JP2013024219A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】チャッキング用治具を用いなくても、嵌合部又はクランクピンにチャッキング痕を残さずに加工できる主軸を備える電動圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】電動圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを有する圧縮機構を駆動する回転力を生成するインバータモータと、回転力を圧縮機構に向けて伝える主軸９を備える、主軸９は、ラジアル軸受に嵌合される嵌合部４５と、嵌合部４５の軸方向における一方の面側に設けられ、インバータモータに固定されるクランクシャフト４３と、嵌合部４５の軸方向における他方の面側に設けられ、圧縮機構に向けて回転力を出力するクランクピン４７と、嵌合部４５とクランクピン４７の間に設けられ、嵌合部よりも半径の小さい円板状のチャッキング部５１と、を備える。主軸９のクランクシャフト４３の外周を旋盤により加工する際に、チャッキング部５１をチャッキング装置で把持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車両の空調装置に用いられる電動圧縮機に関し、特に電動モータの動力を圧縮機構に伝達する主軸が改良された圧縮機に関する。

例えば、特許文献１に開示されるスクロール型の電動圧縮機１００は、図６に示されるように、ハウジング１０３と、冷媒を圧縮する固定スクロール１０５及び旋回スクロール１０７と、旋回スクロール１０７を駆動する主軸１０９と、ドライブブッシュ部１１１と、インバータモータ１１３と、を備えている。インバータモータ１１３の回転駆動力は、主軸９及びドライブブッシュ部１１１を介して旋回スクロール１０７に伝えられる。

主軸１０９は、図７（ａ）に示されるように、インバータモータ１１３に固定される円柱状のクランクシャフト１１５と、クランクシャフト１１５よりも半径が大きい円板状の嵌合部１１７と、クランクシャフト１１５の中心軸線から偏心した位置にあって中心軸線に沿って延びるクランクピン１１９と、を備えている。

嵌合部１１７は圧入されることでラジアル軸受１２３に嵌合、支持される部分であるから、その外周は高精度に加工される必要がある。また、クランクピン１１９は、ドライブブッシュ部１１１との嵌め合いが必要であり、摩耗低減のためにやはり高精度で加工される必要がある。
主軸１０９のこうした加工は旋盤を用いて行われるが、嵌合部１１７、クランクピン１１９ともに高精度な仕上げ面を有している必要があるために、クランクシャフト１１５の外周を加工する際に嵌合部１１７、クランクピン１１９を直接チャッキングするのを避けなければならない。そこで、図７（ｂ）に示すように、嵌合部１１７、クランクピン１１９に取り付けられたチャッキング用治具Ｊをチャッキング装置で把持し、クランクシャフト１１５の先端をセンタＳで支持して加工すればよい。

特開２００８−２０８７１７号公報

ところが、チャッキング用治具Ｊを取り付ける作業は、製造コストを押し上げる要因になる。また、チャッキング用治具Ｊを用いると、主軸１０９を直接チャッキングして加工するよりも、加工精度が劣る傾向にある。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、チャッキング用治具を用いなくても、嵌合部又はクランクピンにチャッキング痕を残さずにクランクシャフトの外周を加工できる主軸を備える電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の電動圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する回転力を生成する電動モータと、電動モータで生成された回転力を圧縮機構に向けて伝える主軸と、主軸を支持する軸受と、を備える。
本発明による主軸は、嵌合部と、クランクシャフトと、クランクピンと、を備える。
嵌合部が軸受に嵌合されることで、主軸は軸受に回転可能に支持される。
クランクシャフトは、嵌合部の軸方向における一方の面側に設けられる。また。クランクシャフトは電動モータに固定される。
クランクピンは、嵌合部の軸方向における他方の面側に設けられる。また。クランクピンは、圧縮機構に向けて回転力を出力する。
主軸はまた、チャッキング部を備える。チャッキング部は、嵌合部、又は、嵌合部とクランクピンの間、に設けられる。チャッキング部は、嵌合部よりも曲率半径の小さい円弧面を外周に有する。

本発明によるチャッキング部は、少なくとも２つの形態を含む。
１つ目の形態は、嵌合部とクランクピンの間に設けられる。このチャッキング部は円板状の外形をなしている。このチャッキング部は、その外周が全て円弧面からなる。
２つ目の形態は、嵌合部に設けられる。このチャッキング部は、嵌合部の外周よりも嵌合部の中心軸に向けて後退する円弧面により構成される。そしてこのチャッキング部は、嵌合部の外周方向の複数か所、好ましくは３か所以上に設けられる。

本発明の電動圧縮機において、チャッキング部は、軸受の内部に配置されることが好ましい。チャッキング部と軸受との間に形成される間隙が潤滑油を保持する油貯まりとして機能することにより、周囲が潤滑油不足に陥るのを防ぐことができる。

本発明によれば、主軸の嵌合部、又は、嵌合部とクランクピンの間に、嵌合部よりも曲率半径の小さい円弧面を外周に有するチャッキング部を設けたので、チャッキング用治具を取り付けることなく、チャッキング部を工作機械のチャッキング装置で把持できる。したかって、主軸を高い精度で加工できる。しかも、チャッキング部は、例えば電動圧縮機の他の部材に嵌合されるために仕上げ面とされる必要がなく、チャッキング痕が残っていてもよい。

本実施の形態における電動スクロール型圧縮機の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における主軸を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本実施の形態における電動スクロール型圧縮機の部分拡大図である。 本実施の形態における主軸と、主軸を支持する軸受けと、の位置関係を示す図である。 本実施の形態における主軸の変形例を示す平面図である。 従来の電動スクロール型圧縮機の概略構成を示す断面図である。 従来の主軸を示し、（ａ）は主軸単体を、（ｂ）は切削加工のために旋盤に支持される状況を示す。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態においては、インバータモータにより駆動される横置きタイプのスクロール型の電動圧縮機に適用する例を説明する。
［スクロール圧縮機 主要素］
電動圧縮機１は、図１に示すように、ハウジング３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５及び旋回スクロール７（圧縮機構）と、旋回スクロール７を駆動する主軸９、ドライブブッシュ部１１と、インバータモータ１３と、を備えている。

［ハウジング］
ハウジング３は、内部に固定スクロール５、旋回スクロール７、主軸９及びインバータモータ１３などを収納する筐体である。ハウジング３は、第１ハウジング１５と、第２ハウジング１７と、モータケース１９と、から構成される。

第１ハウジング１５は、有底円筒状に形成された部材であり、固定スクロール５が底面に固定される。固定スクロール５と第１ハウジング１５との間には、固定スクロール５及び旋回スクロール７により圧縮された冷媒が流入する吐出チャンバ２１が形成される。

第２ハウジング１７は、第１ハウジング１５とモータケース１９との間に挟まれるように配置される。
第２ハウジング１７内には、主軸９を回転可能に支持するラジアル軸受２３が設けられ、また、第２ハウジング１７には、主軸９に中心軸線に沿って延びる吸入流路２５が設けられている。

モータケース１９は、図１に示すように、有底円筒状に形成された部材であり、内部にインバータモータ１３のステータ６３が固定される。モータケース１９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２７が設けられている。
インバータ収容ボックス２７は、モータケース１９の半径方向外側に向かって開口し、内部にインバータモータ１３の駆動を制御するインバータ部６５が納められるものである。

［スクロール］
固定スクロール５及び旋回スクロール７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５は、固定端板２９と、固定端板２９から旋回スクロール７に向かって延びる渦巻状の固定ラップ３１と、を備えている。
固定端板２９の中心部には吐出孔３３が設けられ、圧縮室Ｃで圧縮された冷媒が、吐出孔３３を介して吐出チャンバ２１に吐出される。

旋回スクロール７は、旋回端板３５と、旋回端板３５から固定スクロール５に向かって延びる渦巻状の旋回ラップ３７と、を備えている。旋回スクロール７は、主軸９及び自転防止部３９により公転可能に支持される。
旋回端板３５は、主軸９と対向する面に、主軸９に向かって延びる円筒状のボス部４１を備えている。ボス部４１には、主軸９による公転駆動力が伝達されるブッシュ５３を回転可能に支持する旋回部軸受５４が配置される。

［主軸］
主軸９は、図１に示すように、インバータモータ１３から旋回スクロール７に向かって延びる円柱状の部材である。主軸９は、図２、図３に示すように、ロータ６１に固定される円柱状のクランクシャフト４３と、クランクシャフト４３よりも直径が大きい円板状の嵌合部４５と、クランクシャフト４３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４７と、を備えている。
クランクシャフト４３は、中心軸線が略水平に配置されるとともに、ロータ６１及びステータ６３により生成される回転駆動力を旋回スクロール７に伝達する。
嵌合部４５はラジアル軸受２３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シャフト４３が設けられ、他方の面側にクランクピン４７が設けられる。また、嵌合部４５には、リミットピン５５（図３）が挿入される他方の面側にリミット穴４９が設けられる。なお、嵌合部４５は内輪２３ｉの内部に圧入されることでラジアル軸受２３に支持される。
クランクピン４７は、クランクシャフト４３に伝達された回転駆動力を旋回スクロール７に伝達して、旋回スクロール７を旋回駆動する円柱状の部材である。クランクピン４７は、嵌合部４５の中心から偏心した位置から、クランクシャフト４３の中心軸線に沿って旋回スクロール７に向かって延びている。

リミット穴４９は、リミットピン５５とともに旋回スクロール７の公転半径を調節するものである。
リミット穴４９は、嵌合部４５におけるクランクシャフト４３とは異なる他の偏心した位置から、クランクシャフト４３の中心軸線に沿ってクランクシャフト４３に向かって延びる穴である。リミット穴４９の直径は、リミットピンの直径よりも大きく形成される。

主軸９は、嵌合部４５とクランクピン４７の間にチャッキング部５１を備えている。チャッキング部５１は、嵌合部４５と同軸上に形成され、嵌合部４５よりも径が小さい円板状の部材である。円板状のチャッキング部５１は、旋盤により容易に加工、成形できる。クランクピン４７及びリミット穴４９は、チャッキング部５１の平面領域内に設けられる。
クランクシャフト４３の外周を加工する際に、チャッキング装置により主軸９はその一方端がチャッキング部５１を把持され、他方端はいわゆるセンタによりクランクシャフト４３の先端面が支持される。チャッキング部５１は、電動圧縮機１に組み付けられた後に他の部材と嵌合されることがないので、外周にチャッキング痕が残っていても差し支えない。
主軸９は、一方端（チャッキング部５１）がチャッキング装置により、また、他方端はセンタＳ（図７（ｂ））により支持される。

旋盤に主に用いられるチャッキング装置は、スクロールチャックである。このチャッキング装置は、渦巻き(スクロール)状の溝を持つカムが内蔵されており、一箇所のハンドルを回転するだけでワークを把持する複数の爪が同時に開閉する。スクロールチャックは、３つの爪を備えているものが主流である。また、爪それぞれが個別に動作するインデペンデントチャックも旋盤に用いられる。このチャッキング装置は、４つの爪を備えているものが多い。
チャッキング部５１は、２つ〜４つのいずれの爪数のチャッキング装置であっても、把持される外周が円弧面をなしているので、爪により接線に沿って保持される。したがって、チャッキング部５１を備える主軸９は、把持用の爪により確実に把持されるので、加工中に位置ずれを起こしにくく、高い精度で加工できる。しかも、主軸９は、治具を用いることなく把持できるから、工数低減によるコスト削減効果は著しい。なお、チャッキング部５１を設けることによる他の効果は後述する。

［ドライブブッシュ］
主軸９と旋回スクロール７との間には、図１、図３に示すように、ドライブブッシュ部１１が設けられている。
ドライブブッシュ部１１は、図４に示すように、ブッシュ５３と、リミットピン５５と、カウンターウエイト５７と、を備えている。
ブッシュ５３は、クランクピン４７とボス部４１との間に配置され、旋回スクロール７に公転駆動力を伝達する略円柱状の部材である。ブッシュ５３の中心から偏心した位置には、クランクピン４７が挿通されるクランク孔５９が形成される。
リミットピン５５は、ブッシュ５３と嵌合部４５との間に配置され、リミット穴４９とともに旋回スクロール７の公転半径を調節する円柱状の部材である。リミットピン５５は、ブッシュ５３におけるクランクピン４７とは異なる他の偏心した位置から、主軸９の中心軸線に沿って、嵌合部４５に向かって延びている。

カウンターウエイト５７は、固定スクロール５に対する旋回スクロール７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。カウンターウエイト５７は、ブッシュ５３における主軸９側の円周面から半径方向外側に向かって、半円状に延びる鍔状の部材である

［モータ］
インバータモータ１３は、周波数制御された交流電流により回転駆動されるモータであり、旋回スクロール７を公転旋回駆動する電動部である。
インバータモータ１３には、図１に示すように、主軸９及びドライブブッシュ部１１を介して旋回スクロール７を公転旋回させるロータ６１及びステータ６３と、ステータ６３に供給する交流電流を制御するインバータ部６５と、が設けられている。

ロータ６１は、ステータ６３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６１には主軸９のクランクシャフト４３が固定される。
ステータ６３は、インバータ部６５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６１を回転させるものである。ステータ６３は、モータケース１９の内周面に焼き嵌めなどの方法により固定される。

インバータ部６５は、ステータ６３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２７内に配置される。インバータ部６５は、キャパシタ（コンデンサ）６７と、パワートランジスタ６９などの電子素子を備える複数の基板７１と、端子７３と、を備えている。

［圧縮機 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。
インバータ外部から供給された直流電流は、インバータ部６５のパワートランジスタ６９などの電子素子により周波数が制御され、ステータ６３に供給される。
ステータ６３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、ロータ６１は、形成された交流磁界との相互作用により回転駆動力を発生する。ロータ６１により発生された回転駆動力は、主軸９に伝達される。

回転駆動力は主軸９のクランクシャフト４３及び嵌合部４５に伝達され、嵌合部４５の回転によりクランクピン４７が旋回駆動される。クランクピン４７の旋回運動は、ブッシュ５３及びボス部４１を介して旋回スクロール７に伝達される。旋回スクロール７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７が公転駆動されると、固定スクロール５との間に形成された圧縮室Ｃが、モータケース１９から電動圧縮機１内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５及び旋回スクロール７の外周端で冷媒を取り込む。そして、旋回スクロール７の公転により、圧縮室Ｃは固定ラップ３１及び旋回ラップ３７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５の吐出孔３３を介して吐出チャンバ２１に吐出され、吐出チャンバ２１内からハウジング３（第１ハウジング１５）の外部に吐出される。

［効果］
電動圧縮機１の主軸９はチャッキング部５１を備えており、チャッキング部５１をチャッキング装置で直接把持しながら、クランクシャフト４３の外周を加工することができる。したがって、従来のように治具を装着する手間が省けるので、主軸９、ひいては電動圧縮機１の製造コスト低減に寄与する。

また、チャッキング部５１を備える主軸９が組み付けられた電動圧縮機１は、以下の効果をも奏する。
主軸９の嵌合部４５（あるいはラジアル軸受２３の周囲）は、例えばクランクピン４７とドライブブッシュ部１１の間のように、金属部材同士が摺動するために、必要な量の潤滑油が常に確保されることが望まれる。本実施形態は、チャッキング部５１が嵌合部４５よりも径が小さい。しかも、主軸９の嵌合部４５がラジアル軸受２３に支持されると、チャッキング部５１はラジアル軸受２３の内輪２３ｉの内部に配置される。このとき、嵌合部４５の厚さとチャッキング部５１の厚さの合計よりも、ラジアル軸受２３の厚さよりも小さい。したがって、チャッキング部５１と内輪２３ｉの間に、チャッキング部５１の周囲を取り囲むようにリング状の空隙Ｇ（図３）が設けられる。ラジアル軸受２３の周囲に供給された潤滑油は、空隙Ｇ内に進入、滞留する。空隙Ｇは、潤滑油の貯留池として機能し、周囲に必要な量の潤滑油を供給できる。

次に、チャッキング部５１は、ラジアル軸受２３（内輪２３ｉ）に嵌合部４５を圧入することで嵌合部４５に生ずる応力がクランクピン４７に作用するのを防ぐ。つまり、図６、図７に示す従来の主軸１０９の場合、嵌合部１１７をラジアル軸受２３に圧入すると嵌合部１１７に応力が生じ、嵌合部１１７に変形が生ずることがある。そうすると、嵌合部１１７に設けられたクランクピン１１９には、この変形に応じた変位、つまり位置ずれが生ずる。この位置ずれは、クランクピン１１９とドライブブッシュ部１１１との嵌め合いを困難にする。これに対して本実施形態の場合は、チャッキング部５１は、ラジアル軸受２３に接していないので、応力が生じたとしても嵌合部４５に比べて小さい。そして、本実施形態は、チャッキング部５１を介してクランクピン４７が設けられているので、クランクピン４７は位置ずれしないか、したとしても最小限に抑えることができる。クランクピン１１９とドライブブッシュ部１１１との嵌め合いを確実に行うことができる。

［変更例など］
上記実施形態では、チャッキング部５１はラジアル軸受２３の内輪２３ｉの内部に配置される例を示したが、本発明はこれに限らず、図４（ａ）に示すように、チャッキング部５１がラジアル軸受２３（内輪２３ｉ）の外部に配置される形態を包含する。また、チャッキング部５１の一部がラジアル軸受２３の内輪２３ｉの内部に配置され、一部がラジアル軸受２３（内輪２３ｉ）の外部に配置される形態をも本発明は包含する。
チャッキング部５１がラジアル軸受２３の内輪２３ｉの内部に配置される場合、嵌合部４５の厚さが薄すぎると、ラジアル軸受２３からの荷重を嵌合部４５が十分に受け止めることができなくなる。したがって、チャッキング部５１は、図４（ｂ）に示すように、ラジアル軸受２３の転動体２３ｂから荷重を受ける範囲を超える（図中の矢印）ように、その厚さが設定されることが好ましい。一方、チャッキング装置で適切にチャッキングするために、チャッキング部５１は厚さが３ｍｍ以上有していることが好ましい。

また、以上の実施形態では、嵌合部４５とクランクピン４７の間にチャッキング部５１を設けその外周の全面を円弧面としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、チャッキング装置の爪が当たる嵌合部４５の外周の特定領域にチャッキング部４６を形成する。このチャッキング部４６は、その曲率半径が嵌合部４５の半径よりも小さい円弧面４６ｃを有している。この円弧面４６ｃは、嵌合部４５の外周よりも嵌合部４５の中心軸に向けて後退している。この例では、３つの把持爪を備えるチャッキング装置に対応してチャッキング部４６を等間隔で３か所に形成したが、チャッキング部４６を設ける数は任意である。また、図５の例では、チャッキング部４６を、嵌合部４５の軸方向の所定範囲に設けているが、嵌合部４５の軸方向に貫通して設けることもできる。
図５に示す主軸９は、嵌合部４５の外周に設けられるチャッキング部４６がチャッキング装置の爪で把持される。そして、チャッキング部４６を除く嵌合部４５にはチャッキング痕を残すことがないので、ラジアル軸受２３に圧入される嵌合部４５の表面は高い加工精度を確保することができる。
この場合、チャッキング部４６を設ける位置を、加工される多数の主軸９を通して同じ領域に設けることが好ましい。チャッキング装置により主軸９が把持される位置がほぼ同じになるため、各々の主軸９の加工条件を均等にできる。したがって、加工される個々の主軸９の精度のばらつきを低減できる。
以上の他にも、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、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 電動圧縮機
３ ハウジング
５ 固定スクロール
７ 旋回スクロール
９ 主軸
１１ ドライブブッシュ部
１３ インバータモータ
２３ ラジアル軸受
２３ｂ 転動体
２３ｉ 内輪
４３ クランクシャフト
４５ 嵌合部
４６，５１ チャッキング部
４６ｃ 円弧面
４７ クランクピン
６１ ロータ
６３ ステータ
Ｃ 圧縮室
Ｇ 空隙

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する回転力を生成する電動モータと、
   前記電動モータで生成された回転力を前記圧縮機構に向けて伝える主軸と、
   前記主軸を回転可能に支持する軸受と、を備え、
   前記主軸は、
   前記軸受に嵌合される嵌合部と、
   前記嵌合部の軸方向における一方の面側に設けられ、前記電動モータに固定されるクランクシャフトと、
   前記嵌合部の軸方向における他方の面側に設けられ、前記圧縮機構に向けて前記回転力を出力するクランクピンと、
   前記嵌合部、又は、嵌合部と前記クランクピンの間に設けられ、前記嵌合部よりも曲率半径の小さい円弧面を外周に有するチャッキング部と、
   を備えることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記チャッキング部は、
   前記嵌合部と前記クランクピンの間に設けられる円板状部材からなる、
   請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記軸受はラジアル軸受けであり、
   前記チャッキング部は、ラジアル軸受けを構成する内輪の内側に配置される、
   請求項２に記載の電動圧縮機。

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