JPH0565882A - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】同時に２つの圧縮空間から同量づつのガスを導
出して、旋回スクロール翼の傾きが生じることなく、旋
回スクロール翼鏡板部背面側へ圧力を作用させてシール
信頼性の向上を図り、かつレリース機構の簡素化とレリ
ース効率の向上を得るスクロール式圧縮機を提供する。 【構成】旋回スクロール翼１３もしくは固定スクロール
翼１４の鏡板部１３ｂ，１４ｂに、同圧の圧縮室１５，
１５に開口する一対の導入穴２０ａ，２０ｂを設け、こ
れら導入穴を鏡板部板厚内で連通し、圧縮空間の圧力を
旋回スクロール翼鏡板部１３ｂ背面側へ作用させる連通
路２１を設け、レリース運転時に連通路を導かれる圧縮
途中のガスの一部をガス吸込側に案内するレリース機構
２２を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば冷凍サイクル
装置に用いられ、冷媒ガスを圧縮するスクロール式圧縮
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクル装置に使用する冷媒ガス用
の圧縮機のうち、特に、効率の良い圧縮ができるととも
に、弁機構を不要として部品点数の削減を図ったスクロ
ール式圧縮機が多用される傾向にある。

【０００３】上記スクロール式圧縮機の構造は、たとえ
ば、密閉ケース内に軸心を垂直方向に向けて収容され、
上下部を回転自在に枢支される回転軸と、この回転軸の
一端に設けられ冷媒ガスを吸い込んで圧縮するスクロー
ル圧縮機構部と、他端に設けられ回転軸を回転駆動する
電動機部とから構成される。

【０００４】スクロール圧縮機構部は、回転軸に偏心し
て掛合するボス部を有し、旋回運動自在な旋回スクロー
ル翼と、支持フレームに連結固定される固定スクロ−ル
翼との組み合わせからなる。

【０００５】これら旋回スクロール翼と固定スクロ−ル
翼は、それぞれ渦巻状に形成される翼部と、この翼部と
一体に形成される鏡板部とからなり、互いに噛合し、か
つこれらで囲繞する圧縮空間である圧縮室を形成する。

【０００６】旋回スクロール翼の旋回運動にともなっ
て、冷媒ガスは外周側の圧縮室に吸い込まれる。この圧
縮室は徐々にその容積を狭ばめられるとともに中心部に
移動する。圧縮室が中心部まで移動したところで所定圧
まで圧縮され、旋回スクロール翼に設けられるガス吐出
路から外部へ吐出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような構成作用を
なすスクロール式圧縮機であるが、問題点も有してい
る。たとえば、固定スクロール翼と旋回スクロール翼の
翼部先端と鏡板部底面との摺接部分におけるシール性に
充分な考慮を払わねばならない。

【０００８】すなわち、圧縮室において圧縮されるガス
は、旋回スクロール翼に対して軸方向の力を作用させ
る。そのため、互いのスクロール翼の翼部先端と鏡板部
とが離間する方向に力を受け、この部位のシール性が損
なわれる状態にある。

【０００９】シール性保持の対策として、旋回スクロー
ル翼の鏡板部背面側に中間圧力を導入する構造がある。
具体的には、圧縮室から旋回スクロール翼鏡板部を貫通
して、この背面側に開口する細孔からなる中間圧用孔を
穿設する。

【００１０】圧縮室における圧縮途中のガスの一部は、
圧縮室から中間圧用孔を介して旋回スクロール翼鏡板部
背面側に導かれ、旋回スクロール翼に中間圧を付与する
ようになっている。

【００１１】ところが、上記中間圧用孔は、従来、１つ
設けられるのが普通であり、かつ旋回スクロール翼の傾
き発生を僅かでも少なくするため、ほとんど軸心に近い
位置が選択されている。

【００１２】この位置はまた、圧縮されるガスが所定の
高圧になる直前の状態でもあり、それまで圧縮機として
余分な圧縮仕事を継続しなければならないという不具合
がある。

【００１３】一方、通常の、たとえばロータリ式圧縮機
の場合は、運転圧縮比が運転条件に応じて変化し、常に
最適な状態に自動的に調整されるが、スクロール式圧縮
機は、冷凍サイクルの吐出圧や吸込圧等、負荷の変動に
係わりなく一定の圧縮比で運転される構造であり、冷凍
サイクルの運転圧縮比が大き過ぎたり、小さ過ぎる運転
条件では圧縮損失が多く、性能低下に繋がっている。

【００１４】たとえば、吸込圧が高く、冷凍サイクルの
運転圧縮比が極めて小さい場合など、圧縮室に発生する
ガス圧が極めて大になり、各スクロール翼の翼部および
翼部に係わる部分に対するストレスが増大し、信頼性に
悪影響を与える。

【００１５】このような状態においては、圧縮室のガス
の一部をガス吸込側に直接戻す、いわゆるレリース機構
を設けることにより、圧縮室のガス圧を低減でき、不具
合がほぼ解決される。

【００１６】ところが、上記スクロール式圧縮機におい
ては、その構造上、対称な位置に一対のガス吸込側が形
成され、同時に２室の圧縮室に被圧縮ガスが吸込まれて
圧縮される特徴がある。

【００１７】したがって、レリース機構も、各圧縮室に
それぞれ専用の形で設けることが考えられ、かつ同時に
同量づつのガスをレリースしなければならない。わずか
なレリースズレがあっても、旋回スクロール翼が傾く。

【００１８】その結果、固定スクロール翼に対し局部的
に強く摺接する部位が生じて、摩耗や損傷事故を発生す
る恐れがある。レリース機構自体、比較的複雑な構造と
ならざるを得ないとともに、同時に、同量のガスを正確
にレリースするのは、極めて困難な調整を必要とする。

【００１９】本発明は、このような事情によりなされた
ものであり、その目的とするところは、同圧の圧縮空間
から、同時に、同量づつのガスを導き、旋回スクロール
翼の傾きが生じることなく、旋回スクロール翼鏡板部背
面側に圧力を作用させシール信頼性の向上を図るととも
に、レリース機構の簡素化と正確なレリースによるレリ
ース効率の向上を得るスクロール式圧縮機を提供するこ
とにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、回転駆動される回転軸の偏心部に、旋回運動
自在に鏡板部と翼部とからなる旋回スクロール翼を掛合
し、この旋回スクロール翼に鏡板部と翼部とからなる固
定スクロール翼を噛合し、これらの間に形成される圧縮
空間に被圧縮ガスを吸い込んで圧縮するものにおいて、
上記旋回スクロール翼もしくは固定スクロール翼の鏡板
部に、同圧の圧縮空間翼底に開口する一対の導入穴を設
け、これら導入穴相互を連通路で連通して、圧縮空間の
圧力を旋回スクロール翼鏡板部背面側へ作用させ、レリ
ース運転時に圧縮途中のガスの一部を連通路を介してガ
ス吸込側に案内するレリース機構を備えたことを特徴と
するスクロール式圧縮機である。

【００２１】

【作用】一対の同圧の圧縮空間は、常に、導入穴と連通
路とで連通する状態にある。したがって、２つの圧縮空
間から連通路を介して同時に同量づつのガスを旋回スク
ロール翼鏡板部背面側に導き圧力を作用させる。レリー
ス運転時にレリース機構を開放すれば、２つの圧縮空間
から連通路を介して同時に同量づつのガスをレリースで
き、レリース機構は一式備えればよく、微妙な調整は不
要である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。

【００２３】図１に示すように、１は一部省略する縦長
状の密閉ケ―スであって、この密閉ケース１の下部に
は、支持フレーム２が設けられ、この支持フレーム２に
主軸受３が支持される。上記密閉ケース１内周面上部に
は、図示しない副軸受が設けられる。

【００２４】これら主軸受３と副軸受とに亘って、回転
軸６が回転自在に枢支される。すなわち、回転軸６はそ
の軸方向が垂直方向に向けられ、下端部が上記主軸受３
に、かつ上端部が副軸受に、それぞれ枢支される。

【００２５】回転軸６の上部は、その直径が細い主軸部
６ａであって、ここに一部省略する電動機部７が設けら
れる。電動機部７は、回転軸６に嵌着されるロータ８
と、このロータ８周面と狭小の間隙を存し、密閉ケース
１に嵌着されるステータ９とからなり、運転周波数の制
御が可能な、インバータ形式のものが採用される。

【００２６】上記回転軸６の主軸部６ａの下方は、下端
面から偏心穴１０が設けられる偏心部６ｂとなってい
る。この偏心部６ｂにスクロール圧縮機構部１２が連結
されている。

【００２７】上記スクロール圧縮機構部１２は、偏心穴
１０に旋回運動自在に掛合するボス部１３ｃを有する旋
回スクロール翼１３と、支持フレーム２に連結固定され
る固定スクロ−ル翼１４との組み合わせからなる。

【００２８】これら旋回スクロール翼１３と固定スクロ
−ル翼１４は、それぞれ渦巻状に形成される翼部１３
ａ，１４ａと、この翼部１３ａ，１４ａと一体に形成さ
れる鏡板部１３ｂ，１４ｂとからなり、互いに噛合し、
かつこれらで囲繞する圧縮空間である圧縮室１５を形成
する。

【００２９】上記圧縮室１５の中心部に対向する、旋回
スクロール翼１３の鏡板部１３ｂに吐出ポート１６が設
けられ、さらにこの吐出ポート１６に上記ボス部１３ｃ
に設けられるガス吐出路１７が連通する。ガス吐出路１
７は、回転軸６の偏心穴１０と連設されるガス案内流路
１８と連通する。

【００３０】一方、旋回スクロール翼鏡板部１３ｂ翼底
には、一対の導入穴２０ａ，２０ｂの下端開口部が開口
していて、互いの導入穴２０ａ，２０ｂ上端開口部は、
鏡板部１３ｂの板厚内に沿って設けられる連通路２１に
連通する。

【００３１】すなわち、スクロール圧縮機構部１２は、
一対の同圧の圧縮空間である圧縮室１５，１５が形成さ
れることが特徴であって、各導入穴２０ａ，２０ｂは、
比較的低圧側の圧縮室１５，１５と連通する位置に設け
なければならない。上記連通路２１は、一方の導入孔２
０ｂから鏡板部１３ｂの板厚に沿って延長され、かつこ
の周面に開口する開口端を備えている。

【００３２】一方、固定スクロール翼鏡板部１４ｂに
は、一方の導入穴２０ｂが開口する圧縮室１５と被圧縮
ガスの吸込側とを必要に応じて連通するレリース機構２
２が設けられる。

【００３３】上記レリース機構２２は、図３に示すよう
に構成される。すなわち、固定スクロール翼鏡板部１４
ｂには、レリース孔２３が垂直方向に貫通して設けられ
る。このレリース孔２３は、翼底開口側が小径で、この
すぐ下部が中径、他の大部分は大径に形成される。

【００３４】上記レリース孔２３に、レリース弁２４が
収容される。レリース弁２４は、レリース孔２３の大径
部にスプリング２５とともに収容され、大径部の範囲内
で摺動自在に嵌合しているとともに、この頭部はレリー
ス孔２３の小径部に摺動自在に嵌合し、翼底側の開口を
開閉できる。

【００３５】レリース弁２４の下部は小径になってい
て、レリース孔２３の大径部から外部に突出する長さを
有する。この突出部は弁受け具２６に摺動自在に、かつ
気密的に嵌合される。弁受け具２６はまた、固定スクロ
ール翼鏡板部１４ｂ下面側に図示しない固定具を介して
取着され、レリース孔２３の大径部を閉塞する。

【００３６】レリース孔２３の大径部一部には、逃がし
穴３２が連通する。この逃がし穴３２は、固定スクロー
ル翼部１４ａの外周面外側の翼底に開口する。このこと
から、上記レリース弁２４の上下動変位にともなって、
逃がし穴３２のレリース孔２３連通面が開閉されるよう
になっている。

【００３７】このようにして構成されるレリース機構２
２であるから、レリース作用をしない通常の状態では、
図３（Ａ）に示すように、レリース弁２４がスプリング
２５の弾性力に抗して押圧付勢し、レリース弁２４頭部
でレリース孔２３小径部の翼底側の開口を閉成するの
で、圧縮容量は変わらない。

【００３８】レリース弁２４に対する押圧付勢力を除去
すれば、同図（Ｂ）に示すように、スプリング２５の弾
性力が作用してレリース弁２４を押し下げ、レリース孔
２３の翼底側開口および逃がし穴３２開口が開放され、
圧縮室１５はレリース孔２３と逃がし穴３２を介して固
定スクロール翼部１４ａ外部であるガス吸込側と連通す
るようになっている。

【００３９】なお、レリース弁２４に対する押圧付勢力
の付与および除去作用は、圧縮室１５圧力と固定スクロ
ール翼１４外周部圧力との差圧で動作させるようにして
もよく、あるいは、圧縮機の吸込圧力もしくは吐出圧力
を導いて制御してもよく、あるいは電磁弁を連結して動
作させるようにしてもよい。

【００４０】再び図１に示すように、旋回スクロール翼
１３の鏡板部１３ｂ背面側と上記主軸受３下面との間に
間隙が形成されていて、これら相互間にスラストリング
２８が介設されている。

【００４１】このスラストリング２８は、旋回スクロー
ル翼鏡板部１３ｂ周面および背面側と主軸受３との間隙
を内外周側に仕切る位置にある。外周側は、連通路２１
の開口端と連通する状態にあるところから中間圧室４０
と呼ぶ。内周側は、主軸受３と偏心部６ｂとの間隙を介
して密閉ケース１内と連通する高圧室５０と呼ぶ。図中
２９は、スラストリング２８外周側である中間圧室４０
における鏡板部１３ｂ背面側と支持フレーム２との間に
介設されるオルダムリングである。

【００４２】上記密閉ケース１の側部には、冷凍サイク
ル装置の図示しない蒸発器と連通する吸込管３０が貫通
して設けられ、その開口端は旋回スクロール翼１３と固
定スクロ−ル翼１４との噛合空間である圧縮室１５の外
周側に対向している。

【００４３】一方、上記密閉ケース１の上端部には、冷
凍サイクル装置の凝縮器と連通する図示しない吐出管が
接続される。この吐出管は、密閉ケース１内部に連通す
ることになる。

【００４４】しかして、電動機部７に通電して回転軸６
を回転駆動すると、偏心穴１０を介して掛合する旋回ス
クロール翼１３が旋回運動をなし、吸込管３０から圧縮
室１５に低圧の被圧縮ガスである冷媒ガスを吸い込んで
圧縮する。

【００４５】旋回スクロール翼１３の旋回運動にともな
って、圧縮室１５は徐々にその容積を狭ばめられるとと
もに中心部に移動する。この圧縮室１５が中心部に移動
したところで、冷媒ガスは所定の圧力まで上昇して吐出
ポート１６に対向し、ここからガス吐出路１７に導かれ
る。さらに、ガス案内流路１８に導かれ、密閉ケース１
内に放出されて充満する。

【００４６】高圧のガスは、電動機部７のロータ８とス
テータ９との間隙や、ステータ９に設けられる図示しな
い逃がし孔を介して密閉ケース１内上部に上昇し、最終
的に、ケース１上端部の吐出管から冷凍サイクルの凝縮
器に吐出される。

【００４７】このような圧縮作用中は、低圧側の一対の
同圧の圧縮室１５，１５から一部の圧縮途中のガスが同
時に同量ずつ、ここと連通する互いの導入穴２０ａ，２
０ｂを介して連通路２１へ導出され、かつ再び連通路２
１から導入穴２０ａ，２０ｂを介して圧縮室１５，１５
へ戻る。

【００４８】したがって各圧縮室１５，１５において
は、常に同圧が確保されることとなる。圧縮途中のガス
は、連通路２１開口端から中間圧室４０に導かれ、旋回
スクロール翼鏡板部１３ｂの周面および背面側に中間圧
を付与する。

【００４９】鏡板部１３ｂ周面に付与される中間圧は、
旋回スクロール翼１３に対して何らの有効な作用もなさ
ないが、背面側に付与される中間圧は、旋回スクロール
翼１３全体を軸方向に押圧する。

【００５０】すなわち、中間圧室４０にガスが充満して
いる間、旋回スクロール翼鏡板部１３ｂ背面側に圧力が
作用して、固定スクロール翼１４とのシール性を確保す
ることとなる。

【００５１】負荷に応じて圧縮比を変える場合に、レリ
ース機構２２を作用してレリース孔２３を開口させる。
図２に、左最上段位置に示すクランク角０°の図が、最
もガス吸込側に形成される互いに同圧となるａ室とｂ室
の、それぞれ冷媒ガス吸込完了状態である。

【００５２】以下、矢印に沿って旋回スクロール翼１３
が旋回運動をなし、この翼部１３ａが固定スクロール翼
１４の翼部１４ａに対する位置を変える。レリース機構
２２を作用させているので、翼部１３ａが０°〜６０°
変位した位置、すなわちクランク角６０°まで位置で、
ｂ室のガスは直接レリース孔２３からガス吸込側へレリ
ースされる。

【００５３】また、ａ室のガスは、一部が直接レリース
孔２３からガス吸込側へレリースされ、残りのガスは導
入穴２０ａ，連通路２１，導入穴２０ｂを順次導かれて
一旦ｂ室に入り、さらにレリース孔２３を介してガス吸
込側へレリースされる。

【００５４】クランク角が１２０°までの位置では、ｂ
室のガスは直接レリース孔２３へ、ａ室のガスは、全て
導入穴２０ａ，連通路２１，導入穴２０ｂを順次導か
れ、ｂ室とレリース孔２３を介してガス吸込側へレリー
スされる。

【００５５】クランク角１８０°の位置では、クランク
角１２０°の状態と同様である。クランク角２４０°の
位置で、レリース孔２３がのぞかなくなり、一旦、レリ
ース作用が終了する。また、両端の吸込側に冷媒ガスの
取り込みを開始する。

【００５６】クランク角３００°の位置で、吸込側に圧
縮室を形成する直前の状態となる。各導通穴２０ａ，２
０ｂの開口端は固定スクロール翼翼部１４ａ端面によっ
て閉塞されており、ａ，ｂ各室におけるレリース後の圧
縮作用がなされる。クランク角３６０°の位置は、先に
説明したクランク角０°と同一であり、再び同様の作用
を繰り返すこととなる。

【００５７】このようにしてレリース運転をなすところ
から、スクロール式圧縮機でありながら、負荷に応じた
圧縮比を変えることができ、各翼部１３ａ，１４ａに対
するストレスが低減し、圧縮性能が向上する。そしてさ
らに、冷凍サイクルの運転圧縮比が変わるばかりでな
く、能力可変ともなるので、低速運転や連続運転に有利
である。

【００５８】なお上記実施例においては、旋回スクロー
ル翼１３の鏡板部１３ｂに一対の導入穴２０ａ，２０ｂ
および連通路２１を設け、スプリング２５の弾性力に抗
して作動させるレリース機構２２を設けたが、この種構
造に限定されない。

【００５９】たとえば、図４に示すように、固定スクロ
ール翼１４の鏡板部１４ｂに、一対の導入穴１２０ａ，
１２０ｂの上端開口部が翼底に設けられ、かつ互いの導
入穴１２０ａ，１２０ｂ下端開口部は、鏡板部１４ｂの
板厚内に沿って設けられる連通路１２１に連通する。
（上記実施例と同一部品は、同番号を付して新たな説明
を省略する。）

【００６０】上記連通路１２１の一端は、鏡板部１４ｂ
の板厚内に沿って延出されるとともに旋回スクロール翼
鏡板部１３ｂ周端よりも外周側の支持フレーム２肉厚に
沿って上方に折曲され、そしてさらに支持フレーム２の
肉厚内で水平方向に折曲され、スラストリング２８とオ
ルダムリング２９との間の中間圧室４０に対向するよう
開口している。

【００６１】上記連通路１２１の他端は、鏡板部１４ｂ
の板厚内に沿って延出されるとともに、ここに接続する
上記吸込管３０に直接連通する。この吸込管３０と他方
の導入穴１３ｂ連通部との間には、単純に連通路１２１
を開閉する、たとえば弁構造からなるレリース機構１２
２が設けられる。

【００６２】このような構成であっても、同圧の圧縮室
１５，１５から一部の圧縮途中のガスを同時に同量ず
つ、連通する互いの導入穴１２０ａ，１２０ｂから導出
させ、連通路１２１から中間圧室４０へ導びいて旋回ス
クロール翼１３の鏡板部１３ｂ背面側に圧力を作用さ
せ、これを軸方向に押圧して固定スクロール翼１４との
シール性を確保することに変りがない。

【００６３】また、弁構造からなるレリース機構１２２
を開放すれば、連通路１２１を導通する圧縮途中のガス
を吸込管３０に直接導いた高圧レリースができ、負荷に
応じた圧縮比を変えられることも同様である。

【００６４】本発明は上記各実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を越えない範囲内で種々変形実施
可能であるとともに、スクロール式圧縮機として、冷凍
サイクル装置に用いられるばかりでなく、他の用途にも
用いることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、旋
回スクロール翼もしくは固定スクロール翼の鏡板部に、
同圧の圧縮空間翼底に開口する一対の導入穴を設け、こ
れら導入穴を鏡板部板厚内で連通する連通路により、圧
縮空間の圧力を旋回スクロール翼鏡板部背面側へ作用さ
せ、レリース運転時に圧縮途中のガスの一部を連通路を
介してガス吸込側に案内するレリース機構を備えたか
ら、旋回スクロール翼の傾きが生じることなく、シール
信頼性の向上を図るとともに、レリース機構の簡素化と
正確なレリースによるレリース効率の向上を図れるなど
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、スクロール式圧縮機
の一部省略した縦断側面図。

【図２】同実施例の、レリース作用を順に説明する図。

【図３】（Ａ）は、レリース機構の通常運転時の状態を
説明する図。 （Ｂ）は、レリース機構のレリース作用時の状態を説明
する図。

【図４】他の実施例を示す、スクロール式圧縮機の一部
省略した縦断側面図。

【符号の説明】

６ｂ…偏心部、６…回転軸と、１３ｂ…鏡板部，１３ａ
…翼部，１３…旋回スクロール翼、１４ｂ…鏡板部，１
４ａ…翼部，１４…固定スクロール翼、１５…圧縮室、
２０ａ，２０ｂ…導入穴、２１…連通路、２２…レリー
ス機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森嶋 明 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東芝 富士工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に偏心部が設けられ回転駆動される回
   転軸と、この回転軸の偏心部に掛合され旋回運動自在な
   鏡板部と翼部とからなる旋回スクロール翼と、この旋回
   スクロール翼と噛合されこれらの間に形成される圧縮空
   間に被圧縮ガスを吸い込んで圧縮する鏡板部と翼部とか
   らなる固定スクロール翼とを備えたスクロール式圧縮機
   において、上記旋回スクロール翼もしくは固定スクロー
   ル翼の鏡板部に設けられ同圧の圧縮空間翼底に開口する
   一対の導入穴と、これら導入穴相互を連通し圧縮空間の
   圧力を旋回スクロール翼鏡板部背面側へ作用させる連通
   路と、レリース運転時に圧縮途中のガスの一部を上記連
   通路を介してガス吸込側に案内するレリース機構とを具
   備したことを特徴とするスクロール式圧縮機。