JP5429138B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置等に用いられるスクロール圧縮機の潤滑油を圧縮空間に適正量供給する技術に係わり、吐出圧力が高圧となる冷媒、例えば二酸化炭素（以下、二酸化炭素）を冷媒として用いるスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、低振動・低騒音特性を備え、圧縮流体の流れが一方向であるため高速運転時の流体抵抗が小さく圧縮効率が高いことから普及している。従来のスクロール圧縮機としては、図４に構成されているものが知られている。すなわち、スクロール圧縮機５５は、密閉容器１とその内部に配置された圧縮機構部２及び電動機３を含み構成され、電動機３はステータ４とロータ５からなり、ロータ５に駆動軸６が貫通結合している。

圧縮機構部２は固定渦巻き部材１０と旋回渦巻き部材１１とを噛み合わせて複数の圧縮空間３１を形成し、駆動軸６の先端にあるクランク軸９により旋回運動させられる旋回渦巻き部材１１が、圧縮空間３１を渦巻きの中心に向かって移動しつつその容積を漸次減少することによって、空調用の冷媒ガス等を吸入圧縮している。

また、旋回渦巻き部材１１の旋回渦巻き羽根面の反対側には、圧縮機構部２の一部を構成する軸受部材７、前記軸受部材７に固定されている旋回軸受１３、軸受８を潤滑冷却する上部潤滑油溜り２１及び潤滑油溜り２２が設けられている。一方、旋回渦巻き部材１１の自転を防止する自転拘束部品１２が配置された背圧室２８が設けられ、この背圧室２８は斜めカット部２５ａを有した環状シール部材２５で上部潤滑油溜り２１と区画され、給油通路３７を介して上部潤滑油溜り２１と連通されている。

給油通路３７の油入口部３７ａを上部潤滑油溜り２１に開口する位置に配設し、給油通路３７の油出口部３８ａを、旋回渦巻き部材１１の旋回運動によって環状シール部材２５を跨いで往復し、上部潤滑油溜り２１と背圧室２８に交互に開口する位置に配設されている。

そして、上部潤滑油溜り２１の潤滑油は、給油通路３７の油出口部３８ａの穴寸法は１．０〜２．０ｍｍ構成されているとともに環状シール部材２５を跨いで間欠的に上部潤滑油溜り２１と背圧室２８を交互に開口するため、適量の潤滑油が高圧空間としての上部潤滑油溜り２１から中間圧空間としての背圧室２８に供給されて、自転拘束部品１２の潤滑を行っている。

さらに潤滑油は、この背圧室２８から圧力調整機構３３を介して低圧空間としての吸入空間３２及び圧縮空間３１に供給され、圧縮中の冷媒ガス等の漏れを防ぐ役割と、固定渦巻き部材１０と旋回渦巻き部材１１の摺動面を潤滑する役割を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１９４９９号公報

しかしながら、従来のスクロール圧縮機の給油構成では、二酸化炭素冷媒を用いて超臨
界圧力まで圧縮する際の潤滑油の供給を適量にするためには、油出口部が環状シール部材から背圧室側に開口する最大面積を全面積の５０％以下となる位置に配設する必要があるが圧縮機運転中に油出口部が環状シール部材を跨ぐ際に、環状シール部材の斜めカット部の先端が油出口部に引っ掛かり破損するという課題を有していた。本発明の目的は、環状シール部の斜めカット部が油出口部に引っ掛かることがないため信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明によるスクロール圧縮機は、固定渦巻き部材と噛み合わせて形成した圧縮空間に冷媒ガスを吸入し旋回運動によって吐出圧力まで圧縮する旋回渦巻き部材と、前記旋回渦巻き部材の反羽根面側に設けられた軸受部材と、軸受部材の中央内部で潤滑油を溜める高圧空間と、軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、高圧空間と中間圧空間とを区画する環状シール部材と、旋回渦巻き部材に設けた給油通路を用いて潤滑油を給油するスクロール圧縮機で、給油通路の油入口部を高圧空間と中間圧空間に交互に開口するとともに中間圧空間に開口する最大面積を全面積の５０％以下となる位置に配置し、環状シール部材の斜めカット部の外周端の向きを油出口部が環状シール部材を跨ぐ際の旋回運動方向と一致させたものである。

以上のように、本発明のスクロール圧縮機では、給油通路の油入口部を高圧空間に開口する位置に配設し、給油通路の油出口部を、旋回渦巻き部材の旋回運動によって環状シール部材を跨いで往復し、高圧空間と中間圧空間に交互に開口するとともに中間圧空間に開口する最大面積を全面積の５０％以下となる位置に配設し、環状シール部材の斜めカット部の外周端の向きを油出口部が環状シール部材を跨ぐ際の旋回運動方向と一致させることで、環状シール部材の斜めカット部の外周端が油出口部に引っ掛かることがないため信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機を示す断面図 本発明の実施の形態１における給油通路と環状シール部材の旋回渦巻き部材の旋回運動に伴う位置関係を示す図 本発明による環状シール部材の斜めカット部と油出口部中心の旋回軌跡との位置関係を示す図 従来のスクロール圧縮機を示す断面図

第１の発明は、固定渦巻き羽根と固定鏡板とを有する固定渦巻き部材と、旋回渦巻き羽根と旋回鏡板とを有し旋回渦巻き羽根と固定渦巻き羽根とを噛み合わせて形成した圧縮空間に冷媒ガスを吸入し旋回運動によって吐出圧力まで圧縮する旋回渦巻き部材と、旋回渦巻き部材の反羽根面側に設けられた軸受部材と、軸受部材の中央内部に位置し吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、高圧空間と中間圧空間とを区画する環状シール部材と、旋回渦巻き部材に設けた給油通路とを備え、前記給油通路を用いて高圧空間と中間圧空間の圧力差によって潤滑油を給油するスクロール圧縮機に関するものである。

そして本発明は、前記給油通路の油入口部を前記高圧空間に開口する位置に配設し、給油通路の油出口部を、旋回渦巻き部材の旋回運動によって環状シール部材を跨いで往復し、高圧空間と中間圧空間に交互に開口するとともに中間圧空間に開口する最大面積を全面積の５０％以下となる位置に配設し、環状シール部材の斜めカット部の外周端の向きを油出口部が環状シール部材を跨ぐ際の旋回運動方向と一致させたものである。

本実施の形態によれば、圧縮機運転中に油出口部が環状シール部材を跨ぐ際に、環状シール部材の斜めカット部の先端が油出口部に引っ掛かることがないため信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。

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、冷媒ガスとして二酸化炭素を用い、超臨界圧力まで圧縮するものである。冷媒ガスとして二酸化炭素を用いると、環状シール部のシール面の押し付け荷重が大きくなるが、斜めカット部が油出口部に引っ掛かることが無いため信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明による一実施例のスクロール圧縮機を示す断面図である。図示のスクロール圧縮機５０には、密閉容器１の内部に、圧縮機構部２と電動機３とが配設されている。圧縮機構部２は、固定渦巻き羽根と固定鏡板とを有する固定渦巻き部材１０と、旋回渦巻き羽根と旋回鏡板とを有する旋回渦巻き部材１１と、旋回渦巻き部材１１の旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材７等から構成される。

電動機３は、密閉容器１の内側に固定されたステータ４と、このステータ４の内側に回転自在に支持されたロータ５とからなり、このロータ５には、駆動軸６が貫通状態で結合されている。駆動軸６の一端は圧縮機構部２の一部を構成する軸受部材７の軸受８に回転自在に支持されている。軸受８により支持されている駆動軸６の先端には駆動軸６に対して偏心運動を行うクランク軸９が備えられている。

一方、固定渦巻き部材１０の固定渦巻き羽根と旋回渦巻き部材１１の旋回渦巻き羽根とを噛み合わせることにより複数の圧縮空間３１を形成している。

旋回渦巻き部材１１は自転拘束部品１２により自転が防止され、クランク軸９によって旋回渦巻き部材１１が旋回軸受１３を介して旋回運動のみをする。旋回渦巻き部材１１は圧縮空間３１を渦巻きの中心に向かって漸次容積を減少させながら移動し、吸入管４５から吸入ポート１４を経て冷媒ガスとして、例えば二酸化炭素ガスを吸入し中心に向かって圧縮する。

吐出圧力に高められた二酸化炭素ガスは、吐出ポート１５を通り容器内部空間１６を経て吐出管４６から吐出される。

また、駆動軸６の他端側は底部軸受１７によって支持されており、その先端には容積型ポンプ１８を備えている。密閉容器１の下部に設けられた底部潤滑油溜り１９に溜まっている潤滑油が、容積型ポンプ１８によって、駆動軸６の軸中心に設けられた給油経路２０を経て、クランク軸９の上部の上部潤滑油溜り２１に供給される。この潤滑油は、旋回軸受１３を潤滑、冷却した後、軸受部材７の中央内部の位置に設けられた潤滑油溜り２２に溜まり、潤滑油溜り２２を経て軸受け８を潤滑し、底部潤滑油溜り１９に戻る。

旋回渦巻き部材１１の一部を構成する旋回鏡板２３の下面は、軸受部材７の内部上面２４と所定隙間を有して離間しており、軸受部材７の内部上面２４（の溝）に設けた環状シール部材２５によってシールされている。即ち、軸受部材７は旋回運動を可能にする隙間を有した離間状態で旋回渦巻き部材１１を内包している。

軸受部材７には窪み２６が設けられ、自転拘束部品１２が配置されている。さらに、窪み２６の上部には固定渦巻き部材１０の固定鏡板２７と旋回鏡板２３および軸受部材７とによって形成される背圧室２８が、軸受部材７の外周内部の位置に設けられている。潤滑
油溜り２２と背圧室２８とは、旋回渦巻き部材１１（の旋回鏡板２３）の内部に設けられた給油通路（としての縦穴３８及び横穴３７）によって連通できるように構成されている。

そして、上記所定隙間の潤滑油溜り２２に連通する高圧空間と、背圧室２８に連通する中間圧空間とは、環状シール部材２５によって区画されている。環状シール部材２５は圧縮機運転中の熱膨張に対応するために斜めカット部２５ａが設けられ、斜めカット部の外周端の向きは縦穴３８の開口端の油出口部３８ａが環状シール部材を跨ぐ際の旋回運動方向と一致させてある。

更に、容器内部空間１６と潤滑油溜り２２及び上部潤滑油溜り２１は、軸受８および旋回軸受１３を介して連通しており、潤滑油溜り２２および上部潤滑油溜り２１は、吐出圧力とほぼ同圧状態下の高圧空間を形成し、窪み２６及び背圧室２８は、中間圧空間を形成している。

すなわち、潤滑油溜り２２に供給された潤滑油の一部は、絞り効果を持つ給油通路（縦穴３８及び横穴３７）を経由して、中間圧力に減圧されながら窪み２６と背圧室２８に供給されて、窪み２６に配置された自転拘束部品１２などの潤滑を行っている。

言い換えれば、本実施例のスクロール圧縮機では、吐出圧力と中間圧力の第１差圧を利用して、即ち高圧空間と中間圧空間の圧力差によって、給油通路を介した潤滑油の給油がなされている。

背圧室２８に供給された潤滑油が溜まるに従い、背圧室２８の圧力が上昇する。背圧室２８の圧力を一定に保つために、中間圧空間を形成する背圧室２８と、圧縮空間３１の低圧空間を形成する吸入空間３２との間に、圧力調整機構３３を設けている。背圧室２８の圧力が設定された圧力より高くなると圧力調整機構３３が作動して、背圧室２８内の潤滑油は、吸入空間３２に供給され、背圧室２８内の圧力はほぼ一定に保たれる。

すなわち、中間圧空間としての背圧室２８に供給された潤滑油は、圧力調整機構３３を含む第２給油通路を経て、低圧空間としての吸入空間３２に供給される。言い換えれば、中間圧力と吸入圧力の第２差圧によって、中間圧空間の潤滑油が第２給油通路を介して低圧空間に圧送される。

そして、吸入空間３２に供給された潤滑油は、圧縮空間３１に導かれて、圧縮中の冷媒ガス等の漏れを防ぎシールする役割と、固定渦巻き部材１０、旋回渦巻き部材１１、軸受部材７などの摺動面を潤滑する役割を果たしている。

圧縮機及び潤滑油溜り２２の吐出圧力、背圧室２８の中間圧力、吸入空間３２の吸入圧力は適宜設定されるが、特に背圧室２８の圧力は旋回渦巻き部材１１を固定渦巻き部材１０に押し付けるために、吸入空間３２の圧力よりも所定圧力だけ高めて設定されている。

所定圧力を得るために、潤滑油溜り２２と背圧室２８を連通させる絞り効果を持つ縦穴３８と横穴３７の寸法と、圧力調整機構３３とによって調整している。

ところで、旋回渦巻き部材１１を固定渦巻き部材１０に押し付けるための背圧は、前述の第２差圧であるが、この背圧が大きくなると摺動部の異常磨耗や摩擦損失の増加に繋がるので、第２差圧を大きくすることは好ましくない。すなわち、背圧は適正値に設定されかつ常に一定に保たれる。

一方、吐出圧力が高くなる場合は、全体の差圧（吐出圧力と吸入圧力の差）が大きくなるので、第２差圧が一定値であれば、前述の第１差圧が大になる。従って、第１差圧が過大になる二酸化炭素冷媒の場合は、特に給油過剰になる。この給油過剰に対して、本発明の給油通路による間欠給油が有効に作用することになり、以下、これについて説明する。

図２は、縦穴３８と環状シール部材２５の、旋回渦巻き部材の一旋回運動に伴う位置関係の変化を示す平面図であり、旋回渦巻き部材１１の旋回鏡板２３を下面側から見た状態を示している。

図において、最外周部の円は背圧室２８を囲む外壁としての軸受部材７の外周線３５を示し、中心部の円は駆動軸６に設けられた給油経路２０を示し、最外周部の円と中心部の円の間に二本の一点鎖線で環状シール部材２５を示している。

更に、旋回鏡板２３に設けられた自転拘束部品１２のガイド溝３４、旋回鏡板２３に設けられて潤滑油溜り２２と背圧室２８を連通する給油通路としての油入口部３７ａと油出口部３８ａ、旋回軸受１３を保持する旋回渦巻き部材１１の鍔部３６が示されている。

図には、旋回渦巻き部材１１の旋回運動に対する縦穴３８の開口端としての油出口部３８ａと、軸受部材７に設けられた環状シール部材２５との相対的位置関係を示している。

すなわち、図２のａ〜ｄの順番に矢印に示すように、旋回渦巻き部材１１は、背圧室２８の外周線３５に対して偏心した状態で旋回運動をする。この時、環状シール部材２５の内周部が高圧空間を形成し、その外周部は中間圧空間を形成している。

したがって縦穴３８の油出口部３８ａが、環状シール部材２５の外周部に位置するときのみ、高圧空間の潤滑油溜り２２と中間圧空間である背圧室２８が連通され、潤滑油溜り２２の潤滑油が油出口部３８ａから背圧室２８に供給される。

したがって、潤滑油が供給可能となるのは、図２のｂの状態の油出口部３８ａが中間圧空間に開口したときのみである。言い換えれば、油出口部３８ａは、旋回運動の間に環状シール部材２５を跨いで往復し、中間圧空間には油出口部３８ａの面積の５０％以下が開口する位置に配設されている。

また、環状シール部材２５の斜めカット部２５ａの外周端の向きは旋回渦巻き部材１１の旋回運動方向と一致させてある。そのため圧縮機運転中に環状シール部材２５の斜めカット部２５ａの外周端が油出口部３８ａに引っ掛かることが無く信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、環状シール部材の斜めカット部の外周端が油出口部に引っ掛かることがないため信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることが可能となるので、空気調和機や除湿機、給湯機等のヒートポンプを用いた機器の用途にも適用できる。

７ 軸受部材
１０ 固定渦巻き部材
１１ 旋回渦巻き部材
２０ 給油経路
２５ 環状シール部材
２５ａ 斜めカット部
３８ａ 油出口部
３１ 圧縮空間

Claims (2)

1. 固定渦巻き鏡板に固定渦巻き羽根を立設した固定渦巻き部材と、
   前記固定渦巻き羽根と噛み合って圧縮室を形成する旋回渦巻き羽根を旋回鏡板に立設した旋回渦巻き部材と、
   前記旋回渦巻き部材の反圧縮室側に配置されて旋回渦巻き部材を軸支する軸受部材と、
   前記旋回渦巻き部材と軸受部材とで形成される空間に配置されて前記空間を内周側の高圧空間と外周側の中間圧空間に区画する環状シール部材と、
   前記旋回鏡板の内部に設けられ、油入口部が高圧空間に開口し、油出口部を旋回渦巻き部材の旋回運動によって前記環状シール部材を跨いで高圧空間と中間圧空間に交互に開口するとともに前記中間圧空間に開口する最大面積を５０％以下とした給油通路とを有し、
   前記環状シール部材は周方向の１箇所に斜めカット部を有し、前記斜めカット部の外周端の向きを前記油出口部が環状シール部材を跨ぐときの旋回運動方向と一致させたスクロール圧縮機。
2. 前記圧縮室で圧縮される冷媒ガスとして二酸化炭素を用い、超臨界圧力まで圧縮することを特徴する請求項１に記載のスクロール圧縮機。