(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板から渦巻ラップが立ち上がる固定スクロール部品および旋回スクロール部品を噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロール部品を自転の拘束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、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機において、
固定スクロール部品および旋回スクロール部品の一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にこれが対向する鏡板との間をシールするシール部材を設け、シール部材を備えない渦巻きラップの厚みをシール部材を備えた渦巻きラップよりも厚くしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記固定、旋回各スクロール部品は、熱膨張係数の異なる金属材料よりなり、熱膨張係数が大きい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり高さを、熱膨張係数が小さい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、この熱膨張係数の大きい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり端面にシール部材が設けられている請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２などのＲ２２より圧力の高い冷媒を用いてなる請求項１、２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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷暖房、あるいは冷蔵庫などの冷却装置に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にスクロール圧縮機は、図４に示すように、鏡板ａ、ｂから渦巻きラップｃ、ｄが立ち上がる固定スクロール部品ｅ及び旋回スクロール部品ｆを噛み合わせて双方間に圧縮室ｇを形成し、旋回スクロール部品ｆを自転拘束部品ｈによる自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室ｇが容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を繰り返し行う。
【０００３】
このような従来のスクロール圧縮機では、固定スクロール部品ｅおよび旋回スクロール部品ｆの一方の渦巻きラップｄの立ち上がり端面に特開平６−１９３５６９号公報に開示されているようなシール部材ｉが長手方向に設けられ、対向する固定スクロール部品ｅとの間で冷媒ガスが漏れるのを低減し、圧縮効率を向上させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者等の知見によれば、固定スクロール部品ｅおよび旋回スクロール部品ｆの渦巻きラップｃ、ｄは、巻き始めの一部と巻終りの一部とを除いてほぼ全長が互いに同じ厚みに形成されていて、シール部材ｉが設けられない例えば固定スクロール部品ｅの渦巻きラップｃの立ち上がり端面の幅が、シール部材ｉが設けられる渦巻きラップｄの立ち上がり端面の幅と同じなため、シール部材ｉを備えない渦巻きラップｃの立ち上がり端面と旋回スクロール部品ｆとの間に形成する隙間幅が十分でなく、冷媒ガスの漏れが多く圧縮効率向上の妨げになっている。
【０００５】
特に、従来の冷媒Ｒ２２より圧力の高い冷媒、例えばＲ４１０ＡやＣＯ２を圧縮する場合、および圧縮機構の回転速度が低い場合に、前記のような問題が顕著に現れ、実用するのが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、固定、旋回各スクロール部品のシール部材が設けられない側の渦巻きラップと対向するスクロール部品との間の漏れを抑制して、圧縮効率が高く圧力の高い冷媒を用いるのに好適なスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のスクロール圧縮機は、鏡板から渦巻ラップが立ち上がる固定スクロール部品および旋回スクロール部品を噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロール部品を自転の拘束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、圧縮、吐出を行うようにしたものにおいて、固定スクロール部品および旋回スクロール部品の一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にこれが対向する鏡板との間をシールするシール部材を設け、シール部材を備えない渦巻きラップの厚みをシール部材を備えた渦巻きラップよりも厚くしたことを特徴とするものである。
【０００８】
このような構成では、旋回スクロール部品は自転を拘束されて円軌道に沿って固定スクロール部品に対して旋回駆動されながらそれらの鏡板から立ち上がり噛み合っている渦巻きラップ間の圧縮室により吸入、圧縮、吐出を行う。
【０００９】
特に、固定、旋回各スクロール部品の一方の渦巻きラップの立ち上がり端面ではシール部材を設けてこれと対向するスクロール部品の鏡板との間に十分なシール性を確保しながら、シール部材が設けられない他方の渦巻きラップについては、前記シール部材を設けた一方の渦巻きラップよりも厚く形成してその立ち上がり端面とこれが対向するスクロール部品との間の隙間幅が、シール部材を設けた一方のスクロール部品のそれより大きくなることにより、シール部材が設けられていなくても十分なシール性を確保して、圧縮効率を向上することができる。従って、Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２などのＲ２２より圧力の高い冷媒を用いるとその効果はより顕著に現れ、十分な圧縮効率が得られる。
【００１０】
本発明のスクロール圧縮機は、さらに、前記固定、旋回各スクロール部品が、熱膨張係数の異なる金属材料よりなり、熱膨張係数が大きい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり高さを、熱膨張係数が小さい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、この熱膨張係数の大きい金属材料よりなるスクロール部品の渦巻きラップの立ち上がり端面にシール部材が設けられていることをも特徴とするものである。
【００１１】
このような構成では、熱膨張係数の大きい金属材料よりなる一方のスクロール部品の渦巻きラップが、シール部材を立ち上がり端面に有して、昇温に伴い熱膨張係数の小さい金属材料よりなる他方のスクロール部品のそれよりも高い割合で立ち上がり高さを増大するが、熱膨張係数の小さい他方のスクロール部品における渦巻きラップよりも低い立ち上がり高さに設定されている分、対向する他方のスクロール部品の鏡板との間の隙間を適度に小さくしてシール部材によるシール性を増しながら、他方のスクロール部品の鏡板とのシール部材の過剰な摺接や渦巻きラップの接触を回避するので、運転負荷が異常に増大したり耐久性が低下したりするようなことを防止することができる。また、熱膨張係数の小さな他方のスクロール部品の渦巻きラップはシール部材を有していないがそれと対向する前記一方のスクロール部品の鏡板との間の隙間幅が大きいことによる前記優れたシール性を昇温に伴う渦巻きラップの立ち上がり高さを若干増してさらに高めながら、立ち上がり高さの増大割合が小さいことにより、対向する一方のスクロール部品の鏡板に接触するようなことを回避するので、運転に過剰な負荷が生じたり耐久性が低下するようなことを防止する。従って、耐久性が低下するようなことなく圧縮効率をさらに高め、圧力の高い冷媒に特に有効なものとなる。
【００１２】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、可能な限りにおいてそれ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機につき、図１〜図３を参照して詳細に説明し、本発明の理解に供する。
【００１４】
本実施の形態のスクロール圧縮機は図３に示すように、吸入管２および吐出管３を持った容器１内にスクロール式の圧縮機構部７とこれを駆動する電動機４とが上下に収容され、縦型に配置された冷凍サイクル用のスクロール圧縮機の場合の一例である。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、スクロール式の圧縮機構部７を有したスクロール圧縮機全般に適用して有効である。
【００１５】
圧縮機構部７は鏡板１４ａ、１４ｂから渦巻きラップ９、１５が立ち上がっている固定スクロール部品８および旋回スクロール部品１３を噛み合せて双方間に圧縮室４０を形成するように構成され、固定スクロール部品８が容器１内に直接固定されるか、あるいは図に示すように容器１内に焼き嵌めや溶接などして固定された主軸受部材１９に取付けるなどして間接的に固定されている。旋回スクロール部品１３は主軸受部材１９と固定スクロール部品８との間に挟み込まれ、主軸受部材１９と旋回スクロール部品１３との間に働かされた自転拘束部品２０により自転を拘束されて、主軸受部材１９に一端側を軸受されたクランク軸２２の駆動により円軌道に沿って旋回される。この旋回のために旋回スクロール部品１３はクランク軸２２との嵌め合い部に旋回軸受部１７が設けられている。
【００１６】
旋回スクロール部品１３が旋回駆動されると、固定スクロール部品８との間に形成している圧縮室４０が外周側から中央側に移動しながら容積が小さくなることにより、吸入管２に通じた外周部の吸入口４１から冷凍サイクルなどから戻ってきた冷媒を吸入し、それを圧縮して所定の圧力になる都度中央部にある吐出口１０のリード弁１１を押し開けて容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００１７】
電動機４は容器１に焼き嵌めや溶接などして固定されたステータ５と、このステータ５に内側から対向するように位置してクランク軸２２まわりに固定されたロータ６とを有し、前記容器１内に吐出された冷媒が圧縮機構部７の上部にあるマフラー１２内、圧縮機構部７のガス通路２６を順次に経て圧縮機構部７の下に導かれた冷媒をロータ６のガス通路２７に案内して旋回力を付加しながら下方に抜けさせて、オイルを遠心分離した後、ロータ６下部からステータ５と容器１との間に形成したガス通路２８へと迂回させてオイルを分離した冷媒が図１に示すガス通路２９を通じ圧縮機構部７の下部から上部に至って吐出管３を通じ冷凍サイクルなどに供給されるようにする。同時に電動機４は冷媒との接触によって冷却される。
【００１８】
クランク軸２２の下端側は容器１に焼き嵌めや溶接などして固定された副軸受部材４２により軸受されるとともに、下端が容器１の下部に形成されたオイル溜り内のオイル２５に没したオイルポンプ２４を圧縮機構部７とともに駆動するようにしている。オイル溜り内のオイル２５はオイルポンプ２４によってクランク軸２２内のオイル通路２３を通じて、まず、旋回軸受部１７の部分に達しこれを潤滑する。
【００１９】
旋回軸受部１７を潤滑した後のオイル２５は、鏡板１４ｂの背面に達するが、この背面には主軸受部材１９との間で働く円環状のシール部材２１が設けられているので、オイル２５はシール部材２１により堰き止められる。堰き止められたオイル２５の一部は旋回軸受部１７を下方に抜けてクランク軸２２の主軸部を潤滑した後容器１内に戻るが、鏡板１４ｂの背面のシール部材２１により堰き止められて冷媒の圧縮圧よりも高い圧力となるように設定されている。堰き止められた残りのオイル２５は絞り通路４３などにより圧力を下げられて圧縮圧と前記高い圧力との中間圧となってシール部材２１の領域内から鏡板１４ｂの背面におけるシール部材２１の領域外に抜けて存在し、これら２つの圧力によって旋回スクロール部品１３が固定スクロール部品８から所定以上離れて転覆するようなことが防止される。前記中間圧は圧力調整弁３０の働きによって所定以上になるのを防止される。
【００２０】
本実施の形態は特に、固定スクロール部品８および旋回スクロール部品１３の一方、例えば図１〜図３に示す旋回スクロール部品１３の渦巻きラップ１５の立ち上がり端面１５ａに、これが対向する他方、例えば図１〜図３に示す固定スクロール部品８の鏡板１４ａとの間をシールするシール部材１６を設け、図１、図２にＴｆ、Ｔｍで示すようにシール部材を備えない固定スクロール部品８の渦巻きラップ９の厚みＴｆをシール部材１６を備えた渦巻きラップ１５の厚みＴｍよりも厚くしてある。ここでは、シール部材１６を持った旋回スクロール部品１３の厚みＴｍは改良対象でなく、従来の場合同様に設定されているのに対し、シール部材を持たない固定スクロール部品８の渦巻きラップ９の厚みＴｆは改良対象であって、従来よりも厚く設定することを意味している。
【００２１】
以上のような厚み関係の設定によると、固定、旋回各スクロール部品８、１３の一方の渦巻きラップ１５の立ち上がり端面１５ａでは、シール部材１６により対向する固定スクロール部品８の鏡板１４ａとの間に従来と同様に十分なシール性を確保しながら、シール部材１６が設けられない他方の渦巻きラップ９については、前記シール部材１６を設けた一方の渦巻きラップ１５よりも厚く形成して、つまり従来の場合よりも厚く形成して、その立ち上がり端面９ａとこれが対向する旋回スクロール部品１３の鏡板１４ｂとの間の隙間幅Ｂｆが、図２に示すようにシール部材１６を設けた一方の旋回スクロール部品１３における渦巻きラップ１５の立ち上がり端面１５ａと他方の固定スクロール部品８の鏡板１４ａとの間の隙間幅Ｂｍより大きくなることにより、つまり従来の場合よりも大きくなることにより、シール部材が設けられていなくても十分なシール性を確保するので、従来のものよりも圧縮効率を向上することができる。これによって、Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２などのＲ２２より圧力の高い冷媒を用いると上記のような効果が特に顕著に現れるので、十分な圧縮効率が得られる。
【００２２】
本実施の形態では、さらに、固定スクロール部品８と旋回スクロール部品１３が、熱膨張係数の異なる金属材料よりなり、図２に示すように熱膨張係数が大きい金属材料よりなる一方、例えば図に示す旋回スクロール部品１３の渦巻きラップ１５の立ち上がり高さＨｍを、熱膨張係数が小さい金属材料よりなる他方、例えば図に示す固定スクロール部品８の渦巻きラップ９の立ち上がり高さＨｆよりも低く設定するとともに、この熱膨張係数の大きい金属材料よりなる旋回スクロール部品１３の渦巻きラップ１５の立ち上がり端面１５ａにシール部材１６を有する関係としてある。ここに熱膨張係数が大きい金属材料はアルミニウム系金属材料が好適であり、熱膨張係数の小さい金属材料は鉄系金属材料が好適である。しかし、これに限られることはなく、基本的には熱膨張係数が異なる固定スクロール部品８と旋回スクロール部品１３とを組み合せた構成であれば有効である。
【００２３】
以上のように、熱膨張係数の大きい金属材料よりなる旋回スクロール部品１３の渦巻きラップ１５が、シール部材１６を立ち上がり端面１５ａに有して、昇温に伴い熱膨張係数の小さい金属材料よりなる固定スクロール部品８の渦巻きラップ９よりも高い割合で立ち上がり高さＨｍを増大するが、熱膨張係数の小さい固定スクロール部品８における渦巻きラップ９よりも立ち上がり高さが低く設定されている分、対向する固定スクロール部品８の鏡板１４ａとの間の隙間を適度に小さくしてシール部材１６によるシール性を増しながら、固定スクロール部品８の鏡板１４ａとのシール部材１６の過剰な摺接や渦巻きラップ１５の接触を回避するので、運転に過剰な負荷が生じたり耐久性が低下したりするようなことを防止することができる。また、熱膨張係数の小さな固定スクロール部品８の渦巻きラップ９はシール部材を有していないが対向する旋回スクロール部品１３との間の隙間幅Ｂｆが大きいことによる前記優れたシール性を昇温に伴う渦巻きラップ９の立ち上がり高さＨｆを若干増してさらに高めながら、立ち上がり高さの増大割合が小さいことにより、対向する旋回スクロール部品１３の鏡板１４ｂに接触するようなことを回避するので、運転に過剰な負荷が生じたり耐久性が低下したりするようなことを回避することができる。従って、耐久性が低下するようなことなく圧縮効率をさらに高められるので、前記のような圧力の高い冷媒に特に有効なものとなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明から明かなように、固定、旋回各スクロール部品の一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にはシール部材を設けて対向するスクロール部品との間に十分なシール性を確保しながら、シール部材が設けられない他方の渦巻きラップは前記シール部材を設けた一方の渦巻きラップよりも厚く形成してその立ち上がり端面が対向するスクロール部品との間の隙間幅が、シール部材を設けた一方のスクロール部品のそれより大きくなることにより、シール部材が設けられていなくても十分なシール性を確保して、圧縮効率を向上することができ、Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２などのＲ２２より圧力の高い冷媒を用いると、上記の効果が特に顕著に現れ、十分な圧縮効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態を示すスクロール圧縮機の要部である固定スクロール部品と旋回スクロール部品の渦巻きラップとの噛み合い状態を示す平面図である。
【図２】図１の固定スクロール部品および旋回スクロール部品との噛み合い状態を示す一部の断面図である。
【図３】図２のスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図４】従来のスクロール圧縮機を示す断面図である。
【符号の説明】
７  圧縮機構部
８  固定スクロール部品
９、１５  渦巻きラップ
９ａ、１５ａ  立ち上がり端面
１０  吐出口
１３  旋回スクロール部品
１６  シール部材
２０  自転拘束部品
４０  圧縮室
４１  吸入口
Ｂｆ、Ｂｍ  隙間幅
Ｈｆ、Ｈｍ  立ち上がり高さ
Ｔｆ、Ｔｍ  厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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