JP2005083290A - スクロール圧縮機 - Google Patents

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正樹 藤野
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Abstract

【課題】 冷媒圧縮部に最適な量の潤滑油を確実に供給でき、かつ、ガスリークによる圧縮効率の低下を抑えたスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】 メインフレーム3と固定スクロール41との合わせ面に向けて吐出口が開放された給油通路35を設け、同給油通路35内に所定のクリアランスをもって絞りピン353を挿入して潤滑油Oの流入量を規制するとともに、メインフレーム側の合わせ面に溝状の連通部を形成して吐出口と圧縮室43内とを連通する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、空気調和機などの冷凍サイクルに用いられるスクロール圧縮機に関し、さらに詳しく言えば、冷媒圧縮部のガスリークによる圧縮損失を低減したスクロール圧縮機に関する。
スクロール圧縮機は、鏡板に直立する渦巻状のスクロールラップを有する固定スクロールと旋回スクロールとを互いのスクロールラップ同士を噛み合わせ、内部に圧縮室(密閉作動室)を形成してなる冷媒圧縮部が設けられている。
冷媒圧縮部は、旋回スクロールをクランク軸を備えた回転駆動軸により旋回運動させることにより、ラップ同士で形成される三日月状の圧縮室が外側から内側に向かって、その容積を減少しながら移動することで、内部に導かれた低圧冷媒を高圧冷媒へと圧縮するようになっている。
ところで、一般にこの種のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの焼き付きを防止するために各摺動部や軸受部に潤滑油を給油している。通常の給油手段としては、縦置き型密閉シェルの場合、密閉シェルの底部に貯留された潤滑油を回転駆動軸内に設けられた供給管を通して旋回スクロールの鏡板背面まで汲み上る途中、または、汲み上げた後に各ジャーナル軸受および旋回スクロールの鏡板背面のスラスト摺動部を潤滑している。
また、ガスリークを低減する目的で潤滑油の一部を圧縮室内に供給する場合もある。その一例として、例えば特許文献1がある。この特許文献1は、絞り機構として絞りピンを内蔵する潤滑油供給路を介して潤滑油を圧縮室の吸入空間に送り込むことにより、潤滑油が圧縮室内で薄膜を形成し、そのシール効果によってガスリークを低減する点が開示されている。
しかしながら、上述した潤滑油供給機構を有するスクロール圧縮機には、次のような課題があった。すなわち、特許文献1に記載のスクロール圧縮機では、潤滑油の流入量を規制する絞りピンが固定スクロールに固定されているため、これと嵌合する給油用の縦穴の位置を高精度に設計する必要があり、製作コストが高くなる。
また、位置決めに必要な精度を要求した場合、縦穴と絞りピンとのクリアランスが小さくなり、十分な給油量が得られないという問題が生じる。さらに他の例として、絞り機構としてノズルを使用する例があるが、ノズルの場合、穴がゴミや摩耗粉で詰まりやすいという問題がある。詰まりを防止するためノズルの穴径を大きくすると、潤滑油が必要以上に給油され、この潤滑油に溶け込んでいる冷媒の量だけ本来の仕事をするため、冷凍サイクルに吐出する冷媒量が減少し、能力が低下するという問題もある。
特開2003−21085号公報 特開2002−81389号公報
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷媒圧縮部に潤滑油を最適な量だけ確実に供給でき、かつ、ガスリークによる圧縮効率の低下を抑えたスクロール圧縮機を提供することにある。
上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項1において、密閉シェル内に固定スクロールおよび旋回スクロールの各鏡板上に立設された渦巻状の各スクロールラップ同士を互いに噛み合わせることにより、内部に圧縮室が形成される冷媒圧縮部と、同冷媒圧縮部を駆動するモータとを備えるとともに、上記旋回スクロールの鏡板背面とメインフレームとの間の空間が上記旋回スクロールの鏡板背面に摺接するスラストリングにより、上記スラストリング内径側の高圧空間と上記スラストリング外径側の低圧空間にそれぞれ区画され、上記低圧空間はラップ外周の吸入空間と連通するとともに、上記密閉シェル底部の潤滑油を上記高圧空間に導く給油手段を備えているスクロール圧縮機において、上記メインフレームは、一端の吸入口が上記高圧空間内に向けて開放され、他端の吐出口が上記低圧空間、または、上記スクロールラップの外側に位置し上記低圧空間と連通する吸入室に向けて開放された給油通路と、同給油通路内に所定のクリアランスをもって配置された絞りピンとを含むことを特徴としている。
請求項2において、上記スラストリングは、上記メインフレームとは別体に形成され、上記モータの軸方向に沿って上記メインフレームに対して微動可能に設けられており、その圧力差によって上記スラストリングの上端面は、上記旋回スクロールの鏡板背面に押し付けられることを特徴としている。
請求項3において、上記給油通路は、吸入口が上記高圧空間に開放された横穴と、一端の吐出口が上記メインフレームと上記固定スクロールの合わせ面に開放され、他端が上記横穴に開放された縦穴とからなり、上記吐出口は、上記合わせ面のほぼ半径方向に沿って形成された連通溝を介して上記吸入室に連通していることを特徴としている。
請求項4において、上記絞りピンは、上記縦穴内に備えられていることを特徴としている。
請求項5において、上記連通溝は、上記固定スクロール側の合わせ面に設けられた溝からなることを特徴としている。
請求項6において、上記連通溝は、上記スクロールラップを外側に延長する方向、かつ、上記旋回スクロールラップの最外端近傍に形成されていることを特徴としている。
請求項7において、上記スクロールラップのラップ形状は、その最外周に形成される2つの圧縮室が圧縮開始の状態において、ほぼ三日月形状の最外端が中心軸から見てほぼ同方向に設けられていることを特徴としている。
請求項8において、上記旋回スクロールの旋回運動1回転中において、上記旋回スクロールの鏡板は、その外縁部が常に上記溝と接触する外径に設定されていることを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、絞りピンを所定のクリアランスを持って給油通路内での拘束を解いた状態(いわゆる、フリー)とすることにより、従来のような絞りピンを固定するための固定孔を設けなくてよい。また、給油孔の位置も高精度にする必要が無く、加工コストを低減することができる。
請求項2に記載の発明によれば、旋回スクロールの鏡板背面とスラストリングとの隙間からの冷媒のリークがなくなり、能力が向上する反面、同隙間からの給油もなくなるため、本発明による給油によって能力が低下することなく圧縮室の潤滑が可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、給油通路の加工コストを低減できる。請求項4に記載の発明によれば、上記横穴の反吸入口側端部が高圧となり、密閉シェルとの隙間から上記横穴の反吸入口側端部への冷媒の侵入を防ぐことができ、給油量を安定させることができる。
請求項5〜8に記載の発明によれば、潤滑油をできるだけダイレクトに吸入室に送り込むことができるようになり、起動時の潤滑不良を低減することができる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の内部構造を模式的に示した断面図である。このスクロール圧縮機1は、メインフレーム3を挟んで上側が吐出室21、下側が電動機室22に区画された円筒状の密閉シェル2を縦置きにしたものからなる。
吐出室21内には、固定スクロール41および旋回スクロール42からなる冷媒圧縮部4が収納され、電動機室22内には、冷媒圧縮部4を駆動するモータ(電動機)5と、その出力軸としての回転駆動軸6とが収納されている。
固定スクロール41には、円盤状の鏡板411の一方の面(図1では下面)に渦巻状のスクロールラップ412が一体的に立設されており、ほぼ中央には内部で生成された高圧冷媒を吐出室21に吐出するための吐出口413が設けられている。
旋回スクロール42には、円盤状の鏡板421の一方の面(図1では上面)に渦巻状のスクロールラップ422が立設されており、鏡板421の背面中央には、旋回スクロール42を旋回運動させるための回転駆動軸6のクランク軸62が差し込まれるボス423が形成されている。
この固定スクロール41と旋回スクロール42の各スクロールラップ412,422同士を互いに向き合わせて噛み合わせることにより、冷媒圧縮部4の内部に圧縮室43(密閉作動室)が形成される。
この例において、スクロール圧縮機1は内部高圧型であり、密閉シェル2の上端部には、図示しない冷凍サイクルにて仕事を終えた低圧冷媒を吐出室21と区画して吸入室431に直接引き込むための冷媒吸入管23が設けられている。
密閉シェル2の側部には、圧縮された高圧冷媒を冷凍サイクルに送り出すための冷媒吐出管24が設けられている。また、密閉シェル2内の底部には、潤滑油Oが一定量貯留されている。
なお、本発明において、モータ5の構成は、あくまでスクロール圧縮機構を備えるに必要な構成要素を備えていればよく、その構成は従来のものと同じであってよいため、本発明では、その具体的な説明は省略する。
電動機5の回転駆動軸6は、モータ5に対して同軸的に配置される主軸61と、主軸61の上端側に一体的に形成され、主軸61に対して偏心配置されたクランク軸62とを備えている。
回転駆動軸6の内部には、密閉シェル2の底部に溜まっている潤滑油Oを冷媒圧縮部4側に供給するための潤滑油供給管63が主軸61の回転軸に対して偏心配置されており、その下端は密閉シェル2の底部に貯留された潤滑油Oの内部に向けて差し込まれている。この回転駆動軸6の回転によって、潤滑油Oが潤滑油供給管63内を通って下側から旋回スクロール42の背面に持ち上げられ、供給される。
次に、メインフレーム3は、外周が密閉シェル2の内壁面に沿って固定される円盤状を有し、その中央には回転駆動軸6の主軸61を軸支する主軸受け31が形成されている。メインフレーム3の上面側には、旋回スクロール42が収納される収納凹部32が形成されている。
収納凹部32は、上端面側が下側に向かって環状に一段低く形成された第1凹部321を有し、第1凹部321上に旋回スクロール42の自転防止用のオルダムリング7が載置されている。
収納凹部32の中央には、第1凹部321よりもさらに一段低く形成された第2凹部322が形成されており、第2凹部322内には、回転駆動軸6のクランク軸62と、旋回スクロール42のボス423が旋回運動可能な状態で格納されている。
第2凹部322の内壁面には、環状のスラストリング8が嵌合されている。スラストリング8は、円筒状のリング体からなり、上端面が旋回スクロール42の鏡板421背面と摺接する。スラストリング8は、外周面が第2凹部322の内壁面に沿って埋設された弾性シール部材34を介してシールされている。
このスラストリング8により、旋回スクロール42の鏡板421背面とメインフレームとの間の空間のうち、スラストリング8内径側の空間(すなわち、第2凹部322)が高圧空間、スラストリング8外径側の空間(すなわち、第2凹部321)が低圧空間としてそれぞれ区画される。これにより、低圧空間321は、吸入室431と実質的に連通し、常時吸込圧(低圧)となる。
メインフレーム3には、回転駆動軸6により送り込まれ、仕事を終えた潤滑油Oを再び電動機室22内に戻すための排油通路33と、潤滑油Oの一部を吸入室431内に送り込むための給油通路35とがさらに設けられている。
排油通路33は、一端の吸入口が第2凹部322の周壁面に向けて開放され、他端の吐出口がメインフレーム3の下端面から電動機室22内に向けて開放されており、メインフレーム3の半径方向に沿ってL字状に形成されている。
給油通路35は、一端の吸入口が第2凹部322の周壁面に向けて開放され、他端の吐出面がメインフレーム3と固定スクロール41との合わせ面に向けて開放されている。給油通路35は、メインフレーム3の半径方向に沿って延設された横穴351と、メインフレーム3の軸線方向に沿って平行に形成された縦穴352とを備えている。
横穴351は、一端が上記吸入口として第2凹部322内に向けて開放され、他端がメインフレーム3の外周面において密閉シェル2の内壁によって閉塞されており、その一部に縦穴352の下端が接続されている。
縦穴352は、下端が横穴351に接続され、上端が吐出口としてメインフレーム3と固定スクロール41の合わせ面に向けて延設された直線穴からなり、内部には所定のクリアランスをもって潤滑油Oの流入量を規制する絞りピン353が挿入されている。
この実施形態において、絞りピン353は金属製の丸棒からなり、縦穴352内に摺動可能な状態で挿入されている。これによれば、縦穴352の位置精度を必要としない分、加工コストを抑えることができる。また、絞りピン353が縦穴352内で動きやすいため、縦穴352のゴミなどの詰まりを防止できる。
この実施形態において、排油通路33の吸入口は、第2凹部322の底面よりも若干高い位置に開口されており、これに対して、給油通路35の吸入口は第2凹部322の底面とほぼ同一平面となるように開放されている。
これによれば、給油通路35には常に潤滑油Oが供給され、第2凹部322の底部に一定量の潤滑油Oが溜まると、不要な潤滑油Oは、吸入口を通して排油通路33に流れ込み電動機室22内へと戻される。
固定スクロール41のメインフレーム3に対する合わせ面には、給油通路35の吐出口と吸入室431とを連通する連通部44が設けられている。図2に示すように、連通部44は、固定スクロール41の外周方向から内周方向にかけて半径方向に沿って直線上に形成された溝からなり、一端が給油通路35の吐出口の直上とされ、他端が圧縮室43内の吸入空間431に向けて開放されている。
これによれば、給油通路35を通って吐出口まで持ち上げられた潤滑油Oは、連通部44に沿って移動し、吸入室431内に運ばれる。このとき、旋回スクロール42の鏡板421外周とメインフレーム3の第1凹部322の内周との間に形成される隙間45が大きすぎると潤滑油Oが低圧空間321に流れ落ち、吸入室431へ直接給油する量が減少する。
そこで、本発明において、旋回スクロール42の旋回運動1回転中において、旋回スクロール42の鏡板421の外縁部が常に溝44の形成範囲内に含まれるように旋回運動可能な距離に設定されている。これによれば、潤滑油Oが溝44を伝って旋回スクロール42の鏡板421のラップ側の吸入室431に直接供給されやすくなり、起動時の圧縮室43への給油性能が向上する。
この実施形態において、固定スクロール41および旋回スクロール42は、図2に示すように、各スクロールラップ同士を噛み合わせた際に最外周に形成される2つの圧縮室43の閉じ込み端が中心に対して対称であるスクロール型圧縮機とされている。
また、これ以外に図3に示すように、閉じ込み端が中心軸から見てほぼ同一方向である非対称圧縮室スクロールであってもよい。これによれば、溝44を吐出した潤滑油Oが両方の圧縮室43にダイレクトに入りやすくなる。
また、この実施形態では、連通部44は、圧縮室43に低圧冷媒を引き込むための冷媒吸入管23と旋回スクロールラップ最外周端との間に配置されているが、図3に示すように、冷媒吸入管23の直下、すなわち同一方向に設けてもよい。
さらに、この実施形態において、連通部44は、固定スクロール41とメインフレーム3との合わせ面のうち、固定スクロール41側に形成された連通溝からなるが、メインフレーム3側に設けてもよい。
すなわち、図4に示すように、メインフレーム3の合わせ面(上端面)に溝状の連通部36を設ける。ただし、この場合、連通部36の吐出方向が圧縮室43より下方となり、潤滑油Oが圧縮室4に直接入りにくくなる。そこで、潤滑油Oを確実に送り届けるには、旋回スクロール42の鏡板421の一部に切欠部423を設けて、ここから潤滑油Oを圧縮室43内に取り込むようにした方がよい。なお、連通部36と切欠部423とは旋回スクロール42の旋回範囲を含む同一直線上に形成されていることが好ましい。
このスクロール圧縮機1を駆動すると、図1に示すように、仕事を終えた低圧冷媒は冷媒吸入管23から吸入室431を通って圧縮室43内に引き込まれ、圧縮室43が外周側から内周側に移動するにつれて圧縮される。圧縮された高圧冷媒は、吐出口413から吐出室21内に吐出され、固定スクロール41とメインフレーム3に設けられた冷媒通路37を通って電動機室22に運ばれた後、冷媒吐出管24から再び冷凍サイクルへと送り出される。
潤滑油Oは、回転駆動軸6の回転により、内部の潤滑油供給管63を通って旋回スクロール42のボス423内部に汲み上げられた後、ボス423内周のクランク軸受を潤滑する。このとき、潤滑油Oの一部は、潤滑油供給管62の途中に設けられた潤滑孔631から吐出され、メインフレーム3の主軸受け31を潤滑する。クランク軸受および主軸受けを潤滑した後、メインフレーム3の第2凹部322内に溜まった潤滑油Oは、排油通路33を通って電動機室22に滴下し、再び密閉シェル2の底部に溜まる。
一部の潤滑油Oは、圧力差によって、給油通路35からメインフレーム3と固定スクロール41との合わせ面まで持ち上げられ、連通部44から吸入室431内に引き込まれる。
吸入室431内に引き込まれた潤滑油Oは、吸入冷媒とともに圧縮室43に吸入され、各ラップ間に薄膜を形成することにより、圧縮室43内における摺動部の摩擦低減および冷媒のガスリークの低減により、圧縮効率が向上する。
圧縮室43の潤滑を終えた潤滑油Oは、高圧冷媒とともに吐出口413から吐出室21に吐出され、吐出冷媒とともに冷媒通路37を通って電動機室22内に引き戻され密閉シェル2の底部に滴下する。
この実施形態において、吸入室431に冷媒を供給する冷媒供給管23は、密閉シェル2の上端部から吸入室431内に軸方向に沿って平行に差し込まれているが、密閉シェル2の側部から吸入室431内に水平に差し込まれるようにしてもよい。
本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の内部構造を模式的に示した断面図。 固定スクロールと旋回スクロールの各スクロールラップの相対位置を説明する説明図。 上記スクロールラップの変形例を示す模式図。 連通部の変形例を説明するための説明図。
符号の説明
1 スクロール圧縮機
2 密閉シェル
3 メインフレーム
31 主軸受け
32 収納凹部
321 第1凹部
322 第2凹部
33 排油通路
34 弾性シール部材
35 給油通路
351 横穴
352 縦穴
353 絞りピン
4 冷媒圧縮部
41 固定スクロール
42 旋回スクロール
43 圧縮室
431 吸入室
44 連通部
45 隙間
O 潤滑油

Claims (8)

  1. 密閉シェル内に固定スクロールおよび旋回スクロールの各鏡板上に立設された渦巻状の各スクロールラップ同士を互いに噛み合わせることにより、内部に圧縮室が形成される冷媒圧縮部と、同冷媒圧縮部を駆動するモータとを備えるとともに、上記旋回スクロールの鏡板背面とメインフレームとの間の空間が上記旋回スクロールの鏡板背面に摺接するスラストリングにより、上記スラストリング内径側の高圧空間と上記スラストリング外径側の低圧空間にそれぞれ区画され、上記低圧空間はラップ外周の吸入空間と連通するとともに、上記密閉シェル底部の潤滑油を上記高圧空間に導く給油手段を備えているスクロール圧縮機において、
    上記メインフレームは、一端の吸入口が上記高圧空間内に向けて開放され、他端の吐出口が上記低圧空間、または、上記スクロールラップの外側に位置し上記低圧空間と連通する吸入室に向けて開放された給油通路と、同給油通路内に所定のクリアランスをもって配置された絞りピンとを含むことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 上記スラストリングは、上記メインフレームとは別体に形成され、上記モータの軸方向に沿って上記メインフレームに対して微動可能に設けられており、上記スラストリングの上端面は、圧力差によって上記旋回スクロールの鏡板背面に押し付けられる請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3. 上記給油通路は、吸入口が上記高圧空間に開放された横穴と、一端の吐出口が上記メインフレームと上記固定スクロールの合わせ面に開放され、他端が上記横穴に開放された縦穴とからなり、上記吐出口は、上記合わせ面のほぼ半径方向に沿って形成された連通溝を介して上記吸入室に連通している請求項1または2に記載のスクロール圧縮機。
  4. 上記絞りピンは、上記縦穴内に備えられている請求項3に記載のスクロール圧縮機。
  5. 上記連通溝は、上記固定スクロール側の合わせ面に設けられた溝からなる請求項3または4に記載のスクロール圧縮機。
  6. 上記連通溝は、上記スクロールラップを外側に延長する方向、かつ、上記旋回スクロールラップの最外端近傍に形成されている請求項3,4または5に記載のスクロール圧縮機。
  7. 上記スクロールラップのラップ形状は、その最外周に形成される2つの圧縮室が圧縮開始の状態において、ほぼ三日月形状の最外端が中心軸から見てほぼ同方向に設けられている請求項3〜6のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。
  8. 上記旋回スクロールの旋回運動1回転中において、上記旋回スクロールの鏡板は、その外縁部が常に上記溝と接触する外径に設定されている請求項3〜7のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。
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