JP2024030222A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】機能を損なうこと無く、可動スクロールのラップと固定スクロールの鏡板の強い接触を効果的に抑制して耐久性を改善することができるスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】固定スクロール２１及び可動スクロール２２の各ラップ２４、３２間に形成された圧縮室３４を外側から内側に向けて縮小させながら移動させ、作動流体を圧縮する。可動スクロール２２のラップ３２は、渦巻基礎円の中心Ｏから外壁伸開開始点Ｓを通過して外側に向かう線Ｌ１が最外側のラップ３２と交差する点Ｐ１から巻終り点Ｐ２までの範囲において、当該巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる傾斜部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、両スクロールのラップ間に形成された圧縮室で作動流体を圧縮するスクロール圧縮機に関する。

従来よりこの種スクロール圧縮機は、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた可動スクロールから成る圧縮機構を備え、各スクロールのラップを対向させてラップ間に圧縮室を形成し、モータにより固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、圧縮室の容積を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることで、作動流体（冷媒）を圧縮するように構成されている。

この場合、従来では固定スクロールと可動スクロールの両方のラップ先端、若しくは、片方に樹脂素材のチップシールを取り付け、金属（アルミニウム）同士の接触を防止していた。しかしながら、チップシールを設けない場合、スクロール圧縮機が停止と再起動を繰り返す稼働状態では、可動スクロールが転覆しながら（傾きながら）起動するため、起動が安定するまで可動スクロールのラップ先端が非常に強く固定スクロールの鏡板に接触することが考えられ、特にラップの壁厚が薄く、面圧が上昇し易い巻終り付近は固定スクロールの鏡板に引きずったような溝ができる。

このような状態が繰り返されると、可動スクロールのラップ巻終り付近の先端でめっきが摩滅し、金属製のスクロール間に強い接触抵抗が生まれ、荷重により疲労破壊（壁割れや破断）が生じる問題があった。

特許第４５４５０３９号公報

そこで、例えば可動スクロールのラップの巻終り部を階段状に低くすることが考えられるが、段差のつなぎ目の角部において面圧が上昇し、部分的なめっきの剥離を誘発する欠点がある。

また、例えば特許文献１のように可動スクロールのラップの最外側の高さを徐々に低くすることが考えられる。しかしながら、特許文献１ではラップの高さを低くする範囲が明確ではなく、範囲が広すぎればスクロール圧縮機としての機能が損なわれる。一方、範囲が狭すぎれば、スクロールの実際の摩耗に対応できず、強い接触状態の発生を効果的に抑制することができなくなって耐久性が損なわれる。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、機能を損なうこと無く、可動スクロールのラップと固定スクロールの鏡板の強い接触を効果的に抑制して耐久性を改善す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。

本発明のスクロール圧縮機は、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成る圧縮機構を備え、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させ、両スクロールの各ラップ間に形成された圧縮室を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることにより、作動流体を圧縮するものであって、可動スクロールのラップは、渦巻基礎円の中心から外壁伸開開始点を通過して外側に向かう線Ｌ１が最外側のラップと交差する点Ｐ１から巻終り点Ｐ２までの範囲において、当該巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる傾斜部を有することを特徴とする。

請求項２の発明のスクロール圧縮機は、上記発明において可動スクロールのラップには、前記範囲において、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第１の傾斜部と、高さが変化しない平坦部と、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第２の傾斜部が連続して形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明のスクロール圧縮機は、上記発明において可動スクロールのラップの高さは、第１の傾斜部の終端で１０μｍ低くなり、第２の傾斜部の終端で５０μｍ低くなることを特徴とする。

請求項４の発明のスクロール圧縮機は、請求項２の発明において可動スクロールのラップの長さは、第１の傾斜部よりも平坦部において長く、この平坦部よりも第２の傾斜部において長く設定されていることを特徴とする。

請求項５の発明のスクロール圧縮機は、請求項１の発明において両スクロールにはメッキ処理が施されていることを特徴とする。

請求項６の発明のスクロール圧縮機は、請求項１の発明において可動スクロールの鏡板背面には背圧室が構成されており、可動スクロールの鏡板には、背圧室と圧縮室を連通する背圧孔が貫通形成されていることを特徴とする。

請求項７の発明のスクロール圧縮機は、上記各発明において固定スクロールと可動スクロールのラップ先端には、チップシールが設けられていないことを特徴とする。

本発明によれば、スクロール圧縮機としての機能を維持しながら、固定スクロールの鏡板の引きずりを改善し、可動スクロールのラップの巻終り付近の先端に疲労破壊が生じることも効果的に防止することができるようになり、耐久性を向上させることができるようになる。これにより、機能と耐久性の両立を図ったスクロール圧縮機を提供することができるようになる。

本発明を適用した一実施形態のスクロール圧縮機の縦断断面図である。 図１のスクロール圧縮機の可動スクロールのラップ側から見た平面図である。 図２の可動スクロールの巻終り付近のラップ高さを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施形態のスクロール圧縮機１の概略断面図である。

実施例のスクロール圧縮機１は、例えば電動車両用の空調装置の冷媒回路に使用され、空調装置の作動流体としての冷媒を吸入し、圧縮して吐出配管に吐出するものであり、三相の電動モータ２と、この電動モータ２を運転するためのインバータ３と、電動モータ２によって駆動される圧縮機構としてのスクロール圧縮機構４を備えた所謂横置き型のインバータ一体型スクロール圧縮機である。

実施例のスクロール圧縮機１は、電動モータ２やセンターケーシング６をその内側に収容するステータハウジング７と、このステータハウジング７の一端側の端壁７Ａに取り付けられ、インバータ３をその内側に収容するインバータケース８と、ステータハウジング７の他端側に取り付けられたリアケーシング９を備えている。

これらステータハウジング７、インバータケース８、リアケーシング９は何れも金属製（実施例ではアルミニウム製）であり、それらが一体的に接合されて実施例のスクロール圧縮機１のハウジング１１が構成されている。

ステータハウジング７内には電動モータ２を収容するモータ室１２が構成されており、モータ室１２の一端面はステータハウジング７の端壁７Ａにより基本的には閉塞されている。そして、この端壁７Ａがモータ室１２と後述するインバータ収容部１３とを区画する隔壁となる。モータ室１２の他端面は開口しており、この開口には電動モータ２が収容された後、センターケーシング６が収容される。また、端壁７Ａの内面（モータ室１２側）には、電動モータ２の駆動軸１４の一端部を回転可能に支持するための副軸受１６が取り付けられている。

センターケーシング６は、電動モータ２とは反対側（他端側）が開口しており、この開口はスクロール圧縮機構４の後述する可動スクロール２２が収容された後、スクロール圧縮機構４のこれも後述する固定スクロール２１が固定されたリアケーシング９がステータハウジング７に固定されることで閉塞される。

また、センターケーシング６には電動モータ２の駆動軸１４の他端部を挿通する貫通孔１７が開設されており、この貫通孔１７のスクロール圧縮機構４側のセンターケーシング６内には、スクロール圧縮機構４側で駆動軸１４の他端部を回転可能に支持する主軸受１８が取り付けられている。

電動モータ２は、コイルが巻装されてステータハウジング７の周壁内側に固定されたステータ２５と、その内側で回転するロータ２３から構成されている。そして、例えば車両のバッテリ（図示せず）からの直流電流がインバータ３により三相交流電流に変換され、電動モータ２のステータ２５のコイルに給電されることで、ロータ２３が回転駆動されるよう構成されている。そして、駆動軸１４はこのロータ２３に固定されている。

また、ステータハウジング７には、吸入ポート２０が形成されており、吸入ポート２０から吸入された冷媒は、ステータハウジング７内の電動モータ２を通過した後、センターケーシング６内に流入し、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７に吸入される。これにより、電動モータ２は吸入冷媒により冷却される。また、スクロール圧縮機構４にて圧縮された冷媒は、後述する吐出室２７からリアケーシング９に形成された吐出ポート３０より、ハウジング１１外の図示しない冷媒回路の吐出配管に吐出される構成とされている。

スクロール圧縮機構４は、前述した固定スクロール２１と可動スクロール２２から構成されている。固定スクロール２１は、円盤状の鏡板２３と、この鏡板２３の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ２４を一体に備えており、このラップ２４が立設された鏡板２３の表面をセンターケーシング６側としてリアケーシング９に固定されている。

尚、実施例の固定スクロール２１のラップ２４の先端にはチップシールは設けられていない。また、鏡板２３及びラップ２４の表面には、実施例ではすずめっきが施されている。この固定スクロール２１の鏡板２３の中央には吐出孔２６が形成されており、この吐出孔２６はリアケーシング９内の吐出室２７に連通されている。図中において２８は、吐出孔２６の鏡板２３の背面（他方の面）側の開口に設けられた吐出バルブである。

可動スクロール２２は、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するスクロールであり、円盤状の鏡板３１と、この鏡板３１の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ３２と、鏡板３１の背面（他方の面）の中央に突出形成されたボス３３を一体に備えている。

尚、実施例の可動スクロール２２のラップ３２の先端にもチップシールは設けられていない。また、鏡板３１及びラップ３２の表面には、実施例では無電解ニッケル・リンめっきが施されている。この可動スクロール２２は、ラップ３２の突出方向を固定スクロール２１側としてラップ３２が固定スクロール２１のラップ２４に対向し、相互に向かい合って噛み合うように配置され、各ラップ２４、３２間に圧力室３４を形成する。

即ち、可動スクロール２２のラップ３２は、固定スクロール２１のラップ２４と対向し、ラップ３２の先端が鏡板２３の表面に接し、ラップ２４の先端が鏡板３１の表面に接するように噛み合い、且つ、可動スクロール２２のボス３３には、駆動軸１４の他端において軸心から偏心して設けられた偏心部３６が嵌め合わされている。そして、電動モータ２のロータ２３と共に駆動軸１４が回転されると、可動スクロール２２は自転すること無く、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するように構成されている。

可動スクロール２２は固定スクロール２１に対して偏心して公転旋回するため、各ラップ２４、３２の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、外側の前述した吸入部３７から冷媒を吸入した圧力室３４は、内側に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより冷媒は圧縮されていき、最終的に中央の吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出室２７に吐出される。

図１において、３８は円環状のスラストプレートである。このスラストプレート３８は、可動スクロール２２の鏡板３１の背面とセンターケーシング６との間に形成された背圧室３９と、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７とを区画するためのものであり、ボス３３の外側に位置してセンターケーシング６と可動スクロール２２の間に介設されている。また、４１は可動スクロール２２の鏡板３１の背面に取り付けられてスラストプレート３８に当接するシール材であり、このシール材４１とスラストプレート３８により背圧室３９と吸入部３７とが区画される。

また、４８はリアケーシング９（ハウジング１１）の吐出室２７内に取り付けられた遠心式のオイルセパレータである。このオイルセパレータ４８はスクロール圧縮機構４から吐出室２７に吐出された冷媒に混入した潤滑用のオイルを当該冷媒から分離するものである。このオイルセパレータ４８には流入口４９が形成され、この流入口４９から流入したオイルを含む冷媒は、オイルセパレータ４８内で旋回する。このときの遠心力でオイルは分離され、冷媒は上端の流出口から吐出ポート３０に向かい、前述した如く吐出配管に吐出される。

オイルセパレータ４８の下方のリアケーシング９には貯油室４４が形成されており、オイルセパレータ４８で冷媒から分離されたオイルは、オイルセパレータ４８の下端からこの貯油室４４に流入する。図中において４３は、リアケーシング９からセンターケーシング６に渡って形成された背圧通路である。この背圧通路４３はリアケーシング９内の吐出室２７内（スクロール圧縮機構４の吐出側）のオイルセパレータ４８と背圧室３９とを連通する経路であり、実施例ではオリフィス５０を有している。これにより、背圧室３９には背圧通路４３のオリフィス５０で減圧調整された吐出圧が、オイルセパレータ４８で分離された貯油室４４内のオイルと共に供給されるように構成されている。

この背圧室３９内の圧力（背圧）により、可動スクロール２２を固定スクロール２１に押し付ける背圧荷重が生じる。この背圧荷重により、スクロール圧縮機構４の圧力室３４からの圧縮反力に抗して可動スクロール２２が固定スクロール２１に押し付けられ、ラップ２４、３２と鏡板３１、２３との接触が維持され、圧力室３４で冷媒を圧縮可能となる。

また、可動スクロール２２の鏡板３１には、背圧室３９と圧縮室３４とを連通する背圧孔５が実施例では二箇所削設されている。各背圧孔５は、背圧室３９内の圧力（背圧）が過剰になったときに、背圧室３９から圧縮室３４に圧力（冷媒とオイル）を逃がす役割を果たす。

一方、インバータケース８は、内部にインバータ３が収容されるインバータ収容部１３を構成するケース本体１０と、このケース本体１０の一端面の開口を閉塞する蓋部材１５から構成されている。この蓋部材１５はインバータ３をインバータ収容部１３に収容した後、ケース本体１０に取り付けられるものである。

ステータハウジング７の端壁７Ａ（隔壁）にはハーメチックプレート５２が取り付けられており、このハーメチックプレート５２には導電性のハーメチックピン５３が取り付けられている。ハーメチックピン５３の一端側は端壁７Ａを貫通してモータ室１２内に入り、電動モータ２のステータ２５のコイルに接続されている。また、ハーメチックピン５３の他端側はプレスフィット端子５６を介して回路基板５１に電気的に接続されている。

次に、図２、図３を参照しながら実施例の可動スクロール２２のラップ３２の先端部形状について詳述する。図２は可動スクロール２２をラップ３２側（表面側）から見た平面図、図３はラップ３２の巻終り付近の高さを説明する図である。

図２において、Ｏは可動スクロール２２のラップ３２の渦巻基礎円の中心、Ｓはラップ３２の外壁伸開開始点である。そして、この渦巻基礎円の中心Ｏから外壁伸開開始点Ｓを通過して可動スクロール２２の外側に向かう線をＬ１とすると、この線Ｌ１と最外側のラップ３２とが交差する点をＰ１とする。また、Ｐ２はラップ３２の巻終り点である。

本発明では、この点Ｐ１と巻終り点Ｐ２までの範囲のラップ３２に巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる傾斜部を構成する。実施例の場合、傾斜部としては巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第１の傾斜部３２Ａと、同じく巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第２の傾斜部３２Ｂが構成されており、これら第１及び第２の傾斜部３２Ａ、３２Ｂの間に高さが変化しない平坦部３２Ｃを構成している。即ち、実施例のラップ３２には、点Ｐ１と巻終り点Ｐ２までの範囲に、点Ｐ１側から第１の傾斜部３２Ａ、平坦部３２Ｃ、第２の傾斜部３２Ｂが連続して形成されている。

また、図３に示すように第１の傾斜部３２Ａの始端をＰ３、第１の傾斜部３２Ａの終端、即ち、平坦部３２Ｃの始端をＰ４、平坦部３２Ｃの終端、即ち、第２の傾斜部３２Ｂの始端をＰ５、第２の傾斜部３２Ｂの終端をＰ６とすると、ラップ３２の長さは、Ｐ３からＰ４までの第１の傾斜部３２Ａの長さ＜Ｐ４からＰ５までの平坦部３２Ｃの長さ＜Ｐ５からＰ６までの第２の傾斜部３２Ｂの長さの関係とされている。

即ち、可動スクロール２２のラップ３２の長さは、第１の傾斜部３２Ａよりも平坦部３２Ｃにおいて長く、この平坦部３２Ｃよりも第２の傾斜部３２Ｂにおいて長くなるように設定されている。また、実施例では可動スクロール２２のラップ３２の高さは、第１の傾斜部３２Ａの終端Ｐ４（平坦部３２Ｃの始端）で始端Ｐ３（ラップ３２の通常の高さ）よりも１０μｍ低くなり、第２の傾斜部３２Ｂの終端Ｐ６で始端Ｐ３よりも５０μｍ低くなる。

実施例の如くラップ３２の先端にチップシールを設けない場合、前述した如くスクロール圧縮機１が停止と再起動を繰り返す稼働状態では、可動スクロール２２が転覆しながら（傾きながら）起動するため、起動が安定するまで可動スクロール２２のラップ３２の先端が非常に強く固定スクロール２１の鏡板２３に接触する。そのため、特にラップ３２の壁厚が薄く、面圧が上昇し易い巻終り付近は固定スクロール２１の鏡板２３に引きずり溝ができる。

そこで、ラップ３２の高さを低くして強く接触しないようにすると、高さを低くする範囲が広すぎればスクロール圧縮機１としての機能が損なわれる。一方、範囲が狭すぎれば、固定スクロール２１の鏡板２３と可動スクロール２２のラップ３２との強い接触状態の発生を効果的に抑制することができなくなって耐久性が損なわれる。

一方、本発明の如く可動スクロール２２のラップ３２の、渦巻基礎円の中心Ｏから外壁伸開開始点Ｓを通過して外側に向かう線Ｌ１が最外側のラップ３２と交差する点Ｐ１から巻終り点Ｐ２までの範囲において、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる傾斜部を構成し、更に、この範囲において、実施例の如く巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第１の傾斜部３２Ａと、高さが変化しない平坦部３２Ｃと、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第２の傾斜部３２Ｂを連続して形成することで、スクロール圧縮機１としての機能を維持しながら、固定スクロール２１の鏡板２３の引きずりを改善し、可動スクロール２２のラップ３２の巻終り付近の先端に疲労破壊が生じることも効果的に防止することができるようになる。これにより、耐久性を向上させることができるようになって、機能と耐久性の両立を図ることができるようになる。

尚、実施例では可動スクロール２２のラップ３２に、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第１の傾斜部３２Ａと、高さが変化しない平坦部３２Ｃと、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第２の傾斜部３２Ｂを連続して形成するようにしたが、それに限らず、渦巻基礎円の中心Ｏから外壁伸開開始点Ｓを通過して外側に向かう線Ｌ１が最外側のラップ３２と交差する点Ｐ１から巻終り点Ｐ２までの範囲において、巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる一連の傾斜部（間に平坦部無し）を構成してもよく、或いは、実施例より更に複数の傾斜部と平坦部を構成してもよい。

また、実施例では車両用空気調和装置の冷媒回路に使用されるスクロール圧縮機１に本発明を適用したが、それに限らず、各種冷凍装置の冷媒回路で使用されるスクロール圧縮機に本発明は有効である。また、実施例では所謂インバータ一体型のスクロール圧縮機に本発明を適用したが、それに限らず、インバータを一体に備えない通常のスクロール圧縮機にも適用可能である。

１ スクロール圧縮機
２ 電動モータ
４ スクロール圧縮機構（圧縮機構）
５ 背圧孔
１１ ハウジング
２１ 固定スクロール
２２ 可動スクロール
２３、３１ 鏡板
２４、３２ ラップ
３２Ａ 第１の傾斜部
３２Ｂ 第２の傾斜部
３２Ｃ 平坦部
Ｌ１ 渦巻基礎円の中心Ｏから外壁伸開開始点Ｓを通過して可動スクロール２２の外側に向かう線
Ｏ 可動スクロール２２のラップ３２の渦巻基礎円の中心
Ｐ１ 線Ｌ１と最外側のラップ３２とが交差する点
Ｐ２ ラップ３２の巻終り点
Ｓ ラップ３２の外壁伸開開始点

Claims (7)

1. 各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成る圧縮機構を備え、前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させ、両スクロールの前記各ラップ間に形成された圧縮室を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることにより、作動流体を圧縮するスクロール圧縮機において、
   前記可動スクロールのラップは、渦巻基礎円の中心から外壁伸開開始点を通過して外側に向かう線Ｌ１が最外側のラップと交差する点Ｐ１から巻終り点Ｐ２までの範囲において、当該巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる傾斜部を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記可動スクロールのラップには、前記範囲において、前記巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第１の傾斜部と、高さが変化しない平坦部と、前記巻終り点Ｐ２に向かって徐々に高さが低くなる第２の傾斜部が連続して形成さ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. 前記可動スクロールのラップの高さは、前記第１の傾斜部の終端で１０μｍ低くなり、前記第２の傾斜部の終端で５０μｍ低くな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. 前記可動スクロールのラップの長さは、前記第１の傾斜部よりも前記平坦部において長く、該平坦部よりも前記第２の傾斜部において長く設定されてい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. 前記両スクロールにはメッキ処理が施さ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。
6. 前記可動スクロールの鏡板背面には背圧室が構成されており、前記可動スクロールの鏡板には、前記背圧室と前記圧縮室を連通する背圧孔が貫通形成さ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。
7. 前記固定スクロールと前記可動スクロールのラップ先端には、チップシールが設けられていないことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載のスクロール圧縮機。

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