JP4469742B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は圧縮機に係わり、より詳しくは車両の空調をなす冷凍回路に好適した圧縮機に関する。

この種の圧縮機の作動流体、つまり、冷媒には潤滑油が含まれ、この冷媒中の潤滑油は圧縮機内における各可動部や軸受等に潤滑に使用される。
しかしながら、冷媒中の潤滑油は冷凍回路自体の冷凍能力を低下させる要因となるから、この種の圧縮機は冷媒から潤滑油を分離するオイルセパレータを内蔵している。このオイルセパレータは、圧縮機の圧縮ユニットから圧縮後の冷媒が送出される際、冷媒中の潤滑油の一部を分離して除き、そして、分離した潤滑油を圧縮機への吸入冷媒に戻す（例えば、特許文献１）。

具体的には、オイルセパレータは、圧縮後の冷媒が導かれる分離室と、この分離室内に配置された分離パイプとを備え、分離室内にて分離パイプの回りに冷媒を旋回させることにより、冷媒中の潤滑油の一部を遠心作用により分離する。この後の冷媒は分離パイプ内に流入し、この分離パイプに連なる圧縮機内の内部通路を経て、その吐出ポートから送出される。

一般的に、分離パイプは潤滑油の分離効率を高めるため、鉛直姿勢で配置され、そして、分離パイプが配置される分離室は圧縮後の高圧の冷媒が流動する経路の一部をなしている。このため、分離パイプはその拡径された上端部を内部通路の端部に嵌合させた状態で、分離室内に延び、この上端部が分離室内への分離パイプの落下を防止している。
一方、分離パイプの上端部はスナップリングに掛止され、このスナップリングは分離室内の高圧の冷媒が分離パイプを押し上げるように働いても、分離室からの分離パイプの抜けを阻止するストッパとして機能する。
特開平5-141358号公報

上述の分離パイプはハウジングの上方から分離室内に配置され、また、その固定にスナップリングを必要とするため、オイルセパレータの部品点数が増加するばかりでなく、分離パイプの取り付けは容易ではない。
また、圧縮機が高回転域にあり、分離室での冷媒の旋回流速もまた速くなると、分離パイプの下端入口への冷媒の流出速度も必然的に高速化する。このため、冷媒から分離され且つ分離パイプの下端入口近傍の分離室の内周面に付着した潤滑油が分離パイプ内を通じて流出する冷媒に巻き込まれ、冷媒とともに圧縮機から放出されしまう結果、オイルセパレータの分離能が低下する。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、構成が簡単で且つ組付けも容易なオイルセパレータを備え、しかも、高速回転域にあっても、潤滑油の分離能が低下することのない圧縮機を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明における圧縮機のオイルセパレータは、圧縮機のハウジング内にて、その圧縮ユニットの吐出室に隣接して形成され、この吐出室から作動流体を流入させる分離室と、この分離室に配置され、吐出室内に流入し且つその回りを旋回した後の作動流体をその入口端から流入させ且つハウジングの吐出ポートに向けて流出させる分離パイプと、この分離パイプの下方に配置され、分離室に連なる貯油室とを備え、そして、分離室は貯油室に向けて開放された端を有し、ハウジングは貯留室の底に形成され、プラグにより閉塞可能で且つ分離パイプよりも大径のアクセス口を更に備えている（請求項１）。
請求項１の圧縮機によれば、分離パイプはハウジングのアクセス口から貯油室を通じて分離室に配置され、この後、アクセス口はプラグにより閉塞される。
好ましくは、分離室は、前記分離パイプを囲み且つ前記分離パイプの前記入口端側に向けて拡径した逆テーパ状の内周面を有する（請求項２）。

請求項２の圧縮機によれば、分離室の内周面が逆テーパ形状をなしているので、分離室の内周面と分離パイプとの間の流路幅は分離パイプの入口に向けて増大している。それ故、圧縮機が高回転域にて駆動され、これに伴い、分離室内に流入し且つ分離パイプの周囲を旋回する作動流体の旋回速度が高速化したとしても、この作動流体が分離パイプの入口端に達したときには、その旋回流速は減速される。

従って、潤滑油の遠心分離作用を受けた作動流体が分離パイプの入口端から分離パイプ内に流入する際、作動流体は分離パイプの入口端近傍にて分離室の内周面に付着している潤滑油を巻き込むことはなく、分離された潤滑油は分離室の内周面を伝いながら貯留室に導かれる。
更に好ましくは、分離室の内周面は分離室の上端から分離パイプの入口端を越え、貯油室に向かって延びており（請求項３）、そして、アクセス口は、前記分離室と同軸上に配置されている（請求項４）。
一方、分離パイプは、作動流体の流出方向からハウジングに突き当たる出口端を有しているのが望ましく（請求項５）、具体的には、ハウジングは、分離パイプの出口端と吐出ポートとを接続する内部通路と、分離室に臨む内部通路の端部に形成され、底に環状のストッパ面を有した装着口とを備えており、分離パイプの出口端は、ストッパ面に突き当たった状態で装着口に圧入されている（請求項６）。

この場合、装着口のストッパ面は分離室から内部通路への分離パイプの抜け出しを阻止し、分離パイプにおける出口端の圧入はたとえ分離パイプが鉛直姿勢にあっても、分離室内への分離パイプの脱落を阻止する。
好ましくは、分離パイプは入口端側の部位の外径に比べて出口端の外径が拡径されており（請求項７）、この場合、分離パイプの出口端と装着口との間の圧入接触面積が増加する。

請求項１の圧縮機は、ハウジングのアクセス口から貯油室を経て分離室内に分離パイプを配置できるから、ハウジングに対する分離パイプの組付けが容易となる。
請求項２〜４の圧縮機は、そのオイルセパレータの分離室が逆テーパ状の内周面を有しているので、圧縮機が高速回転域にて駆動されても、分離パイプの出口端では作動流体の旋回速度は大きく減速され、作動流体から分離され且つその出口端近傍の分離室の内周面に付着している潤滑油が分離パイプ内に流入する作動流体に巻き込まれることはなく、オイルセパレータの潤滑油分離能が低下することはない。

請求項５，６の圧縮機は、分離パイプが作動流体の流出方向からハウジングに突き当てられているので、ハウジングに対する分離パイプの固定にスナップリングを必要とせず、よって、オイルセパレータの部品点数が減少し、その組付け作業も容易になる。
請求項７の圧縮機は、分離パイプの出口端が拡径されているので、ハウジング側の装着口への圧入による分離パイプの接続強度が高めることができる。

なお、分離パイプがその外径を拡径した出口端を有していても、アクセス口は分離パイプよりも大径であるから、アクセス口から貯油室を通じて分離室に配置でき、そして、その出口端を装着口に圧入可能となる。

図１は車両を空調するための冷凍回路を示す。
冷凍回路は、潤滑油を含んだ冷媒（作動流体）の循環経路２を備え、この循環経路２に圧縮機４、凝縮器６、レシーバ８、膨脹弁１０及び蒸発器１２が順次配置されている。これら冷凍回路を構成する機器は公知であるから、その説明は省略する。
図１の圧縮機４はスクロール圧縮機であり、この圧縮機４のハウジング１４はフロントケーシング１６及びリアケーシング１８から形成され、これらケーシング１６，１８は複数の連結ボルト２０を介して互いにフランジ結合されている。

フロントケーシング１６内には駆動軸２２が配置され、この駆動軸２２はリアケーシング１８側の大径端部２４と、この大径端部２４から延び、フロントケーシング１６外に突出する小径軸部２６とを有する。大径端部２４はニードル軸受２８を介してフロントケーシング１６に支持され、小径軸部２６はボール軸受３０を介してフロントケーシング１６に支持されている。なお、図１中、参照符号３２はリップシールを示し、このリップシール３２はフロントケーシング１６と駆動軸２２との間を気密にシールする。

一方、フロントケーシング１６の外側には軸受３８を介して駆動プーリ３６が取付けられており、この駆動プーリ３６はその内部の電磁クラッチ３４を介して駆動軸２２、即ち、その小径軸部２６の突出端に連結されている。駆動プーリ３６には車両のエンジンの動力が駆動ベルト（図示しない）を介して伝達され、エンジンの駆動中、電磁クラッチ３４がオン作動されると、駆動軸２２は駆動プーリ３６と一体的に回転する。

一方、リアケーシング１８内にはスクロールユニット４０が収容されており、このスクロールユニット４０は可動スクロール４２及び固定スクロール４４から構成されている。これらスクロール４２，４４は互いに噛み合うようにして圧力室４６を形成し、この圧力室４６は可動スクロール４２の旋回運動に伴い旋回する。また、圧力室４６の容積がその旋回に伴い増減する結果、冷媒の吸入から圧縮を経て吐出までの一連のプロセスが実行される。

上述した可動スクロール４２に旋回運動を付与するため、駆動軸２２の大径端部２４は、クランクピン４８、偏心ブッシュ５０及びニードル軸受５２を介して可動スクロール４２に連結されており、そして、旋回運動中の可動スクロール４２の自転は可動スクロール４２とフロントケーシング１６との間のボール型のスラストベアリング、いわゆるＥＭカップリング５４により阻止されている。

なお、図１中の参照符号５６は、可動スクロール４２に対するカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト５６は偏心ブッシュ５０に取付けられている。
固定スクロール４４とリアケーシング１８の端壁１８ａとの間には吐出室５８が確保されており、この吐出室５８は固定スクロール４４の吐出孔６０を介して圧力室４６に接続可能である。また、固定スクロール４４には吐出孔６０を開閉するリード弁型の吐出弁６２が取付けられており、図１中、参照符号６４及び６６は、吐出弁６２の取付けボルト及びそのバルブリテーナをそれぞれ示す。

一方、リアケーシング１８内にはスクロールユニット４０の外側に吸入室６８が確保され、この吸入室６８はリアケーシング１８の外周面に形成した吸入ポート（図示しない）を通じて前述した蒸発器１２に接続されている。
また、リアケーシング１８の外面には吐出ポート７０が形成され（図２参照）、この吐出ポート７０は前述した凝縮器６に接続される一方、オイルセパレータを介して吐出室５８に接続されている。

より詳しくは、オイルセパレータは円筒状の分離室７２を備え、この分離室７２はリアケーシング１８の端壁１８ａ内に形成され、図１でみて上下方向に延びている。分離室７２は吐出室５８に隣接して配置され、分離室７２と吐出室５８とを区画する隔壁７４には上下一対の導入孔７６が貫通して形成されている。これら導入孔７６は分離室７２の内周面にてその接線方向に開口し、吐出室５８内の高圧の冷媒を分離室７２内に導入する。

図１から明らかなように分離室７２の下方には貯油室７８が配置され、この貯油室７８もまたリアケーシング１８の端壁１８ａ内に形成されている。貯油室７８はオリフィスチューブ８０を介して前述した吸入室６８に連通しており、オリフィスチューブ８０は固定スクロール４４内を延び、貯油室７８側の端部にストレーナを備えている。
一方、図２から明らかなように分離室７２の上端からは内部通路８２が延びており、この内部通路８２もまたリアケーシング１８の端壁１８ａ内に形成され、前述した吐出ポート７２に接続されている。より詳しくは、内部通路８２は分離室７２の上端から分離室７２と同軸にして一旦延びた後、吐出ポート７２に向けて折曲されている。

内部通路８２において、その分離室７２側の端部は拡径された装着口８４として形成され、装着口８４はその底に環状のストッパ面８６を有する。
分離室７２内には分離パイプ８８が同心的に配置され、この分離パイプ８８はその上端に拡径された出口端９０を有する。この出口端９０は装着口８４の内径に一致した外径を有し、装着口８４に嵌合されている。より詳しくは、分離パイプ８８はその出口端９０の端面を装着口８４のストッパ面８６に突き当てた状態で、装着口８４に圧入されている。

前述した上下の導入孔７６は出口端９０の直下に位置付けられて、そして、分離パイプ８８は出口端９０から下側の部位が出口端９０よりも小径の直管部９２として形成され、この直管部９２は導入孔７６を越え、貯油室７８に向けて延びている。従って、直管部９２と出口端９０との間には環状の段差面が形成され、この段差面は分離室７２内を向いた受圧面９４を形成する。

更に、直管部９２の下端は下方に向けて開口し、分離室７２に連通する入口端９６を形成する。従って、分離室７２内の冷媒は分離パイプ８８の入口端９６から分離パイプ８８内に流入した後、分離パイプ８８を通じて内部通路８２に流出し、そして、内部通路８２から吐出ポート７２を経て送出される。
分離パイプ８８内での冷媒の流出方向でみて、分離室７２の内周面９８は、図２に示されるように、貯油室７８に向けて徐々に拡径する逆テーパ状をなし、分離室７２はその下端での内径Ｄ1がその上端での内径Ｄ2（装着口８４の内径に相当）よりも大である。

また、図２から明らかなように分離室７２と貯油室７８との間に隔壁は存在せず、分離室７２の下端は貯油室７８に直接に開放されている。更に、貯油室７８の底にはアクセス口１００が形成され、このアクセス口１００は分離パイプ８８の最大径よりも大きな内径を有し、分離室７２及び装着口８４と同軸上に配置されている。なお、アクセス口１００は通常、螺子プラグ１０２によりＯリングを介して閉塞されている。

上述したオイルセパレータにおいては、分離パイプ８８はアクセス口１００から貯油室７８を通じて分離室７２に挿入でき、そして、その出口端９０を内部通路８２の装着口８２に圧入することにより、分離室７２内に組付け可能である。この際、分離パイプ８８の出口端９０は装着口８２のストッパ面８６に突き当てられることから、前述したスナップリングが無くとも、分離パイプ８８が内部流路８２側の抜け出すようなこともない。また、分離パイプ８８の受圧面９４には分離室７２内の高い冷媒圧が加わることから、分離パイプ８８が分離室７２内に脱落するようなこともない。

上述した圧縮機が駆動されると、スクロールユニット４０は、前述した冷媒の吸入から圧縮及び吐出の一連のプロセスを実行し、その吐出口６０から吐出室５８内に高圧の冷媒を吐出する。そして、吐出室５８内の冷媒は導入孔７６から分離室７２内に導入され、導入された冷媒は分離パイプ８８の周囲を旋回しながら降下する。このような冷媒の旋回は冷媒中の潤滑油の一部を遠心作用により分離し、分離され循環油は分離室７２の内周面９８を伝い、貯油室７８に蓄えられる。

前述したように分離室７２の内周面９８は逆テーパ状をなし、内周面９８と分離パイプ８８との間の流路幅を分離パイプ８８の入口端９６に向けて徐々に増大させているから、分離パイプ８８の周囲を旋回する冷媒は分離パイプ８８の入口端９６に向かうに連れ、その旋回速度が減速され、この後、分離パイプ８８及び内部通路８２を通過し、吐出ポート７２から送出される。

従って、圧縮機の回転速度が高速回転域にあって、分離室７２に導入される冷媒の速度、つまり、冷媒の初期旋回速度がたとえ高速であっても、分離パイプ８８の入口端９６を通過した後の冷媒の旋回速度は充分に減速され、分離パイプ８８内に流入する冷媒が入口端９６近傍の分離室７２の内周面９８に付着している潤滑油を巻き込むことはなく、冷媒からの潤滑油の分離を効率良く行うことができる。

一方、貯油室７８の潤滑油は、分離室７２と吸入室６８との間での圧力差に基づき、オリフィスチューブ８０内を通じて吸入室６８内に噴霧され、吸入室６８内の冷媒に混入される。従って、冷媒中の潤滑油は、フロントケーシング１６内の軸受２８，５２や、スクロールユニット４０内の摺動面等を潤滑し、また、圧力室４６のシールにも役立つ。
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、分離パイプ８８は出口端９０よりも下側の部位が直管部９２として形成されているが、入口端９６に向けて先細のテーパ管部であってもよい。また、分離室７２と貯油室７８とは隔壁により区画されていてもよく、この場合、隔壁には分離室７２と貯油室７８とを互いに連通させるオイル排出孔が形成される。
更に、本発明のオイルセパレータがスクロール圧縮機に限らず、往復ピストン型圧縮機にも同様に適用できることは言うまでもない。

一実施例のスクロール圧縮機の断面図である。 図１のオイルセパレータ周辺を拡大して示した図である。

符号の説明

１４ フロントケーシング
１６ リアケーシング（ハウジング）
４０ スクロールユニット
５８ 吐出室
７０ 吐出ポート
７２ 分離室
７８ 貯油室
８２ 内部通路
８４ 装着口
８６ ストッパ面
８８ 分離パイプ
９０ 出口端
９６ 入口端
９８ 内周面
１００ アクセス口
１０２ 螺子プラグ

Claims (7)

1. ハウジング内に設けられ、潤滑油を含む作動流体に対して吸入から圧縮及び吐出まで一連のプロセスを実行し、前記作動流体の吐出室を有した圧縮ユニットと、
   作動流体が前記吐出室から前記ハウジングの吐出ポートに導かれる過程にて、作動流体から潤滑油の一部を分離するオイルセパレータとを備えた圧縮機において、
   前記オイルセパレータは、
   前記ハウジング内に前記吐出室に隣接して形成され、前記吐出室から作動流体を流入させる分離室と、
   前記分離室に配置され、前記吐出室内に流入し且つその回りを旋回した後の作動流体をその入口端から流入させ且つ前記吐出ポートに向けて流出させる分離パイプと、
   前記分離パイプの下方に配置され、前記分離室に連なる貯油室と
   を備え、
   前記分離室は、前記貯油室に向けて開放された端を有し、
   前記ハウジングは、前記貯油室の底に形成され、プラグにより閉塞可能で且つ前記分離パイプよりも大径のアクセス口を更に備えていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記分離室は、前記分離パイプを囲み且つ前記分離パイプの前記入口端側に向けて拡径した逆テーパ状の内周面を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記分離室の内周面は前記分離室の上端から前記分離室の前記入口端を越え、前記前貯油室に向かって延びていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記アクセス口は、前記分離室と同軸上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記分離パイプは、作動流体の流出方向から前記ハウジングに突き当たる出口端を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記ハウジングは、
   前記分離パイプの出口端と前記吐出ポートとを接続する内部通路と、
   前記分離室に臨む前記内部通路の端部に形成され、底に環状のストッパ面を有した装着口と
   を備え、
   前記分離パイプの前記出口端は、前記ストッパ面に突き当たった状態で前記装着口に圧入されている
   こと特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記分離パイプは前記入口端側の部位の外径に比べて前記出口端の外径が拡径されていることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。

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