JP2005054667A - スクロール型電動流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクロールユニット及び電動ユニットの取付け部相互の位置決めが容易且つ正確に行え、固定及び可動スクロール間での回転位相角の微調整をも可能にしたスクロール型電動流体機械を提供する。
【解決手段】 スクロール型電動流体機械は、スクロールユニット及び電動ユニットのケーシング２ａ，４ａの取付け部１０，１２と、ケーシング２ａ，４ａ間にあり、その回転により固定及び可動スクロール１４，２２間での回転位相角を調整可能な中間ケーシング６と、各ケーシングの外周面に設けられた位置決めフランジ８２，８４，８６と、これら位置決めフランジに形成され、孔径が互いに異なる位置決め孔８８，９０，９２とを備え、位置決め孔８８，９２が同軸上に位置付けられたときに取付け部１０，１２の位置決めがなされ、同軸上の位置決め孔８８，９２に対する位置決め孔９０の変位を伴い、中間ケーシング６が回転され、可動スクロール２２の回転位相角が調整される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係わり、特に自動車用空調システムの冷凍回路の圧縮機として好適したスクロール型電動流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、即ち、圧縮機は自動車のエンジンルーム内の装着位置にその取付け部を介して装着され、自動車のエンジンから動力を受けて駆動される。
より詳しくは、圧縮機は、可動及び固定スクロールを収容したスクロールユニット及びエンジンからの動力を受ける駆動ユニットを含み、この駆動ユニットはエンジンからの駆動力をスクロールユニットの可動スクロールに断続可能に伝達する動力伝達経路を構成する（特許文献１）。
特開2000-87878号公報

上記の公報の圧縮機はエンジンからの動力を受けて駆動されるため、エンジンの停止時には、冷凍回路を作動させることできない。
このような不具合を解消するには、駆動ユニットに代えて電動モータ等の電動ユニットを使用することが考えられる。しかしながら、電動ユニットは前述した駆動ユニットに比べて圧縮機全体の大形化を招くことから、電動圧縮機は電動ユニット及びスクロールユニットの双方に装着位置に対する取付け部をそれぞれ必要とし、これら取付け部を介して自動車の車体に装着されなければならない。

このように電動ユニット及びスクロールユニットの双方に取付け部が設けられていると、両ユニットを結合して圧縮機を組み立てる際、それらの取付け部は互いに正確に位置決めされている必要があり、これら位置決めが不正確であると、エンジンルーム内の装着位置、つまり、車体に圧縮機を適切に装着できなくなる。
また、この種のスクロール型圧縮機にあっては、固定スクロールに対して可動スクロールの回転位相角を微調整する場合が生じるが、この微調整は通常、電動ユニット及びスクロールユニット間の相対的な回転角位置の変更を伴う。しかしながら、このようなユニット間での回転角位置の変更は取付け部間での位置決めを解消してしまうことになり、圧縮機の適切な装着と可動スクロールにおける回転位相角の微調整との両立を容易に図ることができない。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、スクロールユニット及び電動ユニットの双方に取付け部がそれぞれ設けられていても、その適切な装着が簡単となり、しかも、可動スクロールの回転位相角の微調整をも容易に行うことができるスクロール型電動流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のスクロール型電動流体機械（請求項１）は、固定及び可動スクロールを収容し、可動スクロールの旋回運動により作動流体の吸込、圧縮及び吐出動作を行い、その外面に装着位置への第１取付け部を有する第１ケーシングと、出力軸及び電動子を収容し、出力軸の回転力により可動スクロールに旋回運動を行わせ、その外面に装着位置への第２取付け部を有する第２ケーシングと、第１及び第２ケーシング間に挟み付けられて、これら第１及び第２ケーシングとともに機体ハウジングを形成し、第１及び第２ケーシングに対して回転されたとき、固定スクロールに対する可動スクロールの回転位相角を調整可能な第３ケーシングとを備えている。

そして、第１及び第２ケーシングは、機体ハウジングの軸線方向に延びるとともに互いに異なる孔径を有し、互いに同軸上に位置付けられたときに機体ハウジングの周方向に関して第１及び第２取付け部の位置決めをなす第１及び第２位置決め孔をそれぞれ備える一方、第３ケーシングは第１及び第２位置決め孔間に位置付けられる第３位置決め孔を備え、第３位置決め孔は第１位置決め孔の孔径と第２位置決め孔の孔径との間に規定された孔径を有する。

上述したスクロール型電動流体機械によれば、第１〜第３ケーシングは第１〜第３位置決め孔が互いに連通するように組付けられる。この後、第１及び第２ケーシングの一方が機体ハウジングの軸線回りに回転されて、第１及び第２位置決め孔が互いに同軸上に位置付けらたとき、第１及び第２取付け部は機体ハウジングの周方向、つまり、装着位置に関して位置決めされる。

具体的には、ここでの位置決めには位置決めロッドが使用され、この位置決めロッドは第１〜第３位置決め孔を通じて挿通され、第１及び第２位置決め孔のぞれぞれに嵌合する段付きロッドである。
また、この際、位置決めロッドが第１〜第３位置決め孔の全てに嵌合する段付きロッドである場合、第３位置決め孔もまた第１及び第２位置決め孔と同軸に位置付けられる。

しかしながら、固定スクロールに対する可動スクロールの回転位相角を微調整する必要がある場合、第１及び第２ケーシング間の位置決めを確保した状態で、第３ケーシングのみが第１ケーシングに対して回転される。
ここでの第３ケーシングの回転、即ち、回転位相角の微調整にも位置決めロッドを使用することができる。具体的には、この場合の位置決めロッドは、第３位置決め孔に対応する部位のみが偏心した偏心部として形成されている。従って、位置決めロッドの偏心部を第３位置決め孔に嵌合させれば、第１及び第２位置決め孔間の同軸位置決めを確保しつつ、第３位置決め孔が機体ハウジングの周方向に変位する。即ち、第１及び第２ケーシングに対して第３ケーシングが回転し、可動スクロールの回転位相角が微調整される。

好ましくは、第１〜第３ケーシングは、隣接するケーンシグを機体ハウジングの軸線回りに互いに回転自在に嵌合させる円筒状の嵌合面をそれぞれ有する（請求項２）。この場合、第１〜第３ケーシングが互いに組付けられたとき、これらケーシングは嵌合面により互いに回転自在に支持された状態にあるから、第１及び第２位置決め孔の同軸位置合わせや、第１及び第２位置決め孔に対する第３位置決め孔の変位調整の際、対応するケーシングは嵌合面に沿って回転する。

具体的には、第１〜第３ケーシングは、それらの外周面から径方向外側に突出して互いに重ね合わされ、前記第１〜第３位置決め孔をそれぞれ有する第１〜第３位置決めフランジを備え（請求項３）、前述した位置決めロッドは第１〜第３位置決めフランジの第１〜第３位置決め孔に挿通される。

以上説明したように本発明のスクロール型電動流体機械（請求項１）によれば、第１〜第３ケーシングのそれぞれに、孔径が互いに異なる第１〜第３位置決め孔を設けるだけの簡単な構成で、第１及び第２ケーシングにおける第１及び第２取付け部の位置決めを確保しつつ、中間ケーシングの回転を介して固定スクロールに対する可動スクロールの回転位相角を微調整することができる。

また、第１〜第３ケーシングは互いに回転自在に組み合わされていることから（請求項２）、ケーシングの回転を通じて第１及び第２取付け部の位置決めや、可動スクロールの回転位相角の微調整を容易に行うことができる。
更に、第１〜第３位置決め孔は第１〜第３ケーシングの外面からそれぞれ突出する第１〜第３位置決めフランジに形成されているから（請求項３）、第１〜第３位置決め孔への位置決めロッドの挿通、つまり、前記位置決めや微調整が容易となる。

図１はスクロール型電動流体機械を示し、この電動圧縮機は、自動車用空調システムにおける冷凍回路の圧縮機として使用され、そのエンジンルーム内の所定の装着位置に取付けられる。
電動圧縮機は大きく分けてスクロールユニット２及び電動ユニット４からなり、これらユニット２，４はケーシング２ａ，４ａ（第１及び第２ケーシング）をそれぞれ有する。これらケーシング２ａ，４ａは中間ケーシング（第３ケーシング）６を介して相互に連結され、電動圧縮機の機体ハウジング８を形成している。即ち、ケーシング２ａ，６，４ａはこの順序にて互いに同軸にしてタンデムに連なっている。

ケーシング２ａ，４ａにはその外周面に取付け部１０，１２がそれぞれ設けられており、それ故、電動圧縮機は取付け部１０，１２を介してエンジンルームの装着位置に取付け可能である。
スクロールユニット２のケーシング２ａは中空の円筒形状をなし、その一端は閉塞され、そして、他端は中間ケーシング６に向けて開口している。ケーシング２ａ内には固定スクロール１４が複数の固定ボルト１６を介して固定されており、この固定スクロール１４はケーシング２ａの閉塞壁との間に吐出室１８を形成している。

ケーシング２ａの閉塞壁には吐出ポート２０が形成され、この吐出ポート２０は吐出室１８に連通している。
また、ケーシング２ａ内には可動スクロール２２が収容され、この可動スクロール２２及び固定スクロール１４はそれらの渦巻きラップが互いに噛み合い、これら渦巻きラップ間に圧縮室２４を形成している。可動スクロール２２は固定スクロール１４に対して、その旋回姿勢を一定に維持しつつ旋回運動し、この旋回運動に伴い、圧縮室２４はその容積を減少しながら、固定スクロール１４の中心に向けて移動する。このような圧縮室２４の移動は吸入ポートを通じて作動ガスの吸込み、そして、吸い込んだ作動ガスを圧縮する。

一方、固定スクロール１４の中央には圧縮室２４に通じる吐出孔２６が形成され、この吐出孔２６はリード弁からなる吐出弁（図示しない）により開閉可能となっている。従って、圧縮された作動ガスは圧縮室２４から吐出孔２６及び吐出弁を通じて吐出室１８内に吐出され、そして、吐出室１８から吐出ポート２０を通じて送出される。具体的には、吐出ポート２０は冷凍回路の凝縮器（図示しない）に接続され、圧縮作動ガスは凝縮器に供給される。

一方、電動ユニット４のケーシング４ａもまた中空の円筒形状をなし、中間ケーシング６側に開口端を有する。ケーシング４ａ内には電動子２８が収容され、この電動子２８はその軸線方向両側に突出した出力軸３０を有する。出力軸３０は可動スクロール２２側の一端部に大径端部３２を有し、この大径端部３２はボール軸受３４を介して中間ケーシング６に回転自在に支持されている。また、出力軸３０はその他端に小径端３６を有し、この小径端３６はニードル軸受３８を介してケーシング４ａに回転自在に支持されている。

より詳しくは、ケーシング４ａはその内部に仕切壁４０を有し、この仕切壁４０はケーシング４ａ内を電動子２８を収容する収容室４２と回路室４４とに区画している。仕切壁４０の中央には出力軸３０の小径端３６に向けて突出したボス４６が一体に形成され、ボス４６の突出端と小径端３６との間に前述したニードル軸受３８が装着されている。
なお、回路室４４にはインバータ回路４８が収容され、このインバータ回路４８は電動子２８、即ち、その出力軸３０の回転速度を制御することができる。

一方、出力軸３０の大径端部３２からは可動スクロール２２に向けてクランクピン５０が一体に突出し、このクランクピン５０に偏心ブッシュ５２が取付けられている。この偏心ブッシュ５２はニードル軸受５４を介して可動スクロール２２を支持している。より詳しくは、可動スクロール２２はクランクピン５０側に向けて一体に突出したボス５６を有し、このボス５６と偏心ブッシュ５２との間にニードル軸受５４が配置されている。

更に、可動スクロール２２と中間ケーシング６との間には、可動スクロール２２の自転を阻止する機構、いわゆるボールカップリング５８が挟持されている。具体的には、ボールカップリング５８は、可動スクロール２２と中間ケーシング６にそれぞれ支持された一対のリングプレート６０を備え、これらリングプレート６０はその周方向に等間隔を存して環状レースを有する。そして、一対のリングプレート６０の環状レース間にはボール６２がそれぞれ挟み込まれ、これらボール６２及び環状レースは、ニードル軸受５４の軸線を中心とした可動スクロール２２の自転を阻止する。

従って、電動ユニット４の出力軸３０が一方向に回転されると、そのクランクピン５０は偏心ブッシュ５２及びニードル軸受５４を介して可動スクロール２２に旋回運動を与え、この際、ボールカップリング５８は可動スクロール２２の自転を阻止する。このような可動スクロール２２の旋回運動は前述した作動ガスの吸込、圧縮及び吐出からなる一連のプロセスを繰り返して実施する。

図１から明らかなように中間ケーシング６はその一端面にケーシング２ａの開口端に嵌合する環状の支持部６４を一体に有し、この支持部６４の外周面及びケーシング２ａの開口端内周面は中間ケーシング６及びケーシング２ａを互いに回転自在に支持する嵌合面として形成されている。なお、前述したリングプレート６０の一方は支持部６４に当接して支持されている。

また、中間ケーシング６の他端面にはケーシング４ａの開口端に嵌合する環状リブ６６が一体に形成され、この環状リブ６６の外周面及びケーシング４ａの開口端内周面は中間ケーシング６及びケーシング４ａを互いに回転自在に支持する嵌合面として形成されている。
ケーシング２ａ，４ａの開口端及び中間ケーシング６にはその外周面に同数の連結フランジ６８，７０，７２がそれぞれ一体に突設されており、これら連結フランジ６８，７０，７２は図２に示されるようにケーシングの周方向に等間隔を存して配置されている。従って、連結フランジ６８〜７２は機体ハウジング８の軸線方向に互いに重ね合わることができ、そして、連結ボルト７４により締結されることで、ケーシング２ａ，４ａ、つまり、スクロールユニット２及び電動ユニット４は中間ケーシング６を介して相互に連結されている。

より詳しくは、連結フランジ７２には連結ボルト７４のねじ孔７６が形成され、一方、連結フランジ６８，７２には連結ボルト７４の挿通孔７８，８０がそれぞれ形成されている。そして、挿通孔８０は真円ではなく中間ケーシング６の軸線を中心とした円弧形状、若しくは、中間ケーシング６の回転を許容し得る程の大きさを有した真円形状をなし、ケーシング２ａ，４ａに対する中間ケーシング６の回転を許容している。

更に、ケーシング２ａ，４ａの開口端及び中間ケーシング６にはその外周面に位置決めフランジ８２，８４，８６が１個ずつ突設され、これら位置決めフランジ８２，８４，８６は図２から明らかなように連結フランジ間に位置付けられている。
位置決めフランジ８２，８４，８６もまた連結フランジと同様に重ね合わされ、そして、これら位置決めフランジ８２，８４，８６には互いに孔径が異なる位置決め孔８８，９０，９２がそれぞれ形成されている。

より詳しくは、位置決め孔８８，９０，９２は同一径の円周上に位置付けられ、そして、それらの孔径は位置決め孔８８〜９２の順序で段階的に縮小されている。従って、位置決め孔８８，９０，９２は互いに同軸上に位置付けることができ、この際、図１に示されるように２つ段付きの連通孔が形成されている。
位置決め孔８８〜９２が同軸上に位置付けられた状態にあるとき、ケーシング２ａ，４ａの取付け部１０，１２は機体ハウジング８の周方向に関して互いに位置決めされ、これにより、電動圧縮機は取付け部１０，１２を介して前述したエンジンルーム内の装着位置に適切且つ正確に取付け可能となる。

一方、位置決め孔８８，９２に対して位置決め孔９０もまた同軸上に位置付けられた状態にあるとき、スクロールユニット２では、固定スクロール１４に対する可動スクロール２２の回転位相角が適切に設定される。
ここで、連結フランジ同士及び位置決めフランジ同士を重ね合わせ、そして、ねじ孔７６に対する挿通孔７８，８０の位置合わせや、位置決め孔同士の同軸位置合わせは、ケーシング４ａに対して中間ケーシング６及びケーシンク２ａをそれぞれ回転させることで行われる。この際、中間ケーシング６はケーシング４ａに対して環状リブ６６を介して回転自在であり、また、ケーシング２ａは中間ケーシング６の支持部６４上に回転自在に支持されているから、中間ケーシング６及びケーシング２ａの回転が容易となり、上述の挿通孔７８，８０の位置合わせや位置決め孔同士の同軸位置合わせを速やかに行うことができ、電動圧縮機の組立性が大きく改善される。

組立後、電動圧縮機が所期の出力を発生しないような状況にあるとき、本実施例の電動圧縮機はケーシング２ａ，４ａに対して中間ケーシング６の回転が許容されていることから、中間ケーシング６を回転させ、電動圧縮機に所期の出力を発生させるべく、固定スクロール１４に対する可動スクロール２２の回転位相角を微調整することができる。即ち、中間ケーシング６が回転されると、この回転はボールカップリング５８を介して可動スクロール２２を自転させ、この結果、可動スクロール２２の回転位相角が微調整される。この際、前述した連結ボルト７４の締結が若干弱められた状態で行われることは言うまでもない。

図３（ａ），（ｃ）は前述した微調整の結果をそれぞれ示し、中間ケーシング６の回転に伴い、位置決め孔９０が互いに同軸の位置決め孔８８，９２に対して機体ハウジング８の周方向にそれぞれ変位している。
なお、図３（ｂ）は位置決め孔８８〜９２が全て同軸上に位置付けられている状態を示す。

上述した中間ケーシング６の回転は、位置決め孔８８，９２間の同軸位置決め、つまり、前述した取付け部１０，１２の位置決めを解消することなく可能であるが、この説明に先立ち、先ず、位置決め孔８８〜９２を同軸上に簡単にして位置決め可能な位置決めロッドについて説明する。
図４（ａ）に示される位置決めロッド９４は段付き形状をなし、その基端側から大径部９４ａ、中径部９４ｂ及び小径部９４ｃを有し、この小径部９４ｃの先端はテーパ面９４ｄとして形成されている。大径部９４ａ、中径部９４ｂ及び小径部９４ｃは同軸にして連なり、位置決め孔８８〜９２の孔径にそれぞれ対応した外径を有し、中径部９４ｂの軸方向長さは位置決めフランジ８４の厚さに一致している。

従って、上述の位置決めロッド９４が位置決め孔８８〜９２のそれぞれに挿通されることで、これら位置決め孔８８〜９２は同軸上に位置決めされる（図２及び図３（ａ）参照）。なお、この際、連結フランジ６８〜７２側においても、ねじ孔７６に対して挿通孔７８，８０が合致し、連結ボルト７４のねじ込みが可能となる。
この後、中間ケーシング６の回転が要求される場合には、位置決めロッド９４に代えて、図４（ｂ）に示される位置決めロッド９６が使用される。この位置決めロッド９６は、中径部９４ｂが偏心部９６ｅとして形成される点で位置決めロッド９４とは異なる。

位置決めロッド９６が位置決め孔８８〜９２のそれぞれに挿通されると、位置決め孔８８，９２は互いに同軸上に位置付けられるものの、位置決め孔９０は位置決め孔８８，９２に対して機体ハウジング８の周方向に変位する（図３（ａ），（ｃ）参照）。
位置決め孔９０の変位量は、偏心部９６ｅの偏心量により決定され、それ故、偏心部９６ｅの偏心量のみが異なる位置決めロッド９６を種々用意すれば、位置決め孔９０の変位量、つまり、固定スクロール１４に対する可動スクロール２２の回転位相角をきめ細かく微調整可能となる。

なお、位置決め孔８８，９２の同軸位置決めのみが要求される場合には、図４（ｃ）に示される位置決めロッド９８を使用することができる。この位置決めロッド９８は大径部９４ａ及び小径部９４ｃのみからなり、この場合の小径部９４ｃは位置決めフランジ７０の厚さ以上の軸方向長さを有する。
位置決めロッド９８が位置決め孔８８〜９２のそれぞれに挿通されても、位置決め孔８８，９２を同軸上に位置決めすることができ、そして、中間ケーシング６は位置決めロッド９８の小径部９４ｃにより許容される範囲内で回転することができる。

本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、位置決め孔の孔径に関しては、位置決め孔９２の孔径が最大であってもよく、この場合、位置決めロッドは位置決め孔９２側から挿通される。

一実施例のスクロール型電動圧縮機を示した縦断面図である。 図１中、II-II線に沿う概略断面図である。 各位置決めフランジにおける位置決め孔の位置合わせ状態をそれぞれ示した図である。 図３の位置合わせに使用される種々の位置決めロッドを示した図である。

符号の説明

２ スクロールユニット
４ 電動ユニット
２ａ ケーシング（第１ケーシング）
４ａ ケーシング（第２ケーシング）
６ 中間ケーシング（第３ケーシング）
１４ 固定スクロール
２２ 可動スクロール
５８ ボールカップリング
６４ 支持部（嵌合面）
６６ 環状リブ（嵌合面）
６８，７０，７２ 連結フランジ
８２，８４，８６ 位置決めフランジ
８８，９０，９２ 位置決め孔

Claims (3)

1. 固定及び可動スクロールを収容し、前記可動スクロールの旋回運動により作動流体の吸込、圧縮及び吐出動作を行うとともに、その外面に装着位置への第１取付け部を有した第１ケーシングと、
   出力軸及び電動子を収容し、前記出力軸の回転力により前記可動スクロールに前記旋回運動を行わせ、その外面に前記装着位置への第２取付け部を有した第２ケーシングと、
   前記第１及び第２ケーシング間に挟み付けられて、これら第１及び第２ケーシングとともに機体ハウジングを形成し、前記第１及び第２ケーシングに対して回転されたとき、前記固定スクロールに対する前記可動スクロールの回転位相角を調整可能な第３ケーシングと
   を具備し、
   前記第１及び第２ケーシングにそれぞれ設けられ、前記機体ハウジングの軸線方向に延びるとともに互いに異なる孔径を有し、互いに同軸上に位置付けられたときに前記機体ハウジングの周方向に関して前記第１及び第２取付け部の位置決めをなす第１及び第２位置決め孔と、
   前記第３ケーシングに前記第１及び第２位置決め孔間に位置して設けられ、前記第１位置決め孔の孔径と第２位置決め孔の孔径との間に規定された孔径を有する第３位置決め孔と
   を含むことを特徴とするスクロール型電動流体機械。
2. 前記第１〜第３ケーシングは、隣接するケーシングを前記機体ハウジングの軸線回りに互いに回転自在に嵌合させる円筒状の嵌合面をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載のスクロール型電動流体機械。
3. 前記第１〜第３ケーシングはそれらの外周面から径方向外側に突出して互いに重ね合わされ、前記第１〜第３位置決め孔をそれぞれ有する第１〜第３位置決めフランジを備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載のスクロール型電動流体機械。

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