JP2004052576A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機において、圧縮された冷媒ガスが導入される背圧室による旋回スクロールの支持機構が、運転時の温度の変動による支持機構内のクリアランス等の変動を抑制して、安定した効率及び信頼性を実現する。
【解決手段】渦巻状の旋回スクロールと、それに噛み合う渦巻状の固定スクロールと、旋回スクロールの支持機構とを具備する。該支持機構は、旋回スクロールの背面とこれに対向するハウジングの部分との間に配置されており、旋回スクロール背面もしくはこれに対向するハウジングに背圧室を形成する凹部と、凹部に収容されると共にそれと協働して背圧室を形成するシール部材と、背圧室に冷媒ガスを導入する連通孔とを有しており、前記凹部の材料と前記シール部材の材料は、線膨張係数の近い材料の組み合わせであることを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係り、より特別には該スクロール圧縮機の旋回スクロールの支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置の冷媒圧縮用としてスクロール圧縮機は、一般的に使用されている。スクロール圧縮機の旋回スクロールに作用するスラスト力に対抗して旋回スクロールを支持する支持構造として、旋回スクロールの背面側に背圧室を有する支持構造を形成しこれに圧縮されたガスを導入して旋回スクロールを支持する構造は既知である。
この様な構造は一種の気体軸受けであり、摺動面において固体同士の接触を抑制すると共に、支持方向において遊びを設け、更に気体によるバネ及びダンピング作用を有する等の、荷重支持構造としての優れた利点を有している。
【０００３】
その様な構造に関しては、特願２００１−１９９２０７号公報においてスクロール圧縮機のスラスト支持機構が開示されている。この先願では、旋回スクロールあるいはこれに対面したミドルハウジングに環状の溝を設置し、これに高圧の流体を導入する通路を設けて背圧を導入するとともに、この溝内に環状形状のシール部材を配置して、背圧室からの冷媒・オイル洩れを防止する構造となっている。
このシール部材とハウジングの溝間のシールは、面シールあるいはＯリング等によるが、いずれの場合も良好なシール性を確保するには、この間のクリアランスまたは締め代を適正に保つ必要がある。
【０００４】
また、シール部材はシール性を保つためにある程度の弾性があり、また旋回スクロールの背面と摺動するために摺動特性に優れ、耐摩耗性を有した合成樹脂のような材料が適している。一方、シール部材を収容する旋回スクロールあるいはミドルハウジングは、強度等の理由から通常鉄系あるいはアルミ系金属が使用される。したがって両者（溝とシール部材）は通常、線膨張係数が大きく異なった材料組み合わせとなる。
【０００５】
一方、圧縮機が空調用に使用される場合には、これらが配置される部位は運転条件による冷媒温度の変動や背圧を得るための高圧冷媒・オイルの導入量により温度が変化するために、熱膨張・収縮による変形は避けられず、前述のように線膨張係数が大きく異なった材料組み合わせの場合には、その間のクリアランスまたは締め代も変化するために、全運転範囲においてシール性を確保できる適正なクリアランスまたは締め代に保つことが難しく、その結果、背圧室からの冷媒・オイル洩れによる効率低下を招いたり、適正な背圧力を維持できないことによる圧縮機内における冷媒ガスの漏れ等のために、信頼性の低下につながる懸念がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、スクロール圧縮機の旋回スクロールの支持機構において、運転時の温度変化のために、背圧室に配置するシール部材とそれを収容する溝を形成する部材の両者の線膨張差で生じる、シール部材と溝側とのクリアランスまたは締め代の変動を抑制し、常に良好なシール性を保つことで安定した効率、信頼性を有する圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の形態ではスクロール圧縮機は、上述した目的を達成するために、該圧縮機の外殻で主構造を形成するハウジングと、前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有する回転軸と、渦巻き形の羽根部及び端板部を有し前記回転軸のクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板部を有すると共に前記ハウジングに固定された固定スクロールと、前記回転軸の軸方向において前記旋回スクロールを支持するスラスト支持機構とを具備する。前記旋回スクロールが公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が外周部から中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮する。前記圧縮機は前記作動室で圧縮された流体が吐出される吐出室を更に具備する。
前記スラスト支持機構は、前記旋回スクロールの背面とこれに対向する前記ハウジングの部分との間に配置されており、前記圧縮された流体が導入される背圧室を有しており、更に前記旋回スクロール背面もしくはこれに対向する前記ハウジングに前記背圧室を形成する凹部と、前記凹部に収容されると共にそれと協働して前記背圧室を形成するシール部材と、前記背圧室に前記圧縮された流体を導入する連通孔と、を有しており、前記凹部の材料と前記シール部材の材料とは、線膨張係数の近い材料の組み合わせであることを特徴とする。
【０００８】
この様に構成することにより、温度変化によって前記シール部材と前記凹部において熱膨張・収縮がおきても、前記両者は線膨張係数が近い材料から形成されているために、これら両者の間のクリアランスまたは締め代は変化せず、常に良好なシール性を維持し、安定した背圧を保つことができる。したがって安定した効率と信頼性を備えた圧縮機を提供できる。
【０００９】
本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記凹部は環状の溝であり、前記シール部材は環状のリング形状であることを特徴とする。
この様に構成することにより、前記凹部及び前記シール部材は、構造が簡単であり、容易に製作可能である。
【００１０】
本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記凹部は、前記旋回スクロールもしくはこれに対向したハウジングとは別体として形成されることを特徴とする。
この様に構成することにより、前記凹部及び前記シール部材の構造、材質等の選択の自由度が増大する。
【００１１】
本発明の請求項４の形態では、上記請求項３の形態において、前記凹部は径方向の熱膨張・収縮に対しては規制されないようにハウジングに設置されることを特徴とする。
【００１２】
本形態によれば、この様に構成することにより、凹部の熱膨張・収縮に対する径方向の規制要因が削減されるので、前記請求項１の効果がより以上に発揮される。
【００１３】
本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から４の形態のいずれか一項において、前記凹部及び前記シール部材の材質はゴムあるいは合成樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６の形態では、上記請求項１から４の形態いずれか一項において、前記凹部及び前記シール部材の材質はカーボンであることを特徴とする。
【００１５】
上記の請求項５と請求項６の形態では、本発明をより具体化する形態を開示する。
【００１６】
また、本発明の請求項７の形態では、上記請求項１から６の形態いずれか一項において、前記連通孔は前記吐出室に連絡することを特徴とする。
上記の請求項７の形態では、背圧室への流体導入の経路を具体化する。
【００１７】
また、本発明の請求項８の形態では、上記請求項１から７の形態いずれか一項において、圧縮すべき流体が冷凍サイクル内を流れる冷媒であって、しかも圧縮された後の前記冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上の高さとなるように設定されていることを特徴とする。
上記の請求項８の形態では、本発明の使用条件を具体化する形態を開示する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のスクロール圧縮機の一つの実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るスクロール圧縮機の図解的な横断面図を示す。本実施の形態の圧縮機は密閉型であって、車両用等の空調装置の圧縮機である。該圧縮機は、圧縮機全体を囲む筒状のハウジング１と、両端の蓋体２，３とを具備しており、これらは溶接により密閉するように接合される。ハウジング１内において、前部には駆動部であるモータ部３０と、中央部にはハウジング１の中央部を構成するミドルハウジング６と、後部には冷媒を圧縮する圧縮部４０とが具備される。
【００１９】
モータ部３０は、ハウジング１に固定されたステータ４と、その内部に複数個の永久磁石により構成されたアーマチュア５と、更にその内側で中心を通る回転軸８とを具備することにより、ブラシレスモータが構成されている。アーマチュア５は、回転軸８に固定支持されており、回転軸８は軸受け７ａ，７ｂを介して蓋体２及びミドルハウジング６により回転可能に支持される。
【００２０】
回転軸８のクランク状の端部８ａは、公転駆動部を介して圧縮部４０に接続され、モータ部３０の駆動力を圧縮部４０に伝達している。すなわちシャフト端部８ａとブッシュ９、軸受け７ｃ、旋回スクロール１０のボス部１０ａにより公転駆動部を形成する。また、固定スクロール１１はミドルハウジング６に固定されており、さらに固定スクロール１１と旋回スクロール１０の端板１０ｂの間には旋回スクロール１０の公転のみを許し、自転を防止する自動防止機構１２が設けられてる。旋回スクロール１０は、渦巻き形の羽根部と端板部を有しており、固定スクロール１１は、旋回スクロール１０の渦巻き形の羽根部と噛み合う、渦巻き形の羽根部と端板部を有する。圧縮部４０は、旋回スクロール１０、固定スクロール１１、前記公転駆動部等により構成される。
【００２１】
上記の構成により、回転軸８が回転すると、回転力は回転軸８の端部８ａ，ブッシュ９，軸受け７ｃを介して旋回スクロール１０に伝達される。端部８ａは回転軸８に対して偏心しており、自転防止機構１２により旋回スクロール１０の自転が防止されているので、伝達された回転力は、渦巻状の旋回スクロール１０をやはり渦巻状の固定スクロール１１に対して公転させる。この際、旋回スクロール１０と固定スクロール１１の間には作動室１３が形成されており、作動室１３は旋回スクロール１０の公転運動に従い、外周側から中心に向かってその容積が連続的に減少するように移動するので、作動室１３の外周側から吸い込まれた冷媒は圧縮されて、固定スクロール１１の中心に設けられた吐出口２３を介して吐出室１６に吐出される。この様にしてモータの回転により圧縮機が作動する。
【００２２】
旋回スクロール１０には回転力と共に、ガスの圧縮等による回転軸８の軸方向のスラスト力が作用する。本実施の形態においては、このスラスト力を受けるためにスラスト支持機構２０が具備されている。スラスト支持機構２０は、図１に示すように、ミドルハウジング６と旋回スクロール１０の背面との間に設けられており、環状の凹部として形成されるリングホルダ１５と、環状の凸部であるシールリング１４とにより構成されており、シールリング１４はリングホルダ１５に収容されるように配置されて背圧室１５ａを形成する。本実施の形態において、背圧室１５ａは吐出室１６に通路１７により接続されており、圧縮後の高圧ガスが背圧室１５ａに導入されることにより、旋回スクロール１０をスラスト力に対して支持する構造となっている。
【００２３】
リングホルダ１５は、ミドルハウジング６に設けられた凹部に収容されており、その半径方向がミドルハウジング６に囲まれる。リングホルダ１５とミドルハウジング６間にはすき間が設けられており、リングホルダ１５の半径方向への移動及び変位を許容する。リングホルダ１５の軸方向については、前部側はミドルハウジング６に当接して固定されており、後部側は止め輪１８により規制されて、所定位置に設置される。通路１７は、ミドルハウジング６に具備されており、図１に示すように、リングホルダ１５に設けられた開口に連絡する。旋回スクロール１０及び固定スクロール１１の端面にはそれぞれチップシール２１，２２が配設されており、背圧室１５ａの高圧ガスの圧力と協働して旋回スクロール１０と固定スクロール１１間をシールし、作動室１３内の冷媒ガスの漏れを防止する。
ここで、スラスト支持機構２０の背圧室１５ａ内のガスが漏れることは、吐出室１６内の圧縮された冷媒が漏れることであり、圧縮機の効率を低下させる。更に、スラスト支持機構の背圧室１５ａのガスが漏れると、旋回スクロール１０を固定スクロール１１に押圧する力が弱くなり、旋回スクロール１０に作用するスラスト力に対して適切な支持が出来ないことを意味する。従って、旋回スクロール１０と固定スクロール１１の歯先・歯底間クリアランスが拡大しチップシール２１，２２におけるシールが充分でなくなることもあり、作動室１３内の冷媒ガスの漏れが発生し、充分な圧縮が出来ない可能性も生じる。
【００２４】
本実施の形態において、リングホルダ１５及びシールリング１４は、共にミドルハウジング６及び旋回スクロール１０とは別体として形成されており、それらの材質は共に合成樹脂である。
またリングホルダ１５の外径は、相対するミドルハウジング６に対して熱膨張・収縮しても隙間をもった寸法に設定されている。また前述の如くリングホルダ１５は、ミドルハウジング６に対しては止め輪１８によって軸方向にのみ規制されている。そして、これらシールリング１４とリングホルダ１５は合成樹脂などの互いに線膨張係数の近い材料から形成されているので、温度変化によってリングホルダ１５及びシールリング１４の熱膨張、収縮が発生しても、径方向の規制がないこと及びそれぞれの線膨張率が近いことにより、リングホルダ１５及びシールリング１４間の隙間は増大しない。
【００２５】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の上記の実施の形態の圧縮機により以下の効果が期待できる。
背圧室に配置するシール部材とそれを収容する溝を形成する部材を線膨張係数の近い材料とすることで、両者の線膨張差で生じるシール部材と溝側とのクリアランスまたは締め代の変動を抑制し、常に良好なシール性を保つことで安定した効率、信頼性を有する圧縮機を提供する。
【００２６】
［別の実施の形態］
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
本実施の形態においてリングホルダ１５及びシールリング１４の材質は、合成樹脂であるが、例えばゴム、カーボン等の別の材質であっても良い。また、リングホルダ１５及びシールリング１４の材質は、線膨張係数が充分に近いものであれば、異なる材質であっても良い。
本実施の形態とは別に、リングホルダ１５及びシールリング１４の少なくとも一方が、ミドルハウジング６及び／又は旋回スクロール１０と一体で形成されても良い。
リングホルダ１５及びシールリング１４の形状は環状に限定されず、別の形状でも良い。
【００２７】
またシールリング１４とリングホルダ１５間のシール手段としてＯリングを使用した場合においても同様に、両者を線膨張係数の近い材料とすることで、熱膨張・収縮によるクリアランスの変動を抑制し、Ｏリングの圧縮率を常に適正に保つことができるため有効である。
【００２８】
また、本実施例では旋回スクロール１０に対向したミドルハウジング６側に、シールリング１４を収容するリングホルダ１５を配置したが、旋回スクロール１０背面に配設する構成とすることも可能であり、同様な効果を得ることができる。
高圧の冷媒ガスは、吐出室１６から導入されるのではなく、作動室１３の一部から導入されても良い。この場合通路１７は旋回スクロール１０に設けられても良い（あるいは、固定スクロール１１とミドルハウジング６とを通って設けられても良い）。
【００２９】
また、本実施例では駆動モータを内臓したいわゆる密閉型スクロール圧縮機の例を示したが、エンジン等の外部動力を得て圧縮を行ういわゆる開放型スクロール圧縮機においても同様に通用することができる。
上記の実施の形態の説明において、本発明のスクロール圧縮機は空調装置用として説明されたが、これに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の図解的な横断面図を示す。
【符号の説明】
１…ハウジング
２…蓋体
３…蓋体
４…ステータ
５…アーマチュア
６…ミドルハウジング
８…回転軸
９…ブッシュ
１０…旋回スクロール
１１…固定スクロール
１３…作動室
１４…シールリング
１５…リングホルダ
１６…吐出室
１７…通路
２０…スラスト支持機構
３０…モータ部
４０…圧縮部

Claims (8)

1. 流体を圧縮するスクロール圧縮機において、この圧縮機は、
   ハウジングと、
   前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有する回転軸と、
   渦巻き形の羽根部及び端板部を有し前記回転軸のクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、
   該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板部を有すると共に前記ハウジングに固定された固定スクロールと、
   前記回転軸の軸方向において前記旋回スクロールを支持するスラスト支持機構と、を具備しており、
   前記旋回スクロールが公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が外周部から中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮しており、
   前記圧縮機が、前記作動室で圧縮された流体が吐出される吐出室を更に具備しており、
   前記スラスト支持機構は、
   前記旋回スクロールの背面とこれに対向する前記ハウジングの部分との間に配置されており、前記圧縮された流体が導入される背圧室を有しており、更に
   前記旋回スクロール背面もしくはこれに対向する前記ハウジングに前記背圧室を形成する凹部と、
   前記凹部に収容されると共にそれと協働して前記背圧室を形成するシール部材と、
   前記背圧室に前記圧縮された流体を導入する連通孔と、を有しており、
   前記凹部の材料と前記シール部材の材料とは、線膨張係数の近い材料の組み合わせである
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記凹部は環状の溝であり、前記シール部材は環状のリング形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記凹部は、前記旋回スクロールもしくはこれに対向したハウジングとは別体として形成されることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の圧縮機。
4. 前記凹部は径方向の熱膨張・収縮に対しては規制されないようにハウジングに設置されることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記凹部及び前記シール部材の材質はゴムあるいは合成樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
6. 前記凹部及び前記シール部材の材質はカーボンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
7. 前記連通孔は前記吐出室に連絡することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 圧縮すべき流体が冷凍サイクル内を流れる冷媒であってしかも圧縮された後の前記冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上の高さとなるように設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮機。

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