(57)【要約】【課題】環状シール部材の外周軸方向の漏れを防止する役割を担っていた環状シール部材の切断部が作動流体の高圧化へ伴い、高圧側から低圧側への漏れ経路としての比重が高まり効率低下の主要因となってきている。【解決手段】環状シール部材の勘合する環状溝と環状シール部材との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に環状シール部材の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定にして、環状シール部材に柔構造部を持たせる切り欠き部を設ける構成とした。【選択図】図３
2006009614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器の内部に、電動機とこの電動機を駆動して作動流体を圧縮する圧縮機構とを備え、前記圧縮機構を、固定鏡板上に固定渦巻羽根を形成した固定渦巻羽根部品と、前記固定渦巻羽根部品と噛み合い複数個の圧縮作業空間を形成する旋回渦巻羽根を旋回鏡板上に形成した旋回渦巻羽根部品と前記旋回渦巻羽根部品の自転を防止して旋回のみを行わせる自転拘束部品と、前記旋回渦巻部品を旋回駆動するクランク軸と、前記クランク軸に形成した主軸を支承する主軸受を有する軸受部品と、前記旋回鏡板の旋回渦巻羽根と反対側の鏡板背面に、前記クランク軸に設けた偏心駆動係合部に係合して前記旋回渦巻羽根部品を旋回駆動する旋回駆動係合部とで構成し、旋回渦巻羽根部品のスラスト力は固定渦巻羽根部品に支持されると共に、前記旋回駆動係合部の外方側で前記鏡板背面にかかる圧力を、前記旋回駆動係合部側にかかる吐出圧力と前記鏡板背面の外周部側にかかる前記吐出圧力よりも低い圧力とに仕切るための環状シール部材を前記軸受部品に形成した環状溝に設けたスクロール圧縮機において、前記環状溝と前記環状シール部材との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に前記環状シール部材の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定であって、前記環状シール部材に柔構造部を持たせる切り欠き部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
切り欠き部が環状シール部材の外周側の軸方向厚さ内に設けられたことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
切り欠き部が環状シール部材の旋回渦巻部品との摺接面外周部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
環状シール部材の外周側厚さをｂ１、内周側厚さをｂ２とした時、ｂ２＜ｂ１となることを特徴とする請求項２〜３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
作動流体を二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一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、業務用または家庭用、あるいは乗り物用の冷凍空調、あるいはヒートポンプ式の給湯システムなどに用いられる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の環状シール部材としては、図７に記載されているようなものがあった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
環状シール部材は、軸受部品の鏡板背面と対向する面に設けた環状溝に嵌合装着しており、その環状シール部材は、通常切断箇所を有するリング状であり、略半径方向に略一直線状の切断面をもつ切断部を設け、切断面に略平行な方向と環状シール部材の周方向とのなす角度を２０°〜６０°としたものであり、またその断面形状は長方形としている。この切断部は、スクロール圧縮機の運転時に吐出圧力による高圧が作用することにより切断部分がスライドすることにより、環状溝の外周方向へ密着勘合し環状シール部材の外周軸方向の漏れを防止する役割を果たしていた。
【０００４】
前述のように、この環状シール部材は旋回鏡板の背面と軸受部品との間の環状シール部材と旋回駆動係合部とで囲まれる空間（環状シール部材の内方側）に圧縮作業空間で圧縮された冷媒ガスの吐出圧力による高圧がかかり、この高圧により旋回鏡板背面に背圧（軸方向圧力）を生じ、環状シール部材を同圧力で旋回鏡板の背面側（摺動面側）に押し付けている。また旋回鏡板の旋回渦巻羽根と反対側の鏡板背面と軸受部品との間には、鏡板背面にかかる圧力とこの吐出圧力よりも低い旋回鏡板の外周側の背面にかかる圧力とに仕切っており、この環状シール部材は相対して摺動する摺動部品との密着により、環状シール部材の内側すなわちクランク軸側と外側すなわち旋回渦巻羽根鏡板との外周側との差圧を維持することができるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−１９６５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前記従来の構成では、環状シール部材の外周軸方向の漏れを防止する役割を担っていた環状シール部材の切断部が作動流体の高圧化へ伴い、高圧側から低圧側への漏れ経路としての比重が高まり効率低下の主要因となってきている。例えばＲ２２冷媒からＲ４１０Ａ冷媒へ変更した場合等は、高圧と低圧の差圧としては約２倍程度の増加であったため、環状シール部材の材質や切断部の形状の最適化等により、漏れとしては従来と同等程度に維持することができていた。しかしながらＲ４１０Ａ冷媒から自然冷媒であるＣＯ２の高圧冷媒へと移行した場合は、Ｒ４１０Ａの５倍以上の差圧が発生するため従来の手法では漏れを防止することが困難で性能を低下させざるを得なかった。さらに、非常に大きい差圧のため環状シール部材の切断部の外周側切断端が吐出圧力よりも低い圧力で構成された旋回鏡板背面の外周側へ変形することになる。このように環状シール部材が変形することにより、シール力が低下し高圧部から低圧部への高温高圧油の漏れが生じることとなる。
【０００６】
また、環状シール部材に切断部を設けていない従来技術の場合は、切断部からの漏れは存在しなくなる。しかしながら、このような従来技術では高負荷運転時に環状シール部材の温度が上昇すると、環状シール部材は熱膨脹による変形を起こし、環状シール部材との外周径方向や旋回鏡板との間には隙間が生じる。結果として高圧部から低圧部へ高温高圧油等の漏れを生じることとなり、結果として高負荷時の性能を低下させることにつながっ
ていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、環状シール部材の勘合する環状溝と環状シール部材との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に環状シール部材の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定にして、環状シール部材に柔構造部を持たせる切り欠き部を設ける構成としたものである。
【０００８】
本構成により、環状シール部材の柔構造部がスクロール圧縮機の運転高温時において変形し、シール性を確保しつつ熱膨張による異常変形を吸収することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスクロール圧縮機は、ＣＯ２等の高圧冷媒を用いた場合においても、環状シール部材のシール力低下を抑制することができ、圧縮機構部への高温高圧油等の漏れによる圧縮損失増大、摺動損失増大、及び体積効率低下等を防止し、高効率および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】
【００１０】
第１の発明は、環状シール部材の勘合する環状溝と環状シール部材との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に環状シール部材の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定にして、環状シール部材に柔構造部を持たせる切り欠き部を設ける構成としたものである。このような構成により、スクロール圧縮機の運転高温時において環状シール部材が熱膨張を起こしても、熱膨張による変形を環状シール部材に設けた柔構造部が吸収するとともに、柔構造部が高圧と低圧の差圧力により変形し、環状溝と環状シール部材との密着勘合性を高め、高圧部から低圧部への高温高圧油等の漏れを抑制するものである。
【００１１】
第２の発明は、特に第１の発明で、切り欠き部が環状シール部材の外周側の軸方向厚さ内に設けられたものであり、環状シール部材の外周部軸方向の熱膨張および圧力による変形が容易となり、環状溝と環状シール部材との密着勘合性を高めることができる。
【００１２】
第３の発明は、特に第１の発明で、切り欠き部が環状シール部材の旋回渦巻部品との摺接面外周部に設けられたもので、第２の発明と同等の効果を奏するとともに、環状シール部材と旋回渦巻部品との摺接面積が縮小できるため、摺接面での摺動損失低減を図ることができる。
【００１３】
第４の発明は、特に第２あるいは第３の発明で、環状シール部材の外周側厚さをｂ１、内周側厚さをｂ２とした時、ｂ２＜ｂ１となる構成としたものである。本構成により、圧力差による環状シール部材の外周方向への押し付け力が増大し、環状溝と環状シール部材との密着勘合性をさらに高めることができるとともに、ｂ２＜ｂ１の関係上、環状シール部材の内周側剛性が低いために変形による密着勘合性をさらに高めることができる。
【００１４】
第５の発明は、特に第１から第４の発明で、作動流体に高圧、高差圧の二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素の場合、作動時の差圧が従来作動流体に比べ大きいとともに、作動温度が高温化するため、第１から第４の発明の効果を従来作動流体よりも効果的に発揮することが可能であり、一般的に言われている二酸化炭素使用時のスクロール圧縮機の効率低下を抑制することが可能となる。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。圧縮機構２とこれを駆動する電動機３の固定子３ａを固定し、この電動機３の回転子３ｂに
圧縮機構２を駆動するクランク軸４を結合している。圧縮機構２は、固定鏡板１２ａに一体に形成した固定渦巻羽根１２ｂを有する固定渦巻羽根部品１２と、この固定渦巻羽根１２ｂと噛み合って複数個の圧縮作業空間を形成する旋回渦巻羽根１３ｂを旋回鏡板１３ａの上に形成した旋回渦巻羽根部品１３と、この旋回渦巻羽根部品１３の自転を防止して旋回のみをさせる自転拘束部品１４と、旋回鏡板１３ａの旋回渦巻羽根１３ｂの反対側に設けた旋回駆動係合部５と、旋回駆動係合部５の内方向側に設けたクランク軸４が嵌入する偏心駆動係合部４ａと、クランク軸４を支承する軸受部品１１とによって構成され、旋回鏡板１３ａの旋回渦巻羽根１３ｂと反対側の背面（鏡板背面）と軸受部品１１との間には、旋回鏡板１３ａ背面にかかる圧力を、旋回鏡板１３ａの中心部側の背面にかかる吐出圧力とこの吐出圧力よりも低い旋回鏡板１３ａの外周側の背面にかかる圧力とに仕切る環状シール部材４６を設け、この環状シール部材４６を軸受部品１１の旋回鏡板１３ａ背面と対向する面に設けた環状溝４７に嵌合装着している。密閉容器１内に溜められた潤滑油６はクランク軸４に設けた貫通孔２６を通って環状シール部材４６の内方に供給されるようにしている。環状シール部材４６は、略長方形断面の耐熱、耐磨耗性のよい柔軟性のある例えばフッ素系合成樹脂材等からなっている。
【００１６】
環状シール部材４６の勘合する環状溝４７と環状シール部材４６との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に環状シール部材４６の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定としている。これは環状シール部材４６の熱膨張係数が軸受部品１１より大きいために構成が可能となる。本実施の形態においては、環状シール部材４６はフッ素系合成樹脂材等であり、環状溝４７が形成される軸受部品１１は鉄系材料で構成されている。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態における環状シール部材４６の平面図を示すものであり、図３は本発明の実施の形態における環状シール部材４６の図２におけるＡ−Ａ断面図を示すものである。図３に示すように、環状シール部材４６には柔構造部を持たせる切り欠き部１０１が設けられている。図３では代表して切り欠き部１０１が環状シール部材４６の外周側の軸方向厚さ内に設けたものを記載しているが、内周側の軸方向厚さ内、旋回渦巻羽根１３との反摺接面側あるいは環状シール部材４６内部に切り欠き部１０１（くり抜き部）を設けてもよい。
【００１８】
環状シール部材４６の勘合する環状溝４７と環状シール部材４６との外周径方向隙間はスクロール圧縮機運転時に環状シール部材４６の熱膨張によりほぼなくなる隙間設定となっているため、スクロール圧縮機の組立時あるいは運転停止時には環状溝４７と環状シール部材４６との組み付け隙間はある程度存在しているが、スクロール圧縮機の運転時には各部温度が上昇し、環状シール部材４６も熱膨張により環状溝４７に密着勘合する。環状シール部材４６に柔構造部がない場合には、熱膨張による環状シール部材４６の変形が大きといびつな変形となり、環状溝４７との密着勘合性が低下するとともにに、旋回渦巻羽根１３との摺接面側も密着性が損なわれ漏れが発生する結果となる。柔構造部はこのようないびつな変形を吸収する役割を担っている。
【００１９】
環状シール部材４６の熱膨張が少ない状態で密着勘合性を高めた構成をとった場合においても、切り欠き部１０１を設け柔構造部を持たせることによりより大きい熱変形が生じても密着勘合性を維持した上で高いシール性を確保することができる。
【００２０】
環状溝４７と環状シール部材４６との密着勘合性あるいは旋回渦巻羽根１３との摺接面側の密着性が低下すると以下の理由により性能が大きく低下するため、前述の高いシール性の維持は高効率化あるいは高信頼性化には非常に重要な項目である。
【００２１】
スクロール圧縮機の駆動に伴って旋回鏡板１３ａの背面と軸受部品１１との間の環状シール部材４６と旋回駆動係合部５とで囲まれる空間（環状シール部材２８の内方側）に圧
縮作業空間で圧縮された冷媒ガス２７の吐出圧力による高圧が働く。この高圧により旋回鏡板１３ａ背面に背圧（軸方向圧力）が生じ、環状シール部材４６を同圧力で旋回鏡板１３ａの背面側（摺動面側）に押し付ける形となり、環状シール部材４６で仕切られた吐出圧力よりも低い圧力の外周側に環状シール部材２８を介して差圧を生じる。この時環状シール部材４６は、旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間に存在する隙間を塞ぐ形となる。これは環状シール部材４６が、軸受部品１１の環状溝４７よりも旋回鏡板１３ａ背面と軸受部品１１との間に存在する隙間分、突出していることになる。この状態で環状シール部材４６に放射状に高圧が作用するため、低い圧力で構成している旋回鏡板１３ａ背面の外周側へ高温高圧の潤滑油油６が漏れることになる。この様な状態が発生すると、高圧部から低圧部への高温高圧の潤滑油６の漏れ、さらに高温高圧の潤滑油６が圧縮機構２の吸入部にも漏れることとなり、吸入作動流体の密度が低下し、圧縮機構２の体積効率も悪くなり圧縮性能の低下を招くことになる。
【００２２】
しかしながら本実施の形態を用いることにより、環状シール部材４６のシール性が高められ高い信頼性と高い圧縮機効率を維持するスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２３】
なお、切り欠き部１０１が環状シール部材４６の外周側の軸方向厚さ内に設けた場合においては、以下のようにさらにシール効果を高めることが可能である。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態における旋回駆動係合部５、環状シール部材４６、環状溝４７の要部拡大断面図を示すものである。
【００２５】
前述のようにスクロール圧縮機の運転時には、圧力、熱膨張により環状シール部材４６が変形するが、柔構造部により適度に緩和され、良好なシールが確保される。さらに、図４に示すように、切り欠き１０１が環状シール部材４６の外周側の軸方向厚さ内に設けられていると、軸方向の差圧力により環状シール部材４６の外周下端部は旋回渦巻羽根部品１３の方向へ変形する。この変形により、環状シール部材４６の外周の面性状が良好でない場合等においても環状シール部材４６と環状溝４７とのシール性がさらに高められることになる。また、切り欠き部１０１は潤滑油６の油溜まりとしても作用するため、環状シール部材４６と環状溝４７とのシール性はこの観点からも改善されることとなる。
【００２６】
以上のように、切り欠き部１０１が環状シール部材４６の外周側の軸方向厚さ内に設けられた場合は、環状シール部材４６の外周部軸方向の熱膨張および圧力による変形が容易となり、環状溝４７と環状シール部材４６との密着勘合性をさらに高めることができ、より高性能なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態における旋回駆動係合部５、環状シール部材４６、環状溝４７の要部拡大断面図を示すものである。
【００２８】
図５に示すように、切り欠き部１０１が環状シール部材４６の旋回渦巻部品１３との摺接面外周部に設ける構成としている。切り欠き１０１による柔構造部の効果は実施の形態１と構成は異なるもののほぼ同等の効果が発揮されるとともに、環状シール部材４６と旋回渦巻部品１３との摺接面積が縮小できるため、摺接面での摺動損失低減を図ることができる。また、環状シール部材４６の運転中の温度上昇として最も厳しい摺接面近傍に切り欠き部１０１が設けられているため、柔構造部の熱変形緩和としては最大限の効果を期待することができる。
【００２９】
以上のように本実施の形態では、環状シール部材４６周辺からの漏れを抑制し高効率化が図れるだけではなく、環状シール部材４６と旋回渦巻部品１３との摺動損失低減を実現
することができ、さらに高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００３０】
（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態における旋回駆動係合部５、環状シール部材４６、環状溝４７の要部拡大断面図を示すものである。切り欠き部１０１は環状シール部材４６の外周側の軸方向厚さ内に設けらている実施例である。
【００３１】
環状シール部材４６の外周側厚さをｂ１、内周側厚さをｂ２とした時、ｂ２＜ｂ１となる構成としている。本構成により、環状シール部材４６の底面と環状溝４７との隙間がくさび状に形成され高圧が進入しやすくなるとともに、環状シール部材４６の旋回渦巻部品１３への押し付け力が増加し密着摺接性をさらに高めることができる。
【００３２】
（実施の形態４）
本発明の第１から第３の実施の形態において、冷媒に高圧冷媒の二酸化炭素を用いた場合は作動時の差圧が従来作動流体に比べ大きいとともに、作動温度が高温化するため第１から第４の発明の効果をさらに効果的に高めることが可能である。
【００３３】
作動流体に二酸化炭素を用いた場合においては、作動時の差圧はＨＦＣ系作動流体を用いた場合の５倍以上にも達し、作動温度もおおよそ５０℃以上も上昇する。二酸化炭素を用いたスクロール圧縮機においては、これらの高差圧、高温作動の問題により従来作動流体に対して圧縮機の効率が大きく低下する問題を抱えていた。しかしながら本発明の実施の形態を用いることにより、特に環状シール部材４６周辺の漏れによる効率低下を効果的に抑制することができ、従来作動流体の圧縮機効率へ近づくスクロール圧縮機を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように本発明にかかるスクロール圧縮機は、環状シール部材の熱変形、圧力変形を効果的に利用して環状シール部材周辺からの漏れを抑制し高性能化を実現することができる。また、作動流体を従来のＨＦＣ系冷媒に限ることなく、自然冷媒である二酸化炭素を用いたヒートポンプ式の給湯システム等にも対応することができ、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等の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】
【００３５】
【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】本発明の実施の形態１における環状シール部材の平面図
【図３】本発明の実施の形態１における環状シール部材の要部拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態１における環状シール部材周辺の要部拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態２における環状シール部材周辺の要部拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態３における環状シール部材周辺の要部拡大断面図
【図７】従来の環状シール部材の平面図
【符号の説明】
【００３６】
１    密閉容器
２    圧縮機機構
３    電動機
３ａ      固定子
３ｂ      回転子
４    クランク軸
４ａ      偏心駆動係合部
５    旋回駆動係合部
６    潤滑油
１１  軸受部品
１２  固定渦巻羽根部品
１２ａ  固定鏡板
１２ｂ  固定渦巻羽根
１３  旋回渦巻羽根部品
１３ａ  旋回鏡板
１３ｂ  旋回渦巻羽根
２６  貫通孔
４６  環状シール部材
４７  環状溝
１０１  切り欠き部
２０１  切断部
【図１】
2006009614.tif 000003
【図２】
2006009614.tif 000004
【図３】
2006009614.tif 000005
【図４】
2006009614.tif 000006
【図５】
2006009614.tif 000007
【図６】
2006009614.tif 000008
【図７】
2006009614.tif 000009