(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれにおいて端板（21a,22a）の前面側に渦巻き状のラップ（21b,22b）が立設されている一対のスクロール（21,22）を備え、各スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）を互いに噛み合わせて圧縮室（37）が形成されるスクロール型圧縮機であって、
上記スクロール（21,22）の少なくとも一方における端板（21a,22a）の中央部分には、ラップ（21b,22b）の立設された前面側に位置する第１層と、ラップ（21b,22b）の立設されない背面側に位置する第２層とが形成され、
上記第１層と第２層とが形成された端板（21a,22a）は、
ラップ（21b,22b）と一体に形成されて上記第１層を構成すると共に該ラップ（21b,22b）とは反対側の背面に凹部（21e）が開口している主部材（21d）と、
平板状に形成されると共に外周面が上記主部材（21d）と密着するように上記凹部（21e）に嵌め込まれて上記第２層を構成する副部材（21f）とを備え、
上記第２層の材質は、上記第１層の材質に比べて線膨張率が大きくなっている
ことを特徴とする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、スクロール型圧縮機に関し、特に、吐出温度の過上昇によるスクロールの干渉を防止する対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍サイクルで冷媒ガスを圧縮する圧縮機として、スクロール型圧縮機が使用されている。このスクロール型圧縮機は、ケーシング内に固定スクロールと旋回スクロールとを備えている。両スクロールは、それぞれ端板と、この端板に突設された渦巻き状のラップとを有している。固定スクロールは、ケーシングに固定される一方、旋回スクロールは、駆動軸の偏心部に連結されることで公転可能となっている。この旋回スクロールは、そのラップが固定スクロールのラップと噛み合った状態で自転することなく公転のみを行う。これにより、両スクロールの間に形成された圧縮室が連続的に収縮し、圧縮室内のガスを圧縮する。
【０００３】
ところで、上記スクロール型圧縮機においては、例えば特許文献１に開示されているように、圧縮室から吐出される流体の温度が過度に上昇し得ることが知られている。つまり、例えば、冷媒回路の膨張弁を閉鎖した状態で圧縮機を運転するポンプダウン運転時等の場合に、吐出冷媒の温度が異常昇温することがある。これは、圧縮機の吐出側の圧力が高いままで吸入側の圧力だけが低下してゆき、圧縮比が通常の運転時に比べて異常に大きくなるからである。
【０００４】
そして、吐出冷媒が異常昇温すると、スクロールのラップが熱膨張してその先端面と端板との面圧が過大となり、ラップや端板が摩耗したり、損傷するおそれがある。また、スクロール同士の摺動により生ずる摩擦熱も増大するため、吐出温度の上昇と相まって油温が上昇し、冷凍機油の劣化が促進されて潤滑不良の原因となるおそれもある。
【０００５】
このような異常昇温によって生ずる問題を解決すべく、上記特許文献１に開示されたスクロール型圧縮機では、高温の吐出冷媒を駆動モータが配設された低圧部に漏洩させることにより、この駆動モータを昇温させて圧縮機を停止させるようにしている。
【０００６】
具体的に、この圧縮機において、ケーシング内は、低圧の吸入冷媒で満たされた低圧部となっており、この低圧部内に駆動モータが配設されている。一方、圧縮室から吐出された冷媒が流れる吐出通路には、低圧部に連通する分岐通路が接続されている。この吐出通路における分岐通路の接続部には、バイメタル式弁が配設されている。このバイメタル式弁は、吐出冷媒の温度が過度に上昇すると開放するようになっている。これにより、吐出冷媒の温度が過度に上昇したときにはバイメタル式弁が作動し、高温の吐出冷媒が低圧部へと導かれて駆動モータの温度を上昇させる。そして、モータ保護用の温度センサが駆動モータの昇温を感知することで圧縮機を停止させ、吐出温度の高い状態で圧縮機が運転され続けるのを回避している。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０８４１０５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された従来のものでは、吐出温度が過上昇したときに駆動モータを停止させる構成であるために、例えばポンプダウン運転時には駆動モータがすぐに停止してしまい、ポンプダウンの完了までに長時間を要するという問題がある。また、圧縮機の起動と停止が繰り返されることとなるために、圧縮機の信頼性を損なうおそれもある。
【０００９】
そこで、本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スクロールに所定の改良を施すことにより、吐出温度がある程度高くなった状態でも潤滑不良を起こすことなくスクロール型圧縮機の運転を継続可能とすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、少なくとも一方のスクロール（21,22）の端板（21a,22a）の中央部分を２層とするとともに、この２層のうちのラップ（21b,22b）と反対側の層をより熱膨張し易い構成としたものである。
【００１１】
具体的に、請求項１の発明は、それぞれにおいて端板（21a,22a）の前面側に渦巻き状のラップ（21b,22b）が立設されている一対のスクロール（21,22）を備え、各スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）を互いに噛み合わせて圧縮室（37）が形成されるスクロール型圧縮機を前提として、上記スクロール（21,22）の少なくとも一方における端板（21a,22a）の中央部分には、ラップ（21b,22b）の立設された前面側に位置する第１層と、ラップ（21b,22b）の立設されない背面側に位置する第２層とが形成されている。上記第１層と第２層とが形成された端板（21a,22a）は、ラップ（21b,22b）と一体に形成されて上記第１層を構成すると共に該ラップ（21b,22b）とは反対側の背面に凹部（21e）が開口している主部材（21d）と、平板状に形成されると共に外周面が上記主部材（21d）と密着するように上記凹部（21e）に嵌め込まれて上記第２層を構成する副部材（21f）とを備えている。そして、上記第２層の材質は、上記第１層の材質に比べて線膨張率が大きくなっている。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明では、圧縮機（10）が駆動すると、各スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）が互いに噛み合って形成された圧縮室（37）が中央に向かいながら収縮して流体を圧縮する。したがって、端板（21a,22a）の中央部分は圧縮されて高温となった流体に曝されている。このために、圧縮機（10）の駆動中は端板（21a,22a）の中央部分ほど高温となる。そして、例えば膨張弁を閉鎖して運転を行うポンプダウン運転時等には、端板（21a,22a）の中央部分は、通常の運転時よりも更に高温となる。
【００１３】
両スクロール（21,22）の少なくとも一方の端板（21a,22a）の中央部分において、ラップ（21b,22b）の立設されない背面側に位置する第２層の材質は、ラップ（21b,22b）の立設された前面側に位置する第１層の材質に比べて線膨張率が大きくなっている。したがって、高温の流体に曝された端板（21a,22a）の中央部分では、ラップ（21b,22b）と反対側の第２層がラップ（21b,22b）側の第１層よりも熱膨張しやすい。このため、両層の熱膨張差により、端板（21a,22a）の中央部分は、ラップ（21b,22b）と反対側に向かって膨出するように変形する。すなわち、端板（21,22a）の中央部分は、バイメタルと同様に機能する。これにより、端板（21a,22a）の中央部分において、両端板（21a,22a）間の間隔が拡大する。
【００１４】
また、端板（21a,22a）の第１層を構成する主部材（21d）は、前面にラップ（21b,22b）が一体に形成されている一方で、該ラップ（21b,22b）とは反対側の背面に凹部（21e）が開口している。この主部材（21d）の凹部（21e）には端板（21a,22a）の第２層を構成する副部材（21f）が嵌め込まれている。この副部材（21f）の材質は、主部材（21d）の材質に比べて線膨張率が大きくなっている。したがって、端板（21a,22a）の中央部分では、副部材（21f）が配設される背面側が、主部材（21d）が配設される前面側よりも熱膨張しやすい。また、副部材（21f）は、その外周面が主部材（21d）と密着するように凹部（21e）に嵌入されている。このため、高温ガスに曝されて副部材（21f）が熱膨張すると、凹部（21e）の内縁が副部材（21f）によって押し広げられる。この結果、端板（21a,22a）では、その中央部分がラップ（21b,22b）と反対側に膨出するように変形する。すなわち、端板（21a,22a）の中央部分では、主部材（21d）と副部材（21f）とがバイメタルと同様に機能する。この結果、両スクロール（21,22）の端板（21a,22a）間の間隔が確実に拡大する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態に係るスクロール型圧縮機は、冷媒ガスが循環して冷凍サイクル動作を行う図外の冷媒回路に接続され、冷媒ガスを圧縮するものである。
【００１７】
図１に示すように、このスクロール型圧縮機（10）は、密閉ドーム型の圧力容器により構成されたケーシング（11）を有する。このケーシング（11）の内部には、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構（15）と、この圧縮機構（15）を駆動する駆動モータ（16）とが収容されている。この駆動モータ（16）は、圧縮機構（15）の下方に配置されるとともに、駆動軸（17）を介してこの圧縮機構（15）と駆動連結されている。
【００１８】
上記圧縮機構（15）は、固定スクロール（21）と、旋回スクロール（22）とを備えている。両スクロール（21,22）は、それぞれ端板（21a,22a）と、この端板（21a,22a）の前面側に立設された渦巻き状のラップ（21b,22b）とを有する。この各スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）は、互いに噛み合った状態に設けられている。
【００１９】
固定スクロール（21）の端板（21a）は、その外周端部が旋回スクロール（22）側、即ち下側に張り出した有底筒状に形成されている。固定スクロール（21）の外周端部は、ケーシング（11）の内面に取付固定されている。固定スクロール（21）のラップ（21b）は、端板（21a）の下面から下側に向かって突出するように形成されている。また、ラップ（21b）の先端部には、チップシール（21c）が配設されている。
【００２０】
固定スクロール（21）の端板（21a）の外周端部における下端部には、平板状のフレーム（24）が気密状に取り付けられている。このフレーム（24）は、ケーシング（11）に固定されるとともに、固定スクロール（21）に締結されている。これにより、固定スクロール（21）とフレーム（24）との間に内部空間（26）が形成されている。フレーム（24）の中央部には、開口が設けられるとともに、この開口の周縁において下側に向かって筒状に張り出したボス部（28）が形成されている。フレーム（24）には、上記内部空間（26）内に配置されるように上記旋回スクロール（22）が載置されている。またフレーム（24）の上面には、旋回スクロール（22）の端板（22a）との間に油を供給するための油溝（29）が設けられている。
【００２１】
旋回スクロール（22）の端板（22a）の下面には、筒状に突設された軸受部（30）が形成されている。この軸受部（30）は、上記フレーム（24）のボス部（28）の内側に挿入されていて、この軸受部（30）の先端部は、このボス部（28）内の中間部に位置している。このボス部（28）は、滑り軸受を介して駆動軸（17）を回転自在に支持している。駆動軸（17）の先端部（上端部）は、軸受部（30）に差し込まれるとともに、滑り軸受（31）を介して軸受部（30）に回転自在に設けられている。
【００２２】
上記駆動モータ（16）は、ケーシング（11）に固定されたステータ（33）と、このステータ（33）の内側に回転自在に設けられたロータ（34）とを備えている。このロータ（34）には上記駆動軸（17）が嵌挿されており、このことで、駆動軸（17）は、電力の供給を受けて回転するようになっている。
【００２３】
駆動軸（17）の先端部は軸心に対して偏心されている。これにより、駆動軸（17）が回転すると、旋回スクロール（22）がフレーム（24）上を旋回するようになっている。また、旋回スクロール（22）は、図示省略したオルダムリングを介してフレーム（24）に支持されていて、自転しないようになっている。
【００２４】
旋回スクロール（22）は、ラップ（22b）が上側に向かって突出するように配置されている。このラップ（22b）の先端部には、チップシール（22c）が配設されている。そして、両スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）における先端面と、それぞれ他方のスクロール（22,21）の端板（22a,21a）における端面とは、油膜を介した摺動面とされている。また、両スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）間に圧縮室（37）が区画形成されている。この圧縮室（37）は、旋回スクロール（22）が公転すると、上記内部空間（26）の外周部から中央部に向かって移動しながら収縮するようになっている。この内部空間（26）の外周部は、ケーシング（11）内の低圧部を構成している。
【００２５】
上記ケーシング（11）には、冷媒回路の冷媒を上記内部空間（26）の外周部に導入する吸入管（41）と、ケーシング（11）内の冷媒をケーシング（11）外に吐出させる吐出管（42）とがそれぞれ気密状に接合されている。固定スクロール（21）の端板（21a）の中央部分には、内部空間（26）の中央部と固定スクロール（21）の上部空間とを連通する吐出孔（43）が形成されている。吐出孔（43）は、圧縮室（37）で圧縮された冷媒ガスを吐出させるためのものである。
【００２６】
固定スクロール（21）及びフレーム（24）には、上部空間の冷媒をフレーム（24）の下側の下部空間に導く冷媒通路（44）が形成されている。この下部空間には、上記吐出管（42）の内端が開口している。つまり、本実施形態に係るスクロール型圧縮機（10）は、ケーシング（11）内が吐出冷媒ガスで満たされて高圧部となる、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機（10）に構成されている。
【００２７】
ケーシング（11）の底部には油溜まり（46）が形成されており、上記駆動軸（17）の下端部には、該駆動軸（17）の回転により油溜まり（46）の油を汲み上げる給油ポンプ（47）が配設されている。駆動軸（17）には、給油ポンプ（47）により汲み上げられた油が流通する給油路（図示省略）が形成されている。この給油路を流れた油は、その一部が軸受部（30）に供給される一方、残りが上記油溝（29）を介して内部空間（26）内に供給されるようになっている。
【００２８】
上記固定スクロール（21）の端板（21a）は、図２にも示すように、この端板（21a）の主体をなす主部材（21d）と、この主部材（21d）の中央部分に位置する副部材（21f）とを備えている。上記主部材（21d）は、前面すなわち下面にラップ（21b）が一体に形成される一方で、背面すなわちラップ（21b）と反対側の面となる上面に開口する凹部（21e）が形成されている。この凹部（21e）は、主部材（21d）の背面を一段掘り下げて形成された円形の窪みである。この凹部（21e）の深さは主部材（21d）の中央部分における厚さの略半分程度とされている。凹部（21e）は、運転時における主部材（21d）の温度及び変形量を考慮して深さ、内径が決められている。
【００２９】
上記副部材（21f）は、平板状に形成されるとともに上記凹部（21e）に嵌め込まれている。つまり、この副部材（21f）は、端板（21a）の中央部分における主部材（21d）の背面側に位置している。副部材（21f）は、薄板により形成されているために、高熱を受けると厚さ方向よりも径方向の伸びが大きくなる。副部材（21f）は、その外周面が凹部（21e）の内周面及び底面に密着するように凹部（21e）に嵌挿されている。これにより、副部材（21f）は、熱膨張による力をそのまま主部材（21d）に及ぼし得る状態となっている。そして、副部材（21f）の上面と主部材（21d）の上面とが面一の状態となっている。
【００３０】
副部材（21f）は、例えば銅またはアルミニウムにより構成される一方、端板（21a）は、例えば鋳鉄からなる。線膨張率は、例えば銅で23.6×10-6Ｋ-1、アルミニウムで16.5×10-6Ｋ-1、ねずみ鋳鉄で9.2〜11.8×10-6Ｋ-1である。つまり、副部材（21f）の材質は、主部材（21d）の材質に比べて線膨張率が大きくなっている。言い換えると、端板（21a）の中央部分において、熱膨張に伴う伸び量は、ラップ（21b）の配設された前面側よりもラップ（21b）の配設されない背面側の方が大きくなっている。そして、この主部材（21d）の中央部分が本発明でいう第１層を、また副部材（21f）が本発明でいう第２層をそれぞれ構成している。上記吐出孔（43）は、主部材（21d）の中央部分と副部材（21f）の中央部分とに跨って形成されている。
【００３１】
本実施形態に係るスクロール型圧縮機（10）では、両スクロール（21,22）のラップ（21b,22b）が互いに噛み合った状態で、旋回スクロール（22）が固定スクロール（21）に対して旋回する。これにより、冷媒回路の冷媒ガスが内部空間（26）の外周部から圧縮室（37）へ吸入される。そして、圧縮室（37）は、内部空間（26）の外周部から中央部に向かって移動しながら収縮するので、これに伴って圧縮室（37）中の冷媒ガスは、圧縮されるとともに昇温する。このために、固定スクロール（21）の端板（21a）は、中央部分ほど高温の冷媒ガスに曝されている。このとき、例えばポンプダウン運転時であれば、吐出側の冷媒圧力が高いままで圧縮室（37）に吸入される吸入側の冷媒圧力が次第に低下してゆき、圧縮比は、通常の運転時に比べて異常に大きくなり、吐出温度が非常に高温となる。
【００３２】
この高温の冷媒ガスに曝される端板（21a）の中央部分では、背面側の副部材（21f）が前面側の主部材（21d）よりも熱膨張し易い。そして、副部材（21f）が熱膨張すると、主部材（21d）における凹部（21e）の内縁が副部材（21f）によって押し広げられる。このため、端板（21a）の中央部分は、ラップ（21b）と反対側に向かって膨出するように変形する。すなわち、端板（21a,22a）の中央部分では、主部材（21d）と副部材（21f）とがバイメタルと同様に機能する。この結果、中央部分において両端板（21a,22a）間の間隔が拡がり、端板（21a,22a）とラップ（21b,21b）の先端部との隙間が拡大する。
【００３３】
したがって、昇温した冷媒ガスに曝されることでラップ（21b,22b）が熱膨張したとしても、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）の先端部との隙間が確保され、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）の先端面との面圧増大が抑制される。このため、圧縮機（10）の吐出温度が高い状態でも、端板（21a,22a）及びラップ（21b,22b）の摩耗低減や損傷防止が可能となる。したがって、本実施形態によれば、圧縮機（10）の吐出温度が高くなる運転状態においても、圧縮機（10）の運転を継続させることが可能となる。
【００３４】
また、摺動面間への油の供給を安定して行うことができるので、潤滑不良を防止できる。これにより摩擦熱が低減されるので、端板（21a,22a）の昇温を抑制することができる。この結果、焼き付き等の原因となる油の劣化を抑制できる。
【００３５】
また、ポンプダウン運転時等におけるラップ（21b,22b）の熱膨張を考慮して端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）とのクリアランスを広めに調整しておくという必要がなくなる。言い換えると、通常運転時における端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）のクリアランスを狭めることができる。さらに、端板（21a）は、背面側のみが線膨張率の大きな金属により構成されているので、固定スクロール（21）の全体をアルミニウム等の線膨張率の大きな金属で構成した場合に比べ、ラップ（21b）の熱膨張を小さくできる。この結果、通常運転時には、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）の隙間からの冷媒ガスの漏洩量を削減でき、圧縮機（10）の効率向上を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、副部材（21f）を主部材（21d）の凹部（21e）に嵌め込む構成であり、端板（21a）の中央部分をバイメタルと同様に機能させることができる。したがって、端板（21a）の中央部分を、ラップ（21b,22b）と反対側に膨出するように確実に変形させることができる。
【００３７】
【発明のその他の実施の形態】
上記実施形態では、固定スクロール（21）の端板（21a）に２つの層が形成される構成としたが、これに代え、旋回スクロール（22）の端板（22a）に第１層及び第２層を形成する構成としてもよい。また、両スクロール（21,22）の双方に２つの層を形成してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態について、副部材（21f）は主部材（21d）の凹部（21e）に嵌め込むとともに副部材（21f）を主部材（21d）に接着する構成としてもよい。これにより、副部材（21f）と主部材（21d）とを一緒に変形させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００４０】
請求項１の発明では、少なくとも一方の端板（21a,22a）の中央部分において、第２層の材質は、第１層の材質よりも線膨張率が大きい。このため、高温ガスに曝される端板（21a,22a）の中央部分は、ラップ（21b,22b）と反対側へ膨出するように変形する。この結果、ラップ（21b,22b）が熱膨張したとしても、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）との隙間を確保することができ、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）の先端面との面圧が増大するのを防止できる。このため、圧縮機（10）の吐出温度が高い状態でも、端板（21a,22a）及びラップ（21b,22b）の摩耗低減や損傷防止が可能となる。したがって、本発明によれば、圧縮機（10）の吐出温度が高くなる運転状態においても、圧縮機（10）の運転を継続させることが可能となる。これにより、ポンプダウン運転を短時間で行うことができる。
【００４１】
また、摺動面間への油の供給を安定して行うことができるので、潤滑不良を防止できる。これにより摩擦熱が低減されるので、端板（21a,22a）の昇温を抑制することができる。この結果、焼き付き等の原因となる油の劣化を抑制できる。
【００４２】
また、ポンプダウン運転時等におけるラップ（21b,22b）の熱膨張を考慮して端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）とのクリアランスを広めに調整しておくという必要がなくなる。つまり、通常運転時における端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）のクリアランスを狭めることができる。したがって、本発明によれば、端板（21a,22a）とラップ（21b,22b）の隙間からの流体の漏洩量を削減でき、圧縮機（10）の効率向上を図ることができる。
【００４３】
また、少なくとも一方の端板（21a,22a）の主部材（21d）における背面に形成された凹部（21e）に副部材（21f）が密着するように嵌め込まれる。この副部材（21f）は、主部材（21d）よりも熱膨張しやすい。したがって、本発明によれば、端板（21a,22a）の中央部分をバイメタルと同様に機能させることができる。これにより、端板（21a,22a）の中央部分をラップ（21b,22b）と反対側に膨出するように確実に変形させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るスクロール型圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施形態に係るスクロール型圧縮機の圧縮機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
（21）    固定スクロール
（21a）   端板
（21b）   ラップ
（21d）   主部材
（21e）   凹部
（21f）   副部材
（22）    旋回スクロール
（22a）   端板
（22b）   ラップ
【図１】
0004265223.tif 000002
【図２】
0004265223.tif 000003