(57)【要約】【課題】スラスト軸受の摺動面積を減少させず、シール性を確保しながらスラスト軸受の摺動損失を低減することが可能なスクロール圧縮機を提供すること。【解決手段】旋回スクロール支持円板９ｂ外周面に溝を設け、支持円板９ｂ外周角部のエッジ当たりを回避するような弾性変形を生じさせることにより、第２のスラスト軸受１５ｂの摺動面積を減少させず、シール性を確保しながら第２のスラスト軸受１５ｂの摺動損失を低減することが可能となるので、旋回スクロール９を理想の運転状態に近づけることによる高効率化が可能である。【選択図】図２
2006070806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロール支持円板外周面に溝を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロール支持円板外周面溝が前記支持円板の全周にわたってリング状に設けられている請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
旋回スクロール支持円板外周面溝が前記支持円板の一部または複数箇所に設けられている請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
旋回スクロール支持円板外周面溝の断面形状が多角形である請求項１〜３いずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
旋回スクロール支持円板外周面溝の断面形状が曲線である請求項１〜３いずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
作動流体として高圧冷媒である二酸化炭素を用いた請求項１〜５いずれか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、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鏡板上に渦巻きラップを形成した固定スクロール部品と旋回スクロール部品をかみ合わせ複数の圧縮室を形成し、旋回スクロール部品背面に一定圧を印加することで固定スクロールラップ上面と旋回スクロール支持円板面とがスラスト摺動し、旋回スクロール部品に偏心部を有するクランクシャフトを連結させ、オルダムリングを用いて自転を防止し旋回運動をさせることで、中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行っていくスクロール圧縮機において、各圧縮室には必ず微小な隙間が存在し、その隙間をオイルにて満たすことで他の圧縮室または吸入室、旋回スクロール部品背圧室との流体の流通を防止している。
【０００３】
しかし、昨今のインバーター制御化によって運転周波数や温度、圧力などの運転条件は様々に変化し、それに伴ってオイルによるシール性能が不十分な運転条件が発生する。シール性能が低下すると各圧縮室での流体の漏れが大きくなり体積効率の低下や再圧縮による圧縮効率の低下を引き起こす。
【０００４】
特に、低圧縮比の条件では旋回スクロール部品と固定スクロール部品との間の押し付け力が低下し、旋回スクロール部品が固定スクロール部品から離れることで大幅な体積効率の低下が生じる。
【０００５】
その対策として、従来から旋回スクロール部品背圧室を吸入圧力よりもやや高い圧力とすることで旋回スクロール部品を固定スクロール部品に強く押し付け、冷媒漏れを抑制している。
【０００６】
しかし、旋回スクロール部品を強く押し付けるため、逆に高圧縮比、高速条件ではスラスト軸受での損失が増加し、入力上昇の原因となっている。
【０００７】
これらの問題に対する対策の一つとして図８に示す様に固定スクロール部品１０１のスラスト軸受１０２にリング状の溝１０３を配設し、リング状の溝１０３の外周側角部よりも内側の溝内部と内周側角部よりも内側に位置する摺動面との間の範囲を旋回スクロール部品ラップ支持円板１０４の外周角部が旋回運動するように配置される構成とすることによって、旋回スクロール部品ラップ支持円板１０４の外周角部のエッジ当たりを緩和し、スラスト軸受１０２の摺動損失を低減するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−００４５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、固定スクロールのスラスト軸受にリング状の溝を設けることによってスラスト軸受の摺動面積が減少し、スラスト面圧が上昇するために却って入力上昇する可能性がある。
【０００９】
また、スラスト軸受の面積が減少することでシール性が低下し、旋回スクロール部品背圧室と圧縮室または吸入室との間の冷媒漏れが増大するため、体積効率が低下する可能性が大きくなる。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールラップ支持円板外周面に溝を設け、ラップ支持円板外周角部のエッジ当たりを回避するような弾性変形を生じさせることにより、スラスト軸受の摺動面積を減少させず、シール性を確保しながらスラスト軸受の摺動損失を低減することが可能な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】
【００１１】
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、請求項１記載のとおり、旋回スクロールラップ支持円板外周面に溝を設けたものである。
【００１２】
従来の構成では固定スクロールスラスト軸受の摺動面積を減少させたために却って入力上昇を招くとともに、旋回スクロール背圧室と圧縮室とのシール性悪化による体積効率を低下させる可能性のあるものが、本構成によれば、旋回スクロール支持円板外周部の弾性変形によって、摺動面積を減少させることなくスラスト軸受の摺動損失を低減させるとともにスラストのシール性悪化による性能低下を防止することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスクロール圧縮機は、スラスト軸受におけるシール性を損なうことなくスラスト摺動損失を低減させることにより高効率化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、旋回スクロール支持円板外周面に溝を設けることにより、支持円板外周角部の固定スクロールスラスト軸受とのエッジ当たりを支持円板外周部の弾性変形によって回避することができるため、スラスト軸受の摺動損失低減による高効率化が可能である。
特に、旋回スクロール部品がすりこぎ運動をしながら旋回している場合、旋回スクロール支持円板外周面が固定スクロールスラスト軸受面にならって摺動するため、強いスラスト力を面で支持することができ、なお摺動損失低減の効果が大きい。
【００１５】
また、長時間の運転によってスラスト軸受のなじみが進行すると、固定スクロールスラスト軸受にならって摺動した旋回スクロール支持円板外周部が摩耗し、旋回スクロール支持円板中心部に対して数ミクロンのスロープが形成される。このスロープによってくさび効果が発揮され、さらにスラスト摺動損失を低減させることが可能である。
【００１６】
さらに、スラスト軸受の摺動面積を維持することができるため、旋回スクロール背圧室と圧縮室または吸入室との間の冷媒漏れによる体積効率の悪化を防止することが可能である。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロール支持円板外周面溝を支持円板の全周にわたってリング状に設けることにより、スラスト軸受の全周にわたって旋回スクロール支持円板角部の摺動損失が大きい場合にスラスト軸受の大幅な摺動損失低減により高効率化が可能である。
【００１８】
また、リング状の溝を旋削によって加工できるため既存の加工設備にて対応できる可能性が大きく、設備投資によるコストアップを抑制することが可能である。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロール支持円板外周面溝を支持円板の一部または複数箇所に設けることにより、スラスト軸受の一部において旋回スクロール支持円板角部の摺動損失が大きい場合に、必要最低限の溝加工にて対応できるため、加工工数を最小化することで不要なコストアップを抑制することが可能である。
【００２０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロール支持円板外周面溝の断面形状を多角形にすることにより、加工設備の刃具形状に合わせて外周面溝を容易に加工することができ、加工工数を最小化することで不要なコストアップを抑制することが可能である。
【００２１】
また、多角形の断面における角部に応力が集中しやすくなるため、旋回スクロール支持円板外周スラスト面が固定スクロールスラスト軸受にならって弾性変形しやすくなり、スラスト軸受の摺動損失の低減が容易になる。
【００２２】
第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロール支持円板外周面溝の断面形状を曲線にすることにより、旋回スクロール支持円板外側角部に過度な応力が働く場合には、溝断面に角部が無いために応力集中を回避することができ、旋回スクロール支持円板外側角部の座屈による信頼性の低下を抑制することが可能である。
【００２３】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体としてＣＯ２を用いることで、旋回スクロール背圧室と圧縮室または吸入室との差圧が大きく、スラスト軸受の摺動損失が非常に大きい圧縮機において、スラスト軸受のシール性を確保しつつ摺動損失を低減させることができ、より効果的な高効率化が可能である。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態）
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縦断面図である。
【００２６】
図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定された駆動軸４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。
【００２７】
駆動軸４に設けられた主軸方向の油穴７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。
【００２８】
固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。
【００２９】
駆動軸４の主軸から偏心して駆動軸４の上端部に配置された偏心軸１４は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられた第１のスラスト軸受１５ａとの間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。ラップ支持円板９ｂには偏心軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。
【００３０】
給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油は駆動軸４の油穴７を通り旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂ外周部の第２のスラスト軸受１５ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受１９を通り圧縮部外部へ排出される。
【００３１】
吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。
【００３２】
図２は図１における固定スクロール６と旋回スクロール９のみを抜き取った圧縮機構部拡大断面図で、旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂ外周面に矩形断面のリング溝２４を設けている。
【００３３】
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂのうち、旋回スクロールラップ９ａが立設されているスラスト面２５は、固定スクロール６に設けられた第２のスラスト軸受１５ｂと油膜を介して密着して運転される状態が理想である。この状態は、第２のスラスト軸受１５ｂに十分な油膜圧力が発生し流体潤滑を行うため、第２のスラスト軸受１５ｂとスラスト面２５との間を通って圧縮室１１または吸入室１３へと漏れ込むことによって生じる体積効率の低下を抑えながら第２のスラスト軸受１５ｂにおける摺動損失も最低限に抑えることができ、最も効率の良い運転状態である。
【００３４】
しかし、図３のように旋回スクロール９のスラスト面２５外側角部には加工によるバリやカエリが発生しやすく、第２のスラスト軸受１５ｂ全体に隙間が生じ、第２のスラスト軸受１５ｂのシール性が低下するとともに局所摺動による摺動損失の増加を招くことが多い。
そこで、旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂ外周面にリング溝２４を設けることによりスラスト面２５の外側部は容易に弾性変形するため、極端な面圧上昇が抑えられ摺動損失を低減させることができるとともに、バリ発生部以外の場所ではスラスト面２５が第２のスラスト軸受１５ｂに密着しているためシール性を確保することも可能である。
【００３５】
また、固定スクロール６は本体フレーム５とのボルト締結や本体フレーム５の密閉容器１への溶接等によって図４のように変形しやすい。その結果、旋回スクロール９のスラスト面２５外側角部に発生したバリやカエリの場合と同様、第２のスラスト軸受１５ｂにおけるシール性の低下と摺動損失の増加を招くことが多い。
【００３６】
この場合にも、旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂ外周面にリング溝２４を設けることにより前述の作用と同様の作用により、第２のスラスト軸受１５ｂにおけるシール性の確保と摺動損失の低減を実現させることが可能である。
【００３７】
さらに、旋回スクロール９がすりこぎ運動をしやすい低速低圧縮比の運転条件にて長時間運転を行うと、図５のように旋回スクロール９のスラスト面２５外側部はテーパ状に幅広く摩耗するため、高速高圧縮比の運転条件に移行したときにスラスト面２５外側部にくさび状の空間が生じ、第２のスラスト軸受１５ｂにおけるくさび効果によってさらに摺動損失を低減させることが可能である。
【００３８】
以上のように、旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂ外周面に矩形断面のリング溝２４を設けることにより、第２のスラスト軸受１５ｂにおけるシール性確保と摺動損失低減によって高効率化が可能である。
【００３９】
なお、本実施例ではリング溝２４の断面形状を矩形にしているが、このように断面形状に角部を持たせることによってスラスト面２５外側部が弾性変形しやすく、高効率化に対してより効果的であるし、リング溝２４の断面形状を三角形や五角形等の多角形にしても同様の効果が得られる。
【００４０】
逆に、図６に示す旋回スクロール９の断面図のように、リング溝２４の断面形状を曲線とすることによってスラスト面２５外側部の弾性変形はしにくくなるものの、断面形状における角部が無いために応力集中の発生を抑えることができ、スラスト面２５外側部に過度の応力が発生したときにはラップ支持円板９ｂ外側部の座屈による破断を防止することが可能である。
【００４１】
また、図７に示す別の形態の旋回スクロール９の断面図のように、リング溝２４をリング状ではなく一部に円弧状または直線状に設けることによって、スラスト面２５の摺動面のうちの特に摺動状態の厳しい部位での局所摺動を回避し、スラスト負荷を面で受けることによって摺動損失を低減させることが可能であるし、不要な部位へのリング溝２４の加工を省略できるため加工時間短縮によるコストダウンも可能である。
【００４２】
以上説明したリング溝２４は旋回スクロール９の素材を鋳造する際に鋳抜くことによって切削加工を省略することができるため、さらに加工時間の短縮を図ることも可能である。
【００４３】
さらに、本実施の形態は、特に、差圧が大きく第２のスラスト軸受１５ｂのシールが困難で摺動損失が非常に大きいＣＯ２を用いた圧縮機などに用いることでより大きな効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロール支持円板外周面に溝を設け、支持円板外周角部のエッジ当たりを回避するような弾性変形を生じさせることにより、スラスト軸受の摺動面積を減少させず、シール性を確保しながらスラスト軸受の摺動損失を低減することが可能となるので、旋回スクロールを理想の運転状態に近づけることによる高効率化を行う場合に有効であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒である二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるバリ発生時の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態における固定スクロール変形時の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態における支持円板磨耗後の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態における旋回スクロール断面図
【図７】本発明の実施の形態における別の形態の旋回スクロール断面図
【図８】従来例における圧縮機構部拡大断面図
【符号の説明】
【００４６】
１  密閉容器
２  吐出管
３  モータ
３ａ  回転子
３ｂ  固定子
４  駆動軸
５  本体フレーム
６  固定スクロール
６ａ  鏡板
６ｂ  固定スクロールラップ
７  油穴
８  給油ポンプ装置
９  旋回スクロール
９ａ  旋回スクロールラップ
９ｂ  ラップ支持円板
１０  偏心軸受
１１  圧縮室
１２  吐出口
１３  吸入室
１４  偏心軸
１５ａ  第１のスラスト軸受
１５ｂ  第２のスラスト軸受
１６  環状シール部材
１７  背面室
１８  背圧室
１９  主軸受
２０  内部空間
２１  絞り部
２２  背圧調整弁
２２ａ  オイル供給通路
２３  逆止弁装置
２３ａ  リード弁
２３ｂ  弁押さえ
２４  リング溝
２５  スラスト面
１０１  固定スクロール
１０２  スラスト軸受
１０３  リング状溝
１０４  旋回スクロールラップ支持円板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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