JP2014066148A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールの駆動軸の軸方向への移動範囲規制構造を形成する箇所として高圧部を回避することにより、高圧部の容積を増大し、吐出脈動の防止を図ったスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】低圧部であって、且つ圧縮室２５よりも駆動軸１２の径方向の外側に、固定スクロール２１の外周壁部２１ｂに設けられた突起部５３と、ハウジング２の内部に設けられて固定スクロール２１の突起部５３と当接することが可能な当接部５４と、によって構成される移動範囲規制構造を備えることで、固定スクロール２１の駆動軸１２の軸方向への移動を所要範囲に規制する。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば車両用空調装置等の冷凍サイクルに用いられるスクロール型圧縮機に関し、特に固定スクロールについて駆動軸の軸方向への移動を所要範囲に規制する移動範囲規制構造に関する。

車両用空調装置等の冷凍サイクルに用いられるスクロール型圧縮機としては、本願の出願人により出願されて公開された特許文献１に示されるスクロール型圧縮機がある。

この特許文献１に示されるスクロール型圧縮機を概説すると、端板上に渦巻壁を形成して成る固定スクロールと、基板上に渦巻壁を形成して成り固定スクロールと噛合して圧縮室を形成する旋回スクロールと、旋回スクロールに回転力を与える公転機構と、公転機構に回転力を与える駆動軸とを有する構成となっている。そして、この特許文献１の図１及び図２によれば、固定スクロールの端板とハウジングとの間にＯリングが介在されて、ハウジング内を高圧部と低圧部とに仕切っている。

一方、この種のスクロール型圧縮機は、固定スクロールについて駆動軸の軸方向に沿った僅かな移動を許容しつつ、その移動範囲を所要内に規制するための移動範囲規制構造を有しているもので、前記特許文献１の図１及び図２では、固定スクロールの移動範囲規制構造として、高圧部においてハウジングから内側に突出した当接部が形成され、この当接部に固定スクロールの端面が当接する構造が示されている。

特開２０１２−１３２３４６号公報

もっとも、特許文献１に示されるような固定スクロールの移動範囲規制構造を用いた場合には、本願の図５に示されるように、スクロール型圧縮機１００のハウジング１０１内で高圧部となる吐出室１０２に固定スクロール１０３の端面１０３ａが当接する当接部１０４を設けるにあたって、ハウジング１０１に耐圧的な不具合が生じないように、当接部１０４の当接面１０４ａの縁から延びる吐出室１０２の内面として大きな曲率を描く円弧面１０５を形成する必要がある。尚、本願の図５にいて、符号１０６は旋回スクロールを示し、符号１０８はハウジング１０１内を高圧部（吐出室）１０２と低圧部１０７とに仕切るＯリングを示している。

そして、吐出室１０２に当接部１０４を設けることにより、吐出室１０２の容積が相対的に小さくなり、ひいては吐出脈動が生ずるという不具合がある。

そこで、この発明は、固定スクロールの駆動軸の軸方向への移動範囲規制構造を形成する箇所として高圧部を回避することにより、高圧部の容積を増大させ、吐出脈動の低減を図ったスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るスクロール型圧縮機は、ハウジングと、前記ハウジングに収納され、端板及びこの端板から立設した渦巻状の壁部を有する固定スクロールと、端板及びこの端板から立設した渦巻状の壁部を有する旋回スクロールと、前記固定スクロールの前記渦巻状の壁部と前記旋回スクロールの前記渦巻状の壁部とが対向するように配置されることで形成される圧縮室と、前記旋回スクロールを駆動させる駆動軸と、前記固定スクロールの端板と前記ハウジングとの間に介在されて前記ハウジング内を高圧部と低圧部とに仕切るシール部材と、を備えるスクロール型圧縮機において、前記低圧部であって、且つ前記圧縮室よりも前記駆動軸の径方向の外側に、前記固定スクロールの前記駆動軸の軸方向への移動範囲を規制する移動範囲規制構造を有することを特徴とする（請求項１）。ここで、固定スクロールは、不動のものではなく、旋回スクロールのように公転運動をしないものであり、駆動軸の軸方向に沿った移動が許容されている。また、シール部材は、例えばＯリング等である。

これにより、ハウジング内の低圧部であって、且つ圧縮室よりも駆動軸の径方向の外側に位置する移動範囲規制構造のみで固定スクロールの駆動軸の軸方向に沿った移動範囲を所要範囲に規制するので、高圧部に形成した当接部にて固定スクロールの駆動軸の軸方向に沿った移動範囲を所要範囲に規制する場合に比較して、当接部を高圧部に設けない分、高圧部の容積を大きくすることが可能となる。そして、高圧部の容積を大きくすることにより、高圧脈動を防止することが可能となる。また、ハウジングの高圧部に当接部を形成しなくても良くなるので、高圧部を形成するための部位の形状を簡略化させることが可能となる。

そして、この発明に係るスクロール型圧縮機では、前記移動範囲規制構造は、前記固定スクロールの外周部に設けられた突起部と、前記ハウジングの内部に設けられて前記突起部と当接することが可能な当接部と、によって構成されることを特徴としている（請求項２）。ここで、ハウジングの当接部は、一連の円環状に設けられているが、固定スクロールの突起部は必ずしも一連の円環状に設けられていなくても良く、例えば複数の円弧状の部位で断続的に構成されたものとしても良い。

これにより、固定スクロールの外周部に突起部を設け、ハウジングの内部に固定スクロールの突起部と当接することが可能な当接部を設けることにより、固定スクロールが駆動軸の軸方向に沿って所要範囲ほど移動したときに、固定スクロールの突起部がハウジングの当接部に当接するようにすることで、固定スクロールが所要範囲以上に移動しないように規制することが可能となる。

以上のように、請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、ハウジング内の低圧部であって、且つ圧縮室よりも駆動軸の径方向の外側に位置する移動範囲規制構造のみで固定スクロールの駆動軸の軸方向に沿った移動範囲を所要範囲に規制するので、高圧部に形成した当接部にて固定スクロールの駆動軸の軸方向に沿った移動範囲を所要範囲に規制する場合に比較して、高圧部の容積を大きくすることが可能となる。
そして、請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、高圧部の容積を大きくすることで、高圧脈動を防止することが可能となる。
また、請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、ハウジングの高圧部に当接部を形成しなくても良くなるので、高圧部を形成するための部位の形状を簡略化させることが可能となる。

特に請求項２に記載の発明によれば、固定スクロールの外周部に突起部を設け、ハウジングの内部に固定スクロールの突起部と当接することが可能な当接部を設けることにより、固定スクロールが駆動軸の軸方向に沿って所要範囲ほど移動したときに、固定スクロールの突起部がハウジングの当接部に当接するようにすることで、固定スクロールが所要範囲以上に移動しないように規制することが可能となる。

図１は、この発明に係るスクロール型圧縮機の全体構造を示す概略断面図である。 図２は、前記スクロール型圧縮機の一方端側の構造を駆動軸の径方向から見た状態を示す概略断面図であり、特に、この発明の固定スクロールの外周部に設けられた突起部と、ハウジングの内部に設けられて突起部と当接することが可能な当接部とで構成された移動範囲規制構造を示した説明図である。 図３は、前記スクロール型圧縮機の一方端側の構造を駆動軸の軸方向から見た状態を示す概略断面図であり、特に、この発明の移動範囲規制構造のうち固定スクロールの突起部を示した説明図である。 図４は、前記スクロール型圧縮機の固定スクロールを単体で示した説明図である。 図５は、従来のスクロール型圧縮機の一方端側の構造を駆動軸の径方向から見た状態を示す概略断面図であり、特に、従来の固定スクロールの移動範囲規制構造を示した説明図である。

以下、この発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１から図４において、この発明に係るスクロール型圧縮機１の一例が示されており、スクロール型圧縮機１は、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適した電動式の圧縮機であり、車両用空調装置等に用いられる。

このスクロール型圧縮機１は、アルミ合金で構成されたハウジング２内に、図１中の右方において圧縮機構３を有し、図１中の左方において圧縮機構３を駆動する電動機４を有している。尚、図１において、図中の左方を圧縮機１の前方、図中の右方を圧縮機１の後方としている。

ハウジング２は、圧縮機構３を収容する圧縮機構収容ハウジング部材２ａと、電動機４を収容するための電動機収容ハウジング部材２ｂと、電動機４を駆動制御する図示しないインバータ装置を収容するためのインバータ収容ハウジング部材２ｃとで構成されている。そして、これらのハウジング部材２ａ、２ｂ、２ｃは、位置決めピン７（ハウジング部材２ａ、２ｂ間の位置決めピンについては図示せず。）により相互の当接位置の位置決めがなされ、締結ボルト８により下記する駆動軸１２の軸方向に沿って締結されることで、ハウジング２を形成している。

電動機収容ハウジング部材２ｂの圧縮機構収容ハウジング部材２ａと対峙する側には、軸支部９ａが一体に形成された仕切壁１０が設けられ、また、インバータ収容ハウジング部材２ｃの電動機収容ハウジング部材２ｂと対峙する側にも軸支部９ｂが一体に形成された仕切壁１１が設けられている。そして、仕切壁１０、１１の軸支部９ａ、９ｂに駆動軸１２がベアリング１３、１４を介して回転可能に支持されている。更に、電動機収容ハウジング部材２ｂとインバータ収容ハウジング部材２ｃとにそれぞれ形成された仕切壁１０、１１により、ハウジング２の内部は、圧縮機構３を収容する圧縮機構収容部１５ａ、電動機４を収容する電動機収容部１５ｂ、及びインバータ装置を収容するインバータ収容部１５ｃに仕切られている。尚、インバータ収容部１５ｃは、この実施形態では、インバータ収容部１５ｃに蓋体１６を図示しないボルト等の固定具で固定することにより形成されている。

圧縮機構３は、固定スクロール２１と旋回スクロール２２とを有するスクロールタイプのものである。固定スクロール２１は、駆動軸１２の軸方向への移動が後述する移動範囲規制構造による規制の範囲内で許容されつつ、図示しない位置決めピンにより駆動軸１２の径方向及び回転方向への移動が規制されているもので、円板状の端板２１ａと、この端板２１ａの外縁に沿って且つ端板２１ａの全周にわたって設けられると共にハウジング２内に収容時に圧縮機１の前方に向かって延びるように立設された外周壁部２１ｂと、この外周壁部２１ｂの内側において端板２１ａからハウジング２内に収容時に圧縮機１の前方に向かって延びるように立設された渦巻状の壁部２１ｃとを有している。

旋回スクロール２２は、円板状の端板２２ａと、この端板２２ａからハウジング２内に収容時に圧縮機１の後方に向かって延びるように立設された渦巻状の壁部２２ｂとを有し、更に、端板２２ａの渦巻状の壁部２２ｂを有する側とは反対側にボス部２２ｃを有している。そして、駆動軸１２の軸方向のうち圧縮機１の後方の端部に、駆動軸１２の軸心に対して偏心して設けられた偏心軸１７がブッシュ２３及びラジアル軸受２４を介して旋回スクロール２２のボス部２２ｃに支持されることで、旋回スクロール２２は、駆動軸１２の軸心を中心として公転運動可能になっている。

また、固定スクロール２１と旋回スクロール２２とは、それぞれ渦巻状の壁部２１ｃと渦巻状の壁部２２ｂとを互いに噛み合わせることで、渦巻状の壁部２１ｃの側面と渦巻状の壁部２２ｂの側面とが対向するように配置されており、固定スクロール２１の端板２１ａ及び渦巻状の壁部２１ｃと旋回スクロール２２の端板２２ａ及び渦巻状の壁部２２ｂとによって囲まれた空間に圧縮室２５が形成されている。

更に、固定スクロール２１の外周壁部２１ｂと仕切壁１０との間には、環状で薄板状のスラストレース２６が挟持されており、固定スクロール２１と仕切壁１０とはこのスラストレース２６を介して突き合わされている。

このスラストレース２６は、耐磨耗性に優れた素材で形成されているもので、中央に旋回スクロール２２のボス部２２ｃや後述するオルダムリング２７が貫挿される中央孔が形成されている。また、固定スクロール２１、スラストレース２６、及び電動機収容ハウジング部材２ｂは、スラストレース２６に形成されたピン挿通孔に挿通される位置決めピン（図示せず。）により、駆動軸１２の径方向及び回転方向に沿った位置が定められるようになっている。

電動機収容ハウジング部材２ｂの仕切壁１０に形成された軸支部９ａは、中央に貫通孔を有し、この貫通孔の内径寸法は、スラストレース２６に向かうに従い段階的に大きくなっているもので、スラストレース２６から最も離れたベアリング収容部３１、このベアリング収容部３１よりもスラストレース２６に近いウエイト収容部３２、スラストレース２６に最も近いオルダム収納部３４の順に配されている。そして、ベアリング収容部３１には前記したベアリング１３が収納され、ウエイト収容部３２は、ブッシュ２３に一体形成され又はブッシュ２３に対して相対回転不能に外嵌されることでブッシュ２３と一体をなして、駆動軸１２の回転に伴って回転するバランスウエイト３３が収納されている。この実施形態では、バランスウエイト３３はブッシュ２３と別体に形成されて、ブッシュ２３に相対回転不能に外嵌されている。オルダム収納部３４は、ウエイト収容部３２に続いて形成されているもので、旋回スクロール２２の自転を防止するオルダムリング２７が収納されている。

これにより、旋回スクロール２２は、駆動軸１２の回転により自転力が発生するが、オルダムリング２７により自転が規制されつつ駆動軸１２の軸心に対して公転運動するようになっている。

そして、固定スクロール２１の外周壁部２１ｂと旋回スクロール２２の渦巻状の壁部２２ｂの最も外周側の部位との間には、図示しない吸入口から導入された冷媒を、後述する吸入経路４５を介して吸入する吸入室３５が形成されている。また、ハウジング２の固定スクロール２１よりも圧縮機１の後方には、圧縮室２５で圧縮された冷媒ガスが固定スクロール２１の略中央に形成された吐出孔３６を介して吐出される吐出室３７が形成されている。図１、図２の符号３９は、吐出孔３６を開閉するための吐出弁を示している。そして、吐出室３７に吐出された冷媒ガスは、図示しない吐出口を介して外部冷媒回路に圧送されるようになっている。尚、吐出室３７を形成するための構成については後述する。

これに対して、ハウジング２内の仕切壁１０よりも圧縮機１の前方の部分に形成された電動機収容部１５ｂには、ブラシレスＤＣモータから成る電動機４を構成するステータ４１とロータ４２とが収容されている。ステータ４１は、円筒状をなす鉄心とこれに巻回されたコイルとで構成され、ハウジング２（電動機収容ハウジング部材２ｂ）の内面に固定されている。また、駆動軸１２には、ステータ４１の内側において回転可能に収容されたマグネットから成るロータ４２が固装され、このロータ４２がステータ４１によって形成される回転磁力により回転され、駆動軸１２を回転させるようになっている。

そして、ハウジング２の電動機収容ハウジング部材２ｂの側面には、電動機収容部１５ｂに冷媒ガスを吸入するための吸入口（図示ぜす）が形成され、ステータ４１とハウジング２（電動機収容ハウジング部材２ｂ）との隙間や、仕切壁１０に形成された孔、及び固定スクロール２１とハウジング２との間に形成される隙間を介して、吸入口から電動機収容部１５ｂに流入した冷媒を吸入室３５に導く吸入経路４５が構成されている。

尚、インバータ収容ハウジング部材２ｃに収容されるインバータ装置は、この実施形態では、仕切壁１１に形成された貫通孔６１に取り付けられるターミナル（気密端子）６０を介してステータ４１と電気的に接続し、電動機４に対してインバータ装置から給電するようになっている。

従って、電動機４へのインバータ装置からの給電により、ロータ４２が回転して駆動軸１２が回転すると、圧縮機構３において、旋回スクロール２２が偏心軸１７を介して駆動されるので、旋回スクロール２２は、固定スクロール２１の軸心の周りを公転することとなる。このとき、旋回スクロール２２は、オルダムリング２７から成る自転阻止機構によって自転が阻止されているので、公転運動のみが許容される。

そして、この旋回スクロール２２の公転運動により、圧縮室２５は、両スクロール２１、２２の外周側から中心側へ容積を徐々に小さくしつつ移動するので、吸入室３５から圧縮室２５に吸入された冷媒ガスは圧縮され、この圧縮された冷媒ガスは固定スクロール２１の端板２１ａに形成された吐出孔３６を介して吐出室３７に吐出され、更にこの吐出室３７から外部冷媒回路に吐出される。

ところで、吐出室３７は、ハウジング２の圧縮機構収容ハウジング部材２ａの内側面のうち圧縮機１の最も後方に位置する部位と端板２１ａの圧縮機１の後方側面とで画成されている。そして、図２に示されるように、端板２１ａの駆動軸１２の軸方向に沿って延びる外周面５１に形成された環状の窪みに装着されたＯリング３８により、端板２１ａの駆動軸１２の軸方向に沿って延びる外周面５１と圧縮機構収容ハウジング部材２ａの内周面のうち駆動軸１２の軸方向に沿って延びる部位５２とが、固定スクロール２１が駆動軸１２の軸方向にある程度移動しても気密性良く接合した状態を維持して、高圧の冷媒ガスがＯリング３８よりも圧縮機１の前方に漏洩しないようになっている。すなわち、Ｏリング３８は、ハウジング２内を相対的に高圧の吐出室３７とこの吐出室３７以外となる相対的に低圧の低圧部とに仕切っている。

そして、固定スクロール２１の駆動軸１２の軸方向に沿った移動を許容しつつその移動を所要範囲に規制する移動範囲規制構造として、図２から図４に示されるように、固定スクロール２１は、Ｏリング３８よりも圧縮機１の前方（低圧部）であって圧縮室２５よりも駆動軸１２の径方向の外側において、外周壁部２１ｂに端板２１ａの外周面５１よりも駆動軸１２の径方向の外側に突出させた突起部５３が設けられている。この固定スクロール２１の突起部５３は、この実施形態では、図３及び図４に示されるように、圧縮機１の他の圧縮機構３の構成要素の干渉により、外周壁部２１ｂに対し一連の円環状に形成されておらず、複数（この実施形態では４つ）の円弧状のものとなっており、各突起部５３の外周壁部２１ｂの周方向に沿った幅もそれぞれ異なったものとなっている。但し、圧縮機１の他の圧縮機構３の構成要素の干渉が解消できれば、突起部５３は図示しないが一連の円環状の形状としても良い。また、突起部５３は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、複数の突起部５３は矩形状や半円形状に形成されてもよい。

また、圧縮機１は、前記移動範囲規制構造として、図２及び図３に示されるように、ハウジング２の圧縮機構収容ハウジング部材２ａの内面に、Ｏリング３８よりも圧縮機１の前方（低圧部）であって圧縮室２５よりも駆動軸１２の径方向の外側において、駆動軸１２の径方向に延びる当接面５４ａを有する当接部５４が設けられている。この当接部５４は、圧縮機構収容ハウジング部材２ａの内面において一連の円環状に形成されている。

固定スクロール２１の端板２１ａと旋回スクロール２２の渦巻状の壁部２２ｂとが当接した状態で、固定スクロール２１の突起部５３と圧縮機構収容ハウジング部材２ａの当接部５４の当接面５４ａとの間には図２に示されるように隙間を有する。

圧縮機１がこのような移動範囲規制構造を有することで、固定スクロール２１が駆動軸１２の軸方向に沿って圧縮機１の後方に向けて移動していくと、固定スクロール２１の突起部５３が圧縮機構収容ハウジング部材２ａの当接部５４の当接面５４ａに必ず当接するので、固定スクロール２１のそれ以上の移動が規制される。

そして、圧縮機１は、固定スクロール２１の移動範囲規制構造である、突起部５３と当接部５４とを、Ｏリング３８よりも圧縮機１の前方（低圧部）であって圧縮室２５よりも駆動軸１２の径方向の外側に設けたことにより、固定スクロール２１の圧縮機１の後方側面と当接するための当接部を高圧部に形成する必要がなくなる。

これに伴い、圧縮機構収容ハウジング部材２ａの内側面のうち圧縮機１の最も後方に位置する部位において、所望の耐圧を得るために形成する傾斜面を、図５に示される従来の圧縮機１よりも駆動軸１２の径方向外側にすることもできるので、吐出室３７の容積を相対的に大きくすることが可能となる。このように、吐出室３７の容積が相対的に大きくなることで、吐出脈動の低減が図られ、スクロール型圧縮機１の性能を向上させることが可能となる。また、圧縮機構収容ハウジング部材２ａの吐出室３７内に固定スクロール２１の端板２１ａと当接する当接部を形成する必要がなくなるので、圧縮機構収容ハウジング部材２ａの吐出室３７を形成するための部位の形状を簡略化させることが可能となる。

１ スクロール型圧縮機
２ ハウジング
２ａ 圧縮機構収容ハウジング部材
３ 圧縮機構
４ 電動機
１２ 駆動軸
１５ａ 圧縮機構収容部
２１ 固定スクロール
２１ａ 端板
２１ｂ 外周壁部（固定スクロールの外周部）
２１ｃ 渦巻状の壁部
２２ 旋回スクロール
２２ａ 端板
２２ｂ 渦巻状の壁部
２５ 圧縮室
３７ 吐出室（高圧部）
３８ Ｏリング（シール部材）
５３ 突起部
５４ 当接部

Claims (2)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに収納され、端板及びこの端板から立設した渦巻状の壁部を有する固定スクロールと、
   端板及びこの端板から立設した渦巻状の壁部を有する旋回スクロールと、
   前記固定スクロールの前記渦巻状の壁部と前記旋回スクロールの前記渦巻状の壁部とが対向するように配置されることで形成される圧縮室と、
   前記旋回スクロールを駆動させる駆動軸と、
   前記固定スクロールの端板と前記ハウジングとの間に介在されて前記ハウジング内を高圧部と低圧部とに仕切るシール部材と、
   を備えるスクロール型圧縮機において、
   前記低圧部であって、且つ前記圧縮室よりも前記駆動軸の径方向の外側に、前記固定スクロールの前記駆動軸の軸方向への移動範囲を規制する移動範囲規制構造を有することを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記移動範囲規制構造は、前記固定スクロールの外周部に設けられた突起部と、前記ハウジングの内部に設けられて前記突起部と当接することが可能な当接部と、によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。

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