(57)【要約】【課題】本発明は、旋回スクロールの熱及び圧力変形による歯先隙間拡大を抑制し、圧縮室の漏れ損失を低減したスクロール圧縮機を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のスクロール圧縮機は、固定台板と固定台板に立設する渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、旋回台板と旋回台板に立設する渦巻状の旋回ラップを有し固定スクロールとで圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備え、旋回台板は旋回ラップと反対側の面に第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝が形成され、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝に装着されて旋回スクロールの自転を防止するオルダムリングを有し、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝を結ぶ線で旋回スクロールを分割した場合に圧縮室の平均圧力が高い方の領域において旋回ラップのラップ高さが最も高く形成される【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台板と前記固定台板に立設する渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、
旋回台板と前記旋回台板に立設する渦巻状の旋回ラップを有し、前記固定スクロールとで圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備え、
前記旋回台板は、前記旋回ラップと反対側の面に、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝が形成され、
前記第１オルダムキー溝及び前記第２オルダムキー溝に装着されて、前記旋回スクロールの自転を防止するオルダムリングを有し、
前記第１オルダムキー溝及び前記第２オルダムキー溝を結ぶ線で前記旋回スクロールを分割した場合に、前記圧縮室の平均圧力が高い方の領域において、前記旋回ラップのラップ高さが最も高く形成されるスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１オルダムキー溝及び前記第２オルダムキー溝を結ぶ線で前記旋回スクロールを分割した場合に、前記圧縮室の平均圧力が高い方の領域において、前記旋回ラップのラップ高さが最も高く形成され、
前記旋回ラップの巻始め方向に向かってラップ高さが低くなるスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項２において、
前記旋回ラップの巻始めに近いほどラップ高さの減少率が小さくなるスクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記第１オルダムキー溝及び前記第２オルダムキー溝を結ぶ線で前記旋回スクロールを分割した場合に、前記圧縮室の平均圧力が高い方の領域において、前記旋回ラップのラップ高さが最も高く形成され、
前記旋回ラップの巻終り方向に向かってラップ高さが低くなるスクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、
前記旋回ラップの巻始め部分から所定の区間はラップ高さを一定としたスクロール圧縮機。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記旋回ラップのラップ高さを連続的に変化させたスクロール圧縮機。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記旋回ラップのラップ高さを段差により不連続に変化させたスクロール圧縮機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載のスクロール圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機の高効率化の課題のひとつに、ラップ歯先の隙間における冷媒漏れの低減が挙げられる。実運転時は、圧縮冷媒の熱や圧力によってラップが変形して歯先の隙間が変化するため、このことを考慮した設計がより望ましい。例えば特許文献１は、「鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールのラップ部との間に複数の圧縮室を形成する渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械において、前記旋回スクロールまたは固定スクロールのうち少なくとも一方のラップ部は、相手方歯底との間のスラスト方向ギャップが複数段階で変化するように形成し、かつ該ラップ部の歯先は、最内周側に最小高さ寸法をもった内周側フラット面を有し、該内周側フラット面と最外周側との間を傾斜面として形成したことを特徴とするスクロール式流体機械」を開示する。
【０００３】
特許文献１に開示されたスクロール圧縮機によれば、高温となって熱膨張するラップ中心側のカジリ等の発生を抑制するとともに、ラップ部先端側の隙間を小さくし、より低圧の圧縮室へ圧縮流体が漏れる量を低減できるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０４６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、熱による変形は考慮されるものの、圧力による変形については明示されていない。実運転時には、複数ある圧縮室の圧力はそれぞれ異なることから、旋回スクロールの台板にはその不均一性に伴った変形が生じる。特に、旋回スクロールの反ラップ側にオルダムリングのキー溝が設けられた構造では、当該個所における変形量が大きく、ラップ側のスラスト圧力が高い側において旋回スクロールが固定スクロールと離れるように変形する。
【０００６】
本発明は、旋回スクロールの熱及び圧力変形による歯先隙間拡大を抑制し、圧縮室の漏れ損失を低減したスクロール圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスクロール圧縮機は、固定台板と固定台板に立設する渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、旋回台板と旋回台板に立設する渦巻状の旋回ラップを有し固定スクロールとで圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備え、旋回台板は旋回ラップと反対側の面に第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝が形成され、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝に装着されて旋回スクロールの自転を防止するオルダムリングを有し、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝を結ぶ線で旋回スクロールを分割した場合に圧縮室の平均圧力が高い方の領域において旋回ラップのラップ高さが最も高く形成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、旋回スクロールの熱及び圧力変形による歯先隙間拡大を抑制し、圧縮室の漏れ損失を低減したスクロール圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１におけるスクロール圧縮機の縦断面図
【図２】実施例１における各圧縮室の圧力
【図３】実施例１における旋回スクロールのラップとオルダムキー溝
【図４】実施例１における旋回スクロールが変形した様子
【図５】実施例１における旋回スクロールの歯先隙間
【図６】実施例１における旋回スクロール歯先隙間が大きくなる領域
【図７】実施例１における旋回スクロールのラップ歯先形状
【図８】実施例２における旋回スクロールのラップ歯先形状
【図９】実施例２における図８とは別のラップ歯先形状
【図１０】実施例３における旋回スクロールのラップ歯先形状
【図１１】実施例４における旋回スクロールのラップとオルダムキー溝
【図１２】実施例４における旋回スクロールのラップ歯先形状
【図１３】実施例５における旋回スクロールのラップ歯先形状
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施例のスクロール圧縮機は、固定台板と固定台板に立設する渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、旋回台板と旋回台板に立設する渦巻状の旋回ラップを有し固定スクロールとで圧縮室を形成する旋回スクロールと、を備え、旋回台板は旋回ラップと反対側の面に第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝が形成され、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝に装着されて旋回スクロールの自転を防止するオルダムリングを有し、第１オルダムキー溝及び第２オルダムキー溝を結ぶ線で旋回スクロールを分割した場合に圧縮室の平均圧力が高い方の領域において旋回ラップのラップ高さが最も高く形成される。本実施例によれば、旋回スクロールの熱及び圧力変形による歯先隙間拡大を抑制し、圧縮室の漏れ損失を低減することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１について図１から図７までを用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例を示すスクロール圧縮機の縦断面図である。本実施例のスクロール圧縮機の基本動作について図１を用いて説明する。スクロール圧縮機１は、台板６ｂに渦巻状のラップ６ａを立設した旋回スクロール６、及び、台板５ｄに渦巻状のラップ５ｃを立設した固定スクロール５を有する圧縮機構部３と、圧縮機構部３を駆動する電動機４と、圧縮機構部３及び電動機４を収納する密閉容器２とを備える。密閉容器２内の上部には圧縮機構部３が配置される。密閉容器２内の下部には電動機４が配置される。密閉容器２の底部には潤滑油１３が貯留される。
【００１４】
密閉容器２は、円筒状のケース２ａに蓋チャンバ２ｂと底チャンバ２ｃが上下に溶接されて構成される。蓋チャンバ２ｂには吸込パイプ２ｄが設けられ、ケース２ａ側面には吐出パイプ２ｅが設けられる。密閉容器２の内部は吐出圧室２ｆとなる。
【００１５】
圧縮機構部３は、台板５ｄの鏡板面５ｆ側に渦巻状のラップ５ｃを有する固定スクロール５と、同じく台板６ｂ上に渦巻状のラップ６aを有する旋回スクロール６と、固定スクロール５にボルト８で一体化されて旋回スクロール６を支持するフレーム９とを備えて構成される。
【００１６】
フレーム９には、クランク軸７を回転自在に支持する主軸受９aを備える。旋回スクロール６の下面側に、クランク軸７の偏心部７ｂが連結される。
【００１７】
旋回スクロール６の下面側とフレーム９の間には、オルダムリング１２が配置される。オルダムリング１２は、旋回スクロール６を自転することなく、クランク軸７の偏心部７ｂの偏心回転を受けて公転運動をさせる。
【００１８】
電動機４は、固定子４aおよび回転子４ｂを備える。固定子４aは密閉容器２に圧入および溶接などにより締結される。回転子４ｂは固定子４a内に回転可能に配置される。回転子４ｂにはクランク軸７が固定される。
【００１９】
クランク軸７は、主軸７aと偏心部７ｂとを備えて構成されており、フレーム９に設けた主軸受９aと下軸受１７とで支持される。偏心部７ｂはクランク軸７の主軸７aに対して偏心して一体に形成されており、旋回スクロール６の背面に設けた旋回軸受６ｃに嵌合される。クランク軸７は電動機４によって駆動され、偏心部７ｂは主軸７aに対して偏心回転運動し、旋回スクロール６を旋回運動させる。また、クランク軸７には、主軸受９a、下軸受１７および旋回軸受６ｃへ潤滑油１３を導く給油通路７ｃが設けられる。
【００２０】
冷媒ガスは、電動機４で駆動されるクランク軸７を介して旋回スクロール６が旋回運動すると、吸込パイプ２ｄから圧縮機内部へ流入する。圧縮機内部に流入した冷媒ガスは、図２に示す固定スクロール５に設けられた吸込ポート５ａを経て、旋回スクロール６および固定スクロール５により形成される圧縮室１１に導かれる。
【００２１】
圧縮室１１には複数の部屋が形成される。図２に、これら複数の圧縮室１１の圧力をP1からP5で示す。P1〜P5の関係は、P1≦P2≦P3≦P4≦P5となり、ラップ中央側であるほど圧力が高くなる。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール５の台板５ｄの略中央に設けられた吐出口５ｅから密閉容器２内の吐出圧室２ｆへ吐出され、吐出パイプ２ｅから外部へと流出する。
【００２２】
次に、給油の流れについて説明する。密閉容器２の底部に貯留され、吐出圧力雰囲気にある潤滑油１３は、背圧室１６との差圧により、クランク軸７の給油通路７ｃを経て背圧室１６へ供給される。背圧室１６に流入して減圧された油からは、溶解していた冷媒の一部が分離し、背圧室１６内は、冷媒と油の混合状態となる。背圧室１６に流入した油及び冷媒は、最終的に固定スクロールに設けられた背圧弁１０から流出し、圧縮室１１へ供給されて潤滑及び各隙間をシールする。
【００２３】
次に、本発明の課題について説明する。図３に旋回スクロール６のラップ６a側（図３上側）と背圧室１６側（図３下側）から見た図を示す。図２に示すように、旋回スクロール６のラップ６a側には複数の圧縮室１１が形成され、圧力による変形が生じる。旋回スクロール６の背圧室１６側には、オルダムリング１２が挿入され径方向に形成された二つのオルダムキー溝６ｄ，６eが形成されており、オルダムキー溝６ｄの部分が台板６ｂの中で最も薄くなる。
【００２４】
図４に、図３のF−F断面における旋回スクロール６の圧力変形を示す。台板６ｂで最も薄くなるオルダムキー溝６ｄを中心に折れ曲がる変形モードとなる。オルダムキー溝６ｄ中心で圧縮室１１を二分割した場合に、最も圧力の低いP1の圧縮室が形成される側は、背圧室１６の圧力によって、旋回スクロール６が固定スクロール５に押付けられるが、圧力が高いP2およびP4の圧縮室が形成される側は、台板６ｂが背圧室１６側に変形し、旋回スクロール６のラップ６ｃ先端に隙間ができる。これを、以後、歯先隙間を呼ぶ。
【００２５】
図５に、上述した変形が生じたときの旋回スクロール６のラップ歯先の隙間を示す。実線は、鏡板面５ｆからの旋回スクロール６のラップ高さで、破線は、固定スクロール５の歯底位置である。横軸は、旋回スクロール６の巻始めからラップに沿った距離を示す。実線と破線で囲まれた空間が歯先隙間となる。歯先隙間は、巻始めは小さく、AからBの区間で大きくなり、巻終わりで、再び小さくなる。この歯先隙間が大きくなるAからBの区間は、旋回スクロール６のラップ形状で示すと、図６の網掛部分となる。
【００２６】
歯先隙間が大きいと、漏れ損失が増え圧縮機の効率が低下する。図６のAからBの区間は歯先隙間が大きく、漏れが多くなるので、この歯先隙間を小さくすることで圧縮機効率を向上させることができる。従って、本実施例のスクロール圧縮機においては、図５で示した歯先隙間を考慮して、AからBの区間（オルダムキー溝６ｄ，６eを結ぶ線で旋回スクロールを分割した場合に、圧縮室の平均圧力がより高い側Xに位置する旋回スクロール６のラップ６a）においてラップ高さが最も高くなるように構成する。歯先隙間が最も大きくなるAからBの区間においてラップ高さが最も高くなるように構成するので、実運転時の歯先隙間を小さくすることができ、圧縮室の漏れ損失を低減することができる。尚、ラップ６aの巻始めにおいて歯先隙間が最も小さくなるので、より好ましくは、旋回スクロール６の巻始めのラップ高さを最も低くする。
【００２７】
図７は、本実施例における、旋回スクロール６の巻始めからラップに沿った距離とラップ高さの関係を示した図である。本実施例においては、最も歯先隙間が大きくなるAからBの区間でラップ高さが最も高くなるようにし、歯先隙間が小さくなる巻始めに向けて、ラップ高さを低くする。このような構成とすることにより、AからBの区間の歯先隙間を縮小でき、漏れ損失が低減するので圧縮機の効率を向上することができる。
【００２８】
尚、このような本実施例のスクロール圧縮機は、スクロール圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続配管で接続して形成された冷凍サイクル装置として構成することができる。また、このような冷凍サイクル装置は、例えば、空気調和機、ヒートポンプ給湯機、冷凍機等の装置に適用することができる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の実施例２について図８を用いて説明する。実施例１と異なる点は、ラップ巻始めのラップ高さをフラットにしている点である。
【００３０】
図２に示したようにスクロール圧縮機は、ラップ外周部よりもラップ中央部にいくほど圧力が上昇し、歯先隙間における圧力差が大きくなる。ラップ中央部ほど圧力差が大きくなるということは、ラップ中央部では、ラップ外周部より、旋回スクロール６の歯先を固定スクロール５の歯底に強く押し付けた方が漏れ損失が低減でき、圧縮機効率が向上する。
【００３１】
このような実施例２では、巻始めのラップ高さをフラットにすることで、歯先隙間の圧力差が大きくなるラップ中央部の漏れを、実施例１より低減することができる。
【００３２】
尚、図９は、巻始めにいくほど、ラップ高さが減少する傾きが小さくなる曲線で構成される。この形状においても、図８と同様に、歯先隙間の圧力差が大きくなるラップ中央部の漏れを、実施例１より低減することができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の実施例３について図１０を用いて説明する。図５で示したように、旋回スクロール６のラップ歯先隙間は、巻始めは小さく、AからBの区間で大きくなり、巻終わりで、再び小さくなる。巻終わりは、巻始めほどではないが、歯先隙間が小さくなるので、ラップ高さを低くした方が、よりAからBの区間の歯先隙間を小さくすることができる。
【００３４】
実施例３では、これに対応して、AからBの区間から巻終わりに向けて、ラップ高さを低くする。実施例１の構成よりAからBの区間の歯先隙間を縮小でき、更なる圧縮機効率の向上が図れる。
【実施例４】
【００３５】
本発明の実施例４について図１１及び図１２を用いて説明する。実施例４は、実施例１で示したラップに対し、巻終わりを巻角で360°延長した場合のラップである。
【００３６】
図４で示したように、旋回スクロール６は、圧力による変形により、オルダムリング１２のオルダムキー溝６ｄを中心に、圧縮室１１の平均圧力が高い側の歯先隙間が大きくなる。図１１に示す旋回スクロール６のように、巻数が増えた場合でも同様な挙動を示す。
【００３７】
図１１の旋回スクロール６を例にして説明すると、AからBの区間とCからDの区間の歯先隙間が大きくなる。実施例４では、図１２に示すように、AからBの区間とCからDの区間で、ラップ高さを最も高くなるようにし、その他の区間のラップ高さを低くしている（AからBの区間とCからDの区間のラップ高さの最大値を、その他の区間のラップ高さの最大値よりも高くする）。このような構成とすることにより、旋回スクロール６の巻数が増えた場合でも、歯先隙間を縮小でき、圧縮機効率の向上が図れる。
【実施例５】
【００３８】
本発明の実施例５について、図１３を用いて説明する。実施例１から実施例４では、旋回スクロール６のラップ高さをスロープ形状で連続的に変化させたが、図１３に示すように、段差により不連続にラップ高さを変化差させても、実施例１から実施例４と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  スクロール圧縮機
２  密閉容器
２ａ  ケース
２ｂ  蓋チャンバ
２ｃ  底チャンバ
２ｄ  吸込パイプ
２ｅ  吐出パイプ
２ｆ  吐出圧室
３  圧縮機構部
４  電動機
４ａ  固定子
４ｂ  回転子
５  固定スクロール
５ａ  吸込ポート
５ｃ  ラップ
５ｄ  台板
５ｅ  吐出口
５ｆ  鏡板面
６  旋回スクロール
６ａ  ラップ
６ｂ  台板
６ｃ  旋回軸受
６ｄ  オルダムキー溝
６ｅ  オルダムキー溝
７  クランク軸
７ａ  主軸
７ｂ  偏心部
７ｃ  給油通路
８  ボルト
９  フレーム
９ａ  主軸受
１０  背圧弁
１１  圧縮室
１２  オルダムリング
１３  潤滑油
１６  背圧室
１７  下軸受
Ｘ  スラスト方向平均圧力がより高い側
Ｙ  スラスト方向平均圧力がより低い側
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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