(57)【要約】【課題】旋回スクロール部品における偏心軸受のハウジング部は、旋回スクロール部品の鏡板の厚みが小さく、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、固定スクロール部品側への変形が大きく、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりにより接触面圧が高まり、お互いにカジリが発生して、圧縮機としての圧縮効率、耐久性が低下してしまうという課題を有していた。【解決手段】旋回スクロール部品４の歯底４ｂと固定スクロール部品２の歯先２ａとの間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール４の歯底４ｂに傾斜を設け、旋回スクロール部品４の偏心軸受１２のハウジング部１３において、最大となるフラット部１４を設ける。【選択図】図１
2005140072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール部品及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拘束機構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、前記旋回スクロール部品の歯底と前記固定スクロール部品の歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、そのスラスト方向ギャップは、少なくとも前記旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する範囲において、均一で最大となるように、前記旋回スクロールの歯底および前記固定スクロールの歯先を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロール部品の歯底と固定スクロールの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、前記旋回スクロールの歯底は、前記固定スクロールに対して、外周側から内周側に凹となる傾斜面を形成し、かつ少なくとも前記旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する前記旋回スクロールの歯底に、最大の凹部となるフラット部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
固定スクロール部品の歯先に、外周側から内周側へとラップ高さが減少するように傾斜面を設け、かつ少なくとも旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する前記旋回スクロールの歯底と対向する前記固定スクロールのラップ部分の高さが、最小高さ寸法となるフラット部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
旋回スクロール部品の歯先と固定スクロール部品の歯底との間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、前記旋回スクロール部品の歯先に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
旋回スクロール部品の歯先と固定スクロール部品の歯底との間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、前記固定スクロール部品の歯底に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
旋回スクロールに表面処理として、アルマイト皮膜処理、ＰＶＤ処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかを施したことを特徴とする請求項１〜４記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜５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、冷暖房、あるいは冷蔵庫等の冷却装置あるいは、給湯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。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調用の密閉型圧縮機としては、レシプロ式のもの、ロータリ式のもの、スクロール式のものがあり、いずれの方式も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されてきている。現在はコスト、性能面等でそれぞれの特徴を活かして成長してきている。
【０００３】
中でも圧縮機構および電動機構を容器に収納した圧縮機は、防音とメンテナンスフリーを意図したいわゆる密閉型圧縮機で代表され、スクロール圧縮機とロータリ圧縮機が主流となっている。スクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール部品及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拘束機構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。
【０００４】
従来技術によるスクロール圧縮機を例に挙げて示す（例えば、特許文献１）。図７はスクロール圧縮機断面図である。吸入管１より吸い込まれた冷媒ガスは、ラップ部２ａと鏡板２ｂからなる固定スクロール部品２の吸入空３を経て、ラップ部４ａと鏡板４ｂからなる旋回スクロール部品４とかみ合わさってできる圧縮室５に閉じ込められ、中心に向かって容積を減少させながら圧縮され、吐出ポート６より吐出される。
【０００５】
固定スクロール部品２と軸受７に囲まれて形成される背圧室８は旋回スクロール部品４が固定スクロール部品２から引き離されないだけの背圧を常に有している必要がある。しかし、この背圧が過剰になると、旋回スクロール部品４が固定スクロール部品２に強く押し付けられて、スクロール摺動部の異常磨耗や入力増加を招くことになる。このため背圧は常に一定に保つ必要がある。そこで、背圧調整機構９を設けている。背圧調整機構９は、背圧室８から固定スクロール部品２の内部を通って吸入空間３へと連通している通路１０に、バルブ１１を設けたもので、背圧室８の圧力が設定圧力より高くなるとバルブ１１が開き、背圧室８のオイルが吸入空間３へと供給され、背圧室内を一定の中間圧に維持している。
【０００６】
旋回スクロール部品４の背面には前述の中間力が印加され、運転中に転覆するのを抑えている。転覆すると固定スクロール部品２と旋回スクロール部品４が離れてしまい、その部分に漏れが発生してしまう。また吸入空間３へと供給されたオイルは旋回運動とともに圧縮室５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。
【０００７】
また、旋回スクロール部品または固定スクロール部品のラップ部について、歯先面の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底から歯先までの高さ寸法を調整し、組み立て状態において各ラップ部の歯先と相手方の歯底との間に最内周側で最も大きくなるようなスラスト方向ギャップを形成するようにしたり、スラスト方向ギャップを複数段階で変化するように形成したりしていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８０２５２号公報
【特許文献２】特開平７−１９７８９１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、前記特許文献２に記載されているような従来の構成では、固定スクロール部品と旋回スクロール部品との間に形成される各圧縮室が、圧縮作用を行うことによる圧縮熱で各ラップ部が熱膨張することは考慮しているが、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差による固定スクロール部品と旋回スクロール部品の変形は考慮していない。特に、旋回スクロール部品における偏心軸受のハウジング部は、旋回スクロール部品の鏡板の厚みが小さく、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、固定スクロール部品側への変形が大きく、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりにより接触面圧が高まり、お互いにカジリが発生して、圧縮機としての圧縮効率、耐久性が低下してしまうという課題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、旋回スクロールにおける偏心軸受のハウジング部での圧力変形を考慮し、高信頼性および運転初期から高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、旋回スクロール部品の歯底と固定スクロール部品の歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、そのスラスト方向ギャップは、少なくとも旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する範囲において、均一で最大となるように、旋回スクロールの歯底および前記固定スクロールの歯先を形成したものである。
【００１１】
これによって、旋回スクロールの鏡板の厚みが小さい偏心軸受のハウジング部において、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することを目的とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールおよび固定スクロールの形状を最適化することにより、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先を均一に接触させ、高信頼性および初期運転時から高効率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】
【００１３】
第１の発明は、旋回スクロール部品の歯底と固定スクロール部品の歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、そのスラスト方向ギャップは、少なくとも旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する範囲において、均一で最大となるように、旋回スクロールの歯底および固定スクロールの歯先を形成することにより、旋回スクロールの鏡板の厚みが小さい偏心軸受のハウジング部において、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の旋回スクロール部品の歯底と固定スクロールの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロールの歯底は、固定スクロールに対して、外周側から内周側に凹となる傾斜面を形成し、かつ少なくとも旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する旋回スクロールの歯底に、最大の凹部となるフラット部を設けることにより、旋回スクロールの鏡板の厚みが小さい偏心軸受のハウジング部において、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールの歯底が、圧力変形を考慮した形状を有しているため、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりせず、均一に接触し、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１の発明の固定スクロール部品の歯先に、外周側から内周側へとラップ高さが減少するように傾斜面を設け、かつ少なくとも旋回スクロール部品の軸受のハウジング部に相当する旋回スクロールの歯底と対向する固定スクロールのラップ部分の高さが、最小高さ寸法となるフラット部を設けることにより、旋回スクロールの鏡板の厚みが小さい偏心軸受のハウジング部において、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、固定スクロールの歯先が圧力変形を考慮した形状を有しているため、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当たりせず、均一に接触し、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１〜第３の発明の旋回スクロール部品の歯先と固定スクロール部品の歯底との間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール部品の歯先に傾斜を設けることにより、圧縮過程において中心部で圧縮熱が生じることにより高温になるために、中心部の歯先が熱膨張により高くなり接触することを防止することができる。
【００１７】
第５の発明は、特に第１〜第３の発明の旋回スクロール部品の歯先と固定スクロール部品の歯底との間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、固定スクロール部品の歯底に傾斜を設けることにより、圧縮過程において中心部で圧縮熱が生じることにより高温になるために、中心部の歯先が熱膨張により高くなり接触することを防止することができる。
【００１８】
第６の発明は、特に第１〜第５の発明の旋回スクロールに表面処理として、アルマイト皮膜処理、ＰＶＤ処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかを施すことにより、硬化層を持った表面処理により異常磨耗を抑えて焼き付きさせることなく運転することができる。また、大容量で多冷媒となるシステムにおける液冷媒の戻りが激しい過渡運転時においても、液冷媒により、旋回スクロールのスラスト面において潤滑油切れや温度上昇が発生しても焼付きくことなく高信頼性を確保できる。
【００１９】
第７の発明は、特に第１〜第６の発明の冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、旋回スクロールの歯底が圧力変形しても、カジリや異常磨耗を効果的に防ぐことができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１〜３に本発明の実施の形態を示す。なお、実施例では、前述した背景技術で示した従来の技術と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮要素の断面図を示す。また、図２に旋回スクロール部品の正面図を示す。図のように、常温状態で旋回スクロール部品４の歯底４ｂと固定スクロール部品２の歯先２ａとの間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール部品４の歯底４ｂに傾斜を設けている。また、図２の斜線部で示した偏心軸受９のハウジング部１０において、旋回スクロール部品４の歯底４ａにフラット部１４を設けている。
【００２３】
この傾斜の一例について、更に詳細に説明する。図３は、高負荷運転後の旋回スクロール部品４の歯底４ｂの形状を示したものである。旋回スクロール部品４の歯底４ｂは、鏡板背面部に高圧がかかることにより、固定スクロール部品に押し付けられ、圧力変形を生
じるために図のような形状となる。特に、旋回スクロール部品４の偏心軸受１２のハウジング部１３においては、鏡板厚みがもっとも薄いために、圧力変形により、図のような最小鏡板厚みを持ったフラット部１４を形成する。
【００２４】
よって、旋回スクロール部品４の歯底４ｂと固定スクロール部品２の歯先２ａが均一な面圧で受けるように、図と同一な形状を設けている。
【００２５】
上記構成により、旋回スクロール部品４の鏡板の厚みが小さい偏心軸受１２のハウジング部１３において、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロール部品４の歯底４ｂと固定スクロール部品２の歯先２ａが片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
【００２６】
また、図４のように、固定スクロール部品２の歯先２ａに、外周側から内周側へとラップ高さが減少するように傾斜を設け、かつ旋回スクロール部品４の偏心軸受１２のハウジング部１３に対向する範囲おいて、固定スクロール部品２の歯先２ａの高さが最小高さ寸法となるフラット部１４を設けることによっても、同一の効果を有することは言うまでもない。
【００２７】
（実施の形態２）
図５に本発明の第２の実施の形態のスクロール圧縮機の圧縮要素の断面図を示す。
【００２８】
図のように、常温状態で旋回スクロール部品４のラップ部の歯先４ａと固定スクロール部品２の鏡板の歯底２ｂとの間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール部品４のラップ部の歯先４ａに傾斜を設けている。
【００２９】
圧縮過程において中心部で圧縮熱が生じてより高温になるために、旋回スクロール部品４の歯先４ａは、中心部になるにつれて、熱膨張により高くなるが、スラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール部品４のラップ部の歯先４ａに傾斜を設けているため、固定スクロール部品２の歯底２ｂに接触することなく、信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
【００３０】
また、図６のように、旋回スクロール部品４の歯先４ａと固定スクロール部品２の歯底２ｂとの間のスラスト方向ギャップが外周側から内周側へと増加するように、固定スクロール部品２の歯底２ｂに傾斜を設けることによっても、同一の効果を有することは言うまでもない。
【００３１】
（実施の形態３）
固定スクロール部品２は、鉄系材料で形成され、旋回スクロール部品４は、アルミニウム系材料に表面処理を施し、その表面に硬化層が形成されている。この表面処理として、アルマイト皮膜処理、ＰＶＤ処理、ニッケルリンメッキ処理などが施されている。
【００３２】
上記構成により、圧縮機の吐出圧力は、高く、旋回スクロール部品４が固定スクロール部品２から引き離されないだけの背圧を与えると、旋回スクロール部品４が固定スクロール部品２に強く押し付けられが、旋回スクロール部品４に施された表面処理による硬化層により、焼付くことなく信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。また、大容量で多冷媒となるシステムでは、始動や除霜などの過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発生し、この液戻りによって潤滑油が液冷媒で洗われ、潤滑状態が厳しくなるが、この表面処理による硬化層により焼き付くことはなく、高速運転が可能となる。
【００３３】
また、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、圧縮機の吐出圧力は、フロン
を冷媒とする従来の冷凍サイクルの高圧側圧力の約７〜１０倍以上高くなるが、本発明においては、旋回スクロール部品４および固定スクロール部品２の温度歪および圧力変形を考慮しており、局所的な当たりはなく、均等な面圧で受けるため、高信頼性および運転初期から高効率なすクロール圧縮機を実現できる。
【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、旋回スクロールおよび固定スクロールの形状を最適化することにより、高信頼性および高効率の実現が可能となるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、オイルフリー圧縮機、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圧縮機構部を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における旋回スクロール部品の正面図
【図３】本発明の実施の形態１における高負荷運転後の旋回スクロール部品の歯底形状を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における第２のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における第２のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す図
【図７】従来例を示すスクロール圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【００３６】
１      吸入管
２      固定スクロール部品
２ａ    固定スクロール部品の歯先
２ｂ    固定スクロール部品の歯底
３      吸入室
４      旋回スクロール部品
４ａ    旋回スクロール部品の歯先
４ｂ    旋回スクロール部品の歯底
５      圧縮室
６      吐出ポート
７      軸受
８      背圧室
９      背圧調整機構
１０    連通路
１１    バルブ
１２    偏心軸受
１３    ハウジング部
１４    フラット部
【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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