(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吸入圧縮するスクロール型圧縮機であって、
ハウジング（１１１、１１２、１１４）と、
前記ハウジング（１１１、１１２、１１４）に対して固定され、渦巻き状の渦巻部（１２２）を有する固定スクロール（１２０）と、
前記固定スクロール（１２０）の渦巻部（１２２）に接触して流体を圧縮する作動室（Ｐ）を形成する渦巻部（１３２）を有するとともに、前記ハウジング（１１１、１１２、１１４）に対して旋回する可動スクロール（１３０）とを備え、
前記両渦巻部（１２２、１３２）のうち少なくとも一方側には、前記両渦巻部（１２２、１３２）が互いに接触することを防止する逃がし部（Ｒ）が形成され、
前記逃がし部（Ｒ）は、前記逃がし部（Ｒ）が形成された渦巻部の中心部側、及び外周部側に相当する部位に形成されており、
さらに、前記両渦巻部（１２２、１３２）のうち前記中心部側と前記外周部側との間の中間部においては、両渦巻部（１２２、１３２）が接触するように構成されており、
前記中心部側の前記逃がし部（Ｒ）は、前記逃がし部（Ｒ）が形成された渦巻部の巻角（Ｙ）が、下記数式１で示される巻角（Ｙ）以下の範囲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。
【数１】
Ｙ＝ａ（Ｘ−１）
Ｙ：巻角
Ｘ：渦巻部の巻き数
但し、０≦ａ≦６４
【請求項２】
前記両渦巻部（１２２、１３２）が接触する前記中間部の範囲は、３８０°±２０°であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
前記数式１の定数ａは、８≦ａ≦５６の範囲内の値であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
前記数式１の定数ａは、１６≦ａ≦４８の範囲内の値であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記数式１の巻き数Ｘは３．０巻き以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の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関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール型圧縮機は、周知のごとく、可動スクロールの渦巻部及び固定スクロールの渦巻部とが接触することによって形成される作動室の体積を、可動スクロールの旋回とともに縮小させることにより流体を圧縮するものである。
しかし、渦巻部を形成する際の加工誤差や、圧縮反力及び熱膨張等による渦巻部の変形により、両スクロールの渦巻部の接触状態が不十分になり、作動室内の流体が隣合う低圧側の作動室に漏れてしまうという問題を有していた。
【０００３】
そこで、特開昭５７−６２９８８号公報や特開昭５８−１３１８４号公報に記載の発明では、渦巻部の巻き始めから約３６０°以下の範囲で、両渦巻部が必ず接触し得るように渦巻部の設計寸法を選定し、一方、渦巻部の巻き始めから約３６０°以降の渦巻部には、両渦巻部が接触することを防止する逃がし部を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載のごとく、渦巻部の中心部側の範囲にて両渦巻部を積極的に接触させると、体積が縮小している中心部側の作動室で潤滑油を圧縮してしまう、いわゆる液圧縮が発生し易くなることに加え、中心側の作動室ほど圧縮反力が大きいので、作動室内の圧力が過度に上昇して渦巻部が破損してしまうおそれが高い。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、スクロール型圧縮機の効率（能力）を損なうことなく、渦巻部の破損を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下に述べる技術的手段を用いる。請求項１〜５に記載の発明では、中心部側及び外周部側に、両渦巻部（１２２、１３２）が互いに接触することを防止する逃がし部（Ｒ）を形成し、中間部は両渦巻部（１２２、１３２）が接触するように構成し、
中心部側の逃がし部（Ｒ）は、逃がし部（Ｒ）が形成された渦巻部の巻角（Ｙ）が、請求項１に記載の数式１で示される巻角（Ｙ）以下の範囲に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
ところで、後述するように、中心部側及び外周部側に逃がし部（Ｒ）を形成してもスクロール型圧縮機の効率は大きく低下しない。
一方、中心部側に逃がし部（Ｒ）を形成すれば、中心部側の作動室（Ｐ）内の圧力が過度に上昇して両渦巻部（１２２、１３２）が破損してしまうことを防止できる。
【０００８】
以上に述べたように、本発明に係るスクロール型圧縮機では、効率（能力）が低下することを防止しつつ、両渦巻部（１２２、１３２）の破損を防止することができる。
なお、中間部の範囲は、請求項２に記載のごとく、３８０°±２０°とすることが望ましい。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明のごとく、数式１の定数ａは、８≦ａ≦５６の範囲内の値であることが望ましい。
また、請求項４に記載の発明のごとく、数式１の定数ａを、１６≦ａ≦４８の範囲内の値にすれば、より一層望ましい。
また、請求項５に記載の発明のごとく、数式１の巻き数Ｘは３．０巻き以下であることが望ましい。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係るスクロール型圧縮機（以下、圧縮機）を車両用冷凍サイクルに適用したものであって、図１は本実施形態に係る圧縮機１００の軸方向断面図である。
図１中、１１１はフロントハウジングであり、１１２はフロントハウジングに対して固定されて、後述する可動スクロール１３０が旋回可動する空間を構成するシェルである。そして、シェル１１２に一体形成された固定側端板１２１には、渦巻状の渦巻部１２２が一体形成されており、この渦巻部１２２及び固定側端板１２１により固定スクロール１２０が構成されている。
【００１１】
また、１３１は、固定スクロール１２０の渦巻部１２２と噛み合う渦巻状の渦巻部１３２が一体形成された可動側端板であり、この可動側端板１３１及び渦巻部１３２によりフロントハウジング１１１（固定スクロール１２０）に対して旋回可動する可動スクロール１３０が構成されている。
１４０は、車両用走行エンジン等の外部駆動源（図示せず）から駆動力を得て可動スクロール１３０を旋回駆動するシャフトであり、この可動スクロール１３０は、シャフト１４０の可動スクロール１３０側端部のうち、その回転中心から偏心した部位に形成された偏心部（クランク部）１４１に軸受１４２を介して連結されている。
【００１２】
因みに、本実施形態では、偏心部１４１と軸受１４２との間には、可動スクール１３０を偏心部１４１に対して微少に変位可能とするブッシング１４３が配設されている。そして、ブッシング１４３を介して可動スクロール１３０が圧縮反力により微少に変位することによって、両渦巻部１２２、１３２の接触面圧が高めらる、いわゆる従動クランク機構が構成されている。
【００１３】
また、１５０はシャフト１４０が回転して可動スクロール１３０が旋回する際に、可動スクロール１３０が偏心部１４１周りに回転（自転）することを防止する自転防止機構であり、この自転防止機構１５０は、可動側端板１３１及びフロントハウジング１１１に圧入されたピン１５１及び両ピン１５１が挿入されたリング１５２から構成されている。このため、シャフト１４０が回転すると、可動スクロール１３０はシャフト１４０の回転と共に自転せずに、シャフト１４０周りを旋回（公転）する。
【００１４】
ところで、両渦巻部１２２、１３２は、図２に示すように、複数箇所にて接触して流体（本実施形態では冷媒）が閉じ込めらる作動室（圧縮室）Ｐを形成しており、この作動室Ｐの体積が可動スクロール１３０の旋回とともに縮小することにより流体が圧縮される。
なお、以下、両渦巻部１２２、１３２が接触する部位を接触部Ｓｎ、Ｒｎ（中心から順にｎ＝１、２…）と呼ぶ。また、両渦巻部１２２、１３２の最外周側部位とシェル１１２とによって形成される空間は、圧縮機１００の吸入口（図示せず）に連通する吸入室Ｓ（図１参照）を形成している。
【００１５】
そして、本実施形態では、両渦巻部１２２、１３２のうち、両渦巻部１２２、１３２の中心部側及び外周部側に相当する部位に、両渦巻部１２２、１３２が接触することを防止する逃がし部１２３ａ、１２３ｂ、１３３ａ、１３３ｂが形成されている。一方、両渦巻部１２２、１３２のうち中心部側と外周部側との間の中間部は、両渦巻部１２２、１３２が確実に接触して接触部Ｓｎ、Ｒｎを形成するように各部の寸法が設定されている。なお、中心部、中間部、及び外周部の詳細については、後述する。
【００１６】
因みに、逃がし部１２３ａは、渦巻部１２２のＯ〜Ａ及びＯ〜Ｂの範囲にて渦巻部１２２の厚みを薄くしたものであり、同様に、逃がし部１２３ｂはＣ〜Ｅ、Ｄ〜Ｆの範囲にて渦巻部１２２の厚みを薄くしたものである。また、逃がし部１３３ａは、渦巻部１３２のＯ〜Ａ及びＯ〜Ｂの範囲にて渦巻部１３２の厚みを薄くしたものであり、同様に、逃がし部１３３ｂはＣ〜Ｅ、Ｄ〜Ｆの範囲にて渦巻部１３２の厚みを薄くしたものである。なお、以下、逃がし部１２３ａ、１２３ｂ、１３３ａ、１３３ｂを総称するときは、逃がし部Ｒと表記する。
【００１７】
また、図１中、Ｐｄは作動室Ｐにて圧縮された流体を吐出する吐出ポートであり、この吐出ポートＰｄは、吐出ポートＰｄから吐出される流体の脈動を平滑化する吐出室１１３に連通している。そして、吐出室１１３は、固定側端板１２１（シェル１１２）及びリアハウジング１１４から構成されている。
また、１２４は吐出室１１３から作動室Ｐに流体が逆流することを防止するリード弁状の吐出弁であり、１２５は吐出弁１２４の最大開度を規制するストッパ（弁止板）である。１４４はシャフト１４０を回転可能に支持する軸受であり、１４５は流体が圧縮機１００外に洩れることを防止するリップシールである。
【００１８】
次に、中心部、中間部、及び外周部の詳細について述べる。
１．中心部
中心部とは、下記数式２で示される渦巻部の巻角Ｙ以下（図３参照）の範囲をいう。
【００１９】
【数２】
Ｙ＝ａ（Ｘ−１）
Ｙ：巻角
Ｘ：渦巻部の巻き数
但し、ａ＝３２
ここで、渦巻部の巻き数とは、図４の（ａ）に示すように、逃がし部Ｒを廃止したときに、渦巻部１２２、１３２の最外周部の接触部Ｓ３、Ｒ３が形成された時（流体が作動室Ｐに吸入され、その作動室Ｐが閉じた時）から、シャフト１４０が回転して接触部Ｓ３、Ｒ３によって形成された作動室Ｐ（以下、この作動室Ｐを作動室Ｐ１と呼ぶ。）の体積が、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように縮小して行き、作動室Ｐ１内の流体が吐出されて両渦巻部１２２、１３２の最内周部が接触した時までのシャフト１４０の回転角度θ（可動スクロール１３０の旋回角度）を３６０°で割った値である。因みに、図４に示す例では、シャフト１４０の回転角度は９００°となるので、渦巻部１２２、１３２の巻き数は２．５０回巻きである。
【００２０】
そして、巻角Ｙとは、逃がし部Ｒを廃止した場合において、両渦巻部１２２、１３２の最内周部が接触した時のシャフト１４０の回転角度θ（可動スクロール１３０の旋回角度）を起点（０°）として、シャフト１４０（可動スクロール１３０）を所定角度だけ逆回転させたときに、最内周部の接触部Ｓ１（Ｒ１）が起点から渦巻部に沿って外周部側に移動する移動量をシャフト１４０の回転角度（可動スクロール１３０の旋回角度）で表示したものをいう。
【００２１】
したがって、例えば巻角Ｙが５０°以下の範囲とは、中心部側の逃がし部１２３ａ、１３３ａを廃止したときに、両渦巻部１２２、１３２の最内周部が接触した時からシャフト１４０を５０°だけ逆回転させた時に、最内周部の接触部Ｓ１（Ｒ１）が起点から渦巻部に沿って移動した移動範囲を示すこととなる。
２．中間部
中間部とは、中心部側の上限の巻角Ｙ（以下、この巻角Ｙを第１巻角Ｙ１と呼ぶ。）から３８０°±２０°だけ進んだ巻角Ｙ（以下、この巻角Ｙを第２巻角Ｙ２と呼ぶ。）までの範囲を言い、本実施形態では、中間部の範囲は３８０°である。
【００２２】
３．外周部
外周部とは、第２巻角Ｙ２から渦巻部の外周側先端までの範囲を言う。
なお、ここで言う外周側先端とは、逃がし部Ｒを廃止した場合において、両渦巻部１２２、１３２が接触する範囲での外周側先端である。
因みに、本実施形態では、両スクロール１２０、１３０の巻き数は共に２．５０回巻きとし、ａ＝３２としているので、第１巻角Ｙ１は４８°であり、第２巻角Ｙ２は４２８°である。したがって、本実施形態では、中心部側の範囲は、起点から４８°までの範囲であり、中間部は４８°から４２８°までの範囲であり、外周部は４２８°から９００°までの範囲である。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態では、中心部側に逃がし部１２３ａ、１３３ａを形成し、中間部は両渦巻部１２２、１３２が確実に接触するようにしているので、中心部側に在る作動室Ｐ（以下、この作動室を作動室Ｐ１と呼ぶ。）から漏れた冷媒（流体）は、中間部に在る作動室Ｐ（以下、この作動室を作動室Ｐ２と呼ぶ。）より外周部側にある作動室Ｐ（以下、この作動室を作動室Ｐ３と呼ぶ。）には漏れない。
【００２４】
このため、圧縮機１００から吐出される質量流量は、中心部側の逃がし部１２３ａ、１３３ａの有無にかかわらず、大きな差がない。また、作動室Ｐ１から漏れた冷媒は、作動室Ｐ２の圧力を上昇させて圧縮機１００の機械仕事（圧縮仕事）を上昇させることになるが、作動室Ｐ１の容積が比較的小さいために作動室Ｐ２の圧力上昇は小さく、圧縮機１００の機械仕事は、中心部側の逃がし部１２３ａ、１３３ａの有無にかかわらず、大きな差がない。
【００２５】
したがって、中心部側に逃がし部１２３ａ、１３３ａを形成しても、圧縮機１００の効率は大きく低下しない。
なお、ここで言う圧縮機１００の効率とは、圧縮機１００から吐出される質量流量Ｑと、その質量流量を得るに必要とする圧縮機１００の機械仕事（圧縮仕事）Ｗとの比（＝Ｑ／Ｗ）であり、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）に略比例する値である。
【００２６】
また、中心部側に逃がし部１２３ａ、１３３ａを形成しているので、作動室Ｐ１内の圧力が過度に上昇して渦巻部１２２、１３２が破損してしまうことを防止できる。
また、外周部側にも逃がし部１２３ｂ、１３３ｂが形成されているので、作動室Ｐ３から漏れた冷媒は吸入室Ｓ側に流れて圧縮機１００から吐出されないものの、作動室Ｐ３と吸入室Ｓとの間の圧力差が比較的小さいため、その漏れ量は小さく、圧縮機１００から吐出される質量流量は、外周部側の逃がし部１２３ｂ、１３３ｂの有無にかかわらず、大きな差がない。
【００２７】
したがって、外周部側に逃がし部１２３ｂ、１３３ｂを形成しても、圧縮機１００の効率は大きく低下しない。
さらに、中間部で両渦巻き部１２２、１３２が確実に接触しているので、作動室間の圧力差が比較的大きくなる作動室Ｐ２と作動室Ｐ３との間での漏れを確実に防止することができる。このため、漏れによる作動室Ｐ３の圧力上昇、すなわち圧縮機１００の機械仕事の上昇を防止することができるので、圧縮機１００の効率（能力）が低下することを防止できる。
【００２８】
以上に述べたように、本実施形態に係る圧縮機１００では、効率（能力）が低下することを防止しつつ、両渦巻部１２２、１３２の破損を防止することができる。
ところで、図５は、巻き数Ｘをパラメータとして、逃がし部１２３ａ、１３３ａが設けられた中心部側の範囲（起点から第１巻角Ｙ１までの範囲）と、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）との関係を数値シミュレーションにより求めたグラフである。そして、図５において巻き数ＸとＣＯＰが最大となる中心部側の範囲（第１巻角Ｙ１）をプロットしたのが、図３の黒塗り四角であり、このプロットされた点を一次関数で近似したのが数式２である。
【００２９】
なお、図５に示す数値シミュレーションに当たっては、両渦巻部１２２、１３２の巻き数Ｘを互いに等しくするとともに、両渦巻部１２２、１３２の高さｈ（図１参照）、圧縮機の吸入容積、及び逃がし部Ｒの逃がし量（逃がし部Ｒにおける両渦巻部１２２、１３２の最小隙間）が一定となるように、両渦巻部１２２、１３２を相似的に変化させて各部の寸法を決定した。因みに、圧縮機の吸入容積とは、作動室Ｐの最大容積である。
【００３０】
そして、図３、５から明らかなように、本実施形態に係る圧縮機１００は、冷凍サイクルの成績係数を高く維持しながら、両渦巻部１２２、１３２の破損を防止することができる。
ところで、上述の実施形態では、数式２の定数ａは３２であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、０以上６４以下（０≦ａ≦６４）であれば、よい。
【００３１】
また、発明者等の詳細検討によれば、８≦ａ≦５６とすることが望ましく、１６≦ａ≦４８とすれば更に望ましいとの結論を得ている。
また、巻き数Ｘについては、３．０巻以下が望ましいとの結論も得ている。
また、上述の実施形態では、両渦巻部１２２、１３２に逃がし部Ｒを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも一方の渦巻部に逃がし部Ｒが形成されていればよい。
【００３２】
また、上述の実施形態では、作動室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が存在する場合（例えば、図２に示す場合）について説明したが、両渦巻き部１２２、１３２の巻き数や、シャフト１４０の回転角度θによっては作動室Ｐ３が存在しない場合もある。また、逃がし部Ｒ及び両渦巻部１２２、１３２の形状は、図２に示すような形状に限定されるものではなく、その他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るスクロール型圧縮機の断面図である。
【図２】実施形態に係るスクロール型圧縮機の渦巻部を示す断面図である。
【図３】巻き数Ｘと中心部側の範囲との関係を示すグラフである。
【図４】渦巻部の巻き数を説明するための渦巻部を示す断面図である。
【図５】中心部側の範囲と成績係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１２０…固定スクロール、１２２…渦巻部、１３０…可動スクロール、
１３２…渦巻部、Ｒ…逃がし部。
【図１】
0003882343.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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