(57)【要約】【課題】近年の冷凍空調機器の高効率化と高寿命化、二酸化炭素などの高圧冷媒の適用に伴い、スクロール圧縮機における固定スクロールと旋回スクロールの高信頼性が課題となっていた。【解決手段】旋回スクロール１２の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板の厚みＨが、軸受のハウジング部１３ｃの内径Ｄの１０〜３５％とし、高負荷時、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃに相当する鏡板１３ａの歯底と固定スクロール１２のラップ部先端１２ｂの巻き始め部が変形し、また、固定スクロール１２の巻き始め部が、高温となり、旋回スクロール１３側へ熱膨張するが、旋回スクロール１２の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの歯底が柔軟に固定スクロール１２のラップ先端１２ｂに圧力変形するため片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。【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と旋回スクロールとを噛み合せて、前記旋回スクロールを自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたときに容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行う圧縮室を形成し、前記旋回スクロールとこれの鏡板背面側を略支持する軸受部材にリング状の溝部を設け、前記軸受部材と前記鏡板背面側の中央部に潤滑用オイルにより高圧を与える高圧部と、この高圧部とは前記溝部に装着された合口部を有するリング状の摺動仕切り環によって仕切られ、前記旋回スクロール鏡板背面の外周部に前記高圧部より低い所定の圧力を印加する背圧空間とを設けたスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板厚みが、前記軸受のハウジング部の内径の１０〜３５％としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みが、中心方向に小さくなるようにしたことを特徴とした請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みが、中心方向に小さくなるように、旋回スクロールの鏡板の底面を形成したことを特徴とした請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側を除く鏡板にラップを形成した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】
作動冷媒に二酸化炭素を用い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、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等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】
従来、スクロール圧縮機において、旋回・固定鏡板間の摺動面の接触を良好な状態に保ち、耐久性を向上すると共に、漏れ損失を低減するために、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部について、ラップ部先端の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底からラップ先端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先端と相手方の鏡板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、スラスト方向隙間を複数段階で変化するような構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの断面図である。図５に示すように、旋回スクロール１３のラップ部先端１３ｄに、運転中の温度分布を測定した結果をもとに、内周側フラット面１３ｅと外周側フラット面１３ｆを有し、その内周側フラット面１３ｅと外周側フラット面１３ｆとの間を傾斜面として、温度上昇によるラップ先端部１３ｄの接触によるにかじりを防止し、漏れ損失を低減するものである。
【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】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の構成では、固定スクロールと旋回スクロール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し、特に中心部の熱膨張が大きい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と旋回スクロールの変形は考慮していない。
【０００５】
吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールは、固定スクロール側へ変形し、旋回スクロールの背面を摺動仕切り環によって高圧と中間圧に仕切られている構成の場合、特に旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する鏡板中心部は厚みが小さく、高圧となるため、固定スクロール側へ変形し、かつ、固定スクロールのラップ中心部が旋回スクロール側へ熱膨張することにより、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部は、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機効率および耐久性が低下してしまう。
【０００６】
特に、二酸化炭素を冷媒とした場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、従来のＨＦＣ冷媒の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高くなるため、旋回スクロールは、固定スクロール側へより変形しやすくなり、旋回スクロールの鏡板の歯底およびラップ部先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
また、従来の構成では、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部について、高負荷運転時のラップ部先端の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底からラップ先端までの高さ寸法を調整した場合、低負荷運転時に、ラップ部先端で隙間となり、圧縮機の効率低下を発生させてしまう。
【０００８】
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、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形があった場合でも高信頼性を実現すると共に、全運転領域において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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みが、軸受のハウジング部内径の１０〜３５％としたものである。
【００１０】
この構成により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールが、固定スクロール側へ変形し、特に、高圧が負荷する旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端中心部の変形が大きく、かつ、固定スクロールのラップ中心部が圧縮熱により高温になることにより旋回スクロール側へ熱膨張する場合でも、旋回スクロールの軸受のハウジング部における鏡板の厚みが、軸受のハウジング部内径の１０〜３５％としているので、旋回スクロールの剛性は維持しつつ、柔軟に旋回スクロールの鏡板の歯底が固定スクロールのラップ先端側へ圧力変形するため、片当たりすることがなく、高信頼性を実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスクロール圧縮機は、吐出圧力と吸入圧力の圧力差が高い高負荷運転時でも、旋回スクロールの剛性を維持しつつ、比較的摺動が厳しい旋回スクロールの鏡板の軸受のハウジング部に相当する中央部と固定スクロールのラップ部先端での高信頼性化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みが、軸受のハウジング部内径の１０〜３５％としたものである。
【００１３】
旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みを、軸受のハウジング部内径の３５％以下にすることにより、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールが、固定スクロール側へ変形し、特に、高圧が負荷する旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端の中心部の変形が大きく、かつ、固定スクロールのラップ中心部が圧縮熱により高温になることにより旋回スクロール側へ熱膨張する場合でも、柔軟に旋回スクロールの鏡板の歯底が固定スクロールのラップ先端側へ圧力変形するため、片当たりすることがなく、高信頼性を実現できる。また、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みを、軸受のハウジング部内径の１０％以上にすることにより、高負荷時に旋回スクロールの鏡板に発生する応力に対して十分な剛性を確保できるため、高信頼性を実現できる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明で、旋回スクロールの軸受のハウジング部における鏡板の厚みが、中心方向に小さくなるようにしたものである。
【００１５】
固定スクロールのラップ先端部は、中心になるほど高温となり、旋回スクロール側へ熱膨張するが、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みを、中心方向に小さくなるようにしているため、旋回スクロールが中心部でより固定スクロール側へ柔軟に圧力変形することができ、固定スクロールのラップ先端と片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。
【００１６】
第３の発明は、特に第２の発明で、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側におけ
る鏡板の厚みが、中心方向に小さくなるように、旋回スクロールの鏡板の底面を形成したものである。
【００１７】
高負荷時、固定スクロールのラップ先端部が、高温となり、中心になるほど旋回スクロール側へ熱膨張するが、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側における鏡板の厚みが、中心方向に小さくなるように、旋回スクロールの鏡板の歯底を形成しているので、より柔軟に圧力変形することができ、固定スクロールのラップ先端と片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。
【００１８】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明で、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側を除く鏡板にラップを形成したものである。
【００１９】
これによって、高負荷時、旋回スクロールの軸受のハウジング部に相当する鏡板の歯底が固定スクロールのラップ先端側へ圧力変形しても、旋回スクロールのラップが軸受のハウジング部に存在しないため、旋回スクロールのラップ先端が固定スクロールの歯底に異常に接触することなく、高信頼性を実現することができる。
【００２０】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明で、作動冷媒に二酸化炭素を用いたものである。
【００２１】
二酸化炭素冷媒は、高差圧冷媒であるため、旋回スクロールの鏡板と固定スクロールの鏡板とが摺動する面には、過大な押し付け力が発生するため、摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。特に、旋回スクロールは、固定スクロール側へより変形しやすくなり、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまう。また、二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高く、圧縮室内での漏れにより更に性能の低下を引き起こしていた。第１〜５の発明により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形があった場合でも、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。また、全運転領域において高効率を実現することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の圧縮機構部の要部拡大断面図である。図のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明のスクロール圧縮機は、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の上端にある偏心軸部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。
【００２５】
旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている摺動仕切り環７８があり、旋回運動を行いながら摺動仕切り環７８により、摺動仕切り環７８の内側領域である高圧部３０と、外側領域である高圧と低圧の中間圧に設定された背圧空間２９とに仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。
【００２６】
さらに、固定スクロール１２には、旋回スクロール１３の背面の背圧空間２９における圧力を制御する背圧調整弁９を備えている。
【００２７】
圧縮機運転中は、クランク軸４の下向きの他端にはポンプ２５が設けられ、スクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げてクランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２に供給する。このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。
【００２８】
このように供給されたオイル６の一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。
【００２９】
また、高圧部３０に供給されたオイル６は、旋回スクロール内部に設けられた連通路５４によって旋回スクロール１３の外周部まわりにあって自転規制機構１４が位置している背圧空間２９に進入し、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との噛み合せによる摺動部および自転規制機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧空間２９にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。
【００３０】
背圧空間２９に進入するオイル６は、絞り５７での絞り作用によって高圧部３０と圧縮室１５の低圧側との圧力の中間となる中間圧に設定される。背圧空間２９は高圧部３０の高圧側との間が環状仕切り環７８によってシールされていて、進入してくるオイルが充満するにつれて圧力を増し、所定の圧力を超えると、背圧調整弁９が作用して、圧縮室１５の吸入部分に戻され進入する。
【００３１】
このオイル６の進入は所定の周期で繰り返され、この繰り返しのタイミングは吸入、圧縮、吐出の繰り返しサイクルと、絞り孔５７による減圧設定と背圧調整機構９での圧力設定との関係の組み合わせによって決まり、固定スクロール１２と旋回スクロール１３のラップ１３ｂとの摺動部への意図的な潤滑となる。この意図的な潤滑は前記したように背圧調整弁９による連絡路１０の凹部１０５への開口によって常時保証される。吸入口１７へと供給されたオイル６は旋回スクロール１３の旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室１５間の漏れ防止に役立っている。
【００３２】
さらに、図１、２に示すように、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板の厚みＨが、軸受のハウジング部の内径Ｄの１０〜３５％としている。
【００３３】
旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの厚みＨを、軸受のハウジング部の内径Ｄの３５％（０．３５×Ｄ）以下にすることにより、高負荷
時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロール１３が、固定スクロール１２側へ変形し、特に、高圧が負荷する旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側に相当する鏡板の歯底１３ａと固定スクロール１２のラップ部先端１２ｂの中心部の変形が大きく、かつ、固定スクロール１２のラップ１２ｂ中心部が圧縮熱により高温になることにより旋回スクロール１３側へ熱膨張する場合でも、柔軟に旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底が固定スクロール１２のラップ先端１２ｂ側へ圧力変形するため、片当たりすることがなく、高信頼性を実現できる。また、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの厚みＨを、軸受のハウジング部の内径Ｄの１０％（０．１０×Ｄ）以上にすることにより、高負荷時に固定スクロール１２のラップ１２ｂの先端が旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底に接触することにより発生する応力に対して十分な剛性を確保できるため、高信頼性を実現できる。
【００３４】
また、低負荷運転時でも、柔軟に旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底が固定スクロール１２のラップ先端１２ｂ側へ圧力変形するため、漏れ損失低減により圧縮機効率を向上でき、高効率化が実現できる。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態のスクロール圧縮機は、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの厚みＨが、中心方向に小さくなるようにしたものである。図３に圧縮機構部の要部拡大断面図を示す。これによって、固定スクロール１２のラップ先端部１２ｂは、中心になるほど高温となり、旋回スクロール１３側へ熱膨張するが、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板の厚みＨを、中心方向に小さくなるようにしているため、旋回スクロール１３が中心部でより固定スクロール１２側へ柔軟に圧力変形することができ、固定スクロール１２のラップ先端１２ｂと片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。
【００３６】
また、図のように、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの厚みＨが、中心方向に小さくなるように、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの底面を形成することにより、高負荷時、固定スクロール１２のラップ先端部１２ｂが、高温となり、中心になるほど旋回スクロール１３側へ熱膨張するが、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａの厚みＨが、中心方向に小さくなるように、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底を形成しているので、固定スクロール１２のラップ先端１２ｂの熱膨張時の形状を考慮して片当たりを防止すると共に、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側における鏡板１３ａが、より柔軟に圧力変形するので、固定スクロール１２のラップ先端１２ｂと片当たりをより抑制することができ、高信頼性を実現できる。
【００３７】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態のスクロール圧縮機は、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃを除く鏡板１３ｂにラップ１３ｂを形成したものである。図４に旋回スクロール１３の正面図を示す。
【００３８】
これによって、高負荷時、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側に相当する鏡板１３ａの歯底が固定スクロール１２のラップ先端１２ｂ側へ圧力変形しても、旋回スクロール１３のラップ１３ｂが軸受のハウジング部１３ｃの内側に存在しないため、旋回スクロール１３のラップ先端１３ｂが固定スクロール１２の鏡板１２ａの歯底に異常に接触することなく、高信頼性を実現することができる。
【００３９】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態のスクロール圧縮機は、作動冷媒に二酸化炭素を用いたもの
である。二酸化炭素冷媒は、高差圧冷媒であるため、旋回スクロール１３の鏡板１３ａと固定スクロール１２のラップ１２ｂ先端とが摺動する面には、過大な押し付け力が発生するため、摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。特に、旋回スクロール１３は、固定スクロール１２側へより変形しやすくなり、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底と固定スクロール１２のラップ１２ｂ先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまう。また、二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高く、圧縮室内での漏れにより更に性能の低下を引き起こしていた。本発明の第１〜５の実施の形態により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形があった場合でも、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。また、全運転領域において高効率を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、高差圧運転下でも、高信頼性を実現することがき、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、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】
【００４１】
【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縦断面図
【図２】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の断面図
【図３】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の断面図
【図４】本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールの正面図
【図５】従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの断面図
【符号の説明】
【００４２】
６  オイル
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
１３ｃ  ハウジング部
１４  自転規制機構
１５  圧縮室
１７  吸入口
２９  背圧空間
３０  高圧部
３１  高圧空間
７８  摺動仕切り環
【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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