JP2018096253A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受に作用するエッジロードをより緩和させることができ、軸受の一層の長寿命化を図ることができるスクロール型圧縮機を提供すること。
【解決手段】本発明のスクロール型圧縮機１０は、固定スクロール２４と、固定スクロール２４と噛み合う旋回スクロール２２と、動力を伝達して旋回スクロール２２を旋回させるクランク軸１４と、クランク軸１４を回転可能に支持するメイン軸受１５と、クランク軸１４の大径軸部１４Ｂとメイン軸受１５の間に配置される、回転可能なフローティングブッシュ３２と、を備える。フローティングブッシュ３２が配置される大径軸部１４Ｂの外周面が中高なクラウニングとされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置や冷凍装置に用いられるスクロール型圧縮機に関する。

空気調和装置や冷凍装置に用いられるスクロール型の圧縮機は、渦巻状のスクロール壁をそれぞれ有する固定スクロールと旋回スクロールとを備える。旋回スクロールは、ケーシングに軸受を介して支持されている回転軸に連結している。そして、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のスクロール壁の間に形成される圧縮室の容積を減少させることで、圧縮室内の流体の圧縮を行う。

スクロール型圧縮機の軸受には、小型軽量化のためラジアルニードル軸受（以下、ニードル軸受）が使用される。ニードル軸受を備えるスクロール型圧縮機においては、荷重による変形や組立誤差による芯ずれ、つまりミスアライメントにより回転軸に傾きが発生した場合に、回転軸とニードル軸受が備える転動体の接触部分に荷重が集中するエッジロードが発生する。このエッジロードは、ニードル軸受の寿命の低下を招く。

特許文献１は、エッジロードを緩和させるために、ニードル軸受と回転軸の間にフローティングブッシュを設けることを提案する。
フローティングブッシュは、フローティングブッシュの内周面と回転軸の外周面の間に隙間を生み出して、回転軸の傾きを吸収することとなるので、ニードル軸受に作用するエッジロードを緩和させ、メイン軸受の長寿命に寄与する。

特許第５０１０３０６号公報

しかし、ニードル軸受と回転軸の間にフローティングブッシュを設けたとしても、回転軸の傾きが全くなくなるわけではないので、エッジロードは生じ得る。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、軸受に作用するエッジロードをより緩和させることができ、軸受の一層の長寿命化を図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。

本発明のスクロール型圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールと噛み合う旋回スクロールと、動力を伝達して旋回スクロールを旋回させる回転軸と、回転軸を回転可能に支持する軸受と、回転軸と軸受の間に配置される、回転可能な円筒環と、を備え、円筒環の内周面及び円筒環が配置される回転軸の外周面の一方又は双方が中高である、ことを特徴とする。

本発明における中高としては、円筒環の内周面及び回転軸の外周面の一方又は双方は、その回転軸線の方向の両端に向けて、連続的に径が小さくなる領域を有する、ことができる。
具体的には、連続的に径が小さくなる領域の輪郭を、円弧にすることができるし、対数曲線にすることもできる。

本発明のスクロール型圧縮機は、円筒環の内周面及び回転軸の外周面の一方又は双方は、回転軸線の方向の中央に設けられる、回転軸線の方向と平行な平坦面と、平坦面と連なり、回転軸線の方向の両端に向けて連続的に径が小さくなる傾斜面と、を備えることができる。

本発明における回転軸は、円筒環の回転軸線方向の両端に、円筒環が回転軸線の方向に位置ずれするのを防止する、支持壁を有し、回転軸と一体に形成される支持壁と回転軸の外周面の境界部分に、応力緩和構造が設けられることが好ましい。
本発明における応力緩和構造としては、円周方向に連なる逃げ溝であることが好ましい。

本発明によれば、円筒環の内周面及び円筒環が配置される回転軸の外周面の一方又は双方が中高であることにより、回転軸の傾きを吸収して、軸受に作用するエッジロードをより緩和させることができ、軸受の一層の長寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。 本発明の実施形態の要部を示す一部拡大図である。 （ａ−１）及び（ａ−２）は本発明の実施形態に係るスクロール型圧縮機の動作を示す説明図であり、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は比較例のスクロール型圧縮機の動作を示す説明図である。 本発明の他の実施形態の要部を示す一部拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態の要部を示す一部拡大図である。 比較例のスクロール型圧縮機の縦断面図である。

以下、本発明によるスクロール型圧縮機１０の実施形態を図１に基づいて説明する。
スクロール型圧縮機１０は、フローティングブッシュ３２を設けることによる調心性を向上し、クランク軸１４の傾きが大きくなるのを許容する。以下、スクロール型圧縮機１０の構成、動作及び効果の順に説明する。

［スクロール型圧縮機１０の構成］
図１に示すように、本実施形態によるスクロール型圧縮機１０は、フロントハウジング１１とリアハウジング１２とを備え、フロントハウジング１１とリアハウジング１２とが一体的に締め付け固定されることでハウジング１３を構成する。

フロントハウジング１１の内部には、メイン軸受１５及びサブ軸受１６を介してクランク軸（回転軸）１４がその回転軸線Ｌの回りに回転自在に支持されている。なお、メイン軸受１５は、ニードル軸受(針状ころ軸受)により構成されている。
クランク軸１４の一端側（図１において左側）は小径軸部１４Ａとされ、この小径軸部１４Ａは、フロントハウジング１１を貫通して一端側に突出している。小径軸部１４Ａの突出部には、電磁クラッチＭが装着され、フロントハウジング１１の一端側の小径ボス部１１Ａの外周面に軸受１７を介して回転自在に設けられているプーリー１８との間で動力が断続されるようになっている。プーリー１８には、図示していないエンジン等の外部駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されることとなる。なお、メイン軸受１５とサブ軸受１６との間には、リップシールからなるメカニカルシール１９が設けられており、これによってハウジング１３内と大気との間を気密にシールしている。

一方、クランク軸１４の他端側（図１において右側）には、大径軸部１４Ｂが設けられており、この大径軸部１４Ｂには、クランク軸１４の回転軸線Ｌよりも所定寸法だけ偏心する偏心ピン１４Ｃが一体に設けられている。そして、これらクランク軸１４の大径軸部１４Ｂ及び小径軸部１４Ａが、それぞれメイン軸受１５及びサブ軸受１６を介してフロントハウジング１１に回転自在に支持されることとなる。また、偏心ピン１４Ｃには、バランスブッシュ２０及びドライブ軸受２１を介して、旋回スクロール２２が連結されており、クランク軸１４が回転されることにより、旋回スクロール２２が旋回駆動されるようになっている。

バランスブッシュ２０には、旋回スクロール２２が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト２０Ａが形成されており、旋回スクロール２２の旋回駆動とともに旋回されるようになっている。

ハウジング１３の内部には、スクロール圧縮機構２３を構成する一対の固定スクロール２４と旋回スクロール２２が組み込まれている。
固定スクロール２４は、固定端板２４Ａと、この固定端板２４Ａから立設された渦巻き状のラップ２４Ｂとを備えており、一方、旋回スクロール２２は、旋回端板２２Ａと、この旋回端板２２Ａから立設された渦巻き状のラップ２２Ｂとを備えている。

固定スクロール２４及び旋回スクロール２２は、図１に示すように、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、ラップ２４Ｂ，２２Ｂ同士が１８０度位相をずらせて噛み合わせた状態で組み込まれる。これによって、両スクロール部材２４，２２間には、端板２４Ａ，２２Ａとラップ２４Ｂ，２２Ｂとにより仕切られた一対の圧縮室Ｃがスクロールの中心に対して対称に形成されることとなる。

固定スクロール２４は、ボルト２５を介してリアハウジング１２の内面に固定されている。旋回スクロール２２は、旋回端板２２Ａの背面に設けられているボス部２６に、クランク軸１４の一端側に設けられている偏心ピン１４Ｃが、バランスブッシュ２０及びドライブ軸受２１を介して嵌め込まれることによりクランク軸１４に連結されている。
また、旋回スクロール２２は、フロントハウジング１１に形成されているスラスト受け面１１Ｂに旋回端板２２Ａの背面が支持されており、このスラスト受け面１１Ｂと旋回スクロール２２の背面との間に介装される自転阻止用ピンリング機構２７により、旋回スクロール２２は、自転を阻止されながら固定スクロール２４に対して公転旋回駆動されるように構成されている。

この自転阻止用ピンリング機構２７は、ピン２７Ａとリング２７Ｂとを備えており、旋回スクロール２２の固定端板２４Ａの背面又はスラスト受け面１１Ｂの一方にピン２７Ａを立てるピン穴１１Ｃが、他方にリング２７Ｂを嵌合するリング穴２２Ｃが設けられている。本実施形態では、スラスト受け面１１Ｂにピン２７Ａを立てるピン穴１１Ｃが設けられ、旋回スクロール２２にリング２７Ｂを嵌めるリング穴２２Ｃが設けられている。
なお、これらピン穴１１Ｃ及びリング穴２２Ｃは、周方向に複数箇所、一般的には３箇所又は４箇所（本実施形態では４箇所）設けられている。

さらに、固定スクロール２４の固定端板２４Ａの中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート２４Ｃが開口されており、この吐出ポート２４Ｃには、固定端板２４Ａにリテーナ２８を介して取り付けられる吐出リード弁（図示せず）が設けられている。また、固定スクロール２４の固定端板２４Ａの背面には、リアハウジング１２の内面に密接されるようＯリング等のシール部材（図示せず）が設置され、リアハウジング１２との間でハウジング１３の内部の密閉空間から区画された吐出チャンバ２９が形成されている。これにより、吐出チャンバ２９を除くハウジング１３の内部空間が、吸入チャンバ３０として機能するようになっている。

吸入チャンバ３０には、フロントハウジング１１に設けられている吸入口（図示せず）を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバ３０を経て固定スクロール２４と旋回スクロール２２間に形成される圧縮室Ｃに冷媒ガスが吸い込まれるようになる。
なお、フロントハウジング１１とリアハウジング１２との間の接合面には、Ｏリング等のシール部材３１が設置され、ハウジング１３内の吸入チャンバ３０を大気から気密にシールしている。

さて、図１及び図２に示すように、本実施形態においては、クランク軸１４の大径軸部１４Ｂとメイン軸受１５の間に円筒環からなるフローティングブッシュ３２が配置されている。
フローティングブッシュ３２は、クランク軸１４の大径軸部１４Ｂに嵌挿されており、平坦な内周面（径径方向の内側））が、大径軸部１４Ｂの外周面３３と対向し、平坦な外周面（径方向の外側）が、メイン軸受１５の内周面と対向する。フローティングブッシュ３２は、内周面が外周面３３と微小な隙間を隔てるが、外周面はメイン軸受１５と当接する。したがって、フローティングブッシュ３２は、クランク軸１４の大径軸部１４Ｂ及びメイン軸受１５の双方に対して、回転軸線Ｌを中心に回転可能である。

メイン軸受１５は、複数の円柱状の転動体１５Ａと、転動体１５Ａを回転可能に保持する円環状の保持器１５Ｂと、転動体１５Ａより外側に配置する円環状の外輪１５Ｃとを備えるニードル軸受からなる。

フローティングブッシュ３２は、スクロール型圧縮機１０の運転中には、クランク軸１４、つまり大径軸部１４Ｂの回転に連れ回って回転する。しかし、スクロール型圧縮機１０が運転を開始するときには、フローティングブッシュ３２は慣性により大径軸部１４Ｂより微小時間だけ遅れて回転を始める。また、大径軸部１４Ｂの回転が停止すると、慣性により微小量だけ回転してから停止する。こうして、フローティングブッシュ３２は、スクロール型圧縮機１０が運転と停止を繰り返すたびに、大径軸部１４Ｂに対する回転方向の相対的な位置が微小量ずつ移動する。

大径軸部１４Ｂは、フローティングブッシュ３２が回転軸線Ｌの方向に位置ずれするのを防止する一対の支持壁３６，３７を備える。支持壁３６は、回転軸線Ｌの方向の一端側において外周面３３から立設し、支持壁３７は、回転軸線Ｌの方向の他端側において外周面から立ち上がる。支持壁３６は、大径軸部１４Ｂと一体に形成されるが、支持壁３７は、大径軸部１４Ｂに設けられた保持溝３３Ａに挿入されることで外周面３３から立設する。
支持壁３６，３７は、いずれも周方向に連なっているが、フローティングブッシュ３２の位置ずれを防止することができるのであれば、周方向に断続的に設けてもよい。

大径軸部１４Ｂの外周面３３は、図２に示すように、その輪郭が中高（なかだか）とされるクラウニング３４をなしている。このクラウニング３４からなる外周面３３は、曲率半径がＲの円弧形状をなしており、回転軸線Ｌの方向の両端に向けて、連続的に径が小さくなる領域を有する。また、クラウニング３４は、大径軸部１４Ｂの周方向に連なっている。円弧形状からなるクラウニング３４は加工が容易である。
クラウニング３４が形成された外周面３３と大径軸部１４Ｂと一体に形成された支持壁３６の境界部分には、逃げ溝３５が形成されている。逃げ溝３５は、周方向に連なって形成されており、開口形状が円弧状とされている。

大径軸部１４Ｂはその輪郭が中高（なかだか）とされるクラウニング３４をなしている。このクラウニング３４は、回転軸線Ｌの方向の両端に向けて、連続的に径が小さくなる領域を有する。また、円弧形状からなるクラウニング３４は加工が容易である。クラウニング３４が形成された大径軸部１４Ｂと一体に形成された支持壁３６部分には、逃げ溝３５は、周方向に連なって形成されており、開口形状が円弧状とされている。
［スクロール型圧縮機１０の動作］
以上のように構成されたスクロール型圧縮機１０は、以下のように動作する。
外部駆動源からプーリー１８に伝達された回転駆動力を、電磁クラッチＭを介してクランク軸１４に伝達し、クランク軸１４を回転させる。すると、クランク軸１４の偏心ピン１４Ｃにバランスブッシュ２０及びドライブ軸受２１を介して連結されている旋回スクロール２２が、自転阻止用ピンリング機構２７により自転を阻止されながら、固定スクロール２４に対して公転旋回駆動される。

そして、この旋回スクロール２２の公転旋回駆動により、半径方向最外方に形成される圧縮室Ｃ内に、吸入チャンバ３０内の冷媒ガスが吸い込まれる。圧縮室Ｃは、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が周方向及びラップ高さ方向に減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、圧縮室Ｃが吐出ポート２４Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁が押し開かれて圧縮されたガスは吐出チャンバ２９内に吐き出され、この圧縮冷媒ガスは、リアハウジング１２に設けられている吐出口（図示せず）を経て圧縮機外へと吐出される。

［スクロール型圧縮機１０の効果］
次に、スクロール型圧縮機１０が奏する効果を説明する。
本実施形態によるスクロール型圧縮機１０によれば、フローティングブッシュ３２を備えているので、クランク軸１４が芯ずれを起こして回転軸線Ｌから傾いたとしても、この傾きを吸収できる。しかも、本実施形態は、大径軸部１４Ｂの外周面３３に中高なクラウニング３４が形成されているので、クランク軸１４の傾きが大きくても吸収できる調心性を備える。
以下、図６、図３（ｂ−１）に示される外周面３３が回転軸線Ｌと平行かつ平坦なスクロール型圧縮機５０（以下、比較例）と対比して、本実施形態の大きな傾き吸収について説明する。
比較例は、フローティングブッシュ３２を備えているので、図３（ｂ−２）に示すように、クランク軸１４（大径軸部１４Ｂ）が傾いていても、大径軸部１４Ｂの傾きを所定の角度までは吸収できる。しかし、大径軸部１４Ｂの傾きが全くなくなるわけではないので、フローティングブッシュ３２の傾きが所定の角度以上になると、大径軸部１４Ｂがフローティングブッシュ３２に接触し、フローティングブッシュ３２をメイン軸受１５の転動体１５Ａに押し付ける。こうしてエッジロードが発生する。

一方、本実施形態によるスクロール型圧縮機１０は、図３（ａ−１）に示すように、大径軸部１４Ｂの外周面３３にクラウニング３４が形成されており、回転軸線Ｌの両端に向けて径が小さくなるように傾斜している。これにより、図３（ａ−２）に示すように、大径軸部１４Ｂの傾きを吸収できる角度が大きくなる。具体的には、比較例における所定の角度αに加えて、クラウニング３４の傾斜の角度βの分だけ大きく大径軸部１４Ｂが傾くのを許容する。
このように、大径軸部１４Ｂの外周面３３を中高な輪郭にすることにより、フローティングブッシュ３２によるエッジロードの緩和をより向上させ、メイン軸受１５の長寿命化を図ることができる。

また、クラウニング３４を設けることにより、大径軸部１４Ｂとフローティングブッシュ３２の間により多くの潤滑油を保持することができる。
つまり、図３（ａ−１）に示すように、クランク軸１４とフローティングブッシュ３２の間の隙間が、回転軸線Ｌの両端に向けて大きくなり、隙間が大きくなった分だけ、クランク軸１４とフローティングブッシュ３２の間の空間容積が大きくなる。これにより、クランク軸１４とフローティングブッシュ３２の間に、より多くの潤滑油を保持することができる。
しかも、本実施形態は、外周面３３と外周面３３との境界部に、図２に示すように、逃げ溝３５が形成されていることにより、より多くの潤滑油を保持することができる。
したがって、本実施形態によれば、潤滑油によるダンピング効果を大きく得ることができるので、クランク軸１４の回転による騒音や振動を更に低減することができる。

また、本実施形態は、応力の集中しやすい支持壁３６と外周面３３の境界部に逃げ溝３５が形成されている。この逃げ溝３５は、開口形状が円弧状をなしている。したがって、フローティングブッシュ３２から支持壁３６が回転軸線Ｌの方向に力を受けたとしても、境界部が破損するのを防止できる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

本実施形態では、外周面３３にクラウニング３４のみが形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、外周面３３の回転軸線Ｌの中央に回転軸線Ｌと平行な平坦面３８を備えていてもよい。この平坦面３８は、両端に向けて輪郭が円弧状をなすクラウニング３４，３４と連なる。このクラウニング３４，３４は、回転軸線Ｌの方向の両端に向けて連続的に径が小さくなる傾斜面を構成する。
平坦面３８を有することにより、クランク軸１４に傾きがなければ、大径軸部１４Ｂとフローティングブッシュ３２は線接触するので、大径軸部１４Ｂとフローティングブッシュ３２の接触剛性が向上して、騒音や振動を低減することができる。
一方、クランク軸１４に傾きがあれば、平坦面３８の両端に設けられるクラウニング３４，３４によりクランク軸１４の傾きが吸収されるので、メイン軸受１５に作用するエッジロードを緩和させることができる。

また、本実施形態では、クラウニング３４が円弧形状に形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、クラウニング３４が、回転軸線Ｌの両端から中央に近づくにつれて、曲率半径Ｒが大きくなる滑らかな曲線、つまり、対数曲線で形成されていてもよい。この対数曲線は、前記中央を境に、対称に形成することができる。
これにより、クランク軸１４が傾いたときに、クラウニング３４の外周面が円弧形状の場合と比べて、クランク軸１４とフローティングブッシュ３２の接触面積を増やすことができるので、クランク軸１４とフローティングブッシュ３２の接触面圧の増大を防止することができる。
なお、上述した平坦面３８と両端のクラウニング３４，３４を有する外周面３３について、クラウニング３４，３４の部分を対数曲線にすることができる。

さらに、本実施形態では、大径軸部１４Ｂの外周面３３にクラウニング３４が形成されているが、本発明は、これに限定されず、図５（ａ）に示すように、フローティングブッシュ３２の内周面を中高な、例えばクラウニング３９で形成できる。

本実施形態では、支持壁３６を大径軸部１４Ｂと一体的に設けているが、本発明はこれに限定されず、図５（ｂ）に示すように、両端端に大径軸部１４Ｂと別体の支持壁３７，３７を設けてもよい。

さらに、本実施形態では、応力緩和構造として、逃げ溝３５の例を示したが、本発明はこれに限定されず、支持壁３６と外周面３３の境界をＲ形状で繋いでもよい。

１０ スクロール型圧縮機
１１ フロントハウジング
１１Ａ 小径ボス部
１１Ｂ スラスト受け面
１１Ｃ ピン穴
１２ リアハウジング
１３ ハウジング
１４ クランク軸
１４Ａ 小径軸部
１４Ｂ 大径軸部
１４Ｃ 偏心ピン
１５ メイン軸受
１６ サブ軸受
１７ 軸受
１８ プーリー
２０ バランスブッシュ
２０Ａ バランスウェイト
２１ ドライブ軸受
２２ 旋回スクロール
２２Ａ 旋回端板
２２Ｂ ラップ
２２Ｃ リング穴
２３ スクロール圧縮機構
２４ 固定スクロール
２４Ａ 固定端板
２４Ｂ ラップ
２４Ｃ 吐出ポート
２５ ボルト
２６ ボス部
２７ 自転阻止用ピンリング機構
２７Ａ ピン
２７Ｂ リング
２８ リテーナ
２９ 吐出チャンバチャンバ
３０ 吸入チャンバチャンバ
３１ シール部材
３２ フローティングブッシュ
３３ 外周面
３４ クラウニング
３５ 逃げ溝
３６，３７ 支持壁
３８ 平坦面
３９ クラウニング
Ｃ 圧縮室
Ｌ 回転軸線
Ｍ 電磁クラッチ

Claims (7)

1. 固定スクロールと、
   前記固定スクロールと噛み合う旋回スクロールと、
   動力を伝達して前記旋回スクロールを旋回させる回転軸と、
   前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記回転軸と前記軸受の間に配置される、回転可能な円筒環と、を備え、
   前記円筒環の内周面及び前記円筒環が配置される前記回転軸の外周面の一方又は双方が中高である、
   ことを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記円筒環の内周面及び前記回転軸の外周面の一方又は双方は、
   その回転軸線の方向の両端に向けて、連続的に径が小さくなる領域を有する、
   請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 前記連続的に径が小さくなる領域の輪郭が円弧からなる、
   請求項２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記連続的に径が小さくなる領域の輪郭が対数曲線からなる、
   請求項２に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記円筒環の内周面及び前記回転軸の外周面の一方又は双方は、
   前記回転軸線の方向の中央に設けられる、前記回転軸線の方向と平行な平坦面と、
   前記平坦面と連なり、前記回転軸線の方向の両端に向けて連続的に径が小さくなる傾斜面と、を備える、
   請求項２〜請求項４の何れか一項に記載のスクロール型圧縮機。
6. 前記回転軸は、
   前記円筒環の前記回転軸線方向の両端に、前記円筒環が前記回転軸線の方向に位置ずれするのを防止する、支持壁を有し、
   前記回転軸と一体に形成される前記支持壁と前記回転軸の前記外周面の境界部分に、応力緩和構造が設けられる、
   請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のスクロール型圧縮機。
7. 前記応力緩和構造は、
   周方向に連なる逃げ溝からなる、
   請求項６に記載のスクロール型圧縮機。

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