(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、主軸の偏心軸部にニードル軸受を介して回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジングに固定された固定スクロールと、を備え、
前記旋回スクロールは、
前記ニードル軸受を内部に収容し、前記主軸側に開口した筒状の軸受収容部が形成され、
前記軸受収容部の奥側における前記ニードル軸受の圧入代がそれよりも手前に比べて小さい、
ことを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
前記旋回スクロールに、前記軸受収容部の周囲に応力緩和溝が形成されている、
請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項３】
前記軸受収容部の外周に、前記軸受収容部よりも剛性の高い補強リングを設ける、
請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項４】
前記補強リングは、前記軸受収容部における開口の外周縁を覆う鍔を備える、
請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用の空気調和機等を構成するスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール型の圧縮機は、渦巻状のスクロール壁をそれぞれ有する固定スクロールと旋回スクロールとを備える。そして、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のスクロール壁の間に形成される圧縮室の容積を減少させることで、圧縮室内の流体の圧縮を行う。
【０００３】
図７に示すように、スクロール型の圧縮機１においては、吸入ポートからハウジング２内に吸入された冷媒は、旋回スクロール３Ｂと固定スクロール３Ａとの間に形成された圧縮室へ導かれる。固定スクロール３Ａに対する旋回スクロール３Ｂの公転により、圧縮室内の冷媒が圧縮され、ハウジング２に形成された吐出ポートから外部に吐出される。
【０００４】
ここで、旋回スクロール３Ｂは、外部から回転駆動される主軸４に対し、主軸４の回転中心から所定寸法だけオフセットして設けられたボス（軸受収容部）４ａに、軸受５を介して回転自在（すなわち公転自在）に支持されている。なお旋回スクロール３Ｂが、公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール３Ｂと主軸４との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
また、主軸４には、主軸４に対して偏心した旋回スクロール３Ｂによるアンバランスを解消するため、バランサ６が設けられている。バランサ６は、主軸４の偏心軸４ａに対し、旋回スクロール３Ｂが偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部６ａの外周部に、ウェイト部６ｂが一体に形成されている。
【０００５】
この軸受５として、例えばボールベアリングやニードルベアリング（図７ではニードルベアリング）が用いられている。ニードルベアリングは、ボールベアリングに比較すると、小型化できるという利点があるが、回転時の振動が大きいと言う問題がある。そこで、本出願人は、特許文献１において、ニードルベアリングを用いても低騒音・低振動化を図ることのできるスクロール型圧縮機を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１７９３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ボールベアリング又はニードルベアリングに係らず、軸受５は旋回スクロール３Ｂのボス４ａの内部に圧入される。ところが、圧縮機１に要求される小型、軽量化に伴って旋回スクロール３Ｂの各部分が薄肉化しているため、軸受５を圧入することによりボス４ａを介して旋回スクロール３Ｂが微小に変形する。そうすると、旋回スクロール３Ｂを圧縮機１に組み付ける際の障害になり、また、圧縮機１からの冷媒漏れが生じる隙間が増加して性能低下の懸念がある。旋回スクロール３Ｂの変形を緩和するために、圧入代を小さくすることが考えられるが、そうすると、圧縮機１の運転中に軸受５が旋回スクロール３Ｂの偏心軸４ａから外れる懸念がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、十分な圧入代で軸受を圧入したとしても、旋回スクロールの変形が抑制されたスクロール型圧縮機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】
【０００８】
本発明者は、ニードル軸受が圧入されることで軸受収容部の周りに生じる応力の他の部位への伝播を低減することで、旋回スクロールの変形を抑制できるとの知見を得た。この知見に基づく本発明のスクロール型圧縮機は、外殻を形成するハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、主軸の偏心軸部にニードル軸受を介して回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジングに固定された固定スクロールと、を備えることを前提とする。
そして本発明における旋回スクロールは、ニードル軸受を内部に収容し、主軸側に開口した筒状の軸受収容部を備え、軸受収容部の奥側におけるニードル軸受の圧入代がそれよりも手前に比べて小さいことを特徴とする。
本発明のスクロール型圧縮機は、軸受収容部をこのように構成することで、圧入代を一様にした場合に比べて、ニードル軸受を圧入することにより発生する応力を緩和することができる。また、ニードル軸受が軸受収容部から抜けにくくなるので、ニードル軸受の抜け防止に有利に働く。
【０００９】
本発明のスクロール型圧縮機において、旋回スクロールの軸受収容部の周囲に応力緩和溝が形成されていることが好ましい。そうすることで、ニードル軸受を軸受収容部に圧入することによる曲げ応力が旋回スクロールの他の部位に伝播するのを緩和することができる。
【００１０】
本発明のスクロール型圧縮機において、旋回スクロールの軸受収容部の外周に、軸受収容部よりも剛性の高い補強リングを設けることも好ましい。そうすることで、軸受収容部に変形が生ずるのを機械的に拘束する。
この補強リングは、軸受収容部の開口の外周縁を覆う鍔を備えることができる。そうすることで、圧入代を小さくしても、ニードル軸受の抜け防止が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスクロール型圧縮機によれば、十分な圧入代で軸受を圧入したとしても、旋回スクロールの変形が抑制されたスクロール型圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における圧縮機の要部断面図である。
【図２】第１実施形態における旋回スクロールの断面図であり、（ａ）は軸受を分離して示した図、（ｂ）は軸受をボス（軸受収容部）に圧入して示した図である。
【図３】第１実施形態による作用を説明する図であり、（ａ）は第１実施形態の旋回スクロールに生ずる応力分布を示し、（ａ）は従来の旋回スクロールに生ずる応力分布を示す。
【図４】本実施の形態における旋回スクロールを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は背面図である。
【図５】本実施の形態における旋回スクロールを示す断面図である。
【図６】本実施の形態における旋回スクロールを示す断面図である。
【図７】従来の圧縮機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、スクロール型の圧縮機１０は、ハウジング１１内に、主軸３１と、主軸３１とともに回転する旋回スクロール３２と、ハウジング１１に固定された固定スクロール３３と、を備える。
この圧縮機１０においては、ハウジング１１の一端側に形成された冷媒導入ポートからハウジング１１内に冷媒が導入され、旋回スクロール３２と固定スクロール３３との間に形成された圧縮室ＣＲにおいて冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング１１の他端側に形成された冷媒吐出ポートから吐出される。
【００１４】
主軸３１は、その両端部が、ハウジング１１に軸受を介して回転自在に支持されている。
主軸３１の図示しない一端側は、ハウジング１１を貫通して外部に突出しており、図示しない駆動源が一端に連結されている。ここで、エンジンを駆動源とする場合、主軸３１の一端に、例えばベルトを掛け回してエンジンに連結して駆動力を伝達する。また、駆動源としては、車両のエンジンの他、電動モータを用いることも可能である。モータを駆動源とする場合、モータの回転軸と主軸３１とをベルトやギヤで連結しても良いし、モータの回転軸を主軸３１としても良い。その場合、モータは、ハウジング１１の内部に一体に内蔵することも可能である。
主軸３１の他端側には、主軸３１の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、偏心軸３１ａが突出形成されている。
【００１５】
旋回スクロール３２、固定スクロール３３は、それぞれ円板状の端板３２ａ、３３ａの一面側に、渦巻状のスクロール壁３２ｂ、３３ｂが立設されている。これら旋回スクロール３２と固定スクロール３３は、スクロール壁３２ｂ、３３ｂを互いに組み合わせて、双方のスクロール壁３２ｂ、３３ｂ間に圧縮室ＣＲを形成している。
【００１６】
旋回スクロール３２の端板３２ａは、主軸３１に対向する側の中心部に、主軸３１側に突出した円筒状のボス部３５が形成されている。ボス部３５には、主軸３１側に開口し、軸受４５を収容する有底穴からなる軸受収容部３６が形成されている。
この軸受収容部３６に収容される主軸３１（偏心軸３１ａ）に、旋回スクロール３２が軸受４５を介して回転自在に保持されている。これにより、主軸３１がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール３２は、主軸３１の中心に対し、偏心した寸法を半径とした回転（公転）を行う。なお、旋回スクロール３２が、公転しつつも、自転はしないよう、旋回スクロール３２と主軸３１との間には、図示しないオルダムリングが介在している。
【００１７】
また、旋回スクロール３２と主軸３１との間には、主軸３１に対して偏心した旋回スクロール３２によるアンバランスを解消するため、バランサ４０が設けられている。バランサ４０は、主軸３１の３１ａに対し、旋回スクロール３２が偏心した方向とは反対方向に延びる扇状のプレート部４０ａの外周部に、ウェイト部４０ｂが一体に形成されている。
【００１８】
さて、旋回スクロール３２は、図２に示すように、端板３２ａを挟んで、一方の側にスクロール壁３２ｂが形成され、他方の側にボス部３５が形成されている。なお、以下では、旋回スクロール３２において、スクロール壁３２ｂが形成される面を表面、ボス部３５が形成される側を背面、と便宜上定義する。
ボス部３５は、端板３２ａの背面から突出する円筒状の部材であり、その内部に軸受収容部３６が形成されている。軸受収容部３６は、図２に示すように、概ね円柱状の空隙からなる収容空隙３７と、ボス部３５の内周壁からなる保持壁３８と、端板３２ａの表面に対向する底面３９と、を備えている。本実施形態の軸受収容部３６は、保持壁３８の形態に特徴を有している。なお、軸受４５を軸受収容部３６に圧入すると、旋回スクロール３２には図中の矢印Ａの向きに変形が生ずる。
【００１９】
保持壁３８は、図２に示すように、拡径部３８ａと等径部３８ｂを備えている。底面３９に近い収容空隙３７の奥側に配置される拡径部３８ａは、底面３９に向けて径が大きくなるテーパ状をなしている。また、拡径部３８ａより収容空隙３７の手前側に配置される等径部３８ｂは、軸線方向に径が等しく設定されている。
【００２０】
拡径部３８ａと等径部３８ｂからなる保持壁３８を備える軸受収容部３６に軸受４５は圧入されることで収容空隙３７に収容される。保持壁３８と軸受４５は、両者間に予め定められた圧入代が得られるように、加工される。ただし、保持壁３８は拡径部３８ａと等径部３８ｂを備えているから、等径部３８ｂに対応する領域よりも拡径部３８ａに対応する領域の圧入代が小さくなる。
【００２１】
なお、図２では、その存在を視認できるように誇張して拡径部３８ａを示しているが、実際に形成される拡径部３８ａは、最も径の大きい底面３９において、等径部３８ｂよりも径（半径）が５〜１００μｍ程度が大きければ足りる。この値は、圧縮機１０、つまり旋回スクロール３２の大きさにより変動するものであるが、本発明者等の検討によると、空気調和機に用いられるサイズの圧縮機１０において軸受４５の圧入による旋回スクロール３２の変形量が数十μｍに収まるからである。そして、軸受４５が圧入された状態では、拡径部３８ａも軸受４５と接触して拡径部３８ａから圧力を受けることが推奨される。軸受収容部３６による軸受４５の保持を確実にするためである。
ここで、仮に保持壁３８がその奥まで等径部３８ｂのみで構成されているものとする。そうすると、図３（ｂ）に示すように、軸受収容部３６の周りに矢印Ｂで示すように軸受４５に対して圧縮応力が生ずる。この圧縮応力は底面３９に近いほど大きくなる。これは、底面３９に近い収容空隙３７の奥側が端板３２ａに入り込んでいるためである。これが端板３２ａに図２に矢印Ａで示した向きの変形の発生要因となる。
これに対して本実施形態のように拡径部３８ａを形成すると、図３（ａ）に示すように、収容空隙３７の奥側の圧縮応力の大きさを図３（ｂ）よりも小さくすることができる。図３（ｂ）の例ではこの圧縮応力を手前側から奥側に向けて等しくしており、これが本実施形態における理想的な応力分布である。また、本実施形態のように奥側に拡径部３８ａを設けることにより、圧入された軸受４５に対して拡径部３８ａがくさびとして機能することで、軸受４５の抜け防止に有利に働く。
【００２２】
図２に示した例では、テーパ状の拡径部３８ａを例として示したが、軸受収容部３６の奥側における軸受４５の圧入代をそれよりも手前に比べて小さくできるのであれば、テーパ状に限るものではなく、連続的に径が広がる曲面からなる拡径部３８ａとしてもよいし、拡径部３８ａの径を軸方向に亘って等しくすることもできる。もちろん、この径は、等径部３８ｂよりも大きい。また、等径部３８ｂもまた必須の要素ではなく、軸受収容部３６の手前側から奥側に向けて連続的に径を拡がるようにしてもよい。いずれかの形態を選択するかは、旋回スクロール３２及び圧入される軸受４５の仕様に応ずることになる。
【００２３】
［第２実施形態］
本実施形態の旋回スクロール３２は、図４（軸受４５は記載せず）に示すように、ボス部３５の外周に沿って応力緩和溝３２ｃを備えることができる。この応力緩和溝３２ｃは、端板３２ａの背面に形成されている。
応力緩和溝３２ｃを設けることにより、以下の効果が期待できる。つまり、応力緩和溝３２ｃは、軸受４５を圧入することでボス部３５が拡がろうとする曲げ応力が端板３２ａに伝播するのを緩和する働きを有する。
【００２４】
応力緩和溝３２ｃはその存在が明らかなようにその幅ｗ１を描いているが、実際には旋回スクロール３２に生じる変形量に応じて定めればよい。例えば空気調和機に用いられるサイズの旋回スクロール３２の変形量は数十μｍであるから、応力緩和溝３２ｃの幅ｗ１はこれに応じて例えば５〜１００μｍの範囲で定めればよい。もちろん、変形量を超える幅ｗ１にすることもできる。応力緩和溝３２ｃの深さｄ１も同様で、軸受４５を圧入することで旋回スクロール３２に生じる変形量に応じて定めればよい。
【００２５】
図４の例では、ボス部３５の外周に応力緩和溝３２ｃの内周側の縁が接する例を示している。この応力緩和溝３２ｃの位置は最も好ましい例であるが、本発明はこれに限定されない。つまり、上述した効果を享受できる限り、ボス部３５の外周から応力緩和溝３２ｃの内周側の縁が離れていてもよい。
【００２６】
図４に示した応力緩和溝３２ｃはボス部３５の全周囲に亘って連続的に形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボス部３５の周囲に間欠的に形成することもできる。この場合でも、応力緩和溝３２ｃによる上記効果が期待できる。ただし、応力緩和溝３２ｃを間欠的に設ける場合、旋回スクロール３２の中心を基準として対称（点対称）となる位置に設けることが好ましい。本発明者等の知見によると、旋回スクロール３２の変形が対称に生ずるので、この対称性を崩さないためである。
【００２７】
［第３実施形態］
本実施形態の旋回スクロール３２は、図５（軸受４５は記載せず）に示すように、ボス部３５の周囲に補強リング４１を設けることができる。
補強リング４１は、軸受４５を圧入することによりボス部３５が拡径するように変形を抑制するために設けられる。そのために、補強リング４１は、旋回スクロール３２（ボス部３５）よりも剛性が高い。具体的には、旋回スクロール３２がアルミニウム合金で作製されている場合、補強リング４１はアルミニウム合金よりも強度の高い例えばチタン合金で作製し、かつその肉厚を厚くするなどして、ボス部３５の上記変形を抑制することが必要である。
補強リング４１は、軸受４５を圧入する前にボス部３５の周囲に設けられる。軸受４５を圧入してしまうと旋回スクロール３２に変形が生じてしまい、その後に補強リング４１を設けても変形を是正することは容易ではないからである。
補強リング４１をボス部３５の外周に圧入（しまり嵌め）してもよいが、隙間嵌め又は中間嵌めを採用することもできる。この場合、ボス部３５の外周と補強リング４１の内周の間に接着剤を充填し、交差により生じた隙間を埋めることが好ましい。
【００２８】
補強リング４１を設ける場合、ボス部３５の肉厚を薄くし、薄くしたのと等しい肉厚とすることができる。そうすることにより、補強リング４１を含めたボス部３５の占有領域を維持できるので、その周囲との干渉を避けることができる。もちろんスペースに余裕があれば、ボス部３５の肉厚を薄くすることなく、補強リング４１を設けてもよい。
【００２９】
補強リング４１を設けることでボス部３５の剛性を実質的に向上できるので、軸受４５を圧入しても変形を防止できるか、軸受４５の圧入代を小さくすることができる。
【００３０】
補強リング４１を設ける場合、図６（軸受４５は記載せず）に示すように、ボス部３５の内側に張り出す鍔４２を設けることができる。鍔４２を設けるので、軸受４５の圧入代を小さくしたとしても軸受４５の抜けを確実に防止できるし、より一層の圧入緩和を狙うことができる。
鍔４２は補強リング４１とは別体として作製される。そして、補強リング４１が配置された軸受収容部３６に軸受４５を圧入した後に、鍔４２を補強リング４１に組み付ける。組み付ける手法は任意である。例えば、鍔４２をＥリング形状とする一方、図６に示すように補強リング４１の内周に鍔４２を保持する溝を設けることで、鍔４２を補強リング４１に組み付けることができる。また、図示は省略するが、鍔４２の周囲にねじを形成するとともに、補強リング４１の内周に当該ねじと噛合うねじを形成することによっても、鍔４２を補強リング４１に組み付けることができる。
【００３１】
以上説明した実施形態によると、旋回スクロール３２の変形を緩和できるので、組立バラツキが低減するとともに、漏れ隙間が減少し圧縮機１０の性能改善が図られる。
また、ボス部３５の保持壁３８および軸受４５の外周（外輪）にねじのようなスパイラル形状を施工し、組み付け時に締結力を与えることができる。軸受４５へ負荷されるラジアル荷重によりモーメントが作用することで軸受け４５に生じる浮き上がりを防止することができる。スパイラル方向を旋回スクロール３２の公転の向きと反対向きにすることで、通常運転では締め付けが強くなる。この浮き上がりに対しては、ボス部３５の外側から保持壁３８を貫通する止めねじを設ける一方、軸受４５の外周に溝を設け、その溝に止めねじを挿入することで、防止することもできる。さらに、軸受４５の外周（外輪）にセレーションあるいはローレットのような加工を施し、軸受４５とボス部３５の間の摩擦力を向上させて浮き上がりを防止することもできる。なお、この場合、軸受４５の圧入時に保持壁３８を傷つけないよう、旋回スクロール３２を加熱して焼きばめするのがよい。
さらにまた、旋回スクロール３２を含めた圧縮機１０もあくまで一例であり、他の形態の圧縮機に本発明を適用できることは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    圧縮機
１１    ハウジング
３１    主軸
３２    旋回スクロール
３２ａ  端板
３２ｂ  スクロール壁
３２ｃ  応力緩和溝
３３    固定スクロール
３７    収容空隙
３８    保持壁
３８ａ  拡径部
３８ｂ  等径部
３９    底面
４１    補強リング
４２    鍔
４５    軸受
【図１】
0005730185.tif 000002
【図２】
0005730185.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005730185.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005730185.tif 000007
【図７】
0005730185.tif 000008