JP2007077958A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転軸に対する軸封止ユニットのＯリングの固着を防止し、シール性が確保可能な圧縮機を提供する。
【解決手段】 駆動側ケーシング(22)に対して回転軸(30)を気密にシールする軸封止ユニット(40)は、回転軸を囲繞し、駆動側ケーシングとの気密を保持する固定側シール部材(90)と、固定側シール部材に気密に摺接されるシール面(94)を有し、回転軸とともに回転する回転側シール部材(92)と、回転側シール部材に係合され、且つスプリング(102)の押圧力によって回転軸に気密に当接されるＯリング(98)とを含み、回転軸は、Ｏリングに作用する緊迫力を低減させ、Ｏリングの移動力を新たに生じさせるテーパ形状のシャフトシール部(104)を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧縮機に係り、詳しくは、自動車用空調システムやガスヒートポンプシステムに用いられて好適な圧縮機に関する。

この種の圧縮機はハウジング内に圧縮ユニットを有し、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが行われている。この圧縮ユニットは回転軸によって駆動され、この回転軸はその両端部分が軸受を介してハウジングに回転自在にそれぞれ支持されている。
ここで、冷媒には通常、潤滑油が含まれている。この冷媒中の潤滑油は圧縮ユニットの摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する。更に、潤滑が要求される部位としては軸封止ユニットが存在する。この軸封止ユニットは、上記軸受の間にてハウジングに対して回転軸を気密にシールしており、圧縮ユニット側からの冷媒の漏れを防止する。（例えば、特許文献１）。
特開２００１−３１７６３７号公報

ところで、上記軸封止ユニットには、ハウジングとの気密を保持する固定側シール部材と、この固定側シール部材に気密に摺接されるシール面を有して回転軸とともに回転する回転側シール部材と、回転側シール部材に係合され、且つ、回転軸に座金で支持されたスプリングの押圧力によって回転軸の外周面に気密に当接されるＯリングとを有するものがある。

ここで、当該軸封止ユニットにおいて潤滑油が欠乏すると、Ｏリングが油膜切れ等によって回転軸に固着するとの問題がある。
すなわち、上記特許文献１の如くＯリングが水平方向に配設された上記外周面に気密に当接されていた場合には、シール面に作用する力、つまり、回転側シール部材から固定側シール部材に向けて作用する力はＯリングの固着によって減少し、固定側シール部材と回転側シール部材とのシール性が低下するのである。また、Ｏリングと上記外周面との接触点に作用する力はＯリングの緊迫力として回転軸の軸線に対して垂直方向にのみ生ずることから、却ってＯリングの固着が助長されるのである。

上述の課題から、本発明の目的は、回転軸に対する軸封止ユニットのＯリングの固着を防止し、シール性が確保可能な圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の圧縮機は、駆動側ケーシング及び圧縮側ケーシングを有するハウジングと、駆動側ケーシング内に収容され、一の軸受を介して回転自在に支持された一の軸部及び圧縮側ケーシング側にて他の軸受を介して回転自在に支持された他の軸部を有する回転軸と、一の軸受と他の軸受との間に配置され、駆動側ケーシングに対して一の軸部を気密にシールする軸封止ユニットと、圧縮側ケーシング内に収容され、回転軸により駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットとを具備し、軸封止ユニットは、回転軸を囲繞し、駆動側ケーシングとの気密を保持する固定側シール部材と、固定側シール部材に気密に摺接されるシール面を有し、回転軸とともに回転する回転側シール部材と、回転側シール部材に係合され、且つスプリングの押圧力によって回転軸に気密に当接されるＯリングとを含み、回転軸は、他の軸部から一の軸部に向けて縮径され、Ｏリングに作用する緊迫力を低減させ、Ｏリングの移動力を新たに生じさせるテーパ形状のシャフトシール部を有することを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の圧縮機によれば、軸封止ユニットはスプリングによって回転軸に押圧付勢されるＯリングを有し、このＯリングは他の軸部から一の軸部に向けて縮径されたテーパ形状のシャフトシール部に気密に当接されている。よって、当該Ｏリングと回転軸との接触点に作用する力はシャフトシール部の法線方向の分力と接線方向の分力とに分解され、前者の法線方向の分力であるＯリングに作用する緊迫力が低減される。この結果、Ｏリングの固着防止に寄与する。

また、後者の接線方向の分力がＯリングの移動力として新たに生ずるので、シール面に作用する力が増加して固定側シール部材と回転側シール部材とのシール性が向上する。
更に、圧縮機の起動時には、Ｏリングが速やかに一の軸部側に向けて移動し、メカニカルシールの変位に対する追従性が良好となる。

図１は本発明の実施例であるスクロール圧縮機４を示し、例えば、自動車用空調システムやガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおける冷凍回路の圧縮機として用いられる。より詳しくは、冷凍回路は、作動ガスとしての冷媒が循環する循環管路を備え、圧縮機４は蒸発器に循環管路の復路を介して接続される一方、循環管路の往路には凝縮器及び膨張弁が介挿される。

この圧縮機４はハウジング２０を備え、ハウジング２０はフロントハウジング（駆動側ケーシング）２２及びリアハウジング（圧縮側ケーシング）２４を有する。フロントハウジング２２は、リアハウジング２４側が大径となる段付きの筒形状をなし、それぞれ開口した両端を有する。一方、リアハウジング２４は、フロントハウジング２２の大径端に向けて開口したカップ形状をなし、その開口端がフロントハウジング２２の大径端にＯリング２６を介して気密に嵌合され、そして、複数の連結ねじ２８を介してフロントハウジング２２の大径端に連結されている。

フロントハウジング２２内には回転軸３０が配置され、この回転軸３０もまた段付き形状をなし、一端側の小径軸部（一の軸部）３２と、その他端の大径端部（他の軸部）３４とを有する。小径軸部３２は、ボール軸受（一の軸受）３８を介してフロントハウジング２２の小径端に回転自在に支持され、この一方、大径端部３４はニードル軸受（他の軸受）３６を介してフロントハウジング２２に回転自在に支持されている。

そして、フロントハウジング２２内にはボール軸受３８とニードル軸受３６との間に、後述するシールユニット（軸封止ユニット）４０が配置されており、このシールユニット４０はフロントハウジング２２内を気密に区画している。
回転軸３０における小径軸部３２はフロントハウジング２２から突出し、その突出端に電磁クラッチ４２を内蔵した駆動プーリ４４が取付けられており、この駆動プーリ４４は、軸受４６を介してフロントハウジング２２に回転自在に支持されている。

駆動プーリ４４は、ＧＨＰシステムの場合にはガスエンジンからの動力を受けて回転され、駆動プーリ４４の回転はその電磁クラッチ４２を介して回転軸３０に伝達可能である。従って、ガスエンジンの駆動中、電磁クラッチ４２がオン作動されれば、回転軸３０は駆動プーリ４４とともに回転される。
一方、リアハウジング２４内にはスクロールユニット（圧縮ユニット）５２が収容され、このスクロールユニット５２は、可動スクロール５４及び固定スクロール５６を含む。可動及び固定スクロール５４，５６のそれぞれは、基板５４ａ，５６ａと、基板５４ａ，５６ａの内面に一体に設けられた渦巻き壁５４ｂ，５６ｂを有する。可動スクロール５４は、固定スクロール５６との間に気密な圧縮室５８を形成すべく、固定スクロール５６と噛み合うように配置されている。より詳しくは、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂはチップシール６０，６２を介して相手側の基板５６ａ，５４ａに摺接する一方、径方向内面及び外面にて相互に局所的に摺接している。この配置のもとで、可動スクロール５４は固定スクロール５６に対して旋回運動可能であり、この旋回運動に伴なって、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂ間の摺接個所はそれらの周方向（渦巻き方向）に移動する。

上述した可動スクロール５４の旋回運動を達成するため、可動スクロール５４の基板５４ａはニードル軸受６４を介して偏心ブッシュ６６に回転自在に支持されている。そして、偏心ブッシュ６６はクランクピン６８に支持され、このクランクピン６８は回転軸３０の大径端部３４から偏心して突出している。従って、回転軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動することになる。

なお、偏心ブッシュ６６にはカウンタウエイト７０が取付けられており、このカウンタウエイト７０は、可動スクロール５４の旋回運動に対するバランスウエイトとなる。
更に、フロントハウジング２２の大径端と可動スクロール５４の基板５４ａとの間には自転阻止機構としてのボールカップリング７２が介装されている。例えば、ボールカップリング７２はフロントハウジング２２の大径端及び基板５４ａにそれぞれ支持され、その周方向に等間隔を存して環状レースを有した一対のリングプレート７４と、これらリングプレート７４の環状レース間に挟持されたボール７６とからなる。

一方、固定スクロール５６はケーシング２４内にてボルトを介して固定されている。固定スクロール５６の基板５６ａは、Ｏリング７８と協働してケーシング２４内を圧縮室５８側と吐出室８０とに気密を存して仕切っており、スクロールユニット５２の外周とケーシング２４の内周面との間には、吸入室８２が区画されている。また、基板５６ａにはその中央に圧縮室５８に連なる吐出孔８４が形成され、この吐出孔８４は吐出弁としてのリード弁８６により開閉される。このリード弁８６はその弁押さえ８８とともに基板５６ａの外面にボルト（図示せず）を介して取付けられている。

なお、ケーシング２４には、図１には示されていないが、その周壁に吸入室８２及び吐出室８０にそれぞれ連通する吸入口及び吐出口が形成されており、吸入口は前述した循環管路の復路に接続され、そして、吐出口は循環管路の往路に接続されている。
上述したスクロール圧縮機によれば、回転軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動し、この際、可動スクロール５４の自転がボールカップリング７２の働きにより阻止された状態にある。この結果、可動スクロール５４はその旋回姿勢を一定に維持した状態で、固定スクロール５６に対して旋回運動し、この旋回運動により、以下の一連のプロセスが実施される。

まず、吸入口を通じて吸入室８２に外部から冷媒が吸い込まれ、そして、吸入室８２内の冷媒は、スクロールユニット５２の外周にて吸入室８２と連通した圧縮室５８内に吸い込まれる。圧縮室５８内に吸い込まれた冷媒は、渦巻き壁５４ｂ，５６ｂに沿った渦巻き中心方向への圧縮室５８の移動に伴い、その容積減少により圧縮される。圧縮冷媒は、渦巻き中心近傍にて圧縮室５８が吐出孔８４に連通したときに、その圧力によりリード弁８６が開弁されて吐出室８０内に吐出される。この後、圧縮冷媒は吐出室８０から吐出口を通じて外部に供給される。なお、スクロールユニット５２においては、渦巻き方向に沿って相互に離間した複数の圧縮室５８が同時に形成され、一連のプロセスにおける各工程が同時に進行する。

以下、本実施例のシールユニット４０について説明する。
フロントハウジング２２内を気密に区画するために、回転軸３０をそれぞれ支持するボール軸受３８とニードル軸受３６との間には、図２に詳図されるようなシールユニット４０が配置されている。このシールユニット４０は、シールプレート（固定側シール部材）９０及びシールリング（回転側シール部材）９２でメカニカルシールを構成している。

具体的には、シールプレート９０は、回転軸３０の外周側にて回転軸３０に対して非回転状態で配設されている。また、シールプレート９０の外周部分にはＯリング９６が配設されており、シールプレート９０はフロントハウジング２２に気密に嵌合されている。
一方、このシールプレート９０にはシールリング９２が摺接されている。詳しくは、このシールリング９２は回転軸３０と一体的に回転可能に配設され、シール面９４を介してシールプレート９０に気密に擦れ合っている。また、シールリング９２の内周部分の適宜位置にはＯリング９８が配設されており、このＯリング９８は、回転軸３０に座金１００で支持されたスプリング１０２の押圧力によって、シールリング９２に係合されるとともに、回転軸３０のシャフトシール部１０４に気密に当接されている。

そして、圧縮機４の起動時におけるシール面９４には、スクロールユニット５２からの圧力荷重及びスプリング１０２によるバネ荷重がニードル軸受３６側からボール軸受３８側に向けて作用する反面、シールプレート９０とシールリング９２との隙間を設けようとするオープニングフォース及びＯリング９８が留まろうとするＯリング抵抗力がボール軸受３８側からニードル軸受３６側に向けて作用し、これらの合力がシールプレート９０とシールリング９２との間に生じている。

ところで、上記シャフトシール部１０４は、ニードル軸受３６側からボール軸受３８側に向けて、つまり、大径端部３４から小径軸部３２に向けて縮径されたテーパ形状をなしている。
これにより、図３に示されるように、Ｏリング９８とシャフトシール部１０４との接触点に作用する力は、シャフトシール部１０４のテーパ面に対して法線方向の分力と接線方向の分力とにそれぞれ分解される。この法線方向の分力は、Ｏリング９８をシャフトシール部１０４に押し付けるＯリング緊迫力Ｆｎとして作用し、接線方向の分力は、Ｏリング９８をシャフトシール部１０４のテーパ面に沿って移動させるＯリング移動力Ｆｔとして作用する。

すなわち、従来のようにシャフトシール部分が回転軸３０の軸線と平行に形成されていた場合には上記Ｏリング緊迫力のみが生じており、油膜切れ等によってＯリング９８がシャフトシール部分に固着したときには、上記Ｏリング抵抗力が更に増加してシール面９４に作用する力が低くなってしまうのである。これに対し、本実施形態の如くシャフトシール部１０４がテーパ形状に形成されると、力の分散によってＯリング緊迫力Ｆｎが低減され、Ｏリング９８の上記固着の防止に寄与する。

しかも、Ｏリング移動力Ｆｔが小径軸部３２に向けて新たに生じることにより、シール面９４に作用する力は、上記スクロールユニット５２からの圧力荷重及びスプリング１０２によるバネ荷重の他、Ｏリング移動力Ｆｔもニードル軸受３６側からボール軸受３８側に向けて作用し、シールリング９２からシールプレート９０に向けて作用する力が増加するので、これらシールプレート９０とシールリング９２とのシール性がより一層向上する。

更に、圧縮機４の起動時においてはＯリング９６，９８がボール軸受３８側に向けて移動することになるが、シャフトシール部１０４のテーパ面がボール軸受３８側に向けて縮径されている。よって、Ｏリング９８は、このテーパ面に沿ってシールプレート９０側に向けて速やかに移動可能となる。この結果、メカニカルシールの変位に対する追従性が良好になり、冷媒漏れの更なる防止が可能となる。

本発明は上述した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、本発明の圧縮ユニットはピストン往復動型又はスクロール型のいずれのタイプであっても、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実行可能である。

圧縮機の縦断面図である。 図２のシールユニットの拡大図である。 図２の要部IIの拡大図に分力の作用方向を示した図である。

符号の説明

４ 圧縮機
２０ ハウジング
２２ フロントハウジング（駆動側ケーシング）
２４ リアハウジング（圧縮側ケーシング）
３０ 回転軸
３２ 小径軸部（一の軸部）
３４ 大径端部（他の軸部）
３６ ニードル軸受（他の軸受）
３８ ボール軸受（一の軸受）
４０ シールユニット（軸封止ユニット）
５２ スクロールユニット（圧縮ユニット）
９０ シールプレート（固定側シール部材）
９２ シールリング（回転側シール部材）
９４ シール面
９８ Ｏリング
１００ 座金
１０２ スプリング
１０４ シャフトシール部

Claims (1)

1. 駆動側ケーシング及び圧縮側ケーシングを有するハウジングと、
   前記駆動側ケーシング内に収容され、一の軸受を介して回転自在に支持された一の軸部及び前記圧縮側ケーシング側にて他の軸受を介して回転自在に支持された他の軸部を有する回転軸と、
   前記一の軸受と前記他の軸受との間に配置され、前記駆動側ケーシングに対して前記一の軸部を気密にシールする軸封止ユニットと、
   前記圧縮側ケーシング内に収容され、前記回転軸により駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットとを具備し、
   前記軸封止ユニットは、前記回転軸を囲繞し、前記駆動側ケーシングとの気密を保持する固定側シール部材と、該固定側シール部材に気密に摺接されるシール面を有し、前記回転軸とともに回転する回転側シール部材と、該回転側シール部材に係合され、且つスプリングの押圧力によって前記回転軸に気密に当接されるＯリングとを含み、
   前記回転軸は、前記他の軸部から前記一の軸部に向けて縮径され、前記Ｏリングに作用する緊迫力を低減させ、前記Ｏリングの移動力を新たに生じさせるテーパ形状のシャフトシール部を有することを特徴とする圧縮機。

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