WO2017002212A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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WO2017002212A1
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scroll compressor
leaf spring
sealed container
fixed
scroll
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English (en)
French (fr)
Inventor
政哉 岡本
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02Lubrication; Lubricant separation

Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor mounted on a cooling device such as an air conditioner or a refrigerator.
  • a compression mechanism portion that compresses the refrigerant, a drive portion that is disposed below and drives the compression mechanism portion, and lubricating oil (hereinafter simply referred to as “oil”) that lubricates the compression mechanism portion are stored.
  • oil lubricating oil
  • the compression mechanism section includes a fixed scroll having a fixed spiral tooth formed on one surface of the fixed base plate, and a swing spiral tooth formed on one surface of the swing base plate.
  • a compression chamber is formed opposite to the teeth, a swing scroll having a boss portion formed on the other surface of the swing base plate, an Oldham mechanism for preventing the swing scroll from rotating, and these are housed.
  • a frame is also formed.
  • an oil supply hole through which oil passes with the refrigerant discharged into the sealed container is formed in the shaft center part, and is slidably fitted to the rocking bearing of the boss part of the rocking scroll at one end of the main shaft part.
  • a crankshaft provided with an eccentric shaft portion is provided.
  • the drive unit includes an electric motor stator fixed to the hermetic container, and an electric motor rotor arranged rotatably in the electric motor stator.
  • the main shaft of the crankshaft is fixed to the motor rotor of the drive unit.
  • the eccentric shaft portion of the crankshaft rotates integrally with the main shaft portion, thereby giving the swinging motion to the swing scroll. Therefore, a balancer for canceling the centrifugal force generated by the swinging motion of the swing scroll is attached to the main shaft portion of the crankshaft, and a balancer cover that partially covers the balancer is provided at the lower part of the frame.
  • the refrigerant to be compressed flows in from the suction pipe on the side surface of the sealed container, turns around the balancer cover between the frame and the electric motor, and is compressed from the suction port provided in the frame to the compression chamber. It is taken in and compressed and discharged from the discharge tube to the outside of the sealed container.
  • the rotational speed exceeds a certain rotational speed, for example, in a high rotational speed range exceeding 5000 rpm depending on the operating conditions
  • the refrigerant circulation amount sucked into the shell increases, and the refrigerant gas directed to the oil sump provided at the bottom of the shell also increases.
  • the flow rate also increases. For this reason, the oil is frequently wound up by the flow of the refrigerant gas, and the oil that has been wound up is discharged to the outside of the compressor together with the refrigerant gas, and the oil in the compressor may be depleted.
  • the refrigerant flowing in from the suction pipe is made to collide with a plate attached to the spring through a hinge so as to be able to swing horizontally, so that the flow direction of the refrigerant is changed according to the rotational speed of the compressor.
  • Things have been proposed.
  • the operation of the plate opens in the horizontal direction because the higher the operating frequency of the compressor, the higher the collision pressure of the suction refrigerant against the plate. That is, when the rotation speed of the compressor increases, the refrigerant inflow amount to the space around the balancer cover is increased, and the refrigerant flow rate in the lower direction where the oil sump is located is reduced. In this way, the amount of oil wound in the oil sump is reduced by reducing the refrigerant flow rate in the lower direction during operation when the rotational speed of the compressor is high (see, for example, Patent Document 2).
  • the refrigerant flows from the suction pipe of the hermetic container, and a part of the scroll rotates in the space around the balancer cover between the frame and the motor, and enters the compression chamber from the suction port at the bottom of the frame. It is taken in, compressed, and discharged from the discharge pipe.
  • Part of the refrigerant that has flowed into the sealed container from the suction pipe flows into the motor at the lower part of the sealed container due to a collision with the lower part of the frame or the balancer cover, cools the motor, and is taken into the compression chamber from the suction port at the lower part of the frame. Compressed and discharged from the discharge pipe.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is a first object of the present invention to obtain a highly reliable scroll compressor that can reduce oil rising from the space around the balancer cover during operation in a high frequency range. This is the purpose of 1.
  • the second object of the present invention is to make it possible to suppress the amount of heat generated by the motor during operation in a high frequency range.
  • a scroll compressor includes a sealed container, a suction pipe that allows fluid to flow into the sealed container, an orbiting scroll having an orbiting spiral tooth, and a fixed that forms a compression chamber together with the orbiting scroll tooth of the orbiting scroll. It has a fixed scroll with spiral teeth, and is arranged below the compression mechanism part that compresses the fluid that flows into the sealed container through the suction pipe, and drives the compression mechanism part below the compression mechanism part inside the sealed container. There is a movable part that is placed opposite to the drive part and the fluid inlet of the sealed container, and the upper part is fixed and rotates around the fixed part, and the inside of the sealed container depends on the collision pressure of the fluid that has flowed into the sealed container And a plate member for changing the flow direction of the fluid.
  • the scroll compressor in a high-frequency operation region where the amount of fluid inflow from the suction pipe increases, as the suction fluid flow speed increases, the scroll compressor is disposed on the movable portion of the plate member disposed to face the fluid inlet.
  • the applied load increases.
  • the movable portion is deformed, the collision incident angle of the suction fluid to the movable portion is increased, and the amount of suction fluid to be diverted downward is increased.
  • the fluid flow rate in the horizontal direction toward the space between the frame and the drive unit is reduced, the increase in oil rising due to the winding of the fluid is suppressed, and the sliding part due to oil depletion in the oil reservoir at the bottom of the sealed container is suppressed.
  • Seizure and abnormal wear can be prevented. Further, in the high frequency operation region, the amount of fluid that is diverted downward where the drive unit is disposed increases, so the amount of heat generated by the drive unit is suppressed, and the compressor can be operated under a wider range of operating pressure conditions. .
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall configuration of a scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the main part of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the scroll compressor 100 includes a sealed container 1, a compression mechanism unit disposed on the top of the sealed container 1, a drive unit disposed at the center of the sealed container 1, and the sealed container 1. And an oil sump 11 formed at the bottom.
  • the scroll compressor 100 includes a suction pipe 13 serving as a fluid inlet for introducing a refrigerant that is a fluid into the sealed container 1, and a discharge pipe 30 for discharging the refrigerant compressed in the compression chamber to the outside. ,have.
  • the compression mechanism section includes a fixed scroll 2 fixed to the hermetic container 1, an orbiting scroll 3, an Oldham ring 19 that prevents the orbiting scroll 3 from rotating, and a frame 7 that houses them. Yes. That is, the orbiting scroll 3 performs an oscillating motion without rotating with respect to the fixed scroll 2 by an Oldham ring 19 for preventing the rotating motion.
  • the drive unit includes an electric motor stator 6 fixed to the hermetic container 1, and an electric motor rotor 4 that is rotatably disposed inside the electric motor stator 6.
  • the oil reservoir 11 is provided with a pump 12 that supplies oil (lubricating oil) 10 to a sliding portion or the like through an oil supply hole 5 b in the main shaft portion 5 of the crankshaft 50.
  • An electric motor rotor 4 of a driving unit is attached to the main shaft portion 5 of the crankshaft 50, and the crankshaft 50 is rotationally driven by the electric motor.
  • the fixed scroll 2 has a fixed base plate 2a and fixed spiral teeth 2b formed on one surface of the fixed base plate 2a.
  • the oscillating scroll 3 includes an oscillating base plate 3a, an oscillating spiral tooth 3b formed on one surface of the oscillating base plate 3a, and a hollow cylinder formed on the other surface of the oscillating base plate 3a.
  • the boss 20 has a shape, is eccentrically combined with the fixed scroll 2, and is thrust-supported from below by the frame 7. Therefore, the surface of the swing base plate 3 a of the swing scroll 3 opposite to the swing spiral teeth 3 b acts as the thrust bearing surface 15.
  • the swinging spiral tooth 3b forms a compression chamber together with the fixed spiral tooth 2b.
  • the crankshaft 50 has an eccentric shaft portion 5 a that is slidably fitted to the rocking bearing 20 a of the boss portion 20 of the rocking scroll 3 at one end portion of the main shaft portion 5.
  • the eccentric shaft portion 5 a of the crankshaft 50 rotates integrally with the main shaft portion 5, thereby swinging the swing scroll 3.
  • a balancer 8 that cancels the centrifugal force generated by the swinging motion of the swing scroll is attached to the main shaft portion 5 of the crankshaft 50, and a balancer cover 9 that partially covers the balancer 8 is a lower part of the frame 7. Is provided.
  • a space 21 around the balancer cover 9 between the frame 7 and the electric motor communicates with a suction port 22 formed in the frame 7.
  • the fixed scroll 2 is fixed to the upper surface of the frame 7 with bolts, and a discharge port 16 is formed at the center of the fixed base plate 2a of the fixed scroll 2 to discharge the compressed and high-temperature and high-pressure refrigerant. Yes.
  • the compressed high-temperature and high-pressure refrigerant is discharged into the high-pressure chamber 17 above the fixed scroll 2, passes through the discharge pipe 30, and is discharged out of the sealed container 1.
  • the reverse flow of the refrigerant to the discharge port 16 is prevented by the discharge valve 18.
  • a plate member 14 that is inclined with respect to the flow of the refrigerant flowing from the suction pipe 13 is attached to the lower part of the frame 7 in front of the suction pipe 13.
  • the plate member 14 includes a plate spring 14a and a plate spring presser 14b that regulates the maximum deformation amount of the plate spring 14a.
  • FIG. 3 and 4 are both perspective views showing enlarged leaf springs of the plate members of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a modification of the leaf spring of the plate member of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the leaf spring 14a has a fixed portion 141a and a movable portion 142a.
  • a plurality of holes 143a are formed in the fixing portion 141a.
  • a plurality of screw holes (not shown) corresponding to the plurality of holes 143a of the fixing portion 141a are formed in the lower portion of the frame 7, and are inserted into the screw holes of the frame 7 through the holes 143a of the fixing portion 141a.
  • the fixing portion 141a is fixed to the frame 7 by a screw.
  • frame 7 may be fixed with welding or an adhesive instead of a screw. In this case, as shown in FIG. 5, the hole 143a is unnecessary.
  • the movable part 142a is formed integrally with the fixed part 141a. That is, the fixed part 141a and the movable part 142a are integrally connected by the bent part 144a.
  • a bent portion 144a is formed by bending one rectangular SUS material, and a fixed portion 141a and a movable portion 142a are formed on both sides of the bent portion 144a.
  • the angle ⁇ formed by the fixed portion 141a and the movable portion 142a is an acute angle when there is no load.
  • the movable portion 142a is disposed at a position where the refrigerant flowing from the suction pipe 13 into the compressor hits.
  • the movable part 142a swings so as to rotate in the flow direction of the sucked refrigerant around the bent part 144a.
  • the axial direction (arrow X in FIG. 3) of the bent portion 144a is arranged in the horizontal direction, and the movable portion 142a is the bent portion 144a extending in the horizontal direction.
  • a circular motion (oscillating motion) can be performed with the center axis of rotation. That is, the movable portion 142a is disposed opposite to the front surface of the suction pipe 13 in the sealed container 1, and the upper portion is fixed and rotates around the fixed portion.
  • the bent portion 144a is preferably formed with a curved surface.
  • the leaf spring 14a is formed by bending a single plate member such as a SUS material so that a location where the refrigerant sucked from the suction pipe 13 collides (movable portion 142a) can be replaced with a hinge or the like. It can be swung with a simple configuration without using complicated components.
  • a SUS material is used as the leaf spring 14a, and the angle ⁇ is set to an acute angle (inclination angle with the far side as viewed from the suction pipe 13 in the movable portion 142a) when no load is applied.
  • a screw hole is provided in the lower part of the frame 7, and a round hole (hole 143a) is formed in the fixing portion 141a in order to fix the leaf spring 14a.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view showing the leaf spring presser of the plate member of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the leaf spring presser of the plate member of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the leaf spring retainer 14b that regulates the maximum amount of deformation of the leaf spring 14a includes a fixed portion 151a and a spring support portion 152a.
  • the fixing portion 151a is fastened to the frame 7 together with the fixing portion 141a of the leaf spring 14a by a screw inserted into the screw hole of the frame 7 through the hole 153a of the fixing portion 151a.
  • the fixing portion 151a and the frame 7 may be fixed by welding or an adhesive instead of screws. In this case, as shown in FIG. 7, the hole 153a is not necessary.
  • the spring support portion 152a is formed integrally with the fixed portion 151a. That is, the fixed portion 151a and the spring support portion 152a are integrally connected by the bent portion 154a.
  • a bent portion 154a is formed by bending a single rectangular SUS material thicker than the leaf spring 14a, and a fixed portion 151a and a spring support portion 152a are formed on both sides of the bent portion 154a. Is formed.
  • An angle ⁇ 2 formed by the fixed portion 151a and the spring support portion 152a is an obtuse angle (an inclination angle at which the side far from the suction pipe 13 in the spring support portion 152a is down).
  • the movable portion 142a is arranged on the back side of the leaf spring where the refrigerant flowing into the compressor from the suction pipe 13 hits the leaf spring 14a.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the leaf spring and leaf spring presser of the plate member of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention are assembled.
  • the leaf spring 14a is fastened together with the leaf spring retainer 14b to the screw hole at the lower portion of the frame 7 by a screw (not shown) so that the securing portion 141a is overlapped with the securing portion 151a of the leaf spring retainer 14b.
  • the leaf spring 14a is installed at an inclination angle (the angle ⁇ is an acute angle when no load is applied) on the side far from the suction pipe 13 in the movable portion 142a.
  • a part of the refrigerant flowing from the suction pipe 13 swirls around the space 21 around the balancer cover 9 between the frame 7 and the electric motor, and is taken into the compression chamber from the suction port 22 formed in the frame 7. Further, a part of the refrigerant collides with the lower part of the frame 7 or the balancer cover 9 and flows downward, cools the electric motor, merges with the refrigerant swirling around the balancer cover 9, and is compressed from the suction port 22 of the frame 7.
  • the gas is taken into the chamber, compressed, and discharged from the discharge port 16 at the center of the fixed base plate 2 a of the fixed scroll 2 to the outside of the sealed container 1 through the discharge pipe 30. At this time, the refrigerant swirling around the balancer cover 9 rolls up the mist-like oil in the sealed container 1 and is discharged out of the sealed container 1 together with the mist-like oil.
  • the oil flows from the oil reservoir 11 at the bottom of the sealed container 1 through the oil supply hole 5b in the main shaft 5 via the pump 12, and is supplied to each bearing, the space on the sliding part side, etc., and formed in the frame 7.
  • the oil drain hole (not shown) is returned to the oil reservoir 11.
  • FIGS. 9 and 10 are explanatory views showing the operation and action of the plate member during operation in the low rotation range of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 11 and 12 are explanatory diagrams showing the operation and action of the plate member during the operation in the high frequency range of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the compressor When the compressor is operated at a low frequency (low rotation range), the amount of refrigerant flowing from the suction pipe 13 decreases, and the load acting on the leaf spring 14a decreases. As a result, the leaf spring 14a is deformed within a range of an inclination angle in which the angle ⁇ is an acute angle (an inclination angle where the side far from the suction pipe 13 in the movable portion 142a of the leaf spring 14a is the upper side) (FIG. 9).
  • the refrigerant amount B that is diverted downward is smaller than the refrigerant amount A that is diverted upward (FIG. 10).
  • the compressor when the compressor is operated at a high frequency (high rotation range), the amount of refrigerant flowing from the suction pipe 13 increases and the load acting on the leaf spring 14a increases. As a result, the leaf spring 14a is greatly deformed, and the angle ⁇ becomes an obtuse angle (an inclination angle where the side far from the suction pipe 13 in the movable portion 142a of the leaf spring 14a is downward) (FIG. 11), and the refrigerant is branched downward.
  • the amount B is larger than the refrigerant amount A that is diverted upward (FIG. 12). That is, by providing the leaf spring 14a, it is possible to adjust the refrigerant amount B to be diverted downward according to the operating frequency of the compressor.
  • the material, thickness, length, and width of the leaf spring 14a are determined and adjusted based on the refrigerant inflow amount due to the operation frequency so that the required deformation amount is obtained.
  • the leaf spring presser 14b on the back side of the leaf spring 14a, it is possible to restrict the leaf spring 14a from being deformed more than necessary. Thereby, it can suppress that stress is excessively applied to the bending part 144a, and it can prevent that the leaf
  • the refrigerant flowing from the suction pipe 13 collides with the plate spring 14a of the inclined plate member 14, and is divided into an upper part and a lower part.
  • the ratio of the refrigerant split flow is determined by the inclination angle of the plate spring 14 a of the plate member 14 with respect to the flow of the refrigerant flowing in from the suction pipe 13. That is, in the plate member 14, when the inclination angle of the leaf spring 14a is an obtuse angle (inclination angle where the side far from the suction pipe 13 in the movable portion 142a of the leaf spring 14a is downward), the amount of refrigerant diverted downward is growing.
  • FIG. FIG. 13 is a perspective view showing a plate member having pores of a scroll compressor according to the second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same functional parts as those of the first embodiment. is there.
  • the refrigerant flowing in from the suction pipe 13 contains some oil.
  • the scroll compressor according to the second embodiment is provided with means for separating oil contained in the inflowing refrigerant.
  • the plate spring 14a and the plate spring retainer 14b of the plate member 14 are each provided with a plurality of pores 14c.
  • the refrigerant flowing from the suction pipe 13 passes through the pores 14c.
  • the flow velocity of the refrigerant containing oil increases, and the oil in the refrigerant collides with and adheres to the leaf spring retainer 14b, so that the refrigerant and the oil can be separated.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a leaf spring presser having ribs of a plate member of a scroll compressor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same functional parts as those of Embodiment 1 described above. It is attached.
  • FIG. 1 and FIG. 2 described above.
  • ribs 155a and 155b are provided on both sides of a plate spring retainer 150A of the plate member 14.
  • the refrigerant that collides with the inclined plate member 14 is divided upward and downward, but part of the refrigerant flows in the left-right direction.
  • the ribs 155a and 155b on both sides of the leaf spring retainer 150A, a part of the refrigerant flowing in the left-right direction can flow downward.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a leaf spring presser having an inclined rib of a plate member of a scroll compressor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same functional parts as those of Embodiment 3 described above. Is attached.
  • the scroll compressor according to the fourth embodiment is provided with inclined ribs 155c and 155d having a diverging shape toward the lower side on both sides of the leaf spring retainer 150B of the plate member 14.
  • the refrigerant that collides with the inclined plate member 14 is divided upward and downward, but part of the refrigerant flows in the left-right direction.
  • the inclined ribs 155c and 155d that are divergent toward the lower side on both sides of the leaf spring retainer 150B, the amount of refrigerant flowing downward can be further increased.

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Abstract

密閉容器の流体流入口の正面に対向配置され、上部が固定されて固定部を中心に回動する可動部を有し、密閉容器内に流入した流体の衝突圧に応じて密閉容器内における流体の流れ方向を変更する板部材と、を備え、板部材は、可動部における流体流入口から見て遠い側が、無負荷時に上となるよう密閉容器内に流入した流体の流れに対して傾斜させて設置する。

Description

スクロール圧縮機
 本発明は、例えば空気調和機や冷凍機等の冷熱機器に搭載されるスクロール圧縮機に関する。
 密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、その下方に配置されて圧縮機構部を駆動する駆動部と、圧縮機構部を潤滑する潤滑油(以下、単に「油」という)とを収納した高圧シェルタイプの縦型スクロール圧縮機は、一般的に知られている。
 このようなものにおいて、圧縮機構部は、固定台板の一方の面に形成された固定渦巻歯を有する固定スクロールと、揺動台板の一方の面に形成された揺動渦巻歯が固定渦巻歯に対向して圧縮室を形成するとともに、揺動台板の他方の面にボス部が形成された揺動スクロールと、揺動スクロールの自転を防止するオルダム機構と、それらを収納しているフレームと、を備えている。また、密閉容器内に吐出された冷媒と共に油が通過する給油穴が軸心部に形成されるとともに、主軸部の一端部に揺動スクロールのボス部の揺動軸受に摺動自在に嵌合する偏心軸部が設けられたクランク軸を備えている。
 駆動部は、密閉容器に固定された電動機固定子と、電動機固定子の内部に回転自在に配置された電動機回転子と、を備えている。
 駆動部の電動機回転子には、クランク軸の主軸部が固定されている。クランク軸の偏心軸部は、電動機回転子と共にクランク軸の主軸部が回転運動をする際、主軸部と一体的に回転運動することによって、揺動スクロールに揺動運動を与える。そのため、クランク軸の主軸部には、揺動スクロールの揺動運動により発生する遠心力を相殺させるバランサが取り付けられ、またそのバランサを部分的に覆うバランサカバーがフレームの下部に備えられている。
 このようなものにおいて、圧縮される冷媒は、密閉容器の側面の吸入管より流入して、フレームと電動機との間のバランサカバー周りの空間を旋回し、フレームに設けられた吸入口から圧縮室へと取り込まれて圧縮され、吐出管より密閉容器外へ吐出される。
 スクロール圧縮機の運転周波数が高くなり、吸入管からの冷媒流入量が大きくなると、フレームと電動機との間のバランサカバー周りの空間を旋回する冷媒流速が大きくなり、密閉容器内に存在する霧状の油の冷媒による巻上げ量が増加し、圧縮室に取り込まれる油の量が増え、その結果、油上りが増加する。
 そこで、吸入管から流入した冷媒を上方へ流出させる流出孔と、吸入管から流入した冷媒を下方に流出させる流出孔と、吸入管から流入した冷媒を側方に流出させる流出孔とを有する導入室を設け、吸入冷媒を導入室に導き、上下に分流させることで、バランサカバー周りの冷媒流速を調整し、これによって圧縮室に取り込まれる油の量を抑制するようにしたスクロール圧縮機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 ところで、スクロール圧縮機は、高回転域、例えば5000rpmを超えると、モーターコイルの発熱量が大きくなるため、モーターコイルを効果的に冷却する必要がある。特許文献1のように吸入冷媒を流出孔にて、一定比率で上下に分散させると、吸入管の下方に位置するモーターコイルの冷却効果が十分に得られないことになってしまう。そして、このような運転状態が継続されると、モーターコイル温度が過剰に上昇し、場合によっては120度以上になってしまう可能性がある。
 また、ある回転数以上、例えば運転条件によるが回転数5000rpmを超える高回転域になると、シェル内へ吸入する冷媒循環量が増加し、併せてシェル底部に設けられた油溜めに向かう冷媒ガスの流量も増加する。そのため、冷媒ガス流による油の巻上げが多くなり、その巻き上げられた油が、冷媒ガスとともに圧縮機外へ吐出されてしまい、圧縮機内の油を枯渇させる可能性がある。
 そこで、吸入管から流入した冷媒を、スプリングにヒンジを介して水平揺動できるように取り付けたプレートに衝突させることで、圧縮機の回転数に応じて、冷媒の流れ方向を変更させるようにしたものが提案されている。この場合、プレートの動作は、圧縮機の運転周波数が高くなるほど、吸入冷媒のプレートへの衝突圧が高くなるので、水平方向に開口するようになっている。すなわち、圧縮機の回転数が高くなると、バランサカバー周りの空間への冷媒流入量を増やし、油溜めのある下部方向への冷媒流量を減らすようにしている。このように、圧縮機の回転数が高くなる運転時に下部方向への冷媒流量を減らすことで、油溜めにある油の巻上げ量を減少させている(例えば、特許文献2参照)。
特許第2615971号公報(第1図) 特開2012-17682号公報(図2及び図3)
 このように、スクロール圧縮機は、密閉容器の吸入管から冷媒が流入し、その一部はフレームと電動機との間のバランサカバー周りの空間を旋回して、フレーム下部の吸入口から圧縮室に取り込まれて圧縮され、吐出管から吐出される。また、吸入管から密閉容器内に流入した冷媒の一部は、フレーム下部またはバランサカバーへの衝突により密閉容器下部の電動機へ流れ、電動機を冷却し、フレーム下部の吸入口から圧縮室に取り込まれて圧縮され、吐出管から排出される。
 そして、吸入冷媒を単に上下に分流させるようにした特許文献1のスクロール圧縮機においては、高回転域の運転時に、吸入管の下方に位置するモーターコイルの冷却効果が十分に得られず、モーターコイル温度が過剰に上昇してしまう問題が存在する。
 また、圧縮機の回転数が高くなるに従ってバランサカバー周りの空間への冷媒流入量を増やし、油溜めのある下部方向への冷媒流量を減らすようにした特許文献2の圧縮機においては、高周波数域の運転時に吸入管からの冷媒流入量が増え、フレームと電動機との間のバランサカバー周りの空間を旋回する冷媒流速が大きくなる。そして、バランサカバー、電動機、フレーム下部、密閉容器内表面などに付着している油や、主軸の回転により霧状となったバランサカバー周りの空間に存在する油の巻上げ量が増加する。その結果、圧縮室に取り込まれる油の量が増え、吐出管から圧縮機外へ排出される油量が増加する。それにより、密閉容器下部にある油溜めの油が枯渇し、摺動部に油の供給ができず、摺動部の焼付き、異常摩耗を招くおそれがあった。加えて、高周波数域の運転時には、電動機の発熱量が大きくなるため、圧縮機の運転範囲が制限されてしまうという課題があった。
 本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、高周波数域の運転時におけるバランサカバー周りの空間からの油上りを低減できる高信頼性のスクロール圧縮機を得ることを第1の目的とするものである。
 また、本発明は、高周波数域の運転時における電動機発熱量を抑制できるようにすることを第2の目的とするものである。
 本発明に係るスクロール圧縮機は、 密閉容器と、密閉容器に流体を流入させる吸入管と、揺動渦巻歯を有する揺動スクロール、および揺動スクロールの揺動渦巻歯と共に圧縮室を形成する固定渦巻歯を有する固定スクロールを有し、吸入管を介して密閉容器内に流入した流体を圧縮する圧縮機構部と、密閉容器の内部の圧縮機構部の下方に配置されて圧縮機構部を駆動する駆動部と、密閉容器の流体流入口に対向配置され、上部が固定されて固定部を中心に回動する可動部を有し、密閉容器内に流入した流体の衝突圧に応じて密閉容器内における流体の流れ方向を変更する板部材と、を備えてなるものである。
 本発明に係るスクロール圧縮機は、吸入管からの流体流入量が大きくなる高周波数運転領域において、吸入流体の流速が大きくなるに従い、流体流入口に対向配置させて配置した板部材の可動部に作用する荷重が増加する。それに伴い、可動部が変形し、吸入流体の可動部への衝突入射角度が大きくなり、下方へ分流させる吸入流体量が増加する。その結果、フレームと駆動部との間の空間に向かう水平方向の流体流速が減少し、流体の巻き上げによる油上り増加が抑制され、密閉容器下部にある油溜まり部の油枯渇による摺動部の焼付き、異常摩耗を防ぐことができる。また、高周波数運転域において、駆動部が配置されてある下方へ分流される流体量が大きくなるため、駆動部の発熱量が抑制され、より広範囲の運転圧力条件で圧縮機が運転可能となる。
本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の全体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主要部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板部材の板ばねを拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばねを拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばねの変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばね押えを拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばね押えの変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばねと板ばね押えとを組み付けた状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の低回転域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の低回転域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の高周波数域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の高周波数域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の細孔を有する板部材を示す斜視図である。 本発明の実施の形態3に係るスクロール圧縮機の板部材のリブを有する板ばね押えを示す斜視図である。 本発明の実施の形態4に係るスクロール圧縮機の板部材の傾斜リブを有する板ばね押えを示す斜視図である。
実施の形態1.
 図1は本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。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主要部を示す縦断面図である。
 図1及び図2において、スクロール圧縮機100は、密閉容器1と、密閉容器1の上部に配置された圧縮機構部と、密閉容器1の中央部に配置された駆動部と、密閉容器1の底部に形成された油溜まり部11と、を有している。また、スクロール圧縮機100は、密閉容器1内に流体である冷媒を導入するための流体流入口となる吸入管13と、圧縮室で圧縮された冷媒を外部に吐出するための吐出管30と、を有している。
 圧縮機構部は、密閉容器1に固定された固定スクロール2と、揺動スクロール3と、揺動スクロール3の自転を防止するオルダムリング19と、それらを収納しているフレーム7と、を備えている。すなわち、揺動スクロール3は、自転運動を阻止するためのオルダムリング19により、固定スクロール2に対して自転運動することなく揺動運動を行うようになっている。駆動部は、密閉容器1に固定された電動機固定子6と、電動機固定子6の内部に回転自在に配置された電動機回転子4と、を有する。油溜まり部11には、油(潤滑油)10をクランク軸50の主軸部5内の給油孔5bを通して摺動部などに供給するポンプ12が設けられている。クランク軸50の主軸部5には、駆動部の電動機回転子4が取り付けられており、クランク軸50は電動機により回転駆動される。
 これを更に詳述すると、固定スクロール2は、固定台板2aと、固定台板2aの一方の面に形成された固定渦巻歯2bとを有する。一方、揺動スクロール3は、揺動台板3aと、揺動台板3aの一方の面に形成された揺動渦巻歯3bと、揺動台板3aの他方の面に形成された中空円筒形状のボス部20とを有し、固定スクロール2に対して偏心して組み合わされ、フレーム7によって下方よりスラスト支持されている。したがって、揺動スクロール3の揺動台板3aにおける揺動渦巻歯3bとは反対側の面は、スラスト軸受面15として作用する。揺動渦巻歯3bは、固定渦巻歯2bと共に圧縮室を形成する。
 クランク軸50は、主軸部5の一端部に揺動スクロール3のボス部20の揺動軸受20aに摺動自在に嵌合する偏心軸部5aを有する。クランク軸50の偏心軸部5aは、電動機回転子4と共にクランク軸50の主軸部5が回転運動をする際、主軸部5と一体的に回転運動することによって、揺動スクロール3に揺動運動を与える。そのため、クランク軸50の主軸部5には、揺動スクロールの揺動運動により発生する遠心力を相殺させるバランサ8が取り付けられ、またそのバランサ8を部分的に覆うバランサカバー9がフレーム7の下部に備えられている。フレーム7と電動機との間のバランサカバー9周りの空間21は、フレーム7に形成した吸入口22によって連通している。
 固定スクロール2はフレーム7の上面にボルトによって固定されており、固定スクロール2の固定台板2aの中央部には、圧縮されて高温、高圧となった冷媒を吐出する吐出ポート16が形成されている。圧縮された高温、高圧冷媒は固定スクロール2の上部の高圧室17に排出され、吐出管30を通り、密閉容器1外へ吐出される。吐出ポート16への冷媒の逆流は、吐出弁18によって阻止されるようになっている。
 また、吸入管13正面のフレーム7の下部には、吸入管13から流入する冷媒の流れに対して傾斜する板部材14が取り付けられている。板部材14は、板ばね14aと、板ばね14aの最大変形量を規制する板ばね押え14bと、を備えている。
 図3及び図4はいずれも本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばねを拡大して示す斜視図である。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板部材の板ばねの変形例を示す斜視図である。
 図3及び図4において、板ばね14aは、固定部141aと、可動部142aとを有する。固定部141aには、複数の穴143aが形成されている。一方、フレーム7の下部には、固定部141aの複数の穴143aに対応する複数のねじ穴(図示せず)が形成されており、固定部141aの穴143aを通してフレーム7のねじ穴に挿入されるねじによって、固定部141aがフレーム7に固定される。なお、固定部141aとフレーム7はねじではなく、溶接又は接着材で固定されてもよい。この場合には、図5に示すように、穴143aは不要となる。
 可動部142aは、固定部141aと一体に形成されている。すなわち、固定部141aと可動部142aとは、折曲部144aで一体的に接続されている。例えば、1枚の長方形のSUS材を折曲げることによって、折曲部144aが形成され、折曲部144aを挟む両側に、それぞれ固定部141aと可動部142aとが形成される。固定部141aと可動部142aとが成す角度θは無負荷時は鋭角になっている。
 可動部142aは、図1及び図2に示すように、吸入管13から圧縮機内へ流入した冷媒が当たる位置に配置される。冷媒が可動部142aに当たると、可動部142aは折曲部144aを中心として吸入された冷媒の流れ方向に回転するように揺動する。板ばね14aがフレーム7に固定されている状態では、折曲部144aの軸方向(図3中の矢印X)は水平方向に配置されており、可動部142aは水平方向に延びる折曲部144aを回転中心軸とした円弧運動(揺動運動)ができる。つまり、可動部142aは、密閉容器1内の吸入管13の正面に対向配置され、上部が固定されて固定部を中心に回動する。
 なお、可動部142aが冷媒の衝突圧によって揺動すると、折曲部144aに応力がかかるため、折曲部144aは曲面で形成されているとよい。
 板ばね14aは、既述したように、SUS材などの1枚の板部材を折り曲げて形成することにより、吸入管13から吸入された冷媒が衝突する箇所(可動部142a)を、ヒンジなどの複雑な構成の部品を使うことなく、簡易な構成で揺動させることができる。ここでは、板ばね14aとして、SUS材を使用し、角度θは無負荷時、鋭角(可動部142aにおける吸入管13から見て遠い側が上となる傾斜角度)となるようにしている。また、フレーム7の下部に、ねじ穴を設け、板ばね14aを固定するため、固定部141aに丸穴(穴143a)を形成してある。
 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板部材の板ばね押えを拡大して示す斜視図である。図7は本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばね押えの変形例を示す斜視図である。
 図6において、板ばね14aの最大変形量を規制する板ばね押え14bは、固定部151aと、ばね支持部152aとを有する。固定部151aには、板ばね14aの複数の穴143a、つまりフレーム7の複数のねじ穴(図示せず)に対応する複数の穴153aが形成されている。したがって、固定部151aの穴153aを通してフレーム7のねじ穴に挿入されるねじによって、固定部151aが板ばね14aの固定部141aとともにフレーム7に共締めされるようになっている。なお、固定部151aとフレーム7はねじではなく、溶接又は接着材で固定されてもよい。この場合には、図7に示すように、穴153aは不要となる。
 ばね支持部152aは、固定部151aと一体に形成されている。すなわち、固定部151aとばね支持部152aとは、折曲部154aで一体的に接続されている。例えば、板ばね14aよりも厚肉の1枚の長方形のSUS材を折曲げることによって、折曲部154aが形成され、折曲部154aを挟む両側に、それぞれ固定部151aとばね支持部152aとが形成される。固定部151aとばね支持部152aとが成す角度θ2は鈍角(ばね支持部152aにおける吸入管13から見て遠い側が下となる傾斜角度)になっている。
 可動部142aは、図1及び図2に示すように、吸入管13から圧縮機内へ流入した冷媒が板ばね14aに当たる位置の板ばね背面側に配置される。
 図8は本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の板部材の板ばねと板ばね押えとを組み付けた状態を示す斜視図である。
 図8に示すように、板ばね14aは、固定部141aを板ばね押え14bの固定部151aに重ねるようにして、図示しないねじによりフレーム7の下部のねじ穴に板ばね押え14bと共締めされる。これにより、板ばね14aは、図1及び図2に示すように、可動部142aにおける吸入管13から見て遠い側が上となる傾斜角度(角度θは無負荷時、鋭角となる)に設置される。
 次に、本実施の形態1のスクロール圧縮機の動作について図1及び図2に基づき説明する。前記のように構成されたスクロール圧縮機において、電動機に通電すると、電動機回転子4にトルクが発生してクランク軸50の主軸部5が回転する。これにより、クランク軸50の偏心軸部5aに支持され、かつオルダムリング19によって自転運動が阻止された揺動スクロール3は、揺動運動を始める。そして、揺動スクロール3と固定スクロール2とで構成される圧縮室が、外周側から中央部に移動しながら圧縮室容積が次第に小さくなり、冷媒を圧縮する。吸入管13から流入した冷媒の一部は、フレーム7と電動機との間のバランサカバー9周りの空間21を旋回し、フレーム7に形成した吸入口22から圧縮室に取り込まれる。また、冷媒の一部は、フレーム7の下部またはバランサカバー9と衝突して下方へ流れ、電動機を冷却して、バランサカバー9周りを旋回する冷媒と合流し、フレーム7の吸入口22から圧縮室に取り込まれ、圧縮されて、固定スクロール2の固定台板2aの中央部の吐出ポート16から吐出管30を経て密閉容器1外へ排出される。この時、バランサカバー9周りを旋回する冷媒は、密閉容器1内の霧状の油を巻上げ、霧状の油とともに密閉容器1外へ排出される。
 油は、密閉容器1の底部の油溜まり部11からポンプ12を介して主軸部5内の給油孔5bを流れて、各軸受、摺動部側の空間などへ供給され、フレーム7内に形成されている排油孔(図示省略)から油溜まり部11に戻るようになっている。
 次に、板部材14の動作について図9~図12に基づき説明する。
 図9及び図10はいずれも本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の低回転域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。図11及び図12はいずれも本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の高周波数域の運転時における板部材の動作と作用を示す説明図である。
 圧縮機が低周波数(低回転域)で運転された場合、吸入管13から流入する冷媒量は減少し、板ばね14aに作用する荷重は少なくなる。その結果、板ばね14aは、角度θが鋭角(板ばね14aの可動部142aにおける吸入管13から見て遠い側が上となる傾斜角度)となる傾斜角度の範囲内で変形し(図9)、下部へ分流される冷媒量Bは、上方へ分流される冷媒量Aよりも少なくなる(図10)。
 一方、圧縮機が高周波数(高回転域)で運転された場合、吸入管13から流入する冷媒量は増加し、板ばね14aに作用する荷重は大きくなる。その結果、板ばね14aは大きく変形し、角度θが鈍角(板ばね14aの可動部142aにおける吸入管13から見て遠い側が下となる傾斜角度)となり(図11)、下方へ分流される冷媒量Bは上方へ分流される冷媒量Aよりも大きくなる(図12)。つまり、板ばね14aを設けることで、圧縮機の運転周波数に応じて、下方へ分流する冷媒量Bを調整することができる。なお、板ばね14aは、必要とする変形量になるように、運転周波数による冷媒流入量に基いて、その材質、厚み、長さ、幅を決定し、調整する。また、板ばね14aの背面側に板ばね押え14bを設けることで、必要以上に板ばね14aが変形するのを規制することができる。これにより、折曲部144aに過剰に応力がかかることを抑制でき、板ばね14aが折れて可動部142aが固定部141aから分離することを防ぐことができる。
 このように、吸入管13から流入した冷媒は、傾斜した板部材14の板ばね14aに衝突し、上方と下方へ分流される。この冷媒の分流の割合は、吸入管13から流入する冷媒の流れに対する板部材14の板ばね14aの傾斜角度により決まる。すなわち、板部材14は、板ばね14aの傾斜角度が鈍角(板ばね14aの可動部142aにおける吸入管13から見て遠い側が下となる傾斜角度)の場合、下方へ分流される冷媒の量は大きくなる。下方へ分流される冷媒の量が大きくなると、フレーム7と電動機との間のバランサカバー9周りの空間21を旋回する冷媒流速が減少し、冷媒によって巻き上げられる油の量が減少する。よって、密閉容器1外へ排出される油の量を減らすことができる。また、下方へ分流される冷媒の量が大きくなるので、電動機の冷却量も増加する。
実施の形態2.
 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細孔を有する板部材を示す斜視図であり、図中、前述の実施の形態1と同一機能部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、前述の図1及び図2を参照するものとする。
 ここで、吸入管13より流入した冷媒は多少の油を含んでいる。本実施の形態2のスクロール圧縮機は、この流入冷媒に含まれる油を分離する手段を設けたものである。
 すなわち、本実施の形態2のスクロール圧縮機は、図13に示すように、板部材14の板ばね14aと板ばね押え14bとに、それぞれ複数の細孔14cを設けたものである。
 本実施の形態2のスクロール圧縮機において、吸入管13から流入した冷媒は、細孔14cを通過する。細孔14cを通過すると、油を含んだ冷媒流速は大きくなり、冷媒中の油は板ばね押え14bに衝突し、付着して、冷媒と油を分離できる。
 なお、細孔14cに代えて、板ばね14aまたは板ばね押え14bの表面に凸凹形状を設けてもよい。この場合も、冷媒中の油の衝突面積が増加し、板ばね14aまたは板ばね押え14bに付着する油の量が増えるので、冷媒と油を分離することができる。
実施の形態3.
 図14は本発明の実施の形態3に係るスクロール圧縮機の板部材のリブを有する板ばね押えを示す斜視図であり、図中、前述の実施の形態1と同一機能部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、ここでも前述の図1及び図2を参照するものとする。
 本実施の形態3のスクロール圧縮機は、板部材14の板ばね押え150Aの両側にリブ155a,155bを設けたものである。
 本実施の形態3のスクロール圧縮機において、傾斜を有する板部材14に衝突した冷媒は上方と下方へ分流されるが、一部は左右方向へ流れる。板ばね押え150Aの両側にリブ155a,155bを設けることで、左右方向へ流れる冷媒の一部を下方へ流すことができる。
実施の形態4.
 図14は本発明の実施の形態4に係るスクロール圧縮機の板部材の傾斜リブを有する板ばね押えを示す斜視図であり、図中、前述の実施の形態3と同一機能部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、ここでも前述の図1及び図2を参照するものとする。
 本実施の形態4のスクロール圧縮機は、板部材14の板ばね押え150Bの両側に、下方に向けて末広がり状の傾斜リブ155c,155dを設けたものである。
 本実施の形態4のスクロール圧縮機において、傾斜を有する板部材14に衝突した冷媒は上方と下方へ分流されるが、一部は左右方向へ流れる。板ばね押え150Bの両側に下方に向けて末広がり状の傾斜リブ155c,155dを設けることで、下方へ流す冷媒の量をさらに増やすことができる。
 1 密閉容器、2 固定スクロール、2a 固定台板、2b 固定渦巻歯、3 揺動スクロール、3a 揺動台板、3b 揺動渦巻歯、4 電動機回転子、5 主軸部、5a 偏心軸部、5b 給油孔、6 電動機固定子、7 フレーム、8 バランサ、9 バランサカバー、10 潤滑油、11 油溜まり部、12 ポンプ、13 吸入管(流体流入口)、14 板部材、14a 板ばね、14b 板ばね押え、14c 細孔、15 スラスト軸受面、16 吐出ポート、17 高圧室、18 吐出弁、19 オルダムリング、20 ボス部、20a 揺動軸受、21 フレームと電動機との間のバランサカバー回りの空間、22 吸入口、30 吐出管、50 クランク軸、100 スクロール圧縮機、141a 固定部、142a 可動部、143a 穴、144a 折曲部、150A 板ばね押え、150B 板ばね押え、151a 固定部、152a ばね支持部、153a 穴、154a 折曲部、155a,155b リブ、155c,155d 傾斜リブ、A 上方へ分流される冷媒量、B 下方へ分流される冷媒量、X 折曲部の軸方向。

Claims (7)

  1.  密閉容器と、
     前記密閉容器に流体を流入させる吸入管と、
     揺動渦巻歯を有する揺動スクロール、および前記揺動スクロールの前記揺動渦巻歯と共に圧縮室を形成する固定渦巻歯を有する固定スクロールを有し、前記吸入管を介して前記密閉容器内に流入した流体を圧縮する圧縮機構部と、
     前記密閉容器の内部の前記圧縮機構部の下方に配置されて該圧縮機構部を駆動する駆動部と、
     前記密閉容器の流体流入口に対向配置され、上部が固定されて固定部を中心に回動する可動部を有し、該密閉容器内に流入した流体の衝突圧に応じて該密閉容器内における流体の流れ方向を変更する板部材と、を備えてなるスクロール圧縮機。
  2.  前記板部材は、前記固定部と前記可動部とが鋭角に接続されている請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3.  前記可動部は、板ばねであって、前記板ばねは前記密閉容器の内部で固定される固定部と一体形成されている請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  4.  前記板部材は、前記板ばねと、前記板ばねの最大変形量を抑制する板ばね押えと、を有する請求項3に記載のスクロール圧縮機。
  5.  前記板ばねおよび前記板ばね押えの少なくとも一方に細孔を有する請求項4に記載のスクロール圧縮機。
  6.  前記板ばねおよび前記板ばね押えの表面の少なくとも一方に凸凹形状を有する請求項4に記載のスクロール圧縮機。
  7.  前記板ばね押えの両側にリブを有する請求項4に記載のスクロール圧縮機。
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