JP6190663B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両の空調装置に用いられるスクロール型の圧縮機に関する。

空気調和装置に用いられているスクロール圧縮機は、例えば特許文献１に記載されるように渦巻状のラッブをそれぞれ有する固定スクロールと旋回スクロールとを備える。そして、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させ、双方のスクロール壁の間に形成される圧縮室の容積を減少させることで、圧縮室内の冷媒を圧縮する。

スクロール圧縮機は、旋回スクロールを旋回運動させるのに伴って振動が生じる。この振動は、冷媒の圧縮を行なう際の旋回スクロールのトルク変動及び冷媒の圧力脈動などいくつかの加振源に基づいている。加振源からの振動は、駆動源からの回転駆動力を旋回スクロールに伝達する主軸（クランク軸）に伝播し、さらに、主軸を回転可能に支持する軸受を経由して、スクロール圧縮機の外殻をなすハウジングに伝達され、スクロール圧縮機の外部に伝わる。

特開２００８−２０８７１７号公報

スクロール圧縮機が、車両の空気調和装置に用いられる場合には、車室内の静粛性を担保するために、振動及び振動に伴う異音を低減することが要求される。したがって、これまで車両用のスクロール圧縮機の振動を低減するために、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１は、主軸を構成する部材からの異音の発生を抑える提案を行なっている。ただし、これまでの提案にも係らず、振動及び異音を抑え込むことは容易なことではない。
そこで本発明は、上述した振動の伝達経路に鑑みて、軸受からハウジングへの振動の伝達を抑えることで、スクロール圧縮機からの振動及び異音を低減できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の横置き型のスクロール圧縮機は、公転旋回運動する旋回スクロールを含む圧縮機構と、駆動源で生成された回転力を旋回スクロールに伝える主軸と、主軸を回転可能に支持する軸受と、圧縮機構を通過した冷媒から分離された潤滑油を一時的に溜める油溜まりと、油溜まりに溜められた潤滑油を圧縮機構よりも上流側に戻す油戻し流路と、を備える。
本発明のスクロール圧縮機は、軸受が、軸受の外周面に対向し軸受を保持する保持面にすき間ばめにより嵌め合いがなされており、嵌め合いがなされている領域に、油戻し流路を介して油溜まりに溜められた潤滑油が供給される。そして、保持面と、保持面に対向する軸受の外周面との間に、供給された潤滑油を軸受の軸方向に排出させる排出路を備えることを特徴とする。このような排出路を設けることにより、ダンパーとして機能した潤滑油を、潤滑が必要な機械的要素に、選択的に供給することができる。
なお、本発明において、上流、下流は冷媒の流れの向きに従うものとする。

本発明は、軸受の嵌め合いをすき間ばめとすることに加えて、嵌め合いがなされている領域に、横置き型のスクロール圧縮機が備える油溜まりに溜められる潤滑油を供給するようにすることで、当該領域に油膜が形成される。この油膜が軸受の振動を減衰させるダンパーとして機能することで、軸受からハウジングへの振動の伝達が抑えられるので、スクロール圧縮機からの振動及び異音を低減できる。

本発明のスクロール圧縮機において、保持面、及び、保持面に対向する軸受の外周面の一方又は双方に、周方向に連なる油溝を形成することが好ましい。
この好ましい形態によると、油溝の分だけ、嵌め合いがなされている領域に貯えられる潤滑油の量が増えるので、油膜によるダンパー効果を向上できる。

本発明のスクロール圧縮機において、軸受の軸方向の変位を規制するスナップリングを備える場合には、スナップリングは、その割口を除いて、嵌め合いがなされている領域を、軸方向から塞ぎ、かつ、排出路に割口が対応するように設けられることが好ましい。
この好ましい形態によると、油膜を形成した潤滑油が排出される部分を限定することができるので、必要な部位に潤滑油を供給することができる。

本発明のスクロール圧縮機において、排出路は、高さ方向の最上位の領域に設けられることが好ましい。
この好ましい形態によると、排出路よりも下方に設けられる機械的要素に、潤滑油を効率よく供給することができる。

本発明によれば、軸受の嵌め合いをすき間ばめとすることに加えて、嵌め合いがなされている領域に、横置き型のスクロール圧縮機が備える油溜まりに溜められる潤滑油を供給するようにすることで、当該領域に形成される油膜が軸受の振動を減衰させるダンパーとして機能することができる。したがって本発明の圧縮機によると、軸受からハウジングへの振動の伝達が抑えられるので、スクロール圧縮機からの振動及び異音を低減できる。

本実施形態における横置き型のスクロール型電動圧縮機を示す部分縦断面図である。 図１の部分拡大図である。 本実施形態における主軸受の外輪近傍を示す拡大図である。 スナップリングを設ける本実施形態の変更例を示し、図２に対応する部分の拡大図である。 図４に示す変更例の横断面図である。 油溝を設ける本実施形態の変更例を示し、図３に対応する部分の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態においては、インバータを介して電力が供給される、横置きタイプのスクロール型の電動圧縮機１に本発明を適用する例について説明する。

［構成］
はじめに、図１及び図２を参照して、電動圧縮機１の構成を説明する。
電動圧縮機１は、その外殻をなすハウジング１０と、車両用空気調和機に用いられる冷媒を圧縮する固定スクロール２１及び旋回スクロール２５を備える圧縮機構２０と、旋回スクロール２５を駆動する主軸３０と、主軸３０を駆動する電動機４０と、を備えている。

［ハウジング］
ハウジング１０は、圧縮機ハウジング１１と、インナーハウジング１４と、モータハウジング１６と、から構成されるスリーピース構造を有している。各々の部材は、例えば、アルミニウム合金をダイカスト（Die Casting）することで製造される。固定スクロール２１及び旋回スクロール２５も同様である。

圧縮機ハウジング１１は、有底円筒状に形成された部材であり、固定スクロール２１が底面に固定される。圧縮機ハウジング１１と固定スクロール２１との間には、固定スクロール２１及び旋回スクロール２５により圧縮された冷媒が流入する吐出チャンバ１２が形成される。

また、圧縮機ハウジング１１と固定スクロール２１との間には、油溜まり１３が設けられる。油溜まり１３は、圧縮機ハウジング１１と固定スクロール２１との間に形成される空隙であり、吐出ポート２８から吐出される冷媒に含まれる潤滑油が一次的に溜められる。なお、冷媒に含まれる潤滑油は、図示を省略する油分離器により分離されてから、油溜まり１３に移行する。油溜まり１３に溜められた潤滑油は、固定スクロール２１に形成される油戻し流路２４を通じて、電動圧縮機１の上流側に戻り、冷媒に含まれる。潤滑油を含んだ冷媒は、圧縮機構２０で圧縮された後に、吐出チャンバ１２に吐出される。こうして、潤滑油は、電動圧縮機１の内部を循環しながら、主軸受３５、副軸受３４、固定スクロール２１と旋回スクロール２５などの摺動部分の潤滑を担う。
なお、本実施形態において、上流、下流は冷媒の流れの向きに従うものとする。

インナーハウジング１４は、圧縮機ハウジング１１とモータハウジング１６との間に挟まれるように配置される。
インナーハウジング１４には、主軸３０を回転可能に支持する主軸受３５が保持されている。
インナーハウジング１４には、油戻し流路１５が形成される。油戻し流路１５は、一端が固定スクロール２１に設けられる油戻し流路２４に連通し、他端が主軸受３５の外輪３５ｂ（図２）の外周面に対向する保持面１４ａに開口する。したがって、電動圧縮機１は、油溜まり１３と主軸受３５（外輪３５ｂ）の間に、油戻し流路２４と油戻し流路１５からなる潤滑油の戻し流路を備えている。

モータハウジング１６は、内部に電動機４０のステータ４３が固定される。モータハウジング１６には、外部から冷媒が流入する吸入ポート（図示せず）と、インバータ収容ボックス１７が設けられている。
インバータ収容ボックス１７は、上部が蓋１８で閉じられる開口を有し、閉じられた空間内に電動機４０の駆動を制御するインバータ装置４５が納められるものである。

［圧縮機構２０］
圧縮機構２０をなす固定スクロール２１と旋回スクロール２５は、図１に示すように、閉塞された圧縮室Ｃを形成して冷媒を圧縮する。
固定スクロール２１は、固定端板２２と、固定端板２２から旋回スクロール２５に向かって延びる渦巻状の固定ラップ２３と、を備えている。固定端板２２には、油戻し流路２４が形成されている。油戻し流路２４は、一端が油溜まり１３に連通し、他端がインナーハウジング１４に形成される油戻し流路１５に連通する。
固定端板２２の中心部には吐出ポート２８が設けられ、圧縮室Ｃで圧縮された冷媒が、吐出ポート２８を介して吐出チャンバ１２に吐出される。

旋回スクロール２５は、旋回端板２６と、旋回端板２６から固定スクロール２１に向かって延びる渦巻状の旋回ラップ２７と、を備えている。旋回スクロール２５は、主軸３０及び自転防止部（オルダムリング）３９により公転可能に支持される。
旋回端板２６は、主軸３０と対向する面に、主軸３０に向かって延びる円筒状のボス２９を備えている。ボス２９には、主軸３０による公転駆動力が伝達されるブッシュ３６を回転可能に支持するニードル軸受３８が配置される。

［主軸３０］
主軸３０は、電動機４０から旋回スクロール２５に亘って配設される円柱状の部材であり、副軸受３４と主軸受３５とを介して圧縮機ハウジング１１に回転自在に支持されている。主軸３０は、ロータ４１に固定される円柱状のクランク軸３０ａと、クランク軸３０ａよりも直径が大きい円板状の嵌合部３０ｂと、クランク軸３０ａに中心軸線から偏心した位置から中心軸線に沿って延びるクランクピン３０ｃと、を備えている。
クランク軸３０ａは、中心軸線が略水平に配置されるとともに、ロータ４１及びステータ４３により生成される回転駆動力を旋回スクロール２５に伝達する。
嵌合部３０ｂは主軸受３５に嵌合、支持される部分であり、軸方向の一方の面側にクランク軸３０ａが設けられ、他方の面側にクランクピン３０ｃが設けられる。なお、嵌合部３０ｂは、主軸受３５の内輪３５ａ（図２）の内側に圧入されることで主軸受３５に支持される。
クランクピン３０ｃは、クランク軸３０ａに伝達される回転駆動力を旋回スクロール２５に伝達して、旋回スクロール２５を旋回駆動する。クランクピン３０ｃは、嵌合部３０ｂの中心から偏心した位置から、クランク軸３０ａの中心軸線に沿って旋回スクロール２５に向かって延びている。

主軸受３５は、図２に示すように、内輪３５ａと、外輪３５ｂと、内輪３５ａと外輪３５ｂの間に設けられる複数の球状の転動体３５ｃとからなる、ラジアル軸受である。内輪３５ａは主軸３０の嵌合部３０ｂを支持しており、主軸３０の回転に同期して回転する。主軸受３５は、インナーハウジング１４にすき間ばめ（ＪＩＳ Ｂ０４０１）により支持されており、主軸受３５とインナーハウジング１４の嵌め合いが本実施形態の特徴の一つである。
クランクピン３０ｃとボス２９との間には、ブッシュ３６が配置される。ブッシュ３６は、旋回スクロール２５に公転駆動力を伝達する略円筒状の部材である。ブッシュ３６の中心から偏心した位置には、クランクピン３０ｃが挿通されるクランク孔３６ａが形成される。
ブッシュ３６とボス２９の間には、ブッシュ３６を回転可能に支持するニードル軸受３８が設けられる。
ブッシュ３６の外周にはカウンターウエイト３７が設けられている。カウンターウエイト３７は、固定スクロール２１に対する旋回スクロール２５の押し付け力を調節するとともに、バランスをとる部材である。
図示を省略するが、主軸３０周りには、旋回スクロール２５の公転半径を調節する部材であるリミットピンとリミットピンが挿入されるリミット穴とを備えている。

［電動機４０］
電動機４０は、周波数制御された交流電流により回転駆動されるものであり、旋回スクロール２５を公転旋回駆動する駆動源である。
電動機４０は、図１に示すように、主軸３０を介して旋回スクロール２５を公転旋回させるロータ４１と、ステータ４３とを備えている。ステータ４３には、インバータ装置４５から制御された交流電流が供給される。

ロータ４１は、ステータ４３により形成された交流磁場により回転駆動力を発生するものであって、円筒状に形成された永久磁石から構成される。ロータ４１には主軸３０のクランク軸３０ａが固定される。
ステータ４３は、インバータ装置４５から供給された交流電流に基づいて、交流磁場を形成してロータ４１を回転させるものである。ステータ４３は、モータハウジング１６の内周面に焼き嵌めなどの方法により固定される。

インバータ装置４５は、ステータ４３に供給する交流電流を制御するものであり、インバータ収容ボックス１７内に配置される。インバータ装置４５は、キャパシタ（コンデンサ）、パワートランジスタなどの電子素子を備える複数の基板と、を備えている。

［動作］
次に、上記の構成からなる電動圧縮機１が冷媒を圧縮する手順について説明する。
外部から供給された直流電流は、インバータ装置４５のパワートランジスタなどの電子素子により周波数が制御され、ステータ４３に供給される。
ステータ４３は周波数が制御された交流電流に基づいて交流磁界を形成し、形成された交流磁界との相互作用により、ロータ４１は回転駆動力を発生する。ロータ４１により発生された回転駆動力は、主軸３０に伝達される。

回転駆動力は主軸３０のクランク軸３０ａ及び嵌合部３０ｂに伝達され、嵌合部３０ｂの回転によりクランクピン３０ｃが旋回駆動される。クランクピン３０ｃの旋回運動は、ブッシュ３６及びボス２９を介して旋回スクロール２５に伝達される。旋回スクロール２５は自転防止部３９により自転運動が規制されながら公転駆動される。

旋回スクロール２５が公転駆動されると、固定スクロール２１との間に形成された圧縮室Ｃが、モータハウジング１６から電動圧縮機１の内部に流入した冷媒を取り込み圧縮する。具体的には、圧縮室Ｃは、固定スクロール２１及び旋回スクロール２５の外周端で冷媒を取り込む。そして、旋回スクロール２５の公転により、圧縮室Ｃは固定ラップ２３及び旋回ラップ２７に沿って外周端から中心側に向かって移動するにつれて容積が小さくなり、取り込んだ冷媒を圧縮する。
圧縮室Ｃに圧縮された冷媒は、固定スクロール２１の吐出ポート２８を介して吐出チャンバ１２に吐出され、吐出チャンバ１２内からハウジング１０（圧縮機ハウジング１１）の外部に吐出される。

吐出チャンバ１２に流入した冷媒から分離された潤滑油は、油溜まり１３に流入する。ここで、電動圧縮機１が駆動している間は、ハウジング１０の内部が、圧縮機構２０を境にして、相対的に、上流側は低圧雰囲気となり、下流側は高圧雰囲気となる。そうすると、油溜まり１３と主軸受３５（外輪３５ｂ）の間に設けられる、油戻し流路２４と油戻し流路１５からなる潤滑油の戻し流路は、主軸受３５側の一端が低圧雰囲気に連通し、油溜まり１３側の一端が高圧雰囲気に連通することになる。したがって、油溜まり１３に溜められた潤滑油は、高圧雰囲気と低圧雰囲気の差圧により、油戻し流路２４と油戻し流路１５を順に通って、インナーハウジング１４の保持面１４ａから吐出される。

吐出された潤滑油は、保持面１４ａの内側にすき間ばめにより保持されている主軸受３５の外輪３５ｂの周囲に浸透し、図３に示すように、主軸受３５と保持面１４ａの間に油膜ＯＦを形成する。この油膜ＯＦは、主軸受３５に対してダンパー（Damper）として機能する。よって、電動圧縮機１に生じた振動が主軸受３５を介してハウジング１０に伝達するのを抑制することができる。しかも、油膜ＯＦを形成する潤滑油は、電動圧縮機１が駆動している間、連続的に供給されるので、油膜形成によるダンパー効果を安定して得ることができる。

以上、本実施形態にかかる電動圧縮機１の基本的な構成、効果を説明したが、本発明はいくつかのオプションを備えることができる。以下、順番に説明する。

［スナップリングによる潤滑油の排出先選択］
電動圧縮機１は、図４，図５に示すように、主軸受３５の抜け止めのためにスナップリング３２を設けることができる。電動圧縮機１が駆動中に昇温すると、アルミニウム合金からなるハウジング１０の方が鉄系合金からなる主軸受３５よりも熱膨張量が大きいので、主軸受３５が軸方向に抜け出るのを防止するためにスナップリング３２を設ける。

スナップリング３２は、一部が径方向に切り欠かかれた割り口３２ａを有するリング状の金属部材である。ここではインナーハウジング１４の内周面の円周方向に連なって形成される保持溝１４ｃにスナップリング３２の外縁側を挿入するとともに、適宜の締結手段によりインナーハウジング１４に固定される。スナップリング３２は、主軸受３５の軸方向の一方の端面に接するように配置されることで、主軸受３５の抜け止め機能を果たす。

スナップリング３２は、割り口３２ａが高さ方向の最上位に位置するように配置される。よって、インナーハウジング１４の保持面１４ａと主軸受３５の外輪３５ｂの間のすき間は、割り口３２ａが設けられる最上位の領域は外部に解放されることになり、かつ、この領域よりも下方の領域は、スナップリング３２で封止される。しかも、この最上位の位置に対応して、インナーハウジング１４の保持面１４ａには排出路１４ｄが形成されている。

保持面１４ａと外輪３５ｂの間に形成された油膜を構成する潤滑油は、前述した差圧の影響により最上位の領域まで押し上げられるが、この領域は外部に解放されており、かつ排出路１４ｄが設けられているので、押し上げられた潤滑油は外部に向けて容易に吐出される。吐出された潤滑油は、吐出された位置よりも下方に配置される、ブッシュ３６、ニードル軸受３８などの摺動部材に向けて滴下される。

以上説明したように、主軸受３５を抜け止めするスナップリング３２の割り口３２ａの位置を選択することにより、ドライブブッシュへの潤滑油の供給を安定して行えるので、電動圧縮機１の信頼性を確保することができる。

［油溝形成による油膜量の確保］
電動圧縮機１は、図６（ａ）に示すように、主軸受３５の外輪３５ｂの外周面に周方向に連なる油溝３５ｄ，３５ｄを設けることができる。油溝３５ｄ，３５ｄを設けることにより、保持面１４ａと外輪３５ｂの間に油膜として存在する潤滑油を増量できるので、油膜形成によるダンパー効果を向上できる。

潤滑油増量のための油溝は、図６（ｂ）に示すように、インナーハウジング１４の保持面１４ａに設けることもできる。油溝１４ｂ，１４ｂを形成する方が、外輪３５ｂの外周面に油溝３５ｄ，３５ｄを形成するのに比べて、加工が容易である。つまり、通常、軸受は外輪の外周面が平坦なものとして流通されているので、改めて切削加工することにより油溝３５ｄ，３５ｄを形成することが必要である。これに対して、インナーハウジング１４に油溝１４ｂ，１４ｂを設ける場合には、他の部分と同時に、鋳造時に油溝１４ｂ，１４ｂを形成すれば足りるので、改めて加工する必要がないか、油溝１４ｂ，１４ｂの表面を仕上げ加工する程度の軽微な加工で足りる。

潤滑油増量のための油溝は、主軸受３５の外輪３５ｂ及びインナーハウジング１４の保持面１４ａの双方に形成することができる。また、ここでは油溝を二列（油溝３５ｄ，３５ｄ 油溝１４ｂ，１４ｂ）に形成したが、あくまで一例であり、一列、あるいは三列であってもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、電動圧縮機１のハウジング１０は、スリーピース構造をなしているが、ツーピース構造のハウジングの電動圧縮機に本発明を適用することもできる。
また、以上の実施形態では圧縮機構２０の駆動源を電動機４０としたが、駆動源は限定されず、例えば自動車のエンジンを駆動源とする圧縮機に本発明を適用することもできる。

１ 電動圧縮機
１０ ハウジング
１１ 圧縮機ハウジング
１２ 吐出チャンバ
１３ 油溜まり
１４ インナーハウジング
１４ａ 保持面
１４ｂ 油溝
１４ｃ 保持溝
１５，２４ 油戻し流路
１６ モータハウジング
１７ インバータ収容ボックス
１８ 蓋
２０ 圧縮機構
２１ 固定スクロール
２２ 固定端板
２３ 固定ラップ
２５ 旋回スクロール
２６ 旋回端板
２７ 旋回ラップ
２８ 吐出ポート
２９ ボス
３０ 主軸
３０ａ クランク軸
３０ｂ 嵌合部
３０ｃ クランクピン
３２ スナップリング
３２ａ 割り口
３４ 副軸受
３５ 主軸受
３５ａ 内輪
３５ｂ 外輪
３５ｃ 転動体
３５ｄ，３５ｄ 油溝
３６ ブッシュ
３６ａ クランク孔
３７ カウンターウエイト
３８ ニードル軸受
３９ 自転防止部
４０ 電動機
４１ ロータ
４３ ステータ
４５ インバータ装置
Ｃ 圧縮室

Claims (8)

1. 公転旋回運動する旋回スクロールを含む圧縮機構と、
   駆動源で生成された回転力を前記旋回スクロールに伝える主軸と、
   前記主軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記圧縮機構を通過した冷媒から分離された潤滑油を一時的に溜める油溜まりと、
   前記油溜まりに溜められた前記潤滑油を前記圧縮機構よりも上流側に戻す油戻し流路と、
   を備え、
   前記軸受は、前記軸受の外周面に対向し前記軸受を保持する保持面にすき間ばめにより嵌め合いがなされており、
   前記嵌め合いがなされている領域に、前記油戻し流路を介して前記油溜まりに溜められた前記潤滑油が供給されるとともに、
   前記保持面と前記保持面に対向する前記軸受の前記外周面との間に、供給された前記潤滑油を前記軸受の軸方向に排出させる排出路を備える、
   ことを特徴とする横置き型のスクロール圧縮機。
2. 前記保持面、及び、前記保持面に対向する前記軸受の前記外周面の一方又は双方に、
   周方向に連なる油溝が形成されている、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記軸受の前記軸方向の変位を規制するスナップリングを備え、
   前記スナップリングは、
   その割口を除いて、前記嵌め合いがなされている領域を、前記軸方向から塞ぎ、かつ、
   前記排出路に前記割口が対応するように設けられる、
   請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記スクロール圧縮機は、
   前記圧縮機構を収容する第一ハウジングと、前記駆動源を収容する第二ハウジングと、前記第一ハウジングと前記第二ハウジングとの間に挟まれるように配置される第三ハウジングとを備え、
   前記保持面は前記第三ハウジングに形成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記油戻し流路の一部は、前記第三ハウジングに形成される、
   請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記油戻し流路の一端は、前記保持面に開口する、
   請求項５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第一ハウジングと、前記圧縮機構の一部を構成する固定スクロールとの間に、前記油溜まりが形成される、
   請求項４から６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記油戻し流路の一部は、前記固定スクロールに形成される、
   請求項７に記載のスクロール圧縮機。

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