JP2004150285A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧縮機では、空調機ユニットの運転条件によっては軸受部への差圧給油が行えなくなり軸受の焼付きが発生するという問題があった。
【解決手段】本発明においては、中間圧力空間と吸入圧力雰囲気空間を連通する潤滑油通路を設けたことにより、空調機ユニットなどの運転条件によりボス部空間の圧力Ｐｍと吸入圧力圧力空間の圧力Ｐｓの差圧が圧力調整ばねにより与えられる力αに打ち勝ち圧力調整弁を開放するほど大きくない場合でも、高圧空間から低圧空間への潤滑油の流れが発生し軸受部への差圧給油を行う事が可能になった。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷媒圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷媒圧縮機であるスクロール圧縮機は、密閉容器に設けられたそれぞれの板状渦巻歯が相互に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、この揺動スクロールを軸方向に支持すると共にこの揺動スクロールを駆動する主軸を半径方向に支持するコンプライアントフレームと、このコンプライアントフレームを半径方向に支持し、密閉容器に固定されたガイドフレームとを備え、コンプライアントフレームのガイドフレームに対する軸方向の摺動により揺動スクロールを軸方向に移動可能としたスクロール圧縮機において、コンプライアントフレームとガイドフレーム間にフレーム空間を形成し、フレーム空間内を吸入圧より高く、吐出圧以下の圧力としたものである。また、
このスクロール圧縮機において冷凍機油の溜まる密閉容器の底部を吐出圧力近傍の高圧とすると共に、前記コンプライアントフレーム内の中間圧力空間を給油経路途中とし、フレーム空間を圧力調整装置を介して低圧空間に連通したものである。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６１２５４号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上に説明したスクロール圧縮機では、圧力調整装置の圧力調整ばねのばね力が強力過ぎて空調機ユニットの運転状態により中間圧力Ｐｍと吸入空間圧力Ｐｓの差圧によりあたえられる力が前記ばね力より小さい場合、圧力調整弁３ｊが開放されない可能性も想定された。吐出圧力空間から中間圧力空間を経由した吸入圧力空間への潤滑油の流れが阻害され、揺動軸受への潤滑が十分に行えない場合を克服しておくことが必要であった。
【０００５】
この発明は、上記の問題発生の可能性を解消するためになされたもので、空調機ユニットの運転圧力条件に関わらず、軸受け部への潤滑を可能にすることにより、一層信頼性の高い圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わるスクロール圧縮機は、密閉容器内に設けられた台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するよう噛合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、その下部において前記揺動スクロールと該揺動スクロールを支持するフレームにより周囲を囲み形成すると共に圧力調整弁を介して吸入圧力空間と連通し圧力の調整及び潤滑油の排出を行う中間圧力室と、前記圧力調整弁以外に前記中間圧力室と吸入圧力空間を常に連通するような潤滑油通路と、を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１
以下この発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明の実施の形態１を表す圧縮機の縦断面図である。
【０００８】
図１において、１は固定スクロールであり、その外周部はガイドフレーム１５にボルト（図示せず）によって締結されている。台板部１ａの一方の面（図１において下側）には板状渦巻歯１ｂが形成されると同時に、外周部にはオルダム案内溝１ｃがほぼ一直線上に２個形成されている。このオルダム案内溝１ｃにはオルダムリング９の爪９ｃが往復摺動自在に係合されている。さらに固定スクロール１の側面からは、吸入管１０ａが密閉容器１０を貫通して圧入されている。
【０００９】
２は揺動スクロールであり、台板部２ａの上面には前記固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂとこの板状渦巻歯１ｂとは渦巻歯部分が実質的に同一形状である板状渦巻歯２ｂが設けられており、前記板状渦巻歯１ｂと前記板状渦巻歯２ｂとは幾何学的に圧縮室１ｄを形成している。前記台板部２ａの前記板状渦巻歯２ｂと反対側面の中心部には中空円筒のボス部２ｆが形成されており、主軸４上端の揺動軸部４ｂと回転自在に係合されている。また、前記台板部２ａの前記板状渦巻歯２ｂと反対側の面にはコンプライアントフレーム３のスラスト軸受け３ａと圧接摺動可能なスラスト面２ｄが形成されている。また、揺動スクロールの前記台板部２ａの外周部には、固定スクロール１のオルダム案内溝１ｃとほぼ９０度の位相差をもつ２個一対のオルダム案内溝２ｅがほぼ一直線上に２ケ形成されており、このオルダム案内溝２ｅにはオルダムリング９の爪９ａが往復摺動自在に係合されている。また前記台板部２ａには前記圧縮室１ｄと前記スラスト面２ｄを貫通する抽出孔２ｊが設けられ、圧縮途中の冷媒ガスを抽出して前記スラスト面２ｄに導く構造となっている。
【００１０】
前記コンプライアントフレーム３はその外周部に設けられた上下２つの円筒面３ｄ、３ｅを、前記ガイドフレーム１５の内周部に設けた円筒面１５ａ、１５ｂにより半径方向に支持されており、その中心部には固定子７により回転駆動される前記主軸４を半径方向に支持する主軸受け３ｃおよび副主軸受け３ｈが形成されている。また、前記スラスト軸受け３ａ面内から軸方向に貫通する連絡通路３ｓが設けてあり、そのスラスト軸受け３ａ側開口部２ｋは揺動スクロール抽出孔２ｊに対面して配置されている。また、前記コンプライアントフレーム３には、圧力調整弁収納空間３ｉが形成されており、この圧力調整弁収納空間３ｉの一端（図１における左端）は前記コンプライアントフレーム３と前記揺動スクロール２から形成される前記ボス部空間２ｈに連通するとともに他端（図１における右端）は前記固定スクロール１、前記揺動スクロール２、前記コンプライアントフレーム３と前記ガイドフレーム１５から形成される吸入圧力空間１ｇに開放されている。この圧力調整弁収納空間３ｉには、前記ボス部空間２ｈ側に圧力調整弁３ｊが前記コンプライアントフレーム３に対し摺動自在に収納されており、前記吸入圧力空間１ｇ側には圧力調整ばね押え３ｌが前記コンプライアントフレーム３に固着されて収納されており、これら圧力調整弁３ｊと圧力調整ばね押え３ｌの間には圧力調整ばね３ｋが自然長より縮められて収納されている。ここで、前記固定スクロール１、前記揺動スクロール２、前記コンプライアントフレーム３、前記ガイドフレーム１５によって圧縮機構部が構成される。また、固定子７と回転子８によって電動機部が構成されている。
【００１１】
前記ガイドフレーム１５の外周面１５ｇは焼きばめ、もしくは溶接などによって前記密閉容器１０に固着され、その外周部には冷媒の流路として切り欠きや凹部などよって圧縮機構部外周側流路１５ｃが設けられており、この圧縮機構部外周側流路１５ｃにより、前記固定スクロール１の吐出ポート１ｆから前記密閉容器１０内の吐出空間１００に吐出される高圧の冷媒ガスを圧縮機構部（固定スクロール１、揺動スクロール２、コンプライアントフレーム３、ガイドフレーム１５などによって構成される）と電動機部（固定子７、回転子８などによって構成される）の間の空間に開口している吐出管１０ｂに導いている。
【００１２】
また、前記ガイドフレーム１５の内周面には、前記コンプライアントフレーム３の外周面に形成された上下円筒面３ｄ、３ｅと係合する円筒面１５ａ、１５ｂおよびシール材を収納するシール溝が２ヶ所設けられており、前記円筒面１５ａ、１５ｂそれぞれに対しシール材１６ａ、１６ｂが設置されている。これら２つのシール材を用いて密封された前記ガイドフレーム１５の内周面と前記コンプライアントフレーム３の外周面からなるフレーム空間１５ｆは、前記コンプライアントフレーム３の前記連絡通路３ｓとのみ連通しており、前記抽出孔２ｊより供給される圧縮途中の冷媒ガスを封入する構造となっている。
【００１３】
４は主軸であり、その上端部には前記揺動スクロール２の揺動軸受け２ｃと回転自在に係合する前記揺動軸部４ｂが形成されており、その下側には主軸バランサ４ｅが焼きばめられている。さらにその下には前記コンプライアントフレーム３の前記主軸受け３ｃおよび副主軸受け３ｈと回転自在に係合する主軸部４ｃが形成されている。また前記主軸４の下側はサブフレーム６の副軸受け６ａと回転自在に係合する副軸部４ｄが形成され、この副軸部４ｄと前記主軸部４ｃ間には回転子８が焼きばめられている。この回転子８の上端面には第１バランサ８ａが、この回転子８の下端面には第２バランサ８ｂが固定されており、前記主軸バランサ４ｅと合わせて合計３個のバランサにより、静バランスおよび動バランスがとられている。さらに、前記主軸４の下端にはオイルパイプ４ｆが圧入されており、前記密閉容器１０底部の油だめ１０ｇにたまった冷凍機油或いは潤滑油である１０ｅを前記主軸４に設けた中空空間４ｇを通過して、揺動軸受２ｃや主軸受３ｃへ吸い上げる構造となっている。
【００１４】
また、前記密閉容器１０の側面にはガラス端子１０ｆが設置されており、前記固定子７からのリード線が接合されている。以上のように、本実施の形態のスクロール圧縮機は、上部に圧縮機構部、下部に電動機部を配置し、圧縮機構部を駆動する前記主軸４を前記密閉容器１０内に収納するとともに、前記密閉容器１０内は圧縮された吐出ガス雰囲気となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機を表している。
【００１５】
ここで、本発明では前記コンプライアントフレーム３の側面に、前記揺動スクロール２と前記コンプライアントフレーム３によって囲まれた空間（ボス部空間）２ｈと、前記固定スクロール１、前記揺動スクロール２、前記コンプライアントフレーム３と前記ガイドフレーム１５によって囲まれた吸入圧力空間１ｇを常に連絡する潤滑油通路３ｍが前記圧力調整弁収納空間３ｉとは別に設けられている。
【００１６】
次に、本発明のスクロール圧縮機の基本動作について説明する。低圧の吸入冷媒は吸入管１０ａから前記固定スクロール１および前記揺動スクロール２の板状渦巻歯で形成される前記圧縮室１ｄにはいる。回転子８と一体となった前記揺動スクロール２は固定子７によって生じる駆動力によって偏芯旋回運動を行なうとともに圧縮室１ｄの容積を減少させる。この前記圧縮室１ｄの容積を減少させる圧縮行程により吸入冷媒は高圧となり、吐出ポート１ｆより密閉容器１０内の吐出空間１００に吐き出される。
【００１７】
なお上記圧縮行程において圧縮途中の中間圧力の冷媒ガスは前記揺動スクロール２の抽出孔２ｊよりコンプライアントフレーム３の連絡通路３ｓを経て、フレーム空間１５ｆに導かれ、この空間の中間圧力雰囲気を維持する。高圧となった吐出ガスは前記密閉容器１０内を高圧雰囲気で満たし、吐出管１０ｂから圧縮機外に放出されるため、前記密閉容器１０内が高圧雰囲気となる高圧シェルタイプの圧縮機を構成している。
【００１８】
前記密閉容器１０底部の油だめ１０ｇにためられた冷凍機油或いは潤滑油１０ｅは、前記吐出空間１００の圧力Ｐｄと吸入圧力空間１ｇの圧力Ｐｓとの差圧により主軸４を軸方向に貫通する中空空間４ｇを通り揺動軸受け空間２ｇに導かれる。この軸受け部の絞り作用によって中間圧力となった前記冷凍機油１０ｅは、揺動軸受２ｃを潤滑した後に、前記揺動スクロール２と前記コンプライアントフレーム３によって囲まれた空間（ボス部空間）２ｈを満たし、圧力調整弁収納空間３ｉに配置した圧力調整ばね３ｋによって負荷される力に打ち勝って圧力調整弁３ｊを押し、吸入圧力空間１ｇに導かれ、低圧の冷媒ガスとともに圧縮室１ｄに吸入される。この際、ボス部空間２ｈの圧力Ｐｍは圧力調整弁３ｊと圧力調整ばね３ｋの作用により、Ｐｍ＝Ｐｓ＋αの圧力となるよう制御されている。ボス部空間の圧力Ｐｍが、揺動スクロール２とコンプライアントフレーム３を引き離そうとする力として作用することにより、固定スクロール１と前記揺動スクロール２のスラスト接触力が減少し、スラスト摺動損失を低減する構造となっている。前記圧縮室１ｄに吸入された前記冷凍機油１０ｅは圧縮行程により高圧の冷媒ガスとともに前記吐出ポート１ｆから前記密閉容器１０内に吐き出される。
【００１９】
さて、前記コンプライアントフレーム３には、圧縮作用により前記固定スクロール１と前記揺動スクロール２が軸方向に離れようとするスラストガス力と、ボス部空間２ｈの中間圧力により前記コンプライアントフレーム３と前記揺動スクロール２が離れようとする力の合計が図中下向きの力として作用する。
【００２０】
一方、圧縮途中の冷媒ガスを導いて中間圧力雰囲気となった前記フレーム空間１５ｆが前記コンプライアントフレーム３と前記ガイドフレーム１５を引き離そうとする力と、下部の高圧雰囲気に露出している部分に作用する差圧の合計が、上向きの力として作用する。定常運転時においては前記上向きの力が前記下向きの力を上回るように設定されており、このため前記コンプライアントフレーム３は上下２つの嵌合された円筒面３ｄ、３ｅにガイドされて上方に浮上する。前記揺動スクロール２は前記コンプライアントフレーム３と密着摺動して同様に浮上し、その板状渦巻歯２ｂを前記固定スクロール１に接触させて摺動する。
【００２１】
また、起動時や液圧縮時などには前記スラストガス力が大きくなり、前記揺動スクロール２はスラスト軸受け３ａを介して前記コンプライアントフレーム３を下方に強く押し下げるので、前記揺動スクロール２と前記固定スクロール１の歯先と歯底には比較的大きな隙間が生じ、圧縮室の異常な圧力上昇を回避することができる、いわゆる圧力リリーフを行うことが可能になっている。
【００２２】
前記コンプライアントフレーム３には前記揺動スクロール２に発生する転覆モーメントの一部または全部が、前記スラスト軸受け３ａを介して伝達されるものの、主軸受け３ｃから受ける軸受け負荷と、その反作用である２つの合力、すなわち前記コンプライアントフレーム３と前記ガイドフレーム１５の上下２つの円筒嵌合面３ｄ、３ｅから受ける反力の合力によって生じる偶力が転覆モーメントを打ち消すように作用するので、非常に良好な定常運転時追随動作安定性、およびリリーフ動作安定性を有する。
【００２３】
図１において、前記コンプライアントフレーム３には前記圧力調整弁収納空間３ｉの他に、中間圧力であるボス部空間２ｈと吸入圧力空間１ｇを常に連通する潤滑油通路３ｍが設けられている。空調機ユニットなどの運転条件により前記ボス部空間２ｈの圧力Ｐｍと吸入圧力空間１ｇの圧力Ｐｓの差圧が圧力調整ばね３ｋにより与えられる力αに打ち勝ち圧力調整弁３ｊを開放するほど大きくない場合でも、潤滑油が前記潤滑油通路３ｍを通り中間圧力である前記ボス部空間２ｈから吸入圧力空間１ｇへと流れるため、油だめ１０ｇから揺動軸受２ｃへの潤滑油の流れも発生し、揺動軸受２ｃへの潤滑油の供給が確保される。
【００２４】
また、図１では潤滑油通路３ｍを前記コンプライアントフレーム３の側面に貫通穴として設けたが、潤滑油通路３ｍは図２に示すとおり前記コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａに溝として設けてもよい。前記コンプライアントフレーム３の前記揺動スクロール２に対向する上端面において、前記圧力調整弁収納空間３ｉの他に、中間圧力であるボス部空間２ｈと吸入圧力空間１ｇを常に連通する潤滑油通路３ｍを設けた場合、この潤滑油通路３ｍの流路面積は、前記圧力調整弁収納空間３ｉ中の流路面積が最も狭い場所に比べて、１／５以下程度と十分小さくすることにより低差圧時の潤滑油の流れを確保するものの、定常運転時には潤滑油の粘性抵抗などにより、圧力調整弁収納空間３ｉを通過する潤滑油の流れとくらべ流量が十分小さいため、前記ボス部空間２ｈの圧力低下による性能の低下などの影響を少なくすることが可能となる。
【００２５】
また、図１では、潤滑油通路３ｍをコンプライアントフレーム３の側面に貫通穴として設けたが、潤滑油通路３ｍは図３に示すとおり揺動スクロール２に貫通穴として設けてもよい。図３において示すとおり前記揺動スクロール２において、中間圧力であるボス部空間２ｈと吸入圧力空間１ｇを常に連通する潤滑油通路３ｍが設けられている。このように構成された本発明の圧縮機では、空調機ユニットなどの圧力条件に関わらず前記揺動軸受２ｃへの給油が確保されるため圧縮機の軸受け焼き付きがおこりにくくなり圧縮機の信頼性が向上する。
【００２６】
また、図１では、潤滑油通路３ｍをコンプライアントフレーム３の側面に貫通穴として設けたが、潤滑油通路３ｍは図４に示すとおり揺動スクロール２の台板部２ｄに溝として設けてもよい。図４に示すように、前記揺動スクロール２において、中間圧力であるボス部空間２ｈと吸入圧力空間１ｇを常に連通する潤滑油通路が設けられた本発明の圧縮機では、空調機ユニットなどの圧力条件に関わらず前記揺動軸受２ｃへの給油が確保されるため圧縮機の軸受け焼き付きがおこりにくくなり圧縮機の信頼性が向上する。
【００２７】
また、図１では、潤滑油通路３ｍをコンプライアントフレーム３の側面に貫通穴として設けたが、図５に示すとおり、潤滑油通路３ｍは圧力調整弁３ｊと一体に設けてもよい。このように構成すると圧力調整弁３ｊをプレス加工などにより製作する際に、潤滑油通路３ｍを同時に加工することができるため、潤滑油通路３ｍをドリルなどにより加工する行程を必要としないため圧縮機製造コストを低減することが可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係わるスクロール圧縮機は、吐出圧力雰囲気となっている密閉容器の底部に溜められた潤滑油を、吐出圧力空間と吸入圧力空間の差圧を利用して軸受部に供給したのち、軸受部の絞り作用によって中間圧力となった潤滑油を、揺動スクロールと揺動スクロールを支持するフレームにより形成され、また圧力調整弁を介して間欠的に吸入圧力空間と連通することで圧力の調整および潤滑油の排出を行う機能を有する中間圧力室に導入し、中間圧力室の圧力を前記揺動スクロールの背面に作用させることにより歯先スラスト力の低減を行っている高圧シェルタイプのスクロール圧縮機において、前記圧力調整弁以外に前記中間圧力室と吸入圧力空間を常に連通するような潤滑油通路を設けたことにより、空調機ユニットなどの運転条件によりボス部空間の圧力Ｐｍと吸入圧力圧力空間の圧力Ｐｓの差圧が圧力調整ばねにより与えられる力αに打ち勝ち圧力調整弁を開放するほど大きくない場合でも、潤滑油が潤滑油通路を通り中間圧力であるボス部空間から吸入圧力空間へと流れるため、油だめから揺動軸受への潤滑油の流れも発生し、揺動軸受への潤滑油の供給が確保され、圧縮機の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において潤滑油通路をコンプライアントフレームの側面に貫通穴として設けた圧縮機の縦断面図
【図２】本発明において潤滑油通路をコンプライアントフレームのスラスト軸受に溝として設けた圧縮機の縦断面図
【図３】本発明において潤滑油通路を揺動スクロールに貫通穴として設けた圧縮機の縦断面図
【図４】本発明において潤滑油通路を揺動スクロールの台板部に溝として設けた圧縮機の縦断面図
【図５】本発明において潤滑油通路を圧力調整弁と一体に設けた圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
１ 固定スクロール、 １ａ 台板部、 １ｂ 板状渦巻歯、 １ｃ オルダム案内溝、 １ｄ 圧縮室、 １ｆ 吐出ポート、 １ｇ 吸入圧力空間、 ２揺動スクロール、 ２ａ 台板部、 ２ｂ 板状渦巻歯、 ２ｃ 揺動軸受、２ｄ スラスト面、 ２ｅ オルダム案内溝、 ２ｆ ボス部、 ２ｇ 揺動軸受け空間、 ２ｈ ボス部空間、 ２ｊ 抽出孔、 ２ｋ 連絡通路開口部 、 ３ コンプライアントフレーム、 ３ａ スラスト軸受け、 ３ｃ 主軸受け、 ３ｄ 上側円筒面、 ３ｅ 下側円筒面、 ３ｈ 副主軸受け、 ３ｉ 圧力調整弁収納空間、 ３ｊ 圧力調整弁、 ３ｋ 圧力調整ばね、 ３ｌ 圧力調整ばね押え、 ３ｍ 潤滑油通路 、 ３ｓ 連絡通路、 ４ 主軸、 ４ｂ 揺動軸部、 ４ｃ 主軸部、 ４ｄ 副軸部、 ４ｅ 主軸バランサ、 ４ｆ オイルパイプ、 ４ｇ 中空空間、 ６ サブフレーム、 ６ａ 副軸受け、 ７ 電動機固定子、 ７ａ 切り欠き部、 ７ｂ 下コイルエンド、 ８ 電動機回転子、 ８ａ 上バランサ、 ８ｂ 下バランサ、 ８ｃ 通路、 ９オルダムリング、 ９ａ 揺動スクロール側爪、 ９ｃ 固定スクロール側爪、 １０ 密閉容器、 １０ａ 吸入管、 １０ｂ 吐出管、 １０ｄ 密閉容器内空間、１０ｅ 冷凍機油、１０ｆ ガラス端子、 １０ｇ 油だめ、 １５ガイドフレーム、 １５ａ 上側円筒面、 １５ｂ 下側円筒面、 １５ｃ 切り欠き部、 １５ｆ フレーム空間、 １５ｇ 外周面、 １６ａ 上側シール材、 １６ｂ 下側シール材、 １００ 吐出空間。

Claims (6)

1. 密閉容器内に設けられた台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するよう噛合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、その下部において前記揺動スクロールと該揺動スクロールを支持するフレームにより周囲を囲み形成すると共に圧力調整弁を介して吸入圧力空間と連通し圧力の調整及び潤滑油の排出を行う中間圧力室と、前記圧力調整弁以外に前記中間圧力室と吸入圧力空間を常に連通するような潤滑油通路と、を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記潤滑油通路としてフレームに貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記潤滑油通路としてフレームのスラスト面に溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記潤滑油通路として揺動スクロールに貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記潤滑油通路として揺動スクロールのスラスト面に溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記潤滑油通路として中間圧力調整弁に連通穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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