JP2012145063A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の起動・停止時における衝撃・騒音をより一層抑え、耐久性を優れたものとする。
【解決手段】主軸３１の他端部においては、軸支部３１ｂとドライブ軸５０との間に、ボス６０を形成し、ボス６０は、ドライブ軸５０の外径Ｄ１よりも大きな外径Ｄ２を有し、ドライブ軸５０の中心軸Ｃ１に対し、予め定められた寸法ｈだけ偏心して形成する。寸法ｈは、ドライブ軸５０の半径Ｄ１／２以下とする。バランサのプレート部において、旋回スクロールに対向する面とは反対側に、ボス６０を収容する凹部４２を形成し、凹部４２は、ボス６０の外径Ｄ２に対し、その内径Ｄ３を一定寸法大きく形成し、ボス６０と凹部４２との間にクリアランスＣを形成する。
【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５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偏心して設けられたドライブ軸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のドライブ軸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のドライブ軸４ａに対し、ドライブ軸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、ドライブ軸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のドライブ軸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が可動する構造で、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。
また、圧縮機１が稼働している状態で主軸４に駆動力を伝達するのを停止して圧縮機１を停止させた場合にも、同様に、旋回スクロール３Ｂが固定スクロール３Ａに衝突し、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 特開２０１０−１５０９６３号公報

前記したような、圧縮機１においては、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。ここで、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。

これに対し、本出願人は、ストッパピンと、凹部と、主軸とバランサとの間に弾性体を圧縮状態で設け、凹部内におけるストッパピンの移動に対して抵抗力を発揮する構成を備えるスクロール型圧縮機を提案した。

しかしながら、圧縮機の起動・停止時における衝撃や騒音、耐久性については、常に改善が望まれている。
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、圧縮機の起動・停止時における衝撃・騒音をより一層抑え、耐久性をさらに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内に回転自在に支持された主軸と、主軸に設けられ、当該主軸の中心に対して偏心したドライブ軸と、ドライブ軸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、主軸に設けられ、ドライブ軸の中心軸に対して当該ドライブ軸の半径よりも小さな寸法だけオフセットしたボスと、バランサに設けられ、ボスの外径よりも大きな内径を有してボスが挿入される凹部と、を備えることを特徴とする。
このような構成においては、バランサがドライブ軸を中心に揺動し、その揺動範囲は、凹部内でボスが移動可能な範囲に規制される。このとき、ボスは、ドライブ軸の半径よりも小さな寸法だけ偏心して主軸に設けられているので、主軸から離れた位置に設けられた従来のストッパピンに比較し、ドライブ軸の中心からの偏心寸法が少ない。

また、ボスは、ドライブ軸よりも大径に形成するのが好ましい。これにより、凹部の内壁面と干渉したときの衝撃に対する強度を向上できる。

本発明によれば、ボスは、ドライブ軸の半径よりも小さな寸法だけ偏心して主軸に設けられているので、主軸から離れた位置に設けられた従来のストッパピンに比較し、ドライブ軸の中心からの偏心寸法が少ない。これにより、圧縮機の起動・停止時における衝撃・騒音をより一層抑え、耐久性をさらに優れたものとすることができる。

本実施の形態における圧縮機の構成を示す断面図である。 主軸とバランサを組み合わせた状態を示す断面図である。 主軸とバランサを示す断面図である。 主軸とバランサを、主軸の軸線に直交する方向から見た図である。 従来の圧縮機の構成を示す断面図である。

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、その両端部の軸支部３１ａ、３１ｂ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３１ｃ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３１ｃ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３１ｃ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。

図２、図３、図４に示すように、主軸３１の他端部においては、軸支部３１ｂから、ドライブ軸５０が突出形成されている。ドライブ軸５０は、主軸３１の中心軸Ｃ０から予め定められた寸法だけ偏心した位置を中心軸Ｃ１として形成されている。このドライブ軸５０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ｒ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、主軸３１の他端部においては、軸支部３１ｂとドライブ軸５０との間に、ボス６０が形成されている。ボス６０は、ドライブ軸５０の外径Ｄ１よりも大きな外径Ｄ２を有している。また、ボス６０は、ドライブ軸５０の中心軸Ｃ１に対し、予め定められた寸法ｈだけ偏心して形成される。ここで、寸法ｈは、ドライブ軸５０の半径Ｄ１／２以下とする。

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のドライブ軸５０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。

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、前記のボス６０を収容する凹部４２が形成されている。この凹部４２は、ボス６０の外径Ｄ２に対し、その内径Ｄ３が一定寸法大きく形成され、ボス６０と凹部４２との間にクリアランスＣが形成されている。これにより、ボス６０と、凹部４２とが、前記のクリアランスＣの範囲内で相対移動可能となっている。

このような構成においては、主軸３１が回転すると、ドライブ軸５０は、主軸３１の中心軸Ｃ０を中心として、主軸３１の中心軸Ｃ０からのドライブ軸５０の中心軸Ｃ１の偏心寸法ｒを半径とした旋回運動を行う。このとき、旋回スクロール３２およびバランサ４０は、ドライブ軸５０を中心とし、ボス６０と凹部４２とのクリアランスＣの範囲内で揺動する。このように、旋回スクロール３２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３３に対して常に密着させる。

ここで、凹部４２の内径Ｄ３は、バランサ４０の凹部４２内における揺動可能角度をθとすると、
Ｄ３＝Ｄ１＋２×２ｈπ×θ／３６０
という計算式により設定することができる。

このとき、バランサ４０は、ボス６０と凹部４２のクリアランスＣの範囲内で揺動するが、揺動時におけるボス６０の移動軌跡は、ドライブ軸５０を中心とした円弧となる。そして、ボス６０は、主軸３１に設けられ、ドライブ軸５０から、ドライブ軸５０の半径Ｄ１／２以内の寸法ｈで偏心しているため、ドライブ軸５０の半径Ｄ１／２よりも大きな寸法で偏心している従来のストッパピンの位置に比較し、同じ角度だけ揺動しても、その移動軌跡の円弧の長さは短くなる。
したがって、同じ加速度でバランサ４０が揺動しても、ボス６０が凹部４２に衝突したときの衝撃力（モーメント）は、従来のストッパピンに比較して大幅に小さくなる。したがって、圧縮機１０の起動時や停止時における騒音や衝撃を低減することが可能となる。

また、ボス６０は、ドライブ軸５０よりも大径であり、当然、従来のストッパピンよりも大幅に径が大きい。したがって、ボス６０では、より大荷重を受け止めることができ、圧縮機１０の耐久性・信頼性を高めることが可能となる。

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、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。

１０…圧縮機、１１…ハウジング、３１…主軸、３２…旋回スクロール、３３…固定スクロール、４０…バランサ、４２…凹部、５０…ドライブ軸、６０…ボス

Claims (2)

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、
   前記主軸に設けられ、当該主軸の中心に対して偏心したドライブ軸と、
   前記ドライブ軸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、
   前記主軸に設けられ、前記ドライブ軸の中心軸に対して当該ドライブ軸の半径よりも小さな寸法だけ偏心したボスと、
   前記バランサに設けられ、前記ボスの外径よりも大きな内径を有して前記ボスが挿入される凹部と、を備えることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記ボスは、前記ドライブ軸よりも大径に形成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圧縮機。

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