推力球軸承及開放型的渦旋式壓縮機的製作方法
2023-06-05 06:01:31 1
專利名稱：推力球軸承及開放型的渦旋式壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及開放型的渦旋式壓縮機，特別涉及適於在二氧化碳(CO2)等的超臨界區域使用致冷劑的蒸氣壓縮製冷循環的開放型的渦旋式壓縮機。
近年來。從環保的觀點出發，在蒸氣壓縮式製冷循環中，作為致冷劑的氟裡昂的對策之一，提出了作動氣體(致冷氣體)使用二氧化碳(CO2)的製冷循環(以下稱為CO2循環)的方案(例如，特公平7-18602號公報)。該CO2循環的動作與使用氟裡昂的原來的蒸氣壓縮式製冷循環相同，即、如圖7(CO2莫裡爾(モリエル)線圖)的A-B-C-D-A所示，用壓縮機壓縮氣相狀態的CO2(A-B)，將該高溫壓縮的氣相狀態的CO2用散熱器(氣體冷卻器)冷卻(B-C)，然後由減壓器減壓(C-D)，使成為氣液相狀態的CO2蒸發(D-A)，從空氣等的外部流體奪取蒸發潛熱而冷卻外部流體。
但是，CO2的臨界溫度約為31℃，比原來作為致冷劑的氟裡昂的臨界溫度低，在夏天等外部氣溫高的情況下，散熱器側的CO2的溫度比CO2的臨界點溫度高。於是，在散熱器出口側CO2不凝縮(線BC不和飽和液線SL交叉)。另外，散熱器出口側(C點)的狀態由壓縮機的排出壓力和散熱器出口側的CO2溫度決定。散熱器出口側的CO2溫度由散熱器的散熱能力和外部大氣的溫度(不可控制)決定，因此，散熱器出口處的溫度實質上是不能控制的。因此，散熱器出口側(C點)的狀態通過控制壓縮機的排出壓力(散熱器出口側壓力)可以進行控制。即，在夏天等外部氣溫高的情況下，為了確保充分的冷卻能力(焓差)，如E-F-G-H-E所示，需要提高散熱器出口側壓力。為此，與原來的使用氟裡昂的製冷循環相比需要提高壓縮機的運轉壓力。
例如，在車輛用空調裝置中，上述壓縮機的運轉壓力，用原來的R134(氟裡昂)時為3kg/cm2左右，而用CO2時高達40kg/cm2左右，另外，運轉停止壓力，用R134(氟裡昂)時為15kg/cm2左右，而用CO2時高達100kg/cm2左右。因此，壓縮機也必須是可以承耐這樣的高壓的構成。
在此，圖8表示原來的使用於車輛用空調裝置的壓縮機的一例。如圖所示，旋轉渦旋件52設在殼體51內，在旋轉渦旋件52的上方設有固定渦旋件53，該固定渦旋件53與旋轉渦旋件52嚙合。
圓筒狀的輪轂54形成於旋轉渦旋件52的端板52a的外面(圖中下方)中央部，在輪轂54的內部，偏心軸55由旋轉軸承56轉動自由地支承著，該旋轉軸承56兼作向心軸承。偏心軸55由圖中未示的偏心機構以旋轉半徑ρ偏心旋轉。
另外，在端板52a的外面的外周緣與固定於殼體51上的固定構架57之間配置著推力球軸承58，該推力球軸承58用於支承旋轉渦旋件52。
該推力球軸承58具備安裝在固定構架57及旋轉渦旋上52上的一對環狀的軌道構件59及夾在這些軌道構件59之間的球60。在一對軌道構件59的相對面上沿圓周方向多個部位地環狀配置著使球60滾動的環狀的軌道溝61。這些軌道溝61的溝斷面形成為圓弧狀斷面，該圓弧狀斷面的曲率半徑稍大於球60的曲率半徑。
對上述構成的動作進行說明。旋轉渦旋件52由偏心軸55以旋轉半徑ρ公轉旋轉運動。這時，固定構架57和旋轉渦旋件52通過介在軌道構件59間的球60結合著，球60的滾動範圍由軌道槽61限制著，因此，旋轉渦旋件52的自轉被阻止。
另外，雖然在旋轉渦旋件52構件上由壓縮氣體壓作用著大的軸向負荷，但是，該軸向負荷由球60及軌道構件59支承著。
上述推力球軸承58具有支承軸向力方向的負荷及阻止旋轉渦旋件52的自轉的作用。
由於固定構架57和旋轉渦旋件52通過球60結合著，因此，固定構架側軌道構件59的軌道溝61與球60、及旋轉渦旋側軌道構件59的軌道溝61和球60相互滑動。
具體地講，如圖9所示，在球60上作用著由壓縮氣體壓產生的軸向負荷Ft，並且作用著在旋轉渦旋件52想要自轉時作用的左右方向的推壓力Fh。通過球60對抗該推壓力Fh，旋轉渦旋件52的自轉被阻止。
但是，由於球60在軌道溝61上滾動，通過作用左右方向的推壓力Fh軌道溝61和球60進行滑動，產生摩擦。因此，供給於球60和軌道溝61的接觸面的潤滑油膜消失，機械損失增大，而且，由於摩擦，球60、軌道溝61產生磨耗，從而使軸承的壽命縮短。
施加到軸承的負荷越大該磨耗越大。特別是作動氣體使用的是CO2時，如上所述地由於壓縮氣體的壓力比氟裡昂的高，所以，具有軸承的壽命非常短的缺點。
因此，本發明的目的是提供防止磨耗、並可以加大軸承的負荷的推力球軸承及開放型的渦旋式壓縮機。
本申請第1發明的推力球軸承，其特徵是，它具有進行公轉運動的第1推板；與該第1推板相對置的第2推板；設有保持球的保持孔的、並位於上述第1推板和上述第2推板之間的保持器；保持在上述保持孔內的球。在將上述第1推板的旋轉半徑作為ρ，將上述球的直徑作為d、將上述保持孔的開口直徑作為D時，則D≥d+ρ的關係成立。
在該推力球軸承中，由於保持孔的直徑具有D≥d+ρ的關係，因此，不妨礙球的公轉旋轉的運動。
例如如圖3所示，推力球軸承的球41由第1推板4a及第2推板9a推壓著，旋轉渦旋件(公轉旋轉件)9以同位相公轉旋轉。在圖3(a)的狀態下，球41位於最上方、並與保持孔內壁的保持器40的內周側接觸著。
旋轉渦旋件9進行公轉旋轉運動，其與圖3(a)180°不同位相的狀態是圖3(b)的狀態。在圖3(b)中，球41位於最下方，並與保持孔內壁的保持器40外周側接觸著。
由於旋轉渦旋件9以旋轉半徑ρ進行公轉旋轉運動，所以，一邊與旋轉渦旋件9接觸、一邊滾動的球41以旋轉半徑ρ/2進行公轉旋轉運動。如圖3(b)所示，球41的移動軌跡的直徑為d/2+ρ+d/2＝d+ρ。
由於保持孔42的直徑如上所述地滿足D≥d+ρ的關係，所以，保持器不妨礙球41的公轉旋轉運動。
因此，在保持孔內壁或推板與球之間不會產生摩擦，可以防止保持孔內壁、推板、球的磨耗。
本申請的第2發明的推力球軸承是在第1發明的推力球軸承中，其特徵在於在上述保持器的至少保持孔內壁上設有防音材料。
推力球軸承的球在旋轉渦旋件開始旋轉時從任意的靜止位置移動到運轉位置。這時，雖然球與保持孔內壁衝撞，但是，由於至少在保持孔內壁上設有防音材料，所以，可以降低球與內壁衝撞時的噪音。
作為防音材料，具體地講可以採用彈性模量低的有可以抑制由衝撞所產生的衝擊聲的效果的樹脂、合成橡膠、減振合金等。
在是橡膠、樹脂的情況下，即使由同一材質製作保持器全體，也具有成本上的實用性，在是減振合金的情況下，由於其價高，所以在實用性上是部分地設在保持孔內壁上。
再有，本申請的第3發明的具有上述推力球軸承的開放型的渦旋式壓縮機，如上述地可以防止保持孔內壁、推板、球的磨耗。
另外，在本申請的第4發明的開放型的渦旋式壓縮機中，可以抑制推力球軸承的球與保持孔內壁衝撞時所發生的噪音。
而且，如本申請的第5發明所記載的開放型的渦旋式壓縮機，它可以有效地適用於作動氣體使用二氧化碳的製冷循環所使用的、運轉壓力高、負荷大的推力球軸承。
圖1是本發明的開放型的渦旋式壓縮機的一實施例的縱剖面圖。
圖2是圖1的開放型的渦旋式壓縮機的推力球軸承的保持器的俯視圖。
圖3是圖1所示的推力球軸承附近的放大圖。
圖4是表示該推力球軸承所具備的球的滾動方向的圖。
圖5是本發明的其他實施例的推力球軸承的保持器縱剖面圖。
圖6是表示蒸汽壓縮式製冷循環的模式圖。
圖7是CO2的莫裡爾線圖。
圖8是表示現有技術的推力球軸承的剖面圖。
圖9是表示圖8的推力球軸承的球附近的擴大圖。
以下，參照附圖對本發明的開放型的渦旋式壓縮機的實施例進行說明。
首先，參照圖6說明本發明的開放型的渦旋式壓縮機所具備的CO2循環，該CO2循環S適用於例如車輛用空調裝置，1是壓縮氣相狀態的CO2的開放型的渦旋式壓縮機，開放型的渦旋式壓縮機1是從圖中未示的驅動源(例如發動機等)獲得驅動力而進行驅動的，1a是將由渦旋式壓縮機1壓縮了的CO2在同外氣等之間進行熱交換進行冷卻的散熱器(氣體冷卻器)，1c是根據散熱器1a出口側處的CO2溫度控制散熱器1a出口側壓力的壓力控制閥。CO2由該壓力控制閥1b及節流閥1c減壓而成為低溫低壓的氣液2相狀態的CO2。1d為構成車室內空氣冷卻裝置的蒸發器(吸熱器)，氣液2相狀態的CO2在蒸發器1d內進行氣化(蒸發)時從車室內空氣奪取蒸發潛熱而冷卻車室內空氣。1e是暫時貯蓄氣相狀態的CO2的貯存器。渦旋式壓縮機1、散熱器1a、壓力控制閥1b、節流閥1c、蒸發器1d及蓄存器1e分別由配管1f連接而形成閉迴路。
以下參照附圖1-4說明渦旋式壓縮機1的一實施例。
渦旋式壓縮機1的殼體1A(壓縮機本體)由杯狀的殼本體2和由螺栓3連結於殼本體2上的前殼4構成。曲軸5貫通前殼4、並通過主軸承6及副軸承7自由旋轉地支承於前殼4上，圖中未示的車輛發動機的旋轉通過公知的電磁離合器32傳遞於離合器軸5上。符號32a、32b分別是電磁離合器32的線圈及皮帶輪。
在殼體1A的內部配設著固定渦旋件8和旋轉渦旋件(公轉旋轉體)9。
固定渦旋件8備有端板10和立設於其內面上的渦旋狀突起11，在該端板10的背面上由螺栓12可分解地固定著背壓件13，在該背壓件13的內周面及外周面上分別埋設著O型密封環14a、14b，這些密封環14a、14b與殼本體2的內周面密接，從殼本體2內的低壓室15隔離出後述的高壓室16。該高壓室16由背壓件13的內空間13a和形成於固定渦旋件8的端板10的背面上的凹部10a構成。
旋轉渦旋件9備有端板17和立設於其內面上的渦旋狀突起18，該渦旋狀突起18實質上與上述固定渦旋件8的渦旋狀突起11具有相同的形狀。
在固定渦旋件8和前殼4之間配置著環狀的板簧20a，該板簧20a通過多個螺栓20b沿周向交替地被連接在固定渦旋件8和前殼4上。由此，固定渦旋件8僅在其軸向、僅以板簧20a的最大撓曲量被允許移動(浮動構造)。由環狀板簧20a和螺栓20b構成固定渦旋支承裝置20。通過在上述背壓件13的背面突出部和殼體1A之間設有間隙c，該背壓件13可與固定渦旋件8一起沿上述軸向運動。
固定渦旋件8和旋轉渦旋件9相互僅偏心公轉旋轉半徑、而且位相僅錯開180°地如圖所示地嚙合，埋設在渦旋狀突起11的前端上的頂端密封件(未圖示)與端板17的內面密切接觸，埋設在渦旋狀突起18的前端的頂端密封(未圖示)與端板10的內面密切接觸，而且，各渦旋狀突出11、18的側面在多處緊密接觸。由此，劃分出了相對渦旋狀的中心幾乎成點對稱的多個密封空間21a、21b。固定渦旋件8和旋轉渦旋件9之間設有自轉防止圈27，該自轉防止圈27用於阻止旋轉渦旋件9的自轉，允許其公轉。
圓筒狀的輪轂22形成於端板17的外面中央部，在輪轂22的內部通過兼作向心軸承的旋轉軸承24自由轉動地收容著驅動軸襯23。在穿設在該驅動軸襯23上的貫通孔25內自由轉動地嵌合著偏心軸26，該偏心軸26突出地設在曲軸5的內端上。
在曲軸5的外周上配置著公知的機械密封28，該機械密封28設於主軸承6的外側。
另外，在端板17的外面的外周緣和前殼4之間配置著用於支承旋轉渦旋件9的推力球軸承19。以下對該推力球軸承進行詳細的說明。
在前殼4側及旋轉渦旋件9側，在偏心軸26的周圍設有環狀的推板4a、9a。在前殼4上由螺栓4b連結著推板4a，在旋轉渦旋件9的端板17背面上由螺栓9b連結著推板9a。
旋轉渦旋件9側的推板9a是平板，相對置的推板4a上緊固著保持器40，該保持器40藉助上述螺栓4b與推板4a一體地連結在前殼4上。
保持器40如圖2所示地為環狀，由作為防音材料的樹脂形成。作為其材質可使用尼龍、聚四氟乙烯、環氧樹脂，另外，它還環狀地配置著一個一個地保持作為轉動本體的球41的多個保持孔42。如圖3(a)所示，該保持孔的開口直徑D在將旋轉渦旋件9的旋轉半徑作為ρ、將球41的直徑作為d時則滿足D＝d+ρ的關係。而且，由於保持器40的厚度比球直徑d小，因此，由保持器40保持的球41從保持器40側面突出，與推板4a、9a的雙方接觸。
下面對渦旋式壓縮機1的動作進行說明。
在給電磁離合器的線圈通電而使車輛發動機的旋轉傳遞於曲軸5時，曲軸5的旋轉通過旋轉驅動機構驅動旋轉渦旋件9，該旋轉驅動機構由偏心軸26、貫通孔25、驅動軸襯23、旋轉軸承24、輪轂22組成，旋轉渦旋9由自轉防止圈27一邊防止其自轉一邊在以公轉旋轉半徑ρ作為半徑的圓軌道上進行公轉旋轉運動。
在旋轉渦旋件9進行公轉旋轉運動時，雙方的渦旋狀突起11、18的線接觸部漸漸地向渦旋的中心方向移動，其結果，密閉空間21a、21b一邊減少容積、一邊向渦旋的中心方向移動。伴隨此，通過吸入口(未圖示)流入低壓室15的作動氣體(參照箭頭A)從與雙方的渦旋狀突起11、18的外終端開口部取入到密閉空間21a內，一邊被壓縮一邊到達中心部21c，從此通過穿設於固定渦旋件8的端板10上的排出口34而推開排出閥35排出到高壓室16，再從排出口38流出。這樣，通過旋轉渦旋件9的旋轉將從低壓室15導入的流體在上述密閉空間21a、21b內壓縮，排出該壓縮氣體。
而且，由於該壓縮氣體產生的推壓力，旋轉渦旋件9受到軸向推壓力，但推力球輛承19支持著旋轉渦旋件9。
以下，對該推力球軸承19的作用進行說明。
圖3表示的是圖1中所示的旋轉渦旋件9位於最上方時的推力球軸承19的擴大圖。
推力球軸承19的球41由推板4a(第2推板)、9a(第1推板)推壓著，並以與旋轉渦旋件9同位相進行公轉旋轉。在圖的狀態下，球41位於最上方，與保持孔內壁的保持器40的內周側接觸。
圖3(b)表示進行旋轉渦旋件9的公轉旋轉運動的、與圖3(a)180°不同位相的狀態，在圖3(b)中，球41位於最下方，並與保持孔內壁的保持器40外周側接觸。
如前所述，由於旋轉渦旋件9以旋轉半徑ρ進行著公轉旋轉運動，因此，一邊接觸旋轉渦旋件9一邊進行滾動的球41以旋轉半徑ρ/2進行公轉旋轉運動。如圖3(b)所示，球41的移動軌跡的直徑是d/2+ρ+d/2＝d+ρ。
由於保持孔42的直徑D具有D＝d+ρ的關係，因此，球41經常地一邊與保持孔42內壁接觸、一邊進行旋轉運動。
在該推力球軸承19中，因為推板9a是平板，所以不與球41結合。另外，保持孔42的直徑具有D＝d+ρ的關係，所以不妨礙球41的公轉旋轉運動。
因此，不會在保持孔42內壁和球41之間產生摩擦，可以提高壓縮機的效率。另外，由於可以防止保持孔42、球41、推板4a、9a的磨耗，所以，可以增大軸承的負荷。
由於用樹脂構成保持器自體，可以有以下的效果。
如上所述，在壓縮機驅動過程中，球在保持孔內公轉旋轉運動。這時，由於旋轉渦旋件9的公轉位相與球41的公轉位相一致，所以，圖4(a)所示的球41的滾動方向a經常地是球41和保持孔42的切線方向1。球41不與保持孔42內壁衝撞地進行運動。
但是，在壓縮機驅動開始時，球41有時與保持孔42的內部衝撞，例如對圖4(a)和圖4(b)所示的情況進行說明。在兩者中，旋轉渦旋件9的公轉位相相同。在該位相中，由於在壓縮機驅動過程中球41經常處於圖4(a)的位置，所以如上所述，球41不會與保持孔42內壁衝撞。但是，在壓縮機驅動開始時，由於球41的位置是不定的，所以，例如處於圖4(b)的位置的情況下，球41的滾動方向a與球41和保持孔42的切線方向l不同，因此，球41與保持孔42內壁進行衝撞。
其後，球41的滾動方向a與球41和保持孔42的切線方向一致(即、旋轉渦旋件9和球41的公轉位相一致)了後，如上述圖4(a)所示，球開始進行規定的公轉旋轉運動。
這樣，雖然在壓縮機驅動開始時球41與保持孔42內壁進行衝撞，但由於保持器40是樹脂制的，所以可以減輕這時的噪音。
在上述實施例中，設在保持器40上的保持孔42，其直徑D設定為D＝d+ρ，但由於其直徑只要設定為不妨礙球41的公轉旋轉運動即可，所以也可以不滿足D≥d+ρ。在D＝d+ρ的條件下，球41一邊與保持孔42內壁接觸一邊進行公轉旋轉運動，在D＞d+ρ的條件下，球41不與保持孔42內壁接觸地進行公轉旋轉運動。
另外，保持孔42內壁的形狀也可以不是圓筒狀，可以是以下的構造。
即如圖5所示，對應於球41的曲面地在保持孔42內壁上形成凹面。保持孔42的直徑D為最大的直徑值。這時球41與保持孔42內壁的凹面是面接觸狀態，由於接觸面的增加可以使面壓降低。
在上述實施例中，保持器40與推板4a一起連結在前殼4上，但保持器40的設置場所不限定於此，也可以連結在旋轉渦旋件9或推板9a上。
另外，保持器40自身的材質為樹脂，但只要保持孔42的內壁是樹脂即可，例如，可以將樹脂制的環狀構件組合在設在非樹脂制的保持器40上的孔中的構造。
另外，也可以用抑制噪音的其他的材質、例如橡膠、減震合金來代替樹脂。
在上述實施例中，開放型的渦旋式壓縮機適用於將CO2作為作動氣體的CO2循環上，但不限於此，也可以適用於將通常的氟裡昂作為作動氣體的蒸氣壓縮式製冷循環。
本發明由於如上所說明地構成著，所以，產生了如下的效果。
在第1發明中，保持器的保持孔的直徑具有D≥d+ρ的關係，因此，在保持孔內壁和球之間不產生摩擦，因此，可以降低機械損失。由於可以防止保持孔內壁、推板、球的磨耗，所以可以使軸承長壽命化，而且還可以加大軸承的負荷。
在第2發明中，通過在保持器的至少保持孔內壁上設防音材料，可以減輕壓縮機驅動開始時球與保持孔內壁衝撞所產生的噪音。
在第3發明中，由於可以防止其推力球軸承的保持孔、推板、球的磨耗，所以可以加大軸承的負荷。
在第4發明中，可以減輕推力軸承的球與保持孔內壁衝撞時發生的噪音。
如第5發明所述本發明可以有效地適用於作動氣體使用二氧化碳的製冷循環的、運動壓力高、負荷大的推力球軸承。
權利要求
1.推力球軸承，其特徵在於，它包括進行公轉旋轉運動的第1推板；與該第1推板對置的第2推板；設有保持球的保持孔的、並位於上述第1推板和第2推板之間的保持器；保持在上述保持孔內的球；在將上述第1推板的旋轉半徑作為ρ、將上述球的直徑作為d、將上述保持孔的開口直徑作為D時，D≥d+ρ的關係成立。
2.如權利要求1所述的推力球軸承，其特徵是，在上述保持器的至少保持孔內壁上設有防音材料。
3.開放型的渦旋式壓縮機，備有設在壓縮機本體內的旋轉渦旋體和自由公轉旋轉地支承該旋轉渦旋體的推力球軸承，通過使上述旋轉渦旋體公轉旋轉運動，壓縮導入的作動氣體，在成為規定的高壓後進行排出，其特徵在於，它包括進行公轉旋轉運動的第1推板；與該第1推板對置的第2推板；設有保持球的保持孔的、並位於上述第1推板和第2推板之間的保持器；保持在上述保持孔內的球；在將上述第1推板的旋轉半徑作為ρ、將上述球的直徑作為d、將上述保持孔的開口直徑作為D時，D≥d+ρ的關係成立。
4.如權利要求3所述的開放型的渦旋式壓縮機，其特徵在於，在上述保持器的至少保持孔內壁上設有防音材料。
5.如權利要求3或4所述的開放型的渦旋式壓縮機，其特徵在於，上述作動氣體是CO2。
全文摘要
推力球軸承及開放型的渦旋式壓縮機,它可以防止磨損、增大軸承的負荷。其特徵是,它具有進行公轉旋轉運動的推板9a、與上述第1推板9a對置的第2推板4a、設有保持球41的保持孔42的、並位於第1、2推板9a、4a之間的保持器40、保持於保持孔42內的球41,在將推板9a的旋轉半徑作為ρ、將球的直徑作為d、將保持孔的開口直徑作為D時,D≥d+ρ的關係成立。
文檔編號F04C29/00GK1276485SQ0011812
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月8日 優先權日1999年6月8日
發明者竹內真実, 鵜飼徹三, 三浦茂樹, 渡邊和英 申請人:三菱重工業株式會社