JP2006274972A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性や軽量化に悪影響を及ぼすことなく、ハウジングに電動子のステータを固定可能なスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】 スクロール型流体機械としての圧縮機は、ハウジング１０内にスクロールユニット１８及びスクロールユニット１８を駆動する電動子４０を備え、この電動子４０のステータ５８はハウジング１０、即ち、そのステータケーシング１６に対し、ステータ５８の係合凸面８０とステータケーシング１６の係合凹面７４とが互いに締付け合う締り嵌めにより固定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はスクロール型流体機械に係わり、特に車両の空調システムのための冷凍回路のスクロール圧縮機として好適したスクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械が上述した冷凍回路のスクロール圧縮機として使用される場合、このスクロール圧縮機は車両のエンジン又は電動モータにより駆動される。電動型のスクロール圧縮機の場合、圧縮機からの冷媒の吐出量をエンジンの負荷に拘わらず容易に調整でき、車室内の空調温度をきめ細かく制御するうえで好適する。
それ故、この種のスクロール圧縮機には電動モータと一体化したものが知られており（例えば、特許文献１参照）、このようなスクロール圧縮機はそのハウジング内に共に収容されたスクロールユニット及び電動子を備え、小形化が図られている。
特開2003-129983号公報

特許文献１に開示された電動子は、スクロールユニットを駆動する回転軸と、この回転軸に取付けられたロータと、このロータを囲むステータとから構成されているが、このステータはハウジングに固定して配置されなければならない。
一般的に、ハウジングに対するステータの固定には固定ボルトや焼き嵌め等の方式が採用されるが、固定ボルト方式の場合、ハウジングの開口端から深い位置にある底壁に螺子穴を形成しなければならず、スクロール圧縮機の生産性を低下させる。また、ステータには固定ボルトのための挿通孔が必要となるが、このような挿通孔はステータ及びハウジングの大径化を招くことにもなる。

一方、焼き嵌め方式の場合、上述した不具合を被ることはないが、その焼き嵌めの前処理としてハウジングの加熱が必要不可欠となり、量産品である圧縮機の生産性を著しく低下させる。また、スクロール圧縮機が車両の空調システム（冷凍回路）に使用される場合、その使用環境温度は激しく変動するが、ステータに対するハウジングの焼き嵌め保持力を高温の使用環境下にて適切となるように設定すると、低温の使用環境下ではハウジングの焼き嵌め保持力が過度になる。このため、圧縮機の軽量化を図るため、ハウジングがアルミから成形されていると、低温の使用環境下にてハウジングの破損を招く虞がある。

これを解消するにはハウジングの肉厚を増加したり、ハウジングを鋳鉄から成形することになるが、何れにしてもハウジングの重量増加を避けられず、圧縮機の軽量化やコスト削減化に逆行してしまうことになる。
本発明は上述した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その生産性の悪化やハウジングの重量増加を招くことなく、ハウジングに対して電動子のステータを確実に固定することができるスクロール型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流体機械は、ハウジングと、このハウジング内に収容された電動子であって、回転軸、この回転軸に取付けられたロータ及びこのロータを囲むステータを含む電動子と、ハウジング内に収容され、電動子の回転軸に連結されたスクロールユニットと、ハウジング内にてステータがその軸線回りに相対的に回転されたとき、ハウジング及びステータをステータの前記軸線方向及び周方向の少なくとも一方にて互いに係合させ、これにより、ハウジングにステータを固定する固定装置とを備えている（請求項１）。

上述のスクロール型流体機械の固定装置によれば、ハウジングに対してステータが相対的に回転されたとき、ステータはその軸線方向及び周方向の少なくとも一方にてハウジングに固定される。
固定装置は、ハウジング及びステータの外周面にそれぞれ設けられた係合面を含むことができ、これら係合面はステータの相対回転を受けてハウジングに対するステータの締り嵌めをもたらす（請求項２）。この場合、締り嵌めはハウジングに対してステータをその軸線方向及び周方向の両方にて固定する保持力を発揮する。

上述したハウジング及びステータの係合面はその周方向に間隔を存して複数配置することができ（請求項３）、この場合、ステータにはその周方向に離間した複数箇所から締り嵌めにより保持力を受ける。
ステータが上述した締り嵌めにより固定される場合、固定装置はハウジングに対して、ステータの回転角位置を決定する回転止めを更に含むことができる（請求項４）、この回転止めはハウジング側若しくはステータ側の係合面から突出した突起により実現可能である（請求項５）。

固定装置が上述した回転止め、つまり、突起を備えていれば、ステータはハウジングに固定されると同時に、ハウジングに対しての回転姿勢が決定される。
更に、スクロール型流体機械は、上述した固定装置以外に、ハウジングに対してステータの軸線方向の動きを規制するスナップリングを更に備えることができる（請求項６）。このようなスナップリングは固定装置とともにステータの軸方向の動きを阻止する。

一方、固定装置は、ハウジングの内周面及びステータの外周面にそれぞれ設けられ、ステータの相対回転によりステータの軸線方向の動きを規制すべく、前記内外の周面を噛み合わせる凹凸部と、ハウジングに対してステータの周方向の動きを規制するストッパとを含むことができる（請求項７）。
この場合の固定装置にあっても、ステータの相対回転を受け、凹凸部が噛み合うことで、ステータはハウジングに対してその軸線方向に固定され、また、その周方向に関してはストッパにより固定される。

上述したストッパは、凹凸部を横断して延び、これら凹凸部を相互に結合する位置決め部材から実現され（請求項８）、この位置決め部材はボルトやピン等のロッドからなる。

請求項１〜８のスクロール型流体機械は、電動子のステータを相対的に回転させることで、ハウジングに対し、ステータの軸線方向及び周方向の少なくとも一方に関してステータを固定するようにしたから、ステータを貫通する固定ボルトやハウジングの加熱を伴う焼き嵌めを用いることなく、ステータの固定が可能となる。この結果、ハウジングの大形化が避けられるとともに、スクロール型流体機械の生産性をも悪化することがなく、スクロール圧縮機の軽量化とコスト削減との両立を図ることができる。

図１はスクロール型流体機械としてのスクロール圧縮機を示し、この圧縮機は車両の空調システム、つまり、その冷凍回路のための圧縮機として使用される。
圧縮機は円筒形状のハウジング１０を備え、このハウジング１０は図１でみて右方から順に、ユニットケーシング１２、支持壁１４及びステータケーシング１６を有する。ユニットケーシング１２及びステータケーシング１６は共にアルミニウムから成形され、支持壁１４を挟んで互いに結合されている。

ユニットケーシング１２内にはスクロールユニット１８が収容されており、このスクロールユニット１８は固定スクロール２０及び可動スクロール２２を有する。可動スクロール２２は支持壁１４側に配置され、そして、固定スクロール２０は複数の固定ボルト２４を介してユニットケーシング１２の端壁１２ａに固定されている。
固定及び可動スクロール２０，２２はこれらの渦巻壁が互いに噛み合うように組み合わされ、渦巻壁間に複数の圧縮室２６が形成される。これら圧縮室２６は、固定スクロール２０に対する可動スクロール２２の旋回運動に伴い、固定スクロール２０の中央に向けて移動し、この移動過程にて容積が縮小する。

ユニットケーシング１２内には固定スクロール２０とその端壁１２ａとの間に吐出室２８が形成され、そして、固定スクロール２０の中央に吐出孔３０が貫通して形成されている。この吐出孔３０には前述した圧縮室２６が順次連通し、そして、吐出孔３０は吐出弁３２により開閉される。この吐出弁３２はリード弁からなり、吐出室２８側の固定スクロール２０の端面に螺子を介して取付けられている。なお、参照符号３４は吐出弁３２の開度を規制するバルブ押えである。

更に、ユニットケーシング１２の外周壁には吐出ポート３６が形成され、この吐出ポート３６は吐出室２８に連通する一方、前述した冷凍回路の冷媒循環経路（図示しない）に接続されている。
可動スクロール２２は電動モータから動力を受けることで、前述したように固定スクロール２０に対して旋回運動し、この際、可動スクロール２２の自転は阻止された状態にある。このため、可動スクロール２２と支持壁１４との間にはボールカップリング３８が配置されており、このボールカップリング３８は可動スクロール２２の自転を阻止するとともに可動スクロール２２からのスラスト荷重を受ける機能を果たし、このスラスト荷重はボールカップリング３８を介して支持壁１４に伝達される。

上述した電動モータは、ステータケーシング１６内に収容された電動子４０を備え、この電動子４０は回転軸４２を有する。この回転軸４２は支持壁１４とステータケーシング１６の端壁１６ａとの間に亘って延び、これら支持壁１４及び端壁１６ａにボール軸受４４，４６を介して回転自在に支持されている。
回転軸４２の一端は大径端部４８として形成され、この大径端部４８は支持壁１４からユニットケーシング１２内に突出して位置付けられている。大径端部４８からはクランクピン５０が可動スクロール２２に向けて突出し、クランクピン５０には偏心ブッシュ５２が取付けられている。この偏心ブッシュ５２は可動スクロール２２のボス２２ａにニードル軸受５４を介して回転自在に支持されている。

従って、回転軸４２が回転されると、回転軸４２の回転力はクランクピン５０、偏心ブッシュ５２、ニードル軸受５４を介して可動スクロール２２に伝達され、この結果、可動スクロール２２はボールカップリング３８により自転が阻止された状態で、固定スクロール２０に対して旋回運動し、その旋回半径は回転軸４２とクランクピン５０との間の軸線間距離により決定される。

電動子４０は、回転軸４２に取付けられたロータ５６を有し、このロータ５６がステータ５８により囲繞されている。ステータ５８はステータケーシング１６の内径に略等しい外径を有し、ハウジング１０、即ち、ステータケーシング１６に対して固定装置により固定されている。なお、固定装置については後述する。
ステータケーシング１６の外周壁には吸入ポート６０が形成され、この吸入ポート６０はステータケーシング１６の端壁１６ａの近傍に位置付けられている。吸入ポート６０はステータケーシング１６内に連通する一方、前述した冷凍回路の冷媒循環経路に接続され、冷媒循環経路からの冷媒をステータケーシング１６内に流入させることができる。

ステータケーシング１６内に流入した冷媒は、電動子４０内の間隙、つまり、ロータ５６とステータ５８との間の間隙や、ステータ５８内に確保した軸方向間隙等を通過して支持壁１４に向かい、そして、ステータケーシング１６内から支持壁１４に形成した複数の連通孔６２を通じてユニットケーシング１２内に導入される。
即ち、ステータケーシング１６内には吸入ポート６０からユニットケーシング１２内に至る冷媒経路が確保されており、冷媒が導入されるユニットケーシング１２内の部位は、吸入室６４として形成されている。この吸入室６４はスクロールユニット１８の可動スクロール２２を囲み、吐出室２８に対しては固定スクロール２０によって区画されている。

なお、ステータケーシング１６の外周壁には給電ポート６６が形成されているが、通常、給電ポート６６はプラグにより閉塞された状態にあり、このプラグを気密に貫通してステータ５８のコイル６８と外部の給電回路との間を繋ぐリード線（図示しない）がステータケーシング１６から引き出される。
可動スクロール２２が旋回運動され、そして、前述した圧縮室２６が吸入室６４に開放されると、圧縮室２６は吸入室６４内の冷媒を吸入する。吸入された冷媒は可動スクロール２２の旋回運動に伴い、その圧縮室２６が固定スクロール２０の吐出孔３０に向けて移動する過程で圧縮される。圧縮室２６が吐出孔３０に到達し、且つ、圧縮室２６内の圧力が吐出弁３２の締切圧に打勝つと、吐出弁３２が開かれ、圧縮室２６内の圧縮冷媒は吐出孔３０を通じて吐出室２８に吐出される。

この後、圧縮冷媒は吐出室２８から吐出ポート３６を通じて冷媒循環経路に送出され、冷凍回路の凝縮器、レシーバ、膨張弁及び蒸発器等を経て吸入ポート６０に至り、そして、この吸入ポート６０からステータケーシング１６内の前述した冷媒経路を通過し、吸入室６４に戻される。
ステータケーシング１６の冷媒経路を流れる冷媒は蒸発器から戻されるので、その温度は低く、電動子４０を効果的に冷却し、これにより、電動子４０の過熱が防止される。

次に、図２及び図３を参照しながら、前述した固定装置の第１実施例を説明する。
図２に示されるように固定装置は、ステータケーシング１６の内周面に複数、例えば３個の膨出部７０を有し、これら膨出部７０はステータケーシング１６内に突出し且つその周方向に等間隔を存して配置されている。それ故、ステータケーシング１６の内周面はその周方向に凹凸が連続し、且つ、膨出部７０間に逃げ溝７２をそれぞれ備えた形状を有する。

更に、ステータケーシング１６の径方向内側を向いた各膨出部７０の内面は円弧状の係合凹面７４として形成され、これら係合凹面７４は同一の仮想円上に配置されている。
一方、ステータ５８の外周面からも３個の膨出部７６が突出しており、これら膨出部７６はステータ５８の周方向に等間隔を存して配置されている。それ故、ステータ５８の外周面もまたその周方向に凹凸が連続し、且つ、膨出部７６間に逃げ溝７８をそれぞれ備えた形状を有する。

ステータ５８の径方向外側を向いた各膨出部７６の外面は前述した係合凹面７４に合致する円弧状の係合凸面８０として形成され、図２に示す状態では、各係合凸面８０は対応する係合凹面７４に密接されている。
即ち、ステータ５８はステータケーシング１６の内周面に対して締り嵌めされており、この締り嵌めはステータ５８の軸線方向及び周方向の双方にて、ステータ５８をステータケーシング１６に固定する。

より詳しくは、ステータ５８における膨出部７６の周方向長さは、ステータケーシング１６における逃げ溝７２の周方向長さよりも短く、そして、ステータ５８が締り嵌めされる前にて、係合凸面８０が配置される仮想円の半径は、係合凹面７４における仮想円の半径よりも若干長い。従って、図３に示されるように、ステータ５８の膨出部７６をステータケーシング１６の逃げ溝７２に位置付けることで、ステータケーシング１６内にステータ５８を挿入でき、この後、ステータ５８をその軸線回りに回転させることで、ステータ５８はその係合凸面８０が係合凹面７４に締付けられた状態でステータケーシング１６の内周面に固定され、この際、係合凹面７４及び係合凸面８０がそれぞれ配置されている仮想円の半径差が締り嵌めの締め代となる。

この結果、上述した第１実施例の固定装置によれば、従来の固定ボルト方式や焼き嵌め方式によらず、ステータケーシング１６の内周面に対してステータ５８を確実に固定することができ、圧縮機の生産性の向上や、その軽量化に大きく貢献する。
上述した係合凹面７４及び係合凸面８０はステータ５８の軸線方向全長に亘って延びていてもよいし、又は、その一部のみにあってもよい。また、ステータ５８の締り嵌めを達成する係合面相互は上述した円弧形状に限らず、楔を形成する平坦面又は自由な曲面であってもよい。更に、係合面はステータケーシング１６及びステータ５８の双方に２個以上ずつ以上あれば、ステータケーシング１６の内周面に対してステータ５８を確実に固定することができる。

図４は第２実施例の固定装置を示す。
図４の固定装置もまた、ステータケーシング１６及びステータ５８に係合凹面７４及び係合凸面８０をそれぞれ備える一方、係合凹面７４の１つに形成された突起８２を更に備え、この突起８２は係合凹面７４からステータケーシング１６の径方向内側に向けて突出している。それ故、ステータケーシング１６に対し、ステータ５８がその回転により締り嵌めされていくとき、ステータ５８の膨出部７６の端が突起８２に当接し、突起８２はステータ５８の更なる回転を阻止する回転止めとして機能する。

上述した突起８２を備えていれば、ステータ５８が締り嵌めされると同時に、ステータケーシング１６に対してステータ５８を所望の回転角位置にて固定することができる。なお、突起８２は、係合凸面８０に設けることも可能である。
図５及び図６は第３実施例の固定装置を示す。
第３実施例の場合、ステータケーシング１６の内周面は開口端１６ｂから端壁１６ａに向けて３段階に縮径する段付き形状をなし、その中径部８４がステータ５８の外径に等しい内径を有する。開口端１６ｂ側に位置した中径部８４の端部には周溝（凹部）８６が形成され、そして、端部にはその周方向の一部に複数の開口８８が形成されている。これら開口８８はステータケーシング１６の周方向に等間隔を存して配置され、周溝８６の一部を開口端１６ｂに向けて開放させている。

一方、ステータ５８はその外周面の一端に開口８８に対応した複数のフランジ（凸部）９０を備えており、これらフランジ９０はステータ５８の周方向に等間隔を存して配置されている。各フランジ９０は開口８８を通過可能な大きさを有し、その厚み及び突出長さは周溝８６の幅及び深さに相当する。
ステータケーシング１６内にステータ５８が嵌め込まれるとき、ステータ５８のフランジ９０とステータケーシング１６の開口８８とそれぞれ合致させることで、フランジ９０を周溝８６内に位置付けることができ、この際、図５から明らかなようにステータ５８はステータケーシング１６における内周面の中径部８４と小径部との間の段差９２に当接する。

この状態で、ステータ５８がその軸線回りに回転されると、フランジ９０は周溝８６内を周方向に移動し、周溝８６の両内壁面に挟持される。従って、周溝８６はステータケーシング１６に対し、ステータ５８をその軸線方向に固定する。
更に、フランジ９０の少なくとも１つには挿通孔９４が形成され、そして、中径部８４の端面には周溝８６を横断してねじ穴９６が形成され、このねじ穴９６はその底部に雌ねじが切られている。従って、挿通孔９４とねじ穴６とを合致させ、ねじ穴９６に挿通孔９４を通じてロッド状のストッパ、即ち、位置決めねじ９８をねじ込むことで、ステータケーシング１６に対してステータ５８をその周方向に関し、位置決めして固定することができる。

上述したように第３実施例の固定装置にあっても、従来の固定ボルト方式や焼き嵌め方式によらず、ステータ５８の固定が可能となり、第１及び第２実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。なお、位置決めねじ９８に代えて位置決めピンであってもよい。
本発明のスクロール型流体機械は上述した第１〜第３実施例の固定装置以外に、例えば、図１に示されているように、ステータケーシング１６に対してステータ５８をその軸線方向に固定するスナップリング１００や、ステータケーシング１６の外周壁を径方向に挿通される位置決めねじ１０２を補助的に備えていてもよい。

また、本発明のスクロール型流体機械は、圧縮機以外にスクロール膨張機として使用することも可能である。

スクロール型流体機械を圧縮機として示した断面図である。 ステータが第１実施例の固定装置により締り嵌めされた状態を示す図である。 締り嵌めされる前のステータの状態を示す図である。 ステータが第２実施例の固定装置により締り嵌めされた状態を示す図である。 第３実施例の固定装置を示した断面図である。 第３実施例の固定装置の一部を図５中、VI方向からみた矢視図である。

符号の説明

１０ ハウジング
１６ ステータケーシング（ハウジング）
１８ スクロールユニット
４０ 電動子
４２ 回転軸
５８ ステータ
７４ 係合凹面（係合面）
８０ 係合凸面（係合面）
８２ 突起（回転止め）
８６ 周溝（凹部）
９０ フランジ（凸部）
９８ 位置決めねじ（ストッパ）
１００ スナップリング

Claims (8)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容された電動子であって、回転軸、この回転軸に取付けられたロータ及びこのロータを囲むステータを含む電動子と、
   前記ハウジング内に収容され、前記電動子の前記回転軸に連結されたスクロールユニットと、
   前記ハウジング内にて前記ステータがその軸線回りに相対的に回転されたとき、前記ハウジング及び前記ステータを前記ステータの前記軸線方向及び周方向の少なくとも一方にて互いに係合させ、これにより、前記ハウジングに前記ステータを固定する固定装置と
   を具備したことを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記固定装置は、前記ハウジング及び前記ステータの外周面にそれぞれ設けられ、前記ステータの前記相対回転を受けて前記ハウジングに対する前記ステータの締り嵌めをもたらす係合面を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記ハウジング及び前記ステータの前記係合面はその周方向に間隔を存して複数配置され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流体機械。
4. 前記固定装置は、前記ハウジングに対して前記ステータの回転角位置を決定する回転止めを更に含むことを特徴とする請求項２又は３に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記回転止めは、前記ハウジング側若しくは前記ステータ側の前記係合面から突出した突起であることを特徴とする請求項４に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記ハウジングに対して前記ステータの軸線方向の動きを規制するスナップリングを更に具備したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のスクロール型流体機械。
7. 前記固定装置は、前記ハウジングの内周面及び前記ステータの外周面にそれぞれ設けられ、前記ステータの前記相対回転により前記ステータの軸線方向の動きを規制すべく、前記内外の周面を噛み合わせる凹凸部と、前記ハウジングに対して前記ステータの周方向の動きを規制するストッパとを含むことを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
8. 前記ストッパは、前記凹凸部を横断して延び、これら凹凸部を相互に結合する位置決め部材であることを特徴とする請求項７に記載のスクロール型流体機械。

Images