JP2008157122A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に十分なオイルを保持させ、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】旋回運動を行う旋回スクロール支持円板上に溝２４を設けることで、旋回運動中において、旋回スクロール９と固定スクロール６との摺動部で常に十分なオイルが保持されることから、良好な潤滑状態が得られ、摺動損失低減により、高い効率と高い信頼性を持ったスクロール圧縮機が得られる。
【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、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、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、中心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するスクロール圧縮機において、固定スクロールと旋回スクロールは運転中常に接触摺動しているためその接触面で摩擦が生じ摺動損失となって効率悪化の原因となっている。よって、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部で良好な潤滑状態を保たれることで、高い効率と高い信頼性を持ったスクロール圧縮機が得られる。

図６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６において、１０４は固定スクロール、１０４ａは固定スクロールの鏡板、１０４ｂは固定スクロールのラップ、１０５は旋回スクロール、１０５ａは旋回スクロールの鏡板、１０５ｂは旋回スクロールのラップ、１１４は吐出口、１２０は鏡板１０５ａの環状溝、１２１は鏡板１０４ａの環状溝、１２２は外溝、１２３は内溝、１２４は吸入室を示している。

図６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が供給され、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り、粘性損失増大により効率が悪化する。また、この給油方式では運転中常に旋回スクロールと固定スクロールの摺動部に十分なオイルが保持されない可能性がある。そこで、さらに高い効率を維持し高い信頼性を得ることが必要である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部で十分なオイル保持を行い、高い効率と高い信頼性を得ることが可能となる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、旋回運動する旋回スクロール側の支持円板上に溝を設けることで、旋回スクロールと固定スクロールの摺動部で常に十分なオイルを保持すこ
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で十分なオイル保持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、旋回スクロール支持円板上に溝を設けることにより、旋回運動中に旋回スクロールと固定スクロールとの摺動部で常に十分なオイルが保持されることから、良好な潤滑状態が得られ、摺動損失低減により高い効率を得ることができる。また同時に金属接触による旋回スクロールおよび固定スクロールの磨耗を低減し、高い信頼性を得ることができる。

第２の発明は、旋回スクロールの支持円板上の溝が圧縮空間と旋回運動中に連通しないことで、旋回スクロールと固定スクロールとの摺動部にあるオイルが圧縮空間に漏れこまずに摺動部で保持される。よって、摺動部でさらにオイル保持効果が向上し、圧縮空間へのオイルの漏れ込みが抑制されることで粘性損失が低減され、さらに高い効率と高い信頼性が得られる。

第３の発明は、固定スクロールの鏡板上にオイル溜まりを持つ構造において、旋回スクロール支持円板上の溝がオイル溜まりに旋回運動中のある一定区間で連通することで、オイル溜まりから強制的にオイルが供給されることにより、さらに摺動部でのオイル保持効果が向上する。

第４の発明は、旋回スクロールを固定スクロールの鏡板に接触させるために、旋回スクロールの背面に一定圧を印加させる背圧室を持つスクロール圧縮機において、溝内側形状が旋回スクロールラップ曲線の最外周から一定距離だけ外側にオフセットさせた曲線形状であることで、圧縮空間と背圧室とのシール長さが一定になり力学的バランスが良化されることから、旋回運動中に旋回スクロールが固定スクロールから離れることによって起こる転覆現象が抑制される。

第５の発明は、特に第１〜４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、本発明の第１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９ｂと旋回軸受１０とを直立させた支持円板９ａ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９ａ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９ａ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。

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の支持円板９ａ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２６を経由し、圧縮空間１１へと導かれ、旋回スクロールラップ９ｂと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動部にオイルが供給される。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９ｂ方向から見た旋回スクロール９の支持円板９ａ上の溝２４の平面図である。

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。

背圧室１８に供給された潤滑油は背圧調整弁２２に流れる一方で、常にある一定量は背圧室１８に満たされた状態になる。旋回スクロール９の支持円板９ｂ上の溝２４を持つことで、背圧室１８に充填されている潤滑油が溝２４に導かれ、旋回運動中に旋回スクロール９と固定スクロール６との摺動部で常に十分なオイルが保持され、良好な潤滑状態が得られ、摺動損失低減により高い効率を得ることができる。また、同時に金属接触による旋回スクロール９および固定スクロール６の磨耗を低減し、高い信頼性を得ることができる
。

また、図３に示すように旋回スクロール９の支持円板９ａ上の溝２４が圧縮空間１１と連通すると、旋回スクロール９と固定スクロール６との摺動部にあるオイルが圧縮空間１１に漏れ込み、摺動部でオイルが保持されにくくなる。さらに圧縮空間１１へのオイルの漏れ込みが生じることで、粘性損失が増大し効率が低下する。よって、溝２４と圧縮空間１１を旋回運動中に連通しないようにすることで、摺動部でのさらなるオイル保持効果の向上と、圧縮空間１１へのオイルの漏れ込み抑制による粘性損失低減から、さらに高い効率と高い信頼性が得られる。

また、図４に示すように固定スクロール６の鏡板上６ａにオイル溜まり２５を持つ構造において、旋回スクロール９の支持円板９ａ上の溝２４がオイル溜まり２５に旋回運動中のある一定区間で連通することで、オイル溜まり２５から強制的にオイルが供給されることにより、さらに摺動部でのオイル保持効果が向上する。

また、図５に示すように旋回スクロール９を固定スクロール６の鏡板上６ａに接触させるために、旋回スクロール９の背面に一定圧を印加させる背圧室１８を持つスクロール圧縮機において、溝２４内側形状が旋回スクロールラップ９ｂ曲線の最外周から一定距離だけ外側にオフセットさせた曲線形状であることで、圧縮空間１１と背圧室１８とのシール長さが一定になり力学的バランスが良化されることから、旋回運動中に旋回スクロール９が固定スクロール６の鏡板上６ａから離れることによって起こる転覆現象が抑制される。

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、旋回スクローの支持円板上に溝を設けることにより、旋回スクロールと固定スクロールの摺動部にオイルを効率良く保持させることで、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１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１における溝の平面図 本発明の実施の形態１におけるある瞬間の溝と圧縮空間の位置関係を表す旋回図 本発明の実施の形態１におけるある瞬間の溝とオイル溜まりの位置関係を表す旋回図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップと溝の位置関係を表す平面図 従来の縦型スクロールの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 支持円板
９ｂ 旋回スクロールラップ
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 溝
２５ オイル溜まり
２６ 通路

Claims (5)

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支持円板上の前記スクロールラップ側に溝を設けることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記溝において、前記圧縮空間と連通しない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. 前記溝において、前記固定スクロールの前記鏡板上に設けたオイル溜まりとある一定区間で連通することを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記溝内側形状が前記旋回スクロールラップ曲線の最外周から一定距離だけ外側にオフセットさせた曲線形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 作動流体として高圧冷媒であるＣＯ_２を用いた請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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