JP6758989B2 - 開放型冷媒圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機構の駆動軸を軸支する転がり軸受がハウジングに圧入された開放型冷媒圧縮機に関するものである。

カーエアコン等において冷媒ガスを圧縮する冷媒圧縮機（コンプレッサ）は、アルミ合金等で形成されたハウジングの内部に圧縮機構が収容され、この圧縮機構を駆動する駆動軸がハウジングの一面から突出し、その突出部に設けられた電磁クラッチ付のプーリーがベルトを介してエンジン等に駆動されるようになっている。このような冷媒圧縮機は、そのハウジングに駆動軸を突出させる軸穴が形成されていることから開放型と呼ばれる。これに対し、密閉された圧力容器の内部に圧縮機構と駆動モータとが内蔵されたものは密閉型と呼ばれる。

開放型の冷媒圧縮機において、駆動軸の突出部、即ちハウジングの軸穴にはリップシール（リップ付の軸シール部材）が設けられ、ハウジング内部の冷媒ガスが外部に漏洩することが防止されている。このリップシールは、冷媒ガスに混合された潤滑油（冷凍機油）によって潤滑されるが、冷媒ガスの循環量が低下する低負荷運転時等にはリップシールへの給油が不足することが考えられる。その場合はリップ先端が摩耗し、冷媒ガスおよび油漏れの原因となる懸念がある。

この懸念を解決するため、例えば特許文献１の図２および図３に開示されているように、駆動軸の先端付近を軸支する転がり軸受の軸受圧入部の内周面に冷媒を案内する案内溝を形成し、この案内溝の一端をリップシール側に連通させ、他端をハウジングの内部側（圧縮機構側）に連通させることにより、この案内溝を利用してリップシール側への冷媒供給量、即ち潤滑油の給油量を安定させ、リップシールの摩耗を防止するようにしたものがある。図７に示すように、このような案内溝Ｂを軸受圧入部Ａの内周面に複数形成すれば、リップシールへの給油量を増大させることができるため、リップシールの摩耗防止には有効である。

特開２００５−２３８４９号公報

しかしながら、図７に示すように複数の案内溝Ｂが形成された軸受圧入部Ａの内周面に転がり軸受を圧入（一般に焼き嵌めによる圧入）すると、図８に示すように転がり軸受の外輪部材Ｃが軸受圧入部Ａの内部で径方向外側に拡がろうとし、各案内溝Ｂの内部に膨出して花びら形状に変形する傾向がある（図８はオーバーに表現してあり、実際には目視確認できない）。

この外輪部材Ｃの変形は、精密に加工されているニードル軸受等の転がり軸受においては、ラジアルクリアランス（径方向の遊び）の縮小に繋がり、これによって回転抵抗の増大、フレーキング（ローラ当たり面の損傷）の発生、回転ムラ（回転振動）の発生、寿命年数の減少といった性能低下が発生し得る状況であり、高い回転精度を要求される冷媒圧縮機においては無視し難い問題であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、転がり軸受の性能低下を招くことなく、転がり軸受が圧入される軸受圧入部の内周面に冷媒案内溝を形成可能にして転がり軸受および軸シール部材の潤滑性能を高めることができる開放型冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る開放型冷媒圧縮機は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、潤滑油を含む冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する駆動軸と、前記駆動軸が前記ハウジングから外部に突出する軸穴に圧入されて前記駆動軸を軸支する転がり軸受と、前記転がり軸受の外側に位置するように前記軸穴に設けられた軸シール部材と、前記転がり軸受が圧入される軸受圧入部の内周面に少なくとも１本形成された冷媒案内溝と、を備え、前記冷媒案内溝は、前記駆動軸の中心軸線方向に対して所定の傾斜角を有するように形成されたものである。

上記構成の開放型冷媒圧縮機によれば、冷媒案内溝が駆動軸の中心軸線方向に対して所定の傾斜角を有するように形成されているため、軸受圧入部に圧入された転がり軸受の外輪部材が径方向外側に拡がった際に、この外輪部材の外周面における所定の角度位置において、駆動軸の中心軸線方向の全長に亘って直線的な変形が起こることが防止される。

つまり、駆動軸の中心軸線に対して所定の傾斜角を有して傾斜した冷媒案内溝の内部に膨出するように転がり軸受の外輪部材が変形しても、その変形部の形状は駆動軸の軸方向に平行に沿う溝状にはならず、軸方向に対して傾斜した溝状となる。このため、外輪部材の内側を転動する転動部材が、その全幅に亘って同時に変形溝の内部に落ち込んだり、変形溝の外に乗り上げたりを繰り返すことがない。また、転がり軸受のラジアルクリアランスが縮小しにくい。

したがって、転がり軸受における回転抵抗の増大や、フレーキングの発生、回転ムラ（回転振動）の発生、寿命年数の減少といった性能低下が発生しにくくなる。この効果は、冷媒案内溝の、駆動軸に対する傾斜角を大きくする程、顕著なものになる。こうして、転がり軸受の性能低下を招くことなく、転がり軸受が圧入される軸受圧入部の内周面に冷媒案内溝を形成可能にして転がり軸受および軸シール部材の潤滑性能を高めることができる。

上記構成の開放型冷媒圧縮機において、前記駆動軸の軸方向視で、前記冷媒案内溝は、前記ハウジングの内部側に開口する内側開口部と、前記軸シール部材側に開口する外側開口部と、を備え、前記駆動軸の軸方向視で、前記冷媒案内溝は、前記内側開口部の開口範囲と前記外側開口部の開口範囲とが重ならないように形成されているとよい。

こうすることにより、軸受圧入部に圧入された転がり軸受の外輪部材が冷媒案内溝の内部に膨出するように変形しても、その変形形状の範囲内に駆動軸の軸方向に平行に沿う部分が発生しない。このため、転動部材が、その全幅に亘って同時に変形溝の内部に落ち込んだり、変形溝の外に乗り上げたりすることを確実に抑制し、転がり軸受の性能低下を防止することができる。

上記構成の開放型冷媒圧縮機において、前記冷媒案内溝をスパイラル状の溝としてもよい。これにより、ＣＮＣ加工によって冷媒案内溝を容易に形成することができる。

上記構成の開放型冷媒圧縮機において、前記冷媒案内溝は、スパイラル状の溝であり、前記内側開口部から前記外側開口部に向かうスパイラル方向を、前記駆動軸の回転方向に合わせてもよい。
これにより、駆動軸の回転によってハウジング内で旋回する冷媒ガスの流れが冷媒案内溝の内部に取り込まれ易くなり、転がり軸受および軸シール部材の潤滑性能を高めることができる。

上記構成の開放型冷媒圧縮機において、前記駆動軸の軸方向視で、前記軸受圧入部の内周面と前記冷媒案内溝の内周面との交点における内角は鈍角にするのがよい。
これにより、軸受圧入部の内周面に冷媒案内溝の形成による鋭角なエッジが発生しない。このため、軸受圧入部に圧入された転がり軸受の外輪部材の変形が緩やかなものになり、転動部材の転動が滑らかになる。したがって、転がり軸受の性能低下をより効果的に防止することができる。

上記構成の開放型冷媒圧縮機において、前記駆動軸の軸方向視で、前記軸受圧入部の円周に対する前記冷媒案内溝の合計溝幅の割合は３０から７０％に設定するのがよい。この範囲に設定することにより、転がり軸受の圧入強度を確保しつつ、冷媒案内溝の溝幅を可及的に広くし、冷媒案内溝を流れる冷媒ガスおよび潤滑油の量を確保して転がり軸受および軸シール部材の潤滑性能を高めることができる。

以上のように、本発明に係る開放型冷媒圧縮機によれば、転がり軸受の性能低下を招くことなく、転がり軸受が圧入される軸受圧入部の内周面に潤滑油の案内溝を形成可能にして転がり軸受および軸シール部材の潤滑性能を高めることができる。

本発明の一実施形態を示す開放型圧縮機の部分縦断面図である。 図１のII部拡大図である。 図２のIII-III矢視により本発明の一実施形態を示す図である。 軸受圧入部と案内溝の第１実施例を示す模式的な斜視図である。 軸受圧入部と案内溝の第２実施例を示す模式的な斜視図である。 軸受圧入部と案内溝の第３実施例を示す模式的な斜視図である。 従来の技術を示す軸受圧入部と案内溝の模式的な斜視図である。 従来の技術の問題点を示す軸受圧入部と案内溝の模式的な平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す開放型スクロール圧縮機（開放型冷媒圧縮機）の部分縦断面図である。本実施形態に係る開放型スクロール圧縮機１は、例えば自動車のエンジンルーム内に設置されてエンジン動力により駆動され、冷媒ガスを圧縮するように構成された保冷・冷凍輸送車用のものであるが、本発明はこれに限らず、カーエアコン、居住空間空調、店舗等における冷蔵・冷凍システム、ヒートポンプ式給湯システム等に用いられる開放型圧縮機にも広く適用することができる。

開放型スクロール圧縮機１は、アルミ合金等で形成された略円筒形状のハウジング２を備えている。ハウジング２は、本体をなすハウジング本体２Ａと、ハウジング本体２Ａの一端に設けられた開口部を気密的に閉塞するようにボルト等で固定されるハウジングカバー２Ｂとから構成されている。ハウジング本体２Ａの図示しない他端は閉塞されている。

ハウジング２の内部空間Ｓ１にはスクロール圧縮機構４（圧縮機構）およびこれを駆動する駆動軸５が収容されている。ハウジング２の外周面には、圧縮される前の冷媒ガスが吸入される吸入ポート３と、スクロール圧縮機構４により圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出ポート（非図示）とが設けられている。

駆動軸５は、転がり軸受であるメイン軸受６およびサブ軸受７を介して回転自在に支持されている。メイン軸受６はハウジングカバー２Ｂの後端部に形成された軸受圧入部２ａに圧入され、サブ軸受７はハウジングカバー２Ｂに形成された軸穴８の後半部に設けられた軸受圧入部８ａに圧入されている。メイン軸受６としては例えば単列深溝玉軸受が用いられ、サブ軸受７としては例えばニードル軸受が用いられているが、この限りではなく、他の種の軸受を用いることも考えられる。

図３に示すように、サブ軸受７は、外輪部材７ａと、内輪部材７ｂと、これら内外輪部材７ａ，７ｂ間に配置された複数のコロ状の転動部材７ｃと、これら複数の転動部材７ｃを等間隔に保持する保持器７ｄとを備えて構成されている。

駆動軸５の一端は軸穴８を通って外部に突出している。軸穴８の内部には、サブ軸受７の外方側に位置するリップシール９（軸シール部材）が圧入されている。リップシール９はサブ軸受７に向かって傾倒し、且つ駆動軸５の外周面に軽く圧接される例えば２つのリップ９ａ，９ｂを備えている（図２参照）。サブ軸受７とリップシール９との間には所定の容積を持つ環状のシール空間Ｓ２が画成されている。

ハウジングカバー２Ｂの先端外周部にはプーリー軸受１１を介してプーリー１２が回転自在に設置され、このプーリー１２と図示しないエンジン等の駆動源に設けられた駆動プーリーとの間にベルト（非図示）が巻回される。駆動軸５の先端部に固定されたクラッチ板１３がプーリー１２の外端面に近接して対向し、プーリー１２の内側に位置するようにハウジングカバー２Ｂに固定された電磁クラッチ１４が励磁されると、クラッチ板１３がプーリー１２側に引き付けられてプーリー１２の外端面と摩擦係合し、プーリー１２の回転が駆動軸５に伝達されて駆動軸５が回転する。

駆動軸５の後端部には、駆動軸５の中心軸線Ｃに対して所定寸法だけ偏心したクランクピン５ａが一体に形成されており、このクランクピン５ａはドライブブッシュ１６およびドライブ軸受１７を介してスクロール圧縮機構４の旋回スクロール１８背面に形成されたボス１８ａに嵌合されている。
スクロール圧縮機構４は、旋回スクロール１８と図示しない固定スクロールとが１８０度位相をずらされて噛み合わせられた公知の構成のものであり、駆動軸５が回転すると、自転防止機構１９の働きによって旋回スクロール１８が固定スクロールに対して公転旋回運動するように駆動され、両方のスクロール間に形成された一対の圧縮室（非図示）が外周位置から中心位置へと移動しながらその容積を漸次減少させる。
このため、吸入ポート３からハウジング２の内部空間Ｓ１に吸入された冷媒ガスがスクロール圧縮機構４に吸入・圧縮されて吐出ポートから吐出され、図示しない凝縮器等に供給される。部材２０はバランサウェイトである。

冷媒ガス中には潤滑油（冷凍機油）が所定の比率で含まれており、この潤滑油のミストによってメイン軸受６、サブ軸受７、リップシール９、クランクピン５ａ、ドライブブッシュ１６、ドライブ軸受１７、自転防止機構１９、スクロール圧縮機構４等の各内部機構部が潤滑されるようになっている。

リップシール９は、ハウジング２の内部から外部への冷媒ガスおよび潤滑油の漏出を防止するシール部材であり、冷媒ガス中に含まれるオイルに潤滑されることでリップ９ａ，９ｂの摩耗を防止されているが、冷媒ガスの循環量が低下する低負荷運転時等にはリップシール９の給油が不足してリップ９ａ，９ｂの先端が摩耗する虞がある。

このようなリップシール９の摩耗を防止するために、図１から図４に示すように、サブ軸受７が圧入される軸受圧入部８ａの内周面には、その周方向に例えば等間隔で複数の冷媒案内溝２５が形成されている。これらの冷媒案内溝２５は、例えば時計の文字盤における１２時、３時、６時、９時の位置付近にそれぞれ配置されており（図３参照）、それら各々の内側開口部２５ａ（図２中右端）がハウジング２の内部空間Ｓ１に連通し、外側開口部２５ｂ（図２中左端）がサブ軸受７とリップシール９との間のシール空間Ｓ２に連通している。

図２から図４示すように、冷媒案内溝２５は、ＣＮＣ加工等により、駆動軸５の中心軸線Ｃ方向に対して所定の傾斜角αを有する斜め溝状、例えばスパイラル溝状に形成されている。この傾斜角αの大きさとしては、例えば側面視で中心軸線Ｃに対して１０°から３０°程度に設定される。その際、図３に示すように、駆動軸５の軸方向視で、内側開口部２５ａの開口範囲と外側開口部２５ｂの開口範囲とが重ならないように冷媒案内溝２５の傾斜角αを設定するのが良い。なお、傾斜角αが過大になると冷媒案内溝２５の全長が長くなり、その形成が困難になるため、傾斜角αは最大でも５０°程度までに設定するのが好ましい。

上記のように、冷媒案内溝２５はスパイラル状に形成されており、その内側開口部２５ａから外側開口部２５ｂに向かうスパイラル方向が、駆動軸５の回転方向Ｒに合わせられている。即ち、図３に示すように、例えば駆動軸５の回転方向Ｒが駆動軸５の後部側からみて反時計回りであるとすれば、冷媒案内溝２５のスパイラル方向も反時計回りとなるように形成されている。

図３中に拡大して示すように、駆動軸５の軸方向視で、軸受圧入部８ａの内周面と冷媒案内溝２５の内周面との交点における内角β（軸受圧入部８ａの外周側における角度）が９０°以上の鈍角となるように各冷媒案内溝２５は形成されている。本実施形態では、上記内角βが１２０°程度になっている。
さらに、駆動軸５の軸方向視で、軸受圧入部８ａの円周に対する冷媒案内溝２５の合計溝幅の割合は３０から７０％程度、好ましくは４０から６０％程度に設定するのがよい。

以上のように構成された開放型スクロール圧縮機１において、駆動軸５が回転すると、スクロール圧縮機構４が冷媒ガスを吸入することよってハウジング２の内部空間Ｓ１に負圧が発生し、この負圧によって吸入ポート３から内部空間Ｓ１に冷媒ガスが導入され、この冷媒ガスはスクロール圧縮機構４によって圧縮されて圧縮冷媒ガスとなり、ハウジング２に形成された吐出ポートから吐出されて凝縮器等の需要部に供給される。

開放型スクロール圧縮機１の作動時において、ハウジング２の内部では、冷媒ガスが内部空間Ｓ１から冷媒案内溝２５を経てシール空間Ｓ２に流れ、冷媒ガスに含まれる潤滑油のミストや液滴によってサブ軸受７とリップシール９とが潤滑される。潤滑に供された潤滑油は、サブ軸受７の外輪部材７ａと内輪部材７ｂとの間を通過しながら転動部材７ｃを潤滑した後、内部空間Ｓ１に放流される。

冷媒案内溝２５は、駆動軸５の中心軸線Ｃ方向に対して所定の傾斜角αを有するように形成されているため、焼嵌めや冷やし嵌め等によって軸受圧入部８ａの内部に圧入されたサブ軸受７の外輪部材７ａが圧入後に径方向外側に拡がる際に、この外輪部材７ａの外周面における所定の角度位置において、駆動軸５の中心軸線Ｃ方向の全長に亘って直線的な変形が起こることが防止される。

つまり、駆動軸５の中心軸線Ｃに対して所定の傾斜角αを有して傾斜した冷媒案内溝２５の内部に膨出するようにサブ軸受７の外輪部材７ａが変形しても、その変形部の形状は駆動軸５の軸方向に平行に沿う溝状にはならず、軸方向に対して傾斜した溝状となる。このため、外輪部材７ａの内側を転動する転動部材７ｃが、その全幅に亘って同時に変形溝の内部に落ち込んだり、変形溝の外に乗り上げたりを繰り返すことがない。また、サブ軸受７のラジアルクリアランスが縮小しにくい。

したがって、サブ軸受７における回転抵抗の増大や、フレーキングの発生、回転ムラ回転振動の発生、寿命年数の減少といった性能低下が発生しにくくなる。この効果は、冷媒案内溝２５の、駆動軸５に対する傾斜角αを大きくする程、顕著なものになる。こうして、サブ軸受７の性能低下を招くことなく、サブ軸受７が圧入される軸受圧入部８ａの内周面に冷媒案内溝２５を形成可能にしてサブ軸受７およびリップシール９の潤滑性能を高めることができる。

冷媒案内溝２５は、駆動軸５の軸方向視で、その内側開口部２５ａの開口範囲と外側開口部２５ｂの開口範囲とが重ならないように形成されている（図２、図３参照）。こうすることにより、軸受圧入部８ａに圧入されたサブ軸受７の外輪部材７ａが冷媒案内溝２５の内部に膨出するように変形しても、その変形形状の範囲内に駆動軸５の軸方向に平行に沿う部分が発生しない。このため、転動部材７ｃが、その全幅に亘って同時に変形溝の内部に落ち込んだり、変形溝の外に乗り上げたりすることを確実に抑制し、サブ軸受７の性能低下を防止することができる。

冷媒案内溝２５をスパイラル状の溝としたことにより、ＣＮＣ加工によって冷媒案内溝２５を容易に形成することができる。また、そのスパイラル方向を、駆動軸５の回転方向Ｒに合わせたことにより、駆動軸５の回転によってハウジング２内で旋回する冷媒ガスの流れが冷媒案内溝２５の内部に取り込まれ易くなり、サブ軸受７およびリップシール９の潤滑性能を高めることができる。

駆動軸５の軸方向視で、軸受圧入部８ａの内周面と冷媒案内溝２５の内周面との交点における内角βが鈍角であるため、軸受圧入部８ａの内周面に冷媒案内溝２５の形成による鋭角なエッジが発生しない。このため、軸受圧入部８ａに圧入されたサブ軸受７の外輪部材７ａの変形が緩やかなものになり、転動部材７ｃの転動が滑らかになる。したがって、サブ軸受７の性能低下をより効果的に防止することができる。

さらに、駆動軸５の軸方向視で、軸受圧入部８ａの円周に対する冷媒案内溝２５の合計溝幅の割合を３０から７０％、好ましくは４０から６０％程度に設定したため、サブ軸受７の圧入強度を確保しつつ、冷媒案内溝２５の溝幅を可及的に広くし、冷媒案内溝２５を流れる冷媒ガスおよび潤滑油の量を確保してサブ軸受７およびリップシール９の潤滑性能を高めることができる。

以上に説明したように、本実施形態に係る開放型スクロール圧縮機１によれば、サブ軸受７の性能低下を招くことなく、サブ軸受７が圧入される軸受圧入部８ａの内周面に冷媒案内溝２５を形成可能にしてサブ軸受７およびリップシール９の潤滑性能を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、開放型スクロール圧縮機１の基本的な内部構造や部品の位置関係等については、必ずしも本実施形態に示すものと同一である必要はない。また、スクロール式の冷媒圧縮機構に代えて、ロータリー式、ベーン式、斜板式等の冷媒圧縮機構にしてもよい。

また、冷媒案内溝２５の形状は、必ずしも上記実施形態の形状でなくてもよく、駆動軸５の中心軸線Ｃに対して所定の傾斜角αを有していれば、他の形状とすることも考えられる。例えば、図５に示すように、複数の冷媒案内溝２５のスパイラル方向を交互に逆方向にしたり、図６に示すループ状や、波線状、メッシュ状等にしたりすることも考えられる。要するに、冷媒案内溝２５が中心軸線Ｃに対して傾斜するとともに、その一端がハウジング２の内部空間Ｓ１に連通し、他端がシール空間Ｓ２に連通していればよい。

１ 開放型スクロール圧縮機（開放型冷媒圧縮機）
２ ハウジング
４ スクロール圧縮機構（圧縮機構）
５ 駆動軸
７ サブ軸受（転がり軸受）
８ 軸穴
８ａ 軸受圧入部
９ リップシール（軸シール部材）
２５ 冷媒案内溝
２５ａ 内側開口部
２５ｂ 外側開口部
Ｃ 駆動軸の中心軸線
Ｒ 駆動軸の回転方向
Ｓ１ ハウジングの内部空間
Ｓ２ サブ軸受とリップシールとの間のシール空間
α 冷媒案内溝の傾斜角
β 軸受圧入部の内周面と冷媒案内溝の内周面との交点における内角

Claims (6)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、潤滑油を含む冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する駆動軸と、
   前記駆動軸が前記ハウジングから外部に突出する軸穴に圧入されて前記駆動軸を軸支する転がり軸受と、
   前記転がり軸受の外側に位置するように前記軸穴に設けられた軸シール部材と、
   前記転がり軸受が圧入される軸受圧入部の内周面に少なくとも１本形成された冷媒案内溝と、を備え、
   前記冷媒案内溝は、前記駆動軸の中心軸線方向に対して所定の傾斜角を有するように形成されている開放型冷媒圧縮機。
2. 前記冷媒案内溝は、前記ハウジングの内部側に開口する内側開口部と、前記軸シール部材側に開口する外側開口部と、を備え、
   前記駆動軸の軸方向視で、前記冷媒案内溝は、前記内側開口部の開口範囲と前記外側開口部の開口範囲とが重ならないように形成されている請求項１に記載の開放型冷媒圧縮機。
3. 前記冷媒案内溝はスパイラル状の溝である請求項１または２に記載の開放型冷媒圧縮機。
4. 前記冷媒案内溝は、スパイラル状の溝であり、前記内側開口部から前記外側開口部に向かうスパイラル方向が、前記駆動軸の回転方向に合わせられた請求項２に記載の開放型冷媒圧縮機。
5. 前記駆動軸の軸方向視で、前記軸受圧入部の内周面と前記冷媒案内溝の内周面との交点における内角が鈍角である請求項１から４のいずれか一項に記載の開放型冷媒圧縮機。
6. 前記駆動軸の軸方向視で、前記軸受圧入部の円周に対する前記冷媒案内溝の合計溝幅の割合が３０から７０％である請求項１から５のいずれか一項に記載の開放型冷媒圧縮機。

Images