JPH10169573A - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、スクロール圧縮機構特有の中心部に
向かうほど圧力が高くなることの影響で旋回スクロール
鏡板部が変形しても、スラスト受けに対する片当たりを
確実に防止して、旋回スクロールの円滑な旋回運動を保
証し、信頼性の向上を図ったスクロール式圧縮機を提供
する。 【解決手段】固定スクロール１２の渦巻状の翼部１２ｂ
と、旋回スクロール１１の渦巻状の翼部１１ｂとを噛合
させ、これら翼部と各スクロールの鏡板部１２ａ，１１
ａとで圧縮空間Ｓを形成して圧縮作用をなすスクロール
式圧縮機で、旋回スクロール鏡板部において、この鏡板
部を旋回自在に支持するスラスト受け２ａの摺接部位よ
り内側に、周方向に沿って環状に形成され、鏡板部の剛
性を部分的に低下させる弾性変形部Ｄを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば空気調和
機の冷凍サイクルを構成する圧縮機として用いられるス
クロール式圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、空気調和機の冷凍サイクルを
構成する圧縮機においては、運動騒音が低く、かつ吸込
弁や吐出弁など不要で部品点数が少なくてすみ、しかも
圧縮性能のよいスクロール式圧縮機が多用される傾向に
ある。

【０００３】この種のスクロール式圧縮機は、固定スク
ロールの渦巻状の翼部と、旋回スクロールの渦巻状の翼
部とを噛合させ、これら翼部と各スクロールの鏡板部と
で圧縮空間を形成し、旋回スクロールを旋回運動させ
て、圧縮空間に冷媒ガスを吸込み、圧縮して吐出するよ
うになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
スクロール式圧縮機であるが、圧縮作用中に軸方向に固
定スクロールと旋回スクロールを開こうとするスラスト
力が発生する。従来は、支持フレーム上に形成されたス
ラスト受けで旋回スクロール鏡板部を支持することによ
りスラスト力を受けていた。

【０００５】しかるに、スクロール式圧縮機構の特徴と
して、中心部に向かうほど圧力が高くなり、そのため旋
回スクロール鏡板部は球状に変形し易い。その一方で、
スラスト受けは固定スクロールを支持する支持フレーム
に一体形成されていて、旋回スクロール鏡板部の剛性よ
りも高い剛性を有する。

【０００６】旋回スクロール鏡板部が球状に変形する
と、この鏡板部底面一部がスラスト受けの内周面エッジ
部分に押し付けられ、かつ鏡板部外周端はスラスト受け
面から離間するように反る。結局、鏡板部はスラスト受
けに対して片当たりとなり、この当たり部分が異常摩耗
し、あるいは焼き付けなどが生じていた。

【０００７】特公平２−１９９５号公報には、このよう
な不具合を解消すべく技術が開示されている。その概略
は、スラスト軸受けと、この軸受けの外周側を支持する
軸受け支えとの間に、スラスト軸受けの内周側が微小変
化可能なように隙間を設けたことを特徴としている。

【０００８】圧縮作用にともなって発生する軸方向のス
ラスト力により旋回スクロールの鏡板部が歪んでも、ス
ラスト力を受けるスラスト軸受け自体も鏡板部の変形に
合わせて歪むので片当たりが生じなくなる、とある。

【０００９】しかしながらこの場合は、旋回スクロール
鏡板部とスラスト軸受けは互いに球面状に変形するの
で、旋回スクロールの渦巻き状の翼部は先端部が内側に
傾いた状態に変形する。そのため、固定スクロールの翼
部に対して旋回スクロールの翼部は平行な噛合状態を保
持できず、翼部相互のシール性が悪化してしまう。

【００１０】また、旋回スクロールを駆動する回転軸の
クランク軸部は平行な面内で回転するのに対して、これ
と掛合する鏡面部に突設されるボス部は球面状に変形す
る。したがって、ここでも片当たりが生じてしまい、異
常摩耗や騒音の発生要因となる。

【００１１】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、スクロール圧縮機構
特有の中心部に向かうほど圧力が高くなることの影響で
旋回スクロール鏡板部が変形しても、スラスト受けに対
する片当たりを確実に防止して、旋回スクロールの円滑
な旋回運動を保証し、高い圧縮効率を得るとともに、信
頼性の向上を図ったスクロール式圧縮機を提供しようと
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
本発明のスクロール式圧縮機は、請求項１として、固定
スクロールの渦巻状の翼部と、旋回スクロールの渦巻状
の翼部とを噛合させ、これら翼部と各スクロールの鏡板
部とで圧縮空間を形成して圧縮作用をなすスクロール式
圧縮機において、上記旋回スクロールの鏡板部におい
て、この鏡板部を旋回自在に支持するスラスト受けとの
摺接部位より内側に、周方向に沿って環状に形成され、
鏡板部の剛性を部分的に低下させる弾性変形手段を具備
したことを特徴とする。

【００１３】請求項２として、請求項１記載のスクロー
ル式圧縮機において上記弾性変形手段は、鏡板部の構成
素材よりも弾性係数の小さな素材からなる弾性変形部で
あることを特徴とする。

【００１４】請求項３として、請求項１記載のスクロー
ル式圧縮機において上記弾性変形手段は、鏡板部のスラ
スト受け摺接部位よりも薄肉に形成される薄肉部である
ことを特徴とする。

【００１５】請求項４として、請求項１記載のスクロー
ル式圧縮機において上記弾性変形手段は、鏡板部の少な
くとも一方の面に設けられるリング状溝部であることを
特徴とする。

【００１６】以上のような課題を解決する手段を備える
ことにより、請求項１ないし請求項４の発明によれば、
圧縮時に、圧縮機構の中心部が高温となっても、旋回ス
クロールの中心部が軸方向に変位するのみで、スラスト
受けに対して片当たりが生じることがなく、かつ旋回ス
クロール翼部と固定スクロール翼部相互のシールを確保
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図面にもとづいて説明する。図１に、たとえば冷凍装置
に用いられるスクロール式圧縮機を、一部省略して示
す。図中１は密閉ケースであり、この密閉ケース１内上
部に支持フレーム２が設けられ、回転軸３を回転自在に
枢支している。

【００１８】上記回転軸３には、後述する圧縮機構部４
が連結され、下部にはステータ５とロータ６とからなる
電動機部７が設けられる。回転軸３の下端部は電動機部
７から下方に突出していて、上記密閉ケース１に取付け
られる図示しない副軸受に回転自在に枢支される。

【００１９】上記圧縮機構部４は、以下のように構成さ
れる。すなわち、上記支持フレーム２の上面に形成され
るスラスト受け２ａに旋回自在に支持される旋回スクロ
ール１１と、この旋回スクロールと噛合する固定スクロ
ール１２と、この固定スクロールを軸方向に移動可能に
支持する支持手段１３、および固定スクロール１２の背
面側にガス圧を作用させる背圧案内手段１４とから構成
される。

【００２０】上記旋回スクロール１１は、鏡板部１１ａ
と、この鏡面部上面に一体に突設される渦巻状の翼部１
１ｂと、鏡面部底面中央部に一体に突設され、回転軸３
の上端に設けられるクランク軸部３ａに掛合されるボス
部１１ｃとから構成される。そして、鏡板部１１ａ底面
外周部が上記スラスト受け２ａに支持され、かつ所定部
位はオルダムリング１０を介して支持フレーム２に掛合
している。

【００２１】また、旋回スクロール鏡板部１１ａは、後
述する弾性変形手段Ｄを備えている。この弾性変形手段
Ｄは、支持フレーム２上面のスラスト受け２ａ内周縁よ
りも内側で、かつ旋回スクロール翼部１１ｂの外周側に
位置していている。

【００２２】そして、弾性変形手段Ｄは、鏡板部１１ａ
の構成素材よりも弾性係数が小さく、弾性変形し易い素
材から構成される弾性変形部からなる。弾性変形部Ｄ以
外の鏡板部１１ａ部位は金属製の剛体で特別な負荷を与
えない限り容易には変形しないが、弾性変形部Ｄ自体は
容易に弾性変形するので、ここを境に両側の鏡板部１１
ａ部位は弾性変形部Ｄの弾性変形範囲内で自在に変位可
能である。

【００２３】なお説明すれば、普通、旋回スクロール１
１は、固定スクロール１２とともにアルミニュウム合金
材を用いて鍛造成形されている。ここでは、特に旋回ス
クロール１１の一部に弾性変形部Ｄを構成すべく、本来
のアルミニュウム合金材に含有するシリコンの含有量を
少なくしたアルミニュウム合金素材を調合し、対応する
部位に粉末鍛造手段によって一体成形してある。

【００２４】一方、上記固定スクロール１２は、鏡板部
１２ａと、この鏡板部１２ａの下面側に一体に突設され
旋回スクロール１１の翼部１１ｂと側面相互が接触して
噛合状態にある渦巻状の翼部１２ｂとからなる。

【００２５】これら旋回，固定スクロール１１，１２の
鏡板部１１ａ，１２ａと翼部１１ｂ，１２ｂとで、一対
の圧縮空間Ｓが形成され、周端部側の圧縮空間から冷媒
ガスを取り込んで、中心部側の圧縮空間に移動するとと
もにその容積を縮小させ、圧縮作用を行えるようになっ
ている。

【００２６】なお、固定スクロール鏡板部１２ａの外周
部にはフランジ部１２ｃが形成されていて、上記スラス
ト受け２ａとともに旋回スクロール鏡板部１１ａを緩く
挟持している。この挟持位置は、鏡板部１１ａに設けら
れる上記弾性変形部Ｄから外側にあり、この部分は緩く
固定状態にある。

【００２７】弾性変形部Ｄから内周側は、旋回スクロー
ル翼部１１ｂが固定スクロール翼部１２ｂに掛合され、
かつ旋回スクロールボス部１１ｃがクランク軸部３ａに
掛合してるのみで挟持されていないから変位自在であ
る。

【００２８】一方、上記固定スクロ−ル鏡板部１２ａの
上面部中央には、圧縮空間Ｓの渦巻き中心部と連通する
吐出ポート１５が設けられる。この吐出ポート１５の周
部にはポートを中心として、異なる半径の２つの突条１
６ａ，１６ｂが一体に突設され、かつこれら相互間には
中間圧導入孔１７が上下面を貫通して設けられる。

【００２９】固定スクロール１２の上方に、密閉ケース
１内部を上端部空間と下部空間とに仕切る背圧板１８が
取付固定される。この背圧板１８は、中央部に逆止弁１
９を備えた弁座部２０が設けられ、吐出ポート１５と連
通する。

【００３０】上記弁座部２０の周囲で背圧板１８の下面
側には、上記突条１６ａ，１６ｂの半径よりも僅かに大
きな半径をもって、突条２１ａおよび段部２１ｂが設け
られる。

【００３１】隣接する突条１６ａと２１ａ，１６ｂと２
１ｂ間に、それぞれシールリング２２ａ，２２ｂが介在
される。このことから、固定スクロール１２が所定範囲
内で軸方向に移動しても、隣接する突条相互間における
シールは完全なものとなっている。

【００３２】上記吐出ポート１５周囲と背圧板弁座部２
０とで高圧吐出室２２が形成され、かつ互いに隣接する
突条１６ａと２１ａ，１６ｂと２１ｂ相互間に形成され
る空間部は、上記中間圧導入孔１７と連通する中間圧室
２３となり、これらで上記背圧案内手段１４が構成され
る。

【００３３】上記支持手段１３は、ガイドピン２７と取
付けボルト体３２とを備えている。上記ガイドピン２７
は、上端部が固定スクロールフランジ部１２ｃに圧入固
定され、下部はフランジ部から下方へ突出している。一
方、支持フレーム２には複数の掛止孔２８が設けられ、
ピン２７の突出下部が摺動自在に挿入される。

【００３４】さらに、フランジ部１２ｃには複数のガイ
ド孔３０が設けられ、ガイド孔と対向する支持フレーム
２部位には、ねじ孔３１が設けられる。上記ガイド孔３
０に取付けボルト体３２が挿通され、このねじ部がねじ
孔３１に螺合される。

【００３５】取付けボルト体３２の円柱部下端面は支持
フレーム２面に当接し、かつこの上端頭部はフランジ部
１２ｃ上面からわずかに突出する。すなわち、取付けボ
ルト体３２頭部はフランジ部１２ｃと所定間隙を存する
状態で取付けられ、これらで支持手段１３が構成され
る。

【００３６】密閉ケース１の上部側面には吐出管３３が
接続されていて、背圧板１８によって仕切られる密閉ケ
ース１内の上部空間と、冷凍装置の図示しない凝縮器と
を連通する。

【００３７】上記密閉ケース１の下部側面には吸込管３
４が接続されていて、背圧板１８によって仕切られる密
閉ケース１内の下部空間と、冷凍装置の図示しない蒸発
器とを連通する。

【００３８】しかして、このようにして構成されるスク
ロール式圧縮機において、電動機部７に通電して圧縮機
構部４を駆動すると、吸込管３４から低圧の冷媒ガスが
密閉ケース１内に導入され、背圧板１８より下部空間に
充満する。

【００３９】冷媒ガスは、旋回スクロール１１と固定ス
クロール１２とで形成される圧縮空間Ｓの外周側に吸込
まれる。そして、旋回スクロール１１の旋回運動にとも
なって徐々に中心部に移送され、かつ空間容量が減少す
ることにより圧縮される。

【００４０】所定圧まで上昇したところで、吐出ポート
１５から高圧吐出室２２を介して背圧板１８の上部空間
へ吐出され、さらに吐出管３３を介して外部の凝縮器に
導かれる。

【００４１】なお、運転条件によっては、圧縮空間Ｓに
液冷媒を吸込むことがあり、このときに異常高圧に昇圧
する。背圧案内手段１４の背圧よりも圧縮空間Ｓの圧力
が上回り、固定スクロール１２は軸方向に移動する。

【００４２】固定スクロール１２と一体のガイドピン２
７は支持フレーム２の掛止孔２８に案内されて浮き上が
ることとなり、その結果、旋回スクロール１１とで形成
される圧縮空間Ｓのクリアランスが拡大する。

【００４３】圧縮空間Ｓの異常高圧ガスは密閉ケース１
内へ逃げて、いわゆるコンプライアンス機能が発揮さ
れ、各スクロール１１，１２の、特に翼部１１ｂ，１２
ｂが受けるストレスが解消される。固定スクロール１２
がある程度浮き上がったところで、このフランジ部２５
上面が取付けボルト体３２頭部に当接し、それ以上の浮
き上がりが規制される。

【００４４】また、特に図２に示すように、この種のス
クロール式圧縮機構の特徴として、中央部の圧縮空間Ｓ
ほど圧縮度合いが高いため高温になり、したがって、各
スクロール１１，１２の翼部１１ｂ，１２ｂは中央部ほ
ど熱影響を受けて伸張変形する。

【００４５】同時に、固定スクロール１２の背面側に形
成される高圧吐出室２２や中間圧室２３などからなる背
圧案内手段１４は固定スクロールに背圧Ｆを付与する。
その結果、固定スクロール１２は旋回スクロール１１方
向に押し付けられ、この力は旋回スクロール１１を下方
に変形する力として作用する。

【００４６】旋回スクロール鏡板部１１ａにおいては、
スラスト受け摺接部位がスラスト受け２ａで支持されて
いるので、この部分は下方へ変形する力を受けるのみ
で、実際には何らの変化もない。

【００４７】ところが、鏡板部１１ａのスラスト受け摺
接部位から内側の部分は、弾性変形部Ｄとともに鏡板部
を支持する部材が存在しない。鏡板部１１ａと一体のボ
ス部１１ｃは上記クランク軸部３ａに掛合しているのみ
で、実質的に支持がなされていない。

【００４８】したがって、スラスト受け２ａで支持され
る摺接部位と、この内側の部分との間に介設される弾性
変形部Ｄが弾性変形して、これより内側の部分は図で二
点鎖線で示すように軸方向に沿って変形する。（なお、
同図では模式的に表しているので、変形の度合いを極端
に大きくして示す） スラスト受け２ａに対して、旋回スクロール鏡板部１１
ａのスラスト受け摺接部位は同一平面が保持され、した
がって鏡板部に片当たりがなく、部分的な摩耗の発生の
余地がない。鏡板部１１ａは常にスラスト受け２ａ平面
に沿って旋回運動をなし、円滑な運動が保証され、高い
圧縮効率が保持される。

【００４９】そして、弾性変形部Ｄから内側の旋回スク
ロール１１部分は軸方向に沿って変形する一方、固定ス
クロール１２は背圧案内手段１４の作用によって軸方向
に変形する。

【００５０】したがって、互いのスクロール１１，１２
の翼部１１ｂ，１２ｂは軸方向に沿って移動するのみ
で、傾きが発生しないから、噛合状態は変わりがなく互
いのシール性に与える影響はない。

【００５１】なお、上記実施の形態において弾性変形手
段Ｄは、鏡板部１１ａを構成する素材よりも弾性係数の
小さな素材からなる弾性変形部としたが、これに限定さ
れるものではなく、以下のように構成してもよい。

【００５２】たとえば、図３に示すように、弾性変形手
段Ｄは、鏡板部１１ａのスラスト受け摺接部位よりも薄
肉に形成される薄肉部Ｄａとする。同図では、薄肉部Ｄ
ａをスラスト受け摺接部位の内周縁から上記ボス部１１
ｃの基端部外周縁に亘って設けたが、先に説明した弾性
変形部Ｄと同一の部位のみに形成してもよい。

【００５３】いずれにしても、薄肉部Ｄａで鏡板部１１
ａの剛性が低下して軸方向に容易に変形するが、鏡板部
のスラスト受け摺接部位とスラスト受け２ａとは同一平
面が保持され、片当たりがなく部分的な摩耗が発生せ
ず、円滑な旋回運動をなし高い圧縮効率を得る。

【００５４】互いのスクロール１１，１２の翼部１１
ｂ，１２ｂは軸方向に沿って移動するのみで、傾きが発
生しないから、噛合状態は変わりがなく互いのシール性
に与える影響はない。

【００５５】図４に示すように、弾性変形手段として、
旋回スクロール鏡板部１１ａの上面で、スラスト受け２
ａとの摺接部位と対向する部位より内側に、周方向に沿
って環状に形成されるリング状溝部Ｄｂから構成しても
よい。

【００５６】図５に示すように、弾性変形手段として、
旋回スクロール鏡板部１１ａの下面で、スラスト受け２
ａとの摺接部位と対向する部位より内側に、周方向に沿
って環状に形成されるリング状溝部Ｄｃから構成しても
よい。

【００５７】いずれにしても、リング状溝部Ｄｂ，Ｄｃ
で鏡板部１１ａの剛性が低下して軸方向に容易に変形す
るが、鏡板部のスラスト受け２ａ摺接部位とスラスト受
けとは同一平面が保持され、片当たりがなく部分的な摩
耗の発生せず、円滑な旋回運動をなし高い圧縮効率を得
る。

【００５８】そして、互いのスクロール１１，１２の翼
部１１ｂ，１２ｂは軸方向に沿って移動するのみで、傾
きが発生しないから、噛合状態は変わりがなく互いのシ
ール性に与える影響はない。

【００５９】また、図４と図５の弾性変形手段としての
リング状溝部Ｄｂ，Ｄｃを、旋回スクロール鏡板部１１
ａの上面と下面とにそれぞれ設けたが、これに限定され
るものではなく、上下両面の同部位にリング状溝部を設
けても何ら支障がない。

【００６０】上記スクロール式圧縮機は、必ずしも冷凍
サイクルを構成する機器に備えられるものに限定され
ず、他の種類の被圧縮ガスもしくは空気を圧縮する場合
にも用いることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、旋回スクロールの鏡板部で、スラスト受けとの摺
接部位より内側に、周方向に沿って環状に、鏡板部の剛
性を部分的に低下させる弾性変形手段を具備した。

【００６２】請求項２の発明によれば、弾性変形手段
は、鏡板部の構成素材よりも弾性係数の小さな素材から
なる弾性変形部とした。請求項３の発明によれば、弾性
変形手段は、鏡板部のスラスト受け摺接部位よりも薄肉
に形成される薄肉部とした。

【００６３】請求項４の発明によれば、弾性変形手段
は、鏡板部の少なくとも一方の面に設けられるリング状
溝部とした。したがって請求項１ないし請求項４の発明
によれば、スクロール圧縮機構特有の中心部に向かうほ
ど圧力が高くなることの影響で旋回スクロール鏡板部が
変形しても、スラスト受けに対する片当たりを確実に防
止して、部分的な異常摩耗の発生を防止する。そして、
スラスト受けに対して旋回スクロール鏡板部のスラスト
受け摺接部は平面を保持して、旋回スクロールは円滑な
旋回運動をなし、高い圧縮効率を得るとともに、信頼性
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】本発明の一実施の形態を示す、スクロール式圧
縮機の一部を省略した縦断面図。

【図２】同実施の形態の、圧縮時の変形状態を説明する
図。

【図３】他の実施の形態の、旋回スクロールの縦断面
図。

【図４】さらに他の実施の形態の、旋回スクロールの縦
断面図。

【図５】さらに他の実施の形態の、旋回スクロールの縦
断面図。

【符号の説明】

１２…固定スクロール、１２ｂ…（固定スクロールの）
翼部、１１…旋回スクロール、１１ｂ…（旋回スクロー
ルの）翼部、１２ａ…（固定スクロールの）翼部、１１
ａ…（旋回スクロールの）翼部、Ｓ…圧縮空間、Ｄ…弾
性変形部、Ｄａ…薄肉部、Ｄｂ，Ｄｃ…リング状溝部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定スクロールの渦巻状の翼部と、旋回ス
   クロールの渦巻状の翼部とを噛合させ、これら翼部と各
   スクロールの鏡板部とで圧縮空間を形成して圧縮作用を
   なすスクロール式圧縮機において、 上記旋回スクロールの鏡板部において、この鏡板部を旋
   回自在に支持するスラスト受けとの摺接部位より内側
   に、周方向に沿って環状に形成され、鏡板部の剛性を部
   分的に低下させる弾性変形手段を具備したことを特徴と
   するスクロール式圧縮機。
2. 【請求項２】上記弾性変形手段は、鏡板部の構成素材よ
   りも弾性係数の小さな素材からなる弾性変形部であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のスクロール式圧縮機。
3. 【請求項３】上記弾性変形手段は、鏡板部のスラスト受
   け摺接部位よりも薄肉に形成される薄肉部であることを
   特徴とする請求項１記載のスクロール式圧縮機。
4. 【請求項４】上記弾性変形手段は、鏡板部の少なくとも
   一方の面に設けられるリング状溝部であることを特徴と
   する請求項１記載のスクロール式圧縮機。