JPH10110687A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速運転領域を含む広い運転領域において、
圧縮洩れ運転を起こすことのない、高効率のスクロール
圧縮機を提供する。 【解決手段】 密閉容器内に、電動機９と圧縮機構部２
とを収納し、圧縮機構部２は、台板３ｂ，４ｂ上の渦巻
状のラップ３ａ，４ａを噛みあわせて圧縮室５を形成す
る固定スクロール３，旋回スクロール４と、電動機９の
回転力を伝達し旋回スクロール４を回転させるクランク
軸６と、固定スクロール３と結合しクランク軸６を支持
するフレーム７とを備え、固定スクロール３とフレーム
７とに挟まれる旋回スクロール４の台板４ｂの厚み寸法
Ｄと、フレーム７が固定スクロール３と接する表面と台
板４ｂの座面となるフレーム内面７ｂとの段差７ｃの寸
法Ｓとの差ｇを、５〜２５μｍに設定したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクロール圧縮機
に係り、特に、低速運転領域を含む幅広い運転領域で効
率を向上するのに好適なスクロール圧縮機に関するもの
で、冷凍、空調用の冷媒圧縮機として利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なスクロール圧縮機につい
て、図２を参照して説明する。図２は、従来の一般的な
スクロール圧縮機の縦断面図である。図２において、１
は密閉容器、２は圧縮機構部、３は旋回スクロール、３
ａは旋回スクロールの渦巻状のラップ、３ｂは旋回スク
ロールの台板、４は固定スクロール、４ａは固定スクロ
ールの渦巻状のラップ、４ｂは固定スクロールの台板、
６はクランク軸、６ａは、その偏心部、６ｂは、クラン
ク軸６の軸心に設けた給油路、７は、固定スクロール３
と結合しクランク軸６を回転させる軸受７ａを具備する
フレーム、９は、ロータ９ａ、ステータ９ｂからなる電
動機部、１３は、旋回スクロールの自転を阻止し旋回運
動させるための自転阻止部材に係るオルダムリングであ
る。

【０００３】図２に示す従来のスクロール圧縮機は、密
閉容器１内に、圧縮機構部２と電動機部９とがクランク
軸６を介して連結して収納されるものである。圧縮機構
部２は、渦巻状のラップ３ａ，４ａをそれぞれ内側にし
て噛み合わせた固定スクロール３，旋回スクロール４に
より圧縮室５を形成する。さらに、旋回スクロール４の
自転阻止部材であるオルダムリング１３と前記固定スク
ロール３と結合されたフレーム７により構成される。電
動機部９は、前記フレーム７の軸受７ａを介して回転自
在に支持されるクランク軸６に連結されている。

【０００４】固定スクロール３は、冷媒ガスを吸い込む
吸込口１０と吸い込まれた冷媒ガスを旋回スクロールの
旋回運動により中心部に移動させつつ容積を減少させ圧
縮しこの圧縮ガスを密閉容器内へ吐き出す吐出口３ｃを
有する。旋回スクロール４には、圧縮行程の途中の部屋
（圧縮室５）と旋回スクロール４の背面に形成される背
圧室１５とを連通する穴（中間圧孔４ｃ）を有し、背圧
室１５は吸込圧力に対し一定の圧力比で、かつ吸込圧力
と吐出圧力の中間の圧力になるように制御されている。
この中間圧力により、旋回スクロール４を浮上させ固定
スクロール３に対接した状態で運転できるようにしてい
るものである。

【０００５】このとき、固定スクロール３とフレーム７
とに挟まれる旋回スクロール４の台板４ｂにおける該台
板４ｂの厚み寸法と、前記フレーム７が前記固定スクロ
ール３と接する表面と前記台板４ｂの座面となるフレー
ム内面との段差寸法との差を、通常の加工精度を考慮し
て２０〜５０μｍに設定していた。また、旋回スクロー
ル４には、複数形成される圧縮室５間の洩れを抑えるた
めに馴染み性のある表面処理が施されていることもあ
る。さらに、この構造においては、圧縮機構部２を密閉
容器１に溶接固定する際のフレーム７の数μｍ程度のの
変形について考慮する必要がなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のスクロール
圧縮機の構造では、次のような問題が生じた。近年のル
ームエアコンにおいては、快適性に加えて省エネルギー
化の要求が強まり、幅広い運転範囲における効率向上が
急務となっている。従来の中間圧力制御（背圧制御）方
式では、従来の技術でも述べたように、固定スクロール
３とフレーム７により挟まれる旋回スクロール４の台板
の隙間、すなわち、前記旋回スクロール４の台板４ｂに
おける該台板４ｂの厚み寸法と、前記フレーム７が前記
固定スクロール３と接する表面と前記台板４ｂの座面と
なるフレーム内面との段差寸法との差は、通常の加工精
度を考慮し２０〜５０μｍ程度に設定するのが通常であ
った。

【０００７】ところが、快適性を重んじるニーズに応え
るため幅広い運転領域をカバーする上では、クランク軸
６の偏心部６ａに嵌め合わされた旋回スクロール４が固
定スクロール３と噛み合う圧縮作用により旋回スクロー
ル４に転覆モーメントが働き、固定スクロール３から旋
回スクロール４が離れようとし、圧縮洩れ運転を起こし
効率が悪化する怖れのあることが分かってきた。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の目的は、低速運転領
域を含む広い運転領域において、圧縮洩れ運転を起こす
ことのない、高効率のスクロール圧縮機を提供すること
にある。また、本発明の他の目的は、例えば製品である
ルームエアコンに搭載して、快適で且つ消費電力の少な
い製品とすることの可能なスクロール圧縮機を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るスクロール圧縮機の第一の構成は、密
閉容器内に、電動機と該電動機に連結された圧縮機構部
とを収納するものであって、圧縮機構部は、それぞれの
台板上に渦巻状のラップを有し、それぞれのラップを噛
みあわせて圧縮室を形成する固定スクロールおよび旋回
スクロールと、前記旋回スクロールの自転を阻止し旋回
運動させるための自転阻止部材と、前記電動機の回転力
を伝達し旋回スクロールを回転させるクランク軸と、前
記固定スクロールと結合し前記クランク軸を回転させる
軸受を具備するフレームとを備え、前記旋回スクロール
の背面を押し上げ前記固定スクロールに押しつけて圧縮
するようにしたスクロール圧縮機において、前記固定ス
クロールと前記フレームとに挟まれる前記旋回スクロー
ルの台板における該台板の厚み寸法と、前記フレームが
前記固定スクロールと接する表面と前記台板の座面とな
るフレーム内面との段差寸法との差を、５〜２５μｍに
設定したものである。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
に係るスクロール圧縮機の第二の構成は、密閉容器内
に、電動機と該電動機に連結された圧縮機構部とを収納
するものであって、圧縮機構部は、それぞれの台板上に
渦巻状のラップを有し、それぞれのラップを噛みあわせ
て圧縮室を形成する固定スクロールおよび旋回スクロー
ルと、前記旋回スクロールの自転を阻止し旋回運動させ
るための自転阻止部材と、前記電動機の回転力を伝達し
旋回スクロールを回転させるクランク軸と、前記固定ス
クロールと結合し前記クランク軸を回転させる軸受を具
備するフレームとを備え、前記旋回スクロールに馴染み
性のある表面処理を施し、前記旋回スクロールの背面を
押し上げ前記固定スクロールに押しつけて圧縮するよう
にしたスクロール圧縮機において、前記固定スクロール
と前記フレームとに挟まれる前記旋回スクロールの台板
における該台板の厚み寸法と、前記フレームが前記固定
スクロールと接する表面と前記台板の座面となるフレー
ム内面との段差寸法との差を、前記旋回スクロールに馴
染み性のある表面処理を施す前にて、５〜２５μｍに設
定したものである。

【００１１】ここで、上記旋回スクロールに馴染み性の
ある表面処理が施されている場合、この馴染み性のある
表面処理層は通常５〜１５μｍすなわち旋回スクロール
の台板の両側では１０〜３０μｍあるため圧縮機の組立
が不可能となる。組立を可能にするために馴染み性の必
要ない旋回スクロール背面をマスキング等により表面処
理層を付着させないか、または表面処理後に旋回スクロ
ール背面の表面処理層を除去し、かつ旋回スクロールの
ラップ側の台板に付着した表面処理層も圧縮機組立時に
強制的に馴染ませることで組立を可能とすることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図６を参照して説明する。図１は、本発明の一実
施形態を示すスクロール圧縮機の固定スクロールとフレ
ームにより挟まれる旋回スクロールの台板部の隙間を示
す要部断面図、図２は、従来の一般的なスクロール圧縮
機の縦断面図、図３は、他の一般的なスクロール圧縮機
の縦断面図、図４は、図３のスクロール圧縮機に用いら
れている背圧制御弁の詳細構造を示す要部断面図、図５
は、スクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面を示す平面
図、図６は、旋回スクロールの台板部の隙間と容積効率
との関係を示す線図である。各図において同一部品は同
一符号で示している。

【００１３】本実施形態のスクロール圧縮機は、図２な
いし図４に示す一般的なスクロール圧縮機に、図１に示
す旋回スクロール台板部の隙間ｇを構成したものであ
る。本実施形態のスクロール圧縮機は、図２，３，５に
示すように、密閉容器内１に圧縮機構部２と電動機部９
とが収納されたものである。

【００１４】圧縮機構部２は、それぞれ渦巻き状のラッ
プ３ａ，４ａを有する固定スクロール３，旋回スクロー
ル４を、それぞれ互いにラップ３ａ，４ａを組み合わせ
て圧縮室５を形成しており、この圧縮機構部２はクラン
ク軸６を介し該圧縮機構部２を駆動するための電動機９
に連結されている。さらに圧縮機構部２は、旋回スクロ
ール４の自転を阻止し旋回運動させるためのオルダムリ
ング１３と、固定スクロール３と結合し且つ密閉容器１
と溶接により固定されるフレーム７を有する。このフレ
ーム７には、前記電動機９と連結したクランク軸６を摺
動自在に支持する主軸受７ａが形成されている。

【００１５】図２，３，５に示すスクロール圧縮機は、
密閉容器１の外周部に開口する吸込口１０を備え、この
吸込口１０から冷媒ガスを吸入し、前記固定スクロール
３，旋回スクロール４により形成される圧縮室５を中心
部に移動させつつ容積を減少させて冷媒ガスを圧縮さ
せ、その高圧ガスを固定スクロール３の中央部の吐出ポ
ート３ｃから密閉容器１内に吐出される。ラップ３ａ，
４ａが噛み合って形成される圧縮室５は常に複数個存在
する。また、固定スクロール３には圧縮室５の圧力が過
圧縮になった際に圧力を逃がすリリース弁１１が設けら
れている。

【００１６】さらに、旋回スクロール４の背面には、固
定スクロール３に旋回スクロール４を押しつけてガスを
圧縮するために吸込圧力と吐出圧力の中間の圧力に制御
された背圧室１５が形成されている。ここで、背圧を制
御するには幾つかの手段がある。例えば、先に従来技術
で説明したように、図２に示す旋回スクロール４の台板
４ｂに圧縮室５と背圧室１５とを連通する微少な中間圧
孔４ｃを設け、吸込圧力に対しある一定の圧力比をもっ
て背圧室１５を制御する方法がある。

【００１７】また、背圧制御の他の手段としては、図３
に示すように固定スクロール３に背圧制御弁１４を設け
る方法がある。この背圧制御弁１４の詳細な構成を図４
に示す。図３，４に示す背圧制御弁１４は、吐出圧力側
と遮断するシール部材１８、背圧室１５と吸込室１６と
を一定圧力に制御するスプリング１７、および背圧室１
５と吸込室１６を開閉するプレート１９で構成される。

【００１８】ここで、背圧室１５の圧力が吸込圧力とス
プリング１７の力より大きくなるとプレート１９が押し
上げられ、背圧室１５と吸込室１６が連通孔２０を介し
て連通し背圧室１５の圧力は減少する。背圧室１５の圧
力が低下すると、吸込室１６とスプリング１７の力が背
圧室側の力に勝りプレート１９は背圧室１５と吸込室１
６を遮断する。また、背圧室１５は、旋回軸受４ｄまた
は主軸受７ａで減圧されながら給油路６ｂを介して吐出
圧力側である密閉容器１内底部の油溜まり８と連通して
いるため、圧力が常に上昇しようとしている。この圧力
の上昇を前記背圧制御弁１４の作用により背圧室１５を
吸込圧力に対し一定の圧力差となるように制御している
ものである。

【００１９】先に〔発明が解決しようとする課題〕でも
述べたが、従来の一般的な構造では、固定スクロール３
とフレーム７により挟まれる旋回スクロール４の台板４
ｂ部の隙間、すなわち、前記旋回スクロール４の台板４
ｂにおける該台板４ｂの厚み寸法Ｄと、前記フレーム７
が前記固定スクロール３と接する表面と前記台板４ｂの
座面となるフレーム内面７ｂとの段差７ｃの寸法Ｓとの
差（図１に示すｇ）は、通常の加工精度を考慮し２０〜
５０μｍ程度に設定するのが通常であった。

【００２０】ところが、今日、快適性を重んじるニーズ
に応えるため幅広い運転領域をカバーする上で、旋回ス
クロールに圧縮作用により働く転覆モーメントによっ
て、固定スクロール３から旋回スクロール４が離れ圧縮
洩れ運転を起こし効率が悪化する怖れが出てきた。

【００２１】本発明の実施形態では、図１に示す固定ス
クロール３とフレーム７とに挟まれる旋回スクロール４
の台板４ｂにおける該台板４ｂの厚み寸法Ｄと、前記フ
レーム７が前記固定スクロール３と接する表面と前記台
板４ｂの座面となるフレーム内面７ｂとの段差７ｃの寸
法Ｓとの差ｇ（隙間）を、５〜２５μｍに設定すること
により、前記圧縮作用により旋回スクロールに働く転覆
モーメントによる圧縮洩れを防止し、圧縮洩れによる効
率低下を改善するものである。これにより、近年の快適
性を重んじるニーズに応えるとともに、広い運転領域で
高効率を発揮するスクロール圧縮機を提供するものであ
る。

【００２２】図６は、横軸に上記の隙間ｇ（μｍ）をと
り、縦軸に圧縮漏れの割合のパラメータとなる容積効率
（％）をとって、本実施形態における固定スクロール３
とフレーム７とに挟まれる旋回スクロール４の台板４ｂ
における該台板４ｂの厚み寸法Ｄと、前記フレーム７が
前記固定スクロール３と接する表面と前記台板４ｂの座
面となるフレーム内面７ｂとの段差７ｃの寸法Ｓとの差
ｇを、５〜２５μｍに設定することによる圧縮性能を確
認した結果を示している。

【００２３】図６から明らかなように、容積効率は、隙
間ｇが２５μｍより大きくなると急激に低下している。
また、隙間ｇが５μｍ以下では組立不能となり、無理に
組み立てた場合、旋回スクロールの旋回不能となり、摺
動ロスが大きくなり、圧縮機の効率としては低下するこ
とになる。したがって、上記の隙間ｇを５〜２５μｍで
組み立てることが、低速運転領域などにおける圧縮作用
により旋回スクロールに働く転覆モーメントが大きくな
ったときも、圧縮漏れなど性能低下を招くことなく、効
率向上につながるものである。

【００２４】また、本実施形態に関わる旋回スクロール
４には、複数個存在する圧縮室５からの洩れ損失を抑
え、スクロール圧縮機の高効率化に寄与する馴染み性の
ある表面処理が施されているものが多々見受けられる。
このため、従来は固定スクロール３とフレーム７とで摺
動自在に挟まれる旋回スクロール４の台板４ｂ部の隙間
（図１のｇ）を旋回スクロールの表面処理前で２０〜５
０μｍと広くとる必要があった。このとき、馴染み性の
ある表面処理層は通常５〜１５μｍすなわち旋回スクロ
ールの台板部両側では１０〜３０μｍあるが、表面層が
柔らかいため表面処理層の半分以上は圧縮機の運転で剥
がれてしまう。このため、旋回スクロール４が中間圧力
で押し上げられて運転されるものの、前記図１に示す隙
間ｇが広くなり、ガス圧縮に伴う転覆モーメント等によ
り旋回スクロール４は固定スクロール３から離れ圧縮洩
れ運転となりやすく、効率低下の原因となっていた。

【００２５】したがって、旋回スクロール４が固定スク
ロール３から離れるのを防止し高効率のスクロール圧縮
機とするため、前記固定スクロール３と前記フレーム７
とに挟まれる前記旋回スクロール４の台板４ｂにおける
該台板４ｂの厚み寸法Ｄと、前記フレーム７が前記固定
スクロール３と接する表面と前記台板４ｂの座面となる
フレーム内面７ｂとの段差７ｃの寸法Ｓとの差ｇを、前
記旋回スクロール４に馴染み性のある表面処理を施す前
にて、５〜２５μｍに設定することで発明の目的を達成
する。

【００２６】そして、この目的を達成するためには、表
面処理層があるために圧縮機の組立が不可能となる点を
解決する必要がある。この組立を可能にするために、馴
染み性の必要がない旋回スクロール４の背面をマスキン
グ等により表面処理層を付着させないか、または表面処
理後に旋回スクロール４背面の表面処理層を除去し、か
つ、旋回スクロール４のラップ４ａ側の台板４ｂに付着
した表面処理層も圧縮機組立時に強制的に馴染ませるこ
とで組立を可能とすることによって、前記課題を解決で
きる。

【００２７】さらに、本発明において配慮すべき実施形
態について説明する。図２，３において、１ａは、密閉
容器１に圧縮機構部２を溶接固定するときの溶接部であ
る。この溶接部中心位置を、旋回スクロール４の台板４
ｂの背面がフレーム７と対接する面（座面７ｂ：図１参
照）より反ポンプ側にあるようにすることが望ましい。
これにより、溶接作業に伴うフレーム７の変形、固定ス
クロール３とフレーム７により挟まれる旋回スクロール
４の台板４ｂ部の前記隙間ｇの狂いを抑制することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、低速運転領域を含む広い運転領域において、圧縮
洩れ運転を起こすことのない、高効率のスクロール圧縮
機を提供することができる。また、本発明によれば、例
えば製品であるルームエアコンに搭載して、快適で且つ
消費電力の少ない製品とすることの可能なスクロール圧
縮機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すスクロール圧縮機の
固定スクロールとフレームにより挟まれる旋回スクロー
ルの台板部の隙間を示す要部断面図である。

【図２】従来の一般的なスクロール圧縮機の縦断面図で
ある。

【図３】他の一般的なスクロール圧縮機の縦断面図であ
る。

【図４】図３のスクロール圧縮機に用いられている背圧
制御弁の詳細構造を示す要部断面図である。

【図５】スクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面を示す
平面図である。

【図６】旋回スクロールの台板部の隙間と容積効率との
関係を示す線図である。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…圧縮機構部、３…固定スクロール、
４…旋回スクロール、３ａ，４ａ…ラップ、３ｂ，４ｂ
…台板、５…圧縮室、６…クランク軸、７…フレーム、
７ａ…主軸受、９…電動機部、１０…吸込口、１３…オ
ルダムリング、１４…背圧制御弁、１５…背圧室、１６
…吸込室、ｇ…隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋澤 健裕 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 若菜 竜也 栃木県下都賀郡大平町大字富田709番地の ２ 株式会社日立栃木エレクトロニクス内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器内に、電動機と該電動機に連結
   された圧縮機構部とを収納するものであって、 圧縮機構部は、それぞれの台板上に渦巻状のラップを有
   し、それぞれのラップを噛みあわせて圧縮室を形成する
   固定スクロールおよび旋回スクロールと、前記旋回スク
   ロールの自転を阻止し旋回運動させるための自転阻止部
   材と、前記電動機の回転力を伝達し旋回スクロールを回
   転させるクランク軸と、前記固定スクロールと結合し前
   記クランク軸を回転させる軸受を具備するフレームとを
   備え、 前記旋回スクロールの背面を押し上げ前記固定スクロー
   ルに押しつけて圧縮するようにしたスクロール圧縮機に
   おいて、 前記固定スクロールと前記フレームとに挟まれる前記旋
   回スクロールの台板における該台板の厚み寸法と、前記
   フレームが前記固定スクロールと接する表面と前記台板
   の座面となるフレーム内面との段差寸法との差を、５〜
   ２５μｍに設定したことを特徴とするスクロール圧縮
   機。
2. 【請求項２】 密閉容器内に、電動機と該電動機に連結
   された圧縮機構部とを収納するものであって、 圧縮機構部は、それぞれの台板上に渦巻状のラップを有
   し、それぞれのラップを噛みあわせて圧縮室を形成する
   固定スクロールおよび旋回スクロールと、前記旋回スク
   ロールの自転を阻止し旋回運動させるための自転阻止部
   材と、前記電動機の回転力を伝達し旋回スクロールを回
   転させるクランク軸と、前記固定スクロールと結合し前
   記クランク軸を回転させる軸受を具備するフレームとを
   備え、 前記旋回スクロールに馴染み性のある表面処理を施し、 前記旋回スクロールの背面を押し上げ前記固定スクロー
   ルに押しつけて圧縮するようにしたスクロール圧縮機に
   おいて、 前記固定スクロールと前記フレームとに挟まれる前記旋
   回スクロールの台板における該台板の厚み寸法と、前記
   フレームが前記固定スクロールと接する表面と前記台板
   の座面となるフレーム内面との段差寸法との差を、前記
   旋回スクロールに馴染み性のある表面処理を施す前に
   て、５〜２５μｍに設定したことを特徴とするスクロー
   ル圧縮機。
3. 【請求項３】 前記旋回スクロールに馴染み性のある表
   面処理を施したときに、馴染み性の必要のない旋回スク
   ロール背面に表面処理層を付着させないようにマスキン
   グしたことを特徴とする請求項２記載のスクロール圧縮
   機。
4. 【請求項４】 前記旋回スクロールに馴染み性のある表
   面処理を施したのちに、前記旋回スクロール背面の表面
   処理層を除去し、かつ、前記旋回スクロールのラップ側
   の台板に付着した表面処理層を圧縮機組立時に強制的に
   馴染ませるようにしたことを特徴とする請求項２記載の
   スクロール圧縮機。
5. 【請求項５】 密閉容器に圧縮機構部を溶接固定すると
   きに、その溶接部中心位置を、旋回スクロールの台板の
   背面がフレームと対接する面より反ポンプ側にあるよう
   にしたことを特徴とする請求項１ないし４記載のいずれ
   かののスクロール圧縮機。