JP7454786B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、特に空気調和機、給湯器又は冷蔵庫等の冷凍機に用いられる、スクロール圧縮機に関する。

特許文献１及び特許文献２は、空気調和機等に用いられているスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールの固定渦巻きラップと旋回スクロールの旋回渦巻きラップとを互いに噛み合わせ、旋回スクロールを旋回運動させることで冷媒を圧縮している。上記固定スクロール及び旋回スクロールにおいて、互いに同種の金属が用いられる場合に、固定スクロール及び旋回スクロールのうちのいずれか一方の表面に陽極酸化被膜処理又はメッキ処理といった表面処理を施すことで、固定スクロールと旋回スクロールとの間の焼き付きを防いでいる。例えば、特許文献１では、固定スクロール及び旋回スクロールには、アルミニウムを主成分とする合金が用いられている。そして、旋回スクロールについて、アルマイト処理が行われたうえで、加圧処理によって旋回スクロールの表面の平滑化が行われている。また特許文献２では、固定スクロール及び旋回スクロールにはアルミニウムが用いられている。そして、固定スクロール及び旋回スクロールのうちの一方の被膜が硬質酸化アルマイトで構成されており、他方の被膜が半硬質酸化アルマイトで構成されている。

特開２００７－１３２２９７号公報 実開昭６３－１７１６８１号公報

本開示は、固定スクロールと旋回スクロールとの間の焼き付きを防止するとともに、圧縮機の効率及び信頼性を更に向上させたスクロール圧縮機を提供する。

本開示のスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールがともに軽金属で構成されており、旋回スクロールの旋回渦巻きラップと固定スクロールのラップ面側の固定スクロール底面との間、および固定スクロールの固定渦巻きラップと旋回スクロールのラップ面側の旋回スクロール底面との間に軸方向隙間が形成され、かつ、旋回スクロール鏡板が固定スクロールの外壁最大伸開角よりも大きい領域において、固定スクロールの外周壁部に押し付けられる構成である。また、固定スクロールと旋回スクロールのいずれか一方あるいは両方に表面処理が施され、いずれか一方の硬度が他方の硬度よりも高くなるように構成されている。

図１は、実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。 図２は、同スクロール圧縮機の圧縮機構部の固定スクロールと旋回スクロールとの噛み合わせ構成を示す拡大断面図である。 図３は、同スクロール圧縮機における固定スクロールの平面図である。 図４は、同スクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールとの軸方向の隙間を示す説明図である。

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、スクロール圧縮機は、特許文献１又は特許文献２に記載されているように、固定スクロール及び旋回スクロールのいずれか一方の表面に表面処理が施されて、固定スクロールと旋回スクロールとの間の焼き付きを防止していた。ここで仮に旋回スクロールに表面処理が施されて硬質化されている場合には、固定スクロールと旋回スクロールとは常に摺動しているため、両スクロールの摺動によって軟質である固定スクロールの固定スクロール底面が摩耗していく。このとき、旋回スクロールの渦巻きラップは、摩耗の進行が速い固定スクロールの固定スクロール底面と、旋回スクロールの旋回スクロール底面とで挟み込まれてしまい、摺動抵抗が増大して焼き付きの原因となる。また、旋回スクロールの旋回スクロール底面と固定スクロールの渦巻きラップ先端とが摺動することで、旋回スクロールにかかる回転モーメントが大きくなり、旋回スクロールが転覆してしまうという懸念がある。このような、スクロール圧縮機の効率の低下、及び、信頼性の低下の虞に対しては、更なる改善の余地がある。

発明者らはこのような課題を見出し、これを解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

本開示は、固定スクロールと旋回スクロールとの摺動抵抗及び回転モーメントの増大等を抑制して、効率及び信頼性を高めたスクロール圧縮機を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図４を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１に示すように、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機構部２０と、が配置されて構成されている。

密閉容器１は、上下方向に沿って延びる円筒状に形成された胴部１ａと、胴部１ａの下部開口を塞ぐ下蓋１ｂと、胴部１ａの上部開口を塞ぐ上蓋１ｃと、で構成されている。

密閉容器１には、圧縮機構部１０に冷媒を導入する冷媒吸込管２と、圧縮機構部１０にて圧縮された冷媒を密閉容器１の外に吐出する冷媒吐出管３と、が設けられている。

圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、旋回スクロール１２を旋回駆動する回転軸１３と、を有している。

電動機構部２０は、密閉容器１に固定されたステータ２１と、ステータ２１の内側に配置されたロータ２２と、を備える。ロータ２２には回転軸１３が固定される。

回転軸１３の上端には、回転軸１３に対して偏心した偏心軸１３ａが形成されている。偏心軸１３ａには、偏心軸１３ａの上面に開口する凹部によってオイル溜まりが形成されている。

固定スクロール１１及び旋回スクロール１２の下方には、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２を支持する主軸受３０が設けられている。

主軸受３０には、回転軸１３を軸支する軸受部３１と、ボス収容部３２と、が構成されている。主軸受３０は、溶接又は焼き嵌め等によって密閉容器１に固定される。回転軸１３の下端部１３ｂは、密閉容器１の下部に配置された副軸受１８に軸支されている。

固定スクロール１１は、円板状の固定スクロール鏡板１１ａと、固定スクロール鏡板１１ａから立設された渦巻状の固定渦巻きラップ１１ｂと、固定渦巻きラップ１１ｂの周囲を取り囲むように立設された外周壁部１１ｃと、を備える。固定スクロール鏡板１１ａの略中心部に吐出ポート１４が形成されている。

旋回スクロール１２は、円板状の旋回スクロール鏡板１２ａと、旋回スクロール鏡板１２ａのラップ側端面から立設された旋回渦巻きラップ１２ｂと、旋回スクロール鏡板１２ａの反ラップ側端面（旋回スクロール鏡板１２ａのラップ側端面と反対側の面）に形成された円筒状のボス部１２ｃと、を備えている。

固定スクロール１１の固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール１２の旋回渦巻きラップ１２ｂとは相互に噛み合わされ、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回渦巻きラップ１２ｂとの間に複数の圧縮室１５が形成される。

ボス部１２ｃは、旋回スクロール鏡板１２ａの略中央に形成される。偏心軸１３ａはボス部１２ｃに挿入され、ボス部１２ｃはボス収容部３２に収容される。

固定スクロール１１は、外周壁部１１ｃで複数本のボルト（図示せず）を用いて主軸受３０に固定される。一方、旋回スクロール１２は、オルダムリングなどの自転拘束部材１７を介して固定スクロール１１に支持されている。旋回スクロール１２の自転を拘束する自転拘束部材１７は、固定スクロール１１と主軸受３０との間に設けられている。これにより、旋回スクロール１２は、固定スクロール１１に対して自転しないで旋回運動をする。

密閉容器１の底部には、潤滑油を貯留する貯油部４が形成されている。回転軸１３の下端には容積型のオイルポンプ５が設けられている。オイルポンプ５は、オイルポンプ５の吸い込み口が貯油部４内に存在するように配置される。オイルポンプ５は、回転軸１３によって駆動され、密閉容器１の底部に設けられた貯油部４にある潤滑油を、圧力条件や運転速度に関係なく確実に吸い上げるので、オイル切れの心配が解消される。

回転軸１３には、回転軸１３の下端部１３ｂから偏心軸１３ａに至る回転軸オイル供給孔１３ｃが形成されている。

オイルポンプ５で吸い上げられた潤滑油は、回転軸１３内に形成された回転軸オイル供給孔１３ｃを通じて、副軸受１８の軸受、軸受部３１及びボス部１２ｃ内に供給される。

冷媒吸込管２から吸入される冷媒は、吸入ポート１５ａから圧縮室１５に導かれる。圧縮室１５は、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動する。圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒は、固定スクロール１１の中央部に設けられた吐出ポート１４から吐出室６に吐出される。吐出ポート１４には吐出リード弁（図示せず）が設けられている。圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒が吐出リード弁を押し開くことで、冷媒が吐出室６に吐出される。吐出室６に吐出された冷媒は、密閉容器１内の上部に導出され、冷媒吐出管３から吐出される。

図２は、本実施の形態のスクロール圧縮機１００における固定スクロール１１と旋回スクロール１２との噛み合わせ構成を示している。固定渦巻きラップ１１ｂの先端面と旋回スクロール底面１２ｅとの間、および、固定スクロール底面１１ｄと旋回渦巻きラップ１２ｂの先端面との間には、それぞれ軸方向の隙間が形成されている。

図３に示す固定スクロール１１において、固定スクロール１１の外壁最大伸開角よりも大きい領域をハッチングで示している。このハッチングされた領域は、固定スクロール１１の平面視において、固定スクロール１１の最大伸開角までのインボリュート曲線の外側に存在する固定スクロール１１の部分であり、外周壁部１１ｃに該当する。旋回スクロール１２の旋回スクロール鏡板背面１２ｄに圧力が印加されることで、旋回スクロール鏡板１２ａの外周部が図３のハッチングで示す領域において、固定スクロール１１の外周壁部１１ｃに押し付けられるように構成されている。

本実施の形態によるスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２のいずれか一方、あるいは両方に、表面処理が施されている。これにより、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２のいずれか一方の硬度が他方の硬度よりも高くなるようにしている。表面処理の方法としては、例えば陽極酸化被膜（アルマイト）処理が知られている。

［１－２．動作］
以上のように構成されたスクロール圧縮機１００について、以下その動作、作用について説明する。

上記構成のスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１１の硬度と旋回スクロール１２の硬度との間に差が設けられているので、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２のうち硬度の低いスクロールが適度に摩耗する。ここで、本実施の形態においては、固定スクロール１１の固定渦巻きラップ１１ｂの先端面と旋回スクロール１２の旋回スクロール底面１２ｅとの間、および、固定スクロール底面１１ｄと旋回渦巻きラップ１２ｂの先端面との間には、軸方向に隙間が形成されている。このため、硬度の低いスクロールが適度に摩耗しても、旋回スクロール１２の旋回渦巻きラップ１２ｂが固定スクロール底面１１ｄと旋回スクロール底面１２ｅとの間に挟み込まれることが回避される。よって、旋回スクロール１２の摺動による固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間の焼き付きを防止して、信頼性を向上させることができる。また、旋回スクロール１２にかかる回転モーメントが大きくなることが回避されるため、旋回スクロール１２の転覆も抑制できる。

更に、上記の如く硬度の低いスクロールに適度な摩耗が生じても、前述したように旋回スクロール１２の旋回渦巻きラップ１２ｂが固定スクロール底面１１ｄと旋回スクロール底面１２ｅとの間に挟み込まれるようなことが回避されるので、固定スクロール１１に旋回スクロール１２を押し付けることが可能になる。従って、圧縮室１５から吸入ポート１５ａへの冷媒の漏れを減少させて、漏れ損失を低減することができる。

また、本実施の形態のスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１１の外壁最大伸開角よりも大きい領域１１ｅ（図３のハッチング部分）と旋回スクロール鏡板１２ａの外周部とを摺動させることで、旋回スクロール１２の転覆モーメントを小さくし、旋回スクロール１２の転覆耐力を向上させている。よって、旋回スクロール１２の転覆によるガス漏れを抑制することができる。従って、上述の冷媒の漏れ損失の低減効果と合わさることで、圧縮機の効率をさらに向上させることができる。なお、転覆とは、圧縮室１５から押し返される力によって、旋回スクロール１２が固定スクロール１１から離間してしまう状態のことを指す。

図４は、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール底面１２ｅとの軸方向の隙間Ｈｆと、旋回渦巻きラップ１２ｂと固定スクロール底面１１ｄとの軸方向の隙間Ｈｏとの関係を示した断面図である。

固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール底面１２ｅとの間の軸方向の隙間Ｈｆと、旋回渦巻きラップ１２ｂと固定スクロール底面１１ｄとの間の軸方向の隙間Ｈｏは、この実施の形態ではＨｆ≦Ｈｏとなるように設定されている。また、本実施の形態では、固定スクロール１１の硬度が旋回スクロール１２の硬度よりも高くなるように構成されている。

このように、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール底面１２ｅとの間の軸方向の隙間Ｈｆよりも旋回渦巻きラップ１２ｂと固定スクロール底面１１ｄとの間の軸方向の隙間Ｈｏが大きく構成されることで、旋回渦巻きラップ１２ｂの先端面が固定スクロール底面１１ｄと摺動することがなくなるため、転覆耐力がより高くなる。

さらに、固定スクロール１１の硬度を旋回スクロール１２の硬度よりも高くすることで、圧縮機の運転状態の過渡期や異常状態においても硬度の高い固定スクロール１１の固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール底面１２ｅとを摺動させることで、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回渦巻きラップ１２ｂの摩擦が抑制されるため、スクロール圧縮機１００の信頼性を担保することができる。もし仮に、隙間ＨｆとＨｏとの関係が逆になった場合（Ｈｆ＞Ｈｏ）は、硬度の高いスクロールのラップ先端で荷重を受けることになるため、スクロール圧縮機１００の信頼性の低下が懸念される。

なお、本実施の形態では、表面処理として陽極酸化被膜（アルマイト）処理が行われる場合について説明した。しかしながら、表面処理の方法としては、陽極酸化被膜処理に限定されない。例えば、めっき処理であっても固定スクロール又は旋回スクロール等の部材の硬度を高くすることができるため、本開示と同様の効果が得られる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態におけるスクロール圧縮機は、固定スクロール及び旋回スクロールをともに軽金属で構成し、旋回スクロールの旋回渦巻きラップと固定スクロールのラップ面側の固定スクロール底面との間、および、固定スクロールの固定渦巻きラップと旋回スクロールのラップ面側の旋回スクロール底面との間に軸方向の隙間を形成している。また、旋回スクロールの鏡板が固定スクロールの外壁最大伸開角よりも大きい領域に押し付けられる構成とするとともに、固定スクロールと旋回スクロールのいずれか一方あるいは両方に表面処理を施し、いずれか一方の硬度を他方の硬度よりも高く構成している。

これにより、固定スクロールと旋回スクロールとの摺動による焼き付きを防止し、信頼性を向上させることができる。また、旋回スクロールの転覆モーメントを小さくして、旋回スクロールの転覆等によるガス漏れ、又は圧縮室から吸入ポートへのガス漏れを減少させることで、スクロール圧縮機の効率を向上させることができる。

なお、上記スクロール圧縮機において、固定スクロールの固定渦巻きラップと旋回スクロール底面の軸方向の隙間Ｈｆと、旋回スクロールの旋回渦巻きラップと固定スクロール底面の軸方向の隙間Ｈｏとが、Ｈｆ≦Ｈｏとなるように構成されている。また、固定スクロールの硬度が旋回スクロールの硬度よりも高くなるように構成されている。

これにより、旋回スクロールの転覆耐力をより確実に向上させることができるとともに、圧縮機の運転状態の過渡期や異常状態においても固定渦巻きラップと旋回渦巻きラップとの摩擦が抑制されるため、スクロール圧縮機の信頼性を向上させることができる。

以上、本開示について上記実施の形態を用いて説明したが、上記実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、又は省略などを行うことができる。

なお、本開示のスクロール圧縮機の冷媒としては、Ｒ３２、二酸化炭素、又は炭素間に二重結合を有する冷媒を用いることができる。

本開示にかかるスクロール圧縮機は、信頼性及び効率を向上させることができるため、温水暖房装置、空気調和装置、給湯器、又は冷凍機などの冷凍サイクル装置に有用である。

１ 密閉容器
１ａ 胴部
１ｂ 下蓋
１ｃ 上蓋
２ 冷媒吸込管
３ 冷媒吐出管
４ 貯油部
５ オイルポンプ
６ 吐出室
１０ 圧縮機構部
１１ 固定スクロール
１１ａ 固定スクロール鏡板
１１ｂ 固定渦巻きラップ
１１ｃ 外周壁部
１１ｄ 固定スクロール底面
１１ｅ 外壁最大伸開角よりも大きい領域
１２ 旋回スクロール
１２ａ 旋回スクロール鏡板
１２ｂ 旋回渦巻きラップ
１２ｃ ボス部
１２ｄ 旋回スクロール鏡板背面
１２ｅ 旋回スクロール底面
１３ 回転軸
１３ａ 偏心軸
１３ｂ 下端部
１３ｃ 回転軸オイル供給孔
１４ 吐出ポート
１５ 圧縮室
１５ａ 吸入ポート
１７ 自転拘束部材
１８ 副軸受
２０ 電動機構部
２１ ステータ
２２ ロータ
３０ 主軸受
３１ 軸受部
３２ ボス収容部
１００ スクロール圧縮機

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構部であって、固定スクロールと、旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回駆動する回転軸と、を有する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、
   前記圧縮機構部及び電動機構部を収容し、底部に潤滑油を貯留する貯油部を有した密閉容器と、
   を備え、
   前記固定スクロールは、円板状の固定スクロール鏡板と、前記固定スクロール鏡板に立設された固定渦巻きラップと、前記固定渦巻きラップの周囲に配置された外周壁部と、を有し、
   前記旋回スクロールは、円板状の旋回スクロール鏡板と、前記旋回スクロール鏡板に立設された旋回渦巻きラップと、を有し、
   前記固定スクロール及び前記旋回スクロールは軽金属で構成され、
   前記固定スクロール及び前記旋回スクロールは、前記旋回渦巻きラップと前記固定スクロール鏡板との間に軸方向の隙間Ｈｏを有し、且つ、前記固定渦巻きラップと前記旋回スクロール鏡板との間に軸方向の隙間Ｈｆを有するように配置され、
   前記旋回スクロール鏡板は、前記固定スクロールの最大伸開角よりも大きい領域において、前記固定スクロールの前記外周壁部に対して押し付けられるように構成され、
   前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの少なくともいずれかには表面処理が施され、
   前記軸方向の隙間Ｈｆと前記軸方向の隙間Ｈｏとが、Ｈｆ≦Ｈｏの関係であり、
   前記固定スクロールの硬度が前記旋回スクロールの硬度よりも高い、
   スクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの少なくともいずれかに、陽極酸化被膜処理又はめっき処理による表面処理が施されている、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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