(57)【要約】【課題】スクロール圧縮機の高信頼性化を確保すること。【解決手段】圧縮機構部を複数の溶接部３０により密閉容器１に固定し、且つ溶接部３０のうちの１箇所を固定スクロール１２の吸入口付近に形成したものである。この構成によれば、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロール１２の一部が不均一に冷却されても、溶接部３０と冷却部が近くに存在するために、固定スクロール１２と主軸受部材１１との締結のズレをおさえることが出来る。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器を有し、前記圧縮機構部が、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、前記旋回スクロールをクランク軸に連結する偏心軸部に係合しながら自転規制機構による自転の規制のもとに旋回させたときに、前記圧縮室が容積を変えながら移動することで、作動流体の吸入、吐出を行うスクロール圧縮機であって、前記圧縮機構部を複数の溶接部により前記密閉容器に固定し、且つ前記溶接部のうちの少なくとも１箇所を前記固定スクロールの吸入口付近に形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器からなる圧縮機であって、前記圧縮機構部が、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、前記旋回スクロールを前記クランク軸に連結する偏心軸部に係合しながら自転規制機構による自転の規制のもとに旋回させたときに、前記圧縮室が容積を変えながら移動することで、作動流体の吸入、吐出を行うスクロール圧縮機構部であって、前記圧縮機構部を複数の溶接部により前記密閉容器に固定し、且つ前記溶接部のうちの２箇所を、前記固定スクロールの吸入口からの距離が同じになるように形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
クランク軸を軸支する主軸受部材に溶接部を形成し、前記主軸受部材の固定スクロールとの締結面の前記溶接部付近に窪み部を設け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。
【請求項４】
固定スクロールの吸入口付近の、主軸受部材の前記固定スクロールとの締結面の幅を、前記吸入口と反対側付近の幅に比べて薄く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。
【請求項５】
作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行うスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスクロール圧縮機は、容器内に収納された容器と隙間を介して設けられる圧縮機構部等の内蔵部品と、内蔵部品の外周側で、容器に対向して設けられてお互いに近接して配置された複数の下穴を有する固定部と、固定部に対向する容器壁部であって、容器の外側から押し付けられて、下穴内に入りこみ、容器と内蔵部品を固定する容器凸部とを備え、容器の材料の軟化する温度以上且つ融点未満の温度範囲で容器が加熱された状態にて、容器凸部にて内蔵部品の下穴を固定したものがある（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、容器凸部を確実に形成させて、近接した複数の容器凸部にて内蔵部品の下穴間に十分なはさみ込み力を発生させることで、容器に内蔵部品を確実にかつ強固に固定することができ、圧縮機の長期的な使用に対しても、圧縮機稼動中に発生する普通及び過剰な力に耐え、内蔵部品のがたつきによる騒音や振動の増加などの不具合が生じない信頼性の高い圧縮機を得ることができる。また、内蔵部品である圧縮機構部の受ける力を減少させ、圧縮機構部の歪みを低減できるので、圧縮機の性能も向上できる。
【特許文献１】特開２００７−３０３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような構成では、組立時の圧縮機構部の歪みは低減できるが、運転時の圧力差による歪みや、温度差による歪みまでは十分に考慮されていない。特に、スクロール圧縮機の場合には、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロールの一部が不均一に冷却され、大きな温度差が発生する。この温度差による熱歪みよって、固定スクロールと主軸受部材との締結にズレが生じて、結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられて、両ラップ面でカジリや異常磨耗が発生するという問題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、圧縮機構部を複数の溶接部により密閉容器に固定し、且つ溶接部のうちの少なくとも１箇所を固定スクロールの吸入口付近に形成したものである。この構成によれば、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロールの一部が不均一に冷却されても、溶接部と冷却部が近くに存在するために、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレをおさえることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のスクロール圧縮機は、高信頼性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、圧縮機構部を複数の溶接部により密閉容器に固定し、且つ溶接部のうちの少なくとも１箇所を固定スクロールの吸入口付近に形成したものである。この構成によれば、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロールの一部が不均一に冷却されても、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレをおさえることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【０００８】
第２の発明は、縮機構部を複数の溶接部により密閉容器に固定し、且つ溶接部のうちの２箇所を、固定スクロールの吸入口からの距離が同じになるように形成したものである。この構成によれば、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロールの一部が不均一に冷却されても、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレを抑えることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【０００９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のスクロール圧縮機を、クランク軸を軸支する主軸受部材に溶接部を形成し、主軸受部材の固定スクロールとの締結面の溶接部付近に窪み部を設けたものである。この構成によれば、溶接部付近の主軸受部材の固定スクロールとの締結面に発生する面圧を均一にして、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレを抑えることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、より高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１０】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明のスクロール圧縮機を、固定スクロールの吸入口付近の、主軸受部材の固定スクロールとの締結面の幅を、吸入口と反対側付近の幅に比べて薄くしたものである。この構成によれば、固定スクロールの一部が不均一に冷却されても、主軸受部材が柔軟に変形して、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレを抑えることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、より高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１１】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機を、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。二酸化炭素冷媒はＨＦＣ系冷媒と比べて化学的に安定しているので、高い温度で用いることが可能であるが、反対に過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入によって、固定スクロールの一部が不均一且つより冷却されることとなる。しかしながらこの構成によれば、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレを効果的におさえることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図を示す。密閉容器１内に溶接部３０にて固定したクランク軸４の主軸部４ａを軸支する主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構部を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けている。
【００１４】
上記構成において、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ｂにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入管１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以下になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００１５】
また、クランク軸４の他端側は副軸受部材２１によって支持され、クランク軸４の他端側の先端には容積型ポンプ２５を備えている。潤滑油６は、潤滑油溜り２０から容積型ポンプ２５はクランク軸４の軸方向の中心に設けられた給油経路を経て、主軸受部１１ａ、偏心軸受部１１ｂを潤滑および冷却した後、再循環を行う。なお、旋回スクロール１３の反ラップ側の鏡板面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材５を配置している。このとき、シール部材５は偏心軸受部１１ｂに到達した潤滑油６の圧力とシール部材５の外周部に形成されている背圧室２９の圧力とを仕切る役割を持っているので、シール部材５の中心部は高圧に保たれている。
【００１６】
背圧室２９は旋回スクロール１３が固定スクロール１２から引き離されないだけの背圧を常に有している必要がある。しかし、この背圧が過剰になると、旋回スクロール１３が固定スクロール１２に強く押し付けられて、スクロール摺動部の異常磨耗や入力増加を招くことになる。このため背圧は常に一定に保つ必要がある。そこで、背圧調整機構８を設けている。背圧調整機構８は、背圧室２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路１０に、バルブ９を設けたもので、背圧室２９の圧力が設定圧力より高くなるとバルブ９が開き、背圧室２９のオイルが吸入口１７へと供給され、背圧室内を一定の中間圧に維持している。旋回スクロール１３の背面には前述の中間力が印加され、運転中に転覆するのを抑えている。転覆すると固定スクロール１２と旋回スクロール１３が離れてしまい、その部分に漏れが発生してしまう。また吸入口１７へと供給されたオイルは旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。
【００１７】
次に、従来の技術において、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入によって固定スクロール１２の一部が不均一に冷却された場合に、固定スクロール１２と主軸受部材１１との締結のズレが生じる理由について説明する。
【００１８】
図２は、従来のスクロール圧縮機構部の斜視図であり、詳しくは、主軸受部材１１を３個所の溶接部３０により密閉容器１に固定したものを示している。密閉容器１については、溶接部３０によって主軸受部材１１と固定されているものとして、図示を省略している。図３は、従来のスクロール圧縮機構部の上部から見た平面図であり、詳しくは、固定スクロール１２の上部より、溶接部３０と固定スクロール１２の一部が不均一に冷却される領域の位置関係を示した図である。図３の、三角で示された個所は、溶接部３０の位置を示している。図２及び図３を見ても分かるように、従来の技術においては、過渡運転時における急激な液冷媒の流入によって冷却される固定スクロール１２の吸入付近から、溶接部３０までの距離は全て異なっている。
【００１９】
次に、従来の技術において、固定スクロール１２の一部が過渡運転時における急激な液冷媒の流入によって冷却された後に、再び冷却前の温度へと昇温過程を経た計算を実施した。図４は従来のスクロール圧縮機の固定スクロールと主軸受部材の状態変形図であり、詳しくは、固定スクロール１２及び主軸受部材１１の残留歪みの計算結果を示す。ここで、固定スクロール１２と主軸受部材１１の締結面においては、接触面圧に応じて摩擦力が
発生するモデルを用いているので、非線形解析である。また、固定スクロール１２の残留歪みの変形モードについても同時に図４（Ａ）に示し、主軸受部材１１の残留歪みの変形モードについても同時に図４（Ｂ）に示す。図４を見ても分かるように、固定スクロール１２は一部が冷却されても、変形自体は円径を基本とするモードで変形するが、主軸軸受部材１１は、溶接部３０が支点となる三角形を基本とするモードにて変形する。この変形モードの違いによって、冷媒の流入による冷却過程で発生する熱歪みによって、固定スクロール１２と主軸受部材１１の締結のズレが生じる。
【００２０】
次に、固定スクロール１２と主軸受部材１１の締結ズレが発生するメカニズムについて図５に示す模式図を使ってより詳細に説明する。図５は、従来のスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図である。
【００２１】
図５（Ａ）に示すように、急激な冷却過程においては、固定スクロール１２の吸入付近の冷却速度は他の場所に比べて速く、固定スクロール１２の変形モードに示されるように、吸入付近のみが収縮するモードとなる。このとき、主軸受部材１１は三角形に変形するが、主軸受部材１１の締結面と固定スクロール１２の吸入付近との一番近い個所が、熱収縮の支点となって熱収縮が発生する。ここで、支点とは締結面において接触面圧が最も高い場所を指している。次に図５（Ｂ）に示すように、加熱される過程では、急激な冷却過程と比べて比較的緩やかに昇温されるので、温度歪みは緩やかに開放されることとなる。つまり、急激な液冷媒の流入によって十分冷やされた領域の中心が膨張するモードとなる。このとき、主軸受部材１１の締結面と急激な液冷媒の流入によって十分冷やされた領域の中心との一番近い個所が、熱膨張の支点となって熱膨張が発生する。この熱収縮と熱膨張の支点の違いが締結のズレ量となる。言い換えれば、固定スクロール１２の熱収縮及び熱膨張の方向を軸として、主軸受部材１１の締結面の変形モードが対称でない場合に、締結のズレが発生することとなる。締結のズレが残ったまま圧縮機が運転されることとなる。このズレによって、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられるので、両ラップ面でカジリや異常磨耗が発生するという問題を有していた。
【００２２】
次に、固定スクロール１２と主軸受部材１１の締結ズレが抑制したメカニズムについて図６に示す模式図を使ってより詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図である。なお、図６（Ａ）は急激な冷却過程を示し、図６（Ｂ）は加熱される過程を示している。
【００２３】
図６において、主軸受部材１１を３箇所の溶接部３０により密閉容器１に固定し、且つ溶接部３０のうちの１箇所を固定スクロール１２の吸入口付近に形成している。この図６を見ても分かるように、固定スクロール１２の熱収縮及び熱膨張の方向を軸として、主軸受部材１１の締結面の変形モードが対称となるので、締結のズレが発生しない。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２４】
なお、溶接部３０と密閉容器１の固定個所を固定スクロール１２としても、同様の効果が得られる。
【００２５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図である。なお、図７（Ａ）は急激な冷却過程を示し、図７（Ｂ）は加熱される過程を示している。図７に示す模式図を使って、固定スクロール１２と主軸受部材１１の締結ズレが抑制したメカニズムについてより詳細に説明する。
【００２６】
図７において、主軸受部材１１を３箇所の溶接部３０により密閉容器１に固定し、且つ溶接部３０のうちの２箇所を固定スクロール１２の吸入口からの距離が同じになるように形成している。この図７を見ても分かるように、固定スクロール１２の熱収縮及び熱膨張の方向を軸として、主軸受部材１１の締結面の変形モードが対称となるので、締結のズレが発生しない。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２７】
なお、溶接部３０と密閉容器１の固定個所を固定スクロール１２としても、同様の効果が得られる。
【００２８】
また、主軸受部材１１に溶接部３０を形成し、主軸受部材１１の固定スクロール１２との締結面の溶接部３０付近に窪み部を設けたものである（図示せず）。この構成によれば、溶接部３０付近の主軸受部材１１の固定スクロール１２との締結面に発生する面圧を均一にすることができるので、繰り返しの熱歪みを受けても、熱収縮及び熱膨張するときの支点の変化を最小限に抑えることができるので、固定スクロール１２と主軸受部材１１との締結のズレをより抑えることが出来る。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、より高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２９】
また、主軸受部材１１の固定スクロール１２との締結面の幅を、固定スクロール１２の吸入口と反対側付近の幅に比べて薄くしたものである（図示せず）。この構成によれば、固定スクロール１２の熱歪みの大きい個所の締結面において、主軸受部材１１が柔軟に変形して、固定スクロール１２と主軸受部材１１との締結のズレをより抑えることが出来る。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、より高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３０】
また、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素とすることによって、ＨＦＣ系冷媒と比べて化学的に安定しているので、高い温度で用いることが可能であるが、反対に過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入によって、固定スクロール１２の一部が不均一且つより冷却されることとなる。しかしながらこの構成によれば、固定スクロール１２と主軸受部材１１との締結のズレを効果的におさえることが出来る。結果、旋回スクロール１３が固定スクロール１２へと強く押し付けられることを防ぐことが出来るので、より高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、圧縮機構部を複数の溶接部により密閉容器に固定し、且つ溶接部のうちの１箇所を固定スクロールの吸入口付近に形成したものである。この構成によれば、過渡運転時における急激な液冷媒の圧縮機構部への流入にともない、固定スクロールの一部が不均一に冷却されても、溶接部と冷却部が近くに存在するために、固定スクロールと主軸受部材との締結のズレをおさえることが出来る。結果、旋回スクロールが固定スクロールへと強く押し付けられることを防ぐことが出来ので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とするスクロール圧縮機や、膨張機も含むスクロール流体機械の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】従来のスクロール圧縮機構部の斜視図
【図３】従来のスクロール圧縮機構部の上部から見た平面図
【図４】従来のスクロール圧縮機の固定スクロールと主軸受部材の状態変形図
【図５】従来のスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の冷却及び昇温時の固定スクロールと主軸受部材の変形状態を示す模式図
【符号の説明】
【００３３】
１  密閉容器
４  クランク軸
５  シール部材
６  潤滑油
８  背圧調整機構
１１  主軸受部材
１２  固定スクロール
１３  旋回スクロール
１４  自転規制機構
１５  圧縮室
２０  潤滑油溜まり
２９  背圧室
３０  溶接部
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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