JP6961413B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

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Description

本発明は、固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させるスクロール型流体機械に関する。
従来よりこの種スクロール型流体機械、例えばスクロール圧縮機は、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた可動スクロールから成るスクロール機構(圧縮機構)を備え、各スクロールのラップを対向させてラップ間に圧縮室を形成し、モータの駆動軸により固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、圧縮室で作動流体(冷媒)を圧縮するように構成されている。
この場合、可動スクロールの鏡板の背面には、圧縮室からの圧縮反力に対向して可動スクロールを固定スクロールに押し付けるための背圧室が形成されている。また、駆動軸は圧縮機構側の主軸受と、この主軸受から見て圧縮機構とは反対側に位置する副軸受により、回転自在に支持されていた(例えば、特許文献1参照)。この場合、軸受としては特許文献1に示されるような転がり軸受(深溝玉軸受)や滑り軸受(例えば、特許文献2参照)が採用される。
特開2009−264172号公報 特許第5998818号公報
ここで、滑り軸受は転がり軸受に比べて構造の大幅な簡素化と小型化、低騒音化を実現することができるものであるが、この滑り軸受を主軸受として使用した場合、駆動軸の軸方向の動きを規制することができなくなるため、特に起動時や停止時に、外部加振によって部品の接触や破損が発生する問題があった。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、主軸受に滑り軸受を使用した場合にも、駆動軸の軸方向の動きによって発生する問題を解消することができるスクロール型流体機械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、本発明のスクロール型流体機械は、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成るスクロール機構と、可動スクロールを駆動する駆動軸と、スクロール機構側で駆動軸を回転可能に支持する主軸受と、この主軸受から見てスクロール機構とは反対側で駆動軸を回転可能に支持する副軸受を備え、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させるものであって、主軸受は滑り軸受にて構成され、副軸受は転がり軸受にて構成されると共に、駆動軸を副軸受方向に付勢する弾性部材が設けられ、駆動軸は、副軸受の内輪の主軸受側の面に当接する段差部を備えていることを特徴とする。
請求項2の発明のスクロール型流体機械は、上記発明において弾性部材は、主軸受を保持する部材と駆動軸との間に配置された波ワッシャから構成されていることを特徴とする。
請求項3の発明のスクロール型流体機械は、上記各発明において可動スクロールを収容するセンタープレートに固定され、主軸受を保持する部材を構成する軸受ホルダと、駆動軸に設けられて半径方向に張り出す張出部を備え、弾性部材は、軸受ホルダと張出部との間に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成るスクロール機構と、可動スクロールを駆動する駆動軸と、スクロール機構側で駆動軸を回転可能に支持する主軸受と、この主軸受から見てスクロール機構とは反対側で駆動軸を回転可能に支持する副軸受を備え、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させるスクロール型流体機械において、主軸受を滑り軸受にて構成し、副軸受を転がり軸受にて構成すると共に、駆動軸を副軸受方向に付勢する弾性部材を設けたので、この弾性部材で駆動軸を副軸受方向に付勢し、駆動軸の軸方向の動きを規制することが可能となる。
これにより、主軸受を滑り軸受で構成した場合にも、駆動軸がその軸方向に動いて部品の接触や破損が発生する不都合を未然に回避することができるようになる。
特に、駆動軸に、軸受の内輪の主軸受側の面に当接する段差部を設けたので、弾性部材により駆動軸の段差部を副軸受の内輪に押し付け、一層効果的に駆動軸の軸方向の動きを規制することができるようになる。
この場合、請求項2の発明の如く弾性部材を、主軸受を保持する部材と駆動軸との間に配置された波ワッシャから構成すれば、構造の簡素化と小型化を図ることができるようになる。
特に、請求項3の発明の如く可動スクロールを収容するセンタープレートに固定された軸受ホルダを設け、この軸受ホルダにより主軸受を保持する部材を構成し、駆動軸には半径方向に張り出す張出部を設けて、弾性部材を軸受ホルダと張出部との間に配置するようにすれば、駆動軸を副軸受方向に効果的に付勢しながら、構造の簡素化と小型化を実現することができるようになる。
本発明を適用した一実施形態のスクロール型流体機械の断面図である。 図1のスクロール型流体機械の主軸受部分の拡大図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明を適用した一実施形態のスクロール型流体機械1の断面図、図2はその主軸受18部分の拡大図である。実施例のスクロール型流体機械1は、例えば車両用空気調和装置の冷媒回路に使用され、車両用空気調和装置の作動流体としての冷媒を吸入し、圧縮して吐出するスクロール圧縮機であり、電動モータ2と、この電動モータ2を運転するためのインバータ3と、電動モータ2によって駆動されるスクロール機構4とを備えた所謂インバータ一体型のスクロール型流体機械である。
実施例のスクロール型流体機械1は、電動モータ2やスクロール機構4、及び、インバータ3をその内側に収容するフロントケーシング6と、インバータカバー8と、リアケーシング9を備えている。そして、これらフロントケーシング6とインバータカバー8、リアケーシング9は何れも金属製(実施例ではアルミニウム製)であり、それらが一体的に接合されてスクロール型流体機械1のハウジング11が構成されている。
フロントケーシング6は、筒状の周壁部6Aと仕切壁部6Bとから構成されている。この仕切壁部6Bは、フロントケーシング6内を、電動モータ2及びスクロール機構4を収容するメイン収容部12とインバータ3を収容するインバータ収容部13とに仕切る隔壁である。このインバータ収容部13は一端面が開口しており、この開口はインバータ3が収容された後、インバータカバー8によって閉塞される。メイン収容部12も他端面が開口しており、この開口は電動モータ2とスクロール機構4が収容された後、リアケーシング9によって閉塞される。
仕切壁部6Bには電動モータ2の駆動軸14の一端部(フロント側)を回転可能に支持するための副軸受16が取り付けられている。この副軸受16は内輪16Aと外輪16Bとボール16Cから成る転がり軸受(深溝玉軸受)にて構成されており、外輪16Bがフロントケーシング6の仕切壁部6Bに固定され、内輪16Aに駆動軸14の一端が差し込まれて嵌合されている。この場合、駆動軸14の一端部には段差部14Aが形成されており、この段差部14Aは、駆動軸14が副軸受16の内輪16Aに嵌合された状態で、当該副軸受16の内輪16Aの電動モータ2側(後述する主軸受18側)の面に当接する。
図中において7は、スクロール機構4を構成するセンタープレートであり、フロントケーシング6の周壁部6Aの内側に部分的に固定されている。このセンタープレート7は、電動モータ2とは反対側(他端側)が開口しており、この開口は後述する可動スクロール22が収容された後、これも後述する固定スクロール21が当該センタープレート7に固定されることで閉塞される。センタープレート7は、筒状の周壁部7Aと、その一端側のフレーム部7Bとから構成され、これら周壁部7Aとフレーム部7Bで区画される空間内にスクロール機構4の可動スクロール22が収容される。
フレーム部7Bはフロントケーシング6内とセンタープレート7内を仕切る隔壁を成す。また、フレーム部7Bには電動モータ2の駆動軸14の他端部を挿通する貫通孔17が開設されており、この貫通孔17のスクロール機構4側のセンタープレート7内には、スクロール機構4側で駆動軸14の他端部を回転可能に支持する主軸受18が設けられている。
この主軸受18は滑り軸受にて構成されている。この場合、センタープレート7の周壁部7Aの内側には、当該内側の全周に渡って軸受ホルダ15(主軸受18を保持する部材)が固定されており、主軸受18はこの軸受ホルダ15の駆動軸14側に取り付けられて保持されている。このような配置により、副軸受16は主軸受18から見てスクロール機構4とは反対側に位置して駆動軸14の一端部を支持することになる。また、図中において19は、貫通孔17部分にて駆動軸14の外周面とセンタープレート7内とをシールするシール材である。
電動モータ2は、コイルが巻装されてフロントケーシング6の周壁部6Aの内側に固定されたステータ22と、その内側で回転するロータ23から構成されている。そして、例えば車両のバッテリ(図示せず)からの直流電流がインバータ3により三相交流電流に変換され、電動モータ2のステータ22のコイルに給電されることで、ロータ23が回転駆動されるよう構成されている。そして、駆動軸14はこのロータ23に固定されている。
また、フロントケーシング6には、吸入ポート21が形成されており、吸入ポート21から吸入された冷媒は、フロントケーシング6内の電動モータ2を通過し、センタープレート7とフロントケーシング6の間の隙間を通過した後、スクロール機構4の外側の吸入部37に吸入される。これにより、電動モータ2は吸入冷媒により冷却される。また、スクロール機構4にて圧縮された冷媒は、後述する吐出空間27からリアケーシング9に形成された吐出ポート20より吐出される構成とされている。
スクロール機構4は、前述した固定スクロール21と可動スクロール22から構成されている。固定スクロール21は、円盤状の鏡板23と、この鏡板23の表面(一方の面)に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ24を一体に備えており、このラップ24が立設された鏡板23の表面をフレーム部7B側としてセンタープレート7に固定されている。固定スクロール21の鏡板23の中央には吐出孔26が形成されており、この吐出孔26はリアケーシング9内の吐出空間27に連通されている。図中において28は、吐出孔26の鏡板23の背面(他方の面)側の開口に設けられた吐出バルブである。
可動スクロール22は、固定スクロール21に対して公転旋回運動するスクロールであり、円盤状の鏡板31と、この鏡板31の表面(一方の面)に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ32と、鏡板31の背面(他方の面)の中央に突出形成されたボス33を一体に備えている。この可動スクロール22は、ラップ32の突出方向を固定スクロール21側としてラップ32が固定スクロール21のラップ24に対向し、相互に向かい合って噛み合うように配置され、各ラップ24、32間に圧力室34を形成する。
即ち、可動スクロール22のラップ32は、固定スクロール21のラップ24と対向し、ラップ32の先端が鏡板23の表面に接し、ラップ24の先端が鏡板31の表面に接するように噛み合い、且つ、可動スクロール22のボス33には、駆動軸14の他端において軸心から偏心して設けられた偏心部36が嵌め合わされている。そして、電動モータ2のロータ23と共に駆動軸14が回転されると、可動スクロール22は自転すること無く、固定スクロール21に対して公転旋回運動するように構成されている。
可動スクロール22は固定スクロール21に対して偏心して公転旋回するため、各ラップ24、32の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、外側の前述した吸入部37から冷媒を吸入した圧力室34は、内側に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより冷媒は圧縮されていき、最終的に中央の吐出孔26から吐出バルブ28を経て吐出空間27に吐出される。
図1において、38は円環状のスラストプレートである。このスラストプレート38は、可動スクロール22の鏡板31の背面とセンタープレート7との間に形成された背圧室39と、スクロール機構4の外側の吸入圧領域としての吸入部37とを区画するためのものであり、ボス33の外側に位置してセンタープレート7と可動スクロール22の間に介設されている。また、41は可動スクロール22の鏡板31の背面に取り付けられてスラストプレート38に当接するシール材であり、このシール材41とスラストプレート38により背圧室39と吸入部37とが区画される。
尚、42はセンタープレート7に取り付けられてスラストプレート38の外周部に当接し、センタープレート7とスラストプレート38間をシールするシール材であり、45は主軸受18から見て可動スクロール22側の駆動軸14に取り付けられたカウンタウエイトである。また、48はリアケーシング9の吐出空間27に設けられたオイルセパレータである。
図中において43は、リアケーシング9からセンタープレート7に渡って形成された背圧通路であり、この背圧通路43内にはオリフィス44が取り付けられている。この背圧通路43はリアケーシング9内の吐出空間27内(スクロール機構4の吐出側)に設けられたオイルセパレータ48と背圧室39とを連通する経路であり、これにより、背圧室39にはオリフィス44で減圧調整された吐出圧がオイルセパレータ48で分離されたオイルと共に供給されるように構成されている。
この背圧室39内の圧力(背圧)により、可動スクロール22を固定スクロール21に押し付ける背圧荷重が生じる。この背圧荷重により、圧縮機構4の圧力室34からの圧縮反力に抗して可動スクロール22が固定スクロール21に押し付けられ、ラップ24、32と鏡板31、23との接触が維持され、圧力室34で冷媒を圧縮可能となる。
また、センタープレート7には圧力逃がし通路46が形成されており、この圧力逃がし通路46には圧力調整弁(PCV)47が設けられている。圧力逃がし通路46は背圧室39の後述する第2の背圧室39Bとフロントケーシング6内(吸入圧領域)とを連通しているが、圧力調整弁47は背圧室39の第2の背圧室39B内の圧力(背圧)が最大値となった場合に開放し、それ以上背圧が上昇しないように機能する。
次に、図2の拡大図を参照しながら、センタープレート7内の主軸受18部分の詳細構造について説明する。貫通孔17からセンタープレート7内に進入した部分の駆動軸14には、軸受ホルダ15のシール材19側(副軸受16側)に位置して半径方向に張り出す張出部51が設けられている。この張出部51は駆動軸14に取り付けられた円形の板材から成り、軸受ホルダ15と間隔を存して設けられており、この張出部51と軸受ホルダ15の間の間隔内に弾性部材としての波ワッシャ52が配置されている。
この波ワッシャ52は、一面が張出部51に当接し、他面が軸受ホルダ15に当接しており、常時張出部51を軸受ホルダ15から離間させる方向に付勢する。これにより、駆動軸14は波ワッシャ52により常時副軸受16側に付勢され、その段差部14Aが副軸受16の内輪16Aの主軸受18側の面に押し付けられることになる。
ここで、主軸受18として滑り軸受を使用している関係上、主軸受18では駆動軸14の軸方向への動きを規制することができない。そのため、特に起動時や停止時に、外部加振によって部品の接触や破損が発生する危険性があるが、上述した如く波ワッシャ52により駆動軸14を副軸受16側に付勢しているので、駆動軸14の軸方向の動きが規制される。これにより、駆動軸14がその軸方向に動いて部品の接触や破損が発生する不都合を回避することができるようになる。
また、前述した背圧通路43は、主軸受18から見て可動スクロール22とは反対側において背圧室39に連通されている。この場合、背圧室39内は軸受ホルダ15と主軸受18により可動スクロール22とは反対側に位置する第1の背圧室39Aと、可動スクロール22側に位置する第2の背圧室39Bとに区画されたかたちとなっており、これら第1の背圧室39Aと第2の背圧室39Bは、主軸受18と駆動軸14との間のラジアルクリアランスのみで連通している。
そして、背圧通路43はこの第1の背圧室39Aに連通されている。この背圧通路43からは前述した如くオリフィス44で減圧調整された吐出圧の冷媒ガスが、オイルセパレータ48で分離されたオイルと共に、図2中矢印の如く第1の背圧室39Aに供給される。第1の背圧室39A内に供給された吐出圧の冷媒ガスとオイルは、同じく矢印で示す如く主軸受18と駆動軸14との間のラジアルクリアランスを通って第2の背圧室39Bに入り、可動スクロール22を固定スクロール21方向に押し付けることになるが、主軸受18と駆動軸14との間のラジアルクリアランスは狭く、オリフィス効果を有するため、第2の背圧室39B内の圧力は第1の背圧室39Aより低くなり、第1の背圧室39Aと第2の背圧室39Bとの間には差圧が生じる。
この差圧によって背圧通路43から第1の背圧室39A内に流入したオイルは主軸受18と駆動軸14間に流れるので、それらの摺動部を強制的に潤滑されることになる。また、スクロール機構4が運転されている間、第2の背圧室39Bより高くなる第1の背圧室39A側の圧力が駆動軸14に対し、可動スクロール22側(リアケーシング9側)への軸方向荷重として作用するので、副軸受16への荷重が低減され、当該副軸受16の寿命が延長されることになる。
以上詳述した如く本発明では主軸受18を滑り軸受にて構成し、副軸受16を転がり軸受にて構成すると共に、駆動軸14を副軸受16方向に付勢する弾性部材として波ワッシャ52を設けたので、この波ワッシャ52で駆動軸14を副軸受16方向に付勢し、駆動軸14の軸方向の動きを規制することが可能となる。これにより、主軸受18を滑り軸受で構成した場合にも、駆動軸14がその軸方向に動いて部品の接触や破損が発生する不都合を未然に回避することができるようになる。
特に、実施例では駆動軸14に、副軸受16の内輪16Aの主軸受18側の面に当接する段差部14Aを設けているので、波ワッシャ52により駆動軸14の段差部14Aを副軸受16の内輪16Aに押し付け、一層効果的に駆動軸14の軸方向の動きを規制することができるようになる。
この場合、実施例では弾性部材を、主軸受18を保持する部材としての軸受ホルダ15駆動軸14との間に配置された波ワッシャ52から構成しているので、構造の簡素化と小型化を図ることができるようになる。特に、実施例では可動スクロール22を収容するセンタープレート7に固定された軸受ホルダ15を設け、この軸受ホルダ15により主軸受18を保持する部材を構成し、駆動軸14には半径方向に張り出す張出部51を設けて、波ワッシャ52を軸受ホルダ15と張出部51との間に配置するようにすれば、駆動軸14を副軸受16の方向に効果的に付勢しながら、構造の簡素化と小型化を実現することができるようになる。
尚、実施例では波ワッシャ52により駆動軸14を副軸受16方向に付勢する弾性部材を構成したが、請求項1及び請求項2の発明ではそれに限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の弾性部材を使用可能であることは云うまでもない。
また、実施例では車両用空気調和装置の冷媒回路に使用されるスクロール型流体機械に本発明を適用したが、それに限らず、各種冷凍装置の冷媒回路で使用されるスクロール型流体機械に本発明は有効である。更に、実施例では所謂インバータ一体型のスクロール型流体機械に本発明を適用したが、それに限らず、インバータを一体に備えない通常のスクロール型流体機械にも適用可能である。更にまた、実施例ではスクロール圧縮機で本発明を説明したが、それに限らず、膨張機と圧縮機を一体に備えたスクロール型の膨張圧縮機等にも本発明は適用可能である。
1 スクロール型流体機械
2 電動モータ
3 インバータ
4 スクロール機構
6 フロントケーシング
7 センタープレート
9 リアケーシング
14 駆動軸
15 軸受ホルダ
16 副軸受
18 主軸受
21 固定スクロール
22 可動スクロール
24、32 ラップ
23、31 鏡板
37 吸入部(吸入圧領域)
39 背圧室
39A 第1の背圧室
39B 第2の背圧室
43 背圧通路
51 張出部
52 波ワッシャ(弾性部材)

Claims (3)

  1. 各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成るスクロール機構と、前記可動スクロールを駆動する駆動軸と、前記スクロール機構側で前記駆動軸を回転可能に支持する主軸受と、該主軸受から見て前記スクロール機構とは反対側で前記駆動軸を回転可能に支持する副軸受を備え、前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させるスクロール型流体機械において、
    前記主軸受は滑り軸受にて構成され、前記副軸受は転がり軸受にて構成されると共に、
    前記駆動軸を前記副軸受方向に付勢する弾性部材が設けられ、前記駆動軸は、前記副軸受の内輪の前記主軸受側の面に当接する段差部を備えていることを特徴とするスクロール型流体機械。
  2. 前記弾性部材は、前記主軸受を保持する部材と前記駆動軸との間に配置された波ワッシャから構成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流体機械。
  3. 前記可動スクロールを収容するセンタープレートに固定され、前記主軸受を保持する部材を構成する軸受ホルダと、
    前記駆動軸に設けられて半径方向に張り出す張出部を備え、
    前記弾性部材は、前記軸受ホルダと前記張出部との間に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスクロール型流体機械。
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