(57)【要約】【課題】旋回スクロールのオイル圧縮による動力損失低減には、軸受部材等に工数のかかる加工あるいは複雑な鋳型の製作が必要であり、製造コストの高騰が発生し安価な高効率スクロール圧縮機を提供することが困難であった。【解決手段】旋回スクロールの鏡板外周部と圧縮機構を形成する主軸受部材内径との最少隙間を旋回スクロールの鏡板厚さの略１／１０以上と設定することにより、従来の複雑な加工の必要がなくなるとともに、主軸受部材の大型化を抑制するための設計指標ともなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状のラップを有する固定スクロールと鏡板および渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとは、互いにラップを内側にして噛み合い、前記旋回スクロールのスラスト力は前記固定スクロールに支持され、前記旋回スクロールは自転を阻止された状態で旋回運動を行い圧縮機構を形成するとともに、前記圧縮機構を駆動する電動機を密閉容器内に備え、前記圧縮機構の吐出圧力を前記密閉容器内に作用させ、前記吐出圧力またはポンプ等による強制給油で前記圧縮機構に給油し、前記旋回スクロールと前記圧縮機構を形成する主軸受部材によって形成される背圧室を経由して潤滑あるいは前記圧縮機構の油密閉シールをするようにしてなるスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの鏡板外周部と前記圧縮機構を形成する主軸受部材内径との最少隙間を前記旋回スクロールの鏡板厚さの略１／１０以上としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロールの旋回駆動係合部の外方側で前記旋回スクロールの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摺動仕切帯を主軸受部材に形成した環状溝に設け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】
圧縮機構の作動流体と非相溶または部分相溶であるオイルを用いたことを特徴とする請求項１あるいは２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
絞り機構を介して背圧室に給油されるとともに、圧縮機構の作動流体と相溶であるオイルを用いたことを特徴とする請求項１あるいは２記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
作動流体として高圧ガス、例えばＣＯ２を用いたことを特徴とする請求項１〜４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、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は、背圧室内の旋回スクロールの鏡板と主軸受部材との隙間に介在するオイルが、旋回スクロールの旋回運動によってオイル圧縮を起こし、動力損失を発生するのを防止するために、主軸受部材にオイル逃がし手段を設けているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６、７、８は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の構成を示すものである。特許文献１に記載された部材名を用いて従来技術を説明する。図８はフレーム２０４の締結用ボルト孔部を除いて切欠き２０４ａの旋回スクロール２０１の鏡板２０１ａの外周部と相対する切欠き内周面２０４ｆに凹溝２０８を設けた構造の例である。図７に示すように、旋回スクロールの鏡板２０１ａの外周面がフレーム２０４の切欠き内周面２０４ｆに近接しても凹溝２０８を通して旋回スクロールの旋回方向前側から後方へオイルが移動できるのでオイル圧縮を防止することができる。なお、前記凹部２０８に加えてフレーム２０４の切欠き内周面２０４ｆ寄りの切欠き上面２０４ｅに周方向に連続した環状の溝２０７を設ければ旋回方向前側から後方へのオイルの移動はさらによくなる。
【特許文献１】特公平６−３１６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、オイル圧縮による動力損失の発生は効果的に抑えることができるが、凹溝２０８あるいは環状の溝２０７を設けなければならない。凹溝２０８あるいは環状の溝２０７を設けるにあたって切削加工あるいは鋳抜き等の手段が考えられるが、切削加工を行うには加工工数の大幅な増加が見込まれ生産性が著しく低下する。また鋳抜きで構成した場合には、鋳型が複雑になるだけではなく、加工面と鋳肌面との境界部での後処理等に工数がかかり結果的に生産性を低下させることにつながる。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールの旋回運動によってオイル圧縮を起こし動力損失の発生を防止することが安価に実現でき、高効率で低価格の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】
【０００６】
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、旋回スクロールの鏡板外周部と圧縮機構を形成する主軸受部材内径との最少隙間を旋回スクロールの鏡板厚さの略１／１０以上としている。
【０００７】
これによって、旋回スクロールの鏡板外周部と圧縮機構を形成する主軸受部材内径との隙間を最適に設定することにより、前記従来の構成である凹溝２０８あるいは環状の溝２０７等を設ける必要がなくなり、加工あるいは後処理の工数増加が抑制できる。また主軸受部材の複雑な鋳型を製作する必要もなくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの旋回運動によってオイル圧縮を起こし動力損失の発生を防止することがき高効率化が図れるとともに、工数のかかる加工あるいは複雑な鋳型の製作がなくなり、製造コストを抑えることができ、安価で高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、渦巻き状のラップを有する固定スクロールと鏡板および渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとは、互いにラップを内側にして噛み合い、前記旋回スクロールのスラスト力は前記固定スクロールに支持され、前記旋回スクロールは自転を阻止された状態で旋回運動を行い圧縮機構を形成するとともに、前記圧縮機構を駆動する電動機を密閉容器内に備え、前記圧縮機構の吐出圧力を前記密閉容器内に作用させ、前記吐出圧力またはポンプ等による強制給油で前記圧縮機構に給油し、前記旋回スクロールと前記圧縮機構を形成する主軸受部材によって形成される背圧室を経由して潤滑あるいは前記圧縮機構の油密閉シールをするようにしてなるスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの鏡板外周部と前記圧縮機構部を形成する主軸受部材内径との隙間を前記旋回スクロールの鏡板厚さの略１／１０以上とすることにより、複雑な加工あるいは複雑な鋳型の製作をすることなく、旋回スクロールの旋回運動によってオイル圧縮を起こし動力損失の発生を防止することがきる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明で、旋回スクロールの旋回駆動係合部の外方側で前記旋回スクロールの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摺動仕切帯を主軸受部材に形成した環状溝に設けたものであり、背圧室の空間容積の減少を図り、滞留オイル量を減少させ、オイルによる粘性損失の増大を防止することができる。したがって、さらに高効率な安価なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１あるいは第２の発明で、圧縮機構の作動流体と非相溶または部分相溶であるオイルを用いたものである。非相溶または部分相溶のオイルを用いた場合には、広い運転範囲の中では、十分な潤滑のために必要である粘度以上の状態で運転されている場合が多い。このような高粘度のオイルが背圧室に供給された場合にも、効果的にオイル圧縮による動力損失の増加を防止することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１あるいは第２の発明で、絞り機構を介して背圧室に給油されるとともに、圧縮機構の作動流体と相溶あるいは部分相溶であるオイルを用いたものである。圧縮機構の作動流体と相溶あるいは部分相溶であるオイルを用いて、絞り機構を介して背圧室に給油される構成をとった場合、減圧発泡によって比較的オイル粘度が高い状態で背圧室に給油される場合が多い。このような場合、オイル圧縮による動力損失の増加が懸念されるが、本発明では効果的に回避することができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明で、作動流体として高圧ガス、例えばＣＯ２を用いたものである。従来のＨＦＣ系ガスに対して高圧ガスであるＣＯ２を用いた場合、圧力による圧縮機構部の変形が懸念されるため高剛性の圧縮機構部の設計が必要であった。背圧室についても、従来の設計からできるだけ空間容積を縮小し高剛性化を図る必要があり、空間容積縮小に起因するオイル圧縮の影響が大きく現れる懸念があった。本発明では、このような場合でも安価にオイル圧縮回避が可能であり、低価格で高効率なＣＯ２用スクロール圧縮機を提供することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる縦型のスクロール圧縮機の縦断面図の一例であり、圧縮対象は冷媒ガスである。
【００１６】
図１に示すように、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材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２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、クランク軸４の上端にある主軸部４ａ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外に通じた吸入パイプ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上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。
【００１７】
クランク軸４の下端は密閉容器１の下端部のオイル溜め２０に達して、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２１により軸受され、安定に回転することができる。電動機３は主軸受部材１１と副軸受部材２１との間に位置して、密閉容器１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子３ａと、クランク軸４の途中の外まわりに一体に結合された回転子３ｂとで構成され、回転子３ｂの上下端面の外周部分にはピン２２により止め付けられたバランスウエイト２３、２４が設けられ、これにより回転子３ｂおよびクランク軸４が安定して回転し、旋回スクロール１３を安定して円軌道運動させることができる。
【００１８】
実施の形態１においては主軸受部材１１に環状摺動仕切帯７８が配置されている背圧室２９の形態を示しているが、環状摺動仕切帯７８等がなく背圧室２９が低圧あるいは中間圧力に設定されている形態においてもなんら差し支えはない。
【００１９】
旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている環状摺動仕切帯７８があり、旋回運動を行いながら環状摺動仕切帯７８により高圧部分と低圧部分に仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。
【００２０】
給油機構７はクランク軸４の下端で駆動されるポンプ２５によってオイル溜め２０内のオイル６をクランク軸４を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２の各部の軸受部６６や圧縮機構２の各摺動部に供給する。オイル供給穴２６を通じて供給されたオイル６は、主軸受部材１１に配置されている環状摺動仕切帯７８内側に供給されることとなりに、旋回スクロール１３の背面部には吐出圧力が作用しているオイル６が安定的に作用する。供給後のオイル６は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部６６を通じ主軸受部材１１の下に流出して滴下し、最終的にオイル溜め２０に回収される。一方、オイル６の一部は背圧室２９にも供給され、背圧室２９内の摺動部を潤滑した後に最終的に圧縮室内に取り込まれ最終吐出ガスとともに密閉容器１内に排出される。
【００２１】
圧縮機構２から吐出される冷媒ガス２７の流れは以下のようになっている。圧縮機構２の上部の容器内吐出室３１、この容器内吐出室３１と圧縮機構２の下部を連通させる圧縮機構連通路３２、この圧縮機構連通路３２から回転子上部室３３に続く連絡路３４、回転子上部室３３と回転子下部室３５を連通させるように回転子３ｂに設けた回転子通路３６、回転子下部室３５、を順次経て電動機３の下に至り、さらに固定子３ａの下部と上部とを連通させるように固定子３ａまたは固定子３ａと密閉容器１との間に設けられた固定子通路３７を通って前記連絡路３４の外まわりの固定子上部室３８に抜けた後、圧縮機構２に設けられた圧縮機構連通路４３を経て、密閉容器１の固定子上部室３８の位置以上の部分に設けられた外部吐出口３９を通って密閉容器１外に吐出されるようにする容器内ガス通路Ａを設けてある。
【００２２】
図２を用いて、本発明の実施の形態１に係わるスクロール圧縮機についてさらに詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１に係わるスクロール圧縮機の要部拡大縦断面図である。図２に詳示するように、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ外周部と圧縮機構２を形成する主軸受部材１１内径との最少隙間１０１を旋回スクロール１３の鏡板１３ａ厚さの略１／１０以上としている。旋回スクロール１３は旋回運動を行っているため、クランク方向の鏡板１３ａ外周部と主軸受部材１１内径との隙間が最少隙間となっている。本実施の形態の最少隙間の範囲は、鏡板１３ａの厚さを変化させた時のスクロール圧縮機の実運転状態でのＣＯＰ（成績係数）を実験的に計測して得られたものである。
【００２３】
図３は鏡板１３ａの厚さを変化させた時の最少隙間１０１に対するＣＯＰの変化を示したものである。横軸は最少隙間１０１（Ｌ）を旋回スクロール１３の鏡板１３ａの厚さ（ｔ）で除した値、縦軸はＬ／ｔ＝３０％時を１００％としたときのＣＯＰの値を示している。図３から明らかなように、Ｌ／ｔが１０％以下ではＣＯＰの低下が認められ、２０％以上ではほとんどＣＯＰに変化が現れていないことがわかる。また、Ｌ／ｔで整理すると鏡板１３ａの厚さの影響についてはほとんど同一の傾向が得られることが判明した。
【００２４】
ＣＯＰに差異が見られるのは、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ外周部と主軸受部材１１内径との最少隙間１０１おけるオイル６のオイル圧縮に伴う動力損失の影響であり、最少隙間１０１が大きくなるにつれてオイル圧縮は軽減することから向上傾向を示す。
【００２５】
背圧室２９内における旋回スクロール１３の旋回に伴うオイル６のオイル圧縮については、定性的には最少隙間が大きければ抑制できることは明白であるが、Ｌ／ｔで整理することにより数値的に悪化する限界点（略Ｌ／ｔ＝１０％）を見いだすことが可能となった。
【００２６】
最少隙間１０１はＬ／ｔが２０％以上ではＣＯＰにほとんど変化が見られないものの、Ｌ／ｔを大きくとればとる程圧縮機構２の最外径が大きくなり、結果として材料コストがアップするだけでなくスクロール圧縮機の全体容積が大型化する。したがって、高効率、小型化、材料コスト低減の観点から必然的にＬ／ｔの上限値は２０〜３０％以下の値に落ち着く。
【００２７】
また本実施の形態で用いた主軸受部材１１内径は図４に示すように、単純な円形形状に近く、旋盤加工やあるいは鋳抜きで形成が容易であり、従来技術のような複雑な形状を必要としていない。したがってＬ／ｔで整理を鑑みることにより、非常に容易な形状でのオイル圧縮回避が可能となる。
【００２８】
以上のことから、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ外周部と圧縮機構２を形成する主軸受部材１１内径との最少隙間１０１を旋回スクロール１３の鏡板１３ａ厚さの略１／１０以上とすることにより、主軸受部材１１の複雑な加工あるいは複雑な鋳型の製作をすることなく、旋回スクロール１３の旋回運動によってオイル圧縮を防止し動力損失の発生を抑制することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図２を用いて、本発明の第２の実施の形態の説明を行う。旋回スクロール１３の旋回駆動係合部５の外方側で旋回スクロール１３の鏡板１３ａ背面にかかる圧力を、旋回駆動係合部５側にかかる吐出圧力と鏡板１３ａ背面の外周部側にかかる吐出圧力よりも低い圧力とに仕切るための環状摺動仕切帯７８を主軸受部材１１に形成した環状溝４７に設けている。この場合、背圧室２９の空間容積は、環状摺動仕切帯７８の外方側と主軸受部材１１内径との空間となり、同一主軸受部材１１の寸法上で形成した場合は背圧室２９の空間容積としては減少している。したがって、背圧室２９内に滞留するオイル６の総量の低減が可能となり、背圧室２９内での粘性損失増大を防止できる。また、環状摺動仕切帯７８を設けることにより、オイル６の背圧室２９への過多流入は抑制することができ、結果としてオイル６の過多注入による粘性損失の増加や、体積効率の低下を防止することができる。
【００３０】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態の説明を行う。実施の形態３のスクロール圧縮機は、圧縮機構７の作動流体と非相溶あるいは部分相溶であるオイル６を用いた場合の形態１あるいは実施の形態２のスクロール圧縮機である（図示なし）。一例では、Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＡＢ油等が挙げられる。一般的に非相溶または部分相溶のオイルを用いた場合には、スクロール圧縮機が運転される広い運転範囲の中で、潤滑に十分な粘度が保持されるようオイル粘度の選定が行われている。しかしながら、粘度の低下が見られる最悪条件においても一定以上の粘度確保が必要であることから、比較的高めのオイル粘度が選定されることが多い。このことは通常運転時においては比較的高粘度のオイル６が背圧室２９に供給されることを意味し、背圧室２９内でのオイル圧縮による動力損失の増加が懸念される。このようなオイル６の選定がなされた場合は、本実施の形態の効果がより顕著に現れる。
【００３１】
（実施の形態４）
図５を用いて、本発明の第４の実施の形態の説明を行う。図５に示すように、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ内に背圧室２９側へ開口する絞り機構５７が配置されている。オイル６はこの絞り機構５７を経て背圧室２９内に減圧供給されており、絞り機構５７を持たない場合の隙間等からの漏れによるオイル６の供給より積極的に背圧室２９へ給油されることとなる。図５では絞り機構４７は常時開口であるが、旋回運動を利用した間欠的な開口方式を採っていてもよい。圧縮機構７の作動流体と相溶あるいは部分相溶であるオイル６を用いた場合、冷媒等の減圧発泡によって比較的粘度が高いオイル６と冷媒等が分離された状態で背圧室２９へ供給される。このような場合、オイル圧縮による動力損失の増加が懸念されるが、安定的なオイル６の供給による過渡時の運転性あるいは圧縮機性能の向上は期待できる。このような構成で高粘度のオイル圧縮による動力損失の増大が発生した場合においても、本発明では効果的に回避することが可能である。
【００３２】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態のスクロール圧縮機は、作動流体として高圧ガス、例えばＣＯ２を用いたものである。従来のＨＦＣ系ガスに対して高圧ガスであるＣＯ２を用いた場合、圧縮機構２に作用する圧力差としても数ＭＰａを超えることとなり、圧力による圧縮機構２の変形が懸念される。したがって圧縮機構部の高剛性化設計が必要となってくる。背圧室２９は特に圧力差による変形の影響を受けやすいことから、従来の設計からできるだけ空間容積を縮小し高剛性化を図る必要があり、空間容積縮小に起因するオイル圧縮の影響が大きく現れる傾向が強い。本発明では、このような場合でも安価にオイル圧縮回避が可能であり、低価格で高効率なＣＯ２用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】
【００３３】
以上のように、本発明に係るスクロール圧縮機は、工数のかかる加工あるいは複雑な鋳型の製作がなくなり製造コストを抑えた上で、背圧室内での旋回スクロールの鏡板外周と主軸受部材内径との最少隙間で発生するオイル圧縮回避することができ、動力損失の増大を防止でる。このような安価で高効率のスクロール圧縮機を提供できることから、最終製品であるルームエアコン等の空調機やヒートポンプ式給湯機として、低価格で且つ消費電力の少ない製品とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部要部拡大縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の最少隙間とＣＯＰの相関図
【図４】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の主軸受部材平面図
【図５】本発明の実施の形態４におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部要部拡大縦断面図
【図６】従来のスクロール圧縮機の縦断面図
【図７】従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部要部拡大縦断面図
【図８】従来のスクロール圧縮機のフレームを示す図
【符号の説明】
【００３５】
２      圧縮機構
６      オイル
１１    主軸受部材
１２    固定スクロール
１３    旋回スクロール
１３ａ  鏡板  
２９    背圧室
５７    絞り機構
７８    環状摺動仕切帯
１０１  最少隙間
【図１】
2006046207.tif 000003
【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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