JP6961439B2 - 開放型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、開放型圧縮機に関する。

圧縮機の一種として、開放型圧縮機と呼ばれる装置が知られている。開放型圧縮機では、ハウジングの内部で回転自在に支持されている駆動軸の一端部をハウジングの外部に突出させ、外部からの駆動力をこの一端部に付加する。このため、駆動軸に沿ってハウジングの内外では差圧が発生する。この差圧に基づく流体の漏洩を目的として、駆動軸の外周面にはシール部が設けられる（例えば、下記特許文献１参照）。特許文献１に記載された開放型圧縮機では、シール部としてリップシールが採用されている。さらに、当該リップシールには、給油穴と給油溝を介して、ハウジング内を流通する流体に含まれたミスト状の潤滑油が供給される。これにより、リップシールの磨耗が低減されるとされている。

ここで、上記のリップシールは二重構造を採ることが一般的とされている。具体的には、リップシールは、ゴム製の第一リップと、樹脂製の第二リップとを有している。

特開２０１６−１５６３１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に係る装置では、潤滑油の給油穴が第一リップ側に設けられているのみである。このため、第二リップ側には潤滑油が十分に行き渡らず、当該第二リップに潤滑不良による磨耗を生じる。特に、運転状況により圧縮機内部が負圧になる場合や、吸入圧が低く潤滑油の循環量が少ない場合には、第二リップへの給油が阻害され潤滑不良の可能性が高まってしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、より安定的に運転することが可能な開放型圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、開放型圧縮機は、軸線回りに回転する駆動軸を有し、該駆動軸の回転に伴って駆動されることで流体を圧縮する圧縮機本体と、前記駆動軸の外周面に接触することで該圧縮機本体からの前記流体の漏洩をシールするシール部と、を備え、前記シール部は、前記軸線方向における前記圧縮機本体側に設けられた第一リップ部と、前記軸線方向において前記第一リップ部を挟んで前記圧縮機本体とは反対側に設けられた第二リップ部と、前記軸線方向において前記第二リップ部を挟んで前記圧縮機本体とは反対側に設けられた補助シール部と、を有し、前記駆動軸は、前記軸線に対する径方向外側に張り出すアマチュア板を有し、前記補助シール部は、前記第二リップ部と前記アマチュア板との間に該アマチュア板に接触するように設けられ、前記シール部は、前記第二リップ部と前記補助シール部との間に設けられ、該補助シール部を前記軸線方向に前記アマチュア板に向かって付勢するバネ部材を有する。

この構成によれば、補助シール部が設けられていることから、第一リップ部、及び第二リップ部の周辺で潤滑油を十分に保持することができる。言い換えると、第一リップ部、及び第二リップ部からの潤滑油の漏洩を補助シール部によって低減することができる。また、第二リップ部が摩耗した際、大気圧と圧縮機本体の内圧との差圧による負圧に対する耐力が低下しても、第二リップ部を通過して大気が圧縮機本体側に混入することを補助シール部で抑制できる。さらに、この構成によれば、補助シール部が、第二リップ部とアマチュア板との間のスペースに設けられる。このため、新たなスペースを設けることなく、補助シール部を取り付けることができる。
また、アマチュア板及び駆動軸が軸線方向に変位した場合であっても、補助シール部は、バネ部材によってアマチュア板に押し付けられた状態となる。したがって、開放型圧縮機の運転期間全体にわたってシール部のシール性を確保することができる。

本発明によれば、より安定的に運転することが可能な開放型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る開放型圧縮機の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る開放型圧縮機の要部拡大図である。 本発明の実施形態に係る補助シール部の拡大図である。 本発明の実施形態に係る開放型圧縮機の第一変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る開放型圧縮機のさらなる第二変形例を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る開放型スクロール圧縮機（開放型圧縮機）１は、ハウジング２及びフロントハウジング３と、圧縮機本体１Ａと、シール部９と、を備えている。

ハウジング２は軸線Ｘ方向に延びる円筒状をなしている。ハウジング２の一方側に形成された開口部２ａには、当該開口部２ａを塞ぐようにしてフロントハウジング３が取り付けられている。ハウジング２にフロントハウジング３が取り付けられることで、内部は密閉空間が形成される。この密閉空間には、圧縮機本体１Ａが収容される。ハウジング２の外周面には、流体（冷媒ガス）を密閉空間に流入させる吸入口２５と、圧縮機本体１Ａによって圧縮された流体を密閉空間から外部へ吐出する吐出口２４とが形成されている。

圧縮機本体１Ａは、軸線Ｘに沿って延びる柱状の駆動軸６と、駆動軸６に連結されたスクロール圧縮部５と、を有している。駆動軸６は、フロントハウジング３にメイン軸受７及びサブ軸受８を介して回転自在に支持されている。駆動軸６の一端部はフロントハウジング３からシール部９を介して外部に突出している。駆動軸６の一端部には、フロントハウジング３の外周部に軸受１０を介して回転自在に設置されたプーリ１１が電磁クラッチ１２を介して連結されている。駆動軸６には、電磁クラッチ１２を介してプーリ１１を駆動する外部からの動力が伝達され、軸線Ｘ回りに回転する。

より詳細には図２に示すように、電磁クラッチ１２は、駆動軸６に一体に設けられたアマチュア板１２Ａと、励磁されることでアマチュア板１２Ａとの間に磁力を発生させる電磁石Ｍと、を有している。アマチュア板１２Ａは、円筒状のボス部１２Ｂと、ボス部１２Ｂから軸線Ｘの径方向外側に張り出すアマチュア板本体１２Ｃと、を有している。

電磁石Ｍは外部からの電力供給によって励磁された時、アマチュア板１２Ａを電磁石Ｍ側に引き付ける。これにより、プーリ１１とアマチュア板１２Ａとが当接し、プーリ１１の回転力はアマチュア板１２Ａに伝達される。即ち、アマチュア板１２Ａはプーリ１１と一体となって軸線Ｘ回りに回転する。

一方で、電磁石Ｍが通電されていない場合には、プーリ１１の回転力はアマチュア板１２Ａには伝達されない。即ち、プーリ１１は空転状態となる。このような動作により、アマチュア板１２Ａ及び駆動軸６の動作が制御される。

駆動軸６の他端部には、軸線Ｘの径方向に偏心したクランクピン１３が一体に設けられている。駆動軸６の他端部には、後述するスクロール圧縮部５の旋回スクロール１６がクランクピン１３を介して連結されている。

スクロール圧縮部５は、駆動軸６によって駆動されることで、吸入口２５から流入する流体を圧縮して、吐出口２４から吐出する。スクロール圧縮部５は、固定スクロール１５と、旋回スクロール１６とを１８０°位相をずらして噛み合わせることにより、これら固定スクロール１５、及び旋回スクロール１６間に圧縮室１７が形成される。

固定スクロール１５及び旋回スクロール１６は、端板１５Ａ，１６Ａと、それぞれの端板１５Ａ，１６Ａ上に設けられた渦巻き状ラップ１５Ｂ，１６Ｂと、を有している。固定スクロール１５の中心部には、圧縮した流体を吐出する吐出ポート１８が形成されている。固定スクロール１５は、ハウジング２の底面にボルト１９を介して固定されている。旋回スクロール１６は、駆動軸６のクランクピン１３に従動クランク機構１４を介して連結され、固定スクロール１５に対して公転旋回可能に支持されている。

固定スクロール１５の端板１５Ａの外周部には、Ｏリング２１が取り付けられている。Ｏリング２１がハウジング２の内周面に密接することにより、ハウジング２の内部空間は、吐出チャンバー２２と吸入チャンバー２３とに区画される。吐出チャンバー２２は、吐出ポート１８と連通している。吐出チャンバー２２には、圧縮室１７から供給された流体（圧縮された冷媒ガス）が流れ込む。吸入チャンバー２３は、ハウジング２に形成された吸入口２５と連通している。吸入口２５を通じて取り込まれた低圧の流体は、吸入チャンバー２３を経て圧縮室１７内に吸入される。

メイン軸受７は、駆動軸６を軸線Ｘ上で支持する。メイン軸受７は、後述するサブ軸受８よりもスクロール圧縮部５側に配置されている。メイン軸受７は、サブ軸受８よりも大きな外径を有する玉軸受である。

サブ軸受８は、シール部９よりもスクロール圧縮部５側に配置されている。サブ軸受８は、メイン軸受７よりも小さな外径を有するニードル軸受である。

シール部９は、駆動軸６の外周面に接触することで、圧縮機本体１Ａからの流体の漏洩をシールする。シール部９は、フロントハウジング３の内周面に取り付けられている。より詳細には図２に示すように、シール部９は、軸線Ｘ方向において相対的に圧縮機本体１Ａ側に設けられた第一リップ部９Ａと、第一リップ部９Ａに隣接して設けられた第二リップ部９Ｂと、第二リップ部９Ｂに隣接して設けられた補助シール部９Ｃと、を有している。

第二リップ部９Ｂは、軸線Ｘ方向において第一リップ部９Ａを挟んで圧縮機本体１Ａとは反対側に設けられている。第一リップ部はブタジエン等のゴムで形成されている。第二リップ部の材料として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が使用される。

第一リップ部９Ａは、軸線Ｘ方向の一方側から他方側に向かうに従って、軸線Ｘの径方向外側から内側に向かって斜めに延びる断面を有する環状をなす。第一リップ部９Ａの他方側の端部は、駆動軸６の外周面に接触している。第二リップ部９Ｂも、軸線Ｘ方向の一方側から他方側に向かうに従って、軸線Ｘの径方向外側から内側に向かって斜めに延びる断面を有する環状をなす。第二リップ部９Ｂの他方側の端部は、駆動軸６の外周面に接触している。

補助シール部９Ｃは、第二リップ部９Ｂとアマチュア板１２Ａとの間に設けられている。具体的には、補助シール部９Ｃは、上記のボス部１２Ｂにおける第二リップ部９Ｂ側の端面に取り付けられている。補助シール部９Ｃは、軸線Ｘ方向に延びる筒状部９Ｃ１と、筒状部９Ｃ１に一体に設けられ、軸線Ｘの径方向内側に向かって広がる環状部９Ｃ２と、を有している。筒状部９Ｃ１は、ボス部１２Ｂの外周面と概ね同一の内径寸法を有している。環状部９Ｃ２は、筒状部９Ｃ１における圧縮機本体１Ａ側の端部に設けられている。

環状部９Ｃ２と第二リップ部９Ｂとの間には、バネ部材Ｓとして例えば板バネが取り付けられている。より具体的には図３に示すように、バネ部材Ｓは、第二リップ部９Ｂに隣接して設けられた保護部材９Ｄと環状部９Ｃ２との間に設けられている。バネ部材Ｓは、環状部９Ｃ２を軸線Ｘ方向において保護部材９Ｄから離間する方向に付勢している。このようにしてアマチュア板１２Ａに軸線Ｘ方向に環状部９Ｃ２が接触した状態で、フロントハウジング３（静止体）の内面とアマチュア板１２Ａ（回転体）との隙間を埋めるように補助シール部９Ｃが設けられている。

以上説明したように、上記の構成によれば、補助シール部９Ｃが設けられていることから、第一リップ部９Ａ、及び第二リップ部９Ｂの周辺で潤滑油を十分に保持することができる。言い換えると、第一リップ部９Ａ、及び第二リップ部９Ｂからの潤滑油の漏洩を補助シール部によって低減することができる。また、第二リップ部９Ｂが摩耗した際、大気圧と圧縮機本体１Ａ（密閉空間）の内圧との差圧による負圧に対する耐力が低下しても、第二リップ部を通過して大気が圧縮機本体１Ａ側に混入してしまうこと補助シール部９Ｃで抑制できる。

さらに、上記の構成によれば、補助シール部９Ｃが、第二リップ部９Ｂとアマチュア板１２Ａとの間のスペースに設けられる。このため、新たなスペースを設けることなく、補助シール部９Ｃを取り付けることができる。

加えて、上記の構成によれば、アマチュア板１２Ａ及び駆動軸６が軸線Ｘ方向に変位した場合であっても、補助シール部９Ｃは、バネ部材Ｓによってアマチュア板１２Ａに押し付けられた状態となる。したがって、開放型圧縮機１の運転期間全体にわたってシール部９のシール性を確保することができる。
ここで運転時の状態によっては、密閉空間内が負圧の状態となる場合がある。この場合、駆動軸６とともに、アマチュア板１２Ａが圧縮機本体１Ａ側に引っ張られ、補助シール部９Ｃにアマチュア板１２Ａのボス部１２Ｂが押し付けられる。よって少なくとも運転中には、補助シール部９Ｃによるシールが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上記の構成は一例であり、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
例えば、上記実施形態における補助シール部９Ｃとして、図４に示すグリース封入シールドタイプ軸受８０を適用することも可能である。この種の軸受は、予め内部にグリース（潤滑油）が封入されている。軸受８０は、フロントハウジング３（静止体）の内面に固定され、アマチュア板１２Ａ（回転体）を回転可能に支持している。これにより静止体と回転体との隙間を埋めるように設けられている。よって駆動軸６の軸ぶれを低減することができる。グリース封入シールドタイプ軸受８０に代えて自己潤滑性を有するブッシュ等のドライベアリングを設けてもよい。

さらに、補助シール部９Ｃとして、図５に示すオイルシール９０を適用することも可能である。この構成によっても、第一リップ部９Ａ、及び第二リップ部９Ｂの周辺で潤滑油を十分に保持することができる。

また、上記バネ部材Ｓは必ずしも設けなくともよい。

１ 開放型圧縮機
１Ａ 圧縮機本体
２ ハウジング
２ａ 開口部
３ フロントハウジング
５ スクロール圧縮部
６ 駆動軸
７ メイン軸受
８ サブ軸受
９ シール部
９Ａ 第一リップ部
９Ｂ 第二リップ部
９Ｃ 補助シール部
９Ｃ１ 筒状部
９Ｃ２ 環状部
９Ｄ 保護部材
１１ プーリ
１２ 電磁クラッチ
１２Ａ アマチュア板
１２Ｂ ボス部
１２Ｃ アマチュア板本体
１３ クランクピン
１５ 固定スクロール
１５Ａ 端板
１６ 旋回スクロール
１６Ａ 端板
１７ 圧縮室
１８ 吐出ポート
２１ Ｏリング
２２ 吐出チャンバー
２３ 吸入チャンバー
２４ 吐出口
２５ 吸入口
Ｘ 軸線

Claims (1)

1. 軸線回りに回転する駆動軸を有し、該駆動軸の回転に伴って駆動されることで流体を圧縮する圧縮機本体と、
   前記駆動軸の外周面に接触することで該圧縮機本体からの前記流体の漏洩をシールするシール部と、
   を備え、
   前記シール部は、
   前記軸線方向における前記圧縮機本体側に設けられた第一リップ部と、
   前記軸線方向において前記第一リップ部を挟んで前記圧縮機本体とは反対側に設けられた第二リップ部と、
   前記軸線方向において前記第二リップ部を挟んで前記圧縮機本体とは反対側に設けられた補助シール部と、
   を有し、
   前記駆動軸は、前記軸線に対する径方向外側に張り出すアマチュア板を有し、
   前記補助シール部は、前記第二リップ部と前記アマチュア板との間に該アマチュア板に接触するように設けられ、
   前記シール部は、前記第二リップ部と前記補助シール部との間に設けられ、該補助シール部を前記軸線方向に前記アマチュア板に向かって付勢するバネ部材を有する開放型圧縮機。

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