JP2006307803A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成にて良好な潤滑状態が確保され、小型化に好適したスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】 スクロール圧縮機は、オイル室６０から可動スクロール３０の旋回ユニットを収容する駆動室２９に潤滑油を環流させる油環流手段を備える。油環流手段は、オイル室６０と駆動室２９との間を繋ぐ貫通孔８４と、貫通孔８４に配置され、潤滑油の内部流路９８を有するオリフィスチューブ８６とを含み、内部流路９８は、流路断面積が互いに異なる２つ以上の流域９８ａ,９８ｂを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明はスクロール圧縮機に関する。

この種のスクロール圧縮機は、例えば車両用空調装置の冷凍回路等に適用され、そのハウジングには固定及び可動スクロールからなるスクロールユニットが収容されている。スクロールユニットは、可動スクロール側及び固定スクロール側に駆動室及び吐出室をそれぞれ区画するとともに、これらスクロール間に圧縮室を区画している。駆動室には可動スクロールを旋回運動させる旋回ユニットが収容され、この旋回ユニットの作動に伴い、スクロールユニットは圧縮室を介して作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実行する。

ところで、この種のスクロール圧縮機では、作動流体として潤滑油を含む冷媒が用いられるが、潤滑油が冷凍回路を循環するとその冷凍能力が低下する。このため、例えば特許文献１が開示するスクロール圧縮機では、吐出室（油分離室）内で作動流体から潤滑油を分離し、分離した潤滑油をオイル室に一旦貯留する。そして、この圧縮機は、固定スクロールにオイル室と駆動室との間を繋ぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて潤滑油のみをオイル室から駆動室に環流させている。

また、この種の圧縮機では、駆動室に環流される潤滑油の流量を抑制するために、固定スクロールの貫通孔内にオリフィスチューブと称されるチューブを配置することが知られている。オリフィスチューブは、金属の中空円筒をその軸線方向に引き延ばすことで、極小且つ一定の孔径を有した潤滑油の内部流路を得ることができる。このようなオリフィスチューブによれば、駆動室に潤滑油を少量ずつ還流することができると考えられている。
特開2003-232286号公報

しかしながら、従来技術の圧縮機に適用されたオリフィスチューブでは、圧縮機の作動状態の変化に基づく潤滑油の還流量の増減を十分に抑制することができないという問題がある。
例えば、車両用空調装置を設けた車の速度が遅く、圧縮機が低回転で作動されている場合、凝縮器に供給される風量が減少することから、冷凍回路の高圧即ち圧縮機の吐出圧が上昇する。従って、この場合、オイル室の圧力や温度が上昇して駆動室との間での圧力差の増大や潤滑油の粘性低下を招き、オリフィスチューブを通じた潤滑油の還流量が増大する。還流量の増大はオイル室の潤滑油の枯渇を招く虞があり、潤滑油が枯渇した場合、駆動室に潤滑油が還流されなくなり、圧縮機での潤滑状態が悪化してしまう。

一方、車速が速く、圧縮機が高回転で作動されている場合、凝縮器に供給される風量が増大することから、圧縮機の吐出圧が低下する。従って、この場合、オイル室の圧力や温度が低下して駆動室との間での圧力差の減少や潤滑油の粘性増大を招き、潤滑油の還流量は、車速が遅い場合とは逆に減少する。このため、圧縮機での潤滑状態が悪化してしまう。

また、従来技術の圧縮機に適用されたオリフィスチューブでは、その内部流路に所定の長さをもたせることで還流量の安定化を図っており、圧縮機の小型化を達成すべくオリフィスチューブを短くすると、還流量が不安定になるという問題もある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にて作動状態が変化しても良好な潤滑状態が確保され、小型化に好適したスクロール圧縮機を提供することにある。

上述の目的を達成すべく、本発明によれば、ハウジング内に設けられ、互いの間に潤滑油を含む作動流体のための圧縮室を形成する固定及び可動のスクロールと、前記圧縮室から吐出された前記作動流体から前記潤滑油を分離する油分離手段と前記油分離手段により分離された前記潤滑油を貯えるオイル室と、前記オイル室から前記可動スクロールの旋回ユニットを収容する駆動室に前記潤滑油を環流させる油環流手段とを備えたスクロール圧縮機において、前記油環流手段は、前記オイル室と前記駆動室との間を繋ぐ貫通孔と、前記貫通孔に配置され、前記潤滑油の内部流路を有するオリフィスチューブとを含み、前記内部流路は、流路断面積が互いに異なる２つ以上の流域を有することを特徴とするスクロール圧縮機が提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記流域は互いに異なる流路長を有する（請求項２）。
好適な態様として、前記貫通孔は前記駆動室に開口する小径部を有し、前記潤滑油の流れ方向でみて、前記オリフィスチューブの下流端は前記小径部の上流端に位置付けられている（請求項３）。

本発明の請求項１のスクロール圧縮機では、オリフィスチューブの内部流路が流路断面積の異なる２つ以上の流域を含むことで、圧縮機の作動状態の変化による潤滑油の還流量の変化が抑制される。この結果、この圧縮機では潤滑油の還流量が安定し、旋回ユニットの軸受等の各摺動部に潤滑油が確実に供給され、良好な潤滑状態が確保される。
また、この圧縮機では、内部流路が流路断面積の異なる２つ以上の流域を含むことで還流量の安定化を図っているため、オリフィスチューブの全長を短くしても還流量の安定性を確保することができる。また、還流量の安定性を確保したことで、オイル室の潤滑油が枯渇する虞がなく、油分離室やオイル室を縮小して潤滑油の分離能力や貯油能力が低下してもよい。このため、この圧縮機は、オリフィスチューブの短縮化や油分離室及びオイル室の縮小化による小型化に好適する。

請求項２のスクロール圧縮機では、流路断面積の異なる流域に異なる流路長をもたせることで、圧縮機の作動状態の変化による潤滑油の還流量の変化が更に抑制される。
請求項３のスクロール圧縮機では、貫通孔にオリフィスチューブの内部流路に連なる小径部を設けることで、圧縮機の作動状態の変化による潤滑油の還流量の変化が更に抑制される。

図１は一実施例のスクロール圧縮機を示し、この圧縮機は例えば車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路の冷媒（作動流体）を圧縮するために使用される。ここで、冷媒には潤滑油としての冷凍機油が含まれており、この冷凍機油は冷媒とともに圧縮機内の軸受や種々摺動面に供給され、これらを潤滑する。
スクロール圧縮機はハウジング２を備え、このハウジング２は駆動ケーシング４及び圧縮ケーシング６からなる。これら駆動及び圧縮ケーシング４,６は複数の連結ボルト８により相互に連結されている。なお、この圧縮機は、後述するように潤滑油が圧縮ケーシング６内の底部に貯留されることから、図１の縦方向が上下方向に略一致するように車両のエンジンルーム内に設置される。

駆動ケーシング４内には駆動軸１０が配置され、この駆動軸１０は圧縮ケーシング６側に大径端部１２を有し、この大径端部１２から小径軸部１４が延びている。駆動ケーシング４と大径端部１２及び小径軸部１４との間にはニードル軸受１６及びボール軸受１８が介装され、駆動軸１０はこれら軸受１６,１８を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。

また、小径軸部１４にはボール軸受１８と大径端部１２との間にリップシール２０が取付けられ、このリップシール２０は小径軸部１４に相対的に摺接し、駆動ケーシング４内を気密に区画している。
駆動軸１０における小径軸部１４は駆動ケーシング４から突出し、その突出端に電磁クラッチ２２のドリブン側ユニットが取り付けられている。電磁クラッチ２２は、そのドライブ側ユニットに駆動プーリ２４を有し、駆動プーリ２４は軸受２６を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ２４は車両のエンジンからの動力を受けて回転され、駆動プーリ２４の回転は、電磁クラッチ２２を介して駆動軸１０に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ２２がオン作動されれば、駆動軸１０は駆動プーリ２４とともに回転される。

一方、圧縮ケーシング６は、図示しないけれども、その周壁に吸入ポート及び吐出ポートが形成され、吸入ポート及び吐出ポートは、冷凍回路の蒸発器又は凝縮器に対して冷媒管路により接続される。
圧縮ケーシング６内にはスクロールユニット２８が収容され、スクロールユニット２８と駆動ケーシング４の内端壁との間には駆動室２９が形成されるとともに、スクロールユニット２８と圧縮ケーシング６の外周壁との間には、圧縮ケーシング６の吸入ポートと連通する吸入室３１が形成されている。

スクロールユニット２８は可動スクロール３０及び固定スクロール３２を有し、これら可動及び固定スクロール３０，３２は、それぞれ基板３４及び基板３４に一体に形成された渦巻き壁３６とからなる。
可動及び固定スクロール３０,３２は、渦巻き壁３６同士が互いに噛み合うようにして配置され、渦巻き壁３６の先端に設けられたチップシールを介して互いの間に圧縮室３８を形成している。可動スクロール３０は旋回運動可能であり、この旋回運動に伴って、圧縮室３８は渦巻き壁３６に沿って基板３４の径方向外側から中央部に向けて移動する。この移動の際、圧縮室３８の容積は徐々に減少し、基板３４の中央部で最小になる。

上述した可動スクロール３０に旋回運動を付与するため、駆動室２９内には旋回ユニットが配置されている。より詳しくは、可動スクロール３０と駆動軸１０の大径端部１２とは、ニードル軸受４２、偏心ブッシュ４４及びクランクピン４６を介して互いに連結され、可動スクロール３０と駆動ケーシング４との間には、可動スクロール３０の自転を阻止するボール型の旋回スラストベアリング５０が配置されている。なお、図１中の参照符号５２はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト５２は偏心ブッシュ４４に取付けられている。

一方、固定スクロール３２は圧縮ケーシング６内にて複数の固定ボルト（図示しない）を介して固定され、固定スクロール３２と圧縮ケーシング６の端壁６ａとの間には、吐出室５８及びオイル室６０が仕切壁６２を介して上下に区画されている。
その上、吐出室５８内には油分離室６４が区画されている。より詳しくは、円筒状の区画壁６６が、仕切壁６２から圧縮ケーシング６の外周壁に亘り端壁６ａに沿って上下方向に延び、区画壁６６内には、油分離管６８が同心上に固定されている。油分離室６４は、油分離管６８の大径端６８ａよりも下方の区画壁６６の領域により形成されている。なお、区画壁６６の上端はプラグ７０により閉塞されているが、プラグ７０と油分離管６８との間にて、区画壁６６の内周面には吐出ポートに連なる横孔７２が開口している。

吐出室５８は、吐出弁７４を介して上流の圧縮室３８に連通する一方、区画壁６６に形成された２つの導入孔７８を介して下流の油分離室６４に連通している。つまり、圧縮室３８は、吐出室５８及び油分離室６４を介して吐出ポートに繋がっている。なお、吐出弁７４は、固定スクロール３２に設けられた弁孔としての吐出孔７６と、吐出孔７６を開閉するリード弁体と、リード弁体の開度を規制するストッパプレートとを有する。

一方、油分離室６４は、仕切壁６２に形成された底孔８０を介してオイル室６０に連通し、オイル室６０は、油環流手段つまり固定スクロール３２に設けられたオリフィスフィルタ８２を介して駆動室２９に連通している。
より詳しくは、図２に拡大して示したように、固定スクロール３２の渦巻き壁３６は、圧縮ケーシング６の底部に位置付けられる部分が肉厚部３６ａとして形成され、固定スクロール３２には、これら肉厚部３６ａ及び基板３４を貫通して貫通孔８４が形成されている。なお、固定スクロール３２の渦巻き壁３６の先端面は、肉厚部３６ａの端面よりも可動スクロール３０の基板３４側に突出している。

貫通孔８４は、その軸線が駆動軸１０と平行に延び、オイル室６０に開口する大径部と、駆動室に開口する小径部と、大径部と小径部との間を繋ぐ中径部とからなる。オイル室６０側の貫通孔８４の開口端部つまり大径部の開口端部は雌テーパ状に拡径されている。
オリフィスフィルタ８２はオリフィスチューブ８６を含み、オリフィスチューブ８６は、貫通孔８４内に同心上に配置されている。オリフィスチューブ８６の基端は、オイル室６０側の貫通孔８４の開口端近傍に位置付けられ、オリフィスチューブ８６の先端は、小径部が開口した中径部の端面に当接している。

オリフィスチューブ８６には、その中央部に外側から樹脂製のスリーブ８８が固定され、スリーブ８８は貫通孔８４の大径部に嵌合している。スリーブ８８の外周面には周溝が形成され、この周溝にＯリング９０が嵌められている。このＯリング９０により、スリーブ８８と貫通孔８４との間の隙間は駆動室２９側とオイル室６０側とに気密に仕切られている。

スリーブ８８の一端は、貫通孔８４の中径部が開口する大径部の端面に当接し、その他端には２本のビーム９２が一体に形成されている。これらビーム９２は、オイル室６０まで延び、ビーム９２の内側には円筒状のフィルタ材９４が融着されている。フィルタ材９４はオリフィスチューブ８６の基端部を囲んでおり、フィルタ材９４の両端は、スリーブ８８及びビーム９２の先端に融着されたキャップ９６によりそれぞれ閉塞されている。

上述したオリフィスチューブ８６は潤滑油のための内部流路９８を有し、内部流路９８は、オイル６０室に連なる上流域９８ａと、上流域９８ａの下流に連なる下流域９８ｂとを含む。そして、下流域９８ａの下流には、オリフィスチューブ８６の先端は中径部の端面に当接していることから、貫通孔８４の小径部が連なっている。これら上流域９８ａ及び下流域９８ｂの流路断面積（横断面積）は、それぞれ一定であるものの互いに異なり、下流域９８ｂは上流域９８ａに比べて大きな流路断面積を有する。

なお、上流域９８ａ及び下流域９８ｂでのオリフィスチューブ８６の内径は１００μｍ〜２０００μｍの範囲内にあり、このようなオリフィスチューブ８６は、例えばプレス加工を用いて得ることができる。
上述したスクロール圧縮機によれば、駆動軸１０の回転に伴い、クランクピン４６及び偏心ブッシュ４４を介して可動スクロール３０が旋回運動する。この旋回運動により圧縮室３８は以下のプロセスを実行する。

圧縮室３８は、スクロールユニット２８の外周部にて吸入ポートを通じて作動流体を吸入した後、径方向中央部に向けて移動する。この移動の間、圧縮室３８の容積減少により吸入した作動流体が圧縮され、圧縮された作動流体は、吐出弁７４を通じて吐出室５８に吐出される。
そして、圧縮冷媒は、吐出室５８から導入孔７８を通じて油分離室６４に流入し、油分離室６４内の環状の空間を旋回するように下方へ向かって流れる。この際、冷媒に含まれる霧状の潤滑油が遠心分離されて区画壁６６の内周面に付着し、分離された潤滑油はその自重により下降し、底孔８０を通じてオイル室６０へと流入する。

こうして潤滑油が分離された圧縮冷媒は、油分離管６８の下端から油分離管６８内に流入して上昇し、そして、吐出ポートを通じて冷凍回路の凝縮器に供給される。
一方、オイル室６０に貯えられた潤滑油は、駆動室２９とオイル室６０との間の圧力差を利用し、オリフィスフィルタ８２を通じて駆動室２９内に環流され、旋回ユニットを構成するニードル軸受４２等の各摺動部に供給される。つまり、フィルタ材９４を通過することによって濾過された潤滑油が、オリフィスチューブ８６を通して駆動室２９に供給される。

この際、オリフィスチューブ８６の内部流路９８が流路断面積の異なる流域９８ａ,９８ｂを含むことで、圧縮機の作動状態の変化による潤滑油の還流量の変化が抑制される。
例えば、車両用空調装置を設けた車の速度が遅く、圧縮機が低回転で作動されている場合、凝縮器に供給される風量が減少することから、冷凍回路の高圧即ち圧縮機の吐出室５８の圧力（吐出圧）が上昇する。従って、この場合、オイル室６０の圧力や温度が上昇して駆動室２９との間での圧力差の増大や潤滑油の粘性低下が起こる。しかしながら、オリフィスチューブ８６の上流域９８ａは、下流域９８ｂに比べて小さい流路断面積を有することから、圧力差の増大や粘性低下による還流量の増大が抑制され、オイル室６０の潤滑油枯渇が防止される。

一方、車速が速く、圧縮機が高回転で作動されている場合、凝縮器に供給される風量が増大することから、圧縮機の吐出圧が低下する。従って、この場合、オイル室６０の圧力や温度が低下して駆動室２９との間での圧力差の減少や潤滑油の粘性増大が起こる。しかしながら、この圧縮機では、オリフィスチューブ８６の下流域９８ｂが、上流域９８ａに比べて大きい流路断面積を有することから、圧力差の減少や粘性増大による還流量の減少が抑制される。

これらの結果、この圧縮機では、エンジン回転数に拘わらずオリフィスチューブ８６を介した潤滑油の還流量が安定し、旋回ユニットの軸受１６等の各摺動部に潤滑油が確実に供給され、もって良好な潤滑状態が確保される。
また、上述したスクロール圧縮機では、オリフィスチューブ８６の内部流路９８が流路断面積の異なる流域９８ａ,９８ｂを含むことで還流量の安定化が図られているため、オリフィスチューブ８６の全長を短くしても還流量の安定性を確保することができる。また、オイル室６０の潤滑油枯渇を防止したため、油分離室６４やオイル室６０を小さくして潤滑油の分離能力や貯油能力が低くなってもよい。この結果、この圧縮機は小型化に好適する。

本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく種々の変形が可能であり、例えば、貫通孔８４を圧縮ケーシング６に設けてもよい。また、オリフィスチューブ８６にスリーブ８８等を固定せず、内径を合わせた貫通孔にオリフィスチューブ８６のみを直接挿入してもよい。
一実施例では、貫通孔８４に小径部を設けたけれども、図３に示したように、貫通孔８４に小径部を設けず、オリフィスチューブ８６の先端を、駆動室２９側の貫通孔８４の開口端近傍に位置付けてもよい。ただし、一実施例のように貫通孔８４に小径部を設け、内部流路９８の下流端に小径部の上流端を位置付ければ、内部流路９８に連なる小径部の長さや内径を調整することによっても還流量を増減することができる。なお、還流量を安定させるべく、貫通孔８４の小径部の長さは、その内径よりも十分に長いのが好ましい。

一実施例では、上流域９８ａの流路断面積が下流域９８ｂの流路断面積に比べ小さかったが、図３に示したように、上流域９８ａの流路断面積が下流域の９８ｂの流路断面積に比べ大きくてもよい。オイル室６０側の上流域９８ａの温度は、駆動室２９側の下流域９８ｂの温度に比べて高くなり、潤滑油の粘性は高温になる程低下するが、潤滑油は上流域９８ａで冷却される。これにより、潤滑油の粘性変化の程度を抑制することができる。

なお、潤滑油の還流量がオイル室６０から駆動室２９に亘る領域での温度分布やオイル室６０と駆動室２９との間の差圧に強く依存して変動するときや、還流量（流速）の大きさを調整するときには、還流量を安定させるべく、上流域９８ａ及び下流域９８ｂの流路長をそれぞれの流路断面積に比べて十分に長くするのが好ましく、各流域９８ａ,９８ｂに異なる流路長をもたせるのが好ましい。

一実施例では、内部流路９８が互いに流路断面積の異なる２つの流域９８ａ,９８ｂに区分されているが、内部流路９８を３つ以上の流域に区分してもよい。例えば、図４及び図５に示したように、上流域９８ａと下流域９８ｂとの間に、更に中流域９８ｃを設けてもよい。なお、この場合、中流域９８ｃと上流域９８ａ及び下流域９８ｂとの間で流路断面積が異なっていればよく、上流域９８ａと下流域ｂとの間で流路断面積が同じであってもよい。

第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１中、オリフィスフィルタ近傍の拡大図である。 変形例のオリフィスフィルタ近傍の拡大図である。 他の変形例のオリフィスフィルタ近傍の拡大図である。 更に他の変形例のオリフィスフィルタ近傍の拡大図である。

符号の説明

６ 圧縮ケーシング
２９ 駆動室
３０ 可動スクロール
３２ 固定スクロール
３８ 圧縮室
５８ 吐出室
６０ オイル室
８２ オリフィスフィルタ
８４ 貫通孔
８６ オリフィスチューブ
９８ 内部流路
９８ａ 上流域
９８ｂ 下流域

Claims (3)

1. ハウジング内に設けられ、互いの間に潤滑油を含む作動流体のための圧縮室を形成する固定及び可動のスクロールと、
   前記圧縮室から吐出された前記作動流体から前記潤滑油を分離する油分離手段と
   前記油分離手段により分離された前記潤滑油を貯えるオイル室と、
   前記オイル室から前記可動スクロールの旋回ユニットを収容する駆動室に前記潤滑油を環流させる油環流手段と
   を備えたスクロール圧縮機において、
   前記油環流手段は、
   前記オイル室と前記駆動室との間を繋ぐ貫通孔と、
   前記貫通孔に配置され、前記潤滑油の内部流路を有するオリフィスチューブと
   を含み、
   前記内部流路は、流路断面積が互いに異なる２つ以上の流域を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記流域は互いに異なる流路長を有することを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記貫通孔は前記駆動室に開口する小径部を有し、
   前記潤滑油の流れ方向でみて、前記オリフィスチューブの下流端は前記小径部の上流端に位置付けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール圧縮機。

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