JP2021046810A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機に関し、スラストプレートの周縁部に突起があっても、旋回スクロールの軸方向のずれを小さくする。【解決手段】スクロール圧縮機は、ハウジングと、ハウジングに固定された固定スクロールと、固定スクロールの軸心周りに公転可能に配置された旋回スクロールと、旋回スクロールの背面とハウジングとの間に配置されたスラストプレートと、を備えている。そして、ハウジングにおいて、スラストプレートを介して旋回スクロールのスラスト力を受けるスラスト受け面として機能する段部２２０Ｅに、スラストプレートの周縁部の輪郭線を跨ぎつつ全周に亘って延びる円環形状の第１の溝部２２０Ｆが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、気体冷媒などの圧縮性流体を圧縮するスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、旋回スクロールが固定スクロールの軸心周りに公転することで、旋回スクロールと固定スクロールとによって区画される圧縮室の容積を変化させ、圧縮性流体を吸入、圧縮及び吐出するように構成されている。スクロール圧縮機では、特開２０１８−２５１４８号公報（特許文献１）に記載されるように、旋回スクロールの背面とハウジングとの間にスラストプレートが配置されている。そして、ハウジングが、スラストプレートを介して、圧縮室の反力によって発生する旋回スクロールのスラスト力を受けるようになっている。

特開２０１８−２５１４８号公報

ところで、スラストプレートの周縁部に、例えば、プレスの打ち抜き加工などに起因する、微小なバリなどの突起ができてしまうことがある。このようなスラストプレートを使用すると、突起の分だけ旋回スクロールが固定スクロールに向かって軸方向にずれ、固定スクロールと旋回スクロールとの間の摩擦力が大きくなって、例えば、機械的効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、スラストプレートの周縁部に突起があっても、旋回スクロールの軸方向のずれを小さくすることができる、スクロール圧縮機を提供することを目的とする。

スクロール圧縮機は、ハウジングと、ハウジングに固定された固定スクロールと、固定スクロールの軸心周りに公転可能に配置された旋回スクロールと、旋回スクロールの背面とハウジングとの間に配置されたスラストプレートと、を備えている。そして、ハウジングにおいて、スラストプレートを介して旋回スクロールのスラスト力を受けるスラスト受け面に、スラストプレートの周縁部の輪郭線を跨ぎつつ全周に亘って延びる円環形状の第１の溝部が形成されている。

本発明によれば、スクロール圧縮機に関して、スラストプレートの周縁部に突起があっても、これが第１の溝部に収容されるので、旋回スクロールの軸方向のずれを小さくすることができる。

スクロール圧縮機の一例を示す断面図である。 ハウジングに形成された第１の溝部を示す平面図である。 ハウジングに形成された第１の溝部及び第２の溝部を示す平面図である。 第２の溝部の深さを説明する要部断面図である。

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。
図１は、スクロール圧縮機１００の一例を示している。

スクロール圧縮機１００は、例えば、車両用空調機器の冷媒回路に組み込まれ、冷媒回路から低圧の気体冷媒（圧縮性流体）を吸入して圧縮し、冷媒回路に高圧の気体冷媒を吐出する。スクロール圧縮機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に外部から回転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、スクロール圧縮機１００は横置型の圧縮機であって、ハウジング２００の下部には、圧縮機構３００及び駆動力伝達機構４００の可動部などを潤滑する、所定量の潤滑油が貯留されている。

ハウジング２００は、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の周壁の所定箇所には、冷媒回路から低圧の気体冷媒を吸入する、吸入ポートＰ１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、圧縮機構３００と協働して所定容積を有する吐出室Ｈ１を形成する。また、リアハウジング２４０には、吐出室Ｈ１の気体冷媒から潤滑油を分離する、図示しない遠心分離式のオイルセパレータが組み込まれている。さらに、リアハウジング２４０の周壁の所定箇所には、オイルセパレータによって潤滑油が分離された高圧の気体冷媒を冷媒回路に吐出する、吐出ポートＰ２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、締結具の一例として挙げることができる、複数のボルト５００によって分離可能に締結されている。

圧縮機構３００は、フロントハウジング２２０の第１内周面２２０Ａによって区画される円柱形状の空間に配置されている。圧縮機構３００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置された固定スクロール３２０と、第１内周面２２０Ａから第２内周面２２０Ｂへと移行する円環形状の段部２２０Ｅと固定スクロール３２０との間に配置された旋回スクロール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板形状の底板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形状のラップ３２４と、を有している。また、固定スクロール３２０は、第１内周面２２０Ａの開口端において底板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を更に有している。フランジ３２６の外周縁は、フロントハウジング２２０の開口端の外形に倣った形状に形成され、その板面の複数個所に、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ることで、フロントハウジング２２０の大径側の開口端を閉塞すると共に、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、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅを臨む位置に配置される円板形状の底板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形状のラップ３４４と、を有している。底板３４２は、固定スクロール３２０の底板３２２より小さい外径を有し、その他面の外周部が、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅ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２２０Ｅに当接されている。なお、スラストプレート５１０は、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅに対して固定されている。従って、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅは、スラストプレート５１０を介して旋回スクロール３４０のスラスト力を受けるスラスト受け面の一例として挙げられる。

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ている。このとき、固定スクロール３２０のラップ３２４の先端部に、旋回スクロール３４０の底板３４２の一面との気密性を確保する、図示しないチップシールを取り付けることができる。一方、旋回スクロール３４０のラップ３４４の先端部に、固定スクロール３２０の底板３２２の一面との気密性を確保する、図示しないチップシールを取り付けることができる。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である、気体冷媒を吸入して圧縮する圧縮室Ｈ２が区画されている。

固定スクロール３２０の底板３２２の中心部には、圧縮室Ｈ２によって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。吐出室Ｈ１を臨む底板３２２の他面には、圧縮室Ｈ２から吐出室Ｈ１への気体冷媒の流通を許容するが、吐出室Ｈ１から圧縮室Ｈ２への気体冷媒の流通を阻止する、例えば、リードバルブからなる逆止弁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、その全周に亘って凹溝３２２Ｂが形成され、ここにフロントハウジング２２０との気密性を確保する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、その全周に亘って凹溝２４０Ａが形成され、ここにフロントハウジング２２０との気密性を確保する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した状態で、フロントハウジング２２０に回転自由に収容されている。具体的には、駆動軸４１０の小径部４１０Ａは、フロントハウジング２２０の第４内周面２２０Ｄの開口側端部に対して、ボールベアリング５２０によって回転自由に軸支されている。また、駆動軸４１０の大径部４１０Ｂは、フロントハウジング２２０の第３内周面２２０Ｃに対して、ローラベアリング５３０によっ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との気密性が確保されている。なお、駆動軸４１０は、ボールベアリング５２０やローラベアリング５３０などのころがり軸受に限らず、円筒形状のすべり軸受によって回転自由に軸支されていてもよい。

駆動軸４１０の大径部４１０Ｂの軸方向の端面であって、その軸心から偏心した位置には、ここから圧縮機構３００に向かって延び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、円柱形状の外形を有する偏心ブッシュ４３０が相対回転可能かつ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（背面）からフロントハウジング２２０の小径側へと向かって延びる円環形状のボス部３４２Ａに対して、その内周面に圧入されたすべり軸受５５０を介して回転自由に軸支されている。また、旋回スクロール３４０のボス部３４２Ａの半径外方には、旋回スクロール３４０の公転に起因する振動を低減するために、旋回部分の重量などを考慮したバランサウェイト４４０が取り付けられている。

旋回スクロール３４０の自転を阻止する自転阻止機構として、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅには、ここから旋回スクロール３４０に向かって延びる、複数の自転阻止ピン５６０が圧入固定されている。複数の自転阻止ピン５６０は、駆動軸４１０の軸心に対して等距離かつ等間隔に配置されている。なお、図１に示すスクロール圧縮機１００では、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅに４本の自転阻止ピン５６０が圧入固定されているが、その本数は任意とすることができる。

旋回スクロール３４０の底板３４２の他面であって、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅから突出する自転阻止ピン５６０に対向する複数箇所には、底板３４２の他面から一面へと向かって延びる円形孔３４２Ｂが夫々形成されている。そして、複数の自転阻止ピン５６０の先端部が、旋回スクロール３４０の円形孔３４２Ｂに内接しつつその軸心周りに公転するように嵌合されている。従って、旋回スクロール３４０は、その自転が阻止された状態で、固定スクロール３２０の軸心周りを公転する。なお、スラストプレート５１０の板面には、自転阻止ピン５６０が貫通する貫通孔が複数形成されている。

駆動軸４１０の先端部は、フロントハウジング２２０の小径部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を動作させると、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の動作を停止させると、プーリ４６０と駆動軸４１０とが切り離され、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、スクロール圧縮機１００の動作を制御することができる。

次に、スクロール圧縮機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が自転を阻止された状態で固定スクロール３２０の軸心周りを公転する。その結果、圧縮機構３００の圧縮室Ｈ２の容積が変化し、フロントハウジング２２０の吸入ポートＰ１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で圧縮されながら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及び逆止弁３２８を介して、吐出室Ｈ１へと吐出される。吐出室Ｈ１へと吐出された高圧の気体冷媒は、オイルセパレータによって気体冷媒と潤滑油とに分離される。

そして、潤滑油が分離された気体冷媒は、リアハウジング２４０に形成された吐出ポートＰ２を介して、冷媒回路へと吐出される。一方、気体冷媒から分離された潤滑油は、固定スクロール３２０に形成された油路（図示せず）を介して、フロントハウジング２２０の第２内周面２２０Ｂによって区画される円柱形状の空間、即ち、駆動力伝達機構４００のクランクピン４２０、偏心ブッシュ４３０などが配置されているクランク室へと供給される。このとき、固定スクロール３２０の油路から出た潤滑油は、図２及び図３に示すように、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅの上部に陥凹形成された潤滑油供給路ＯＩＬ_ｉｎを通って、クランク室へと供給される。そして、クランク室へと供給された潤滑油は、クランクピン４２０、偏心ブッシュ４３０、ローラベアリング５３０、シール部材５４０、すべり軸受５５０などの可動部を潤滑する。

クランク室の可動部を潤滑した潤滑油は、図２及び図３に示すように、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅの所定箇所に形成された潤滑油排出路ＯＩＬ_ｏｕｔを通って、フロントハウジング２２０の第１内周面２２０Ａによって区画される円柱形状の空間の下部に戻される。ここに戻された潤滑油は、フロントハウジング２２０の吸入ポートＰ１から吸入された気体冷媒と混合し、圧縮機構３００の潤滑に供される。

ところで、スラストプレート５１０の周縁部に微小なバリなどの突起があると、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅの全面に亘ってスラストプレート５１０が密接せず、突起の分だけ旋回スクロール３４０が固定スクロール３２０に向かって軸方向にずれてしまう。旋回スクロール３４０が固定スクロール３２０に向かってずれると、固定スクロール３２０と旋回スクロール３４０との間の摩擦力が大きくなって、例えば、機械的効率が低下してしまう。

そこで、図２に示すように、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅであって、スラストプレート５１０の周縁部と接触する箇所に、その周縁部の輪郭線を跨ぎつつ全周に亘って延びる、円環形状の第１の溝部２２０Ｆが形成されている。第１の溝部２２０Ｆの幅及び深さは、例えば、スラストプレート５１０の周縁部に発生し得る突起の最大寸法を考慮して決定することができる。

このようにすれば、スラストプレート５１０の周縁部に突起があっても、これが第１の溝部２２０Ｆに収容されるので、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅの全面に亘ってスラストプレート５１０が密接する。このため、旋回スクロール３４０の軸方向のずれを小さくすることができる。

フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅに圧入固定された自転阻止ピン５６０は、旋回スクロール３４０の背面に形成された円形孔３４２Ｂに内接しつつその軸心周りに公転するので、自転阻止ピン５６０と円形孔３４２Ｂとの潤滑能力を向上することが好ましい。そこで、図３に示すように、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅにおいて、第１の溝部２２０Ｆに加えて、自転阻止ピン５６０を経由して、第１の溝部２２０Ｆから段部２２０Ｅの内周縁にかけて半径内方へと直線状に延びる、第２の溝部２２０Ｇを複数形成してもよい。

このようにすれば、オイルセパレータによって気体冷媒から分離された潤滑油がクランク室へと供給される際、その一部が第１の溝部２２０Ｆに入り込む。第１の溝部２２０Ｆに入り込んだ潤滑油は、第２の溝部２２０Ｇへと分流して自転阻止ピン５６０の基端部、即ち、フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅに対する自転阻止ピン５６０の固定箇所に供給される。自転阻止ピン５６０の基端部に供給された潤滑油は、スラストプレート５１０に形成された貫通孔と自転阻止ピン５６０との間の隙間を通って、自転阻止ピン５６０と旋回スクロール３４０の円形孔３４２Ｂとの接触面へと供給される。従って、第１の溝部２２０Ｆに加えて第２の溝部２２０Ｇを段部２２０Ｅに形成することで、自転阻止ピン５６０と円形孔３４２Ｂとの接触面の潤滑能力を向上することができる。

フロントハウジング２２０の段部２２０Ｅにおいて、自転阻止ピン５６０が圧入固定されている箇所は、自転阻止ピン５６０の圧入を容易にする目的で、図４に示すように、テーパ形状の面取部Ｃが形成されている。そこで、段部２２０Ｅに対する自転阻止ピン５６０の固定強度を確保するため、第２の溝部２２０Ｇの深さは、テーパ形状の面取部Ｃの深さより浅くすることが好ましい。

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、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることに留意されたい。

その一例を挙げると、スクロール圧縮機１００の圧縮機構３００は、外部からの動力によって動作する構成に限らず、ハウジング２００に収容された電動モータによって動作する構成であってもよい。また、リアハウジング２４０に組み込まれたオイルセパレータは、遠心式のオイルセパレータに限らず、慣性衝突式などの公知のオイルセパレータであってもよい。

１００ スクロール圧縮機
２００ ハウジング
２２０Ｅ 段部（スラスト受け面）
２２０Ｆ 第１の溝部
２２０Ｇ 第２の溝部
３２０ 固定スクロール
３４０ 旋回スクロール
３４２Ｂ 円形孔
５１０ スラストプレート
５６０ 自転阻止ピン
Ｃ 面取部

Claims (3)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定された固定スクロールと、
   前記固定スクロールの軸心周りに公転可能に配置された旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの背面と前記ハウジングとの間に配置されたスラストプレートと、
   を備え、
   前記ハウジングにおいて、前記スラストプレートを介して前記旋回スクロールのスラスト力を受けるスラスト受け面に、前記スラストプレートの周縁部の輪郭線を跨ぎつつ全周に亘って延びる円環形状の第１の溝部が形成された、
   スクロール圧縮機。
2. 前記スラスト受け面に、前記旋回スクロールの背面に形成された円形孔に内接しつつその軸心周りに公転する自転阻止ピンが固定されると共に、当該自転阻止ピンを経由して前記第１の溝部から半径内方へと向かって延びる第２の溝部が形成された、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第２の溝部の深さは、前記ピンの固定箇所に形成されたテーパ形状の面取部より浅い、
   請求項２に記載のスクロール圧縮機。

Images