JP2013119820A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高め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】主軸３１の軸支部３１ｂにおいて、旋回スクロール３２の旋回時における圧縮室内の圧力が最大となる位置Ｐに対し主軸３１の中心を挟んだ反対側に、主軸３１の軸線方向に沿って連続する切り欠き部１１０が形成されている。この切り欠き部１１０により、スリーブ１００と主軸３１の軸支部３１ｂとの間には、主軸３１の軸線方向に連続する潤滑油流通路Ａ１が形成され、潤滑油をドライブピン５０側に供給する。
【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８に示すように、空気調和機を構成する圧縮機１においては、ハウジング２内に吸入された冷媒は圧縮部４へと導かれる。圧縮部４において、旋回スクロール４Ａと固定スクロール４Ｂとの間に形成された圧縮室へ前記の冷媒は導かれ、固定スクロール４Ｂに対する旋回スクロール４Ａ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４Ａは、外部のモータやエンジンによって回転駆動される主軸５によって旋回する。主軸５の中間部には、この主軸５を回転自在に支持するメインベアリング６Ａおよびサブベアリング６Ｂが設けられている。主軸５の他端には、その中心軸からオフセットしたドライブピン７が形成されている。旋回スクロール４Ａはこのドライブピン７にドライブベアリング８を介して回転自在に支持されることで、主軸５の中心軸に対して公転旋回する。

このような空気調和機を構成する圧縮機においては、潤滑油を用いることで、圧縮機内の各部、例えばメインベアリング６Ａやドライブベアリング８の潤滑を図っている。
ここで、潤滑油は、ミスト状になって冷媒中に混在し、冷媒とともに圧縮機内に行き渡って各部の潤滑を図る。

しかし、上記したような構成においては、圧縮機１の高速運転時（運転回転数が高くなった状態）において、メインベアリング６Ａやドライブベアリング８の潤滑が十分になされない可能性がある。そこで、メインベアリング６Ａやドライブベアリング８、ドライブピン７の潤滑性を高めることが望まれている。
これに対し、高圧空間のオイル溜まりから圧縮途中の圧縮室に差圧を利用して給油し、摺動部の潤滑・冷却を促進させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１１８３９５号公報

しかしながら、メインベアリング６Ａは圧縮機１のハウジング２に嵌め込まれているため、メインベアリング６Ａによって潤滑油を含んだ冷媒が行き渡るべき空間が区切られてしまう。その結果、メインベアリング６Ａの奥に位置するドライブピン周辺における潤滑・冷却が必ずしも十分に行えず、寿命を短くしてしまう懸念があった。

また、ドライブピン７およびドライブベアリング８についても、これらは旋回スクロール４Ａに形成された凹部９に収容されており、袋小路状であるために、潤滑油を含んだ冷媒が行き渡りにくく、潤滑・冷却が必ずしも十分に行えないという問題があった。
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、潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高め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複数の軸支部において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ピンと、ドライブピン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、主軸の軸支部の表面において、圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対して軸支部の中心を挟んだ反対側に、主軸の軸線方向に連続する切り欠き部が形成されることで軸支部と当該軸支部の外周側の部材との間に間隙が形成され、当該間隙が、軸支部を挟んで主軸の一端側と主軸の他端側とを連通し、潤滑油を含んだ圧縮対象の流通路とされていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
このように、軸支部と当該軸支部の外周側の部材との間に間隙が形成され、当該間隙が、軸支部を挟んで主軸の一端側と主軸の他端側とを連通し、潤滑油を含んだ圧縮対象の流通路とされることで、軸支部、およびドライブピンの近傍に潤滑油を供給することができる。
ここで、切り欠き部は、主軸の軸支部の表面において、圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対して軸支部の中心を挟んだ反対側に形成するようにしたので、圧縮時の圧力が切り欠き部に作用するのを避けることができる。

また、ドライブピンの外周面またはドライブピンが挿入された挿入孔の内周面において、圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対してドライブピンの中心を挟んだ反対側に、主軸の軸線方向に連続する切り欠き部または溝が形成されることでドライブピンと挿入孔との間に間隙が形成され、当該間隙が潤滑油を含んだ圧縮対象の流通路とされていることを特徴とすることもできる。
これにより、ドライブピンの周囲においても潤滑油を確実に供給することができる。

ドライブピンの外周側に、ドライブピンの外径よりも大きな内径を有するとともに、ドライブピンの外周側の部材に形成されたドライブピンの挿入孔の内径よりも小さな外径を有した筒状のスリーブが設けられ、スリーブは、圧縮室内の圧力が最大となる位置でドライブピンと挿入孔との間に挟み込まれてドライブピンとともに回転することもできる。
このスリーブは、圧縮室内の圧力が最大となる位置でドライブピンと挿入孔との間に挟み込まれてドライブピンとともに回転するので、ドライブピンとの当たり位置が順次変わり、ドライブピンとスリーブとの焼き付きを防ぐことができる。
ここで、スリーブの表面に、潤滑油を保持する油保持部を形成するのが好ましい。このような油保持部としては、スリーブの表面に形成したディンプルや凹部、溝等がある。さらに、スリーブ自体を発泡金属等の多孔質体とすれば、スリーブ全体を油保持部とすることができる。

また、主軸に設けられ、ドライブピンの中心軸に対して当該ドライブピンの半径よりも小さな寸法だけ偏心したボスと、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。ボスの外周面において、圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対してボスの中心を挟んだ反対側に、ドライブピンの外表面に潤滑油を含んだ圧縮対象を導くガイド溝を形成してもよい。
これにより、ボスからドライブピンの外表面に潤滑油を供給することができる。

本発明によれば、主軸の軸支部やドライブピンの回転摺動部に潤滑油を確実に供給することにより、潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高めることが可能となる。

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。 圧縮機の主軸を示す図である。 図２の右側面図である。 スリーブの複数例を示す図である。 主軸の他の変形例を示す図である。 ドライブピンの表面や軸孔に施すホーニング加工を示す断面図である。 軸孔側に凹部を形成した例を示す図である。 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にサブベアリング３４、メインベアリング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にプーリやクラッチを設け、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の他端部においては、軸支部３１ｂから、ドライブピン５０が突出形成されている。ドライブピン５０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を中心として形成されている。
旋回スクロール３２の端板３２ａには、ドライブピン５０を収容する凹部３２ｃが形成されている。ドライブピン５０は、この凹部３２ｃに、後述するバランサ４０、円筒状のスリーブ１３０、ドライブベアリング５５を介して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とドライブピン５０との間に、ボス６０が形成されている。ボス６０は、ドライブピン５０の外径よりも大きな外径を有している。また、ボス６０は、ドライブピン５０の中心軸に対し偏心して形成される。

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、軸孔４２に主軸３１のドライブピン５０が回転自在な状態で挿入され、軸孔４２から旋回スクロール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と、プレート部４０ａの外周部に一体に形成されたウェイト部４０ｂと、を有している。

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４３が形成されている。この凹部４３は、ボス６０の外径に対し、その内径が一定寸法大きく形成され、ボス６０と凹部４３との間にクリアランスが形成されている。これにより、ボス６０と、凹部４３とが、前記のクリアランス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、ドライブピン５０は、主軸３１の中心軸を中心として、主軸３１の中心軸からのドライブピン５０の中心軸の偏心寸法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、ドライブピン５０を中心とし、ボス６０と凹部４３とのクリアランス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。

さて、図２、図３に示すように、上記したような圧縮機１０においてメインベアリング３５の内周面と、主軸３１の軸支部３１ｂとの間に、円筒状のスリーブ１００が設けられている。
図２、図３、図４（ａ）に示すように、スリーブ１００は、その内径が主軸３１の軸支部３１ｂの外径よりも所定寸法、例えば１５〜７５μｍ、大きくなるように形成されている。また、スリーブ１００は、その外径がメインベアリング３５の内径よりも所定寸法、例えば１５〜７５μｍ、小さく形成されている。

旋回スクロール３２の旋回時には、旋回スクロール３２と固定スクロール３３との間に形成される圧縮室が圧縮されるにともない、圧縮室内の圧力が旋回スクロール３２の径方向に作用する。この圧力により、主軸３１の軸支部３１ｂは、ハウジング１１に圧入されたメインベアリング３５に対し、その径方向に相対的に変位する。旋回スクロール３２の旋回時、旋回スクロール３２の周方向において、その径方向の変位量が最大となる位置（すなわち圧縮室内の圧力が最大となる位置）Ｐを含む領域では、主軸３１の軸支部３１ｂとスリーブ１００とメインベアリング３５とが密着し、スリーブ１００は主軸３１の軸支部３１ｂとともに回転する。それ以外の領域では、スリーブ１００は回転しないようになっている。
これにより、スリーブ１００は、圧縮室内の圧力が高まったときのみ軸支部３１ｂとともに回転することで、主軸３１の軸支部３１ｂに対するスリーブ１００の当たり位置（角度）がずれていく。その結果、主軸３１の軸支部３１ｂの周方向の特定位置だけが偏摩耗するのを防ぐ。

主軸３１の軸支部３１ｂにおいて、旋回スクロール３２の旋回時における圧縮室内の圧力が最大となる位置Ｐに対し、主軸３１の中心を挟んだ反対側には、主軸３１の軸線方向に沿って連続する切り欠き部１１０が形成されている。この切り欠き部１１０は、軸支部３１ｂの表面に例えば溝を形成しても良いが、応力集中を少しでも抑えるため、軸支部３１ｂの表面の一部を切り欠いて平面状、あるいは曲率の大きな曲面状に形成するのがよい。この切り欠き部１１０により、軸支部３１ｂは、主軸３１の軸線に直交する断面における形状が略Ｄ字状となっている。
この切り欠き部１１０により、スリーブ１００とその外周側の部材である主軸３１の軸支部３１ｂとの間には、主軸３１の軸線方向に連続する潤滑油流通路Ａ１が形成され、潤滑油をドライブピン５０側に供給することができる。

また、ボス６０には、ドライブピン５０側の角部６０ａが周方向の一部に、主軸３１の軸線に対して傾斜した切り欠き部１２０が形成されている。この切り欠き部１２０は、旋回スクロール３２の旋回時における圧縮室内の圧力が最大となる位置Ｐに対し、ボス６０の中心を挟んだ反対側に位置している。
この切り欠き部１２０により、ボス６０とバランサ４０との間に、潤滑油流通路Ａ２が形成される。ここで、ボス６０の角部６０ａは、周方向の一部がバランサ４０との間に形成された潤滑油流通路Ａ２とされ、残部がバランサ４０に突き当たっている。
この潤滑油流通路Ａ２を通して潤滑油をドライブピン５０側に送り込むことができる。

ドライブピン５０とバランサ４０との間に設けられたスリーブ１３０は、その内径がドライブピン５０の外径よりも所定寸法、例えば１０〜５０μｍ大きくなるように形成されている。また、スリーブ１３０は、その外径がバランサ４０の軸孔４２の内径よりも所定寸法、例えば１０〜５０μｍ小さく形成されている。

旋回スクロール３２の旋回時には、旋回スクロール３２と固定スクロール３３との間に形成される圧縮室が圧縮されるにともない、圧縮室内の圧力が旋回スクロール３２に作用する。この圧力により、ドライブピン５０は、その径方向に相対的に変位する。旋回スクロール３２の旋回時、旋回スクロール３２の周方向において、ドライブピン５０の径方向の変位量が最大となる位置（すなわち圧縮室内の圧力が最大となる位置）Ｐを含む領域では、ドライブピン５０とスリーブ１３０とバランサ４０とが密着し、スリーブ１３０はドライブピン５０とともにドライブピン５０周りに回転する。一方、旋回スクロール３２の周方向において前記の領域以外では、スリーブ１３０は回転しない。

これにより、スリーブ１３０は、圧縮室内の圧力が高まるごとに回転することで、ドライブピン５０、バランサ４０に対するスリーブ１３０の当たり位置がずれていく。
ここで、バランサ４０は鋳鉄により形成されるのに対し、スリーブ１３０は焼き入れ鋼、ドライブピン５０はクロムモリブデン鋼等により形成され、その硬度は、バランサ４０＜スリーブ１３０およびドライブピン５０となる。
ここで、スリーブ１３０とドライブピン５０は、ドライブピン５０の方が硬度が高ければ、耐焼き付き性が向上し、ドライブピン５０の方が硬度が低ければ低コスト化が図れる。

このようにすると、旋回スクロール３２の旋回時にスリーブ１３０が連れまわるため、バランサ４０およびドライブピン５０の特定位置だけが偏摩耗するのを防ぐことができる。
また、スリーブ１３０とドライブピン５０およびバランサ４０との間に潤滑油が侵入するため、これによりドライブピン５０およびバランサ４０の焼きつきを防ぐことができ、主軸３１やバランサ４０の動きを損なうことはない。したがって、圧縮機１０の性能が低下するのを防ぐとともに、耐久性を高めることができる。
このようにして、主軸３１のドライブピン５０側に潤滑油を供給して潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高めることが可能となる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例を示す。
上記実施形態の切り欠き部１１０に代えて、図５に示すように、主軸３１の軸支部３１ｂにおいて、旋回スクロール３２の旋回時における圧縮室内の圧力が最大となる位置Ｐに対し、主軸３１の中心を挟んだ反対側に、主軸３１の軸線周りに螺旋状に傾斜して連続する切り欠き部１１０Ａを形成することができる。さらに、この切り欠き部１１０Ａは、その傾斜方向が、主軸３１が回転したときに、遠心力により潤滑油流通路Ａ１’を通して潤滑油がドライブピン５０側に送り込まれるようになっている。
このようにして、切り欠き部１１０Ａを螺旋状に傾斜して設けることで、潤滑油のドライブピン５０側への供給を効率良く行うことができる。

また、図４（ｂ）に示すようにスリーブ１３０の内周面や外周面に、油保持部として、溝や凹部、スリット１３５を形成しても良い。この溝や凹部、スリット１３５に潤滑油が入り込むことで、スリーブ１３０の内周面や外周面における潤滑油の保持性が高まる。その結果、ここで、潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高めることが可能となる。

さらに、図４（ｃ）に示すように、油保持部として、スリーブ１３０の表面に多数のディンプルを設けたり、テフロン（登録商標）コーティングを施したり、スリーブ１３０自体を発泡金属等の多孔質体により形成しても良い。これによっても、スリーブ１３０の内周面や外周面における潤滑油の保持性が高まる。その結果、潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高めることが可能となる。

加えて、図５に示すように、ドライブピン５０の表面に、螺旋状の溝１４０を設けても良い。螺旋状の溝１４０を、ドライブピン５０の回転に伴って潤滑油がドライブピン５０の先端側に送り込まれるような巻き方向とすることで、ドライブピン５０の近傍への潤滑油の供給を行うことができる。その結果、ドライブピン５０近傍における潤滑・冷却を確実に行い、その耐久性を高めることが可能となる。

さらに、ドライブピン５０の表面、ドライブピン５０が挿入されたバランサ４０の軸孔４２の内周面に、図６に示すように、ホーニング加工により、油保持部として多数の微細な溝１５０を形成してもよい。この溝１５０により潤滑油が保持され、潤滑・冷却性を高めることができる。

加えて、ドライブピン５０側ではなく、図７に示すように、ドライブピン５０が挿入されたバランサ４０の軸孔４２側に、ドライブピン５０の軸線方向に連続する溝１６０を形成し、この溝１６０を潤滑油流通路Ａ４としてもよい。この場合も、溝１６０は、旋回スクロール３２の旋回時における圧縮室内の圧力が最大となる位置Ｐに対し、主軸３１の中心を挟んだ反対側に位置するよう形成する。

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
３１ａ 軸支部
３１ｂ 軸支部
３２ 旋回スクロール
３３ 固定スクロール
３４ サブベアリング
３５ メインベアリング
４０ バランサ
４２ 軸孔
５０ ドライブピン
５５ ドライブベアリング
６０ ボス
６０ａ 角部
１００ スリーブ
１１０、１１０Ａ、１２０ 切り欠き部
１３０ スリーブ
１３５ スリット
１４０ 溝
１５０ 溝
１６０ 溝

Claims (5)

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複数の軸支部において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ピンと、
   前記ドライブピン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、を備え、
   前記主軸の前記軸支部の表面において、前記圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対して前記軸支部の中心を挟んだ反対側に、前記主軸の軸線方向に連続する切り欠き部が形成されることで前記軸支部と当該軸支部の外周側の部材との間に間隙が形成され、当該間隙が、前記軸支部を挟んで前記主軸の一端側と前記主軸の他端側とを連通し、潤滑油を含んだ圧縮対象の流通路とされていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記ドライブピンの外周面または前記ドライブピンが挿入された挿入孔の内周面において、前記圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対して前記ドライブピンの中心を挟んだ反対側に、前記主軸の軸線方向に連続する切り欠き部または溝が形成されることで前記ドライブピンと前記挿入孔との間に間隙が形成され、当該間隙が潤滑油を含んだ圧縮対象の流通路と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。
3. 前記ドライブピンの外周側に、前記ドライブピンの外径よりも大きな内径を有し、前記バランサに形成された前記ドライブピンの軸孔の内径よりも小さな外径を有した筒状のスリーブが設けられ、
   前記スリーブは、前記圧縮室内の圧力が最大となる位置で前記ドライブピンと前記挿入孔との間に挟み込まれて前記ドライブピンとともに回転することを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
4. 前記スリーブの表面に、潤滑油を保持する油保持部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記主軸に設けられ、前記ドライブピンの中心軸に対して当該ドライブピン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。
   前記ボスの外周面において、前記圧縮室内の圧力が最大となる角度位置に対して前記ボスの中心を挟んだ反対側に、前記ドライブピンの外表面に潤滑油を含んだ前記圧縮対象を導くガイド溝が形成さ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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