JP2007046492A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮漏れの防止を図ることができるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】 圧縮ユニット(38)は、固定スクロール(46)及び可動スクロール(40)にそれぞれ立設された渦巻きラップと、各渦巻きラップによって形成され、冷凍回路の低圧側経路から吸入した冷媒を圧縮する圧縮室(68)と、固定スクロールに穿設され、圧縮室に連通し、且つ、圧縮室からの高圧の圧縮冷媒を冷凍回路の高圧側経路に供給させる吐出室(72)に連通する吐出孔(74)と、圧縮室が最小の容積となった場合に可動スクロールの渦巻きラップ(44)と吐出孔との重畳を回避させる開口面積保持手段(80)とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、スクロール圧縮機に係り、詳しくは、空調システムの冷凍回路に組み込まれて好適なスクロール圧縮機に関する。

この種のスクロール圧縮機には冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニット、つまり、スクロールユニットを備えている。詳しくは、このスクロールユニットは固定スクロール及び可動スクロールを備え、これら固定スクロール及び可動スクロールは互いに噛み合うような渦巻きラップをそれぞれ有している。そして、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動することにより、各スクロールの渦巻きラップで形成される空間（圧縮室）の容積が減少し、圧縮された高圧冷媒が吐出孔を介して吐出室に送られる（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１７３８６５号公報

ところで、上記吐出のプロセスは、圧縮室の容積が最小となり、圧縮完了後における冷媒の最も高くなった圧力が吐出孔に達することが望まれる。
しかしながら、上記従来の技術では、圧縮室が最小容積になる前の時点にて可動スクロールの渦巻きラップの先端部分が吐出孔に達している。つまり、この吐出孔を覆う可動スクロールの渦巻きラップの先端部分は、固定スクロールの基板に摺接する渦巻き状のチップシール代が減る部分でもあることから、圧縮漏れ、換言すれば、圧縮途中の冷媒が吐出孔に達してしまうとの問題がある。このように、上記従来の技術では圧縮漏れの防止の点については依然として課題が残されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、圧縮漏れの防止を図ることができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール圧縮機は、駆動ケーシング及び駆動ケーシングに気密に嵌合された圧縮ケーシングを有するハウジングと、駆動ケーシング内に回転自在に支持された回転軸と、圧縮ケーシング内に収容され、回転軸により駆動されて固定スクロールと協働して冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う可動スクロールを有する圧縮ユニットとを具備し、圧縮ユニットは、固定スクロール及び可動スクロールにそれぞれ立設された渦巻きラップと、各渦巻きラップによって形成され、冷凍回路の低圧側経路から吸入した冷媒を圧縮する圧縮室と、固定スクロールに穿設され、圧縮室に連通し、且つ、圧縮室からの高圧の圧縮冷媒を冷凍回路の高圧側経路に供給させる吐出室に連通する吐出孔と、圧縮室が最小の容積となった場合に可動スクロールの渦巻きラップと吐出孔との重畳を回避させる開口面積保持手段とを含むことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、開口面積保持手段は、可動スクロールの渦巻きラップに備えられていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、渦巻きラップは、内壁を形成する内側インボリュート曲線部と、外壁を形成する外側インボリュート曲線部と、内側インボリュート曲線部の開始点に連なる第１の円弧部と、外側インボリュート曲線部の開始点に連なる第２の円弧部と、第１の円弧部と第２の円弧部とに連なる接線部とで構成され、開口面積保持手段は、第１の円弧部を大きくして可動スクロールの渦巻きラップと吐出孔との重畳を回避させることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、開口面積保持手段は、内側インボリュート曲線部の開始点及び外側インボリュート曲線部の開始点を各渦巻きラップの後端に向けて移動させて可動スクロールの渦巻きラップと吐出孔との重畳を回避させることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、開口面積保持手段は、内側インボリュート曲線部及び外側インボリュート曲線部を形成するインボリュート基礎円を大きくして可動スクロールの渦巻きラップと吐出孔との重畳を回避させることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明のスクロール圧縮機によれば、吐出孔が圧縮室の最小容積内に収まっている。つまり、圧縮ユニットには、圧縮室が最小の容積となった場合に機能する開口面積保持手段が設けられており、可動スクロールの渦巻きラップと吐出孔との重畳が回避されている。この結果、圧縮漏れが防止され、圧縮機の圧縮効率の向上が図られる。

また、請求項２記載の発明によれば、吐出孔の形状を変えることなく吐出孔の開口面積が保持されると、圧縮機の製造コストの低廉化に寄与する。更に、請求項３〜５記載の発明によれば、吐出孔が圧縮室の最小容積内に確実に収まる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール圧縮機を示す。当該圧縮機１０はガスエンジン駆動式のヒートポンプシステムの冷凍回路に組み込まれている。この冷凍回路は、作動ガスである冷媒が循環する循環経路を備え、圧縮機１０は循環経路の復路（低圧側経路）から冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して循環経路の往路（高圧側経路）に向けて吐出する。

この圧縮機１０はハウジング１２を備えている。ハウジング１２はフロントハウジング（駆動ケーシング）１４及びリアハウジング（圧縮ケーシング）１６から形成され、フロントハウジング１４はリアハウジング１６側に向けて大径となる段付きの筒形状をなし、開口した両端をそれぞれ有している。一方、リアハウジング１６はフロントハウジング１４の大径端に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端がフロントハウジング１４の大径端に対してＯリング１８を介して気密に嵌合されている。そして、これらハウジング１４，１６は複数の連結ボルト２０を介して互いに連結されている。

フロントハウジング１４内には回転軸２２が配置され、この回転軸２２はフロントハウジング１４の小径端側に位置する小径軸部２４と、リアハウジング１６側に位置する大径軸部２６とを有する。小径軸部２４はボール軸受２８を介し、大径軸部２６はニードル軸受３０を介してフロントハウジング１４にそれぞれ回転自在に支持されている。また、これらボール軸受２８とニードル軸受３０との間にはシールユニット３２が配置され、フロントハウジング１４内を気密に区画する。

小径軸部２４はフロントハウジング１４から突出し、その突出端には電磁クラッチ３４を内蔵した駆動プーリ３６が取り付けられており、駆動プーリ３６は軸受３７を介してフロントハウジング１４に回転自在に支持されている。この駆動プーリ３６にはガスエンジンの動力が図示しない駆動ベルトを介して伝達され、駆動プーリ３６の回転は電磁クラッチ３４を介して回転軸２２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３４がオン作動されると、回転軸２２は駆動プーリ３６と一体的に回転する。

一方、リアハウジング１６内にはスクロールユニット（圧縮ユニット）３８が収容されている。
詳しくは、スクロールユニット３８は可動スクロール４０及び固定スクロール４６から構成されており、この可動スクロール４０は基板４２を備え、この基板４２の一端側には固定スクロール４６の基板４８に向けて延びた渦巻きラップ４４が一体的に形成されている。これに対し、固定スクロール４６の基板４８にも可動スクロール４０の基板４２に向けて延びる渦巻きラップ５０が一体的に形成されている。そして、これら渦巻きラップ４４，５０が互いに協働して圧縮室６８を形成し、この圧縮室６８は固定スクロール４６に対する可動スクロール４０の旋回運動により、渦巻きラップ４４，５０の径方向外周側から中心に向けて移動し、この際、その容積が減少される。これにより、吸入室７０内の冷媒は圧縮室６８にて圧縮され、上記高圧側経路に向けて吐出される。

上述した可動スクロール４０に旋回運動を付与するため、可動スクロール４０の基板４２の他端側はニードル軸受５２を介して偏心ブッシュ５４に回転自在に支持されている。また、この偏心ブッシュ５４には大径軸部２６から偏心して突出したクランクピン５６が連結されている。なお、図１中の参照符号５８はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト５８は偏心ブッシュ５４に取り付けられている。

また、可動スクロール４０の自転はボールカップリング６０により阻止されている。つまり、このボールカップリング６０は基板４２の他端側とフロントハウジング１４の大径端と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６２と、これらリングプレート６２の環状レース間に挟持されたボール６４とを有している。

一方、固定スクロール４６はリアハウジング１６内にボルト固定されており、基板４８がＯリング６６と協働してリアハウジング１６内を圧縮室６８側と吐出室７２側とを気密に仕切っている。また、基板４８の略中央部分には、圧縮室６８側に連通する吐出孔７４がこの基板４８を貫通して穿設されており、吐出孔７４は吐出弁としてのリード弁７６により開閉される。なお、このリード弁７６は、この基板４８の背面側にてプレート７８とともにボルト固定されている。また、リアハウジング１６の周壁には、吸入室７０に連通する吸入口及び吐出室７２に連通する吐出口がそれぞれ形成されており、吸入口は前述した低圧側経路に接続され、吐出口は高圧側経路に接続されている。

ところで、本実施形態のスクロールユニット３８には、上述の如く渦巻きラップ４４，５０の径方向外周側から中心に向けて移動して減少された圧縮室６８の容積が最小値となった場合に、可動スクロール４０の渦巻きラップ４４の先端部分と吐出孔７４との重畳を回避させる開口面積保持手段が備えられている。
具体的には、本実施形態の開口面積保持手段は渦巻きラップ４４の先端部分に設けられており、図２に示される如く、この渦巻きラップ４４の先端部８０は内壁と外壁とで構成され、これら内壁と外壁とが交差する渦巻きラップ４４の中心位置から渦巻きラップ４４の後端に向けて内壁と外壁との間の幅が徐々に広くなってから次第に狭くなり、その後、略一定の幅に形成されている。

この内壁には内壁インボリュート部（内側インボリュート曲線部）８２が形成されている。インボリュート（伸開線）は図示しないインボリュート基礎円に対する接線の端部分を結んだ軌跡であり、当該内壁インボリュート部８２は内壁と外壁との間の幅が略一定となる点ａを開始点とし、渦巻きラップ４４の後端に向けて形成されている。一方、外壁には外壁インボリュート部（外側インボリュート曲線部）８４が形成されており、当該外壁インボリュート部８４は内壁と外壁とが交差する渦巻きラップ４４の中心位置近傍の点ｄを開始点とし、渦巻きラップ４４の後端に向けて形成されている。

また、これら内壁インボリュート部８２と外壁インボリュート部８４との間は、大Ｒ部（第１の円弧部）８６、接線部９０及び小Ｒ部（第２の円弧部）８８にて接続されている。より詳しくは、大Ｒ部８６は内壁インボリュート部８２の開始点ａに連なって終了点ｂに至り、圧縮室６８側に図心を有する円弧で形成されている。一方、小Ｒ部８８は、大Ｒ部８６よりも径の小さな円弧にて形成され、外壁インボリュート部８４の開始点ｄに連なって終了点ｃに至り、先端部８０側に図心を有する円弧で形成されている。更に、大Ｒ部８６の終了点ｂと小Ｒ部８８の終了点ｃとの間は共通の接線部９０にて形成されている。

そして、本実施形態の開口面積保持手段は、大Ｒ部８６を従来よりも径の大きな円弧に形成させており、渦巻きラップ４４の先端部８０と吐出孔７４との重畳を回避している。つまり、先端部８０のうち大Ｒ部８６が形成された部分は、内壁と外壁との間の幅が従来に比して狭くされている。これにより、各渦巻きラップ４４，５０によって形成された圧縮室６８は、図３に示される如くその容積が最小となっても、渦巻きラップ４４の先端部８０が吐出孔７４に重ならない。なお、渦巻きラップ５０に関しても渦巻きラップ４４と同様の形状に形成されている。

上述した圧縮機１０によれば、回転軸２２の回転に伴い、可動スクロール４０が自転することなく旋回運動する。このような可動スクロール４０の旋回運動は、吸入室７０を介して圧縮室６８内への冷媒の吸入、圧縮及び吐出工程を導き、圧縮途中ではない圧縮完了後の高圧の圧縮冷媒が圧縮室６８から吐出孔７４を経て吐出室７２内に吐出される。そして、この吐出室７２内の圧縮冷媒は上記高圧側経路に供給される。

ところで、上記開口面積保持手段は、可動スクロールの渦巻きラップの先端部と吐出孔との重畳を回避する限り、図４や図５に示されるものであっても良い。
すなわち、図４に示された開口面積保持手段は、上記と同様に可動スクロールに設けられているが、この渦巻きラップ４４Ａの先端部８０Ａは、内壁インボリュート部８２の開始点ａ及び外壁インボリュート部８４の開始点ｄを従来よりもそれぞれ遅らせる、つまり、開始点ａ及び開始点ｄをそれぞれ渦巻きラップ４４Ａの後端に向けてそれぞれ移動させ、上記接線部の長さが大きくされている。

また、図５に示された開口面積保持手段もまた、可動スクロールに設けられているものの、この渦巻きラップ４４Ｂの先端部８０Ｂは、上記内壁インボリュート部及び外壁インボリュート部を形成させる上記インボリュート基礎円の半径が従来よりも大きくされている。
なお、これら図４及び図５の渦巻きラップ５０Ａ，５０Ｂに関しても渦巻きラップ４４Ａ，４４Ｂと同様の形状にそれぞれ形成されている。

以上のように、本発明はスクロール圧縮機１０の高効率化に着目したものである。
そして、吐出孔７４が圧縮室６８，６８Ａ，６８Ｂの最小容積内に確実に収まっている。詳しくは、スクロールユニット３８には、圧縮室６８，６８Ａ，６８Ｂが最小の容積となった場合に機能する開口面積保持手段が設けられており、可動スクロール４０の渦巻きラップ４４，４４Ａ，４４Ｂの先端部８０，８０Ａ，８０Ｂと吐出孔７４との重畳が回避されている。この結果、圧縮途中の冷媒が吐出孔７４から吐出室７２に向かうことが避けられて圧縮漏れが防止され、圧縮機の圧縮効率の向上が達成可能となる。

また、吐出孔７４の形状を変えることなくこの吐出孔７４の開口面積が保持されると、圧縮機の製造コストの低廉化に寄与する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、開口面積保持手段が渦巻きラップの先端部分に備えられているが、開口面積保持手段が吐出孔に備えられる、換言すれば、吐出孔の形状を変更して吐出孔の開口面積を保持しても良く、この場合にも上述と同様に圧縮漏れが防止されるとの効果を奏する。

また、本発明の圧縮機は自動車用空調システムに用いられていても良く、更に、可変容量型・固定容量型のいずれの圧縮機にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１における可動スクロールの先端部分の拡大図である。 図１中、III−III線に沿う矢視断面図である。 他の実施例によるスクロール圧縮機の断面図である。 他の実施例によるスクロール圧縮機の断面図である。

符号の説明

１０ スクロール圧縮機
１２ ハウジング
１４ 駆動ケーシング（フロントハウジング）
１６ 圧縮ケーシング（リアハウジング）
２２ 回転軸
３８ スクロールユニット（圧縮ユニット）
４０ 可動スクロール
４４ 渦巻きラップ
４６ 固定スクロール
５０ 渦巻きラップ
６８ 圧縮室
７２ 吐出室
７４ 吐出孔
８０，８０Ａ，８０Ｂ 先端部（開口面積保持手段）
８２ 内壁インボリュート部（内側インボリュート曲線部）
８４ 外壁インボリュート部（外側インボリュート曲線部）
８６ 大Ｒ部（第１の円弧部）
８８ 小Ｒ部（第２の円弧部）
９０ 接線部

Claims (5)

1. 駆動ケーシング及び該駆動ケーシングに気密に嵌合された圧縮ケーシングを有するハウジングと、
   前記駆動ケーシング内に回転自在に支持された回転軸と、
   前記圧縮ケーシング内に収容され、前記回転軸により駆動されて固定スクロールと協働して冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う可動スクロールを有する圧縮ユニットとを具備し、
   該圧縮ユニットは、
   前記固定スクロール及び前記可動スクロールにそれぞれ立設された渦巻きラップと、
   該各渦巻きラップによって形成され、冷凍回路の低圧側経路から吸入した冷媒を圧縮する圧縮室と、
   前記固定スクロールに穿設され、前記圧縮室に連通し、且つ、該圧縮室からの高圧の圧縮冷媒を前記冷凍回路の高圧側経路に供給させる吐出室に連通する吐出孔と、
   前記圧縮室が最小の容積となった場合に前記可動スクロールの渦巻きラップと前記吐出孔との重畳を回避させる開口面積保持手段と
   を含むことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記開口面積保持手段は、前記可動スクロールの渦巻きラップに備えられていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記渦巻きラップは、内壁を形成する内側インボリュート曲線部と、外壁を形成する外側インボリュート曲線部と、前記内側インボリュート曲線部の開始点に連なる第１の円弧部と、前記外側インボリュート曲線部の開始点に連なる第２の円弧部と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とに連なる接線部とで構成され、
   前記開口面積保持手段は、前記第１の円弧部を大きくして前記可動スクロールの渦巻きラップと前記吐出孔との重畳を回避させることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記渦巻きラップは、内壁を形成する内側インボリュート曲線部と、外壁を形成する外側インボリュート曲線部と、前記内側インボリュート曲線部の開始点に連なる第１の円弧部と、前記外側インボリュート曲線部の開始点に連なる第２の円弧部と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とに連なる接線部とで構成され、
   前記開口面積保持手段は、前記内側インボリュート曲線部の開始点及び前記外側インボリュート曲線部の開始点を前記各渦巻きラップの後端に向けて移動させて前記可動スクロールの渦巻きラップと前記吐出孔との重畳を回避させることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記渦巻きラップは、内壁を形成する内側インボリュート曲線部と、外壁を形成する外側インボリュート曲線部と、前記内側インボリュート曲線部の開始点に連なる第１の円弧部と、前記外側インボリュート曲線部の開始点に連なる第２の円弧部と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とに連なる接線部とで構成され、
   前記開口面積保持手段は、前記内側インボリュート曲線部及び前記外側インボリュート曲線部を形成するインボリュート基礎円を大きくして前記可動スクロールの渦巻きラップと前記吐出孔との重畳を回避させることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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