(57)【要約】【課題】クランク軸の撓み変形に起因する諸問題を解決できると同時に、スクロール流体機械の小型大容量化に際し、低コスト化、部品の共用化並びに開発のスピード化を図ることが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。【解決手段】軸受部材を介して回転自在に支持されている駆動軸１１の一端に、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピン１２が設けられ、該クランクピン１２の外周にドライブブッシュおよび／または旋回軸受を介して旋回スクロール部材が旋回駆動可能に連結されているスクロール流体機械において、クランクピン１２のピン周りに、少なくとも１以上の円周方向溝２９が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受部材を介して回転自在に支持されている駆動軸の一端に、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピンが設けられ、該クランクピンの外周にドライブブッシュおよび／または旋回軸受を介して旋回スクロール部材が旋回駆動可能に連結されているスクロール流体機械において、
前記クランクピンのピン周りに、少なくとも１以上の円周方向溝が設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
前記円周方向溝は、円弧状の凹溝と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流体機械。
【請求項３】
前記円周方向溝は、前記クランクピンの根元側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール流体機械。
【請求項４】
前記円周方向溝は、前記クランクピンの根元側であって、前記旋回軸受にかからない位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、ポンプ、膨張機等に広範に利用することができるスクロール流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロール流体機械は、少なくとも一対の固定スクロール部材と旋回スクロール部材とから構成される流体吸排機構を備えている。この流体吸排機構を構成する旋回スクロール部材は、ハウジング側に軸受部材を介して回転自在に支持されているクランク軸の一端に設けられているクランクピンに、ドライブブッシュおよび／または旋回軸受を介して連結され、当該クランク軸の回転により旋回駆動されるように構成されている。
【０００３】
このようなスクロール流体機械において、電動機を挟んで主軸受および副軸受により上下２箇所で回転自在に支持されているクランク軸は、圧縮荷重等によりラジアル方向の力を受ける。このクランク軸は、主軸受および副軸受に対して片持ち構造となるため、主軸受と副軸受間で撓み変形を生じ、主に副軸受内で片当たりが生じる。これによって、軸受面において局所面圧が異常上昇し、軸へのメタル転写、軸の粗度悪化、異常摩耗、焼き付き等の原因となることが知られている。
【０００４】
そこで、クランク軸が撓み変形することにより生じる副軸受内での片当たりを緩和するため、特許文献１には、副軸受により支持されているクランク軸の一端部分を、微小凸の樽形状または微小傾斜角を有するテーパー形状としたものが提示されている。また、特許文献２には、副軸受に環状溝や薄肉部を設けて当該軸受の剛性を下げたり、軸受面にクラウニングを設けたりしたものが提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１５４６２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載されているものでは、クランク軸を支持する副軸受内での片当たりにより局所面圧が異常上昇することに起因する異常摩耗、焼き付き等の緩和に対しては有効であるが、構造的に大幅な設計変更が必要であり、また、かかる構造では加工面からもコストへの影響は避けられないという課題を有している。更に、上記構成によれば、クランク軸全体の撓み変形に対しては有効であるが、クランクピンと該クランクピンに嵌合されているドライブブッシュおよび／または旋回軸受との間における片当たりに対しては、全く効果が得られないという課題がある。
【０００７】
特に、昨今においては、スクロール流体機械に対して、高速化等による小型大容量化のニーズが高く、クランク軸の撓み変形に起因する諸問題がより発生しやすくなる状況下にあって、クランク軸に関しての上記課題を如何にして解決し、低コスト化、部品の共用化並びに開発のスピード化を図るかが課題となっている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、クランク軸の撓み変形に起因する課題の１つを解決できると同時に、スクロール流体機械の小型大容量化に際し、低コスト化、部品の共用化並びに開発のスピード化を図ることが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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のスクロール流体機械は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール流体機械は、軸受部材を介して回転自在に支持されている駆動軸の一端に、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピンが設けられ、該クランクピンの外周にドライブブッシュおよび／または旋回軸受を介して旋回スクロール部材が旋回駆動可能に連結されているスクロール流体機械において、前記クランクピンのピン周りに、少なくとも１以上の円周方向溝が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、軸受部材を介して回転自在に支持されている駆動軸の一端に軸心が所定寸法だけ偏心して設けられ、ドライブブッシュおよび／または旋回軸受を介して旋回スクロール部材が旋回駆動可能に連結されているクランクピンのピン周りに、少なくとも１以上の円周方向溝が設けられているため、クランクピンを含む駆動軸が、ガス圧荷重等によるラジアル方向力や旋回スクロール部材の転倒モーメントを受けたとしても、クランクピンが円周方向溝を設けたことにより剛性が低下し、柔軟性が増して撓み変形しやすくなる結果、クランクピンとドライブブッシュおよび／または旋回軸受とクランクピン間での片当たりによる局所面圧を緩和することができる。従って、軸へのメタル転写、軸の粗度悪化、異常磨耗、焼き付き等を防止し、製品の品質および信頼性の向上を図ることができる。また、スクロール流体機械の小型大容量化に際して、円周方向溝の有無により駆動軸の共用化を図り、低コスト化、開発のスピード化を実現することができる。さらに、クランクピンの周りに溝を設けるだけの構成のため、旋盤加工時に溝を１ないし複数加工するだけよく、加工が容易であり、しかも軸受側の基本形を変える必要がないことから、簡単に実施することができる。
【００１１】
さらに、本発明のスクロール流体機械は、上記のスクロール流体機械において、前記円周方向溝は、円弧状の凹溝とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、円周方向溝が、円弧状の凹溝とされているため、円周方向溝における応力の集中を緩和することができる。従って、クランクピンの剛性を低下させながら所要の軸強度を確保し、スクロール流体機械の小型大容量化に際しても、駆動軸を共用化することができる。
【００１３】
さらに、本発明のスクロール流体機械は、上述のいずれかのスクロール流体機械において、前記円周方向溝は、前記クランクピンの根元側に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、円周方向溝が、クランクピンの根元側に設けられているため、クランクピンの先端側に連結されている旋回スクロール部材側からのガス圧荷重や転倒モーメント等に対して、クランクピンを根元側から効果的に撓み変形させることができる。これにより、クランクピンとドライブブッシュおよび／または旋回軸受との間での片当たりを確実に緩和し、局所面圧を効果的に低減して軸の粗度悪化や異常磨耗、焼き付き等を防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明のスクロール流体機械は、上述のいずれかのスクロール流体機械において、前記円周方向溝は、前記クランクピンの根元側であって、前記旋回軸受にかからない位置に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、円周方向溝が、クランクピンの根元側であって、旋回軸受にかからない位置に設けられているため、クランクピンの先端側に連結されている旋回スクロール部材側からのガス圧荷重や転倒モーメント等に対して、クランクピンを効果的に撓み変形させることができるとともに、円周方向溝を介してのクランクピンとドライブブッシュおよび／または旋回軸受間の摺動面での油膜切れを防止することができる。従って、クランクピンとドライブブッシュおよび／または旋回軸受との間での片当たりを緩和し、局所面圧を効果的に低減できるのみならず、クランクピン周りに対しての潤滑の信頼性をも確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、クランクピンを含む駆動軸が、ガス圧荷重等によるラジアル方向力や旋回スクロール部材の転倒モーメントを受けたとしても、クランクピンが円周方向溝を設けたことにより剛性が低下し、柔軟性が増して撓み変形しやすくなる結果、クランクピンとドライブブッシュおよび／または旋回軸受とクランクピン間での片当たりによる局所面圧を緩和することができるため、軸へのメタル転写、軸の粗度悪化、異常磨耗、焼き付き等を防止し、製品の品質および信頼性の向上を図ることができる。また、スクロール流体機械の小型大容量化に際して、円周方向溝の有無により駆動軸の共用化を図り、低コスト化、開発のスピード化を実現することができる。さらに、クランクピンの周りに溝を設けるだけの構成のため、旋盤加工時に溝を１ないし複数加工するだけよく、加工が容易であり、しかも軸受側の基本形を変える必要がないことから、簡単に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械（密閉型電動スクロール圧縮機）の縦断面図である。
【図２】図１に示すスクロール流体機械の駆動軸（クランク軸）の側面図である。
【図３】図２に示す駆動軸のクランクピン側の斜視図（Ａ）およびその部分拡大図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るスクロール流体機械の縦断面図が示されている。なお、本実施形態では、スクロール流体機械の一例を、密閉型電動スクロール圧縮機１を例に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
密閉型電動スクロール圧縮機１は、鋼板製で円筒状の上下方向に長い有底の密閉ハウジング２を備えている。密閉ハウジング２の上部は、ディスチャージカバー３および上部カバー４により密閉されており、このディスチャージカバー３と上部カバー４間に、吐出チャンバー５が形成されている。
【００２０】
密閉ハウジング２内には、上方部位に上部軸受部材（フレーム部材）６が固定されており、上部軸受部材６を介してスクロール圧縮機構７が設置されるとともに、その下方部位にステータ８とロータ９とからなる電動モータ１０が、ステータ８を密閉ハウジング２に固定することにより設置されている。この電動モータ１０のロータ９には、駆動軸（クランク軸）１１が固定され、該駆動軸１１の上端には、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピン１２が設けられており、該クランクピン１２をスクロール圧縮機構７に連結することによって、スクロール圧縮機構７が駆動可能とされている。
【００２１】
駆動軸（クランク軸）１１は、上部軸受部材６のジャーナル軸受部６Ａに上方部が回転自在に支持されるとともに、下端部が密閉ハウジング２の下方部位に設けられているジャーナル下部軸受１３により回転自在に支持されている。この下部軸受１３と駆動軸１１の下端部との間には、公知の如く容積型の給油ポンプ１４が設けられ、密閉ハウジング２の底部に充填されている潤滑油１５を、吸入パイプ１６を介して吸い込み、駆動軸１１中に軸方向に沿って穿設されている給油穴１７に吐出するように構成されている。潤滑油１５は、給油穴１７を介して上部軸受部材６、スクロール圧縮機構７および下部軸受１３等の所要箇所に給油されるようになっている。
【００２２】
スクロール圧縮機構７は、上部軸受部材６を構造部品の１つとし、該上部軸受部材６上に固定設置されている固定スクロール部材１８と、上部軸受部材６のスラスト軸受部６Ｂに摺動自在に支持され、固定スクロール部材１８と噛み合わされることにより圧縮室２０を形成する旋回スクロール部材１９と、上部軸受部材６と旋回スクロール部材１９との間に介装され、旋回スクロール部材１９の自転を阻止し、公転旋回運動を許容するオルダムリング等の自転阻止機構２１と、駆動軸１１のクランクピン１２と旋回スクロール部材１９の背面ボスとの間に介装され、旋回スクロール部材１９に駆動軸１１の回転力を伝えるドライブブッシュ２２および旋回軸受（ニードル軸受）２３と、を備え、固定スクロール部材１８の端板中央部がディスチャージカバー３に接続された状態で上部軸受部材６上に設置されている。
【００２３】
上記スクロール圧縮機構７は、吸入配管２４を介して密閉ハウジング２（低圧ハウジング）内に吸い込まれた冷媒ガスを、密閉ハウジング２内に開口されている吸入口２５から圧縮室２０内に吸い込み、高温高圧のガスに圧縮する。この圧縮ガスは、固定スクロール部材１８の中央部に設けられている吐出口２６およびディスチャージカバー３に設けられている吐出弁２７を介して吐出チャンバー５内に吐出され、更に吐出チャンバー５に接続されている吐出配管２８を介して圧縮機の外部へと送出されるようになっている。
【００２４】
この圧縮動作により、駆動軸１１には、圧縮荷重や旋回スクロール部材１９に作用する転倒モーメントによる荷重が負荷され、クランクピン１２および駆動軸１１が撓み変形される。本実施形態では、このクランクピン１２の撓み変形により発生するドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３内での片当たりによる局所面圧の異常上昇を緩和するため、図２および図３に示されるように、クランクピン１２の根元側にピン周りの円周方向溝２９を設けることによって、クランクピン１２の剛性を低下させ、柔軟性を増加するようにしている。
【００２５】
この円周方向溝２９は、適用機種により最適な剛性が得られるように、溝数または溝深さ等が調整されるようになっている。また、円周方向溝２９は、クランクピンの根元側であって、ドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３にかからない位置に設けることが望ましく、特に溝の断面形状は、応力集中による軸強度の低下を回避するため、図３（Ｂ）に示されるように、円弧状の凹溝とされている。
【００２６】
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
電動モータ１０が回転駆動されると、ロータ９の回転と共に駆動軸１１が回転され、クランクピン１２に連結されている旋回スクロール部材１９が、自転阻止機構２１により自転を阻止されつつ、固定スクロール部材１８に対して公転旋回駆動される。このスクロール圧縮機構７の駆動により、吸入配管２４を介して密閉ハウジング２内に吸入された冷媒ガスは、密閉ハウジング２内に開口されている吸入口２５を経て圧縮室２０内に吸い込まれる。圧縮室２０は、外周側から中心側に移動されるにしたがって容積が減少され、この間に冷媒ガスを圧縮する。圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、固定スクロール部材１８の中央部に設けられている吐出口２５および吐出弁２６を経て吐出チャンバー５内へと吐出され、吐出配管２７を介して圧縮機の外部へと送出される。
【００２７】
スクロール圧縮機構７により、上記の如く圧縮作用が行われると、圧縮荷重によるラジアル方向力や旋回スクロール部材１９に作用する転倒モーメント等による力がドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３を介してクランクピン１２および駆動軸１１に負荷される。これによって、クランクピン１２および駆動軸１１が撓み変形を生じ、クランクピン１２とドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３との間において、片当たりが発生する。
【００２８】
然るに、本実施形態によれば、ドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３が嵌合されているクランクピン１２の根元側に円周方向溝２９が設けられ、クランクピン１２の剛性を低下させて柔軟性を増すようにしているため、クランクピン１２とドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３との間での片当たりによる局所面圧の異常上昇を緩和することができる。
【００２９】
従って、軸へのメタル転写、軸の粗度悪化、異常磨耗、焼き付き等を防止し、製品の品質および信頼性を向上することができる。また、スクロール流体機械１の小型大容量化に際しても、円周方向溝２９の有無により駆動軸１１の共用化を図り、低コスト化、開発のスピード化を実現することができる。さらに、クランクピン１２の周りに溝２９を設けるだけの構成のため、旋盤加工時に溝２９を１ないし数箇所加工するだけよく、加工が極めて容易であり、しかも軸受側の基本形を変える必要がないことから、簡単に実施することができる。
【００３０】
特に、スクロール圧縮機１では、通常、クランクピン１２が、旋回スクロール部材１９の背面に設けられているボス部内に、ドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３を介して連結された構成のため、軸受側での対応が実質的に困難であることから、軸側で対応できる本実施形態は有効である。また、上記円周方向溝２９は、円弧状の凹溝とされているため、円周方向溝２９において応力の集中がなく、従って、クランクピンの剛性を低下させながら所要の軸強度を十分に確保することができるため、スクロール流体機械１の小型大容量化に際しても、駆動軸１１を共用化することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態によれば、円周方向溝２９が、クランクピン１２の根元側の位置であって、ドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３にかからない軸方向位置に設けられている。このため、クランクピン１２の先端側に連結されている旋回スクロール部材１９からの圧縮荷重や転倒モーメントの力等に対して、クランクピン１２を効果的に撓み変形させることができるとともに、円周方向溝２９を介してのクランクピン１２とドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３間の摺動面での油膜切れを防止することができる。
【００３２】
これによって、クランクピン１２とドライブブッシュ２２および／または旋回軸受２３との片当たり確実に緩和し、局所面圧を効果的に低減することができるのみならず、クランクピン１２周りに対しての潤滑の信頼性をも確保することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、クランクピン１２での片当たりによる局所面圧を低減する例について説明したが、駆動軸１１を支持する下部軸受１３内で片当たりが発生するようであれば、前述した従来例の軸受側に環状溝や薄肉部を形成したり、軸側に樽形状部やテーパー部を設けたりする代わりに、駆動軸１１の下部軸受１３で支持される径が少し細くされている部位１１Ａ（図２参照）の根元部側であって、下部軸受１３にかからない位置に上記実施形態と同様の円周方向溝２９Ａ（図２参照）を１ないし複数条設けた構成としてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、密閉型電動スクロール圧縮機１に適用した例について説明したが、圧縮機としては、密閉型である必要はなく、開放型のスクロール圧縮機にも同様に適用することができる。また、圧縮機以外にもポンプ、膨張機等にも適用できることは云うまでもない。さらに、機種により最適な剛性を実現するための調整に際して、円周方向溝２９の数により調整するか、該溝２９の深さにより調整するかは、適用するスクロール流体機械の構成等を考慮して決定すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  密閉型電動スクロール圧縮機（スクロール流体機械）
６  上部軸受部材（フレーム部材）
７  スクロール圧縮機構
１１  駆動軸（クランク軸）
１２  クランクピン
１３  下部軸受
１８  固定スクロール部材
１９  旋回スクロール部材
２２  ドライブブッシュ
２３  旋回軸受
２９  円周方向溝
【図１】
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【図２】
2011174407.tif 000004
【図３】
2011174407.tif 000005