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

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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