JP2006226246A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機において、給油過多による吸入加熱や、給油不足による漏れがなく、体積効率の低下による性能低下が起こることなく、広範囲の運転条件において効率を良くすること。
【解決手段】主軸受部材１３に形成された環状のシール溝２７の外周面とシール溝２７に挿入されたシール材２８の外周面との間に隙間を設けることにより、隙間を調整することで給油量を調整できるため、吸入加熱や漏れによる体積効率の低下を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの円軌道運動により圧縮室が外周部から中心部に容積を小さくしながら移動するのを利用して流体の吸入、圧縮、吐出を繰り返し行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る仕切り手段を有し、また、この仕切り手段の高圧側と低圧側に交互に開口する給油経路を形成している（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部断面図である。図に示すように、固定スクロール１と、旋回スクロール２と、主軸受部材３と、旋回軸部４とから構成され、主軸受部材３には環状のシール溝３ａが形成され、シール材５が挿入されており、旋回スクロール２の旋回に伴いシール材５の内側と外側に交互に開口する給油経路６を旋回スクロール２の鏡板２ａ内に形成している。
特開２００３−２３９８８０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、シール材からの漏れは無く、給油経路からの給油量はシール材内側の高圧側とシール材外側の低圧側との圧力差で決まってしまう。そのため、圧力差の大きい高負荷条件では給油量が多すぎにより吸入加熱による体積効率の低下が発生し、圧力差の小さい低負荷条件では給油量不足による圧縮室のシール性低下が発生し、漏れによる損失で性能低下が発生する。そのため、低負荷条件で給油量を最適化すると高負荷条件で性能低下が起こるといったことが起こり、広範囲の運転条件で高効率を維持することが難しいという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給油量を調整することにより、広範囲の運転条件において高効率なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、シール溝の外周面とシール材の外周面との間に隙間を設けたものである。これによって、隙間を最適化することで広範囲の運転条件で最適な給油量が実現できる。

本発明のスクロール圧縮機は、負荷条件によって給油量の最適化を行うことで給油量過多による吸入加熱や給油量不足による漏れによる性能低下がなく、広範囲の運転条件で高効率が維持できる。

第１の発明は、密閉容器内に、圧縮機構部と電動機と油溜まりとを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャ
フトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と，同じく前記主軸受部材に環状のシール溝を形成し、このシール溝に、前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る環状のシール材を有し、前記油溜まりの油を前記クランクシャフトに軸方向に設けられた油孔を通して前記旋回軸端に供給し、前記旋回軸受および前記主軸受を潤滑した後、前記油溜まりに戻す給油経路を設けたスクロール圧縮機において、前記シール溝の外周面と前記シール材の外周面との間に隙間を設けたことにより、運転条件によってこの隙間が変化し、それに伴い隙間からの給油量も変化する。

これによって、高負荷条件では隙間が狭く給油量が少なくなり、吸入加熱による体積効率の低下を低減し、低負荷条件では隙間が広く給油量が多くなり、圧縮室のシール性低下による漏れを防ぐことができ、広範囲の運転条件で高効率を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のシール材の外周部に切り欠きを設けたことにより、シール溝の外周面とシール材の外周面とが密着した場合でも、切り欠き部を通って給油されるため、給油不足による性能低下を防ぐことができる。

第３の発明は、密閉容器内に、圧縮機構部と電動機と油溜まりとを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と、同じく前記主軸受部材に環状のシール溝を形成し、このシール溝に、前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る環状のシール材を有し、前記油溜まりの油を前記クランクシャフトに軸方向に設けられた油孔を通して前記旋回軸受端に供給し、前記旋回軸受および前記主軸受を潤滑した後、前記油溜まりに戻す給油経路を設け、前記旋回軸端より分岐する給油経路を前記旋回スクロール鏡板内に設け、分岐した給油経路の出口を、前記旋回スクロールの旋回運動において、前記シール材の高圧側と低圧側に交互に開口するように設けたスクロール圧縮機において、前記シール溝の外周面と前記シール材の外周面との間に隙間を設けたことにより、高負荷条件ではシール材は外側に広がりシール溝外周面との隙間が小さく、また、分岐給油経路出口が低圧側に臨む割合も小さくなる。

そのため、給油量が少なくなり、吸入加熱による体積効率の低下を抑えることができる。低負荷条件ではシール材の外周面とシール溝の外周面との隙間が広く、また、分岐給油経路出口が低圧側に臨む割合も大きくなる。そのため、給油量が多くなり圧縮室のシール性が向上し漏れが少なくすることができる。このことにより、広範囲の運転条件で高効率を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のシール溝の内周面とシール材の内周面との間に環状のリングを有し、このリングの熱膨張係数が主軸受部材の熱膨張係数より大きくすることにより、シール材が外側に広がった場合でも、リングの熱膨張によりシール材の内周面側に隙間が生じることがないため、内周面側と外周面側の隙間によりシール材がシール溝の中で自由に動くことがなく、安定した給油量を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。図２は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部断面図で、シール溝周りの断面を示すものである。また、図３は本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機のシール材の平面図である。

図１において、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランクシャフト１２の主軸受部材１３と、この主軸受部材１３上にボルト止めした固定スクロール１４との間に、固定スクロール１４と噛み合う旋回スクロール１５を挟み込んでスクロール式の圧縮機構１６を構成し、旋回スクロール１５と主軸受部材１３との間に旋回スクロール１５の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転防止機構１７を設け、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａを旋回スクロール１５に設けた旋回軸受１８に嵌合させている。固定スクロール１４の外周部には冷媒ガスを吸入するための吸入室１９が設けられ、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０が嵌合されている。

クランクシャフト１２の下端は密閉容器１１の下部のオイル溜まり２１に達して、密閉容器１１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２２により安定に回転できるように軸支されている。

電動機２３は主軸受部材１３と副軸受部材２２との間に位置して、密閉容器１１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子２３ａと、クランクシャフト１２の途中の外まわりに一体に結合された回転子２３ｂとで構成され、回転子２３ｂの上下端面の外周部分には、回転子２３ｂおよびクランクシャフト１２が安定して回転し、旋回スクロール１５を安定して円軌道運動させるため、ピン２４により止め付けられたバランスウェイト２５ａ、２５ｂが設けられている。

旋回スクロール１５外周部には背圧室２６が固定スクロール１４と主軸受部材１３により形成され、この背圧室２６は吸入室１９と連通している。旋回スクロール１５の鏡板１５ａの主軸受部材１３側は主軸受部材１３に配設した環状のシール溝２７に挿入された環状のシール材２８により仕切られており、内側は高圧、外側は背圧室２６となり低圧となっている。

給油機構はクランクシャフト１２の下端で駆動されるポンプ２９によって構成され、クランクシャフト１２には、オイル溜まり２１内のオイルを旋回軸受部空間３０に供給するため軸方向に貫通している給油通路３１が設けられている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動機２３によりクランクシャフト１２が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａが偏心駆動することにより旋回スクロール１５を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１４と旋回スクロール１５との間に形成している圧縮室３２が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０および固定スクロール１４の外周部の吸入室１９から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１４の中央部の吐出口３３からリード弁３４を押し開いて容器内吐出室３５に吐出させることを繰り返す。

吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６を貫通する吐出ガス通路３６を通り回転子２３ｂ上部に到達し、回転子２３ｂに貫通している回転子ガス通路３７を通って密閉容器１１の下部に導かれ、固定子２３ａ外周に配した固定子ガス通路３８、圧縮機構部１６外周に
配した圧縮機構部切り欠き（図示せず）を通って密閉容器１１の上部に到達し、吐出管４０から密閉容器１１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２１内のオイルはポンプ２９によりクランクシャフト１２を軸方向に貫通している給油通路３１を通じて旋回軸受部空間３０に供給される。供給されたオイルは２系統に分岐され、１系統は旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑し、主軸部１２ｂと主軸受４１を潤滑した後、主軸受部材１３の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２１に回収される。

もう１系統は、旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑したオイルは、差圧によりシール溝２７の内周面とシール材２８の内周面との隙間と、シール材２８の主軸受部材１３側の隙間を通り、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との隙間を通り背圧室２６へ供給される。

ここで、シール材２８は熱膨張と圧力差により外側に広がる。そのため、温度が高く圧力差の大きい高負荷条件では、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との隙間が小さくなり、背圧室２６への給油量が少なくでき、また、温度が低く圧力差が小さい低負荷条件では、シール溝２７の外周面とシール材２８外周面との隙間が大きくなり、背圧室２６への給油量が多くなる。

以上のように本実施の形態においては、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との間に適正な隙間を設けることにより、負荷条件によるシール材２８の外側への広がり量の違いで、シール溝２７の外周面とシール材２７の外周面との隙間を調整することで背圧室２６を通り、圧縮室へ供給される給油量を調整でき、広範囲の運転条件で高効率を実現できる。

また、図３のように、シール材２８の外周部に切り欠き２８ａを設けることにより、シール材２８が熱膨張と圧力差で外側に拡がりシール溝２７の外周面とシール材２７の外周面とが密着した場合でも、シール材２８の外周部の切り欠き２８ａを通って給油が行われるので、給油不足による性能低下や信頼性悪化を防ぐことができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるのスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。また、図５は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部断面図で、シール溝周りの断面を示すものである。

図４において、図１との違いは、旋回スクロール１５の鏡板１５ａ内に、クランクシャフト１２上部の旋回軸受部空間３０から半径方向に背圧室２６まで貫通した連通孔４２ａが設けられ、栓４３にて背圧室２６への連通を閉塞させている。旋回スクロール１５の鏡板１５ａの背圧室２６側から、連通孔４２ａに直交するように連通孔４２ｂが設けられ、連通孔４２ｂは旋回スクロール１５の旋回運動により、シール部材２８の内外周に交互に臨む位置に設けられている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動機２３によりクランクシャフト１２が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト１２の上端にある旋回軸部１２ａが偏心駆動することにより旋回スクロール１５を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１４と旋回スクロール１５との間に形成している圧縮室３２が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１１外に通じた吸入パイプ２０および固定スクロール１４の外周部の吸入室１９から冷媒ガス
を吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１４の中央部の吐出口３３からリード弁３４を押し開いて容器内吐出室３５に吐出させることを繰り返す。

吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６を貫通する吐出ガス通路３６を通り回転子２３ｂ上部に到達し、回転子２３ｂに貫通している回転子ガス通路３７を通って密閉容器１１の下部に導かれ、固定子２３ａ外周に配した固定子ガス通路３８、圧縮機構部１６外周に配した圧縮機構部切り欠き３９を通って密閉容器１１の上部に到達し、吐出管４０から密閉容器１１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２１内のオイルはポンプ２９によりクランクシャフト１２を軸方向に貫通している給油通路３１を通じて旋回軸受部空間３０に供給される。供給されたオイルは３系統に分岐され、１系統は旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑し、主軸部１２ｂと主軸受４１を潤滑した後、主軸受部材１３の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２１に回収される。ここまでは実施の形態１と同様である。

そしてもう１系統は、旋回軸受部空間３０に供給されたオイルは連通孔４２ｂがシール材２８の外側（背圧室２６）に臨んでいる状態の時、差圧により連通孔４２ａ、４２ｂを通って背圧室２６に導かれる。逆に、連通孔４２ｂがシール材２８の内側に臨んでいる状態の時は、差圧が発生せず、連通孔４２ａ、４２ｂにはオイルが流れない。

最後の１系統は、旋回軸受１８と旋回軸部１２ａを潤滑したオイルは、差圧によりシール溝２７の内周面とシール材２８の内周面との隙間とシール材２８の主軸受部材１３側の隙間を通り、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との隙間を通り背圧室２６へ供給される。

ここで、シール材２８は熱膨張と圧力差により外側に広がる。そのため、温度が高く圧力差の大きい高負荷条件では、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との隙間が小さくなり、また、連通孔４２ｂがシール材２８の外側に臨む割合も小さくなり、背圧室２６への給油量が少なくできる。一方、温度が低く圧力差が小さい低負荷条件では、シール溝２７の外周面とシール材２８外周面との隙間が大きくなり、また、連通孔４２ｂがシール材２８の外側に臨む割合も大きくなり、背圧室２６への給油量が多くなる。

以上のように本実施の形態においては、シール溝２７の外周面とシール材２８の外周面との間に適正な隙間を設けることにより、負荷条件によるシール材２８の外側への広がり量の違いで、シール溝２７の外周面とシール材２７の外周面との隙間と、連通孔４２ｂがシール材２８の外側に臨む割合を調整することで背圧室２６を通り、圧縮室３２へ供給される給油量を調整でき、広範囲の運転条件で高効率を実現できる。

また、シール材２８が熱膨張と圧力差で外側に拡がりシール溝２７の外周面とシール材２８の外周面とが密着した場合でも、連通孔４２ｂを通って給油が行われるので、給油不足による性能低下や信頼性悪化を防ぐことができる。

また、図６のように、シール溝２７の内周面とシール材２８の内周面の間に、熱膨張係数が主軸受部材１３より大きい環状のリング４４を設けることで、シール材２８が外側に拡がった場合でも、リング４４の熱膨張によりシール材２８の内周面側に隙間が生じることがないため、内周面側と外周面側の隙間によりシール材２８がシール溝２７の中で自由に動くことがなく、安定した給油量を維持することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、負荷条件によって給油量を最適に調整できるため、給油量過多による吸入加熱や、給油不足による漏れによる性能低下がないので、広範囲の運転条件で高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機として、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機のシール溝周りの断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機のシール材の平面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機のシール溝周りの断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機のシール溝周りの断面図 従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部断面図

符号の説明

１１ 密閉容器
１２ クランクシャフト
１３ 主軸受部材
１４ 固定スクロール
１５ 旋回スクロール
１５ａ 鏡板
１６ 圧縮機構
１８ 旋回軸受
２１ オイル溜まり
２３ 電動機
２６ 背圧室
２７ シール溝
２８ シール材
２８ａ 切り欠き
３１ 給油通路
４１ 主軸受
４２ａ、４２ｂ 連通孔
４３ 栓
４４ リング

Claims (4)

1. 密閉容器内に、圧縮機構部と電動機と油溜まりとを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と、同じく前記主軸受部材に環状のシール溝を形成し、このシール溝に、前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る環状のシール材を有し、前記油溜まりの油を前記クランクシャフトに軸方向に設けられた油孔を通して前記旋回軸端に供給し、前記旋回軸受および前記主軸受を潤滑した後、前記油溜まりに戻す給油経路を設けたスクロール圧縮機において、前記シール溝の外周面と前記シール材の外周面との間に隙間を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. シール材の外周部に切り欠き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. 密閉容器内に、圧縮機構部と電動機と油溜まりとを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と、同じく前記主軸受部材に環状のシール溝を形成し、このシール溝に、前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る環状のシール材を有し、前記油溜まりの油を前記クランクシャフトに軸方向に設けられた油孔を通して前記旋回軸端に供給し、前記旋回軸受および前記主軸受を潤滑した後、前記油溜まりに戻す給油経路を設け、前記旋回軸端より分岐する給油経路を前記旋回スクロール鏡板内に設け、分岐した給油経路の出口を、前記旋回スクロールの旋回運動により前記シール材の高圧側と低圧側に交互に開口するように設けたスクロール圧縮機において、前記シール溝の外周面と前記シール材の外周面との間に隙間を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. シール溝の内周面とシール材の内周面との間に環状のリングを有し、このリングの熱膨張係数が主軸受部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項１〜３に記載のスクロール圧縮機。