JP6948199B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機やスクロール膨張機などのスクロール流体機械に関する。

スクロール流体機械は、一般に、可動スクロール（旋回スクロール）の自転を防止する自転防止機構を備えている。例えば、特許文献１に記載のスクロール流体機械（スクロール圧縮機）は、いわゆるピン−リング式自転防止機構を備えている。このピン−リング式自転防止機構は、固定側と可動スクロール側とのいずれか一方に設けられたリング穴に微小な隙間を有して遊嵌されたリングと、前記固定側と前記可動スクロール側とのいずれか他方に設けられて前記リング内に遊挿されたピンと、を含み、前記リングの内周面と前記ピンの外周面とが当接することによって前記可動スクロール自転を防止するように構成されている。

特開２００８−２０８７１５号公報

スクロール流体機械において、その回転主軸と前記可動スクロールとは、通常、前記回転主軸の回転運動と前記可動スクロールの旋回運動とを相互に変換する変換機構を介して連結されている。また、前記ピン−リング式自転防止機構を備えたスクロール流体機械の製造工程においては、前記可動スクロールの組付けの際に、換言すれば、前記可動スクロールと前記回転主軸とを前記変換機構を介して連結させる際に、併せて前記自転防止機構の組付けが行われることが多い。

ところで、前記ピン−リング式自転防止機構を備えたスクロール流体機械において、小型化などの要求から前記リング穴を前記可動スクロール側に設けなければならない場合がある。この場合、前記リングの脱落のおそれがあるため、前記可動スクローの組付け前に前記リングを前記リング穴に装着しておくのは好ましくない。したがって、前記可動スクロールの組付けと同時に前記リングが前記リング穴に装着されるようにする必要がある。

しかし、前記リング（の外周面）と前記リング穴（の内周面）との間には微小な隙間しかなく、前記可動スクロールの組付けと同時に前記リングが前記リング穴に装着されるようにあらかじめ前記リングを適切な位置に配置しておくことは困難である。また、前記可動スクロール（及び前記自転防止機構）の組付け時には、その初期段階において前記可動スクロールが前記変換機構を介して前記回転主軸に連結されて前記可動スクロールの前記回転主軸の軸線に直交する方向の変位が規制されるため、前記リングと前記リング穴との位置合わせも難しくならざるを得ない。これらのことから、前記ピン−リング式自転防止機構を備えたスクロール流体機械においては、特に前記可動スクロール及び前記自転防止機構の組付け性の面で課題を有していた。

そこで、本発明は、可動スクロール及び自転防止機構の組付け性を改善することのできるスクロール流体機械を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、スクロール流体機械は、ハウジング内に、回転自在に設けられた回転主軸、前記ハウジングに固定された固定スクロール、前記固定スクロールに対して旋回運動を行う可動スクロール、前記回転主軸の回転運動と前記可動スクロールの旋回運動とを相互に変換する変換機構及び前記可動スクロールの自転を防止する自転防止機構を有する。前記自転防止機構は、前記可動スクロールに設けられた収容穴に遊嵌されたリングと、前記ハウジングの内壁に突設されて前記リングの内側に遊嵌されたピンと、を含む。そして、前記変換機構を介して前記回転主軸に連結された状態で前記可動スクロールに許容される前記回転主軸に軸線に直交する方向の変位量が前記収容穴の内周面と前記リングの外周面とのクリアランスより大きく設定されている。

前記スクロール流体機械によれば、前記スクロール流体機械の製造工程において、前記可動スクロールが前記変換機構を介して前記回転主軸に連結された後に前記可動スクロールの位置を調整して前記リングと前記収容穴との位置合わせを行うことが可能になる。このため、前記リングと前記収容穴との位置合わせが比較的容易になり、前記可動スクロール及び前記自転防止機構の組付け性が改善される。

本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械の断面図である。 図１の要部拡大図であり、主に前記スクロール流体機械において回転主軸の回転運動と可動スクロールの旋回運動とを相互に変換する変換機構を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面拡大図であり、主に前記スクロール流体機械において前記可動スクロールの自転を防止する自転防止機構を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係るスクロール流体機械は、圧縮機（スクロール圧縮機）又は膨張機（スクロール膨張機）として構成され得る。前記スクロール流体機械が圧縮機として構成された場合、前記スクロール流体機械は、例えば、車両用空調装置の冷媒回路に組み込まれ、当該冷媒回路の低圧側から吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成され得る。前記スクロール流体機械が膨張機として構成された場合、前記スクロール流体機械は、例えば、車両用ランキンサイクル装置の冷媒回路に組み込まれ、当該冷媒回路から導入した冷媒を膨張させて動力を発生する（前記冷媒から動力を回収する）ように構成され得る。

なお、以下の説明において、前記スクロール流体機械の回転主軸は、前記スクロール流体機械が圧縮機として構成された場合は前記スクロール流体機械の駆動軸として機能し、前記スクロール流体機械が膨張機として構成された場合は前記スクロール流体機械の出力軸として機能する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械１の断面図である。
図１に示されるように、実施形態に係るスクロール流体機械１は、ハウジング２を構成するフロントハウジング３及びリアハウジング４を有する。ハウジング２（ここでは、フロントハウジング３）内には、スクロールユニット５が収容されている。スクロールユニット５は、ハウジング２（ここでは、フロントハウジング３）に固定された固定スクロール６と、固定スクロール６に対して旋回運動を行う可動スクロール７と、を有する。そして、フロントハウジング３、リアハウジング４及びスクロールユニット５は、固定スクロール６のフランジ部６１２がフロントハウジング３とリアハウジング４とに挟持された状態で、複数のボルト８によって締結されて一体化されている。

固定スクロール６は、フロントハウジング３のリアハウジング４側の開口を閉鎖するように設けられている。固定スクロール６は、円盤状の基板６１と、基板６１の一方の面６１ａに突出形成された渦巻部６２と、を有する。基板６１の外周面における前記一方の面６１ａ側の部位は、フロントハウジング３の内周面に嵌合される被嵌合部６１１として形成されている。基板６１の外周面における他方の面６１ｂ側には、フランジ部６１２が形成されている。フランジ部６１２は、被嵌合部６１１よりも外側に張り出しており、上述のように、フロントハウジング３とリアハウジング４とに挟持される。

可動スクロール７は、フロントハウジング３内において固定スクロール６に対向するように配置されている。可動スクロール７は、固定スクロール６に対して旋回運動を行うように構成されている。可動スクロール７は、円盤状の基板７１と、基板７１の一方の面７１ａに突出形成されて固定スクロール６の渦巻部６２に噛み合わされる渦巻部７２と、を有する。

スクロール流体機械１の回転主軸９は、フロントハウジング３内に配置されている。回転主軸９の一端は、フロントハウジング３の外部に突出しており、回転主軸９の他端は、スクロールユニット５（可動スクロール７）の近傍に位置している。具体的には、回転主軸９は、フロントハウジング３を貫通して先端側がフロントハウジング３の外部に突出する小径軸部９１と、スクロールユニット５（可動スクロール７）側の大径軸部９２と、小径軸部９１と大径軸部９２とを接続する中径軸部９３と、を有している。

回転主軸９の小径軸部９１は、第１軸受１０を介してフロントハウジング３に回転自在に支持されており、回転主軸９の大径軸部９２は、第２軸受１１を介してフロントハウジング３に回転自在に支持されている。すなわち、回転主軸９は、フロントハウジング３内に回転自在に設けられている。

回転主軸９の前記一端、すなわち、小径軸部９１の先端（突出端）には、電磁クラッチ４１を介してプーリ４２が取り付けられている。プーリ４２は、第３軸受４３を介してフロントハウジング３の外周面に回転自在に支持されている。プーリ４２は、図示省略のベルトを介して外部プーリに連結されている。

回転主軸９の前記他端、すなわち、大径軸部９２は、変換機構１２を介して可動スクロール７に連結されている。変換機構１２は、回転主軸９の回転運動と可動スクロール７の旋回運動とを相互に変換する機構である。したがって、回転主軸９が回転すると可動スクロール７が旋回運動を行い、これとは逆に、可動スクロール７が旋回運動を行うと回転主軸９が回転することになる。

図２は、図１の要部拡大図であり、主に変換機構１２を示している。図２に示されるように、変換機構１２は、大径軸部９２の端面に突設された偏心軸１２１と、偏心軸１２１に揺動自在に支持された偏心ブッシュ１２２と、可動スクロール７に設けられて偏心ブッシュ１２２を保持する第４軸受１２３と、を含む。

偏心軸１２１は、回転主軸９に平行であり、その軸線が回転主軸９の軸線Ｏからずれており（すなわち、回転主軸９に対して偏心しており）、かつ、大径軸部９２よりも小径な軸である。偏心ブッシュ１２２は、ブッシュ中心からずれた位置に形成された貫通孔１２２ａを介して偏心軸１２１に揺動自在に取り付けられている。第４軸受１２３は、可動スクロール７の基板７１の他方の面７１ｂに形成された筒状のボス部７３の内部（装着穴）に装着されて偏心ブッシュ１２２の外周面を支持している。本実施形態において、第４軸受１２３は、その外周面がボス部７３の内周面に圧入されている。

偏心ブッシュ１２２には、カウンターウェイト１３が取り付けられている。カウンターウェイト１３は、偏心ブッシュ１２２と一体的に回転し、主に可動スクロール７が公転旋回運動を行う際の振動の発生を抑制する。また、偏心ブッシュ１２２の揺動範囲を規制するため、偏心ブッシュ１２２に形成された規制用突起１２２ｂが大径軸部９２の端面に形成された規制用穴９２ａに挿入されている。

図１に戻って、可動スクロール７の基板７１の他方の面７１ｂと、これに対向するフロントハウジング３の円環状の内壁３１との間には、可動スクロール７に作用するスラスト力を受けるスラストプレート１４が配置されている。

また、可動スクロール７の基板７１の他方の面７１ｂと、フロントハウジング３の円環状の内壁３１との間には、可動スクロール７の自転を防止して旋回運動を許容する自転防止機構１５が設けられている。自転防止機構１５について説明する。

図３は、図１のＡ−Ａ断面図であり、主に自転防止機構１５を示している。図１〜図３に示されるように、可動スクロール７の基板７１の他方の面７１ｂには、複数（ここでは５つ）の円形の収容穴１５１が形成されている。複数の収容穴１５１は、可動スクロール７の軸線Ｘを中心とした同一円周上に所定間隔おきに形成されている。複数の収容穴１５１のそれぞれには、リング１５２が微小な隙間を有して遊嵌されている。

フロントハウジング３の内壁３１には、複数（収容穴１５１（リング１５２）と同数）のピン１５３が突設されている。複数のピン１５３は、回転主軸９の軸線Ｏを中心とした同一円周上の所定間隔おきに突設されている。各ピン１５３は、スラストプレート１４を貫通して対応するリング１５２内に遊嵌されている。

ピン１５３がリング１５２の内周面に当接することによって可動スクロール７はその回転（自転）が防止される。一方、ピン１５３がリング１５２の内周面に沿って移動することで可動スクロール７は旋回運動を行うことができる。自転防止機構１５は、このようにして、可動スクロール７の自転を防止して旋回運動を許容する。

次に、本実施形態に係るスクロール流体機械１の動作について簡単に説明する。

スクロール流体機械１が圧縮機の場合、外部の駆動装置（図示省略）によって前記外部プーリ、前記ベルト及びプーリ４２を介して回転主軸９が回転駆動される。回転主軸９が回転すると、回転主軸９の回転が変換機構１２を介して可動スクロール７に伝達される。これにより、可動スクロール７は固定スクロール６に対して旋回運動を行う。このとき、自転防止機構１５によって可動スクロール７の自転は防止されている。可動スクロール７が旋回運動を行うと、固定スクロール６の渦巻部６２と可動スクロール７の渦巻部７２との間に形成される圧縮室に外部からの冷媒が吸入される。そして、可動スクロール７の旋回運動に伴い、前記圧縮室が容積を減少させながら移動することで前記圧縮室に吸入された冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒がスクロール流体機械１から吐出される。

スクロール流体機械１が膨張機の場合、固定スクロール６の渦巻部６２と可動スクロール７の渦巻部７２との間に形成される膨張室に外部からの冷媒が導入される。前記膨張室に導入された冷媒が前記膨張室内で膨張することによって可動スクロール７が固定スクロール６に対して旋回運動を行う。このとき、自転防止機構１５によって可動スクロール７の自転は防止されている。可動スクロール７が旋回運動を行うと、可動スクロール７の旋回運動が変換機構１２を介して回転主軸９に伝達される。これにより、回転主軸９が回転する。そして、回転主軸９の回転が、前記ベルト及びプーリ４２、前記ベルト及び前記外部プーリを介して外部装置（図示省略）に伝達される。また、膨張後の冷媒がスクロール流体機械１から排出される。

次に、本実施形態に係るスクロール流体機械１の製造工程における可動スクロール７、変換機構１２及び自転防止機構１５の組付けについて説明する。本実施形態において、可動スクロール７、変換機構１２及び自転防止機構１５の組付けは、フロントハウジング３に回転主軸９が組み付けられ、かつ、スラストプレート１４がフロントハウジング３の内壁３１上に配置された後に行われる。

まず、回転主軸９の大径軸部９２の端面に突設された偏心軸１２１に偏心ブッシュ１２２を装着すると共に、対応するピン１５３が内側に位置するように各リング１５２をスラストプレート１４上に配置する。ここで、各リング１５２を対応する収容穴１５１に装着せずに、スラストプレート１４上に配置するのは、次のような理由による。すなわち、本実施形態において、リング１５２は収容穴１５１に遊嵌されるため、あらかじめリング１５２を収容穴１５１に装着しておくと、可動スクロール７の組付け時にリング１５２が収容穴１５１から脱落してリング１５２の損傷や紛失を招くおそれがあるからである。

次に、ボス部７３に第４軸受１２３が圧入された状態の可動スクロール７をフロントハウジング３に組付ける。具体的には、第４軸受１２３が偏心ブッシュ１２２の外周面を支持するように偏心ブッシュ１２２に取り付けられると共に各リング１５２が対応する収容穴１５１に装着されるようにして、可動スクロール７を回転主軸９に向かってスラストプレート１４に当接するまで移動させる。これにより、可動スクロール７、変換機構１２及び自転防止機構１５の組付けが完了する。なお、第４軸受１２３をボス部７３に圧入するのは、可動スクロール７の組付け時に第４軸受１２３がボス部７３から脱落するの防止するためである。

ここで、上述のように、本実施形態において、リング１５２は、微小な隙間を有して収容穴１５１に遊嵌される。すなわち、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスが小さい。このため、通常は、可動スクロール７を組み付ける際に、各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせを行う必要が生じる。一方、可動スクロール７は、第４軸受１２３の偏心ブッシュ１２２への取り付けが開始された時点で、換言すれば、変換機構１２を介した回転主軸９と可動スクロール７との連結が開始された時点で、回転主軸９の軸線Ｏに直交する方向の変位が規制される。このため、その後に行われる各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせが難しくならざるを得ない。

特に、規制された後に可動スクロール７に許容される回転主軸９の軸線Ｏに直交する方向の変位量が、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスよりも小さい場合には、実質的に可動スクロール７の位置を調整して各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせを行うことができず、各リング１５２の位置を厳密に調整して各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせを行わなければならない。このため、可動スクロール７及び自転防止機構１５の組付けが非常に困難になる。

そこで、本実施形態において、可動スクロール７が変換機構１２を介して回転主軸９に連結されたときに可動スクロール７に許容される回転主軸９の軸線Ｏに直交する方向の変位量は、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスよりも大きく設定されている。このようにすると、可動スクロール７の位置の調整によっても各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせが可能になり、各リング１５２の位置を厳密に調整する必要がなくなる。このため、各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせが比較的容易になり、可動スクロール７及び自転防止機構１５の組付け性も改善される。

具体的には、本実施形態において、偏心ブッシュ１２２の外周面を支持する第４軸受１２３は、ボス部７３に圧入されており、偏心ブッシュ１２２の外周面と第４軸受１２３の内周面（支持面）とのクリアランスが、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスよりも大きく設定されている。

特に制限されるものではないが、本実施形態においては、上記設定を可能にするため、ニードル軸受などに比べて軸受クリアランスを大ききすることのできる滑り軸受が第４軸受１２３として用いられている。また、発明者の実験によれば、偏心ブッシュ１２２の外周面と第４軸受１２３の内周面（支持面）とのクリアランスが６０〜１３０μｍであり、かつ、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスが６０μｍ未満である場合に、十分な静粛性及び耐久性を確保しつつ、各リング１５２と対応する収容穴１５１との位置合わせが比較的容易に行えることが確認されており、各クリアランスが上記範囲内に設定されている。

以上説明したように、本実施形態に係るスクロール流体機械１において、可動スクロール７の自転を防止する自転防止機構１５は、それぞれが可動スクロール７の基板７１に形成された複数の収容穴１５１のいずれか遊嵌された複数のリング１５２と、可動スクロール７の基板７１に対向するフロントハウジング３の内壁３１に突設されてそれぞれが対応するリング１５２の内側に遊嵌された複数のピン１５３と、を含んでいる。また、スクロール流体機械１において、変換機構１２を介して回転主軸９に連結された状態で可動スクロール７に許容される回転主軸９の軸線Ｏに直交する方向の変位量が収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスより大きく設定されている。

このため、スクロール流体機械１の製造工程において、可動スクロール７をフロントハウジング３に組付ける際に、可動スクロール７が変換機構１２を介して回転主軸９に連結された後に可動スクロール７の位置を調整してリング１５２と収容穴１５１との位置合わせを行うことが可能になる。この結果、可動スクロール７及び自転防止機構１５の組付け性が改善される。

特に、本実施形態においては、第４軸受１２３が可動スクロール７のボス部７３に圧入されており、偏心ブッシュ１２２の外周面と第４軸受１２３の内周面（支持面）とのクリアランスが６０〜１３０μｍに設定され、収容穴１５１の内周面とリング１５２の外周面とのクリアランスが６０μｍ未満に設定されている。これにより、十分な静粛性及び耐久性を確保しつつ、スクロール流体機械１の製造工程における可動スクロール７及び自転防止機構１５の組付け性が改善される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形等が可能であることはもちろんである。

１…スクロール流体機械、２…ハウジング、３…フロントハウジング、４…リアハウジング、５…スクロールユニット、６…固定スクロール、７…可動スクロール、９…回転主軸、１２…変換機構、１５…自転防止機構、１２１…偏心軸、１２２…偏心ブッシュ、１２３…軸受、１５１…収容穴、１５２…リング、１５３…ピン

Claims (4)

1. ハウジング内に、回転自在に設けられた回転主軸、前記ハウジングに固定された固定スクロール、前記固定スクロールに対して旋回運動を行う可動スクロール、前記回転主軸の回転運動と前記可動スクロールの旋回運動とを相互に変換する変換機構及び前記可動スクロールの自転を防止する自転防止機構を有するスクロール流体機械であって、
   前記自転防止機構は、
   前記可動スクロールに設けられた収容穴に遊嵌されたリングと、
   前記ハウジングの内壁に突設されて前記リングの内側に遊嵌されたピンと、
   を含み、
   前記変換機構を介して前記回転主軸に連結された状態の前記可動スクロールに許容される前記回転主軸の軸線に直交する方向の変位量が前記収容穴の内周面と前記リングの外周面とのクリアランスより大きく設定されている、
   スクロール流体機械。
2. 前記変換機構は、
   前記回転主軸の端面に設けられて前記回転主軸に対して偏心した偏心軸と、
   前記偏心軸に揺動自在に取り付けられた偏心ブッシュと、
   前記可動スクロールに形成された装着穴に圧入されて前記偏心ブッシュの外周面を支持する軸受と、
   を含み、
   前記偏心ブッシュの外周面と前記軸受の支持面とのクリアランスが、前記収容穴の内周面と前記リングの外周面とのクリアランスより大きく設定されている、
   請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記偏心ブッシュの外周面と前記軸受の支持面とのクリアランスは６０〜１３０μｍに設定され、前記収容穴の内周面と前記リングの外周面とのクリアランスは６０μｍ未満に設定されている、請求項２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記軸受として滑り軸受が用いられている、請求項２又は３に記載のスクロール流体機械。

Images