JP5008374B2 - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、一般空調機、自動車用空調機等に用いられるスクロール型圧縮機に関し、特にスクロール壁先端に取り付けられるチップシールの構造に関するものである。

渦巻体を有する固定スクロールと可動スクロールを互いにかみ合わせ、固定スクロールに対して可動スクロールを旋回運動させて、両スクロールの渦巻体間に形成した流体ポケットを中心側に移動させながらその容量を減少させ、流体ポケット内の流体（たとえば、冷媒）を圧縮するようにしたスクロール型圧縮機が知られている。このようなスクロール型圧縮機においては、流体ポケット内をシールするために、通常、スクロールの渦巻体の先端面に該渦巻体の渦巻形状に沿って延びる溝を形成し、該溝内に、先端面から突出するように、かつ、対向する他方のスクロールの底板面に摺接可能に、チップシールを配設する構造が採用されている。

このチップシール配設構造においては、通常は、チップシールが渦巻体の先端面から所定の一定の突出代をもって突出されるように構成される。また、ドライブベアリング圧入による可動スクロールの湾曲、それによる中央部のスクロール間の隙間増大に対処するために、チップシールの突出代（渦巻体の先端面からの高さ）を、渦巻体の渦巻形状中央部にいく程高くなるように設定する構造も知られている（特許文献１）。例えば、図６に示すように、固定スクロール１０１の渦巻体１０２と可動スクロール１０３の渦巻体１０４を互いにかみ合わせ、渦巻形状中央部にいく程チップシール１０５、１０６の素材厚さを増大させる構造や、図７に示すように、チップシール１０７、１０８の素材厚さは同一とし、チップシール用溝１０９、１１０の深さを中央部に進むほど浅くし、渦巻体先端面からのチップシール突出代を中央部に進むほど高くし、それによって流体ポケットのシール性を確保するようにした構造が知られている。
特開平８−２９１７９６号公報

ところが、上記のような従来構造では、スクロールの渦巻体の壁先端と他方のスクロールの底板面との間のシール性を重視した構造となっているため、圧縮機の内部温度あるいは圧力上昇時に、チップシールを介して渦巻体の中央部に（渦巻体の先端面側、スクロールの底板面側ともに）、大きな圧縮力が作用することがあり、また、熱膨張によりスクロールの渦巻体の壁先端面と他方スクロールの底板面が金属接触し、それにより壁先端のカジリや焼き付きが発生するおそれがあった。また、このような理由により、圧縮機の消費動力が大きくなり、圧縮機の効率が低下するおそれもがあった。

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、従来構造と同等のシール性を確保しつつ、スクロール壁先端に過大な負荷を発生させない、すなわち、圧縮機の効率を改善可能な、スクロール型圧縮機のチップシール部構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール型圧縮機は、渦巻体を有する固定スクロールと可動スクロールを互いにかみ合わせ、両スクロールの渦巻体の先端面にそれぞれ該渦巻体の渦巻形状に沿って延びる溝を形成し、該溝内に、前記先端面から突出するように、一方のスクロールの前記先端面に対向する他方のスクロールの底板面に摺接可能にチップシールを配設したスクロール型圧縮機において、前記チップシールが、前記先端面からの突出代がより大きい大突出部と前記先端面からの突出代がより小さい小突出部とを有し、大突出部と小突出部が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向に交互に配置されており、固定スクロールの前記大突出部と可動スクロールの前記大突出部が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向において、互いに補完し合う位置に配置されていることを特徴とするものからなる。

すなわち、初期設定として、チップシールの大突出部と小突出部が渦巻体の渦巻形状に沿う方向に交互に配置されており、運転状態において、内部温度が上昇したり圧力が上昇したとき、大突出部が先に他方のスクロールの底板面に押しつけられ、続いて隣接する小突出部が他方のスクロールの底板面に押しつけられる。その結果、とくに小突出部の上記押しつけによるつぶれ代が小さく抑えられ、渦巻体の先端面と他方のスクロールの底板面との間に生じる圧縮力が全体として低く抑えられ、スクロール先端カジリや焼き付きの発生が防止される。また、交互に配置されたチップシールの大突出部と小突出部が他方のスクロールの底板面に押しつけられることになるので、上記の如く圧縮力が全体として低く抑えられるとともに、それによって面圧も適度な面圧に保たれることになり、流体ポケットのシール性も従来構造と同等の良好なシール性が確保される。さらに、上記圧縮力が低減されることにより、圧縮機駆動トルクも低減され、圧縮機の消費動力の低減、すなわち圧縮機の効率向上を図ることも可能となる。さらにまた、チップシールの大突出部と小突出部が交互に配置されていることにより、可動スクロールが旋回運動する際の可動スクロールの運動、姿勢が安定化されやすくなり、圧縮機のより円滑な運転にも寄与できることとなる。

そして、この本発明に係るスクロール型圧縮機においては、固定スクロールと可動スクロールの両方に上記チップシールが設けられており、固定スクロールの上記大突出部と可動スクロールの上記大突出部が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向において、互いに補完し合う位置、つまり一方のスクロールの大突出部が他方のスクロールの小突出部に対応する位置に配置され、他方のスクロールの大突出部が一方のスクロールの小突出部に対応する位置に配置されている。このような補完配置を採用することにより、より均一でより望ましいシール性を達成できるようになり、かつ、過大圧縮力発生防止構造も、よりバランスよく配設されることになる。

また、上記大突出部は、スクロール周方向に見て、所定の角度毎に等配されていることが好ましい。このような等配形態とすることによっても、より均一でより望ましいシール性を達成できるようになり、かつ、過大圧縮力発生防止構造も、よりバランスよく配設されることになる。

上記大突出部は、上記チップシールのスクロール軸方向の厚さを変化させることによって形成することができるし、チップシールの厚さは実質的に均一とし、上記溝の深さを変化させることによっても形成することができ、場合によっては両構造を組み合わせてもよい。

さらに、上記小突出部が、大突出部よりは上記渦巻体の先端面からの突出代は小さいが、その突出代が渦巻体の中心部にいくほど大きくなるように形成されている構造を採用することもできる。すなわち、前述の特許文献１に記載されている構造を、本発明における小突出部に対して適用した構成である。これによって、ドライブベアリング圧入による可動スクロールの湾曲、それによる中央部のスクロール間の隙間増大に対しても適切に対処できるようになる。

このように、本発明に係るスクロール型圧縮機によれば、圧縮機運転時のスクロール壁先端圧縮力を低減でき、スクロール先端カジリあるいは焼き付きの発生を防止することができる。

また、上記圧縮力が低減することにより圧縮機駆動トルクも低減でき、消費動力の低減、すなわち圧縮機の効率向上を図ることができる。さらに、チップシールの大突出部と小突出部の交互配置により、可動スクロールの運動安定化を図ることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施態様に係るスクロール型圧縮機を示している。図１において、１はスクロール型圧縮機全体を示しており、該圧縮機１は、互いにかみ合わされる、渦巻体２を備えた固定スクロール３と渦巻体４を備えた可動スクロール５を有している。可動スクロール５は回転を阻止された状態で固定スクロール３に対して旋回運動され、両スクロール間に形成された流体ポケット６が中心部へと移動されて流体が圧縮される。可動スクロール５は、クランク軸からなる駆動軸７によって駆動され、旋回運動のための駆動力は、可動スクロール５の背面側に圧入されたドライブベアリング８を介して可動スクロール５に伝達される。なお、図１における９は本体ハウジング、１０はフロントハウジングをそれぞれ示している。

可動スクロール５の渦巻体４および固定スクロール３の渦巻体２の先端面には、図２にも示すように、それぞれ、渦巻体の渦巻形状に沿って延びるチップシール１１、１２が設けられており、各チップシール１１、１２は、渦巻体４、２の先端面に形成された溝１３、１４内に、渦巻体４、２の先端面から突出するように配設されており、突出した部分の先端面は、他方のスクロール３、５の底板面１５、１６（図１）に摺接できるようになっている。これらチップシール１１、１２には、渦巻体４、２の先端面からの突出代がより大きい大突出部１７、１８（図２のハッチングを施した部分）と該先端面からの突出代がより小さい小突出部１９、２０とが形成されており、これら大突出部１７と小突出部１９および大突出部１８と小突出部２０が、渦巻体４、２の渦巻形状に沿う方向に交互に配置されている。

上記大突出部１７、１８の形成は、各チップシール１１、１２のスクロール軸方向の厚さを変化させることによって形成することができる（図５に図示）。また、チップシールの厚さは実質的に均一とし、上記溝１３、１４の深さを変化させることによって形成することもできる（図示略）。両構造を組み合わせてもよい。さらに、上記小突出部１９、２０が、大突出部１７、１８よりは渦巻体の先端面からの突出代は小さいが、その突出代が渦巻体の中心部にいくほど大きくなるように形成されている構造、つまり、前述の特許文献１に記載されている構造を併せて採用することもできる。

そして本実施態様では、上記大突出部１７、１８は、スクロール周方向に見て、所定の角度毎（約１２０度毎）に等配されている。また、図３に示すように、固定スクロール３と可動スクロール５の組み合わせ状態では、固定スクロール３の上記大突出部１８と可動スクロール５の上記大突出部１７が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向において、互いに補完し合う位置、つまり一方のスクロールの大突出部が他方のスクロールの小突出部に対応する位置に配置され、他方のスクロールの大突出部が一方のスクロールの小突出部に対応する位置に配置されている。

このように構成された本実施態様に係るチップシール構造における作用効果を、従来構造と比較しながら、図４（従来構造）、図５（本実施態様に係る構造）を参照して説明する。図４（Ａ）に示すように、渦巻体２１の先端面からのチップシール２２の突出代が一定の従来構造においては、初期状態（Ａ）から図４（Ｂ）に示す運転時状態になり、内部温度が上昇したり圧力が上昇したとき、前述の如く、突出したチップシール２２が他方のスクロールの底板面２３に押しつけられ、過大な圧縮力が作用することがある。

しかし本実施態様では、図５（Ａ）に示すように、初期状態においてチップシール１１（１２）の大突出部１７（１８）と小突出部１９（２０）が渦巻体４（２）の渦巻形状に沿う方向に交互に配置されており、図５（Ｂ）に示す運転時状態になり、内部温度が上昇したり圧力が上昇したとき、大突出部１７（１８）が先に他方のスクロールの底板面１５（１６）に押しつけられ、続いて隣接する小突出部１９（２０）が他方のスクロールの底板面１５（１６）に押しつけられる。このとき、とくに小突出部１９（２０）の上記押しつけによるつぶれ代が小さく抑えられ、渦巻体４（２）の先端面と他方のスクロールの底板面１５（１６）との間に生じる圧縮力が全体として低く抑えられ、スクロール先端カジリや焼き付きの発生が防止される。また、交互に配置されたチップシール１１（１２）の大突出部１７（１８）と小突出部１９（２０）が他方のスクロールの底板面１５（１６）に押しつけられることになるので、上記の如く圧縮力が全体として低く抑えられつつ、全体として適度な面圧に保たれることになり、流体ポケットのシール性も従来構造と同等の良好なシール性が確保される。さらに、上記圧縮力が低減されることにより、圧縮機１の駆動トルクも低減され、圧縮機１の消費動力の低減、すなわち圧縮機１の効率向上を図ることも可能となる。さらにまた、チップシール１１（１２）の大突出部１７（１８）と小突出部１９（２０）が交互に配置されていることによる派生効果として、可動スクロール５が旋回運動する際の可動スクロール５の運動、姿勢が安定化されやすくなり、圧縮機１のより円滑な運転にも寄与できることとなる。

さらに、本実施態様の如く、大突出部１７、１８が互いに補完し合う位置に配置されることにより、バランスのよい運動、運転が可能になる。

本発明に係るスクロール型圧縮機の構造は、チップシールを備えたあらゆるタイプ、あらゆる用途に用いられるスクロール型圧縮機に適用できる。

本発明の一実施態様に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機の各スクロールの渦巻体側からみた正面図である。 図２のスクロールの組み合わせ状態を示す概略構成図である。 比較のために示した従来構造におけるチップシール部の初期状態と運転時状態を示す概略構成図である。 図１の圧縮機におけるチップシール部の初期状態と運転時状態を示す概略構成図である。 従来の圧縮機におけるチップシール部の概略断面図である。 従来の圧縮機における別のチップシール部の概略断面図である。

符号の説明

１ スクロール型圧縮機
２、４ 渦巻体
３ 固定スクロール
５ 可動スクロール
６ 流体ポケット
７ 駆動軸
８ ドライブベアリング
９ 本体ハウジング
１０ フロントハウジング
１１、１２ チップシール
１３、１４ 溝
１５、１６ 他方のスクロールの底板面
１７、１８ 大突出部
１９、２０ 小突出部

Claims (5)

1. 渦巻体を有する固定スクロールと可動スクロールを互いにかみ合わせ、両スクロールの渦巻体の先端面にそれぞれ該渦巻体の渦巻形状に沿って延びる溝を形成し、該溝内に、前記先端面から突出するように、一方のスクロールの前記先端面に対向する他方のスクロールの底板面に摺接可能にチップシールを配設したスクロール型圧縮機において、前記チップシールが、前記先端面からの突出代がより大きい大突出部と前記先端面からの突出代がより小さい小突出部とを有し、大突出部と小突出部が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向に交互に配置されており、固定スクロールの前記大突出部と可動スクロールの前記大突出部が、渦巻体の渦巻形状に沿う方向において、互いに補完し合う位置に配置されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記大突出部が、スクロール周方向に見て、所定の角度毎に等配されている、請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 前記大突出部が、前記チップシールのスクロール軸方向の厚さを変化させることにより形成されている、請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記大突出部が、前記溝の深さを変化させることにより形成されている、請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記小突出部が、その前記先端面からの突出代が渦巻体の中心部にいくほど大きくなるように形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。

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