JP6749829B2 - 両回転スクロール型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、両回転スクロール型圧縮機に関するものである。

従来より、両回転スクロール型圧縮機が知られている（特許文献１参照）。これは、駆動側スクロールと、駆動側スクロールと共に同期して回転する従動側スクロールとを備え、駆動側スクロールを回転させる駆動軸に対して、従動側スクロールの回転を支持する従動軸を旋回半径分だけオフセットして、駆動軸と従動軸とを同じ方向に同一角速度で回転させている。

特許第４５５６１８３号公報

上述のようなスクロール型圧縮機では、一般に、渦巻状の壁体と、対向する端板との間には、圧縮流体の漏れを防止するためにチップシールが設けられている。このチップシールを収容するために、渦巻状の壁体の先端にはチップシール溝が形成されている。
しかし、渦巻状の壁体の先端にチップシール溝を加工するには、所定の加工精度が要求され、また作業工数が増加するという問題がある。

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、壁体の先端にチップシール溝を加工する工程を省略することができる両回転スクロール型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、本発明の両回転スクロール型圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる両回転スクロール型圧縮機は、駆動部によって回転駆動され、駆動側端板上に配置された渦巻状の駆動側壁体を有する駆動側スクロール部材と、前記駆動側壁体に対応する渦巻状の従動側壁体が従動側端板上に配置され、該従動側壁体が前記駆動側壁体に対して噛み合わされることによって圧縮空間を形成する従動側スクロール部材と、前記駆動側スクロール部材と前記従動側スクロール部材とが同じ方向に同一角速度で自転運動するように前記駆動側スクロール部材から前記従動側スクロール部材に駆動力を伝達する同期駆動機構と、前記駆動側壁体の先端および前記従動側壁体の先端を、対向する前記従動側端板および前記駆動側端板に向かう方向に付勢する付勢手段と、を備え、前記付勢手段は、前記従動側スクロール部材に対して設けられた軸受に当接する弾性部材を備えていることを特徴とする。

駆動側スクロール部材の駆動側端板上に配置された駆動側壁体と、従動側スクロール部材の従動側壁体とが噛み合わされることによって、圧縮空間が形成される。駆動側スクロール部材は、駆動部によって回転駆動され、駆動側スクロール部材に伝達された駆動力は、同期駆動機構を介して従動側スクロール部材に伝達される。これにより、従動側スクロール部材は、回転するとともに駆動側スクロール部材に対して同方向に同一角速度で自転運動を行う。このように、駆動側スクロール部材及び従動側スクロール部材の両方が回転する両回転式のスクロール型圧縮機が提供される。
駆動側壁体の先端および従動側壁体の先端を、対向する従動型端板および駆動側端板に向かう方向に付勢する付勢手段を設けた。これにより、各壁体の先端と各端板との間の隙間であるチップクリアランスが小さくなり、圧縮空間からの流体の漏れを低減することができる。これにより、壁体の先端に設けられるチップシールを省略することができ、これに伴いチップシールを配置するためのチップシール溝を壁体の先端に形成する必要がなくなる。したがって、チップシール溝の加工が不要となるので、スクロール部材の製作時の作業工数を低減することができる。
なお、同期駆動機構としては、例えば、ピンとリングを組合せた機構や、オルダムリング等が挙げられる。

さらに、本発明の両回転スクロール型圧縮機では、前記付勢手段は、前記従動側スクロール部材のスラスト力を受ける従動側スラスト軸受と、前記従動側スクロール部材を収容するハウジングとの間に設けられた弾性部材を備えていることを特徴とする。

従動側スクロール部材のスラスト力を受ける従動側スラスト軸受と、従動側スクロール部材を収容するハウジングとの間に、弾性部材を設けることとした。この弾性部材によって、従動側スラスト軸受を介して従動側スクロール部材は駆動側スクロール部材側に付勢されることになる。
弾性部材としては、例えば、コイルバネやリングバネ、波形状とされた板バネ等が挙げられる。

さらに、本発明の両回転スクロール型圧縮機では、前記従動側端板に接続された従動側軸部と、前記従動側スクロール部材を収容するハウジングとの間に設けられた従動側転がり軸受とを備え、前記付勢手段は、前記従動側転がり軸受と前記ハウジングとの間に設けられた弾性部材を備えていることを特徴とする。

従動側軸部とハウジングとの間に従動側転がり軸受を設けて従動側スクロール部材を回転可能に支持する。そして、従動側転がり軸受とハウジングとの間に弾性部材を設けることとした。弾性部材によって、従動側転がり軸受を介して従動側スクロール部材は駆動側スクロール部材側に付勢されることになる。
弾性部材としては、例えば、コイルバネやリングバネ、波形状とされた板ばね等が挙げられる。

さらに、本発明の両回転スクロール型圧縮機では、前記駆動側スクロール部材と前記従動側スクロール部材との間の変位量を規制する変位量規制手段を備えていることを特徴とする。

付勢手段によって駆動側スクロール部材と従動側スクロール部材との間の距離が減少する方向に付勢される。この付勢力による変位量を、変位量規制手段によって規制することとした。これにより、壁体の先端と対向する端板との間のチップクリアランスを所定量に管理することができ、壁体の先端と対向する端板との間の焼き付きや過剰な摩耗を防止することができる。

駆動側壁体の先端および従動側壁体の先端を、対向する従動型端板および駆動側端板に向かう方向に付勢する付勢手段を設けたので、壁体の先端のチップシールを省略する構成を採用することができ、チップシール溝の加工が不要となる。

本発明の第１実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 図１の駆動側スクロール部材を示した平面図である。 図１の従動側スクロール部材を示した平面図である。 本発明の第２実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 図４のコイルバネ周りを拡大して示した縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 図６のストッパ周りを拡大して示した縦断面図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１等を用いて説明する。
図１には、両回転スクロール型圧縮機１Ａが示されている。両回転スクロール型圧縮機１Ａは、例えば車両用エンジン等の内燃機関に供給する燃焼用空気（流体）を圧縮する過給機や、燃料電池の空気極に圧縮空気を供給するための圧縮機、鉄道等の車両の制動装置に用いる圧縮空気を供給するための圧縮機として用いることができる。

両回転スクロール型圧縮機１Ａは、ハウジング３と、ハウジング３の一端側に収容されたモータ（駆動部）５と、ハウジング３の他端側に収容された駆動側スクロール部材７及び従動側スクロール部材９とを備えている。

ハウジング３は、略円筒形状とされており、モータ５を収容するモータ収容部３ａと、スクロール部材７，９を収容するスクロール収容部３ｂとを備えている。
モータ収容部３ａの外周には、モータ５を冷却するための冷却フィン３ｃが設けられている。スクロール収容部３ｂの端部には、圧縮後の空気を吐出するための吐出口３ｄが形成されている。なお、図１では示されていないが、ハウジング３には空気を吸入する空気吸入口が設けられている。

モータ５は、図示しない電力供給源から電力が供給されることによって駆動される。モータ５の回転制御は、図示しない制御部からの指令によって行われる。モータ５のステータ５ａはハウジング３の内周側に固定されている。モータ５のロータ５ｂは、駆動側回転軸線ＣＬ１回りに回転する。ロータ５ｂには、駆動側回転軸線ＣＬ１上に延在する駆動軸６が接続されている。駆動軸６は、駆動側スクロール部材７と接続されている。

駆動側スクロール部材７は、駆動側端板７ａと、駆動側端板７ａの一側に設置された渦巻状の駆動側壁体７ｂとを有している。駆動側端板７ａは、駆動軸６に接続された駆動側軸部７ｃに接続されており、駆動側回転軸線ＣＬ１に対して直交する方向に延在している。
駆動側壁体７ｂの高さ方向における先端には、チップシールが設けられていない。従って、駆動側壁体７ｂの先端は、チップシール溝も設けられていないため平坦面とされている。

駆動側軸部７ｃは、駆動側すべりラジアル軸受１１ａを介してハウジング３に対して回動自在に設けられている。駆動側すべりラジアル軸受１１ａの側方には、ハウジング３と駆動側軸部７ｃの肩部との間で摺動接触してスラスト力を受ける駆動側すべりスラスト軸受１１ｂが設けられている。

図２に示すように、駆動側端板７ａは、平面視した場合に略円板形状とされている。駆動側スクロール部材７は、渦巻状とされた駆動側壁体７ｂが３つ、すなわち３条備えている。３条とされた駆動側壁体７ｂは、駆動側回転軸線ＣＬ１回りに等間隔にて配置されている。駆動側壁体７ｂの半径方向外側の端部７ｅは、それぞれ、他の壁部に固定されておらず、独立している。すなわち、各半径方向外側の端部７ｅ同士を接続して補強するような壁部は設けられていない。

図１に示すように、従動側スクロール部材９は、駆動側スクロール部材７に噛み合うように配置されており、従動側端板９ａと、従動側端板９ａの一側に配置された渦巻状の従動側壁体９ｂとを有している。
従動側壁体９ｂの高さ方向における先端には、チップシールが設けられていない。従って、従動側壁体９ｂの先端は、チップシール溝も設けられていないため平坦面とされている。

従動側端板９ａには、従動側回転軸線ＣＬ２方向に延在する従動側軸部９ｃが接続されている。従動側軸部９ｃは、従動側すべりラジアル軸受１３ａを介して、ハウジング３に対して回転自在に設けられている。従動側すべりラジアル軸受１３ａの側方には、ハウジング３と従動側端板９ａとの間で摺動接触してスラスト力を受ける従動側すべりスラスト軸受１３ｂが設けられている。

従動側すべりスラスト軸受１３ｂの端面に対して当接するように、コイルバネ（弾性部材，付勢手段）１４が設けられている。コイルバネ１４は、従動側軸線ＣＬ２回りの周方向に所定間隔をおいて複数設けられている。各コイルバネ１４は、従動側回転軸線ＣＬ２方向に向かってハウジング３に形成された有底孔内に収納されている。各コイルバネ１４は、従動側端板９ａを対向する駆動側端板７ａ方向に付勢するように設けられている。

図３に示すように、従動側端板９ａは、平面視した場合に略円板形状とされている。従動側スクロール部材９は、渦巻状とされた従動側壁体９ｂが３つ、すなわち３条設けられている。３条とされた従動側壁体９ｂは、従動側回転軸線ＣＬ２回りに等間隔にて配置されている。従動側端板９ａの略中央には、圧縮後の空気を吐出する吐出ポート９ｄが形成されている。この吐出ポート９ｄは、ハウジング３に形成された吐出口３ｄに連通している。従動側壁体９ｂの半径方向外側の端部９ｅは、それぞれ、他の壁部に固定されておらず、独立している。すなわち、各半径方向外側の端部９ｅ同士を接続して補強するような壁部は設けられていない。

上述の通り、図１に示したように、駆動側スクロール部材７は駆動側回転軸線ＣＬ１周りに回転し、従動側スクロール部材９は従動側回転軸線ＣＬ２回りに回転する。駆動側回転軸線ＣＬ１と従動側回転軸線ＣＬ２とは、圧縮室が形成できる距離だけオフセットされている。

駆動側スクロール部材７と従動側スクロール部材９との間には、複数のピンリング機構１５が設けられている。ピンリング機構１５は、両スクロール部材７，９が同じ方向に同一角速度で自転運動するように駆動側スクロール部材７から従動側スクロール部材９に駆動力を伝達する同期駆動機構として用いられる。ピンリング機構１５は、具体的には、図１に示されているように、玉軸受とされたリング部材１５ａと、ピン部材１５ｂとを有している。リング部材１５ａは、駆動側端板７ａに形成された孔部に外輪が嵌め合わされた状態で固定されている。ピン部材１５ｂは、従動側壁体９ｂの先端（図１において右端）に形成された取付穴に挿入された状態で固定されている。なお、図１では図示時の切断位置の関係でピン部材１５ｂが従動側壁体９ｂの先端に挿入された状態が明確に示されていないが、理解の容易のためにピン部材１５ｂのみを示してある。ピン部材１５ｂの先端の側部がリング部材１５ａの内輪の内周面に接触した状態で運動することによって、同じ方向に同一角速度で自転運動するが実現されるようになっている。

上記構成の両回転スクロール型圧縮機１Ａは、以下のように動作する。
モータ５によって駆動軸６が駆動側回転軸線ＣＬ１回りに回転させられると、駆動軸６に接続された駆動側軸部７ｃも回転し、これにより駆動側スクロール部材７が駆動側回転軸線ＣＬ１回りに回転する。駆動側スクロール部材７が回転すると、駆動力がピンリング機構１５を介して従動側スクロール部材９へと伝達され、従動側スクロール部材９が従動側回転軸線ＣＬ２回りに回転する。このとき、ピンリング機構１５のピン部材１５ｂがリング部材１５ａに対して接触しつつ移動することによって、両スクロール部材７，９が同じ方向に同一角速度で自転運動を行う。

両スクロール部材７，９が自転旋回運動を行うと、ハウジング３の吸入口から吸い込まれた空気が両スクロール部材７，９の外周側から吸入され、両スクロール部材７，９によって形成された圧縮室に取り込まれる。圧縮室は中心側に移動するにしたがって容積が減少し、これに伴い空気が圧縮される。このように圧縮された空気は、従動側スクロール部材９の吐出ポート９ｄを通り、ハウジング３の吐出口３ｄから外部へと吐出される。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
従動側壁体９ｂは、従動側すべりスラスト軸受１３ｂを介して各コイルバネ１４によって従動側回転軸線ＣＬ２方向に付勢されている。これにより、従動側スクロール部材９と駆動側スクロール部材７とは互いに接近する方向に付勢され、従動側壁体９ｂの先端と駆動側端板７ａとの間のチップクリアランス、及び、駆動側壁体７ｂの先端と従動側端板９ａとの間のチップクリアランスが小さくなり、圧縮空間からの流体漏れが低減されるようになっている。
したがって、壁体７ｂ，９ｂの先端に設けられるチップシールを省略することができ、これに伴いチップシールを配置するためのチップシール溝を壁体７ｂ，９ｂの先端に形成する必要がなくなる。したがって、チップシール溝の加工が不要となるので、スクロール部材の製作時の作業工数を低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４等を用いて説明する。第１実施形態では、駆動側スクロール部材７及び従動側スクロール部材９の軸受としてすべり軸受１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂを用いていたが、本実施形態では玉軸受（転がり軸受）を用いる点で相違する。その他の構成については同様なので、同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図４に示されているように、本実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機１Ｂでは、駆動側スクロール部材７の駆動側軸部７ｃは、駆動側玉軸受１７によって回転自在に支持されている。

図４及び図５に示されているように、従動側スクロール部材９の従動側軸部９ｃは、複列のアンギュラ玉軸受けとされた従動側玉軸受１８を介して、ハウジング３に対して回転自在に設けられている。

複列とされた従動側玉軸受１８の吐出口３ｄ側でかつ外輪側（静止側）を押圧するように複数のコイルバネ２０（弾性部材，付勢手段）が設けられている。コイルバネ２０は、従動側軸線ＣＬ２回りの周方向に所定間隔をおいて複数設けられている。各コイルバネ２０は、従動側回転軸線ＣＬ２方向に向かってハウジング３に形成された有底孔内に収納されている。各コイルバネ１４は、従動側端板９ａを対向する駆動側端板７ａ方向に付勢するように設けられている。すなわち、コイルバネ２０からの付勢力は、吐出口３ｄ側の玉軸受１８ａの外輪から従動側端板９ａ側の玉軸受１８ｂの外輪へと伝達され、従動側端板９ａ側の玉軸受１８ｂの玉及び内輪を介して従動側端板９ａへと伝達される。このように、従動側回転軸線ＣＬ２に対して接触点を結んだ線が軸受間距離よりも広くなる背面合わせ（ＤＢ合わせ）とされた構成となっている。このように、従動側玉軸受１９全体がスラスト方向に移動する構造となっている。この構造は、一般的に予圧機構とされるアンギュラ軸受で内部隙間を０（ゼロ）にする機構は軸受全体が移動する構造となっていない点で、特徴的である。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
従動側壁体９ｂは、従動側玉軸受１８を介して各コイルバネ２０によって従動側回転軸線ＣＬ２方向に付勢されている。これにより、従動側スクロール部材９と駆動側スクロール部材７とは互いに接近する方向に付勢され、従動側壁体９ｂの先端と駆動側端板７ａとの間のチップクリアランス、及び、駆動側壁体７ｂの先端と従動側端板９ａとの間のチップクリアランスが小さくなり、圧縮空間からの流体漏れが低減されるようになっている。
したがって、壁体７ｂ，９ｂの先端に設けられるチップシールを省略することができ、これに伴いチップシールを配置するためのチップシール溝を壁体７ｂ，９ｂの先端に形成する必要がなくなる。したがって、チップシール溝の加工が不要となるので、スクロール部材の製作時の作業工数を低減することができる。

また、コイルバネ２０は、吐出口３ｄ側の玉軸受１８ａの外輪を押圧する構成とされており、ハウジング３に対して静止した外輪を押圧することができるので、コイルバネ２０の摩耗や焼き付きのおそれがない。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６等を用いて説明する。本実施形態では、第２実施形態に対して、従動側玉軸受１８の変位量を規制するストッパを設けている点で相違する。その他の構成については第２実施形態と同様なので、同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図６及び図７に示されているように、本実施形態に係る両回転スクロール型圧縮機１Ｃでは、従動側端板９ａ側の玉軸受１８ｂの側方にストッパ（変位量規制手段）２２が設けられている。ストッパ２２は、所定の厚さを有する板状体とされており、ボルト２３を介してハウジング３側に固定されている。なお、ストッパ２２とハウジング３との間に所定厚さのシムを挿入しても良い。これにより、ストッパ２２と従動端板９ａ側の玉軸受１８ｂとの距離を調整することができる。

本実施形態によれば、第２実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
各コイルバネ２０によって駆動側スクロール部材７と従動側スクロール部材９との間の距離が減少する方向に付勢される。この付勢力による変位量を、ストッパ２２によって規制することとした。これにより、壁体７ｂ，９ｂの先端と対向する端板７ａ，９ａとの間のチップクリアランスを所定量に管理することができ、壁体の先端と対向する端板との間の焼き付きや過剰な摩耗を防止することができる。

なお、上記各実施形態では、従動側スクロール部材９を付勢する部材としてコイルバネを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばリングバネや波形状の板バネを用いても良い。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 両回転スクロール型圧縮機
３ ハウジング
３ａ モータ収容部
３ｂ スクロール収容部
３ｃ 冷却フィン
３ｄ 吐出口
５ モータ（駆動部）
５ａ ステータ
５ｂ ロータ
６ 駆動軸
７ 駆動側スクロール部材
７ａ 駆動側端板
７ｂ 駆動側壁体
７ｃ 駆動側軸部
７ｅ 半径方向外側の端部
９ 従動側スクロール部材
９ａ 従動側端板
９ｂ 従動側壁体
９ｃ 従動側軸部
９ｄ 吐出ポート
９ｅ 半径方向外側の端部
１１ａ 駆動側すべりラジアル軸受
１１ｂ 駆動側すべりスラスト軸受
１３ａ 従動側すべりラジアル軸受
１３ｂ 従動側すべりスラスト軸受
１４ コイルバネ（弾性部材，付勢手段）
１５ ピンリング機構（同期駆動機構）
１５ａ リング部材
１５ｂ ピン部材
１７ 駆動側玉軸受（転がり軸受）
１８ 従動側玉軸受（転がり軸受）
１８ａ 吐出口側の玉軸受
１８ｂ 従動側端板側の玉軸受
２０ コイルバネ（弾性部材，付勢手段）
２２ ストッパ（変位量規制手段）
２３ ボルト
ＣＬ１ 駆動側回転軸線
ＣＬ２ 従動側回転軸線

Claims (4)

1. 駆動部によって回転駆動され、駆動側端板上に配置された渦巻状の駆動側壁体を有する駆動側スクロール部材と、
   前記駆動側壁体に対応する渦巻状の従動側壁体が従動側端板上に配置され、該従動側壁体が前記駆動側壁体に対して噛み合わされることによって圧縮空間を形成する従動側スクロール部材と、
   前記駆動側スクロール部材と前記従動側スクロール部材とが同じ方向に同一角速度で自転運動するように前記駆動側スクロール部材から前記従動側スクロール部材に駆動力を伝達する同期駆動機構と、
   前記駆動側壁体の先端および前記従動側壁体の先端を、対向する前記従動側端板および前記駆動側端板に向かう方向に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記付勢手段は、前記従動側スクロール部材に対して設けられた軸受に当接する弾性部材を備えていることを特徴とする両回転スクロール型圧縮機。
2. 前記付勢手段は、前記従動側スクロール部材のスラスト力を受ける従動側スラスト軸受と、前記従動側スクロール部材を収容するハウジングとの間に設けられた弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の両回転スクロール型圧縮機。
3. 前記従動側端板に接続された従動側軸部と、前記従動側スクロール部材を収容するハウジングとの間に設けられた従動側転がり軸受と、を備え、
   前記付勢手段は、前記従動側転がり軸受と前記ハウジングとの間に設けられた弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の両回転スクロール型圧縮機。
4. 前記駆動側スクロール部材と前記従動側スクロール部材との間の変位量を規制する変位量規制手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の両回転スクロール型圧縮機。

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