(57)【要約】【課題】スクロール型圧縮機の運転時、軸の回転に伴う遠心力及び熱影響に伴う凹状保持部内の圧力上昇により潤滑剤付軸受内の潤滑剤が飛散し、凹状保持部内から潤滑剤が漏出し、軸受の耐久性が低下する虞がある。潤滑剤の漏出を防止するために接触型シール部材を増加させると、該接触型シール部材と軸との摺接による動力が増加するため、圧縮機の性能低下を招いてしまう。【解決手段】軸受と接触型シール部材との間に、軸と摺接しない非接触型シール部材を配設することにより、動力増加に伴う圧縮機の性能低下を招くことなく、凹状保持部内から潤滑剤が漏出するのを防止することができ、軸受の耐久性を向上させ、圧縮機の耐久性を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールに噛合う旋回スクロールを旋回させる駆動軸と、該駆動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の主凹状保持部と、前記駆動軸と摺接し前記主凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記駆動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
固定スクロールに噛合う旋回スクロールの自転を防止する従動軸と、該従動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の従凹状保持部と、前記従動軸と摺接し前記従凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記従動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項３】
固定スクロールに噛合う旋回スクロールの自転を防止する従動軸と、該従動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の従凹状保持部と、前記従動軸と摺接し前記従凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記従動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設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圧縮機。
【請求項４】
前記非接触型シール部材の内周面に対応する前記駆動軸の外周面には、ラビリンス溝が刻設されており、該ラビリンス溝は、前記駆動軸の回転方向に辿るにつれて前記主凹状保持部の円筒底部側から開口端部側へ移行する向きになっていることを特徴とする請求項１又は３に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記非接触型シール部材の内周面に対応する前記従動軸の外周面には、ラビリンス溝が刻設されており、該ラビリンス溝は、前記従動軸の回転方向に辿るにつれて前記従凹状保持部の円筒底部側から開口端部側へ移行する向きになっていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項６】
前記スクロール型圧縮機は、燃料電池の電極に圧縮気体を供給するものであることを特徴とする請求項１から５に記載のスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受構造に特徴をもつスクロール型圧縮機であって、例えば燃料電池の電極に圧縮気体を供給するためのスクロール型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスクロール型圧縮機としては、例えば特開２００２−７０７６２号公報に示すような構成のものが知られている。
【０００３】
即ち図４及びその拡大断面図である図５に示すように、このスクロール型圧縮機は、固定スクロール１０１に噛合う旋回スクロール１０２を旋回させる駆動軸１０３と、固定スクロール１０１に噛合う旋回スクロール１０２の自転を防止する従動軸１０４とを備え、旋回スクロール１０２が旋回して作動流体を圧縮するものである。更にこのスクロール型圧縮機は、駆動軸１０３、従動軸１０４を支承する潤滑剤付軸受１０５、１０６と、該軸受１０５、１０６を保持し有底筒状をしている凹状保持部１０７、１０８と、駆動軸１０３、従動軸１０４と摺接し凹状保持部１０７、１０８内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材１０９、１１０とを備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７０７６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術において、前記スクロール型圧縮機の運転時、軸を支承する潤滑剤付軸受の潤滑剤が該軸の回転による遠心力により凹状保持部の内周面側へ向けて飛散する。更に、前記軸と軸受との摺動発熱や旋回スクロールからの熱伝達等の熱影響により、凹状保持部内の圧力が上昇する。この圧力上昇により前記凹状保持部の内周面側へ向け飛散された潤滑剤が該凹状保持部の開口端側へと移動する。そのため、潤滑剤が前記凹状保持部内から漏出することを防止するために、前記凹状保持部の開口端には前記軸と摺接する接触型シール部材が配設されている。しかし、前記スクロール型圧縮機の高速運転時には、前記遠心力及び前記熱影響による圧力上昇が大きく、潤滑剤が飛散する速度が上がり、潤滑剤の運動エネルギーが大きくなるため、潤滑剤が前記接触型シール部材へ叩きつけられる力が大きくなる。この力により、潤滑剤が前記凹状保持部内から漏出し、前記軸受が潤滑不足になる虞がある。そこで、潤滑剤が前記接触型シール部材に叩きつけられる力が大きくなった時に前記凹状保持部内から漏出するのを防止するために、前記接触型シール部材を増加する方法が考えられる。しかし、前記接触型シール部材を増加し、該接触型シール部材と前記軸との摺接面積を増加させると、動力が増加するため前記スクロール型圧縮機の性能低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、前記軸受と前記接触型シール部材との間に非接触型シール部材を設けることにより、動力増加を招くことなく、前記スクロール型圧縮機の高速運転時に潤滑剤が前記凹状保持部から漏出することを防止し、前記軸受の耐久性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、固定スクロールに噛合う旋回スクロールを旋回させる駆動軸と、該駆動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の主凹状保持部と、前記駆動軸と摺接し前記主凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記駆動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、固定スクロールに噛合う旋回スクロールの自転を防止する従動軸と、該従動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の従凹状保持部と、前記従動軸と摺接し前記従凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記従動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、固定スクロールに噛合う旋回スクロールの自転を防止する従動軸と、該従動軸を支承する潤滑剤付軸受と、該軸受を保持する有底円筒状の従凹状保持部と、前記従動軸と摺接し前記従凹状保持部内の潤滑剤が漏出することを防止する接触型シール部材とを備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受と前記接触型シール部材との間には、前記従動軸と摺接しない非接触型シール部材が配設されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項１から３に記載の発明により、軸とシール部材との摺動による動力を増加させることなく、遠心力及び凹状保持部内の圧力上昇により飛散した潤滑剤を非接触型シール部材で堰き止めることができ、潤滑剤が接触型シール部材に叩きつけられる力を低減できる。更に、非接触型シール部材の内周面と該内周面に対応する軸の外周面との間隙が絞りとしての役目を果たすことにより、潤滑剤が接触型シール部材へと飛散する速度を低減し、運動エネルギーを低減することもできるため、潤滑剤が凹状保持部内から漏出するのを防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は３において、前記非接触型シール部材の内周面に対応する前記駆動軸の外周面には、ラビリンス溝が刻設されており、該ラビリンス溝は、前記駆動軸の回転方向に辿るにつれて前記主凹状保持部の円筒底部側から開口端部側へ移行する向きになっていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２又は３において、前記非接触型シール部材の内周面に対応する前記従動軸の外周面には、ラビリンス溝が刻設されており、該ラビリンス溝は、前記従動軸の回転方向に辿るにつれて前記従凹状保持部の円筒底部側から開口端部側へ移行する向きになっていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４又は５に記載の発明により、飛散された潤滑剤が、該非接触型シール部材の内周面と該内周面に対応する軸の外周面との間隙に入り込んだとき、ラビリンス溝のポンプ作用により潤滑剤を凹状保持部の円筒底部側へ押し戻す力が働くため、潤滑剤が接触型シール部材に叩きつけられる力を低減することができ、凹状保持部内より潤滑剤が漏出することを更に防止することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５において、前記スクロール型圧縮機は、燃料電池の電極に圧縮気体を供給するものであることを特徴としている。
【００１５】
燃料電池の電極に圧縮気体（水素、酸素又は空気等）を供給するようなスクロール型圧縮機の場合、その圧縮気体中に潤滑油等が僅かでも混合してしまうと電極を傷める虞がある。そのため、該スクロール型圧縮機に請求項１から５に記載の発明を用いることは、潤滑油による軸受の潤滑に依存せずに軸受の耐久性を確保するという点で、より好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態をあげ、図１から図３に基づいて具体的に説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態である燃料電池用スクロール型圧縮機（以下、単に圧縮機という）の断面図を示す。この図１に示すように該圧縮機は、圧縮機構部、クランク機構部、及び駆動モータ部からなり、燃料電池の酸素極に空気を圧送するものである。
【００１８】
前記圧縮機構部は、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とからなる。固定スクロール１１は、円盤状の固定基盤１１ａと、該固定基盤１１ａから立設した渦巻状の固定ラップ１１ｂと、固定ラップ最外壁１１ｃとからなる。そして、固定基盤１１ａと固定ラップ最外壁１１ｃとによりフロントハウジングが形成される。該フロントハウジング側面には空気を吸入するための吸入口１３ａが設けられており、固定基盤１１ａの中央には、燃料電池の酸素極に配管等で結合される吐出口１３ｂが設けられている。
【００１９】
旋回スクロール１２は、円盤状の旋回基盤１２ａと、該旋回基盤１２ａから立設した渦巻状の旋回ラップ１２ｂとからなり、旋回基盤１２ａの背面側中央には、ころ軸受１６ｂ（後述）を保持する有底円筒状の主凹状保持部１２ｃが設けられ、その外周側には３箇所以上（図面では１箇所のみ示す）に均等に配設され、ラジアルボールベアリング１７ｂ（後述）を支承する有底円筒状の従凹状保持部１２ｄが設けられている。
【００２０】
クランク機構部は、旋回スクロール１２に旋回運動（公転運動）を行わせる駆動クランク機構１４と、旋回スクロール１２の自転を防止する従動クランク機構１５とからなる。駆動クランク機構１４は、前述の主凹状保持部１２ｃと、駆動軸１６のクランクピン１６ａと、該クランクピン１６ａを支承する前記ころ軸受１６ｂとで構成される。該ころ軸受１６ｂが本発明における潤滑剤付軸受に相当し、その内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。主凹状保持部１２ｃの開口端にはクランクピン１６ａと摺接する接触型シール部材としてのリップシール１６ｃが配設されている。リップシール１６ｃところ軸受１６ｂとの間には、非接触型シール部材としてのリング１６ｄが、主凹状保持部１２ｃの円筒内周に圧入されている。リング１６ｄの内周面に対応するクランクピン１６ａの外周面にはラビリンス溝１６ｅが形成されている。
【００２１】
又、従動クランク機構１５は、前述の従凹状保持部１２ｄと、従動軸１７のクランクピン１７ａと、クランクピン１７ａを支承する前記ラジアルボールベアリング１７ｂとで構成される。該ラジアルボールベアリング１７ｂが本発明における潤滑剤付軸受に相当し、その内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。従凹状保持部１２ｄの開口端には接触型シール部材としてのリップシール１７ｃが配設されている。リップシール１７ｃとラジアルボールベアリング１７ｂとの間には、非接触型シール部材としてのリング１７ｄが、従凹状保持部１２ｄの円筒内周に圧入されている。リング１７ｄの内周面に対応するクランクピン１７ａの外周面にはラビリンス溝１７ｅが形成されている。
【００２２】
又、旋回スクロール１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消すために、駆動軸１６にはバランスウエイト１６ｆが、従動軸１５にはバランスウエイト１７ｆが設けられており、振動の低減化が図られている。
【００２３】
このクランク機構部は、後述する駆動モータ部と共にセンターハウジング１８内に収納され、クランク機構部と駆動モータ部とはセンターハウジング１８の略中央に一体成形された支持フレーム１９により仕切られている。
【００２４】
駆動モータ部は、センターハウジング１８と、該センターハウジング１８にボルト固定されたリアハウジング２０と、それらの間で駆動モータ２１を収納するモータ室とにより構成される。まず、駆動モータ２１は、該駆動モータ２１の中央を貫通する駆動軸１６と、この駆動軸１６に嵌入されたロータ２２と、更にその外周側に設けられ、コイル２３が巻回されたステータ２４とからなるインダクションモータである。従って、駆動モータ２１は、図示しないインバータにより回転数等が制御され得る。更に、この駆動モータ２１を覆うセンターハウジング１８には、ステータ２４の位置に合わせてウォータジャケット２５が設けられており、駆動モータ２１が冷却水により冷却されるようになっている。
【００２５】
駆動モータ２１に電力が供給されると、駆動軸１６が回転し、駆動クランク機構１４を介して旋回スクロール１２が固定スクロール１１と噛み合いつつ旋回する。そして、吸入口１３ａから固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間に形成された圧縮室１３ｃに空気が吸入され、旋回スクロール１２の旋回と共にこの吸入空気が圧縮され、吐出口１３ｂから吐出されて、燃料電池の酸素極に圧縮空気が供給される。
【００２６】
次に本発明の要部である主凹状保持部１２ｃ、従凹状保持部１２ｄ内の構造について、要部拡大図である図２及び図３を用いて詳細に説明する。
【００２７】
主凹状保持部１２ｃ内において、ころ軸受１６ｂとリップシール１６ｃとの間には、アルミ製のリング１６ｄが主凹状保持部１２ｃの円筒内周に圧入されている。リング１６ｄは駆動軸１６と摺接しておらず、該リング１６ｄの内周面に対応する駆動軸１６の外周面にはラビリンス溝１６ｅが刻設されている。ラビリンス溝１６ｅの螺旋の向きは図３に示すように、駆動軸１６の回転方向Ｒに辿るにつれて主凹状保持部１２ｃの円筒底部側（図３における左側）から開口端部側（図３における右側）へ移行する向きとなっている。
【００２８】
前記圧縮機の運転時、駆動軸１６の回転に伴う遠心力により、ころ軸受１６ｂ内に封入されたグリースは主凹状保持部１２ｃ内の内周面に向け飛散される。更に、駆動軸１６ところ軸受１６ｂとの摺動発熱や旋回スクロール１２からの伝達熱等の熱影響を受け、主凹状保持部１２ｃ内の圧力が上昇する。そのため、遠心力により飛散されたグリースは主凹状保持部１２ｃの開口端方向へと移動する。つまり、前記遠心力及び前記熱影響による圧力上昇によって、主凹状保持部１２ｃ内のグリースは図２中の矢印Ａ方向へと飛散されることとなる。前記圧縮機が高速運転になる程、前記遠心力及び前記熱影響による圧力上昇が大きくなるため、飛散されるグリースの速度が上がり、グリースの運動エネルギーが大きくなる。
【００２９】
しかし、この飛散されたグリースは、リング１６ｄによって堰き止められるため、前記運動エネルギーが低減される。又、飛散されたグリースが、主凹状保持部１２ｃの内周面に当たり跳ね返ったり、駆動軸１６の回転により巻き込まれたりして、リング１６ｄの内周面と駆動軸１６の外周面との間隙に入ったときには、該間隙が絞りの役目を果たしてグリースの飛散速度を低減する。更に、ラビリンス溝１６ｅのポンプ作用により、グリースを主凹状保持部１２ｃの円筒底部方向（図２における左方向）へと押し返す力が働くため、更にグリースの飛散速度を低減し、運動エネルギーを低減することができる。これにより、飛散した潤滑剤がリップシール１６ｃより漏出するのを防止することができ、ころ軸受１６ｂの耐久性を向上させ、前記圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【００３０】
従凹状保持部１２ｄ内についても主凹状保持部１２ｃ内と同様である。つまり、従凹状保持部１２ｄ内において、ラジアルボールベアリング１７ｂとリップシール１７ｃとの間には、アルミ製のリング１７ｄが従凹状保持部１２ｄの円筒内周に圧入されている。リング１７ｄは従動軸１７と摺接しておらず、該リング１７ｄの内周面に対応する従動軸１７の外周面にはラビリンス溝１７ｅが刻設されている。ラビリンス溝１７ｅの螺旋の向きはラビリンス溝１６ｅと同様の向きとなっている。
【００３１】
前記圧縮機の運転時、従動軸１７の回転に伴う遠心力と、熱影響による圧力上昇とにより、ラジアルボールベアリング１７ｂ内に封入されたグリースは図２中の矢印Ｂ方向へと飛散されることになる。
【００３２】
しかし、この飛散されたグリースは、リング１７ｄによって堰き止められるため、前記運動エネルギーが低減される。又、飛散されたグリースが、従凹状保持部１２ｄの内周面に当たり跳ね返ったり、従動軸１７の回転により巻き込まれたりして、リング１７ｄの内周面と従動軸１７の外周面との間隙に入ったときには、該間隙が絞りの役目を果たしてグリースの飛散速度を低減する。更に、ラビリンス溝１７ｅのポンプ作用により、グリースを従凹状保持部１２ｄの円筒底部方向（図２における左方向）へと押し返す力が働くため、更にグリースの飛散速度を低減し、運動エネルギーを低減することができる。これにより、飛散した潤滑剤がリップシール１７ｃより漏出するのを防止することができ、ラジアルボールベアリング１７ｂの耐久性を向上させ、前記圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、以下の態様でも実施できる。
【００３４】
・リング１６ｄ、１７ｄは本実施形態ではアルミ製であるが、鉄、真鍮等他種金属製であっても構わないし、ゴム製であっても構わない。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、圧縮機の運転時に軸の回転に伴う遠心力及び熱影響に伴う凹状保持部内の圧力上昇により軸受内の潤滑剤が飛散した際、潤滑剤が凹状保持部内から漏出するのを防止することができる。又、軸と摺接する接触型シール部材を増加させる必要が無いため、圧縮機の性能低下を招くことなく、軸受の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるスクロール型圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施形態の要部拡大断面図
【図３】ラビリンス溝部の要部拡大断面図
【図４】従来技術におけるスクロール型圧縮機の断面図
【図５】従来技術におけるスクロール型圧縮機の拡大断面図
【符号の説明】
１１…固定スクロール、１２…旋回スクロール、１２ｃ…主凹状保持部、１２ｄ…従凹状保持部、１６…駆動軸、１７…従動軸、１６ａ，１７ａ…クランクピン、１６ｂ…ころ軸受、１７ｂ…ラジアルボールベアリング、１６ｃ，１７ｃ…リップシール、１６ｄ，１７ｄ…リング、１６ｅ，１７ｅ…ラビリンス溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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