JP6118702B2 - スクロール圧縮機および冷凍機器 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機およびそれを備える冷凍機器に関する。

スクロール圧縮機は、両スクロールラップ間で流体の圧縮の断熱変化に近い変化が生じているため、運転時の両スクロールラップの温度レベルは他の部分と異なり、他の部分と熱膨張量に差が生じる。固定スクロールは、旋回スクロールと比較して、旋回スクロール以外の部分との接触が多く、接触部において自由な熱膨張が妨げられる。このため、運転時において、旋回スクロール（鏡板部）が固定スクロールに対して相対的に大きさが変化し、また、温度が上昇して旋回スクロールラップが熱膨張する。これにより、旋回スクロールラップと固定スクロールラップとの側面隙間が小さくなり、両スクロールラップが干渉するおそれがある。

このような両スクロールラップの干渉を回避するために、旋回スクロールの旋回軸の偏心量をスクロールラップの形状から決まる量よりも小さく設定することとなる。その結果、スクロールラップ間の側面隙間が拡大してしまい、旋回スクロールと固定スクロールの組立て精度にバラツキが生じてしまい、平均性能レベルを低下させる原因となっていた。
上記対策としては、特許文献１に示されたものがある。

このスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップと固定スクロールラップで形成される側面隙間を、中央の巻き始め点から中央寄りの区間において、この中央寄り区間から外周寄り区間よりも小さくしている。構造としては、旋回スクロールラップのラップ厚さを、巻き始め点から中央寄りの区間において、この中央より区間から外周より区間のラップ厚さよりも厚肉化することで、達成している。これにより、組立て精度を向上させ、かつ、平均性能レベルの低下を抑制している。

特許第３７４７３５８号公報

旋回スクロールと固定スクロールで形成される圧縮室は、旋回スクロール内線側圧縮室と旋回スクロール外線側圧縮室の２つの圧縮室があり、両圧縮室には各々側面隙間が存在している。特許文献１では、旋回スクロールラップのラップ厚さを、旋回スクロールラップ内線側を内側へ、旋回スクロールラップ外線側を外側へ、それぞれ厚肉化の量を同じとした構造になっている。つまり、上記の両圧縮室の各々の側面隙間は、旋回スクロールの内線側と外線側で均等の隙間状態になっている。

ところで、スクロール圧縮機では、吸込圧力と吐出圧力の間の圧力とした中間圧力や吐出圧力を旋回スクロールラップが立設されている鏡板部の背面に押圧することで、旋回スクロールを固定スクロールに押し付けて圧縮室を形成し、圧縮動作を行っている。この押し付け力が弱いと旋回スクロールは揺動した状態になってしまい、旋回スクロールラップ先端から圧縮された冷媒ガスが低い圧縮室側へと漏れ出てしまい漏れ損失が増大し、性能が大幅に低下することとなる。一方、押し付け力が強いと、ラップ先端からの冷媒ガスの漏れは抑制されるが、ラップ先端の摺動損失が増大することとなり、性能が大幅に低下することとなる。これら漏れ損失と摺動損失を考慮して、押し付け力を設計することとなる。

近年、ヒートポンプ給湯機等で使用されている二酸化炭素冷媒は、高温高圧力条件下で運転されており、旋回スクロールの押し付け力は圧縮機の性能向上のために、ルームエアコン用Ｒ４１０Ａ冷媒よりも過大に押し付ける必要がある。

図１０は、運転時における旋回スクロール３の変形を示す断面図である。なお、図１０において、旋回スクロールラップ３ｂの側（表面）を上側、旋回軸受３ｃの側（背面）を下側として図示している。ここで、鏡板部３ａの表面側は、吸込室が形成される外周側付近が吸込圧力Ｐ_１となり、中心側付近が吐出圧力Ｐ_２（Ｐ_２＞Ｐ_１）となる。一方、鏡板部３ａの背面側は、中心側付近である旋回軸受３ｃにおいて、クランク軸を流れる潤滑油の油圧による圧力Ｐ_３で（Ｐ_３≒Ｐ_２）押し付けられ、外周側付近は背圧室の中間圧力Ｐ_４（Ｐ_１＜Ｐ_４＜Ｐ_２）で押し付けられる。このため、旋回スクロール３の鏡板部３ａは、これらの押し付け力によって、図１０に示すように、お椀形状に変形することとなる。更に、このお椀形状の変形によって、鏡板部３ａに立設されている旋回スクロールラップ３ｂは、旋回スクロール３の中心方向に向かって変形することとなる。

特許文献１の隙間状態では、上記の変形によって、旋回スクロールラップ内線側と固定スクロールラップ外線側との側面隙間は狭くなり、旋回スクロールラップ外線側と固定スクロールラップ内線側の側面隙間は拡大することとなる。また、高温高圧力の二酸化炭素冷媒では、各圧縮室間の差圧が大きいため、上記の側面隙間が拡大した部分においては、冷媒ガスが低い圧縮室側へ漏れ出てしまい漏れ損失が大幅に増大し、性能が大幅に低下することとなる。

そこで、本発明は、高性能および高信頼性のスクロール圧縮機およびそれを備える冷凍機器を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明に係るスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、固定スクロールラップを有する固定スクロールと、前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、δＡ＞δＢとし、前記固定スクロールラップは、固定ラップ中心線に沿って形成され、前記固定ラップ中心線から前記固定スクロールラップの外線までの幅よりも、前記固定ラップ中心線から前記固定スクロールラップの内線までの幅のほうが、大きいことを特徴とする。
また、本発明に係るスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、固定スクロールラップを有する固定スクロールと、前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、δＡ＞δＢとし、前記旋回スクロールラップは、旋回ラップ中心線に沿って形成され、前記旋回ラップ中心線から前記旋回スクロールラップの内線までの幅よりも、前記旋回ラップ中心線から前記旋回スクロールラップの外線までの幅のほうが、大きいことを特徴とする。
また、本発明に係るスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、固定スクロールラップを有する固定スクロールと、前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、δＡ＞δＢとし、前記旋回スクロールは、クランク軸の偏心部と嵌合する旋回軸受を有し、前記旋回軸受と前記偏心部との軸受クリアランスをＣとするとき、δＡ−δＢ＜Ｃとすることを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍機器は、前記スクロール圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器と、からなる冷媒回路を備えることを特徴とする。
である。

本発明によれば、高性能および高信頼性のスクロール圧縮機およびそれを備える冷凍機器を提供することができる。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 旋回スクロールおよび固定スクロールを説明する図であり、旋回スクロールの鏡板部を透視して、旋回スクロールの旋回スクロールラップおよび固定スクロールを図１の下側から上側にみた図である。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機が備える固定スクロールを図１の下側から上側にみた図である。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機において、図１のＤ部の部分拡大断面図である。なお、（ａ）（ｂ）は組立時、（ｃ）（ｄ）は運転時である。また、（ａ）（ｃ）は旋回スクロール内線側圧縮室の側面隙間を示し、（ｂ）（ｄ）は旋回スクロール外線側圧縮室の側面隙間を示す。 第２実施形態に係るスクロール圧縮機が備える旋回スクロールを、旋回スクロールの鏡板部を透視して（二点鎖線で示す）、図１の下側から上側にみた図である。 第２実施形態に係るスクロール圧縮機において、図１のＤ部の部分拡大断面図である。なお、（ａ）（ｂ）は組立時、（ｃ）（ｄ）は運転時である。また、（ａ）（ｃ）は旋回スクロール内線側圧縮室の側面隙間を示し、（ｂ）（ｄ）は旋回スクロール外線側圧縮室の側面隙間を示す。 第３実施形態に係るスクロール圧縮機が備える旋回スクロールを、旋回スクロールの鏡板部を透視して（二点鎖線で示す）、図１の下側から上側にみた図である。 第４実施形態に係るスクロール圧縮機が備える固定スクロールを図１の下側から上側にみた図である。 本実施形態に係る冷凍機器（ヒートポンプ式給湯機）の構成模式図である。 運転時における旋回スクロールの変形を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

≪第１実施形態≫
＜スクロール圧縮機＞
まず、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の縦断面図である。

図１に示すように、スクロール圧縮機５０は、密閉容器１と、旋回スクロール３、固定スクロール４、フレーム５、クランク軸６およびオルダムリング７からなる圧縮機構部２と、電動機部８と、下軸受９と、を備えている。

密閉容器１は、円筒状のケース１ａの上側に蓋チャンバ１ｂが溶接され、円筒状のケース１ａの下側に底チャンバ１ｃが溶接されて構成されている。また、蓋チャンバ１ｂには吸込パイプ１ｄが設けられており、ケース１ａには吐出パイプ１ｅが設けられている。
また、蓋チャンバ１ｂには密閉容器１の内部に配置される電動機部８に電力を供給するためのターミナル１ｆが設けられている。ケース１ａ、蓋チャンバ１ｂおよび底チャンバ１ｃで構成される密閉容器１内の上部には、圧縮機構部２が配置され、密閉容器１内の下部には、電動機部８が配置されている。そして、密閉容器１の底部には、機油１３（潤滑油、冷凍機油）が貯留されている。

圧縮機構部２は、旋回スクロール３と、固定スクロール４と、フレーム５と、クランク軸６と、オルダムリング７と、を備えて構成されている。

旋回スクロール３は、鏡板部３ａと、鏡板部３ａの表面側（図１の上側）に直立する渦巻状の旋回スクロールラップ３ｂと、鏡板部３ａの背面側（図１の下側）にクランク軸６の偏心部６ｂが嵌合する旋回軸受３ｃと、を有している。固定スクロール４は、鏡板部４ａと、鏡板部４ａの下側（図１の下側）に直立する渦巻状の固定スクロールラップ４ｂと、を有している。旋回スクロール３は、固定スクロール４と相対向して旋回自在に配置されており、両者によって、吸込室１５（後述する図２参照）と圧縮室１６（後述する図２参照）が形成されている。

また、固定スクロール４の外周部には、吸込室１５（後述する図２参照）に連通する吸込口４ｃが設けられている。この吸込口４ｃは、鏡板部４ａの上面（反ラップ面）から垂直に延びるように形成されている。吸込口４ｃの上部には吸込パイプ１ｄが圧入されている。なお、吸込口４ｃには、逆止弁１０が配置されている。
また、固定スクロール４の中央部には、吐出口４ｄが形成されている。

フレーム５は、固定スクロール４とボルト等の締結具で固定され、固定スクロール４とフレーム５の間に配置された旋回スクロール３を支持する。また、フレーム５は、その外周側が溶接によって密閉容器１の内壁面に固定されており、クランク軸６の主軸６ａを回転自在に支持する主軸受５ａを備えている。また、旋回スクロール３とフレーム５との間には、背圧室１７が形成されている。

オルダムリング７は、旋回スクロール３の下面側とフレーム５の間に配置されており、旋回スクロール３の下面側に形成された溝とフレーム５に形成された溝に装着されている。オルダムリング７は、旋回スクロール３を自転することなく、クランク軸６の偏心部６ｂの偏心回転を受けて旋回運動をさせる働きをする。

電動機部８は、ロータ８ａおよびステータ８ｂを備えている。ステータ８ｂは、密閉容器１に圧入、溶接等により固定されている。ロータ８ａは、ステータ８ｂ内に回転可能に配置されている。また、ロータ８ａにはクランク軸６が固定されている。

クランク軸６は、前記のように主軸６ａと偏心部６ｂとを備えて構成されている。クランク軸６の主軸６ａは、上側がフレーム５に設けた主軸受５ａに支持され、下側が下軸受９で支持されている。クランク軸６の偏心部６ｂは、主軸６ａに対して偏心して一体に形成されており、旋回スクロール３の背面に設けた旋回軸受３ｃに嵌合されている。電動機部８を駆動して主軸６ａを回転させると、偏心部６ｂは主軸６ａに対して偏心回転運動し、旋回スクロール３を旋回運動させるようになっている。また、クランク軸６は、主軸受５ａ、下軸受９および旋回軸受３ｃへ機油１３を導く給油通路６ｃが設けられ、下側の軸端に、機油１３を吸い上げて給油通路６ｃに導く給油ピース６ｄが装着されている。

また、固定スクロール４には、背圧室１７の圧力を制御する背圧弁１１が設けられている。固定スクロール４には、起動時など液冷媒が大量に吸い込まれた時や吐出圧力と吸込圧力の圧力比「吐出圧力／吸込圧力」が低い条件の時などに、圧縮室１６（後述する図２参照）が吐出口４ｄと連通する前に、冷媒ガスを吐出圧室１８に吐き出すリリース弁１２が設けられている。

ここで、スクロール圧縮機５０の圧縮作用について説明する。
ロータ８ａは、ステータ８ｂが発生する回転磁界により回転力が与えられて回転する。ロータ８ａに固定されたクランク軸６はロータ８ａの回転に伴い回転動作を行う。クランク軸６に連結された旋回スクロール３はオルダムリング７の作用により自転することなく旋回運動（公転）する。

旋回スクロール３の旋回運動により逆止弁１０が吸込口４ｃを開き、冷媒ガスは、吸込パイプ１ｄから吸込口４ｃ、吸込室１５（後述する図２参照）を通り、旋回スクロール３および固定スクロール４により形成される圧縮室１６（後述する図２参照）に導かれる。そして、圧縮室１６（後述する図２参照）の冷媒ガスは、旋回スクロール３と固定スクロール４との間で中心方向に移動するに従って容積を縮小して圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール４の吐出口４ｄから密閉容器１内の空間である吐出圧室１８に吐出され、吐出パイプ１ｅを通って、外部へと流出していく。

また、密閉容器１の底部に貯留されている機油１３は、密閉容器１内の吐出圧室１８の吐出圧力と、吐出圧力と吸込圧力の中間圧力である背圧室１７との差圧により、給油ピース６ｄおよびクランク軸６の給油通路６ｃを経て、旋回スクロール３の旋回軸受３ｃを潤滑し、背圧室１７へ供給される。なお、給油通路６ｃを流れる機油１３の一部は、フレーム５の主軸受５ａおよび下軸受９にも供給され、各軸受の潤滑を行う。背圧室１７に流入した機油１３は、背圧室１７で減圧されることにより、機油１３に溶解していた冷媒の一部が分離する。そのため、背圧室１７内は、冷媒と機油１３の気液混合状態となる。背圧室１７に流入した機油１３および冷媒は、最終的に固定スクロール４に設けられた背圧弁１１から流出し、圧縮室１６（後述する図２参照）へ供給されて、固定スクロール４と旋回スクロール３の潤滑および各隙間のシールを行う。

このように、旋回スクロール３は、クランク軸６の給油通路６ｃを介して旋回軸受３ｃに給油される機油１３の油圧による圧力（吐出圧室１８の吐出圧力に相当）、および、背圧室１７の中間圧力によって、固定スクロール４に押し付けられている。

≪圧縮機構部２（旋回スクロール３、固定スクロール４）≫
次に、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の圧縮機構部２について図２から図４を用いて更に説明する。図２は、旋回スクロール３および固定スクロール４を説明する図であり、旋回スクロール３の鏡板部３ａを透視して、旋回スクロール３の旋回スクロールラップ３ｂおよび固定スクロール４を図１の下側から上側にみた図である。

図２に示すように、旋回スクロール３の旋回スクロールラップ３ｂは、旋回スクロールラップ外線３３ａおよび旋回スクロールラップ内線３３ｂで形成されている。固定スクロールラップ４ｂは、固定スクロールラップ外線４４ａおよび固定スクロールラップ内線４４ｂで形成されている。

固定スクロール４の吸込口４ｃは、吸込室１５と連通している。旋回スクロール３が旋回することにより、旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ４ｂとの間が閉じて、吸込室１５の一部が旋回スクロールラップ３ｂおよび固定スクロールラップ４ｂで囲まれた圧縮室１６となる。なお、旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ４ｂとの間には、側面隙間が生じているが、機油１３（図１参照）によりシールされている。そして、旋回スクロール３がさらに旋回することにより、圧縮室１６が中心方向に移動し、それに従って容積を縮小して、圧縮室１６内の冷媒ガスを圧縮する。そして、圧縮室１６が固定スクロール４の中心側に設けられた吐出口４ｄと連通すると、圧縮室１６内の圧縮された冷媒ガスを吐出口４ｄから吐出圧室１８（図１参照）へと吐出する。

そして、圧縮室１６は、旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａとが閉じた際に形成される旋回スクロール内線側圧縮室１６ａ（第１圧縮室）と、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとが閉じた際に形成される旋回スクロール外線側圧縮室１６ｂ（第２圧縮室）と、がある。

このように、圧縮室１６と他の圧縮室１６（または吸込室１５）とをシールする旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ４ｂとの側面隙間は、旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａとの側面隙間（δＡ_１，δＡ_２；後述する図４参照）と、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとの側面隙間（δＢ_１，δＢ_２；後述する図４参照）と、がある。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の固定スクロール４について図３を用いて更に説明する。図３は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０が備える固定スクロール４を図１の下側から上側にみた図である。

図３に示すように、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の固定スクロールラップ４ｂは、固定スクロールラップ内線４４ｂを固定スクロールラップ外線４４ａよりも厚肉化した形状とするように、厚肉部４４ｂｔが設けられている。

換言すると、クランク軸６の偏心部６ｂの偏心量（旋回スクロール３の偏心量）、固定スクロールラップ４ｂの基本厚さ等から、固定スクロールラップ４ｂのラップ中心線Ｌ_４（例えば、インボリュート曲線）が設定され、このラップ中心線Ｌ_４から内側・外側に等しい幅で、固定スクロールラップ４ｂの基本厚さが設計される。第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の固定スクロールラップ４ｂは、この基本厚さよりも固定スクロールラップ内線４４ｂの側を厚肉化する（厚肉部４４ｂｔを設ける）。このため、ラップ中心線Ｌ_４から固定スクロールラップ外線４４ａまでの幅よりも、ラップ中心線Ｌ_４から固定スクロールラップ内線４４ｂまでの幅のほうが、大きくなっている。

図４は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０において、図１のＤ部の部分拡大断面図である。なお、（ａ）および（ｂ）は組立時、（ｃ）および（ｄ）は運転時である。また、（ａ）および（ｃ）は旋回スクロール内線側圧縮室１６ａ（図２参照）の側面隙間（旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａとの側面隙間）を示し、（ｂ）および（ｄ）は旋回スクロール外線側圧縮室１６ｂ（図２参照）の側面隙間（旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとの側面隙間）を示す。また、図４（ａ）〜（ｄ）において、左側が旋回スクロール３および固定スクロール４の中心側であり、右側が旋回スクロール３および固定スクロール４の外周側である。

ここで、組立時とは、スクロール圧縮機５０（旋回スクロール３、固定スクロール４）が組み立てられた状態を示す。なお、組立時とは、設計時としてもよく、スクロール圧縮機５０の非運転時（無負荷状態。鏡板部３ａの表面と背面との圧力差が小さく、図１０のようなお椀形状の変形が生じていない状態。）としてもよい。

また、運転時とは、スクロール圧縮機５０が圧縮運転している状態を示す。なお、運転時とは、旋回スクロール３が固定スクロール４に強く押し付けられている状態（圧力負荷状態。鏡板部３ａの表面と背面との圧力差により、図１０のようなお椀形状の変形が生じている状態。）としてもよい。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、組立時においては、旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａで形成される側面隙間δＡ_１と、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂで形成される側面隙間δＢ_１とは、式（１）の関係が成立する。
側面隙間δＡ_１＞側面隙間δＢ_１ ・・・（１）

また、旋回スクロール３の旋回軸受３ｃと、クランク軸６の偏心部６ｂとの軸受クリアランスをＣとした場合、式（２）の関係が成立するように構成されている。
側面隙間δＡ_１−側面隙間δＢ_１＜軸受クリアランスＣ ・・・（２）

換言すると、固定スクロールラップ内線４４ｂに厚肉部４４ｂｔを設けたことにより、側面隙間δＢ_１が側面隙間δＡ_１よりも小さくなっている。また、厚肉部４４ｂｔの厚さ（「側面隙間δＡ_１−側面隙間δＢ_１」に相当）は、旋回軸受３ｃと偏心部６ｂとの軸受クリアランスＣよりも小さくする。

一方、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、運転時においては、圧力負荷によって、旋回スクロールラップ３ｂは、固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ外線４４ａの側（旋回スクロール３および固定スクロール４の中心側）に変形することとなる。

ここで、変形のメカニズムについて、図１０を用いて説明する。図１０は、運転時における旋回スクロール３の変形を示す断面図である。なお、図１０において、旋回スクロールラップ３ｂの側（表面）を上側、旋回軸受３ｃの側（背面）を下側として図示している。

鏡板部３ａの表面側は、固定スクロール４の吸込口４ｃおよび吸込室１５（図２参照）が形成される外周側付近が吸込圧力Ｐ_１となり、固定スクロール４の吐出口４ｄ（図２参照）が形成される中心側付近が吐出圧力Ｐ_２（Ｐ_２＞Ｐ_１）となる。一方、鏡板部３ａの背面側は、中心側付近である旋回軸受３ｃにおいて、クランク軸６の給油通路６ｃ（図１参照）を流れる機油１３（図１参照）の油圧による圧力Ｐ_３で（Ｐ_３≒Ｐ_２）押し付けられ、外周側付近は背圧室１７（図１参照）の中間圧力Ｐ_４（Ｐ_１＜Ｐ_４＜Ｐ_２）で押し付けられる。

このように、旋回スクロール３は、クランク軸６の給油通路６ｃ（図１参照）を介して旋回軸受３ｃに給油される機油１３（図１参照）の油圧による圧力Ｐ_３（吐出圧室１８（図１参照）の吐出圧力Ｐ_２に相当）、および、背圧室１７（図１参照）の中間圧力Ｐ_４によって、固定スクロール４（図１参照）に押し付けられている。また、旋回スクロール３の中心側よりも外周側の方が、鏡板部３ａの表面と背面との圧力差も大きくなっている。

また、旋回スクロール３の鏡板部３ａは、中心側には、変形を抑制するリブとして機能する構造体（旋回スクロールラップ３ｂ、旋回軸受３ｃ）が立設しているのに対し、外周側には構造体の立設が少ないため、鏡板部３ａの外周側の剛性が低くなる。

このため、二酸化炭素冷媒のような高温高圧力条件下で運転する場合、旋回スクロール３の鏡板部３ａは、これらの押し付け力によって、図１０に示すように、お椀形状に変形することとなる。更に、このお椀形状の変形によって、鏡板部３ａに立設されている旋回スクロールラップ３ｂは、旋回スクロール３の中心方向に（固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ外線４４ａの側に）向かって変形することとなる。

図４（ｃ）および図４（ｄ）に戻り、運転時においては、圧力負荷によって、鏡板部３ａが変形し、旋回スクロールラップ３ｂが固定スクロールラップ外線４４ａの側に向かって変形するので、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとの側面隙間δＢが拡大する。

このため、従来のスクロール圧縮機では、「側面隙間δＡ＜側面隙間δＢ」となり、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂの側面隙間δＢにおいて、冷媒ガスが低い圧縮室側へ漏れ出てしまい漏れ損失が大幅に増大し、性能が大幅に低下するおそれがある。

これに対し、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ内線４４ｂの側を厚肉化する（厚肉部４４ｂｔを設ける）ことにより、組立時の側面隙間δＢ_１を狭めて、運転時の側面隙間δＢ_２も狭めることができる。これにより、側面隙間δＢ_２を側面隙間δＡ_２と略同等とすることが可能となる。

換言すれば、運転時の側面隙間δＢ_２が、運転時の側面隙間δＡ_２と略同等となるように、固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ内線４４ｂに厚肉部４４ｂｔを設ける。なお、運転時の側面隙間δＡ_２，δＢ_２は、側面隙間の平均としてもよく、側面隙間の最小値としてもよく、側面隙間の最大値としてもよい。

このように、側面隙間δＢ_２を側面隙間δＡ_２と略同等とすることにより、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂで形成される旋回スクロール外線側圧縮室１６ｂ（図２参照）における漏れ損失を低減して、高性能・高信頼性のスクロール圧縮機５０とすることができる。

また、式（２）に示すように、側面隙間δＡ_１と側面隙間δＢ_１の差を旋回軸受３ｃと偏心部６ｂとの軸受クリアランスＣより小さくなるようにする。これにより、旋回スクロール３と固定スクロール４の組立時における芯出し作業は、軸受クリアランスＣ未満を確保しているため、芯出し不良を発生することなく、従来と同等の組立て精度を維持できる。

また、二酸化炭素冷媒のような高温高圧力条件下で運転する場合、旋回スクロール３の鏡板部３ａがお椀形状に変形する（図１０参照）ことに対する対策として、従来は、鏡板部３ａを厚くして対応していた。このため、旋回運動する旋回スクロール３の重量が増加し、電動機部８の消費電力が増加して、特に高速回転時には振動・騒音が増大するという課題があった。これに対し、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、旋回スクロール３の鏡板部３ａを厚くしなくても、旋回スクロール３の鏡板部３ａの変形を考慮した側面隙間δＡ_１，δＢ_１とすることができ、旋回スクロール３を軽量化することができ、電動機部８の消費電力の増加を抑制し、高速回転時における振動・騒音を抑制することができる。

また、第１実施形態の旋回スクロール３の鏡板部３ａの厚さは、二酸化炭素冷媒よりも使用圧力が低い冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ３２冷媒、Ｒ３２冷媒を混合した冷媒）で使用する従来のスクロール圧縮機の鏡板部と同等レベルの厚さを確保することが可能となり、加工設備や組立設備等の大幅な変更を実施しなくてもよい。

更に、固定スクロールラップ４ｂのラップ厚さを厚肉化することにより、高温高圧力条件下での固定スクロールラップ４ｂの剛性を向上させることができ、信頼性の高いスクロール圧縮機５０を得ることができる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０について図５および図６を用いて説明する。図５は、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０が備える旋回スクロール３を、旋回スクロール３の鏡板部３ａを透視して（二点鎖線で示す）、図１の下側から上側にみた図である。

第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０（図１参照）と比較して、圧縮機構部２の構成が異なっている。即ち、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図３に示すように、固定スクロール４の固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ内線４４ｂの側を厚肉にする（厚肉部４４ｂｔを設ける）のに対し、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図５に示すように、旋回スクロール３の旋回スクロールラップ３ｂの旋回スクロールラップ外線３３ａの側を厚肉にする（厚肉部３３ａｔを設ける）点で異なっている。その他の点は、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。

図５に示すように、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０の旋回スクロールラップ３ｂは、旋回スクロールラップ外線３３ａを旋回スクロールラップ内線３３ｂよりも厚肉化した形状とするように、厚肉部３３ａｔが設けられている。

換言すると、クランク軸６の偏心部６ｂの偏心量（旋回スクロール３の偏心量）、旋回スクロールラップ３ｂの基本厚さ等から、旋回スクロールラップ３ｂのラップ中心線Ｌ_３（例えば、インボリュート曲線）が設定され、このラップ中心線Ｌ_３から内側・外側に等しい幅で、旋回スクロールラップ３ｂの基本厚さが設計される。第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０の旋回スクロールラップ３ｂは、この基本厚さよりも旋回スクロールラップ外線３３ａの側を厚肉化する（厚肉部３３ａｔを設ける）。このため、ラップ中心線Ｌ_３から旋回スクロールラップ内線３３ｂまでの幅よりも、ラップ中心線Ｌ_３から旋回スクロールラップ外線３３ａまでの幅のほうが、大きくなっている。

図６は、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０において、図１のＤ部の部分拡大断面図である。なお、（ａ）および（ｂ）は組立時、（ｃ）および（ｄ）は運転時である。また、（ａ）および（ｃ）は旋回スクロール内線側圧縮室１６ａ（図２参照）の側面隙間（旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａとの側面隙間）を示し、（ｂ）および（ｄ）は旋回スクロール外線側圧縮室１６ｂ（図２参照）の側面隙間（旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとの側面隙間）を示す。また、図６（ａ）〜（ｄ）において、左側が旋回スクロール３および固定スクロール４の中心側であり、右側が旋回スクロール３および固定スクロール４の外周側である。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、組立時においては、旋回スクロールラップ内線３３ｂと固定スクロールラップ外線４４ａで形成される側面隙間δＡ_３と、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂで形成される側面隙間δＢ_３とは、式（３）の関係が成立する。
側面隙間δＡ_３＞側面隙間δＢ_３ ・・・（３）

また、旋回スクロール３の旋回軸受３ｃと、クランク軸６の偏心部６ｂとの軸受クリアランスをＣとした場合、式（４）の関係が成立するように構成されている。
側面隙間δＡ_３−側面隙間δＢ_３＜軸受クリアランスＣ ・・・（４）

換言すると、旋回スクロールラップ外線３３ａに厚肉部３３ａｔを設けたことにより、側面隙間δＢ_３が側面隙間δＡ_３よりも小さくなっている。また、厚肉部３３ａｔの厚さ（「側面隙間δＡ_３−側面隙間δＢ_３」に相当）は、旋回軸受３ｃと偏心部６ｂとの軸受クリアランスＣよりも小さくする。

一方、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、運転時においては、圧力負荷によって、鏡板部３ａが変形し、旋回スクロールラップ３ｂは、固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ外線４４ａの側（旋回スクロール３および固定スクロール４の中心側）に向かって変形するので、旋回スクロールラップ外線３３ａと固定スクロールラップ内線４４ｂとの側面隙間δＢが拡大する。

これに対し、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、旋回スクロールラップ３ｂの旋回スクロールラップ外線３３ａの側を厚肉化する（厚肉部３３ａｔを設ける）ことにより、組立時の側面隙間δＢ_３を狭めて、運転時の側面隙間δＢ_４も狭めることができる。これにより、側面隙間δＢ_４を側面隙間δＡ_４と略同等とすることが可能となる。

換言すれば、運転時の側面隙間δＢ_４が、運転時の側面隙間δＡ_４と略同等となるように、旋回スクロールラップ３ｂの旋回スクロールラップ外線３３ａに厚肉部３３ａｔを設ける。なお、運転時の側面隙間δＡ_４，δＢ_４は、側面隙間の平均としてもよく、側面隙間の最小値としてもよく、側面隙間の最大値としてもよい。

このように、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、側面隙間δＢ_４を側面隙間δＡ_４と略同等とすることにより、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０と同等の効果が得られる。

また、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は旋回スクロールラップ３ｂのラップ厚さを厚肉化して、旋回スクロールラップ３ｂ剛性を向上させることができ、信頼性の高いスクロール圧縮機５０を得ることができる。

≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係るスクロール圧縮機５０について図７を用いて説明する。図７は、第３実施形態に係るスクロール圧縮機５０が備える旋回スクロール３を、旋回スクロール３の鏡板部３ａを透視して（二点鎖線で示す）、図１の下側から上側にみた図である。

第３実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０と比較して、旋回スクロール３の構成が異なっている。即ち、第２実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図５に示すように、旋回スクロール３の旋回スクロールラップ３ｂの旋回スクロールラップ外線３３ａの側を全体にわたって厚肉にする（厚肉部３３ａｔを設ける）。これに対し、第３実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図７に示すように、旋回スクロール３の旋回スクロールラップ３ｂの旋回スクロールラップ外線３３ａの側を厚肉にする（厚肉部３３ａｔを設ける）範囲を旋回スクロールラップ外線３３ａの渦巻終端部点Ｅ_０から略１８０°の点Ｅ_１までの区間としている点で異なっている。その他の点は、第２実施形態と同様であり、説明を省略する。

前述のように、旋回スクロール３の鏡板部３ａの外周側は、旋回スクロールラップ３ｂの立設が中心側より少ないために剛性が低く、背圧室１７にかかる圧力により、鏡板部３ａの中心側よりも外周側が変形することとなり、鏡板部３ａはお椀形状に変形する（図１０参照）。この変形がより発生しやすい部分である点Ｅ_０から点Ｅ_１の区間おいて、側面隙間δＢを狭めることでも本発明は有効である。

なお、厚肉化部分としては、渦巻終端部点Ｅ_０から略１８０度の点Ｅ_１までの区間、望ましくは、渦巻終端部点Ｅ_０から略３６０度の点Ｅ_２までの区間とすることでも本発明は有効である。

≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態に係るスクロール圧縮機５０について図８を用いて説明する。図８は、第４実施形態に係るスクロール圧縮機５０が備える固定スクロール４を図１の下側から上側にみた図である。

第４実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０と比較して、固定スクロール４の構成が異なっている。即ち、第１実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図３に示すように、固定スクロール４の固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ内線４４ｂの側を全体にわたって厚肉にする（厚肉部４４ｂｔを設ける）。これに対し、第４実施形態に係るスクロール圧縮機５０は、図８に示すように、固定スクロール４の固定スクロールラップ４ｂの固定スクロールラップ内線４４ｂの側を厚肉にする（厚肉部４４ｂｔを設ける）範囲を固定スクロールラップ内線４４ｂの渦巻終端部点Ｆ_０から略１８０°の点Ｆ_１までの区間としている点で異なっている。その他の点は、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。

第３実施形態と同様に、この変形がより発生しやすい部分である点Ｆ_０から点Ｆ_１の区間おいて、側面隙間δＢを狭めることでも本発明は有効である。なお、厚肉化部分としては、渦巻終端部点Ｆ_０から略１８０度の点Ｆ_１までの区間、望ましくは、渦巻終端部Ｆ_０から略３６０度の点Ｆ_２までの区間とすることでも本発明は有効である。

≪冷凍機器≫
次に、本実施形態に係る冷凍機器について説明する。本実施形態に係る冷凍機器は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を備え、冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機として、本実施形態（第１〜４実施形態）に係るスクロール圧縮機５０を備える。

ここで、冷凍機器とは、冷凍サイクルにより冷熱を供給する装置（例えば、冷凍機、冷凍・冷蔵ショーケース、冷房運転する空気調和機など）に限られるものではなく、ヒートポンプサイクルにより熱を供給する装置（例えば、ヒートポンプ式給湯機、暖房運転する空気調和機など）であってもよい。特許請求の範囲における冷凍機器とは、どちらも含むものである。

本実施形態に係る冷凍機器として、ヒートポンプ式給湯機を例に、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態に係る冷凍機器（ヒートポンプ式給湯機）の構成模式図である。

ヒートポンプ式給湯機（冷凍機器）は、スクロール圧縮機５０と、第１熱交換器（凝縮器）５１と、膨張弁（減圧手段）５２と、第２熱交換器（蒸発器）５３と、を備え、作動冷媒が循環可能なように冷媒配管で接続され、ヒートポンプサイクルが形成されている。なお、作動冷媒として二酸化炭素冷媒を用い、冷凍機油（機油１３（図１参照））としてＰＡＧ（ｐｏｌｙａｌｋｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ；ポリアルキレングリコール）を用いる。

第１熱交換器（凝縮器）５１は、スクロール圧縮機５０の吐出パイプ１ｅ（図１参照）から吐出された高温高圧の作動冷媒と、液配管５５を流れる被加熱液体（例えば、水）と、を熱交換させるようになっている。これにより、ヒートポンプ式給湯機（冷凍機器）は、液配管５５を流れる被加熱液体（例えば、水）を加熱することができるようになっている。

第１熱交換器（凝縮器）５１で放熱した高圧の作動冷媒は、膨張弁（減圧手段）５２で減圧され、低温低圧の作動冷媒となり、第２熱交換器（蒸発器）５３に流入する。第２熱交換器（蒸発器）５３は、流入した低温低圧の作動冷媒と、外気と、を熱交換させるようになっている。なお、作動冷媒と外気との熱交換を促進させるために、第２熱交換器（蒸発器）５３に外気を送風する送風ファン５４が設けられている。

第２熱交換器（蒸発器）５３で吸熱した低圧の作動冷媒は、スクロール圧縮機５０の吸込パイプ１ｄ（図１参照）から吸込され、スクロール圧縮機５０の圧縮機構部２（図１等参照）で圧縮されて高温高圧の作動冷媒となり、スクロール圧縮機５０の吐出パイプ１ｅ（図１参照）から吐出される。

ここで、ヒートポンプ式給湯機は、圧縮機として本実施形態（第１〜４実施形態）に係るスクロール圧縮機５０を備えている。スクロール圧縮機５０は、運転状態において、旋回スクロール３が固定スクロール４に押圧され、高温高圧力によって旋回スクロール３の鏡板部３ａが図１０のように変形しても、旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ４ｂとの隙間（δＢ_２、δＢ_４）を狭めることができる。このため、冷凍機油（機油１３（図１参照））による圧縮室１６（図２参照）のシール性を確保することができ、冷媒ガスが圧縮室１６から漏れ出ることによる漏れ損失を大幅に低減することができる。このように、本実施形態（第１〜４実施形態）に係るスクロール圧縮機５０は、高性能・高信頼性の圧縮機とすることができる。よって、ヒートポンプ式給湯機の消費電力を低減させることができる。
≪変形例≫
なお、本実施形態（第１〜４実施形態）に係るスクロール圧縮機５０およびそれを備える冷凍機器は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本実施形態（第１〜４実施形態）に係るスクロール圧縮機５０は、図１に示すように、縦置のスクロール圧縮機であるものとして説明したが、これに限られるものではなく、横置のスクロール圧縮機であってもよく、同様の効果が得られる。

また、第１，４実施形態に係るスクロール圧縮機５０は固定スクロールラップ内線４４ｂに厚肉部４４ｂｔを設け、第２，３実施形態に係るスクロール圧縮機５０は旋回スクロールラップ外線３３ａに厚肉部３３ａｔを設けるものとして説明したが、これに限られるものではなく、固定スクロールラップ内線４４ｂおよび旋回スクロールラップ外線３３ａの両方を厚肉に形成してもよい。

また、作動冷媒として二酸化炭素冷媒を用いるものとして説明したが、これに限られるものではない。作動冷媒は、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ３２冷媒、Ｒ３２冷媒を混合した冷媒、Ｒ４０４Ａ冷媒、Ｒ２９０冷媒であってもよく、同様の効果が得られる。また、作動冷媒に合わせて、冷凍機油（機油１３（図１参照））を適宜選択すればよい。

冷凍機器としてヒートポンプ式給湯機を例に説明したが、前述したように、冷凍機器はこれに限られるものではない。冷凍機器は、家庭用または業務用のエアコン（空気調和機）であってもよく、冷凍機であってもよく、冷凍・冷蔵ショーケースであってもよく、ヒートポンプ式給湯機の例と同様の効果が得られる。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 旋回スクロール
３ａ 鏡板部
３ｂ 旋回スクロールラップ
３３ａ 旋回スクロールラップ外線
３３ａｔ 厚肉部
３３ｂ 旋回スクロールラップ内線
３ｃ 旋回軸受
４ 固定スクロール
４ａ 鏡板部
４ｂ 固定スクロールラップ
４４ａ 固定スクロールラップ外線
４４ｂ 固定スクロールラップ内線
４４ｂｔ 厚肉部
４ｃ 吸込口
４ｄ 吐出口
５ フレーム
６ クランク軸
７ オルダムリング
８ 電動機部
９ 下軸受
１５ 吸込室
１６ 圧縮室
１６ａ 旋回スクロール内線側圧縮室（第１圧縮室）
１６ｂ 旋回スクロール外線側圧縮室（第２圧縮室）
１７ 背圧室
１８ 吐出圧室
５０ スクロール圧縮機
５１ 第１熱交換器（凝縮器）
５２ 膨張弁（減圧手段）
５３ 第２熱交換器（蒸発器）
Ｌ_３ 旋回スクロールラップ中心線（旋回ラップ中心線）
Ｌ_４ 固定スクロールラップ中心線（固定ラップ中心線）
δＡ_１〜δＡ_４，δＢ_１〜δＢ_４ 側面隙間
Ｃ 軸受クリアランス

Claims (6)

1. 旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、
   固定スクロールラップを有する固定スクロールと、
   前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、
   前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、
   前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、
   前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、
   δＡ＞δＢ
   とし、
   前記固定スクロールラップは、固定ラップ中心線に沿って形成され、
   前記固定ラップ中心線から前記固定スクロールラップの外線までの幅よりも、前記固定ラップ中心線から前記固定スクロールラップの内線までの幅のほうが、大きい
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、
   固定スクロールラップを有する固定スクロールと、
   前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、
   前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、
   前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、
   前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、
   δＡ＞δＢ
   とし、
   前記旋回スクロールラップは、旋回ラップ中心線に沿って形成され、
   前記旋回ラップ中心線から前記旋回スクロールラップの内線までの幅よりも、前記旋回
   ラップ中心線から前記旋回スクロールラップの外線までの幅のほうが、大きい
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 旋回スクロールラップを有する旋回スクロールと、
   固定スクロールラップを有する固定スクロールと、
   前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線とで形成される第１圧縮室と、
   前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線とで形成される第２圧縮室と、を備え、
   前記第１圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの内線と前記固定スクロールラップの外線との側面隙間をδＡとし、
   前記第２圧縮室の側面隙間である前記旋回スクロールラップの外線と前記固定スクロールラップの内線との側面隙間をδＢとするとき、
   δＡ＞δＢ
   とし、
   前記旋回スクロールは、クランク軸の偏心部と嵌合する旋回軸受を有し、
   前記旋回軸受と前記偏心部との軸受クリアランスをＣとするとき、
   δＡ−δＢ＜Ｃ
   とする
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 前記側面隙間は、組立時における側面隙間である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機と、凝縮器と、減圧手
   段と、蒸発器と、からなる冷媒回路を備える
   ことを特徴とする冷凍機器。
6. 前記冷媒回路の作動冷媒は、二酸化炭素である
   ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍機器。

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