JP4122339B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関し、特に、大きさを変化することなく吐出容量を増加させることができると共に、容量を自由に変化させることができるスクロール圧縮機に関する。

一般に、圧縮機は、機械的エネルギーを圧縮性流体の圧縮エネルギーに変換させるもので、通常、往復動式、スクロール式、遠心式及びベーン式に区分することができる。

スクロール式圧縮機は、ピストンの直線運動を利用する往復動式と異なり、遠心式やベーン式のように、回転体を利用してガスを吸入・圧縮して吐出する方式である。

このようなスクロール圧縮機は、通常、エアコンのような空気調和機に適用されるが、最近、エアコンの冷暖房効率を高めるために、スクロール圧縮機の容量を変化させることができる製品が要求される傾向にある。

図１２は、従来のスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図である。
図１２に示すように、従来のスクロール圧縮機は、ガス吸入管ＳＰ及びガス吐出管ＤＰを備えるケーシング１と、前記ケーシング１内部の上下にそれぞれ固定設置されるメインフレーム２及びサブフレーム(図示せず)と、これらのメインフレーム２とサブフレームとの間に装着されて回転力を発生する駆動モータ３と、前記駆動モータ３の中心に固定されて前記メインフレーム２の中心を貫通して前記駆動モータ３の回転力を伝達する回転軸４と、前記メインフレーム２の上面に固定設置される固定スクロール５と、前記固定スクロール５に結合されて複数の圧縮室Ｐを形成するように前記メインフレーム２の上面に旋回自在に載置される旋回スクロール６と、前記旋回スクロール６とメインフレーム２との間に設置されて前記旋回スクロール６の自転を防止して旋回させる自転防止部材(オルダムリング(Oldham's ring))７と、前記固定スクロール５の上面に結合されて前記ケーシング１の内部を低圧部Ｓ１と高圧部Ｓ２とに区画する吐出カバー８とを含む。

さらに、通常は、前記メインフレーム２の上部に固定される固定スクロール５と、前記固定スクロール５とメインフレーム２との間に旋回自在に設置される旋回スクロール６とからなるものを圧縮機構部という。

前記メインフレーム２の中央部分には、前記旋回スクロール６のボス部６ｂの旋回運動のためのボス収容ポケット２ｂが形成されており、前記ボス収容ポケット２ｂの中央には、前記回転軸４を支持する軸孔２ａが形成されている。前記メインフレーム２の上面の両側（上面の対向する部分）には、前記自転防止部材７の下側キー部７ｂが半径方向に摺動するように、キー溝部２ｃが形成されている。

前記固定スクロール５の底面には、後述する旋回スクロール６のラップ６ａと結合されて圧縮室Ｐを形成するラップ５ａが、インボリュート形状に形成されており、前記固定スクロール５の側面には、吸入口５ｂが形成されている。そして、前記固定スクロール５の中央付近には、前記ケーシング１の高圧部Ｓ２に連通する吐出口５ｃが形成されている。

前記旋回スクロール６の上面には、前記固定スクロール５のラップ５ａと結合されるように、ラップ６ａがインボリュート形状に形成されており、且つ前記旋回スクロール６下面の中央部分には、前記回転軸４の偏心部４ａに結合され、前記メインフレーム２のボス収容ポケット２ｂ内で旋回運動を行うボス部６ｂが形成されている。

前記旋回スクロール６の下面両側には、前記自転防止部材７の上側キー部７ｃが半径方向に摺動するように、キー溝部６ｃが形成されている。

前記自転防止部材７は、図１３に示すように、環状の体部７ａと、前記体部７ａの底面の両側（底面の対向する部分）に形成され、前記メインフレーム２のキー溝部２ｃに摺動自在に挿入される下側キー部７ｂと、前記体部７ａの上面の両側（上面の対向する部分）に形成され、前記旋回スクロール６のキー溝部６ｃに摺動自在に挿入される上側キー部７ｃとから構成される。

前記体部７ａの外周面は真円形をなし、その内周面の両側（内周面の対向する部分）には摺動面７ｄが形成され、前記下側キー部７ｂと上側キー部７ｃとは、半径方向に沿って９０゜の間隔で交互に形成されている。

以下、このように構成された従来のスクロール圧縮機の動作を説明する。
電源の供給により駆動モータ３の回転軸４が回転すると、旋回スクロール６は、自転防止部材７により、自転することなく旋回運動を行う。

このような旋回スクロール６の持続的な旋回運動により、吸入口５ｂを通して圧縮室Ｐに流入した冷媒ガスが圧縮され吐出口５ｃを通して吐出される。

言い換えれば、冷媒ガスは、ガス吸入管ＳＰを通してケーシング１の低圧部Ｓ１に吸入され、固定スクロール５の吸入口５ｂを通して圧縮室Ｐの最外郭側に流入した後、前記旋回スクロール６の継続的な旋回運動により、徐々に圧縮室Ｐの裏側に移動しながら圧縮され、前記固定スクロール５の吐出口５ｃを通して前記ケーシング１の高圧部Ｓ２に吐出される。

しかしながら、従来のスクロール圧縮機においては、冷媒ガスが、旋回スクロール６及び固定スクロール５により形成される圧縮室Ｐのみで圧縮されて吐出されるため、圧縮機の容量を増加させるのに限界がある。

また、従来のスクロール圧縮機においては、容量を変化させるために駆動モータ３の回転数を調節する構造からなり、容量を制御するために、高価な制御器(図示せず)を備えなければならないため、圧縮機の製造費用が上昇するという問題点がある。

また、従来のスクロール圧縮機においては、高出力を必要とする高容量モード時に各構成部品間の摩耗が激しく発生するため、圧縮機の使用寿命が短縮し、且つ低出力を必要とする低容量モード時に圧縮機の内部で潤滑油が円滑に循環しないため、圧縮性能が低下するという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、圧縮機のサイズの変化なく容量を増加させることができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、容量を効果的に変化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。

このような目的を達成するために、本発明によるスクロール圧縮機は、ケーシングの内部に固定設置される駆動モータと、前記駆動モータの回転軸を支持するように、前記ケーシングの内部に固定設置されて且つ一方の側に第２吸入口が形成されて他方の側に第２吐出口が形成されるフレームと、前記フレームに固定設置され、且つ最外郭部分に第１吸入口が形成されて且つ中央部分に第１吐出口が形成される固定スクロールと、前記固定スクロールに結合されて第１圧縮室を形成して且つ前記フレームの上部に載置されて且つ前記回転軸に結合されて旋回運動を行う旋回スクロールと、前記フレームと旋回スクロールとの間に介在されて且つ前記旋回スクロールの自転運動を防止し旋回運動を誘導する自転防止部材と、前記旋回スクロールの旋回運動によって、前記フレームの半径方向に直線運動を行いながら、前記フレームと旋回スクロール間に形成された第２圧縮室を、前記第２吸入口のある空間と前記第２吐出口のある空間とに二分するベーンとを含むことを特徴とする。

本発明によるスクロール圧縮機においては、第１圧縮室とは別途に、ボス収容ポケットと旋回スクロールのボス部との間に、低圧部の冷媒ガスの一部を高圧部に吐出させる第２圧縮室をさらに形成することにより、圧縮機の容量を效率的に高めることができるという効果がある。

また、ベーンの移動を制御して、高容量モード時には、第１圧縮室と第２圧縮室の両方を使用して冷媒ガスを圧縮及び吐出し、且つ低容量モード時には、第１圧縮室のみを使用して冷媒ガスを圧縮及び吐出することにより、容量を容易に調節できるという効果がある。

また、ベーンが旋回スクロールのボス部の外周面に直接密着することなく、ボス部の外周面に挿入されたローリングピストンに密着することにより、ボス部はもちろん、ベーンの摩耗を最小化し、作動騒音を最小化できるという効果がある。

以下、添付の図面を参照して、本発明によるスクロール圧縮機の好ましい実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図で、図２は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す分解斜視図で、図３の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の旋回スクロール及び自転防止部材を示す底面斜視図で、図４は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す平面図である。

図に示すように、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機１００は、冷媒ガスが吸入されるガス吸入管ＳＰ、及び冷媒ガスが吐出されるガス吐出管ＤＰを備えるケーシング１０１と、前記ケーシング１０１の内部に固定設置される駆動モータ１０３と、前記駆動モータ１０３の回転軸１０４を支持するように、前記ケーシング１０１の内部に固定設置され、一方の側に第２吸入口１１５が形成され、他方の側に第２吐出口１１６が形成されるフレーム１１０と、前記フレーム１１０に固定設置され、最外郭部分に第１吸入口１２２が形成され、中央部分に第１吐出口１２３が形成される固定スクロール１２０と、前記固定スクロール１２０に結合されて第１圧縮室Ｐ１を形成し、前記フレーム１１０の上部に載置され、前記回転軸１０４に結合されて旋回運動を行う旋回スクロール１３０と、前記フレーム１１０と旋回スクロール１３０との間に介在され、前記旋回スクロール１３０の自転運動を防止し旋回運動を誘導する自転防止部材１４０と、前記旋回スクロール１３０の旋回運動によって、前記フレーム１１０の半径方向に直線運動を行いながら、前記フレーム１１０と旋回スクロール１３０間に形成された第２圧縮室Ｐ２を、前記第２吸入口１１５のある空間と前記第２吐出口１１６のある空間とに二分するベーン１５０とを含む。

より詳しくは、前記フレーム１１０の中央部分に、前記旋回スクロール１３０のボス部１３２の旋回運動のためのボス収容ポケット１１１が形成され、前記ボス収容ポケット１１１の中央には、前記回転軸１０４を支持する軸孔１１２が形成され、前記フレーム１１０の上面の両側（上面の対向する部分）には、前記自転防止部材１４０の下側キー部１４２が半径方向に摺動するように、キー溝部１１３が形成されている。

前記ボス収容ポケット１１１の底面の一方の側には、低圧部Ｓ１と連通し、該低圧部Ｓ１にある冷媒ガスを前記第２圧縮室Ｐ２に案内する第２吸入口１１５が形成され、前記ボス収容ポケット１１１の底面の他方の側には、前記第２圧縮室Ｐ２に連通し、圧縮された冷媒ガスを高圧部Ｓ２に案内する第２吐出口１１６が形成されている。

前記第２吸入口１１５は、前記フレーム１１０の上面及び下面を貫通して形成され、前記第２吐出口１１６は、前記固定スクロール１２０に形成されたガス通口１２０ａと連結されるように構成される。

前記固定スクロール１２０の底面には、後述する旋回スクロール１３０のラップ１３１と結合されて第１圧縮室Ｐ１を形成するラップ１２１がインボリュート形状に形成され、前記固定スクロール１２０の側面には、吸入口１２２が形成され、前記固定スクロール１２０の中央付近には、前記ケーシング１０１の高圧部Ｓ２に連通する吐出口１２３が形成されている。

前記旋回スクロール１３０の上面には、前記固定スクロール１２０のラップ１２１と結合されるラップ１３１がインボリュート形状に形成され、前記旋回スクロール１３０下面の中央部分には、前記回転軸１０４の偏心部１０４ａに結合されて、前記フレーム１１０のボス収容ポケット１１１内で旋回運動を行うボス部１３２が形成されている。

前記旋回スクロール１３０の下面の両側（下面の対向する部分）には、前記自転防止部材１４０の上側キー部１４３が半径方向に摺動するように、キー溝部１３３が形成されている。

前記自転防止部材１４０は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、環状の体部１４１と、前記体部１４１の底面の両側（底面の対向する部分）に形成され、前記フレーム１１０のキー溝部１１３に摺動自在に挿入される下側キー部１４２と、前記体部１４１の上面の両側（上面の対向する部分）に形成され、前記旋回スクロール１３０のキー溝部１３１に摺動自在に挿入される上側キー部１４３とから構成される。

前記体部１４１の外周面は真円形をなし、その内周面の両側には（内周面の対向する部分）摺動面１４４が形成され、前記下側キー部１４２と上側キー部１４３とは、円周方向に沿って９０゜の間隔で交互に形成されている。

前記フレーム１１０には、前記ベーン１５０の直線往復運動をガイドするベーンスリット１１４が、該フレーム１１０の半径方向に形成されている。

前記ベーン１５０は、前記自転防止部材１４０に一体に形成されており、前記旋回スクロール１３０の旋回運動によって、前記フレーム１１０の半径方向に直線運動を行いながら、前記旋回スクロール１３０のボス部１３２の外周面に密着して、前記フレーム１１０と旋回スクロール１３０間に形成された第２圧縮室Ｐ２を、前記第２吸入口１１５のある空間と前記第２吐出口１１６のある空間とに両分する。

一方、図６は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのボス部の外周面に挿入されるローリングピストンの使用を説明するための平面図で、図７は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機において、ローリングピストンとベーンの作用を説明するための平面図である。

図に示すように、前記ベーン１５０は、前記旋回スクロール１３０のボス部１３２の外周面に直接密着することなく、前記ボス部１３２の外周面に挿入されたローリングピストン１３４に密着するようにしてもよい。このように、前記ボス部１３２の外周面に円筒状のローリングピストン１３４が挿入された状態で、前記ベーン１５０が前記ローリングピストン１３４の外周面に接触することにより、前記ボス部１３２はもちろん、前記ベーン１５０の摩耗を最小化し、運転騒音を最小化することができる。

以下、このように構成された本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の動作を説明する。

電源の供給により駆動モータ１０３の回転軸１０４が回転すると、旋回スクロール１３０が旋回運動を行う。このような旋回スクロール１３０の持続的な旋回運動により、吸入口１２１を通して第１圧縮室Ｐ１に流入した冷媒ガスが圧縮され吐出口１２３を通して吐出される。

これと共に、前記旋回スクロール１３０の自転運動を防止する自転防止部材１４０は、フレーム１１０の半径方向に直線運動を行うが、このとき、前記自転防止部材１４０に一体に形成されたベーン１５０は、ベーンスリット１１４に沿って直線運動を行いながら、前記旋回スクロール１３０の外周面に圧着または密着して、前記フレーム１１０と旋回スクロール１３０間に形成された第２圧縮室Ｐ２を、第２吸入口１１５のある空間と第２吐出口１１６のある空間とに両分する。

この状態で、前記旋回スクロール１３０の継続的な旋回運動により、ケーシング１０１の低圧部Ｓ１に吸入された冷媒ガスの一部が、前記第２吸入口１１５を通して第２圧縮室Ｐ２に流入し、前記第２圧縮室Ｐ２に流入した冷媒ガスは、前記第２吐出口１１６及びガス通口１２０ａを通して、ケーシング１０１の高圧部Ｓ２に吐出される。

このように、ガス吸入口ＳＰを通して前記ケーシング１０１の低圧部Ｓ１に流入した冷媒ガスは、第１吸入口１２２及び第１吐出口１２３を通して前記ケーシング１０１の高圧部Ｓ２に吐出されると共に、その一部が、前記第２吸入口１１５、第２吐出口１１６及びガス通口１２０ａを通して前記ケーシング１０１の高圧部Ｓ２に吐出されることにより、圧縮機の容量を高めることができる。

一方、図８は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図で、図９の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す平面図で、図１０Ａは、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、高容量モード時のベーンの作動を説明するための平面図で、図１０Ｂは、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、低容量モード時のベーンの作動を説明するための平面図である。

図に示すように、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機２００においては、ベーン２５０は、別の部材として自転防止部材２４０と分離して設置され、後述するベーン制御手段により、前記ベーン２５０が直線運動を行いながら、フレーム２１０と旋回スクロール２３０間に形成された第２圧縮室Ｐ２を、第２吸入口２１５のある空間と第２吐出口２１６のある空間とに二分するか、または連通させることにより、圧縮機の容量を自由に調節することができる。

以下、前記ベーン２５０の動きを制御する前記ベーン制御手段の構成について説明する。
前記ベーン制御手段は、前記ベーン２５０を弾性支持して、前記ベーン２５０を前記旋回スクロール２３０のボス部２３２の外周面に密着させる弾性部材２６１と、前記弾性部材２６１の弾性力を克服して前記ベーン２５０を引っ張って、前記ベーン２５０が前記ボス部２３２の外周面から離隔するように、前記フレーム１１０に固定設置される電磁石部２６３とから構成されている。

前記第２吸入口２１５は、ケーシング２０１の低圧部Ｓ１に連通し、前記第２吐出口２１６は、ガス通口２２０ａを介して前記ケーシング２０１の高圧部Ｓ２に連通する。

このように構成された本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機２００においては、圧縮機の高容量モード運転時、図１０Ａに示すように、前記電磁石部２６３をオフさせて、前記バネ２６１の弾発力により、前記ベーン２５０が前記ボス部２３２の外周面に密着するようにし、前記第２圧縮室Ｐ２を、前記第２吸入口２１５のある空間と前記第２吐出口２１６のある空間とに二分する。この状態で、前記旋回スクロール２３０の継続的な旋回運動により、前記ケーシング２０１の低圧部Ｓ１に吸入された冷媒ガスの一部が、前記第２吸入口２１５を通して前記第２圧縮室Ｐ２に流入し、前記第２圧縮室Ｐ２に流入した冷媒ガスは、前記第２吐出口２１６及びガス通口２２０ａを通して、前記ケーシング２０１の高圧部Ｓ２に吐出される。

これに対し、圧縮機の低容量モード運転時には、図１０Ｂに示すように、前記電磁石部２６３をオンさせて前記ベーン２５０を引っ張って、前記ベーン２５０が前記バネ２６１の弾発力を克服して、前記ボス部２３２の外周面から離隔するようにし、前記第２吸入口２１５のある空間と前記第２吐出口２１６のある空間とを連通させて、前記固定スクロール２２０のラップ２２１と前記旋回スクロール２３０のラップ２３１とにより形成される第１圧縮室Ｐ１のみで冷媒ガスを圧縮、吐出することにより、圧縮機の容量を下げることができる。

このように、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機２００においては、第１圧縮室Ｐ１とは別途に第２圧縮室Ｐ２を形成し、前記ベーン２５０を制御して、高容量モード時には、第１圧縮室と第２圧縮室の両方を使用して冷媒ガスを圧縮、吐出し、低容量モード時には、第１圧縮室のみを使用して冷媒ガスを圧縮、吐出することにより、容量を容易に調節することができる。

一方、図１１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのボス部の外周面に挿入されるローリングピストンの使用を説明するための平面図である。

図に示すように、前記ベーン２５０が前記旋回スクロール２３０のボス部２３２の外周面に直接密着することなく、前記ボス部２３２の外周面に挿入されたローリングピストン２３４に密着するようにしてもよい。このように、前記旋回スクロール２３０のボス部２３２の外周面に円筒状のローリングピストン２３４が挿入されることにより、前記ボス部２３２はもちろん、前記ベーン２５０の摩耗を最小化し、運転騒音を最小化することができる。

図１は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す分解斜視図である。 図３の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の旋回スクロール及び自転防止部材を示す底面斜視図である。 図４は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す平面図である。 図５は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのボス部の外周面に挿入されるローリングピストンの使用を説明するための底面斜視図である。 図６の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのボス部の外周面に挿入されるローリングピストンの使用を説明するための平面図である。 図７は、本発明の第１実施形態によるスクロール圧縮機において、ローリングピストンとベーンの作用を説明するための平面図である。 図８は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図である。 図９の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す平面図である。 図１０Ａは、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、高容量モード時のベーンの作動を説明するための平面図である。 図１０Ｂは、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、低容量モード時のベーンの作動を説明するための平面図である。 図１１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機において、旋回スクロールのボス部の外周面に挿入されるローリングピストンの使用を説明するための平面図である。 図１２は、従来のスクロール圧縮機の一部を示す縦断面図である。 図１３は、従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０１ ケーシング
１０３ 駆動モータ
１０４ 回転軸
１０４ａ 偏心部
１１０ メインフレーム
１１１ ボス収容ポケット
１１２ 軸孔
１１３ キー溝部
１１４ ベーンスリット
１１５ 第２吸入口
１１６ 第２吐出口
１２０ 固定スクロール
１２０ａ 通口
１２１ ラップ
１２２ 第１吸入口
１２３ 第１吐出口
１３０ 旋回スクロール
１３１ ラップ
１３２ ボス部
１３３ キー溝部
１３４ ローリングピストン
１４０ 自転防止部材
１４１ 体部
１４２ 下側キー部
１４３ 上側キー部
１５０ ベーン
Ｐ１ 第１圧縮室
Ｐ２ 第２圧縮室
２６１ 弾性部材
２６３ 電磁石部

Claims (4)

1. ケーシングの内部に固定設置される駆動モータと、
   前記駆動モータの回転軸を支持するように、前記ケーシングの内部に固定設置され、一方の側に第２吸入口が形成され、他方の側に第２吐出口が形成されるフレームと、
   前記フレームに固定設置され、最外郭部分に第１吸入口が形成されて且つ中央部分に第１吐出口が形成される固定スクロールと、
   前記固定スクロールに結合されて第１圧縮室を形成し、前記フレームの上部に載置されて且つ前記回転軸に結合されて旋回運動を行う旋回スクロールと、
   前記フレームと旋回スクロールとの間に介在され、前記旋回スクロールの自転運動を防止し旋回運動を誘導する自転防止部材と、
   前記旋回スクロールの旋回運動によって、前記フレームの半径方向に直線運動を行いながら、前記フレームと旋回スクロール間に形成された第２圧縮室を、前記第２吸入口のある空間と前記第２吐出口のある空間とに二分するベーンとを含み、
   前記ベーンが前記自転防止部材に一体に形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記フレームには、前記ベーンの直線往復運動をガイドするベーンスリットが、該フレームの半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記旋回スクロールのボス部の外周面に、ローリングピストンが挿入され、前記ローリングピストンの外周面には、前記ベーンが選択的に密着することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記第２吸入口は、前記ケーシングの低圧部に連通し、前記第２吐出口は、前記ケーシングの高圧部に連通することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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