(57)【要約】【課題】背圧室を設けて、旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持する型式のスクロール型圧縮機において、圧力損失の少ない吸入通路を形成する。【解決手段】旋回スクロール６の端板部６ａの背面に環状の硬質プレート２２を取り付けると共に、それに対向するハウジングブロック１３の表面に内外二条のシールリング１１を装着して背圧室１９を形成し、加圧された流体を圧力導入孔６ｄを介して導入する。硬質プレート２２の下には放射状に吸入溝２３が形成される。端板部６ａの周囲に形成される空間２４が吸入溝２３に接続し、更に、空間２４が固定スクロール８の表面に半径方向に形成された吸入溝２５を介して吸入室１４に接続する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有するシャフトと、渦巻き形の羽根部及び端板部を有し前記シャフトのクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板部を有すると共に前記ハウジングに固定された固定スクロールとを備えていて、前記旋回スクロールが前記シャフトのクランク部によって駆動されて公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が外周部から中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮するスクロール型圧縮機であって、更に、
前記作動室内の流体の圧縮圧力が上昇するのに伴って前記旋回スクロールに作用する前記シャフトの軸線方向のスラスト荷重を支持するために、前記旋回スクロールの背後において前記ハウジングに取り付けられたハウジングブロックと、
スラスト荷重を支持する背圧室を構成するために、前記旋回スクロールの端板部の背面と、それに対向してそれを支持している前記ハウジングブロックの表面とのいずれか一方に装着されたシールリングと、
前記背圧室内へ吸入圧よりも高圧の流体を導入するための通路と、
前記シールリングが摺動接触するように相手方の面に取り付けられた硬質プレートと、
前記硬質プレートの下に半径方向に形成された吸入溝とを備えていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記背圧室が、前記シャフトの中心軸線を取り巻くように配置された内外二条のシールリングの間に形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項３】
請求項１において、前記背圧室が、前記シャフトの中心軸線の周りに配置された少なくとも３個のシールリングの内部にそれぞれ形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記シールリングが前記ハウジングブロックの表面に装着されていると共に、前記硬質プレートが前記旋回スクロールの端板部の背面に取り付けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記シールリングが前記旋回スクロールの端板部の背面に装着されていると共に、前記硬質プレートが前記ハウジングブロックの表面に取り付けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記旋回スクロールの端板部の周辺部に形成されて吸入通路の一部となる空間が、前記硬質プレートの下に形成された前記吸入溝に接続していると共に、前記空間と吸入室とを連通させるために、前記固定スクロールの表面に半径方向の吸入溝が形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記旋回スクロールの端板部の周辺部に形成されて吸入通路の一部となる空間が、前記硬質プレートの下に形成された前記吸入溝に接続していると共に、前記空間と吸入室とを連通させるために、前記固定スクロールの表面と対向している前記旋回スクロールの端板部の表面に半径方向の吸入溝が形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機に係り、特に、スクロール型圧縮機の吸入通路の構成と、スラスト荷重を支持する背圧室のシール手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール型圧縮機において、旋回スクロールの端板部の背面、或いはそれに対向するハウジングブロックの表面に窪み空間として環状の背圧室を形成し、この背圧室へ吐出側から圧縮された流体を導入して背圧を発生させることにより旋回スクロールを軸線方向に付勢して、圧縮反力によって発生するスラスト荷重により、旋回スクロールの背面とハウジング側の平坦面との間に作用する大きな接触荷重を軽減する手段が知られている。
【０００３】
このような従来技術を実施する場合は、スラスト荷重が非常に大きくなると、シール材の摺動による機械損失が大きくなって、それが圧縮機の効率低下をもたらすことが問題になるので、その後に改良された従来技術においては、旋回スクロールの背圧室にシール材を設けると共に、作動室内において未だ十分に高圧まで圧縮されていない比較的に低圧の冷媒を取り出して、逆止弁を介してそれを背圧室へ供給することにより、背圧室から高圧の冷媒が多量に漏れ出るのを未然に防止すると共に、シール材の摩耗や機械損失が増大するのを抑制している。
【０００４】
背圧室にシール材を設ける場合には、シール材が背圧室へ供給される流体圧を受けてハウジングブロックの表面或いは旋回スクロールの端板部の背面に押し付けられた状態で摺動するので、その際に生じる摺動摩擦による機械損失を避けることができないのと、長期間にわたって運転されると、シール材のみならず相手方の摺動面にも摩耗が発生するという問題がある。
【０００５】
また、圧縮すべき流体をスクロール型圧縮機の吸入室へ直接に供給することができる構成であれば問題はないが、例えば、モータと一体化された冷媒圧縮機において、冷凍サイクルから冷媒圧縮機へ戻って来る低温、低圧の戻り冷媒を利用してモータを冷却する場合には、戻り冷媒をモータの内部へ導いて、それを通過させた後に圧縮機の吸入室へ導くことになるので、吸入室へ直接に戻り冷媒を導く場合に比べて吸入通路が複雑になって圧力損失も増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、スクロール型圧縮機のスラスト荷重を支持する背圧室のためのシール手段に改良を加えて動力損失を低減させると共に、スクロール型圧縮機に特有の構造を利用することによって吸入通路を合理的に構成して圧力損失をも低減させることにより、それらの問題を解消することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、従来技術における前述のような問題に対応することができる解決手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載されたスクロール型圧縮機を提供する。
【０００８】
本発明のスクロール型圧縮機においては、旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持するために旋回スクロールの背後に背圧室を設けて吸入圧よりも高圧の流体を導入するが、この場合の背圧室は、旋回スクロールの端板部の背面と、その端板部の背面に対向してそれを支持するためにハウジングに固定されたハウジングブロックの表面とのいずれか一方に装着、支持された環状のシールリングによって囲まれた空間として形成される。このシールリングは、それを装着している面に対向している相手方の面に取り付けられた硬質プレートに摺動接触しているので、シールリングが硬質プレートの表面を円滑に摺動して摩擦による動力損失や摺動面の摩耗を低減することができるだけでなく、圧縮機の起動直後の未だ背圧室に十分な圧力が加えられていない時期に、シールリングと硬質プレートとを介在させた状態で、ハウジングブロックの表面に対して旋回スクロールの端板部の背面が摺動するので、比較的に摩擦が少ない状態でハウジングブロックが旋回スクロールのスラスト荷重を支持することができる。
【０００９】
また、この硬質プレートの下には半径方向に吸入溝が形成されているので、旋回スクロールの端板部によって吸入通路が遮断されることがなく、圧力損失が少ない状態で圧縮すべき流体を吸入室へ導入することができる。
【００１０】
背圧室を形成するシールリングは、シャフトの中心軸線を取り巻くように内外二条一対として、少なくとも一対以上設けられてもよいし、シャフトの中心軸線の周りに概ね均等に配置されるように３個以上設けられてもよい。
【００１１】
この場合に、シールリングがハウジングブロックの表面に装着されると共に、硬質プレートが旋回スクロールの端板部の背面に取り付けられているという組み合わせにしてもよいし、シールリングが旋回スクロールの端板部の背面に装着されていると共に、硬質プレートがハウジングブロックの表面に取り付けられているという組み合わせとしてもよい。
【００１２】
硬質プレートの下に形成された半径方向の吸入溝に接続して一連の吸入通路を構成するものとして、旋回スクロールの端板部の周辺部に形成される空間と、固定スクロールの端板部の表面及びハウジングブロックの表面の少なくとも一方に半径方向の吸入溝が形成されて最終的に吸入室に連通している。それによって、旋回スクロールの端板部を迂回する十分に断面積の大きい吸入通路が形成されるので、圧縮すべき流体が殆ど圧力損失を受けることなく吸入室へ到達することができる。従って、吸入室へ直接に吸入ポートを設ける必要がなくなり、吸入される流体を圧縮機に付属するモータの内部を通過させて、それを冷却するというようなことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５の各図を用いて本発明のスクロール型圧縮機に関する第１実施例を説明する。図１に示す１はシャフトであって、その下端には軸心に対して所定量だけ偏心したクランク部１ａが形成されている。本発明において必須の要件とするものではないが、第１実施例におけるクランク部１ａはシャフト１に対する偏心量が無段階に変化することができるようになっている。２はモータであって、電力の供給を受けた時にシャフト１を回転駆動する。第１実施例の場合はモータ２が圧縮機のハウジング部分と一体化されたハウジング３の内部に構成されている。４はハウジング３の上部に取り付けられたフロントラジアル軸受であって、同じく下部に取り付けられたリアラジアル軸受５と共に、シャフト１を回転可能に支持している。なお、本発明はモータ一体型のスクロール型圧縮機に限って適用される訳ではなく、シャフト１を回転駆動する動力源が、例えば車両に搭載されている内燃機関のように、圧縮機本体とは別体のものであってもよい。
【００１４】
以下の説明においては、図１の一部拡大図である図２と、部分的な平面図である図３ないし図５をも参照する。６は旋回スクロールであって、概ね円板状の端板部６ａと、それから軸方向に突出するように形成された渦巻き形の羽根部６ｂと、端板部６ａの背面（スラスト荷重を受ける面）に形成された円筒状のボス部６ｃ等からなっている。旋回スクロール６の全体は、ボス部６ｃに圧入して取り付けられている旋回スクロール軸受１６を介して、シャフト１のクランク部１ａによって回転可能に支持されていて、シャフト１の中心軸線の回りに公転運動をする。７は旋回スクロール６の公転運動のみを許す複数個の自転防止ピンであって、旋回スクロール６の自転運動を阻止する。
【００１５】
８は固定スクロールであって、前述の旋回スクロール６と同様な端板部８ａと渦巻き形の羽根部８ｂを備えていて、旋回スクロール６と噛み合った状態でモータハウジング３の内部に固定されている。固定スクロール８が旋回スクロール６の端板部６ａと対向している面には、前述の自転防止ピン７を受け入れる円形の自転防止穴８ｄが自転防止ピン７と同じ数だけ形成されている。
【００１６】
固定スクロール８の渦巻き形の羽根部８ｂと旋回スクロール６の渦巻き形の羽根部６ｂが噛み合うことによって、それらの羽根部６ｂ及び８ｂの間に軸線方向に見た時に三日月形に見える作動室９が複数個形成される。なお、図５においては、旋回スクロール６が十分に偏心していない中立の状態を示しているので、三日月形の作動室９は形成されていない。
【００１７】
このスクロール型圧縮機によって圧縮される流体が、例えば、空調装置の冷媒である場合には、図示しない冷凍サイクルから戻って来た低温低圧の気体冷媒は吸入ポート２０からハウジング３内へ吸入され、この場合はモータ２内の空隙を通過することによってモータ２を内部から冷却した後に、本発明の特徴とする後述のような経路を経て固定スクロール８内の吸入室１４へ導入される。
【００１８】
吸入室１４内の気体冷媒は、外周において作動室９が吸入室１４に向かって開いた時に作動室９の内部へ吸入され、旋回スクロール６が公転をする間に作動室９が閉じ、更に、旋回スクロール６及び固定スクロール８の中心部に向かって作動室９が半径方向に移動しながら縮小する間に圧縮される。作動室９が中心部において開いた時に、吐出圧に達した冷媒が固定スクロール８の端板部８ａに設けられた吐出孔８ｃを通過して、端板部８ａと、ハウジング３に取り付けられたリアプレート１８との間に形成されている吐出室１５内へ吐出される。
【００１９】
２１は吐出室１５に開口するようにハウジング３に設けられた吐出ポートであって、図示しない配管によって冷凍サイクルに連通しており、吐出室１５内へ吐出された高圧の冷媒を冷凍サイクルの凝縮器へ導く。なお、１７はリード弁からなる吐出弁であって、吐出室１５内の冷媒が吐出孔８ｃを介して逆流しないように端板部８ａ上に装着されている。この吐出弁１７はバルブストッパ２６によって保護される。また、１０は旋回スクロール６に関連する偏心質量に対抗するように設けられたバランサである。
【００２０】
次に第１実施例の特徴とする構造について説明する。図２及び図３に示すように、旋回スクロール６の端板部６ａの背面と対向しているハウジングブロック１３の表面には、シャフト１の中心軸線を取り巻くように、内外二条の環状溝が形成されていると共に、それらの環状溝にそれぞれ環状のシールリング１１が装着されている。シールリング１１の材料は多少の弾性を有する硬質のゴム、金属、合成樹脂、カーボン、セラミックのような無機材料等であるが、それらの材料からなる繊維を圧縮してバインダーによって固形化したものとか発泡成形したものでもよい。
【００２１】
シールリング１１が低摩擦で摺動接触するように、スラスト荷重の受け面である旋回スクロール６の端板部６ａの背面には環状の硬質プレート２２が嵌め込まれている。硬質プレート２２の材料は鋼合金のような硬質の金属、或いはセラミック等である。従って、内外のシールリング１１と、スラスト荷重受け面である硬質プレート２２及びハウジングブロック１３の表面によって、背圧室１９となる環状の閉じた空間が形成される。
【００２２】
そして、背圧室１９と、中心部に近い所定の位置に形成される作動室９との間を連通させるように、細い圧力導入孔６ｄが端板部６ａを貫通して設けられているので、作動室９の中で所定の大きさの高圧まで加圧された冷媒が背圧室１９内へ導入され、ハウジングブロック１３を足掛かりにして旋回スクロール６の端板部６ａを固定スクロール８に向かって押圧する。なお、第１実施例においては環状の背圧室１９が１個だけ形成されているが、これらを同心円状に複数個形成してもよい。
【００２３】
吸入ポート２０からハウジング３内へ吸入され、モータ２を冷却した後の冷媒即ち、圧縮すべき流体を吸入室１４へ導入するために、旋回スクロール６の端板部６ａの背面に設けられた硬質プレート２２の下に、図２及び図４に示したような放射状の吸入溝２３が複数本形成されている。
【００２４】
また、図２及び図５に示したように、固定スクロール８の表面にも吸入溝２３と同様な放射状の吸入溝２５が複数本形成されていて、それらが、ハウジングブロック１３内の旋回スクロール６の端板部６ａの周辺部に、端板部６ａの公転を許すために形成される隙間としての空間２４を介して接続することによって、モータ２の内部と吸入室１４とを連通させている。なお、第１実施例においては、吸入溝２５上の一部に自転防止穴８ｄが形成されているけれども、これは必須の要件ではないから、両者は一致していなくてもよい。
【００２５】
第１実施例のスクロール型圧縮機はこのように構成されているから、吸入ポート２０からハウジング３内へ吸入された戻り冷媒は、モータ２を冷却した後に、旋回スクロール６の端板部６ａに形成されて硬質プレート２２によって蓋をされた吸入溝２３、端板部６ａの周辺に形成される空間２４、及び固定スクロール８の上面に設けられた吸入溝２５を順次通過して吸入室１４へ流入し、前述のようにして旋回スクロール６と固定スクロール８の間に形成される作動室９によって圧縮されて吐出室１５へ吐出され、吐出ポート２１から外部へ送り出される。
【００２６】
従って、吸入ポート２０から吸入室１４へ供給される冷媒の流れを阻害するものがないのと、スラスト荷重の受け面となる摺動面が、その部分を流れる冷媒のような流体によって冷却されるので、冷媒は流れの抵抗による大きな圧力損失を伴うことなく吸入室１４へ到達して作動室９内へ取り込まれると共に、シールリング１１と硬質プレート２２との間の摩擦が低減する。それによってスクロール型圧縮機の作動効率が吸入溝２３及び２５を設けない場合に比べて向上する。
【００２７】
作動室９内において冷媒のような流体を圧縮することによって、旋回スクロール６には圧縮反力が作用するので、旋回スクロール６の端板部６ａの背面と、それを支持しているハウジングブロック１３の表面との間にスラスト荷重が発生する。圧縮機が起動された直後においては、スラスト荷重は硬質プレート２２の表面と、シールリング１１を有するハウジングブロック１３の表面との間で受けられて相殺される。この場合は多少の摩擦を伴うが、平滑な硬質プレート２２の表面をシールリング１１が摺動するので、摩擦による動力損失や摺動面の摩耗等はごく僅かになる。また、シールリング１１と硬質プレート２２の摺動面は、冷媒に混入している冷凍機油のような潤滑油によって潤滑される。
【００２８】
起動後に冷媒が作動室９内で圧縮されることによって中心部寄りの作動室９の冷媒の圧力が少なくとも吸入圧以上に上昇すると、その圧力を圧力導入孔６ｄを介して受け入れている背圧室１９の圧力が上昇するので、背圧室１９がスラスト荷重を支持するようになり、背圧室１９内の冷媒のような流体を介在させた低摩擦の状態でスラスト荷重が支持されて相殺される。従って、動力損失が少なくなって効率が上昇すると共に、摺動部分の摩耗を低減することができる。
【００２９】
第１実施例のスクロール型圧縮機においては二条のシールリング１１がハウジングブロック１３の表面に装着されると共に、旋回スクロール６の端板部６ａの背面に硬質プレート２２を取り付けて、その下に放射状の吸入溝２３を形成しているが、これらの位置関係を反対にして、端板部６ａの背面にシールリング１１を装着すると共に、ハウジングブロック１３の表面に硬質プレート２２を取り付けて、その下に放射状の吸入溝２３を形成してもよい。それによって背圧室１９も同様に形成される。この変形例も第１実施例と同様な作用効果を奏する。
【００３０】
また、第１実施例においては放射状の吸入溝２５を固定スクロール８の表面に形成しているが、この放射状の吸入溝２５を、固定スクロール８の表面に対向している旋回スクロール６の端板部６ａの表面に形成することも可能であって、それによって第１実施例と実質的に同様な作用効果を奏する。このように、吸入溝２３及び２５は、相互に対向している表面のいずれか一方に形成することができるだけでなく、それらの双方に形成することもできる。
【００３１】
図６に本発明のスクロール型圧縮機に関する第２実施例の要部のみをを示す。第２実施例の特徴を示す図６は、第１実施例についての図３に対応するものであって、これらの図面を対比すれば明らかなように、第２実施例においては比較的に小径のシールリング１２を３個以上使用して、それらがシャフト１の中心軸線の延長線の周りに均等に配置されるように、ハウジングブロック１３の表面に装着して、それらの内部に背圧室１９を形成している。
【００３２】
全てのシールリング１２は、旋回スクロール６の端板部６ａの背面に取り付けられた硬質プレート２２に摺動接触している。また、それぞれの背圧室１９へ作動室９から加圧された冷媒が図示しない圧力導入孔によって供給される。第２実施例はこのように構成されているから、第２実施例のスクロール型圧縮機が第１実施例のそれと同様な作用効果を奏することや、硬質プレート２２の下に吸入溝２３が形成されること、更に、シールリング１２と硬質プレート２２との位置関係を反対にすることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のスクロール型圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す平面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す平面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ断面を示す平面図である。
【図６】図３に対応して第２実施例のスクロール型圧縮機の要部を示す平面図である。
【符号の説明】
１…シャフト
１ａ…クランク部
２…モータ
３…ハウジング
６…旋回スクロール
６ａ…端板部
６ｂ…渦巻き形の羽根部
６ｄ…圧力導入孔
８…固定スクロール
８ａ…端板部
８ｂ…渦巻き形の羽根部
８ｄ…自転防止穴
９…作動室
１１，１２…シールリング
１３…ハウジングブロック
１４…吸入室
２０…吸入ポート２０
２２…硬質プレート
２３，２５…半径方向の吸入溝
２４…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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