JP2005240646A - 圧縮機及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 柱状部材を圧入して螺旋状の潤滑油流路を形成する際の微小屑の発生を防止することができる圧縮機および該圧縮機を備えた空気調和装置を提供すること。
【解決手段】 流体ガスが外部から吸入される吸入室２２と、圧縮されて高圧となった前記流体ガスが吐出される吐出室２３と、前記吸入室２２と前記吐出室２３とを連通する連通路３１と、前記連通路３１に挿入される柱状部材（油絞り手段）３２とを備え、前記柱状部材３２の周壁には、前記吐出室２３側から前記吸入室２２側に向けて螺旋溝が形成される。柱状部材３２は、テーパ状に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吐出室内に溜まる潤滑油を吸入室へ戻す潤滑油流路を備える圧縮機に関する。

圧縮機は、圧縮機構が稼働することによってミスト状の潤滑油を含むガスが吸入される吸入室と、吸入室から圧縮機構を介して圧縮された流体ガスが吐出される吐出室と、吸入室と吐出室とを仕切る仕切部材とを有している。ミスト状の潤滑油は、吐出室内で流体ガスから分離されて吐出室の下部に溜まるようになる。吐出室に溜まった潤滑油は、仕切部材に形成された潤滑油流路を通して戻される。

この場合、吐出室は吸入室よりも高圧状態であるので、潤滑油の粘性に対して潤滑油流路を十分細く形成することで、圧縮機は、吸入室側と吐出室側との間の圧力差を保っている（例えば、特許文献１を参照。）。
図５に例を示した。図において符号１は仕切部材であり、潤滑油流路は、仕切部材１を貫通する連通路２と連通路２に圧入される柱状部材３のどちらか一方の壁面（図では柱状部材３）に形成される螺旋溝４と、螺旋溝４と対向する他方の壁面５とによって形成されている。柱状部材３は、連通路２に対して締まり嵌め寸法で形成されており、圧入されることで仕切部材１の板厚内に保持されている。
特開２００２−３９０６７号公報（段落２５−２８，第１図、第３図）

しかし、従来の圧縮機においては、柱状部材３を連通路２に圧入する際に、螺旋溝４と相対的にこすれる壁面５にむしれが生じる場合があった。むしれとは、摺動摩擦面同士の間に生じる局部的な焼き付き現象によって、一方の面がえぐられ、その結果表面が粗くなること、またはその部分を指す。また、むしれによって生じた微小屑を摺動方向に引きずってできた傷をかじりとする。むしれにより発生する微小屑６は、図のように潤滑油の流れを阻害して潤滑油流路を詰まらせる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、柱状部材を圧入して螺旋状の潤滑油流路を形成する際の微小屑の発生を防止することができる圧縮機および該圧縮機を備えた空気調和装置を提供することにある。

本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の圧縮機は、流体ガスが外部から吸入される吸入室と、圧縮されて高圧となった前記流体ガスが吐出される吐出室と、前記吸入室と前記吐出室とを連通する連通路と、前記連通路内に設けられる油絞り手段とを備え、前記油絞り手段の周壁と前記連通路の内壁との間には、前記吐出室側から前記吸入室側に向けて徐々に断面積が大きくなる隙間が形成され、更に、前記周壁と該周壁が対向する前記連通路の内壁とのいずれか一方に、前記吐出室側から前記吸入室側に向けて螺旋溝が形成されていることを特徴とする。

むしれの発生原因の一つとして、圧入時に油絞り手段が倒れ、螺旋溝が対向する壁面をドリルのように削り取るということが考えられている。本発明によれば、螺旋溝の先端部が径方向内側に位置し、連通路の内壁との間に隙間が空いている状態であるから、連通路に触れず、むしれの発生が抑えられる。
具体的形状の例として、連通路を円筒とし、油絞り手段をテーパ状とする。油絞り手段の周壁全体をテーパ状としてもよいが、吐出室側をストレート形状としてもよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記連通路は、前記吐出室側に開口し前記油絞り手段が挿入される円筒穴と、該円筒穴に連続した流路として、一端が前記円筒穴の底面周縁の一部に開口するとともに他端が前記吸入室に開口する下流部とを有していることを特徴とする。

本発明によれば、高圧の吐出室から吸入室側に圧力を受けても、円筒穴の底面がストッパとなり、油絞り手段の抜けを防止する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の圧縮機において、前記連通路の前記吐出室側開口縁と前記油絞り手段の前記吸入室側端部とのうち、少なくともいずれか一方に面取り加工が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、面取り加工によって、油絞り手段を連通路に挿入する際のむしれが発生しにくくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機において、前記油絞り手段を構成する材質は、前記連通路を構成する材質よりも線膨張係数が大きいことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、流体ガスが外部から吸入される吸入室と、圧縮されて高圧となった前記流体ガスが吐出される吐出室と、前記吸入室と前記吐出室とを連通する連通路と、前記連通路内に設けられる油絞り手段とを備え、前記油絞り手段を構成する材質は、前記連通路を構成する材質よりも線膨張係数が大きいことを特徴とする。

これら発明によれば、油絞り手段を線膨張係数の大きい材料により形成することで、運転時に温度が上がると油絞り手段が抜けにくくなる。すなわち圧入時における油絞り手段の寸法は従来よりも小さくてよい。

請求項７に記載の発明は、冷媒と室内気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と室外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、冷媒を減圧膨張させる膨張機構を備えた空気調和装置において、前記圧縮機は、請求項１から６のいずれかに記載の圧縮機であることを特徴とする。

本発明の空気調和装置においては、むしれの発生を抑えた圧縮機を採用することで潤滑油の流路の詰まりを防止して、空気調和装置の必要な個所に確実に潤滑油を供給することができる。

本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の圧縮機によれば、むしれの発生を抑えることができるから、潤滑油の流路の詰まりを防ぐことができ、圧縮機内の潤滑を確実に行うことができる。
請求項２に記載の圧縮機によれば、円筒穴の底面がストッパとなり、油絞り手段が吐出室と吸入室との圧力差により吸入室側に抜けてしまうことを防止することができる。
請求項３に記載の圧縮機によれば、吐出室側開口と前記油絞り手段の前記吸入室側端部とのうち、少なくともいずれか一方に面取り加工が施されているから、圧入の際にむしれの発生を更に抑えることができる。
請求項４及び５に記載の圧縮機によれば、挿入時における油絞り手段の寸法を従来より小さくすることができるから、挿入時のむしれを防止することができる。
また、請求項６に記載の空気調和装置は、潤滑油の流路の詰まりを防止して、空気調和装置の必要な個所に確実に潤滑油を供給することができる。

本発明に係るスクロール圧縮機の実施形態を図面を用いて説明する。
まずスクロール圧縮機の全体構成について図１を用いて説明する。図において符号１１はハウジングを示しており、このハウジング１１は、カップ状に形成されたハウジング本体１１ａと、ハウジング本体１１ａの開口端側に固定された蓋板１１ｂとで構成されている。

ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２および旋回スクロール１３からなるスクロール圧縮機構が配設されている。固定スクロール１２は端板１２ａの一側面に渦巻き状の壁体１２ｂが立設された構成となっている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２と同様に端板１３ａの一側面に渦巻き状の壁体１３ｂが立設された構成となっており、特に壁体１３ｂは固定スクロール１２側の壁体１２ｂと実質的に同一形状をなしている。

また、旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心しかつ１８０゜だけ位相をずらした状態で、壁体１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられており、蓋板１１ｂと端板１３ａとの間に設けられた自転阻止機構１５によって自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持されている。

蓋板１１ｂにはクランク１６ａを備える回転軸１６が貫通され、軸受１７ａ，主玉軸受１７ｂを介して蓋板１１ｂに回転自在に支持されている。

旋回スクロール１３側の端板１３ａの他端面の中央にはボス１８が突設されている。ボス１８にはクランク１６ａの偏心部１６ｂが軸受２０およびドライブブッシュ１９を介して回動自在に収容されており、旋回スクロール１３は回転軸１６を回転させることによって公転旋回運動するようになっている。また、ドライブブッシュ１９には、旋回スクロール１３に与えられたアンバランス量を打ち消すバランスウェイト２１が取り付けられている。

また、ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２の周囲に吸入室２２が形成され、さらにハウジング本体１１ａの内底面と端板１２ａの他側面とに区画されて吐出室２３が形成されている。吐出室２３からはハウジング１１に形成された吐出口２７を経て流体ガス（冷媒）がハウジング１１外へ送り出される。

固定スクロール１２側の端板１２ａの中央には容積を漸次減少させながら中心部に移動してきた圧縮室Ｃから吐出室２３に向けて高圧の流体ガスを導く吐出ポート２５が設けられている。また、端板１２ａの他側面中央には、所定の大きさ以上の圧力が作用した場合にのみ吐出ポート２５を開く吐出弁２６が設けられている。
固定スクロール１２および旋回スクロール１３は、壁体１２ｂ、１３ｂを互いに接触させることで複数の圧縮室Ｃを形成した状態で噛み合わせられている。

上記のように構成されたスクロール圧縮機においては、回転軸１６を回転させ、旋回スクロール１３を公転旋回運動させる。これにより、圧縮室Ｃはその容積を徐々に減少させつつ中央部に移動し、流体ガスが圧縮されて吐出ポート２５から吐出される。
このスクロール型圧縮機構の動作によって、ミスト状の潤滑油を含む粒体ガスが不図示の吸入口から吸入室２２へ流入し、圧縮室Ｃで圧縮されると吐出室２３へ吐出されて吐出口２７からハウジング外部へ吐出される。その結果、吐出室２３は、吸入室２２よりも高圧になり、その圧力の変化などによって吐出室２３の内部でミスト状の潤滑油の一部が分離される。なお、図で重力が働く方向は下方であり、符号２９は、冷媒から分離されて吐出室２３の内部に溜まった潤滑油である。ここで、吐出室２３と潤滑油２９が貯留する部屋とは完全に仕切られておらず、容易に油が流れていくことは無い程度に仕切られている。
本圧縮機は、吐出室２３の内部に溜まる潤滑油２９を、吸入室２２と吐出室２３との差圧を利用して吸入室２２へ戻す潤滑油流路３０を有している。潤滑油流路３０は、固定スクロール１２の端板１２ａおよび壁体１２ｂの下部を貫通して設けられており、吸入室２２と吐出室２３とを連通する連通路３１と、連通路３１に圧入される柱状部材（油絞り手段）３２とから形成される。
なお、潤滑油流路３０の上流側（潤滑油２９側）には、フィルタ３５ａが設けられている。

潤滑油流路３０の詳細を図２に示した。
連通路３１は、吐出室２３側に開口し柱状部材３２が圧入される円筒穴３３と、円筒穴３３に連続した流路として、一端が前記円筒穴３３の底面３３ａの縁部に開口するとともに他端が前記吸入室２２に開口する下流部３４とを有している。円筒穴３３の中心軸線と下流部３４の中心軸線とは偏心して配置され、また下流部３４の径は円筒穴３３の径よりも小さい。
円筒穴３３は、端板１２ａの吐出室２３側の面から吸入室２２に向かって端板１２ａの途中まで延びている。また、円筒穴３３の開口３３ｂの縁は、面取り加工３５が施されている。

柱状部材３２は、円筒穴３３の開口３３ｂから底面３３ａにかけて収まる略円柱状であり、円筒穴３３に対して締まり嵌め寸法で形成されている。柱状部材３２の先端（吸入室２２側端部）は、圧入時のむしれ防止のために面取り加工３６が施されており、先端が円筒穴３３の底面３３ａに当接している。
柱状部材３２の周壁３２ａには、吐出室２３側から前記吸入室２２側に向けて一条の螺旋溝４０が形成されている。螺旋溝４０は、図３に示すように、溝断面が半円状である。また、柱状部材３２は、螺旋溝４０が形成された後にバレル処理やブラスト処理が施されることにより、螺旋溝４０の両縁４０ａの角が取れて柱状部材３２の周壁３２ａから螺旋溝４０の内側にかけて丸くなだらかに形成される。

また、柱状部材３２の先端側は、先端ほど細くなるテーパ状のテーパ部４１となっている。本例においては、柱状部材３２の長さを２０ｍｍとし、面取り加工３６を含めたテーパ部４１の長さを１５ｍｍとする。周壁３２ａの吐出室２３側は円柱状のストレート部４２となっている。またテーパ部４１によって、円筒穴３３の内壁３３ｃと柱状部材３２の周壁３３ａとの間には吸入室２２に向けて徐々に流路面積が大きくなる隙間４３が生ずる。隙間４３のサイズは、吸入室２２側端部で１０μｍとなっている。
また、本実施形態においては、柱状部材３２の材質を、連通路３１が形成される固定スクロール１２の材質より線膨張係数の大きなものを採用する。

柱状部材３２を円筒穴３３に圧入する際は、まず、柱状部材３２と円筒穴３３の円筒面とに油を塗布する。次いで、円筒穴３３の開口３３ｂから、テーパ部４１を先にして柱状部材３２を圧入する。
この際、柱状部材３２にテーパ部４１が設けられていることによって、柱状部材３２が圧入時に倒れても螺旋溝４０の先端が円筒穴３３の内壁３３ｃと接触せず、むしれが発生しにくい。また、テーパ部４１によって生ずる円筒穴３３と柱状部材３２との隙間４３のサイズが十分小さいため、ストレート部４２を円筒穴３３に挿入する際には、倒れが発生してもその角度は小さく抑えられる（テーパ部４１の周壁が円筒穴３３の内壁３３ｃに面で接触するため、むしれの発生無く倒れが抑えられる）。したがってストレート部４２の螺旋溝４０先端がむしれを生ずることも抑えられる。

また、螺旋溝４０の両縁は、丸くなだらかであり、かつ円筒穴３３の開口３３ｂの縁に面取り加工３５が施されているため、螺旋溝４０の両縁４０ａと円筒穴３３の開口３３ｂの縁とが接触することによるむしれが生じにくい。また、塗布された油は、螺旋溝４０の縁４０ａによってかき取られることなく柱状部材３２の周壁３２ａと円筒穴３３の内壁３３ｃとを潤滑し、柱状部材３２と円筒穴３３との摩擦を軽減する。

圧縮機の運転時には、以下のように潤滑油が流れる。
吐出室２３の下部に滞留した潤滑油２９は、吐出室２３と吸入室２２との差圧により、潤滑油流路３０を通って吸入室２２側へ抜ける力を受ける。まず、潤滑油は柱状部材３２の螺旋溝４０の中に入り、螺旋溝４０を吸入室２２側に向けて流れる。
先端の面取り加工３６において円筒穴３３の内壁３３ｃと柱状部材３２との間に空間が広がり、潤滑油はこの空間を円周方向に流れ、円筒穴３３の底面３３ａの縁に開口している下流部３４に流れ込んで吸入室２２に吐出される。
また、テーパ部４１においては、柱状部材３２の周壁３２ａと円筒穴３３の内壁との間に隙間４３が形成されているため、徐々に螺旋溝４０を漏れだし、周壁３２ａの壁面伝いに流れ、下流部３４に流れ込んで同様に吸入室２２に吐出される。

上記のように構成される圧縮機では、円筒穴３３に螺旋溝４０が形成された柱状部材３２を圧入することにより、流路断面積が小さくかつ限られた板厚内にこの板厚よりも流路が長い潤滑油流路を形成できる。すなわち、圧力損失の大きな潤滑油流路を容易に形成することができる。
また、柱状部材３２にテーパ部４１が設けられていることによって、柱状部材３２が圧入時に倒れても螺旋溝４０の先端が円筒穴３３の内壁と接触せず、むしれが発生しにくい。
また、螺旋溝４０の両縁４０ａは、柱状部材３２の周壁３２ａから螺旋溝４０の内側にかけて丸くなだらかに形成されている。したがって、柱状部材３２の圧入中に螺旋溝４０の縁が塗布された油をかき取られることを抑えることができるので、円筒穴３３の内壁３３ｃと柱状部材３２の周壁３２ａとの間の摩擦が軽減される。また、柱状部材３２の圧入中に螺旋溝４０の両縁４０ａと円筒穴３３の開口３３ｂの縁との接触によってどちらかにむしれが生ずることを抑えることができる。
以上のように、本実施形態においてはむしれによる微小屑の発生が抑えられるので、螺旋溝４０の内側に微小屑が溜まることによる潤滑油流路の油溜りを抑えることができる。

また、円筒穴３３よりも径の小さな下流部３４は、円筒穴３３の中心軸線に対して偏心して位置しており、かつ円筒穴３３の底面３３ａ縁部において連通している。このため、柱状部材３２の先端が円筒穴３３の底面３３ａと接触することによって、挿入された柱状部材３２が吸入室２２側へ抜けることを抑えることができる。また、潤滑油は面取り加工３６周囲または隙間４３を通って下流部３４へ抜け、吸入室２２に戻ることができる。

さらに、柱状部材３２の材質として固定スクロール１２より線膨張係数の大きなものを採用しているため、運転時に温度が上がると柱状部材３２はより高い強度で円筒穴３２に締結される。したがって従来よりも圧入時における柱状部材３２の寸法を小さくすることができるから、これによっても圧入時のむしれを防止することができる。
さらにまた、このような圧縮機を備えた空気調和装置として、冷媒と室内気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と室外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を減圧膨張させる膨張機構と、さらに冷媒を圧縮し吐出する圧縮機として本例の圧縮機を備えた空気調和装置とすることができる。これにより、潤滑油の流路の詰まりを防止して、空気調和装置の必要な個所に確実に潤滑油を供給することができる。

なお、上記の例では柱状部材３２の周壁３２ａに螺旋溝４０を設けたが、このかわりに周壁３２ａに対向する円筒穴３３の内壁３３ｃに同様の螺旋溝を設けてもよい。この場合を図４に示した。本例の柱状部材３２’は、図２の柱状部材３２と比較して螺旋溝４０は設けられておらず、円筒穴３３の内壁３３ｃに螺旋溝５０が設けられている。
本変形例においても、柱状部材３２’が圧入時に倒れても螺旋溝５０と接触せず、むしれの発生を抑えることができる。

また、上記の例では柱状部材３２の先端に面取り加工３６を施したが、これは必ずしも必要ではない。上記のように、テーパ部４１においては、柱状部材３２の周壁３２ａと円筒穴３３の内壁３３ｃとの間に隙間４３が形成されているため、この隙間４３を流路として潤滑油は下流部３４に流れ込むことができるからである。
また、上記のように柱状部材３２の材質として連通路３１を構成する部材の材質より線膨張係数が大きいものを採用することは、上記本実施形態の柱状部材３２に限るものではない。例えば全体がストレートな円柱形状である従来形状の柱状部材に適用してもよい。

さらにまた、螺旋溝４０の両縁を丸くなだらかに形成するための手段は、バレル処理やサンドブラスト処理に限定されるものではなく、例えば面取り加工やショットブラスト処理などを用いてもよい。また、柱状部材３２は、先端が円筒穴３３の底面３３ａに接触されるまで圧入されなくてもよく、間に若干の隙間を有していてもよい。

また、上記実施形態では円筒穴３３および柱状部材３２の断面形状は円形であるが、円形以外にも例えば断面が多角形であってもよい。
さらに、本実施形態ではスクロール圧縮機に本発明を適用した例を示したが、本発明が適用されるものは圧縮機であればよく、スクロール圧縮機に限定されないのは言うまでもない。

本発明の実施形態として示した横置き型スクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。 同スクロール圧縮機が備える潤滑油流路の断面図である。 同潤滑油流路の柱状部材に設けられた螺旋溝を拡大した断面図である。 同潤滑油流路の変形例について示した断面図である。 従来の圧縮機において、潤滑油流路を拡大して示した断面図である。

符号の説明

１１ ハウジング
１２ 固定スクロール
１２ａ 端板
１２ｂ 壁体
１３ 旋回スクロール
１３ａ 端板
１３ｂ 壁体
１７ｂ 主玉軸受
２２ 吸入室
２３ 吐出室
３０ 潤滑油流路
３１ 連通路
３２、３２′ 柱状部材（油絞り手段）
３２ａ 周壁
３３ 円筒穴
３３ｃ 内壁
３４ 下流部
４０ 螺旋溝
４１ テーパ部
４２ ストレート部
５０ 螺旋溝

Claims (6)

1. 流体ガスが外部から吸入される吸入室と、圧縮されて高圧となった前記流体ガスが吐出される吐出室と、
   前記吸入室と前記吐出室とを連通する連通路と、
   前記連通路内に設けられる油絞り手段とを備え、
   前記油絞り手段の周壁と前記連通路の内壁との間には、前記吐出室側から前記吸入室側に向けて徐々に断面積が大きくなる隙間が形成され、
   更に、前記周壁と該周壁が対向する前記連通路の内壁とのいずれか一方に、前記吐出室側から前記吸入室側に向けて螺旋溝が形成されていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記連通路は、前記吐出室側に開口し前記油絞り手段が挿入される円筒穴と、該円筒穴に連続した流路として、一端が前記円筒穴の底面周縁の一部に開口するとともに他端が前記吸入室に開口する下流部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記連通路の前記吐出室側開口縁と前記油絞り手段の前記吸入室側端部とのうち、少なくともいずれか一方に面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記油絞り手段を構成する材質は、前記連通路を構成する材質よりも線膨張係数が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機。
5. 流体ガスが外部から吸入される吸入室と、圧縮されて高圧となった前記流体ガスが吐出される吐出室と、
   前記吸入室と前記吐出室とを連通する連通路と、
   前記連通路内に設けられる油絞り手段とを備え、
   前記油絞り手段を構成する材質は、前記連通路を構成する材質よりも線膨張係数が大きいことを特徴とする圧縮機。
6. 冷媒と室内気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と室外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、冷媒を減圧膨張させる膨張機構を備えた空気調和装置において、
   前記圧縮機は、請求項１から５のいずれかに記載の圧縮機であることを特徴とする空気調和装置。

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