JP2000352384A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各スクロール間の圧縮室の密閉を良好に保ち
つつスクロールの自転運動を阻止して圧縮機の効率を上
げることが可能なスクロール型流体機械を提供するこ
と。 【解決手段】 装置本体と、該装置本体内において所定
の旋回半径で公転旋回自在に支持された旋回スクロール
３１と、前記旋回スクロール３１に設けられ、該旋回ス
クロール３１とともに公転旋回運動する当接部５２、５
４と、前記装置本体に設けられ、前記当接部５２、５４
の公転旋回運動領域の輪郭の一部をその輪郭に有するス
トッパ部５１、５３とを備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両用
空気調和装置等に具備されるスクロール型流体機械に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用空気調和装置に具備される
スクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）は、エン
ジンからベルトおよびクラッチを介して駆動力を受け、
エバポレータで車室内の熱を奪って気化した低温・低圧
の冷媒ガスを吸入、圧縮し、高温・高圧となった冷媒ガ
スをコンデンサに送り込む役目を果たしている。

【０００３】従来の圧縮機の一例を図５に示す。この圧
縮機は横置きスクロール型圧縮機であり、円筒形状のハ
ウジング１と、ハウジング１内に設置されたスクロール
型圧縮機構２と、フレーム３に回転自在に支持されると
ともにスクロール型圧縮機構２に一端を連結された回転
シャフト４と、回転シャフト４の他端に連結されたプー
リ５とを備えている。

【０００４】ハウジング１は、フレーム３と蓋部６とで
閉塞状態とされ、スクロール圧縮機構２とフレーム３と
の間に形成された吸入キャビティ７には冷媒ガスの吸入
口７ａが設けられ、スクロール圧縮機構２と蓋部６との
間に形成された吐出キャビティ８には冷媒ガスの吐出口
８ａが設けられている。

【０００５】スクロール型圧縮機構２は、ハウジング１
に固定された固定スクロール１０と、フレーム３と固定
スクロール１０との間で公転旋回可能に支持されるとと
もに回転シャフト４の先端に設けられた偏心ピン４ａを
嵌合され回転シャフト４の回転に伴って公転旋回する旋
回スクロール１１と、旋回スクロール１１の公転旋回運
動を許容しつつもその自転を阻止する自転阻止機構９と
を備えている。

【０００６】固定スクロール１０は、固定側端板１０ａ
と、該固定側端板１０ａの内面に立設された渦巻き状の
固定側渦巻体１０ｂとを備えている。旋回スクロール１
１は、固定側端板１０ａに対向状態に配された旋回側端
板１１ａと、該旋回側端板１１ａの内面に立設され固定
側渦巻体１０ｂと噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻
体１１ｂとを備えている。

【０００７】固定スクロール１０と旋回スクロール１１
とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦
巻体１０ｂと旋回側渦巻体１１ｂとの互いの側面が複数
箇所で線接触するように１８０゜の位相差をもって噛み
合わされている。また、この状態で、図７に示すよう
に、固定側渦巻体１０ｂと旋回側渦巻体１１ｂの中心に
対して点対称の位置関係となる複数箇所に密閉空間とな
る圧縮室Ｐが形成される。

【０００８】以下、上記自転阻止機構９について詳細に
説明する。自転阻止機構９は、図５および図６に示すよ
うに、旋回スクロール１１の下部に、かつフレーム３の
内周面に取り付けられフレーム３の内径より所定最小径
に設定されたオルダムリンク１３を備えている。該オル
ダムリンク１３は、軸線を中心に互いに１８０゜回転し
た位置に外周縁に突出して形成された２つのフレーム側
キー１３ａと、これらフレーム側キー１３ａに対して互
いに９０゜回転した位置に形成された２つの旋回側キー
１３ｂとを有している。

【０００９】また、フレーム３には、その内周面に軸線
を中心に互いに１８０゜回転した位置に２つのフレーム
側キー溝３ａが形成され、これらフレーム側キー溝３ａ
には、前記フレーム側キー１３ａが半径方向に移動可能
にはめ込まれている。さらに、旋回スクロール１１の底
面には、図７に示すように、軸線を中心に互いに１８０
゜回転した位置に２つの旋回側キー溝１１ｃが形成さ
れ、旋回側キー１３ｂが半径方向に移動可能にはめ込ま
れている。したがって、旋回スクロール１１は、オルダ
ムリンク１３を介することによりフレーム３に対して自
転が阻止された状態で公転旋回運動可能に配されてい
る。

【００１０】上記のような構成のスクロール型圧縮機に
おいては、プーリ５を介して得られたエンジンの駆動力
によって回転シャフト４が回転し、旋回スクロール１１
が自転阻止機構９によって自転を阻止された状態で固定
スクロール１０に対して公転旋回運動を行う。

【００１１】このとき、旋回スクロール１１の公転旋回
運動に伴い、低温・低圧の冷媒ガスが吸入口７ａを通じ
て吸入され、固定スクロール１０と旋回スクロール１１
との間に形成される圧縮室Ｐにおいて圧縮され、高温・
高圧の冷媒ガスとして吐出口８ａから外部に排出され
る。

【００１２】旋回スクロール１１の公転旋回運動は、自
転阻止機構９によって自転を阻止されつつ行われる。旋
回スクロール１１の運動は図６、図７において、オルダ
ムリンク１３に設けられた旋回側キー１３ｂと旋回スク
ロール１１に設けられた旋回側キー溝１１ｃとが摺動す
ることにより自転が阻止されつつ左右方向に移動し、オ
ルダムリンク１３に設けられたフレーム側キー１３ａと
フレーム３に設けられたフレーム側キー溝３ａとが摺動
することにより自転が阻止されつつ上下方向に移動す
る。つまり、旋回スクロール１１はオルダムリンク１３
に対して左右方向に単振動運動を行い、オルダムリンク
１３はフレーム３に対して上下方向の単振動運動を行う
ことにより、自転運動が阻止されつつ旋回スクロール１
１の公転旋回運動が行われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な圧縮機においては、以下の問題を有している。上記に
おいて説明したように、旋回スクロール底面に設けられ
た旋回側キー溝１１ｃにオルダムリンク１３の旋回側キ
ー１３ｂが移動可能にはめ込まれており、オルダムリン
ク１３はそのフレーム側キー１３ａをフレーム３のフレ
ーム側キー溝３ａに移動可能にはめ込まれている。

【００１４】ところが、旋回側キー溝１１ｃと旋回側キ
ー１３ｂ、フレーム側キー１３ａとフレーム側キー溝３
ａという機構の組み合わせで自転を阻止する構成である
ため、各部品の寸法精度上の誤差が累積し、旋回スクロ
ール１１が固定スクロール１０に対して自転する場合が
ある。このとき、固定側渦巻体１０ｂと旋回側渦巻体１
１ｂとの接触状態が解除され、圧縮室Ｐの気密が低下す
ることとなる。これによって冷媒ガスの圧力が低下し、
圧縮機の効率低下を引き起こすという問題がある。

【００１５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、各スクロール間の圧縮室の密閉を良好に保ちつ
つスクロールの自転運動を阻止して圧縮機の効率を上げ
ることが可能なスクロール型流体機械を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明においては以下の構成とした。すなわち、請
求項１記載のスクロール型流体機械は、装置本体と、該
装置本体内において所定の旋回半径で公転旋回自在に支
持された旋回スクロールと、前記旋回スクロールに設け
られ、該旋回スクロールとともに公転旋回運動する当接
部と、前記装置本体に設けられ、前記当接部の公転旋回
運動領域の輪郭の一部をその輪郭に有するストッパ部と
を備えていることを特徴とする。

【００１７】旋回スクロールには外部から駆動力が与え
られて公転旋回運動しており、このとき、旋回スクロー
ルには自転する外力も作用している。しかし、旋回スク
ロールを自転させる外力に対してストッパ部が当接部に
反力を与えるので、旋回スクロールの自転運動が阻止さ
れる。以下、更に詳細に説明する。まず、旋回スクロー
ルがその自転を完全に阻止された状態で公転旋回運動し
ている場合を想定する。このとき当接部も公転旋回運動
を行うが、その運動は一定の領域に限定されている。つ
まり、少なくともある時間において当接部が存在する領
域と、いかなる時間においても当接部が存在しない領域
とに２分されるが、その境界面の形状を、ストッパ部の
輪郭として採用する。例えば、図３において当接部５２
がＣ_Rを中心に公転旋回運動を行っている場合を考え、
この運動領域の輪郭に合わせ、ストッパ部５１の凹面５
１ａを形成する。このようにストッパ部を形成すると当
接部がストッパ部によって直接的にガイドされるため、
オルダムリンクを介して自転を阻止していた従来に比
べ、旋回スクロールの自転運動が精度良く阻止される。
なお、装置本体とは、ハウジング、ハウジングに固定さ
れた固定スクロール等、旋回スクロールに対する固定側
であればいかなるものであっても良い。また、当接部の
運動領域の輪郭の一部がストッパ部の輪郭となっていれ
ば良い。例えば、図３において、当接部５２先端を球状
に形成し、ストッパ部５１の凹面を円筒状に形成しても
良い。この場合、少なくとも図で示した平面において、
当接部５２の運動領域の輪郭がストッパ部５１の輪郭と
なっている。

【００１８】請求項２記載のスクロール型流体機械は、
請求項１記載のスクロール型流体機械において、前記当
接部とストッパ部とのいずれか一方に凹面が形成され、
他方に凸面が形成され、前記旋回スクロールの公転軸に
直交する平面における前記凹面の断面輪郭形状が曲率半
径Ｒの曲線を有し前記凸面の断面輪郭形状が曲率半径ｒ
の曲線を有し、旋回スクロールの旋回半径をρとおく
と、Ｒ−ｒ＝ρを満たすことを特徴とする。

【００１９】このように設定しておけば、当接部は旋回
半径ρを保ちつつ、ストッパ部の凹面に対して摺動す
る。ここで、一組の当接部及びストッパ部では、３６０
°の公転旋回運動の全位相に対して旋回スクロールの自
転運動を阻止することができない。当接部とストッパ部
とが当接している間はストッパ部が当接部を支持するこ
とにより自転運動を阻止することができるが、公転旋回
運動の位相により当接部がストッパ部から離間する場合
があり、このときは当接部を支持できないからである。
これを解決するには、当接部及びストッパ部を複数箇
所、例えば、渦巻体中心に対して点対称となる２箇所に
設ければよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に係る圧縮機の実施形態を
図１乃至図４を用いて説明する。図１は、車両用空気調
和装置に具備される横置きスクロール型圧縮機（スクロ
ール型流体機械）を示している。以下、スクロール型圧
縮機を単に圧縮機と呼称する。図に示す圧縮機は、円筒
形状のハウジング２１と、ハウジング２１内に設置され
たスクロール型圧縮機構２２と、フレーム２３に回転自
在に支持されるとともにスクロール型圧縮機構２２に一
端を連結された回転シャフト２４と、回転シャフト２４
の他端に連結されたプーリ２５とを備えている。

【００２１】ハウジング２１は、フレーム２３と蓋部２
６とで閉塞状態とされ、スクロール圧縮機構２２とフレ
ーム２３との間に形成された吸入キャビティ２７には冷
媒ガスの吸入口２７ａが設けられ、スクロール圧縮機構
２２と蓋部２６との間に形成された吐出キャビティ２８
には冷媒ガスの吐出口２８ａが設けられている。

【００２２】スクロール型圧縮機構２２は、ハウジング
２１に固定された固定スクロール３０と、フレーム２３
と固定スクロール３０との間で公転旋回可能に支持され
るとともに回転シャフト２４の先端に設けられた偏心ピ
ン２４ａを嵌合され回転シャフト２４の回転に伴って公
転旋回する旋回スクロール３１とを備えている。旋回ス
クロール３１は、後述するように、固定スクロール３０
に対して自転運動を阻止された状態で支持されている。
ここで、ハウジング２１及び固定スクロール３０は、装
置本体２９を構成している。

【００２３】固定スクロール３０は、固定側端板３０ａ
と、固定側端板３０ａの内面に立設された渦巻き状の固
定側渦巻体３０ｂとを備え、固定側渦巻体３０ｂの先端
面にはチップシール３２が嵌装されている。

【００２４】固定側端板３０ａには、その中央部に吐出
ポート３３がハウジング２１の軸方向に貫通状態に形成
され、その外側面には吐出ポート３３を開閉する吐出弁
３４が設けられている。

【００２５】ハウジング２１と固定側渦巻体３０ｂとの
間には、吸入キャビティ３７と連通する吸入通路３５が
形成されており、固定スクロール３０と旋回スクロール
３１との間に形成される圧縮室Ｐに接続されている。

【００２６】旋回スクロール３１は、固定側端板３０ａ
に対向状態に配された旋回側端板３１ａと、旋回側端板
３１ａの内面に立設されて固定側渦巻体３０ｂと噛み合
わされた渦巻き状の旋回側渦巻体３１ｂとを備え、旋回
側渦巻体３１ｂの先端面にはチップシール３７が嵌装さ
れている。

【００２７】旋回側端板３１ａには、その外面に円筒形
状のボス３８が軸線を同じくして立設されており、ボス
３８の内部には、ブッシュ３９が旋回軸受４０を介して
回転可能に嵌装されている。また、ブッシュ３９には、
その内部に軸線から偏心した貫通孔３９ａが形成されて
いる。

【００２８】固定スクロール３０と旋回スクロール３１
とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦
巻体３０ｂと旋回側渦巻体３１ｂとの互いの側面が複数
個所で線接触するように１８０°の位相差をもって噛み
合わされている。また、この状態で、固定側渦巻体３０
ｂおよび旋回側渦巻体３１ｂのチップシール３２、３７
がそれぞれ旋回側端板３１ａおよび固定側端板３０ａの
内面に密接し、固定側渦巻体３０ｂと旋回側渦巻体３１
ｂの中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密
閉空間となる圧縮室Ｐが形成されている。

【００２９】回転シャフト２４は、フレーム２３の内周
面に設けられた軸受４１に軸支され、先端には軸線から
所定量偏心された偏心ピン２４ａが上端に突出状態に設
けられている。偏心ピン２４ａは、ブッシュ３９の貫通
孔３９ａに摺動嵌合され、ブッシュ３９を回転可能に支
持している。

【００３０】プーリ２５は、回転シャフト２４の他端に
マグネットクラッチ４２を介して連結されている。マグ
ネットクラッチ４２は、エンジンと圧縮機との間の駆動
力の伝達および遮断を行うものである。

【００３１】旋回スクロール３１は、上述のように自転
運動を阻止された状態で支持されている。この機構につ
いて詳細に説明する。図２は固定スクロール３０と旋回
スクロール３１を示す図であり、図１のＡ−Ａ線に沿っ
た断面の一部である。図２に示すように、旋回側渦巻体
３１ｂが固定側渦巻体３０ｂに噛み合っており、固定側
渦巻体３０ｂにはストッパ部５１、５３が設けられ、旋
回側渦巻体３１ｂには、その周囲に、ストッパ部５１、
５２と各々当接する当接部５２、５４が設けられてい
る。

【００３２】ストッパ部５１、５３および当接部５２、
５４は以下のように形成されているので、旋回スクロー
ル３１の公転旋回運動によって当接部５２、５４がスト
ッパ部５１、５３に対して摺動するようになっている。
すなわち、まず旋回スクロール３１の旋回半径をρとお
く。図３に示すように、ストッパ部５１の内面（ストッ
パ部と当接部とが摺動する面）をＣ_Rを中心とする曲率
半径Ｒの半円からなる凹面５１ａとし、当接部５２の摺
動部分をＣ_rを中心とする曲率半径ｒの半円からなる凸
面５２ａとし、かつ、Ｒ−ｒ＝ρを満たすように設定し
ておく。凹面５１ａと凸面５２ａとは互いに対向して位
置している。このようにしておくと、凸面５２ａの中心
Ｃ_rはＣ_Rを中心として旋回半径ρで公転旋回運動を行い
つつ、ストッパ部５１の凹面５１ａに対して摺動する。

【００３３】ストッパ部５３と当接部５４についても上
記と同様に設定しておくが、上記ストッパ部５１と当接
部５２とは異なり、ストッパ部５３に曲率半径ｒの凸面
５３ａを、当接部５４に曲率半径Ｒの凹面５４ａを形成
しておく。また、各々のストッパ部５１、５３と当接部
５２、５４の組は、固定側渦巻体３０ｂと旋回側渦巻体
３１ｂの中心に対して１８０°位相が異なった位置に設
けられている。

【００３４】上記のように構成された圧縮機において
は、まず、プーリ２５を介して得られたエンジンの駆動
力によって回転シャフト２４が回転し、その回転が偏心
ピン２４ａ、ブッシュ３９、旋回軸受４１およびボス３
８を介して旋回スクロール３１に伝達される。そして、
旋回スクロール３１が自転を阻止された状態で固定スク
ロール３０に対して公転旋回運動を行う。

【００３５】このとき、旋回スクロール３１の公転旋回
運動に伴って低温・低圧の冷媒ガスが吸入口２７ａを通
じて吸入され、圧縮室Ｐにおいて圧縮され、高温・高圧
の冷媒ガスとなって吐出口２８ａから外部に吐出され
る。

【００３６】以下、旋回スクロール３１の動作について
説明する。上記のように、旋回スクロール３１は回転シ
ャフト２４によって駆動力を与えられ、固定スクロール
３０に対して公転旋回運動を行う（図２では右回りで公
転旋回する）。回転シャフト２４の駆動力はまた、旋回
スクロール３１を右回りに自転させるよう作用してい
る。

【００３７】いま、当接部５２がストッパ部５１の凹面
５１ａ上で摺動しているとする。このとき、旋回スクロ
ール３１には当接部５２を図面右方向に移動させるよう
な外力が回転シャフト２４を介して働いている。しか
し、ストッパ部５１が当接部５２に反力を与えているた
め旋回スクロール３１の自転は阻止されている。一方、
ストッパ部５３と当接部５４については、互いに離間し
ているために自転阻止の機能は働いていない。

【００３８】旋回スクロールの旋回が進行し、当接部５
２がストッパ部５１の凹面５１ａの端縁まで摺動した
後、当接部５２とストッパ部５１とは離間するが、それ
と同時に当接部５４とストッパ部５３とが摺動を開始す
る。その後の摺動状態を図４に示した。当接部５４とス
トッパ部５３とが摺動を行っている間は、当接部５４を
図面左方向に移動させる外力が回転シャフト２４を介し
て働いている。しかし、ストッパ部５３が当接部５４に
反力を与えているため旋回スクロール３１の自転が阻止
される。一方、この間、ストッパ部５１と当接部５２に
ついては互いに離間しているために自転阻止の機能は働
いていない。さらに時間が経過し、当接部５４とストッ
パ部５３との摺動が終了すると、再びストッパ部５１と
当接部５２との摺動が開始するこのように、一組の当接
部とストッパ部とでは、旋回スクロール３１の公転旋回
運動について最大１８０°までの位相でしか旋回スクロ
ール３１の自転を阻止することができないため、２組の
当接部５２、５４とストッパ部５１、５３が相補的に旋
回スクロール３１の自転運動を阻止している。

【００３９】以上のように旋回スクロール３１が固定ス
クロール３０に直接ガイドされて自転運動が阻止される
ことにより、オルダムキーが不要となって部品点数が減
少するのでより簡易な構成となり、キーとキー溝の寸法
精度に起因する自転が生じなくなる。したがって、精度
良く自転運転を阻止することができるので、圧縮室Ｐの
密閉を良好に保つことができる。したがって、圧縮機の
効率を上げることが可能である。

【００４０】なお、本発明は上記実施形態に限るもので
はなく、以下のように構成してもよい。 （１）上記においては当接部とストッパ部を２組設けた
が、それ以上でもよい。例えば、固定側渦巻体３０ｂの
周囲に１２０°間隔で３組設けてもよい。 （２）ストッパ部を固定スクロール３０の渦巻体３０ｂ
に設けたが、ハウジング２１にストッパ部を設けてもよ
い。 （３） ストッパ部を穴状に形成し、当接部を該穴内壁
に摺動する円柱状としてもよい。 （４） ストッパ部、当接部の凹面、凸面の断面形状を
正円状ではなく、楕円等、種々の形状としてもよい。こ
の場合、例えば図３において、旋回角θに対してＲ(θ)
−ｒ(θ)＝ρとする。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスク
ロール型流体機械によれば、旋回スクロールが直接自転
阻止されるので、オルダムキーが不要となって部品点数
が減少するのでより簡易な構成となり、キーとキー溝の
寸法精度に起因する自転が生じなくなる。したがって、
精度良く自転運転を阻止することができるので、圧縮室
の密閉を良好に保つことができ、圧縮機の効率を上げる
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態であるスクロール型圧縮
機を示すである。

【図２】 同スクロール型圧縮機の固定スクロールと旋
回スクロールとの噛み合わせ状態を示す断面図である。

【図３】 同スクロール型圧縮機のストッパ部と当接部
との摺動状態を示す拡大図である。

【図４】 同スクロール型圧縮機の固定スクロールと旋
回スクロールとの噛み合わせ状態を示す断面図である。

【図５】 従来のスクロール型圧縮機を示す図である。

【図６】 従来のスクロール型圧縮機の自転阻止機構を
示す図である。

【図７】 従来のスクロール型圧縮機の旋回スクロール
を示す図である。

【符号の説明】

２１ ハウジング ２９ 装置本体 ３０ 固定スクロール ３０ａ 固定側端板 ３０ｂ 渦巻体 ３１ 旋回スクロール ３１ａ 旋回側端板 ３１ｂ 渦巻体 ５１ ストッパ部 ５１ａ 凹面 ５２ 当接部 ５２ａ 凸面 ５３ ストッパ部 ５３ａ 凸面 ５４ 当接部 ５４ａ 凹面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体と、 該装置本体内において所定の旋回半径で公転旋回自在に
   支持された旋回スクロールと、 前記旋回スクロールに設けられ、該旋回スクロールとと
   もに公転旋回運動する当接部と、 前記装置本体に設けられ、前記当接部の公転旋回運動領
   域の輪郭の一部をその輪郭に有するストッパ部とを備え
   ていることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスクロール型流体機械に
   おいて、 前記当接部とストッパ部とのいずれか一方に凹面が形成
   され、他方に凸面が形成され、 前記旋回スクロールの公転軸に直交する平面における前
   記凹面の断面輪郭形状が曲率半径Ｒの曲線を有し前記凸
   面の断面輪郭形状が曲率半径ｒの曲線を有し、 旋回スクロールの旋回半径をρとおくと、Ｒ−ｒ＝ρを
   満たすことを特徴とするスクロール型流体機械。