JP3137507B2 - スクロ−ル型流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回スクロ−ルと固定
スクロ−ルとを組合わせて構成されるスクロ−ル型流体
機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置では、効率の良い圧縮がで
きるとの利点から、近時、スクロ−ル型圧縮機（スクロ
−ル型流体機械）が採用されてきている。スクロ−ル型
圧縮機は、図６および図７に示されるように端板ａに渦
巻状のラップｂおよび同ラップｂを囲むように周壁ｃを
有してなる固定スクロ−ルｄと、端板ｅに渦巻状のラッ
プｆを立設してなる旋回スクロ−ルｇとを組合わせたス
クロ−ル式の圧縮機部ｈを有して構成されている。

【０００３】詳しくは、圧縮機部ｈは、両スクロ−ル
ｄ，ｇを、各ラップｂ，ｆ同志が、所定角度、ずらして
相互に噛み合うように組合わせて、ラップ間に圧縮工程
を行わせるための密閉空間ｉを構成する構造となってい
る。

【０００４】この密閉空間ｉの容積は、旋回スクロ−ル
ｇを、例えば先端に偏心ピンｊを有する回転シャフトｋ
を用いて、固定スクロ−ルｄの軸心回りに公転旋回させ
ることにより、周側から中央に向かうにしたがい、次第
に減少するようになっていて、同容積の変化を利用し
て、ガスを圧縮するようにしている。なお、旋回スクロ
−ルｇには、図示はしていないが同旋回スクロ−ルｇの
自転を規制するオルダムリングなどの自転阻止機構が設
けてある。

【０００５】こうしたスクロ−ル型圧縮機では、密閉空
間ｉからのガスの漏洩を抑制するために、図６に示され
るように固定スクロ−ルｄを軸方向に変位可能に支持
し、この固定スクロ−ルｄの背面側に背圧室ｍを設け
て、固定スクロ−ルｄを旋回スクロ−ルｇに対して軸方
向に押し付けるようにしたり、あるいは旋回スクロ−ル
ｇの背面側に背圧室（図示しない）を設けて、逆に旋回
スクロ−ルｇを固定スクロ−ルｄに対して軸方向に押し
付けることが行われている。

【０００６】ところが、スクロ−ル型圧縮機は、構造
上、旋回スクロ−ルｇの端板周縁部と固定スクロ−ルｄ
の周壁ｃの軸端面とが、運転中、発生する旋回スクロ−
ルｇを反転させようとする力によって圧接し、同部分が
磨耗してしまう難点がある。

【０００７】そこで、特開昭５５−７２６８０号公報、
特開平２−２９８６８６号公報で示されている技術を利
用して、固定スクロ−ルｄの周壁ｃの軸端面と摺接する
旋回スクロ−ルｇの周縁部に硬質の耐磨耗プレ−トｎを
埋めて設置し、上記磨耗を防ぐことが考えられている。

【０００８】具体的には、図８に示されるように周壁ｃ
の軸端面と摺接する旋回スクロ−ルｇの周縁部に、同周
方向に連続する環状の溝部ｏを設けて設置部とし、この
溝部ｏ内にリング状に形成した硬質の耐磨耗プレ−トｎ
を埋め込んでいる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この耐磨耗プレ−トｎ
を設置する構造は、構造上、図９にも示されるように耐
磨耗プレ−トｎの軸端面と旋回スクロ−ルｇの端板ｅの
軸端面との間に段差δが発生する。

【００１０】ところで、この段差δが、圧縮性能の低下
させたり、耐磨耗プレ−トｎおよび端板ｅの磨耗を進行
させたりする原因となることがわかった。しかしなが
ら、この段差δによる問題を回避できる公差は確立され
てなく、問題の解決には至っていない。

【００１１】本発明は、このような事情に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、耐磨耗プレ−ト
の軸端面と旋回スクロ−ルの端板の軸端面との段差によ
る性能低下、磨耗の進行を抑制することができるスクロ
−ル型流体機械を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載のスクロール型流体機械は、旋回ス
クロールに表面処理を施すと共に、同表面処理を耐摩耗
プレートが設置される設置面にも施したことにある。

【００１３】

【００１４】

【作用】請求項１に記載のスクロール型流体機械による
と、段差量を、所定の性能を発揮する領域、摩耗防止を
もたらす領域の公差以内に収めることが可能となる。 こ
れにより、高性能で、信頼性の高いスクロール型流体機
械が実現可能となる。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図１ないし図３に示す第１の
実施例にもとづいて説明する。図３は、本発明を適用し
たスクロ−ル型圧縮機（スクロ−ル型流体機械）の構成
を示し、図中１は密閉ハウジングである。

【００１７】密閉ハウジング１は、上下方向に沿って延
びる円筒形に構成されている。この密閉ハウジング１内
の上段側には、ディスチャ−ジカバ−２が上下方向を仕
切るように設けられている。このディスチャ−ジカバ−
２を境として、密閉ハウジング１内は、密閉ハウジング
１内の上方を高圧側３とし、下方を低圧側４にしてあ
る。

【００１８】密閉ハウジング１の低圧側４には、下部側
に電動モ−タ５が配設され、上部側にスクロ−ル式の圧
縮機部６が配設されている。またこれら両者間には、同
間に渡って回転シャフト７が配設されている。

【００１９】電動モ−タ５は、密閉ハウジング１の内周
部に圧入されて支持されたステ−タ８と、このステ−タ
８の内腔に配置されたロ−タ９とを有している。そし
て、ロ−タ９は回転シャフト７の下部側に固定され、回
転を回転シャフト７から出力させるようにしている。な
お、ステ−タ８につながる端子１０は、密閉ハウジング
１の外周部に設置してある。

【００２０】スクロ−ル式の圧縮機部６は、例えばアル
ミ部材で構成されたアルミ製の固定スクロ−ル１１とこ
れに組合う同じくアルミ製の旋回スクロ−ル１６とを有
してなる。

【００２１】すなわち、固定スクロ−ル１１は、端板１
２、その端板１２の内面に立設された渦巻状のラップ１
３（図７に図示してあるラップと同じ）、さらにそのラ
ップ１３を取り囲むように立設した周壁１４を有してい
る。また端板１２の中央部には吐出ポ−ト１５を有して
いる。

【００２２】旋回スクロ−ル１６は、端板１７、その内
面に立設された渦巻状のラップ１８（図７に図示してあ
るラップと同じ）を有している。また端板１７の外面中
央部には筒状のボス部１９を有している。

【００２３】そして、固定スクロ−ル１１と旋回スクロ
−ル１６とは、ラップ１３，１８同志が、１８０度（所
定角度）、ずらして相互に噛み合うように組合わせら
れ、端板部分で囲まれたラップ間に、圧縮工程を成立さ
せるための三日月状の複数個の密閉空間２０を構成させ
ている（図７に図示してある密閉空間と同じ） この組合った両スクロ−ル１１，１６は、ディスチャ−
ジカバ−２と、低圧側４の上段側に固定されているケ−
シング状の主フレ−ム２１との間に、固定スクロ−ル１
１を上側、旋回スクロ−ル１６を下側に配置した状態で
介装してある。

【００２４】そして、旋回スクロ−ル１６の端板１２
は、主フレ−ム２１の上面に形成してある水平な受面２
１ａにて摺動自在に受け止められている。固定スクロ−
ル１１は、主フレ−ム２１の外周側に形成されている周
壁部分２１ｂに対して、支持ばね２２を介して、上下方
向に変位可能に支持されている。詳しくは、固定スクロ
−ル１１には周壁部分２１ｂの側方へ突き出るブラケッ
ト２３が設けられている。そして、このブラケット２３
が支持ばね２２を介して周壁部分２１の上部に固定され
た構造となっている。

【００２５】固定スクロ−ル１１の周壁１４に設けた吸
込ポ−ト（図示しない）は、周壁１４の側方の空間２
９、主フレ−ム２１に設けた同フレ−ム２１の両側を連
通する吸込通路（図示せず）、低圧側４を通じて、密閉
ハウジング１の外周部に接続してある吸込管３０に連通
してあり、外部からガスを圧縮機部６へ導けるようにし
てある。

【００２６】また旋回スクロ−ル１６のボス部１８内に
は、旋回軸受２４を介して、ドライブブッシュ２５が嵌
挿してある。このドライブブッシュ２５には、径方向に
若干延びる通孔で構成されるスライド孔２５ａが形成し
てある。

【００２７】回転シャフト７の上端は、主フレーム２１
を貫通して、旋回スクロール１６の端板中央に向かって
延びている。この回転シャフト７の上端は、主フレーム
２１の貫通部分に設けてある上部軸受２６にて回転自在
に支持されている。この回転シャフト７の上端には、偏
心ピン２７が突設してある。この偏心ピン２７が、上記
スライド孔２５ａにスライド自在に嵌挿されている。こ
れによって、旋回スクロール１６は、回転シャフト７が
回転すると、固定スクロール１１の軸心回りを旋回する
ようになる。旋回スクロール１６の端板１７と主フレー
ム２１の受面２１ｂとの間には、旋回スクロール１６の
公転旋回運動を許容するが同旋回スクロール１６の自転
を阻止する自転阻止機構、例えばオルダムリング２８が
介装されている。

【００２８】このオルダムリング２８および偏心ピン２
７によって得られる旋回スクロ−ル１６の旋回公転運動
により、密閉空間２０の容積は、次第に減少するように
なっている。つまり、この密閉空間２０を利用して、ガ
スを圧縮させることができるようになっている。

【００２９】固定スクロ−ル１１の端板１２の上面に
は、端板１２の軸心を中心とした大小２つの円筒状のフ
ランジ３１，３２が上方に向かって突き出ている。また
ディスチャ−ジカバ−２の内面には、フランジ３１，３
２間に形成される環状の凹部３３内に向かって突き出る
円筒状のフランジ３４が形成されている。このフランジ
３４は、凹部３３にスライド自在に嵌挿されている。そ
して、各フランジ３４と各フランジ３１，３２とが摺接
する側面間には、それぞれ環状のシ−ル部材３５が介装
され、同部分をシ−ルしている。

【００３０】これにより、内側のシ−ル部材３５で仕切
られた中央の領域、すなわちディスチャ−ジカバ−２の
中央部で覆われる端板１２の上面の中央部分には高圧室
３６が形成され、その外周側の外側のシ−ル部材３５で
仕切られた中間の領域、すなわちディスチャ−ジカバ−
２の中間部分で覆われる端板１２の上面の中間部分には
中間圧力室３７が形成される。さらにその外周側には、
空間２９を利用した吸込圧力と同圧力になる低圧室が形
成される。

【００３１】これら端板１２と同心的に並ぶ高圧室３
６、中間圧力室３７、低圧室のうちの高圧室３６は、吐
出ポ−ト１５と連通している。また中間圧力室３７は、
端板１２に設けた導圧孔３８を通じて、圧縮途中にある
密閉空間２０と連通している。そして、これら高圧室３
６、中間圧力室３７内に導入される高圧，中間圧のガス
によって、上方に浮上している固定スクロ−ル１１は、
旋回スクロ−ル１６に対して軸方向に押し付けられるよ
うになっている。

【００３２】また旋回スクロ−ル１６において、固定ス
クロ−ル１１の周壁１４の軸端面と摺接する周縁部に
は、図１に示されるようにリング状に形成された硬質の
耐磨耗プレ−ト４０が設置されている。

【００３３】この設置には、図１にも示されるように周
壁１４の軸端面と摺接する旋回スクロ−ル１６の端板１
２の周縁部に、同周方向に連続する環状の溝部４１を設
けて設置部とし、この溝部４１内に耐磨耗プレ−ト４０
を埋め込んである。

【００３４】この耐磨耗プレ−ト４０によって、運転中
に発生する旋回スクロ−ル１６を反転させようとする力
を原因とした磨耗を抑制するようにしてある。そして、
図１に示されるように露出する耐磨耗プレ−ト４０の上
面（軸端面）と旋回スクロ−ル１６の端板１７の内面
（軸端面）との段差δを「０±１０μｍ以内」に設定し
てある。

【００３５】吐出ポ−ト１５内には、逆流防止用の逆止
弁４２が設けられている。また吐出ポ−ト１５は、高圧
側３を構成する空間で形成される吐出チャンバ−４３に
連通している。この吐出チャンバ−４３は、密閉ハウン
ジ１の上部壁に接続してある吐出管４４と連通してい
て、吐出チャンバ−４３内に吐出された吐出ガスを密閉
ハウジング１外へ吐出できるようにしてある。

【００３６】一方、回転シャフト７の下端部は、密閉ハ
ウジング１の内底側へ延びている。そして、この下端部
が低圧側４の下部側に据付けてある下部軸受体４５に
て、回転自在に支持されている。

【００３７】この回転シャフト７の下端部には、例えば
偏心軸４６を回転させて、シリンダ４７内に収容された
旋回リング４８を揺動させることでポンプ作用を発生さ
せる圧送機構を採用した油ポンプ４９が据付けられてい
る。この油ポンプ４９の吸込部（図示しない）は、密閉
ハウジング１の内底部で形成された油集溜部５１と連通
していて、同集溜部５１に溜っている油５０を吸込むよ
うになっている。油ポンプ４９の吐出部は、回転シャフ
ト７に形成した油通路５０を通じて、圧縮機部６の各摺
動部などに連通していて、油集溜部５１内の油５１ａを
潤滑が必要な個所に圧送できるようにしてある。

【００３８】また油ポンプ４９の吐出部には、所定の圧
力を越えると、油５１ａを油集溜部５１に戻すためのリ
リ−フ弁４９ａが設けてある。なお、５２は密閉ハウジ
ング１外に露出している端子１０を覆うための端子カバ
−である。

【００３９】つぎに、このように構成されたスクロ−ル
型圧縮機の作用について説明する。端子１０を通じて、
電動モ−タ５を励磁すると、ロ−タ９は回転していく。
この回転は、回転シャフト７を通じて、油ポンプ４９に
伝達される。

【００４０】すると、油ポンプ４９の偏心ピン４６は偏
心回転され、旋回リング４０を揺動させていく。これに
より、油集溜部５１内の油５１ａは、油ポンプ４９の吸
込部から吸込まれ、吐出部から吐出される。そして、こ
の吐出した油５１ａは、油通路５０を経て、圧縮機部６
の摺動部等の油５１ａを必要とする各部へ圧送される。

【００４１】一方、電動モ−タ５の回転は、回転シャフ
ト７、偏心ピン２７、ボス部１９を通じて、旋回スクロ
−ル１６に伝達されている。ここで、旋回スクロ−ル１
６はオルダムリング２８によって自転が抑制されている
から、旋回スクロ−ル全体は、自転せず、固定スクロ−
ル１１の軸心の中心とする公転旋回半径の円軌道上を公
転旋回運動する。

【００４２】この公転旋回運動にしたがって、固定スク
ロ−ル１１と旋回スクロ−ル１６との間で形成されてい
る密閉空間２０は、容積が減少する方向に変化してい
く。すると、吸込ガスは、吸込管３０、低圧側４、吸込
通路、吸込ポ−ト（いずれも図示せず）を順に経て、ラ
ップ１３，１８の最外周の領域に導かれ、同領域から密
閉空間２０内へ吸込まれる。

【００４３】この吸込まれたガスは、旋回スクロ−ル１
６の公転旋回運動にしたがって密閉空間２０の容積が減
少するのにしたがって、次第に圧縮されながら中央部へ
至る。

【００４４】このとき、固定スクロ−ル１１は高圧室３
６へ導かれる吐出圧、中間圧力室３７へ導かれる中間圧
により旋回スクロ−ル１６に押し付けられているから、
密閉空間２０内で進行する圧縮工程はガスの漏れが抑制
されながら行われる。

【００４５】そして、吐出ポ−ト１５から、所定に圧縮
されたガスが、逆止弁４２、吐出チャンバ−４３、吐出
管４４を経て、密閉ハウジング１外へ吐出される。こう
した運転中、旋回スクロ−ル１６を反転させようとする
力による固定スクロ−ル１１の周壁１４と旋回スクロ−
ル１６の端板１７との磨耗は、端板１７の周縁部に設置
した耐磨耗プレ−ト４０によって抑制される。

【００４６】ここで、耐磨耗プレ−ト４０の上面と旋回
スクロ−ル１６の端板１７の上面との段差δのばらつき
により、スクロ−ル型圧縮機の性能が損なわれたり、磨
耗が著しく進行したりすることがわかった。

【００４７】このような不具合を解消するような公差の
確立はなく、出願人は、あらゆる技術を試みた。この結
果、出願人は、段差量を、先にも述べたように「０±１
０μｍ以内」に収めれば（公差とすれば）、スクロ−ル
型圧縮機が高い性能を発揮でき、同時に周壁１４，耐磨
耗プレ−ト４０の磨耗の進行を最も低いレベルに抑制で
きることがわかった。

【００４８】すなわち、スクロ−ル型圧縮機の性能を縦
軸に定め、磨耗量を横軸に定めて、両者の関係を線図化
した結果、図２の線図に示されるように段差δが「１０
μｍ」を過ぎた値から、磨耗量が増加し始め、段差δが
２０μｍ以上になると、周壁１４（固定スクロ−ル１
１）の軸端面に対して、溝部４１のエッジ４１ａと耐磨
耗プレ−ト４０の外周側のエッジ４０ａとが当たるよう
に旋回スクロ−ル１６の端板１７が傾斜して、磨耗が進
行する不具合を見せた。また逆方向（マイナス側）に段
差δを形成すると、「−１０μｍ」を過ぎた値からラッ
プ端と端板内面との間の隙間が広がり、密閉空間２４で
行われるガスの圧縮性が損なわれる。特に段差δが「−
２０μｍ」になると、スクロ−ル型圧縮機の性能低下が
著しくなるものであった。

【００４９】したがって、段差δを「０±１０μｍ以
内」に設定することで、段差δを原因とした、圧縮性能
の低下、耐磨耗プレ−ト４０の磨耗を進行させるといっ
た問題を速やかに、かつ確実に回避することができる。

【００５０】この結果、容易に高性能、かつ磨耗量の少
ない信頼性の高いスクロ−ル型圧縮機を実現することが
できる。図４および図５は本発明の第２の実施例を示
す。

【００５１】本実施例は、段差δの設定ではなく、表面
処理を利用して、段差δがばらつくのを最少限に抑制し
て、同段差量を所定の性能を発揮する領域、磨耗を防ぐ
領域となる公差内に収めることを可能としたものであ
る。

【００５２】具体的には、旋回スクロ−ル１１側に施す
ラップ端面との摺接による磨耗を防ぐための表面処理
を、耐磨耗プレ−ト４０が設置される設置面４０ｂの全
体にまで施した構造を採用している。

【００５３】この構造を詳しく説明すれば、アルミ製の
旋回スクロ−ル１１では、歯底面の表面処理として、端
板１７の内面、ラップ１８の側面などに、例えばタフラ
ム処理が施される。

【００５４】タフラム処理は、アルミの母材に、陽極酸
化皮膜処理を生成し、そのとき生じる孔等にテフロンを
含浸させてなる。ところが、他の表面処理と同様、図５
に示されるようにタフラム処理も加工面の厚さが変わ
る。

【００５５】タフラム処理では、陽極酸化皮膜を生成す
る工程で行われる「２Ａｌ＋３０→Ａｌ₂ Ｏ₂ 」の反応
により、膜厚αによって容積が加工前に比べて増加す
る。この容積の変化は、他の表面処理と同様、表面処理
の膜厚αのばらつきにしたがってばらつく。

【００５６】段差δは、この膜厚αのばらつきによっ
て、管理できない程、ばらつき、先に述べたようスクロ
−ル型圧縮機の性能が損なわれたり、磨耗が著しく進行
したりするが、このような不具合を解消するような公差
は確立されていない。

【００５７】そこで、出願人は、表面処理、すなわちタ
フラム処理を旋回スクロ−ル１１の歯底面だけではな
く、耐磨耗プレ−ト４０が設置される設置面４０ｂの全
体、つまり同設置面４０ｂを構成する水平面４０ｃおよ
びその水平面４０ｃから立ち上がる垂直面４０ｄに施し
た。４２はこうして施された表面処理層を示す。

【００５８】これにより、端板１８で生じていたばらつ
きは相殺され、段差量は最少限に抑制される。つまり、
段差δは、所定の性能を発揮する領域、耐磨耗プレ−ト
４０の磨耗防止をもたらす公差以内に略一定に収めるこ
とが可能となる。

【００５９】したがって、第１の実施例と同様、高性
能、かつ磨耗量の少ない信頼性の高いスクロ−ル型圧縮
機を実現することができる。しかも、表面処理を耐磨耗
プレ−ト４０が設置される面全体にも施すだけですむ。

【００６０】なお、第２の実施例では、アルミ製の旋回
スクロ−ル１６に表面処理としてタフラム処理を施した
が、これに限らず、アルマイト処理といった他の表面処
理でも同様の効果を奏する。

【００６１】但し、第２の実施例において、先の第１の
実施例と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略
した。また、第２の実施例の構造を用いて、第１の実施
例のように段差δを「０±１０μｍ以内」に設定する
と、最も高い信頼性をもたらすスクロ−ル型圧縮機を実
現することが可能となる。なお、本発明を上述したいず
れの実施例共、スクロ−ル型圧縮機に適用したが、これ
に限らず、他のスクロ−ル型流体機械に適用してもよ
い。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、耐摩耗プレートの軸端面と旋回スクロールの端板
の軸端面との段差による性能低下、摩耗の進行を抑制す
ることができる。したがって、高性能、かつ摩耗量の少
ない信頼性の高いスクロール型流体機械を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の要部となる旋回スクロ
−ルの端板に設置された耐磨耗プレ−トと端板内面との
段差を示す断面図。

【図２】同段差による性能と磨耗との相関を説明するた
めの線図。

【図３】本発明を適用したスクロ−ル型圧縮機の構成を
示す断面図。

【図４】本発明の第２の実施例の要部を説明するための
耐磨耗プレ−ト回りの部分を拡大して示した断面図。

【図５】表面処理を施すことによって、大きく段差がば
らつくことを説明するための図。

【図６】従来のスクロ−ル型圧縮機の圧縮機部を説明す
るための断面図。

【図７】同圧縮機部を構成する固定スクロ−ル、旋回ス
クロ−ルのラップが噛み合っている状態を示す断面図。

【図８】端板周縁部に耐磨耗プレ−トが設置された旋回
スクロ−ルを採用した圧縮機部を示す断面図。

【図９】同圧縮機部で問題となっている段差を説明する
ための断面図。

【符号の説明】

６…スクロ−ル式の圧縮機部 １１…固定スクロ−
ル １２…端板 １３…ラップ １４…周壁 １６…旋回スクロ
−ル １７…端板 １８…ラップ ２０…密閉空間 ４０…耐磨耗プレ
−ト ４０ｂ…設置面 ４２…表面処理
層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関田 真澄 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番 地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (56)参考文献 特開 平２−298686（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端板に渦巻状のラップを立設し、かつこ
   のラップを囲むように周壁を設けてなる固定スクロール
   と、端板に渦巻状のラップを立設してなる旋回スクロー
   ルとを相互に噛み合わせ、両スクロールのうちの一方の
   スクロールを他方のスクロールに対して軸方向に押し付
   けるように支持するとともに、少なくとも前記旋回スク
   ロールの前記固定スクロールの周壁の軸端面と摺接する
   端板の周縁部に硬質の耐摩耗プレートを設置してなるス
   クロール型流体機械において、前記旋回スクロールに表
   面処理を施すと共に、同表面処理を前記耐摩耗プレート
   が設置される設置面にも施してなることを特徴とするス
   クロール型流体機械。