JP3071316B2 - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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】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、通常のロータリ式圧縮機と比較して、
運動騒音が極めて低く、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
ロール翼の渦巻状の翼部と、旋回スクロール翼の渦巻状
の翼部とを噛合させ、これら翼部と各スクロール翼の鏡
板部とで圧縮空間を形成し、旋回スクロール翼を旋回運
動させて、圧縮空間に被圧縮ガスを吸込み、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、このスクロ
ール式圧縮機の圧縮空間は、常に正常な圧力状態になっ
ているとは限らない。たとえば、液冷媒を吸い込んで圧
縮する、液バック運転の場合は、圧縮空間が異常昇圧状
態に陥る。この状態が長時間継続すると、各スクロール
翼の翼部に大きなストレスがかかって、ついには破断す
る虞れがある。

【０００５】そこで近時、固定スクロール翼を軸方向に
移動可能に支持し、圧縮空間が異常昇圧状態になった
ら、旋回スクロール翼との間隙を拡大させてガスを逃が
すようにした、いわゆるコンプライアンス機能が採用さ
れるようになった。

【０００６】ただし、通常の運転状態では、固定スクロ
ール翼は旋回スクロール翼と通常のクリアランスの保持
をしなければならないので、固定スクロール翼を軸方向
に移動自在に支持し、かつ固定スクロール翼の背面側に
ガス圧を生じさせる構成が一般的である。

【０００７】たとえば、特開昭６３−８００８８号公報
や、特開平３−２３７２８３号公報には、コンプライア
ンス機能をなす、固定スクロール翼に対する支持機構の
詳細が開示されている。

【０００８】これは、固定スクロール翼のフランジ部
が、数枚の板ばねを介して支持フレームにボルト固定さ
れている。上記板ばねは、固定スクロール翼を軸方向に
弾性的に支持することとなり、固定スクロール翼は、圧
縮空間に発生するガス圧の影響を受けて、軸方向への移
動が自由である。

【０００９】しかしながら、上記のものは、組立工程
上、はじめに固定スクロール翼を支持フレームに対して
位置決めし、つぎに、この状態を保持しつつ、板ばねを
支持フレームにボルト締め固定していた。

【００１０】このような一連の組立作業が面倒であると
ともに、固定ボルトが複数個必要であって、さらにボル
ト用のねじ孔を加工することなど、コストに悪影響を与
えている。

【００１１】また、圧縮空間に異常な圧力上昇が生じた
ときなど、固定スクロール翼の移動量（バック量）が極
端に大きくなって、板ばねに過大な応力が作用し、破断
する虞れがある。すなわち、上述したコンプライアンス
機能を充分に生かすための、固定スクロール翼に対する
有効な支持が困難であった。

【００１２】さらに、このような異常圧力上昇時は勿
論、正常な運転中においても、圧縮空間には径方向の荷
重が発生して、各スクロール翼は、この方向の荷重を受
ける。特に上記固定スクロール翼は、常時、板ばねの弾
性力を受けるよう支持されているため、径方向への傾き
および位置ずれが比較的自由であって、その結果、旋回
スクロール翼との局所的な摺接およびこじれが生じ、こ
の円滑な旋回運動が阻害されるなどの不具合が生じる。

【００１３】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、圧縮空間に異常な圧
力上昇が生じたときに、固定スクロール翼を円滑に軸方
向に移動可能に支持する、いわゆるコンプライアンス機
能を確保し、さらに、固定スクロール翼が径方向の荷重
を受けても、同方向への傾きおよび位置ずれを規制し
て、旋回スクロール翼の円滑な旋回運動を常に保証で
き、簡素な構成で、高い圧縮効率と信頼性の向上を得ら
れるスクロール式圧縮機を提供しようとするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
第１の発明は、

【００１５】固定スクロール翼の渦巻状の翼部と、旋回
スクロール翼の渦巻状の翼部とを噛合させ、これら翼部
と各スクロール翼の鏡板部とで圧縮空間を形成し、旋回
スクロール翼を旋回運動させて、圧縮空間に被圧縮ガス
を吸込み、圧縮して吐出するスクロール式圧縮機におい
て、上記固定スクロール翼の背面側にガス圧を作用さ
せ、通常運転状態で固定スクロール翼の軸方向の移動を
規制する背圧案内手段と、

【００１６】上記固定スクロール翼を軸方向に移動可能
に支持し、圧縮空間が背圧案内手段によるガス圧を上廻
る異常昇圧状態になったときに、固定スクロール翼の軸
方向への移動を許容して旋回スクロール翼とのクリアラ
ンスを広げさせ、圧縮空間のガスを逃がす支持手段とを
具備し、上記支持手段は、上記固定スクロール翼鏡板部
の外周部分を支持する支持フレームと、この支持フレー
ムの固定スクロール翼鏡板部の支持部分に軸方向に沿っ
て設けられる複数の掛止部と、

【００１７】それぞれの掛止部に微小のクリアランスを
もって挿入され、固定スクロール翼の軸方向への移動を
許容し、かつ固定スクロール翼の径方向への傾きおよび
位置ずれを規制する、固定スクロール翼に圧入固定され
る複数のピン体とからなることを特徴とするスクロール
式圧縮機である。第２の発明は、請求項１記載のスクロ
ール式圧縮機において、上記ピン体は、その一部が固定
スクロール翼に圧入固定され、他の大部分が固定スクロ
ール翼から突出する複数の支持ピン、上記固定スクロー
ル翼に止めボルトにより取付け固定される複数のカラ
ー、固定スクロール翼に一体に突設される複数のピン部
の、いずか一の形態とする。

【００１８】

【作用】本発明によれば、支持手段を構成する掛止部と
ピン体とで、固定スクロール翼の軸方向への移動を確実
になし、径方向への傾きおよび位置ずれを規制して、旋
回スクロール翼との局所的な摺接がない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、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。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。

【００２０】上記回転軸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に取付けられる副
軸受に回転自在に枢支される。、密閉ケース１の内底部
には潤滑油を集溜する油溜り部が形成され、ここに上記
回転軸３の下端部が浸漬される。すなわち、回転軸３の
回転にともなって、油溜り部の潤滑油が回転軸３に設け
られる給油機構（以上、図示しない）に沿って吸い上げ
られ、回転軸の上端部に一部のみ示す給油孔や給油溝か
らなる給油通路８を介して上記圧縮機構部４の各摺動部
分へ給油がなされるようになっている。

【００２１】上記圧縮機構部４は、図１および図２に示
すように、上記支持フレーム２にオルダムリング１０を
介して旋回自在に支持される旋回スクロール翼１１と、
この旋回スクロール翼１１と噛合する固定スクロール翼
１２と、この固定スクロール翼１２を軸方向に移動可能
に支持する支持手段１３とから構成される。上記オルダ
ムリング１０は、旋回スクロール翼１１の自転を規制
し、旋回運動のみ行わせるものである。

【００２２】上記旋回スクロール翼１１は、上記回転軸
３の上端偏心部３ａに掛合するボス部１１ｃを備えた鏡
板部１１ａと、この鏡板部１１ａの上面側に一体に突設
される渦巻状の翼部１１ｂとからなる。

【００２３】上記固定スクロール翼１２は、鏡板部１２
ａと、この鏡板部１２ａの下面側に一体に突設され旋回
スクロール翼１１の翼部１１ｂと噛合する渦巻状の翼部
１２ｂとからなる。

【００２４】これら旋回，固定スクロール翼１１，１２
の鏡板部１１ａ，１２ａと翼部１１ｂ，１２ｂとで、一
対の圧縮空間ａが形成され、周端部側から被圧縮ガスで
ある冷媒ガスを取り込んで、中心部側に移動するととも
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。

【００２５】上記固定スクロ−ル鏡板部１２ａの上面部
は凹陥状に形成され、この中央部には、上記圧縮空間ａ
の渦巻き中心部と連通するよう貫通する吐出ポート１５
が設けられる。

【００２６】さらに、固定スクロール鏡板部１２ａ上面
側には、吐出ポート１５を中心として、異なる半径の、
２つの突条１６ａ，１６ｂが一体に設けられ、かつこれ
ら互いの突条１６ａ，１６ｂ間の鏡板部１２ａ部位に
は、中間圧導入孔１７が貫通して設けられる。

【００２７】再び図１に示すように、固定スクロール翼
１２の上面側には、固定スクロール翼１２の背面側にガ
ス圧を作用させる背圧案内手段１４が設けられる。すな
わち、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、突条１６ａ，１６ｂ上端と狭小の間
隙を存して密閉ケース１に取付固定される。

【００２８】この背圧板１８は、中央部に逆止弁１９を
備えた弁座部２０が設けられ、上記吐出ポート１５と連
通する。換言すれば、上記吐出ポート１５は逆止弁１９
を備えた弁座部２０を介して、背圧板１８の上部側空間
と連通する。

【００２９】上記弁座部２０の周囲で、かつ背圧板１８
の下面側には、上記固定スクロール翼１２に設けられる
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。

【００３０】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、固定スクロール翼１２が背圧板
１８との狭小の間隙の範囲内で軸方向に移動しても、隣
接する突条１６ａと２１ａ，１６ｂと２１ｂ相互間にお
けるシールは完全なものとなっている。

【００３１】固定スクロール翼１２の吐出ポート１５周
囲に設けられる凹陥部と背圧板弁座部２０とで、圧縮空
間ａから吐出される高圧ガスが導かれる高圧吐出室２２
が形成される。

【００３２】また、半径が異り、互いに隣接する突条１
６ａ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】つぎに、固定スクロール翼１２に対する上
記支持手段１３について説明する。図１および図２に示
すように、固定スクロール翼鏡板部１２ａ外周部には、
９０°間隔を存して複数のフランジ部２５…が設けら
れ、それぞれのフランジ部２５…には、上下面に貫通し
てピン用孔２６が設けられる。すなわち、各ピン用孔２
６は固定スクロール翼１２の軸方向に沿って設けられる
ことになる。

【００３４】それぞれのピン用孔２６には、ピン体であ
るところの、支持ピン２７の上端部が圧入固定され、そ
のほとんどは、固定スクロール翼鏡板部１２ａ下面か
ら、固定スクロール翼１２の軸方向に沿って下方に突出
している。

【００３５】一方、上記支持フレーム２は、その外周部
に、９０°間隔を存して複数のフランジ部２ａ…が設け
られる。それぞれのフランジ部２ａ…には、上下面に貫
通して掛止部であるところの、掛止孔２８が設けられ
る。すなわち、掛止孔２８は固定スクロール翼１２の軸
方向に沿って設けられることになる。

【００３６】上記固定スクロール翼１２のフランジ部２
５…は、支持フレーム２のフランジ部２ａ上に載置さ
れ、かつ固定スクロール翼１２に突設される支持ピン２
７が支持フレーム２に設けられる掛止孔２８に挿入され
る。

【００３７】上記掛止孔２８と支持ピン２７とがなすク
リアランスは極く小さくなるよう寸法設定され、したが
って支持ピン２７およびこれと一体の固定スクロール翼
１２は、掛止孔２８に対して軸方向に移動（滑動）自在
となっている。これら支持フレーム２と、掛止孔２８お
よび支持ピン２７とで、上記固定スクロール翼１２に対
する支持手段１３が構成される。

【００３８】なお、図１のみに、二点鎖線で示すよう
に、支持フレーム２の上面に、ボルトからなるストッパ
ピン３０の端部が螺着される。このストッパピン３０の
頭部は、上記固定スクロール翼１２のフランジ部２５上
面と狭小の間隙を存するように設けられる。すなわち、
固定スクロール翼１２が所定量以上、軸方向に移動す
る、浮き上がりがあると、フランジ部２５がストッパピ
ン３０の頭部に当接衝止され、それ以上の移動が規制さ
れることになる。

【００３９】一方、密閉ケース１の上部側面には吐出管
３１が接続されていて、これは背圧板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。

【００４０】上記密閉ケース１の下部側面には吸込管３
２が接続されていて、これは背圧板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。

【００４１】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３２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。

【００４２】この冷媒ガスは、旋回スクロール翼１１と
固定スクロール翼１２とで形成される圧縮空間ａの外周
側に吸込まれる。そして、旋回スクロール翼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。

【００４３】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３１を介して外部の凝縮器に
導かれる。

【００４４】なお、圧縮空間ａでの圧縮作用にともなっ
て、吐出ポート１５から吐出される高圧の冷媒ガスが一
旦高圧吐出室２２に充満して、固定スクロール翼１２の
中央部に高圧の背圧をかける。

【００４５】さらに、圧縮空間ａから中間圧のガスが中
間圧導入孔１７を介して中間圧室２３へ導かれ、ここに
充満して固定スクロール翼１２の周端部に中間圧の背圧
をかける。

【００４６】このようにして、通常の運転状態では、背
圧案内手段１４が固定スクロール翼１２に効果的な背圧
をかける。固定スクロール翼１２は、支持手段１３によ
って軸方向へ移動可能に支持されているが、上記背圧案
内手段１４の作用によって軸方向への移動を規制され、
旋回スクロール翼１１との圧縮空間ａを形成するクリア
ランスを最適な状態に保持する。

【００４７】運転条件によっては、圧縮空間ａに液冷媒
を吸い込むことがあり、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ａの圧力が
上回り、固定スクロール翼１２は軸方向に移動する。

【００４８】さらに述べれば、固定スクロール翼１２と
一体の支持ピン２７は支持フレーム２に設けられる掛止
孔２８に案内されて浮き上がることとなり、その結果、
旋回スクロール翼１１とで形成される圧縮空間ａのクリ
アランスが拡大する。

【００４９】圧縮空間ａ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。

【００５０】図３に示すように、圧縮運転中の固定スク
ロール翼１２は、圧縮空間ａ内で軸方向に発生するスラ
スト力Ｆthに対して、固定スクロール翼１２が軸方向に
移動しない（浮き上がらない）程度の押し付け力Ｆ'th
を固定スクロール翼１２背面に作用させるだけでよい。
すなわち、スラスト力Ｆth＜押し付け力Ｆ'th の関係に
ある。

【００５１】そして、圧縮空間ａが異常高圧になった場
合は、コンプライアンス機能が発揮することは上述した
通りであるが、このとき、支持フレーム２に設けられる
掛止孔２８と、ここに挿入される支持ピン２７との直径
の差であるクリアランスＣLの設定と、支持ピン２７と
掛合する掛止孔２８の掛合長さｌの設定により、固定ス
クロール翼１２の径方向への倒れが、旋回スクロール翼
１１の旋回運動を阻害しない角度θの範囲内に規制され
る。したがって、固定スクロール翼１２の径方向の倒れ
と位置ずれの発生がなく、旋回スクロール翼１１は円滑
な旋回運動を継続できる。

【００５２】なお、上記ピン体を、固定スクロール翼１
２のピン用孔２６にその上端部のみが圧入され、突出部
分が掛止孔２８に挿入される支持ピン２７とし、これを
掛止孔２８に所定のクリアランスをもって挿入したか
ら、支持手段１３に対する組立作業性の低減化が得られ
る。なお、ピン体は、これに限定されるものではない。

【００５３】たとえば図４（Ａ）に示すように、固定ス
クロール翼１２のフランジ部２５にねじ孔４０を設け、
ここにカラー４１を嵌挿した止めボルト４２の端部を螺
着する。カラー４１は止めボルト４２によって、固定ス
クロール翼１２の軸方向に沿って取付け固定される。

【００５４】すなわち、止めボルト４２に取付けられる
カラー４１が、上記実施例における支持ピン２７の作用
をなすとともに、このカラー４１の位置の微調整が可能
となる利点を有する。

【００５５】また、同図（Ｂ）に示すように、固定スク
ロール翼１２のフランジ部２５に、上記支持ピン２７と
同一の直径および全長を有するピン部４３を一体に設け
てもよい。この場合は、上記支持ピン２７や、カラー４
１および止めボルト４２などの、支持手段構成部品を特
に用意する必要がないとともに、取付け、組立手間が不
要となる利点がある。

【００５６】さらに、掛止孔２８からなる掛止部でなく
てもよい。たとえば図４（Ｃ）に示すように、支持フレ
ーム２のフランジ部２ａに、この周面が開放し、かつ径
方向の端部が平面視で半円状に形成されるキー溝掛止部
４４とする。

【００５７】ここに掛止される支持ピン２７、カラー４
１もしくはピン部４３は断面円形状であって、固定スク
ロール翼１２の軸方向への移動を許容するとともに、径
方向への倒れと位置ずれは、１８０°の位置で対向する
支持ピン２７、カラー４１もしくはピン部４３のうちの
一方のものが、キー溝掛止部４４の半円状端部に掛合し
て、いずれも規制されることとなる。

【００５８】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。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
縮空間の異常昇圧時に、固定スクロール翼の軸方向への
移動を許容して旋回スクロール翼とのクリアランスを広
げさせ圧縮空間のガスを逃して、異常応力の発生を阻止
する、いわゆるコンプライアンス機能を確実に発揮する
とともに、このときの固定スクロール翼の径方向の傾き
と位置ずれを確実に規制して、信頼性の向上を図れる効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、スクロール式圧縮機
の一部を省略した縦断面図。

【図２】同実施例の、圧縮機構部を分解した斜視図。

【図３】同実施例の、支持手段の作用を説明する図。

【図４】（Ａ）は、他の実施例である、支持ピンの変形
例。（Ｂ）は、さらに他の実施例である、支持ピンの変
形例。（Ｃ）は、さらに他の実施例である、掛止部の変
形例。

【符号の説明】

１１…旋回スクロール翼、１２…固定スクロール翼、ａ
…圧縮空間、１４…背圧案内手段、１３…支持手段、２
…支持フレーム、２８…掛止孔、２７…支持ピン、４２
…止めボルト、４１…カラー、４３…ピン部、４４…キ
ー溝掛止部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田井 裕一 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東 芝富士工場内 (56)参考文献 特開 平３−237283（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−255586（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−234502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定スクロール翼の渦巻状の翼部と、旋回
   スクロール翼の渦巻状の翼部とを噛合させ、これら翼部
   と各スクロール翼の鏡板部とで圧縮空間を形成し、旋回
   スクロール翼を旋回運動させて、圧縮空間に被圧縮ガス
   を吸込み、圧縮して吐出するスクロール式圧縮機におい
   て、上記固定スクロール翼の背面側にガス圧を作用さ
   せ、通常運転状態で固定スクロール翼の軸方向の移動を
   規制する背圧案内手段と、上記固定スクロール翼を軸方
   向に移動可能に支持し、圧縮空間が背圧案内手段による
   ガス圧を上廻る異常昇圧状態になったときに、固定スク
   ロール翼の軸方向への移動を許容して旋回スクロール翼
   とのクリアランスを広げさせ、圧縮空間のガスを逃がす
   支持手段とを具備し、上記支持手段は、上記固定スクロ
   ール翼鏡板部の外周部分を支持する支持フレームと、こ
   の支持フレームの固定スクロール翼鏡板部の支持部分に
   軸方向に沿って設けられる複数の掛止部と、それぞれの
   掛止部に微小のクリアランスをもって挿入され、固定ス
   クロール翼の軸方向への移動を許容し、かつ固定スクロ
   ール翼の径方向への傾きおよび位置ずれを規制する、固
   定スクロール翼に一体的に突設される複数のピン体とか
   らなることを特徴とするスクロール式圧縮機。
2. 【請求項２】上記ピン体は、その一部が固定スクロール
   翼に圧入固定され、他の大部分が固定スクロール翼から
   突出する複数の支持ピン、上記固定スクロール翼に止め
   ボルトにより取付け固定される複数のカラー、固定スク
   ロール翼に一体に突設される複数のピン部の、いずか一
   の形態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。