JP2006329027A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機における旋回半径可変機構において、偏心ブッシュ機構の構造や大きさを変えずに回転規制手段を設けることにより、小型軽量構造の電動圧縮機を提供するものである。
【解決手段】偏心ブッシュ８０のスイングに伴う回転規制を、旋回スクロール１２の規制穴１２ｃの内壁１２ｄと、この規制穴１２ｃに小隙間８１で嵌め合う駆動ピン１４ａの外壁１４ｂとの間で行うことで、従来のような回転角度範囲制限手段を別構成で設ける必要がなく、構造が簡単かつ堅牢となり、廉価で信頼性の高いスクロール圧縮機の提供が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はハウジング内に、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動するモータとを収容したモータ内蔵型のスクロール圧縮機に関するものである。

近年、エンジンとモータとを使い分けて走行するハイブリッド自動車が実用化され急速に普及しつつある。ハイブリッド自動車では、エンジンによる環境への影響を軽減するという本来の目的から、自動車が信号などで一時停止する場合にはエンジンを止め、圧縮機のみで運転することによって車室内の空調を行っている。このようなハイブリッド自動車では、エンジンルームでの機器の配置は従来型自動車を原型としながらバッテリの配置スペースをさらに工夫するなどしているため、圧縮機を搭載するスペースは極めて狭く、従来どおりにエンジンに横付けする場合が多い。したがって、車載用の圧縮機は、家庭用の圧縮機に比べ、より小型軽量かつ高信頼性構造が求められている。

ところで、車載用の圧縮機は、車室内負荷が大きいため家庭用圧縮機より大きい排気量を必要とする。このような大排気量をスクロール圧縮機で構成する場合は、スクロール羽根高さが増大するため、加工精度や運転中の熱変形によって、一回転中に固定スクロール羽根と旋回スクロール羽根の接触にムラが生じて性能劣化をきたす場合がある。これらの対策として、旋回スクロールを径方向に追随接触させるリンク機構を採用しているタイプのものが多い。
そのような中で、偏心ブッシュを用いて羽根径方向追随機構の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この偏心ブッシュ機構を用いた従来の圧縮機の断面を図６に示す。圧縮機ハウジング１０１の後端部に固定スクロール１０２が固定され、複数個の圧縮作業空間１０５を構成するように旋回スクロール１０６が噛み合わされている。旋回スクロール１０６の羽根１０８とは反対側の背面上に円筒上のボス１０９が形成され、その内部に旋回軸受１１０が配設されている。偏心穴１１２を有する肉厚の厚い円板状あるいは短軸上の偏心ブッシュ１１１が旋回スクロール１０６のボス１０９内に旋回軸受１１０を介して回転可能に支持されている。主軸１１４の端面から軸方向に偏心延出された駆動ピン１１５が偏心ブッシュ１１１の偏心穴１１２に回転可能に勘合されて、旋回スクロール１０６に旋回運動が与えられる。一方、主軸１１４への回転力の伝達は、軸封装置１１７を介して圧縮機ハウジング１０１外に突出した主軸１１４の端部に取付けられた電磁クラッチ１１８により外部駆動源（例えば自動車エンジン、図示せず）の回転をベルト等の伝達手段（図示せず）を介して行われる。

このような駆動機構の構成においては、主軸１１４が回転すると流体圧縮ガス力などの作用力により偏心ブッシュ１１１の中心は駆動ピン１１５の中心を中心として円弧上にスイングする。これにより旋回スクロール羽根１０８が固定スクロール羽根１０４に追随して接触し圧縮作業空間１０５の径方向シール性を良好にする。

この従来圧縮機は駆動ピン１１５の位置が固定されており、この位置に限定することにより、始動時などの急激な加速度の増加変化が発生する場合には、旋回部品の慣性力が作用して偏心ブッシュ１１１の中心は両羽根の接触部が離れて圧縮作業空間１０５の圧力が開放される方向にスイングする。その結果、始動時の異常音や異常ショックの発生が妨げるようになっている。

ただし、偏心ブッシュ１１１は駆動ピン１１５周りに回転可能であるので上記のような半径方向密封効果を有するが、周囲の部品との干渉等の問題を解消するために偏心ブッシュ１１１のスイングに伴う回転角度範囲を制限する必要があり、偏心ブッシュ１１１に規制ピン１１３を延出させ、主軸１１４に設けた規制穴１１６に所定量の隙間で嵌入することにより構成している。

また、同様の方法として、規制ピンを主軸側に設けて、規制穴を偏心ブッシュ側に設けて周囲の部品との干渉等の問題を解消する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５８−０６７９０３号公報 特開昭５６−１２９７９１号公報

しかしながら、始動時には、旋回部品の慣性力が作用して偏心ブッシュ１１１の中心は両羽根の接触部が離れて圧縮作業空間１０５の圧力が開放される方向にスイングし、その結果、規制ピン１１３の外壁と主軸１１４に設けた規制穴１１６の内壁とが衝突して、規制ピン１１３は衝撃せん断荷重を受け、変形、破断を招くおそれがあった。このため、規制ピン１１３のピン径を大きくしてせん断許容応力をあげる必要があるが、小型軽量構造の中で、偏心ブッシュ径をむやみに大きくすることはできず、偏心穴１１２周りの狭いスペースに、ピン径の大きい規制ピン１１３を構成することは極めて困難なものとなる。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、小型軽量構造の圧縮機の中で信頼性の高い回転角度範囲制限手段を提供することを目的とするものである。

上述の目的を達成するため、本発明によるスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを有する圧縮機構部と、旋回スクロールを固定スクロールに対し旋回させる駆動ピンを有する主軸と、駆動ピン周りに回転可能に嵌合接合される偏心穴を有し、旋回スクロールの背面に形成したボスの内部に設けられる旋回軸受に嵌合して該旋回スクロールに旋回運動を付与する偏心ブッシュとを備え、ボスの内部の背面に駆動ピンの径より所定量だけ大きな径を有する規制穴を設け、駆動ピンを偏心ブッシュを貫通して規制穴にまで嵌入することにより、偏心ブッシュの駆動ピンに対する回転を規制したもので、回転角度範囲制限手段として、駆動ピンが規制ピンとしての機能を持つことができるように、規制穴を旋回スクロールのボスの内部に形成したものである。

このような構成により、偏心ブッシュ機構の構造やサイズを変えずに、規制ピンを径が大きな駆動ピンで兼用することができ、せん断許容応力を増大させることが可能となる。

本発明のスクロール圧縮機によれば、簡便な構造で規制ピンの強度を向上させることが可能となり、始動時の規制ピンの衝突によるピンの破損を防止することができる。また、新たに規制ピンを設ける必要がないため、低コスト化も同時に実現できる。

第一の発明は、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う固定スクロールと旋回スクロールとを有する圧縮機構部と、旋回スクロールを固定スクロールに対し旋回させる駆動ピンを有する主軸と、駆動ピン周りに回転可能に嵌合接合される偏心穴を有し、旋回スクロールの羽根延出面とは反対側の背面に形成したボスの内部に設けられる旋回軸受に嵌合して該旋
回スクロールに旋回運動を付与する偏心ブッシュとを備え、ボスの内部の背面に駆動ピンの径より所定量だけ大きな径を有する規制穴を設け、駆動ピンを偏心ブッシュを貫通して前記規制穴にまで嵌入することにより、偏心ブッシュの駆動ピンに対する回転を規制するもので、これにより偏心ブッシュ機構の構造やサイズを変えずに、規制ピンを径が大きな駆動ピンで兼用することができ、せん断許容応力を増大させることができる。

第二の発明は、特に、第一の発明において、旋回スクロールの規制穴の底面と駆動ピンの先端面との間に隙間を設けるもので、これにより主軸内の給油路から供給される潤滑油をスムーズに流通させ、軸受部への潤滑を良好に行うことができる。

第三の発明は、特に、第一の発明において、旋回スクロールの規制穴を耐摩耗性材料の円筒リングを圧入固定して形成するもので、これにより駆動ピンと規制穴との衝突による旋回スクロールの摩耗および損傷を防止することができる。

以下、本発明による電動圧縮機の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、以下に説明する技術的要素は本発明の目的に反しない限りそれぞれを種々の組合せで採用することが可能である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図で、圧縮機構部を駆動するモータの回転中心軸が略水平方向に沿った状態で設置されるいわゆる横置きのモータ内蔵型のスクロール圧縮機に本発明を適用した例である。

図１において、スクロール圧縮機１の圧縮機構部４は、固定スクロール１１の固定鏡板１１ａ、及び、旋回スクロール１２の旋回鏡板１２ａからそれぞれ立ち上がった渦巻状の羽根をお互いに噛合わせて圧縮空間１０を形成し、旋回スクロール１２をモータ５により主軸１４を介して固定スクロール１１に対し円軌道運動させたときに圧縮空間１０が移動を伴い容積を変化させることにより、外部サイクルから帰還する冷媒の吸入、圧縮および外部サイクルへの吐出を、圧縮機構部４に設けた吸入口８および本体ケーシング３に設けた吐出口９を通じて行う。

また、本体ケーシング３内の軸線方向の一方の後端部壁３ａ側からポンプ１３、副軸受４１、モータ５、及び主軸受４２を持った主軸受部材５１を配置してある。ポンプ１３は端壁部３ａの外面から収容してその後に嵌め付けた蓋体５２との間に保持し、蓋体５２の内側に貯液部６に通じるポンプ室５３を形成して吸上げ通路５４を介して貯液部６に通じるようにしてある。副軸受４１は後端部壁３ａにて支持し、主軸１４のポンプ１３に連結している側を軸支するようにしてある。

容積型ポンプ１３を主軸１４にて駆動することにより本体ケーシング３の貯液部６に貯留されている潤滑油７が吸上げ通路５４を介して吸い上げられ、主軸１４の給油路１５を通じ旋回スクロール１２の旋回駆動に伴い旋回スクロール１２の背面の液溜り２１に供給される。この液溜り２１に供給された潤滑油７の一部は、旋回スクロール１２の外周部の背面側空間２６に旋回鏡板１２ａの内部に形成された絞り２３などによる所定の制限の基に供給して背圧を発生し、旋回スクロール１２をバックアップする。また、液溜り２１に供給した潤滑油７の別の一部は、旋回軸受４３、主軸受４２を経ながら、それら軸受を潤滑した後、モータ５側に流出して貯液部６へと回収される。

モータ５は、固定子５ａを本体ケーシング３に環状部材１７によって固定され、主軸１４の途中まわりに固定した回転子５ｂとによって主軸１４を回転駆動できるようにしている。主軸受部材５１はケーシング３の開口端に嵌合され、固定スクロール１１と共にサブ
ケーシング１０２によって挟持する状態で、図示しないボルトなどによって固定し、主軸１４の圧縮機構部４側を主軸受４２により軸支している。さらに、これら主軸受部材５１と固定スクロール１１との間に旋回スクロール１２を挟み込んで構成している。

主軸受部材５１と旋回スクロール１２との間には、旋回スクロール１２の自転を防止して円運動させるためのオルダムリング５７が設けられ、主軸１４を偏心ブッシュ８０と旋回軸受４３とを介して旋回スクロール１２に接続して、旋回スクロール１２を円軌道上で旋回させられるようにしている。

固定スクロール１１の固定鏡板１１ａには吐出孔３１及びリード弁３１ａが設けられ、サブケーシング１０２との間に形成される吐出室６２に開口される。吐出室６２は、固定スクロール１１および主軸受部材５１ないしはこれらと本体ケーシング３との間に形成した連絡通路６３を通じて圧縮機構部４と後端部壁３ａとの間の、吐出口９を有するモータ５側に通じている。

モータ駆動回路部１０１は、サブケーシング１０２内に前端部壁１０２ａを隔て吸入室６１及び吐出室６２の反対側に回路基板１０３と、図示しない電解コンデンサとを収容して構成され、回路基板１０３には発熱度の高いスイッチング素子を含むＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０５が搭載される。モータ駆動回路部１０１は、モータ５などと圧縮機ターミナル１０６を介して電気的な接続が行われ、モータ５を温度などの必要な情報をモニタしながらモータ駆動回路部１０１によって駆動するようにしてある。このためモータ駆動回路部１０１は外部との電気的な接続を行う図示しないハーネスコネクタが設けられている。

以上によって、モータ５はモータ駆動回路部１０１によって駆動され、主軸１４を介して圧縮機構部４とポンプ１３を駆動する。このとき圧縮機構部４はポンプ１３により貯液部６の潤滑油７を供給されて潤滑およびシール作用を受けながら、固定スクロール１１に設けた吸入口１６を通じ冷凍サイクルからの帰還冷媒を吸入して圧縮し、吐出孔３１から吐出室６２に吐出する。吐出室６２に吐出された冷媒は連絡通路６３を通じてモータ５側に入り、モータ５を冷却しながら本体ケーシング３の吐出口９から吐出されるまでの長い過程で、冷媒は衝突、遠心、絞りなど各種の気液分離を図って潤滑油７の分離を受けながらも、随伴している一部潤滑油７によって副軸受４１の潤滑も行う。

次に、図２〜図３に基づいて、旋回半径１９を可変とする駆動機構について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の偏心ブッシュ近傍の軸方向断面図で、図３は、同スクロール圧縮機の偏心ブッシュの動作説明図である。

図２において、旋回スクロール１２の旋回鏡板１２ａの背面に形成されたボス１２ｂの内部に、偏心ブッシュ８０が旋回軸受４３を介して回転可能に嵌合され、さらに偏心ブッシュ８０の偏心穴８０ａには主軸１４の駆動ピン１４ａが回転可能に嵌合される。この駆動ピン１４ａは偏心ブッシュ８０の軸方向長さよりわずかに長く、その先端は偏心ブッシュ８０を貫通して所定量だけ突出するようにしてある。

さらに、旋回スクロール１２のボス１２ｂの内部の背面には、偏心ブッシュ８０の偏心穴８０ａの位置に合わせて駆動ピン１４ａの径より所定量（例えば２ｍｍ）大きい径を有する凹形状の規制穴１２ｃを形成している。このように形成された規制穴１２ｃに駆動ピン１４ａの先端を嵌め合い、規制穴１２ｃの内壁１２ｄと駆動ピン１４ａの外壁１４ｂとの間にそれぞれの径の違いに応じて小隙間８１を有する状態を構成する。

このような構成により、偏心ブッシュ８０は駆動ピン１４ａの中心（駆動ピン中心と称
する）Ｏｄを回転中心にしてスイング可能となり、偏心ブッシュ８０の中心（ブッシュ中心と称する）Ｏｃは駆動ピン中心Ｏｄを中心として駆動ピン中心Ｏｄとブッシュ中心Ｏｃ間の距離を半径とする円弧上を動くことになる。そして、この時の偏心ブッシュ８０のスイング運動に伴う回転規制を、旋回スクロール１２の規制穴１２ｃと、これに小隙間８１で嵌め合う駆動ピン１４ａの外壁１４ｂとの間で行うことができ、この小隙間８１が回転角度範囲を決定する。

運転中は、流体圧縮ガス力と旋回部品の遠心力がブッシュ中心Ｏｃに図３に示す方向に作用するものと考えられる。これらの作用力が駆動ピン中心Ｏｄの周りに偏心ブッシュ８０を回転させるモーメントに変換されて、前述のように偏心ブッシュ８０は駆動ピン中心Ｏｄを回転中心としてスイングし、主軸１４の軸心Ｏｓからブッシュ中心Ｏｃまでの距離に変化を与える。これは、旋回スクロール１２の旋回半径１９が可変することを意味し、図３より、運転中の回転モーメントは、偏心ブッシュ８０を旋回半径１９が大きくなる方向にスイングさせる。このことによって、旋回スクロール１２の羽根が固定スクロール１１の羽根に当接して圧縮作業空間の径方向のシール性を良好にする。このときの両スクロールの羽根間の接触荷重は、小さすぎると羽根間の接触が悪くなって隙間ができ、ガス漏れの原因となる。逆に、接触荷重が大きすぎると摩耗の原因となる。

また、旋回半径１９が大きくなる方向にスイングした場合、羽根間が接触するまでに、駆動ピン１４ａの外壁１４ｂが規制穴１２ｃの内壁１２ｄに接触することがないように、小隙間８１が設定されている。

一方、始動時など、加速度が急激に増加する時には、旋回部品の慣性力が作用して偏心ブッシュ８０を両羽根が離れる方向にスイングさせ、圧縮作業空間の圧力を開放し、始動時の異常音や異常ショック、液圧縮などを緩和する効果を有する。この際、図４に示すように、駆動ピン１４ａの外壁１４ｂが規制穴１２ｃの内壁１２ｄに接触し、必要以上に両羽根が離れることによって、再度両羽根が接触するときに過大なリバウンド力が生じることを防ぐ。

このように本構造では、偏心ブッシュ８０のスイングに伴う回転規制が、規制穴１２ｃの内壁１２ｄと、この規制穴１２ｃに小隙間８１で嵌め合う駆動ピン１４ａの外壁１４ｂとの間で行われるので、従来のような回転角度範囲制限手段を別構成で設ける必要がなく、構造が簡単となり、製造コストが低減し、廉価なスクロール圧縮機の提供が可能となる。

なお、本発明のスクロール圧縮機は、前述したように、本体ケーシング３の貯液部６に貯留されている潤滑油７が容積型ポンプ１３を主軸１４にて駆動することにより、主軸１４の給油路１５を通じ旋回スクロール１２の旋回駆動に伴い旋回スクロール１２の背面の液溜り２１に供給する。この際、規制穴１２ｃの規制穴底面１２ｅと駆動ピン１４ａの先端との距離が小さいと、液溜り２１への潤滑油７の流入が十分に行われない。本構造では、液溜り２１への流路断面積を給油路１５の通路断面積より大きくなるように、規制穴底面１２ｅと駆動ピン１４ａの先端とに適切な流路隙間２９を設けることで円滑な潤滑を行うことが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図５に示すスクロール圧縮機の断面図を参照しながら説明する。

本発明は、実施の形態１でも説明したように、始動時など、両羽根が離れる方向に偏心ブッシュ８０がスイングした場合、駆動ピン１４ａの外壁１４ｂが規制穴１２ｃの内壁１
２ｄに接触して必要以上に両羽根が離れることを防いでいる。通常、駆動ピン１４ａは鉄系材料を用い、旋回スクロール１２はアルミ系材料を用いるため、接触力が大きいと規制穴１２ｃの内壁１２ｄが異常に摩耗したり、損傷したりする可能性がある。

本構造では規制穴１２ｃを、ボス１２ｂの内部の底面又は底面に設けた凹部に耐摩耗性材料の円筒リング８２を圧入固定して形成している。耐摩耗性材料としては、例えば駆動軸１４と同じ鉄系の材料などが好適であり、これにより、前述の不具合を解消することが可能となる。

なお、本発明では規制穴１２ｃの異常摩耗防止として別部材の円筒リング８２を用いたが、ボス１２ｂの内部の底面に直接設けた規制穴１２ｃに耐摩耗性の表面処理を施しても良い。

本発明によるスクロール圧縮機は、新たな規制ピンを設けることなく偏心ブッシュの駆動ピンに対する回転角度範囲制限手段を構成することが可能となることで、スクロール圧縮機の小型軽量化が図れ、ハイブリッド車等の環境車両に特に有用である。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 同スクロール圧縮機の偏心ブッシュ近傍の軸方向断面図 同スクロール圧縮機の偏心ブッシュの動作説明図 同スクロール圧縮機の偏心ブッシュの動作説明図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

符号の説明

１ スクロール圧縮機
４ 圧縮機構部
１１ 固定スクロール
１１ａ 固定鏡板
１２ 旋回スクロール
１２ａ 旋回鏡板
１２ｂ ボス
１２ｃ 規制穴
１２ｅ 規制穴底面
１４ 主軸
１４ａ 駆動ピン
２９ 流路隙間
４１ 副軸受
４２ 主軸受
４３ 旋回軸受
８０ 偏心ブッシュ
８１ 小隙間
８２ 円筒リング

Claims (3)

1. 冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う固定スクロールと旋回スクロールとを有する圧縮機構部と、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対し旋回させる駆動ピンを有する主軸と、前記駆動ピン周りに回転可能に嵌合接合される偏心穴を有し、前記旋回スクロールの羽根延出面とは反対側の背面に形成したボスの内部に設けられる旋回軸受に嵌合して該旋回スクロールに旋回運動を付与する偏心ブッシュとを備え、前記ボスの内部の前記背面に前記駆動ピンの径より所定量だけ大きな径を有する規制穴を設け、前記駆動ピンを前記偏心ブッシュを貫通して前記規制穴にまで嵌入することにより、前記偏心ブッシュの前記駆動ピンに対する回転を規制したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 旋回スクロールの規制穴の底面と駆動ピンの先端面との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 旋回スクロールの規制穴を耐摩耗性材料の円筒リングを圧入固定することにより形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。