JP2010150963A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】旋回スクロールの固定スクロールへの押し付け荷重のバラツキを抑え、圧縮機の起動時における衝撃を抑え、騒音を抑えるとともに、耐久性を優れたものとすることのできるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】旋回スクロール側のストッパピン41と、主軸31側の凹部42との間に、周囲弾性体51と、主軸31の軸線方向に圧縮状態とされた底部弾性体52と、を介在させることで、旋回スクロールを、各部の加工誤差を吸収して常時固定スクロールに接触させて圧縮室のシール性を維持する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車載用空気調和機等を構成するスクロール型圧縮機に関する。
スクロール型の圧縮機は、渦巻状のスクロール壁をそれぞれ有する固定スクロールと旋回スクロールとを備える。そして、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のスクロール壁の間に形成される圧縮室の容積を減少させることで、圧縮室内の流体の圧縮を行う。
図6に示すように、このような圧縮機1においては、吸入ポートからハウジング2内に吸入された冷媒は、旋回スクロール3Bと固定スクロール3Aとの間に形成された圧縮室へ導かれる。固定スクロール3Aに対する旋回スクロール3Bの公転により、圧縮室内の冷媒が圧縮され、ハウジング2に形成された吐出ポートから外部に吐出される。
ここで、旋回スクロール3Bは、外部から回転駆動される主軸4に対し、主軸4の回転中心から所定寸法だけオフセットして設けられたボス4aに、軸受5を介して回転自在(すなわち公転自在)に支持されている。なお旋回スクロール3Bが、公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール3Bと主軸4との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
また、主軸4には、主軸4に対して偏心した旋回スクロール3Bによるアンバランスを解消するため、バランサ6が設けられている。バランサ6は、主軸4のボス4aに対し、旋回スクロール3Bが偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部6aの外周部に、ウェイト部6bが一体に形成されている。
ところで、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bは、それぞれ所定の公差内の精度で形成されているが、それでも公差範囲内の微少な寸法誤差が存在する。また、主軸4の精度等も、固定スクロール3Aに対する旋回スクロール3Bの位置精度に影響する。
これらの寸法誤差が存在しても、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの相対回転に支障の生じないよう、旋回スクロール3Bは、主軸4に対し、一定の範囲内で可動する構造とされている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、旋回スクロール3Bおよびバランサ6は、主軸4のボス4aに対し、ボス4aの中心軸周りに、一定角度の旋回が許容される構造となっている。すなわち、バランサ6のプレート部6aにストッパピン7が設けられ、主軸4において、このストッパピン7に対向する位置には、ストッパピン7を収容する凹部8が形成されている。ストッパピン7の外径に対し、凹部8の内径を一定寸法大きく形成することで、ストッパピン7と凹部8との間にクリアランスが形成され、バランサ6に設けられたストッパピン7が、ボス4aを中心として凹部8の内部で前記のクリアランスの範囲内で移動可能となっている。これにより、旋回スクロール3Bおよびバランサ6は、主軸4のボス4aを中心として回転したときに、ストッパピン7と凹部8とのクリアランス範囲内において旋回が許容される。このように、旋回スクロール3Bを一定の許容範囲内で可動とすることで、各部の製造誤差等を吸収し、固定スクロール3Aに対して常に密着させる。
上記のように、固定スクロール3Aに対し、旋回スクロール3Bが可動する構造においては、圧縮機1の作動中においては、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの間に形成された圧縮室の圧力と、バランサ6で生じる遠心力とにより、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに押し付けられる。しかし、圧縮機1の停止中には、固定スクロール3Aに対し、旋回スクロール3Bが離れていることもあり、このような状態から圧縮機1を起動させると、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに衝突し、その衝撃音が生じることがある。
そこで、上記のようにして主軸4に対して旋回スクロール3Bが可動する構造において、主軸4と旋回スクロール3Bとの間に、弾性体を備えることで、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの衝突時の衝撃を緩衝するものも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平1−271681号公報 特許第3781460号公報
主軸4と旋回スクロール3Bとの間に弾性体を備えた場合、主軸4に対し、旋回スクロール3Bが、ストッパピン7と凹部8とのクリアランス範囲内で移動すると、旋回スクロール3Bは、その移動量に応じて弾性体からの反力を受け、この反力が旋回スクロール3Bを固定スクロール3Aに押し付ける荷重(以下、これを押し付け荷重と適宜称する。)となる。
ここで、図7に示すように、主軸4や旋回スクロール3B等、各部の加工精度が規定の公差内であったとしても、初期の状態(無負荷の状態)では、弾性体からの反力、すなわち旋回スクロール3Bの固定スクロール3Aへの押し付け荷重にはバラツキが生じる。例えば、凹部8に対しストッパピン7が相対的に大きい場合には、凹部8に対しストッパピン7が相対的に小さい場合に比較すると、弾性体ではより初期の状態から大きな反力を生じ、押し付け荷重が大きい状態となっている。逆に、凹部8に対しストッパピン7が相対的に小さい場合、弾性体ではより初期の状態から反力が小さく、押し付け荷重も小さい。したがって、圧縮機1が作動し始めると、旋回スクロール3Bが固定スクロール3Aに押し付けられる荷重が大きくばらつくことになる。
しかし、このような旋回スクロール3Bの固定スクロール3Aへの押し付け荷重のバラツキは、なるべく抑えるのが好ましいのは言うまでもない。押し付け荷重が過大になると、固定スクロール3A、旋回スクロール3Bの接触部分の発熱、摩耗等が生じる。このため、一つには、各部の加工精度を高める手法があるが、これは加工コストの上昇に直結するので好ましくない。
また、前記したような、圧縮機1の起動時における固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとの衝突による衝撃を、騒音や耐久性の観点から抑えるのが好ましい。ただし、特許文献2に開示されている技術は、圧縮機1が無負荷の初期の状態においては、固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bはあくまでも非接触の状態であり、この圧縮機1が作動し始めたときに、非接触状態であった固定スクロール3Aと旋回スクロール3Bとが衝突するときの衝撃を緩衝しようというものである。したがって、衝撃は緩衝されるとはいえ存在することに変わりはない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、旋回スクロールの固定スクロールへの押し付け荷重のバラツキを抑え、圧縮機の起動時における衝撃を抑え、騒音を抑えるとともに、耐久性を優れたものとすることのできるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。
かかる目的のもとになされた本発明のスクロール型圧縮機は、スクロール型の圧縮機であって、外殻を形成するハウジングに回転自在に支持された主軸と、主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジングに固定された固定スクロールと、旋回スクロールと一体に設けられ、旋回スクロールのアンバランスを軽減するバランサと、を備える。そして、主軸またはバランサの一方に設けられた、主軸の軸線と平行な方向に突出する凸部と、主軸またはバランサの他方に設けられ、凸部の外径よりも大きな内径を有した凹部と、主軸とバランサとの間に、軸線方向に圧縮状態で設けられ、凹部内における軸線に直交する方向への凸部の移動に対して抵抗力を発揮する第一の弾性体と、を備えることを特徴とする。
第一の弾性体で発揮する摩擦力により、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重を発揮することができる。
このとき、第一の弾性体は、凸部の先端部と凹部の底部との間に、軸線方向に圧縮状態で設けられているため、凸部が凹部内で主軸の軸線に直交する方向に変位しても、発揮する摩擦力はほぼ一定であり、変位量や、各部の寸法誤差の影響を受けにくい。
なおここで、凸部やバランサ、旋回スクロールの変位とは、旋回スクロールが固定スクロールに常時接触した状態を維持するため、旋回スクロールの旋回中に、旋回スクロールがボスを中心として旋回したときの変位を示す。
また、凸部の外周面と凹部の内周面との間に設けられた第二の弾性体をさらに備えることができる。これにより、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重のうち、第一の弾性体により初期押し付け荷重を担うとともに、第二の弾性体により、凸部が凹部内で主軸の軸線に直交する方向に変位したときの押し付け荷重を担うことができる。
ここで、凸部が凹部内で軸線に直交する方向に移動したときに、第一の弾性体で発揮する摩擦力が、第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きくなるようにするのが好ましい。
なお、第二の弾性体は、凸部の外周面と凹部の内周面との間の全周に設けるのではなく、旋回スクロールの旋回半径外周側にのみ設けるようにしてもよい。これにより、組み付け性が向上する。
なお、第一の弾性体と第二の弾性体とは、一体成形しても良いし、別々のままとしても良い。
また、第一の弾性体と第二の弾性体とは、互いに異なる材料で形成しても良いし、互いに厚さが異なるものとしても良い。
本発明によれば、第一の弾性体、第二の弾性体によって旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける荷重が発揮され、圧縮室のシール性が確保される。このとき、凸部が凹部内で軸線に直交する方向に移動したときに第一の弾性体で発揮する摩擦力が、第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きくなるようにすれば、旋回スクロールが変位したときの第二の弾性体により発揮する押し付け荷重の増減量を抑えることができる。すると、凹部と凸部とのクリアランスに、旋回スクロール、固定スクロール、主軸等の加工公差の範囲内で誤差があっても、第二の弾性体によって発揮する押し付け荷重のバラつきを小さくすることができる。
また、無負荷状態(圧縮機が作動していない状態)において、第一の弾性体、第二の弾性体により、凸部を凹部内で一定の位置に保持でき、旋回スクロールを固定スクロールに押し付けて常時接触する構成とすることができる。その結果、圧縮機の起動時において、非接触状態にあった旋回スクロールが固定スクロールに衝突して騒音を発生させるのを避けることができ、圧縮機を低騒音なものとすることができる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態における圧縮機10の構成を示すための図である。
この図1に示すように、圧縮機10は、スクロール型で、ハウジング11内に、主軸31と、主軸31とともに回転する旋回スクロール32と、ハウジング11に固定された固定スクロール33と、を備える。
このような圧縮機10においては、ハウジング11の一端側に形成された冷媒導入ポートからハウジング11内に冷媒が導入され、旋回スクロール32と固定スクロール33との間に形成された圧縮室において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング11の他端側に形成された冷媒吐出ポートから吐出される。
主軸31は、その両端部が、ハウジング11に軸受34、35を介して回転自在に支持されている。主軸31の一端31aは、ハウジング11を貫通して外部に突出しており、図示しない駆動源が一端31aに連結されている。ここで、エンジンを駆動源とする場合、主軸31の一端31aに、図示しないベルト等を掛け回してエンジンに連結して駆動力を伝達する。また、駆動源としては、車両のエンジンの他、モータ等を用いることも可能である。モータを駆動源とする場合、モータの回転軸と主軸31とをベルトやギヤ等で連結しても良いし、モータの回転軸を主軸31としても良い。その場合、モータは、ハウジング11の内部に一体に内蔵することも可能である。
旋回スクロール32、固定スクロール33は、それぞれ円板状の端板32a、33aの一面側に、渦巻状のスクロール壁32b、33bが立設されている。これら旋回スクロール32と固定スクロール33は、スクロール壁32b、33bを互いに組み合わせて、双方のスクロール壁32b、33b間に圧縮室を形成している。
主軸31の他端部31bには、主軸31の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、ボス37が突出形成されている。このボス37に、旋回スクロール32が回転自在に保持されている。これにより、旋回スクロール32は、主軸31の中心に対し、予め定められた寸法だけ偏心して設けられ、主軸31がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール32は、主軸31の中心に対し、偏心した寸法を半径とした回転(公転)を行う。なお、旋回スクロール32が、公転しつつも、自転はしないよう、旋回スクロール32と主軸31との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
また、旋回スクロール32と主軸31との間には、主軸31に対して偏心した旋回スクロール32によるアンバランスを解消するため、バランサ40が設けられている。バランサ40は、主軸31のボス37に対し、旋回スクロール32が偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部40aの外周部に、ウェイト部40bが一体に形成されている。
図2、図3に示すように、バランサ40のプレート部40aにおいて、旋回スクロール32に対向する面とは反対側に突出するストッパピン(凸部)41が設けられている。主軸31において、このストッパピン41に対向する位置には、ストッパピン41を収容する凹部42が形成されている。この凹部42は、ストッパピン41の外径に対し、その内径が一定寸法大きく形成され、ストッパピン41と凹部42との間にクリアランスが形成されている。これにより、バランサ40に設けられたストッパピン41が、凹部42の内部で前記のクリアランスの範囲内で移動可能となっている。
ここで、図2に示すように、凹部42とストッパピン41との間のクリアランスには、弾性部材50が設けられている。弾性部材50は、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在する筒状の周囲弾性体(第二の弾性体)51と、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間に介在する円板状の底部弾性体(第一の弾性体)52と、から形成される。これら周囲弾性体51と底部弾性体52とは、別体としても良いし、図4に示すように、これら周囲弾性体51と底部弾性体52を一体化した形状を有する弾性部材50としても良い。
底部弾性体52は、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間で、圧縮状態で介在するよう設けられている。このため、バランサ40が、主軸31に設けられたストッパリング43により旋回スクロール32側への移動が拘束されており、これにより凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間隔が、底部弾性体52の厚さ方向の自然長よりも小さく設定されている。
そして、これら周囲弾性体51、底部弾性体52は、圧縮機10が無負荷であるときにおいても旋回スクロール32が固定スクロール33に押し付けられた状態を維持するよう、予め定められた押し付け荷重を発揮する状態に組まれている。このため、圧縮機10が無負荷であるときに、ストッパピン41が凹部42の中心からオフセットし、ストッパピン41で周囲弾性体51、底部弾性体52を変形させた状態となるように設計する。
これら周囲弾性体51と底部弾性体52は、それぞれ弾性を有したゴム系材料等から形成される。
凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在する周囲弾性体51は、ストッパピン41が、凹部42内でストッパピン41の軸線に直交する方向に変位したときに弾性変形し、ストッパピン41に対して反力を作用させる。すなわち、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位した場合、周囲弾性体51が反力を作用させる。
また、底部弾性体52は、凹部42の底部42bとストッパピン41の先端面41bとの間で圧縮状態で介在することで、常にストッパピン41に対し摩擦力を作用させている。そして、ストッパピン41が、凹部42内でストッパピン41の軸線に直交する方向に変位したときには、底部弾性体52はストッパピン41に対して摩擦抵抗力を作用させる。すなわち、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位した場合、底部弾性体52が摩擦抵抗力を作用させる。
このような構成により、旋回スクロール32が、固定スクロール33との接触により主軸31の径方向に変位しようとすると、周囲弾性体51による反力と、底部弾性体52による摩擦抵抗力とが作用し、旋回スクロール32のスクロール壁32bと固定スクロール33のスクロール壁33bとの押し付け荷重を付与する。したがって、旋回スクロール32の主軸31の径方向への変位と押し付け荷重との関係は、図5に示すようなものとなる。すなわち、底部弾性体52の摩擦抵抗力により、旋回スクロール32に初期押し付け荷重F1が与えられ、旋回スクロール32が変位すると、周囲弾性体51による反力による変位押し付け荷重F2が加わる。この周囲弾性体51による変位押し付け荷重F2は、旋回スクロール32の変位が増大するほど増加する。
ここで、底部弾性体52による初期押し付け荷重F1の割合を増やしていくと、各部の加工公差を考慮した上で凹部42内においてストッパピン41が変位する範囲(図5中で「公差」と示した範囲)内における、変位押し付け荷重F2の増減量を抑えられる。すなわち、図5において、旋回スクロール32が変位したときの押し付け荷重変化の傾きを小さくすることができる。すると、旋回スクロール32、固定スクロール33、主軸31等の加工公差の範囲内でストッパピン41と凹部42とのクリアランスに誤差があっても、その範囲内において弾性部材50により旋回スクロール32に作用させる押し付け荷重のバラつきを小さくすることができる。
したがって、旋回スクロール32が最大に変位(加工公差を考慮したうえで、凹部42内におけるストッパピン41の最大の変位)したときに旋回スクロール32に作用する押し付け荷重の最大値(初期押し付け荷重F1+変位押し付け荷重F2)に対する、底部弾性体52による初期押し付け荷重F1の割合は大きくするのが好ましく、例えば50%以上、より好ましくは70%程度とするのが良い。
この割合を100%、つまり周囲弾性体51を備えず底部弾性体52のみとすることも可能ではあるが、旋回スクロール32と固定スクロール33の回転中は、凹部42内におけるストッパピン41の変位が高速に生じ得るため、その変動成分を周囲弾性体51で担うようにするのが好ましい。
これには、周囲弾性体51と底部弾性体52とで、弾性係数を異ならせたり(材質を異ならせる)、厚さを異ならせれば良い。これらの設定については、要求性能に応じ、適宜設計すればよいものである。
このようにして、周囲弾性体51と底部弾性体52とからなる弾性部材50を、可動とした旋回スクロール32と主軸31との間に介在させることで、各部の加工誤差を吸収して常時旋回スクロール32を固定スクロール33に一定以上の接触圧で接触させて圧縮室のシール性を維持することができる。特に、旋回スクロール32が変位したときの押し付け荷重変化の傾きを小さくすることで、各部の加工誤差があっても、その加工誤差範囲内において弾性部材50により旋回スクロール32に作用させる押し付け荷重のバラつきを小さくし、安定した接触圧を保って旋回スクロール32と固定スクロール33とを確実に接触させることができる。しかも、このような効果は、各部の加工精度を特に高めることなく、低コストで実現することができる。
また、無負荷状態(圧縮機10が作動していない状態)において、弾性部材50により、ストッパピン41を凹部42内で一定の位置に保持できる。そこで、無負荷状態において、旋回スクロール32が固定スクロール33と常時接触する構成とすることができる。
その結果、圧縮機10の起動時において、非接触状態にあった旋回スクロール32が固定スクロール33に衝突して騒音を発生させるのを避けることができ、圧縮機10を低騒音なものとすることができる。
なお、上記実施の形態では、圧縮機10の全体構成を説明したが、その構成については上記に挙げたものに限定する意図は無く、他の構成を有した圧縮機においても本発明を適用できるのは言うまでもない。
また、底部弾性体52を組み込む位置については、主軸31とバランサ40との間であれば、上記に示した位置に限るものではない。例えば、主軸31の先端面31cとバランサ40のプレート部40aの背面40cとの間に底部弾性体52を介在させても良い。
さらに、周囲弾性体51は筒状としたが、これに限るものではなく、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間の全周に設けるのではなく、凹部42の内周面とストッパピン41の外周面との間に介在するにおいて、旋回スクロール32の旋回半径外周側にのみ設けるようにしてもよい。これによっても、起動時の衝撃音は抑制できる。これにより、組み付け性が向上する。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本実施の形態における圧縮機の断面図である。 主軸とバランサとの間に設けた弾性部材を示す断面図である。 図2の側面図である。 主軸とバランサとの間に設けた弾性部材の他の例を示す断面図である。 本実施の形態における凸部の変位と旋回スクロールの固定スクロールに対する接触荷重との関係を示す図である。 従来の圧縮機の断面図である。 従来の凸部の変位と旋回スクロールの固定スクロールに対する接触荷重との関係を示す図である。
符号の説明
10…圧縮機、11…ハウジング、31…主軸、31a…一端、31b…他端部、32…旋回スクロール、32b…スクロール壁、33…固定スクロール、33b…スクロール壁、37…ボス、40…バランサ、40a…プレート部、40b…ウェイト部、41…ストッパピン(凸部)、41b…先端面、42…凹部、42b…底部、43…ストッパリング、50…弾性部材、51…周囲弾性体(第二の弾性体)、52…底部弾性体(第一の弾性体)

Claims (7)

  1. スクロール型の圧縮機であって、
    外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持された主軸と、
    前記主軸の中心に対してオフセットした位置に回転自在に連結された旋回スクロールと、
    前記旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、前記ハウジングに固定された固定スクロールと、
    前記旋回スクロールと一体に設けられ、前記旋回スクロールのアンバランスを軽減するバランサと、
    前記主軸または前記バランサの一方に設けられ、前記主軸の軸線と平行な方向に突出する凸部と、
    前記主軸または前記バランサの他方に設けられ、前記凸部の外径よりも大きな内径を有して前記凸部が挿入される凹部と、
    前記主軸と前記バランサとの間に、前記軸線方向に圧縮状態で設けられ、前記凹部内における前記軸線に直交する方向への前記凸部の移動に対して抵抗力を発揮する第一の弾性体と、
    を備えることを特徴とするスクロール型圧縮機。
  2. 前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との間に設けられた第二の弾性体をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスクロール型圧縮機。
  3. 前記第二の弾性体が、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との間において、前記旋回スクロールの旋回半径外周側に設けられていることを特徴とする請求項2に記載のスクロール型圧縮機。
  4. 前記凸部が前記凹部内で前記軸線に直交する方向に移動したときに、前記第一の弾性体で発揮する摩擦力が、前記第二の弾性体で発揮する反発力よりも大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
  5. 前記第一の弾性体と前記第二の弾性体とが、一体成形されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
  6. 前記第一の弾性体と前記第二の弾性体とが、互いに異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
  7. 前記第一の弾性体と前記第二の弾性体は、互いに厚さが異なることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
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