WO2011148933A1

WO2011148933A1 - スクロール型流体機械

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Publication number: WO2011148933A1
Application number: PCT/JP2011/061855
Authority: WO
Inventors: 二郎飯塚; 清寺内; 真一大武; 孝行工藤; 利之菊池
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2012-11-27
Also published as: JP2011247184A

Abstract

　固定及び可動スクロール（８，１０）間で渦巻体（５０，５２）及び端板（８ａ，１０ａ）がその渦巻体に設けたチップシール（５６，５８）を介して互いに摺接することにより渦巻体間に形成される作動流体の圧力室（６０）を区画するスクロール型流体機械（１）であって、少なくとも一方のスクロールの渦巻体は、その渦巻体のチップシールが係止される側の端面（６８，７８）と該チップシールの背面（７０，８０）との間に、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板が互いに摺接するのに伴い、一方のスクロールのチップシールを他方のスクロールの端板に対して押し付ける方向に変形する背面リブ（７２，８２）を有する。

Description

スクロール型流体機械

　本発明は、車両の空調に使用される冷凍回路に好適したスクロール型流体機械に関する。

　この種のスクロール型流体機械は、各々が端板及び該端板と一体の渦巻体を有した固定スクロール及び可動スクロールを備え、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板が互いに摺接することにより渦巻体間に形成される作動流体の圧縮室または膨張室を区画している。
　そして、特許文献１には、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板がその渦巻体に設けたチップシールを介して互いに摺接し、チップシールの端板側の幅方向に一対の脚部が離間して形成されたスクロール型流体機械が開示されている。

特許第３１２６８４５号公報

　ところで、近年、環境意識の高まりによって車輌の軽量化が促進され、車輌のキャビンの快適性向上のためにエンジンルームは狭隘になる傾向があり、例えば狭隘なエンジンルームに設置可能な小型のスクロール型流体機械が求められている。
　しかしながら、スクロール型流体機械のスクロールユニットは、一般に、固定スクロールに対して可動スクロールが公転旋回運動する片持ち梁構造となる。従って、スクロールユニットを小型化しつつその吐出容量を確保するためには渦巻体を高く形成せざるを得ず、渦巻体の破損を生じ易いため、渦巻体の破損を防止するために渦巻体を高価な高強度材料で成形せざるを得ない。高強度材料を使用できない場合には渦巻体高さを低くせざるを得ず、流体機械の小型化促進に制約が生じていた。

　このように、渦巻体に高強度材料を使用することなく渦巻体を高くして流体機械の小型化を促進するには、可動スクロールの旋回運動によって渦巻体に生じる応力集中を抑制して渦巻体の破損を防止する必要がある。渦巻体に生じる応力集中を抑制する手段として、流体機械の組み付け時にハウジング間に挟むシムの厚みを調整することによって軸クリアランスを調整することが考えられるが、当該シム調整は流体機械の組み付け性を悪化させる。

　そこで、上記特許文献１に記載のように、チップシールの端板側の幅方向に一対の脚部を離間して形成することにより、脚部の弾性変形によって軸クリアランスを調整することができるため、シム調整を行わなくとも渦巻体に生じる応力集中を効果的に抑制することができるようにも思われる。
　しかし、この脚部はチップシールを渦巻体に容易に装着するための部位であるため、渦巻体に生じる応力集中を抑制して渦巻体の破損を防止することにつき格別な配慮がなされていない。

　本発明は、シム調整を行うことなく組み付け性を向上しながら固定及び可動の渦巻体に生じる応力集中を抑制し、小型化を図ることができるスクロール型流体機械を提供する。

　本発明のスクロール型流体機械は、各々が端板及び該端板と一体の渦巻体を有した固定スクロール及び可動スクロールを備え、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板がその渦巻体に設けたチップシールを介して互いに摺接することにより渦巻体間に形成される作動流体の圧力室を区画するスクロール型流体機械であって、少なくとも一方のスクロールの渦巻体は、その渦巻体のチップシールが係止される側の端面と該チップシールの背面との間に、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板が互いに摺接するのに伴い、一方のスクロールのチップシールを他方のスクロールの端板に対して押し付ける方向に変形する背面リブを有する。

　好ましくは、チップシールは渦巻体に係止される係止部を有し、背面リブは係止部の厚みの３０％以下の厚みを有する。
　好ましくは、背面リブはその長手方向が固定スクロールに対する可動スクロールの旋回方向に対して交差する向きに配される。
　好ましくは、複数の背面リブが渦巻体の中央端部に近づくほど密に設けられる。

　本発明によれば、少なくとも一方のスクロールの渦巻体は、その渦巻体のチップシールが係止される側の端面と該チップシールの背面との間に、固定及び可動スクロール間で渦巻体及び端板が互いに摺接するのに伴い、一方のスクロールのチップシールを他方のスクロールの端板に対して押し付ける方向に変形する背面リブを有する。これにより、背面リブの弾性変形や塑性変形を利用し、固定スクロールに対する可動スクロールの軸線方向のクリアランス調整を行わなくとも、チップシールを端板に確実に摺接させることができる。従って、流体機械の組み付け性を損なうことなく渦巻体間のシール性、ひいては圧力室の気密性を更に高め、流体機械の作動効率を向上しつつ、その小型化を図ることができる。

　また、本発明によれば、チップシールは渦巻体に係止される係止部を有し、背面リブは係止部の厚みの３０％以下の厚みを有するから、背面リブの変形代を加味した適正な範囲で端板に対するチップシールの押し付け力を調整することが可能となり、渦巻体間のシール性、ひいては圧力室の気密性を更に高めることができるため、流体機械の作動効率を更に向上させることができる。

　また、本発明によれば、背面リブはその長手方向が固定スクロールに対する可動スクロールの旋回方向に対して交差する向きに配されるから、渦巻体間に形成される圧力室からの作動流体の漏洩を背面リブによって効果的に抑制することができ、渦巻体間のシール性、ひいては圧力室の気密性を更に高めることができるため、流体機械の作動効率を更に向上させることができる。

　また、本発明によれば、複数の背面リブが渦巻体の中央端部に近づくほど密に設けられるから、圧力室の圧力が最も高圧となる渦巻体の中央端部近傍において、背面リブの変形代を加味した適正な範囲で端板に対するチップシールの押し付け力を調整することが可能となり、渦巻体間のシール性、ひいては圧力室の気密性を更に高めることができるため、流体機械の作動効率を更に向上させることができる。

本発明に係るスクロール圧縮機を示した断面図である。本発明の第１実施形態に係る可動スクロールの旋回運動時を示した要部断面図である。図２の可動スクロールをＩＩＩ－ＩＩＩ方向からみた断面図である。本発明の第２実施形態に係る可動スクロールの旋回運動時を示した要部断面図である。図４の可動スクロールをＶ－Ｖ方向からみた断面図である。

　図１は本発明に係るスクロール圧縮機（スクロール型流体機械）１を示し、この圧縮機１は車両を空調するための冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路を循環する冷媒（作動流体）の圧縮に使用される。
　圧縮機１はリアハウジング２及びフロントハウジング４を備え、リアハウジング２内にスクロールユニット６が収容されている。スクロールユニット６はリアハウジング２に固定された固定スクロール８と、この固定スクロール８に対して噛み合うように組付けられた可動スクロール１０とからなり、この可動スクロール１０の公転旋回運動によりスクロールユニット６は冷媒の吸入から圧縮を経て吐出までの一連のプロセスを連続して実行する。

　より詳しくは、リアハウジング２内にはその端板とスクロールユニット６の固定スクロール８との間に吐出室１２が形成され、この吐出室１２は固定スクロール８の端板８ａに形成された吐出孔１４にリードバルブタイプの吐出弁１６を介して接続可能である一方、リアハウジング２に形成した吐出ポート（図示しない）を介して冷凍回路の冷媒循環経路に接続されている。

　なお、リアハウジング２には冷媒の吸入ポート（図示しない）もまた形成されており、この吸入ポートは冷媒循環経路からリアハウジング２内に冷媒を導入し、導入された冷媒はスクロールユニット６内に吸入される。
　一方、フロントハウジング４内には駆動軸１８が配置され、この駆動軸１８は大径端部２０及び小径軸部２２を有する。大径端部２０はニードル軸受２４を介してフロントハウジング４に回転自在に支持され、小径軸部２２はボール軸受２６を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。更に、小径軸部２２とフロントハウジング４との間にはリップシール２８が配置され、このリップシール２８はフロントハウジング４内を気密に区画している。

　駆動軸１８の小径軸部２２はフロントハウジング４から突出し、この突出端が電磁クラッチを内蔵した駆動プーリ３０に連結され、この駆動プーリ３０は軸受３２を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ３０はベルトを介して車両のエンジン側の出力プーリに接続され、エンジンからの動力を受けて回転される。従って、エンジンの駆動中、駆動プーリ３０内の電磁クラッチがオン作動されていれば、駆動軸１８は駆動プーリ３０とともに回転される。

　一方、駆動軸１８の大径端部２０からは可動スクロール１０に向けてクランクピン３４が突出され、このクランクピン３４は偏心ブッシュ３６及びニードル軸受３８を介して可動スクロール１０のボス４０を支持している。従って、駆動軸１８が回転されると、クランクピン３４及び偏心ブッシュ３６を介して可動スクロール１０が旋回運動する。
　更に、フロントハウジング４と可動スクロール１０の端板１０ａとの間には自転阻止カップリングが配置されている。この実施例の場合、自転阻止カップリングはいわゆるＥＭカップリング４２からなり、ＥＭカップリング４２はそれぞれリング形状をなす可動プレート４４及び固定プレート４６双方の環状レース溝間にボール４８を挟み込んで構成されている。

　固定スクロール８はその端板８ａと一体成形された固定渦巻体５０を有し、可動スクロール１０もその端板１０ａと一体成形された可動渦巻体５２を有している。固定及び可動渦巻体５０，５２の内外面はその中央端部を除き、インボリュート曲面から形成され、例えばＡ４０３２－Ｔ６などのアルミニウム合金から成形されている。
　なお、上述した吐出孔１４は、固定渦巻体５０の中央端部５４の近傍に位置付けられ、この中央端部５４の内面との間には一定のクリアランスが確保されている。

　固定渦巻体５０の先端部５０ａには固定チップシール５６が設けられ、可動渦巻体５２の先端部５２ａには可動チップシール５８が設けられている。固定及び可動チップシール５６，５８は、上述したようなアルミニウム合金から成形される固定及び可動渦巻体５０，５２の約１／３０以下程度の弾性係数を有する、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのエンジニアリング・プラスチックから成形される。

　固定渦巻体５０及び端板１０ａは固定チップシール５６を介して互いに摺接され、一方、可動渦巻体５２及び端板８ａは可動チップシール５８を介して互いに摺接される。固定及び可動スクロール８，１０間でのこれらの摺接により固定及び可動渦巻体５０，５２間には冷媒の圧縮室（圧力室）６０が区画して形成され、上述した一連のプロセスが連続して実行される。

　図２は第１実施形態に係る可動スクロール１０の旋回運動時の固定渦巻体５０及び固定チップシール５６の要部断面を示し、図３は図２の可動スクロール１０をＩＩＩ－ＩＩＩ方向からみた断面を示している。なお、可動渦巻体５２及び可動チップシール５８も同様の形状をなしているため、これらの説明については後述するすべての実施形態において省略し、固定渦巻体５０は単に渦巻体５０、固定チップシール５６は単にチップシール５６と称することがある。

　図２及び３から明らかなように、固定チップシール５６は、固定渦巻体５０の渦巻き方向の長さとほぼ同じ長さを有して断面凹状に形成されている。固定渦巻体５０の先端部５０ａには断面凸状の凸部６２が形成され、固定渦巻体５０の渦巻き方向に沿って、凸部６２に固定チップシール５６の断面凹状を形作る凹部（係止部）６４を嵌め込むことにより、固定チップシール５６は固定渦巻体５０に係止、装着される。

　固定渦巻体５０の凸部６２は固定渦巻体５０の中央端部５４にかけて形成され、固定チップシール５６は、固体渦巻体５０の中央端部５４全体を覆う袋状の中央端部６６を有して形成されている。
　ここで本実施形態では、固定渦巻体５０には、固定チップシール５６が係止される側の凸部６２の端面６８と固定チップシール５６の凹部６４を形成する背面７０との間の適所に、背面７０と一体に背面リブ７２が設けられている。
　背面リブ７２は、少なくとも固定チップシール５６と同等かそれ以上の弾性係数を有する材料から成形され、固定及び可動スクロール８，１０間で固定渦巻体５０及び端板１０ａが互いに摺接するのに伴い、固定チップシール５６を端板１０ａに対して押し付ける方向に変形する。

　より詳しくは、背面リブ７２は、固定チップシール５６の弾性係数を考慮した上で、図２でみて固定チップシール５６が固定渦巻体５０に係止される部位である先端部（係止部）５６ａの厚みＴ１の３０％以下の厚みＴ２で形成されている。この場合には、固定チップシール５６が端板１０ａに対して押し付けられた際に背面リブ７２が好適に撓んで湾曲し、この変形に伴う背面リブ７２の弾性力や熱による塑性変形によって固定チップシール５６と端板１０ａとの間のシールが補助される。

　図３に示されるように、背面リブ７２は、その長手方向が固定スクロール８に対する可動スクロール１０の旋回方向に対して交差する向きに、固定渦巻体５０の渦巻き方向に沿って所定の間隔で配されている。可動スクロール１０の旋回運動時には、端面６８と背面７０との間の背面リブ７２が配される空間に適量の冷媒が流入されて冷媒の背圧室７４が形成され、固定チップシール５６自体の弾性力、及び背面リブ７２の弾性力や塑性変形による力に加え、この背圧室７４の背圧も相俟って固定チップシール５６と端板１０ａとの間のシールが更に確実に補助される。

　上述したように、第１実施形態の圧縮機１では、背面リブ７２の弾性変形や塑性変形を利用し、固定スクロール８に対する可動スクロール１０の軸線方向のクリアランス調整を例えばハウジング２，４間に挟むシムによって行わなくとも、チップシール５６を端板１０ａに確実に摺接させることができ、圧縮機１の組み付け性を損なうことなく渦巻体５０，５２間のシール性、ひいては圧縮室６０の気密性を更に高め、圧縮機１の圧縮効率を向上しつつ、その小型化を図ることができる。

　また、背面リブ７２は先端部５６ａの厚みＴ１の３０％以下の厚みＴ２を有するから、背面リブ７２の変形代を加味した適正な範囲で端板１０ａに対するチップシール５６の押し付け力を調整することが可能となり、渦巻体５０，５２間のシール性、ひいては圧縮室６０の気密性を更に高めることができる。
　更に、背面リブ７２はその長手方向が固定スクロール８に対する可動スクロール１０の旋回方向に対して交差する向きに配されるから、渦巻体５０，５２間に形成される圧力室６０からの作動流体の漏洩を背面リブ７２によって効果的に抑制することができ、渦巻体５０，５２間のシール性、ひいては圧縮室６０の気密性を更に高めることができる。

　また、背圧室７４が形成されることにより、チップシール５６に作用する外圧を背圧室７４の圧力によって相殺することができるため、圧縮機１の組み付け後の運転中に背面リブ７２が圧縮室６０の圧力によって潰されて弾性を失い、ひいては背面リブ７２がその機能を発揮できなくなることを防止することができる。
　特に、図３に示されるように、圧縮室６０の圧力が最も高圧となるチップシール５６の中央端部６６の吐出孔１４側はチップシール５６の凹部６４を形成する側部５６ｂが形成されておらず、中央端部６６近傍においては背圧室７４に高圧となる圧縮室６０の圧力を積極的に導くことができるため、チップシール５６に作用する外圧を背圧室７４の圧力によって更に効果的に相殺することができて好ましい。

　図４は第２実施形態に係る可動スクロール１０の旋回運動時を示し、図５は図４の稼動スクロール１０をＶ－Ｖ方向からみた断面図を示している。
　図４に示されるように、本実施形態では、固定渦巻体５０には、第１実施形態の背面リブ７２に加え、固定チップシール５６が係止される側の段差部７６の端面７８と固定チップシール５６の凹部６４を形成する側部５６ｂの背面８０との間に、背面８０と一体に背面リブ８２が設けられている。

　背面リブ８２は、背面リブ７２と同様に、少なくとも固定チップシール５６と同等かそれ以上の弾性係数を有する材料から成形され、固定及び可動スクロール８，１０間で固定渦巻体５０及び端板１０ａが互いに摺接するのに伴い、固定チップシール５６を端板１０ａに対して押し付ける方向に変形する。
　より詳しくは、背面リブ８２は、固定チップシール５６の弾性係数を考慮した上で、背面リブ７２と同様に、先端部５６ａの厚みＴ１の３０％以下の厚みＴ２で形成され、背面リブ７２ともに背面リブ８２も好適に撓んで湾曲し、固定チップシール５６自体の弾性力、及び背面リブ７２の弾性力や塑性変形による力、背圧室７４の背圧に加え、背面リブ８２の弾性力も相俟って固定チップシール５６と端板１０ａとの間のシールが更に確実に補助される。

　また、図５に示されるように、背面リブ８２をその固定渦巻体５０の渦巻き方向の長さが中央端部５４に近づくほど徐々に短くなるように成形し、中央端部５４に近づくほど密になるように順次配置するのが好ましい。
　上述したように、第２実施形態の圧縮機１では、複数の背面リブ８２が渦巻体５０の中央端部５４に近づくほど密に設けられるから、圧縮室６０の圧力が最も高圧となる中央端部５４近傍において、背面リブ８２の変形代を加味した適正な範囲で端板１０ａに対するチップシール５６の押し付け力を調整することが可能となり、渦巻体５０，５２間のシール性、ひいては圧縮室６０の気密性を更に効果的に高めることができる。

　本発明は、上述の実施形態に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
　例えば、図示しないが、本発明のチップシール５６の形状は必ずしも断面凹状に限定されず、例えば断面凸状に形成したチップシールの凸部を固定渦巻体５０の先端部５０ａに形成した凹部に装着しても良い。
　また、図示しないが、本発明の背面リブ７２，８２は必ずしも渦巻体５０，５２の全周に亘って設ける必要はなく、例えば本発明の背面リブ７２，８２を少なくとも渦巻体５０の中央端部５４から渦巻きの１巻範囲にのみに設けても良い。この場合には低コストで中央端部５４近傍の高圧となる圧縮室６０のシールを効果的に補助することができて好適である。

　更に、この場合には、チップシール５６の外端部をその端面が固定スクロール８の旋回方向に沿った形状とすることにより、上記外端部よりも中央端部５４側に形成される圧縮室６０の圧力によって上記外端部が固定渦巻体５０の先端部５０ａに押し付けられ、圧縮室６０を確実にシールできるので好適である。
　更にまた、本発明では、固定及び可動スクロール８，１０のうち、少なくとも一方のスクロールの渦巻体のチップシールに背面リブ７２，８２を設ければ良く、必ずしもこれらの部位を固定及び可動チップシール５６，５８の両方に設けなくても良い。

　最後に、本発明は、スクロール圧縮機のみならず、冷媒の圧力室として膨張室が区画形成されるスクロール膨張機などのスクロール型流体機械全般に適用できることは勿論である。

　　１　　スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
　　８　　固定スクロール
　８ａ　　端板
　１０　　可動スクロール
１０ａ　　端板
　５０　　固定渦巻体（渦巻体）
　５２　　可動渦巻体（渦巻体）
　５４　　中央端部
　５６　　固定チップシール（チップシール）
５６ａ　　先端部（係止部）
　５８　　可動チップシール（チップシール）
　６０　　圧縮室（圧力室）
　６４　　凹部（係止部）
　６８　　端面
　７０　　背面
　７２　　背面リブ
　７８　　端面
　８０　　背面
　８２　　背面リブ

Claims

　各々が端板及び該端板と一体の渦巻体を有した固定スクロール及び可動スクロールを備え、前記固定及び可動スクロール間で前記渦巻体及び前記端板がその渦巻体に設けたチップシールを介して互いに摺接することにより前記渦巻体間に形成される作動流体の圧力室を区画するスクロール型流体機械であって、
　少なくとも前記一方のスクロールの渦巻体は、その渦巻体のチップシールが係止される側の端面と該チップシールの背面との間に、前記固定及び可動スクロール間で前記渦巻体及び前記端板が互いに摺接するのに伴い、前記一方のスクロールのチップシールを前記他方のスクロールの端板に対して押し付ける方向に変形する背面リブを有することを特徴とするスクロール型流体機械。
　前記チップシールは前記渦巻体に係止される係止部を有し、前記背面リブは前記係止部の厚みの３０％以下の厚みを有することを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
　前記背面リブはその長手方向が前記固定スクロールに対する前記可動スクロールの旋回方向に対して交差する向きに配されることを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
　複数の前記背面リブが前記渦巻体の中央端部に近づくほど密に設けられることを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。