JP6425487B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明はスクロール型流体機械に関し、特に車両用空調装置の冷凍回路に使用するスクロール型流体機械に関する。

特許文献１には、電動機部と圧縮機構部とを備えた圧縮機が開示されている。この圧縮機構部は、上軸受、シリンダ、下軸受の各要素を重ね合わせて構成され、上軸受及び下軸受がシリンダ端面に接触して数本のボルトでシリンダに締結されている。そして、ボルトの座面接触部にリブを設けることにより、ボルトによる締結力をシリンダに全体に分散させ、ボルト締結による上軸受及び下軸受の歪み、ひいては圧縮機構部からの作動流体の漏れの低減が図られている。

特開２０１１−１０６４１０号公報

ところで、スクロール型流体機械では、固定スクロールの渦巻壁と可動スクロールの渦巻壁とが対向して噛み合い、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回することにより作動流体の圧力室が区画される。このため、スクロール型流体機械のスラスト受部には、特許文献１のようなボルトの締付力のみならず、ケーシングの内圧や、可動スクロールの公転旋回に伴う圧力室の反力（圧縮機の場合は圧縮反力）に基づくスラスト方向の荷重が作用する。

したがって、ケーシング、可動スクロール、及びこれらの間にスラストプレートが配される場合には、スラストプレート等がスラスト方向に大きく撓んで変形するおそれがある。このような撓みはケーシングに対する応力集中を引き起こし、ケーシングの耐久性を低下させる。
また、流体機械のスラスト方向における撓みの一例として、可動スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面が凸変形すると、可動スクロールが転覆し、圧力室のシール性が悪化させる。

また、ケーシングには環帯状の台座面が形成され、この台座面は、可動スクロールの公転旋回に伴うスラスト方向の荷重を受けながら可動スクロールの背面が摺動される。可動スクロールとフロントケーシングとの間にスラストプレートを配する場合、スラストプレートの摺動面に可動スクロールの背面が摺動される。これら台座面や摺動面の変形は、可動スクロールの背面における円滑な摺動を阻害する。

具体的には、前述した台座面や摺動面と、可動スクロールの背面との隙間が狭くなった領域では、これら面間の摩擦抵抗が増大し、ひいては流体機械の消費動力が増大する。
また、前記隙間が狭くなった領域に引っ張られて可動スクロールの公転旋回が円滑に行われず、騒音が発生することがある。
一方、前記隙間が大きくなった領域では、固定及び可動スクロールの一方の渦巻壁の先端と他方の基板との間の隙間が増大し、圧力室から作動流体が漏洩し、ひいては流体機械の体積効率が悪化する。

また、流体機械が圧縮機の場合、作動流体である吐出ガスの温度が上昇し、圧縮機が組み込まれる冷凍サイクルに悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スクロール型流体機械のスラスト方向における撓みに起因する、ケーシングの耐久性低下、可動スクロールにおけるシール性悪化、体積効率低下、摩擦抵抗の増大、及び騒音の増大、並びに、作動流体の高温化、ひいてはスクロール型流体機械の消費動力の増大を防止し、信頼性が高く高効率のスクロール型流体機械を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回することによりスラスト方向の荷重を受けるスラスト受部と、スラスト受部の外周側に配されるボルト締結部を有し、スラスト方向に延びるボルトによりボルト締結部にて固定スクロールに締結されるケーシングと、スラスト受部に形成され、ボルト締結部近傍に位置し、スラスト方向に凹む凹部とを備え、凹部は、スラスト方向の荷重とボルトの締付力とに起因する、少なくとも可動スクロール、スラスト受部、及びケーシングの何れか１つのスラスト方向における撓みを許容する深さ、大きさ、及び形状を有することを特徴とする。

好ましくは、スラスト受部と可動スクロールとの間に配され、可動スクロールの自転を阻止しながら可動スクロールの公転旋回を許容する自転阻止機構を更に備え、凹部は自転阻止機構の外周側に形成される。

好ましくは、ケーシングは、固定スクロールを、固定スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面側に配されるリアケーシングとともに挟持するフロントケーシングであり、ボルトは、リアケーシング、固定スクロール、及びフロントケーシングのそれぞれの外周部を一貫するボルト穴を通して締結される。
好ましくは、可動スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面とケーシングとの間に配されるスラストプレートを更に備え、スラストプレートは、可動スクロールの公転旋回に伴い可動スクロールの背面が摺動される環帯状の摺動面を有する。

好ましくは、ケーシングは、可動スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面側に配される環帯状の台座面を有し、凹部は、台座面に形成される。
好ましくは、凹部は、スラストプレートの摺動面と反対側の面に形成される。
好ましくは、ボルトは複数設けられ、凹部の数は、ボルトの数以下である。

本発明のスクロール型流体機械によれば、スクロール型流体機械のスラスト方向における撓みに起因する、ケーシングの耐久性低下、可動スクロールにおけるシール性悪化、体積効率低下、摩擦抵抗の増大、及び騒音の増大、並びに、作動流体の高温化、ひいてはスクロール型流体機械の消費動力の増大を防止し、信頼性が高く高効率のスクロール型流体機械を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のフロントケーシングをその端壁側から見た斜視図である。 図１の圧縮機を図２のフロントケーシングにおけるＡ−Ａ方向断面で見たときの一部断面図である。 図３の変形例となる圧縮機の一部断面図である。 図３の別の変形例となる圧縮機の一部断面図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。この圧縮機１は、例えば図示しない車両に搭載された車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれている。冷凍回路は圧縮機１の作動流体である冷媒の冷媒循環経路を備え、圧縮機１は冷媒循環経路の復路から冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して冷媒循環経路の往路に向けて吐出する。

図１に示すように、圧縮機１はリアケーシング２及びフロントケーシング（ケーシング）４を備えている。リアケーシング２とフロントケーシング４との間にはスクロールユニット６が配置されている。フロントケーシング４内には駆動軸８が延び、この駆動軸８は軸受を介してフロントケーシング４に回転自在に支持されている。また、フロントケーシング４には、その内方に向けて台座部（スラスト受部）４ａが突設されている。

駆動軸８のフロントケーシング４からの突出端には、電磁クラッチ１０を内蔵した駆動プーリ１２が取付けられている。駆動プーリ１２は軸受を介してフロントケーシング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ１２には車両のエンジンの動力が図示しない駆動ベルトを介して伝達され、駆動プーリ１２の回転は電磁クラッチ１０を介して駆動軸８に伝達可能である。したがって、エンジンの駆動中、電磁クラッチ１０がオン作動されると、駆動軸８は駆動プーリ１２と一体的に回転する。

スクロールユニット６は固定スクロール１４及び可動スクロール１６を備えている。可動スクロール１６は、固定スクロール１４に対して噛み合うように組付けられている。固定スクロール１４は、リアケーシング２とフロントケーシング４との間に位置付けられ、駆動軸８の軸線方向、すなわちスラスト方向に延びる４つのボルト１７によってリアケーシング２及びフロントケーシング４により挟持、締結されている。

可動スクロール１６は基板１６ａを備え、この基板１６ａには固定スクロール１４に向けて渦巻壁１６ｂが立設されている。可動スクロール１６の基板１６ａの背面１６ｃはフロントケーシングの台座部４ａに対向して位置付けられている。
固定スクロール１４の基板１４ａにも可動スクロール１６の基板１６ａに向けて渦巻壁１４ｂが立設されている。そして、固定スクロール１４及び可動スクロール１６の各渦巻壁１４ｂ，１６ｂが対向して噛み合い、固定スクロール１４に対し可動スクロール１６が公転旋回することにより、圧縮機１の作動流体である冷媒の圧縮室（圧力室）１８が区画され、この圧縮室１８の容積が可動スクロール１６の公転旋回に伴い増減される。

フロントケーシング４の台座面４ｃの外周側には端壁（ボルト締結部）４ｂが位置付けられている。端壁４ｂには、固定スクロール１４の渦巻壁１４ｂの外周部の端面１４ｃが当接され、フロントケーシング４内には可動スクロール１６の基板１６ａが位置付けられている。フロントケーシング４の端壁４ｂと基板１６ａとの間には冷媒の吸入室２０が確保されている。吸入室２０には前述した冷媒循環経路の復路が連通している。

リアケーシング２の端壁２ａには固定スクロール１４の基板１４ａの背面１４ｄが当接されている。リアケーシング２内には基板１４ａと区画された冷媒の吐出室２２が形成され、吐出室２２には前述した冷媒循環経路の往路が連通している。また、吐出室２２は固定スクロール１４の基板１４ａに穿孔された吐出孔２４を介して圧縮室１８と連通している。吐出室２２には吐出孔２４を開閉する吐出弁２６が配置され、吐出弁２６はストッパプレート２８によってその開度が規制されている。

可動スクロール１６の基板１６ａの背面１６ｃにはボス３０が突設され、ボス３０には軸受を介してブッシュ３２が回転自在に挿入されている。ブッシュ３２には駆動軸８の偏心軸部８ａが偏心支持され、駆動軸８の回転により可動スクロール１６に公転旋回運動が付与される。また、可動スクロール１６の基板１６ａの背面１６ｃとフロントケーシング４の台座部４ａとの間には円環板形状のスラストプレート３４が配置されている。

スラストプレート３４は環帯状の摺動面３４ａを有し、摺動面３４ａは、可動スクロール１６の公転旋回に伴い、駆動軸８におけるスラスト方向の荷重を受けながら、可動スクロール１６の背面１６ｃが摺動される。
さらに、後で詳述するが、可動スクロール１６の基板１６ａの背面１６ｃとフロントケーシング４の台座部４ａとの間には、自転阻止機構３６が配置されている（図３参照）。自転阻止機構３６は固定スクロール１４に対する可動スクロール１６の公転旋回運動を妨げることなく可動スクロール１６の自転を阻止する。

前述した圧縮機１によれば、駆動軸８の回転に伴って、可動スクロール１６が背面１６ｃをスラストプレート３４に摺動させながら自転することなく公転旋回運動する。これにより、冷媒循環経路の復路から吸入室２０に吸入された冷媒は圧縮室１８を形成し、圧縮室１８内の冷媒は、スクロールユニット６の中心に向けて移動されながら圧縮された後、吐出孔２４を介して吐出室２２に吐出され、吐出室２２から冷媒循環経路の往路へ送出される。

図２は、フロントケーシング４をその端壁４ｂ側から見た斜視図である。図２に示すように、フロントケーシング４の台座部４ａには環帯状の台座面４ｃが形成されている。本実施形態の場合、台座面４ｃに図１に示したスラストプレート３４が配置され、台座面４ｃはスラストプレート３４を介して、スラストプレート３４とともに、可動スクロール１６の公転旋回に伴うスラスト方向の荷重を受ける。可動スクロール１６の背面１６ｃが摺動されるのはスラストプレート３４の摺動面３４ａである。

また、フロントケーシングの端壁４ｂの端面には、図１のボルト１７を通すボルト穴３８が開口された締結面４ｄが形成されている。ボルト穴３８及び締結面４ｄは、端壁４ｂの端面のボス３０を挟んで対向する４箇所に形成され、各ボルト穴３８には、前述した４つのボルト１７がそれぞれ挿通される。
また、台座面４ｃには、対向するボルト穴３８を結ぶ線上付近に、自転阻止機構３６の後述するピン４０（図３参照）を圧入固定するための圧入穴４２が４つ開口されている。

そして、台座面４ｃの各ボルト穴３８近傍には、それぞれスラスト方向に凹まされた凹部４４が形成されている。本実施形態の場合、各凹部４４は、台座面４ｃの圧入穴４２よりも外周側であって、台座面４ｃ側に凹となるスラスト方向に凹まされた平面視略楕円形状をなしている。

図３は、ボルト１７によるリアケーシング２、固定スクロール１４、及びフロントケーシング４の締結状態を拡大して示すべく、圧縮機１を図２のフロントケーシング４におけるＡ−Ａ方向断面で見た一部断面図である。
図３に示すように、ボルト１７は、リアケーシング２、固定スクロール１４、及びフロントケーシング４のそれぞれの外周部を一貫するボルト穴３８を通して締結される通しボルトである。

自転阻止機構３６は、４組のピン４０とリング４６とから構成されたピン＆リング式の機構である。ピン４０は、フロントケーシング４の台座面４ｃに開口された圧入穴４２に圧入固定されている。リング４６は、可動スクロール１６の背面１６ｃに開口されたホール４８に圧入固定されている。そして、ピン４０がホール４８に遊嵌され、リング４６の内周面に摺動されることにより、固定スクロール１４に対する可動スクロール１６の公転旋回を許容しながら可動スクロール１６の自転が阻止される。

凹部４４は、自転阻止機構３６の外周側、詳しくはピン４０の圧入穴４２よりも外周側に形成され、本実施形態の場合、フロントケーシング４の端壁４ｂの壁面が凹部４４の内周面の一部をなしている。
以上のように本実施形態では、フロントケーシング４の台座部４ａの台座面４ｃには、フロントケーシング４の端壁４ｂのボルト１７の締結面４ｄ近傍に位置し、スラスト方向に凹む凹部４４が形成される。

これにより、凹部４４を圧縮機１のスラスト方向における撓みの逃げ領域として機能させることができる。したがって、圧縮機１のスラスト方向における撓みに起因する、フロントケーシング４への応力集中、これに伴うフロントケーシング４の耐久性低下、可動スクロール１６におけるシール性悪化、体積効率低下、摩擦抵抗の増大、及び騒音の増大、並びに、作動流体の高温化、ひいては圧縮機１の消費動力の増大を防止し、信頼性が高く高効率の圧縮機１を実現することができる。

また、凹部４４の形状は、図２に示すような平面視略楕円形状に限られないし、凹部４４の凹方向も台座面４ｃ側に限られない。すなわち、前述したスラスト方向の荷重とボルト１７の締付力とに起因する、少なくとも可動スクロール１６、台座部４ａ、スラストプレート３４、及びフロントケーシング４の何れか１つのスラスト方向における撓みを許容する深さ、大きさ、及び形状を有して形成されてさえいれば、圧縮機１のスラスト方向における撓みに起因する前述した各弊害をより確実に防止することができる。

また、本実施形態のように圧縮機１が自転阻止機構３６を備える場合、台座面４ｃや摺動面３４ａを含むスラスト受部では、自転阻止機構３６とボルト１７の締結面４ｄとの間でスラスト方向における撓みが大きくなることが判明している。したがって、凹部４４を自転阻止機構３６の外周側に設けることにより、圧縮機１のスラスト方向における撓みに起因する前述した各弊害をより効果的に防止することができる。

また、本実施形態のように、ボルト１７がリアケーシング２、固定スクロール１４、及びフロントケーシング４のそれぞれの外周部を一貫するボルト穴３８を通して締結する通しボルトである場合には、１本のボルト１７がフロントケーシング４及び固定スクロール１４のみを締結するのみの場合（図４参照）に比して、１本のボルト１７で締結される部材数が多い。１本のボルト１７による締結の部材数が増加すると、それだけ圧縮機１のスラスト方向における撓みが大きくなるおそれがある。したがって、ボルト１７が３部材を締結する通しボルトである場合には、圧縮機１のスラスト方向における撓みに起因する前述した各弊害をより効果的に防止することができる。

しかし、図４に示すように、ボルト穴３８がフロントケーシング４の外周部及び固定スクロール１４の外周部の一部のみを一貫し、このボルト穴３８にボルト１７を挿通してフロントケーシング４と固定スクロール１４とを締結しても良い。この場合には、リアケーシング２の外周部及び固定スクロール１４の外周部の一部のみを一貫するボルト穴５０を形成し、このボルト穴５０にボルト１７とは異なるボルト５２を挿通してリアケーシング２と固定スクロール１４とを別途締結する。この場合であっても、ボルト１７を挿通してフロントケーシング４と固定スクロール１４とを締結し、スラスト受部となる複数の部材を重ね合わせてボルト締結する限りは、圧縮機１のスラスト方向における撓みが発生するおそれがあるため、圧縮機１のスラスト方向における撓みに起因する前述した各弊害を確実に防止することができる。

また、本実施形態の場合、凹部４４の数は、ボルト１７、すなわちボルト穴３８と同じ４つである。しかし、可動スクロール１６、台座部４ａ、スラストプレート３４、及びフロントケーシング４の何れか１つのスラスト方向における撓みの発生箇所によっては、凹部４４の数はボルト穴３８の数以下でも、圧縮機１のスラスト方向における撓みを十分に許容可能な場合もあり得る。

本発明は前記実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、図５に示すように、スラストプレート（スラスト受部）３４の摺動面３４ａと反対側の面であるスラストプレート３４の背面３４ｂに、スラスト方向に凹まされた凹部５４を形成しても良い。凹部５４は、摺動面３４ａ側に凹となるスラスト方向に凹み、自転阻止機構３６のピン４０の圧入穴４２の外周側であって、フロントケーシング４の端壁４ｂ近傍、すなわち摺動面３４ａの外周縁近傍に位置付けられる。

スラストプレート３４及びその背面３４ｂも圧縮機１のスラスト受部の１つであり、凹部５４はスラスト方向における撓みの逃げ領域として機能する。なお、凹部５４は、スラストプレート３４の摺動面３４ａに対する可動スクロール１６の背面１６ｃの摺動が阻害されない領域において、端壁４ｂ近傍でスラストプレート３４がスラスト方向に凹んで形成されていれば良い。具体的には、摺動面３４ａを除く部位であって、スラスト方向の荷重を受ける部位であれば、スラストプレート３４の背面３４ｂ以外に凹部５４を形成しても良い。

また、前記実施形態及び変形例では、圧縮機１がスラストプレート３４及び自転阻止機構３６の双方を備える場合について説明した。しかし、スラストプレート３４を備えない圧縮機であっても、図３の凹部４４を形成することにより、圧縮機に発生するスラスト方向の撓みの逃げ領域を確保することができる。また、自転阻止機構３６を備えない圧縮機の場合であっても本発明を適用可能である。

また、前記実施形態及び変形例では、車両用空調装置に組み込まれるエンジン駆動のスクロール圧縮機１について説明した。しかし、本発明は、電動モータ駆動のスクロール圧縮機や、種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機または膨脹機等のスクロール型流体機械全般に適用可能である。

１ スクロール型流体機械（スクロール圧縮機）
２ リアケーシング
４ フロントケーシング（ケーシング）
４ａ 台座部（スラスト受部）
４ｂ 端壁（ボルト締結部）
４ｃ 台座面
１４ 固定スクロール
１４ａ 基板
１４ｂ 渦巻壁
１４ｄ 背面
１６ 可動スクロール
１６ａ 基板（スラスト受部）
１６ｂ 渦巻壁
１６ｃ 背面
１７ ボルト
３４ スラストプレート（スラスト受部）
３４ａ 摺動面
３４ｂ 背面（摺動面の反対側の面）
３６ 自転阻止機構
３８ ボルト穴
４４ 凹部
５４ 凹部

Claims (7)

1. 固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回することによりスラスト方向の荷重を受けるスラスト受部と、
   前記スラスト受部の外周側に配されるボルト締結部を有し、前記スラスト方向に延びるボルトにより前記ボルト締結部にて前記固定スクロールに締結されるケーシングと、
   前記スラスト受部に形成され、前記ボルト締結部近傍に位置し、前記スラスト方向に凹む凹部と
   を備え、
   前記凹部は、前記スラスト方向の荷重と前記ボルトの締付力とに起因する、少なくとも前記可動スクロール、前記スラスト受部、及び前記ケーシングの何れか１つの前記スラスト方向における撓みを許容する深さ、大きさ、及び形状を有する、スクロール型流体機械。
2. 前記スラスト受部と前記可動スクロールとの間に配され、前記可動スクロールの自転を阻止しながら前記可動スクロールの前記公転旋回を許容する自転阻止機構を更に備え、
   前記凹部は前記自転阻止機構の外周側に形成される、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記ケーシングは、前記固定スクロールを、前記固定スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面側に配されるリアケーシングとともに挟持するフロントケーシングであり、
   前記ボルトは、前記リアケーシング、前記固定スクロール、及び前記フロントケーシングのそれぞれの外周部を一貫するボルト穴を通して締結される、請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記可動スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面と前記ケーシングとの間に配されるスラストプレートを更に備え、
   前記スラストプレートは、前記可動スクロールの公転旋回に伴い前記可動スクロールの前記背面が摺動される環帯状の摺動面を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記ケーシングは、前記可動スクロールの渦巻壁が立設された基板の背面側に配される環帯状の台座面を有し、
   前記凹部は、前記台座面に形成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記凹部は、前記スラストプレートの前記摺動面と反対側の面に形成される、請求項４に記載のスクロール型流体機械。
7. 前記ボルトは複数設けられ、
   前記凹部の数は、前記ボルトの数以下である、請求項１乃至６の何れか一項に記載のスクロール型流体機械。

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