(57)【要約】【課題】従来のスクロール圧縮機は、圧力による固定スクロールや旋回スクロールの変形までは十分に考慮されておらず、高負荷運転時や、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、歯先面と歯低面との接触面圧が高まり、カジリや異常磨耗が発生する恐れがあり、耐久性が低下してしまうという問題を有していた。【解決手段】旋回スクロール１３のラップ部の高さｈと鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間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１３の鏡板の厚さを形成する。【選択図】図２
2009002289.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、前記旋回スクロールを前記クランク軸に連結する偏心軸部に係合しながら自転規制機構による自転の規制のもとに旋回させたときに、前記圧縮室が容積を変えながら移動することで、作動流体の吸入、吐出を行うスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールのラップ部の高さをｈ、鏡板部の厚さをＨとしたときに、前記ラップ部の高さｈと前記鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、前記旋回スクロールの歯底と前記固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間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鏡板の厚さ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】
旋回スクロールの鏡板部直径をＤ、鏡板部の厚さをＨ、前記旋回スクロールを構成する材料のヤング率をＥ、比例定数をαとしたときに、スラスト方向隙間の最大値を、式αＤ４／（ＥＨ３）により決定し、前記式の比例定数αの範囲を１０００００以下にし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】
旋回スクロールの鏡板部の厚さをＨ、鏡板部直径をＤとしたときに、前記旋回スクロールの前記鏡板部の厚さＨと前記鏡板部直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１６以下に形成し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】
旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が、前記固定スクロールの歯底と前記旋回スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間に比べて小さい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。
【請求項５】
作動流体としての冷媒を、二酸化炭素とし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、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、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、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部を、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隙間を形成するようにしたり、歯先面の温度分布を測定した結果をもとにスラスト方向隙間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１参照）。
【特許文献１】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】
【０００３】
しかしながら、このような構成では、圧力による固定スクロールや旋回スクロールの変形までは十分に考慮されておらず、高負荷運転時や、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、歯先面と歯低面との接触面圧が高まり、カジリや異常磨耗が発生する恐れがあり、耐久性が低下してしまうという問題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高信頼性を確保しながら高効率を両立できる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】
【０００５】
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、旋回スクロールのラップ部の高さｈと鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロールの鏡板の厚さを形成したものである。この構成によれば、ｈ／Ｈを０．７以下にすることによって、旋回スクロールの鏡板に対してラップ部の剛性を低く抑えることが出来るので、圧力差によって鏡板が撓んだ場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラスト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のスクロール圧縮機は、特に二酸化炭素冷媒を用いた場合に、高効率・高信頼性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】
【０００７】
第１の発明は、旋回スクロールのラップ部の高さｈと鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロールの鏡板の厚さを形成したものである。この構成によれば、ｈ／Ｈを０．７以下にすることによって、旋回スクロールの鏡板に対してラップ部の剛性を低く抑えることが出来るので、圧力差によって鏡板が撓んだ場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラス
ト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来るので、高効率・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。
【０００８】
第２の発明は、特に、第１の発明の、旋回スクロールの鏡板部直径をＤ、鏡板部の厚さをＨ、旋回スクロールを構成する材料のヤング率をＥ、比例定数をαとしたときに、スラスト方向隙間の最大値を、式αＤ４／（ＥＨ３）により決定し、式の比例定数αの範囲を１０００００以下にしたものである。この構成によれば、運転時の旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端と接触面圧を低く抑えながら、スラスト方向隙間からの漏れも小さく出来るので、より高効率・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。
【０００９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、旋回スクロールの鏡板部の厚さをＨ、鏡板部直径をＤとしたときに、旋回スクロールの鏡板部の厚さＨと鏡板部直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１６以下に形成したものである。この構成によれば、運転時の旋回スクロールの一部が熱膨張や異物噛み込みにより強く摺動した場合でも、鏡板が柔軟に撓むことによって旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端の接触面圧を低く抑えることが出来るので、より高効率・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。
【００１０】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が、固定スクロールの歯底と旋回スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間に比べて小さくしたものである。この構成によれば、運転時に鏡板が変形して旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端が接触しても、固定スクロールの歯底と旋回スクロールのラップ部先端が接触することがないので、接触による摺動損失を低減して、より高効率・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。
【００１１】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。ＨＦＣ系冷媒と比べて運転時の圧力が３〜４倍になるが、大きな圧力差によって鏡板がより撓んだ場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラスト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来るので、より高効率・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。
【００１２】
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。
【００１３】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図を示す。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の主軸部４ａを軸支する主軸受部材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部を構成し、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を設けている。
【００１４】
上記構成において、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ｂ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外に通じた吸入管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、所定圧以下になった
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。
【００１５】
また、クランク軸４の他端側は副軸受部材２１によって支持され、クランク軸４の他端側の先端には容積型ポンプ２５を備えている。潤滑油６は、潤滑油溜り２０から容積型ポンプ２５はクランク軸４の軸方向の中心に設けられた給油経路を経て、主軸受部１１ａ、偏心軸受部１１ｂを潤滑および冷却した後、再循環を行う。なお、旋回スクロール１３の反ラップ側の鏡板面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材５を配置している。このとき、シール部材５は偏心軸受部１１ｂに到達した潤滑油６の圧力とシール部材５の外周部に形成されている背圧室２９の圧力とを仕切る役割を持っているので、シール部材５の中心部は高圧に保たれている。
【００１６】
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８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１０に、バルブ９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９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。
【００１７】
図２は、本実施の形態１のスクロール圧縮機における旋回スクロール１３の断面図である。旋回スクロール１３のラップ部の高さｈと鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２のラップ部先端との間のスラスト方向隙間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１３の鏡板の厚さを形成したものである。
【００１８】
また、運転時の圧力が旋回スクロール１３に作用したとき、ｈ／Ｈが０．７以上のときの変形状態を図３に、ｈ／Ｈが０．７以下のときの変形状態を図４に示す。これらの図を見ても分かるように、ｈ／Ｈが０．７以上のときは、旋回スクロール１３の鏡板に対してラップ部の剛性が高く、圧縮途中の圧力分布によって複雑な形で変形する。一方、ｈ／Ｈが０．７以下のときは、旋回スクロール１３の鏡板に対してラップ部の剛性を低く抑えることが出来るので、旋回スクロール１３の鏡板は上に凸な形状に撓むことになる。このとき、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２のラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラスト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来るので、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。また、旋回スクロール１３のラップ部の歪みは鏡板の歪みに影響を受けるので、ラップ部が複雑な形状で歪むことはないので、冷媒の圧縮途中の漏れを効果的に防いで、高効率・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。
【００１９】
また、旋回スクロールの鏡板部直径をＤミリメートル、鏡板部の厚さをＨミリメートル、旋回スクロールを構成する材料のヤング率をＥパスカル、比例定数をαとしたときに、円板の周辺を単純支持、固定によらず、また、荷重を等分布、集中によらず、中心部の最大歪み量は、式αＤ４／（ＥＨ３）で決定される。そこで、スラスト方向隙間の最大値を、式αＤ４／（ＥＨ３）により決定し、式の比例定数αの範囲を１０００００以下にすることによって、運転時の旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端と接触面
圧を低く抑えながら、スラスト方向隙間からの漏れも小さく出来るので、より高効率・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。比例定数αを１０００００以上にした場合には、鏡板が撓んでも中心部において接触することがないので、旋回スクロール１３の外周部でスラスト荷重を受けて強く摺動し、かじりや異常磨耗を引き起こす。また、中心部でスラスト方向隙間からの漏れが発生し、高い性能を維持することが出来ない。
【００２０】
また、旋回スクロール１３の鏡板部の厚さをＨ、鏡板部直径をＤとしたときに、旋回スクロール１３の鏡板部の厚さＨと鏡板部直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１６以下に形成することによって、運転時の旋回スクロール１３の一部が熱膨張や異物噛み込みにより強く摺動した場合でも、旋回スクロール１３の鏡板の摺動個所が柔軟に撓むことによって旋回スクロール１３の歯底と固定スクロールのラップ部先端の接触面圧を低く抑えることが出来るので、より高効率・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。Ｈ／Ｄが、０．１６以上の場合には、旋回スクロール１３の鏡板の一部が強く摺動した場合、その摺動個所が熱膨張により更により強く摺動することとなるので、かじりや異常磨耗を引き起こす。
【００２１】
また、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２のラップ部先端との間のスラスト方向隙間が、固定スクロール１２の歯底と旋回スクロール１３のラップ部先端との間のスラスト方向隙間に比べて小さくすることによって、運転時に旋回スクロール１３の鏡板が変形して旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２のラップ部先端が接触しても、固定スクロール１２の歯底と旋回スクロール１３のラップ部先端が接触することがないので、接触による摺動損失を低減して、より高効率・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。
【００２２】
また、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素とすることによって、ＨＦＣ系冷媒と比べて運転時の圧力が３〜４倍になるが、大きな圧力差によって鏡板がより撓んだ場合でも、旋回スクロール１３の歯底と固定スクロール１２のラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラスト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来るので、より高効率・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】
【００２３】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールのラップ部の高さｈと鏡板部の厚さＨの比ｈ／Ｈが、０．７以下に形成されるとともに、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロールの鏡板の厚さを形成したものである。この構成によれば、ｈ／Ｈを０．７以下にすることによって、旋回スクロールの鏡板に対してラップ部の剛性を低く抑えることが出来るので、圧力差によって鏡板が撓んだ場合でも、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように形成されたスラスト方向隙間によって、接触面圧を低く抑えることが出来るので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とするスクロール圧縮機や、膨張機も含む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】
【００２４】
【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断面図
【図２】本発明の実施の形態１における旋回スクロールの断面図
【図３】本発明の実施の形態１における旋回スクロールの変形状態を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における旋回スクロールの変形状態を示す斜視図
【符号の説明】
【００２５】
１  密閉容器
４  クランク軸
５  シール部材
６  潤滑油
８  背圧調整機構
１１  主軸受部材
１２  固定スクロール
１３  旋回スクロール
１４  自転規制機構
１５  圧縮室
２０  潤滑油溜まり
２９  背圧室
【図２】
2009002289.tif 000003
【図３】
2009002289.tif 000004
【図１】
2009002289.tif 000005
【図４】
2009002289.tif 000006