JP2004019499A - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】吐出圧と吸入圧の差圧が大きくても、背圧室やスクロールに潤滑油を適正量供給して、高効率な運転ができるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】軸受部材７の中央内部に設けた潤滑油溜り２２と外周内部に設けた背圧室２８を、細孔２９と長穴３０で形成する給油通路で連通し、長穴３０の油出口部を背圧室２８に開口する位置に配設し、細孔２９の油入口部を、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、潤滑油溜り２２と背圧室２８に交互に開口する位置に配設して、潤滑油溜り２２に貯留する潤滑油を背圧室２８に間欠的に供給することにより、差圧が大きくて供給過多になり勝ちの潤滑油量を適正に制御して、高効率なスクロール圧縮機５０の安定した運転を可能にする。
【選択図】 図１
【解決手段】軸受部材７の中央内部に設けた潤滑油溜り２２と外周内部に設けた背圧室２８を、細孔２９と長穴３０で形成する給油通路で連通し、長穴３０の油出口部を背圧室２８に開口する位置に配設し、細孔２９の油入口部を、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、潤滑油溜り２２と背圧室２８に交互に開口する位置に配設して、潤滑油溜り２２に貯留する潤滑油を背圧室２８に間欠的に供給することにより、差圧が大きくて供給過多になり勝ちの潤滑油量を適正に制御して、高効率なスクロール圧縮機５０の安定した運転を可能にする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、ＣＯ２）を冷媒として用いるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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７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、該軸受部材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は上部潤滑油溜り２１に給油通路４０を介して連通されている。
そして、上部潤滑油溜り２１の潤滑油は、給油通路４０で減圧され、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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスクロール圧縮機の給油構成では、高圧側と低圧側との差圧が大きくなると、潤滑油量の供給も多くなり、特に、冷凍サイクル装置等に使用しているＨＦＣ（フッ素化合物）冷媒等を、例えばＣＯ２の冷媒に代えた場合は吐出圧力がＣＯ２の超臨界圧力に相当する１５メガパスカル位の非常な高圧となり、高圧側と低圧側との差圧がＨＦＣ冷媒の約３倍から５倍と大きくなるため、潤滑油の供給過多になり、更にその潤滑油を圧縮することにもなり、スクロール圧縮機の高い圧縮効率に影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、背圧室や圧縮空間に潤滑油を適正量供給して、高効率な運転ができるスクロール圧縮機を提供することにある。
また、他の目的は、ＣＯ２冷媒を用いて超臨界圧力まで圧縮しても、給油の適正化が図られ、高効率な運転ができるスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、請求項１記載の本発明によるスクロール圧縮機は、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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、前記給油通路の油出口部を前記中間圧空間に開口する位置に配設し、前記給油通路の油入口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とする。
また、請求項２記載の本発明によるスクロール圧縮機は、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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、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、前記給油通路の油出口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とする。
また、請求項３記載の本発明は、請求項１から請求項２のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記環状シール部材を跨いで往復する前記油入口部または前記油出口部の直径をφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍの範囲とすることを特徴とする。
また、請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記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とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態は、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当該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、旋回渦巻き部材の旋回渦巻き羽根面と反対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、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おいて、給油通路の油出口部を中間圧空間に開口する位置に配設し、給油通路の油入口部を、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位置に配設するものである。本実施の形態によれば、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、油入口部が高圧空間に開口したときのみ潤滑油を供給する間欠給油により、有効に減圧調節が行えるので、給油量の適正化が図られて高効率のスクロール圧縮機を実現できる。
【０００７】
また、本発明の第２の実施の形態によるスクロール圧縮機は、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に、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位置に配設して実行するものである。本実施の形態によれば、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、油出口部が中間圧空間に開口したときのみ潤滑油を供給する間欠給油により、有効に減圧調節が行えるので、給油量の適正化が図られて高性能のスクロール圧縮機を提供できる。
【０００８】
また、本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態によるスクロール圧縮機において、環状シール部材を跨いで往復する油入口部または油出口部の直径をφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍとするものである。本実施の形態によれば、油入口部または油出口部の開口径下限寸法を、ｄ＝０．２ｍｍに抑えることにより、塵埃に対する耐閉塞性が向上し、開口径上限寸法を、ｄ＝０．５ｍｍに抑えることにより、開口縁による環状シール部材への加傷が防止できるため、信頼性のある間欠給油ができ、且つ、高効率な運転が維持できるスクロール圧縮機を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態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、吐出圧力が超臨界圧力相当となり吸入圧力との差圧が過大になるが、本実施の形態によれば、第１から第３の実施の形態によって、減圧率の高い効果的な減圧調節が行えて、潤滑油の供給過多が回避されるので、高効率な運転が十分に確保できるスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１０】
【実施例】
（実施例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。上記駆動軸６の一端は圧縮機構部２の一部を構成する軸受部材７に固定されている軸受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が圧縮空間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ＣＯ２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ＣＯ２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。
【００１１】
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。
【００１２】
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（としての細孔２９及び長穴３０）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。
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（細孔２９及び長穴３０）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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細孔２９と長穴３０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ＣＯ２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。
【００１５】
図２は、図１に示す給油通路の部分拡大断面図である。図２に示す旋回渦巻き部材１１は、その内部が連通した細孔２９と長穴３０とからなる給油通路を有し、その給油通路は、潤滑油を減圧・供給するために、高圧空間としての潤滑油溜り２２と中間圧空間としての背圧室２８を連通している。そして、給油通路の細孔２９の油入口部２９ａは、旋回鏡板下面２３ａに開口し、この細孔２９の油入口部２９ａが、圧縮機の一回転の間に、即ち旋回渦巻き部材１１の一旋回運動の間に、環状シール部材２５を跨いで往復し、高圧空間としての潤滑油溜り２２に間欠的に開口する位置に配設されている。
【００１６】
上記給油機構の動作について図３を用いて説明する。図３は、図１に示す細孔と環状シール部材の、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２９ａと長穴３０と油出口部３０ａ、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。
【００１７】
図には、旋回渦巻き部材１１の旋回運動に対する細孔２９の開口端としての油入口部２９ａ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３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。したがって細孔２９の油入口部２９ａが、環状シール部材２５の内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の潤滑油が油入口部２９ａから油出口部３０ａを経て背圧室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３（ｂ）の状態の油入口部が高圧空間に開口したときのみである。言い換えれば、油出口部は、中間圧空間に常に開口する位置に、油入口部は、旋回運動の間に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位置に配設されている。
上記給油通路の間欠的連通は、潤滑油の間欠給油となり、減圧すると共に潤滑油量の実質的な供給を制御する働きを有する。また、細孔２９は絞り効果を持つ細い通路から構成されており、図３（ｂ）の状態時に、高圧空間である潤滑油溜り２２から中間圧空間である背圧室２８に供給される潤滑油量を抑制する働き（即ち、減圧制御機能）を有する。
【００１８】
このように、本実施例のスクロール圧縮機では、潤滑油の供給が間欠的になされ、かつ絞り効果を持つ細孔を通して行われるために、従来例のスクロール圧縮機に比べ、潤滑油の供給量を抑えて適正に供給することが可能になる。その上に、中間圧空間から低圧空間への潤滑油供給量も抑制される。したがって、本実施例のスクロール圧縮機を、差圧が大きくなる冷媒ガスと組み合わせて用いても、有効に減圧調節が行え、給油の増加が防止される。すなわち、吸入部での冷媒加熱による閉じ込み冷媒量の減少を防ぎ、潤滑油を圧縮するという無駄が防止されて、圧縮効率を高く維持し、安定した運転が行えるスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１９】
（実施例２）
図４は、本発明による他の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図である。図５は、図４に示す給油通路の部分拡大断面図である。本実施例２は、前述の実施例１と次の構成に関して異なる。すなわち、図４および図５に示すように、本実施例の給油通路は、高圧空間としての上部潤滑油溜り２１と中間圧空間としての背圧室２８を連通するための、油入口部３７ａを有する長穴３７と油出口部３８ａを有する細孔３８とから構成され、細孔３８の油出口部３８ａが環状シール部材２５を跨いで、背圧室２８に間欠的に開口する位置関係で構成されている。
【００２０】
上記給油機構の動作について図６を用いて説明する。図６は、図４に示す細孔と環状シール部材の、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、最外周円は軸受部材７の背圧室２８の外周線３５を示し、中心円は駆動軸６に設けられた給油経路２０を示し、最外周円と中心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。さらに、ガイド溝３４は、自転拘束部品１２を案内するために旋回鏡板２３に設けられた溝であり、鍔部３６は、旋回軸受１３を保持する旋回渦巻き部材１１のフランジである。そして、長穴３７と長穴３７の油入口部３７ａと細孔３８の油出口部３８ａは、旋回鏡板２３に設けられて上部潤滑油溜り２１と背圧室２８を連通する給油通路である。
【００２１】
図６では、旋回渦巻き部材１１の旋回運動に対する細孔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。旋回渦巻き部材１１は、図６の（ａ）〜（ｄ）の矢印に示すように、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。したがって細孔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場合のみ、高圧空間としての上部潤滑油溜り２１と中間圧空間としての背圧室２８が連通され、上部潤滑油溜り２１の潤滑油が油入口部３７ａから油出口部３８ａを経て背圧室２８に減圧・供給される。すなわち、油入口部３７ａは、常に高圧空間に開口し、油出口部３８ａは、図６（ｄ）の状態時のみ、中間圧空間に開口することになる。したがって、潤滑油が供給可能となるのは、図６（ｄ）の状態の油出口部が中間圧空間に開口したときのみという、いわゆる間欠給油が実行される。
すなわち、上記給油機構は、旋回渦巻き部材の一旋回運動の間に、図６（ｄ）の状態時のみに潤滑油を供給するオンオフ制御を行って、潤滑油量の供給を制御する働きを有する。また、給油機構は絞り効果を持つ細孔３８を有する構成であり、図６（ｄ）の状態の時に、高圧空間の上部潤滑油溜り２１から中間圧空間の背圧室２８に供給される潤滑油量を抑制する働きを有する。
【００２２】
このように、間欠的連通によって潤滑油が適正に減圧・供給され、かつ絞り効果を持つ細孔を通るため、従来例に比べ、供給量を抑えることが可能となり、この中間圧空間から吸入空間への潤滑油供給量も抑制される。したがって、圧縮効率が高く、安定した運転が可能なスクロール圧縮機を提供できる。
なお、本実施例２の実施例１と比べた構成上の違いは、高圧空間から中間圧空間への通路構成の違いのみであり、実施例１では高圧空間である潤滑油溜り２２に開口する細孔２９を間欠的に開口する構成としていたが、本実施例２では中間圧空間である背圧室２８に開口する細孔３８を間欠的に開口する構成である。また、他の構成は同様であるので説明を省略する。
【００２３】
（実施例３）
実施例３では、図３を参照して、油入口部の開口位置や、開口位置変更による給油と減圧の間欠制御、換言すればオンオフ・デユーティ制御について説明する。
図３（ｄ）において、「Ｘ」は環状シール部材２５の直径、「Ｙ」は駆動軸６に対するクランク軸９の偏心量、「Ｚ」は旋回渦巻き部材１１の中心から細孔２９の油入口部２９ａの中心までの距離を示している。なお、偏心量「Ｙ」は、環状シール部材２５が往復する量（往復幅）と同じである。
上記Ｘ、Ｙ、Ｚで示される油入口部２９ａの位置は、すなわち油入口部２９ａが環状シール部材２５の上を跨いで往復し、高圧空間に間欠的に開口する配置は、次の関係式から定められる。
Ｚ＝（Ｘ／２）＋ｍ （１）
Ｙ／２≧ｍ≧−（Ｙ／２） （２）
【００２４】
そして、実施例１のスクロール圧縮機５０では、上記（２）式において、ｍ＝０（ゼロ）とした場合の油入口部２９ａの開口位置を示している。すなわち、実施例１の場合、旋回渦巻き部材１１の中心から細孔２９の油入口部２９ａの中心までの距離「Ｚ」は、環状シール部材２５の直径「Ｘ」の半分としている。なお、油入口部２９ａは、旋回渦巻き部材１１の中心が左右移動する方向の該中心の延長線上（またはクランク軸９の偏心方向の延長線上）に位置している。
そして、ｍ＝０の場合は、油入口部２９ａが高圧空間に開口し給油する状態（給油状態）と、中間圧空間に開口し給油しない状態（非給油状態）との割合が、およそ５０対５０になる開口位置である。
また、Ｙ／２≧ｍ＞０（ゼロ）の場合は、非給油状態の割合が給油状態よりも大となる開口位置の範囲であり、給油量を減少できると共に、高圧を低圧に減ずる割合としての減圧率を高くできる制御範囲である。さらに、０（ゼロ）＞ｍ≧−（Ｙ／２）の場合は、給油状態の割合が非給油状態よりも大となる開口位置の範囲であり、給油量を増加できると共に、高圧を低圧に減ずる割合としての減圧率を低くできる制御範囲である。
換言すれば、油入口部２９ａの開口位置を変えることによって、オンオフ・デユーティ制御が行えることになり、潤滑油量の供給と減圧を幅広く且つ有効に制御することができる。特に、Ｙ／２≧ｍ＞０（ゼロ）の場合であれば、減圧率が高く効果的に減圧調節ができるので、ＣＯ２のような冷媒ガスを用いて高い超臨界圧力まで圧縮し吐出圧力が非常に大きくなっても、給油の適正化を図ることができる。
なお、ｍ＞Ｙの場合は、全く給油しない状態に、−Ｙ＞ｍの場合は、給油しっぱなしの状態になり、発明の目的に合わないことになる。
【００２５】
一方、実施例２のスクロール圧縮機５０においても、油出口部の開口位置や、開口位置変更による給油及び減圧の制御については、上述の実施例１と同様である。即ち、環状シール部材２５の直径「Ｘ」、駆動軸６に対するクランク軸９の偏心量「Ｙ」、旋回渦巻き部材１１の中心から細孔３８の油出口部３８ａの中心までの距離「Ｚ」とすれば、油出口部３８ａが環状シール部材２５の上を跨いで往復し、中間圧空間に間欠的に開口する油出口部３８ａの位置は、前述の（１）及び（２）の関係式から同様に定められる。そして実施例２で示したスクロール圧縮機５０でも、ｍ＝０（ゼロ）の場合を例示している。なお、油出口部３８ａの開口位置変更による減圧制御等の内容は、上述の実施例１の説明と同様であり、他の内容を含めてその詳細説明を省略する。
【００２６】
（実施例４）
実施例４では、図２及び図５を参照して、給油通路の細孔寸法ならびにその寸法による絞り減圧調節について説明する。前述の給油通路の細孔２９，３８は、絞り効果を持ち潤滑油量を抑制する働きを有している。そして、この絞り効果としての減圧は流路抵抗によって生じるものであり、細孔の断面積としての内径「ｄ」の二乗に反比例し、細孔の長さ「ｌ」に比例する。したがって、適正に潤滑油量を抑制するために絞り効果を調節する場合は、図示した細孔の内径ｄ及び長さｌを適宜に設定して行うことになる。
【００２７】
ところで、上記実施例１及び実施例２で示したスクロール圧縮機５０の大きさは、その押除量が１回転当たり、４．０ｃｍ３位としている。この押除量を持つ圧縮機であれば、旋回渦巻き部材１１の大きさは、図３（ｃ）及び図６（ｃ）に示す直径「Ｄ０」は、７．６ｃｍ位になる。また、環状シール部材２５の寸法は、直径３．８Ｃｃｍ、幅０．１８ｃｍ位になる。そして、ＣＯ２冷媒における吐出圧力は、１５メガパスカル位になるので、潤滑油量を適正に抑制するための細孔寸法は、内径ｄ＝０．２〜０．５ｍｍ、長さｌ＝１．５〜４．５ｍｍ位が望ましいものとなる。
そして、細孔の内径ｄ及び長さｌを設定するに当たり、次の点に留意する必要がある。すなわち、（１）長さ「ｌ」による絞り減圧調節幅は、内径「ｄ」の二乗に反比例する内径ｄの絞り減圧調節幅よりも小さいこと、（２）図２及び図５に示すように、長さ「ｌ」は、比較的薄い旋回鏡板２３の厚さ寸法によって依存されるので、その寸法が狭い範囲に限定されることから、長さ「ｌ」による絞り減圧調節の自由度は小さい点に留意する。
また、内径「ｄ」に対しても留意点があり、（１）細孔の塵埃に対する耐閉塞性から、または細孔の穴あけ加工容易性から、細孔（即ち、油入口部２９ａまたは油出口部３８ａ）の開口寸法の下限は、直径ｄ＝０．２ｍｍ位が望ましいこと、（２）細孔の加傷性（即ち、環状シール部材を跨いで往復する油入口部２９ａまたは油出口部３８ａの開口縁が環状シール部材を傷つける加傷性）から、または絞り調節限界（減圧率が低くなり過ぎる点）から、開口寸法の上限は、直径ｄ＝０．５ｍｍ位が望ましいことである。
【００２８】
上記の実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４から、間欠給油による減圧制御（含む開口位置変更による減圧制御）と、細孔による絞り減圧制御との相乗効果を図ることが、高圧側と低圧側との差圧が大きくなるスクロール圧縮機に、有効で且つ幅広い減圧・給油制御が行え、特に冷媒としてＣＯ２を用いるスクロール圧縮機においては、効果的に減圧・給油制御が行えるので望ましいと言える。しかしながら、間欠給油による減圧制御（含む開口位置変更による減圧制御）のみであっても、有効な減圧・給油制御は可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスクロール圧縮機では、旋回渦巻き部材の旋回運動の間に、高圧空間の潤滑油溜りと中間圧空間の背圧室をつなぐ給油通路の油入口部が環状シール部材上を往復し間欠的に高圧空間に開口することにより、または給油通路の油出口部が環状シール部材上を往復し間欠的に中間圧空間に開口することにより、減圧しつつ潤滑油量の実質的な供給を制御する。また、給油通路の細孔が持つ絞り効果で潤滑油量を抑制する相乗効果が得られる。
このような、間欠的連通による減圧・給油制御により、または間欠的連通による減圧・給油制御及び細孔による減圧制御により、ＣＯ２を冷媒とする冷凍システムでの差圧の大きい状況下においても、潤滑油を背圧室や吸入空間へ適切に且つ効果的に供給することが可能となり、圧縮効率の高い運転が可能なスクロール圧縮機を提供できる効果が得られる。
また、細孔内径の下限寸法をｄ＝０．２ｍｍにすることにより、塵埃に対する耐閉塞性や穴あけ加工容易性の向上効果が得られる。さらに、細孔内径の上限寸法をｄ＝０．５ｍｍにすることにより、環状シール部材への加傷や抑制不足の防止が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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
【図２】図１に示す給油通路の部分拡大断面図
【図３】図１に示す細孔と環状シール部材の、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
【図４】本発明による他の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図５】図４に示す給油通路の部分拡大断面図
【図６】図４に示す細孔と環状シール部材の、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
【図７】従来のスクロール圧縮機を示す断面図
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機
４ ステータ
５ ロータ
６ 駆動軸
７ 軸受部材
８ 軸受
９ クランク軸
１０ 固定渦巻き部材
１１ 旋回渦巻き部材
１２ 自転拘束部品
１３ 旋回軸受
１４ 吸入ポート
１５ 吐出ポート
１６ 容器内部空間
１７ 底部軸受
１８ 容積型ポンプ
１９ 底部潤滑油溜り
２０ 給油経路
２１ 上部潤滑油溜り
２２ 潤滑油溜り
２３ 旋回鏡板
２４ 内部上面
２５ 環状シール部材
２６ 窪み
２７ 固定鏡板
２８ 背圧室
２９，３８ 細孔（給油通路の一部）
３０，３７ 長穴（給油通路の一部）
３１ 圧縮空間
３２ 吸入空間
３３ 圧力調整機構
３４ ガイド溝
３５ 外周線
３６ 鍔部
４０ 給油通路
４５ 吸入管
４６ 吐出管
５０，５５ スクロール圧縮機
【発明の属する技術分野】
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、ＣＯ２）を冷媒として用いるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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７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、該軸受部材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は上部潤滑油溜り２１に給油通路４０を介して連通されている。
そして、上部潤滑油溜り２１の潤滑油は、給油通路４０で減圧され、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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスクロール圧縮機の給油構成では、高圧側と低圧側との差圧が大きくなると、潤滑油量の供給も多くなり、特に、冷凍サイクル装置等に使用しているＨＦＣ（フッ素化合物）冷媒等を、例えばＣＯ２の冷媒に代えた場合は吐出圧力がＣＯ２の超臨界圧力に相当する１５メガパスカル位の非常な高圧となり、高圧側と低圧側との差圧がＨＦＣ冷媒の約３倍から５倍と大きくなるため、潤滑油の供給過多になり、更にその潤滑油を圧縮することにもなり、スクロール圧縮機の高い圧縮効率に影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、背圧室や圧縮空間に潤滑油を適正量供給して、高効率な運転ができるスクロール圧縮機を提供することにある。
また、他の目的は、ＣＯ２冷媒を用いて超臨界圧力まで圧縮しても、給油の適正化が図られ、高効率な運転ができるスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、請求項１記載の本発明によるスクロール圧縮機は、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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、前記給油通路の油出口部を前記中間圧空間に開口する位置に配設し、前記給油通路の油入口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とする。
また、請求項２記載の本発明によるスクロール圧縮機は、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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、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、前記給油通路の油出口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とする。
また、請求項３記載の本発明は、請求項１から請求項２のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記環状シール部材を跨いで往復する前記油入口部または前記油出口部の直径をφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍの範囲とすることを特徴とする。
また、請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記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とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態は、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当該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、旋回渦巻き部材の旋回渦巻き羽根面と反対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、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おいて、給油通路の油出口部を中間圧空間に開口する位置に配設し、給油通路の油入口部を、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位置に配設するものである。本実施の形態によれば、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、油入口部が高圧空間に開口したときのみ潤滑油を供給する間欠給油により、有効に減圧調節が行えるので、給油量の適正化が図られて高効率のスクロール圧縮機を実現できる。
【０００７】
また、本発明の第２の実施の形態によるスクロール圧縮機は、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に、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位置に配設して実行するものである。本実施の形態によれば、高圧側と低圧側との差圧が大きくても、油出口部が中間圧空間に開口したときのみ潤滑油を供給する間欠給油により、有効に減圧調節が行えるので、給油量の適正化が図られて高性能のスクロール圧縮機を提供できる。
【０００８】
また、本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態によるスクロール圧縮機において、環状シール部材を跨いで往復する油入口部または油出口部の直径をφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍとするものである。本実施の形態によれば、油入口部または油出口部の開口径下限寸法を、ｄ＝０．２ｍｍに抑えることにより、塵埃に対する耐閉塞性が向上し、開口径上限寸法を、ｄ＝０．５ｍｍに抑えることにより、開口縁による環状シール部材への加傷が防止できるため、信頼性のある間欠給油ができ、且つ、高効率な運転が維持できるスクロール圧縮機を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態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、吐出圧力が超臨界圧力相当となり吸入圧力との差圧が過大になるが、本実施の形態によれば、第１から第３の実施の形態によって、減圧率の高い効果的な減圧調節が行えて、潤滑油の供給過多が回避されるので、高効率な運転が十分に確保できるスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１０】
【実施例】
（実施例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。上記駆動軸６の一端は圧縮機構部２の一部を構成する軸受部材７に固定されている軸受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が圧縮空間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ＣＯ２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ＣＯ２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。
【００１１】
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。
【００１２】
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（としての細孔２９及び長穴３０）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。
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（細孔２９及び長穴３０）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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細孔２９と長穴３０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ＣＯ２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。
【００１５】
図２は、図１に示す給油通路の部分拡大断面図である。図２に示す旋回渦巻き部材１１は、その内部が連通した細孔２９と長穴３０とからなる給油通路を有し、その給油通路は、潤滑油を減圧・供給するために、高圧空間としての潤滑油溜り２２と中間圧空間としての背圧室２８を連通している。そして、給油通路の細孔２９の油入口部２９ａは、旋回鏡板下面２３ａに開口し、この細孔２９の油入口部２９ａが、圧縮機の一回転の間に、即ち旋回渦巻き部材１１の一旋回運動の間に、環状シール部材２５を跨いで往復し、高圧空間としての潤滑油溜り２２に間欠的に開口する位置に配設されている。
【００１６】
上記給油機構の動作について図３を用いて説明する。図３は、図１に示す細孔と環状シール部材の、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２９ａと長穴３０と油出口部３０ａ、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。
【００１７】
図には、旋回渦巻き部材１１の旋回運動に対する細孔２９の開口端としての油入口部２９ａ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３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。したがって細孔２９の油入口部２９ａが、環状シール部材２５の内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の潤滑油が油入口部２９ａから油出口部３０ａを経て背圧室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３（ｂ）の状態の油入口部が高圧空間に開口したときのみである。言い換えれば、油出口部は、中間圧空間に常に開口する位置に、油入口部は、旋回運動の間に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位置に配設されている。
上記給油通路の間欠的連通は、潤滑油の間欠給油となり、減圧すると共に潤滑油量の実質的な供給を制御する働きを有する。また、細孔２９は絞り効果を持つ細い通路から構成されており、図３（ｂ）の状態時に、高圧空間である潤滑油溜り２２から中間圧空間である背圧室２８に供給される潤滑油量を抑制する働き（即ち、減圧制御機能）を有する。
【００１８】
このように、本実施例のスクロール圧縮機では、潤滑油の供給が間欠的になされ、かつ絞り効果を持つ細孔を通して行われるために、従来例のスクロール圧縮機に比べ、潤滑油の供給量を抑えて適正に供給することが可能になる。その上に、中間圧空間から低圧空間への潤滑油供給量も抑制される。したがって、本実施例のスクロール圧縮機を、差圧が大きくなる冷媒ガスと組み合わせて用いても、有効に減圧調節が行え、給油の増加が防止される。すなわち、吸入部での冷媒加熱による閉じ込み冷媒量の減少を防ぎ、潤滑油を圧縮するという無駄が防止されて、圧縮効率を高く維持し、安定した運転が行えるスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１９】
（実施例２）
図４は、本発明による他の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図である。図５は、図４に示す給油通路の部分拡大断面図である。本実施例２は、前述の実施例１と次の構成に関して異なる。すなわち、図４および図５に示すように、本実施例の給油通路は、高圧空間としての上部潤滑油溜り２１と中間圧空間としての背圧室２８を連通するための、油入口部３７ａを有する長穴３７と油出口部３８ａを有する細孔３８とから構成され、細孔３８の油出口部３８ａが環状シール部材２５を跨いで、背圧室２８に間欠的に開口する位置関係で構成されている。
【００２０】
上記給油機構の動作について図６を用いて説明する。図６は、図４に示す細孔と環状シール部材の、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、最外周円は軸受部材７の背圧室２８の外周線３５を示し、中心円は駆動軸６に設けられた給油経路２０を示し、最外周円と中心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。さらに、ガイド溝３４は、自転拘束部品１２を案内するために旋回鏡板２３に設けられた溝であり、鍔部３６は、旋回軸受１３を保持する旋回渦巻き部材１１のフランジである。そして、長穴３７と長穴３７の油入口部３７ａと細孔３８の油出口部３８ａは、旋回鏡板２３に設けられて上部潤滑油溜り２１と背圧室２８を連通する給油通路である。
【００２１】
図６では、旋回渦巻き部材１１の旋回運動に対する細孔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。旋回渦巻き部材１１は、図６の（ａ）〜（ｄ）の矢印に示すように、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。したがって細孔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場合のみ、高圧空間としての上部潤滑油溜り２１と中間圧空間としての背圧室２８が連通され、上部潤滑油溜り２１の潤滑油が油入口部３７ａから油出口部３８ａを経て背圧室２８に減圧・供給される。すなわち、油入口部３７ａは、常に高圧空間に開口し、油出口部３８ａは、図６（ｄ）の状態時のみ、中間圧空間に開口することになる。したがって、潤滑油が供給可能となるのは、図６（ｄ）の状態の油出口部が中間圧空間に開口したときのみという、いわゆる間欠給油が実行される。
すなわち、上記給油機構は、旋回渦巻き部材の一旋回運動の間に、図６（ｄ）の状態時のみに潤滑油を供給するオンオフ制御を行って、潤滑油量の供給を制御する働きを有する。また、給油機構は絞り効果を持つ細孔３８を有する構成であり、図６（ｄ）の状態の時に、高圧空間の上部潤滑油溜り２１から中間圧空間の背圧室２８に供給される潤滑油量を抑制する働きを有する。
【００２２】
このように、間欠的連通によって潤滑油が適正に減圧・供給され、かつ絞り効果を持つ細孔を通るため、従来例に比べ、供給量を抑えることが可能となり、この中間圧空間から吸入空間への潤滑油供給量も抑制される。したがって、圧縮効率が高く、安定した運転が可能なスクロール圧縮機を提供できる。
なお、本実施例２の実施例１と比べた構成上の違いは、高圧空間から中間圧空間への通路構成の違いのみであり、実施例１では高圧空間である潤滑油溜り２２に開口する細孔２９を間欠的に開口する構成としていたが、本実施例２では中間圧空間である背圧室２８に開口する細孔３８を間欠的に開口する構成である。また、他の構成は同様であるので説明を省略する。
【００２３】
（実施例３）
実施例３では、図３を参照して、油入口部の開口位置や、開口位置変更による給油と減圧の間欠制御、換言すればオンオフ・デユーティ制御について説明する。
図３（ｄ）において、「Ｘ」は環状シール部材２５の直径、「Ｙ」は駆動軸６に対するクランク軸９の偏心量、「Ｚ」は旋回渦巻き部材１１の中心から細孔２９の油入口部２９ａの中心までの距離を示している。なお、偏心量「Ｙ」は、環状シール部材２５が往復する量（往復幅）と同じである。
上記Ｘ、Ｙ、Ｚで示される油入口部２９ａの位置は、すなわち油入口部２９ａが環状シール部材２５の上を跨いで往復し、高圧空間に間欠的に開口する配置は、次の関係式から定められる。
Ｚ＝（Ｘ／２）＋ｍ （１）
Ｙ／２≧ｍ≧−（Ｙ／２） （２）
【００２４】
そして、実施例１のスクロール圧縮機５０では、上記（２）式において、ｍ＝０（ゼロ）とした場合の油入口部２９ａの開口位置を示している。すなわち、実施例１の場合、旋回渦巻き部材１１の中心から細孔２９の油入口部２９ａの中心までの距離「Ｚ」は、環状シール部材２５の直径「Ｘ」の半分としている。なお、油入口部２９ａは、旋回渦巻き部材１１の中心が左右移動する方向の該中心の延長線上（またはクランク軸９の偏心方向の延長線上）に位置している。
そして、ｍ＝０の場合は、油入口部２９ａが高圧空間に開口し給油する状態（給油状態）と、中間圧空間に開口し給油しない状態（非給油状態）との割合が、およそ５０対５０になる開口位置である。
また、Ｙ／２≧ｍ＞０（ゼロ）の場合は、非給油状態の割合が給油状態よりも大となる開口位置の範囲であり、給油量を減少できると共に、高圧を低圧に減ずる割合としての減圧率を高くできる制御範囲である。さらに、０（ゼロ）＞ｍ≧−（Ｙ／２）の場合は、給油状態の割合が非給油状態よりも大となる開口位置の範囲であり、給油量を増加できると共に、高圧を低圧に減ずる割合としての減圧率を低くできる制御範囲である。
換言すれば、油入口部２９ａの開口位置を変えることによって、オンオフ・デユーティ制御が行えることになり、潤滑油量の供給と減圧を幅広く且つ有効に制御することができる。特に、Ｙ／２≧ｍ＞０（ゼロ）の場合であれば、減圧率が高く効果的に減圧調節ができるので、ＣＯ２のような冷媒ガスを用いて高い超臨界圧力まで圧縮し吐出圧力が非常に大きくなっても、給油の適正化を図ることができる。
なお、ｍ＞Ｙの場合は、全く給油しない状態に、−Ｙ＞ｍの場合は、給油しっぱなしの状態になり、発明の目的に合わないことになる。
【００２５】
一方、実施例２のスクロール圧縮機５０においても、油出口部の開口位置や、開口位置変更による給油及び減圧の制御については、上述の実施例１と同様である。即ち、環状シール部材２５の直径「Ｘ」、駆動軸６に対するクランク軸９の偏心量「Ｙ」、旋回渦巻き部材１１の中心から細孔３８の油出口部３８ａの中心までの距離「Ｚ」とすれば、油出口部３８ａが環状シール部材２５の上を跨いで往復し、中間圧空間に間欠的に開口する油出口部３８ａの位置は、前述の（１）及び（２）の関係式から同様に定められる。そして実施例２で示したスクロール圧縮機５０でも、ｍ＝０（ゼロ）の場合を例示している。なお、油出口部３８ａの開口位置変更による減圧制御等の内容は、上述の実施例１の説明と同様であり、他の内容を含めてその詳細説明を省略する。
【００２６】
（実施例４）
実施例４では、図２及び図５を参照して、給油通路の細孔寸法ならびにその寸法による絞り減圧調節について説明する。前述の給油通路の細孔２９，３８は、絞り効果を持ち潤滑油量を抑制する働きを有している。そして、この絞り効果としての減圧は流路抵抗によって生じるものであり、細孔の断面積としての内径「ｄ」の二乗に反比例し、細孔の長さ「ｌ」に比例する。したがって、適正に潤滑油量を抑制するために絞り効果を調節する場合は、図示した細孔の内径ｄ及び長さｌを適宜に設定して行うことになる。
【００２７】
ところで、上記実施例１及び実施例２で示したスクロール圧縮機５０の大きさは、その押除量が１回転当たり、４．０ｃｍ３位としている。この押除量を持つ圧縮機であれば、旋回渦巻き部材１１の大きさは、図３（ｃ）及び図６（ｃ）に示す直径「Ｄ０」は、７．６ｃｍ位になる。また、環状シール部材２５の寸法は、直径３．８Ｃｃｍ、幅０．１８ｃｍ位になる。そして、ＣＯ２冷媒における吐出圧力は、１５メガパスカル位になるので、潤滑油量を適正に抑制するための細孔寸法は、内径ｄ＝０．２〜０．５ｍｍ、長さｌ＝１．５〜４．５ｍｍ位が望ましいものとなる。
そして、細孔の内径ｄ及び長さｌを設定するに当たり、次の点に留意する必要がある。すなわち、（１）長さ「ｌ」による絞り減圧調節幅は、内径「ｄ」の二乗に反比例する内径ｄの絞り減圧調節幅よりも小さいこと、（２）図２及び図５に示すように、長さ「ｌ」は、比較的薄い旋回鏡板２３の厚さ寸法によって依存されるので、その寸法が狭い範囲に限定されることから、長さ「ｌ」による絞り減圧調節の自由度は小さい点に留意する。
また、内径「ｄ」に対しても留意点があり、（１）細孔の塵埃に対する耐閉塞性から、または細孔の穴あけ加工容易性から、細孔（即ち、油入口部２９ａまたは油出口部３８ａ）の開口寸法の下限は、直径ｄ＝０．２ｍｍ位が望ましいこと、（２）細孔の加傷性（即ち、環状シール部材を跨いで往復する油入口部２９ａまたは油出口部３８ａの開口縁が環状シール部材を傷つける加傷性）から、または絞り調節限界（減圧率が低くなり過ぎる点）から、開口寸法の上限は、直径ｄ＝０．５ｍｍ位が望ましいことである。
【００２８】
上記の実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４から、間欠給油による減圧制御（含む開口位置変更による減圧制御）と、細孔による絞り減圧制御との相乗効果を図ることが、高圧側と低圧側との差圧が大きくなるスクロール圧縮機に、有効で且つ幅広い減圧・給油制御が行え、特に冷媒としてＣＯ２を用いるスクロール圧縮機においては、効果的に減圧・給油制御が行えるので望ましいと言える。しかしながら、間欠給油による減圧制御（含む開口位置変更による減圧制御）のみであっても、有効な減圧・給油制御は可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスクロール圧縮機では、旋回渦巻き部材の旋回運動の間に、高圧空間の潤滑油溜りと中間圧空間の背圧室をつなぐ給油通路の油入口部が環状シール部材上を往復し間欠的に高圧空間に開口することにより、または給油通路の油出口部が環状シール部材上を往復し間欠的に中間圧空間に開口することにより、減圧しつつ潤滑油量の実質的な供給を制御する。また、給油通路の細孔が持つ絞り効果で潤滑油量を抑制する相乗効果が得られる。
このような、間欠的連通による減圧・給油制御により、または間欠的連通による減圧・給油制御及び細孔による減圧制御により、ＣＯ２を冷媒とする冷凍システムでの差圧の大きい状況下においても、潤滑油を背圧室や吸入空間へ適切に且つ効果的に供給することが可能となり、圧縮効率の高い運転が可能なスクロール圧縮機を提供できる効果が得られる。
また、細孔内径の下限寸法をｄ＝０．２ｍｍにすることにより、塵埃に対する耐閉塞性や穴あけ加工容易性の向上効果が得られる。さらに、細孔内径の上限寸法をｄ＝０．５ｍｍにすることにより、環状シール部材への加傷や抑制不足の防止が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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
【図２】図１に示す給油通路の部分拡大断面図
【図３】図１に示す細孔と環状シール部材の、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
【図４】本発明による他の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図５】図４に示す給油通路の部分拡大断面図
【図６】図４に示す細孔と環状シール部材の、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
【図７】従来のスクロール圧縮機を示す断面図
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機
４ ステータ
５ ロータ
６ 駆動軸
７ 軸受部材
８ 軸受
９ クランク軸
１０ 固定渦巻き部材
１１ 旋回渦巻き部材
１２ 自転拘束部品
１３ 旋回軸受
１４ 吸入ポート
１５ 吐出ポート
１６ 容器内部空間
１７ 底部軸受
１８ 容積型ポンプ
１９ 底部潤滑油溜り
２０ 給油経路
２１ 上部潤滑油溜り
２２ 潤滑油溜り
２３ 旋回鏡板
２４ 内部上面
２５ 環状シール部材
２６ 窪み
２７ 固定鏡板
２８ 背圧室
２９，３８ 細孔（給油通路の一部）
３０，３７ 長穴（給油通路の一部）
３１ 圧縮空間
３２ 吸入空間
３３ 圧力調整機構
３４ ガイド溝
３５ 外周線
３６ 鍔部
４０ 給油通路
４５ 吸入管
４６ 吐出管
５０，５５ スクロール圧縮機
Claims (4)
- 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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、
前記給油通路の油出口部を前記中間圧空間に開口する位置に配設し、前記給油通路の油入口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 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当該旋回渦巻き羽根と前記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、前記旋回渦巻き部材の前記旋回渦巻き羽根面と反対側に設けられた軸受部材と、前記軸受部材の中央内部に位置し前記吐出圧力の下で潤滑油を溜める高圧空間と、前記軸受部材の外周内部に位置させた中間圧空間と、前記高圧空間と前記中間圧空間とを区画する環状シール部材と、前記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前記高圧空間と前記中間圧空間の圧力差によって前記潤滑油を給油するスクロール圧縮機であって、
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、前記給油通路の油出口部を、前記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往復し、前記高圧空間と前記中間圧空間に交互に開口する位置に配設したことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記環状シール部材を跨いで往復する前記油入口部または前記油出口部の直径をφ０．２ｍｍからφ０．５ｍｍの範囲とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスクロール圧縮機。
- 前記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から請求項３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
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