JP2005351111A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成によりチップシールの破損を防止し、固定スクロールと可動スクロールとの間におけるシール性を高め、もって良好な圧縮効率を有するスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】 スクロール圧縮機は、固定スクロールに対して旋回運動する可動スクロール５４を有する。可動スクロール５４の渦巻き壁５４ｂは渦巻き状のチップシール６０を介して、固定スクロールの基板に対して摺接する。チップシール６０の内端領域６０ｂは、可動スクロール５４の渦巻き壁５４ｂの内端部９２まで延び、その旋回運動に伴ない吐出孔８４の開口縁を横切る。チップシール６０の内端領域６０ｂが溝９０から脱離するのを防止するため、チップシール６０の内端領域６０ｂ及び溝９０には舌状部９４又は挿入孔９６がそれぞれ形成され、舌状部９４は挿入孔９６に挿入されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

例えば自動車用空調システムやガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの圧縮機として用いられるスクロール圧縮機は、ハウジング内に可動スクロール及び固定スクロールを有する（例えば、特許文献１）。これら可動及び固定スクロールは、各々が基板及び当該基板の内面に一体的に形成された渦巻き壁を有し、相手スクロールとの間に気密な圧縮室を形成するよう、互いに噛み合った状態で配置されている。このような配置のもと、可動スクロールは、外部から駆動力の供給を受けることにより固定スクロールに対して旋回運動する。この旋回運動に伴なって前記圧縮室はその容積及び位置が変化し、これにより圧縮室内で作動ガス（冷媒）の圧縮工程が行われる。そして、固定スクロールの基板には、その略中央部を貫通して吐出孔が形成されており、圧縮室が吐出孔と連通したときに、圧縮室から圧縮作動ガスが吐出される。

より詳しくは、上述の圧縮室の気密性を確保すべく、可動及び固定スクロールの各渦巻き壁の先端面には溝が形成され、この溝にチップシールが配置されている。そして、可動スクロールの旋回運動に伴ない、可動及び固定スクロールの渦巻き壁の先端面は、チップシールを介して相手スクロールの基板に対して摺接し、これにより基板と渦巻き壁の先端面との間における気密性が確保されている。

ところで、特許文献１のスクロール圧縮機は、固定スクロールの基板に複数のバイパス孔が形成され、可動スクロールに取り付けられたチップシールは、各バイパス孔の開口縁に対して摺接するので摩耗し易い。そこで、特許文献１のスクロール圧縮機では、チップシールとして、ポリフェニレンスルファイド又はポリエーテルケトンからなる硬質なチップシールを用いることにより、チップシールの摩耗を抑制している。
特開２００２−１８０９８０号公報

上述した従来技術のスクロール圧縮機では、可動スクロール側のチップシールが、可動スクロールの渦巻き壁の内端部まで延びていなかった。このため、このスクロール圧縮機では、可動及び固定スクロールの径方向中央部で圧縮室の気密性が低下し、圧縮効率の低下を招いていた。
これは、可動スクロールの旋回運動に伴なって、可動スクロールの渦巻き壁の内端部が、固定スクロールの吐出孔の開口縁に対して摺接することに起因している。すなわち、チップシールがこの渦巻き壁の内端部まで延びている場合、チップシールの一部分が吐出孔の開口上に位置付けられたときに、圧縮室の背圧によりその溝から吐出孔内に押し出され、破損することがある。このような破損を防止するために、可動スクロール側のチップシールは、その一部分でも吐出孔の開口上を通過しないよう、渦巻き壁の内端部の手前までに留められていた。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成によりチップシールの破損を防止し、固定スクロールと可動スクロールとの間におけるシール性を高め、もって良好な圧縮効率を有するスクロール圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、ハウジング内に互いに噛み合うようにして配置され、各々が基板及び当該基板に設けられた渦巻き壁を有する、固定スクロール及び可動スクロールと、前記固定スクロールの前記基板の略中央部に設けられ、前記固定スクロールの前記基板を貫通する吐出孔と、前記可動スクロールの前記渦巻き壁の先端面に形成された溝に配置され、前記固定スクロールの前記基板に対して摺接する渦巻き状のチップシールとを備えるスクロール圧縮機において、渦巻き方向でみて前記チップシールの内端領域は、前記固定スクロールに対する前記可動スクロールの旋回運動に伴ない前記吐出孔の開口縁を横切る前記可動スクロールの前記渦巻き壁の内端部まで延び、前記チップシールの内端領域と前記溝とを互いに係合させ、前記溝内に前記チップシールの内端領域を保持する係合手段を有することを特徴とするスクロール圧縮機が提供される（請求項１）。

具体的な構成として、前記係合手段は、前記チップシール及び溝のうち一方に形成された凹部と、他方に形成された凸部とからなり（請求項２）、より詳しくは、前記溝の端壁に形成された挿入孔と、前記チップシールの内端領域から一体的に延出し、前記挿入孔に挿入される舌状部とからなる（請求項３）。
上記した構成によれば、チップシールの内端領域が、可動スクロールの渦巻き壁の内端部まで延びているので、可動スクロールの渦巻き壁の先端面と固定スクロールの基板との間の気密性が、渦巻き壁の内端部近傍においても高い。このため、このスクロール圧縮機は、良好な圧縮効率を有する。

そして、このスクロール圧縮機では、吐出孔の開口縁をチップシールの内端領域の一部分が横切るときでも、係合手段によって溝からチップシールの内端領域が脱離するのが防止される。このため、このスクロール圧縮機では、チップシールの破損が防止される。
また好適な態様として、前記チップシールは、ポリフェニレンスルファイド及びポリエーテルケトンのうち一方からなる（請求項４）。これらの材質からなるチップシールは、良好な耐摩耗性を有するので、吐出孔の開口縁に対して摺接しても十分な寿命を有する。

以上説明したように、請求項１〜４の本発明のスクロール圧縮機によれば、簡単な構成によりチップシールの破損を防止し、固定スクロールと可動スクロールとの間におけるシール性を高め、良好な圧縮効率を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

図１は第１実施例のスクロール圧縮機を示し、例えば、自動車用空調システムやガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおける冷凍回路の圧縮機として用いられる。より詳しくは、冷凍回路は、作動ガスとしての冷媒が循環する循環管路を備え、圧縮機は蒸発器に循環管路の復路を介して接続される一方、循環管路の往路には凝縮器及び膨張弁が介挿される。

この圧縮機はハウジング２０を備え、ハウジング２０はフロントハウジング２２及びケーシング２４を有する。フロントハウジング２２は、ケーシング２４側が大径となる段付きの筒形状をなし、それぞれ開口した両端を有する。一方、ケーシング２４は、フロントハウジング２２の大径端に向けて開口したカップ形状をなし、その開口端がフロントハウジング２２の大径端にＯリング２６を介して気密に嵌合され、そして、複数の連結ねじ２８を介してフロントハウジング２２の大径端に連結されている。

フロントハウジング２２内には駆動軸３０が配置され、この駆動軸３０もまた段付き形状をなし、一端側の小径軸部３２と、その他端の大径端部３４とを有する。小径軸部３２は、ボール軸受３８を介してフロントハウジング２２の小径端に回転自在に支持され、この一方、大径端部３４はニードル軸受３６を介してフロントハウジング２２に回転自在に支持されている。
そして、フロントハウジング２２内にはボール軸受３８とニードル軸受３６との間に軸封止ユニット４０が配置されており、このシールユニット４０はフロントハウジング２２内を気密に区画している。

駆動軸３０における小径軸部３２はフロントハウジング２２から突出し、その突出端に電磁クラッチ４２を内蔵した駆動プーリ４４が取付けられており、この駆動プーリ４４は、軸受４６を介してフロントハウジング２２に回転自在に支持されている。
駆動プーリ４４は、ＧＨＰシステムの場合にはガスエンジンからの動力を受けて回転され、駆動プーリ４４の回転はその電磁クラッチ４２を介して駆動軸３０に伝達可能である。従って、ガスエンジンの駆動中、電磁クラッチ４２がオン作動されれば、駆動軸３０は駆動プーリ４４とともに回転される。

一方、ケーシング２４内にはスクロールユニット５２が収容され、このスクロールユニット５２は、可動スクロール５４及び固定スクロール５６を含む。可動及び固定スクロール５４，５６のそれぞれは、基板５４ａ，５６ａと、基板５４ａ，５６ａの内面に一体に設けられた渦巻き壁５４ｂ，５６ｂを有する。可動スクロール５４は、固定スクロール５６との間に気密な圧縮室５８を形成すべく、固定スクロール５６と噛み合うように配置されている。より詳しくは、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂは、後述するチップシール６０，６２を介して相手側の基板５４ａ，５６ａに摺接する一方、径方向内面及び外面にて相互に局所的に摺接している。この配置のもとで、可動スクロール５４は固定スクロール５６に対して旋回運動可能であり、この旋回運動に伴なって、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂ間の摺接個所はそれらの周方向（渦巻き方向）に移動する。

上述した可動スクロール５４の旋回運動を達成するため、可動スクロール５４の基板５４ａはニードル軸受６４を介して偏心ブッシュ６６に回転自在に支持されている。そして、偏心ブッシュ６６はクランクピン６８に支持され、このクランクピン６８は駆動軸３０の大径端部３４から偏心して突出している。従って、駆動軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動することになる。

なお、偏心ブッシュ６６にはカウンタウエイト７０が取付けられており、このカウンタウエイト７０は、可動スクロール５４の旋回運動に対するバランスウエイトとなる。
更に、フロントハウジング２２の大径端と可動スクロール５４の基板５４ａとの間には自転阻止機構としてのボールカップリング７２が介装されている。例えば、ボールカップリング７２はフロントハウジング２２の大径端及び基板５４ａにそれぞれ支持され、その周方向に等間隔を存して環状レースを有した一対のリングプレート７４と、これらリングプレート７４の環状レース間に挟持されたボール７６とからなる。

一方、固定スクロール５６はケーシング２４内にてボルト（図示せず）を介して固定されている。固定スクロール５６の基板５６ａは、Ｏリング７８と協働してケーシング２４内を圧縮室５８側と吐出室８０とに気密を存して仕切っており、スクロールユニット５２の外周とケーシング２４の内周面との間には、吸入室８２が区画されている。また、基板５６ａにはその中央に圧縮室５８に連なる吐出孔８４が形成され、この吐出孔８４は吐出弁としてのリード弁８６により開閉される。このリード弁８６はその弁押さえ８８とともに基板５６ａの外面にボルト（図示せず）を介して取付けられている。

なお、ケーシング２４には、図１には示されていないが、その周壁に吸入室８２及び吐出室８０にそれぞれ連通する吸込口及び送出口が形成されており、吸込口は前述した循環管路の復路に接続され、そして、送出口は循環管路の往路に接続されている。
上述したスクロール圧縮機によれば、駆動軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動し、この際、可動スクロール５４の自転がボールカップリング７２の働きにより阻止された状態にある。この結果、可動スクロール５４はその旋回姿勢を一定に維持した状態で、固定スクロール５６に対して旋回運動し、この旋回運動により、以下の一連のプロセスが実施される。

まず、吸込口を通じて吸入室８２に外部から冷媒が吸い込まれ、そして、吸入室８２内の冷媒は、スクロールユニット５２の外周にて吸入室８２と連通した圧縮室５８内に吸い込まれる。圧縮室５８内に吸い込まれた冷媒は、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂに沿った渦巻き中心方向への圧縮室５８の移動に伴ない、その容積減少により圧縮される。圧縮冷媒は、渦巻き中心近傍にて圧縮室５８が吐出孔８４に連通したときに、その圧力によりリード弁８６が開弁されて吐出室８０内に吐出される。この後、圧縮冷媒は吐出室８０から送出口を通じて外部に供給される。なお、スクロールユニット５２においては、渦巻き方向に沿って相互に離間した複数の圧縮室５８が同時に形成され、一連のプロセスにおける各工程が同時に進行する。

上述したスクロール圧縮機において、圧縮室５８の気密性を確保するために、チップシール６０，６２が使用されている。チップシール６０，６２は、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂの渦巻き方向に沿って延び、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂと基板５４ａ，５６ａとの間に配置されている。可動スクロール５４に取り付けられるチップシール６０を例に説明すると、図２に一部を拡大して示したように、固定スクロール５６の基板５６ａに対して摺接する可動スクロール５４の渦巻き壁５４ａの先端面５４ｃには、その渦巻き方向に延びる溝９０が形成されている。溝９０は、渦巻き壁５４ｂの内端部９２から外端部に向かって延び、その長手方向全域に亘りチップシール６０が嵌め込まれている。溝９０の形状は、チップシール６０の形状と略同一であり、このためチップシール６０の外面は、渦巻き壁５４ｂの先端面５４ｃと面一をなしている。また、溝９０の内端壁９０ａ及びチップシール６０の内端面６０ａの双方は同一径の半円形状をなし、互いに合致可能になっている。

上述したように渦巻き壁５６ｂの先端面に溝が形成され、この溝にチップシール６２が嵌め込まれているのは、固定スクロール５６側についても同じであるが、このスクロール圧縮機では、可動スクロール５４側のチップシール６０と、その溝９０との間に、溝９０からのチップシール６０の脱離を防止するための係合手段が形成されている。
係合手段は、チップシール６０及び溝９０のうち一方に形成された凸部と、他方に形成された凹部とからなる。具体的には、図３に示したように、チップシール６０は、前記凸部としての舌状部９４を有し、この舌状部９４は内端面６０ａに一体に形成されている。舌状部９４は、チップシール６０よりも厚みが小さく、段差を存して内端面６０ａから軸線方向に延出している。一方、図４に示したように、溝９０の内端壁９０ａには、前記凹部としての挿入孔９６が形成されている。挿入孔９６は、渦巻き壁５４ｂの内部を先端面５４ｃと平行に延び、チップシール６０の舌状部９４と合致する形状を有する。

上述したスクロール圧縮機では、可動スクロール５４側のチップシール６０が渦巻き壁５４ｂの内端部９２まで延びている。このため、可動スクロール５４の渦巻き壁５４ｂの先端面５４ｃと固定スクロール５６の基板５６ａとの間の気密性は、圧縮室５８が吐出孔８４に連通するまでチップシール６０を介して良好に保たれる。それ故、このスクロール圧縮機では、冷媒が圧縮室５８を介して効率的に圧縮・吐出され、圧縮効率を向上することができる。

そして、このスクロール圧縮機では、可動スクロール５４側のチップシール６０が渦巻き壁５４ｂの内端部９２まで延びているにも拘わらず、チップシール６０の破損が以下の理由により防止されている。
チップシール６０が渦巻き壁５４ｂの内端部９２まで延びているときに生じるとされていたチップシールの破損は、可動スクロール５４の旋回運動に伴なって、その渦巻き壁５４ｂの内端部９２が、固定スクロール５６の吐出孔８４の開口を横切ることに起因している。図２を参照すると、II−II線はチップシール６０を内端部９２側の内端領域６０ｂと外端部側とに区画する仮想線であり、チップシール６０の内端領域６０ｂは、可動スクロール５４の旋回運動に伴ない、その一部分（以下、開口通過部という）が二点鎖線で示した吐出孔８４の開口内に位置付けられる。このとき、この開口通過部には圧縮室５８の背圧が加わることから、何ら係合手段を設けていない場合、開口通過部がその溝９０から吐出孔８４内に押し出され、破損してしまう。

そこで、このスクロール圧縮機では、チップシール６０の内端領域６０ｂと溝９０との間に設けられた係合手段、つまり舌状部９４及び挿入孔９６によって、溝９０からチップシール６０の開口通過部（内端領域６０ｂ）が脱離するのを防止し、もって、チップシール６０の内端領域６０ｂの破損を防止しているのである。
本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能である。

例えば、図５は、第２実施例のチップシール１００を示しており、このチップシール１００は、係合手段の凸部として、その両側にフランジ部１０２を有する。図６は、このチップシール１００を渦巻き壁５４ｂの溝１０４に嵌め込んだ状態を示しており、この溝１０４は、係合手段の凹部として、その両側壁に側溝１０６を有する。
また、図７は、第３実施例のチップシール１０８及びその溝１１０を示しており、チップシール１０８は、係合手段の凸部として、その内面に突起１１２を有する。また、溝１１０は、係合手段の凹部として、その底壁に凹所１１４を有する。

更に、図８は第４実施例の場合を示しており、第４実施例では、チップシール６０を嵌め込む溝１１６が、II−II線よりも内端部９２側で、渦巻き壁５６ｂの内面側近傍を延びている。これに対し、図９は第５実施例の場合を示しており、第５実施例では、チップシール６０を嵌め込む溝１１８が、II−II線よりも内端部９２側で、渦巻き壁５６ｂの外面側近傍を延びている。

また、上記した一実施例では、チップシール６０の材質は特に限定されないが、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルケトン又はこれらと同等の特性を有する樹脂からなるのが好ましい。これらポリフェニレンスルファイド又はポリエーテルケトンの材質からなるチップシール６０は、硬質であって良好な耐摩耗性を有するので、吐出孔８４の開口縁に対して摺接しても十分な寿命を有するからである。

スクロール圧縮機の縦断面図である。 図１の可動スクロールの渦巻き壁に取り付けられている第１実施例のチップシールの内端領域を拡大して示した平面図である。 図２のチップシールの内端領域を示した斜視図である。 図２中、IV-IV線に沿う縦断面図である。 第２実施例のチップシールの内端領域を示した斜視図である。 渦巻き壁への取付け状態にて、第２実施例のチップシールの内端領域を示した横断面である。 渦巻き壁への取付け状態にて、第３実施例のチップシールの内端領域を示した横断面である。 第４実施例のチップシールの内端領域を渦巻き壁の内端部とともに示した平面図である。 第５実施例のチップシールの内端領域を渦巻き壁の内端部とともに示した平面図である。

符号の説明

５４ 可動スクロール
５４ｂ 渦巻き壁
５４ｃ 先端面
６０ チップシール
６０ｂ チップシールの内端領域
８４ 吐出孔
９０ 溝
９４ 舌状部
９６ 挿入孔

Claims (4)

1. ハウジング内に互いに噛み合うようにして配置され、各々が基板及び当該基板に設けられた渦巻き壁を有する、固定スクロール及び可動スクロールと、
   前記固定スクロールの前記基板の略中央部に設けられ、前記固定スクロールの前記基板を貫通する吐出孔と、
   前記可動スクロールの前記渦巻き壁の先端面に形成された溝に配置され、前記固定スクロールの前記基板に対して摺接する渦巻き状のチップシールと
   を備えるスクロール圧縮機において、
   渦巻き方向でみて前記チップシールの内端領域は、前記固定スクロールに対する前記可動スクロールの旋回運動に伴ない前記吐出孔の開口縁を横切る前記可動スクロールの前記渦巻き壁の内端部まで延び、
   前記チップシールの内端領域と前記溝とを互いに係合させ、前記溝内に前記チップシールの内端領域を保持する係合手段を有する
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記係合手段は、前記チップシール及び溝のうち一方に形成された凹部と、他方に形成された凸部とからなることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記係合手段は、前記溝の端壁に形成された挿入孔と、前記チップシールの内端領域から一体的に延出し、前記挿入孔に差し込まれる舌状部とからなることを特徴とする請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記チップシールは、ポリフェニレンスルファイド及びポリエーテルケトンのうち一方からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスクロール圧縮機。