JP2019210815A - 電動スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れた軸受を使用しつつ、信頼性を向上させる。【解決手段】円筒ころ軸受２４は、背圧室３７の内側に設けられ、回転軸２３を回転自在に支持し、回転軸２３の軸方向の変位を許容する。回転軸２３は、軸方向に沿って後側に変位するときに、ロータ２６がセンタハウジング１６に当接することで、軸方向の変位が規制される。【選択図】図１

Description

本発明は、電動スクロール圧縮機に関するものである。

特許文献１に示されるように、電動スクロール圧縮機の回転軸は、両端側がボールベアリングによって回転自在に支持されている。

特許第５５７８１５９号公報

ヒートポンプエアコンのように、冷房のみならず暖房でもスクロール圧縮機を稼働させると、稼働時間の長さや頻度が増加し、軸受の耐用年数に影響する。軸受に熱処理を施すことも考えられるが、コストが増加するため、耐久性に優れた軸受に変更できないか検討されてきた。一般に、ころ軸受、すべり軸受、ニードル軸受等は、ボールベアリングよりも耐久性に優れるが、軸方向の荷重を受けることができない。そのため、回転軸が軸方向に変位したときに、基幹部品となる可動スクロールに対して例えばカウンターウェイトが干渉するなどの不具合を招く可能性があった。
本発明の課題は、耐久性に優れた軸受を使用しつつ、信頼性を向上させることである。

本発明の一態様に係る電動スクロール圧縮機は、
固定スクロールに対して旋回可能な可動スクロールと、
可動スクロールの背面側に配置された区画部材と、
区画部材を貫通して一端側が可動スクロールの背面に嵌り合い、回転運動によって可動スクロールを旋回させる回転軸と、
可動スクロールと区画部材との間、及び区画部材と回転軸との間を封止した空間であり、供給される圧力によって可動スクロールを固定スクロールに押し付ける背圧室と、
背圧室の内側で区画部材に設けられ、回転軸を回転自在に支持し、回転軸の軸方向の変位を許容する第一の軸受と、
背圧室の外側で回転軸の外周面に設けられたロータ、及びロータの径方向外側でロータに対向するステータを有し、回転軸を駆動する電動モータと、を備え、
回転軸は、軸方向に沿って一端側に変位するときに、ロータが区画部材に当接することで、軸方向の変位が規制されることを特徴とする電動スクロール圧縮機。

本発明によれば、第一の軸受は、回転軸の軸方向の変位を許容できるので、耐久性に優れた軸受を使用することができる。そして、回転軸が一端側に変位したとしても、ロータが区画部材に当接して軸方向の変位が規制されるため、基幹部品となる可動スクロールに対して他の部品が干渉するなどの不具合を招くことがなく、信頼性を向上させることができる。

圧縮機の前後方向に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《一実施形態》
《構成》
図１は、圧縮機の前後方向に沿った断面図である。
圧縮機１１は、例えばカーエアコンの冷媒回路で用いられる電動スクロール圧縮機であり、冷媒（熱媒体）を吸入し、圧縮してから排出する。
圧縮機１１は、前後方向に並んだ、フロントハウジング１２とリアハウジング１３とによって気密性を保つように一体化されている。フロントハウジング１２の上部には、冷媒を吸入する吸入口１４が形成され、リアハウジング１３の上部には、圧縮された冷媒を排出する排出口１５が形成されている。フロントハウジング１２の内部には、センタハウジング１６（区画部材）が固定されている。

フロントハウジング１２は、吸入口１４に連通した吸入室２１を備え、この吸入室２１に電動モータ２２が収容されている。電動モータ２２の回転軸２３は、後側が円筒ころ軸受２４（第一の軸受）を介してセンタハウジング１６によって回転自在に支持され、前側がボールベアリング２５（第二の軸受）を介してフロントハウジング１２によって回転自在に支持されている。
電動モータ２２は、ロータ２６と、ステータ２７と、を備え、回転軸２３を駆動する。ロータ２６は、回転軸２３の外周面に設けられている。ステータ２７は、ロータ２６の径方向外側でロータ２６に対向するように、フロントハウジング１２の内周面に固定されている。
センタハウジング１６には、軸方向に沿って貫通した貫通穴２８が形成されており、貫通穴２８を介して回転軸２３の後側が非接触状態で貫通している。

フロントハウジング１２の後側には、固定スクロール３１と、可動スクロール３２と、が収容されている。
円板状の固定スクロール３１には、前面に渦巻き状の固定側ラップ３３が形成されている。円板状の可動スクロール３２は、固定スクロール３１よりも前側に配置され、後面に渦巻き状の可動側ラップ３４が形成されている。固定スクロール３１の前面と可動スクロール３２の後面とが対向し、固定側ラップ３３と可動側ラップ３４とが噛み合っている。固定側ラップ３３の先端は、図示しないチップシールを介して可動スクロール３２の後面に摺動可能に接触し、可動側ラップ３４の先端は、図示しないチップシールを介して固定スクロール３１の前面に摺動可能に接触している。固定スクロール３１の前面、固定側ラップ３３、可動スクロール３２の後面、及び可動側ラップ３４で囲まれた区画によって、冷媒を圧縮するための圧力室３５が形成されている。圧力室３５は、前後方向から見て、三日月状の密閉空間となる。

可動スクロール３２の前側（背面側）には、円環状のスラストプレート３６が設けられている。
センタハウジング１６とスラストプレート３６との間、及びスラストプレート３６と可動スクロール３２との間は、夫々、シール部材を介して封止されている。センタハウジング１６と回転軸２３との間は、軸シールによって封止されている。これにより、可動スクロール３２の前側（背面側）には、背圧室３７が形成されている。背圧室３７には、後述する高圧のオイルが供給されることにより、可動スクロール３２を固定スクロール３１へ押し付け、圧力室３５の密閉性を高めている。

可動スクロール３２の前面には、ボス４１が形成され、回転軸２３の後端には、偏心させたクランク端部４２が形成され、クランク端部４２がボス４１に回転自在の状態で嵌め込まれている。クランク端部４２により、回転軸２３の回転運動が、可動スクロール３２の旋回運動に変換される。クランク端部４２には、重量バランスをとるためのカウンターウェイト４３が設けられている。可動スクロール３２は、例えばピン＆ホールを介して自転が阻止され、且つ固定スクロール３１に対する公転が許容されている。
センタハウジング１６は、背圧室３７の外側に、回転軸２３を囲んでロータ２６に向かって突出した円筒状の突出部４４が形成されている。ロータ２６は、軸方向の両端に、端板４５が設けられている。端板４５は、ロータ２６の電磁鋼板とは異なり、鉄材によって形成されている。

円筒ころ軸受２４は、背圧室３７の内側に設けられ、外輪はセンタハウジング１６に固定され、内輪は回転軸２３の軸方向の変位を許容している。円筒ころ軸受２４は、主に径方向の荷重を受けることができる。
ボールベアリング２５は、背圧室３７の外側に設けられ、外輪はフロントハウジング１２に固定され、内輪は回転軸２３の軸方向の変位を許容している。ボールベアリング２５は、径方向及び軸方向の荷重を受けることができる。回転軸２３には、前側の外周面に径方向の段差部４６が形成されている。
回転軸２３は、軸方向に沿って後側に変位するときに、ロータ２６の端板４５がセンタハウジング１６の突出部４４に当接することで、軸方向の変位が規制される。また、回転軸２３は、背圧室３７に圧力が供給され軸方向に沿って前側に変位するときに、段差部４６がボールベアリング２５の内輪に当接することで、軸方向の変位が規制される。

固定スクロール３１の中央には、前後方向に貫通した吐出孔５１が形成され、固定スクロール３１の後面には、吐出孔５１の後端側を開閉可能な吐出弁５２が設けられている。吐出弁５２は、弾性変形可能な板材であり、上端側がボルトを介して固定スクロール３１の後面に締結された状態で、下端側で吐出孔５１の後端側を塞いでいる。
固定スクロール３１に対して可動スクロール３２が公転すると、圧力室３５は、前後方向から見て、スクロール中心に向かって変位してゆき、且つ容積が縮小してゆく。圧力室３５は、スクロール外側にあるときに吸入室２１と連通して冷媒を吸入し、スクロール中心にあるときに吐出孔５１と連通して圧縮した冷媒を吐出する。吐出弁５２は、吐出圧を受けるときに、弾性変形によって下端側が後方に撓むことで冷媒を吐出させる。

リアハウジング１３は、冷媒とオイルとを分離させる分離室５３と、分離したオイルを貯留する貯留室５４と、を備える。
分離室５３では、排出配管５５の上端が排出口１５に接続されている。オイルを含む冷媒は、分離室５３の内周面と排出配管５５の外周面との間を螺旋状に下降してゆき、周方向に旋回するときの遠心作用によって冷媒とオイルとが分離される。分離された冷媒は、排出配管５５の下端から流入すると、排出配管５５内を上昇してゆき、排出口１５から外部へ排出される。分離されたオイルは、分離室５３の内周面を伝って下降してゆき、貯留室５４へ排出される。
貯留室５４に貯留されたオイルは、高圧となる分離室５３からの圧力を受けて、オイル戻し流路５６を経て背圧室３７に供給される。これにより、可動スクロール３２に背圧を与え、円筒ころ軸受２４を含む各摺動部の潤滑が行なわれる。

《作用》
次に、一実施形態の主要な作用効果について説明する。
ヒートポンプエアコンのように、冷房のみならず暖房でも圧縮機１１を稼働させると、稼働時間の長さや頻度が増加し、軸受の耐用年数に影響する。軸受に熱処理を施すことも考えられるが、コストが増加するため、耐久性に優れた軸受に変更できないか検討されてきた。一般に、ころ軸受、すべり軸受、ニードル軸受等は、ボールベアリングよりも耐久性に優れるが、軸方向の荷重を受けることができない。そのため、回転軸２３が軸方向に変位したときに、基幹部品となる可動スクロール３２に対して例えばカウンターウェイト４３が干渉するなどの不具合を招く可能性があった。

そこで本実施形態では、回転軸２３の後側を円筒ころ軸受２４で支持し、回転軸２３の前側をボールベアリング２５で支持している。回転軸２３との嵌め合いは、いずれも軸方向の変位を許容できる程度としているため、圧縮機１１を稼働させておらず、背圧室３７に背圧が作用していない状態では、回転軸２３は前側にも後側にも変位可能である。このように、回転軸２３の変位を許容することで、円筒ころ軸受２４のように耐久性に優れた軸受を使用することができる。そして、回転軸２３が後側に変位しても、ロータ２６がセンタハウジング１６に当接することで、軸方向の変位が規制される。これにより、基幹部品となる可動スクロール３２に対して例えばカウンターウェイト４３が干渉するなどの不具合を招くことがなく、信頼性を向上させることができる。また、大きな設計変更も必要としない。さらに、熱処理などの特殊加工を施した軸受を使用する場合と比べて、コストを抑制できる。

また、ロータ２６の端部には、端板４５が設けられており、この端板４５が、センタハウジング１６の突出部４４に当接する。したがって、ロータ２６を構成する電磁鋼板に損傷を与えることはない。端板４５は、鉄材によって成形されており、突出部４４との接触が生じるとしても問題がない。
一方、圧縮機１１を稼働させると、背圧室３７に高圧のオイルが供給され、背圧が作用するため、この背圧荷重により、すぐに回転軸２３が前側に押圧される。固定されたセンタハウジング１６に対して、回転する端板４５が接触しているとしても、ごく僅かな時間だけであり（１秒以内）、すぐに双方は離間するため、圧力損失にはならない。また、回転軸２３が前側へ変位しても、段差部４６がボールベアリング２５に当接することで、軸方向の変位が規制される。これにより、背圧荷重を受けることができる。

《変形例》
一実施形態では、後側の軸受に、円筒ころ軸受２４を採用しているが、これに限定されるものではない。他にも、耐久性に優れた軸受として、すべり軸受やニードル軸受を採用してもよい。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…圧縮機、１２…フロントハウジング、１３…リアハウジング、１４…吸入口、１５…排出口、１６…センタハウジング、２１…吸入室、２２…電動モータ、２３…回転軸、２４…円筒ころ軸受、２５…ボールベアリング、２６…ロータ、２７…ステータ、２８…貫通穴、３１…固定スクロール、３２…可動スクロール、３３…固定側ラップ、３４…可動側ラップ、３５…圧力室、３６…スラストプレート、３７…背圧室、４１…ボス、４２…クランク端部、４３…カウンターウェイト、４４…突出部、４５…端板、４６…段差部、５１…吐出孔、５２…吐出弁、５３…分離室、５４…貯留室、５５…排出配管、５６…オイル戻し流路

Claims (5)

1. 固定スクロールに対して旋回可能な可動スクロールと、
   前記可動スクロールの背面側に配置された区画部材と、
   前記区画部材を貫通して一端側が前記可動スクロールの背面に嵌り合い、回転運動によって前記可動スクロールを旋回させる回転軸と、
   前記可動スクロールと前記区画部材との間、及び前記区画部材と前記回転軸との間を封止した空間であり、供給される圧力によって前記可動スクロールを前記固定スクロールに押し付ける背圧室と、
   前記背圧室の内側で前記区画部材に設けられ、前記回転軸を回転自在に支持し、前記回転軸の軸方向の変位を許容する第一の軸受と、
   前記背圧室の外側で前記回転軸の外周面に設けられたロータ、及び前記ロータの径方向外側で前記ロータに対向するステータを有し、前記回転軸を駆動する電動モータと、を備え、
   前記回転軸は、軸方向に沿って一端側に変位するときに、前記ロータが前記区画部材に当接することで、軸方向の変位が規制されることを特徴とする電動スクロール圧縮機。
2. 前記区画部材は、前記背圧室の外側に、前記回転軸を囲んで前記ロータに向かって突出した円筒状の突出部が形成され、
   前記ロータは、軸方向の端部に端板が設けられ、
   前記回転軸は、前記端板が前記突出部に当接することで、軸方向の変位が規制されることを特徴とする請求項１に記載の電動スクロール圧縮機。
3. 前記背圧室の外側に設けられ、前記回転軸の他端側を回転自在に支持し、前記回転軸の軸方向の変位を許容する第二の軸受を備え、
   前記回転軸は、他端側の外周面に径方向の段差部を備え、
   前記回転軸は、前記背圧室に圧力が供給され軸方向に沿って他端側に変位するときに、前記段差部が前記第二の軸受に当接することで、軸方向の変位が規制されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動スクロール圧縮機。
4. 前記第一の軸受は、ころ軸受、すべり軸受、及びニードル軸受の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動スクロール圧縮機。
5. 前記第二の軸受は、ボールベアリングであることを特徴とする請求項３に記載の電動スクロール圧縮機。

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