| 【発明の名称】 |
スクロール型圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】小川 博史
【氏名】野々部 康宏
【氏名】原田 基生
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| 【要約】 |
【課題】グリース封入式の軸受を備えているスクロール型圧縮機において軸受のリップシールから生じるグリースの漏洩を確実に防止すること。
【解決手段】運転中に吐出圧力によって高圧となる吐出圧力室２４，２５に隣接している軸受５，６，１２に設けられたリップシール３１，３３，３５及び３６が、従来のものとは逆方向に、即ち、グリースを収容している各軸受の内部空間２９，３２，３４の圧力よりも各軸受の外部（吐出圧力室２４，２５）の圧力の方が高くなったときに、高圧の流体が軸受の外部から軸受の内部空間へ侵入するのを阻止する方向に取り付けられる。それによって、高圧の流体の侵入によるグリースの劣化や、リップシールによって高圧の流体が軸受の内部空間に閉じ込められて、圧縮機が運転を停止しているときに徐々にグリースを押し出すことによる軸受の性能低下、更には吐出流体の汚染等を防止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられて軸方向に突出する固定の渦巻き形の羽根と、前記固定の渦巻き形の羽根に噛み合うように可動の端板部分から軸方向に突出する渦巻き形の羽根を具えているロータと、前記ロータを回転自由に支持する軸受と、前記ロータを公転させるために前記軸受を介して前記可動の端板部分を軸支する偏心軸部を具えている駆動軸と、前記駆動軸を前記ハウジングによって回転自由に軸支するために前記ハウジングに設けられた１個以上の軸受とを備えていて、それらの軸受のうちの少なくとも１つがグリース封入式の軸受であり、且つその軸受の内部空間に封入されたグリースを密閉するためにリップシールを備えているものであって、前記リップシールが、前記軸受のグリースを収容している内部空間の圧力よりも前記軸受の外部の圧力の方が高くなったときに、高圧の流体が前記軸受の外部から前記軸受の内部空間へ侵入するのを阻止する方向に取り付けら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】 請求項１において、前記軸受の内部空間が連通孔を介して低圧部分と連通していることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項３】 請求項２において、前記連通孔が前記駆動軸に穿孔された穴であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】 請求項２または３において、前記低圧部分が大気圧の空間であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ロータの端板部分の前後両面に軸方向に突出する渦巻き形の羽根が設けられており、それらと噛み合うように前記ハウジング側にも２つの面から軸方向に突出する渦巻き形の羽根がそれぞれ設けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスクロール型圧縮機に係り、特に駆動軸やロータ等を軸支するためにグリース封入式の軸受を備えているスクロール型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平９−１２６１６３号公報に記載されているように、スクロール型圧縮機においては駆動軸やロータ等を軸支するためにグリース封入式の軸受がよく使用されている。グリース封入式の軸受は、内部の転動ローラやボール等を潤滑するために半固形の潤滑剤であるグリースを予め封入したものであって、軸受温度の上昇によってグリースが液化したようなときに、軸受の内外或いは両側の間に作用する圧力差によってグリースが軸受の内部から流出して、圧縮機が取り扱う被圧縮流体に混入することによりそれを汚染するとか、軸受がグリース切れになって軸受の性能が低下する恐れがあるので、グリース封入式の軸受には軸受の内部と外部との間を遮断するリップ式のシールが設けられる。
【０００３】良く知られているように、リップ式のシールは圧力差によってシールリップをそれが対向しているシート面に押し付けて流体を遮断するものであるから、その作用には方向性があり、シールリップをシート面に押し付ける方向に圧力差が作用するときは効果的にシール作用をする反面、それとは反対の方向に圧力差が作用した場合には殆どシール作用をしないという性質がある。そこで、従来のグリース封入式の軸受におけるリップ式のシールにおいては、軸受内部の圧力が軸受外部の圧力よりも高くなったときにシールリップがシート面に押し付けられて、軸受内部のグリースが軸受外部へ流出するのを防止することができるようにシールリップの方向を設定している。
【０００４】ところが、スクロール型圧縮機のような流体圧縮機における吐出圧力室のように、吐出圧としての高い流体圧力を受ける高圧部に配置されているグリース封入式の軸受は、圧縮機の運転中に軸受外部の圧力が軸受内部の圧力よりも高くなる状態で使用される。従って、運転中に軸受外部の高圧の流体、即ちその圧縮機によって圧縮された流体が軸受内部へ侵入することになり、それによって軸受内部のグリースが劣化する恐れがあるだけでなく、運転を停止したときに軸受外部の高圧の流体が大気圧まで降下しても、軸受内部にはリップ式のシールの作用によって高圧の流体が閉じ込められたままの状態になるから、この状態で長時間放置すると、軸受内部のグリースがシールリップをかい潜って軸受外部、即ち運転中に高圧部となる空間へ徐々に滲み出るという問題が発生する。
【０００５】もしこのようにしてグリースが軸受から洩れ出ると、運転中に圧縮機から吐出される流体にグリースが混入するので、吐出流体の清浄さが要求されるもの、例えば、燃料電池の空気供給システム等においては重大な支障を来すことになる。また当然のこととして、このような原因でグリースが失われた軸受はその性能が低下して、関連する他の問題を起こすことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、スクロール型圧縮機において実際に起きている軸受のグリースの漏洩の実態とその原因を解明することにより、それらの軸受に設けられるシールリップの方向の設定を簡単に改良して、グリース封入式の軸受からのグリースの漏洩を確実に防止することができる新規な手段を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を解決するために特許請求の範囲の請求項１に記載されたスクロール型圧縮機を提供する。
【０００８】本発明によれば、スクロール型圧縮機に使用されるグリース封入式の軸受においてその内部空間を密閉するために設けられるリップシールが、内部空間の圧力よりも軸受の外部の圧力の方が高くなったときに、高圧の流体が軸受の外部から軸受の内部空間へ侵入するのを阻止する方向に取り付けられるので、運転中に高圧の流体が軸受の内部空間へ侵入してグリースを劣化させたり、リップシールによって軸受の内部空間に閉じ込められるのを防止することができるから、運転を停止している状態において軸受の内部空間からグリースが洩れ出ることを確実に防止して、軸受の性能が低下したり吐出流体中にグリースが混入するのを予防することができる。
【０００９】更に、グリース封入式の軸受の内部空間を連通孔を介して大気圧空間のような低圧の部分と連通しておけば、軸受の内部空間が軸受外部に対して高圧となることがないので、本発明の様式によって取り付けられたリップシールが確実に作用して、軸受外部の高圧の流体が軸受の内部空間へ侵入するのを防止することができるだけでなく、軸受の内部空間から軸受外部へグリースを押し出す高圧が軸受内部に発生するのを確実に阻止することができる。
【００１０】本発明は、ロータの端板部分の前後両面に軸方向に突出する渦巻き形の羽根が設けられていると共に、それらと噛み合うようにハウジング側にも２つの面から軸方向に突出する渦巻き形の羽根がそれぞれ設けられている形式のスクロール型圧縮機において実施するのが最も好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態の構成と作動を図１を用いて説明する。図示実施形態のスクロール型圧縮機１は、図示しない通しボルトによって相互に締結されて一体のハウジングを形成するフロントハウジング２とリアハウジング３の内部に構成される。ハウジング２，３の概ね中心を通る駆動軸４は、前側の軸受５と後側の軸受６を介してハウジング２，３によって回転自由に軸支される。そのためにフロントハウジング２には軸受５を受け入れるための概ね円筒状の軸受支持部７が形成されていると共に、リアハウジング３には軸受６を受け入れるための有底カップ状の軸受支持部８が形成されている。なお、後側の軸受支持部８の周囲は吐出ポート９となっているので、軸受支持部８は図示しない複数個の半径方向のリブによってリアハウジング３のボス部１０の内面に連結されている。
【００１２】駆動軸４の中間部分にはその軸心に対して所定の量だけ偏心している偏心軸部１１が形成されている。偏心軸部１１には軸受１２が装着されていて、それによってロータ１３の中心の円筒形のボス部１４を軸支している。図示実施形態のロータ１３はボス部１４と直交する方向に拡がる端板部分１５と、端板部分１５の前後両面から軸方向に突出するように形成された渦巻き形の羽根（ラップ）１６及び１７を具えている。これらロータ１３の前後の渦巻き形の羽根１６，１７と協働するように、フロントハウジング２及びリアハウジング３の内面には軸方向に突出する固定の渦巻き形の羽根（ラップ）１８及び１９が形成されていて、それらの渦巻き形の羽根が相互に噛み合うことによって軸方向に見たときに三日月状に見える閉じた作動室２０，２１が多数形成される。
【００１３】作動室２０，２１が外側に向かって開くハウジング２，３内の周辺部には共通の吸入圧力室２２が形成されていて、吸入圧力室２２は吸入ポート２３を介して圧縮前の低圧の流体を受け入れることにより、作動室２０，２１内へ低圧の被圧縮流体を吸入させることができる。これに対して作動室２０，２１が内側に向かって開くハウジング２，３の中心部の駆動軸４の周囲には吐出圧力室２４，２５が形成される。左右の吐出圧力室２４，２５は図示しない通路によって相互に連通していると共に、作動室２０，２１内において圧縮された高圧の流体を前述の吐出ポート９を介して目的の機器へ供給する。
【００１４】よく知られているように、作動室２０，２１内へ吸入された被圧縮流体は、ロータ１３が駆動軸４の偏心軸部１１によって偏心運動を強制されると共に、何らかの自転防止手段によって自転を阻止されることにより駆動軸４の周りに公転のみをするときに、可動のロータ１３の渦巻き形の羽根１６，１７と、ハウジング２，３の固定の渦巻き形の羽根１８，１９との間に形成された三日月形の作動室２０，２１が、ロータ１３の周辺部から中心部に向かって連続的に容積を縮小しながら移動して行くために、作動室２０，２１の中で圧縮されて高圧となる。そして圧縮された高圧の流体は、作動室２０，２１がロータ１３の中心部へ到達して吐出圧力室２４，２５に向かって開いたときに、吐出ポート９を通じてそれを必要とする機器へ送出される。
【００１５】なお、２６はロータ１３の偏心運動に伴う振動を低減させるために駆動軸４に設けられたバランスウエイトであって、駆動軸４の軸心に対して偏心している偏心軸部１１や、それによって支持されているロータ１３等の偏心質量の大きさ及び方向に対応するように駆動軸４に取り付けられている。２７は駆動軸４の軸端部２８に取り付けられた伝動用のプリーであって、図示しないベルトが巻き掛けられることによって回転動力を外部から駆動軸４へ伝達する。
【００１６】図示実施形態において、駆動軸４を軸支する前後の軸受５，６及びロータ１３を軸支する軸受１２はいずれもグリース封入式の軸受となっている。まず、駆動軸４の左端を軸支している軸受５は、その内部空間２９が前後のリップシール３０，３１によって密閉されている。駆動軸４の右端の軸受６の内部空間３２は、前述のようにカップ状の軸受支持部８の内部に形成されているために有底であるから、唯１個のリップシール３３のみによって密閉されている。また、ロータ１３を軸支する軸受１２の内部空間３４は前後のリップシール３５，３６によって密閉されている。そして、各軸受の内部空間２９，３２，３４にはグリースが封入されている。なお、各リップシールは耐油性及び耐摩耗性に富む合成樹脂から製造される。
【００１７】前述のようなスクロール型圧縮機１の作動によって、吐出圧力室２４，２５は運転中に高圧となるので、吐出圧力室２４，２５に面して取り付けられている４個のリップシール３１，３３，３５，３６は、吐出される高圧の流体によって高い圧力を受けている。そこで図示実施形態のスクロール型圧縮機１においては、これら４個のリップシールが、いずれも吐出圧力室２４，２５の高圧の流体が各軸受の内部空間２９，３２，３４内へ侵入しないように、高圧の外部空間、すなわち吐出圧力室２４，２５から各軸受の内部空間に向って断面形の中央部分が突出する形となるように、各リップシール３１，３３，３５，３６が取り付けられている点に１つの特徴がある。
【００１８】このようにして、軸受内部よりも高圧の軸受外部の空間に面しているリップシール３１，３３，３５，３６を、軸受の内部に向って断面形の中央部分が窪んでいる形に取り付けると、スクロール型圧縮機１の運転中でも吐出圧力室２４，２５の高圧の流体が各軸受５，６，１２内へ侵入することがないので、各軸受の内部空間２９，３２，３４に封入されたグリースが押し出されたり、侵入した流体によってグリースが劣化するというような問題が生じない。また、運転を停止した状態において、各軸受の内部空間２９，３２，３４内に高圧が残るようなことがないから、封入されたグリースが徐々に押し出されて失われるというような恐れもない。従って、図示実施形態のスクロール型圧縮機１においては、軸受から洩れ出るグリースによって吐出流体を汚染したり、軸受の性能を低下させるというような問題が解消する。
【００１９】更に、図１に示す本発明の実施形態のスクロール型圧縮機１においては、駆動軸４の内部に連通孔３７を穿孔して、その左端を大気口３８によって大気中に開放すると共に右端を軸受６の内部空間３２内に開口させることにより、内部空間３２内を常時大気圧としている。更に、大気圧となる連通孔３７から枝状に分岐する連通孔３９及び４０を各軸受５及び１２の内部空間２９，３４へ開口させることによって、それら３個の軸受の全ての内部空間を常時大気圧となるようにしている点に図示実施形態の第２の特徴がある。なお、大気口３８は、大気圧の空間だけでなく、スクロール型圧縮機１の外部或いは内部の他の適当な低圧源に連通していてもよい。
【００２０】このように、図１に示す実施形態のスクロール型圧縮機１においては、３個の軸受５，６，１２の内部空間２９，３２，３４が全て常時大気圧となっているから、まず、駆動軸４の左端を軸支している軸受５に注目すると、その内部空間２９の図１において左側のリップシール３０の内外には圧力差が作用しないので、リップシール３０を通常行われているように、軸受５の内部空間２９から大気圧下の外部空間に向って断面形の中央部分が突出する形になるように設定しても何ら問題を生じない。
【００２１】軸受５の右側のリップシール３１は、高圧の外部空間、すなわち吐出圧力室２４から内部空間２９に向って断面形の中央部分が突出する形になるように取り付けられているので、スクロール型圧縮機１の運転中は吐出圧力室２４内の高圧と軸受５の内部空間２９内の大気圧との圧力差により、リップシール３１がそれに対向するシート面に押し付けられて十分なシール作用を奏するため、軸受５の内部空間２９へ吐出圧力室２４内の高圧の流体が軸受５内へ侵入することが阻止され、内部空間２９内に高圧の流体が閉じ込められることもないから、スクロール型圧縮機１が運転を停止しているときに軸受５内のグリースが押し出されることも確実に防止される。
【００２２】同様に、右端の軸受６及び中間の軸受１２の内部空間３２及び３４も常時大気圧となっているから、リップシール３３，３５，３６を前述のように、高圧の外部空間である吐出圧力室２４，２５から各軸受の内部空間３２，３４に向って断面形の中央部分が突出する形になるように取り付けることによって、スクロール型圧縮機１の運転中は吐出圧力室２４，２５内の高圧と軸受の内部空間３２，３４内の大気圧との圧力差により、リップシール３３，３５，３６はそれらに対向するシート面に押し付けられて十分なシール作用を奏する。また、スクロール型圧縮機１が運転を停止している状態においても、軸受の内部空間３２，３４内が軸受外部の吐出圧力室２４，２５に対して高圧となるようなことがないから、いずれの状態でも軸受内部のグリースが洩れ出る恐れがなく、それによって吐出流体を汚染したり、軸受の劣化を招くというような問題を回避することができる。
【００２３】図１に示す実施形態のスクロール型圧縮機１の特徴及び作用効果を更に判りやすくするために、基本的には同様な構造を有する図２に示すような従来のスクロール型圧縮機４１と対比して説明することにする。図１と図２を対比すれば明らかな両者共通の構造部分については説明を全く省略するか、或いは同じ参照符号を付して説明に代える。なお、前述のように、図２に示す従来のスクロール型圧縮機４１においても、使用されている全てのリップシールの中で、駆動軸４の左端を軸支する軸受５の左側において大気圧空間に面して設けられたリップシール３０だけは、図１に示す実施形態のスクロール型圧縮機１のそれと同じ様式で設けられている。
【００２４】図２に示す従来のスクロール型圧縮機４１のリップシール３１’，３３’，３５’及び３６’が、図１に示す本発明の実施形態のスクロール型圧縮機１におけるリップシール３１，３３，３５及び３６と比べて反対の方向に取り付けられていることに注目すべきである。また、従来のスクロール型圧縮機４１においては各軸受の内部空間２９，３２，３４を全て大気圧とするための連通手段は設けられていない。その他の構造はスクロール型圧縮機１のそれと同様である。
【００２５】従来のスクロール型圧縮機４１においては、リップシール３１’，３３’，３５’及び３６’が、各軸受の内部空間２９，３２，３４からそれらの外部空間に向って断面形の中央部分が突出する形に取り付けられているために、運転中に吐出圧力室２４，２５にある吐出流体の圧力が高くなったときに、吐出流体の一部が各軸受の内部空間２９，３２，３４へ侵入するのを阻止することができない。それによって軸受のグリースが劣化し、各軸受５，６及び１２の性能が低下する恐れがある。
【００２６】更に、従来のスクロール型圧縮機４１では、運転を停止したときに各軸受の内部空間２９，３２，３４には、リップシール３０及び３１’，３３’，３５’，３６’の方向性から、高圧の流体が閉じ込められたままの状態になるから、この状態で長時間放置すると、各軸受の内部空間２９，３２，３４にあるグリースが軸受外部の吐出圧力室２４，２５内やリップシール３０の外側へ徐々に滲み出てくる恐れがある。吐出圧力室２４，２５内へ洩れ出たグリースは次の運転時に吐出流体を汚染するし、リップシール３０から洩れ出たグリースはスクロール型圧縮機４１の外部を汚すので、いずれにしても好ましいことではない。
【００２７】本発明は、図１に示す実施形態のスクロール型圧縮機１のように、駆動軸がロータを貫通している形式のスクロール型圧縮機において顕著な効果を挙げることができる。この形式のスクロール型圧縮機１においては各軸受５，６，１２の内部空間２９，３２，３４をそれぞれ密閉するリップシール３１，３３，３５及び３６が高圧となる吐出圧力室２４，２５に面しているが、これらのリップシールが本発明によって与えられた方向性によって、吐出圧力室２４，２５の高圧の流体が各軸受の内部空間へ侵入してリップシールにより軸受の内部空間に高圧を保って閉じ込められるのを防止することができるからである。
【００２８】一般に、スクロール型圧縮機において駆動軸がロータ１３の端板部分を貫通している形式は、図１に示すスクロール型圧縮機１（及び図２に示す従来のスクロール型圧縮機４１）のように、ロータ１３の端板部分１５の前後両側にそれぞれ渦巻き形の羽根１６，１７が設けられていて、それによって作動室２０，２１が端板部分１５の両側に形成されるスクロール型圧縮機においてよく採用される形式である。
【００２９】これに対して、図３に例示する他の形式による従来のスクロール型圧縮機４２のように、ロータ４３の端板部分４４の一側のみに渦巻き形の羽根４５が設けられていると共に、それと噛み合う固定の渦巻き形の羽根４６がリアハウジング４７の内部にのみ設けられているものにおいては、端板部分４４の背面に形成された円筒形のボス部４９を、駆動軸４８の偏心軸部５０が軸受５１を介して片持ち式に軸支するように構成すれば、駆動軸４８がロータ４３の端板部分４４を貫通する必要がない。
【００３０】このようにして、図３に示す従来のスクロール型圧縮機４２においては駆動軸４８がロータ４３の端板部分４４を貫通していないのと、端板部分４４の前面がフロントハウジング５２の端面５３に押し付けられているために、フロントハウジング５２内の空間５４は吐出圧力室５５の高圧を受けることがない。従って、軸受５１がグリース封入式のものであってリップシール５６が軸受５１の内部空間５７から空間５４に向って断面形の中央部分が突出する形に取り付けられていても、吐出圧力室５５の高圧の流体が軸受５１の内部空間５７へ侵入する恐れはないから、図３に示したように、リップシール５６を従来の形式で取り付けても特に問題は生じない。
【００３１】このように、図３に示す従来のスクロール型圧縮機４２においては特に問題はないが、スクロール型圧縮機４２の変形として、駆動軸４８が軸受５８のみによって片持ち式に軸支されないで、偏心軸部５０の右端に形成される図示しない軸部分において別の軸受によって追加的に軸支される構造にすると、偏心軸部５０がロータ４３の端板部分４４を貫通することになるから、図２のスクロール型圧縮機４１と同様な問題が生じる。従って、そのような場合は本発明を適用して、軸受５１や軸受６（図２参照）に相当する軸受のリップシール５６等を、軸受外部の高圧が軸受内部へ侵入するのを阻止する方向に取り付けるとよい。
【００３２】また、図３に例示した従来のスクロール型圧縮機４２においては、駆動軸４８を片持ち式に軸支する軸受５８としてグリース封入式の軸受を使用していないので、軸受５８にはグリースを閉じ込めるためのリップシールを設けていない。この場合の軸受５８の潤滑は、例えば、冷媒のような被圧縮流体に予め混入されている冷凍機油のような潤滑油によって行うように構成することもできるし、前述の空間５４の左側が別のシール装置５９によって密閉されているので、軸受５８に直接グリースを塗り込めてもそれが簡単に失われることはない。なお、図３において６０は吸入ポートを、６１は吐出ポートを、６２はバランスウエイトを示している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４６９５
【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月３０日（１９９９．８．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７３９６９（Ｐ２００１−７３９６９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２１日（２００１．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４３８７７ |
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