JPH03213687A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両用空調装置の冷媒圧縮機として使用するス
クロール型圧縮機に関し、圧縮効率が良く、良好な運転
性能を有するスクロール型圧縮機に関する。

［従来の技術］ スクロール型圧縮機においては、互いに噛み合った固定
スクロール板と可動スクロール板とによって形成される
複数の接触線に挟まれる密閉空間が創成され、可動スク
ロール板が公転運動を行なうと、上記接触線は渦巻体の
壁に沿って中心方向へ移動し、挟まれた密閉空間もそれ
に伴ない容積が減少しながら中心方向へ移動し圧縮を行
なう。

上記接触線は同時に複数形成されるために、渦巻体の所
定の形状からの誤差は数ミクロンのオーダまで抑え込む
必要があり、また両スクロール板の相対位置の精度も厳
しいものを要求される。これらの誤差が大きくなると、
複数の接触線のうち、いずれかが離れてしまい、密閉さ
れるべき空間の密閉度が下り、吐出量が減少したり、消
費馬力が上昇したり、また異常高温運転を引き起こす問
題が生ずる。このことが、長い間スクロール型圧縮機が
実用に供されなかった主たる理由であり、また今日の加
工技術・組付技術をもってしても種々の困難が伴なう。

こうしたスクロール型圧縮機の問題点を解決するものと
して、可動スクロール板の公転運動の半径を可変とする
手段が多くの特許明細書により提案されている。例えば
特公昭５８−１９８７５号公報ではシャフト端部に円筒
状の駆動ピンを設け、可動スクロール板に公転運動を与
えるブツシュに穴を穿設し、該穴に回転自在に上記駆動
ピンを嵌合する構成とし、上記駆動ピン位置は、シャフ
トの中心から公転運動の半径より大きな距離だけ離れて
おり、かつブツシュの中心とシャフトの中心を結ぶ線よ
り回転方向へずれたところに設置することを提案してい
る。上記構成によると、上記ブツシュは公転運動する可
動スクロール板より圧縮反力を受け、上記ブツシュは駆
動ピンを中心としてスイングする。該スイングによって
、上記位置関係からブツシュの中心とシャフトの中心の
距離、即ち公転運動の半径は、スイングする前の状態よ
り大きくなり、このことは、可動スクロール板が公転中
、常に公転半径が大きくなるように力が働き、スクロー
ル板の形状に多少の誤差があっても、その形状に沿って
可動スクロール板が公転半径を調整しつつ、接触線を確
実に形成することになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記構成では、駆動ピンに駆動力が集中してし
まうため、ピン材の面荒れ等の耐久性の問題や、ブツシ
ュと駆動ピン間で摩擦などのダンピング効果に乏しくブ
ツシュのガタつきを原因とする騒音の問題がある。また
、駆動ピンはシャフト中心から公転半径より大きく設置
せねばならず、そのためにシャフト端部を、シャフトの
それ以外の部分に比べ、２倍以上も大きくせねばならな
いという問題や、上記のスイングによって、停止時等可
動スクロールが逆転したとき、激しくスクロール同志が
衝突し、破損する恐れがあり、またこれを防止するため
に、新たにスイング量規制機構も付加せねばならないと
いう問題も生じていた。

本発明はかかる課題を解決するもので、圧縮効率に優れ
るとともに十分な耐久性を有し、かつ静粛な運転が実現
されるコンパクトなスクロール型圧縮機を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の詳細な説明すると、板面に形成した渦巻体２１
．３１（第１図）を互いに噛合わせてケース１内に対向
配設された固定スクロール板２および可動スクロール板
３と、上記ケース１内に挿入された内端部に上記可動ス
クロール板３を偏心状悪で連結するシャフト４とを具備
し、上記シャフト４の回転に伴って上記可動スクロール
板３が公転して、噛合った上記渦巻体２１．３１間に形
成される密閉空間内に流体を吸入し圧縮吐出するスクロ
ール型圧縮機において、上記シャフト４の内端面には径
方向へ延びる溝条４１（第２図）を形成するとともに、
円形断面のクランク部材５を設け、該クランク部材５の
端面に径方向へ突条５１を形成してこれを上記溝条４１
内に摺動自在に嵌装するとともに、上記突条５１の中心
ＣＰとずれた位置に軸心ＣＢを有する上記クランク部材
５の外周に、上記可動スクロール板３の中心を回転自在
に嵌装し、かつ上記突条５１の形成方向を、該突条５１
の中心ｃｐ　　（第３図）とクランク部材５の軸心Ｃ８
を結ぶ線に対して、上記シャフト４の回転方向と反対方
向へ所定角度θをなすように設定したものである。

［作用コ 上記構成の圧縮機において、シャフト４の回転に伴い、
その溝条４１に突条５１を嵌装したクランク部材５が回
転する。そして、このクランク部材５に嵌装された可動
スクロール板３が公転し、流体の圧縮が開始される。

この流体圧縮により上記クランク部材５の中心ＣＢには
圧縮反力が作用し、これは突条５１に対してこれを溝条
４１に沿い径方向外方へ押し上げる力となる。この押上
げ力により上記突条５１と可動スクロール板３は溝条４
１に沿う方向へ移動し、その渦巻体３１が固定スクロー
ル板２の渦巻体２１に圧接せしめられる。

しかして、上記各渦巻体２１．３１に多少の形状誤差が
あっても、これに応じて可動スクロール板３の公転半径
が変化して上記渦巻体２１．３１は常に所定圧で当接せ
しめられ、これにより密閉空間の密閉度が向上して圧縮
効率が改善される。

かかる構成においては、シャフト４の駆動力伝達が溝条
４１と突条５１の面当りでなされるから、局部的な応力
集中は避けられ、この結果、耐久性が向上する。また、
上記溝条４１内を突条５１が摺動する際に摩擦力が作用
してガタの発生を防止するから、静粛な運転が実現され
る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す。本圧縮機はハウジング
１１と、該ハウジング１１の開口部を閉塞するように、
ボルト１３によって締結配設されるフロントハウジング
１２とによってケース１が形成される。フロントハウジ
ング１２は中心付近に保持水を有し、その中にベアリン
グ１４が装着され、シャフト４を回転自在に支持してい
る。又、フロントハウジング１２は円筒状のボス部１２
１を有しており、内部にシャフトシール１２２が組み込
まれている。該ボス部１２１の外周上には図示しないマ
グネットクラッチが取付けられ、このマグネットクラッ
チを介して自動車走行用エンジンの回転力がシャフト４
に伝達される。ハウジング１１の内部には固定スクロー
ル板２が嵌挿され、ボルト１５によって上記ハウジング
１１の底部に固定されている。そして、該ハウジング１
１は上記固定スクロール板２と０リングとによって高圧
室１ａ及び低圧室１ｂに分離されるとともに、高圧室１
ａ及び低圧室１ｂとそれぞれ連通した吐出口１６及び吸
入口１７を有している。さらにハウジング１１内には可
動スクロール板３が固定スクロール板２に対して角度を
ずらして渦巻体２１゜３１同志が噛み合うように配置さ
れる。可動スクロール板３は、回り止め機構３２に連結
されており、自転を規制されている。さらに、可動スク
ロール板３は後述する本発明に係わるクランク部材５と
連結され、公転運動を行ない、冷媒ガスの圧縮が行なわ
れる。また、クランク部材５には可動スクロール板３の
公転運動による遠心力を相殺するバランスウェイト５３
が取付けられている。

公転運動の半径Ｒは、両スクロール板２．３の形状によ
って決定されるため、その半径Ｒだけ両スクロール板２
．３の中心が離れるように可動スクロール板３が配置さ
れている。

つまり、シャフト４が回転することによりクランク部材
５を介して可動スクロール板３が半径Ｒの公転運動を行
なうことになる。これによって、両スクロール板３．４
の間で形成される接触線が渦巻体形状に沿って中心方向
へ移動し、密閉空間は容積を減少しながら中心方向へ移
動する。このようにして、冷媒の圧縮が行なわれる。ま
た、固定スクロール板２の中央部には、上記圧縮された
冷媒ガスを高圧室１ａに吐出するための吐出ボート２２
が穿設されている。また、吐出された冷媒ガスが高圧室
１ａから渦巻体２１．３１間の密閉空間へ逆流すること
を防止する吐出弁２３及び該吐出弁２３のリフト量を規
制するストッパ２４も取付けられる。

次に、可動スクロール板３の駆動機構を各図を参照して
説明する。第２図に該駆動機構の構成を示す。シャフト
４の端部にはベアリング支持部４２が形成されており、
該ベアリング支持部４２には軸方向と直交する方向に溝
条たるスリット４１が貫通穿設されている。一方、クラ
ンク部材５にはスリット４１に摺動自在に嵌合し、駆動
ガを受ける突条たる駆動キー５１と可動スクロール板３
の公転運動による遠心力を相殺するバランスウェイト５
３、さらに駆動キー５１の中心Ｃｐから公転半径Ｒだけ
偏心した偏心ブツシュ５２が一体的に形成されている。

駆動キー５１は第３図に示すように、駆動キー５１の中
心ＣＰと偏心プッシュ５２の中心ＣＢを結ぶ線に対して
、回転方向く図中矢印）とは反対方向にある角度θだけ
ずれるように形成されている。また、駆動キー５１の巾
寸法については、駆動キー５１がスリット４１と接しつ
つ、長手方向へ円滑に摺動できる様に数＋μ程度スリッ
ト巾寸法より小さく設定しである。さらに、駆動キー５
１の外径はベアリング１４の内輪の内径１４ａに対し所
定量小さく設定してあり、駆動キー５１の外周がベアリ
ング１４の内輪に当接しない範囲で駆動キー５１はスリ
ット４１に沿って摺動可能である。すなわち、クランク
部材５はスリット４１に沿って上記所定量だけ摺動可能
となっている。

以上述べた構成における作用を第４図を参照して説明す
る。

全ての構成部品が組み付けられ、圧縮機として完成され
た状態では、シャフト４の中心Ｃｓと偏心ブツシュ５２
の中心Ｃ８間の距離は、前述した公転半径Ｒと略ひとし
いＲＩとなっている（第３図参照）。ここで、Ｒは設計
上（停止時）の公転半径、Ｒ１は運転時の公転半径であ
る。この状態でシャフト４が図の矢印方向に回転すると
、駆動キー５１を介して偏心ブツシュ５２は同方向に回
転する。ここで、偏心ブツシュ５２はベアリング等を介
して可動スクロール板３に係合されているため、偏心ブ
ツシュ５２の回転により、可動スクロール板３は公転運
動を行ない、圧縮を開始する。

この時、可動スクロール板３には圧縮による圧縮反力が
作用し、その結果、偏心ブツシュ５２の中心ＣＢに圧縮
反力Ｆｐが作用する。該反力ＦＰは駆動キー５１を介し
てスリット４１で支持されるため、駆動キー５１にはス
リット４１よりスリット方向と直角の方向にＦＰ／ｃｏ
ｓθなる垂直抗力が作用する。この垂直抗力ＦＰ／ｃｏ
ｓθにより、偏心ブツシュ５２を押し上げようとする力
ＦＰ　ｔａｎθが生じる。また駆動キー５１にはスリッ
ト４１の方向へ力ＦＰｓｉｎθが作用するから可動スク
ロール板３はスリット４１の方向に沿って摺動し、固定
スクロール板２に当接し、その荷重Ｆｗは上記の力ＦＰ
ｔａｎθと一致する。

これにより、可動スクロール板３及び固定スクロール板
２の渦巻体２１．２３の形状に多少の誤差があろうとも
、可動スクロール板３の渦巻体３１は固定スクロール板
２の渦巻体２１に適当な荷重で当接し、両スクロール板
２．３間の接触線が確実に形成でき、密閉空間の密閉度
が増し、圧縮機の圧縮効率向上に寄与する。

前述の当接荷重ＦＰ　ｔａｎθは式から分るようにθの
大きさを適当に設定することにより、最適なものとする
ことができる。即ち、θを０°から９０°の範囲で大き
くしていくと、上記荷重を増すことができシール性を良
くすることができる。

しかし上記荷重が課題となると、圧縮機の機械損失が増
大し、消費馬力が大きいという弊害が生じる。

即ち、角度θを適当に設定することにより、充分なシー
ル力が得られ、かつ機械損失の増大も少く抑えることが
できる。

さらに、式ＦＰｔａｎθから明らかなようにシール力は
圧縮反力ＦＰの大きさにも左右される。

そして該圧縮反力ＦＤは、圧縮機の運転状態で決定され
、雨滴巻体２１．３１間の密閉空間の圧力Ｐとの間に単
調増加の関係にあるため、熱負荷が大きくかつ圧縮機の
回転数が低いような運転条件においては、圧縮機内部の
圧力Ｐは大きくなり、上記圧縮反力ＦＰも大きくなり、
その結果、シール力ＦＰｔａｎθも増大する。このよう
に、シール力ＦＰｔａｎθは圧縮機内部の圧力Ｐが大き
い時、即ち密閉空間同士の間の差圧が大きい時はど大き
くなるものであるため、運転条件・圧力条件に応じてシ
ール力も増減するという大変理にかなった機構となって
いる。

なお、可動スクロール板３の公転運動による遠心力は、
前述したクランク部材５に一体的に取付けられたバラン
スウェイト５３によって完全に相殺されているため、無
視することができる。

次に、第５図を参照してクランク部材５の移動量の規制
について説明する。

前述したように、クランク部材５はスリット４１に沿っ
て摺動可能であるが、例えば運転途中で前記マグネット
クラッチの離脱により回転を停止する場合がある。この
時各部の慣性力によって、クランク部材５がスリット４
１に沿って逆に滑り降りるように移動する（図中矢印）
。この結果、可動スクロール板３の渦巻体３１は固定ス
クロール板３の渦巻体２１に激しく衝突して初めて、降
り戻りが止められることになる。これを許すならば、停
止時に両スクロール同士の衝突音が異音として発生する
のみならず、スクロール板の渦巻体破損という事態も引
き起こしかねない。これらを防止するために、従来は別
の係止機構を設けねばならなかったが、上述してきた構
成を採用するならば、何ら新たな機構を設ける必要がな
い。

第５図に示す例では、駆動キー５１の外径寸法はベアリ
ング１４の内径１４ａより所定量小さくしであるが、こ
の寸法を適当なものに選択すれば、クランク部材５が降
り戻された時に、両スクロール板２．３の渦巻体２１．
３１同士が衝突する前に駆動キー５１がベアリング１４
に当接し、スクロール板２．３同士の衝突は未然に防ぐ
ことができる。

また、上記所定量をスクロール板２．３同士の衝突に至
らない範囲で十分大きくしておけば、時として起る起動
時における液圧縮に対して両温巻体２１．３１が接触せ
ずに回転することを許容し、特別な液圧縮時用のリリー
フ弁等を不要とすることができる。

以上述べてきたように、本例の圧縮機ではシャフト４の
ベアリング支持部に設けた貫通スリット４１に、クラン
ク部材５に回転方向と逆方向にθ度傾いて設けた駆動キ
ー５１が摺動可能に嵌合し駆動するため、冷媒ガス圧縮
時の反作用力で両温巻体２１．３１の接触線部での押付
力が必要にして十分に自動的に得られ、接触線を確実に
形成し、シールが確実に行なわれる。

また、寸法誤差によって渦巻体のピッチや肉厚に変化が
あっても、これに応じて自動的に公転半径を調整し、こ
れも確実に接触線を形成し、シールを確保するとともに
、正確な運動を行なわせることができる。

また、別な機構を付加することなしに、圧縮機停止時に
おける可動スクロール板３の降り戻しによる渦巻体２１
．３１同士の衝突を未然に防ぎ、これの破損を防止する
ことができる。また、液圧縮時における高圧発生防止と
いうリリーフ機構も有している。

また、シャフト４とクランク部材５の駆動力の伝達をス
リット４１と駆動キー５１の面当りで行なうため、局部
的な応力集中が避けられ、接触面の面荒を防ぐことがで
き耐久性に優れている。

さらに、スリット４１と駆動キー５１との嵌合により、
公転半径が変化する際に摺動による摩擦が作用すること
から、ガタつきがなく静粛な運転ができる。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明のスクロール型圧縮機は、シャフト
とクランク部材の連結を、溝条とこれに摺動自在に嵌装
した突条により行なったから、圧縮効率に優れるととも
に十分な耐久性を有し、かつ静粛な運転が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮機の全体縦断図、第２図は回転機構の分解
斜視図、第３図はクランク部材の端面図、第４図はクラ
ンク部材に作用する力を示すその端面図、第５図はクラ
ンク部材の移動を示すその端面図である。 １・・・ケース ２・・・固定スクロール板 ２１・・・渦巻体 ３・・・可動スクロール板 ３１・・・渦巻体 ４・・・シャフト ４１・・・溝条（スリット） ５・・・クランク部材 ５１・・・突条（駆動キー） 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　板面に形成した渦巻体を互いに噛合わせてケース内に
   対向配設された固定スクロール板および可動スクロール
   板と、上記ケース内に挿入された内端部に上記可動スク
   ロール板を偏心状態で連結するシャフトとを具備し、上
   記シャフトの回転に伴って上記可動スクロール板が公転
   して、噛合った上記渦巻体間に形成される密閉空間内に
   流体を吸入し圧縮吐出するスクロール型圧縮機において
   、上記シャフトの内端面には径方向へ延びる溝条を形成
   するとともに、円形断面のクランク部材を設け、該クラ
   ンク部材の端面に径方向へ突条を形成してこれを上記溝
   条内に摺動自在に嵌装するとともに、上記突条の中心と
   ずれた位置に軸心を有する上記クランク部材の外周に、
   上記可動スクロール板の中心を回転自在に嵌装し、かつ
   上記突条の形成方向を、該突条の中心とクランク部材の
   軸心を結ぶ線に対して、上記シャフトの回転方向と反対
   方向へ所定角度をなすように設定したことを特徴とする
   スクロール型圧縮機。