JP2011085038A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室が冷媒ガスを閉じ込む行程及び圧縮を開始する行程では給油が行われていないため、圧縮室間の漏れが発生し、体積効率の低下や再圧縮損失の増加により性能低下を引き起こす恐れがある。
【解決手段】旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂに設けた給油孔５１と、給油孔５１からラップ巻き終わり方向に油溝５２を設け、油溝５２と冷媒ガスを閉じ込む前の圧縮室１５とを連通させる連通路５３を形成することで、冷媒ガスの閉じ込み行程で、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室１５と、まさに閉じ込もうとしている圧縮室１５とのシール性を向上させることができ、漏れを抑制することで体積効率の向上を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、冷凍空調機や冷凍機に用いられるスクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行うものである。冷媒ガスを圧縮する過程において、圧縮室間の漏れを抑制し、効率良く圧縮を行うために、旋回スクロールのラップの上面にオイルの給油孔を設け、この給油孔と片側の圧縮室のみと連通する連通路を設け、圧縮室へオイルを供給することで圧縮室間のシール性を高めている（例えば、特許文献１参照）。

図９（ａ）、（ｂ）は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの斜視図及び詳細図である。図９に示すように、旋回スクロール９１のラップ９１ａの上面に給油孔９２及び連通路９３を設けている。給油孔９２は、冷媒ガスを閉じ込めた後の圧縮室に連通する位置に設けられており、さらに圧縮室と常時連通するよう連通路９３が形成されている。これにより圧縮室間のシール性を向上させ、漏れ損失を低減させることで高効率を図っている。

特開２００７−１９２１８９号公報

前記従来の構成では、圧縮途中行程の圧縮室には給油が行われているものの、圧縮室が冷媒ガスを閉じ込む行程、及び圧縮を開始する行程では給油が行われていない。そのため冷媒ガスの閉じ込み行程で、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室から、まさに閉じ込もうとしている圧縮室への漏れが発生し、体積効率が低下するため、冷媒循環量の低下、すなわち能力の低下が発生してしまう。また、圧縮開始行程で圧縮室間の漏れが発生するため、入力の増加も発生しうる。いずれの場合においても、性能が低下する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、冷媒ガスを閉じ込む行程、及び圧縮を開始する行程に給油を行うことで、体積効率の向上や漏れ損失の低減を図り、高効率なスクロール圧縮機の提供を目的とする。

密閉容器内に、圧縮機構部と電動機とオイル溜まりを配し、圧縮機構部は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、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、固定スクロールと旋回スクロールの双方間に形成された圧縮室と、旋回スクロールを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、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、主軸受部材に設けられクランクシャフトを軸支する主軸受部と、オイル溜まりのオイルをクランクシャフトに軸方向に貫通する給油通路を
通じて旋回軸端の旋回軸受部空間に供給する給油機構を有するスクロール圧縮機であって、旋回軸受部空間と旋回スクロールのラップ上面の給油孔とを連通する給油経路を旋回スクロール鏡板内に設け、給油孔からラップ巻き終わり方向に油溝を設け、油溝と冷媒ガスを閉じ込む前の圧縮室とを連通させる連通路を形成したものである。

かかる構成によれば、冷媒ガスの閉じ込み行程で、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室と、まさに閉じ込もうとしている圧縮室とのシール性を向上させることができ、漏れを抑制することで体積効率の向上を図ることができる。また、圧縮開始行程において圧縮室間で発生する漏れ損失の低減も図ることができ、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、冷媒ガスの閉じ込み行程や圧縮開始の行程において給油することで、圧縮室間のシール性を向上させる。その結果、冷媒ガスの閉じ込み行程においては体積効率の向上、圧縮開始から圧縮終了に至るまでの行程においては圧縮室間の漏れ損失低減が可能となり、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

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における旋回スクロールの平面図 本発明の実施の形態１における固定スクロールに旋回スクロールを噛み合わせた状態の断面図 本発明の実施の形態１における固定スクロールに旋回スクロールを噛み合わせた状態の断面図 本発明の実施の形態２における旋回スクロールの平面図 本発明の実施の形態２における旋回スクロールの平面図 本発明の実施の形態２における固定スクロールの平面図 本発明の実施の形態２における旋回スクロールの平面図 従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの斜視図及び詳細図

請求項１に記載の本発明では、密閉容器内に、圧縮機構部と電動機とオイル溜まりを配し、圧縮機構部は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、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、固定スクロールと旋回スクロールの双方間に形成された圧縮室と、旋回スクロールを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、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、主軸受部材に設けられクランクシャフトを軸支する主軸受部と、オイル溜まりのオイルをクランクシャフトに軸方向に貫通する給油通路を通じて旋回軸端の旋回軸受部空間に供給する給油機構を有するスクロール圧縮機であって、旋回軸受部空間と旋回スクロールのラップ上面の給油孔とを連通する給油経路を旋回スクロール鏡板内に設け、給油孔からラップ巻き終わり方向に油溝を設け、油溝と冷媒ガスを閉じ込む前の圧縮室とを連通させる連通路を形成したものである。

この構成によれば、冷媒ガスの閉じ込み行程で、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室と、まさに閉じ込もうとしている圧縮室とのシール性を向上させることができ、漏れを抑制することで体積効率の向上を図ることができる。また、圧縮開始行程において圧縮室間で発生する漏れ損失の低減も図ることができ、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の本発明では、特に請求項１に記載の固定スクロールのラップ内壁巻き終わり部が、旋回スクロールのラップ外壁巻き終わり部近傍まで延びており、その延長部は前記固定スクロールのラップ内壁に連続する曲線で構成されたものである。この構成によれば、旋回スクロールのラップ外壁巻き終わり部付近で圧縮室を形成できるため、閉じ込み容積を最大限確保することができる。さらに旋回スクロールの外壁側で形成される圧縮室と内壁側で形成される圧縮室の閉じ込み位置が近接するため、共用の連通路で給油することが可能となり、加工が容易となる。

請求項３に記載の本発明では、特に請求項２に記載の旋回スクロールのラップ巻き終わり部に対し、略一巻き分内側に入った位置から巻き終わり部にわたり、油溝を旋回スクロールラップ上面に形成したものである。この構成によれば、旋回スクロールの内外壁側で形成される圧縮室の、それぞれの閉じ込み行程で発生する漏れを抑制することができるので、体積効率の向上を図ることができる。

請求項４に記載に本発明では、特に請求項１から３に記載の油溝と圧縮室との連通路を固定スクロールのラップ底面に形成したものである。この構成によれば、一方の圧縮室にのみ給油することや、両方の圧縮室に任意の比率で分配することができ、それぞれの圧縮室に最適な量を給油することが可能となる。

請求項５に記載の本発明では、特に請求項４に記載の油溝と圧縮室との連通路が、油溝と圧縮室とを間欠的に連通させたものである。この構成によれば、圧縮室への給油量を細かくコントロールできるため、それぞれの圧縮室において吸入加熱や粘性損失を抑制しつつ、シール性を向上させることができる。

請求項６に記載の本発明では、特に請求項１から３に記載の油溝と圧縮室との連通路を旋回スクロールのラップ上面に形成したものである。この構成によれば、適切な量を一方の圧縮室にのみ給油することも可能となる。さらにこの場合、連通路が他方の圧縮室と連通することがないので、連通路を介して一方の圧縮室から他方の圧縮室へと冷媒ガスが流れることもなく、冷媒ガスの再膨張損失が発生することもない。

請求項７に記載の本発明では、特に請求項１から６に記載の油溝と圧縮室との連通路を複数個形成したものである。この構成によれば、任意の位置に、任意の量だけ給油することが可能となるので、それぞれの圧縮室に適した給油を実現することができ、吸入加熱や粘性損失を抑制しつつ、シール性を向上させることができる。

請求項８に記載の本発明では、特に請求項１から７に記載の油溝と圧縮室との連通路を、油溝の巻き終わり側終端部に形成したものである。この構成によれば、旋回スクロールの内外壁の閉じ込み位置から最も近い部分に給油することで、圧縮室が冷媒ガスを閉じ込む時のシール性を向上させ、体積効率の向上を図ることができる。

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は本発明の第１の実施の形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る旋回スクロールの平面図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る固定スクロールに旋回スクロールを噛み合わせた状態の断面図である。

図１において、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランクシャフト４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に
、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構部２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３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拘束機構１４を設け、クランクシャフト４の上端にある偏心軸部４ｂを旋回スクロール１３に設けた旋回軸受６６ｂに嵌合させている。またクランクシャフト４の下端は密閉容器１の下部のオイル溜まり２０に達して、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材２１により安定に回転できるように軸支されている。給油機構はクランクシャフト４の下端で駆動されるポンプ２５によって構成され、オイル溜まり２０内のオイル６を供給するため、クランクシャフト４には軸方向に貫通している給油貫通路２６を形成している。

電動機３は主軸受部材１１と副軸受部材２１との間に位置して、密閉容器１に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子３ａと、クランクシャフト４の途中の外まわりに一体に結合された回転子３ｂとで構成され、回転子３ｂの上下端面の外周部分には、回転子３ｂ及びクランクシャフト４が安定して回転し、旋回スクロール１３を安定して円軌道運動させるため、バランスウェイト３３、３４が設けられている。

固定スクロール１２の外周部には冷媒ガスを吸入するための吸入室１７が設けられ、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６が嵌合されている。旋回スクロール１３の鏡板１３ａの主軸受部材１１側は、主軸受部材１１に配設した断面が矩形のシール材７８により仕切られており、内側は高圧領域３０、外側は背圧室２９となり背圧制御機構３１により吸入圧と吐出圧の中間圧となっている。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり、片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。また図２、図３に示すように、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂには、給油経路５０に連通する給油孔５１が設けられており、給油孔５１からラップ巻き終わり方向に油溝５２を形成し、さらに油溝５２と圧縮室１５とを連通する連通路５３が形成されている。

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３によりクランクシャフト４が回転駆動されるに伴い、クランクシャフト４の上端にある偏心軸部４ｂが偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５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１外に通じた吸入パイプ１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入室１７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１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９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２を貫通する吐出ガス通路３６を通り回転子３ｂ上部に到達し、回転子３ｂに貫通している回転子ガス通路３７を通って密閉容器１の下部に導かれ、固定子３ａ外周に配した固定子ガス通路３８、圧縮機構部２外周に配した圧縮機構部切り欠き３９を通って密閉容器１の上部に到達し、吐出管４０から密閉容器１外へ吐出される。

また、オイル溜まり２０内のオイル６はポンプ２５によりクランクシャフト４を軸方向に貫通している給油貫通路２６通じて旋回軸受部空間６７に供給される。供給されたオイル６は３系統に分岐され、１系統は旋回軸受６６ｂと偏心軸部４ｂを潤滑し、主軸部４ａと主軸受６６ａを潤滑した後、主軸受部材１１の下に滴下し、最終的にオイル溜まり２０に回収される。もう１系統は、旋回軸受部空間６７と背圧室２９との差圧により給油経路５０を通って、背圧室給油経路５５から背圧室２９に導かれる。背圧室２９に導かれたオイル６は背圧制御機構３１を通って圧縮室１５に供給される。

さらに、もう１系統は給油経路５０から分岐し、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂの給油孔５１と油溝５２、連通路５３を通って、冷媒ガスを閉じ込める前の圧縮室１５に給油される。これにより、冷媒ガスの閉じ込み行程で、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室１５と、まさに閉じ込もうとしている圧縮室１５とのシール性を向上させることができ、漏れを抑制することで体積効率の向上を図ることができる。また、圧縮開始行程において圧縮室１５間で発生する漏れ損失の低減も図ることができ、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

また図３に示すように、固定スクロール１２のラップ内壁巻き終わり部１２ｅを、旋回スクロール１３のラップ外壁巻き終わり部１３ｅ近傍まで延ばし、その延長部が固定スクロール１２のラップ内壁に連続する曲線で構成し、非対称型のスクロール圧縮機とすることで、更なる高効率を図ることができる。具体的には、旋回スクロール１３のラップ外壁巻き終わり部１３ｅ付近で一方の圧縮室１５ａを形成できるため、閉じ込み容積を最大限確保することができる。

対称型のスクロール圧縮機で吸入パイプ１６が１つの場合、旋回スクロール１３の外壁側に形成される圧縮室１５ａは、冷媒ガスを閉じ込める位置まで渦巻き半周分程度の距離があるため、その間に固定スクロール１２や旋回スクロール１３から熱を受け、吸入加熱を引き起こし、体積効率が低下してしまう。また対称型スクロールで吸入パイプ１６を２つ設けた場合、冷凍サイクルへの搭載の際に、吸入管を分岐させる必要があり配管が複雑化してしまう。これらの課題を解消する方法が非対称型スクロール圧縮機である。

非対称型スクロールは閉じ込みのタイミングが異なるため、圧縮室１５ａ、１５ｂの圧力の上昇も異なってしまうが、冷媒ガスの閉じ込み行程に給油することから、圧縮室１５ａ、１５ｂ間に差圧が生じても、圧縮室１５ａ、１５ｂ間のシール性を十分に確保することができる。さらに旋回スクロール１３の外壁側で形成される圧縮室１５ａと内壁側で形成される圧縮室１５ｂの閉じ込み位置が近接するため、共用の連通路で給油することが可能となり、加工が容易となる。

また図４は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた状態の断面図であり、位相を９０度ずつずらした図である。図４に示すように、旋回スクロール１３の外壁側に形成される圧縮室１５ａと内壁側に形成される圧縮室１５ｂは交互に冷媒ガスを閉じ込める。一方の圧縮室（例えば１５ａ）が閉じ込め終わると、他方の圧縮室（例えば１５ｂ）の閉じ込み行程となるが、その間先に閉じ込めた圧縮室（例えば１５ａ）は圧縮行程となっているため、２つの圧縮室１５ａ、１５ｂ間には圧力差が生じる。そこで旋回スクロール１３のラップ巻き終わり部に対し、略一巻き分内側に入った位置から巻き終わり部にわたり、油溝５２を旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂに形成する。これにより、油溝５２が２つの圧縮室１５ａ、１５ｂを区画する役割を果たし、それぞれの閉じ込み行程で発生する漏れを抑制することができるので、体積効率の向上を図ることができる。

また油溝５２と圧縮室１５との連通路５３を固定スクロール１２のラップ底面１２ｂに形成することで、オイル６は油溝５２から凹部５３ａを経由して圧縮室１５へと供給されるので、一方の圧縮室１５ａ（もしくは１５ｂ）にのみ給油することや、両方の圧縮室１５ａ、１５ｂに任意の比率で分配することができる。

さらに油溝５２と圧縮室１５とを間欠的に連通させることで、それぞれの圧縮室１５ａ、１５ｂに対して給油量を細かくコントロールできる。例えば、凹部５３ａの形成する位置や大きさを変更することで、それぞれの圧縮室１５ａ、１５ｂに対する連通時間を調整することができるので、吸入加熱や粘性損失を抑制しつつ、シール性の向上を図った最適給油量を実現することができる。

（実施の形態２）
図５、図６、図８は本発明の第２の実施の形態に係る旋回スクロールの平面図、図７は本発明の第２の実施の形態に係る固定スクロールの平面図である。

図５に示すように、油溝５２と圧縮室１５との連通路５３を旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂに形成することで、適切な量を一方の圧縮室１５ａ（もしくは１５ｂ）にのみ給油することも可能となる。例えば、ラップ上面１５ｂの油溝５２に対し、片側のみ段差によって開口部５３ｂを形成することで、一方の圧縮室１５ａ（もしくは１５ｂ）としか油溝は連通しないため、特定の圧縮室１５ａ（もしくは１５ｂ）にのみ給油できると同時に、連通路５３が他方の圧縮室１５ｂ（もしくは１５ａ）と連通することがないので、連通路５３を介して一方の圧縮室１５ａ（もしくは１５ｂ）から他方の圧縮室１５ｂ（もしくは１５ａ）へと冷媒ガスが流れることもなく、冷媒ガスの再膨張損失が発生することもない。

また図６に示すように、油溝５２と圧縮室１５との連通路５３を複数個形成することで、任意の位置に、任意の量だけ給油することが可能となる。例えば、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｂに連通路５３ｂを形成した場合で説明すると、連通路５３ｂを形成する位置でどの行程の圧縮室１５へ給油するかを調整することができ、連通路５３ｂの巾や深さで給油量を調整することができる。これにより、それぞれの圧縮室１５ａ、１５ｂに適した給油を実現することができ、吸入加熱や粘性損失を抑制しつつ、シール性を向上させることができる。なお、図７に示すように、固定スクロール１２のラップ底面１２ｂに複数の凹部５３ａを形成する方法もあり、同様の効果が得られる。

また図８に示すように、油溝５２と圧縮室１５との連通路５３を、油溝５２の巻き終わり側終端部５２ｅに形成することで、旋回スクロール１３の内外壁の閉じ込み位置から最も近い部分に給油することになり、圧縮室１５ａ、１５ｂが冷媒ガスを閉じ込む時のシール性を向上させ、体積効率の向上を図ることができる。なお、連通路５３を固定スクロール１２のラップ底面１２ｂに形成しても、同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、冷媒ガスの閉じ込み行程や圧縮開始の行程において給油することで、圧縮室間のシール性を向上させることができ、冷媒ガスの閉じ込み行程においては体積効率の向上、圧縮開始から圧縮終了に至るまでの行程においては圧縮室間の漏れ損失低減が可能となるので、空気調和装置や冷蔵庫等の冷凍機器の他、ヒートポンプ式給湯装置や乾燥機等の用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機
４ クランクシャフト
４ｂ 偏心軸部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ｅ 固定スクロールのラップ内壁巻き終わり部
１３ 旋回スクロール
１３ｅ 旋回スクロールのラップ外壁巻き終わり部
１５ 圧縮室
２０ オイル溜まり
２６ 給油貫通路
６６ａ 主軸受部
６６ｂ 旋回軸受部
６７ 旋回軸受部空間
５０ 給油経路
５１ 給油孔
５２ 油溝
５２ｅ 巻き終わり側終端部
５３ 連通路

Claims (8)

1. 密閉容器内に、圧縮機構部と電動機とオイル溜まりを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記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、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの双方間に形成された圧縮室と、前記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、前記オイル溜まりのオイルを前記クランクシャフトに軸方向に貫通する給油通路を通じて前記旋回軸端の旋回軸受部空間に供給する給油機構を有するスクロール圧縮機であって、前記旋回軸受部空間と前記旋回スクロールのラップ上面の給油孔とを連通する給油経路を前記旋回スクロール鏡板内に設け、前記給油孔からラップ巻き終わり方向に油溝を設け、前記油溝と冷媒ガスを閉じ込む前の前記圧縮室とを連通させる連通路を形成してなるスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロールのラップ内壁巻き終わり部が、前記旋回スクロールのラップ外壁巻き終わり部近傍まで延びており、その延長部は前記固定スクロールのラップ内壁に連続する曲線で構成されてなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記旋回スクロールのラップ巻き終わり部に対し、略一巻き分内側に入った位置から巻き終わり部にわたり、前記油溝を前記旋回スクロールラップ上面に形成してなる請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記油溝と前記圧縮室との連通路を前記固定スクロールのラップ底面に形成してなる請求項１から３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記油溝と前記圧縮室との連通路が、前記油溝と前記圧縮室とを間欠的に連通させてなる請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記油溝と前記圧縮室との連通路を前記旋回スクロールのラップ上面に形成してなる請求項１から３に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記油溝と前記圧縮室との連通路を複数個形成してなる請求項１から６に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記油溝と前記圧縮室との連通路を、前記油溝の巻き終わり側終端部に形成してなる請求項１から７に記載のスクロール圧縮機。