JP2007046582A - Scroll fluid machinery and refrigerating cycle using the fluid machinery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスクロール型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍サイクルに係り、特に車両等の空調用途に供されるスクロール型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍サイクルに関する。 The present invention relates to a scroll type fluid machine and a refrigeration cycle using the fluid machine, and more particularly to a scroll type fluid machine used for air-conditioning applications such as vehicles and a refrigeration cycle using the fluid machine.
例えば車両用空調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及び固定スクロールを備え、これらスクロールは互いの間に作動流体(冷媒)の吸入、圧縮、及び吐出の一連の動作を行う圧縮室を有する。
この圧縮室は、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のに伴い、これらスクロールの径方向外側から中央に向けて移動し、この移動に伴い、圧縮室の容積は減少する。つまり、スクロール圧縮機の作動時、圧縮室が可動及び固定スクロールの中央に位置したときに圧縮室内の流体は最も圧縮され、これらスクロールの中央部分での温度は、径方向外側の部分に比べて上昇する。このため、スクロール圧縮機には、スクロールの中央部分が大きく熱膨張し、渦巻きラップの中央部分とこれに相対する基板(例えば、可動スクロールの渦巻きラップの中央部分と固定スクロールの基板)との間でかじりが発生するという問題があった。
For example, a scroll compressor used as a compressor of an air conditioning system for vehicles includes a movable and fixed scroll in a housing, and these scrolls perform a series of operations of suction, compression, and discharge of working fluid (refrigerant) between them. Has a compression chamber to perform.
As the movable scroll orbits with respect to the fixed scroll, the compression chamber moves from the radially outer side to the center of the scroll, and the volume of the compression chamber decreases with this movement. That is, when the scroll compressor is in operation, the fluid in the compression chamber is compressed most when the compression chamber is positioned at the center of the movable and fixed scrolls, and the temperature at the center portion of these scrolls is higher than that at the radially outer portion. To rise. For this reason, in the scroll compressor, the central portion of the scroll is largely thermally expanded, and the space between the central portion of the spiral wrap and the opposite substrate (for example, the central portion of the spiral scroll of the movable scroll and the fixed scroll substrate). There was a problem that galling occurred.
そこで、特許文献1が開示するスクロール圧縮機にあっては、少なくとも一方のスクロールの渦巻きラップの端面が、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて、他方のスクロールの基板から段階的に離間する少なくとも2つ以上の領域に区分されている。このスクロール圧縮機によれば、可動及び固定スクロールの中央部分が径方向外側の部分に比べて大きく熱膨張しても、中央側の領域の方が基板から離間しているので、渦巻きラップの端面と基板との間でのかじりの発生が防止される。
ところで、上記した従来技術のスクロール圧縮機にあっては、渦巻きラップの端面の幅よりも若干大きな外径を有する切削工具を渦巻きラップの端面に当てながら渦巻き方向に沿って移動させ、且つ、基板からの切削工具の距離を徐々に若しくは段階的に変えることによって、渦巻きラップの端面に、渦巻き方向でみて連続的又は段階的に変化するラップ高さを付与していた。 By the way, in the above-described scroll compressor of the prior art, the cutting tool having an outer diameter slightly larger than the width of the end surface of the spiral wrap is moved along the spiral direction while being applied to the end surface of the spiral wrap, and the substrate By gradually or stepwise changing the distance of the cutting tool from the end of the spiral wrap, the end surface of the spiral wrap was given a lap height that changed continuously or stepwise as viewed in the spiral direction.
このため、従来技術のスクロール圧縮機を製造する際には、高価なNCフライス盤を必要とするばかりか、NCフライス盤に渦巻きラップの渦巻き形状の詳細なデータを入力せねばならず、製造工程が煩雑であった。
また、渦巻きラップの形状が異なるスクロールを加工する際には、その都度NCフライス盤にそれぞれの形状データを入力する必要があるので、NCフライス盤の設定の切り替えに要する時間が大きい。その上、渦巻き方向に沿って加工する距離は、渦巻きラップの長さにおおよそ比例するので数十mmにも及び、加工自体にも長時間を要する。
For this reason, when manufacturing a scroll compressor of the prior art, not only an expensive NC milling machine is required, but detailed data on the spiral shape of the spiral wrap must be input to the NC milling machine, and the manufacturing process is complicated. Met.
Further, when processing a scroll having a different spiral wrap shape, it is necessary to input the respective shape data to the NC milling machine each time, so that it takes a long time to switch the setting of the NC milling machine. In addition, the distance to be processed along the spiral direction is approximately proportional to the length of the spiral wrap, and therefore is several tens of millimeters, and the processing itself takes a long time.
更に、このように高価な製造設備を要することや製造にかかる時間が大きいことは、とりもなおさずスクロール型流体機械の製造コストの増加に直結する。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されているにもかかわらず短時間且つ容易に製造され、とりわけ、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじり発生の防止に適したスクロール型流体機械を提供することにある。
Further, the need for such expensive manufacturing equipment and the long time for manufacturing directly lead to an increase in the manufacturing cost of the scroll type fluid machine.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is that although the end surface of at least one spiral wrap of the movable and fixed scrolls is divided into a plurality of regions having different wrap heights. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a scroll type fluid machine that is easily manufactured in a short time and is particularly suitable for preventing the occurrence of galling between a movable scroll and a fixed scroll.
上記の目的を達成するため、本発明によれば、基板に一体に形成された渦巻きラップをそれぞれ有する可動スクロール及び固定スクロールを備え、少なくとも一方の前記渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されたスクロール型流体機械において、前記渦巻きラップの端面は、前記基板からの距離が異なる2つ以上の仕上げ面毎に加工して得られ、少なくとも1つの前記仕上げ面は、円形の輪郭を有した円形仕上げ面であることを特徴とするスクロール型流体機械が提供される(請求項1)。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a movable scroll and a fixed scroll each having a spiral wrap integrally formed on a substrate are provided, and at least one end surface of the spiral wrap has a plurality of wrap heights different from each other. In the scroll-type fluid machine divided into regions, the end surface of the spiral wrap is obtained by processing each of two or more finishing surfaces having different distances from the substrate, and at least one of the finishing surfaces has a circular contour. A scroll type fluid machine is provided, characterized in that the scroll type fluid machine has a circular finished surface having a surface.
本発明のスクロール型流体機械では、少なくとも1つの仕上げ面が円形の輪郭を有する円形仕上げ面である。この円形仕上げ面は、先端に刃先を有する平面加工工具の加工軸上に渦巻きラップの端面を配置した後、平面加工工具を回転させながら加工軸に沿って渦巻きラップの端面に向けて相対的に送り、平面加工工具の先端が押し当てられた渦巻きラップの端面の領域を切削又は研削することにより形成される。 In the scroll type fluid machine of the present invention, at least one finished surface is a circular finished surface having a circular contour. The circular finished surface is formed by arranging the end surface of the spiral wrap on the processing axis of the planar processing tool having a cutting edge at the tip, and then relatively rotating toward the end surface of the spiral wrap along the processing axis while rotating the planar processing tool. It is formed by cutting or grinding the area of the end face of the spiral wrap against which the tip of the feed and plane machining tool is pressed.
このように平面加工工具を加工軸に沿って相対的に送ることによって円形仕上げ面を平面加工する場合、渦巻きラップの渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る必要がないので、NCフライス盤に渦巻きラップの形状データを入力する必要がなくなり、その上、渦巻きラップの形状が異なるスクロールを加工するときには、形状データを入力してNCフライス盤の設定を切り替える時間が省略される。 In this way, when a circular finish surface is flattened by sending a plane machining tool relatively along the machining axis, it is not necessary to send the plane machining tool along the spiral direction of the spiral wrap, so the spiral wrap is placed on the NC milling machine. In addition, when processing a scroll having a different spiral wrap shape, the time for inputting the shape data and switching the setting of the NC milling machine is omitted.
また、この場合、平面加工工具は、渦巻きラップの端面に対して相対的に加工軸上を往復動するという簡単な動作をするのみでよいため、高価なNCフライス盤を必要とせず、安価なフライス盤を用いて容易に加工ができる。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μm以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。
Further, in this case, since the plane machining tool only needs to perform a simple operation of reciprocating on the machining axis relative to the end face of the spiral wrap, an expensive NC milling machine is not required and an inexpensive milling machine is required. Can be easily processed.
Furthermore, in this case, the distance to be machined by the plane machining tool is equal to the feed amount along the machining axis of the plane machining tool, and this feed amount is very small, for example, several tens of μm or less, and the plane machining is performed along the spiral direction. Compared with the case of sending the tool, the time required for the machining itself is greatly reduced.
従って、本発明のスクロール型流体機械は、可動及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されているにもかかわらず、短時間で容易に製造され安価である。
前記複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有するのが好ましい(請求項2)。
Therefore, the scroll type fluid machine of the present invention is easily manufactured in a short time and inexpensive even though the end surface of at least one of the spiral wraps of the movable and fixed scrolls is divided into a plurality of regions having different wrap heights. It is.
Of the plurality of regions, it is preferable that the region closer to the center in the spiral direction has a smaller wrap height (Claim 2).
スクロール型流体機械では、例えば圧縮機としての作動時、可動スクロールと固定スクロールとの間に形成された複数の圧縮室がこれらスクロールの径方向外側から中央に向けて移動し、この移動に伴い、各圧縮室内で作動流体が圧縮される。作動流体の温度は、作動流体が圧縮されるのに従って上昇することから、可動及び固定スクロールの中央側の部分での温度が径方向外側の部分での温度よりも相対的に上昇する。 In the scroll type fluid machine, for example, when operating as a compressor, a plurality of compression chambers formed between the movable scroll and the fixed scroll move from the radially outer side of the scroll toward the center, and along with this movement, The working fluid is compressed in each compression chamber. Since the temperature of the working fluid rises as the working fluid is compressed, the temperature at the central portion of the movable and fixed scrolls rises relative to the temperature at the radially outer portion.
請求項2のスクロール型流体機械では、渦巻きラップの端面を区分する複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有するため、渦巻きラップの端面と他方のスクロールの基板との間の隙間は、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて段階的に増大されている。このように中央に向けて段階的に増大された隙間を設けたことにより、その作動時、可動スクロール及び固定スクロールの中央部分のいずれか一方又は双方が互いに近接する方向に熱膨張しても、渦巻きラップの端面と当該端面に相対する基板との間でのかじりの発生が防止される。
In the scroll type fluid machine according to
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、少なくとも2つの前記仕上げ面は前記輪郭の外径が異なる前記円形仕上げ面であり、これら円形仕上げ面のうち、前記輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置するのが好ましい(請求項3)。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、少なくとも2つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面であるのが好ましい(請求項4)。
The end surface of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions, and at least two of the finished surfaces are the circular finished surfaces having different outer diameters of the contour, and among these circular finished surfaces, It is preferable that the circular finished surface having a small outer diameter of the contour is located inside the large circular finished surface (Claim 3).
Preferably, the end surface of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions, and at least two of the finished surfaces are the circular finished surfaces having different center positions of the contours. ).
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、隣接する前記領域間に存する2つ以上の段差は、互いに異なる段差高さを有するのが好ましい(請求項5)。
請求項3、請求項4及び請求項5のスクロール型流体機械の場合、渦巻きラップの端面の各領域が可動及び固定スクロールでの温度分布に基づく熱膨張量のばらつきに対応したラップ高さを有するように、渦巻きラップの端面を3つ以上の領域に区分することで、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化が図られる。このため、このスクロール型流体機械によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじり発生がより一層防止されるのみならず、これらスクロールの中央に位置する高圧の圧縮室から、渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間を通して周囲の低圧の圧縮室へ作動流体が漏れるのが抑制され、これにより作動流体が高効率にて圧縮される。
The end face of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions, and two or more steps existing between the adjacent regions preferably have different step heights. ).
In the case of the scroll type fluid machine according to claim 3,
その上、請求項3のスクロール型流体機械では、円形仕上げ面のうち、輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置しているので、大の円形仕上げ面により平面加工した後に小の円形仕上げ面により平面加工すれば、小の円形仕上げ面の加工時間が短縮され、ひいては流体機械の製造時間も短縮される。
そして、請求項4のスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。これは以下の理由による。
In addition, in the scroll type fluid machine according to claim 3, the circular finished surface having a small outer diameter of the contour is located inside the large circular finished surface. If the surface processing is performed with the small circular finished surface after the surface processing by the above, the processing time of the small circular finished surface is shortened, and the manufacturing time of the fluid machine is also shortened.
Further, in the scroll type fluid machine according to
渦巻きラップの形状はインボリュート曲線によって規定される。インボリュート曲線は、渦巻きの略中央に位置する基礎円を基準として描かれるものの、その形状は基礎円を中心とした同心円状ではない。従って、作動流体の圧縮に伴う温度上昇によるスクロールの熱膨張量のばらつきも同心円状にはならない。
そこで、このスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域が熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、もって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。
The shape of the spiral wrap is defined by an involute curve. The involute curve is drawn with reference to a basic circle located approximately in the center of the spiral, but the shape is not concentric with the basic circle as the center. Therefore, the variation in the thermal expansion amount of the scroll due to the temperature rise accompanying the compression of the working fluid is not concentric.
Therefore, in this scroll type fluid machine, by changing the center position of the contour of the circular finish surface, the end surface of the spiral wrap is divided into a plurality of regions so that each region has a lap height more corresponding to variation in thermal expansion amount. Thus, when the scroll type fluid machine is operated, the size of the gap existing between the end face of the spiral wrap and the substrate opposed to the end face can be further narrowed and equalized.
また、請求項5のスクロール型流体機械では、隣接する領域間に存する2つ以上の段差が互いに異なる段差高さを有することにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。すなわち、スクロールの熱膨張量のばらつきは、作動流体の温度及びスクロールの形状等に起因して発生するが、このスクロール型流体機械では、隣接する領域間に存する2つ以上の段差に互いに異なる段差高さをもたせることにより、各領域が熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、もって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。 Further, in the scroll type fluid machine according to claim 5, two or more steps existing between adjacent regions have different step heights, so that the end face of the spiral wrap and the end face are relatively opposed to each other during the operation of the scroll type fluid machine. Narrowing and equalization of the size of the gap existing between the substrate and the substrate to be performed is further achieved. That is, the variation in the amount of thermal expansion of the scroll is caused by the temperature of the working fluid, the shape of the scroll, etc., but in this scroll type fluid machine, two or more steps existing between adjacent regions are different from each other. By providing the height, the end surface of the spiral wrap is divided into a plurality of regions so that each region has a corresponding wrap height due to variations in the amount of thermal expansion. And the size of the gap existing between the end face and the substrate facing the end face are further reduced and equalized.
請求項2乃至5のスクロール型流体機械に適用される作動流体はCO2であってもよい(請求項6)。CO2ガスを圧縮した場合、可動及び固定スクロールの中央部分の温度は、R134a等のフロン系ガスを圧縮した場合よりも上昇する。そして、この温度上昇により、可動及び固定スクロールの中央部分のいずれか一方若しくは双方が互いに近接する方向により大きく熱膨張する。このような熱膨張が発生した場合でも、このスクロール型流体機械では、渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど相対的に摺接する基板から離間しているので、可動スクロールと固定スクロールとの間のかじり発生が確実に防止される。
The working fluid applied to the scroll type fluid machine according to
また、本発明によれば、請求項2乃至6の何れか一項に記載のスクロール型流体機械を備えたことを特徴とする冷凍サイクルが適用される(請求項7)。
本発明の冷凍サイクルに適用されたスクロール型流体機械は、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじりの発生が防止されたことで信頼性が高いため、この冷凍サイクル自体も信頼性が高い。
Moreover, according to this invention, the refrigeration cycle provided with the scroll type fluid machine as described in any one of
Since the scroll type fluid machine applied to the refrigeration cycle of the present invention is highly reliable by preventing the occurrence of galling between the movable scroll and the fixed scroll, the refrigeration cycle itself is also highly reliable.
以上説明したように、請求項1乃至6の本発明によれば、可動スクロール及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面が複数の領域に区分されていても、短時間且つ容易に製造される安価なスクロール型流体機械が提供される。
とりわけ、請求項2乃至6の本発明によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじりの発生が防止され、高い信頼性を有するスクロール型流体機械が提供される。
As described above, according to the first to sixth aspects of the present invention, even if the end surface of at least one spiral wrap of the movable scroll and the fixed scroll is divided into a plurality of regions, it can be manufactured in a short time and easily. An inexpensive scroll fluid machine is provided.
In particular, according to the second to sixth aspects of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of galling between the movable scroll and the fixed scroll, and to provide a scroll type fluid machine having high reliability.
また、請求項7の本発明によれば、信頼性の高い冷凍サイクルをも提供することができる。 Further, according to the present invention of claim 7, a highly reliable refrigeration cycle can also be provided.
図1は、車両用空調システムに適用された一実施例の冷凍サイクル(冷凍回路)を示している。
冷凍サイクルは、例えばCO2ガスの冷媒が循環する循環流路2を備え、循環流路2には、冷媒の流れ方向でみて、圧縮機としてのスクロール型流体機械4、放熱器6、膨張器8、蒸発器10及びアキュムレータ12が順次介挿されている。
FIG. 1 shows a refrigeration cycle (refrigeration circuit) of one embodiment applied to a vehicle air conditioning system.
The refrigeration cycle includes, for example, a
この車両用空調システムでは、スクロール型流体機械4は、車両のエンジン14から動力供給を受けて作動し、循環流路2の復路から低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、循環流路2の往路に高温高圧の冷媒を吐出する。吐出された冷媒は、放熱器6を通過する際に冷却され、その温度が低下する。そして、温度が低下した冷媒は、膨張器8を通過する際に膨張してその温度及び圧力が低下し、気液混合状態になる。気液混合状態の冷媒が蒸発器10に流入すると、気液混合状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発器10内で気化し、蒸発器10からは主にガス冷媒が流出する。蒸発器10から流出した冷媒は、アキュムレータ12を経た後、流体機械4に吸入される。
In this vehicle air-conditioning system, the
ここで、放熱器6及び蒸発器10のそれぞれ近傍には、これら放熱器6及び蒸発器10の外側を通過する風を形成する放熱ファン及び冷房ファン(図示せず)がそれぞれ配置され、放熱器6が送風を受けることで、放熱器6を通過する冷媒が冷却される。また、蒸発器10を通過する送風は、蒸発器10内の液冷媒により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風が車室に吹出すことで、車室が冷房される。
Here, in the vicinity of the
スクロール型流体機械4のハウジング16は、駆動側ケーシング18及び圧縮側ケーシング20から形成され、これらケーシング18,20は連結ボルト22を介して互いに結合されている。
駆動側ケーシング18内には駆動軸24が配置され、この駆動軸24は圧縮側ケーシング20側に大径端部26を有し、この大径端部26から小径軸部28が延びている。駆動側ケーシング18と大径端部26及び小径軸部28との間にはニードル軸受30及びボール軸受32がそれぞれ介装され、駆動軸24はこれら軸受30,32を介して駆動側ケーシング18に回転自在に支持されている。
A
A
また、小径軸部28にはボール軸受32と大径端部26との間にリップシール34が取付けられ、このリップシール34は小径軸部28に相対的に摺接し、駆動側ケーシング18内を気密に区画している。
駆動軸24における小径軸部28は駆動側ケーシング18から突出し、その突出端に電磁クラッチ36のドリブン側ユニットが取り付けられている。電磁クラッチ36は、そのドライブ側ユニットに駆動プーリ38を有し、駆動プーリ38は軸受40を介して駆動側ケーシング18に回転自在に支持されている。駆動プーリ38はエンジン14からの動力を受けて回転され、駆動プーリ38の回転は、電磁クラッチ36を介して駆動軸24に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ36がオン作動されれば、駆動軸24は駆動プーリ38とともに回転される。
A
A small-
一方、圧縮側ケーシング20は、図示しないけれども、その周壁に吸入ポート及び吐出ポートが形成され、吸入ポート及び吐出ポートは、循環流路2を介してアキュムレータ12及び放熱器6にそれぞれ接続される。
圧縮側ケーシング20内にはスクロールユニット42が収容され、スクロールユニット42とリップシール34との間には駆動室44が形成されるとともに、スクロールユニット42と圧縮側ケーシング20の周壁との間には、圧縮側ケーシング20の吸入ポートと連通する吸入室46が形成されている。
On the other hand, although not shown, the compression-
A
スクロールユニット42は、互いに噛み合うように配置されたいずれもアルミ合金製の可動スクロール48及び固定スクロール50を有し、これら可動及び固定スクロール48,50は、それぞれ基板52及び基板52に一体に形成された渦巻きラップ54からなる。これら渦巻きラップ54の端面には溝がそれぞれ設けられ、これらの溝にはシール部材として渦巻き状のチップシール56が嵌め込まれている。チップシール56の外面は、渦巻きラップ54の端面と略面一にあるか又はこれらの端面から僅かに突出しており、チップシール56を介して、可動及び固定スクロール48,50間では互いの渦巻きラップ54の端面と基板52とが摺接する。
The
ここで、可動及び固定スクロール48,50の渦巻きラップ54の端面は、それぞれ階段状に段付けられているが、これについて可動スクロール48を例に説明する。
図2に示したように、可動スクロール48の渦巻きラップ54の端面は、渦巻き方向でみて中央から外側にむけて第1〜第4の領域57a〜dに段階的に区分され、隣接する領域57a〜d間には段差面58a,58b,58cが存在している。
Here, the end surfaces of the spiral wraps 54 of the movable and fixed
As shown in FIG. 2, the end surface of the spiral wrap 54 of the
これら領域57a〜dは、図3に示したように、いずれも基板52に平行であるが、これら領域57a〜dのうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、基板52からの距離、つまりラップ高さが小である。そして、領域57a〜d間の段差高さD1,D2,D3は、それぞれ数μm〜数十μmの範囲にあり、本実施例では、間隔D1,D2,D3は互いに略等しい。
As shown in FIG. 3, these
そして、単体での図面は省略するが、固定スクロール50の渦巻きラップ54の端面も、可動スクロール48の場合と同様に、第1〜第4の領域57a〜dに段差面58a,58b,58cを存して段階的に区分されている(図2及び図3参照)。
なお、図3は模式的な断面図であり、チップシール56、チップシール56の溝が省略され、段差高さD1,D2,D3が誇張されている。
Although not shown in a single figure, the end surfaces of the spiral wrap 54 of the fixed
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which the
上述した可動及び固定スクロール48,50との間には、チップシール56を介して圧力室としての圧縮室59が区画され、この圧縮室59は可動スクロール48の旋回運動に伴い、渦巻きラップ54の渦巻き方向に径方向外側から中央に向けて移動し、その容積が減少される。
上述した可動スクロール48に旋回運動を付与するため、可動スクロール48と駆動軸24の大径端部26とは、クランクピン60、偏心ブッシュ62及びニードル軸受64を介して互いに連結され、そして、可動スクロール48の自転が可動スクロール48と駆動側ケーシング18との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング66により阻止されている。なお、図1中の参照符号68はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト68は偏心ブッシュ62に取付けられている。
A
In order to impart a turning motion to the
一方、固定スクロール50は圧縮側ケーシング20内にて固定され、その基板52が圧縮側ケーシング20内を圧縮室59側と吐出室70とに仕切っている。また、基板52にはその中央に圧縮室59と吐出室70との間を連通させる吐出孔72が形成され、この吐出孔72は吐出弁としてのリード弁74により開閉される。このリード弁74はその弁押さえ76とともに基板52の外面にボルト(図示せず)を介して取付けられている。
On the other hand, the fixed
上述したスクロール型流体機械4によれば、駆動軸24の回転に伴い、クランクピン60及び偏心ブッシュ62を介して可動スクロール48が旋回運動し、この際、可動スクロール48は旋回スラストベアリング66の働きにより、その自転が阻止される。この結果、可動スクロール48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50に対して旋回運動する。この旋回運動により、吸入ポートから圧縮室59内への冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮室59内での圧縮工程、及び圧縮した冷媒の吐出ポートからの吐出工程からなる一連のプロセスが繰り返し実行される。
According to the scroll
以下、上述した可動及び固定スクロール48,50の渦巻きラップ54の端面に領域57を形成する方法について、可動スクロール48の場合を例に説明する。
まず、渦巻きラップ54の端面の全域に対し、平面削りによる仕上げ加工が施され、端面全域が基板52に平行になる。次に、図4(a)に示したように、第4の領域57dになる部分を除いた端面の領域が切削されるように、平面加工工具として先端に刃先を有するフライス刃物80aの加工軸上に、この加工軸に法線を揃えた状態で渦巻きラップ54の端面が配置される。この後、フライス刃物80aを加工軸の回りに回転させながら、加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送り、フライス刃物80aの先端を渦巻きラップ54の端面に押し付け、平面削り(平面加工)が行われる。この平面削りの際、可動スクロール48に対して、その基板52と平行な方向にフライス刃物80aは殆ど相対移動せず、フライス刃物80aの側面により、フライス刃物80aの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面58cが形成され、第4の領域57dが区画される。
Hereinafter, the method of forming the region 57 on the end face of the spiral wrap 54 of the movable and fixed
First, finish processing is performed on the entire end face of the
この後、図4(b)に示したように、フライス刃物80aにより平面削りされた渦巻きラップ54の端面の領域のうち、第3の領域57cになる部分を除いた部分に対し、フライス刃物80aよりも小径なフライス刃物80bを回転させながら押し付ける。この際も、フライス刃物80bの加工軸は渦巻きラップ54の端面の法線方向に揃えられ、フライス刃物80bは加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送られる。従って、フライス刃物80bの側面により、フライス刃物80bの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面58bが形成され、段差面58b,58c間に第3の領域57cが区画される。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the
それから、図4(c)に示したように、フライス刃物80bにより平面削りされた渦巻きラップ54の端面の領域のうち、第2の領域57bになる部分を除いた部分に対し、フライス刃物80bよりも小径なフライス刃物80cを回転させながら押し付ける。この際も、フライス刃物80cの加工軸は渦巻きラップ54の端面の法線方向に揃えられ、フライス刃物80cは加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送られる。従って、フライス刃物80cの側面により、フライス刃物80cの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面58aが形成され、段差面58a,58b間に第2の領域57bが区画される。また、これと同時に、渦巻き方向でみて段差面58aよりも中央側に第1の領域57aが区画される。
Then, as shown in FIG. 4 (c), the
上述した方法により渦巻きラップ54の端面に第1〜第4の領域57a〜dが区画されることで、図5に1点鎖線で示したように、可動スクロール48は、フライス刃物80a〜cの端面によりそれぞれ平面削りされるべき面として、仮想的ながらも、円形の輪郭を有した仕上げ面(円形仕上げ面)82a〜cを有する。これら仕上げ面82a〜cと渦巻きラップ54とが交差する面が、第1〜第3の領域57a〜cをそれぞれ形成し、換言すれば、第1〜第3の領域57a〜cは、対応する仕上げ面82a〜cにそれぞれ含まれる。なお、渦巻き方向でみて最も外側の第4の領域57dも、仕上げ加工されているが、第4の領域57dの仕上げ面は円形の輪郭を有していない。
By the first to
以下、上述したスクロール型流体機械4の作用及び効果について説明する。
スクロール型流体機械4では、第1〜第4の領域57a〜dが仕上げ面毎に平面加工して得られ、これら仕上げ面のうち3つの仕上げ面が円形の輪郭を有する円形仕上げ面82a〜cである。そして、上述したように、これらの円形仕上げ面82a〜cは、先端に刃先を有する平面加工工具の加工軸上に渦巻きラップ54の端面を配置した後、平面加工工具を回転させながら加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送り、平面加工工具の先端が押し当てられた渦巻きラップ54の端面の領域を切削又は研削することにより形成される。
Hereinafter, the operation and effect of the scroll
In the scroll
このように平面加工工具を加工軸に沿って相対的に送ることによって円形仕上げ面82a〜cを平面加工する場合、渦巻きラップ54の渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る必要がないので、NCフライス盤に渦巻きラップ54の形状データを入力する必要がなくなり、その上、渦巻きラップ54の形状が異なるスクロールを加工するときには、形状データを入力してNCフライス盤の設定を切り替える時間が省略される。
In this way, when the circular finishing surfaces 82a to 82c are planarized by relatively sending the plane machining tool along the machining axis, it is not necessary to send the plane machining tool along the spiral direction of the
また、この場合、平面加工工具は、渦巻きラップ54の端面に対して相対的に加工軸上を往復動するという簡単な動作をするのみでよいため、高価なNCフライス盤を必要とせず、安価なフライス盤を用いて容易に加工ができる。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μm以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。
Further, in this case, since the planar machining tool only needs to perform a simple operation of reciprocating on the machining axis relative to the end surface of the
Furthermore, in this case, the distance to be machined by the plane machining tool is equal to the feed amount along the machining axis of the plane machining tool. This feed amount is very small, for example, several tens of μm or less, and the plane machining is performed along the spiral direction. Compared with the case of sending the tool, the time required for the machining itself is greatly reduced.
従って、スクロール型流体機械4は、可動及び固定スクロール48,50の渦巻きラップ54の端面がラップ高さの異なる複数の領域57a〜dに区分されているにもかかわらず、短時間で容易に製造され安価である。
また、スクロール型流体機械4では、その作動時、可動スクロール48と固定スクロール50との間の圧縮室59内で作動流体としてのCO2ガスが圧縮され、この圧縮に伴いCO2ガスの温度が上昇することから、可動及び固定スクロール48,50の中央側の部分での温度が径方向外側の部分での温度よりも相対的に上昇する。
Therefore, the scroll
In the scroll
このスクロール型流体機械4では、可動及び固定スクロール48,50の渦巻きラップ54の端面が、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて、その相対的に摺接するスクロール50,48の基板52から段階的に離間する領域57a〜dに切削加工されているので、可動及び固定スクロール48,50の中央側の部分が径方向外側の部分に比べて互いに近接する方向に大きく熱膨張しても、渦巻きラップ54の端面とこの端面に相対する基板52との間でのかじりの発生が防止される。従って、このスクロール型流体機械4は高い信頼性を有する。
In this scroll type
そして、上述したスクロール型流体機械4を圧縮機として備えた冷凍サイクルもまた、高い信頼性を有する。
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り、例えば本発明の冷凍サイクルは、車両用空調システムのほか、家庭用・業務用の室内空調システム若しくは冷凍・冷蔵庫等の用途にも適用可能である。そして、冷凍サイクルは、その用途にあわせて、放熱器6に代えて凝縮器を用いたり、アキュムレータ12に代えてレシーバを用いてもよく、また、循環流路2の往路と復路との間に亘り内部熱交換器を設けてもよい。
And the refrigerating cycle provided with the scroll
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the refrigeration cycle of the present invention includes a vehicle air conditioning system, a home / business indoor air conditioning system or a refrigeration / cooling system. It can also be applied to uses such as refrigerators. The refrigeration cycle may use a condenser instead of the
一実施例のスクロール型流体機械4は、固定容量型であったけれども、本発明のスクロール型流体機械は、可変容量型や密閉型であってもよく、CO2ガスのほかにも、種々の作動流体の圧縮若しくは膨張に適用可能である。
つまり、R134a,R152a,R600aなどのフロン系ガスを圧縮した場合においても可動及び固定スクロール48,50の中央部分の温度は上昇するけれども、スクロール型流体機械4では、渦巻きラップ54の端面が2つ以上の領域57に区分され、渦巻き方向でみて中央側の領域57aが径方向外側の領域57b〜dよりも相対的に摺接する基板52から離間しているので、可動スクロール48と固定スクロール50との間のかじり発生が好適に防止される。
Scroll
That is, even when the fluorocarbon gases such as R134a, R152a, and R600a are compressed, the temperature of the central portion of the movable and fixed
一実施例のスクロール型流体機械4では、可動及び固定スクロール48,50の双方の渦巻きラップ54の端面に複数の領域57が形成されていたけれども、少なくともいずれか一方のスクロール48,50の渦巻きラップ54の端面にのみ領域57を形成すれば、可動スクロール48と固定スクロール50との間でのかじり発生を防止することができる。ただし、可動及び固定スクロール48,50の双方の渦巻きラップ54の端面に領域57を形成すれば、かじり発生をより好適に防止することができる。
In the scroll
一実施例のスクロール型流体機械4では、渦巻きラップ54の端面が4つの領域57a〜dに区分されていたけれども、渦巻きラップ54の端面を少なくとも2つ以上の領域57に区分すれば、可動スクロール48と固定スクロール50との間でのかじり発生を防止することができる。ただし、渦巻きラップ54の端面を3つ以上の領域57に区分すれば、かじり発生を好適に防止することができる。
In the scroll
すなわち、各領域57が可動及び固定スクロール48,50での温度分布に基づく熱膨張量のばらつきに対応したラップ高さを有するように、渦巻きラップ54の端面を3つ以上の領域57に区分することで、スクロール型流体機械4の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化が図られる。
That is, the end face of the
このような隙間の大きさの狭小化及び均等化により、スクロール型流体機械4によれば、可動スクロール48と固定スクロール50との間でのかじり発生がより一層防止されるのみならず、これらスクロール48,50の中央に位置する高圧の圧縮室59から、渦巻きラップ54の端面と基板52との間に存する隙間を通して周囲の低圧の圧縮室59へ作動流体が漏れるのが抑制され、これにより作動流体が高効率にて圧縮される。
By narrowing and equalizing the size of the gap as described above, according to the scroll
一実施例のスクロール型流体機械4では、円形仕上げ面82a〜cのうち、輪郭の外径が小の円形仕上げ面、例えば円形仕上げ面82bが、大の円形仕上げ面、例えば円形仕上げ面82cの径方向内側に位置していたけれども、小の円形仕上げ面の一部が大の円形仕上げ面から径方向外側にはみだしていてもよい。
ただし、小の円形仕上げ面が大の円形仕上げ面の径方向内側にある場合、大の円形仕上げ面により平面加工した後に小の円形仕上げ面により平面加工すれば、小の円形仕上げ面の加工時間が短縮され、ひいては流体機械の製造時間も短縮される。
In the scroll
However, if the small circular finish surface is inside the large circular finish surface in the radial direction, the processing time of the small circular finish surface can be reduced by flattening with the large circular finish surface and then with the small circular finish surface. Is reduced, and as a result, the manufacturing time of the fluid machine is also reduced.
一実施例のスクロール型流体機械4では、円形仕上げ面82a〜cの輪郭の中心位置が異なっていたけれども、円形仕上げ面82a〜cの輪郭の中心位置は異なっていなくてもよい。ただし、円形仕上げ面82a〜cの輪郭の中心位置を異ならせることにより、スクロール型流体機械4の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。これは以下の理由による。
In the scroll
渦巻きラップ54の形状はインボリュート曲線によって規定される。インボリュート曲線は、渦巻きの略中央に位置する基礎円を基準として描かれるものの、その形状は基礎円を中心とした同心円状ではない。従って、作動流体の圧縮に伴う温度上昇によるスクロール48,50の熱膨張量のばらつきも同心円状にはならない。
そこで、スクロール型流体機械4では、円形仕上げ面82a〜cの輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域57a〜dが熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップ54の端面が複数の領域57に区分され、よって、スクロール型流体機械4の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。
The shape of the
Therefore, in the scroll
一実施例のスクロール型流体機械4では、隣接する領域57a〜d間に存する2つ以上の段差面58a〜cが同一の段差高さD1,D2,D3を有していたけれども、互いに異なる段差高さを有するのが好ましい。隣接する領域57a〜d間に存する2つ以上の段差58a〜cが互いに異なる段差高さを有することにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られるからである。
In the scroll
すなわち、スクロール48,50の熱膨張量のばらつきは、作動流体の温度及びスクロール48,50の形状等に起因して発生するが、隣接する領域57a〜d間に存する2つ以上の段差58a〜cに互いに異なる段差高さをもたせることにより、各領域57a〜dが熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップ54の端面が複数の領域57に区分され、よって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。
That is, the variation in the thermal expansion amount of the
一実施例のスクロール型流体機械4では、渦巻きラップ54の端面を複数の領域57に区分する際、フライス刃物80a,80b及び80cをこの順序で使用したけれども、図6に示したように、順序を逆にして、フライス刃物80c,80b及び80aをこの順序で使用してもよい。ただし、図4に示したように、段階的に外径の小さくなる順序でフライス刃物80a,b,cを使用すれば、後から使用するフライス刃物b,cによる切削量が減少し、加工時間が短縮されるため、スクロール型流体機械4をより短時間で製造可能になる。
In the scroll
一実施例のスクロール型流体機械4では、可動及び固定スクロール48,50はアルミ合金製であったけれども、これらスクロール48,50の材質は特に限定されず、鉄製等であってもよい。
In the scroll
48 可動スクロール
50 固定スクロール
52 基板
54 渦巻きラップ
57a,b,c,d 第1〜第4の領域
58a,b,c,d 段差面
82a,b,c (円形)仕上げ面
48
Claims (7)
前記渦巻きラップの端面は、前記基板からの距離が異なる2つ以上の仕上げ面毎に加工して得られ、
少なくとも1つの前記仕上げ面は、円形の輪郭を有した円形仕上げ面である
ことを特徴とするスクロール型流体機械。 In a scroll type fluid machine comprising a movable scroll and a fixed scroll each having a spiral wrap integrally formed on a substrate, and an end face of at least one of the spiral wraps is divided into a plurality of regions having different wrap heights,
The end surface of the spiral wrap is obtained by processing each of two or more finished surfaces having different distances from the substrate,
The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein the at least one finishing surface is a circular finishing surface having a circular contour.
少なくとも2つの前記仕上げ面は前記輪郭の外径が異なる前記円形仕上げ面であり、
これら円形仕上げ面のうち、前記輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置する
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 The end face of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions,
At least two of the finished surfaces are the circular finished surfaces having different outer diameters of the contours;
The scroll type fluid machine according to claim 2, wherein a circular finishing surface having a small outer diameter of the contour is located inside a large circular finishing surface among the circular finishing surfaces.
少なくとも2つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面である
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 The end face of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions,
The scroll type fluid machine according to claim 2, wherein at least two of the finished surfaces are the circular finished surfaces having different center positions of the contours.
隣接する前記領域間に存する2つ以上の段差は、互いに異なる段差高さを有する
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 The end face of the spiral wrap is divided into three or more regions as the plurality of regions,
3. The scroll type fluid machine according to claim 2, wherein two or more steps existing between the adjacent regions have different step heights.
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