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JP6548880B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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JP6548880B2
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Description

本発明は、スクロール圧縮機に係り、特に小型化が要求される車両用空気調和機に適用されるのに好適なスクロール圧縮機に関するものである。
車両用空気調和機に用いられるスクロール型の圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを備えている。固定スクロールおよび旋回スクロールは、それぞれ円板状の端板の一面側に渦巻状のラップが一体に形成されたものである。この固定スクロールと旋回スクロールを、ラップ同士を噛み合わせた状態で対向させて固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のラップの間に形成される圧縮室を外周側から内周側に移動させつつその容積を減少させることで冷媒ガスの圧縮を行う。
スクロール圧縮機の作動時には、圧縮された冷媒ガスの反力が、旋回スクロールの端板と固定スクロールの端板とに加わる。このため、旋回スクロールが固定スクロールに対して軸方向に離れる方向に押圧され、双方のスクロールのラップ先端面(歯先)と相手側の端板との間にチップクリアランスと呼ばれる隙間が発生し、このチップクリアランスから冷媒ガスが漏れて圧縮機の効率が低下する傾向がある。
そこで、例えば特許文献1,2等に開示されているように、旋回スクロールの端板の背面側にスラスト板を介して(あるいは介さずに)隣接する背圧室を形成し、この背圧室に、圧縮室で圧縮された冷媒ガスの一部を抽気して供給し、旋回スクロールを固定スクロール側に押圧することで、常にラップの先端面が相手側の端板に接するようにしたスクロール圧縮機が知られている。
上記のように旋回スクロールの端板背面側に隣接する背圧室を形成して旋回スクロールを押圧する場合には、旋回スクロールを回転駆動する主軸の軸方向視で、背圧室が主軸を囲む環状となる。このような環状の背圧室は、その内径を小さくし、外径を大きくする程、面積(幅)が大きくなって旋回スクロールの押圧力を高めることができる。
特許第3893487号公報 特開平8−159051号公報
図5に示すように、旋回スクロールaの背面側にスラスト板bを介して隣接する背圧室cの面積(幅)を大きくするためには、背圧室cの内周側に位置するOリング状の内周シールリングdの直径D1を小さくし、背圧室cの外周側に位置する外周シールリングeの直径D2を大きくして、内周シールリングdと外周シールリングeとの間の間隔W1を拡げる必要がある。
しかしながら、内周シールリングdおよび外周シールリングeは、それぞれハウジングfのスラスト面gにシールリング溝を形成して配置されるものであるため、内周シールリングdと外周シールリングeとの間の間隔W1を拡げるのには限界があり、このために効果的に背圧室cの面積を増大させることができなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、背圧室の面積を大きくして背圧による旋回スクロールの押圧力を高め、チップクリアランスからの冷媒ガスの漏れを低減させて圧縮効率を高め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。
また、本発明のさらなる目的は、起動トルクの低減および起動時の騒音の低減を図ることにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール圧縮機は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第1の態様に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して冷媒ガスを圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記旋回スクロールのスラスト方向の荷重を支持するスラスト板と、前記旋回スクロールを駆動する主軸と、を有するスクロール圧縮機構と、前記スクロール圧縮機構で圧縮された前記冷媒ガスの一部を前記スラスト板の背面側に背圧として供給する背圧供給機構と、前記スクロール圧縮機構と前記背圧供給機構とを収容するハウジングと、を備え、前記背圧供給機構は、前記ハウジングにおける前記スラスト板の背面側に対向するスラスト面に形成された背圧室と、圧縮された前記冷媒ガスの一部を抽気して前記背圧室に供給する背圧供給通路と、前記背圧室の内周側と外周側とに配設されて前記背圧室からの前記背圧の漏洩を阻止する内周シールリングおよび外周シールリングと、を備えて構成され、前記内周シールリングは、前記スラスト板と前記スラスト面との間で圧迫されるように設けられ、前記外周シールリングは、前記ハウジングの内周面と、前記スラスト板の外周面との間で圧迫されるように設けられている。
上記構成のスクロール圧縮機によれば、背圧室の外周側に配設されている外周シールリングが、ハウジングの内周面とスラスト板の外周面との間で圧迫されるように設けられているため、従来のようにハウジングのスラスト面に外周シールリング用のシールリング溝を形成する必要がない。このため、シールリング溝に影響されることなく背圧室の幅を外周側に拡げることができる。これにより、背圧室の面積を大きくして背圧による旋回スクロールの押圧力を高め、冷媒ガスの漏れを低減させて圧縮効率を高めることができる。
本発明の第2の態様に係るスクロール圧縮機は固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して冷媒ガスを圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記旋回スクロールのスラスト方向の荷重を支持するスラスト板と、前記旋回スクロールを駆動する主軸と、を有するスクロール圧縮機構と、前記スクロール圧縮機構で圧縮された前記冷媒ガスの一部を前記スラスト板の背面側に背圧として供給する背圧供給機構と、前記スクロール圧縮機構と前記背圧供給機構とを収容するハウジングと、を備え、前記背圧供給機構は、前記ハウジングにおける前記スラスト板の背面側に対向するスラスト面に形成された背圧室と、圧縮された前記冷媒ガスの一部を抽気して前記背圧室に供給する背圧供給通路と、前記背圧室の内周側と外周側とに配設されて前記背圧室からの前記背圧の漏洩を阻止する内周シールリングおよび外周シールリングと、を備えて構成され、前記ハウジングの内周面と、前記スラスト面と、前記スラスト板の外周面とによって断面が直角三角形の環状空間が形成されるように前記スラスト板の外周面傾斜、前記外周シールリングを、前記ハウジングの内周面と、前記スラスト板の外周面と、前記スラスト面との三面の間で圧迫される
上記構成によれば、ハウジングの内周面と、スラスト板の外周面と、スラスト面との三面の間で外周シールリングが圧迫される三角シール構造が形成される。このため、外周シールリングをスラスト面の最外周部に配置することができ、背圧室の幅と面積を大きくすることができる。
上記構成のスクロール圧縮機において、前記外周シールリングを、前記スラスト板の外周面に形成された外周溝の中に嵌装し、該外周溝と前記ハウジングの内周面との間で圧迫させるようにしてもよい。
上記構成によれば、外周シールリングがスラスト板の外周面(外周溝)とハウジングの内周面のみに接触し、スラスト面には接触しないため、スラスト面に形成される背圧室の幅を最大限に拡げて面積を大きくすることができる。
上記構成のスクロール圧縮機において、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間のチップクリアランスの大きさを、前記旋回スクロールに前記背圧が供給される前は前記圧縮室の圧力が漏洩可能であり、前記旋回スクロールに前記背圧が供給された後は前記圧縮室の圧力が漏洩しない大きさに設定してもよい。
上記構成によれば、スクロール圧縮機の起動時には固定スクロールと旋回スクロールとの間のチップクリアランスが大きくて圧縮室の漏れが多いため、起動トルクが小さくて済むという効果が得られる。そして、スクロール圧縮機の起動後は、徐々に圧縮室の圧力が高まり、この圧力の一部が背圧供給機構によってスラスト板の背面に背圧として供給され、この背圧により旋回スクロールが押圧されてチップクリアランスが狭まり、圧縮室の漏れが小さくなって圧縮効率が正常化する。
したがって、起動時に旋回スクロールが背圧を受けて一気に固定スクロール側に移動して固定スクロールと衝突することがなく、衝突による衝撃音、つまり起動時の騒音を効果的に防止することができる。
以上のように、本発明に係るスクロール圧縮機によれば、背圧室の面積を大きくして背圧による旋回スクロールの押圧力を高め、チップクリアランスからの冷媒ガスの漏れを低減させて圧縮効率を高めるとともに、起動トルクの低減および起動時の騒音の低減を図ることができる。
本発明に係るスクロール圧縮機の一例を示す縦断面図である。 図1のII部を拡大して本発明の第1実施形態を示す背圧供給機構の縦断面図であり、(a)は背圧が作用していない時、(b)は背圧が作用している時を示す。 本発明の第2実施形態を示す背圧供給機構の縦断面図であり、(a)は背圧が作用していない時、(b)は背圧が作用している時を示す。 本発明の第3実施形態を示す旋回スクロールおよび固定スクロールの部分縦断面図であり、(a)は背圧が作用していない時、(b)は背圧が作用している時を示す。 従来の技術の問題点を示す背圧室付近の縦断面図である。
以下に、本発明の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明に係るスクロール圧縮機の一例を示す縦断面図である。このスクロール圧縮機1は、例えば自動車の空調装置に組み込まれて図示しないエンジンの動力により駆動され、冷媒ガスを圧縮して空調装置の冷媒回路に供給するものである。
スクロール圧縮機1は、フロントハウジング2aにリアハウジング2bがボルト3によって締結された構成のハウジング2を備えており、このハウジング2の内部に、スクロール圧縮機構5と、背圧供給機構6とが収容されている。
スクロール圧縮機構5は、公知のように、ハウジング2(2b)にボルト7等で固定された固定スクロール8と、この固定スクロール8に対向して冷媒ガスを圧縮する圧縮室9を形成する旋回スクロール10と、旋回スクロール10のスラスト方向の荷重を支持するスラスト板12と、旋回スクロール10を駆動する主軸14とを有した構成である。主軸14は、ベアリング15,16によってフロントハウジング2a側に軸支され、その先端部が外部に突出し、ここに図示しない駆動プーリーが取り付けられる。
固定スクロール8と旋回スクロール10は、それぞれ円板状の端板8a,10aの一面側に渦巻状のラップ8b,10bが一体に形成されている。各ラップ8b,10bは、その先端部が対向する端板8a,10aに対して滑らかに摺動可能に当接し、端板8a,10aとラップ8b,10bとに囲まれて一対の圧縮室9が形成される。
主軸14に設けられた偏心ピン14aがブッシュ21とベアリング22を介して旋回スクロール10のボス10c内周に嵌合されており、主軸14が回転すると旋回スクロール10が図示しない自転防止機構によって自転を防止されながら旋回する。このため、固定スクロール8と旋回スクロール10のラップ8b,10b間に形成された一対の圧縮室9が外周側から内周側に移動しつつその容積が減少し、フロントハウジング2a内の低圧室25に設けられた図示しない吸入口から吸入された冷媒ガスが圧縮室9内に吸入されて圧縮され、この高圧に圧縮された冷媒ガスが、吐出弁27と高圧室28とを経てリアハウジング2bに設けられた図示しない吐出口から吐出される。
冷媒ガスの圧縮時には、圧縮された冷媒ガスの反力が、固定スクロール8の端板8aと旋回スクロール10の端板10aとに加わるため、固定されている固定スクロール8に対して可動式の旋回スクロール10が軸方向に離れる方向(スラスト方向)に押圧される。この旋回スクロール10のスラスト荷重は、スラスト板12によって支持され、さらにフロントハウジング2aに形成されてスラスト板12の背面側に対向するスラスト面30に伝達される。
背圧供給機構6は、スクロール圧縮機構5で圧縮された冷媒ガスの一部をスラスト板12の背面側に背圧として供給する機構である。この背圧供給機構6は、図2にも示すように、スラスト面30に形成された環状の背圧室31と、フロントハウジング2aの内部に形成されて高圧室28と背圧室31とを連通させる背圧供給通路32と、背圧室31の内周側と外周側とに配設された内周シールリング33および外周シールリング34とを備えて構成されている。
背圧供給通路32は、圧縮室9内で圧縮されて高圧室28に吐出された冷媒ガスの一部を抽気して背圧室31に供給する通路である。また、内周シールリング33と外周シールリング34とによって背圧室31からの背圧の漏洩が阻止され、気密性が保たれる。内周シールリング33および外周シールリング34は、例えばゴム等の弾性材料によって形成されたOリングであり、その断面形状は非圧縮状態で円形であるが、円形以外の断面形状のものを用いることもできる。
図2(a),(b)は、図1のII部を拡大して本発明の第1実施形態を示す背圧供給機構6の縦断面図である。スラスト板12は、背圧室31を閉塞する形でフロントハウジング2aのスラスト面30と旋回スクロール10(端板10a)との間に介装されている。
内周シールリング33は、従来の構造(図5参照)と同様に、スラスト面30に形成されて背圧室31の内周側に位置するシールリング溝35に嵌装されている。一方、スラスト板12の外周面12aは斜め45度程度に傾斜しており、この外周面12aと、フロントハウジング2aのスラスト面30および内周面37とによって断面が直角二等辺三角形の環状空間が形成されている。そして、この環状空間の内部に外周シールリング34が装着されている。したがって、シールリング34は、スラスト板12の斜面状の外周面12aと、スラスト面30と、内周面37との三面の間で圧迫されている。
次に、上記のように構成されたスクロール圧縮機1の作用および効果について説明する。
スクロール圧縮機1の起動時には、圧縮室9内において冷媒ガスが圧縮されるものの、まだその圧縮圧力が低いため、図2(a)に示すように、旋回スクロール10の端板10aが圧縮圧力に押されてスラスト板12側に押し付けられる。この時には高圧室28内の圧力も低いため、背圧室31には背圧が供給されない。
スクロール圧縮機1の起動後に圧縮室9および高圧室28内の圧力が高まると、高圧室28内の圧縮された冷媒ガスの一部が背圧供給通路32により抽気されて背圧室31に供給される。このため、図2(b)に示すように、スラスト板12に背圧が作用し、スラスト板12と旋回スクロール10(端板10a)とが押圧されてスラスト面30から浮上する。このため、図1に示す旋回スクロール10と固定スクロール8のラップ10b,8bの先端部を、相手側の端板8b,10bに確実に接触させてチップクリアランス(隙間)の発生を防止し、冷媒ガスの漏れを防止してスクロール圧縮機1の効率を高めることができる。
本実施形態では、背圧室31の外周側に配設されている外周シールリング34が、フロントハウジング2aの内周面37とスラスト板12の外周面12aとの間で圧迫されるように設けられている。このため、従来のように、スラスト面30に外周シールリング34を嵌合するためのシールリング溝(図5に示す外周シールリングeの溝)を形成する必要がない。
したがって、内周シールリング33と外周シールリング34との間の間隔W2を、図5に示す従来の幅W1よりも拡げることができ、その間に形成される背圧室31の幅も拡げることができる。幅が拡がった背圧室31に加わる背圧は、内周シールリング33と外周シールリング34との間の幅W2の全幅に亘ってスラスト板12に作用する。このため、背圧による旋回スクロール10の押圧力を高め、冷媒ガスの漏れを低減させてスクロール圧縮機1の圧縮効率を高めることができる。
しかも、スラスト板12の外周面12aを傾斜させることにより、この外周面12aと、フロントハウジング2aの内周面37と、スラスト面30とによって断面が直角二等辺三角形の環状空間が形成されるようにし、これらの三面12a,37,30の間で外周シールリング34が圧迫される三角シール構造が形成されるため、外周シールリング34をスラスト面30の最外周部に配置することができ、この点でも背圧室31の幅W2と面積を大きくすることができる。
[第2実施形態]
図3(a),(b)は、本発明の第2実施形態を示す背圧供給機構40の縦断面図である。この背圧供給機構40は、背圧室31の気密性を保つ外周シールリング34の配置構造が異なる点以外の構成は第1実施形態に示す背圧供給機構6と同様であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。
この背圧供給機構40において、スラスト板12の外周面12bはフロントハウジング2aの内周面37に平行する円筒面であり、外周シールリング34は、スラスト板12の外周面12bに形成された外周溝41の中に嵌装され、この外周溝41とフロントハウジング2aの内周面37との間で圧迫されるように装着されている。したがって、外周シールリング34はスラスト板12には接触しない構造である。
上記構成の背圧供給機構40によれば、外周シールリング34がスラスト板12の外周面12b(外周溝41)とフロントハウジング2aの内周面37のみに接触し、スラスト面30には接触しない。このため、内周シールリング33と外周シールリング34の外周部(即ち内周面37)との間の間隔W3が、第1実施形態(図2参照)における間隔W2よりもさらに大きく拡がり、その間に形成される背圧室31の幅を、第1実施形態の場合より大きくすることができる。幅が拡がった背圧室31に加わる背圧は、内周シールリング33と外周シールリング34の外周部(内周面37)との間の幅W3の全幅に亘ってスラスト板12に作用する。したがって、背圧による旋回スクロール10の押圧力をさらに高めて冷媒ガスの漏れを低減させ、スクロール圧縮機1の圧縮効率をより向上させることができる。
また、スクロール圧縮機1の起動時に背圧室31に背圧が加わってスラスト板12が浮上する際には、外周シールリング34がフロントハウジング2aの内周面37に対して摺動、もしくは変形するため、その摺動抵抗または変形抵抗によってスラスト板12の動きに制動力が付与される。このため、スラスト板12が急激に浮上して旋回スクロール10が固定スクロール8に衝突することによる異音(起動騒音)の発生を防止することができる。
[第3実施形態]
図4(a),(b)は、本発明の第3実施形態を示す旋回スクロールおよび固定スクロールの部分縦断面図である。この実施形態は、第1実施形態および第2実施形態の構成と組み合わせて実施することが好ましい。
この第3実施形態においては、旋回スクロール10に背圧が供給される前は、図4(a)に示すように、固定スクロール8のラップ8b先端部と旋回スクロール10の端板10aとの間、および旋回スクロール10のラップ10bの先端部と固定スクロール8の端板8aとの間に、所定のチップクリアランスCが発生するようになっている。
このチップクリアランスCの大きさは、圧縮室9の圧力が漏洩可能な大きさ、具体的には0.6ミリ〜0.8ミリ程度に設定されている。
また、旋回スクロール10に背圧が供給された後は、図4(b)に示すように、旋回スクロール10が背圧によって浮上するのでチップクリアランスCが無くなり、圧縮室9の圧力が漏洩しないようになっている。
なお、固定スクロール8のラップ8bの先端部と、旋回スクロール10のラップ10bの先端部とには、それぞれ公知のチップシールを設けてもよい。これにより、圧縮の漏洩をより確実に阻止することができる。
本構成によれば、スクロール圧縮機1の起動時には固定スクロール8と旋回スクロール10との間のチップクリアランスCが大きくて圧縮室9からの漏れが多いため、起動トルクが小さくて済むという効果が得られる。
そして、スクロール圧縮機1の起動後は、徐々に圧縮室9の圧力が高まり、この圧力の一部が図2、図3に示す背圧供給機構6,40によってスラスト板12の背面(背圧室31)に背圧として供給され、この背圧により旋回スクロール10が押圧されてチップクリアランスCが狭まり、圧縮室9の漏れが小さくなって圧縮効率が正常化する。
したがって、起動時に旋回スクロール10が背圧を受けて一気に固定スクロール8側に移動して固定スクロール8に衝突することがなく、衝突による衝撃音、つまり起動騒音を効果的に防止することができる。
以上説明したように、本実施形態に係るスクロール圧縮機1によれば、背圧室31の面積を大きくして背圧による旋回スクロール10の押圧力を高め、チップクリアランスからの冷媒ガスの漏れを低減させて圧縮効率を高めるとともに、起動トルクの低減および起動時の騒音の低減を図ることができる。
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、上記実施形態で説明したスクロール圧縮機1は自動車の空調装置に使用されるものであるが、自動車用に限らず、家屋やビル、倉庫等の建物の空調装置に使用されるスクロール圧縮機にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態のスクロール圧縮機1は、自動車のエンジン等の外部動力によって駆動されるものであるが、電動機が一体に設けられた電動スクロール圧縮機に本発明を適用してもよい。
1 スクロール圧縮機
2 ハウジング
5 スクロール圧縮機構
6 背圧供給機構
8 固定スクロール
9 圧縮室
10 旋回スクロール
12 スラスト板
12a,12b スラスト板の外周面
14 主軸
25 低圧室
28 高圧室
30 スラスト面
31 背圧室
32 背圧供給通路
33 内周シールリング
34 外周シールリング
37 ハウジングの内周面
41 外周溝
C チップクリアランス

Claims (4)

  1. 固定スクロールと、
    前記固定スクロールに対向して冷媒ガスを圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロールと、
    前記旋回スクロールのスラスト方向の荷重を支持するスラスト板と、
    前記旋回スクロールを駆動する主軸と、を有するスクロール圧縮機構と、
    前記スクロール圧縮機構で圧縮された前記冷媒ガスの一部を前記スラスト板の背面側に背圧として供給する背圧供給機構と、
    前記スクロール圧縮機構と前記背圧供給機構とを収容するハウジングと、を備え、
    前記背圧供給機構は、
    前記ハウジングにおける前記スラスト板の背面側に対向するスラスト面に形成された背圧室と、
    圧縮された前記冷媒ガスの一部を抽気して前記背圧室に供給する背圧供給通路と、
    前記背圧室の内周側と外周側とに配設されて前記背圧室からの前記背圧の漏洩を阻止する内周シールリングおよび外周シールリングと、を備えて構成され、
    前記内周シールリングは、前記スラスト板と前記スラスト面との間で圧迫されるように設けられ、
    前記外周シールリングは、前記ハウジングの内周面と、前記スラスト板の外周面との間で圧迫されるように設けられていて、
    前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間のチップクリアランスの大きさは、前記旋回スクロールに前記背圧が供給される前は前記圧縮室の圧力が漏洩可能であり、前記旋回スクロールに前記背圧が供給された後は前記圧縮室の圧力が漏洩しない大きさに設定されているスクロール圧縮機。
  2. 固定スクロールと、
    前記固定スクロールに対向して冷媒ガスを圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロールと、
    前記旋回スクロールのスラスト方向の荷重を支持するスラスト板と、
    前記旋回スクロールを駆動する主軸と、を有するスクロール圧縮機構と、
    前記スクロール圧縮機構で圧縮された前記冷媒ガスの一部を前記スラスト板の背面側に背圧として供給する背圧供給機構と、
    前記スクロール圧縮機構と前記背圧供給機構とを収容するハウジングと、を備え、
    前記背圧供給機構は、
    前記ハウジングにおける前記スラスト板の背面側に対向するスラスト面に形成された背圧室と、
    圧縮された前記冷媒ガスの一部を抽気して前記背圧室に供給する背圧供給通路と、
    前記背圧室の内周側と外周側とに配設されて前記背圧室からの前記背圧の漏洩を阻止する内周シールリングおよび外周シールリングと、を備えて構成され、
    前記ハウジングの内周面と、前記スラスト面と、前記スラスト板の外周面とによって断面が直角三角形の環状空間が形成されるように前記スラスト板の外周面が傾斜し、
    前記外周シールリングは、前記ハウジングの内周面と、前記スラスト板の外周面と、前記スラスト面との三面の間で圧迫されるスクロール圧縮機。
  3. 前記外周シールリングは、前記スラスト板の外周面に形成された外周溝の中に嵌装され、該外周溝と前記ハウジングの内周面との間で圧迫される請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間のチップクリアランスの大きさは、前記旋回スクロールに前記背圧が供給される前は前記圧縮室の圧力が漏洩可能であり、前記旋回スクロールに前記背圧が供給された後は前記圧縮室の圧力が漏洩しない大きさに設定されている請求項に記載のスクロール圧縮機。
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