JP6633305B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はスクロール圧縮機に関し、特に車両用空調装置の冷凍回路に使用するスクロール圧縮機に関する。

特許文献１には、ハウジングに固定スクロール及び可動スクロールを収容し、ハウジングにてベアリングを介して回転軸を支持し、回転軸とハウジングとの間に嵌合されたシャフトシール機構を備え、シャフトシール機構の潤滑手段として、シール室と冷媒の吸入室側とを連通する連通路を形成したスクロール圧縮機が開示されている。

特許第２８６８９９８号公報

圧縮機がハウジングの外周壁のスクロールユニットの外周側に吸入ポートが設けられた構造である場合、吸入ポートから導入された冷媒がスクロールユニット内に即座に吸入可能となるため、冷媒の圧縮効率向上が期待できる。一方、このような構造の圧縮機では、ハウジング内の吸入ポートから離れた部位に流入する冷媒流量が減少し、特にシャフトシール機構或いは密封装置たるリップシールの潤滑悪化が従来から懸念されていた。

特許文献１のように、シール室と冷媒の吸入室側とを連通する連通路を単に形成しただけでは、リップシールが吸入ポートから離れている場合、連通路が長くなり、リップシールに潤滑油を十分に供給するのは困難である。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潤滑油を密封装置に積極的に誘導することにより、圧縮機の圧縮効率を高めながら、密封装置の摩耗を大幅に低減し、ひいては回転軸に対する密封装置の残留締め代を確保し、長期に亘って圧縮機の密封性能を維持することができる、スクロール圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回することにより冷媒を圧縮するスクロールユニットと、回転軸の回転運動を可動スクロールの公転旋回運動に変換して伝達するクランク機構と、スクロールユニットが収容され、スクロールユニットの外周側に位置する外周壁に冷媒の吸入ポートを有するハウジングと、ハウジングと回転軸との間を密封する密封装置とを備え、ハウジングは、クランク機構が位置付けられるクランク室と、密封装置が位置付けられるシール室と、クランク室とシール室とを連通する連通孔と、シール室における連通孔の開口から密封装置の近傍に至る第１の誘導溝とを有し、クランク機構は、回転軸に取り付けられたカウンタウエイトを含み、連通孔は、カウンタウエイトの旋回に伴いカウンタウエイトで間欠的に覆われる位置に形成されている。

好ましくは、ハウジングは、クランク室における連通孔の開口が位置付けられる第２の誘導溝をさらに有する。

好ましくは、連通孔は、回転軸の径方向に対してカウンタウエイトの旋回方向に沿って傾斜している。
好ましくは、カウンタウエイトは、回転軸の軸線に対し傾斜した傾斜面を有する。
好ましくは、カウンタウエイトは、回転軸の径方向に突出した段差面を有する。

本発明のスクロール圧縮機によれば、潤滑油を密封装置に積極的に誘導することにより、圧縮機の圧縮効率を高めながら、密封装置の摩耗を大幅に低減し、ひいては回転軸に対する密封装置の残留締め代を確保し、長期に亘って圧縮機の密封性能を維持することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のクランク室及びシール室の一部を拡大したスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のフロントハウジングをその開口端側から見た平面図である。 図３の別形態を示した平面図である。 図３のさらなる別形態を示した平面図である。 本発明の第２実施形態に係るクランク室及びシール室の一部を拡大したスクロール圧縮機の縦断面図である。 図６のフロントハウジングをその開口端側から見た平面図である。 本発明の第３実施形態に係るフロントハウジングをその開口端側から見た平面図である。 本発明の第４実施形態に係るカウンタウエイトを回転軸に装着した状態で示した側面図である。 図９の別形態を示した側面図である。 図９のさらなる別形態を示した側面図である。

以下、図面に基づき本発明の各実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機１の縦断面図である。この圧縮機１は、例えば車両に搭載された車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路を循環する冷媒の圧縮に使用される。

圧縮機１はリアハウジング（ハウジング）２及びフロントハウジング（ハウジング）４を備え、リアハウジング２内にはスクロールユニット６が配置されている。スクロールユニット６は、リアハウジング２に固定された固定スクロール８及びこの固定スクロール８に対して噛み合うように組み付けられた可動スクロール１０から構成されている。固定スクロール８は、端板８ａと、端板８ａに一体成形された固定渦巻体８ｂとを備え、可動スクロール１０は、端板１０ａと端板１０ａ一体成形された可動渦巻体１０ｂとを備えており、固定渦巻体８ｂ及び可動渦巻体１０ｂが互いに噛み合わされる。

リアハウジング２内にはリアハウジング２の端壁２ａと固定スクロール８との間に吐出室１２が形成される。この吐出室１２は、固定スクロール８の端板８ａに形成された吐出孔１４にリードバルブタイプの吐出弁１６を介して、固定スクロール８と可動スクロール１０との間に形成される圧縮室１８に連通可能である。リアハウジング２の外周壁２ｂには、端壁２ａに近接した位置に吐出ポート２０が形成され、吐出室１２は吐出ポート２０を介して冷凍回路の冷媒循環経路に連通されている。

また、リアハウジング２の外周壁２ｂには、スクロールユニット６の外周側に冷媒の吸入ポート２２が設けられ、冷媒循環経路から吸入ポート２２を経て導入された冷媒はスクロールユニット６内に迅速に吸入される。
一方、フロントハウジング４内には回転軸２４が配置され、この回転軸２４は大径軸部２４ａ及び小径軸部２４ｂを有する。また、フロントハウジング４には、その内周を段階的に縮径することにより、リアハウジング２側に位置する開口端４ａから順に、大径内周面４ｂ、中径内周面４ｃ、及び小径内周面４ｄが形成されている。

大径軸部２４ａは、ニードルベアリングである軸受２６を介してフロントハウジング４の中径内周面４ｃに対して回転自在に支持され、小径軸部２４ｂはボールベアリングである軸受２８を介してフロントハウジング４の小径内周面４ｄに回転自在に支持されている。また、小径軸部２４ｂとフロントハウジング４の小径内周面４ｄとの間にはリップシール（密封装置）３０が配置されている。リップシール３０の外周側は小径内周面４ｄに装着され、内周側に位置するリップ部が回転中の小径軸部２４ｂに接触することにより密封装置として機能し、フロントハウジング４内を気密に区画する。

回転軸２４の小径軸部２４ｂはフロントハウジング４から突出し、この突出端が電磁クラッチを内蔵した駆動プーリ３２に連結される。駆動プーリ３２は、ボールベアリングである軸受３４を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ３２はベルトを介して車両のエンジン側の出力プーリに接続され、エンジンの動力を受けて回転される。

一方、回転軸２４の大径軸部２４ａからは可動スクロール１０に向けてクランクピン２４ｃが突出されている。クランクピン２４ｃは、回転軸２４の軸心から偏心した位置に設けられており、偏心ブッシュ３６に穿設されたクランクピン孔３８に挿入されて嵌合されている。クランクピン２４ｃは、その基端部２４ｃ１により偏心ブッシュ３６を支持している。また、偏心ブッシュ３６は、ニードルベアリングである軸受４０を介して可動スクロール１０のボス４１を支持している。

また、クランクピン２４ｃには、偏心ブッシュ３６と大径軸部２４ａとの間に挟まれるようにしてカウンタウエイト４２が取り付けられている。カウンタウエイト４２は、複数の大小の円弧状プレート４２ａを回転軸２４の軸線方向に重ね合わせて構成され、可動スクロール１０の公転旋回に伴い回転軸２４に作用する遠心力を打ち消し、可動スクロール１０の公転旋回のバランスをとっている。

このように、上述したクランクピン２４ｃ、偏心ブッシュ３６、ボス４１、及びカウンタウエイト４２から、回転軸２４の回転運動を可動スクロール１０の公転旋回運動に変換して伝達するクランク機構４４が構成されている。
また、可動スクロール１０の端板１０ａとフロントハウジング４の開口端４ａとの間には、ボールカップリング式の自転阻止機構４６が配置されている。自転阻止機構４６は、固定スクロール８に対する可動スクロール１０の公転旋回運動を妨げることなく可動スクロール１０の自転を阻止する。

このように構成された圧縮機１では、エンジンの駆動中、駆動プーリ３２内の電磁クラッチがオン作動されて、回転軸２４が駆動プーリ３２とともに回転されると、クランクピン２４ｃが嵌合された偏心ブッシュ３６が回転する。これに伴い、自転阻止機構４６によって自転が阻止された状態で、ボス４１を介して可動スクロール１０に公転旋回運動が付与される。

固定スクロール８に対して可動スクロール１０が公転旋回運動すると、冷媒循環経路から吸入ポート２２を介して吸入された冷媒がスクロールユニット６内に導入され、固定スクロール８及び可動スクロール１０が協働する。これにより、固定渦巻体８ｂ及び可動渦巻体１０ｂ間に潤滑油を含む冷媒の圧縮室１８が区画して形成される。圧縮室１８では、固定スクロール８に対する可動スクロール１０の公転旋回運動により、固定渦巻体８ｂの中心に向けて可動渦巻体１０ｂが移動しながらその容積が減少され、冷媒の圧縮が行われる。圧縮された冷媒は吐出孔１４を介して吐出室１２に吐出され、吐出ポート２０から冷媒循環経路に送出される。

ここで、フロントハウジング４には、大径内周面４ｂの内側にクランク室４８が区画されている。クランク室４８は、クランク機構４４が位置付けられるフロントハウジング４内の空間であり、回転軸２４の回転に伴うカウンタウエイト４２の円滑な公転旋回が許容されている。また、クランク室４８には、フロントハウジング４の大径内周面４ｂと中径内周面４ｃとの間の段差面として、回転軸２４の軸線と略直交する環帯状の台座面４８ａが形成され、台座面４８ａにはカウンタウエイト４２の円弧状プレート４２ａが近接して位置付けられている。

一方、フロントハウジング４には、中径内周面４ｃの内側から小径内周面４ｄの内側にかけてシール室５０が区画されている。シール室５０は、リップシール３０のリップ部が位置付けられる空間であり、フロントハウジング４の中径内周面４ｃと小径内周面４ｄとの間の段差面として、回転軸２４の軸線と略直交する環帯状の台座面５０ａが形成され、この台座面５０ａには中径内周面４ｃに装着された軸受２６が近接して位置付けられている。

図２はクランク室４８及びシール室５０の一部を拡大した断面図であり、図３はフロントハウジング４をその開口端４ａ側から見た平面図である。図２及び図３に示すように、本実施形態では、フロントハウジング４に、クランク室４８とシール室５０とを連通する２つの連通孔５２が１つの対角線上の回転軸２４を挟む対称位置に貫通されている。各連通孔５２は、回転軸２４の軸線に対し傾斜し且つ回転軸２４の径方向に沿って直線状に延び、クランク室４８にて台座面４８ａに開口され、カウンタウエイト４２の旋回に伴い円弧状プレート４２ａで間欠的に覆われる位置に形成されている。

一方、シール室５０においては、各連通孔５２は中径内周面４ｃの台座面５０ａ近傍で開口されている。各連通孔５２のクランク室４８側とシール室５０側との開口は、回転軸２４の直径線上に略位置付けられる。そして、シール室５０の内壁である台座面５０ａには、中径内周面４ｃに開口された連通孔５２からリップシール３０のリップ部の近傍に至るまで誘導溝（第１の誘導溝）５４が凹設されている。誘導溝５４は、回転軸２４の軸線に対し円弧状に傾斜する底を有して形成され、中径内周面４ｃに開口された連通孔５２からリップシール３０のリップ部の近傍に至るまで回転軸２４の径方向に沿って直線状に延びている。

ここで、可動スクロール１０の公転旋回運動に伴い吸入ポート２２から圧縮室１８側に向けて冷媒が流れる際、可動スクロール１０の端板１０ａの背面１０ｃ側にも潤滑油を含む冷媒が流れる。この冷媒がクランク室４８に流入することにより、可動スクロール１０が固定スクロール８に向けて好適に押圧付勢される。また、クランク室４８に冷媒とともに流入した潤滑油は自転阻止機構４６、軸受４０、軸受２６、ひいてはリップシール３０を潤滑する。

詳しくは、図２及び図３に実線矢印で示すように、クランク室４８に流入した冷媒は、カウンタウエイト４２が二点鎖線矢印方向に旋回することにより、カウンタウエイト４２の円弧状プレート４２ａと、円弧状プレート４２ａと近接する台座面４８ａとの間に形成される微小隙間にて一時的に圧縮される。クランク室４８で圧縮された冷媒は、連通孔５２から、より低圧となるシール室５０に差圧によって押し出される。

このようにしてクランク室４８から連通孔５２を経てシール室５０に流入された冷媒は、誘導溝５４を流通してリップシール３０まで誘導され、この際、冷媒に含まれる潤滑油によってリップシール３０が好適に潤滑される。一方、図２及び図３に破線で示すように、シール室５０に流入した冷媒は、軸受２６を通過してクランク室４８に戻り、この際、冷媒に含まれる潤滑油によって軸受２６が好適に潤滑される。こうして、クランク室４８とシール室５０との間には潤滑油循環経路が形成される。

以上のように本実施形態によれば、圧縮機１にように、リアハウジング２の外周壁２ｂのスクロールユニット６の外周側に吸入ポート２２が設けられた構造である場合、吸入ポート２２から導入された冷媒がスクロールユニット６内に即座に吸入可能となるため、冷媒の圧縮効率向上が期待できる。一方、このような構造の圧縮機１では、フロントハウジング４内の吸入ポート２２から離れた部位に流入する冷媒流量が減少し、特にリップシール３０の潤滑悪化が従来から懸念されていた。

このような場合であっても、フロントハウジング４に連通孔５２及び誘導溝５４を形成し、クランク室４８とシール室５０との間に潤滑油循環経路を形成したことにより、潤滑油をリップシール３０に積極的に誘導することができる。従って、圧縮機１の圧縮効率を高めながら、リップシール３０の摩耗を大幅に低減することができ、ひいては小径軸部２４ｂに対するリップシール３０の残留締め代を確保することができ、長期に亘って圧縮機１の密封性能を維持することができる。なお、連通孔５２及び誘導溝５４の数は特に限定されず、例えば図４に示すように、連通孔５２及び誘導溝５４を２つの対角線上の回転軸２４を挟む対称位置に２組ずつ形成しても良いし、図５に示すように、連通孔５２及び誘導溝５４を１組だけ形成しても良い。

＜第２実施形態＞
図６は本発明の第２実施形態に係るクランク室４８及びシール室５０の一部を拡大した断面図であり、図７は図６のフロントハウジング４をその開口端４ａ側から見た平面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については明細書中又は図面にて同名称、同符号を付して説明を省略することがある。

図６及び図７に示すように、本実施形態のフロントハウジング４の台座面４８ａには、台座面５０ａの誘導溝５４と同一対角線上の回転軸２４を挟む位置に２つの誘導溝（第２の誘導溝）５６が凹設されている。各誘導溝５６は、大径内周面４ｂ近傍から中径内周面４ｃ近傍に至るまで回転軸２４の径方向に沿って直線状に延び、連通孔５２は誘導溝５６の底に形成されている。

このように本実施形態では、台座面４８ａに台座面５０ａの誘導溝５４と同様の誘導溝５６が連通孔５２の開口位置に形成したことにより、図６及び図７に実線矢印で示したように、台座面４８ａに付着した潤滑油を誘導溝５６から連通孔５２に効率的に誘導することができ、潤滑油をリップシール３０にさらに積極的に誘導することができる。従って、圧縮機１の圧縮効率を高めながら、より一層のリップシール３０の摩耗大幅減、リップシール３０の残留締め代確保を実現し、さらに長期に亘って圧縮機１の密封性能を維持することができる。

＜第３実施形態＞
図８は本発明の第３実施形態に係るフロントハウジング４をその開口端４ａ側から見た平面図である。なお、本実施形態は第１実施形態で示した図５の別形態として説明し、第１実施形態と同様の構成については明細書中又は図面にて同名称、同符号を付して説明を省略することがある。

図８に示すように、フロントハウジング４にはクランク室４８とシール室５０とを連通する１つの連通孔５８が形成されている。この連通孔５８は、破線で示すように、回転軸２４の軸線及び径方向の双方に対し傾斜して直線状に延びている。回転軸２４の径方向に対する傾斜は、カウンタウエイト４２の旋回方向に沿う方向である。すなわち、連通孔５８のクランク室４８側とシール室５０側との開口は、回転軸２４の直径線と傾斜して位置付けられる。

このように本実施形態では、第１及び第２実施形態の連通孔５２とは異なる形状の連通孔５８を形成したことにより、図８に実線矢印で示したように、連通孔５８に流入した冷媒及び潤滑油に作用するカウンタウエイト４２の旋回方向の力を利用して、潤滑油をリップシール３０にさらに効率的に且つ迅速に誘導することができる。従って、圧縮機１の圧縮効率を高めながら、より一層のリップシール３０の摩耗大幅減、リップシール３０の残留締め代確保を実現し、さらに長期に亘って圧縮機１の密封性能を維持することができる。

＜第４実施形態＞
図９は本発明の第４実施形態に係るカウンタウエイト６０を回転軸２４に装着した状態で示した側面図である。なお、第１から第３実施形態の何れかと同様の構成については明細書中又は図面にて同名称、同符号を付して説明を省略することがある。

図９に示すように、本実施形態のカウンタウエイト６０は、その各円弧状プレート６０ａの径方向端面６０ａ１が回転軸２４の軸線に対し傾斜し、面一の傾斜面６２が形成されている。この傾斜面６２は、クランクピン２４ｃ側から大径軸部２４ａに向けて軸心に近づく方向に傾斜しており、カウンタウエイト６０の旋回に伴い各円弧状プレート６０ａの径方向端面６０ａ１に付着した潤滑油を連通孔５２又は連通孔５８に向けて実線矢印で示したように誘導する。

このように本実施形態では、カウンタウエイト６０が傾斜面６２を有することにより、各円弧状プレート６０ａの径方向端面６０ａ１に付着した潤滑油を連通孔５２又は連通孔５８に効率的に誘導することができ、潤滑油をリップシール３０にさらに積極的に誘導することができる。従って、圧縮機１の圧縮効率を高めながら、より一層のリップシール３０の摩耗大幅減、リップシール３０の残留締め代確保を実現し、さらに長期に亘って圧縮機１の密封性能を維持することができる。

なお、上記形態に限らず、例えば図１０に示すように、最も大径軸部２４ａに近い１つの円弧状プレート６０ａの径方向端面６０ａ１のみを傾斜させた傾斜面６４を形成しても良い。また、図１１に示すように、各円弧状プレート６０ａの１つを回転軸２４の径方向に突出させて各円弧状プレート６０ａの径方向端面６０ａ１から段差面６６を形成しても良い。これらの場合には、図１０及び図１１に実線矢印で示すように、カウンタウエイト６０に付着した潤滑油を連通孔５２又は連通孔５８に効率的に流動又は滴下して誘導することができる。

本発明は上記各実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、車両用空調装置に組み込まれるエンジン駆動のスクロール圧縮機１について説明した。しかし、本発明は、一体の電動モータ駆動スクロール圧縮機や、種々の作動流体を使用した、種々の分野におけるスクロール圧縮機全般に適用可能である。

１ スクロール圧縮機
２ リアハウジング（ハウジング）
２ｂ 外周壁
４ フロントハウジング（ハウジング）
６ スクロールユニット
８ 固定スクロール
１０ 可動スクロール
２２ 吸入ポート
２４ 回転軸
３０ リップシール（密封装置）
４２、６０ カウンタウエイト
４４ クランク機構
４８ クランク室
５０ シール室
５２ 連通孔
５４ 誘導溝（第１の誘導溝）
５６ 誘導溝（第２の誘導溝）
６２、６４ 傾斜面
６６ 段差面

Claims (5)

1. 固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回することにより冷媒を圧縮するスクロールユニットと、
   回転軸の回転運動を前記可動スクロールの公転旋回運動に変換して伝達するクランク機構と、
   前記スクロールユニットが収容され、前記スクロールユニットの外周側に位置する外周壁に冷媒の吸入ポートを有するハウジングと
   前記ハウジングと前記回転軸との間を密封する密封装置と、
   を備え、
   前記ハウジングは、
   前記クランク機構が位置付けられるクランク室と、
   前記密封装置が位置付けられるシール室と
   前記クランク室と前記シール室とを連通する連通孔と、
   前記シール室における前記連通孔の開口から前記密封装置の近傍に至る第１の誘導溝と
   を有し、
   前記クランク機構は、前記回転軸に取り付けられたカウンタウエイトを含み、
   前記連通孔は、前記カウンタウエイトの旋回に伴い前記カウンタウエイトで間欠的に覆われる位置に形成されている、スクロール圧縮機。
2. 前記ハウジングは、前記クランク室における前記連通孔の開口が位置付けられる第２の誘導溝をさらに有する、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記連通孔は、前記回転軸の径方向に対して前記カウンタウエイトの旋回方向に沿って傾斜している、請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記カウンタウエイトは、前記回転軸の軸線に対し傾斜した傾斜面を有する、請求項１から３の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記カウンタウエイトは、前記回転軸の径方向に突出した段差面を有する、請求項１から４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。

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