JP5359997B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられるスクロール圧縮機に関する。

従来、この種のスクロール圧縮機は、多くの製造業者等から同様の圧縮機に関するさまざまな出願がなされていると共に、家庭用ルームエアコン用や冷蔵庫用の圧縮機として種々の圧縮機が実際に利用されている。また、最近は自動車用空気調和装置の圧縮機としても利用され始めている。

また、これら圧縮機の圧縮機構部などの潤滑を行うために、例えば特許文献１で開示されているように、旋回スクロール内部に形成された背圧室給油経路に絞り部を設置することにより常時所定の制限の基に給油を行う方法がある。

特開２００８−１４２８３号公報

しかしながら、従来の構成では、背圧室給油経路の絞り部を介して高圧領域から背圧室へ常時給油を行うため、圧縮機の停止後も圧力差により高圧領域から背圧室へ給油され、さらに圧縮室給油経路を介して背圧室から圧縮室へと給油されることにより、貯液部の潤滑油が減少し、圧縮室に潤滑油が充満し、再起動時の起動不良および信頼性が低下するという課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、安定した再起動を実現し再起動後の信頼性の向上を図ることを目的とする。

第１の発明によるスクロール圧縮機は、容器内にモータと圧縮機構部とを収納し、前記圧縮機構部を、鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した旋回スクロールと、前記旋回スクロールと組み合わされ鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した固定スクロールと、前記固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを配置するとともにシール部材を保持する主軸受部材と、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとの間に圧縮室が形成され、前記旋回スクロールの背面に前記シール部材によって区画形成される高圧領域及び背圧室と、前記高圧領域から前記背圧室に潤滑油を供給する背圧室給油経路と、前記背圧室から前記圧縮室に潤滑油を供給する圧縮室給油経路とを備え、前記圧縮室給油経路が、前記旋回スクロールの内部に形成された通路と、前記固定スクロールの前記鏡板に形成された凹部とから構成され、前記通路の一方の開口が前記旋回スクロールの旋回運動にあわせて周期的に前記凹部に重なることで、前記背圧室と前記圧縮室が間欠的に連通するとともに、前記背圧室給油経路の一方の開口が前記シール部材を往来することで、前記高圧領域と前記背圧室が間欠的に連通するスクロール圧縮機であって、前記高圧領域から前記背圧室への連通と前記背圧室から前記圧縮室への連通が同時に起こらない位置関係に前記背圧室給油経路および前記圧縮室給油経路を配置した構成としてある。

第２の発明は、第１の発明によるスクロール圧縮機において、前記圧縮室給油経路の圧
縮室側開口が連通する圧縮室は、作動流体を閉じこんだ後の圧縮室となるように構成してある。

本発明のスクロール圧縮機は、高圧領域から背圧室へ連通給油する位相と背圧室から圧縮室へ連通給油する位相をずらすことにより、圧縮機の停止後に潤滑油が高圧領域から背圧室を経て圧縮室まで連通給油されることを防止することができ、安定した再起動が可能となり再起動後の信頼性が向上する。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 （ａ）（ｂ）同スクロール圧縮機の圧縮機構部における動作を示す要部拡大断面図 （ａ）〜（ｄ）同スクロール圧縮機の旋回スクロールと固定スクロールとを組み合わせた状態を示す要部断面図 （ａ）〜（ｄ）同スクロール圧縮機の旋回スクロールの背面を示す要部平面図 同スクロール圧縮機の背圧室給油経路と圧縮室給油経路の連通状態を示す図

第１の発明によるスクロール圧縮機は、高圧領域から背圧室に潤滑油を供給する背圧室給油経路と、背圧室から圧縮室に潤滑油を供給する圧縮室給油経路を備え、背圧室給油経路の一方の開口がシール部材を往来することで、高圧領域と背圧室が間欠的に連通し、圧縮室給油経路が、旋回スクロールの内部に形成された通路と、固定スクロールの鏡板に形成された凹部とから構成され、通路の一方の開口が旋回スクロールの旋回運動にあわせて周期的に凹部に重なることで、背圧室と圧縮室が間欠的に連通するものである。この構成によれば、高圧領域から背圧室への連通と背圧室から圧縮室への連通が同時に起こらない位置関係に背圧室給油経路および圧縮室給油経路を配置することができるため、圧縮機の停止後に潤滑油が高圧領域から背圧室を経て圧縮室まで連通給油されることを防止することができ、貯液部の潤滑油が減少することがなく、また圧縮室に潤滑油が充満することもないため、安定した再起動が可能となり再起動後の信頼性が向上する。

第２の発明では、特に、第１の発明によるスクロール圧縮機において、圧縮室給油経路を介して背圧室が連通する圧縮室を、作動流体を閉じ込んだ後の圧縮室としたものである。この構成によれば、旋回スクロールが固定スクロールから離れることで能力が低下してしまう、いわゆるチルティング現象を防止することができる。また仮にチルティングが発生しても、圧縮室の圧力を背圧室へと導くことが可能であるため、正常運転への早期復帰が可能となる。

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、本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）
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断面図、図２（ａ）（ｂ）は図１の圧縮機構部の要部拡大断面図、図３（ａ）〜（ｄ）は同スクロール圧縮機の旋回スクロールと固定スクロールとを組み合わせた状態を示す要部断面図、図４（ａ）〜（ｄ）は同スクロール圧縮機の旋回スクロールの背面を示す要部平面図、図５は背圧室給油経路と圧縮室給油経路の連通状態を示す図である。

図１は、スクロール圧縮機１の胴部の周りにある取付け脚２によって横向きに設置され
る横型のスクロール圧縮機を示している。スクロール圧縮機１は、その本体ケーシング３内に圧縮機構部４およびこれを駆動するモータ５を内蔵し、潤滑油７を貯留する貯液部６を備えている。モータ５は図示しないモータ駆動回路部によって駆動される。取り扱う作動流体はガス冷媒であり、潤滑油７は各摺動部の潤滑を行うとともに圧縮機構部４の摺動部のシールとして用いられ、冷媒に対して相溶性のあるものを用いる。しかし、本発明はこれらに限られることはない。基本的には、作動流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部４と、この圧縮機構部４を駆動するモータ５と、圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に供する液を貯留する貯液部６を本体ケーシング３に内蔵し、モータ５をモータ駆動回路部により駆動するスクロール圧縮機１であればよく、以下の説明に限定されるものではない。

圧縮機構部４は、鏡板１２ａに渦巻状のラップ１２ｂを直立して形成した旋回スクロール１２と、旋回スクロール１２と組み合わされ鏡板１１ａに渦巻状のラップ１１ｂを直立して形成した固定スクロール１１と、固定スクロール１１との間に旋回スクロール１２を配置するとともにシール部材２４を保持する主軸受部材５１とにより構成される。

固定スクロール１１は、鏡板１１ａの外周部に吸入口１６を、鏡板１１ａの中央部に吐出口３１を形成している。旋回スクロール１２は、背面に筒型ボス部１２ｃを形成している。

駆動軸１４の一端には偏心軸１４ａが一体に形成され、偏心軸１４ａは、偏心転がり軸受４３を介して筒型ボス部１２ｃで支持されている。なお、偏心軸１４ａはブッシュ３０を装着している。そして、偏心転がり軸受４３の内輪４３ａは、ブッシュ３０に嵌合されており、偏心転がり軸受４３の外輪４３ｂは、筒型ボス部１２ｃにわずかな隙間をもってルーズに嵌合されている。また駆動軸１４の一端側は、主転がり軸受４２を介して主軸受部材５１で支持されている。

シール部材２４は、旋回スクロール１２の鏡板１２ａの背面に配置される。旋回スクロール１２の鏡板１２ａの背面は、シール部材２４の内側が高圧領域２１、シール部材２４の外側が背圧室２２を形成するようにシール部材２４によって区画されている。

高圧領域２１は、筒型ボス部１２ｃ内部と偏心転がり軸受４３とによって囲まれる第１の高圧領域２１ａと、主軸受部材５１、筒型ボス部１２ｃ外部、偏心転がり軸受４３、及び主転がり軸受４２によって囲まれる第２の高圧領域２１ｂからなる。第２の高圧領域２１ｂの下部は油溜まりを構成する。

旋回スクロール１２の鏡板１２ａには、高圧領域２１から背圧室２２に潤滑油７を供給する背圧室給油経路２５が形成されている。背圧室給油経路２５は、第１の高圧領域２１ａに連通する第１の背圧室給油経路２５ａと、一方の開口２５ｃがシール部材２４を往来する第２の背圧室給油経路２５ｂとから構成され、第１の背圧室給油経路２５ａと第２の背圧室給油経路２５ｂとは連通している。

圧縮室給油経路２６は、旋回スクロール１２の内部に形成された通路２６ａと、固定スクロール１１の鏡板１１ａのラップ底面に形成された凹部２６ｂとから構成され、背圧室２２から圧縮室１０に潤滑油７を供給する。通路２６ａの圧縮室側開口２６ｃは旋回スクロール１２の渦巻状のラップ１２ｂ歯先に形成されており、旋回スクロール１２の旋回運動にあわせて周期的に凹部２６ｂに重なることで、背圧室２２と圧縮室１０が間欠的に連通する。

圧縮室１０は、固定スクロール１１の渦巻状のラップ１１ｂと旋回スクロール１２の渦
巻状のラップ１２ｂを噛み合わせて形成され、旋回スクロール１２を固定スクロール１１に対し旋回運動をさせたときに、移動を伴い容積を変化させる。外部サイクルから帰還する冷媒ガスは、吸入口１６から圧縮室１０に吸入され、圧縮室１０で圧縮された冷媒ガスは、吐出口３１から吐出室６２に吐出される。

本体ケーシング３には圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口９が設けられ、サブケーシング８０には圧縮する冷媒ガスを吸入する吸入口８が設けられている。本体ケーシング３とサブケーシング８０によって容器が構成される。

さらに、スクロール圧縮機１は、本体ケーシング３内の軸線方向の一方の端部壁３ａ側から順に、ポンプ１３、副転がり軸受４１、モータ５、主転がり軸受４２を持った主軸受部材５１を配置してある。ポンプ１３は端部壁３ａの外面から収容され、蓋体５２で嵌め付け固定される。また、蓋体５２の内側にはポンプ室５３を形成し、ポンプ室５３は吸上げ通路５４を介して貯液部６に通じている。副転がり軸受４１は、端部壁３ａにて支持され、駆動軸１４のポンプ１３に連結している側を軸支してある。モータ５は、固定子５ａと回転子５ｂから構成され、駆動軸１４を回転駆動する。固定子５ａは本体ケーシング３の内周に焼き嵌めなどにより固定され、回転子５ｂは駆動軸１４に固定されている。

主軸受部材５１はサブケーシング８０の内周にボルト１７などにて固定され、駆動軸１４の圧縮機構部４側を主転がり軸受４２により軸受している。主軸受部材５１の外面には、固定スクロール１１を図示しないボルトなどによって取付け、旋回スクロール１２は主軸受部材５１と固定スクロール１１との間に挟み込まれている。主軸受部材５１と旋回スクロール１２との間には、旋回スクロール１２の自転を防止して旋回運動させるためのオルダムリング５７が設けられている。

圧縮機構部４のサブケーシング８０からの露出部分は、本体ケーシング３により覆われる。サブケーシング８０は、端部壁３ａと軸線方向の反対側に端部壁８０ａを形成している。本体ケーシング３とサブケーシング８０とはそれぞれの開口同志を突き合わせてボルト１８にて固定される。圧縮機構部４はサブケーシング８０の吸入口８と本体ケーシング３の吐出口９との間に位置し、固定スクロール１１の吸入口１６がサブケーシング８０の吸入口８と接続され、固定スクロール１１の吐出口３１がリード弁３１ａを介して吐出室６２と接続されている。吐出室６２は固定スクロール１１および主軸受部材５１に形成した連絡通路６３によってモータ５側の空間に通じている。連絡通路６３は、固定スクロール１１および主軸受部材５１と本体ケーシング３との間に形成してもよい。

モータ５は、モータ駆動回路部によって駆動され、駆動軸１４を介して圧縮機構部４を旋回運動させるとともに、ポンプ１３を駆動する。このとき圧縮機構部４はポンプ１３により貯液部６の潤滑油７が供給されて潤滑およびシール作用を受ける。吐出室６２に吐出された冷媒ガスは、連絡通路６３からモータ５を通過し、モータ５を冷却しながら本体ケーシング３の吐出口９から吐出される。容器内において冷媒ガスに含まれる潤滑油７は、衝突や絞り作用によって冷媒ガスから分離し、副転がり軸受４１の潤滑を行う。

本体ケーシング３の貯液部６に貯留されている潤滑油７は、駆動軸１４にてポンプ１３を駆動することで、駆動軸１４内に形成した給油路１５に供給される。給油路１５の出口は偏心軸１４ａの端部に形成されている。なお、給油路１５への潤滑油７の供給は、ポンプ１３の駆動に代えて本体ケーシング３内の差圧を利用してもよい。

ここで、図２を用いて圧縮機構部４における潤滑油７の流れを説明する。

旋回スクロール１２の旋回駆動に伴い、給油路１５からの潤滑油７は第１の高圧領域２
１ａに供給される。

図２（ａ）の状態では、背圧室給油経路２５の一方の開口２５ｃがシール部材２４に対して高圧領域２１側に位置し、潤滑油７は背圧室２２に供給されない。

この状態では、第１の高圧領域２１ａに供給された潤滑油７の一部は、偏心転がり軸受４３を経て第２の高圧領域２１ｂに供給される。また、第１の高圧領域２１ａに供給された潤滑油７の別の一部は、第２の背圧室給油経路２５ｂの一方の開口２５ｃがシール部材２４の内側に位置することにより、第１の高圧領域２１ａから第２の高圧領域２１ｂに供給される。このようにして第２の高圧領域２１ｂに供給された潤滑油７は、主転がり軸受４２を経てモータ５側空間に流出し、貯液部６へと回収される。

図２（ｂ）の状態では、背圧室給油経路２５の一方の開口２５ｃがシール部材２４の外側に位置することにより、第１の高圧領域２１ａに供給された潤滑油７の一部が背圧室２２に供給され、旋回スクロール１２の背圧をバックアップする。

さらに、図２（ａ）の状態で、背圧室２２に供給された潤滑油７は、背圧室２２から圧縮室給油経路２６の圧縮室側開口２６ｃと固定スクロール１１の鏡板１１ａのラップ底面に形成された凹部２６ｂとの連通によって圧縮室２３に供給され、固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間のシールおよび潤滑を図る。なお、図２（ｂ）に示すように、圧縮室側開口２６ｃと凹部２６ｂとが連通しない位置の時には圧縮室２３に潤滑油７は供給されない。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、固定スクロール１１に対する旋回スクロール１２の位相を９０度ずつずらした状態を示している。

なお、図に示すように、凹部２６ｂは、作動流体である冷媒ガスを閉じ込んだ後の圧縮室１０ａに設け、冷媒ガスを閉じ込む前の状態の圧縮室１０ｂには設けない。すなわち、圧縮室給油経路２６を介して背圧室２２が連通する圧縮室１０を、作動流体を閉じ込んだ後の圧縮室１０ａとすることで、旋回スクロール１２が固定スクロール１１から離れることで能力が低下してしまう、いわゆるチルティング現象を防止することができる。また仮にチルティングが発生しても、圧縮室１０の圧力を背圧室２２へと導くことが可能であるため、正常運転への早期復帰が可能となる。

図３に示すよう構成の場合、図３（ｄ）の状態で、圧縮室側開口２６ｃが凹部２６ｂに重なることで、潤滑油７は、圧縮室給油経路２６を通って、背圧室２２から圧縮室１０に供給される。

これに対し図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態では、圧縮室側開口２６ｃが凹部２６ｂに重ならないため、背圧室２２から圧縮室１０に潤滑油７が供給されることはない。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図３と同様に位相を９０度ずつずらした状態を示している。

図４に示すように、シール部材２４で、旋回スクロール１２の背面を、内側の高圧領域２１と外側の背圧室２２に仕切っている。

図４（ｂ）の状態で、開口２５ｃがシール部材２４の外側である背圧室２２に開口しているため、潤滑油７が高圧領域２１から背圧室２２へ供給される。

これに対し図４（ａ）、（ｃ）、（ｄ）の状態では、開口２５ｃはシール部材２４の内側である高圧領域２１に開口しているため、潤滑油７が高圧領域２１から背圧室２２へ供給されることはない。

ここで、本実施の形態では、高圧領域２１から背圧室２２に潤滑油７を供給する背圧室給油経路２５と、背圧室２２から圧縮室１０に潤滑油７を供給する圧縮室給油経路２６を備え、背圧室給油経路２５の一方の開口２５ｃがシール部材２４を往来することで、高圧領域２１と背圧室２２が間欠的に連通し、圧縮室給油経路２６が、旋回スクロール１２の内部に形成された通路２６ａと、固定スクロール１１の鏡板１１ａのラップ底面に形成された凹部２６ｂから構成され、通路２６ａの圧縮室側開口２６ｃが旋回スクロールの旋回運動にあわせて周期的に凹部２６ｂに開口することで、背圧室２２と圧縮室１０が間欠的に連通するものである。この構成によれば、図４（ｂ）に示すように背圧室給油経路２５が高圧領域２１から背圧室２２へ連通する位相と図３（ｄ）に示すように圧縮室給油経路２６が背圧室２２から圧縮室１０へ連通する位相が重ならない位置に背圧室給油経路２５および圧縮室給油経路２６を配置することができるため、図５に示すように背圧室給油経路２５と圧縮室給油経路２６が同時に連通することがない。よって、圧縮機の停止後に潤滑油７が高圧領域２１から背圧室２２を経て圧縮室１０まで連通給油されることを防止することができ、貯液部６の潤滑油７が減少することがなく、また圧縮室１０に潤滑油７が充満することもないため、安定した再起動が可能となり再起動後の信頼性が向上する。

また、本実施の形態の圧縮室給油経路２６の圧縮室側開口２６ｃが連通する圧縮室１０を、作動流体を閉じこんだ後の圧縮室１０ａとしたことにより、旋回スクロール１２が固定スクロール１１から離れることで能力が低下してしまう、いわゆるチルティング現象を防止することができる。また仮にチルティングが発生しても、圧縮室１０の圧力を背圧室２２へと導くことが可能であるため、正常運転への早期復帰が可能となる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、高圧領域から背圧室に潤滑油を供給する背圧室給油経路と、背圧室から圧縮室に潤滑油を供給する圧縮室給油経路を備え、背圧室給油経路の一方の開口がシール部材を往来することで、高圧領域と背圧室が間欠的に連通し、圧縮室給油経路が、旋回スクロールの内部に形成された通路と、固定スクロールの鏡板に形成された凹部とから構成され、通路の一方の開口が旋回スクロールの旋回運動にあわせて周期的に凹部に重なることで、背圧室と圧縮室が間欠的に連通するものである。この構成によれば、高圧領域から背圧室への連通と背圧室から圧縮室への連通が同時に起こらない位置関係に背圧室給油経路および圧縮室給油経路を配置することができるため、圧縮機の停止後に潤滑油が高圧領域から背圧室を経て圧縮室まで連通給油されることを防止することができ、貯液部の潤滑油が減少することがなく、また圧縮室に潤滑油が充満することもないため、安定した再起動が可能となり再起動後の信頼性の向上が図れるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

１ スクロール圧縮機
３ 本体ケーシング
４ 圧縮機構部
５ モータ
６ 貯液部
７ 潤滑油
１０ 圧縮室
１１ 固定スクロール
１１ａ 鏡板
１１ｂ 渦巻状のラップ
１２ 旋回スクロール
１２ａ 鏡板
１２ｂ 渦巻状のラップ
１２ｃ 筒型ボス部
１３ ポンプ
１４ 駆動軸
１５ 給油路
１５ａ 駆動軸給油経路
２１ 高圧領域
２１ａ 第１の高圧領域
２１ｂ 第２の高圧領域
２２ 背圧室
２３ 圧縮室
２４ シール部材
２５ 背圧室給油経路
２５ａ 第１の背圧室給油経路
２５ｂ 第２の背圧室給油経路
２５ｃ 開口
２６ 圧縮室給油経路
２６ａ 通路
２６ｂ 凹部
２６ｃ 圧縮室側開口

Claims (2)

1. 容器内にモータと圧縮機構部とを収納し、前記圧縮機構部を、鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した旋回スクロールと、前記旋回スクロールと組み合わされ鏡板に渦巻状のラップを直立して形成した固定スクロールと、前記固定スクロールとの間に前記旋回スクロールを配置するとともにシール部材を保持する主軸受部材と、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとの間に圧縮室が形成され、前記旋回スクロールの背面に前記シール部材によって区画形成される高圧領域及び背圧室と、前記高圧領域から前記背圧室に潤滑油を供給する背圧室給油経路と、前記背圧室から前記圧縮室に潤滑油を供給する圧縮室給油経路とを備え、前記圧縮室給油経路が、前記旋回スクロールの内部に形成された通路と、前記固定スクロールの前記鏡板に形成された凹部とから構成され、前記通路の一方の開口が前記旋回スクロールの旋回運動にあわせて周期的に前記凹部に重なることで、前記背圧室と前記圧縮室が間欠的に連通するとともに、前記背圧室給油経路の一方の開口が前記シール部材を往来することで、前記高圧領域と前記背圧室が間欠的に連通するスクロール圧縮機であって、前記高圧領域から前記背圧室への連通と前記背圧室から前記圧縮室への連通が同時に起こらない位置関係に前記背圧室給油経路および前記圧縮室給油経路を配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記圧縮室給油経路の圧縮室側開口が連通する圧縮室は、作動流体を閉じこんだ後の圧縮室であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。