JP2008106711A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロール鏡板と旋回スクロールラップ先端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】給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油は、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の内側領域に導かれ、旋回スクロール９の内部の通路２４を経由し、溝２５へと導かれ、旋回スクロールラップ９ａと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動部にオイルが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。
【選択図】図１

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で摺動面の油膜を厚くするようにし、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背圧室から吸入室に潤滑しながらオイルを流すために、多量のオイルは吸入室に入るが、吸入室よりも圧力が高い圧縮空間にはオイル供給がほとんどなされず、粘性損失増大により性能も悪化する。また、この給油方式では旋回スクロールラップと固定スクロール鏡板との摺動部への潤滑不足が起こり、旋回スクロールラップ先端の磨耗量が大きくなる可能性がある。そこで、高性能を維持し高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、旋回スクロール内部にシール部材で区画される内側領域と旋回スクロールラップ先端を連通する通路を持ち、旋回スクロールラップ先端に通路と連通する溝を持つことにより、旋回スクロールラップと固定スクロール鏡板との摺動部へオイル供給すことが可能となる。

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部に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、旋回スクロール内部にシール部材で区画される内側領域と旋回スクロールラップ先端を連通する通路を持ち、旋回スクロールラップ先端に通路と連通する溝を持つことにより、旋回スクロールラップと固定スクロール鏡板との摺動部へオイル供給されることから、摺動部での油膜が厚くなることによ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、一対の圧縮空間において、旋回スクロールラップと固定スクロールラップの摺動部の隙間で、圧力が高い圧縮空間から低い圧縮空間へガスの漏れこみが通常は起こるが、摺動部でオイル保持されることからシール性が向上し漏れこみ量が減少し高い効率が得られる。また、組み立て段階において、旋回スクロールラップと固定スクロール鏡板との摺動部の隙間が大きくなる場合でも、オイルシール性の向上で性能悪化を抑制でき、加工ロスを減らすことが可能となる。

第２の発明は、通路に対し、旋回スクロールラップの渦巻き形状の巻き終わり側に溝を設けることで、溝付近の圧縮空間の圧力は通路付近の圧縮空間の圧力よりも低くなるため、圧力差からオイルが通路を通過し、さらに溝へと流れ易くすることが可能となる。また、旋回スクロールラップ先端部の通路出口の位置と溝長さを変更することで、旋回スクロールラップと固定スクロールラップとの摺動が厳しい部分やガスの漏れこみを抑制したい部分だけにオイル供給することが可能となり、最適量のオイルのみを供給し粘性損失増加させずに高性能と高信頼性を得ることが出来る。

第３の発明は、スクロールラップ先端に通路と連通するザグリを設けることで、通路からのオイル供給量を増やすことができ、さらに圧縮空間にもオイルが供給されることから固定スクロールラップ先端と固定スクロールラップ壁面と旋回スクロールラップ壁面と旋回スクロール支持円盤の潤滑性が向上し、磨耗量も減少し高信頼性が得られる。

第４の発明は、スクロールラップ先端に通路と連通し、一対の圧縮空間のどちらにも連通しないザグリを設けることで、通路からのオイル供給量を増やすことができ、さらに圧縮空間へのオイル供給を極力抑えると同時に、通路付近の圧力の高い圧縮空間から圧力の低い圧縮空間へのガスの漏れこみを抑えることができ、圧縮空間内でのオイルによる粘性損失を抑え、高い性能を維持することが可能となる。

第５の発明は、スクロールラップ先端に通路と連通し、一対の圧縮空間の片側にだけ連通するザグリを設けることで、通路からのオイル供給量を増やすことができ、さらに通路付近の圧力の高い圧縮空間から圧力の低い圧縮空間へのガスの漏れこみを抑え、片側の圧縮区間の磨耗量が多いときなどに積極的にオイルを供給することができ、信頼性を向上しつつ、ガスの漏れこみによる圧縮損失を最小限に抑え高い性能を維持することが可能となる。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２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の内部に、環状シール部材１６の内側領域と旋回スクロールラップ９ａの先端とを連通する通路２４を持ち、さらに旋回スクロールラップ９ａの先端上に通路２４と連通する溝２５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、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。もう一方は旋回スクロール９の内部の通路２４を経由し、溝２５へと導かれ、旋回スクロールラップ９ａと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動部にオイルが保持される。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は旋回スクロール９の旋回スクロールラップ９ａ方向から見た通路２４と溝２５の拡大図である。

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。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油は、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の内側領域に導かれ、旋回スクロール９の内部の通路２４を経由し、溝２５へと導かれ、旋回スクロールラップ９ａと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動部にオイルが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、摺動部にオイルが保持されることから、溝２５付近の圧力が高い圧縮空間１１から圧力が低い圧縮空間１１へのガスの漏れこみがオイルのシール性向上により抑えられ、高い効率が得られる。また、溝深さや幅をコントロールするだけで最適なオイル供給量が得られ、設計の自由度が広がる。

また、図３に示すように通路２４に対し、旋回スクロールラップ９ａの渦巻き形状の巻き終わり側に溝を設けることで、溝２５付近の圧縮空間１１の圧力は通路２４付近の圧縮空間１１の圧力よりも低くなるため、圧力差からオイルが通路２４を通過し、さらに溝２５へと流れ易くすることが可能となる。また、旋回スクロールラップ９ａの先端部の通路２４の出口の位置と溝２５の長さを変更することで、旋回スクロールラップ９ａと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動が厳しい部分やガスの漏れこみを抑制したい部分だけにオイル供給することが可能となり、最適量のオイルのみを供給し粘性損失増加させずに高性能と高信頼性を得ることが出来る。

また図４に示すようにスクロールラップ９ａ先端に通路２４と連通するザグリ２６を設けることで、通路２４からのオイル供給量の不足している場合に、溝２５と圧縮空間１１に多くのオイルを供給することが可能となる。さらに、ザグリ深さをコントロールすることにより最適なオイル供給量が得られる。

また図５に示すようにスクロールラップ９ａ先端に通路２４と連通し圧縮空間１１と連通しないザグリ２６を設けることで、通路２４からのオイル供給量の不足し、さらに通路２４付近の圧力の高い圧縮空間１１から圧力の低い圧縮空間１１へのガスの漏れこみ量を抑えたい場合に、溝２５に最適なオイル量を供給する事ができ、高い性能を維持することが可能となる。

また図６に示すようにスクロールラップ９ａ先端に通路２４と連通し一対の圧縮空間１１の片側のみに連通するザグリ２６を設けることで、通路２４からのオイル供給量と片側の圧縮空間１１へのオイル供給量が不足し、通路２４付近の圧力の高い圧縮空間１１から圧力の低い圧縮空間１１へのガスの漏れこみ量を抑えたい場合に、溝２５と片側の圧縮空間１１に最適なオイル量を供給する事ができ、高い性能を維持することが可能となる。

また、作動流体としてＣＯ_２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ＣＯ_２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、旋回スクロールラップ先端部に溝を設けることにより、旋回スクロールラップ先端と固定スクロール鏡板の摺動部にオイルを保持させることで、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ＣＯ_２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の旋回スクロールラップ先端部の通路と溝部分の拡大図 本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の旋回スクロールラップ先端部の通路と溝とザグリの拡大図 本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の旋回スクロールラップ先端部の通路と溝と圧縮空間に連通しないザグリの拡大図 本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の旋回スクロールラップ先端部の通路と溝と片方の圧縮空間に連通するザグリの拡大図 本発明の実施の形態における縦型スクロール圧縮機の旋回スクロールラップ先端部の通路と溝と片方の圧縮空間に連通するザグリの拡大図 従来の縦型スクロール圧縮機構部拡大断面図

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
２４ 通路
２５ 溝
２６ ザグリ
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 (6)

1. 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、前記旋回スクロール内部に前記内側領域と前記旋回スクロールラップ先端を連通する通路を持ち、前記旋回スクロールラップ先端に前記通路と連通する溝を持つことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記通路に対し、前記旋回スクロールラップの渦巻き形状の巻き終わり側に前記溝を設けることを特徴とする請求項第１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記スクロールラップ先端に前記通路と連通するザグリを設けることを特徴とする請求項第１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記スクロールラップ先端に前記通路と連通し、一対の前記圧縮空間のどちらにも連通しないザグリを設けることを特徴とする請求項第１または２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記スクロールラップ先端に前記通路と連通し、一対の前記圧縮空間の片側のみに連通するザグリを設けることを特徴とする請求項第１または２に記載のスクロール圧縮機。
6. 作動流体として高圧冷媒であるＣＯ_２を用いた請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール圧縮機。

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