JP2008303749A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】機械加工が容易で、しかも簡単な構成でシール性を向上させることができるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器内に、鏡板に渦巻状のラップが設けられた固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールを旋回させる主軸を軸支する主軸受を有するフレームと、を有するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの鏡板背面部にある背圧室と、該背圧室と前記主軸受の周辺部の空間とをシールするシール手段と、前記主軸が挿入される前記旋回スクロールの旋回ボス部の端面に対向するように前記フレームの上面に設けられたシール手段取付け部と、該シール手段取付け部に前記シール手段を配置するシール支持手段とを備え、前記シール支持手段は、前記シール手段を支持する支持部と、前記シール手段を旋回鏡板背面部に接触させるための弾性部とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍空調装置や空気圧縮装置等に用いられるスクロール圧縮機に関する。

従来のスクロール圧縮機として、特許文献１（特開２００４−２７０５９９号公報）に開示されたものがある。密閉容器内には、スクロール圧縮機構部と電動機とが収納されている。スクロール圧縮機構部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、円板状鏡板に渦巻状のラップを形成した旋回スクロールとを有する。固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとが噛み合った状態で圧縮室を形成する。

旋回スクロールは、ラップが設けられた鏡板面とは反対の面（背面）に、回転力を伝える主軸の偏心軸部と係合する旋回軸受部が設けられた旋回ボス部を備えている。固定スクロールは主軸受を有するフレームにボルトで結合され、旋回スクロールはそれらの中で旋回する。

特許文献１に記載のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの鏡板背面部に形成される背圧室と主軸受側周辺部の吐出空間とをシールするシール手段を有する。旋回ボス部の端面に対向したフレーム中央部の端面には凹形状の溝が形成され、この溝内には、シールリングと、このシールリングを旋回スクロールの鏡板背面部に密着させるための板バネとを組み合わせたシール手段が設けられている。

シールリングは、シールリング自体の熱膨張や公差の影響を吸収するために合口部を設けており、圧縮機運転時、旋回ボス部の端面が摺動することによりシールリングが摩擦力によって変形する可能性がある。また、シールリングは背圧室と主軸受側周辺部の吐出空間との圧力差によって変形させられる可能性がある。このため、シールリングはシールリングの幅に余裕代を設定した溝に組み込むことでシールリングの変形を抑止している。

特開２００４−２７０５９９号公報

上記特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、シール性を確実に機能させるためには、シールリングを組み込む溝の加工が重要である。比較的大型の圧縮機においては寸法的な制約を受ける可能性が低い。しかし、小形で安価な圧縮機で実現しようとすると次に挙げる問題が有る。

シール手段におけるシール性および摺動による摩耗に対する信頼性を確保するには、溝の加工精度、特に表面粗さを高くする必要がある。しかし小型の圧縮機に上記構造を採用するとなると、実際の溝幅が狭く精密加工が困難である。また加工時間を要したり、頻繁な刃具交換が生じたりするなど、加工性が低いという問題がある。また、旋回スクロールの旋回ボス部と自転防止のためのオルダムリングおよび主軸とをフレーム内の限られたスペースに配置しなければならず、さらには加工精度を確保するためシールリングを組み込む溝と主軸受との間の壁の厚さも確保しなければならないため、設計の自由度が低いといった問題がある。

本発明の目的は上記課題を解決し、機械加工が容易であり、しかも簡単な構成でシール性を向上させることができるスクロール圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、密閉容器内に、鏡板に渦巻状のラップが設けられた固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールを旋回させる主軸を軸支する主軸受を有するフレームと、を有するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの鏡板背面部にある背圧室と、該背圧室と前記主軸受の周辺部の空間とをシールするシール手段と、前記主軸が挿入される前記旋回スクロールの旋回ボス部の端面に対向するように前記フレームの上面に設けられたシール手段取付け部と、該シール手段取付け部に前記シール手段を配置するシール支持手段とを備え、前記シール支持手段は、前記シール手段を支持する支持部と、前記シール手段を旋回鏡板背面部に接触させるための弾性部とを有することにある。

本発明によれば、簡易な構成でシール性を向上でき、機械加工が容易にできることで小形化に対応できる。

以下本発明の実施例を説明する。図１は本発明の一実施例であるスクロール圧縮機の断面図であり、図２は図１における要部拡大図である。密閉容器１内には、スクロール圧縮機構部２とこのスクロール圧縮機構部２を駆動する電動機３が収納されている。スクロール圧縮機構部２は、固定スクロール１０と旋回スクロール２０とを有している。固定スクロール１０は、図１及び図６に示すように底部１２から立ち上げられた渦巻状のラップ１１と、底部１２の周囲にラップ１１の先端部と同じ高さの平面である鍔部１３とを有する。旋回スクロール２０は、図１及び図７に示すように円板状の鏡板２１と、この鏡板２１から立ち上げられ、固定スクロール１０のラップ１１と噛み合わせて用いる渦巻状のラップ２２と、主軸４に連設する偏心軸部５と係合する旋回スクロール軸受を備えたボス部２３とを有する。主軸４の先端部はこのボス部２３に挿入される。

フレーム３０は、旋回スクロール２０が旋回運動する空間の周囲に設けられた平面部３１と主軸４が貫通する主軸受３２とを有している。フレーム３０と固定スクロール１０とは、フレーム３０の平面部３１と固定スクロール１０の鍔部１３と当接し、両者は複数のボルト２４で締結される。スクロール圧縮機構部２は、旋回スクロール２０が自転せずに固定スクロール１０に対して旋回運動するために、フレーム３０と旋回スクロール２０との間にオルダムリング６を有している。

電動機３は、固定子９０とこの固定子９０の内周側に回転自在に配置された回転子１００より構成されている。回転子１００には主軸４が固定されており、回転子１００が回転することにより、電動機３の駆動力を主軸４を介して旋回スクロール２０に伝達している。

密閉容器１の底部には、軸受支持板１１０で仕切られた油溜め部１２０が設けられている。この油溜め部１２０には、回転部分を潤滑する潤滑油が溜められている。軸受支持板１１０には、軸受ハウジング１１１が取付けられており、この軸受ハウジング１１１の内部には球面軸受１１２が配置されている。そして、球面軸受１１２の円筒穴には主軸４が挿入され、主軸４を回転可能に支持している。油溜め部１２０には、ボス部２３や主軸受３２等に潤滑油を供給するための給油ポンプ５０が設けられている。給油ポンプ５０は主軸４に接続されており、電動機３により主軸４が回転することによりポンプとして機能する。

主軸４には、ほぼ軸方向に主軸４を貫通する給油路４ａと、この給油路４ａに連通する横給油孔４ｂが形成されている。この横給油孔４ｂは主軸４の外周面に開口し、その開口部と給油路４ａとを連通する。電動機３で駆動されて主軸４が回転すると、給油ポンプ５０が動作し、油溜め部１２０内の潤滑油を吸い上げる。潤滑油は給油路４ａを通り、横給油孔４ｂから吐出され、主軸４と主軸受３２とを潤滑する。さらに、潤滑油は給油路４ａを上昇して主軸４の上端から吐出し、旋回スクロール軸受を備えたボス部２３を潤滑する。

フレーム３０にはＬ字状に曲げられた排油パイプ６０が取付けられている。フレーム３０に取付けられる排油パイプ６０の一端側は、ボス部２３や主軸受３２等を潤滑した潤滑油を導入し、排油パイプ６０は導入した潤滑油を下方に案内する。排油パイプ６０の他端側は、固定子９０に向かって開口しており、ボス部２３や主軸受３２等を潤滑した潤滑油を固定子９０の上部に導く。固定子９０にはコイルがあるため、排油パイプ６０の少なくとも表面や固定子９０側端部は絶縁材で構成することが好ましい。また、排油パイプ６０は冷媒も付着するので、冷媒に耐え得る材料を使用することが好ましい。

固定スクロール１０は、その底部１２に、渦巻状のラップ１１の中心に開口する吐出口１４と、密閉容器１の外部と接続してラップ１１の外周部に開口する吸入口１５と、圧縮空間７と密閉容器１内の吐出側圧力空間１１３とを連通するリリーフ孔１１４を有している。このリリーフ孔１１４は、図６に示すように複数形成されている。また、固定スクロール１０にはリリーフ孔１１４を開閉するリリーフ弁１１５が取付けられている。このリリーフ弁１１５は、圧縮空間７の圧力が、吐出側圧力空間１１３の圧力より高くなった時に開き、冷媒ガスの過圧縮を防止し、固定スクロール１０と旋回スクロール２０とが離れようとする引離し力を低減させる。

スクロール圧縮機構部２は、吸入口１５より冷媒ガスを吸入し、両スクロールのラップ１１，２２と底部１２と鍔部１３とが形成する圧縮空間７にその冷媒ガスを閉じ込める。開閉弁１５ａは吸入口１５を開閉する弁である。そして、旋回スクロール２０の旋回運動に伴い圧縮空間７は中心に移動しながら徐々にその容積が減少する。圧縮空間７の容積の減少に伴い圧縮空間７に閉じ込められた冷媒ガスが圧縮し、最後に、圧縮された冷媒ガスは吐出口１４から密閉容器１内の吐出側圧力空間１１３に吐出する。

旋回スクロール２０の円板状の鏡板２１に対してラップ２２側とは反対に位置する背面側には、フレーム３０と旋回スクロール２０とで背圧室３３が形成される。スクロール圧縮機構部２で冷媒ガスが圧縮されると、固定スクロール１０と旋回スクロール２０とが離れようとする引離し力が発生する。この背圧室３３は、引離し力を低減させるために設けられている。

背圧室３３には、吐出口１４から吐出される吐出圧と吸入口１５から吸い込まれる吸入圧との中間の圧力を導入し、旋回スクロール２０を固定スクロール１０側に押し付ける押付力を発生させ、圧縮空間７内の圧縮ガスによる引離し力と対抗して低減させている。また、背圧室３３に連通するように、背圧室３３内の圧力と吸込圧の圧力の差が所定値を越えると開制御する背圧制御弁１４０が固定スクロール１０に設けられている。背圧制御弁１４０が開制御すると、背圧室３３内の圧力が吸込圧の領域に導入される。

次に背圧室３３に導入される圧力について説明する。吐出口１４から吐出側圧力空間１１３に吐出された冷媒ガスには高圧の潤滑油が含まれている。吐出側圧力空間１１３に吐出された冷媒ガスは固定スクロール１０及びフレーム３０の外周部に形成された溝（図示せず）を通り、電動機３側へ入る。電動機３側へ入った冷媒ガスは固定子９０に形成された溝（図示せず）や固定子９０のコイルや固定子９０と回転子１００との隙間などを通る。その過程で、冷媒ガスは電動機３の各部に衝突してその中に含まれる潤滑油を分離する。分離された潤滑油は各部の熱を奪いながら下に落ち、軸受支持板１１０に形成された通気孔１１０ａから油溜め部１２０に入る。また、電動機３側に入った冷媒ガスは、吐出管１３０から外部にでる。

また、冷媒ガスは通気孔１１０ａを通って油溜め部１２０にも流入するが、電動機３が収納されている空間の潤滑油も通気孔１１０ａを通って油溜め部１２０に流入する。

冷媒ガスが溶け込んでいる潤滑油は先に述べたように、給油ポンプ５０のポンプ作用により主軸４内部の給油路４ａを通り、横給油孔４ｂから出て主軸４と主軸受３２を潤滑する。さらに、潤滑油は給油路４ａを上昇して主軸４の上端から吐出し、旋回スクロール軸受を備えたボス部２３を潤滑する。ボス部２３内の旋回スクロール軸受を潤滑した潤滑油は、主軸４の外周とボス部２３内周の旋回スクロール軸受との間からフレーム３０の上面３０ａに流れ、ボス部２３の下端部とフレーム３０の上面３０ａとを潤滑する。さらにこの潤滑油は上面３０ａの外周側へと移動し、背圧室３３に流入する。主軸４の外周とボス部２３の内周との間は狭くなっているので、圧力損失により背圧室３３に流入した潤滑油の圧力は低下する。またこの背圧室３３に流入した潤滑油から分離した冷媒ガスの圧力は吐出圧力よりも低い圧力となる。

次にフレーム３０に設けられた主軸受３２の上部周辺部の空間と背圧室３３とをシールする構造について、図２〜図５を用いて説明する。

図３はシールリング７０とシール支持手段８０の外観斜視図であり、図４はシール支持手段８０の平面図であり、図５はシール支持手段８０が溝３４に挿入された状態を示す斜視図である。

フレーム３０に設けられた主軸受３２の上部周辺部には、フレーム３０の面から凹んだ溝状の空間であるシール手段取付け部が形成されている。本実施例ではフレーム３０を中ぐり加工することで設けた溝３４がシール手段取付け部である。溝３４には、フレーム３０に設けられた主軸受３２の上部周辺部の空間と背圧室３３とをシールするシールリング７０が設けられている。シールリング７０は図３に示すように接合部分が階段状に形成された合口部７０ａとなっていて、主軸４の回転軸方向に沿ってボス部２３の端部と密接し、同回転軸方向に沿って隙間が生じさせず、シールリング７０の外周部は溝３４の外周壁と密接し同回転軸の半径方向にも隙間を生じさせないようになっている。

シールリング７０（シール手段）はシール支持手段８０により支持されている。シール支持手段８０は、図２に示すように断面形状がＬ字状の支持部８０ａと、この支持部８０ａから下方（溝３４に挿入される側）に向かって折り曲げられた弾性部８０ｂとを有する。図３及び図４に示すように、支持部８０ａは平坦部８１と、この平坦部８１から立ち上がった立上部８２を有しており、断面形状がＬ字状となっている。弾性部８０ｂは平坦部８１から切り欠かれ、立上部８２で下方（溝３４に挿入される側）に向かって折り曲げられている。

シールリング７０は、その下側が支持部８０ａの平坦部８１に載置され、内周側が支持部８０ａの立上部８２で支持されている。シールリング７０の上側は旋回スクロール２０のボス部２３（端部）と接して主軸受３２の上部周辺部の空間と背圧室３３とをシールする。このため、支持部８０ａの立上部８２はシールリング７０の高さ寸法よりも低い寸法構造をとる。すなわち、図２に示すように、「支持部８０ａの高さ（立上部の高さ）ｈ＜シールリング７０の高さＨ」とする。さらに径方向においても支持部８０ａの平坦部８１はシールリング７０の幅寸法よりも狭い寸法構造をとる。すなわち「支持部８０ａの幅（平坦部８１の幅）ｗ＜シールリング７０幅Ｗ」とする。また、シール支持手段８０は、溝３４に挿入された状態では、図２及び図５に示すように、支持部８０ａの上端部がフレーム３０の上面３０ａより突出しないようにしている。このようにすることにより、シール支持手段８０がフレーム３０や旋回スクロール２０と直接接触しないので、摩耗を防ぐことができる。

シールリング７０を旋回鏡板背面側のボス部２３に密着させるための弾性部８０ｂは、上述したように、平坦部８０ｃから切り欠かれ、下方（溝３４に挿入される側）に向かって折り曲げられている。弾性部８０ｂは溝３４に挿入されるので、弾性部８０ｂの形状は溝３４の形状に合わせている。すなわち、弾性部８０ｂの径方向の長さは、溝３４の径方向の長さを考慮して形成し、また、折り曲げる角度は、溝３４の深さ、及びシールリング７０とボス部２３との接触状態を考慮するとよい。本実施例では、シール支持手段８０を溝３４の形状に合わせて形成することにより、シールリング７０の位置ずれが起きにくくなる。

シールリング７０はシール支持手段８０で支持されているので、シールリング７０は溝３４の底部から浮いた状態となっている。従来はシールリングを溝に直接挿入していたので、シール性を確保する上で、溝の加工精度が求められていた。特に、小型の圧縮機においては、溝が小さいので、溝の加工精度を上げるのが困難であった。本実施例では、溝の加工精度を上げる必要がないので、機械加工が容易にできることで圧縮機の小形化に対応できる。シール支持手段８０は、板金加工にて製作できるため溝３４を機械加工することに比べて、圧倒的に安価に部品を製作できる。

さらに、弾性部８０ｂは、平面的な脚を設けているが、摩耗を抑制するために図４に示すように端部を円弧状にした円弧部８４を設けるようにしてもよい。また、本実施例では弾性部８０ｂを５本としたが、弾性部８０ｂの数は５本に限られず、適宜設定すればよい。弾性部８０ｂの数により弾性力を調整することができる。

また、本実施例においては、支持部８０ａは全周に亘って設けられているが、全周分無くてもかまわない。シールリング７０を支持できる作用を有するのであれば、周方向に亘って複数に分断された構造であってもよい。さらにはシールリング７０の接合部を半径方向や軸方向に対して角度を持たせるようにして変形しにくい形状とし、シールリングの変形を防ぐようにしてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、機械加工が容易にできるとともに、簡易な構成でシール性を向上することができる。

本発明の一実施例であるスクロール圧縮機の断面図である。 図１における要部拡大図である。 シールリング７０とシール支持手段８０の外観斜視図である。 シール支持手段８０の平面図である。 シール支持手段８０が溝３４に挿入された状態を示す斜視図である。 固定スクロール１０の平面図である。 旋回スクロール２０の平面図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２ スクロール圧縮機構部
３ 電動機
４ 主軸
５ 偏心軸部
６ オルダムリング
７ 圧縮空間
１０ 固定スクロール
１１，２２ ラップ
１２ 底部
１３ 鍔部
１４ 吐出口
１５ 吸入口
２０ 旋回スクロール
２１ 円板状鏡板
２３ ボス部
３０ フレーム
３１ 平面部
３２ 主軸受
３３ 背圧室
３４ 溝
５０ 給油ポンプ
６０ 排油パイプ
７０ シールリング
８０ シール支持手段
８０ａ 支持部
８０ｂ 弾性部
９０ 固定子
１００ 回転子

Claims (5)

1. 密閉容器内に、鏡板に渦巻状のラップが設けられた固定スクロール及び旋回スクロールと、該旋回スクロールを旋回させる主軸を軸支する主軸受を有するフレームと、を有するスクロール圧縮機において、
   前記旋回スクロールの鏡板背面部にある背圧室と、該背圧室と前記主軸受の周辺部の空間とをシールするシール手段と、前記主軸が挿入される前記旋回スクロールの旋回ボス部の端面に対向するように前記フレームの上面に設けられたシール手段取付け部と、該シール手段取付け部に前記シール手段を配置するシール支持手段とを備え、
   前記シール支持手段は、前記シール手段を支持する支持部と、前記シール手段を旋回鏡板背面部に接触させるための弾性部とを有するスクロール圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール圧縮機において、
   前記支持部の高さは、前記シール手段の高さより低くしたスクロール圧縮機。
3. 請求項１または２記載のスクロール圧縮機において、
   前記支持部の幅は、前記シール手段の幅より狭くしたスクロール圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れか記載のスクロール圧縮機において、
   前記シール手段取付け部は、前記シール部材を取付ける溝状の空間であるスクロール圧縮機。
5. 請求項１乃至４の何れか記載のスクロール圧縮機において、
   前記シールリングの合口部は、前記主軸の回転軸方向に沿って接する構造であるスクロール圧縮機。

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