JP5010306B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機や膨張機等として用いられるスクロール型流体機械に関するものである。

圧縮機または膨張機として用いられるスクロール型流体機械としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００５−３０７９４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたスクロール型流体機械においては、回転軸（クランク軸）が撓んだり傾いたりした場合に、ニードル軸受（メイン軸受）に大きなエッジロード（ニードル軸受の一箇所に集中する荷重）が作用し、ニードル軸受の寿命が低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、メイン軸受に作用するエッジロードを緩和（低減）させることができ、メイン軸受の寿命の長期化（延長）を図ることができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るスクロール型流体機械は、回転軸の一端側に形成された小径軸部がサブ軸受によって軸受け支持され、かつ、前記回転軸の他端側に形成された大径軸部がメイン軸受によって軸受け支持されたスクロール型流体機械であって、前記大径軸部と前記メイン軸受との間に、回転可能な円筒環が設けられている。

本発明に係るスクロール型流体機械によれば、回転軸の大径軸部の外周面と、円筒環の内周面との間に形成されたわずかな隙間により、回転軸の傾きが吸収されることとなるので、メイン軸受に作用するエッジロード（メイン軸受の一箇所に集中する荷重）を緩和（低減）させることができ、メイン軸受の寿命の長期化（延長）を図ることができる。
また、メイン軸受に作用するエッジロードが常に一箇所（同じ箇所）に集中していても、円筒環が回転して、円筒環の外周面とメイン軸受の内周面との当たりが変わるため、メイン軸受で生じていた集中的な疲労を緩和（低減）させることができ、メイン軸受の寿命の長期化（延長）を図ることができる。

上記スクロール型流体機械において、前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、抜け止め板によって拘束されているとさらに好適である。

このようなスクロール型流体機械によれば、段部の開放端側から円筒環を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、抜け止め板を回転軸の大径軸部から取り外すだけで、段部の開放端を介して円筒環を容易に着脱することができるので、円筒環の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、円筒環の一端面側は段部の端面（壁面）によって確実に拘束され、円筒環の他端面側は抜け止め板の端面（壁面）によって確実に拘束されることとなるので、円筒環が段部から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。

上記スクロール型流体機械において、前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、前記回転軸に取り付けられたバランスブッシュの一端面によって拘束されているとさらに好適である。

このようなスクロール型流体機械によれば、段部の開放端側から円筒環を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、バランスブッシュを偏心ピンから取り外すだけで、段部の開放端を介して円筒環を容易に着脱することができるので、円筒環の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、円筒環の他端面側は段部の端面（壁面）によって確実に拘束され、円筒環の一端面側はバランスブッシュの端面（壁面）によって確実に拘束されることとなるので、円筒環が段部から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。

上記スクロール型流体機械において、前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、前記回転軸を収容するフロントハウジングの内面によって拘束されているとさらに好適である。

このようなスクロール型流体機械によれば、段部の開放端側から円筒環を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、フロントハウジングをリアハウジングから取り外すだけで、段部の開放端を介して円筒環を容易に着脱することができるので、円筒環の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、円筒環の一端面側は段部の端面（壁面）によって確実に拘束され、円筒環の他端面側はフロントハウジングの内面によって確実に拘束されることとなるので、円筒環が段部から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。

本発明によれば、メイン軸受に作用するエッジロードを緩和（低減）させることができ、メイン軸受の寿命の長期化（延長）を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明によるスクロール型流体機械（以下、「スクロール型圧縮機」という）の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。

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、これらフロントハウジング１１とリアハウジング１２とをボルト（図示せず）により一体的に締め付け固定したハウジング１３を備えている。

フロントハウジング１１の内部には、メイン軸受（ニードル軸受）１５およびサブ軸受（ニードル軸受）１６を介してクランク軸（回転軸）１４がその回転軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。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、メカニカルシール（リップシール）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した状態で偏心ピン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および小径軸部１４ａが、それぞれメイン軸受１５およびサブ軸受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およびドライブ軸受２１を介して、旋回スクロール部材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、旋回スクロール部材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、旋回スクロール部材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、旋回スクロール部材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部２４と旋回スクロール部材２２が組み込まれている。
固定スクロール部材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ラップ２４ｂとを備えており、一方、旋回スクロール部材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ラップ２２ｂとを備えている。

固定スクロール部材２４および旋回スクロール部材２２はそれぞれ、渦巻き状ラップ２４ｂ，２２ｂの先端面とボトム面の渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部（図示せず）を備えている。そして、この段部を境に、渦巻き状ラップ２４ｂ，２２ｂの先端面においては、外周側が高く、内周側が低くなるように、また、ボトム面においては、外周側が低く、内周側が高くなっている。これにより、渦巻き状ラップ２４ｂ，２２ｂは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くなっている。

固定スクロール部材２４および旋回スクロール部材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、渦巻き状ラップ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と渦巻き状ラップ２４ｂ，２２ｂとにより区画された（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。圧縮室Ｃは、その回転軸線Ｌに沿った高さが渦巻き状ラップ２４ｂ，２２ｂの外周側において内周側の高さよりも高くされ、周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な圧縮機構が構成されている。

固定スクロール部材２４は、ボルト２５を介してリアハウジング１２の内面（底面）に固定されている。旋回スクロール部材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およびドライブ軸受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、旋回スクロール部材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と旋回スクロール部材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、旋回スクロール部材２２は、自転を阻止されながら固定スクロール部材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、旋回スクロール部材２２の固定端板２２ａの背面またはスラスト受け面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、旋回スクロール部材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およびリング穴２２ｃは、周方向に複数箇所、一般的には３ないし４箇所（本実施形態では４箇所）設けられている。

さらに、固定スクロール部材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、固定スクロール部材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の内部空間（密閉空間）から区画された吐出チャンバー２９が形成されている。これにより、吐出チャンバー２９を除くハウジング１３の内部空間が、吸入チャンバー３０として機能するようになっている。

吸入チャンバー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、この吸入チャンバー３０を経て固定スクロール部材２４と旋回スクロール部材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内の吸入チャンバー３０を大気から気密にシールしている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機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およびドライブ軸受２１を介して連結されている旋回スクロール部材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、固定スクロール部材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部材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、吸入チャンバー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、その容積が周方向およ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ー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。

さて、図１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の外周部（周縁部）に、周方向に沿って凹所３１が形成されており、また、この凹所３１内には、回転可能なフローティングブッシュ（円筒環）３２が配置されている。フローティングブッシュ３２の内周面（半径方向内側の面）は、周方向にわたってクランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周面（半径方向外側の面）とわずかに離間しており、フローティングブッシュ３２の外周面（半径方向外側の面）は、メイン軸受１５の内周面（半径方向内側）と当接している。すなわち、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およびメイン軸受１５の双方に対して回転可能になっている。

本実施形態によるスクロール型圧縮機１０によれば、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周面と、フローティングブッシュ３２の内周面との間に形成されたわずかな隙間により、クランク軸１４の傾きが吸収されることとなるので、メイン軸受１５に作用するエッジロード（メイン軸受１５の一箇所に集中する荷重）を緩和（低減）させることができ、メイン軸受１５の寿命の長期化（延長）を図ることができる。
また、メイン軸受１５に作用するエッジロードが常に一箇所（同じ箇所）に集中していても、フローティングブッシュ３２が回転して、フローティングブッシュ３２の外周面とメイン軸受１５の内周面との当たりが変わるため、メイン軸受１５で生じていた集中的な疲労を緩和（低減）させることができ、メイン軸受１５の寿命の長期化（延長）を図ることができる。

本発明に係るスクロール型圧縮機の第２実施形態を図２に基づいて説明する。図２は本実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。
本実施形態に係るスクロール型圧縮機は、フローティングブッシュ３２が、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周部に、周方向に沿って形成された段部４１内に収められているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図２に示すように、本実施形態においては、フローティングブッシュ３２が、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周部に、周方向に沿って形成された段部４１内に収められているとともに、この段部４１の開放端側（小径軸部１４ａの側：図２において左側）には、抜け止め板（例えば、スナップリング）４２が設けられており、この抜け止め板４２により、フローティングブッシュ３２が段部４１の開放端側に抜け出てしまうことを防止している。

本実施形態によるスクロール型圧縮機によれば、段部４１の開放端側からフローティングブッシュ３２を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、抜け止め板４２をクランク軸１４の大径軸部１４ｂから取り外すだけで、段部４１の開放端を介してフローティングブッシュ３２を容易に着脱することができるので、フローティングブッシュ３２の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、フローティングブッシュ３２の一端面側は段部４１の端面（壁面）によって確実に拘束され、フローティングブッシュ３２の他端面側は抜け止め板４２の端面（壁面）によって確実に拘束されることとなるので、フローティングブッシュ３２が段部４１から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係るスクロール型圧縮機の第３実施形態を図３に基づいて説明する。図３は本実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。
本実施形態に係るスクロール型圧縮機は、フローティングブッシュ３２が、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周部に、周方向に沿って形成された段部５１内に収められているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図３に示すように、本実施形態においては、フローティングブッシュ３２が、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周部に、周方向に沿って形成された段部５１内に収められている。また、バランスブッシュ２０の一端面（クランク軸１４の大径軸部１４ｂの端面と対向する面：図３において左側の端面）は、フローティングブッシュ３２の一端面（スクロール圧縮機構２３側の端面：図３において右側の端面）に向かって延びており（突出しており）、これにより、フローティングブッシュ３２が段部５１の開放端から抜け出てしまうのを防止している。

本実施形態によるスクロール型圧縮機によれば、段部５１の開放端側からフローティングブッシュ３２を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、バランスブッシュ２０を偏心ピン１４ｃから取り外すだけで、段部５１の開放端を介してフローティングブッシュ３２を容易に着脱することができるので、フローティングブッシュ３２の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、フローティングブッシュ３２の他端面側は段部５１の端面（壁面）によって確実に拘束され、フローティングブッシュ３２の一端面側はバランスブッシュ２０の端面（壁面）によって確実に拘束されることとなるので、フローティングブッシュ３２が段部５１から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係るスクロール型圧縮機の第４実施形態を図４に基づいて説明する。図４は本実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。
本実施形態に係るスクロール型圧縮機は、フローティングブッシュ３２の他端面が、フロントハウジング１１の内面（底面）によって拘束されているという点で上述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図４に示すように、本実施形態においては、フローティングブッシュ３２が、クランク軸１４の大径軸部１４ｂの外周部に、周方向に沿って形成された段部４１内に収められている。また、フロントハウジング１１の内面は、フローティングブッシュ３２の他端面（クランク軸１４の大径軸部１４ｂの側の端面：図４において左側の端面）に向かって延びており（突出しており）、これにより、フローティングブッシュ３２が段部４１の開放端から抜け出てしまうのを防止している。

本実施形態によるスクロール型圧縮機によれば、段部４１の開放端側からフローティングブッシュ３２を容易に挿入することができるので、組立作業の効率化を図り、組立作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
また、フロントハウジング１１をリアハウジング１２から取り外すだけで、段部４１の開放端を介してフローティングブッシュ３２を容易に着脱することができるので、フローティングブッシュ３２の交換作業の効率化を図り、交換作業に要する作業時間の短縮化を図ることができる。
さらに、フローティングブッシュ３２の一端面側は段部４１の端面（壁面）によって確実に拘束され、フローティングブッシュ３２の他端面側はフロントハウジング１１の内面によって確実に拘束されることとなるので、フローティングブッシュ３２が段部４１から抜け出てしまうことを確実に防止することができ、信頼性を確保することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明の第１実施形態に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。 本発明の第３実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。 本発明の第４実施形態に係るスクロール型圧縮機の要部拡大図である。

符号の説明

１０ スクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）
１１ フロントハウジング
１４ クランク軸（回転軸）
１４ａ 小径軸部
１４ｂ 大径軸部
１５ メイン軸受
１６ サブ軸受
２０ バランスブッシュ
３２ フローティングブッシュ（円筒環）
４１ 段部
４２ 抜け止め板
５１ 段部

Claims (4)

1. 回転軸の一端側に形成された小径軸部がサブ軸受によって軸受け支持され、かつ、前記回転軸の他端側に形成された大径軸部がメイン軸受によって軸受け支持されたスクロール型流体機械であって、
   前記大径軸部と前記メイン軸受との間に、回転可能な円筒環が設けられていることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、抜け止め板によって拘束されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、前記回転軸に取り付けられたバランスブッシュの一端面によって拘束されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記円筒環が、前記大径軸部の外周部に、周方向に沿って形成された段部内に収められているとともに、この段部の開放端側に位置する前記円筒環の一端面が、前記回転軸を収容するフロントハウジングの内面によって拘束されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。

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