JP2024073734A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮ガスの圧力によって旋回スクロールの鏡板が変形した場合でも、渦巻状ラップと歯底との間の軸方向すき間を、キー溝による鏡板の変形も考慮して適切に保つ。【解決手段】スクロール圧縮機は、台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備える。前記旋回スクロールは、固定スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に旋回スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面と、前記鏡板の背面に形成されオルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、旋回スクロールの外周部側から中央部側に向かう渦巻状摺動面において、キー溝が設けられている部分に対応する渦巻状摺動面の部分に凸部を設けている。【選択図】図８

Description

本発明は、ヒートポンプ式の給湯機、空気調和機、冷凍機などの冷凍サイクル装置に使用されるスクロール圧縮機に関する。

ヒートポンプ式の給湯機、空気調和機、冷凍機などの冷凍サイクル装置に使用されるスクロール圧縮機としては、特開平７－１９７８９１号公報（特許文献１）に記載されたものなどがある。この特許文献１のものには、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、固定スクロールのラップ部との間に複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械において、旋回スクロールまたは固定スクロールのうち少なくとも一方のラップ部は、相手方歯底との間の軸方向すき間が複数段階で変化するように形成することが記載されている。

特開平７－１９７８９１号公報

上記特許文献１のものでは、渦巻状のラップ部とその相手方歯底との間に軸方向すき間を設けているため、ラップ部が熱膨張することにより発生する摩擦やカジリ等を防止することができる。特許文献１のものにおいて、前記軸方向すき間は、熱膨張がより大きくなるラップ中央部側ほど直線的に大きくなるように形成されており、ラップの熱膨張を考慮した構成としている。しかし、圧縮ガスの圧力によって旋回スクロールの鏡板が変形し、それによって前記軸方向すき間が変わることについては考慮されていない。

本発明の目的は、圧縮ガスの圧力によって旋回スクロールの鏡板が変形した場合でも、渦巻状ラップとその相手方となる歯底との間の軸方向すき間を、キー溝による鏡板の変形も考慮して適切に保つことのできるスクロール圧縮機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に旋回スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面と、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、前記旋回スクロールの外周部側から中央部側に向かう前記渦巻状摺動面において、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記渦巻状摺動面の部分に凸部を設けていることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、前記固定スクロールは、前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に固定スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、前記固定スクロールの外周部側から中央部側に向かう前記渦巻状摺動面において、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記固定スクロールの前記渦巻状摺動面の部分に凸部を設けているスクロール圧縮機にある。

本発明の更に他の特徴は、台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、前記固定スクロールは、前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に固定スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、前記旋回スクロールの外周部側から中央部側に向かう渦巻状ラップにおいて、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先の部分に凸部を設けているスクロール圧縮機にある。

本発明の更に他の特徴は、台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に旋回スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、前記固定スクロールの外周部側から中央部側に向かう渦巻状ラップにおいて、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先の部分に凸部を設けているスクロール圧縮機にある。

本発明によれば、圧縮ガスの圧力によって旋回スクロールの鏡板が変形した場合でも、渦巻状ラップとその相手方となる歯底との間の軸方向すき間を、キー溝による鏡板の変形も考慮して適切に保つことのできるスクロール圧縮機を得ることができる効果がある。

本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１に示す固定スクロールと旋回スクロールとが噛み合っている状態を示す図で、図１のII－II方向から見た矢視断面図。 図１に示すスクロール圧縮機における背圧弁周辺を拡大して示す一部断面図。 固定スクロールの歯先形状と旋回スクロールの歯底形状を模式的に示す展開図。 旋回スクロールに作用する圧力分布を説明する模式図。 旋回スクロールの鏡板の変形状態を説明する斜視図。 旋回スクロールの背面の形状を説明する背面斜視図。 本発明のスクロール圧縮機の実施例１における固定スクロールの歯先形状と旋回スクロールの歯底形状を模式的に示す展開図。 旋回スクロールに設けた凸部の形成範囲を説明する平面図。 本発明の変形例１を説明する図で、固定スクロールの歯底形状と旋回スクロールの歯先形状を模式的に示す展開図。 本発明の変形例２を説明する図で図１０に相当する図。 本発明の変形例３を説明する図で図８に相当する図。

以下、本発明のスクロール圧縮機の具体的実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

図１～図８を用いて本発明のスクロール圧縮機の実施例１を説明する。まず、図１及び図２を用いて、本実施例のスクロール圧縮機の全体構成を説明する。
図１は本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図である。図１に示すように、スクロール圧縮機１は、密閉容器（ケース）２内に、圧縮機構部３及びモータ部４などを収容して構成されている。

前記圧縮機構部３では、フレーム５に固定された固定スクロール７に、旋回スクロール８が噛み合わされて、圧縮室１３が形成され、前記モータ部４の回転により、クランクシャフト（回転軸）１０を介して、前記旋回スクロール８を旋回運動させることにより、前記圧縮室１３の容積を減少させて圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴い、作動流体が吸込ポート１４から吸込室２０（図２も参照）へ吸込まれ、吸込まれた作動流体は圧縮室１３での圧縮行程を経て、吐出ポート１５から吐出空間１６を構成している第1の吐出空間１６ａに吐出される。その後、この第１の吐出空間１６ａと連通している密閉容器２内上部の吐出空間１６である第２の吐出空間１６ｂを通り、吐出パイプ６から密閉容器２外に吐出されるように構成されている。

前記固定スクロール７は、円板状の台板７ａ、この台板７ａに立設された渦巻状ラップ（以下、固定ラップ或いは単にラップともいう）７ｂ、前記ラップ７ｂ間の台板７ａの表面である歯底（渦巻状摺動面）７ｃ、前記台板７ａの外周側に位置し前記ラップ７ｂを囲むように筒状に設けられた支持部７ｄを備えている。この支持部７ｄには鏡板面７ｅが形成され、この鏡板面７ｅの高さは前記ラップ７ｂの先端面である歯先７ｆの高さとほぼ同じ高さに構成されている。また、前記鏡板面７ｅは、固定スクロール７の支持部７ｄが、前記旋回スクロール８の鏡板８ａと接する摺動面となっている。

固定スクロール７は、前記支持部７ｄをボルト等により前記フレーム５に固定しており、固定スクロール７と一体に結合された前記フレーム５は溶接等の固定手段により前記密閉容器２に固定されている。

前記旋回スクロール８は、前記固定スクロール７に対向して配置され、固定スクロール７の渦巻状ラップ７ｂと旋回スクロール８の渦巻状ラップ（以下、旋回ラップ或いは単にラップともいう）８ｂとが噛み合わされて、前記フレーム５内に旋回可能に設けられている。この旋回スクロール８は、円板状の鏡板８ａの表面である歯底（渦巻状摺動面）８ｃから立設された前記渦巻状ラップ８ｂ及び前記鏡板８ａの背面中央に設けられた旋回ボス部８ｄを有している。また、前記鏡板８ａ外周部の前記固定スクロール７と接する表面は、旋回スクロール８の鏡板面８ｅとなっている。

前記旋回スクロール８のラップ８ｂ先端部である歯先８ｆは前記固定スクロール７の歯底７ｃと微小すき間をもって相対するように構成されている。同様に、固定スクロール７のラップ７ｂ先端部の歯先７ｆも前記旋回スクロール８の歯底８ｃと微小すき間をもって相対するように構成されている。

前記圧縮機構部３及びモータ部４等を収容している前記密閉容器２の底部には、潤滑油（以下、冷凍機油や油ともいう）を溜める油溜り２５が設けられている。前記モータ部４は回転子４ａと固定子４ｂにより構成され、前記回転子４ａには前記クランクシャフト１０が一体に固定されている。このクランクシャフト１０は前記フレーム５に設けた主軸受５ａにより回転自在に支持され、前記固定スクロール７の中心軸線と同軸となっている。

前記クランクシャフト１０の先端には偏心したクランク部１０ａが設けられており、このクランク部１０ａは、前記旋回スクロール８の旋回ボス部８ｄに設けられた旋回軸受８ｇに挿入され、前記旋回スクロール８はクランクシャフト１０の回転に伴い旋回可能に構成されている。

前記旋回スクロール８の中心軸線は、前記固定スクロール７の中心軸線に対して所定距離（旋回半径）だけ偏心した状態と構成されている。また、旋回スクロール８のラップ８ｂは、固定スクロール７のラップ７ｂに対し、周方向に所定角度（一般には１８０度）だけずらして重ね合わせられている。

１２は、前記旋回スクロール８を前記固定スクロール７に対して、自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させるためのオルダムリングである。このオルダムリング１２は、円環状のリングの上面側に２個のキー（凸部）が対角に配置され、下面側にも２個のキーが上面側のキーと９０度ずらして配置されている。上面側のキーは旋回スクロール８に設けたキー溝８ｈと、下面側のキーはフレーム５に設けたキー溝５ｂと摺動可能に噛み合っている。

図２は図１に示す固定スクロール７と旋回スクロール８とが噛み合っている状態を示す図で、図１のII－II方向から見た矢視断面図である。この図２において、旋回スクロール８については、旋回ラップ８ｂが断面で示され、旋回スクロール８の鏡板８ａの外周に相当する部分は二点鎖線（想像線）で示している。

図２に示すように、固定ラップ７ｂと旋回ラップ８ｂの間には三日月状の複数の圧縮室１３（旋回内線側圧縮室１３ａ、旋回外線側圧縮室１３ｂ）が形成され、旋回スクロール８を旋回運動させると、各圧縮室１３は中央部の方向に移動するに従い、連続的にその容積が縮小されて圧縮動作が行なわれる。旋回内線側圧縮室１３ａは旋回ラップ８ｂの内側に形成される圧縮室であり、旋回外線側圧縮室１３ｂは旋回ラップ８ｂの外側に形成される圧縮室である。

２０は吸込室で、流体を吸入している途中の空間である。この吸込室２０は、旋回スクロール８の旋回運動の位相が進んで、流体の閉じ込みを完了した時点から圧縮室１３となる。

前記吸込ポート１４は、図１、図２に示すように、固定スクロール７に設けられている。この吸込ポート１４は、吸込室２０と連通するように、固定スクロール７の台板７ａの外周側に穿設されている。
前記吐出ポート１５は、最内周側の圧縮室１３と連通するように、前記固定スクロール７の台板７ａの渦巻中心付近に穿設されている。

図１に示すモータ部４によりクランクシャフト１０を回転させると、旋回スクロール８は、固定スクロール７の中心軸線を中心に、所定の旋回半径をもって旋回運動する。これにより、吸込ポート１４から吸込まれた作動流体、例えば冷凍サイクルを循環する冷媒ガスを各圧縮室１３内で順次圧縮し、圧縮された作動流体は吐出ポート１５から第１の吐出空間１６ａに吐出され、その後第２の吐出空間１６ｂに流れて吐出パイプ６から、圧縮機外の例えば冷凍サイクルに供給される。

前記主軸受５aや前記旋回軸受８ｇ等の各摺動部への給油は差圧給油構造によりなされる。即ち、密閉容器２内は吐出圧力となっており、密閉容器２底部の油溜り２５も吐出圧力となっている。前記差圧給油構造は、油溜り２５の高圧下の油を、背圧室の圧力（吐出圧力と吸込圧力との間の圧力）との圧力差を利用して汲み上げる構造である。従って、油溜り２５の潤滑油は圧力差により、クランクシャフト１０下部に設けた潤滑油吸込口１０ｃから吸い込まれ、クランクシャフト１０内に軸方向に形成されている貫通穴（給油穴）１０ｂを通って、クランクシャフト１０の上部へ送られる。

前記潤滑油は、前記貫通穴１０ｂを流れる途中で、その一部がクランクシャフト１０に形成されている横穴１０ｄを介して、クランクシャフト１０の下部を支持している副軸受２３に供給される。副軸受２３を潤滑した油は、その後密閉容器２底部の油溜り２５に戻される。前記貫通穴１０ｂを流れるその他の大部分の潤滑油は、クランクシャフト１０に設けた横穴１０ｅを介して主軸受５ａに流入するとともに、クランクシャフト１０の上部空間２４を通って旋回軸受８ｇに流入し、これらの摺動部を潤滑する。その後、主軸受５ａ及び旋回軸受８ｇの各軸受部の微小すき間を通る際に油の流れが絞られ、減圧膨張して背圧室１８へ流入する。

背圧室１８に流入した潤滑油は、前記吸込室２０や前記圧縮室１３に流入するように構成されており、前記渦巻状ラップ７ｂ，８ｂのラップ摺動面やラップ先端すき間などを潤滑すると共に、圧縮室１３間などのシールにも利用される。その後、前記潤滑油は冷媒ガスと共に吐出ポート１５から第１の吐出空間１６ａに吐出される。その際、潤滑油と冷媒ガスは、第１の吐出空間１６ａを形成している吐出カバー２６に衝突して、油と冷媒ガスは分離しつつ、横向きに流れの方向を変えて第２の吐出空間１６ｂに流入する。第２の吐出空間１６ｂに流入した冷媒ガスはその後吐出パイプ６から冷凍サイクル等に吐出され、潤滑油は前記固定スクロール７の外周と前記フレーム５の外周に形成されている通路（図示せず）を通って、モータ室２７を経由して圧縮機底部の油溜り２５に戻る。

次に、前記背圧室１８の機能について説明する。スクロール圧縮機１では、その圧縮作用により、固定スクロール７と旋回スクロール８を互いに引離そうとする軸方向の力（引き離し力）が発生する。この軸方向の力により、前記両スクロールが引き離される、いわゆる旋回スクロール８の離脱現象が発生すると、圧縮室１３の密閉性が悪化し、スクロール圧縮機１の効率を低下させる。

そこで、旋回スクロール８の鏡板８ａの背面側に、吐出圧力と吸込圧力の間の圧力（中間圧力）となる前記背圧室１８を設け、この背圧室１８の圧力（背圧）により、前記引き離し力を打ち消すと共に、旋回スクロール８を固定スクロール７に押し付けるようにしている。このときの押し付け力が大きすぎると、旋回スクロール８の鏡板面８ｅと固定スクロール７の鏡板面７ｅとの摺動損失が増大し、スクロール圧縮機１の効率が低下する。

即ち、前記背圧には最適な値が存在し、小さすぎると圧縮室の密閉性が悪化して熱流体損失が増大し、大きすぎると摺動損失が増大する。従って、背圧を最適な値に維持することが、圧縮機の高性能化、高信頼性化において重要である。

この最適な背圧値を得るため、本実施例のスクロール圧縮機では、図１に示すように、前記背圧室１８の背圧を調整するための背圧弁３１が前記固定スクロール７の支持部７ｄに備えられている。

次に、図３を用いて、前記背圧弁３１周辺の構成を説明する。図３は図１に示すスクロール圧縮機における背圧弁３１の周辺を拡大して示す一部断面図である。
背圧弁３１の周辺は、前記背圧室１８と前記背圧弁３１を連通する背圧弁流入路（背圧室１８と通じている空間）３２ａ、前記背圧弁３１と前記圧縮室１３を連通する背圧弁流出路（圧縮室１３に通じている空間）３２ｃ、及び前記背圧弁３１を収容している空間３２ｂにより構成されている。前記背圧弁３１は、前記背圧弁流入路３２ａと前記背圧弁流出路３２ｃを仕切るようにバルブ３１ａを備えている。このバルブ３１ａは、ストッパ３１ｃに固定されたばね３１ｂにより、前記背圧弁流入路３２ａの開口部に押付けられるように設けられている。

前記バルブ３１ａは、前記背圧弁流入路３２ａ内の圧力（即ち背圧室１８の圧力である背圧）による荷重が、前記背圧弁流出路３２ｃを介して導入される前記空間３２ｂ内の圧力（即ち圧縮室の圧力）と、前記ばね３１ｂとの合計による荷重よりも高くなった場合に、上方へ移動して、前記背圧弁流入路３２ａと前記背圧弁流出路３２ｃとを連通させる。つまり、前記背圧弁３１は、背圧室１８内の圧力がある値よりも高くなった場合に、背圧室１８内の流体を前記圧縮室１３側に逃がし、前記背圧室１８の圧力（背圧）を適正値に調整するものである。

以上、スクロール圧縮機１の基本的な構成について説明したが、次に本実施例において重要な構成となる固定スクロール７の歯底７ｃまたは歯先７ｆと、旋回スクロール８の歯底８ｃまたは歯先８ｆとの軸方向すき間について説明する。前記軸方向すき間とは、固定スクロール７のラップ７ｂの歯先７ｆと、旋回スクロール８の歯底（渦巻状摺動面）８ｃとの微小すき間、または固定スクロール７の歯底（渦巻状摺動面）７ｃと旋回スクロール８のラップ８ｂの歯先８ｆとの微小すき間のことである。

この軸方向すき間は、小さすぎるとラップ先端部（歯先７ｆ，８ｆ）での摺動損失が増大したり、ラップ先端部と歯底（渦巻状摺動面）７ｃ，８ｃが接触して摩耗やカジリが発生し、信頼性が低下する。また、前記軸方向すき間が大きすぎると、圧縮室１３の密閉性が低下して漏れが増え、熱流体損失が増大してスクロール圧縮機１の効率が低下する。従って、背圧室１８の圧力（背圧）を適正値に調整することと同様に、前記軸方向すき間についても最適な値に維持することが、スクロール圧縮機１の高性能化、高信頼性化において重要となる。

スクロール圧縮機１は、図２に示す吸込ポート１４から冷媒ガスを吸い込み、三日月状の圧縮室１３で順次圧縮して、吐出ポート１５から圧縮された冷媒ガスを吐出する。冷媒ガスは、圧縮されるにつれてその温度が上昇する。従って、固定ラップ７ｂや旋回ラップ８ｂも、吸込ポート１４に近い外周部よりも、吐出ポート１５に近い中央部ほど温度が高くなる。このため、温度が高いラップ中央部側では、外周部側より熱膨張が大きくなり、ラップの高さが熱膨張によって高くなる。例えば、固定ラップ７ｂのラップ中央部側のラップ高さが高くなると、相対する旋回スクロール８の歯底８ｃとの前記軸方向すき間がなくなり、摺動損失の増大や、接触による摩耗やカジリの発生により信頼性が低下する。旋回ラップ８ｂのラップ歯先と、相対する固定スクロール７の歯底７ｃについても同様である。

この課題を解決するため、図４に示すように、旋回スクロール８の歯底（渦巻状摺動面）８ｃを、ラップ外周部側からラップ中央部側に向かって深さが単調に深くなるように掘り込むスロープ形状として、固定ラップ７ｂの歯先７ｆと旋回スクロール８の歯底８ｃとの接触を回避することが考えられている。なお図４は、旋回スクロールにおける歯底形状（歯底掘り込み形状）を模式的に示す展開図で、本実施例１に対する比較例であり、旋回ラップ８ｂの渦巻形状に沿って歯底の深さを示した展開図である。また、横軸の左側が旋回ラップ８ｂ外周部側、右側が旋回ラップ８ｂの中央部側を示している。

図中の４０は、スクロール圧縮機１を運転していないとき、即ち熱膨張していないときの固定スクロール７のラップ７ｂの歯先７ｆと旋回スクロール８の鏡板８ａに形成している歯底８ｃとの軸方向すき間を表している。スクロール圧縮機１の運転時に旋回ラップ８ｂが熱膨張した際に、この軸方向すき間４０がほぼゼロとなるように、旋回スクロール８の渦巻状ラップ間に形成された歯底（渦巻状摺動面）８ｃのスロープ形状を決定している。

なお、ここでは旋回スクロール８の歯底形状について説明したが、固定スクロール７の歯底（渦巻状摺動面）７ｃを、ラップ外周部側からラップ中央部側に向かって深さが単調に深くなるように掘り込むスロープ形状としても、前記軸方向すき間４０を同様に形成することができる。また、ラップの歯底７ｃや８ｃではなく、渦巻状ラップ７ｂまたは８ｂの歯先７ｆまたは８ｆ側に、前記スロープ形状を設けて前記軸方向すき間４０を構成することもできる。

図４で説明したように、ラップの熱膨張のみを考えた場合には、例えば旋回スクロール８の歯底（渦巻状摺動面）８ｃを、ラップ外周部側からラップ中央部側に向かって深さが単調に深くなるスロープ形状に形成すれば、固定ラップ７ｂの歯先７ｆと旋回スクロール８の歯底８ｃとの接触を回避することができる。

しかし、実際には、旋回スクロール８に作用する圧力によっても鏡板８ａが変形する。このため、歯底を単調なスロープ形状に掘り込むだけでは、作用する圧力によって局所的に軸方向すき間が縮小して摺動損失が増大したり、軸方向すき間が拡大して熱流体損失が増大する。

ここで、図５、図６を用いて、旋回スクロール８に作用する圧力を説明する。図５は旋回スクロール８に作用する圧力分布を説明する模式図、図６は旋回スクロール８の鏡板８ａの変形状態を説明する斜視図である。
図５に示すように、旋回スクロール８は、その背面側における旋回軸受８ｇより内側の領域には吐出圧力Ｐｄが作用しており、前記旋回軸受８ｇよりも外側の領域は背圧室１８であるため、背圧（吐出圧力と吸込圧力の間の圧力）Ｐｂが作用している。これらの圧力による合力が旋回スクロール８の押し上げ力となる。旋回スクロール８の上面側における鏡板８ａの最外周部は、背圧室１８に臨んでいるため背圧Ｐｂが作用しており、そこから少し内周側にある吸込室２０または圧縮室１３（図１、図２参照）にいくに従い、一旦圧力が吸込圧力Ｐｓまたは圧縮途中の圧縮室１３内圧力まで低下する。さらに内周側では圧縮が進んだ圧縮室１３となるため圧力は上昇し、吐出ポート１５のある中央部では吐出圧力Ｐｄとなる。これらの圧力による合力が旋回スクロール８の押し下げ力となる。前記押し上げ力から前記押し下げ力を引いた力が、旋回スクロール８を固定スクロール７に押し付ける押付力となる。

旋回スクロール８にこれらの圧力が作用した場合、鏡板８ａにおいて、上面に吸込圧力Ｐｓが、背面に背圧Ｐｂが作用している領域では、荷重が下から上へ作用するため、図６に示すように、ラップ８ｂの外周部側が上方へ、ラップ８ｂの中央部側が下方へ撓んだ凹形状に変形する。このような変形だけであれば、図４を用いて説明したように、熱膨張に対応した歯底形状のように、ラップ８ｂの中央部側にいくに従い、歯底８ｃ等を単調に深く掘り込んだスロープ形状とすれば良い。

しかし、一般的に旋回スクロール８の背面には、図７に示すようにオルダムリング１２のキー部（凸部）を取り付けるためのキー溝（ザグリ長穴）８ｈが設けられているが、このキー溝８ｈによる旋回スクロール８の変形については考慮されていない。

次に、図７～図９を用いて本発明のスクロール圧縮機の実施例１の構成を説明する。図７は旋回スクロールの背面の形状を説明する背面斜視図、図８は本発明のスクロール圧縮機の実施例１における固定スクロールの歯先形状と旋回スクロールの歯底形状（歯底掘り込み形状）を模式的に示す展開図、図９は旋回スクロールに設けた凸部の形成範囲を説明する平面図である。

上述したように、旋回スクロール８が熱膨張したり、図５、６で説明した圧力が作用することによる変形に対しては、例えば図４を用いて説明したように、ラップ８ｂの中央部側にいくに従い、歯底８ｃを単調に深く掘り込んだスロープ形状とすれば良い。しかし実際には、旋回スクロール８の背面に設けられているキー溝８ｈにより旋回スクロール８が変形する。

即ち、前記キー溝８ｈが設けられた箇所は、鏡板８ａの板厚が薄くなるため剛性が低くなっている。図５，６を用いて説明したように旋回スクロール８の鏡板に作用する圧力により、鏡板８ａは図６で説明したように概略凹形状に変形するが、この変形に加えて、前記キー溝８ｈが設けられている剛性の低い箇所では、図７中に一点鎖線で示したキー溝８ｈを接続する仮想線４１を境にして折れ曲がるように変形する。

旋回スクロール８の鏡板８ａが折れ曲がると、その折れ曲がった部分（仮想線４１の近傍）では、旋回ラップ８ｂの歯先が固定スクロール７の歯底７ｃから離れることになり、また固定ラップ７ｂの歯先は旋回スクロール８の歯底８ｃから離れることになる。従って、キー溝８ｈが設けられている部分の反対側に位置する旋回ラップ８ｂの歯先８ｆや歯底８ｃでは、前記軸方向すき間４０がより拡がることになる。

この軸方向すき間４０が運転中に拡がることを防ぐため、本実施例１では、キー溝８ｈが設けられている部分の反対側に位置する旋回ラップ８ｂ間の歯底８ｃの深さを局所的に浅くして、肉盛りを施したような歯底形状としている。

具体的には、図８に示すように、キー溝８ｈがあるため折れ曲がる位置４２（図７の仮想線４１の位置に対応する位置）での歯底８ｃの部分で肉盛りが厚くなるように（軸方向すき間４０が縮小するように）、歯底８ｃに凸部（肉盛り部）５０を形成している。図８に示す折れ曲がる位置４２で鏡板８ａは最も大きく折れ曲がるため、この折れ曲がる位置４２で前記凸部５０の高さが最も高く（肉盛りが最も厚く）なるように形成し、前記折れ曲がる位置４２から遠ざかるにしたがって前記凸部５０の高さが低く（肉盛り量を少なく）なるように形成している。

次に、図８及び図９を用いて、前記凸部５０の好ましい形状について説明する。
図８に示すように、本実施例においては、キー溝８ｈにより折れ曲がる位置４２（図７の仮想線４１に対応する位置で、以下単に位置ともいう）に対応する歯底８ｃの部分付近に前記凸部５０を設けている。折れ曲がる位置４２で鏡板８ａは最も大きく折れ曲がるため、この位置４２での凸部５０の高さが最も高い頂点となるように形成され、この頂点位置から歯底（渦巻状摺動面）８ｃに沿って遠ざかるにしたがって凸部５０の高さが次第に減少するような斜面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄに形成されている。

即ち、前記凸部５０は、その中心を頂点とする複数の斜面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄにより構成されている。また、本実施例では、前記中心から外周部側に向かう斜面５０ａ，５０ｃの勾配より、前記中心から中央部側に向かう斜面５０ｂ，５０ｄの勾配の方が大きくなるように構成している。更に、前記凸部５０の中心は、前記キー溝８ｈの溝幅方向の中心線上、即ち前記仮想線４１上に存在するように構成されている。

前記キー溝８ｈは、旋回スクロール８の鏡板８ａの略中心に関して互いに反対側の位置となるように二つ設けられているので、前記凸部５０は、二つの前記キー溝８ｈの位置に対応する歯底（渦巻状摺動面）８ｃの部分（または前記渦巻状ラップの歯先の部分）にそれぞれ設けられている。即ち、前記凸部５０は、二つの前記キー溝８ｈを結ぶ仮想線４１と前記歯底（渦巻状摺動面）８ｃとの交点を基準とした場合、該基準となる部分の前記歯底（渦巻状摺動面）８ｃ（または前記基準に対応する前記渦巻状ラップ８ｂの歯先８ｆ）に設けられ、該凸部５０は、前記基準よりも外周部側に向かう傾斜の勾配より、前記基準から中央部側に向かう傾斜の勾配の方を大きく構成している。なお、前記基準は前述した折れ曲がる位置４２に対応している。

図９は旋回スクロール８の歯底８ｃに設けられている前記凸部５０の形成範囲を示している。この図９に示すように、前記凸部５０は、歯底（渦巻状摺動面）８ｃにおける領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの位置に形成されている。ここで、前記領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、それぞれ前述した斜面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄにそれぞれ対応している。即ち、旋回スクロール８を上から見た場合、本実施例では図９に示す領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの範囲に凸部５０が形成されている。また、二つの前記キー溝８ｈに対応して設けられている二つの凸部５０のうち、外周部側の凸部は領域５１ａと５１ｂに示す範囲に設けられ、中央部側の凸部は領域５１ｃと５１ｄに示す範囲に設けられており、二つの凸部５０のそれぞれの頂点は折れ曲がる位置４２の部分となるように形成されている。

なお、図９に示す凸部５０の形成範囲は一例であり、本実施例では、領域５１ａ～５１ｄのいずれも、折れ曲がる位置４２から９０度の範囲で形成している。このため、最も外周部側に位置する領域５１ａの斜面５０ａの長さが最も長く、最も中央部側に位置する領域５１ｄの斜面の長さが最も短くなっている。

なお、凸部５０を形成している各領域５１ａ～５１ｄの範囲は９０度に限定されるものではなく、例えば折れ曲がる位置４２から４５度の範囲としても良い。各領域５１ａ～５１ｄの範囲を４５度とした場合でも、鏡板８ａが最も大きく折れ曲がる位置４２での軸方向すき間４０が小さくなるように構成することは可能である。即ち、二つの前記キー溝８ｈを結ぶ仮想線４１と前記歯底（渦巻状摺動面）８ｃとの交点を基準（折れ曲がる位置４２に対応）とした場合、該基準となる部分の前記歯底８ｃ（または前記基準に対応する前記渦巻状ラップの歯先）に前記凸部５０の頂点が設けられ、前記凸部５０は、前記基準から外周部側に向かう斜面５０ａ，５０ｃの長さ及び中央部側に向かう斜面５０ｂ，５０ｄの長さは、それぞれ巻角で４５～９０度の範囲にすると良い。

また、前記凸部５０が設けられている部分を除いて、前記歯底（渦巻状摺動面）８ｃと前記渦巻状ラップ７ｂの歯先７ｆとの軸方向すき間４０が、熱膨張を考慮して、外周部側から中央部側に向かって次第に大きくなるように、前記歯底８ｃ（または前記渦巻状ラップ７ｂの歯先７ｆ）は外周部側から中央部側に向かって熱膨張を考慮した基準スロープに沿って形成している。このようにすると、熱膨張も考慮した軸方向すき間とすることができる。

なお、前記凸部５０の外周部側に向かう端部と中央部側に向かう端部はそれぞれ前記基準スロープ上にあるように構成することが好ましい。また、二つの前記キー溝８ｈの位置にそれぞれ対応して設けられている二つの凸部５０間であって前記二つのキー溝８ｈを結ぶ仮想線４１に直交する前記歯底８ｃ（または前記渦巻状ラップの歯先）の部分も前記基準スロープ上にあるように構成することが好ましい。

以上説明したように構成することにより、ラップの熱膨張だけでなく、キー溝８ｈによる鏡板８ａの変形も考慮した軸方向すき間の適正化が可能となり、熱流体損失を更に低減して圧縮機の高効率化を図ることができる。

なお図８は旋回スクロール８の歯底８ｃに前記凸部５０を設けることで、旋回スクロール８の歯底８ｃと固定スクロール７の歯先７ｆとの軸方向すき間４０を適正化する場合について説明したが、前記凸部５０を固定スクロール７の歯底７ｃに設けて軸方向すき間４０を適正化するように構成しても同様の効果が得られる。また、前記凸部５０を歯底８ｃまたは７ｃに設けるのではなく、旋回スクロール８の歯先８ｆ或いは固定スクロール７の歯先７ｆに設けて前記軸方向すき間４０を適正化するように構成しても同様の効果を得ることができる。以下、図１０～図１２を用いて、凸部５０を設ける位置を変えた場合の本発明の変形例について具体的に説明する。

（変形例１）
図１０は本発明の実施例１を説明する図で、固定スクロールの歯底形状と旋回スクロールの歯先形状を模式的に示す展開図である。この図１０に示す例では、固定スクロール７の歯底７ｃを、熱膨張を考慮して、外周部側から中央部側に向かってスロープ形状に次第に深くなるように構成し、この固定スクロール７の歯底７ｃの位置４２付近に凸部５０を設けている。他の構成は実施例１と同様である。

このように構成しても、固定スクロール７の歯底７ｃと旋回スクロール８の歯先８ｆとの軸方向すき間４０を、実施例１と同様に適正化することができる。即ち、ラップの熱膨張だけでなく、キー溝８ｈによる鏡板８ａの変形も考慮した軸方向すき間の適正化が可能となるので、熱流体損失を低減して圧縮機の高効率化を図ることができる。

なお、図８に示す実施例１と同様に、凸部５０を旋回スクロール８の歯底８ｃにも設けるように構成しても良いし、旋回スクロール８の歯底８ｃには凸部を設けず、歯底８ｃをスロープ形状にしなくても良い。

（変形例２）
図１１は本発明の変形例２を説明する図で、図１０に相当する図である。この図１１に示す例では、旋回スクロール８の歯先８ｆを、熱膨張を考慮して、外周部側から中央部側に向かってスロープ形状に次第に低くなるように構成し、この旋回スクロール８の歯先８ｆの位置４２付近に凸部５０を設けたものである。他の構成は実施例１や変形例１と同様である。

このように構成しても、固定スクロール７の歯底７ｃと旋回スクロール８の歯先８ｆとの軸方向すき間４０を、実施例１と同様に適正化することができ、ラップの熱膨張だけでなくキー溝８ｈによる鏡板８ａの変形も考慮した軸方向すき間の適正化が可能となり、実施例１と同様の効果が得られる。

なお、旋回スクロール８の歯先８ｆの形状と同様に、凸部５０を、固定スクロール７の歯先７ｆにも設けるように構成しても良いし、固定スクロール７の歯先７ｆには凸部を設けず、歯先７ｆをスロープ形状にしなくても良い。また、図８や図１０に示す実施例１や変形例１のように、凸部５０を旋回スクロール８の歯底８ｃ或いは固定スクロール７の歯底７ｃにも設けるように構成しても良い。

（変形例３）
図１２は本発明の変形例３を説明する図で、図８に相当する図である。この図１２に示す例では、固定スクロール７の歯先７ｆを、熱膨張を考慮して、外周部側から中央部側に向かってスロープ形状に次第に低くなるように構成し、この固定スクロール７の歯先７ｆの位置４２付近に凸部５０を設けたものである。他の構成は実施例１や変形例１と同様である。

このように構成しても、固定スクロール７の歯先７ｆと旋回スクロール８の歯底８ｃとの軸方向すき間４０を、実施例１と同様に適正化することができ、ラップの熱膨張だけでなくキー溝８ｈによる鏡板８ａの変形も考慮した軸方向すき間の適正化が可能となり、実施例１と同様の効果が得られる。

なお、固定スクロール７の歯先７ｆの形状と同様に、凸部５０を、旋回スクロール８の歯先８ｆにも設けるように構成しても良いし、旋回スクロール８の歯先８ｆには凸部を設けず、歯先８ｆをスロープ形状にしなくても良い。また、図８や図１０に示す実施例１や変形例１のように、凸部５０を旋回スクロール８の歯底８ｃ或いは固定スクロール７の歯底７ｃにも設けるように構成しても良い。

以上説明したように、本発明の実施例１や各変形例のように構成すれば、旋回スクロールのキー溝に対応する部分の旋回スクロールの歯底または歯先、固定スクロールの歯底または歯先の少なくとも何れかの部分に凸部を設けているので、圧縮ガスの圧力によって旋回スクロールの鏡板が変形した場合でも、渦巻状ラップとその相手方となる歯底との間の軸方向すき間を、キー溝による鏡板の変形も考慮して適切に保つことのできるスクロール圧縮機を得ることができる。従って、固定スクロールや旋回スクロールのラップの先端部（歯先）と歯底との摩擦やカジリを抑制することができると共に、ラップの先端部における漏れ損失も低減してスクロール圧縮機の効率を更に向上できるから、高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例或いは変形例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例或いは変形例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１：スクロール圧縮機、２：密閉容器（ケース）、３：圧縮機構部、
４：モータ部、４ａ：回転子、４ｂ：固定子、
５：フレーム、５ａ：主軸受、５ｂ：キー溝、
６：吐出パイプ、
７：固定スクロール、７ａ：台板、７ｂ：渦巻状ラップ（固定ラップ、ラップ）、
７ｃ：歯底（渦巻状摺動面）、７ｄ：支持部、７ｅ：鏡板面、７ｆ：歯先、
８：旋回スクロール、８ａ：鏡板、８ｂ：渦巻状ラップ（旋回ラップ、ラップ）、
８ｃ：歯底（渦巻状摺動面）、８ｄ：旋回ボス部、８ｅ：鏡板面、
８ｆ：歯先、８ｇ：旋回軸受、８ｈ：キー溝、
１０：クランクシャフト（回転軸）、１０ａ：クランク部、１０ｂ：貫通穴（給油穴）、
１０ｃ：潤滑油吸込口、１０ｄ，１０ｅ：横穴、
１２：オルダムリング、
１３：圧縮室、１３ａ：旋回内線側圧縮室、１３ｂ：旋回外線側圧縮室、
１４：吸込ポート、１５：吐出ポート、
１６：吐出空間、１６ａ：第１の吐出空間、１６ｂ：第２の吐出空間、
１８：背圧室、２０：吸込室、
２３：副軸受、２４：上部空間、
２５：油溜り、２６：吐出カバー、２７：モータ室、
３１：背圧弁、３１ａ：バルブ、３１ｂ：ばね、３１ｃ：ストッパ、
３２ａ：背圧弁流入路、３２ｂ：空間、３２ｃ：背圧弁流出路、
３３：止め栓、
４０：軸方向すき間、４１：（キー溝を接続する）仮想線（一点鎖線）、
４２：折れ曲がる位置、
５０：凸部（肉盛り部）、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：斜面、
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ：（凸部が形成されている）領域。

Claims (12)

1. 台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に旋回スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面と、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、
   前記旋回スクロールの外周部側から中央部側に向かう前記渦巻状摺動面において、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記渦巻状摺動面の部分に凸部を設けていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、
   前記固定スクロールは、前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に固定スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、
   前記固定スクロールの外周部側から中央部側に向かう前記渦巻状摺動面において、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記固定スクロールの前記渦巻状摺動面の部分に凸部を設けていることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、
   前記固定スクロールは、前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に固定スクロールの渦巻状ラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、
   前記旋回スクロールの外周部側から中央部側に向かう渦巻状ラップにおいて、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記旋回スクロールの渦巻状ラップの歯先の部分に凸部を設けていることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 台板に渦巻状ラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可能に設けられ、前記固定スクロールの渦巻状ラップとの間に複数の圧縮室を形成する渦巻状ラップが鏡板に立設された旋回スクロールと、前記旋回スクロールの自転を防止するためのオルダムリングを備えるスクロール圧縮機であって、
   前記旋回スクロールは、前記鏡板の背面に形成され前記オルダムリングのキーと係合するキー溝を備え、
   前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先と対向すると共に旋回スクロールのラップ間に形成された渦巻状摺動面を備え、
   前記固定スクロールの外周部側から中央部側に向かう渦巻状ラップにおいて、前記キー溝が設けられている部分に対応する前記固定スクロールの渦巻状ラップの歯先の部分に凸部を設けていることを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１～４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機であって、
   前記凸部は、その中心を頂点とする複数の斜面により構成され、前記中心から外周部側に向かう斜面の勾配より、前記中心から中央部側に向かう斜面の勾配の方を大きく構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 請求項５に記載のスクロール圧縮機であって、
   前記凸部の中心は、前記キー溝の溝幅方向の略中心線上に存在することを特徴とするスクロール圧縮機。
7. 請求項６に記載のスクロール圧縮機であって、
   前記キー溝は、旋回スクロールの鏡板の略中心に関して互いに反対側の位置となるように二つ設けられ、前記凸部は、二つの前記キー溝の位置に対応する前記渦巻状摺動面の部分または前記渦巻状ラップの歯先の部分にそれぞれ設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
8. 請求項７に記載のスクロール圧縮機であって、
   二つの前記キー溝を結ぶ仮想線と前記渦巻状摺動面との交点を基準とした場合、該基準となる部分の前記渦巻状摺動面または前記基準に対応する前記渦巻状ラップの歯先に前記凸部が設けられ、該凸部は、前記基準よりも外周部側に向かう斜面の勾配より、前記基準から中央部側に向かう斜面の勾配の方を大きく構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
9. 請求項７に記載のスクロール圧縮機であって、
   二つの前記キー溝を結ぶ仮想線と前記渦巻状摺動面との交点を基準とした場合、該基準となる部分の前記渦巻状摺動面または前記基準に対応する前記渦巻状ラップの歯先に前記凸部が設けられ、該凸部は、前記基準よりも外周部側に向かう斜面の長さを、前記基準から中央部側に向かう斜面の長さよりも大きく構成していることを特徴とするスクロール圧縮機。
10. 請求項７に記載のスクロール圧縮機であって、
    二つの前記キー溝を結ぶ仮想線と前記渦巻状摺動面との交点を基準とした場合、該基準となる部分の前記渦巻状摺動面または前記基準に対応する前記渦巻状ラップの歯先に前記凸部が設けられ、前記凸部は、前記基準から外周部側に向かう斜面の長さ及び中央部側に向かう斜面の長さは、それぞれ巻角で４５～９０度であることを特徴とするスクロール圧縮機。
11. 請求項７に記載のスクロール圧縮機であって、
    前記凸部が設けられている部分を除いて、前記渦巻状摺動面と前記渦巻状ラップの歯先との隙間が外周部側から中央部側に向かって次第に大きくなるように、前記渦巻状摺動面または前記渦巻状ラップの歯先は外周部側から中央部側に向かい基準スロープに沿って形成され、前記凸部の外周部側に向かう端部と中央部側に向かう端部はそれぞれ前記基準スロープ上にあることを特徴とするスクロール圧縮機。
12. 請求項７に記載のスクロール圧縮機であって、
    前記凸部が設けられている部分を除いて、前記渦巻状摺動面と前記渦巻状ラップの歯先との隙間が外周部側から中央部側に向かって次第に大きくなるように、前記渦巻状摺動面または前記渦巻状ラップの歯先は外周部側から中央部側に向かい基準スロープに沿って形成され、二つの前記キー溝の位置にそれぞれ対応して設けられている二つの凸部の間であって前記二つのキー溝を結ぶ仮想線に直交する前記渦巻状摺動面または前記渦巻状ラップの歯先の部分は前記基準スロープ上にあることを特徴とするスクロール圧縮機。

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