JP2018071470A - 流体機械 - Google Patents

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史雄 赤岩
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Abstract

【課題】圧縮性流体を圧縮する流体機械において、ハウジングの接合面の耐腐食性を向上させる。【解決手段】流体機械の一例として挙げられるスクロール型圧縮機100は、気体冷媒を圧縮する固定スクロール120及び旋回スクロール140と、フロントハウジング180、センターハウジング200及びリアハウジング220が接合して形成されたハウジングと、を備える。ハウジングにおいてOリングでシール性能が確保されている接合面、例えば、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周は、熱を加えると収縮する熱収縮チューブ560によって覆われている。【選択図】図1

Description

本発明は、圧縮性流体を圧縮する流体機械に関する。
流体機械の一例として、冷媒回路の低圧側から吸入した気体冷媒(流体)を圧縮して吐出する圧縮機が知られている。自動車に搭載される圧縮機は、例えば、走行環境によっては塩分を含んだ水分(塩水)に晒されるため、Oリングなどのシール部材を使用して、ハウジングの接合面のシール性能を確保している。しかし、ハウジングの外周から接合面に塩水が侵入すると、これに晒される接合面に腐食が発生し、ハウジングの接合面のシール性能が低下してしまう。このため、特開2012−163000号公報(特許文献1)に記載されるように、ハウジングの接合面にアルマイト処理(陽極酸化皮膜処理)を施すことによって、接合面の耐腐食性を向上させる技術が提案されている。
特開2012−163000号公報
しかしながら、金属表面にアルマイト処理を施すと、金属表面の耐腐食性は向上するものの、酸化被膜を形成する過程において、金属表面にポーラス(多孔質)が形成されてしまう。ハウジングの接合面にポーラスが形成されると、その平滑度が低下することから、外周からハウジングの接合面に塩水が侵入し易くなり、ハウジングの接合面の耐腐食性を向上させることが困難になってしまうおそれがある。
そこで、本発明は、ハウジングの接合面の耐腐食性を向上させることができる、流体機械を提供することを目的とする。
このため、流体機械は、圧縮性流体を圧縮する圧縮機構と、少なくとも第1のハウジング及び第2のハウジングが接合して形成された内部空間に圧縮機構を収容するハウジングと、第1のハウジングと第2のハウジングとの接合面の外周を覆う熱収縮チューブと、を備える。
本発明によれば、ハウジングの接合面の耐腐食性を向上させることができる。
スクロール型圧縮機の一例を示す断面図である。 ハウジングの接合箇所を拡大した断面図である。 ハウジングの寸法と熱収縮チューブの寸法及び収縮率との関係の説明図である。 移動規制部の第1実施例の説明図である。 移動規制部の第2実施例の説明図である。 移動規制部の第3実施例の説明図である。 移動規制部の第4実施例の説明図である。 移動規制部の第5実施例の説明図である。
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図1は、スクロール型圧縮機の一例を示す。ここで、スクロール型圧縮機は、流体機械の一例として挙げられる。
スクロール型圧縮機100は、中心軸が延びる方向に沿って対向配置される、固定スクロール120及び旋回スクロール140を備えている。固定スクロール120は、円盤形状の底板122と、底板122の一面から旋回スクロール140に向かって延びる、インボリュート曲線のラップ(渦巻き形状の羽根)124と、を有している。旋回スクロール140は、固定スクロール120と同様に、円盤形状の底板142と、底板142の一面から固定スクロール120に向かって延びる、インボリュート曲線のラップ144と、を有している。なお、固定スクロール120及び旋回スクロール140が、圧縮機構の一例として挙げられる。
固定スクロール120及び旋回スクロール140は、ラップ124及び144の周方向の角度が互いにずれた状態で、ラップ124及び144の側壁が互いに部分的に接触するように噛み合わされている。このとき、固定スクロール120のラップ124の先端部には、旋回スクロール140の底板142との気密性を確保する、図示しないチップシールが埋設されている。一方、旋回スクロール140のラップ144の先端部には、固定スクロール120の底板122との気密性を確保する、図示しないチップシールが埋設されている。従って、固定スクロール120と旋回スクロール140との間には、三日月形状の密閉空間、即ち、気体冷媒(圧縮性流体)を圧縮する圧縮室160が形成されている。
旋回スクロール140は、後述するように、その自転が阻止されつつ、固定スクロール120の軸心周りに公転旋回運動する。従って、固定スクロール120と旋回スクロール140との間に形成される圧縮室160は、ラップ124及び144の外端部から中心部に向かって移動し、その容積が徐々に小さくなる。このため、ラップ124及び144の外端部から圧縮室160へと取り込まれた気体冷媒は、圧縮室160の容積減少に伴って圧縮される。
スクロール型圧縮機100のハウジングは、フロントハウジング180と、固定スクロール120を一体的に内包するセンターハウジング200と、センターハウジング200の背面側に配置されるリアハウジング220と、を含んで構成されている。
フロントハウジング180の外周面は、センターハウジング200との接合面から離れるにつれて、その外径が4段階に縮径する段付円柱形状に形成されている。ここで、円柱形状とは、見た目で円柱形状であると認識できる程度でよく、例えば、その外周面に補強用のリブ、締結用のボスなどが形成されていてもよい(形状については以下同様)。また、フロントハウジング180の内周面は、センターハウジング200との接合面から離れるにつれて、その外径が4段階に縮径する段付円柱形状に形成されている。従って、フロントハウジング180は、その外周面と内周面とが略相似形となっており、4段階に縮径する段付円筒形状に形成されている。
以下の説明においては、説明の便宜上、フロントハウジング180の段付円柱形状の内周面について、その大径側から小径側にかけて、第1内周面180A〜第4内周面180Dと称することとする。なお、フロントハウジング180が、第1のハウジングの一例として挙げられる。
さらに、フロントハウジング180の外周面の所定箇所には、スクロール型圧縮機100を車体に固定するボルトの軸部が貫通するボス180Eが形成されている。図示の例では、フロントハウジング180の中心軸を挟んだ2位置にボス180Eが夫々形成されているが、その数及び形成位置は任意である。また、フロントハウジング180の周壁には、冷媒回路の低圧側から気体冷媒を導入する、図示しない吸入ポートが形成されている。
フロントハウジング180において、第1内周面180Aの最奥部に位置する壁面と旋回スクロール140の底板142の他面との間には、旋回スクロール140のスラスト力を受ける、薄板円環形状のスラストプレート240が配設されている。従って、第1内周面180Aの最奥部に位置する壁面は、スラストプレート240を取り付ける取付部として機能する。
センターハウジング200は、フロントハウジング180との接合面側が大径、リアハウジング220との接合面側が小径をなす、段付円筒形状に形成されている。そして、センターハウジング200の小径側は、固定スクロール120と一体化されており、その開口が固定スクロール120の底板122によって閉塞されている。但し、固定スクロール120とセンターハウジング200とを別部材とし、センターハウジング200に固定スクロール120を収容することもできる。なお、センターハウジング200が、第2のハウジングの一例として挙げられる。
リアハウジング220は、センターハウジング200との接合面から離れるにつれて、周縁部を除く中央部が外方へと膨出する有底円筒形状に形成されている。従って、リアハウジング220は、センターハウジング200と一体化された固定スクロール120の底板122と協働して、所定容積を有する内部空間を形成し、これが圧縮された気体冷媒の吐出室260として機能する。このため、固定スクロール120の底板122の中心部には、圧縮室160により圧縮された気体冷媒を吐出室260へと導入する吐出孔122Aが形成され、その底板122の他面には、吐出室260から圧縮室160への気体冷媒の逆流を阻止する、リードバルブなどの一方向弁280が取り付けられている。また、リアハウジング220の周壁には、吐出室260から冷媒回路の高圧側へと気体冷媒を吐出する、図示しない吐出ポートが形成されている。
そして、フロントハウジング180とセンターハウジング200とは、フロントハウジング180の大径側の開口端とセンターハウジング200の大径側の開口端とを接合させた状態で、例えば、締結具としての図示しない複数のボルトによって分離可能に締結されている。このとき、フロントハウジング180及びセンターハウジング200の接合面から内部に塩水などが侵入することを抑制するため、図2に示すように、フロントハウジング180の端面に矩形断面を有する周溝180Fを形成し、ここにシール部材としてのOリング300を嵌合させている。
また、センターハウジング200とリアハウジング220とは、センターハウジング200の小径側の端面とリアハウジング220の開口端とを接合させた状態で、例えば、締結具としての複数のボルト320によって分離可能に締結されている。このとき、センターハウジング200の端面とリアハウジング220の開口端との間には、図示しないガスケットが挟持されているため、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面と比較して、内部に塩水などが侵入し難くなっている。
フロントハウジング180には、固定スクロール120の軸心周りに旋回スクロール140を公転旋回運動させる、駆動軸340が収容されている。駆動軸340は、小径部340A及び大径部340Bを有する段付円柱形状をなし、その小径部340Aの先端部がフロントハウジング180の小径側端部から外部に突出するように、フロントハウジング180に回転自由に収容されている。具体的には、駆動軸340の小径部340Aは、第4内周面180Dの開口側端部に対して、ボールベアリング360を介して回転自由に軸支されている。駆動軸340の大径部340Bは、第3内周面180Cに対して、ローラベアリング380を介して回転自由に軸支されている。駆動軸340の小径部340Aであって、ボールベアリング360と大径部340Bとの間に位置する部位は、例えば、メカニカルシールやリップシールなどのシール部材400によって、フロントハウジング180の第4内周面180Dとのシール性能が確保されている。
駆動軸340の大径部340Bの端面には、その軸心から偏心した位置に、ここから旋回スクロール140に向かって突出する、円柱形状のクランク420が形成されている。クランク420の外周面には、クランク420が相対回転可能に嵌合する嵌合孔が偏心状態で形成された、円柱形状の外形を有する偏心ブッシュ440が取り付けられている。偏心ブッシュ440の外周面は、旋回スクロール140の底板142の他面からフロントハウジング180の小径側へと延びる円環形状のボス部142Aの内周面に対して、ローラベアリング460を介して回転自由に支持されている。また、偏心ブッシュ440の半径外方には、偏心ブッシュ440の運動に起因する振動を抑制するために、その重量などに応じたバランサウェイト480が取り付けられている。
駆動軸340の先端部は、フロントハウジング180の小径側の外周面に遊転可能に取り付けられた電磁クラッチ500を介して、外部からの動力によって回転するプーリ520に連結されている。従って、電磁クラッチ500を作動させると、プーリ520と駆動軸340とが連結され、プーリ520の回転力によって駆動軸340が回転する。一方、電磁クラッチ500の作動を停止させると、プーリ520と駆動軸340との連結が解除され、駆動軸340の回転が停止する。このように、電磁クラッチ500を適宜制御することで、スクロール型圧縮機100の作動を制御することができる。
また、旋回スクロール140の自転を阻止する機構として、ピン&ホール式の自転阻止機構が組み込まれている。具体的には、旋回スクロール140の底板142の他面の外縁部近傍に円形穴142Bを複数形成すると共に、フロントハウジング180の第1内周面180Aの最奥部に位置する壁面からスラストプレート240を貫通するピン540を複数立設させる。そして、ピン540の先端部を円形穴142Bに係合させる。なお、旋回スクロール140の自転阻止機構としては、ピン&ホール式の自転阻止機構に限らず、公知の自転阻止機構を使用することもできる。
従って、旋回スクロール140は、自転阻止機構により自転が阻止されつつ、固定スクロール120の軸心周りに公転旋回運動可能となる。
次に、スクロール型圧縮機100の作用について説明する。
外部からの動力によって駆動軸340が回転すると、その回転力がクランク420及び偏心ブッシュ440を介して旋回スクロール140に伝達され、旋回スクロール140を固定スクロール120の軸心周りに公転旋回運動させる。このとき、旋回スクロール140の円形穴142B及びピン540を含む自転阻止機構によって、旋回スクロール140の自転が阻止される。その結果、固定スクロール120と旋回スクロール140との間に形成された圧縮室160の容積が増減し、フロントハウジング180の吸入ポートから内部空間へと導入された低圧の気体冷媒は、圧縮室160で圧縮されつつ中心部へと導かれる。圧縮室160で圧縮された気体冷媒は、固定スクロール120の底板122に形成された吐出孔122A及び一方向弁280を介して吐出室260へと吐出される。吐出室260へと吐出された気体冷媒は、リアハウジング220の吐出ポートを介して、冷媒回路の高圧側へと導出される。
車両に搭載されたスクロール型圧縮機100は、走行環境によっては塩水に晒される。この場合、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面は、フロントハウジング180の端面に取り付けられたOリング300によってシール性能が確保されているが、Oリング300の外方に位置する接合面に塩水が侵入することは防止できない。この接合面に塩水が侵入すると、その接合面だけでなく、フロントハウジング180の端面に形成された周溝180Fの内面も腐食し、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面のシール性能が低下してしまう。
そこで、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を、熱を加えることで収縮する熱収縮チューブ560で覆う。このようにすれば、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周は、熱収縮チューブ560によって封止され、その外周から塩水が侵入し難くなる。このため、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面が腐食し難くなり、その耐腐食性を向上させることができる。
ここで、図3に示すように、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周の周長をD1、熱収縮チューブ560の収縮前の周長をD2、熱収縮チューブ560の収縮率をkとしたとき、k×D2<D1<D2の関係を有することが望ましい。このようにすれば、熱収縮チューブ560を熱収縮させる前には、これをフロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周に容易に取り付けることができる。また、熱収縮チューブ560を熱収縮させた後には、これがフロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を締め付けるため、ハウジングに対する熱収縮チューブ560の固定強度を向上させることができる。なお、熱収縮チューブ560としては、接着剤付きの熱収縮チューブを使用することもできる。
また、フロントハウジング180の横断面において外周面の周長が最大となる最大周長、及び、センターハウジング200の横断面において外周面の周長が最大となる最大周長のうち、小さい方の最大周長は、熱収縮チューブ560の収縮前の周長D2より小さいことが望ましい。このようにすれば、フロントハウジング180とセンターハウジング200を締結した後でも熱収縮チューブ560を取り付けることができ、例えば、スクロール型圧縮機100の製造工程の自由度を高めることができる。なお、フロントハウジング180又はセンターハウジング200の接合面の外周の周長が、そのハウジングの横断面において最大となる最大周長、即ち、接合面の外周の周長が軸方向における他の位置での周長より大きい場合であっても同様である。
ところで、車両にスクロール型圧縮機100を搭載した後では、車両走行による振動がスクロール型圧縮機100に伝達され、熱収縮チューブ560を軸方向に移動させようとする力が作用する。そこで、フロントハウジング180及びセンターハウジング200の少なくとも一方に、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制する移動抑制部を形成する。移動抑制部は、フロントハウジング180及びセンターハウジング200の外周面であって、熱収縮チューブ560が当接する部位の少なくとも一部に形成された、凹部及び凸部の少なくとも一方からなる。また、移動抑制部は、フロントハウジング180の外周面に形成されたボス180Eからなる。以下、この移動抑制部の実施例について説明する。
1.第1実施例
フロントハウジング180及びセンターハウジング200の外周面には、図4に示すように、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面を跨ぐ、矩形断面を有する周溝580が形成されている。そして、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を、熱収縮チューブ560が覆っている。このようにすれば、熱収縮チューブ560の軸方向の中央部が周溝580に入り込み、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制することができる。
2.第2実施例
フロントハウジング180及びセンターハウジング200の外周面には、図5に示すように、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面を跨ぐ、矩形断面を有する円環形状の突起600が形成されている。そして、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を、熱収縮チューブ560が覆っている。このようにすれば、熱収縮チューブ560の軸方向の中央部が突起600に乗り上げ、第1実施例と同様に、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制することができる。
3.第3実施例
フロントハウジング180及びセンターハウジング200の外周面には、図6に示すように、その半径外方へと向かって突出する半球形状の突起620が複数形成されている。そして、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を、熱収縮チューブ560が覆っている。このようにすれば、熱収縮チューブ560が突起620に乗り上げ、第1実施例及び第2実施例と同様に、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制することができる。なお、突起620としては、半球形状に限らず、円錐形状、円柱形状などの任意の形状とすることができる。また、突起620に代えて、フロントハウジング180及びセンターハウジング200の外周面に、任意の形状を有する凹部を複数形成してもよい。
4.第4実施例
接着剤付きの熱収縮チューブ560を使用する場合には、移動抑制部として、図7に示すように、フロントハウジング180の外周面とセンターハウジング200の外周面との間に段差640を形成するようにしてもよい。この場合には、例えば、同径のフロントハウジング180とセンターハウジング200とを接合して締結する際に、径方向に偏心させて接合すれば、中心軸を挟んだ両側に段差640が夫々形成される。このようにすれば、段差640に接着剤が溜まり、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制することができる。このとき、ハウジングの中心軸を挟んで反対側に位置する段差640は、その形成方向が異なるため、熱収縮チューブ560を一方向に移動させようとする力と、熱収縮チューブ560を他方向に移動させようとする力とが打ち消し合う。このため、熱収縮チューブ560の軸方向への移動を抑制することが容易となる。
5.第5実施例
フロントハウジング180の外周面に形成されたボス180Eは、例えば、熱収縮チューブ560の幅寸法を適宜変更することで、図8に示すように、熱収縮チューブ560の軸方向の一端部と当接する。このため、熱収縮チューブ560は、ボス180Eの方向への移動が規制され、これがずれることを抑制できる。なお、第5実施例は、第1実施例〜第4実施例と組み合わせて適用することもできる。
ここで、スクロール型圧縮機100のハウジングに対して、熱収縮チューブ560を固定する方法について説明する。なお、熱収縮チューブ560を固定する前には、フロントハウジング180及びセンターハウジング200に対する各部品の組付けが終了していることを前提とする。
第1工程として、作業者は、フロントハウジング180の大径側端部、又は、センターハウジング200の大径側端部に熱収縮チューブ560を取り付ける作業(取付作業)を行う。このとき、熱収縮チューブ560の周長D2は接合面の外周の周長D1より大きいので、フロントハウジング180又はセンターハウジング200に熱収縮チューブ560を容易に取り付けることができる。
第2工程として、作業者は、フロントハウジング180、センターハウジング200及びリアハウジング220を締結する作業(締結作業)を行う。
第3工程として、作業者は、フロントハウジング180、センターハウジング200及びリアハウジング220の外周面に付着している油分を除去するため、例えば、水蒸気を吹き付けて洗浄する作業(洗浄作業)を行う。
第4工程として、作業者は、フロントハウジング180、センターハウジング200及びリアハウジング220の外周面に残っている水蒸気を除去するため、例えば、熱風を吹き付けて乾燥させる作業(乾燥作業)を行う。作業者が乾燥作業を行うと、熱収縮チューブ560に熱が加えられるため、これが収縮してハウジングを締め付けるようになる。従って、熱収縮チューブ560は、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周を覆って封止する。なお、ハウジングに対する熱収縮チューブ560の位置は、例えば、乾燥作業を行う作業台に備えられた冶具で規定することができる。
熱収縮チューブ560の取付作業は、締結作業の前に限らず、締結作業と洗浄作業との間、洗浄作業と乾燥作業との間にも行うことができる。この場合、乾燥作業において、熱収縮チューブ560を収縮させて固定することができる。また、熱収縮チューブ560の取付作業は、乾燥作業の後であってもよい。この場合、乾燥作業が終了しているので、熱収縮チューブ560の取付作業の後、これを収縮させる収縮作業が必要となる。
以上、本発明を実施するための実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、下記に一例を列挙するように、技術的思想に基づいて種々の変形及び変化が可能である。
スクロール型圧縮機100のハウジングは、フロントハウジング180、センターハウジング200及びリアハウジング220からなる構成に限らず、例えば、フロントハウジング及びリアハウジングからなる構成とすることもできる。また、流体機械としては、スクロール型圧縮機100に限らず、例えば、往復型圧縮機、斜板型圧縮機、ダイアフラム型圧縮機、ツインスクリュー型圧縮機、シングルスクリュー型圧縮機、ロータリー型圧縮機など、公知形式の圧縮機とすることもできる。
さらに、スクロール型圧縮機100を車体に固定するボスは、フロントハウジング180に限らず、これとセンターハウジング200との当接面の近傍に位置する、センターハウジング200の所定箇所に形成することもできる。その他、熱収縮チューブ560は、フロントハウジング180とセンターハウジング200との接合面の外周に限らず、センターハウジング200とリアハウジング220との接合面の外周を覆うこともできる。要するに、熱収縮チューブ560は、ハウジングの接合面の外周のうち、シール性能を向上させたい部分を覆うことができる。
120 固定スクロール(圧縮機構)
140 旋回スクロール(圧縮機構)
180 フロントハウジング(第1のハウジング)
180E ボス(移動抑制部)
200 センターハウジング(第2のハウジング)
560 熱収縮チューブ
580 周溝(移動抑制部)
600 突起(移動抑制部)
620 突起(移動抑制部)
640 段差(移動抑制部)

Claims (6)

  1. 圧縮性流体を圧縮する圧縮機構と、
    少なくとも第1のハウジング及び第2のハウジングが接合して形成された内部空間に前記圧縮機構を収容するハウジングと、
    前記第1のハウジングと前記第2のハウジングとの接合面の外周を覆う熱収縮チューブと、
    を備えた流体機械。
  2. 前記接合面の外周の周長をD1、前記熱収縮チューブの収縮前の周長をD2、前記熱収縮チューブの収縮率をkとしたとき、k×D2<D1<D2の関係を有する、
    請求項1に記載の流体機械。
  3. 前記第1のハウジングの横断面において外周面の周長が最大となる最大周長、及び、前記第2のハウジングの横断面において外周面の周長が最大となる最大周長のうち、小さい方の最大周長は、前記熱収縮チューブの収縮前の周長D2より小さい、
    請求項2に記載の流体機械。
  4. 前記第1のハウジング及び前記第2のハウジングの少なくとも一方には、前記熱収縮チューブの軸方向への移動を抑制する移動抑制部が形成された、
    請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の流体機械。
  5. 前記移動抑制部は、前記第1のハウジング及び前記第2のハウジングの外周面であって、前記熱収縮チューブが当接する部位の少なくとも一部に形成された、凹部及び凸部の少なくとも一方からなる、
    請求項4に記載の流体機械。
  6. 前記移動抑制部は、前記第1のハウジング又は前記第2のハウジングの外周面に形成された固定用のボスからなる、
    請求項4に記載の流体機械。
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