(57)【要約】【課題】  旋回スクロールの鏡板背面の外周部に、該旋回スクロールの自転を防止するための自転防止機構が設けられている構造のスクロール型圧縮機の場合、前記旋回スクロール鏡板の熱膨張により、駆動軸の中心軸線に対して前記自転防止機構を構成するクランクピンが傾斜する。そして、前記クランクピンの傾斜が、該クランクピンを支承する軸受が許容できる傾斜範囲を超えると、該軸受は前記旋回スクロールの公転駆動時にクランクピンよりモーメント荷重を受け、信頼性が低下してしまう。【解決手段】  軸受の内周又は外周に球面軸受を配設することにより、クランクピンの傾斜に伴って球面軸受が傾動し、軸受の内レースが傾動することがないため、軸受にかかるモーメント荷重を低減できる。従ってスクロール型圧縮機の信頼性を向上させることができる。【選択図】  図２
2005233093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールに噛合うことで圧縮室を形成する旋回スクロールと、
該旋回スクロール背面の外周部に形成された保持部と、
該保持部内に配設された軸受と、
該軸受に支承され、前記旋回スクロールの自転を防止するクランクピンと
を備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受の内周もしくは外周に球面軸受を配設し、該球面軸受及び前記軸受によって前記クランクピンを支承することを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
前記軸受は、複列アンギュラ玉軸受であ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３】
前記軸受は、アンギュラ玉軸受と針状ころ軸受との複合軸受であ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】
前記スクロール型圧縮機は、車両用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３のいずれか一項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、スクロール型圧縮機に関し、特に旋回スクロール背面に配設される自転防止機構に用いられる軸受構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール型圧縮機に用いられるクランクピンの支持構造としては、例えば特開２００３−４２０７６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５の拡大断面図に示すように、駆動スクロール１０１及び従動スクロール１０２の各々の外周部は、互いに偏心した２つの軸部１０３ａ、１０３ｂを有するクランクピン１０３により複数箇所で互いに連結されている。そしてスクロール型圧縮機の運転時、駆動スクロール１０１及び従動スクロール１０２はクランクピン１０３により自転を阻止された状態で同期公転駆動する。
【０００４】
クランクピン１０３の駆動スクロール１０１側の軸部１０３ａは、自動調心玉軸受１０４によって駆動スクロール１０１に回転自在に支持されていると共に、クランクピン１０３の従動スクロール１０２側の軸部１０３ｂは、ラジアル玉軸受１０５によって従動スクロール１０２に回転自在に支持されている。自動調心玉軸受１０４は、リング状の外レース１０６と、この外レース１０６より小径の内レース１０７との間に玉１０８が２列に介装され、軸受面がクランクピン１０３の傾斜に応じて向きを変えるようになっている。
【０００５】
従って、クランクピン１０３が横ブレ回転しても、この横ブレ回転に自動調心玉軸受１０４の軸心が追従することにより、自動調心玉軸受１０４に無理な力が作用するのを回避して軸受の破損を防止することができ、スクロール型圧縮機の寿命を向上させて信頼性を高めることができる。
【０００６】
又、前記自動調心玉軸受１０４のほかにアンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受も開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４２０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、スクロール型圧縮機の運転時クランクピンの軸受には、流体等の圧縮によって発生するアキシアル荷重と、クランクピンの傾斜によりスクロール回転時に発生するモーメント荷重とがかかる。自動調心玉軸受はクランクピンの傾斜に応じて軸受面の向きが変わるためモーメント荷重を低減することはできるが、アキシアル荷重に対する負荷容量は小さい。従ってスクロール型圧縮機に使用するためには、自動調心玉軸受の体格を大きくし、前記負荷容量を大きくする必要があるが、自動調心玉軸受の体格を大きくするとスクロールも体格を大きくしなければならない。しかしスクロールの体格を大きくすると流体の圧縮に伴う圧縮反力を受ける面積も増大し、従って軸受にかかるアキシアル荷重も増大する。このため、前記負荷容量とアキシアル荷重とのバランスを見極めて自動調心玉軸受の体格を決定しなければならず、設計が非常に困難なものとなっている。
【０００８】
又、自動調心ころ軸受は自動調心玉軸受と同様、クランクピンの傾斜に応じて軸受面の向きが変わるためモーメント荷重を低減することはできる。しかし、流体等の吸入圧力や吐出圧力の増大により圧縮反力が増大し、アキシアル荷重がラジアル荷重に対してある比率（運転条件によって異なるがおよそ６０％）以上になると、アキシアル荷重のかからない側のころが転動せずにすべり出す。このすべりにより、ころと軸との摺動発熱が増大するため、潤滑剤の劣化等を引き起こし信頼性の低下する要因となっている。
アンギュラ玉軸受及び円錐ころ軸受は、アキシアル荷重に対する負荷能力は高いが、軸受面の向きは設計段階で設定した向きに固定されるため、クランクピンの傾斜によるモーメント荷重に対する信頼性が低い。ただ、前記背景技術のように駆動スクロール１０１及び従動スクロール１０２の各鏡板１０９、１１０の外周部が、クランクピン１０３により互いに連結されているような構造のスクロール型圧縮機の場合、駆動スクロール鏡板１０９及び従動スクロール鏡板１１０の熱膨張量は略等しく、駆動軸の中心軸線Ｏ１に対するクランクピン１０３の傾斜は小さい。よってモーメント荷重も小さく、アンギュラ玉軸受もしくは円錐ころ軸受を用いることにより、スクロール型圧縮機の信頼性を向上させることができる。
これに対して、旋回スクロール（駆動スクロール）の鏡板背面の外周部に、該旋回スクロールの自転を防止するための自転防止機構が設けられている構造のスクロール型圧縮機の場合、前記旋回スクロール鏡板が、該鏡板の径方向に対して熱膨張すると、前記自転防止機構を構成するクランクピンの２つの軸部の内、前記旋回スクロール側の軸部は前記鏡板の外周方向に対して移動する。一方、前記クランクピンの他方の軸部を支承するハウジングは、圧縮室から離れていることもあり、熱膨張量が旋回スクロールに対して小さい。
従って、駆動軸の中心軸線に対する前記クランクピンの傾斜は、旋回スクロール鏡板の熱膨張による影響が非常に大きく、それに伴ってモーメント荷重も非常に大きくなる。そのため、前記アンギュラ玉軸受もしくは円錐ころ軸受をクランクピンの軸受として用いてもスクロール型圧縮機の信頼性を向上させるに至らない。
【０００９】
本発明の目的は、旋回スクロールの自転を防止するクランクピンにおいて、クランクピンの傾斜により発生するモーメント荷重に対して信頼性の高い軸受構造を採用することにより、スクロール型圧縮機の信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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ことで圧縮室を形成する旋回スクロールと、
該旋回スクロール背面の外周部に形成された保持部と、
該保持部内に配設された軸受と、
該軸受に支承され、前記旋回スクロールの自転を防止するクランクピンと
を備えたスクロール型圧縮機において、
前記軸受の内周もしくは外周に球面軸受を配設し、該球面軸受及び前記軸受によって前記クランクピンを支承することを特徴としている。
【００１１】
本発明により、運転時の圧縮熱のため旋回スクロールが熱膨張した際、球面軸受が駆動軸の中心軸線に対するクランクピンの傾斜に追従することにより、軸受にかかるモーメント荷重を低減することができるため、スクロール型圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は請求項１において、前記軸受は、複列アンギュラ玉軸受であることを特徴としている。
【００１３】
複列アンギュラ玉軸受は、安価である上、軸受の内レースと外レースとの間に封入されている潤滑剤を漏出させないようなシール構造を備えている。従って、保持部に別途シール部材を設ける必要がなくなり、構造を簡素化できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は請求項１において、前記軸受は、アンギュラ玉軸受と針状ころ軸受との複合軸受であることを特徴としている。
【００１５】
本発明により、軸受の内レースと外レースとの間の幅を小さくすることができ、保持部を小型化することができる。もしくは、球面軸受の設計自由度を大きくとることができるため、よりクランクピンの傾斜を許容できる範囲を広くとることができ、モーメント荷重に対する安全率を向上することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は請求項１から３のいずれかにおいて、前記スクロール型圧縮機は、車両用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。
【００１７】
車両用燃料電池の電極に圧縮気体（水素、酸素又は空気）を供給するようなスクロール型圧縮機の場合、大径円盤状の旋回スクロールが使われている。つまり、旋回スクロール鏡板が熱膨張した際、クランクピンにおける旋回スクロール側の軸部の移動量が非常に大きく、このようなスクロール型圧縮機に、請求項１から３に記載の発明を採用することは、軸受にかかるモーメント荷重の低減に対してより好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、運転時の圧縮熱のため旋回スクロールが熱膨張した際、球面軸受が駆動軸の中心軸線に対するクランクピンの傾斜に追従することにより、軸受にかかるモーメント荷重を低減することができるため、信頼性の高いスクロール型圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例を詳細に説明する。
【００２０】
図１に本発明の実施例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、駆動モータ部、圧縮機構部、クランク機構部とからなり、燃料電池の酸素極に空気を圧送するものである。
【００２１】
前記駆動モータ部は、センターハウジング１１と、該センターハウジング１１にボルト固定されたリアハウジング１２と、それらの間で駆動モータ１３を収納するモータ室１４とにより構成される。駆動モータ１３は、該駆動モータ１３の中央を貫通する駆動軸としての駆動クランクピン１５と、該駆動クランクピン１５に嵌入されたロータ１６と、更にその外周側に設けられ、コイル１７が巻回されたステータ１８とからなる同期モータである。従って、駆動モータ１３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。そして、駆動モータ１３を覆うセンターハウジング１１には、ステータ１８の位置に合わせてウォータジャケット１９が設けられており、駆動モータ１３が冷却水により冷却されるようになっている。
【００２２】
なお、駆動クランクピン１５は、駆動ピン１５ａ、１５ｂにより形成され、駆動ピン１５ａの中心軸線Ｏａと駆動ピン１５ｂの中心軸線Ｏｂとは互いに平行にずれている。そして、駆動ピン１５ｂが駆動モータ１３の中央を貫通しており、駆動ピン１５ｂのフロント側は玉軸受２０ａにより支承され、リア側はリアハウジング１２の中央にて玉軸受２０ｂにより支承されるとともに、シール２０ｃにより密閉されている。
【００２３】
前記圧縮機構部は、固定スクロール２１と、旋回スクロール２２と、固定スクロール２１と旋回スクロール２２とが噛合うことにより形成された圧縮室２３とからなる。固定スクロール２１は、円盤状の固定鏡板２１ａと、該固定鏡板２１ａから立設した渦巻状の固定ラップ２１ｂと、固定ラップ最外壁２１ｃとからなる。そして、固定鏡板２１ａと固定ラップ最外壁２１ｃ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圧縮室２３内に空気を吸入するための吸入口２３ａが設けられており、固定鏡板２１ａ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２３ｂが設けられている。
【００２４】
旋回スクロール２２は、円盤状の旋回鏡板２２ａと、該旋回鏡板２２ａから立設した渦巻状の旋回ラップ２２ｂとからなり、旋回鏡板２２ａの背面中央には、駆動クランクピン１５の駆動ピン１５ａを支承するころ軸受２４を保持する有底円筒状の凹部２２ｃが設けられ、旋回鏡板２２ａ背面の外周部には３箇所（図面では１箇所のみを示す）に均等に配設され、軸受としての複列アンギュラ玉軸受２５を保持する有底円筒状の保持部２２ｄが設けられている。
【００２５】
前記クランク機構部は、旋回スクロール２２に旋回運動（公転運動）を行わせる駆動クランク機構２６と、旋回スクロール２２の自転を防止する従動クランク機構２７と、それらを収納するクランク室２８とからなる。そして、このクランク機構部は前記駆動モータ部とともにセンターハウジング１１内に収納され、該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１１の略中央に一体形成されて配設された支持フレーム２９により仕切られている。
【００２６】
駆動クランク機構２６は、凹部２２ｃと、駆動クランクピン１５と、ころ軸受２４とで構成され、駆動ピン１５ａのフロント側が凹部２２ｃ内のころ軸受２４に保持されている。従動クランク機構２７は、旋回スクロール２２の自転を防止するクランクピンとしての従動クランクピン３０と、保持部２２ｄと、複列アンギュラ玉軸受２５と、複列アンギュラ玉軸受２５の内周に配設された球面軸受３１と、従動クランクピン３０のリア側を支承する複列のラジアル玉軸受３２とで構成される。そして、ラジアル玉軸受３２及び前記玉軸受２０ａは、支持フレーム２９に嵌入されている。なお、旋回スクロール２２の旋回時に生じるモーメントを打ち消すために、駆動クランクピン１５にはバランスウェイト１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが、従動クランクピン３０にはバランスウェイト３０ａが設けられており、振動の低減化が図られている。
【００２７】
駆動モータ１３に電力が供給されると、駆動クランクピン１５が回転し、駆動クランク機構２６を介して旋回スクロール２２が固定スクロール２１と噛合いつつ旋回する。そして、吸入口２３ａから圧縮室２３に空気が吸入され、旋回スクロール２２の旋回と共にこの吸入空気が圧縮され、吐出口２３ｂ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。
【００２８】
次に本発明の要部について詳細に説明する。なお、図２は要部拡大図である。
【００２９】
図２に示すように、従動クランクピン３０は、従動ピン３０ｂ、３０ｃにより形成されている。従動ピン３０ｂの中心軸線Ｏｃと従動ピン３０ｃの中心軸線Ｏｄとは互いに平行にずれており、又、組み付け時には駆動ピン１５ａ、１５ｂの中心軸線Ｏａ、Ｏｂと略平行となっている。
【００３０】
複列アンギュラ玉軸受２５は、その外レース２５ａが保持部２２ｄ内に圧入されることにより配設されており、球面軸受３１は、その外レース３１ａが複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂ内周に圧入されることにより保持されている。従って、旋回スクロール２２側の従動ピン３０ｂは、球面軸受３１の内レース３１ｂ内周に挿通された状態で、複列アンギュラ玉軸受２５及び球面軸受３１により保持部２２ｄ内にて保持されている。
【００３１】
前記圧縮機の運転時、吸入気体の圧縮によって圧縮室２３内は高温となる。これに伴い旋回スクロール２２の旋回鏡板２２ａは、旋回鏡板２２ａの外周方向（図中矢印方向；図面上側方向）へ熱膨張し、その熱膨張により従動クランクピン３０は、中心軸線Ｏａ、Ｏｂに対して図３に示すように傾斜する。そして、この従動クランクピン３０の傾斜に対して球面軸受３１の内レース３１ｂは傾動し、複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂは傾くことがない。従って、複列アンギュラ玉軸受２５にかかるモーメント荷重は低減される。
【００３２】
しかし、一般的に球面軸受内周と軸外周との摺動に対する球面軸受の信頼性は低く、高速回転には適していない。それに対し、球面軸受３１を複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂ内周に配設することで、旋回スクロール２２の公転運動に伴い複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂが球面軸受３１と一体で転がり回転し、球面軸受３１の内レース３１ｂ内周と従動クランクピン３０の外周との摺動はほとんどないため、高速回転に対する信頼性を確保している。
【００３３】
従って、本実施例においては、以下のような効果がある。
（１）旋回鏡板２２ａの熱膨張による従動クランクピン３０の傾斜量に応じて、球面軸受３１の内レース３１ｂが傾動することにより、複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂが傾斜することを防止するため、複列アンギュラ玉軸受２５にかかるモーメント荷重が低減され、前記圧縮機の信頼性を向上させることができる。
（２）旋回スクロール２２の公転運動時、複列アンギュラ玉軸受２５の内レース２５ｂが球面軸受３１と一体となって転がり回転する。従って、球面軸受３１の内レース３１ｂ内周と従動ピン３０ｂの外周との摺動を抑制することができ、高速運転時においても球面軸受３１の信頼性が損なわれることはなく、あらゆる運転条件に対する前記圧縮機の信頼性を確保することができる。
（３）複列アンギュラ玉軸受２５は外レース２５ａと内レース２５ｂとの間に封入される潤滑剤を自らシールできる構造となっている。従って、保持部２２ｄから潤滑剤が逃げないための別体のシール部材を保持部２２ｄ内に設ける必要がなくなり、構造を簡素化することができる。
【００３４】
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。
（１）図４に示すように、保持部２２ｄ内に配設される従軸受として、アンギュラ玉軸受と針状ころ軸受との複合軸受３３を用いても良い。この場合、複合軸受３３の外レース３３ａと内レース３３ｂとの間の幅を、アンギュラ玉軸受２５の外レース２５ａと内レース２５ｂとの間の幅と比較して小さくすることができるため、保持部２２ｄを小型化できる。もしくは小型化されたスペースの分、球面軸受３１の設計自由度を大きくとることができるため、より従動クランクピン３０の傾斜を許容できる範囲を広くとることができ、モーメント荷重に対する安全率を向上することができる。
（２）従軸受として複列アンギュラ玉軸受２５もしくは複合軸受３３を例示したが、これらに限らず、例えば深溝玉軸受や円錐ころ軸受等、アキシアル荷重に対する負荷能力の高い軸受を従軸受として用いてもよい。この場合においても、従動クランクピンの傾斜に伴って球面軸受が傾動することにより、従軸受にかかるモーメント荷重を低減し、スクロール型圧縮機の信頼性を向上することができる。
（３）本実施例では従軸受の内周に球面軸受を配設したが、従軸受の外周側に球面軸受を配設してもよい。この場合、旋回鏡板の熱膨張に伴い球面軸受の内レースが傾動し、従動クランクピン及び従軸受は一体的に傾斜することにより、従軸受の内レースは従軸受の外レースに対して傾斜することがないため、従動軸にかかるモーメント荷重を低減することができる。又、旋回スクロールの公転運動時には、従軸受の内レースが従動クランクピンに対して転がり回転するため、従軸受外周と球面軸受内周との摺動が抑制され、高速回転に対する球面軸受の信頼性を確保している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例における圧縮機の断面図。
【図２】本実施例における要部拡大断面図。
【図３】本実施例における要部拡大断面図。
【図４】別例における要部拡大断面図。
【図５】背景技術における要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００３６】
２２…旋回スクロール、２２ａ…旋回鏡板、２２ｄ…保持部、２５…複列アンギュラ玉軸受、２７…従動クランク機構、３０…従動クランクピン、３０ｂ,ｃ…従動ピン、３１…球面軸受、３１ａ…外レース、３１ｂ…内レース、３３…複合軸受、Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ…中心軸線
【図１】
2005233093.tif 000003
【図２】
2005233093.tif 000004
【図３】
2005233093.tif 000005
【図４】
2005233093.tif 000006
【図５】
2005233093.tif 000007