JP4452035B2 - Scroll compressor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷暖房装置や冷蔵庫等の冷却装置に用いられるスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、冷凍空調用の密閉型圧縮機としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式があり、いずれの方式も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されてきている。現在はコスト、性能面等でそれぞれの特徴を活かした開発が行われている。
中でも圧縮機構及び電動機構を容器に収納した圧縮機は、防音とメンテナンスフリーを意図したいわゆる密閉型圧縮機で代表され、スクロール圧縮機とロータリ圧縮機が主流となっている。スクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻ラップが立ち上がる固定スクロール部品及び旋回スクロール部品を噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロール部品を自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行い、旋回スクロール部品の外周部及び渦巻ラップ背面に所定の背圧を潤滑用のオイルにより印加し、旋回スクロール部品が固定スクロール部品から離れて転覆しないようなことがないようにしている。
上記従来のスクロール圧縮機を図8に示す(例えば、特許文献1)。図8は従来のスクロール圧縮機の断面図である。
吸入管1より吸い込まれた冷媒ガスは、渦巻ラップ2aと鏡板2bからなる固定スクロール部品2の吸入室3を経て、渦巻ラップ4aと鏡板4bからなる旋回スクロール部品4とかみ合わさってできる圧縮室5に閉じ込められ、固定スクロール部品2の中心に向かって容積を減少させながら圧縮され、吐出ポート6より吐出される。
旋回スクロール部品4と、軸受部材7のリング状の溝に装着された摺動仕切り環14とに囲まれて形成される背圧空間8aは、吐出圧力と吸入圧力との間の中間圧に設定されており、背圧調整機構9によりこの中間圧が一定圧となるよう制御されている。なお、摺動仕切り環14は、旋回スクロール部品4の鏡板背面部4cと摺動する。
背圧調整機構9は、背圧空間8aから固定スクロール部品2の内部を通って吸入室3へと連通している通路10に、バルブ11を設けたもので、背圧空間8aの圧力が設定圧力より高くなるとバルブ11が開き、背圧空間8aのオイルを吸入室3へと供給し、背圧空間8a内を一定の中間圧に維持している。また吸入室3へと供給されたオイルは、旋回運動とともに圧縮室5へと移動し、圧縮室5間の漏れ防止に役立っている。旋回スクロール部品4の背面には、前述の中間力が印加され、運転中に転覆するのを抑えている。転覆すると固定スクロール部品2と旋回スクロール部品4が離れてしまい、その部分に漏れが発生してしまう。
スクロール圧縮機を構成する固定スクロール部品2と旋回スクロール部品4の材料には、両方に鋳鉄を主とした鉄系を、又は、固定スクロール部品2に鉄系を、旋回スクロール部品4にはアルミニウム系を用いたものがある。
また、特許文献2に記載のスクロール圧縮機では、旋回スクロール部品又は固定渦巻ラップを、歯先面の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底から歯先までの高さ寸法を調整し、組み立て状態において各渦巻ラップの歯先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ギャップを形成したり、スラスト方向ギャップを複数段階で変化させている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−280252号公報
【特許文献2】
特開平7−197891号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、圧縮機の吐出圧力は、フロンを冷媒とする従来の圧縮機と比較すると、高圧側圧力が約7〜10倍以上高い。このため、旋回スクロール部品が固定スクロール部品から引き離されないだけの背圧を与えると、旋回スクロール部品が固定スクロール部品に強く押し付けられ、摺動部の異常磨耗や焼付きが発生し、入力増加による性能低下を招くことになる。また、大容量で多冷媒となるシステムでは、液冷媒の戻りが激しい過渡運転時においては、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒により、旋回スクロール部品のスラスト面において潤滑油切れや温度上昇が発生してアルミニウム表面が起点となり焼付きに至る恐れがある。
また、同じ熱膨張係数の金属、鉄系材料を用いて両スクロール部品を形成した場合には、旋回スクロール部品の比重が大きくなるために、運転時の遠心力が大きくなり、その結果、軸受部材負荷が高くなり、摺動損失も大きくなる。特に、高速運転時には遠心力が非常に大きくなることから主軸と軸受部材で激しく磨耗してしまう。また、渦巻ラップの精度を高めるには、取り付け面や摺動面を精密に機械加工する必要があるが、鉄系材料は切削性が低いために、その加工が極めて難しく、生産性を向上させることが困難であった。
また、各圧縮室は圧縮作用を行うことにより圧縮熱が生じ、この熱によって各スクロール部品が高温になる。そして、各圧縮室内の圧力は、最外周側の圧縮室から中心側の圧力室に向けて順次高くなり、各渦巻ラップには最外周側から中心側に向かって温度勾配が生じる。即ち、中心側(最内周側)の圧縮室は最外周側の圧縮室より高温になる。この温度上昇により各渦巻ラップは熱膨張し、特に高温となる中央側に位置する各渦巻ラップの内周側は大きく熱膨張してしまう。このため、各渦巻ラップの熱膨張時には、各渦巻ラップの歯先面と各鏡板の歯底とのスラスト方向ギャップが組み立て時のギャップ寸法よりも小さくなり、各渦巻ラップの歯先面が各鏡板の歯底と接触する。さらに接触面圧が高まると、お互いにカジリが発生し、各鏡板や各渦巻ラップが損傷する恐れがあり、圧縮機としての圧縮効率、耐久性が低下してしまうという問題がある。特に、固定スクロール部品に鉄系材料を、旋回スクロール部品にアルミニウム系材料を用い、異なる熱膨張係数の金属を用いて形成した場合には、この問題は顕著に現れる。
また、スラスト方向ギャップの存在による性能低下を回避するために、旋回スクロール部品及び固定スクロール部品のどちらか又は両方にチップシールを設ける場合には、チップシールが接触することによる摺動損失の増大や、部品点数の増加及び加工工程の増加により生産性を低下させるという問題を有していた。
【0005】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、二酸化炭素を冷媒として用いた場合に、高効率及び高信頼性を有するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明のスクロール圧縮機は、固定鏡板上に固定渦巻ラップを有する固定スクロール部品と、旋回鏡板上に旋回渦巻ラップを有する旋回スクロール部品とを噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロール部品の自転を自転拘束部品によって拘束するとともに当該旋回スクロール部品の背面に背圧空間を設け、当該背圧空間の高圧によって前記旋回スクロール部品を前記固定スクロール部品に押し付けつつ前記旋回スクロール部品を旋回運動させることにより、前記圧縮室を渦巻の中心に向かって容積を減少させながら移動させ、冷媒ガスを前記圧縮室に吸い込んで圧縮するスクロール圧縮機であって、
冷媒として二酸化炭素を用い、前記固定スクロール部品を鉄系金属材料で、前記旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、前記旋回渦巻ラップの歯先以外に表面処理を施して硬化層を形成し、当該表面処理を施していない歯先を固定スクロール部品の固定鏡板にチップシール等の介在物を介さず対向させるとともに、前記固定スクロール部品の前記固定渦巻ラップの歯先は前記旋回スクロール部品の歯底の表面硬化層に対向させたことを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1記載のスクロール圧縮機において、前記旋回鏡板の歯底と前記固定渦巻ラップの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、前記旋回鏡板の歯底を傾斜させたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機において、前記表面処理として、アルマイト皮膜処理、PVD処理、及びニッケルリンメッキ処理のいずれかを施したことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1から請求3のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記表面処理を施した部分に、ラッピング処理、バフ処理、又はバレル研磨処理を施したことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態によるスクロール圧縮機は、固定鏡板上に固定渦巻ラップを有する固定スクロール部品と、旋回鏡板上に旋回渦巻ラップを有する旋回スクロール部品とを噛み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロール部品の自転を自転拘束部品によって拘束するとともに当該旋回スクロール部品の背面に背圧空間を設け、当該背圧空間の高圧によって旋回スクロール部品を固定スクロール部品に押し付けつつ旋回スクロール部品を旋回運動させることにより、圧縮室を渦巻の中心に向かって容積を減少させながら移動させ、冷媒ガスを圧縮室に吸い込んで圧縮するスクロール圧縮機であって、冷媒として二酸化炭素を用い、固定スクロール部品を鉄系金属材料で、旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、旋回渦巻ラップの歯先以外に表面処理を施して硬化層を形成し、当該表面処理を施していない歯先を固定スクロール部品の固定鏡板にチップシール等の介在物を介さず対向させるとともに、固定スクロール部品の固定渦巻ラップの歯先は旋回スクロール部品の歯底の表面硬化層に対向させたものである。本実施の形態によれば、圧縮過程において中心部で生じる高温の圧縮熱に対しても、旋回スクロール部品における渦巻ラップの中心部の歯先の接触を防止することができる。また仮に渦巻ラップの中心部の歯先が接触する場合でも、歯先に表面処理を施していないため、運転中に焼付くことなく固定スクロール部品の歯先と固定鏡板の歯底との間のスラスト方向ギャップを調整するため、加工をせずに、圧縮機の性能向上と信頼性を両立することができるので、低コスト化が図れる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態によるスクロール圧縮機において、旋回鏡板の歯底と固定渦巻ラップの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回鏡板の歯底を傾斜させたものである。本実施の形態によれば、冷媒として二酸化炭素を用いた高差圧運転下で、固定スクロール部品が圧力歪や温度歪により、固定スクロール部品の渦巻ラップの歯先が旋回鏡板の歯底に接触することを防止し、高信頼性が図られる。
本発明の第3の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態によるスクロール圧縮機において、表面処理として、アルマイト皮膜処理、PVD処理、及びニッケルリンメッキ処理のいずれかを施したものである。本実施の形態によれば、二酸化炭素冷媒の高差圧下でも、摺動による硬化層を持った被膜の摩滅が少なく、長時間の使用でも表面処理被膜が残存し、焼付くことなく高信頼性が図られる。
本発明の第4の実施の形態は、第1から第3の実施の形態によるスクロール圧縮機において、表面処理を施した部分に、ラッピング処理、バフ処理、又はバレル研磨処理を施したものである。本実施の形態によれば、表面処理による粗さを小さくすることより、摺動損失を低減することによる性能向上が図れ、特に初期運転時から高効率化が図れる。
【0008】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施例によるスクロール圧縮機を示す断面図、図2は同スクロール圧縮機の要部断面図、図3は同スクロール圧縮機に用いる旋回スクロール部品の平面図、図4は同旋回スクロール部品の側面図、図5は同旋回スクロール部品の旋回渦巻ラップの高さ比率を示すグラフである。なお、図8に示す従来のスクロール圧縮機と同一機能の構成については、同一の符号を付している。
本実施例のスクロール圧縮機は、密閉容器20内に圧縮機構部と電動機構部とを備えている。圧縮機構部は密閉容器20内の上方に配置され、電動機構部は圧縮機構部よりも下方に配置されている。密閉容器20の上部には、吸入管1と吐出管21が設けられている。密閉容器20内の下部には、潤滑油を溜める油溜まり29を有する。
【0009】
圧縮機構部は、固定スクロール部品2と旋回スクロール部品4とからなり、両部品が噛み合って、複数の圧縮室5を形成している。即ち、固定スクロール部品2は、固定鏡板2b(以下、鏡板2b)から渦巻状の固定渦巻ラップ2a(以下、渦巻ラップ2a)が立ち上がって構成され、旋回スクロール部品4は、旋回鏡板4b(以下、鏡板4b)から渦巻状の旋回渦巻ラップ4a(以下、渦巻ラップ4a)が立ち上がって構成されている。圧縮室5は、鏡板2bと鏡板4bとの間に、渦巻ラップ2aと渦巻ラップ4aとが噛み合って形成される。
旋回スクロール部品4は、自転拘束機構22によって自転が拘束され、円軌道に沿って旋回する。圧縮室5は、この旋回スクロール部品4の旋回動作によって容積を変えながら移動する。
旋回スクロール部品4の鏡板背面部4cには背圧空間8が設けてある。この背圧空間8内には軸受部材7に設けた円環溝に摺動仕切り環14を配置し、この摺動仕切り環14により背圧空間8を2分割している。摺動仕切り環14で分割した一方の内側領域8bには、高圧の吐出圧力を作用させる。また、その外側領域8aには、吸入圧力から吐出圧力までの間の所定の中間圧力を作用させている。旋回スクロール部材4は、これら背圧空間8の圧力によりスラスト力が印加されて固定スクロール2に安定的に押し付けられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行う。
【0010】
本実施例のスクロール圧縮機は、固定スクロール部品2を鉄系金属材料で、旋回スクロール部品4をアルミニウム系金属材料にて形成し、旋回スクロール部品4に表面処理を施し、硬化層が形成されている。表面処理としては、アルマイト皮膜処理、PVD処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかを行う。
また、旋回スクロール部品4は、表面処理後に、ラッピング処理、バフ処理、又はバレル研磨処理を行っている。ラッピング処理、バフ処理、又はバレル研磨処理により、表面処理による粗さを小さくすることで、摩擦抵抗を低減し、旋回スクロール部品4の摺動面の信頼性を向上すると共に、摺動損失を低減することによる性能向上が図られ、特に初期運転時からの高効率化を図ることができる。
上記構成により、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、圧縮機の吐出圧力は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの高圧側圧力の約7〜10倍以上高くなり、旋回スクロール部品4が固定スクロール部品2から引き離されないだけの背圧を与えると、旋回スクロール部品4が固定スクロール部品2に強く押し付けられるが、旋回スクロール部品4に施された表面処理による硬化層により、焼付くことなく信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。また、大容量で多冷媒となるシステムでは、始動や除霜などの過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発生し、この液戻りによって潤滑油が液冷媒で洗われ、潤滑状態が厳しくなるが、この表面処理による硬化層により焼付くことはなく、高速運転が可能となる。
【0011】
また、旋回スクロール部品4は、常温状態で旋回渦巻ラップ4aの歯先と固定スクロール部品2の固定鏡板2bの歯底との間のスラスト方向ギャップが、外周側Aから内周側Bへと増加するように、旋回渦巻ラップ4aの歯先に傾斜を設けている。
この旋回渦巻ラップ4aの歯先の傾斜比率について図5を用いて説明する。
図5は高負荷運転後における旋回スクロール部品4の旋回渦巻ラップ4aの歯先高さを示したものである。なお、図5では、外周側Aでの旋回渦巻ラップ4aの高さを100とした場合の、それぞれの位置での旋回渦巻ラップ4aの高さの比で示している。
旋回スクロール部品4は、圧縮過程で生じる圧縮熱により、中心部になるに従い高温になり、熱膨張で変形するとともに、高差圧によって変形する。よって、旋回スクロール4の旋回渦巻ラップ4aの歯先を、固定スクロール2の固定鏡板2bの歯底に接触させないために、旋回渦巻ラップ4aの歯先に、内周側が最小高さとなるような傾斜を設ける。なお、旋回渦巻ラップ4aの最小歯先高さを、最大歯先高さの99.6%以下とすると、歯先からの漏れが大きくなり性能を低下させてしまう。従って、内周側の旋回渦巻ラップ4aの最小歯先高さは、外周側の旋回渦巻ラップ4aにおける最大歯先高さの99.6%以上100%未満とすることが好ましい。
【0012】
図6は本発明の他の実施例によるスクロール圧縮機を示す要部断面図である。なお、旋回スクロール部品4の歯底4b以外は上記実施例と同一構成であるので説明を省略する。
本実施例では、旋回スクロール部品4の旋回鏡板4bの歯底と、固定スクロール部品2の固定渦巻ラップ2aの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール部品4の旋回鏡板4bの歯底に傾斜を設けたものである。この構成により、冷媒として二酸化炭素使用時の高差圧運転下で、固定スクロール部品2が圧力歪や温度歪により、固定渦巻ラップ2aの歯先が旋回スクロール4の旋回鏡板4bの歯底に局部的に接触することを防止し、均等な面圧で受ける構成であるので、高信頼性が図られる。
なお、上記実施例では、旋回渦巻ラップ4aの歯先に傾斜を設ける場合と、旋回鏡板4bの歯底に傾斜を設ける場合を、別々の実施例で説明したが、旋回渦巻ラップ4aの歯先と旋回鏡板4bの歯底とに傾斜を設けてもよい。
【0013】
図7は本発明の他の実施例によるスクロール圧縮機を示す要部断面図である。
本実施例では、旋回渦巻ラップ4aの歯先、及び旋回鏡板4bの歯底に傾斜を設けることなく、旋回スクロール4の歯先4a以外に表面処理を施したものである。
本実施例によれば、圧縮過程における中心部での圧縮熱による熱膨張や高差圧による圧力変形が生じる場合でも、歯先に硬化層を持つ表面処理を施していないため、焼付きを生じない。そして所定時間の運転によって、固定スクロール部品2の固定渦巻ラップ2aの歯先と固定スクロール部品2の固定鏡板2bの歯底との間のスラスト方向ギャップに合うように、旋回スクロール部品4が摩耗によって調整されるため、あらかじめ旋回スクロール部品4の旋回渦巻ラップ4aの歯先を、傾斜させる加工を行うことなく、圧縮機の性能向上と信頼性を両立することができるので、低コスト化が図れる。
なお、上述した旋回渦巻ラップ4aの歯先に傾斜を設ける代わりに、固定鏡板2bの歯底に傾斜を設けても、同一の効果が得られることは言うまでもない。
また、旋回鏡板4bの歯底に傾斜を設ける代わりに、固定渦巻ラップ2aの歯先に傾斜を設けても、同一の効果が得られることは言うまでもない。
【0014】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明は、固定スクロール部品を鉄系金属材料で、旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、旋回スクロール部品に表面処理を施し、旋回渦巻ラップの歯先と固定鏡板の歯底との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回渦巻ラップの歯先を傾斜させたことで、冷媒として二酸化炭素を用いた高差圧運転において、旋回鏡板の歯底が固定渦巻ラップの歯先に強く押し付けられても、硬化層を持った表面処理により異常磨耗を抑えて焼付きを生じることなく運転することができる。
また本発明によれば、大容量で多冷媒となるシステムにおける液冷媒の戻りが激しい過渡運転時においても、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒による、旋回スクロール部品のスラスト面における潤滑油切れや温度上昇の発生による焼付きを生じることなく運転できる。
また本発明によれば、旋回スクロール部品がアルミニウム系材料で形成しているので、高速運転時の駆動部の遠心力を小さくでき、かつ耐久性に優れ摺動損失を少なくすることができる。
また本発明によれば、固定スクロール部品を鉄系金属材料で、旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、旋回渦巻ラップの歯先以外に表面処理を施し、旋回渦巻ラップの歯先以外に表面処理を施し、当該表面処理を施していない歯先を固定スクロール部品の固定鏡板にチップシール等の介在物を介さず対向させたたことで、圧縮過程において中心部で生じる高温の圧縮熱に対しても、旋回スクロール部品における渦巻ラップの中心部の歯先の接触を防止することができる。また仮に渦巻ラップの中心部の歯先が接触する場合でも、歯先に表面処理を施していないため、運転中に焼付くことなく固定スクロール部品の歯先と固定鏡板の歯底との間のスラスト方向ギャップを調整するため、加工をせずに、圧縮機の性能向上と信頼性を両立することができるので、低コスト化が図れる。
また本発明は、旋回鏡板の歯底と固定渦巻ラップの歯先との間のスラスト方向ギャップが、外周側から内周側へと増加するように、旋回鏡板の歯底を傾斜させたことで、冷媒として二酸化炭素を用いた高差圧運転下で、固定スクロール部品が圧力歪や温度歪により、固定スクロール部品の渦巻ラップの歯先が旋回鏡板の歯底に接触することを防止し、高信頼性が図られる。
また本発明は、表面処理として、アルマイト皮膜処理、PVD処理、及びニッケルリンメッキ処理のいずれかを施したことで、二酸化炭素冷媒の高差圧下でも、摺動による硬化層を持った被膜の摩滅が少なく、長時間の使用でも表面処理被膜が残存し、焼付くことなく高信頼性が図られる。
また本発明は、表面処理を施した部分に、ラッピング処理、バフ処理、又はバレル研磨処理を施したことで、表面処理による粗さを小さくすることより、摺動損失を低減することによる性能向上が図れ、特に初期運転時から高効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例によるスクロール圧縮機を示す縦断面図
【図2】 同スクロール圧縮機の要部断面図
【図3】 同スクロール圧縮機に用いる旋回スクロール部品の平面図
【図4】 同旋回スクロール部品の側面図
【図5】 同旋回スクロール部品の旋回渦巻ラップの高さ比率を示すグラフ
【図6】 本発明の他の実施例によるスクロール圧縮機を示す要部断面図
【図7】 本発明の他の実施例によるスクロール圧縮機を示す要部断面図
【図8】 従来のスクロール圧縮機を示す縦断面図
【符号の説明】
2 固定スクロール部品
2a 固定鏡板
4 旋回スクロール部品
4a 旋回鏡板
4b 旋回渦巻ラップ
5 圧縮室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scroll compressor used in a cooling device such as an air conditioner or a refrigerator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are reciprocating type, rotary type and scroll type as hermetic compressors for refrigerating and air-conditioning, and any type has been used in the field of refrigerating and air-conditioning for home use and business use. Currently, developments that take advantage of each feature in terms of cost and performance are being carried out.
Among them, a compressor in which a compression mechanism and an electric mechanism are housed in a container is represented by a so-called hermetic compressor intended for soundproofing and maintenance-free, and a scroll compressor and a rotary compressor are mainly used. In general, a scroll compressor forms a compression chamber between the fixed scroll part and the orbiting scroll part where the spiral wrap rises from the end plate, and forms a compression chamber between the two parts. , The suction chamber performs suction, compression, and discharge by moving while changing the volume, and a predetermined back pressure is applied to the outer periphery of the orbiting scroll part and the back of the spiral wrap with lubricating oil. Thus, the orbiting scroll component is prevented from falling over from the fixed scroll component.
The conventional scroll compressor is shown in FIG. 8 (for example, Patent Document 1). FIG. 8 is a sectional view of a conventional scroll compressor.
The refrigerant gas sucked from the
The
The back pressure adjusting mechanism 9 is provided with a
The
Moreover, in the scroll compressor of
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-280252 A [Patent Document 2]
JP-A-7-197891
[Problems to be solved by the invention]
However, when carbon dioxide is used as the refrigerant, the discharge pressure of the compressor is about 7 to 10 times or more higher on the high-pressure side than the conventional compressor using chlorofluorocarbon as the refrigerant. For this reason, if the orbiting scroll component is applied with a back pressure sufficient to prevent it from being separated from the fixed scroll component, the orbiting scroll component is strongly pressed against the fixed scroll component, causing abnormal wear and seizure of the sliding part, resulting in increased input. The performance will be reduced. Also, in a system with a large capacity and multiple refrigerants, during transient operation where the return of the liquid refrigerant is severe, carbon dioxide liquid refrigerant with high washability causes running out of lubricating oil and temperature rise on the thrust surface of the orbiting scroll part. As a result, the aluminum surface may be the starting point and cause seizure.
In addition, when both scroll parts are formed using metals and iron-based materials having the same thermal expansion coefficient, the centrifugal gravity during operation increases because the specific gravity of the orbiting scroll parts increases, resulting in a bearing member. Load increases and sliding loss increases. In particular, the centrifugal force becomes very large during high-speed operation, so that the main shaft and the bearing member are severely worn. In addition, in order to increase the accuracy of the spiral wrap, it is necessary to precisely machine the mounting surface and sliding surface. However, since ferrous materials have low machinability, they are extremely difficult to process and improve productivity. It was difficult.
In addition, each compression chamber generates compression heat by performing a compression action, and this heat causes each scroll component to have a high temperature. The pressure in each compression chamber increases sequentially from the outermost circumferential compression chamber toward the central pressure chamber, and a temperature gradient is generated in each spiral wrap from the outermost circumferential side toward the central side. That is, the compression chamber on the center side (innermost circumferential side) is hotter than the compression chamber on the outermost circumferential side. Due to this temperature rise, each spiral wrap thermally expands, and the inner peripheral side of each spiral wrap located on the center side where the temperature is particularly high greatly expands greatly. For this reason, at the time of thermal expansion of each spiral wrap, the thrust direction gap between the tooth tip surface of each spiral wrap and the tooth bottom of each mirror plate becomes smaller than the gap size at the time of assembly, and the tooth tip surface of each spiral wrap is Contact with the bottom of the tooth. When the contact surface pressure is further increased, galling occurs, each end plate and each spiral wrap may be damaged, and there is a problem that compression efficiency and durability as a compressor are lowered. In particular, when an iron-based material is used for the fixed scroll part, an aluminum-based material is used for the orbiting scroll part, and a metal having a different coefficient of thermal expansion is used, this problem appears remarkably.
Further, in order to avoid performance degradation due to the presence of the thrust direction gap, when a tip seal is provided on either or both of the orbiting scroll component and the fixed scroll component, an increase in sliding loss due to contact of the tip seal or However, there is a problem that productivity is lowered due to an increase in the number of parts and an increase in processing steps.
[0005]
The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a scroll compressor having high efficiency and high reliability when carbon dioxide is used as a refrigerant.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The scroll compressor according to the first aspect of the present invention forms a compression chamber by meshing a fixed scroll part having a fixed spiral wrap on a fixed end plate and a rotary scroll part having a swirl spiral wrap on the rotary end plate, The rotation of the orbiting scroll component is constrained by the rotation restricting component , a back pressure space is provided on the back surface of the orbiting scroll component, and the orbiting scroll component is pressed against the fixed scroll component by the high pressure of the back pressure space. Is a scroll compressor that moves the compression chamber toward the center of the spiral while reducing the volume, sucks and compresses refrigerant gas into the compression chamber,
Using carbon dioxide as the refrigerant, the fixed scroll part of an iron-based metallic material, the orbiting scroll part formed of aluminum-based metal material, forming a cured layer by facilities to surface treatment in addition to the tooth tip of the orbiting spiral wrap and, Rutotomoni is opposed not through the inclusion of the tip seal or the like addendum not subjected to the surface treatment to a fixed end plate of the fixed scroll part, wherein the fixed scroll wrap of the tooth tip is the orbiting scroll part of the fixed scroll part It is characterized by facing the hardened surface layer of the tooth bottom .
According to a second aspect of the present invention, in the scroll compressor according to the first aspect, the thrust direction gap between the tooth bottom of the swivel end plate and the tooth tip of the fixed spiral wrap is from the outer peripheral side to the inner peripheral side. The tooth bottom of the swivel mirror plate is inclined so as to increase.
According to a third aspect of the present invention, in the scroll compressor according to the first or second aspect, any one of an alumite film treatment, a PVD treatment, and a nickel phosphorus plating treatment is performed as the surface treatment. And
According to a fourth aspect of the present invention, in the scroll compressor according to any one of the first to third aspects, the surface-treated portion is subjected to lapping, buffing, or barrel polishing. Features.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The scroll compressor according to the first embodiment of the present invention forms a compression chamber by meshing a fixed scroll component having a fixed spiral wrap on a fixed end plate and a rotary scroll component having a swirl spiral wrap on the rotary end plate. In addition, the rotation of the orbiting scroll part is restricted by the rotation restricting part, and a back pressure space is provided on the back of the orbiting scroll part, and the orbiting scroll part is turned while pressing the orbiting scroll part against the fixed scroll part by the high pressure of the back pressure space. This is a scroll compressor that moves the compression chamber toward the center of the spiral while reducing the volume, sucks and compresses the refrigerant gas into the compression chamber , and uses carbon dioxide as the refrigerant to fix the fixed scroll component. an iron-based metallic material, the orbiting scroll part formed of aluminum-based metallic material, turning spiral Tsu and facilities to surface treatment in addition to the tooth tip of the flop to form a hardened layer, is opposed not through the inclusion of the tip seal or the like addendum not subjected to the surface treatment to a fixed end plate of the fixed scroll part Rutotomoni, The tooth tip of the fixed scroll wrap of the fixed scroll component is opposed to the surface hardened layer of the bottom of the orbiting scroll component . According to the present embodiment, it is possible to prevent the contact of the tooth tip at the center portion of the spiral wrap in the orbiting scroll component against high-temperature compression heat generated at the center portion in the compression process. Also, even if the tooth tip at the center of the spiral wrap contacts, the tooth tip is not surface-treated, so there is no seizure during operation, and there is no seizure between the tooth tip of the fixed scroll part and the tooth bottom of the fixed end plate. Since the thrust direction gap is adjusted, it is possible to achieve both improvement in the performance and reliability of the compressor without processing, thereby reducing the cost.
The second embodiment of the present invention is the scroll compressor according to the first embodiment, wherein the thrust direction gap between the bottom of the swivel end plate and the tip of the fixed spiral wrap is from the outer peripheral side to the inner peripheral side. The tooth bottom of the swivel end plate is inclined so as to increase toward the top. According to the present embodiment, under high differential pressure operation using carbon dioxide as the refrigerant, the fixed scroll component contacts the tooth tip of the swivel end plate due to pressure strain or temperature strain, and the tip of the spiral wrap of the fixed scroll component contacts And high reliability is achieved.
In the scroll compressor according to the first or second embodiment, the third embodiment of the present invention is any one of alumite film treatment, PVD treatment, and nickel phosphorus plating treatment as a surface treatment. is there. According to this embodiment, even under a high differential pressure of carbon dioxide refrigerant, there is little abrasion of the coating with a hardened layer due to sliding, and the surface treatment coating remains even after long-term use, and high reliability without seizure Is planned.
In the fourth embodiment of the present invention, in the scroll compressor according to the first to third embodiments, the surface-treated portion is subjected to lapping, buffing, or barrel polishing. . According to the present embodiment, by reducing the roughness due to the surface treatment, it is possible to improve the performance by reducing the sliding loss, and in particular, it is possible to improve the efficiency from the initial operation.
[0008]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view showing a scroll compressor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the scroll compressor, FIG. 3 is a plan view of orbiting scroll parts used in the scroll compressor, and FIG. FIG. 5 is a graph showing the height ratio of the orbiting scroll wrap of the orbiting scroll component. In addition, about the structure of the same function as the conventional scroll compressor shown in FIG. 8, the same code | symbol is attached | subjected.
The scroll compressor according to this embodiment includes a compression mechanism unit and an electric mechanism unit in the sealed
[0009]
The compression mechanism portion includes a fixed
The
A
[0010]
In the scroll compressor of this embodiment, the fixed
Further, the
With the above configuration, when carbon dioxide is used as the refrigerant, the discharge pressure of the compressor is about 7 to 10 times higher than the high-pressure side pressure of the conventional refrigeration cycle using chlorofluorocarbon as the refrigerant, and the
[0011]
In the
The inclination ratio of the tooth tip of the
FIG. 5 shows the tooth tip height of the orbiting spiral wrap 4a of the
The
[0012]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing a scroll compressor according to another embodiment of the present invention. In addition, since it is the same structure as the said Example except the
In this embodiment, the thrust direction gap between the tooth bottom of the orbiting
In the above embodiment, the case where the inclination is provided at the tooth tip of the swirl spiral wrap 4a and the case where the inclination is provided at the tooth bottom of the
[0013]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a scroll compressor according to another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the surface of the
According to the present embodiment, even when thermal expansion due to compression heat in the center of the compression process or pressure deformation due to high differential pressure occurs, seizure occurs because the surface treatment with the hardened layer is not applied to the tooth tip. Absent. Then, by the operation for a predetermined time, the
In addition, it cannot be overemphasized that the same effect is acquired even if it provides an inclination in the tooth bottom of the
Further, it goes without saying that the same effect can be obtained by providing an inclination at the tooth tip of the fixed spiral wrap 2a instead of providing an inclination at the tooth bottom of the
[0014]
【The invention's effect】
As is clear from the above embodiment, the present invention is such that the fixed scroll part is made of an iron-based metal material, the orbiting scroll part is made of an aluminum-based metal material, the orbiting scroll part is subjected to surface treatment, and the tooth tip of the orbiting spiral wrap is obtained. The difference in height using carbon dioxide as a refrigerant is achieved by inclining the tip of the swirl spiral wrap so that the thrust gap between the outer edge and the root of the fixed end plate increases from the outer circumference to the inner circumference. In the pressure operation, even if the tooth bottom of the swivel end plate is strongly pressed against the tooth tip of the fixed spiral wrap, the surface treatment with the hardened layer suppresses abnormal wear and can be operated without causing seizure.
Further, according to the present invention, even during transient operation in which the return of the liquid refrigerant in a system with a large capacity and a large number of refrigerants is severe, there is a lack of lubricating oil on the thrust surface of the orbiting scroll component due to the carbon dioxide liquid refrigerant having high cleaning properties. Operation is possible without causing seizure due to temperature rise.
Further, according to the present invention, since the orbiting scroll part is formed of an aluminum-based material, the centrifugal force of the drive unit during high-speed operation can be reduced, and the durability is excellent and the sliding loss can be reduced.
Further, according to the present invention, the fixed scroll component is made of an iron-based metal material and the orbiting scroll component is formed of an aluminum-based metal material, and surface treatment is applied to a portion other than the tooth tip of the swirl spiral wrap. By applying a surface treatment and making the tooth tip not subjected to the surface treatment face the fixed end plate of the fixed scroll part without inclusions such as tip seals, the high temperature compression heat generated in the center during the compression process In contrast, the contact of the tooth tip at the center of the spiral wrap in the orbiting scroll component can be prevented. Also, even if the tooth tip at the center of the spiral wrap contacts, the tooth tip is not surface-treated, so there is no seizure during operation, and there is no seizure between the tooth tip of the fixed scroll part and the tooth bottom of the fixed end plate. Since the thrust direction gap is adjusted, it is possible to achieve both improvement in the performance and reliability of the compressor without processing, thereby reducing the cost.
In addition, the present invention is such that the tooth bottom of the swivel mirror plate is inclined so that the thrust direction gap between the tooth bottom of the swivel mirror plate and the tooth tip of the fixed spiral wrap increases from the outer peripheral side to the inner peripheral side. Under the high differential pressure operation using carbon dioxide as the refrigerant, the fixed scroll component prevents the tip of the spiral wrap of the fixed scroll component from coming into contact with the tooth bottom of the swivel end plate due to pressure strain and temperature strain. Reliability is achieved.
In addition, the present invention provides a surface treatment with alumite film treatment, PVD treatment, and nickel phosphorus plating treatment, so that the coating having a hardened layer by sliding is worn even under a high differential pressure of carbon dioxide refrigerant. The surface-treated film remains even after a long period of use, and high reliability is achieved without seizure.
In addition, the present invention improves the performance by reducing the sliding loss by reducing the roughness due to the surface treatment by performing lapping, buffing, or barrel polishing on the surface-treated portion. In particular, high efficiency can be achieved from the initial operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a scroll compressor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the main part of the scroll compressor. FIG. 3 is a plan view of orbiting scroll parts used in the scroll compressor. 4] Side view of the orbiting scroll component [Fig. 5] Graph showing the height ratio of the orbiting spiral wrap of the orbiting scroll component [Fig. 6] Cross-sectional view of the main part showing a scroll compressor according to another embodiment of the present invention [ 7 is a cross-sectional view of a main part showing a scroll compressor according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a conventional scroll compressor.
2
Claims (4)
冷媒として二酸化炭素を用い、
前記固定スクロール部品を鉄系金属材料で、前記旋回スクロール部品をアルミニウム系金属材料で形成し、
前記旋回渦巻ラップの歯先以外に表面処理を施して硬化層を形成し、当該表面処理を施していない歯先を固定スクロール部品の固定鏡板にチップシール等の介在物を介さず対向させるとともに、前記固定スクロール部品の前記固定渦巻ラップの歯先は前記旋回スクロール部品の歯底の表面硬化層に対向させたことを特徴とするスクロール圧縮機。A fixed scroll part having a fixed spiral wrap on a fixed end plate, by engaging the orbiting scroll part having a pivot spiral wrap on the orbiting end plate compression chamber formed, restrained by rotation restraining part the rotation of the orbiting scroll part In addition, a back pressure space is provided on the back surface of the orbiting scroll component, and the orbiting scroll component is swirled while pressing the orbiting scroll component against the fixed scroll component due to the high pressure of the back pressure space. A scroll compressor that moves while reducing the volume toward the center and sucks and compresses refrigerant gas into the compression chamber,
Use carbon dioxide as refrigerant,
The fixed scroll component is made of an iron-based metal material, and the orbiting scroll component is formed of an aluminum-based metal material,
The orbiting provide Reinforced surface treatment in addition to the addendum of the spiral wrap to form a cured layer, Ru is opposed not through the inclusion of such tip seal addendum not subjected to the surface treatment to a fixed end plate of the fixed scroll part The scroll compressor is characterized in that a tooth tip of the fixed spiral wrap of the fixed scroll part is opposed to a hardened surface layer of a tooth bottom of the orbiting scroll part .
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