JP4865417B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機は、ハウジング内に固定スクロールと旋回スクロールとがかみ合わされ、複数の圧縮室が形成され、旋回スクロールを公転旋回駆動させて圧縮室を外周位置からその容積を減少させながら中心位置へと移動させることによって流体を圧縮するように構成されている。
旋回スクロールを固定スクロールに対して公転旋回駆動させるために、ハウジング内にクランクシャフトがその軸線回りに回転自在に設けられている。このクランクシャフトの一端部には大径軸部が設けられ、さらに大径軸部には旋回スクロールにドライブブッシュ等を介して連結され、旋回スクロール部材を所定の旋回半径で旋回駆動する偏心ピンが設けられている。クランクシャフトは、大径軸部がハウジングに、例えば、特許文献１に示される玉軸受で構成される主軸受を介して支持されることにより、軸線回りに回転自在に支承されている。
クランクシャフトの他端側には、ハウジング内と外部とをシールするシール部材が設けられている。

例えば、冷凍サイクルで用いられるスクロール圧縮機では、吸入される冷媒を内輪と外輪との間に導入し、それに含有される潤滑油によって潤滑が行われるものがある。
玉軸受の場合、点接触であるので、支持する荷重に対応して比較的大きな構造となるため、この冷媒の導入が十分に行える隙間を確保できる。その一方で、ハウジングが大型となる問題がある。
この種スクロール圧縮機では、据付け上の関係で、可能な限りの小型化、軽量化が求められるため、主軸受として例えば、特許文献２に示されるような外輪付き針状ころ軸受を用いてハウジングを小さくするものが提案されている。
外輪付き針状ころ軸受を用いると冷媒の導入が不十分となり、潤滑が十分に行えなくなる恐れがある。
そのため、特許文献２に示されるものは、外輪の軸線方向端部の形状を工夫して冷媒が導入される隙間を確保している。

特許第２８６８９９８号公報 特開２０００−２２５０号公報

しかしながら、特許文献２に示されるものは、特殊な形状をした外輪付き針状ころ軸受を用いる必要があるので、製造コストが増加するという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、汎用の外輪付き針状ころ軸受を用いて安価に製造でき、ハウジングの小型化、軽量化を実現できるスクロール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圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に固定支持された固定スクロールおよび該固定スクロールとかみ合わされ、複数の圧縮室を形成して公転旋回運動を行う旋回スクロールを有する圧縮機構と、一端部に前記旋回スクロールを公転旋回させる偏心部材を有する大径軸部が設けられ、該大径軸部が前記ハウジングに外輪付き針状ころ軸受を介して回転自在に支持されるクランクシャフトと、該クランクシャフトの他端側に配置され、前記ハウジング内と外部とをシールするシール部材と、前記旋回スクロールと前記大径軸部との間に設けられ、潤滑油を含有した流体が吸入されるクランク室と、を備えているスクロール圧縮機であって、前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置が、前記外輪の一端側の端部位置よりも他端側に位置しており、前記外輪の一端にて内側に向かって略直角に折曲した第１鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることを特徴とする。

このように、大径軸部の外周面における一端側の端部位置が、外輪の一端側の端部位置よりも他端側に位置させているので、大径軸部の外周面における一端側と外輪の一端側の端部との間に隙間が形成されることになる。
クランク室に導入された潤滑油を含有した流体が、この隙間を通って外輪付き針状ころ軸受内に導入されるので、外輪付き針状ころ軸受を流体で冷却するとともに潤滑油で潤滑することができる。
このように、大径軸部の外周面における一端側の端部位置を所定にすることによって流体を導入する隙間を確保するようにしているので、外輪付き針状ころ軸受は汎用のもので済む分安価に製造することができる。
また、外輪付き針状ころ軸受を用いているので、ハウジングの小型化、軽量化を実現することができる。

また、上記発明では、前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置が、前記外輪の他端側の端部位置よりも一端側に位置しており、前記外輪の他端にて内側に向かって略直角に折曲した第２鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることが好適である。
このようにすると、潤滑油を含有した流体が大径軸部の外周面における他端側と外輪の他端側の端部との間に形成される隙間を通ってシール部材に供給されるので、シール部材の冷却および潤滑を一層確実に行うことができる。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に固定支持された固定スクロールおよび該固定スクロールとかみ合わされ、複数の圧縮室を形成して公転旋回運動を行う旋回スクロールを有する圧縮機構と、一端部に前記旋回スクロールを公転旋回させる偏心部材を有する大径軸部が設けられ、該大径軸部が前記ハウジングに外輪付き針状ころ軸受を介して回転自在に支持されるクランクシャフトと、該クランクシャフトの他端側に配置され、前記ハウジング内と外部とをシールするシール部材と、前記旋回ロールと前記大径軸部との間に設けられ、潤滑油を含有した流体が吸入されるクランク室と、を備えているスクロール圧縮機であって、前記大径軸部の外周面における軸線方向の寸法が、前記外輪の軸線方向の寸法よりも短くされており、前記外輪の一端にて内側に向かって略直角に折曲した第１鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられ、前記外輪の他端にて内側に向かって略直角に折曲した第２鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることを特徴とする。

このように、大径軸部の外周面における軸線方向の寸法が、外輪の軸線方向の寸法よりも短くされているので、少なくとも大径軸部の外周面における一端側と外輪の一端側の端部との間に隙間が形成されることになる。
クランク室に導入された潤滑油を含有した流体が、この隙間を通って外輪付き針状ころ軸受内に導入されるので、外輪付き針状ころ軸受を流体で冷却するとともに潤滑油で潤滑することができる。
このように、大径軸部の外周面における軸線方向の寸法を所定にすることによって流体を導入する隙間を確保するようにしているので、外輪付き針状ころ軸受は汎用のもので済む分安価に製造することができる。
また、外輪付き針状ころ軸受を用いているので、ハウジングの小型化、軽量化を実現することができる。
また、寸法によっては大径軸部の外周面における他端側と外輪の他端側の端部との間に隙間を形成することができるので、隙間を通った潤滑油を含有した流体によってシール部材の冷却および潤滑を一層確実に行うことができる。

また、上記発明では、前記大径軸部の一端部には、前記外周面から一端部に向けて切り欠かれた切欠部が備えられていることが好適である。
このようにすると、外輪との間の隙間を確保した上で大径軸部の軸方向長さを確保することができる。

本発明によれば、大径軸部の一端部位置あるいは軸線方向長さを所定とすることによって大径軸部の外周面における一端側と外輪の一端側の端部との間に流体を導入できる隙間を確保しているので、外輪付き針状ころ軸受は汎用のもので済む分安価に製造することができる。
また、外輪付き針状ころ軸受を用いているので、ハウジングの小型化、軽量化を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１から図２を参照して説明する。本実施形態にかかるスクロール圧縮機１は、例えば、空調装置の冷媒ガス（流体）の圧縮に用いられる。
図１は、本実施形態にかかるスクロール圧縮機１の構成を説明する断面図である。図２は、大径軸部分の一部を破断して示す断面図である。
スクロール圧縮機１には、ハウジング３と、スクロール圧縮機構（圧縮機構）５と、自転阻止部７と、クランクシャフト９と、が備えられている。

ハウジング３は、図１に示されるように、内部にスクロール圧縮機構５などが配置される密封容器である。
ハウジング３には、後（図１の上側）部を構成するリアケース１１と、前（図１の下側）部を構成するフロントケース１３と、が備えられている。
リアケース１１は、中空の略ドーム型をしており、アルミ合金製で鋳造によって成形されている。
フロントケース１３は、中空の円筒と円錐台が結合した形状をしており、アルミ合金製で鋳造によって成形されている。
リアケース１１およびフロントケース１３は、ボルト１５で締結されることによって結合され、内部に密閉空間（吸入空間）Ｍが形成されている。

スクロール圧縮機構５には、固定スクロール１７と、旋回スクロール１９とが備えられている。
固定スクロール１７は、固定端板２１とその前面に立設された渦巻き状をした固定渦巻体２３とを備えている。
固定端板２１の後側には、中央部に前側に凹んだ凹部２５と、凹部２５の回りを円環状に囲繞する後端面２７とが形成されている。

後端面２７は、リアケース１１の前面に円環状に設けられた端面２９と突き合わされ、複数箇所をボルト３１によって接合されることによって、固定スクロール１７はリアケース１１に固定して取り付けられる。
この時、外周側全長においてリアケース１１と固定スクロール１７とはＯリング等のシール３３によって密閉空間Ｍから封止されているので、リアケース１１の中空部と固定端板２１の凹部２５とで吐出室３５が形成される。
固定端板２１の凹部２５の略中央部には、圧縮された流体の吐出ポート３７が形成されている。この吐出ポート３７は、固定端板２１の後面に取り付けられた図示しない吐出弁によって開閉され、吐出室３５に圧縮された流体を吐出する。

フロントケース１３の円筒部の前端部には、吸入ボス部３９が備えられている。
吸入ボス部３９には、密閉空間Ｍと連通し、外部から密閉空間Ｍへ冷媒ガス（流体）を導入する吸入口部４１が掘削されている。

旋回スクロール１９には、旋回端板４３と、その後面に立設された渦巻き状の旋回渦巻体４５とが備えられている。
旋回スクロール１９は、旋回渦巻体４５が固定渦巻体２３と噛合うように設置されている。
固定スクロール１７と旋回スクロール１９とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、かつ、１８０度の位相差をもって噛み合わされることにより、固定渦巻体２３と旋回渦巻体４５の中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密閉空間となる圧縮室Ｐが形成される。
旋回端板４５の前面中央（図１における下側の面中央）には、中空円筒状の旋回ボス４７が前方に突出するように設けられている。

旋回スクロール１９は、フロントケース１３に、固定スクロール１７に対して公転旋回運動できるように支持されている。
自転阻止部７には、複数のリング４９と、複数のピン５１とが備えられている。
各リング４９は、旋回端板４３の前側端面の外周側で、かつ、旋回スクロール１９の中心から所定半径の円周上に略等間隔を空けて設けられた複数個のリング穴５３に、それぞれ圧入もしくは遊嵌されている。

ピン５１は、リング４９と同数備えられ、各ピン５１はフロントケース１３の円錐台部の後側端面に、対応するリング４９内に突出するように挿嵌されている。
旋回スクロール１９は、ピン５１がリング４９内に遊挿されることでフロントケース１３と係合し、公転旋回するときの自転が防止されるようになっている。このときピン５１は、リング４９の内周面に沿って旋回スクロール１９の公転方向と同一方向に回転するようになっている。
なお、自転阻止部７としては、例えば、公知のオルダムリングを用いてもよい。

クランクシャフト９は、前後に延在するように配置され、後側に備えられる大径軸部５５の外周面５７が大径軸部ニードルベアリング（外輪付き針状ころ軸受）５９を介してフロントケース１３に回転可能に支持されている。
大径軸部ニードルベアリング５９は、図２に示されるように、外輪６１と、保持器６３と、複数の針状ころ６５とで構成されている。
外輪６１は、略中空円筒形状をし、クランクシャフト９の軸線方向Ｊにおける両端部にそれぞれ内側に向かって略直角に折曲した後部鍔部６７および前部鍔部６９が形成されている。
保持器６３は、複数の針状ころ６５を周方向に略等間隔で保持し、外輪６１の内側に取り付けられている。

大径軸部ニードルベアリング５９は、フロントケース１３の円錐部の軸線方向Ｊ略中間部に設けられた凹部７１に緊密に嵌合されることによって保持される。
大径軸部５５の軸線方向Ｊの両端部は小さな面取りが施されている。この面取りの内側部分が外周面５７を構成することになる。
外周面５７の後端位置（一端側の端部位置）Ａは、後部鍔部６７の先端位置（一端側の端部位置）Ｃよりも前（他端）側に位置させられている。
また、外周面５７の前端位置（他端側の端部位置）Ｂは、前部鍔部６９の先端位置（他端側の端部位置）Ｄよりも後（一端）側に位置させられている。

また、外周面５７の軸線方向Ｊ長さＬ１は、外輪６１の軸線方向Ｊ長さＬ２よりも短くなるように構成されている。
外周面５７および外輪６１の軸線方向Ｊ中間位置を略揃えるようにしているので、前後にそれぞれ上述の隙間が設けられることになる。
外周面５７の前端位置Ｂと前部鍔部６９の先端位置Ｄとの隙間はリップシール７５の潤滑のために設けるものであり、別途潤滑手段を設けてリップシール７５の潤滑を要しない場合には、この隙間を設けないようにしてもよい。
なお、外周面５７の軸線方向Ｊ長さＬ１は、針状ころ６５に偏った荷重がかからないように、針状ころ６５の長さよりも長くなるように形成されている。

クランクシャフト９の前端は、フロントケース１３よりも前方に突出しており、フロントケース１３の前端部に備えられた玉軸受７３によって回転可能に取り付けられている。
クランクシャフト９の玉軸受７３の後側は、メカニカルシールで形成されるリップシール（シール部材）７５によって密閉空間Ｍと外部との間がシールされている。
フロントケース１３から突出したクランクシャフト９の前端部は、図示しないエンジンあるいはモータ等の駆動手段によって回転されるように構成されている。

フロントケース１３の円錐部の後側中心部には、旋回ボス４７が余裕を持って嵌合されるクランク室８１が設けられている。
大径軸部ニードルベアリング５９および大径軸部５５の後側端部はクランク室８１に面している。
クランクシャフト９の大径軸部５５の後側には、軸線中心が偏心した偏心軸（偏心部材）８３が旋回ボス４７の中空部内に位置するように備えられている。
偏心軸８３の回りにはカウンタウエイト８５が備えられている。カウンタウエイト８５は、偏心軸８３の回りを覆い、前端部が偏心軸８３の偏心方向（図１における左方向）と反対方向（図１における右方向）に延びるようにクランク室８１内に配置され、大径軸部５５に固定して取り付けられている。

旋回ボス４７内に位置する円筒状のカウンタウエイト８５の回りを覆うように偏心ブッシュ８７が、ニードルベアリング８９を介して旋回ボス４７の中空部に回転自在に嵌合されている。
偏心ブッシュ８７の軸線中心は、クランクシャフト９の軸線中心に対して偏心されている。
偏心ブッシュ８７は、クランクシャフト９の回転駆動力を旋回スクロール１９に伝達し、旋回スクロール１９を公転旋回駆動する機能を奏する。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１の圧縮動作について説明する。
図示しないエンジンや電動モータ等からの回転駆動力がクランクシャフト９に伝達され、この回転駆動力が偏心軸８３、カウンタウエイト８５、偏心ブッシュ８７、および旋回ボス４７を介してスクロール圧縮機構５の旋回スクロール１９に伝達される。
旋回スクロール１９は、自転阻止部７によって自転を阻止され、公転旋回半径を半径とする円軌道上で公転旋回運動を行うように駆動される。

旋回スクロール１９が公転旋回駆動されると、冷媒ガスが吸入口部４１を介してハウジング３の密閉空間Ｍに入り、スクロール圧縮機構５の圧縮室Ｐに吸入される。
このとき、冷媒ガスに伴って冷媒ガスに含有される潤滑油が圧縮室Ｐに導入されるので、スクロール圧縮機構５は潤滑される。
そして、旋回スクロール１９の公転旋回運動によって圧縮室Ｐの容積が減少するのに伴い冷媒ガスが圧縮されながら中央部の圧縮室Ｐに至る。
中央部の圧縮室Ｐに至った圧縮された冷媒ガスは、吐出ポート３７から吐出室３５に吐出される。
吐出室３５に吐出された圧縮された冷媒ガスは、図示しない吐出孔部を通って放熱器へ供給される。

このとき、カウンタウエイト８５は、クランクシャフト９の偏心軸８３により旋回スクロール１９の公転旋回運動とは位相が略１８０度ずれた状態で回転される。そのため、旋回スクロール１９に働く遠心力はカウンタウエイト８５により打ち消され、動的アンバランスは軽減される。
また、旋回スクロール１９は公転旋回運動するのに対してカウンタウエイト８５は回転運動するので、クランク室８１内に配置されたカウンタウエイト８５の先端はクランク室８１内を相対的に回転移動する。

次に、クランクシャフト９に関連する潤滑動作について説明する。
密閉空間Ｍ内に吸い込まれた低温低圧の冷媒ガスは、密閉空間Ｍを構成するクランク室８１内に流入する。
クランク室８１に流入した潤滑油を含有した冷媒ガスは、外周面５７の後端位置Ａと後部鍔部６７の先端位置Ｃとの間の隙間を通って、大径軸部ニードルベアリング５９に導入される。
大径軸部ニードルベアリング５９は、この冷媒ガスおよび潤滑油によって冷却されるとともに潤滑されるので、密閉空間Ｍ内の温度が均一化されるし、潤滑性を向上させることができる。

大径軸部ニードルベアリング５９に導入された冷媒ガスは、外周面５７の前端位置Ｂと前部鍔部６９の先端位置Ｄとの隙間を通ってリップシール７５に至り、リップシール７５を冷却し、潤滑する。
このように、大径軸部５５の外周面５７の後端位置Ａを後部鍔部６７の先端位置Ｃよりも前側に位置させることによって大径軸部ニードルベアリング５９に冷媒ガスを導入する隙間を確保し、外周面５７の前端位置Ｂを前部鍔部６９の先端位置Ｄよりも後側とすることによってリップシール７５へ冷媒ガスを導入する隙間を確保するようにしているので、大径軸部ニードルベアリング５９は汎用のもので済む分安価に製造することができる。

一方、クランク室８１に導入された冷媒は、ニードルベアリング８９に導入され、ニードルベアリング８９等の冷却・潤滑に用いられる。
また、大径軸部ニードルベアリング５９を用いているので、フロントケース１３を必要以上に大型化することが必要でかくなり、ハウジングの小型化、軽量化を実現することができる。

なお、本実施形態では、大径軸部５５の前後端に小さな面取りを施しているが、図４に示されるような周方向に連続した矩形状断面の大きな切欠部７７あるいは図５に示されるような三角形状断面の大きな切欠部７７を設けるようにしてもよい。
また、切欠部７７の断面形状はこれに限らず任意の形状でよい。さらに、周方向に不連続であってもよい。
このようにすると、大径軸部ニードルベアリング５９の外輪６１との間の隙間を確保した上で大径軸部５５の軸線方向Ｊの長さを大きくすることができる。

本発明の一実施形態にかかるスクロール圧縮機の全体概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる大径軸部ニードルベアリングと大径軸部との関係を示す部分断面図である。 図２と同様な部分を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態にかかる大径軸部の別の実施形態を示す図２と同様な部分断面図である。 本発明の一実施形態にかかる大径軸部のさらに別の実施形態を示す図２と同様な部分断面図である。

符号の説明

１ スクロール圧縮機
３ ハウジング
５ スクロール圧縮機構
９ クランクシャフト
１７ 固定スクロール
１９ 旋回スクロール
５５ 大径軸部
５７ 外周面
５９ 大径軸部ニードルベアリング
７５ リップシール
７７ 切欠部
８１ クランク室
８３ 偏心軸
Ａ 後端位置
Ｂ 前端位置
Ｃ 先端位置
Ｄ 先端位置
Ｍ 密閉空間
Ｐ 圧縮室

Claims (5)

1. ハウジングと、
   ハウジング内に固定支持された固定スクロールおよび該固定スクロールとかみ合わされ、複数の圧縮室を形成して公転旋回運動を行う旋回スクロールを有する圧縮機構と、
   一端部に前記旋回スクロールを公転旋回させる偏心部材を有する大径軸部が設けられ、該大径軸部が前記ハウジングに外輪付き針状ころ軸受を介して回転自在に支持されるクランクシャフトと、
   該クランクシャフトの他端側に配置され、前記ハウジング内と外部とをシールするシール部材と、
   前記旋回スクロールと前記大径軸部との間に設けられ、潤滑油を含有した流体が吸入されるクランク室と、を備えているスクロール圧縮機であって、
   前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置が、前記外輪の一端側の端部位置よりも他端側に位置しており、
   前記外輪の一端にて内側に向かって略直角に折曲した第１鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置が、前記外輪の他端側の端部位置よりも一端側に位置しており、
   前記外輪の他端にて内側に向かって略直角に折曲した第２鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることを特徴とする請求項１に記載されたスクロール圧縮機。
3. ハウジングと、
   ハウジング内に固定支持された固定スクロールおよび該固定スクロールとかみ合わされ、複数の圧縮室を形成して公転旋回運動を行う旋回スクロールを有する圧縮機構と、
   一端部に前記旋回スクロールを公転旋回させる偏心部材を有する大径軸部が設けられ、該大径軸部が前記ハウジングに外輪付き針状ころ軸受を介して回転自在に支持されるクランクシャフトと、
   該クランクシャフトの他端側に配置され、前記ハウジング内と外部とをシールするシール部材と、
   前記旋回ロールと前記大径軸部との間に設けられ、潤滑油を含有した流体が吸入されるクランク室と、を備えているスクロール圧縮機であって、
   前記大径軸部の外周面における軸線方向の寸法が、前記外輪の軸線方向の寸法よりも短くされており、
   前記外輪の一端にて内側に向かって略直角に折曲した第１鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられ、
   前記外輪の他端にて内側に向かって略直角に折曲した第２鍔部の内面から前記大径軸部の外周面における他端側の端部位置までの間に、前記外輪の軸線方向に一定の距離が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 前記大径軸部の一端部には、前記外周面から一端部に向けて切り欠かれた切欠部が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載されたスクロール圧縮機。
5. 前記第１鍔部の内面は、前記大径軸部の外周面における一端側の端部位置と同一仮想面内にないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載されたスクロール圧縮機。

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