JP4107903B2

JP4107903B2 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP4107903B2
Application number: JP2002220268A
Authority: JP
Inventors: 貴史角; 治雄神谷; 将晶奥田; 和秀内田; 訓孝秋山
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: JP2004060535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係り、より特別にはスクロール圧縮機の旋回スクロールの支持機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置の冷媒圧縮用としてスクロール圧縮機は、一般的に使用されている。スクロール圧縮機の旋回スクロールに作用するスラスト力に対抗して旋回スクロールを支持する支持構造として、旋回スクロールの背面側に背圧室を有する支持構造を形成し、該背圧室に圧縮された冷媒ガスを導入して旋回スクロールをスラスト方向で支持する背圧式スラスト支持構造は既知である。
この様な背圧式スラスト支持機構を有する構造は、一種の気体軸受けであり、摺動面において固体同士の接触を抑制すると共に、支持方向において遊びを設け、更に気体によるバネ及びダンピング作用を有する等の、荷重支持構造としての優れた利点を有している。
【０００３】
背圧式スラスト支持機構は、上記のような利点を有する一方で、圧縮機の圧縮ガスを背圧室に導くので、背圧室の断面積に応じた背圧荷重が得られるが、圧縮条件によりスラスト荷重は大きく変動する。従って、過剰もしくは不足した背圧荷重になり、背圧が過剰になるとチップシール等における摩擦力が増大し、背圧が少な過ぎるとチップシールにおけるシールが不充分となり冷媒ガスの漏れを生じ、その結果圧縮効率を低下させてしまう。
また、該スラスト支持機構に導入する冷媒ガスの圧力を調整するために制御弁を背圧導入ラインに備えることが考えられるが、部品点数が増える上にコストの増大や圧縮機全体の寸法の増大も招く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、スクロール圧縮機の旋回スクロールの支持機構として背圧式スラスト支持機構を使用する場合に、背圧を調整するための制御弁を設けずに、背圧である圧縮される冷媒ガスの圧力の変動に係わらず、スラスト支持機構に導入する圧力を適切に且つ自動的に調整可能な装置を提供することを目的とする。更にこれにより、背圧荷重が過剰になるか、あるいは不足することもなく、圧縮効率を低下させず、またチップシールの寿命も延ばすことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の形態では、スクロール圧縮機は上述した目的を達成するために、該圧縮機の外殻で主構造を形成するハウジングと、前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有する回転軸と、渦巻き形の羽根部及び端板を有し前記回転軸のクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板を有すると共に前記ハウジングに固定される固定スクロールと、前記回転軸の軸方向において前記旋回スクロールを支持するスラスト支持機構とを具備する。前記旋回スクロールが公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が外周部から中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮する。前記圧縮機は、前記旋回スクロールの羽根部の先端に設けられる溝と、前記溝に設置されるチップシールと、前記固定スクロールの羽根部の先端に設けられる溝と、前記溝に設置されるチップシールとを更に具備しており、前記チップシールの厚さが前記チップシールの設置される前記溝の深さ寸法より厚い。前記スラスト支持機構は、前記圧縮された流体が導入される背圧室と、前記背圧室に一方の端部が接続して流体を導入する背圧導通孔とを有しており、スラスト支持機構は、背圧導入孔を通じて該背圧室に導入された流体により前記旋回スクロールを支持する。前記背圧導通孔の他方の端部は、前記旋回スクロールの前記チップシールのための前記溝又は前記固定スクロールの前記チップシールのための前記溝のいずれか少なくとも一方に接続するので、前記作動室の圧縮された流体を前記背圧室に導入すると共に、前記チップシールにより前記導通孔の開閉を可能にすることを特徴とする。
【０００６】
この様に構成することにより、背圧式スラスト支持機構において背圧力を調整するための制御弁を設けないで背圧が変動した場合にも、最適な背圧荷重を得るために、チップシールの収容される溝に背圧導通孔を設けることにより、背圧荷重がスラスト荷重よりも大きい時（過剰な背圧）には旋回スクロールが固定スクロールに押し付けられる為、チップシールは潰されると共に背圧導通孔を塞ぎ、過大な背圧の供給を抑制する。また、不足した背圧時（背圧荷重≦スラスト荷重）には、逆に旋回スクロールが固定スクロールから離れる方向に動くため導通孔は開き、不足分の背圧を供給することができる。
従って、背圧調整のための制御弁を背圧の導入ラインに設けることなく、背圧である圧縮される冷媒ガスの圧力の変動に係わらず、スラスト支持機構に導入する圧力を適切に且つ自動的に調整可能であり、更にこれにより、背圧荷重が過剰又は不足することもなく、圧縮効率を低下させず、またチップシールの寿命を延ばすことが出来る。
【０００７】
本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記スラスト支持機構は、前記旋回スクロールの端板の背面と該背面に対向する前記ハウジングの部分との間に配置されることを特徴とする。
この様に構成することにより、上記の請求項２の形態では、本発明をより具体化する形態を開示する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のスクロール圧縮機の一つの実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るスクロール圧縮機の図解的な横断面図を示す。本実施の形態の圧縮機は密閉型であって、車両用等の空調装置の圧縮機である。該圧縮機は、圧縮機全体を囲む筒状のハウジング１と、両端の蓋体２，３とを具備しており、これらは溶接により密閉するように接合される。ハウジング１内において、前部には駆動部であるモータ部３０と、中央部にはハウジング１の中央部を構成するミドルハウジング６と、後部には冷媒を圧縮する圧縮部４０とが具備される。
【０００９】
モータ部３０は、ハウジング１に固定されたステータ４と、その内部に複数個の永久磁石により構成されたアーマチュア５と、更にその内側で中心を通る回転軸８とを具備することにより、ブラシレスモータが構成されている。アーマチュア５は、回転軸８に固定支持されており、回転軸８は軸受け７ａ，７ｂを介して蓋体２及びミドルハウジング６により回転可能に支持される。
【００１０】
回転軸８のクランク状の端部８ａは、公転駆動部を介して圧縮部４０に接続され、モータ部３０の駆動力を圧縮部４０に伝達している。すなわちシャフト端部８ａとブッシュ９、軸受け７ｃ、旋回スクロール１０のボス部１０ａにより公転駆動部を形成する。また、固定スクロール１１はミドルハウジング６に固定されており、さらに固定スクロール１１と旋回スクロール１０の端板１０ｂの間には旋回スクロール１０の公転のみを許し、自転を防止する自動防止機構１２が設けられてる。旋回スクロール１０は、渦巻き形の羽根部１０ｃと端板１０ｂを有しており、固定スクロール１１は、旋回スクロール１０の渦巻き形の羽根部１０ｃと噛み合う、渦巻き形の羽根部１１ｃと端板１１ｂを有する。圧縮部４０は、旋回スクロール１０、固定スクロール１１、前記公転駆動部等により構成される。
【００１１】
上記の構成により、回転軸８が回転すると、回転力は回転軸８の端部８ａ，ブッシュ９，軸受け７ｃを介して旋回スクロール１０に伝達される。端部８ａは回転軸８に対して偏心しており、自転防止機構１２により旋回スクロール１０の自転が防止されているので、伝達された回転力は、渦巻状の旋回スクロール１０をやはり渦巻状の固定スクロール１１に対して公転させる。この際、旋回スクロール１０と固定スクロール１１の間には作動室１３が形成されており、作動室１３は旋回スクロール１０の公転運動に従い、外周側から中心に向かってその容積が連続的に減少するように移動するので、作動室１３の外周側から吸い込まれた冷媒は圧縮されて、固定スクロール１１の中心に設けられた吐出口２３を介して吐出室１６に吐出される。この様にしてモータの回転により圧縮機が作動する。
【００１２】
上記の様な圧縮機の作動において、良好な圧縮を実施するためには旋回スクロール１０と固定スクロール１１の先端部が共に冷媒の漏れを防止するようにシールされる必要がある。従って、旋回スクロール１０及び固定スクロール１１の羽根部１０ｃ，１１ｃの端面にはそれぞれ溝２５，２４が設けられており、更にそれぞれの溝２５，２４にはチップシール２１，２２が配設されている。チップシール２１，２２はゴム等の弾性のある材料により形成されていることが好ましい。
【００１３】
旋回スクロール１０には回転力と共に、ガスの圧縮等による回転軸８の軸方向のスラスト力が作用する。このスラスト力を受けるためにスラスト支持機構２０が具備されており、スラスト支持機構２０は、図１に示すように、ミドルハウジング６と旋回スクロール１０の端板の背面との間に設けられる。本実施の形態においては、スクロールの支持機構２０は、ミドルハウジング６に設けられた凹部１５と、旋回スクロール１０に設けられた凸部１４とにより構成されており、この凹部１５に凸部１４が収容されるように配置されることにより背圧室１５ａが形成される。背圧室１５ａには圧縮された冷媒が導入されて、冷媒の圧力により旋回スクロール１０を軸方向に支持する。背圧室１５ａの寸法は圧縮機のスラスト力に対抗し且つチップシール２１，２２におけるシール力を発揮するように、背圧室１５ａのスラスト力が、圧縮機のスラスト力より少し大きくなるように選定される。従ってこの様にして、背圧室１５ａの高圧ガスの圧力とチップシール２１，２２が協働して、旋回スクロール１０と固定スクロール１１間をシールし、作動室１３内の冷媒ガスの漏れを防止する。
【００１４】
本実施の形態において、空調装置用に圧縮機が使用される場合には、空調装置の負荷が変動すると、圧縮機の運転圧力は変動するため背圧室１５ａ内の圧力も一定ではない。従って、背圧室１５ａの圧力が高すぎると、チップシール２１，２２を押圧する圧力が高過ぎて、チップシール２１，２２の摩耗が増大する等の問題が生じる。一方、背圧室１５ａ内の圧力が低過ぎると、チップシール２１，２２におけるシールが不十分になる問題が生じる。
この様な問題に対処するために、本実施の形態において、背圧室１５ａに冷媒ガスを導入する通路として導通孔１７が具備されており、導通孔１７の一方の端部は凸部１４を介して背圧室１５ａに接続しており、他方の端部は旋回スクロール１０の溝２５に接続する。従って導通孔１７は旋回スクロール１０内に設けられる。図２には旋回スクロール１０の羽根部の正面図を示し、導通孔１７の溝２５における位置の例を示す。導通孔１７の冷媒ガス入口を溝２５に設けることにより、作動室１３の圧力が背圧室１５ａに導入され、更に、冷媒ガスの運転圧力により導通孔１７を開閉することが可能である。
【００１５】
次に本実施の形態においてにおける背圧導通孔１７の開閉メカニズムを図３と４を参照して説明する。
図３ではスラスト荷重≦背圧荷重の状態であるので、旋回スクロール１０は、固定スクロール１１側に押し付けられる荷重が大きくなり、その荷重をチップシール２１，２２で支持する。このとき、チップシール２１の厚さはチップシールの溝２５の深さよりも大きいため、背圧導通孔１７は塞がれる。従ってこれ以上背圧室１５ａの圧力は高くならず、チップシール２１，２２に対する押圧力が制限される。
【００１６】
図４ではスラスト荷重≧背圧荷重の状態であるので、旋回スクロール１０は、固定スクロール１１から離れる方向の荷重が大きくなり、旋回スクロール１０の端板側のスラスト支持機構２０でそのスラスト荷重は支持される。このとき、チップシール２１はそれ自身に働く背圧により、固定スクロール１１側へ浮上し、背圧導通孔１７は開いた状態になる。従ってこの場合には、背圧室１５ａには常に冷媒ガスが導入される状態が維持される。チップシール２１は圧縮性（弾性）のあるガスにより保持される状態であり、チップシール２１，２２には適正な圧力が作用しシール不良になることはない。
【００１７】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の上記の実施の形態の圧縮機により以下の効果が期待できる。
・チップシールにより導通孔を適宜開閉して、スラスト支持機構への導入ガス圧力を自動で適切に調整できる。
・背圧調整のための制御弁を背圧の導入ラインに設ける必要がない。
・圧縮される冷媒ガスの圧力の変動に係わらず、スラスト支持機構に導入する圧力を適切に調整可能である。
・これにより、背圧荷重が過剰になることも、又は不足することもなく、圧縮機の圧縮効率を低下させないことが出来る。
・チップシールの寿命を延ばすことが出来る。
・チップシールにおいて常に良好なシール性を保つことで安定した効率、信頼性を有する圧縮機を提供する。
【００１８】
［別の実施の形態］
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
本実施の形態とは別に、導通孔１７は、固定スクロール１１の溝２４に接続されても良い。この場合、導通孔１７は固定スクロール１１とミドルハウジング６とを通るように設けることが出来る。
上記の背圧導通孔１７の位置は、背圧室１５ａの断面積により最適な制御圧が決定されるため、チップシールの溝２５，２４のどこの位置でも良い。
【００１９】
またスラスト支持機構２０において、凸部１４と凹部１５との間にＯリング等のシール手段を具備しても良い。
本実施の形態では、凹部１５及び凸部１４はそれぞれミドルハウジング６と旋回スクロール１０に一体で形成されたが、別体として具備されても良い。
また、本実施例では旋回スクロール１０側に凸部１４を設け、対向するミドルハウジング６側に、凸部１４を収容する凹部１５を設けたが、逆に旋回スクロール１０側に凹部１５を設け、ミドルハウジング６側に凸部１４を設けることも可能であり、同様な効果を得ることができる。
【００２０】
また、本実施例では駆動モータを内臓したいわゆる密閉型スクロール圧縮機の例を示したが、エンジン等の外部動力を得て圧縮を行ういわゆる開放型スクロール圧縮機においても同様に通用することができる。
上記の実施の形態の説明において、本発明のスクロール圧縮機は空調装置用として説明されたが、これに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の図解的な横断面図を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の旋回スクロールの図解的な正面図を示しており、導通孔がチップシールの溝に設けられている。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態における旋回スクロールのスラスト支持機構において、導通孔の開閉メカニズムを示しており、導通孔が閉じられた状態を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態における旋回スクロールのスラスト支持機構において、導通孔の開閉メカニズムを示しており、導通孔が開けられた状態を示す。
【符号の説明】
１…ハウジング
２…蓋体
３…蓋体
４…ステータ
５…アーマチュア
６…ミドルハウジング
８…回転軸
９…ブッシュ
１０…旋回スクロール
１１…固定スクロール
１３…作動室
１４…凸部
１５…凹部
１５ａ…背圧室
１６…吐出室
１７…導通孔
２０…スラスト支持機構
２１…チップシール
２２…チップシール
２４…溝
２５…溝
３０…モータ部
４０…圧縮部

Claims

流体を圧縮するスクロール圧縮機において、この圧縮機は、
該圧縮機の外殻で主構造を形成するハウジングと、
前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有する回転軸と、
渦巻き形の羽根部及び端板を有し前記回転軸のクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、
該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板を有すると共に前記ハウジングに固定される固定スクロールと、
前記回転軸の軸方向において前記旋回スクロールを支持するスラスト支持機構と、を具備しており、
前記旋回スクロールが公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が外周部から中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮しており、
前記圧縮機は、
前記旋回スクロールの羽根部の先端に設けられる溝と、前記溝に設置されるチップシールと、前記固定スクロールの羽根部の先端に設けられる溝と、前記溝に設置されるチップシールと、を更に具備しており、
前記チップシールの厚さが前記チップシールの設置される前記溝の深さ寸法より厚く、
前記スラスト支持機構は、前記圧縮された流体が導入される背圧室と、前記背圧室に一方の端部が接続して流体を導入する背圧導通孔と、を有しており、
前記スラスト支持機構は、前記背圧導入孔を通じて該背圧室に導入された流体により前記旋回スクロールを支持しており、
前記背圧導通孔の他方の端部は、前記旋回スクロールの前記チップシールのための前記溝又は前記固定スクロールの前記チップシールのための前記溝のいずれか少なくとも一方に接続しており、
それにより前記作動室の圧縮された流体を前記背圧室に導入すると共に、前記チップシールにより前記導通孔の開閉を可能にすることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記スラスト支持機構は、前記旋回スクロールの端板の背面と該背面に対向する前記ハウジングの部分との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。