JPH09310687A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクロール型圧縮機のスラスト荷重支持面の
摩耗を、低コストの手段によって確実に防止する。 【解決手段】 可動スクロール６に作用するスラスト荷
重の支持面の一方である端板部６ｂの背面の円周上に溝
部６ｄを設けると共に、この溝部６ｄへ中心部の高圧作
動室８ａから、端板部６ｂを貫通して最短距離となるよ
うに設けた連通孔６ｅによって加圧された流体を導入
し、支持面の他方であるフロントハウジング３の平坦な
端面部３ａとの間に背圧空間を形成して、可動スクロー
ル６のスラスト荷重を支持する。溝部６ｄの加圧された
流体は薄い膜となって吸入室７ｆへ流出するから、流体
によって浮遊的に支持される低摩擦のスラスト荷重支持
手段が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用の
空調装置における冷媒圧縮機として使用するのに好適な
スクロール型圧縮機に係り、特にスクロール型圧縮機に
おけるスラスト荷重支持手段の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型圧縮機においては、その構
造上の特徴から必然的に運転時において可動スクロール
にスラスト荷重が作用する。このスラスト荷重を支持す
るために、可動スクロールの端板部の背面と、それに対
向するハウジングの一部の平坦な端面部とを摺動面とし
て、それらを摺動係合させているのが普通である。そし
てこのようなスラスト荷重支持面における摺動の摩擦を
軽減するために、例えばスラスト荷重支持面の摺動部分
に潤滑油を供給したり、場合によっては多数の小さなボ
ールをスラスト荷重支持面間に介在させて、摺動摩擦を
転がり摩擦に転換するようにしている。

【０００３】しかしながらこのような対策を講じても、
スクロール型圧縮機が例えば空調装置の冷媒圧縮機とし
て使用されている場合には、冬季において空調装置を起
動する際に起こりやすい液圧縮や、潤滑不足の状態にな
ると、スラスト荷重支持面に過大なスラスト荷重が作用
したり、潤滑油切れの状態で面の摩擦摺動やボールの転
動が始まるために、スラスト荷重支持面が過酷な荷重を
受けることになって、摺動或いは転動面間に大きな摩擦
力が作用するために、大量の摩耗や表面荒れ等を生じる
結果、スラスト荷重支持面、ひいてはスクロール型圧縮
機の信頼性が低下するという問題があった。

【０００４】なお、実開平１−９５５８４号公報に記載
されているように、可動スクロールの端板部の背面と対
向する位置のハウジング側に平坦な摺接面を形成し、こ
の摺接面に周溝を設けると共に、この周溝に吐出口側か
ら取り出した圧縮された気体の一部を、ハウジング側に
設けた通路を介して導入することにより、周溝に供給さ
れた圧縮気体によって可動スクロールに押圧力を与える
手段が提案されているが、この例では周溝をハウジング
側に設けているため、その周溝に圧縮気体を供給するた
めの通路が長くなるだけでなく、色々な部品を貫通する
複雑な経路をとる必要があるので、スクロール型圧縮機
の製造コストが嵩む結果を招くという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような問題に対処して、液圧縮や、潤滑不
足の状態においてもスクロール型圧縮機を円滑に始動す
ることができると共に、スラスト荷重支持面における摩
耗や表面荒れの問題を解消して、スクロール型圧縮機の
信頼性を高めることができるような、改良されたスクロ
ール型圧縮機のスラスト荷重支持手段を提供することを
目的としている。本発明は更に、前述の目的を達成する
際に、スラスト荷重支持手段を設けることによる製造コ
ストの上昇を可及的に抑えることができ、或いは、スク
ロール型圧縮機の体格の大型化を避けることができる手
段を提供することをも目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載されたスクロール型圧縮機を提供する。

【０００７】請求項１記載のスクロール型圧縮機におい
ては、スラスト荷重支持面を構成する一方の面である可
動スクロールの端板部の背面において、中心の周りの円
周上に溝部が形成されていると共に、この溝部と高圧作
動室が可動スクロールの端板部を貫通する連通孔によっ
て接続されていて、運転中には高圧作動室から圧縮され
た流体の一部が溝部に供給されている。従って、圧縮さ
れた流体は端板部を貫通する連通孔によって最短距離で
溝部に導入されて、溝部と他方のスラスト荷重支持面と
してハウジングの内部に設けられた平坦な端面部とによ
って形成される空間において背圧を発生することによっ
て、スラスト荷重に対抗して可動スクロールを軸方向に
押し戻す作用をして、可動スクロールに作用するスラス
ト荷重を支持する。また、溝部の空間内から圧縮された
流体が吸入室へ流出するが、その際にスラスト荷重支持
面間に薄い流体の膜を形成するので、この流体の膜によ
ってスラスト荷重支持面が金属摩擦を起こすことがな
く、可動スクロールがハウジングによってスラスト荷重
に関して浮動的に支持されるために摩擦力がきわめて小
さくなり、スラスト荷重支持面の摩耗や荒れが確実に防
止される。

【０００８】この場合、作動室において圧縮された流体
を可動スクロールの端板部の背面に設けられた溝部に導
く連通孔が、可動スクロールの端板部を貫通して形成さ
れるので、連通孔の長さが最短となるだけでなく、連通
孔を設けるための加工が非常に簡単になり、その工程に
よるコストの上昇が僅かなものになる。しかも、連通孔
が他の部品を貫通することがないから、他の部品の配置
等に影響を及ぼすことがなく、スクロール型圧縮機の設
計の自由度が連通孔の設置によって制限を受けるような
恐れがない。

【０００９】請求項２のスクロール型圧縮機において
は、可動スクロールの端板部の背面に設けられる溝部が
複数個の円弧状のものとして形成されていると共に、自
転防止機構が溝部と実質的に同じ円周上において円弧状
の溝部の間に設けられているので、溝部を設けるために
スクロール型圧縮機の胴径を増大させる必要がなく、全
体を小型化することができる。

【００１０】請求項３に記載されたスクロール型圧縮機
においては、溝部が単一の円環状のものとして形成され
ているので、その溝部と中心部の高圧作動室とを接続す
る連通孔も１本にすることが可能になる。従って、溝部
及び連通孔を切削或いは穿孔する加工工程が簡単になる
から、製造のコストが低減する。

【００１１】請求項４に記載されたスクロール型圧縮機
においては、可動スクロールの端板部の背面に設けられ
る溝部によって形成される空間のシール性を高めるため
に、溝部の周縁に沿ってシールリングのようなシール材
が設けられるので、スクロール型圧縮機としての体積効
率が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１及び図２に本発明の第１実施
形態であるスクロール型圧縮機の全体構造を示す。１は
図示しないエンジンによって回転駆動されるシャフトで
あって、その一端にはクランク部１ａが形成されてい
る。クランク部１ａの軸心はそれ以外のシャフト１の回
転軸部１ｂの軸心に対して所定量だけ偏心している。シ
ャフト１はその回転軸部１ｂをラジアルベアリング２を
介してフロントハウジング３によって回転自由に支持さ
れている。フロントハウジング３は右端側に平坦な端面
部３ａを形成されており、また、圧縮すべき流体を受け
入れる吸入ポート３ｂが、ラジアルベアリング２を収容
している中央の空間３ｃに開口している。

【００１３】中央の空間３ｃの内部において、シャフト
１のクランク部１ａには、スプラインのような手段によ
って動力伝達機構部４が取り付けられる。動力伝達機構
部４はバランスウエイト部４ａと円筒状のブッシュ部４
ｂからなっている。ブッシュ部４ｂはニードルベアリン
グ５を介して可動スクロール６を相対回転可能に支持し
ている。可動スクロール６は、渦巻き状の羽根部６ａ
と、それに一体化された円板状の端板部６ｂと、端板部
６ｂの背後に軸方向に突出するように形成された円筒状
のボス部６ｃとからなっており、ボス部６ｃは前述のよ
うにブッシュ部４ｂによって相対回転可能に支持されて
いる。

【００１４】本発明の特徴に対応して、可動スクロール
６の端板部６ｂの背面には、ボス部６ｃを中心とする仮
想の円の円周上の少なくとも一部に溝部６ｄが形成され
ており、溝部６ｄはフロントハウジング３の平坦な端面
部３ａによって実質的に閉じられて溝の形の空間を形成
すると共に、端板部６ｂに穿孔して形成された連通孔６
ｅを通じて、圧縮機自体によって圧縮された流体の一部
の供給を受けるようになっており、それによって可動ス
クロール６の端板部６ｂの背面と、フロントハウジング
３の平坦な端面部３ａとの間に、可動スクロール６に作
用するスラスト荷重を支持する流体軸受を形成する。第
１の実施形態においては、溝部６ｄは図２に示すように
円周を幾つかの部分に分割した円弧状のものとして設け
られ、それぞれの円弧状空間に連通孔６ｅが開口してい
る。

【００１５】通常のスクロール型圧縮機と同様に、この
場合も可動スクロール６に対して偏心した位置で対向し
て、回転方向に位相を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、可動ス
クロール６と同様な形状の渦巻き状の羽根部７ａと、そ
れと一体化された端板部７ｂとを備えている。端板部７
ｂには、その外周の一部に圧縮された流体を外部へ導出
するための吐出ポート７ｃと、中心に開口する吐出弁口
７ｄが形成される。また固定スクロール７は、その外周
部に図示しない手段によってフロントハウジング３に対
して一体的に連結されるハウジング部７ｅを備えてお
り、更に、ハウジング部７ｅの内側で２つの渦巻き状の
羽根部６ａ，７ａの外周側に吸入室７ｆを形成してお
り、吸入室７ｆはフロントハウジング３の中央の空間３
ｃと、吸入ポート３ｂに対して常時連通している。

【００１６】可動スクロール６の渦巻き状の羽根部６ａ
と、固定スクロール７渦巻き状の羽根部７ａが噛み合う
ことによって、それらの渦巻き状の羽根部６ａ，７ａの
間に流体を取り込んで圧縮する三日月状の作動室８が複
数個形成されるが、２つのスクロール６及び７の共通の
中心部領域には、圧縮された流体の圧力が最も高くなる
高圧作動室８ａが１つだけ形成される。固定スクロール
７の端板部７ｂに形成される吐出弁口７ｄは、この高圧
作動室８ａに開口し得るように位置決めされている。な
お、固定スクロール７の端板部７ｂの背後にはボルト９
によってリアハウジング１０が一体的に取り付けられ
る。リアハウジング１０の内部には吐出室１０ａが形成
されて前述の吐出ポート７ｃと常時連通している。

【００１７】その他、図１において、１１はシャフト１
の回転軸部１ｂとフロントハウジング３との間に設けら
れてフロントハウジング３の中央の空間３ｃから外部へ
圧縮すべき流体が漏れるのを防止する軸シール装置、１
２は前述の吐出弁口７ｄを吐出室１０ａ側から閉塞する
リード状の逆止弁１３を、その開弁量を制限するための
板状のストッパ１３ａと共に端板部７ｂに取り付けるボ
ルト、１４は可動スクロール６の公転を許すが自転を阻
止する自転防止機構を例示している。この場合の自転防
止機構１４は、図２に示すように、可動スクロール６の
端板部６ｂの背面とフロントハウジング３の端面部３ａ
からそれぞれ軸方向に突出するピンが相互に係合する対
を複数組用いる形式のものであって、このピンの対を、
可動スクロール６の端板部６ｂに形成された溝部６ｄの
位置を避けて、略同じ円周上の４箇所に設けられてい
る。

【００１８】第１実施形態のスクロール型圧縮機はこの
ように構成されているので、通常のものと同様に、シャ
フト１がエンジンによって回転駆動されると、可動スク
ロール６は固定スクロール７に対して自転を伴わない公
転をする。従って、２つのスクロール６及び７の渦巻き
状の羽根部６ａ，７ａの間に形成される作動室８が吸入
室７ｆに開口したときに吸入室７ｆから冷媒のような圧
縮すべき流体を取り込み、更に可動スクロール６が公転
することによって作動室８が閉じて、２つのスクロール
６及び７の中心に向かって移動する間に作動室８の容積
が次第に小さくなるので作動室８内の流体が徐々に圧縮
される。そして作動室８の容積が最も小さくなって中心
部の高圧作動室８ａに開口するときに、作動室８内で圧
縮された流体が高圧作動室８ａ及び吐出弁口７ｄから逆
止弁１３を押し開けて吐出室１０ａへ流出し、吐出ポー
ト７ｃから外部へ導かれる。

【００１９】このようにして２つのスクロール６及び７
の渦巻き状の羽根部６ａ，７ａの間に形成される作動室
８内で流体が圧縮されるときには、可動スクロール６に
は軸方向の所謂スラスト荷重Ｆs が図１に示すように作
用するが、従来のスクロール型圧縮機においては、可動
スクロール６の端板部６ｂの背面とフロントハウジング
３の平坦な端面部３ａとを摺動面として、それらの摺動
係合によってスラスト荷重Ｆs を支持するのが普通であ
る。そしてこのようなスラスト荷重支持面における摺動
の摩擦を軽減するために潤滑油を供給したり、場合によ
っては多数の小さなボールをスラスト荷重支持面間に介
在させて摺動摩擦を転がり摩擦に転換するようにしてい
る。

【００２０】しかし、スクロール型圧縮機が例えば空調
装置の冷媒圧縮機として使用された場合に、前述のよう
に、冬季において空調装置を起動する際に起こりやすい
液圧縮や、潤滑不足の状態においては、スラスト荷重支
持面に過大なスラスト荷重が作用したり、潤滑油切れの
状態で面の摩擦摺動やボールの転動が始まるために、ス
ラスト荷重支持面が過酷な荷重状態となって大量の摩耗
や表面荒れ等を生じるために、スラスト荷重支持面の信
頼性が著しく低下するという問題があった。

【００２１】しかし、本発明の第１の実施形態において
は、このような条件下でも、高圧作動室８ａに発生する
圧縮された流体が、連通孔６ｅを通って、スラスト荷重
支持面である端板部６ｂの背面と平坦な端面部３ａとの
間に形成された溝部６ｄに導かれるので、圧縮された流
体が溝部６ｄから吸入室７ｆ又はフロントハウジング３
の中央空間３ｃへ流出する際に、スラスト荷重支持面間
に流体の薄い膜が形成されると共に、溝部６ｄ内の空間
に背圧Ｐf を発生させるので、フロントハウジング３の
平坦な端面部３ａは、所謂流体軸受と同様に、可動スク
ロール６をスラスト荷重Ｆs に関して浮遊状態で支持す
ることになるから、スラスト荷重支持面間に作用する摩
擦が大きく軽減され、スラスト荷重支持面の摩耗や荒れ
が確実に防止される。従って、スラスト荷重支持面の信
頼性が著しく向上する。

【００２２】本発明のスクロール型圧縮機においては、
このようにスラスト荷重支持面間に圧縮された流体の一
部を供給することによって、一方を他方に対して浮遊状
態で支持するので、２つのスクロール６及び７の間で圧
縮された流体の一部がスラスト荷重支持面において消費
されることになるが、そのためのエネルギー損失は僅か
であって無視することができる程度の大きさである。何
故ならば、スラスト荷重支持面へ供給される圧縮された
流体の一部は外部へ放出されるのではなく、直ちに吸入
室７ｆへ戻るので、作動室８においては予め圧縮された
流体を加圧することになるためである。第１実施形態に
おけるスラスト荷重Ｆs の低減量と、デッドボリューム
の増加による体積効率の低下を試算した結果を図３に示
す。

【００２３】図３に示した例では、常用運転の状態で可
動スクロール６に３００ｋｇｆのスラスト荷重Ｆs が作
用した場合に、全てのスラスト荷重Ｆs を背圧Ｐf によ
って釣り合わせることによって金属面間の摺動摩擦が全
くない状態としても、本発明の実施による体積効率の低
下は、およそ３％程度に止まる。また、第１の実施形態
においては、可動スクロール６の端板部６ｂにおいて円
弧状の４つの溝部６ｄを自転防止機構１４と略同じ円周
上に配置しているので、溝部６ｄを設けるためにスクロ
ール型圧縮機の胴径を増大させる必要がない。可動スク
ロール６をスラスト荷重Ｆs に対してバランス良く支持
するには、３〜４個の円弧状の溝部６ｄをボス部６ｃの
周りに均等に分配して配置するのがよい。

【００２４】従って、本発明の第１の実施形態によれ
ば、空調装置の冬季の始動時のように液圧縮や潤滑不足
の状態が生じる過酷な運転状態でも、スラスト荷重支持
面の信頼性を十分に確保することができる小型のスクロ
ール型圧縮機を提供することが可能になる。

【００２５】図４に本発明の第２の実施形態としてのス
クロール型圧縮機の要部を示す。第１の実施形態では、
スラスト荷重支持面の一方である可動スクロール６の端
板部６ｂの背面と、他方であるフロントハウジング３の
平坦な端面部３ａとの間において、端板部６ｂの背面に
形成された円弧状の溝部６ｄの周囲のシールとして特別
のものを設けておらず、圧縮される冷媒のような流体中
に含まれている冷凍機油のような潤滑油成分に依存して
いると言ってもよいが、第２の実施形態では、溝部６ｄ
によって形成される空間１５のシール性を向上させるた
めに、合成樹脂のような材料から成形したシールリング
１６を、円弧状の溝部６ｄの周縁に沿って嵌め込むよう
にして設けた点に特徴がある。これによって第１の実施
形態と同様な効果を得ることができると共に、スクロー
ル型圧縮機としての体積効率を更に高めることができ
る。

【００２６】図５に本発明の第３の実施形態としてのス
クロール型圧縮機の要部を示す。この実施形態は、前述
の各実施形態よりもコストを低減することに重点をおい
たもので、可動スクロール６の端板部６ｂの背面に形成
する溝部６ｄを、図２や図４に示したように複数個の円
弧状部分に分割することなく、単一の円環状のものとす
ると共に、高圧作動室８ａに通じる連通孔６ｅも簡単に
１本だけとした点に特徴がある。それによって溝部６ｄ
や連通孔６ｅを切削或いは穿孔するための加工コストを
他の実施形態に比べて低減することが可能になる。な
お、図５における破線の円１７は可動スクロール６の外
周を示している。

【００２７】しかしながら、このように溝部６ｄを連続
した円環状のものとすると、前述の各実施形態のように
溝部６ｄを自転防止機構１４と実質的に同じ円周上に設
けることができなくなるので、図５に例示したように、
自転防止機構１４を溝部６ｄの内側へ移動させて設ける
か、或いは自転防止機構１４を溝部６ｄの外側の適所に
設けることが必要になる。それによって、スクロール型
圧縮機の胴径を増大させる必要が生じる場合もあり得
る。従って、この面で多少不利ではあっても、低コスト
で第１の実施形態の場合と同様な効果を得ることができ
る。更に、自転防止機構１４として他の適当な形式のも
のを用いることにより、可動スクロール６のボス部６ｃ
に近い位置に自転防止機構を設けることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態としてのスクロール型
圧縮機の全体構成を示す縦断正面図である。

【図２】第１実施形態の横断側面図である。

【図３】本発明の実施による体積効率の低下を試算した
結果を例示する線図である。

【図４】第２の実施形態の要部を示す横断側面図であ
る。

【図５】第３の実施形態の要部を示す横断側面図であ
る。

【符号の説明】

３…フロントハウジング ３ａ…平坦な端面部 ３ｂ…吸入ポート ３ｃ…中央の空間 ４ｂ…ブッシュ部 ５…ニードルベアリング ６…可動スクロール ６ａ…渦巻き状の羽根部 ６ｂ…端板部 ６ｃ…ボス部 ６ｄ…溝部 ６ｅ…連通孔 ７…固定スクロール ７ａ…渦巻き状の羽根部 ７ｂ…端板部 ７ｃ…吐出ポート ７ｄ…吐出弁口 ７ｆ…吸入室 ８…作動室 ８ａ…高圧作動室 １０…リアハウジング １０ａ…吐出室 １３…逆止弁 １５…空間 １６…シールリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内にそれぞれ形成された吸入
   室及び吐出室と、固定の端板部上に形成された渦巻き状
   の羽根部を有し前記ハウジングの一部を構成する固定ス
   クロールと、可動の端板部上に形成された渦巻き状の羽
   根部を有し前記固定スクロールと噛み合うことによって
   それらの渦巻き状の羽根部の間に流体を圧縮するための
   複数個の作動室を形成する可動スクロールと、前記２つ
   のスクロールの中心部に共通に形成される高圧作動室と
   前記吐出室との間に設けられる吐出弁としての逆止弁
   と、前記可動スクロールの公転を許すと共に自転を阻止
   するために前記ハウジングと前記可動スクロールとの間
   に設けられる自転防止機構と、前記可動スクロールの前
   記端板部の背面及び前記ハウジングの内部に形成される
   平坦な端面部からなるスラスト荷重支持面と、前記可動
   スクロールの前記端板部の背面において前記可動スクロ
   ールの中心の周りに形成された溝部と、前記溝部と前記
   高圧作動室とを最短距離で接続するために前記端板部を
   貫通して形成された連通孔とを備えていることを特徴と
   するスクロール型圧縮機。
2. 【請求項２】 前記溝部が複数個の円弧状のものとして
   形成されており、前記自転防止機構が前記溝部と実質的
   に同じ円周上において円弧状の溝部の間に設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載のスクロール型圧縮
   機。
3. 【請求項３】 前記溝部が単一の円環状のものとして形
   成されており、前記自転防止機構が前記溝部に対して半
   径方向に異なる位置に設けられていることを特徴とする
   請求項１記載のスクロール型圧縮機。
4. 【請求項４】 前記溝部によって形成される空間のシー
   ル性を高めるために前記溝部の周縁に沿ってシール材が
   設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のスクロール型圧縮機。