JP2811853B2 - スクロール型圧縮機 - Google Patents

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
ブッシュに穴を穿設し、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、かつブッ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、上記ブッ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、上記ブッシュは駆
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ッ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、ブッ
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
ブッ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］ 本発明の構成を説明すると、板面に形成した渦巻体2
1、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を偏心状態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
径方向へ貫通して延びる突条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ＣB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、上記シャフトの外周に設けら
れて上記シャフトを回転自在に保持するベアリングを、
その内輪の内周面の一部が上記突条の両端と対向するよ
うに設け、上記内輪により上記クランク部材の上記溝条
に沿った方向の変位端を規定するようにしたものであ
る。

［作用］ 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41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。ま
たベアリングの内輪により、上記クランク部材の、上記
溝条に沿った方向の変位端を規定するから、圧縮機停止
時における上記可動スクロール板の降り戻しによる上記
渦巻体同士の衝突を未然に防ぐことができる。

［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によつて締結配設されるフロントハウジング12と
によつてケース１が形成される。フロントハウジング12
は中心付近に保持穴を有し、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121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によつて上記ハウジング11の底部に固定されて
いる。そして、該ハウジング11は上記固定スクロール板
２とＯ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1a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エイ
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
よつて決定されるため、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ポート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、駆動力を受
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エイト53、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
ッシュ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と偏心ブッシュ52
の中心ＣBを結ぶ線に対して、回転方向（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
様に数十μ程度スリット巾寸法より小さく設定してあ
る。さらに、駆動キー51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と偏心ブッシュ52の
中心ＣB間の距離は、前述した公転半径Ｒと略ひとしいR
I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、RI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を介して偏心ブッシュ52は同方向に回転する。
ここで、偏心ブッシュ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、偏心ブッシュ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、偏心ブッシュ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/cos
θなる垂直抗力が作用する。この垂直抗力ＦP/cosθに
より、偏心ブッシュ52を押し上げようとする力ＦP tan
θが生じる。また駆動キー51にはスリット41の方向へ力
ＦP sinθ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。しかし上記荷重が過大となると、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ＦP tanθ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Fpは、圧縮機の運転状態で決定され、両渦巻体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ＦP
tanθも増大する。このように、シール力ＦP tanθ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
の差圧が大きい時ほ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
ランスウエイト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41
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てあるが、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渦巻体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42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
時の反作用力で両渦巻体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、寸法誤差によつ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2
1、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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−262393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162786（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176179（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175185（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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貫通し
   て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、上記シャフトの外周に設けられて上記シャフトを回
   転自在に保持するベアリングを、その内輪の内周面の一
   部が上記突条の両端と対向するように設け、上記内輪に
   より上記クランク部材の上記溝条に沿った方向の変位端
   を規定するようにしたことを特徴とするスクロール型圧
   縮機。