JP4848859B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機について、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部に潤滑油を供給する機構で摺動面の油膜を厚くするようにし、機械損失の低減による効率の向上と潤滑状態の向上による信頼性の向上が求められてきた。

図７は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機を示すものである。図７に示すように、旋回スクロールの鏡板上に環状溝と同環状溝の外周から外側に向かう外溝を形成して背圧室と吸入室を連通し、吐出圧力と吸気圧力の中間の圧力を前記溝に作用させ、背圧室から旋回スクロールの外溝、環状溝、固定スクロールの環状溝、内溝の順に通って吸入室に入る潤滑油の流れにより固定、旋回スクロールの鏡板とラップを潤滑し、吐出口から還流させることにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部の潤滑状態の向上から機械損失が減少し効率の向上が得られ、さらに給油機構が簡単な構造であるために運転直後から素早く摺動部にオイル供給されより高い信頼性を持ったスクロール圧縮機の提供が可能となった。
特開平８−２００２５２号公報

しかしながら、前記従来の構成では運転直後から高い信頼性が得られるが、一方で背圧室から吸入室に潤滑しながらオイルを流すために、運転条件によっては多量のオイルが吸入室に入り、吸入加熱の影響によって流体の綴じ込み量が減り、体積効率が低下してしまう。さらに、圧縮空間にも多量のオイルが入り、粘性損失の増加により、効率の低下を招くことがある。よって、あらゆる運転条件で一定のオイル供給がなされ、高い効率と高い信頼性を得ることが必要である。

前記従来の課題を解決するために、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が第１の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持ち、旋回スクロールの支持円盤上に第１の溝を一つ以上持つか、もしくは固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第２の溝を一つ以上持つか、少なくともどちらか一方に溝を持ち、第１の溝もしくは第２の溝の少なくともどちらか一方が第２の通路と連通することにより、吸入室と圧縮空間に多量のオイルを供給せずに、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面の溝にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することが出来る。

本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に適度なオイル供給を行い高い効率と高い信頼性を得ることが可能となる。

第１の発明は、密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、旋回スクロールを旋回運動させるためのクランクシャフトの端部に形成した旋回軸部は旋回スクロールの旋回軸受と係合摺動し、クランクシャフトに形成した主軸部を主軸受で軸支し、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が通路１と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持ち、旋回スクロールの支持円盤上に第１の溝を一つ以上持つか、もしくは固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第２の溝を一つ以上少なくともどちらか一方に持ち、第１の溝もしくは第２の溝の少なくともどちらか一方が第２の通路と連通することにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面の溝にオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなることにより良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロールの支持円盤の背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失の低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在させることにより、圧縮空間と背圧室の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮室から背圧室への漏れ込む量が減少し、高い圧縮効率を得られる。

第２の発明は、旋回スクロールの支持円盤上の第１の溝と固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第２の溝がある構成において、第１の溝と第２の溝がある一定区間連通することにより、旋回スクロールの支持円盤内の第２の通路から出る高圧のオイルが第１の溝もしくは第２の溝の両方にオイルが供給され、広範囲に渡ってオイル保持が可能となり、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、溝が長くなるためオイルを保持できる量が増加し、さらなる機械損失低減が可能となる。

第３の発明は、第１の溝もしくは第２の溝のどちらも圧縮空間と背圧室に開口しないことにより、圧縮空間と背圧室へのオイルの漏れ込み量が減少し、多量のオイルが吸入室に漏れ込むことで起こる体積効率の低下を防ぎ、さらに多量のオイルが圧縮空間に漏れ込むことで起こる粘性損失の増加を防ぎ、効率の低下を防ぎながら高い効率と信頼性を得ることが可能となる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体としてＣＯ₂を用いることで、特に、差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいＣＯ₂においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定されたクランクシャフト４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランクシャフト４に設けられた主軸方向の油穴７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の旋回軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮空間１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと旋回軸受１０とを直立させた支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

クランクシャフト４の主軸部４ａから偏心してクランクシャフト４の上端部に配置された旋回軸部４ｂは、旋回スクロール９の旋回軸受１０と係合摺動し、クランクシャフト４の下端部に配置された副軸部４ｃは密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受１９により軸支され、主軸部４ａ、旋回軸部４ｂ、副軸部４ｃの三点で支持された構成をしている。旋回スクロール９の支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられた第１のスラスト軸受１５ａとの間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。支持円板９ｂには旋回軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内に一端が環状シール部材１６の内側領域に開口し、他端が支持円盤９ｂ内で閉塞する第１の通路２４ａを設け、さらに一端が第１の通路２４ａと連通し、他端が固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに開口する第２の通路２４ｂを持っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油はクランクシャフト４の油穴７を通り旋回スクロール９の旋回軸受１０と旋回軸部１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂ外周部の第２のスラスト軸受１５ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内の第１の通路２４ａを経由し、第２の通路２４ｂへと通じ、固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに導かれ、旋回スクロール９の支持円盤９ｂ上の第１の溝２５ａに導かれ一定量のオイルが保持され、保持されなかったオイルは圧縮空間１１と背圧室１８に僅かな量が漏れ込む。また、圧縮部に流れなかった残りのオイルは旋回軸受１０、背面室１７、主軸受１４を通り圧縮部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

図２は図１における旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内の第１の通路２４ａと第２の通路２４ｂと第１の溝２５ａなどの圧縮機構部周辺の拡大断面図である。

図３は旋回スクロール９の旋回スクロールラップ９ａ方向から見た支持円盤９ｂ上の第１の溝２５ａと第２の通路２４ｂの拡大図である。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内に一端が環状シール部材１６の内側領域に開口し、他端が支持円盤９ｂ内で閉塞する第１の通路２４ａを設け、さらに一端が第１の通路２４ａと連通し、他端が固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに開口する第２の通路２４ｂを持ち、旋回スクロール９の支持円盤９ｂ上に第１の溝２５ａを持ち、第２の通路２４ｂと連通することにより、固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第１の溝２５ａにオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなり良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間１１のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロール９の支持円盤９ｂの背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失を低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在させることにより、圧縮空間１１と背圧室１８の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮空間１１から背圧室１８への漏れ込み量が減少し、高い圧縮効率を得られる。

また、図４に示すように固定スクロール６上の支持円盤９ｂとの摺動面に第２の溝２５ｂを持ち、第２の通路２４ｂと連通することにより、旋回スクロール９上に第１の溝２５ａを設けた時と同等の性能と信頼性の効果が得られるが、固定スクロール６上に溝をつけることで加工が容易に行えるという利点がある。さらに、第２の溝２５ｂの位置を変化させ、第２の通路２４ｂとの開口時間を調節することで摺動面への供給オイル量をコントロールでき、設計の自由度が広がる。

また、図５に示すように旋回スクロール９の支持円盤９ｂ上の第１の溝２５ａと固定スクロール６上の支持円盤９ｂと摺動面に第２の溝２５ｂがある構成で、第１の溝２５ａと第２の溝２５ｂがある一定区間連通することにより、旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内の第２の通路から出る高圧のオイルが第１の溝２５ａもしくは第２の溝２５ｂの両方にオイルが供給され、広範囲に渡ってオイル保持が可能となり、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、溝が長くなるためオイルを保持できる量が増加し、さらなる機械損失低減が可能となる。

また、図６は９０°ごとの旋回スクロールの旋回運動を示している。第１の溝２５ａもしくは第２の溝２５ｂのどちらも圧縮空間１１と背圧室１８に開口しないことにより、圧縮空間１１と背圧室１８へのオイルの漏れ込み量が減少し、多量のオイルが吸入室１３に漏れ込むことで起こる体積効率の低下を防ぎ、さらに多量のオイルが圧縮空間１１に漏れ込むことで起こる粘性損失の増加を防ぎ、効率の低下を防ぎながら高い効率と信頼性を得ることが可能となる。

また、作動流体としてＣＯ₂を用いることで、特に差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいＣＯ₂においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さ
らに一端が第１の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことで、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することができ、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ₂を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図 本発明の実施の形態における旋回スクロールの第１の溝部分の拡大図 本発明の実施の形態における固定スクロールの第２の溝部分の拡大図 本発明の実施の形態における旋回スクロールと固定スクロールそれぞれの第１と第２の溝が連通する場合のある瞬間の旋回部分拡大図 本発明の実施の形態における旋回スクロールと固定スクロールそれぞれの第１と第２の溝が圧縮空間と背圧室に連通しない場合のある瞬間の旋回部分拡大図 従来の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ モータ
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ クランクシャフト
４ａ 主軸部
４ｂ 旋回軸部
４ｃ 副軸部
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
７ 油穴
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ 支持円板
１０ 旋回軸受
１１ 圧縮空間
１２ 吐出口
１３ 吸入室
１４ 主軸受
１５ａ 第１のスラスト軸受
１５ｂ 第２のスラスト軸受
１６ 環状シール部材
１７ 背面室
１８ 背圧室
１９ 副軸受
２０ 内部空間
２１ 絞り部
２２ 背圧調整弁
２２ａ オイル供給通路
２３ 逆止弁装置
２３ａ リード弁
２３ｂ 弁押さえ
２４ａ 第１の通路
２４ｂ 第２の通路
２５ａ 第１の溝
２５ｂ 第２の溝
１０４ 固定スクロール
１０４ａ 固定スクロールの鏡板
１０４ｂ 固定スクロールのラップ
１０５ 旋回スクロール
１０５ａ 旋回スクロールの鏡板
１０５ｂ 旋回スクロールのラップ
１１４ 吐出口
１２０ 鏡板５ａの環状溝
１２１ 鏡板４ａの環状溝
１２２ 外溝
１２３ 内溝
１２４ 吸入室

Claims (2)

1. 密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、前記旋回スクロールを旋回運動させるためのクランクシャフトの端部に形成した旋回軸部は前記旋回スクロールの旋回軸受と係合摺動し、前記クランクシャフトに形成した主軸部を主軸受で軸支し、前記主軸受構成体と前記旋回スクロールの前記支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には前記密閉容器内部の潤滑油を導入し、前記シール部材の外側領域は前記吸入室と連通した背圧室を持ち、前記旋回スクロールの前記支持円盤内に一端が前記シール部材の内側領域に開口し、他端が前記支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が前記第１の通路と連通し、他端が前記固定スクロールと前記旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持ち、
   前記旋回スクロールの前記支持円盤上に第１の溝が形成され、
   前記固定スクロール上の前記支持円盤との摺動面に第２の溝が形成され、
   前記第１の溝は前記第２の通路と連通し、
   前記第１の溝と前記第２の溝がある一定区間連通し、
   前記第１の溝および前記第２の溝のどちらも前記背圧室に開口しない
   スクロール圧縮機。
2. 前記流体として二酸化炭素を用いた請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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