JP6899230B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、固定スクロール及び旋回スクロールにより区画される圧縮室の容積を変化させることで、流体を圧縮又は膨張させるスクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械の一例として挙げられるスクロール型圧縮機は、互いに噛み合わされるインボリュート曲線のラップが形成された、固定スクロール及び旋回スクロールを備えている。そして、スクロール型圧縮機は、旋回スクロールが固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動することで、固定スクロールと旋回スクロールとにより区画される圧縮室の容積を増減し、気体冷媒を圧縮して吐出する。

スクロール型圧縮機の旋回スクロールにおいては、ラップの側壁間のシールを確保すべく、固定スクロールのラップの輪郭に追従させて旋回半径を変更可能な、従動クランク機構を備えている。この場合、旋回スクロールの従動量を規制するため、特開２０１０−１５０９６３号公報（特許文献１）に記載されるように、駆動軸及び偏心ブッシュの一方に軸方向に延びるピンを立設すると共に、その他方にピンの直径よりも大きな内径を有する凹部を形成し、これらを嵌合させている。

特開２０１０−１５０９６３号公報

しかしながら、軸方向に延びるピンと凹部との嵌合によって、旋回スクロールの従動量を規制すると、スクロール型圧縮機の軸方向に沿ってピン及び凹部を配置するためのスペースが必要となり、その分だけスクロール型圧縮機が大型化してしまう。

そこで、本発明は、旋回スクロールの従動量を規制する機構を見直すことで、小型化が可能なスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

このため、スクロール型流体機械は、回転駆動される駆動軸と、駆動軸の軸方向の一端面に偏心状態で固定されたクランクピンと、クランクピンに偏心状態かつ相対回転可能に固定された偏心ブッシュと、偏心ブッシュと一体化されて偏心ブッシュの旋回によって発生する遠心力を低減するバランサウェイトと、偏心ブッシュに相対可能に固定された旋回スクロールと、旋回スクロールと噛み合う固定スクロールと、を備える。また、スクロール型流体機械は、偏心ブッシュの軸方向の一端面から駆動軸へと向かって延び、駆動軸の外周面の一部と接触して、駆動軸に対する旋回スクロールの従動量を規制する従動量規制機構を更に備える。そして、従動量規制機構は、駆動軸の軸心を挟んでバランサウェイトとは反対側に位置する偏心ブッシュの端部に設けられ、駆動軸の外周面の一部と接触する部分が平面に形成されている。

本発明によれば、スクロール型流体機械の小型化を図ることができる。

スクロール型圧縮機の一例を示す断面図である。 従動クランク機構のモデルの説明図である。 旋回スクロールの従動量規制機構の一例を示す側面図である。 旋回スクロールの従動量規制機構の一例を示す透過正面図である。

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。
なお、スクロール型流体機械としては、圧縮機又は膨張機のどちらでも使用することができるが、ここではスクロール型圧縮機を例にとって説明する。

図１は、スクロール型圧縮機の一例を示す。
スクロール型圧縮機１００は、例えば、車両用空調機器の冷媒回路に組み込まれ、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。スクロール型圧縮機１００は、ハウジング２００と、低圧の気体冷媒を圧縮する圧縮機構３００と、圧縮機構３００に外部から駆動力を伝達する駆動力伝達機構４００と、を備えている。ここで、冷媒としては、例えば、ＦＨＣ冷媒Ｒ３２、Ｒ４１０Ａなどを使用することができる。

ハウジング２００は、分離可能な、圧縮機構３００及び駆動力伝達機構４００を収容するフロントハウジング２２０と、フロントハウジング２２０の開口端に接合され、圧縮機構３００により圧縮された気体冷媒の吐出室Ｈ１を形成するリアハウジング２４０と、を含んで構成されている。

フロントハウジング２２０の外周面は、リアハウジング２４０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、取付用のボスなどがあってもよい（形状については以下同様）。また、フロントハウジング２２０の内周面は、リアハウジング２４０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２２０は、その外周面と内周面とが相似形となっており、その全体について略同一の外殻厚さを有する、４段階に縮径する円筒形状に形成されている。さらに、フロントハウジング２２０の周壁には、冷媒回路の低圧側から圧縮機構３００の外周へと気体冷媒を吸入する、図示しない吸入ポートが形成されている。

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２２０の段付円柱形状の内周面について、その大径部から小径部にかけて、第１内周面２２０Ａ、第２内周面２２０Ｂ、第３内周面２２０Ｃ及び第４内周面２２０Ｄと称することとする。

リアハウジング２４０は、フロントハウジング２２０との接合面から離れるにつれて、その中心部が外方へと膨出する半球形状をなしている。従って、リアハウジング２４０は、所定容積を有する内部空間を形成し、これが吐出室Ｈ１として機能する。また、リアハウジング２４０の周壁には、吐出室Ｈ１から冷媒回路の高圧側へと圧縮冷媒を吐出する、図示しない吐出ポートが形成されている。

フロントハウジング２２０及びリアハウジング２４０は、フロントハウジング２２０の大径側の開口端とリアハウジング２４０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５００を介して分離可能に締結されている。このため、フロントハウジング２２０の外周面の離間した複数位置には、その大径部から小径部へと向かって軸方向に沿って延びる、ボルト５００の軸部が螺合するボス部２２２が夫々形成されている。一方、リアハウジング２４０の外周面の離間した複数位置であって、フロントハウジング２２０のボス部２２２に対応した位置には、その開口端から膨出方向へと向かって軸方向に沿って延びる、ボルト５００の軸部が貫通するボス部２４２が夫々形成されている。従って、フロントハウジング２２０とリアハウジング２４０とを接合させた状態で、リアハウジング２４０の外方からボス部２４２へとボルト５００の軸部を挿入し、その軸部をフロントハウジング２２０のボス部２２２に螺合することで、フロントハウジング２２０とリアハウジング２４０とが一体化されたハウジング２００が構成される。

圧縮機構３００は、フロントハウジング２２０の第１内周面２２０Ａにより区画される円柱形状の空間に配設される。圧縮機構３００は、具体的には、フロントハウジング２２０の大径側の開口を閉塞するように配設される固定スクロール３２０と、固定スクロール３２０と第１内周面２２０Ａ及び第２内周面２２０Ｂの段部との間に配設される旋回スクロール３４０と、を含んで構成されている。

固定スクロール３２０は、フロントハウジング２２０の第１内周面２２０Ａの開口端に嵌合される円盤形状の底板３２２と、底板３２２の一面から旋回スクロール３４０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）３２４と、第１内周面２２０Ａの開口側において底板３２２の外周面から半径外方へと延び、フロントハウジング２２０とリアハウジング２４０との接合面に挟持される、薄板円環形状のフランジ３２６と、を有している。フランジ３２６の外縁端は、フロントハウジング２２０の大径側の開口端の外形に倣った形状に形成され、その板面の複数の所定箇所に、ボルト５００の軸部が貫通可能な貫通孔が夫々形成されている。従って、固定スクロール３２０は、そのフランジ３２６を介して、フロントハウジング２２０とリアハウジング２４０との接合面に挟持され、フロントハウジング２２０の大径側の開口を閉塞すると共に、リアハウジング２４０と協働して吐出室Ｈ１を区画する。

旋回スクロール３４０は、第１内周面２２０Ａ及び第２内周面２２０Ｂの段部側に配設される円盤形状の底板３４２と、底板３４２の一面から固定スクロール３２０に向かって延びる、インボリュート曲線のラップ３４４と、を有している。底板３４２は、固定スクロール３２０の底板３２２より小さい外径をなし、その他面が、第１内周面２２０Ａ及び第２内周面２２０Ｂの段部にスラスト力を伝達するように、薄板円環形状のスラストプレート５１０を介して段部に当接されている。

そして、固定スクロール３２０及び旋回スクロール３４０は、ラップ３２４及び３４４の周方向の角度が互いにずれた状態で、ラップ３２４及び３４４の側壁が互いに部分的に接触するように噛み合わされる。このとき、固定スクロール３２０のラップ３２４の先端部には、旋回スクロール３４０の底板３４２とのシール性を確保する、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３４０のラップ３４４の先端部には、固定スクロール３２０の底板３２２とのシール性を確保する、図示しないチップシールが埋設されている。従って、圧縮機構３００では、固定スクロール３２０と旋回スクロール３４０との間に、三日月形状の密閉空間、即ち、気体冷媒を圧縮する圧縮室Ｈ２が区画される。

固定スクロール３２０の底板３２２の中心部には、圧縮室Ｈ２により圧縮された気体冷媒を吐出室Ｈ１へと吐出する吐出孔３２２Ａが形成されている。底板３２２の他面には、圧縮室Ｈ２から吐出室Ｈ１への気体冷媒の流れを許容する一方、吐出室Ｈ１から圧縮室Ｈ２への気体冷媒の流れを阻止する、例えば、リードバルブからなる一方向弁３２８が取り付けられている。

固定スクロール３２０の底板３２２の外周面には、その全長に亘って凹溝３２２Ｂが形成され、フロントハウジング２２０とのシールを確保するＯリング３２２Ｃが嵌め込まれている。また、リアハウジング２４０の開口端面には、その全長に亘って凹溝２４０Ａが形成され、フロントハウジング２２０とのシールを確保するＯリング２４０Ｂが嵌め込まれている。

駆動力伝達機構４００は、駆動軸４１０と、クランクピン４２０と、偏心ブッシュ４３０と、バランサウェイト４４０と、電磁クラッチ４５０と、プーリ４６０と、を含んで構成されている。

駆動軸４１０は、小径部４１０Ａ及び大径部４１０Ｂを有する段付円柱形状をなし、その小径部４１０Ａの先端部がフロントハウジング２２０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２２０に回転自由に収容される。具体的には、駆動軸４１０の小径部４１０Ａ及び大径部４１０Ｂは、夫々、第４内周面２２０Ｄの開口側端部及び第３内周面２２０Ｃに対して、ボールベアリング５２０及びローラベアリング５３０を介して回転自由に軸支されている。駆動軸４１０の小径部４１０Ａであって、ボールベアリング５２０と大径部４１０Ｂ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５４０によって、フロントハウジング２２０の第４内周面２２０Ｄとのシール性が確保されている。

駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの軸方向の一端面には、その軸心から偏心した位置に、ここから圧縮機構３００に向かって突出する円柱形状のクランクピン４２０が立設されている。クランクピン４２０の外周面には、クランクピン４２０が相対回転可能に嵌合する嵌合孔が形成された、円柱形状の外形を有する偏心ブッシュ４３０が偏心状態で固定されている。偏心ブッシュ４３０の外周面は、旋回スクロール３４０の底板３４２の他面からフロントハウジング２２０の小径側へと延びる、円環形状のボス部３４２Ａの内周面に取り付けられたローラベアリング５５０を介して回転自由に支持されている。

駆動軸４１０の先端部は、フロントハウジング２２０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４５０を介して、外部からの動力によって回転するプーリ４６０に連結されている。従って、電磁クラッチ４５０を作動させると、プーリ４６０と駆動軸４１０とが連結され、プーリ４６０の回転力によって駆動軸４１０が回転する。一方、電磁クラッチ４５０の作動を停止させると、プーリ４６０と駆動軸４１０との連結が解除され、駆動軸４１０の回転が停止する。このように、電磁クラッチ４５０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。

バランサウェイト４４０は、偏心ブッシュ４３０の旋回によって発生する遠心力を低減することで、例えば、スクロール型圧縮機１００の振動を低減する。即ち、クランクピン４２０及び偏心ブッシュ４３０は、駆動軸４１０の軸心から偏心した位置に固定されているため、これが駆動軸４１０の軸心周りに旋回すると、アンバランスに起因する遠心力によって振動などが発生する。このため、このアンバランスを解消する目的で、例えば、駆動軸４１０の軸心を挟んだ所定位置に、クランクピン４２０及び偏心ブッシュ４３０の重心と釣り合いがとれる質量を有するバランサウェイト４４０を配置する。なお、例えば、部品点数を削減するために、バランサウェイト４４０を偏心ブッシュ４３０と一体化することもできる。

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４１０が回転すると、その回転力がクランクピン４２０及び偏心ブッシュ４３０を介して旋回スクロール３４０に伝達され、旋回スクロール３４０を固定スクロール３２０の軸心周りに公転旋回運動させる。その結果、圧縮機構３００の圧縮室Ｈ２の容積が増減し、フロントハウジング２２０の吸入ポートから内部空間へと吸入された低圧の気体冷媒は、圧縮室Ｈ２で圧縮されつつ中心部へと導かれる。圧縮機構３００の中心部へと導かれた気体冷媒は、固定スクロール３２０の底板３２２に形成された吐出孔３２２Ａ及び一方向弁３２８を介して吐出室Ｈ１へと吐出される。吐出室Ｈ１へと吐出された気体冷媒は、リアハウジング２４０の吐出ポートを介して、冷媒回路の高圧側へと吐出される。

ところで、駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの一端面に偏心状態で立設されたクランクピン４２０に対して、偏心ブッシュ４３０が偏心状態かつ相対回転可能に固定されることで、図２に示すように、駆動軸４１０の軸心に対して旋回スクロール３４０の旋回半径を変更可能な従動クランク機構が構成される。この場合、旋回スクロール３４０のラップ３４４の側壁が固定スクロール３２０のラップ３２４の側壁から容易に離間しないように、駆動軸４１０の軸心に対する旋回スクロール３４０の従動量を規制する必要がある。

そこで、図３及び図４に示すように、偏心ブッシュ４３０の軸方向の一端面、即ち、駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの一端面に対向する端面に、ここから大径部４１０Ｂへと向かって延び、大径部４１０Ｂの外周面の一部と接触する突起４３０Ａを形成する。具体的には、突起４３０Ａは、欠円形状の横断面を有する柱状をなし、例えば、偏心ブッシュ４３０の一端面をフライス盤で切削加工することで容易に形成することができる。

そして、突起４３０Ａの周壁の一辺、即ち、欠円形状を区画する直線状の平面は、駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの外周面に接触して、駆動軸４１０の軸心に対する旋回スクロール３４０の従動量を規制する。なお、突起４３０Ａとしては、欠円形状の横断面を有する柱状に限らず、例えば、円柱形状などであってもよい。

偏心ブッシュ４３０における突起４３０Ａの形成位置、大きさなどは、例えば、クランクピン４２０の軸心周りに偏心ブッシュ４３０が所定角度回動しても、突起４３０Ａの平面が大径部４１０Ｂの外周面から離れないように適宜決定することができる。ここで、所定角度としては、例えば、旋回スクロール３４０の旋回半径の可変量に応じた角度とすることができる。なお、偏心ブッシュ４３０の一端面に形成された突起４３０Ａが、駆動軸に対する旋回スクロールの従動量を規制する従動量規制機構の一例として挙げられる。

このようにすれば、駆動軸４１０のクランクピン４２０の軸心周りに偏心ブッシュ４３０が回動しても、偏心ブッシュ４３０の突起４３０Ａの平面が駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの外周面に接触しつつ摺動するので、旋回スクロール３４０の従動量を規制することができる。この場合、従来技術のようなピン及び凹部が不要となることから、その分だけ、スクロール型圧縮機１００の軸方向のサイズを小さくすることが可能となり、小型化を促進することができる。なお、従動量規制機構を構成する突起は、偏心ブッシュ４３０ではなく、これと対面する駆動軸４１０の大径部４１０Ｂに形成することもできる。

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更が可能である。

スクロール型圧縮機１００のハウジング２００は、フロントハウジング２２０及びリアハウジング２４０からなる構成に限らず、例えば、フロントハウジング、センター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、駆動力伝達機構４００は、上述した構成に限らず、周知の構成とすることもできる。さらに、駆動軸４１０は、小径部４１０Ａ及び大径部４１０Ｂを有する段付円柱形状に限らず、略同一の外径を有する円柱形状をなしていてもよい。さらにまた、スクロール型圧縮機１００は、上述した構成に限らず、少なくとも、ケーシング、固定スクロール、旋回スクロール、駆動軸、クランクピン及び偏心ブッシュを備えていればよい。

１００ スクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）
３２０ 固定スクロール
３４０ 旋回スクロール
４１０ 駆動軸
４２０ クランクピン
４３０ 偏心ブッシュ
４３０Ａ 突起（従動量規制機構）
４４０ バランサウェイト

Claims (1)

1. 回転駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸の軸方向の一端面に偏心状態で固定されたクランクピンと、
   前記クランクピンに偏心状態かつ相対回転可能に固定された偏心ブッシュと、
   前記偏心ブッシュと一体化され、当該偏心ブッシュの旋回によって発生する遠心力を低減するバランサウェイトと、
   前記偏心ブッシュに相対回転可能に固定された旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールと噛み合う固定スクロールと、
   前記偏心ブッシュの軸方向の一端面から前記駆動軸へと向かって延び、前記駆動軸の外周面の一部と接触して、前記駆動軸に対する前記旋回スクロールの従動量を規制する従動量規制機構と、
   を備え、
   前記従動量規制機構は、前記駆動軸の軸心を挟んで前記バランサウェイトとは反対側に位置する前記偏心ブッシュの端部に設けられ、前記駆動軸の外周面の一部と接触する部分が平面に形成された、
   スクロール型流体機械。

Images