JP4589196B2 - スクロール型流体機械、及び該流体機械を用いた冷凍サイクル - Google Patents
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Description
この圧縮室は、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動するのに伴い、これらスクロールの径方向外側から中央に向けて移動し、この移動に伴い、圧縮室の容積は減少する。つまり、スクロール圧縮機の作動時、圧縮室が可動及び固定スクロールの中央に位置したときに圧縮室内の流体は最も圧縮され、これらスクロールの中央部分での温度は、径方向外側の部分に比べて上昇する。このため、スクロール圧縮機には、スクロールの中央部分が大きく熱膨張し、渦巻きラップの中央部分とこれに相対する基板(例えば、可動スクロールの渦巻きラップの中央部分と固定スクロールの基板)との間でかじりが発生するという問題があった。
また、渦巻きラップの形状が異なるスクロールを加工する際には、その都度NCフライス盤にそれぞれの形状データを入力する必要があるので、NCフライス盤の設定の切り替えに要する時間が大きい。その上、渦巻き方向に沿って加工する距離は、渦巻きラップの長さにおおよそ比例するので数十mmにも及び、加工自体にも長時間を要する。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されているにもかかわらず短時間且つ容易に製造され、とりわけ、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじり発生の防止に適したスクロール型流体機械を提供することにある。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μm以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。
前記複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有するのが好ましい(請求項2)。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、少なくとも2つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面であるのが好ましい(請求項4)。
請求項3、請求項4及び請求項5のスクロール型流体機械の場合、渦巻きラップの端面の各領域が可動及び固定スクロールでの温度分布に基づく熱膨張量のばらつきに対応したラップ高さを有するように、渦巻きラップの端面を3つ以上の領域に区分することで、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化が図られる。このため、このスクロール型流体機械によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじり発生がより一層防止されるのみならず、これらスクロールの中央に位置する高圧の圧縮室から、渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間を通して周囲の低圧の圧縮室へ作動流体が漏れるのが抑制され、これにより作動流体が高効率にて圧縮される。
そして、請求項4のスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。これは以下の理由による。
そこで、このスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域が熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、もって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。
本発明の冷凍サイクルに適用されたスクロール型流体機械は、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじりの発生が防止されたことで信頼性が高いため、この冷凍サイクル自体も信頼性が高い。
とりわけ、請求項2乃至6の本発明によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじりの発生が防止され、高い信頼性を有するスクロール型流体機械が提供される。
冷凍サイクルは、例えばCO2ガスの冷媒が循環する循環流路2を備え、循環流路2には、冷媒の流れ方向でみて、圧縮機としてのスクロール型流体機械4、放熱器6、膨張器8、蒸発器10及びアキュムレータ12が順次介挿されている。
駆動側ケーシング18内には駆動軸24が配置され、この駆動軸24は圧縮側ケーシング20側に大径端部26を有し、この大径端部26から小径軸部28が延びている。駆動側ケーシング18と大径端部26及び小径軸部28との間にはニードル軸受30及びボール軸受32がそれぞれ介装され、駆動軸24はこれら軸受30,32を介して駆動側ケーシング18に回転自在に支持されている。
駆動軸24における小径軸部28は駆動側ケーシング18から突出し、その突出端に電磁クラッチ36のドリブン側ユニットが取り付けられている。電磁クラッチ36は、そのドライブ側ユニットに駆動プーリ38を有し、駆動プーリ38は軸受40を介して駆動側ケーシング18に回転自在に支持されている。駆動プーリ38はエンジン14からの動力を受けて回転され、駆動プーリ38の回転は、電磁クラッチ36を介して駆動軸24に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ36がオン作動されれば、駆動軸24は駆動プーリ38とともに回転される。
圧縮側ケーシング20内にはスクロールユニット42が収容され、スクロールユニット42とリップシール34との間には駆動室44が形成されるとともに、スクロールユニット42と圧縮側ケーシング20の周壁との間には、圧縮側ケーシング20の吸入ポートと連通する吸入室46が形成されている。
図2に示したように、可動スクロール48の渦巻きラップ54の端面は、渦巻き方向でみて中央から外側にむけて第1〜第4の領域57a〜dに段階的に区分され、隣接する領域57a〜d間には段差面58a,58b,58cが存在している。
なお、図3は模式的な断面図であり、チップシール56、チップシール56の溝が省略され、段差高さD1,D2,D3が誇張されている。
上述した可動スクロール48に旋回運動を付与するため、可動スクロール48と駆動軸24の大径端部26とは、クランクピン60、偏心ブッシュ62及びニードル軸受64を介して互いに連結され、そして、可動スクロール48の自転が可動スクロール48と駆動側ケーシング18との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング66により阻止されている。なお、図1中の参照符号68はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト68は偏心ブッシュ62に取付けられている。
まず、渦巻きラップ54の端面の全域に対し、平面削りによる仕上げ加工が施され、端面全域が基板52に平行になる。次に、図4(a)に示したように、第4の領域57dになる部分を除いた端面の領域が切削されるように、平面加工工具として先端に刃先を有するフライス刃物80aの加工軸上に、この加工軸に法線を揃えた状態で渦巻きラップ54の端面が配置される。この後、フライス刃物80aを加工軸の回りに回転させながら、加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送り、フライス刃物80aの先端を渦巻きラップ54の端面に押し付け、平面削り(平面加工)が行われる。この平面削りの際、可動スクロール48に対して、その基板52と平行な方向にフライス刃物80aは殆ど相対移動せず、フライス刃物80aの側面により、フライス刃物80aの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面58cが形成され、第4の領域57dが区画される。
スクロール型流体機械4では、第1〜第4の領域57a〜dが仕上げ面毎に平面加工して得られ、これら仕上げ面のうち3つの仕上げ面が円形の輪郭を有する円形仕上げ面82a〜cである。そして、上述したように、これらの円形仕上げ面82a〜cは、先端に刃先を有する平面加工工具の加工軸上に渦巻きラップ54の端面を配置した後、平面加工工具を回転させながら加工軸に沿って渦巻きラップ54の端面に向けて相対的に送り、平面加工工具の先端が押し当てられた渦巻きラップ54の端面の領域を切削又は研削することにより形成される。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μm以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。
また、スクロール型流体機械4では、その作動時、可動スクロール48と固定スクロール50との間の圧縮室59内で作動流体としてのCO2ガスが圧縮され、この圧縮に伴いCO2ガスの温度が上昇することから、可動及び固定スクロール48,50の中央側の部分での温度が径方向外側の部分での温度よりも相対的に上昇する。
本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば本発明の冷凍サイクルは、車両用空調システムのほか、家庭用・業務用の室内空調システム若しくは冷凍・冷蔵庫等の用途にも適用可能である。そして、冷凍サイクルは、その用途にあわせて、放熱器6に代えて凝縮器を用いたり、アキュムレータ12に代えてレシーバを用いてもよく、また、循環流路2の往路と復路との間に亘り内部熱交換器を設けてもよい。
つまり、R134a,R152a,R600aなどのフロン系ガスを圧縮した場合においても可動及び固定スクロール48,50の中央部分の温度は上昇するけれども、スクロール型流体機械4では、渦巻きラップ54の端面が2つ以上の領域57に区分され、渦巻き方向でみて中央側の領域57aが径方向外側の領域57b〜dよりも相対的に摺接する基板52から離間しているので、可動スクロール48と固定スクロール50との間のかじり発生が好適に防止される。
ただし、小の円形仕上げ面が大の円形仕上げ面の径方向内側にある場合、大の円形仕上げ面により平面加工した後に小の円形仕上げ面により平面加工すれば、小の円形仕上げ面の加工時間が短縮され、ひいては流体機械の製造時間も短縮される。
そこで、スクロール型流体機械4では、円形仕上げ面82a〜cの輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域57a〜dが熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップ54の端面が複数の領域57に区分され、よって、スクロール型流体機械4の作動時に渦巻きラップ54の端面と当該端面に相対する基板52との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。
50 固定スクロール
52 基板
54 渦巻きラップ
57a,b,c,d 第1〜第4の領域
58a,b,c,d 段差面
82a,b,c (円形)仕上げ面
Claims (7)
- 基板に一体に形成された渦巻きラップをそれぞれ有する可動スクロール及び固定スクロールを備え、少なくとも一方の前記渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されたスクロール型流体機械において、
前記渦巻きラップの端面は、前記基板からの距離が異なる2つ以上の仕上げ面毎に加工して得られ、
少なくとも1つの前記仕上げ面は、円形の輪郭を有した円形仕上げ面である
ことを特徴とするスクロール型流体機械。 - 前記複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さ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。
- 前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、
少なくとも2つの前記仕上げ面は前記輪郭の外径が異なる前記円形仕上げ面であり、
これら円形仕上げ面のうち、前記輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置する
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 - 前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、
少なくとも2つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面である
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 - 前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として3つ以上の領域に区分され、
隣接する前記領域間に存する2つ以上の段差は、互いに異なる段差高さを有する
ことを特徴とする請求項2記載のスクロール型流体機械。 - 作動流体はCO2であることを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記載のスクロール型流体機械。
- 請求項2乃至6の何れか一項に記載のスクロール型流体機械を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
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