スクロール型圧縮機

本発明は、例えば両回転スクロール型圧縮機に用いられて好適なスクロール型圧縮機に関するものである。

従来から、駆動側スクロール部材と従動側スクロール部材の両方が回転するスクロール型圧縮機が知られている(特許文献1参照)。同文献に記載されたスクロール型圧縮機には、ガスを吐出する吐出口が形成された従動軸(吐出筒)の外周をシールするための軸封体(シール部材)が設けられている。

特開昭62−206282号公報

一般に、回転する軸側とその外周側の静止側との間でシールを行う場合には、より回転中心軸側に近い軸側の外周面をシール接触部とし、外周側となる静止側の内周面をシール接触部とはしない。その理由は、回転中心軸に近い内周側の方がシール接触部の摺動速度を低減させることができ、また、遠心力により内周側はシール差圧が小さくなるからである。

しかし、本発明者等が鋭意検討したところ、特許文献1のように吐出筒が回転するとともに圧縮後の作動流体が流通する構造となるため、以下のような問題があることを見出した。すなわち、吐出筒の外周面をシールする構造では、シール接触部で摺動摩擦によって摩擦熱が発生するだけでなく、吐出筒を流れる流体が圧縮熱により高温となるため吐出筒も加熱されて高温となる。また、シール部材は、一般にゴムや樹脂等の化成材料で構成されているため熱伝導性が悪く、放熱量が少ない。以上の理由により、シール接触部は高温となるため、シール部材として耐熱温度が高く、高温下での硬度が維持でき、耐摩耗に優れた特殊な化成材料が必要となり、コストが増加するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転する吐出筒とハウジングとの間を安価にシールすることができるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール型圧縮機は以下の手段を採用する。 すなわち、本発明にかかるスクロール型圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室を有する一対のスクロール部材と、前記一対のスクロール部材を収容するハウジングと、圧縮された前記作動流体を前記圧縮室から吐出するとともに前記ハウジングに対して軸線回りに回転する吐出筒と、前記吐出筒の外周に固定され、前記ハウジングの内周面に対して接触してシールするシール部材とを備えていることを特徴とする。

シール部材を吐出部の外周に固定し、ハウジングの内周面に対して接触してシールするようにした。これにより、圧縮されて高温となった作動流体によって高温となる吐出筒の外周面に対して摺動接触することを回避することができ、シール部材として耐高温性を有する高価な材料を使用する必要がなく、コストダウンを実現することができる。 また、ハウジングは例えば外気に曝されるなど、外部に対して放熱しやすい構成とされているため、シール部材とハウジングとの間で摺動摩擦による発熱が発生したとしても、容易に放熱することができる。

さらに、本発明のスクロール型圧縮機では、前記ハウジングは、前記シール部材に接触する前記内周面に、耐摩耗部を備えていることを特徴とする。

耐摩耗部をハウジング内周面に設けることで、シール部材による摩耗を減少させることができる。これにより、摩耗によるシール性の低下を抑制することができる。 耐摩耗部としては、ニッケル−リンめっきやDLC(Diamond like carbon)等の表面硬化処理、吐出筒の外周面に設けられた鉄系の円筒部材等が挙げられる。

さらに、本発明のスクロール型圧縮機では、前記ハウジングは、前記シール部材よりも前記作動流体の吐出側に、遮熱部を備えていることを特徴とする。

ハウジングの吐出側に遮熱部を設けることで、圧縮により高温とされた作動流体からの熱伝導を減じることができる。これにより、シール部材とハウジングとの接触部の温度を低く保つことができる。 遮熱部としては、金属よりも熱伝導率が低い材料が選定され、例えば樹脂が用いられる。

さらに、本発明のスクロール型圧縮機では、前記ハウジングの外周側には、冷却部が設けられていることを特徴とする。

ハウジングを冷却部によって強制的に冷却することで、さらにシール接触部の温度を低く保つことができる。 冷却部としては、冷却媒体による強制冷却が好ましく、例えば、内部に冷却水が流れるウォータジャケット等が用いられる。

さらに、本発明のスクロール型圧縮機では、駆動部によって回転駆動される駆動軸を備え、前記一対のスクロール部材として、前記駆動軸に連結されて回転運動を行う駆動側スクロール部材と、前記駆動側スクロール部材から動力が伝達されて回転運動を行う従動側スクロール部材と、を備えた両回転スクロール型圧縮機とされていることを特徴とする。

ハウジングの内周面に対して接触してシールするシール部材としたので、耐高温性を有する高価な材料をシール部材に用いる必要がないので、コストダウンを実現することができる。

本発明の一実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機を示した縦断面図である。

図1の要部を拡大して示した縦断面図である。

変形例1を示した縦断面図である。

変形例2を示した縦断面図である。

変形例3を示した縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図1等を用いて説明する。 図1には、両回転スクロール型圧縮機(スクロール型圧縮機)1が示されている。両回転スクロール型圧縮機1は、例えば車両用エンジン等の内燃機関に供給する燃焼用空気(流体)を圧縮する過給機として用いることができる。

両回転スクロール型圧縮機1は、ハウジング3と、ハウジング3の一端側に収容されたモータ(駆動部)5と、ハウジング3の他端側に収容された駆動側スクロール部材70及び従動側スクロール部材90とを備えている。

ハウジング3は、略円筒形状とされており、モータ5を収容するモータ収容部(第1ハウジング)3aと、スクロール部材70,90を収容するスクロール収容部(第2ハウジング)3bとを備えている。 モータ収容部3aの外周には、モータ5を冷却するための冷却フィン3cが設けられている。スクロール収容部3bの端部には、圧縮後の空気(作動流体)を吐出するための吐出口3dが形成されている。なお、図1では示さされていないが、ハウジング3には空気(作動流体)を吸入する空気吸入口が設けられている。 ハウジング3のスクロール収容部3bは、スクロール部材70,90の軸線方向における略中央部に位置する分割面Pにて分割されている。ハウジング3には、円周方向の所定位置にて外方に突出するフランジ部(図示せず)が設けられている。このフランジ部に締結手段としてのボルト等を通して固定することによって、分割面Pが締結される。

モータ5は、図示しない電力供給源から電力が供給されることによって駆動される。モータ5の回転制御は、図示しない制御部からの指令によって行われる。モータ5のステータ5aはハウジング3の内周側に固定されている。モータ5のロータ5bは、駆動側回転軸線CL1回りに回転する。ロータ5bには、駆動側回転軸線CL1上に延在する駆動軸6が接続されている。駆動軸6は、駆動側スクロール部材70の第1駆動側軸部7cと接続されている。

駆動側スクロール部材70は、モータ5側の第1駆動側スクロール部71と、吐出口3d側の第2駆動側スクロール部72とを備えている。 第1駆動側スクロール部71は、第1駆動側端板71aと第1駆動側壁体71bを備えている。 第1駆動側端板71aは、駆動軸6に接続された第1駆動側軸部7cに接続されており、駆動側回転軸線CL1に対して直交する方向に延在している。第1駆動側軸部7cは、玉軸受とされた第1駆動側軸受11を介してハウジング3に対して回動自在に設けられている。

第1駆動側端板71aは、平面視した場合に略円板形状とされている。第1駆動側端板71a上に、渦巻状とされた第1駆動側壁体71bが設けられている。第1駆動側壁体71bは、駆動側回転軸線CL1回りに等間隔にて配置されている。

図1に示したように、第2駆動側スクロール部72は、第2駆動側端板72aと第2駆動側壁体72bを備えている。第2駆動側壁体72bは、上述した第1駆動側壁体71bと同様に、渦巻状とされている。 第2駆動側端板72aには、駆動側回転軸線CL1方向に延在する円筒形の第2駆動側軸部(吐出筒)72cが接続されている。第2駆動側軸部72cは、玉軸受とされた第2駆動側軸受14を介して、ハウジング3に対して回転自在に設けられている。第2駆動側端板72aには、駆動側回転軸線CL1に沿って吐出ポート72dが形成されている。

第2駆動側軸部72cとハウジング3との間には、第2駆動側軸受14よりも第2駆動側軸部72cの先端側(図1において左側)に、2つのシール部材16が設けられている。2つのシール部材16と第2駆動側軸受14とは駆動側回転軸線CL1方向に所定間隔を有して配置されている。2つのシール部材16の間には、例えば半固体潤滑剤であるグリースとされた潤滑剤が封入されている。なお、シール部材16は1つとしても良い。この場合、潤滑剤は、シール部材16と第2駆動側軸受14との間に封入される。

第1駆動側スクロール部71と第2駆動側スクロール部72とは、壁体71b、72bの先端(自由端)同士が向かい合った状態で固定されている。第1駆動側スクロール部71と第2駆動側スクロール部72との固定は、半径方向外側に突出するように円周方向において複数箇所設けたフランジ部73に対して締結されたボルト(壁体固定部)31によって行われる。

従動側スクロール部材90は、第1従動側スクロール部91と第2従動側スクロール部92とを備えている。従動側スクロール部材90の軸方向(図において水平方向)における略中央に、従動側端板91a,92aが位置している。両従動側端板91a,92aは、それぞれの背面(他側面)が重ね合わされて接触した状態で固定されている。この固定は、図示しないが、ボルトやピン等によって行われる。各従動側端板91a,92aの中央には貫通孔90hが形成されており、圧縮後の空気が吐出ポート72dへ流れるようになっている。 第1従動側端板91aの一側面には、それぞれ、第1従動側壁体91bが設けられており、第2従動側端板92aの一側面には、第2従動側壁体92bが設けられている。第1従動側端板91aからモータ5側に設置された第1従動側壁体91bは、第1駆動側スクロール部71の第1駆動側壁体71bと噛み合わされ、第2従動側端板92aから吐出口3d側に設置された第2従動側壁体92bは、第2駆動側スクロール部72の第2駆動側壁体72bと噛み合わされる。

第1従動側壁体91bの外周にて、後述するサポート部材33、35が固定されるようになっている。第2従動側壁体92bについても、同様の構成となっている。

従動側スクロール部材90の軸方向(図において水平方向)における両端には、第1サポート部材33と第2サポート部材35とが設けられている。第1サポート部材33は、モータ5側に配置され、第2サポート部材35は吐出口3d側に配置されている。第1サポート部材33は、第1従動側壁体91bの先端(自由端)に対して固定されており、第2サポート部材35は、第2従動側壁体92bの先端(自由端)に対して固定されている。第1サポート部材33の中心軸側には、軸部33aが設けられており、この軸部33aが第1サポート部材用軸受37を介してハウジング3に対して固定されている。第2サポート部材35の中心軸側には、軸部35aが設けられており、この軸部35aが第2サポート部材用軸受38を介してハウジング3に対して固定されている。これにより、各サポート部材33、35を介して、従動側スクロール部材90は、第2中心軸線CL2回りに回転するようになっている。

第1サポート部材33と第1駆動側端板71aとの間には、ピンリング機構(同期駆動機構)15が設けられている。すなわち、第1駆動側端板71aに円形穴が設けられ、第1サポート部材33にピン部材15bが設けられている。ピンリング機構15によって、駆動側スクロール部材70から従動側スクロール部材90へと駆動力が伝達されるとともに、両スクロール部材70、90が同じ方向に同一角速度で自転運動される。

図2に示されているように、スクロール収容部3bは、第2駆動側軸部72c及びシール部材16を収容する第2駆動側軸部収容部(ハウジング)3b1を有している。

それぞれのシール部材16は、オイルシールとされている。2つのシール部材16は、図2に示されているように、第2駆動側軸部72cの外周面に嵌入されたストッパリング19によって軸線方向の位置が規制されている。各シール部材16は、第2駆動側軸部72cの外周面に対して固定されている。したがって、各シール部材16は、第2駆動側軸部72cとともに回転する。

各シール部材16は、樹脂製のシールリップ部16aを備えている。シールリップ部16aは、外周側に突出して第2駆動側収容部3b1の内周面に当接するリップ先端部16a1を備えている。シールリップ部16aの背面側(内周側)には、円環状のばね16a2が設けられている。ばね16a2の弾性力によって、リップ先端部16a1が第2駆動側収容部3b1の内周面の全周にわたって押し付けられるようになっている。

上記構成の両回転スクロール型圧縮機1は、以下のように動作する。 モータ5によって駆動軸6が駆動側回転軸線CL1回りに回転させられると、駆動軸6に接続された第1駆動側軸部7cも回転し、これにより駆動側スクロール部材70が駆動側回転軸線CL1回りに回転する。駆動側スクロール部材70が回転すると、駆動力がピンリング機構15を介して各サポート部材33,35から従動側スクロール部材90へと伝達され、従動側スクロール部材90が従動側回転軸線CL2回りに回転する。このとき、ピンリング機構15のピン部材15bが円形穴の内周面に対して接触しつつ移動することによって、両スクロール部材70,90が同じ方向に同一角速度で自転運動を行う。 両スクロール部材70,90が自転旋回運動を行うと、ハウジング3の吸入口から吸い込まれた空気が両スクロール部材70,90の外周側から吸入され、両スクロール部材70,90によって形成された圧縮室に取り込まれる。そして、第1駆動側壁体71bと第1従動側壁体91bとによって形成された圧縮室と、第2駆動側壁体72bと第2従動側壁体92bとによって形成された圧縮室とが別々に圧縮される。それぞれの圧縮室は中心側に移動するにしたがって容積が減少し、これに伴い空気が圧縮される。第1駆動側壁体71bと第1従動側壁体91bとによって圧縮された空気は、従動側端板91a,92aに形成された貫通孔90hを通り、第2駆動側壁体72bと第2従動側壁体92bとによって圧縮された空気と合流し、合流後の空気が吐出ポート72dを通り、ハウジング3の吐出口3dから外部へと吐出される。吐出された圧縮空気は、図示しない内燃機関へと導かれ、燃焼用空気として用いられる。

各シール部材16のシールリップ部16aの先端であるリップ先端部16a1は、第2駆動側軸部72cとともに回転しながら、シールリップ部16aに設けられたばね16a2によって、第2駆動側収容部3b1の内周面に押し付けられる。これにより、吐出ポート72dを出た後、吐出口3dから外部へ吐出される前の圧縮空気が占有する高圧空間HPと、ハウジング3の吸い込み口から吸い込まれ両スクロール部材70,90の外周側から吸入される吸入空気が占有する低圧空間LPとが、2つのシール部材16によってシールされる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 シール部材16を第2駆動側軸部72cの外周に固定し、第2駆動側収容部3b1の内周面に対して接触してシールするようにした。これにより、圧縮されて高温となった空気によって加熱されて高温となる第2駆動側軸部72cの外周面に対して摺動接触することを回避することができ、シール部材16として耐高温性を有する高価な材料を使用する必要がなく、コストダウンを実現することができる。 また、第2駆動側収容部3b1を備えるハウジング3は例えば外気に曝されるなど、外部に対して放熱しやすい構成とされているため、シール部材16と第2駆動側収容部3b1との間で摺動摩擦による発熱が発生したとしても、容易に放熱することができる。特に、ハウジング3をアルミ合金や鉄等の金属で構成した場合には、熱伝導性が良いのでシール接触部を低温に維持することができる。

本実施形態は、以下のように変形することもできる。 [変形例1] 図3に示すように、第2駆動側収容部3b1の内周面に、リップ先端部16a1が接触する領域にわたって、アルミ合金よりも耐摩耗性が高い鉄系の材料で構成された円筒部材(耐摩耗部)3b2を設けることとしても良い。円筒部材3b2は、第2駆動側収容部3b1の先端側(同図において左側)から圧入されて固定されている。 このように円筒部材3b2を設けることで、シール部材16による摩耗を減少させることができ、摩耗によるシール性の低下を抑制することができる。

また、耐摩耗部として、表面硬化処理部を設けても良い。表面硬化処理部としては、ニッケル−リンめっきやDLC(Diamond like carbon)によって形成された層が挙げられる。すなわち、アルミ合金製とされた第2駆動側収容部3b1内周面上の所定領域に対して、ニッケル−リンめっきやDLC処理が施される。

[変形例2] また、図4に示すように、圧縮空気の吐出側となる第2駆動側収容部3b1の先端側(図4において左側)に遮熱部3b3を設けることとしても良い。遮熱部3b3の材料としては、金属よりも熱伝導率が小さい材料が選定され、例えば樹脂が用いられる。これにより、圧縮により高温とされた空気からの熱伝導を減じることができ、シール接触部の温度を低く保つことができる。

[変形例3] また、図5に示すように、第2駆動側収容部3b1の外周側に冷却部20を設けても良い。冷却部20としては、冷却媒体による強制冷却が好ましく、例えば内部に冷却水が流れるウォータジャケットが用いられる。このように、ハウジング3を構成する第2駆動側収容部3b1を冷却部20によって強制的に冷却することで、さらにシール接触部の温度を低く保つことができる。

上述した実施形態および各変形例では、過給機として両回転スクロール型圧縮機を用いることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体を圧縮するものであれば広く利用することができ、例えば空調機械において使用される冷媒圧縮機として用いることもできる。また、本発明のスクロール型圧縮機1を鉄道車両用のブレーキシステムとして空気の力を利用した空制装置に適用することも可能である。

1 両回転スクロール型圧縮機(スクロール型圧縮機) 3 ハウジング 3a モータ収容部 3b スクロール収容部 3b1 第2駆動側軸部収容部(ハウジング) 3b2 円筒部材(耐摩耗部) 3b3 遮熱部 3c 冷却フィン 3d 吐出口 5 モータ(駆動部) 5a ステータ 5b ロータ 6 駆動軸 7c 第1駆動側軸部 11 第1駆動側軸受 14 第2駆動側軸受 15 ピンリング機構(同期駆動機構) 15b ピン部材 16 シール部材(オイルシール) 16a シールリップ部 16a1 リップ先端部 16a2 ばね 31 ボルト(壁体固定部) 33 第1サポート部材 33a 軸部 35 第2サポート部材 35a 軸部 37 第1サポート部材用軸受 38 第2サポート部材用軸受 70 駆動側スクロール部材 71 第1駆動側スクロール部 71a 第1駆動側端板 71b 第1駆動側壁体 72 第2駆動側スクロール部 72a 第2駆動側端板 72b 第2駆動側壁体 72c 第2駆動側軸部(吐出筒) 72d 吐出ポート 73 フランジ部 90 従動側スクロール部材 90h 貫通孔 91 第1従動側スクロール部 91a 第1従動側端板 91b 第1従動側壁体 92 第2従動側スクロール部 92a 第2従動側端板 92b 第2従動側壁体 CL1 駆動側回転軸線 CL2 従動側回転軸線 P 分割面