(57)【要約】【課題】固定スクロールの圧力変形を抑制することで、歯先の摺動損失もしくは歯先隙間洩れを低減し、高効率化と信頼性を向上したスクロール型圧縮機を提供する。【解決手段】固定スクロール７の渦巻状歯部７ｂが形成されていない背面側に、固定スクロールと吐出プレート１０とで吐出室１１を形成する。固定スクロールには、更に吐出室の周囲に環状のＯリング溝７ｆを形成する。吐出圧力が固定スクロールに加わる部分の形状は、固定スクロールと同一軸線Ｌ上に中心をもつ略円形状とし、その外径（環状Ｏリング溝の外径）φｄ１  を固定スクロールの外径φＤに対して１／２以下に設定している。別実施例では、固定スクロール中心に対して同心となる円筒状の吐出室の内径φｄ２  が固定スクロールの外径φＤに対して１／２以下に設定している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源から動力を受け回転し、端部に所定量偏心したクランク部を有する回転軸と、前記回転軸を軸受を介し回転自在に支持するケーシングと、前記回転軸の前記クランク部に軸受を介し回転自在に取り付けられ、前記回転軸の回転に伴い公転運動を行う渦巻状歯部と端板部よりなる旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止する機構と、前記旋回スクロールが公転運動を行う際にこれと噛み合って複数の圧縮室を形成する渦巻状歯部と端板部とよりなる固定スクロールとを備え、前記圧縮室の体積を拡大縮小させることにより、流体を吸入圧縮するスクロール型圧縮機において、
前記固定スクロールの渦巻状歯部が形成されていない背面側に、前記固定スクロールと吐出プレートとで吐出室を形成すると共に、吐出圧力が前記固定スクロールに加わる部分の形状を前記固定スクロールと同一軸線上に中心をもつ略円形状とし、その外径φｄ１  を前記固定スクロールの外径φＤに対して１／２Ｄ以下とすることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
吐出圧力が前記固定スクロールに加わる部分には、前記吐出室の外に前記吐出室の周囲に形成された環状のＯリング溝を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
前記固定スクロールもしくは前記吐出プレートの少なくとも一方又は両者間に渡って固定スクロール中心に対して同心となる略円筒状の吐出室をその内径φｄ２  が１／２Ｄ以下となるように形成していることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
前記動力源がモータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記動力源が、車両に搭載された内燃機関のような外部の原動機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項６】
圧縮すべき流体が冷凍サイクル内を流れる冷媒であって、圧縮された後の冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上の高さとなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載されたスクロール型圧縮機。
【請求項７】
前記冷媒は、ＣＯ２  を用いたことを特徴とする請求項６に記載されたスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒を吸入圧縮する冷凍サイクル用の圧縮機に関し、特に固定スクロールの圧力変形を防止したスクロール型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にスクロール型圧縮機は、旋回スクロールと固定スクロールとの両渦巻状歯部間に画成される複数の圧縮室を、旋回スクロールの旋回運動によって中心に移動させてその容積を減少して冷媒の圧縮を行っている。この旋回スクロールと固定スクロールとで形成される各圧縮室内の冷媒の漏洩を防止して高効率スクロール型圧縮機を実現するために、固定スクロール及び旋回スクロールの両渦巻歯部の歯先と相手側のスクロールの端板部との歯先隙間漏れを低減することが重要であるが、隙間をほとんど無くすことで歯先の端板部への強接触による焼き付きや摩耗が懸念されるため、これを回避するための隙間（スラストクリアランス）をプラス側に設定する必要がある。しかし、このクリアランスを大きく設定しすぎると効率が低下してしまうという課題がある。
【０００３】
上記の問題を解決するために、旋回スクロールの背面にある設定圧力を導入して旋回スクロールをスラスト方向に移動可能とする背圧機構を用いて、歯先隙間（スラストクリアランス）を可変させるものが、従来より良く知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この背圧機構を用いたものでは、圧縮機が圧縮仕事を与えた高圧の吐出冷媒ガスを旋回スクロールの背面側に捨ててしまう構成となるため、圧縮機の性能を向上させる効果が小さくなってしまうという問題がある。
【０００４】
また、スラスト受け機構として、背圧機構を用いない平面すべり受け機構（例えば、特許文献２参照）やスラストベアリング（例えば、特許文献３参照）や鋼球（例えば、特許文献４参照）等で転がり受け機構とする等の種々の改良が行われているが、これらは、いずれも旋回スクロール側に改良を施したものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−６４６８６号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−２００２４４号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１４−２４２９２７号公報（第２頁、第１，２図）
【特許文献４】
特開平１２−３３７３６５号公報（第２頁、第１，２，３図）
【０００６】
しかしながら、スクロール型圧縮機は、旋回スクロールと固定スクロールとの両渦巻状歯部間に画成される複数の圧縮室を中心に移動させて冷媒を圧縮させているため、周辺に比べてその中央部で非常に高い圧力となる。この圧縮反力（スラスト荷重）は、旋回スクロール側のみならず固定スクロール側でも受ける。従来では、上記したように旋回スクロール側でのみ対策を施してきて、固定スクロール側では、吐出冷媒の脈動を抑えるために固定スクロールの渦巻状歯部が形成されていない背面側に全面に渡って吐出室が形成されていた。そのため、固定スクロールは中央部で高い圧縮反力を受ける一方で、その周辺部は、あまり高い圧縮反力を受けることはない。また、吐出室は、吐出圧（内圧）による吐出圧荷重をうける。このため、固定スクロールは、圧縮反力と吐出圧荷重とのアンバランスにより圧力変形が発生する。この固定スクロールの圧力変形は、歯先隙間を助長して冷媒漏れを引き起こし、圧縮機の効率を低下させてしまうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定スクロールのスラスト方向への変形を抑制することで、渦巻状歯部の歯先の摺動損失もしくは歯先隙間（スラストクリアランス）洩れを低減し、圧縮機の高効率化と、歯先の強接触による焼き付き・摩耗を回避し信頼性を向上させたスクロール型圧縮機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のスクロール型圧縮機を提供する。
請求項１に記載のスクロール型圧縮機は、固定スクロールの渦巻状歯部が形成されていない背面側に、固定スクロールと吐出プレートとで吐出室を形成すると共に、吐出圧力が固定スクロールに加わる部分の形状を固定スクロールと同一軸線上に中心をもつ略円形状として、その外径φｄ１  を固定スクロールの外径φＤに対して１／２Ｄ以下とするようにしたものである。これにより、大きな圧縮反力を受ける固定スクロールの中央部を吐出圧による吐出圧荷重で相殺することができ、固定スクロールの圧力変形を抑制することができる。
【０００９】
請求項２のスクロール型圧縮機は、吐出圧力が固定スクロールに加わる部分の形状に、吐出室の外に吐出室周囲に形成された環状のＯリング溝を含めたものである。これは吐出室をシールするＯリングを挿設するＯリング溝も吐出圧力が作用するために、この部分にＯリング溝を含めたものである。
請求項３のスクロール型圧縮機は、固定スクロールもしくは吐出プレートの少なくとも一方又は両者間に渡って、固定スクロール中心に対して同心となる略円筒状の吐出室をその内径φｄ２  が１／２Ｄ以下となるように形成したものである。この場合は、吐出圧荷重をうけるのは吐出室のみを想定すれば十分であるので、これに基づいて、吐出室の内径φｄ２  を設定している。
【００１０】
請求項４のスクロール型圧縮機は、その動力をモータから得るようにしたものであり、請求項５のスクロール型圧縮機は、その動力を内燃機関のような外部の原動機から得るようにしたものであり、いづれのタイプの圧縮機にも適用できるものである。
請求項６のスクロール型圧縮機は、圧縮すべき流体が冷凍サイクル内を流れる冷媒であって、圧縮された後の冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上の高さとなるように設定されているものであり、本発明のスクロール型圧縮機は、二酸化炭素（ＣＯ２  ）等の高圧ガスを冷媒とする圧縮機に好適であることを規定したものであり、請求項７では、ＣＯ２  に冷媒を限定したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態のスクロール型圧縮機について説明する。図１は、本発明のスクロール型圧縮機を密閉（電動）式のものに適用した密閉式スクロール型圧縮機の縦断面図であり、図２は、固定スクロールと旋回スクロールの横断面図を示している。本発明のスクロール型圧縮機はＣＯ２  等の高圧ガスを冷媒とする車両用空気調和装置に用いられる圧縮機に好適である。回転軸１は、ケーシング２の上部ケーシング２ａに固定されているフロントベアリング３と、ケーシング２のミドルブロック２ｂに固定されているメインベアリング４とによって回転自在に支持されており、この回転軸１の一端には、軸の中心に対し所定量偏心した位置にクランク部１ａが設けられている。モータ５は、ケーシング２に固定されたモータステータ５ａと、回転軸１に固定されているモータロータ５ｂからなり、図示しない電源から電力を供給されることにより回転し、回転軸１を回転させる。
【００１２】
旋回スクロール６は、略円形をした旋回スクロール端板部６ａと、この端板部６ａの片側に形成され、円筒形状をした旋回スクロールボス部６ｃと、このボス部６ｃが形成されている端板部６ａの他面側に形成されている渦巻き形状をした旋回スクロール歯部６ｂとからなる。旋回スクロールボス部６ｃには、ロータベアリング８が固定されており、回転軸１のクランク部１ａに回転自在に支持されている。
【００１３】
通常のスクロール型圧縮機と同様に、旋回スクロール６に対して偏心した位置で対向して、回転方向に１８０度ずらして噛み合う固定スクロール７が設けられる。固定スクロール７は、カップ形状をした固定スクロール端板部７ａと、旋回スクロール歯部６ｂと略同形状をした渦巻状の固定スクロール歯部７ｂと、この歯部７ｂが形成されている端板部７ａの他面側に形成された略円筒状の突出部７ｃとからなる。固定スクロール７の渦巻状の歯部７ｂと、旋回スクロール６の渦巻状の歯部６ｂとは、相対するように組み付けられる。図２に示すように旋回スクロール６の渦巻状の歯部６ｂと固定スクロール７の渦巻状の歯部７ｂとが噛み合うことによって、渦巻状の歯部６ｂと７ｂの間に冷媒を取り込んで圧縮する三日月状の圧縮室（作動室）９が複数個形成されるが、２つのスクロール６と７の共通の中心部領域には、圧縮された冷媒の圧力が最も高くなる高圧圧縮室９が１つだけ形成される。
【００１４】
本発明の特徴である吐出室の構造は、固定スクロール７の円筒状の突出部７ｃが、吐出プレート１０で覆われることによって吐出室１１が形成されている。この吐出室１１の内径（円筒状の突出部の内径）φｄ２  は、固定スクロール７の外径Ｄに対してｄ２  ≦１／２Ｄとなるように設定している。この吐出室１１は、吐出孔７ｄを通って高圧圧縮室９に連通しており、吐出室１１に設けた吐出弁１２により吐出孔７ｄは開閉される。また、吐出室１１には、吐出配管１３が接続していて、図示しない冷凍サイクルの高圧側と接続している。なお、ハウジング２は、上部ケーシング２ａと下部ケーシング２ｃとによって密閉されている。
【００１５】
ケーシング２の上部ケーシング２ａには、吸入配管１４が接続していて、ケーシング２内の下部ケーシング２ｃと固定スクロール７との間に吸入室１５が形成され、図示されない吸入孔から低圧圧縮室（作動室）９内に冷媒が吸入されるようになっている。
また、本発明のスクロール型圧縮機では、旋回スクロール６の公転は許すが自転を阻止する自転防止機構が、旋回スクロール６の端板部６ａに形成された自転防止用ポケット６ｄと、ミドルブロック２ｂの端面から軸方向に突出する自転防止ピン１６とが相互に係合する対から構成され、これが旋回スクロール６の周囲上に数個所設けられている。
【００１６】
以上のように構成されたスクロール型圧縮機においては、モータ５から与えられた駆動力により、回転軸１及びクランク部１ａは回転し、クランク部１ａは回転軸１に対し所定量偏心しているため、クランク部１ａにロータベアリング８を介して嵌合している旋回スクロール６は、自転防止機構（６ｄ，１６）により自転を阻止されているために公転運動をする。従って２つのスクロール６と７の渦巻き状の歯部６ｂと７ｂの間に形成される圧縮室（作動室）９が吸入室１５から冷媒を取り込み、更に旋回スクロール６が公転することによって圧縮室９が閉じて、２つのスクロール６と７の中心に向って移動する間に、圧縮室９の容積が小さくなるので吸入された圧縮室９内の冷媒は徐々に圧縮される。そして圧縮室９の容積が最も小さくなって中心部の高圧圧縮室９に至ったときに、圧縮室９内で圧縮された高圧冷媒が高圧圧縮室９及び吐出孔７ｄから吐出弁１２を押し開けて吐出室１１に流出し、吐出配管１３から外部へ導かれる。
【００１７】
このようにして圧縮室９内で冷媒が圧縮されるときには、圧縮室９内の圧力と吸入室１５の差圧より、旋回スクロール６の端板部６ａには、スラスト荷重が発生する。このスラスト荷重に対する対策として、旋回スクロール６側には、従来の技術で説明したような機構（図示せず）が採られている。
一方、固定スクロール７側においても、圧縮室９の内圧により固定スクロール７の端板部７ａは、スラスト荷重（圧縮反力）を受ける。この圧縮反力は、端板部７ａの中央部では非常に大きく、端板部７ａの周辺側ではそれ程大きくはない。一般には、固定スクロール７の渦巻き歯部７ｂと反対側には、吐出室１１が形成されているため、吐出室１１の内圧（吐出圧）による吐出圧荷重と圧縮反力とのアンバランスにより固定スクロール７の圧力変形が発生するが、本発明では、圧縮反力が非常に大きい端板部７ａの中央部に対応するように吐出室１１を形成しており、その吐出圧荷重で大きな圧縮反力を相殺するようにして、固定スクロール７の圧力変形を抑制している。
【００１８】
図３は、本発明の別の実施例である吐出室構造を示している。本実施例では、固定スクロール７の渦巻き状歯部７ｂが形成されていない側の端板部７ａの面に、固定スクロール７の同一軸線Ｌ上に中心をもつ略円筒状の凹部７ｅを形成すると共に、この凹部７ｅの周囲を囲んで環状のＯリング溝７ｆを形成している。この凹部７ｅ及びＯリング溝７ｆを覆うようにして吐出プレート１０をボルト等により固定スクロール７に取り付けることで、吐出室１１及びシール空間７ｆを形成している。本実施例では、吐出室１１及びシール空間７ｆを含めた吐出圧力が固定スクロール７に作用する部分の形状が、固定スクロール７と同一軸線Ｌ上に中心をもつ略円形状とし、その外径φｄ１  を固定スクロール７の外径φＤに対して、ｄ１  ≦１／２Ｄとなるように設定している。即ち、環状のＯリング溝７ｆの外径φｄ１  が、ｄ１  ≦１／２Ｄとなるように設定している。他の構成は、先の実施形態と同様である。
【００１９】
図４は、本発明の更に別の実施例である吐出室構造を示している。本実施例では、固定スクロール７と吐出プレート１０との両者に渡って吐出室１１が形成されている。即ち、固定スクロール７の渦巻状歯部７ｂが形成されない端板部７ａの面に内径φｄ２  の円筒状の凹部７ｅを形成すると共に、吐出プレート１０にも内径φｄ２  の円筒状の凹部１０ａを形成し、これらの凹部７ｅと１０ａを合わせる形で内形φｄ２  の円筒状の吐出室１１が形成される。この吐出室１１は、固定スクロール７と軸線Ｌを同じにしている。吐出室１１の内径φｄ２  は、固定スクロール７の外径φＤに対して、ｄ２  ≦１／２Ｄとなるように設定されている。なお、この吐出室１１は、固定スクロール７側にのみまたは、吐出プレート１０側にのみ形成されるようにしてもよい。他の構成は、先の実施形態と同様である。
【００２０】
なお、上記説明においては、モータを使用した密閉式（電動式）スクロール型圧縮機を例として説明しているが、車両に搭載された内燃機関のような外部の原動機によって駆動されるスクロール型圧縮機にも、当然適用できるものである。
【００２１】
以上説明したような吐出室構造を有する固定スクロールを採用することにより、本発明においては、固定スクロールに発生する運転中の圧力変形量を低減できると同時に使用条件の変化にも圧力変形量の変動が低減できるため、歯先隙間（スラストクリアランス）による冷媒洩れを防止でき、圧縮機の効率を向上できると共に、歯先の強接触による焼き付き・摩耗を回避し、圧縮機の信頼性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のスクロール型圧縮機を密閉（電動）式のものに適用した密閉式スクロール型圧縮機の縦断面図である。
【図２】固定スクロールと旋回スクロールの横断面図である。
【図３】吐出室構造の別の実施例を示す断面図である。
【図４】吐出室構造の更に別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
６…旋回スクロール
６ａ…端板部
６ｂ…渦巻状歯部
７…固定スクロール
７ａ…端板部
７ｂ…渦巻状歯部
７ｃ…突出部
７ｄ…吐出孔
１０…吐出プレート
１１…吐出室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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