JP2020063670A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの油面高さに偏りが生じても性能を維持する。【解決手段】吸入配管３２の吸入口、及び吸入配管３３の吸入口の双方に設けられ、オイルの油面が吸入口よりも上にあるときに、浮力によって吸入口を開き、オイルの油面が吸入口よりも下にあるときに、自重によって吸入口を閉じるフロート弁３４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

特許文献１は、横形ロータリ圧縮機において、軸方向の一端側からオイルを吸入して摺動部に供給する第一の給油手段と、軸方向の他端側からオイルを吸入して摺動部に供給する第二の給油手段と、を設けることを提案している。これにより、圧縮機が傾いて低い側にオイルが偏っても、何れかの給油手段によって、オイルを摺動部に確実に供給することができる。

特開２００４−３２４５０７号公報

例えば圧縮機に傾きが生じた場合、低い側にはオイルが流れるが、高い側には冷媒ガスが満たされることになり、高い側の吸入口から冷媒ガスが流入すると、圧縮機の性能が低下してしまう。
本発明の課題は、オイルの油面高さに偏りが生じても性能を維持することである。

本発明の一態様に係る圧縮機は、
軸方向を水平にして車両に固定されるハウジングと、
ハウジングにおける軸方向の一方側に収容された電動モータと、
ハウジングにおける軸方向の他方側に収容され、電動モータの駆動によって熱媒体を圧縮する圧縮機構と、
ハウジング内の底部に溜まったオイルを軸方向の一方側から吸入し、圧縮機構の摺動部へと供給する第一の流路と、
オイルを軸方向の他方側から吸入し、圧縮機構の摺動部へと供給する第二の流路と、
第一の流路の吸入口、及び第二の流路の吸入口の双方に設けられ、オイルの油面が吸入口よりも下にあるときに、自重によって吸入口を閉じ、オイルの油面の上昇に伴って、浮力によって吸入口を開くフロート弁と、を備える。

本発明によれば、油面の高さに応じて、フロート弁が動作する。すなわち、オイルの油面が吸入口よりも上にあるときには吸入口を開き、オイルの油面が吸入口よりも下にあるときには吸入口を閉じる。これにより、圧縮機の傾きによって、低い側にオイルが流れ、且つ高い側に気相の熱媒体が満たされたとしても、高い側の吸入口がフロート弁によって閉じられるので、気相の熱媒体が流入することを抑制できる。したがって、圧縮機に傾きが生じても性能を維持することができる。

圧縮機における軸方向に沿った断面図である。 フロート弁の動作図である。 圧縮機に傾きが生じた状態を示す図である。 比較例を示す図である。 吸入口の向きを示す図である。 変形例１を示す図である。 変形例２を示す図である。 変形例３を示す図である。 第２実施形態を示す圧縮機の断面図である。 第２実施形態を示すフロート弁の動作図である。

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。

《第１実施形態》
《構成》
図１は、圧縮機における軸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横置き型のロータリ式の圧縮機であり、冷媒（熱媒体）を導入し、圧縮してから排出する。
圧縮機１１は、円筒状のハウジング１２を備える。ハウジング１２は、略円筒状で両端が閉塞された密閉容器である。ハウジング１２は、軸方向を水平方向にした状態で、支持部材１３を介して車両に固定されている。ハウジング１２には、軸方向の一方側に電動モータ１４が収容され、軸方向の他方側に圧縮機構１５が収容されている。

電動モータ１４は、ハウジング１２の内周面に固定されたステータ１６と、ステータ１６に対向するロータ１７と、ロータ１７に圧入された回転軸１８と、を備える。回転軸１８は、ハウジング１２内の他端側まで延び、圧縮機構１５に連結されている。
圧縮機構１５は、軸方向に沿って一方側から他方側に向かって順に並んだ、軸受端板２１と、圧縮部２２と、仕切板２３と、圧縮部２４と、軸受端板２５と、を備える。
軸受端板２１及び軸受端板２５は、回転軸１８を回転自在に支持する。圧縮部２２は、軸受端板２１と仕切板２３とに挟まれた区画に形成され、圧縮部２４は、仕切板２３と軸受端板２５とに挟まれた区画に形成されている。

圧縮部２２及び圧縮部２４は、夫々、シリンダ２６と、ローラ２７と、を備える。シリンダ２６は、円筒状に形成され、回転軸１８の周りに配置されている。ローラ２７は、円筒状に形成され、回転軸１８の外周面とシリンダ２６の内周面との間に配置されている。回転軸１８の外周面には、偏心したクランク部２８が形成され、クランク部２８にローラ２７が嵌め合わされている。二つのクランク部２８は、周方向の位相が１８０度ずらして形成されている。圧縮部２２においては、軸受端板２１、仕切板２３、シリンダ２６、及びローラ２７で囲まれた区画が圧力室２９となり、圧縮部２４においては、仕切板２３、軸受端板２５、シリンダ２６、及びローラ２７で囲まれた区画が圧力室２９となる。

電動モータ１４の駆動によって回転軸１８が回転するときに、クランク部２８に追従するローラ２７が、シリンダ２６に対して偏心回転し、圧力室２９の容積が変化する。図示しない吸入口より吸入された冷媒は、圧力室２９に導入され、圧力室２９の容積変化によって圧縮されてから図示しない吐出口より吐出される。ハウジング１２の内部は、吐出された冷媒ガスによって高圧となり、冷媒から分離されたオイルは、ハウジング１２の底部に溜まる。
回転軸１８には、軸方向に沿って一端から他端まで貫通したオイル流路３１が形成されている。オイル流路３１は、圧縮部２２の摺動部、及び圧縮部２４の摺動部と連通している。オイル流路３１の一端には、ハウジング１２における軸方向の一方側からオイルを吸入する吸入配管３２（第一の流路）が接続されている。オイル流路３１の他端には、ハウジング１２における軸方向の他方側からオイルを吸入する吸入配管３３（第二の流路）が接続されている。

吸入配管３２の吸入口、及び吸入配管３３の吸入口には、夫々、フロート弁３４が設けられている。吸入配管３２の吸入口は、軸方向の一方側に向かって開口し、吸入配管３３の吸入口は、軸方向の他方側に向かって開口している。説明を簡単にするため、便宜的に振り子状のフロート弁３４を描いているが、形状はこれに限定されるものではない。
図２は、フロート弁の動作図である。
ここでは、ハウジング１２の軸方向が水平に保たれているものとする。フロート弁３４は、支持点３５と、弁部３６と、フロート部３７と、を備える。支持点３５は、フロート弁３４の上部側に設けられ、揺動可能な状態で例えばハウジング１２に支持されている。弁部３６は、吸入配管３２の吸入口３２ａを閉塞可能な円板であり、支持点３５よりも下方に設けられ、支持点３５を中心とする揺動によって吸入口３２ａを開閉する。フロート部３７は、例えば球状であり、弁部３６の下端に設けられ、オイルの油面の上昇に伴って浮力が作用する。すなわち、フロート弁３４は、上端が支持点３５によって揺動可能に支持され、吊り下げられている。

弁部３６が吸入口３２ａを閉じた状態で、フロート部３７に浮力が作用したときに、弁部３６が吸入口３２ａを開く方向に回転モーメントが発生するように、支持点３５の中心とフロート部３７の中心とが水平方向に離れて配置されている。したがって、フロート弁３４は、吸入口を閉じているときには、上部よりも下部がオイルの流入方向の手前側になるように、鉛直方向に対して傾いている。すなわち、浮力が働く鉛直方向に対して、フロート弁３４を吊り下げている方向を傾けている。図中の（ａ）は、オイルの油面が吸入配管３２の吸入口３２ａよりも下にある状態を示す。このとき、フロート弁３４は自重によって吸入口３２ａを閉じる。図中の（ｂ）は、オイルの油面が上昇している状態を示す。このとき、フロート弁３４には浮力が作用し、押し上げられるため、支持点３５を中心に回動し、吸入口３２ａを開く。
なお、吸入配管３３についても同様である。

ハウジング１２の内部は高圧であり、圧縮部２２の摺動部、及び圧縮部２４の摺動部は中間圧力に設定されている。したがって、吸入配管３２のフロート弁３４が開いている場合、ハウジング１２の内部と、圧縮部２２の摺動部、及び圧縮部２４の摺動部との圧力差によって、オイルは吸入配管３２に流入し、オイル流路３１を経て各摺動部へと供給される。また、吸入配管３３のフロート弁３４が開いている場合、ハウジング１２の内部と、圧縮部２２の摺動部、及び圧縮部２４の摺動部との圧力差によって、オイルは吸入配管３３に流入し、オイル流路３１を経て各摺動部へと供給される。こうして、圧縮機構１５のシール性、及び潤滑性が確保される。

《作用》
次に、第１実施形態の主要な作用効果について説明する。
車両の傾きや加減速度によっては、圧縮機１１に貯留されたオイルに偏りが生じる。例えば坂道で圧縮機１１に傾きが生じた場合、低い側にはオイルが流れるが、高い側には冷媒ガスが満たされることになり、高い側の吸入口から冷媒ガスが流入すると、圧縮機１１の性能が低下してしまう。これは、密閉型となるロータリ式の圧縮機ほど顕著である。
そこで本実施形態では、吸入配管３２の吸入口、及び吸入配管３３の吸入口の双方に、フロート弁３４を設けている。フロート弁３４は、オイルの油面が吸入配管３２の吸入口よりも下にあるときには、自重によって吸入口を閉じる。一方、オイルの油面が上昇してくると、これに伴ってフロート弁３４は浮力によって吸入口を開く。

このように、フロート弁３４は油面の高さに応じて動作し、吸入口を開閉する。これにより、圧縮機１１の傾きによって、低い側にオイルが流れ、且つ高い側に冷媒ガスが満たされたとしても、高い側の吸入口がフロート弁３４によって閉じられるので、冷媒ガスが流入することを抑制できる。したがって、オイルの油面高さに偏りが生じても性能を維持することができる。
図３は、圧縮機に傾きが生じた状態を示す図である。
図中の（ａ）は、電動モータ１４側が低く、圧縮機構１５側が高くなっている状態を示す。この場合、吸入配管３２の吸入口よりも高い位置にオイルの油面があり、吸入配管３３の吸入口よりも低い位置にオイルの油面がある。したがって、吸入配管３２のフロート弁３４が開くため、オイルが吸入配管３２から流入し、オイル流路３１を経て圧縮機構１５の摺動部へと供給される。一方、吸入配管３３のフロート弁３４が閉じるため、冷媒ガスが吸入配管３３から流入することを抑制できる。

図中の（ｂ）は、電動モータ１４側が高く、圧縮機構１５側が低くなっている状態を示す。この場合、吸入配管３２の吸入口よりも低い位置にオイルの油面があり、吸入配管３３の吸入口よりも高い位置にオイルの油面がある。したがって、吸入配管３３のフロート弁３４が開くため、オイルが吸入配管３３から流入し、オイル流路３１を経て圧縮機構１５の摺動部へと供給される。一方、吸入配管３２のフロート弁３４が閉じるため、冷媒ガスが吸入配管３２から流入することを抑制できる。
このように、冷媒ガスの流入を抑制できることは、冷媒ガスの流入に弱いロータリ式の圧縮機１１で特に有用である。

また、フロート弁３４は、吸入口を閉じているときには、上部よりも下部がオイルの流入方向の手前側になるように、鉛直方向に対して傾いている。これはフロート弁３４を開きやすくするためである。
図４は、比較例を示す図である。
フロート弁３４を吊り下げている方向を鉛直方向と一致させると、浮力が働く方向と一致するため、フロート弁３４が引っ掛かって開きにくくなる。したがって、浮力が働く鉛直方向に対して、フロート弁３４を吊り下げている方向を傾けることで、油面の上昇によってフロート弁３４を開きやすくすることができる。

また、吸入配管３２の吸入口は、軸方向の一方側に向かって開口させ、吸入配管３３の吸入口は、軸方向の他方側に向かって開口させている。これにより、ハウジング１２の外壁形状を変更することなく、ハウジング１２の内部でオイルが最も深くなる位置で、各吸入口を軸方向に沿って開口させることができるので、オイルを吸入しやすくなる。
図５は、吸入口の向きを示す図である。
図中の（ａ）は、吸入配管３２の吸入口３２ａを軸方向の一方側に向かって開口させた構成を示す。図中の（ｂ）は、吸入配管３２の吸入口３２ａを横に向かって開口させた構成を示す。このように、吸入口３２ａを横に向かって開口させると、吸入口３２ａを軸方向に向かって開口させるよりも、高い位置で開口することになり、貯留されたオイルの量によってはオイルを十分に吸入できない可能性がある。

《変形例１》
第１実施形態では、フロート弁３４において、吸入口３２ａを閉塞する部分と、浮力を受ける部分とを別にした構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、吸入口３２ａを閉塞する部分と、浮力を受ける部分とを共通にしてもよい。
図６は、変形例１を示す図である。
フロート弁３４は、支持点３５と、連結部３８と、フロート部３９（弁体、及びフロート部）と、を備える。連結部３８は、支持点３５とフロート部３９とを連結する。フロート部３９は、吸入配管３２の吸入口３２ａを閉塞可能な球体であり、オイルの油面の上昇に伴って浮力が作用する。このように、吸入口３２ａを閉塞する部分と、浮力を受ける部分とを共通にしても、同様の作用効果が得られる。

《変形例２》
第１実施形態では、フロート弁の上端が揺動可能に支持され、吊り下げられている構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば上下方向に進退可能なフロート弁としてもよい。
図７は、変形例２を示す図である。
フロート弁４１は、油面の高さに応じて上下方向に進退可能である。フロート弁４１の進退を規制するために、フロート弁４１の一部を吸入配管３２の天井側に挿通している。また、フロート弁４１が浮力を受けて上昇しやすいように、吸入配管３２の底部には、開口部４２を形成している。このように、上下方向に進退可能なフロート弁４１を採用してもよい。

《変形例３》
第１実施形態では、フロート弁３４鉛直方向に対して傾いている構成について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、支持点３５の中心とフロート部３７の中心とが水平方向に離れて配置されていればよい。
図８は、変形例３を示す図である。
図中の（ａ）は、側方から見て弁部３６を略Ｌ字状にした変形例を示す。このように、鉛直方向に対する傾きがないとしても、略Ｌ字状の弁部３６を用いることで、支持点３５の中心とフロート部３７の中心とが水平方向に離れて配置される。したがって、浮力を受けたときにフロート弁３４を開きやすくすることができる。
図中の（ｂ）は、側方から見て連結部３８を略Ｌ字状にした変形例を示す。このように、鉛直方向に対する傾きがないとしても、略Ｌ字状の連結部３８を用いることで、支持点３５の中心とフロート部３９の中心とが水平方向に離れて配置される。したがって、浮力を受けたときにフロート弁３４を開きやすくすることができる。
《他の変形例》
第１実施形態では、内部高圧となる密閉型のロータリ式圧縮機について説明したが、これに限定されるものではない。軸方向を水平にして車両に搭載される圧縮機であれば、スクロール式、ベーン式等、任意の圧縮機に適用することができる。

《第２実施形態》
《構成》
第２実施形態は、吸入口を上方に向かって開口させたものである。
すなわち、吸入口の開口方向、及びフロート弁の構成を変更したことを除いては、前述した第１実施形態と同様であるため、共通する構成については、説明を省略する。
図９は、第２実施形態を示す圧縮機の断面図である。
吸入配管３２の吸入口、及び吸入配管３３の吸入口は、夫々、上方に向かって開口している。すなわち、吸入配管３２、及び吸入配管３３は、夫々、吸入口から下方に向かい、方向転換を経て下方から上方に向かう流路を含んでいる。

各吸入口をハウジング１２の底部にできるだけ近づけるために、ハウジング１２における底部側の外壁には、吸入配管３２が方向転換する部位、及び吸入配管３３が方向転換する部位に対応して、下方に突出する突出部５１が形成されている。ハウジング１２の内側から見れば、突出部５１は各吸入配管が方向転換する部位を避ける凹みである。支持部材１３は、ハウジング１２における底部側の外壁のうち、突出部５１と重ならない位置に設けられている。
吸入配管３２の吸入口、及び吸入配管３３の吸入口には、夫々、フロート弁５２が設けられている。

図１０は、第２実施形態を示すフロート弁の動作図である。
フロート弁５２は、吸入口を閉塞可能な大玉部５３と、吸入口よりも僅かに直径が大きな小玉部５４と、大玉部５３と小玉部５４とを連結する連結部材５５と、を備える。
図中の（ａ）は、オイルの油面が吸入配管３２の吸入口よりも下にある状態を示す。このとき、フロート弁５２は自重によって吸入口を閉じる。図中の（ｂ）は、オイルの油面が上昇している状態を示す。このとき、フロート弁５２には浮力が作用し、押し上げられるため、吸入口を開く。

《作用》
次に、第２実施形態の主要な作用効果について説明する。
本実施形態では、各吸入口が上方に向かって開口している。このように、吸入口が上方に向かって開口している場合でも、フロート弁５２により、油面の高さに応じて吸入口を開閉することができる。
吸入口を上方に向かって開口させると、吸入配管３２及び吸入配管３３には、吸入口から下方に向かい、方向転換を経て下方から上方に向かう流路ができてしまう。この場合、ハウジング１２における底部側の外壁には、吸入配管３２が方向転換する部位、及び吸入配管３３が方向転換する部位に対応して、下方に突出する突出部５１を形成する。ハウジング１２における底部側の外壁に支持部材１３を設ける場合、ハウジング１２の下方がデッドスペースになるため、この空間を利用して、突出部５１を設けることができる。
その他、前述した第１実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

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…ハウジング、１３…支持部材、１４…電動モータ、１５…圧縮機構、１６…ステータ、１７…ロータ、１８…回転軸、２１…軸受端板、２２…圧縮部、２３…仕切板、２４…圧縮部、２５…軸受端板、２６…シリンダ、２７…ローラ、２８…クランク部、２９…圧力室、３１…オイル流路、３２…吸入配管、３２ａ…吸入口、３３…吸入配管、３４…フロート弁、３５…支持点、３６…弁部、３７…フロート部、３８…連結部、３９…フロート部、４１…フロート弁、４２…開口部、５１…突出部、５２…フロート弁、５３…大玉部、５４…小玉部、５５…連結部材

Claims (6)

1. 軸方向を水平にして車両に固定されるハウジングと、
   前記ハウジングにおける軸方向の一方側に収容された電動モータと、
   前記ハウジングにおける軸方向の他方側に収容され、前記電動モータの駆動によって熱媒体を圧縮する圧縮機構と、
   前記ハウジング内の底部に溜まったオイルを軸方向の一方側から吸入し、前記圧縮機構の摺動部へと供給する第一の流路と、
   前記オイルを軸方向の他方側から吸入し、前記圧縮機構の摺動部へと供給する第二の流路と、
   前記第一の流路の吸入口、及び前記第二の流路の吸入口の双方に設けられ、前記オイルの油面が前記吸入口よりも下にあるときに、自重によって前記吸入口を閉じ、前記オイルの油面の上昇に伴って、浮力によって前記吸入口を開くフロート弁と、を備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記フロート弁は、
   揺動可能に支持された上部側の支持点と、
   前記支持点よりも下方に設けられ、前記支持点を中心とする揺動によって前記吸入口を開閉する弁部と、
   前記弁部に設けられ、前記オイルの油面の上昇に伴って浮力が作用するフロート部と、を備え、
   前記弁部が前記吸入口を閉じた状態で、前記フロート部に浮力が作用したときに、前記弁部が前記吸入口を開く方向に回転モーメントが発生するように、前記支持点と前記フロート部とが水平方向に離れて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記吸入口は、水平方向に向かって開口し、
   前記フロート弁は、揺動可能に吊り下げられており、前記ハウジングの軸方向が水平に保たれている状態で前記吸入口を閉じているときには、上部よりも下部が前記オイルの流入方向の手前側になるように、鉛直方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. 前記第一の流路の前記吸入口は、軸方向の一方側に向かって開口し、
   前記第二の流路の前記吸入口は、軸方向の他方側に向かって開口していることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧縮機。
5. 前記吸入口は、上方に向かって開口し、
   前記第一の流路、及び前記第二の流路は、夫々、前記吸入口から下方に向かい、方向転換を経て下方から上方に向かう流路を含み、
   前記ハウジングにおける底部側の外壁には、前記第一の流路が方向転換する部位、及び前記第二の流路が方向転換する部位に対応して、下方に突出する突出部が形成され、
   前記ハウジングは、支持部材を介して車両に固定され、
   前記支持部材は、前記ハウジングにおける底部側の外壁のうち、前記突出部と重ならない位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記圧縮機構は、ロータリ式であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の圧縮機。

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