JP2017067036A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】可動チップシールを可動渦巻体の外周端側まで延ばすことで、気密性を向上させ、性能を向上させることのできるスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】各々が端板１０ａ及び該端板と一体の渦巻体５２を有した固定スクロール及び可動スクロール１０を備え、固定及び可動スクロール１０間で渦巻体５２及び端板１０ａがその渦巻体５２の先端面５２ａに設けたチップシール５６を介して互いに摺接することにより渦巻体間に形成される作動流体の圧縮室を区画する圧縮機であって、可動スクロール１０に設けられているチップシール５６には、内側面がインボリュート曲線に沿い、外側面が端板と同心円の円弧状に沿って延びることで外周端５６ｂに向けて徐々に細くなる先細部５６ｄが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明はスクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械は、例えば車両の空調装置に含まれる圧縮機として用いられている。このようなスクロール型流体機械は、円板状の端板から渦巻体が突設された固定スクロール及び可動スクロールを噛み合わせ、可動スクロールを固定スクロールに対して旋回運動させる。これにより、両渦巻体間に形成される作動流体の圧力室の容積が中央側に向かうにつれて減少して、作動流体が圧縮される。

特許文献１に開示されているように、各スクロールの渦巻体は、その大部分がインボリュート曲線に沿った渦巻状に形成されているが、外周端においては端板からはみ出さないよう渦巻体の外壁面が端板の外周に沿った円弧状の曲面をなし、他の部分よりも薄壁となっている。

またスクロール型流体機械では、各スクロールの渦巻体の先端面にチップシールが設けられている。チップシールは、例えば特許文献２に開示されているように、渦巻体の先端面にて切削加工により形成されたシール溝に嵌装されている。このように設けられたチップシールは、対向する端板と摺接することで、圧力室の気密性を確保している。また、チップシールは、金属からなる各スクロール同士が触れて摩耗するのを防ぐ潤滑機能も有している。

特開平２−２７１８３号公報 特開２００１−２２１１７６号公報

このような機能を有するチップシールは、渦巻体の全域に亘って設けることが理想であるが、特許文献１で示されている通り、渦巻体の外周端側は薄壁であり、その先端面にチップシールを嵌装するシール溝を切削加工により形成するのは容易ではない。

例えば、固定スクロールの渦巻体の場合は、特許文献２に示されているように、端板周縁に円筒状の周壁が形成されるため、渦巻体の外周端まで先端面の幅を確保することも可能であるが、可動スクロールの場合は周壁を設けることができないため、渦巻体の外周端側は薄壁となる。

薄壁の先端面に沿って切削加工を行うには細いエンドミルを用いる必要があるが、細いエンドミルを用いて、薄壁部分以外の通常の幅のシール溝を形成するにはエンドミルを何往復も移動させなくてはならなくなり、生産効率が低下するという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性の低下を抑えつつ、可動スクロールの薄壁の先端面に先細となるシール溝を形成し、可動チップシールを可動渦巻体の外周端側まで延ばすことで、気密性を向上させ、性能を向上させることのできるスクロール型流体機械を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、各々が端板及び該端板と一体の渦巻体を有した固定スクロール及び可動スクロールを備え、前記固定及び可動スクロール間で前記渦巻体及び前記端板がその渦巻体の先端面に設けたチップシールを介して互いに摺接することにより前記渦巻体間に形成される作動流体の圧力室を区画するスクロール型流体機械であって、前記可動スクロールに設けられているチップシールには、内側面がインボリュート曲線に沿い、外側面が端板と同心円の円弧状に沿って延びることで外周端に向けて徐々に細くなる先細部が形成されている。

好ましくは、前記先細部は、前記可動スクロールの渦巻体の外壁面が前記可動スクロールの端板の外周縁に到達する外周到達部から、当該渦巻体の外周端部付近にまで延びている。

さらに好ましくは、前記先細部は外周端の幅が前記外周到達部における幅の略半分である。

本発明のスクロール型流体機械によれば、生産性の低下を抑えつつ、可動スクロールの薄壁の先端面に先細となるシール溝を形成し、可動チップシールを可動渦巻体の外周端側まで延ばすことで、気密性を向上させ、性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の概略構成図である。 図１の要部拡大断面図である。 （ａ）可動スクロールの平面図、（ｂ）（ａ）の要部拡大平面図である。 シール溝を形成する切削加工の説明図である。

図１は本発明に係るスクロール圧縮機（スクロール型流体機械）１を示し、この圧縮機１は車両を空調するための冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路を循環する冷媒（作動流体）の圧縮に使用される。

圧縮機１はリアハウジング２及びフロントハウジング４を備え、リアハウジング２内にスクロールユニット６が収容されている。スクロールユニット６はリアハウジング２に固定された固定スクロール８と、この固定スクロール８に対して噛み合うように組付けられた可動スクロール１０とからなり、この可動スクロール１０の旋回運動によりスクロールユニット６は冷媒の吸入から圧縮を経て吐出までの一連のプロセスを連続して実行する。

より詳しくは、リアハウジング２内にはその端板２ａとスクロールユニット６の固定スクロール８との間に吐出室１２が形成され、この吐出室１２は固定スクロール８の固定端板８ａに形成された吐出孔１４にリードバルブタイプの吐出弁１６を介して接続可能である一方、リアハウジング２に形成した吐出ポート（図示しない）を介して冷凍回路の冷媒循環経路に接続されている。

なお、リアハウジング２には冷媒の吸入ポート（図示しない）もまた形成されており、この吸入ポートは冷媒循環経路からリアハウジング２内に冷媒を導入し、導入された冷媒はスクロールユニット６内に吸入される。

一方、フロントハウジング４内には駆動軸１８が配置され、この駆動軸１８は大径端部２０及び小径軸部２２を有する。大径端部２０はニードル軸受２４を介してフロントハウジング４に回転自在に支持され、小径軸部２２はボール軸受２６を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。更に、小径軸部２２とフロントハウジング４との間にはリップシール２８が配置され、このリップシール２８はフロントハウジング４内を気密に区画している。

駆動軸１８の小径軸部２２はフロントハウジング４から突出し、この突出端が電磁クラッチを内蔵した駆動プーリ３０に連結され、この駆動プーリ３０は軸受３２を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ３０はベルトを介して車両のエンジン側の出力プーリに接続され、エンジンからの動力を受けて回転される。従って、エンジンの駆動中、駆動プーリ３０内の電磁クラッチがオン作動されていれば、駆動軸１８は駆動プーリ３０とともに回転される。

一方、駆動軸１８の大径端部２０からは可動スクロール１０に向けてクランクピン３４が突出され、このクランクピン３４は偏心ブッシュ３６及びニードル軸受３８を介して可動スクロール１０のボス４０を支持している。従って、駆動軸１８が回転されると、クランクピン３４及び偏心ブッシュ３６を介して可動スクロール１０が旋回運動する。

更に、フロントハウジング４と可動スクロール１０の可動端板１０ａとの間には自転阻止カップリングが配置されている。この実施例の場合、自転阻止カップリングはいわゆるＥＭカップリング４２からなり、ＥＭカップリング４２はそれぞれリング形状をなす可動プレート４４及び固定プレート４６双方の環状レース溝間にボール４８を挟み込んで構成されている。

固定スクロール８はその固定端板８ａと一体成形された固定渦巻体５０を有し、可動スクロール１０もその可動端板１０ａと一体成形された可動渦巻体５２を有している。固定及び可動渦巻体５０，５２の内外面はその大部分がインボリュート曲線から形成され、例えばアルミニウム合金から成形されている。

なお、上述した吐出孔１４は、固定渦巻体５０の中央端部５０ｂの近傍に位置付けられ、この中央端部５０ｂの内面との間には一定のクリアランスが確保されている。

固定渦巻体５０の先端面５０ａには固定チップシール５４が設けられ、可動渦巻体５２の先端面５２ａには可動チップシール５６が設けられている。固定及び可動チップシール５４,５６は、上述したアルミニウム合金から成形される固定及び可動渦巻体５０,５２の約１／３０以下程度の弾性係数を有する、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのエンジニアリング・プラスチックから成形される。

固定渦巻体５０及び可動端板１０ａは固定チップシール５４を介して互いに摺接され、一方、可動渦巻体５２及び固定端板８ａは可動チップシール５６を介して互いに摺接される。固定及び可動スクロール８，１０間でのこれらの摺接により固定及び可動渦巻体５０，５２間には冷媒の圧縮室（圧力室）５８が区画して形成され、上述した一連のプロセスが連続して実行される。

ここで、可動チップシール５６について詳しく説明する。図２には図１の要部拡大断面図が示されており、図３には（ａ）可動スクロールの平面図、及び（ｂ）（ａ）の要部拡大平面図が示されており、以下これらの図を参照しつつ説明する。

図２に示すように可動チップシール５６は、可動渦巻体５２の先端面５２ａに形成されたシール溝６０に嵌装されている。なお、図示されていないが、固定チップシール５４は、固定渦巻体５０の先端面５０ａに形成されたシール溝に嵌装されている。

そして、図３（ａ）に示すように、可動チップシール５６は、可動渦巻体５２の中央端部５２ｂから外周端部５２ｃに亘って延びている。可動渦巻体５２は、外壁面が可動端板１０ａの外周縁に到達するまで、中央端部５２ｂからインボリュート曲線に沿って外周側に延びた形状をなしている。可動渦巻体５２の外壁面が可動端板１０ａの外周縁に到達した地点Ｐ（以下、外周到達部Ｐという）から外周端部５２ｃまでは、外壁面は可動端板１０ａの外周縁に沿って延び、内壁面はインボリュート曲線に沿って延びた薄壁部５２ｄとなっている。

可動チップシール５６は、可動渦巻体５２の中央端部５２ｂの近傍に位置する中央端５６ａから外周到達部Ｐまでは、インボリュート曲線に沿って、先端面５２ａの幅方向中央位置にて一定の幅で延びている。可動チップシール５６の外周到達部Ｐから外周端５６ｂまでは、図３（ｂ）に示すように、外側面は可動端板１０ａと同心円の円弧状に沿って延び、内側面はインボリュート曲線に沿って延びている。このように、可動チップシール５６は、中央端５６ａから外周到達部Ｐまでは一定幅で延びる主部５６ｃが形成され、外周到達部Ｐから外周端５６ｂまでは、可動渦巻体５２の薄壁部５２ｄの先端面５２ａの幅に沿って、外周端５６ｂに向けて徐々に幅が狭くなる先細部５６ｄが形成されている。

先細部５６ｄは、生産上の観点から、外周到達部Ｐにおける幅に対して、外周端５６ｂにおける幅が略半分であることが好ましい。詳しくは、図４にシール溝の切削加工についての説明図が示されており、同図に基づき説明する。

図４では、シール溝６０を形成するエンドミル６２が点線で示されている。同図に示すように、エンドミル６２の直径は、可動チップシール５６の外周端５６ｂの幅に一致する。そして、外周到達部Ｐにおける可動チップシール５６の幅はエンドミル６２の直径の略２倍である。このような可動チップシール５６の幅に沿ったシール溝６０を形成するために、図４において矢印で切削加工の経路の一例を示すように、まずエンドミル６２により可動渦巻体５２の中央端部５２ｂ近傍からエンドミル６２による切削を開始し、シール溝６０の外周側を形成する。つまり、エンドミル６２を、可動渦巻体５２の中央端部５２ｂから外周到達部Ｐまではインボリュート曲線に沿って移動させ、外周到達部Ｐから外周端部５２ｃ近傍までは可動端板１０ａと同心円の円弧状に移動させる。

そして、エンドミル６２が可動チップシール５６の外周端５６ｂに対応する位置にまで到達したら、折り返してシール溝６０の内周面を形成する。つまり、今度はエンドミル６２を、可動渦巻体５２の外周端部５２ｃ近傍から中央端部５２ｂ近傍までインボリュート曲線に沿って移動させる。

これにより、エンドミル６２を可動渦巻体５２の先端面５２ａにて一往復させることでシール溝６０を形成することができる。例えば、シール溝６０の外周端の幅を外周到達部Ｐの幅の半分より狭くすると、エンドミル６２を一往復させるだけではシール溝６０を形成することはできず、生産性が低下する。一方、外周端の幅を外周到達部Ｐの幅の半分よりも大きく拡げると、可動チップシール５６を可動渦巻体５２の外周端部５２ｃ近傍まで延ばせなくなり、気密性が低下し圧縮機１の性能が低下する。これらのことから、可動チップシール５６のシール溝６０は、外周端の幅が外周到達部Ｐの略半分であることが、生産効率と圧縮機１の機能性を両立する上で最適な関係となる。

このようにして、可動チップシール５６は、可動渦巻体５２の外周端部５２ｃにまで延びていることで、作動流体の漏出（ブローバイ）は十分に抑えられる。特に、図２に示すように、可動渦巻体５２の先端面５２ａにおいて、シール溝６０より外周側にある空間Ｓは、中央側の圧縮室５８とも連通しているが、可動チップシール５６の先細部５６ｄの外周面は可動渦巻体５２の薄壁部５２ｄの外周壁に沿っていることから、外周端５６ｂに至るまで無駄な空間Ｓを作ることなく、圧縮室５８の気密性を向上させることができる。これにより圧縮機１の圧縮効率は高まり、性能向上を図ることができる。

このように本実施形態に係るスクロール型流体機械によれば、生産性の低下を抑えつつ、可動スクロール１０の薄壁部５２ｄの先端面５２ａに先細となるシール溝６０を形成し、可動チップシール５６を可動渦巻体５２の外周端部５２ｃ側まで延ばすことで、気密性を向上させ、性能を向上させることができる。

以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明はこの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。

上記実施形態では、エンドミル６２により、可動チップシール５６のシール溝６０を外周面側から形成しているが、エンドミルの移動経路はこれに限られず、シール溝の内周側から形成してもよい。

１ 圧縮機（スクロール型流体機械）
６ スクロールユニット
８ 固定スクロール
８ａ 固定端板
１０ 可動スクロール
１０ａ 可動端板
５０ 固定渦巻体
５０ａ 先端面
５２ 可動渦巻体
５２ａ 先端面
５４ 固定チップシール
５６ 可動チップシール
５６ａ 中央端
５６ｂ 外周端
５６ｃ 主部
５６ｄ 先細部
５８ 圧縮室（圧力室）
６０ シール溝
Ｐ 外周到達部
６２ エンドミル

Claims (3)

1. 各々が端板及び該端板と一体の渦巻体を有した固定スクロール及び可動スクロールを備え、前記固定及び可動スクロール間で前記渦巻体及び前記端板がその渦巻体の先端面に設けたチップシールを介して互いに摺接することにより前記渦巻体間に形成される作動流体の圧力室を区画するスクロール型流体機械であって、
   前記可動スクロールに設けられているチップシールには、内側面がインボリュート曲線に沿い、外側面が端板と同心円の円弧状に沿って延びることで外周端に向けて徐々に細くなる先細部が形成されているスクロール型流体機械。
2. 前記先細部は、前記可動スクロールの渦巻体の外壁面が前記可動スクロールの端板の外周縁に到達する外周到達部から、当該渦巻体の外周端部付近にまで延びている請求項１記載のスクロール型流体機械。
3. 前記先細部は外周端の幅が前記外周到達部における幅の略半分である請求項２記載のスクロール型流体機械。

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