JP6563238B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両用空調装置に用いられて好適な開放型スクロール圧縮機等の圧縮機に関するものである。

特許文献１乃至３に示すように、駆動軸がハウジングの外部に突出している開放型スクロール圧縮機が知られている。この開放型スクロール圧縮機は、駆動軸を回転自在に支持するために、メイン軸受と駆動軸の端部に設けられたサブ軸受とを備えている。
サブ軸受には、無給油状態での使用を前提にグリース封入型の玉軸受が主として採用されている。

特開２０１０−２３６４８９号公報 特開２００３−２３２２８８号公報 実開昭６０−１８３２０１号公報

しかし、過大負荷荷重に対応するためには軸受動定格荷重を上げる必要があり、グリース封入型の玉軸受では必然的に体格が大きくなるという問題がある。
サブ軸受の体格を大きくせずに軸受動定格荷重を上げるためには、サブ軸受にニードル軸受を採用することが考えられる。しかし、ニードル軸受の針状コロを駆動軸に対して直接転動させる形式では、駆動軸に対して軸受荷重がかかる位置が構造上常に一定となるため、繰り返し荷重による駆動軸表面のフレーキングによる耐力低下が問題となる。ここで、フレーキングとは、軸受の回転によって転動面が繰り返し接触荷重を受けることで、表面に疲れによるウロコ状の剥がれが起こる現象である。また、フレーキング防止のためにはシャフト表面に浸炭焼き入れ等で硬化層を設ける必要があり、コストの増加を招いてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、サブ軸受にニードル軸受を採用しても、コストの増加を招くことなくフレーキングを防止することができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる圧縮機は、軸線回りに回転する駆動軸と、該駆動軸によって駆動されて流体を圧縮する圧縮機構と、前記駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持するメイン軸受と、該メイン軸受よりも前記駆動軸の端部側にて該駆動軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持し、複数の針状コロを有するニードル軸受とされたサブ軸受と、各前記針状コロに対して外周面が転動するとともに、前記駆動軸の外径に対してすき間嵌めにより内周面が嵌合されて該駆動軸と共に回転する円筒環とを備えていることを特徴とする。

駆動軸の外径に対してすき間嵌めを有して円筒環（フローティングブッシュ）が取り付けられているので、すき間嵌めによって設けられたすき間により駆動軸に対する負荷荷重位置を変化させることができ、駆動軸表面のフレーキングを防止することができる。したがって、駆動軸表面に行う硬化処理を省略することができ、コストダウンを図ることができる。
また、すき間嵌めによって設けられたすき間により駆動軸の傾きを許容することができ、ニードル軸受（サブ軸受）に対する片当たりによって生じるエッジロードを回避することができる。これにより、サブ軸受の長寿命化を図ることができる。
また、円筒環を設けずにニードル軸受の各針状コロと駆動軸の外径との間で常時転動するように選択嵌合を行う場合は、駆動軸の外径を厳密に調整する必要が生じ管理が難しい。これに対して、本発明では、ニードル軸受とされたサブ軸受の各針状コロと円筒環の外径との間で常時転動するように選択嵌合を行えば足り、円筒環の内径と駆動軸の外径とはすき間嵌めとなっているので駆動軸の外形の厳密な管理が必要とされない。

さらに、本発明の圧縮機は、前記すき間嵌めによって与えられるすき間は、前記駆動軸が前記軸線に対して最も大きく傾いたときに、前記駆動軸が前記円筒環の一端の内周縁部に接触する一方で他端の内周縁部に非接触となるすき間とされていることを特徴とする。

すき間嵌めによって与えられるすき間が小さいと、駆動軸が軸線に対して傾くと、駆動軸が円筒環の一端の内周縁部に接触し、かつ他端の内周縁部にも接触することになり、円筒環が駆動軸と共に軸線に対して傾く。この結果、サブ軸受に対して円筒環が片当たりすることになり、サブ軸受にエッジロードが発生する。
これに対して、本発明では、駆動軸が軸線に対して最も大きく傾いたときに、駆動軸が円筒環の一端の内周縁部に接触する一方で他端の内周縁部には非接触となるすき間を、円筒環の内径と駆動軸の外径との間に設けることとした。これにより、円筒環は駆動軸と共に傾くことなくサブ軸受に対して軸線方向の全体が当たることになり、エッジロードの発生を抑制することができる。
なお、「駆動軸が軸線に対して最も大きく傾いたとき」のすき間は、例えば組付け時に駆動軸を傾けた際に得ることができる。
すき間としては、例えば、駆動軸の外径の１０００分の１０以上１０００分の３０以下とされる。

さらに、本発明の圧縮機は、前記駆動軸に取り付けられ、前記円筒環の端面に常時当接して該円筒環の軸線方向における位置決めを行う当接部材を備えていることを特徴とする。

駆動軸に当接部材を取り付け、この当接部材によって円筒環の軸線方向における位置決めを行う。そして、当接部材は、円筒環の端面に常時当接するので、当接部材が間欠的に円筒環の端面に当たることによって生じるフレッチングを防ぐことができる。

さらに、本発明の圧縮機では、前記当接部材は、前記円筒環の前記駆動軸に対する相対回転を妨げない程度に前記円筒環を押圧することを特徴とする。

円筒環の駆動軸に対する相対回転を許容することができるので、駆動軸に対して負荷荷重位置を変化させることができ、駆動軸表面のフレーキングを防止することができる。

さらに、本発明の圧縮機では、前記当接部材は、円弧状の内周部を有し、該内周部が前記駆動軸の周方向に形成された凹溝に収容されることによって該駆動軸に取り付けられていることを特徴とする。

当接部材は、円弧状の内周部を有している。この内周部を駆動軸の凹溝に収容することで、当接部材を駆動軸に確実に取り付けることができる。
また、当接部材の内周部を収容する凹溝によって、駆動軸の外径に対して小径とされる部分が形成されるので、駆動軸の外径を研磨する際に使用する砥石の逃げ部として使用することができる。
なお、当接部材は、例えば、Ｃ字形状の板部材（いわゆるＣ型止め輪）とされている。

ニードル軸受の各針状コロに対して外周面が転動する円筒環を設け、円筒環の内径と駆動軸の外径との間にすき間嵌めを設けることとしたので、駆動軸に対する負荷荷重位置が変化させることができ、駆動軸表面のフレーキングを防止することができる。したがって、駆動軸の表面に行う硬化処理を省略することができ、コストダウンを図ることができる。

本発明の一実施形態に係る開放型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１のサブ軸受の一部を切り欠いて示す斜視図である。 図１のサブ軸受周りを示した部分拡大縦断面図である。 駆動軸とフローティングブッシュとのすき間を示した縦断面図である。 駆動軸とフローティングブッシュとのすき間の比較例を示した縦断面図である。 駆動軸に形成した凹溝が研磨時の逃げ部となる状態を示した側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図６を用いて説明する。
本実施形態の開放型スクロール圧縮機（圧縮機）１は、車両用空調装置にて冷媒を圧縮する圧縮機として用いられる。
開放型スクロール圧縮機１は、図１に示されるように、軸線Ｘを中心軸線とする円筒状のリヤハウジング２と、リヤハウジング２の前端側（同図において左側）に設けられたフロントハウジング３とを備えている。フロントハウジング３は、リヤハウジング２の開口部２ａを閉塞するように取り付けられている。

リヤハウジング２は、後端側が閉塞した形状となっており、前端側の開口部２ａにフロントハウジング３がボルト（図示せず）によって固定される。リヤハウジング２にフロントハウジング３が固定された状態で内部に密閉空間が形成され、その密閉空間にスクロール圧縮機構（圧縮機構）５および駆動軸６が収容される。
リヤハウジング２の外周面には、冷媒ガス（流体）を密閉空間に流入させる吸入口（図示せず）と、スクロール圧縮機構５により圧縮された冷媒ガスを密閉空間から外部へ吐出する吐出口（図示せず）とが形成されている。

駆動軸６は、フロントハウジング３に対して、メイン軸受７およびサブ軸受８を介して軸線Ｘ回りに回転自在に支持されている。駆動軸６の前端側（同図において左端側）は、リップシール９を介してフロントハウジング３から外部に突出している。この突出部には、公知の如く動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、エンジン等の駆動源からＶベルトを介して動力が伝達されるようになっている。このように、本実施形態のスクロール圧縮機１は、駆動軸６の一端がハウジング（フロントハウジング３）から外部に突出していることから、開放型とされている。

リップシール９は、駆動軸６の外周面に弾性部が接触するとともに駆動軸６に沿った流体の漏出を防止するメカニカルシールである。リップシール９は、サブ軸受８よりも前端部側（図１において左端部側）に配置され、中心軸線が軸線Ｘに一致するようにフロントハウジング３の内周面に取り付けられている。

駆動軸６の後端（同図において右端）には、軸線Ｘから所定寸法だけ偏心したクランクピン１３が一体に設けられている。また、駆動軸６の後端は、後述するスクロール圧縮機構５の旋回スクロール１６に対して、その旋回半径を可変とするドライブブッシュを含む公知の従動クランク機構１４を介して連結されている。

スクロール圧縮機構５は、駆動軸６により駆動されるとともに吸入口から流入する冷媒ガスを圧縮してリヤハウジング２に形成された吐出口から外部へと吐出するものである。
スクロール圧縮機構５は、一対の固定スクロール１５と旋回スクロール１６とを１８０°位相をずらして噛み合わせることにより、両スクロール１５，１６間に一対の圧縮室１７を形成し、その圧縮室１７を外周位置から中心位置へと容積を漸次減じながら移動させることにより冷媒ガスを圧縮する。

固定スクロール１５は、中心部位に圧縮した冷媒ガスを吐出する吐出ポート１８を備えており、リヤハウジング２の底壁面にボルト（図示せず）を介して固定されている。また、旋回スクロール１６は、駆動軸６のクランクピン１３に従動クランク機構１４を介して連結され、フロントハウジング３のスラスト軸受面に公知の自転阻止機構（図示せず）を介して公転旋回駆動自在に支持されている。

固定スクロール１５の端板１５Ａの外周には、Ｏリング２１が設けられている。Ｏリング２１をリヤハウジング２の内周面に密接させることにより、リヤハウジング２の内部空間が吐出チャンバー２２と吸入チャンバー２３とに区画される。

吐出チャンバー２２は、吐出ポート１８と連通しており、圧縮室１７からの冷媒ガスが吐出されるようになっている。吐出ポート１８へ吐出された冷媒ガスは、リヤハウジング２に形成された吐出口から冷凍サイクル側へ吐出される。
スクロール圧縮機構５とリヤハウジング２との間に形成される吸入チャンバー２３は、リヤハウジング２に形成された吸入口と連通しており、冷凍サイクルを循環した低圧の冷媒ガスが吸入口から吸込まれ、吸入チャンバー２３を経て圧縮室１７内に冷媒ガスが吸入されるようになっている。

また、一対の固定スクロール１５と旋回スクロール１６は、それぞれ端板１５Ａ，１６Ａ上に渦巻き状ラップ１５Ｂ，１６Ｂが立設された構成とされている。両スクロール１５，１６間に、端板１５Ａ，１６Ａと渦巻き状ラップ１５Ｂ，１６Ｂとで仕切られる一対の圧縮室１７が、スクロール中心に対して対称に形成される。また、旋回スクロール１６が固定スクロール１５周りに円滑に公転旋回駆動するようになっている。

圧縮室１７は、図１に示されるように、その軸線方向高さが渦巻き状ラップ１５Ｂ，１６Ｂの外周側において内周側の高さよりも高くされている。これによって、圧縮室１７が外周側から中心側に容積を縮小しながら移動して冷媒ガスを圧縮する際、渦巻き状ラップ１５Ｂ，１６Ｂの周方向およびラップ高さ方向の双方に圧縮する三次元圧縮可能なスクロール圧縮機構５が構成されている。

メイン軸受７は、フロントハウジング３に対して駆動軸６を軸線Ｘ上に回転自在に支持する。メイン軸受７は、玉軸受とされており、内輪が駆動軸６の大径部６ａに圧入されて固定されるとともに外輪がフロントハウジング３のスクロール圧縮機構５側の端部に圧入されて固定されている。メイン軸受７は、サブ軸受８よりもスクロール圧縮機構５側に配置されるとともにサブ軸受８よりも径が大きい。

サブ軸受８は、フロントハウジング３に対してメイン軸受７とともに駆動軸６を軸線Ｘ上に回転自在に支持する。サブ軸受８は、メイン軸受７よりも前端側（図１において左端側）に配置され、かつリップシール９よりもスクロール圧縮機構５側に配置されている。

図２に示されているように、サブ軸受８は、ニードル軸受とされており、外輪８ａと、外輪８ｂの内周側に配置された複数の針状コロ８ｂ（転動体）と、複数の針状コロ８ｂを保持する保持器８ｃとを備えている。各針状コロ８ｂは、軸線Ｘに沿って延在する軸状部材となっている。

図３に示されているように、外輪８ａは、フロントハウジング３に対して圧入されて固定されている。各針状コロ８ｂの内周側には、円筒形状のフローティングブッシュ（円筒環）１０が配置されている。すなわち、フローティングブッシュ１０は、サブ軸受８と駆動軸６の小径部６ｂとの間に設けられている。ここで、小径部６ｂは、メイン軸受７が取り付けられた大径部６ａに対して径が小さいという意味である。
フローティングブッシュ１０の外周面は、各針状コロ８ｂに対して転動するように取り付けられている。具体的には、各針状コロ８ｂによって形成される内周転動面に対してすき間嵌めとなるように、選択嵌合されている。ただし、実運転時の温度やシャフト剛性等を考慮して、実運転時にはすき間が０となり各針状コロ８ｂに対してフローティングブッシュ１０の外周面が線接触するようにフローティングブッシュ１０と各針状コロ８ｂとの組付け時のすき間が設定されている。
一方、フローティングブッシュ１０の内周面は、駆動軸６の小径部６ｂの外径に対してすき間嵌めとなるように取り付けられている。このすき間嵌めは、実運転時においても所定のすき間嵌めとなるように設定されている。したがって、駆動軸６とフローティングブッシュ１０は基本的には共に回転するが、フローティングブッシュ１０の内周面と駆動軸６の外周面との間の静摩擦係数によって決まる摩擦力を超える力が加わると周方向に相対変位が可能となっている。これにより、駆動軸６に加わる負荷荷重位置が変化することになる。

図４には、フローティングブッシュ１０と駆動軸６との間のすき間の設定方法が示されている。なお、同図では、理解の容易のために、駆動軸６の傾きを大きく誇張した状態が示されている。
同図に示すように、スクロール圧縮機１の組付けの際に、駆動軸６を軸線Ｘに対して故意に傾けて、傾きが最大となるような状態にする。この状態にて、すき間δは、駆動軸６がフローティングブッシュ１０の一端１０ａの内周縁部に接触する一方で他端１０ｂの内周縁部に非接触となる寸法とされている。すなわち、フローティングブッシュ１０の軸方向寸法をＬ、駆動軸６の傾きをαとすると、以下の式（１）が成立するようにすき間δを設定する。
δ ＞ Ｌ×α ・・・（１）
具体的には、駆動軸の外径の１０００分の１０以上１０００分の３０以下とされる。

図３に示されているように、フローティングブッシュ１０は、一端（同図において右端）が駆動軸６の中径部６ｃによって形成された段部に当接し、他端（同図において左端）が止め輪（当接部材）１２によって当接した状態で軸線Ｘ方向の位置決めが行われている。止め輪１２は、リング形状の一部を切り欠いたＣ字形状とされており、その円弧状の内周部が、駆動軸６の小径部６ｂの前端側（同図において左側）に隣接した位置に形成された凹溝６ｄ（より詳細には図６参照）に取り付けられている。具体的には、止め輪１２の円弧状の内周部が凹溝６ｄ内に収容されることによって、止め輪１２が駆動軸６に対して取り付けられている。
止め輪１２は、フローティングブッシュ１０の端面に対して常時当接するように設けられている。そして、止め輪１２の押圧力は、フローティングブッシュ１０の駆動軸６に対する相対回転を妨げない程度となるように、凹溝６ｄの位置や止め輪１２の板厚が設定されている。これは、フローティングブッシュ１０の駆動軸６に対する相対回転を許容することで、駆動軸６に対する負荷荷重位置の変化を妨げないようにするためである。

以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
駆動軸６の外径に対してすき間嵌めを有してフローティングブッシュ１０を取り付けることとしたので、すき間嵌めによって設けられたすき間により駆動軸６に対する負荷荷重位置を変化させることができ、駆動軸６の表面のフレーキングを防止することができる。したがって、駆動軸６の表面に行う硬化処理を省略することができ、コストダウンを図ることができる。
また、すき間嵌めによって設けられたすき間により駆動軸６の傾きを許容することができ、サブ軸受８に対する片当たりによって生じるエッジロードを回避することができる。これにより、サブ軸受８の長寿命化を図ることができる。
また、フローティングブッシュ１０を設けずにサブ軸受８の各針状コロ８ｂと駆動軸６の外径との間で常時転動するように選択嵌合を行う場合は、駆動軸６の外径を厳密に調整する必要が生じ管理が難しい。これに対して、本実施形態では、ニードル軸受とされたサブ軸受８の各針状コロ８ｂとフローティングブッシュ１０の外径との間で常時転動するように選択嵌合を行えば足り、フローティングブッシュ１０の内径と駆動軸６の外径とはすき間嵌めとなっているので駆動軸６の外径の厳密な管理が必要とされない。

フローティングブッシュ１０と駆動軸６の小径部６ｂとの間のすき間嵌めによって与えられるすき間が小さいと（δ’＜δ）、図５に示すように、駆動軸６が軸線Ｘに対して傾くと、駆動軸６がフローティングブッシュ１０の一端１０ａの内周縁部に接触し、かつ他端１０ｂの内周縁部にも接触することになり、フローティングブッシュ１０が駆動軸６と共に軸線Ｘに対して傾いてしまう。この結果、サブ軸受８に対してフローティングブッシュ１０が片当たりすることになり、サブ軸受８にエッジロードが発生する。
これに対して、本実施形態では、図４に示したように、駆動軸６が軸線Ｘに対して最も大きく傾いたときに、駆動軸６がフローティングブッシュ１０の一端１０ａの内周縁部に接触する一方で他端１０ｂの内周縁部には非接触となるすき間δを、フローティングブッシュ１０の内径と駆動軸６の外径との間に設けることとした。これにより、フローティングブッシュ１０は駆動軸６と共に傾くことなくサブ軸受８に対して軸線Ｘ方向の全体が当たることになり、エッジロードの発生を抑制することができる。

駆動軸６に止め輪１２を取り付け、この止め輪１２によってフローティングブッシュ１０の軸線Ｘ方向における位置決めを行うこととした。そして、止め輪１２は、フローティングブッシュ１０の端面に常時当接するので、止め輪１２が間欠的にフローティングブッシュ１０の端面に当たることによって生じるフレッチングを防ぐことができる。

また、止め輪１２を取り付けるための凹溝６ｄは、駆動軸６の研磨時の逃げ部として利用することができる。すなわち、図６に示すように、駆動軸６の小径部６ｂを砥石２０によって研磨するときに、小径部６ｂに隣接した位置に凹溝６ｄが形成されているので、砥石２０が小径部６ｂの端まで研磨しても砥石２０の端部２０ａが駆動軸６に干渉することがない。これにより、小径部６ｂを端部まで精度良く研磨することができる。

なお、本実施形態では、スクロール圧縮機を具体例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば圧縮機構としてロータリ圧縮機構を備えた圧縮機のような他の圧縮機にも適用することができる。

１ スクロール圧縮機（圧縮機）
２ リヤハウジング
２ａ 開口部
３ フロントハウジング
５ スクロール圧縮機構（圧縮機構）
６ 駆動軸
６ａ 大径部
６ｂ 小径部
６ｃ 中径部
６ｄ 凹溝
７ メイン軸受
８ サブ軸受
８ａ 外輪
８ｂ 針状コロ
８ｃ 保持器
９ リップシール（シール部）
１０ フローティングブッシュ（円筒環）
１２ 止め輪（当接部材）
Ｘ 軸線

Claims (4)

1. 軸線回りに回転する駆動軸と、
   該駆動軸によって駆動されて流体を圧縮する圧縮機構と、
   前記駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持するメイン軸受と、
   該メイン軸受よりも前記駆動軸の端部側にて該駆動軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持し、複数の針状コロを有するニードル軸受とされたサブ軸受と、
   各前記針状コロに対して外周面が転動するとともに、前記駆動軸の外径に対してすき間嵌めにより内周面が嵌合されて該駆動軸と共に回転する円筒環と、
   を備え、
   前記すき間嵌めによって与えられるすき間は、前記駆動軸が前記軸線に対して最も大きく傾いたときに、前記駆動軸が前記円筒環の一端の内周縁部に接触する一方で他端の内周縁部に非接触となるすき間とされていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記駆動軸に取り付けられ、前記円筒環の端面に常時当接して該円筒環の軸線方向における位置決めを行う当接部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記当接部材は、前記円筒環の前記駆動軸に対する相対回転を妨げない程度に前記円筒環を押圧することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記当接部材は、円弧状の内周部を有し、該内周部が前記駆動軸の周方向に形成された凹溝に収容されることによって該駆動軸に取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧縮機。

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