて圧縮室外周空間に導かれた潤滑油の吸入パイプ３側空間３ａへの流出を防止している。（たとえば特許文献１参照）

特開平１−３４３１２号公報

しかしながら、内側パイプ１６端面を弁１３の挿入されている小径の円筒面１１に対して、高精度の直角度を保ちながら圧入組立てすることは困難であり、内側パイプ１６と弁１３の端面間には若干の隙間が生じる恐れがあった。

図６は内側パイプ１６が傾斜して組み立てられた場合の一例であり、圧縮機運転停止時の弁１３と内側パイプ１６との端面間に隙間２０が生じている。圧縮機の運転停止時にはこの隙間２０を通じて、圧縮機室から吸入パイプ側空間３ａへの冷媒の逆流が生じて、冷媒ガスの逆流音あるいは潤滑油１０ａの流出が発生し、騒音や信頼性上の課題が生じる恐れがあった。

また、内側パイプ１６の挿入不良などにより内側パイプ１６端面の直角度が充分確保できない場合には、弁１３外径と小径の円筒面１１内径とのクリアランスを大きく設定して弁１３の姿勢に自由度を許容させ、傾斜した内側パイプ１６端面にならわせることで対応可能となるが、上記クリアランスを大きく設定した場合には、図７に示すように、弁１３が小径の円筒面１１の内面でこじれてひっかかる恐れがある。図７は、弁１３が小径の円筒面１１の内面でこじれてひっかかった場合の説明図である。

このような状態で圧縮機が運転を停止した場合には、弁１３は小径の円筒面１１内をスムーズに移動できず、弁１３と小径の円筒面１１の内面との間に生じた隙間や、小径の円筒面１１に設けられた切り欠き１ｇを通って圧縮室側から冷媒が吸入パイプ側空間３ａ側に逆流して、冷媒ガスの逆流音あるいはの流出が発生し、騒音や信頼性の面で問題となっていた。以上のように、従来においては、冷媒ガスの逆流音は圧縮機運転停止時の静粛性を損ない、また潤滑油の流出は軸受への給油量が不足して軸受の焼損事故を起こし圧縮機故障の原因となっていた。

本発明の目的は、上記問題点を解決するためのものであり、低騒音で信頼性の高い圧縮機を提供することを目的とする。また、弁端面のシール性を向上させ、または冷媒ガスの逆流音発生を防止させ、または潤滑油の流出を防止することを目的とする。

本発明は、それぞれの渦巻歯を組合せることによって圧縮室を形成し、外側の圧縮室から内側の圧縮室へと前記圧縮室の容積を減少させながら吸入された冷媒を圧縮する固定スクロール、及び揺動スクロールと、前記固定スクロール、前記揺動スクロールとともに圧縮機構部を構成するフレームと、前記固定スクロールあるいは前記フレームに設けられ、前記外側の圧縮室に連通する切り欠き部を有する小径の円筒部および吸入された冷媒ガスを前記小径の円筒部の前記切り欠き部を介して前記外側の圧縮室に導く大径の円筒部とから構成される吸入流路と、前記小径の円筒部内部に設けられた円筒形状あるいは円板形状の弁と、前記小径の円筒部内に収納され、前記弁を大径の円筒部側に押圧するバネと、前記小径の円筒部と前記大径の円筒部との段部に設けられ、中央部に貫通穴を有し、前記小径の円筒部よりも大きく、前記大径の円筒部内径と略同等かあるいは前記大径の円筒部内径よりも小さな外径を有するリングと、前記大径の円筒部内面に設けられ、前記外側パイプよりも前記内側パイプを高剛性材料で構成し、前記外側パイプで前記リングを前記段部に押圧固定し、前記内側パイプを前記外側パイプ内に圧入して拡管して前記外側パイプを前記大径の円筒部内面に固着するようにして前記リングを前記段部に押圧固定する押圧固定手段と、を備え、運転時には、前記弁が前記バネのバネ力に打ち勝って前記吸入通路の前記小径の円筒部内を前記圧縮機の半径方向の中心側に移動することによって前記冷媒が前記切り欠き部を通じて前記外側の圧縮室に取り込まれて圧縮され、停止時には前記弁が前記リングの貫通孔を塞ぐことによって、前記冷媒の逆流を防止するようにしたものである。

本発明の冷媒圧縮機は運転停止時に冷媒ガスの逆流音を防止し、また潤滑油の流出を防止することにより、静粛性および信頼性に優れた冷媒圧縮機を提供することができる。また、内側パイプの端面が小径の円筒面に対して傾斜していても、弁とリングの端面シールにより圧縮機運転停止時の冷媒逆流防止および潤滑油流出防止が行える。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１を図１、図２に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態１を表すスクロール圧縮機の縦断面図である。図２は吸入通路１ａ付近を拡大した要部説明図であり、圧縮機が運転を停止した状態を示している。

図において、密閉容器１０内には鏡板の一方に板状渦巻歯を有する固定スクロール１と、同形状の板状渦巻歯および揺動軸受け２ａを有する揺動スクロール２、コンプライアントフレーム３等から構成される圧縮機機構部１００とステータとロータよろ構成される電動機７とが配置されており、この圧縮機機構部１００と電動機７は電動機７の発生する回転力を圧縮機機構部１００に伝達する駆動軸４によって連結されている。

冷媒ガスは、密閉容器１０の胴部に設けられた吸入パイプ３より密閉容器１０内に吸入され、固定スクロール１の鏡板外周から半径方向に貫通して設けた吸入通路１ａより、前記固定スクロール１と揺動スクロール２とにより形成される圧縮室１ｃの外周部（圧縮室外周空間１ｇ）に流入する。その後、吸入された冷媒ガスは、電動機７によって駆動軸４を介して与えられる回転力を利用して圧縮され、高圧状態となって固定スクロール１の吐出口１ｆより密閉容器１０内に排出される。本実施の形態では、電動機部７の配置される密閉容器１０内は高圧雰囲気で満たされ、この高圧冷媒ガスは、密閉容器１０の胴部に設けられた吐出パイプ５より密閉容器１０外に排出される。

密閉容器１０底部には潤滑油１０ａが貯留されており、この潤滑油１０ａ内に駆動軸４下端が侵漬されている。駆動軸４中心には給油穴４ａが設けられており、密閉容器１０底部はこの給油穴４ａおよび揺動軸受け２ａおよび主軸受６ａを介して圧縮室外周空間１ｇと連通している。運転中は密閉容器１０内が高圧雰囲気で満たされるので、吸入冷媒ガスの低圧雰囲気との差圧により、潤滑油１０ａは給油穴４ａ内を上昇して揺動スクロール２に設けられた揺動軸受け２ａ、コンプライアントフレーム６に設けられた主軸受け６ａを潤滑した後に圧縮室外周空間１ｇに導かれる。

ここで、図２を用いて吸入通路１ａ付近について説明する。固定スクロール１に設けられた吸入通路１ａは２つの径からなる同軸円筒面で構成されており、小径の円筒面１１には外周側圧縮室１ｇに連通する切り欠き１１ａが設けられているとともに、その内部には円筒面にガイドされて移動可能な円筒形の弁１３と、この弁を付勢するバネ１４が収納されている。

一方大径の円筒面１２には輪形状のリング１７が小径の円筒面１１との間に形成された段部１ｂに設置され、銅材料で構成される外側パイプ１５を大径の円筒面１２内径に挿入し、外側パイプ１５先端と段部１ｂとの間にリング１７を挟み込んで押圧固定すると同時に、高剛性材料で構成される内側パイプ１６を外側パイプ１５内周に圧入して取り付け、押し広げられた外側パイプ１５外周が大径の円筒面１２の内周と固着する構成となっている。したがって、外側パイプ１５は内側パイプ１６によって大径の円筒面１２内周に押圧固定される。

図３は内側パイプ１６が傾斜して取り付けられた場合の説明図である。リング１７は段部１ｂと外側パイプ１５先端に挟み込んで押圧固定されているので、内側パイプ１６の傾斜に関係なく、圧縮機運転停止時における圧縮室外側空間１ｇと吸入パイプ側空間３ａの遮断（漏れ防止）は、弁１３とリング１７の端面により行われる。段部１ｂは小径の円筒面１１に対して良好な直角度をもって加工が施されているので、リング１７は段部１ｂに密着するように外側パイプ１５によって押圧されるため弁１３端面との平行度も良好に確保され、弁１３とリング１７の端面間でのシール性は良好な特性を示す。リング１７は外側パイプ１５先端にバックアップされて段部１ｂに押し付けられているので、リング１７が吸入パイプ３側に後退して弁１３端面との平行度が悪化したり、シール性が損なわれたりすることはない。これにより圧縮機運転停止時における冷媒逆流音の発生や潤滑油１０ａの流出は防止される。

図４は本発明の実施の形態１を表すリング１７近傍の拡大図である。リング１７の外径は大径の円筒面１２の内径にほぼ等しいか若干小さい程度の直径（シール性が損なわれない程度の軽微な力での圧入される程度の直径であってもよい）に加工され、またリング内径は小径の円筒面１１の内径よりも小さい直径に加工されており、輪形状となっている。段部１ｂに面するリング１７の端面は良好な平面度と面粗度に加工や成形によって製造されており、弁１３との端面のシール性が向上する構成としている。リング１７の外周エッジ部には段部１ｂ外径側のＲ部に乗り上げることのない寸法の面取り加工が施されており、リング組立て後にリング端面と小径の円筒面１１の直角度が確保される形状となっている。

リング１７を挟み込む（押圧する）外側パイプ１５の先端は、リング１７外径に近い場所を全周にわたり押圧した方がよい。外側パイプ１５先端がリング１７に対して傾斜してセットされると、リング１７と外側パイプ１５先端はある位相でのみ接触し、これを支点としてリングがばたつく可能性があるが、本実施の形態では外側パイプ１５がリング１７に対して傾斜してセットされた場合においても、外側パイプ１５を低剛性材料である銅パイプやアルミパイプなどで構成しているので、内側パイプ１６を圧入した際に外側パイプ１５は半径方向に圧延されると同時に、円筒面軸方向にも圧延され、圧延された外側パイプ１５の先端は、リング１７外径に近い場所を全周にわたり接触して押圧力を発生することができる。したがってリング１７が段部１ｂと外側パイプ１５先端の間でばたつくことがなく、シール性も良好なため、低騒音で信頼性の高い圧縮機が得られる。

以上のように、本実施の形態では、それぞれの渦巻歯を組合せることによって圧縮室１ｃを形成し、外側の圧縮室から内側の圧縮室へと前記圧縮室の容積を減少させながら吸入された冷媒を圧縮する固定スクロール１、及び揺動スクロール２と、前記固定スクロール１、前記揺動スクロール２とともに圧縮機構部１００を構成するフレーム５０と、固定スクロール１あるいはフレーム５０に設けられ、外側の圧縮室あるいは圧縮室外周空間１ｇに連通する切り欠き部１１ａを有する小径の円筒部１１および吸入された冷媒ガスを小径の円筒部１１を介して外側の圧縮室１ｇに導く大径の円筒部１２とから構成される吸入流路と、小径の円筒部１１内部に設けられた円筒形状あるいは円板形状の弁１３と、小径の円筒部１１内に収納され、弁１３を大径の円筒部１２側に押圧するバネ１４と、小径の円筒部１１と大径の円筒部１２との段部１ｂに設けられ、中央部に貫通穴を有し、小径の円筒部１１内径よりも大きく、大径の円筒部１２内径と略同等かあるいは大径の円筒部１２内径よりも小さな外径を有するリング１７と、大径の円筒部１２内に設けられ、リング１７を段部１ｂに押圧固定する押圧固定手段１５、１６と、を備え、弁１３がリング１７の貫通孔を塞ぐことによって、冷媒ガスの逆流を防止するようにしたので、内側パイプ１６の端面が小径の円筒面１１に対して傾斜していても、弁１３とリング１７の端面シールにより圧縮機運転停止時の冷媒逆流防止および潤滑油流出防止が行える。

また、円筒面の段部平面を円筒面に良好な直角度をもって設定すれば、リング１７は段部平面に密着して弁１３端面との平行度が容易に確保される。また、リング１７は外側パイプ１５先端にバックアップされて円筒面段部１ｂに押し付けられるので、リング１７が吸入パイプ３側に後退して弁１３端面との平行度が悪化してシール性が損なわれることはない。

また、リング１７の段部１ｂへの押圧固定手段１５、１６は、外側パイプ１５と内側パイプ１６で構成され、外側パイプ１５よりも内側パイプ１６を高剛性材料で構成し、外側パイプ１５でリング１７を段部１ｂに押圧固定し、内側パイプ１６を外側パイプ１５内に圧入して拡管して外側パイプ１５を大径の円筒部１２内面に固着するようにしたので、簡単な構成で組立が容易でありながらシール性が向上するので、信頼性が高く低コストで組立が容易な圧縮機が得られる。

また、リング１７の外径部に面取りを設けたので、リング１７の大径の円筒部への挿入や圧入が容易となり、リング１７の変形が生じにくく、シール性が向上する。また、内側パイプ１６を鉄系材料とし、外側パイプ１５を銅系材料あるいはアルミ系材料としたので、外側パイプ１５の内面に内側パイプ１６を圧入した場合に内側パイプ１６によって外側パイプ１５が拡管されやすく、外側パイプ１５が大径の円筒面１２の内面に密着しやすくなり、外側パイプ１５と大径の円筒面１２とのシール性が向上し、信頼性の高い圧縮機が得られる。

本発明の実施の形態１を表す圧縮機の縦断面図である。 本発明の実施の形態１を表す圧縮機の吸入通路１ａ付近を拡大した要部説明図である。 本発明の実施の形態１を表す圧縮機の内側パイプ１６が傾斜して取り付けられた場合の説明図である。 本発明の実施の形態１を表すリング１７近傍の拡大図である。 従来のスクロール圧縮機の要部断面図である。 内側パイプ１６が傾斜して組み立てられた場合の説明図である。 弁１３が小径の円筒面１１の内面でこじれてひっかかった場合の説明図である。

符号の説明

１ 固定スクロール、１ａ 吸入通路、１ｂ 段部、１ｃ 圧縮室、１ｆ 吐出口、１ｇ 圧縮室外周空間、２ 揺動スクロール、 ２ａ 揺動軸受け、３ 吸入パイプ、 ３ａ 吸入パイプ側空間、４ 駆動軸、 ４ａ 給油穴、５ 吐出パイプ、 ６ フレーム、 ６ａ 主軸受、 ７ 電動機、１０ 密閉容器、 １０ａ 潤滑油、１１ 小径の円筒面、 １１ａ 切り欠き、 １２ 大径の円筒面、１３ 弁、 １４ バネ、 １５ 外側パイプ、 １６ 内側パイプ、 １７ リング、 ２０ 隙間、１００圧縮機機構部。

Claims (3)

1. それぞれの渦巻歯を組合せることによって圧縮室を形成し、外側の圧縮室から内側の圧縮室へと前記圧縮室の容積を減少させながら吸入された冷媒を圧縮する固定スクロール、及び揺動スクロールと、前記固定スクロール、前記揺動スクロールとともに圧縮機構部を構成するフレームと、前記固定スクロールあるいは前記フレームに設けられ、前記外側の圧縮室に連通する切り欠き部を有する小径の円筒部および吸入された冷媒ガスを前記小径の円筒部の前記切り欠き部を介して前記外側の圧縮室に導く大径の円筒部とから構成される吸入流路と、前記小径の円筒部内部に設けられた円筒形状あるいは円板形状の弁と、前記小径の円筒部内に収納され、前記弁を大径の円筒部側に押圧するバネと、前記小径の円筒部と前記大径の円筒部との段部に設けられ、中央部に貫通穴を有し、前記小径の円筒部よりも大きく、前記大径の円筒部内径と略同等かあるいは前記大径の円筒部内径よりも小さな外径を有するリングと、前記大径の円筒部内面に設けられ、外側パイプと内側パイプで構成され、前記外側パイプよりも前記内側パイプを高剛性材料で構成し、前記外側パイプで前記リングを前記段部に押圧固定し、前記内側パイプを前記外側パイプ内に圧入して拡管して前記外側パイプを前記大径の円筒部内面に固着するようにして前記リングを前記段部に押圧固定する押圧固定手段と、を備え、運転時には、前記弁が前記バネのバネ力に打ち勝って前記吸入通路の前記小径の円筒部内を前記圧縮機の半径方向の中心側に移動することによって前記冷媒が前記切り欠き部を通じて前記外側の圧縮室に取り込まれて圧縮され、停止時には前記弁が前記リングの貫通孔を塞ぐことによって、前記冷媒の逆流を防止するようにしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記リングの外径部に面取りを設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記内側パイプを鉄系材料とし、前記外側パイプを銅系材料あるいはアルミ系材料としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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