JP2005248772A

JP2005248772A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2005248772A
Application number: JP2004058348A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Murai; 洋一村井; Kazuo Sekigami; 和夫関上; Kazumi Tamura; 和巳田村; Atsushi Onuma; 敦大沼
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】
回転数により圧縮機の効率が変化しないスクロール圧縮機を得る。
【解決手段】
円板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロール５及び旋回スクロール６を噛合せ、旋回スクロール６を主軸１４に設けた１４ａ偏心軸部に係合して固定スクロール５に対し旋回運動させ、固定スクロール５の外周部に開口した吸入口よりガスを吸入し、固定スクロール５の中心部に開口する吐出口より圧縮ガスを吐出するスクロール圧縮機において、旋回スクロール６の偏心軸部１４ａに係合する旋回スクロール軸受６ａの外周部にシールリング３４を設けて高圧の油圧室４１と低圧室３６とを形成し、高圧の油圧室４１から低圧室３６へ連通する給油路５８を設けた。
【選択図】図1

Description

本発明はスクロール圧縮機に係り、特に冷凍、空調用の冷媒圧縮機、空気やその他のガス圧縮機として好適なスクロール圧縮機に関するものである。

従来、高圧室と低圧室との油の流れ量を適正にするため、旋回スクロールの鏡板背面部の背圧室にシールリングと、シールリングに高圧室と低圧室を往来する油を保持できる孔を設け、高圧室から低圧室へ潤滑油を漏らす給油路を構成することが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。

特開平９−２２８９６８号公報

従来の特許文献１のものでは、背圧室には高圧室である油圧室から旋回スクロ一ルのボス部にある複数個の小孔が、シールリングを跨いで旋回運動することにより、微量の潤滑油が供給される。したがって、インバータなどにより回転数が変化する圧縮機においては、回転数の増加と共に供絵される潤滑油の量は増加する。また、オルダムリング及び鏡板摺動部への給油量はインバータ圧縮機の最低回転数でも十分確保して信頼性があるようにしなければならない。しかし、低回転数で最適な給油量を設定した場合、高回転数になると最適油量以上が供給されることになり、低回転数の効率は良いが、高回転での効率は低回転数ほど向上しなくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、回転数により圧縮機の効率が変化しないスクロール圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロール及び旋回スクロールを噛合せ、前記旋回スクロールを主軸に設けた偏心軸部に係合して前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールの外周部に開口した吸入口よりガスを吸入し、前記固定スクロールの中心部に開口する吐出口より圧縮ガスを吐出するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの前記偏心軸部に係合する旋回スクロール軸受の外周部にシールリングを設けて高圧の油圧室と低圧室とを形成し、前記高圧の油圧室から前記低圧室へ連通する給油路を設けたものである。

また、上記のものにおいて、給油路は前記旋回スクロールが旋回する間前記シールリングの内側位置するように設けることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記給油路は複数個設けることが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記旋回スクロールはオルダムリングとオルダムキー溝によって支承され、前記給油路の開口軸方向は、前記の旋回スクロールのオルダムキー溝に向けられていることが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記旋回スクロールはオルダムリングとオルダムキー溝によって支承され、前記給油路の個数はオルダムキーの摺動部分の個数以上とされたことが望ましい。

本発明によれば、低圧室への給油量は圧縮機の回転数に依存しないで、高圧の油圧室と低圧室の差圧のみにより決まるので、回転数により給油量も変化せず、圧縮機構部へ流入する潤滑油量も変化しないので、回転数により圧縮機の効率が変化することがない。

本発明の一実施例について、図を参照して説明する。
図１はスクロール圧縮機の断面図であり、図２及び図３は旋回スクロールの断面図及び反ラップ面の外観図である。密閉容器２内の上方に圧縮機部、下方に電動機部３を設け、密閉容器２は内は上部室１a（吐出室）と上部電動機室1b、下部電動機室1cとに区画されている。圧縮機部は固定スクロール5と旋回スクロール6を互に噛合せて圧縮室を形成している。
固定スクロール5は、円板状の鏡板と、これに直立しインボリュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されたラップ5bとからなり、その中心部に吐出口1g、外周部に吸入口16を傭えている。

フレーム11は、中央部に軸受部40を形成し、軸受部40に回転軸14が支承され、回転軸先端の偏心軸14aは、上記旋回スクロール6のボス部6cに相対的な回転運動が可能なように挿入されており、旋回ボス底部との間に油室6dが形成されている。
フレーム11には固定スクロール5が複数本のボルトによって固定され、旋回スクロール部材6は、オルダムリング部とオルダムキー部とからなるオルダムリング38によってフレーム11に支承され、旋回スクロール6は固定スクロール5に対して、自転しないで旋回運動をするように形成されている。
回転軸14は、下部にロータ3bに固定された電動機軸14bが一体に設けられ、電動機部3が直結されている。固定スクロール5の吸入口16には密閉容器2を貫通して垂直方向の吸入管17が接続され、吐出孔10が開口している上部室1aは通路18を介して上部電動機室1bと連通している。
上部電動機室1bは電動機ステータ3aと密閉容器2の側壁との間に円周上に、切り欠きがあり、下部電動機室1cに連通している。また上部電動機室1bは密閉容器2を貫通する吐出管20に連通している。22は密閉容器底部の油溜りを示し、潤滑油22aは、密閉容器2の下部に油溜り22として溜められる。15は吸入部の逆止弁部であり、逆止弁用スプリングにより付勢されている。
回転軸14の上端は偏心軸部(クランクピン)14aを備え、偏心軸部14aが旋回スクロール6の鏡板のボス部6c内の旋回軸受6aを介して、スクロール圧縮要素部である旋回スクロール6と係合している。回転軸14には、各軸受部への給油を行うための給油路13が回転軸14の下端から上端面まで形成される。4は、回転軸14の下端に取り付けられる強制ポンプであり、底部油溜り22から潤滑油を吸い上げる。

偏心軸部14aの下部には主軸受40があり、その外周部には旋回スクロールの鏡板背面にある背圧室36と主軸側周辺部の高圧の油圧室41とをシールするシールリング34をフレーム端面11cに備えている。旋回スクロール6の旋回運動に伴う遠心力を相殺する第1バランスウェイト9aと第2バランスウェイト9bを主軸14に取り付けられたロータ3bの上部と下部にそれぞれ固定して配置している。旋回スクロール６の旋回運動に伴う遠心力を相殺する第1バランスウェイト9a、第2バランスウェイト9bのある空間は冷媒ガス域であり、その空間内が油の雰囲気でないことによってバランスウェイト9a及び9bの回転による攪拌損失が大幅に減少できる。
潤滑油22aの油溜り22内に浸漬された強制ポンプ4は軸の回転を利用して、吐出する容積形ポンプであり、例えば、トロコイドポンプが望ましい。容器底部の油溜り22中の潤滑油22aは、給油路13内を主軸14の下部に取り付けた強制ポンプ14の吐出力により、給油路13内を上昇する。旋回軸受6a及び主軸受40のまわりは、シールリング34にて旋回鏡板により圧縮途中の圧力である中間圧力Pbの状態にある背圧室36と隔絶されているため概略吐出圧力の雰囲気となる。
給油路13内を上昇した潤滑油22aは、主軸受40及び旋回軸受6aへ給油され、軸受部6a、40に給油された油は、シールリング34によって背圧室36には流入しない。

図3及び図4に示すように、オルダムキーの摺動部への給油は、旋回スクロール6のボス部6cに高圧の油圧室41と低圧室36を連通する給油路58を複数個設けることにより行う。高圧となる油圧室側の給油路58の開口は、図4及び図5に示すように、旋回スクロール6及びボス部6cが旋回運動して最外周に位置する場合でも、シールリング34の内側(高圧の油圧室側)にあるように設ける。さらに、この給油路58の断面積A(=πｄ2/4)及び長さLと給油量Qの間には、以下の関係がある。

ただし、pd及びｐbはそれぞれ高圧の油圧室の圧力及び低圧室の圧力を示し、μは絵油される濁滑油の粘性係数を、nは給油路の個数を示す。
つまり、給油量Ｑは、給油路58の直径ｄと長さL、個数nを変えて最適化を図ることができる。また、給油路58を設ける位置は、旋回スクロール6のボス部6cで高圧の油圧室と低圧室とを常に連通していれることが望ましい。

また、給油路58の軸方向の延長上にオルダムリング38の旋回スクロール6のキー溝6m又はフレーム11のキー溝11bがある位置にすれば、オルダムキーの摺動部へ潤滑油を吹き付けることになるので摺動部の信頼性を向上することができる。この状態を図7から図10を用いて説明する。図7及び図8は旋回スクロール6のオルダムキー溝6mとオルダムリング38の旋回時の位置関係を示し、給油路58の開口はオルダムキー溝6mの方向に略一致して向けられ、オルダムキー溝6mへ潤滑油を供給し易くしている。

図9及び図10は旋回時の給油路58とフレーム11のオルダムキー溝11bとオルダムリング38の位置関係を示し、給油路58はオルダムキー方向に向けられ、潤滑油を供給する。また、このような位置関係にすると、給油量を更に絞り込んでも(給油量を小さくしても)、オルダムリングヘの給油の信頼性を保持することが可能になる。これにより、摺動部の信頼性を保持しつつ、圧縮機構への潤滑油の流入を抑えることになり、圧縮機の効率が向上する。
また、給油路58の個数は、オルダムキーの摺動部分の個数である4個以上とする。更に4個以上の給油路58を設ける場合、旋回スクロール6のボス部6cに均等に分布させる。さらに、オルダムキー溝方向に吹き付けるように集中配置させると、オルダムキー摺動部の信頼性が向上する。

本発明の他の実施形態について、図11から図18を用いて説明する。
図11及び図12は旋回スクロールの断面図及び反ラップ面の外観図である。オルダムキー部への給油は、旋回スクロール6の旋回軸受部6aの上部にある主軸14の偏心軸部14aとで形成される空間6dと旋回スクロール6にあるオルダムキー溝6mとを連通させる給油路61及びフレーム11のオルダムキー溝11bへの給油路62により行う。図13から図16は旋回時の旋回スクロールのオルダムキー溝とオルダムキー及びフレームのオルダムキー溝とオルダムキーの関係を示す。図13及び図14は旋回運動時の旋回スクロールのオルダムキー溝とオルダムキーの位置関係を示す。給油路61により供給される潤滑油は旋回スクロール6のオルダムキー溝6m部とオルダムキーに供給される、オルダムキーの摺動時に潤滑油が常に供給される。

図15及び図16は旋回運動時のフレーム11のオルダムキー溝11bとオルダムリング38の位置関係を示し、給油路62の開口方向をフレーム11のオルダムキー溝11b及びオルダムリング38に向けて、潤滑油がオルダムキーの摺動部へ常に供給されるように配置する。これにより、オルダムキー摺動部の信頼性が向上する。給油量Qとそれぞれの給油路61及び62の形状との関係を図17及び図18によって示す。旋回スクロール6のオルダムキー溝6mに連通する給油路61の直径及び長さをd1及びL1とすると、旋回スクロールのオルダムキー溝への給油量Q1の間には以下の関係がある。

ただし、pd及びpbはそれぞれ高圧の油圧室の圧力及び低圧室の圧力を示し、μは給油される潤滑油の粘性係数を示す。給油量Q1は、給油路61の直径d1と長さL1により制御できる。ただし、この式では、キー溝への給油路を1本として計算している。

また、フレーム11のオルダムキー溝１1bに連通する給油路62の直径及び長さをd2及びL2とすると、旋回スクロールのオルダムキー溝への給油量Q2の間には以下の関係がある。

ただし、pd及びpbはそれぞれ高圧の油圧室の圧力及び低圧室の圧力を示し、μは絵油される潤滑油の粘性係数を示す。つまり、絵油量Q2は、給油路62の直径d2と長さL2により制御すれば良い。
以上より、従来機で見られた回転数による高回転数での背圧室への給油量の増加に伴い、圧縮機構部への潤滑油の流入量が増加して圧縮機の効率低下を抑制することができる。さらに、潤滑油の給油は、給油路の開口方向をオルダムキー及びキー溝へ向けて、油を吹き付けるようにすることにより、キー及びキー溝の摺動信頼性を向上させることが可能となる。したがって、潤滑油の給油量を最小化でき、圧縮機の効率を向上させる効果がある。さらに、シールリングにより、十分な潤滑油が必要な軸受部と、不必要な圧縮機構部を完全に分離されるので、独立して給油量を設計でき、それぞれ最適化できるメリットがある。

また、旋回スクロールの鏡板背面部に、シール部を介して高圧の油圧室と低圧室を設け、高圧の油圧室と低圧室を連通する絵油路を設けているので、低圧室もしくは、背圧室への油量は油圧室と低圧室の差圧と、この二つの室を連通する給油路の長さ及び断面積で最適化することができ、回転数には依存しない。さらに、圧縮室へ入る潤滑油はこの給油路を通った微量な油のみであり、圧縮部の吐出孔から出てくる吐出ガス内の油量は小さくなり、圧縮機から外部への油上がり量を低下させ、圧縮機内の油量は保持されることになる。

本発明の一実施の形態によるスクロール圧縮機の断面図。一実施の形態による旋回スクロールの断面図。一実施の形態による旋回スクロールの鏡板面からの見た外観図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部周辺の拡大断面図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部周辺の拡大断面図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部の拡大断面図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリングキー溝、オルダムリングの拡大断面図。一実施形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリングキー溝、オルダムリングの拡大断面図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリング、フレームオルダムリングキー溝の拡大断面図。一実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリング、フレームオルタムリングキー溝の拡大断面図。他の実施の形態による旋回スクロールの断面図。他の実施の形態による関する旋回スクロールの鏡板面からの見た外観図。他の実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリングキー溝、オルダムリングの拡大断面図。他の実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリングキー溝、オルダムリングの拡大断面図。他の実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリング、フレームオルダムリングキー溝の拡大断面図。他の実施の形態による旋回スクロールのボス部とオルダムリング、フレームオルダムリングキー溝の拡大断面図。さらに、他の実施の形態による旋回スクロールのオルダムリングキー溝への給油孔の断面図。さらに、他の実施の形態によるフレームのオルダムリングキー溝への絵油孔の断面図。従来の回転数と給油量の関係を示すグラフ。実施の形態における回転数と給油量の関係を示すグラフ。

符号の説明

1a…吐出室、2…密閉容器、3…モータ部、3a…ステータ、3b…ロータ、4…強制ポンプ、5a…固定スクロール、5ｂ…固定スクロールラップ部、6…旋回スクロール、6a…旋回スクロール軸受、6a…旋回スクロールラップ部、6c…シール機構部、6h…ボス部、6m…オルダムキー溝、10…吐出孔、11…フレーム、13…シャフト内給油路、14…主軸、14a…偏心軸部、17…吸入管、20…吐出管、22…油溜り、22a…油、34…シールリング、36…背圧室（低圧室）、37…排出油管、38…オルダムリング、40…主軸受、41…高圧室、58…連通孔、61…連通孔、62…連通孔、63…小孔。

Claims

円板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロール及び旋回スクロールを噛合せ、前記旋回スクロールを主軸に設けた偏心軸部に係合して前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールの外周部に開口した吸入口よりガスを吸入し、前記固定スクロールの中心部に開口する吐出口より圧縮ガスを吐出するスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールの前記偏心軸部に係合する旋回スクロール軸受の外周部にシールリングを設けて高圧の油圧室と低圧室とを形成し、前記高圧の油圧室から前記低圧室へ連通する給油路を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１に記載のものにおいて、前記給油路は前記旋回スクロールが旋回する間前記シールリングの内側位置するように設けることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１に記載のものにおいて、前記給油路は複数個設けることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１に記載のものにおいて、前記旋回スクロールはオルダムリングとオルダムキー溝によって支承され、前記給油路の開口軸方向は、前記の旋回スクロールのオルダムキー溝に向けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１に記載のものにおいて、前記旋回スクロールはオルダムリングとオルダムキー溝によって支承され、前記給油路の個数はオルダムキーの摺動部分の個数以上とされたことを特徴とするスクロール圧縮機。