JP3509102B2

JP3509102B2 - スクロール型圧縮機

Info

Publication number: JP3509102B2
Application number: JP50803595A
Authority: JP
Inventors: 哲彦深沼; 邦文後藤; 真也山本; 雅夫井口
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2004-03-22
Anticipated expiration: 2019-03-22
Also published as: TW326243U; WO1995006820A1; DE4496503T1; DE4496503C2; KR0161996B1; KR950008983A; US5545020A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、例えば車両の空調装置に使用されるスクロ
ール型圧縮機に関するものである。

背景技術図10及び図11に示すように、従来、スクロール型圧縮
機として、例えば、実開昭58−8783号公報に示すものが
提案されている。このスクロール型圧縮機は、基板100
に渦巻壁101が一体形成された固定スクロール102と、基
板103に渦巻壁104が一体形成された可動スクロール105
とを備えている。固定スクロール102及び可動スクロー
ル105は、それらの渦巻壁101,104において互いに噛み合
わされている。

可動スクロール105が自身の軸線を中心に一定半径で
公転されることにより、両渦巻壁101,104間の圧縮室106
〜109が渦巻壁101,104の渦巻中心方向へ容積減少をとも
ないながら移動される。この移動により、圧縮室106〜1
09内の冷媒ガスの圧縮が行われる。

固定及び可動スクロール102,105の渦巻壁101,104の端
面に溝110,111が形成されている。両溝110,111には、相
手側のスクロール102,105の基板100,103との間のシール
性を確保するために、シール112,113が嵌合されてい
る。溝110,111は、渦巻壁101,104の渦巻中心からほぼ54
0度の範囲にわたって形成されている。従って、シール1
12,113は渦巻壁101,104の渦巻中心から540度の範囲に対
応する長さであり、その範囲の外周側にはシール112,11
3が存在しない。

この理由は以下のとおりである。両スクロール102,10
5の中心に近いところに位置する圧縮室108,109内のガス
圧力が高く、外周側の圧縮室106,107内のガス圧力はあ
まり高くならない。従って、渦巻壁101,104の外周側で
はシール性能を高める必要がなく、シール112,113が不
要である。

前記のように、外周側の圧縮室106,107内のガス圧力
が高くならないので、圧縮機の軽量化のために、渦巻壁
101,104の外周側部分はその肉厚が薄いほうが望まし
い。渦巻壁101,104の外周側部分の肉厚を薄くすると、
その薄くなった部分にはシール112,113が設けることが
できない。さらに、溝110,111及びシール112,113が短い
ものであると、溝110,111の加工が容易になるととも
に、シール112,113の材料が少なくて済み、製造コスト
を低減できる。

一般に、スクロール型圧縮機では、固定スクロールと
可動スクロールとの間に組付上の寸法公差が存在する。
言い替えれば、両スクロール間に軸方向のクリアランス
が存在する。

可動スクロール105の公転運動の際、可動スクロール1
05に作用する各種の力の変動等により、例えば、図11の
ように可動スクロール105がわずかに傾斜する場合があ
る。この可動スクロール105の傾斜により、固定，可動
スクロール102,105の渦巻壁101,104のうち、シール112,
113が存在しない外周側の端面の角部が相手側のスクロ
ール102,105の基板100,103に接触する。この接触によ
り、圧縮機の駆動において動力損失が生じたり、振動や
騒音が生じたり、渦巻壁101,104の端面及び基板100,103
が損傷を受けたりする。

基板100,103の損傷を防止するために、基板100,103の
内面に薄い鋼板を貼る付けることが採用されたこともあ
る。このようにすれば、当然、部品点数が増える。しか
も、基板100,103の損傷を防止し得ても、振動や騒音の
発生や、渦巻壁101,104の損傷は防止できない。

発明の開示この発明の目的は、可動スクロールが傾斜した場合
に、固定，可動両スクロールの渦巻壁が相手側のスクロ
ールの基板に接触するのを防止して、スクロールの損傷
を防止するとともに、振動や騒音の発生を抑制し、加え
て、部品点数が増えることのないスクロール型圧縮機を
提供することにある。

この発明の別の目的は、シールのシール性を高めて圧
縮効率を向上することができるとともに、シールの耐久
性を向上できるスクロール型圧縮機を提供することにあ
る。

この発明の目的に応じて前述した課題及びその他の課
題を解決するために、改良されたスクロール型圧縮機が
提供される。このスクロール型圧縮機は、固定スクロー
ル及び可動スクロールを有している。両スクロールは基
板及びその基板に一体形成された渦巻壁をそれぞれ有し
ている。そして、両スクロールは、渦巻壁において互い
に噛み合わされている。両渦巻壁間に圧縮室が形成され
ている。そして、可動スクロールの公転により圧縮室が
渦巻壁の中心側に容積を減少しながら移動されて、冷媒
ガスの圧縮が行われる。固定，可動両スクロールの渦巻
壁の端面には溝が形成されている。それらの溝には、相
手側の基板との間の気密を確保するためシールがそれぞ
れ嵌合されている。少なくとも一方のシールの渦巻壁の
端面からの突出高さを、固定スクロール及び可動スクロ
ール相互間の組付公差に基づく可動スクロールの傾斜状
態で渦巻壁の外周側端面と相手方のスクロールの基板と
の接触を防止する値に設定している。

また、シールはカーボンファイバー又はグラスファイ
バー等の耐摩耗性材料を含有する合成樹脂材料により形
成されている。

図面の簡単な説明図１〜図７は、この発明の第１の実施例を示すもので
ある。

図１は、スクロール圧縮機の全体断面図である。

図２は、リング及び可動スクロールを示す分解斜視図
である。

図３は、シール及び可動スクロールを示す分解斜視図
である。

図４は、固定スクロールと可動スクロールとの噛み合
い関係を示す断面図である。

図５は、可動スクロールと固定スクロールとの接触防
止のための構成を示す拡大断面図である。

図６は、可動スクロールの渦巻壁及びシールと固定ス
クロールの基板との間のクリアランスを示す拡大断面図
である。

図７は、固定スクロールの渦巻壁及びシールと可動ス
クロールの基板との間のクリアランスを示す拡大断面図
である。

図８及び図９は、この発明の第２の実施例を示すもの
である。図８は、スクロール圧縮機の全体断面図であ
る。

図９は、主としてハウジング，リング，可動スクロー
ルを示す分解斜視図である。

図10及び図11は、従来技術を示すものである。

図10は、固定スクロールと可動スクロールとの噛み合
い関係を示す断面図である。

図11は、可動スクロールと傾斜状態を示す断面図であ
る。

発明を実施するための最良の形態以下、この発明を具体化した一実施例を図１〜図７に
基づいて説明する。

図１に示すように、センタハウジング１を有するアル
ミニウム合金製の固定スクロール２には同じくアルミニ
ウム合金製のフロントハウジング３が固定されている。
フロントハウジング３内には駆動シャフト４がラジアル
ベアリング５を介して回転可能に支持されている。駆動
シャフト４には偏心軸６が固着されている。偏心軸６に
はカウンタウエイト７及びプッシュ８が相対回転可能に
支持されている。プッシュ８にはアルミニウム合金製の
可動スクロール９がそのボス15において固定スクロール
２と対向するようにラジアルベアリング10を介して相対
回転可能に支持されている。

固定スクロール２は、基板11と、基板11に一体形成し
た渦巻壁12と、同じく基板11に一体形成された前記セン
タハウジング１とにより構成されている。可動スクロー
ル９は、基板13と、基板13に一体形成した渦巻壁14と、
同じく基板13に一体形成され、前記ボス15とにより構成
されている。

図１及び図４に示すように、固定スクロール２及び可
動スクロール９は、それらの渦巻壁12,14において噛み
合わされ、それらの両渦巻壁12,14間には図４に示すよ
うに複数の圧縮室16〜19が形成される。

前記偏心軸６は駆動シャフト４の回転にともない、駆
動シャフト４の軸線を中心に一定半径をもって回転され
る。このため、駆動シャフト４の回転にともない可動ス
クロール９は可動シャフト４の軸線を中心として一定半
径をもって公転運動される。この公転運動により圧縮室
16〜19が渦巻壁12,14の渦巻中心へ向かって容積を減少
しながら移動され、これに基づき圧縮室16〜19内の冷媒
ガスの圧縮が行われる。

図１及び図２に示すように、フロントハウジング３の
壁20と可動スクロール９の基板13との間には、１個の受
圧リング30が介在されている。受圧リング30の４箇所に
は可動スクロール９の基板13に接触する突起34と、フロ
ントハウジング３の壁20に接触する突起33とが形成され
ている。ガスの圧縮にともない、可動スクロール９には
その軸線方向に沿う圧縮反力が作用する。この圧縮反力
は、突起33,34を介して壁20により受け止められる。リ
ング30の各突起33,34間の部分は薄くなっており、オイ
ルを含むガスはその薄い部分を通る。よって、前記ラジ
アルベアリング10等が前記オイルにより潤滑される。

可動スクロール９の基板13とフロントハウジング３の
壁20との間には、可動スクロール９の自身の軸線を中心
とした回転を阻止し、かつ前記公転を許容するための自
転防止機構21が介装されている。この機構21は、前記壁
20の孔22に嵌合した複数（この実施例では４個であるが
１個のみ図示）のカラー23と、可動スクロール９の基板
13の孔24に嵌合した複数のカラー25とを備えている。

リング30には複数（この実施例では４箇所）の孔31が
形成されている。その各孔31にはピン32がそれぞれ挿通
されて、リング30に固定されている。それらのピン32は
前記各カラー23,25内に緩く挿入されている。ピン32と
各カラー23,25との引っかかりにより可動スクロール９
の自転が阻止される。

フロントハウジング３には吸入口（図示しない）が形
成されている。両渦巻壁12,14を包囲するようにセンタ
ハウジング１内には吸入室40が形成されている。前記吸
入口から吸入室40を経て前記圧縮室16〜19内へガスが供
給される。

固定スクロール２にはリヤハウジング41が固定されて
いる。吐出室42は固定スクロール２とリヤハウジング41
との間に形成されている。固定スクロール２の基板11に
は圧縮室16〜19において圧縮されたガスが通過するため
のポート43が形成され、吐出室42内において基板11には
リード弁44が設けられている。リテーナ45はリード弁44
の開きすぎを防止する。リヤハウジング41には吐出室42
内のガスが図示しない外部の冷却回路に対して供給され
るために通過する吐出口46が形成されている。

センタハウジング1,フロントハウジング3,リヤハウジ
ング41により、この圧縮機のハウジングが形成されてい
る。

図1,図3,図４及び図５に示すように、可動スクロール
９の渦巻壁14の端面には、溝50が渦巻壁14の中心からそ
の渦巻壁14の延びる方向に沿って形成されている。溝50
は渦巻壁14の渦巻中心からほぼ560度の範囲に形成され
ている。溝50には渦巻状をなす気密確保用のシール51が
嵌合されている。従って、シール51はほぼ560度の範囲
の長さを有している。固定スクロール２の渦巻壁12の端
面には、溝52が渦巻壁12の渦巻中心からその渦巻壁12の
延びる方向に沿ってほぼ540度の範囲にわたって形成さ
れ、その溝52には前記シール51と同様なシール53が嵌合
されている。

これらのシール51,53としては、カーボンファイバ
ー、又はグラスファイバー等の耐摩耗性材料よりなる短
繊維を含んだ合成樹脂材料が使用されている。このた
め、シール51,53はある程度の剛性を有して、シール性
が向上するとともに、耐摩耗性等の耐久性に優れてい
る。

図5,図６及び図７に示すように可動スクロール９の渦
巻壁14の端面と、固定スクロール２の基板11と間には、
寸法公差、言い替えればクリアランスα１が設定されて
いる。可動スクロール９のシール51と固定スクロール２
の基板11との間には寸法公差、言い替えればクリアラン
スβ１が形成されている。固定スクロール２の渦巻壁12
の端面と可動スクロール９の基板13との間には、寸法公
差、言い替えればクリアランスα２が設定されている。
固定スクロール２のシール53と可動スクロールの基板13
との間にも寸法公差、言い替えればクリアランスβ２が
形成されている。

クリアランスα1,α２は、実際には4/100〜1/10mm程
度である。クリアランスβ1,β２は、実際には5/100〜1
/10mm程度である。両シール51,53の渦巻壁12,14からの
それぞれの高さω1,ω２は、1/100〜4/100mm程度であ
る。

さて、駆動シャフト４がエンジン（図示しない）の回
転により回転されると、偏心軸６により、可動スクロー
ル９に公転運動が付与される。可動スクロール９の公転
運動により、圧縮室16〜19がその容積を減少しながら渦
巻の中心側に移動し、その圧縮室16〜19内のガスが圧縮
される。圧縮されたガスはポート42からリード弁44を開
放させて吐出室42に流れ、その吐出室42から吐出口46を
介して外部の冷却回路（図示しない）に送られる。

可動スクロール９には、その公転運動中に軸線方向と
直交する方向の圧縮反力等により回転軸４の軸線に対し
て傾斜する方向への力が作用する。この実施例において
は、可動スクロール９が傾斜しても、両スクロール2,9
の渦巻壁12,14が相手側のスクロール9,2の基板13,11に
接触しないよに、シール51,53の高さω1,ω２が設定さ
れている。言い替えれば、可動スクロール９が傾斜した
場合、シール51,53により、渦巻壁12,14が基板11,13に
接触するのが阻止される。

例えば、可動スクロール９のボス15に対して、偏心軸
６の駆動力が矢印37方向に作用するとともに、可動スク
ロール９の渦巻壁14に対して矢印38方向への圧縮反力が
作用し、結果として可動スクロール９に対して傾斜力が
付与される。リング30は可動スクロール９と壁20との間
に挟まれているだけであるため、リング30に対してもそ
の一部の突起33のコーナと壁20との接触点35を中心とし
て可動スクロール９と同方向への傾斜力が付与される。
このため、可動スクロール９が接触点35を中心として傾
斜する。可動スクロール９の傾斜量は、リング21と壁20
との接触点35を中心とした場合に最も大きい。

このとき、可動スクロール９側のシール51がその公差
内において低く形成され、かつ固定スクロール２側のシ
ール53がその公差内において低く形成されていると、両
スクロール2,9の渦巻壁12,14の外周部分、言い替えれば
シール51,53が存在しない部分の端面コーナが対向する
スクロール2,9の基板11,13に接触するおそれがある。

これを未然に防止するために、渦巻壁14,12の端面か
らのシール51,53の突出高さω1,ω２が次のように設定
されている。まず、可動スクロール９側のシール51の高
さは以下のように設定されている。

可動スクロール９の傾斜角度をθ１とすると、以下の
（１）（２）式の条件が成立する。

α１＞κ１・θ１＞λ１・θ１＞β１・・・（１）ここで、κ１は接触点35を中心とした渦巻壁14の外周
部分の端面までの傾斜半径の長さ、λ１は接触点35を中
心としたシール51の外周部分の端面までの傾斜半径の長
さを示す。だだし、 θ１＞0.1度また、 α１＝β１＋ω１・・・（２）さらに、 β１＜α１（λ1/κ１）・・・（３）前記（２）式から、 β１＝α１−ω１・・・（４）であるから、前記（３）式及び（４）式から、 α１−ω１＜α１（λ1/κ１）・・・（５）故に、シール51の高さω１は次式（６）が成立するよ
うに設定されている。

α１＞ω１＞α１｛１−（λ1/κ１）｝・・・（６）固定スクロール２側のシール53の高さω２は、前記と
同様にして次式（７）が成立するように設定されてい
る。

α２＞ω２＞α２｛１−（λ2/κ２）｝・・・（７）ここで、κ２は接触点36を中心とした渦巻壁12の外周
部分の端面まで傾斜半径の長さ、λ２は接触点36を中心
としたしシール53の外周部分の端面までの傾斜半径の長
さを示す。

以上のように、この第１実施例では、可動スクロール
９の固定スクロール２との間の寸法公差、言い替えれば
クリアランスα1,β1,α2,β２があるので、可動スクロ
ール９は前記のようにわずかに傾動することがある。こ
のときシール51,53の高さω1,ω２が前述した式
（６），（７）を満足するように設定されているので、
渦巻壁12,14の端面がそれぞれ相手側の可動，固定スク
ロール9,2の基板13,11に接触することがない。

このため、圧縮機を駆動するための動力の損失がなく
なるとともに、固定、可動スクロール2,9の損傷が未然
に防止され、しかも騒音や振動の発生を抑制できる。加
えて、以上の効果を得るために、シール51,53の高さω
1,ω２を一定範囲内に設定しただけであるから、部品点
数が増えることがない。

なお、シール51,53の渦巻中心側は渦巻壁12,14と基板
11,13との接触防止にほとんど貢献しない。従って、シ
ール51,53の渦巻中心側の部分においては、前記
（６），（７）式を満足させることが必ずしも必要では
なく、公差を満足させるのみでよい。もちろん、シール
51,53の外周側から中心側までの全ての部分で（６），
（７）式を満足させるようにしてもよい。

図８及び図９はこの発明の第２の実施例を示す。

この第２の実施例においては、駆動スクロール９の自
転を阻止するための構成が前記第１実施例と異なり、リ
ング30が設けられていない。

リング状のプレート60はフロントハウジング３の壁20
に配置されている。壁20に固定された固定ピン61がプレ
ート60の孔62に嵌合されることにより、プレート60が固
定されている。このプレート60はフロントハウジング３
の壁20の一部を構成している。可動スクロール９はその
基板13の突部67においてプレート60に接触している。こ
のため、可動スクロール９はその公転にともない壁20の
一部であるプレート60上を摺動する。ガス圧縮の際の圧
縮反力は、壁20により受け止められる。

凹部63はプレート60の内周の４箇所の等間隔をおいて
形成されている。凹部63内に位置するように、壁20には
第１のピン64が固定されている。合計４個のリング65は
各凹部63内にそれぞれ配置され、同リング65内には第１
のピン64が緩く挿入されている。第２のピン66は可動ス
クロール９の基板13に固定され、同第２のピン66はリン
グ65内に緩く挿入されている。

リング65及び第1,第２のピン64,66により可動スクロ
ール105の自転が阻止される。このため、駆動シャフト
４の回転によりリング65の公転をともないながら可動ス
クロール９はガス圧縮のための公転を行う。

この第２実施例においては、可動スクロール９の傾斜
がプレート60と可動スクロール９の基板13のコーナとの
接触点68を中心として行われる。この第２実施例におい
ても、シール51,53の高さが、渦巻壁12,14と相手側のス
クロール2,9の基板11,13との接触を防止する値に設定さ
れている。また、前記（６），（７）式の構成はこの第
２実施例においても採用されている。この場合、可動ス
クロール９の傾斜中心は可動スクロール９の基板13のコ
ーナと壁20との間である。

このため、この第２実施例においても、部品点数が増
えることなく、渦巻壁12,14の外周側の端面と基板11,13
との接触を防止して、動力損失の防止、固定、可動スク
ロール2,9の損傷防止及び振動，騒音の抑制を図ること
ができる。

前記第1,第２の実施例においては、固定，可動両スク
ロール2,9のシール53,51が、渦巻壁12,14と基板11,13と
の接触を防止する高さω2,ω１に形成されたが、少なく
とも一方のシール53,51にこの発明を具体化しただけで
あっても、渦巻壁12,14と基板11,13との接触防止に貢献
できる。この場合、傾斜するスクロールは可動スクロー
ル９であるため、可動スクロール９側のシール51にこの
発明を具体化するのがよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井口雅夫愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（11）（13）及びその基板（11）（1
3）に一体形成された渦巻壁（12）（14）をそれぞれ有
し、渦巻壁（12）（14）において互いに噛み合わされた
固定スクロール（２）及び可動スクロール（９）と、両渦巻壁（12）（14）間に圧縮室（16〜19）が形成され
ることと、可動スクロール（９）の公転により圧縮室
（16〜19）が渦巻壁（12）（14）の中心側に容積を減少
しながら移動されて、冷媒ガスの圧縮が行われること
と、固定，可動両スクロール（２）（９）の渦巻壁（12）
（14）の端面に形成された溝（52）（50）と、それらの溝（52）（50）にそれぞれ嵌合され、相手側の
基板（12）（14）との間の気密を確保するためのシール
（53）（51）と、少なくとも一方のシール（53）（51）の渦巻壁（12）
（14）の端面からの突出高さを、固定スクロール（２）
及び可動スクロール（９）相互間の組付公差に基づく可
動スクロール（９）の傾斜状態で渦巻壁（12）（14）の
外周側端面と相手方のスクロール（９）（８）の基板
（13）（11）との接触を防止する値に設定したこととを
備えたスクロール型圧縮機。
【請求項２】請求項１において、シール（53）（51）
は、渦巻壁（12）（14）の外周側の部分を除いて渦巻中
心側の一定範囲に設けられている圧縮機。
【請求項３】請求項２において、シール（53）（51）は
渦巻壁（12）（14）の渦巻中心からほぼ540度の範囲に
わたって設けられている圧縮機。
【請求項４】請求項１〜３にいずれかにおいて、シール
（53）（51）はカーボンファイバー又はグラスファイバ
ー等の耐摩耗性材料を含有する合成樹脂材料により形成
されているスクロール型圧縮機。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、可動ス
クロール（９）と固定スクロール（２）との間には１個
のリング（30）が設けられ、可動スクロール（９）に作
用する圧縮反力がリング（30）を介してハウジングで受
け止められるスクロール型圧縮機。
【請求項６】請求項５において、可動スクロール（９）
側のシール（51）の高さω１は、リング（30）のコーナ
とハウジングとの間の接触点（35）を中心とした可動ス
クロール（９）の傾斜角度をθ１、接触点（35）を中心
とした渦巻壁（14）の外周部分までの傾斜半径の長さを
κ１、接触点（35）を中心としたシール（51）の外周部
分の端面までの傾斜半径の長さをλ１、渦巻壁（14）の
端面と固定スクロール（２）の基板（11）との間のクリ
アランスをα１、シール（51）と固定スクロール（２）
の基板（11）との間のクリアランスをβ１として、 α１＞ω１＞α１｛１−（λ1/κ１）｝の関係式により
規定される圧縮機。
【請求項７】請求項６において、関係式はシール（51）
の外周側部分において実施されている圧縮機。
【請求項８】請求項１〜４のいずれかにおいて、可動ス
クロール（９）はその公転にともないハウジングの壁上
を摺動するスクロール型圧縮機。
【請求項９】請求項８において、固定スクロール（２）
側のシール（53）の高さω２は、可動スクロール（９）
の基板（13）のコーナとハウジングとの接触点（36）を
中心とした可動スクロール（９）の傾斜角度をθ２、接
触点（36）を中心とした渦巻壁（12）の外周部分までの
傾斜半径の長さをκ２、接触点（36）を中心としたシー
ル（53）の端面までの傾斜半径の長さをλ２、渦巻壁
（14）の端面と可動スクロール（９）の基板（13）との
間のクリアランスをα２、シール（53）と可動スクロー
ル（９）の基板（13）との間のクリアランスをβ２とし
て、 α２＞ω２＞α２｛１−（λ2/κ２）｝の関係式により
規定される圧縮機。
【請求項１０】請求項９において、関係式はシール（5
3）の外周側部分において実施されている圧縮機。