JPH06288362A - スクロール形圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】従来のクランクシャフトに代えて、てこ部材に
円錐形状の軌跡を描く運動をさせる事により旋回スクロ
ール部材２に公転運動を与え、てこの原理を利用してラ
ジアル方向荷重が作用する摺動部の摺動荷重および摺動
速度を低減した構造とする。また、固定スクロール部材
１のスクロールラップ部１ｂの歯底面と旋回スクロール
部材２のスクロールラップ部１ｂの歯先面との間に板状
体を配設し、これに隣接するアクチュエータと、圧縮機
の運転状態を検出するための温度センサあるいは圧力セ
ンサと、該温度センサあるいは圧力センサからの入力信
号によりアクチュエータを駆動するための駆動回路を備
える。 【効果】高効率で耐久性の高いスクロール型圧縮機を提
供することができる。また、作動流体の漏れを低減し、
なおかつ摺動摩擦損失の少ないスクロール形圧縮機を提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作動流体の圧縮，膨
張，搬送あるいは作動流体による駆動等を行うスクロー
ル形流体機械に係り、特に、冷凍機や空気調和機の冷凍
サイクル用圧縮機として用いるのに好適なスクロール形
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクロール型圧縮機は、例えば、
特開平2−264181 号公報に記載されている様に、旋回ス
クロール部材を旋回（公転）運動させる為にモータで直
接駆動されるクランクシャフトを用いており、そのクラ
ンクシャフトのクランクピン部と旋回スクロール部材と
の回転摺動部及びモータ軸受けの回転摺動部に、旋回ス
クロール部材のスクロールラップ部に作用する圧縮気体
の圧力によるラジアル荷重が作用する構造であった。ま
た、旋回スクロール部材は固定スクロール部材と固定プ
レート部材とに挟まれてその軸方向位置を規制される構
造であり、旋回スクロール部材の鏡板部の前後の鏡板面
に作用する気体の圧力差によるスラスト荷重が、旋回ス
クロール部材と固定スクロール部材との間の公転摺動部
または旋回スクロール部材と固定プレート部材との間の
公転摺動部に作用する構造であった。

【０００３】また、特開昭55−46046 号公報に記載され
ているようにスクロール端版の背面部に圧力を作用させ
て、お互いのスクロールラップで画成される圧縮作動室
内の流体圧力により両スクロール部材が離反しようとす
る力を打ち消し、一方のスクロールラップの歯先面と他
方のスクロールラップの歯底面との隙間を狭小にするこ
とが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
まず、クランクピン部や軸受部の様に摺動速度の大きい
回転摺動部に比較的大きなラジアル荷重が加わるので機
械摩擦損失が大きく圧縮機の効率を低下させる原因とな
り、また過酷な運転状態では摺動条件が厳しくなり、摩
耗，焼き付きが発生して圧縮機の信頼性も低下させると
いう問題があった。更に、旋回スクロール部材と固定ス
クロール部材との間の公転摺動部または旋回スクロール
部材と固定プレート部材との間の公転摺動部の摺動速度
は比較的小さいものの、そこに作用するスラスト荷重が
上記ラジアル荷重に比べて大きくなるのがスクロール形
圧縮機では一般的であるので、上記従来の技術ではスラ
スト荷重による機械摩擦損失もやはり圧縮機の効率を低
下させる原因となるという問題があった。また、上記他
の従来技術では、圧縮動作過程で生じる作動流体の圧縮
熱によるスクロール部材の不均一な熱変形や圧力による
スクロール部材の不均一な熱変形については十分な考慮
がなされていない。そのため、不均一な局部的変形によ
り両スクロールラップの摺動面間で局部的に強い接触が
起きたり、場合によってはスクロールラップ間の軸方向
隙間が大きくなったり不均一になったりする。

【０００５】また、上記他の従来の技術では、スクロー
ルラップ面同士に強い接触が起きると摺動摩擦によって
その部分に熱が発生するため更に熱変形が大きくなり、
ますます摺動摩擦損失が増大し悪循環となる。そして、
最悪な場合には焼き付きを起こし運転不能となることが
あった。

【０００６】本発明の目的は、スクロール形圧縮機にお
いて、旋回スクロール部材に公転運動を与える為の駆動
機構各部でラジアル荷重およびスラスト荷重により発生
する機械摩擦損失を低減して圧縮機の効率を向上させる
と共に圧縮機の運転状態に応じてスクロールラップの軸
方向隙間を常に適正な状態に維持し、高信頼性，高効率
なスクロール形圧縮機を提供することにある。また、圧
縮機の運転状態に応じて圧縮機の吐出圧力を最適に制御
し、高効率なスクロール形圧縮機を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、旋回スクロール部材に旋回(公転)運動を
与える駆動機構として従来のクランクシャフトに代え、
その一部が圧縮機駆動用モータ内部に挿入されている構
造のてこ部材を固定部材により前記固定部材上の一点を
中心として球面対偶で支持し、旋回スクロール部材を前
記てこ部材により前記固定部材との球面対偶中心とは別
の点を中心として球面対偶で支持し、更に前記固定スク
ロール部材の鏡板部に垂直で前記てこ部材と固定部材と
の球面対偶中心を通る軸線を回転軸とする回転部材によ
りその回転軸から偏位した位置において前記てこ部材を
前記二つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸
として回転支持して構成される駆動機構を採用し、更
に、前記てこ部材の前記固定部材から前記旋回スクロー
ル部材の球面対偶支持中心までの距離が前記てこ部材の
前記固定部材から前記回転部材の球面対偶支持中心まで
の距離より大きくすることにより達成される。

【０００８】また、一方のスクロールラップの歯底面と
他方のスクロールラップの歯先面との間に空間を設け、
この空間にスクロールラップの溝にうまく適合させた板
状体を配設し、さらにその板状体に隣接する複数個のア
クチュエータと、圧縮機の運転状態を検出するための温
度センサあるいは圧力センサと、該温度センサからの入
力信号により該複数個のアクチュエータを駆動するため
の駆動手段を備えることにより達成される。更に、該て
こ部材の球面支持部周辺に温度センサ，スラスト軸受部
にアクチュエータを当設することにより達成される。

【０００９】

【作用】まず、上記の課題を解決するための手段の構造
により、てこ部材は固定部材との球面対偶中心が固定部
材上の一転に拘束され回転部材による回転支持部が固定
スクロール部材の鏡板部に垂直で前記てこ部材と固定部
材との球面対偶中心を通る軸線を回転軸として公転運動
する。したがって、てこ部材と旋回スクロール部材との
球面対偶中心も固定スクロール部材の鏡板部に垂直で前
記てこ部材と固定部材との球面対偶中心を通る軸線を回
転軸として公転運動を行う。一方で旋回スクロール部材
は自転防止機構により自転を阻止されているため旋回ス
クロール部材はその結果として旋回運動する。

【００１０】てこ部材には旋回スクロール部材から圧縮
気体の圧力による比較的大きな荷重が旋回スクロール部
材との球面対偶部に作用するが、てこ部材は一方で固定
部材との球面対偶部と回転部材との回転対偶部とにより
支持される。今、てこ部材の旋回スクロール部材との球
面対偶部を荷重点，固定部材との球面対偶部を支点，回
転部材との回転対偶部を力点とすると、支点から荷重点
までの距離に対して支点から力点までの距離を大きくし
てあるので、てこの原理により力点である回転部材との
回転対偶部に加わる荷重の大きさは荷重点である旋回ス
クロール部材との球面対偶部に加わる荷重の大きさに対
して小さくなる。また、これにより、回転部材の回転を
支持する軸受部に加わる荷重の大きさも小さくなる。

【００１１】てこ部材との間で荷重を及ぼし合う部材で
ある旋回スクロール部材，固定部材，回転部材のうち
で、固定部材は当然自転運動を行わず旋回スクロール部
材もオルダムリング機構等の自転防止機構により自転運
動を行わないが、回転部材のみは固定スクロール部材の
鏡板部に垂直で前記てこ部材と固定部材との球面対偶中
心を通る軸線を回転軸として回転するので自転運動を行
う。ところで、自転運動を行わない固定部材と旋回スク
ロール部材のそれぞれとてこ部材との間に作用する荷重
の和は、自転運動を行う回転部材とてこ部材との間に作
用する荷重に比べて十分大きくなるので、摩擦力により
てこ部材を自転させまいとする回転抵抗トルクが、摩擦
力により自転させようとする回転駆動トルクより大きく
なり、結局、てこ部材は自転運動を行わない。従って、
てこ部材は、固定部材と旋回スクロール部材に対してほ
ぼ固定スクロール部材の鏡板部に垂直な軸線に対するて
こ部材中心軸の傾斜角を片振幅とする揺動摺動を行い、
回転部材に対してのみ相対的な回転摺動を行う。

【００１２】以上の結果、旋回スクロール部材に公転運
動を与える駆動機構において、てこ部材と回転部材との
間の摺動部及び回転部材の軸受部では回転摺動であるた
め摺動速度は大きいが摺動荷重が低減され、てこ部材と
固定部材との間の摺動部及びてこ部材と旋回スクロール
部材との間の摺動部では摺動荷重は大きいが揺動摺動と
なることにより摺動速度が低減されるので、それらの摺
動部におけるラジアル荷重による機械摩擦損失の総和が
小さくなり摺動条件が特に厳しい摺動部分も無くなるこ
とにより、圧縮機の効率と信頼性の向上が図れる。

【００１３】また、上記の課題を解決するための他の手
段の構造により、圧縮機の運転状態を検出する温度セン
サの入力信号により駆動手段がアクチュエータの駆動を
行うと同時に、これに隣接する板状体が圧縮作動室内の
作動圧力に打ち勝ち前記複数個のアクチュエータによっ
て軸方向に移動する。これにより、前記板状体とスクロ
ールの歯先面との隙間を圧縮機の運転状態に応じて常に
適正な値に積極的に補償するものである。また、両スク
ロールラップ同士がお互いに強く接触しなくなり摺動摩
擦損失も大幅に低減できるので、圧縮機の効率を向上さ
せることができると共に作動流体の漏れを最小限にする
ことができ、圧縮機の効率向上が図れる。また、板状体
の板厚を変えることにより、ラップの不均一な熱膨張や
変形に対応しやすいので、シール効果向上や焼付防止が
図れる。また、前記板状体を両スクロールラップの歯先
面と歯底面に配設することにより、より一層の効果が得
られる。また、前記複数個のアクチュエータを圧電素子
で形成することにより、微少なラップ間の隙間管理が可
能となる。また、前記複数個のアクチュエータに異なる
変位量を与えることにより、スクロール部材の温度分布
に応じた適正なラップ間の隙間を補償することが可能と
なる。また、前記駆動手段は、圧縮機起動後から一定時
間内は、前記センサからの信号によらず前記板状体を前
記旋回スクロールのラップの歯先面に強制的に押しつけ
るような制御ロジックが組まれている。これにより、ス
クロール部材の温度上昇までの時間のラップ間の隙間を
適正に保つことができる。また、前記駆動手段は、圧縮
機停止後から一定時間内は、その動作が補償されてい
る。これにより、前記スクロール部材が冷却されるまで
の間は、アクチュエータが駆動しているので、前記板状
体と前記旋回スクロールのラップ間の隙間が保たれる。
また、前記てこ部材の各球面支持部の温度センサを検出
し、その入力信号により前記板状体に当設する複数個の
アクチュエータおよびスラスト軸受部に当設するアクチ
ュエータを前記駆動手段により駆動することにより、圧
縮機の運転状態に応じた適正なスクロールラップ部の径
方向の隙間が補償されると共に前記てこ部材の球面支持
部の摺動条件を緩和することが可能となる。更には、前
記スクロール部材に圧力センサを設け上記手段と組み合
わせることにより、圧縮機の運転状態に応じた最適な吐
出圧力の制御ができると共に圧縮機の信頼性，効率を向
上させることが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。同図は、本実施例のスクロール形圧縮機の断面図を
示したものである。

【００１５】固定スクロール部材１は鏡板部１ａとスク
ロールラップ部１ｂとから構成されている。旋回スクロ
ール部材２も鏡板部２ａとスクロールラップ部２ｂとか
ら構成されており、スクロールラップ部２ｂとスクロー
ルラップ部１ｂとが噛み合うように、固定スクロール部
材１に対向して配置されている。固定スクロール部材１
の外周部には第１プレート部材３がボルト４により旋回
スクロール部材２を囲むように固定されており、更に、
旋回スクロール部材２と第１プレート部材３との間には
オルダムリング５が組み込まれている。オルダムリング
５の旋回スクロール部材２側に一直線上に配置された一
対のキー部５ａが形成され、旋回スクロール部材に形成
された一対のキー溝部２ｃに挿入されており、オルダム
リング５の第１プレート部材３側には一対のキー部５ａ
と直角方向に一直線上に配置された一対のキー部（図示
せず）が形成されており、第１プレート部材３の一対の
キー溝部（図示せず）に挿入されている。第１プレート
部材３の外周はチャンバ６に固定されており、チャンバ
６には、圧縮機駆動用モータのステータ部７および第２
プレート部材８が固定されている。圧縮機駆動用モータ
は、外部電源からハーメ端子５７を介して給電され駆動
を行う。第１プレート部材３と第２プレート部材８に
は、それぞれ中央部にボス部３ａ，８ａおよび円筒状の
穴部３ｂ，８ｂが形成されており、それらの穴部３ｂ，
８ｂは互いに同軸となるように配置されている。また、
穴部８ｂには外周円筒面部と内周球面部を持つ球面支持
部材９が挿入されており、球面支持部材９により外周球
面部と内周円筒面部を持つ球面ブッシュ１０が支持され
て、いわゆる球面軸受を構成している。

【００１６】主ロータ部材１１には、図１における左方
向の端部にシャフト部１１ａが形成されており、また、
外周部に永久磁石１２が固定されている。主ロータ部材
１１には、更に、シャフト部１１ａの端面から図１にお
ける右方向の端面まで貫通した空洞１３が形成されてい
る。副ロータ部材１４には、図１における右方向の端部
にシャフト部１４ａが形成されており、また、図１にお
ける左方向の端面に開口する穴部１４ｂがシャフト部１
４ａの中心軸から半径方向に偏位して形成されている。
穴部１４ｂには、外周円筒面部と内周球面部を持つ球面
支持部材１５が挿入されており、球面支持部材１５によ
り外周球面部と内周円筒面部を持つ球面ブッシュ１６が
支持されて、いわゆる球面軸受を構成している。主ロー
タ部材１１と副ロータ部材１４とは、それらのシャフト
部１１ａ，１４ａが互いに同軸となる様に、ボルト１７
により一体に結合されて圧縮機駆動用モータのロータ部
１８を形成している。ロータ部１８は、その二つのシャ
フト部１１ａ，１４ａがそれぞれ第１プレート部材の穴
部３ｂと第２プレート部材の穴部８ｂに球面支持部材９
を介して支持された球面ブッシュ１０とに回転自在に嵌
入されて両持ちの状態で軸受支持されている。なお、副
ロータ部材１４のシャフト部１４ａの先端部にはスラス
トプレート１９が組み込まれており、キー２０によりロ
ータ部１８と一緒に回転してスラスト軸受２１と当接し
て回転摺動を行うが、副ロータ部材のシャフト部１４ａ
とスラストプレート１９とは球２２を介して当接してお
り、スラストプレート１９とスラスト軸受２１とが片当
たりせず常に均等に接触する様になっている。圧縮機駆
動用モータのステータ部７，ロータ部１８のそれぞれの
マグネットセンタ２３，２４を互いに軸方向に偏位させ
てロータ部１８に常にスラストプレート２１とスラスト
軸受２２が当接する方向の磁気力が作用する構造となっ
ているので、ロータ部１８の軸方向位置はスラスト軸受
２２の軸方向位置により決定される。スラスト軸受２１
はその外周にねじが形成してあり第２プレート部材８に
対してねじ込まれてその軸方向位置を調節しロックナッ
ト２５により最終的に固定される。すなわち、ロータ部
１８の軸方向位置を調整することが可能である。

【００１７】てこ部材２６には、一端に球面部２６ａ，
他端に円筒面部２６ｂ、更に、それらの中間にもう一つ
の球面部２６ｃが形成されており、球面部２６ａの球心
と球面部２６ｃの球心とを結んだ軸線が円筒面部２６ｂ
の中心軸となっている。てこ部材２６は、円筒面部２６
ｂが前記球面ブッシュ１６の内周円筒面部に回転自在に
嵌入されて軸受支持され、球面部２６ｃが外周円筒面部
と内周球面部を持ち第１プレート部材の穴部３ｂに挿入
固定された球面支持部材２７により球面対偶で支持され
ている。てこ部材の球面部２６ａには旋回スクロール部
材のスクロールラップ部２ｂと反対側に鏡板部２ａの中
央部から立設させたボス部２ｄが、外周円筒面部と内周
球面部を持ち該ボス部２ｄの内周円筒面に挿入された球
面支持部材２８を介して球面対偶で支持されている。ま
た、てこ部材２６は、球面部26ｃの中心と円筒面部２６
ｂとの距離が、球面部２６ｃの中心と球面部２６ａの中
心との距離に比べて十分大きくなる様に形成されてい
る。なお、球面支持部材９，１５，２７，２８はいずれ
も半径方向（図示せず）に分割できる構造となってい
る。

【００１８】また、固定スクロール部材１のラップ１ｂ
の歯底面と旋回スクロール部材２のラップ２ｂの歯先面
の隙間には、板状体３７とこれに隣接するアクチュエー
タすなわち圧電素子３８と、圧縮機の運転時の各スクロ
ール部材内部の温度変化を検出するための温度センサ３
９と、前記温度センサ３９からの入力信号により圧電素
子３８を駆動するための駆動回路４０が信号線４１，４
２を介して設けてある。

【００１９】チャンバ６の両端開口部には第１サイドチ
ャンバ２９と第２サイドチャンバ３０とが溶接されて、
全体として密閉容器を形成している。作動流体は吸入口
３１より圧縮機内に流入し、固定スクロール部材１に向
かう吸入通路を形成する吸入管３２の内部を通過した
後、外周部から圧縮作動室４４に吸入されその容積の減
少により中央部へ移動しながら圧縮され、固定スクロー
ル部材の鏡板部１ａの中央部に形成された吐出ポート１
ｃから吐出弁３３，吐出弁押さえ３４を通過して吐き出
される。その後、固定スクロール部材１あるいは第１プ
レート部材３とチャンバ６との間の隙間部を通過してモ
ータ室に流入した後、第２サイドチャンバ３０に設けら
れた吐出口３５から圧縮機外に流出する。

【００２０】以上の構成とすることにより、圧縮機駆動
用モータのロータ部１８が回転すると、円筒面部２６ｂ
がロータ部１８の回転軸から偏位した位置に支持され球
面部２６ｃが回転軸上の点を中心として球面対偶支持さ
れているてこ部材２６の中心軸は、ロータ部１８の回転
軸に対して一定の傾斜角を保ちながら、球面対偶中心を
頂点とする二つの円錐状の軌跡を描く。従って、てこ部
材の球面部２６ａの中心は円運動を行い、球面部２６ａ
により球面対偶支持された旋回スクロール部材２に公転
運動が与えられる。つまり、第１プレート部材３の中央
部のボス部３ａに形成された共通の穴部３ｂにより、て
こ部材２６のてこ支点である球面部26ｃの球面対偶支持
と力点である円筒面部２６ｂを公転運動させるロータ１
８の回転支持を行っているので、ロータ１８の回転軸上
にてこ部材の球面部２６ｃの球面対偶中心を正確に位置
させることができ、てこ部材先端の球面部２６ａに連結
された旋回スクロール部材２の公転運動を正確な円運動
にすることが容易になる。なお、ロータ部１８はその軸
方向位置を調節することが可能であるので、ロータ部１
８に装着されててこ部材の円筒面部２６ｂを支持する球
面ブッシュ１６の軸方向位置も調節することが可能であ
り、てこ部材２６の中心軸のロータ部１８の回転軸に対
する傾斜角を調節する事が可能となり旋回スクロール部
材２の公転半径を調節することができる。すなわち、旋
回スクロール部材のスクロールラップ部２ｂと固定スク
ロール部材のスクロールラップ部１ｂとの半径方向の隙
間量を調節できる構造となっている。また、てこ部材２
６の一部を圧縮機駆動用モータのロータ部１８の内部に
組み込む構造としているので、てこの効果を活用するた
めにてこ部材２６の軸長が長くなっても圧縮機全体の軸
方向長さを増大さる必要がなく、圧縮機のコンパクト性
を犠牲にすることがない。また、てこ部材２６の傾斜角
を変化させて旋回スクロール部材２の公転半径を変え、
旋回スクロール部材のスクロールラップ部２ｂと固定ス
クロール部材のスクロールラップ部１ｂとの半径方向の
隙間量を調節できる構造であるので、作動気体のシール
性の向上により圧縮機の性能が向上する。更には、てこ
部材２６の傾斜角を変化させてもロータ部１８が球面ブ
ッシュ１６を介してこ部材の円筒面部２６ｂを回転支持
しているので、その摺動部の片当たりの発生を防止でき
る。

【００２１】また、旋回スクロール部材のスクロールラ
ップ部２ｂに作用する圧縮流体の圧力により、てこ部材
２６の球面部２６ａに半径方向に作用する荷重は、てこ
部材２６が球面部２６ｃと円筒面部２６ｂとにおいて他
の部品により拘束されることにより支持されるが、球面
部２６ａの中心を荷重点、球面部２６ｃの中心を支点、
円筒面部２６ｂを支持する球面ブッシュ１６の中心を力
点と考えれば、本実施例では支点と荷重点との距離に比
べて支点と力点との距離が十分大きいため、てこの原理
により、力点に作用する荷重の大きさは荷重点に作用す
る荷重の大きさに比べて大幅に低減される。球面ブッシ
ュ１６と球面支持部材１５とを介して、てこ部材２６の
円筒面部２６ｂとの間で荷重を及ぼしあうロータ部１８
が自転運動をするため摩擦力によりてこ部材２６に自転
させようとする回転駆動トルクが作用するが、上の理由
で摩擦力を発生させる荷重が大幅に小さいためその回転
駆動トルクは小さい。一方、球面支持部材２８を介して
球面部２６ａとの間で荷重を及ぼしあう旋回スクロール
部材２はオルダムリング５により自転を防止されてお
り、球面支持部材２７を介して球面部２６ｃとの間で荷
重を及ぼしあう第１プレート部材３も自転運動を行わな
いため、それらの部分における摩擦力によりてこ部材２
６に自転させまいとする回転抵抗トルクが作用するが、
摩擦力を発生させる荷重が比較的大きいためその回転抵
抗トルクは大きい。従って、てこ部材２６は自転させま
いとする回転抵抗トルクの方が大きくなるため自転運動
を行わず、旋回スクロール部材２あるいは第１プレート
部材３との連結部において直接摺動運動を行う球面支持
部材２７，２８に対しては搖動運動を行い、ロータ部１
８との連結部において直接摺動運動を行う球面ブッシュ
１６に対してのみ相対的な回転運動を行うと考えられ
る。すなわち、てこ部材２６は比較的大きな荷重の作用
する摺動部では非常に摺動速度の小さい搖動運動を行
い、比較的大きな速度で摺動する回転摺動部において作
用する荷重はてこの原理により大幅に小さい。また、比
較的大きな速度で摺動する回転摺動部は、他に、ロータ
部１８の二つのシャフト部１１ａ，１４ａとそれらをそ
れぞれ軸受支持する第１プレート部材の穴部３ｂおよび
第２プレート部材の穴部８ｂに球面支持部材９を介して
支持された球面ブッシュ１０との間の摺動部があるが、
それらの摺動部はてこ部材の円筒面部２６ｂの球面ブッ
シュ１６による回転支持部の両側にあり、てこ部材の円
筒面部２６ｂと球面ブッシュ１６との間に作用する小さ
な荷重のロータ部回転軸に直角な面内成分を分担して支
持することになるので、それらの回転摺動部に作用する
荷重はてこ部材の円筒面部２６ｂと球面ブッシュ１６と
の間に作用する小さな荷重に比べ更に小さい。すなわ
ち、本実施例の構造によれば旋回スクロール部材２に公
転運動を与えるための機構の各摺動部で摺動速度と半径
方向の摺動荷重のいずれか一方を低減することができ
る。これにより、旋回スクロール部材２に公転運動を与
えるための機構におけるラジアル荷重による機械摩擦損
失の低減と摺動条件の緩和により圧縮機の効率と耐久性
が向上する。また、球面ブッシュ１０，１６，てこ部材
の球面部２６ａ，２６ｃはそれぞれ球面支持部材９，１
５，２７，２８を介して他の部材と球面対偶結合されて
いるが、それらの球面支持部材はその外周面が円筒形状
であるので他の部材に軸方向から容易に装着できる。ま
た、球面支持部材９，１５，２７，２８は半径方向に分
割できる構造であるので、それらの内周球面部にブッシ
ュ１０，１３の外周球面部およびてこ部材の外周球面部
２６ｃ，２６ａを容易に組み込むことができる。更に
は、主ロータ部材１１に固定されたバランスウェイト３
６と副ロータ部材１４の一部のバランスウェイト３６と
１８０°の角度を成す方向に形成されたバランスウェイ
ト部14ｃとにより、旋回スクロール部材２とてこ部材２
６等の運動で生じる不釣合遠心力と不釣合モーメントと
を完全に打消すことが可能である。

【００２２】一方、従来の密閉式スクロール形圧縮機で
は、固定スクロール部材１の外側に高温高圧の吐出圧力
が作用し、吸入管３２周辺の圧縮行程始めの低圧の吸入
圧力との間に圧力差が生じる。そのため、両スクロール
部材１，２はともに、ラップ中央部と外径部でほぼ全体
的に不均一な熱変形が起こり、両スクロール鏡板部１
ａ，２ａ及び両スクロールラップ部１ｂ，２ｂの先端と
も中央部が外周部より高くなる現象が起こる。これによ
り、両スクロールラップ部１ｂ，２ｂの中央部同士が変
形して高くなりお互いに近寄るため、固定スクロール部
材１のスクロールラップ部１ｂの歯底面と旋回スクロー
ル部材２のスクロールラップ部２ｂの先端面及び同士が
強く接触してしまう。しかし、本実施例では、スクロー
ル部材の熱変形を温度センサ３９により検知し、温度セ
ンサ３９の入力信号により駆動回路が最適な状態に圧電
素子３８を駆動し、圧電素子３８に隣接する板状体３７
と旋回スクロール部材２のスクロールラップ部２ｂの先
端との隙間は常に軽く接した状態であり、圧縮機の運転
状態に応じた適正な隙間を確保することが可能となり、
しかも板状体３７と旋回スクロール部材２のスクロール
ラップ部２ｂの歯先面とが局部的に強く接触することが
なくなり、摺動摩擦損失を大幅に低減することができ
る。また、スクロール部材内部に圧電素子３８を配設す
ることにより、微小なラップ間隙間の管理が可能とな
り、作動流体の漏れを最小限にすることができ、シール
性の向上が図れる。

【００２３】また、圧縮機起動直後はスクロール部材の
温度が急には上昇していないため、センサ信号に頼ると
アクチュエータが動作しないので、旋回スクロール部材
２のスクロールラップ部２ｂの先端面と板状体３７は離
れてしまう可能性がある。そこで、圧縮機起動後の一定
時間内は、駆動回路４０がセンサ信号を無視して強制的
に圧電素子３８を駆動させる回路を組むことにより、初
期駆動状態でも適正なスクロールラップ隙間を補償する
ことが可能となる。また、圧縮機停止直後は、旋回スク
ロール部材２がまだ熱膨張しているため、圧電素子３８
が初期状態に戻ることにより、板状体３７と旋回スクロ
ール部材２のスクロールラップ部２ｂの先端面とが強く
接触する可能性があるので、圧縮機停止後の一定時間内
においては、駆動回路４０を起動させる回路を組むこと
により、スクロールラップ部の隙間を補償することが可
能となる。

【００２４】図２は本発明の一実施例で、スクロールラ
ップ部の断面図を示したものである。固定スクロール部
材１の部材内部には、圧電素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃ
が備えてあり、そのスクロールラップ部１ｂの歯底面側
の端部には板状体３７と当接している。板状体３７は、
固定スクロール部材１のスクロールラップ部１ｂの歯底
面とはわずかな隙間を有し、反対側は旋回スクロール部
材２のスクロールラップ部２ｂの歯先面と接しており、
両者の隙間は組立時点において適正に調整されている。
なお、板状体３７は両スクロール部材１，２より熱変形
量の少ない部材や耐摩耗性材料で形成することもでき
る。温度センサ３９ａ，３９ｂ，３９ｃは、固定スクロ
ール部材１の部材内部に複数個配設され、圧縮作動室４
４内の温度を検出する。温度センサ３９ａ，３９ｂ，３
９ｃは、信号線４２ａ，４２ｂ，４２ｃを介して駆動回
路４０に接続されており、一方、圧電素子３８ａ，３８
ｂ，３８ｃは、信号線４１ａ，４１ｂ，４１ｃを介して
駆動回路４０に接続されている。圧縮機の運転状態下で
は、作動流体が圧縮され、圧縮作動室４４内の温度が上
昇する。この温度変化を複数個の温度センサ３９により
検出し、この入力信号に応じて駆動回路４０は、圧電素
子３８ａ，３８ｂ，３８ｃを適正な値だけ変位させる。
これにより、圧電素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃに隣接し
た板状体３７は、圧縮作動室４４内の圧力に打ち勝って
圧電素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃによって旋回スクロー
ル部材２の歯先面に押しつけられ、板状体３７と旋回ス
クロール部材２のスクロールラップ２ｂの歯先面との隙
間は、少なくとも圧縮機運転中は常に適正な値に保たれ
ている。また、温度センサ３９を固定スクロール部材１
の内部に複数個配置することにより、複数の圧縮作動室
４４の温度分布に応じたスクロールラップ間の隙間管理
が可能となる。なお、温度センサ３９を旋回スクロール
部材２の内部に複数個配置しても同様の効果が得られ
る。また、温度センサ３９の代わりに圧力を検出する手
段を用いても同様の効果が得られる。

【００２５】図３は本発明の一実施例で、板状体の平面
図を示したものである。図示のように板状体３７は、イ
ンボリュート曲線あるいはそれに類似した曲線で形成さ
れる固定スクロール部材１のスクロールラップ１ｂの形
状に対応した貫通溝４５を有している。板状体３７に
は、それぞれ圧電素子３８が当接する部分の位置を模式
的に示したものである。また、場合によっては、板状体
３７の３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８
ｆに圧電素子を一体化した状態で配設しても良い。圧電
素子３８の取付箇所は、スクロール部材の変形量を考慮
して設定されるものである。また、板状体３７は両スク
ロール部材１，２部材より、耐摩耗性を有する部材で形
成されている。

【００２６】図４は本発明の一実施例で、板状体の断面
図である。図示のように板状体３７は、中央部の板厚を
薄く構成することも可能である。これは、板状体３７の
旋回スクロール部材２側の接触面４６の中央部の板厚を
外周部の板厚より薄くしたものである。これにより、板
状体３７を移動させるアクチュエータを移動させても、
圧縮機の運転時の旋回スクロール部材２のスクロールラ
ップ部２ｂの不均一な熱変形量に対応できので、簡単な
駆動回路でも板状体３７とスクロールラップ２ｂとの隙
間は、常に適正に保たれる。なお、中央部と外周部の最
大高さの差は、数百μｍ以下に形成される。

【００２７】また、他の実施例として、圧縮作動室４４
内に潤滑油を供給しないタイプのスクロール形圧縮機に
ついても、従来タイプはスクロール部材の熱膨張量が大
きくなるが、上記各種実施例を適用することにより、ス
クロールラップ間の軸方向の隙間管理が可能となり、高
効率な無給油式スクロール形圧縮機を提供できる。

【００２８】図５は本発明の一実施例で、スクロール形
圧縮機の断面図を示したものである。以下の本実施例の
説明では、上記図１の実施例と異なる部分についてのみ
解説するので、その他の部分については図１の実施例と
同様である。

【００２９】同図において、旋回スクロール部材２のボ
ス部２ｄ及び第１プレート部材３のボス部３ａには、温
度センサ４７ａ，４７ｂが配設されている。また、副ロ
ータ部材１４のシャフト部１４ａの先端部に組み込まれ
ているスラストプレート１９には、それに隣接する圧電
素子４８ａ，４８ｂが固定部材５１を介して配設されて
いる。また、てこ部材２６の球面部２６ａ，２６ｃ内部
には潤滑油流路５２が設けてあり、チャンバ６内の潤滑
油（図示せず）が圧力差などにより潤滑油流路入口５３
から潤滑油流路５２を通って、てこ部材２６に当設する
各球面支持部材２７，２８に供給され潤滑される。

【００３０】温度センサ４７は、旋回スクロール部材２
のボス部２ｄ及び第１プレート部材３のボス部３ａの部
材内部にそれぞれ複数個配設されており、圧縮機の運転
中における各球面支持部２７，２８周辺部の温度変化を
検出するものであり、信号線５０ａ，５０ｂを介して駆
動回路４０に接続されている。また、圧電素子４８ａ，
４８ｂは信号線、４９ａ，４９ｂを介して駆動回路４０
に接続されており、スラストプレート１９に隣接して複
数個設けられている。

【００３１】圧縮機の運転状況下では、モータによりて
こ部材が駆動される。これにより、てこ部材２６の球面
部２６ａ，２６ｂとこれらに当接する球面支持部材２
７，２８との接触面において、面圧が上昇すると共にこ
れらの雰囲気温度も上昇することにより、てこ部材２６
が熱変形を起こし、てこ部材２６の球面部２６ａ，２６
ｂとこれらに当接する球面支持部材２７，２８との接触
面において、摩耗，焼き付きが発生する可能性がある。
また、てこ部材２６が熱変形により各球面支持部材の軸
受支持間距離が変化するため、てこ部材２６の球面部２
６ａ，２６ｂとこれらに当接する球面支持部材２７，２
８との接触面において摺動摩擦損失が増大すると共に、
スクロールラップ部の径方向にラジアル荷重が作用し、
シール特性の悪化、更には摺動摩擦損失の増大を招く可
能性がある。しかし、本実施例では、複数個の温度セン
サ４７により、球面支持部材２７，２８周辺部の温度変
化を検出し、この入力信号に応じて駆動回路４０は、圧
電素子４８ａ，４８ｂを適正な値だけ変位させる。これ
により、圧電素子３８ａ，３８ｂに隣接したスラストプ
レート１９も変位を行い、各球面支持部材の軸受支持間
距離が少なくとも圧縮機運転中は常に適正な値に補償さ
れることにより、スクロールラップ部の径方向の隙間管
理が可能となり効率向上と機械摩擦損失の低減効果が得
られる。また、駆動回路４０は、温度センサ４７からの
入力信号により、圧縮機の任意の運転状態における最適
なてこ部材２６の球面部２６ａ，２６ｂとこれらに当接
する球面支持部材２７，２８との接触面における摺動条
件を判断し、圧電素子４８ａ，４８ｂの駆動を行う。こ
れにより、圧縮機運転中の機械摩擦損失の低減と摺動条
件の緩和が可能となり、圧縮機の効率と耐久性が向上す
る。また、図１に示した固定スクロール部材１に板状体
３７，圧電素子３８並びに温度センサ３９を配設する本
発明の一実施例と組み合わせることにより、更なる圧縮
機の効率と耐久性が向上する。また、温度センサ３９の
代わりに圧力センサを設けることにより、圧縮機の運転
状態に応じた最適な吐出圧力の管理が可能となり、圧縮
機の高効率化が図れる。また、圧縮機起動直後はスクロ
ール部材の温度が急には上昇していないため、センサ信
号に頼るとアクチュエータが動作しないので、圧縮機起
動後の一定時間内は、駆動回路４０がセンサ信号を無視
して強制的に圧電素子４８を駆動させる回路を組むこと
により、初期駆動状態でも適正な球面支持部材間の位置
関係を補償することが可能となる。また、圧縮機停止直
後は、球面支持部材２７，２８周辺部の温度が高温のた
め、圧電素子４８が初期状態に戻ることにより、てこ部
材２６の球面部２６ａ，２６ｂとこれらに当接する球面
支持部材２７，２８との接触面において、焼き付き等の
可能性があるので、圧縮機停止後の一定時間内では、駆
動回路４０を起動させる回路を組むことで摺動面の補償
が可能となる。また、どちらか一方あるいは両方のスク
ロール部材をアルミニウム材料等で形成することによ
り、軽量化が図れ、塑性加工時に板状体３７を圧入もし
くは押圧することにより、スクロール部材と板状体３７
の一体化が図れる。

【００３２】図６は本発明の一実施例で、スクロールラ
ップ部の断面図を示したものである。

【００３３】同図において、てこ部材２６の球面支持部
材２８を潤滑した後の潤滑油は旋回スクロール部材２の
背面部の空間５４ａに充満する。

【００３４】一方、旋回スクロール部材２にはスクロー
ルラップ部２ｂの先端部にチップシール溝５５が設けら
れており、これに嵌め合わされて耐熱性に優れ摺動特性
の良好な樹脂系の材料で形成されたチップシール５６が
装着されている。また、固定スクロール部材１のスクロ
ールラップ部１ｂの先端部にも同様な材料で形成された
チップシール５７が装着されている。また、旋回スクロ
ール部材２には、チップシール溝５５と背面部の空間５
４ａとを連通させる連通孔５８が形成されている。な
お、潤滑油の流量は、この連通孔５８の両端の圧力差と
連通孔５８の大きさによりほぼ支配されるが、旋回スク
ロール部材２にはこれとは別に圧縮作動室４４と背面部
の空間５４ｂとを連通させる複数個の連通孔５９があっ
て背面部の空間５４ｂの圧力は概ね一定に保たれている
ので、潤滑油の流量も常に好ましい状態を維持すること
ができる。しかし、他の実施例ではこの連通孔５９を設
けなくても、他の連通孔５８だけで本発明の目的を達成
できる圧縮機を提供することができる。

【００３５】以上の結果、図７に本発明の一実施例のチ
ップシールの作動状況を示すが、旋回スクロール部材２
の背面部の空間５４に充満した潤滑油は連通孔５８から
チップシール溝５５に供給され、チップシール５６の背
面部はもちろんのことスクロールラップ部２ｂの先端部
の隙間までの全面が潤滑油６０で覆われる。チップシー
ル５６の周囲から溢れた潤滑油６０はさらに、固定スク
ロール部材１に配設されたチップシール５７の周囲を覆
うようになる。この結果、チップシール５６や５７の全
面が潤滑油６０によって覆われるためシール性能が向上
し更にはチップシール先端面の摺動特性も向上する。ま
た、潤滑油６０は常に供給されるのでチップシール先端
部には摩擦熱が篭らず常に比較的低い温度が保たれ、さ
らなる摺動特性を向上させることが可能となる。また、
チップシール５６は同図に示すように潤滑油６０の圧力
によって固定スクロール部材１のスクロールラップ部１
ｂの底面部に適当な力で押しつけられるため、スクロー
ルラップ部先端部での径方向の漏れ量を大幅に低減でき
る。

【００３６】なお、チップシール５６から溢れでた潤滑
油６０は最終的には圧縮作動室内４４で作動流体と共に
高圧になって吐出ポート１ｃからチャンバ６内へと排出
される。チャンバ６内の空間では作動流体と潤滑油６０
とが好適に分離され、潤滑油６０は再びチャンバ６の下
部に溜められる。チャンバ６下部の潤滑油６０の一部は
常にこのような循環を繰り返し、各チップシール２１，
２２の周囲を常に潤滑油６０で満たすことができる。

【００３７】図８は本発明の一実施例で、冷暖房空調機
のシステム構成図の概略を示したものである。制御回路
４０は圧縮機６１を駆動するためのもので、四路切換弁
６２は、作動流体の流れ方向の切り換えを行うものであ
る。冷房運転時の場合、室外側熱交換器６３が凝縮器、
室内側熱交換器６４が蒸発器として作用する。作動流体
は、圧縮機６１で圧縮され室外側熱交換器６３により凝
縮する。凝縮した作動流体は、膨張弁６５ａ，６５ｂに
より絞り膨張され、室内側熱交換器６４により蒸発，冷
却作用され圧縮機６１へと各々冷媒配管６６を介して戻
される冷凍サイクルを繰り返す。また、暖房運転時の場
合には、冷房時と概略、逆の経路となる。このような冷
暖房空調機では、冷房時と暖房時で圧縮機の圧力や温度
が異なるため、従来の圧縮機では常に適正なラップ間の
隙間を与えることができなかった。本実施例では、例え
ば、図１の実施例を適用することにより、スクロール部
材の熱膨張量を温度センサ３９で検知し、この入力信号
に応じて駆動回路４０が圧電素子３８と板状体３７を駆
動することにより、板状体３７と旋回スクロール部材２
のスクロールラップ部２ｂの歯先面との隙間を最適化で
きるので、常に高効率な冷暖房空調機を提供することが
できる。

【００３８】以上、密閉式のスクロール形圧縮機につい
て、本発明の実施例を示してきたが、開放形のスクロー
ル形圧縮機についても本発明は適用可能であり、同様の
効果がえられる。

【００３９】なお、以上の図１から図８までの実施例
は、単独で実施できることはもちろんであるが、種々組
み合わせて実施することも可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、スクロール形圧縮機に
おいて機械摩擦損失の低減と摺動条件の緩和が可能であ
り、高効率で耐久性の高いスクロール形圧縮機を提供す
ることができる。また、圧縮機の運転状態に対応したス
クロールラップ部の軸方向及び径方向の最適な隙間管理
が可能となり、高効率なスクロール形圧縮機を提供する
ことができる。

【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形圧縮機の
断面図。

【図２】本発明の一実施例を示すスクロールラップ部の
断面図。

【図３】本発明の一実施例を示す板状体の平面図。

【図４】本発明の一実施例を示す板状体の断面図。

【図５】本発明の一実施例を示すスクロール形圧縮機の
断面図。

【図６】本発明の一実施例を示すスクロールラップ部の
断面図。

【図７】本発明の一実施例を示すチップシールの作動状
況を説明する断面図。

【図８】本発明の一実施例を示す冷暖房空調機のシステ
ムの系統図。

【符号の説明】

１…固定スクロール部材、１ａ…鏡板部、１ｂ…スクロ
ールラップ部、１ｃ…吐出ポート、２…旋回スクロール
部材、２ａ…鏡板部、２ｄ…ボス部、３…第１プレート
部材、３ａ…ボス部、６…チャンバ、１４…副ロータ部
材、１４ａ…シャフト部、１９…スラストプレート、２
６…てこ部材、２６ａ，２６ｃ…球面部、２７，２８…
球面支持部材、３７…板状体、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ
…圧電素子、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ…温度センサ、４
０…駆動回路、４９ａ，４９ｂ，５０ａ，５０ｂ…信号
線、５１…固定部材、５２…潤滑油流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】端版と前記端版に直立するインボリュート
   曲線あるいはそれに類似した曲線からなるラップを備え
   る固定スクロール部材と旋回スクロール部材をお互いに
   組合せ、前記旋回スクロール部材を自転しないように自
   転防止機構を設け旋回運動させることにより作動流体の
   圧縮を行うスクロール形圧縮機において、前記旋回スク
   ロール部材は、球面対偶で回転可能に軸受支持されその
   一部が圧縮機駆動用モータ内部に挿入されている構造の
   てこ部材により駆動され、更にスクロール部材内部に板
   状体と前記板状体に複数個のアクチュエータを配設し、
   かつ、圧縮機の内部状態を検出するための温度センサと
   前記温度センサからの入力信号により前記アクチュエー
   タを駆動するための駆動手段を備えたことを特徴とする
   スクロール形圧縮機。