JP2005307949A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラストベアリングの生産性を高め、全体のコストを低減可能なスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】 スクロール型流体機械（圧縮機）は可動スクロールからのスラスト荷重を受けるスラストベアリングを備え、スラストベアリングは圧縮機の駆動ケーシング４の端面５２と可動スクロールとの間に配置された複数のスラスト受け片７２を有し、スラスト受け片７２は駆動ケーシング４の周方向への動きを拘束された状態で、端面５２に形成した環状溝７４内に嵌め込まれている。
【選択図】 図４

Description

本発明はスクロール型流体機械に係わり、特にカーエアコンのための圧縮機として好適するスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、即ち、カーエアコンのスクロール型圧縮機はそのハウジング内に固定及び可動スクロールを備え、これらスクロールは互いに協働して圧力室を形成する。可動スクロールは固定スクロールに対して旋回運動し、この旋回運動に伴い作動流体として冷媒が圧力室に吸入され、そして、吸入された冷媒は圧力室内にて圧縮された後、圧縮機からその吐出ポートを通じて凝縮器に向けて吐出される。

上述した冷媒の圧縮工程にて、圧力室内の冷媒が高圧に加圧されることから、可動スクロールに大きなスラスト荷重が加わり、このスラスト荷重は固定スクロールから可動スクロールをその軸線方向に離間させるように働く。
このようなスラスト荷重を受けるため、圧縮機はハウジングと可動スクロールとの間にスラストベアリングを備えている。具体的には、スラストベアリングとしてスラスト受けリングを使用した圧縮機が知られており（特許文献１）、このスラスト受けリングはハウジングに固定されている。
特開平8-338377号公報

上述したスラスト受けリングは、粉体の焼結成形や樹脂の射出成形、又は、金属プレートの打ち抜きプレスにより得られる。しかしながら、スラスト受けリングは摺動軸受であることから、その両面に高い平滑性が要求され、しかも、可動スクロールと同等の外径を有する比較的大形の部品である。このため、その生産性を考慮すると、焼結成形や射出成形はスラスト受けリングに好適せず、また、打ち抜きプレスでは金属プレートの歩留まりが非常に悪い。

本発明は上述の事情に基づいてなされもので、その目的とするところは、スラストベアリングの生産性を向上でき、しかも、スラストベアリングの機能を高めることができるスクロール型流体機械を提供することにある。

上記の目的を達するため、本発明のスクロール型流体機械のスラストベアリングは、スクロール型流体機械のハウジングに対し、可動スクロールの旋回方向に互いに離間して設けられ、可動スクロールが摺接する複数のスラスト受け片と、ハウジングにスラスト受け片を保持させる保持手段とを備える（請求項１）。
この場合、可動スクロールに働くスラスト荷重は各スラスト受け片に分担され、これらスラスト受け片を介してハウジングに支持される。好ましくは、各スラスト受け片は同一の形状及び大きさを有する（請求項２）。

具体的には、保持手段は、ハウジングを旋削加工して形成され、各スラスト受け片が配置される環状の取付け面と、この取付け面上にて各スラスト受け片を固定する固定要素とを含む（請求項３）。上述の取付け面によれば、その平坦性が担保されることから、各スラスト受け片は可動スクロールに対して均一に密接する。
この場合、上述の取付け面は環状溝の底面として形成され、そして、固定要素は環状溝の内側壁に形成され、環状溝にスラスト受け片が嵌め込まれたとき、スラスト受け片に係合する係合部であるのが好ましい（請求項４）。このような環状溝は可動スクロールの径方向へのスラスト受け片の動きを拘束するので、係合部は可動スクロールの旋回方向、つまり、その周方向へのスラスト受け片の動きを拘束するだけで済む。

それ故、保持手段は、環状溝を拡幅すべく環状溝の内側壁に沿って延びる凹所を更に含み、この凹所の両端がスラスト受け片と係合する係合部を形成するか（請求項５）、又は、係合部は、環状溝の内側壁に形成された係合溝と、スラストプレートの側縁から突設され、係合溝に嵌合する係合突起とを含むことができる（請求項６）。何れの場合にも、係合部は可動スクロールの周方向への動きを拘束する。

なお、上述した環状溝、凹所及び係合溝はハウジングの鋳造成形と同時に形成されているのが望ましい。
また、スラスト受け片のための取付け面は環状溝の底面でなく、単なる平坦面であってもよく、この場合、固定要素は、取付け面から突設されたピンと、スラスト受け片に形成され、ピンを挿入させるピン孔とを含むことができる。

請求項１，２のスクロール型流体機械によれば、スラストベアリングを構成する個々のスラスト受け片が小形部品となるので、これらスラスト受け片は、焼結成形や射出成形の何れでも高精度に製造でき、また、金属プレートからの打ち抜きによっても、金属プレートの歩留まりを向上することができる。また、各スラスト受け片が同一の形状及びサイズであれば、その生産性は更に向上する。

請求項３，７のスクロール型流体機械によれば、取付け面の平面度が高いので、各スラスト受け片は可動スクロールに均一に密接し、この結果、可動スクロールの摺動抵抗が低減される。
請求項４〜６のスクロール型流体機械によれば、スラスト受け片を環状溝に嵌め込むだけで、可動スクロールの径方向及び周方向に関してスラスト受け片を保持することができる。

図１はスクロール型流体機械としての圧縮機を示す。この圧縮機はカーエアコンを構成する冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路の冷媒（作動流体）を圧縮するために使用される。なお、冷媒には潤滑油が含まれており、この潤滑油は冷媒とともに圧縮機内の軸受や種々摺動面に供給され、これらの潤滑に使用される。
圧縮機はハウジング２を備え、このハウジング２は駆動ケーシング４及び圧縮ケーシング６からなっている。これらケーシング４，６は複数の連結ボルト８により相互に連結されている。

駆動ケーシング４内には駆動軸１０が配置されている。この駆動軸１０は圧縮ケーシング６側の大径端部１２と、駆動ケーシング４から突出した突出端１４とを有する。大径端部１２はニードル軸受１６を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。また、駆動軸１０はボール軸受１８を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持され、このボール軸受１８と大径端部１２との間にリップシール２０が取付けられている。このリップシール２０は駆動軸１０に相対的に摺接し、駆動ケーシング４内を気密に区画している。

駆動軸１０の突出端１４は電磁クラッチ２２を介して駆動プーリ２４に連結されている。この駆動プーリ２４は電磁クラッチ２２を内蔵する一方、軸受２６を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。
駆動プーリ２４と車両のエンジン側の出力プーリ（図示しない）との間にはベルトが掛け回されており、駆動プーリ２４はエンジンにより回転され、そして、駆動プーリ２２の回転は電磁クラッチ２２を介して駆動軸１０に伝達される。

一方、圧縮ケーシング６内にはスクロールユニット２８が収容され、このスクロールユニット２８は可動スクロール３０及び固定スクロール３２を備えている。これら可動及び固定スクロール３０，３２は共にアルミニウム合金からなり、端板３４と、この端板３４に一体に形成された渦巻き壁３６とを有する。
図１から明らかなように可動及び固定スクロール３０，３２は端板３４同士が互いに対向し、且つ、渦巻き壁３６同士が互いに噛み合うようにして配置され、互いに協働して圧力室３８を形成する。

可動スクロール３０に旋回運動を付与するため、可動スクロール３０は駆動軸１０の大径端部１２に接続されている。より詳しくは、可動スクロール３０における端板３４のボス４０はニードル軸受４２を介して偏心ブッシュ４４に回転自在に支持され、この偏心ブッシュ４４が大径端部１２から突出したクランクピン４６に支持されている。従って、駆動軸１０が回転されると、クランクピン４６及び偏心ブッシュ４４を介して可動スクロール３０が旋回運動する。なお、偏心ブッシュ４４には可動スクロール３０に対するカウンタウエイト４８が取付けられている。

駆動ケーシング４と可動スクロール３０との間には、可動スクロール３０の旋回運動中、その自転を阻止するために複数の自転ストッパ５０が設けられており、これら自転ストッパ５０は可動スクロール３０の周方向に等間隔を存して取付けられている。
より詳しくは、駆動ケーシング４はその外周部に、可動スクロール３０の端板３４と対向する環状の端面５２を有し、この端面５２に４つの装着リセス５４が形成されている。これら装着リセス５４は可動スクロール３０の周方向に等間隔を存して配置され、駆動ケーシング４内の臨んで開口する。自転ストッパ５０は、その対応する装着リセス５４に配置されたリング５６と、このリング５６の内周面に係合する一対のピン５８とからなる。これらピン５８はリング５６の直径方向に離間し、一方のピン５８は凹所５４の底から突出し、他方のピン５８は可動スクロール３０の端板３４から突出している。

一方、固定スクロール３２は圧縮ケーシング６内にて固定され、固定スクロール３２の端板３４と圧縮ケーシング６の内端壁との間にて吐出室６０が形成されている。この吐出室６０は固定スクロール３２の吐出孔６２及び吐出弁６４を通じて圧力室３８に連通可能である。
より詳しくは、吐出孔６２は固定スクロール３２における端板３４の中央を貫通し、吐出弁６４により開閉される。吐出弁６４は吐出室６０側から吐出孔６２を開閉するリード弁体６６と、このリード弁体６６の開度を規制するリテーナ６８とからなり、これらリード弁体６６及びリテーナ６８は共に取付けねじ７０を介して固定スクロール３２の端板３４に取付けられている。

圧縮ケーシング６の外周壁とスクロールユニット２８との間には吸入室７１が形成され、そして、図１には示されていないが、圧縮ケーシング６の外周壁には吸入室７１及び吐出室６０のそれぞれに連通する吸入ポート及び吐出ボートがそれぞれ形成されている。なお、吸入ポートは冷凍回路の蒸発器に接続され、吐出ポートは冷凍回路の凝縮器に接続される。

上述したスクロール型圧縮機によれば、駆動軸１０の回転に伴い可動スクロール３０が自転することなく旋回運動する。このような旋回運動は、吸入室７１から圧力室３８内への冷媒の吸入プロセス、圧力室３８内での冷媒の圧縮プロセス及び圧力室３８から吐出室６０内への冷媒の吐出プロセスをもたらし、この結果、高圧の冷媒が吐出室６０から吐出ポートを通じて凝縮器に向けて供給される。

上述した冷媒の圧縮及び吐出プロセス中、可動スクロール３０は圧力室３８内の高圧を受け、固定スクロール３２から離間する方向にスラスト荷重を受ける。このようなスラスト荷重を受けるため、駆動ケーシング４の端面５２と可動スクロール３０の端板３４との間にはスラストベアリングが介在されており、このスラストベアリングは図２〜図４に詳図されている。

図２に示されるように、第１実施例のスラストベアリングは、例えば４つのスラスト受け片７２からなり、これらスラスト受け片７２は同一の形状及びサイズを有し、駆動ケーシング４の端面５２にそれぞれ取付けられている。より詳しくは、スラスト受け片７２は、前述した自転ストッパ５０のための装着リセス５４間に位置付けられるべく、端面５２の周方向、つまり、可動スクロール３０の旋回方向に等間隔を存して配置されている。

各スラスト受け片７２は端面５２上にて保持されて、可動スクロール３０が旋回運動しても、この旋回運動に引き摺られることはない。即ち、駆動ケーシング４の端面５２には環状溝７４が形成され、この環状溝７４の深さは装着リセス５４の深さよりも浅い。そして、図２から明らかなように環状溝７４は前述した装着リセス５４より４つの分断溝７６に分断され、これら分断溝７６の底面がスラスト受け片７２のための取付け面を形成している。ここで、取付け面、つまり、環状溝７４の底面は旋削加工により得られ、図４では、クロスのハッチングを施して示してある。

更に、図４に示されるように各分断溝７６の両内側壁には凹所７８がそれぞれ形成され、これら凹所７８は分断溝７６の内側壁に沿って延び、分断溝７６の幅を拡げた拡幅領域を形成する。この実施例の場合、拡幅領域はその両端が駆動ケーシング４の径方向に沿うような円弧形状をなしている。なお、図３から明らかなように、凹所７８は分断溝７６の内側壁からその底面上にはみ出して形成されている。

一方、スラスト受け片７２は上述した拡幅領域に合致する形状及び大きさを有し、拡幅領域に嵌め込んで取付けられている。従って、駆動ケーシング４の径方向へのスラスト受け片７２の動きは、拡幅領域を形成する内外の周壁（凹所７８）より拘束され、そして、駆動ケーシング４の周方向へのスラスト受け片７２の動きは拡幅領域の四隅、つまり、凹所７８の両端の段差面８０により拘束される。

なお、上述の環状溝７４及び凹所７８は駆動ケーシング４の鋳造時に同時に形成されるのが好ましくは、この場合、その鋳造後に、環状溝７４の底が旋削加工され、前述した取付け面が形成される。
ここで、スラスト受け片７２は金属、セラミック、合成樹脂又は合成ゴム等の種々の材料から形成できるが、可動スクロール３０の摺動抵抗を低減し且つその生産性の向上を図る観点からみて、合成樹脂から形成されるのが好ましい。なお、スラスト受け片７２の合成樹脂を選定するにあたっては耐熱性のみならず、潤滑油や水に対する耐性をも十分に考慮する必要がある。

合成樹脂製のスラスト受け片７２は射出成形して得られることから、その形状やサイズの精度は高く、また、その表裏の平坦度もまた十分に高めることができる。また、スラスト受け片７２の取付け面は環状溝７４の底面を切削加工して形成されているから、取付け面の平面度も高い。それ故、可動スクロール３０は各スラスト受け片７２に均一に密接し、これらスラスト受け片７２に対して片当たりするようなことはない。この結果、可動スクロール３０の摺動抵抗を大きく低減することができる。

また、スラスト受け片７２は、環状溝７４の拡幅領域に嵌め込むだけで、駆動ケーシング４の端面５２に保持されるから、スラスト受け片７２を保持するための別部材を必要としない。それ故、本発明のスラストベアリングはその構成が簡単になるばかりでなく、その装着もまた容易に行え、圧縮機のコスト的にも有利となる。
本発明は上述の第１実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、図５及び図６は第２実施例のスラストベアリングを示している。
第２実施例のスラストベアリングは、前述した凹所７８の代わりに、分断溝７６の両内側壁にそれぞれ、例えば２個ずつの係合溝８２を備えており、これら係合溝８２は断面半円形をなし、駆動ケーシング４の端面５２から分断７６の底面に向けて延びている。具体的には、係合溝８２もまた、駆動ケーシング４の鋳造時に鋳込みピンを使用して同時に形成されるか、又は、その鋳造後にドリル加工される。一方、スラスト受け片７２はその外周面に４個の係合突起８４を一体に有しており、これら係合突起８４はスラスト受け片７２が分断溝７６に嵌め込まれると同時に、対応する係合溝８２にそれぞれ嵌合され、その係合溝８２と係合する。

上述した係合溝８２と係合突起８４の組合せでも、スラスト受け片７２は駆動ケーシンク４の径方向及び周方向にそれぞれ拘束される。なお、係合突起８４はスラスト受け片７２の射出成形を複雑にするものでないし、これら係合突起８４の存在によりスラスト受け片７２の製造コストが上昇することもない。また、図５のスラスト受け片７２は図４のスラスト受け片とは異なり、その両端が半円形をなしている。

更に、図７及び図８は第３実施例のスラストベアリングを示している。
第３実施例のスラストベアリングの場合、各スラスト受け片７２の取付け面は、駆動ケーシング４の端面５２を旋削加工して得られている。そして、端面５２からは各スラスト受け片７２毎に２個ずつのピン８６が突設され、一方、スラスト受け片７２にはその両端部に２つのピン孔８８が形成されている。スラスト受け片７２はピン孔８８のそれぞれに対応するピン８６を挿入させた状態で端面５２上に取付けられ、ピン８６は駆動ケーシング４の径方向及び周方向の両方向に関し、スラスト受け片７２の動きを拘束する。

なお、ピン８６及びピン孔８８に代えて、端面５２にスラスト受け片７２の外形に合致した形状の凹所を形成すれば、この凹所にスラスト受け片７２を嵌め込むだけで、スラスト受け片７２を端面５２上に保持することができる。
また、スラスト受け片７２が金属やセラミックからなる場合には、その外表面に摩擦係数を低減する樹脂膜を形成しておくのが好ましい。

更に、上述の各実施例では、スラスト受け片７２が全て同一の形状となっているが、これらスラスト受け片７２はその形状が互いに異なっていてもよい。
最後に、本発明のスクロール型流体機械は、車両用空調装置に組込まれる冷凍回路用の圧縮機のみならず、種々の分野における圧縮機又は膨脹機としても使用可能であることは言うまでもない。

スクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 第１実施例のスラストベアリングを示した図１中のII-II線に沿う横断面図である。 図２中、III-III線に沿う断面図である。 第１実施例のスラストベアリングの取付け面を示した図である。 第２実施例のスラストベアリングの一部及びその取付け面を示した図である。 図５中、VI-VI線に沿う断面図である。 第３実施例のスラストベアリングの一部及びその取付け面を示した図である。 図７中、VIII-VIII線に沿う断面図である。

符号の説明

４ 駆動ケーシング（ハウジング）
３０ 可動スクロール
３２ 固定スクロール
３８ 圧力室
５２ 端面（取付け面）
７２ スラスト受け片
７４ 環状溝
７８ 凹所（係合部）
８０ 段差面（係合部）
８２ 係合溝（係合部）
８４ 係合突起（係合部）
８６ ピン
８８ ピン孔

Claims (7)

1. ハウジング内にそれぞれ収容され、互いに協働して圧力室を形成する固定及び可動スクロールを備え、前記可動スクロールが前記ハウジングにスラストベアリングを介して支持された状態で前記固定スクロールに対して旋回運動し、この旋回運動に伴う前記圧力室の容積変動に基づき作動流体の吸入プロセス及び圧縮／吐出プロセスを実行するスクロール型流体機械において、
   前記スラストベアリングは、
   前記ハウジングに前記可動スクロールの旋回方向に互いに離間して設けられ、前記可動スクロールが摺接する複数のスラスト受け片と、
   前記ハウジングに前記スラスト受け片を保持させる保持手段と
   を備えることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記各スラスト受け片は同一の形状及び大きさを有す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. 前記保持手段は、
   前記ハウジングを旋削加工して形成され、前記各スラスト受け片が配置される環状の取付け面と、
   前記取付け面上にて前記各スラスト受け片を固定する固定要素と
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記取付け面は環状溝の底面として形成されており、
   前記固定要素は、前記環状溝の内側壁に形成され、前記環状溝に前記スラスト受け片が嵌め込まれたとき、前記スラスト受け片に係合する係合部である
   ことを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記保持手段は、前記環状溝を拡幅すべく前記環状溝の前記内側壁に沿って延びる凹所を更に含み、この凹所の両端が前記スラスト受け片と係合する係合部を形成することを特徴とする請求項４に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記係合部は、
   前記環状溝の前記内側壁に形成された係合溝と、
   前記スラスト受け片の側縁から突設され、前記係合溝に嵌合する係合突起と
   を含むことを特徴とする請求項４に記載のスクロール型流体機械。
7. 前記固定要素は、
   前記取付け面から突設されたピンと、
   前記スラスト受け片に形成され、前記ピンを挿入させるピン孔と
   を含むことを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。

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