スクロール型圧縮機
【課題】クランク軸方向の寸法を低減することができると共に、圧縮機における圧縮効率を向上させることができるスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】固定側旋回歯６０，６１が形成された第１ケーシング（固定側スクロール）５１に対して、可動側旋回歯７０，７１が形成された可動側スクロール６４を旋回運動させるスクロール型圧縮機５０において、第２ケーシング５２の壁面に、可動側スクロール６４の裏面部７９を支持する摺動部として機能するプレーンメタル７４を配設する。プレーンメタル７４が、可動側スクロール６４に発生する図示右方向のスラスト荷重や回転駆動に伴う熱を広い面積で受け止めるので、可動側スクロール用軸受９２にかかる負担が低減される。これに伴い、可動側スクロール用軸受９２をニードルベアリングからボールベアリングに換装することが可能となり、クランク軸方向の大幅な小型化が実現される。
【解決手段】固定側旋回歯６０，６１が形成された第１ケーシング（固定側スクロール）５１に対して、可動側旋回歯７０，７１が形成された可動側スクロール６４を旋回運動させるスクロール型圧縮機５０において、第２ケーシング５２の壁面に、可動側スクロール６４の裏面部７９を支持する摺動部として機能するプレーンメタル７４を配設する。プレーンメタル７４が、可動側スクロール６４に発生する図示右方向のスラスト荷重や回転駆動に伴う熱を広い面積で受け止めるので、可動側スクロール用軸受９２にかかる負担が低減される。これに伴い、可動側スクロール用軸受９２をニードルベアリングからボールベアリングに換装することが可能となり、クランク軸方向の大幅な小型化が実現される。
【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係り、特に、クランク軸方向の寸法を低減することができると共に、圧縮機における圧縮効率を向上させることができるスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機の一種として、固定側の旋回歯が形成された固定側スクロールと、可動側の旋回歯が形成された可動側スクロールとを有し、前記両者の旋回歯を互いに向き合わせて重ね合わせると共に、一方が他方に対して偏心している２軸以上からなるクランク軸の一方側に軸支された可動側スクロールを固定側スクロールに対して旋回運動させることで運転されるスクロール型圧縮機が知られている。このようなスクロール型圧縮機は、小型かつ高効率である等の理由から、燃料電池による発電時に要する圧縮空気の生成用に好適とされている。また、スクロール型圧縮機には、漏れ損失を減らす為に、可動側スクロールと固定側スクロールの旋回歯クリアランスを減らす手段として、可動側スクロールの軸受を複列式としたり、複数の従動クランクを設ける等の工夫が凝らされてきた。
【０００３】
特許文献１には、可動側スクロールを旋回可能に軸支する軸受に「ころ軸受」を適用した構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４２０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したような軸に対する振れや倒れの防止に効果的なラジアルころ軸受として、ニードルベアリングが広く使用されている。しかしながら、特許文献１に開示されたスクロール型圧縮機では、主に前記ニードルベアリングによる軸受部によって、可動側スクロールに発生するスラスト荷重も受け止める構成とされているので、この負荷に対応する寸法のニードルベアリングを使用すると、圧縮機全体がクランク軸方向に長くなりやすいという課題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１の構成では、可動側スクロールは、ニードルベアリングのみによりクランク軸に支持されるようになっているので、空気圧縮による発熱によりニードルベアリングに歪みが生じることがあり、そのため、その歪みを考慮して、固定側旋回歯と可動側旋回歯との間の隙間を大きくとる必要があり、空気の漏れ損失が大きかったという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、クランク軸方向の寸法を低減することができると共に、圧縮機における圧縮効率を向上させることができるスクロール型圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した目的を達成するために、本発明は、固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備えられている点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、前記摺動部は、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側の前記ケーシングの壁面に設けられ、前記可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成されている点に第２の特徴がある。
【０００９】
また、固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の径方向外側には、前記可動側スクロールを回動自在に軸支する第２クランク軸が設けられており、前記クランク軸と前期第２クランク軸とが、前記ケーシングに軸支されるそれぞれの回転軸の間で動力を伝達する伝動手段で連結されており、前記第２クランク軸が、前記伝動手段によって前記クランク軸と同期回転される点に第３の特徴がある。
【００１０】
また、前記摺動部が固体潤滑部材から構成されており、前記固体潤滑部材が、前記可動側基盤の可動側旋回歯が形成されていない側の面と当接するように構成されている点に第４の特徴がある。
【００１１】
また、前記可動側スクロール用軸受が、ボールベアリングである点に第５の特徴がある。
【００１２】
また、前記伝動手段が、タイミングベルトによる伝動装置である点に第６の特徴がある。
【００１３】
さらに、前記可動側旋回歯の中心点が、前記可動側基盤の中心点に対してオフセットして設けられている点に第７の特徴がある。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、クランク軸の一端部で可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備えられているので、可動側スクロールを回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受の負担が低減されて、可動側スクロールの振れや倒れを低減することが可能となる。また、可動側スクロール用軸受の負担が低減されることで、運転時に発生する熱の影響も低減されるので、径方向の設計公差を小さくすることが可能となり、これによって旋回歯同士の隙間を狭めて圧縮空気の漏れ損失を小さくすることができるようになる。また、クランク軸の軸方向の長さを短くすることができるようになる。
【００１５】
第２の発明によれば、前記摺動部は、クランク軸の一端部で可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側のケーシングの壁面に設けられており、可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成されているので、可動側スクロールを径方向外側寄りの位置で受け止める広い面積の摺動部を設けることが可能となり、可動側スクロールの振れや倒れをより一層低減することができるようになる。
【００１６】
第３の発明によれば、クランク軸からの回転駆動力が直接第２クランク軸に伝達されるので、クランク軸および第２クランク軸の両方で可動側スクロールを旋回運動させることになり、旋回運動をより安定的に行うことが可能となる。また、第２クランク軸が上死点または下死点にある状態でクランク軸の回動が開始される場合であっても、第２クランク軸がクランク軸と逆方向に回転しようとすることがなくなるので、スクロール型圧縮機の始動性を向上することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、固体潤滑部材を使用することによって、可動側スクロールとケーシングの壁面との摺動抵抗が低減されるので、軸受の負担をより低減することが可能となる。また、軸受の負担低減に伴い、軸方向の寸法が大きくなりやすいニードルベアリングや複数のベアリングで軸支させる構造等が不要となるので、スクロール型圧縮機の軸方向の寸法が低減されると共に、圧縮機全体の軽量化を図ることができるようになる。
【００１８】
第５の発明によれば、ニードルベアリングに比して軸方向の寸法を低減しやすいボールベアリングを使用するので、スクロール型圧縮機の軸方向の寸法をより低減することが可能となる。
【００１９】
第６の発明によれば、繊維や樹脂等から形成される軽量なタイミングベルトを使用するので、駆動力のロスが少なく音の静かな伝動手段が得ることができる。
【００２０】
第７の発明によれば、可動側旋回歯の中心点を可動側基盤の中心に対してオフセットさせて設けることで、可動側スクロールの重心と可動側スクロールの旋回点とが一致するように構成することが可能となるので、スクロール型圧縮機の運転時にクランク軸に生じる荷重変動を最小限に抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車１の側面図である。燃料電池自動二輪車１は、電気化学反応で電気エネルギを発生させるための水素供給系、空気供給系、およびセルスタック（電極、セパレータ、電解質等を含む）からなる燃料発電機システムを備える。本明細書では、セルスタックおよびこれを収容するケース（ケースに付属する部材を含む）を燃料電池と呼ぶ。
【００２２】
図１において、燃料電池自動二輪車１は、ヘッドパイプ２に前部を接合されたメインフレーム３と、該メインフレーム３の後部に接合されてさらに後方に延長されたリアフレーム４と、前記メインフレーム３の後部下方に設けられたピボット部３０に揺動自在に軸支されたスイングアーム５とを有する。前記ヘッドパイプ２にはステアリングステム（不図示）が回動自在に支持され、その上端にはステアリングバー８が結合されている。前記メインフレーム３には、斜め後下方に延びるリヤクッション９の上端が連結されており、該リアクッション９の下端は前記スイングアーム５に連結されている。また、スイングアーム５には、燃料電池自動二輪車１の原動機である電動モータ１０が設けられ、この電動モータ１０で駆動される後輪軸１１に後輪ＷＲが軸支されている。前記メインフレーム３およびリヤフレーム４の上部には、ケース１３に収納されたＥＣＵ１４が設けられており、さらにその上方に、前記ケース１３を覆うようにして乗員が着座するシート（不図示）が取り付けられる。
【００２３】
前記メインフレーム３は、全体がクレードル型すなわち籠型に形成されており、この籠型のメインフレーム３およびこれに接続されたアンダーパイプ６で囲まれた空間には、冷却水を圧送するウォータポンプ１５、空気を圧送するスクロール型圧縮機５０、空気の加湿器と乾燥機とを一体的に構成した加湿乾燥機１７、燃料電池１８、電圧制御ユニットとしてのＶＣＵ１９が収容されている。側面視長方形のケースを有する燃料電池１８は、ピボット部３０の直前部かつＥＣＵ１４の下方において、前記アンダーパイプ６と連結される取付ステー１２によって、その長方形が縦長になるように配置されている。燃料電池１８の下方には、キャッチタンク（気液分離器）２０と希釈ボックス２１が設けられている。
【００２４】
前記メインフレーム３の前方には、燃料電池１８を冷却する冷却水用のラジエータ２２が設けられると共に、ヘッドパイプ２の側方を覆うようにエアクリーナ２３が設けられている。該エアクリーナ２３から導入された空気は、吸入空気量等を計測するエアフローセンサ２４が取り付けられた吸気管２７を経由してスクロール型圧縮機５０に給送された後、加湿乾燥機１７および連結パイプ１６を経由して燃料電池１８に供給される。また、リヤフレーム４の左右両側には、燃料電池１８に水素を供給する一対の水素ボンベ２５が搭載されている。この水素ボンベ２５内に充填された水素は、レギュレータ（不図示）で降圧されて燃料電池１８に供給される。また、フロントフォーク７の左右両側には、縦長に配置された一対のバッテリ２６が設けられており、燃料電池１８で発電された電力は、このバッテリ２６に一端蓄えられてから、前記電動モータ１０に供給される。
【００２５】
図２は、燃料電池１８への空気供給系を構成する補器類の概要説明図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記エアクリーナ２３は、ベース部２３ａにエアフィルタ（不図示）を収納し、カバー部２３ｂで蓋をした構成とされる。エアクリーナ２３から取り込まれた空気は、前記エアフローセンサ２４が取り付けられた吸気管２７からスクロール型圧縮機５０に給送される。本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、前記吸気管２７が連結される第１ケーシング５１と、有底の円筒状に形成された第３ケーシング５３と、その間に挟まれた厚板状の第２ケーシング５２とから構成されている。そして、前記スクロール型圧縮機５０によって圧力を高められた空気は、排気管５４から加湿乾燥機１７へ送り出される。前記加湿乾燥機１７は、多数のフィンが形成された乾燥機部４９と円柱状の加湿器部４８とを上下に一体的に配置した構成とされており、排気管５４から吸入された圧縮空気は、乾燥機部４９から連結管２９を通って加湿器部４８を通過し、常に燃料電池１８の発電に適した湿度に調整された空気が、前記連結パイプ１６から燃料電池１８へ圧送されるように構成されている。
【００２６】
また、前記燃料電池１８は、前記アンダーパイプ６と結合される取付ステー１２と連結されることで車体側に安定的に支持されている。前記加湿乾燥機１７から連結パイプ１６を通って送られた空気は、燃料電池１８の底部に形成された導入ノズル３４から燃料電池１８の内部に導かれる。そして、燃料電池１８の発電に利用された圧縮空気は、燃料電池１８の天面に設けられた突出ノズル３２から導出されて再度循環される。なお、燃料電池１８の天面には、冷却水の排出口３１および前記バッテリ２６への電力を出力する電極３３が設けられている。
【００２７】
図３は、図２のＡ方向から見たスクロール型圧縮機５０の斜視図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、第１ケーシング５１の端部に連結された吸気管２７から導入された空気が、第１ケーシング５１の略中央に連結された排気管５４から排出されるように構成されている。前記吸気管２７は、ボルト８３によって第１ケーシング５１に結合された入口部材５７と連結されており、前記排気管５４は、前記第１ケーシング５１の略中央にボルト（不図示）で結合された出口部材５６と連結されている。また、前記第１ケーシング５１の周縁部には、複数のネジ孔８２ａが設けられており、該ネジ孔８２ａにボルト８２をそれぞれ挿入して締結することで、前記第１ケーシング５１と第２ケーシング５２とが結合されるように構成されている。
【００２８】
前記第３ケーシング５３には、スクロール型圧縮機５０を駆動する駆動モータ（図６参照）が収納されており、前記第２ケーシング５２には、前記駆動モータの回転軸としてのクランク軸（図６参照）が回転自在に軸支されている。また、前記第１ケーシング５１の上方に形成された延出部８０には、前記クランク軸に同期して回転する第２クランク軸（図６参照）が収納されている。なお、本実施形態において、前記第１〜第３ケーシング５１，５２，５３は金属等から構成されており、また、第１ケーシング５１の表面には、軽量化と高剛性を両立するための複数のリブ５８，５９が放射状に形成されている。
【００２９】
図４は、スクロール型圧縮機５０の一部断面正面図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記したように、スクロール型圧縮機は、固定側の旋回歯が形成された固定側スクロールと、可動側の旋回歯が形成された可動側スクロールとを有し、前記両者の旋回歯を互いに向き合わせて重ね合わせると共に、クランク軸の一端側に軸支された可動側スクロールを固定側スクロールに対して旋回運動させることで運転される圧縮機である。
【００３０】
本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、前記第１ケーシング５１の裏面側に、圧縮空気の吐出口５４ａの中心点６２を始点とする一対のインボリュート曲線から構成される薄板状の固定側旋回歯６０，６１が形成されており、前記第１ケーシング５１そのものが固定側スクロールとして機能する。なお、前記固定側旋回歯６０，６１は、前記インボリュート曲線と吐出口５４ａの外径線とが交差する点を開始点６０ｂ，６１ｂとして形成されている。
【００３１】
上記した固定側スクロール５１（第１ケーシング）に対し、前記クランク軸６３の一端部に連結されると共に、前記固定側スクロール５１に対して旋回運動される可動側スクロール６４には、前記固定側旋回歯６０，６１を時計方向または半時計方向に９０度回動させたものと同様の可動側旋回歯７０，７１（図５参照）が形成されている。また、前記クランク軸６３の一端部および前記第２クランク軸の一端部には、それぞれの回転軸から同一の所定のオフセット量を有する偏心軸がそれぞれ形成されている。そして、前記可動側スクロール６４は、前記偏心軸に対してそれぞれ回転自在に軸支されているので、前記クランク軸６３を回転させると、可動側旋回歯７０，７１は、固定側旋回歯６０，６１に対して前記所定のオフセット量を半径とした円周上を旋回運動することになる。そして、この旋回運動が開始されると、固定側旋回歯６０，６１と可動側旋回歯７０，７１との間に形成される三日月状の部屋がそれぞれ狭められながら中心方向へ順次移動するので、前記吐出口５４ａから連続的に圧縮空気が吐出されることになる。なお、前記固定側旋回歯６０，６１の軸方向の端面には、樹脂等から形成され、圧縮空気を密閉するシール部材を嵌合するための溝６０ａ，６１ａが設けられている。また、前記所定のオフセット量は、スクロール型圧縮機５０の設計に合わせて所定の範囲内で任意に設定することができる。
【００３２】
図５は、前記可動側スクロール６４の正面図である。可動側スクロール６４は、可動側基盤６５の一面側に、中心点６６を始点とする一対のインボリュート曲線から形成される可動側旋回歯７０，７１を一体的に形成した構成とされている。前記可動側基盤６５には、前記第１ケーシング５１の延出部８０に対応する第２クランク軸支持部６５ａが形成されており、この裏面側に形成された嵌合孔６８に嵌合される軸受を介して、前記第２クランク軸の偏心軸が軸支されるように構成されている。また、前記したように、可動側旋回歯７０，７１の開始点７０ｂ，７１ｂは、前記固定側旋回歯６０，６１の開始点６０ｂ，６１ｂを時計方向または半時計方向に９０度回転させた位置に設定している。なお、前記可動側旋回歯７０，７１の軸方向の端面には、樹脂等から形成され、圧縮空気を密閉するシール部材を嵌合するための溝７０ａ，７１ａが設けられている。
【００３３】
本実施形態に係る可動側スクロール６４においては、前記インボリュート曲線の中心点６６に対して、前記所定のオフセット量を有する点が、クランク軸６３の回転軸６７に一致するように構成されている。すなわち、クランク軸６３の回転時には、前記回転軸６７を中心に、前記中心点６６が旋回運動するようになっている。さらに、前記可動側スクロール６４の重心が、前記中心点６６、すなわち前記旋回運動を行う点と一致するように構成されているので、旋回運動時にクランク軸６３に生じる荷重変動が最小に抑えられることになる。上記した構成を実現するために、前記可動側旋回歯７０，７１を構成するインボリュート曲線の始点である中心点６６は、前記可動側基盤６５の略中央より上方寄りに配置されている。可動側旋回歯７０，７１全体が、可動側基盤６５の中心に対して上方寄りに配置されているのはこのためである。
【００３４】
図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記可動側スクロール６４を旋回運動させるクランク軸６３は、前記第２ケーシング５２に嵌合された主軸受９１および副軸受９０によって回転自在に軸支されている。前記クランク軸６３を駆動する駆動モータは、前記クランク軸６３の図示右端部に固定的に結合されているアウタロータ８４と、前記第２ケーシング５２側にボルト８６で固定的に支持されているステータ８５とから構成されている。また、前記クランク軸６３には、主軸受９１の近傍に回転時の重量バランスを保つウェイト６３ａが形成されており、さらに左方の端部に、回転軸から前記所定のオフセット量を有する偏心軸６３ｂが形成されている。そして、この偏心軸６３ｂに嵌合する可動側スクロール用軸受９２を介して、前記可動側スクロール６４が回動可能に軸支されている。
【００３５】
一方、クランク軸６３の図示上方には、第２ケーシング５２に嵌合された軸受９３，９３によって、クランク軸６３と同期して回転する第２クランク軸７５が軸支されている。この第２クランク軸７５の左端部には、前記クランク軸６３の偏心軸６３ｂと同一の所定のオフセット量を有する第２偏心軸７５ａが形成されている。そして、この第２偏心軸７５ａに嵌合する軸受９４を介して、前記可動側スクロール６４に形成された第２クランク支持部６５ａが回動可能に軸支されている。上記したような構成によれば、可動側スクロール６４は、前記クランク軸６３の偏心軸６３ｂと、前記第２クランク軸７５の第２偏心軸７５ａとの２点によって支持されるので、クランク軸６３の回転に伴う旋回運動を安定的に行うことが可能となる。なお、前記固定側旋回歯６０，６１の端面には、可動側基盤６５と当接するシール部材９５，９６が取り付けられると共に、前記可動側旋回歯７０，７１の端面には、固定側基盤８１と当接するシール部材７２，７３がそれぞれ取り付けられており、お互いの旋回歯によって形成される密閉空間の気密が保たれるように構成されている。
【００３６】
そして、本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、第２ケーシング５２の壁面に、前記可動側スクロール６４の裏面部７９と接触する摺動部が設けられている点に特徴がある。この摺動部は、前記偏心軸６３ｂを軸支する可動側スクロール用軸受９２の旋回範囲より外側に配置されている。また、本実施形態において、該摺動部は、固体潤滑部材としてのプレーンメタル７４によって構成されている。上記したような構成によれば、前記スクロール型圧縮機５０の運転時に、前記出口部材５６から圧縮空気を吐出する際の反力として可動側スクロール６４が受ける図示右方向のスラスト荷重が、前記プレーンメタル７４によって受け止められることになり、可動側スクロール用軸受９２には、スラスト荷重による負担がほとんどかからないようにすることが可能となる。なお、プレーンメタル７４には、すべり軸受等に使用される摺動抵抗の少ない金属等が使用されるので、可動側スクロール６４の旋回運動に与える抵抗はごくわずかである。
【００３７】
上記したような摺動部を持たない従来方式のスクロール型圧縮機では、スクロール型圧縮機の運転時にクランク軸と可動側スクロールとの間の軸受部に負担が集中し、可動側スクロールに振れや倒れが発生してシール性能が低下する可能性があった。しかしながら、本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、可動側スクロール用軸受９２の旋回範囲より外側に配置され、かつ広い面積を有するプレーンメタル７４が可動側スクロール６４を支持するので、スラスト荷重の負担が分散されて、可動側スクロール用軸受９２の負担が大幅に低減される。さらに、本実施形態では、可動側スクロール用軸受９２の負担低減に伴って、可動側スクロール６４を回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受９２を、従来のニードルベアリングから軸方向の寸法が大幅に低減されるボールベアリングに換装することが可能となるので、スクロール型圧縮機５０のクランク軸方向の寸法の大幅な短縮が実現される。なお、前記プレーンメタル７４は、可動側スクロール用軸受９２の外周側に複数箇所設けたり、連続的に外周側の全周を覆うように設けたりしてもよい。また、摺動部およびプレーンメタル７４の設置箇所は、上記したような第２ケーシング５２に限られず、スクロール型圧縮機を構成するケーシングに形成される壁面であれば任意に選択することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、クランク軸６３に一体的に取り付けられたプーリ７７と、第２クランク軸７５の右端部に一体的に取り付けられた第２プーリ７６との間に伝動手段としてのタイミングベルト７８が掛け渡されており、第２クランク軸７５がクランク軸６３の駆動によって直接強制的に同期回転される点に特徴がある。従来方式によるスクロール型圧縮機においても、駆動モータによって駆動されるクランク軸の径方向外側で可動側スクロールを軸支する副次的なクランク軸は備えられていたが、これらは、可動側スクロールの旋回運動に伴って従動的に回転されるものであった。これに対して、本実施形態においては、クランク軸６３からの回転駆動力を直接第２クランク軸７５に伝達するので、クランク軸６３と第２クランク軸７５の両方で可動側スクロール６４を旋回運動させることになり、旋回運動をより安定的に行うことを可能にしている。これは、特に、第２クランク軸７５が上死点または下死点にある状態でクランク軸６３の回動が開始される場合において、第２クランク軸７５がクランク軸６３と逆方向に回転し始めようとする可能性をなくして、スクロール型圧縮機５０の始動性向上を可能とするものである。なお、前記伝動手段は、上記したようなタイミングベルトに限らず、チェーンやギヤ等で構成されてもよい。
【００３９】
上記したように、本発明に係るスクロール型圧縮機によれば、前記第２ケーシング５２の壁面に、可動側スクロール６４に発生するスラスト荷重を受け止める摺動部としてのプレーンメタル７４を設けたので、可動側スクロール６４を回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受９２の負担を低減することが可能となる。また、可動側スクロール用軸受９２の負担が低減され、運転時に発生する熱やスラスト荷重の影響を受けにくくなるので、可動側スクロール用軸受９２の径方向の設計公差を詰めることが可能となり、旋回歯同士の隙間を狭めて、圧縮空気の漏れ損失を小さくすることが可能となる。さらに、可動側スクロール用軸受９２にボールベアリングが使用できるようになるので、スクロール型圧縮機５０の軸方向の寸法をより低減することが可能となる。
【００４０】
なお、固定側スクロールおよび可動側スクロールの形状、固体潤滑部材の形状や材質等は、上記した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。また、本発明に係るスクロール型圧縮機が、燃料電池自動二輪車以外の車両や機器等に適用されてもよいことは勿論である。また、前記摺動部は、プレーンメタルに限らず、ケーシングに対して可動側スクロールを摺動させる機能を有するものであればよい。さらに、伝動手段は、タイミングベルトに限らずチェーン等で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機が適用された燃料電池自動二輪車の側面図である。
【図２】燃料電池への空気供給系を構成する補器類の概要説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機の一部断面正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る可動側スクロールの正面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
５０…スクロール型圧縮機、５１…第１ケーシング（固定側スクロール）、５２…第２ケーシング、５３…第３ケーシング、６０，６１…固定側旋回歯、６３…クランク軸、６３ｂ…偏心軸、６４…可動側スクロール、７０，７１…可動側旋回歯、７４…プレーンメタル（摺動部）、７５…第２クランク軸、７５ｂ…第２偏心軸、７６…第２プーリ、７７…プーリ、７８…タイミングベルト、９２…可動側スクロール用軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型圧縮機に係り、特に、クランク軸方向の寸法を低減することができると共に、圧縮機における圧縮効率を向上させることができるスクロール型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機の一種として、固定側の旋回歯が形成された固定側スクロールと、可動側の旋回歯が形成された可動側スクロールとを有し、前記両者の旋回歯を互いに向き合わせて重ね合わせると共に、一方が他方に対して偏心している２軸以上からなるクランク軸の一方側に軸支された可動側スクロールを固定側スクロールに対して旋回運動させることで運転されるスクロール型圧縮機が知られている。このようなスクロール型圧縮機は、小型かつ高効率である等の理由から、燃料電池による発電時に要する圧縮空気の生成用に好適とされている。また、スクロール型圧縮機には、漏れ損失を減らす為に、可動側スクロールと固定側スクロールの旋回歯クリアランスを減らす手段として、可動側スクロールの軸受を複列式としたり、複数の従動クランクを設ける等の工夫が凝らされてきた。
【０００３】
特許文献１には、可動側スクロールを旋回可能に軸支する軸受に「ころ軸受」を適用した構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４２０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したような軸に対する振れや倒れの防止に効果的なラジアルころ軸受として、ニードルベアリングが広く使用されている。しかしながら、特許文献１に開示されたスクロール型圧縮機では、主に前記ニードルベアリングによる軸受部によって、可動側スクロールに発生するスラスト荷重も受け止める構成とされているので、この負荷に対応する寸法のニードルベアリングを使用すると、圧縮機全体がクランク軸方向に長くなりやすいという課題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１の構成では、可動側スクロールは、ニードルベアリングのみによりクランク軸に支持されるようになっているので、空気圧縮による発熱によりニードルベアリングに歪みが生じることがあり、そのため、その歪みを考慮して、固定側旋回歯と可動側旋回歯との間の隙間を大きくとる必要があり、空気の漏れ損失が大きかったという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、クランク軸方向の寸法を低減することができると共に、圧縮機における圧縮効率を向上させることができるスクロール型圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した目的を達成するために、本発明は、固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備えられている点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、前記摺動部は、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側の前記ケーシングの壁面に設けられ、前記可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成されている点に第２の特徴がある。
【０００９】
また、固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の径方向外側には、前記可動側スクロールを回動自在に軸支する第２クランク軸が設けられており、前記クランク軸と前期第２クランク軸とが、前記ケーシングに軸支されるそれぞれの回転軸の間で動力を伝達する伝動手段で連結されており、前記第２クランク軸が、前記伝動手段によって前記クランク軸と同期回転される点に第３の特徴がある。
【００１０】
また、前記摺動部が固体潤滑部材から構成されており、前記固体潤滑部材が、前記可動側基盤の可動側旋回歯が形成されていない側の面と当接するように構成されている点に第４の特徴がある。
【００１１】
また、前記可動側スクロール用軸受が、ボールベアリングである点に第５の特徴がある。
【００１２】
また、前記伝動手段が、タイミングベルトによる伝動装置である点に第６の特徴がある。
【００１３】
さらに、前記可動側旋回歯の中心点が、前記可動側基盤の中心点に対してオフセットして設けられている点に第７の特徴がある。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、クランク軸の一端部で可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備えられているので、可動側スクロールを回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受の負担が低減されて、可動側スクロールの振れや倒れを低減することが可能となる。また、可動側スクロール用軸受の負担が低減されることで、運転時に発生する熱の影響も低減されるので、径方向の設計公差を小さくすることが可能となり、これによって旋回歯同士の隙間を狭めて圧縮空気の漏れ損失を小さくすることができるようになる。また、クランク軸の軸方向の長さを短くすることができるようになる。
【００１５】
第２の発明によれば、前記摺動部は、クランク軸の一端部で可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側のケーシングの壁面に設けられており、可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成されているので、可動側スクロールを径方向外側寄りの位置で受け止める広い面積の摺動部を設けることが可能となり、可動側スクロールの振れや倒れをより一層低減することができるようになる。
【００１６】
第３の発明によれば、クランク軸からの回転駆動力が直接第２クランク軸に伝達されるので、クランク軸および第２クランク軸の両方で可動側スクロールを旋回運動させることになり、旋回運動をより安定的に行うことが可能となる。また、第２クランク軸が上死点または下死点にある状態でクランク軸の回動が開始される場合であっても、第２クランク軸がクランク軸と逆方向に回転しようとすることがなくなるので、スクロール型圧縮機の始動性を向上することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、固体潤滑部材を使用することによって、可動側スクロールとケーシングの壁面との摺動抵抗が低減されるので、軸受の負担をより低減することが可能となる。また、軸受の負担低減に伴い、軸方向の寸法が大きくなりやすいニードルベアリングや複数のベアリングで軸支させる構造等が不要となるので、スクロール型圧縮機の軸方向の寸法が低減されると共に、圧縮機全体の軽量化を図ることができるようになる。
【００１８】
第５の発明によれば、ニードルベアリングに比して軸方向の寸法を低減しやすいボールベアリングを使用するので、スクロール型圧縮機の軸方向の寸法をより低減することが可能となる。
【００１９】
第６の発明によれば、繊維や樹脂等から形成される軽量なタイミングベルトを使用するので、駆動力のロスが少なく音の静かな伝動手段が得ることができる。
【００２０】
第７の発明によれば、可動側旋回歯の中心点を可動側基盤の中心に対してオフセットさせて設けることで、可動側スクロールの重心と可動側スクロールの旋回点とが一致するように構成することが可能となるので、スクロール型圧縮機の運転時にクランク軸に生じる荷重変動を最小限に抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車１の側面図である。燃料電池自動二輪車１は、電気化学反応で電気エネルギを発生させるための水素供給系、空気供給系、およびセルスタック（電極、セパレータ、電解質等を含む）からなる燃料発電機システムを備える。本明細書では、セルスタックおよびこれを収容するケース（ケースに付属する部材を含む）を燃料電池と呼ぶ。
【００２２】
図１において、燃料電池自動二輪車１は、ヘッドパイプ２に前部を接合されたメインフレーム３と、該メインフレーム３の後部に接合されてさらに後方に延長されたリアフレーム４と、前記メインフレーム３の後部下方に設けられたピボット部３０に揺動自在に軸支されたスイングアーム５とを有する。前記ヘッドパイプ２にはステアリングステム（不図示）が回動自在に支持され、その上端にはステアリングバー８が結合されている。前記メインフレーム３には、斜め後下方に延びるリヤクッション９の上端が連結されており、該リアクッション９の下端は前記スイングアーム５に連結されている。また、スイングアーム５には、燃料電池自動二輪車１の原動機である電動モータ１０が設けられ、この電動モータ１０で駆動される後輪軸１１に後輪ＷＲが軸支されている。前記メインフレーム３およびリヤフレーム４の上部には、ケース１３に収納されたＥＣＵ１４が設けられており、さらにその上方に、前記ケース１３を覆うようにして乗員が着座するシート（不図示）が取り付けられる。
【００２３】
前記メインフレーム３は、全体がクレードル型すなわち籠型に形成されており、この籠型のメインフレーム３およびこれに接続されたアンダーパイプ６で囲まれた空間には、冷却水を圧送するウォータポンプ１５、空気を圧送するスクロール型圧縮機５０、空気の加湿器と乾燥機とを一体的に構成した加湿乾燥機１７、燃料電池１８、電圧制御ユニットとしてのＶＣＵ１９が収容されている。側面視長方形のケースを有する燃料電池１８は、ピボット部３０の直前部かつＥＣＵ１４の下方において、前記アンダーパイプ６と連結される取付ステー１２によって、その長方形が縦長になるように配置されている。燃料電池１８の下方には、キャッチタンク（気液分離器）２０と希釈ボックス２１が設けられている。
【００２４】
前記メインフレーム３の前方には、燃料電池１８を冷却する冷却水用のラジエータ２２が設けられると共に、ヘッドパイプ２の側方を覆うようにエアクリーナ２３が設けられている。該エアクリーナ２３から導入された空気は、吸入空気量等を計測するエアフローセンサ２４が取り付けられた吸気管２７を経由してスクロール型圧縮機５０に給送された後、加湿乾燥機１７および連結パイプ１６を経由して燃料電池１８に供給される。また、リヤフレーム４の左右両側には、燃料電池１８に水素を供給する一対の水素ボンベ２５が搭載されている。この水素ボンベ２５内に充填された水素は、レギュレータ（不図示）で降圧されて燃料電池１８に供給される。また、フロントフォーク７の左右両側には、縦長に配置された一対のバッテリ２６が設けられており、燃料電池１８で発電された電力は、このバッテリ２６に一端蓄えられてから、前記電動モータ１０に供給される。
【００２５】
図２は、燃料電池１８への空気供給系を構成する補器類の概要説明図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記エアクリーナ２３は、ベース部２３ａにエアフィルタ（不図示）を収納し、カバー部２３ｂで蓋をした構成とされる。エアクリーナ２３から取り込まれた空気は、前記エアフローセンサ２４が取り付けられた吸気管２７からスクロール型圧縮機５０に給送される。本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、前記吸気管２７が連結される第１ケーシング５１と、有底の円筒状に形成された第３ケーシング５３と、その間に挟まれた厚板状の第２ケーシング５２とから構成されている。そして、前記スクロール型圧縮機５０によって圧力を高められた空気は、排気管５４から加湿乾燥機１７へ送り出される。前記加湿乾燥機１７は、多数のフィンが形成された乾燥機部４９と円柱状の加湿器部４８とを上下に一体的に配置した構成とされており、排気管５４から吸入された圧縮空気は、乾燥機部４９から連結管２９を通って加湿器部４８を通過し、常に燃料電池１８の発電に適した湿度に調整された空気が、前記連結パイプ１６から燃料電池１８へ圧送されるように構成されている。
【００２６】
また、前記燃料電池１８は、前記アンダーパイプ６と結合される取付ステー１２と連結されることで車体側に安定的に支持されている。前記加湿乾燥機１７から連結パイプ１６を通って送られた空気は、燃料電池１８の底部に形成された導入ノズル３４から燃料電池１８の内部に導かれる。そして、燃料電池１８の発電に利用された圧縮空気は、燃料電池１８の天面に設けられた突出ノズル３２から導出されて再度循環される。なお、燃料電池１８の天面には、冷却水の排出口３１および前記バッテリ２６への電力を出力する電極３３が設けられている。
【００２７】
図３は、図２のＡ方向から見たスクロール型圧縮機５０の斜視図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、第１ケーシング５１の端部に連結された吸気管２７から導入された空気が、第１ケーシング５１の略中央に連結された排気管５４から排出されるように構成されている。前記吸気管２７は、ボルト８３によって第１ケーシング５１に結合された入口部材５７と連結されており、前記排気管５４は、前記第１ケーシング５１の略中央にボルト（不図示）で結合された出口部材５６と連結されている。また、前記第１ケーシング５１の周縁部には、複数のネジ孔８２ａが設けられており、該ネジ孔８２ａにボルト８２をそれぞれ挿入して締結することで、前記第１ケーシング５１と第２ケーシング５２とが結合されるように構成されている。
【００２８】
前記第３ケーシング５３には、スクロール型圧縮機５０を駆動する駆動モータ（図６参照）が収納されており、前記第２ケーシング５２には、前記駆動モータの回転軸としてのクランク軸（図６参照）が回転自在に軸支されている。また、前記第１ケーシング５１の上方に形成された延出部８０には、前記クランク軸に同期して回転する第２クランク軸（図６参照）が収納されている。なお、本実施形態において、前記第１〜第３ケーシング５１，５２，５３は金属等から構成されており、また、第１ケーシング５１の表面には、軽量化と高剛性を両立するための複数のリブ５８，５９が放射状に形成されている。
【００２９】
図４は、スクロール型圧縮機５０の一部断面正面図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記したように、スクロール型圧縮機は、固定側の旋回歯が形成された固定側スクロールと、可動側の旋回歯が形成された可動側スクロールとを有し、前記両者の旋回歯を互いに向き合わせて重ね合わせると共に、クランク軸の一端側に軸支された可動側スクロールを固定側スクロールに対して旋回運動させることで運転される圧縮機である。
【００３０】
本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、前記第１ケーシング５１の裏面側に、圧縮空気の吐出口５４ａの中心点６２を始点とする一対のインボリュート曲線から構成される薄板状の固定側旋回歯６０，６１が形成されており、前記第１ケーシング５１そのものが固定側スクロールとして機能する。なお、前記固定側旋回歯６０，６１は、前記インボリュート曲線と吐出口５４ａの外径線とが交差する点を開始点６０ｂ，６１ｂとして形成されている。
【００３１】
上記した固定側スクロール５１（第１ケーシング）に対し、前記クランク軸６３の一端部に連結されると共に、前記固定側スクロール５１に対して旋回運動される可動側スクロール６４には、前記固定側旋回歯６０，６１を時計方向または半時計方向に９０度回動させたものと同様の可動側旋回歯７０，７１（図５参照）が形成されている。また、前記クランク軸６３の一端部および前記第２クランク軸の一端部には、それぞれの回転軸から同一の所定のオフセット量を有する偏心軸がそれぞれ形成されている。そして、前記可動側スクロール６４は、前記偏心軸に対してそれぞれ回転自在に軸支されているので、前記クランク軸６３を回転させると、可動側旋回歯７０，７１は、固定側旋回歯６０，６１に対して前記所定のオフセット量を半径とした円周上を旋回運動することになる。そして、この旋回運動が開始されると、固定側旋回歯６０，６１と可動側旋回歯７０，７１との間に形成される三日月状の部屋がそれぞれ狭められながら中心方向へ順次移動するので、前記吐出口５４ａから連続的に圧縮空気が吐出されることになる。なお、前記固定側旋回歯６０，６１の軸方向の端面には、樹脂等から形成され、圧縮空気を密閉するシール部材を嵌合するための溝６０ａ，６１ａが設けられている。また、前記所定のオフセット量は、スクロール型圧縮機５０の設計に合わせて所定の範囲内で任意に設定することができる。
【００３２】
図５は、前記可動側スクロール６４の正面図である。可動側スクロール６４は、可動側基盤６５の一面側に、中心点６６を始点とする一対のインボリュート曲線から形成される可動側旋回歯７０，７１を一体的に形成した構成とされている。前記可動側基盤６５には、前記第１ケーシング５１の延出部８０に対応する第２クランク軸支持部６５ａが形成されており、この裏面側に形成された嵌合孔６８に嵌合される軸受を介して、前記第２クランク軸の偏心軸が軸支されるように構成されている。また、前記したように、可動側旋回歯７０，７１の開始点７０ｂ，７１ｂは、前記固定側旋回歯６０，６１の開始点６０ｂ，６１ｂを時計方向または半時計方向に９０度回転させた位置に設定している。なお、前記可動側旋回歯７０，７１の軸方向の端面には、樹脂等から形成され、圧縮空気を密閉するシール部材を嵌合するための溝７０ａ，７１ａが設けられている。
【００３３】
本実施形態に係る可動側スクロール６４においては、前記インボリュート曲線の中心点６６に対して、前記所定のオフセット量を有する点が、クランク軸６３の回転軸６７に一致するように構成されている。すなわち、クランク軸６３の回転時には、前記回転軸６７を中心に、前記中心点６６が旋回運動するようになっている。さらに、前記可動側スクロール６４の重心が、前記中心点６６、すなわち前記旋回運動を行う点と一致するように構成されているので、旋回運動時にクランク軸６３に生じる荷重変動が最小に抑えられることになる。上記した構成を実現するために、前記可動側旋回歯７０，７１を構成するインボリュート曲線の始点である中心点６６は、前記可動側基盤６５の略中央より上方寄りに配置されている。可動側旋回歯７０，７１全体が、可動側基盤６５の中心に対して上方寄りに配置されているのはこのためである。
【００３４】
図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。前記と同一の符号は、前記と同一または同等部分を示す。前記可動側スクロール６４を旋回運動させるクランク軸６３は、前記第２ケーシング５２に嵌合された主軸受９１および副軸受９０によって回転自在に軸支されている。前記クランク軸６３を駆動する駆動モータは、前記クランク軸６３の図示右端部に固定的に結合されているアウタロータ８４と、前記第２ケーシング５２側にボルト８６で固定的に支持されているステータ８５とから構成されている。また、前記クランク軸６３には、主軸受９１の近傍に回転時の重量バランスを保つウェイト６３ａが形成されており、さらに左方の端部に、回転軸から前記所定のオフセット量を有する偏心軸６３ｂが形成されている。そして、この偏心軸６３ｂに嵌合する可動側スクロール用軸受９２を介して、前記可動側スクロール６４が回動可能に軸支されている。
【００３５】
一方、クランク軸６３の図示上方には、第２ケーシング５２に嵌合された軸受９３，９３によって、クランク軸６３と同期して回転する第２クランク軸７５が軸支されている。この第２クランク軸７５の左端部には、前記クランク軸６３の偏心軸６３ｂと同一の所定のオフセット量を有する第２偏心軸７５ａが形成されている。そして、この第２偏心軸７５ａに嵌合する軸受９４を介して、前記可動側スクロール６４に形成された第２クランク支持部６５ａが回動可能に軸支されている。上記したような構成によれば、可動側スクロール６４は、前記クランク軸６３の偏心軸６３ｂと、前記第２クランク軸７５の第２偏心軸７５ａとの２点によって支持されるので、クランク軸６３の回転に伴う旋回運動を安定的に行うことが可能となる。なお、前記固定側旋回歯６０，６１の端面には、可動側基盤６５と当接するシール部材９５，９６が取り付けられると共に、前記可動側旋回歯７０，７１の端面には、固定側基盤８１と当接するシール部材７２，７３がそれぞれ取り付けられており、お互いの旋回歯によって形成される密閉空間の気密が保たれるように構成されている。
【００３６】
そして、本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、第２ケーシング５２の壁面に、前記可動側スクロール６４の裏面部７９と接触する摺動部が設けられている点に特徴がある。この摺動部は、前記偏心軸６３ｂを軸支する可動側スクロール用軸受９２の旋回範囲より外側に配置されている。また、本実施形態において、該摺動部は、固体潤滑部材としてのプレーンメタル７４によって構成されている。上記したような構成によれば、前記スクロール型圧縮機５０の運転時に、前記出口部材５６から圧縮空気を吐出する際の反力として可動側スクロール６４が受ける図示右方向のスラスト荷重が、前記プレーンメタル７４によって受け止められることになり、可動側スクロール用軸受９２には、スラスト荷重による負担がほとんどかからないようにすることが可能となる。なお、プレーンメタル７４には、すべり軸受等に使用される摺動抵抗の少ない金属等が使用されるので、可動側スクロール６４の旋回運動に与える抵抗はごくわずかである。
【００３７】
上記したような摺動部を持たない従来方式のスクロール型圧縮機では、スクロール型圧縮機の運転時にクランク軸と可動側スクロールとの間の軸受部に負担が集中し、可動側スクロールに振れや倒れが発生してシール性能が低下する可能性があった。しかしながら、本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０においては、可動側スクロール用軸受９２の旋回範囲より外側に配置され、かつ広い面積を有するプレーンメタル７４が可動側スクロール６４を支持するので、スラスト荷重の負担が分散されて、可動側スクロール用軸受９２の負担が大幅に低減される。さらに、本実施形態では、可動側スクロール用軸受９２の負担低減に伴って、可動側スクロール６４を回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受９２を、従来のニードルベアリングから軸方向の寸法が大幅に低減されるボールベアリングに換装することが可能となるので、スクロール型圧縮機５０のクランク軸方向の寸法の大幅な短縮が実現される。なお、前記プレーンメタル７４は、可動側スクロール用軸受９２の外周側に複数箇所設けたり、連続的に外周側の全周を覆うように設けたりしてもよい。また、摺動部およびプレーンメタル７４の設置箇所は、上記したような第２ケーシング５２に限られず、スクロール型圧縮機を構成するケーシングに形成される壁面であれば任意に選択することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態に係るスクロール型圧縮機５０は、クランク軸６３に一体的に取り付けられたプーリ７７と、第２クランク軸７５の右端部に一体的に取り付けられた第２プーリ７６との間に伝動手段としてのタイミングベルト７８が掛け渡されており、第２クランク軸７５がクランク軸６３の駆動によって直接強制的に同期回転される点に特徴がある。従来方式によるスクロール型圧縮機においても、駆動モータによって駆動されるクランク軸の径方向外側で可動側スクロールを軸支する副次的なクランク軸は備えられていたが、これらは、可動側スクロールの旋回運動に伴って従動的に回転されるものであった。これに対して、本実施形態においては、クランク軸６３からの回転駆動力を直接第２クランク軸７５に伝達するので、クランク軸６３と第２クランク軸７５の両方で可動側スクロール６４を旋回運動させることになり、旋回運動をより安定的に行うことを可能にしている。これは、特に、第２クランク軸７５が上死点または下死点にある状態でクランク軸６３の回動が開始される場合において、第２クランク軸７５がクランク軸６３と逆方向に回転し始めようとする可能性をなくして、スクロール型圧縮機５０の始動性向上を可能とするものである。なお、前記伝動手段は、上記したようなタイミングベルトに限らず、チェーンやギヤ等で構成されてもよい。
【００３９】
上記したように、本発明に係るスクロール型圧縮機によれば、前記第２ケーシング５２の壁面に、可動側スクロール６４に発生するスラスト荷重を受け止める摺動部としてのプレーンメタル７４を設けたので、可動側スクロール６４を回動可能に軸支する可動側スクロール用軸受９２の負担を低減することが可能となる。また、可動側スクロール用軸受９２の負担が低減され、運転時に発生する熱やスラスト荷重の影響を受けにくくなるので、可動側スクロール用軸受９２の径方向の設計公差を詰めることが可能となり、旋回歯同士の隙間を狭めて、圧縮空気の漏れ損失を小さくすることが可能となる。さらに、可動側スクロール用軸受９２にボールベアリングが使用できるようになるので、スクロール型圧縮機５０の軸方向の寸法をより低減することが可能となる。
【００４０】
なお、固定側スクロールおよび可動側スクロールの形状、固体潤滑部材の形状や材質等は、上記した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。また、本発明に係るスクロール型圧縮機が、燃料電池自動二輪車以外の車両や機器等に適用されてもよいことは勿論である。また、前記摺動部は、プレーンメタルに限らず、ケーシングに対して可動側スクロールを摺動させる機能を有するものであればよい。さらに、伝動手段は、タイミングベルトに限らずチェーン等で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機が適用された燃料電池自動二輪車の側面図である。
【図２】燃料電池への空気供給系を構成する補器類の概要説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機の一部断面正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る可動側スクロールの正面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
５０…スクロール型圧縮機、５１…第１ケーシング（固定側スクロール）、５２…第２ケーシング、５３…第３ケーシング、６０，６１…固定側旋回歯、６３…クランク軸、６３ｂ…偏心軸、６４…可動側スクロール、７０，７１…可動側旋回歯、７４…プレーンメタル（摺動部）、７５…第２クランク軸、７５ｂ…第２偏心軸、７６…第２プーリ、７７…プーリ、７８…タイミングベルト、９２…可動側スクロール用軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、
可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、
前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、
前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備え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】
前記摺動部は、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側の前記ケーシングの壁面に設けられ、前記可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成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３】
固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、
可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、
前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、
前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の径方向外側には、前記可動側スクロールを回動自在に軸支する第２クランク軸が設けられており、
前記クランク軸と前期第２クランク軸とが、前記ケーシングに軸支されるそれぞれの回転軸の間で動力を伝達する伝動手段で連結されており、
前記第２クランク軸が、前記伝動手段によって前記クランク軸と同期回転されることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】
前記摺動部が固体潤滑部材から構成されており、
前記固体潤滑部材が、前記可動側基盤の可動側旋回歯が形成されていない側の面と当接するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載ののスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記可動側スクロール用軸受が、ボールベアリングであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【請求項６】
前記伝動手段が、タイミングベルトによる伝動装置であることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項７】
前記可動側旋回歯の中心点が、前記可動側基盤の中心点に対してオフセットして設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【請求項１】
固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、
可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、
前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、
前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受とは別に、前記可動側スクロールを面で受ける摺動部が備え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】
前記摺動部は、前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の旋回範囲よりも外側の前記ケーシングの壁面に設けられ、前記可動側スクロールに発生するスラスト荷重を受け止めるように構成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３】
固定側基盤上に立設された固定側旋回歯を有する固定側スクロールと、
可動側基盤上に立設された可動側旋回歯を有する可動側スクロールと、
前記固定側スクロールに対して前記可動側スクロールを旋回運動させるクランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に軸支するケーシングとを備えたスクロール型圧縮機において、
前記クランク軸の一端部で前記可動側スクロールを軸支する可動側スクロール用軸受の径方向外側には、前記可動側スクロールを回動自在に軸支する第２クランク軸が設けられており、
前記クランク軸と前期第２クランク軸とが、前記ケーシングに軸支されるそれぞれの回転軸の間で動力を伝達する伝動手段で連結されており、
前記第２クランク軸が、前記伝動手段によって前記クランク軸と同期回転されることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】
前記摺動部が固体潤滑部材から構成されており、
前記固体潤滑部材が、前記可動側基盤の可動側旋回歯が形成されていない側の面と当接するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載ののスクロール型圧縮機。
【請求項５】
前記可動側スクロール用軸受が、ボールベアリングであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【請求項６】
前記伝動手段が、タイミングベルトによる伝動装置であることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
【請求項７】
前記可動側旋回歯の中心点が、前記可動側基盤の中心点に対してオフセットして設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のスクロール型圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２１１７１２（Ｐ２００７−２１１７１２Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３７２９（Ｐ２００６−３３７２９）
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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