特許 7515993 摺動部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】摺動部品

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/04 20060101AFI20240708BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20240708BHJP

   F04C 18/02 20060101ALI20240708BHJP

   F04C 27/00 20060101ALI20240708BHJP

   F04C 29/02 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

F16C17/04 Z

F16J15/18 C

F04C18/02 311K

F04C27/00 311

F04C29/02 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021565606

(86)(22)【出願日】2020-12-16

(86)【国際出願番号】 JP2020046868

(87)【国際公開番号】W WO2021125200

(87)【国際公開日】2021-06-24

【審査請求日】2023-06-21

(31)【優先権主張番号】P 2019227365

(32)【優先日】2019-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓志

(72)【発明者】

【氏名】徳永 雄一郎

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－００８４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０１６３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３１６６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６１２０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／０４

Ｆ１６Ｊ １５／１８

Ｆ０４Ｃ １８／０２

Ｆ０４Ｃ ２７／００

Ｆ０４Ｃ ２９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

摺動面を有するとともに円環形状を成し、前記摺動面が相手方の摺動部品の摺動面に偏心回転を伴って相対摺動するように、偏心機構を含む回転機械に組み込まれる摺動面を有する摺動部品であって、
前記摺動部品の前記摺動面には、内径側、外径側のいずれの空間にも連通しない溝が周方向に複数設けられ、
前記溝は底部全面に亘って有底状であり、かつ前記溝の径方向幅が高圧側のランド部の径方向幅より大きく、前記溝よりも径方向低圧側にはランド部が連続して形成されている摺動部品。

【請求項2】

前記溝は、円形に形成されている請求項１に記載の摺動部品。

【請求項3】

前記溝は、前記摺動面の径方向中央に幾何中心を有している請求項１または２に記載の摺動部品。

【請求項4】

前記摺動部品は、前記相手方の摺動部品よりも径方向の幅が狭い請求項１または２に記載の摺動部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏心機構を含む回転機械に用いられる摺動部品に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、偏心機構を含む回転機械として、例えば、自動車の空調システムに用いられるスクロール圧縮機は、端板の表面に渦巻状のラップを備える固定スクロールと、端板の表面に渦巻状のラップを備える可動スクロールからなるスクロール圧縮機構、回転軸を偏心回転させる偏心機構等を備え、可動スクロールを回転軸の回転により固定スクロールに対して偏心回転を伴わせながら相対摺動させることにより、両スクロールの外径側の低圧室から供給された冷媒を加圧し、固定スクロールの中央に形成される吐出孔から高圧の冷媒を吐出させる機構となっている（特許文献１参照）。

【0003】

また、特許文献１に示されるスクロール圧縮機は、スクロール圧縮機構により圧縮された冷媒の一部を可動スクロールの軸方向の荷重を受けるスラストプレートの背面側に形成される背圧室に供給する背圧供給機構を備えている。可動スクロールの背面に作用する背圧により、可動スクロールは固定スクロールに向けて押圧される。これにより、両スクロール間の軸方向における冷媒漏れが低減され、スクロール圧縮機の圧縮効率が高められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－６１２０８号公報（第５頁～第６頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に示されるスクロール圧縮機においては、スラストプレートとハウジングとの間にシールリングを介在させることにより、背圧室からの背圧の漏れ出しを防止しながらスラストプレートを軸方向に移動可能とすることで、スラストプレートを介して可動スクロールを固定スクロールに向けて押圧できるようになっている。しかしながら、可動スクロールの背面にスラストプレートの摺動面が押し付けられるため、摺動面の摩擦抵抗が大きく可動スクロールの動作に影響を与えてしまう虞があった。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、偏心回転を伴う摺動面の摩擦抵抗を低減することができる摺動部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
円環形状を成し、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面を有する摺動部品であって、
前記摺動面には、内径側、外径側のいずれの空間にも連通しない溝が周方向に複数設けられている。
これによれば、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面に設けられる溝において発生する動圧を利用して外部空間から摺動面間を通って溝内へ流体が流入可能となっているとともに、溝内に保持された流体が摺動面間から外部空間に流出し難く、偏心回転に伴う溝の相対移動の方向に応じて摺動面間の全周に亘って動圧を発生させることができるため、摺動面同士をわずかに離間させ流体膜が形成されることで摺動面間における潤滑性が向上し、摺動面の摩擦抵抗を低減することができる。

【0008】

前記溝は、円形に形成されていてもよい。
これによれば、偏心回転に伴う溝の相対移動のいずれの方向に対しても安定して動圧を発生させることができるため、摺動面間の全周に亘ってバランスよく圧力を分布させることができる。

【0009】

前記溝は、前記摺動面の径方向中央に幾何中心を有していてもよい。
これによれば、摺動部品の径方向寸法を小さく構成することが可能であり、摺動抵抗の小さい摺動部品を提供することができる。

【0010】

前記摺動部品は、相対摺動する一対の摺動部品のうち径方向の幅が狭い方の摺動部品であってもよい。
これによれば、偏心を伴って相対摺動する摺動面間において、溝により動圧を確実に発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る実施例の摺動部品としてのサイドシールが適用されるスクロール圧縮機を示す概略構成図である。

【図2】本発明の実施例のサイドシールの摺動面を示す図である。

【図3】本発明の実施例のサイドシールの摺動面とスラストプレートの摺動面との相対摺動を示す図である。尚、（ａ）を開始位置として、（ｂ）は９０度、（ｃ）は１８０度、（ｄ）は２７０度まで回転軸が偏心回転したときに相対摺動するサイドシールの摺動面とスラストプレートの摺動面との位置関係を示している。

【図4】サイドシールの摺動面に形成される溝の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例】

【0013】

実施例に係る摺動部品につき、図１から図３を参照して説明する。説明の便宜上、図面において、摺動部品の摺動面に形成される溝等にドットを付している。

【0014】

本発明の摺動部品は、偏心機構を含む回転機械、例えば自動車等の空調システムに用いられる流体としての冷媒を吸入、圧縮、吐出するスクロール圧縮機Ｃに適用される。尚、本実施例において、冷媒は気体であり、ミスト状の潤滑油が混合した状態となっている。

【0015】

先ず、スクロール圧縮機Ｃについて説明する。図１に示されるように、スクロール圧縮機Ｃは、ハウジング１と、回転軸２と、インナーケーシング３と、スクロール圧縮機構４と、摺動部品としてのサイドシール７と、スラストプレート８と、駆動モータＭと、から主に構成されている。

【0016】

ハウジング１は、円筒状のケーシング１１と、ケーシング１１の一方の開口を閉塞するカバー１２と、から構成されている。ケーシング１１の内部には、図示しない冷媒回路から吸入口１０を通して低圧の冷媒が供給される低圧室２０と、スクロール圧縮機構４により圧縮された高圧の冷媒が吐出される高圧室３０と、スクロール圧縮機構４により圧縮された冷媒の一部が潤滑油と共に供給される背圧室５０と、が形成されている。尚、背圧室５０は、ケーシング１１の内部に収容される円筒状のインナーケーシング３の内部に形成されている。

【0017】

カバー１２には、図示しない冷媒回路と高圧室３０とを連通する吐出連通路１３が形成されている。また、カバー１２には、高圧室３０と背圧室５０とを連通する背圧連通路１４の一部が吐出連通路１３から分岐して形成されている。尚、吐出連通路１３には、冷媒から潤滑油を分離するオイルセパレータ６が設けられている。

【0018】

インナーケーシング３は、その軸一方の端をスクロール圧縮機構４を構成する固定スクロール４１の端板４１ａに当接させた状態で固定されている。また、インナーケーシング３の一方の端部には、径方向に貫通する吸入連通路１５が形成されている。すなわち、低圧室２０は、インナーケーシング３の外部から吸入連通路１５を介してインナーケーシング３の内部まで形成されている。吸入連通路１５を通ってインナーケーシング３の内部まで供給された冷媒は、スクロール圧縮機構４に吸入される。

【0019】

スクロール圧縮機構４は、カバー１２に対して略密封状に固定される固定スクロール４１と、インナーケーシング３の内部に収容される可動スクロール４２と、から主に構成されている。

【0020】

固定スクロール４１は、金属製であり、円板状の端板４１ａの表面、すなわち端板４１ａの一方の端面から突設される渦巻状のラップ４１ｂを備えている。また、固定スクロール４１には、端板４１ａの背面、すなわち端板４１ａの他方の端面の内径側に凹む凹部４１ｃが形成されており、この凹部４１ｃとカバー１２の端面とから高圧室３０が画成されている。

【0021】

可動スクロール４２は、金属製であり、円板状の端板４２ａの表面、すなわち端板４２ａの軸一方の端面から突設される渦巻状のラップ４２ｂを備えている。また、可動スクロール４２には、端板４２ａの背面、すなわち端板４２ａの他方の端面の中央から突出するボス４２ｃが形成されている。ボス４２ｃには、回転軸２の一方の端部に形成される偏心部２ａが相対回転可能に挿嵌される。尚、本実施例においては、回転軸２の偏心部２ａと、回転軸２の一方の端部から外径方向に突出するカウンタウエイト部２ｂとにより、回転軸２を偏心回転させる偏心機構が構成されている。

【0022】

回転軸２が駆動モータＭにより回転駆動されると、偏心部２ａが偏心回転し、可動スクロール４２が固定スクロール４１に対して偏心回転を伴って相対摺動する。このとき、固定スクロール４１に対して可動スクロール４２は偏心回転し、この回転に伴いラップ４１ｂ、４２ｂの接触位置は回転方向に順次移動し、ラップ４１ｂ、４２ｂ間に形成される圧縮室４０が中央に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより、スクロール圧縮機構４の外径側に形成される低圧室２０から圧縮室４０に吸入された冷媒が圧縮されていき、最終的に固定スクロール４１の中央に設けられる吐出孔４１ｄを通して高圧室３０に高圧の冷媒が吐出される。

【0023】

次いで、本実施例における摺動部品としてのサイドシール７について説明する。図１および図２に示されるように、サイドシール７は、樹脂製であり、断面矩形状かつ軸方向視円環状を成しており、可動スクロール４２の端板４２ａの背面に固定されている。サイドシール７の一方の側面には、スラストプレート８の摺動面８ａに当接する摺動面７ａが形成されている。

【0024】

図２に示されるように、サイドシール７の摺動面７ａには、内径側、外径側のいずれの空間、すなわち背圧室５０および低圧室２０のいずれにも連通しない溝７０が周方向に複数等配されている。

【0025】

溝７０は、摺動面７ａの径方向中央としての仮想円ＶＣ上に幾何中心としての中心Ｐを有する円形に形成されている。尚、径方向中央は摺動面７ａの内径と外径の平均が一例であるが、数学的な平均でなくともよく、後述するＬ２がＬ３の０．５～２倍であってもよい。

【0026】

詳しくは、溝７０は、平坦な摺動面７ａと直交するように軸方向に延びる円形状の壁面７０ａと、摺動面７ａと平行に延びる平面状の底面７０ｂと、から構成されている。

【0027】

尚、溝７０の底面７０ｂは、摺動面７ａと平行に延びる平面状に形成されるものに限らず、例えば傾斜面や湾曲面として形成されてもよい。

【0028】

また、溝７０の半径寸法Ｌ１は、摺動面７ａの内周と壁面７０ａとの間におけるランド部分の径方向の寸法Ｌ２よりも長く（Ｌ１＞Ｌ２）なっている。

【0029】

尚、溝７０は、摺動面７ａの径方向中央に中心Ｐを有する単一の半径を有する円形に形成されているため、摺動面７ａの外周と壁面７０ａとの間におけるランド部分の径方向の寸法Ｌ３は、Ｌ２と等しい（Ｌ２＝Ｌ３）。これにより、摺動面７ａ，８ａ間において、溝７０内に流体を保持するための容量が大きくなっている。

【0030】

図１に示されるように、スラストプレート８は、金属製であり、円環状を成し、その一方の端面には、シールリング４３が固定されており、シールリング４３は、インナーケーシング３の内周面に当接している。これにより、スラストプレート８は、サイドシール７を介して可動スクロール４２の軸方向の荷重を受けるスラスト軸受として機能している。

【0031】

また、サイドシール７とシールリング４３は、インナーケーシング３の内部において、可動スクロール４２の外径側に形成される低圧室２０と可動スクロール４２の背面側に形成される背圧室５０とを区画している。背圧室５０は、インナーケーシング３の他方の端の中央に設けられる貫通孔３ａの内周に固定されるシールリング４４により、貫通孔３ａに挿通される回転軸２との間がシールされることにより密閉空間として形成されている。また、カバー１２、固定スクロール４１、インナーケーシング３に亘って形成され、高圧室３０と背圧室５０とを連通する背圧連通路１４には、図示しないオリフィスが設けられており、オリフィスにより減圧調整された高圧室３０の冷媒がオイルセパレータ６で分離された潤滑油と共に背圧室５０に供給されるようになっている。このとき、背圧室５０内の圧力は、低圧室２０内の圧力よりも高くなるように調整される。尚、インナーケーシング３には、径方向に貫通し、低圧室２０と背圧室５０とを連通する圧力抜き孔１６が形成されており、圧力抜き孔１６内には圧力調整弁４５が設けられている。圧力調整弁４５は、背圧室５０の圧力が設定値を上回ることで開放するようになっている。

【0032】

また、スラストプレート８の中央の貫通孔８ｂには、可動スクロール４２のボス４２ｃが挿通されている。貫通孔８ｂは、ボス４２ｃに挿嵌される回転軸２の偏心部２ａによる偏心回転を許容できる径の大きさに形成されている。すなわち、サイドシール７の摺動面７ａは、回転軸２の偏心回転によりスラストプレート８の摺動面８ａに対して偏心を伴って相対摺動できるようになっている（図３参照）。

【0033】

尚、図３においては、図３（ａ）～（ｄ）は、固定スクロール４１（図１参照）側から見た場合のボス４２ｃの回転軌跡のうち、図３（ａ）を時計周り方向の基準として、ボス４２ｃがそれぞれ９０度、１８０度、２７０度回転した状態を示している。また、サイドシール７の摺動面７ａとスラストプレート８の摺動面８ａとの摺動領域をドットにより模式的に示している。また、説明の便宜上、回転軸２については、ボス４２ｃに挿嵌される偏心部２ａのみを図示し、偏心機構を構成するカウンタウエイト部２ｂ等の図示を省略している。

【0034】

このように、サイドシール７は、スラストプレート８の摺動面８ａに対して偏心回転を伴って相対摺動する摺動面７ａを有する摺動部品であり、サイドシール７の摺動面７ａには、内径側、外径側の流体が存在する背圧室５０および低圧室２０のいずれにも連通しない溝７０が周方向に複数設けられている。これによれば、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面７ａに設けられる溝７０において発生する動圧を利用して背圧室５０から摺動面７ａ，８ａ間を通って溝７０内に流体が流入可能となっているとともに、溝７０が背圧室５０および低圧室２０のいずれにも連通しないことから溝７０内に保持された流体が摺動面７ａ，８ａ間から低圧室２０へ向けて流出し難く、溝７０内に流体が保持されやすい。そのため、摺動面７ａ，８ａ間が貧潤滑の状態になり難く、偏心回転に伴う溝７０の相対移動に応じて摺動面７ａ，８ａ間の全周に亘って安定して動圧を発生させることができ、摺動面７ａ，８ａ同士をわずかに離間させ、潤滑油による液膜が形成されることにより、摺動面７ａ，８ａ間における潤滑性が向上し、摺動面７ａの摩擦抵抗を低減することができる。

【0035】

また、溝７０は、周方向に複数設けられ、円形に形成されている。これによれば、偏心回転に伴う溝７０の相対移動に応じて全ての溝７０において安定して動圧を発生させることができ、摺動面７ａ，８ａ間の全周に亘ってバランスよく圧力を分布させることができる。また、回転軸２の偏心回転に伴う溝７０の相対移動により複数の溝７０内に発生する圧力の分布は、偏心回転に伴って略周方向に移動していく。そのため、周方向上流の溝７０から摺動面７ａ，８ａ間に動圧発生に伴って流出した流体は、隣接する周方向下流の溝７０に流入されやすくなっており、摺動面７ａ，８ａ間の周方向に亘って潤滑油による液膜が略均一にバランスよく形成されやすい。また、摺動面７ａ，８ａ間の全周に亘って圧力の分布の偏りが小さくなるため、摺動面７ａ，８ａ間における面の傾きを抑制することができる。

【0036】

また、溝７０は、摺動面７ａの径方向中央としての仮想円ＶＣ上に幾何中心としての中心Ｐ（図２参照）を有する円形に形成されている。これによれば、摺動部品の径方向寸法を小さく構成することが可能であり、摺動抵抗の小さい摺動部品を提供することができる。

【0037】

また、溝７０の半径寸法Ｌ１は、摺動面７ａの内周と壁面７０ａとの間におけるランド部分の径方向の寸法Ｌ２よりも長く（Ｌ１＞Ｌ２）なっている。これによれば、動圧を利用して背圧室５０から摺動面７ａ，８ａ間を通って溝７０内へ流体を流入させやすい。

【0038】

また、摺動面７ａに溝７０が形成されるサイドシール７は、相対摺動するスラストプレート８と比べて径方向の幅が狭くなっている（図１および図３参照）。これによれば、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面７ａ，８ａ間において、サイドシール７の摺動面７ａ全体が常にスラストプレート８の摺動面８ａとの摺動領域内（図３参照）に位置することとなり、溝７０により動圧を確実に発生させることができる。

【0039】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0040】

前記実施例では、自動車等の空調システムに用いられるスクロール圧縮機Ｃに摺動部品としてのサイドシール７が適用される態様について説明したが、これに限らず、偏心機構を含む回転機械であれば、例えば膨張機と圧縮機を一体に備えたスクロール膨張圧縮機等に適用されてもよい。

【0041】

また、摺動部品の摺動面の内外の空間に存在する流体は、それぞれ気体、液体または気体と液体の混合状態のいずれであってもよい。

【0042】

また、前記実施例では、溝７０は、円形に形成されるものとして説明したが、これに限らず、溝は内径側、外径側のいずれにも連通しないものであればよく、例えば溝の形状は楕円形や多角形に形成されてもよい。この場合、前記実施例のように、摺動面７ａの径方向中央としての仮想円ＶＣ上に幾何中心としての中心Ｐを有する楕円形や多角形に形成されることが好ましい。

【0043】

また、前記実施例では、サイドシール７の摺動面７ａに形成される溝７０は、摺動面７ａの径方向中央としての仮想円ＶＣ上に幾何中心としての中心Ｐを有する円形に形成されるものとして説明したが、これに限らず、例えば、摺動面における径方向中央よりも高圧側に中心を有する円形に形成されていてもよい。これによれば、動圧を利用して高圧側の空間から摺動面間を通って溝内へ流体を流入させやすい。

【0044】

また、図４に示される変形例のサイドシール１０７のように、溝１７０が摺動面１０７ａの内径側と外径側にそれぞれ中心を有する円形に形成されることにより、周方向に千鳥状に複数設けられていてもよい。

【0045】

また、前記実施例では、サイドシール７は、摺動面７ａの外径側に低圧室２０が形成され、内径側に低圧室よりも高圧な背圧室５０が形成される態様について説明したが、これに限らず、サイドシール７は、摺動面７ａの外径側が高圧、内径側が低圧となる環境で使用されてもよい。また、本発明の摺動部品は、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面を有するものであれば、摺動面の内外に圧力差がある環境に限らず、摺動面の内外の圧力が略同一である環境で使用されてもよい。また、本発明の摺動部品には、シールとしての機能は必要なく、摺動面を低摩擦化できるものであればよい。

【0046】

また、前記実施例では、相対摺動する摺動面７ａ，８ａを有するサイドシール７が樹脂製、スラストプレート８が金属製のものとして説明したが、摺動部品の材料は使用環境等に応じて自由に選択されてよい。

【0047】

また、前記実施例では、サイドシール７の摺動面７ａに溝７０が形成される態様について説明したが、これに限らず、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面を有する摺動部品であるスラストプレート８の摺動面８ａの摺動領域（図３参照）に溝が形成されていてもよい。また、サイドシール７の摺動面７ａとスラストプレート８の摺動面８ａの両方に溝が形成されていてもよい。

【0048】

また、前記実施例では、摺動部品としてのサイドシール７の摺動面７ａとスラストプレート８の摺動面８ａとが偏心回転を伴って相対摺動する構成について説明したが、これに限らず、サイドシールとスラストプレートのいずれか一方のみを備え、偏心回転を伴って相対摺動する摺動面に溝が形成されてもよい。例えば、スラストプレートのみを備える場合には、摺動部品としてのスラストプレートの摺動面と可動スクロールの端板の背面のいずれか一方または両方に溝が形成されてもよい。また、サイドシールのみを備える場合には、摺動部品としてサイドシールの摺動面に溝が形成されてもよい。この場合には、サイドシールがインナーケーシングの内周面に当接して可動スクロールの軸方向の荷重を受けるスラスト軸受としても機能する。

【0049】

また、サイドシールとスラストプレートを備えず、可動スクロールの端板の背面がインナーケーシングの内周面に当接して可動スクロールの軸方向の荷重を受けるスラスト軸受として機能する場合には、可動スクロールの端板の背面に形成される摺動面に溝が形成されてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１ ハウジング
２ 回転軸
２ａ 偏心部
３ インナーケーシング
４ スクロール圧縮機構
６ オイルセパレータ
７ サイドシール（摺動部品）
７ａ 摺動面
８ スラストプレート
８ａ 摺動面
１０ 吸入口
１３ 吐出連通路
１４ 背圧連通路
１５ 吸入連通路
２０ 低圧室
３０ 高圧室
４０ 圧縮室
４１ 固定スクロール
４２ 可動スクロール
５０ 背圧室
７０ 溝
７０ａ 壁面
７０ｂ 底面
１０７ サイドシール（摺動部品）
１０７ａ 摺動面
１７０ 溝
Ｃ スクロール圧縮機
Ｍ 駆動モータ
Ｐ 中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】