(57)【要約】【課題】圧力差が大きい場合でも片当りを防いで接触による騒音と振動を少なくしながら、圧力差が小さい場合でも漏れを低減して高効率な圧縮機を提供する。【解決手段】旋回スクロール１３を固定スクロール１２に対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの立ち上がり高さを、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの歯先の端面に、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部４ｂに相当する範囲から、外周側に向かってシール部材５を設けた。【選択図】図２
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【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及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制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を前記固定スクロールに対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ前記旋回スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、前記固定スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、前記旋回スクロールの渦巻きラップの歯先の端面に、前記旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する範囲から、外周側に向かってシール部材を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロールの歯先と固定スクロールの歯底との間のスラスト方向ギャップが、均一に形成さ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】
シール部材の背面と、旋回スクロールの鏡板の渦巻きラップと反対側とを連通させる孔を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
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１〜３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、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制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、固定スクロール及び旋回スクロールの一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にシール部材が設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、固定スクロール及び旋回スクロールの一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にこれが対向する鏡板との間をシールするシール部材を設け、シール部材を備えない渦巻きラップの厚みをシール部材を備えた渦巻きラップよりも厚くしたものや、固定、旋回各スクロールは、熱膨張係数の異なる金属材料よりなり、熱膨張係数が大きい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、熱膨張係数が小さい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さより低く形成するとともに、この熱膨張係数の大きい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり端面にシール部材が設けられているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１９３５６９号公報
【特許文献２】特開２００２−１５５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９にシール部材を設けたスクロール圧縮機の断面図を示す。このような圧縮機では、固定スクロール及び旋回スクロールの渦巻きラップの端面にシール部材が長手方向に設けられ、対向するスクロールとの間で冷媒が漏れるのを低減し、圧縮効率を向上させることが行われている。
【０００５】
また、固定スクロール及び旋回スクロールの一方の渦巻きラップの立ち上がり端面にこれが対向する鏡板との間をシールするシール部材を設け、シール部材を備えない渦巻きラップの厚みをシール部材を備えた渦巻きラップよりも厚すれば、冷媒ガスが漏れるのをより低減させることができ、より圧縮効率を向上させることができる。
【０００６】
また、固定、旋回各スクロールは、熱膨張係数の異なる金属材料よりなり、熱膨張係数が大きい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、熱膨張係数が小さい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さより低く形成するとともに、この熱膨張係数の大きい金属材料よりなるスクロールの渦巻きラップの立ち上がり端面にシール部材が設けると、対向する他方のスクロールの鏡板との間の隙間を適度に小さくしてシール部材によるシール性を増しながら、他方のスクロールの鏡板とのシール部材の過剰な接触摺動や渦巻きラップの接触を回避するので、運転負荷が異常に増大したり耐久性が低下したりするようなことを防止することができる。
【０００７】
しかしながら、上記構成ではラップ端面にシール部材を挿入する溝を形成する必要があるが、シール部材と溝との間の長手方向の隙間を通って冷媒が吐出側から吸入側へと逆流し、圧縮機効率を低下させるという問題を有していた。
【０００８】
一方、シール部材を設けなくても、旋回スクロール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傾斜を設けて、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したものがある。この構成によれば、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の差圧によって圧力変形が発生した場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が方当りせず、均一に接触するため、高信頼性及び運転初期から、スラスト方向ギャップを小さくして漏れを防ぎ高効率を実現することができる。
【０００９】
しかしながら、吐出圧力と吸入圧力の差圧が小さい場合には、圧力変形が小さいのでスラスト方向ギャップが大きくなって漏れを増大させる。また、吐出圧力と吸入圧力の差圧が大きい場合には、外周部で、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が接触して、騒音や振動の原因となっていた。
【００１０】
また、固定スクロールと旋回スクロールを同一の材料で形成する場合、組立時に熱歪みがない分旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先との間のスラスト方向を小さく設定することも可能であるが、同一の材料の場合は、少しの片当りでもカジリや異常磨耗及び騒音と振動が発生するので、最も吐出圧と吸入圧との差圧が大きい場合の圧力変形を考慮したギャップをあらかじめ設定する必要がある。つまりそれ以外の条件ではスラスト方向からギャップは広くなってしまい、結果として漏れ損失による圧縮効率の低下といった問題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、漏れを防ぎ高効率を実現しながら、接触による騒音や振動の少ない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】
【００１２】
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、旋回スクロールを固定スクロールに対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ旋回スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、固定スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、旋回スクロールの渦巻きラップの歯先の端面に、旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する範囲から、外周側に向かってシール部材を設けたものである。これによって、吐出圧と吸入圧の差圧が大きい場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当りせず、接触による騒音や振動を少なくし、吐出圧と吸入圧の差圧が小さい場合でも、シール部材によってスラスト方向ギャップからの漏れを防ぐことができる高効率で低騒音なスクロール圧縮機を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスクロール圧縮機は、圧力差が大きい場合でも片当りを防いで接触による騒音と振動を少なくしながら、圧力差が小さい場合でも漏れを低減して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】
【００１４】
第１の発明は、旋回スクロールを固定スクロールに対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ旋回スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、固定スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、旋回スクロールの渦巻きラップの歯先の端面に、旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する範囲から、外周側に向かってシール部材を設けたものである。これによって、吐出圧と吸入圧の差圧が大きい場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当りせず、接触による騒音や振動を少なくし、吐出圧と吸入圧の差圧が小さい場合でも、シール部材によってス
ラスト方向ギャップからの漏れを防ぐことができ、高効率で低騒音なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の、旋回スクロールの歯先と固定スクロールの歯底との間のスラスト方向ギャップを、均一に形成することにより、吐出圧と吸入圧の差圧が大きい場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先の片当りをより効果的に防ぎながら、接触による騒音や振動を少なくし、吐出圧と吸入圧の差圧が小さい場合でも、シール部材によってスラスト方向ギャップからの漏れを防ぐことができる。また、旋回スクロールをより容易に形成することができるので、生産工数を削減し、より低コストで高効率かつ低騒音なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、シール部材の背面と、旋回スクロールの鏡板の渦巻きラップと反対側とを連通させる孔を設けるものであり、冷凍機油がシール部材の背部に供給されるので、シール部材の摺動損失を低減させながら、シール効果も同時に高めて漏れを防ぎ、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１〜第３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、吐出圧と吸入圧の差圧が大きく、旋回スクロールが圧力によって大きく変形させられる場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールの歯先が片当りせず、接触による騒音や振動を少なくしながら、シール部材によってスラスト方向ギャップからの漏れを防ぐことができるので、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
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断面図を示すものである。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。
【００２０】
固定スクロール１２と軸受１１に囲まれて形成される背圧室２９は旋回スクロール１３が固定スクロール１２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１３が固定スクロール１２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２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路９ａに、バルブ９ｂを設けたもので、背圧室２９の圧力が設定圧力より高くなるとバルブ９ｂが開き、背圧室２９のオイルが吸入口１７へと供給され、背圧室内を一定の中間圧に維持して
いる。旋回スクロール１３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１２と旋回スクロール１３が離れてしまい、その部分に漏れが発生してしまう。また吸入口１７へと供給されたオイルは旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。
【００２１】
図２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固定スクロール１２と旋回スクロール１３の断面図を示している。旋回スクロール１３を固定スクロール１２に対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの立ち上がり高さを、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの歯先の端面に、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部４ｂに相当する範囲から、外周側に向かってシール部材５を設けたものである。
【００２２】
図３は、運転時の旋回スクロール１３の圧力変形の状態を示している。このように、吐出圧と吸入圧力の差圧によって旋回スクロール１３が大きく変形することが分かっているが、同時に旋回スクロール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も、組立時と比較して変化する。
【００２３】
図４〜図５は、運転時の旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２の歯先との間のスラスト方向ギャップの変化の様子を示している。それぞれ、図５は組立時のスラスト方向ギャップ、図６は運転時の熱変形のみを分離して考慮したスラスト方向ギャップ、図７は運転時の圧力変形のみを分離して考慮したスラスト方向ギャップ、図８は運転時の圧力変形と熱変形を同時に考慮した実際の運転時のスラスト方向ギャップを、図４に示す角度の定義に従って、巻き始めから巻き終わりまでのスラスト方向ギャップを展開している。図５は組立時のスラスト方向ギャップから分かるように、旋回スクロールの歯先と固定スクロールの歯底との間のスラスト方向ギャップが、均一に形成している。図６は運転時の熱変形を示しており、冷媒が巻き終わりから巻き始めに行くにしたがって、圧縮されるので冷媒の温度が上昇する。旋回スクロール１３の熱膨張係数が大きい分だけスラスト方向ギャップは縮小する。また、図７は運転時の圧力変形のみを示しているが、図３の結果から、旋回スクロール１３のハウジング部４ｂより内側の鏡板１３ａが薄くなっている分だけ大きく圧力変形する。図８は運転時の圧力変形と熱変形を同時に考慮した実際の運転時のスラスト方向ギャップを示している。ハウジング部４ｂより内側のスラスト方向ギャップは熱歪みと圧力歪みによって縮小することができるので、漏れ損失を低減させることができる。また、本実施例では、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部４ｂに相当する範囲から、外周側に向かってシール部材５を設けているので、スラスト方向ギャップが比較的大きくなる部分においても漏れ損失を低減させることができる。
【００２４】
また、ラップ端面にシール部材を挿入する溝を形成する必要があるが、シール部材と溝との間の長手方向の隙間を通って冷媒が吐出側から吸入側へと逆流する。しかしながら本実施例においては、シール部材の溝は圧縮室の中心部まで望んでいないので、逆流を最小限に抑えることができる。
【００２５】
なお、シール部材５の背面と、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの渦巻きラップと反対側とを連通させる孔５ａを設けることによって、冷凍機油がシール部材５の背部に供給されて、シール部材５の摺動損失を低減させながら、シール効果も同時に高めて漏れを防ぎ、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２６】
なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすると、吐出圧と吸入圧の差圧が大きく、旋回スクロール１３が圧力によって大きく変形させられる場合でも、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２の歯先が片当りせず、接触による騒音や振動を少なくしな
がら、シール部材５によってスラスト方向ギャップからの漏れを防ぐことができるので、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、高効率で高信頼性を確保した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】
【００２７】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを固定スクロールに対して熱膨張係数が大きい金属材料により構成し、且つ旋回スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さを、固定スクロールの渦巻きラップの立ち上がり高さよりも低く設定するとともに、旋回スクロールの渦巻きラップの歯先の端面に、旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する範囲から、外周側に向かってシール部材を設けることによって、接触による騒音や振動を少なくし、漏れを防ぐことができるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、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】
【００２８】
【図１】本発明実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】本発明実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの断面図
【図３】本発明実施の形態１における運転時の旋回スクロール圧力変形を示す図
【図４】本発明実施の形態１における角度の定義を示す図
【図５】本発明実施の形態１における組立時のスラスト方向ギャップを示す図
【図６】本発明実施の形態１における運転時の熱変形のみを考慮したスラスト方向ギャップを示す図
【図７】本発明実施の形態１における運転時の圧力変形のみを考慮したスラスト方向ギャップを示す図
【図８】本発明実施の形態１における運転時の圧力変形と熱変形を考慮したスラスト方向ギャップを示す図
【図９】従来のスクロール圧縮機の固定スクロール断面図
【符号の説明】
【００２９】
１      密閉容器
２      圧縮機構
３      電動機
３ａ    固定子
３ｂ    回転子
４      クランク軸
４ａ    主軸部
４ｂ    ハウジング部
５      シール部材
５ａ    孔
６      オイル
７      給油機構
９      背圧調整機構
９ａ    通路
９ｂ    バルブ
１１    主軸受部材
１２    固定スクロール
１２ａ  鏡板
１２ｂ  ラップ
１３    旋回スクロール
１３ａ  鏡板
１３ｂ  ラップ
１４    自転規制機構
１５    圧縮室
１５ａ  旋回スクロールのラップ外壁側に形成される圧縮室
１５ｂ  旋回スクロールのラップ内壁側に形成される圧縮室
１６    吸入パイプ
１７    吸入口
１８    吐出口
１９    リード弁
２９    背圧室
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005163745.tif 000008
【図８】
2005163745.tif 000009
【図９】
2005163745.tif 000010
【図３】
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