JP2004211655A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性及び性能が向上し、小型化を図れるスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】スラスト軸受４０には、旋回スクロール４に対してスラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える加圧手段４１と、加圧手段４１で低減されたスラスト力を受ける玉軸受４２とを備える。
【選択図】 図２

Description

【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。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、冷媒や空気等を圧縮する圧縮機は、現在様々なものが提供されているが、その一つとしてスクロール型圧縮機が知られている。
スクロール型圧縮機は、固定スクロール及び旋回スクロールを備えており、固定スクロールは、端板の一面側に渦巻状突起が形成されケーシング内に固定されている。旋回スクロールは、固定スクロールと同様に端板の一面側に渦巻状突起が形成されており、固定スクロールの渦巻状突起に噛み合うようにケーシング内に旋回自在に支持されている。これら固定スクロールと旋回スクロ−ルとの渦巻状突起がそれぞれ噛み合わさることにより、三日月状の圧縮室が形成されている。
【０００３】
このスクロール型圧縮機においては、固定スクロールに対して旋回スクロールが公転旋回運動することにより、導入した冷媒ガスを圧縮室にて圧縮させることができる。このとき旋回スクロールには、圧縮時に発生した大きなスラスト力が作用し、固定スクロールから離れる方向に押圧されている。このスラスト力により冷媒ガスの漏れ、圧縮効率の低下等が起因されるので、これを防止するため、スラスト力に対抗するように旋回スクロールの背圧側を軸受を用いて支持させている。
このようなスラスト力を支持するスラスト軸受としては、各種のものが提供されており、例えばスラスト玉軸受を用いたものや静圧軸受を用いたものが知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４６０６２号公報（第２４−２８段落、第１−３図）
【特許文献２】
特開２００２−１９５１７３号公報（第２１−２６段落、第１−６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来スクロール型圧縮機においては、スラスト軸受にスラスト玉軸受を用いた場合は、スラスト荷重により玉が磨耗するので、長期間の耐久性がなく信頼性が劣るという問題があった。
よって、玉の寿命期間を延ばすため玉の直径を大きくしたり、玉の個数を増加すると、スペースを必要とするので大型化するといった問題があった。
また、スラスト軸受に静圧軸受を用いた場合は、玉を使用しないので半永久的に使用することが可能であるが、旋回スクロールとの摩擦係数が大きいので静圧軸受での機械損失が大きくなり、圧縮効率の低下を招いて圧縮性能が低下するといった問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、信頼性及び圧縮性能が向上し、小型化を図れるスクロール型圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、固定スクロールと、該固定スクロールと組み合わされて圧縮室を形成し、前記固定スクロールに対して自転を阻止されつつ公転旋回運動することで前記圧縮室内の被圧縮流体を圧縮する旋回スクロールと、該旋回スクロールに生じるスラスト力を受けるスラスト軸受と、前記旋回スクロールを回転駆動する駆動軸とを備えたスクロール型圧縮機において、前記スラスト軸受は、前記旋回スクロールに対して前記スラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える加圧手段と、該加圧手段で低減された前記スラスト力を受ける玉軸受とが備えられていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明に係るスクロール型圧縮機においては、スラスト軸受は、旋回スクロールに対してスラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える加圧手段と、加圧手段で低減されたスラスト力を受ける玉軸受とを備えているので、玉軸受に働くスラスト力の負担が低減され、玉軸受の耐久性が向上する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のスクロール型圧縮機において、前記加圧手段は、前記駆動軸の軸線周りに環状配置され、前記旋回スクロールに対して前記流体圧を吐出する吐出口を有し、前記玉軸受は、前記駆動軸の軸線周りに環状配置され、かつ前記吐出口よりも外径側に配置された複数の凹部と、これら凹部内に保持されたボールとを有することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明に係るスクロール型圧縮機においては、玉軸受は、吐出口よりも外径側に配置されているので、旋回スクロールの中心側の圧縮室より発生する高いスラスト力を効果的に軽減できる。また、ボールは摩擦係数が小さいので、ボールと旋回スクロールとの磨耗が低減する。更に、ボールは、旋回スクロールの外径側に配置されるので、安定して旋回スクロールを支持できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のスクロール型圧縮機において、前記加圧手段は、前記流体圧に油圧を用い、前記各凹部と前記加圧手段との間には、前記旋回スクロールを加圧した後の油を導く導入路が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係るスクロール型圧縮機においては、ボールが保持された凹部と加圧手段との間には、旋回スクロールを加圧した後の油を導く導入路が設けられているので、油をボールの潤滑油としても有効に利用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態について説明する。
図１から図４は、この発明の第一の実施形態を示した図である。
図１に示すスクロール型圧縮機１は、ケーシング２、固定スクロール３、旋回スクロール４とを備えている。
ケーシング２は、カップ状のケーシング本体２ａと、フロントケーシング２ｂとから構成され、これらはボルト５により互いに結合されている。フロントケーシング２ｂには、駆動軸６が挿通され、メイン軸受７及びサブ軸受８を介してフロントケーシング２ｂに回転自在に支持されている。また、駆動軸６には、図示しない駆動源の回転が伝達されるよう構成されている。
【００１４】
固定スクロール３は、端板３ａと端板３ａの一端面（紙面に対して左側）に形成された渦巻形状のラップ３ｂとを備えており、ケーシング本体２ａにボルト１０にて固定されている。
また、端板３ａには、吐出ポート１６が穿設されており、この吐出ポート１６を開閉させる吐出弁１７ａ及びそれを抑えている規制部材１７ｂが、固定スクロール３の背面に位置してボルト１８により端板３ａに固定されている。
また、高圧室１４には吐出口１９が連通され、この吐出口１９には管路２０が連結され、更に、この管路２０には油分離器２１が設けられている。そして、油分離器２１は、ケーシング本体２ａに形成された流路２２と管路２３により連結されている。
【００１５】
旋回スクロール４は、図２に示すように端板４ａと、ラップ４ｂ及びボス４ｃとを備えている。端板４ａの一端面（紙面に対して上側）には、固定スクロール３のラップ３ｂと同一形状である渦巻形状のラップ４ｂが形成されている。この旋回スクロール４と固定スクロール３とは、それぞれラップ３ｂ、４ｂを対向させて噛み合わされている。このとき、旋回スクロール４と固定スクロール３とは、相互に公転旋回半径ρだけ偏心し、かつ、１８０°だけ位相をずらして噛み合わされている。
【００１６】
また、固定スクロール３のラップ３ｂの先端に埋設された図示しないチップシールは、旋回スクロール４の端板４ａの内面に密接されており、同様に旋回スクロール４のラップ４ｂの先端に埋設された図示しないチップシールも、固定スクロール３の端板３ａの内面に密接されている。また、各ラップ３ｂ、４ｂの側面は、互いに複数箇所にて密接されている。これにより、固定スクロール３と旋回スクロール４との間には、渦巻状の中心に対して略点対称をなす複数の密閉空間とされた圧縮室２５が形成される。また、固定スクロール３と旋回スクロール４との間には、旋回スクロール４の自転を阻止して公転を許容する図示しない自転防止リングが設けられている。
【００１７】
旋回スクロール４のボス４ｃは、端板４ａの他端面（紙面に対して下側）に円筒状に形成されている。このボス４ｃの内部には、ドライブブッシュ２６がラジアル軸受を兼ねる旋回軸受２７を介して回動自在に収容されており、ドライブブッシュ２６に穿設された貫通孔２８内には駆動軸６に一体形成された偏心軸２９が回動自在に嵌合されている。
【００１８】
端板４ａの他端面の外周縁には、環状のスラストプレート３０が埋設され、ボルト３１により端板４ａに固定されている。また、スラストプレート３０とフロントケーシング２ｂとの間には、スラスト部材３２が駆動軸６の軸線周りに環状配置されている。このスラスト部材３２には、環状の溝３２ａが形成されており、溝３２ａの底部に環状のスラストプレート３３が配置され、スラストプレート３３上に環状のリテーナ３４が配置されている。これらスラスト部材３２、スラストプレート３３及びリテーナ３４は、共にボルト３５によりフロントケーシング２ｂに固定されている。
【００１９】
また、スラスト部材３２には、スラストプレート３０に対向する面でリテーナ３４の内径側に油圧ポケット３６（吐出口）が環状に形成され、この油圧ポケット３６の底面の一部に連結するよう流路３７が形成されている。また、流路３７の他方側は、ケーシング本体２ａに形成された流路２２に連結されている。
ここで、図３に示すようにリテーナ３４は、環状に形成されており、ボールを保持する保持孔３４ａ（凹部）が複数個環状配置され、各保持孔３４ａ内にはボール３８がそれぞれ保持されている。このボール３８は、図２に示すようにリテーナ３４より突出し、スラストプレート３０、３３の双方に当接している。また、スラストプレート３０とスラスト部材３２との間が所定間隔を有するように、ボール３８の直径、リテーナ３４の高さ等が設定されている。
これらスラスト部材３２、スラストプレート３３、リテーナ３４、油圧ポケット３６、流路３７及びボール３８は、スラスト軸受４０を構成している。また、油圧ポケット３６及び流路３７は加圧手段４１を、スラスト部材３２、スラストプレート３３、リテーナ３４及びボール３８は玉軸受４２をそれぞれ構成している。
【００２０】
このスクロール型圧縮機１においては、駆動源の回転が駆動軸６に伝達されると、駆動軸６の回転は、偏心軸２９、貫通孔２８、ドライブブッシュ２６、旋回軸受２７及びボス４ｃを介して旋回スクロール４を駆動させる。旋回スクロール４は、自転防止リングにより自転を阻止されつつ、固定スクロール３に対して半径ρの公転旋回運動を行う。旋回スクロール４が公転旋回運動すると、固定スクロール３のラップ３ｂと旋回スクロール４のラップ４ｂとの線接触部は、順次渦巻の中心方向に移動するので、圧縮室２５は容積を減少しながら渦巻の中心方向に移動する。これに伴いケーシング本体２ａに形成された吸入口（図示せず）から低圧室１３に流入した冷媒ガス等の作動ガス（矢印Ａ）は、ラップ３ｂとラップ４ｂとの外終端開口部から圧縮室２５内に取り込まれ、順次圧縮されて中心部に移動する。
この圧縮された高圧ガスは、吐出ポート１６を通り吐出弁１７ａ及び規制部材１７ｂを押開いて高圧室１４を通り吐出口１９に吐出される。吐出された高圧ガスは、管路２０を通過する際に油分離器２１にて油分を除去される。この捕集された油分は、高圧油として流路２３、２２及び３７を介して油圧ポケット３６に導入される。
【００２１】
また、圧縮室２５内で圧縮された高圧ガスは、スラスト力を発生し旋回スクロール４をスラスト軸受４０方向に押圧させるが、油圧ポケット３６に導入された高圧油は、旋回スクロール４のスラスト荷重に対抗するよう旋回スクロール４に押圧力を与えるので、そのスラスト荷重を軽減できる。なお、この高圧油の圧力は、旋回スクロール４のスラスト荷重に対して低い値になるように設定される。よって、旋回スクロール４は、固定スクロール３側に浮き上がることはなく、スラストプレート３０は常にボール３８と当接状態が維持されている。
また、スラストプレート３０は、ボール３８に当接しているので、スラスト荷重は直接ボール３８により支持されている。なお、ボール３８は、リテーナ３４の保持孔３４ａ内にて旋回スクロール４と同位相で公転旋回を行うので、スラスト荷重を常に支持させている。
【００２２】
ここで、圧縮室２５で圧縮される作動ガスは、渦巻の中心部において最も圧力が高いので、図４に示すように、旋回スクロール４を押圧するスラスト荷重Ｆの分布も同様に旋回スクロール４の中心部において最も高く、旋回スクロール４の外径に向けて次第に低下していく。このように旋回スクロール４を押圧するスラスト荷重Ｆは、旋回スクロール４の位置に応じて荷重分布を有している。
油圧ポケット３６は、ボール３８の内側で中心に近い位置に設けられているので、旋回スクロール４の中心部の高いスラスト荷重Ｆを効果的に軽減できる。仮に、油圧ポケット３６がボール３８の外側に設けられている場合には、旋回スクロール４に作用している荷重差が更に助長され、旋回スクロール４にたわみ等の変形が生じる恐れがある。
更に、ボール３８が外側に設けられているので、旋回スクロール４のより外径側において直接スラスト荷重を支持できる。よって、安定して旋回スクロール４を支持できる。
【００２３】
上述したように、スクロール型圧縮機１は、加圧手段４１と玉軸受４２とが併設されたスラスト軸受４０を備えているので、油圧ポケット３６内の高圧油が旋回スクロール４のスラスト荷重を軽減させ、ボール３８に働くスラスト荷重の負担を軽減できる。従って、ボール３８の磨耗が減りボール３８の寿命を延ばすので、耐久性が良くなり、信頼性を向上させることができる。
また、ボール３８を利用しているので、摩擦係数を小さくできる。よって、機械損失が軽減するので、圧縮効率が増加し性能を向上させることができる。
更に、油圧ポケット３６は、ボール３８の内側で旋回スクロール４の中心に近い位置に設けられているので、旋回スクロール４の中心部の高いスラスト荷重を効果的に軽減できる。従って、旋回スクロール４のたわみ等の変形が防止でき、作動ガスの漏れがなくなることからも圧縮効率が増加し性能を向上させることができる。
更には、直接スラスト荷重を受けるボール３８が、旋回スクロール４の外径側に配置されているので、安定して旋回スクロール４を支持できる。よって、安定かつ円滑に公転旋回運動を行い圧縮が安定して行われることからも、性能を向上させることができる。
【００２４】
図５は、この発明の第二の実施形態を示す図である。
この実施の形態においては、図１から図４に示すものとその基本的構成は同一であるが、図３に示すスラスト軸受４０の構成が異なっている。なお、図５において、図１から図４の構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２５】
図５に示すスラスト軸受５０は、スラスト部材３２及びリテーナ３４に流路５１（導入路）が形成されている。この流路５１は、油圧ポケット３６と各保持孔３４ａとの間に設けられ、互いに連結可能な構成とされている。
このスクロール型圧縮機１は、スラスト軸受５０の油圧ポケット３６に導入されている高圧油を流路５１を介して積極的に各保持孔３４ａ内に導入できる。よって、高圧油をボール３８の潤滑油としても有効に利用することができる。また、ボール３８の動きが円滑となりボール３８の磨耗が減少されるので、ボールの寿命を更に延ばすことができる。
更に、ボール３８の潤滑油系統を別途設ける必要がないので、構成を簡単にし小型化を図ることができる。
【００２６】
図６、図７は、この発明の第三の実施形態を示す図である。
この実施の形態においては、図１から図４に示すものとその基本的構成は同一であるが、図２、図３に示すスラスト軸受４０の構成が異なっている。即ち、スラスト部材３２を備えていない構成とされている。なお、図６、図７において、図１から図４の構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２７】
図６、図７に示すスラスト軸受６０は、スラストプレート３３、リテーナ３４、ボール３８及び流路３７とを備えている。リテーナ３４は、その内側に油圧ポケット３６が形成され、油圧ポケット３６と各保持孔３４ａとの間には流路６１（導入路）が形成されている。この流路６１によって油圧ポケット３６は、各保持孔３４ａに連結される構成となっている。また、リテーナ３４及びスラストプレート３３には、流路３７が形成され、流路の一方は油圧ポケット３６の底面の一部に連結され、他方はケーシング本体２ａに形成された流路２２に連結されている。
このように構成されたスラスト軸受６０は、フロントケーシング２ｂと旋回スクロール４との間に位置して、ボルト３５によりフロントケーシング２ｂに固定されている。また、これらスラストプレート３３、リテーナ３４及びボール３８は、玉軸受６２を構成している。
【００２８】
このスクロール型圧縮機１は、スラスト軸受６０のリテーナ３４に油圧ポケット３６が形成されている構成なので、リテーナ３４のスペースを有効に利用してリテーナ３４をより機能的に使用できる。よって、油圧ポケット３６のために新たな部材を設ける必要がなく、構成を簡単にするのでより小型化を図ることができる。
【００２９】
図８は、この発明の第四の実施形態を示す図である。
この実施の形態においては、図６、図７に示すものとその基本的構成は同一であるが、油圧ポケット３６の構成が異なっている。なお、図８において、図７の構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３０】
図８に示すスラスト軸受７０は、リテーナ３４の内側に油圧ポケット７１（導入路）が保持孔３４ａと同数個環状配置され、かつ、各保持孔３４ａ間に油圧ポケット７１が位置するよう形成されている。この油圧ポケット７１の少なくとも一つの底部には流路３７が連結され、各油圧ポケット７１は、リテーナ３４内部にて図示しない流路によってそれぞれ連結されている。また、各油圧ポケット７１と各保持孔３４ａとの間には、流路７２（導入路）がそれぞれ設けられている。この流路３７及び油圧ポケット７１は、加圧手段７３を構成している。
このスクロール型圧縮機１は、油圧ポケット７１と保持孔３４ａとをリテーナ３４上に効率よく配置できるので、リテーナ３４をより小さくでき、更に小型化を図ることができる。
【００３１】
また、図９に示す第五の実施形態のように、油圧ポケット７１の数を保持孔３４ａより少ない構成としても良い。この場合は、油圧ポケット７１の高圧油を効率よく保持孔３４ａに導入できるので、油圧ポケット７１の数を減らし、より簡単に作製することができる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態においては、油圧ポケット３６、７１は、上記の構成に限られるものではなく、旋回スクロール４に対して、スラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える構成であれば良い。
また、油圧ポケット３６、７１の高圧油は、油分離機２１から導入される構成としたが、これに限られるものではなく、高圧油が導入できる構成であれば良い。
また、油圧ポケット３６、７１と保持孔３４ａとを連結する流路５１、６１、７２は、上記の構成に限られるものではなく、保持孔３４ａに高圧油が導入できる構成であれば良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、スラスト軸受は、旋回スクロールに対してスラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える加圧手段と、加圧手段で低減されたスラスト力を受ける玉軸受とを備えているので、玉軸受に働くスラスト力の負担が低減され、玉軸受の耐久性が向上する。よって、長期間使用することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、玉軸受は、吐出口よりも外径側に配置されているので、旋回スクロールの中心側の圧縮室より発生する高いスラスト力を効果的に軽減できる。よって、スラスト力による旋回スクロールのたわみ等の変形が防止でき、圧縮室からの漏れがなくなるので、圧縮効率を高め性能を向上させることができる。
また、ボールは摩擦係数が小さいので、ボールと旋回スクロールとの磨耗が低減する。よって、機械損失が低減し圧縮効率を高めることからも、性能を向上させることができる。
更に、ボールは、旋回スクロールの外径側に配置されるので、安定して旋回スクロールを支持できる。よって、安定かつ円滑に公転旋回運動を行い圧縮が安定して行われることからも、性能を向上させることができる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、ボールが保持された凹部と加圧手段との間には、旋回スクロールを加圧した後の油を導く導入路が設けられているので、油をボールの潤滑油として有効に利用できる。よって、ボールへの潤滑系統を別途設ける必要がないので、構成が容易にでき小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクロール型圧縮機の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すスクロール型圧縮機の要部を拡大した断面図である。
【図３】図２に示すスクロール型圧縮機のＢ−Ｂ線矢視図で、スラスト軸受の上部断面図である。
【図４】旋回スクロ−ルに作用する荷重を示す図である。
【図５】図２に示すスクロール型圧縮機のＢ−Ｂ線矢視図で、第二のスラスト軸受の上部断面図である。
【図６】図２に示すスクロール型圧縮機のＢ−Ｂ線矢視図で、第三のスラスト軸受の上部断面図である。
【図７】図６に示すスラスト軸受のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図８】図２に示すスクロール型圧縮機のＢ−Ｂ線矢視図で、第四のスラスト軸受の上部断面図である。
【図９】図２に示すスクロール型圧縮機のＢ−Ｂ線矢視図で、第五のスラスト軸受の上部断面図である。
【符号の説明】
１ スクロール型圧縮機
３ 固定スクロール
４ 旋回スクロール
６ 駆動軸
２５ 圧縮室
４１、７３ 加圧手段
４２、６２ 玉軸受
３４ａ 凹部（保持孔）
３６、７１ 吐出口（油圧ポケット）
５１、６１、７２ 導入路（流路）
３８ ボール
４０、５０、６０、７０ スラスト軸受

Claims (3)

1. 固定スクロールと、
   該固定スクロールと組み合わされて圧縮室を形成し、前記固定スクロールに対して自転を阻止されつつ公転旋回運動することで前記圧縮室内の被圧縮流体を圧縮する旋回スクロールと、
   該旋回スクロールに生じるスラスト力を受けるスラスト軸受と、
   前記旋回スクロールを回転駆動する駆動軸とを備えたスクロール型圧縮機において、
   前記スラスト軸受には、前記旋回スクロールに対して前記スラスト力の作用方向に対抗する方向に流体圧を与える加圧手段と、該加圧手段で低減された前記スラスト力を受ける玉軸受とが備えられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール型圧縮機において、
   前記加圧手段は、前記駆動軸の軸線周りに環状配置され、前記旋回スクロールに対して前記流体圧を吐出する吐出口を有し、
   前記玉軸受は、前記駆動軸の軸線周りに環状配置され、かつ前記吐出口よりも外径側に配置された複数の凹部と、これら凹部内に保持されたボールとを有することを特徴とするスクロール型圧縮機。
3. 請求項２記載のスクロール型圧縮機において、
   前記加圧手段は、前記流体圧に油圧を用い、前記各凹部と前記加圧手段との間には、前記旋回スクロールを加圧した後の油を導く導入路が設けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。

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