JP2009074461A - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、性能の安定化と性能向上を図ることができる三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面およびボトム面に段部25E,27Eを設け、この段部よりも外周側においてラップ高さを内周側のラップ高さよりも高くし、渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮ができる構成としたスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップの外周側の先端面25G,27Gに設けられるチップシール51,53の段部側端部と、チップシールが嵌合するチップシール溝25L,27Lとの間に、チップシールの段部側端部の背面とチップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部55,57を設けた。
【選択図】 図5

Description

本発明は、渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能とされたスクロール圧縮機に関するものである。
スクロール部材の外径を大きくすることなく、圧縮機容量を増加することができるスクロール圧縮機として、一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さを内周側のラップ高さよりも高くし、渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮ができる構成としたスクロール圧縮機が提案されている。この圧縮機は、渦巻き状ラップの周方向だけでなく、ラップ高さ方向にも圧縮が可能なため、上記のような段部を備えていない一般的なスクロール圧縮機(二次元圧縮)に比べ、押しのけ量を大きくし、圧縮機容量を増加することができる。従って、同じ容量の圧縮機で比較すると、小型コンパクト化、軽量化が可能になる等の特長を有する。
上記のような三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップの段部より外周側および内周側の先端面にそれぞれチップシールを設けるとともに、外周側のチップシール溝に中心側の高圧圧縮室の内圧を導入する導入路を設けることにより、外周側のチップシールによるシール機能を高め、渦巻き状ラップの段部よりも外周側においてラップ先端面からのガス漏れ量を低減し、圧縮効率を向上させるようにしたものが特許文献1に示されている。
また、渦巻き状ラップの先端面およびとボトム面に上記のような段部が設けられていない一般的な構成のスクロール圧縮機において、チップシールまたはチップシール溝の渦巻き開始端側にシール端部を薄くして、あるいはシール溝端部を深くして構成した背圧ガイド部を設け、この背圧ガイド部を撓み変形させることにより、熱膨張変形を吸収してチップシールによる均一なシール性を得るとともに、異常摩耗を阻止し、耐久性および信頼性の向上を図ったものが特許文献2に示されている。
特開2002−138975号公報 特開平4−255588号公報
特許文献1に示されたものは、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機のラップ先端面の段部よりも外周側に設けるチップシールの機能低下を改善しようとするものである。しかし、このものでは、渦巻き状ラップに設ける高圧導入路の加工性の問題や該導入路によるラップ強度への影響等が懸念される。また、渦巻き状ラップの高さが高くなる段部付近での熱変形対策が不十分である。つまり、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機では、段部を有しない一般的な構成のスクロール圧縮機に比べ、圧縮室内に段部を含む旋回角範囲での圧縮室温度が高くなる。しかも段部では渦巻き状ラップの高さが高くなることから、熱膨張による渦巻き状ラップの高さ方向の変位が大きくなる(図6,図7参照)。このため、段部における熱変形を十分に考慮した対策を採らないと、チップシールの可動隙間が詰まってしまい、せっかく高圧導入路を設けたとしても、段部より外周側に設けたチップシールの機能が十分発揮されず、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因になるという課題が残る。
また、特許文献2に示されたものは、一般的なスクロール圧縮機の渦巻き状ラップ内周端におけるチップシールの渦巻き開始端側での熱変形による影響を抑制し、均一なシール性を得ようとするものであり、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機の渦巻き状ラップにおける段部よりも外周側のラップ先端面からのガス漏れを低減するという課題を解決しようとするものではない。この特許文献2には、渦巻き状ラップの先端面およびボトム面に設けられる段部が圧縮機の運転に伴い如何なる熱的影響を受け、それが段部よりも外周側のラップ先端面からのガス漏れ、すなわち圧縮性能にどのように影響するかについて、些かの示唆も教示もされていない。
以上に述べたように、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、段部より外周側のラップ先端面からのガス漏れを段部付近の熱変形を吸収して低減することは、かかる構成のスクロール圧縮機の圧縮性能の安定化と性能向上を図るうえでの緊急課題の1つとなっており、解決が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、圧縮性能の安定化と性能の向上と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。
上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられる前記チップシールの前記段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、前記チップシールの前記段部側端部の背面と前記チップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設けたことを特徴とする。
三次元圧縮可能な構成としたスクロール圧縮機では、圧縮室内に段部が含まれる旋回角範囲において、押しのけ量の減少率(容積変化率)が大きくなるため、圧縮室温度は、段部を備えていない一般的なスクロール圧縮機における同じ旋回角範囲での圧縮室温度よりも高くなる。しかもラップ先端面の段部付近において渦巻き状ラップの高さが高くなることから、熱膨張による渦巻き状ラップの高さ方向の変位も局所的に大きくなる。このため、熱変形時にチップシールと相手方スクロール部材のボトム面との間の隙間およびチップシール背面の隙間が詰まってしまい、チップシールの背面に段部側端部から背圧(圧縮中のガス)が侵入し難くなる。これにより、渦巻き状ラップの段部よりも外周側に設けられるチップシールの機能が低下し、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因となる。
本発明によれば、チップシールの段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、チップシールの段部側端部の背面とチップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設けているため、渦巻き状ラップの段部付近が熱膨張によりラップ高さ方向に変位しても、背圧導入部の隙間が詰まってしまうことがなく、渦巻き状ラップの段部よりも外周側に設けられるチップシールの背面にその段部側端部から背圧導入部を介して確実に背圧(圧縮中のガス)を導入することができる。これにより、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させ、チップシールを背圧によって相手方スクロール部材のボトム面に押圧し、渦巻き状ラップの先端面を確実にシールすることができる。従って、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能安定化と性能向上を図ることができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記背圧導入部を、前記チップシール溝の前記段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んで構成したことを特徴とする。
本発明によれば、背圧導入部をチップシール溝の段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深めに掘り込んで構成しているため、背圧導入部を簡易に構成することができる。また、この背圧導入部を介してチップシール背面に背圧を導入することにより、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させることができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記背圧導入部を、前記チップシールの前記段部側端部の背面を切り欠いて構成したことを特徴とする。
本発明によれば、背圧導入部をチップシールの段部側端部の背面を切り欠いて構成しているため、背圧導入部を簡易に構成することができる。また、この背圧導入部を介してチップシールの背面に背圧を導入することにより、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させることができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記チップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をb、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をT2としたとき、b>T2としたことを特徴とする。
チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bは、小さくするほどチップシール無しの領域を少なくできることから、ガス漏れ量を低減し性能アップを図ることができる。しかし、縁幅bを小さくしすぎると、本来自転防止機構等で支持すべき荷重が、組み立て誤差や熱変形等の影響によって渦巻き状ラップの段部に面圧荷重として作用した場合に、薄肉としたチップシール溝の段部側端部縁が剛性不足により破損するおそれが生じる。
本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bを、チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅T2よりも大きくしているため、チップシール溝の段部側端部における剛性をアップすることができる。これにより、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分確保し、耐久性を向上させることができる。
さらに、本発明にかかるスクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、前記チップシールを嵌合する前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられるチップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をb、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をT2としたとき、b>T2としたことを特徴とする。
本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bを、チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅T2よりも大きくしているため、チップシール溝の段部側端部における剛性をアップすることができる。チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bは、小さくするほどチップシール無しの領域を少なくできることから、ガス漏れ量を低減し性能アップを図ることができる。しかし、縁幅bを小さくしすぎると、本来自転防止機構等で支持すべき荷重が、組み立て誤差や熱変形等の影響によって渦巻き状ラップの段部に面圧荷重として作用した場合に、薄肉としたチップシール溝の段部側端部縁が剛性不足により破損するおそれが生じる。縁幅bを、上記のように、b>T2とすることによって、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分確保して耐久性を向上させ、当該段部側端部縁の不測の事態による破損を防止することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記縁幅bを、前記縁幅T2に対して、b≦2.5*T2としたことを特徴とする。
本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bを、チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅T2に対して、b≦2.5*T2としているため、チップシール無しの領域を縁幅T2の2.5倍以下とすることができる。これにより、チップシールの効果が及ばない縁幅b部分をいたずらに大きくすることなく、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分に確保することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記縁幅bを、1mm<b≦2.5mmとしたことを特徴とする。
本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bを、1mm<b≦2.5mmとしているため、チップシール無しの領域を1mm〜2.5mmの範囲とすることができる。これによって、縁幅bを最適な範囲とし、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分に確保することができる。
さらに、本発明にかかるスクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、前記チップシールを嵌合する前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられるチップシール溝の前記段部側端部を前記段部まで貫通させるとともに、該チップシール溝に嵌合される前記チップシールを前記チップシール溝の端部まで延伸させて設け、その渦巻き方向の少なくとも1箇所に該チップシールの渦巻き方向への移動を防ぐ移動防止部を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、チップシールを嵌合する渦巻き状ラップの外周側の先端面に設けられるチップシール溝の段部側端部を段部まで貫通させるとともに、該チップシール溝に嵌合されるチップシールをチップシール溝の端部まで延伸させて設けているため、渦巻き状ラップの段部付近が熱膨張によりラップ高さ方向に変位しても、それを吸収してチップシール溝の段部への貫通部からチップシールの背面に確実に背圧(圧縮中のガス)を導入することができる。これにより、チップシールを背圧により相手方スクロール部材のボトム面に押圧し、渦巻き状ラップの先端面を確実にシールすることができる。従って、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能安定化と性能向上を図ることができる。また、渦巻き状ラップの段部よりも外周側の先端面には、段部側端部の末端までチップシールが介在されるため、当該部位からのガス漏れを更に低減し、性能アップを図ることができる。さらに、チップシールの渦巻き方向の1箇所に移動防止部を設けているため、チップシール溝を段部まで貫通させても、チップシールが渦巻き方向に移動して貫通部から抜け出すのを確実に防止することができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記移動防止部を、前記チップシールもしくは前記チップシール溝の一方に設けたダボと、該ダボが嵌合する前記他方に設けた凹部とから構成したことを特徴とする。
本発明によれば、チップシールもしくはチップシール溝の一方に設けたダボと、他方に設けた凹部とにより移動防止部を構成しているため、渦巻き状ラップやチップシールの構成あるいは強度に何ら影響を及ぼすものではなく、移動防止部を簡易に構成することができる。従って、チップシールの移動を確実に防止することができるとともに、チップシールの組み付けも容易に行うことができる。
さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記チップシールおよび/または前記チップシール溝の前記段部側端部に背圧導入部を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、チップシールおよび/またはチップシール溝の段部側端部に背圧導入部を設けているため、渦巻き状ラップの段部付近が熱膨張によりラップ高さ方向に変位しても、チップシール溝の段部への貫通部からチップシールの背面に背圧導入部を介してより確実に背圧(圧縮中のガス)を導入することができる。従って、熱変形を吸収して外周側のチップシールを正常に機能させることができ、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消することができる。
本発明によると、段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させ、チップシールを背圧により相手方スクロール部材のボトム面に押圧し、渦巻き状ラップの先端面を確実にシールすることができるため、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能の安定化と向上とを図ることができる。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図8を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかるスクロール圧縮機1の縦断面図が示されている。スクロール圧縮機1は、その概略外形を構成するハウジング3を有する。このハウジング3は、フロントハウジング5とリアハウジング7とをボルト9(第2ボルト)によって一体的に締め付け固定することにより構成される。フロントハウジング5およびリアハウジング7には、各々円周上の複数箇所、例えば4箇所に等間隔で締め付け用のフランジ5A,7Aが一体に形成されている。このフランジ5A,7A同士をボルト9で締め付けることにより、フロントハウジング5とリアハウジング7とが一体に結合される。
フロントハウジング5の内部には、クランク軸11がメイン軸受13およびサブ軸受15を介して軸線L回りに回転自在に支持されている。クランク軸11の一端側(図において左側)は小径軸部11Aとされ、この小径軸部11Aは、フロントハウジング5を貫通して図1の左側に突出されている。小径軸部11Aの突出部には、公知の如く、動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、図示省略されたエンジン等の駆動源からVベルト等を介して動力が伝達されるようになっている。メイン軸受13とサブ軸受15との間には、メカニカルシール(リップシール)17が設置されており、ハウジング3内と大気との間を気密にシールしている。
クランク軸11の他端側(図において右側)には、大径軸部11Bが設けられ、この大径軸部11Bには、クランク軸11の軸線Lより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン11Cが一体に設けられている。クランク軸11は、上記の大径軸部11Bと小径軸部11Aがメイン軸受13と軸受15で支持されることにより、フロントハウジング5に回転自在に支持され る。そして、偏心ピン11Cには、ドライブブッシュ19およびドライブ軸受21を介して後述する旋回スクロール部材27が連結され、クランク軸11が回転されることにより、旋回スクロール部材27が旋回駆動されるようになっている。
ドライブブッシュ19には、旋回スクロール部材27が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト19Aが一体に形成され、旋回スクロール部材27の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
上記ハウジング3の内部には、スクロール圧縮機構23を構成する一対の固定スクロール部材25と旋回スクロール部材27が組み込まれる。固定スクロール部材25は、端板25Aと該端板25Aから立設された渦巻き状ラップ25Bとから構成され、一方、旋回スクロール部材27は、端板27Aと該端板27Aから立設された渦巻き状ラップ27Bとから構成される。
固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27は、図2に示されるように、それぞれ渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25C,27Cとボトム面25D,27Dの渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部25E,25Fおよび27E,27Fを備えている。この段部25E,25Fおよび27E,27Fを境に、ラップ先端面25C,27Cにおいては、軸線L方向に外周側の先端面25G,27Gが高く、内周側の先端面25H,27Hが低くされている。また、ボトム面25D,27Dにおいては、軸線L方向に外周側のボトム面25I,27Iが低く、内周側のボトム面25J,27Jが高くされている。これによって、渦巻き状ラップ25B,27Bは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされる。また、これら固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27は、例えば、アルミ合金を鍛造成型した素材や、あるいは鋳鉄で鋳造された素材から必要部分を機械加工することにより形成することができる。
上記の固定スクロール部材25と旋回スクロール部材27とは、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ25B,27Bの位相を180度ずらして噛み合わせられ、それぞれの渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25C,27Cとボトム面25D,27Dとの間に常温で僅かなラップ高さ方向の隙間(数十〜数百ミクロン)を有するように組み込まれる。これにより、図1および図3に示されるように、両スクロール部材25,27間には、端板25A,27Aと渦巻き状ラップ25B,27Bとにより限界される一対の圧縮室29が、スクロール中心に対して対称に形成されるとともに、旋回スクロール部材27がスムーズに旋回運動することが可能となる。また、圧縮室29は、その軸線L方向高さが渦巻き状ラップ25B,27Bの外周側において内周側の高さよりも高くされることによって、渦巻き状ラップ25B,27Bの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な圧縮機構23が構成される。
固定スクロール部材25は、リアハウジング7の内面にボルト31(第1ボルト)により固定設置される。旋回スクロール部材27は、端板27Aの背面に設けられているボス部に、上述のとおり、クランク軸11の一端側に設けられている偏心ピン11Cがドライブブッシュ19およびドライブ軸受21を介して連結され、旋回駆動されるようになっている。また、旋回スクロール部材27は、フロントハウジング5に形成されているスラスト受け面5Bに端板27Aの背面が支持され、このスラスト受け面5Bと端板27Aの背面との間に介装されるピンリングやオルダムリング等の自転阻止機構33により、旋回スクロール部材27は、自転が阻止されながら固定スクロール部材25に対して公転旋回駆動されるように構成されている。
固定スクロール部材25の端板25Aの中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート25Kが開口され、該吐出ポート25Kには、端板25Aにリテーナ35を介して取付けられる吐出リード弁37が設けられている。さらに、固定スクロール部材25の端板25Aの背面側には、リアハウジング7の内面に密接されるようOリング等のシール材39(第1シール材)が介装され、リアハウジング7との間でハウジング3の内部空間から区画される吐出チャンバー41を形成している。これによって、吐出チャンバー41を除くハウジング3の内部空間が、吸入チャンバー43として機能するように構成されている。吸入チャンバー43には、フロントハウジング5に設けられている吸入口45を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー43を経て圧縮室29に冷媒ガスが吸い込まれるようになる。また、フロントハウジング5とリアハウジング7間の接合面には、Oリング等のシール材47(第2シール材)が介装され、ハウジング3内に形成される吸入チャンバー43を大気から気密にシールしている。
さらに、固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27の渦巻き状ラップ25Bおよび27Bの先端面25G,25Hおよび27G,27Hには、渦巻き方向に沿ってその先端面の幅のほぼ半分程度の幅と深さとを有するチップシール溝25L,25Mおよび27L,27Mが設けられ、これらチップシール溝25L,25Mおよび27L,27Mには、それぞれチップシール51,52および53,54が嵌合されている。ここで、チップシール51,52,53,54を展開した長さおよび幅は、それぞれ対応するチップシール溝25L,25M,27L,27Mを展開した長さおよび幅に対し、それぞれ僅かに短くなるように設定される。また、チップシール51,52,53,54の厚さは、1mm〜2mmが一般的であり、チップシール溝25L,25M,27L,27Mの深さもほぼ同じ深さとなるように設定される。このため、チップシール51,52,53,54は、チップシール溝25L,25M,27L,27Mの中で自在に可動できるようになっている。
上記したチップシール51,52,53,54は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂成型品から構成され、相手方スクロール部材25,27のボトム面25I,25Jおよび27I,27Jに摺接されることにより渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25G,25Hおよび27G,27Hをシールするものである。
上記の段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gに設けられるチップシール溝25L,27Lの段部側端部(内周側端部)には、図4および図5(A)に示されるように、他部分の溝底面より少し深く掘り込んだ深堀部25N,27Nによって構成される背圧導入部55,57が設けられている。この深堀部25N,27Nは、他部分の溝底面よりコンマ数mm程度深く掘り込まれており、段部25E,27E付近の熱膨張による変形を吸収して外周側のチップシール51,53の背面(底面)とチップシール溝25L,27Lの底面との間に常時微小の隙間を確保し、チップシール51,53の背面側に背圧(圧縮中のガス)が導かれるように構成されている。
なお、背圧導入部55,57は、図5(B)に示されるように、チップシール51,53の段部側端部(内周側端部)の背面(底面)に部分的な切欠き部51A,53Aを設けることにより構成してもよい。
以上に説明の構成により、本実施形態のスクロール圧縮機1によれば、以下の作用効果を奏する。なお、上記スクロール圧縮機1の圧縮動作は、公知ゆえ説明は省略する。
図6には、圧縮作用時に回転されるクランク軸11の回転角、すなわち旋回スクロール部材27が公転旋回駆動される際の旋回角θと押しのけ量Vとの関係図が示され、図7には、その旋回角θと圧縮室温度Tとの関係図が示されている。この図6および図7において、曲線2Dは、渦巻き状ラップに段部を備えていない一般的なスクロール圧縮機(二次元圧縮)の容積曲線および温度曲線を示し、曲線3Dは、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機1の容積曲線および温度曲線を示している。
図6に示されるように、一般的なスクロール圧縮機では、曲線2Dのように、A点で示す吸入締め切り時の押しのけ容積Vsが、B点を経由してD点で示す吐出時の押しのけ容積Vdisまで漸次減少するように圧縮される。一方、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機1では、曲線3Dのように、A点で示す吸入締め切り時の押しのけ容積Vsが、外周側での圧縮((Lout)によりB’点まで減少される。そして、B’点(B点と同じ)を過ぎると段部によるラップ高さ方向の圧縮が加わることからC’点まで容積が減少される。その後、内周側の圧縮(Lin)によりC’点からD’点で示す吐出時の押しのけ容積Vdisまで漸次減少するように圧縮される。上記B’点からC’点までの間は、外周側から中心側へと容積が漸次減少されつつ移動される圧縮室29に段部25E,27Eがかかっている旋回角範囲を示している。以上から、曲線2Dで示される一般的なスクロール圧縮機に比べ、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機1の方が、押しのけ容積Vの減少率(容積変化率)が大きいことが解る。
図7は、上記した圧縮工程での容積減少率をポリトロープ圧縮による下記式に基づき温度に変換して表したものである。
T=(Vs/V(θ*)k−1*Ts
図7に示されるように、一般的なスクロール圧縮機では、曲線2Dのように、A点で示す吸入締め切り時の温度Tsが、B点を経てD点で示す吐出時の温度Tdisまで漸次上昇するように圧縮される。これに対して、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機1では、曲線3Dのように、A点で示す吸入締め切り時の温度Tsが、B’点まで上昇し、ここから段部によるラップ高さ方向の圧縮が加わり容積減少率が大きくなることからC’点まで上昇する。その後、C’点からD’点で示す吐出時の温度Tdisまで漸次上昇するように圧縮される。上記B’点からC’点までの間は、外周側から中心側へと容積が漸次減少されつつ移動される圧縮室29に段部25E,27Eがかかっている旋回角範囲を示している。以上から、曲線2Dで示される一般的なスクロール圧縮機に比べ、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機1の方が、同一旋回角θでは圧縮室温度Tが高くなることが解る。
また、図6において、V(F)は、図3に示す噛み合い状態での圧縮室29の容積を示している。その時の旋回角θはF(θ=F)であり、C’点の少し手前の位置である。この旋回角F(θ=F)での圧縮室温度は、図7に示すように、T(F)であり、ほぼC’点に近い温度である。このことから、渦巻き状ラップ25B,27Bのラップ高さが高くなっている段部25E,27Eよりも外周側部分において、温度が最も高くなるのは段部25E,27Eであり、その温度はC’点の温度と同じ程度の温度になることが解る。
上述の点から、以下のことが云える。
(1)一般的なスクロール圧縮機(二次元圧縮)に比べて、同一旋回角では三次元圧縮可能なスクロール圧縮機1の方が、圧縮室の温度が高くなる。
(2)圧縮による熱の影響を最も受けるのは段部25E,27Eであり、ラップ高さが高い部分において段部25E,27Eの温度が最も高くなる。
このため、従来の三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機特有の問題として、ラップ先端面25C,27Cの段部付近において熱膨張による渦巻き状ラップ25B,27Bの高さ方向の変位も局所的に大きくなり、熱変形時にチップシール51,53と相手方スクロール部材のボトム面25I,27Iとの間の隙間、更にはチップシール51,53背面の隙間が局所的に詰まってしまい、チップシール51,53の背面に段部側端部から背圧(圧縮中のガス)が侵入し難くなる。これによって、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側に設けられるチップシール51,53の機能が低下し、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因となる。従って、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gに設けられるチップシール51,53を正常に機能させ、それによるシール効果を得るには、上記に対する熱対策が必須となる。
本実施形態においては、上記の熱対策として、上述したように、段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gに設けられるチップシール溝25L,27Lの段部側端部に、他部分の溝底面より少し深く掘り込んだ深堀部25N,27N(図4および図5(A)参照)により構成される背圧導入部55,57を設けている。このため、段部25E,27E付近が、最も温度が高くなる圧縮熱の影響を受けて熱膨張しラップ高さ方向に変位しても、チップシール51,53の背面に設けられている背圧導入部55,57の隙間が詰まることはなく、チップシール51,53の背面側に背圧導入部55,57を介して確実に背圧(圧縮中のガス)を導入することができる。
これによって、渦巻き状ラップ25B,27Bの熱膨張による変形を吸収し、段部25E,27Eよりも外周側に設けられるチップシール51,53を正常に機能させることができる。すなわち、背圧導入部55,57を介して導入される背圧(圧縮中のガス)によって外周側のチップシール51,53を長さ方向の全域にわたり浮上させ、そのチップシール51,53を相手方スクロール部材25,27のボトム面25I,27Iに押圧することにより、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gを確実にシールすることができる。
その結果、図8に示すように、背圧導入部なしの場合には、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gからのガス漏れにより性能にバラツキが生じ、それが性能低下の要因となっていたのに対し、背圧導入部55,57を設けることにより、ガス漏れを低減して性能のバラツキを相対的に小さくし、それによる性能低下を解消することができる。従って、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能安定化と性能向上を図ることができる。
また、背圧導入部55,57は、チップシール溝25L,27Lの段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んだ深堀部25N,27Nや、チップシール51,53の段部側端部(内周側端部)の背面(底面)を部分的に切り欠いた切欠き部51A,53Aによって構成できるため、背圧導入部55,57を簡易に構成することができる。そして、この背圧導入部55,57によって熱変形を吸収し、段部よりも外周側のチップシール51,53を正常に機能させ、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れを低減することができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図4を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、チップシール溝25L,27Lの段部25E,27E付近における構成を更に特定している点が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図4に示されるように、上記チップシール溝25L,27Lの段部25E,27E側の端部に形成される縁幅を、他部分の縁幅に比べて幅広に構成し、当該縁部の強度を高めるようにしている。
すなわち、先端面25G,27Gに設けられるチップシール溝25L,27Lの段部側端部における縁幅bを、チップシール溝25L,27Lに沿ってその両側に形成される縁幅T2に比べて大きく、b>T2とした構成としている。
この縁幅bは、縁幅T2に対して、b≦2.5*T2の範囲とするのが好ましく、具体的には、1mm<b≦2.5mmとされている。
先端面25G,27Gにチップシール溝25L,27Lを設ける場合、段部側端部に形成される縁幅bを小さくするほどチップシール無しの領域を少なくできることから、圧縮時のガス漏れ量を低減することができる。一方で、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の特徴として、渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25C,27Cの段部25E,27Eは、それぞれボトム面25D,27Dの段部27F,25Fに対向しており、この段部間のガス漏れ量を低減することが重要である。このため、各段部間にごく小さな隙間を与えるか、あるいは軽く摺接するようにしている。ただし、組み立て誤差や熱変形等の影響により渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eに強荷重が作用することがあり、この場合、チップシール溝25L,27Lの縁幅bを小さくしすぎると、薄肉とされたチップシール溝25L,27Lの段部側端部縁が剛性不足により破損するおそれが生じる。
そこで、本実施形態においては、上記の点を考慮してチップシール溝の段部側端部に形成される縁幅bを、チップシール溝の両側に形成される縁幅T2よりも大きく、b>T2としている。このため、チップシール溝25L,27Lの段部側端部における剛性をアップすることができる。これによって、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝25L,27Lの段部側端部における必要な剛性を確保し、当該段部側端部縁の不測の事態による破損を防止することができる。
特に、本実施形態では、縁幅bを、b≦2.5*T2、あるいは1mm<b≦2.5mmとしているため、チップシール51,53が無くその効果が及ばない領域となる縁幅b部分をいたずらに大きくすることなく、最適な範囲に保ち、ガス漏れ量を可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝25L,27Lの段部側端部における必要な剛性を確保することができる。なお、本実施形態は、第1実施形態において説明した背圧導入部55,57を備えていない構成のスクロール圧縮機に対しても、段部25E,27Eにおけるガス漏れ量の低減対策として有効に実施することができる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図9を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、チップシール溝25L,27Lの段部25E,27E付近の構成およびチップシール51,53の構成を変更している点が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、図9に示されるように、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側の先端面25G,27Gに設けるチップシール溝65L,67Lを、段部25E,27Eまで貫通させて設けている。また、このチップシール溝65L,67Lに嵌合装着されるチップシール71,73をチップシール溝65L,67Lの端部まで延伸するように設けている。
また、上記構成によると、チップシール71,73がチップシール溝65L,67Lから抜け出るため、渦巻き方向の少なくとも1箇所にチップシール71,73の渦巻き方向への移動を防ぐ移動防止部75,77を設けている。この移動防止部75,77は、チップシール71,73の背面に設けられたダボ71A,73Aと、このダボ71A,73Aが嵌合するチップシール溝65L,67L側に設けられる凹部65P,67Pとから構成することができる。
本実施形態によれば、上記したように、チップシール溝65L,67Lの段部側端部を段部25E,27Eまで貫通するとともに、チップシール71,73をチップシール溝65L,67Lの端部まで延伸して設けているため、25B,27Bの段部25E,27E付近が熱膨張によってラップ高さ方向に変位しても、それを吸収してチップシール溝65L,67Lの段部25E,27Eへの貫通部からチップシール71,73の背面に確実に背圧(圧縮中のガス)を導入し、この背圧によってチップシール71,73を相手方スクロール部材25,27のボトム面ボトム面25I,27Iに押圧することができる。このため、渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25G,27Gを確実にシールし、渦巻き状ラップ25B,27Bの段部25E,27Eよりも外周側でのガス漏れを低減することができる。よって、段部25E,27Eの外周側でのガス漏れよる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機1の性能安定化と性能向上を図ることができる。
また、ダボ71A,73Aと凹部65P,67Pとで構成される移動防止部75,77を設けることにより、チップシール71,73の渦巻き方向への移動を阻止するようにしているため、チップシール71,73がチップシール溝65L,67Lの貫通部から抜け出すのを確実に防止することができる。しかも、移動防止部75,77は、渦巻き状ラップ25B,27Bやチップシール71,73の構成あるいは強度に何ら影響を及ぼすものではなく、移動防止部75,77を簡易に構成することができるとともに、チップシール71,73の組み付けも容易に行うことができる。
ちなみに、上記チップシール71,73の背面に設けられるダボ71A,73Aは、樹脂成型時に型により設定することが可能であり、また、ダボ71A,73Aが嵌合するチップシール溝65L,67Lの凹部65P,67Pは、チップシール溝65L,67Lを機械加工する際のエンドミルを流用して容易に加工することができるため、簡易にかつ比較的低コストで構成することができる。なお、チップシール71,73に設けられるダボ71A,73Aについては、チップシール71,73の板厚と同程度の高さとすることにより、より強固に移動を防ぐことができる。
さらに、上記の実施形態において、チップシール71,73背面側への背圧の導入をより確実に行うため、図9(B)に破線で示すように、チップシール溝65L,67Lの段部25E,27Eへの貫通部付近に背圧導入凹み65Q,67Qを設けたり、あるいはチップシール溝65L,67Lの入口部やチップシール71,73の端部に、面取りや切欠き等によって背圧導入部を設けたりしてもよく、これによって、チップシール71,73をより確実に機能させることができるようになる。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、開放型スクロール圧縮機を例に説明したが、モータを一体に内蔵したタイプのスクロール圧縮機にも同様に適用することができる。また、段部25E,27Eより外周側に設けるチップシール51,53,71,73に限らず、内周側に設けるチップシール52,54およびチップシール溝25M,27Mに対して、上記実施形態と同様の構成を採用することを妨げるものではない。
また、上記実施形態では、三次元圧縮が可能であるスクロール圧縮機として、段部が固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27にそれぞれ1箇所あるものについて言及したが、当該段部が、中心部から外周にわたり2箇所以上の複数箇所に存在する場合にあっては、それぞれの段部に対して本発明を適用することは有効である。更には、上記した実施形態では、一対の固定スクロール部材25および旋回スクロール部材27が共に渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25C,27Cとボトム面25D,27Dとにそれぞれ段部を備えたものを例に説明したが、少なくとも固定スクロール部材25または旋回スクロール部材27の何れか一方の渦巻き状ラップ25B,27Bの先端面25C,27Cと、他方のボトム面25D,27Dのみに段部を備えたものであっても、本発明に記載された構成が効奏することは云うまでもない。
本発明の第1実施形態にかかるスクロール圧縮機の縦断面図である。 図1示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材の斜視図(A)と旋回スクロール部材の斜視図(B)である。 図1示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の或る旋回角位置での噛み合い状態図である。 図1示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近における部分平面図(A)とその拡大図(B)および断面図(C)である。 図1示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近の噛み合い状態の展開図(A)とその変形例の展開図(B)である。 図1示すスクロール圧縮機の圧縮作用を説明する旋回角θと押しのけ量Vとの関係図である。 図1示すスクロール圧縮機の圧縮作用を説明する旋回角θと圧縮室温度Tとの関係図である。 図1示すスクロール圧縮機の性能向上についての説明図である。 本発明の第3実施形態にかかるスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近における部分斜視図(A)とその縦断面図(B)である。
符号の説明
1 スクロール圧縮機
25 固定スクロール部材
27 旋回スクロール部材
25A,27A 端板
25B,27B 渦巻き状ラップ
25C,25G,25H,27C,27G,27H 先端面
25D,27D ボトム面
25E,25F,27E,27F 段部
25L,25M,27L,27M,65L,67L チップシール溝
25N,27N 深堀部
51,52,53,54,71,73 チップシール
51A,53A 切欠き部
55,57 背圧導入部
65P,67P 凹部
65Q,67Q 背圧導入凹み
71A,73A ダボ
b チップシール溝の段部側端部の縁幅
T2 チップシール溝の両側の縁幅

Claims (10)

  1. 端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、
    前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられる前記チップシールの前記段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、前記チップシールの前記段部側端部の背面と前記チップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 前記背圧導入部を、前記チップシール溝の前記段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んで構成した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. 前記背圧導入部を、前記チップシールの前記段部側端部の背面を切り欠いて構成したことを特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記チップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をb、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をT2としたとき、b>T2としたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
  5. 端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、
    前記チップシールを嵌合する前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられるチップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をb、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をT2としたとき、b>T2としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  6. 前記縁幅bを、前記縁幅T2に対して、b≦2.5*T2としたことを特徴とする請求項4または5に記載のスクロール圧縮機。
  7. 前記縁幅bを、1mm<b≦2.5mmとしたことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
  8. 端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、
    前記チップシールを嵌合する前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられるチップシール溝の前記段部側端部を前記段部まで貫通させるとともに、該チップシール溝に嵌合される前記チップシールを前記チップシール溝の端部まで延伸させて設け、その渦巻き方向の少なくとも1箇所に該チップシールの渦巻き方向への移動を防ぐ移動防止部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  9. 前記移動防止部を、前記チップシールもしくは前記チップシール溝の一方に設けたダボと、該ダボが嵌合する前記他方に設けた凹部とから構成したことを特徴とする請求項8に記載のスクロール圧縮機。
  10. 前記チップシールおよび/または前記チップシール溝の前記段部側端部に背圧導入部を設けたことを特徴とする請求項8または9に記載のスクロール圧縮機。
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