JP2009197692A - スクロール電動圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】潤滑油の供給が困難であったドライブブッシュ部に対し、潤滑油の安定供給が可能になる潤滑油流路を備えたスクロール電動圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機構20と、電動モータ40と、スクロール圧縮機構20及び電動モータ40を収納するハウジング1とを備え、スクロール圧縮機構20が、ハウジング1の底部近傍に配設されたストレーナ52を通過して固定スクロール21の下部空間に流入した潤滑油をドライブブッシュ部28へ導く潤滑油流路50を備え、この潤滑油流路50は、スラストプレート29に穿設した給油孔29aと、上部軸受5に形成した給油溝5bと、シャフト2のドライブブッシュ設置面を切り欠いて形成した給油段差部と、偏心ピン3の外周を軸方向に切削した切断面とが連通して形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられるスクロール電動圧縮機に関する。
従来、自動車等の車両においては、車室内の空調を行って快適な車室内環境を提供する車両用空調装置が普及している。このような車両用空調装置は、冷媒を循環させる圧縮機が必要となる。
近年、電気自動車やハイブリットカー等が開発されており、このような車両に装備される車両用空調装置の圧縮機には、スクロール圧縮機構をインバータ制御等の電動モータにより駆動する電動スクロール圧縮機がある。
上述した電動スクロール圧縮機は、スクロール圧縮機構の摺動部や軸受部等に対する潤滑油の供給が耐久性や信頼性を向上させる上で重要になる。このような潤滑に関する従来技術として、下記のような技術が知られている。
主軸のスラスト荷重をスラスト軸受で支えるスクロール圧縮機においては、スラスト軸受の摩耗や焼き付き等の損傷を防止するため、スラスト軸受の主軸側摺動面に傾斜平面や油溝等の油膜圧力発生機構を形成したものが提案されている。(たとえば、特許文献1参照)
また、斜板式圧縮機においては、シャフトの中心にランナ手段の溝に連なる軸方向の給油孔を設けるとともに、シャフト周囲の要給油箇所に隣接して軸方向の給油孔に連なる半径方向の給油孔を設けたものが提案されている。(たとえば、特許文献2参照)
また、密閉型圧縮機においては、軸受内面に設けたスパイラル形油溝と、軸表面に設けたスパイラル形油溝とにより構成される給油機構が開示されている。(たとえば、特許文献3参照)
また、回転軸の下端に取り付けた円盤及びこの円盤を取り囲むケーシングとからなる給油ポンプを設け、密閉容器内の圧縮要素へ十分な給油を行うようにした圧縮機が開示されている。(たとえば、特許文献4参照)
また、偏心駆動ピンの端部に溝を設け、スナップリングを用いて抜け止め板を固定するスクロール型流体機械が開示されている。(たとえば、特許文献5参照)
特開2003−184774号公報 特開平3−141877号公報 特開昭58−174179号公報 特開昭63−186990号公報 特開平9−105390号公報
ところで、スクロール圧縮機構のドライブブッシュ部は、他部品に囲まれて奥まった位置にあることから、給油が困難になって軸受寿命の問題を有している。同様に、ドライブブッシュ部と正対したサブ軸受部についても、給油の問題が指摘されている。
従って、スクロール電動圧縮機の耐久性や信頼性を向上させるためには、ドライブブッシュ部やサブ軸受部に対する確実な潤滑油の供給が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潤滑油の供給が困難であったドライブブッシュ部やサブ軸受部に対し、潤滑油の安定供給が可能になる潤滑油流路を備えたスクロール電動圧縮機を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るスクロール電動圧縮機は、流体を吸入して圧縮するスクロール圧縮機構と、シャフトを介して前記スクロール圧縮機構を駆動する電動モータと、前記スクロール圧縮機構及び前記電動モータを収納するハウジングと、を備えている横型のスクロール電動圧縮機であって、前記スクロール圧縮機構が、前記ハウジングの底部近傍に配設されたストレーナを通過して固定スクロールの下部空間に流入した潤滑油をドライブブッシュ部へ導く潤滑油流路を備え、前記潤滑油流路は、スラストプレートに穿設した給油孔と、上部軸受に形成した給油溝と、前記シャフトのドライブブッシュ設置面を切り欠いて形成した給油段差部と、偏心ピンの外周を軸方向に切削した切断面と、が連通して形成されることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、スクロール圧縮機構が、ハウジングの底部近傍に配設されたストレーナを通過して固定スクロールの下部空間に流入した潤滑油をドライブブッシュ部へ導く潤滑油流路を備え、この潤滑油流路は、スラストプレートに穿設した給油孔と、上部軸受に形成した給油溝と、シャフトのドライブブッシュ設置面を切り欠いて形成した給油段差部と、偏心ピンの外周を軸方向に切削した切断面と、が連通して形成されるので、潤滑油流路は、潤滑油の一部をドライブブッシュまで確実に供給することができる給油経路となる。
上記の発明においては、前記シャフトの電動モータ側端部を支持するサブ軸受部の近傍に、前記電動モータ側のシャフト端面から軸方向へ前記サブ軸受部を超えて穿設された横穴と、該横穴の最奥部近傍に連通するよう前記シャフトの外周面から穿設された放射状穴とを設けることが好ましく、これにより、シャフトが回転して発生する遠心力を受けて、シャフト端面から横穴及び放射状穴を通ってシャフトの外周面へ向かって流れるミスト潤滑の流れが形成される。
この場合、シャフトの外周面に穿設される放射状穴の方向については、スクロール圧縮機構を構成するスイングリンクの偏心ピンと同方向または180度反対の方向とすることが好ましく、これにより、偏心ピンの機械加工が容易になる。
上記の発明において、前記ストレーナは、前記固定スクロールと防振部材との間に固定されていることが好ましく、これにより、防振部材は、ストレーナの固定に加え、スクロール圧縮機構から発生する振動がハウジングに伝わることを防止することもできる。
上記の発明において、前記偏心ピンの先端部にドライブブッシュを固定するスナップリングはクリセント型であることが好ましく、これにより、スナップリング及びドライブブッシュの小型化が可能となる。
上述した本発明によれば、潤滑油の安定供給が可能になる潤滑油流路を設けたことにより、潤滑油の給油が困難であったスクロール圧縮機構のドライブブッシュ部やサブ軸受部の潤滑を確実に行うことができるようになり、従って、軸受寿命を増してスクロール電動圧縮機の耐久性や信頼性を向上させることができる。
以下、本発明に係るスクロール電動圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すスクロール電動圧縮機(以下、「圧縮機」と呼ぶ)CPは、たとえば電気自動車やハイブリッドカーに装備される車両用空調装置の冷媒を循環させる圧縮機である。この圧縮機CPは、スクロール圧縮機構20及び駆動源の電動モータ40が共通のハウジング1内に収納されている密閉型であり、さらに、スクロール圧縮機構20及び電動モータ40が水平配置のシャフト2により連結されている横型となる。なお、この場合のハウジング1は、主にスクロール圧縮機構20を収納するフロントハウジング1Aと、主に電動モータ40を収納するリアハウジング1Bとに分割されている。
スクロール圧縮機構20は、ガス状の冷媒(流体)を吸入して圧縮することにより、高温高圧のガス冷媒を図示しない冷媒回路に送出する機能を有している。
このスクロール圧縮機構20は、固定スクロール21、旋回スクロール22、旋回スクロール22の公転旋回運動を許容するとともに自転を阻止するオルダムリンク等の自転阻止機構23等を主な構成要素としている。
固定スクロール21は、固定端板21aとその内面に立設された渦巻状壁体21bとを備え、固定端板21aの中央付近には、吐出ポート24が形成されている。この吐出ポート24は、吐出弁25により開閉される。
旋回スクロール22は、旋回端板22aとその内面に立設された渦巻状壁体22bとを備えている。旋回端板22aの外面に立設されたボス22c内には、偏心ブッシュ(ドライブブッシュ)26が旋回軸受27を介して回転自在に嵌合され、この偏心ブッシュ26に穿設された穴には、シャフト2の端部から突出した偏心ピン(シャフトピン)3が嵌合されている。なお、以下の説明では、ボス22c,偏心ブッシュ26,旋回軸受27及び偏心ピン3等により構成される構成部分について、ドライブブッシュ部28と呼ぶことにする。
そして、固定スクロール21と旋回スクロール22とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ、180度だけ角度をずらして噛み合わせることにより、複数の圧縮室Cが形成されるようになっている。
旋回スクロール22の旋回駆動は、シャフト2を介して連結された電動モータ40により行われる。この電動モータ40は、たとえばハウジング1の上部に配設されたインバータ制御部10により運転制御される。
このように、図示の圧縮機CPは、ガス冷媒を吸入して圧縮するスクロール圧縮機構20と、シャフト2を介してスクロール圧縮機構20を駆動する電動モータ40と、スクロール圧縮機構20及び電動モータ40を収納するハウジング1とを備え、インバータ制御の電動モータ40により駆動される横型のスクロール電動圧縮機である。
シャフト2は、スクロール圧縮機構20側の偏心ピン基部4が上部軸受5により支持され、かつ、電動モータ40側の端部となるシャフト後端部2aがサブ軸受6により支持されている。
なお、横型の圧縮機CP及びシャフト2に関する以後の説明において、フロントハウジング1Aに収納されるスクロール圧縮機構20と連結される偏心ピン3及び偏心ピン基部4側を圧縮機CPにおける前方と呼び、リアハウジング1Bに収納される電動モータ40及びサブ軸受6側を後方と呼ぶことにする。
上述したスクロール圧縮機構20は、ドライブブッシュ部28のような摺動部等へ潤滑油を供給するための潤滑油流路50を備えている。この潤滑油流路50は、ハウジング1の底部近傍に配設されたストレーナ52を通過して固定スクロール21の下部空間に流入した潤滑油をドライブブッシュ部28へ導くための流路であり、たとえば図4〜6に示すように、スラストプレート29に穿設した給油孔29aと、上部軸受5の保持部材5aを部分的に切り欠いて形成した給油溝5bと、シャフト2に設けた偏心ピン基部4のドライブブッシュ設置面4aを切り欠いて形成した給油段差部4bと、偏心ピン3の外周を軸方向に切削した切断面3aとが連通して形成される。
すなわち、この場合の潤滑油流路50は、フロントハウジング1A内の高圧側領域から低圧側領域のドライブブッシュ部28へ向けて、潤滑油を圧力差により押圧して供給するための流路となる。
ここで、上述した潤滑油流路50の流路構成について、高圧側領域から低圧側領域へ向けて流れる順に説明する。
この圧縮機CPは、オイルセパレータ(不図示)を通り、冷媒から分離されて戻った潤滑油を一時的に貯留するため、スクロール圧縮機構20より前方となるフロントハウジング1Aの底面側に高圧油溜まり7を備えている。この高圧油溜まり7に貯留された潤滑油は、スクロール圧縮機構20の動作により生じるハウジング1内の圧力差により、図1に示す矢印F1のように、一部が固定スクロール21の固定端板21aを貫通して設けた潤滑穴51に押し込まれる。
この潤滑穴51には、異物除去用のストレーナ52と、外周面に螺旋溝53aを形成したピン53とが挿入され、各々所定位置に固定されている。従って、潤滑穴51に流入した潤滑油は、ストレーナ52を通過する際にゴミ等の異物が除去された後、ピン53の外周に形成された螺旋溝53aを流路として固定スクロール21を通り抜け、図1に矢印F2で示すように、旋回端板22aの下方に形成された低圧側領域の低圧油溜まり8に流入する。なお、旋回溝51は、高圧油溜まり7から低圧油溜まり8へ流出する潤滑油量を制限するオリフィス機能を有している。
さて、フロントハウジング1Aとリアハウジング1Bとの間には、上部軸受5の保持部材5aに設けたフランジ部5cがボルト締めにより挟持されている。また、上部軸受5の前方側には、旋回スクロール22の旋回運動を支持するスラストプレート29が配設されている。
そこで、ハウジング1の底部近傍に配設されたストレーナ52及び螺旋溝53aを通過した潤滑油をドライブブッシュ部28へ導くため、たとえば図6に示すように、スラストプレート29の下部には給油孔29aが穿設され、さらに、上部軸受5の下部には給油孔29aと略同じ高さまで切り欠いた給油溝5bが形成されている。なお、給油孔29a及び給油溝5bを形成する下部は、いずれもハウジング1の底面近傍である。
この結果、ストレーナ52及び螺旋溝53aを通過した潤滑油は、図1に矢印F3で示すように、潤滑穴51から低圧油溜まり8に流入した後、給油孔29a及び給油溝5bを通ってシャフト2のドライブブッシュ設置面4aへ流入する。このドライブブッシュ設置面4aには、たとえば図5に示すように、設置面の一部を切り欠いてて形成した給油段差部4bが設けられている。図示の給油段差部4bは、周方向へ略90度の範囲を一段低くした設置面部分であり、偏心ピン3の根元に到達するまで周囲より若干低い面が形成されている。この給油段差部4bは、バランスウエイト30や偏心ブッシュ26との間に隙間を形成し、この隙間が偏心ピン3の根元まで連通する潤滑油流路(図1の矢印F4参照)となる。
また、偏心ピン3の外周には、たとえば図4(b)に示すように、給油段差部4bにより形成された隙間の潤滑油流路と連通するようにして、軸方向に切削した切断面3aが形成されている。すなわち、偏心ピン3の切断面3aは、給油段差部4bを設けた略90度の範囲内に形成されて軸方向に延びる平坦面となる。
この結果、切断面3aと偏心ブッシュ26との間に形成された空間は、潤滑油を偏心ピン3の前端(先端)領域まで導く潤滑油流路(図1の矢印F5参照)となる。
従って、高圧油溜まり7の潤滑油の一部は、スクロール圧縮機構20で圧縮された高圧の冷媒圧力を受けることにより、矢印F1〜F5の順に流れる潤滑油流路50を通ってスムーズにドライブブッシュ部28へ導かれるようになる。すなわち、他部品に囲まれて奥まった位置にあるスクロール圧縮機構20のドライブブッシュ部28については、上述した潤滑油流路50を設けたことにより、旋回軸受27等に対する潤滑油の供給が容易になるので、摺動部や軸受を確実に潤滑して寿命を増すことができる。
なお、ドライブブッシュ部28を潤滑した潤滑油は、ハウジング1の下方へ落下して高圧油溜まり7に戻される。
一方、シャフト2aを支持するサブ軸受6の潤滑は、以下に説明するミスト潤滑により行われる。
サブ軸受6が配設されているリアハウジング1Bは、冷媒回路を循環して圧縮機CPの吸入口9から導入されたガス冷媒の流路となる。このため、電動モータ40が設置されているリアハウジング1B内には、ミスト状の潤滑油を含み、スクロール圧縮機構20で圧縮する前の低圧ガス冷媒が存在している。
そこで、シャフト2の電動モータ側端部であるシャフト後端部2aを支持するサブ軸受6の近傍には、たとえば図2に示すように、遠心力を利用したミスト潤滑促進装置60が設けられている。このミスト潤滑促進装置60は、電動モータ40側のシャフト端面2bから軸方向へサブ軸受6を超えて穿設された横穴61と、横穴61の最奥部近傍に連通するようシャフト2の外周面から穿設された放射状穴62とにより構成される。
このミスト潤滑促進装置60は、圧縮機CPの運転によりシャフト2が回転して発生する遠心力を受けることにより、図中に矢印fで示すように、サブ軸受部6より奥に位置するシャフト端面2bから横穴61及び放射状穴62を通り、シャフト2の外周面へ向かって流れるミスト状潤滑油の流れを形成する。
このようなミスト状潤滑油の流れが形成されることにより、リアハウジング1B内のミスト状潤滑油は、サブ軸受6を通ってシャフト端面2bの横穴61から吸引された後、横穴61及び放射状穴62を通ってリアハウジング1B内に戻される。従って、ミスト潤滑促進装置60がサブ軸受6を通る積極的なミスト状潤滑油の流れを形成することになるので、サブ軸受6の潤滑を確実に行って耐久性を増すことができる。
この場合、シャフト2の外周面に穿設される放射状穴62の方向については、スクロール圧縮機構20を構成するスイングリンクの偏心ピン3と同方向、あるいは、180度反対の方向とすることが好ましい。すなわち、偏心ピン3がシャフト2の軸中心から偏心している方向、または、この偏心方向から180度反対の方向に放射状穴62を設けることにより、偏心ピン3の機械加工が容易になる。
ところで、偏心ピン3の先端部には、たとえば図2及び図3に示すように、偏心ブッシュ(ドライブブッシュ)26の固定用としてクリセント型のスナップリング31が溝3bに取付けられる。
これは、スイングリンク式の可変旋回半径機構を採用したスクロール圧縮機構20の場合、加工誤差の許容や摩擦係数の観点から、偏心ピン3をシャフト2の軸中心から大きく偏心させることが望ましく、さらに、偏心ブッシュ26を支持する旋回軸受27についても、軸方向長さを大きくすることが望ましいためである。
すなわち、本発明の偏心ピン3では、外周方向の突起があり、手作業での取り付けが困難といわれている従来の一般的なスナップリングに代えて、クリセント型のスナップリング31を採用して偏心ブッシュ26を固定する構造とされる。クリセント型のスナップリング31は、外周方向の突起がなく、手作業による取り付けが容易であるため、スナップリング31及び偏心ブッシュ26の小型化が可能となる。換言すれば、偏心ピン3の偏心を大きくするとともに、旋回軸受27による支持長さを大きくすることができるので、スイングリンク式の可変旋回半径機構について、信頼性や耐久性を増すことができる。
また、上述した構成の圧縮機CPにおいて、ストレーナ52は、図1及び図7に示すように、固定スクロール21と防振部材32との間に固定されている。すなわち、スクロール圧縮機構20の固定スクロール21に設置されるストレーナ52は、フロントハウジング1Aと固定端板21aとの間に介在させた防振部材32により潤滑穴51内の所定位置に固定されている。この防振部材32は、たとえば図8に示すように、ゴム(たとえばNBR)32aのような弾性体の両面を鋼板(たとえばSPCC)32bによりサンドイッチ状に挟み込んだものであり、弾性体の存在によりスクロール圧縮機構20の駆動により発生する振動の吸収が可能になる。
このような構成とすることにより、防振部材32は、ストレーナ52の固定に加え、スクロール圧縮機構20から発生する振動がハウジング1に伝わることを防止できる。すなわち、防振部材32を追加することにより、1つの部品により防振及び固定の二つの機能を得ることができる。
また、上述した防振部材32はドーナツ型とされ、スクロール圧縮機構20の吐出ポート24及び吐出弁25が設けられる方向に応じて、たとえば図7に示すように、内側の円形部分が略く字状の仕切部材32cにより分割されている。この仕切部材32cは、圧縮機構20の高圧側と低圧側とを区分するものであり、吐出弁25が配設される高圧側の面積が大きくなっている。
このような仕切部材32cによる区分は、圧縮機CPの設置状況等に応じて吐出ポート24の位置(吐出方向)が異なると、図7に示す位置決めポイント33及び中心を通る直線で左右対称となる。従って、防振部材32を裏返して使用することで、吐出ポート24の位置が異なっても部品を共通化することができる。但し、ストレーナ52を挿入する潤滑穴50の位置は同じであるから、図9に示すように、ストレーナ52の流路を確保しつつ固定するための切欠32dを左右対称に一対設けておく。
このようにすれば、一種類の防振部材32を用意して吐出方向の異なる圧縮機CPの共通部品とすることができる。すなわち、圧縮機CPの吐出方向に応じて防振部材32の表裏を逆にして使用する場合、いずれか一方の切欠32dのみがストレーナ52と位置合わせした状態で使用され、他方の切欠32dは、フロントハウジング1Aと固定端板21aとの間に挟持された状態となる。
このように、上述した圧縮機CPは、潤滑油の安定供給が可能になる潤滑油流路50を設けたことにより、潤滑油の給油が困難であったスクロール圧縮機構20のドライブブッシュ部28やサブ軸受6の潤滑を確実に行うことができるようになる。従って、圧縮機CPは、スクロール圧縮機構20の摺動部や軸受の寿命が増すことにより、耐久性や信頼性の高い製品となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
本発明に係るスクロール電動圧縮機の一実施形態を示す部分断面図である。 図1に示すスクロール電動圧縮機のシャフトを示す正面図である。 クリセント型のスナップリング形状を示す平面図である。 (a)は図2に示すシャフトの要部拡大図、(b)は(a)のA−A断面図である。 図4(a)のB矢視図である。 スラストプレート周辺に形成された潤滑油流路の構成例を示す要部拡大図である。 防振部材により潤滑油のストレーナを固定する構成例を示す図である。 防振部材の構成例を示す断面図である。 防振部材の部品共通化例を示す説明図である。
符号の説明
1 ハウジング
1A フロントハウジング
1B リアハウジング
2 シャフト
2a シャフト後端部
2b シャフト端面
3 偏心ピン(シャフトピン)
3a 切断面
3b 溝
4 偏心ピン基部
4a ドライブブッシュ設置面
4b 給油段差面
5 上部軸受
5a 保持部材
5b 給油溝
5c フランジ部
6 サブ軸受
7 高圧油溜まり
8 低圧油溜まり
9 吸入口
10 インバータ制御部
20 スクロール圧縮機構
21 固定スクロール
21a 固定端板
21b 渦巻状壁体
22 旋回スクロール
22a 旋回端板
22b 渦巻状壁体
22c ボス
23 自転阻止機構
24 吐出ポート
25 吐出弁
26 偏心ブッシュ(ドライブブッシュ)
27 旋回軸受
28 ドライブブッシュ部
29 スラストプレート
29a 給油孔
30 バランスウエイト
31 (クリセント型の)スナップリング
32 防振部材
32c 仕切部材
32d 切欠
40 電動モータ
50 潤滑油流路
51 潤滑穴
52 ストレーナ
53 ピン
53a 螺旋溝
60 ミスト潤滑促進装置
61 横穴
62 放射状穴
CP スクロール電動圧縮機(圧縮機)
C 圧縮室

Claims (4)

  1. 流体を吸入して圧縮するスクロール圧縮機構と、シャフトを介して前記スクロール圧縮機構を駆動する電動モータと、前記スクロール圧縮機構及び前記電動モータを収納するハウジングと、を備えている横型のスクロール電動圧縮機であって、
    前記スクロール圧縮機構が、前記ハウジングの底部近傍に配設されたストレーナを通過して固定スクロールの下部空間に流入した潤滑油をドライブブッシュ部へ導く潤滑油流路を備え、
    前記潤滑油流路は、スラストプレートに穿設した給油孔と、上部軸受に形成した給油溝と、前記シャフトのドライブブッシュ設置面を切り欠いて形成した給油段差部と、偏心ピンの外周を軸方向に切削した切断面と、が連通して形成されることを特徴とするスクロール電動圧縮機。
  2. 前記シャフトの電動モータ側端部を支持するサブ軸受部の近傍に、前記電動モータ側のシャフト端面から軸方向へ前記サブ軸受部を超えて穿設された横穴と、該横穴の最奥部近傍に連通するよう前記シャフトの外周面から穿設された放射状穴とが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のスクロール電動圧縮機。
  3. 前記ストレーナが、前記固定スクロールと防振部材との間に固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載のスクロール電動圧縮機。
  4. 前記偏心ピンの先端部にドライブブッシュを固定するスナップリングがクリセント型であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のスクロール電動圧縮機。
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