(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備えた旋回スクロール部材と、
鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備え軸方向における運動が許容される非旋回スクロール部材と、
それら両スクロール部材を噛み合わせて形成する概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、
その圧縮室側の流体の圧力による前記非旋回スクロール部材の鏡板を引離す向きの非旋回引離し力に対抗して前記非旋回スクロール部材の鏡板を引付ける向きの非旋回引付力を前記非旋回スクロール部材にかける非旋回引付力付加手段と、
前記非旋回引付力と前記非旋回引離し力のベクトル和である非旋回付勢力の反力を前記非旋回スクロール部材に発生させる非旋回スクロール支持部材とを有し、
前記非旋回スクロール部材はその背面中央領域を吸込圧とし、
前記非旋回引付力付加手段は、通常運転時に、前記非旋回スクロール部材の背面の外周部に非旋回引付圧領域を設けて吐出圧力をかけて前記非旋回引付力を与え、前記非旋回付勢力が前記旋回スクロール部材へ向かう向きとなる大きさの前記非旋回引付力を持たせ、
前記非旋回支持部材は、少なくとも前記旋回スクロール部材と別体で形成した部分を有すると共に、この別体で形成した部分における前記非旋回スクロール部材に対する支持面の少なくとも一部が前記非旋回引付力の作用領域と重なるように形成した
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記非旋回スクロール部材はその鏡板の前記圧縮室に対応する中央部に吐出圧の鏡板内空間を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係り、非旋回スクロール部材を旋回スクロール部材と別体の支持部材で支持するスクロール圧縮機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスクロール圧縮機としては、特開平７−１８９９３４号公報に示されているように、鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備えた旋回スクロール部材と、鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備え軸方向における運動が許容される非旋回スクロール部材と、それら両スクロール部材を噛み合わせて形成する概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、その圧縮室側の流体の圧力による非旋回スクロール部材の鏡板を引離す向きの非旋回引離し力に対抗して非旋回スクロール部材の鏡板を引付ける向きの非旋回引付力を非旋回スクロール部材にかける非旋回引付力付加手段と、非旋回引付力と非旋回引離し力のベクトル和である非旋回付勢力の反力を非旋回スクロール部材に発生させる非旋回スクロール支持部材とを有するものであって、前記非旋回引付力付加手段は、非旋回スクロール部材の背面中央部に吐出圧を加え、通常運転時に、非旋回付勢力が旋回スクロール部材へ向かう向きとなる大きさの非旋回引付力を持たせ、前記非旋回支持部材は、旋回スクロール部材と別体で形成すると共に、非旋回スクロール部材の周縁部を支持するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来のスクロール圧縮機は、非旋回引付力付加手段により、非旋回スクロール部材の背面中央部に吐出圧を加え、通常運転時に非旋回付勢力が旋回スクロール部材へ向かう向きとなる大きさの非旋回引付力を持たせるようにしているので、過渡状態を含む種々の運転条件でも確実に非旋回スクロール部材を旋回スクロール部材に付勢しようとすると、非旋回スクロール部材に大きな非旋回引付力を加えることが必要である。このため、定格運転のような通常運転時には、引離し力よりもかなり大きい非旋回引付力が加わるような非旋回引付力を持たせる必要があり、非旋回スクロール部材に大きな非旋回付勢力が発生し、非旋回スクロール部材の中央部を大きく旋回スクロール部材側に変形させることになる。
【０００４】
例えば、頻度の極めて高い起動時には、吸込圧が高いが吐出圧は上がっていないため、引離し力は大きく引付力は小さめになる。特に、過圧縮を抑制するためのバイパス弁を設けていない圧縮機の場合には引離し力は非常に大きくなる。このような場合でも、引付力が確実に引離し力以上となるようにする必要がある。さもないと、非旋回スクロールを旋回スクロール側に引付けることができず、歯先歯底隙間の拡大により、正常な圧縮に移行できないおそれがある。このため、吐出圧のかかる領域を広く設定して非旋回スクロール部材の非旋回引付力を大きくする必要が生じる。この結果、起動時よりも、吸込圧が低く吐出圧が高い通常運転時では、非旋回付勢力が非常に過大となり、非旋回スクロール部材の中央部が大きく変形することになる。
【０００５】
ここで、非旋回スクロール部材の背面中央部に広い領域で吐出圧を加えた変形状態を図９を用いて説明する。図9は従来のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に広い領域で吐出圧を加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【０００６】
なお、図9における細い二点鎖線は変形前の非旋回スクロール部材の形状を示す。また、線上に分布する集中力は大きな矢印で示し、面状に分布する分布力すなわち圧力は小さな矢印で示す。さらに、この矢印の長さは、吸込圧を基準とした大きさを示しており、矢印の無い箇所は吸込圧が作用していることを表わしている。これらの点は、以下に説明する各図においても同様である。
【０００７】
図９から明らかなように、非旋回スクロール部材の背面中央部の広い領域に、細い実線で示す非旋回引付力が加わり、これに対して、非旋回スクロール部材のおもて面の圧縮室の領域に、圧縮室側の流体の圧力による細い点線で示す非旋回引離し力が加わる。これにより、非旋回スクロール部材には、非旋回引付力と非旋回引離し力とのベクトル和である太い実線で示す非旋回付勢力が発生し、非旋回スクロール部材を旋回スクロール部材側に大きく変形することになる。すなわち、非旋回支持部材の内周縁に非旋回付勢反力が発生して非旋回付勢力を受けることになり、非旋回スクロール部材は、この非旋回支持部材の内周縁を支点として曲げモーメントが発生し、大きく変形することになる。
【０００８】
また、非旋回スクロール部材の圧縮室の流体の圧力及び温度による変形状態を図１０を用いて説明する。図１０は従来のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材の圧縮室の流体の圧力及び温度による変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【０００９】
図１０から明らかなように、非旋回スクロール部材のスクロールラップの中央側の圧縮室よりも外周側の圧縮室のほうが高圧のため、ラップ側面に垂直に中央側から外周に向かってガス力がかかる。この結果、スクロールラップの根元に曲げモーメントが発生し、非旋回スクロール部材は図９に示す変形と同じ方向に旋変形が発生する。なお、この変形は、通常のスクロールラップにおいては小さいが、スクロールラップが高くなると大きくなり、無視できなくなる。また、中央側の圧縮室のガスは断熱に近い圧縮により高温となるため、非旋回スクロール部材のスクロールラップは中央部の方が熱膨張により伸びる。
【００１０】
これら図９及び図１０で示す変形量及び熱膨張の和が非旋回スクロール部材の変形量となるが、同じ方向に変形するため、その変形が非常に大きいものとなる。これにより、非旋回スクロール部材の歯先と歯底には大きな変位が生じるものであった。
【００１１】
このように、従来のスクロール圧縮機においては、広い運転域で非旋回スクロール部材の変形を抑制することができず、通常運転時における非旋回スクロール部材の変形が大きくなり、非旋回スクロール部材及び旋回スクロール部材のスクロールラップの歯先と歯底間の隙間からの内部漏れ大きくなってエネルギー効率の低下を招いていた。
【００１２】
本発明の目的は、非旋回スクロール部材の変形を広い運転域で抑制でき、非旋回スクロール部材と旋回スクロール部材のスクロールラップの歯先及び歯底間の隙間を広い範囲で小さく保つことにより、内部漏れを低減してエネルギー効率の高いスクロール圧縮機を得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備えた旋回スクロール部材と、鏡板とそれに立設する渦巻き状のスクロールラップを備え軸方向における運動が許容される非旋回スクロール部材と、それら両スクロール部材を噛み合わせて形成する概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、その圧縮室側の流体の圧力による前記非旋回スクロール部材の鏡板を引離す向きの非旋回引離し力に対抗して前記非旋回スクロール部材の鏡板を引付ける向きの非旋回引付力を前記非旋回スクロール部材にかける非旋回引付力付加手段と、前記非旋回引付力と前記非旋回引離し力のベクトル和である非旋回付勢力の反力を前記非旋回スクロール部材に発生させる非旋回スクロール支持部材とを有し、前記非旋回スクロール部材はその背面中央領域を吸込圧とし、前記非旋回引付力付加手段は、通常運転時に、前記非旋回スクロール部材の背面の外周部に非旋回引付圧領域を設けて吐出圧力をかけて前記非旋回引付力を与え、前記非旋回付勢力が前記旋回スクロール部材へ向かう向きとなる大きさの前記非旋回引付力を持たせ、前記非旋回付勢力が前記旋回スクロール部材へ向かう向きとなる大きさの前記非旋回引付力を持たせ、前記非旋回支持部材は、少なくとも前記旋回スクロール部材と別体で形成した部分を有すると共に、この別体で形成した部分における前記非旋回スクロール部材に対する支持面の少なくとも一部が前記非旋回引付力の作用領域と重なるように形成したことにある。
【００１６】
本発明の好ましい構成例では、前記非旋回スクロール部材はその鏡板の前記圧縮室に対応する中央部に吐出圧の鏡板内空間を形成したことにある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例を図を用いて説明する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。
【００２０】
本発明の第1実施例から第４実施例を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に線上に非旋回引付力を加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図、図２は本発明の第２実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に中間圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図、図３は本発明の第３実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に吐出圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図、図４は本発明の第４実施例のスクロール圧縮機の鏡板内空間を有する非旋回スクロール部材に吐出圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【００２１】
第１実施例から第４実施例の基本的構成を第５実施例の共通する部品の符号を引用して説明する。
【００２２】
この基本構成は、鏡板３ａとそれに立設する渦巻き状のスクロールラップ３ｂを備えた旋回スクロール部材３と、鏡板２ａとそれに立設する渦巻き状のスクロールラップ２ｂを備え軸方向における運動が許容される非旋回スクロール部材２と、それら両スクロール部材２，３を噛み合わせて形成する概略閉塞して容積が縮小する圧縮室３３と、その圧縮室側の流体の圧力による非旋回スクロール部材２の鏡板２ａを引離す向きの非旋回引離し力に対抗して非旋回スクロール部材２の鏡板２ａを引付ける向きの非旋回引付力を非旋回スクロール部材２にかける非旋回引付力付加手段と、非旋回引付力と非旋回引離し力のベクトル和である非旋回付勢力の反力を非旋回スクロール部材２に発生させる非旋回スクロール支持部材６とを有しており、非旋回引付力付加手段は、通常運転時に、非旋回付勢力が旋回スクロール部材２へ向かう向きとなる大きさの非旋回引付力を持たせ、非旋回支持部材６は、旋回スクロール部材３と別体で形成すると共に、非旋回スクロール部材２の外周縁部の支持面の少なくとも一部が非旋回引付力の作用領域と重なるように形成したものである。
【００２３】
そして、第１実施例のものは、図１に示すように、非旋回スクロール部材２の周縁部背面に加わる非旋回引付力が集中力であり、非旋回スクロール部材２の背面中央領域に吸込圧がかかるように構成したものである。また、非旋回スクロール部材２の支持面は、旋回スクロール部材と異なる支持部材６の支持面であり、その位置は旋回スクロールラップの旋回範囲外となる。スクロールラップは鏡板の中央付近から巻き始めているため、非旋回スクロール部材２の支持面はスクロール部材２の鏡板２ａの外周に設けられることになる。この第１実施例のものにおいては、非旋回引付力が集中力であるため、非旋回スクロール部材２の支持面が非旋回引付力の作用箇所の下部にあることになる。
【００２４】
この結果、図１に示すように、最終的にかかる力は、鏡板２ａの中央部にかかる分布力の非旋回引離し力と、非旋回スクロール部材２の外周にかかる非旋回引付力と、非旋回スクロール部材２の外周で受ける非旋回付勢反力との３力からなっているとみなせる。従って、通常の運転時においても、非旋回スクロール部材２を変形させる力は、鏡板２ａの中央部にかかる非旋回引離し力となり、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの変形量は小さくなる。また、非常に大きな力である非旋回引付力は、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの外周を非旋回支持部材６に密着させる作用を生じるため、非旋回支持部材６から離れる箇所で鏡板２ａは水平になる。これにより、さらに非旋回スクロール部材２の変形量が抑制される。
【００２５】
ところで、この非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの変形の向きは、前述した従来の図９の向きと逆向きの反旋回スクロール部材側への向きであり、スクロールラップ２ｂの中央側で歯先歯底隙間が拡大する向きとなる。しかし、スクロールラップ２ｂの側面にかかるガス力による変形は、従来の図１０の場合と同様であり、これらの変形は互いに打ち消し合うため、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの変形は一層小さくなる。
【００２６】
以上の結果、非旋回スクロール部材の歯先と歯底の変位量が小さくなり、内部漏れ損失が低減して、エネルギー効率が向上するという効果がある。なお、この第１実施例において、非旋回スクロール部材の背面中央領域に吸込圧がかかる場合を示したが、吸込圧と吐出圧の間の中間圧でもよい。この場合には、軸方向力による鏡板の変形がさらに小さくなる。
【００２７】
また、第２実施例のものは、図２に示すように、軸方向から見て非旋回引付圧領域が支持面に全て重なり、非旋回スクロール部材２の背面中央領域に吸込圧がかかるように構成したものである。
【００２８】
この第２実施例のものにおいては、非旋回引付力が分布力となるため、非旋回引付力が集中力の場合である第１実施例のものと比較して、非旋回スクロール部材の軸方向の基準位置を与える支持面と接触する非旋回基準面にかかる付勢反力の集中度が低減する。この結果、第１実施例による効果とともに、支持部材の支持面及び非旋回スクロール部材の非旋回基準面が損傷する危険性が低下し、非旋回スクロール部材の軸方向位置決めを高精度で保持できるため、歯先歯底隙間が適正に保持でき、エネルギー効率を向上できるという効果がある。なお、第２実施例においては、非旋回スクロール部材２の背面中央領域に吸込圧がかかる場合を示したが、中間圧の場合でもよい。この場合には、軸方向力による鏡板の変形量がさらに小さくなる。
【００２９】
また、第２実施例は、軸方向から見て前記非旋回引付圧領域が前記支持面に全て重なる場合であるが、もしも、非旋回引付圧領域の一部が支持面の内周側にある場合には、軸方向力による鏡板中央部で発生する歯先及び歯底の最大変位量が小さくなる。この場合は、図１０で示す変形が小さかったりスクロールラップ中央部の熱膨張量が小さい圧縮機の場合（例えば、スクロールラップが低い場合）に、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの変形を小さくでき、エネルギー効率向上に有効となる。
【００３０】
また、反対に、非旋回引付圧領域の内側が支持面の内側より外周側にある場合には、軸方向力による鏡板中央部の変形量がさらに若干増大する。この場合は、図１０で示す変形が極端に大きかったりスクロールラップ中央部の熱膨張量が極端に大きい圧縮機の場合（例えば、スクロールラップが極端に高い場合）に、非旋回鏡板の変形を小さくでき、エネルギー効率向上に有効となる。
【００３１】
また、第３実施例のものは、図３に示すように、第２実施例のものにおいて非旋回引付圧領域の圧力を吐出圧に限定したものでる。吐出圧は、圧縮機内でほぼ最大の圧力であるから、非旋回引付力を発生させるための必要面積は最小となる。これにより、図７で示すように、第２実施例による効果とともに、非旋回引付圧領域の面積を小さくできるため、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａを小径化でき、ひいては圧縮機を小径化できるという効果がある。
【００３２】
また、第４実施例のものは、図４に示すように、第３実施例のものにおいて非旋回スクロール部材２の鏡板２ａ中央付近に鏡板内部空間２ｆを設けたものである。この鏡板内空間２ｆの吐出圧により、図４内の拡大図に示すように、この鏡板内空間２ｆが拡大しようとするため、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａのうちの圧縮室側部分が下方にたわむ変形を起こす。この結果、軸方向の力による非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの変形は、図４で示すように、非常に小さくなる。また、非旋回スクロール部材２の背面中央領域に吐出圧がかかる場合と比較しても、非旋回鏡板のうちの反圧縮室側部分が梁の役割を果たすために、鏡板２ａの下方への大きなたわみを抑制できる。従って、非旋回スクロール部材２の鏡板２ａの最終的な変形（すなわち、図１０で示すスクロールラップ側面にかかる力による変形と熱膨張による変形を図４に加えた変形）は、極めて小さくなるため、広範囲の運転時で歯先歯底隙間が極めて小さくなり、漏れが抑制されてエネルギー効率が非常に向上するという効果がある。
【００３３】
次に、本発明の第５実施例を図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第５実施例のスクロール圧縮機の縦断面図、図６は図５のスクロール圧縮機の異なる部分の縦断面図である。なお、図６には、図５で現れなかった部分についてのみ記号を付けてある。
【００３４】
この第５実施例の圧縮機は、その直径が１０ｍｍから１０００ｍｍ程度のものであり、圧縮機ケース内部が吸込圧となる低圧チャンバ方式のものである。この低圧チャンバ方式の圧縮機は、冷凍サイクルの全容積のうちで大きな割合を占める圧縮機内容積が低圧であるため、冷凍サイクルに封入する冷媒の総量が少ないという特徴がある。これにより、可燃性の炭化水素系冷媒やＲ３２等を含む冷媒を用いる圧縮機において、冷媒が漏洩した際に漏洩量を少ないものとすることができる。また、ＣＯ２等の非常に高圧の冷媒を用いる場合、圧縮機ケースの耐圧設計が容易である。
【００３５】
まず、この圧縮機の構造を説明する。
【００３６】
旋回スクロール部材３は、鏡板３ａ上面にインボリュートまたは代数螺線等を基本線とするスクロールラップ３ｂとオルダム溝３ｇ、３ｈ（図６参照）とが設けられ、その鏡板３ａ下面にスラスト面３ｄと旋回軸３ｅが設けられ、そのスラスト面３ｄに旋回油溝３ｃが設けられている。
【００３７】
非旋回スクロール部材２は、鏡板２ａ下面にスクロールラップ２ｂと回転止め２ｇ、２ｈとが立設され、そのスクロールラップ２ｂ歯底面と同一面である非旋回基準面２ｕが設けられている。そして、非旋回スクロール部材２は、圧縮室中間部に連通するように過圧縮抑制及び液圧縮回避のためのバイパス穴２ｅが設けられ、このバイパス孔２ｅの密閉容器内への開口を開閉するバイパス弁２３が設けられている。また、非旋回スクロール部材２は、中央部に吐出穴２ｄが開口して設けられ、この開口を開閉する扉形状の逆止弁２４が設けられている。
【００３８】
前記鏡板２ａ上面の周縁部に全周にわたって背面外周溝２ｊが設けられ、この背面外周溝２ｊと鏡板内空間２ｆとを連通する一本の均圧孔２ｉが設けられている。この背面外周溝２ｊには、プラスチックやばね材またはゴムのような弾性体から成る断面がコの字状をしたリングシール２２が挿入されている。このリングシール２２は、その高さを背面外周溝２ｊの深さよりも小さくし、さらに、その内周壁を外周壁よりも短くしている。これにより、背面外周溝２ｊの底までリングシール２２が下がってもリングシール２２の内周壁が均圧孔２ｉを塞がないようにできる。そして、吐出カバー２ｃは、吐出孔２ｅの開口の上方に鏡板内空間２ｆを形成するように組立て時に鏡板２ａの上面に固定されている。
【００３９】
オルダムリング５は、一面に非旋回突起部５ａ、５ｂが設けられ、もう一方の面に旋回突起部５ｃ、５ｄが設けられている。
【００４０】
円筒形状の非旋回ホルダ６は中央の穴に張り出して非旋回スクロール部材２を支持するテラス部６ａを有し、そのテラス部６ａ上面は非旋回支持面６ｂとなる。そのテラス部６ａ上部の内周面は非旋回スクロール部材２の上下移動時のガイドとなるガイド面６ｃとなる。さらに、テラス部６ａには、１８０度で対向して２個の放射溝６ｄ，６ｅが設けられている。この溝６ｄ、６ｅは、その上部には非旋回スクロール部材２の回転止め２ｇ、２ｈが挿入され、下部はオルダムリング５の非旋回突起５ａ、５ｂがスライドするオルダム溝の役目を担っている。
【００４１】
フレーム４は、上面の外周部に非旋回ホルダ６を取り付けるホルダ取付け面４ｂが設けられ、その同一面の内側に旋回スクロール部材３の支持面となるスラスト軸受４ａが設けられている。そのスラスト軸受４ａにはスラスト軸受部給油のための複数のフレーム油溝４ｃが同心円状に設けられている。また、このフレーム４の周縁部を軸方向に貫通して吸込ガスを流す１個または複数の吸込口４ｅがフレーム４に設けられている。フレーム４の中央部にはシャフト８を回転支持する主軸受４ｄが設けられている。
【００４２】
この主軸受４ｄとスラスト軸受４ａの間からフレーム４の外周面に通じる油排出路４ｆが設けられ、この油排出路４ｆの途中に背圧弁１０が設けられている。この背圧弁１０は、弁板１０ａと、弁ばね１０ｂと、弁キャップ１０ｃとから成っている。弁キャップ１０ｃと挿入穴間は完全にシールされていなければならない。弁ばね１０ｂは圧縮され、弁板１０ａは弁シール面に押し付けられるように取付けられている。この押付力は旋回スクロール部材３の背面の圧力値を決定するため、これを決める弁ばね１０ｂの押し縮め量に関係する形状寸法は精度良く管理することが必要である。特に弁ばね１０ｂの端部をばねの中心軸に概略垂直な面に仕上げておくことが必要である。さもないと、弁ばね１０ｂを圧縮したときに座屈が起こり、旋回背圧値が異常に小さくなって、旋回スクロール部材３がフレーム４に押し付けられて摺動損失が増大しエネルギー効率が低下する。
【００４３】
シャフト８には内部にシャフト給油孔８ａと主軸受給油孔８ｂと副軸受給油孔８ｃとが設けられている。また、そのシャフト８の上部には径の拡大した主軸部８ｈがあり、そこに旋回軸受８ｆが設けられている。主軸部８ｈの外周面には主軸受給油孔８ｂの出口から給油螺旋溝８ｉが設けられ、また、旋回軸受８ｆには給油溝８ｊが設けられている。
【００４４】
ロータ１５は、未着磁の永久磁石（図示せず）を内蔵し、両端にロータバランス１５ａ、１５ｂが設けられている。
【００４５】
ステータ１６は、外周部に油をケースの底に流し落とすためのステータ溝１６ａが設けられ、内部にコイルが通り、その上下にコイルエンド部１６ｂがある。なお、このコイルが通る穴よりも外周側にコイル貫通穴を開け、ガス流や油を通し、ステータ１６の冷却を行ってもよい。
【００４６】
副軸受給油部９は、内周が円筒状で外周が球状のフローティング軸受ブッシュ９ａと副軸受給油シリンダ９ｂと給油パイプ９ｄの付いたポンプカバー９ｃとから成る。この副軸給油シリンダ９ｂは上部内周に球面軸受部９ｇを有し、そこにフローティング軸受ブッシュ９ａが組み込まれている。さらに、その上部中央にシャフト８の軸方向支持部であるシャフトスラスト面９ｅを配している。また、その下部には、トロコイド給油ポンプ２６のインナロータ２６ａ及びアウタロータ２６ｂが入る偏心した円形掘込み９ｆが設けられている。
【００４７】
ケースは、ハーメチック端子１３及び吐出パイプ取出し口１９ａが溶接またはロウ付けされた上ケース１９と、下ケース２０と、円筒ケース２１との３個からなり、円筒ケース２１の下部には副軸受給油部９を支持する副軸受給油支持板１８が固定されている。
【００４８】
その他の主な構成要素として、非旋回スクロール部材２を下方に押し付けるようにリングシール２２を押さえるための非旋回押え７と、フレーム４を円筒ケースに固定するマウンティング部材１１と、油中の鉄粉を取除くマグネット１２と、電力をモータ１７に供給するハーメチック端子１３と、そして、吸込パイプ１４とがある。
【００４９】
次に、これらの構成要素の組み立て方法を説明する。
【００５０】
まず、ロータ１５を圧入または焼きばめしたシャフト８をフレーム４の主軸受４ｄに挿入し、旋回スクロール部材３をその上に載せる。さらに、その上にオルダムリング５をオルダムリング５の旋回突起部５ｃ、５ｄをオルダム溝３ｇ、３ｈに挿入して載せ、非旋回ホルダ６に非旋回スクロール部材２を放射溝６ｄ，６ｅの上部に回転止め２ｇ、２ｈが挿入されるように装着したものを、上から覆い被せる。この時、非旋回ホルダ６の放射溝６ｄ、６ｅの下部にオルダムリング５の非旋回突起５ａ、５ｂを挿入し、非旋回基準面２ｕを非旋回支持面６ｂと接触させる。そして、シャフト８を廻しながら回転トルクの最小となる位置でねじによりフレーム４に非旋回ホルダ６を固定する。
【００５１】
そして、非旋回押え７の非旋回押え面７ａを非旋回スクロール部材２の外周及びリングシール２２を覆うようにして、非旋回ホルダ６の上面にねじで固定する。これはネジ止めでなく、溶接または接着してもよい。接着の場合、変形が小さく、スクロールの歯先歯底隙間の管理が容易となる特有の効果がある。この時、非旋回スクロール部材２の上面と非旋回押え面７ａの間隔が２０〜１００μｍ程度になるようにし、旋回スクロール部材３と非旋回スクロール部材２との軸線方向における最大離間距離を規定する。
【００５２】
そして、吐出口２ｄ及びバイパス穴２ｅを臨む非旋回鏡板２ａの中央寄りに吐出パイプ２５の付いた吐出カバー２ｃをねじで密着固定し、鏡板内空間２ｆを設ける。なお、その吐出カバー２ｃを、シール材を介して固定しても良い。このように、鏡板内空間２ｆを、吐出カバー２ｃを固定することにより形成したため、鏡板２ａの内部をくり貫いて空間を形成する必要がなく、加工が容易という特有の効果がある。また、固定カバー２ｃに付けた吐出パイプ２５は非旋回スクロール部材２の上下に可動な範囲では弾性体としてふるまい、この結果、非旋回スクロール部材２は圧縮機のケースに弾性支持される。
【００５３】
以上のようにして、両スクロール部材２，３間に圧縮室３３を形成し、旋回スクロール部材２の背面でスラスト面３ｃと旋回軸３ｅの間に旋回背面空間３４を形成する。
【００５４】
さらに、フレーム４の背面外周部にマウンティング部材１１をねじで固定する。なお、ねじで固定する代わりにかしめ固定してもよい。
【００５５】
次いで、あらかじめステータ１６を焼きばめまたは圧入するとともに副軸受給油支持板１８を溶接または圧入した円筒ケース２１に、上記の組立部品を挿入する。この時、ステータ１６のモータ線１６ｃをその組立部品の側面の溝を通して上部に出す。そして、マウンティング部材１１の側面をタック溶接する。このように溶接することにより、フレーム４や非旋回ホルダ６をタック溶接する場合と比較して、それら部品の変形が回避できるため、部品の公差で決定されていた圧縮室３３のシール隙間以上に組立時の隙間が拡大せず、内部漏れを抑制することができてエネルギー効率が向上する。また、ロータ１５とステータ１６によってモータ１７を形成し、副軸受給油支持板１８とフレーム４の間にモータ室３０を形成する。
【００５６】
次いで、副軸受給油支持板１８の中央部の穴から出たシャフト８に、非旋回給油部９のフローティング軸受ブッシュ９ａの内周を挿入して装着する。そして副軸受給油シリンダ９ｂにアウタロータ２６ｂを挿入し、シャフト８の端部にインナロータ２６ａを圧入する。この状態で、シャフト８を回し、回転トルクを検出しながら、副軸受給油シリンダ９ｂの位置を調整し、その回転トルクが最小になる位置で副軸受給油シリンダ９ｂの外周を副軸受給油支持板１８にスポット溶接する。そして、給油パイプ９ｄを付けた給油カバー９ｃを、シールを挟んで副軸受給油シリンダ９ｂにねじ固定する。ここで、シールを挟み込まずにシールが行われるよう、シール面の精度を上げ、このシール面の押付力を増大させてもよい。
【００５７】
最後に、マグネット１２を固定した下ケース２０を円筒ケース２１に溶接し、貯油室２７を形成する。また、上ケース１９の吐出ハーメチック端子１３の内部側端子にモータ線１６ｃを装着し、吐出パイプ取出し口１９ａに吐出パイプ２５の垂直部２５ａを通した上で、円筒ケース２１上部に上ケース１９を装着して溶接し、非旋回背面室３２を形成する。この状態で、ステータ１６に電流を流し、ロータ１５内部の永久磁石を着磁し、モータ１７を形成する。その後、油を入れる。
【００５８】
次に、かかる圧縮機の動作を説明する。
【００５９】
まず、圧縮ガスの流れに関して説明する。
【００６０】
圧縮機を運転するには、モータ１７のステータ１６に通電してロータ１５を回転させ、このロータ１５に固定されたシャフト８を回転させる。このシャフト８の回転により、旋回スクロール部材３を旋回運動させる。ここで、オルダムリング５があるために旋回スクロール部材３の自転が防止される。
【００６１】
旋回スクロール部材３の回転により、吸込パイプ１４を通してケース内部に満たされているガスは、フレーム４の吸込口４ｅを通って吸込室３５に流入し、圧縮室３３に閉じ込み圧縮されて、吐出穴２ｄから鏡板内空間２ｆに吐出され、最終的に、吐出パイプ２５を通って圧縮機外部に出る。なお、過圧縮条件では、圧縮室に３３に閉じ込み圧縮されたガスは、この吐出穴２ｄからの吐出と並行して、バイパス穴２ｅとバイパス弁２３を通って鏡板内空間２ｆに吐出される。これにより、鏡板内空間２ｆは吐出圧となる。
【００６２】
さらに、鏡板内空間２ｆを形成する吐出カバー２Ｃは、その上方が吸込圧の非旋回背面室３２であり、吸込圧のかかる非旋回背面中央領域を形成する。非旋回背面中央領域に吸込圧をかけたため、非旋回鏡板２ａのたわみが小さくなり、歯先歯底隙間を小さくできることとなり、エネルギー効率が向上するという効果がある。なお、吸込口４ｅは圧縮室３３が閉じ込みを開始する付近に各々設けてもよい。これにより、吸込流路損失が低減しエネルギー効率が向上する効果がある。
【００６３】
鏡板内空間２ｆと背面外周溝２ｊ内のリングシール２２内側とを連通する均圧孔２ｉによって、リングシール２２内側の圧力が吐出圧となり、この圧力により、リングシール２２が左右に開いて側面をシールする。これは、リングシール２２の外部が全て吸込圧の空間となっているために、このシールが可能となっている。これにより、背面外周溝２ｊ内が吐出圧となって非旋回引付圧領域２９を形成する。
【００６４】
この非旋回引付圧圧領域２９の下方には、非旋回ホルダ６の非旋回支持面６ｂが配置されているため、前記実施例で説明した通り、非旋回鏡板２ａの変形が抑制され、運転時における歯先歯底隙間が小さくできるため、エネルギー効率が非常に高くなるという効果がある。
【００６５】
また、非旋回引付力をばね力等の集中力ではなく、分布力としたため、前記実施例で説明した通り、非旋回支持面６ｂ及び非旋回基準面２ｕが損傷する危険性が低下し、非旋回スクロール部材の軸方向位置決めを高精度で保持できるため、歯先歯底隙間が適正に保持でき、エネルギー効率を向上できるという効果がある。
【００６６】
また、吐出圧のガスを用いて分布力を与えたため、前記実施例で説明した通り、非旋回引付圧領域の面積を小さくできることとなり、非旋回鏡板を小径化でき、ひいては圧縮機を小径化できるという効果がある。
【００６７】
また、鏡板内空間２ｆは吐出圧に保持されるため、前記実施例で説明した通り、非旋回鏡板の最終的な変形（すなわち、図１０で示すスクロールラップ側面にかかる力による変形と熱膨張による変形を図５に加えた変形）は極めて小さくなり、広範囲の運転時で歯先歯底隙間が極めて小さくすることができ、漏れの抑制によりエネルギー効率が非常に向上するという効果がある。
【００６８】
また、均圧孔２ｉは一個のみ設けるため、定常かまたは定常に近い運転時、背面外周溝２ｊの内部のガスの流れはほとんどない。このため、吐出ガスの流れの変動による引付力の変動が無く引付力が安定し、非旋回スクロール部材２が振動せず漏れが抑制される結果、エネルギー効率を一層向上できるという特有の効果がある。
【００６９】
また、背面外周溝２ｊの下方にある吸込室３５に流入する熱流束が小さくなり、吸込み加熱を抑制できるため、圧縮動力が減少してエネルギー効率が向上するという効果がある。
【００７０】
なお、リングシール２２は、引付力と同一の力で上方に持ち上げられるが、非旋回押え７で止められる。
【００７１】
また、非旋回背面室３２が吸込圧となるため、圧縮機のケース内部の圧力は全域で吸込圧となる。この結果、ハーメティック端子１３はケースのいずれの箇所に設けてもよく、製作性が向上するという特有の効果がある。
【００７２】
また、吐出穴２ｄの出口には、蝶番式の逆止弁２４が設けられており、この弁板の先端は吐出パイプ２５のガス入口にかかっている。圧縮機停止時ではガスが吐出パイプ２５から鏡板内空間２ｆに逆流しようとするが、その流れにより、逆止弁２４のその先端部が押されて、吐出穴２ｄを瞬時に塞ぎ、ガスの逆流を防ぐ。構造が単純な上に、開口時及び閉口時の姿勢が安定しているため、開閉動作が安定し、信頼性の高い逆止弁を実現できるという特有の効果がある。この逆止弁２４を磁化しておいてもよい。この場合には、運転で逆止弁が開いているとき、弁が吐出カバー２ｃに付くため、逆止弁が不安定な動作をまったく起こさず、吐出流路抵抗が低減し、エネルギー効率が一層向上するという特有の効果がある。
【００７３】
また、吐出パイプ２５は吐出カバー２ｃと側面で接続しているため、吐出パイプ２５の軸方向の剛性が小さくなる。この結果、非旋回スクロール部材２が軸方向に移動する時、その妨げにならず、非旋回リリース作用を確実に行うことが可能となり、液圧縮や事故等による圧縮室３３内の非常に過大な圧力発生時に瞬時に圧力を低下することが可能となり、スクロール部材等の圧縮室形成部の破壊を回避し、信頼性が向上するという特有の効果がある。また、これにより、非旋回背面室３２の高さは低くなり小型化できるという特有の効果がある。
【００７４】
また、旋回スクロール部材３のスクロールラップ３ｂ及び旋回鏡板３ａのおもて面側になじみ性の皮膜３ｉを設けている。これにより、歯先歯底隙間を決定する部品寸法の誤差による隙間の増大をなじみにより回避することが可能となるため、エネルギー効率を一層向上できるという効果がある。
【００７５】
次に、油の流れについて説明する。
【００７６】
貯油室２７の油は、シャフト８の下端に設けられたトロコイド式の給油ポンプ２６により給油パイプ９ｄから吸い上げられ、シャフト給油孔８ａに入る。ここで、わずかな油が、インナロータ２６ａの上面と円形掘り込み９ｆの隙間を通って、シャフトスラスト面９ｅを供給される。その油は、フローティング軸受ブッシュ９ａの外周にある球面軸受部９ｇを給油してモータ室３０下部に出る。その後、副軸受給油支持板１８の外周部に有る油穴１８ａから貯油室２７に戻る。
【００７７】
シャフト給油孔８ａに入った油は、まずその一部が副軸受給油孔８ｃに入り、シャフト８とフローティング軸受ブッシュ９ａの間に有る円筒状の軸受を給油する。その油は、その後、球面軸受部９ｇを経由するか直接にモータ室３０に入り、油穴１８ａを通って貯油室２７に戻る。
【００７８】
副軸受給油孔８ｃに入らなかった油は、シャフト給油孔８ａをさらに上昇し、主軸受給油孔８ｂに入って主軸受４ｄと旋回軸受８ｆを給油する。主軸部８ｈには給油螺旋溝８ｉが設けられ、このねじポンプ作用により主軸受４ｄへの給油量が決まる。それ以外の量が旋回軸受８ｆに流れる。そこには、給油溝８ｊが設けられ、それは、旋回軸受８ｆ全域へ油を供給する油溜めの役割を担っている。
【００７９】
これら給油を行った油は、旋回背面空間３４へ流入する。なお、背圧弁１０があるため、旋回背面空間３４の圧力は、弁ばね１０ｂの押縮め量に対応する値だけ油排出路４ｆの出口側の圧力である吸込圧より高くなる。
【００８０】
ここで、油の一部は、スラスト軸受４ａのフレーム油溝４ｃ、及び、スラスト面４ｄの旋回油溝３ｃの中に流れ込み、スラスト面の給油を行ないながら、最終的に吸込室３５へ流れ込む。そして、圧縮室３３内のシールを行なう。
【００８１】
その他の油の大部分は、油排出路４ｆによって、円筒ケース２１の内壁付近まで流れ、その後、マウンティング部材１１のマウンティング外周溝１１ａ、ステータ外周溝１６ａを通って、最終的に貯油室２７に流れ込む。なお、この油が流下するステータ外周溝１６ａの代わりに円筒ケース２１に溝を設けても良い。例えば、円筒ケースを板から作成した時の継ぎ目としてもよい。その理由は、その内周側には一般に小さい溝ができるためである。
【００８２】
また、旋回背面空間３４の圧力は吸込み圧よりも高くなるため、これにより旋回スクロール部材３の引付け力が発生する。しかし、この力は、旋回引離し力よりも小さくなるように設定する。この結果、旋回スクロール部材３は、その鏡板３ａの背面がスラスト面となり、そこにかかる付勢力すなわちスラスト軸受荷重を低減できる。このため、その箇所における摺動損失を低減でき、エネルギー効率が向上するという特有の効果がある。また、この旋回背面空間３４の中間圧は外部から供給する必要がないため、使い勝手が向上するという特有の効果もある。
【００８３】
次に、本発明の第６実施例を図７を用いて説明する。図７は本発明の第６実施例のスクロール圧縮機の吐出パイプ部を示す平面図である。
【００８４】
この第６実施例のものは、第５実施例のものにおいて、吐出パイプ２５のケースへの接続部を中央部に持ってきたものである。このようにすることにより、この吐出パイプが持つばね力は、非旋回スクロール部材２が上方に動いた時、ほぼ中心軸位置でそれに平行に作用するため、非旋回スクロール部材２を傾けるような力が発生せず、非旋回スクロール部材の上下の動作をスムーズに行わせ、信頼性を高める事ができるという特有の効果がある。また、吐出パイプ２５をケースに固定する時、非旋回スクロール部材２に引付力が発生するように、垂直部２５ａを中立位置よりもケース内部に押し込んで固定してもよい。この場合、非旋回引付圧領域２９による引付力が発生しない起動時にも引付力を発生させる事ができ、起動をスムーズに行う事が可能となるため、過渡状態で起る可能性が高くなる異常状態の時間を短くできることとなり、高い信頼性を実現できるという特有の効果がある。また、非旋回引付圧領域２９を小さくできるため、圧縮機を小型化できるという特有の効果がある。
【００８５】
次に、本発明の第７実施例を図８を用いて説明する。図８は本発明の第７実施例のスクロール圧縮機の非旋回引付圧領域部分の縦断面図である。
【００８６】
この第７実施例のものは、第５実施例のものと比較して、吐出パイプ２５を、ケースに対して可動な非旋回スクロール部材２ではなく、静止した非旋回押え７に接続し、均圧孔２ｉの代わりに吐出カバー２ｃに流路断面積が大きく流路抵抗が小さい一個または複数の吐出路２ｋを設け、リングシール２２の代わりに二個のシール２８を設けたものである。これにより、第５実施例において、吐出パイプに必要であった弾性が不要となり、吐出パイプ２５を垂直部のみとすることが可能となる。このため、上ケース１９を円筒ケース２１に挿入する時に、吐出パイプを既に取りつけておく必要がなく、上ケース１９を挿入した後で、吐出パイプ２５を非旋回押え７に固定することが可能となる。この結果、組立性が飛躍的に向上し、製作時のコストを大幅に低減できるという特有の効果がある。
【００８７】
なお、以上説明した各実施例においては、非旋回スクロール部材の支持は、旋回スクロール部材と別体の支持部材のみで行っているが、旋回スクロール部材を支持部材の一部として分担させても同様の効果を有する。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、非旋回スクロール部材の変形を広い運転域で抑制でき、非旋回スクロール部材と旋回スクロール部材のスクロールラップの歯先及び歯底間の隙間を広い範囲で小さく保つことにより、内部漏れを低減してエネルギー効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に線上に非旋回引付力を加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に中間圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【図３】本発明の第３実施例のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に吐出圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【図４】本発明の第４実施例のスクロール圧縮機の鏡板内空間を有する非旋回スクロール部材に吐出圧の非旋回引付力を分布して加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【図５】本発明の第５実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図６】図５のスクロール圧縮機の異なる部分の縦断面図である。
【図７】本発明の第６実施例のスクロール圧縮機の吐出パイプ部を示す平面図である。
【図８】本発明の第７実施例のスクロール圧縮機の非旋回引付圧領域部分の縦断面図である。
【図９】従来のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材に広い領域で吐出圧を加えた通常運転時の変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【図１０】従来のスクロール圧縮機の非旋回スクロール部材の圧縮室の流体の圧力及び温度による変形状態を模式的に強調して示す説明図である。
【符号の説明】
２…非旋回スクロ−ル部材、２ａ…非旋回鏡板、２ｆ…鏡板内空間、２ｕ…非旋回基準面、３…旋回スクロ−ル部材、３ａ…旋回鏡板、４…フレーム、５…オルダムリング、６…非旋回ホルダ、８…シャフト、２２…リングシール、２６…給油ポンプ、２９…非旋回引付圧領域、３３…圧縮室、３４…旋回背面空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004477182.tif 000007
【図７】
0004477182.tif 000008
【図８】
0004477182.tif 000009
【図９】
0004477182.tif 000010
【図１０】
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