JP4512479B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、台板に渦巻状のラップを立設してなる固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを立設してなる旋回スクロールとを有している。両スクロールのラップを噛み合わせて対向させて配置し、旋回スクロールを旋回させて互いのラップ間に形成される複数の圧縮室の容積を順次縮小させることにより、スクロール圧縮機は流体を圧縮する。

この圧縮作用により、固定スクロールと旋回スクロールを互いに引離そうとする軸方向の力（以下、引離し力という）が発生する。両スクロールが引離されてしまうと、ラップの歯先と歯底との間にギャップが生じて圧縮室の密閉性が悪化し、圧縮機の効率が低下する。

そこで、旋回スクロールの鏡板の背面に、吐出圧力と吸込圧力の間の圧力となる背圧室を形成し、背圧により旋回スクロールを固定スクロール側に押圧して、引離し力を打ち消すとともに、旋回スクロールを固定スクロールに押付ける力を発生させている。

しかし、この押付け力により固定スクロールと旋回スクロールの鏡板面には摺動摩擦が生じ、押付け力が過大となった場合には鏡板面で焼きつき現象が起こり、圧縮機の信頼性が損なわれる。

鏡板面での摺動損失を低減し、また圧縮機の信頼性を高めるため、特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、鏡板面に円弧形状または直線形状等からなる複数の油溝を略等ピッチで配設することにより、摺動部に確実に潤滑油を供給する構造としている。

特開平７−２０８３５６号公報

特許文献1に開示の技術は、鏡板面に複数の油溝を略等ピッチで設けるものであり、鏡板面の潤滑状態は良好になる。しかし、鏡板面での、背圧室から吸込室または圧縮室への流体の漏れに対しては特に考慮されていなかった。

本発明は、鏡板面での漏れに伴う損失を低減することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、
台板に立設された渦巻状のラップと、このラップの先端面と連続して当該ラップの周囲に設けられた鏡板面とを有する固定スクロールと、前記固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップとこのラップが立設された鏡板とを有する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板を前記固定スクロールの鏡板面に押し付ける、前記圧縮室で圧縮されたガスの圧力と前記圧縮室に吸込まれるガスの圧力との間の圧力を有する背圧室と、互いに対向して摺動する前記旋回スクロール鏡板の鏡板面と前記固定スクロールの鏡板面との少なくともいずれか一方の鏡板面に前記背圧室の圧力が導入される背圧空間と、を備え、
前記固定スクロールラップの巻き終わり部近傍に設けられた吸込圧領域と、前記固定スクロールラップの渦巻中心に対して対称な前記固定スクロールの鏡板面に前記背圧空間が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板面での、背圧室から吸込室または圧縮室への漏れ損失を低減することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本実施の形態のスクロール圧縮機の全体を示す断面図である。図１に示すように、固定スクロール７は、円板状の台板７ａと、この台板７ａの上に渦巻き状に立設されたラップ７ｂと、台板７ａの外周側に位置し、ラップ７ｂの先端面と連続する鏡板面を有してラップ７ｂを囲む筒状の支持部７ｄとを有する。

ラップ７ｂが立設された台板７ａの表面は、ラップ７ｂの間にあるため歯底７ｃと呼ばれる。また、支持部７ｄの、旋回スクロール８の鏡板８ａと接する面は、固定スクロール７の鏡板面７ｅである。

固定スクロール７は、支持部７ｄでボルト等によりフレーム１７に固定されており、固定スクロール７と一体となったフレーム１７は、溶接等の固定手段によりケーシング９に固定されている。

一方、旋回スクロール８は、固定スクロール７に対向して配置され、フレーム１７内に旋回可能に設けられている。旋回スクロール８は、円板状の鏡板８ａと、固定スクロール７のラップ７ｂと同様に、鏡板８ａの表面である歯底８ｃから立設された渦巻き状のラップ８ｂと、鏡板８ａの背面中央に設けられたボス部８ｄとを有する。また、鏡板８ａの外周部の、固定スクロール７と接する表面が、旋回スクロール８の鏡板面８ｅとなっている。

ケーシング９は、固定スクロール７と旋回スクロール８からなるスクロール部、モータ１６、および潤滑油を内部に収納して、密閉構造をなす。モータ１６の回転子１６ａを備えたシャフト１０は、フレーム１７に回転自在に設けられ、固定スクロール７の軸線と同軸となっている。

シャフト１０の先端にはクランク１０ａが設けられており、クランク１０ａは旋回スクロール８のボス部８ｄに設けられた旋回軸受１１に取り付けられ、旋回スクロール８がシャフト１０に回転可能に取り付けられている。このとき、旋回スクロール８は、軸線が固定スクロール７の軸線に対して所定距離δだけ偏心した状態となる。また、旋回スクロール８のラップ８ｂは、固定スクロール７のラップ７ｂに周方向に所定角度だけずらして重ね合わせられている。

そして、旋回スクロール８を固定スクロール７に対して、自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させるための機構として、オルダムリング１２が取り付けられている。

また鏡板面７ｅの外周部分に設けられた環状溝１９は、鏡板面７ｅから所定高さ異なる面を備え、その上を旋回スクロール８の鏡板面８ｅの端部が旋回スクロール８の公転運動に伴い通過する。このような環状溝１９は背圧空間に面しているので、旋回スクロール８の鏡板面８ｅの端部は、旋回スクロール８の公転運動に伴い環状溝１９に重なっても背圧空間に鏡板面８ｅが開放された状態になる。

この状態で旋回スクロール８を旋回運動させたとき、ラップ７ｂ、８ｂ間に、中央部に移動するに従い連続的に容積が縮小される三日月状の複数の圧縮室１３が形成される。例えば、図２に示すように旋回スクロールラップ８ｂの内線側及び外線側に、それぞれ旋回内線側圧縮室１３ａ及び旋回外線側圧縮室１３ｂが形成される。また、吸込室２３は、流体を吸入している途中の空間である。この吸込室２３は、旋回スクロール８の旋回運動の位相が進んで、流体の閉じ込みを完了した時点から圧縮室１３となる。

吸込ポート１４は、固定スクロール７に設けられている。この吸込ポート１４は吸込室２３と連通するように台板７ａの外周側に穿設されている。吸込ポート１４から流入する流体は、吸込室２３により閉じこまれ、新たに吸込室２３と連通するまでは、吸込圧力で存在する。この流体が吸込圧でいる領域が吸込圧領域である。大概はこの吸込圧領域は固定スクロールラップ７ｂの巻き終わり部分近傍に位置する。そのため、この吸込圧領域近傍の固定スクロール鏡板面７ｅは半径方向の長さが短くシール距離が十分取りづらい部分である。また、吐出ポート１５は、最内周側の圧縮室１３と連通するように固定スクロール７の台板７ａの渦巻中心付近に穿設されている。

次にその作動について説明する。まず、モータ１６によってシャフト１０を回転駆動すると、この回転はシャフト１０のクランク１０ａから旋回軸受１１を介して旋回スクロール８に伝えられる。これにより、旋回スクロール８は固定スクロール７の軸線を中心に、所定距離δの旋回半径をもって旋回運動する。この旋回運動時に旋回スクロール８が自転しないように、オルダムリング１２によって拘束される。

そして、旋回スクロール８の旋回運動によって、各ラップ７ｂ、８ｂの間にできる圧縮室１３は中央に連続的に移動し、その移動に従って圧縮室１３の容積が連続的に縮小する。これによって、吸込ポート１４から吸込まれた流体を各圧縮室１３内で順次圧縮し、圧縮された流体は吐出ポート１５から吐出される。吐出された流体は、ケース９内を通って吐出パイプ６から、例えば冷凍サイクルに供給される。

一方、潤滑油はケース９の底に貯留され、周囲の圧力は吐出圧力になっている。フレーム１７、シャフト１０、固定スクロール７、旋回スクロール８で形成された背圧室１８内の圧力は吐出圧より低いため、ケース９の底に貯留している潤滑油はシャフト１０に設けた貫通穴３を通って背圧室１８に流入する。具体的には、潤滑油の一部はシャフト１０に設けた横穴４を通って主軸受５を潤滑しながら背圧室１８に達する。

また、他の潤滑油は、貫通穴３を通ってシャフト１０のクランク１０ａ上部に達し、旋回軸受１１を潤滑して背圧室１８に入る。ここで、潤滑油は、主軸受５および旋回軸受１１を通過する際、軸受隙間が小さいため絞られて吐出圧力より低い圧力で背圧室１８に入ることになる。背圧室１８に入った潤滑油は、背圧が高くなると、吸込室２３への連通路に設けられた背圧調整弁２を開いて吸込室２３へ入る。そして、圧縮室１３を通って吐出ポート１５から吐出された潤滑油は、その一部が吐出パイプ６から冷凍サイクルへ吐出され、残りがケース９内で冷媒と分離されて底に貯留する。

次に、両スクロールの鏡板面での流体の漏れについて説明する。スクロール圧縮機では、その圧縮作用により、固定スクロール７と旋回スクロール８を互いに引離そうとする軸方向の力が発生する。両スクロールが引離されてしまうと、圧縮室の密閉性が悪化して圧縮機の効率が低下する。

そこで、旋回スクロール８の鏡板の背面側を、吐出圧力と吸込圧力の間の圧力となる背圧とする背圧室１８を設け、その背圧により引離し力を打ち消すとともに、旋回スクロール８を固定スクロール７に押付けるようにしている。このとき、旋回スクロール８の鏡板面８ｅと固定スクロール７の鏡板面７ｅは互いに摺動することになる。

この鏡板での摺動面は、微小なすき間をもって相対しており、図４に示すように、背圧室１８と吸込室２３または圧縮室１３を隔てる役割をしている。この摺動面のすき間の大きさは、鏡板面上の位置および時間により変化する。その理由を以下に述べる。

運転時の旋回スクロール８には、圧縮作用により、軸方向の力だけでなく接線方向および半径方向の力も生じており、また遠心力も生じている。これらの力により旋回スクロール８を傾けようとする、いわゆる転覆モーメントが発生する。このため旋回スクロール８は揺動運動をしており、両鏡板面は常に平行とはなっておらず、すき間の大きさも常に一定ではない。このすき間が小さいほど、鏡板面での漏れは小さくなる。

また、鏡板面での漏れは、図２および図５に示したシール長さにも影響を受ける。シール長さとは、固定スクロール７と旋回スクロール８の鏡板摺動面の半径方向の長さであり、背圧室１８と圧縮室１３または吸込室２３とを隔てる長さである。

例えば、吸込ポート１４付近でのシール長さは、図２（Ａ）では点２４と点２５間の長さ、図２（Ｃ）では点２４と点２６間の長さである。ここで、点２４は固定スクロール内線の最外周上の点であり、点２５は固定スクロール鏡板面７ｅに設けた環状溝１９の内周上の点、点２６は旋回スクロール鏡板外周上の点である。

旋回スクロールの旋回運動の位相によってそのシール長さは変化し、各位相におけるシール長さは、点２４と点２５間の長さまたは点２４と点２６間の長さのいずれか短い方の長さとなる。ちなみに環状溝１９がない場合には、点２４と点２６間の長さとなり、１回転中に旋回半径の２倍の長さの分だけ増減することになる。以降のシール長さは、便宜上、１回転中のシール長さの最小値を表すこととする。

シール長さが短いほど密閉性は悪化し漏れ損失が増大する。シール長さは鏡板面上の位置によって異なり、従来のスクロール圧縮機では、吸込ポート１４付近でのシール長さが最も短いため、吸込ポート１４付近の鏡板面での漏れ損失が、鏡板面上の他の部分に比べて大きいことになる。

さらに、吸込ポート１４付近では、シール前後の圧力差が、背圧と吸込圧力の差となっており、背圧と圧縮室内圧力の差となる鏡板面上の他の部分に比べてより一層漏れが大きい。本発明は、この漏れの大きい吸込ポート１４付近において、旋回スクロール８を固定スクロール７に押付ける力を大きくして、鏡板面間のすき間を小さくし、漏れを低減するものである。

本実施の形態の構成について、更に詳細に説明する。図３に示すように、固定スクロール７の鏡板面７ｅに溝１が設けられている。溝１は、環状溝１９に開口しており背圧室１８とは殆ど絞りとならずに流体が連通する空間となる。この溝１は、シール長さの最も短い吸込ポート１４付近に対して、渦巻中心２０を基準として略点対称となる位置を通るように設けられている。そして周方向としては、点対称で溝１を反対側に写すと、吸込みポート１４付近、例えば少なくとも吸込圧領域をカバーする長さを周方向に備える。

図示された固定スクロール７は、外側から順に、フレーム１７に固定する為のボルト等の締結具が取り付けられる支持部７ｄ、環状溝１９、鏡板面７ｅ及び鏡板面７ｅの内側側壁をその一部として渦巻中心２０に対して渦巻き状に巻き回されたラップ７ｂ、が並んでいる。溝１は、見方を変えると環状溝１９の一部が鏡板面７ｅに対して広がった形状、または中心２０の方向に環状溝の溝幅が広がったものである。また溝1は、固定スクロール７の鏡板面７ｅに設けられた段差である。例えば環状溝１９を有してなくても、鏡板面７ｅに設けられた段差である溝１により背圧が導入される。

次に、本実施の形態の特徴構成の作用について説明する。図４は、旋回スクロール８の鏡板面８ｅに生じる圧力分布を模式的に示したものである。図４は溝１を設けた場合、図５は溝１を設けない場合の圧力分布である。

溝１を設けた場合、溝１内の圧力が背圧となるため、溝１を設けない場合に比べて、三角形で表される領域２２の分だけ、旋回スクロール８の鏡板面８ｅを上から押す力が増えることになる。つまり、旋回スクロール８の鏡板面８ｅの、溝１に対応する領域を上から下へ押す方向のモーメントが、転覆モーメントに加えて新たに生じることになる。

このとき、旋回スクロール鏡板面８ｅの、渦巻中心２０を基準として溝１に対応する位置と略点対称となる逆側の領域は、固定スクロール７の鏡板面７ｅに押付けられることになる。その押付けられる部分を、鏡板面のシール長さが最も短い部分になるように溝１の位置を調整することで、シール長さが短い部分での押付力を増大させることができ、漏れ損失を低減できる。

なお、溝１と環状環状溝１９の接続部分２１は、円弧で形成する等の方法により、できるだけ尖らないよう滑らかに仕上げるのがよい。これは、もし鏡板面に設けた溝の端部に尖った部分があれば、揺動運動により旋回スクロール８が傾いた時に接触する可能性があり、鏡板面を損傷するおそれがあるためである。

上記実施の形態では、固定スクロール７の鏡板面７ｅに溝１を設ける例について説明したが、溝１は図６に示すような形状でもよい。すなわち、図６に示す溝１は、文字通り背圧空間から引き込まれた溝であり、内部が背圧と等しい圧力空間となる。そこでその溝１の空間に対して、渦巻中心２０を基準に反対側の、吸入ポート１４に連通する吸込圧力空間近傍のラップ７ｂと鏡板面７ｅ、特に背圧空間である環状溝１９に近い鏡板面７ｅに対して、旋回スクロール８の鏡板面８ｅを押し付ける作用をもたらす。

また、図７およびその断面図である図８に示すように、旋回スクロール８の鏡板面８ｅに溝１を設けても同等の機能を実現できる。この場合、構造的には旋回スクロール８の鏡板面８ｅに対する段差部である。鏡板面７ｅに対して環状溝から延びる溝１も鏡板面７ｅに対してみれば段差部であり、背圧導入空間である。

本発明の一実施例におけるスクロール圧縮機の縦断面図。 図１における旋回スクロールと固定スクロールにより構成される圧縮室を示した平面図。 図１における固定スクロールの平面図。 鏡板面での圧力分布を模式的に示した図。 鏡板面での圧力分布を模式的に示した図。 本発明の他の実施例における固定スクロールの平面図。 本発明のさらに他の実施例における旋回スクロールの平面図。 図７のＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１ 固定スクロールに設けた溝
７ 固定スクロール
８ 旋回スクロール

Claims (5)

1. 台板に立設された渦巻状のラップと、このラップの先端面と連続して当該ラップの周囲に設けられた鏡板面とを有する固定スクロールと、前記固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップとこのラップが立設された鏡板とを有する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板を前記固定スクロールの鏡板面に押し付ける、前記圧縮室で圧縮されたガスの圧力と前記圧縮室に吸込まれるガスの圧力との間の圧力を有する背圧室と、互いに対向して摺動する前記旋回スクロール鏡板の鏡板面と前記固定スクロールの鏡板面との少なくともいずれか一方の鏡板面に前記背圧室の圧力が導入される背圧空間と、を備え、
   前記固定スクロールラップの巻き終わり部近傍に設けられた吸込圧領域と、前記固定スクロールラップの渦巻中心に対して対称な前記固定スクロールの鏡板面に前記背圧空間が設けられたスクロール圧縮機。
2. 請求項１において、前記背圧空間の周方向の長さは、少なくとも前記吸込圧領域の周方向の長さと等しい長さか若しくはそれ以上であるスクロール圧縮機。
3. 請求項１において、前記背圧空間は、互いに対向して摺動する前記旋回スクロール鏡板の鏡板面と前記固定スクロールの鏡板面の少なくともいずれか一方の対向面に設けられた段差部であるスクロール圧縮機。
4. 請求項１において、前記固定スクロールの鏡板面の外側に環状の溝部を備え、前記背圧空間はその環状の溝部から渦巻中心方向に広がった段差部であるスクロール圧縮機。
5. 請求項１において、前記固定スクロールラップの巻き終わり近傍に設けられた吸込圧領域の半径方向外側における前記固定スクロールの鏡板面の半径方向長さが、前記背圧空間から前記固定スクロールの圧縮室若しくは吸込室までの前記鏡板面同士が摺動する鏡板摺動距離よりも大きいスクロール圧縮機。

Images