(57)【要約】【課題】冷却フィンを介して固定スクロール及び旋回スクロールを効果的に冷却できるスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】スクロール圧縮機１は、固定スクロール２０と、固定スクロール２０に対して公転旋回運動するとともに、固定スクロール２０との間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされた旋回スクロール３０と、固定スクロール２０の背面に設けられる冷却フィン２４及び旋回スクロール３０の背面に設けられる冷却フィン３４と、を備える。冷却フィン２４及び冷却フィン３４は、中央部分の背がその周囲よりも高い。【選択図】図１
2015151954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面に固定側ラップと背面に固定側冷却フィンとが設けられる固定スクロールと、
前記固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされ、正面に旋回側ラップと背面に旋回側冷却フィンとが設けられる旋回スクロールと、を備え、
前記固定側冷却フィン、及び、前記旋回側冷却フィンの一方又は双方は、
中央部分の方が、前記中央部分の周囲の外周部分よりも、背が高い、
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記固定側冷却フィン、及び、前記旋回側冷却フィンの一方又は双方は、
前記中央部分に向けて段階的に、又は、連続的に、背が高くなる、
請求項１に記載するスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記固定側冷却フィン、及び、前記旋回側冷却フィンの一方又は双方は、
その先端が同一平面上に揃っている、
請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記固定側冷却フィンが設けられる固定側端板、及び、前記旋回側冷却フィンが設けられる旋回側端板の一方又は双方は、
半径方向の中央部分の方が、前記中央部分の周囲の外周部分よりも、肉厚が薄い、
請求項３に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記固定側ラップ、及び、前記旋回側ラップは、各々、
歯先、及び、根元に段差を設けることで、外周側の方が内側側よりも背が高い、
請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機の冷却フィンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと、旋回スクロールとを備えている。固定スクロールおよび旋回スクロールは、いずれも円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップが設けられたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールとを、ラップを噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させる。そして、双方のスクロールの間に形成される圧縮空間の容積を旋回スクロールの旋回に伴って減少させることで、その空間内の流体の圧縮を行う。
【０００３】
スクロール圧縮機において、固定スクロールの端板及び旋回スクロールの端板の各々の背面に多数の冷却フィンを設け、流体の圧縮に伴う圧縮熱、および各部の回転に伴う摩擦熱を放散させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３）。特に、主に潤滑のための冷凍機油を用いないオイルフリー型のスクロール圧縮機において、冷却フィンを介した空冷が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１２３７８８号公報
【特許文献２】実開平１−５３４８５号公報
【特許文献３】特開２００２−２５７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スクロール圧縮機は、スクロールの外周側から圧縮の対象となる流体を吸入して、中央に向けて圧縮を徐々に進める。圧縮された流体は、固定スクロールの中央部分に設けられるポートから外部に吐出される。流体は圧縮の程度が大きくなると温度が高くなるために、スクロールは中央部分ほど高温に晒されることになる。
そこで本発明は、スクロールの中央部分の冷却を効果的に行うことのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもとなされた、本発明のスクロール圧縮機は、正面に固定側ラップと背面に固定側冷却フィンとが設けられる固定スクロールと、固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされ、正面に旋回側ラップと背面に旋回側冷却フィンとが設けられる旋回スクロールと、を備え、固定側冷却フィン、及び、旋回側冷却フィン（の一方又は双方）は、半径方向の中央部分の方が、中央部分の周囲の外周部分よりも、背が高いことを特徴とする。
【０００７】
本発明のスクロール圧縮機によると、中央部分の方が外周部分よりも背が高く、伝熱面積が広いので、スクロールの中央部分の冷却を効果的に行うことができる。
【０００８】
本発明のスクロール圧縮機において、固定側冷却フィン、及び、旋回側冷却フィンの一方又は双方は、中央部分に向けて段階的に、又は、連続的に、背を高くすることができる。
連続的に背を高くすれば、流体の圧縮の度合いに対応する冷却能を得ることができるので、冷却能の向上の点では優れる。一方で、段階的に背を高くする方は、背の高さを設定することも含めて、製造が容易である。
【０００９】
本発明のスクロール圧縮機において、固定側冷却フィン、及び、旋回側冷却フィンの一方又は双方は、その先端が同一平面上に揃えることが好ましい。
そうすることにより、周囲に不必要なスペースが占有されるのを避けることができるとともに、例えば、ハウジングの類の冷却フィンに対応する部分が平坦な形状で足りる。
【００１０】
固定側冷却フィン、及び、旋回側冷却フィンの一方又は双方の先端を同一平面上に揃えるには、固定側冷却フィンが設けられる固定側端板、及び、旋回側冷却フィンが設けられる旋回側端板（の一方又は双方）の肉厚を、中央部分の方を、中央部分の周囲の外周部分よりも薄くすればよい。
この構成を備えるスクロール圧縮機としては、固定側ラップ、及び、旋回側ラップが、各々、歯先、及び、根元に段差を設けることで、外周側の方が内側側よりも背が高い、いわゆる３Ｄスクロール圧縮機が掲げられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスクロール圧縮機によると、中央部分の方が外周部分よりも背が高く、伝熱面積が広いので、スクロールの中央部分の冷却を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１のスクロール圧縮機の自転防止機構の第１要素部分を含む横断面を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスクロール部分を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るスクロール部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態のスクロール圧縮機１は、図１及び図２に示すように、スクロール圧縮機1の外殻をなすハウジング１０と、ハウジング１０に固定される固定スクロール２０と、ハウジング１０の内部に旋回可能に収容される旋回スクロール３０とを主たる構成要素として備えている。これらの主たる構成要素は、アルミニウム系合金、鉄系合金等の金属材料から形成されている。
スクロール圧縮機１は、周方向のみならず高さ方向にも流体を圧縮する三次元圧縮機構を採用することで高圧縮比を得ることができる、３Ｄスクロール（登録商標）と呼ばれるタイプのスクロール圧縮機である。
【００１４】
［ハウジング１０］
ハウジング１０は、図１に示すように、第１ハウジング１０ａと、第２ハウジング１０ｂとからなる密閉容器である。
第１ハウジング１０ａは、固定スクロール２０に固定され、内部に固定スクロール２０の冷却フィン２４を収容する。第１ハウジング１０ａは、固定スクロール２０の吐出ポート２１ｅから吐出される圧縮流体を外部に向けて吐出する吐出ポート１２を備えている。
第２ハウジング１０ｂは、収容室１１ｂの内部に、旋回スクロール３０、自転防止機構４０及び駆動軸５０を収容し、かつ保持する。第２ハウジング１０ｂは、収容室１１ｂの内部に、自転防止機構４０の第２要素４５を収容する収容室１１ｃと、駆動軸５０及び主軸受５４を収容する収容室１１ｄを備えている。
【００１５】
［固定スクロール２０］
固定スクロール２０は、図１に示すように、概ね円板状に形成された端板２１と、端板２１の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ２２と、端板２１の他方の面側に設けられる冷却フィン２４、固定スクロール２０の最外周を取り囲む外周壁２６とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。外周壁２６には、圧縮の対象となる流体を吸い込む吸入口２７が設けられている。また、外周壁２６は、外部に露出しており、ハウジング１０の一部を構成している。なお、固定スクロール２０において、ラップ２２が設けられる側を正面といい、冷却フィン２４が設けられる側を背面ということにする。
【００１６】
３Ｄタイプのスクロール圧縮機１は、ラップ２２の背の高さが外周側よりも内周側が低くなるように、端板２１に低段部２１ａと高段部２１ｂを設けており、低段部２１ａに形成されるラップ２２は背が高く、高段部２１ｂに形成されるラップ２２は背が低い。なお、低段部２１ａと高段部２１ｂの境界の段差は、端板２１の背面にも現れており、当該部分には、吐出ポート１２を取り囲み、正面に向かって後退する凹溝２１ｃが形成される。
ラップ２２は、その先端に、旋回スクロール３０の端板３１と接触して封止する自己潤滑性を有するチップシール２３が設けられている。
【００１７】
端板２１は、表裏を貫通する吐出ポート２１ｅが形成されており、固定スクロール２０と旋回スクロール３０により圧縮された流体は、吐出ポート２１ｅを通って、吐出ポート１２から外部に吐出される。
【００１８】
端板２１の背面には複数の冷却フィン２４が設けられており、ハウジング１０に形成される開口（図示を省略）から流入する外気が冷却フィン２４を通過することで、固定スクロール２０を冷却する。本実施形態においては、複数の板状の冷却フィン２４が同じ方向を向いて形成されているが、例えば、端板２１の中央から放射状に複数の冷却フィン２４を設けることもできる。これは、旋回スクロール３０についても同様である。
冷却フィン２４は、低段部２１ａと低段部２１ａを取り囲む高段部２１ｂとで背の高さが相違し、中央に該当する低段部２１ａに設けられる冷却フィン２４の背が高い。
【００１９】
［旋回スクロール３０］
旋回スクロール３０は、図１に示すように、概ね円板状に形成された端板３１と、端板３１の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ３２と、端板３１の他方の面側に設けられる冷却フィン３４とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。なお、固定スクロール２０において、ラップ３２が設けられる側を正面といい、冷却フィン３４が設けられる側を背面ということにする。
【００２０】
旋回スクロール３０のラップ３２は、固定スクロール２０のラップ２２に対応しており、背の高さが外周側よりも内周側が低くなるように形成されている。また、端板３１には低段部３１ａと高段部３１ｂが設けられており、低段部３１ａに形成されるラップ３２は背が高く、高段部２１ｂに形成されるラップ３２は背が低い。なお、低段部３１ａと高段部３１ｂの境界の段差は、端板３１の背面にも現れており、当該部分には、正面に向かって後退する凹溝３１ｃが形成される。
ラップ３２は、その先端に、固定スクロール２０の端板２１の正面側と接触して圧縮室を封止する自己潤滑性を有するチップシール３３が設けられている。
【００２１】
端板３１の背面には複数の冷却フィン３４が設けられており、ハウジング１０に形成される開口（図示を省略）から流入する外気が冷却フィン３４を通過することで、旋回スクロール３０を冷却する。複数の板状の冷却フィン３４は、同じ方向を向いて形成されている。
冷却フィン２４と同様に、冷却フィン３４は、低段部３１ａと低段部３１ａを取り囲む高段部３１ｂとで背の高さが相違し、中央に該当する低段部３１ａに設けられる冷却フィン３４の背が高い。
【００２２】
旋回スクロール３０は、冷却フィン３４の先端側に固定される軸受プレート３５を備えている。
軸受プレート３５は、中央部分に軸受３７を収容し、かつ固定するボス３６を備えている。ボス３６に保持される軸受３７は、駆動軸５０の偏心軸５３を支持している。
また、軸受プレート３５は、自転防止機構４０の第１要素４１を収容する３つのボス３８を、図２に示すように、周方向に等間隔で備えている。
【００２３】
［自転防止機構４０］
自転防止機構４０は、ピンクランク式の自転防止機構であり、第１要素４１と第２要素４５を備えている。スクロール圧縮機１は、３つのボス３８に対応して３つの自転防止機構４０を備えている。
第１要素４１は、軸受４２を備える。軸受４２は、例えば、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に設けられる球状の転動体とを備える玉軸受からなる。軸受４２の内輪にはクランクピン（第１ピン）４３が嵌合され、軸受４２とともに第１要素４１を構成する。第１要素４１は、軸受プレート３５のボス３８の内部に収容されるが、このボス３８は軸受４２の軸受箱として機能する。
第２要素４５は、第１要素４１と同様の構成を有しており、２つの軸受４６と、軸受４６の内輪に挿入されるクランクピン（第２ピン）４７と、を備えている。第２要素４５は、ハウジング１０の収容室１１ｃに収容、保持される。
【００２４】
第１要素４１のクランクピン４３と第２要素４５のクランクピン４７は、偏心軸４４を介して一体的に接続されており、クランクピン４３、クランクピン４７及び偏心軸４４は、一体のクランク軸を構成する。
【００２５】
ボス３８は、図２に示すように、内壁３８ａを有しており、この内壁３８ａは軸受４２が変位する量及び向きを規制する。この内壁３８ａの開口は、真円と異なり、半径方向に長径を有し、周方向に短径を有する長円形状をなしている。つまり、ボス３８と軸受４２は、許容される軸受４２（クランクピン４７）の変位量が、半径方向に大きく、周方向に小さいという異方性を有している。したがって、旋回スクロール３０が仮に熱膨張したとしても、軸受４２の半径方向の変位は吸収される一方で、軸受４２が周方向へ変位する量を小さく抑えることができる。したがって、旋回スクロール３０が固定スクロール２０に対してねじれるのを抑制できる。
【００２６】
［駆動軸５０］
駆動軸５０は、図示を省略する駆動原、例えば電動モータの回転駆動力を旋回スクロール３０に伝達する。
駆動軸５０は、図１に示すように、駆動原に接続される接続端５１が一方端側に設けられ、軸受プレート３５に保持される軸受３７に保持される偏心軸５３が他方端に設けられている。
駆動軸５０は、主軸受５４と副軸受５５の二つの軸受により、ハウジング１０に回転可能に支持されている。主軸受５４は偏心軸５３の近傍で駆動軸５０を支持し、副軸受５５は接続端５１の近傍で駆動軸５０を支持する。
【００２７】
［スクロール圧縮機１の動作］
次に、以上の構成を備えるスクロール圧縮機１の動作は以下の通りである。
図示を省略する駆動原の回転に従って駆動軸５０が回転すると、旋回スクロール３０が公転旋回運動を開始する。そうすると、吸入口２７から吸入される流体は、ラップ２２とラップ３２によって形成される三日月形状の圧縮空間において圧縮され、中央部分に設けられる吐出ポート１２から吐出される。
スクロール圧縮機1が動作している間に、自転防止機構４０は、旋回スクロール３０が自転するのを防止する。
また、スクロール圧縮機1が動作している間に、固定スクロール２０の背面に設けられる冷却フィン２４及び旋回スクロール３０の背面に設けられる冷却フィン３４を取り込まれた外気が通過することで、固定スクロール２０及び旋回スクロール３０が冷却される。
【００２８】
［スクロール圧縮機１の効果］
次に、スクロール圧縮機１の効果を説明する。
流体が圧縮されると温度上昇するので、スクロール圧縮機１が駆動されている間に、固定スクロール２０と旋回スクロール３０は高温に晒され、熱膨張する。熱膨張が許容範囲を超えると、一方のスクロールの歯先と、他方のスクロールの歯底が接触し、旋回スクロール３０の円滑な旋回運動を阻害するおそれがある。
ところが、冷却フィン２４及び冷却フィン３４を介して固定スクロール２０と旋回スクロール３０は冷却されるので、熱膨張を抑制することができる。特に、スクロール圧縮機１は、温度が高くなる固定スクロール２０及び旋回スクロール３０に設けられる冷却フィン２４及び冷却フィン３４は、中央部分の方が周囲よりも背が高いので、冷却能力が高い。
【００２９】
スクロール圧縮機１は、３Ｄタイプのスクロール圧縮機であるために、固定スクロール２０の背面及び旋回スクロール３０の背面はともに中央に位置する低段部２１ａ，３１ａが窪んでいる。本実施形態は、この窪みを利用して、当該部分の冷却フィン２４及び冷却フィン３４の背を高くしている。一方で、中央部分及びその周囲の外周部分において、冷却フィン２４の先端は同一平面上に並んでいる。冷却フィン３４についても同様である。したがって、スクロール圧縮機１は、中央部分の冷却フィン２４，３４の背を高くしながらも、冷却フィン２４，３４の先端の位置を中央から外周に亘って揃えることができる。このことは、冷却フィン２４，３４の背を高くするために、中央部分に位置する冷却フィン２４，３４が突出することで周囲に不必要なスペースを占有するのを避けること、また、例えば、第１ハウジング１０ａの冷却フィン２４に対応する部分が平坦な形状で足りること、を示唆している。
【００３０】
［第２実施形態］
第１実施形態は３Ｄタイプのスクロール圧縮機１についてのものであるが、図４及び図５に示すように、本発明は３Ｄタイプ以外のスクロール圧縮機に適用できる。
図４には、端板２１及び端板３１の背面がともに平坦な固定スクロール２０及び旋回スクロール３０に設けられた冷却フィン２４及び冷却フィン３４が、各々、外周部よりも中央部の背が高く形成された例が示されている。その中で、図４（ａ）は冷却フィン２４及び冷却フィン３４の背が段階的に高くなる例を示し、図４（ｂ）は冷却フィン２４及び冷却フィン３４の背が連続的に高くなる例を示している。なお、段階的の例として、ここでは高段と低段の二段階の例を示しているが、三段階以上にすることもできる。
【００３１】
図４に示す例は、冷却フィン２４及び冷却フィン３４の先端の位置が不揃いであるが、図５に示すように、端板２１及び端板３１の厚さを、中央部分に向けて段階的（図５（ａ））又は連続的（図５（ｂ））に薄くすることができる。このように冷却フィン２４及び冷却フィン３４の根元を端板２１及び端板３１の側に延在させることにより、冷却フィン２４及び冷却フィン３４の先端を同一平面上に揃えることができる。そうすれば、中央部分に位置する冷却フィン２４，３４が突出することで不必要なスペースを占有するのを避けることができ、また、例えば、第１ハウジング１０ａの冷却フィン２４に対応する部分が平坦な形状で足りる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、以上の実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【００３３】
例えば、以上説明した実施形態は、固定スクロール２０の冷却フィン２４及び旋回スクロール３０の冷却フィン３４の両方の背の高さが中央部分において高くなる例を示したが、本発明は、固定スクロール２０及び旋回スクロール３０のいずれか一方のみの背を高くすることを許容する。また、本発明は、固定スクロール２０及び旋回スクロール３０のいずれか一方のみに冷却フィンが設けられる場合にも適用できる。
【００３４】
また、以上説明した実施形態は、中央部分の冷却フィン２４及び冷却フィン３４の背を高くすることにより、中央部分の冷却能を向上さているが、さらに、冷却フィン２４及び冷却フィン３４を設ける密度、板厚などを調整することにより、中央部分の冷却能を向上させることもできる。
【００３５】
その他に、スクロール圧縮機１はあくまで一例であり、本発明は、冷却フィンを備えるスクロール圧縮機に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１      スクロール圧縮機
１０    ハウジング
１０ａ  第１ハウジング
１０ｂ  第２ハウジング
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  収容室
１２    吐出ポート
２０    固定スクロール
３０    旋回スクロール
２１，３１  端板
２１ａ，３１ａ  低段部
２１ｂ，３１ｂ  高段部
２１ｃ  凹溝
２１ｅ  吐出ポート
２２，３２  ラップ
２３，３３  チップシール
２４，３４  冷却フィン
２６    外周壁
２７    吸入口
３１ｃ  凹溝
３５    軸受プレート
３６，３８  ボス
３７    軸受
３８ａ  内壁
４０    自転防止機構
４１    第１要素
４２，４６  軸受
４３    クランクピン（第１ピン）
４４    偏心軸
４５    第２要素
４７    クランクピン（第２ピン）
５０    駆動軸
５１    接続端
５３    偏心軸
【図１】
2015151954.tif 000003
【図２】
2015151954.tif 000004
【図３】
2015151954.tif 000005
【図４】
2015151954.tif 000006