JP6371087B2 - 分離された背圧室を有するスクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、分離された背圧室を有するスクロール圧縮機に関し、特に、固定スクロールと旋回スクロールとの間をシールするための背圧チャンバが固定スクロールの上方に位置する形態のスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、螺旋状のラップを有する固定スクロールと固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールを用いる圧縮機であって、固定スクロールと旋回スクロールとが噛み合って回転してそれらの間に形成される圧縮室の容積が旋回スクロールの旋回運動により減少し、それにより流体の圧力が上昇して固定スクロールの中心部に形成された吐出口から吐出される形態の圧縮機である。

このようなスクロール圧縮機は、旋回スクロールが旋回する間吸入、圧縮及び吐出が連続的に行われるという特徴を有し、それにより原則的に吐出バルブ及び吸入バルブを必要とせず、部品点数が少ないことから構造が簡単であるだけでなく、高速回転が可能であるという特徴を有する。また、圧縮に必要なトルクの変動が少なく、吸入及び圧縮が連続的に行われるので、振動及び騒音が少ないという利点を有する。

このようなスクロール圧縮機においては、固定スクロールと旋回スクロール間の漏洩防止及び潤滑が重要である。固定スクロールと旋回スクロール間の漏洩を防止するためには、ラップの端部と鏡板部の表面とを密着させて圧縮された冷媒が漏洩しないようにしなければならない。それに対して、旋回スクロールが固定スクロールに対して円滑に旋回運動できるようにするためには、摩擦による抵抗を最小限に抑えなければならない。すなわち、漏洩と潤滑とは相反関係にある。つまり、ラップの端部と鏡板部の表面とを強く密着させると、漏洩面では有利であるが、摩擦が大きくなって騒音及び摩耗による損傷が増加するのに対して、密着強度を低下させると、摩擦は小さくなるが、シール力が減少して漏洩が増加する。

よって、従来は、旋回スクロール又は固定スクロールの背面に、吐出圧と吸入圧の間の値と定義される中間圧を有する背圧室を形成することにより、シール及び摩擦の問題を解決してきた。すなわち、旋回スクロールと固定スクロールとの間に形成される複数の圧縮室のうち中間圧を有する圧縮室に連通する背圧室を形成し、旋回スクロールと固定スクロールを適度に密着させることにより、漏洩及び潤滑の問題を解決してきた。

一方、背圧室が旋回スクロールの底面に位置する場合を便宜上「下部背圧式スクロール圧縮機」といい、背圧室が固定スクロールの上面に位置する場合を便宜上「上部背圧式スクロール圧縮機」という。下部背圧式スクロール圧縮機は、構造が簡単でバイパス孔などを容易に形成できるという利点があるが、旋回運動する旋回スクロールの底面に背圧室が位置することから、背圧室の形態及び位置が旋回スクロールの旋回運動によって変化するので、旋回スクロールがチルトして振動及び騒音が発生する恐れがあり、漏洩を防止するために挿入されるＯリングが摩耗しやすいという問題があった。一方、上部背圧式スクロール圧縮機は、相対的に構造が複雑であるが、背圧室の形態及び位置が変化しないので、旋回スクロールがチルトする恐れがなく、背圧室のシールが良好であるという利点を有する。

このような上部背圧式スクロール圧縮機の一例として、特許文献１（発明の名称：ベアリングハウジングを加工する方法及びベアリングハウジングを含むスクロールマシン）が挙げられる。図８は特許文献１に開示された従来の上部背圧式スクロール圧縮機を示す断面図である。図８を参照すると、スクロール圧縮機１は、ケーシング１０内に固定設置されるメインフレーム２０の上部で旋回運動するように配置される旋回スクロール３０と、旋回スクロール３０と噛み合う固定スクロール４０とを含む。また、固定スクロール４０の上部には、背圧室ＢＰが形成されており、背圧室ＢＰを密閉するフローティングプレート６０が吐出流路４５の外周面に沿って上下に摺動可能に設置されている。また、フローティングプレート６０の上方には、吐出カバー２が設けられ、圧縮機の内部空間を吸入空間Ｓと吐出空間Ｄとに区画する。

また、フローティングプレート６０と背圧室ＢＰとの間には、リップシール（図示せず）が設けられ、背圧室ＢＰからの漏洩を防止する。

背圧室ＢＰは前記圧縮室の１つに連通して中間圧が加わり、それにより、フローティングプレート６０には上方への圧力が加わり、固定スクロール４０には下方への圧力が加わる。つまり、背圧室ＢＰの圧力により、フローティングプレート６０は、上昇してその端部が吐出カバー２に接することで吐出空間Ｄを密閉し、固定スクロール４０は、下方に移動して旋回スクロール３０に密着する。それにより、固定スクロール４０と旋回スクロール３０との間が効果的にシールされる。

韓国公開特許第１０−２００１−００４９６９１号公報

一方、フローティングプレート６０は、背圧室ＢＰの表面に接した状態で、前述したように圧縮機の動作中に上下に摺動し続けるので、潤滑性及び高耐摩耗性が要求される。また、固定スクロール４０は、鋳造方式で製造され、その材質が鋳鉄であり、材質の特性上表面が粗いので、前記リップシールが固定スクロール４０の表面に沿って摺動を繰り返すと、摩耗し、長期間の使用によりシール性が低下するという問題があった。さらに、固定スクロール４０は、表面粗さが所望のレベルになるように加工することが困難であるだけでなく、加工過程で固定スクロール４０の鏡板部やラップが変形するという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、フローティングプレートに備えられる漏洩防止手段の摩耗を最小限に抑えることのできるスクロール圧縮機を提供することにある。

本発明の他の技術的課題は、製造過程が容易であり、かつ製造過程で既に加工された固定スクロールの変形を最小限に抑えることのできるスクロール圧縮機を提供することにある。

上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、ケーシングと、前記ケーシングの内部に固定され、前記ケーシングの内部を吸入空間と吐出空間とに区画する吐出カバーと、前記吐出カバーから離隔して配置されるメインフレームと、前記メインフレーム上に支持された状態で旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールに対して上下方向に移動可能に設けられ、前記旋回スクロールと共に吸入室、中間圧室及び吐出室を形成する固定スクロールと、前記吐出カバーの下部で前記固定スクロールに固定され、上部が開放されて前記中間圧室に連通する空間部を備える背圧プレートと、前記空間部を密閉するように前記背圧プレートに移動可能に結合されて背圧室を形成するフローティングプレートとを含む、スクロール圧縮機が提供される。

本発明の一態様においては、固定スクロールを背圧室が含まれる部分とラップ部及び鏡板部が含まれる部分とに分割して形成し、両者を結合手段で結合することにより、表面粗さが所望のレベルになるように加工する場合、固定スクロール全体ではなく、背圧室が含まれる部分、すなわち背圧プレートのみを別途加工することができるので、加工過程でラップ部及び鏡板部が損傷することを防止することができ、潤滑性を向上させるための表面処理などを容易に行うことができる。

ここで、前記吸入室、中間圧室及び吐出室とは、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとにより形成される複数の圧縮室を意味するものである。具体的には、前記吸入室とは、冷媒を吸入して圧縮を開始する直前の圧縮室をいい、前記吐出室とは、吐出口に連通して吐出が開始されるか吐出が行われている圧縮室をいい、前記中間圧室とは、前記吸入室と前記吐出室との間に位置して圧縮が行われている圧縮室をいう。

前記背圧プレートと前記固定スクロールとは異なる材質からなり、それぞれの用途に応じて最適な材質を選択することができる。例えば、前記固定スクロールは、従来のように安価で鋳造に適した鋳鉄で製造し、前記背圧室を形成する背圧プレートは、表面粗さを相対的に向上させることができるようにアルミニウム合金で製造する。

また、前記背圧プレートは、前記固定スクロールの上面に接するリング状の支持プレートと、前記支持プレートの内側空間部を囲むように形成される第１環状壁と、前記第１環状壁の外周部に位置する第２環状壁とを含んでもよい。

さらに、前記支持プレートには複数のボルト締結孔が形成され、前記ボルト締結孔を貫通するボルトにより前記背圧プレートと前記固定スクロールとが締結されるようにしてもよい。

さらに、前記フローティングプレートがリング状に形成され、前記第１環状壁の外周面が前記フローティングプレートの内周面に接し、かつ前記第２環状壁の内周面が前記フローティングプレートの外周面に接するように、前記背圧プレートと前記フローティングプレートとが結合されるようにしてもよい。

さらに、前記フローティングプレートと前記背圧プレートとの間をシールするためのＯリング、並びに前記Ｏリングを固定するための第１及び第２シール挿入溝が備えられてもよい。ここで、前記Ｏリングは移動する部材よりは固定された部材に設けられることが有利であるので、前記第１シール挿入溝は、前記背圧プレートの第２環状壁の内周面に形成し、前記第２シール挿入溝は、前記背圧プレートの第１環状壁の外周面に形成する。しかし、前記第１環状壁は、前記第２環状壁に比べて薄く直径が小さいことから加工が容易でないので、場合によっては、前記第２シール挿入溝は、前記第１環状壁に対向する前記フローティングプレートの内周面に形成してもよい。

さらに、前記第２環状壁は、前記支持プレートの外周面に配置されてもよい。つまり、前記背圧プレートは、断面略Ｕ字状に形成されるようにしてもよい。

さらに、前記第２環状壁は、前記支持プレートの外周面から内側に離隔して配置されてもよい。つまり、前記第２環状壁の外側にフランジが形成されるようにしてもよい。ここで、前記支持プレートには前記第２環状壁の半径方向外側に複数のボルト締結孔が形成され、前記ボルト締結孔を貫通するボルトにより前記背圧プレートと前記固定スクロールとが締結されるようにしてもよい。

一方、前記背圧プレートと前記固定スクロールとの接触面には、シール手段が設けられてもよい。これにより、吐出される冷媒が前記背圧プレートと前記固定スクロールとの間から漏洩することを防止することができる。

一方、前記固定スクロールは、前記中間圧室に連通する中間圧吐出口を含み、前記背圧プレートは、前記中間圧吐出口に連通する中間圧吸入口を含むようにし、それにより、中間圧が前記背圧室の内部に加わるようにすることができる。この場合、前記中間圧吐出口と前記中間圧吸入口との間の冷媒の漏洩を防止するためのシール手段が備えられてもよい。

さらに、前記吐出空間の冷媒が前記固定スクロール側に逆流することを防止するチェックバルブが設けられてもよい。ここで、前記第１環状壁の内部空間は、前記固定スクロールに形成される吐出口と前記吐出空間とを連結する吐出流路の一部を形成するようにしてもよく、この場合、前記チェックバルブは、前記第１環状壁の内部空間に上下方向に摺動可能に設けられてもよい。

ここで、前記吐出口から吐出された冷媒は、前記第１環状壁の内周面と前記チェックバルブとの間を通過して前記吐出空間に吐出される。さらに、前記第１環状壁の上面には、前記第１環状壁の内部空間に吐出された冷媒を前記吐出空間に吐出させるための中間吐出口が形成されてもよい。前記中間吐出口は、前記第１環状壁の上面に円周方向に配置されてもよい。

本発明の他の態様によれば、吸入空間と吐出空間とに区画されるケーシングと、前記吸入空間内で旋回スクロールに対して限られた範囲内で移動可能に設けられる固定スクロールと、前記固定スクロールの上部に締結されて前記固定スクロールの上方向の移動を制限し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの相互作用により圧縮される途中の作動流体の一部を流入させて前記固定スクロールを前記旋回スクロール側に加圧する背圧室組立体とを含み、前記背圧室組立体の少なくとも一部が前記固定スクロールとは異なる材質からなる、スクロール圧縮機が提供される。

ここで、前記固定スクロールは、前記作動流体の一部を前記背圧室組立体側に吐出するための中間圧吐出口が形成される鏡板部と、前記鏡板部に螺旋状に形成されるラップ部とを含んでもよい。

また、前記背圧室組立体は、前記中間圧吐出口に連通する空間部を形成する背圧プレートと、前記背圧プレートの空間部を密封して背圧室を形成するフローティングプレートとを含んでもよい。

本発明の一態様によるスクロール圧縮機においては、固定スクロールを背圧室が含まれる部分とラップ部及び鏡板部が含まれる部分とに分割して形成し、背圧プレートのみを別途加工することができるので、加工過程で既に加工されたラップ部及び鏡板部が変形することを最小限に抑えることができる。

また、前記背圧プレートのみを対象として独立して表面処理などを行うことができるので、前記固定スクロール全体を対象として表面処理などを行う場合に比べて、物性をより安価に向上させることができる。

さらに、前記背圧プレートと前記固定スクロールとが異なる材質からなることにより、それぞれの用途に応じて最適な材質を選択することができる。

さらに、前記背圧プレートを分離すると前記固定スクロールの鏡板部が露出するので、前記中間圧室の圧力が過度に高くなった場合にそれを前記吐出空間にバイパスするためのバイパスバルブや、前記背圧室の圧力が急激に高くなった場合にそれを前記吐出空間に吐出させるための背圧吐出流路などを容易に設けることができる。

本発明の一実施形態による上部背圧式スクロール圧縮機を示す断面図である。 図１の固定スクロール及び背圧プレートが結合された状態を示す一部切欠斜視図である。 図１の固定スクロール及び背圧プレートの分解斜視図である。 図１の固定スクロール及び背圧プレートの部分拡大断面図である。 図２の背圧プレートに設けられたチェックバルブの動作を説明するための断面斜視図である。 図２の背圧プレートの変形例を示す一部切欠斜視図である。 図２の固定スクロール及び背圧プレートの他の変形例を示す一部切欠斜視図である。 従来の上部背圧式スクロール圧縮機の一例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明による上部背圧式スクロール圧縮機の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による上部背圧式スクロール圧縮機を示す断面図であり、図２は図１の固定スクロール及び背圧プレートが結合された状態を示す一部切欠斜視図であり、図３は図１の固定スクロール及び背圧プレートの分解斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態による上部背圧式スクロール圧縮機１００は、内部に後述する吸入空間Ｓ及び吐出空間Ｄを有するケーシング１１０を備える。ケーシング１１０の内部空間は、ケーシング１１０の上側に設けられる吐出カバー１０２により吸入空間Ｓと吐出空間Ｄとに区画され、吐出カバー１０２の上側が吐出空間Ｄに該当し、吐出カバー１０２の下側が吸入空間Ｓに該当する。また、ケーシング１１０には、吸入空間Ｓに連通する吸入ポート及び吐出空間Ｄに連通する吐出ポートが固定され、冷媒をケーシング１１０の内部に吸入したりケーシング１１０の外部に吐出したりするようになっている。

吸入空間Ｓの下部には、固定子１１２及び回転子１１４が備えられる。固定子１１２はケーシング１１０の内壁面に焼きばめ方式で固定され、回転子１１４の中央部には回転軸１１６が挿入され、外部から供給された電力により回転軸１１６が回転するようになっている。

回転軸１１６の下端部は、ケーシング１１０の下部に設けられるサブベアリング１１７により回転可能に支持される。サブベアリング１１７は、ケーシング１１０の内面に固定される下部フレーム１１８により支持され、回転軸１１６を安定して支持する。下部フレーム１１８はケーシング１１０の内壁面に溶接固定されてもよく、ケーシング１１０の底面はオイル貯蔵空間として用いられる。前記オイル貯蔵空間に貯蔵されたオイルは、回転軸１１６などにより上側に移送され、ケーシング１１０の内部に均一に供給される。

回転軸１１６の上端部は、メインフレーム１２０により回転可能に支持される。メインフレーム１２０は、下部フレーム１１８と共にケーシング１１０の内壁面に固定設置され、メインフレーム１２０の底面には下方に突出するメインベアリング１２２が形成され、メインベアリング１２２の内部には回転軸１１６が挿入される。メインベアリング１２２の内壁面は、ベアリング面として作用し、前述したオイルと共に回転軸１１６が円滑に回転できるように支持する。

メインフレーム１２０の上面には旋回スクロール１３０が配置される。旋回スクロール１３０は、略円板状の鏡板部１３２と、鏡板部１３２の一面に螺旋状に形成される旋回ラップ１３４とを含む。旋回ラップ１３４は、後述する固定スクロール１４０の固定ラップ１４４と共に圧縮室を形成する。鏡板部１３２は、メインフレーム１２０の上面に支持された状態で旋回駆動されるが、鏡板部１３２とメインフレーム１２０との間にはオルダムリング１３６が設けられていて旋回スクロール１３０の自転を防止する。また、鏡板部１３２の底面には回転軸１１６が挿入されるボス部１３８が形成され、これにより回転軸１１６の回転力が旋回スクロール１３０を旋回駆動する。

旋回スクロール１３０と噛み合う固定スクロール１４０は、旋回スクロール１３０の上方に配置される。ここで、固定スクロール１４０は、旋回スクロール１３０に対して上下方向に移動可能に設けられるが、具体的には、メインフレーム１２０に挿入された３つのガイドピン１０４が固定スクロール１４０の外周部に形成された３つのガイド孔１４１に挿入された状態で、メインフレーム１２０の上面に載置される。

ガイド孔１４１は、固定スクロール１４０の本体部の外周面に突設される３つのピン支持部１４２にそれぞれ形成される。ここで、ガイドピン１０４、ピン支持部１４２及びガイド孔１４１の数は、必ずしも３つに限定されるものではなく、任意に設定可能である。

一方、固定スクロール１４０は、円板状に形成され、前記本体部の上面を形成する鏡板部１４３と、鏡板部１４３の下部に形成され、旋回スクロール１３０の旋回ラップ１３４と噛み合う固定ラップ１４４とを含む。固定ラップ１４４は、所定の螺旋状に延び、鏡板部１４３の略中央部には、圧縮された冷媒が吐出される吐出口１４５が形成される。また、固定スクロール１４０の側面には、吸入空間Ｓ内に存在する冷媒が吸入される吸入口１４６が形成され、旋回ラップ１３４との相互作用により吸入口１４６から冷媒が吸入されるようになっている。

前述したように、固定ラップ１４４と旋回ラップ１３４とは複数の圧縮室を形成し、前記圧縮室は吐出口１４５側に旋回移動することによってその体積が縮小されて冷媒を圧縮する。従って、吸入口１４６に隣接する圧縮室の圧力が最小となり、吐出口１４５に連通する圧縮室の圧力が最大となり、その間に存在する圧縮室の圧力は吸入口１４６の吸入圧と吐出口１４５の吐出圧の間の値を有する中間圧となる。前記中間圧は後述する背圧室ＢＰに加わって固定スクロール１４０を旋回スクロール１３０側に押す役割を果たすので、前記中間圧を有する領域のいずれかに連通し、冷媒が吐出される中間圧吐出口１４７が鏡板部１４３に形成される（図３参照）。

中間圧吐出口１４７の周囲には、吐出された中間圧を有する冷媒の漏洩を防止するための中間圧Ｏリングを設けるための中間圧シール凹部１４７ａが形成される。中間圧シール凹部１４７ａは、中間圧吐出口１４７を囲むように略円形状に形成されるが、その形状が必ずしも円形に限定されるものではない。また、中間圧シール凹部１４７ａは、必ずしも固定スクロール１４０の鏡板部１４３に形成する必要はなく、後述する背圧プレート１５０の底面に形成する例も考えられる。

また、固定スクロール１４０の鏡板部１４３には、背圧プレート１５０との締結手段としてのボルト１０６を締結するためのボルト締結孔１４８が形成される。本実施形態においては、ボルト締結孔１４８が４つ形成されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

さらに、固定スクロール１４０の鏡板部１４３の上部には、背圧プレート１５０が固定設置される。背圧プレート１５０は、略環状に形成され、固定スクロール１４０の鏡板部１４３に接する支持プレート１５２を含む。支持プレート１５２は、中空環状の板材からなり、前述した中間圧吐出口１４７に連通する中間圧吸入口１５３が支持プレート１５２を貫通するように形成される（図４参照）。また、支持プレート１５２には、固定スクロール１４０の鏡板部１４３に形成されるボルト締結孔１４８に連通するボルト締結孔１５４が形成される。

さらに、支持プレート１５２の底面と固定スクロール１４０の上面との間には、Ｏリング１５５ａが介在する。Ｏリング１５５ａは、支持プレート１５２と固定スクロール１４０間の漏洩を防止するためのものであって、固定スクロール１４０の上面に形成された環状溝１５５内に挿入された状態で固定される。また、Ｏリング１５５ａは、ボルト１０６により固定スクロール１４０と背圧プレート１５０とが締結される過程で強く押圧され、対向面間をシールする。ここで、環状溝１５５は、固定スクロール１４０の上面に形成されるのではなく、支持プレート１５２の底面に形成されるようにしてもよい。

背圧プレート１５０は、支持プレート１５２の内周面及び外周面を囲むように形成される第１環状壁１５８及び第２環状壁１５９をさらに含む。第１環状壁１５８及び第２環状壁１５９は、支持プレート１５２と共に所定の空間部を形成するが、前記空間部が前述した背圧室ＢＰである。第１環状壁１５８は、支持プレート１５２の中央部から上方に延設され、上端部を覆う上部面１５８ａを有するように、一側が開放された略円筒状に形成される。

第１環状壁１５８の内部空間は、吐出口１４５に連通し、吐出された冷媒が吐出空間Ｄに移動する吐出流路の一部を形成する。図２及び図４に示すように、吐出口１４５の上部には、円柱状のチェックバルブ１０８が配置される。具体的には、チェックバルブ１０８は、吐出口１４５を完全に覆う程度の下端部を有し、チェックバルブ１０８が固定スクロール１４０の鏡板部１４３に接した場合、チェックバルブ１０８が吐出口１４５を閉鎖するように構成される。ここで、チェックバルブ１０８は、必ずしも円筒状に限定されるものではなく、一般的なリードバルブタイプのものを使用してもよい。

チェックバルブ１０８は、第１環状壁１５８の内壁面に形成されるバルブガイド部１５８ｂ内に設けられ、バルブガイド部１５８ｂは、チェックバルブ１０８の上下移動をガイドする。バルブガイド部１５８ｂは、第１環状壁１５８の内部空間を上下方向に貫通するように形成され、その内径がチェックバルブ１０８の外径と同一になっており、チェックバルブ１０８が吐出口１４５の上方で上下移動することをガイドする。ここで、バルブガイド部１５８ｂの内径とチェックバルブ１０８の外径とを同一にするということは、両者が完全に一致することを意味するのではなく、チェックバルブ１０８が移動できる程度の遊びがあることを意味する。

また、第１環状壁１５８の上面略中央部には、バルブガイド部１５８ｂに連通する吐出圧加圧孔１５８ｃが形成される。吐出圧加圧孔１５８ｃは、常に吐出空間Ｄに連通している。従って、冷媒が吐出空間Ｄから吐出口１４５側に逆流する場合は、吐出圧加圧孔１５８ｃに加わる圧力が吐出口１４５の圧力よりも高くなるので、チェックバルブ１０８が下方に移動して吐出口１４５を閉鎖し、吐出口１４５の圧力が高くなって吐出空間Ｄの圧力よりも高くなった場合は、チェックバルブ１０８が上方に移動して吐出を許容する。

バルブガイド部１５８ｂの外側には、中間吐出口１５８ｄが形成される。中間吐出口１５８ｄは、吐出口１４５から吐出された冷媒が吐出空間Ｄに移動する流路を提供するものであって、本実施形態においては、４つの中間吐出口１５８ｄが円周方向に配置されている。もちろん、中間吐出口１５８ｄの数も任意に設定可能である。中間吐出口１５８ｄは、第１環状壁１５８を貫通するように上下方向に延設される。ただし、４つの中間吐出口１５８ｄとバルブガイド部１５８ｂとは、下端部で互いに連通している。すなわち、第１環状壁１５８と支持プレート１５２との連結部の内側に段差部１５８ｅが形成されており、吐出された冷媒が段差部１５８ｅにより規定される空間に到達し、その後中間吐出口１５８ｄに移動するようになっている。

場合によっては、段差部１５８ｅを形成するのではなく、バルブガイド部１５８ｂと中間吐出口１５８ｄとを連通する連通孔を形成することも考えられる。いずれの場合であっても、チェックバルブ１０８が閉じた状態では、吐出口１４５を通過した冷媒が中間吐出口１５８ｄに吐出されない。また、段差部１５８ｅを背圧プレート１５０に形成するのではなく、固定スクロール１４０の鏡板部１４３に形成する例も考えられる。

一方、第２環状壁１５９は、第１環状壁１５８から所定距離離隔して配置され、その内周面には第１シール挿入溝１５９ａが形成される。第１シール挿入溝１５９ａは、後述するフローティングプレート１６０との接触面間の漏洩を防止するためのＯリング１５９ｂを固定する役割を果たす。ここで、第１シール挿入溝１５９ａは、フローティングプレート１６０の外周面に形成してもよい。この場合、フローティングプレート１６０は動作過程で上下方向に移動し続けるので、背圧プレート１５０に第１シール挿入溝１５９ａを形成する場合に比べて安定性が低いという問題があり得る。

第１環状壁１５８、支持プレート１５２及び第２環状壁１５９により断面略Ｕ字状の空間部が形成され、前記空間部を覆うようにフローティングプレート１６０が設置される。フローティングプレート１６０は、環状板材からなり、内周面は第１環状壁１５８の外周面に対向し、外周面は第２環状壁１５９の内周面に対向する。これにより背圧室ＢＰが規定され、前記各対向面間にはＯリング１５９ｂ、１６２ａが介在しており、背圧室ＢＰ内の冷媒が外部に漏洩することを防止する。フローティングプレート１６０の底面には、ボルト１０６との干渉を避けるためのボルト収容部１０６ａが形成される。ただし、ボルト１０６のヘッドが支持プレート１５２の表面から突出しない場合は、ボルト収容部１０６ａを省略してもよい。

フローティングプレート１６０の内周面には、Ｏリング１６２ａが固定される第２シール挿入溝１６２が形成される。第１シール挿入溝１５９ａは第２環状壁１５９に形成されるのに対し、第２シール挿入溝１６２はフローティングプレート１６０の内周面に形成されるが、これは、第１環状壁１５８の内部に形成されるバルブガイド部１５８ｂ及び中間吐出口１５８ｄにより第１環状壁１５８には溝を加工する余裕がなく、第１環状壁１５８は第２環状壁１５９に比べて直径が小さいので加工が容易でないからである。よって、第１環状壁１５８の直径が十分に大きく、溝を加工する余裕がある場合は、第１環状壁１５８に第２シール挿入溝１６２を形成する例も考えられる。

フローティングプレート１６０の内側空間部周辺の上端部には、シール端部１６４が備えられる。シール端部１６４は、フローティングプレート１６０の表面から上方に突設され、その内径は４つの中間吐出口１５８ｄを遮蔽しない程度の値を有する。シール端部１６４は、前述した吐出カバー１０２の下面に接し、吐出された冷媒が吸入空間Ｓに漏洩することなく吐出空間Ｄに吐出されるように密閉する役割を果たす。

以下、本発明の一実施形態による上部背圧式スクロール圧縮機の動作を説明する。
固定子１１２に電力が供給されると、回転軸１１６が回転する。すると、回転軸１１６の上端部に固定された旋回スクロール１３０が固定スクロール１４０に対して旋回運動し、それにより固定ラップ１４４と旋回ラップ１３４との間に形成される複数の圧縮室が吐出口１４５側に移動すると共に冷媒が圧縮される。

吐出口１４５に至る前に圧縮室が中間圧吐出口１４７に連通すると、冷媒の一部が支持プレート１５２に形成された中間圧吸入口１５３に流入し、それにより背圧プレート１５０とフローティングプレート１６０とにより形成される背圧室ＢＰに中間圧が加わる。それにより、背圧プレート１５０には下方への圧力が加わり、フローティングプレート１６０には上方への圧力が加わる。

ここで、背圧プレート１５０がボルト１０６により固定スクロール１４０と結合されているので、背圧室ＢＰの中間圧は固定スクロール１４０にも影響を及ぼす。ただし、固定スクロール１４０は旋回スクロール１３０の鏡板部１３２に接して下方に移動できない状態にあるので、フローティングプレート１６０が上方に移動する。フローティングプレート１６０の移動はシール端部１６４が吐出カバー１０２の下端部に接することにより停止し、その後は背圧室ＢＰの圧力が固定スクロール１４０を旋回スクロール１３０側に押し、それにより旋回スクロール１３０と固定スクロール１４０間の漏洩が防止される。

一方、吐出口１４５の圧力が吐出空間Ｄの圧力よりも高くなると、チェックバルブ１０８が上方に移動し、冷媒は、段差部１５８ｅにより規定される空間部に吐出され、その後中間吐出口１５８ｄに流入し、最終的に吐出空間Ｄに吐出される。圧縮機の動作が停止するか又は一時的に吐出空間Ｄの圧力が高くなると、チェックバルブ１０８が下方に移動して吐出口１４５を閉塞し、それにより、冷媒が逆流して固定スクロール１４０を逆転させることが防止される。

また、圧縮機の動作が停止すると、背圧室ＢＰの圧力が低くなるので、固定スクロール１４０が旋回スクロール１３０を押す力も減少する。これにより、圧縮機の再起動時に加わる負荷も軽減される。この場合、フローティングプレート１６０は、第１環状壁１５８に沿って下方に移動する。

つまり、フローティングプレート１６０は、圧縮機の動作過程で背圧室ＢＰに加わる圧力によって上下方向に移動を繰り返す。よって、フローティングプレート１６０の移動を円滑にすると共に、対向面間の漏洩を防止するためには、フローティングプレート１６０の移動をガイドする第１環状壁１５８及び第２環状壁１５９の表面粗さを非常に低くしなければならない。

従来は、固定スクロール１４０に背圧室ＢＰが一体化された構造となっており、背圧室ＢＰの内面が固定スクロール１４０と同じ材質、すなわち鋳鉄で形成されていた。鋳鉄は、材質の特性上、表面粗さを低くするのに限界があるだけでなく、それ自体の潤滑性も低い。それに対して、本実施形態においては、固定スクロール１４０は従来と同様に鋳鉄で形成されるが、背圧プレート１５０は鋳鉄より良好な表面粗さ及び加工性を有する材質、例えばアルミニウム合金や炭素鋼（例えば、板金用鋼）などで形成される。これにより、フローティングプレート１６０及びＯリング１５９ｂ、１６２ａが接する第１環状壁１５８及び第２環状壁１５９の表面粗さを適正レベルまで向上させることができるので、潤滑性及びシール性をさらに向上させることができる。

また、表面硬度を向上させるための表面処理を行う場合も、従来は、固定スクロール１４０全体を対象として表面処理を行わなければならないので、作業性が悪く生産効率が低いという問題があったのに対して、本実施形態においては、背圧プレート１５０のみを対象として表面処理を行うことができるので、より経済的な加工が可能である。

さらに、背圧室ＢＰの表面を加工する場合も、従来は、固定スクロール１４０自体を工作機械に固定した状態で加工を行わなければならないので、その過程で鏡板部やラップが変形したり損傷するという問題があったのに対して、本実施形態においては、背圧プレート１５０のみを別途加工することができるので、固定スクロール１４０が加工中に変形する恐れがない。

一方、背圧プレート１５０は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々に変形することができる。

図６は背圧プレート１５０の変形例を示すものであり、以下、前述した実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図６を参照すると、背圧プレート２５０の第２環状壁２５９は、支持プレート１５２の外周部から所定距離だけ内側に位置する。すなわち、支持プレート１５２の外周部は、第２環状壁２５９の外側にフランジ２６０を有するように突出する。また、ボルト締結孔１５４は、フランジ２６０に位置する。

図６に示す変形例によれば、背圧室ＢＰの内部に形成される貫通孔の数を減らすことができ、シール性をさらに向上させることができる。また、ボルト締結部が背圧プレート２５０の最外郭に隣接しているので、固定スクロール１４０の表面から背圧プレート２５０の縁部が浮き上がることを防止することができる。

図７は背圧プレート１５０の他の変形例を示すものであり、背圧プレート３５０と固定スクロール３４０との対向面が平面ではなく、側面から見たとき略Ｖ字状となるように形成される点で、前述した実施形態と異なる。これにより、背圧プレート３５０と固定スクロール３４０の鏡板部とが接するように配置するだけで背圧プレート３５０を定位置に配置することができるので、回転方向に背圧プレート３５０を整列する必要がないという利点がある。

１０２ 吐出カバー
１０６ ボルト
１０８ チェックバルブ
１１０ ケーシング
１２０ メインフレーム
１３０ 旋回スクロール
１３２ 鏡板部
１３４ 旋回ラップ
１４０ 固定スクロール
１４３ 鏡板部
１４４ 固定ラップ
１４７ 中間圧吐出口
１４８ ボルト締結孔
１５０ 背圧プレート
１５２ 支持プレート
１５３ 中間圧吸入口
１５４ ボルト締結孔
１５８ 第１環状壁
１５８ａ 上部面
１５８ｂ バルブガイド部
１５８ｃ 吐出圧加圧孔
１５８ｄ 中間吐出口
１５８ｅ 段差部
１５９ 第２環状壁
１５９ａ 第１シール挿入溝
１５９ｂ Ｏリング
１６０ フローティングプレート
１６２ 第２シール挿入溝
１６２ａ Ｏリング
ＢＰ 背圧室
Ｄ 吐出空間
Ｓ 吸入空間

Claims (14)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に固定され、前記ケーシングの内部を吸入空間と吐出空間とに区画する吐出カバーと、
   前記吐出カバーから離隔して配置されるメインフレームと、
   前記メインフレーム上に支持された状態で旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールに対して上下方向に移動可能に設けられ、前記旋回スクロールと共に吸入室、中間圧室及び吐出室を形成する固定スクロールと、
   前記吐出カバーの下部で前記固定スクロールに固定され、上部が開放されて前記中間圧室に連通する空間部を備える背圧プレートと、
   前記空間部を密閉するように前記背圧プレートに移動可能に結合されて背圧室を形成するフローティングプレートと、を含み、
   前記背圧プレートは、
   前記固定スクロールの上面に接するリング状の支持プレートと、
   前記支持プレートの内側空間部を囲むように形成される第１環状壁と、
   前記第１環状壁の外周部に位置する第２環状壁と、を含み、
   前記固定スクロールが鋳鉄からなり、前記背圧プレートが鋼又はアルミニウム合金からなることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に固定され、前記ケーシングの内部を吸入空間と吐出空間とに区画する吐出カバーと、
   前記吐出カバーから離隔して配置されるメインフレームと、
   前記メインフレーム上に支持された状態で旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールに対して上下方向に移動可能に設けられ、前記旋回スクロールと共に吸入室、中間圧室及び吐出室を形成する固定スクロールと、
   前記吐出カバーの下部で前記固定スクロールに固定され、上部が開放されて前記中間圧室に連通する空間部を備える背圧プレートと、
   前記空間部を密閉するように前記背圧プレートに移動可能に結合されて背圧室を形成するフローティングプレートと、を含み、
   前記背圧プレートは、
   前記固定スクロールの上面に接するリング状の支持プレートと、
   前記支持プレートの内側空間部を囲むように形成される第１環状壁と、
   前記第１環状壁の外周部に位置する第２環状壁と、を含み、
   前記第１環状壁の内部には、前記吐出空間の圧力と前記吐出室の圧力との差により動作し、前記吐出空間の冷媒が前記吐出室に逆流することを防止するチェックバルブが設けられ、
   前記第１環状壁には、前記チェックバルブの移動をガイドするバルブガイド部、及び前記バルブガイド部の外側に設けられて前記吐出室から吐出された冷媒を前記吐出空間に吐出させるための中間吐出口が形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 前記支持プレートに複数のボルト締結孔が形成され、前記ボルト締結孔を貫通するボルトにより前記背圧プレートと前記固定スクロールとが締結されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記フローティングプレートがリング状に形成され、
   前記第１環状壁の外周面が前記フローティングプレートの内周面に接し、かつ前記第２環状壁の内周面が前記フローティングプレートの外周面に接するように、前記背圧プレートと前記フローティングプレートとが結合されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記第２環状壁の内周面には、第１シール挿入溝が形成されることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記第１環状壁に対向する前記フローティングプレートの内周面には、第２シール挿入溝が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第２環状壁は、前記支持プレートの外周面に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記第２環状壁は、前記支持プレートの外周面から内側に離隔して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記支持プレートには前記第２環状壁の半径方向外側に複数のボルト締結孔が形成され、前記ボルト締結孔を貫通するボルトにより前記背圧プレートと前記固定スクロールとが締結されることを特徴とする請求項８に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記背圧プレートと前記固定スクロールとの接触面には、シール手段が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記固定スクロールは、前記中間圧室に連通する中間圧吐出口を含み、前記背圧プレートは、前記中間圧吐出口に連通する中間圧吸入口を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
12. 前記中間圧吐出口と前記中間圧吸入口との間の冷媒の漏洩を防止するためのシール手段が備えられることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
13. 前記中間吐出口は、前記チェックバルブの外側に円周方向に配置されることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
14. 前記バルブガイド部と前記中間吐出口とが前記第１環状壁の下部で連結されることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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