JP5007264B2 - コンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を圧縮するコンプレッサに関する。

この種の従来のコンプレッサとしては、特許文献１に開示されたものがある。このコンプレッサは、ハウジング内に圧縮機構部が配置され、この圧縮機構部の回転軸の両端が滑り軸受部と転がり軸受部によってハウジングに回転自在に支持されている。回転軸には弾性体の弾性力によってスラスト圧（予圧）が掛けられている。又、弾性体ではなく板バネ等のバネ圧を作用させているものもある。

つまり、転がり軸受部１００は、図５（ａ）に示すように、外輪１０１と内輪１０２とこれらの間に配置された転動体１０３とから構成されており、転動体１０３と外輪１０１及び内輪１０２の間に内部隙間ｄ（ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４）が存在する。この内部隙間ｄが回転軸１１０のガタ付き、運転中の振動・騒音の原因となる。このようなガタ付き等を防止するため、回転軸１１０にバネ圧によるスラスト圧Ｆを掛けている。回転軸１１０にスラスト圧Ｆを作用させると、図５（ｂ）に示すように、転がり軸受部１００の内部隙間を実質的に無くすことができる。これによって回転軸１１０のガタ付きを防止している。
特許第３６７１８４９号公報

しかしながら、従来例のように、回転軸に弾性体やバネ等によってスラスト圧を作用させる構成では、部品点数が増加する、構造が複雑化する、回転軸の全長が長くなる等の問題がある。

ここで、転がり軸受部をハウジングの外輪圧入部に圧入すると、転がり軸受部に圧入力が作用する。この圧入力によって外輪を縮径させ、転がり軸受部の内部隙間をほぼゼロにすることが考えられる。このような圧入力を利用する手段では、ある所定の温度で内部隙間をゼロにすることは可能であるが、所定温度より高くなったりすると外輪圧入部が温度膨脹するために内部隙間が大きくなる。特に、コンプレッサは使用温度範囲が広いため、温度による影響が大きく、回転軸のガタ付きを防止することができない。

そこで、本発明は、回転軸にスラスト圧を作用させることなく、しかも、温度変化に係わらず回転軸のガタ付きを極力防止できるコンプレッサを提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、ハウジングに圧縮機構部の回転軸が軸受部を介して回転自在に支持され、軸受部が外輪と内輪とこれらの間に配置された転動体とからなる転がり軸受部によって構成され、転がり軸受部の外輪がハウジングの外輪圧入部に圧入されることによってハウジングに固定されたコンプレッサであって、ハウジングの外輪圧入部には、周方向に間隔を置いて複数のスリットが設けられ、前記外輪圧入部は、温度が高くなっても、外輪を縮径する方向へ付勢することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のコンプレッサであって、複数のスリットは、周方向のほぼ等間隔位置に設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載のコンプレッサであって、外輪圧入部は、圧縮機構部から吐出された冷媒の冷媒吐出経路に設置されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンプレッサであって、回転軸を支持する軸受部は、圧縮機構部に近い位置と遠い位置の２箇所に設けられ、圧縮機構部の遠い位置の方が前記転がり軸受部にて構成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコンプレッサであって、圧縮機構部は、シリンダ室が形成されたブロックと、シリンダ室内に配置され、回転軸に固定されたロータとを備え、回転軸は、電動モータの回転軸を兼用していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、外輪圧入部はスリットによって半径方向に弾性変形可能であることから、この弾性変形によって圧入された外輪が縮径されるため、転がり軸受部の内部隙間がほぼゼロの状態で回転軸を回転自在に支持することができる。そして、温度が高くなると、外輪圧入部自体がその径を大きくする方向に温度膨脹するものの、外輪圧入部は弾性変形によって外輪を縮径する方向に付勢するため、転がり軸受部の内部隙間があまり大きくなることはない。以上より、回転軸にスラスト圧を作用させることなく、しかも、温度変化に係わらず回転軸のガタ付きを極力防止できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、回転軸の偏芯を極力防止しつつ回転軸を支持できる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、転がり軸受部は高温の吐出冷媒にさらされるため高温になるが、上記した理由により、転がり軸受部の内部隙間が大きくなることなく回転軸を支持できる。

請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３の発明の効果に加え、圧縮機構部に近い位置は、圧縮機構部の摺動部位へのオイル供給経路を利用して容易にオイル供給が可能であり、例えば滑り軸受部を容易に採用できる。これに対し、圧縮機構部より遠い位置に滑り軸受部を採用すると、別途にオイル供給経路を設ける必要があり、構成が複雑になる。以上より、圧縮機構部より遠い位置の軸受部を滑り軸受部とすることにより、簡単な構成で回転軸の軸受部を構成できる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜請求項４の発明の効果に加え、回転軸のスラスト方向に予圧が作用しないため、圧縮機構部のブロックとロータ間のクリアランスを維持しつつ回転軸のスラスト方向の位置を容易に調整できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施形態を示し、図１は電動コンプレッサの断面図、図２はモータハウジング部材の外輪圧入部に転がり軸受部を圧入した状態を示す内面図、図３（ａ）は圧入前の転がり軸受部の断面図、図３（ｂ）は圧入後の転がり軸受部の断面図、図４はスリット無しの外輪圧入部に圧入した場合とスリット有りの外輪圧入部に圧入した場合の内部隙間と温度の関係を示す特性線図である。

図１に示すように、電動コンプレッサ１は、ハウジング２を有する。このハウジング２は、ほぼ筒状のコンプレッサハウジング部材３と、このコンプレッサハウジング部材３の一方の開口側面に配置されたフロントハウジング部材４と、コンプレッサハウジング部材３の他方の開口側面に配置されたモータハウジング部材５とから構成されている。コンプレッサハウジング部材３、フロントハウジング部材４及びモータハウジング部材５は、共にアルミ合金製である。

圧縮機構部１０は、コンプレッサハウジング部材３内に収容されている。圧縮機構部１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の両側面にそれぞれ配置されたフロントサイドブロック１２及びリアサイドブロック１３とを備えている。これらブロック１１，１２，１３間は、ボルト（図示せず）によって固定されていると共に、これらブロック１１，１２，１３内にシリンダ室１４が形成されている。シリンダブロック１１、両側のサイドブロック１２，１３は、各ハウジング部材３，４，５と同様にアルミ合金製である。

シリンダ室１４内にはロータ１５が収容されている。このロータ１５の中心には回転軸１６が貫通され、ロータ１５と回転軸１６は固定されている。この回転軸１６のリア側は、リアサイドブロック１３より外部に突出され、下記する電動モータ６の回転軸を兼用している。回転軸１６は、リアサイドブロック１３とモータハウジング部材５に回転自在に支持されており、この支持構造は下記に詳述する。

ロータ１５の外周側の等間隔位置には、外周面に開口するベーン溝１７が形成されている。この各ベーン溝１７に突出自在にベーン１８がそれぞれ配置されている。ベーン溝１７の底部には、高圧冷媒供給路（図示せず）が開口されている。各ベーン１８は、高圧冷媒の背圧によって突出方向に付勢されるよう構成されている。各ベーン１８は、回転軸１６の回転時には、上記した突出方向の付勢力によってシリンダ室１４の内壁に当接しつつ移動する。この隣り合うベーン１８間によって、シリンダ室１４内には複数の圧縮室が形成される。各圧縮室は、ロータ１５の回転に応じてその容積を拡大し、冷媒を吸入する吸入行程と、容積を縮小し、吸入した冷媒を圧縮し、且つ、吐出する圧縮行程を繰り返す。

冷媒吸入経路２０は、吸入ポート（図示せず）とシリンダ室１４に開口するシリンダ吸入口（図示せず）を連通する。この冷媒吸入経路２０を通って冷媒がシリンダ室１４に供給される。

冷媒吐出経路２１は、シリンダ室１４に開口するシリンダ吐出口（図示せず）と吐出ポート２１ａを連通する。この冷媒吐出経路２１を通って圧縮されたシリンダ室１４の冷媒が排出される。冷媒吐出経路２１は、下記する電動モータ６のモータ収容室５ａを通っている。

電動モータ６は、モータハウジング部材５のモータ収容室５ａに収容されている。電動モータ６は、前記した回転軸１６に固定されたモータロータ２３と、モータハウジング部材５の内周面に固定されたステータ２４とを備えている。

モータロータ２３の外周にはＳ極とＮ極が円周方向に交互に着磁されている。ステータ２４は、コア２４ａとこれに巻装されたコイル２４ｂとから成る。このコイル２４ｂには、モータ制御回路部２５より駆動電流が供給される。

モータハウジング部材５及びコンプレッサハウジング部材３には、モータ収容室５ａより下方に貯油室２６が設けられている。貯油室２６は、吐出ポート２１ａにオイル戻り通路（図示せず）を介して連通し、吐出ポート２１ａで分離されたオイルが流入するようになっている。又、貯油室２６には、オイル供給通路（図示せず）が開口され、オイル供給通路の他端側は圧縮機構部１０のオイル潤滑部位に開口されている。オイル潤滑部位には、下記する滑り軸受部３０も含まれている。

次に、回転軸１６の支持構造を説明する。図１に示すように、回転軸１６は、圧縮機構部１０の近傍位置に設けられた滑り軸受部３０と圧縮機構部１０より遠い位置に設けられた転がり軸受部３１とによって回転自在に支持されている。

滑り軸受部３０は、リアサイドブロック１３の回転軸孔１３ａの周壁部によって形成されている。この回転軸孔１３ａの周壁部と回転軸１６との間には、貯油室２６からオイルが供給される。

転がり軸受部３１は、図３（ａ）に詳しく示すように、外輪３１ａと内輪３１ｂとこれらの間に配置された球体の転動体３１ｃとから構成されており、転動体３１ｃと外輪３１ａ及び内輪３１ｂの間に内部隙間ｄ（ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４）が存在する。内輪３１ｂ内に回転軸１６が挿入されている。外輪３１ａは、図１及び図２に示すように、モータハウジング部材５に一体に設けられた外輪圧入部３２に圧入されている。外輪圧入部３２は円筒状であり、その円周方向の等間隔に３つのスリット３３が設けられている。この３つスリット３３によって外輪圧入部３２は、３つの圧入片３２ａに仕切られている。各圧入片３２ａは、半径方向に弾性変形容易であり、転がり軸受部３１が圧入されると、弾性変形によって外輪３１ａの挿入を許容すると共に外輪３１ａが圧入片３２ａの弾性復帰力によって縮径方向に変形する。これによって、転がり軸受部３１は、図３（ｂ）に示すように、内部隙間がほとんどない状態で圧入される。

上記構成において、電動モータ６に通電されると、モータロータ２３に回転力が発生し、電動モータ６のモータロータ２３と回転軸１６と圧縮機構部１０のロータ１５が回転する。すると、圧縮機構部１０が駆動し、吸入ポート（図示せず）より吸入された冷媒が圧縮機構部１０のシリンダ室１４に吸引され、圧縮機構部１０のシリンダ室１４で圧縮された冷媒が吐出される。圧縮機構部１０より吐出された冷媒は、モータ収容室５ａを通って吐出ポート２１ａよりハウジング２外に排出される。このような冷媒の圧縮動作過程中にあっては、回転軸１６は、滑り軸受部３０と転がり軸受部３１に支持されてハウジング２に対して回転することになる。

このように回転軸１６を支持する転がり軸受部３１は、モータハウジング部材５の外輪圧入部３２に圧入され、外輪圧入部３２には円周方向に間隔を置いて複数のスリット３３が設けられている。従って、外輪圧入部３２はスリット３３によって半径方向に弾性変形可能であることから、この弾性変形によって圧入された外輪３１ａが縮径されるため、転がり軸受部３１の内部隙間がほぼゼロの状態で回転軸１６を回転自在に支持することができる。そして、温度が高くなると、外輪圧入部３２自体がその径を大きくする方向に温度膨脹するものの、外輪圧入部３２は弾性変形によって外輪３１ａを縮径する方向に付勢するため、転がり軸受部３１の内部隙間があまり大きくなることはない。図４には、外輪圧入部３２にスリット３３を設けなかった場合とスリット３３を設けた場合の温度変化による内部隙間量の変化を示したが、スリット３３を設けた方は温度変化による内部隙間ｄを５μｍ以内に抑えることができる。

以上より、回転軸１６にスラスト圧を作用させることなく、しかも、温度変化に係わらず回転軸１６のガタ付きを極力防止できる。

本発明では、転がり軸受部３１は、外輪３１ａが縮径方向に押圧されることによって内部隙間ｄをほぼゼロとするため、転がり軸受部３１は、圧入前にあって内部隙間ｄが小さいものを使用することが好ましい。

この実施形態では、３つのスリット３３は、円周方向のほぼ等間隔位置に設けられている。従って、回転軸１６の偏芯を極力防止しつつ回転軸１６を支持できる。尚、スリット３３の数は、２つ、又は、４つ以上であっても良いことはもちろんである。

この実施形態では、外輪圧入部３２は、圧縮機構部１０から吐出された冷媒の冷媒吐出経路２１に設置されている。従って、転がり軸受部３１は高温の吐出冷媒にさらされるため高温になるが、上記した理由により、転がり軸受部３１の内部隙間が大きくなることなく回転軸１６を支持できる。

この実施形態では、圧縮機構部１０に近い位置に滑り軸受部３０が、圧縮機構部１０より遠い位置に転がり軸受部３１が設けられている。圧縮機構部１０に近い位置は、圧縮機構部１０の摺動部位へのオイル供給経路を利用して容易にオイル供給が可能であり、滑り軸受部３０を容易に採用できる。これに対し、圧縮機構部１０より遠い位置に滑り軸受部を採用すると、別途にオイル供給経路を設ける必要があり、構成が複雑になる。以上より、圧縮機構部１０より遠い位置の軸受部を転がり軸受部３１とすることにより、簡単な構成で回転軸１６の軸受部を構成できる。尚、回転軸１６を支持する２箇所の軸受部を共に転がり軸受部としても良い。

この実施形態では、回転軸１６は、電動モータ６の回転軸を兼用している。従って、回転軸１６のスラスト方向に予圧が作用しないため、圧縮機構部１０のブロック１１，１３とロータ１５間のクリアランスを維持できる。

尚、前記実施形態では、転がり軸受部３１の転動体３１ｃは球体であるが、回転するものであれば良く、円柱体であっても良い。

本発明の一実施形態を示し、電動コンプレッサの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、モータハウジング部材の外輪圧入部に転がり軸受部を圧入した状態を示す内面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は圧入前の転がり軸受部の断面図、（ｂ）は圧入後の転がり軸受部の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、スリット無しの外輪圧入部に圧入した場合とスリット有りの外輪圧入部に圧入した場合の内部隙間と温度の関係を示す特性線図である。 従来例を示し、（ａ）は圧入前の転がり軸受部の断面図、（ｂ）は圧入後の転がり軸受部の断面図である。

符号の説明

１ 電動コンプレッサ（コンプレッサ）
２ ハウジング
１０ 圧縮機構部
１１ シリンダブロック（ブロック）
１２ フロントサイドブロック（ブロック）
１３ リアサイドブロック（ブロック）
１４ シリンダ室
１５ ロータ
１６ 回転軸
２１ 冷媒吐出経路
３１ 転がり軸受部
３１ａ 外輪
３１ｂ 内輪
３１ｃ 転動体
３２ 外輪圧入部

Claims (5)

1. ハウジング（２）に圧縮機構部（１０）の回転軸（１６）が軸受部を介して回転自在に支持され、前記軸受部が外輪（３１ａ）と内輪（３１ｂ）とこれらの間に配置された転動体（３１ｃ）とからなる転がり軸受部（３１）によって構成され、前記転がり軸受部（３１）の前記外輪（３１ａ）が前記ハウジング（２）の外輪圧入部（３２）に圧入されることによって前記ハウジング（２）に固定されたコンプレッサ（１）であって、
   前記ハウジング（２）の外輪圧入部（３２）には、周方向に間隔を置いて複数のスリット（３３）が設けられ、
   前記外輪圧入部（３２）は、温度が高くなっても、前記外輪（３１ａ）を縮径する方向へ付勢することを特徴とするコンプレッサ（１）。
2. 請求項１記載のコンプレッサ（１）であって、
   複数の前記スリット（３３）は、周方向のほぼ等間隔位置に設けられたことを特徴とするコンプレッサ（１）。
3. 請求項１又は請求項２記載のコンプレッサ（１）であって、
   前記外輪圧入部（３２）は、前記圧縮機構部（１０）から吐出された冷媒の冷媒吐出経路（２１）に設置されていることを特徴とするコンプレッサ（１）。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンプレッサ（１）であって、
   前記回転軸（１６）を支持する前記軸受部は、前記圧縮機構部（１０）に近い位置と遠い位置の２箇所に設けられ、前記圧縮機構部（１０）の遠い位置の方が前記転がり軸受部（３１）にて構成されていることを特徴とするコンプレッサ（１）。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコンプレッサ（１）であって、
   前記圧縮機構部（１０）は、シリンダ室（１４）が形成されたブロック（１１，１２，１３）と、前記シリンダ室（１４）内に配置され、前記回転軸（１６）に固定されたロータ（１５）とを備え、
   前記回転軸（１６）は、電動モータ（６）の回転軸を兼用していることを特徴とするコンプレッサ（１）。

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