JP4822943B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機等の流体機械に関する。

従来より、ガス流体を圧縮するスクロール圧縮機等の流体機械が知られている。
このような流体機械においては、低圧のガス流体を導入する吸入口を設けた漏斗状の低圧側ハウジングと、高圧のガス流体を流出させる吐出口を設けた高圧側ハウジングとを備え、両ハウジングを連結して一体化することで密閉されたハウジング内にスクロール圧機構等の圧縮機構を収納設置したものがある。この場合、漏斗状の低圧側ハウジングにおいては、高圧側ハウジングと連結される大径の口広部側に圧縮機構の本体部分を配設するとともに、回転軸等の圧縮機構駆動部を径の小さい狭部に配設した構成とされる。（たとえば、特許文献１参照）
特許第３２２７０７５号公報（図１）

しかしながら、上述した従来の流体機械においては、低圧側ケーシングに設けた吸入口から圧縮機構内部へ導入して圧縮するガス流体の流路断面積を確保するため、低圧側ケーシングの内周面と圧縮機構の外周面との間に形成される間隙部δの寸法を大きく設定する必要がある。この間隙部δは、ハウジング側の径を増して必要寸法を確保することとなるので、その分流体機械の外形寸法が大きくなって小型化の障害になっている。
また、たとえば低圧側ケーシングの胴部はアルミダイキャスト製で製造される場合が一般的であるが、この場合など、強度確保のため側壁面から底面に至る角部は半径Ｒ_０
のＲ形状とされる場合がある。従って、上述した間隙部δは、少なくともδ_０
（図３（ｂ）参照）なる胴部５Ａと旋回スクロール部材２７との干渉を防止するための、Ｒ形状が終了してスラスト受け面５Ｂとなる平坦面の開始位置を基準として設定される間隙部が必要であった。すなわち、角部のＲ形状への旋回スクロールの干渉、乗り上げを避けるため、胴部５Ａの内周面から旋回スクロール部材２７の摺動範囲までの間隙部δはδ_０
より大きくなる必要があるので、これによっても外見寸法の増大は避けられない。なお、アルミダイキャスト胴部５Ａには、製造上の都合により抜き勾配となる小さな傾斜が設けられているため、側壁面の上方に行くに従い、漸次外形が大きくなってしまうことになり、無駄に外形が大きくなっていた。

このような背景から、吸入口から導入したガス流体を圧縮機構に導く流路断面積を十分に確保するとともに、外形寸法を小さくして形状の小型化を可能にした流体機械構造が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸入口から圧縮機構に至るガス流体の十分な流路断面積確保と、外形形状の小型化とを両立することができる流体機械を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る流体機械は、形状を漏斗状としたハウジング内に圧縮機構を収納設置し、前記ハウジングの口広部に前記圧縮機構の圧縮機構本体を配設するとともに圧縮機構駆動部を狭部に配設した流体機械において、前記口広部の底面に位置して前記圧縮機構を支持する圧縮機構支持面の外側に凹部を形成し、前記凹部と前記狭部の内部空間との間が連通していることを特徴とするものである。

このような流体機械によれば、口広部の底面に位置して圧縮機構を支持する圧縮機構支持面の外側に凹部を形成し、該凹部と狭部の内部空間との間が連通しているので、この凹部がガス流体の流路として機能する。従って、ガス流体の流路断面積が増すので、間隙部δの寸法を低減してハウジングを小径化することができる。そして、凹部と狭部の内部空間との間が連通していることにより、圧縮機構駆動部にガスを導入して冷却性および潤滑性を向上させることができる。

上記の発明においては、前記凹部を円弧状とすることが好ましく、これにより、圧力容器の角部において強度確保が容易になるとともに、角部のＲによる影響をほとんど受けることなく間隙部δを設定することができる。
この場合、前記凹部を鋳造鋳肌により形成することが好ましく、これにより、加工工数の低減が可能になる。

上記の発明において、前記圧縮機構がスクロール圧縮機構であって、前記圧縮機構支持面がスラスト受け面であれば、スラスト受け面の機械加工時にバリがでにくくなる。

本発明に係る流体機械は、吸入口を設けた低圧側ハウジングの形状を漏斗状としたハウジング内に圧縮機構を収納設置し、前記低圧側ハウジングの口広部に前記圧縮機構の圧縮機構本体を配設するとともに圧縮機構駆動部を狭部に配設した流体機械において、前記口広部の底面に位置して前記圧縮機構を支持するスラスト受け面の外側に凹部を形成し、前記凹部と前記狭部の内部空間との間が連通していることを特徴とするものである。

このような流体機械によれば、口広部の底面に位置して圧縮機構を支持するスラスト受け面の外側に凹部を形成し、該凹部と狭部の内部空間との間が連通しているので、この凹部がガス流体の流路として機能する。従って、ガス流体の流路断面積が増すので、間隙部δの寸法を低減してハウジングを小径化することができる。そして、凹部と狭部の内部空間との間が連通していることにより、圧縮機構駆動部にガスを導入して冷却性および潤滑性を向上させることができる。

上述した本発明によれば、圧縮機構を支持するスラスト受け面の外側に凹部を形成してガス流体の流路断面積を確保したので、間隙部の寸法を低減してハウジングを小径化することができる。従って、吸入口から導入したガス流体を圧縮機構に導く流路断面積を十分に確保するとともに、間隙部の寸法を小さくすることで外形寸法の小型化も可能にした流体機械を提供することができる。

以下、本発明に係る流体機械の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る流体機械の一実施形態として、冷媒ガス等の圧縮に用いられるスクロール圧縮機１の断面図を示している。
図示のスクロール圧縮機１は、冷凍ないし空調装置、特に車両用の冷凍装置や空調装置に適用される横型であり、その概略外形を構成して内部の空間に圧縮機構を収納設置するハウジング３を有する。このハウジング３は、低圧側ハウジングのフロントハウジング５と高圧側ハウジングのリアハウジング７とを備え、各々に設けたフランジ部同士がボルト９により一体的に締め付けられた状態で固定される。また、スクロール圧縮機１の圧縮機構は後述するスクロール圧縮機構２３となり、圧縮機構本体と圧縮機構駆動部とにより構成される。

フロントハウジング５の内部には、圧縮機構駆動部を構成するクランク軸１１がメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸１１の一端側（図において左側）は小径軸部１１Ａとされ、この小径軸部１１Ａは、フロントハウジング５を貫通して図１の左側に突出されている。小径軸部１１Ａの突出部には、公知の如く、動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、図示省略されたエンジン等の駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されることとなる。
なお、メイン軸受１３とサブ軸受１５との間には、メカニカルシール（リップシール）１７が設置されており、ハウジング３内と大気との間を気密にシールしている。

クランク軸１１の他端側（図において右側）には、大径軸部１１Ｂが設けられ、さらにこの大径軸部１１Ｂには、クランク軸１１の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン１１Ｃが一体に設けられている。この大径軸部１１Ｂおよび上記小径軸部１１Ａが、それぞれメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介してフロントハウジング５に回転自在に支持される。そして、偏心ピン１１Ｃには、クランク軸１１とともに圧縮機構駆動部を構成するドライブブッシュ１９と、ドライブ軸受２１を介して後述する圧縮機本体を構成する旋回スクロール部材２７とが連結され、クランク軸１１が回転されることにより、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されるようになっている。

ドライブブッシュ１９には、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト１９Ａが一体に形成され、旋回スクロール部材２７の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
また、ハウジング３の内部には、スクロール圧縮機構２３を構成する圧縮機構本体として、一対の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７とが組み込まれる。固定スクロール部材２５は、端板２５Ａと該端板２５Ａから立設された渦巻き状ラップ２５Ｂとから構成され、一方、旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａと該端板２７Ａから立設された渦巻き状ラップ２７Ｂとから構成される。

一対の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７とは、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂ同士が１８０度位相をずらせて噛み合わせた状態で組み込まれる。これによって、両スクロール部材２５，２７間には、端板２５Ａ，２７Ａと渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂとにより限界された一対の圧縮室２９がスクロールの中心に対して対称に形成されることとなる。固定スクロール部材２５は、リアハウジング７の内面にボルト３１により固定設置され、旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａの背面に設けられているボス部に、前記したクランク軸１１の一端側に設けられている偏心ピン１１Ｃが連結され、旋回駆動されるようになっている。

また、旋回スクロール部材２７は、フロントハウジング５に形成されているスラスト受け面５Ｂに端板２７Ａの背面が支持されており、このスラスト受け面５Ｂと旋回スクロール部材２７の背面との間に介装されるピンリングやオルダムリング等の自転阻止機構３３により、旋回スクロール部材２７は、自転が阻止されながら固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動されるよう構成される。

固定スクロール部材２５の端板２５Ａの中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート２５Ｃが開口されており、該吐出ポート２５Ｃには、端板２５Ａにリテーナ３５を介して取付けられた吐出リード弁３７が設けられる。さらに、固定スクロール部材２５の端板２５Ａの背面側には、リアハウジング７の内面に密接されるようＯリング等のシール部材３９が介装され、リアハウジング７との間でハウジング３の内部空間から区画された吐出チャンバー４１を形成している。これにより、吐出チャンバー４１を除くハウジング３の内部空間が、低圧側の吸入チャンバー４３として機能するよう構成される。吸入チャンバー４３には、フロントハウジング５に設けられている吸入口４５を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー４３を経て固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７間に形成される圧縮室２９に冷媒ガスが吸い込まれるようになっている。
なお、フロントハウジング５とリアハウジング７との間の接合面には、Ｏリング等のシール材４７が介装され、ハウジング３内に形成される吸入チャンバー４３を大気から気密にシールしている。

フロントハウジング５には、スクロール圧縮機構２３が収納設置される。このフロントハウジング５は、圧縮機本体の固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７を収容する大径の胴部５Ａと、この胴部５Ａに続く放射状方向に径が縮小された、前記スラスト受け面５Ｂを形成するためのスラスト受け部５Ｃと、スラスト受け部５Ｃに続いてさらに径が縮小された、メイン軸受１３を収納する軸受収納部５Ｄを形成するための中径の軸受支持部５Ｅと、この軸受支持部５Ｅに続くサブ軸受１５およびメカニカルシール１７を設置するための小径ボス部５Ｆとを備え、段階的に径が縮小された漏斗形状をなすものである。

リアハウジング７は、吐出チャンバー４１を形成するための凹部７Ａと、フロントハウジング５の胴部５Ａの開口端に嵌合されるインロー部７Ｂとを備えた皿形状をなすものである。インロー部７Ｂには、上記したシール材４７が介装される。このリアハウジング７は、フロントハウジング５の胴部５Ａの一端開口を蓋うように接続され、ボルト９によってフロントハウジング５とリアハウジング７のフランジ部同士が一体的に締め付けられた状態で固定される。

このように、吸入口４５を設けたフロントハウジング（低圧側ハウジング）５の形状を漏斗状としたハウジング３内にスクロール圧縮機構２３を収納設置し、フロントハウジング５の口広部となる大径の胴部５Ａ内の空間にスクロール圧縮機構２３の圧縮機構本体となる固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７を配設するとともに、クランク軸１１等よりなるスクロール圧縮機構２３の圧縮機構駆動部を胴部５Ａより小径となる軸受収納部５Ｄ等の内部空間である狭部に配設したスクロール圧縮機１には、胴部５Ａの底面に位置してスクロール圧縮機構２３を支持するスラスト受け面５Ｂの外側に凹部５１が形成されている。

すなわち、上記のスラスト受け部５Ｃは、漏斗状に形成されたフロントハウジング５の胴部５Ａ内に口広部として形成された空間の底面に位置しているので、このスラスト受け部（底面）５Ｃに対し、胴部５Ａを形成する壁面からスラスト受け部５Ｃに至る角部に、スラスト受け面５Ｂの外側となるように凹部５１が形成されている。この凹部５１は、たとえば図２に示すように、スラスト受け部５Ｃの外周全周にわたって形成されている。また、スラスト受け部５Ｃの外径、すなわち凹部５１の内径について、旋回スクロール部材２７が駆動する際の外形の軌跡により構成される包ラク線より小さい範囲であって、さらに、凹部５１の外形については、旋回スクロール部材２７が駆動した場合でも接触しないような範囲に設置されている。

また、この凹部５１は、胴部５Ａを形成する壁面からスラスト受け部５Ｃに至る曲面の断面形状とし、特に、図３（ａ）に示すように、半径Ｒの円弧状とした断面形状が好ましい。なお、胴部５Ａを形成する筒状の壁面は、鋳造時の型抜き作業を考慮して、スラスト受け部５Ｃから開口部側へ離間するにつれて徐々に拡径する抜き勾配の傾斜面とされるので、この傾斜面からスムーズに連続するようにして、半径Ｒの円弧状とした凹部５１が形成されている。
このような凹部５１は、機械加工を不要とする鋳造鋳肌を利用して形成することが好ましく、特に、フロントハウジング５がアルミニウム合金を鋳造したアルミダイキャスト等の鋳造品であれば、滑らかな鋳造鋳肌をそのまま利用することができる。

さらに、前記フロントハウジング５のスラスト受け部５Ｃは、機械加工により略平面状に加工されるが、鋳造段階で素材に凹部５１とスラスト受け部５Ｃの接続部になだらかな面を設けておくことで、加工後のバリ処理を不用にすることが可能となる。

また、半径Ｒの円弧状とした凹部５１を設けたことにより、この円弧をフロントハウジング５の角部において強度確保のＲ形状として利用できる。このようなＲ形状は、間隙部δの確保にほとんど影響しないので、小型化に有利となる。
また、凹部５１は、スラスト受け面５Ｂに連通路５３となる凹溝部を放射状に設けることにより、吸入口４５に連通する空間とクランク軸１１等が配設されている狭部の空間との間を連通させることが好ましい。この連通路５３が設けられたことにより、吸入口４５から導入した低温低圧の冷媒ガスは、その一部が連通路５３を通って狭部の空間内に供給される。

以上のように構成されたスクロール圧縮機は、以下のように動作する。
外部駆動源から図示省略のプーリー、電磁クラッチ等を介して回転駆動力をクランク軸１１に伝達し、クランク軸１１を回転すると、クランク軸１１の偏心ピン１１Ｃにドライブブッシュ１９およびドライブ軸受２１を介して連結されている旋回スクロール部材２７が、自転阻止機構３３により自転を阻止されながら、固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動される。これによって、半径方向最外方に２箇所形成される三ヶ月状の圧縮室２９内に、吸入チャンバー４３内の冷媒ガスが吸い込まれる。このように一般的に、旋回スクロール部材２７と固定スクロール部材２５で構成されるスクロール圧縮機構２３は、ほぼ１８０°正対する位置に２ヶ所の吸込み口を有しているため、このとき、胴部５Ａの内面とスクロール圧縮機構２３との間に形成された間隙部δおよび凹部５１の空間が、ハウジング３に設けられた吸入口４５から２箇所の圧縮機構吸込み口、すなわち圧縮室２９の内部へ冷媒ガスを導くための流路となる。
圧縮室２９は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、圧縮室２９が吐出ポート２５Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁３７が押し開かれて圧縮されたガスは吐出チャンバー４１内に吐き出され、さらに吐出チャンバー４１を経てスクロール圧縮機１外へと吐出される。

このように、上述した本発明によれば、圧縮機構を支持するスラスト受け面５Ｂの外側に凹部５１を形成してガス流体の流路断面積を確保したので、間隙部δの寸法を低減してハウジング３を小径化することができる。さらに本発明では、半径Ｒの円弧状の凹部５１を設けたことにより、旋回スクロール部材２７の駆動時の、ハウジング３と旋回スクロール部材２７との干渉の影響が小さくなる分だけ、従来より外形寸法の小型化が可能になるという利点もある。

この点について、図３（ａ）に本発明を、図３（ｂ）に従来例の場合を示して詳細に記述する。
従来例では、旋回スクロール部材２７の駆動時の最外部で干渉しないようδ_０
の隙間を確保した上で、側壁の応力集中を回避するための側壁根元Ｒを設けていたため、圧縮機外径を大きくせざるを得なかったが、本発明によれば、半径Ｒ状の凹部５１を設けたことでδ_０
の隙間が不要となる上、旋回スクロール駆動時に最外端部との干渉をすることのない範囲で、より内側（中心側）に強度確保のためのＲ設置が可能となる。この場合、アルミダイキャスト製のハウジング３の抜き勾配は、従来同様必要であるが、側壁の立ち上がりをより内側に設置することが可能となるため、圧縮機外径をさらに小型化することが可能となる。

また、本発明における凹部５１の大きさをより深く設けることで、外径を保ったまま、ハウジング内部の容積をより増加させることも可能であり、この場合、マフラ効果を発揮して圧縮機より発生する脈動を低減することが可能となり、ひいては低振動・低騒音に寄与することも可能である。
また、凹部５１を設けることで軸方向への寸法増加が懸念されるものの、凹部設置個所周辺には、軸受等の既存の構成部品を有する場合が一般的であり、現実的には軸長方向への増加はみられない。

また、スクロール圧縮機１のスラスト受け部５Ｃと旋回スクロール部材２７との間に、磨耗防止用の別体のプレート等を設ける技術も知られているが、本願発明はそのような場合でも、前述と同様な効果を奏することが可能で有ることは言うまでも無い。
なお、上述した実施形態では、スクロール圧縮機１を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえばロータリー圧縮機、スクリュー圧縮機、斜板式圧縮機等のような他形式の圧縮機は勿論のこと、液体を取り扱う類似のポンプ類など圧縮機以外の流体機械にも広く適用できるものである。

本発明に係る流体機械の一実施例としてスクロール圧縮機の構成例を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は図１のＢ部を拡大した要部断面図、（ｂ）は同部分の従来構造を示す要部断面図である。

符号の説明

１ スクロール圧縮機（流体機械）
３ ハウジング
５ フロントハウジング（低圧側ハウジング）
５Ａ 胴部（口広部）
５Ｂ スラスト受け面
５Ｃ スラスト受け部
５Ｄ，５Ｅ 軸受収納部（狭部）
５Ｆ 小径ボス部（狭部）
７ リアハウジング（高圧側ハウジング）
１１ クランク軸（圧縮機構駆動部）
２３ スクロール圧縮機構
２５ 固定スクロール部材（圧縮機構本体）
２７ 旋回スクロール部材（圧縮機構本体）
５１ 凹部
５３ 連通路

Claims (5)

1. 形状を漏斗状としたハウジング内に圧縮機構を収納設置し、前記ハウジングの口広部に前記圧縮機構の圧縮機構本体を配設するとともに圧縮機構駆動部を狭部に配設した流体機械において、
   前記口広部の底面に位置して前記圧縮機構を支持する圧縮機構支持面の外側に凹部を形成し、前記凹部と前記狭部の内部空間との間が連通していることを特徴とする流体機械。
2. 前記凹部を円弧状としたことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記凹部を鋳造鋳肌により形成したことを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
4. 前記圧縮機構がスクロール圧縮機構であって、前記圧縮機構支持面がスラスト受け面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体機械。
5. 吸入口を設けた低圧側ハウジングの形状を漏斗状としたハウジング内に圧縮機構を収納設置し、前記低圧側ハウジングの口広部に前記圧縮機構の圧縮機構本体を配設するとともに圧縮機構駆動部を狭部に配設した流体機械において、
   前記口広部の底面に位置して前記圧縮機構を支持するスラスト受け面の外側に凹部を形成し、前記凹部と前記狭部の内部空間との間が連通していることを特徴とする流体機械。

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