JP6207736B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機、冷凍機等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機として、揺動スクロールに作用する遠心力の一部または全部を相殺するバランスウェイト部をスライダー部に一体的に取り付けたバランスウェイト付きスライダーを備えたものがある（特許文献１、２参照）。スライダー部は回転軸の回転力を揺動スクロールに伝達するものであり、スライド穴を備え、このスライド穴に回転軸の上端に回転軸の軸心に対して偏心して設けられた偏心軸部が摺動自在に挿入されている。そして、スライダー部は、偏心軸部に対してスライド移動することにより揺動スクロールの揺動半径を可変とし、揺動スクロールの渦巻体側面を固定スクロールの渦巻体側面に押圧する押圧動作、あるいは揺動スクロールの渦巻体側面を固定スクロールの渦巻体側面から離間する離間動作を行うスライダー機構を構成している。

実開平４−４９６０２号公報（第７頁〜第９頁、第１図〜第３図） 特開平１０−２８１０８３号公報（第７頁、第８頁、図１−図５）

スクロール圧縮機では回転軸が撓んで傾斜し、運転周波数が増加して回転軸の傾斜が大きくなると、偏心軸部の上端部がスライダー部のスライド穴の内壁面に接触することがある。バランスウェイト付きスライダーの遠心力が揺動スクロールの遠心力より大きく設定されている場合、偏心軸部の上端部とスライダー部のスライド穴の内面との接触位置には、バランスウェイト付きスライダーの遠心力と揺動スクロールの遠心力との差分に対抗する反力が作用する。

この反力が作用する前記接触位置は、スライダー部の軸方向中央から大きく離れた位置であり、それ故、潤滑油によって発生する油膜圧力分布は軸方向に大きく偏り、運転中のスライダー部の姿勢制御が困難となる。このため、揺動軸受に対してスライダー部外周面は傾斜することとなり、揺動軸受の負荷容量は低下し、揺動軸受に対してスライダー部外周面が片当たりを起こして摩耗が生じたり、焼付きにより運転不能となったりする問題点があった。

よって、回転軸の撓みに起因した揺動軸受に対するスライダー部の傾斜を抑制することが求められている。しかし、特許文献１、２では、回転軸の撓みについて一切言及されておらず、回転軸の撓みに起因した揺動軸受に対するスライダー部の傾斜の抑制に対応できていないのが実情である。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、回転軸の傾きによる揺動軸受に対するスライダー部の片当たりを抑制することが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、容器内に設けられた固定スクロールと、固定スクロールに対して揺動する揺動スクロールと、揺動スクロールに回転駆動力を伝達する回転軸と、回転軸の一端側に回転軸に対して偏心して設けられた偏心軸部と、スライド穴を有するスライダー部およびバランスウェイト部を一体化した構成を有し、スライド穴に偏心軸部が挿入されて偏心軸部に対して回転軸の軸線と直角な面内でスライド穴に沿った移動が可能なバランスウェイト付きスライダーと、揺動スクロールに設けられ、バランスウェイト付きスライダーのスライダー部を回転自在に支持する揺動軸受とを備えており、バランスウェイト付きスライダーの遠心力が揺動スクロールの遠心力よりも大きくなるように設定されており、偏心軸部の偏心方向側の側面と側面に対向するスライド穴の内壁面との間において揺動軸受の軸方向中央部に一致する位置に、バランスウェイト付きスライダーのスライダー部が揺動軸受に対して平行な姿勢を保つようにバランスウェイト付きスライダーの姿勢を制御する姿勢制御手段として、偏心軸部の偏心方向側の側面とこの側面に対向するスライド穴の内壁面とのうちの一方に突出して設けられた１つの頂点を有する曲面を有する凸部を備えたものである。

本発明によれば、回転軸の傾きによる揺動軸受に対するスライダー部の片当たりを抑制することが可能となる。

本発明の本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５周りの横断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５の動作説明図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５に作用する力の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の運転周波数と渦巻体１ｂ、２ｂ同士の押付荷重Ｆｗとの関係を示すグラフである。 図４のＡ−Ａ断面における挙動を示す図である。 図４のＢ−Ｂ断面における挙動を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動軸受２ｄに作用する油膜圧力分布を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の変形例における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の変形例における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の他の変形例における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。 本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。 本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機について説明する。図１は、本発明の本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の構成を示す縦断面図である。
スクロール圧縮機は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、または給湯装置等の用途に用いられる冷凍サイクルの構成要素の１つとなるものであり、冷凍サイクルを循環する冷媒等の作動ガスを吸入して圧縮し、高温高圧の状態にして吐出するものである。なお、全図において、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、全図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

スクロール圧縮機は、固定スクロール１、揺動スクロール２、回転軸６、フレーム７、サブフレーム９が固定されたサブフレームプレート８、電動機１０、第１バランスウェイト６０および第２バランスウェイト６１等が密閉容器１００内に収容された構成を有している。フレーム７およびサブフレームプレート８は密閉容器１００に固定されている。フレーム７は固定スクロール１を固定配置する。また、フレーム７は揺動スクロール２に作用するスラスト力をスラスト面７ａにて軸方向に支持している。密閉容器１００の側面の一部には、作動ガスを吸入するための吸入管１０１が接続されている。密閉容器１００の上面には、圧縮した作動ガスを吐出するための吐出管１０２が接続されている。

固定スクロール１は、台板１ａと、台板１ａの一方の面に立設された渦巻体１ｂとを有している。台板１ａの略中央部には、圧縮された作動ガスを吐出するための吐出ポート２０が貫通して形成されている。吐出ポート２０の出口部には、バッフル４に形成された吐出ポート４ａが連通しており、吐出ポート４ａには、後述の圧縮室３が所定の圧力以上となった際に開く吐出バルブ１１が設けられている。また、バッフル４には、吐出バルブ１１を覆うように吐出マフラー容器１２が取り付けられている。

揺動スクロール２は、台板２ａと、台板２ａの一方の面に立設された渦巻体２ｂとを有している。揺動スクロール２の台板２ａにおいて渦巻体２ｂの形成面とは反対側の面の略中心部には、中空円筒形状のボス部２ｃが形成され、ボス部２ｃの内周面には揺動軸受２ｄが固定されている。揺動軸受２ｄには、回転軸６の一端（上端）に形成された偏心軸部６ａが後述のバランスウェイト付きスライダー５のスライダー部５ａを介して挿入されており、回転軸６の回転により揺動スクロール２が揺動（公転）運動するようになっている。なお、揺動スクロール２は、不図示のオルダム機構によって、固定スクロール１に対して自転することなく揺動運動する。揺動軸受２ｄは、例えば、銅鉛合金等の滑り軸受に使用される軸受け材料が圧入などにより固定され形成されている。

固定スクロール１と揺動スクロール２とは、渦巻体１ｂと渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせるようにして嵌合している。渦巻体１ｂと渦巻体２ｂとの間には、作動ガスを圧縮する圧縮室３が形成される。圧縮室３は、揺動スクロール２の揺動運動に伴って容積が変化するようになっている。

電動機１０は、電動機固定子１０ａと電動機回転子１０ｂとを備えている。電動機固定子１０ａは、密閉容器１００に焼嵌め等により固定されており、フレーム７に固定されたガラス端子（図示せず）にリード線（図示せず）で接続されて外部から電力を得ている。電動機回転子１０ｂは、回転軸６に焼嵌め等によって固定されており、電動機固定子１０ａへの通電により回転軸６と共に回転するようになっている。

回転軸６は、電動機１０の回転駆動力を揺動スクロール２に伝達し、揺動スクロール２を揺動させるものである。回転軸６の上部の主軸部６ｂは、フレーム７の中心部に設けられた主軸受７ｂにスリーブ１３を介して嵌合され、潤滑油による油膜を介して主軸受７ｂに対して回転自在に摺動する。回転軸６の下部の副軸部６ｃは、サブフレームプレート８の中心部に設けられた玉軸受からなる副軸受１４に嵌合され、潤滑油による油膜を介して副軸受１４に対して回転自在に摺動する。なお、副軸受１４は玉軸受以外の別の軸受構成のものとしても良い。主軸部６ｂおよび副軸部６ｃの軸心は、回転軸６の軸心と一致している。

回転軸６の上端には回転軸６の軸心とは偏心して突出する偏心軸部６ａが設けられている。偏心軸部６ａは、バランスウェイト付きスライダー５のスライダー部５ａに形成されたスライド穴５ａａ（図２参照）に挿入されている。

回転軸６の下端には、ポンプ要素１１２が取り付けられている。回転軸６の内部には、油の流路となる不図示の給油路が形成されている。密閉容器１００の底部に貯蔵される油は、ポンプ要素１１２により汲み上げられ、給油路を通って軸受等の摺動部に供給される。また、ポンプ要素１１２は、上端面で回転軸６を軸方向に支承する。

バランスウェイト付きスライダー５は、略円筒形状のスライダー部５ａにバランスウェイト部５ｂが固着された構成を有し、バランスウェイト付きスライダー５として一体化されている。バランスウェイト付きスライダー５は、一部材から形成されるものもあれば、複数の部材を相互に固着させることで一体化するものもある。

スライダー部５ａは回転軸６の回転力を揺動スクロール２に伝達するものであり、このスライダー部５ａに設けられたスライド穴５ａａに偏心軸部６ａが挿入されることによって、バランスウェイト付きスライダー５は、偏心軸部６ａに対して回転軸６の軸線と直角な面内でスライド穴５ａａに沿った移動が可能となっている。また、スライダー部５ａ自身は揺動軸受２ｄ内に回動自在に支持されている。そして、偏心軸部６ａがスライダー部５ａに挿入されている状態において、スライダー部５ａの軸心（中心軸）Ｙは回転軸６の軸心Ｙから所定寸法ｅ（図４参照）だけ偏心している。スライダー部５ａは、回転軸６が回転した際、偏心軸部６ａと一体的に回転することによって揺動スクロール２に揺動運動を与え、所定寸法ｅが揺動スクロール２の正規揺動半径となる。

バランスウェイト部５ｂは、回転軸６に対する偏心軸部６ａの偏心方向とは逆の反偏心方向に遠心力を発生させ、揺動スクロール２に作用する遠心力を相殺するものである。

以上のように構成したバランスウェイト付きスライダー５は、圧縮室３内の作動ガスの圧力による力、揺動スクロール２に作用する遠心力、およびバランスウェイト部５ｂに作用する遠心力等により、偏心軸部６ａに対して相対的に移動し、揺動スクロール２の揺動半径をその揺動運転中に自動的に調整する可変クランク機構を構成している。

この可変クランク機構により、バランスウェイト付きスライダー５が最大限、偏心方向に移動した状態（つまり、揺動スクロール２が正規揺動半径ｅの位置に位置した状態）では、固定スクロール１および揺動スクロール２の渦巻体側面間の隙間がゼロとなり固定スクロール１の渦巻体１ｂと揺動スクロール２の渦巻体２ｂとが互いに押圧する状態となる。一方、バランスウェイト付きスライダー５が反偏心方向に移動すると、固定スクロール１および揺動スクロール２の渦巻体１ｂ、２ｂ間に隙間が生じて固定スクロール１の渦巻体１ｂと揺動スクロール２の渦巻体２ｂとが離間する状態となる。

第１バランスウェイト６０および第２バランスウェイト６１は、揺動スクロール２およびバランスウェイト付きスライダー５により生じるアンバランスを相殺するものであり、回転軸６および電動機１０に設けられている。

次に、冷媒の流れについて説明する。吸入管１０１から密閉容器１００内のフレーム７の下部空間７０に流入した低圧冷媒は、フレーム７内に設置された２つの連通流路７ｃを通ってフレーム７の中部空間７１に流入する。中部空間７１に流入した低圧冷媒は、揺動スクロール２の揺動動作に伴って、固定スクロール１との間に形成された圧縮室３へと吸い込まれる。揺動スクロール２の揺動動作に伴う圧縮室３の幾何学的な容積変化によって冷媒は低圧から高圧へと昇圧され、吐出ポート２０、吐出ポート４ａおよび吐出バルブ１１を介して吐出マフラー容器１２内に吐出される。そして、吐出マフラー容器１２内に吐出された冷媒は、固定スクロール１の上部空間７２を経由して吐出管１０２から高圧冷媒として圧縮機外部へと吐出される。

図２は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５周りの横断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。図２および図３において左方向は回転軸６に対する揺動スクロール２の偏心方向、右方向は反偏心方向である。

回転軸６の偏心軸部６ａは、スライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面に常に摺動自在に接触する半円柱形状の凸部で構成された接触部６ｅを有している。回転軸６の偏心軸部６ａにはさらに、偏心方向側の側面に半球体形状の凸部で構成された接触部６ｆを有している。接触部６ｅおよび接触部６ｆは、揺動軸受２ｄの軸方向中央部に相当する高さ位置に設けられている。接触部６ｅおよび接触部６ｆは偏心軸部６ａに一体に形成されている。

また、接触部６ｆとスライド穴５ａａの偏心方向側の内壁面との間には、スライダー部５ａを偏心方向側に付勢して揺動スクロール２を偏心方向側に押圧する弾性体１７を備えている。弾性体１７は実施の形態１では皿ばねで構成されている。

次に、バランスウェイト付きスライダー５、偏心軸部６ａおよび揺動スクロール２の位置関係について説明する。
バランスウェイト付きスライダー５は偏心軸部６ａに対して相対的に偏心方向または反偏心方向に移動可能となっており、バランスウェイト付きスライダー５の位置に応じて揺動スクロール２の位置が変化する。以下では、揺動スクロール２の渦巻体２ｂが固定スクロール１の渦巻体１ｂに押圧する渦巻体押圧時と、揺動スクロール２の渦巻体２ｂが固定スクロール１の渦巻体１ｂから離間する渦巻体離間時とのそれぞれにおけるバランスウェイト付きスライダー５と偏心軸部６ａとの位置関係を次の図４を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５の動作説明図である。図４中の（ａ）は渦巻体押圧時、（ｂ）は渦巻体離間時を示している。図４において左方向は回転軸６に対する揺動スクロール２の偏心方向、右方向は反偏心方向である。また、図４においてＸは回転軸６の軸心、Ｙは揺動軸受２ｄの軸心（スライダー部５ａの軸心に同じ）を示している。以下、渦巻体押圧時、渦巻体離間時のそれぞれのスライダー部５ａと偏心軸部６ａとの位置関係について順に説明する。

図４（ａ）は、揺動スクロール２が正規揺動半径ｅで揺動運動するときのバランスウェイト付きスライダー５の位置を示しており、起動時（運転停止時）の初期位置でもある。そして、揺動スクロール２が正規揺動半径ｅの位置（初期位置）に位置した状態において、スライド穴５ａａと偏心軸部６ａの接触部６ｆとの間には、偏心方向に初期隙間５０ａが設定されており、バランスウェイト付きスライダー５は、初期位置から初期隙間５０ａの寸法δ０分だけ、偏心軸部６ａに対して相対的に反偏心方向に移動可能となっている。なお、バランスウェイト付きスライダー５が初期位置に位置した状態において弾性体１７はスライダー部５ａを偏心方向側に付勢して揺動スクロール２を偏心方向側に押圧しており、運転開始直後の初期起動性を確保する機能を有しているが、この点については後述する。

図４（ｂ）は、バランスウェイト付きスライダー５が図４（ａ）の初期位置から反偏心方向に寸法δ０分、移動して揺動スクロール２の渦巻体側面が固定スクロール１の渦巻体側面から離れた離間時のバランスウェイト付きスライダー５と偏心軸部６ａとの位置関係を示している。このときの渦巻体１ｂ、２ｂ同士の離間量は寸法δ０に相当する。すなわち、初期隙間５０ａの寸法δ０が渦巻体１ｂ、２ｂの離間量となるため、離間時にその隙間で生じる漏れを最小限に抑えることができるように寸法δ０は規定されている。

ここで、バランスウェイト付きスライダー５の半径方向に作用する力について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機のバランスウェイト付きスライダー５に作用する力の説明図である。
実施の形態１では、バランスウェイト付きスライダー５の遠心力Ｆｂを揺動スクロール２の遠心力Ｆｃ（図示せず）よりも大きく設定している。このため、バランスウェイト付きスライダー５の遠心力Ｆｂは揺動スクロール２の遠心力Ｆｃの全部を相殺し、かつ、遠心力Ｆｃとの差分で渦巻体１ｂ、２ｂを互いに引き離そうとする離間寄与荷重Ｆｒがバランスウェイト付きスライダー５の半径方向に作用する。このとき、離間寄与荷重Ｆｒは、

Ｆｒ＝Ｆｂ−Ｆｃ

となる。離間寄与荷重Ｆｒは、遠心力Ｆｃと遠心力Ｆｂとの差分によるため、スクロール圧縮機の運転周波数の二乗に比例して増加する。

また、スライダー部５ａには、スライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面と偏心軸部６ａとの間に備えられた弾性体１７により、スライダー部５ａを偏心方向に押圧する弾性力Ｆｓ、言い換えれば渦巻体１ｂ、２ｂを互いに押し付けようとする弾性力Ｆｓが作用する。弾性体１７の変形量が一定であれば、弾性力Ｆｓは運転周波数に係らず一定である。

また、スライド穴５ａａおよび偏心軸部６ａの向きは揺動スクロール２の偏心方向に対して所定量（傾斜角度）θだけ傾斜している。このため、作動ガスの圧力に対する反力（駆動伝達反力）Ｆｎの分力Ｆｎ・ｓｉｎθがさらにバランスウェイト付きスライダー５に作用する。この分力Ｆｎ・ｓｉｎθは、圧力条件が同一であれば、運転周波数に係らずほぼ一定である。これらの合力が渦巻体１ｂ、２ｂ同士を押し付けようとする押付寄与荷重Ｆｐとしてバランスウェイト付きスライダー５の半径方向に作用する。この押付寄与荷重Ｆｐは、

Ｆｐ＝Ｆｓ＋Ｆｎ・ｓｉｎθ

となる。押付寄与荷重Ｆｐは、弾性力Ｆｓと分力Ｆｎ・ｓｉｎθとを加算した荷重であるため、運転周波数に係らず一定である。

以上の離間寄与荷重Ｆｒと押付寄与荷重Ｆｐとにより、渦巻体１ｂ、２ｂ同士を押し付けようとする押付荷重Ｆｗがバランスウェイト付きスライダー５に対して偏心方向に作用する。この押付荷重Ｆｗは、

Ｆｐ−Ｆｒ＞０のとき、
Ｆｗ＝Ｆｐ−Ｆｒ

Ｆｐ−Ｆｒ≦０のとき、
Ｆｗ＝０
となる。なお、前述の駆動伝達反力Ｆｎは、圧縮室３内部での圧縮動作に伴う作動ガスの圧力に基づく力であるため、運転停止時や運転開始直後においては押付荷重Ｆｗに影響しない。

図６は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の運転周波数と渦巻体１ｂ、２ｂ同士の押付荷重Ｆｗとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は運転周波数を示し、縦軸は押付荷重Ｆｗを示している。なお、図中の実線はＦｗを、点線はＦｐ−Ｆｒの値を示している。
実施の形態１では、バランスウェイト付きスライダー５の遠心力Ｆｂ、揺動スクロール２の遠心力Ｆｃ、弾性体１７の弾性力Ｆｓ、傾斜角度θを規定する。これにより、所定の運転周波数Ｎ＊未満の運転範囲において押付荷重Ｆｗ＞０となり、渦巻体１ｂ、２ｂは互いに押圧動作する（図４（ａ）の状態）。

一方、所定の運転周波数Ｎ＊以上の運転範囲において押付荷重Ｆｗ＝０となり、渦巻体１ｂ、２ｂは互いに離間動作する（図４（ｂ）の状態）。

つまり、起動時から所定の運転周波数Ｎ＊に至るまでは離間寄与荷重Ｆｒが小さく、弾性力Ｆｓと分力Ｆｎ・ｓｉｎθとの合力である押付寄与荷重Ｆｐの方が離間寄与荷重Ｆｒより大きいため、バランスウェイト付きスライダー５は、図４（ａ）に示す初期位置に位置している。そして、運転周波数が所定の運転周波数Ｎ＊以上となると、離間寄与荷重Ｆｒが大きくなっていき、押付寄与荷重Ｆｐ以上となると、図４（ｂ）に示すようにバランスウェイト付きスライダー５が偏心軸部６ａに対して相対的に反偏心方向に移動し、これに伴い、揺動スクロール２も反偏心方向（つまり揺動半径を縮める方向）に移動する。

所定の運転周波数Ｎ＊以上の運転範囲において押付荷重Ｆｗは０となり、両渦巻体１ｂ、２ｂは互いに離間動作する（図４（ｂ）の状態）。このように、ガス漏れによる損失の寄与度が大きい低速運転では渦巻体１ｂ、２ｂ同士が押圧動作し、摺動による損失の寄与度が大きい高速運転では渦巻体１ｂ、２ｂ同士が離間動作することで、広範な運転範囲において圧縮機の性能を向上することができる。さらに、弾性体１７によって運転停止時から押付荷重Ｆｗを付与することにより、確実に圧縮室３内部での圧縮動作を補助することで、運転開始直後の初期起動性を確保することができる。さらに、上述したように渦巻体１ｂ、２ｂの離間量を許容する初期隙間５０ａ（図４中に図示）の寸法δ０を規定することで、両渦巻体１ｂ、２ｂの離間時における渦巻体側面間の隙間を管理し、離間時にその隙間で生じる漏れを最小限に抑えている。

次に、偏心軸部６ａに設けた接触部６ｅおよび接触部６ｆの作用について説明する。接触部６ｅは偏心軸部６ａにおいて回転軸６の回転駆動力を揺動スクロール２に伝達するものであり、偏心軸部６ａに接触部６ｅを設ける点および接触部６ｅを半円筒状に構成する点自体は従来公知であるが、ここではまず接触部６ｅの作用について説明し、続いて本発明の特徴部分である接触部６ｆの作用について説明する。

図７は、図４のＡ−Ａ断面における挙動を示す図で、（ａ）は運転停止状態、（ｂ）は運転開始後の回転軸６の傾斜状態を示している。図７において符号３０は偏心軸部６ａの中心軸を示している。

運転停止時には、偏心軸部６ａとスライダー部５ａとは図７（ａ）に示すように互いに平行な状態にある。また、回転軸６の回転駆動力をスライダー部５ａに伝達するために、図４（ａ）および図７（ａ）に示すように、接触部６ｅはスライダープレート（図示せず）を介してスライド穴５ａａの内壁面に接触している。そして、運転開始すると、バランスウェイト部５ｂ、第１バランスウェイト６０および第２バランスウェイト６１の遠心力、駆動伝達反力Ｆｎの分力Ｆｎ・ｃｏｓθ等により、回転軸６の上端部側が接触部６ｅ側（以下、回転力伝達方向側）および接触部６ｆ側（つまり、偏心方向側）に撓んで傾斜する。

接触部６ｅは回転軸６の回転力伝達方向側の傾斜に対して作用するものであり、回転軸６の上端部側が回転力伝達方向側に傾斜すると、偏心軸部６ａが、図７（ｂ）に示すように、運転停止時の偏心軸部６ａの中心軸３０に対して傾斜した姿勢となる。ここで、接触部６ｅは半円筒形状であるため、偏心軸部６ａの傾斜角度に係らずスライダー部５ａの姿勢を揺動軸受２ｄに平行な姿勢に制御したまま接触部６ｅをスライダー部５ａに接触させることができる。

次に、本発明の特徴部分である接触部６ｆの作用について説明する。接触部６ｆは偏心方向側の傾斜に対して作用するものである。本発明は、回転軸６の撓みに起因した偏心軸部６ａの偏心方向の傾きをスライダー部５ａに伝えないようにすることで、揺動軸受２ｄに対するスライダー部５ａの傾斜を抑制することを目的としており、そのための手段として姿勢制御手段としての接触部６ｆを設けている。

図８は、図４のＢ−Ｂ断面における挙動を示す図で、（ａ）は運転停止状態、（ｂ）は運転開始後の回転軸６の傾斜状態を示している。図８において符号３０は偏心軸部６ａの中心軸を示している。図９は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動軸受２ｄに作用する油膜圧力分布を示す図である。

渦巻体１ｂ、２ｂが互いに押圧する押圧動作時の運転周波数（所定の運転周波数Ｎ＊未満）では、図８（ａ）に示すように接触部６ｆとスライド穴５ａａとの間に初期隙間５０ａがあるため、偏心軸部６ａが運転停止時の中心軸３０に対して偏心方向側に傾斜しても、偏心軸部６ａは接触部６ｆも含めてスライダー部５ａに接触しない。

一方、渦巻体１ｂ、２ｂが互いに離間する離間動作時の運転周波数（所定の運転周波数Ｎ＊以上）では、上述したように接触部６ｆとスライド穴５ａａとが接触する。つまり、離間動作時において偏心軸部６ａはスライダー部５ａの内壁面に対して接触部６ｅ、６ｆの２カ所で接触する。そして、接触部６ｅを半円筒形状、接触部６ｆを半球体形状とすることで、２カ所接触においてもスライダー部５ａを傾斜させることなく運転することが可能である。この時、接触部の微小弾性変形を無視すれば、接触部６ｅは線接触状態、接触部６ｆは点接触状態となる。

さらに、半球面形状の接触部６ｆを揺動軸受２ｄの軸方向中央部に設置しているため、接触部６ｅで生じる接触荷重が揺動軸受２ｄの軸方向中央部に相当する位置に作用する。よって、揺動軸受２ｄの油膜圧力分布は、図９に示すように揺動軸受２ｄの軸方向中央部を最大とした分布となり、すなわち、偏りのない分布となる。その結果、スライダー部５ａを揺動軸受２ｄに対して平行な姿勢に維持することが可能となる。

以上説明したように本実施の形態１では、偏心軸部６ａの偏心方向側の側面において揺動軸受２ｄの軸方向中心部に一致する位置に半球体形状の接触部６ｆを設けた。これにより、回転軸６の上端部側が偏心方向側に撓んで傾斜した場合に、接触部６ｆを支点として偏心軸部６ａがスライダー部５ａに対して傾斜し、このときに揺動軸受２ｄに作用する油膜圧力が揺動軸受２ｄの軸方向中央部を中心として軸方向に略対称に分布する。このため、運転中のスライダー部５ａを揺動軸受２ｄに対して傾斜することなく平行な姿勢に制御できる。これにより、揺動軸受２ｄの負荷容量を確保し、揺動軸受２ｄに対するスライダー部５ａ外周面の片当たりによる摩耗や焼付きを抑制することができる。

また、弾性体１７によって運転停止時から渦巻体側面に初期押付力（押付荷重Ｆｗ）を付与することにより、確実に圧縮室３内部での圧縮動作を補助することで、運転開始直後の初期起動性を確保することができる。なお、本実施の形態１では弾性体１７を設けた構成としたが、弾性体１７を設けない構成においてもスライダー部５ａの姿勢制御に接触部６ｆは有効である。

また、弾性体１７を皿ばねとし、接触部６ｆを囲むように配置するようにしたので、スライダー部５ａのスライド穴５ａａに初期押付力を確保するための弾性体１７を収納したまま、揺動軸受２ｄに対してスライダー部５ａ外周面を傾斜させることなく運転することが可能である。

また、本実施の形態１では、偏心軸部６ａの偏心方向側の側面に接触部６ｆを設けた構成としたが、図１０のように、スライド穴５ａａの偏心方向側の内壁面に接触部６ｆを設けた構成としてもよい。

また、スライド穴５ａａおよび偏心軸部６ａを軸方向から見た形状を本実施の形態１では平行四辺形としたが、この形状に限らず、他の形状としてもよい。例えば、長方形としてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２は接触部６ｆの形状が実施の形態１と異なるものであり、本実施の形態２で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とする。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。図中（ａ）は全体図、（ｂ）は詳細図である。
実施の形態２のスクロール圧縮機は、接触部６ｆの形状を実施の形態１の半球体形状としたものであり、いわば、「スライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面に対して１つの点で接触する凸曲面を有する形状」であった。これに対し、実施の形態２は、「一方向に延びた形状であって、且つ、スライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面に対して１つの点で接触する凸曲面を有する形状」としたものである。この形状として、具体的には、「円弧２１ａを、その円弧２１ａに直交する別の円弧２１ｂに沿って移動させて得た軌跡で形成された凸曲面を有する形状」としたものである。（トーラス面の外周を構成する部分的な面形状である。）

接触部６ｆは、実施の形態１と同様に揺動軸受２ｄの軸方向中央部に相当する位置において偏心軸部６ａと一体に形成されている。また、接触部６ｆの形状を「円弧２１ａを、その円弧２１ａに直交する別の円弧２１ｂに沿って移動させて得た軌跡で形成された凸曲面を有する形状」としたことに伴い、弾性体１７の形状が図３に図示した形状から変更されている。

本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、接触部６ｆを「円弧２１ａを、その円弧２１ａに直交する別の円弧２１ｂに沿って移動させて得た軌跡で形成される凸曲面を有する形状」としたことにより、以下の効果が得られる。すなわち、円弧形状の刃先を有する刃物を歯先円弧に対して直交する方向の円弧に沿って移動しながら加工できるため、接触部の頂点を高い切削速度で加工できる。このため、接触部先端の高さ寸法を高精度で加工して、渦巻非接触時の離間量を精密に規定できるので、非接触時の漏れ損失をさらに低減することができる。

なお、「一方向に延びた形状であって、且つ、スライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面に対して１つの点で接触する凸曲面を有する形状」は、図１１に示した形状に限定されるものではなく、例えば次の図１２のように変形実施可能である。

図１２は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の変形例における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。図中（ａ）は全体図、（ｂ）は詳細図である。
この変形例では、接触部６ｆを「１つの曲面上に異なる曲率を有する楕円半球形状」としたものである。接触部６ｆは、実施の形態１と同様に揺動軸受２ｄの軸方向中央部に相当する位置において偏心軸部６ａと一体に形成されている。

この変形例においても実施の形態１と同様の効果が得られる。

上記実施の形態１、２のように姿勢制御手段は要するに以下のように形成されていればよい。すなわち、姿勢制御手段は、偏心軸部６ａとスライダー部５ａのスライド穴５ａａの内壁面との間に凸曲面を有し、運転周波数Ｎ＊以上となってスライダー部５ａが遠心力等で反偏心方向に移動した際に、１つの点で点接触する凸曲面を有していればよい。つまり、凸曲面は、偏心方向を軸とした場合に、最も高い１つの点（頂点）を有するような曲面とすればよい。

遠心力等により偏心軸部６ａがスライダー部５ａに対して傾斜すると、スライド穴５ａａの上端と下端とで隙間が変化する。その変化の差よりも凸曲面の凸部の高さを十分に高くすると、傾斜した場合も凸曲面の１つの点で点接触することができる。

凸曲面は球面、トーラス面、楕円球面以外にも、滑らかな凸の３次元曲面とするとよい。このような形状では、接触部６ｆとその対向面（すなわちスライド穴５ａａの内壁面）との接触力が増加した場合に凸曲面が弾性変形して点接触する微小面積が広がり、接触部６ｆの摩耗、損傷を少なくでき、長寿命化できる。凸曲面は精度の点で偏心軸部６ａと一体に加工されることが望ましいが、凸曲面の部品を別に形成して偏心軸部６ａと一体に組み合わせてもよい。摩耗防止のために凸曲面の表面は、偏心軸部６ａの材料よりも硬度が高くなるような処理（窒化処理など）、材料で形成されていても長寿命化できるのでよい。また、凸曲面の頂点が接触する対向面側も同様な処理がされていてもよい。

また、加工を容易とする観点から、スライド穴５ａａの内壁面と対向する、偏心軸部６ａの偏心方向側の側面に凸曲面を形成したが、スライド穴５ａａの内壁面側に凸曲面を形成した場合も同様な効果が得られる。要するに、接触部６ｆは、偏心軸部６ａの偏心方向側の側面と、その側面に対向するスライド穴５ａａの内壁面とのうちの一方に突出して設けられた１つの頂点を有する曲面の凸部であるとよい。

図１３は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の他の変形例における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの斜視図である。
図１３に示すように、弾性体１７を保持するためのくぼみ（リング状の溝）６ｇを偏心軸部６ａに設置してもよい。このくぼみ６ｇに弾性体１７の一部を挿入することで、弾性体１７のずれを防止することができる。なお、くぼみ６ｇの形成位置は偏心軸部６ａ側に限られたものではなく、スライド穴５ａａの内壁側としてもよい。

このようにくぼみ６ｇを設けることで、弾性体１７の位置ずれによって接触部６ｆと弾性体１７とが予期せぬ位置で接触して誤作動することを防ぐことができる。また、くぼみ６ｇに弾性体１７の一部を挿入する代わりに、弾性体１７の一方の端を固定してもよい。なお、くぼみ６ｇは図１１に示した接触部６ｆが形成された構成に対しても適用可能である。

実施の形態３．
実施の形態３は、初期起動性を確保するための弾性体の構成が実施の形態１と異なるものであり、本実施の形態３で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とする。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。
実施の形態３のスクロール圧縮機は、実施の形態１の皿ばねで構成した弾性体１７に代えて、複数のコイルばね１８を備えている。複数のコイルばね１８は接触部６ｆの周囲を囲むようにして設置され、実施の形態１の弾性体１７と同様の作用を有し、初期起動性を確保する。コイルばね１８は、引張ばねでも圧縮ばねでも良い。

本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態３では、スライド穴５ａａの内壁面において、接触部６ｆと接触する部分の周囲にくぼみ３１が形成されている。このくぼみ３１は、図１３に示した実施の形態２のくぼみ６ｇと同様の作用効果を有するものである。すなわち、くぼみ３１にコイルばね１８の一部が挿入され、コイルばね１８のずれを防止している。くぼみ３１の形成位置は、スライド穴５ａａの内壁側に限られたものではなく、偏心軸部６ａ側としてもよい。

実施の形態４．
実施の形態４は、初期起動性を確保するための構成が実施の形態１と異なるものであり、本実施の形態４で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とする。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図１５は、本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。
上記実施の形態１では初期起動性を確保するために弾性体１７を用いていたが、実施の形態４では、スライダー部５ａに磁石１９を備え、さらに接触部６ｆの全体または磁石１９と対向する部分を磁石で構成することで、初期起動性を確保するようにしている。なお、磁石１９と接触部６ｆの磁石部分とは本発明に係る磁力発生手段を構成している。

このように構成されたスクロール圧縮機では、起動時（運転停止時）において弾性力Ｆｓに代えて磁石１９と接触部６ｆとの吸引力がスライダー部５ａに作用し、初期起動性を確保することができる。

本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、スライダー部５ａに磁石１９を備え、さらに接触部６ｆを磁石で構成したので、以下の効果が得られる。すなわち、スライダー部５ａのスライド穴５ａａに弾性体１７を収納することなく、実施の形態１と同等の初期起動性を確保することができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、部品点数の削減に関するものであり、本実施の形態５で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とする。以下、実施の形態５が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図１６は、本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機における回転軸６の偏心軸部６ａ周りの断面図である。
上記実施の形態１では弾性体１７を用いていたが、実施の形態５では弾性体１７を用いない構成としたものである。なお、離間量を許容する初期隙間５０ａは実施の形態１と同様に所定の寸法δ０に規定されており、両渦巻体１ｂ、２ｂの離間時における渦巻体側面間の隙間を管理し、離間時にその隙間で生じる漏れを最小限に抑えている。

なお、実施の形態５では弾性体１７を用いないため弾性力Ｆｓはゼロである。よって、実施の形態１と比較すると、実施の形態５におけるバランスウェイト付きスライダー５に作用する押付荷重Ｆｗは、図６の実線のグラフを下方向に移動したグラフとなり、グラフと荷重ゼロとの交点である運転周波数Ｎ＊以上では押付荷重Ｆｗはゼロとなる。すなわち、弾性体１７を用いない場合、弾性体１７を用いる場合に比べて低い運転周波数で渦巻体１ｂ、２ｂ同士が離間する挙動となる。

このように、低い運転周波数で渦巻体１ｂ、２ｂ同士が離間しても、初期隙間５０ａは微少に規定されているため、隙間漏れを抑制することができ、圧縮室３において十分な昇圧動作が可能となる。そして、作動ガスの圧力に対する反力（駆動伝達反力）Ｆｎの分力Ｆｎ・ｓｉｎθによって起動時より渦巻体１ｂ、２ｂ同士を押圧することができる。

以上説明したように実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、また、弾性体を用いないため、実施の形態１に比べて部品点数を低減でき、低コスト化を図ることができる。また、スライダー部５ａの内部に弾性体１７を収納することなく、実施の形態１と同等の初期起動性を確保することができる。

なお、上記各実施の形態１〜５においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてスクロール圧縮機を構成してもよい。また、各実施の形態１〜５のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。

１ 固定スクロール、１ａ 台板、１ｂ 渦巻体、２ 揺動スクロール、２ａ 台板、２ｂ 渦巻体、２ｃ ボス部、２ｄ 揺動軸受、３ 圧縮室、４ バッフル、４ａ 吐出ポート、５ バランスウェイト付きスライダー、５ａ スライダー部、５ａａ スライド穴、５ｂ バランスウェイト部、６ 回転軸、６ａ 偏心軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、６ｅ 接触部、６ｆ 接触部、６ｇ くぼみ、７ フレーム、７ａ スラスト面、７ｂ 主軸受、７ｃ 連通流路、８ サブフレームプレート、９ サブフレーム、１０ 電動機、１０ａ 電動機固定子、１０ｂ 電動機回転子、１１ 吐出バルブ、１２ 吐出マフラー容器、１３ スリーブ、１４ 副軸受、１７ 弾性体、１８ コイルばね、１９
磁石、２０ 吐出ポート、２１ａ 円弧（第１円弧）、２１ｂ 円弧（第２円弧）、３０ 偏心軸部の中心軸、３１ くぼみ、５０ 揺動スクロール、５０ａ 初期隙間、６０
第１バランスウェイト、６１ 第２バランスウェイト、７０ 下部空間、７１ 中部空間、７２ 上部空間、１００ 密閉容器、１０１ 吸入管、１０２ 吐出管、１１２ ポンプ要素。

Claims (9)

1. 容器内に設けられた固定スクロールと、前記固定スクロールに対して揺動する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに回転駆動力を伝達する回転軸と、前記回転軸の一端側に前記回転軸に対して偏心して設けられた偏心軸部と、スライド穴を有するスライダー部およびバランスウェイト部を一体化した構成を有し、前記スライド穴に前記偏心軸部が挿入されて前記偏心軸部に対して前記回転軸の軸線と直角な面内で前記スライド穴に沿った移動が可能なバランスウェイト付きスライダーと、前記揺動スクロールに設けられ、前記バランスウェイト付きスライダーの前記スライダー部を回転自在に支持する揺動軸受とを備えており、
   前記バランスウェイト付きスライダーの遠心力が前記揺動スクロールの遠心力よりも大きくなるように設定されており、前記偏心軸部の偏心方向側の側面と前記側面に対向する前記スライド穴の内壁面との間において前記揺動軸受の軸方向中央部に一致する位置に、前記バランスウェイト付きスライダーの前記スライダー部が前記揺動軸受に対して平行な姿勢を保つように前記バランスウェイト付きスライダーの姿勢を制御する姿勢制御手段として、前記偏心軸部の偏心方向側の側面と前記側面に対向する前記スライド穴の内壁面とのうちの一方に突出して設けられた１つの頂点を有する曲面を有する凸部を備えたスクロール圧縮機。
2. 前記凸部は半球体形状の凸部である請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記凸部は、第１円弧を、第１円弧に直交する第２円弧に沿って移動させて得た軌跡で形成された凸曲面を有する形状である請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 前記凸部は、１つの曲面上に異なる曲率を有する楕円半球形状である請求項１記載のスクロール圧縮機。
5. 前記スライダー部を偏心方向側に付勢して前記揺動スクロールを偏心方向側に押圧する弾性体を備えた請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記弾性体は皿ばねである請求項５記載のスクロール圧縮機。
7. 前記弾性体はコイルばねである請求項５記載のスクロール圧縮機。
8. 前記偏心軸部の偏心方向側の側面と前記側面に対向する前記スライド穴の内壁面とのうちの一方に、前記弾性体の一部を収容するくぼみを有する請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記偏心軸部の偏心方向側の側面と前記側面に対向する前記スライド穴の内壁面とを磁気吸着させる磁力を発生する磁力発生手段を備えた請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。

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