JP2008002311A

JP2008002311A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2008002311A
Application number: JP2006171121A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Funakoshi; 大輔船越; Noboru Iida; 飯田　　登; Yoshiyuki Futagami; 義幸二上; Hiroyuki Kono; 博之河野; Kiyoshi Sawai; 澤井　　清
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持させ、良好な潤滑状態を保ち、高い信頼性と高い効率を両立したスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が第１の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことにより、吸入室と圧縮空間に多量のオイルを供給せずに、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機について、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部に潤滑油を供給する機構により、機械損失の低減による効率の向上と潤滑状態の向上による信頼性の向上が求められてきた。

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を示すものである。図７に示すように、旋回スクロールの鏡板上に環状溝と同環状溝の外周から外側に向かう外溝を形成して背圧室と吸入室を連通し、吐出圧力と吸気圧力の中間の圧力を前記溝に作用させ、背圧室から旋回スクロールの外溝、環状溝、固定スクロールの環状溝、内溝の順に通って吸入室に入る潤滑油の流れにより固定、旋回スクロールの鏡板とラップを潤滑し、吐出口から還流させることにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部の潤滑状態の向上から機械損失が減少し効率の向上が得られ、さらに給油機構が簡単な構造であるために運転直後から素早く摺動部にオイル供給されより高い信頼性を持ったスクロール圧縮機の提供が可能となった。
特開平８−２００２５２号公報

しかしながら、前記従来の構成では運転直後から高い信頼性が得られるが、一方で背圧室から吸入室に潤滑しながらオイルを流すために、運転条件によっては多量のオイルが吸入室に入り、吸入加熱の影響によって流体の綴じ込み量が減り、体積効率が低下してしまう。さらに、圧縮空間にも多量のオイルが入り、粘性損失の増加により、効率の低下を招くことがある。よって、あらゆる運転条件で一定のオイル供給がなされ、高い効率と高い信頼性を得ることが必要である。

前記従来の課題を解決するために、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が第１の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことにより、吸入室と圧縮空間に多量のオイルを供給せずに、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することが出来る。

本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に適度なオイル供給を行い高い効率と高い信頼性を得ることが可能となる。

第１の発明は、密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持
円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、旋回スクロールを旋回運動させるためのクランクシャフトの端部に形成した旋回軸部は旋回スクロールの旋回軸受と係合摺動し、クランクシャフトに形成した主軸部を主軸受で軸支し、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が通路１と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなり良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロールの支持円盤の背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失を低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在することにより、圧縮空間と背圧室の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮室から背圧室への漏れ込み量が減少し、高い圧縮効率を得られる。

第２の発明は、第１の通路の径に対して第２の通路の径の比を０．２５以上で１．０以下とすることで、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に供給するオイル量を第２の通路の径の大きさで絞る事ができ、第２の通路の径の大きさを変えることにより簡単に最適設計することが可能である。また、第１の通路の径に対して第２の通路の径の比を１．０以上にすることで摺動面への給油量が増大し、逆に効率が低下してしまう可能性がある。また、第１の通路の径に対して第２の通路の径の比を０．２５以下にすることで摺動面への給油量が減少し、効率向上効果が低下してしまう。さらに、穴の径が細くなり加工上で困難となりコストが高くなってしまう。

第３の発明は、第２の通路が旋回スクロールの支持円盤上に垂直に構成することで、高圧オイルを固定スクロールの摺動面に垂直に噴射することにより、圧縮空間へのオイルの漏れと背圧室へのオイルの漏れを同等程度にすることが可能となり、高い効率を得られる。

第４の発明は、第２の通路が旋回スクロールの支持円盤に対し斜めに構成し、かつ固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する一端の出口が旋回スクロール外周方向に近い位置に来るような傾きを持つことで、給油された高圧オイルは元々圧縮空間と背圧室と吸入室に微量漏れ込むが、第２の通路の出口が背圧室の方向を向いているために、圧縮空間と吸入室への高圧オイルの漏れ込みがさらに減少し、粘性損失の増加の抑制と吸入加熱の抑制により高い効率を得ることが出来る。また、圧縮空間のガス圧力による力が旋回スクロールの支持円盤の背面にかかっている力よりも大きいような運転条件では、旋回スクロールが固定スクロールから引き離されてしまうが、高圧オイルを積極的に背圧室に供給することにより、旋回スクロールの支持円盤の背面にかかっている力が大きくなり、旋回スクロールが固定スクロールから離れることを抑制することができ、より安定した性能を維持することが可能となる。

第５の発明は、第２の通路が旋回スクロールの支持円盤上に２個以上あることで、より
オイル供給量を増やすことができ、機械損失を減らすことができる。また、第２の通路を旋回スクロールの支持円盤上にバランス良く配置することにより、旋回スクロールと固定スクロールの間に均一に油膜が形成され、油膜切れなどによる境界潤滑状態での片辺りが減少し、より高い効率と高い信頼性を持ち、安定的に運転することが可能である。

第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体としてＣＯ₂を用いることで、特に、差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいＣＯ₂においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。

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１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定されたクランクシャフト４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランクシャフト４に設けられた主軸方向の油穴７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の旋回軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮空間１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと旋回軸受１０とを直立させた支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

クランクシャフト４の主軸部４ａから偏心してクランクシャフト４の上端部に配置された旋回軸部４ｂは、旋回スクロール９の旋回軸受１０と係合摺動し、クランクシャフト４の下端部に配置された副軸部４ｃは密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受１９により軸支され、主軸部４ａ、旋回軸部４ｂ、副軸部４ｃの三点で支持された構成をしている。旋回スクロール９の支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられた第１のスラスト軸受１５ａとの間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。支持円板９ｂには旋回軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内に一端が環状シール部材１６の内側領域に開口し、他端が支持円盤９ｂ内で閉塞する第１の通路２４ａを設け、さらに一端が第１の通路２４ａと連通し、他端が固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに開口する第２の通路２４ｂを持っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油はクランクシャフト４の油穴７を通り旋回スクロール９の旋回軸受１０と旋回軸部１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、もう一方は旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内の第１の通路２４ａを経由し、第２の通路２４ｂへと通じ、固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに導かれ、背圧室１８へと流れ合流し、旋回スクロール９を固定スクロー
ルラップ６ｂ外周部の第２のスラスト軸受１５ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。また、圧縮部に流れなかった残りのオイルは旋回軸受１０、背面室１７、主軸受１４を通り圧縮部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

図２は図１における旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内の第１の通路２４ａと第２の通路２４ｂなどの圧縮機構部周辺の拡大断面図である。

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、旋回スクロール９の支持円盤９ｂ内に一端が環状シール部材１６の内側領域に開口し、他端が支持円盤９ｂ内で閉塞する第１の通路２４ａを設け、さらに一端が第１の通路２４ａと連通し、他端が固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面の第２スラスト軸受１５ｂに開口する第２の通路２４ｂを持つことにより、固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面にオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなり良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間１１のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロール９の支持円盤９ｂの背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失を低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在することにより、圧縮空間１１と背圧室１８の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮空間１１から背圧室１８への漏れ込み量が減少し、高い圧縮効率を得られる。

また、第１の通路の径２４ａに対して第２の通路２４ｂの径の比を０．２５以上で１．０以下とすることで、固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面に供給するオイル量を第２の通路２４ｂの径の大きさで絞る事ができ、第２の通路２４ｂの径の大きさを変えることにより簡単に最適設計することが可能である。図３に示すように第１の通路２４ａの径に対して第２の通路２４ｂの径の比を１．０以上にすることで摺動面への給油量が増大し、圧縮空間や吸入室へのオイルの漏れ量が増大し、オイルの粘性損失が高くなったり、吸入過熱が起こり、効率が大幅に低下してしまう。さらに、第１の通路の径に対して第２の通路の径の比を０．２５以下にすることで摺動面への給油量が大幅に減少し、効率向上効果が低下してしまう。さらに、穴の径が細くなり加工の際に困難となりコストが高くなってしまう。

また、図４に示すように第２の通路２４ａが旋回スクロール９の支持円盤９ｂ上に垂直に構成することで、高圧オイルを固定スクロール６の摺動面に垂直に噴射することにより、圧縮空間１１へのオイルの漏れと背圧室１８へのオイルの漏れを同等程度にすることが可能となり、高い効率を得られる。さらに、垂直に穴を空けることから簡単に加工できコストの削減が可能となる。

また、図５に示すように第２の通路２４ｂが旋回スクロール９の支持円盤９ｂに対し斜めに構成し、かつ固定スクロール６と旋回スクロール９の摺動面に開口する一端の出口が旋回スクロール９外周方向に近い位置に来るような傾きを持つことで、給油された高圧オイルは元々圧縮空間１１と背圧室１８と吸入室１３に微量漏れ込むが、第２の通路２４ｂの出口が背圧室１８の方向を向いているために、圧縮空間１１と吸入室１３への高圧オイルの漏れ込みがさらに減少し、粘性損失の増加の抑制と吸入加熱の抑制により高い効率を
得ることが出来る。また、圧縮空間１１のガス圧力による力が旋回スクロール９の支持円盤９ｂの背面にかかっている力よりも大きいような運転条件では、旋回スクロール９が固定スクロール６から引き離されてしまうが、高圧オイルを積極的に背圧室１８に供給することにより、旋回スクロール９の支持円盤９ｂの背面にかかっている力が大きくなり、旋回スクロール９が固定スクロール６から離れることを抑制することができ、より安定した性能を維持することが可能となる。

また、図６に示すように第２の通路２４ｂが旋回スクロールの支持円盤９ｂ上に２個以上あることで、よりオイル供給量を増やすことができ、機械損失を減らすことができる。また、第２の通路２４ｂを旋回スクロール９の支持円盤９ｂ上にバランス良く配置することにより、旋回スクロール９と固定スクロール６の間に均一に油膜が形成され、油膜切れなどによる境界潤滑状態での片辺りが減少し、より高い効率と高い信頼性を持ち、安定的に運転することが可能である。

また、作動流体としてＣＯ₂を用いることで、特に差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいＣＯ₂においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が第１の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことで、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することができ、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ₂を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の縦断面図本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図暖房系条件における第１の通路の径に対して第２の通路の径の比と効率の関係を示したグラフ本発明の実施の形態における第２の通路が旋回スクロールの支持円盤上に垂直に構成された縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図本発明の実施の形態における第２の通路が旋回スクロールの支持円盤に対し斜めに構成された時の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図本発明の実施の形態における第２の通路が旋回スクロールの支持円盤上に２個以上ある時の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図従来の縦型スクロール圧縮機構部の拡大断面図

符号の説明

１密閉容器
２吐出管
３モータ
３ａ回転子
３ｂ固定子
４クランクシャフト
４ａ主軸部
４ｂ旋回軸部
４ｃ副軸部
５本体フレーム
６固定スクロール
６ａ鏡板
６ｂ固定スクロールラップ
７油穴
８給油ポンプ装置
９旋回スクロール
９ａ旋回スクロールラップ
９ｂ支持円板
１０旋回軸受
１１圧縮空間
１２吐出口
１３吸入室
１４主軸受
１５ａ第１のスラスト軸受
１５ｂ第２のスラスト軸受
１６環状シール部材
１７背面室
１８背圧室
１９副軸受
２０内部空間
２１絞り部
２２背圧調整弁
２２ａオイル供給通路
２３逆止弁装置
２３ａリード弁
２３ｂ弁押さえ
２４ａ第１の通路
２４ｂ第２の通路
１０４固定スクロール
１０４ａ固定スクロールの鏡板
１０４ｂ固定スクロールのラップ
１０５旋回スクロール
１０５ａ旋回スクロールの鏡板
１０５ｂ旋回スクロールのラップ
１１４吐出口
１２０鏡板５ａの環状溝
１２１鏡板４ａの環状溝
１２２外溝
１２３内溝
１２４吸入室

Claims

密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、前記旋回スクロールを旋回運動させるためのクランクシャフトの端部に形成した旋回軸部は前記旋回スクロールの旋回軸受と係合摺動し、前記クランクシャフトに形成した主軸部を主軸受で軸支し、前記主軸受構成体と前記旋回スクロールの前記支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には前記密閉容器内部の潤滑油を導入し、前記シール部材の外側領域は前記吸入室と連通した背圧室を持ち、前記旋回スクロールの前記支持円盤内に一端が前記シール部材の内側領域に開口し、他端が前記支持円盤内で閉塞する第１の通路を設け、さらに一端が前記第１の通路と連通し、他端が前記固定スクロールと前記旋回スクロールの摺動面に開口する第２の通路を持つことを特徴とするスクロール圧縮機。
前記第１の通路の径に対して前記第２の通路の径の比を０．２５以上で１．０以下と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。
前記第２の通路が前記旋回スクロールの前記支持円盤上に垂直に構成されることを特徴とする請求項１および２記載のスクロール圧縮機。
前記第２の通路が前記旋回スクロールの前記支持円盤上に対し斜めに構成し、かつ前記固定スクロールと前記旋回スクロールの摺動面に開口する一端の出口が旋回スクロール外周方向に近い位置に来るような傾きを持つことを特徴とする請求項１および２記載のスクロール圧縮機。
前記第２の通路が前記旋回スクロールの前記支持円盤上に２個以上あることを特徴とする請求項１〜４記載のスクロール圧縮機。
作動流体として高圧冷媒であるＣＯ₂を用いた請求項１〜５いずれかに記載のスクロール圧縮機。