(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールの天板に立設した固定渦巻き体と旋回スクロールの鏡板に立設した旋回渦巻き体とで圧縮室を構成し、これらスクロールを相対的に回転させることで冷媒を圧縮する高圧チャンバ型のスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールの背面側に形成され、吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力に保たれる背圧室と、
前記固定スクロールの前記天板に対して前記固定渦巻き体の反対側に設けられた天板室と、
前記天板室と前記背圧室とを連通する連通路と、
を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
固定スクロールと旋回スクロールとフレームからなる圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部と前記駆動部とを密閉容器に収納し、前記旋回スクロールの背面側に背圧室を設け、該背圧室の冷媒ガス圧力により前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押し付ける構成としたスクロール圧縮機において、
固定スクロール天板部に天板カバーを配して、該天板カバーと前記固定スクロール天板部の間に天板室を設け、
該天板室と固定スクロール吐出口を連通させないようにシール材を用いた嵌合部を設け、
前記背圧室は吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力に保たれるとともに、前記背圧室と天板室を連通させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
固定スクロールと旋回スクロールとフレームからなる圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部と前記駆動部とを密閉容器に収納し、前記旋回スクロールの背面側に背圧室を設け、該背圧室の冷媒ガス圧力により前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押し付ける構成としたスクロール圧縮機において、
吐出ガス誘導パイプの一端と固定スクロール吐出口を連通させ、吐出ガス誘導パイプの他の一端を固定スクロール及びフレームに設けた貫通穴を経由して電動機上部空間と連通させることにより、前記固定スクロール吐出口と前記電動機上部空間を連通させ、
固定スクロール天板部と上キャップとの空間を天板室とし、該天板室と前記電動機上部空間が連通しないようにフレームの外径と密閉容器の内壁、及び、吐出ガス誘導パイプとフレームの貫通穴をシール材を用いて嵌合し、
前記背圧室は吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力に保たれるとともに、前記背圧室と前記天板室を連通させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍，空調用の冷媒圧縮機，空気やその他のガス圧縮機として好適なスクロール圧縮機に係り、特に種々の用途において高性能かつ高信頼性を図るのに好適なスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの背面側を構成する空間を中央部の吐出圧力空間と外周部に吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力（以下中間圧力）空間を備え、旋回スクロール背面部に吐出圧力及び中間圧力を作用させて旋回スクロールを固定スクロールに押し付けることにより、旋回・固定の両スクロールから構成される密閉空間内圧力によって両スクロールが引き離されることを防止している。
【０００３】
また、特許文献２に記載のスクロール圧縮機は、固定スクロール天板部をカバーで覆い、固定スクロール天板部とカバーの間の空間と圧縮室を連通させ、固定スクロールとカバーの間の空間に圧縮途中のガスを導く構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９３５３１号公報
【特許文献２】特開２００３−０２８０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
運転時に密閉容器内が吐出圧力となる、いわゆる高圧チャンバ型のスクロール圧縮機において、固定スクロール天板部は、両スクロールにより構成される密閉空間（圧縮室）内圧力による力を渦巻き体側に受け、吐出圧力空間の圧力による力を反渦巻き体側に受け、それらの合力により下に凸の形状に変形する。一方、旋回スクロールは、旋回スクロール背面部に作用する圧力の分布により、上に凸の形状に変形する。この変形によって両スクロール渦巻き体中央部の歯先・歯底が接触し、摺動損失増大による性能低下や、摺動面で焼き付きやかじりを発生させ信頼性低下を招く可能性があった。
【０００６】
また、先述した性能・信頼性低下を防止するため、スクロール圧縮機運転時に両スクロールに生じる変形を考慮し、両スクロール渦巻き体の歯先や歯底にあらかじめ隙間を設けることも考えられる。しかしこの構成では、両スクロールの変形量が比較的小さい運転状態において、あらかじめ設けた両スクロール渦巻き体の隙間から圧縮ガスが漏れるため、広い運転範囲で性能の低下を防止することが困難となる。
【０００７】
他に、固定スクロール天板部をカバーで覆い、固定スクロール天板部とカバーの間の空間（天板室）に圧縮室から圧縮途中のガスを導くことで、固定スクロール天板部の反渦巻き体側に作用する圧力を吐出圧力より小さくし、固定スクロール天板部の反渦巻き体側が受ける力を減少させることで、固定スクロール天板部に生じる変形を低減させることも考えられる。しかし、圧縮室のガス圧力は圧縮動作の過程で常に変動しているため、圧縮室と天板室を直接連通させると、圧縮室から天板室へ導かれたガスが再び連通路を通って圧縮室へ戻ってしまう。ガスが圧縮室と天板室を出入りすることで、圧縮ガスの再膨張・再圧縮が生じ、性能低下につながる。
【０００８】
本発明の目的は、信頼性が高く且つ高効率なスクロール圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、固定スクロール天板部の上部に天板室を設け、この天板室と背圧室とを連通する連通路を設けることとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の目的は、信頼性が高く且つ高効率なスクロール圧縮機を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示す。
【図２】実施例１における圧縮機構部の拡大図を示す。
【図３】実施例２における圧縮機構部の拡大図を示す。
【図４】従来のスクロール圧縮機の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１実施例のスクロール圧縮機を、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図であり、図２は図１の圧縮機構部の拡大図である。
【００１５】
スクロール圧縮機１は、圧縮機構部２と駆動部３と回転軸１２とを密閉容器３０内に収納して構成されている。本実施例では、上に圧縮機構部２を、下に駆動部３を配置した縦型スクロール圧縮機であり、いわゆる高圧チャンバ型の圧縮機である。
【００１６】
圧縮機構部２は、固定スクロール５と旋回スクロール６とフレーム９を基本要素として構成されている。フレーム９は密閉容器３０に固定され、転がり軸受１６を配設する部材を構成している。固定スクロール５は、渦巻き体５ｃと天板５ｂと吐出口５ａとを基本構成部分として構成され、フレーム９にボルトにより固定されている。渦巻き体５ｃ（固定渦巻き体５ｃ）は天板５ｂの一側に垂直に立設されている。旋回スクロール６は、渦巻き体６ａと台板６ｃと旋回スクロール軸受部６ｅと背圧穴６ｂとを基本構成部分として構成されている。渦巻き体６ａ（旋回渦巻き体６ａ）は、旋回スクロール台板６ｃの一側に立設されている。旋回スクロール軸受部６ｅは、旋回スクロール台板６ｃの他側（反渦巻き体側）に垂直に突出して形成されている。旋回スクロール６は、鋳鉄やアルミニウムなどを材料とする鋳物から各構成部分を加工することにより形成されている。
【００１７】
固定スクロール５と旋回スクロール６を噛み合わせて構成した圧縮室１０６は、旋回スクロール６が固定スクロール５に対して相対的に旋回運動することによりその容積が減少する圧縮動作が行われる。この圧縮動作では、旋回スクロール６の旋回運動に伴って、作動流体が吸入パイプ７及び吸入口３９を経由して圧縮室１０６へ吸い込まれ、吸い込まれた作動流体が圧縮行程を経て固定スクロール５の吐出口５ａから密閉容器３０内へ吐出され、さらに吐出パイプ３１を経由して密閉容器３０から吐出される。これによって、密閉容器３０内の空間は吐出圧力に保たれる。圧縮機構部で圧縮する作動流体として、地球環境に優しいＲ４１０Ａなどの高圧冷媒を用いている。
【００１８】
旋回スクロール６を旋回駆動する駆動部３は、ステータ２３及びロータ２２からなる電動機４と、回転軸１２と、給油ポンプ２８と、旋回スクロール６の自転防止機構の主要部品であるオルダム継手１０と、フレーム９と、転がり軸受１６，２６と、旋回スクロール軸受部６ｅと、旋回スクロール軸受部６ｅに配設されたすべり軸受１１とを基本要素として構成されている。
【００１９】
回転軸１２は、主軸部１２ｂとクランクピン１２ａと副軸受支持部１２ｃとを一体に備えて構成されている。主軸部１２ｂと副軸受支持部１２ｃとは、同一軸心に形成され、主軸部分を構成している。さらに、回転軸１２の下端部には、給油ポンプ２８が嵌合されている。転がり軸受１６，２６は回転軸１２の主軸部１２ｂおよび副軸受支持部１２ｃを回転自在に係合する回転軸支持部を構成する。旋回スクロール軸受部６ｅは、その内径にすべり軸受１１が圧入され、回転軸１２のクランクピン１２ａを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能かつ回転自在に係合するように、旋回スクロール６に備えられている。
【００２０】
転がり軸受１６は電動機４の上側に配置され、副軸受部１０７の主要部を構成する転がり軸受２６は電動機４の下側に配置されている。転がり軸受１６，２６は、電動機４の両側で主軸部分を支持する主軸用軸受を構成する。本実施例では、電動機４の両側で主軸部分を転がり軸受１６，２６により支持しているので、主軸用軸受の動力損失を抑制しつつ、回転軸の主軸部分が傾くことを防止することができる。
【００２１】
転がり軸受２６は副軸受部１０７の主要部を構成するものである。密閉容器３０に固定された下フレーム２４にハウジング２５がボルトにより固定されている。ハウジング２５に転がり軸受２６が上方から挿入され、その上方からさらにハウジングカバー２７が取付けられている。
【００２２】
給油ポンプ２８は、回転軸１２下端に装着された容積形ポンプであり、油溜り３７に貯留された潤滑用の油を強制的に給油穴４０を通して転がり軸受２６，旋回スクロール軸受部６ｅさらには転がり軸受１６に供給して潤滑するために設けられている。なお、給油穴４０に供給された油は、旋回スクロール６と固定スクロール５との摺動部にも供給される。給油穴４０は、回転軸１２の軸心に対して同心に縦に貫通するように設けられている。この下部給油穴に連通する横給油穴が設けられて転がり軸受２６に給油されるようになっている。
【００２３】
オルダム継手１０は、旋回スクロール６の台板６ｃの背面に配設されている。オルダム継手１０に形成した直交する２組のキー部分の１組がフレーム９に構成したオルダム継手１０の受け部であるキー溝を滑動し、残りの１組が旋回スクロール渦巻き体６ａの背面側に構成したキー溝を滑動する。これによって、旋回スクロール６は渦巻き体６ａの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール５に対して自転せずに旋回運動する。
【００２４】
圧縮機構部２は、電動機４に連結した回転軸１２の回転によりクランクピン１２ａが偏心回転すると、旋回スクロール６がオルダム継手１０の自転防止機構により固定スクロール５に対し自転せずに旋回運動を行い、ガスを吸入パイプ７および吸入口３９を介してスクロール渦巻き体５ｃおよび６ａで形成される圧縮室１０６に吸入する。旋回スクロール６の旋回運動により、圧縮室１０６は中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを固定スクロール吐出口５ａより吐出圧力空間１０１に吐出する。吐出圧力空間１０１に吐出されたガスは、圧縮機構部２および電動機４の周囲を循環したのち吐出パイプから圧縮機外へ放出される。
【００２５】
なお、旋回スクロール６の台板６ｃには、圧縮室１０６と旋回スクロール背面部の旋回スクロール背圧室１０２とを連通させる背圧穴６ｂが設けられており、旋回スクロール背圧室１０２の圧力を吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力（中間圧力）に保っている。旋回スクロール６の背面側に構成される旋回スクロール背圧室１０２は、旋回スクロール６とフレーム９と固定スクロール５とで囲まれて形成される空間である。
【００２６】
本実施例の天板室１０３は、固定スクロール天板部５ｂの上、すなわち、天板部に対して固定渦巻き体の反対側にボルトにより天板カバー４１を固定し、固定スクロール吐出口５ａ及び吐出圧力空間１０１と天板室１０３が連通しないようにシール材４２を用いた吐出口嵌合部１０５を設けることで構成される。この天板室と旋回スクロール背圧室１０２とを連通穴１０４を介して連通させることで天板室１０３に背圧を導入している。
【００２７】
次に、スクロール圧縮機１の作用について説明する。電動機４により回転軸１２が回転すると、回転軸１２のクランクピン１２ａの回転運動およびオルダム継手１０の自転防止作用により、旋回スクロール６は自転することなく旋回運動する。この結果、旋回スクロール６と固定スクロール５の両スクロール渦巻き体５ｃ，６ａで形成される空間（圧縮室１０６）は中心に移動しつつその容積を減少し、吸入パイプ７から吸入したガスを圧縮し、固定スクロール吐出口５ａから吐出される。吐出された冷媒と潤滑油のガスは上キャップ８の内壁に衝突し、分離された潤滑油は密閉容器３０下方の油溜り３７に流れ、ガスはフレーム９に形成した通路を通り、電動機４を冷却した後、密閉容器の吐出パイプ３１を経て、圧縮機の外へ吐出される。
【００２８】
ここで、圧縮室１０６で容積を減少し中間圧力となったガスの一部は、旋回スクロール台板６ｃに形成された背圧穴６ｂを通って旋回スクロール背圧室１０２へ導かれる。旋回スクロール６は、旋回スクロール背面部６ｄに作用する背圧室１０２の中間圧力と、シールリング１３の内側に作用する吐出圧力との合力で固定スクロール５に押し付けられている。また、旋回スクロール６は、圧縮室１０６の圧力により、旋回スクロール６と固定スクロール５を引き離す力を受けており、押し付ける力が引き離す力より大きくなるように中間圧力を設定し、適切な力で旋回スクロール６を固定スクロール５に押し付けている。
【００２９】
固定スクロール５は固定スクロール天板部５ｂに、旋回スクロール背圧室１０２と連通された天板室１０３の圧力による下向きの力と、固定スクロール５と旋回スクロール６とで構成される圧縮室１０６の圧力による上向きの力を受けている。
【００３０】
天板室１０３を設けない従来の構成では、固定スクロール天板部５ｂには吐出圧力空間１０１の圧力が作用する。吸入圧力が低く吐出圧力が高い、いわゆる高圧力比運転においては、圧縮室１０６の圧力による力に対して吐出圧力空間１０１の圧力による力が過大となるため、従来の構成では固定スクロール天板部５ｂが下向き凸の形状で大きく変形する。
【００３１】
本実施例においては、天板室１０３の圧力による力が圧縮室１０６の圧力による力に対して過大とならないため、高圧力比運転においても固定スクロール天板部５ｂの変形を低減することができる。
【００３２】
固定スクロール天板部５ｂの変形が低減されることによって、スクロール圧縮機１運転時に生じる両スクロール渦巻き体の摺動部の接触が軽減され、高負荷時において性能が低下することを防止し、焼き付きやかじりの発生を防いで信頼性も確保することができる。また、両スクロール渦巻き体の歯先や歯底にあらかじめ設ける隙間を小さく、もしくはゼロと設定できるため、低負荷時においても圧縮室内で圧縮したガスの漏れを低減し、性能を向上させることができる。
【００３３】
天板室を背圧室に連通させ、天板室の圧力を保持させている。これは、背圧室の圧力が比較的安定しており、冷媒ガスの再膨張・再圧縮が少なくなるためである。天板室と圧縮室を連通させた場合は、圧縮室の圧力が変化しているため、天板室と圧縮室間の冷媒ガスの出入りが多く、再膨張・再圧縮により性能が低下する。
【００３４】
本実施例によれば、低負荷から高負荷まで広い運転範囲で性能が向上し、かつ、高負荷時においても信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることが可能となる。
【００３５】
本実施例においては、回転軸１２の主軸部１２ｂおよび副軸受支持部１２ｃに転がり軸受を使用したが、軸受支持部の一方、もしくは両方をすべり軸受としても構わない。
【００３６】
このように、固定スクロール天板部に天板カバーを配して、天板カバーと固定スクロール天板部の間に天板室を設け、天板室と固定スクロール吐出口を連通させないようにシール材を用いた嵌合部を設け、旋回スクロール背圧室と天板室を連通させることで、信頼性が高く且つ高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の第２実施例のスクロール圧縮機を、図３を用いて説明する。
【００３８】
固定スクロール天板部５ｂと上キャップ８との空間を天板室１０３とし、吐出ガス誘導パイプ４６の一端を吐出フランジ４７を用いて固定スクロール吐出口５ａに嵌合し、吐出ガス誘導パイプ４６の他の一端を固定スクロール５及びフレーム９に設けた貫通穴１１１，１１２を経由して電動機上部空間１０８に導くことで、固定スクロール吐出口５ａと電動機上部空間１０８を連通させた。ここで、天板室１０３と電動機上部空間１０８が連通しないよう、フレーム９の外径と密閉容器３０の内壁、及び、吐出ガス誘導パイプ４６とフレーム９の貫通穴１１２をシール材４３，４５を用いて嵌合させている。その上で、旋回スクロール背圧室１０２と天板室１０３を連通させる構成とした。
【００３９】
この構成により、固定スクロール天板部５ｂと上キャップ８の間の空間全体を天板室１０３とすることで、固定スクロール５の反渦巻き体側全体に天板室１０３の圧力が作用することとなり、実施例１同様、固定スクロール天板部５ｂの変形を低減することが可能となる。
【００４０】
以上の通り、上記各実施例に開示した構成により、固定スクロール天板部の反渦巻き体側には中間圧力が作用し、固定スクロール天板部が反渦巻き体側及び渦巻き体側から受ける力の合力を低減し、固定スクロール天板部の変形を低減できる。
【００４１】
固定スクロールの変形が低減されることによって、両スクロールの渦巻き体摺動部の接触が軽減され、吸入圧力が低く吐出圧力が高い、いわゆる高圧力比運転において、性能が低下することを防止し、更に焼き付きやかじりの発生を防ぎ信頼性を確保することができる。
【００４２】
また、両スクロール渦巻き体の歯先や歯底にあらかじめ設ける隙間を小さく、もしくはゼロと設定できるため、低負荷時においても圧縮室内で圧縮したガスの漏れを低減し、性能を向上させることができる。そのため、広い運転範囲で性能を向上させることが可能となる上、高負荷時においても信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することが可能となる。
【００４３】
更に、旋回スクロール背面室の圧力は圧縮動作の過程においても変動せず、ほぼ一定の圧力である。天板室は旋回スクロール背面室と連通しているため、天板室の圧力も圧縮動作の過程においても一定に保たれ、天板室及び旋回スクロール背圧室のガスが圧縮室へ戻ることはない。ゆえに、圧縮室から旋回スクロール背面室及び天板室へ導かれたガスが圧縮室へ戻ることは無く、圧縮ガスの再膨張・再圧縮は発生しないため、本実施例による性能低下の虞はない。
【符号の説明】
【００４４】
１  スクロール圧縮機
２  圧縮機構部
３  駆動部
４  電動機
５  固定スクロール
５ａ  固定スクロール吐出口
５ｂ  固定スクロール天板部
５ｃ  固定スクロール渦巻き体
６  旋回スクロール
６ａ  旋回スクロール渦巻き体
６ｂ  背圧穴
６ｃ  旋回スクロール台板
６ｄ  旋回スクロール背面部
６ｅ  旋回スクロール軸受部
７  吸入パイプ
８  上キャップ
９  フレーム
１０  オルダム継手
１１  すべり軸受
１２  回転軸
１２ａ  クランクピン
１２ｂ  主軸部
１２ｃ  副軸受支持部
１３  シールリング
１６，２６  転がり軸受
２２  ロータ
２３  ステータ
２４  下フレーム
２５  ハウジング
２８  給油ポンプ
３０  密閉容器
３１  吐出パイプ
３７  油溜り
３９  吸入口
４０  給油穴
４１  天板カバー
４２〜４５  シール材
４６  吐出ガス誘導パイプ
４７  吐出フランジ
１０１  吐出圧力空間
１０２  旋回スクロール背圧室
１０３  天板室
１０４  連通穴
１０５  吐出口嵌合部
１０６  圧縮室
１０７  副軸受部
１０８  電動機上部空間
１０９  フレーム嵌合部
１１０  パイプ嵌合部
１１１  固定スクロール貫通穴
１１２  フレーム貫通穴
【図１】
0005260608.tif 000002
【図２】
0005260608.tif 000003
【図３】
0005260608.tif 000004
【図４】
0005260608.tif 000005